移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航性能評(píng)估規(guī)范

4移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航性能評(píng)估規(guī)范本規(guī)范規(guī)定了地面最大移動(dòng)速度不大于3m/s的移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航、定位、避障評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和測(cè)試方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用的移動(dòng)機(jī)器人包括講解機(jī)器人、導(dǎo)購(gòu)/導(dǎo)引機(jī)器人、物品遞送機(jī)器人、移動(dòng)廣告機(jī)器人、巡邏機(jī)器人、大型洗地/清掃機(jī)器人等能夠在地面低速行駛的輪式、履帶式或足腿式機(jī)器人。其它類似機(jī)器人，可參考本規(guī)范對(duì)其導(dǎo)航定位性能進(jìn)行評(píng)估。本規(guī)范不包括在沒(méi)有道路的情況下（山區(qū)、沙漠、樹(shù)林、野地）使用的特種作業(yè)機(jī)器人，不包括家庭掃地、吸塵、拖地等小型機(jī)器人，也不包括在公路上人車混雜環(huán)境應(yīng)用的無(wú)人移動(dòng)設(shè)備。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T12643—2013機(jī)器人與機(jī)器人裝備詞匯GB/T38124-2019服務(wù)機(jī)器人性能測(cè)試方法ISO18646-1-2016機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人性能規(guī)范機(jī)器人試驗(yàn)方法第1部分：輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（Robotics-Performancecriteriaandrelatedtestmethodsforservicerobots-Part1:Locomotionforwheeledrobots）3術(shù)語(yǔ)和定義3.1機(jī)器人本體和操作3.1.1移動(dòng)平臺(tái)能使移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的全部組裝件，包含用于支持負(fù)載的結(jié)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)。3.1.2正常工作狀態(tài)機(jī)器人制造商規(guī)定的，在符合使用環(huán)境下能正常運(yùn)行的狀態(tài)。3.1.3自動(dòng)導(dǎo)航模式機(jī)器人控制系統(tǒng)按照軌跡規(guī)劃任務(wù)程序自主行走的一種工作方式。53.1.4手動(dòng)模式通過(guò)按鈕、操作桿以及除自動(dòng)操作外，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操作的控制方式。3.1.5待機(jī)狀態(tài)機(jī)器人處于正常上電，但不做任何操作的狀態(tài)。3.1.6開(kāi)機(jī)時(shí)間主電源打開(kāi)以后，機(jī)器人各系統(tǒng)完成上電啟動(dòng)和自檢工作，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)的時(shí)間。3.1.7待機(jī)功耗機(jī)器人在待機(jī)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電量。3.1.8工作能耗機(jī)器人在工作狀態(tài)下,單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電量。3.2傳感器3.2.1激光雷達(dá)通過(guò)主動(dòng)發(fā)射并接收反射回來(lái)的激光，實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)的位置、速度、距離，形成點(diǎn)云圖像，可用于環(huán)境感知的傳感器。3.2.2主動(dòng)結(jié)構(gòu)光視覺(jué)將結(jié)構(gòu)化（點(diǎn)結(jié)構(gòu)、線結(jié)構(gòu)、面結(jié)構(gòu)或光學(xué)編碼）的光線投射到物體表面，獲取視覺(jué)圖像后，通過(guò)計(jì)算圖像中結(jié)構(gòu)光的變形（或飛行時(shí)間等）來(lái)確定被測(cè)物體的三維尺寸和位置信息，可用于環(huán)境感知的傳感器。3.2.3里程計(jì)用于測(cè)量行駛距離的傳感器。3.2.4慣性導(dǎo)航6采用陀螺和加速度計(jì)，測(cè)量載體的角速度和加速度，并通過(guò)導(dǎo)航解算得到載體運(yùn)動(dòng)的速度、姿態(tài)和位置信息，是一種不依賴于任何外部信息的導(dǎo)航技術(shù)。3.2.5主傳感器在多傳感器融合系統(tǒng)中，發(fā)揮最主要作用的傳感器。3.2.6主傳感器作用距離機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)中，主傳感器的最大探測(cè)距離。3.3機(jī)器人導(dǎo)航、定位及避障3.3.1軌跡規(guī)劃設(shè)定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的時(shí)間位置序列信息。3.3.2位姿表達(dá)機(jī)器人空間位置和姿態(tài)的六維向量，包含三個(gè)位置和三個(gè)姿態(tài)角信息。對(duì)于在平面場(chǎng)地工作的機(jī)器人，位姿可以簡(jiǎn)化為二維平面坐標(biāo)和機(jī)器人航向角的組合，形成一個(gè)三維向量。3.3.3定位在環(huán)境地圖上識(shí)別或分辨出移動(dòng)機(jī)器人的位姿。3.3.4導(dǎo)航根據(jù)指令或設(shè)定程序，控制機(jī)器人從起始定位點(diǎn)通過(guò)特定路徑達(dá)到目標(biāo)定位點(diǎn)。3.3.5避障機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中，中斷原有軌跡規(guī)劃，主動(dòng)躲避障礙物，完成躲避后，繼續(xù)按照原軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)。3.3.6重定位當(dāng)前位姿丟失以后，重新獲取新的位姿的過(guò)程。73.3.7半圍觀機(jī)器人周邊大部分區(qū)域被人群或障礙物占據(jù)，只剩下唯一的通道能夠行走。3.3.8脫困機(jī)器人行進(jìn)軌跡被復(fù)雜障礙物阻擋，不能進(jìn)行有效避障和行走，在恢復(fù)通道或具有通道后，重新獲得正常移動(dòng)能力的過(guò)程。3.3.9協(xié)同避讓多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人相遇時(shí)，自動(dòng)調(diào)整位姿，彼此躲避。3.3.10最小通過(guò)寬度機(jī)器人能夠自主通過(guò)的最窄通道的寬度。3.3.11續(xù)航能力機(jī)器人充滿電后，連續(xù)行駛的最大距離或工作的最長(zhǎng)時(shí)間。3.4機(jī)器人建圖3.4.1環(huán)境地圖由一定分辨率的環(huán)境感知傳感器和相關(guān)算法建立的環(huán)境數(shù)學(xué)模型，用于表達(dá)環(huán)境特征。3.4.2建圖建立環(huán)境地圖的過(guò)程。3.4.3增量建圖在已有環(huán)境地圖基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加或修改部分內(nèi)容，形成新的環(huán)境地圖。3.4.4修正建圖8在已有環(huán)境地圖基礎(chǔ)上，對(duì)原有環(huán)境地圖中區(qū)域視覺(jué)特征變化劇烈的部分，進(jìn)行修改補(bǔ)充的建圖方法。3.4.5擴(kuò)展建圖針對(duì)某些應(yīng)用環(huán)境不能一次完成建圖，或不適合一次構(gòu)建完整地圖的場(chǎng)景，分次逐步添加新區(qū)域地圖至原有環(huán)境地圖的建圖方法。3.4.6地圖共享一個(gè)機(jī)器人的建圖結(jié)果可以被其它機(jī)器人使用。3.4.7回環(huán)檢測(cè)判斷機(jī)器人是否回到出發(fā)點(diǎn)，利用閉環(huán)約束消除機(jī)器人行走累計(jì)定位誤差的方法。4定位與導(dǎo)航性能測(cè)試4.1定位與導(dǎo)航性能測(cè)試設(shè)備及通用測(cè)試環(huán)境布置4.1.1測(cè)試設(shè)備機(jī)器人定位和導(dǎo)航過(guò)程中，測(cè)試設(shè)備應(yīng)具備對(duì)機(jī)器人姿態(tài)和路徑追蹤功能，并能實(shí)時(shí)完成位置、角度、運(yùn)行軌跡、移動(dòng)速度、旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)的記錄和計(jì)算。在室外測(cè)試時(shí)，可以采用雙天線GPS/Bd定位定向系統(tǒng)，高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，視覺(jué)追蹤系統(tǒng)、激光追蹤儀等，本規(guī)范對(duì)測(cè)試設(shè)備類型不做強(qiáng)制規(guī)定，但所用測(cè)試設(shè)備應(yīng)帶有計(jì)量鑒定部門出具的計(jì)量鑒定合格證，并在有效期內(nèi)。測(cè)試設(shè)備要求如下：——位置分辨率≤3cm；——位置精度≤5cm；——數(shù)據(jù)采集頻率≥30Hz。4.1.2通用測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境溫濕度為機(jī)器人標(biāo)稱使用的典型環(huán)境溫濕度。對(duì)于主要應(yīng)用于室內(nèi)的機(jī)器人，優(yōu)先選擇在室內(nèi)測(cè)試；對(duì)于主要應(yīng)用于室外的機(jī)器人，優(yōu)先選擇在室外測(cè)試。當(dāng)測(cè)試場(chǎng)地不能達(dá)到測(cè)試目標(biāo)和精度時(shí)，可以靈活選擇室內(nèi)或室外測(cè)試。室外測(cè)試應(yīng)選擇無(wú)雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣。要求測(cè)試區(qū)域應(yīng)開(kāi)闊，在測(cè)試路徑上以及測(cè)試路徑附近不能有非設(shè)定障礙物。若測(cè)試區(qū)域設(shè)置有隔離墻，則需滿足機(jī)器人在設(shè)定測(cè)試路徑上任何一個(gè)位置時(shí)，隔離墻與機(jī)器人中心的距離不小于1.5L(L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度)或不小于1.5m,二者取較小值。隔離墻高度應(yīng)當(dāng)高于機(jī)器人高度，并且不能被越過(guò)。9B場(chǎng)地面積則需根據(jù)機(jī)器人大小和轉(zhuǎn)彎半徑確定?？梢赃x擇室內(nèi)或室外籃球場(chǎng)作為測(cè)試場(chǎng)地，面積為200-1000m2。有些試驗(yàn)如果無(wú)法找到合適場(chǎng)地或不方便在空曠場(chǎng)地進(jìn)行，也可以根據(jù)試驗(yàn)環(huán)境具體要求選擇其它場(chǎng)地。B4.1.3通用測(cè)試路徑測(cè)試路徑包括：——直線形路徑：在測(cè)試區(qū)域設(shè)定起點(diǎn)A和目標(biāo)點(diǎn)B，AB距離至少5L（L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度），機(jī)器人行走方向要求如圖1所示。>5LABA——L形路徑：在測(cè)試區(qū)域設(shè)定起點(diǎn)A和目標(biāo)點(diǎn)B，機(jī)器人行走方向要求如圖2所示，L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度。>5L>5LA——U形路徑：在測(cè)試區(qū)域設(shè)定位置點(diǎn)A、B、C、D，機(jī)器人行走方向要求如圖3所示，L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度。>5LCDC>5LBAB——回形路徑：在測(cè)試區(qū)域設(shè)定位置點(diǎn)A、B、C、D，機(jī)器人行走方向要求如圖所示4，機(jī)器人按A-B-C-D-A路徑行走，此路徑起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)均為A，L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度。>5LCDC>5LBAB4.1.4通用測(cè)試速度約定本規(guī)范中，凡沒(méi)有明確約定機(jī)器人行進(jìn)速度的測(cè)試項(xiàng)目，機(jī)器人行進(jìn)速度均為廠家標(biāo)稱的額定速度V額定。4.1.5其它通用測(cè)試設(shè)備有質(zhì)量鑒定合格標(biāo)簽的秒表或計(jì)時(shí)器，精度1s。4.2定位性能4.2.1測(cè)試目的本指標(biāo)為了評(píng)估機(jī)器人在自主導(dǎo)航模式下，沿不同測(cè)試路徑到達(dá)指定目標(biāo)的能力，包括到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的位姿準(zhǔn)確度與重復(fù)性。4.2.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備使用4.1.1測(cè)試設(shè)備，4.1.2測(cè)試環(huán)境，4.1.3測(cè)試路徑。4.2.3測(cè)試方法選擇4.1.3中每一種測(cè)試路徑類型，設(shè)定機(jī)器人起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，在自主導(dǎo)航模式下使機(jī)器人從起始點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，記錄機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)的實(shí)際位姿??,?,,記設(shè)定的目標(biāo)選擇4.1.3中每一種測(cè)試路徑類型，設(shè)定機(jī)器人起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，在自主導(dǎo)航模式下使機(jī)器人從起始點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，記錄機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)的實(shí)際位姿??,?,,記設(shè)定的目標(biāo)===σ1-)2姿態(tài)重復(fù)性：?=3?,?=σ1(-?)2測(cè)試完成后，填寫測(cè)試結(jié)果，被測(cè)機(jī)器人最終評(píng)測(cè)結(jié)果為所測(cè)試所有路徑條件下的平均值，如表1所示：表1定位性能測(cè)試結(jié)果12344.3重定位性能4.3.1測(cè)試目的本指標(biāo)為了評(píng)估機(jī)器人在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后，確定自己位姿的能力和速度，以及在某些場(chǎng)景環(huán)境中丟失自己位姿信息后，重新確定位姿的能力，包括重定位成功率、速度、準(zhǔn)確度和重復(fù)性。4.3.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備使用4.1.1測(cè)試設(shè)備，4.1.2測(cè)試環(huán)境，4.1.3中L形或U形測(cè)試路徑。4.3.3測(cè)試方法選擇L形或U形測(cè)試路徑，在機(jī)器人航向角轉(zhuǎn)過(guò)90°以后的路徑上選擇一個(gè)測(cè)試點(diǎn)。機(jī)器人進(jìn)入自主導(dǎo)航模式，并運(yùn)行到該測(cè)試點(diǎn)后，命令機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，記錄此時(shí)測(cè)試設(shè)備上輸出的機(jī)器人位姿x0,y0,θ0。然后遮擋其主傳感器，使其位姿信息丟失10s以上，撤除遮擋物，記錄從撤除遮擋物開(kāi)始，在30s內(nèi)是否能夠重定位成功及重定位時(shí)間。若重定位成功，機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)輸出的重定位位姿為xi,yi,θi，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)重復(fù)N(N=6~10)次，測(cè)試點(diǎn)不少于3個(gè)（起點(diǎn)、終點(diǎn)、一個(gè)中間點(diǎn)）。重定位過(guò)程允許機(jī)器人在原地作小幅度的運(yùn)動(dòng)，小幅度運(yùn)動(dòng)中機(jī)器人中心與測(cè)試點(diǎn)偏離距離不得超過(guò)0.5L（L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度否則按重定位失敗處理。對(duì)機(jī)器人原地運(yùn)動(dòng)航向角大小不作限制。若機(jī)器人是經(jīng)過(guò)小幅度運(yùn)動(dòng)后重定位成功，則重定位成功后，記錄此時(shí)測(cè)試設(shè)備上輸出的機(jī)器人位姿x0,y0,θ0，機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)輸出的重定位位姿定義如下指標(biāo)：——成功率(PTel)：30s內(nèi)成功重定位的概率——重定位時(shí)間(TTel)：成功重定位的情況下，重定位消耗的平均時(shí)間——重定位位置準(zhǔn)確度(ARPl)：根據(jù)公式（4-1）計(jì)算——重定位姿態(tài)準(zhǔn)確度(ARPθ)：根據(jù)公式（4-2）計(jì)算——重定位位置重復(fù)性(RRPl)：根據(jù)公式（4-3）計(jì)算——重定位姿態(tài)重復(fù)性(RRPθ)：根據(jù)公式（4-7）計(jì)算——開(kāi)機(jī)重定位：在4.3.3中，選擇一個(gè)起始點(diǎn)，將機(jī)器人放置在該點(diǎn)處之后再開(kāi)機(jī)，重復(fù)N(6-10)次，使機(jī)器人在全局地圖中進(jìn)行重定位。其它同上。4.3.4測(cè)試結(jié)果測(cè)試完成后，填寫重定位指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表2：表2重定位指標(biāo)測(cè)試結(jié)果124.4導(dǎo)航性能4.4.1測(cè)試目的測(cè)試機(jī)器人在工作環(huán)境下的路徑規(guī)劃能力和運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力。4.4.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備使用4.1.1測(cè)試設(shè)備，4.1.2測(cè)試環(huán)境，4.1.3中直線形測(cè)試路徑或本節(jié)定義的”S”形特殊路徑。4.4.3測(cè)試方法4.4.3.1導(dǎo)航路程誤差在4.1.3測(cè)試環(huán)境中，選擇直線形測(cè)試路徑，指定起點(diǎn)A和目標(biāo)點(diǎn)B，使機(jī)器人在自主導(dǎo)航模式下從A到達(dá)B，測(cè)試設(shè)備記錄機(jī)器人的行走路程Li，記L0為A-B最短路程，路程差為L(zhǎng)i-L0，重復(fù)N(6-10)次，計(jì)算得到均方根誤差： 及單位路程均方根誤差：4.4.3.2導(dǎo)航時(shí)間誤差測(cè)試過(guò)程同4.4.3.1，記錄數(shù)據(jù)為行走時(shí)間Ti，T0為機(jī)器人以額定速度走完A-B最短路徑所需要的時(shí)間，時(shí)間差為Ti-T0，重復(fù)N(6-10)次，計(jì)算得到均方根誤差：=0（4-11）=σ1(-0)2=0（4-11）4.4.3.3單位軌跡均方根誤差（選做項(xiàng)目）對(duì)于有設(shè)定路徑功能的機(jī)器人，此項(xiàng)測(cè)試機(jī)器人導(dǎo)航的控制能力。在圖5中,由兩個(gè)半徑為R（R≥5L）的半圓拼成”S”形測(cè)試路徑，令機(jī)器人在該設(shè)定路徑L0上行走，測(cè)試設(shè)備記錄機(jī)器人實(shí)際行走軌跡為L(zhǎng)i，重復(fù)N(N=3)次。對(duì)L0和Li等距采樣獲取同等數(shù)量的K(K≥10)個(gè)位置采樣點(diǎn):軌跡均方根誤差：?jiǎn)挝卉壽E均方根誤差：)}??)2=??（4-12）（4-13）（4-14）RRR圖5：S形路徑4.4.3.4行走平滑度（選做項(xiàng)目）定義：上一時(shí)刻位姿與下一時(shí)刻位姿之差大于3°為一次巨大位姿調(diào)整；上一時(shí)刻速度與下一時(shí)刻速度之差大于機(jī)器人額定速度的15%，記為一次巨大速度調(diào)整。時(shí)刻間隔定義為0.5s。選擇4.4.3.3測(cè)試路徑，記路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng)。設(shè)定被測(cè)機(jī)器人行駛速度為額定速度，控制被測(cè)機(jī)器人以自主導(dǎo)航模式從”S”形路徑起點(diǎn)行進(jìn)到終點(diǎn)，記錄行進(jìn)過(guò)程中機(jī)器人巨大位姿調(diào)整和巨大速度調(diào)整的總次數(shù)n。行走平滑度：=（4-14）4.4.4測(cè)試結(jié)果測(cè)試完成后，填寫測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表3：表3導(dǎo)航性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果5避障能力5.1測(cè)試目的本測(cè)試是在機(jī)器人正常工作條件下,測(cè)試其在不同工作環(huán)境中對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)障礙物識(shí)別和避讓的能力。5.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備本節(jié)試驗(yàn)環(huán)境為4.1.2定義的通用測(cè)試環(huán)境。試驗(yàn)設(shè)備為不同形狀和材質(zhì)的障礙物，典型障礙物規(guī)格見(jiàn)表4。相同形狀，但材質(zhì)不同的障礙物視為不同障礙物。本規(guī)范涉及的障礙物形狀有5種、材質(zhì)有5種，定義的障礙物共有10種。表4典型障礙物大圓柱體，模擬人的軀干，材質(zhì)為小圓柱體，模擬人的手臂或腿等，5.3測(cè)試方法5.3.1靜態(tài)障礙物避讓測(cè)試5.3.1.1機(jī)器人最小通過(guò)寬度測(cè)試如圖6所示，機(jī)器人進(jìn)入自主導(dǎo)航模式，設(shè)定導(dǎo)航路徑通過(guò)障礙物SO1和SO2，逐步減小SO1和SO2間距。若測(cè)試機(jī)器人能順利往返P1和P2點(diǎn)，且不觸碰到障礙物連續(xù)30次，則將此距離定義為機(jī)器人的最小通過(guò)寬度Wpass。SO1和SO2是5-2節(jié)描述的5種墻體障礙物中的一種，且為同一種障礙物。圖6最小通道寬度試驗(yàn)圖5.3.1.2靜態(tài)避障能力及效率測(cè)試a）測(cè)試方法：根據(jù)場(chǎng)地大小確定一次試驗(yàn)?zāi)軌蛉菁{的障礙物SOn（n≤10）數(shù)量（SOn為5.2節(jié)描述的10種障礙物中的一種），每一種障礙物在本試驗(yàn)中只出現(xiàn)一次。障礙物布局如圖7所示。障礙物選擇的數(shù)量和材質(zhì)越多，表明機(jī)器人避障適應(yīng)性越強(qiáng)。5-2圖中粗實(shí)線部分代表真實(shí)墻體或5.2節(jié)描述的墻體障礙物，最窄墻體通道寬度為機(jī)器人最小通過(guò)寬度Wpass的1.1倍。P1和P2點(diǎn)是起始點(diǎn)或目標(biāo)點(diǎn)。且P1和P2點(diǎn)的連線經(jīng)過(guò)每對(duì)障礙物連線的中心。每?jī)蓪?duì)相鄰障礙物SOn和SOn+1間的距離大于機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度L的5倍。令機(jī)器人從P1點(diǎn)自主行進(jìn)到P2點(diǎn)。若機(jī)器人成功抵達(dá)，且未碰觸到障礙物，記為成功避障1次。如果測(cè)試場(chǎng)地足夠大，可以一次擺放5.2節(jié)描述的10種障礙物。記錄N（N=6~10）次試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)器人成功避障的次數(shù)和材質(zhì)數(shù)量，以及每次從起點(diǎn)到終點(diǎn)的行駛時(shí)間如果受場(chǎng)地大小限制，一次不能擺放多個(gè)障礙物時(shí)，可分組試驗(yàn)。每一組障礙物測(cè)試N（N=6~10）次。累計(jì)待測(cè)機(jī)器人在每一組試驗(yàn)中成功避障的次數(shù)和材質(zhì)數(shù)量，以及每次從起點(diǎn)到終點(diǎn)的行駛時(shí)間ti。試驗(yàn)中，如果機(jī)器人不能正確避讓某一種障礙物，導(dǎo)致后續(xù)測(cè)試無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，則可更換障礙物（更換的障礙物必須從5.2節(jié)描述的10種障礙物中選擇）或取消該障礙物重新試驗(yàn)。被更換或取消的障礙物不參與累計(jì)計(jì)數(shù)。圖7機(jī)器人靜態(tài)避障能力試驗(yàn)圖b）結(jié)果計(jì)算：假設(shè)試驗(yàn)分為k組進(jìn)行（如果一次能夠擺放10個(gè)障礙物，則不用分組，即k=1每組試驗(yàn)N（N=6~10）次，每組試驗(yàn)障礙物數(shù)量為n（n≤10）。成功避讓的障礙物總數(shù)量為s，成功避讓的障礙物種類總數(shù)為p，成功避讓的障礙物材質(zhì)種類為m。定義靜態(tài)避障能力SOA（p，m）,靜態(tài)避障速度效率為Eas（p，m）,計(jì)算方法如下：其中：Lp1p2為p1和p2之間距離；V額定是機(jī)器人額定速度;ti是機(jī)器人第i次從起點(diǎn)到終點(diǎn)的行駛時(shí)間。5.3.2動(dòng)態(tài)障礙物避讓能力和效率5.3.2.1測(cè)試方法：如圖8所示，在一個(gè)寬度范圍是4-6倍Wpass的狹長(zhǎng)通道內(nèi)，設(shè)置兩組移動(dòng)障礙物SO1和SO2，設(shè)定機(jī)器人的行進(jìn)軌跡為在P1和P2兩點(diǎn)之間往返行駛。記錄機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有碰觸到兩組移動(dòng)障礙物的次數(shù)。在連續(xù)N（N=3）次成功測(cè)試后,視為測(cè)試成功。SO1和SO2是放置在可以移動(dòng)的平臺(tái)上的大圓柱障礙物（5.2節(jié)定義），或者是來(lái)回走動(dòng)的試驗(yàn)人員。障礙物SO1按圖5-3所示的左右走向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，障礙物SO2按上下走向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。測(cè)試場(chǎng)景參數(shù)約定：1)狹長(zhǎng)通道寬度：4-6倍Wpass，Wpass為機(jī)器人最小通過(guò)寬度；2)障礙物SO1和SO2移動(dòng)速度設(shè)定為：機(jī)器人額定速度的80%；3)障礙物移動(dòng)距離：Ld=3Wpass；4)障礙物SO1和SO2距離：≥5L機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度L的5倍5)P1和P2點(diǎn)距離：Lp1p2≥12L機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度L的5倍）。圖8機(jī)器人動(dòng)態(tài)避障能力試驗(yàn)圖5.3.2.2結(jié)果計(jì)算：如機(jī)器人未到達(dá)目標(biāo)位置P2或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰到障礙物,則視為測(cè)試失敗。在連續(xù)N（N=3）次成功測(cè)試后,視為測(cè)試成功。定義機(jī)器人避讓動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)行速度為Vbd,實(shí)測(cè)機(jī)器人從P1到P2點(diǎn)的時(shí)間為ti，則：動(dòng)態(tài)避障速度可記為：對(duì)于N次試驗(yàn)，平均動(dòng)態(tài)避障速度效率可記為：Ed=t/V額定×100%(5-4)其中：V額定是機(jī)器人額定速度。6脫困性能6.1測(cè)試目的考察機(jī)器人在復(fù)雜場(chǎng)景或受限空間中的自主逃離困境的能力。6.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2通用測(cè)試環(huán)境中，用5.2節(jié)中木質(zhì)墻面構(gòu)成凹形障礙物（或用試驗(yàn)人員組成凹形障礙物），將機(jī)器人半包圍，如圖6-1所示。要求凹形障礙物內(nèi)部空間足夠大，可以保證機(jī)器人完成掉頭動(dòng)作。凹形障礙物口處寬度尺寸為W（Wpass≤W≤Wpass+20cm，Wpass為機(jī)器人最小通過(guò)寬度）。機(jī)器人以P1為出發(fā)點(diǎn)，且機(jī)器人的朝向（正常前進(jìn)方向）為背向出口，P2為目的地，P1和目標(biāo)點(diǎn)P2之間距離Lp1p2≥5L（L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度）。6.3測(cè)試方法測(cè)試方法如下：a）如圖9所示，將機(jī)器人按規(guī)定方向置于P1點(diǎn)；b）進(jìn)入自動(dòng)導(dǎo)航模式，設(shè)置行進(jìn)路線為凹形障礙物正前方P2處；c）記錄機(jī)器人成功從P1點(diǎn)抵達(dá)P2的時(shí)間和次數(shù)。如果30s內(nèi)無(wú)法行走到目標(biāo)點(diǎn)，則記錄為失敗一次。d）如果脫困成功，記錄第i次測(cè)試中機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)所需的時(shí)間ti。e）重復(fù)試驗(yàn)N(N≥20)次。圖9機(jī)器人脫困能力試驗(yàn)示意圖6.4脫困能力計(jì)算試驗(yàn)共進(jìn)行N(N≥20)次，成功脫困次數(shù)記為n，定義脫困概率Pb,脫困速度效率為Et，計(jì)算方法如下：脫困概率Pb脫困平均速度效率Et：7地圖構(gòu)建性能7.1建圖精度測(cè)試7.1.1測(cè)試目的機(jī)器人在自主導(dǎo)航之前，一般需要建立環(huán)境地圖，環(huán)境地圖的分辨率和準(zhǔn)確性，直接影響機(jī)器人導(dǎo)航和避障性能。本節(jié)內(nèi)容就是為了評(píng)價(jià)機(jī)器人建圖后獲得的環(huán)境地圖精度。7.1.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2節(jié)定義的通用測(cè)試環(huán)境中，均勻布設(shè)k（k=10~15）個(gè)標(biāo)志桿。標(biāo)志桿上應(yīng)包含足夠明顯的特征，能夠被主傳感器準(zhǔn)確識(shí)別。在測(cè)試場(chǎng)地最大長(zhǎng)度和最大寬度方向應(yīng)至少布設(shè)各一對(duì)標(biāo)志桿。所有標(biāo)志桿之間相對(duì)平面直線距離已知（或通過(guò)皮尺或其它方法提前測(cè)7.1.3測(cè)試方法測(cè)試步驟如下：a)使用機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行建圖，行走路線不固定，但應(yīng)經(jīng)過(guò)所有標(biāo)志桿，確保在圖中能夠找到所有標(biāo)志桿的相對(duì)坐標(biāo)。如圖10所示；圖10：一種可能的機(jī)器人構(gòu)建地圖行走路線建圖完畢后，在所建地圖中分別找到標(biāo)志桿所對(duì)應(yīng)地圖坐標(biāo)點(diǎn)。在同一幅地圖中分別計(jì))，如圖7-2所示，圖中白色星為環(huán)境地圖中標(biāo)志桿位置，彩色星為測(cè)試場(chǎng)景中標(biāo)志桿的實(shí)際位置； 1323圖11：環(huán)境地圖和真實(shí)場(chǎng)景中標(biāo)志桿距離關(guān)系b)重復(fù)步驟a)和b)N(N=3~6)次；7.1.4計(jì)算方法按照公式表5分別計(jì)算每次建立的環(huán)境地圖中，每一個(gè)標(biāo)志桿和其它k-1個(gè)標(biāo)志桿之間表5：標(biāo)志桿之間距離誤差統(tǒng)計(jì)表（單位：m，假設(shè)k=10）123…9102030…000以每一個(gè)標(biāo)志桿與其它標(biāo)志桿距離的最大絕對(duì)值誤差,?為該標(biāo)志桿距離誤差（表7-1按列取絕對(duì)值的最大值）。定義一次建圖誤差為：在一次建立環(huán)境地圖操作中，每一個(gè)標(biāo)志桿距離誤差的均值：定義一次建圖誤差為：在一次建立環(huán)境地圖操作中，每一個(gè)標(biāo)志桿距離誤差的均值：定義建圖精度為N次建圖誤差的均值:=σ1定義建圖精度為N次建圖誤差的均值:7.2單位面積建圖時(shí)間7.2.1測(cè)試目的測(cè)試使用視覺(jué)傳感器（如相機(jī)、激光雷達(dá)等設(shè)備）進(jìn)行定位或輔助定位的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建環(huán)境地圖的速度。7.2.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2定義的測(cè)試環(huán)境中，均勻分布機(jī)器人主傳感器可以識(shí)別的N個(gè)典型障礙物（表5-1定義）或類似障礙物，障礙物密度為每20m2一個(gè)。采用秒表或計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)（也可通過(guò)機(jī)器人系統(tǒng)服務(wù)器日志中的時(shí)間戳來(lái)確定時(shí)間）。7.2.3測(cè)試方法測(cè)試步驟如下：a)機(jī)器人系統(tǒng)在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行建圖，建圖過(guò)程中需經(jīng)過(guò)測(cè)試環(huán)境中設(shè)置的N個(gè)障礙物，在輸出的環(huán)境地圖應(yīng)包含對(duì)應(yīng)的障礙物；b)記錄建圖過(guò)程中數(shù)據(jù)采集時(shí)間(從機(jī)器人開(kāi)始行走到最終停止的過(guò)程所消耗的時(shí)間)、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間?（如果采用服務(wù)器進(jìn)行建圖，則統(tǒng)計(jì)從機(jī)器人采集某幀數(shù)據(jù)到服務(wù)器獲取該幀數(shù)據(jù)所消耗的時(shí)間；如果采用本地建圖則此項(xiàng)時(shí)間為零）、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間（從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)停止到完成場(chǎng)景地圖本地生成，以及人工編輯地圖所消耗的時(shí)間）；則總建圖時(shí)間為：?=+?+。c)在同一環(huán)境條件下重復(fù)建圖N（N=3~6）次；7.2.4計(jì)算方法（7-3）在該測(cè)試環(huán)境下，N次試驗(yàn)的平17.2.4計(jì)算方法（7-3）定義單位面積建圖時(shí)間RTi（單位：s/m2):i=/S（7-4）其中：S為測(cè)量場(chǎng)地面積。7.3增量建圖能力7.3.1測(cè)試目的測(cè)試使用視覺(jué)傳感器（如相機(jī)、激光雷達(dá)等設(shè)備）進(jìn)行定位或輔助定位的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)是否具備增量構(gòu)建地圖的能力（可以是柵格地圖、特征點(diǎn)地圖、稠密像素點(diǎn)地圖）。增量構(gòu)建地圖能力包含對(duì)原有地圖區(qū)域視覺(jué)特征變化進(jìn)行修正的能力（即修正建圖）和添加新區(qū)域至原有地圖的能力（即擴(kuò)展建圖）。7.3.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2定義的測(cè)試環(huán)境中，用表5-1定義的木質(zhì)墻體作為隔板劃分成不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部具有若干個(gè)典型障礙物（表5-1定義的典型障礙物）或類似障礙物，障礙物密度為每20m2一個(gè)。區(qū)域劃分所使用隔板及典型障礙物可以隨時(shí)拆卸。以上場(chǎng)地也可以采用室內(nèi)（外）環(huán)境和其它障礙物搭建。7.3.3測(cè)試方法7.3.3.1修正建圖測(cè)試步驟如下：a)機(jī)器人系統(tǒng)在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行建圖，建圖過(guò)程中需經(jīng)過(guò)設(shè)置的若干個(gè)障礙物，在輸出的環(huán)境地圖應(yīng)包含對(duì)應(yīng)的障礙物，如圖12所示；圖12：機(jī)器人對(duì)測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行建圖b)建圖完畢后隨機(jī)選擇測(cè)試區(qū)域內(nèi)一半原有典型障礙物，將其移至與區(qū)域內(nèi)隨機(jī)其它位置，并保證新位置與初始位置距離1m以上?；蛱砑樱p少）10%的典型障礙物。c)重新操作機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)置其初始地圖為第一步輸出的環(huán)境地圖，在新的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行修正建圖操作，如圖13所示； 圖13修正建圖d)修正建圖完畢后，觀察初始地圖與更新之后地圖的變化情況，應(yīng)能如實(shí)刪除被移除的障礙物，并將其重新構(gòu)建到新的位置?；蛘咴黾樱▌h減）相應(yīng)障礙物。7.3.3.2擴(kuò)展建圖測(cè)試步驟如下：a)機(jī)器人系統(tǒng)在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行建圖，建圖過(guò)程中需經(jīng)過(guò)測(cè)試環(huán)境中設(shè)置的若干個(gè)障礙物，在輸出的環(huán)境地圖應(yīng)包含對(duì)應(yīng)的障礙物，如圖14所示；圖14機(jī)器人對(duì)測(cè)試場(chǎng)景中部分場(chǎng)景進(jìn)行建圖b)建圖完畢后移除周圍測(cè)試區(qū)域隔板；c)重新操作機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)置其初始地圖為第一步輸出的環(huán)境地圖，在新的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行建圖操作，建圖路線應(yīng)包含移除隔板之后的新增區(qū)域，如圖15所示；圖15擴(kuò)展建圖d)建圖完畢后，觀察初始地圖與更新之后地圖的變化情況，應(yīng)能將地圖擴(kuò)展到新增區(qū)域，并正確將新增障礙物構(gòu)建到地圖當(dāng)中。7.3.4評(píng)估方法增量建圖能力只考核被測(cè)機(jī)器人是否具有該項(xiàng)功能，不考核精度和效率。8多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同能力8.1機(jī)器人協(xié)同避讓能力8.1.1測(cè)試目的考察多個(gè)機(jī)器人在狹小空間相遇后互相避讓并成功到達(dá)目標(biāo)位置的能力。8.1.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2通用測(cè)試環(huán)境中，用5.2節(jié)中木質(zhì)墻面構(gòu)成狹長(zhǎng)通道，通道寬度為2.5倍Wpass（Wpass為機(jī)器人最小通過(guò)寬度）。在通道中間P1點(diǎn)和P2點(diǎn)放置兩臺(tái)機(jī)器人，兩點(diǎn)間距離為L(zhǎng)p1p2=5L(L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度)，如圖8-1所示。本試驗(yàn)中的墻面也可以利用真實(shí)墻面。機(jī)器人R1以P1為起始出發(fā)點(diǎn)，P2為目的地，且朝向（正常前進(jìn)方向）P2。機(jī)器人R2以P2為起始出發(fā)點(diǎn)，P1為目的地，且朝向（正常前進(jìn)方向）P1。用秒表或計(jì)時(shí)器記錄機(jī)器人運(yùn)行時(shí)間。8.1.3測(cè)試方法測(cè)試步驟如下：a)如圖16所示，機(jī)器人R1位于P1點(diǎn)，機(jī)器人R2位于P2點(diǎn)；b)進(jìn)入自動(dòng)導(dǎo)航模式，設(shè)置機(jī)器人R1行動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位P2,機(jī)器人R2行動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位P1處,同時(shí)出發(fā)；c)設(shè)單個(gè)機(jī)器人在無(wú)障礙物的情況下以額定速度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位的時(shí)間為T,若兩機(jī) 器人在6T時(shí)間內(nèi)均抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，且中途無(wú)碰撞現(xiàn)象發(fā)生，則試驗(yàn)成功，否則失敗。d)若協(xié)同避讓成功，記錄第i次測(cè)試中最后一個(gè)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)所需的時(shí)間ti， 并記錄成功避讓總次數(shù)為n，e)重復(fù)試驗(yàn)N次(N≥6)。圖16協(xié)同避讓試驗(yàn)8.1.4協(xié)同避障能力和效率設(shè)試驗(yàn)的總次數(shù)為N,機(jī)器人成功協(xié)同避障次數(shù)為n。記錄每次試驗(yàn)中，最晚到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)機(jī)器人所用時(shí)間ti，定義：協(xié)同避障能力Pca：Pca=n/N×100%(8-1)協(xié)同避讓速度效率Eca：其中：Lp1p2為p1和p2之間距離；V額定是機(jī)器人額定速度;ti是機(jī)器人第i次協(xié)同避讓所用時(shí)間。8.2機(jī)器人協(xié)同交通能力8.2.1測(cè)試目的在路徑比較狹窄，只允許一臺(tái)機(jī)器人通過(guò)時(shí)，考察機(jī)器人之間是否能夠協(xié)同工作，自主解決簡(jiǎn)單交通問(wèn)題。8.2.2測(cè)試環(huán)境與設(shè)備在4.1.2通用測(cè)試環(huán)境中，用5.2節(jié)中木質(zhì)墻面構(gòu)成狹長(zhǎng)通道，通道寬度為2.5倍Wpass（Wpass為機(jī)器人最小通過(guò)寬度）。在通道中部設(shè)置間距為W（Wpass=W=1.8Wpass）的兩個(gè)障礙物SO1和SO2。在通道中間P1點(diǎn)和P2點(diǎn)放置兩臺(tái)機(jī)器人，兩點(diǎn)間距離為L(zhǎng)p1p2=5L(L為機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度)，如果8-2所示。本試驗(yàn)中的墻面也可以利用真實(shí)墻面。機(jī)器人R1以P1為起始出發(fā)點(diǎn)，P2為目的地，且朝向（正常前進(jìn)方向）P2。機(jī)器人R2以P2為起始出發(fā)點(diǎn)，P1為目的地，且朝向（正常前進(jìn)方向）P1。用秒表或計(jì)時(shí)器記錄機(jī)器人運(yùn)行時(shí)間。8.2.3測(cè)試方法測(cè)試步驟如下：a)如圖17所示，機(jī)器人R1位于P1點(diǎn)，機(jī)器人R2位于P2點(diǎn)；b)設(shè)置機(jī)器人進(jìn)入自動(dòng)導(dǎo)航模式，且R1的目標(biāo)點(diǎn)為P2，R2的目標(biāo)點(diǎn)位為P1；c)兩機(jī)器人同時(shí)出發(fā)，相向而行，基本同時(shí)達(dá)到障礙物附近；d)設(shè)單個(gè)機(jī)器人在無(wú)障礙物的情況下以額定速度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位的時(shí)間為T,若兩機(jī)器人在6T時(shí)間內(nèi)均順利抵達(dá)終點(diǎn)，途中無(wú)碰撞現(xiàn)象，則試驗(yàn)成功，否則失?。籩)記錄協(xié)同交通成功次數(shù)n。以及最后一個(gè)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)所用時(shí)間ti；f)重復(fù)試驗(yàn)N(N≥6)次。圖17機(jī)器人協(xié)同交通試驗(yàn)8.2.4協(xié)同交通能力和效率設(shè)試驗(yàn)的總次數(shù)為N,機(jī)器人成功協(xié)同交通次數(shù)為n。記錄每次試驗(yàn)中，最晚到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)機(jī)器人所用時(shí)間ti，定義：協(xié)同交通能力Pct：Pct=n/N×100%(8-3)協(xié)同交通速度效率Ect：其中：Lp1p2為p1和p2之間距離；V額定是機(jī)器人額定速度;ti是機(jī)器人第i次協(xié)同避讓所用時(shí)間。9其它特殊性能測(cè)試9.1室外環(huán)境光線對(duì)導(dǎo)航性能的影響程度測(cè)試9.1.1測(cè)試目的針對(duì)室外移動(dòng)機(jī)器人，檢驗(yàn)室外光線變化對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航性能的影響。9.1.2測(cè)試場(chǎng)地與設(shè)備使用4.1.1測(cè)試設(shè)備，室外光照充足測(cè)試環(huán)境，4.1.3中L形或U形測(cè)試路徑。9.1.3測(cè)試方法選擇晴天有陽(yáng)光的天氣，分別在早晨8:00-10:00之間和傍晚17:00-19:00之間（或者陽(yáng)光照射地面角度為[10°,40°]時(shí)和[140°,170°]之間按4.3要求，測(cè)試機(jī)器人重定復(fù)性,姿態(tài)重復(fù)性?,比較在兩種不同光照環(huán)境下對(duì)機(jī)器人重定位性能的影響。以角標(biāo)1表示早晨測(cè)試