基于MATLAB的平面四连杆机构的解析设计方法
基于matlab的四杆机构运动分析
基于matlab的四杆机构运动分析一、四杆机构基本概念四杆机构是一种通过变换连杆长度，改变机构运动形态的机械系统。
四杆机构通常由固定连杆、推动连杆、连接杆和工作连杆四个连杆组成，其中固定连杆和推动连杆固定不动，连接杆和工作连杆则沿固定轴线的方向做平动或旋转运动。
四杆机构的基本构造如下图所示：四杆机构的四个连杆的长度和构造参数，以及驱动机构的运动决定了机构的运动特性。
在进行四杆机构运动分析时，需要通过求解运动学关系式和动力学方程，得到连杆的运动规律和力学特性。
二、四杆机构运动学分析1.运动学基本方程四杆机构的运动学分析基本方程是连杆长度变化的定理，即:l₁²+l₂²-2l₁l₂cosθ₂=l₃²+l₄²-2l₃l₄cosθ₄其中，l₁，l₂分别为固定连杆和推动连杆长度；l₃，l₄分别为连接杆和工作连杆长度；θ₂，θ₄分别为推动连杆和工作连杆的夹角。
2.运动学求解方法根据四杆机构运动学基本方程，可以求解机构中任意连杆的角度和位置，从而分析机构运动规律。
在matlab程序中，运动分析可以采用分析法或图解法。
分析法通常采用向量法或坐标法，即将四杆机构中各连杆和运动副的运动量表示为向量或坐标，然后根据连杆长度变化的定理，求解四个未知角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄。
图解法则先通过画图确定机构的运动规律，在图上求解连杆的角度。
比如可以采用伯格（Bourgeois）图法或恰普利恩（Chaplygin）图法等。
四杆机构动力学分析基本方程包括平衡方程和力平衡方程。
平衡方程：当四杆机构处于平衡状态时，连杆的受力关系可以表示为：ΣF=0其中ΣF为各连杆受力的合力。
ΣF=m×a其中，m为每个连杆的质量，a为连杆的加速度。
四杆机构动力学求解方法以matlab为工具，可借助matlab的求解器完成求解。
具体可以利用matlab的优化工具箱、控制工具箱和系统动态学工具箱等，来实现机构模型的动态模拟、仿真和优化设计。
基于matlab的连杆机构设计
基于maｔlａｂ的连杆机构设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：目录１平面连杆机构的运动分析 (1)1．2 机构的工作原理 (1)1.３机构的数学模型的建立 (1)1.３.1建立机构的闭环矢量位置方程．.....．.......．...．....．...．..．．．..．....．...．．．...．１1.3.２求解方法..．..．..．.．..................．．...．........．....．...．．．..．．.．..．..．．．2２基于MATLAB程序设计 (4)2.1 程序流程图 (4)2．2 M文件编写 (6)２.３程序运行结果输出 (7)3 基于MATLAB图形界面设计 (11)3.1界面设计……………………………………………………………………………………………１13.2代码设计……………………………………………………………………………………………１24 小结 (17)参考文献 (18)1平面连杆机构的运动分析１.1 机构运动分析的任务、目的和方法曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。
对四杆机构进行运动分析的意义是:在机构尺寸参数已知的情况下,假定主动件（曲柄)做匀速转动，撇开力的作用,仅从运动几何关系上分析从动件（连杆、摇杆)的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。
还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。
上述这些内容,无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能,都是十分必要的,而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。
机构运动分析的方法很多,主要有图解法和解析法。
当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。
基于matlab的平面连杆机构优化设计
基于matlab的平面连杆机构优化设计
基于Matlab的平面连杆机构优化设计是指利用Matlab软件平台，对平面连杆机构进行优化设计的过程。
平面连杆机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于各种机械系统中，如机械手、凸轮机构等。
优化设计是指通过数学建模、计算和分析，寻求满足一定性能要求的最优设计方案。
在基于Matlab的平面连杆机构优化设计中，通常需要建立机构的数学模型，包括几何模型和运动学模型。
几何模型描述机构的几何形状和尺寸，而运动学模型则描述机构的位置、速度和加速度等运动参数。
然后，利用Matlab 进行数值计算和分析，以确定最优的设计参数。
具体来说，基于Matlab的平面连杆机构优化设计可以分为以下几个步骤：1.建立数学模型：根据实际问题，建立平面连杆机构的几何模型和运动学模
型，将实际问题转化为数学问题。
2.定义优化目标：根据设计要求，定义优化目标函数，如最小化某个性能参
数、最大程度满足某个约束条件等。
3.确定设计变量：选择影响优化目标的主要参数作为设计变量，如连杆长度、
角度等。
4.约束条件：根据实际应用需求和机构运动特性，定义约束条件，如角度范
围、位移范围等。
5.求解优化问题：利用Matlab的优化工具箱进行数值计算，求解优化问题，
得到最优设计方案。
6.结果分析和验证：对优化结果进行分析和验证，确保最优设计方案的有效
性和可行性。
总之，基于Matlab的平面连杆机构优化设计是一种通过数学建模和数值计算来寻求最优设计方案的方法。
它可以帮助设计师快速找到满足性能要求的设计方案，提高设计效率和产品质量。
基于MATLAB的四连杆机构运动分析
Abstract: In or der t o supply SD cards for low end embedded pr oducts, this paper pr esent s a design based on t he A RM 7 pr o cessor S 3C 44B 0X and taking W 86L 388D contr ol chip o f SD card as the co re . In this pa per , the har dw ar e circuit has been designed and the SD car d contr ol agr eement has been analy zed, the cor r esponding soft war e desig n metho d has been g iv en, and the dr iver pr og ra m has been co mpiled . F inally , the v iability of this pr oject has been analy zed thr ough actual testing . Key words: embedded systems; S3C44B0X; SD card; W 86L 388D
Design of SD Card Control System Based on ARM7
ZHANG Yu, ZHANG Yun-sheng, WANG Jian-ping
( Facult y of Inf or mat ion Engin eer ing and A ut omation , Ku nming U niversit y of Science and T echnol og y, K u nming 650051, China)
基于MATLAB的平面四连杆机构优化设计
基于 MATLAB 的四连杆机构的优化设计
陈伟斌
（汕头大学，工学院）
[摘要] 对平面四连杆机构进行数学建模，要求实现预期的传递函数运动轨迹。利用 MATLAB 强大的运算功能，快速精确地计 算出优化结果。再利用 MATLAB 编写程序检验得出的运动轨迹是否达到期望目标。 [关键词] 连杆、轨迹、优化设计、MATLAB。
Optimized design for four bar linkage mechanism of crushing machine based on MATLAB
Terry Chen (Shantou University, Engineering College)
[Abstract] Analyze the model of four bar linkage mechanism and try to satisfy the movement locus that we excepted. With the strong functions of MATLAB, we can calculate and get the best result quickly. Then write a program to simulate the movement locus of the output and examine whether it satisfy our requirement. [Key Words] Linkage, Movement locus , Optimized Design, MATLAB
l 2, l 3 两 个 独 立 变 量 。 设
l 2 x1; l 3 x 2; 可以得出本题是二维优化问题。
有志，有恒，有识，有为
基于MATLAB的平面四连杆机构运动仿真.
图2~4分别为θ4角速度、点C的速度变化曲线。
4结论
本文在复数向量坐标系中推导了四连杆机构运动方程,并应用MATLAB软件进行了连杆机构运动数值仿真。从计算结果可以看出,该方法可以方便快捷地得到连杆运动参数,能够有效提高分析效率和计算精度,可进一步推广到多连杆机构设计及优化计算中。
文章编号:1009-9492(201104-0051-02
引言
四连杆机构因其结构灵活、能够传递动力并有效地实现预定动作,在很多领域得到了广泛应用
[1]
。进行连杆机
构运动分析,传统方法主要是图解法或分析法[2]
,无论设
计精度还是设计效率都相对低下,无法满足现代机械高速高精度的要求。随着计算机技术的飞速发展,特别是以
面四杆机构[J ].机械制造, 2002,
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基于matlab的平面四连杆机构设计以及该机构的运动分析
基于matlab 的平面四连杆机构设计以及该机构的运动仿真分析摘要四连杆机构因其结构方便灵活,能够传递动力并实现多种运动形式而被广泛应用于各个领域,因此对其进行运动分析具有重要的意义。
传统的分析方法主要应用几何综合法和解析综合法,几何综合法简单直观,但是精确度较低;解析法精确度较高,但是计算工作量大。
随着计算机辅助数值解法的发展,特别是MATLAB 软件的引入,解析法已经得到了广泛的应用。
对于四连杆的运动分析，若应用MATLAB 则需要大量的编程，因此我们引入proe 软件，我们不仅可以在此软件中建立实物图，而且还可以对其进行运动仿真并对其运动分析。
在设计四连杆时，我们利用解析综合法建立数学模型，再根据数学模型在MATLAB 中编程可以求得其他杆件的长度。
针对范例中所求得的各连杆的长度，我们在proe 软件中画出其三维图（如图4）并在proe软件中进行仿真分析得出B,C的角加速度的变化，从而得到B,C两接触处所受到的力是成周期性变化的，可以看出B,C两点处极易疲劳断裂，针对B,C两点处的疲劳断裂，我们提出了在设计四连杆中的一些建议。
关键字：解析法MATLAB软件proe软件运动仿真建立用解析法设计平面四杆机构模型对于问题中所给出的连架杆AB的三个位置与连架杆CD的三个位置相对应，即三组对应位置为： f 1」2卜2,「3卜3，其中他们对应的值分别为：135 ,112 ,90 ,82 ,45 ,52，为了便于写代数式，可作出AB与CD对应的关系，其图如下：图一2 AB与CD三个位置对应的关系通过上图我们可以通过建立平面直角坐标系并利用解析法来求解，其直角坐标系图如下：图一3平面机构直角坐标系通过建立直角坐标系OXY,如上图所示，其中:0与°为AB杆与CD杆的初始角，各杆件的长度分别用矢量a，b，c，d,表示，将各矢量分别在X轴与丫轴上投影的方程为'a* cos©） +b* cos®） = d + c* cos仲）a* si n（a pH b* si n（日）=c* si n仲）在上述的方程中我们可以消除二，从而可以得到：与•之间的关系如下:2 2 2 2(a c d -b ) 2cd cos( ) = 2accos© ■■') 2abcos(v) (1)为便于化简以及matlab编程我们可以令:2丄2丄』2 ,2a +c +d -bH 1 :2acdadH3c通过将（2）式代入（1）式中则可以化简得到如下等式:H 1 H 2 cos( ) =cos(= ?) - H3cos(：) (3)我们可以通过（3）式将两连架杆对应的位置带入（3）式中, 我们可以得到如下方程：H 1H 2 cos（- •!）= cos（ \ -，!\）H3 cos（ \）H 4 H 2 COS（- 2）= COS（；：22）H 3cos（2）（4）联立（4）方程组我们可以求得H I,H2,H3，再根据（2）中的条件H1 H2 cosC 3）=cos（ 3 —3） H3COS（ 3）以及所给定的机架d的长度，我们可以求出其它杆件的长度为:j 2 2 2 b 二 a c d - 2acH 1 四连杆设计范例：在日常生活中，我们经常看到消防门总能自动关上， 其实它是利用四连杆机构与弹簧组成的。
基于matlab的平面四杆机构运动分析_毕业论文
……………………. ………………. …………………毕业论文基于MATLAB的平面四杆机构运动分析院部机械与电子工程学院装订线……………….……. …………. …………. ………摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 平面四杆机构运动分析 (2)2.1 平面四杆机构简介 (2)2.2 平面四杆机构类型分析 (3)2.3 建立平面四杆机构的数学模型 (4)2.3.1 建立平面四杆机构的封闭矢量位置方程式 (4)2.3.2 运用矢量法和矩阵法求解封闭矢量方程式 (5)2.3.3 求解过程涉及的数学、物理计算方法 (6)3 基于MATLAB 的运动分析程序设计 (7)3.1 MATLAB简介 (7)3.2 程序设计流程 (8)3.3 编写程序的M文件 (10)3.3.1编写fun函数 (10)3.3.2编写主程序 (10)3.4 程序运行输出结果 (12)4 基于MATLAB的GUI分析系统设计 (15)4.1 GUI简介 (15)4.2 GUI界面设计 (15)4.3 GUI代码编写 (16)4.3.1 Edit Text代码编写 (16)4.3.2 Pop-up Menu代码编写 (16)4.4 GUI分析系统运行效果 (17)5 结论 (18)参考文献 (20)致谢 (20)附录 (20)附录一主函数程序代码 (20)附录二popupmenu4_Callback函数下程序代码 (23)Abstract (II)1 Introduction (1)2 The analysis of motion for planar four-bar mechanism (2)2.1 Intoduction to the planar four-bar mechanism (2)2.2 Analysis for the types of planar four-bar mechanism (3)2.3 Build the mathematical model of planar four-bar mechanism (4)2.3.1 Build the closed position vector equation for planar four-bar mechanism (4)2.3.2 Apply the vector & matrix method to solve the closed vector equation (4)2.3.3 Mathematical & physical calculation method involved in the solving process (5)3 The program design for the motion analysis based on MATLAB (7)3.1 Introduction to MATLAB (7)3.2 The program design process (7)3.3 Write the M-file for program (9)3.3.1 Write the fun function (9)3.3.2 Write the main function (9)3.4 The output of running the program (11)4 The design of GUI analysis system based on MATLAB (14)4.1 Introducton to GUI (14)4.2 The interface design of GUI (14)4.3 Write the GUI code (15)4.3.1 Write the Edit Text code (15)4.3.2 Write the Pop-up Menu code (15)4.4 The running effect of the GUI analysis system (16)5 Conclusion (19)References (20)Acknowledgement (21)Appendix (22)Appendix I The main function code (22)Appendix II The popupmenu4_Callback function code (25)基于MATLAB的平面四杆机构运动分析摘要：建立以平面四杆机构为研究对象的数学模型，以MATLAB软件为载体，利用MATLAB矩阵数据分析处理功能，设计了平面四杆机构运动分析程序。
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［ ＋ ＋ ｊ
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一 ｜ ４ 一 ， Ｒ ５ ｃ ｏ ｓ （ ６ ＋ ｌ
连杆机 卡 勾Ｌ Ｉ Ｌ 吖 以分 解 成 两 个 只 含有 回 转 剐 的 铰 链 二 杆
纰， ｝ 皋 】 ｌ 所， Ｊ
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பைடு நூலகம்
（ ５ ）
消去 连架杆 尺 和尺 的初 始 幅角可 以得到 如下 疗 ：
一
、 连 杆机 卡 勾ｎ 『 以 分解 成 ・ 系列 的 一 ： 杆 组 ，对 于 四
０ 引 言
尺 ７ ＋ 尺 ２ ＋ 尺 ５ ＝ 或者 尺 ７ ＋ ２ ＋ ５ 一 ｆ ％０ ． ．
（ １ ）
ｌ 几 ｊ 连杵 机 构 下其 结 构方 便 灵 活 ，能 够 实 现 多种 运 动 彤 傲 广泛 心 用 于各 个 领 域 ，因 此 对其 进 行 设计 方 法 的研 究 ，特 圳足 根据 精 确 位 置来 确 定连 杆 机 构 的各 个
・
个化 置 ， 这 个 欠 垃 四边 形 都满 足 矢量 法 则 ， 即：
［ 参考文献 ］
［ ４］ 赵海 峰 ， 蒋迪 ． ＡＮ Ｓ Ｙ ｓ ８ ． ０］ 程结 构实例 分析… 一Ｅ 京． Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 目铁
道 出 版｝ ｛ ： ， ２ ０ ０ ４ ．
（ 编 辑 立 明 ）
是尺 、 尺， … Ａ Ａ 和 ， 未知 数足 ５个 ， 至少 需要 ５个厅
才能 有 确定 的解 ，所 以此方 程 最 多 只能确 定 ５ 个 精确 化
Ｃ
图 １
钳矢 ｊ ｛ ｛ ＝ 的 理 ，在 定 的 参 考半 面 内取 任 总坐 标系Ｘ Ｏ ｝ ， 作ｆ ｛ Ｊ 朴 组 的欠 鲢 ｌ 矧， 并规定各 个矢量 的 力 ‘ 向（ 『 Ｊ 『 以 仃意 ） 那 么 这个 二朴组 运 动 的时 候 ， 除了 尺 足定 矢 髓 ， 其他 矢 艟都 红 发 生变 化 ， 但 是不 管 Ｐ点 在任 何
尺 相 对 于初 始位 置 的相 对转 角
△ ， ＝ 一 ｃ ，
ｆ Ｉ Ｊ 』 【 皋 】 解 没 汁法 。 这 种 厅法 简 直 观 ， 但是精度低 ， 而 精 度
ｆ 述可知：
（ ２）
较高的综合 没汁法 ！ Ｊ ！ ｌ Ｊ 需要大量的汁算 。 ｘ ／ ， ． Ｃ Ｌ ， 本文提｝ ｛ Ｊ 利
题， 许 盯轻 松地 实 现 ｉ ｆ ‘ 算 结构 的可视 化 效 果 。
ｌ 机 构 设 计 的数 学模 型
△占 － － ６ ０ 。
（ ３）
将 卜 述 矢量 方 程 分 别 向 轴 和 ｌ ， 轴投影 ， ｆ 以得 到
两 个方 程式 ：
Ａ。 ＋ 尺２ Ｃ Ｏ Ｓ （ ０ ＋△ ） ＋ ５ ０ ｓ （ ６ ＋ △６ ， ） 一 ＝ ０， （ ４）
圃固四回国哩
仿真 ， 建罐 Ｉ Ｃ ＡＤ Ｉ Ｃ ＡＭＩ Ｃ ＡＥ Ｉ Ｃ ＡＰ Ｐ
Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 的 平 面 四 连 杆 机 构 的 解 析 设 计 方 法
贝 天 宝 。 林 兴 发
（ 宁波 技 师学 院 船 舶 技 术 系 ， 浙江 宁波 ３ １ ５ ０ ３ ２ ）
摘
Ｉ １ ｊ 罗刨 幅． Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂ ａ ｓ ｉ Ｃ － 程序设 计实用 教程［ Ｍ］ ． 北京 ： 清华大 学
版｝ ｌ ： ， ２ ０ ０ ４ ．
： ２ Ｊ
强聪． Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂ ａ ｓ ｉ ｛ － 程序 没汁 开发案 例教程 ［ Ｍ Ｊ — Ｅ 京： 清华
川 计算 饥辅 助 软 件 Ｍ Ａ Ｔ １ Ａ Ｂ来 求 解 四 连 杆 精 确 位 置 控 制的 种算 法 ？ＭＡ Ｆ Ｉ Ａ Ｂ是 一套 功 能 十分 强 大 的科 学 计 钎 ＝ 软件 ． 做广 泛心 川 于机 械 设 计 、 自动 控 制 等 Ｊ 程领域。 姒 夫 的 阵 科学 运 算 能 力可 以高效 求 解 复 杂 的 Ｔ 程 问
要： 建立了某平面连杆机构的数学模型， 并采用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ来求解四连杆精确位置控制， 运算结果和最终的图解验
算都能满足设计要求。 关键词 ： 四连杆机构 ； 建模 ； ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ
中图分类号： Ｔ Ｈ １ １ ２
文献标志码 ： Ａ
文章编号： １ Ｏ ０ ２ — ２ ３ ３ ３ （ ２ ０ １ ４） ０ ５ — ０ １ ４ ９ — ０ ２
参数 荷 为蓖 婴的 意 义 、传统 的 没计 方 法 主要 是用 几
其中 。 表示连架杆 月 ： 的初 始 幅 角 ； ． 表／ Ｊ 尺 在 第 二个 位置 的 幅 角 ； 表示 Ｒ ： 的第 ｉ 个化 置 的 幅角 ． △ 表 示 在 第 ｉ 个 位 置 相 对 于初 始位 置 的 相 埘 ‘ 转角 ； 表， Ｊ 尺 的初 始 幅 角 ； ６ 表示 尺 在第 ｉ 个位置的幅角． △ 占表爪
人 ： ｍ版礼 ， ２ ０ ０ ４ ．
作者 简介 ： 伍 晓红 （ １ ９ ６ ５ 一） ， 女， 高级讲师 ， 硕士 ． 从事机械 类教学
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ４ — ０ ４
５ ｃ ｏ ｓ （ ６ ０ ＋ ） 一 ， ） Ｒ５ ｓ ｉ ｎ （ （ １ ＋ △ ） ＋ Ｒ ｓ ｉ ｎ （ ｌ ｌ ＋ （ ６）
其中ｉ ＝ １ ， ２ ， ３ …ｎ ， ｝ 式 可 以看 ｍ ， 当 多个 确 定 的化 置 Ｐ 点 定 的 时候 ， 式 中的 ， Ｊ １ 、 和△ ６ ， 足已 的、 而 待求 参 数