本书响应新工科智能制造工程专业课程建设，立足经典，兼顾前沿，有系统的理论知识体系和前沿知识介绍，能够让学生在学习经典理论知识的过程中了解机器人技术的前沿方向。本书主要内容包括：工业机器人概述、工业机器人的机械部分、工业机器人的理论基础、工业机器人运动学、工业机器人静力学、工业机器人动力学、工业机器人轨迹规划、工业机器人动态控制、工业机器人机电统一设计方法和工业机器人应用技术。本书可作为各大院校智能制造工程、机械工程、机械制造及其自动化、机电一体化、机械设计及理论、机器人工程等专业的教材，也可作为机器人技术领域的广大工程技术人员，特别是产品技术人员的参考书。
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。
本书是一本立足新工科，面向智能制造工程人才培养，服务智能制造工程专业建设的教材。本书兼顾经典的理论和前沿的科研实践，在讲授系统的理论知识体系的基础上，扩充介绍了科研新成果和应用案例，不仅能让学生掌握机器人的操作与编程知识，还能让学生理解编程的原理，引领学生思考交叉前沿的发展方向。本书在机器人机构运动学、静力学、动力学的经典理论基础上结合科技前沿发展方向，描述了工业机器人的组成结构，讲解了工业机器人轨迹规划、动态控制和机器人统一设计方法，扩充了科研成果和应用案例的介绍，知识点丰富，实例生动有趣。本书所涉及的研究成果和应用案例是在国家自然科学基金面上项目（51575409）和重大研究计划培育项目（91848102）等的资助下取得的。本书的编写人员都是机器人领域的研究人员，主持过多项国家级和企事业单位的机器人领域项目，同时发表过多篇机器人领域的顶级学术论文，在机器人领域具有深厚的学术研究基础，力求把工业机器人领域的前沿研究成果和学术科研心得贯穿于本科教学。本书第1、2章由曾文会编写，第3～6、8、9章由尹海斌编写，第7章由潘运平编写，第10章由姚碧涛、卢红和吴超群编写，本书配套的数字资源由李丽和雷艇编写。本书的编写完成得到了众多智能制造与机器人领域的专家、教授和工程技术人员的热情支持与帮助。特别是同济大学的陈明教授、陈云教授和于颖教授对本书提出了许多宝贵意见，以及课题组的研究生张夫刚和刘北等同学对书中的公式和图表进行了编辑校正，在此表示衷心的感谢。限于编者的水平，书中难免会存在不妥之处，衷心希望广大读者批评指正。编者
高等院校教师
前言第1章工业机器人概述111工业机器人的概念112工业机器人的发展历程113工业机器人的生产应用314工业机器人的分类415工业机器人的系统组成716工业机器人的主要技术参数917工业机器人的发展趋势10课后习题11第2章工业机器人的机械部分1221工业机器人的机械结构系统设计1222工业机器人的驱动系统1323工业机器人的机身与臂部1824工业机器人的腕部2225工业机器人的末端执行器2726工业机器人的行走机构33课后习题37第3章工业机器人的理论基础3831向量积的公式3832任意轴的旋转矩阵3933惯性张量和角动量4034平行轴定理4135欧拉运动方程4336拉格朗日运动方程4437李雅普诺夫稳定性定理46课后习题46第4章工业机器人运动学4741引言4742旋转矩阵的定义4743向量的坐标变换4844欧拉角和旋转矩阵4845横滚角、俯仰角和偏航角的定义5046齐次变换矩阵5147改进的DH表示法5248机器人手部的位置和方向5449连杆任意一点描述55410逆运动学的数值计算法55411工业机器人双臂的逆向运动学计算56412方向的微分表示56413角速度的定义56414欧拉角和角速度之间的关系56415位置与方向的微分关系57416运动学的总结58课后习题58工业机器人目录第5章工业机器人静力学5951引言5952虚功原理5953力和力矩的变换60课后习题60第6章工业机器人动力学6161引言6162拉格朗日方程法6163牛顿欧拉法6764逆向动力学与正向动力学72课后习题73第7章工业机器人轨迹规划7471引言7472轨迹规划7473关节空间轨迹规划7874工作空间轨迹规划8475轨迹的实时生成88课后习题89第8章工业机器人动态控制9081引言9082执行机构和传动机构建模9083工业机器人的控制方式9284每个关节的PD控制9285考虑重力的PD控制9386每个关节的PID控制9487具有重力补偿的PD控制9588计算力矩法控制9689工作空间的PD(PID)反馈控制97810解析加速度控制97课后习题97第9章工业机器人机电统一设计方法9891引言9892工业机器人的数学模型及驱动力矩密度曲线10293工业机器人的轻量化设计10794工业机器人的有限元静态结构计算11295工业机器人的动力学计算11396工业机器人的优化算例114课后习题129第10章工业机器人应用技术130101引言130102工业机器人在汽车制造中的应用131103工业机器人在航空航天制造中的应用132104工业机器人制孔技术133105工业机器人装配技术135106工业机器人加工技术137107人机协作应用技术142课后习题145参考文献146
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