機器人根據(jù)完成任務的不同，配置的傳感器類型和規(guī)格也不同。本書在系統(tǒng)闡述現(xiàn)代機器人常用的各類內(nèi)部傳感器和外部傳感器的原理與應用的基礎上，重點介紹了機器人視覺系統(tǒng)、導航系統(tǒng)，移動機器人傳感系統(tǒng)，焊接機器人傳感系統(tǒng)的設計方法。針對機器人所處環(huán)境的不同，詳細講解了每種機器人傳感器配置的類型、測量信息、位置及數(shù)量等內(nèi)容。在具體的應用中，詳細闡述了智能機器人對傳感配件的要求，如：傳感器的精度問題、傳感器抗干擾能力、傳感器安裝問題等。
本書可供從事機器人設計與制造相關工作的技術人員使用，也可供高校機電一體化、自動化和電氣專業(yè)的師生學習參考。
1、系統(tǒng)闡述了現(xiàn)代機器人常用傳感器的原理及應用
2、介紹了機器人視覺系統(tǒng)、導航系統(tǒng)，移動機器人傳感系統(tǒng)，焊接機器人傳感系統(tǒng)的設計方法。
3、根據(jù)機器人所處環(huán)境的不同，詳細講解了每種機器人傳感器配置的類型、測量信息、位置及數(shù)量等內(nèi)容。
4、在具體的應用中，詳細闡述了智能機器人對傳感配件的要求。
5、注重多傳感器融合的問題。
機器人是科技發(fā)展的產(chǎn)物，是制造業(yè)走向現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要設備。機器人自動化是一項快速進步的技術，在短短幾十年的時間里，工業(yè)機器人已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)變成工廠里的普通裝置。在工業(yè)自動化領域，機器人需要傳感器提供必要的信息，以準確執(zhí)行相關操作。據(jù)預測，2021年，全球工業(yè)機器人傳感器市場將以約8%的復合年增長率穩(wěn)步增長。對于機器人中傳感器的應用，有報告明確指出，到2027年，視覺系統(tǒng)將單獨成就57億美元的市場，力傳感器市場將超過69億美元。
傳感器是機器人的感知系統(tǒng)，是機器人重要的組成部分之一。多種不同功能的傳感器合理地組合在一起，才能為機器人提供更為詳細的外界環(huán)境信息，使其在工作時可以不依賴人的操縱。機器人感知技術通過獲取和分析位置、觸覺、力覺、視覺等傳遞來的信息，實現(xiàn)對外部環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)的理解，為人機的智能交互和柔性作業(yè)提供決策依據(jù)。那么機器人究竟要具備多少種傳感器才能盡可能地做到如人類一樣靈敏呢？機器人要想接近人類的靈敏度，有8類傳感器至關重要：視覺傳感器、聲覺傳感器、距離傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、力覺傳感器、滑覺傳感器、速度和加速度傳感器，尤其是機器人的5大感官傳感器是必不可少的。從擬人功能出發(fā)，視覺、力覺、觸覺為重要，相關的傳感器目前已進入實用階段，但其他的感官，如聽覺、嗅覺、味覺、滑覺等對應的傳感器還在進一步科研攻關過程中。
在眾多的感知系統(tǒng)中，視覺系統(tǒng)、移動機器人傳感系統(tǒng)、機器人手眼協(xié)作傳感系統(tǒng)是機器人傳感系統(tǒng)應用為廣泛的感知系統(tǒng)。本書結合應用實例，在系統(tǒng)闡述現(xiàn)代機器人常用傳感器原理與應用的基礎上，重點介紹了機器人視覺系統(tǒng)、導航系統(tǒng)，移動機器人傳感系統(tǒng)和焊接機器人傳感系統(tǒng)設計的方法。針對機器人所處環(huán)境的不同，詳細介紹了每種機器人傳感器配置的類型、測量信息、位置及數(shù)量等內(nèi)容，為讀者設計類似機器人傳感系統(tǒng)提供思路。
本書可供從事機器人設計與制造相關工作的技術人員使用，也可供高校機電一體化、自動化和電氣專業(yè)的師生學習參考。
本書由揚州市職業(yè)大學喬玉晶（兼哈爾濱理工大學智能機械研究所成員）、哈爾濱理工大學郭立東、揚州市職業(yè)大學呂寧、揚州市職業(yè)大學張兆東編著。本書在編寫過程中，得到了領導及同事的大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝！
由于水平所限，書中難免有不足之處，懇請讀者批評指正。
編著者
喬玉晶，哈爾濱理工大學，教授，科研方向：光電測試技術，主要研究基于視覺的測量方法與技術
科研成果：作為主要負責人參與國家自然基金、主持省自然科學基金一項，主持省教育廳基金二項，均與測量相關
教學：主講課程本科課程《機械工程測試技術基礎》、《單片機原理與應用》，研究生課程《現(xiàn)代測控技術》，并作為課程負責人建設《機械工程測試技術基礎》的線上課程，已在平臺應用。
第1章機器人與傳感器 001
1.1機器人系統(tǒng)的構成 001
1.2機器人的感覺 002
1.3機器人傳感器及其分類 003
1.4多傳感器的信息融合 006
1.5機器人傳感器參數(shù)及性能指標 007
1.5.1機器人傳感器的參數(shù) 007
1.5.2機器人傳感器常用參數(shù)的性能指標 007
第2章機器人內(nèi)部傳感器 010
2.1位置檢測傳感器 010
2.1.1限位開關 011
2.1.2光電開關 012
2.1.3電位計式傳感器 014
2.1.4編碼器 015
2.2速度和加速度傳感器 021
2.2.1測速發(fā)電機 021
2.2.2加速度傳感器 022
2.2.3陀螺儀 027
第3章機器人外部傳感器 036
3.1機器人觸覺傳感器 036
3.1.1觸覺傳感器概述 036
3.1.2接觸覺傳感器 039
3.1.3力覺傳感器 045
3.1.4壓覺傳感器 053
3.1.5滑覺傳感器 055
3.1.6觸覺傳感器的信號檢出與重構 058
3.2機器人接近覺傳感器 063
3.2.1感應式接近覺傳感器 064
3.2.2紅外接近覺傳感器 067
3.2.3超聲波接近覺傳感器 068
3.2.4激光接近覺傳感器 070
3.3其他外傳感器 071
3.3.1機器人聽覺傳感器 071
3.3.2機器人味覺傳感器 074
3.3.3機器人嗅覺傳感器 078
第4章機器人視覺系統(tǒng) 081
4.1機器人視覺概述 081
4.1.1機器視覺基本理論 085
4.1.2成像幾何基礎 086
4.2圖像的獲取和處理技術 090
4.2.1視覺模型 090
4.2.2圖像預處理技術 095
4.2.3視覺圖像特征提取 098
4.3機器人的視覺 101
4.3.1立體視覺 101
4.3.2三維形狀信息恢復 108
4.3.3智能視覺感知 111
4.4視覺跟蹤系統(tǒng) 114
4.4.1視覺跟蹤系統(tǒng)構成 114
4.4.2視覺跟蹤方法 115
第5章機器人導航系統(tǒng) 117
5.1慣性導航系統(tǒng)常用傳感器 117
5.1.1高度傳感器 117
5.1.2深度傳感器 120
5.1.3多普勒計程儀 122
5.1.4里程計 124
5.2慣性導航系統(tǒng) 125
5.2.1平臺式慣性導航系統(tǒng) 125
5.2.2捷聯(lián)式慣性導航 133
5.3衛(wèi)星導航系統(tǒng) 140
5.3.1GPS 140
5.3.2GLONASS 142
5.3.3GALILEO 144
5.3.4北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 145
5.4水聲定位系統(tǒng) 146
5.4.1聲吶傳感系統(tǒng) 146
5.4.2長基線定位 152
5.4.3短基線定位 155
5.4.4超短基線定位 156
5.5視覺導航系統(tǒng) 157
5.5.1SLAM 158
5.5.2VSLAM 162
第6章移動機器人傳感系統(tǒng) 166
6.1BigDog(BigDog四足)機器人 166
6.1.1BigDog機器人系統(tǒng)的組成 167
6.1.2BigDog傳感系統(tǒng) 168
6.2Robonaut機器人 171
6.2.1Robonaut機器人系統(tǒng)組成 171
6.2.2Robonaut機器人傳感系統(tǒng) 172
6.3自主移動機器人(AMR) 176
6.3.1AMR定義與類別 177
6.3.2AMR的傳感系統(tǒng) 178
第7章機器人焊接過程傳感系統(tǒng) 181
7.1認識焊接機器人 181
7.1.1焊接機器人的分類 181
7.1.2焊接機器人的優(yōu)勢 184
7.2點焊機器人 184
7.2.1點焊機器人的組成 184
7.2.2點焊機器人的性能要求 184
7.2.3點焊機器人的技術特點 184
7.3弧焊機器人 185
7.3.1弧焊機器人的組成 185
7.3.2適合弧焊機器人的焊接方法 185
7.4焊接機器人的傳感系統(tǒng) 185
7.4.1電弧傳感系統(tǒng) 185
7.4.2超聲波傳感跟蹤系統(tǒng) 187
7.4.3視覺傳感跟蹤系統(tǒng) 189
7.5焊接機器人技術未來發(fā)展趨勢 191
參考文獻 193
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