机械原理（第2版）课件1.2-机构史与机构学前沿

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)代表性的历史人物古希腊、中国、意大利古代机构BC5000以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古代机构水排（水力鼓风机）（晋朝）古代机构古代机构Antikythera机构（公元前1世纪）第二阶段（18世纪下—20世纪中）：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工业革命，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。瓦特通过专利改进发明的“双缸蒸汽机”近代机构纽可门蒸汽机7(1794，车床，英国)近代机构(1859，制冰机，法国)(1860，打印机)817701780176017901800181018201830欧洲文艺复兴瓦特蒸汽机大量的机械发明1840蒸汽驱动的拖拉机联合收割机农业机械脱谷机轧棉机蒸汽船蒸汽机车交通工具

制冷机热力机械水轮机煤气机动力机械精纺机纺织机械珍妮纺纱机动力织布机缝纫机编织机近代机构大量的机械发明17701780176017901800181018201830欧洲文艺复兴瓦特蒸汽机1840

空气压缩机蒸汽驱动的起重机、挖掘机、压路机采矿、建筑机械挖掘机盾构机铣切式采煤机颚式破碎机滚筒式印刷机照相机

机械式计算机信息机械近代机构19世纪到20世纪初的第二次工业革命，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。近代机构欧洲文艺复兴18401850186018701880189019001830德国狄塞尔发明二冲程内燃机，即柴油机混合器和电点火装置法国卡诺提出热机理论奠定内燃机发展的理论基础法国德罗夏提出四冲程内燃机原理德国奥托发明四冲程内燃机近代机构(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，机构的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

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纳米机械仿生机械与仿生机器人现代机构传统机构由如下三个部分组成：现代机构一般由如下四个部分组成：心脏、躯干、手大脑（眼睛）传统机构与现代机构的差异纵观机构发展史，许多机器的创新都源于机构的创新。指南车(差速齿轮机构)弓弩(柔性机构)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学的发展源泉|数力学基础Euler定理奠定了平面机构运动学分析的基础Reuleaux阐述了机构的符号表示法和构型综合Burmester开创了机构分析的运动几何学Freudenstein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分析与综合中数学与机构学力学与机构学

(MoonF.C.,SocialNetworksintheHistoryofInnovationandinvention,2014)机构学理论诞生于法国（为什么不是英国？）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，德国的勒洛发表机构学专著(安培，法国)(勒洛，德国)机构学的发展源泉|机构学理论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学的发展源泉|机构学理论机构学史上的三个学派切比雪夫(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，逐渐形成了中国机构学研究的特色：基础理论与工程实践并重机构学的发展源泉|学科交叉数学、力学的进展为机械理论提供了新的理论和计算方法横断科学为机械系统的分析、控制提供了指导思想和方法论机构学控制论信息论系统论数学力学物理非线性科学材料科学生物生命科学思考题为什么在机构发明方面处于长期领先的中国在近代会落后？机器人的发展越来越注重智能（含人工智能），那么机构还会体现出其应有的价值吗？机构学在智能制造（2025）中的前景如何？推荐的课外阅读书目CeccarelliM.Severalknownhistoricalfigurescontributedtomechanisms,HistoryofMechanismandmachineScience,Part2,London:Springer-Verlag,2008MoonFC.ThemachinesofLeonardodaVinciandFranzReuleaux,HistoryofMechanismandmachineScience,Part2,London:Springer-Verlag,2008YanHS.ReconstructionDesignsofLostAncientChineseMachinery．HistoryofMechanismandmachineScience,Parttwo,London:Springer-Verlag,2008YanHS,CeccarelliM.ProceedingsofH