机构学又称机构和机器科学（简称机械原理），是机械设计及理论学科的重要分支，是机械工程设计、制造、运行、维修的重要基础。本书介绍了近20年来国内外机构学的发展，内容涵盖拓扑机构学、基于约束螺旋理论的并联机构自由度分析、并联机构设计与应用、混合驱动机构、柔顺机构分析与设计、变胞原理和变胞机构、并联机构综合的微分几何方法、平面机构的分析与综合、凸轮机构的分析与综合、基元式机构创新设计、机构系统设计及机电一体化系统概念设计等。全书共有十三章，分别由中国（大陆、香港、台湾）和英国的11位著名华人机构学专家撰写，具有较大的参考价值。

该书适用于机械工程学科的研究生教学，对从事机械产品创新设计的科研工作者及工程技术人员亦有重大参考价值。

前辅文
第一章 中国机构学20年主要研究成果和发展展望
  1.1 引言
  1.2 机械学的内涵及其在科技发展中的作用
   1.2.1 机械学的内涵
   1.2.2 机构学的发展
   1.2.3 机构学是机械工程创新设计的基础
  1.3 中国机构学20年主要研究成果
   1.3.1 概述
   1.3.2 连杆机构的分析与综合理论和方法研究逐步深入，成果显著
   1.3.3 凸轮机构理论和应用研究初见成效
   1.3.4 机构系统设计和机械产品概念设计成为机构学新的分支
   1.3.5 深入开展机器人理论与技术研究，研究成果瞩目
   1.3.6 可控机构分析和综合的研究日益深化
   1.3.7 广泛深入地开展机构动力学研究
   1.3.8 机构学的发展大大推动了机械原理课程的改革
  1.4 机构学发展展望
   1.4.1 现代机构类型综合和机构设计的新理论新方法研究
   1.4.2 机构创新设计理论和方法的研究
   1.4.3 机构系统概念设计理论、方法及计算机辅助实现的研究
   1.4.4 微机构和微动机构的理论和应用研究
   1.4.5 仿生机构的研究和应用
   1.4.6 操作机器人机构和步行机机构的研究和开发
   1.4.7 机构和机械系统动力学的研究
   1.4.8 传统的典型机构的设计理论和方法研究仍需深入
  1.5 结论
  参考文献
第二章 现代机构拓扑结构学
  2.1 概述
   2.1.1 现代机械系统
   2.1.2 现代机构学
  2.2 串联机构拓扑综合
   2.2.1 串联机构的拓扑结构
   2.2.2 机构的方位特征矩阵
   2.2.3 串联机构方位特征方程
   2.2.4 串联机构的拓扑综合
  2.3 单回路机构的拓扑综合
   2.3.1 单回路机构的过约束性及其分类
   2.3.2 单回路机构的拓扑结构特征
   2.3.3 单回路机构的拓扑综合
   2.3.4 过约束回路的拓扑类型
  2.4 并联机构的拓扑结构特征
   2.4.1 并联机构的结构组成
   2.4.2 并联机构方位特征方程
   2.4.3 机构活动度
   2.4.4 机构耦合度
   2.4.5 基本运动链与变拓扑机构
   2.4.6 活动度类型与拓扑控制解耦性
  2.5 并联机构拓扑设计方法及其应用
   2.5.1 拓扑设计方法
   2.5.2 2T-2R并联机构拓扑设计
  2.6 小结
  参考文献
第三章 少自由度并联机器人机构学
  3.1 机构的自由度分析
   3.1.1 引言
   3.1.2 关于螺旋理论
   3.1.3 传统的Grübler-Kutzbach公式
   3.1.4 修正的Grübler-Kutzbach公式
   3.1.5 计算自由度的几条规则
   3.1.6 实例分析
   3.1.7 机构实现确定运动的条件
  3.2 对称少自由度并联机构的“约束螺旋综合理论”和型综合
   3.2.1 对称并联机构的综合原理
   3.2.2 四自由度和五自由度机构的综合
  3.3 少自由度并联机构的无限多的螺旋运动
   3.3.1 末端运动螺旋系的所有轴线在空间的分布
   3.3.2 主螺旋的节距
  参考文献
第四章 并联机构设计与应用
  4.1 概述
  4.2 并联机构研究现状
   4.2.1 并联机构构型
   4.2.2 并联机构性能评价指标
   4.2.3 并联机构设计方法
   4.2.4 并联机器人标定
   4.2.5 并联机构的应用
  4.3 并联机构的构型
   4.3.1 运动副类型
   4.3.2 运动支链类型
   4.3.3 机器人末端运动基
   4.3.4 机器人末端运动单元
   4.3.5 运动单元的运算
   4.3.6 GF集和机器人末端运动特征分类
   4.3.7 基于运动基与GF集的并联机构的构型
  4.4 并联机器人性能评价指标
   4.4.1 Jacobian矩阵
   4.4.2 机器人工作空间
   4.4.3 机器人奇异位形
   4.4.4 系统的解耦、各向同性和极值求解的数学基础
   4.4.5 速度各向同性和速度极值指标
   4.4.6 承载各向同性和承载能力极值指标
   4.4.7 变形刚度各向同性和变形刚度极值指标
   4.4.8 误差各向同性和误差极值指标
  4.5 空间模型与并联机构设计
   4.5.1 平面二自由度并联机器人的空间模型
   4.5.2 平面三自由度并联机器人的空间模型
   4.5.3 空间三自由度DELTA并联机器人的空间模型
   4.5.4 并联结构六维力与力矩传感器设计
  参考文献
第五章 混合输入机构
  5.1 可控机构的分类、应用及发展概况
   5.1.1 精确实现给定运动的研究概况与可控机构的分类
   5.1.2 可调机构
   5.1.3 变转速输入机构
   5.1.4 混合输入机构
  5.2 混合输入机构的构型设计问题
   5.2.1 混合驱动的特征
   5.2.2 二自由度机构构型
   5.2.3 平面连杆机构的结构学
  5.3 混合输入机构的运动学问题
   5.3.1 混合输入机构的可动性
   5.3.2 混合输入机构的工作空间
   5.3.3 混合输入机构的奇异性
   5.3.4 混合输入机构的轨迹特性
   5.3.5 混合输入机构的参数偏差影响与补偿
   5.3.6 混合输入机构的运动学设计
  5.4 混合输入机构的动力学问题
   5.4.1 混合输入机构的动力学建模
   5.4.2 混合输入机构的动平衡
   5.4.3 混合输入机构的动力学综合
  5.5 混合输入机构的运动规划问题
   5.5.1 混合输入机构的逆运动学
   5.5.2 混合输入机构的运动规划
  5.6 混合输入机构的控制问题
   5.6.1 混合输入机构的控制策略和控制方法
   5.6.2 混合输入机构的控制系统设计
  5.7 混合输入机构的实验研究与应用
   5.7.1 混合输入机构的实验研究
   5.7.2 混合输入机构的应用研究
  5.8 混合输入机构的研究展望
  参考文献
第六章 柔顺机构的分析与设计
  6.1 引言
  6.2 柔顺机构分析的伪刚体模型法
   6.2.1 梁的线弹性变形理论
   6.2.2 梁的大变形分析
   6.2.3 梁大变形分析的伪刚体模型
   6.2.4 其他柔性铰链的特征参数确定
   6.2.5 伪刚体模型法的应用实例
  6.3 柔顺机构的拓扑优化设计方法
   6.3.1 机构拓扑优化设计的基础结构法
   6.3.2 均匀化方法
  6.4 结束语
  参考文献
第七章 变胞原理和变胞机构的发展
  7.1 引言
  7.2 变胞机构的发展
  7.3 变胞原理和变胞特性
  7.4 变胞机构构态及演变的数学描述
  7.5 变胞机构的类型
  7.6 六面体抽象而出的空间变胞机构
  7.7 空间变胞机构的构态变化
  7.8 变胞灵巧手和手指运动平面
  7.9 变胞机构的发展和应用
  7.10 结论
  参考文献
第八章 并联机构综合的微分几何方法
  8.1 引言
   8.1.1 机构和机械系统科学的背景介绍
   8.1.2 工业自动化操作机构设计的历史和发展现状
   8.1.3 并联机构设计的文献综述
   8.1.4 并联操作机构的微分几何综合法的产生背景
  8.2 约束刚体运动的几何建模
   8.2.1 特殊欧氏群SE(3)及其Lie子群
   8.2.2 SE(3)的子流形和商空间
  8.3 串联机构运动学综合
   8.3.1 Lie子群运动链
   8.3.2 子流形运动链
  8.4 并联机构综合
   8.4.1 串联式子流形并联机构运动链综合
   8.4.2 闭环式子流形并联机构运动链综合
  8.5 结论
  参考文献
第九章 平面连杆机构的分析与综合
  9.1 概述
  9.2 平面连杆机构综合进展
   9.2.1 平面四杆机构综合进展
   9.2.2 平面多杆机构综合进展
  9.3 几种典型的平面连杆机构综合方法简介
   9.3.1 平面连杆机构尺度综合的精确点法
   9.3.2 平面连杆机构尺度综合的优化法
   9.3.3 平面连杆机构尺度综合的近似法
  9.4 平面连杆机构研究展望
  参考文献
第十章 现代凸轮机构分析与综合
  10.1 凸轮机构发展概况、分类和应用
   10.1.1 凸轮机构的发展概况
   10.1.2 凸轮机构的分类
   10.1.3 凸轮机构的应用
  10.2 凸轮机构的运动规律
   10.2.1 凸轮机构运动规律的概述
   10.2.2 运动参数的量纲为一化
   10.2.3 运动规律的特性值
   10.2.4 简谐梯形运动规律
   10.2.5 多项式运动规律
  10.3 平面凸轮机构的运动学分析
   10.3.1 复极矢量和平面啮合原理
   10.3.2 基本平面凸轮机构的轮廓及其压力角、曲率半径的计算……
  10.4 空间凸轮机构的运动学分析
   10.4.1 空间凸轮机构凸轮轮廓曲面的通用计算方法
   10.4.2 空间凸轮机构凸轮轮廓曲面压力角与曲率分析
  10.5 现代凸轮机构设计
   10.5.1 几何尺寸及轮廓曲线的设计
   10.5.2 凸轮机构的CAD/CAM
   10.5.3 凸轮机构的优化设计
   10.5.4 凸轮机构的反求设计
  参考文献
第十一章 基元式机构创新设计
  11.1 引言
  11.2 设计方法
   11.2.1 基本概念
   11.2.2 几何限制
   11.2.3 基本单元
   11.2.4 创新设计方法
  11.3 拓扑结构表示
   11.3.1 接头码
   11.3.2 图画表示法
   11.3.3 矩阵表示法
  11.4 结构分析
  11.5 结构综合
   11.5.1 综合步骤
   11.5.2 综合模式
  11.6 挠性传动机构
   11.6.1 基本概念
   11.6.2 结构分析
   11.6.3 结构综合
  11.7 差速机构
   11.7.1 结构分析
   11.7.2 结构综合
   11.7.3 讨论
  参考文献
第十二章 机构系统设计
  12.1 引言
  12.2 机构系统设计的框架和过程
  12.3 机械产品工作机理及其求解
   12.3.1 机器的工作机理
   12.3.2 机器工作机理的基本特征和分类
   12.3.3 机器工作机理分析和求解方法
  12.4 工艺动作过程—执行动作—执行机构的功能求解模型
  12.5 工艺动作过程的构思和分解
   12.5.1 工艺动作过程的构思
   12.5.2 工艺动作过程的分解
   12.5.3 动作组合的创新
  12.6 执行机构选型和机构知识建模
   12.6.1 机构的分类原则和方法
   12.6.2 动作的描述和机构属性表达方式分析
   12.6.3 机构知识库结构模型
   12.6.4 计算机编码原则
   12.6.5 知识存储
  12.7 机构系统的组成原理
   12.7.1 基于知识驱动的机构自动化选型与机构系统组成过程
   12.7.2 机构串联组合方案生成的计算机流程
   12.7.3 机构系统运动方案自动化设计方法
   12.7.4 机构系统计算机辅助方案设计实例
  12.8 机构系统的评价方法
   12.8.1 分层二阶模糊综合评价模型
   12.8.2 构造评价指标体系
   12.8.3 计算机辅助的多算子分层指标二阶模糊综合评价系统
  12.9 结束语
  参考文献
第十三章 机电一体化系统方案设计
  13.1 概述
   13.1.1 机电一体化系统的形成和发展
   13.1.2 机电一体化系统的定义
   13.1.3 机电一体化系统的研究状况
   13.1.4 机电一体化系统的组成
   13.1.5 机电一体化系统组成的新认识
  13.2 机电一体化系统应用和特点
   13.2.1 机电一体化系统的应用
   13.2.2 机电一体化产品的主要特点
  13.3 机电一体化系统方案设计过程模型及数学描述
   13.3.1 机电一体化系统设计过程模型的建立
   13.3.2 机电一体化系统设计过程的数学描述
  13.4 广义执行机构子系统的类型和设计
   13.4.1 传统执行机构
   13.4.2 广义执行机构
   13.4.3 广义执行机构的种类和基本特性
   13.4.4 驱动元件的机械特性和基本特点
   13.4.5 驱动元件与执行机构的匹配
   13.4.6 广义执行机构的运动方程式
  13.5 检测传感子系统类型和设计
   13.5.1 检测传感器的分类与基本要求
   13.5.2 位移检测传感器
   13.5.3 速度、加速度传感器
   13.5.4 力、力矩传感器和其他传感器
   13.5.5 传感器与微机的接口
   13.5.6 检测传感系统的设计原则
  13.6 信息处理及控制子系统的设计
   13.6.1 信息处理及控制子系统的基本构成
   13.6.2 信息处理及控制子系统的一般设计过程及内容
   13.6.3 微型计算机的种类
   13.6.4 主要控制方法
   13.6.5 控制系统的种类
   13.6.6 动作控制方式及其特点
  13.7 机电一体化系统设计示例
   13.7.1 线料自动切断机
   13.7.2 多功能缝纫机的横针机构
  参考文献

机械工程前沿著作系列