以攀达穹顶（Pantadome）为代表的“机构施工法”是通过撤除部分杆件使大跨度网格结构转变为可发生刚体位移的机构,然后将低空安装好的结构顶升或提升到设计构型的一种高效施工方法。本文以攀达穹顶为背景,对此类负载的铰接杆系机构开展四个方面的运动学理论研究。（1）为实现预定的刚体运动,研究将杆系结构转化为机构的杆件撤除方法,并提出了一种几何学的划分策略。以结构中所有杆件伸长量的平方和作为描述结构变形程度的指标,并将该指标表示为位移的二次型。求解该二次型矩阵的特征向量并选择那些特征值较小且与预定运动趋势方向夹角较小的特征向量来近似构造体系的刚体位移,可使结构在变形较小的情况下向目标构型（或安装面）运动。从初始（设计）构型开始,强迫体系按所构造的位移方向小幅度运动并逼近目标构型,通过评价局部变形的强弱来确定结构中可实施划分（撤除杆件）的区域。（2）为驱动杆系机构沿预定的刚体位移方向运动,从保证系统维持足够几何稳定性的角度来讨论驱动（顶升）杆的布置问题。给出了杆系机构从安装面到设计构型作最短距离运动的刚体位移方向求解方法。数学上,将顶升杆的增加描述为对系统所有机构位移模态对应的零特征值的正扰动。针对预定的刚体位移方向,通过分析增设的顶升杆对其特征值的最大扰动量来确定顶升杆的方向。比较对所有零特征值的最大扰动量大小,还可定量评价在不同节点处设置顶升杆的优劣。进一步对刚体运动路径上较多的代表性构型开展相同的分析,最终可确定顶升杆布置的最佳区域。（3）研究了负载杆系机构的运动路径规划问题。为保证体系仅产生刚体运动,基于有限元法建立了驱动杆伸长量之间的协调关系。采用最小二乘法和牛顿法,提出了杆系机构在两个给定构型间最短刚体运动路径的求解方法。为避免运动路径上杆系因负载而可能出现的不稳定现象,引入快速搜索随机树（RRT）法来规划系统的刚体运动路径。针对工程中攀达穹顶在安装面附近的目标构型未知的情况,通过对传统RRT算法的改进以保证在安装面附近搜索到多条可行构型。此外,在RRT方法中还引入了自适应策略以提高算法的采样效率。（4）针对自由度和杆件数量较大的杆系机构,提出了两种高效率的机构位移模态数值求解方法。第一种方法的基本思路是进行部分QR分解将平衡矩阵转化为上三角形的方阵,然后利用该方阵构成稀疏对称矩阵,再采用Lancsoz法求解该稀疏矩阵的零特征值及对应的特征向量,最后对特征向量进行正交变换便可得到杆系的机构位移模态。第二种方法则是通过乘以其转置矩阵将平衡矩阵转化为对称矩阵,于是机构位移模态成为该对称矩阵的零空间。考虑到零空间的存在使得该对称矩阵为病态矩阵,便利用LDL分解来近似计算零空间的机构位移模态。方法一中,Lancsoz法进行迭代运算时可避免绝大部分非零特征值及其特征向量的计算,故计算效率显著提高。而方法二的LDL分解是非迭代的,这也有效地提高了计算效率。