机器人技术是涉及机械电子、感知测量、控制、通信和计算机等学科的综合性高新技术，是光机电软一体化研发制造的典型代表。而工业机器人则是机器人技术发展的典型代表，其研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，是推进传统产业改造升级和结构调整的重要支撑。同时，工业机器人是现代制造业重要的自动化装备，是制造业实现数字化、智能化和信息化的重要载体。工业机器人及以其为主体的自动化成套设备是提升制造业发展质量和竞争力的重要途径。目前，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流和制造业等诸多领域中。

随着人口老龄化加剧，劳动力短缺，劳动力成本急剧上升，下游制造行业的生产方式也亟待升级。我国亦高度重视机器人产业的发展，相继出台了《关于推进机器人产业发展的指导意见》《机器人产业发展规划（2016—2020 年）》等，在战略上做了顶层设计。地方扶持政策也积极跟进，重点是对研发和“机器换人”应用的扶持。工业机器人作为我国高端装备制造的基础设备之一，是我国“十二五”发展规划中高端制造装备战略性新兴产业的重要组成部分，也是其他战略性新兴产业发展的重要基础装备。目前全国已有四十多家机器人产业园，中国已经成为全球最大的机器人市场。

机器人产业有着多层次的人才需求，教育部等部委联合发布的《制造业人才发展规划指南》预测，到2020 年我国高档数控机床和机器人领域人才缺口将达到300 万； 到2025 年，人才缺口将进一步扩大到450 万。虽然我国企业和科研机构不断加大机器人技术研究与本体研制方向的人才引进与培养力度，但现场调试、维护操作与运行管理等应用型人才的培养力度依然有所欠缺。同时，各高校和职业院校也相继设置了机器人及其应用的相关专业，而系统介绍工业机器人技术和研发的专业技术书籍还不多。编者多年从事工业机器人研发，先后承担过国家重点研发计划、国家数控重大专项、“863”计划项目中的工业机器人研发课题，具有较为丰富的工业机器人研发经验，书中的部分工业机器人实例也是这些国家课题项目的技术成果。

全书共分6章。第1章介绍了工业机器人的概念和定义，阐述了工业机器人按照发展程度、性能、结构、控制、驱动和应用特征分类的情况，并对工业机器人关键技术、国内外工业机器人的发展现状和趋势进行了分析。第2章讲述了工业机器人的数学基础，重点介绍了工业机器人的位姿描述、坐标系转换、运动学模型、工作空间、典型轨迹规划算法。对机器人的雅可比矩阵和机器人动力学进行了简介。第3章分析了工业机器人的机械系统，包括机器人本体的总体结构、关节形式、材料选择、传动机构和机构优化等，讲述了工业机器人的系统标定、性能指标及测试方法。第4章讲述了工业机器人的驱动和控制系统，对工业机器人的各种控制方式进行了阐述，以一种工业机器人控制系统设计为例，对控制系统的硬件和软件结构进行了设计。第5章系统介绍了工业机器人的编程方式、编程语言、当前主要的工业机器人仿真系统，阐述了机器人的机械系统、控制系统和软件系统的原理及操作流程。第6章介绍了工业机器人在制造业领域的应用状况，包括工业机器人的安全情况、通信方式、传感器系统，以及基于视觉、力觉的工业机器人应用设计案例。分别介绍了焊接、搬运、喷涂、装配和协作等典型工业机器人的应用。

本书针对工业机器人的设计和应用过程，除了介绍和讨论机器人学的基本理论外，更加注重机器人实际设计及工程应用中应该注意的问题和一些关键技术掌握。分别从工业机器人的理论基础、机械系统设计、控制系统设计、机器人编程及应用等方面给读者提供了完整的工业机器人设计和应用流程。本书可供机器人研发、设计、工程应用的技术人员参考，也可以作为高等院校机器人专业教师和本科生的教学参考书。

本书是哈尔滨工业大学机器人研究所工业机器人课题组老师和研究生的共同研究成果。李瑞峰教授负责本书的总体规划和修订，重点编写了第1、3、6章，葛连正助理研究员重点编写了第2、4、5章。本书撰写工作得到了王珂、赵立军、陈健、仝勋伟、王淑英、吴重阳、郭万金、刘志恒等很大的支持与帮助，在此表示衷心感谢。

本书在写作过程中对相关专家进行了咨询，同时查阅了同行专家学者和一些科研单位、院校的教材和文献，在此向各位文献作者致以诚挚的谢意。由于作者水平有限，书中难免存在不足和错误之处，敬请广大读者批评指正。

作者2019年5月