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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 机构学发展历史 1

1.2.1 国外古代机构学成就 1

1.2.2 中国古代机构学成就 3

1.2.3 近代机构学 6

1.2.4 现代机构学 7

1.3 我国机构学发展现状 10

1.4 高等机构学研究内容 12

参考文献 13

第2章 机构学基础 15

2.1 机构学基本概念 15

2.1.1 机器、机械、机构和运动链 15

2.1.2 机构的类型 16

2.1.3 运动链的类型 17

2.1.4 运动副及其类型 18

2.2 空间机构的自由度 21

2.3 并联机构简介 24

2.3.1 概述 24

2.3.2 发展历程 24

2.3.3 并联机构的主要类型 29

2.3.4 并联机构的应用 31

2.3.5 小结 33

参考文献 34

第3章 机构分析的数学基础 36

3.1 矩阵变换 36

3.2 张量简介 43

3.3 微分几何简介 47

参考文献 51

第4章 机构学分析的基本理论 53

4.1 机构的旋量分析 53

4.1.1 基本旋量理论 53

4.1.2 矩阵运算 55

4.1.3 指数变换 56

4.1.4 旋量运动 60

4.1.5 旋量系的线性相关性 64

4.1.6 反旋量和被约束的运动 69

4.1.7 机构运动的旋量分析 73

4.1.8 机构的旋量综合 74

4.2 机构的拓扑分析 78

4.2.1 拓扑和图论简介 78

4.2.2 图论基本概念 81

4.2.3 图的矩阵表示方法 86

4.2.4 机构的拓扑图 90

4.2.5 机构同构判定 91

4.2.6 拓扑刚度矩阵 93

4.2.7 串联机床与并联机床的刚度比较 95

4.3 机构分析的微分几何方法 97

4.3.1 群论 97

4.3.2 李群 97

4.3.3 李代数 99

4.3.4 李群与刚体运动 101

4.3.5 位移子群与位移子流形 103

4.3.6 基于微分几何的并联机构构型综合 105

4.3.7 小结 111

参考文献 111

第5章 机构运动学分析 112

5.1 运动学分析基本概念 112

5.1.1 运动学分析过程 112

5.1.2 运动学求解 113

5.2 平面机构运动学 114

5.2.1 平面四杆机构运动分析 114

5.2.2 3自由度平面并联机构运动学分析 116

5.3 空间机构运动学分析 120

5.3.1 D-H坐标系统 121

5.3.2 空间串联机构的运动学分析 126

5.3.3 空间并联机构的运动学分析 130

参考文献 135

第6章 机构奇异性分析 136

6.1 机构奇异性概述 136

6.2 串联机构的奇异性分析 137

6.2.1 串联机构的雅可比矩阵 138

6.2.2 雅可比矩阵的构造方法 140

6.2.3 雅可比矩阵的奇异性 145

6.3 并联机构的奇异性分析 148

6.3.1 并联机构的位形空间 148

6.3.2 奇异位形的分析 149

参考文献 160

第7章 机构的静力学与动力学分析 162

7.1 机构的静力学分析 163

7.1.1 杆件之间的静力传递 163

7.1.2 机构的静力平衡与力雅可比矩阵 166

7.2 刚体的惯性张量 168

7.3 基于牛顿—欧拉方程的动力学算法 175

7.3.1 牛顿—欧拉方程 175

7.3.2 牛顿—欧拉方程分析步骤 177

7.3.3 实例分析 178

7.3.4 递推算法 180

7.4 基于凯恩方程的动力学算法 181

7.4.1 凯恩动力学方程 181

7.4.2 基于凯恩方程的动力学算法 184

7.4.3 平面3自由度并联机构凯恩方程动力学算法 188

7.5 多体动力学分析方法 191

7.5.1 多体动力学概述 191

7.5.2 休斯顿多体动力学方法简介 192

7.5.3 休斯顿多体动力学基本内容 192

7.6 机构动力学分析软件 195

参考文献 199

第8章 新型机构 200

8.1 柔顺机构 200

8.1.1 概述 200

8.1.2 伪刚体模型 202

8.1.3 柔顺机构的自由度计算 203

8.1.4 柔顺机构的静力学分析方法 205

8.1.5 柔顺机构的动力分析方法 206

8.1.6 小结 208

8.2 仿生机构 208

8.2.1 概述 208

8.2.2 仿生机构的基本类型 210

8.2.3 典型仿生机构介绍 210

8.2.4 小结 219

8.3 变胞机构 219

8.3.1 概述 220

8.3.2 变胞机构的特点及判定 223

8.3.3 变胞机构的变胞方式 224

8.3.4 变胞机构的变胞类型 224

8.3.5 变胞机构构态及变化的数学描述 225

8.3.6 典型变胞机构分析 228

8.3.7 小结 230

8.4 微纳机构 230

8.4.1 概述 230

8.4.2 微纳机构主要类型 232

8.4.3 微纳机构分析方法的特点 233

8.4.4 典型微纳机构介绍 237

8.4.5 小结 240

参考文献 240