应用机器人学：运动学、 动力学与控制技术 Theory of Applied Robotics:Kinematics Dynamics and Control （原书第2版） [澳大利亚]雷扎N.贾扎尔（RezaN.Jazar）著 周高峰崔陆军朱强郭士锐赵则祥译 周高峰赵则祥李峥峰校审 机械工业出版社
RezaN.Jazar教授简介 Reza N.Jazar系澳大利亚墨尔本皇家理工大学航空、机械与制 造工程学院机械工程系教授，1990年取得德黑兰理工大学硕士学 位，研究方向为机器人学.
1997年，获得伊朗沙力夫理工大学博士 学位，研究方向是非线性动力学和应用数学.
1999年，开始在北美 的一些大学工作.
Reza N.Jazar教授是经典动力学和非线性动力学方向的专家， 他在动力学建模和数学建模方向有着丰富的经验.
Reza N.Jazar在 很多大学工作过，他利用自己的工作经验，提出了许多理论和新思 想，并且在经典动力学、机器人学、控制和非线性振动等方面也有很多的发现，Razi（拉 齐）加速度、时间导数理论、无秩序变换、连铸机理论、汽车驱动器算法、浮动时间法、能 量释放率理论、RMS最优法，这些都是他的发现和新思想中的部分内容.
RezaN.Jazar教授发表学术论文、技术报告200余篇，出版科技书籍30余本，其中包 括《机器人学应用理论》《汽车动力学：理论与应用》.
他目前的研究方向是非线性振动与非线性动力学，包括汽车非线性振动与非线性动力 学、机器人学、MEMS、轨道力学和机电一体化等.
原书第2版前言 如果没有来自我的学生们，特别是来自哥伦比亚大学的我的那些学生们的评论和建议的 话，这本书将不可能有第2版.
在本书所介绍的新内容中，很多都是学生的直接结果， 是他们帮助我提炼和整理了材料.
我写这本书的目的就是为学生提供能够用得上的知识.
幸运的是，我已经成功地编写出 了能够涵盖机器人学中包括细节和解释在内方面的一本参考书.
这本书的第1版是在2007年出版的.
之后不久，它就成了机器人领域中广受欢迎的参 考书.
我很想感谢已经使用过或者参考过本书的学生和老师们.
是你们的问题、评论和建议 帮助我创作了本书的第2版.
本书沿用第1版的符号体系.
V
原书第1版前言 本书作为课本是为工程学专业的学生而设计的，它介绍了有关机器人学中的基础知识.
利用这些基础知识能够为分析机器人系统中的运动学、动力学和控制开发计算机程序.
自从1970年以来，随着机器人领域的飞速发展，大量图书中出现了机器人学这个主题.
然面，该主题与经典认知有关，在现代发展中仍然保持着热度.
事实证明没有哪一本书能够 涵盖机器人学中几乎的主题，由于机器人领域的持续发展，以及运动学、动力学和控制 解析统一性的发展，对新书的需求日益上升.
机器人的古典运动学和动力学起源于过去4个世纪中伟大科学家们的研究工作，他们建 立了方法学和动态系统行为的认识学，自从20世纪初期以来，动态科学的发展已经转向了 可控的人工系统分析，因此，对于机器人的分析来说，人们期望发展的就是融合含有控制理 论的运动学和动力学.
其他的重要发展就是精确快速的数字计算以及智能计算机编程.
本书层级 本书是由在非线性动态系统中的近几十年的研究发展演变而来的，可供有关机器人学中 的本科生、研究生课程使用；主要用于高年级的本科生和一年级的工程研究生.
该书最初讲 授的就是机械系统中有关空间运动学和动力学的主题，因此，它提供的是有关机器人运动学 和动力学的基础知识和前沿主题，整本书涵盖在两次连续的课程中：然面，跳过一些课程， 在一门课程中集中学习本书也是可以的.
本书要求学生具有运动学、动力学以及数值方法的 一些基础知识.
本书的内容是处于应用理论层级.
它深度地解释了许多概念，并且强调了这些概念的应 用，同时解释和证明了大部分相关理论.
在整本书中，特别强调引入概念的物理意义，所选 定的主题都是机器人领域中特别感兴趣的主题，这样做的目的就是将机器人领域中大量的主 题和方法介绍给学生： 本书组织架构 组织本书是为了便于教师教学和学生自学.
第1章“概述”，回顾了机器人基础，包括机器人的分类和发展历史.
第I部分“运动学”陈述了机器人的正向运动学和逆向运动学.
运动学分析指机器人在 关节与基座坐标系空间中的位置、速度和加速度分析.
在末端执行器和关节变量之间建立运 动学关系.
引人了用于描述刚体坐标系的Denavit-Hartenberg（D-H）方法，并利用该方法 进行正向运动分析.
机器人的模块化处理概念可以很好地向我们展示如何综合分析简单连 杆，以便对复杂机器人进行正向运动学处理.
对于逆向运动学分析，本书介绍了耦合思想、 逆矩阵方法和选代技术，很明显，球形机械手的表述就需要我们将分析法应用于逆向运动学 之中.
原书第1版前言 的方法，并说明这些方法怎样用于前面章节中提到的机器人运动学中的位移问题，此部分还 介绍了递归的牛顿-欧拉（Newton-Euler）动力学、拉格朗日（Lagrangian）函数、机械臂 惯性矩阵和广义力等概念，并将这些概念运用到运动的动态方程推导之中.
第Ⅲ部分“控制技术”说明了用于机器人的最优时间控制的上浮时间技术，这项技术可 应用于开环控制算法之中.
此部分还介绍了计算转矩的方法，在此过程中可利用前馈和 信号的合成确定系统误差动力学， 叙述方法 本书的叙述方法是“事实一原因一应用”.“事实”就是我们在每节中介绍的主题，“原 因”就是对事实进行“证明”.
最后将事实“应用”在一些例子中进行检验.
相关实例是本 含了一些需要扩展主题的其他“事实”.
前提条件 由于本书主要是为高年级本科生和一年级工程专业的研究生而编写的，因此有一个前提 就是用户要熟悉矩阵代数和基本的控制.
对于本书的读者而言，前提条件就是读者要有 运动学、动力学、矢量分析和矩阵论的基础.
在本科前三年，通常讲授这些基础知识.
单位系统 本书所采用的单位系统是国际单位系统（SI），除非另有说明.
度（）或者弧度（rad） 单位被用来表述角度变量的数量， 符号 1）小写粗黑斜体字母用来表示矢量.
矢量在：维欧儿里得空间中表述，例如： r、s、d、a、b、c、 P、q、v、w、y、、 、a、ε、θ、6、 2）大写粗黑斜体字母用来表示动态矢量或者动态矩阵.
例如： F、M、J 3）带“”的小写字母用来表示单位矢量，单位矢量不加粗，例如： 、3、k、、a、 1、J、k、、e、 4）带“”的小写字母表示一个与一矢量相关的3×3斜对称矩阵.
例如： 0-aa: (a) as0-a: （-a:α10） as/ 5）两个字母上方的箭头表示起点和终点的位置矢量，例如： ON表示一个从O点到N点的位置矢量.
6）小写字母上的一个双箭头表示与四元数相联系的4×4矩阵.
例如： ()
