基于位置分析的可调球面5R机构可视化软件开发

Ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚｅｄ ｓｏｆｔｗ ａｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ５Ｒ ｌｉｎｋａｇｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ＬＩＵ Ｓｉｊｉａ，ＬＩＮ Ｇｕａｎｇｃｈｕｎ，ＤＯＵ Ｙｉｌｉｎｇ
２０１６年第３期 总第４３卷
计算机辅助技术
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基 于位 置分析 的可调球面 ５Ｒ机构 可视化软件 开发
刘思佳 ，林 光春，豆依玲
（四川大 学 制造科 学与工程学院，四川 成 都 ６１００６５）
摘要 ：针对一个可调球 面 ５Ｒ 机 构，建 立 了基 于符号表示 的位 置正解数 学模 型，在此基础 上开发设计 由
球面机构具有结构紧凑 、灵活可靠等优点 ， 要求 ，可以满足大多数 的工业操作需要 ，机构
在工程上具有重要的应用价值 ，在宇航 、医疗 、 的复杂度和成本较低 ，已成为 国内外研究热 点。
电子 、机械等领域具有广阔的应用前景 卜 。可
Ｄｅｌｐｈｉ作为一种功能强大的编程工具 ，具
调球面机构则结合 了可调机构和球面机构的优 有开发效率高 、易学易用 ，界面制作美观 方便
ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔ，ｔｈｅ ａｄｊｕｓｔ ａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ｈａｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄｅｌｐｈｉ；Ｍａｔｌａｂ；ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｆ ｉｖｅ－ｂａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
点 ，强度高 、工作空间大 ，能够完成多个任 务 等特点 。Ｄｅｌｐｈｉ具有可视化 的开发 环境 ，编
收 稿 日期 ：２０１５一ｌ０—２７ 基 金项 目：四川 省科 技支 撑计 划项 目：可调 球面 机构 理 论 、性 能及 设 计方 法研 究 （２０１１ＧＺ０２２４） 作者简介：刘思佳 （１９９０一），女 ，辽宁大连人 ，硕士研究生 ，主要研究方向为机械工程 。
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ａ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ５Ｒ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｌｉｎｋａｇｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
Ｄｅｌｐｈｉ制作界 面、Ｍａｔｌａｂ实现 计算功能的可视化软件 。通过 Ｍａｔｌａｂ与 Ｄｅｌｐｈｉ的接 口技 术，将 Ｍａｔｌａｂ强
大 的科学计算功能 与 Ｄｅｌｐｈｉ强大 的可视化开发环境功能 相结合 ，实现 Ｄｅｌｐｈｉ语 言调 用 Ｍａｔｌａｂ引擎、Ｄｅｌｐｈｉ
和 Ｍａｔｌａｂ程序 进行数据交 换，使 Ｄｅｌｐｈｉ语言开发 的软件 具有更 加强大 的数据 处理 功能。并通过实例分析 ，
验 证 了位置正解数 学模 型的正确性、可调机 构的合理 性和软件 的可行性及优越 性。
关 键诃：Ｄｅｌｐｈｉ；Ｍａｔｌａｂ；软件接 口；球 面５Ｒ机 构；可调机 构
中图分类 号：ＴＰ３１９
文献标志码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—０３１６．２０１６．０３．０１１
文章编号 ：１００６—０３１６（２０１６）０３—００４９—０６
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｍ ｂｏｌｉｃ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｍ ｅｔｈｏｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａ ｖｉｓｕａｌｉｚｅｄ ｓｏｆｔｗ ａｒｅ ｗｈｏｓｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ Ｄｅｌｐｈｉ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｍ ＡＴＬＡＢ ．Ｕ ｓｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｄｅｌｐｈｉ ａｎｄ Ｍ Ａ ＴＬＡＢ，ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｌｐｈｉ，ｗ ｈｉｃｈ ｈａｓ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｍ ｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ， ａｎｄ Ｍ ＡＴＬＡ Ｂ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ，ｍ ａｋｅｓ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｈａｖｅ ｍ ｏｒｅ ｐｏｗｅｒｆｕ ｌ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｔａｒｔ Ｍ ＡＴＬＡ Ｂ ｉｎ Ｄ ｅｌｐｈｉ，ｅｘｅｃｕｔｅ Ｍ ＡＴＬＡ Ｂ ｃｏｍ ｍ ａｎｄｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍ ｅｎｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｂｅｔ ｗ ｅｅｎ Ｍ ＡＴＬＡ Ｂ ａｎｄ Ｄ ｅｌｐｈｉ．Ｂｙ ｃａｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｖｅｒｉ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ
Ｄｅｌｐｈｉ与科 学计算软件相结合 ，从而高效完成 坐标 系如 图 １所示。分别用 ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４、ｅ５
编程任务是一个难点问题 ＿４］。ＭＡＴＬＡＢ正是一 来表示各 回转轴线 的单位矢量 ，则有 ：
种高效率的科学工程计算语言 ，它在矩阵运算 、 数值 计算 、数字信号处理 、系统识别 、自动控 制 、神经 网络 、图形显示等方面比其它语言有 难以比拟的优势［引。本文将 Ｄｅｌｐｈｉ和 ＭＡＴＬＡＢ 相结合 ，利用 Ｄｅｌｐｈｉ的编程能力和 ＭＡＴＬＡＢ 的科学计算能力 ，开发 出基于位置分析 的可调
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计 算机 辅助 技术
２０１６年第３期 总第４３卷
译器速度和 已编译代码的效率高 ，编程语言功
本文选择单位球面进行研究 ，以 Ｄ为原点 ，
能强大 ，数据库结构灵活 ，可扩展性 强 ，其框 设 ＯＡ杆为 Ｘ轴 ，其 中杆件 Ｅ与平面 ｘＯｙ重合 ，
架能对设计和使用模式扩充等优 势 。但如何将 由右手螺旋定则确定 Ｚ轴建立空 间坐标系 ，Ｏｘｙｚ