VS2015平面四杆机构运动仿真编程

一、软件运行界面

二. 编程步骤

1. 新建MFC应用程序，项目名取为“FourBar”，在location中指定一个工作路径用于放置程序文件。

2. 在程序向导中选择建立一个“基于对话框”的应用程序，点击“下一步”直至结束向导。

AB杆：IDC_AB；

BC杆：IDC_BC；

CD杆：IDC_CD；

AD杆：IDC_AD。

在成组框的下方添加2个按钮，其caption分别为“开始运动”和“停止运动”，其ID分别为IDC_START和IDC_STOP。将已有的“确定”按钮拖至下方并将其caption改为“退出”，并删除原有的“取消”按钮。这样对话框界面就设计好了，后续可以根据需要添加其他功能按钮等。

4. 为对话框中的控件添加相应的成员变量：点击菜单“项目 →类向导” 。

5. 四杆机构参数包括：各杆长尺寸ab，bc，cd，ad，曲柄位置角φ1、连杆位置角φ2、摇杆位置角φ3、机架倾角θ4。

直接在类向导，点击“Member Variables”标签项——“添加自定义”，为CFourBarDlg类中添加成员变量angle1，angle2，angle3，sita4，分别对应为AB、BC、CD、AD四杆的位置角，类型均设置为double。

6. 在CFourBarDlg类中添加成员函数DrawFourbar()，类型为void。将来在这个函数中实现四杆机构的参数计算及绘图。

7. 初始化四杆机构的参数：在CFourBarDlg类的OnInitDialog()函数中添加初始化代码：

// TODO: 在此添加额外的初始化代码

m_ab=100;

m_bc=250;

m_cd=200;

m_ad=200;

sita4=0;

angle1=45;

angle2=0;

angle3=0;

8. 在FourBarDlg.cpp前面加上科学计算的头文件，这样就可以支持三角函数的计算。

#include “stdafx.h”

#include “FourBar.h”

#include “FourBarDlg.h”

#include “afxdialogex.h”

#include “math.h”

9. 在CFourBarDlg类的函数DrawFourbar( )中添加语句，用来计算并画四杆机构图形。

void CFourBarDlg::DrawFourbar()

{

UpdateData(TRUE);

//获取对话框的图片控件的位置大小，并准备在其中绘图

CRect m_rect;

GetDlgItem(IDC_DISPLAY)->GetWindowRect(&m_rect);

ScreenToClient(&m_rect);

//获得绘图设备对象，并设置绘图区域大小，范围及原点

CClientDC dc(this);

dc.SetMapMode(MM_ISOTROPIC);

dc.SetWindowExt(CSize(500,500));

dc.SetViewportExt(m_rect.right,-m_rect.bottom);

dc.SetViewportOrg(m_rect.right/2,m_rect.bottom/2+50);

//当参数改变时重绘窗口

RedrawWindow(&m_rect);

//计算运动参数，此部分内容与《机械原理》教材计算方法完全一致。

double pi=3.1415926; // 定义圆周率π

double bx,by,cx,cy; //铰链B、C点的坐标

double L, fai, aa, bb; //定义中间变量

angle1=angle1*pi/180; //将角度值转化为弧度值

sita4=sita4*pi/180;

//计算辅助矢量BD的模与位置角

L = sqrt(m_ab * m_ab + m_ad * m_ad – 2 * m_ab * m_ad * cos(angle1 – sita4*pi/180));

fai = atan((m_ad * sin(sita4) – m_ab * sin(angle1)) / (m_ad * cos(sita4) – m_ab * cos(angle1)));

aa = (m_bc * m_bc – L * L – m_cd * m_cd) / (2 * L * m_cd);

angle3 = acos(aa) + fai;

bb = (L * sin(fai) + m_cd * sin(angle3)) / (L * cos(fai) + m_cd * cos(angle3));

angle2 = atan(bb);

if (bb < 0)

{

angle2 = angle2 + pi;

}

//计算B点和C点的坐标

bx = m_ab * cos(angle1);

by = m_ab * sin(angle1);

cx = bx + m_bc * cos(angle2);

cy = by + m_bc * sin(angle2);

//计算完成，下面设定画图需要的参数

CPen NewPen1;//声明画笔对象

CPen* pOldPen; //保存原先画笔的指针

//初始化实线、5像素宽的红色画笔

NewPen1.CreatePen(PS_SOLID,5,RGB(255,0,0));

//将画笔选入设备对象

pOldPen=dc.SelectObject(&NewPen1);

//画四杆机构，分成四个杆和对应的铰链进行绘制

//画AB杆

dc.MoveTo(0,0);

dc.LineTo(bx,by);

//画BC杆

dc.MoveTo(bx,by);

dc.LineTo(cx,cy);

dc.Ellipse(bx-10,by-10,bx+10,by+10); //画转动副B

//画CD杆

dc.MoveTo(cx,cy);

dc.LineTo(m_ad,0);

dc.Ellipse(cx-10,cy-10,cx+10,cy+10); //画转动副C

//画AD杆

dc.MoveTo(0,0);

dc.LineTo(m_ad,0);

dc.Ellipse(-10,-10,10,10); //画转动副A

dc.Ellipse(m_ad-10,-10,m_ad+10,10); //画转动副D

//画机架

for (int i=1;i<=12;i++)

{

dc.MoveTo((m_ad/12)*i,0);

dc.LineTo((m_ad/12)*i-20,-20);

}

dc.SelectObject(pOldPen); //恢复系统原来的画笔对象。

angle1=angle1*180/pi; //将AB杆的位置角的弧度再转化为角度，准备后面用来递增。

}

10. 下面添加机构动画的功能。在类向导中选中“命令”，在Class name中选择“CFourBarDlg”类，目标ID 中选择“ID_START”，消息选择“BN_CLICKED”，添加处理程序，确认函数名为“OnStart”。同理，目标ID 中选择“ID_STOP”，消息选择“BN_CLICKED”，添加成员函数“OnStop”。分别在两个函数中设置定时器及撤销定时器。

分别添加程序如下：

void CFourBarDlg::OnStart()

{

// TODO: 在此添加控件通知处理程序代码

SetTimer(1, 100, NULL); //设置定时器

}

void CFourBarDlg::OnStop()

{

// TODO: 在此添加控件通知处理程序代码

KillTimer(1); //删除定时器

} 11. 点击菜单“项目 →类向导”为菜单项命令添加消息映射函数。在Class name中选择“CFourBarDlg”类，在“Messages”中选择“WM_TIMER”，“添加处理程序”或双击，添加OnTimer成员函数。

12. 在OnTimer函数中添加如下代码：

void CFourBarDlg::OnTimer(UINT nIDEvent)

{

// TODO: Add your message handler code here and/or call default

if (angle1>360)

angle1=angle1-360; //当曲柄转动角度大于360度时，重新从0度开始旋转。

angle1=angle1+2; // 曲柄每次转动5度

DrawFourbar(); //调用四杆机构绘图函数

CDialog::OnTimer(nIDEvent);

}

13. 编译、连接，调试运行。

三、完整程序

// FourBarDlg.cpp : 实现文件

#include “stdafx.h”

#include “FourBar.h”

#include “FourBarDlg.h”

#include “afxdialogex.h”

#include “math.h”

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#endif

// 用于应用程序“关于”菜单项的 CAboutDlg 对话框

class CAboutDlg : public CDialogEx

{

public:

CAboutDlg();

// 对话框数据

#ifdef AFX_DESIGN_TIME

enum { IDD = IDD_ABOUTBOX };

#endif

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV 支持

// 实现

protected:

DECLARE_MESSAGE_MAP()

};

CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialogEx(IDD_ABOUTBOX)

{

}

void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialogEx::DoDataExchange(pDX);

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialogEx)

END_MESSAGE_MAP()

// CFourBarDlg 对话框

CFourBarDlg::CFourBarDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)

: CDialogEx(IDD_FOURBAR_DIALOG, pParent)

, m_ab(0)

, m_ad(0)

, m_bc(0)

, m_cd(0)

{

m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);//自定义变量

angle1 = 0.0;

angle2 = 0.0;

angle3 = 0.0;

sita4 = 0.0;

}

void CFourBarDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialogEx::DoDataExchange(pDX);

DDX_Text(pDX, IDC_AB, m_ab);

DDX_Text(pDX, IDC_AD, m_ad);

DDX_Text(pDX, IDC_BC, m_bc);

DDX_Text(pDX, IDC_CD, m_cd);

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CFourBarDlg, CDialogEx)

ON_WM_SYSCOMMAND()

ON_WM_PAINT()

ON_WM_QUERYDRAGICON()

ON_BN_CLICKED(IDC_START, &CFourBarDlg::OnStart)

ON_BN_CLICKED(IDC_STOP, &CFourBarDlg::OnStop)

ON_WM_TIMER()

END_MESSAGE_MAP()

// CFourBarDlg 消息处理程序

BOOL CFourBarDlg::OnInitDialog()

{

CDialogEx::OnInitDialog();

// 将“关于…”菜单项添加到系统菜单中。

// IDM_ABOUTBOX 必须在系统命令范围内。

ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);

ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);

if (pSysMenu != NULL)

{

BOOL bNameValid;

CString strAboutMenu;

bNameValid = strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);

ASSERT(bNameValid);

if (!strAboutMenu.IsEmpty())

{

pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);

pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);

}

// 设置此对话框的图标。当应用程序主窗口不是对话框时，框架将自动

// 执行此操作

SetIcon(m_hIcon, TRUE); // 设置大图标

SetIcon(m_hIcon, FALSE); // 设置小图标

// TODO: 在此添加额外的初始化代码

m_ab = 100;

m_bc = 250;

m_cd = 200;

m_ad = 200;

sita4 = 0;

angle1 = 45;

angle2 = 0;

angle3 = 0;

return TRUE; // 除非将焦点设置到控件，否则返回 TRUE

}

void CFourBarDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)

{

if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX)

{

CAboutDlg dlgAbout;

dlgAbout.DoModal();

}

else

{

CDialogEx::OnSysCommand(nID, lParam);

}

// 如果向对话框添加最小化按钮，则需要下面的代码

// 来绘制该图标。对于使用文档/视图模型的 MFC 应用程序，

// 这将由框架自动完成。

void CFourBarDlg::OnPaint()

{

if (IsIconic())

{

CPaintDC dc(this); // 用于绘制的设备上下文

SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, reinterpret_cast<WPARAM>(dc.GetSafeHdc()), 0);

// 使图标在工作区矩形中居中

int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);

int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);

CRect rect;

GetClientRect(&rect);

int x = (rect.Width() – cxIcon + 1) / 2;

int y = (rect.Height() – cyIcon + 1) / 2;

// 绘制图标

dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);

}

else

{

CDialogEx::OnPaint();

}

//当用户拖动最小化窗口时系统调用此函数取得光标

//显示。

HCURSOR CFourBarDlg::OnQueryDragIcon()

{

return static_cast<HCURSOR>(m_hIcon);

}