03机构史与学前沿

1、 杠杆滑轮第一阶段（公元前6000年18世纪中）：为机构的启蒙与发展时期 古代机构简单机构轮轴(BC3500)(商，BC1500)(商，BC1000)(MIT博物馆，自拍)历史人物古埃及、希腊、中国、意大利古代机构发明的代表人物5000年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。 我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。 中国古代机构的辉煌历史第二阶段（18世纪下20世纪中）：

2、机构学成为一门独立的学科 18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船以及机床等。 瓦特发明的“双缸蒸汽机” 近代机构(Moon F.C., Social Networks in the History of Innovation and invention, 2014)机构学理论的诞生机构学理论诞生于法国和德国1794年，巴黎技术学院成立，机械原理进入课堂1834年，安培发表运动学专著，标志机构学成为独立学科1875年，勒洛发表机构学专著(安培，法国)(勒洛，德国)近代机构实例7(1794，车床，英国)近代机构的发展(1859，

3、制冰机，法国)(1860，打印机)19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。 近代机构的发展(1870年左右，汽车) 第三阶段（20世纪下至今）：控制与信息技术催生现代机械 20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人、航空航天、海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等 机器人国际太空站 航天飞机正在利用机械臂施 放哈勃空间望远镜现代机构随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：机件不再是刚体，加入柔性构件，参与实现预期的机械运动。利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换

4、或实现动作。机器内部包含了大量的控制系统和信息处理传递系统。机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 服务型机器人。现代机构传统机械由如下三个部分组成：现代机械一般由如下四个部分组成：心脏、躯干、手大脑（眼睛）现代机构 21世纪伊始，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。 用光刻技术做成的微米尺寸的微机械 仿生机械与仿生机器人 现代机构纵观机构发展史，许多机器的创新都源于机构的创新。指南车(差速齿轮

5、机构)弓弩(柔顺机构)木牛流马(飞轮助力机构)Watt蒸汽机(铰链四杆近似直线机构)单缸四冲程内燃机发动机的演化V-2型内燃机 星形内燃机汪克尔发动机空间开链结构(大工作空间) Stewart平台(大负载)Delta机器人(高速) 微纳操作手(高精度)机器人操作手的演化机构的发展趋势机构发展的源泉：数力学基础瑞士数学家Euler提出了平面运动可看成是一点的平动和绕该点的转动的叠加理论，奠定了平面机构运动学分析的基础。1875年德国的Reuleaux在其专著Kinematics of Machinery中阐述了机构的符号表示法和构型综合。1888年德国的Burmester在其专著Kinemati

6、cs of Machinery提出了将几何方法用于机构的位移、速度和加速度分析，开创了机构分析的运动几何学。20世纪后半叶，控制与信息技术促进了机构学的快速发展，特别是与计算机技术相结合，大大提高了机构分析与综合过程中的计算效率。195060年代，美国哥伦比亚大学Freudenstein教授引入图论描述机构拓扑结构；基于解析方法进行机构运动学和动力学分析与综合，从而开辟了用计算机进行机构运动学综合的道路。线几何、四元数、旋量理论、位移群、微分流形等现代数学工具也相继被引入到机构的分析与综合中。数学与机构学力学与机构学 机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展望的，但人们在机械创新的漫漫征程

7、中所积累的机械设计及理论为我们提供了认识和改造客观世界的基础。19世纪： 德国 勒洛和布尔梅斯特 运动几何学派20世纪前： 俄苏 切比雪夫和郭赫曼 齿轮啮合原理20世纪中叶后： 美国 弗洛丹斯坦 计算运动学机构发展的源泉：机构学理论机构学史上的三个学派中国机构学研究主要受俄苏学派和美国学派的共同影响，同时又彼此相互融合，逐渐形成了当前机构学研究的基本特色：重视基础理论研究。切比雪夫(1821-1894)勒洛(1829-1905)弗洛西斯坦(1926-2006)中国机构学的研究历史刘仙洲(1890 - 1975)中国第一部“机械原理”教材机械原理张启先(1925 - 2002)中国第一部空间机构学研究的专著高等机械原理黄真(1936 - )中国第一部并联机构学方面的专著并联机构学机器人的发展历程古代机器人机器人来源第一台机器人现代机器人公元前约10世纪，偃师发明艺妓公元前约3世纪，鲁班发明飞翔木鸟公元约2世纪，诸葛亮发明木牛流马robot一词出现于1920年捷克幻想剧罗莎姆的万能机器人中。Robot原为robota，意为奴隶