文献综述--机构学研究现状与展望

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1、.文献综述作者：李典导师：郭盛机械与电子控制工程学院2014．9....机构学研究现状与展望摘要：本文综述了机构学的结构理论，常用机构，组合机构，生物机构学，机械动力学，机构精度分析与综合的研究现状，并简述了机构学领域的发展趋势。随着科学技术和现代产业革命的发展，机构学领域的研究已从传统机构发展到广义机构，这将推动现代机构学的快速发展，使机构学在二十一世纪的科技发展中充满活力。关键词：机构学；研究现状；趋势；展望0前言机构学在广义上又称机构和机器理论(简称机械原理)。机构学研究的对象目前仍以多刚体机械系统为主，但柔性机构学的雏型已开始提出，机

2、电等多学科相结合的广义机构学的研究已引起人们的关注。机构是组成机器的基本单元。如凸轮机构、齿轮机构和连杆机构等。从儿童玩具到产业机器人，从海洋开发的海底作业机械到登月行走机械都要用到各种机构。机构学是以运动学和力学为主要理论基础，以数学分析手段，研究各类机构基本规律以及运动和动力分析与综合方法的学科，是机械设计所依据的重要基础理论学科之一。它来源于机械设计及制造的实践总结，同时机构学的研究，又为发展创造新的机械和改进现有机械的性能提供正确有效的理论和方法。随着宇航技术、核技术、海洋开发、医疗器械、工业机器人及微技术等高新科学技术的兴起和计算机

3、的普遍应用，极大的促进了机构学的发展，创立了不少新理论和新方法，开拓了一些新的研究领域。图1表示了机构学研究对象的某些层次关系。....图1机构学研究对象的层次关系1课题国内外研究现状1.1机构研究史概述机械的研究和应用具有悠久的历史，它伴随甚至推动了人类社会和人类文明的发展。古希腊大哲学家亚里士多德(公元前384～322年)的著作《ProblemsofMachines》是现存最早的研究机械力学原理的文献。阿基米德(约公元前287～212年)用古典几何学方法提出了严格的杠杆原理和螺旋的运动学理论，建立了简单机械研究体系。古埃及的Heron(约

4、公元10～75年)建立了五个基本的机械零件：轮与轮轴、杠杆、绞盘、楔子和螺杆。古代中国的墨子(约公元前480年)在机构方面有很多惊人的成就，他制造的舟、车、飞鸢以及根据力学原理为古代车子所创造的“车辖”(即今之车闸)和为“备城门”所研制的“堑悬梁”都体现了机构的设计原理。墨子对“力”的定义，也与近代物理学上的“力”的概念完全相同。墨子说：“力，刑之所以奋也”(《墨经》，21节)。意思是说，力是物体发生运动的原因。墨子给“力”的定义是牛顿第二定律的雏形。....意大利著名绘画大师达芬奇(1452～1519)的作品TheMadCodex和TheA

5、tlanticCodex中，列出了用于机器制造的22种基本部件。瑞士数学家欧拉(1707～1783)提出了一个平面运动是一点的平动和绕该点的转动的叠加理论，奠定了机构运动学分析的基础。法国的科里奥利1831年提出了相对速度和相对加速度的概念，研究了机构的运动分析原理。英国的瓦特(1736～1819年)研究了机构综合运动学，探讨连杆机构跟踪直线轨迹问题。剑桥大学教授R．Willis出版著作《机构原理》(PrinciplesofMechanisms，1841)，形成了机构学理论体系。近代德国的机构学研究取得了许多重要的成就。Reuleaux的专著

6、《KinematicsofMachine》阐述了机构的符号表示法和构型综合。Burmester(1840～1927)提出了几何方法，应用于机构的位移、速度和加速度分析。Gruebler(1851～1935年)发现了连杆组的自由度判据，这标志着向机构的数综合(Numbersynthesis)迈出了重要一步。Burmester和Freudenstein用几何方法研究了连杆机构尺寸综合，形成了系统的机构设计几何学理论。1.2机构结构理论在机构结构理论方面，主要是机构的类型综合、杆数综合和机构自由度的介绍。利用拆副、拆杆、甚至拆运动链的方法将复杂杆组

7、化为简单杆组，以简化机构的运动分析和力分析；利用图论原理，把机构转化为矩阵符号标志，利用计算机识别方法，进行机构分类与选型；利用机构结构的键图方法，确定机构自由度和冗余度。研究满足拓扑结构要求的机构结构类型综合，如以单开链为基本单元的结构类型综合法、以回路为单元的结构类型综合法等，利用拓扑图及其矩阵表示，这两种结构类型综合法皆可由计算机自动生成。1.3常用机构的运动分析与综合在机构运动分析方面，主要大力开展了计算机辅助分析方法的研究，并已研制了一些便于应用的程序；对于高级别的机构，可采用型转换法或选用不同构件为机架以降低机构级别的方法进行，也

8、可采用分解合成的分析方法；对空间机构的分析，多采用按杆组分析的方法。....在连杆机构方面，提出了多精确点的四杆机构的综合方法；解析法与优化法相结合的机构尺度综合法