机构学研究现状与发展趋势的思考.pdfVIP

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