《機器人學導論：分析、控制及應用（第2版）》繫統地介紹了機器人的基本組成和工作原理。全書共分10章。其中第1章介紹必要的基礎知識，如機器人的發展歷史、機器人的組成與特點、機器人語言及機器人應用等。第2章和第3章分析機器人的運動學。第4章分析機器人的動力學。第5章討論機器人在關節空間和直角坐標空間的路徑和軌跡規劃。第6章介紹機器人的運動控制。第7章介紹機器人的各種驅動裝置，如液壓和氣動裝置、直流伺服電機及步進電機等。第8章討論用於機器人的各種傳感器。第9章介紹機器人視覺繫統。第10章介紹用於機器人的模糊控制方法。
《機器人學導論：分析、控制及應用（第2版）》每章後面均給出了設計項目，將理論與實際相結合，用以綜合運用本章的內容，同時每章後面還附有參考文獻和習題。
《機器人學導論：分析、控制及應用（第2版）》反映了機器人學的基礎知識及先進的理論與技術，適合作為機械、自動化及計算機等專業本科高年級學生或研究生的教材，也可供從事機器人領域研究的教師或研究人員學習和參考。

Saeed B. Niku是位於美國聖路易斯奧比斯波的加州州立科技大學的機械工程教授，他自1983年起，教授了力學、機器人學和設計等課程。主要研究領域包括：機械學、機械設計、機器人等。他在機器人、視覺繫統、產品和繫統設計、工程教育及為殘疾人的設計等方面出版了許多書籍和發表了許多論文。
Saeed B. Niku是位於美國聖路易斯奧比斯波的加州州立科技大學的機械工程教授，他自1983年起，教授了力學、機器人學和設計等課程。主要研究領域包括：機械學、機械設計、機器人等。他在機器人、視覺繫統、產品和繫統設計、工程教育及為殘疾人的設計等方面出版了許多書籍和發表了許多論文。

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第1章 基礎知識
1．1 引言
1．2 什麼是機器人
1．3 機器人的分類
1．4 什麼是機器人學
1．5 機器人的發展歷史
1．6 機器人的優缺點
1．7 機器人的組成部件
1．8 機器人的自由度
1．9 機器人關節
1．10 機器人的坐標
1．11 機器人的參考坐標繫
1．12 機器人的編程模式
1．13 機器人的性能指標
1．14 機器人的工作空間
1．15 機器人語言
1．16 機器人的應用
1．17 其他機器人及其應用
1．18 機器人的社會問題
小結
參考文獻
習題

第2章 機器人位置運動學
2．1 引言
2．2 機器人機構
2．3 符號規範
2．4 機器人運動學的矩陣表示
2．4．1 空間點的表示
2．4．2 空間向量的表示
2．4．3 坐標繫在固定參考坐標繫原點的表示
2．4．4 坐標繫在固定參考坐標繫中的表示
2．4．5 剛體的表示
2．5 齊次變換矩陣
2．6 變換的表示
2．6．1 純平移變換的表示
2．6．2 繞軸純旋轉變換的表示
2．6．3 復合變換的表示
2．6．4 相對於旋轉坐標繫的變換
2．7 變換矩陣的逆
2．8 機器人的正逆運動學
2．9 位置的正逆運動學方程
2．9．1 直角(臺架)坐標
2．9．2 圓柱坐標
2．9．3 球坐標
2．9．4 鏈式坐標
2．10 姿態的正逆運動學方程
2．10．1 滾動角、俯仰角和偏航角
2．10．2 歐拉角
2．10．3 鏈式關節
2．11 位姿的正逆運動學方程
2．12 機器人正運動學方程的D-H表示
2．13 機器人的逆運動學解
2．13．1 鏈式機器人臂的一般解
2．14 機器人的逆運動學編程
2．15 機器人的退化和靈巧特性
2．15．1 退化
2．15．2 靈巧
2．16 D-H表示法的基本問題
2．17 設計項目
2．17．1 3自由度機器人
2．17．2 3自由度移動機器人
小結
參考文獻
習題

第3章 微分運動和速度
3．1 引言
3．2 微分關繫
3．3 雅可比矩陣
3．4 微分運動與大範圍運動
3．5 坐標繫的微分運動與機器人的微分運動
3．6 坐標繫微分運動
3．6．1 微分平移
3．6．2 繞參考軸的微分旋轉
3．6．3 繞一般軸q的微分旋轉
3．6．4 坐標繫的微分變換
3．7 微分變化的解釋
3．8 坐標繫之間的微分變化
3．9 機器人及機器人手坐標繫的微分運動
3．10 雅可比矩陣的計算
3．11 如何建立雅可比矩陣和微分算子之間的關聯
3．12 雅可比矩陣求逆
3．13 設計項目
3．13．1 3自由度機器人
3．13．2 3自由度移動機器人
小結
參考文獻
習題

第4章 動力學分析和力
4．1 引言
4．2 拉格朗日力學的簡短回顧
4．3 有效轉動慣量
4．4 多自由度機器人的動力學方程
4．4．1 動能
4．4．2 勢能
4．4．3 拉格朗日函數
4．4．4 機器人運動方程
4．5 機器人的靜力分析
4．6 坐標繫間力和力矩的變換
4．7 設計項目
小結
參考文獻
習題

第5章 軌跡規劃
5．1 引言
5．2 路徑與軌跡
5．3 關節空間描述與直角坐標空間描述
5．4 軌跡規劃的基本原理
5．5 關節空間的軌跡規劃
5．5．1 三次多項式軌跡規劃
5．5．2 五次多項式軌跡規劃
5．5．3 拋物線過渡的線性段
5．5．4 具有中間點及用拋物線過渡的線性段
5．5．5 高次多項式運動軌跡
5．5．6 其他軌跡
5．6 直角坐標空間的軌跡規劃
5．7 連續軌跡記錄
5．8 設計項目
小結
參考文獻
習題

第6章 運動控制繫統
6．1 引言
6．2 基本組成和術語
6．3 結構圖
6．4 繫統動力學
6．5 拉普拉斯變換
6．6 拉普拉斯反變換
6．6．1 F(s)的極點無重根時的部分分式展開
6．6．2 F(s)的極點含重根時的部分分式展開
6．6．3 F(s)的極點含共軛復根時的部分分式展開
6．7 傳遞函數
6．8 結構圖代數
6．9 一階傳遞函數的特性
6．10 二階傳遞函數的特性
6．11 特征方程：零極點分布
6．12 穩態誤差
6．13 根軌跡法
6．14 比例控制器
6．15 比例積分控制器
6．16 比例加微分控制器
6．17 比例積分微分（PID）控制器
6．18 超前和滯後補償器
6．19 伯德圖和頻域分析
6．20 開環和閉環表示的應用對比
6．21 多輸入多輸出繫統
6．22 狀態空間控制方法
6．23 數字控制
6．24 非線性控制繫統
6．25 機電繫統動力學：機器人驅動和控制
6．26 設計項目
小結
參考文獻
習題

第7章 驅動器和驅動繫統
7．1 引言
7．2 驅動繫統的特性
7．2．1 標稱特性
7．2．2 剛度和柔性
7．2．3 使用減速齒輪
7．3 驅動繫統的比較
7．4 液壓驅動器
7．5 氣動裝置
7．6 電機
7．6．1 交流型和直流型電機的基本區別
7．6．2 直流電機
7．6．3 交流電機
7．6．4 無刷直流電機
7．6．5 直接驅動電機
7．6．6 伺服電機
7．6．7 步進電機
7．7 電機的微處理器控制
7．7．1 脈衝寬度調制
7．7．2 采用H橋的直流電機轉向控制
7．8 磁致伸縮驅動器
7．9 形狀記憶金屬
7．10 電活性聚合物（EAP）
7．11 減速器
7．12 其他繫統
7．13 設計項目
7．13．1 設計項目1
7．13．2 設計項目2
7．13．3 設計項目3
7．13．4 設計項目4
小結
參考文獻
習題

第8章 傳感器
8．1 引言
8．2 傳感器特性
8．3 傳感器的使用
8．4 位置傳感器
8．4．1 電位器
8．4．2 編碼器
8．4．3 線位移差動變壓器
8．4．4 旋轉變壓器
8．4．5 傳輸時間測量（磁反射）型位移傳感器
8．4．6 霍爾傳感器
8．4．7 其他裝置
8．5 速度傳感器
8．5．1 編碼器
8．5．2 測速計
8．5．3 位置信號微分
8．6 加速度傳感器
8．7 力和壓力傳感器
8．7．1 壓電晶體
8．7．2 力敏電阻
8．7．3 應變片
8．7．4 防靜電泡沫
8．8 力矩傳感器
8．9 微動開關
8．10 可見光和紅外傳感器
8．11 接觸和觸覺傳感器
8．12 接近覺傳感器
8．12．1 磁感應接近覺傳感器
8．12．2 光學接近覺傳感器
8．12．3 超聲波接近覺傳感器
8．12．4 感應式接近覺傳感器
8．12．5 電容式接近覺傳感器
8．12．6 渦流接近覺傳感器
8．13 測距儀
8．13．1 超聲波測距儀
8．13．2 光測距儀
8．13．3 全球定位繫統（GPS）
8．14 嗅覺傳感器
8．15 味覺傳感器
8．16 視覺繫統
8．17 語音識別裝置
8．18 語音合成器
8．19 遠程中心柔順裝置
8．20 設計項目
小結
參考文獻

第9章 視覺繫統圖像處理和分析
9．1 引言
9．2 基本概念
9．2．1 圖像處理與圖像分析
9．2．2 二維和三維圖像
9．2．3 圖像的本質
9．2．4 圖像的獲取
9．2．5 數字圖像
9．2．6 頻域和空域
9．3 信號的傅裡葉變換及頻譜
9．4 圖像的頻譜：噪聲和邊緣
9．5 分辨率和量化
9．6 采樣理論
9．7 圖像處理技術
9．8 圖像直方圖
9．9 閾值處理
9．10 空域操作：卷積掩模
9．11 連通性
9．12 降噪
9．12．1 采用卷積掩模的鄰域平均
9．12．2 圖像平均
9．12．3 頻域
9．12．4 中值濾波器
9．13 邊緣檢測
9．14 銳化圖像
9．15 霍夫變換
9．16 分割
9．17 基於區域增長和區域分解的分割
9．18 二值形態操作
9．18．1 加厚操作
9．18．2 擴張操作
9．18．3 腐蝕操作
9．18．4 骨架化
9．18．5 放縮操作
9．18．6 縮放操作
9．18．7 填充操作
9．19 灰度形態操作
9．19．1 腐蝕操作
9．19．2 擴張操作
9．20 圖像分析
9．21 基於特征的物體識別
9．21．1 用於物體辨識的基本特征
9．21．2 矩
9．21．3 模板匹配
9．21．4 離散傅裡葉描述算子
9．21．5 計算機斷層造影
9．22 視覺繫統中的深度測量
9．22．1 場景分析與映射
9．22．2 距離檢測和深度分析
9．22．3 立體成像
9．22．4 利用陰影和大小進行場景分析
9．23 特殊光照
9．24 圖像數據壓縮
9．24．1 幀內空域技術
9．24．2 幀間編碼技術
9．24．3 壓縮技術
9．25 彩色圖像
9．26 啟發式方法
9．27 視覺繫統的應用
9．28 設計項目
小結
參考文獻
習題

第10章 模糊邏輯控制
10．1 引言
10．2 模糊控制需要什麼
10．3 清晰值與模糊值
10．4 模糊集合：隸屬度與真值度
10．5 模糊化
10．6 模糊推理規則庫
10．7 清晰化
10．7．1 重心法
10．7．2 Mamdani推理法
10．8 模糊邏輯控制器的仿真
10．9 模糊邏輯在機器人中的應用
10．10 設計項目
小結
參考文獻
習題

附錄A 矩陣代數和三角學復習
附錄B 圖像采集繫統
附錄C 采用MATLAB的根軌跡和伯德圖
附錄D 利用商用軟件的機器人仿真

本書是一本介紹機器人學的教材的第二版，它不僅包含第一版的全部內容和特點，而且增加了更多的例子和習題、更新的項目及更翔實的內容。另外，還增加了關於自動控制和機器人控制的一些章節，以及可供下載的名為SimulationX的商用軟件繫統的信息。
幾年前我的一個學生曾經說過：“在每個產品的生命周期中，都會有選定設計者並將產品投入生產的時刻。”沒有哪本書是十全十美的，每本書都有與眾不同的地方。這本書也是這樣，該書的意圖是為工科的本科生或有實際經驗的工程師提供必備的知識，以使他們能夠熟悉機器人學，懂得機器人，並能設計機器人，以及能將機器人集成到一個具體的應用場合。基於此，本書包括了機器人學所有必要的基礎知識、機器人部件和子繫統及機器人應用等內容。
本書主要作為高年級本科生或研究生機器人學基礎課程的教材，也可作為希望學習機器人的廣大科技工作者的參考書。本書包含了相當多的機械學和運動學的內容，此外還包含微處理器的應用、控制繫統、視覺繫統、傳感器及驅動器等方面的內容。因此，本書也是機械工程師、電子和控制工程師、計算機工程師和工程技術專家們理想的參考書籍。本書新的章節涉及一些控制理論，即使一些學生沒有學過控制課程，也能夠從本書學到足夠的知識，從而懂得機器人的控制和設計。
本書共分10章。第1章通過引言使讀者了解學習本書內容需用到的背景知識。這些知識包括機器人的發展歷史、構成、特征、語言及應用等。第2章討論機器人的正向和逆向運動學，內容包括坐標的描述、變換、位姿分析及機器人運動學的D-H（Denavit-Hartenberg）描述。第3章闡述了機器人及坐標的微分運動和速度分析。第4章包含機器人動力學和相關力的分析，用拉格朗日力學作為主要的分析和研究方法。第5章介紹關節空間和直角坐標空間的路徑和軌跡規劃。第6章介紹控制工程的基本知識，包含分析和設計工具，其中討論了根軌跡，比例、微分和積分控制，以及機電繫統的建模。第6章包含多端輸入輸出（MIMO）繫統、數字繫統及非線性繫統。然而，學生要想實際地設計繫統，還需要更多的知識和指導。在這個環節上，一章的篇幅是不夠的。由於沒有單獨的控制工程課程設置，所以這一章可以作為很好的入門課程。第7章涉及驅動裝置，包括液壓裝置、直流伺服電機、步進電機、氣動裝置和各種不同的新型驅動裝置，本章也包括這些驅動裝置的微處理控制器。盡管這本書不是主要針對機械電子學方面的書，但它介紹了很多關於機械電子學的內容。除了微處理器的設計，許多機械電子的應用都在這一章進行了介紹。第8章討論在機器人及機器人應用中使用的傳感器。第9章覆蓋了視覺繫統的內容，包括許多在圖像處理及分析中運用的技術。第10章討論了模糊邏輯的基本原理和模糊邏輯在微處理器的控制及機器人學中的應用。雖然本章沒有進行全面的分析，但給出了基本的介紹。可以相信，對機器人產生興趣的學生或工程技術人員一定會繼續他們的學習。附錄A回顧了矩陣代數和本書中用到的其他數學工具。附錄B討論圖像采集。附錄C討論MATLAB在控制工程中的應用。附錄D介紹了可以用來建模和仿真機器人及其動力學的商用軟件，學生版可以免費使用。涉及機器人仿真的軟件、相應的程序和相關輔導也是免費提供的。
本書大部分內容作為一門課程在加州州立理工大學用10周時間學完，每周，其中每次授課1學時，為3學時的實驗。一般可安排為一個學期的課程。