JJF(京) 182-2025 物流机器人位姿计量性能校准规范

　　北京市地方计量技术规范

　　JJF(京)182—2025

　　物流机器人位姿计量性能校准规范

　　Calibrationspecificationforposemetrologicalpropertiesoflogisticsrobots

　　2025-06-13 发布 2025-07-01实施

　　北京市市场监督管理局发 布

　　物流机器人位姿计量性能校准规范

　　CalibrationSpecification for Pose

　　MetrologicalPropertiesofLogisticsRobot

　　归口单位：北京市市场监督管理局

　　主要起草单位：北京市计量检测科学研究院北京物资学院

　　参加起草单位：国家智能网联汽车创新中心北京朴津智能科技有限公司

　　北京极智嘉科技股份有限公司

　　本规范委托北京市计量检测科学研究院负责解释

　　本规范主要起草人：

　　刘艳红(北京市计量检测科学研究院)黄 艳(北京市计量检测科学研究院)

　　李俊韬(北京物资学院)参加起草人：

　　许 原(北京市计量检测科学研究院)

　　朱 强(国家智能网联汽车创新中心)

　　霍盈盈(北京朴津智能科技有限公司)

　　李洪波(北京极智嘉科技股份有限公司) 目录

　　引言 II

　　1范围 1

　　2引用文件 1

　　3术语 1

　　4概述 1

　　5计量特性 2

　　6校准条件 3

　　6.1环境条件 3

　　6.2 测量标准及其他设备 3

　　7 校准项目和校准方法 3

　　7.1校准项目 3

　　7.2校准方法 3

　　8 校准结果表达 7

　　9复校时间间隔 8

　　附录A 9

　　附录B 10

　　附录C 11 引言

　　本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011《通用计量术语及定义》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》为基础性系列规范进行编写。

　　本规范为首次发布。 物流机器人位姿计量性能校准规范

　　1范围

　　本规范适用于室内外定位且室内定位方式为视觉或者激光雷达的物流机器人定位定姿性能的校准。

　　2引用文件

　　GB/T 41402-2022《物流机器人信息系统通用技术规范》

　　T/AIIA 001-2020《移动机器人定位导航性能评估规范》

　　凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用本规范;凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。

　　3术语

　　3.1 物流机器人 logistics robot

　　具备运输或操作能力，以轮式移动为特征，基于环境标记物或外部导引信号，沿预设路线运动的自主移动设备。

　　[来源GB/T 41402—1422，3.11]

　　3.2 正常工作状态 normal operatingstatus

　　机器人制造商规定的使用环境下正常运行的状态。

　　[来源T/AIIA 001-2020 3.1.2]3.4 位姿pose

　　空间位置和姿态的合称，包含三个位置和三个姿态角信息。对于在平面场地工作的物流机器人，位姿可以简化为二维平面坐标和物流机器人航向角的合称。

　　[来源 T/AIIA 001-2020 3.3.2]

　　3.5 定位偏差positionoffset

　　定位偏差指物流机器人定位终端输出的定位值与参考位置值的偏差。

　　3.6 姿态偏差 attitudeoffset

　　姿态偏差指物流机器人定位终端航向角与参考航向角的偏差。

　　4概述

　　物流机器人被广泛应用于物流行业及各大主流电商的仓库存储、分拣中心和运输等操 作场景，主要完成装卸、搬运、存储、分拣和运输等工作。其主要由控制系统、动力系统、导航导引系统和通讯系统等四部分组成。导航导引系统用于实现自动导航功能，使其能够准确地到达指定位置，通常由定位系统，地图系统和路径规划系统三部分组成。

　　物流机器人定位系统，也即物流机器人定位终端，通常由轮速编码器、RTK 系统、激光雷达、IMU、视觉等传感器和数据融合模块等部分组成。RTK 系统提供位置、速度和航向信息，轮速编码器提供轮速定位信息，激光雷达通过和已知的点云地图配准提供激光定位信息，IMU 提供瞬时加速度和角速度信息，数据融合模块根据各传感器的适用场景进行融合并输出实时定位信息。面对不同的应用场景，系统自动匹配选择不同的传感器进行融合，实现定位功能，被广泛应用于室内、室外配送。定位终端基本结构和工作原理如图1所示。

　　轮速编码器

　　位置速度

　　位置

　　点云

　　激光雷达

　　IMU

　　特征点坐标

　　视觉

　　不同应用场景匹配选择不同传感器

　　图1 物流机器人定位终端基本结构和工作原理

　　5计量特性

　　仪器各项计量特性指标见表1。

　　表1 物流机器人定位终端计量特性指标

　　计量特性 技术指标 数据平均更新频率 ≥1Hz 定位偏差 ≤15cm 定姿偏差 ≤5° 注：以上计量特性要求仅供参考，不作为判定依据 6 校准条件

　　6.1环境条件

　　6.1.1 环境温度：(0～40)℃。

　　6.1.2 相对湿度：0%～85%。

　　6.2测量设备

　　6.2.1 GNSS 信号模拟器

　　支持系统：支持被测物流机器人所用的GNSS 系统，至少需包含GPS L1 和L2频点;

　　信号功率：输出范围 (-160～-110)dBm;绝对功率误差：±2dB;

　　伪距精度：≤10mm;

　　支持双天线应用;

　　支持模拟基准站差分电文输出。

　　6.2.2 全站仪

　　测距重复性：0.1mm;

　　测距示值误差：≤1mm。

　　6.2.3 三维移动激光扫描仪扫描范围：1.5m-620m;

　　空间距离示值误差：≤6mm。

　　6.2.4 棋盘方格板

　　标准长度精度：≤2mm。

　　7 校准项目和校准方法

　　7.1校准项目

　　校准项目及对应校准方法见表2。

　　表2 校准项目及对应校准方法一览表

　　序号 校准项目名称 校准方法对应条款 1 外观及功能检查 7.2.1 2 数据更新频率 7.2.2 3 定位偏差 7.2.3 4 姿态偏差 7.2.4 7.2校准方法

　　7.2.1 外观及工作正常性检查 用目测的方法检查物流机器人的外观和结构。被校物流机器人不应有影响其正常运行的故障和异常现象。文字、符号及标志应清晰、规范。金属件无锈蚀、损伤等缺陷。表面无凹痕、划伤、裂痕、变形及严重污染等缺陷。

　　7.2.2 数据更新频率

　　在物流机器人正常工作状态下，采集物流机器人定位终端输出的数据并存储，采集个数不少于600 个。由公式(1)计算数据更新频率f。

　　f(1)

　　式中：

　　f-数据更新频率，单位为Hz;

　　t1 --定位数据的第一个数据对应的时间标签，时间格式为UTC时间;

　　t2-定位数据的最后一个数据对应的时间标签，时间格式为UTC时间;

　　n -定位数据个数。

　　7.2.3定位偏差

　　定位偏差校准时，模拟测量法是针对物流机器人RTK 系统的校准测试，实景测量法是针对物流机器人定位终端的校准测试，可根据实际情况任选其一即可。

　　7.2.3.1 模拟测量法

　　通信链路模拟器控制主机

　　播发RTCM差分数据

　　射频定位信号

　　导航信号模拟通道1

　　被校RTK系统流动站接收机

　　射频定向信号

　　导航信号模拟通道2

　　图2RTK系统校准接线图

　　(a)按图2 进行连接，将卫星导航模拟器上电。将导航信号模拟器设置一固定基准站：模拟基准站差分电文数据输出，将输出的差分数据连接到RTK 系统流动站接收机串口(差 分电文数据格式推荐使用RTCM数据格式);

　　(b)将导航信号模拟通道1 输出的射频定位信号连接到RTK 系统流动站接收机定位天线接口：起始点距基准站小于50 km;将导航信号模拟通道2 输出射频定向信号连接到RTK系统流动站接收机定向天线接口;RTK 系统双天线安装方式配置可根据物流机器人实际值设置;模拟器仿真直线运动用户轨迹(仿真速度可设置为物流机器人操作手册规定的最大速度);

　　(c)打开被校RTK 系统，将被校RTK系统设置为差分状态(定位信息数据格式推荐使用NMEA-0183GGA 数据格式);

　　(d)待被校RTK 系统差分定位输出正常后，测量并记录流动站输出的定位信息(xi,yi)及对应的模拟器输出的流动站的定位信息(x0i,y0i)，测量点数不少于1000 个，采样频率不低于1Hz。按公式(2)计算定位偏差δp 。

　　式中：

　　xi,yi--地心地固空间直角坐标系下，RTK 系统测量的第i 个位置点的二维位置，单位为米(m);

　　x0i,y0i--地心地固空间直角坐标系下，模拟器仿真的第i个位置点的二维坐标，单位为米(m)，其中x0i,y0i 和xi,yi是同一时间点的定位值;

　　n--测量数据个数。

　　7.2.3.2 室内实景测量法

　　棋盘方格板棋盘方格板棋盘方格板

　　x

　　全站仪独立坐标系

　　图4室内测试图

　　(a)如图4 所示，挑选一个至少60m长， 2m宽的室内区域作为测试场地，然后在墙面上每隔30 米粘贴棋盘方格板，每块棋盘方格板中两个黑色方格板的交点作为控制点，棋盘方格板粘贴高度可根据物流机器人高度调整，使物流机器人能够观测到棋盘方格板(控制点个数m≥3);

　　(b)用全站仪在室内建立一个独立坐标系，然后测出布设的控制点三维坐标，取东北向坐标值作为控制点的二维坐标 ( λ0i, μ0i)，(独立坐标系建立遵循右手定则，建议坐标原点O 选在全站仪激光对中器垂直打在地面点位置处，然后在地面上任意选择一个点，这个点和原点的连线就是假定Y 轴北方向，最后用全站仪放样功能找到假定北方向的顺时针90北建立X 轴东方向);

　　(c)用三维移动激光扫描仪扫描测试场地，并记录布设在墙面上的控制点，生成点云;

　　(d)将全站仪测量得到的控制点三维坐标导入三维移动激光扫描仪数据处理软件中，校准点云中由于偏移而带来的失真，生成独立坐标系下精度更高的点云数据;

　　(e)物流机器人定位终端利用步骤(d)得到的点云数据进行定位，并测量计算墙面上控制点的三维坐标，取东北向坐标值作为控制点的二维坐标( λi , μi);

　　(f)按公式(4)计算物流机器人定位偏差(p)。

　　式中：

　　λ0i, μ0i--全站仪测量得到的第i 个控制点的二维坐标，单位为米;

　　λi, μi--物流机器人定位终端测量得到的第i 个控制点的二维坐标，单位为米;m --控制点个数。

　　注：室内指GNSS 无信号的室内区域。

　　7.2.4 姿态偏差

　　(a)连接设置与7.2.3.1(a)-(c)相同。

　　(b)待被校RTK系统流动站航向角信息输出正常后，测量并记录被校RTK 系统流动站输出航向角θi及对应的模拟器输出的流动站的航向角θ0i，测量点数不少于1000 个，采样频率不低于1Hz。按公式(4)计算姿态偏差δθ。

　　式中：

　　θi --RTK系统流动站测量的第i 个位置点的航向角，单位为度 (°);

　　θ0i--模拟器仿真的第i 个位置点的航向角，单位为度 (°),其中θi 和θ0i是同一时间点的航向角。

　　8 校准结果表达

　　校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息：

　　a) 标题： “校准证书”;

　　b)实验室名称和地址;

　　c) 进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

　　d)证书或报告的唯一性标识(如编号)，每页及总页数的标识;

　　e) 客户的名称和地址;

　　f)被校对象的描述和明确标识;

　　g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期; h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明;

　　i) 校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;

　　j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;

　　k)校准环境的描述;

　　l)校准结果及其测量不确定度的说明;

　　m)对校准规范偏离的说明;

　　n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识以及签发日期;

　　o)校准结果仅对被校对象有效的声明;

　　p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

　　9 复校时间间隔

　　建议复校时间间隔一般不超过一年。复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等因素决定，送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。如果仪器经维修、更换重要部件或对仪器性能有怀疑时，应重新校准。 附录A

　　原始记录格式

　　委托单位 被校设备 校准地点 环境条件 校准时间 校准人员 核验人员 校准依据 校准仪器

　　校准项目 □外观及工作正常性检查

　　□数据更新频率

　　□定位偏差

　　□姿态偏差

　　A.1 外观和工作正常性检查

　　外观：和完好 和损坏 工作正常性检查：正正常 正异常

　　A.2 数据平均更新频率

　　数据更新频率(Hz) 测量不确定度U(Hz)

　　A.3 定位偏差

　　定位偏差(m) 测量不确定度U(m)

　　A.4姿态偏差

　　姿态偏差(°) 测量不确定度U(°) 附录B

　　校准证书(内页)格式

　　B.1 外观和工作正常性检查

　　外观：和完好 和损坏 工作正常性检查：正正常 正异常

　　B.2 数据平均更新频率

　　数据更新频率(Hz) 测量不确定度U(Hz)

　　B.3 定位偏差

　　定位偏差(m) 测量不确定度U(m)

　　B.4姿态偏差

　　姿态偏差(°) 测量不确定度U(°) 附录C

　　测量结果的不确定度评定示例

　　概述

　　本规范给出了物流机器人定位终端的数据更新频率、定位偏差和姿态偏差的校准方法，其中数据更新频率多次测量结果不会变化，因此其测量不确定度为0。下面对模拟测量法的定位偏差和姿态偏差的测量不确定度给出评定示例。

　　C.1定位偏差不确定度评定

　　C.1.1 测量模型

　　令Δx = (x-x0 ) ，Δy = (y-y0)

　　根据不确定度传播定律，校准合成不确定度如式(C.2)所示。

　　式中

　　u(Δx) 、u(Δy)分别为Δx，Δy的标准不确定，m或mm。Δx，Δy的不确定度主要来源相同，公式(C.2)可表示为：

　　u(δp ) = u(Δx) (C.3)

　　C.1.2 不确定度来源及评定

　　Δx，Δy的不确定度主要来源相同，包括模拟器引入的不确定度;RTK 系统定位信息分辨力引入的不确定度;测量重复性引入的不确定度。

　　C.1.2.1 模拟器引入的不确定度u1

　　根据模拟器说明书，模拟器伪距分辨力为0.001 m，按B 类方法评定，区间半宽度a =0.0005 m ，视其为均匀分布，包含因子k=、，则：

　　C.1.2.2 RTK 系统定位信息分辨力引入的不确定度u2

　　根据某型RTK 系统说明书，RTK 系统定位信息分辨力为0.0005 m，按B 类方法评定，区间半宽度a =0.00025 m ，视其为均匀分布，包含因子k，则：

　　C.1.2.3 测量重复性引入的不确定度u3

　　在相同的实验条件下，重复测量10次，重复性用贝塞尔公式计算为：

　　则：

　　C.1.2.4 标准不确定度汇总表

　　表C.1 标准不确定度汇总表

　　不确定度来源 类型 值 因子 标准不确定度 模拟器引入的不确定度u1 B 0.001m 0.00029 m RTK系统定位信息分辨力u2 B 0.0005 m 0.00014 m 测量重复性u3 A 0.00051 m 0.00051 m 以上各不确定度互不相关，合成标准不确定度为：

　　C.1.2.5 扩展不确定度

　　U =kuc ，取包含因子k=2，U =2×0.0006 m=0.0012 m

　　C.2 姿态偏差不确定度评定 C.2.1 测量模型

　　(C.9)

　　令Δz=(z-z0 )

　　误差传播公式

　　u(δθ) =u(Δz)(C.10)

　　式中：

　　u(Δz)--Δz的标准不确定度。

　　C.2.2 不确定度来源及评定

　　Δz的不确定度主要来源包括模拟器引入的不确定度;RTK 系统角度测量信息分辨力引入的不确定度;测量重复性引入的不确定度。

　　C.2.2.1 模拟器引入的不确定度u1

　　根据模拟器说明书，模拟器角度测量分辨力为0.02°,按B类方法评定，包含因子k，则：

　　u(C.11)

　　C.2.2.2 RTK 系统角度测量信息分辨力引入的不确定度u2

　　根据某型RTK系统说明书，RTK系统角度测量信息分辨力为0.001°,按B 类方法评定，包含因子k，则：

　　u(C.12)

　　C.2.2.3 测量重复性引入的不确定度u3

　　测量结果的重复性引入的测量不确定度估计为：

　　u3 =0.0004° (C.13)

　　C.2.2.4 标准不确定度汇总表

　　表C.2 标准不确定度汇总表

　　不确定度来源 类型 值 因子 标准不确定度 模拟器引入的不确定度u1 B 0.02° 3 0.0115° RTK系统角度测量信息分辨力u2 B 0.001° 3 0.00057° 测量重复性u3 A 0.0004° / 0.0004° 以上各不确定度互不相关，合成标准不确定度为：

　　C.2.2.5 扩展不确定度

　　U =kuc ，取包含因子k=2，U=2×0.0115° =0.023°。