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機(jī)器人根據(jù)完成任務(wù)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(jī)器人常用的各類內(nèi)部傳感器和外部傳感器的原理與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了機(jī)器人視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)，移動機(jī)器人傳感系統(tǒng)，焊接機(jī)器人傳感系統(tǒng)的設(shè)計方法。針對機(jī)器人所處環(huán)境的不同，詳細(xì)講解了每種機(jī)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(yīng)用中，詳細(xì)闡述了智能機(jī)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(jī)器人設(shè)計與制造相關(guān)工作的技術(shù)人員使用，也可供高校機(jī)電一體化、自動化和電氣專業(yè)的師生學(xué)習(xí)參考。

機(jī)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(shè)備。機(jī)器人自動化是一項快速進(jìn)步的技術(shù)，在短短幾十年的時間里，工業(yè)機(jī)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(lǐng)域，機(jī)器人需要傳感器提供必要的信息，以準(zhǔn)確執(zhí)行相關(guān)操作。據(jù)預(yù)測，2021年，全球工業(yè)機(jī)器人傳感器市場將以約8%的復(fù)合年增長率穩(wěn)步增長。對于機(jī)器人中傳感器的應(yīng)用，有報告明確指出，到2027年，視覺系統(tǒng)將單獨(dú)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(jī)器人的感知系統(tǒng)，是機(jī)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(jī)器人提供更為詳細(xì)的外界環(huán)境信息，使其在工作時可以不依賴人的操縱。機(jī)器人感知技術(shù)通過獲取和分析位置、觸覺、力覺、視覺等傳遞來的信息，實(shí)現(xiàn)對外部環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)的理解，為人機(jī)的智能交互和柔性作業(yè)提供決策依據(jù)。那么機(jī)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(jī)器人要想接近人類的靈敏度，有8類傳感器至關(guān)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(jī)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(guān)的傳感器目前已進(jìn)入實(shí)用階段，但其他的感官，如聽覺、嗅覺、味覺、滑覺等對應(yīng)的傳感器還在進(jìn)一步科研攻關(guān)過程中。

在眾多的感知系統(tǒng)中，視覺系統(tǒng)、移動機(jī)器人傳感系統(tǒng)、機(jī)器人手眼協(xié)作傳感系統(tǒng)是機(jī)器人傳感系統(tǒng)應(yīng)用為廣泛的感知系統(tǒng)。本書結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，在系統(tǒng)闡述現(xiàn)代機(jī)器人常用傳感器原理與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了機(jī)器人視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)，移動機(jī)器人傳感系統(tǒng)和焊接機(jī)器人傳感系統(tǒng)設(shè)計的方法。針對機(jī)器人所處環(huán)境的不同，詳細(xì)介紹了每種機(jī)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(shè)計類似機(jī)器人傳感系統(tǒng)提供思路。

本書可供從事機(jī)器人設(shè)計與制造相關(guān)工作的技術(shù)人員使用，也可供高校機(jī)電一體化、自動化和電氣專業(yè)的師生學(xué)習(xí)參考。

本書由揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)喬玉晶（兼哈爾濱理工大學(xué)智能機(jī)械研究所成員）、哈爾濱理工大學(xué)郭立東、揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)呂寧、揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)張兆東編著。本書在編寫過程中，得到了領(lǐng)導(dǎo)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

第1章機(jī)器人與傳感器 001

1.1機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成 001

1.2機(jī)器人的感覺 002

1.3機(jī)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(jī)器人傳感器參數(shù)及性能指標(biāo) 007

1.5.1機(jī)器人傳感器的參數(shù) 007

1.5.2機(jī)器人傳感器常用參數(shù)的性能指標(biāo) 007

第2章機(jī)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(guān) 011

2.1.2光電開關(guān) 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(jī) 021

2.2.2加速度傳感器 022

2.2.3陀螺儀 027

第3章機(jī)器人外部傳感器 036

3.1機(jī)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(gòu) 058

3.2機(jī)器人接近覺傳感器 063

3.2.1感應(yīng)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(jī)器人聽覺傳感器 071

3.3.2機(jī)器人味覺傳感器 074

3.3.3機(jī)器人嗅覺傳感器 078

第4章機(jī)器人視覺系統(tǒng) 081

4.1機(jī)器人視覺概述 081

4.1.1機(jī)器視覺基本理論 085

4.1.2成像幾何基礎(chǔ) 086

4.2圖像的獲取和處理技術(shù) 090

4.2.1視覺模型 090

4.2.2圖像預(yù)處理技術(shù) 095

4.2.3視覺圖像特征提取 098

4.3機(jī)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(fù) 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(gòu)成 114

4.4.2視覺跟蹤方法 115

第5章機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng) 117

5.1慣性導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng) 125

5.2.1平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 125

5.2.2捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航 133

5.3衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng) 157

5.5.1SLAM 158

5.5.2VSLAM 162

第6章移動機(jī)器人傳感系統(tǒng) 166

6.1BigDog(BigDog四足)機(jī)器人 166

6.1.1BigDog機(jī)器人系統(tǒng)的組成 167

6.1.2BigDog傳感系統(tǒng) 168

6.2Robonaut機(jī)器人 171

6.2.1Robonaut機(jī)器人系統(tǒng)組成 171

6.2.2Robonaut機(jī)器人傳感系統(tǒng) 172

6.3自主移動機(jī)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(jī)器人焊接過程傳感系統(tǒng) 181

7.1認(rèn)識焊接機(jī)器人 181

7.1.1焊接機(jī)器人的分類 181

7.1.2焊接機(jī)器人的優(yōu)勢 184

7.2點(diǎn)焊機(jī)器人 184

7.2.1點(diǎn)焊機(jī)器人的組成 184

7.2.2點(diǎn)焊機(jī)器人的性能要求 184

7.2.3點(diǎn)焊機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn) 184

7.3弧焊機(jī)器人 185

7.3.1弧焊機(jī)器人的組成 185

7.3.2適合弧焊機(jī)器人的焊接方法 185

7.4焊接機(jī)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(jī)器人技術(shù)未來發(fā)展趨勢 191

參考文獻(xiàn) 193

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