基于MATLAB的平面四连杆机构优化设计

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基于matlab的平面四连杆机构优化设计

基于matlab的平面四连杆机构优化设计
宋志强
【期刊名称】《呼伦贝尔学院学报》
【年(卷),期】2014(000)006
【摘要】四连杆机构是工程上广泛应用的传动机构，按照预定的轨迹曲线设计平面连杆机构，就是要确定机构的各尺寸参数和连杆上的描点位置，使该点所描的连杆曲线与预定的轨迹相符。

利用软件 Matlab 优化工具箱进行优化设计，使得实际运动轨迹与预定的轨迹误差最小，得到最优的连杆参数。

【总页数】3页(P108-109,79)
【作者】宋志强
【作者单位】呼伦贝尔学院工程技术学院内蒙古海拉尔区 021008
【正文语种】中文
【中图分类】TH112.1
【相关文献】
1.基于MATLAB的液压支架四连杆机构优化设计 [J], 王建国
2.基于MATLAB的平面四连杆机构的解析设计方法 [J], 贝天宝;林兴发
3.基于MATLAB的平面四连杆机构运动仿真 [J], 刘龙;黎炯宏
4.基于6σ的平面四连杆机构稳健优化设计 [J], 王涛;陶薇
5.基于Matlab软件的挑梁四连杆机构优化设计 [J], 孙鹏飞;孟海岗;孙博;田家宝因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于matlab的平面四杆机构动态仿真

基于matlab的平⾯四杆机构动态仿真摘要：本⽂基于matlab 强⼤的数值计算功能，借助fsolve 函数，建⽴了⼀个平⾯四杆机构模型，并对此进⾏运动仿真，为平⾯四杆机构的尺⼨优化设计和运动分析提供了⼀条简单实⽤的捷径。

关键词：平⾯四杆机构 matlab fsolve 函数1 背景介绍平⾯四连杆机构是⼯程应⽤中使⽤⼴泛的机械结构。

如果知道相应尺⼨下杆件的运动轨迹，速度⼤⼩，对整个机构的优化设计有重要作⽤。

Matlab 具有强⼤的科学计算机数据处理能⼒，出⾊的图形处理功能，且程序语⾔简单。

基于以上叙述，本⽂⾸先设计了平⾯四杆机构的各连杆参数，然后在matlab 环境下运⽤⽜顿-⾟普顿算法，使⽤fsolve 函数快速实现了运动仿真并以图形的形式将其运动情况显⽰了出来。

2 平⾯四杆机构的运动仿真2.1 ⽤matlab 进⾏⾓位移分析平⾯四杆机构如右图所⽰，4l 为机架，1l 为摇杆，2l 为连杆，3l 为摆杆，设杆长分别为20,mm50mm 35mm,60mm.,摇杆与机架夹⾓1?θ=，连杆与⽔平线夹⾓2δθ=，摇杆与机架夹⾓3ψθ=，且初始⾓度00o ?=，1θ⾓速度为10/rad s ω=。

则可将问题转化为，已知1θ的运动状态，求23,θθ。

由铰链四杆机构复向量坐标，可以写出⾓位移⽅程3121243j j j l e l e l l e θθθ+=+将上式展开，整理的1231122433223112233(,)cos cos cos (,)sin sin sin f l l l l f l l l θθθθθθθθθθ=+--=+-??由上式可知，在1θ给定的情况下建⽴了⼀个⼆元⽅程，通过matlab 联⽴⽅程组可求解出23,θθ。

2.1 ⽤matlab 进⾏⾓速度分析⽤matlab 进⾏速度分析对上式进⾏求导并整理成矩阵形式为1211223312233113sin()sin()sin()cos()cos()cos()l l l l l l θθθθθθθθθ-??-=-运动仿真的实现为了求得23,θθ，可调⽤matlabf 中fsolve 函数。

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。

机械基础-案例11实现预定轨迹的平面四连杆机构的优化设计

实现预定轨迹的平面四连杆机构的数学建模及其优化设计一．问题描述设计一平面四连杆机构，如图1所示。

要求曲柄在运动过程中实现运动轨迹x y 2=，52<<x ，因传递力的需要，最小转动角γ大于50度。

图1二．建立优化数学模型 1．确定设计变量根据设计要求，由机械原理知识可知，设计变量有L1、L2、L3、L4、ϕ。

将曲柄的长度取为一个单位长度1，其余三杆长可表示为L1的倍数。

由图1所示的几何关系可知⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅--+=4324232212)(arccos L L L L L L ϕϕ为杆长的函数。

另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架L4的长度，取L4=5，经以上分析，只剩下L2、L3两个独立变量，所以，该优化问题的设计变量为[][]TTL L X X X 3221,,==因此。

本优化设计为一个二维优化问题。

2.建立目标函数按轨迹的优化设计，可以将连杆上M 点()mi mi y x ,与预期轨迹点坐标偏差最小为寻优目标，其偏差为i Mi i x x x -=∆和i Mi i y y y -=∆()n x i ,,2,1⋅⋅⋅=，如图2。

为此，把摇杆运动区间2到5分成S 等分，M 点坐标有相应分点与之对应。

将各分点标号记作i ，根据均方根差可建立其目标函数，即()()()[]min 2/122→-+-=∑i Mi i Mi y y x x X fϕsin 3L y Mi =ϕcos 33⋅+=L x Mii i xy ⋅=2)1(31-+=i sx i ，S 为运动区间的分段数⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅--+=4324232212)(arccos L L L L L L ϕ于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定21,X X ），即可计算出均方根差()X f 。

图 23.确定约束条件根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角γ应大于50度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。

基于matlab的平面四连杆机构设计以及该机构的运动分析参考模板

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CB,的角加速度的变化，从而得到CB,两接触处所受到的力是成周期性变化的，可以看出CB,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：φααi θi φi图—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0α与0φ为AB 杆与CD 杆的初始角，各杆件的长度分别用矢量d c b a ,,,,表示，将各矢量分别在X 轴与Y 轴上投影的方程为⎩⎨⎧=++=+)sin(*)sin(*)sin(*)cos(*)cos(*)cos(*φθαφθαc b a c d b a在上述的方程中我们可以消除θ，从而可以得到α与φ之间的关系如下：)cos(2)cos(2)cos(2)(2222αφαφab ac cd b d c a +-=+-++ (1) 为便于化简以及matlab 编程我们可以令：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-++=c d H a d H ac b d c a H 32222212 (2) 通过将（2）式代入（1）式中则可以化简得到如下等式： )cos()cos()cos(321αφαφH H H +-=+ （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：⎪⎩⎪⎨⎧+-=++-=++-=+)cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos(333332123222211311121ϕψϕψϕψϕψϕψϕψH H H H H H H H H （4）联立（4）方程组我们可以求得321,,H H H ，再根据（2）中的条件以及所给定的机架d 的长度，我们可以求出其它杆件的长度为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-++===1222322acH d c a b H d c H d a （5）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给定连杆预定位置的四杆机构设计

第14卷第2期2019年6月Vol.14No.2Jun.2019陕西工业职业技术学院学报Journal of Shaanxi Polytechnic Institute基于MATLAB给定连杆预定位置的四杆机构设计韩二豹(陕西工业职业技术学院土木工程学院，陕西咸阳712000)摘要：连杆机构是一种典型的机械机构，运动设计是一个比较复杂和困难的问题，给定连杆预定位置的四杆机构的设计常用的设计方法主要为解析法。

本文以MATLAB语言为基础，利用计算机对给定连杆预定位置的四杆机构进行设计。

结果表明，此方法设计过程简洁，结果合理，准确，效率高。

关键词：四杆机构；MATLAB；预定位置中图分类号:TB121文献标识码:A文章编号=9459-2019(2)-0006-03A MATLAB-based Design of Four-bar Linkage with PresetPosition of Connecting RodHan Erbao(School of Civil Engineering,Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang Shaanxi712000,China)Abstract:Connecting rod is a typical mechanical linkage and its motion design is complex and ually, analytical method is the main method used in the design of four一bar linkage with preset position of connecting rod. In the study,a MATLAB一based design of four bar mechanism was made to link the preset position given by com・puter.The results show that the design process is simple Key words:Four bar linkage；MATLAB；Preset positiono引言MATLAB是一种高级技术语言和发展环境，特提供了一个人机交互的系统环境，并以矩阵作为基础的数据结构，节省编程时间，语法简单、容易掌握、调试方便，可以设置调试断点、快速查找程序错误等优点，可以将使用者从繁重重复的计算中解脱出来，已经被大家认可和广泛使用，充分展现其高效、直观、简单的特点⑷。

MATLAB程序：已知三个位置设计平面四杆机构求解程序(位移矩阵法)

%MATLAB程序：已知三个位置设计平面四杆机构求解程序（位移矩阵法）clear;clc;%凡是变量名前带v的为数值变量，不带的是符号变量vxp1=0; vyp1=0; vsita1=0*pi/180;vxp2=-2; vyp2=6; vsita2=40*pi/180;vxp3=-10; vyp3=8; vsita3=90*pi/180; %精确位置P1，P2，P3及各角度vsita12=vsita2-vsita1;vsita13=vsita3-vsita1;vxa=-10; vya=-2;vxd=-5; vyd=-2; %选定A,D点%所有数值均在此确定，更改此处即可解出不同数值的四杆机构位移矩阵方程syms xp1 yp1 xp2 yp2 xp3 yp3 sita12 sita13;syms xa ya xb1 yb1 xb2 yb2 xb3 yb3;f1='(xb2-xa)^2+(yb2-ya)^2=(xb1-xa)^2+(yb1-ya)^2';f2='(xb3-xa)^2+(yb3-ya)^2=(xb1-xa)^2+(yb1-ya)^2'; %前两个机构方程f3='xb2=cos(sita12)*xb1-sin(sita12)*yb1+xp2-xp1*cos(sita12)+yp1*sin(sita12)';f4='yb2=sin(sita12)*xb1+cos(sita12)*yb1+yp2-xp1*sin(sita12)-yp1*cos(sita12)'; %由第一个位移矩阵方程得出f5='xb3=cos(sita13)*xb1-sin(sita13)*yb1+xp3-xp1*cos(sita13)+yp1*sin(sita13)';f6='yb3=sin(sita13)*xb1+cos(sita13)*yb1+yp3-xp1*sin(sita13)-yp1*cos(sita13)'; %由第二个位移矩阵方程得出f1=subs(f1,{xa,ya},{vxa,vya});f2=subs(f2,{xa,ya},{vxa,vya});f3=subs(f3,{xp1,xp2,yp1,sita12},{vxp1,vxp2,vyp1,vsita12});f4=subs(f4,{xp1,yp1,yp2,sita12},{vxp1,vyp1,vyp2,vsita12});f5=subs(f5,{xp1,xp3,yp1,sita13},{vxp1,vxp3,vyp1,vsita13});f6=subs(f6,{xp1,yp1,yp3,sita13},{vxp1,vyp1,vyp3,vsita13}); %代入具体数值[xb1,xb2,xb3,yb1,yb2,yb3]=solve(f1,f2,f3,f4,f5,f6); %解方程vxb1=vpa(xb1);vyb1=vpa(yb1);vxb2=vpa(xb2);vyb2=vpa(yb2);vxb3=vpa(xb3);vyb3=vpa(yb3);(vxb1-vxa)^2+(vyb1-vya)^2;(vxb2-vxa)^2+(vyb2-vya)^2;(vxb3-vxa)^2+(vyb3-vya)^2; %去掉这三行分号可验证B点三个位置是否距离A点相等syms xd yd xc1 yc1 xc2 yc2 xc3 yc3;f7='(xc2-xd)^2+(yc2-yd)^2=(xc1-xd)^2+(yc1-yd)^2';f8='(xc3-xd)^2+(yc3-yd)^2=(xc1-xd)^2+(yc1-yd)^2'; %前两个机构方程f9='xc2=cos(sita12)*xc1-sin(sita12)*yc1+xp2-xp1*cos(sita12)+yp1*sin(sita12)';f10='yc2=sin(sita12)*xc1+cos(sita12)*yc1+yp2-xp1*sin(sita12)-yp1*cos(sita12)'; %由第一个位移矩阵方程得出f11='xc3=cos(sita13)*xc1-sin(sita13)*yc1+xp3-xp1*cos(sita13)+yp1*sin(sita13)';f12='yc3=sin(sita13)*xc1+cos(sita13)*yc1+yp3-xp1*sin(sita13)-yp1*cos(sita13)'; %由第二个位移矩阵方程得出f7=subs(f7,{xd,yd},{vxd,vyd});f8=subs(f8,{xd,yd},{vxd,vyd});f9=subs(f9,{xp1,xp2,yp1,sita12},{vxp1,vxp2,vyp1,vsita12});f10=subs(f10,{xp1,yp1,yp2,sita12},{vxp1,vyp1,vyp2,vsita12});f11=subs(f11,{xp1,xp3,yp1,sita13},{vxp1,vxp3,vyp1,vsita13});f12=subs(f12,{xp1,yp1,yp3,sita13},{vxp1,vyp1,vyp3,vsita13}); %代入具体数值[xc1,xc2,xc3,yc1,yc2,yc3]=solve(f7,f8,f9,f10,f11,f12); %解方程vxc1=vpa(xc1);vyc1=vpa(yc1);vxc2=vpa(xc2);vyc2=vpa(yc2);vxc3=vpa(xc3);vyc3=vpa(yc3);(vxc1-vxd)^2+(vyc1-vyd)^2;(vxc2-vxd)^2+(vyc2-vyd)^2;(vxc3-vxd)^2+(vyc3-vyd)^2; %去掉这三行分号可验证C点三个位置是否距离D点相等%最终答案xb1,yb1,xc1,yc1Lab=sqrt((vxb1-vxa)^2+(vyb1-vya)^2)Lbc=sqrt((vxb1-vxc1)^2+(vyb1-vyc1)^2)Lcd=sqrt((vxc1-vxd)^2+(vyc1-vyd)^2)Lad=sqrt((vxa-vxd)^2+(vya-vyd)^2) %得到四杆长'曲柄存在条件：'%得出四杆长后计算得到'可靠到位条件：'[vxc1-vxb1,vyc1-vyb1]*[vxc1-vxd,vyc1-vyd]'[vxc2-vxb2,vyc2-vyb2]*[vxc2-vxd,vyc2-vyd]'[vxc3-vxb3,vyc3-vyb3]*[vxc3-vxd,vyc3-vyd]''顺序到位条件：'%未完成输出结果：xb1 =(-7-4*sin(2/9*pi)+4*cos(2/9*pi))/(4*cos(2/9*pi)+4*sin(2/9*pi)-5)yb1 =-1xc1 =-6*(27+24*sin(2/9*pi)-64*cos(2/9*pi))/(-31*cos(2/9*pi)-5+39*sin(2/9*pi))yc1 =-2*(72*cos(2/9*pi)-175+192*sin(2/9*pi))/(-31*cos(2/9*pi)-5+39*sin(2/9*pi))Lab =1.0288436025165976748172169832223Lbc =2.9872531417317691216303250912289Lcd =6.9831476545729886023199865357226Lad =5ans =曲柄存在条件：ans =可靠到位条件：ans =14.605219997928496422368168445525ans =19.799913716084881287517588922012ans =20.814756669957613005391246805307ans =顺序到位条件：。

运用MATLAB解决四杆机构问题

MATLAB 解题1.设有如图所示四杆机构，其中→R 4为机架（常矢），→R1为主动杆，→R3为从动杆，→R 2为连杆。

设在某一工作位置时各杆的角速度和角加速度分别取如下值：ω1=20 rad/s, ε1= 0；ω2=8.5 rad/s, ε2=－10 rad /s 2；ω3=13 rad/s, ε3=－160rad /s 2.试根据上述要求确定该机构尺寸比。

根据图（2），回路闭合方程可写为：→R 1 +→R 2 +→R 3＝－→R 4 回路闭合方程对时间求导一次，利用（6）式，可得：图2 ω1→R 1 +ω2→R 2 +ω3→R 3 ＝ 0回路闭合方程对时间求导两次，利用（7）式，可得c 1→R 1 + c 2 →R 2 + c 3→R 3 ＝ 0其中 c 1=ε1+j ω12 ， c 2=ε2+j ω22， c 3=ε3+j ω32解关于→R 1 ，→R 2 和→R 3的线性方程组：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡→→→001111321321321R R R c c c ωωω→R 4 （13）可得 →R 1=DDx →R 4， →R 2=DDy →R 4 ， →R 3=DDz →R 4注意到上述解中含有相同的分母D,它是一个复数，不妨记为D ＝k<j α|，被它除的效果是把各杆的长度都缩小k 倍，同时方向都顺时针旋转α角，相当于机构不动，坐标轴逆时针旋转α角。

设计机构时，重要的是机构的形状与尺寸比例。

基于这种考虑，可设→R 4 / D ＝1，则有→R 1=D x =32320111c c ωω-=1230－j497.3 ； →R 2= D y =311030111c c ωω-＝－3200－j1820 ； →R 3= D z =001112121c c ωω-＝200+j1955 . 于是：→R 4 = －(→R 1 +→R 2+→R 3) = 1770+j362.3在坐标系上作出上述各杆矢量图，根据各杆矢量图作出机构的闭合矢量图，再根据实际需要选定某一杆长度，其它各杆长度按图比例相似放大。

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。

(完整版)在MATLAB环境下开发平面连杆机构运动分析系统毕业设计

在MATLAB环境下开发平面连杆机构运动分析系统摘要建立了铰链四杆机构运动分析的数学模型 ,以MATLAB程序设计语言为平台 ,将参数化设计与交互式相结合 ,设计了铰链四杆机构分析软件 ,该软件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.设计者只需输入参数就可得到分析结果 ,再将运行结果与设计要求相比较 ,对怎样修改设计做出决策.它为四杆机构设计提供了一种实用的软件与方法.关键词：平面四杆机构，MATLAB软件，运动分析，分析THE DEVELOPMENT OF SYSTEM FOR ANALYSIS OF MOTION IN PLANE FOUR BAR MECHANISM BASED ONMATLAB SOFTWAREAbstractA mathematical model of motion analysis was established in planefour - linkage , and analytical software was developed. The software adopted Matlab as a design language. It combined parametric design with interactive design and as input parameters was imported and the devisers can make decision - making of modification by the comparing analytical result with design demand. It provides an applied software and method for linkage.Key words:Plane Four Bar Mechanism, MATLAB, Analysis of Motion, Analyze目录1 绪论 (1)2 平面连杆机构的设计分析 (4)2.1平面四连杆机构的运动分析 (4)2.2 机构的数学模型的建立 (4)2.2.1 建立机构的闭环矢量位臵方程 (5)2.2.2 求解方法 (7)3 基于MATLAB程序设计 (8)3.1 程序流程 (8)3.2M文件编写 (8)3.3程序运行结果输出 (12)4 基于MATLAB图形界面设计 (23)4.1界面设计 (23)4.2代码设计 (24)5 结论.......................................................................................... 错误！未定义书签。

基于MATLAB Simulink的平面四连杆机构仿真(优选.)

基于MATLAB/Simulink的平面四连杆机构仿真一、题目及自由度分析如图1所示，该平面四杆机构中有三根运动的均质钢杆，其中有两根钢杆的一端与接地点连接，第三根杆就与这两根杆剩下的端点连接起来，两个接地点就可认为是第四杆，机构中相关尺寸如图2所示。

计算结构自由度，三个运动杆被限制到平面内运动，因此每个杆都有两个移动和一个转动，即在考虑约束之前，自由度为：3×(2+1)=9但是由于每个杆都受到约束，所以并不是每个自由度都是独立的。

在二维状态下，刚体间的连接或者刚体与接地点的连接就会增加两个约束。

这样就会使得刚体其中一端不能够作为独立的自由运动点，而是要受到邻近刚体的约束。

该题中有四个刚体--刚体或刚体—接地点的连接，这就隐含8个约束。

那么最后的自由度为9-8=1.虽然有四个转动自由度，但是，其中三个都是非独立的，只要确定其中一个，就可确定其余三个。

二、模型建立及参数设置1应用MATLAB/Simulink建立初始模型2在初始模型的基础上添加Joint Sensor模块3依题意设置相关参数⑴配置Ground模块由图2可得系统的基本尺寸为：①固定构件长86.7厘米②Ground_1表示接地点，在World CS坐标轴原点右边43.3cm处③Ground_2表示接地点，在World CS坐标轴原点左边43.4cm处④最下端的铰处于X-Z平面内原点以上4cm图5Ground_1模块参数设置图6Ground_2模块参数设置4配置Joint模块三个没有接地的联杆都是在X-Y平面内的，所以Revolute轴必须是Z轴。

⑴依次打开Revolute参数对话框，保持默认值，即Axis of rotation[x y z]默认设置为[001]，Reference csys都是WORLD。

图7Revolute坐标设置⑵根据连接情况依次设置Revolute参数对话框中的Connection parameters参数图8Revolute模块参数对话框Connection parameters参数图9Revolute模块参数对话框Connection parameters参数图10Revolute模块参数对话框Connection parameters参数图11Revolute模块参数对话框Connection parameters参数5配置Body模块本题中Body模块（即Bar）定位方式不是直接相对于WORLD坐标系统，而是采用相对坐标形式，Bar1的CS1相对于Ground_1，Bar2的CS1相对于Bar1，以此类推。

基于MATLAB运动仿真的平面多连杆机构优化设计

１２３３．３Ｌ８（ｍｍ）１９８８
７５４．４７５２．６１
δ３４
δ６７
５３°１７′６″ ２９°１４′３４″
２机构仿真
２．１连杆机构的运动分析
仍将连杆机构拆分为３个２级机构，依次求得各部分的速
度，加速度，最后求得滑块的速度和加速度（限于篇幅详细推导过程参考文献［１］）。
数学模型进行求解。建立目标函数文件和包含八个约束的非线
性约束函数文件，再将变量的上下界约束列入ｌｂ和ｕｂ向量，运
算结果如表１所示：
运算结果
变量ｘ（ｍｍ）ｙ（ｍｍ）Ｌ１（ｍｍ）Ｌ２（ｍｍ）Ｌ３（ｍｍ）Ｌ４（ｍｍ）
优化值１０６１．８８２４．２７４９８．３３ｌ５（ｍｍ）Ｌ６（ｍｍ）Ｌ７（ｍｍ）８１２．７１６２０．８８６３．３７
综上所述，本机构优化设计的数学模型为求
Ｘ＝［ｘ１，ｘ２，．．．．．．，ｘ１２］Ｔ使得
２１１
Ｆ（ｘ）＝１ #｜Ｓ｜$ｍｉｎ１０４ #＝１０７
ｓ．ｔ．ｇ（ｕＸ）０（ｕ＝１，２，．．．．．．，１０）
ＸＬ≤Ｘ≤ＸBiblioteka 利用Ｍａｔｌａｂ７．０软件优化工具箱［２］的Ｆｍｉｎｃｏｎ（）函数，对上述
２．２仿真结果的显示
图４滑块机构
图５最大值、最小值示意
１．２．２考虑工艺及结构要求
首先，要求滑块行程有上下限；其次，机构运动时，上角架在
最高位置必须与立柱留有足够的间隙，下角架不允许同横梁相
碰。可建下列约束函数
ｇ（６ｘ）＝ｘ９＋ｘ１０≤２７９１ｇ（９ｘ）＝－Ｓ３ｘｍａｘ≤－８３０

基于matlab GUI的平面四杆机构的运动分析

基于matlab GUI的平面四杆机构的运动分析一、目的通过matlab对平面四杆机构进行运动仿真，并以GUI界面方式实现输入输出的参数化，对平面四杆机构进行位置分析、速度分析、加速度分析和静力学分析。

此外，通过动画演示，更加形象直观地观察机构的运动过程。

最后，将程序编译成.exe独立可执行文件，可以在其它没有安装matlab的机器上运行。

二、设计思路通过matlab的GUI功能模块，创建一个图形用户界面，在自动生成的代码框架中对初始化函数和回调函数等进行编辑，建立与控件相关联的程序：控件属性、位置分析、速度分析、加速度分析、静力学分析、动画演示等。

图1是平面四杆机构的示意图，输入角q的运动规律为q=pi/50*t^2+q0，r1、r2是从动角。

对t时刻沿着杆长距离原点A的任意一点进行分析。

注意：输入输出角的单位为度，时间t的取值范围为0：0.05：10，任意点lx的取值范围为0～a1+a2+a3，估算的从动角r1、r2的迭代初始值不能偏离平衡位置太大。

图1、平面四杆机构示意图三、设计流程1、通过GUI模块创建图形用户界面命令方式：在Matlab命令窗口键入>>guide；菜单方式：在Matlab的主窗口中，选择File>New>GUI命令，就会显示GUI的设计模板。

如图1所示。

图2、创建图形界面2、设计图形界面在创建之后的图形界面中插入坐标轴axes，静态文本框static text，编辑文本框edit text，按钮push button等等。

如图所示。

图3、图形界面设计3、编辑回调函数1）位置分析：输入角的函数为：q=pi/50*t^2+q0。

在时间t=0~10s内，每一个时间点估算两个初始从动角，根据牛顿-拉普森迭代得到准确的机构位置。

10s刚好主动角经历了360度，记录每一时刻的位置，便可以动画演示。

2）速度分析：输入角速度为：dq=pi/25*t。

选择杆件上的任意一点（坐标表示为质点沿着杆件到原点A的距离）做分析，正确表达出角速度系数和速度系数，便可以求出质点的速度。

基于matlab的4连杆机构设计

基于matlab的4连杆机构设计第一篇：基于matlab的4连杆机构设计目录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...................................................1 1.3.2求解方法.....................................................................2 2 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 (11)3.2代码设计 (12)4 小结 (17)参考文献………………………………………………………………………………………………18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。

matlab(四连杆优化设计)

机械优化设计在matlab中的应用东南大学机械工程学院**一优化设计目的：在生活和工作中，人们对于同一个问题往往会提出多个解决方案，并通过各方面的论证从中提取最佳方案。

最优化方法就是专门研究如何从多个方案中科学合理地提取出最佳方案的科学。

由于优化问题无所不在，目前最优化方法的应用和研究已经深入到了生产和科研的各个领域，如土木工程、机械工程、化学工程、运输调度、生产控制、经济规划、经济管理等，并取得了显著的经济效益和社会效益。

二优化设计步骤：1.机械优化设计的全过程一般可以分为如下几个步骤：1)建立优化设计的数学模型；2)选择适当的优化方法；3)编写计算机程序；4)准备必要的初始数据并伤及计算；5)对计算机求得的结果进行必要的分析。

其中建立优化设计数学模型是首要的和关键的一步，它是取得正确结果的前提。

优化方法的选取取决于数学模型的特点，例如优化问题规模的大小，目标函数和约束函数的性态以及计算精度等。

在比较各种可供选用的优化方法时，需要考虑的一个重要因素是计算机执行这些程序所花费的时间和费用，也即计算效率。

2.建立数学模型的基本原则与步骤设计变量的确定；设计变量是指在优化设计的过程中，不断进行修改，调整，一直处于变化的参数称为设计变量。

设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列向量表示：x=。

目标函数的建立；选择目标函数是整个优化设计过程中最重要的决策之一。

当对某以设计性能有特定的要求，而这个要求有很难满足时，则针对这一性能进行优化会得到满意的效果。

目标函数是设计变量的函数，是一项设计所追求的指标的数学反映，因此它能够用来评价设计的优劣。

目标函数的一般表达式为：f(x)=，要根据实际的设计要求来设计目标函数。

约束条件的确定。

一个可行性设计必须满足某些设计限制条件，这些限制条件称为约束条件，简称约束。

由若干个约束条件构成目标函数的可行域，而可行域内的所有设计点都是满足设计要求的，一般情况下，其设计可行域可表示为在可行域中，任意设计点满足全部约束条件，称为可行解，但不是最优解，而优化设计就是要求出目标函数在可行域的最优解。

基于Matlab的四杆机构优化设计简介

·制造业信息化·Vol．22．,200922009机电产品开发与创新Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roducts3,No．1Jan ．,2010第23卷第1期2010年1月收稿日期：2009－11－06作者简介：李建霞，女，河南信阳人，教授。

主要从事计算机辅助设计教学与研究工作。

已发表核心期刊论文20余篇；王良才，男，山东济南人，副教授。

主要从事机械设计教学与研究工作。

已发表核心期刊论文10余篇。

0引言Matlab 语言是一种非常强大的工程计算语言，提供了非常丰富的Matlab 优化工具箱。

其优化工具箱有许多常用的优化算法，广泛应用于线性规划、二次规划、非线性优化、最小二乘法问题、非线性方程求解、多目标决策等问题，其函数表达简洁，优化算法选择灵活，参数设置自由，相比于其它很多成熟的优化程序具有明显的优越性。

机械优化设计是在现代机械设计理论发展基础上产生的一种新的设计方法，在机械零部件设计中取得了广泛的应用。

机械优化设计是在进行某种机械产品设计时，根据规定的约束条件，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。

在进行优化设计时，首先要建立工程设计问题的数学模型，然后按照数学模型的特点选择优化方法及其计算程序，求得最优设计方案。

1四杆机构优化设计的数学模型四杆机构是机械传动的重要组成部分。

设计四杆机构通常使用作图法与实验法，这两种方法简单易行，但误差较大，运用解析法，能获得所要求的精度，然而用人工进行，整个设计过程是一项繁琐、冗长的工作，甚至可能无法实现。

采用Matlab 优化工具箱对四杆机构进行优化设计，不仅参数输入简单，而且编程工作量小，可更快捷准确地达到设计要求。

四杆机构种类很多，这里只以曲柄摇杆机构为例说明四杆机构优化设计方法。

Matlab 优化工具箱是一套功能强大的工程计算软件，集数值计算、符号运算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体，被广泛应用于机械设计、自动控制和数理统计等工程领域。

matlab四杆机构优化算法

matlab四杆机构优化算法四杆机构是机械工程中常用的一种机构，广泛应用于机械传动、机械臂以及其他工程领域。

四杆机构由四个连杆组成，其中两个连杆为主动连杆，另外两个连杆为从动连杆。

四杆机构的运动特性和性能对于机械系统的设计和优化具有重要意义。

本文将介绍一种基于Matlab的四杆机构优化算法，以提高机构的运动性能和效率。

需要明确优化算法的目标。

在四杆机构的优化中，常见的目标包括最小化机构的运动误差、最大化机构的工作范围、最小化机构的能量消耗等。

根据具体应用的需求，可以选择不同的优化目标。

本文以最小化机构的运动误差为例进行讨论。

在四杆机构中，运动误差是指机构在理想情况下应有的运动轨迹与实际运动轨迹之间的差异。

运动误差的大小直接影响到机构的精度和稳定性。

为了最小化运动误差，可以采用以下步骤进行优化。

需要建立四杆机构的运动学模型。

四杆机构的运动学模型描述了机构各个连杆之间的几何关系和运动规律。

根据四杆机构的结构和运动约束条件，可以建立四杆机构的运动学方程。

在Matlab中，可以利用符号运算工具箱求解运动学方程。

需要确定优化的变量和约束条件。

四杆机构的运动性能受到各个连杆的长度、角度等参数的影响。

在优化中，可以将这些参数作为优化的变量，通过调整这些变量来最小化运动误差。

同时，还需要考虑到机构的实际制造和使用条件，设置相应的约束条件，如连杆长度的范围、运动角度的限制等。

接下来，可以采用优化算法对四杆机构进行优化。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。

这些算法可以在给定的变量范围内搜索最优解，通过迭代的方式逐步优化机构的运动性能。

在Matlab中，可以利用优化工具箱中的相应函数进行优化计算。

需要对优化结果进行评估和验证。

优化算法得到的结果可能并不是唯一的最优解，因此需要对优化结果进行评估，判断其是否满足设计要求。

可以通过仿真和实验验证的方式对优化结果进行验证，进一步改进和优化机构的设计。

基于Matlab的四杆机构优化算法可以帮助改善机构的运动性能和效率。