机械运动参数测定
实验十一_机构运动参数测试
实验十一机构运动参数测试一、概述本实验的实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动系统，即：曲柄滑块机构、导杆机构、平底直动从动件凸轮机构和滚子直动从动件凸轮机构。
而每一种机构的某一些参数，如曲柄长度、连杆长度、滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整，学生通过拆装及调整可加深对机械结构本身特点的了解，对参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识。
二、实验目的（1）通过实验、了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法；（2）通过实验，初步了解“QTD-Ⅲ型组合机构实验台”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法；（3）通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析其原因，增加对速度特别是加速度的感性认识；（4）比较曲柄滑块机构与导杆机构的性能差别；（5）检测凸轮直动从动件的运动规律；（6）比较不同凸轮廓线或接触副对从动件运动规律的影响。
三、实验设备（1）实验机构：曲柄滑块导杆凸轮组合机构(2) QTD-Ⅲ型组合机构实验仪（单片机控制系统）；(3) 打印机；(4)个人电脑一台；(5)光电脉冲编码器；(6)同步脉冲发生器（或称角度传感器）。
四、实验台结构和工作原理1．实验机构本实验配套的为曲柄滑块机构及导杆机构和凸轮机构，其原动力采用直流调速电机，电机转速可在0－3000r/min范围作无级调速。
经蜗杆蜗轮减速器减速,机构的曲柄转速为0－100r/min。
利用往复运动的滑块推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后将可得到滑块的位移、速度及加速度。
图11-1(a)为曲柄滑块机构的结构形式，图11-1(b)为导杆机构的结构形式，图11-1（c）(d)是凸轮机构的结构形式。
后者是前者经过简便的改装而得到的，在本实验机构中已配有改装所必备的零件。
图11-1（a） 曲柄滑块机构 图11-1(b) 导杆机构图11-1（c）平底直动从动件凸轮机构 图11-1（d）滚子直动从动件凸轮机构在图11-1中，1.同步脉冲发生器；2.蜗轮减速器；3.曲柄；4.连杆；5.电机；6.滑块；7.齿轮；8.光电脉冲编码器；9.导块；10.导杆;11 凸轮；12 平底直动从动件；13 恢复弹簧；14 滚子直动从动件；15 光栅盘2．QTD-Ⅲ型组合机构实验仪此实验仪的外形结构如图11-2所示，图11-2(a)为正面结构，图11-2(b)为背面结构。
实验四机构运动参数测试
实验四机构运动参数测试一、实验目的1.通过运动参数测试实验，掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如位移、速度和加速度（包括角位移、角速度和角加速度）的实验测试方法；2.通过利用传感器、工控机等先进的实验技术手段进行实验操作，训练掌握现代化的实验测试手段和方法，增强工程实践能力；3.掌握原动件运动规律不变，改变机构各构件尺寸，从动件运动参数的测量方法;4.通过进行实验结果与理论数据的比较，分析误差产生的原因，增强工程意识，树立正确的设计理念。
二、实验装置1.实验装置的组成实验装置系统框图如图1所示，它由以下几部分组成。
图12.实验装置的特点该实验以培养学生的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标。
打破了传统的演示性、验证性、单一性实验的模式，建立了新型的设计型、搭接型、综合性的实验模式。
本实验提供多种搭接设备，学生可根据功能要求，自己进行方案设计，并将自己设计的方案亲手组装成实物模型。
形象直观，安装调整简捷，并可随时改进设计方案，从而培养学生的创造性和正确的设计理念。
3.实验装置的功用实验中，可组合出：①曲柄滑块；②双曲柄；③摆动导杆；④曲柄摇杆；⑤滑块为输出构件的简单的平面六杆机构（组合机构）；⑥直动导杆凸轮机构；⑦摆动凸轮机构和动力学调速实验台等多种典型的运动机构；另外，各构件尺度参数可调，突出了测试机构的尺寸参数的多变性，如：在曲柄滑块机构中设计了偏心块构件，可将对心式曲柄滑块机构变位偏置式曲柄滑块机构；在双曲柄机构中，可调节连杆尺寸使之变为平行四边形机构等。
这样可增加学生的实验题目和测试目标，使同学在实验中充分理解尺寸参数有、原动件运动规律等因素对机构运动学方面的影响，巩固学生在课堂中所学知识，使之产生感性认识，增加对机械学研究的兴趣，同时达到一机多用的目的。
4.实验装置主要技术参数（1）电机额定功率和电机转速机构运动参数测试实验装置电机参数：功率：40W。
电机转速：1300r/min。
机构运动参数测定与分析实验
机构运动参数测定与分析实验实验2 四杆机构运动参数测量与动态性能分析之一本实验通过测量一四杆机构从动件的运动规律，学习用实验方法研究简单机械的运动性能。
培养分析实验结果的能力。
一、实验目的1、了解曲柄摆杆机构运动特点。
2、了解摆杆运动参数测量原理与方法。
3、把实验结构与理论计算机结构比，分析二者不完全相同的原因*4、初步了解构件弹性对机构运动性能的影响。
二、设备与工具GD —1型机构动态实验台是一个多功用的实验台，它可以用研究刚性机构的运动规律也可用于研究弹性机构的运动规律。
它可以研究构件尺寸对运动规律的影响，也可以研究构件弹性对构件的影响和在不同转速下构件的弹性动力效应。
本次实验只运用该设备测量在杆件尺寸确定的情况下，摆杆的运动规律，包括摆杆角位移、角速度、角加速度，与理论计算结果进行比较。
图2—1为实验设备框图，其中四杆机构为核心部分，其机构简图如图2—2所示。
机构尺寸为：05.030±=AB L ；2.0142±=BC L ；1.05.263±=CD L 。
固定件AD L 为可调尺寸。
当轴承座对准机座上的刻度时，1.0330±=AD L 。
图2－1 实验设备框图图2－2曲柄摆杆机构四杆机构中，曲柄为主动件，它由一台Z2—11直流电机驱动，其转速可用一台KZD —1型可控硅调速器进行无级调速。
摆杆CD 为从动件，它的运动由D 轴输出，输出的运动规律可可控硅调速器信号电路A/D 转换 TP801单板计算机打印机 CJD 角位移传感四杆机构Z2--11直流电机 直流稳压电源A BCD θ通过安装在轴端的传感器测量。
三、原理和方法本实验设备中所采用的CJD 角位移传感器是根据电位计式变换器的测量原理设计的。
其工作原理如图2—3I 部分 中所示。
图2—3 测量原理图摆杆的角位移通过传感器内部的机械结构带动原理图中的电刷在电位器上滑动。
因此，有相应的讯号输出达到测量角度的目的。
机器人运动学参数测试与标定
机器人运动学参数测试与标定机器人运动学参数测试与标定是指通过实验和测量，对机器人的运动学参数进行准确的测试和标定的过程。
机器人的运动学参数是描述机器人在空间中运动规律的重要参数，包括关节长度、关节角度、关节速度等。
在机器人的开发和应用中，准确的运动学参数至关重要，它直接影响机器人的运动轨迹和精度。
因此，进行机器人运动学参数测试与标定是确保机器人运动准确性的重要一步。
机器人的运动学参数可以通过实验测量得到。
在进行实验时，我们需要准备一个标定装置，该装置可以通过固定机器人并提供准确的运动参考，例如使用光栅尺、编码器等测量设备，来记录机器人在不同位置下的关节角度、末端位姿等参数。
通过一系列实验测量，我们可以获得机器人运动学参数的初步结果。
接下来，需要进行参数的标定。
标定是指根据实验数据，利用数学模型对机器人的运动学参数进行调整和修正的过程。
常见的方法是最小二乘法，在已知的运动学参数初值的基础上，通过最小化实际测量值与数学模型之间的误差，得到更准确的运动学参数。
在进行机器人运动学参数测试与标定时，需要注意以下几点：实验过程中需要确保测量装置的准确性和稳定性。
测量设备的精度对测量结果有很大的影响，在选择和使用设备时要注意其精度和稳定性，并进行校准。
实验时应涵盖机器人的运动空间和工作范围。
通过选择不同的位置和姿态进行测量，可以更全面地了解机器人的运动规律，同时也可以验证机器人的可靠性和稳定性。
需要选择适当的标定算法和优化方法。
根据机器人的特点和需求，选择合适的数学模型和优化算法，以获得较好的标定效果。
需要对标定结果进行评估和验证。
通过与实际应用场景进行对比和验证，评估标定结果的准确性和可靠性。
总结起来，机器人运动学参数测试与标定是确保机器人运动准确性的重要一步。
通过实验测量和参数标定，可以获取准确的运动学参数，并对机器人的运动规律进行分析和优化，从而提高机器人的运动精度和稳定性。
在进行测试与标定时，需要注重实验的准确性和完整性，选择合适的标定算法和评估方法，以获得准确可靠的结果。
机械振动实验振动参数的测量
.
2 迫振动法（共振法） 利用激振器对被测系统施以简谐激励力，使系统产生强迫振
动，改变激振频率，进行频率扫描，当激振频率与系统的固有频 率接近时，系统产生共振。因此，只要逐渐调节激振频率，同时 测定系统的响应幅值，绘出幅值和频率的关系曲线（即幅频特性 曲线），曲线上各峰值点所对应的频率，就是系统的各阶固有频 率。
.
B）直观测定法：依据定义分别测定在隔振前和隔振后的 振幅，直接做比
主动隔振系数： a
A2 A1
在安装了隔振器后如果要测量没有隔振前的振幅只需要垫刚性物块的 方法，将隔振器“脱离”，使振源和地基之间刚化，隔振器不发生作用 （本次实验难点），这样带来的误差不会太大。
主动隔振效率： a(1a)*10% 0
---初相位
B F 0 /( K m 2 ) 2 ( c ) 2 F 0 /k * (( 1 2 ) 2 ( 2 ) 2 )
式中：---频率比 (/0)
幅频特性曲线如右图：
振幅最大时的频率为共振频率 n .
由于存在测量参数的不同，存在位移共振、速度共振及加 速度共振三种
振动形 式
被动隔振系数 p 或被动隔振效率 p 来
表示
p A2 / A1
p(1p)10% 0
其中： A 1 -------振源振幅 A2 ------设备隔振后的振幅值
.
A） 理论计算法：通过系统的固有频0 率
来计算被动隔振系数
、阻尼比
如果振源为地基的垂直简谐振动 x1A 1si ，n t
那么根据公式： p
1(2)2 (12）2 （2）2
其中
1 ln Ai ， 2 Ai1
0
和激振频率
.
2． 3实验的操作步骤 1） 主动隔振
机械工程中的运动学参数辨识与建模方法研究
机械工程中的运动学参数辨识与建模方法研究导言机械工程是一门重要的工程学科，研究机械运动和力学原理。
在机械工程领域中，运动学参数辨识与建模是一个重要的研究方向。
本文将探讨机械工程中的运动学参数辨识与建模方法，并对其在实际应用中的意义进行分析。
一、运动学参数辨识的概念与方法1.1 运动学参数的定义运动学参数是指描述物体位置、速度和加速度等运动状态的数值量，是分析和研究物体运动的基本元素。
在机械工程中，运动学参数辨识是指通过实验或计算等手段确定物体的运动学参数。
1.2 运动学参数辨识的方法运动学参数辨识的方法主要有理论计算和实验测试两种。
理论计算方法是通过建立物体的数学模型，运用力学原理和运动学方程进行参数求解。
实验测试方法是通过设计实验，利用传感器和测量仪器对物体的运动状态进行实时记录，并通过数据分析和处理获得运动学参数。
二、运动学参数建模方法的研究与应用2.1 运动学参数建模的意义运动学参数建模是在已知或已辨识出运动学参数基础上，建立物体运动特性的数学模型。
这种模型可以用于预测物体的运动轨迹、评估系统的性能以及设计优化等，对于机械工程的研究和应用具有重要意义。
2.2 运动学参数建模的方法运动学参数建模的方法主要包括经验模型和物理模型两种。
经验模型是根据实验数据和经验法则建立的数学模型，主要用于描述物体的运动规律。
物理模型是通过建立物体的物理方程，运用物理原理和运动学方程进行参数求解，更加准确地描述物体的运动特性。
三、运动学参数辨识与建模方法的应用案例分析3.1 工业机器人的轨迹规划与控制在工业领域中，机器人的轨迹规划和控制是一个关键问题。
通过对机器人的运动学参数进行辨识和建模，可以实现精确的轨迹规划和运动控制，提高机器人的运动精度和效率。
3.2 汽车动力学仿真与优化设计汽车动力学仿真是汽车工程中的一个重要环节。
通过对汽车的运动学参数进行辨识和建模，可以进行车辆动态特性的仿真分析，为汽车的优化设计提供科学依据，提高汽车的操控性和安全性。
机构运动参数测定与机构动平衡
图6 测量曲柄转速信号硬件联接示意图 机械工程实验教学中心
测量机构平衡前后机座的振动加速度，连接设备如图7所 示，操作步骤详见实验教材。
将采集器输出线与计算机USB 接口连接 再将信号输出线与采集器相连
将电源线与电荷放大器连接
图7 测量机架水平方向的振动加速度信号 硬件联接示意图 机械工程实验教学中心
机械工程实验教学中心
实验内容
测试曲柄摇杆机构摇杆的角位移 测试曲柄摇杆机构曲柄的角速度 测试平衡前和平衡后机座的振动加速度
机械工程实验教学中心
实验原理
平面机构的平衡原理
当机构运动时，各运动构件所产生的惯性力可以合成 为一个通过机构质心的总惯性力和总惯性力矩，此总惯性 力和力矩全部由基座承受。当机构运动时，随时变化的总 惯性力和力矩使基座发生振动，欲消除基座的振动就必须 设法平衡此总惯性力和力矩：
先将角位移传感器与角位移变送器连接
图5 测量摇杆角位移信号设备连接示意图
机械工程实验教学中心
测量曲柄转速，连接设备如图6所示，操作步骤详见实 验教材。 最后将采集器的输出线与 计算机USB接口连接
再将信号输出线一端与信 号采集器连接，另一端与 采集器连接 将电源线与电荷放大器连接 先将转速传感器的信号输 入线与信号采集器连接
机械工程实验教学中心
光电编码器
光电编码器的结构如图3（a）所示，主要由发光二极管4、光栅1、光电管3组成。 在光栅1上有规则地刻有透光的线条，两侧安放发光二极管4和光电管3。当光栅1
实验20机械运动参数测定实验-“机械运动参数测定”
3、光电脉冲编码器
1、灯泡 2、聚光镜 3、光电盘 4、光拦板 5、主轴
三、实验原理
1．实验机构
目前配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构〔也可采用其它各种实验机构〕，机械原动力采用直流调速电机，电机转速可在0—3600转/分范围内作无级调速。经蜗轮蜗杆减速器减速，机构的曲柄转速为0~120转/分。
图20-2所示为实验机构简图。它利用作往复运动的滑块，推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后即可得到滑块的位移、速度和加速度。图20-2a为曲柄滑块机构，图20-2b为曲柄导杆机构，后者是前者经过简单的改装得到的，在本装置中已配有必备的零件。
3．四路数字传感器输入口，通道号5—8
4．转角兼同步传感器入口，通道号9
5．外触发信号输入插口
6．同步信号输入插口
7．键盘
8．磁带信息输入主机插口 〔接录音机ERA〕
9．主机信息储存磁带插口 〔接录音机MCR〕
10．六位LED数码显示器
11．亮度调节
12．比照调节
13．帧频调节
14．行频调节
15．5英寸CRT显示器
二、设备和工具
图20-1机构运动参数测定实验系统
如图20-1所示，机构运动参数实验系统由如下设备组成：
1．机械运动参数测试实验机构。
2．MEC—B机械动态参数测试仪。
3．PP—40四色绘图仪。
4．磁带记录仪〔普通家用录音机〕
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第一章实验综述
1.1 实验目的
1. 通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。
2. 通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法。
3. 通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。
4. 运用MATLAB与ADAMS2005进行动态仿真，比较两种仿真方法的结果，并且熟悉两种试验方法的使用；
5. 运用matlab软件编程，对两种机构进行运动仿真，得出速度、加速度等参数。
6. 将所得两种参数进行比对，进行分析。
1.2 实验步骤
1. 安装运动机构的运动副，组装曲柄滑块机构；
2. 打开运动测试软件，打开电机开关，让电机带动曲柄滑块运动；
3. 修改软件测试的脉冲当量，对滑块的路程、速度、角速度、加速度进行测试，并形成数据曲线，
脉冲当量计算式：
C= D/N
其中：C—脉冲当量
D—槽轮槽底圆直径（现配D=28.7mm）
N—光电脉冲编码器每周脉冲数，（现配N=1000）；
4. 组装曲柄导杆机构，重复上述步骤测量运动参数。
1.3 实验原理
1. 实验机构
目前配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构（也可采用其它各种实验机构），机械原动力采用直流调速电机，电机转速可在0—3600转/分范围内作无级调速。
经蜗轮蜗杆减速器减速，机构的曲柄转速为0~120转/分。
图1-1与1-2所示为实验机构简图。
它利用作往复运动的滑块，推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后即可得到滑块的位移、速度和加速度。
图1-1为曲柄滑块机构，图1-2为曲柄导杆机构。
图表 1 曲柄滑块机构
图表 2 曲柄连杆机构
1、同步发生器
2、蜗轮减速器
3、曲柄
4、连杆
5、电机
6、滑块
7、齿轮
8、光电脉冲编码器
9、导块 10、导杆
2. 广电脉冲编码器
图表 3 光点脉冲编码器结构原理图
1、灯泡
2、聚光镜
3、光电盘
4、光拦板
5、主轴
光电脉冲编码器又称增量式光电编码器，它是采用圆光栅通过光电转换将轴转角位转换成电脉冲信号的器件。
它由灯泡、聚光透镜、光电盘、光栏板、光敏管和光电整形放大电路组成。
光电盘和光栏板是用玻璃材料经研磨，抛光制成。
在光盘上用照相机腐蚀制成有一组径向光栅，而光栏板上有两组透光条纹，每组透光条纹后都装有一个光敏管，它们与电盘透光条纹的重合相差1/4周期。
光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。
当主轴带动光盘一起转动时，光敏管就接收到光线亮、暗变化的信号，引起光敏管所通过的电流发生变化，输出两路相位差90°的近似正弦波信号，它们经放大、整形后得到两路相位差90°的主波d和d’。
d路信号经微分后加到两个与非门输入端作为触发信号，d’路经反相器得到两个相位相反的方波信号，分别送到与非门剩下的两个输入端作为与非门控信号，与非门的输出端即为光电脉冲编码器的输出信号端，可与双时钟可逆计数的加、减触发端相接。
当编码器转向为正时（如顺时针），微分器取出d的前沿A，与非门1打开，输出一负脉冲，计数器作加计数；当转向为负时，微分器取出d的另一前沿B，与非门2打开，输出一负脉冲，计数器作减计数。
某一时刻计数器的计数值即表示该时刻的光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移。
图表 4 数字电路框图
3. 组合测试仪
在实验机构的运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出，具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），0—5V电平的两路脉冲，接入测试数字量通道有计数器计数，也可采用模拟传感器，将滑块位移转换为电压值，接入测试器模拟通道，通过A/D转换口转变为数字量。
测试仪具有内触发和外触发两种采样方式。
当采用内触发方式时，可编程定时器按操作者所置入的采样周期要求输出定时触发脉冲。
同时微处理器输出相应的切换控制信号，通过电子开关对锁存器或采样保持器发出定时触发信号，将当前计数器的计数值或模拟传感器的输出电压值保持。
经过一定延时，由可编程并
行口或A/D转换读入微处理器中，并按一定格式存储在机内RAM区中。
若采用外触发采样方式，可通过同步脉冲发生器将机构从动曲柄的角位移（2°、4°、6°、8°、10°）信号转换为相应的触发脉冲，并通过电子开关切换发出采样触发信号。
利用测试仪的外触发采样功能，可获得以机构主轴角度变化为横坐标机构运动线图，也可分析主轴作为非匀速转动机构的运动规律提供了方便。
机构的速度、加速度数值由位移经数值微分数字滤波得到。
与传统的R—C 电路测试法（或分别采用位移、速度、加速度的测量仪器的系统）相比，具有测试系统简单，性能稳定、可靠、附加相位差小动态响应好等优点。
本测试系统测试结果不但可以由曲线形式输出，还可以直接打印出个点数值，克服了以往测试方法所在的须对记录曲线进行人工标定和数据处理，从而带来较大幅值和相位误差等问题。
MEC—B 机械动态参数测试仪由于采用微机及相应的外围设备，因此在数据处理的灵活性和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微机化的同类仪器。
另外，操作命令采用代码和专用键相结合，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，并且在学生进行实验时稍作讲解学生即可使用。
图表 1.5机械动态参数测试实验系统工作原理框图
1.3 实验结果1. 曲柄滑块
2.曲柄连杆机构
1.4 MATLAB运动仿真
1.曲柄滑块机构
图表 6 曲柄滑块机构运动参数曲线图
由上图可得出以下数据实验所得数据
位移峰峰值：123.12 位移峰峰值：125.04
速度最大值：263.8 速度最大值：228
角加速度最大值：165.4 角加速度最大值：172.77 2.曲柄连杆机构
图表7 曲柄连杆机构运动参数曲线图
由上图所得数据实验所得数据
位移峰峰值：125.99 位移峰峰值：125.04 速度最大值：619.1 速度最大值：610
加速度最大值:450.8 加速度最大值：401.76 比较得知实验数据与仿真数据误差在允许范围之内。
第二章 ADAMS运动仿真
1.曲柄滑块机构
由实验测量数据所得杆长
l1=35 l2=250
在ADAMS上建立运动机构，组成运动副，并加之驱动，获得位移、速度、加速度曲线图，如下图所示。
图表8 曲柄滑块机构图
图表9 位移曲线图
由位移曲线图得出位移峰峰值为:199.982
图表10 速度曲线图
由速度曲线图所得最大值为：222.1645
图表11 加速度曲线图
由加速度曲线图得知最大加速度为：158.11
1.曲柄连杆机构
由实验测量数据所得杆长
l1= 35
l2= 250
l3= 180
l4= 100
在ADAMS上建立运动机构，组成运动副，并加之驱动，获得位移、速度、加速度曲线图，如下图所示。
图表12 曲柄连杆机构
图表13 位移曲线图由位移曲线图得出位移最大值为：180.5102
图表14 速度曲线图由速度曲线图得出速度最大值为：611.6129
图表15 加速度曲线图由加速度曲线图得知加速度最大值为：410.24。