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第1章 绪论1

1.1 创新设计1

1.2 基本概念5

1.2.1 机械装置的基本组成元素：构件与运动副5

1.2.2 运动链、结构与机构9

1.2.3 机械装置的简化表达10

1.2.4 自由度与约束11

1.2.5 结构分析与结构综合11

1.3 典型的机械装置12

1.4 几种常用创新设计方法的比较16

1.5 本书内容20

参考文献21

第2章 图谱法的雏形——精确约束设计原理24

2.1 自由度线与约束线24

2.1.1 自由度线25

2.1.2 约束线25

2.1.3 自由度（或约束）线图27

2.2 自由度（约束）的等效线28

2.3 冗余线35

2.4 自由度线图与约束线图之间的对偶关系——图谱法的萌芽39

2.5 基于图谱法的瞬时自由度分析46

2.5.1 自由度计算的基本公式46

2.5.2 自由度分析的图谱法47

2.5.3 实例分析49

2.6 本章小结53

参考文献54

第3章 线图分析法的数学基础55

3.1 自由度线与约束线的数学描述55

3.1.1 直线与Plücker坐标55

3.1.2 偶量与Plücker坐标57

3.1.3 直线与偶量的物理意义58

3.2 自由度线与约束线之间对偶关系的数学描述60

3.2.1 两直线的互易积60

3.2.2 直线与偶量的互易积61

3.2.3 两偶量的互易积61

3.3 自由度（约束）线图的数学描述62

3.3.1 线集、线簇及分类62

3.3.2 不同几何条件下的线集相关性判别64

3.3.3 线空间72

3.3.4 偶量空间77

3.3.5 自由度（或约束）等效线的数学解释79

3.3.6 子空间83

3.4 自由度线图与其对偶约束线图之间几何关系的数学描述84

3.4.1 线簇及偶量集的互易积84

3.4.2 Blanding法则的广义化85

3.4.3 对偶线（子）空间的求解86

3.5 自由度与对偶约束图谱89

3.5.1 自由度＆约束线空间图谱（只含直线及偶量）的绘制89

3.5.2 实例分析100

3.6 本章小结103

参考文献103

第4章 图谱法创新设计初探105

4.1 两个简单的构型设计实例106

4.2 同维子空间111

4.3 常见运动副的自由度＆约束线图117

4.3.1 简单运动副的自由度＆约束线图117

4.3.2 运动子链的自由度＆约束线图119

4.3.3 复杂铰链的自由度＆约束线图122

4.4 图谱法构造运动链126

4.4.1 特定约束作用下的运动副空间126

4.4.2 利用约束＆自由度线图构造运动链130

4.4.3 不同自由度＆约束线图下所对应的常用运动链132

4.5 运动副（或约束）空间的分解145

4.6 一个稍复杂的设计实例147

4.7 本章小结149

参考文献150

第5章 图谱设计的旋量解析151

5.1 旋量及其互易性152

5.1.1 旋量152

5.1.2 运动旋量和力旋量154

5.1.3 旋量的互易积157

5.1.4 特殊几何条件下的互易旋量对159

5.2 旋量系及其互易性163

5.2.1 旋量系的定义163

5.2.2 旋量系维数（或旋量集的相关性）的一般判别方法166

5.2.3 特殊几何条件下旋量系（旋量集）的维数——特殊旋量系168

5.2.4 旋量系的分类及其线图表达172

5.3 互易旋量系——自由度空间与约束空间187

5.3.1 互易旋量系187

5.3.2 旋量系与其互易旋量系之间的几何关系188

5.3.3 互易旋量空间线图表达及图谱绘制189

5.3.4 自由度空间与约束空间190

5.4 旋量空间中包含同维线子空间的条件192

5.4.1 理论基础192

5.4.2 设计实例194

5.5 本章小结196

参考文献196

第6章 典型机械装置的自由度＆约束线图199

6.1 机构自由度分析中的困难与困惑199

6.2 经典机构及其自由度＆约束线图208

6.3 可提供刚性约束的可拆连接218

6.4 一些典型的单自由度机械约束装置221

6.5 位移子群＆子流形与自由度＆约束线图之间的映射223

6.6 本章小结231

参考文献232

第7章 并／混联机械装置的创新设计235

7.1 并／混联机器及其应用235

7.2 并联机构中的旋量系及旋量空间239

7.3 并联机构的图谱化构型综合244

7.3.1 实用型并联机构的构型分布特征244

7.3.2 一般综合过程246

7.3.3 并联机构驱动副的选取248

7.3.4 构型综合实例250

7.4 混联装置的图谱化创新设计275

7.4.1 五轴混联机械装置的结构特点276

7.4.2 一种高灵活性五轴混联机床的构型综合实例280

7.5 本章小结285

参考文献285

第8章 柔性设计288

8.1 柔性机构及其应用288

8.2 与柔性有关的基本术语及主要性能指标290

8.3 材料选择292

8.4 加工方法概述293

8.5 基本柔性单元及其等效自由度（或约束）模型295

8.5.1 基本柔性单元295

8.5.2 基本柔性单元（对称结构）的等效自由度或约束模型295

8.6 常见柔性铰链及柔性机构的分类299

8.6.1 柔性铰链的分类与枚举299

8.6.2 常用柔性模块（机构）的分类305

8.7 柔性机构自由度分析的图谱法和解析法308

8.7.1 柔性机构自由度分析的图谱法309

8.7.2 柔性机构自由度分析的解析法310

8.8 柔性机构构型综合的图谱法314

8.8.1 构型综合的基本思路315

8.8.2 并联式柔性机构的构型综合320

8.8.3 串／混联式柔性机构的构型综合328

8.9 并／混联柔性机构构型设计的深层考虑329

8.9.1 简单全并联的实现条件329

8.9.2 柔性机构的混联实现335

8.9.3 柔性机构的驱动空间341

8.9.4 大行程柔性精微机构的构型综合345

8.10 柔性装置图谱化创新设计的应用实例348

8.10.1 一种模块化、可重构柔性教具的设计与使用348

8.10.2 柔性重力梯度敏感机构的概念设计353

8.11 柔性机构创新设计的几种主要方法概述355

8.11.1 与图谱法相关的几种设计方法355

8.11.2 其他几种构型设计方法358

8.12 本章小结361

参考文献361

附录A 柔度矩阵的建模与坐标变换367

A.1 柔度的坐标变换367

A.2 空间柔度矩阵的建模369

A.3 实例372

参考文献374