【正文】 ……………………………(1) 分別用i和j點積上式兩端，有 聯(lián)解上面兩個式子可得： 圖 3—1 牛頭刨床結(jié)構(gòu)模型式（1）對時間t求導數(shù)，注意P為變量，有 …………………………(2)可用點積上式兩端以消去，并利用矢量方程解析法，有 用點積（2）兩端可消去，并注意到，則 再將式（2）對時間t求導，則有 可分別用和點積上式兩端，以消去和，注意，則 得 = 2） 求s、 由封閉圖形DEFAD可得 ………………………………(3)分別用i和j點積上面的式子兩端，有 有上面第二個式子可得由上面第一個式子可得對上面的（3）式對時間t取導可得 …………………………..(4)分別用j、點積上式，可得 (4)式對時間t求導可得 分別用就j和點積上面的式子可得 4 圖形用戶界面GUI 用戶界面或接口是指：人與機器之間或程序之間交互作用的工具和方法。其中有四個未知變量φ3，φ5，P及S。設(shè)已知結(jié)構(gòu)參數(shù)為：L1,L3,L5,G,H,原動件的轉(zhuǎn)角φ1和轉(zhuǎn)速n1。本設(shè)計正是基于這些用MATLAB編程實現(xiàn)牛頭刨床的運動分析以及圖解法無法實現(xiàn)的運動仿真。當需要簡捷直觀地了解機構(gòu)的某個或某幾個位置的運動特性時，采用圖解法比較方便，而且精度也能滿足實際問題的要求。為了確定牛頭刨床的設(shè)計是否滿足要求，就必須對其進行運動分析。上述這些內(nèi)容，不論是設(shè)計新的機器，還是為了了解現(xiàn)有機械的運動性能，都是十分必要的，而且它還是研究機械動力性能的必要基礎(chǔ)和前提。(2) MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運行，因為MATLAB不是計算機語言，雖然如今它已經(jīng)可以進行編譯，但是還不太方便。然而MATLAB自身所存在的某些缺點限制了它的應(yīng)用范圍。 由于MATLAB具有如此之多的特點，在歐美高等院校，MATLAB已成為應(yīng)用于線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；在研究單位、工業(yè)部門，MATLAB也被廣泛用于研究和解決各種工程問題。它大大加快了工程技術(shù)人員從事軟件開發(fā)的效率。 (3)高效性：MATLAB語句功能十分強大，一條語句可完成十分復雜的任務(wù)。而由個人開發(fā)的Toolbox則不可計數(shù)。對于一個從事特定領(lǐng)域的工程師來說，不僅可利用MATLAB所提供的函數(shù)及基本工具箱函數(shù)，還可方便地構(gòu)造出專用的函數(shù)，從而大大擴展了其應(yīng)用范圍。它還包括了TOOLBOX(工具箱)的各類問題的求解工具，可用來求解特定學科的問題。 用MATLAB處理工程問題優(yōu)缺點MATLAB是MATHWOTKS公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。所以，通過對MATLAB的深入學習，提高編程技巧，完全可以做到揚長避短，并充分發(fā)揮MATLAB語言的強大功能。MATLAB編寫的程序在應(yīng)用的過程中為解釋執(zhí)行，既不需要編譯生成也不生成可執(zhí)行文件，而是解釋一句，執(zhí)行一句，其速度是可想而知的了。當然，任何事物都不是十全十美的。5）易于擴充。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互的功能。4）功能強大的工具箱。3）圖形功能強大。MATLAB本身擁有豐富的庫函數(shù)，并具有結(jié)構(gòu)化的流程控制語句和運算符，用戶可以在使用的過程中方便自如的使用。MATLAB語言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言，它具有以下主要特點：1）MATLAB的程序設(shè)計語言編程效率較高，運算符和庫函數(shù)極其豐富，語言簡潔，編程效率高，MATLAB除了提供和C語言一樣的運算符號外，還提供廣泛的矩陣和向量運算符。MATLAB能夠很好的幫助工程師及科學家解決實際問題，它經(jīng)過20多年來的不斷完善和改進，已經(jīng)成為公認的優(yōu)秀的數(shù)學應(yīng)用軟件之一。 MATLAB軟件的特點 MATLAB是一種高度集成化的科學計算環(huán)境，是集數(shù)值計算和圖形處理等功能于一體的工程計算應(yīng)用軟件?，F(xiàn)在，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學科的大型軟件，在世界各高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、數(shù)值分析、數(shù)理統(tǒng)計、優(yōu)化方法、自動控制、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具。1984年，Cleve Moler與John Little等正式成立了MATHWORKS公司，把MATLAB語言推向市場，并開始了對MATLAB工具箱等的開發(fā)設(shè)計。是國際公認的優(yōu)秀數(shù)學應(yīng)用軟件之一。為了減輕科技工作者的壓力，使工作人員將時間和精力更多的放在建立模型等關(guān)鍵性的工作中，許多公司相繼開發(fā)了一系列的數(shù)學應(yīng)用軟件，如MATHEMATICA、Maple、MATHCAD以及MATLAB等，其中MATLAB以其強大的功能和極高的編程效率吸引了眾多的用戶。 隨著科學研究的不斷深入，以及工程應(yīng)用不斷朝著專業(yè)化、精確化方向發(fā)展，科研工作者以及工程技術(shù)人員對計算機技術(shù)的要求也越來越高。2 MATLAB軟件介紹 MATLAB軟件介紹 如今，計算機技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各行各業(yè)，科研和工程計算領(lǐng)域也不例外。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在軌跡綜合中引入了計算機，并開始出現(xiàn)代數(shù)法和優(yōu)化法，把機構(gòu)學問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題。平面連桿機構(gòu)運動綜合在工程應(yīng)用中有重要的意義，一直為機構(gòu)學領(lǐng)域的經(jīng)典課題之一。 而在本設(shè)計課題中通過對機構(gòu)的加速度和速度分析，就可以在設(shè)計牛頭刨床的導桿機構(gòu)時保證刨刀在切削過程中接近于等速運動，從而保證加工質(zhì)量和延長刀具壽命；此外還保證了刀具的急回性能，從而提高了生產(chǎn)率。 通過對機構(gòu)的位移和軌跡分析，可以考察某構(gòu)件能否實現(xiàn)預(yù)定的位置、構(gòu)件上某點能否實現(xiàn)預(yù)定的軌跡要求，可以確定從動件的行程或所需的運動空間，據(jù)此判斷運動中是否發(fā)生碰撞干涉或確定機構(gòu)的外形輪廓尺寸。牛頭刨床六桿機構(gòu)運動分析程序設(shè)計畢業(yè)論文1 緒論 機構(gòu)運動分析是不考慮引起機構(gòu)運動的外力的影響，而僅從幾何角度出發(fā)，根據(jù)已知的原動件的運動規(guī)律（通常假設(shè)為勻速運動），確定機構(gòu)其它構(gòu)件上各點的位移、速度、加速度，或構(gòu)件的角位移、角速度、角加速度等運動參數(shù)。無論是分析研究現(xiàn)有機械的工作性能，還是優(yōu)化綜合新機械，機構(gòu)運動分析都是十分重要的。 通過速度和加速度分析可以了解機構(gòu)從動件的速度、加速度的變化規(guī)律能否達到工作要求。 六桿機構(gòu)的研究現(xiàn)狀： 以機電一體化為核心的現(xiàn)代機械系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，推動著現(xiàn)代機構(gòu)學不斷發(fā)展。較早時人們主要用幾何圖解法，但是其求解精度和適用范圍都受到了極大的限制。 本課題的目的是通過編制MATLAB程序，從而設(shè)計出一個用戶界面，用戶可以通過對界面上面參數(shù)的操作而實現(xiàn)對牛頭刨床運動分析和運動仿真，以此觀察牛頭刨床的運動特性是否合乎要求。對于經(jīng)常需要大量數(shù)據(jù)進行分析處理或者對復雜問題進行計算求解的科研工作者來說，計算機技術(shù)的引入大大的降低了工作強度，是原本復雜的工作變得簡單，從而極大的提高了工作效率。面對越來越繁重的科學以及工程計算任務(wù)，雖然用傳統(tǒng)的c或Fortran語言也能完成任務(wù)，但是程序設(shè)計者所承擔的編程工作是極為繁重的，而且要求程序設(shè)計者對算法有比較深入的理解，這就使工作人員不得不將大量的時間和精力放在與研究課題關(guān)系不大的計算編程上來。MATLAB 是MATRIX LABORATORY（“矩陣實驗室”）的縮寫，是由美國MATHWORKS 公司開發(fā)的集數(shù)值計算、符號計算和圖形可視化三大基本功能于一體的，功能強大、操作簡單的語言。20世紀80年代初期，Cleve Moler與John Little等利用C語言開發(fā)了新一代的MATLAB語言，此時的MATLAB語言已同時具備了數(shù)值計算功能和簡單的圖形處理功能。1993年，MATHWORKS公司推出了基于個人計算機的MATLAB ，到了1997年又推出了MATLAB （Release 11），并在2000年又推出了最新的MATLAB 6版本（Release 12）,如今。特別是最近幾年，MATLAB在我國大學生數(shù)學建模競賽中的應(yīng)用，為參賽者在有限的時間內(nèi)準確、有效的解決問題提供了有力的保證。MATLAB不僅可以處理代數(shù)問題和數(shù)值分析問題，而且還具有強大的圖形處理和仿真模擬等功能。概括地講，整個MATLAB系統(tǒng)由兩部分組成，即MATLAB內(nèi)核及輔助工具箱，兩者的調(diào)用構(gòu)成了MATLAB的強大功能。利用其運算符號和庫函數(shù)可使其程序相當簡短，兩三行語句就可實現(xiàn)幾十行甚至幾百行C或FORTRAN的程序功能，從而極大的簡化了線性運算，而線性運算是整個數(shù)值計算的基礎(chǔ)，所以以矩陣作為基本語言要素可以提高數(shù)值計算的編程效率。2）既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語句、if語句和switch語句），又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦浴Ｋ劝▽ΧS和三維數(shù)據(jù)可視化、圖像處理、動畫制作等高層次的繪圖命令，也包括可以修改圖形及編制完整圖形界面的、低層次的繪圖命令。工具箱可分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如優(yōu)化工具箱、統(tǒng)計工具箱、控制工具箱、小波工具箱、圖象處理工具箱、通信工具箱等。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可修改源文件和加入自己的文件，它們可以與庫函數(shù)一樣被調(diào)用。與C、Fortran等傳統(tǒng)的程序設(shè)計語言相比，MATLAB的程序設(shè)計語言的一個顯著缺點即使循環(huán)代碼執(zhí)行效率較低，這是與其執(zhí)行方式直接相關(guān)的。當然這個問題也不是不可以解決的，由于MATLAB以矩陣作為基本的程序設(shè)計語言要素，對于在c、Fortran的那個編程語言中需要使用循環(huán)來解決的問題，MATLAB程序設(shè)計語言中巧妙的利用矩陣的特點，就可以避免使用循環(huán)代碼。 目前，MATLAB已經(jīng)成為國際上公認的優(yōu)秀數(shù)學應(yīng)用軟件之一。它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便、界面友好的用戶環(huán)境。其特點是： (1)可擴展性：MATLAB最重要的特點是易于擴展，它允許用戶自行建立指定功能的M文件。當前支持MATLAB的商用Toolbox(工具箱)有數(shù)百種之多。 (2)易學易用性：MATLAB不需要用戶有高深的數(shù)學知識和程序設(shè)計能力，不需要用戶深刻了解算法及編程技巧。如FFT語句可完成對指定數(shù)據(jù)的快速傅立葉變換，這相當于上百條C語言語句的功能。據(jù)MATHWOKS公司聲稱，MATLAB軟件中所包含的MATLAB源代碼相當于70萬行C代碼。當前在全世界有超過40萬工程師和科學家使用它來分析和解決問題?！　?1) MATLAB是一種解釋性語言，因此它的實時效率是相當差的。3 牛頭刨床運動分析的模型 基本概念與原理 機構(gòu)運動分析的任務(wù)是在已知機構(gòu)尺寸及原動件運動規(guī)律的情況下，確定機構(gòu)中其他構(gòu)件上某些點的軌跡、位移、速度、加速度和構(gòu)件的角位移、角速度及角加速度。 對于牛頭刨床來說，其刨刀在工作行程中應(yīng)該接近等速，而回程速度卻應(yīng)高于前者速度，從而提高效率。機構(gòu)運動分析的方法很多，主要有圖解法和解析法。而當需要精確地知道或要了解機構(gòu)在整個運動循環(huán)過程中的運動特性時，采用解析法并借助于計算機，不僅可以獲得很高的計算精度及一系列位置的分析結(jié)果，并能繪出機構(gòu)相應(yīng)的運動線圖，同時還可以把機構(gòu)分析和機構(gòu)綜合問題聯(lián)系起來，以便于機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。 牛頭刨床的數(shù)學模型如下圖所示為牛頭刨床的機構(gòu)簡圖。解：如圖，先建立一個直角坐標系，并標出各桿矢及其方位角。為求解需建立兩個封閉矢量方程，為此需利用兩個封閉圖形ABDA及DEFD。如、鍵盤、鼠標、跟蹤球、話筒都可以成為與計算機交換信息的接口。用戶通過一定的方法（如鼠標或鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使計算機產(chǎn)生某種動作或變化，比如實現(xiàn)計算、繪圖等。設(shè)計者必須重視設(shè)計工作，不能急于編寫源代碼。那么如何進行成功的設(shè)計，就應(yīng)該從以下兩個方面予以考慮：（1） GUI 設(shè)計的指導原則（2） GUI 設(shè)計應(yīng)遵循的步驟。 簡潔性意味著界面簡單明了，直接清晰。 熟悉性意味著系統(tǒng)設(shè)計時盡量保持與該類流行界面的相似，比如VC的對話框風格、視圖的風格、MATLAB的Figure風格。以上三點也許過于抽象，具體過程中不宜操作。設(shè)計者應(yīng)該經(jīng)常考慮以下兩個問題：（1）用戶在沒有熟悉界面之前，完成一個操作需要多長時間？（2）用戶在熟悉界面后，完成一個普通操作需要多長時間？ 簡潔性、一致性、熟悉性圍繞著上述兩個問題展開。這種取舍的標準應(yīng)著眼于用戶，要看是否便于用戶操作。1）簡潔性： 簡潔是一種直觀的美，它是設(shè)計者所要達到的主要目標，通過GUIDE，我們很容易向界面添加許多功能。GUI本來是從圖像的角度幫助用戶理解客觀世界的，但是繽紛蕪雜的表面想象卻很容易掩蓋事物的真相，影響擁護做出正確的判斷，這當然是不可取的。a注重形式圖像往往給人一種直觀的感受，告訴人們事物發(fā)展的趨勢，數(shù)字有助于將這種趨勢量化，增強人們對發(fā)展趨勢的認識。b縮小交互區(qū)域如果能在一個界面中完成的事情堅決不要放在兩個界面中完成。這樣除了增加圖形的可讀性，還減輕了不同截面之間數(shù)據(jù)的傳遞負擔。比較以下兩個設(shè)計：圖4—1 多界面窗口圖4—2 單界面窗口結(jié)果 由以上兩個設(shè)計不難發(fā)現(xiàn)在第二種設(shè)計中只需要通過按鈕就可以實現(xiàn)預(yù)期的功能，而無須像第一種設(shè)計中那樣在不同的界面中進行切換。為了從各個角度來觀察一個三維幾何形體，我們需要不斷地進行坐標系的轉(zhuǎn)化。2）一致性： 一致性的含義很廣泛，既包括操作指令的前后一致，也包括操作界面中各種圖形對象擺放位置的一致性。優(yōu)秀的界面設(shè)計往往注重這個問題。設(shè)計遵循的步驟： 圖4—3 設(shè)計遵循的步驟 功能要求 本次論文的結(jié)果是設(shè)計出如上述4—2所示的圖形用戶界面，該界面應(yīng)該具有以下功能： 1）在編輯框中輸入牛頭刨床的參數(shù)后，點擊“運算”按鈕，實現(xiàn)后臺的運算， 中。 3）同上，在完成1）后，用戶點擊“運動線圖”按鈕，彈出“運動線圖”窗口，并在窗口中分別顯示牛頭刨床刨頭的“位移——曲柄轉(zhuǎn)角”