机器人传感技术/机器人专业人才培养系列

机器人传感技术是机器人工程专业的核心课程。本书在阐明传感器基础知识和机器人感知系统功能与特点的基础上，按机器人内部传感器、机器人外部传感器和机器人传感器智能信息处理三大部分介绍。机器人内部传感器部分包括机器人常用位移、速度、姿态、力、加速度、温度、视觉等传感器的类型、原理、特点及应用；机器人外部传感器部分包括常用机器人触觉、接近觉、味觉、嗅觉、听觉等传感器的组成、原理及应用；机器人传感器智能信息处理部分包括智能传感器、多传感信息融合等相关内容。 本书可作为普通高校机器人工程、自动化、仪器仪表工程及其相关专业的教材，也可作为广大机器人工程技术人员和单片机开发人员的参考资料。

朱大奇，男，1964年11月生，上海理工大学沪江学者特聘教授、博士生导师，机器人工程系主任，上海市“水下工程检测”技术创新服务平台主任，上海市“智能海事搜救与水下机器人”工程技术研究中心主任，上海领军人才、上海优秀学术带头人，国务院特殊津贴专家，长期从事水下机器人及其应用、智能信息处理与故障诊断研究。先后主持国家863计划与国家重点研发计划课题2项，主持国家自然科学基金重点项目2项，主持国家自然科学基金面上项目5项；主持包括上海市科委重大（重点）项目等省部级课题20项以上。以第一或通讯作者发表IEEE顶级期刊论文15篇、ESI高被引及热点论文10篇，出版《水下机器人故障诊断与容错控制技术》《人工神经网络原理及应用》《单片机原理及应用》专著教材5部，授权国家发明专利15项；获中国航海学会科技成果一等奖1项（第一完成人），上海市科技进步二等奖4项（第一完成人3项，第二完成人1项）。自主研发的“智海金枪鱼”AUV和“海寻”号ROV系统已在企业定制生产。

第1章　机器人传感技术概述 1 1.1　传感技术基础 1 1.1.1　传感器概述 1 1.1.2　传感器的应用与发展 2 1.2　传感器的一般特性 5 1.2.1　传感器的静态特性 5 1.2.2　传感器的动态特性 10 1.3　机器人技术基础 13 1.3.1　机器人基础知识 13 1.3.2　机器人发展历史 14 1.4　机器人传感技术 16 1.4.1　机器人传感器 16 1.4.2　机器人传感器分类 17 1.5　思考题 19 第2章　机器人位移传感器 20 2.1　电位器式传感器 20 2.1.1　线绕式电位器 20 2.1.2　非线绕式电位器 22 2.1.3　电位器式传感器的应用 23 2.2　电感式传感器 23 2.2.1　自感式传感器 24 2.2.2　互感式传感器 30 2.2.3　电涡流传感器 33 2.3　电容式传感器 38 2.3.1　电容式传感器的工作原理 39 2.3.2　电容式传感器的测量原理 45 2.4　思考题 52 第3章　机器人速度与姿态传感器 54 3.1　速度传感器 54 3.1.1　测速发电机 54 3.1.2　多普勒测速雷达 62 3.2　姿态传感器 64 3.2.1　机械陀螺仪 64 3.2.2　光学陀螺仪 65 3.2.3　微机电系统陀螺仪 71 3.3　思考题 73 第4章　机器人力与加速度传感器 74 4.1　应变式传感器 74 4.1.1　应变式传感器的工作原理 74 4.1.2　应变片的结构与特性 76 4.1.3　应变式传感器的测量原理 77 4.1.4　应变片的温度误差及补偿 80 4.1.5　应变式传感器的应用 83 4.2　压电式传感器 85 4.2.1　压电效应 86 4.2.2　压电材料 87 4.2.3　压电式传感器的测量原理 89 4.2.4　压电式传感器的应用 93 4.3　其他力/加速度传感器 94 4.3.1　电容式力/加速度传感器的应用 94 4.3.2　电感式力/加速度传感器的应用 96 4.3.3　光纤光栅式力传感器的应用 97 4.4　思考题 98 第5章　机器人导航定位系统 99 5.1　惯性导航系统 99 5.2　全球导航卫星系统 100 5.2.1　GPS的组成 100 5.2.2　GPS定位的基本原理 102 5.3　水下声学定位系统 104 5.3.1　声呐系统 104 5.3.2　长基线定位系统 112 5.3.3　短基线定位系统 114 5.3.4　超短基线定位系统 114 5.4　思考题 116 第6章　机器人温度传感器 117 6.1　热电偶温度传感器 117 6.1.1　热电偶测温原理 117 6.1.2　热电偶的种类与结构组成 120 6.1.3　热电偶的使用与冷端补偿 122 6.2　热电阻温度传感器 124 6.2.1　热电阻测温原理 124 6.2.2　热电阻的类型 125 6.2.3　热电阻的使用 126 6.3　半导体温度传感器 127 6.3.1　热敏电阻 127 6.3.2　集成温度传感器 128 6.4　思考题 130 第7章　视觉传感器 131 7.1　光视觉成像传感器 131 7.1.1　透视相机 131 7.1.2　传感器 134 7.2　声呐成像传感器 139 7.2.1　侧扫声呐 139 7.2.2　合成孔径声呐 141 7.2.3　前视声呐 142 7.2.4　多波束测深声呐 144 7.3　思考题 145 第8章　触觉与接近觉传感器 146 8.1　触觉传感器 146 8.1.1　压阻式触觉传感器 146 8.1.2　压容式触觉传感器 147 8.1.3　压电式触觉传感器 147 8.1.4　摩擦电式触觉传感器 148 8.1.5　触觉传感器的关键参数 148 8.2　接近觉传感器 149 8.2.1　感应式接近觉传感器 149 8.2.2　电容式接近觉传感器 151 8.2.3　红外光电式传感器 154 8.2.4　超声波传感器 156 8.2.5　激光传感器 159 8.3　思考题 161 第9章　味觉、嗅觉与听觉传感器 162 9.1　仿生嗅觉与味觉传感器 162 9.1.1　人工嗅觉与味觉系统 162 9.1.2　嗅觉与味觉传感技术分类 163 9.1.3　仿生嗅觉与味觉传感器应用 166 9.2　听觉传感器 167 9.2.1　声波的特性 167 9.2.2　听觉传感器的工作原理 169 9.2.3　语音识别系统 172 9.3　思考题 175 第10章　智能传感器 176 10.1　智能传感器的定义与特点 176 10.2　智能传感器的体系结构 176 10.3　智能传感器的功能实现 179 10.4　智能热电阻温度检测传感器 185 10.5　思考题 196 第11章　多传感器信息融合 197 11.1　多传感器信息融合技术 197 11.2　多传感器信息融合方法 200 11.2.1　模糊信息融合方法 200 11.2.2　神经网络信息融合方法 201 11.2.3　D-S证据理论信息融合方法 209 11.3　多传感器信息融合应用 211 11.3.1　多传感器信息融合故障识别 211 11.3.2　多传感器信息融合机器人环境感知与地图构建 215 11.4　思考题 225 附录 226 参考文献 240