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1、机械臂的运动分析和模拟摘 要本设计采用在基于Lisp编程语言的CAD下和MATLAB软件下进行的机械臂的程序化设计，将机械臂用CAD的形式绘制出来，并用Lisp语言进行编程将Auto CAD和MATLAB软件相互联系使用产生运动轨迹坐标数据和速度加速的曲线，便能清晰的将所设计机械臂的运动形式和运动轨迹的合理性表现出来，从而能够仅仅通过适当调整在Auto CAD中机械臂的各个构件或者运动轨迹就能得出设计者想要的最优化设计，这样能够在很大程度上减少我们人要花费很大精力进行大量复杂的工程计算，大大的提高了工作效率降低工作负担。因此采用此种方法不管是在工程的设计上还是在大量的技术计算上发挥着至关重要的
2、作用关键词：机械臂， 仿真软件， 模块化Mechanical arms movement analysis and simulationABSTRACTThis design uses a Lisp-based programming language and MATLAB under the CAD software of the robot arm under the procedures of design, the robot arm using CAD Drawing out the form, and Lisp programming language and MATLAB wil
3、l be Auto CAD software contact trajectory coordinates the use of data and accelerate the speed of the curve, can be designed to be a clear movement of the robot arm trajectory forms and demonstrated the reasonableness and thereby be able to adjust only through the appropriate arm of Auto CAD in the
4、various components or trajectory will be able to come to designers want to optimize the design, to a large extent this can reduce our people have to spend a great deal of energy to carry out a large number of complex engineering calculations, a significant increase in the workload and reducing effic
5、iency. Therefore to apply this method, whether in the design of the project or in the calculation of a large number of technology plays a pivotal roleKEYWORDS: manipulator, simulation software, modular目 录摘 要- 1 -ABSTRACT- 1 -前 言- 3 -第一章 概 述- 5 -1.1 AutoCAD技术的实际应用领域与发展- 5 -1.2 Lisp语言简介及在仿真方法- 7 -1.3
6、Matlab简介及仿真应用- 8 -第二章 机构运动分析- 9 -2.1机构运动分析的必要性- 9 -2.2运动分析的目的及基本方法- 10 -2.3关于机构和杆组的基本知识- 10 -2.4机构简图- 12-第三章 基于Lisp-Auto CAD下的机构运动实例- 14 -3.1平面机构运动分析- 14 -3.11运动分析的目的- 14 -3.12程序说明- 14 -3.13模拟结果及分析- 14 -3.2 典型机构运动仿真实例- 15 -第四章 基于Matlab-Auto CAD下的机械臂仿真- 16 -4.1机器人介绍- 16 -4.2机器人工作原理- 17 -4.3机械臂介绍及运动分析
7、- 19 -4.31机械臂介绍- 19 -4.32机械臂的运动分析- 21 -4.4机械臂的仿真程序设计- 26 -第五章机械臂运动实例- 28 -总 结- 34 -参 考 文 献- 35 -源 程 序- 36 -前 言仿真 (simulation) 是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。又称模拟。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。随着仿真技术的发展, 仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的, 而后又用于训
8、练目的, 现在仿真系统的应用包括: 系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。1. 国内外现状就国内来说，通过几个五年计划的努力, 我国仿真技术得到了快速发展, 并取得了突破性成果。在国防工业领域, 建成了不同类型的半实物仿真系统。半实物仿真系统的应用在国防工业产品研制、生产、使用、维护过程中发挥了巨大作用。在军事领域建立了指挥、作战、训练的仿真系统及半实物仿真试验室。仿真技术的应用为我军部队指挥、作战、训练提供了有效的工具, 为我军现代化建设
9、做出了重要贡献。在先进分布交互仿真技术方面, 我国初步建成了分布交互综合仿真系统【2】 。该系统是一个含有灵境技术的、开放的、支持分布交互仿真的支撑环境, 支持复杂系统设计、运行和评估, 并开始应用于实际系统的研制和开发工作。在民用工业中, 我国已自行研制生产电力工业的大型电站(200 MW , 300 MW , 600 MW) 仿真系统、交通运输仿真系统、石油化工过程仿真系统等【3】 。我国仿真技术经过“七五”、“八五”、“九五”期间的努力, 已有长足发展。在某些方面达到了国际先进水平。但总的技术水平, 特别是应用水平与发达国家比较还有差距, 需要进一步努力, 加速发展仿真技术以缩小差距。系
10、统仿真技术的优良特性和巨大效益, 可能将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。仿真系统将应用于人类生产实践的全过程, 这样可以避免决策失误, 可以预测可能发生的问题, 达到避免故障、安全控制的目的。现在国外的现状是以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。10 多年来美国国防部一直将仿真和建模技术列为国防关键技术。1997 年度的“美国国防技术领域计划”, 将建模与仿真列为提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、支持能力) 的重要技术。美国三军先后建成了:为满足红外成像制导武器仿真需要的红外制导半实物仿真系统。为满足雷达寻的制导的毫米波半实物仿真系统MSS - 2 , 它
11、是当今世界上规模最大、技术最先进的射频仿真系统。可以满足地空空导弹毫米波精确制导仿真的需要。目前, 用于爱国者PAC - 2 和PAC- 3 型导引头半实物仿真。【1】复合制导是精确打击武器装备的标志性发展,支持复合制导武器的仿真技术, 成为当今最具挑战性的仿真技术。美国等西方国家除军事用途外的其他行业中的仿真技术及应用都居于世界领先水平, 如飞机模拟器、车辆运输仿真、电力系统、石化工业仿真系统等。2展望建模理论和方法, 仍然是推动仿真技术进步发展的重点研究方向。它是系统仿真可持续发展的基础。美国等发达国家在仿真领域一直是将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。另外, 无论是武器系统还是工业系
12、统, 都向大型化、复杂化方向发展, 相应的必须开展支持复杂大系统建模的理论和方法研究【4】 。仿真作为一门综合性科学, 将随着其相关领域技术的深入发展, 继续向纵深快速发展, 同时将扩大其综合应用的领域, 在国防建设和国民经济建设中发挥更大的作用。但是, 作为一门综合性技术学科, 仿真技术还有许多理论及技术问题需要继续进行深入的研究探讨。【5】第一章 概 述1.1 AutoCAD技术的实际应用领域与发展1.1 1 Auto CAD的发展史AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具
13、。近20年来，版本不断更新，功能日益增强，Auto CAD从最初的Auto CAD Vl. 0版本发展到现今流行的Auto CAD2000，成为集平而作图、三维实体、数据库管理、渲染着色、国际互联网等功能于一体的强人辅助设计软件。它的应川与普及覆盖了机械、汽车、造船、家电、工程、建筑、轻工、电气、电力、纺织等许多行业。从最初的甩图板工程到应用CAD进行三维设计，人们的设计思维也在发生着变化。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效
14、率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。械设计是生产机械产品的第一道工序，设计质量的高低，直接影响机械产品的技术水平和经济效果，因此，设计的过程是设计一评价一再设计的反复过程。传统的机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用数表、图形和手册等技术资料，进行方案拟定、设计计算、绘图和编写设计说明书。而现代设计是以产品为总目标的一系列种类繁多的现代设计法和技
15、术的综合运用。生产技术的需要和先进设计手段的出现，必然促进设计领域的改革和发展，对于机械设计来说几乎是更新换代，传统的常规设计方法受到很大冲击，用科学的设计方法代替经验的、类比的设计方法已势在必行。缩短设计周期、提高设计质量、发展设计理论、改进设计技术及方法已成为当前机械设计的必然趋势。1.1 2 CAD的应用与概况由于计算机具有运算速度快、数据处理准确、存储量大和具有逻辑判断功能等特点，因此，它已经成为现代工程设计中分析、计算、综合、决策、数据处理、图形处理和与各种现代设计法结合的不可替代的重要工具。这种人机交互式的设计方法，就是计算机辅助设计CAD(computer aided design)。产品的生产分设计与制造两大部分，设计过程中除了需求分析及可行性研究与分析这两个环节很难用计算机实现外，其余从概念设计到设计结果都可用计算机实现，从而构成了CAD过程。制造过程是指从工艺过程设计开始，经产品装配直到进入市场为止。在这个过程中，工艺设计以及采用数控机床时的加工编程等，从工艺过程设计到装配的一系列环节同样也可以用计算机实现，由此构成了广义的CAM过程。在CAM过程中主要包括两类软件，一类叫计算机辅助工艺规程设计(CAPP：Computer Aided Proess Planning)，另一类叫数控编程(NCP
