运动学支架的优点是它可以以非常高的可重复性将一个刚体相对于另一个刚体定位，而不会过度约束刚体或引入不稳定性。它通过使用允许所需自由度所需的精确数量（和排列）的接触点来实现这一点——不多也不少。这就是运动学约束的原理，本文将展示如何将其应用到您的设计中。

在笛卡尔坐标系中，刚体具有六个自由度(6 DOF)，DOF是degrees of freedom的缩写。这些包括沿正交轴的三个平移和绕正交轴的三个旋转。在两个刚体之间引入接触点消除了它们之间的一个相对自由度。运动学支架使用 N 个接触点定位和定向刚体，以留下所需的自由度数：

DOF = 6 – N

多于N个接触点会导致不确定性和不稳定性。如果我们只是希望能够移动工作台（在X和Y中平移）并转动它（绕Z旋转），X平移，Y平移，Z旋转这是三个自由度，所以这需要 N=6–DOF=3 个接触点。

比如有一张桌子，但是桌子的四条腿长度略有不同，地板也不平整，因此三条腿的未知（不确定）和不同组合会在任何地方接触地板。

桌子不是设计成三腿稳定的，而是四条腿，所以当我们靠在上面时，它会前后摇晃。由于系统一开始就不是确定的，当它来回摇摆时——当我们向系统注入能量时——它会走向一个新的位置和方向。

这个简单的类比说明了适用于精密机械设计的重要概念。即使是像底板这样看似平坦的表面，在某种程度上也不是平坦的。固定在底板上的四个接触面并不是真正的共面。通过将它们用螺栓固定在一起，我们迫使它们顺应、变形、应变。这可能会产生一些不良影响：

1. 零件的功能可能会受到影响：在自由形式下同轴的轴承孔可能未对准；子组件上的零件可能会变形。
2. 应变能内置于系统中。由于它受到操作和环境负载（冲击、振动或热梯度）的影响，因此可以释放这种应变能。螺栓连接可能会松动。导致性能恶化得越来越快。
3. 初始位置是不确定的。如果系统有意或无意地受到外部干扰，它会回到一个稍微不同的、不确定的位置。

运动学支架的优点是，根据定义，它不会受到过度约束。我们不会内置会影响性能的失真或会导致性能随时间发生令人沮丧的变化的应变能量。

就我们选择控制的自由度而言，位置和方向也是确定的。

如果我们仔细选择和安排我们的运动学约束点，安装座也是稳定的，并且能够抵抗冲击、振动、热效应和其他负载。

运动安装的三个基本构建块可以以各种形式组合以实现您的设计目标：

1. 平面上的球体：1个接触点，5 个自由度（3个旋转，2个平移）
2. V槽上的球体：2个接触点，4 个自由度（2个旋转，1个平移）
3. 三面体插座中的球体：3个接触点，3 个自由度（3个旋转）

这些经典形式有多种变体。但这三个基础对于以下方面都很重要：

开发实际应用，以及发展你对运动学约束的理解。

组件特征不需要是完美的尺寸或形式[1]：球不需要是精确的直径；V形不一定是精确的角度；并且平面不需要平行于某些参考

但是表面应该在预期的运动范围或接触区域上是光滑的。

[1]此例外仅适用于表面本身。如果它与其他几何形状相结合，例如调整螺钉的球端，则几何公差（例如球与螺钉轴线的同心度）很重要。如果它被抵消，则可能会引入周期性变化。在稍后关于调整的讨论中会详细介绍这一点。）