機(jī)構(gòu)學(xué)研究生課程教學(xué)內(nèi)容改革思考

吳宇列，吳學(xué)忠，王　秀

(國防科技大學(xué)　機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖南　長沙　410073)

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機(jī)構(gòu)學(xué)研究生課程教學(xué)內(nèi)容改革思考

吳宇列，吳學(xué)忠，王秀

(國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖南長沙410073)

摘要：本文針對(duì)機(jī)械學(xué)科機(jī)構(gòu)學(xué)研究生課程存在的一系列問題，提出了對(duì)機(jī)構(gòu)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革的思考和探索。新教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合機(jī)構(gòu)學(xué)最新的研究成果，重點(diǎn)突出新的數(shù)學(xué)分析工具和新的機(jī)構(gòu)分析理論的引入，著眼典型機(jī)構(gòu)的全面分析。新的教學(xué)內(nèi)容對(duì)促進(jìn)機(jī)械學(xué)科研究生打牢基礎(chǔ)、拓寬視野、鍛煉能力等方面具有較好的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)學(xué)；研究生教育；教學(xué)內(nèi)容改革

一、概述

機(jī)構(gòu)學(xué)一般是指研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論科學(xué)，最早形成于18世紀(jì)下半葉的第一次工業(yè)革命時(shí)期，在原有機(jī)械力學(xué)的基礎(chǔ)上形成了早期機(jī)構(gòu)學(xué)獨(dú)立的體系和獨(dú)特的研究內(nèi)容，發(fā)展成為一門獨(dú)立的科學(xué)。20世紀(jì)，隨著新理論、新領(lǐng)域、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)生了深刻的變化，新的研究對(duì)象、研究內(nèi)容、研究方法不斷充實(shí)、完善和替換原有的理論體系，現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)理論體系逐步建立和發(fā)展起來[1-3]。

機(jī)構(gòu)學(xué)是機(jī)械學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在本科生的機(jī)械原理課程中已有一定的介紹。研究生的機(jī)構(gòu)學(xué)課程主要是在機(jī)械原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用高級(jí)的分析方法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的分析。在高校的研究生教學(xué)中，作為傳統(tǒng)學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，機(jī)構(gòu)學(xué)也存在不受重視的現(xiàn)象。國內(nèi)機(jī)構(gòu)學(xué)研究雖然取得了不少成就，相關(guān)的專著也不少，但是國內(nèi)研究生機(jī)構(gòu)學(xué)的教材還是比較少，能全面系統(tǒng)介紹現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)新理論、新方法、新發(fā)展的教材則更少。而目前現(xiàn)有的教材中，有些內(nèi)容與本科階段介紹的內(nèi)容重復(fù)，有些知識(shí)點(diǎn)則比較陳舊，關(guān)于新的數(shù)學(xué)分析工具、新的研究理論和分析方法、新型機(jī)構(gòu)的介紹等方面的內(nèi)容十分缺乏，已不能很好地適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的研究進(jìn)程。更加令人遺憾的是，目前在國內(nèi)高校中存在對(duì)研究生機(jī)構(gòu)學(xué)教學(xué)重視不足，教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容不夠明確，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫離等問題，影響和制約了機(jī)構(gòu)學(xué)的教學(xué)和科研工作。

本文針對(duì)目前機(jī)構(gòu)學(xué)教學(xué)中存在的問題，對(duì)研究生機(jī)構(gòu)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容改革做出了一些探索和思考。新的教學(xué)內(nèi)容在傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)研究理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的最新發(fā)展成果，加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，引入新理論、新方法、新技術(shù)，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用的能力，使研究生對(duì)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)有較好的了解，為他們將來從事機(jī)械學(xué)科的相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容改革總體思路

研究生機(jī)構(gòu)學(xué)傳統(tǒng)的課程體系也存在很多年，有其一定的合理性。新的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該以傳統(tǒng)課程體系為基礎(chǔ)，并根據(jù)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展的情況和機(jī)械學(xué)科研究生實(shí)際能力培養(yǎng)的需求來確定?？傮w的改革思想是：保持機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)的體系框架、結(jié)合現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的研究方向，引入新的數(shù)學(xué)工具、新的分析理論、新的研究熱點(diǎn)，并加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際分析和仿真能力的培養(yǎng)。

在總體思路的指導(dǎo)下，新的研究生機(jī)構(gòu)學(xué)的內(nèi)容主要安排為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)介紹、機(jī)構(gòu)分析方法與理論的介紹、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)構(gòu)的奇異性分析以及新型機(jī)構(gòu)的介紹等內(nèi)容。新內(nèi)容以傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析為主線，加強(qiáng)了新的數(shù)學(xué)分析工具的應(yīng)用，比如微分幾何、張量、圖論拓?fù)涞葦?shù)學(xué)工具；引入了新的機(jī)構(gòu)分析理論，比如旋量理論、奇異性分析理論、多體動(dòng)力學(xué)理論等；介紹機(jī)構(gòu)學(xué)的最新研究熱點(diǎn)，如柔順機(jī)構(gòu)、變胞機(jī)構(gòu)等；對(duì)多種典型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及奇異性分析進(jìn)行了全面分析。在實(shí)踐方面，重視研究生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)對(duì)實(shí)際機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，并要求學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)分析軟件，借助計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和仿真，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展的需求。

三、教學(xué)內(nèi)容改革的要點(diǎn)

(一)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用

機(jī)構(gòu)的分析離不開數(shù)學(xué)工具的支持，機(jī)構(gòu)分析的過程其實(shí)就是數(shù)學(xué)建模、求解的過程。因此，在機(jī)構(gòu)學(xué)課程中，應(yīng)該重視數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹。傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)分析一般采用代數(shù)、幾何的分析方法，但是隨著機(jī)構(gòu)越來越復(fù)雜，這種方法顯得越來越力不從心。同時(shí)，隨著機(jī)構(gòu)學(xué)研究的深入，各種新的數(shù)學(xué)工具不斷被引入，如微分幾何、張量、圖論，這些數(shù)學(xué)工具可以在某一方面極大地增強(qiáng)對(duì)機(jī)構(gòu)的分析能力，加深對(duì)機(jī)構(gòu)的全面了解。因此，在新的課程內(nèi)容中，要加強(qiáng)對(duì)這些新工具、新方法的介紹，使學(xué)生初步了解如何應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的分析，為將來從事相關(guān)的科研工作打下基礎(chǔ)。

微分幾何學(xué)是運(yùn)用數(shù)學(xué)分析的理論研究曲線或曲面在它一點(diǎn)鄰域的性質(zhì)，是研究一般的曲線和曲面在“小范圍”內(nèi)的性質(zhì)的數(shù)學(xué)分支。目前，微分幾何學(xué)的發(fā)展已經(jīng)超越了經(jīng)典微分幾何的限定，進(jìn)一步發(fā)展成為內(nèi)蘊(yùn)幾何和黎曼幾何，并形成了以李群李代數(shù)為代表的現(xiàn)代微分幾何理論[4]。近年來，微分幾何在機(jī)構(gòu)分析中開始得到重視和應(yīng)用，現(xiàn)代微分幾何理論作為機(jī)器人研究的數(shù)學(xué)工具有很多優(yōu)點(diǎn)，如坐標(biāo)不變性，高度概括性，很強(qiáng)的幾何洞察力等。國內(nèi)外學(xué)者將以李群李代數(shù)為代表的現(xiàn)代微分幾何理論用于機(jī)器人相關(guān)問題的分析與研究，并取得了一系列的研究成果[5]。鑒于微分幾何在現(xiàn)代機(jī)構(gòu)分析中的重要作用，本課程將對(duì)微分幾何基本理論進(jìn)行簡單的介紹，并在一些分析中進(jìn)行簡單的應(yīng)用，使學(xué)生初步了解機(jī)構(gòu)分析中如何應(yīng)用微分幾何理論。

圖論和拓?fù)鋵W(xué)也是近代數(shù)學(xué)的研究內(nèi)容，也是現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的重要數(shù)學(xué)工具。傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)分析常借助于機(jī)構(gòu)簡圖和文字描述對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，難以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)學(xué)的研究進(jìn)展緩慢，后來機(jī)構(gòu)學(xué)者們開始引入圖論的方法對(duì)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和分析。在機(jī)構(gòu)研究中，圖論用于表示運(yùn)動(dòng)鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其拓?fù)鋱D與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并且圖的表示我們可以用矩陣來代替，進(jìn)而采用數(shù)學(xué)的手段對(duì)機(jī)構(gòu)的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，可以大大方便對(duì)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的分析和計(jì)算。新課程內(nèi)容中將對(duì)圖論和拓?fù)鋵W(xué)知識(shí)進(jìn)行簡要介紹，然后把它們應(yīng)用到機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析中。通過分析和介紹，使學(xué)生了解如何采用圖論和矩陣的方法來分析機(jī)構(gòu)，增強(qiáng)他們的機(jī)構(gòu)分析能力。

(二)引入新的機(jī)構(gòu)分析理論

機(jī)構(gòu)學(xué)是一門理論性比較強(qiáng)的課程，機(jī)構(gòu)的建模與分析離不開各種理論指導(dǎo)。傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)分析一般采用圖解法、代數(shù)解析法。近些年，隨著機(jī)構(gòu)學(xué)研究的深入，很多新的理論分析方法開始出現(xiàn)，如旋量理論、機(jī)構(gòu)奇異性理論、多體動(dòng)力學(xué)分析方法等，這些分析方法使我們對(duì)機(jī)構(gòu)分析更為方便，對(duì)機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更加深入、更加全面，豐富了機(jī)構(gòu)學(xué)的理論體系。而這些新分析理論一般出現(xiàn)在一些學(xué)術(shù)期刊、專著中，在研究生教材中很少提及，使研究生對(duì)最新的機(jī)構(gòu)學(xué)理論缺乏了解。本文擬改革的新課程內(nèi)容中，將對(duì)這些內(nèi)容有詳細(xì)介紹。

旋量理論形成于19世紀(jì)，1900年R·S·Ball完成了經(jīng)典著作《旋量理論》。20世紀(jì)前半葉，幾乎無人問津旋量理論。1948年，F(xiàn)·M·Dimentberg在分析空間機(jī)構(gòu)時(shí)，才再次應(yīng)用了這個(gè)理論[6]。此后，旋量理論逐漸為機(jī)構(gòu)學(xué)所重視，得到迅速發(fā)展。與矢量法、D-H表示法相比，旋量理論更加強(qiáng)大，而且其理論基礎(chǔ)要求較低。在新課程內(nèi)容中，將系統(tǒng)全面地介紹旋量分析理論，內(nèi)容涉及旋量的基礎(chǔ)理論、相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)、旋量運(yùn)動(dòng)、旋量系的線性相關(guān)性及其反旋量，并且結(jié)合具體機(jī)構(gòu)介紹旋量分析在機(jī)構(gòu)分析中的應(yīng)用。

機(jī)構(gòu)的奇異位形，也稱機(jī)構(gòu)的特殊位形，一般是指機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)性能發(fā)生突變的位置，如機(jī)構(gòu)自由度發(fā)生改變、運(yùn)動(dòng)無法確定或機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)。在奇異點(diǎn)和奇異點(diǎn)附近，機(jī)構(gòu)的精度、剛度以及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能都變得很差，甚至機(jī)構(gòu)會(huì)遭到破壞。因此在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)機(jī)構(gòu)的奇異點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算，以避免或遠(yuǎn)離機(jī)構(gòu)的奇異點(diǎn)已成為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制中一個(gè)十分重要的問題。對(duì)串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)而言，其奇異位形的類型、復(fù)雜性和分析方法均不同，新教學(xué)內(nèi)容將結(jié)合典型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)構(gòu)奇異位形的類型、分析方法進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能分析的基礎(chǔ)。目前，機(jī)構(gòu)分析中比較經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)方法主要有牛頓-歐拉方程、拉格朗日方程、凱恩方程、阿沛爾方程等，但這些方法在分析多自由度機(jī)構(gòu)時(shí)往往比較復(fù)雜和困難。多體系統(tǒng)是分析和研究機(jī)械系統(tǒng)的最優(yōu)模型形式，能夠?qū)崿F(xiàn)一般機(jī)械系統(tǒng)最為全面的完整抽象、高度概括和有效描述。基于多體系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)是先進(jìn)制造技術(shù)、航空航天工業(yè)、人體和假肢等科學(xué)技術(shù)推動(dòng)下發(fā)展起來的一門新學(xué)科，在分析復(fù)雜的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面具有較好的應(yīng)用前景。新的教學(xué)內(nèi)容在介紹經(jīng)典動(dòng)力學(xué)分析方法的基礎(chǔ)上，引入多體動(dòng)力學(xué)分析理論，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析方法有比較全面的了解。

(三)加強(qiáng)對(duì)機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀的介紹

機(jī)構(gòu)學(xué)是一門相對(duì)比較傳統(tǒng)和古老的課程，但是隨著新理論、新制造工藝、新材料等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)學(xué)理論和應(yīng)用也獲得了極大的發(fā)展，各種新型機(jī)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，并且在各種領(lǐng)域開始得到應(yīng)用，使傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)煥發(fā)出新的活力和新的研究熱點(diǎn)。新的教學(xué)內(nèi)容將選取一些最近國內(nèi)外有較多研究，并且有較好應(yīng)用前景的典型新型機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹，主要包括柔順機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)構(gòu)、變胞機(jī)構(gòu)以及微納機(jī)構(gòu)等。通過介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分析方法和主要應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)有初步了解。

柔順機(jī)構(gòu)是用柔性關(guān)節(jié)替代傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副，利用自身柔性構(gòu)件的彈性變形而非剛性元件的運(yùn)動(dòng)來轉(zhuǎn)換力、運(yùn)動(dòng)或能量的一種新型免裝配機(jī)構(gòu)。柔順機(jī)構(gòu)在很多特殊應(yīng)用場(chǎng)合下有著廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上減少甚至消除了運(yùn)動(dòng)副，縮減了機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)目，極大減少機(jī)構(gòu)的重量以及加工、安裝的時(shí)間和費(fèi)用。由于沒有運(yùn)動(dòng)副，它幾乎不存在傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)中的間隙、摩擦、磨損及潤滑等復(fù)雜問題，從而可以提高機(jī)構(gòu)精度、增加可靠性、減少維護(hù)等[7]。

仿生機(jī)構(gòu)是由剛性構(gòu)件、柔韌構(gòu)件、仿生構(gòu)件以及動(dòng)力元件等人為實(shí)物組合而成的機(jī)械系統(tǒng)。仿生機(jī)構(gòu)學(xué)，即為一個(gè)介于“仿生學(xué)”和“機(jī)構(gòu)學(xué)”之間的學(xué)科。仿生機(jī)構(gòu)可以充分借鑒大自然中各種生物體自身巧奪天工、并且經(jīng)過億萬年進(jìn)化而成的行走、爬行、飛行、游動(dòng)等機(jī)構(gòu)，以提高人類機(jī)構(gòu)的性能。仿生機(jī)構(gòu)近年來已成為機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并且在軍用和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

變胞機(jī)構(gòu)代表了一類能從一種結(jié)構(gòu)形式變換到另一種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)構(gòu)或裝置。在結(jié)構(gòu)形式變換過程中，有效構(gòu)件發(fā)生變化改變了，自由度也可能發(fā)生變化。變胞機(jī)構(gòu)在1998年首次被提出，經(jīng)過國內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)者多年的研究，變胞機(jī)構(gòu)的研究取得了豐碩的成果，開辟了機(jī)構(gòu)學(xué)研究的一個(gè)新方向——機(jī)構(gòu)的可重構(gòu)性，變胞機(jī)構(gòu)學(xué)成為機(jī)構(gòu)學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，初步形成了變胞機(jī)構(gòu)學(xué)的理論體系，同時(shí)變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用也取得了初步成果[8]。

微納機(jī)構(gòu)是利用微機(jī)械加工技術(shù)和某些特殊功能材料，將機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)器、控制器、傳感器、電源等集成在一個(gè)微小空間內(nèi)發(fā)揮機(jī)械功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品。微納機(jī)構(gòu)不能簡單地理解為“傳統(tǒng)機(jī)械”的微型化，而是工作機(jī)理、材料特性、加工技術(shù)、測(cè)量方法、控制手段、連接方式等方面的巨大變化[9]。在微觀世界中機(jī)構(gòu)的類型、工作原理、驅(qū)動(dòng)方式和微小運(yùn)動(dòng)的測(cè)量等均有待深入研究，因而，微納機(jī)構(gòu)的研究前景十分廣泛，它是現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)重要的研究內(nèi)容[3]。

由于這些新型機(jī)構(gòu)在現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)中的重要地位和作用，新的教學(xué)內(nèi)容中將對(duì)這些機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容、基本分析方法等作簡要的介紹，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向有一個(gè)初步的了解。

(四)著重典型機(jī)構(gòu)的分析

機(jī)構(gòu)學(xué)是一門理論性和實(shí)際性都比較強(qiáng)的課程，它既要采用各種傳統(tǒng)和現(xiàn)代的機(jī)構(gòu)分析理論，也要針對(duì)具體的每個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。機(jī)構(gòu)學(xué)教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)理論來分析具體實(shí)際的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)類型林林總總，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)也是千變?nèi)f化，在眾多的機(jī)構(gòu)中，一些機(jī)構(gòu)具有一些特殊的代表性，能夠代表某類型機(jī)構(gòu)的一般特點(diǎn)，這些機(jī)構(gòu)稱為典型機(jī)構(gòu)。如四桿閉鏈機(jī)構(gòu)，五桿二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，三自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)、五自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)、六自由度stewart平臺(tái)等等。這些機(jī)構(gòu)，或者稍加改變的變形機(jī)構(gòu)，在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造行業(yè)中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)和應(yīng)用。新課程內(nèi)容中，都是以這些典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，如在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，分別以三自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和五自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)為例，介紹了串聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解的求解過程。在機(jī)構(gòu)的奇異性分析中，則以二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和六自由度stewart平臺(tái)為例，介紹了并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩種分類方法下的奇異位形分析。通過對(duì)這些典型機(jī)構(gòu)的分析，將分析過程具體形象化，更加方便學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的理解。同時(shí)，學(xué)生也可以舉一反三，把這些分析方法應(yīng)用到其他機(jī)構(gòu)的分析中，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際分析能力。

(五)加強(qiáng)研究生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)

任何一門課程的教學(xué)都不應(yīng)只停留在理論知識(shí)的講授，對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)也是課程教學(xué)中不可忽視的重要方面。在實(shí)踐教學(xué)方面，第一是要求學(xué)生較好地掌握所學(xué)理論知識(shí)并能應(yīng)用到實(shí)際機(jī)構(gòu)的分析中，第二是要求學(xué)生能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真分析軟件，如ADAMS，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。因此課程考核也采用大作業(yè)的方式進(jìn)行，不要求學(xué)生死記硬背理論和公式，而是要求他們?nèi)芜x一個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面的分析和計(jì)算機(jī)仿真，包括自由度的計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及其奇異性分析等，對(duì)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)具有較好的作用。

四、結(jié)論

機(jī)構(gòu)學(xué)是機(jī)械工程專業(yè)非?；A(chǔ)且非常重要的課程，但是該課程在機(jī)械學(xué)科研究生培養(yǎng)體系中沒有得到很好的重視，在教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面存在諸多問題。本文針對(duì)機(jī)構(gòu)學(xué)教學(xué)內(nèi)容存在的問題，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容的改革進(jìn)行了思考和探索。論文提出了機(jī)構(gòu)學(xué)研究生課程內(nèi)容安排的總體思路，在總體思路的指導(dǎo)下，提出了教學(xué)內(nèi)容改革的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面、新機(jī)構(gòu)理論方面、機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀方面、典型機(jī)構(gòu)分析以及能力培養(yǎng)方面。通過這些改革措施，新的教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)全面，結(jié)合最新研究進(jìn)展，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合，對(duì)促進(jìn)機(jī)械學(xué)科研究生機(jī)構(gòu)學(xué)的教學(xué)和加強(qiáng)研究生基礎(chǔ)和能力的培養(yǎng)具有積極的作用。新的課程內(nèi)容已在本校得到試用，受到選課研究生的認(rèn)可和歡迎，獲得了較好的教學(xué)效果。

(責(zé)任編輯：吳聲)

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Research on the Course Contents Reform of Mechanism for Graduates

WU Yu-lie, WU Xue-zhong, Wang Xiu

(College of Mechatronics Engineering and Automation, NUDT, Changsha 410073, China)

Abstract：Aiming at some critical problems in the teaching of mechanism, such as lacking of concerns and textbooks, the uncertainty of teaching goal and contents, the obsolescence of some knowledge, the repetition with undergraduate course and so on, this paper presents a research and exploration work on the course reform of mechanism for graduates majoring in mechanical engineering. The new course contents will contain latest achievements of mechanism with highlighting the introduction of new mathematical analysis tools and mechanism analysis theory, strengthening the comprehensive analysis of typical mechanisms, emphasizing the cultivation of the application ability for graduate students. The new content of this course can acquaint graduates majoring in mechanical engineering with the latest achievement of modern mechanism and cultivate their ability to analyze mechanisms with modern methods and tools.

Key Words：mechanism；graduate education；course contents reform

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9719(2016)4-0104-03

作者簡介：吳宇列(1972-)，男，湖南東安人，研究員，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)構(gòu)學(xué)、微機(jī)電械系統(tǒng)、精密工程等方面的教學(xué)和研究工作。

收稿日期：2016-01-29修稿日期：2016-02-25