2机器人速度、方向、姿态、位置等传感器
2.1轮子/电机传感器
轮子编码器（旋转编码器、光电编码器）里程器
作用：测旋转的角度和速度
结构：主要由光源、固定光栅、旋转光栅、接收器组成。
原理：光源、固定光栅和接收器都被安装在与底盘连接的静止部位，旋转光栅与待测量的轴相连接作旋转运动。当被测量的轴发生转动时，光源发出的光束，经旋转光栅、固定光栅，形成一道交替通过的狭窄光束，而被接收器所接收产生测量信号（正弦或者方波脉冲）。
特性：本体感受传感器，分辨率以每转周期数（CPR）度量，典型值为64~2048。
应用：用于测量轮子或转向装置的位置或速度，与轮子的运动参数一起来估计机器人当前的位置。
2.2导向传感器——霍尔效应罗盘
霍尔效应罗盘（霍尔元件）
原理：当电流通过半导体材料时，会产生与磁通量密度和其方向相对应的电压， 即霍尔效应。利用霍尔效应制作而成的，检测磁场的元件叫做霍尔元件。单个霍尔元件提供了一维磁通和方向的测量。
特性：价格便宜，分辨率低、带宽低、 交叉灵敏度高（易受其它磁性物体和 人造结构所产生磁场的干扰）。
应用：在移动机器人中,霍尔效应数字罗盘是很普遍的；但是在室内环境中应用的移动机器人应避免使用这种数字罗盘。
2.3导向传感器——机械陀螺仪
陀螺仪：能够保持相对于固定参考框架 （坐标系）的方向，从而提供移动系统导向的绝对测量（方向或角速度）。通常分为两类：机械陀螺仪和光学陀螺仪。
原理：基于角动量守恒原理，中间高速旋转的“轮子”（陀螺）能够保持相对 于固定参考框架的方向，而周边的“钢圈”则会因为机器人改变姿态而跟着改变；这些“钢圈”所在的轴，也就是陀螺仪里面对应的坐标轴，通过这些轴围成的立体空间联合检测设备当前的状态。
特性：总的来说灵敏度、准确度和精确度都比霍尔效应罗盘要高很多，但是价格也要高很多。
2.3.1MEMS陀螺仪：
利用科里奥利力(Coriolis force），在其内部产生微小的电容变化， 然后测量电容，计算出角速度。
2.3.2激光陀螺仪：
利用萨格纳克效应（Sagnac effect），在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。
特性：激光陀螺仪在分辨率和带宽上已经远远超过一般移动机器人应用所需要的导航信息。
2.4加速度计
2.4.1机械加速度计：
参考质量（Mass）由弹簧和阻尼器与壳体相连，在稳态时它和壳体的相对位移反映出加速度分量的大小，这个信号通过电位器以电压量输出，其输出量是正比于加速度分量大小的电信号。
2.4.2MEMS加速度计（电容式）：
一个弹簧状结构将装置连接到一个电容分压器（图中capacitive devider）中的震动质量（橙色方块M） 上。电容分压器将震动质量的位移转换成电信号。阻尼是由密封在装置中的气体产生的。
MEMS:微机电系统,带有机械和电子特性。
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2.4.3MEMS加速度计（压电式）：
利用某些晶体的压电效应（当一个机械压力施加于某些晶体时，会产生一个电压），一个小的质量安置在晶体上，当施加外力时，该质量 就会移动，从而诱发可量测的电压。
特性：加速度计只能测量单轴上的加速度。 通过将三个加速度计垂直安装在一起，可 以获得三轴加速度计。
应用：测量重力加速度或机器人的加速度， 主要是低通加速度计（带宽0Hz到500Hz）， 常见的为电容式加速度计； 测量机器人的振动或碰撞时的加速度，主要是高通加速度计（带宽几Hz到50kHz），常见的为压电式加速度计。
2.5惯性测量单元（IMU）
惯性测量单元（惯性导航系统）：利用陀螺仪和加速度计来估计机器人的相对位置、速度和加速度。
由3个正交的加速度计和3个正交的陀螺 仪组成的惯性导航系统，能够估算机器人6个自由度的姿态（x,y,z的位置和翻滚、倾斜、偏转的方向）以及相应的速度和加速度。
惯性导航系统对陀螺和加速度计的误差极为敏感， 在长时间运行之后几乎所 有的惯性导航系统都会出现漂移。在许多机器人应用中已通过摄像机或GPS来做姿态纠正，消除漂移。
2.6全球卫星导航系统
全球卫星导航系统（the Global Navigation Satellite System）, 也称为全球导航卫星系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。
常见系统有GPS、BDS、 GLONASS和GALILEO四大卫 星导航系统。最早出现的是美国的GPS（Global Positioning System）， 现阶段技术最完善的也是 GPS系统。随着近年来BDS、 GLONASS系统在亚太地区的全面服务开启，尤其是BDS系统在民用领域发展越来越快。
2.6.1GPS和BDS定位的基本原理(单点卫星定位)：
测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。（卫星发送轨道位置（星历）加上时间；接收器通过三边测量和时间校正来计算其位置）。
GPS和BDS定位，实际上就是通过四颗已知位置的卫星来确定接收器的位置。
- Position1-4为四颗卫星的当前位置（空间坐标），已知
- d1-4为四颗卫星到要定位的接收器的距离，可求
- Location为要定位的卫星接收器的位置，待求
2.6.1.1为什么要四颗卫星？
（注意：d1-4为四颗卫星到要定位的接收器的距离，计算）
➢ 每一个卫星都在广播自己的位置，并且在发送位置信息的同时， 也会附加上该数据包发出时的时间戳。
➢ 接收器收到卫星广播的数据包后，用接收器上接收到数据包的时 间减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间。
➢ 数据包在空中传输的时间乘上传输速度（光速），就是数据包在 空中传输的距离，也就是该卫星到接收器的距离。
数据包的传输速度很大（理想速度即光速），那么对于时间戳一个极小的误差都会被放大很多倍从而导致整个结果无效。
（尽管三颗卫星可理想地提供3个轴的位置，为了对时间进行校正， 仍需四颗卫星，利用附加信息来求解4个变量：3个位置轴和1个时间 校正。）
2.6.1.2单点卫星定位的误差来源
- 星历数据错误：1米
- 对流层延误：1米对流层是大气层的下部（地面从8到13公里），它经历了与天气变化相关的温度，压力和湿度的变化。对流层延迟的复杂模型需要对 这些参数进行估计或测量。
- 未建模的电离层延误：10米。 电离层是50至500公里的大气层，由电离空气组成。传输的模型
只能消除可能的70 ns延迟的大约一半，留下10米（30 ns）的未建模残差。 - 多径：0.5 - 100米 多路径是由接收器附近表面的反射信号引起的，这些信号可能会干扰或误认为跟随卫星直线路径的信号。 多路径很难检测，有时很难避免。
2.6.1.3差分卫星定位
将一台接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标， 计算出基准站到卫星的距离改正数， 并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行观测的同时， 也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
根据差分基准站发送的信息方式可将差分定位分为三类：位置差分、 伪距差分和相位差分。
这三类差分方式的工作原理是相同的，所不同的是发送改正数的具体内容不一样， 其差分定位精度也不同。
