總序近年來，智能制造 共融機器人特別引人矚目，呈現(xiàn)出萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的時代特征。智能制造與共融機器人產(chǎn)業(yè)將成為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是中國制造2049創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的巨大引擎。值得注意的是，智能汽車與無人機、水下機器人等一起所形成的規(guī)模宏大的共融機器人產(chǎn)業(yè)，將是今后30年各國爭奪的戰(zhàn)略高地，并將對世界經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、戰(zhàn)爭形態(tài)產(chǎn)生重大影響。與之相關(guān)的制造科學和機器人學屬于綜合性學科，是聯(lián)系和涵蓋物質(zhì)科學、信息科學、生命科學的大科學。與其他工程科學、技術(shù)科學一樣，制造科學、機器人學也是將認識世界和改造世界融合為一體的大科學。20世紀中葉，Cybernetics與Engineering Cybernetics等專著的發(fā)表開創(chuàng)了工程科學的新紀元。21世紀以來，制造科學、機器人學和人工智能等領(lǐng)域異常活躍，影響深遠，是智能制造 共融機器人原始創(chuàng)新的源泉。華中科技大學出版社緊跟時代潮流，瞄準智能制造和機器人的科技前沿，組織策劃了本套智能制造與機器人理論及技術(shù)研究叢書。叢書涉及的內(nèi)容十分廣泛。熱烈歡迎各位專家從不同的視野、不同的角度、不同的領(lǐng)域著書立說。選題要點包括但不限于：智能制造的各個環(huán)節(jié)，如研究、開發(fā)、設計、加工、成形和裝配等；智能制造的各個學科領(lǐng)域，如智能控制、智能感知、智能裝備、智能系統(tǒng)、智能物流和智能自動化等；各類機器人，如工業(yè)機器人、服務機器人、機器人、海陸空機器人、仿生/類生/擬人機器人、軟體機器人和微納機器人等的發(fā)展和應用；與機器人學有關(guān)的機構(gòu)學與力學、機動性與操作性、運動規(guī)劃與運動控制、智能駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)、人機交互與人機共融等；人工智能、認知科學、大數(shù)據(jù)、云制造、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。本套叢書將成為有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜�、學者學術(shù)交流與合作的平臺，青年科學家茁壯成長的園地，科學家展示研究成果的國際舞臺。華中科技大學出版社將與施普林格(Springer)出版集團等國際學術(shù)出版機構(gòu)一起，針對本套叢書進行全球聯(lián)合出版發(fā)行，同時該社也與有關(guān)國際學術(shù)會議、國際學術(shù)期刊建立了密切聯(lián)系，為提升本套叢書的學術(shù)水平和實用價值，擴大叢書的國際影響營造了良好的學術(shù)生態(tài)環(huán)境。近年來，高校師生、各領(lǐng)域?qū)＜液涂萍脊ぷ髡叩雀鹘缛耸繉χ悄苤圃旌蜋C器人的熱情與日俱增。這套叢書將成為有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W者、高校師生與工程技術(shù)人員之間的紐帶，增強作者與讀者之間的聯(lián)系，加快發(fā)現(xiàn)知識、傳授知識、增長知識和更新知識的進程，為經(jīng)濟建設、社會進步、科技發(fā)展做出貢獻。*后，衷心感謝為本套叢書做出貢獻的作者和讀者，感謝他們?yōu)閯?chuàng)新驅(qū)動發(fā)展增添正能量、聚集正能量、發(fā)揮正能量。感謝華中科技大學出版社相關(guān)人員在組織、策劃過程中的辛勤勞動。華中科技大學教授中國科學院院士2017年9月現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真前言機器人系統(tǒng)仿真一直是機器人理論、技術(shù)及應用研究的重要及基礎性內(nèi)容之一。隨著機器人應用領(lǐng)域及環(huán)境的拓展，機器人系統(tǒng)已經(jīng)從經(jīng)典的制造環(huán)境下機器人系統(tǒng)向更多類別的現(xiàn)代機器人系統(tǒng)發(fā)展。從結(jié)構(gòu)剛度這一物理屬性出發(fā)，現(xiàn)有機器人系統(tǒng)一般可分為剛體機器人系統(tǒng)、軟體機器人系統(tǒng)及剛軟混雜機器人系統(tǒng)三類。上述三類機器人系統(tǒng)因其物理屬性的不同，在數(shù)學描述及建模方法方面存在明顯差異，因此需要建立相應的仿真方法及平臺。圍繞現(xiàn)代機器人系統(tǒng)的仿真，本書按照理論及方法建立功能模塊及平臺實現(xiàn)典型案例演示的思路，系統(tǒng)介紹了剛體機器人系統(tǒng)、軟體機器人系統(tǒng)及剛軟混雜機器人系統(tǒng)的仿真方法。本書第1章主要介紹現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的基本概念，包含機器人系統(tǒng)仿真的基本目標、常見的機器人仿真工具與仿真平臺以及三類機器人系統(tǒng)仿真任務。第2章系統(tǒng)介紹了剛體機器人系統(tǒng)的仿真方法，重點介紹了如何基于經(jīng)典剛體理論實現(xiàn)模型創(chuàng)建、運動學求解、運動規(guī)劃與控制等基本仿真功能。第3章介紹了剛軟混雜機器人系統(tǒng)仿真方法，重點介紹了如何在前述剛體機器人仿真平臺下實現(xiàn)剛軟混雜機器人系統(tǒng)仿真，包含系統(tǒng)中軟體對象的建模方法、形態(tài)描述和主動的驅(qū)動激勵仿真。第4章介紹了軟體機器人系統(tǒng)的仿真方法，重點介紹了一種基于有限元的軟體機器人仿真方法，并給出了一種純氣動軟體機器人的仿真方法。第5章以著者前期項目研究中的若干典型機器人系統(tǒng)為例，詳細展示了如何基于現(xiàn)有機器人操作系統(tǒng)實現(xiàn)多類現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的方法和平臺設計、功能開發(fā)和實驗測試。在介紹現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真時，上述各章節(jié)重點突出了對機器人操作仿真方法的介紹。機器人的應用領(lǐng)域及環(huán)境仍然在深入發(fā)展及快速拓展之中，因此本書雖致力于通過上述內(nèi)容來全面及系統(tǒng)地展示現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真的內(nèi)涵，但仍然難以做到涵蓋所有的應用類別。相信在面對新的機器人仿真問題時，讀者能夠在掌握上述三大類別機器人系統(tǒng)仿真的基本思想和基本方法的基礎上，通過分析仿真目標、分解仿真任務，建立自己的機器人系統(tǒng)仿真方法和平臺。另外，軟體機器人系統(tǒng)的仿真仍然是一個有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，在如何實現(xiàn)高保真、高效率的軟體機器人系統(tǒng)仿真和如何建立適用于不同激勵驅(qū)動與控制的仿真引擎等方面仍需深入研究。希望本書能夠推動同行在上述方向上堅持不懈地開展研究和探索，這也是著者總結(jié)研究團隊前期研究及應用積累，撰寫這本專著的初衷之一。本書集中了著者及其科研團隊歷年來在機器人系統(tǒng)仿真方面取得的系列研究及應用成果，凝聚了團隊的集體努力和智慧。本書的成果得到了多個項目的支持，包括國家自然科學基金面上項目（61773365）、國家自然科學基金聯(lián)合基金項目（U2013205）、國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項（2016YFE0128000）、國家自然科學基金青年科學基金項目（51305436）、廣東省重大科技專項項目（2014B090919002）、廣東省自然科學基金杰出青年項目（2015A030306020）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員項目（Y201968）、深圳市海外高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項資金項目（KQCX20130628112914284）、深圳市基礎研究學科布局項目（JCYJ20170413162458312）。著者科研團隊的鄧豪、陳君、錢偉、侯文國、張茜卓參與了本書的撰寫工作，其中鄧豪為本書的統(tǒng)稿及校核做了大量的工作。 除上述人員外，翁少葵、甘陽洲、郭楊超、李煌、王小軍、張雪在著者指導下參與了與本書內(nèi)容相關(guān)的項目或論文研究工作。熊璟也為本書的撰寫提供了諸多有益建議。在此一并謹致誠摯謝意！因著者的水平和時間有限，且現(xiàn)代機器人系統(tǒng)還處于快速發(fā)展變化之中，書中難免有不少不妥、疏漏甚至錯誤之處，懇請各位專家及讀者不吝批評指正。2021年4月于深圳現(xiàn)代機器人系統(tǒng)仿真前言