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本書以典型的串、並聯機器人機構為物件，沿襲傳統機構學研究的三大經典主題——結構學、運動學、動力學，展開有關“型”“性”“度”分析與設計方面的闡述。
全書共10章。第1章為緒論。第2、3章為全書提供數理基礎。第4章介紹常見的機器人機構，為其他各章提供物件。第5章是串聯機器人的運動學基礎理論，主要介紹兩種常用的位移求解方法：一種是基於D-H參數法的代數法，另一種是基於指數積公式的幾何法。第6章主要介紹串聯機器人速度雅可比的概念與求解方法，以及幾種典型的基於速度雅可比的性能評價指標。第7章簡單介紹少許與並聯機器人運動學相關的基礎知識。第5～7章內容均屬於機器人運動學的研究範疇。第8、9章分別簡要介紹機器人靜力學與動力學的基礎知識，其中也涉及少許剛性、柔性機器人靜剛度建模的方法。第10章則結合一個典型案例，給出機器人機構設計過程中遵循的一般過程。
本書可作為機器人工程專業的高年級本科生教材或研究生教材，也可作為相關科研人員與工程技術人員的參考用書。
前言
符號表
第1章緒論
1.1機器人的起源與發展
1.2機器人機構學的誕生
1.3章節安排與內容導讀
習題
第2章數學知識
2.1坐標系與三維向量的運算
2.1.1坐標系與點的座標表示
2.1.2三維向量及其運算
2.2矩陣與線性空間
2.2.1矩陣及其運算
2.2.2線性空間與線性變換
2.2.3雅可比的概念
2.3線幾何
2.3.1歐氏幾何、射影幾何與齊次座標
2.3.2線向量
2.3.3Grassmann線幾何
2.4旋量與旋量系
2.4.1旋量、線向量與偶量
2.4.2旋量的基本運算
2.4.3旋量系
本章小結
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習題
第3章位姿描述與剛體運動
3.1剛體的位姿描述
3.2剛體運動與剛體變換
3.2.1座標（系）映射
3.2.2典型的剛體運動與剛體變換
3.2.3複合變換與連續變換
3.2.4自由向量的變換
3.3姿態的其他描述方法
3.3.1歐拉角
3.3.2R-P-Y角
3.3.3等效軸-角
3.3.4單位四元數
3.3.5不同姿態描述之間的對比及映射關係總結
3.4運動旋量與剛體運動
3.4.1基於等效軸-角表示的齊次變換推導
3.4.2螺旋運動與螺旋變換
3.5剛體速度
3.5.1線速度、角速度的表示及物理意義
3.5.2剛體速度的描述與速度旋量
3.6力旋量
3.6.1力旋量的定義
3.6.2約束力旋量
本章小結
擴展閱讀文獻
習題
第4章機器人機構
4.1機器人機構的基本組成
4.1.1機構的基本組成元素：構件與運動副
4.1.2運動鏈、機構與機器人
4.1.3機器人機構的表示
4.2機器人機構的簡單分類
4.3串聯機器人機構
4.3.1手臂機構
4.3.2手腕機構
4.3.3機器人手爪
4.4並/混聯機器人機構
4.5移動機器人機構
4.5.1輪式移動機器人機構
4.5.2足式移動機器人機構
4.6機器人的自由度
4.6.1與自由度相關的幾個基本概念
4.6.2自由度計算公式
4.7驅動、傳動機構
4.7.1常用的驅動器
4.7.2傳動機構與機器人用減速器
4.8與機器人機構相關的性能描述
本章小結
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習題
第5章串聯機器人的位移分析
5.1位移分析的主要任務及意義
5.2位移分析的基本原理與基本方法
5.2.1基本原理：閉環方程
5.2.2基本方法：解析法與數值法
5.3D-H參數與串聯機器人的正運動學求解
5.3.1D-H參數法的由來
5.3.2前置坐標系下的D-H 參數
5.3.3前置坐標系下的D-H 矩陣
5.3.4基於改進D-H 參數法的串聯機器人位移分析
5.3.5標準D-H 參數法與串聯機器人的正運動學求解
5.4關節空間、任務空間與驅動空間
5.5串聯機器人的位移反解
5.6串聯機器人位移求解的指數積公式
5.6.1位移正解的指數積公式
5.6.2位移反解的指數積公式
5.7機器人的工作空間
本章小結
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習題
第6章串聯機器人的速度雅可比與性能評價
6.1速度分析的主要任務及意義
6.2遞推法計算串聯機器人的末端速度
6.3速度雅可比的定義
6.4串聯機器人速度雅可比的其他計算方法
6.4.1基於D-H參數的微分變換法
6.4.2基於指數積公式的求解方法
6.4.3螺旋運動方程
6.4.4參考坐標系的選擇
6.5基於速度雅可比的性能分析與評價
6.5.1奇異性分析
6.5.2靈巧性分析
本章小結
擴展閱讀文獻
習題
第7章並聯機器人運動學基礎
7.1並聯機器人的主要應用
7.2並聯機器人的位移分析
7.2.1求解方法概述
7.2.2典型實例分析
7.3並聯機器人的速度雅可比
7.3.1位移方程直接求導法（直接微分法）
7.3.2旋量法
7.4並聯機器人的奇異性
7.4.1奇異的分類概述
7.4.2奇異的求解方法
本章小結
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習題
第8章機器人靜力學與靜剛度分析
8.1機器人靜力學與靜剛度分析的主要任務與意義
8.2靜力平衡方程
8.3靜力雅可比
8.3.1靜力雅可比矩陣的定義
8.3.2廣義速度、廣義力與雅可比在不同坐標系間的變換
8.3.3力橢球
8.3.4靜力雅可比與速度雅可比之間的對偶性
8.4柔度與變形
8.4.1剛度與柔度
8.4.2基於旋量理論的空間柔度矩陣建模
8.4.3柔度矩陣的座標變換
8.5剛性機器人的靜剛度建模
8.5.1串聯機器人的靜剛度映射
8.5.2並聯機器人的靜剛度映射
8.5.3柔度矩陣與力橢球
8.6柔性機器人的靜剛度建模
本章小結
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習題
第9章機器人動力學基礎
9.1機器人動力學建模的目的與意義
9.2剛體的慣性
9.3基於拉格朗日方程的機器人動力學建模
9.3.1一般質點系的拉格朗日方程
9.3.2串聯機器人的拉格朗日方程
9.3.3基於指數積公式的機器人動力學方程
9.4基於牛頓-歐拉方程的動力學建模
9.4.1一般剛體運動的牛頓-歐拉方程
9.4.2前置坐標系下串聯機器人的牛頓-歐拉公式
9.4.3後置坐標系下串聯機器人的牛頓-歐拉公式
本章小結
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習題
第10章機器人機構的設計
10.1一般設計流程
10.2構型設計
10.2.1枚舉法
10.2.2演化法
10.2.3組合法
10.2.4其他方法
10.3參數設計及優化
10.3.1基於目標函數的優化設計方法
10.3.2基於性能圖譜的優化設計方法
10.4設計實例：大行程XY柔性納米定位平臺的設計
10.4.1平臺的應用背景及性能指標
10.4.2平臺的構型設計
10.4.3平臺的參數設計及優化
10.4.4樣機開發與性能測試
本章小結
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習題
