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| 編輯推薦： |
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本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
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本书系统地介绍了机器人学相关的知识及基本原理。全书共8 章。第1 章为绪论。第2~7 章为主体部分，其中第2 章介绍典型机器人的主要机械本体构成以及典型机构，第3 章介绍机器人位置运动学，第4 章讨论机器人的微分运动以及基于雅可比矩阵的速度分析、静力分析等内容，第5 章讨论机器人动力学的相关问题，第6 章介绍常用机器人的轨迹规划方法，第7 章介绍机器人驱动器的主要类型、工作原理及应用方法。第8 章以四足机器人整机和人形机器人手臂为两个典型案例，结合全书内容进行了综合应用与设计。 本书内容丰富，既包含机器人学的基础知识，也涉及相关领域的前沿内容。本书适合作为机器人工程、机械类、自动化类及计算机类等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供机器人及相关领域的研究人员学习和参考。 本书配有电子课件、教学大纲和习题答案等教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com 注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com 索取。
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目录序前言第1章绪论1.1引言1.2机器人的发展史1.2.1机器人起源1.2.2国外机器人发展1.2.3国内机器人发展1.3机器人学的发展1.4机器人的基本概念1.5机器人的分类1.6机器人的应用1.7机器人的性能指标1.8机器人的未来与趋势本章小结课后习题参考文献第2章机器人机构基础2.1引言2.2机器人的自由度2.2.1基本概念2.2.2自由度计算2.3机器人的工作空间2.4机器人的组成2.5驱动机构2.6传动机构2.6.1齿轮传动2.6.2丝杠传动2.6.3带传动和链传动2.6.4绳传动2.6.5连杆传动2.6.6凸轮传动2.7机身机构2.7.1臂部机构2.7.2腕部机构2.7.3手部机构2.8移动机构2.8.1轮式机构2.8.2履带式机构2.8.3腿足式机构2.9其他新型机构2.9.1柔顺机构2.9.2变胞机构2.10设计项目：四足机器人的方案设计本章小结课后习题参考文献第3章机器人位置运动学3.1引言3.2机器人的矩阵表示3.2.1空间向量基础3.2.2位姿矩阵3.3齐次变换矩阵3.3.1齐次坐标3.3.2齐次变换矩阵的表示3.4机器人坐标变换的表示3.4.1平移变换3.4.2旋转变换3.4.3复合变换3.4.4相对于当前坐标系的变换3.5机器人的正运动学分析3.5.1位置正运动学3.5.2姿态正运动学3.6机器人正运动学的D-H表示3.6.1标准D-H建模法3.6.2其他D-H建模法3.7机器人的逆运动学分析3.7.1逆运动学的多解性3.7.2逆运动学求解3.8机器人的位置运动学仿真3.8.1坐标变换3.8.2建立机器人对象3.8.3机器人运动学求解3.9设计项目：四足机器人的运动学分析3.9.1D-H坐标系说明3.9.2右前腿运动学分析本章小结课后习题参考文献第4章机器人的雅可比矩阵与分析4.1引言4.2微分运动关系4.2.1微分关系4.2.2坐标系的微分运动4.2.3微分运动在不同坐标系间的相互转换4.3雅可比矩阵4.3.1雅可比矩阵的定义4.3.2雅可比矩阵的计算方法4.4基于雅可比矩阵的速度分析4.5基于雅可比矩阵的静力分析4.5.1机构连杆之间的静力传递4.5.2静力雅可比矩阵4.5.3静力雅可比矩阵的坐标系变换4.6基于雅可比矩阵的奇异位形分析4.7设计项目：四足机器人的速度与静力学分析本章小结课后习题参考文献第5章机器人动力学5.1引言5.2惯性参数5.2.1转动惯量5.2.2张量5.2.3惯量张量5.2.4惯量张量的平行移轴定理与坐标轴旋转变换5.2.5惯性椭球和惯性主轴5.3基于牛顿-欧拉方程的机器人动力学分析5.3.1牛顿动力学方程5.3.2欧拉方程5.3.3机器人机构的牛顿-欧拉动力学方程5.4牛顿-欧拉动力学方程的递推算法5.4.1速度及加速度的向后递推计算5.4.2关节力与力矩的向前递推计算5.5基于拉格朗日方程的机器人动力学建模5.5.1拉格朗日方程概述5.5.2拉格朗日方程在机器人动力学中的应用5.6机器人动力学仿真5.6.1通用机构的动力学仿真软件5.6.2通用建模和分析软件的动力学仿真模块5.6.3专用机械系统动力学仿真软件5.6.4利用MATLAB Robotics Toolbox的动力学仿真5.7设计项目：四足机器人的动力学分析本章小结课后习题参考文献第6章机器人轨迹规划6.1引言6.2轨迹规划基本原理6.2.1路径、轨迹及轨迹规划6.2.2关节空间轨迹规划的基本原理6.2.3笛卡儿空间轨迹规划的基本原理6.2.4轨迹规划实现的基本方法6.3关节空间轨迹规划的实现方法6.3.1单路段轨迹规划6.3.2具有中间点的轨迹规划6.4笛卡儿坐标空间轨迹规划6.4.1空间直线轨迹规划6.4.2圆弧轨迹规划6.4.3笛卡儿坐标空间轨迹规划所需注意问题6.5设计项目：四足机器人的腿部轨迹规划本章小结课后习题参考文献第7章机器人驱动器7.1引言7.2机器人驱动器的基本性能要求7.3机器人驱动器的主要类型与选用原则7.3.1机器人驱动器的主要类型7.3.2机器人驱动器的选用原则7.4液压驱动器7.4.1液压驱动器的基本原理7.4.2液压驱动系统的基本结构7.4.3液压驱动器的控制系统7.4.4液压驱动器的典型应用7.5气动驱动器7.5.1气动驱动器的基本原理7.5.2气动驱动系统的基本结构7.5.3气动驱动器的控制系统7.5.4气动驱动器的典型应用7.6电动机驱动器7.6.1电动机驱动器的基本原理7.6.2直流电动机7.6.3交流电动机7.6.4伺服电动机7.6.5力矩电动机7.6.6步进电动机7.6.7电动机驱动器的典型应用7.7新型驱动器7.7.1压电驱动器7.7.2超磁致伸缩驱动器7.7.3静电驱动器7.7.4人工肌肉驱动器7.8设计项目：四足机器人腿部驱动器的设计（采用电动机驱动器）本章小结课后习题参考文献第8章机器人综合设计8.1引言8.2机器人设计的方法与流程8.2.1机器人一般设计过程8.2.2机器人设计的关键问题8.3四足机器人整机设计实例8.3.1四足机器人机械结构设计8.3.2四足机器人运动学建模分析8.3.3四足机器人动力学仿真分析8.3.4四足机器人步态轨迹规划8.3.5四足机器人步态仿真与实验8.4人形机器人手臂设计实例8.4.1人形机器人手臂机械结构设计8.4.2人形机器人手臂运动学建模分析8.4.3人形机器人手臂静力学和动力学建模分析8.4.4人形机器人手臂轨迹规划与仿真8.4.5人形机器人手臂性能实验本章小结课后习题参考文献
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前言 随着科技的不断发展和社会的不断进步，机器人技术已经成为当今科技领域研究的热点之一，并且已经广泛应用于工业、服务、医疗以及军事等各个领域。在工业领域，机器人取代了很多传统的生产流水线，大大提高了工作效率和生产质量。在服务领域，机器人也越来越多地应用于酒店、医院、餐厅等场所，为人们提供更加高效的服务。在军事领域，战斗机器人及无人机、无人艇的大量使用则极大地提高了战斗效率并减少了作战人员伤亡，成为一种能深刻改变未来战争形态的新的作战模式。随着人工智能技术的不断发展，机器人也将会越来越智能化，具备更多的自主决策和感知能力。机器人领域本身的发展对具有相关知识、能力、素质的高水平人才产生了巨大的需求。 近年来，为顺应社会与时代发展的需求，国内外很多高校都在积极布局机器人相关专业与课程的建设。很多高校相继建设了机器人工程相关专业，更有一些高校成立了专门的机器人学院。 机器人学课程是机器人工程专业的核心基础课程。在很多高校里，该门课程也已成为自动化类、人工智能、机械工程等相关专业的核心基础课程，在相关领域的人才培养体系中具有举足轻重的地位。机器人学课程相对来说较新，建设起点较高，国内机器人学课程建设研究现状呈现出积极的发展态势。随着国家对机器人产业的重视和支持，以及高校对机器人学课程建设的投入，越来越多的学者和教育工作者开始关注机器人学课程建设的问题。 教材为课程的核心和基础支撑。国防科技大学机器人学教学团队在历年教学实践的基础上编写了本书。 本书系统地介绍了机器人学的相关内容。全书共8章。第1章为绪论，主要介绍了机器人的起源与发展、基本概念、分类与关键性能指标等内容。第2~7章为主体部分。其中第2章介绍了典型机器人的主要机械本体构成以及典型机构。第3章为机器人位置运动学，包括位姿表示、齐次变换矩阵、正逆运动学以及D-H表示法等内容。第4章讨论了机器人的微分运动以及基于雅可比矩阵的速度分析、静力分析等内容。第5章讨论了机器人动力学的相关问题，包括拉格朗日动力学方程、牛顿-欧拉动力学方程等内容。第6章为各种常用机器人的轨迹规划方法。第7章为机器人驱动器的主要类型、工作原理及应用方法。第8章以四足机器人整机和人形机器人手臂为两个典型案例，结合全书内容进行了综合应用与设计。 本书有三个较为显著的特点：1）目前机器人相关研究多偏向于与人工智能相关的“软科学”，但机械等相关硬件为“软科学”问题的基础。目前大多数高校课时较为紧张，本着有舍有得的理念，本书对机器人学相关内容进行了聚焦，将重点放在了与机械本体相关的设计、运动学、动力学等问题上。对于传感与感知、控制等内容则进行了删减。对于大部分高校来说，一般均开设有专门课程对上述内容进行讲授。 2）目前较为先进的教育理念，无论是基于建构主义的任务驱动教学，还是产出导向的OBE，还是工程教育认证等，均要求把原来“以教师为中心的教学”改进为“以学生为中心的教学”，为此本书从第2章开始，每章均给出了设计案例项目，该案例贯穿全书各章，以使读者可以将理论与实际应用相结合。同时每章还附有课后习题和参考文献，供读者练习和拓展阅读。第8章针对目前研究热度较高、发展潜力与应用前景较为广阔的四足机器人整机和人形机器人手臂给出了两个综合性的设计案例，使读者对本书所述内容有一个整体性的把握与应用。 3）本书不仅介绍了基础理论，还重视工程软件在机器人学中的应用。在部分章节给出了基于MATLAB Robotics Toolbox及ADAMS等工程软件的计算及仿真案例。 吴学忠负责本书统稿，并编写第1章。席翔负责编写第2章，董培涛负责编写第3、4章，肖定邦负责编写第5章，吴宇列负责编写第6、7章，尹灿辉负责编写第8章。张森、周忠哲、王鑫宇、余杨、赵威、鹿迎、王朝光、聂豹等师生也参与了部分内容的准备工作。 本书内容丰富，既包含了机器人学的基础知识，也涉及相关领域的前沿内容，适合作为机器人工程、机械类、自动化类及计算机类等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供机器人及相关领域的研究人员学习和参考。 限于编者水平，本书还可能存在很多不足之处，热忱欢迎广大读者批评指正。 编者
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