基于Matlab/GUI的裝載機設(shè)計平臺的建立與實現(xiàn)

江俊良+遲春燕+王鉞仁+谷登科+田軍超+李振鵬

（吉林建筑大學土木工程學院 吉林 長春 130118）

【摘要】針對傳統(tǒng)設(shè)計方法過程復雜，邏輯性差，修改不便的特點，利用圖像用戶界面的人機交互性，實現(xiàn)了基于matlab/GUI的裝載機設(shè)計平臺的搭建與實現(xiàn)。選取鏟斗設(shè)計為例，闡述GUI的具體設(shè)計過程。結(jié)果表明，設(shè)計平臺運行良好，設(shè)計過程清晰簡明，此平臺作為理論教學的輔助手段，可加深學生對設(shè)計過程的理解和運用，也可作為工程設(shè)計人員的輔助設(shè)計工具。

【關(guān)鍵詞】裝載機設(shè)計 人機交互界面 matlab/GUI

一、引言

隨著社會發(fā)展與經(jīng)濟水平的提高的需求，工程機械呈現(xiàn)種類多，覆蓋面寬，功能齊全的蓬勃發(fā)展局面。而設(shè)計作為整個機械生產(chǎn)流程的第一步可以說是至關(guān)重要的，但是傳統(tǒng)的設(shè)計過程基本沒有用戶界面，或者僅僅靠簡單的文字信息和 屏幕顯示與用戶進行交互，過程繁雜、工作量大，容易出現(xiàn)較大的錯誤且不便于修改，這極大的制約著設(shè)計師推出更優(yōu)秀的產(chǎn)品。而GUI設(shè)計具有用戶界面友好性，圖標識別平衡性，圖標功能的一致性等特點，能夠建立起友好的交互界面便于在設(shè)計過程中與用戶進行交流。

因此本文利用MATLAB強大的圖像處理和圖形表現(xiàn)能力，良好的GUI設(shè)計環(huán)境，針對工程機械的設(shè)計特點，以裝載機為例，將GUI設(shè)計應(yīng)用于其設(shè)計過程、關(guān)鍵參數(shù)確定等的設(shè)計過程，來建立良好的人機交互界面，從而在繁雜的設(shè)計過程中，減輕設(shè)計人員的工作量，降低設(shè)計的錯誤率，從而提高工作效率。

二、設(shè)計思路

設(shè)計平臺的布局是先設(shè)計GUI總界面，然后設(shè)計子界面，再在子界面上設(shè)置按鈕、菜單、文本框等一系列控件，最后借助于callback函數(shù)調(diào)用程序，在函數(shù)調(diào)用程序的設(shè)計中先編寫各個子界面中的回調(diào)函數(shù)下的程序，再編寫GUI界面的回調(diào)函數(shù)下的程序。

在設(shè)計人機交互操作界面時，在MATLAB命令行中輸入guide或者選擇MATLAB主界面File菜單New子菜單下的GUI項，打開GUIDE啟動對話框，在GUIDEtemplates 菜單下4個選項中選擇空白模板BlankGUI（Default），在點擊OK后進入GUI編輯界面。在GUIDE設(shè)計界面下，通過單擊或者拖拽鼠標的方式創(chuàng)建自己的GUI程序界面。

三、裝載機設(shè)計平臺的具體實現(xiàn)

裝載機設(shè)計過程復雜，設(shè)計內(nèi)容繁多，該設(shè)計平臺的建立采用一個總設(shè)計界面與若干個子設(shè)計界面相互回調(diào)，每個子界面都可以實現(xiàn)一個具體的設(shè)計內(nèi)容，并且可以切換回主界面，進行其他內(nèi)容的設(shè)計。

（一）總界面的設(shè)計

打開Matlab，打開NEW中的GUI，新建一個主界面，添加一個Static Text控件用于顯示參數(shù)的名稱，并命名為“裝載機設(shè)計”； 添加一個Axes控件用于顯示參數(shù)的細則圖像，并添加裝載機圖片；同時再創(chuàng)建9個Push Button控件用于完成程序在后臺的實現(xiàn)，并分別命名為“總體設(shè)計”、“工作裝置設(shè)計”、“動力系統(tǒng)設(shè)計”、“傳動系統(tǒng)設(shè)計”、“制動系統(tǒng)設(shè)計”、“行走系統(tǒng)設(shè)計”、“液壓系統(tǒng)設(shè)計”、“電氣系統(tǒng)設(shè)計”以及“退出”；點擊運行按鈕，運行結(jié)果如1所示。

（二）子界面的設(shè)計

針對總結(jié)面中8個按鈕所對應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容分別設(shè)置多級子界面，以工作裝置設(shè)計中的鏟斗設(shè)計為例進行說明。

（1）新建工作裝置設(shè)計一級子界面。添加Panel控件，并命名為“工作裝置設(shè)計”；添加5個Push Button控件，并分別命名為“鏟斗設(shè)計”、“連桿系統(tǒng)設(shè)計”、“靜力學計算及強度校核”、“結(jié)構(gòu)動力分析”以及“退出”，點擊運行按鈕，運行結(jié)果如圖2所示。

（2）新建鏟斗設(shè)計二級子界面。由4個面板（Panel）、2個觸控按鈕（Push Button）、34個靜態(tài)文本（Static Text）、9個可編輯文本框（Edit Text）、4個彈出式菜單（Pop-up Menu）組成。4個面板（Panel），分別命名為“鏟斗設(shè)計”、“確認基本參數(shù)”、“計算”以及“斗容計算”；2個觸控按鈕（Push Button）用于實現(xiàn)相關(guān)計算，分別命名為“計算”、“計算”；34個靜態(tài)文本（Static Text）用于顯示部分計算結(jié)果的值，分別為“mr”、“vr”、“cxvs”、“寬度m”、“內(nèi)側(cè)寬度m”、“斗底長度系數(shù)1.40-1.53”、“后壁長度系數(shù)1.1-1.2”、“擋板高度系數(shù)0.12-0.14”、“圓弧半徑系數(shù)0.35-0.45”、“張開角45°-52°”、“擋板與后壁間的夾角5°-10°”、“下鉸接點與斗底高系數(shù)0.06-0.12”、“鏟斗回轉(zhuǎn)半徑m”、“鏟斗圓弧半徑m”、“斗底長度m”、“后斗壁長度m”、“擋板高度m”、“下鉸接點與斗底高度”、“r0”、“r1”、“l(fā)g”、“l(fā)z”、“l(fā)k”、“homega”、“橫截面積”、“鏟斗開口長m”、“堆積高度m”、“平裝容量計算”、“額定容量計算”、“sa”、“bt”、“c”、“vs”、“vrr”；9個可編輯文本框（Edit Text），分別命名為“edit1”、“b0”、“l(fā)ambdag”、“l(fā)ambdaz”、“l(fā)ambdak”、“l(fā)ambdar”、“gamma0”、“gamma1”、“hr”；4個彈出式菜單（Pop-up Menu）用于同類數(shù)值的選取，并命名為“選擇裝載機的型號（ZL10、ZL15、ZL20、ZL25、ZL30、ZL40、ZL50、ZL80、ZL100、ZL160、ZL200、ZL240）”、“請選擇切削刃形狀（直線型切削刃和非直線型切削刃）”、“請選擇斗齒（整體式和分體式）”和“請選擇側(cè)刃（弧線測刃和折線測刃）”，并擺放于合適位置，如圖3所示。

點擊下拉菜單，選擇ZL80輪式裝載機為例，點擊運行按鈕，然后輸入相應(yīng)的參數(shù)時可得到如下結(jié)果，如圖4所示。

由圖4可知，在下拉菜單中選擇不同型號的鏟斗，在文本輸入框中輸入不同的條件參數(shù)，即可得到不同的鏟斗設(shè)計參數(shù)，設(shè)計過程直觀明了，不同的條件參數(shù)對設(shè)計結(jié)果的影響一目了然，方便了設(shè)計人員修改更正，使得設(shè)計過程更為簡單有效。endprint

鏟斗設(shè)計結(jié)束后，可通過界面跳轉(zhuǎn)返回一級子界面，點擊其他按鈕進入相應(yīng)設(shè)計內(nèi)容的二級子界面進行設(shè)計，界面及功能的實現(xiàn)過程與鏟斗類似，在此不一一贅述。

（三）界面的跳轉(zhuǎn)及退出

在設(shè)計過程中，每一個界面之間還存在一定的聯(lián)系，因此需要界面的跳轉(zhuǎn)，以圖2跳轉(zhuǎn)到圖3界面為例，設(shè)計過程為：打開裝載機設(shè)計的fig文件，右鍵單擊工作裝置設(shè)計，然后點擊View Callbacks中的Callback，彈出回調(diào)函數(shù)如下：

% --- Executes on button press in pushbutton10.

function pushbutton10_Callback（hObject， eventdata， handles）

% hObject handle to pushbutton10 （see GCBO）

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data （see GUIDATA）

（1）此時如在此程序后面輸入要跳轉(zhuǎn)到下一界面的m文件程序名稱，如：Gongzuozhuangzhisheji即可從主界面跳轉(zhuǎn)到工作裝置設(shè)計一級子界面。

（2）如在此程序后面輸入close（gcf），即可退出此界面。

四、結(jié)論

本文應(yīng)用可視化編程能力的圖形用戶界面GUI，實現(xiàn)了裝載機設(shè)計平臺的建立，該設(shè)計平臺將裝載機的設(shè)計過程加載在平臺界面中，通過總界面與子界面不同的回調(diào)函數(shù)進行鏈接，實現(xiàn)了圖形用戶界面人機交互式的設(shè)計過程，增加了設(shè)計過程的直觀性，便于設(shè)計人員修改更正，既可作為教學輔助軟件幫助學生理解理論知識，提高教學質(zhì)量，也可作為專業(yè)設(shè)計人員的輔助設(shè)計工具，同時也為其他工程機械的可視化設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 張春慧，宗哲英，王蒙等.基于Matlab GUI的自動控制原理虛擬實驗平臺的開發(fā)與研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2015.

[2] 溫淑煥，佟永正，劉福才，馬鍇.基于Matlab GUI的計算機控制技術(shù)教學演示系統(tǒng)設(shè)計[J].高教研究與實踐，2016.

[3] 羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計學習手機（第2版）[M]. 北京：航空航天大學出版社，2011.

[4]施曉紅，周佳.精通GUI圖形界面編程[M].北京：北京大學出版社，2003.endprint