前言

《机器人机构设计》是对现代机器人技术及其结构设计原理的深入探讨，旨在为读者提供一个全面的理论框架，通过对机器人关键技术、概念与应用的综合讨论，帮助读者理解机器人机构设计的复杂性和创新性。

机器人技术作为21世纪最具革命性的领域之一，正迅速从科学幻想变为现实。在过去的几十年里，我们见证了从简单自动化设备到复杂智能系统的演进。现代机器人不仅在工业生产中扮演着关键角色，在医疗、服务、探索甚至家庭生活中也发挥着越来越重要的作用，这一变化归功于机械设计、电子工程、计算机科学和人工智能等领域的突破。

本书是编者从事“机器人结构设计基础”“机器人学”相关课程授课及多年研究经验的积累和结晶，初衷是希望读者通过本书能够深入理解机器人当前的发展状态和机构设计的基础理论，并展望这一领域的未来，从而在机器人机构设计的创新和应用中发挥积极作用。

本书围绕机器人机构设计需要掌握的基础知识点分为7章，内容包括： 绪论、机器人运动学基础、速度分析与力学分析、机器人驱动传动系统设计、机器人本体分析与设计、机器人手腕与末端执行器设计及典型机器人设计实例，内容涵盖了机器人学、机械动力学、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、电工学、控制工程基础等多学科知识要点，同时设置实践环节，使学生能够将理论知识运用到实践中，加强对知识的理解与掌握。

第1章对机器人的发展历程及现状、组成部分、结构类型及机器人分类和性能指标进行了概述。

第2章是机器人运动学基础，介绍连杆的矩阵表示、机器人位姿的正逆解及机器人工作空间计算的相关内容。

第3章在第2章机器人运动学的基础上，详细介绍机器人的速度与力学分析(力学分析包含静力学分析与动力学分析)，介绍了常用的机器人动力学算法。

第4章主要介绍机器人的核心组成——驱动传动系统的相关设计，包括常用的传动机构类型、常用的驱动类型及其控制技术。

第5章介绍机器人本体分析与设计，包括机型的选择、构型方法，以及关节、臂杆的设计与分析，机器人静力学性能与动态特性分析等内容。

第6章主要介绍机器人手腕及末端执行器的设计，包括3种不同自由度的手腕、3种不同工作原理的末端执行器等。

第7章是综合实践环节，由学生的优秀设计案例整理改编而成，主要介绍了直角坐标型机器人与关节型机器人的设计过程，基于逆向工程思维，学生独立设计两种机器人本体，促使学生充分掌握本课程的内容，对机器人结构设计方法融会贯通。同时，进一步培养、提高学生的实践能力与工程素养。

书中各章节均配有习题，紧扣主要内容，用于巩固知识要点。

本书由郑莉芳、周晓敏、刘鸿飞主编，参加本书编写工作的还有马飞、栗琳、董凯捷、段京良。本书在编写过程中得到北京科技大学教材建设经费资助，在此表示衷心感谢。

由于本书内容的广泛性和作者自身知识的局限性，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正，并提出宝贵意见与建议。

编者

2024年5月