一种移动机器人室内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。

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人室内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室内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内环境感知能力测试系统，很好地解决外界环境不可控对被测机器人感知能力的影响，能全面真实的反应出被测机器人的感知能力并进行定量评估。本专利技术采用的技术方案为：一种移动机器人室内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、场景设置方法由以下六种场景设置：I、面向目标特性(包括形状、大小、颜色)变化的感知测试场景；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。本专利技术的优点与积极效果为：1、测试条件选择灵活：室内搭建的平台可以很好地解决外界环境不可控对被测机器人感知能力的影响，更接近于理想情况。2、本专利技术测试方案涵盖了多种测试场景和测试方案，能全面真实的反应出被测机器人的感知能力并进行定量评估。附图说明图1为面向目标特性的感知测试场景。图2为面向目标全空间分布的感知测试场景。图3为面向不同距离上目标空间间距分布的感知测试场景。图4为面向目标高度分布的感知测试场景。图5为面向目标运动方式的感知测试场景。图6为面向地图构建能力的感知测试场景，其中图(a)为场景摆放俯视示意图，图(b)为场景摆放三维示意图。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内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6种典型场景构成：I.面向目标特性(包括形状、大小、颜色)变化的感知测试场景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：(I)面向目标特性(包括形状、大小、颜色)的感知测试场景(附图1)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，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)，目标物位置如附图1所示。目标物规格为球体、圆柱体、圆椎体。尺寸规格为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。规格含义是：球体为球直径；柱体为底面圆的直径，高度统一为50cm；椎体为底面圆的直径，高度与椎体底面直径相同。图1中，检测移动机器人可感知物体的大小和颜色(长度单位cm)，其中黑色填充表示物体颜色为黑色；无填充物表示物体为白色；物体直径依次可更换为5cm，10cm，15cm，20cm，25cm,30cm。测试步骤：(1)将被测机器人放到指定位置；(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；(3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(4)按照尺寸规格逐步增大被观测目标的大小，重复(2)(3)步骤；(5)改变被观测目标类型为圆柱体，重复(2)(3)(4)步骤；(6)改变被观测目标类型为圆椎体，重复(2)(3)(4)步骤；(7)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格。评估表格如下：表1面向目标特性的感知能力评估表(II)面向目标全空间分布的感知测试场景(附图2)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(纵向距离和横向距离)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。使在纵向和横向两个尺度上的评价精度都达到10cm级。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，目标位置如附图2所示。目标物规格为圆柱体。尺寸规格为底面直径15cm，高度统一为50cm。本测试场景设计的另一个优点是避免目标物被人为遮挡。图2中，检测移动机器人在全空间中对物体的感知能力(长度单位cm)，其中摆放物体为直径15cm，高50cm的圆柱。测试步骤：(1)将被测机器人放到指定位置；(2)将被观测目标放到指定位置；(3)被测机器人执行环境感知任务，给出感知结果；(4)重复上述步骤3次，记录测试结果，填写评估表格。评估表格如下：表2面向目标全空间分布的感知能力评估表(III)面向不同距离上目标空间间距分布的感知测试场景(附图3)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。本场景的另一个目的是为了衡量被测机器人对于多个相邻目标物的分辨能力。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，目标位置如附图3所示。目标物规格为圆柱体，尺寸规格为底本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智灵，张民，梁华为，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