基于MATLAB的机构运动学分析.doc

邵阳学院文献检索报告

文献检索综合报告

基于MATLAB的机构运动学分析

系、专业：信息系.通信工程
学生姓名： 彭艳林
学 号：1041303025

完成时间：2013年10月24日

目　录
1．课题分析
2．检索策略
2.1 选择检索工具
2.2 选择检索词
2.3 拟定检索式
3．检索步骤及检索结果
3.1中国期刊全文数据库(CNKI)
3.2 美国工程索引（EI）
3.3万方数据库
3.4 谷歌搜索引擎
4．检索效果评价
4.1　检索词的选择
4.2　检索技术
4.3　数据库的选择
5．文献综述

1. 课题分析
基于MATLAB的数值计算,机构的运动分析是了解机构特性的一个组成部分，也是机构设计中的一个重要工作。通过对机构的运动分析，获取各构件的运动轨迹，速度，家属度等于动参数，可以采用图解法或解析法，图解法的精度交差，解析法的计算工作量较大。如何快捷，精确的对机构惊醒运动分析？
MATLAB 是 Mathworks 公司于 1982 年推出的一套功能强大的工程计算软件, 广泛应用于自动控制、 机械设计、 流体力学和数理统计等工程领域, 被誉为巨人肩上的工具。它集数值分析、 矩阵运算、 信号处理和图形显示于一体, 构成了一个方便的、 界面友好的用户环境。结合图形处理技术,以质点斜抛运动为例,阐述了一类理论力学问题过程分析的思考方法、实现过程以及实验结果的分析;通过本例学习,可提高学生对力学问题整个过程的感性认识,调动学习积极性,同时也可使学生清楚利用MATLAB分析理论力学问题的方法、过程。运动学、动力学作为理论力学的重要组成部分,一直以来都是理论力学教学改革的重要内容。运动学和动力学的很多问题都是以微分方程形式的给出,运用传统理论力学解题方法,一般都只能在初始条件确定的情况下求解出一些特殊情况(时间和空间)的解,而对其整个运动的过程是不太清楚
2.　检索策略
2.1 选择检索工具
中国期刊全文数据库（CNKI）
美国工程索引（EI）
中国专利信息中心
谷歌
2.2 选择检索词　
从课题字面选
从课题内涵选（同义词、近义词、上下位词）
机构运动
（Kinematics of mechanism）
机械运动（mechanical movement）
MATLAB
矩阵实验室（matrix laboratory）

2.3 拟定检索式
由于不同检索工具的字段不同，因此将检索式（亦称提问式）在“检索步骤及检索结果”的各个具体检索步骤及结果中给出。
3.检索步骤及检索结果
3.1 中国期刊全文数据库(CNKI)
3.1.1 检索式
题名或关键词=机构运动 与 题名或关键词=Matlab 与 时间=2003-2012 与 范围=核心期刊
3.1.2 检索年限 2003-2012
3.1.3检索结果
检索命中16篇，选择5篇如下：
【题　名】基于MATLAB的多功能下肢康复训练辅具的机构运动分析
【作　者】刘合荣 张建国 薛强
【机　构】天津科技大学机械工程学院,天津300222
【刊　名】机械设计与制造.2011(4).-89-91
【ISSN号】1001-3997
【C N 号】21-1140/TH
【馆藏号】91722X
【关键词】人机工程 MATLAB 运动仿真
【分类号】TH122 O242.21
【文　摘】根据人机工程学原理,为满足老年人和残障人的日常生活需求,设计开发了一款多功能康复训练辅具。对其上肢提升机构,建立机构的运动分析数学模型,利用MATLAB软件进行机构运动仿真分析,在指定各项设计参数后,通过仿真获得机构的运动参数和运动曲线,为机构的运动性能评价及康复辅具的智能控制提供必要的依据。
【网　址】http://202.195.136.17:80//qk/91722X/201104/37646110.html
【题　名】基于MATLAB／SIMULINK的插床导杆机构运动学和动力学分析
【作　者】杨启佳 徐承妍 李滨城
【机　构】江苏科技大学机械工程学院,江苏镇江212003 华东师范大学软件学院,上海200062
【刊　名】煤矿机械.2011(2).-98-100
【ISSN号】1003-0794
【C N 号】23-1280/TD
【馆藏号】95519X
【关键词】导杆机构 MATLAB／SIMULINK 运动学分析 动力学分析
【分类号】TH112.1
【文　摘】在对插床导杆机构进行分析的基础上，运用MATIAB/SIMULINK软件对其进行运动学分析和动力学分析，并将分析结果可视化，为应用MATLAB／SIMULINK对其他机构进行分析提供了借鉴。
【网　址】http://202.195.136.17:80//qk/95519X/201102/36705963.html
【题　名】椭圆齿轮行星系分插机构运动轨迹分析与仿真
【作　者】张敏 周长省 吴崇友 张文毅 袁钊和
【机　构】南京理工大学机械工程学院,南京210094 农业部南京农业机械化研究所,南京210014
【刊　名】农机化研究.2011(1).-92-94
【ISSN号】1003-188X
【C N 号】23-1233/S
【馆藏号】97903X
【关键词】分插机构 椭圆齿轮行星系 MATLAB ADAMS 轨迹仿真
【分类号】S223.91
【文　摘】为了求解椭圆齿轮行星系分插机构秧针尖的运动轨迹,通过分析栽植臂与行星架之间绝对摆动角关系建立了秧针尖坐标的数学表达式,并用MATLAB和ADAMS求解的秧针尖运动轨迹进行对比,相互验证了所建立的秧针尖轨迹数学表达式的正确性,以及使用Adams分析非圆齿轮分插机构运动轨迹的可行性,为进一步优化椭圆齿轮行星系分插机构提供一种可行方案。
【网　址】http://202.195.136.17:80//qk/97903X/201101/36529961.html

【题　名】基于MATLAB/SIMULINK的牛头刨床导杆机构运动学及动力学分析
【作　者】钱文婷 徐承妍 李滨城
【机　构】江苏科技大学机械工程学院,镇江212003 华东师范大学学院,上海200062
【刊　名】制造业自动化.2011(3).-104-107
【ISSN号】1009-0134
【C N 号】11-4389/TP
【馆藏号】92337A
【关键词】牛头刨床导杆机构 运动学分析 动力学分析 MATLAB/SIMULINK
【分类号】TP321
【文　摘】本文运用MATLAB/SIMULINK软件对牛头刨床导杆机构进行了运动学和动力学分析,并通过仿真直观地揭示了机构的运动规律和受力情况,为对其深入研究提供了基础。另外,在应用SIMULINK进行运动学仿真过程中采用了微分的方法,从而使数学建模过程更为简便。
【网　址】http://202.195.136.17:80//qk/92337A/201103/36439780.html

【题　名】压床机构运动矩阵方程在Matlab中的实现
【作　者】郭飞 杨绿云
【机　构】华北水利水电学院,河南郑州450011
【刊　名】机械传动.2010(8).-43-44
【ISSN号】1004-2539
【C N 号】41-1129/TH
【馆藏号】92228A
【关键词】解析法 矩阵方程 Matlab 运动规律
【分类号】TH112
【文　摘】介绍了如何运用解析法建立压床机构运动矩阵方程及其求解方法。采用Matlab语言对矩阵方程进行数值求解,获得滑块的运动规律。该方法求解效率高,得到滑块的运动规律线图较作图法精确,避免了手工求解的麻烦,具有较高的实用价值。
【网　址】http://202.195.136.17:80//qk/92228A/201008/36006118.html
3.2 美国工程索引（EI）
3.2.1 检索式
Kinematics of mechanism OR ((mechanical movement) AND ((MATLAB) WN TI))  
3.2.2 检索年限 2003-2012
3.2.3 检索结果
命中6条结果，经过筛选，选择其中5条：

1.

Movement analysis on materials flowing through a vertical pipe based on MATLAB
Zhai, Zhiping (College of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Huhhot, China); Wu, Yamei; Gao, Bo Source: 2011 2nd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, MACE 2011 - Proceedings, p 7467-7471, 2011, 2011 2nd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, MACE 2011 - Proceedings
Database: Compendex

2.

Modeling and simulation of aircraft movement based on matlab/S-function
Kang, Chunpeng (Institute of Intelligence Control, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100101, China); Su, Zhong; Li, Qing Source: Proceedings - International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation, ICICTA 2008, v 1, p 618-620, 2008, Proceedings - International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation, ICICTA 2008
Database: Compendex

3.

Based on matlab electrically operated windshield wiper systems design method research
Zhao, Xiaoyu (Shanghai University of Engineering Science, Shanghai, 201620, China); Xing, Yanfeng; Li, Yengjie Source: Proceedings - 3rd International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, ICMTMA 2011, v 1, p 621-624, 2011, Proceedings - 3rd International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, ICMTMA 2011
Database: Compendex

4.

Optimum design of integral type steering mechanism based on MATLAB
Wang, Hui (School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing, 100083, China); Zhang, Wenming Source: 2011 3rd International Conference on Advanced Computer Control, ICACC 2011, p 511-514, 2011, 2011 3rd International Conference on Advanced Computer Control, ICACC 2011
Database: Compendex

5.

Analysis of assistant robotic leg on MATLAB
Lan, Wang (School of Mechanical and Electronic Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang Province, China); Zhongquan, Deng; Lixun, Zhang; Qingxin, Meng Source: 2006 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2006, v 2006, p 1092-1096, 2006, 2006 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2006
Database: Compendex

3.3 万方数据库
3.3.1 检索式
题名或关键词=机构运动 与 题名或关键词=Matlab 2005-2010
3.3.2 检索年限 2003-2012
3.3.3 检索结果
⑴
【名称】基于CFD软件的数字船模平面运动机构实验方法
【申请（专利）号】CN200810064057.2
【申请人】哈尔滨工程大学.
【发明人】张 赫,李 晔,庞永杰,徐玉如,秦再白,苏玉民,万 磊,邹 劲.
【申请日期】2008-3-3
【公告日期】2008-8-20
【摘要】本发明提供的是一种基于计算流体动力学CFD软件FLUENT的数字船模平面运动机构实验方法。包括应用FLUENT前处理软件GAMBIT建立研究对象模型及控制域；在模型表面布置三角形网格，进而在控制域内布置非结构化网格；设定边界条件，加入用户自定义函数UDF文件，引入动网格技术，采用基于完全非结构化网格的有限体积法，实现平面运动机构实验进行的纯横荡运动、纯升沉运动、纯摇首运动、纯俯仰运动和纯横滚运动；对FLUENT得到的力与力矩系数应用科学计算软件MATLAB傅立叶展开，EXCEL最小二乘法拟合，无因次化得到垂直面和水平面的水动力系数以及相关的流体动力分析。本发明应用CFD软件进行数字平面运动机构实验，能够满足在潜水器的设计初期对于水动力数据的要求。
⑵
【名称】一种用于五轴五环并联运动机构运动控制的逆解数学算法
【申请（专利）号】CN200610029185.4
【申请人】同济大学.
【发明人】谢 红,张 曙,姚晶晶.
【申请日期】2006-7-20
【公告日期】2007-1-24
【摘要】本发明属于机械技术领域，具体涉及一种用于五轴五环并联运动机构的逆解数学算法。其具体步骤为：建立坐标系，选取其中一个支链，将选取的单支链由空间矢量转化成平面矢量，求得刀位矢量，然后根据矢量关系求得矢量qα。最后通过数学软件Matlab求得杆件长度与刀具位姿和刀尖位置的函数关系，杆长Li即为矢量qα的模(长度)。本发明所作的逆解数学算法，是用于五轴五环并联机床运动控制的。当五根杆环住的主轴中心刀尖需走出既定路线时，五根杆应按照怎样的模式伸缩，这需要用数学函数定义出刀尖轨迹与杆长的关系式。本发明是研制并联机床的关键技术，同时也是并联机床速度分析、加速度分析、工作空间分析、运动学性能评价、数控系统算法、运动误差及动力学研究的基础。本发明对于我国跟上世界并联机床发展步伐是很有意义的。【名称】一种具有高实时性的飞行仿真系统
⑶
【申请（专利）号】CN201010241984.4
【申请人】北京航空航天大学.
【发明人】宋静婧,祝明,章磊.
【申请日期】2010-7-30
【公告日期】2011-1-19
【摘要】本发明一种具有高实时性的飞行仿真系统，它是由三轴飞行仿真转台系统和外部控制计算机系统两大部分组成。它们之间的位置连接关系是：三轴飞行仿真转台系统是物理效应的执行机构，外部控制计算机系统是物理效应指令的发出者，外部控制计算机系统将仿真的姿态结果通过反射光纤网络发送到三轴飞行仿真转台系统，由后者进行实时的姿态响应。本发明使用Matlab/Simulink建立仿真模型，计算机硬件采用CPCI总线型式，使用光纤交换机组建反射内存光纤网络，仿真通过光纤网络与转台系统的通信采用中断响应机制以及AppSim仿真软件的使用，构成本发明的五大优势。它在飞行控制与仿真技术领域里具有实用价值和广阔地应用前景。

3.4 谷歌搜索引擎
3.4.1　检索式
在标题=机构运动 matlab
3.4.2 检索年限 2003-2012
3.4.3　检索结果
命中 70条结果，经过筛选，选择其中5条：
基于Matlab 的机构运动仿真方法及其比较
王永超 - 计算机仿真, 2004 -
摘要: 在机构学研究中机构运动仿真非常重要. 该文根据仿真活动生命周期, 研究总结出三类机构
运动仿真方法, 深入分析了各类方法的特点. 第一类方法基于模型解算, 以提高模型求解效率为
核心; 第二类方法基于辅助建模. 以提高建模效率为核心; 第三类方法基于虚拟现实技术, 属于 ...
被引用次数：10 - 相关文章 - 所有 4 个版本
基于Matlab 的曲柄摇杆机构运动学仿真
郭飞… - 煤矿机械, 2006 -
摘要: 介绍了Matlab 在曲柄摇杆机构运动学分析中的应用. 根据矢量法建立机构的运动学矩阵
方程, 采用Matlab/Simulink 对方程进行运动学仿真, 得到曲柄摇杆机构的运动曲线, 
进行运动分析. 该方法求解效率高, 在机构性能分析中具有一定的应用价值.
被引用次数：9 - 相关文章 - 所有 5 个版本
六杆机构运动学仿真的MATLAB 实现
徐梓斌 - 煤矿机械, 2006 -
以RPR-RPP 六杆机构为例, 研究了MATLAB 中基于SimMechanics 的机构运动仿真方法, 
建立了仿真模型, 设置各项参数后进行了仿真, 并得出了正确的结果. 与其它方法相比, 
最大的优点是无需建立机构运动的数学模型和编制程序, 具有系统建模方便直观和仿真功能 ...
被引用次数：8 - 相关文章 - 所有 5 个版本
应用MATLAB 分析模块化机构运动[J]
杨东亚， 王生泽， 谢小正… - 现代制造工程, 2006 - 万方数据资源系统
摘要: 运用MATLAB 语言对平面机构的运动分析进行模块化设计从而生成子程序. 
在具体的机构运动分析过程中, 灵活, 方便地调用子程序, 来提高运动分析的速度与效率. 
对设计结果用MATLAB 进行可视化输出, 以提高对机构的感性认识.

4.1　检索词的选择
4.1.1　从课题字面选择
从课题字面选择的检索词，其相互间的关系多为限定关系，即利用布尔逻辑与进行组配，可提高查准率。例如，本课题从字面选出：单片机，89C51，通信，控制，至于“新技术”的“新”不能做检索词，而是应当体现在检索年代上，本报告选择2005-2010年（近五年）。
4.1.2　从课题内涵选择
　一个课题如果仅从字面选择检索词，则会影响查全率。还应当从课题的内在涵义中选择，多为同义词、近义词、上下位词，当然，也有限定词（用于进一步提高查准率）。例如，本报告选出下列同义词：MATLAB，机构设计，矩阵实验室，装置。并补充了限定词：标准、对策、措施。例如，“机构运动学”与“机械运动”互为联义词，在检索式中用布尔逻辑或进行组配。
4.2　检索技术
4.2.1　布尔检索
所选择的检索工具都具有布尔逻辑与、逻辑或检索技术，只是具体算符的表示方法略有不同，例如google检索词之间的空格代表“布尔逻辑与”。使用“布尔逻辑与”组配技术，缩小了检索范围，增强了检索的专指性，可提高检索信息的查准率；使用“布尔逻辑或”检索技术，扩大了检索范围，能提高检索信息的查全率。

4.2.2　限制检索
A．字段限制：在现代检索工具中，为了确定检索词在文献记录中出现的位置，采用字段（或叫检索项、检索入口）来限制查找的范围，从而提高查全率或查准率。下表给出在所选检索工具中拟定检索式时采用的字段。
B．年代限制：2003－2012年。
C．匹配限制：为提高查全率，均选用了模糊匹配检索。
4.3　数据库的选择
本报告限定在中文检索工具，均选择了综合型的检索工具，因为所选的检索工具几乎能囊括国内的文献资料。
从上述检索工具的检索情况看出，“中国期刊全文数据库”的查全率是最好的。但从检索的查准率来看，“中文科技期刊数据库”是最好的。“谷歌搜索引擎”、“ 超星电子图书”、“ 国家知识产权局专利库”的检索途径较少，灵活性差，而且不能限定检索时间。“万方期刊全文数据库”的文献量较少。此外，由于“中文科技期刊数据库”6月25日之前正在升级，无法使用全文库，暂时选用了公众网站。
5. 文献综述
机构的运动分析是了解机构特性的一个组成部分，也是机构设计中的一个重要工作。通过对机构的运动分析，获取各构件的运动轨迹，速度，家属度等于动参数，可以采用图解法或解析法，图解法的精度交差，解析法的计算工作量较大。如何快捷，精确的对机构惊醒运动分析？
MATLAB 是 Mathworks 公司于 1982 年推出的一套功能强大的工程计算软件, 广泛应用于自动控制、 机械设计、 流体力学和数理统计等工程领域, 被誉为巨人肩上的工具。它集数值分析、 矩阵运算、 信号处理和图形显示于一体, 构成了一个方便的、 界面友好的用户环境。
所谓图形用户界面[3], 简称为GUI(Graphic User Interface) , 是指包含了各种图形控制对象, 如图形窗口、菜单、对话框以及文本等内容的用户界面。利用这些用户界面, 用户可以和计算机之间进行信息交流。用户可以通过某种方式来选择或者激活这些图形对象, 来运行一些特性的M 文件。最常见的激活方式是利用鼠标或者其它设备来点击这些对象。对于一个用户来说, 图形用户界面就是他所面对的应用程序, 对图形界面的操作直接影响应用程序的应用前途。对于以往专门用于科学计算的语言, 如FORTRAN 语言等, 编写图形界面的功能较弱, 因而用其开发的程序, 其界面往往不够友好, 用户使用起来很不方便。而目前流行的可视化语言, 对科学计算的功能又相对弱一些。MATLAB提供了非常强大的编写图形用户界面的功能。用户只和前台界面下的控件发生交互，而所有运算、绘图等内部操作都封装在内部，终端用户不需要区追究这些复杂过程的代码。图形用户界面大大提高用户使用MATLAB程序的易用性。因此，学习MATLAB图形用户界面编程，即GUI程序的创建，是MATLAB编程用户应该掌握的重要一环。
对于一个MATLAB 的图形用户界面, 它的设计过程可以分为两个部分:
(1)用户界面的外观设计。在这里, 主要是通过不同的对话框、按钮、文本框等许多工具的使用, 设计出一个图形用户界面。同时也应搞清楚这个图形界面的功能是什么, 也即在图形界面上的操作会引发什么样的结果。
(2)图形界面的完成。在这里, 用户将根据在外观设计阶段所确定的图形界面的功能, 针对各个不同的图形对象来编写出能够实现该功能的函数代码, 确保这个图形界面能够完成所预定的功能。
工程人员通过使用 MATLAB提供的工具箱, 可以高效求解复杂的工程问题, 并可以对系统进行动态仿真, 用强大的图形功能对数值计算结果进行显示。笔者在MATLAB环境下开发了一个平面四杆机构运动分析系统 ,只要在系统图形界面的文本编辑框中交互地输入四杆机构各构件的参数和原动件的角速度 ,就能迅速地输出当原动件转动1周时从动件的位移、速度、加速度的变化规律曲线 ,具有融计算与绘图为一体 ,操作简便、界面友好 ,计算速度快 ,准确性高的特点。本文以曲柄摇杆机构为分析对象，借助MATLAB软件进行运动分析。曲柄摇杆机构是平面四连杆机构中最基本的结构，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。对曲柄摇杆机构进行运动分析的主要内容是：在机构尺寸参数已知的情况下，假定曲柄做匀速转动，从运动几何关系上分析连杆和摇杆的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。并根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。
连杆机构的应用十分广泛，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件称为机架，与机架直接铰接的两个构件和称为连架杆，不直接与机架铰接的构件称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆,连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。
机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程，包括型综合和尺度综合两大主要内容，主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法 工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。几十年来，随着工业技术的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已不能满足要求，而基于计算机辅助设计（例如MATLAB软件）的解析法得到了广泛的应用。
此课题的主要内容是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用；主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言MATLAB[2]编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。
铰链四杆机构的运动学分析是机构学中典型的机构运动分析之一 ,如果设计铰链四杆机构时能及时图示其运动轨迹和速度分析 ,从而将图示结果与设计要求相比较 ,可以及时修改设计中的偏差.目前 ,MALTAB已经不再是“矩阵实验室” ,而成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具 ,以及一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言 ,它在国内外高校和科研部门正扮演着越来越重要的角色 ,功能也越来越大 ,不断适应新的要求提出新的解决办法.可以预见 ,在科学运算与科学绘图领域 ,MATLAB语言将长期保持其独一无二的地位.然而 ,国内至今尚未见到采用 MATLAB 开发的有关机构学的软件 ,以 MATLAB 的科学运算与绘图的强大功能开发了铰链机构运动仿真软件.
机构的运动分析是机构设计中必不可少的工作 ,通常可使用图解法和解析法来进行 ,图解法因其作图、计算工作量大、精度差的缺点 ,在实际工程设计应用中有很大的局限性。解析法的计算工作量很大 ,但随着计算机在工程设计领域的广泛应用 , 优化方法和计算机辅助设计的应用已成为研究连杆机构的重要方法，一些软件平台为解决复杂的工程计算提供了强有力的武器。，并已相应地编制出大量的、适用范围广、计算机时少、使用方便的通用软件。早期其机构分析由手工绘图，模型制作，模型分析，修改，重复这个过程。这种之分析方式，生产周期长，成本高，而且不可靠。而后发展到，计算机辅助绘图，大大的压缩了生产周期现在计算机辅助的机构分析已经成为了生产的一个重要不分了。
Matlab一起强大的功能，受到的广泛的应用。但是从专利的申请情况，仅有三个专利，我们可以看到，在matlab的机构分析方面还有很大的发展空间。因此本研究很有实际意义。

13