工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，就是要解決工業(yè)機(jī)器人與外圍設(shè)備以及生產(chǎn)系統(tǒng)相集成的問(wèn)題。為了幫助讀者了解和初步掌握這一過(guò)程，本書(shū)包括工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)和工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用兩部分內(nèi)容。

第1章主要介紹工業(yè)機(jī)器人的組成、技術(shù)指標(biāo)以及應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人解決工程實(shí)際問(wèn)題所面臨的基本任務(wù)。第2~5章屬于機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)部分，其相關(guān)內(nèi)容是研究機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人解決工程問(wèn)題的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)這些內(nèi)容要求具備高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)知識(shí)。

如何控制機(jī)器人末端執(zhí)行器精確地完成裝配、焊接、碼垛、噴涂等作業(yè)？這可以通過(guò)機(jī)器人示教或者編程來(lái)精確控制工具坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人的連桿一般做空間運(yùn)動(dòng)，為了研究空間物體運(yùn)動(dòng)，引入了位姿矩陣，再引入能確定物體從一個(gè)位置和姿態(tài)到達(dá)另外一個(gè)位置和姿態(tài)的剛體運(yùn)動(dòng)（變換）矩陣，這是第2章首先要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。由于空間物體的運(yùn)動(dòng)可以在不同的坐標(biāo)系中描述，需要引入坐標(biāo)系變換，這實(shí)際上是線性代數(shù)中的基變換，其本質(zhì)是矩陣運(yùn)算，這些內(nèi)容也將在第2章學(xué)習(xí)。該章還闡述了剛體變換矩陣左乘和右乘對(duì)應(yīng)的剛體變換，從而為學(xué)習(xí)第3章機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程奠定基礎(chǔ)。

機(jī)器人是由一個(gè)個(gè)構(gòu)件（連桿）通過(guò)關(guān)節(jié)連接起來(lái)而形成的一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。在機(jī)器人的每個(gè)連桿上建立所謂的D-H坐標(biāo)系，利用D-H矩陣描述相鄰連桿之間的位置和姿態(tài)關(guān)系，之后把所有的D-H矩陣組合起來(lái)（位姿矩陣右乘），就得到機(jī)器人末端連桿相對(duì)于機(jī)器人基座的位置和姿態(tài)，這就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。這是本書(shū)第3章將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，其本質(zhì)是第2章內(nèi)容剛體變換矩陣右乘的延伸和具體應(yīng)用。利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，可以研究機(jī)器人的正向和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。該章還將學(xué)習(xí)如何建立機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)系、機(jī)器人基坐標(biāo)系、工作臺(tái)坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系）和工件坐標(biāo)系之間的準(zhǔn)確關(guān)系。

第4章將學(xué)習(xí)機(jī)器人的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，即在給定機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿的前提下，如何確定機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。

機(jī)器人工作時(shí)，末端執(zhí)行器線速度和角速度與每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系就是機(jī)器人速度雅可比矩陣。另外，機(jī)器人末端的輸出力與機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)輸出力的關(guān)系就是力雅可比矩陣。這些內(nèi)容將在第5章學(xué)習(xí)。當(dāng)然，學(xué)習(xí)這些內(nèi)容需要掌握高等數(shù)學(xué)中的導(dǎo)數(shù)、向量叉積、反對(duì)稱矩陣以及矩陣導(dǎo)數(shù)的概念；同時(shí)，也需要掌握理論力學(xué)中的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用部分包括第6~10章。為了使工業(yè)機(jī)器人能夠完成作業(yè)任務(wù)，需要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，包括路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，這是第6章需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。如何讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)既定的軌跡，這可以通過(guò)編程來(lái)完成，因此需要學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的編程語(yǔ)言，這是第7章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，該章還介紹了市場(chǎng)上主流工業(yè)機(jī)器人的編程語(yǔ)言。

機(jī)器人要投入應(yīng)用必須有末端執(zhí)行器，即手爪，因此第8章將首先學(xué)習(xí)末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方法；此外，末端執(zhí)行器的工作對(duì)象需要定位，為此需要設(shè)計(jì)工裝和夾具，這也是第8章將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。工業(yè)機(jī)器人要在現(xiàn)場(chǎng)得以應(yīng)用，必須與相關(guān)的外圍設(shè)備相集成，形成機(jī)器人工作站。如何配置機(jī)器人工作站，通過(guò)什么樣的技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)集成，這是第9章工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。機(jī)器人的典型應(yīng)用案例將在第10章給出，作為本書(shū)相關(guān)內(nèi)容的具體應(yīng)用。

本書(shū)依托增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，將視頻等數(shù)字資源與紙質(zhì)教材交互，為讀者和用戶帶來(lái)更豐富有效的閱讀體驗(yàn)，具體使用方法參見(jiàn)目錄前本書(shū)配套數(shù)字交互資源使用說(shuō)明。另外，教材按其主要內(nèi)容編制了各章課件，并為每章內(nèi)容附學(xué)習(xí)延伸及文獻(xiàn)導(dǎo)讀，強(qiáng)化內(nèi)容理解及拓展文獻(xiàn)鏈接，以及為第6章式（6-41）（p131）提供相關(guān)計(jì)算結(jié)果，均在上海科學(xué)技術(shù)出版社網(wǎng)站（www.sstp.cn）課件/配套資源欄目公布，歡迎讀者瀏覽、下載。

本書(shū)具體編寫(xiě)分工如下： 第1~7章、第9章由上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)荊學(xué)東編寫(xiě)；第8章由荊學(xué)東和上海師范大學(xué)王樂(lè)慧共同編寫(xiě)；第10章由庫(kù)卡機(jī)器人(上海)有限公司于進(jìn)杰、顧俊和林楊勝藍(lán)共同編寫(xiě)。感謝庫(kù)卡機(jī)器人(上海)有限公司為本書(shū)提供了機(jī)器人技術(shù)參數(shù)、工程案例和部分圖片；感謝ABB(中國(guó))有限公司上海分公司為本書(shū)提供機(jī)器人技術(shù)參數(shù)和部分圖片。

本書(shū)可以作為高等院校機(jī)器人技術(shù)相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材，也可為學(xué)習(xí)和掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用的工程技術(shù)人員提供參考。

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