机器人服务机器人性能规范及其试验方法第2部分：导航.docx

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1、GB/T 38834.22023/ISO 18646-2： 2019目 次前言I引言n1范围12规范性引用文件 13术语和定义 14试验条件34.1 通贝IJ 34.2 环境条件44.3 行进面条件44.4 操作条件44.5 试验路径45位姿特性55.1 目的 55.2 相关特性55.3 试验设施75.4 试验步骤75.5 试验结果86障碍物检测86.1 目的 86.2 试验设施86.3 试验步骤96.4 试验结果97 避障107.1 目的107.2 试验设施107.3 试验步骤H7.4 试验结果H附录A （资料性）户外导航13参考文献15GB/T 38834.22023/ISO 18646-

2、2： 2019引 言GB/T 38834机器人服务机器人性能规范及其试验方法旨在规范服务机器人的性能及试验方 法,拟由四个部分构成.第1部分:轮式机器人运动。目的在于规定轮式机器人的运动性能特性及试验方法。第2部分:导航。目的在于规定移动服务机器人的导航性能特性及试验方法。-第3部分:操作.目的在于规定服务机器人的操作性能特性及试验方法.第4部分:腰部支撑机器人.目的在于规定腰部支撑机器人的支撑性能特性及试验方法.机器人服务机器人性能规范及其试验方法 第2部分:导航1范围本文件描述了规范和评估移动服务机器人导航性能的方法。本文件中的导航性能通过位姿准确度 与重复性以及检测和避免障碍物的能力进行

3、判定。其他导航性能试验的方法也可用,但是不包括在本 文件中。本文件中性能及相关试验方法仅适用于与行进面接触的移动平台.ISO 9283适用于操作机的性 能评估。本文件仅适用于室内环境.但是,如附录A所述,试验适用于在户外环境使用的机器人.本文件不适用于安全要求的验证和确认.本文件不涉及试验过程中测试人员的安全要求.2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中，注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件:不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件.GB/T 126432013机器人与机器人装备词汇(ISO 8373：2012,

4、IDT)ISO 7176-13 轮椅车 第13部分:测试表面摩擦系数的测定(Whee】ChairS Part 13：Determination of efficient of friction of test surfaces)注：GB/T 18029.13-2008轮椅车 第13部分:测试表面摩擦系数的测定(ISO 717613：1989,IDT)3术语和定义GB/T 12643-2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件.ISo与IEC维护以下用于标准化的术语数据库，网址如下：ISO ihttp www.iso. org/obpIEC ： http ： / www.electropedi

5、a.org/3.1机器人robot具有一定程度的自主能力，在其环境内运动以执行预期任务的可编程执行机构.注1：机器人包括控制系统和控制系统接口.注2：按照预期的用途，机器人分类可划为工业机器人或服务机器人(3.4).来源：GB/T 126432013,2.6,修改-两个或两个以上可编程的轴的执行机构”由可编程的 执行机构”替代3.2移动机器人 mobile robot基于自身控制、可移动的机器人(3.1).注：移动机器人可以是装有或未装操作机的移动平台(3.3).GB/T 38834.22023/ISO 18646-2： 2019来源:GB/T 126432013,2.133.3移动平台 mo

6、bile platform能使移动机器人（3.2）实现运动的全部部件的组装件.注1：移动平台包含一个用于支承负载（3.6）的底盘.注2：由于与术语机座（base）可能发生混滑，建议不要使用术语移动机座（mobile base）”来表述移动平台.来源：GB/T 126432013,3.183.4服务机器人service robot除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人（3.1）,注1：工业自动化应用包括（但不限于）制造、检验、包装和装配.注2!用于生产线的关节机器人是工业机器人，而类似的关节机器人用于供餐的就是服务机器人.来源:GB/T 126432013,2.103.5导航 n

7、avigation依据定位和环境地图决定并控制行走方向。注，导航包括了为实现从位姿点到位姿点的运动和整片区域覆盖的路经（3.14）规划.来源：GB/T 126432013,7.6J3.6负载load在规定的速度和加速度条件下，沿着运动的各个方向，机械接口或移动平台（3.3）处可承受的力 和/或扭矩.注：负载是质量、惯性力矩的函数，是机器人（3.1）承受的静态力和动态力.来源:GB/T 126432013,6.2.13.7额定负载 rated load正常操作条件（3.9）下作用于机械接口或移动平台（3.3）且不会使机器人性能降低的最大负载（3.6）。注:额定负载包括末端执行器、附件和工件的惯性

8、作用力.来源：GB/T 126432013,6.2.23.8额定速度 rated speed在正常操作条件（3.9）下，装载额定负载（3.7）的移动平台（3.3）的最大速度.来源:GB/T 38834.12020,3.113.9正常操作条件 normal operating conditions为符合制造厂所给出的机器人（3. D性能而具备的环境条件范围和可影响机器人性能的其他参数 值（如电源波动、电磁场）.注：环境条件包括，例如温度和湿度等。E 来源：GB/T 126432013*6.13.10任务程序task program为定义机器人或机器人系统特定的任务所编制的运动和辅助功能的指令集.

9、注1：此类程序通常是在机器人安装后生成的，并能在规定的条件下由通过培训的人员修改.注2,应用是指一般的工作池围；任务是指应用中特定的部分.GB/T 38834.22023/ISO 18646-2 i 2019来源：GB/T 126432013,5.1.13.11位姿 pose空间位置和姿态的合称。注1：操作机的位姿通常指末端执行器或机械接口的位置和姿态.注2：移动机器人(3.2)的位姿可能包括绝对坐标系下的移动平台(3.3)和装于其上的任一操作机的位姿组合.注3：与平整表面接触的移动机器人,姿态通常指相对于参考方向的关于平面法线的标量角度。来源:GB/T 12643-2013,4.5,有修改一

10、增加了注 33.12指令位姿 command pose编程位姿 programmed pose由任务程序(3.10)给定的位姿(3.11)。来源：GB/T 126432013,4.5.13.13实到位姿 attained pose机器人(3.1)响应指令位姿(3.12)时实际达到的位姿(3.11)。来源：GB/T 126432013,4.5.23.14路径 path一组有序的位姿(3.11)。来源：GB/T 126432013,4.5.43.15集群 cluster用于计算准确度和重复性特性的一组测量点。来源 JSO 9283:1998,3.1,有修改3.16重心 barycenter集群(3

11、.15)的坐标平均值是该集群的重心坐标。注：对于由坐标(可一力一勺)确定的几个点的集群,该集群的重心按照公式(1)计算， 工=；七可 = ；W“，z =勺 (1)来源；ISO 9283:1998,3.2,有修改4试验条件4.1 通则按照制造商的说明书，机器人应组装完整、完全充电且可运行.所有自我诊断测试应完全满足.宜 采取适当的预防措施以保护试验过程中的人员。试验应按制造商的规定进行操作准备.这些准备工作应在试验报告中声明.除非在具体章节另有说明，本文件中所述试验宜满足第4章规定的所有条件.本文件每章中所述的每项试验可能具有不同试验配置，每个试验配置需要单独的试验步骤，对每个试验配置，如果在试

12、验步骤中规定了多次试验，宜进行多次试验。74.2 环境条件所有试验中宜保持以下室内环境条件：环境温度：10 C30 C;-相对湿度：0%80%;照度：10OlX IoOoIX（I环境条件应在试验报告中声明.制造商可指定超出上述指标范围的环境条件（见附录A）。注：虽然反射率可能影响性能.但是其不包括在这些环境条件中.4.3 行进面条件应使用坚硬、平整、水平的行进面,其摩擦系数介于0.61.0之间,摩擦系数按照ISO 7176-13测量。4.4 操作条件所有性能应在正常操作条件下测量。当在其他条件下测量性能时,这些条件应在试验报告中声明.除非另行规定,所有试验应在机器人额定速度和装载额定负载情况下

13、进行测试.对于移动平台的导航、外部设备，如地面标志,应按照制造商的说明书提供。外部设备信息，如地面 标志的位置和种类等,应在试验报告中声明.4.5 试验路径所有的试验路径都是根据移动平台的尺寸进行参数设置。长度单元（LU）定义为移动平台宽度w 和长度/的最大值，如图1所示。试验使用的LU值应在试验报告中声明.标引说明A 移动平台的高度；W 移动平台的宽度I2 移动平台的长度.图1移动平台的尺寸本文件采用直线路径、矩形路径和复合路径（见图2、图3和图4）。按照第5章测量位姿特性时,对 不同尺寸机器人的行进距离规定为5 LU。或者行进距离可由制造商根据具体的应用规定。直线路径 指从初始位姿Pn到达

14、目标位姿Po矩形路径指从初始位姿Po到P、P2金3,最后到达目标位姿P。. 复合路径指从初始位姿P。，经过Pl到达目标位姿Pz。i5 LUj今一二一年图3矩形路径5 LU5位姿特性5.1 目的本试验的目的是确定机器人的位姿特性,包括位姿准确度和位姿重复性.位姿准确度与位姿重复 性表明了机器人到达指令位姿的能力.5.2 相关特性5.2.1 位姿准确度位姿准确度定义为机器人从同一初始位姿接近指令位姿，重复n次后指令位姿与实到位姿的均值 之间的差值。位姿准确度可分为:a)位置准确度:指令位姿的位置与实到位置的集群重心的差异,如图5所示;b)姿态准确度：指令位姿的姿态与实到姿态的平均值的差异，如图6所

15、示。 位置准确度AP按照公式(2)、公式(3)计算1AP =，G-(J-yh( 2 )W 力 (3)Kj=I几 j=l式中：7平均值；RCjC指令值:Xj yj第7次试验的N和y的值；W 试验次数。姿态准确度A0按照公式(4)、公式(5)计算： A0 =| O-Oe I( 4 )O =上W。，( 5)式中：%-指令位姿的角度；Oj-第，次实到位姿的角度； 试验次数.且式中绝对值的范围限定在(一180,+ 180).图5位置准确度图6姿态准确度5.2.2 位姿重复性位姿重复性定义为对同一指令位姿从同一初始位姿重复次后实到位姿的一致程度。GB/T 38834.22023/ISO 18646-2 i

16、 2019位姿重复性可分为，a）位置重复性，指包含了实到位姿的Z+3S,的圆的半径.中心是实到位姿的重心.位置重复性 按照如下计算.b）姿态重复性:指角度的分布3S。，平均值i,S。为标准差.位置重复性&按照公式（6）公式（IO）计算：Rp = Z + 3S1( 6 )I=-YlIi（ 8 ）lj =G-xiy + G-yir （ 9 ）11 二N=一2工,，,=”（10）n ）-1n J-I式中，S1 标准差:Ii-第J次位置与重心之间的距离；X J-平均值；!i ,yi第j次试验,工、的值；n-试验次数。姿态重复性R。按照公式（1D公式（13）计算：R=3So( 11 )s= Wo=-o

17、(13)式中：So 标准差:Oi-第，次试验实到位姿的角度;-试验次数.5.3 试验设施试验设施应配备适合测量位置和姿态的一个测量系统，并具有与机器人预期用途相关的足够精 度，例如，3D摄像系统或激光跟踪仪.测量系统的类型和精度应包含在试验报告中.本试验使用直线路径、矩形路径和复合路径。5.4 试验步骤本试验包括由6个测试配置，即：直线路径、矩形路径和复合路径的空载和额定负载试验.每次试 验应按以下步骤进行：a）将装有规定负载的移动平台分别放置于各试验路径的初始位置Pcb）移动平台被指定以额定速度沿着试验路径自主移动，c）当移动平台到达目标位置时，通过外部测量系统检测其位置和姿态。每一路径和负

18、载情况重复30次.根据采集的数据,计算位置准确度、姿态准确度、位置重复性和姿态重复性.115.5 试验结果位姿特性（如位置准确度、姿态准确度、位置重复性和姿态重复性）应在试验报告中声明。试验报告 应包括具体的试腌条件，包括摩擦条件、额定速度和额定负载.示例模板见表1.表1试验报告特性直线路径矩形路径复合路径空载额定负载空载额定负载空载额定负载位置准确度姿态准确度位置重复性姿态重复性6障碍物检测6.1 目的本试验的目的是确定移动机器人检测障碍物的能力，并且测量移动机器人与不同几何形状和材料 障碍物之间的距离.试验参数根据制造商规定的最小和最大感应范围设定。机器人不需要认出障碍物 的类型，6.2

19、试验设施试验区域宜足够大，以容纳制造商声明的最大范围内的障碍物和机器人,如图7所示。在机器人和 障碍物之间不宜存在任何阻碍.试验空间的墙面不宜包含任何指引机器人的标识。I I I E-、-,/.lE-.*FI*I，:f 机器人标引说明：J物与机器人视线所成角度，图7障碍物检测的试验布局本试验中使用的障碍物的规格如表2所示.表2障碍物类型名称几何图形描述墙W板,类似墙的一部分包括松木板和无色钠钙玻璃（折射率大于80%）高度A 1.5 m宽度!w Jm桌子W*具有四条腿的板，类似桌子（包括松木和钢支架）高度 A $0.7 rn0.8 m宽度 w 11.5 m2,0 m深度 d J0.5 m08 m

20、腿和板的厚度n0.05 m大圆柱Qi* a大型封闭国柱，类似人体躯干（表面灰色且漫反射率在27%33%,如IECTS 6149643 所述）高度A*06 m半径d *0.2 m（见 ISO 13856-3）小圆柱Qi小型封闭圆柱，类似人体手臂或腿（表面灰色旦漫反射率在27%33%,如 IEC/TS 61496-4-3 所述）高度A s0.4 m半径d：007 m（见 ISO 13856-36.3 试验步骤本试验包括由6个测试配置组成，即:木墙、玻璃墙、木桌、钢桌大圆柱和小圆柱，如表2所示。每 次试验应按以下步骤进行：a）机器人放置于初始位置；b）将障碍物放置在制造商声称的最大范围，让机器人检测

21、障碍物的位置,c）将障碍物放置在最小范围，让机器人检测障碍物的位置；d）将障碍物逆时针方向放置在与机器人视线成45的直线上，重复步骤b）和c）。每完成一次步 骤d）,角度增加45；当到达初始位置时，试验结束.调整障碍物的姿态始终使其最大的一面 朝向机器人.通过移动机器人代替障碍物能够实现机器人与障碍物的相对定位。6.4 试验结果对于每个障碍物,机器人是否在相对其位置的最小和最大距离检测到障碍物，宜在测试结果中声 明。每一次试验,确定机器人检测到的障碍物的距离与目标位置实际距离的准确度。准确度表示为障 碍物与机器人距离的百分比值。平均准确度是每次试验准确度的平均值.具体的试验条件,包括障碍 物的

22、尺寸和颜色应在试验报告中声明，见表3.障碍物类型按6.3的规定.GB/T 38834.22023/1SO 18646-2:2019表3试验报告障碍物范围逆时针角/(.)距离准确度平均准确度障碍物类型(包 括尺寸和颜色)最小04590135180225270315最大045901351802252703157避障7.1 目的本试验目的是确定机器人防止与静态或动态障碍物发生碰撞的能力，可以通过停止或者进行适当 的躲避行为来实现。当机器人正在停止情况下,机器人在障碍物与其任何部件发生物理碰撞之前将停 止。当机器人执行适当躲避动作的情况下，障碍物和机器人的任何部件的最小距离应保持在制造商规 定的范围。

23、7.2 试臆设施本试验使用表2所示的障碍物类型。将移动机器人放置在初始位置，距离目标位置9 LU,且地板平整，如图8所示。静态和动态障碍物 行为如下，如图8所示：-行为1:障碍物放置在初始位置和目标位置之间的Pi处,并且保持静止；-行为2：障碍物移动到Pz位置，以90穿过移动机器人的路径；行为3:障碍物移动到P3位置，以45穿过移动机器人的路径；行为4：障碍物移动到P1位置，阻止机器人从初始位置PO直接到目标位置PC的路径。13初始位置小目标位置几障碍物行为4瞭碍物行为1障碍物行为2障碍物行为3图8试验布局与障碍物行为（俯视）障碍物的速度应设定为L6 m/s,以反映典型的人的行走速度。障碍物的

24、移动应与移动机器人的 移动同步，预计同时到达P1位置.在障碍物行为1中，应使用表2中所列的下列物体作为障碍物：a）直立放置的松木墙,最大的面朝向机器人:b）桌子且较长一侧朝向机器人；c）大圆柱，平放且圆柱面朝向机器人；d）小圆筒，直立放置。在障碍物行为23和4中，应使用表2中所列的下列物体作为障碍物：a）大圆柱,垂直地面以上0.5 m处直立移动；b）小圆柱,地面上直立移动.7.3 试验步骤试验由上述的10个试验配置组成。每次试验应遵循以下步骤a）将移动机器人放置在初始位置P0并付对每个障碍物行为1、2、3、4,分别将障碍物放置在其对 应初始位置。b）机器人按照指令在制造商规定的应用场景中以额定

25、速度和额定负载自主移动到目标位置 Pg,同时障碍物按照指令根据障碍物行为2、3或4分别移动到最终位置。障碍物的初始位置 可以沿着直线路径进行调整，以便当障碍物以L6 m/s的速度移动时,机器人和障碍物有望同 时到达Pl位置.C）当机器人到达目标位置时，记录穿行时间。如果机器人没有到达目标位置或在行进中碰到障碍物，应视为试验失败。对于具体障碍物行为的 试验配置,从开始连续三次试验成功后，认为避障成功.如果在前三次试验中至少有一次失败，则该试 验认为失败.应选取前三次成功无障碍物穿行的平均时间作为无障碍穿行时间T。.选取前三次成功 有障碍物穿行的最大穿行时间作为有障碍物的穿行时间Tr延迟因子定义为

26、TT。.7.4 试验结果对于每个试验配置，应在试验报告中声明是否成功避障，具体的试验条件，包括障碍物的尺寸、颜色、穿行时间和延迟因子,应在试验报告中使用表4进行声明.表4试验报告避开障碍物行为障碍物成功/失败穿行时间/S延迟因子障碍物行为1松木墙桌子大圆柱小圆柱障碍物行为2大圆柱小圆柱障碍物行为3大圆柱小圆柱障碍物行为4大圆柱小圆柱GB/T 38834.22023/ISO 18646-2 i 2019附录A（资料性）户外导航A.1总则本附录旨在说明本文件用于评估户外使用的移动机器人的导航性能.这些试甄也适用于与4.2和4.3中所述的正常操作环境条件或行进面条件不同的室内环境。A.2轮的选择户外

27、移动机器人的导航性能主要取决于车轮的滚动阻力.在进行第5章、第6章和第7章所述试验之前,应选择最适合户外条件的车轮。A.3试验条件A.3.1总则除下列条款外，第4章规定的所有试验条件均适用于户外试验.A.3.2环境条件替代4.2,试验应在与户外正常使用相同的条件下进行。A.3.3行进面条件替代4.2,试验应在与户外正常使用相同的行进面条件下进行.A.4位姿特性户外使用的移动机器人应使用第5章所述的相同试验进行测试。对于户外试验,具有足够测量精度的线性测量公差士0.5%的校正GPS设备，也适用第5章中所述 试验。A.5户外障碍物检测和避障A.5.1通则户外使用的移动机器人应按照第6章和第7章所述

28、的相同试验进行障碍物检测和避障测试。评估 移动服务机器人在户外环境下的障碍物检测和避障能力,需要进行如下所述的修改.A.5.2障碍类型评估户外使用的移动服务机器人的障碍物检测和避障能力时，应使用小圆柱、大圆柱和墙体，如 表2所示。表2所示桌子和无色钠钙玻璃不应用于评估户外使用的移动服务机器人的障碍物检测和避障能力。15GB/T 38834.22023/ISO 18646-2：2019A.5.3试验步骤应在确定的环境条件和表面行进条件下,按照6.3和7.3中所述试验步骤进行重复试验。A.5.4试验结果试验报告如6.4和7.4所述,应结合所有确定的环境条件和行进面条件进行编制。#GB/T 3883

29、4.22023/ISO 18646-2： 2019参考文献1 ISO 9283； 1998 Manipulating industrial robotsPerformance criteria and related test methods2 ISO 13482 Robots and robotic devicesSafety requirements for personal care robots3 ISO 13856-3 Safety of machineryPressure-sensitive protective devicesPart 3 ： General principles

30、 for design and testing of pressure-sensitive bumpers,plates,wires and similar devices4 ISO 18646-1:2016 RoboticsPerformance criteria and related test methods for service robotsPart 1 ： Locomotion for wheeled robots5 IECTS 61496-4-3 Safety of machineryElectro-sensitive protective equipmentPart 4- 3 ： Particular requirements for equipment using vision based protective devices (VBPD)Additional requirements when using stereo vision techniques (VBPDST)6 ASTM F3244-17 Standard Test Method for Navigation： Defined Area