平面四杆机构可视化轨迹综合

论文摘要

平面四杆机构是最常用的一类机构,具有结构比较简单、制造相对容易、承载能力较大以及维修方便等优点,在实际生产生活中得到广泛应用。平面四杆机构的轨迹综合问题,是平面四杆机构应用中经常碰到的一类问题。随着计算机技术的迅速发展,出现了以计算机为工具的可视化轨迹综合方法,为机构轨迹综合特别是四连杆机构轨迹综合提供了新方法,也为机构创新设计提供了新的研究思路。本文以平面四连杆机构为对象,研究了如何用可视化技术实现可视化轨迹综合问题,研究工作主要包括:可视化轨迹综合方法的理论和技术实现两部分。对可视化轨迹综合方法理论的研究,首先通过对机构参数对连杆曲线形态影响的分析,并定义了两轨迹曲线之间的轨迹误差;其次,对轨迹曲线参数化和归一化处理,得到轨迹曲线上等弧长分布点的坐标,以及通过确定基点位置将等弧长分布点进行排序,得到计算轨迹曲线误差的对应点及其坐标;最后,建立了连杆轨迹与预期轨迹轨迹误差计算的数学模型,得到轨迹误差关于平移坐标、旋转角度、缩放比例系数等参数的轨迹误差表达式,并通过多元函数求极值的方法,得到连杆轨迹与预期轨迹轨迹误差的计算式。可视化轨迹综合方法的技术实现的研究,利用计算机可视化化技术研究了轨迹误差的可视化表达方式。建立了三种表达方式,即轨迹误差云图、等值线图与轨迹线图,将连杆轨迹与预期轨迹的轨迹误差可视化。为了实现可视化轨迹综合,以计算机高级语言为工具,研究开发了相应的应用系统。系统以轨迹误差的计算和可视化表达为核心,既实现可视化轨迹综合功能,又包括了机构及轨迹的显示、机构的运动仿真等功能。本文还研究了复合形法进行轨迹综合遇到的问题,以及利用可视化轨迹综合方法解决复合形法综合结果可能是非最优解问题,这也就是利用可视化轨迹综合方法对已有机构的进一步优化综合问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 平面四杆机构轨迹综合方法概述
• 1.2.1 图解法
• 1.2.2 代数法
• 1.2.3 优化法
• 1.2.4 图谱法
• 1.2.5 间接轨迹综合法
• 1.2.6 可视化轨迹综合方法
• 1.3 研究的主要内容
• 第2章 复合形法优化轨迹综合
• 2.1 轨迹综合优化设计数学模型
• 2.1.1 设计变量
• 2.1.2 目标函数
• 2.1.3 约束条件
• 2.2 复合形算法及其迭代运算
• 2.2.1 复合形算法的四种运算
• 2.2.2 复合形算法迭代步骤及程序编写
• 2.3 复合形法进行轨迹综合遇到的问题
• 2.3.1 预期轨迹点分布对综合结果轨迹误差的影响
• 2.3.2 不同约束对综合结果的影响
• 2.4 预期轨迹点分布对轨迹误差影响问题的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 可视化轨迹综合误差计算及表达
• 3.1 曲柄摇杆机构的连杆轨迹形态影响因数分析
• 3.2 两轨迹曲线轨迹误差的定义
• 3.3 轨迹曲线参数化与归一化
• 3.3.1 计算轨迹曲线总长度
• 3.3.2 求轨迹曲线上按等弧长⊿s 排列N 个轨迹点的直角坐标值
• 3.3.3 求出的N 个轨迹点并确定出基点（第一个对应点）及排序方向
• 3.4 连杆轨迹与预期轨迹轨迹误差的数学模型及计算
• 3.5 轨迹误差的可视化表达
• 3.5.1 误差云图
• 3.5.2 等值线图
• 3.5.3 轨迹线图
• 3.6 可视化轨迹综合及实例
• 3.7 本章小结
• 第4章 可视化轨迹综合系统开发
• 4.1 系统开发语言的选择
• 4.2 系统总体结构设计
• 4.3 主界面与各功能模块设计
• 4.3.1 系统主界面
• 4.3.2 预期轨迹输入及显示
• 4.3.3 优化综合
• 4.3.4 机构/轨迹显示与机构运动仿真
• 4.3.5 可视化轨迹综合
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录A
• 附录B
• 硕士期间发表的学术论文