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根据机构的拓扑结构创新设计理论和方法的研究，将操作机结构设计综合的研究方法分为以下几种:位移子群的方法、方位特征的方法、GF集的构型理论和螺旋理论的方法等。
基于位移子群的方法:并联机构的期望自由度确定，用机构位移流{M}描述相应的动平台运动，再生成分支上的位移流{Li}，求得满足{M}={Li}的几何条件，即保证了并联机构的结构特性。两相对运动的构件的方位特征具有非瞬时性，和机构的形位无关，但是限制了机构仅能用于李群李代数结构。对于不具有此结构的机构，可以用位移子流形反映两构件的相对运动生成的非瞬时方位特征。此方法使用的数学方法较为复杂。
基于方位特征集的方法:自由度和方位特征集是已知的，对其支路建立方位特征矩阵Mbi ( Mbi=MPa)，然后对支路的类型进行综合(Ma=MJi)，最终得出最少支路数，将并联支路进行组合，并进行并联支路的方位配置，检验自由度，得到期望的并联机构。采用方位特征集的方法可得到非瞬时机构，机构具有普遍性，可以求得任意几个回路机构的具有非瞬时性的自由度，其几何意义明确而且数学工具较简单，具有广泛的适应性。
基于GF集的构型理论:构型的维数特征作为其性能指标，它表示机构末端的特征。通过GF，集来描述其末端特征，用GF，集建立机构构型和目标之间的关系。以操作机的主运动为研究对象，根据驱动特点设计出多种平面构型，然后将平面机构依据受力左右对称性设计为空间机构，由此得出次运动支链，最后通过不同支链可组成多种操作机的构型。
基于螺旋理论的机构型综合:机构中的运动副都可用基本运动副(移动副、转动副)表达:圆柱副可用一个移动副及一个共轴的转动副表示;球面副可以用三个汇交且不共面的转动副来表示，万向铰链可用两个相交的转动副表示。先已知机构期望运动的基础螺旋系，列出分支的基础螺旋系。再合理的设定分支坐标系，求出该运动链的相应的反螺旋，从而得出分支上的约束螺旋系。再确定在参考坐标系下的约束螺旋系，机构动平台被约束的个数就是其最大线性无关数，由此得到自由度数。最后检查机构是否为瞬时机构，若动平台的约束螺旋系不改变则机构是非瞬时的，这样综合出的机构是合理的。
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