本教材在系统地介绍工业机器人的基础理论、关键技术和应用的基础上，将加强机器人机械本体的设计方法的讲解，重点介绍机器人在机构设计、规划、控制、仿真和应用等方面近期所取得的成果，以及在轻工业的应用与发展。本书可用作高等工科院校机电一体化、机械制造、自动化技术等专业工业机器人技术课程的教材，也可供从事机器人研究的科技工作者使用。通过我们编著的《工业机器人技术》教材，以期满足我们国家高等院校特色办学的需要。

“工业机器人及其应用” 是高等工科院校机械设计制造及其自动化专业、电气自动化专业及相关专业课程体系中一门重要的课程。随着科学技术的迅猛发展, 传统的机器人技术的内涵正在不断地发生变化, 同时各院校课程体系改革深入展开, 对外交流也日益增加, 这使得本课程面临着新的挑战。为了更好地适应机械设计制造及其自动化专业、电气自动化专业的发展, 以及培养人才的需要, 按照专业教学指导委员会推荐的指导性教学计划要求, 结合编者多年来的教学实践, 参考了大量的国内外相关文献, 由此编写而成本书。本书具有如下特点:1. 在名词术语、符号代号、单位量纲等方面, 全书始终贯彻执行新的国家标准。描述规范、科学统一。
2. 将工业机器人的结构设计、运动学和动力学分析、控制技术、总体设计和应用等方面的理论知识有机统一, 阐述由浅入深, 形成了工业机器人技术的知识体系, 符合认知规律。
3. 注重对基本概念和基本知识的理解和掌握, 突出原理的应用, 注重工程实际问题的分析和解决, 贴近实际应用。
4. 本书适应面广, 既可作为本科生教材, 也可作为高职高专学生教材; 既适用于机械设计制造及其自动化专业、电气自动化专业的学生, 也可供相关工程技术人员参考。
全书共八章, 主要内容包括: 绪论、机器人机械系统、机器人数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制系统、机器人轨迹规划、机器人设计方法和应用及其发展。
各章后备有习题, 便于读者自学。
参加本书编写的有袁夫彩(第1 章、第2 章、第8 章)、翟雪琴(第3 章、第4 章、第5 章第1~3 节)、王才东(第5 章第4~9 节、第6 章、第7 章)。本书由袁夫彩任主编, 翟雪琴和王才东任副主编。全书由袁夫彩统稿。河南工业大学刘保国教授担任主审。
教材编写是一项艰巨而又细致的工作。本书的编写得到了河南工业大学、郑州轻工业学院、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等单位有关方面的大力支持和帮助, 对此表示衷心的感谢! 本书参考了大量的国内外相关文献资料, 凝结着众多师长、朋友和亲人的心血, 在此向书中提到的, 以及未一一列出的, 为该书编写做出了无私帮助与支持的各位, 表示最真诚的谢意!由于编者水平有限, 书中不足之处在所难免, 敬请读者予以指正。
编　者

前言
第1 章　绪论 1
　1. 1　机器人的发展 1
　1. 2　机器人的定义、特征、结构和技术
参数 3
　1. 3　机器人的分类 5
　1. 4　机器人涉及的相关理论及技术 8
　1. 5　课程学习导引 8
　1. 6　本章小结 9
　习题 9
第2 章　机器人机械系统 10
　2. 1　机器人的机座 10
　2. 2　机器人末端操作器 14
　2. 3　机器人手腕 27
　2. 4　机器人手臂 32
　2. 5　机器人的驱动与传动 37
　2. 6　本章小结 42
　习题 42
第3 章　机器人数学基础 43
　3. 1　机器人位置和姿态的表示 43
　3. 2　齐次坐标与动系的位姿表示 45
　3. 3　齐次坐标变换 48
　3. 4　变换矩阵的逆变换 56
　3. 5　本章小结 60
　习题 60
第4 章　机器人运动学 61
　4. 1　机器人运动学方程的建立 61
　4. 2　机器人运动学方程的分析 66
　4. 3　典型机器人运动学方程的建立及
分析 79
　4. 4　机器人雅可比矩阵的建立及分析 88
　4. 5　本章小结 101
　习题 101
第5 章　机器人动力学 103
　5. 1　连杆的速度和加速度分析 103
　5. 2　机器人静力学分析 109
　5. 3　牛顿—欧拉递推动力学方程 111
　5. 4　关节空间和操作空间动力学 116
　5. 5　动力学性能指标 117
　5. 6　动力学优化设计 119
　5. 7　拉格朗日动力学 123
　5. 8　操作臂的动力学建模和仿真 124
　5. 9　本章小结 127
　习题 127
第6 章　机器人控制系统 128
　6. 1　概述 128
　6. 2　机器人信息检测装置 130
　6. 3　机器人运动控制系统 138
　6. 4　机器人运动控制系统实例分析 142
　6. 5　控制方式 147
　6. 6　单关节线性模型和控制 148
　6. 7　本章小结 156
　习题 157
第7 章　机器人轨迹规划 158
　7. 1　机器人轨迹规划的分析 158
　7. 2　关节运动轨迹的插值 162
　7. 3　笛卡儿空间规划方法 170
　7. 4　四元数与直线轨迹规划 173
　7. 5　轨迹的实时生成 177
　7. 6　基于动力学模型的轨迹规划 177
　7. 7　本章小结 178
　习题 178
第8 章　机器人设计方法和应用及其
发展 180
　8. 1　机器人一般设计原则、步骤和方法 180
　8. 2　工业机器人系统设计 184
　8. 3　特种机器人系统设计 186
　8. 4　机器人的应用 192
　8. 5　机器人的发展趋势 200
　8. 6　机器人与人类社会 202
　8. 7　本章小结 203
　习题 203
参考文献 204