本书由西安交通大学徐海波、董霞教授编著，较为系统地介绍了机器人的基础理论知识。章节后设有小节和习题，有利于读者对各章知识的学习和理解。本书适用于高校机器人工程、机械、自动化等专业学生学习使用。

本书较为系统地介绍了机器人学的基础理论知识，主要内容是工业机器人的设计、建模与控制，包括：绪论、机器人结构设计基础、物体的空间描述与坐标变换、机器人运动学、机器人静力学和动力学、机器人的传感系统、机器人的轨迹规划、机器人的控制和机器人编程语言及编程系统，最后通过工业机器人设计与应用实例介绍了三种机器人设计。各章后给出了本章小结，有利于读者对各章知识的学习和理解。本书可作为高等学校机械工程、智能制造等相关专业高年级本科生培养的教材或参考书，也可供相关技术人员参考。

目录1绪论(1)1.1机器人的发展历史(1)1.1.1机器人名称的由来(1)1.1.2古代“机器人”——现代机器人的雏形(2)1.1.3现代机器人的发展历史(3)1.2机器人的定义与分类(9)1.2.1机器人的定义(9)1.2.2机器人的分类(9)1.3工业机器人的系统组成与性能要素(13)1.3.1工业机器人的系统组成(13)1.3.2工业机器人的性能要素(14)1.4机器人技术应用与发展展望(15)1.4.1机器人的应用领域(15)1.4.2我国机器人研究简况(15)1.4.3我国工业机器人的发展与应用现状(18)1.4.4机器人技术的未来应用与发展展望(20)本章小结(21)著名人物介绍(21)习题(22)2机器人结构设计基础(24)2.1工业机器人的坐标构型(24)2.2工业机器人机身和手臂(26)2.2.1机身设计(28)2.2.2机身驱动力与力矩计算(30)2.2.3手臂设计(31)2.2.4机身和手臂设计应注意的问题(34)2.3工业机器人的腕部和手部(35)2.3.1工业机器人的腕部(35)2.3.2工业机器人手部的作用与分类(40)2.3.3夹钳式手部(41)2.3.4吸附式手部(44)2.3.5仿生多指灵巧手(45)2.4工业机器人的驱动与传动系统(47)2.4.1驱动器的类型和特点(47)2.4.2驱动器的选择和安装(52)2.4.3机器人传动机构(52)2.5工业机器人的系统设计(56)本章小结(57)习题(57)3物体的空间描述与坐标变换(59)3.1刚体的位置和姿态表达(59)3.1.1点的位置表示(59)3.1.2刚体姿态的表示(60)3.1.3位姿的统一表示(62)3.2坐标变换(62)3.2.1坐标系的平移变换(62)3.2.2坐标系的旋转变换(63)3.2.3“旋转+平移”的复合变换(63)3.3齐次坐标变换(64)3.3.1齐次坐标(64)3.3.2平移齐次坐标变换(65)3.3.3旋转齐次坐标变换(65)3.3.4“旋转+平移”的复合齐次坐标变换(66)3.3.5相对变换(68)3.4物体的变换及逆变换(69)3.4.1物体的位置和变换(69)3.4.2复合齐次坐标变换(71)3.4.3齐次坐标变换的逆变换(71)3.4.4机器人坐标系命名及其变换(72)3.5通用旋转坐标变换(73)3.5.1绕过原点轴线的通用旋转坐标变换(74)3.5.2等效转角与转轴(75)3.5.3绕不过原点轴线的通用旋转坐标变换(76)3.6机器人末端执行器姿态的其他描述方法(77)3.6.1末端执行器姿态的欧拉角表示(77)3.6.2末端执行器姿态的单位四元数(欧拉参数)表示(79)本章小结(80)习题(81)4机器人运动学(83)4.1机器人运动学研究的对象及问题(83)4.1.1运动学研究的对象(83)4.1.2运动学研究的问题(83)4.2机器人连杆、关节和相关参数(84)4.2.1连杆与关节的定义(84)4.2.2杆件参数的定义(85)4.2.3机器人连杆坐标系的建立(87)4.3相邻连杆坐标系变换与机器人运动学方程(89)4.3.1相邻连杆坐标系变换(90)4.3.2机器人运动学方程(90)4.3.3PUMA560机器人正向运动学分析(91)4.3.4Stanford机器人运动学方程的建立(93)4.3.5DH坐标系的两种建立方法(96)4.4运动学逆问题(100)4.4.1运动学逆解的存在性(100)4.4.2逆运动学的可解性与求解方法(102)4.4.3运动学逆问题的解法(103)4.5运动学方程的其他描述(109)本章小结(109)习题(109)5机器人静力学和动力学(111)5.1机器人静力学与动力学问题(111)5.2机器人雅可比矩阵(112)5.2.1雅可比矩阵定义(112)5.2.2机器人雅可比矩阵构造方法(114)5.2.3机器人的逆速度雅可比矩阵(119)5.3机器人静力学(120)5.3.1机器人中的静力和力矩平衡(120)5.3.2机器人的力雅可比矩阵(121)5.3.3机器人的静力计算(123)5.4机器人动力学概述(126)5.4.1机器人动力学研究的目的(126)5.4.2机器人动力学研究的问题(126)5.4.3动力学研究方法(126)5.5二连杆机器人的拉格朗日方程(127)5.5.1刚体系统的拉格朗日方程(127)5.5.2二连杆机器人的拉格朗日方程(132)5.6机器人的拉格朗日方程的一般表达形式(135)5.6.1任意点的速度(136)5.6.2动能的计算(137)5.6.3势能的计算(139)5.6.4确定拉格朗日函数(139)5.6.5求动力学方程(140)5.7关节空间动力学与操作空间动力学(145)5.7.1关节空间动力学方程与操作空间动力学方程(145)5.7.2关节空间动力学与操作空间动力学间的关系(146)本章小结(146)著名人物介绍(147)习题(147)6机器人的传感系统(149)6.1概述(149)6.1.1传感器的种类(150)6.1.2机器人传感器的安装需求与选择(152)6.2机器人关节传感器(152)6.2.1位置与位移传感器(153)6.2.2角速度传感器(159)6.2.3加速度传感器(161)6.2.4力觉传感器(162)6.3机器人手部传感器(166)6.3.1接触觉传感器(166)6.3.2压觉传感器(167)6.3.3滑动觉传感器(167)6.3.4力觉传感器(169)6.4机器人环境识别传感器(170)6.4.1视觉传感器(171)6.4.2接近觉传感器(176)本章小结(177)习题(177)7机器人的轨迹规划(178)7.1机器人规划的基本概念(178)7.1.1机器人规划的概念(179)7.1.2路径与轨迹(180)7.2机器人轨迹规划的一般性问题(181)7.3关节空间的轨迹规划(183)7.3.1三次多项式轨迹规划(183)7.3.2五次多项式轨迹规划(187)7.3.3抛物线过渡的线性运动轨迹规划(189)7.3.4具有中间路径点且用抛物线过渡的线性运动轨迹(192)7.3.5高次多项式轨迹规划(192)7.4直角坐标空间的轨迹规划(196)7.4.1直角坐标空间的直线轨迹规划(196)7.4.2直角坐标空间的轨迹规划需要注意的问题(197)7.4.3基于动力学模型的轨迹规划(198)7.5轨迹的实时生成(198)7.5.1关节空间轨迹的生成(198)7.5.2直角坐标空间轨迹的生成(199)本章小结(199)习题(200)8机器人的控制(201)8.1机器人控制综述(201)8.1.1机器人控制系统的特点(201)8.1.2机器人控制系统的组成和功能(202)8.1.3机器人控制方式的分类(204)8.1.4机器人的主要控制变量(206)8.2机器人的位置控制(207)8.2.1位置控制问题(207)8.2.2位置控制器(二阶线性系统)模型(209)8.2.3工业机器人单关节的建模和控制(211)8.2.4基于直角坐标的控制(217)8.3机器人的力控制(219)8.3.1概述(219)8.3.2力传感器的设计、安装问题(219)8.3.3约束条件与约束坐标系(220)8.3.4力的控制(221)8.4机器人的位置和力混合控制(223)8.4.1以约束坐标系{C}为基准的直角坐标机器人位置和力混合控制方案(224)8.4.2应用在一般机器人上的位置和力混合控制器(225)本章小结(226)习题(226)9机器人编程语言及编程系统(228)9.1概述(228)9.2机器人编程方式(228)9.3机器人编程语言的基本要求和类别(231)9.4机器人语言系统的结构和基本功能(233)9.5常用的机器人编程语言(234)9.5.1机器人语言的发展历史(235)9.5.2AL语言(237)9.5.3VAL语言(240)9.5.4AML语言(242)9.6机器人的离线编程(244)9.6.1机器人离线编程的特点及相关软件(244)9.6.2离线编程系统的主要组成(246)本章小结(248)习题(249)10工业机器人设计与应用实例(250)10.1加油机器人(250)10.1.1加油机器人的工作特点(250)10.1.2加油机器人系统的组成(250)10.1.3加油机器人的结构设计(251)10.1.4加油机器人的控制系统(256)10.2油污清洗与涂层测厚机器人(257)10.2.1油污清洗与涂层测厚机器人的工作特点(257)10.2.2油污清洗与涂层测厚机器人的系统构成(258)10.2.3油污清洗与涂层测厚机器人的控制过程(260)10.3发动机自动上下料桁架机器人(263)10.3.1发动机自动上下料桁架机器人的设计背景(263)10.3.2发动机自动上下料桁架机器人的结构组成(264)10.3.3发动机自动上下料桁架机器人的控制系统设计(268)本章小结(272)参考文献(273)