1714_RRR平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真1

1714_RRR平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真1,_rrr,平面,連桿機構(gòu),動態(tài),仿真 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 RRR 平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化班 級 學(xué) 號 078105110學(xué) 生 姓 名 黎寶龍指 導(dǎo) 教 師 朱保利填 表 日 期 2011 年 03 月 08 日 一、選題的依據(jù)及意義：平面連桿機構(gòu)是許多構(gòu)建用低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接組成的平面機構(gòu)。低副是面接觸，耐磨損；加上轉(zhuǎn)動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機構(gòu)在各種機械和儀器中獲得廣泛應(yīng)用。連桿機構(gòu)的缺點是：低副中存在間隙，數(shù)目較多的低副會引起運動累積誤差；而且它的設(shè)計比較復(fù)雜，不易精確地實現(xiàn)復(fù)雜地運動規(guī)律。機構(gòu)的從動系統(tǒng)一般還可以進一步分解成若干個不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合，這種組合稱為基本桿組，簡稱為桿組。MATLAB 被稱為三大數(shù)學(xué)軟件之一。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點,使 MATLAB 成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多。所以采用 MALAB 來對平面連桿機構(gòu)進行動態(tài)仿真。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：國內(nèi)外研究概況：機構(gòu)學(xué)是著重研究機械中機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動等問題的學(xué)科，是機械原理的主要分支。研究各種機械中有關(guān)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運動和受力等共性問題的一門學(xué)科。研究內(nèi)容分兩個方面：第一是對已有機構(gòu)的研究，即機構(gòu)分析（結(jié)構(gòu)分析，運動分析和動力分析） ；第二是按要求設(shè)計新的機構(gòu)，即機構(gòu)綜合（結(jié)構(gòu)綜合，運動綜合和動力綜合） 。傳統(tǒng)的機構(gòu)學(xué)把機構(gòu)的運動(例如旋螺母的運動)看作只與其幾何約束方式有關(guān),而與受力、質(zhì)量和時間等無關(guān)。這樣，在 19 世紀中葉,機構(gòu)學(xué)就從一般力學(xué)中獨立出來，并日益發(fā)展。機構(gòu)學(xué)的研究內(nèi)容是對各種常用機構(gòu)如連桿機構(gòu)（見平面連桿機構(gòu)和空間連桿機構(gòu)） 、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)(見齒輪傳動)、差動機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、直線運動機構(gòu)、螺旋機構(gòu)(見螺旋傳動)和方向機構(gòu)等的結(jié)構(gòu)和運動，以及這些機構(gòu)的共性問題，在理論上和方法上進行機構(gòu)分析和機構(gòu)綜合。 機構(gòu)分析包括結(jié)構(gòu)分析和運動分析兩部分。前者研究機構(gòu)的組成并判定其運動可能性和確定性；后者考察機構(gòu)在運動中位移、速度和加速度的變化規(guī)律，從而確定其運動特性。掌握機構(gòu)分析的方法對于如何合理使用機器、驗證機械設(shè)計是否完善等是必不可少的，所以機構(gòu)分析也是機構(gòu)綜合的基礎(chǔ)。但是綜合有時不存在唯一解，因而機構(gòu)分析和綜合往往是不可逆的。 設(shè)計新機器時,先要考慮兩個問題：一是為了完成某一工藝或生產(chǎn)要求采取什么運動,這屬于專業(yè)問題;二是采用什么機構(gòu)來實現(xiàn)這種運動，這是機構(gòu)綜合問題。所謂機構(gòu)綜合就是根據(jù)要求實現(xiàn)的運動選定機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型,確定機構(gòu)的幾何尺寸,亦即進行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合和運動綜合,然后畫出能夠?qū)崿F(xiàn)所求運動的機構(gòu)運動簡圖。對于高速或高精度的機構(gòu)，為更好地符合實際情況，還應(yīng)考慮構(gòu)件彈性和運動副間隙等實際因素的動力分析和動力綜合。 MATLAB 名字由 MATrix 和 LABoratory 兩詞的前三個字母組合而成。那是20 世紀七十年代后期的事：時任美國新墨西哥大學(xué)計算機科學(xué)系主任的 Cleve Moler 教授出于減輕學(xué)生編程負擔的動機，為學(xué)生設(shè)計了一組調(diào)用 LINPACK 和EISPACK 庫程序的“通俗易用”的接口，此即用 FORTRAN 編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。經(jīng)幾年的校際流傳，在 Little 的推動下，由 Little、Moler、Steve Bangert 合作，于 1984 年成立了 MathWorks 公司，并把 MATLAB 正式推向市場。從這時起，MATLAB 的內(nèi)核采用 C 語言編寫，而且除原有的數(shù)值計算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。MATLAB 以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國的 UMIST，瑞典的 LUND 和SIMNON，德國的 KEDDC）紛紛淘汰，而改以 MATLAB 為平臺加以重建。在時間進入 20 世紀九十年代的時候，MATLAB 已經(jīng)成為國際控制界公認的標準計算軟件。到九十年代初期，在國際上 30 幾個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，MATLAB 在數(shù)值計算方面獨占鰲頭，而 Mathematica 和 Maple 則分居符號計算軟件的前兩名。Mathcad 因其提供計算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受中學(xué)生歡迎。MathWorks 公司于 1993 年推出 MATLAB4.0 版本，從此告別 DOS 版。4.x 版在繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計算和圖形可視能力的同時，出現(xiàn)了以下幾個重要變化：（1）推出了 SIMULINK。這是一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設(shè)的非線性因素、隨機因素，從而大大提高了人們對非線性、隨機動態(tài)系統(tǒng)的認知能力。（2）開發(fā)了與外部進行直接數(shù)據(jù)交換的組件，打通了 MATLAB 進行實時數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開發(fā)的道路。 （3）推出了符號計算工具包。1993 年 MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得 Maple 的使用權(quán)，以 Maple 為“引擎”開發(fā)了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks 公司此舉加快結(jié)束了國際上數(shù)值計算、符號計算孰優(yōu)孰劣的長期爭論，促成了兩種計算的互補發(fā)展新時代。 （4）構(gòu)作了 Notebook 。MathWorks 公司瞄準應(yīng)用范圍最廣的 Word ，運用 DDE 和 OLE，實現(xiàn)了 MATLAB 與 Word 的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融科學(xué)計算、圖形可視、文字處理于一體的高水準環(huán)境。1997 年仲春，MATLAB5.0 版問世，緊接著是 5.1、5.2，以及和 1999 年春的 5.3 版。與 4.x 相比，現(xiàn)今的 MATLAB 擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο蟆⒏涌焖倬嫉膱D形可視、更廣博的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開發(fā)工具。 （關(guān)于 MATLAB5.x 的特點下節(jié)將作更詳細的介紹。 ）誠然，到 1999 年底，Mathematica 也已經(jīng)升到 4.0 版，它特別加強了以前欠缺的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力。Mathcad 也趕在 2000 年到來之前推出了 Mathcad 2000 ，它購買了 Maple 內(nèi)核和庫的部分使用權(quán)，打通了與 MATLAB 的接口，從而把其數(shù)學(xué)計算能力提高到專業(yè)層次。但是，就影響而言，至今仍然沒有一個別的計算軟件可與 MATLAB 匹敵。MATLAB 是當前數(shù)值計算方面應(yīng)用地非常廣泛的一種計算機軟件。該軟件具有一下幾個特點：（1）該軟件語言接近自然語言，極易入門．有其他程序設(shè)計語言基礎(chǔ)的人士學(xué)起來則更為容易；（2）該軟件提供了大量的內(nèi)部函數(shù)．這使得其在使用中非常方便．再則，日益龐大的 toolbox 使得該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛；（3）該軟件語言以向量、矩陣為著眼點，這使得它特別適宜于數(shù)值分析；（4）繪圖功能強大。由于上述原因，MATLAB 在世界范圍內(nèi)很是流行，特別是在工程計算領(lǐng)域．近年來越來越多的國人也喜愛上了這一套軟件．MATLAB 的 toolbox 中也含有概率統(tǒng)計方面的庫函數(shù)．概率方面的庫函數(shù)主要有各種常見分布的分布函數(shù)、概率密度、分布率以及生成服從各種分布隨機數(shù)的函數(shù)．統(tǒng)計方面的庫函數(shù)含蓋了簡單隨機樣本下常見的參數(shù)估計（點估計、區(qū)間估計） ，假設(shè)檢驗．此外還含有大量涉及實驗設(shè)計、線性回歸、非線性回歸等方面的庫函數(shù)．發(fā)展趨勢：在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把 MATLAB 作為內(nèi)容。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志。在那里，MATLAB是攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。在國際學(xué)術(shù)界，MATLAB 已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學(xué)計算標準軟件。在許多國際一流學(xué)術(shù)刊物上， （尤其是信息科學(xué)刊物） ，都可以看到 MATLAB 的應(yīng)用在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB 被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國 National Instruments 公司信號測量、分析軟件LabVIEW，Cadence 公司信號和通信分析設(shè)計軟件 SPW 等，或者直接建筑在MATLAB 之上，或者以 MATLAB 為主要支撐。又如 HP 公司的 VXI 硬件，TM 公司的DSP，Gage 公司的各種硬卡、儀器等都接受 MATLAB 的支持。MATLAB 有著強大的功能和提供了豐富的資源，而將機械原理中的片面連桿機構(gòu)有關(guān)運動學(xué)和動力學(xué)模型放到 Simulink 進行仿真方面的研究在國內(nèi)還是比較少，而這方面的文獻在國內(nèi)更是不多。所以基于 MATLAB/Simulink 的平面連桿機構(gòu)動態(tài)仿真將必將有力地促進機電產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計和開發(fā)，并在高科技發(fā)展進程中發(fā)揮重要作用三、研究內(nèi)容及實驗方案：研究內(nèi)容：1、外文翻譯；2、MATLAB 軟件的使用；3、平面連桿機構(gòu)的組成原理；4、RRRII 級桿組 MATLAB 運動學(xué)仿真模塊；5、RRRII 級桿組 MATLAB 動力學(xué)仿真模塊；6、RRR 四桿機構(gòu)和 RRR-RRR 六桿機構(gòu)的設(shè)計；7、RRR 四桿機構(gòu)和 RRR-RRR 六桿機構(gòu)的運動學(xué)仿真；8、RRR 四桿機構(gòu)和 RRR-RRR 六桿機構(gòu)的動力學(xué)仿真。設(shè)計方案：1、 收集有關(guān)資料、寫開題報告；2、 翻譯外文資料；3、 熟悉 MATLAB 軟件；4、 學(xué)習(xí) RRRII 級桿組 MATLAB 運動學(xué)和動力學(xué)仿真；5、 設(shè)計一個 RRR 四桿機構(gòu)和一個 RRR-RRR 六桿機構(gòu)；6、 畫出所設(shè)計的機構(gòu)連桿圖；7、 RRR 四桿機構(gòu)和 RRR-RRR 六桿機構(gòu)的動態(tài)仿真；8、 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。四、目標、主要特色及工作進度1、目標： 設(shè)計一個 RRR 四桿機構(gòu)和一個 RRR-RRR 六桿機構(gòu)，并采用MATLAB 軟件進行連桿機構(gòu)的運動仿真。2、主要特色：1） 、平面連桿機構(gòu)耐磨損，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。2） 、MATLAB 軟件語言接近自然語言，極易入門；該軟件提供了大量的內(nèi)部函數(shù)．這使得其在使用中非常方便；軟件語言以向量、矩陣為著眼點，這使得它特別適宜于數(shù)值分析；繪圖功能強大。3、工作進度：1） 、收集資料、開題報告、外文翻譯（6000 字符以上） 2.16-3.082） 、熟悉 MATLAB 軟件 3.09-3.223） 、Ⅱ級桿組運動學(xué)和動力學(xué)仿真模塊 3.23-4.184） 、機構(gòu)的運動學(xué)仿真 4.18-4.285） 、機構(gòu)的動力學(xué)仿真 4.28-5.246） 、撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 5.25-6.12五、參考文獻1、孫桓，陳作模主編.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.12；2、曲秀全主編.基于 MATLAB/Simulink 平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.4；3、邱曉林主編. 基于 MATLAB 的動態(tài)模型與系統(tǒng)仿真工具 . 西安：西安交通大學(xué)出版社，2003.10；4、張策主編. 機械動力學(xué). 北京：高等教育出版社，2000；5、Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Educat-ion Press, 2001.7。