CN106323336A - 一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法，测量桁架固定于被测移动机器人上，且在测量桁架上设置测量靶标；在移动机器人上方或侧方设置定位传感器；上位机通过信号线缆连接摄影测量系统和定位传感器，接收摄影测量系统和定位传感器发送的反射靶位置信息，根据接收到的位置信息获得被测移动机器人的航迹和航向。本发明涉及室内移动机器人导航性能评测，用于定量的评价室内小型机器人导航性能指标，为导航系统的设计、改进和完善提供科学依据，促进移动机器人自主导航技术的创新与进步。

Description

一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法

技术领域

本发明涉及测试与控制领域，具体地说是一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法。

背景技术

机器人是衡量一个国家科技创新和高端制造水平的重要标志，智能机器人已成为未来的技术制高点和经济增长点。自主导航技术是机器人在复杂的、未知环境中实现自主运动的核心技术，已成为各国学者研究的热点。目前，研究人员融合了多种感知信息(里程计、陀螺仪、相机、激光雷达、超声波雷达等)提出不同的移动机器人自主导航方法，并在环境感知、定位和决策算法的实时性和计算效率方面进行了深入的研究。而算法的实时性和计算效率仅能局部的反映移动机器人的导航性能，导航性能更加着重地显现在运动的轨迹、障碍的反应策略等方面。调研国内外导航性能方面研究现状表明：现有研究基本上以性能评价理论研究为主，或针对特定应用开展相关的测试环境研究，缺少相关的仪器客观的、定量的评价机器人的导航性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统，测量桁架5固定于被测移动机器人6上，且在测量桁架5上设置测量靶标4；在移动机器人6上方或侧方设置定位传感器1；上位机2通过信号线缆连接摄影测量系统3和定位传感器1，接收摄影测量系统3和定位传感器1发送的反射靶7位置信息，根据接收到的位置信息获得被测移动机器人6的航迹和航向。

所述测量桁架5包括T字型的支撑杆，在横杆的两端设置测量靶标4。

所述测量靶标4包括顶帽8和反射靶7，顶帽8为多面体或半圆体，反射靶7为多个，且均匀分布于顶帽8上表面。

所述定位传感器1用于测量所述测量靶标4的实时位置信息。

所述摄影测量系统3为手持测量系统，用于标定测量靶标4的位置。

一种便携式室内移动机器人导航性能测评方法，摄影测量系统3采集被测移动机器人6的测量靶标4上均布的反射靶7位置信息，建立测量靶标4的中心与反射靶7的位置关系；定位传感器1实时采集被测移动机器人6的位置信息后，发送到上位机2；上位机2对接收到的位置信息进行处理。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.具有测量精度高、实时性能好、便于携带等优点，测量范围内(4米×4米)机器人水平定位精度±1厘米、航向精度±0.6度。

2.导航性能指标全面，涵盖了机器人安全性、速度、平稳性、智能性以及导航效率等方面。

附图说明

图1是本发明的系统组成图；

图2是本发明的测量靶标示意图；

图3是本发明的测量桁架示意图；

其中，1为定位传感器、2为上位机、3为摄影测量系统、4为测量靶标、5为测量桁架、6为移动机器人、7为反射靶、8为顶帽、9为安装基座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

图1为本发明的系统组成图，包括反射靶7、测量靶标4、测量桁架5、定位传感器1、摄影测量系统3、上位机2、以及供电与信号电缆。系统采用220V电源供电，定位传感器1和摄影测量系统3分别与上位机2采用信号电缆连接。

图2为本发明的测量靶标示意图，包括顶帽8和反射靶7，测量靶标4通过安装基座9安装于测量桁架5两端。顶帽8外形为多面体或半圆体，在其表面均匀分布有12个反射靶7，使移动机器人6在运动过程中，定位传感器1至少能够拍摄到3个反射靶7的位置，从而定位出测量靶标4中心点位置。解决测试环境中测量目标的遮挡问题。

图3为本发明的测量桁架示意图，根据两端测量靶标4的位置、相互间的距离确定被测移动机器人6的航向。

摄影测量系统3用于建立测量靶标4中心位置与其上反射靶7的相对位置关系，在测量靶标被部分遮挡条件下，可根据视觉内的反射靶7位置精确计算测量靶标4中心位置。

上位机2根据获取的被测移动机器人6轨迹、航向信息、以及测试环境信息数据，进行测量数据的融合，评价移动机器人安全性、速度、平稳性、智能性以及导航效率等5个方面的导航性能指标。安全性指标包括距离障碍物平均距离、距离障碍物最小距离、和距障碍物最小距离平均值等3项；速度性能指标包括平均速度、速度分布等2项；采用路径平滑度指标表征机器人导航平稳性；智能性指标包括完成任务时间、停机次数和时间、覆盖度以及有效运动时间；导航效率指标包括障碍效率、转弯效率、路径长度等3项。

室内移动机器人导航性能评测系统工作原理：

利用所述手持式摄影系统获得测量靶标中心与其上反射靶位置关系、测量桁架两端测量靶标中心距离；通过所述定位传感器实时采集测试环境中测量标靶的位置信息，以确定被测机器人的运动航迹和航向；再根据检测得到的航迹和航向信息，采用基于航迹的方法，推算被测机器人的导航性能指标，并生成导航性能评估报告。

室内移动机器人导航性能评测仪的测试流程：

1.依据测试环境，布置便携式室内移动机器人导航性能评测仪的位置，并调整至最大测试范围。

2.启动定位传感器、摄影测量系统、上位机。

3.将已知的测试环境数据模型导入上位机。

4.手持摄影测量系统对专用测量桁架拍摄多组会聚照片，上位机将基于一系列照片计算得到测量桁架的高精度定位模型，即测量标靶中心与其上反射靶位置关系、测量桁架两端测量靶标中心距离。

5.将测量桁架安装在被测机器人上。

6.启动被测机器人，按照设定的轨迹和任务目标运动，便携式室内移动机器人导航性能评测系统实时获取测量桁架的位置。

7.根据获取的测量桁架的位置数据，上位机进行数据分析，获得被测机器人导航性能指标，并生成测试报告。

Claims (6)

1.一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统，其特征在于：测量桁架(5)固定于被测移动机器人(6)上，且在测量桁架(5)上设置测量靶标(4)；在移动机器人(6)上方或侧方设置定位传感器(1)；上位机(2)通过信号线缆连接摄影测量系统(3)和定位传感器(1)，接收摄影测量系统(3)和定位传感器(1)发送的反射靶(7)位置信息，根据接收到的位置信息获得被测移动机器人(6)的航迹和航向。

2.根据权利要求1所述的便携式室内移动机器人导航性能测评系统，其特征在于：所述测量桁架(5)包括T字型的支撑杆，在横杆的两端设置测量靶标(4)。

3.根据权利要求1或2所述的便携式室内移动机器人导航性能测评系统，其特征在于：所述测量靶标(4)包括顶帽(8)和反射靶(7)，顶帽(8)为多面体或半圆体，反射靶(7)为多个，且均匀分布于顶帽(8)上表面。

4.根据权利要求1所述的便携式室内移动机器人导航性能测评系统，其特征在于：所述定位传感器(1)用于测量所述测量靶标(4)的实时位置信息。

5.根据权利要求1所述的便携式室内移动机器人导航性能测评系统，其特征在于：所述摄影测量系统(3)为手持测量系统，用于标定测量靶标(4)的位置。

6.一种便携式室内移动机器人导航性能测评方法，其特征在于，摄影测量系统(3)采集被测移动机器人(6)的测量靶标(4)上均布的反射靶(7)位置信息，建立测量靶标(4)的中心与反射靶(7)的位置关系；定位传感器(1)实时采集被测移动机器人(6)的位置信息后，发送到上位机(2)；上位机(2)对接收到的位置信息进行处理。