本书是“高等院校智能制造人才培养系列教材”之一，面向智能制造相关专业，目标是打造适合培养智能制造工程人才的教材体系，以培养适应智能制造发展需求的应用型人才。
本书主要介绍机器人技术的内涵和体系，以串联机器人为重点，涵盖串、并联和移动机器人的本体结构，机器人坐标系及其位姿描述，正向和逆向运动学分析，机器人的动力学分析，机器人内部和外部传感器的类型与工作原理，机器人的控制系统，关节空间和操作空间运动规划等核心内容。各章均按照思维导图、学习目标、问题导入、主要内容、本章小结、习题的结构编排。本书讲解深入浅出，并配有大量图片、MATLAB程序以及视频讲解，将抽象内容可视化。
本书可作为高等学校机器人工程、智能制造工程、机械设计制造及自动化、机械电子工程、自动控制和计算机应用等专业本科生和研究生专业课程的教材，同时也可为从事机器人研究和制造的科研及工程人员提供参考。
刘瑛，女，北方工业大学机械与材料工程学院副教授，硕士生导师。长期从事机器人及其零部件的设计与研究、机械制造装备与技术的研究工作。在一线教授《机器人设计与实践》《 MATLAB 语言及其应用》《机械概论》等课程长达近二十年，并录制了机器人等课程的相关教学视频，在多所高校推广使用。
第1章 绪论 1
1.1 机器人的发展与定义 2
1.1.1 机器人发展简史 2
1.1.2 机器人的定义 6
1.2 机器人的组成与分类 7
1.2.1 机器人的组成 7
1.2.2 机器人的分类 9
1.3 机器人的技术参数 13
1.3.1 自由度 13
1.3.2 精度 14
1.3.3 工作空间 15
1.3.4 工作速度 15
1.3.5 承载能力 16
1.3.6 防护等级 16
1.4 机器人的应用与发展趋势 17
1.4.1 机器人的应用 17
1.4.2 机器人的发展趋势 18
1.5 机器人相关学科和课程 19
1.5.1 机器人相关学科 19
1.5.2 机器人相关课程 20
本章小结 21
习题 22
第2章 机器人本体结构 23
2.1 串联机器人的结构 24
2.1.1 驱动机构 24
2.1.2 传动机构 27
2.1.3 传动机构的定位与消隙技术 37
2.1.4 执行机构 40
2.2 并联机器人的结构 53
2.2.1 并联机构 53
2.2.2 并联机器人 54
2.3 移动机器人的结构 55
2.3.1 车轮式移动机器人 55
2.3.2 履带式移动机器人 56
2.3.3 步行机器人 57
本章小结 58
习题 58
第3章 机器人运动学分析 60
3.1 机器人位姿和坐标变换 61
3.1.1 位置与姿态 61
3.1.2 坐标变换 62
3.1.3 齐次坐标变换 65
3.1.4 左乘与右乘规则 70
3.2 串联机器人位姿分析 72
3.2.1 坐标系的建立 73
3.2.2 D-H参数及连杆坐标系变换矩阵的确定 75
3.2.3 运动方程 76
3.3 串联机器人运动学分析 76
3.3.1 正向运动学 77
3.3.2 逆向运动学 84
3.3.3 关于反解的讨论 91
本章小结 93
习题 94
第4章 机器人动力学分析 96
4.1 速度分析 97
4.1.1 速度雅可比 97
4.1.2 速度分析具体案例 102
4.2 静力学分析 104
4.2.1 力雅可比 104
4.2.2 静力学的两类问题 105
4.3 动力学分析 106
4.3.1 动力学分析基础和方法 106
4.3.2 拉格朗日方程 108
4.3.3 关节空间和操作空间中的动力学方程 113
本章小结 114
习题 114
第5章 机器人传感器 118
5.1 机器人传感器概述 119
5.1.1 机器人传感器的分类 120
5.1.2 传感器的性能指标 121
5.1.3 机器人传感器的要求 124
5.2 机器人内部传感器 125
5.2.1 位置传感器 125
5.2.2 速度传感器 131
5.2.3 加速度传感器 134
5.2.4 姿态传感器 136
5.3 机器人外部传感器 136
5.3.1 视觉传感器 137
5.3.2 听觉传感器 139
5.3.3 触觉传感器 141
5.3.4 接近与距离觉传感器 146
5.3.5 工业机器人的常用传感器 149
5.4 多传感器信息融合 150
本章小结 152
习题 152
第6章 机器人控制系统 154
6.1 机器人控制系统概述 155
6.1.1 机器人控制系统的构成 155
6.1.2 机器人的控制层次和特点 158
6.1.3 机器人典型控制方式 159
6.2 机器人位置控制 160
6.2.1 伺服驱动及其传递函数 160
6.2.2 单关节位置控制器的结构设计 167
6.2.3 单关节位置控制器的增益参数确定 171
6.2.4 单关节位置控制器误差分析 173
6.2.5 单关节位置PID控制 176
6.2.6 多关节位置控制 177
6.3 机器人力控制 179
6.3.1 力控制概述 179
6.3.2 阻抗控制 181
6.3.3 力/位混合控制 185
本章小结 187
习题 187
第7章 机器人运动规划 190
7.1 机器人运动规划概述 191
7.1.1 运动规划的基本概念 191
7.1.2 轨迹规划的一般问题 192
7.1.3 轨迹的生成方式及控制过程 193
7.1.4 关节空间和操作空间的轨迹规划 194
7.2 关节空间的轨迹规划方法 195
7.2.1 三次多项式插补 196
7.2.2 高阶多项式插补 199
7.2.3 多项式插补用于多点间轨迹规划 202
7.2.4 抛物线过渡的线性插补 206
7.2.5 抛物线过渡的线性插补用于多点间轨迹规划 209
7.3 操作空间的轨迹规划 213
7.3.1 空间直线插补 213
7.3.2 空间圆弧插补 215
7.3.3 机器人的末端姿态插补 221
7.3.4 操作空间轨迹规划的几何问题 224
本章小结 227
习题 227
参考文献 230
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