總序近年來，智能制造 共融機器人特別引人矚目，呈現(xiàn)出萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的時代特征。智能制造與共融機器人產(chǎn)業(yè)將成為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是中國制造2049創(chuàng)新驅動發(fā)展的巨大引擎。值得注意的是，智能汽車與無人機、水下機器人等一起所形成的規(guī)模宏大的共融機器人產(chǎn)業(yè)，將是今后30年各國爭奪的戰(zhàn)略高地，并將對世界經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、戰(zhàn)爭形態(tài)產(chǎn)生重大影響。與之相關的制造科學和機器人學屬于綜合性學科，是聯(lián)系和涵蓋物質科學、信息科學、生命科學的大科學。與其他工程科學、技術科學一樣，制造科學、機器人學也是將認識世界和改造世界融合為一體的大科學。20世紀中葉，Cybernetics與Engineering Cybernetics等專著的發(fā)表開創(chuàng)了工程科學的新紀元。21世紀以來，制造科學、機器人學和人工智能等領域異�；钴S，影響深遠，是智能制造 共融機器人原始創(chuàng)新的源泉。華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準智能制造和機器人的科技前沿，組織策劃了本套智能制造與機器人理論及技術研究叢書。叢書涉及的內容十分廣泛。熱烈歡迎各位專家從不同的視野、不同的角度、不同的領域著書立說。選題要點包括但不限于：智能制造的各個環(huán)節(jié)，如研究、開發(fā)、設計、加工、成形和裝配等；智能制造的各個學科領域，如智能控制、智能感知、智能裝備、智能系統(tǒng)、智能物流和智能自動化等；各類機器人，如工業(yè)機器人、服務機器人、機器人、海陸空機器人、仿生/類生/擬人機器人、軟體機器人和微納機器人等的發(fā)展和應用；與機器人學有關的機構學與力學、機動性與操作性、運動規(guī)劃與運動控制、智能駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)、人機交互與人機共融等；人工智能、認知科學、大數(shù)據(jù)、云制造、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。本套叢書將成為有關領域專家、學者學術交流與合作的平臺，青年科學家茁壯成長的園地，科學家展示研究成果的國際舞臺。華中科技大學出版社將與施普林格(Springer)出版集團等國際學術出版機構一起，針對本套叢書進行全球聯(lián)合出版發(fā)行，同時該社也與有關國際學術會議、國際學術期刊建立了密切聯(lián)系，為提升本套叢書的學術水平和實用價值，擴大叢書的國際影響營造了良好的學術生態(tài)環(huán)境。近年來，高校師生、各領域專家和科技工作者等各界人士對智能制造和機器人的熱情與日俱增。這套叢書將成為有關領域專家學者、高校師生與工程技術人員之間的紐帶，增強作者與讀者之間的聯(lián)系，加快發(fā)現(xiàn)知識、傳授知識、增長知識和更新知識的進程，為經(jīng)濟建設、社會進步、科技發(fā)展做出貢獻。*后，衷心感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們?yōu)閯?chuàng)新驅動發(fā)展增添正能量、聚集正能量、發(fā)揮正能量。感謝華中科技大學出版社相關人員在組織、策劃過程中的辛勤勞動。華中科技大學教授中國科學院院士2017年9月現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真前言機器人系統(tǒng)仿真一直是機器人理論、技術及應用研究的重要及基礎性內容之一。隨著機器人應用領域及環(huán)境的拓展，機器人系統(tǒng)已經(jīng)從經(jīng)典的制造環(huán)境下機器人系統(tǒng)向更多類別的現(xiàn)代機器人系統(tǒng)發(fā)展。從結構剛度這一物理屬性出發(fā)，現(xiàn)有機器人系統(tǒng)一般可分為剛體機器人系統(tǒng)、軟體機器人系統(tǒng)及剛軟混雜機器人系統(tǒng)三類。上述三類機器人系統(tǒng)因其物理屬性的不同，在數(shù)學描述及建模方法方面存在明顯差異，因此需要建立相應的仿真方法及平臺。圍繞現(xiàn)代機器人系統(tǒng)的仿真，本書按照理論及方法建立功能模塊及平臺實現(xiàn)典型案例演示的思路，系統(tǒng)介紹了剛體機器人系統(tǒng)、軟體機器人系統(tǒng)及剛軟混雜機器人系統(tǒng)的仿真方法。本書第1章主要介紹現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的基本概念，包含機器人系統(tǒng)仿真的基本目標、常見的機器人仿真工具與仿真平臺以及三類機器人系統(tǒng)仿真任務。第2章系統(tǒng)介紹了剛體機器人系統(tǒng)的仿真方法，重點介紹了如何基于經(jīng)典剛體理論實現(xiàn)模型創(chuàng)建、運動學求解、運動規(guī)劃與控制等基本仿真功能。第3章介紹了剛軟混雜機器人系統(tǒng)仿真方法，重點介紹了如何在前述剛體機器人仿真平臺下實現(xiàn)剛軟混雜機器人系統(tǒng)仿真，包含系統(tǒng)中軟體對象的建模方法、形態(tài)描述和主動的驅動激勵仿真。第4章介紹了軟體機器人系統(tǒng)的仿真方法，重點介紹了一種基于有限元的軟體機器人仿真方法，并給出了一種純氣動軟體機器人的仿真方法。第5章以著者前期項目研究中的若干典型機器人系統(tǒng)為例，詳細展示了如何基于現(xiàn)有機器人操作系統(tǒng)實現(xiàn)多類現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的方法和平臺設計、功能開發(fā)和實驗測試。在介紹現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真時，上述各章節(jié)重點突出了對機器人操作仿真方法的介紹。機器人的應用領域及環(huán)境仍然在深入發(fā)展及快速拓展之中，因此本書雖致力于通過上述內容來全面及系統(tǒng)地展示現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的內涵，但仍然難以做到涵蓋所有的應用類別。相信在面對新的機器人仿真問題時，讀者能夠在掌握上述三大類別機器人系統(tǒng)仿真的基本思想和基本方法的基礎上，通過分析仿真目標、分解仿真任務，建立自己的機器人系統(tǒng)仿真方法和平臺。另外，軟體機器人系統(tǒng)的仿真仍然是一個有挑戰(zhàn)性的領域，在如何實現(xiàn)高保真、高效率的軟體機器人系統(tǒng)仿真和如何建立適用于不同激勵驅動與控制的仿真引擎等方面仍需深入研究。希望本書能夠推動同行在上述方向上堅持不懈地開展研究和探索，這也是著者總結研究團隊前期研究及應用積累，撰寫這本專著的初衷之一。本書集中了著者及其科研團隊歷年來在機器人系統(tǒng)仿真方面取得的系列研究及應用成果，凝聚了團隊的集體努力和智慧。本書的成果得到了多個項目的支持，包括國家自然科學基金面上項目（61773365）、國家自然科學基金聯(lián)合基金項目（U2013205）、國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項（2016YFE0128000）、國家自然科學基金青年科學基金項目（51305436）、廣東省重大科技專項項目（2014B090919002）、廣東省自然科學基金杰出青年項目（2015A030306020）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員項目（Y201968）、深圳市海外高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項資金項目（KQCX20130628112914284）、深圳市基礎研究學科布局項目（JCYJ20170413162458312）。著者科研團隊的鄧豪、陳君、錢偉、侯文國、張茜卓參與了本書的撰寫工作，其中鄧豪為本書的統(tǒng)稿及校核做了大量的工作。 除上述人員外，翁少葵、甘陽洲、郭楊超、李煌、王小軍、張雪在著者指導下參與了與本書內容相關的項目或論文研究工作。熊璟也為本書的撰寫提供了諸多有益建議。在此一并謹致誠摯謝意！因著者的水平和時間有限，且現(xiàn)代機器人系統(tǒng)還處于快速發(fā)展變化之中，書中難免有不少不妥、疏漏甚至錯誤之處，懇請各位專家及讀者不吝批評指正。2021年4月于深圳現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真前言