1、从工程设计角度出发，面向操作和移动平台，详细介绍了工业机器人操作臂设计、传感器及其选用基础、工业机器人用移动平台设计、工业机器人操作臂末端操作器与换接装置设计、面向操作与移动作业的工业机器人系统设计与应用实例、 现代工业机器人系统设计的总论等内容。 
2、本书通俗易懂，由浅入深，结合实际，结合编著者的工业机器人设计与研发经验撰写，图文并茂。即便是看似常规的知识也能以反应其深刻的内涵。

本书从工程设计角度出发, 详细梳理和论述了操作与移动两大主题概念下的现代工业机器人系统总论, 工业机器人操作臂系统设计基础、工业机器人操作臂机械系统机构设计与结构设计、工业机器人操作臂系统设计的数学与力学原理、工业机器人操作臂机械本体参数识别原理与实验设计、工业机器人操作臂驱动与控制系统设计及控制方法、工业机器人用移动平台设计、工业机器人末端操作器与及其换接装置设计、工业机器人系统设计的仿真方法、面向操作与移动作业的工业机器人系统设计与应用实例、现代工业机器人系统设计总论与展望等内容。 
本书适合于机器人相关研究方向的本科高年级生、硕士研究生、博士研究生以及从事机器人创新设计与研发的研究人员、高级工程技术人员阅读。

上 册 
第1章　操作与移动两大主题概念下的现代工业机器人系统总论　/1 
　1.1　机器人概念与工业机器人发展简史　/1 
　1.2　什么是工业机器人？ 　/4 
　1.3　机器人操作臂简史及其分类与应用　/9 
　　　1.3.1　工业机器人操作臂是机器人概念的最早技术实现和产业应用　/9 
　　　1.3.2　传统工业机器人操作臂和冗余、超冗余自由度机器人操作臂　/10 
　　　1.3.3　机器人操作臂的分类、用途及特点　/23 
　　　1.3.4　机器人操作臂固定安装需考虑的问题及安装使用的三种形式　/30 
　1.4　地面移动机器人平台的发展与现状　/33 
　　　1.4.1　有关动物、物体的“移动”概念与移动方式　/33 
　　　1.4.2　工业机器人移动平台的主要移动方式和移动机器人　/35 
　　　1.4.3　移动机器人总论　/131 
　1.5　末端操作器相关　/137 
　1.6　移动平台搭载操作臂的工业机器人发展　/139 
　　　1.6.1　腿式移动机器人与操作臂一体的机器人　/140 
　　　1.6.2　轮式移动机器人与操作臂一体的机器人　/142 
　　　1.6.3　履带式移动机器人与操作臂一体的机器人　/145 
　　　1.6.4　移动平台搭载操作臂的工业机器人应用与技术发展总结　/146 
　1.7　关于工业机器人技术与应用方面人才与工业基础　/148 
　　　1.7.1　从事工业机器人系统设计所需的知识结构　/148 
　　　1.7.2　从事工业机器人系统设计与研发应具备的专业素质　/148 
　　　1.7.3　工业机器人产业化与创新研发所需的工业基础　/152 
　1.8　工业机器人种类与应用领域概览　/156 
　1.9　本书内容构成设计思路、结构以及相关说明　/160 
　参考文献　/161 

第2章　工业机器人操作臂系统设计基础　/170 
　2.1　工业机器人操作臂的组成与用途　/170 
　　　2.1.1　工业机器人操作臂的用途与作业形式　/170 
　　　2.1.2　工业机器人操作臂系统组成　/174 
　2.2　工业机器人操作臂机构形式　/176 
　　　2.2.1　工业机器人操作臂机构构型与分类　/176 
　　　2.2.2　工业机器人操作臂中常用的机构构型　/179 
　　　2.2.3　仿人手臂机构构型　/180 
　　　2.2.4　冗余、超冗余自由度机器人操作臂机构构型　/184 
　2.3　工业机器人操作臂的设计要求与特点　/189 
　　　2.3.1　工业机器人操作臂的基本参数和特性　/189 
　　　2.3.2　工业机器人操作臂产品基本规格参数及性能指标实例　/193 
　　　2.3.3　工业机器人操作臂的设计过程及内容　/195 
　　　2.3.4　工业机器人操作臂机械系统设计中需要考虑和解决的问题　/197 
　2.4　工业机器人操作臂的机械传动系统设计基础　/199 
　　　2.4.1　工业机器人操作臂常用的机械传动形式　/199 
　　　2.4.2　齿轮传动在机器人关节机械传动系统中的应用及问题解决方法　/201 
　　　2.4.3　精密滚珠丝杠传动在机器人中的应用及问题解决方法　/203 
　　　2.4.4　用于工业机器人操作臂的关节支撑形式与薄壁滚动轴承　/208 
　　　2.4.5　机器人用谐波齿轮传动及其创新设计　/212 
　　　2.4.6　工业机器人用RV 摆线针轮传动及其减速器结构与应用　/237 
　　　2.4.7　同步齿形带传动　/246 
　　　2.4.8　精密机械传动装置（减速器）在机器人中的应用实例　/266 
　2.5　伺服驱动系统设计基础　/270 
　　　2.5.1　电动驱动　/270 
　　　2.5.2　液压伺服驱动系统基本原理与选型设计　/288 
　　　2.5.3　气动伺服驱动系统基本原理与选型设计　/297 
　2.6　控制系统设计基础　/308 
　　　2.6.1　控制系统基本原理与组成　/308 
　　　2.6.2　控制系统的硬件系统　/318 
　　　2.6.3　控制系统的软件系统　/342 
　2.7　传感技术基础与常用传感器　/350 
　　　2.7.1　工业机器人传感系统概述　/350 
　　　2.7.2　位置/速度传感器及其应用基础　/365 
　　　2.7.3　力/力矩传感器及其应用基础　/369 
　　　2.7.4　视觉传感器及其应用基础　/379 
　　　2.7.5　激光传感器及其应用基础　/385 
　　　2.7.6　姿态传感器及其应用基础　/397 
　2.8　本章小结　/406 
　参考文献　/406 

第3章　工业机器人操作臂机械系统机构设计与结构设计　/408 
　3.1　典型工业机器人操作臂机构构型及关节驱动形式　/408 
　　　3.1.1　工业机器人操作臂关节驱动形式　/408 
　　　3.1.2　工业机器人操作臂的腕关节驱动形式　/422 
　3.2　工业机器人操作臂的机械结构设计　/425 
　　　3.2.1　MOTOMAN K 系列机器人操作臂机械结构设计　/425 
　　　3.2.2　PUMA 系列机器人操作臂机械结构设计　/430 
　　　3.2.3　SCARA 类型机器人操作臂机械结构设计　/434 
　3.3　多自由度无奇异全方位关节机构创新设计与新型机器人操作臂设计　/441 
　　　3.3.1　单万向铰链机构原理　/441 
　　　3.3.2　双万向铰链机构等速传动原理　/443 
　　　3.3.3　机构拓扑变换演化　/444 
　　　3.3.4　万向铰链机构的拓扑变换演化及其组合机构　/450 
　　　3.3.5　新型4 自由度无奇异并/串联式全方位关节机构的机械设计及研制的原型样机与实验　/460 
　　　3.3.6　全方位关节机构设计与研究的总结　/487 
　3.4　工业机器人操作臂的机构设计与机械结构设计中需要考虑和注意的问题　/488 
　　　3.4.1　工业机器人操作臂机构构型设计问题　/488 
　　　3.4.2　工业机器人操作臂机械结构设计问题　/490 
　3.5　工业机器人操作臂的机构参数优化设计　/492 
　　　3.5.1　工业机器人操作臂的机构参数优化设计问题　/492 
　　　3.5.2　机构参数与工作空间　/495 
　　　3.5.3　机器人机构操作性能准则与灵活性测度　/496 
　　　3.5.4　6自由度以内工业机器人操作臂的机构参数优化设计　/503 
　　　3.5.5　冗余自由度机器人操作臂机构参数的优化设计　/504 
　3.6　本章小结　/506 
　参考文献　/507 

下 册 
第4章　工业机器人操作臂系统设计的数学与力学原理　/508 
　4.1　工业机器人操作臂及其运动的数学与力学的抽象描述　/508 
　　　4.1.1　工业机器人操作臂与作业对象构成的首尾相接的“闭链”系统　/509 
　　　4.1.2　工业机器人操作臂作业“闭链” 系统的数学与力学描述问题　/511 
　4.2　工业机器人操作臂机构运动学　/511 
　　　4.2.1　机构运动学　/511 
　　　4.2.2　机构正运动学和逆运动学　/513 
　4.3　工业机器人操作臂机构运动学问题描述的数学基础　/514 
　　　4.3.1　作为工业机器人操作臂构形比较基准的初始构形　/514 
　　　4.3.2　末端操作器姿态的表示　/514 
　　　4.3.3　坐标系的表示与坐标变换　/516 
　　　4.3.4　正运动学　/521 
　　　4.3.5　逆运动学　/528 
　　　4.3.6　RPP 无偏置型3 自由度机器人操作臂臂部机构运动学分析的解析几何法　/530 
　　　4.3.7　RPP 有偏置型3 自由度机器人操作臂臂部机构（即PUMA 臂部机构） 运动学分析的解析几何法　/534 
　　　4.3.8　机器人操作臂的雅克比矩阵　/540 
　4.4　工业机器人操作臂机构动力学问题描述的力学基础　/549 
　　　4.4.1　工业机器人操作臂运动参数与机械本体物理参数　/549 
　　　4.4.2　什么是动力学？ 　/549 
　　　4.4.3　推导工业机器人操作臂微分运动方程的拉格朗日法　/550 
　　　4.4.4　推导工业机器人操作臂微分运动方程的牛顿-欧拉法　/555 
　4.5　工业机器人操作臂机构误差分析与精度设计的数学基础　/556 
　　　4.5.1　机构误差分析的数学基础　/556 
　　　4.5.2　机器人机构精度设计及测量　/564 
　4.6　工业机器人操作臂控制系统设计的现代数学基础　/565 
　　　4.6.1　现代控制理论基础　/565 
　　　4.6.2　模糊理论与软计算　/574 
　　　4.6.3　神经网络基础与强化学习　/590 
　4.7　本章小结　/602 
　参考文献　/602 

第5章　工业机器人操作臂机械本体参数识别原理与实验设计　/604 
　5.1　平面内运动的2-DOF 机器人操作臂的运动方程及其应用问题　/604 
　　　5.1.1　由拉格朗日法得到的2-DOF 机器人操作臂运动方程　/604 
　　　5.1.2　机器人操作臂运动方程的用途　/605 
　5.2　基底参数　/606 
　5.3　参数识别的基本原理　/607 
　　　5.3.1　逐次识别法　/607 
　　　5.3.2　同时识别法　/610 
　　　5.3.3　逐次识别法与同时识别法的优缺点讨论　/612 
　5.4　参数识别实验前需考虑的实际问题　/613 
　5.5　本章小结　/613 

第6章　工业机器人操作臂伺服驱动与控制系统设计及控制方法　/615 
　6.1　工业机器人操作臂驱动与控制硬件系统构建　/615 
　　　6.1.1　机器人系统体系结构设计需要考虑的问题　/615 
　　　6.1.2　集中控制　/616 
　　　6.1.3　分布式控制　/620 
　6.2　位置/轨迹追踪控制　/626 
　　　6.2.1　机器人操作臂位置轨迹追踪控制总论　/626 
　　　6.2.2　PD 反馈控制（即轨迹追踪的静态控制） 　/627 
　　　6.2.3　动态控制　/628 
　　　6.2.4　前馈动态控制　/630 
　　　6.2.5　前馈+ PD 反馈动态控制　/631 
　　　6.2.6　计算力矩控制法　/633 
　　　6.2.7　加速度分解控制　/633 
　6.3　鲁棒控制　/634 
　6.4　自适应控制　/636 
　6.5　力控制　/637 
　　　6.5.1　机器人操作臂与环境构成的系统模型　/637 
　　　6.5.2　基于位置控制的力/位控制器　/640 
　　　6.5.3　基于力控制的力/位控制器　/642 
　6.6　最优控制　/644 
　6.7　主从控制　/645 
　　　6.7.1　对称型主从控制系统与控制器　/645 
　　　6.7.2　力反射型主从控制系统与控制器　/646 
　　　6.7.3　力归还型主从控制系统与控制器　/647 
　　　6.7.4　对称型/力反射型/力归还型三种双向主从控制系统的统一表示　/647 
　6.8　非基于模型的智能控制方法　/649 
　6.9　本章小结　/652 

第7章　工业机器人用移动平台设计　/653 
　7.1　工业机器人操作臂移动平台的形式与要求　/653 
　7.2　移动平台小车的机构与结构设计　/654 
　　　7.2.1　轮式移动机构与结构　/654 
　　　7.2.2　履带式移动机构与结构　/681 
　　　7.2.3　腿式移动机构与结构　/688 
　　　7.2.4　带有操作臂的轮式移动机器人系统设计实例　/695 
　　　7.2.5　搭载操作臂的履带式移动机器人系统设计实例　/715 
　　　7.2.6　轮腿式移动机器人系统设计实例　/730 
　　　7.2.7　轮式-腿式-履带式复合移动方式的轮-腿-履式移动机器人（wheelslegs-tracks hybrid locomotion robot） 系统设计实例　/738 
　7.3　搭载机器人操作臂的移动平台稳定性设计理论　/745 
　　　7.3.1　运动物体或系统的移动稳定性定义　/745 
　　　7.3.2　物体或系统运动稳定性的力学基础与稳定移动的控制原理　/747 
　　　7.3.3　腿足式移动机器人的移动稳定性设计　/752 
　　　7.3.4　轮式移动机构移动稳定性设计　/763 
　　　7.3.5　搭载机器人操作臂的移动平台的稳定性设计　/768 
　　　7.3.6　关于移动机器人的稳定性问题的延深讨论　/770 
　7.4　多移动方式机器人系统设计　/771 
　　　7.4.1　具有多移动方式的类人及类人猿型机器人系统设计、仿真与实验　/771 
　　　7.4.2　非连续介质的摆荡渡越移动机构与大阻尼欠驱动控制系统设计和移动实验　/780 
　　　7.4.3　多移动方式移动机器人设计与研究的总结　/793 
　7.5　本章小结　/796 
　参考文献　/797 

第8章　工业机器人末端操作器及其换接装置设计　/804 
　8.1　工业机器人操作臂末端操作器的种类与作业要求　/804 
　　　8.1.1　焊接作业　/804 
　　　8.1.2　喷漆作业　/806 
　　　8.1.3　搬运作业　/806 
　　　8.1.4　装配作业　/807 
　8.2　工业机器人用快速换接器（快换装置） 　/809 
　　　8.2.1　机器人快换装置的功能和技术指标　/810 
　　　8.2.2　机器人快换装置的定位原理　/812 
　　　8.2.3　机器人快换装置的夹紧原理　/815 
　　　8.2.4　现有的机器人快换装置　/817 
　8.3　工业机器人操作臂末端操作器设计　/822 
　　　8.3.1　单自由度开合手爪机构原理　/823 
　　　8.3.2　多指手爪　/827 
　　　8.3.3　柔顺操作与装配作业的末端操作器　/828 
　8.4　仿人多指灵巧手的设计　/838 
　　　8.4.1　仿人多指灵巧手的研究现状及抓持能力　/838 
　　　8.4.2　面向灵长类机器人的1∶1比例多指灵巧手设计　/842 
　8.5　本章小结　/848 
　参考文献　/848 

第9章　工业机器人系统设计的仿真设计与方法　/850 
　9.1　工业机器人操作臂虚拟样机设计与仿真的目的与意义　/850 
　　　9.1.1　虚拟样机设计与运动仿真　/850 
　　　9.1.2　机器人虚拟样机运动仿真的目的与实际意义　/851 
　9.2　虚拟样机设计与仿真分析工具软件概论　/852 
　　　9.2.1　现代机械系统设计及其仿真系统设计概论　/852 
　　　9.2.2　软件中虚拟“物理” 环境与虚拟样机机构模型的建立　/860 
　9.3　虚拟样机设计与仿真——用于机器人虚拟样机技术的设计与分析型工具软件及模型导入方法　/866 
　　　9.3.1　虚拟样机设计　/866 
　　　9.3.2　虚拟传感器设计　/877 
　　　9.3.3　虚拟样机系统运动控制仿真——应用现代CAD 系统工具软件进行机构运动控制的仿真模型建立　/878 
　9.4　虚拟样机仿真实例——工业机器人操作臂虚拟样机运动样本数据生成与运动仿真　/880 
　　　9.4.1　机器人操作臂的机构运动仿真与分析步骤　/880 
　　　9.4.2　编写用于机器人操作臂机构仿真所需导入数据的机构运动学计算程序　/881 
　　　9.4.3　运动学计算程序计算结果数据文件存储　/883 
　9.5　虚拟样机仿真实例——用ADAMS 软件进行机器人操作臂虚拟样机设计与运动仿真的实例　/883 
　　　9.5.1　机械系统的建模　/884 
　　　9.5.2　机械系统的运动学、动力学仿真　/889 
　　　9.5.3　关于机械系统的运动学、动力学仿真结果的分析和结论　/896 
　9.6　本章小结　/897 
　参考文献　/898 

第10章　面向操作与移动作业的工业机器人系统设计与应用实例　/899 
　10.1　AGV 台车　/899 
　　　10.1.1　AGV 的种类　/899 
　　　10.1.2　AGV 的典型导引方式　/900 
　　　10.1.3　AGV 的移动方式与装卸载方式　/901 
　　　10.1.4　AGV 自动搬运系统的组成　/902 
　　　10.1.5　AGV 的应用　/903 
　10.2　KUKA youBot　/904 
　10.3　操作人员导引的操作臂柔顺控制原理与控制系统设计　/904 
　　　10.3.1　由作业人员导引操纵的机器人操作臂Cobot 7A-15　/904 
　　　10.3.2　操作人员导引机器人进行零件打磨力/位混合柔顺控制的系统设计与问题剖析　/906 
　10.4　工业机器人操作臂圆-长方孔形零件装配系统设计及其力/位混合控制　/913 
　　　10.4.1　关于应用于生产过程中的实际机器人装配系统设计问题的总体认识　/913 
　　　10.4.2　圆柱形轴孔装配理论与销孔类零件装配系统设计　/915 
　　　10.4.3　方形轴孔类零件的装配理论研究　/922 
　　　10.4.4　复杂轴孔类零件装配问题　/923 
　　　10.4.5　圆柱形-长方形复合型轴孔装配理论与销孔类零件装配系统设计　/925 
　10.5　工业机器人操作臂模块化组合式设计方法与实例　/945 
　　　10.5.1　关于模块化组合式设计　/945 
　　　10.5.2　机器人操作臂的模块化组合式设计的意义与研究现状　/947 
　　　10.5.3　机器人操作臂的模块化组合式设计的主要内容　/950 
　　　10.5.4　机器人操作臂模块的结构设计及数据库的建立　/950 
　　　10.5.5　机器人操作臂模块的模块化组合方法　/956 
　　　10.5.6　基于模块库和最小单元库的机械臂动力学建模方法　/959 
　　　10.5.7　组合式优化设计方法　/962 
　　　10.5.8　六自由度机械臂的组合式优化设计计算与仿真　/965 
　　　10.5.9　三自由度机械臂的组合式优化设计与写字实验　/969 
　10.6　多台工业机器人操作臂系统在汽车冲压件生产线上的应用设计与实例　/973 
　　　10.6.1　汽车薄板冲压成形件的冲压工艺　/973 
　　　10.6.2　汽车冲压件生产线多工序坯/件运送多机器人操作臂系统方案设计实例　/974 
　10.7　本章小结　/977 
　参考文献　/978 

第11章　现代工业机器人系统设计总论与展望　/980 
　11.1　现代工业机器人特点与分析　/980 
　11.2　面向操作与移动作业的智能化工业机器人设计问题与方法　/983 
　　　11.2.1　工业机器人操作性能的在线作业综合评价与管理控制机制问题　/983 
　　　11.2.2　力-力矩传感器设计与使用时面临的实际问题　/984 
　　　11.2.3　工业机器人的“通用化”“智能化” 与机器人应用系统集成方案设计工具软件研发的价值　/989 
　　　11.2.4　灵巧操作手的实用化设计观点与方法论　/991 
　　　11.2.5　约束作业空间下力/位混合控制作业的“位置” 精度与“力” 精度的矛盾对立统一问题　/992 
　11.3　机器人操作臂新概念与智能机械　/992 
　　　11.3.1　由模块化单元构筑可变机械系统的新概念新思想　/992 
　　　11.3.2　“智能机械” 系统的自装配、自重构、自修复概念　/994 
　　　11.3.3　自重构可变机械的单元　/997 
　　　11.3.4　集成化的自重构模块M-TRAN 及自重构机器人可变形态　/999 
　　　11.3.5　关于自装配、自重构、自修复可变机械系统问题及本节小结　/1003 
　11.4　自装配、自重构和自修复概念将引发未来工业机器人产业技术展望　/1004 
　11.5　本章小结　/1005 
　参考文献　/1006 

附录　/1007 

索引　/1022

1.不断向纵深和拓宽发展的全球机器人技术创新时代 
20世纪40年代诞生的工业机器人技术至今已经70余年了，一部工业机器人科学技术与产业的发展史也就是国内外广大机器人科学技术工作者们的智慧结晶。其中蕴涵了诸多的新概念、新思想、新方法与新技术和新产品。从最早的工业机器人操作臂到工业自动化生产线上线下的工业机器人，从单台机器人到多机器人协调和群体机器人，从计算机程序控制到网络控制，从集中控制到分布式控制，从工业自动化/半自动化到智能控制以及人工智能，从单一移动方式到多移动方式，从宏操作到微操作，从计算机控制到脑机接口，从手工设计到大型广义CAD（计算机辅助设计与分析）工具软件的半自动化/自动化/智能设计再到现在的大数据与深度学习，从作业环境相对固定到非结构化不确定环境，从自动化智能化工厂到构建机器人城市计划等，工业机器人系统与技术、产业化发展已经发生了翻天覆地的变化，机器人创新层出不穷，机器人学与机器人技术前沿的研究者不断拓宽机器人作业的环境适应性，并致力于对非结构化环境及作业适应能力的强鲁棒性和强有效性的“机器智能”（智能机器）研究。 
另一方面，以工业机器人操作臂技术为主流的传统机器人技术产业化与普及应用之路在20世纪80年代已在发达国家走完，自90年代智能机器人技术研发开始进入机器人领域主战场，工业机器人技术与智能控制技术相结合并走向应用。20世纪90年代自治、自律、自重构、自装配、自修复等智能机械新概念、新设计和新方法迸发出来，自治导引车（AGV）已在工业自动化工厂中进行了移动平台产品化并取得应用；轮式移动、履带式移动乃至腿式移动机器人开始在工业生产中逐步登堂入室。除一般工业生产场合与环境外，航空航天、核设施工业等环境下的工业机器人也不仅仅是机器人操作臂， 仿人上身+ 轮式移动平台乃至仿人机器人已经成为NASA 空间站自动化无人化作业下应用目标。一切迹象表明，工业机器人已经从当初单纯模仿人类手臂代替工人进行操作的传统工业机器人迈向以“操作”和“移动”两大主题下的现代工业机器人技术以及产业化应用。在我国中长期发展纲要以及中国制造2025 等战略性科技产业发展规划中，将工业机器人定位为重要技术性产业，并且大力倡导发展现代工业机器人技术、人工智能技术和自主创新创业。在这种倡导原创和全球竞相创新的时代大背景下，重新梳理和看待传统与现代工业机器人技术与创新设计具有重要的理论意义与现实意义。 
2. 本书的结构、主要内容与写法 
1）大篇幅宽跨度的综述涵盖了“操作”和“移动”两大主题概念下工业机器人发展历程中原创性的新概念、新设计、新方法和新技术，客观提出作者自己的观点和看法 
第1章对“操作”和“移动”两大主题概念下现代工业机器人系统进行了总论，首先给出了机器人、工业机器人的基本概念，然后全面综述分析了自20世纪40年代工业机器人诞生以来机器人操作臂发展简史及其分类与应用、地面移动机器人平台发展与现状、移动机器人总论、末端操作器相关、移动平台搭载机器人操作臂的工业机器人发展、关于工业机器人技术与应用方面人才与工业基础等现状，其中结合具有代表性的工业机器人新概念、新设计、新技术方面的文献进行论述， 给出了笔者对工业机器人的分类、归纳与总结，阐述了笔者综述与分析的观点、看法。对于从整体上回顾工业机器人发展的历史与现状也具有重要意义。 
2）非本书作者研究的原创性研究文献筛选原则与引用 
本书中选择了大量原创性的文献并给出对这些研究的评述，对于读者分辨、界定其他相关研究的创新性及创新程度也大有帮助。另外，本书引用并概括介绍这些代表性文献中主要研究内容的基本概念、基本思想、基本原理与主要技术，并力求阐明原理和方法，对于读者学习、掌握这些研究的主要内容大有帮助。 
3）本书内容布局以及作者的论述与原创性研究内容 
传统工业机器人系统的总体构成、机械传动系统、驱动和控制系统、传感系统以及各系统相关的基础元部件与技术，运动学、动力学、基于模型的控制理论与方法等，基本上属于20世纪80～90年代已经成熟的理论、方法与技术。本书第2章用相当篇幅以尽可能简单明了、通俗易懂的原则进行了较为全面的阐述与论述，第2章～第4章中包括了笔者归纳、整理给出的机器人机构设计、运动学、动力学、现代控制系统设计基础、机器人控制总论、操作臂系统设计的数学与力学原理、机器人机构创新的拓扑演化方法、全方位无奇异多自由度关节机构创新设计与样机研制技术、机器人用谐波齿轮传动（减速器）新设计新工艺与研制和实验、冗余自由度操作臂串并联新机构、工业机器人结构设计、机构运动简图和机器人操作臂各部分机械设计装配结构图例等。作者还对工业机器人系统设计中的设计方法、问题以及技术进行了系统的归纳整理与论述；第4章对以模糊逻辑、模糊控制、人工神经网络、CMAC、强化学习等为代表的智能运动控制理论与方法进行了系统地论述。针对基于模型的控制系统设计所需的逆动力学计算问题，第5章给出了机器人参数识别的概念、原理、算法与实验设计。 
第6章中笔者详细论述了工业机器人系统体系结构设计需要考虑的问题，集中控制、分布式控制系统的原理与方法，以及单台机器人控制、多机器人网络控制方法、机器人操作臂轨迹追踪控制总论、基于模型的各种控制原理与方法、控制律等。这些基于模型的控制方法包括PD控制、前馈控制、前馈+ PD反馈控制、加速度分解控制、计算力矩法等轨迹追踪控制法、鲁棒控制、自适应控制、力控制、最优控制、主从控制等。 
在第7章，笔者经归纳整理给出了各种车轮、轮式移动机器人的机构原理、机构运动简图以及特点说明并汇总成表；对履带式移动机构及履带式移动机器人机构与结构进行了归纳整理、分类。作者进一步从文献中筛选出具有新概念新设计特点的代表性移动机器人案例，分别对轮式、腿式、履带式单独移动方式和复合移动方式的先进机器人系统设计案例进行了论述。第7章还有一项重要的内容就是笔者将常用于双足步行机器人稳定步行控制系统设计准则的ZMP（零力矩点准则）统一推广到各种移动机器人的动态稳定性设计，并分别论述了双足、四足以及更多腿/足式移动机器人、轮式移动机器人等稳定移动的力反射控制系统设计方法以及原理。该章也包括笔者原创性提出并进行研究的仿人及类人猿等灵长类的多移动方式机器人系统的总体概念设计以及系统设计与实现，以及所提出的攀爬桁架类多移动方式非连续介质移动机器人、大阻尼欠驱动概念与摆荡抓杆连续移动控制方法。最后给出了双足、四足、轮式移动、移动方式转换、摆荡抓杆移动等多移动方式移动机器人进一步研究的问题点以及研究方法。 
第8章主要讲述了机器人操作臂末端操作器以及末端操作器快换装置（换接器）的机构原理与结构设计，以及笔者创新设计的仿人多指灵巧手集成化设计单元臂手实例，进一步讨论了研发大负载能力与操作能力的仿人多指灵巧手的技术问题所在。本章就力位混合柔顺控制所用的末端操作器以及相应装置， 还给出了基于弹性铰链原理的微驱动柔顺机构，以及宏动的RCC被动柔顺手腕原理和主被动柔顺手腕机构原理。笔者还给出了一种基于弹性铰链机构的三自由度平面并联微驱动机构。这一章内容对于从事包括多指灵巧手在内的机器人操作臂末端操作器设计以及工具换接器选用与研发的技术人员具有一定的实际参考价值。 
第9章主要论述了利用现代机械设计理论与方法全方位辅助工业机器人系统设计的具体设计方法。首先论述了传统机械系统设计与现代机械系统设计方法的区别与流程，提出了现代机械系统设计与分析和控制系统综合设计的观点和方法。汇总给出了利用Adams、DADS、Pro/E、Solid-Works、Matlab/Simulink等现代设计与分析型软件进行机械系统设计、控制系统设计以及两者联合仿真设计与分析的具体方法。最后，给出了一个3-DOF关节型机器人操作臂的虚拟样机设计与运动仿真、结果分析完整实例供参考。 
第10章为笔者对于面向操作与移动的工业机器人系统设计的论述与实例。首先剖析了操作人员导引操纵机器人操作臂的柔顺控制技术，论述并提出了技术熟练工人或技师导引机器人操作臂柔顺作业的柔顺控制系统设计方法以及力/位混合控制的原理、导引操纵机构原理及其装置自学习系统等创新性设计结果。本章还给出了笔者关于圆-长方复合轴孔类零件机器人装配技术的理论与仿真部分的原创性研究内容，以及机器人操作臂模块化组合优化设计方法与设计实例的创新性设计研究成果。本章为工业机器人系统的设计与仿真分析、复合孔轴类零件的机器人装配技术、技术熟练操作者导引机器人操作臂作业的力位混合柔顺控制系统设计与技术提供了重要的设计方法、理论与技术基础。 
第11章作为本书最后一章，笔者总论了现代工业机器人的系统设计问题，并对其发展进行了展望。在现代工业机器人特点分析基础上，提出并论述了面向操作与移动作业智能化的工业机器人系统设计问题与方法；重点阐述了现有六维力/力矩传感器产品面向移动机器人应用的问题与局限性；给出了笔者研究的新型安全性兼有过载保护功能的无耦合六维力/力矩传感器设计方案。笔者在本章中还提出并论述了工业机器人应用系统集成化方案设计通用大型工具软件设计的总体方案、基本构成与研发的意义；本章还阐述了力、位混合控制的矛盾对立统一问题；论述了自重构、自修复和自装配等新概念下的机械智能技术实现问题。 
3. 关于工业机器人系统设计的侧重点与目的 
本书中并未给出更多的机构参数、机械结构强度、刚度计算等通常工程设计类计算内容。本书的侧重点与着眼点在于写出工业机器人系统设计中的创新性概念、思维与设计方法，除了笔者归纳总结以及论述中明确给出的有关这些内容之外，更多地包含在一些有原创性、代表性和理论与实际意义的机器人系统设计实例中。由于现代工程设计与分析型大型广义CAD软件的普及应用，需要设计者自己进行设计计算的工作渐少，静力学、动力学分析、强度计算、刚度计算以及系统振动等计算与分析工作绝大多数可以交由类似于ADAMS、Pro/E、SolidWorks、ANSYS以及多物理场分析软件来解决。 
4. 关于本书读者对象与阅读建议 
本书适合于机器人相关研究方向的本科高年级生、硕士研究生、博士研究生以及从事机器人创新设计与研发的研究人员、高级工程技术人员阅读。第1 章建议读者通读，有助于深刻了解和把握以操作和移动两大主题作业下的各类机器人的创新设计与研究的现状。本书前半部分归纳和总结的传统、现代工业机器人系统设计基础知识以及相关的论述与创新设计，适合于机械类本科高年级学生、研究生以及机器人技术研发类工程设计人员阅读，资深机器人技术人员可越过第2章～第6章中部分机器人技术基础内容。 
由于笔者水平和能力有限，加之工业机器人文献浩如烟海，难免有所遗漏和偏颇之处， 还望同行专家学者不吝指教，疑义相与析。 

吴伟国 教授/博士生导师 
2019年8月8日于哈尔滨工业大学机械楼1044室 
仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室