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方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供便携式室内移动机器人导航性能测评系统及方法。本专利技术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。本专利技术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是本专利技术的系统组成图；图2是本专利技术的测量靶标示意图；图3是本专利技术的测量桁架示意图；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专利技术做进一步的详细说明。图1为本专利技术的系统组成图，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为本专利技术的测量靶标示意图，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为本专利技术的测量桁架示意图，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，张国伟，王聪，梁志达，张瀚铎，刘启宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21