一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型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。
【背景技术】
[0002]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，已成为各国学者研宄的热点。目前，研宄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宄。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宄现状表明:现有研宄基本上以性能评价理论研宄为主，或针对特定应用开展相关的测试环境研宄，缺少相关的仪器客观的、定量的评价机器人的导航性能。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术的不足，本实用新型提供便携式室内移动机器人导航性能测评系统。
[0004]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是:
[0005]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I ;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I，接收摄影测量系统3和定位传感器I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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]所述定位传感器I用于测量所述测量靶标4的实时位置信息。
[0009]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。
[0010]本实用新型具有以下有益效果及优点:
[0011]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X4米)机器人水平定位精度±1厘米、航向精度±0.6度。
[0012]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】
[0013]图1是本实用新型的系统组成图；
[0014]图2是本实用新型的测量靶标示意图；
[0015]图3是本实用新型的测量桁架示意图；
[0016]其中，I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】
[0017]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0018]图1为本实用新型的系统组成图，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I和摄影测量系统3分别与上位机2采用信号电缆连接。
[0019]图2为本实用新型的测量靶标示意图，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I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。
[0020]图3为本实用新型的测量桁架示意图，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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]室内移动机器人导航性能评测系统工作原理:
[0024]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I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。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。
[0025]室内移动机器人导航性能评测仪的测试流程:
[0026]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。
[0027]2.启动定位传感器、摄影测量系统、上位机。
[0028]3.将已知的测试环境数据模型导入上位机。
[0029]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。
[0030]5.将测量桁架安装在被测机器人上。
[0031]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。
[0032]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。
【主权项】
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(I);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(I)，接收摄影测量系统⑶和定位传感器⑴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出)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(I)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。
【专利摘要】本实用新型涉及一种便携式室内移动机器人导航性能测评系统，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。本实用新型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。
【IPC分类】G01C25/00
【公开号】CN204718616
【申请号】CN201520476006
【发明人】李斌, 张国伟, 王聪, 梁志达, 张瀚铎, 刘启宇
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月2日