[发明专利]一种移动机器人室内环境感知能力测试方法

摘要

本发明涉及一种移动机器人室内环境感知能力测试方法，该测试方法包括评价指标体系、场景设置方法、能力测试步骤和结果评估表格，针对移动机器人的感知能力测试，设计了一套评价指标体系和评估方法，以机器人感知到的目标位置、目标速度、环境地图、耗时4类关键指标为评价标准，通过设计6种典型的室内场景方式和相应的测试步骤，获得不同场景不同条件下机器人对室内环境感知能力的定量评价。

主权项

一种移动机器人室内环境感知能力测试方法，其特征在于：该测试方法步骤如下：步骤一、测试评价指标体系的4类关键指标：1.被测移动机器人感知的静态目标的位置及偏差；2.被测移动机器人感知的运动目标的位置和速度曲线；3.被测移动机器人构建的环境地图的覆盖率和匹配度；4.被测移动机器人完成上述每项任务的耗时；通过测试评价指标体系的4类关键指标，得到被测机器人感知静态目标物远近距离的能力、空间分辨的能力、对外界干扰因素变化的抵抗能力，感知动态目标物的速度变化，运动轨迹变化的能力，感知环境地图的覆盖率和匹配度的能力，及相应的时间代价；步骤二、场景设置方法由以下六种场景设置构成：I、面向目标特性变化的感知测试场景，面向目标特性包括形状、大小和颜色；II、面向目标全空间分布的感知测试场景；III、面向不同距离上目标空间间距分布的感知测试场景；IV、面向目标高度分布的感知测试场景；V、面向目标运动方式的感知测试场景；VI、面向地图构建能力的感知测试场景；步骤二中每个场景下的具体设置、测试步骤分别阐述如下：(I)面向目标特性的感知测试场景该面向目标特性包括形状、大小、颜色；场景设置目的：固定目标物的数量和位置，在距离移动机器人远近不同的5个典型位置上布置目标，并在其对称位置上布置5个相反颜色的目标，测量目标形状和大小变化时移动机器人对目标位置的感知能力，测量目标形状和不同颜色或表面反射能力对感知结果的影响；场景设置方法：在6m*6m的测试空间内，把机器人放在下方的中间位置处，在两排平行竖直位置分别每隔1.2m摆放目标物，其中左边摆放黑色目标物，右边摆放白色目标物，目标物规格为球体、圆柱体、圆椎体；测试步骤：(1.1)将被测机器人放到指定位置；(1.2)选定被观测目标为球体，尺寸规格为最小，在设计位置上放置目标，左侧放置黑色目标，右侧放置白色目标；(1.3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(1.4)按照尺寸规格逐步增大被观测目标的大小，重复(1.2)、(1.3)步骤；(1.5)改变被观测目标类型为圆柱体，重复(1.2)、(1.3)、(1.4)步骤；(1.6)改变被观测目标类型为圆椎体，重复(1.2)、(1.3)、(1.4)步骤；(1.7)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；(II)面向目标全空间分布的感知测试场景场景设置目的：固定目标物的数量，在全空间范围内布置目标，使目标与移动机器人的相对位置关系发生变化，测量目标大小变化时移动机器人对目标位置的感知能力；场景设置方法：在6m*6m的测试空间内，把机器人放在下方的中间位置处，在全空间范围内按等腰三角形的等腰边布置目标，目标间距逐渐增大；测试步骤：(2.1)将被测机器人放到指定位置；(2.2)将被观测目标放到指定位置；(2.3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(2.4)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；(III)面向不同距离上目标空间间距分布的感知测试场景场景设置目的：固定目标物的数量和位置，在距离移动机器人远近不同的5个典型径向距离同心圆上，测量目标物之间相对距离大小变化时移动机器人对目标位置的感知能力；场景设置方法：在6m*6m的测试空间内，把机器人放在下方的中间位置处，在5个不同距离的同心圆上按间距逐渐增大的方式排列目标；测试步骤：(3.1)将被测机器人放到指定位置；(3.2)将被观测目标放到最近的同心圆上的指定位置；(3.3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(3.4)逐步增大同心圆的半径，重复步骤(3.2)(3.3)，直到5组同心圆测试完；(3.5)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；(IV)面向目标高度分布的感知测试场景场景设置目的：固定目标物的数量和位置，固定目标物的类型和大小，测量目标物高度大小变化时移动机器人对目标位置的感知能力；场景设置方法：在6m*6m的空间内，把机器人放在下方的中间位置，在距离移动机器人远近不同的5个典型位置上布置目标，在每个位置采用悬挂方式挂起7个目标，并在其对称位置上布置5组相反颜色的目标；测试步骤：(4.1)将被测机器人放到指定位置；(4.2)将被观测目标悬挂到指定位置；(4.3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(4.4)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；(V)面向目标运动方式的感知测试场景场景设置目的：测试被测机器人对室内运动目标的感知能力，动态目标物的运动方式采用三种最典型的运动方式：匀速运动，匀加速运动和匀减速运动，根据轨道的长度，电机运行功率设计出多条速度曲线作为运动真值；场景设置方法：在6m*6m的空间内，设置三条垂直的导轨，三个运动目标物分别摆放在三条导轨的初始位置上，被测机器人先后摆放在红色圆心处；测试步骤：(5.1)将被测机器人放到指定位置；(5.2)将三个被观测目标放到初始位置；(5.3)设定轨道一(左侧)上的运动目标执行匀加速运动，轨道二(右侧)上的运动目标执行匀减速运动，轨道三(正前方)上的运动目标执行匀速运动；(5.4)启动电机，是运动目标在时间t1到时间t2之间按设定的速度在轨道上行驶；(5.5)被测机器人检测导轨上运动目标物，给出位置和速度曲线；(5.6)变更速度设定值，重复步骤(5.3)(5.4)(5.5)；(5.7)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；(VI)面向地图构建能力的感知测试场景场景设置目的：设置场景内存在目标物和干扰物，允许移动机器人在被测场景内自主运动，测量被测机器人构建地图的覆盖率、匹配度、耗时；地图覆盖率是指，构建的地图面积占整个场景总面积的百分比；地图匹配度是指：构建的地图中感知正确的标记点占总标记点的百分比；耗时是指：构建地图过程中所耗时间；场景设置方法：被测机器人置于平地，场景内存在规则的目标物和干扰物，目标物规格为台阶面；干扰物为导轨，导轨上放置假人；测试步骤：(6.1)将被测机器人放到初始位置；(6.2)将目标物和干扰物放置到指定位置；(6.3)从被测机器人开始构建地图时开始计时，允许被测机器人在室内自由移动，在被测机器人检测结束时，计时结束；(6.4)被测机器人给出环境感知结果；(6.5)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格。