Máy móc
Các máy móc đơn giản

Ý tưởng rằng một cỗ máy có thể được phân rã thành các phần tử có thể chuyển động đơn giản hơn đã khiến Archimedes định nghĩa đòn bẩy, ròng rọc và trục vít là những cỗ máy đơn giản. Đến thời kỳ Phục hưng, danh sách này tăng lên bao gồm bánh xe và trục, nêm và mặt phẳng nghiêng. Cách tiếp cận hiện đại để mô tả đặc tính của máy tập trung vào các thành phần cho phép chuyển động, được gọi là khớp nối.
Wedge (rìu tay): Có lẽ ví dụ đầu tiên về một thiết bị được thiết kế để quản lý quyền lực là rìu cầm tay, còn được gọi là biface và Olorgesailie. Một chiếc rìu cầm tay được làm bằng cách mài đá, thường là đá lửa, để tạo thành một cạnh hai mặt, hoặc hình nêm. Nêm là một máy đơn giản biến lực ngang và chuyển động của dụng cụ thành lực tách ngang và chuyển động của phôi. Sức mạnh sẵn có bị giới hạn bởi nỗ lực của người sử dụng công cụ, nhưng vì sức mạnh là sản phẩm của lực và chuyển động, nêm khuếch đại lực bằng cách giảm chuyển động. Sự khuếch đại này, hay lợi thế cơ học là tỷ số giữa tốc độ đầu vào và tốc độ đầu ra. Đối với một cái nêm, giá trị này được cho bởi 1 / tanα, trong đó α là góc chóp. Các mặt của hình nêm được mô hình hóa dưới dạng các đường thẳng để tạo thành khớp trượt hoặc khớp lăng trụ.
Đòn bẩy: Đòn bẩy là một thiết bị quan trọng và đơn giản khác để quản lý lực. Đòn bẩy là một vật thể xoay trên một điểm tựa. Vì vận tốc của một điểm ở xa trục lớn hơn vận tốc của một điểm gần trục nên các lực tác dụng ở xa trục được khuếch đại gần trục bằng sự giảm tốc độ liên quan. Nếu a là khoảng cách từ trục quay đến điểm đặt lực đầu vào và b là khoảng cách đến điểm đặt lực đầu ra thì a / b là lợi thế cơ học của đòn bẩy. Điểm tựa của đòn bẩy được mô phỏng như một khớp bản lề hoặc khớp quay.
Bánh xe: Bánh xe là một máy móc quan trọng, chẳng hạn như một cỗ xe. Một bánh xe sử dụng định luật đòn bẩy để giảm lực cần thiết để thắng ma sát khi kéo một tải trọng. Để thấy điều này, chú ý rằng ma sát liên quan đến việc kéo một tải trọng trên mặt đất xấp xỉ với ma sát trong một ổ trục đơn giản hỗ trợ tải trọng lên trục của bánh xe. Tuy nhiên, bánh xe tạo thành một đòn bẩy giúp phóng đại lực kéo để nó vượt qua lực cản ma sát trong ổ trục.
Việc phân loại các loại máy đơn giản để đưa ra chiến lược thiết kế các loại máy mới được phát triển bởi Franz Reuleaux, người đã thu thập và nghiên cứu hơn 800 máy cơ bản. Ông nhận ra rằng các máy móc đơn giản cổ điển có thể được tách thành đòn bẩy, ròng rọc và bánh xe và trục được tạo thành bởi một cơ thể quay quanh bản lề, và mặt phẳng nghiêng, nêm và vít tương tự như một khối trượt trên một mặt phẳng.
Máy móc đơn giản là những ví dụ cơ bản về chuỗi động học hoặc liên kết được sử dụng để mô hình hóa các hệ thống cơ khí khác nhau, từ động cơ hơi nước đến người điều khiển robot. Các ổ trục tạo thành điểm tựa của đòn bẩy và cho phép bánh xe, trục và ròng rọc quay là ví dụ về một cặp động học được gọi là khớp bản lề. Tương tự, mặt phẳng của một mặt phẳng nghiêng và nêm là những ví dụ về cặp động học được gọi là khớp trượt. Trục vít thường được xác định là cặp động học riêng của nó được gọi là khớp xoắn.
Nhận thức này cho thấy rằng chính các khớp, hoặc các kết nối cung cấp chuyển động, là các yếu tố chính của máy móc. Bắt đầu với bốn loại khớp là khớp quay, khớp trượt, khớp cam và khớp bánh răng và các khớp liên quan như dây cáp, dây đai, có thể hiểu máy là một tập hợp các chi tiết rắn kết nối các khớp này gọi là cơ cấu.
Hai đòn bẩy, hoặc tay quay, được kết hợp thành một liên kết bốn thanh phẳng bằng cách gắn một liên kết kết nối đầu ra của một tay quay với đầu vào của một tay quay khác. Các liên kết bổ sung có thể được gắn để tạo thành liên kết sáu thanh hoặc nối tiếp để tạo thành rô bốt.