一種便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測試與控制領(lǐng)域，具體地說是一種便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造水平的重要標(biāo)志，智能機(jī)器人已成為未來的技術(shù)制高點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。自主導(dǎo)航技術(shù)是機(jī)器人在復(fù)雜的、未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)的核心技術(shù)，已成為各國學(xué)者研宄的熱點(diǎn)。目前，研宄人員融合了多種感知信息(里程計(jì)、陀螺儀、相機(jī)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等)提出不同的移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航方法，并在環(huán)境感知、定位和決策算法的實(shí)時(shí)性和計(jì)算效率方面進(jìn)行了深入的研宄。而算法的實(shí)時(shí)性和計(jì)算效率僅能局部的反映移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航性能，導(dǎo)航性能更加著重地顯現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的軌跡、障礙的反應(yīng)策略等方面。調(diào)研國內(nèi)外導(dǎo)航性能方面研宄現(xiàn)狀表明:現(xiàn)有研宄基本上以性能評價(jià)理論研宄為主，或針對特定應(yīng)用開展相關(guān)的測試環(huán)境研宄，缺少相關(guān)的儀器客觀的、定量的評價(jià)機(jī)器人的導(dǎo)航性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，測量桁架5固定于被測移動(dòng)機(jī)器人6上，且在測量桁架5上設(shè)置測量靶標(biāo)4 ;在移動(dòng)機(jī)器人6上方或側(cè)方設(shè)置定位傳感器I ;上位機(jī)2通過信號線纜連接攝影測量系統(tǒng)3和定位傳感器I，接收攝影測量系統(tǒng)3和定位傳感器I發(fā)送的反射靶7位置信息，根據(jù)接收到的位置信息獲得被測移動(dòng)機(jī)器人6的航跡和航向。
[0006]所述測量桁架5包括T字型的支撐桿，在橫桿的兩端設(shè)置測量靶標(biāo)4。
[0007]所述測量靶標(biāo)4包括頂帽8和反射靶7，頂帽8為多面體或半圓體，反射靶7為多個(gè)，且均勻分布于頂帽8上表面。
[0008]所述定位傳感器I用于測量所述測量靶標(biāo)4的實(shí)時(shí)位置信息。
[0009]所述攝影測量系統(tǒng)3為手持測量系統(tǒng)，用于標(biāo)定測量靶標(biāo)4的位置。
[0010]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0011]1.具有測量精度高、實(shí)時(shí)性能好、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，測量范圍內(nèi)(4米X4米)機(jī)器人水平定位精度±1厘米、航向精度±0.6度。
[0012]2.導(dǎo)航性能指標(biāo)全面，涵蓋了機(jī)器人安全性、速度、平穩(wěn)性、智能性以及導(dǎo)航效率等方面。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型的測量靶標(biāo)示意圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型的測量桁架示意圖；
[0016]其中，I為定位傳感器、2為上位機(jī)、3為攝影測量系統(tǒng)、4為測量靶標(biāo)、5為測量桁架、6為移動(dòng)機(jī)器人、7為反射靶、8為頂帽、9為安裝基座。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成圖，包括反射靶7、測量靶標(biāo)4、測量桁架5、定位傳感器1、攝影測量系統(tǒng)3、上位機(jī)2、以及供電與信號電纜。系統(tǒng)采用220V電源供電，定位傳感器I和攝影測量系統(tǒng)3分別與上位機(jī)2采用信號電纜連接。
[0019]圖2為本實(shí)用新型的測量靶標(biāo)示意圖，包括頂帽8和反射靶7，測量靶標(biāo)4通過安裝基座9安裝于測量桁架5兩端。頂帽8外形為多面體或半圓體，在其表面均勻分布有12個(gè)反射靶7，使移動(dòng)機(jī)器人6在運(yùn)動(dòng)過程中，定位傳感器I至少能夠拍攝到3個(gè)反射靶7的位置，從而定位出測量靶標(biāo)4中心點(diǎn)位置。解決測試環(huán)境中測量目標(biāo)的遮擋問題。
[0020]圖3為本實(shí)用新型的測量桁架示意圖，根據(jù)兩端測量靶標(biāo)4的位置、相互間的距離確定被測移動(dòng)機(jī)器人6的航向。
[0021]攝影測量系統(tǒng)3用于建立測量靶標(biāo)4中心位置與其上反射靶7的相對位置關(guān)系，在測量靶標(biāo)被部分遮擋條件下，可根據(jù)視覺內(nèi)的反射靶7位置精確計(jì)算測量靶標(biāo)4中心位置。
[0022]上位機(jī)2根據(jù)獲取的被測移動(dòng)機(jī)器人6軌跡、航向信息、以及測試環(huán)境信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的融合，評價(jià)移動(dòng)機(jī)器人安全性、速度、平穩(wěn)性、智能性以及導(dǎo)航效率等5個(gè)方面的導(dǎo)航性能指標(biāo)。安全性指標(biāo)包括距離障礙物平均距離、距離障礙物最小距離、和距障礙物最小距離平均值等3項(xiàng)；速度性能指標(biāo)包括平均速度、速度分布等2項(xiàng)；采用路徑平滑度指標(biāo)表征機(jī)器人導(dǎo)航平穩(wěn)性；智能性指標(biāo)包括完成任務(wù)時(shí)間、停機(jī)次數(shù)和時(shí)間、覆蓋度以及有效運(yùn)動(dòng)時(shí)間；導(dǎo)航效率指標(biāo)包括障礙效率、轉(zhuǎn)彎效率、路徑長度等3項(xiàng)。
[0023]室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評測系統(tǒng)工作原理:
[0024]攝影測量系統(tǒng)3采集被測移動(dòng)機(jī)器人6的測量靶標(biāo)4上均布的反射靶7位置信息，建立測量靶標(biāo)4的中心與反射靶7的位置關(guān)系；定位傳感器I實(shí)時(shí)采集被測移動(dòng)機(jī)器人6的位置信息后，發(fā)送到上位機(jī)2 ;上位機(jī)2對接收到的位置信息進(jìn)行處理。利用所述手持式攝影系統(tǒng)獲得測量靶標(biāo)中心與其上反射靶位置關(guān)系、測量桁架兩端測量靶標(biāo)中心距離；通過所述定位傳感器實(shí)時(shí)采集測試環(huán)境中測量標(biāo)靶的位置信息，以確定被測機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)航跡和航向；再根據(jù)檢測得到的航跡和航向信息，采用基于航跡的方法，推算被測機(jī)器人的導(dǎo)航性能指標(biāo)，并生成導(dǎo)航性能評估報(bào)告。
[0025]室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評測儀的測試流程:
[0026]1.依據(jù)測試環(huán)境，布置便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評測儀的位置，并調(diào)整至最大測試范圍。
[0027]2.啟動(dòng)定位傳感器、攝影測量系統(tǒng)、上位機(jī)。
[0028]3.將已知的測試環(huán)境數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入上位機(jī)。
[0029]4.手持?jǐn)z影測量系統(tǒng)對專用測量桁架拍攝多組會(huì)聚照片，上位機(jī)將基于一系列照片計(jì)算得到測量桁架的高精度定位模型，即測量標(biāo)靶中心與其上反射靶位置關(guān)系、測量桁架兩端測量靶標(biāo)中心距離。
[0030]5.將測量桁架安裝在被測機(jī)器人上。
[0031]6.啟動(dòng)被測機(jī)器人，按照設(shè)定的軌跡和任務(wù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評測系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取測量桁架的位置。
[0032]7.根據(jù)獲取的測量桁架的位置數(shù)據(jù)，上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得被測機(jī)器人導(dǎo)航性能指標(biāo)，并生成測試報(bào)告。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，其特征在于:測量桁架(5)固定于被測移動(dòng)機(jī)器人(6)上，且在測量桁架(5)上設(shè)置測量靶標(biāo)(4);在移動(dòng)機(jī)器人(6)上方或側(cè)方設(shè)置定位傳感器(I);上位機(jī)(2)通過信號線纜連接攝影測量系統(tǒng)(3)和定位傳感器(I)，接收攝影測量系統(tǒng)⑶和定位傳感器⑴發(fā)送的反射靶(7)位置信息，根據(jù)接收到的位置信息獲得被測移動(dòng)機(jī)器人出)的航跡和航向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，其特征在于:所述測量桁架(5)包括T字型的支撐桿，在橫桿的兩端設(shè)置測量靶標(biāo)(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，其特征在于:所述測量靶標(biāo)(4)包括頂帽(8)和反射靶(7)，頂帽(8)為多面體或半圓體，反射靶(7)為多個(gè)，且均勻分布于頂帽(8)上表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，其特征在于:所述定位傳感器(I)用于測量所述測量靶標(biāo)(4)的實(shí)時(shí)位置信息。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，其特征在于:所述攝影測量系統(tǒng)(3)為手持測量系統(tǒng)，用于標(biāo)定測量靶標(biāo)(4)的位置。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種便攜式室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能測評系統(tǒng)，測量桁架固定于被測移動(dòng)機(jī)器人上，且在測量桁架上設(shè)置測量靶標(biāo)；在移動(dòng)機(jī)器人上方或側(cè)方設(shè)置定位傳感器；上位機(jī)通過信號線纜連接攝影測量系統(tǒng)和定位傳感器，接收攝影測量系統(tǒng)和定位傳感器發(fā)送的反射靶位置信息，根據(jù)接收到的位置信息獲得被測移動(dòng)機(jī)器人的航跡和航向。本實(shí)用新型涉及室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評測，用于定量的評價(jià)室內(nèi)小型機(jī)器人導(dǎo)航性能指標(biāo)，為導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和完善提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步。
【IPC分類】G01C25/00
【公開號】CN204718616
【申請?zhí)枴緾N201520476006
【發(fā)明人】李斌, 張國偉, 王聰, 梁志達(dá), 張瀚鐸, 劉啟宇
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月2日