传统的机械式工程机械，如机械式挖掘机等，具有挖掘力大、经久耐用等优点，为社会经济建设和发展做出了卓越的贡献，但由于自身结构的限制，难以实现复杂灵活的动作；液压式工程机械，如液压式挖掘机和液压式装载机等，具有结构简单紧凑、输出轨迹灵活多变等优点，但也存在着液压系统零部件加工装配要求比较高，维护保养比较困难不宜在高温或低温环境下工作等缺点。

 

　　工程机械是重装备工业的重要组成部分，在农田、水利、交通、市政建设维护和各类综合性机械化施工方面做出了卓越的贡献。但现有的工程机械产品存在一些不足之处。以其典型产品挖掘机为例，它主要分成液压式挖掘机和机械式挖掘机两种类型：如液压式挖掘机具有结构简单紧凑，可实现灵活多变的输出规律等优点，被广泛采用但是这类挖掘机存在着液压系统零部件加工装配要求高，维护保养困难，不适合在恶劣环境下工作等缺点。正因如此，液压式挖掘机多为中小型，在矿山、露天采掘等场合依然使用传统的机械式挖掘机。机械式挖掘机具有效率高，寿命长，能适应恶劣的工作环境等特点。但这类传统的挖掘机由于自身结构限制，不易完成灵活多变的挖掘动作，难以在有柔性化输出要求的工作场合获得应用，装载机，它是工程机械中生产、销售和市场需求量最大的产品，其主要任务是对各类松散物料进行伊装作业。同样，现有液压式装载机亦存在液压系统零部件要求高、寿命不长、漏油等缺陷。

 

　　多自由度可控机构是机械技术和电子技术融合产生的新型机构，其输出规律由多个可编程控制的驱动电机共同确定。而各驱动电机的位移、速度、加速度等运动学参数由计算机所控制。因此，通过编写各类控制程序就可轻松地实现整个机构灵活多变的输出规律。而且，因为这类机构具有外转动副驱动、闭链传动的特点，其驱动电机均可放置于基座处，能有效避免了串联机械手的驱动装置大都安装在各个关节处，导致的刚性差、惯量大、关节误差累计等问题。因此，二十世纪九十年代以来，众多学者对这类新型机构进行了大量深入地研究，获得了众多的成果。如：可控机构的构型分析、运动学综合、动态优化综合、概念设计等，以及可控压力机的研究混合驱动可控机构的研究，混合驱动机械系统的研究等。

 

　　国内外学者对可控机构展开了很多研究，但到目前为止，还多是针对某种特殊的可控机构（如：两自由度五杆可控机构）的研究。可供工程实际应用的机构构型还很少，且多集中在平面可控机构领域。要形成有关可控机构比较系统完善的设计和分析体系，还需要更多更长时间地积累。更为重要的是，此类机构结合工程实际应用的研究还较少，仅在印刷机械、压力机械等方面取得了一定的应用成果。比如，应用可控机构的打印机和印刷机械等天津大学等在混合驱动可控压力机的研究方面取得了较好的成果但由于这类新型机构构型多，结构复杂，学科交叉特性突出，要充分发挥这类新型机构优点，在工程领域得到广泛的应用，还必须继续进行大量的研究工作。在此基础上，进一步开展空间可控机构的研究，面向任务的机构综合研究，积累大量面向工作任务的机构型综合方法和构型，是推动这类机构研究发展，充分发挥其潜力的有效途径。

 

　　变胞机构是二十世纪九十年代，英国伦敦大学国王学院戴建生教授等人在研究可折叠式纸盒和工艺品机构时发现的一类新型机构，具有多功能阶段变化、.多拓扑结构变化、多自由度变化等特征。变胞机构由于其适应性和可重构性，尤其适应于在不同工作阶段完成不同工作任务等要求。该发现获得了1998年在亚特兰大召开的ASME第25界机构学双年度最佳论文奖，并列入20世纪90年代获奖的四篇论文之一。这类新型机构提出后，引起了国际机构学界的广泛关注，在2000年引申出变胞正交机构，国内外机构学界对变胞机构也产生了浓厚的兴趣，众多学者都对这类机构展幵了积极研究，如：变胞机构综合研究、变胞原理、变胞方式、构态分析和变胞机构的应用研究、变胞探测车变胞灵巧手、但是，有关变胞机构的研究工作多集中在描述变胞机构的数学方法和工具、机构的运动学与动力学等方面。获得更多面向任务的变胞机构型综合方法和可供设计者选用的变胞机构构型，是促进变胞机构获得更广泛实际应用所迫切需要研究的内容，也是推动变胞机构研究取得深入发展的必要工作，这已成为国内外变胞机构研究者的共识。若将多自由度可控机构以及具有变胞功能的可控机构应用于工程机械，将可能产生一类新型多自由度可控机构式工程机械产品。它在能克服传统机械式工程机械动作简单的缺点的同时，依然保持传统机械式工程机械的大功率和可靠性等优点。同时，这类新型工程机械还能克服现行液压式工程机械液压传动零件要求高、易漏油、可靠度难保证等不足。即，此类新型可控机构式工程机械具有现在机械式和液压式产品的共同优点，同时克服二者的不足。而且，由于是通过控制电机驱动，连杆传动，这类新型工程机械可为混合动力以及纯电动工程机械产品旳研发与应用提供一定参考和借鉴，前景非常美好。

 

　　概念设计是产品创新设计的最初步骤，是根据产品具体的工作特点，以市场需求分析为出发点进行的产品功能创造、分解以及设计，进而满足功能及其结构要求的工作原理，最终实现工作原理的系统化设计。概念设计是创新设计的一个重要阶段，主要包括市场需求分析、产品功能确定、产品工作机理的确定和工艺动作过程的构思等。对于机构的概念设计，其最主要的内容是机构的构型综合，也称为型综合。型综合的定义为：在给定的自由度数和性质的条件下，确定机构的具体构型。初期的型综合研究多是针对平面机构，综合出了如瓦特连杆和史蒂芬逊连杆等。在空间机构方面，学者们研究了包括六自由度串、并联机器人机构，冗余自由度、少自由度机器人机构等，设计出了班尼特机构、萨鲁斯机构、3-RPS并联机构和Delta机构等。

 

　　上海交通大学高峰给出了自由度数从二到五的一些列并联机构构型；通过螺旋理论综合出了可实现三维平动一维转动的四自由度并联机构和三自由度平面、球面并联机构。Herv6用位移子群研究了机构的结构特性，并提出了基于李群理论的研究刚体位移的方法；李秦川、黄真基于李群综合出了三维转动两维平动的五自由度并联机构]建立了少自由度并联机构综合和分析微分几何方法；金琼、杨廷立等基于单开链单元方法综合出了三维平移一维转动并联机器人机构。虽然国内外对机构型综合进行了很多研究，但针对挖掘机或装载机等输出动作的多自由度可控机构型综合研究至今尚未见报道。

 

　　针对并联机构的特点，国内外不少专家和学者还做了大量的研究工作，获得了丰富的科研成果：高峰等对一种仅含有转动副的R-CUBE并联解親机器人进行分析，提出了一种改进的模型来避免这种冗余约束，并对奇异性问题进行了探讨；吴孟丽等对新型并联机构TAM进行了研究，求解了其运动学正逆解关系，并以雅克比矩阵的条件数为指标，证明了此机构在减少一条主动分支的情况下与SKM400有相似的运动学性能；