本书系统地介绍了机器人学的基本理论与基础知识。全书共7章，包括机器人的发展简介、机器人机构、坐标变换、运动学、静力学、动力学和运动规划等内容。本书是作者在使用十几年的讲义基础上吸收**的研究成果编写而成的，涵盖了作者从事机器人教学近二十年的素材积累和理论理解。本书在写作上，力求理论阐述清楚，语言通俗易懂，理论与例题相结合，可作为机器人工程及相关专业本科生和研究生教材，也可以供从事机器人研究、开发和应用的科技人员学习参考。

前言20世纪90年代初，笔者作为大一新生，参观了哈尔滨工业大学机器人研究所，自此喜欢上了机器人，并在这个领域学习工作至今。机器人已由当初种类少、应用有限的阶段发展到了现在种类繁多、应用无处不在的新阶段。作为机器人发展过程的一个亲历者，也是一件很值得自豪的事情。10年后笔者开始为北京航空航天大学（北航）机器人研究所的研究生主讲“机器人运动学”课程，该课程不久又增加了机器人动力学和运动规划的内容，改名为“机器人学”，笔者一直主讲至今。该课程已由一门学院选修课，变成了校级精品课，每年都有校外的同学来选修。在讲课的过程中，笔者通过学习参考国内外的著名教材，搜集机器人发展历程中的重要资料，编写例题及对重要理论进行推导证明等，逐渐形成了有北航特色的机器人学讲义。本书就是在这本讲义的基础上编写而成的。笔者自2015年开始筹划动笔，期间因忙于其他工作导致编写断断续续，今日终于成稿，内心如释重负。本书共7章，涵盖了机器人的发展简史、发展现状、数学基础、机构、运动学、静力学、动力学和运动规划等机器人学的核心内容。第1章首先对机器人的定义做了介绍，然后分古代、近代、现代及国内四部分介绍了机器人的发展概况，接着介绍了机器人的基本概念和分类，最后介绍了机器人的主要研究方向。第2章对机器人的机构做了介绍，以机构的基础知识作为引导，介绍了机器人机构的分类、特点及机器人机构简图的画法，在此基础上对串联机器人和并联机器人的典型机构做了介绍，并给出了每种机构的简图。第3章介绍了机器人的位姿描述和坐标变换，这是机器人学的数学基础，首先介绍了机器人位置和姿态的数学描述方法，在此基础上介绍了点的坐标系平移、坐标系旋转及其综合的计算方法，然后介绍了齐次坐标、齐次变换、旋转变换通式及齐次变换通式等内容，最后介绍了机器人姿态的RPY角、欧拉角和四元数表示方法。第4章是本书的重点内容，首先介绍了机器人运动学的建模方法，重点介绍了改进的DH建模方法，并提供多个例题，然后介绍了机器人运动学逆解的方法，包括数值解方法、解析解方法及雅可比方法，重点介绍了Paul反变换法和雅可比矩阵。第5章介绍了机器人静力学，首先介绍了机械臂连杆受力与关节平衡驱动力的计算方法，然后介绍了静力平衡方程、静力映射分析及静力学的逆问题，最后介绍了力与力矩的坐标变换方法。第6章介绍了机器人动力学，主要介绍了Lagrange动力学方法、NewtonEuler动力学方法及Kane动力学方法。第7章介绍了机器人的运动规划，首先介绍了机器人的路径规划，主要包括栅格法的全局路径规划方法和势场法的局部路径规划方法； 然后介绍了机器人的轨迹规划，主要包括关节空间轨迹规划和操作空间轨迹规划； 最后在关节空间的轨迹规划中介绍了直线插值函数、三次多项式插值函数及五次多项式插值函数，在操作空间的轨迹规划中主要介绍了直线轨迹规划和圆弧轨迹规划方法。在本书中，通过提供证明、例题和对比分析等方式力求把知识和理论介绍清楚，说明白。为了给本科生和研究生提供一本简明清楚的教材或参考书，笔者编写了本书。作为本科生的教材时，内容讲到第4章即可； 作为研究生教材时，可通讲全书。此外，本书第1章含有大量机器人发展历史的内容介绍，也可以作为中小学生了解机器人的参考书。本书是在参考了国内外著名教材的基础上编写而成，包括熊有伦院士的《机器人学》（1993版）、蔡自兴教授的《机器人学》（第2版）、Craig教授的Introduction to Robotics: Mechanics and Control（Third Edition）。此外，还参考、引用了国内外发表的一些文章、图片及资料，在此深表感谢。借此机会也向指导和帮助过笔者的前辈、导师、同事、同窗、好友表示感谢，特别感谢笔者的博士导师王树国教授、博士后导师张启先院士。北航复杂机构与智能控制实验室的许钦桓、张印、田新扬、陈翔臻、王一凡、史洪燊等参与了本书的编写及校对工作，在此深表感谢。由于笔者的经验水平有限，加之编写时间仓促，书中可能还有不足之处，希望得到大家的批评指正。战强2019年1月于北京航空航天大学