03機(jī)構(gòu)史與學(xué)前沿

1、 杠桿滑輪第一階段（公元前6000年18世紀(jì)中）：為機(jī)構(gòu)的啟蒙與發(fā)展時(shí)期 古代機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)輪軸(BC3500)(商，BC1500)(商，BC1000)(MIT博物館，自拍)歷史人物古埃及、希臘、中國(guó)、意大利古代機(jī)構(gòu)發(fā)明的代表人物5000年前已開始使用簡(jiǎn)單的紡織機(jī)械；晉朝時(shí)在連機(jī)椎和水碾中應(yīng)用了凸輪原理；西漢時(shí)應(yīng)用輪系傳動(dòng)原理制成了指南車和記里鼓車；東漢張衡發(fā)明的候風(fēng)地動(dòng)儀是世界上第一臺(tái)地震儀。目前許多機(jī)械中仍在采用的青銅軸瓦和金屬人字圓柱齒輪，在我國(guó)東漢年代的文物中都可以找到它們的原始形態(tài)。 我國(guó)古代在機(jī)械研制方面有許多杰出的發(fā)明創(chuàng)造。 中國(guó)古代機(jī)構(gòu)的輝煌歷史第二階段（18世紀(jì)下20世紀(jì)中）：

2、機(jī)構(gòu)學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科 18世紀(jì)初以蒸汽機(jī)的出現(xiàn)為代表產(chǎn)生了第一次產(chǎn)業(yè)革命，人們開始設(shè)計(jì)制造各種各樣的機(jī)械，例如紡織機(jī)、火車、汽輪船以及機(jī)床等。 瓦特發(fā)明的“雙缸蒸汽機(jī)” 近代機(jī)構(gòu)(Moon F.C., Social Networks in the History of Innovation and invention, 2014)機(jī)構(gòu)學(xué)理論的誕生機(jī)構(gòu)學(xué)理論誕生于法國(guó)和德國(guó)1794年，巴黎技術(shù)學(xué)院成立，機(jī)械原理進(jìn)入課堂1834年，安培發(fā)表運(yùn)動(dòng)學(xué)專著，標(biāo)志機(jī)構(gòu)學(xué)成為獨(dú)立學(xué)科1875年，勒洛發(fā)表機(jī)構(gòu)學(xué)專著(安培，法國(guó))(勒洛，德國(guó))近代機(jī)構(gòu)實(shí)例7(1794，車床，英國(guó))近代機(jī)構(gòu)的發(fā)展(1859，

3、制冰機(jī)，法國(guó))(1860，打印機(jī))19世紀(jì)到20世紀(jì)初的第二次產(chǎn)業(yè)革命，隨著內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了汽車、飛機(jī)等運(yùn)輸工具的出現(xiàn)和發(fā)展。 近代機(jī)構(gòu)的發(fā)展(1870年左右，汽車) 第三階段（20世紀(jì)下至今）：控制與信息技術(shù)催生現(xiàn)代機(jī)械 20世紀(jì)中后期，以機(jī)電一體化技術(shù)為代表，在機(jī)器人、航空航天、海洋艦船等領(lǐng)域開發(fā)出了眾多高新機(jī)械產(chǎn)品，如火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、航空母艦、深海探測(cè)器等 機(jī)器人國(guó)際太空站 航天飛機(jī)正在利用機(jī)械臂施 放哈勃空間望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)代機(jī)構(gòu)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械概念得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展：機(jī)件不再是剛體，加入柔性構(gòu)件，參與實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。利用光電、電磁物理效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞或運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換

4、或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作。機(jī)器內(nèi)部包含了大量的控制系統(tǒng)和信息處理傳遞系統(tǒng)。機(jī)器不僅能代替人的體力勞動(dòng)，還可代替人的腦力勞動(dòng)。除了工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的工業(yè)機(jī)器人，還有應(yīng)用在航空航天、水下作業(yè)、清潔、醫(yī)療以及家庭服務(wù)等領(lǐng)域的 服務(wù)型機(jī)器人?，F(xiàn)代機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)機(jī)械由如下三個(gè)部分組成：現(xiàn)代機(jī)械一般由如下四個(gè)部分組成：心臟、軀干、手大腦（眼睛）現(xiàn)代機(jī)構(gòu) 21世紀(jì)伊始，智能機(jī)械、微型機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)械的蓬勃發(fā)展，將促進(jìn)材料、信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化等領(lǐng)域的交叉與融合，進(jìn)一步豐富和發(fā)展機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)。 用光刻技術(shù)做成的微米尺寸的微機(jī)械 仿生機(jī)械與仿生機(jī)器人 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)縱觀機(jī)構(gòu)發(fā)展史，許多機(jī)器的創(chuàng)新都源于機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。指南車(差速齒輪

5、機(jī)構(gòu))弓弩(柔順機(jī)構(gòu))木牛流馬(飛輪助力機(jī)構(gòu))Watt蒸汽機(jī)(鉸鏈四桿近似直線機(jī)構(gòu))單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的演化V-2型內(nèi)燃機(jī) 星形內(nèi)燃機(jī)汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)空間開鏈結(jié)構(gòu)(大工作空間) Stewart平臺(tái)(大負(fù)載)Delta機(jī)器人(高速) 微納操作手(高精度)機(jī)器人操作手的演化機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)構(gòu)發(fā)展的源泉：數(shù)力學(xué)基礎(chǔ)瑞士數(shù)學(xué)家Euler提出了平面運(yùn)動(dòng)可看成是一點(diǎn)的平動(dòng)和繞該點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)的疊加理論，奠定了平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)。1875年德國(guó)的Reuleaux在其專著Kinematics of Machinery中闡述了機(jī)構(gòu)的符號(hào)表示法和構(gòu)型綜合。1888年德國(guó)的Burmester在其專著Kinemati

6、cs of Machinery提出了將幾何方法用于機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度分析，開創(chuàng)了機(jī)構(gòu)分析的運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)。20世紀(jì)后半葉，控制與信息技術(shù)促進(jìn)了機(jī)構(gòu)學(xué)的快速發(fā)展，特別是與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，大大提高了機(jī)構(gòu)分析與綜合過(guò)程中的計(jì)算效率。195060年代，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Freudenstein教授引入圖論描述機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；基于解析方法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與綜合，從而開辟了用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合的道路。線幾何、四元數(shù)、旋量理論、位移群、微分流形等現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具也相繼被引入到機(jī)構(gòu)的分析與綜合中。數(shù)學(xué)與機(jī)構(gòu)學(xué)力學(xué)與機(jī)構(gòu)學(xué) 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)發(fā)展或許是我們限定思維所難以展望的，但人們?cè)跈C(jī)械創(chuàng)新的漫漫征程

7、中所積累的機(jī)械設(shè)計(jì)及理論為我們提供了認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的基礎(chǔ)。19世紀(jì)： 德國(guó) 勒洛和布爾梅斯特 運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)派20世紀(jì)前： 俄蘇 切比雪夫和郭赫曼 齒輪嚙合原理20世紀(jì)中葉后： 美國(guó) 弗洛丹斯坦 計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)構(gòu)發(fā)展的源泉：機(jī)構(gòu)學(xué)理論機(jī)構(gòu)學(xué)史上的三個(gè)學(xué)派中國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)研究主要受俄蘇學(xué)派和美國(guó)學(xué)派的共同影響，同時(shí)又彼此相互融合，逐漸形成了當(dāng)前機(jī)構(gòu)學(xué)研究的基本特色：重視基礎(chǔ)理論研究。切比雪夫(1821-1894)勒洛(1829-1905)弗洛西斯坦(1926-2006)中國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)的研究歷史劉仙洲(1890 - 1975)中國(guó)第一部“機(jī)械原理”教材機(jī)械原理張啟先(1925 - 2002)中國(guó)第一部空間機(jī)構(gòu)學(xué)研究的專著高等機(jī)械原理黃真(1936 - )中國(guó)第一部并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)方面的專著并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)器人的發(fā)展歷程古代機(jī)器人機(jī)器人來(lái)源第一臺(tái)機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人公元前約10世紀(jì)，偃師發(fā)明藝妓公元前約3世紀(jì)，魯班發(fā)明飛翔木鳥公元約2世紀(jì)，諸葛亮發(fā)明木牛流馬robot一詞出現(xiàn)于1920年捷克幻想劇羅莎姆的萬(wàn)能機(jī)器人中。Robot原為robota，意為奴隸