基于MATLAB空间四连杆引纬机构运动仿真
徐永康;张雷
【摘要】In order to analyze kinematics characteristics of apace four bar linkage weft insertion mechanism, this paper built mathematical models of every parts of the mechanism with algebra analytical method to obtain motion curve through MATLAB programming, as well as studied of quantitative analysis the influence of movement law induced by the change of rotate speed and crank length. The results show that the motion characteristics curve can meet the weft inserting requirements, and it is feasible to optimize motion curve via adjusting the rotate speed and crank length. [Ch,9 fig. 2 tab. 9 ref. ]%为了分析探讨剑杆织机空间四连杆引纬机构参数变化对其运动学特性的影响,通过代数解析的方法建立了该机构各部分数学模型,编制了MATLAB程序对其进行运动仿真,得出了运动特性曲线,同时定量分析了转速和曲柄长度变化对引纬机构运动规律的影响.分析结果表明,所得的运动特性曲线符合所需引纬要求,可以通过调节转速和曲柄长度优化运动规律曲线.
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2012(030)003
【总页数】5页(P17-21)
【关键词】剑杆织机;空间引纬机构;MATLAB;仿真分析;运动规律
【作者】徐永康;张雷
【作者单位】浙江理工大学机控学院,浙江杭州310018;浙江理工大学机控学院,浙
江杭州310018
【正文语种】中文
【中图分类】TH112.1;TS103.134
0 引言
无梭织机代替有梭织机已经成为不可逆转的大趋势。而目前市场上纺织企业用得最多的新型无梭织机主要有剑杆织机、喷水织机、喷气织机和片梭织机。经过几十年的发展，在各种新型纺机中，剑杆织机由于工作平稳、可靠、品种适应性好而得到了较为广泛的应用。剑杆织机引纬机构通常有差动轮系连杆机构传动引、变螺距螺旋传动引纬、电子引纬、共轭凸轮引纬、空间四杆机构引纬几种引纬方式［1］。对一机构而言，构件不都在同一平面作平面平行运动，则称之为空间机构。空间连杆机构在实现构件的空间运动方面，与平面机构相比，具有构件数少、结构简单等优点，而且可实现平面机构不可能实现的某些运动［2］，因此被广泛的应用于各种机构中，空间四杆引纬机构便是其中一例，因此对其进行运动分析具有很重要的意义。
传统的分析方法主要有解析法和图解法，图解法简单直观、但存在作图精确度较低、尺寸不精确的缺点;解析法计算精准，但计算量较大［3］。随着计算机辅助技术的发展，特别是MATLAB软件的使用，使得大量繁琐计算得以简化。
作者用解析法对空间四连杆机构进行了运动学分析，求得空间机构的运动学解析解，并利用MATLAB程序生成运动规律曲线［4-6］。分析所得的运动特性曲线符合
所需引纬要求。
1 空间引纬机构分析及建模
1.1 结构分析
空间四连杆引纬机构可以分为3个部分:空间机构、平面四连杆机构和运动放大系统。如图1所示。
1)空间机构。由曲柄1(OA长度为L1)、叉形架2和摆臂3(BC长度为L3)构成。
2)平面四连杆机构。由摆臂3、连杆4(长度为L4)和扇形齿轮5/6(可简化为DE杆
L5，长度可调)4部分构成。BC杆亦为平面四连杆机构的驱动构件，传统方法是通过调节L5来改变织机动程，C和E均为固定铰链。
3)运动放大系统。由扇形齿轮6、小齿轮7、剑带盘8和剑带9构成。
图1 空间四连杆引纬机构运动简图igure 1 Skeleton of space four bar linkage mechanism1—曲柄;2—叉形架;3—摆臂;4—连杆;5—摇杆;6—扇形齿轮;7—小齿轮;8—剑带盘;9—剑带
1.2 运动原理分析
空间四杆机构设计独特，采用先进的四相绞轴技术，用不易磨损的铰链副代替了易磨损的球副，能够省略一组换向机构，保证了传动构件的运动准确性和机构耐用性［7］。同时空间四连杆机构还具有传动链短，机械刚度好，易保证系统织造精度，加速度峰值较低，能很好地减少纬纱断头率等优点。
图1中，曲柄1在垂直于纸面的平面内作匀速圆周转动，带动叉形架2做空间运动。叉形架2空间运动形式比较复杂，它可以看作是2种摆动的叠加，即在平行
于纸面的平面内做往复运动，此往复运动即为平面四连杆机构的输入运动，以及绕3杆的摆动。此时叉形架2的空间运动已经转变为BC杆的往复摆动，从而带动平面四杆机构作往复运动。通过轮系放大机构，最终转化为剑带的往复直线运动。1.3 引纬机构运动数学模型的建立
相关符号见表1。
表1 引纬机构相关符号说明Table 1 Symbol description of the weft inserting
mechanism符号说明α1y ZOX平面内以Z轴为始边OA 杆角位移α2x AB杆与X轴的角位移α2y AB杆与Y轴的角位移α2z AB杆与Z轴的角位移α3x YOZ平面内以Y轴为始边CB杆角位移α5x YOZ平面内以Y轴为始边DE杆角位移β BE 连线与Y轴的角位移dY Y轮直径LX X 构件的杆长
1.3.1 空间机构
如图2所示，OA杆在ZOX平面内转动，BC杆在YOZ平面内摆动。通过矢量方程OA+AB=OC+CB可得
图2 空间机构运动简图Figure 2 Skeleton of space mechanism
其中
因为φ角在(0，π)内变化，所以余弦值可求得φ角的唯一解。
由此求得角位移α3x，利用MATLAB差分函数，求得相应的角速度和角加速度。
1.3.2 平面四连杆机构
如图3所示，设BE连线与x轴的夹角为β，则
图3 平面四连杆机构运动简图Figure 3 Skeleton of planar 4-linkage mechanism
根据余弦公式，有
联立式(3)和式(4)，可先求得出β，再求得α5x，从而求得相应的角速度和角加速度。
1.3.3 运动放大系统
解出x8=α5xd6d8/(2d7)，即为剑带运动轨迹。
通过求解空间连杆部分得构件3的角位移α3x，传递到平面四连杆部分;通过求解
得构件5的角位移α5x，传递给运动放大部分;运动放大系统将构件5角位移α5x
转化为剑头位移S，并按一定比例放大，从而满足所需剑杆动程。
2 求解运动轨迹
MATLAB是MathWorks公司在19世纪80年代推出的一套计算仿真软件，因其强大的计算、图像处理、仿真优化能力，在科学研究领域得到了广泛的应用。文中采用Picanol GTM型剑杆织机为实例确定相应参数。各符号含义如图1所示，通过实际测量，表2列出了各构件的尺寸。
表2 各构件尺寸/mmTable 2 Component part sizesl1 l2 l3 l4 l5 yC yE zE d6
d7 d8206.5 298.6 160 250 160 144.6 400 12 435 65 369
每0.001 s取一个数据点进行运算，当构件1以400 r/min的角速度匀速转动，
空间引纬机构剑头的运动规律曲线如图4所示。
当构件1以400 r/min的角速度匀速转动时，该机构的运动周期为0.15 s。如图
4所示，在70°～110°内，剑杆织机处于送剑动程中，速度较大，图示运动特性曲线符合此阶段的快进需求;在110°～245°内，织机进行纱线的交接，曲线变化平缓，符合引纬机构所需的剑头交接时速度趋于定值，加速度变化平缓，实现平稳接纬的要求;在245°～290°内，剑杆回程，要求快退;在290°～360°内，织机重新拾取纱线，再次进入梭口，此时亦要求运动相对平稳，以准确夹持纱线。
3 运动规律仿真分析
图4 剑头运动规律曲线Figure 4 Motion curve of rapier gripper
从剑杆织机引纬过程来看，它是一个需要送纬剑和接纬剑高度配合共同完成的过程。Picanol GTM型剑杆织机一般通过调节l5长度来改变剑头动程。虽然这类引纬机构改变剑杆动程时，在中央的剑头交接点可以不变，而且具有传动链短，结构紧凑
等优点［8］，但也会改变四连杆杆长从而影响剑头运动规律。同时，通过改变扇形齿轮，小齿轮和剑带盘的直径大小，也能调节剑头动程，但是其传动比亦会随之发生变化。即一般情况下，织机各部分参数都是经优化设定和精确计算所得，不便轻易改动，故将从整体上探索织机的改进和优化，即定量分析转速和曲柄长度这2个参数对织机剑头运动规律的影响，并讨论通过改变这2个参数来调节剑头行程
的可行性。
3.1 织机转速对剑头运动规律的影响
图5为空间四连杆剑杆织机在不同转速下剑头的运动规律曲线。从图中可以看出，转速对织机的运动规律曲线形状改变上没有影响，只是按一定比例改变剑头的运动周期。当转速较低时，如v=200 r/min时，0～0.3 s内为织机运转的一个周期，
其中0.1～0.2 s内剑头行程达到最大，此时织机生产效率较低。随着转速增加，
织机运转周期减小，最大行程量未变，但在最大行程处停留时间减少，因此对织机纬纱交接的可靠性要求也相应升高，同时剑头冲击也相应增大，可能因张力过大导致断纬率增高，影响织机的生产效率［9］。所以一般对于同种型号的织机而言，转速一般做为定值，通过运动学、动力学分析及实践得到转速的取值以400～600 r/min为宜。
图5 转速对剑头运动规律的影响Figure 5 Influence of rapier movement law induced by the change of rotate speed
3.2 曲柄长度对剑头运动规律的影响
图6至图8分别是在不同曲柄长度下，剑头的位移、速度和加速度曲线。从图中
可以看出，随着曲柄长度的变化，运动规律曲线都相应的有较大的改变。从图6
的位移曲线可知:随着杆长的增加，位移曲线的幅度也相应增加，而且增幅较大，
足以满足剑头行程调节的需要。从图7和图8可知，当曲柄l1在210 mm以下范围内改变时，其对剑头速度、加速度幅值和峰值的影响较小，这有利于纬纱的交接;
当曲柄l1大于210 mm时，速度、加速度曲线在70°和110°左右处出现较尖的
点和较大的跳跃，在180°左右出现失真，此时对纬纱交接而言是不可靠的，通过
分析得到曲柄长度l1可以在150～210 mm内进行调节，此时速度和加速度曲线均较为平缓，能满足所需引纬要求，而且单剑最大位移的变化幅度约为536 mm，如图9所示，足以满足剑头行程的调节的需要。
4 结语
图8 剑头加速度曲线Figure 8 Acceleration curve of rapier gripper
图9 最佳范围内剑头位移曲线Figure 9 Displacement diagram of rapier gripper in the best range
通过解析法计算空间连杆、平面四连杆、轮系放大等各部分运动规律，并利用MATLAB绘制了相应的运动规律曲线，定量分析了转速和曲柄长度变化对引纬机
构运动规律的影响。分析结果表明，可以通过调节转速和曲柄长度优化运动规律曲线，同时可以看到，在一定范围内调节曲柄l1长度对引纬工艺没有明显负面影响，还能在一定程度上避免调节四连杆长度而破坏已有优化结果。因此通过调节转速和曲柄长度优化运动规律曲线在理论上是可行的。
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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
石河子大学毕业设计（论文) 题目:基于MATLAB的四杆机构运动分析与动画模拟系统 院（系）：机械电气工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学号: 2002071189 姓名: 娄元建 指导教师：葛建兵 完成日期：二零零六年五月 基于MATLAB的四杆机构运动分析与
动画模拟系统 [摘要] 本文介绍MATLAB开发机构运动分析和动画模拟系统的方法，并且利用MATLAB软件实现平面四杆机构的运动仿真。以MATLAB程序设计语言为平台，将参数化设计与交互式相结合,设计出四杆机构仿真系统，能够实现四杆机构的参数化设计，并且能够进行机构的速度和加速度分析。系统具有方便用户的良好界面，并给出界面设计程序,从而使机构分析更加方便、快捷、直观和形象，设计者只需输几参数就可得到仿真结果，为平面四杆机构的设计与分析提供一条便捷的途径。 [关键词] 机构；运动分析;动画模拟;仿真；参数化;MATLAB Abstract：The kinematical analysis and animation method of the mechanism using MATLAB was discussed in the paper ， and the kinematic simulation of planar four-bar mechanism with software MATLAB . And emulational system was developed ， the system adopted Matlab as a design ， It combined parametic design with interactive design and had good interface for user ， that can realize parametic design of four-bar mechanism , also to make real speed and acceleration of mechanism 。 The emulational resut was obtained as soon as input parameters was imported and the devisers can make decision –making of modification by the comparing emulational result with design demand ， which give another efficacious way for the design and analysis of planar four—bar mechanism. Key words: Mechanism；Kenimatical analysis;Animation；Emulation ；parametic ；MATLAB
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。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时,采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计. 1。2 机构的工作原理 在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为: a.各杆的长度应满足杆长条件，即： 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。 b。组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆,且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时,四杆机构为曲柄摇杆机构;当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。 在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄,则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。 1.3 机构的数学模型的建立 1。3。 1建立机构的闭环矢量位置方程 在用矢量法建立机构的位置方程时,需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示,先建立一直角坐标系.设各构件的长度分别为L1 、L2 、L3 、L4 ，其方位角为、、、
基于MATLAB空间四连杆引纬机构运动仿真 徐永康;张雷 【摘要】In order to analyze kinematics characteristics of apace four bar linkage weft insertion mechanism, this paper built mathematical models of every parts of the mechanism with algebra analytical method to obtain motion curve through MATLAB programming, as well as studied of quantitative analysis the influence of movement law induced by the change of rotate speed and crank length. The results show that the motion characteristics curve can meet the weft inserting requirements, and it is feasible to optimize motion curve via adjusting the rotate speed and crank length. [Ch,9 fig. 2 tab. 9 ref. ]%为了分析探讨剑杆织机空间四连杆引纬机构参数变化对其运动学特性的影响,通过代数解析的方法建立了该机构各部分数学模型,编制了MATLAB程序对其进行运动仿真,得出了运动特性曲线,同时定量分析了转速和曲柄长度变化对引纬机构运动规律的影响.分析结果表明,所得的运动特性曲线符合所需引纬要求,可以通过调节转速和曲柄长度优化运动规律曲线. 【期刊名称】《轻工机械》 【年(卷),期】2012(030)003 【总页数】5页(P17-21) 【关键词】剑杆织机;空间引纬机构;MATLAB;仿真分析;运动规律 【作者】徐永康;张雷
m a t l a b四连杆--带 代码
用Matlab对四连杆运动模拟 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。进行连杆机构运动分析，传统方法主要是图解法或分析法，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MATLAB为代表的数值计算软件的出现，为进行机构分析提供了有力的工具。 1、四连杆介绍 1.1、四连杆介绍与分类 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，则称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是
否可以做整圆周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。 曲柄摇杆机构，两连架杆中一个为曲柄一个为摇杆的铰链四杆机构。 双曲柄机构，具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。其特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般做不等速转动。在双曲柄机构中，如果两对边构件长度相等且平行，则成为平行四边形机构。这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同的角速度转动，而连杆做平动。 双摇杆机构。双摇杆机构是两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。 1.2、格拉霍夫定理 杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。 在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为整转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。在有整装副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为整转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连构件为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。如果四杆
基于matlab的控制系统仿真及应用 基于Matlab的控制系统仿真及应用 Matlab是一种广泛应用于科学和工程领域的计算机软件，也是控制系统仿真的重要工具。控制系统是指通过对输入信号进行处理，使得输出信号满足所需控制要求的系统。控制系统的设计需要考虑到系统的稳定性、精度、鲁棒性等因素。本文将介绍如何使用Matlab 进行控制系统的仿真和应用。 一、控制系统仿真 控制系统仿真是指在计算机上构建控制系统模型，对其进行仿真以验证控制算法的正确性和性能。Matlab提供了一些工具箱，如Simulink、Control System Toolbox等，方便用户进行控制系统建模和仿真。 在Simulink中，用户可以通过拖拽模块来搭建控制系统模型。其中，输入信号可以是恒定值、正弦波、方波等，也可以是其他模型的输出信号；输出信号可以是系统的状态变量、控制量等。在模型中，需要设置控制算法、控制参数等，并且进行仿真。仿真结果包括信号的时域波形、频谱分析、稳态误差等指标。用户可以根据仿真结果对控制算法进行调整和优化。 Control System Toolbox提供了一些常用的控制系统分析和设计工
具，如极点分布、根轨迹、频率响应等。用户可以使用这些工具对控制系统进行性能分析和优化设计。 二、控制系统应用 控制系统应用广泛，如机器人控制、自动化控制、飞行器控制等。下面以机器人控制为例介绍控制系统应用。 机器人控制是指对机器人的运动进行控制，使其能够完成特定的任务。机器人控制需要考虑到机器人的运动学、动力学、传感器等因素。在控制系统中，需要给机器人提供控制量，如关节角度、末端执行器力矩等，从而实现机器人的运动控制。 在Matlab中，可以使用Robotics System Toolbox进行机器人控制应用的开发。该工具箱提供了机器人模型的建立和仿真、路径规划和轨迹跟踪、机器人运动学和动力学分析等功能。用户可以使用该工具箱搭建机器人控制系统模型，并进行仿真和实验。 例如，用户可以使用该工具箱建立一个机器人控制系统模型，对机器人进行运动控制实验。在实验中，可以设置机器人的初始状态、目标位置和速度等参数，通过控制算法实现机器人的运动控制，最终实现机器人的精确定位和运动。 三、结论
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着现代科技的不断发展，越来越多的技术应用到现代控制系统中，而控制系统的分析与设计更是一项复杂的技术。为了更好地实现现代控制系统的分析与设计，计算机技术尤其是基于Matlab的计算机仿真技术在现代控制系统分析与设计中已发挥着越来越重要的作用。本文旨在介绍基于Matlab的仿真技术，总结它在现代控制系统分析与设计中的应用，为研究者们提供一个思考Matlab技术在现代控制系统分析与设计中的可能性的契机。 Matlab是当今流行的科学计算软件，它的设计特别适合进行矩阵运算和信号处理等工作，可以有效地处理大量复杂的数字信息，因此成为现代计算机技术应用于控制系统分析和设计的重要工具。基于Matlab的仿真技术主要用于建立控制系统的动态模型，分析系统的特性，评估系统的性能，模拟系统的行为，确定系统的参数，优化系统的性能。基于Matlab的仿真技术已被广泛应用于现代控制系统的设计中。 首先，基于Matlab的仿真技术可以有效地提高系统设计的效率。通过实现对控制系统的动态模型建模，可以快速搭建出真实系统的模拟系统，并可以使用计算机来模拟系统行为，可以有效地缩短控制系统设计的周期。 其次，基于Matlab的仿真技术可以有效地改善系统设计质量。通过分析模拟系统的行为，可以寻找更合理的解决方案，从而改善系统设计的质量。
第三，基于Matlab的仿真技术可以有效地确定系统参数。通过在模拟系统中添加不同参数，并通过对系统模拟行为的分析，可以确定使系统更加有效的参数组合。 最后，基于Matlab的仿真技术可以有效地优化系统性能。通过对系统行为的分析，可以识别出系统存在的问题，并设计相应的优化策略，从而实现系统性能的最佳化。 综上所述，基于Matlab的仿真技术在现代控制系统分析与设计中发挥着重要的作用，不仅可以提高系统设计的效率，而且可以改善系统设计的质量，确定系统参数，优化系统性能。基于此，研究者们应该更多地探索基于Matlab的仿真技术，更好地应用于现代控制系统分析与设计中，以获得更好的设计效果。
MATLAB机器人仿真程序 随着机器人技术的不断发展，机器人仿真技术变得越来越重要。MATLAB是一款强大的数学计算软件，也被广泛应用于机器人仿真领域。本文将介绍MATLAB在机器人仿真程序中的应用。 一、MATLAB简介 MATLAB是MathWorks公司开发的一款商业数学软件，主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等。MATLAB具有丰富的工具箱，包括信号处理、控制系统、神经网络、图像处理等，可以方便地实现各种复杂的计算和分析。 二、MATLAB机器人仿真程序 在机器人仿真领域，MATLAB可以通过Robotics System Toolbox实现各种机器人的仿真。该工具箱包含了机器人运动学、动力学、控制等方面的函数库，可以方便地实现机器人的建模、控制和可视化。下面是一个简单的MATLAB机器人仿真程序示例： 1、建立机器人模型 首先需要定义机器人的几何参数、连杆长度、质量等参数，并使用
Robotics System Toolbox中的函数建立机器人的运动学模型。例如，可以使用robotics.RigidBodyTree函数来建立机器人的刚体模型。2、机器人运动学仿真 在建立机器人模型后，可以使用Robotics System Toolbox中的函数进行机器人的运动学仿真。例如，可以使用robotics.Kinematics函数计算机器人的位姿，并使用robotics.Plot函数将机器人的运动轨迹可视化。 3、机器人动力学仿真 除了运动学仿真外，还可以使用Robotics System Toolbox中的函数进行机器人的动力学仿真。例如，可以使用robotics.Dynamic函数 计算机器人在给定速度下的加速度和力矩，并使用robotics.Plot函数将机器人的运动轨迹可视化。 4、机器人控制仿真 可以使用Robotics System Toolbox中的函数进行机器人的控制仿真。例如，可以使用robotics.Controller函数设计机器人的控制器，并使用robotics.Plot函数将机器人的运动轨迹可视化。
基于MATLAB的双摇杆机构运动分析与仿真双摇杆机构是一种常见的机械传动机构，由两个相互连接的摇杆组成，可以实现两个运动副之间的转动传递。为了更好地了解双摇杆机构的运动 特性和性能，在进行实际制造之前，进行运动分析与仿真是必要的。 MATLAB是一种常用的科学计算和仿真软件，具有强大的数学和工程 计算功能。在本文中，将介绍如何使用MATLAB对双摇杆机构进行运动分 析和仿真。 首先，需要建立双摇杆机构的运动模型。对于双摇杆机构而言，可以 使用刚体连杆模型进行建模。首先确定摇杆的长度和连接点的位置，并定 义摇杆的起始位置和初始速度。然后，可以使用刚体动力学方程来描述摇 杆的运动，并通过求解这些方程来得到摇杆的位移和速度。 在MATLAB中，可以使用符号计算工具箱来求解刚体动力学方程。首先，需要定义摇杆的位移和速度的符号变量，然后使用运动方程和约束方 程来建立运动学方程。运动学方程描述摇杆各个连接点的位置关系，约束 方程描述摇杆连接点之间的约束关系。使用求解器对运动学方程和约束方 程进行求解，得到摇杆的位移和速度。 接下来，可以使用MATLAB的图形绘制功能来绘制双摇杆机构的运动 轨迹。可以通过将摇杆的位移和连接点位置信息传递给绘图函数来绘制摇 杆的位置和运动轨迹。绘制出摇杆的运动轨迹可以更直观地了解双摇杆机 构的运动特性。 此外，还可以进行双摇杆机构的运动仿真。可以利用MATLAB的Simulink工具箱来搭建双摇杆机构的动力学模型，并进行运动仿真。首先，需要在Simulink中建立摇杆的运动模型，包括运动学方程和约束方
程。然后，通过传递输入信号给模型，可以模拟摇杆的运动，并得到摇杆的位移、速度和加速度数据。利用仿真结果可以更直观地了解双摇杆机构的运动特性和性能。 总结起来，基于MATLAB的双摇杆机构运动分析与仿真可以通过建立摇杆的运动模型，求解运动方程和约束方程，绘制运动轨迹，进行运动仿真等步骤来实现。这些分析和仿真可以帮助我们更好地了解双摇杆机构的运动特性和设计参数的影响，从而指导实际制造和应用。
基于MATLAB的四杆并联机械臂工作空间仿真与分析 作者：黄俊华田壮 来源：《山东工业技术》2019年第20期 摘要：目前在许多食品、机械加工等行业的自动化生产线上普遍存在抓取和分拣等大量的重复性工作，为了降低劳动成本，提高生产效率，实现高效益，提高生产的安全可靠性，推动并联机械手的发展非常有必要。本文介绍了一种与Delta机器人结构相似的四杆并联机器人，利用了蒙特卡洛法，通过MATLAB编程求解得到了一种四杆并联机械臂工作空间的仿真结果，对仿真结果的分析为以后四杆并联机械臂的结构优化和设计奠定了基础。 关键词：并联机械臂;工作空间;MATLAB
DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/4219229036.html,ki.37-1222/t.2019.20.108 0 引言 Delta型机器人有着闭环并联的拓扑结构，承载能力强、结构强度大、运动精度高，近年来国内外许多学者对Delta型的机械结构进行了研究，在其运动学正解、运动学反解、工作空间和运动轨迹规划等方面取得了许多成果。本文研究了一种四杆并联机械臂，其结构特点与Delta并联机器人相似，四杆并联机械臂为冗余机构，稳定性得到了提高，适用于大负载、较复杂的工作环境，并联机械臂的诸多优点为其在工业自动化上的应用提供了广阔的发展前景，对四杆并联机械臂的工作空间仿真及分析对其未来的实际应用具有重要意义。 1 四杆并联机械臂的结构模型 Delta并联机器人具有三个自由度，其基座平台和运动平台都呈等边三角形，有三个平行四边形机构。本文研究的四杆并联机械臂与Delta并联机器人有相似之处，即都具有平行四边形机构，且执行机构都具有三个自由度，但四杆并联机械臂的基座平台（即静平台）和运动平台都呈正方形，有四个平行四边形机构，这是它们之间的不同点。本文设计的四杆并联机械臂等效简化结构模型如图1所示。 2 四杆并联机械臂运动学分析 对四杆并联机械臂的运动学分析是求解其工作空间的基础，包括运动学反解分析和运动学正解分析。简单来说，运动学反解分析就是已知末端执行器的空间位置，求解并联机械臂各驱动电机所需的运动转角;运动学正解分析就是已知并联机械臂各驱动电机的转角，求解末端执行器所在的空间位置。 3 四杆并联机械臂工作空间仿真 （1）工作空间求解方法。目前常用的求解机械臂工作空间的方法主要分为三类：几何法、解析法和数值法。其中，几何法多用于平面机器人的工作空间求解，直观性较强，但求解多自由度机械臂的工作空间时精度较差。解析法则是基于雅克比矩阵来求解串联或并联机械臂工作空间的方法，求解过程较复杂，所以一般只用在关节数少于3个的机械臂，应用范围较窄。数值法是基于正向运动学求解工作空间的方法，根据杆件空间关系列向量方程组，适用于多种形式的机械臂结构，目前在这三种方法中应用最多。（2）蒙特卡洛法。本文研究通过数值法求解四杆并联机械臂的工作空间。蒙特卡洛法是一种常用的求解机械臂工作空间的数值方法，是基于随机抽样来解决数学问题的一种方法。在求解机械臂工作空间时，首先通过蒙特卡洛法随机抽取大量不同的机械臂驱动电机转角变量组合，再将这些变量组合代入机械臂的正向运动学方程中，计算出机械臂末端执行器在空间坐标系的坐标值，将坐标值在空间坐标系中画出来，它们围成的空间就可以近似代表机械臂末端执行器在空间中可运动的范围。随机抽取的电机转角变量组合越多，仿真模拟所得的机械臂工作空间越接近其实际的工作空间。
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证 四旋翼无人机已经广泛应用于军事、民用、科研等领域，其控制算法研究是一个重要 的问题。在四旋翼控制中，抗干扰能力是至关重要的，因为四旋翼无人机在飞行过程中可 能会受到各种来自外部环境和内部因素的干扰。本文基于matlab平台，通过搭建仿真环境，对四旋翼控制算法的抗干扰能力进行验证。 一、建立仿真模型 本文中所采用的四旋翼模型为一架四轴飞行器，它由四个相互独立的直流无刷电机驱动，每个电机带有一个螺旋桨。四旋翼的运动状态可以用三个欧拉角来描述，即俯仰角、 翻滚角和偏航角。通过编写matlab程序，可以实现四旋翼模型的动态模拟，同时也可以 实现其控制算法的仿真。 二、控制算法设计 在四旋翼控制中，通常采用PID控制器来实现对飞行器的控制。PID控制器是一种经 典的控制算法，其原理是通过比较实际输出值和期望值之间的偏差来计算调整量，最终实 现对输出量的控制。本文中所采用的PID控制器包含三个控制回路，分别对应俯仰角、翻 滚角和偏航角，其数学公式如下： $$ \begin{aligned} u_{p}&=K_{p}e(t) \\ u_{i}&=K_{i}\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau \\ u_{d}&=K_{d}\frac{d}{dt}e(t) \end{aligned} $$ 其中，$u_{p}$、$u_{i}$、$u_{d}$分别为比例、积分、微分控制器的输出， $e(t)$为期望值与实际输出值的偏差，$K_{p}$、$K_{i}$和$K_{d}$为三个控制回路的系数。 三、抗干扰验证 为了验证PID控制器的抗干扰能力，本文采用了三种干扰信号进行仿真实验，分别为： 1. 噪声干扰：给四旋翼的传感器信号添加随机噪声，模拟实际飞行中的传感器噪声。 2. 风速干扰：给四旋翼模型增加风速信号，模拟实际飞行中的不同风速情况。 将三种干扰信号分别加入到PID控制器中，测量其对欧拉角的影响。实验结果表明， 在噪声干扰情况下，PID控制器的抗干扰能力相对较强；在风速干扰情况下，PID控制器 对抗干扰的能力较差，但仍然可以实现较为稳定的飞行；在外力干扰情况下，PID控制器 的控制效果较差，但仍然可以实现飞行器的安全着陆。 四、结论与展望
基于MATLABSIMULINK的插床导杆机构运动学和动力学分 析1 基于MATLABSIMULINK的插床导杆机构运动学和动力学分析1 插床导杆机构是一种常用于工业自动化中的机构，用于实现工件的夹持和定位。该机构包括固定在机床上的床身、在床身上滑动的导轨和固定在导轨上的插块。插块通过导杆与导轨相连，从而可以在导轨上沿水平方向移动。在这个系统中，我们感兴趣的是插块的运动学和动力学分析。 首先，我们将利用MATLABSIMULINK的建模工具箱来建立插床导杆机构的运动学模型。运动学模型描述了机构中各个部件的运动关系。我们可以使用MATLABSIMULINK的基本几何构件，如块、源和终端等，来建立导杆机构的运动学模型。 假设我们已经测量了导杆的长度和导块的位置，并且我们还知道导杆与导轨之间的摩擦系数。我们可以使用MATLABSIMULINK的代数运算器来计算导块的位移和速度。 在动力学分析中，我们可以利用MATLAB SIMULINK的自动求解器来求解导块在机构中的力学方程。这些力学方程可以通过牛顿第二定律得到，即F=ma，其中F是力，m是质量，a是加速度。 我们可以使用MATLABSIMULINK的物理系统建模工具箱来建立机械系统的动力学模型。该工具箱包含了众多应用于机械系统的物理模块，如质量、弹簧和阻尼器等。 通过建立机械系统的动力学模型，我们可以确定导块在机构中所受的力和扭矩。对于这个系统，我们可以进一步使用MATLABSIMULINK的力学仿真工具来模拟导块在机构中的运动。
在仿真过程中，我们可以改变不同的系统参数，如导杆的长度和导块的质量，以研究它们对机构性能的影响。此外，我们还可以模拟不同的工作条件，如不同的工件质量和工件的夹持力。 综上所述，基于MATLABSIMULINK的插床导杆机构的运动学和动力学分析提供了一个强大的工具，用于研究机构的运动性能和设计优化。通过使用MATLABSIMULINK的建模和仿真功能，我们可以更好地理解和改进机构的性能。
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析 1. 引言 1.1 背景介绍 机械四连杆机构是一种常见的机械系统，由四个连杆组成，通过 铰链连接在一起。该机构具有简单结构、运动灵活等特点，广泛应用 于工程领域中的机械传动系统、转动机械装置等。 随着现代工程技术的发展，人们对机械四连杆机构的运动性能和 工作特性提出了更高的要求。利用ADAMS软件进行机械四连杆机构 的运动仿真分析已成为一种常用的研究方法。通过仿真分析，可以全 面地了解机构在不同工况下的运动规律和性能特点，为设计优化和故 障分析提供重要依据。 1.2 研究目的 本文旨在利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行运动仿真分析，探讨其运动规律及特性。通过建立机构的数学模型，模拟机构在不同 工况下的运动状态，分析机构的运动学性能和动力学特性，为设计优 化提供理论支持。借助ADAMS软件的功能，对机构进行参数优化， 使机构的性能达到最佳状态。 本文研究的目的包括：1. 分析机械四连杆机构的运动规律，揭示 其运动特性；2. 探讨机构在不同工况下的运动状态和特点，评估机构 的性能；3. 基于仿真结果，进行参数优化，提高机构的工作效率和稳
定性；4. 对机构可能出现的故障进行分析，为机构的维护和保养提供参考。 通过对机械四连杆机构的运动仿真分析，旨在为机械工程师提供设计和优化机构的参考，促进机械系统的创新和发展。 1.3 研究方法 研究方法是本文的关键部分，主要包括以下几个步骤： （1）了解ADAMS软件的基本原理和使用方法，包括建模、设置参数、运动仿真等操作。 （2）建立四连杆机构的三维模型，并根据实际情况设置各个连杆的长度、质量、摩擦系数等参数。 （3）设定机构的初始条件和约束条件，如应用驱动力、初始速度、固定关节等，以模拟机构的运动过程。 （4）进行仿真分析，观察四连杆机构在不同驱动力、摩擦系数下的运动情况，包括角速度、位移、加速度等参数的变化。 （5）分析和比较仿真结果，探讨四连杆机构运动特性的影响因素，如摩擦力、驱动力大小、连杆长度等，并对结果进行合理解释。
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C B,的角加速度的变化，从而得到C B,两接触处所受到的力是成周期性变化的，可以看出C B,两点处的疲劳断裂，我们提B,两点处极易疲劳断裂，针对C 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：332211,,,,,ψϕψϕψϕ，其中他们对应的值 分别为： 52,45,82,90,112,135，为了便于写代数式，可作出AB 与 CD 对应的关系，其图如下： 图—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： φ αα i θ i φi 图—3 平面机构直角坐标系
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证引言 四旋翼无人机（UAV）因其灵活的飞行特性和广泛的应用领域而受到了广泛的关注。由于外部环境、飞行姿态和飞行任务的多样性，四旋翼无人机的控制系统需要具备较强的鲁 棒性和抗干扰能力。对四旋翼的控制系统进行仿真和抗干扰验证就显得尤为重要。 本文基于matlab对四旋翼的控制系统进行了仿真，并通过抗干扰验证的实验，以验证控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。首先介绍了四旋翼的基本结构和运动原理，然后分析了 四旋翼的控制系统设计，并使用matlab对其进行了仿真。最后进行了抗干扰验证实验，通过对仿真结果的分析，验证了四旋翼控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。 一、四旋翼的基本结构和运动原理 四旋翼无人机是一种由四个电动马达驱动的旋翼飞行器，它能够通过改变四个电动马 达的转速和方向，来实现飞行姿态的控制。四个电动马达分别安装在无人机的四个臂上， 并通过不同的电调装置，来改变电动马达的转速和方向，从而实现飞行器的姿态控制和飞行。 二、四旋翼的控制系统设计 四旋翼无人机的控制系统主要包括姿态控制系统和导航控制系统两部分。姿态控制系 统主要用于控制飞行器的姿态和运动，包括俯仰、横滚和偏航等动作；导航控制系统主要 用于控制飞行器的位置和航线，包括高度、位置和航向的控制。 姿态控制系统通常采用PID控制器来对四旋翼的姿态进行控制，PID控制器是一种比例、积分、微分控制器，通过对飞行器的姿态误差进行检测和修正，来实现飞行器的姿态 控制。导航控制系统通常采用惯性导航和全局定位系统来对飞行器的位置和航向进行控制，通过对飞行器的位置误差进行检测和修正，来实现飞行器的导航控制。 抗干扰验证实验主要包括对飞行器的姿态和导航进行抗干扰测试，首先对不同的外部 干扰进行仿真测试，例如风速、气流等外部因素的干扰；然后对不同的飞行任务进行仿真 测试，例如快速转弯、快速速度变化等飞行任务的干扰；最后对仿真结果进行分析和对比，来验证四旋翼控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。 结论 通过基于matlab的四旋翼控制系统仿真和抗干扰验证实验，本文验证了四旋翼控制系统的鲁棒性和抗干扰能力，并分析了仿真结果和实验数据，从而得出了以下结论：
基于MATLAB的RRR—RSSR摇杆空间机构运动学仿真 崔卫国 （五邑大学机电学院，广东江门529020） 摘要：本文以RRR—RSSR摇杆空间机构为研究对象，建立了摇杆机构、RRRⅡ机构、RSSR机构的运动学模型，并对此机构模型进行运动参数分析、运动学特性分析，应用代数解析法建立了该连杆机构的各部分数学模型，并通过MATLAB对其机构进行运动仿真，建立起M函数的仿真，最终得出了该机构运动的位置、速度、加速度的解析方程和运动学曲线。 关键词:运动学；连杆机构；数学模型；MATLAB仿真分析；运动特性 Abstract: This article to the RRR-RSSR rocker space agencies as the object of study, rocker mechanism, RRR Ⅱinstitutions, RSSR kinematics model, and this institutional model for the motion parameters analysis, kinematics characteristic analysis, the application of algebraic analytical method part of the mathematical model of the link mechanism, and their institutions through MATLAB simulation exercise to establish the simulation of the M function, and ultimately reached the position of the kinematic speed, acceleration analytical equations and kinematics curves. Keywords: kinematics; linkage; mathematical model; the MATLAB simulation analysis; motion characteristics 1前言 机构是由构件组成的系统，用来传递运动或力的装置，它涉及到所有有关一般机器及机构的设计理论、运动学与动力学分析与综合、机器人机构学、微观机械和仿生机械等。随着工业技术的不断发展，机械工业技术在机构学方面也得到了迅猛的发展，经过前人不断对机械机构的优化、改进、发展，RRR—RSSR空间机构以其结构简单、性能稳定，可靠性高的特点得到了广泛的应用。因此，对其机构运动分析具有重要的意义。 本文以RRR—RSSR摇杆空间机构为研究模型，通过建立代数解析法的数学模型，对该机构进行了运动参数分析、运动学特性分析，建立了基于MATLAB的M函数运动仿真和编程方法，并对其位置特性曲线、速度特性曲线和加速度特性曲线进行了分析研究。 2建立分析RRR—RSSR摇杆空间机构模型 2.1建立整体模型 RRR—RSSR摇杆空间机构主要包括以下三个单元：摇杆单元、RRRⅡ级杆组单元、RSSR杆组单元，如图1所示。 图1：RRR—RSSR空间机构 2.2建立拆分模型 机构拆分模型建立有一个重要的先行条件，即机构运动分析。机构运动分析是在已知机构的机构和几何尺寸的条件下，在原动件的运行规律给定时，确定从动部分运动变量的变化规律，包括位置、速度和加速度分析。 对整体RRR—RSSR摇杆空间机构而言，它包含一个摇杆AB，一个RRR杆组BCD，一个RSSR杆组VDCEFW。因此，整个机构可以分解为三个基本的杆组单元，如图2（a）（b）（c）所示。
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究 系别信息工程系 专业名称电子信息工程 班级学号088205227 学生姓名蔚道祥 指导教师罗艳芬 二O一二年五月
毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计(论文)题目： 基于MATLAB的控制系统仿真应用研究 II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 原始资料： （1）MATLAB语言。 （2）控制系统基本理论。 设计技术要求： （1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个统的构建，比较各种控制算法的性能。 （2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。 I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间： 第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。 第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。 第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。 第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料： [1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。 [2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。 [3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。 [4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。 [5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005. 信息工程系电子信息工程专业类0882052 班 学生（签名）： 填写日期：年月日 指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：