1.3　本书的主要内容与特点

1.3.1　主要内容

全书共六章，其主要内容构架如图1-5所示。

第1章，概述。主要内容为工业机器人概述，工业机器人及控制的相关基本概念，工业机器人与机械智能，本书的主要内容与特点。

第2章，机器人设计要求与基本参数。主要内容为机器人设计要求和工业机器人基本参数。本章对机器人运动规划、机器人定位、机器人导航及机器人受力与驱动等基本概念进行分析，对机器人负载、最大运动范围、自由度、精度及制动和惯性力矩等进行阐述，提出工业机器人设计要求，并为工业机器人设计与应用基本参数提供理论基础。

第3章，工业机器人系统与配置。主要内容为机器人系统组成，机器人配置方案及成套装置等。首先，通过被控部件、驱动及检测、控制平台及主要模块等概念的描述，认识工业机器人系统组成；其次，通过驱动方式、操作机其他配置、电驱动及配置方案等内容的介绍，了解机器人操作机驱动及配置等相关问题；再次，通过机器人系统配套及成套装置等的分析，明确工业机器人系统的多面性及发展方向；最后，以机器人系统中结构与配置为实例，分析了关节驱动方式、功能置换措施及机器人关节与配置等问题。本章把机器人系统组成、机器人配置方案及成套装置等结合起来，综合其各功能特点将有利于特定的工业自动化系统开发和工业机器人作业。工业机器人设计及控制是一项复杂的工作，其工作量大、涉及的知识面很广，需要多方面来共同完成，它面向用户，不断地分析用户的要求，并寻求和完善解决方案。随着科学技术的发展及社会需求的变化，工业机器人设计及控制将是不断升级的过程。

第4章，工业机器人结构及特性分析。主要内容为机器人结构类型、机器人模型影响因素及机器人特性分析等。首先，针对直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人以及关节机器人等结构形式，介绍了机器人操作机的结构特点及其应用；其次，通过机器人形态与模块结构、机器人全局与局部关系、机器人建模工具等的分析，探讨了机器人模型影响因素；再次，通过对机器人运动学和机器人动力学的分析，明确了工业机器人的相关特性，并阐述了机器人设计的相关方法和理论；最后，通过实例介绍拉格朗日-欧拉（Lagrange-Euler）法、牛顿-欧拉（Newton-Euler）法等在工业机器人设计中的意义和作用。本章是全书重要组成内容之一，通过特定工业机器人结构类型的分析，从源头上理解机器人建模对工业机器人设计的重要性；通过机器人特性分析，为其设计及控制提供充分的理论依据。

第5章，工业机器人优化设计。主要内容为机构与架构的优化设计、机器人杆件的优化设计以及机器人本体的优化设计等。首先，通过机构优化及架构优化认识机器人优化设计的必要性；其次，通过杆件静态性能、机械臂运动性能、机械臂运动误差、杆件力学性能以及机械臂性能测试等分析，明确机器人杆件的优化设计问题；最后，通过机器人本体方案、机器人关节对性能的影响、机器人分析及优化等相关内容的分析，实施对机器人本体的优化设计。本章把机构与架构的优化设计、机器人杆件的优化设计、机器人本体的优化设计等内容结合起来，借助多方面的先进理论、方法及工具等进行特定的优化设计。本章也是全书的主要内容之一。

第6章，工业机器人控制。主要内容为机器人关节空间控制、机器人位置控制、机器人力控制等。首先，针对关节控制原理、关节控制传递函数、关节控制方法以及关节控制系统硬件结构等，分析了机器人关节空间概念及控制特点；其次，通过笛卡儿位置控制、控制方法与分析等探讨了机器人位置控制问题；再次，通过对力控制关键问题、工业机器人主要部件、关节控制软件系统等分析，阐述了机器人力控制理论和应用方法；最后，通过实例分析了机器人动力学前馈补偿控制、机器人多关节联动低速高精度控制、柔性机械臂控制等在工业机器人控制中的意义和作用。

1.3.2　主要特点

《工业机器人设计及控制》一书以工业机器人的结构为核心，对工业机器人设计及控制中的主要问题进行分析与研究，对重点章节涉及的问题通过实例进行分析和总结。该书注重工业机器人设计及控制的实用性，并兼顾理论要点，对特定机器人的理论依据进行分析和阐述，强调现有技术和方法在特定机器人设计与控制中的应用。

采用多种方式的工程图例，对工业机器人设计及控制中的相关问题进行表达和阐述，力求通过简明的图例能够较全面地理解复杂的设计及控制问题。

1）始终坚持理论联系实际　根据实际任务、要求或目标，提出工业机器人作业特征要求或基本参数等，对特定工业机器人进行设计和控制。理论上，进行机器人运动规划及机器人控制等基本问题研究；实践中，针对特定工业机器人的设计、配置及控制等实施多次优化、试验及修正。

2）不强求设计要素的完整性及完美性　无论是工业机器人结构、特征还是机器人环境都具有一定复杂性，为了使问题的阐述重点突出、图面更清晰，文中图样仅对具体表述到的部分进行显示，去掉了无关的和不重要的部分，这或许会给阅读和理解带来某些困难。

3）简明扼要的写作风格　为了简洁明了，各章图例省略了许多部件、子系统及环节等的表达。

本书涉及较宽广的知识面，其理论性、实践性及开放性结合紧密，如何将理论知识、实践经验及新科技等与工程技术人员的智慧结合起来，合理地设计及控制机器人，还需要笔者在今后的研究、学习与实践中不断地探索与提高。