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機(jī)器人工程導(dǎo)論

本書(shū)主要結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的諸多分析理論及應(yīng)用技術(shù)等，對(duì)機(jī)器人的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)、控制及其常用元器件等各個(gè)方面進(jìn)行了較為全面的導(dǎo)引性描述。在本書(shū)的編撰過(guò)程中，盡量兼顧了來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)或?qū)用妗⒕哂胁煌A(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)的學(xué)生的需要。

本書(shū)既可以作為從事機(jī)器人、機(jī)械手研究或應(yīng)用的各類(lèi)高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生、研究生的教材，也可以作為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員等的理論與技術(shù)指導(dǎo)參考書(shū)。

當(dāng)前,我國(guó)正在大力推進(jìn)“中國(guó)制造2025”，以實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造是“中國(guó)制造2025”的五大工程之一，被列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。智能制造包括智能裝備、智能工廠、智能產(chǎn)品、智能物流和智能服務(wù)，進(jìn)而支撐智能決策。智能制造融合了信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、通信技術(shù)的最新發(fā)展，并開(kāi)始融入人工智能技術(shù)，涉及工業(yè)軟件、物聯(lián)網(wǎng)、增材制造、工業(yè)機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)安全等諸多使能技術(shù)。這將是一種嶄新的生產(chǎn)方式。機(jī)器人作為“中國(guó)制造2025”十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一以及核心的智能裝備，對(duì)于改變?nèi)祟?lèi)的生產(chǎn)和生活方式，重振中國(guó)制造業(yè)，復(fù)蘇國(guó)民經(jīng)濟(jì)等都具有十分重要的作用。據(jù)有關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，到2025年，我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人領(lǐng)域人才缺口將有450多萬(wàn)。而目前機(jī)器人的技術(shù)和人才短缺現(xiàn)狀，使得對(duì)機(jī)器人技術(shù)的迫切需要與國(guó)內(nèi)機(jī)器人人才隊(duì)伍短缺的態(tài)勢(shì)形成一種捉襟見(jiàn)肘的窘迫局面。為了更好地滿足國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)器人技術(shù)人才隊(duì)伍培養(yǎng)的需要，故編制了本書(shū)。編者對(duì)本科生、研究生講授機(jī)器人學(xué)課程已經(jīng)近20年，本書(shū)是在編者多年從事機(jī)器人教學(xué)中所使用的自編教材的基礎(chǔ)上，并結(jié)合、參考其他各種機(jī)器人教材，加上自己的一些理解與體會(huì)所完成的。其目的是讓讀者能夠準(zhǔn)確地把握機(jī)器人相關(guān)理論與技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，為機(jī)器人的設(shè)計(jì)、研究及編程等打下扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。本書(shū)共分9章，其中:

第1章緒論，簡(jiǎn)要敘述了機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程、現(xiàn)狀與未來(lái),對(duì)機(jī)器人的一些基本概念及所要研究的主要內(nèi)容等進(jìn)行了介紹。

第2章機(jī)器人基礎(chǔ)，針對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析，介紹了一些必備的基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)等。通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行引導(dǎo)性描述，為本書(shū)的后續(xù)介紹與分析提供了標(biāo)準(zhǔn)概念與相應(yīng)的分析工具。

第3章機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，應(yīng)用Denavit -Hatenberg方法(簡(jiǎn)稱(chēng)D-H方法)論述了機(jī)械手構(gòu)件坐標(biāo)系的建立方法，并對(duì)機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

第4章微分運(yùn)動(dòng)和速度，主要探討了一般構(gòu)件坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)件坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)，雅可比矩陣以及機(jī)器人速度關(guān)系等問(wèn)題的分析方法。

第5章運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，主要討論了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的生成方法，以求用某種比較簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式插補(bǔ)來(lái)逼近所期望的路徑，成一系列時(shí)基“控制設(shè)定點(diǎn)”,以控制機(jī)器人按照要求的路徑與速度進(jìn)行工作。

第6章機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析,主要介紹了拉格朗日力學(xué)方法在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上的應(yīng)用，包括動(dòng)力學(xué)方程、簡(jiǎn)化思路及其推導(dǎo)方法等，以助于幫助深入理解被控機(jī)器人系統(tǒng)。

第7章機(jī)器人控制，介紹了機(jī)器人控制的基本概念、機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成、機(jī)器人的常用控制方法、典型的位置控制及力控制以及在機(jī)器人中的應(yīng)用等。

第8章智能機(jī)器人，將人工智能(Artificial Intelligence, AI)與機(jī)器人的結(jié)合應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，特別對(duì)智能機(jī)器人的相關(guān)概念、系統(tǒng)的組成、基本特征、其控制系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)、相關(guān)智能控制理論內(nèi)容以及典型案例等進(jìn)行了描述。

第9章機(jī)器人常用器件,對(duì)機(jī)器人常用的一些新型的驅(qū)動(dòng)器和傳感器作了簡(jiǎn)單介紹。

本書(shū)的特點(diǎn)是: 對(duì)內(nèi)容編排本著循序漸進(jìn)的原則，深入淺出。全書(shū)既有機(jī)器人較為詳細(xì)的專(zhuān)業(yè)概念，又有學(xué)習(xí)本書(shū)所需的一些基礎(chǔ)知識(shí)，以利于具有不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生快速上手：在理論分析上盡可能保留推導(dǎo)過(guò)程，并輔以例題,以便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解；在對(duì)參考資料進(jìn)行學(xué)習(xí)整理過(guò)程中，一方面忠實(shí)原書(shū)內(nèi)容，另一方面也充實(shí)一些自己的理解與體會(huì)，在對(duì)理論進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，注意結(jié)合一些應(yīng)用實(shí)例；最后對(duì)機(jī)器人常用的新型的器件性能特點(diǎn)及其選用原則等，也突出重點(diǎn)地進(jìn)行了介紹。

在作為教材使用時(shí)，所講授的內(nèi)容可以根據(jù)學(xué)生對(duì)象的不同有所側(cè)重或刪減。

在本書(shū)的編撰過(guò)程中，得到了我2013、2014、2015各級(jí)研究生的鼎力相助。本科生鄭天明、孫志鵬也給予了很大幫助,他們?yōu)楸緯?shū)的材料收集、文字錄入、圖形與表格繪制等作了大量認(rèn)真、細(xì)致的工作，在此特對(duì)他們深表感謝！機(jī)器人研究涉及眾多的學(xué)科與知識(shí)，本書(shū)內(nèi)容掛一漏萬(wàn)的情形難免發(fā)生。希望讀者在學(xué)習(xí)過(guò)程中注意參考其他一些機(jī)器人方面的資料，相互印證，相互補(bǔ)充，以利提高。

因?yàn)樽髡咚接邢蓿瑹o(wú)法全面、完整地介紹機(jī)器人各方面的知識(shí)，在編撰過(guò)程中也難免出現(xiàn)各種各樣的錯(cuò)誤，期望廣大讀者給予充分的理解和幫助，能夠?qū)⒏鞣N意見(jiàn)與建議發(fā)送到郵箱fanbh58@163.com,以便于以后對(duì)本書(shū)的修正與勘誤。對(duì)此我們將深表感謝!

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