连杆机构的优化设计

契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用
契贝谢夫四连杆机构是一种常用的机构，其由四根连杆和一个滑块组成。

契贝谢夫四连杆机构的优化设计和应用可以涉及以下方面：
1. 运动学分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的运动学特性进行分析和优化设计，以提高机构的性能。

通过优化连杆的长度和角度，可以实现所需的运动轨迹和位移，并最小化驱动力和摩擦损失。

2. 动力学分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的动力学特性进行分析和优化设计，以实现所需的力学性能。

通过优化连杆的惯量和刚度，可以提高机构的响应速度和精度，并最大限度地减小振动和动态载荷。

3. 结构强度分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的结构强度进行分析和优化设计，以确保机构在工作过程中的安全和可靠性。

通过优化连杆的剖面和材料，可以提高机构的承载能力和抗疲劳性，以应对不同工况和环境的要求。

4. 仿真和测试分析：可以通过使用计算机辅助设计和仿真软件，对契贝谢夫四连杆机构进行仿真分析，并验证优化设计的有效性。

同时，可以进行实际测试和试验，以验证优化设计参数和模型的准确性和可行性。

契贝谢夫四连杆机构在工程上有广泛的应用，例如在机械工程中可以应用于机器人、汽车发动机、传输机器和减速器等领域。

在机械设计和制造过程中，优化设计和应用契贝谢夫四连杆机构可以提高机械系统的性能、效率和可靠性。

此外，契贝谢夫四连杆机构也可以应用于模拟和教学实验，用于解决实际问题和培养学生的设计和创新能力。

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。

%铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计% (调用目标函数lgjg_gjyh_mb 和非线性约束函数lgjg_gjyh_ys)%设计变量：x(1)-机架;x(2)-曲柄;x(3)-连杆;x(4)-摇杆;x(5)-连杆附杆；% x(6)-机架倾斜角beta;x(7)-连杆与附杆夹角 gamma;x(8)-曲柄相初始角thetaO; %设计变量初值 x0=[50;7;55;25;25;-12;15;50]; %设计变量边界 lb=[10;8;10;10;10;-20;5;5]; ub=[60;30;60;40;30;30;15;60]; % % % %hd=pi/180;delta_ n=acos((xo pt(3)A2+xo pt(4) ^2-(x0 pt(1)-xo pt(2))A2)/(2*x op t(3)*xo pt(4))); fprintf (' 机构最小传动角 delta_min = %3.4f ° \n',delta_n/hd);%调用多维约束优化函数(lgjg_gjyh_ys)计算最优点x*的性能约束函数值 [g,ceq]=lgjg_gjyh_ys(xo pt); disp ' fprintf (' 最小传动角约束函数值 g1* = %3.4f \n',g(1))fprintf (' 曲柄长度 ＜=机架长度 g2* = %3.4f \n',g(2)) fprintf (' 曲柄长度 ＜=连杆长度 g3* = %3.4f \n',g(3))fprintf (' 曲柄长度 ＜=摇杆长度 g4* = %3.4f \n',g(4))fprintf (' 曲柄+机架 ＜=摇杆+连杆 g5* = %3.4f \n' ,g(5)) fprintf (' 曲柄+连杆 ＜=摇杆+机架 g6* = %3.4f \n ',g(6)) fprintf (' 曲柄+摇杆 ＜=连杆+机架 g7* = %3.4f \n' ,g(7)) fprintf (' 机架长度＜=60 g8* = %3.4f \n',g(8)) fprintf (' 曲柄长度＞=8 g9* = %3.4f \n',g(9))fprintf (' 曲柄长度＜=30 g10* = %3.4f \n',g(10)) fprintf (' 连杆长度＜=60 g11* = %3.4f \n',g(11)) fprintf (' 摇杆长度＜=40 g12* = %3.4f \n',g(12)) fprintf ('附杆长度＞=10g13* = %3.4f \n',g(13))fprintf (' 机架长度 d = %3.4f mm \n',xo pt(1)) fprintf (' 曲柄长度 a = %3.4f mm \n',xo pt(2)) fprintf (' 连杆长度 b = %3.4f mm \n',xo pt(3)) fprintf (' 摇杆长度 c = %3.4f mm \n',xo pt(4)) fprintf (' 连杆附杆长度 h = %3.4f mm \n',xo pt(5)) fprintf (' 机架倾斜角 beta = %3.4f ° \n :X op t(6))fprintf (' 连杆与附杆夹角 gamma = %3.4f ° \n ',xo pt(7fprintf (' 曲柄初始位置角theta0 = %3.4f ° \n ',xo pt(8)) fprintf ('M 点轨迹坐标偏差f* = %3.4f\n ',fo pt)I线性不等式约束(g(2)〜g(20))中设计变量的系数矩阵 a 省略，定义为空矩阵“[]”线性不等式约束(g(2)〜g(20)中的常数项列阵b 省略，定义为空矩阵“[]” 没有等式约束，参数 Aeq 和beq 定义为空矩阵“[]” 调用非线性优化函数[xop t,fo pt]=fmi ncon( @lgjg_gjyh_mb,x0,[],[],[],[],lb,ub,@lgjg_gjyh_ys); dis p铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计最优解最优点的约束函数值附杆长度＜=30 g14* = %3.4f \n',g(14)) fprintf ('fprintf (' 机架倾斜角＞=-20 °g15* = %3.4f \n',g(15)) fprintf ('机架倾斜角＜=30 °g16* = %3.4f \n',g(16)) fprintf ('连杆附杆夹角＞=0 °g17* = %3.4f \n',g(17)) fprintf ('连杆附杆夹角＜=15 °g18* = %3.4f \n',g(18)) fprintf (' 曲柄初始角＞=0 °g19* = %3.4f \n',g(19)) fprintf ('曲柄初始角＜=15 °g20* = %3.4f \n',g(20)) 计算结果：Op timizati on term in ated: magn itude of direct ional derivative in search direct ion less tha n 2*op ti on s.Tol Fun and maximum con stra int violati on is less tha n op ti on s.TolC on.Active in equalities (to with in op ti on s.TolC on = 1e-006): lower2 ********in eqli n ineqnon li n9铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计最优解upperan 机架长度 d = 51.7446 mm曲柄长度 a = 8.0000 mm连杆长度 b = 53.6230 mm摇杆长度 c = 25.4846 mm连杆附杆长度h = 22.6784 mm机架倾斜角beta = 11.4185 °连杆与附杆夹角gamma = 14.9999 °曲柄初始位置角theta0 = 50.0664 °M点轨迹坐标偏差f* = 1.9718机构最小传动角delta_min = 53.8751最优点的约束函数值最小传动角约束函数值g1* = -482.3881曲柄长度＜=机架长度g2* = -43.7446曲柄长度＜=连杆长度g3* = -45.6230曲柄长度＜=摇杆长度g4* = -17.4846曲柄+机架＜=摇杆+连杆g5* = -19.3631曲柄+连杆＜=摇杆+机架g6* = -15.6062曲柄+摇杆＜=连杆+机架g7* = -71.8830机架长度＜=60 g8* = -8.2554曲柄长度＞=8 g9* = 0.0000曲柄长度＜=30 g10* = -22.0000连杆长度＜=60 g11* = -6.3770摇杆长度＜=40 g12* = -14.5154附杆长度＞=10 g13* = -12.6784附杆长度＜=30 g14* = -7.3216机架倾斜角＞=-20 °g15* = -31.4185机架倾斜角＜=30 °g16* = -18.5815连杆附杆夹角＞=0 °g17* = -14.9999%铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计 --目标函数文件---lgjg_gjyh_mb.mfun ctio n f=lgjg_gjyh_mb(x) %曲柄输入角增量Dtheta=[0,22,44,66,88,129,221,314]; %连杆上M 点给定的坐标 Sx=[26,23,20,17,13,10,20,30]; Sy=[16,17,17,16,15,11,6,12]; %目标函数 hd=pi/180;theta=x(8)+Dtheta;%曲柄输入角=初始角+角增量ep silo n=ata n(x(2).*si n((theta-x(6))*hd)/(x(1)-x(2).*cos((theta-x(6))*hd)));etaz=x(1)A2+x (2) ^2+x (3)^2-x (4) ^2-2*x(1)*x(2).*cos((theta-x(6))*hd); etam=2*x(3)*sqrt(x(1)A2+x (2)^2-2*x(1)*x(2).*cos((theta-x(6))*hd));eta=etaz./etam;p hi=x(6)+x(7)+eta-e psil on;Mx=x(2).*cos(theta*hd)+x (5) .*cos( phi*hd);My=x(2).*s in (theta*hd)+x (5).*si n(p hi*hd); f=sqrt(sum((Mx-Sx).A2+(My-Sy).A2)/8);%铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计 fun ctio n [g,ceq]=lgjg_gjyh_ys(x)连杆附杆夹角＜=15 曲柄初始角＞=0 ° 曲柄初始角＜=15 °g18* = -0.0001 g19* = -50.0664 g20* = -9.9336%凑整解的计算xz=[52,8,54,25,23,11.5,15,50]; fz=lgjg_gjyh_mb(xz);gz=lgjg_gjyh_ys(xz); delta_z=acos((xz(3)A2+xz(4)A2-(xz(1)-xz(2))A2)/(2*xz (3) *xz (4))); dis pI anfprintf (' fprintf (' if gz<=0dis p 'else铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计凑整解M 点轨迹坐标偏差机构最小传动角f* = %3.4f delta_z= %3.4f ° 未a***、\n',fz)\n ',delta_z/hd)&&&&&&&&凑整解在可行域内 &&&&&&&&'dis p 'end&&&&&&&& 凑整解在可行域外&&&&&&&&'********铰链四杆机构实现连杆轨迹的优化设计凑整解M 点轨迹坐标偏差f* = 1.9989机构最小传动角 delta_z = 53.5270 &&&&&&&& 凑整解在可行域内********&&&&&&&&%连杆上M 点实际x 坐标 %连杆上M 点实际y 坐标 % M 点坐标偏差均方根值--约束函数文件---lgjg_gjyh_ys.m%机构最小传动角(40度)约束g(1)=x (3)A2+x(4)A2-(x(1)-x(2))A2-2*x (3) *x(4)*cos(40* pi/180); %曲柄存在条件约束 g(2)=-x(1)+x(2); g(3)=-x(3)+x(2); g(4)=-x(4)+x(2);g(5)=x(1)+x(2)-x(3)-x(4); % 曲柄 + 机架<= 摇杆 +连杆 g(6)=-x(1)+x(2)+x(3)-x(4); % 曲柄 + 连杆 <= 摇杆 +机架 g(7)=-x(1)+x(2)-x(3)+x(4); %曲柄+ 摇杆 <=连杆 +机架%边界约束g(8)=x(1)-60;% 机 架 <=60g(9)=8-x(2);g(10)=x(2)-30;%8 <=曲柄<=30g(11)=x(3)-60;%连; 杆 <=60g(12)=x(4)-40;%摇; 杆 <=40g(13)=10-x(5);g(14)=x(5)-30; g(15)=-x(6)-20;g(16)=x(6)-30; g(17)=-x(7);g(18)=x(7)-15; g(19)=-x(8);g(20)=x(8)-60; ceq珂］;% 10 <=连杆附杆 <=30 % -20度 <=机架倾斜角% 0度 <=连杆附杆夹角 % 0度 <=曲柄初始角曲柄长度 曲柄长度 曲柄长度 <=机架长度 <=连杆长度 <摇杆长度<=30 度 <=15 度 <=60 度。

契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用肖晓萍;李自胜【摘要】优化了契贝谢夫平面四杆机构.首先,利用解析法,建立了契贝谢夫平面四杆机构的数学模型,通过对机构理想的运动曲线的分析,确定了约束方程和目标函数.其次,使用Adams软件中参数化设计与分析方法优化了杆件的长度,得到了较好的运动轨迹.最后,将此机构应用到一自由度轮腿式行走机器人的设计,其仿真实验表明,此机器人在行走的过程具有较好的稳定性.该机构能够为研究低功耗、低成本、易控制的腿式行走机器人提供设计依据,方法实用可行.%Chebyshev four-bar linkage has been optimizedFirstly,based on analytical method,a mathematical model of Chebyshev four-bar linkage has been established and through analyzing the ideal mo-tion curve of themechanism,constraint functions and objective function have been determinedSecondly, better motion trajectory is obtained by applying the parametric design and analyzing method in A dmas soft-ware to optimize the length of the linkages. Finally, this mechanism is utilized to design one-degree wheel-leg walking robot.The simulation results show that the robot designed with the approach proposed in it obtains better stability and accuracy in the course of walking,which provides reference for studying and designing leg robot with low-power,low-cost and easy-control.The method is proven to be feasible and practical.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P63-65)【关键词】契贝谢夫四杆机构;优化设计;腿式机器人;Adams【作者】肖晓萍;李自胜【作者单位】西南科技大学工程技术中心,绵阳621010;西南科技大学制造科学与工程学院,绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TH122;TH112.11 引言Chebyshev（契贝谢夫）机构是一类特殊的四杆机构。