【正文】 通過此次設(shè)計使我認識到我們所學的知識面太窄，所學有限，也認識到要想取得更好的成績，現(xiàn)在的學習還遠遠不夠，只有更深入，更廣泛的學習才能得到真正的提高。 圖 a 為用戶通在 Matlab 環(huán)境下 ,運行下列程序： figure(1) plot([1:nn],fa2) figure(2) plot((diff(fa2(1:nn1)))) figure(3) plot(diff(diff(fa2(1:nn2)))) 產(chǎn)生關(guān)節(jié) 1 的角位移 、速度、加速度 曲線，具體如下 列各 圖所示： 圖 a(1) 圖 a(1)為 機械臂的關(guān)節(jié) 1 在 100 次的運動下的角位移； 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 24 圖 a（ 2） 圖 a（ 2）反映了機械臂的關(guān)節(jié) 1 在 100 次的運動下的角速度； 圖 a(3) 圖 a（ 3）反映了機械臂的關(guān)節(jié) 1 在 100 次的運動下的角加速度； 圖 b 為用戶通在 MatLab 環(huán)境下 ,運行下列程序 figure(4) plot([1:nn],fa4) figure(5) plot((diff(fa4(1:nn1)))) figure(6) plot(diff(diff(fa4(1:nn2)))) 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 25 圖 b（ 1） 圖 b（ 1）反映了機械臂的關(guān)節(jié) 2 在 100 次的運動下的角位移； 圖 b（ 2） 圖 b（ 2）反映了機械臂的關(guān)節(jié) 2 在 100 次的運動下的角速度； 圖 b（ 3） 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 26 圖 b（ 3）反映了機械臂的關(guān)節(jié) 2 在 100 次的運動下的角加速度 圖 c 為用戶通在 MatLab 環(huán)境下 ,運行下列程序 figure(7) plot([1:nn],dist) figure(8) plot((diff(dist(1:nn1)))) figure(9) plot(diff(diff(dist(1:nn2)))) 圖 c(1) 圖 c(1)反映了機械臂的在軌跡曲線上 100 次的運動下的路程； 圖 c(2) 圖 c(2)反映了機械臂的在軌跡曲線上 100 次的運動下的速度；基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 27 圖 c(3) 圖 c(3)反映了機械臂的在軌跡曲線上 100 次的運動下的加速度。 機械臂的構(gòu)成 一般的機械臂主要由 固定桿件 、 連接桿件 和 位移 桿及路徑 構(gòu)成 。機器人進入工業(yè)生產(chǎn)的實用化時代， 80 年代，工業(yè)機器人進入普及時代，汽車，電子等行業(yè)開始大量使用機器人，推動了機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2 鉸鏈－滑塊機構(gòu)的運動仿真實例 圖 33 為鉸鏈－滑塊機構(gòu)及其模擬運動結(jié)果， 滑塊 C 為運動輸出構(gòu)件。產(chǎn)生符合機械制圖規(guī)范的圖形或圖形文件。這種方法稱為桿組法。 應(yīng)用 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。 開發(fā)工具 AutoCAD 系統(tǒng)的定制開發(fā)工具，又稱為 AutoCAD 開發(fā)工具。目前流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)很難滿足上述要求。這兩個過程的計算 機化促進了設(shè)計與制造自動化的程度。從最初的甩圖板工程到應(yīng)用 CAD 進 行三維設(shè)計，人們的設(shè)計思維也在發(fā)生著變化。 1997 年度前言 3 的“美國國防技術(shù)領(lǐng)域計劃” , 將建模與仿真列為提高軍事能力的四大支柱 (戰(zhàn)備、現(xiàn)代化、部隊結(jié)構(gòu)、支持能力 ) 的重要技術(shù)。它的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到軍用以及與國民經(jīng)濟相關(guān)的各個重要領(lǐng)域。 1. 國內(nèi)外現(xiàn)狀 就國內(nèi)來說， 通過幾個五年計劃的努力 , 我國仿真技術(shù)得到了快速發(fā)展 , 并取得了突破性成果。美國三軍先后建成了 :為滿足紅外成像制導武器仿真需要的紅外制導半實物仿真系統(tǒng)。 AutoCAD 具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。自動化程度的進一步提高則有賴于這兩個過程的進一步集成。因此，在設(shè)計者要根據(jù)需要選擇和編制適用數(shù)據(jù)庫和接口程 序。有時稱作AutoCAD API (Application programming Interface 應(yīng)用編程接口），是將 AutoCAD環(huán)境客戶化的基本手段。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。 關(guān)于機構(gòu)和桿組的基本知識 一個連桿機構(gòu)，總可以看成是原動件與自由度為 0 的構(gòu)件和機架相連而組成的。 ，各種指令既可以直接鍵入，又可以點菜單。機構(gòu)的運動特性主要反映搖桿的位移 s，速度 v 和加速度 a 的變化，過調(diào)整幾何參數(shù)，可獲得不同的運動特性。機器人研究開發(fā)，無論就水平和規(guī)模而言都得到迅速發(fā)展，高性能機器人所占比例不斷增加。 具體構(gòu)成 如圖 42 所示： 構(gòu)件 1：固定桿 構(gòu)件 2 和 3：連接桿 構(gòu)件 4： 位移 桿 機械臂的用途 走進 21 世紀，社會步入自動化時代，越來越多的人力勞動被機器 所代替，然而，機械臂的出現(xiàn)為社會的發(fā)展起了巨大的推動的作用。 綜上所述： 圖示表明 （ 1）、圖 a、 b、 c 分別反映了機械臂在 100 次運動下關(guān)節(jié) 2 的角位移、角速度和角加速度以及機械臂在路徑上運動的行程、速度和加速度； （ 2）、通過圖示可以判斷機械臂是否運行流暢，是否存在集中點； （ 3）、針對集中點， 可以更方便地 確定解決方案。其次，通過畢業(yè)設(shè)計，使我們認識到學習能力的培養(yǎng)是十分重要的，尤其是自學能力的培養(yǎng)，這種能力將會使今后的學習獲益 匪淺 。 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)兩年以來專業(yè)課的學習，是對過去學習的檢驗，同時也鞏固提高了所學過的知識，是溫故而知新的過程，也是總結(jié)提 高的過程。 下面我們就以運動分析圖為例來說明桿 2，桿 3 和桿 4 的運動所 對應(yīng)的角度 1? 、 2? 和路程 S 的變化規(guī)律 首先，創(chuàng)建一個程序模塊，然后運用 Lisp 語言創(chuàng)建一個機械臂的模型，使用路徑來捕捉程序模塊，返回 Lisp 程序中計算數(shù) 據(jù)，然后再將程序存入 Matlab文件當中， Matlab 分析并計算模塊，在這當中：首先要獲取原始文件，其次，計算各個關(guān)節(jié)運動參數(shù)在時間變化的條件下的 1? 、 2? 、 S，最后產(chǎn)生運動數(shù)據(jù)文件。 機械臂介紹及運動分析 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 20 機械臂介紹 機械臂定義 機械臂是一種應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)上的一種簡單的操作機構(gòu)；在工作中可以按人們的要求完成一些簡單的預定的任務(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。日本的機器人技術(shù)人員引進美國 機器人技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)并在日本迅速將其實用化。 上例的四桿機構(gòu)具有較平穩(wěn)的運動特性，急回特性不明顯。它的優(yōu)點是 ： 具 有寬松的運行環(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)下運行。對所要進行運動分析的具體機構(gòu)，可以通過調(diào)用原動件和機構(gòu)中所需的基本桿組的運動分析模塊來解決，這樣，可快速成求解出各構(gòu)件及其上各點的運動參數(shù)。到 20 世紀 90 年代， MATLAB 已成為國際控制界的標準計算軟件。顯而易見，這不僅大大提高了設(shè)計效率，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)計繪圖軟件。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)系很復雜的數(shù)據(jù)，且信息模式是動態(tài)的。在 CAM 過程中主要包括兩類軟件，一類叫計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計 (CAPP： Computer Aided Proess Planning) ，另一類叫數(shù)控編程 (NCP： NC Programming)。它的應(yīng)川與普及覆蓋了機械、汽車、造船、家電、工程、建筑、輕工、電氣、電力、紡織等許多行業(yè)。 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)。最初仿真技術(shù)是作為對實際系統(tǒng)進行試驗的輔助工具而應(yīng)用的 , 而后又用于訓練目的 , 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、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試與評估、系統(tǒng)操作人員的培訓、系統(tǒng)預測、系統(tǒng)的使用與維護等各個方面。在國防工業(yè)領(lǐng)域 , 建成了不同類型的半實物仿真系統(tǒng)。為滿足雷達尋的制導的毫米波半實物仿真系統(tǒng) MSS 2 , 它是當今世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進的射頻仿真系統(tǒng)。它的多文檔設(shè)計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。 3 計算機輔助設(shè)計的軟件系統(tǒng) CAD 的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三個層次。 4 CAD 的發(fā)展趨勢 進入 21 世紀， 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)用和實用技術(shù)方面還是取得了不少的進展，這表現(xiàn)在以下幾個方面：圖形交互功能改進 CAD 軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具。在 AutoCAD2021 中，我們使用的開發(fā)工具主要有：ObjectARX、 AutoLISP、 VisualLISP、 Java、 VisualBASIC 和 Delphi 等。 Matlab 的特點及優(yōu)勢 Matlab 主要 特點是 他 可用于技術(shù)計算 ； 此 開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 ； 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 ； 數(shù)學函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 ； 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) ； 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 ； 各種函數(shù)可將基于 MATLAB 的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、 C++、Fortran、 Java、 COM 以及 Microsoft Excel）集成 Matlab 的 優(yōu)勢 主要是 友好的工作平臺和編程環(huán)境 ； 簡單易用的程序語言 ；強大的科學計算機數(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） 機構(gòu)運動分析 9 第二章 機構(gòu)運動分析 機構(gòu)運動分析的必要性 機構(gòu)學在廣義上又 稱 機構(gòu)和機器理論 (簡稱機械原理 )。原動件與機架 組成的機構(gòu)稱為 I 級機構(gòu)，如電動機，杠桿機構(gòu)或斜面機構(gòu)等；最簡單的、不可再分的自由度為 0 的構(gòu)件組稱為基本桿組或稱為阿蘇爾組。 。 圖 33 鉸鏈－滑塊機構(gòu)及其模擬 運動曲線 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 17 第四章 基于 MatlabAuto CAD 下的機械臂仿真 機器人介紹 機器人技術(shù)作為 20 世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自 60 年代初問世以來，經(jīng)歷 40 年的發(fā)展已取得長足的進步。 近幾十年來，歐洲的德國，意大利，法國及英國的機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快。如今機械臂已逐步進入或即將進入人們生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。 機械臂的仿真程序設(shè)計 創(chuàng)建機械臂模塊的基本程序流程如下所示： 建立主程序 （ 1）、機械臂裝配 （ 2）、獲取原始數(shù)據(jù)和位置（坐標和路徑） 將數(shù)據(jù)通過接口程序存為 Lisp 文本文件并計算處理數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù)存入 Matlab 文件，計算位置和角度，然后再有接口程序傳遞給 CAD下的 lLisp 程序文件當中 （ 1）、獲取原始文件 （ 2）、計算各個關(guān)節(jié)運動參數(shù) （ 3）、產(chǎn)生運動數(shù)據(jù)文件 CAD 讀取 Lisp 程序，實現(xiàn)機械臂運動 的仿真 具體創(chuàng)建流程如下： 首先， a：主程序，在 CAD 環(huán)境下打開一個已經(jīng)編好的機械臂模塊的 Lisp 程序，然后加載裝配機械臂的 Lisp 程序，依次創(chuàng)建各個桿件，并把它們以 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 28 圓心為連接點將他們連接起來； 圖 44 b：在 CAD 環(huán)境下創(chuàng)建路徑來捕捉模塊； 圖 45 圖 43 基于 MatlabAutoCAD 下的機械臂仿真 29 c：產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)文件 機械臂運行 100 次時每次的運行的坐標位置； 路徑的坐標以及各桿件端點的坐標和桿件 3 的長度； Path（路徑）： 各桿件端點中心坐標以及桿 3 的長度： 其次，通過接口程序存為 Lisp 文本文件，在文件中處理模塊 再次， Latlab 調(diào)用子程序文件，計算 1? 、 2? 和 S，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件 最后，執(zhí)行 Lisp 程序，實現(xiàn)機械臂的運動仿真。查找資料對我們的畢業(yè)設(shè)計也非常必要，不僅可在參考學習的過程中得到啟發(fā)，并且使設(shè)計精確可行。