RRR平面连杆机构的动态仿真开题报告

毕业设计（论文）开题报告
题目     RRR平面连杆机构的动态仿真

 一、选题的依据及意义：
平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。
低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。
机构的从动系统一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合，这种组合称为基本杆组，简称为杆组。
MATLAB被称为三大数学软件之一。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。所以采用MALAB来对平面连杆机构进行动态仿真。 [资料来源：Doc163.com]
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：
国内外研究概况：
机构学是着重研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。研究各种机械中有关机构的结构、运动和受力等共性问题的一门学科。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）。
传统的机构学把机构的运动(例如旋螺母的运动)看作只与其几何约束方式有关,而与受力、质量和时间等无关。这样，在19世纪中叶,机构学就从一般力学中独立出来，并日益发展。机构学的研究内容是对各种常用机构如连杆机构（见平面连杆机构和空间连杆机构）、凸轮机构、齿轮机构(见齿轮传动)、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构(见螺旋传动)和方向机构等的结构和运动，以及这些机构的共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。
机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。

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设计新机器时,先要考虑两个问题：一是为了完成某一工艺或生产要求采取什么运动,这属于专业问题;二是采用什么机构来实现这种运动，这是机构综合问题。所谓机构综合就是根据要求实现的运动选定机构的结构类型,确定机构的几何尺寸,亦即进行机构的结构综合和运动综合,然后画出能够实现所求运动的机构运动简图。对于高速或高精度的机构，为更好地符合实际情况，还应考虑构件弹性和运动副间隙等实际因素的动力分析和动力综合。

MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。
经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。
MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。在时间进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。

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到九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。Mathcad因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。
MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别DOS版。4.x版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：（1）推出了SIMULINK。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。（2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了MATLAB进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（3）推出了符号计算工具包。1993年MathWorks公司从加拿大滑铁卢大学购得Maple的使用权，以Maple为“引擎”开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（4）构作了Notebook 。MathWorks公司瞄准应用范围最广的Word ，运用DDE和OLE，实现了MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。 [资料来源：http://www.doc163.com]
1997年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版。与 4.x相比，现今的MATLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。（关于MATLAB5.x的特点下节将作更详细的介绍。）
诚然，到1999年底，Mathematica也已经升到4.0版，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力。Mathcad 也赶在2000年到来之前推出了Mathcad 2000 ，它购买了Maple内核和库的部分使用权，打通了与MATLAB的接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与MATLAB匹敌。
MATLAB是当前数值计算方面应用地非常广泛的一种计算机软件。该软件具有一下几个特点：
（1）该软件语言接近自然语言，极易入门．有其他程序设计语言基础的人士学起来则更为容易；
（2）该软件提供了大量的内部函数．这使得其在使用中非常方便．再则，日益庞大的toolbox使得该软件的应用领域越来越广泛；
（3）该软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析；
（4）绘图功能强大。
  由于上述原因，MATLAB在世界范围内很是流行，特别是在工程计算领域．近年来越来越多的国人也喜爱上了这一套软件．MATLAB的toolbox中也含有概率统计方面的库函数．概率方面的库函数主要有各种常见分布的分布函数、概率密度、分布率以及生成服从各种分布随机数的函数．统计方面的库函数含盖了简单随机样本下常见的参数估计（点估计、区间估计），假设检验．此外还含有大量涉及实验设计、线性回归、非线性回归等方面的库函数．

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发展趋势：
在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。
在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用
在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持。
MATLAB有着强大的功能和提供了丰富的资源，而将机械原理中的片面连杆机构有关运动学和动力学模型放到Simulink进行仿真方面的研究在国内还是比较少，而这方面的文献在国内更是不多。所以基于MATLAB/Simulink的平面连杆机构动态仿真将必将有力地促进机电产品的创新设计和开发，并在高科技发展进程中发挥重要作用
三、研究内容及实验方案：

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研究内容：
1、外文翻译；
2、MATLAB软件的使用；
3、平面连杆机构的组成原理；
4、RRRII级杆组MATLAB运动学仿真模块；
5、RRRII级杆组MATLAB动力学仿真模块；
6、RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构的设计；
7、RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构的运动学仿真；
8、RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构的动力学仿真。
设计方案：
1、    收集有关资料、写开题报告；
2、    翻译外文资料；
3、    熟悉MATLAB软件；
4、    学习RRRII级杆组MATLAB运动学和动力学仿真；
5、    设计一个RRR四杆机构和一个RRR-RRR六杆机构；
6、    画出所设计的机构连杆图；
7、    RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构的动态仿真；
8、    撰写毕业设计论文。
四、目标、主要特色及工作进度
1、目标：  设计一个RRR四杆机构和一个RRR-RRR六杆机构，并采用MATLAB软件进行连杆机构的运动仿真。
2、主要特色：
            1）、平面连杆机构耐磨损，制造简便，易于获得较高的制造精度。
2）、MATLAB软件语言接近自然语言，极易入门；该软件提供了大量的内部函数．这使得其在使用中非常方便；软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析；绘图功能强大。
3、工作进度：
1）、收集资料、开题报告、外文翻译（6000字符以上）            2.16-3.08
2）、熟悉MATLAB软件                                     3.09-3.22
3）、Ⅱ级杆组运动学和动力学仿真模块                      3.23-4.18
4）、机构的运动学仿真                                     4.18-4.28
5）、机构的动力学仿真                                     4.28-5.24

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6）、撰写毕业设计论文                                     5.25-6.12
五、参考文献
1、孙桓，陈作模主编.机械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.12；
2、曲秀全主编.基于MATLAB/Simulink平面连杆机构的动态仿真.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.4；
3、邱晓林主编. 基于MATLAB的动态模型与系统仿真工具. 西安：西安交通大学出版社，2003.10；
4、张策主编. 机械动力学. 北京：高等教育出版社，2000；
5、Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Educat-
   ion Press, 2001.7。 [来源：http://www.doc163.com]