【正文】 ； 簡單易用的程序語言 ；強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 ； 出色的圖形處理功能 ； 應(yīng)用廣泛的模 塊集合工具箱 ； 實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺 ； 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 9 第二章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的必要性 機(jī)構(gòu)學(xué)在廣義上又 稱 機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論 (簡稱機(jī)械原理 )。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 8 的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在 AutoCAD2021 中，我們使用的開發(fā)工具主要有：ObjectARX、 AutoLISP、 VisualLISP、 Java、 VisualBASIC 和 Delphi 等。 1 Auto CAD 二次開發(fā) 必要性 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 7 AutoCAD 所提供的只是一般的通用的 CAD 功能，如造型、編輯、注釋等。 4 CAD 的發(fā)展趨勢 進(jìn)入 21 世紀(jì)， CAD 造型技術(shù)在理論上并沒有出現(xiàn)人們期待已久的重大突破，但是在應(yīng)用和實(shí)用技術(shù)方面還是取得了不少的進(jìn)展，這表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：圖形交互功能改進(jìn) CAD 軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具。 計(jì)算和分析軟件主要用于解決工程設(shè)計(jì)中的各種數(shù)值計(jì)算和分析。 3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng) CAD 的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三個(gè)層次。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 5 2 CAD 的應(yīng)用與概況 由于計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確、存儲量大和具有邏輯判斷功能等特點(diǎn)，因此，它已經(jīng)成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中分析、計(jì)算、綜合、決策、數(shù)據(jù)處理、圖形處理和與各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)法結(jié)合的不可替代的重要工具。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會使用。另外 , 無論是武器系統(tǒng)還是工業(yè)系統(tǒng) , 都向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展 , 相應(yīng)的必須開展支持復(fù)雜大系統(tǒng)建模的理論和方法研究 【 4】 。為滿足雷達(dá)尋的制導(dǎo)的毫米波半實(shí)物仿真系統(tǒng) MSS 2 , 它是當(dāng)今世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的射頻仿真系統(tǒng)。在某些方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平。在國防工業(yè)領(lǐng)域 , 建成了不同類型的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。因此采用此種方法不管是在工程的設(shè)計(jì)上還是在大量的技術(shù)計(jì)算上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用 關(guān)鍵詞 ：機(jī)械臂， 仿真軟件， 模塊化 2 Mechanical arm39。最初仿真技術(shù)是作為對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的輔助工具而應(yīng)用的 , 而后又用于訓(xùn)練目的 , 現(xiàn)在仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括 : 系統(tǒng)概念研究、系統(tǒng)的可行性研究、系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試與評估、系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)的使用與維護(hù)等各個(gè)方面。該系統(tǒng)是一個(gè)含有靈境技術(shù)的、開放的、支持分布交互仿真的支撐環(huán)境 , 支持復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和評估 , 并開始應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的研制和開發(fā)工作。 10 多年來美國國防部一直將仿真和建模技術(shù)列為國防關(guān)鍵技術(shù)。 2． 展望 建模理論和方法 , 仍然是推動仿真技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的重點(diǎn)研究方向。它的應(yīng)川與普及覆蓋了機(jī)械、汽車、造船、家電、工程、建筑、輕工、電氣、電力、紡織等許多行業(yè)。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品為總目標(biāo)的一系列種類繁多的現(xiàn)代設(shè)計(jì)法和技術(shù)的綜合運(yùn)用。在 CAM 過程中主要包括兩類軟件，一類叫計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì) (CAPP： Computer Aided Proess Planning) ，另一類叫數(shù)控編程 (NCP： NC Programming)。如 AutoCAD 等。適用于 CAD 工程數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)必須是管理量大、類型及關(guān)系很復(fù)雜的數(shù)據(jù)，且信息模式是動態(tài)的。多年來，用戶用 Autolisp來自動地為建筑圖生成樓梯，為機(jī)械圖生成齒輪，以及各種測量圖。顯而易見，這不僅大大提高了設(shè)計(jì)效率，而且通過開發(fā)系統(tǒng)可以定制出某些專業(yè)化模塊，甚至大型設(shè)計(jì)繪圖軟件。 MATLAB 是 矩陣實(shí)驗(yàn)室 （ Matrix Laboratory） 的簡稱，和 Mathematica、Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。到 20 世紀(jì) 90 年代， MATLAB 已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件?？傊\(yùn)動分析是了解、分析現(xiàn)有機(jī)械或優(yōu)化綜合新機(jī)械的基本手段。對所要進(jìn)行運(yùn)動分析的具體機(jī)構(gòu)，可以通過調(diào)用原動件和機(jī)構(gòu)中所需的基本桿組的運(yùn)動分析模塊來解決，這樣，可快速成求解出各構(gòu)件及其上各點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)。 除 II 級組外，還有 III 級、 IV級等高級的基本桿組，表 21 中給出了兩種 III級桿組和一種 IV 級桿組，它們都是由 4 個(gè)桿件和 6 個(gè)低副組成的 表 21 II 級及部分 III、 IV級基本桿組結(jié)構(gòu)型式 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 11 桿組中含有構(gòu)件及運(yùn)動副數(shù) 桿 組 型 式 N=2 P=3 二桿三副 （ II 級桿組） (1)RRR (2)RRP (3)RPR (4)PRP (5)RPP N=4P=6 四桿六副 （部分級桿組） (1)III 級桿組 (2)IV 級桿組 機(jī)構(gòu)簡圖 1 DCL 對話框 對話框是操作者與計(jì)算機(jī)對話的工具，所以是必不可少的，我們的對話框是使用 DCL 語句所編寫的，在其上可以選擇所要的機(jī)構(gòu)，其界面如 圖 21。它的優(yōu)點(diǎn)是 ： 具 有寬松的運(yùn)行環(huán)境和廣泛的用戶群體；有豐富的應(yīng)用軟件供用戶參考或使用；應(yīng)用軟件可以直接在 AutoCAD 的圖形編輯狀態(tài)下運(yùn)行。 （ 2）： 在 ????曲線中傳動角的變化幅度為 （ 128176。 上例的四桿機(jī)構(gòu)具有較平穩(wěn)的運(yùn)動特性，急回特性不明顯。 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域 機(jī)器人主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的搬用，噴涂，焊接等方面，使我們從繁重的，重復(fù)的，單調(diào)的，有害健 康和危險(xiǎn)的生產(chǎn)作業(yè)中解脫出來。日本的機(jī)器人技術(shù)人員引進(jìn)美國 機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)并在日本迅速將其實(shí)用化。 根據(jù)以上的定義，機(jī)器人至少應(yīng)該具備兩部分：控制部分和直接進(jìn)行工作的部分，比如應(yīng)用最廣泛的弧焊機(jī)器人，具有控制系統(tǒng)和帶動焊槍運(yùn)動的機(jī)械臂部分，控制系統(tǒng)通過編程的方式，決定直接工作的機(jī)械臂部分的運(yùn)動和任務(wù)，因此，機(jī)器是一種具有“柔性”的機(jī)器。 機(jī)械臂介紹及運(yùn)動分析 基于 MatlabAutoCAD 下的機(jī)械臂仿真 20 機(jī)械臂介紹 機(jī)械臂定義 機(jī)械臂是一種應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)上的一種簡單的操作機(jī)構(gòu)；在工作中可以按人們的要求完成一些簡單的預(yù)定的任務(wù) 或 命令； 它 的方便和快捷 性 在建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)等重要領(lǐng)域上發(fā)揮著重要作用。 設(shè) ()m n ij m nAa??? （ 1）、對 A 進(jìn)行某種初等變換得到的矩陣，等于用相應(yīng)的 m 階初等矩陣左乘 A （ 2）、對 A 進(jìn)行某種初等變換得到的矩陣，等于用相應(yīng)的 m 階初等 矩陣右乘 A 現(xiàn)在證明交換 A 的第 i 行等于用 ()ijI 左乘 A。 下面我們就以運(yùn)動分析圖為例來說明桿 2，桿 3 和桿 4 的運(yùn)動所 對應(yīng)的角度 1? 、 2? 和路程 S 的變化規(guī)律 首先，創(chuàng)建一個(gè)程序模塊，然后運(yùn)用 Lisp 語言創(chuàng)建一個(gè)機(jī)械臂的模型，使用路徑來捕捉程序模塊，返回 Lisp 程序中計(jì)算數(shù) 據(jù)，然后再將程序存入 Matlab文件當(dāng)中， Matlab 分析并計(jì)算模塊，在這當(dāng)中：首先要獲取原始文件，其次，計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)在時(shí)間變化的條件下的 1? 、 2? 、 S，最后產(chǎn)生運(yùn)動數(shù)據(jù)文件。 機(jī)械 臂運(yùn)動實(shí)例 33 圖 55 CAD 環(huán)境下的機(jī)械臂仿真 我們利用 matlab 語言和 lisp 程序之間的相互調(diào)用關(guān)系，可以設(shè) 計(jì)合理的路線來實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的良好運(yùn)行，因而，可以在原路徑的基礎(chǔ)上改變路徑的形狀，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的 穩(wěn)定運(yùn)行 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)兩年以來專業(yè)課的學(xué)習(xí)，是對過去學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，同時(shí)也鞏固提高了所學(xué)過的知識，是溫故而知新的過程，也是總結(jié)提 高的過程。獨(dú)立 (vs_d10 ins_pt) (setq ent2 (subst(cons 50 k_ALF)(assoc 50 ent1)ent1)) (setq ent1 ent2) (entmod ent1)) (defun datasave(pcen2 pcen3 pcen4 r2 r3) (setq f (open d:/robot/ w)) (setq x2 (nth 0 pcen2)) (setq y2 (nth 1 pcen2)) (setq x3 (nth 0 pcen3)) (setq y3 (nth 1 pcen3)) (setq x4 (nth 0 pcen4)) (setq y4 (nth 1 pcen4)) (setq p2 (list x2 y2)) (princ x2 f ) (princ f ) (princ y2 f ) (princ f ) (princ x3 f ) (princ f ) (princ y3 f ) (princ f ) (princ x4 f ) (princ f ) (princ y4 f ) (princ f ) (princ r2 f ) (princ f ) (princ r3 f ) (setq f (close f))) 程序 4: (defun pathsave(pcen2 pcen3 pcen4 ) (setq f (open d:/robot/ w)) (setq x2 (nth 0 pcen2)) (setq y2 (nth 1 pcen2)) (setq x3 (nth 0 pcen3)) (setq y3 (nth 1 pcen3)) (setq x4 (nth 0 pcen4)) 源 程 序 40 (setq y4 (nth 1 pcen4)) (princ x2 f ) (princ f ) (princ y2 f ) (princ f ) (princ x3 f ) (princ f ) (princ y3 f ) (princ f ) (princ x4 f ) (princ f ) (princ y4 f ) (princ f ) (setq f (close f))) (defun pset() (print 繪制運(yùn)動軌跡多 3 限 ) (mand ortho off) (mandspline pause pause pause pause pause) (mand) (mand) (setq ent1(entget (entlast))) (setq n3 (length ent1) n1 ( n3 3) n2 ( n3 2) n3 ( n3 1)) (setq dp3 (list (nth 1 (nth n3 ent1)) (nth 2 (nth n3 ent1)))) (setq dp2 (list (nth 1 (nth n2 ent1)) (nth 2 (nth n2 ent1)))) (setq dp1 (list (nth 1 (nth n1 ent1)) (nth 2 (nth n1 ent1)))) (mand) (pathsave dp1 dp2 dp3) ) (defun pmod() (mand ortho off) (mand) (。其次，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們認(rèn)識到學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)是十分重要的，尤其是自學(xué)能力的培養(yǎng)，這種能力將會使今后的學(xué)習(xí)獲益 匪淺 。 下面我們 可以 再舉一個(gè)例子來說明上面的 結(jié)論： 首先，在 CAD 環(huán)境里創(chuàng)建機(jī)械臂模型， 打開機(jī)械臂原始文件，并加載主調(diào)程序，創(chuàng)建好機(jī)械臂模型后并組合完了以后，在原路徑的基礎(chǔ)上修改路徑 ； 圖 56 修改機(jī)械臂 路徑 其次 ，機(jī)械臂模型數(shù)據(jù)被存放到文本文件當(dāng)中，并進(jìn)行模塊處理； 再此，通過接口程序，再把 機(jī)械臂模型的相應(yīng)程序和數(shù)據(jù)傳給 matlab 軟件語言，產(chǎn)生 matlab 語言程序；如圖 54 所示： 然后， （ 1） matlab 軟件運(yùn)行程序，計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)的位置坐標(biāo)和角位移，角速