鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著機(jī)器向自動(dòng)化、高速化的不斷發(fā)展，機(jī)器人、機(jī)器手的日益興起，連桿機(jī)構(gòu)的作用愈加顯著，對(duì)它的設(shè)計(jì)與綜合方法的研究也更加引起人們的興趣。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜合中多采用圖解傳或?qū)嶒?yàn)法，過(guò)程繁瑣、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，可行性差，很難準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)值計(jì)算方法的迅速發(fā)展，解析法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。特別是近年來(lái)可視化程序開(kāi)發(fā)技術(shù)的

2、不斷豐富與發(fā)展，使得將連桿機(jī)構(gòu)綜合方法與綜合過(guò)程程序化、可視化就成為非常迫切而又有意義的研究問(wèn)題。</p><p>　　針對(duì)于這種情況，本文對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，利用數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB，文中以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，在對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用 MATLAB/GUI 工具箱，開(kāi)發(fā)出了平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析系統(tǒng)軟件。</p><p>　　關(guān)鍵詞：四

3、桿機(jī)構(gòu); 設(shè)計(jì)方法; MATLAB; 數(shù)學(xué)模型</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of machine in the direction of automation and high speed,connecting rod machanism is making more

4、notable impact on the developmeng of therobot day be day.As aresult,more antention will be paid to the research of synthsis and design of connecting rod mechanism.synthsis and design in the thadictional methods,such as g

5、raphic method and experimentation.,is difficult to meet design requiment,because its process is too complicated.its design cycle is lengthening,its inclination of</p><p>　　In the cireumstane,this thesis aims

6、 at flat four-bar mechanism that widely used in connecting rod mechanism,making use of the numerical computational softwale-MATLAB.In this paper, the four bar linkage Mechanism was studied.On the basis of the kinematic a

7、nalysis of themechanism, a mathematical model was established and a system for the kinematic analysis of the mechanism wasdeveloped with MATLAB/GUI. </p><p>　　Keywords:flat four-bar mechanism; design method

8、; MATLAB ; mathematics model</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要...............................................................I</p><p>　　Abstract...........................

9、.................................II</p><p>　　緒論........................................................ 1</p><p>　　1.1平面連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介.......................................... 1</p><p>　　

10、1.2 課題的提出................................................. 1</p><p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立.................................. 3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題................................................... 3<

11、/p><p>　　2.2 建立機(jī)構(gòu)的位置方程式并求解................................. 3</p><p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)MATLAB編程................................... 5</p><p>　　3.1 MATLAB介紹........................................

12、........ 5</p><p>　　3.1.1MATLAB的主要功能....................................... 5</p><p>　　3.1.2 MATLAB的主要特點(diǎn)...................................... 6</p><p>　　3.1.3 MATLAAB應(yīng)用范圍.........

13、..........................8 3.1.4為何用MATLAB設(shè)計(jì)鉸鏈四桿綜合軟件.......................9</p><p>　　3.2 程序框圖....................................................10 </p><p>　　3.3 MATLAB源程序...........

14、.....................................10</p><p>　　3.4 運(yùn)算結(jié)果....................................................12</p><p>　　總結(jié)...............................................................13</p

15、><p>　　參考文獻(xiàn)...........................................................14</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1平面連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介</p><p>　　18 世紀(jì)下半葉的第一次工業(yè)革命促進(jìn)了機(jī)械工程學(xué)科的迅速發(fā)展，機(jī)

16、構(gòu)學(xué)在原來(lái)的機(jī)械力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。機(jī)構(gòu)可分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等等，其中連桿機(jī)構(gòu)是其它機(jī)構(gòu)的理論結(jié)構(gòu)原型，是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論的主要研究對(duì)象。平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱(chēng)平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)簡(jiǎn)單易于制造，結(jié)實(shí)耐用，不易磨損，適于高速重載；其運(yùn)動(dòng)低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無(wú)需保養(yǎng)，適用于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)器中，例如農(nóng)業(yè)、礦山、化工設(shè)備

17、中。連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律性的復(fù)雜程度而增加；連桿機(jī)構(gòu)還具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，就是可調(diào)性，即通過(guò)改變機(jī)構(gòu)中各桿件長(zhǎng)度，即可方便地改變?cè)瓩C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性能。連桿機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)在各種機(jī)械行業(yè)中被廣泛的采用，是組成各種機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，各種紡織機(jī)械、印刷機(jī)械等，因此連桿機(jī)構(gòu)的研究一直是機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。</p><p><b>

18、;　　1.2 課題的提出</b></p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱(chēng)平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小;制造方便，易獲得較高的精度;兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需用彈簧等力封閉

19、來(lái)保持接觸:連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的用，若接長(zhǎng)連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動(dòng)作L。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn):一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜;當(dāng)給定運(yùn)動(dòng)要求較多或復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加;機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的

20、構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)者所期望的多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，而且結(jié)</p><p>　　近年來(lái)，隨著新技術(shù)的發(fā)展以及一些新興學(xué)科的出現(xiàn)，許多專(zhuān)家在原有的機(jī)構(gòu)分析方法上，綜合這些新的知識(shí)，將一些新的思想融入機(jī)構(gòu)的研究中，而無(wú)論是傳統(tǒng)還是新提出的研究方法，一個(gè)共同的特點(diǎn)就是完

21、成一次計(jì)算的工作量較大，因此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究就成了連桿機(jī)構(gòu)研究的主要方向。</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，但連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜和困難的問(wèn)題，常用的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法。圖解法簡(jiǎn)單直觀(guān)，但是精確度較低；解析法精度較高，但是計(jì)算工作量大，隨著計(jì)算機(jī)輔助數(shù)值解法的發(fā)展，解析法已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。本文利用MATLAB對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

22、</p><p>　　第二章 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題</b></p><p>　　已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿AB和CD的初始位置角==0°，它們中有三組對(duì)應(yīng)的位置是，以及機(jī)架的長(zhǎng)度l=50mm,要求設(shè)計(jì)該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2.2 建立機(jī)構(gòu)的位置

23、方程式并求解</p><p>　　圖1 四桿機(jī)構(gòu)的輸入角與輸出角</p><p>　　在如圖1所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，以A為原點(diǎn)，機(jī)架AD為x軸建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)xy,則兩連架桿AB和CD相對(duì)于x軸的位置角之間有如下關(guān)系：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　因兩連架桿角位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只與各構(gòu)件

24、的相對(duì)長(zhǎng)度有關(guān)，為此以AB的長(zhǎng)度a為基準(zhǔn)，并設(shè)</p><p>　　m=b/a,n=c/a,p=d/a (2)</p><p><b>　　將其帶入式（1）得</b></p><p><b>　　(3) </b></p><p>　　將上式等號(hào)兩邊平方后相加并

25、整理得</p><p><b>　　(4) </b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　若兩連架桿AB和CD第一位置線(xiàn)相對(duì)于x軸的夾角分別記為，則兩連架桿第i位置相對(duì)于x軸的夾角分別為。將式（4）用于兩連

26、架桿的第一和第i位置，有</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式（6）中含有五個(gè)未知量，共有 n個(gè)方程，其有解的條件為 ，即鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)最多能精確實(shí)現(xiàn)兩連架桿四組對(duì)應(yīng)角位移，也即兩連架桿五組對(duì)應(yīng)角位置。</p><p>　　本課題中給出三組角位置，帶入式（6）三個(gè)線(xiàn)性方程組可解出。將</p><

27、;p>　　代入式（5）即得各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度m,n,p.再根據(jù)實(shí)際需要選定構(gòu)件AD的長(zhǎng)度d后，其它構(gòu)件的長(zhǎng)度便可確定。</p><p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) MATLAB編程</p><p>　　3.1 MATLAB介紹</p><p>　　3.1.1MATLAB的主要功能</p><p>　　進(jìn)入MATLAB之后，會(huì)看到一個(gè)MATLAB C

28、ommand Window，稱(chēng)為命令窗，它是最主要的窗口，既是鍵入命令也是顯示計(jì)算結(jié)果的地方。另外還有一個(gè)編程窗，專(zhuān)門(mén)用來(lái)編輯應(yīng)用程序。還有一個(gè)主窗口，用來(lái)記錄已使用過(guò)的歷史命令和已打開(kāi)的目錄，方便使用者查找。如果繪圖還會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)繪圖窗，專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示繪制的圖形。MATLAB一般有3種進(jìn)行計(jì)算的方法，第1種就如同使用計(jì)算器，直接輸入數(shù)值和運(yùn)算符，立即從屏幕上獲得結(jié)果。第2種先對(duì)變量賦值，然后再輸入由變量構(gòu)成的表達(dá)式，也可立即獲得結(jié)果。

29、第3種，就是采用編程的方法來(lái)解決較復(fù)雜的，諸如含有判斷、循環(huán)、迭代、遞歸等算法的較復(fù)雜的問(wèn)題。上述方法中，第2和第3包括了數(shù)組和矩陣運(yùn)算，只要定義了數(shù)組和矩陣變量，就可以如同普通代數(shù)運(yùn)算一樣直接用變量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，十分方便。</p><p><b>　　(1)數(shù)值計(jì)算功能</b></p><p>　　利用FORTRAN和C等語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要對(duì)所利用的有關(guān)算

30、法有深刻的了解，還需要熟練掌握所用語(yǔ)言的語(yǔ)法和編程技巧。例如涉及到矩陣相乘運(yùn)算時(shí)要編寫(xiě)相應(yīng)的子程序，程序以矩陣元素為處理對(duì)象而并非以矩陣整體為處理對(duì)象，工作效率和計(jì)算速度比較低，而MATLAB恰恰是以矩陣為運(yùn)算單元的用MATLAB進(jìn)行矩陣相乘時(shí)是以矩陣整體為計(jì)算單元的，我們不需要編寫(xiě)算法實(shí)現(xiàn)程序，只需要按照MATLAB的語(yǔ)法規(guī)則輸入矩陣，一條簡(jiǎn)單明了的相乘語(yǔ)句表達(dá)式‘A*B’就完成了幾十條FORTRAN或C語(yǔ)言語(yǔ)句才能完成的任務(wù)，對(duì)于我

31、們來(lái)說(shuō)并沒(méi)有調(diào)用任何子程序。</p><p><b>　　(2)符號(hào)計(jì)算功能</b></p><p>　　數(shù)學(xué)計(jì)算有數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算之分，僅有優(yōu)異的數(shù)值計(jì)算功能并不能滿(mǎn)</p><p>　　足解決數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)的需要，在數(shù)學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程計(jì)算領(lǐng)域，常常會(huì)遇到符</p><p>　　號(hào)計(jì)算問(wèn)題。利用符號(hào)運(yùn)算，可以用有代表意

32、義的符號(hào)進(jìn)行演算和分析而不用</p><p>　　每次都代入具體數(shù)值，這樣做既可以盡快得出規(guī)律而且省去了每次都要代入具</p><p>　　體數(shù)值的繁瑣，同時(shí)提高了軟件運(yùn)行的速度。在方程和公式中的符號(hào)眾多的情</p><p>　　況下，利用MATLAB的符號(hào)計(jì)算功能可以清晰地獲得解的表達(dá)式，對(duì)于避免出錯(cuò)</p><p>　　和提高程序的可讀性

33、均有很大的幫助。對(duì)于符號(hào)計(jì)算，一些高級(jí)語(yǔ)言對(duì)此要么</p><p>　　無(wú)能為力，要求必須將符號(hào)賦予具體數(shù)值才給與計(jì)算:要么非常煩瑣。而MATLAB</p><p>　　將符號(hào)運(yùn)算變得非常容易，就如同在草稿紙上演算式子一樣方便。</p><p>　　(3)數(shù)據(jù)t分析和可視化功能</p><p>　　在科學(xué)計(jì)算和研究工作中，技術(shù)人員經(jīng)常會(huì)遇到大

34、量的原始數(shù)據(jù)，而對(duì)數(shù)</p><p>　　據(jù)的分析往往難于入手。MATLAB能將這些數(shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來(lái)，不僅使</p><p>　　數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰明了，而且對(duì)于揭示其內(nèi)在本質(zhì)往往有著非常重要的作用。</p><p>　　MATLAB提供了良好的用戶(hù)界面，許多函數(shù)本身會(huì)自動(dòng)繪制出圖形，而且會(huì)自動(dòng)</p><p>　　選取坐標(biāo)刻度，繪制出

35、直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的二維和三維圖形，以</p><p>　　及條形圖、直方圖、等高線(xiàn)圖、餅形圖、離散數(shù)據(jù)圖和瀑布圖等專(zhuān)用圖形。</p><p><b>　　(4)文字處理功能</b></p><p>　　MATLABNotebook為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的文字處理功能。 MATLABNotebook允</p><p>

36、;　　許用戶(hù)從一個(gè)文字處理程序(如 Micr0SoftWord)訪(fǎng)問(wèn)MATLAB的數(shù)值計(jì)算和可視化結(jié)果。</p><p>　　3.1.2 MATLAB的主要特點(diǎn)</p><p>　　一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱(chēng)作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLA

37、B，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀(guān)的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀(guān)、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。</p><p>　?、僬Z(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序

38、編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專(zhuān)家編寫(xiě)，用戶(hù)不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專(zhuān)家的肩膀上。</p><p>　　具有FORTRAN和C等高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用FORTRAN或C語(yǔ)言去編寫(xiě)程序，尤其當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算和畫(huà)圖時(shí)，編程會(huì)很麻煩。例如，如果用戶(hù)想求解一個(gè)線(xiàn)性代數(shù)方程，就得編寫(xiě)一個(gè)程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線(xiàn)性方程的算法

39、（例如追趕法）編寫(xiě)一個(gè)程序塊來(lái)求解方程，最后再輸出計(jì)算結(jié)果。在求解過(guò)程中，最麻煩的要算第二部分。解線(xiàn)性方程的麻煩在于要對(duì)矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試都不容易。即使有部分源代碼，用戶(hù)也會(huì)感到麻煩，且不能保證運(yùn)算的穩(wěn)定性。解線(xiàn)性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)至少需要好幾十行。再如用雙步QR方法求解矩陣特征值，如果用FORTRAN編寫(xiě)，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計(jì)算程序可以說(shuō)很困難。以下為用MATL

40、AB編寫(xiě)以上兩個(gè)小程序的具體過(guò)程。</p><p>　　用MATLAB求解下列方程，并求矩陣A的特征值。</p><p>　　解為：x=A\b；設(shè)A的特征值組成的向量為e，e=eig（A）。</p><p>　　可見(jiàn)，MATLAB的程序極其簡(jiǎn)短。更為難能可貴的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB會(huì)根據(jù)矩陣的特性選擇方程的求解方法，所

41、以用戶(hù)根本不用懷疑MATLAB的準(zhǔn)確性。</p><p>　?、谶\(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短，具體運(yùn)算符見(jiàn)附表。</p><p>　?、跰ATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?lt;/p>&

42、lt;p>　　④語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶(hù)無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。</p><p>　　⑤程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。</p><p>　?、轒ATLAB的圖形功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。

43、</p><p>　?、進(jìn)ATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。</p><p>　?、喙δ軓?qiáng)勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工

44、具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱能用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)的，所以用戶(hù)無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具

45、箱等產(chǎn)品系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　3.1.3 MATLAB的應(yīng)用范圍</p><p>　　在當(dāng)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件，如 MATLAB、Xmath、Gauss等，這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)，能給出解

46、析解和任意精度解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專(zhuān)業(yè)水平上開(kāi)拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力，開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科、多部門(mén)要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，MATLAB 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。</p><p>　　在MATLAB進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多應(yīng)用軟件包都是直接以F

47、ORTRAN和C語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄、接口簡(jiǎn)陋、程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù)，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。MATLAB的出現(xiàn)，為各國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在MATLAB問(wèn)世不久的20世紀(jì)80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。</p><p>　　時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多

48、學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。</p><p>　　MATLAB由主包和各種工具箱組成。主包是MAT

49、LAB的核心，工具箱是擴(kuò)的有·</p><p>　　專(zhuān)門(mén)功能的函數(shù)。例如，控制系統(tǒng)工具箱應(yīng)用于連續(xù)和離散系統(tǒng)設(shè)計(jì)、頻域和</p><p>　　時(shí)域響應(yīng)等控制領(lǐng)域;信號(hào)處理工具箱應(yīng)用于自適應(yīng)去噪和壓縮、譜分析和估計(jì)等信號(hào)處理領(lǐng)域;通信工具箱應(yīng)用于信號(hào)編碼、調(diào)制解調(diào)等通信領(lǐng)域;財(cái)政金融工具箱應(yīng)用于成本和利潤(rùn)分析、市場(chǎng)靈敏度分析等金融領(lǐng)域。應(yīng)用MATLAB的各種工具箱可以在很大程度上減

50、小用戶(hù)編程時(shí)的復(fù)雜度，因此MATLAB在很廣的領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用，其典型應(yīng)用有:自動(dòng)控制、圖像信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)工程、、語(yǔ)音處理、雷達(dá)工程、信號(hào)分析、振動(dòng)理論、時(shí)序分析與建模、化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。</p><p>　　3.1.4為何用MATLAB設(shè)計(jì)鉸鏈四桿綜合軟件</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展，編寫(xiě)程序中顯示出一些不足:</p><p>

51、　　(l)編程時(shí)要熟悉有關(guān)算法;</p><p>　　(2)圖形繪制和計(jì)算結(jié)果分析不很方便;</p><p>　　(3)源程序不易看懂，不利于研究工作的延續(xù)性。</p><p>　　另一方面，在鉸鏈四桿綜合計(jì)算過(guò)程中，需要多次改變眾多的參數(shù)，涉及</p><p>　　非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)表達(dá)式求解。同時(shí)，還要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、比較，繪制圖<

52、/p><p>　　形，找出它們之間變化的關(guān)系。這些都使鉸鏈四桿綜合計(jì)算程序的編制不很容</p><p>　　易。而如前所述，MATLAB有著豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)‘、豐富的圖形圖像處理能力、</p><p>　　強(qiáng)大數(shù)值運(yùn)算和符號(hào)運(yùn)算能力、交互式的編程環(huán)境并可進(jìn)行可視化開(kāi)發(fā)，更重</p><p>　　要的是它不要求用戶(hù)對(duì)算法很熟悉。MATLAB的這些特

53、點(diǎn)降低了鉸鏈四桿綜合計(jì)</p><p>　　算程序的編制難度，.故我們采用MATLAB來(lái)進(jìn)行鉸鏈四桿綜合與分析計(jì)算。MATLAB將算法的具體實(shí)現(xiàn)封裝起來(lái)，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不透明的;而用戶(hù)也無(wú)需知道這些算法，因?yàn)槲覀兊哪康氖茄芯抗ぷ鞅旧恚皇沁@些算法和其實(shí)現(xiàn)方式。對(duì)于鉸鏈四桿綜合而言，這樣做大大節(jié)約了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)間，縮短了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期;同時(shí)由于不需用戶(hù)干預(yù)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程，減少了出錯(cuò)的可能性，增加了計(jì)算結(jié)果的可靠性，從而可

54、以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。</p><p><b>　　3.2 程序框圖</b></p><p>　　圖2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)流程圖</p><p>　　3.3 MATLAB源程序</p><p>　　主程序： link_design_mainl文件 </p><p><b>　　clear;&l

55、t;/b></p><p><b>　　%1 已知參數(shù)</b></p><p>　　alpha_0=0;phi_0=0;</p><p>　　theta_1=[45;90;135]*pi/180;</p><p>　　theta_3=[52;82;112]*pi/180;</p><p>&

56、lt;b>　　d=50;</b></p><p><b>　　%2 計(jì)算各桿長(zhǎng)度</b></p><p>　　[l,m,n]=link_design(theta_1,theta_3,alpha_0,phi_0);</p><p><b>　　b=l*d/n;</b></p><p>

57、;<b>　　c=d*m/n;</b></p><p><b>　　a=d/n;</b></p><p><b>　　%3 輸出計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　disp('計(jì)算結(jié)果1：各干相對(duì)長(zhǎng)度');</p><p>　　disp('

58、 ');</p><p>　　fprintf('連桿相對(duì)長(zhǎng)度 l=%3.2f \n',l);</p><p>　　fprintf('搖桿相對(duì)長(zhǎng)度 m=%3.2f \n',m);</p><p>　　fprintf('機(jī)架相對(duì)長(zhǎng)度 n=%3.2f \n',n);</p><p&

59、gt;　　disp(' ');</p><p>　　disp('計(jì)算結(jié)果2：各干長(zhǎng)度');</p><p>　　disp(' ');</p><p>　　fprintf('曲柄長(zhǎng)度 a=%3.2f \n',a);</p><p>　　f

60、printf('連桿長(zhǎng)度 b=%3.2f \n',b);</p><p>　　fprintf('搖桿長(zhǎng)度 c=%3.2f \n',c);</p><p>　　fprintf('機(jī)架長(zhǎng)度 d=%3.2f \n',d);</p><p>　　disp(' ');</p>

61、<p>　　子函數(shù)：link_design文件</p><p>　　function [l,m,n]=link_design(theta_1,theta_3,alpha_0,phi_0)</p><p>　　%計(jì)算線(xiàn)性方程組系數(shù)矩陣A</p><p>　　A=[cos(theta_3(1)+phi_0),cos(theta_3(1)+phi_0-the

62、ta_1(1)-alpha_0),1;</p><p>　　cos(theta_3(2)+phi_0),cos(theta_3(2)+phi_0-theta_1(2)-alpha_0),1;</p><p>　　cos(theta_3(3)+phi_0),cos(theta_3(3)+phi_0-theta_1(3)-alpha_0),1];</p><p>　　%

63、 計(jì)算線(xiàn)性方程組系數(shù)矩陣B</p><p>　　B=[cos(theta_1(1)+alpha_0);cos(theta_1(2)+alpha_0);cos(theta_1(3)+alp ha_0)];</p><p><b>　　% 求解線(xiàn)性方程組</b></p><p><b>　　p=A\B;</b></

64、p><p>　　% 計(jì)算相對(duì)桿長(zhǎng)l,m,n</p><p>　　p0=p(1);p1=p(2);p2=p(3);</p><p><b>　　m=p0;</b></p><p><b>　　n=-m/p1;</b></p><p>　　l=sqrt(m*m+n*n+1-p2*2*

65、n);</p><p><b>　　End</b></p><p><b>　　3.4 運(yùn)算結(jié)果</b></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本文采用解析法，就鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了一些數(shù)學(xué)處理，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，用 MATLAB 語(yǔ)言編

66、寫(xiě)算法和繪圖程序。充分高效的利用不同軟件平臺(tái)各自的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必能有效的縮短開(kāi)發(fā)周期，提高系統(tǒng)性能，這無(wú)疑對(duì)專(zhuān)業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)具有重要意義?！菊n題主要涉及的內(nèi)容為MATLAB軟件編程應(yīng)用技術(shù)、面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)技術(shù)、MATLAB與前臺(tái)數(shù)據(jù)接口技術(shù)等。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)綜合已經(jīng)有比較成熟的方法和理論，采用了MATLAB編程，充分發(fā)揮了MATLAB在數(shù)值處理和圖形顯示方面的優(yōu)勢(shì)。編制的程序具有通用性好、界面友好的特點(diǎn)。用戶(hù)不用具備非常深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，只

67、需輸入基本模型參數(shù)，程序就能對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析本文對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)綜合的計(jì)算理論、計(jì)算方法進(jìn)行了描述，對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算軟件MATLAB的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，給出了應(yīng)用 MATLAB求解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)綜合的計(jì)算步驟、程序框圖以及最終軟件，展示這種應(yīng)用給工程計(jì)算和設(shè)計(jì)帶來(lái)的諸多益處。</p><p>　　經(jīng)過(guò)為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，使我不僅對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖法加深了理解，同時(shí)也學(xué)習(xí)了解析法的相關(guān)方

68、面的知識(shí)。這次，程序編程并沒(méi)有運(yùn)用以前學(xué)習(xí)的c語(yǔ)言，而是運(yùn)用了新學(xué)的軟件MATLAB。在這有限的時(shí)間里，通過(guò)查閱圖書(shū)館資料，網(wǎng)上觀(guān)看視頻，我對(duì)MATLAB各方面的功能及用途有了一次新的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展了我的視野，加強(qiáng)了我的自學(xué)能力，教會(huì)我如何將大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的東西合理地運(yùn)用到社會(huì)實(shí)踐上來(lái)，做到理論聯(lián)系實(shí)際，為我以后在工作學(xué)習(xí)中做了一次很好的鋪墊。在這里，要衷心感謝王老師對(duì)于我課程設(shè)計(jì)方面的幫助，是他詳細(xì)地指導(dǎo)我各方面的知識(shí)，才能使這次課程設(shè)計(jì)

69、圓滿(mǎn)的完成，同時(shí)，也感謝同學(xué)們對(duì)于我在新學(xué)的軟件MATLAB各方面的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]郭蓉.平面連桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué) 研究生院，2005:1一3.</p><p>　　[2]賀賢貴，徐振華.機(jī)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社，

70、1984.1-7.</p><p>　　[3]唐家瑋，馬喜川.平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出 版社，1995.22一24.</p><p>　　[4]鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理.北京:高等教育出版社,1997,7.</p><p>　　[5]張德豐.MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.</p>