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摘要:随着市场竞争环境的改变,市场需求愈加倾向于拥有独立知识产权的项目或产品,特别是机电相关技术,其技术要想在激烈的国际竞争环境中博得一席之地,就需要勇于创新实践,不断更新产品设计,机电一体化系统的设计和研发,目前已经成为该领域的研究重点。在目前国内复杂机电一体化系统建模技术和仿真软件系统的开发过程中,跨学科的系统建模方式、多领域模型的协同仿真及其过程的管理技术是目前需要突破的重要技术课题[1]。
关键词:机电一体化;系统;技术
机电一体化系统建模技术和仿真软件设计的革新,为其专业相关的企业的发展提供有力保证。目前,机电一体化格局中仍有一些局限性和不适应性显现,需要针对市场现状与建模设计研究进行多维度分析,与多学科协同开展机电一体化系统建模,借助专业仿真软件的应用,突破软件设计瓶颈,完成整体的机电一体化系统构建过程,为我国的相关行业提供可靠的生产依据。
1.我国机电一体化系统相关研究的现状
目前,我国机电一体化系统的模型设计与方式往往趋向于某一单独方向(即部件的单独建模与仿真),特别是针对某些常用的固定机电部件进行建模处理和仿真改良,缺乏对整体机电系统模型或仿真软件的整合研究。由于机电一体化各项技术在一段时期内一直没有得到宏观的统筹规划,机电模型的各个运转环节仍旧没有得到顺畅的协作。这就需要相关科研人员通盘考虑机电一体化问题,进行整体化设计机电模型与仿真软件,及时发现问题并解决,以便能够将高质量的产品应用于实践。
1.1.机电一体化系统跨学科建模的发展较为缓慢
机电系统由最初简单的机械拼装进化成一种多元化系统的整体构建,期间经历了漫长的演变过程,人们在应用过程中,所面临的技术难题愈加纷繁复杂,其设计也是需要融入多个学科的技术进行全面考虑。机电系统通过跨学科技术进行协同建模是机电一体化系统的关键,应突破单一学科建模的瓶颈,逐渐转向多学科间的兼容性研究,以备能够满足机电一体化系统建模过程中的多学科技术需求。
近年来,随着系统建模技术的发展,某些机电相关企业中已经积聚了一定的学科知识,以便在多学科的系统设计中选取有效的信息资源与配置,满足机电一体化的整体要求。但同时,也要顾全传统的设计模式与工作方式,模糊处理一些不必要的细节工作,让建模设计过程更加柔化。跨跃多种学科的系统模型构建是一项极其复杂的结合过程,它要求多种学科彼此兼容、相互提供有益技术支持,并且形成一个统一的技术合作整体,顺利完成复杂的设计建模工作。
1.2.机电一体化系统建模技术中的仿真方法与开发过程仍不完善
在机电的产品设计过程中,模拟与仿真是为了辅助设计方案的最终敲定,能够优化产品设计,起到提前预知某些设计结果的作用,避免在实际应用中产生偏差。整个仿真系统的概念建模是协同仿真建模的基础,所以建模方法和过程是机电一体化系统构建设计中的重中之重。如何建立并实现系统建设模型和系统仿真模型之间的关联关系是跨学科系统仿真中亟待解决的问题[3]。而现有的相关研究,虽然对其关联性的解决有了一定的进展,但仍旧不能完全实现这一有效关联关系。另外,机电一体化系统在考虑整体性的同时,也要考虑其技术的普遍适用性,让各种学科技术统筹兼顾,为各种专业技术与科研人员均涂抹一定的“润滑油”,犹如战友般协同作战完成同一目标,以便在实践应用过程中能够顺利实现技术间细节的兼容性。
目前,在国内应用的机电工程技术已经投放在多领域工作环节中实现设计与生产,但大部分仍旧停留在单一的设计方式,大部分机电并行的思想体仅仅现在模型设计上。当下的市场需求与设计导向,要把原有设计模式转变为并行兼顾的模式,即并行工程设计,包括:设计、装配等进程,这样才能够跟上国际技术的发展速度,也能够适应市场需求。
机电一体化系统作为一个极其复杂的构建过程,而且涉及多领域共同协作,其背后的各领域的科研人员或专家来自不同的专业团队,所以在共同研究和工作过程中,要多加注意彼此间的合作关系,提供并维护各科技术的有效性与统一性,在涉及交叉领域的写作与沟通时,避免导致不必要的团队矛盾。为了有效地通盘考量构建系统过程中的资源配置与信息传递,要进行科学化的过程把控是十分必要的。
2.机电一体化系统建模技术研究与分析
复杂机电系统的统一建模技术与仿真软件的研究过程需要充分考虑企业现状,有效利用企业信息,减少系统性风险,降低成本,进而实现系统过程的实操性。基于此,跨学科技术的融合的重要性再次凸显出来,其规则、方式、实践都要针对整体框架提前做出相应的考虑与调整。复杂机电系统的统一建模与仿真软件技术框架自上而下可以分为三个层面,依次是概念设计、虚拟原型与验证设计,三层间进行相互作用与影响。机电一体化系统中的虚拟原型各层,主要基于跨学科协作仿真技术与其开发过程中的管理技术二者共同搭建而成,这三种方式与虚拟原型设计中的统一建模、协同仿真、过程管理一一对应[4]。在这一虚拟建模的过程中,完成了一整套系统的开发。其中统一建模技术是复杂机电系统开发的参照,协同仿真软件技术有助于优化复杂机电一体化系统的设计,过程管理技术的实施保证机电一体化系统构建的流程顺畅,减少了不必要的技术摩擦与人员冲突。
机电一体化系统的建模是指其物理对象的建模,即物理实体建模,把机电一体化系统抽象化为理想的物理模型在计算机程序中表达出来。机电一体化系统建模技术与仿真软件基于计算机系统的数字化功能,运用一定的软件支撑将其呈现出来,进而对实际生产提供有力的参照依据。一般情况下,物理模型转化为数字信息较为困难,这也是计算机辅助机电一体化系统建模技术与仿真软件技术中的关键点。
原型设计与验证层面主要由多学科统一建模、领域建模、协同仿真、过程管理四项主要活动构成,具体涵盖了两部分环节,首先是统一建模与领域建模间的反馈,即统一建模与领域建模间的信息交融,这一环节保证了领域建模过程中信息流通的一致性,保证机电一体化系统模型的整体统一性;另外一个部分是协同仿真与领域建模间的反馈,即协同仿真软件技术与领域建模间的信息互通,这一环节为领域建模中产生的模型构建的分层结果进行及时有效的分析,通过科学信息甄选与鉴别的作用,最终实现机电一体化系统模型的最优化设计与生产。 概念设计则是为复杂机电系统的统一建模与仿真的成功实施提供一个多角度的支撑环境。从整体角度出发,提供适当领域的工具与技术支持,协调机电一体化系统的统一建模与仿真过程中各环节间的作用关系,完善整体框架,实现信息资源共享[5]。
通过一系列研究过程来看,尽管国内机械、软件等系统的设计已经成熟,但从事技术设计的各领域专业研究人员的设计出发点略有差异,其参与的都是不同学科的设计与制造过程,往往其设计方向和方法就存在很大的差异性。
3.机电一体化系统构建过程中所应用的计算机仿真软件的研究与分析
3.1.支持复杂机电系统的跨学科协同仿真软件的研究
随着科技的飞速发展,机电一体化系统建模技术与仿真软件设计趋于多元化,使用者期待能有一种技术软件支持多种工作步骤逐一完成或同步完成,不产生任何的排异反应。在这样的需求背景下,协同仿真技术应运而生,它能够圆满完成多种工作指令,协调人员进行器械管理、产品生产等多个环节的运作过程,跨学科、跨领域与相关技术人员进行远程式的沟通与协作。协同仿真技术软件的出现,能够满足人们日常的生产流程管理、产品设计以及贸易沟通等方面的一体化产业链的构建,并且它也促进了计算机系统能力的提升,辅助监控和管理产品生产的整体步骤。
协同仿真技术软件的突出优势在于,它能够跨空间、跨专业的对目标对象进行分析和研究,让人们从不同视角得到不同的设计方案,经过互相融合过程,最终统筹思路把方案整合,进而形成机电一体化构想,以备安全的投入到实际生产运作流程当中。通过应用协同仿真技术与相关软件,可以把独立渠道的专业化仿真软件结合起来,满足了机电一体化对于系统的全方位要求和设计,优化实践生产过程,能够及时发现设计本身的多领域配合的要求,降低成本,提高规模生产的效率。
协同仿真软件系统也存在一定的局限性,而且在目前的技术环境下,机电整体的一体化系统仿真设计仍旧缺乏深入的研究与精细化处理,完善机电一体化系统还有待时日。而且,在应用的过程中,还要兼顾考虑实际生产过程与固有工作模式的兼容性,避免产生工作流程与技术上不契合的现象,影响工作效率,这就需要忽略掉一些细枝末节,不利于在真正意义上完成机电一体化系统的构建。企业往往重视软件系统的实际效果,而对于仿真软件的研究存在瓶颈,一方面现有的技术模式已经初具成效,另一方面企业在长期的经营过程中已经培养了大批技术人员,如果要改善技术软件的协同仿真模块,则要改换现有产品模型,替换掉大量资源,在短期内会影响到企业的正常运转。
3.2.动态建模软件的具体应用过程研究与分析
一般动态建模软件,最初是由美国设计与开发而成。它是进行机械系统建模与仿真分析的最优软件,在世界范围内都有一定的权威性,使用范围较广。动态建模软件的优势在于它可以自动生成较复杂系统的虚拟模型数字形象图样,给设计工作带来了便利,同时也有一定的技术性与高效性。但其在应用过程中,也产生了不少问题,问题的根源在于机电一体化系统与其控制系统的相关性,即建模与仿真不能够完全同步,所以要想将系统建模软件与控制系统仿真软件同步综合应用来对整体机电一体化系统进行建模和仿真,只需要加入一个步骤就可以达成。即把机电一体化系统分成几个环节,针对不用部分应用不同的建模与仿真软件进行设计,最终把结果进行整合。由此可见,这种软件分部设计的方式,不易于机电一体化系统的整体构建理想,也仅仅局限于单一部分的设计,所以,软件发展和应用受到一定的制约。
综上所述,即便是我们在研究过程中发现了机电一体化仿真软件的些许不足,但在一段时间内,在针对跨学科的协同仿真系统或动态建模软件等的实际应用方面,仍需要进一步观摩、分析和研究,以期能够让生产不仅仅满足于模型的顺利运作,更重要的是在生产环节中实践其应用。
4.结束语
机电一体化系统建模技术与仿真软件的应用愈加广泛,所以针对这方面的研究极为迫切。通过对多种常见机电模型的实际应用研究与剖析,探讨如何建立一整套更完善的机电一体化系统的建模与仿真,俨然成为了当前专业领域研究的重要问题。这就要求机电相关技术人员要积极研究设计思路,以期能够实现机电一体化系统建模技术的各项整合,构建一种快速、协调的仿真软件系统,屏蔽技术疏漏,完善机电一体化整体进程,令其应用于实践,发挥其应有的优势。
参考文献:
[1]王慧能.基于虚拟原型的机电一体化设计技术研究[J].西安电子科技大学学报,2011,11(19):210-211.
[2]胡政,温熙森.机电一体化系统建模与仿真方法[J].机电工程,2011,10(05):178-179.
[3]王成龙.复杂机电系统统一建模与仿真技术研究[J].山东科技大学学报,2011,12(06):103-104.
[4]徐章锁.基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术研究[J].西安电子科技大学学报,2013,7(05):178-180.
[5]姚海.广义执行机构概念设计中的计算机辅助分析方法与技术研究[J].上海交通大学学报,2012,9(09):122-124.
[6]闵春平,窦文华.多技术系统基于VHDL-AMS的统一建模与仿真技术研究[J].东华大学,2010,2(01):188-189.
[7]甄伟,杨学良,宛霞.并行工程协同工作环境中工作流程管理的研究与实现[J].计算机工程与应用,2011,12(06):105-106.
[8]熊光楞,陈晓波,郭斌.复杂产品设计的仿真现状与发展趋势[J].计算机集成制造系统,2010,5(06):112-113.
[9]于涛,曾庆良.基于仿真建模语言Delicate的多领域仿真实现[J].山东科技大学学报(自然科学版):2010,10(05):156-157.
[10]赵翼翔,邓永杰,陈新.基于Dy mola的电机-连杆机构建模与仿真研究[J].机电工程技术,2010,10(05):178-179.
摘要:随着市场竞争环境的改变,市场需求愈加倾向于拥有独立知识产权的项目或产品,特别是机电相关技术,其技术要想在激烈的国际竞争环境中博得一席之地,就需要勇于创新实践,不断更新产品设计,机电一体化系统的设计和研发,目前已经成为该领域的研究重点。在目前国内复杂机电一体化系统建模技术和仿真软件系统的开发过程中,跨学科的系统建模方式、多领域模型的协同仿真及其过程的管理技术是目前需要突破的重要技术课题[1]。
关键词:机电一体化;系统;技术
机电一体化系统建模技术和仿真软件设计的革新,为其专业相关的企业的发展提供有力保证。目前,机电一体化格局中仍有一些局限性和不适应性显现,需要针对市场现状与建模设计研究进行多维度分析,与多学科协同开展机电一体化系统建模,借助专业仿真软件的应用,突破软件设计瓶颈,完成整体的机电一体化系统构建过程,为我国的相关行业提供可靠的生产依据。
1.我国机电一体化系统相关研究的现状
目前,我国机电一体化系统的模型设计与方式往往趋向于某一单独方向(即部件的单独建模与仿真),特别是针对某些常用的固定机电部件进行建模处理和仿真改良,缺乏对整体机电系统模型或仿真软件的整合研究。由于机电一体化各项技术在一段时期内一直没有得到宏观的统筹规划,机电模型的各个运转环节仍旧没有得到顺畅的协作。这就需要相关科研人员通盘考虑机电一体化问题,进行整体化设计机电模型与仿真软件,及时发现问题并解决,以便能够将高质量的产品应用于实践。
1.1.机电一体化系统跨学科建模的发展较为缓慢
机电系统由最初简单的机械拼装进化成一种多元化系统的整体构建,期间经历了漫长的演变过程,人们在应用过程中,所面临的技术难题愈加纷繁复杂,其设计也是需要融入多个学科的技术进行全面考虑。机电系统通过跨学科技术进行协同建模是机电一体化系统的关键,应突破单一学科建模的瓶颈,逐渐转向多学科间的兼容性研究,以备能够满足机电一体化系统建模过程中的多学科技术需求。
近年来,随着系统建模技术的发展,某些机电相关企业中已经积聚了一定的学科知识,以便在多学科的系统设计中选取有效的信息资源与配置,满足机电一体化的整体要求。但同时,也要顾全传统的设计模式与工作方式,模糊处理一些不必要的细节工作,让建模设计过程更加柔化。跨跃多种学科的系统模型构建是一项极其复杂的结合过程,它要求多种学科彼此兼容、相互提供有益技术支持,并且形成一个统一的技术合作整体,顺利完成复杂的设计建模工作。
1.2.机电一体化系统建模技术中的仿真方法与开发过程仍不完善
在机电的产品设计过程中,模拟与仿真是为了辅助设计方案的最终敲定,能够优化产品设计,起到提前预知某些设计结果的作用,避免在实际应用中产生偏差。整个仿真系统的概念建模是协同仿真建模的基础,所以建模方法和过程是机电一体化系统构建设计中的重中之重。如何建立并实现系统建设模型和系统仿真模型之间的关联关系是跨学科系统仿真中亟待解决的问题[3]。而现有的相关研究,虽然对其关联性的解决有了一定的进展,但仍旧不能完全实现这一有效关联关系。另外,机电一体化系统在考虑整体性的同时,也要考虑其技术的普遍适用性,让各种学科技术统筹兼顾,为各种专业技术与科研人员均涂抹一定的“润滑油”,犹如战友般协同作战完成同一目标,以便在实践应用过程中能够顺利实现技术间细节的兼容性。
目前,在国内应用的机电工程技术已经投放在多领域工作环节中实现设计与生产,但大部分仍旧停留在单一的设计方式,大部分机电并行的思想体仅仅现在模型设计上。当下的市场需求与设计导向,要把原有设计模式转变为并行兼顾的模式,即并行工程设计,包括:设计、装配等进程,这样才能够跟上国际技术的发展速度,也能够适应市场需求。
机电一体化系统作为一个极其复杂的构建过程,而且涉及多领域共同协作,其背后的各领域的科研人员或专家来自不同的专业团队,所以在共同研究和工作过程中,要多加注意彼此间的合作关系,提供并维护各科技术的有效性与统一性,在涉及交叉领域的写作与沟通时,避免导致不必要的团队矛盾。为了有效地通盘考量构建系统过程中的资源配置与信息传递,要进行科学化的过程把控是十分必要的。
2.机电一体化系统建模技术研究与分析
复杂机电系统的统一建模技术与仿真软件的研究过程需要充分考虑企业现状,有效利用企业信息,减少系统性风险,降低成本,进而实现系统过程的实操性。基于此,跨学科技术的融合的重要性再次凸显出来,其规则、方式、实践都要针对整体框架提前做出相应的考虑与调整。复杂机电系统的统一建模与仿真软件技术框架自上而下可以分为三个层面,依次是概念设计、虚拟原型与验证设计,三层间进行相互作用与影响。机电一体化系统中的虚拟原型各层,主要基于跨学科协作仿真技术与其开发过程中的管理技术二者共同搭建而成,这三种方式与虚拟原型设计中的统一建模、协同仿真、过程管理一一对应[4]。在这一虚拟建模的过程中,完成了一整套系统的开发。其中统一建模技术是复杂机电系统开发的参照,协同仿真软件技术有助于优化复杂机电一体化系统的设计,过程管理技术的实施保证机电一体化系统构建的流程顺畅,减少了不必要的技术摩擦与人员冲突。
机电一体化系统的建模是指其物理对象的建模,即物理实体建模,把机电一体化系统抽象化为理想的物理模型在计算机程序中表达出来。机电一体化系统建模技术与仿真软件基于计算机系统的数字化功能,运用一定的软件支撑将其呈现出来,进而对实际生产提供有力的参照依据。一般情况下,物理模型转化为数字信息较为困难,这也是计算机辅助机电一体化系统建模技术与仿真软件技术中的关键点。
原型设计与验证层面主要由多学科统一建模、领域建模、协同仿真、过程管理四项主要活动构成,具体涵盖了两部分环节,首先是统一建模与领域建模间的反馈,即统一建模与领域建模间的信息交融,这一环节保证了领域建模过程中信息流通的一致性,保证机电一体化系统模型的整体统一性;另外一个部分是协同仿真与领域建模间的反馈,即协同仿真软件技术与领域建模间的信息互通,这一环节为领域建模中产生的模型构建的分层结果进行及时有效的分析,通过科学信息甄选与鉴别的作用,最终实现机电一体化系统模型的最优化设计与生产。 概念设计则是为复杂机电系统的统一建模与仿真的成功实施提供一个多角度的支撑环境。从整体角度出发,提供适当领域的工具与技术支持,协调机电一体化系统的统一建模与仿真过程中各环节间的作用关系,完善整体框架,实现信息资源共享[5]。
通过一系列研究过程来看,尽管国内机械、软件等系统的设计已经成熟,但从事技术设计的各领域专业研究人员的设计出发点略有差异,其参与的都是不同学科的设计与制造过程,往往其设计方向和方法就存在很大的差异性。
3.机电一体化系统构建过程中所应用的计算机仿真软件的研究与分析
3.1.支持复杂机电系统的跨学科协同仿真软件的研究
随着科技的飞速发展,机电一体化系统建模技术与仿真软件设计趋于多元化,使用者期待能有一种技术软件支持多种工作步骤逐一完成或同步完成,不产生任何的排异反应。在这样的需求背景下,协同仿真技术应运而生,它能够圆满完成多种工作指令,协调人员进行器械管理、产品生产等多个环节的运作过程,跨学科、跨领域与相关技术人员进行远程式的沟通与协作。协同仿真技术软件的出现,能够满足人们日常的生产流程管理、产品设计以及贸易沟通等方面的一体化产业链的构建,并且它也促进了计算机系统能力的提升,辅助监控和管理产品生产的整体步骤。
协同仿真技术软件的突出优势在于,它能够跨空间、跨专业的对目标对象进行分析和研究,让人们从不同视角得到不同的设计方案,经过互相融合过程,最终统筹思路把方案整合,进而形成机电一体化构想,以备安全的投入到实际生产运作流程当中。通过应用协同仿真技术与相关软件,可以把独立渠道的专业化仿真软件结合起来,满足了机电一体化对于系统的全方位要求和设计,优化实践生产过程,能够及时发现设计本身的多领域配合的要求,降低成本,提高规模生产的效率。
协同仿真软件系统也存在一定的局限性,而且在目前的技术环境下,机电整体的一体化系统仿真设计仍旧缺乏深入的研究与精细化处理,完善机电一体化系统还有待时日。而且,在应用的过程中,还要兼顾考虑实际生产过程与固有工作模式的兼容性,避免产生工作流程与技术上不契合的现象,影响工作效率,这就需要忽略掉一些细枝末节,不利于在真正意义上完成机电一体化系统的构建。企业往往重视软件系统的实际效果,而对于仿真软件的研究存在瓶颈,一方面现有的技术模式已经初具成效,另一方面企业在长期的经营过程中已经培养了大批技术人员,如果要改善技术软件的协同仿真模块,则要改换现有产品模型,替换掉大量资源,在短期内会影响到企业的正常运转。
3.2.动态建模软件的具体应用过程研究与分析
一般动态建模软件,最初是由美国设计与开发而成。它是进行机械系统建模与仿真分析的最优软件,在世界范围内都有一定的权威性,使用范围较广。动态建模软件的优势在于它可以自动生成较复杂系统的虚拟模型数字形象图样,给设计工作带来了便利,同时也有一定的技术性与高效性。但其在应用过程中,也产生了不少问题,问题的根源在于机电一体化系统与其控制系统的相关性,即建模与仿真不能够完全同步,所以要想将系统建模软件与控制系统仿真软件同步综合应用来对整体机电一体化系统进行建模和仿真,只需要加入一个步骤就可以达成。即把机电一体化系统分成几个环节,针对不用部分应用不同的建模与仿真软件进行设计,最终把结果进行整合。由此可见,这种软件分部设计的方式,不易于机电一体化系统的整体构建理想,也仅仅局限于单一部分的设计,所以,软件发展和应用受到一定的制约。
综上所述,即便是我们在研究过程中发现了机电一体化仿真软件的些许不足,但在一段时间内,在针对跨学科的协同仿真系统或动态建模软件等的实际应用方面,仍需要进一步观摩、分析和研究,以期能够让生产不仅仅满足于模型的顺利运作,更重要的是在生产环节中实践其应用。
4.结束语
机电一体化系统建模技术与仿真软件的应用愈加广泛,所以针对这方面的研究极为迫切。通过对多种常见机电模型的实际应用研究与剖析,探讨如何建立一整套更完善的机电一体化系统的建模与仿真,俨然成为了当前专业领域研究的重要问题。这就要求机电相关技术人员要积极研究设计思路,以期能够实现机电一体化系统建模技术的各项整合,构建一种快速、协调的仿真软件系统,屏蔽技术疏漏,完善机电一体化整体进程,令其应用于实践,发挥其应有的优势。
参考文献:
[1]王慧能.基于虚拟原型的机电一体化设计技术研究[J].西安电子科技大学学报,2011,11(19):210-211.
[2]胡政,温熙森.机电一体化系统建模与仿真方法[J].机电工程,2011,10(05):178-179.
[3]王成龙.复杂机电系统统一建模与仿真技术研究[J].山东科技大学学报,2011,12(06):103-104.
[4]徐章锁.基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术研究[J].西安电子科技大学学报,2013,7(05):178-180.
[5]姚海.广义执行机构概念设计中的计算机辅助分析方法与技术研究[J].上海交通大学学报,2012,9(09):122-124.
[6]闵春平,窦文华.多技术系统基于VHDL-AMS的统一建模与仿真技术研究[J].东华大学,2010,2(01):188-189.
[7]甄伟,杨学良,宛霞.并行工程协同工作环境中工作流程管理的研究与实现[J].计算机工程与应用,2011,12(06):105-106.
[8]熊光楞,陈晓波,郭斌.复杂产品设计的仿真现状与发展趋势[J].计算机集成制造系统,2010,5(06):112-113.
[9]于涛,曾庆良.基于仿真建模语言Delicate的多领域仿真实现[J].山东科技大学学报(自然科学版):2010,10(05):156-157.
[10]赵翼翔,邓永杰,陈新.基于Dy mola的电机-连杆机构建模与仿真研究[J].机电工程技术,2010,10(05):178-179.