機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)終稿

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目六足機(jī)器人設(shè)計(jì)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師目錄第一章.課程設(shè)計(jì)的目的與要求1.1現(xiàn)狀分析………………41.2六足機(jī)器人的意義…………41.3課程設(shè)計(jì)的目的…………41.4課程設(shè)計(jì)的根本要求………5第二章.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化……………62.2方案設(shè)計(jì)…………………7第三章.運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算3.1桿長(zhǎng)分析……………………83.2桿長(zhǎng)驗(yàn)證……………………93.3位置分析……………………113.4速度分析……………………19第四章.動(dòng)力學(xué)計(jì)算4.1電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算………………174.2桿件受力分析………………184.2電機(jī)選擇………………19第五章.非標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸確定及校核5.1軸的尺寸與校核……………205.2主動(dòng)桿的尺寸與校核………235.3其他桿件的尺寸與校核……245.4其他零件尺寸確定……25第六章.標(biāo)準(zhǔn)件選擇6.1軸承的選擇與校核…………276.2聯(lián)軸器的選擇與校核………276.3螺栓的選擇與局部承重螺栓的校核………276.4鍵的選擇與校核…………29第七章.設(shè)計(jì)總結(jié)7.1課程設(shè)計(jì)過(guò)程………………317.2設(shè)計(jì)體會(huì)…………………32第八章.參考文獻(xiàn)……………33第九章附錄…………………34第一章課程設(shè)計(jì)的目的與要求第一章課程設(shè)計(jì)的目的與要求1.1現(xiàn)狀分析所謂多足機(jī)器人，簡(jiǎn)而言之，就是步行機(jī)。在崎嶇路面上,步行車輛優(yōu)于輪式或履帶式車輛。腿式系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：較好的機(jī)動(dòng)性,崎嶇路面上乘坐的舒適性,對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)。所以,這類機(jī)器人在軍事運(yùn)輸、海底探測(cè)、礦山開采、星球探測(cè)、殘疾人的輪椅、教育及娛樂(lè)等眾多行業(yè),有非常廣闊的應(yīng)用前景,多足步行機(jī)器人技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。因此對(duì)于多足機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)是非常有意義的一項(xiàng)工作。1.2六足機(jī)器人的意義六足機(jī)器人作為多足機(jī)器人里面的代表。它具有多自由度，能進(jìn)行多方向，多角度的移動(dòng)，可以適應(yīng)復(fù)雜的路況，并聯(lián)機(jī)器人通過(guò)多個(gè)支鏈聯(lián)接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái),從而增加了運(yùn)動(dòng)學(xué)的復(fù)雜性，因此其研究具有非常重要的意義。此次課程設(shè)計(jì)是圍繞具有空間三自由度的六足機(jī)器人展開的，它由上平臺(tái)、下平臺(tái)、3根主動(dòng)桿、3根平行四邊形從動(dòng)支鏈、3個(gè)電動(dòng)機(jī)、連接板等組成。主動(dòng)桿與平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接，從動(dòng)桿通過(guò)2個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副與主動(dòng)桿相連，3個(gè)這樣的平行四邊形從動(dòng)支鏈保證了平臺(tái)智能有三個(gè)方向的自由度。1.3課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造中的機(jī)械設(shè)計(jì)局部，是機(jī)械類專業(yè)重要的綜合性與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其根本目的是：1.通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他選修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步穩(wěn)固、深化和拓展。2.學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零件部件、機(jī)械傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過(guò)程。3.進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)根本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖，熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料〔手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)等〕以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。1.4課程設(shè)計(jì)的根本要求本設(shè)計(jì)的根本要求是：1.能從機(jī)器功能要求出發(fā)，制定或分析設(shè)計(jì)方案，合理選擇電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零件。2.能按機(jī)器的工作狀況分析和計(jì)算作用在零件上的載荷，合理選擇零件材料，正確計(jì)算零件工作能力和確定零件主要參數(shù)及尺寸。3.能考慮制造工藝、安裝于調(diào)整、使用與維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和平安等問(wèn)題，對(duì)機(jī)器和零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.圖面符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，尺寸及公差標(biāo)注正確，技術(shù)要求完整合理。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化下列圖為此次課程設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)的裝配圖：圖2-1：六足機(jī)器人裝配圖為了研究其在運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)方面的方便，需要將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人只是向上抬腿時(shí)，因?yàn)闄C(jī)器人的下底盤不會(huì)前后左右移動(dòng)，只會(huì)沿著z軸方向上下移動(dòng)，因此，在上升過(guò)程中，可將上底盤固定，在下腳連電機(jī)處加上一移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副，將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為如下列圖所示的機(jī)構(gòu)：圖2-2：簡(jiǎn)化的平面機(jī)構(gòu)圖2.2方案設(shè)計(jì)根據(jù)簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，我們制定如下設(shè)計(jì)方案:一：傳動(dòng)裝置的方案設(shè)計(jì)：分析擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案，繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。二：傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)：計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)。三：傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)：確定傳動(dòng)零件的材料，主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸，包括軸的設(shè)計(jì)及校核，軸承及軸承組合設(shè)計(jì)，選擇鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器。四：機(jī)器人裝配圖及零件圖繪制：繪制機(jī)器人裝配圖和零件圖，標(biāo)注尺寸和配合。五：對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)。第三章運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算第三章運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算3.1桿長(zhǎng)分析假設(shè)無(wú)限長(zhǎng)，那么在圖中機(jī)構(gòu),假設(shè)桿繞A點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，那么滑塊上升。但此時(shí)，幾乎不影響桿與x軸夾角b的變化。因此，可得如下結(jié)論：機(jī)構(gòu)的抬腿高度此時(shí)完全由的長(zhǎng)度決定，但在實(shí)際過(guò)程中，不可能選擇為無(wú)限長(zhǎng)，但當(dāng)長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時(shí)，抬腿高度根本由的長(zhǎng)度確定，再考慮上其他因素的影響，因此預(yù)先確定桿長(zhǎng)。圖3-1簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)圖由上圖可看出，步距根本上由桿長(zhǎng)和轉(zhuǎn)角確定，假設(shè)的最大值為度，那么此時(shí)。而，因此大體上。大體上，可由此預(yù)先確定桿長(zhǎng)。根據(jù)要求。抬腿高度為mm，步長(zhǎng)為mm。根據(jù)上述，可預(yù)先確定桿長(zhǎng)，，圓整到，這樣。3.2桿長(zhǎng)驗(yàn)證由圖3-1所示：可得：用matlab編程模擬選的桿長(zhǎng)是否可用，程序如下：%用桿長(zhǎng)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)角l1=270;l2=87;r=36;R=90;g=33;b=r-R;y=250:0.1:285;a3=acos((l2*l2-l1*l1+y.*y+(r-R)^2)./(2*l2*sqrt(y.*y+(r-R)^2)));a2=atan(y./(R-r));a=(pi-a2-a3)*180/piplot(y,a)title('用桿長(zhǎng)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)角a--y');xlabel('y,高度-抬腿高度');ylabel('a,電機(jī)轉(zhuǎn)角');設(shè)定桿，，，,從變到。由此運(yùn)行出下列圖結(jié)果：圖3-2抬腿高度與電機(jī)轉(zhuǎn)角圖電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值：當(dāng)時(shí)，；電機(jī)轉(zhuǎn)角最小值：當(dāng)時(shí)，。這是上底盤不動(dòng)，下底盤上升時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)角的變化范圍。當(dāng)下底盤不動(dòng)，上底盤上升時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)角變化也應(yīng)是3.3位置分析：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)角與抬腿高度的關(guān)系，驗(yàn)證在此桿長(zhǎng)下，下底盤中心的運(yùn)動(dòng)范圍。其結(jié)構(gòu)圖如下列圖所示。圖3-3結(jié)構(gòu)示意圖設(shè),那么點(diǎn)在坐標(biāo)系中位置矢量為,點(diǎn)在坐標(biāo)系中，位置矢量為,點(diǎn)在坐標(biāo)系中，其中為點(diǎn)與軸的夾角。假設(shè)矢量在坐標(biāo)中，那么矢量在坐標(biāo)系。因?yàn)?，①圖3-4支鏈?zhǔn)噶繄D其中，，②因?yàn)辄c(diǎn)，點(diǎn)投影在Y軸上，所以，通過(guò)坐標(biāo)變換得〔其中，，分別為點(diǎn)橫縱坐標(biāo)〕，。即，那么③④根據(jù)①②③式得位置反解：根據(jù)位置反解，我們得到了電機(jī)轉(zhuǎn)角與步長(zhǎng)之間的關(guān)系，我們用MATLAB進(jìn)行了仿真，其關(guān)系如圖3-5所示：圖3-5步長(zhǎng)與轉(zhuǎn)角關(guān)系圖放大之后的圖像如下列圖所示：圖3-6步長(zhǎng)放大圖其程序見附錄一。與此同時(shí)，我們建立了另一個(gè)程序?qū)ψ畲蟛介L(zhǎng)進(jìn)行了檢驗(yàn)，圖形如下圖3-7角度與步長(zhǎng)關(guān)系驗(yàn)證程序圖3-8角度與步長(zhǎng)關(guān)系放大圖同樣，由圖3-1可得y與a的關(guān)系如下：其仿真圖像如下列圖3-7所示圖3-7電機(jī)轉(zhuǎn)角與抬腿高度圖3.4速度分析圖3-8速度分析圖電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度關(guān)系如下列圖所示圖3-9速度與轉(zhuǎn)角關(guān)系圖第四章動(dòng)力學(xué)計(jì)算第四章動(dòng)力學(xué)計(jì)算4.1電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算圖4-1受力分析圖如圖4-1所示，為力的分析圖，可得電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，以及L1桿上受力與電機(jī)轉(zhuǎn)角的關(guān)系。公式如下：圖4-2電機(jī)轉(zhuǎn)角與扭矩關(guān)系圖4.2桿件受力分析圖4-3電機(jī)轉(zhuǎn)角與受力關(guān)系圖4.3電機(jī)選擇根據(jù)所需的最大扭矩，以及電機(jī)的重量，查閱資料，可選擇如下電機(jī)電機(jī)：86BYG9416電機(jī)銘牌圖4-4電機(jī)接線圖第五章非標(biāo)準(zhǔn)件尺寸確定及校核第五章非標(biāo)準(zhǔn)件尺寸確定及校核5.1軸的尺寸與校核由受力分析可知，電機(jī)的最大扭矩為：。軸選擇鋼制實(shí)心軸，其軸截面的極慣性矩為：(1)對(duì)于鋼制實(shí)心軸，其受的扭矩為：(2)軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，其扭角:(3)由此可得，單位軸長(zhǎng)的扭角為：(4)式子中為每米軸長(zhǎng)的許可扭轉(zhuǎn)角，在此，選擇。軸材料的切變模量為：。由(1)、(2)、(3)、(4)整理的：(5)所以，，故可選軸的直徑為。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將所有的軸的直徑都選為，而在機(jī)構(gòu)中軸又分為：短軸，電機(jī)軸。5.1.1短軸尺寸確實(shí)定對(duì)于短軸，它屬于階梯軸，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圖6-1短軸尺寸圖軸所承受載荷為：對(duì)應(yīng)的軸承可選：深溝球軸承，其根本額定載荷為：。故軸承可用。5.1.2電機(jī)軸尺寸確實(shí)定對(duì)于電機(jī)軸，它同樣屬于階梯軸，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圖6-2電機(jī)軸尺寸圖軸所承受載荷為：5.2主動(dòng)桿〔L2〕的尺寸與校核圖6-3主動(dòng)桿尺寸確定根據(jù)上圖零件的簡(jiǎn)圖，在受力分析時(shí)，可以簡(jiǎn)化為如下受力模型。圖6-4桿的受力分析圖M=2.995L1=50mmb=10mmh=16mm材料：鋁合金合金牌號(hào)：ZAlSil2合金代號(hào)：ZL102[]=145MPa5.3其他桿件的尺寸與校核平行四邊形長(zhǎng)桿〔L3〕校核：受力分析如下列圖：圖6-5桿件分析圖校核公式如下因?yàn)樗栽摯藯U平安。5.4其他零件尺寸確定軸承座尺寸如下端蓋尺寸如下：上腿尺寸如下：連接板尺寸：其他尺寸分布見具體零件圖。第六章標(biāo)準(zhǔn)件選擇第六章標(biāo)準(zhǔn)件選擇6.1軸承的選擇與校核前面對(duì)軸已經(jīng)進(jìn)行的校核，根據(jù)軸的尺寸，查閱手冊(cè)，軸承可選：深溝球軸承，其根本額定載荷為：。故軸承可用。6.2聯(lián)軸器的選擇與校核依據(jù)電機(jī)的最大扭矩為：，且要保證聯(lián)軸器的重量盡量輕，還需保證機(jī)器人在邁步時(shí)三個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。綜上考慮，最終選定，梅花形彈性聯(lián)軸器其型號(hào)為：。圖6-1聯(lián)軸器6.3螺栓的選擇與局部承重螺栓的校核6.3.1上腿螺栓校核圖6-2上腿螺栓受力分析軸向螺栓校核：，，，，剪力校核：，，H=285mm，，，，6.3.2連接板螺栓校核連接板的方式非常重要，連接板的方式及質(zhì)量直接關(guān)系到所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的機(jī)器人能否長(zhǎng)期高速高效穩(wěn)定工作。為此要計(jì)算出每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的,和及產(chǎn)生的最大扭曲力矩,和。這里在計(jì)算,和時(shí)，不是每個(gè)軸自己運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力，而是在整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，使該軸產(chǎn)生的最大合成運(yùn)動(dòng)速度和加減速度值對(duì)應(yīng)的,和。而,和的計(jì)算也要考慮等效重心位置與滑塊中心位置。在求出,和及產(chǎn)生的最大扭曲力矩,和后，所設(shè)計(jì)的連接方式至少要有3倍的余量。圖6-3連接板螺栓受力分析，，，查手冊(cè)得,螺栓選擇六角頭螺栓螺母選擇I型六角螺母，6.4鍵的選擇與校核圖6-5鍵的分析圖，選擇圓頭平鍵，第七章設(shè)計(jì)總結(jié)第七章設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)是專業(yè)課知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐過(guò)程，是我們學(xué)習(xí)專業(yè)課不可缺少的實(shí)踐經(jīng)歷，本次課程設(shè)計(jì)是我們進(jìn)行CDIO課程設(shè)計(jì)的第二階段，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們將之前所學(xué)《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》等專業(yè)課程知識(shí)綜合運(yùn)用在一起，增強(qiáng)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握的牢固程度，提高了我們的專業(yè)素養(yǎng)，是對(duì)我們計(jì)算、設(shè)計(jì)、運(yùn)用、思考、合作能力的綜合檢驗(yàn)。7.1課程設(shè)計(jì)過(guò)程此次課程設(shè)計(jì)共分以下幾個(gè)階段進(jìn)行：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，通過(guò)進(jìn)行機(jī)器人的拆裝實(shí)驗(yàn)及參閱設(shè)計(jì)資料等途徑了解六足機(jī)器人，閱讀教材工具書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬定設(shè)計(jì)過(guò)程和進(jìn)度方案。傳動(dòng)裝置的方案設(shè)計(jì)階段，〔1〕分析和擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案，繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，對(duì)各方案的優(yōu)劣進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)?！?〕計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)?！?〕確定傳動(dòng)零件材料，主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。機(jī)器人裝配草圖設(shè)計(jì)和繪制階段，〔1〕分析并選定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案?！?〕設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件，繪制裝配草圖?！?〕審查和修正裝配草圖，對(duì)零件材料、結(jié)構(gòu)工藝性、加工工藝性等進(jìn)行檢查?！?〕繪制機(jī)器人裝配圖，標(biāo)注尺寸配合，編寫技術(shù)要求、標(biāo)題欄和明細(xì)表。機(jī)器人的零件圖繪制階段，繪制軸零件圖，繪制基準(zhǔn)件零件圖編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書階段，將上述內(nèi)容、步驟進(jìn)行總結(jié)。7.2設(shè)計(jì)體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)帶給我很大的收獲，雖然不可能做到盡善盡美，但畢竟是努力的成果。至少我認(rèn)為，我們的這次課程設(shè)計(jì)取得了令人滿意地成果，尤其是學(xué)習(xí)之外的收獲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于課程設(shè)計(jì)本身。課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)團(tuán)體合作工作，與組員之間的配合問(wèn)題也被擺在了一個(gè)重要的位置。如果我們沒有協(xié)力合作，設(shè)計(jì)根本不可能完成。雖然一開始由于組員各自有各自的事情，很多時(shí)候不能夠及時(shí)的進(jìn)行討論，但是大家積極的態(tài)度卻很好地彌補(bǔ)了這一問(wèn)題，各成員充分發(fā)揮了自己的優(yōu)勢(shì)。小組成員經(jīng)歷了討論制作，再討論，再優(yōu)化的過(guò)程。在我們的目標(biāo)變得模糊時(shí)，組員主動(dòng)將自己的想法和小組其他成員進(jìn)行討論與溝通，鼓勵(lì)她們將任務(wù)細(xì)化，并且實(shí)施逐個(gè)擊破的策略。因此，在整個(gè)過(guò)程中，每個(gè)小組成員都能積極的提出各種解決問(wèn)題的方案，使得我們的整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程顯得很平穩(wěn)。合理的工作分配，積極的態(tài)度，相互之間的溝通，成為了我們完成此次課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)，保證了此次課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，到達(dá)了老師對(duì)課程設(shè)計(jì)的根本要求。課程設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)踐意義，它是對(duì)我們的一次考核和知識(shí)補(bǔ)充，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更加熟練了CAD制圖和Solidworks制圖，使所學(xué)專業(yè)知識(shí)更加系統(tǒng)化。最后，我希望我們可以經(jīng)常進(jìn)行這方面的訓(xùn)練，穩(wěn)固專業(yè)知識(shí)，同時(shí)我將保持課程設(shè)計(jì)期間養(yǎng)成的良好習(xí)慣，繼續(xù)培養(yǎng)自己，使自己成為一位優(yōu)秀的人才！第八章參考文獻(xiàn)第八章參考文獻(xiàn)[1]雷靜桃,頂峰,崔瑩.多足步行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及展望[J].北京：北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào).[2]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993:8[3]王耀南.機(jī)器人智能控制工程[M].北京：科學(xué)出版社.2004.[4]李鶴軒.陳瑜.機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)第二版[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.[5]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2010.12.[6]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.12[7]鄭文緯.吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社,1995.第九章附錄第九章附錄附錄一：%角度和步長(zhǎng)的關(guān)系驗(yàn)證程序r=36;R=90;l3=188;l5=41;l2=87;x=-110:1:110;[x,y]=meshgrid(x);z=285;%l11=l3^2+4*l5^2+2*l5*sqrt(4*l3^2-(-x+sqrt(3)*y).^2);%l12=l3^2+4*l5^2+2*l5*sqrt(4*l3^2-(x+sqrt(3)*y).^2);%l13=l3^2+4*l5^2+4*l5*sqrt(l3^2-x.^2);a4=asin(((l3^2+4*l5^2+2*l5*sqrt(4*l3^2-(-x+sqrt(3)*y).^2)-(R-r)^2+(R-r)*(sqrt(3)*x+y)-l2^2-x.^2-y.^2-z.^2)./sqrt((2*l2*(R-r)-sqrt(3)*x*l2-y*l2).^2+4*z.^2*l2^2)))+atan((2*l2*z)./((2*l2*(R-r)-sqrt(3)*l2*x-y*l2)));a5=asin(((l3^2+4*l5^2+2*l5*sqrt(4*l3^2-(x+sqrt(3)*y).^2)-(R-r)^2+(R-r)*(-sqrt(3)*x+y)-l2^2-x.^2-y.^2-z.^2)./sqrt((2*l2*(R-r)+sqrt(3)*x*l2-l2*y).^2+4*z.^2*l2^2)))+atan(((2*l2*z)./(2*l2*(R-r)+sqrt(3)*l2*x-y*l2)));a6=asin((l3^2+4*l5^2+4*l5*sqrt(l3^2-x.^2)-(R-r)^2-2*(R-r)*y-l2^2-x.^2-y.^2-z.^2)./(sqrt(4*l2^2*(R-r+y).^2+4*z.^2*l2^2)))+atan(2*l2*z./(2*l2*(R-r+y)));a1=(a4>=(10*pi/180)&a5>=(10*pi/180)&a6>=(10*pi/180)).*a4;a2=(a4>=(10*pi/180)&a5>=(10*pi/180)&a6>=(10*pi/180)).*a5;a3=(a4>=(10*pi/180)&a5>=(10*pi/180)&a6>=(10*pi/180)).*a6;subplot(3,3,1);mesh(x,y,(a1*180/pi));xlabel('x');ylabel('y');zlabel('a1');grid;subplot(3,3,2);plot(x,(a1*180/pi));xlabel('x');ylabel('a1');grid;subplot(3,3,3);plot(y,(a1*180/pi));xlabel('y');ylabel('a1');grid;subplot(3,3,4);mesh(x,y,(a2*180/pi));xlabel('x');ylabel('y');zlabel('a2')grid;subplot(3,3,5);plot(x,(a2*180/pi));xlabel('x');ylabel('a2');grid;subplot(3,3,6);plot(y,(a2*180/pi));xlabel('y');ylabel('a2');grid;subplot(3,3,7);mesh(x,y,(a3*180/pi));xlabel('x');ylabel('y');zlabel('a3')grid;subplot(3,3,8);plot(x,(a3*180/pi));xlabel('x');ylabel('a3');grid;subplot(3,3,9);plot(y,(a3*180/pi));xlabel('y');ylabel('a3');grid;附錄二%用時(shí)間確定上升高度，速度，轉(zhuǎn)矩以及L1桿〔上桿〕的受力〔F〕圖l1=270;l2=87;r=90;R=36;g=33;w=1;t=12.2981*pi/180:0.001:32.6098*pi/180;y=l2*sin(w*t)+sqrt(l1.*l1-(30+l2*cos(w*t)).^2);m=g*l2/l1.*(tan(w*t).*(r-R+l2*cos(w*t))+sqrt(l1.*l1-(r-R+l2*cos(w*t)).^2));x=l2*cos(w*t)*w+1./(l1^2-(30+l2*cos(w*t)).^2).^(1/2).*(30+l2*cos(w*t)).*(l2*sin(w*t)*w);%x±íê??ù?èsubplot(2,2,1);plot(t*180/pi,y);title('用電機(jī)轉(zhuǎn)角計(jì)算上升高度y--a');ylabel('y,高度-抬腿高度');xlabel('t,時(shí)間〔a,電機(jī)轉(zhuǎn)角〕');subplot(2,2,2);plot(t*180/pi,m);title('用電機(jī)轉(zhuǎn)角計(jì)算電機(jī)扭矩m--a');ylabel('m,電機(jī)扭矩');xlabel('t,時(shí)間〔a,電機(jī)轉(zhuǎn)角〕');subplot(2,2,3);plot(t*180/pi,x);title('用電機(jī)轉(zhuǎn)角計(jì)算速度x--a');ylabel('x,上升速度');xlabel('t,時(shí)間〔a,電機(jī)轉(zhuǎn)角〕');s=30/(38.6*pi/180-6.6*pi/180)b=asin(sqrt(l1.*l1-(30+l2*cos(w*t)).^2)/l1);c=pi/2-w*t-b;f=m./(l2*cos(c));subplot(2,2,4);plot(t*180/pi,f);title('用電機(jī)轉(zhuǎn)角計(jì)算L1上的力f--a');ylabel('f,L1上的力');xlabel('at,時(shí)間〔a,電機(jī)轉(zhuǎn)角〕');設(shè)定桿，，，。最大步距空間點(diǎn)陣程序%鏈---綜合，空間、xoz、xoz限制%第一條鏈在空間坐標(biāo)系中的范圍l3=input('電機(jī)桿長(zhǎng)度L3=');l1=input('連桿長(zhǎng)度L1=');l=input('平行四邊形機(jī)構(gòu)豎桿長(zhǎng)度L=');r1=input('上盤半徑r1=');r2=input('下盤半徑r2=');g=input('電機(jī)桿a1最大值=');h=input('平行四邊形與上盤夾角=');f1=input('平行四邊形最大擺角=');fora1=0:0.3:gforb1=0:0.3:hforc1=(-f1):0.3:f1x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);subplot(2,3,1);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;endendendxlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');grid;%在xoz平面內(nèi)，第一條鏈限制下02的范圍未加X限制fora1=0:0.1:gforb1=0:0.1:hc1=0;x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);subplot(2,3,2);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;endendxlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');grid;%在xoz平面內(nèi)，第一條鏈限制下02的范圍，在X=0附近時(shí)Z的變化范圍e=0;e1=10000;fora1=0:0.01:gforb1=0:0.01:hc1=0;x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);if(x1<=2&x1>=-2)%X=0附近if(e<z1)e=z1;endif(e1>z1)e1=z1;endsubplot(2,3,3);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;endendendaxis([-150150-550400])%坐標(biāo)系設(shè)置xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');griddisp('2???');(e-e1)/2e=(e+e1)/2;disp('3?ê?????Z');e%在立體坐標(biāo)系中，三條鏈分別可達(dá)的空間點(diǎn)陣xlabel('x');ylabel('y');zlabel('z')%第一條鏈可達(dá)的空間點(diǎn)陣fora1=0:0.5:gforb1=0:0.3:hforc1=(-f1):0.1:(f1)x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);subplot(2,3,4);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;endendend%第二條鏈可達(dá)的空間點(diǎn)陣fora2=0:0.5:gforb2=0:0.3:hforc2=(-f1):0.1:(f1)x2=-1/2*(r1+(2*l1+l*cos(c2))*cos(a2)-l3*cos(b2)-r2)+l*sin(c2)*sqrt(3)/2;y2=-sqrt(3)/2*(r1+(2*l1+l*cos(c2))*cos(a2)-l3*cos(b2)-r2)-l*sin(c2)/2;z2=l3*sin(a2)+(2*l1+l*cos(c2))*sin(b2);subplot(2,3,4);plot3(x2,y2,z2,'g.')holdon;endendend%第三條鏈可達(dá)的空間點(diǎn)陣fora3=0:0.5:gforb3=0:0.3:hforc3=(-f1):0.1:(f1)x3=-1/2*(r1+(2*l1+l*cos(c3))*cos(a3)-l3*cos(b3)-r2)-sqrt(3)/2*l*sin(c3);y3=sqrt(3)/2*(r1+(2*l1+l*cos(c3))*cos(a3)-l3*cos(b3)-r2)-1/2*l*sin(c3);z3=l3*sin(a3)+(2*l1+l*cos(c3))*sin(b3);subplot(2,3,4);plot3(x3,y3,z3,'r*');holdon;endendendxlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');grid;%%對(duì)坐標(biāo)系操作%第一條鏈在XOZ面內(nèi)取點(diǎn)fora1=0:0.05:gforb1=0:0.05:hforc1=(-f1):0.02:(f1)x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);if(y1>=-4&y1<=4)subplot(2,3,5);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;endendendend%第二條鏈在XOZ面內(nèi)取點(diǎn)fora2=0:0.05:gforb2=0:0.05:hforc2=(-f1):0.05:(f1)x2=-1/2*(r1+(2*l1+l*cos(c2))*cos(a2)-l3*cos(b2)-r2)+l*sin(c2)*sqrt(3)/2;y2=-sqrt(3)/2*(r1+(2*l1+l*cos(c2))*cos(a2)-l3*cos(b2)-r2)-l*sin(c2)/2;z2=l3*sin(a2)+(2*l1+l*cos(c2))*sin(b2);if(y2>=-2&y2<=2)subplot(2,3,5);plot3(x2,y2,z2,'g*')holdon;endendendend%第三條鏈在XOZ面內(nèi)取點(diǎn)fora3=0:0.05:gforb3=0:0.05:hforc3=(-f1):0.05:(f1)x3=-1/2*(r1+(2*l1+l*cos(c3))*cos(a3)-l3*cos(b3)-r2)-sqrt(3)/2*l*sin(c3);y3=sqrt(3)/2*(r1+(2*l1+l*cos(c3))*cos(a3)-l3*cos(b3)-r2)-1/2*l*sin(c3);z3=l3*sin(a3)+(2*l1+l*cos(c3))*sin(b3);if(y3>=-2&y3<=2)subplot(2,3,5);plot3(x3,y3,z3,'r*');holdon;endendendendxlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');grid;%對(duì)坐標(biāo)系操作%在立體坐標(biāo)系中，三條鏈分別的可達(dá)的空間點(diǎn)陣—在XOZ平面的步距最值max1=0;max2=0;max3=0;min1=0;min2=0;min3=0;%賦初值%第一條鏈相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算、出圖fora1=0:0.01:gforb1=0:0.01:hforc1=(-f1):0.01:(f1)x1=r1+(2*l1+l*cos(c1))*cos(a1)-l3*cos(b1)-r2;y1=l*sin(c1);z1=(2*l1+l*cos(c1))*sin(a1)+l3*sin(b1);if(y1>=-3&y1<=3)if(z1>=(e-2)&z1<=(e+2))subplot(2,3,6);plot3(x1,y1,z1,'b.')holdon;if(x1>max1)%%選擇出最大值，并賦值max1=x1;endif(x1<min1)%%選擇出最小值