機器人技術是涉及機械電子、感知測量、控制、通信和計算機等學科的綜合性高新技術，是光機電軟一體化研發(fā)制造的典型代表。而工業(yè)機器人則是機器人技術發(fā)展的典型代表，其研發(fā)、制造和應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志，是推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級和結構調(diào)整的重要支撐。同時，工業(yè)機器人是現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備，是制造業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化和信息化的重要載體。工業(yè)機器人及以其為主體的自動化成套設備是提升制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量和競爭力的重要途徑。目前，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流和制造業(yè)等諸多領域中。
隨著人口老齡化加劇，勞動力短缺，勞動力成本急劇上升，下游制造行業(yè)的生產(chǎn)方式也亟待升級。我國亦高度重視機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相繼出臺了《關于推進機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（20162020 年）》等，在戰(zhàn)略上做了頂層設計。地方扶持政策也積極跟進，重點是對研發(fā)和機器換人應用的扶持。工業(yè)機器人作為我國高端裝備制造的基礎設備之一，是我國十二五發(fā)展規(guī)劃中高端制造裝備戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是其他戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎裝備。目前全國已有四十多家機器人產(chǎn)業(yè)園，中國已經(jīng)成為全球最大的機器人市場。
機器人產(chǎn)業(yè)有著多層次的人才需求，教育部等部委聯(lián)合發(fā)布的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》預測，到2020 年我國高檔數(shù)控機床和機器人領域人才缺口將達到300 萬； 到2025 年，人才缺口將進一步擴大到450 萬。雖然我國企業(yè)和科研機構不斷加大機器人技術研究與本體研制方向的人才引進與培養(yǎng)力度，但現(xiàn)場調(diào)試、維護操作與運行管理等應用型人才的培養(yǎng)力度依然有所欠缺。同時，各高校和職業(yè)院校也相繼設置了機器人及其應用的相關專業(yè)，而系統(tǒng)介紹工業(yè)機器人技術和研發(fā)的專業(yè)技術書籍還不多。編者多年從事工業(yè)機器人研發(fā)，先后承擔過國家重點研發(fā)計劃、國家數(shù)控重大專項、863計劃項目中的工業(yè)機器人研發(fā)課題，具有較為豐富的工業(yè)機器人研發(fā)經(jīng)驗，書中的部分工業(yè)機器人實例也是這些國家課題項目的技術成果。
全書共分6章。第1章介紹了工業(yè)機器人的概念和定義，闡述了工業(yè)機器人按照發(fā)展程度、性能、結構、控制、驅(qū)動和應用特征分類的情況，并對工業(yè)機器人關鍵技術、國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行了分析。第2章講述了工業(yè)機器人的數(shù)學基礎，重點介紹了工業(yè)機器人的位姿描述、坐標系轉(zhuǎn)換、運動學模型、工作空間、典型軌跡規(guī)劃算法。對機器人的雅可比矩陣和機器人動力學進行了簡介。第3章分析了工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)，包括機器人本體的總體結構、關節(jié)形式、材料選擇、傳動機構和機構優(yōu)化等，講述了工業(yè)機器人的系統(tǒng)標定、性能指標及測試方法。第4章講述了工業(yè)機器人的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，對工業(yè)機器人的各種控制方式進行了闡述，以一種工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計為例，對控制系統(tǒng)的硬件和軟件結構進行了設計。第5章系統(tǒng)介紹了工業(yè)機器人的編程方式、編程語言、當前主要的工業(yè)機器人仿真系統(tǒng)，闡述了機器人的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的原理及操作流程。第6章介紹了工業(yè)機器人在制造業(yè)領域的應用狀況，包括工業(yè)機器人的安全情況、通信方式、傳感器系統(tǒng)，以及基于視覺、力覺的工業(yè)機器人應用設計案例。分別介紹了焊接、搬運、噴涂、裝配和協(xié)作等典型工業(yè)機器人的應用。
本書針對工業(yè)機器人的設計和應用過程，除了介紹和討論機器人學的基本理論外，更加注重機器人實際設計及工程應用中應該注意的問題和一些關鍵技術掌握。分別從工業(yè)機器人的理論基礎、機械系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)設計、機器人編程及應用等方面給讀者提供了完整的工業(yè)機器人設計和應用流程。本書可供機器人研發(fā)、設計、工程應用的技術人員參考，也可以作為高等院校機器人專業(yè)教師和本科生的教學參考書。
本書是哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所工業(yè)機器人課題組老師和研究生的共同研究成果。李瑞峰教授負責本書的總體規(guī)劃和修訂，重點編寫了第1、3、6章，葛連正助理研究員重點編寫了第2、4、5章。本書撰寫工作得到了王珂、趙立軍、陳健、仝勛偉、王淑英、吳重陽、郭萬金、劉志恒等很大的支持與幫助，在此表示衷心感謝。
本書在寫作過程中對相關專家進行了咨詢，同時查閱了同行專家學者和一些科研單位、院校的教材和文獻，在此向各位文獻作者致以誠摯的謝意。由于作者水平有限，書中難免存在不足和錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。
作者2019年5月