本書詳細(xì)介紹了機(jī)器人傳感器的基礎(chǔ)知識和工作原理，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、移動機(jī)器人導(dǎo)航、測距和避障中的應(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，闡述了多傳感器信息融合的相關(guān)知識和在工業(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)、信號處理等諸多理論和技術(shù)，是一個(gè)國家高科技水平和工業(yè)自動化程度的重要體現(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本科生提供的知識。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，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、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機(jī)器人導(dǎo)航、測距和避障中的應(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)間倉促、水平有限，本書難以全面、詳細(xì)地對機(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，敬請讀者批評指正。
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)于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，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)。先后在國內(nèi)外重要期刊及學(xué)術(shù)會議上發(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
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傳動機(jī)構(gòu)20
2.3驅(qū)動系統(tǒng)27
2.3.1液壓驅(qū)動27
2.3.2氣壓驅(qū)動29
2.3.3電氣驅(qū)動30
2.4感知系統(tǒng)32
2.4.1機(jī)器人對傳感器的要求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機(jī)器人測距中的應(yīng)用143
10.4多傳感器信息融合在移動機(jī)器人避障中的應(yīng)用157
參考文獻(xiàn)
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