本書詳細(xì)介紹了機(jī)器人傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)和工作原理，以及多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。全書共分10章，主要內(nèi)容有傳感器的定義與分類、基本組成，機(jī)器人的系統(tǒng)組成，機(jī)器人常用的傳感器，智能傳感器技術(shù)及應(yīng)用，多傳感器信息融合技術(shù)的定義、分類，多傳感器信息定量和定性融合的方法，后介紹了多傳感器信息融合技術(shù)在裝配機(jī)器人、焊接機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航、測(cè)距和避障中的應(yīng)用實(shí)例。
本書既可作為從事機(jī)器人學(xué)研究、開發(fā)和應(yīng)用，以及正在學(xué)習(xí)機(jī)器人傳感器相關(guān)技術(shù)的工程師和技術(shù)人員的參考書或培訓(xùn)教材，也可以作為高等院校自動(dòng)控制、電子工程、機(jī)械工程、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生或研究生的教材。
感器技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)。本書在綜述常用傳感器技術(shù)基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了機(jī)器人系統(tǒng)中的常用傳感器的原理和特點(diǎn)，討論了在使用傳感器過程中的標(biāo)定和校準(zhǔn)問題。另外，結(jié)合目前科技前沿知識(shí)，闡述了多傳感器信息融合的相關(guān)知識(shí)和在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用實(shí)例。該書結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容豐富，既注重理論性與系統(tǒng)性，又注重實(shí)用性和前瞻性。
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，發(fā)展迅猛，它同計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。機(jī)器人使用的傳感器作為機(jī)器人信息獲取的源頭，技術(shù)也日趨成熟完善，這在一定程度上推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。我們不得不承認(rèn)，即使是目前世界上智能程度的機(jī)器人，它對(duì)外部環(huán)境變化的適應(yīng)能力也非常有限，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到人們預(yù)想的目標(biāo)。為了解決這一問題，機(jī)器人研究領(lǐng)域的學(xué)者們一方面研發(fā)機(jī)器人的各種外部傳感器，研究多信息處理系統(tǒng)，使其具有更高的性能指標(biāo)和更廣的應(yīng)用范圍；另一方面，研究多傳感器信息融合技術(shù)，為機(jī)器人的決策提供更準(zhǔn)確、更全面的環(huán)境信息。
機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)的研究涉及人工智能、電子、機(jī)械、控制、計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理等諸多理論和技術(shù)，是一個(gè)國(guó)家高科技水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的重要體現(xiàn)。本書旨在為機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制工程師和工程技術(shù)專家們，以及研究生或高年級(jí)本科生提供的知識(shí)。在內(nèi)容編排方面，注重理論與工程實(shí)際的結(jié)合、基礎(chǔ)知識(shí)與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合，內(nèi)容豐富，反映了機(jī)器人傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)以及與其相關(guān)的先進(jìn)理論和技術(shù)。
本書共分10章，第1章主要講解傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，包括傳感器的定義與特點(diǎn)、組成與分類、機(jī)器人與傳感器、傳感器及其技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、多傳感器信息融合的應(yīng)用領(lǐng)域；第2章介紹機(jī)器人系統(tǒng)組成，以及各組成部分的功能和特點(diǎn)；第3章從機(jī)器人內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩個(gè)方面介紹了機(jī)器人常用傳感器的種類和工作原理；第4章介紹智能傳感器的定義、構(gòu)成、關(guān)鍵技術(shù)、功能與特點(diǎn)，以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)和模糊傳感器技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例；第5章介紹多傳感器信息融合的定義、分類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；第6章介紹多傳感器定量信息融合的常用方法，包括傳感數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)和基于參數(shù)估計(jì)的信息融合方法；第7章介紹多傳感器定性信息融合的常用方法，包括Bayes方法、DempsterShafer證據(jù)推理、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、粗糙集理論的原理及其應(yīng)用；第8章列舉了多傳感器在裝配機(jī)器人中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了裝配機(jī)器人多傳感器系統(tǒng)的組成及其功能；第9章列舉了多傳感器在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了焊接機(jī)器人利用聲傳感器和視覺傳感器進(jìn)行焊縫跟蹤的原理；第10章列舉了多傳感器在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航、測(cè)距和避障中的應(yīng)用實(shí)例。
本書由郭彤穎進(jìn)行整體策劃與統(tǒng)稿，由郭彤穎和張輝主編，其中第1章由郭彤穎、何嘉寧編寫，第2、3章由郭彤穎、王海忱編寫，第4章由張輝、任丹編寫，第5章由郭彤穎、劉劍編寫，第6章由許崇、陳露編寫，第7章由王長(zhǎng)濤、宮巍、陳露編寫，第8章由郭彤穎、劉冬莉編寫，第9章由郭彤穎、劉淑娟、趙嵐光編寫，第10章由郭彤穎、馮群、劉偉編寫。
本書的編寫參考了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)論著和資料，在此一并表示衷心的謝意。
由于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展日新月異，再加上時(shí)間倉(cāng)促、水平有限，本書難以全面、詳細(xì)地對(duì)機(jī)器人傳感器技術(shù)的研究前沿和熱點(diǎn)問題一一進(jìn)行探討。書中存在不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
郭彤穎，沈陽建筑大學(xué)，副教授，郭彤穎，副教授，博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所，具有多年在機(jī)器人控制及其相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)。先后在國(guó)內(nèi)外重要期刊及學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文與機(jī)器人相關(guān)論文30余篇，其中EI檢索論文10余篇，主持和參加20余項(xiàng)省部級(jí)科研項(xiàng)目，具有豐富的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。
第1章傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)
1.1傳感器的定義和特點(diǎn)1
1.2傳感器的組成和分類1
1.3傳感器的標(biāo)定7
1.4機(jī)器人與傳感器9
1.5傳感器及其技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)10
1.6多傳感器信息融合的應(yīng)用領(lǐng)域12
第2章機(jī)器人系統(tǒng)組成
2.1 機(jī)器人系統(tǒng)組成概述14
2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)14
2.2.1機(jī)械構(gòu)件14
2.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20
2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)27
2.3.1液壓驅(qū)動(dòng)27
2.3.2氣壓驅(qū)動(dòng)29
2.3.3電氣驅(qū)動(dòng)30
2.4感知系統(tǒng)32
2.4.1機(jī)器人對(duì)傳感器的要求32
2.4.2常用傳感器的特性34
2.5控制系統(tǒng)35
2.6人機(jī)交互系統(tǒng)37
2.7機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)37
第3章機(jī)器人常用的傳感器
3.1機(jī)器人傳感器的分類38
3.2常用的內(nèi)部傳感器39
3.2.1位置傳感器39
3.2.2速度傳感器42
3.2.3加速度傳感器43
3.2.4傾斜角傳感器45
3.2.5力覺傳感器46
3.3常用外部傳感器48
3.3.1視覺傳感器48
3.3.2觸覺傳感器51
3.3.3接近度傳感器54
3.3.4激光傳感器58
第4章智能傳感器
4.1智能傳感器概述60
4.1.1智能傳感器的定義60
4.1.2智能傳感器的構(gòu)成61
4.1.3智能傳感器的關(guān)鍵技術(shù)61
4.2智能傳感器的功能與特點(diǎn)65
4.2.1智能傳感器的功能65
4.2.2智能傳感器的特點(diǎn)66
4.3智能傳感器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)67
4.3.1非集成化智能傳感器68
4.3.2集成化智能傳感器68
4.3.3混合式智能傳感器69
4.4無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用70
4.4.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)70
4.4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)機(jī)器人通信中的應(yīng)用74
4.5智能模糊傳感器技術(shù)及其應(yīng)用76
4.5.1智能模糊傳感器技術(shù)76
4.5.2模糊傳感器在測(cè)量血壓中的應(yīng)用79
第5章多傳感器信息融合技術(shù)概述
5.1多傳感器信息融合的定義81
5.2多傳感器信息融合的分類81
5.3多傳感器信息融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)86
5.4多傳感器信息融合的方法87
第6章多傳感器的定量信息融合
6.1傳感器的建模91
6.1.1觀測(cè)模型92
6.1.2相關(guān)模型93
6.1.3狀態(tài)模型94
6.2傳感數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)94
6.2.1假設(shè)檢驗(yàn)法95
6.2.2距離檢驗(yàn)法96
6.2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法98
6.3基于參數(shù)估計(jì)的信息融合方法99
第7章多傳感器的定性信息融合
7.1Bayes方法103
7.1.1Bayes條件概率103
7.1.2Bayes方法在信息融合中的應(yīng)用103
7.1.3基于目標(biāo)分類的Bayes決策方法104
7.2Dempster-Shafer證據(jù)推理106
7.2.1D-S理論的基礎(chǔ)概念106
7.2.2Dempster合成法則107
7.2.3D-S證據(jù)理論在融合中的應(yīng)用108
7.3模糊理論110
7.3.1模糊理論110
7.3.2模糊理論在融合中的應(yīng)用111
7.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法111
7.4.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合信息的一般方法112
7.4.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在融合中的應(yīng)用113
7.5粗糙集理論114
7.5.1粗糙集理論114
7.5.2基于粗糙集理論的多傳感器信息融合118
第8章多傳感器在裝配機(jī)器人中的應(yīng)用
8.1多傳感器信息融合系統(tǒng)組成123
8.2位姿傳感器124
8.3柔性腕力傳感器127
8.4工件識(shí)別傳感器128
8.5視覺傳感系統(tǒng)129
第9章多傳感器在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用
9.1焊接機(jī)器人常用的傳感器131
9.2電弧傳感系統(tǒng)131
9.3超聲傳感跟蹤系統(tǒng)133
9.4視覺傳感跟蹤系統(tǒng)135
第10章多傳感器信息融合在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用
10.1概述137
10.2多傳感器信息融合在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用139
10.3多傳感器信息融合在移動(dòng)機(jī)器人測(cè)距中的應(yīng)用143
10.4多傳感器信息融合在移動(dòng)機(jī)器人避障中的應(yīng)用157
參考文獻(xiàn)
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