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专利号: 2020111619472
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述方法包括:步骤S1、构建巡检机器人性能量化测评体系,所述测评体系包括电池性能测评系统、运动功能测评系统和巡检功能测评系统;

步骤S2、搭建与所述量化测评体系相对应的巡检机器人性能测试环境,并基于每一个测评系统制定对应的测试方案,所述测试方案包括测试环境、测试任务、测试对象和测试指标;

步骤S3、在设定的测试任务场景中,获取巡检机器人在不同测试任务场景下的多组量化评价数据,并构建巡检机器人性能量化测评指标,所述量化测评指标包括电池耗电性能指标、运动能力性能指标和巡检能力指标;

步骤S4、根据所述量化测评指标构建巡检机器人的综合性能测评指标,并根据所述综合测评指标确定巡检机器人的性能等级;

其中,所述电池耗电性能指标ηe定义为:其中,i表示测试次数,Cp表示第p次测试时所剩余电量,C表示巡检机器人充满电的总电量;

所述运动能力性能指标包括巡检机器人的位置偏差量指标、爬坡能力指标和越障能力指标,其中,

所述位置偏差量指标ηL定义为:其中,D为平均位置偏差量,l为巡检机器人最大平面长度;e(n)为目标值与当前时刻的巡检机器人的位置差,e(n‑1)为上一时刻的值,D(n)表示第n个采样时刻的控制,N为最后一个采样周期,Kp表示比例放大系数,Ki表示积分放大系数,Kd表示微分放大系数,T表示采样周期;

所述爬坡能力指标ηm定义为巡检机器人在斜坡的最高点时的机械效能η1和坡度指标η2的和,其中,巡检机器人在斜坡的最高点时的机械效能η1为:F=mgsinθ‑μmgcosθ     (8);

其中,hm表示最大爬坡高度,sm表示对应于最大爬坡高度的坡面长度,F表示到达坡面最高点最大牵引力,μ为动摩擦因素,θ表示坡面倾斜角度;

巡检机器人的坡度指标η2为:

其中,hc为斜坡高度,sc则是对应的斜位移;

所述爬坡能力指标ηm为:

ηm=η1+η2      (11);

所述越障能力指标ηc定义为:

其中,sch表示巡检机器人在第i次行驶的最大距离,S表示行驶路径的总路程;

所述巡检能力指标包括巡检误差率、巡检效率和维修误差率,所述巡检能力指标Sri定义为:

Sri=‑ηrr+ηre‑ηrm     (13);

其中,ηrr表示巡检准误差率,ηre表示巡检效率,ηrm表示维修误差率。

2.如权利要求1所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述巡检机器人的电池性能测评的步骤包括:

搭建巡检机器人行驶场景,采集巡检机器人每一次行驶同一固定距离所消耗的耗电量,计算每一次采集的耗电量占总电量的比重,每次测试时巡检机器人均是充满电的,并通过式(1)计算得到所述电池耗电性能指标ηe。

3.如权利要求2所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述巡检机器人的位置偏差量指标的测评步骤包括:设定巡检机器人的导航路线,并运用坐标系对所述导航路线进行坐标标定,控制巡检机器人按照所述导航路线进行行驶,根据PID位置式控制算法,确定所述巡检机器人各个时刻在所述导航路线上的位置偏差,通过式(2)~(6)计算得到巡检机器人的位置偏差量指标ηL。

4.如权利要求3所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述巡检机器人的爬坡能力指标的测评步骤包括:

在一预设坡度的斜坡上,测量巡检机器人在所述斜坡上能够达到的最高度,通过式(7)~(9)计算巡检机器人在斜坡的最高点时的机械效能η1;

设置多个高度相同而坡度不同的坡面,测量巡检机器人达到相同高度时所对应的最大坡度,所述最大坡度作为巡检机器人的坡度指标η2,并通过式(10)计算得到坡度指标η2;

根据式(11)计算得到巡检机器人的爬坡能力指标ηm。

5.如权利要求4所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述巡检机器人的越障能力指标的测评步骤包括:

在设定的巡检机器人的行驶路径中设置多个障碍物,测量每一次巡检机器人能够行驶的最远距离,计算对每一次的最远距离占行驶路径的总路程的百分比,对所述每一次计算的百分比累加取其均值,将所述均值作为越障能力指标,通过计算公式(12)得到越障能力指标ηc。

6.如权利要求5所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述巡检机器人的巡检能力指标的测评步骤包括:

根据选取的巡检机器人的一次完整的巡视数据,获取对应的表盘识别指标、设备温度识别指标和噪声采集指标,计算巡检机器人的巡检误差率ηrr;

在巡检效率测试场景下设置多个故障设备,对巡检机器人执行设备巡检,以巡检机器人在一个巡检周期内所能够巡检的故障设备数量作为巡检效率ηre;

对巡检机器人执行故障设备的简单维修,以简单维修的维修质量作为维修误差率ηrm;

基于式(13)计算巡检机器人的巡检能力指标Sri。

7.如权利要求6所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,通过式(14)计算巡检机器人的综合性能测评指标Srr:Srr=Sri+ηm‑ηc+ηL‑ηe                                            (14);

其中,Sri为巡检能力指标,ηm为爬坡能力指标,ηc为越障能力指标,ηL为位置偏差量指标,ηe为电池耗电性能指标。

8.如权利要求7所述的巡检机器人性能量化测评方法,其特征在于,所述步骤S4包括:对所述巡检机器人的综合性能测评指标进行归一化处理,得到归一化后的综合性能指标

其中,Srrmax为巡检机器人的最好的综合性能指标;

根据所述归一化后的综合性能指标,对巡检机器人的性能进行等级分类;

若所述归一化后的综合性能指标在0~0.25之间,则性能等级为最高级;

若所述归一化后的综合性能指标在0.25~0.5之间,则性能等级为较高级;

若所述归一化后的综合性能指标在0.5~0.75之间,则性能等级为中级;

若所述归一化后的综合性能指标在0.75~1之间,则性能等级为较低级;若所述归一化后的综合性能指标为1,则性能等级为最低级。

9.一种巡检机器人性能量化测评系统,其特征在于,所述系统执行如权利要求1‑8任一所述的巡检机器人性能量化测评方法,所述系统包括:系统构建模块,构建巡检机器人性能量化测评体系,所述测评体系包括电池性能测评系统、运动功能测评系统和巡检功能测评系统;

测试模块,搭建与所述量化测评体系相对应的巡检机器人性能测试环境,并基于每一个测评系统制定对应的测试方案,所述测试方案包括测试环境、测试任务、测试对象和测试指标;

量化测评模块,在设定的测试任务场景中,获取巡检机器人在不同测试任务场景下的多组量化评价数据,并构建巡检机器人性能量化测评指标,所述量化测评指标包括电池耗电性能指标、运动能力性能指标和巡检能力指标;

评价模块,根据所述量化测评指标构建巡检机器人的综合性能测评指标,并根据所述综合测评指标确定巡检机器人的性能等级。