本书包含9章内容。第1章绪论介绍机器人的基本组成、分类、发展历程和应用，以及机器人机构创新设计的研究内容。第2、3章介绍机器人学研究涉及的数学基础，并根据机器人机构创新设计的流程重点介绍有限-瞬时旋量数学框架。第4～8章涵盖串联、并联机器人机构设计的全部环节，包括机构构型综合、运动学建模、静力学建模、动力学建模以及多目标多参数优化设计方法。第9章以两个典型的应用场景为例。阐述利用前述章节的理论方法开展并联机器人机构创新设计的流程。 本书既注重与机械原理设计等基础课程的衔接，也注意与实际工程的联系，内容上既涵盖了机器人机构学领域的经典理论，也融入了有限-瞬时旋量及机构分析设计等最新研究成果。本书可作为智能制造、机械工程或机器人相关专业的本科高年级学生以及研究生的教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考书。

高等院校教师

前言
第1章绪论1
11引言1
12机器人机构学2
121机器人的问世与发展2
122机构学与数学、力学3
123机器人机构学的研究内容5
13机器人机构的分类5
131串联机构6
132并联机构7
133混联机构12
14机器人机构的创新设计13
141构型创新13
142运动学分析与设计14
143动力学优化15
15全书架构与章节安排15
习题16
参考文献16
第2章常用数学工具及比较18
21引言18
22机器人机构的有限运动和瞬时运动18
221李群与李代数理论19
222Chasles定理和Mozzi定理20
223机构的有限运动李群SE(3)20
224机构的瞬时运动李代数se(3)21
23矩阵李群和李代数22
231矩阵李群及矩阵乘法23
232矩阵李代数及矩阵李括号24
233矩阵李群与李代数间的映射25
24对偶四元数和纯对偶四元数26
241对偶四元数及四元数乘法26
242纯对偶四元数及四元数李括号28
243对偶四元数与纯对偶四元数间的
映射28
25有限旋量和瞬时旋量29
251有限旋量及旋量三角29
252瞬时旋量及旋量叉积31
253有限旋量与瞬时旋量间的映射32
26数学工具比较32
261数学工具之间的代数关联与
转换32
262对偶四元数乘法与旋量三角33
263代数结构与李群表示论35
27本章小结42
习题42
参考文献43
第3章有限瞬时旋量理论45
31引言45
32有限瞬时旋量微分映射45
321单自由度旋量微分映射46
322解耦多自由度旋量微分映射46
323非解耦多自由度旋量微分映射47
324基于旋量微分的机器人机构
建模49
33机器人机构有限运动的旋量模型51
331关节有限运动建模52
332串联机构有限运动建模54
333并联机构有限运动建模54
34机器人机构瞬时运动的旋量模型55
341关节瞬时运动建模55
342串联机构瞬时运动建模61
343并联机构瞬时运动建模63
35机器人机构力的旋量模型65
351关节力建模68
352串联机构力建模71
353并联机构力建模72
36机器人机构的拓扑与性能建模75
361经典串联、并联机构建模算例75
362构型与性能创新设计87
37本章小结88
习题89
参考文献90
第4章机器人机构的构型综合92
41引言92
42构型综合的有限旋量方法93
421构型综合的通用流程93
422运动模式的解析表征95
423支链运动的等效变换108
424支链的几何装配条件116
43转动轴线固定类机构的构型综合117
431具有一个固定轴线的nT1R
机构118
432平面运动G群机构算例119
433具有两个固定轴线的nT2R
机构121
434双熊夫利运动XX流形机构
算例123
44转动轴线变化类机构的构型综合130
441具有一个可变轴线的nT1R
机构130
4421R1T双链并联机构与3T1R并联
机构算例131
443具有一个可变轴线的nT2R
机构135
4443T2R串联机构与1T2R类Exechon
并联机构算例137
445具有两个可变轴线的nT2R
机构142
4462R双链并联机构与1T2R类Z3
并联机构算例143
45曲面/曲线平动机构的构型综合145
451具有二次曲面平动的2TnR
机构145
452环面与螺旋面并联机构算例148
453具有空间曲线平动的1TnR
机构155
454圆锥曲线双链并联机构算例155
46本章小结159
习题159
参考文献160
第5章运动学建模与分析162
51引言162
52位移建模与分析162
521串联机构位移建模的有限旋量
方法162
522串联机构位移建模的DH参数
方法167
523并联机构位移建模的有限旋量
方法170
524并联机构位移建模的闭环向量
方程179
53速度建模与分析180
531串联机构速度建模180
532并联机构速度建模181
533奇异性分析186
54工作空间分析189
541姿态工作空间190
542位置工作空间191
543边界搜索法192
55本章小结195
习题196
参考文献198
第6章静力学建模与分析200
61引言200
62静刚度矩阵与柔度矩阵200
621m自由度虚弹簧201
622刚/柔度矩阵的坐标变换205
63静力与变形映射关系208
631串联机构静力与变形映射208
632并联机构静力与变形映射210
64静刚度建模与分析212
641串联机构静刚度建模212
642并联机构静刚度建模214
65本章小结225
习题225
参考文献227
第7章动力学建模与分析228
71引言228
72刚体的惯性228
721质量与质心228
722惯性矩阵与转动惯量229
73构件质心的速度232
731关节速度232
732串联机构构件质心的速度236
733并联机构构件质心的速度239
74构件质心的加速度242
741关节加速度242
742串联机构构件质心的加速度244
743并联机构构件质心的加速度247
75动力学建模与分析248
751串联机构动力学建模249
752并联机构动力学建模252
76本章小结257
习题257
参考文献259
第8章机器人机构性能优化设计261
81引言261
82性能评价指标261
821运动学性能评价指标261
822静力学性能评价指标268
823动力学性能评价指标273
83多目标优化275
831参数定义276
832性能合作均衡优选277
833多目标优化一般流程278
84性能优化设计实例280
8416PUS并联机器人优化设计280
842变轴线1T2R并联机器人优化
设计282
85本章小结286
习题286
参考文献287
第9章机器人机构创新设计实例289
91引言289
92机器人机构创新设计一般流程289
93实例一：二转动自由度并联机器人291
931应用场景291
932构型综合292
933性能建模294
934优化设计301
94实例二：五自由度并联机器人305
941应用场景305
942构型综合306
943性能建模307
944优化设计311
95本章小结314
习题315
参考文献315