CN107553488B - 一种室内移动机器人测试***和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种室内移动机器人测试***和方法，所述***包括：第一水平滑轨与第二水平滑轨相互垂直设置，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨分别设置在第一水平滑轨的滑块和第二水平滑轨的滑块上，随所述滑块在所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨移动，在第一水平滑轨、第二水平滑轨、第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有磁栅尺，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有跟踪仪，所述跟踪仪延滑轨移动，通过磁栅尺测量目标移动机器人的坐标信息；倾角仪设置在目标移动机器人上，所述倾角仪通过所述目标移动机器人上设置的激光器发射的激光束测量所述目标移动机器人的方向角信息。

Description

一种室内移动机器人测试***和方法
技术领域
本发明涉及室内机器人测量领域，具体涉及一种移动机器人测试***和方法。
背景技术
室内移动机器人现已被广泛应用于现场大部件装配领域，在工作过程中，移动机器人可以对自身的位置和姿态进行实时测量，目前的机器人位置及姿态测量主要采用航迹推测法，但由于航迹推测法多基于积分运算，其测量误差会随时间的积累被逐步放大，并存在数据漂移现象，其它定位技术也同样存在不同程度的误差。因此需要对移动机器人的定位性能进行测试，以获得移动机器人定位误差，用于分析移动机器人的位置姿态测量问题等。
目前，相关的工业机器人性能测试技术、均适用于支撑点不移动的工业机器人，如机械臂、码垛机等，属活动空间很受限制的情况。GPS定位测试技术适于室外移动机器人定位。用于性能测量与评估的室内移动机器人测试***平台现在还处于空白。
发明内容
本发明提供一种室内移动机器人测试***和方法，解决室内移动机器人测试及误差分析的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种室内移动机器人测试***，包括：
第一水平滑轨，第二水平滑轨、第一竖直滑轨、第二竖直滑轨、磁栅尺、跟踪仪、倾角仪和激光器；
所述第一水平滑轨与第二水平滑轨相互垂直设置，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨分别设置在第一水平滑轨的滑块和第二水平滑轨的滑块上，随所述滑块在所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨移动，在第一水平滑轨、第二水平滑轨、第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有磁栅尺，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有跟踪仪，所述跟踪仪沿滑轨移动，通过磁栅尺测量目标移动机器人的坐标信息；倾角仪设置在目标移动机器人上，所述倾角仪通过所述目标移动机器人上设置的激光器发射的激光束测量所述目标移动机器人的方位角信息。
优选地，所述第一水平滑轨和第二水平滑轨为硬质钢材滑轨；所述第一竖直滑轨和第二竖直滑轨为硬质铝合金滑轨。
优选地，所述的测试***还包括：基座，所述基座用于支撑所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨。
优选地，所述的测试***还包括：信标架，用于固定目标移动机器人的定位信标。
第二方面，本发明还提供一种室内移动机器人测试方法，应用于室内移动机器人测试***，包括：
控制跟踪仪沿着水平滑轨和垂直滑轨跟随目标移动机器人移动至目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，按照预设方式利用磁栅尺获得所述目标移动机器人的测试坐标信息；
控制倾角仪按照预设方式测量所述目标移动机器人的测试方位角信息；
将所述测试坐标信息和所述测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器。
优选地，所述预设方式包括：周期性或者触发式。
第三方面，本发明还提供一种室内移动机器人测试数据处理方法，对于每组测试坐标信息和测试方位角信息，执行以下步骤：
将测量获得的测试坐标信息与目标移动机器人的自定位坐标信息在存储的电子地图上对坐标点进行显示并将实测坐标轨迹和自定位坐标轨迹进行显示；
将所述测试坐标信息与所述自定位坐标信息进行比较，获得目标移动机器人的位置误差；
将测量获得的测试方位角信息与目标移动机器人的自定位方位角信息进行比较，获得目标移动机器人的方位角误差。
优选地，所述位置误差包括：绝对误差和相对误差。
优选地，按照如下方式获得目标移动机器人绝对误差：
AEX＝|RX–TX|
AEY＝|RY–TY|
AEZ＝|RZ–TZ|
按照如下方式获得目标移动机器人相对误差：
REX＝|RX–TX|/TX
REY＝|RY–TY|/TY
REZ＝|RZ–TZ|/TZ
其中，RX为目标移动机器人自定位X轴坐标，TX为测试X轴坐标，RY为目标移动机器人自定位Y轴坐标，TY为测试Y轴坐标，RZ为目标移动机器人自定位Z轴坐标，TZ为测试Z轴坐标。
优选地，按照如下方式获得目标移动机器人方位角误差：
AEθ＝|Rθ–Tθ|
其中，Rθ为目标移动机器人自定位方位角，Tθ为测试方位角。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的技术方案，通过由机械、电子构成的一套***解决室内移动机器人坐标的测量问题及其定位误差分析问题。
附图说明
图1为本发明实施例的室内移动机器人测试***的结构示意图；
图2为本发明实施例的室内移动机器人测试方法的流程图；
图3为本发明实施例的室内移动机器人测试数据处理方法的流程图；
图4为本发明实例2的室内移动机器人测试方法的流程图；
图5为本发明实例3的室内移动机器人测试数据处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种室内移动机器人测试***，包括：
第一水平滑轨，第二水平滑轨、第一竖直滑轨、第二竖直滑轨、磁栅尺、跟踪仪、倾角仪和激光器；
所述第一水平滑轨与第二水平滑轨相互垂直设置，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨分别设置在第一水平滑轨的滑块和第二水平滑轨的滑块上，随所述滑块在所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨移动，在第一水平滑轨、第二水平滑轨、第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有磁栅尺，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有跟踪仪，所述跟踪仪沿滑轨移动，通过磁栅尺测量目标移动机器人的坐标信息；倾角仪设置在目标移动机器人上，所述倾角仪通过所述目标移动机器人上设置的激光器发射的激光束测量所述目标移动机器人的方位角信息。
所述第一水平滑轨和第二水平滑轨为硬质钢材滑轨；所述第一竖直滑轨和第二竖直滑轨为硬质铝合金滑轨。
所述的测试***还包括：基座，所述基座用于支撑所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨。
所述的测试***还包括：信标架，用于固定目标移动机器人的定位信标。
本发明实施例的室内移动机器人测试***包括两个高精度滑轨(形成X、Y轴)、固轨铸铁(形成基座)、铝合金滑轨(形成Z轴)、4个信标架(用于固定机器人信标的支撑架)、安装倾角仪和激光传感器的支座；磁栅尺安装在X轴、Y轴、Z轴上，基座用铸铁保证了坐标轴的直线度和刚度；激光传感器可以自动微调激光扫描角度；信标架的坐标值可以标定，以便获得较准确的机器人坐标值。
X、Y轴滑轨材料属硬质钢材；硬质铝合金固定垂直滑轨，铝合金可以减轻Z轴的重量。
如图2所示，本发明实施例还提供一种室内移动机器人测试方法，应用于上述的室内移动机器人测试***，包括：
S101、控制跟踪仪沿着水平滑轨和垂直滑轨跟随目标移动机器人移动至目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，按照预设方式利用磁栅尺获得所述目标移动机器人的测试坐标信息；
S102、控制倾角仪按照预设方式测量所述目标移动机器人的测试方位角信息；
S103、将所述测试坐标信息和所述测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器。
所述预设方式包括：周期性或者触发式。
本发明实施例中目标移动机器人在移动过程中，跟踪仪、倾角仪随着所述目标移动机器人移动，可以周期性的采集对应的测试坐标信息和测试方位角信息，例如每10秒向计算机服务器发送一次采集的数据，具体周期可以为目标移动机器人发送自定位数据的周期相同或者整数倍。
本发明实施例还可以触发式的采集对应的测试坐标信息和测试方位角信息，例如目标移动机器人移动至预先设置的标定位置时，向计算机服务器发送一次采集的数据，或者目标移动机器人移动距离达到预设值时，向计算机服务器发送一次采集的数据，具体实施过程中，可以延两条水平滑轨，将测试的范围的长和宽平均分成10份，相当于测试范围内包含100个小方格，移动到小方格的中心或者交叉点时，采集测试坐标信息和测试方位角信息向计算机服务器发送。
本发明实施例还可以暂存测量获得的测试坐标信息和测试方位角信息，在测试完成后，统一将全部测量获得的测试坐标信息和测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器。
本发明实施例中，计算机服务器检测是否收到跟踪仪、倾角仪的信号，如果没有接收到对应的信号，则返回步骤S101。如果接收到对应的信号，则进行本发明实施例提供的一种室内移动机器人测试数据处理方法，如图3所示，对于每组测试坐标信息和测试方位角信息，执行以下步骤：
S201、将测量获得的测试坐标信息与目标移动机器人的自定位坐标信息在存储的电子地图上对坐标点进行显示并将实测坐标轨迹和自定位坐标轨迹进行显示。
S202、将所述测试坐标信息与所述自定位坐标信息进行比较，获得目标移动机器人的位置误差；
S203、将测量获得的测试方位角信息与目标移动机器人的自定位方位角信息进行比较，获得目标移动机器人的方位角误差。
本发明实施例在计算出位置误差和方位角误差后，检测是否接收到新的数据，如有接受到新的数据，则返回步骤201。
所述位置误差包括：绝对误差和相对误差。
按照如下方式获得目标移动机器人绝对误差：
AEX＝|RX–TX|
AEY＝|RY–TY|
AEZ＝|RZ–TZ|
按照如下方式获得目标移动机器人相对误差：
REX＝|RX–TX|/TX
REY＝|RY–TY|/TY
REZ＝|RZ–TZ|/TZ
其中，RX为目标移动机器人自定位X轴坐标，TX为测试X轴坐标，RY为目标移动机器人自定位Y轴坐标，TY为测试Y轴坐标，RZ为目标移动机器人自定位Z轴坐标，TZ为测试Z轴坐标。
按照如下方式获得目标移动机器人方位角误差：
AEθ＝|Rθ–Tθ|
其中，Rθ为目标移动机器人自定位方位角，Tθ为测试方位角。
本发明实施例可以测量移动机器人的静态指标和动态指标，机器人定位坐标的静态绝对误差是指在机器人静止状态下，机器人自定位的坐标点与实际坐标点的绝对距离。而动态绝对误差是指在机器人运动状态下，机器人自定位的坐标点与实际坐标点的绝对距离。
本发明实施例利用精密机械X轴、Y轴及Z轴，采用磁栅尺作坐标标记，采用跟踪仪测量坐标，采用倾角仪测量机器人的方位角，
计算机服务器通过通信单元连接激光传感器、机器人转接口，并通过串口线与磁栅尺连接；获取数据、分析数据等。跟踪仪设置在Z轴滑块上可智能滑动跟踪被测机器人，并测量机器人的位置坐标，然后通过无线模块将数据传送给计算机服务器。计算机服务器对上传的数据进行统计、分析及报告。
本发明实施例的应用可扩展至室内各种移动物***置坐标的测量。
实例1
如图1所示，本实例采用七米长的X轴、Y轴和两个可滑动Z轴的机械部分，安装于X轴、Y轴和Z轴的磁栅尺、两个视频跟踪仪、一个智能倾角仪、数据传送显示子***及两个Z轴滑动控制子***的电子部分。
使用该***对移动机器人定位***进行了测量和定位性能分析，并出具了分析报告。经过***试验，验证了该***对移动机器人的测量和分析效果，达到了预期目标。
该***现在能够自动测量移动机器人的坐标位置和方位角，能够在屏幕上显示电子地图和机器人的位置及坐标，能够进行测量数据分析、形成图表并给出误差分析结果。
该***适用于室内移动机器人的位姿测量，坐标测量精度在3mm以下，角度测量精度在0.3度以内。
实例2
如图4所示，本实例说明室内移动机器人测试过程：
首先、控制跟踪仪沿着水平滑轨和垂直滑轨移动至目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，利用磁栅尺获得所述目标移动机器人的测试坐标信息；
然后、控制倾角仪测量所述目标移动机器人的测试方位角信息；
最后，将所述测试坐标信息和所述测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器；
计算机服务器检测是否有跟踪仪和倾角仪的信号，如果有，则继续执行测量测试坐标信息和测试方位角信息的步骤，否则，结束测试过程。
实例3
如图5所示，本实例说明室内移动机器人测试数据处理过程：
首先、将测量获得的测试坐标信息与目标移动机器人的自定位坐标信息在存储的电子地图上对坐标点进行显示并将实测坐标轨迹和自定位坐标轨迹进行显示。
然后、将所述测试坐标信息与所述自定位坐标信息进行比较，获得目标移动机器人的位置误差；
最后、将测量获得的测试方位角信息与目标移动机器人的自定位方位角信息进行比较，获得目标移动机器人的方位角误差；
计算机服务器检测是否有跟踪仪和倾角仪的新数据，如果有，则继续执行显示和计算误差的步骤，如果没有，则输出误差分析结果。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种室内移动机器人测试***，其特征在于，包括：
第一水平滑轨，第二水平滑轨、第一竖直滑轨、第二竖直滑轨、磁栅尺、跟踪仪、倾角仪和激光器；
所述第一水平滑轨与第二水平滑轨相互垂直设置，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨分别设置在第一水平滑轨的滑块和第二水平滑轨的滑块上，随所述滑块在所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨移动，在第一水平滑轨、第二水平滑轨、第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有磁栅尺，第一竖直滑轨和第二竖直滑轨上均设置有跟踪仪，所述跟踪仪用于在测试移动机器人的测试坐标信息时，沿水平滑轨方向和竖直滑轨跟随目标移动机器人移动至所述目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，按照预设方式通过磁栅尺测量目标移动机器人的测试坐标信息；倾角仪设置在目标移动机器人上，所述倾角仪用于通过所述目标移动机器人上设置的激光器发射的激光束测量所述目标移动机器人的方位角信息。
2.如权利要求1所述的测试***，其特征在于：所述第一水平滑轨和第二水平滑轨为硬质钢材滑轨；所述第一竖直滑轨和第二竖直滑轨为硬质铝合金滑轨。
3.如权利要求1所述的测试***，其特征在于：还包括：基座，所述基座用于支撑所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨。
4.如权利要求1所述的测试***，其特征在于：还包括：信标架，用于固定目标移动机器人的定位信标。
5.一种室内移动机器人测试方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的室内移动机器人测试***，包括：
控制跟踪仪沿着水平滑轨方向和竖直滑轨跟随目标移动机器人移动至目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，按照预设方式利用磁栅尺获得所述目标移动机器人的测试坐标信息；
控制倾角仪按照预设方式测量所述目标移动机器人的测试方位角信息；
将所述测试坐标信息和所述测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述预设方式包括：周期性或者触发式。
7.一种室内移动机器人测试数据处理方法，其特征在于：对于每组测试坐标信息和测试方位角信息，执行以下步骤：
将测量获得的测试坐标信息与目标移动机器人的自定位坐标信息在存储的电子地图上对坐标点进行显示并将实测坐标轨迹和自定位坐标轨迹进行显示；
将所述测试坐标信息与所述自定位坐标信息进行比较，获得目标移动机器人的位置误差；
将测量获得的测试方位角信息与目标移动机器人的自定位方位角信息进行比较，获得目标移动机器人的方位角误差；
其中，所述每组测试坐标信息和测试方位角信息，包括：控制跟踪仪沿着水平滑轨方向和竖直滑轨跟随目标移动机器人移动至目标移动机器人的中心点所在水平位置和垂直位置，按照预设方式利用磁栅尺获得所述目标移动机器人的测试坐标信息；控制倾角仪按照预设方式测量所述目标移动机器人的测试方位角信息；将所述测试坐标信息和所述测试方位角信息通过通信单元发送至计算机服务器。
8.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于：所述位置误差包括：绝对误差和相对误差。
9.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于：按照如下方式获得目标移动机器人绝对误差：
AEX＝|RX–TX|
AEY＝|RY–TY|
AEZ＝|RZ–TZ|
按照如下方式获得目标移动机器人相对误差：
REX＝|RX–TX|/TX
REY＝|RY–TY|/TY
REZ＝|RZ–TZ|/TZ
其中，RX为目标移动机器人自定位X轴坐标，TX为测试X轴坐标，RY为目标移动机器人自定位Y轴坐标，TY为测试Y轴坐标，RZ为目标移动机器人自定位Z轴坐标，TZ为测试Z轴坐标。
10.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于：按照如下方式获得目标移动机器人方位角误差：
AEθ＝|Rθ–Tθ|
其中，Rθ为目标移动机器人自定位方位角，Tθ为测试方位角。
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