一种移动机器人室外环境感知能力测试方法技术

本发明专利技术涉及一种移动机器人室外环境感知能力测试方法，该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3种典型的室外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外环境感知能力的定量评价。

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人室外环境感知能力测试方法
本专利技术涉及移动机器人智能感知能力测评领域，具体涉及一种移动机器人对室外环境感知能力的测试方法。
技术介绍
移动机器人在自然灾害和核泄漏救援、极地和外星探险、军事侦察和作战、工业制造和物流自动化、民用车辆智能化、助老助残等方面具有广阔的应用前景，可以代替人类从事各种危险、繁重、枯燥的工作。感知能力是移动机器人理解周围环境、执行工作任务的前提条件，是实现智能决策的前提。国内外学者在移动机器人感知能力方面开展了大量的研究，发展了许许多多的理论方法与技术，然而如何评价各种方法和技术的优劣是一个没有解决的问题。因此移动机器人感知能力测试系统是提升机器人自主能力的关键实验装备。本专利技术专利提出的测试系统将为移动机器人感知能力的研究提供量化的实验和测试条件，对促进我国的移动机器人自主能力的提高起到重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种移动机器人室外环境感知能力测试方法，能够对移动机器人在室外环境中感知能力进行有效的测试和评价。本专利技术采用的技术方案为：一种移动机器人室外环境感知能力测试方法，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、场景设置方法由如下3种典型场景构成：1、面向远距离目标物的感知测试场景；2、面向目标运动方式的感知测试场景；3、面向地图构建能力的感知测试场景。进一步的，步骤二中每个场景下的具体设置、测试步骤分别阐述如下：1、面向远距离目标物感知测试场景场景设置目的：固定目标物的大小，位置不变，在室外场景中衡量被测机器人感知室外场景远距离目标物的能力；场景设置方法：本次测试在室外进行，选择一段车辆相对较少的道路作为测量环境，目标物要与周围环境具有明显的可区分度，采用带有底座的红色圆柱，圆柱口径为20cm,高1.5m左右，利用激光测距仪测量被测机器人与目标物之间的距离真值；测试步骤：(1)把目标物摆放在道路中的中间位置；(2)把被测移动机器人摆放在黄线上并且离目标物50m处，作为起始位置；(3)开始对远距离目标物进行衡量，测试并记录测试时间，与此同时利用激光测距仪测试被测机器人与目标物的实际距离，作为距离真值保存起来；(4)当检测结束后，被测移动机器人移动到下一个指定位置处，重复步骤(3)，进行测试，直到被测机器人在所有的指定位置检测完毕；(5)重复以上步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；2、面向目标运动方式的感知测试场景场景设置目的：利用无人车作为靶车，被测机器人的位置固定不变，改变靶车的运动速度，衡量被测机器人感知室外场景的运动目标物的能力；场景设置方法：在室外选择一段车辆较少的道路，将被测机器人摆放在道路中间，利用靶车在其前方做加速、减速不规则速度行驶衡量被测机器人感知室外运动目标物速度的能力；测试步骤：(1)将被测机器人放到指定位置；(2)运动靶车停靠在被测机器人的正前方；(3)准备就绪后，运动靶车做不规则速度运动，同时利用靶车自身的高精度惯导测速系统记录自身在当下时刻的速度作为真值；(4)被测机器人开始感知运动靶车运行速度，并做记录；(5)重复上述实验3次，绘制速度曲线，并与真值靶车速度曲线进行对比；3、面向地图构建能力的感知测试场景场景设置目的：选择一段道路，在道路的靠边地方选择几处位置作为标记点，利用GPS系统测量出其坐标值作为真值，并且在此标记点处摆放锥筒作为观测对象，允许被测机器人在道路中自由运动，给出这段道路的地图以及摆放锥筒位置处的GPS点坐标，并记录时间，用于测试被测机器人构建地图的能力；场景设置方法：在选定的道路中，选择若干个靠近道路边缘的位置作为标记点，利用精确度在厘米级的导航定位系统测量出此若干个标记点的GPS坐标作为真值记录下来，在这些处标记点上，摆放大小一致的锥筒作为目标物用于特征点的检测；测试步骤：(1)将被测机器人摆放在道路的开始处；(2)允许被测机器人从道路的开始处到结束处自由行走，并记录感知用时；(3)感知测试结束后，被测机器人给出此段道路的全局地图以及放有目标物的位置点的GPS坐标；(4)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)、测试条件选择灵活：搭建的平台又可以考虑到被测机器人在实际作业过程中可能会面对的天气多变、环境复杂、等情况，更接近于实际情况。(2)、本专利技术测试方案涵盖了多种测试场景和测试方案，做到了涵盖范围广的特点。测试方案做到了从多个尺幅空间考虑被测机器人的感知能力，力求做到设计的场景更能全面真实的反应出被测机器人的感知能力。附图说明图1为面向远距离目标物的感知测试场景。图2为面向目标运动方式的感知测试场景。图3为面向地图构建能力的感知测试场景。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术所述一种移动机器人室外环境感知能力测试方法，其特征是该测试方法由评价指标体系、场景设置方法、能力测试步骤和结果评估表格四个部分组成。评价指标体系由如下4类关键指标构成：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。以上的测试指标系，涵盖了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。场景设置方法由如下3种典型场景构成：1、面向远距离目标物的感知测试场景2、面向目标运动方式的感知测试场景3、面向地图构建能力的感知测试场景每个场景下的具体设置、测试步骤和评估表格分别阐述如下：(1)面向远距离目标物感知测试场景(附图1)场景设置目的：固定目标物的大小，位置不变。在室外场景中衡量被测机器人感知室外场景远距离目标物的能力。场景设置方法：本次测试在室外进行，选择一段车辆相对较少的道路作为测量环境，目标物要与周围环境具有明显的可区分度，采用带有底座的红色圆柱(圆柱口径为20cm,高1.5m左右)，利用激光测距仪测量被测机器人与目标物之间的距离真值。测试步骤：(1)把目标物摆放在道路中的中间位置(黄线处)；(2)把被测移动机器人摆放在黄线上并且离目标物50m(也可更远位置)处，作为起始位置；(3)开始对远距离目标物进行衡量，测试并记录测试时间。与此同时利用激光测距仪测试被测机器人与目标物的实际距离，作为距离真值保存起来；(4)当检测结束后，被测移动机器人移动到下一个指定位置处，重复(3)步骤，进行测试，直到被测机器人在所有的指定位置检测完毕；(5)重复以上步骤3次，记录测试结果，填写评估表格。评估表格如下：表1面向远距离目标物的感知测试能力评估表(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动机器人室外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、场景设置方法由如下3种典型场景构成：1、面向远距离目标物的感知测试场景；2、面向目标运动方式的感知测试场景；3、面向地图构建能力的感知测试场景。2、根据权利要求1所述的一种移动机器人室外环境感知能力测试方法，其特征在于：步骤二中每个场景下的具体设置、测试步骤分别阐述如下：1、面向远距离目标物感知测试场景场景设置目的：固定目标物的大小，位置不变，在室外场景中衡量被测机器人感知室外场景远距离目标物的能力；场景设置方法：本次测试在室外进行，选择一段车辆相对较少的道路作为测量环境，目标物要与周围环境具有明显的可区分度，采用带有底座的红色圆柱，圆柱口径为20cm,高1.5m左右，利用激光测距仪测量被测机器人与目标物之间的距离真值；测试步骤：(1)把目标物摆放在道路中的中间位置；(2)把被测移动机器人摆放在黄线上并且离目标物50m处，作为起始位置；(3)开始对远距离目标物进行衡量，测试并记录测试时间，与此同时利用激光测距仪测试被测机器人与目标物的实际距离，作为距离真值保存起来；(4)当检测结束后，被测移动机器人移动到下一个指定位置处，重复步骤(3)，进行测试，直到被测机器人在所有的指定位置检测完毕；(5)重复以上步骤3次，记录测试结果，填写评估表格；...

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人室外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、场景设置方法由如下3种典型场景构成：1、面向远距离目标物的感知测试场景；2、面向目标运动方式的感知测试场景；3、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：1、面向远距离目标物感知测试场景场景设置目的：固定目标物的大小，位置不变，在室外场景中衡量被测机器人感知室外场景远距离目标物的能力；场景设置方法：本次测试在室外进行，选择一段车辆相对较少的道路作为测量环境，目标物要与周围环境具有明显的可区分度，采用带有底座的红色圆柱，圆柱口径为20cm,高1.5m左右，利用激光测距仪测量被测机器人与目标物之间的距离真值；测试步骤：(1)把目标物摆放在道路中的中间位置；(2)把被测移动机器人摆放在黄线上并且离目标物50m处，作为起始位置；(3)开始对远距离目标物进行衡量，测试并记录测试时间，与此同时利用激光测距仪测试被测机器人与目标物的实际距离，作为距离真值保存起来；(4)当检测结束后，被测移动机器人移动到下一个指定位置处，重复步骤(3)，进行测试，直到被测机器人在所有的指定位置检测完毕；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华为，张民，王智灵，梅涛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34