基于MATLAB的双摇杆机构运动分析与仿真.docx
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基于MATLAB的双摇杆机构运动分析与仿真
本科生毕业设计
基于MATLAB的双摇杆机构运动分析与仿真
BasedontheMATLABdoublerockerorganizationmovementanalysisandsimulation
基于MATLAB/SIMULINK的双摇杆机构运动学分析与仿真
邹凯旋
云南农业大学工程技术学院，昆明黑龙潭650201
摘要
平面连杆机构的应用十分普遍，它的分析及设计一直是机构学研究的一个重要课题。
MATLAB的Simulink是一个对动态系统建模和仿真分析的软件包，为信号与系统仿真实验提供了专门好的平台。
借助其壮大的模拟仿真分析功能能够方便的实现机构性能分析和动态仿真，降低分析的难度，有效提高设计工作效率、产品开发质量、降低开发本钱。
本设计课题以MATLAB的simulink\simMechanics动态模拟仿真工具为平台，对双摇杆机构进行运动分析。
结果说明该仿真方式能方便、准确的取得机构的运动、动力数据，能为机构的选择、优化设计提供参考依据。
应用此工具可专门好地对机械系统的各类运动进行分析，构造出平面连杆机构的数学模型。
通过对此数学模型分析，分离出可独立求解的机构模型，并用相应的机构分析方式对它进行求解，成立了平面连杆机构运动学分析专家系统。
系统可完成部份平面连杆机构的运动学分析及动画仿真，从而为机械系统的建仿照真提供一个壮大而方便的工具。
关键词：
连杆机构；动态仿真；SimMechanics；数学模型
BasedontheMATLABdoublerockerorganizationmovementanalysisandsimulation
Zoukaixuan
FacultyofEngineeringandTechnologyYunanAgriculturalUniversity，HeilongtanKunming650201
ABSTRACT
Planarlinkagemechanismusedwidely,itsanalysisanddesignofthestudyofinstitutionshasbeenanimportantsubject.MATLABSimulinkisadynamicsystemmodelingandsimulationsoftwarepackage,forsignalandsystemsimulationresultsprovideagoodplatform.Withitspowerfulsimulationanalysisfunctionisrealizedtheperformanceanalysisandthedynamicsimulationinstitutions,reducethedifficultiesofanalysis,effectivelyimprovethedesignworkefficiencyandproductdevelopmentquality,reducedevelopmentcosts.ThisdesigntasktoMATLABsimulink\simMechanicsdynamicsimulationtoolsastheplatform,onthedoublerockerorganizationmotionanalysis.Theresultsshowthatthesimulationmethodcanconveniently,accuratelytogetthekinematicanddynamicdataorganization,forthechoiceofinstitutions,optimumdesigntoprovidethereference.Thistoolcanapplicationismechanicalsystemanalysisofallkindsofsports,constructedthemathematicalmodeloftheplanarlinkagemechanism.Throughmathematicalmodeltoanalysis,separatingoutcanbeindependentofsolvingmechanismmodel,andthecorrespondinginstitutionsanalysismethodtosolveit,aplanarlinkagemechanismkinematicanalysisoftheexpertsystem.Systemcanfinishpartofplanarlinkagemechanismkinematicanalysisandanimatedsimulation,thusformechanicalsystemmodelingsimulationprovideastrongandconvenienttool.
Keywords:
linkage；DynamicSimulation；SimMechanics；mathematicalmodel
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT………………………………………………………………………Ⅱ
目录…………………………………………………………………………………Ⅳ
图目录………………………………………………………………………………Ⅴ
公式目录……………………………………………………………………………Ⅴ
前言…………………………………………………………………………………1
一、概述……………………………………………………………………………1
1.双摇杆机构的相关知识……………………………………………………….1
2.双摇杆机构的运动学分析传统方式………………………………………….1
3.用软件进行机构运动学分析的现状和趋势………………………………….2
4.利用MATLAB/SIMULINK的优势…………………………………………..2
5.MATLAB/SIMLINK的特点…………………………………………………3
二、设计任务分析………………………………………………………………....3
1.设计内容和任务…………………………………………………………...…..3
2.实现技术线路……………………………………………………………….....4
3.关键问题和难点分析……………………………………………………...…..5
三、程序设计与实现………………………………………………………...….…5
1.系统组成…………………………………………………………………....….6
2.程序设计与实现……………………………………………………………….6
3.基于运动学的模型成立……………………………………………………….7
4.参数化设计…………………………………………………………………….9
5.仿真结果……………………………………………………………………….14
四、设计结果分析…………………………………………………………………15
1.软件的利用方式……………………………………………………………….15
2.存在的缺点和尔后改良的方向……………………………………………….16
五、设计心得………………………………………………………………………16
参考文献………………………………………………………………………18致谢…………………………………………………………………………………19
图目录
图1-1双摇杆机构…………………………………………………………………1
图1-2鹤式起重机…………………………………………………………………1
图2-1实现的流程图…………………………………………………………………5
图2-2双摇杆机构运动简图……………………………………………………5
图3-1Simulink界面…………………………………………………………6
图3-2newmodel……………………………………………………………………7
图3-3SimMechanics………………………………………………………………7
图3-4bodies………………………………………………………………………7
图3-5Joints………………………………………………………………………8
图3-6SensorsActuators…………………………………………………………8
图3-7双摇杆机构仿真模型图……………………………………………………9
图3-8Ground模块………………………………………………………………9
图3-9evolute模块………………………………………………………………10
图3-10bodyAB模块…………………………………………………………………10
图3-11bodyBC模块…………………………………………………………………11
图3-12bodyCD模块…………………………………………………………………11
图3-13JointSeneor模块………………………………………………………12
图3-14JointInitialCondition模块……………………………………………12
图3-15Scope模块…………………………………………………………………12
图3-16机械环境模块………………………………………………………………13
图3-17命令窗口参数输入………………………………………………………14
图3-18仿真结果的动画显示………………………………………………………14
图3-19位置图、速度图、加速度图…………………………………………………15
一、概述
在双摇杆机构中，两摇杆都可作主动件。
当主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇杆往复摆动。
双摇杆机构普遍运用于各类机构中，如飞机起落架，风扇摇摆机构，起重架机构，车辆前轮转向机构等。
图1-1即为一种双摇杆机构；图1-2为双摇杆机构在鹤式起重机当中的应用。
图1-1双摇杆机构图1-2鹤式起重机
2.双摇杆机构运动学分析传统方式
双摇杆机构的运动分析是研究机构性能的重要手腕，不管是设计新机械仍是合理地利用现有的机械，正确而快捷的分析都是十分必要的。
机构运动分析的任务是在已知机构尺寸及原动件运动规律的情形下，确信机构中其他构件上某些点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。
这些内容，不管是对设计新机构，仍是解决现有机械的运动性能，都是十分必要的，是研究机械运动性能的必要前提。
传统的机构分析方式有图解法和解析法，图解法包括瞬心法和运动分析法，图解法形象直观，但精度不高，难以求解复杂机构。
解析法是通过已知参数求解未知参数，以往大多程序都采纳结构化编程，不同的机构需要编制不同的程序，应用超级有限。
瞬心法优势:
速度分析比较简单。
瞬心法缺点：
不适用多杆机构；如瞬心点落在纸外，求解不便；速度瞬心法只限于对速度进行分析，不能分析机构的加速度；精度不高。
图解法因其作图、计算工作量大、精度差的缺点，在实际工程设
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