基于Matlab/GUI的装载机设计平台的建立与实现

（吉林建筑大学土木工程学院 吉林 长春 130118）

【摘要】针对传统设计方法过程复杂，逻辑性差，修改不便的特点，利用图像用户界面的人机交互性，实现了基于matlab/GUI的装载机设计平台的搭建与实现。选取铲斗设计为例，阐述GUI的具体设计过程。结果表明，设计平台运行良好，设计过程清晰简明，此平台作为理论教学的辅助手段，可加深学生对设计过程的理解和运用，也可作为工程设计人员的辅助设计工具。

【关键词】装载机设计 人机交互界面 matlab/GUI

一、引言

随着社会发展与经济水平的提高的需求，工程机械呈现种类多，覆盖面宽，功能齐全的蓬勃发展局面。而设计作为整个机械生产流程的第一步可以说是至关重要的，但是传统的设计过程基本没有用户界面，或者仅仅靠简单的文字信息和 屏幕显示与用户进行交互，过程繁杂、工作量大，容易出现较大的错误且不便于修改，这极大的制约着设计师推出更优秀的产品。而GUI设计具有用户界面友好性，图标识别平衡性，图标功能的一致性等特点，能够建立起友好的交互界面便于在设计过程中与用户进行交流。

因此本文利用MATLAB强大的图像处理和图形表现能力，良好的GUI设计环境，针对工程机械的设计特点，以装载机为例，将GUI设计应用于其设计过程、关键参数确定等的设计过程，来建立良好的人机交互界面，从而在繁杂的设计过程中，减轻设计人员的工作量，降低设计的错误率，从而提高工作效率。

二、设计思路

设计平台的布局是先设计GUI总界面，然后设计子界面，再在子界面上设置按钮、菜单、文本框等一系列控件，最后借助于callback函数调用程序，在函数调用程序的设计中先编写各个子界面中的回调函数下的程序，再编写GUI界面的回调函数下的程序。

在设计人机交互操作界面时，在MATLAB命令行中输入guide或者选择MATLAB主界面File菜单New子菜单下的GUI项，打开GUIDE启动对话框，在GUIDEtemplates 菜单下4个选项中选择空白模板BlankGUI（Default），在点击OK后进入GUI编辑界面。在GUIDE设计界面下，通过单击或者拖拽鼠标的方式创建自己的GUI程序界面。

三、装载机设计平台的具体实现

装载机设计过程复杂，设计内容繁多，该设计平台的建立采用一个总设计界面与若干个子设计界面相互回调，每个子界面都可以实现一个具体的设计内容，并且可以切换回主界面，进行其他内容的设计。

（一）总界面的设计

打开Matlab，打开NEW中的GUI，新建一个主界面，添加一个Static Text控件用于显示参数的名称，并命名为“装载机设计”； 添加一个Axes控件用于显示参数的细则图像，并添加装载机图片；同时再创建9个Push Button控件用于完成程序在后台的实现，并分别命名为“总体设计”、“工作装置设计”、“动力系统设计”、“传动系统设计”、“制动系统设计”、“行走系统设计”、“液压系统设计”、“电气系统设计”以及“退出”；点击运行按钮，运行结果如1所示。

（二）子界面的设计

针对总结面中8个按钮所对应的设计内容分别设置多级子界面，以工作装置设计中的铲斗设计为例进行说明。

（1）新建工作装置设计一级子界面。添加Panel控件，并命名为“工作装置设计”；添加5个Push Button控件，并分别命名为“铲斗设计”、“连杆系统设计”、“静力学计算及强度校核”、“结构动力分析”以及“退出”，点击运行按钮，运行结果如图2所示。

（2）新建铲斗设计二级子界面。由4个面板（Panel）、2个触控按钮（Push Button）、34个静态文本（Static Text）、9个可编辑文本框（Edit Text）、4个弹出式菜单（Pop-up Menu）组成。4个面板（Panel），分别命名为“铲斗设计”、“确认基本参数”、“计算”以及“斗容计算”；2个触控按钮（Push Button）用于实现相关计算，分别命名为“计算”、“计算”；34个静态文本（Static Text）用于显示部分计算结果的值，分别为“mr”、“vr”、“cxvs”、“宽度m”、“内侧宽度m”、“斗底长度系数1.40-1.53”、“后壁长度系数1.1-1.2”、“挡板高度系数0.12-0.14”、“圆弧半径系数0.35-0.45”、“张开角45°-52°”、“挡板与后壁间的夹角5°-10°”、“下铰接点与斗底高系数0.06-0.12”、“铲斗回转半径m”、“铲斗圆弧半径m”、“斗底长度m”、“后斗壁长度m”、“挡板高度m”、“下铰接点与斗底高度”、“r0”、“r1”、“lg”、“lz”、“lk”、“homega”、“横截面积”、“铲斗开口长m”、“堆积高度m”、“平装容量计算”、“额定容量计算”、“sa”、“bt”、“c”、“vs”、“vrr”；9个可编辑文本框（Edit Text），分别命名为“edit1”、“b0”、“lambdag”、“lambdaz”、“lambdak”、“lambdar”、“gamma0”、“gamma1”、“hr”；4个弹出式菜单（Pop-up Menu）用于同类数值的选取，并命名为“选择装载机的型号（ZL10、ZL15、ZL20、ZL25、ZL30、ZL40、ZL50、ZL80、ZL100、ZL160、ZL200、ZL240）”、“请选择切削刃形状（直线型切削刃和非直线型切削刃）”、“请选择斗齿（整体式和分体式）”和“请选择侧刃（弧线测刃和折线测刃）”，并摆放于合适位置，如图3所示。

点击下拉菜单，选择ZL80轮式装载机为例，点击运行按钮，然后输入相应的参数时可得到如下结果，如图4所示。

由D4可知，在下拉菜单中选择不同型号的铲斗，在文本输入框中输入不同的条件参数，即可得到不同的铲斗设计参数，设计过程直观明了，不同的条件参数对设计结果的影响一目了然，方便了设计人员修改更正，使得设计过程更为简单有效。

铲斗设计结束后，可通过界面跳转返回一级子界面，点击其他按钮进入相应设计内容的二级子界面进行设计，界面及功能的实现过程与铲斗类似，在此不一一赘述。

（三）界面的跳转及退出

在设计过程中，每一个界面之间还存在一定的联系，因此需要界面的跳转，以图2跳转到图3界面为例，设计过程为：打开装载机设计的fig文件，右键单击工作装置设计，然后点击View Callbacks中的Callback，弹出回调函数如下：

% --- 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）此时如在此程序后面输入要跳转到下一界面的m文件程序名称，如：Gongzuozhuangzhisheji即可从主界面跳转到工作装置设计一级子界面。

（2）如在此程序后面输入close（gcf），即可退出此界面。

四、结论

本文应用可视化程能力的图形用户界面GUI，实现了装载机设计平台的建立，该设计平台将装载机的设计过程加载在平台界面中，通过总界面与子界面不同的回调函数进行链接，实现了图形用户界面人机交互式的设计过程，增加了设计过程的直观性，便于设计人员修改更正，既可作为教学辅助软件帮助学生理解理论知识，提高教学质量，也可作为专业设计人员的辅助设计工具，同时也为其他工程机械的可视化设计奠定了良好的基础。

参考文献：

[1] 张春慧，宗哲英，王蒙等.基于Matlab GUI的自动控制原理虚拟实验平台的开发与研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2015.

[2] 温淑焕，佟永正，刘福才，马锴.基于Matlab GUI的计算机控制技术教学演示系统设计[J].高教研究与实践，2016.

[3] 罗华飞.MATLAB GUI设计学习手机（第2版）[M]. 北京：航空航天大学出版社，2011.

[4]施晓红，周佳.精通GUI图形界面编程[M].北京：北京大学出版社，2003.