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机构学研究现状与发展趋势的思考
维普资讯
第 41卷第 8期 机 械 工 程 学 报 voI.41No.8
2005年 8月 CHINESEJOURNAL0FMECHANICALENGINEERING Aug. 2005
机构学研究现状与发展趋势的思考
高 峰
(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室 上海 200030)
摘要:在人类文明和社会发展的进程中,制造业始终是创造社会财富的主要来源,是衡量国家综合国力的重要指
标。当今世界经济全球化,各国的综合国力和竞争能力体现于机械产品的设计能力。因为制造业的灵魂是设计,
而制造和被制造机械的灵魂是机构,所以现代机构学的理论研究是制造业的基础,是现代机械产品发明创造的源
泉,是提高国家制造业水平和国际竞争能力的关键。机构创新设计决定了产品的创新性。如果机构的设计有缺陷,
则制造出的将会是先天不足的产品或称之为 “有残疾的机械”。对产品的创新而言,机构拓扑创新设计具有原创的
特征性质,是机械发明中最具有挑战性和发明性的核心内容。所以,现代机构学的研究对提高我国机械产品的自
主设计、创新和国际竞争能力有着十分重要的意义。机构学研究的发展趋势应该是研究现代机构设计的新理论和
新方法、实现特殊功能的机构设计理论以及应用关键技术、微操作和微尺度机械的机构学、机构与机器人动力学、
新型移动与操作机器人、仿人与仿生机器人和微纳机器人等。现代机构学研究的最高任务是揭示 自然和人造机械
的机构组成原理,创造新机构,研究基于特定性能的机构分析与设计理论,为现代机械与机器人的设计、创新和
发明提供系统的基础理论和有效实用的方法。
关键词:机构学 微机械 机器人 并联机构
中图分类号:TP24
分方程组的生成、求解 以及解的优选。
0 前言 (3)机构结构学、运动学与动力学的统一建模,
构建三者融为一体的系统理论与方法,从而为解决
人类赖以生存 的大干世界如此多姿多彩,不仅是 前两类非线性问题提供线性解法和非线性解法的理
因为大自然创造了千姿百态的生灵,而且是由于这些 论基础。内容涉及系统性揭示机构系统的拓扑结构
生灵中最具有智慧的人类创造 了如此多的机械 。从外 与运动学和动力学特征的内在联系与规律性。
星来观察地球,地球上存在着两种 “机械”,即 “自 现代机构学研究的最高任务是揭示 自然和人造
然机械”和 “人造机械 ”。“自然机械”是经过大 自然 机械的机构组成原理,创造新机构,研究基于特定
亿万年进化而创造出的动物生灵。那么,这两种 “机 性能的机构分析与设计理论,为现代机械与机器人
械 ”是以什么原理构造而成的?它们有什么样的功能 的设计、创新和发明提供系统的基础理论和有效实
和特性?人们应如何根据性能来设计各种机械?这 用的方法 。
些都是机构学领域长期研究的基础科学问题 。现代机
构学研究存在以下三个基本关键问题。 1 机构学在 国民经济、社会发展中的
(1)机构拓扑结构设计的非数值类非线性问题 地位和重要性
的建模、求解与方案优选 。内容涉及机构拓扑结构
“任务空间”基本功能的数学描述,机构拓扑结构的 在人类文明和社会发展的过程中,制造业始终
数学描述与运算,系统的结构与功能之间内在联系 是创造社会财富的主要来源,是衡量 国家综合 国力
与规律性的数学描述与运算,方案性能指标的数学 的重要指标。当今世界经济全球化,各国的综合国
描述与运算等。 力和竞争能力体现于机械产品的设计能力。因为制
(2)机构运动学与动力学等参数设计的数值类
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