CN109297736A - 一种清洁机器人性能测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种清洁机器人性能测试设备，包括测量平台、测量装置和辅助部件，测量平台内设置硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区；测量平台内设有若干初始区域，待测清洁机器人在检测开始时放置于其中一个初始区域内；测量装置包括四台高精度CCD相机、粉尘模拟颗粒、噪声测试仪和碰撞检测传感器；辅助部件包括障碍物、颗粒分布器、边角除尘能力测试撒灰区挡板和颗粒区分装置。与现有技术相比，本发明同时测试了覆盖率、硬地板除尘能力、边角除尘能力、障碍物躲避能力、噪声、设备稳定性和可重复性几个基本性能，具有操作方便、测试时间短、一次性获得多个检测数据、检测数据准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人检测设备，尤其是涉及一种清洁机器人性能测试设备。
背景技术
扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。随着我国经济的不断发展，人均可支配收入持续提高，人均住房面积不断增加，导致生活和消费习惯也发生变化，尤其是对产品智能化的需求日益增加；再加上城市化进程带来的快节奏生活，导致人们家务劳作时间的减少。因此，扫地机器人正逐渐被广大消费者所接受。根据市场数据，我国扫地机器人的销售量由2013年的56.5万台增长到2017年的400万台。
目前市场上的清洁机器人产品质量差异较大，各个厂家没有对关键的参数进行标注，国内也缺乏相关标准，广大消费者无法对其产品进行性能检测，第三方质检机构目前按照QB/T 4833-2015《家用和类似用途清洁机器人》进行部分指标的检测和认证。该标准涉及到的清洁机器人产品性能指标有：覆盖率、硬地板除尘能力、边角除尘能力、防跌落能力、越障能力、自动充电功能、预约清扫功能、遥控功能、噪声、工作寿命等，其中覆盖率、硬地板除尘能力和边角除尘能力这三项性能指标，是体现一个清洁机器人“业务能力”的核心指标。考虑到家庭房间条件的复杂性，机器人需要有外界环境感知能力，因此性能测试方法应充分考虑机器人的工作环境，尤其是清洁底面的室内设置；自动吸尘功能应具有稳定性和可重复性，不同起始位置不应该影响机器人的清洁性能，因此在试验中，根据不同情况设置多个起始位置，以确定吸尘性能的稳定性；考虑到人的舒适感受，机器人工作噪声应在一定范围之内，不影响人类生活。
目前对清洁机器人功能测试装置中仅能测试这些指标中的一个或者两个，不能够全面测试；或者需要对各项指标逐次检测，尤其是对覆盖率、硬地板除尘能力和边角除尘能力三项核心功能，需要逐个进行测试，需要耗费大量时间和人力。因此，设计一种可同时检测多项清洁机器人指标的检测装置对提高检测效率尤为重要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种清洁机器人性能测试设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种清洁机器人性能测试设备，包括测量平台、测量装置和辅助部件，
测量平台包括底板、侧板和顶板，测量平台的底板上设有硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区；测量平台的底板上设有若干初始区域，待测清洁机器人在检测开始时放置于其中一个初始区域内；
优选地，测量平台为长方体结构。
根据QB/T 4833-2015《家用和类似用途清洁机器人》中的检测标准，测量平台的面积为20m2，测量平台的长为5m，宽为4m。
测量平台的侧板为透明材料，优选为玻璃，方便观察测量平台内部机器人的工作情况。
测量装置包括四台高精度CCD相机，分别安装于测量平台顶板的四角处，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平台底板；测量装置还包括可区分的粉尘模拟颗粒、噪声测试仪和碰撞检测传感器，硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区分别布置不同粉尘模拟颗粒，所述噪声测试仪安装于测量平台的侧板上，所述碰撞检测传感器安装于待测清洁机器人本体上；碰撞检测传感器检测待测清洁机器人与障碍物、测量平台的侧板和放置于测量平台底板上的辅助部件的碰撞次数，将信号传输至显示装置、并记录。
辅助部件包括障碍物、颗粒分布器、边角除尘能力测试撒灰区挡板和颗粒区分装置；障碍物摆放于测量平台的底板上；颗粒分布器装有用于待测清洁机器人清洁检测的颗粒，颗粒分布器将颗粒均匀撒到硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区；边角除尘能力测试撒灰区挡板放于测量平台的底板上；颗粒区分装置将不同颗粒自动区分。
本发明使用不同的可区分的颗粒分别放置到硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区，在一次实验过程中，机器人对测量平台底板进行清扫，吸入两个区域的颗粒，通过设置颗粒区分装置，将混合在机器人清洁盒中的两种颗粒区分出来，分别计量，即可通过一次实验同时获得硬地板除尘能力和边角除尘能力，大大降低了测量时间。
根据QB/T 4833-2015《家用和类似用途清洁机器人》中的检测标准，粉尘模拟颗粒的分布密度为50g/m2。
所述粉尘模拟颗粒有两种，分别均匀布置于硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区。
所述颗粒为塑料材质和铁材质，颗粒区分装置为颗粒磁选设备。
所述颗粒为两种不同颜色的塑料颗粒，颗粒区分装置为颜色分拣机。
所述颗粒为两种不同直径的颗粒，颗粒区分装置为筛网。
所述初始区域设有三个，分别为角位初始区、侧板中间位置初始区和测量平台中间位置初始区。
所述硬地板除尘能力测试撒灰区为长方形、正方形、菱形、三角形或圆形。
所述边角除尘能力测试撒灰区挡板为长方体挡块，放置于测量平台的角位处，延挡块的边沿和测量平台的侧板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区。
所述边角除尘能力测试撒灰区挡板包括第一连接板、第二连接板和第三连接板，第二连接板的两端分别与第一连接板和第三连接板垂直连接，沿所述边角除尘能力测试撒灰区挡板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区。
所述测量平台的底板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与侧板之间的间距以及障碍物与所述边角除尘能力测试撒灰区挡板之间的间距与待检测清洁机器人最大直径之差均大于20毫米，所述障碍物的高度不低于待检测清洁机器人的高度。
本发明的检测步骤为：
(1)在测量平台的底板上放置障碍物，测量平台底板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与四周侧板的间距以及障碍物与边角除尘能力测试撒灰区挡板之间的间距与待检测清洁机器人最大直径之差均大于20毫米，障碍物的高度不低于待检测清洁机器人的高度；则需要清扫的区域面积为
S0＝S1-S2
其中，S0为需要清扫区域面积；S1为测量平台的底板面积；S2为障碍物和边角除尘能力测试撒灰区挡板的底面积之和；
(2)用颗粒分布器将第一种颗粒均匀分布于硬地板除尘能力测试撒灰区内；用颗粒分布器将第二种颗粒均匀分布于边角除尘能力测试撒灰区内，分别记下分布于硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区内的颗粒质量，分别记为g1和g2；
(3)将待测清洁机器人放置于位于角位的初始区域内，开启待测清洁机器人，待测清洁机器人工作30分钟后，关闭清洁机器人；通过高精度CCD相机拍摄得到的视觉图像记录清洁机器人的工作轨迹，得到未清扫面积S3；则清洁机器人清扫面积为S0-S3；
根据高精度CCD相机拍摄得到的视觉图像记录得到的清洁机器人的工作轨迹，以及清洁机器人清洁口的尺寸，可以获得机器人清洁区域的图像，对此区域进行涂黑，则白色区域为未清扫面积，对白色区域进行计量面积，即可得到未清扫面积S3；
(4)取出清洁机器人的清洁盒，将清洁盒中的颗粒倒出，进行称量得到清洁机器人吸附颗粒质量g3；将颗粒放入到颗粒区分装置内，区分出第一种颗粒和第二种颗粒，分别进行称量，质量分别为g4和g5；
(5)读取碰撞检测传感器检测到的机器人碰撞障碍物的次数；读取噪声测量仪的分贝数；
(6)将清洁机器人放到侧板中间位置初始区、测量平台中部位置的初始区域再次进行测量；
覆盖率＝(S0-S3)/S0
硬地板除尘能力＝g4/g1
边角除尘能力＝g5/g2。
与现有技术相比，本发明同时测试了覆盖率、硬地板除尘能力、边角除尘能力、障碍物躲避能力和噪声几个基本性能，一次性获得数据使得每个机器人的检测时间大大缩小，并且设置了三个初始区域对机器人进行检测，可以获得机器人的稳定性和可重复性，更全面的检测了机器人的性能，本发明具有操作方便、测试时间短、一次性获得多个检测数据、检测数据准确等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1为测量平台，21为边角除尘能力测试撒灰区，22为硬地板除尘能力测试撒灰区，31为角位初始区，32为侧板中间位置初始区，33为测量平台中间位置初始区，41为第一障碍物，42为第二障碍物，43为第三障碍物，44为第四障碍物，45为第五障碍物，5为边角除尘能力测试撒灰区挡板，6为噪声测量仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种清洁机器人性能测试设备，其结构如图1所示，包括测量平台1、测量装置和辅助部件，测量平台1为长方体结构，包括底板、侧板和顶板，长为5m，宽为4m；测量平台1的底板上设有硬地板除尘能力测试撒灰区22和边角除尘能力测试撒灰区21，硬地板除尘能力测试撒灰区22为长方形区域；测量平台1的底板上设有三个初始区域，分别为角位初始区31、侧板中间位置初始区32和测量平台中间位置初始区33，其中圆形表示清洁机器人，长方形框和三角形框表示清洁机器人放置的区域，待测清洁机器人在检测开始时放置于其中一个初始区域内；
测量装置包括四台高精度CCD相机，分别安装于测量平台顶板的四角处，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平台底板；测量装置还包括可区分的粉尘模拟颗粒、噪声测试仪6和碰撞检测传感器；粉尘模拟颗粒为白色和黑色的方形树脂颗粒，粒径均为4毫米，白色树脂颗粒放置于硬地板除尘能力测试撒灰区22内，黑色树脂颗粒放置于边角除尘能力测试撒灰区21内；噪声测试仪6安装于测量平台的侧板上，距离地面0.5m处，碰撞检测传感器安装于待测清洁机器人本体上，当机器人与其他物品发生碰撞时，传感器发送碰撞信号，显示装置进行显示并计数。
辅助部件包括障碍物、颗粒分布器、边角除尘能力测试撒灰区挡板5和颗粒区分装置；本实施例中设置了五个障碍物，分别为第一障碍物41，第二障碍物42，第三障碍物43，第四障碍物44，第五障碍物45，五个障碍物形状不同，高度大于待检测清洁机器人的高度；障碍物摆放于测量平台的底板上，在设置障碍物位置时，应保证测量平台底板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与四周侧板的间距以及障碍物与所述边角除尘能力测试撒灰区挡板之间的间距与待检测清洁机器人最大直径之差均大于20毫米。颗粒分布器装有用于待测清洁机器人清洁检测的颗粒，颗粒分布器将颗粒均匀撒到硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区，为防止在用颗粒分布器分布颗粒时颗粒滚动至撒灰区外，在分布颗粒时，在硬地板除尘能力测试撒灰区和边角除尘能力测试撒灰区边界处设置形状匹配的挡板，待完成颗粒分布后，将该挡板拿出测量平台；本实施例中的颗粒分布器的具体结构见中国专利CN205667848U。边角除尘能力测试撒灰区挡板5为一个长方体结构，放于测量平台角位的底板上，长方体结构的两个侧面分别与侧板接触，延长方体结构的另外两个侧面和测量平台的侧板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区2。颗粒区分装置用于分拣不同颗粒，本实施例中颗粒区分装置为颜色分拣机，其结构如中国专利CN206747065U中所示，将清洁机器人清洁盒内的测试颗粒中白色树脂颗粒和黑色树脂颗粒分拣出来，分别测量重量。
本发明的测量方法的步骤为：
(1)在测量平台的底板上放置障碍物，测量平台底板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与四周侧板的间距以及障碍物与边角除尘能力测试撒灰区挡板之间的间距与待检测清洁机器人最大直径之差大于20毫米；则需要清扫的区域面积为
S0＝S1-S2
其中，S0为需要清扫区域面积；S1为测量平台的底板面积；S2为障碍物和边角除尘能力测试撒灰区挡板的底面积之和；
(2)用颗粒分布器将白色树脂颗粒均匀分布于硬地板除尘能力测试撒灰区22内；用颗粒分布器将黑色树脂颗粒均匀分布于边角除尘能力测试撒灰区21内，分别记下白色和黑色树脂颗粒的质量，分别记为g1和g2；
(3)将待测清洁机器人放置于角位初始区31，开启待测清洁机器人，待测机清洁器人工作30分钟后，关闭清洁机器人；通过高精度CCD相机拍摄得到的视觉图像记录清洁机器人的工作轨迹，得到未清扫面积S3；则清洁机器人清扫面积为S0-S3；
根据高精度CCD相机拍摄得到的视觉图像记录得到的清洁机器人的工作轨迹，以及清洁机器人清洁口的尺寸，可以获得机器人清洁区域的图像，对此区域进行涂黑，则白色区域为未清扫面积，对白色区域进行计量面积，即可得到未清扫面积S3；
(4)取出清洁机器人的清洁盒，将清洁盒中的颗粒倒出，进行称量得到清洁机器人吸附颗粒质量g3；将颗粒放入到颜色分拣机内，分拣机将混合颗粒区分为白色和黑色树脂颗粒，分别进行称量，质量分别为g4和g5；
(5)读取碰撞检测传感器检测到的机器人碰撞障碍物的次数；读取噪声测量仪的分贝数；
(6)将清洁机器人放到侧板中间位置初始区32，测量平台中间位置初始区33，再次进行测量，获得数据；
覆盖率＝(S0-S3)/S0
硬地板除尘能力＝g4/g1
边角除尘能力＝g5/g2。
与现有技术相比，本发明同时测试了覆盖率、硬地板除尘能力、边角除尘能力、障碍物躲避能力和噪声几个基本性能，一次性获得数据使得每个机器人的检测时间大大缩小，并且设置了三个初始区域对机器人进行检测，可以获得机器人的稳定性和可重复性，更全面的检测了机器人的性能，本发明具有操作方便、测试时间短、一次性获得多个检测数据、检测数据准确等优点。
实施例2
本实施例的设备组成和连接方式与实施例1类似，主要区别为：粉尘模拟颗粒为粒径为4毫米的颗粒，其材质分别为塑料材质和有磁性的铁材质，为保持每颗塑料颗粒和铁质颗粒质量一致，本实施例中的铁材质颗粒为空心结构；对应的，颗粒区分装置为一个颗粒磁选设备，本实施例中采用如专利CN207105351U报道的一种颗粒磁选设备。
本发明的测量方法的步骤中的步骤(2)为用颗粒分布器将塑料颗粒均匀分布于硬地板除尘能力测试撒灰区22内；用颗粒分布器将铁质颗粒均匀分布于边角除尘能力测试撒灰区21内，分别记下铁质颗粒和塑料颗粒的质量，分别记为g1和g2
步骤(4)为取出清洁机器人的清洁盒，将清洁盒中的颗粒倒出，进行称量得到清洁机器人吸附颗粒质量g3；用磁铁将混合颗粒中的铁质颗粒吸出，放置到一个容器内，剩下的颗粒为塑料颗粒，分别进行称量，铁质颗粒和塑料颗粒的质量分别为g4和g5。
本实施例中的边角除尘能力测试撒灰区挡板包括第一连接板、第二连接板和第三连接板，第二连接板的两端分别与第一连接板和第三连接板垂直连接，沿所述边角除尘能力测试撒灰区挡板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区。
实施例3
本实施例的设备组成和连接方式与实施例1类似，主要区别为：粉尘模拟颗粒为粒径为4毫米和粒径为2毫米的圆形颗粒，对应的颗粒区分装置为孔经大小为3毫米的筛网；步骤(2)为用颗粒分布器将粒径为4毫米的颗粒均匀分布于硬地板除尘能力测试撒灰区22内；用颗粒分布器将粒径为2毫米的颗粒均匀分布于边角除尘能力测试撒灰区21内，分别记下粒径为4毫米和粒径为2毫米的颗粒质量，分别记为g1和g2。
步骤(4)为取出清洁机器人的清洁盒，将清洁盒中的颗粒倒出，进行称量得到清洁机器人吸附颗粒质量g3；用筛网对两种不同粒径的颗粒进行筛分，分别计量两种粒径颗粒的质量，粒径为4毫米和粒径为2毫米的颗粒质量分别为g4和g5。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种清洁机器人性能测试设备，包括测量平台(1)、测量装置和辅助部件，其特征在于，
所述测量平台(1)包括底板、侧板和顶板，所述底板上设有硬地板除尘能力测试撒灰区(22)和边角除尘能力测试撒灰区(21)；所述底板上设有若干初始区域，待测清洁机器人在检测开始时放置于其中一个初始区域内；
所述测量装置包括四台高精度CCD相机，分别安装于测量平台的顶板的四角处，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平台底板；测量装置还包括可区分的粉尘模拟颗粒、噪声测试仪(6)和碰撞检测传感器，硬地板除尘能力测试撒灰区(22)和边角除尘能力测试撒灰区(21)分别布置不同粉尘模拟颗粒，所述噪声测试仪(6)安装于测量平台的侧板上，所述碰撞检测传感器安装于待测清洁机器人本体上；
所述辅助部件包括障碍物、颗粒分布器、边角除尘能力测试撒灰区挡板(5)和颗粒区分装置；所述障碍物摆放于测量平台(1)的底板上；所述颗粒分布器装有用于待测清洁机器人清洁检测的颗粒，颗粒分布器将颗粒均匀撒到硬地板除尘能力测试撒灰区(22)和边角除尘能力测试撒灰区(21)；所述边角除尘能力测试撒灰区挡(5)板放于测量平台(1)的底板上；所述颗粒区分装置分拣不同颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述粉尘模拟颗粒有两种，分别均匀布置于硬地板除尘能力测试撒灰区(22)和边角除尘能力测试撒灰区(21)。
3.根据权利要求2所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述颗粒为塑料材质和铁材质，颗粒区分装置为颗粒磁选设备。
4.根据权利要求2所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述颗粒为两种不同颜色的塑料颗粒，颗粒区分装置为颜色分拣机。
5.根据权利要求2所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述颗粒为两种不同直径的颗粒，颗粒区分装置为筛网。
6.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述初始区域设有三个，分别为角位初始区(31)、侧板中间位置初始区(32)和测量平台中间位置初始区(33)。
7.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述硬地板除尘能力测试撒灰区(22)为长方形、正方形、菱形、三角形或圆形。
8.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述边角除尘能力测试撒灰区挡板(5)为长方体挡块，放置于测量平台的角位处，延所述挡块的边沿和测量平台的侧板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区(21)。
9.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述边角除尘能力测试撒灰区挡板(5)包括第一连接板、第二连接板和第三连接板，第二连接板的两端分别与第一连接板和第三连接板垂直连接，沿所述边角除尘能力测试撒灰区挡板宽50毫米的区域为所述边角除尘能力测试撒灰区(21)。
10.根据权利要求1所述的一种清洁机器人性能测试设备，其特征在于，所述测量平台底板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与侧板之间的间距以及障碍物与所述边角除尘能力测试撒灰区挡板之间的间距与待检测清洁机器人最大直径之差均大于20毫米，所述障碍物的高度不低于待检测清洁机器人的高度。
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