1T/XXXX-人形機器人多模態(tài)感知模塊技術要求本文件規(guī)定了人形機器人多模態(tài)感知模塊的術語定義、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸及貯存。本文件適用于用于服務型、陪伴型、教育型及工業(yè)輔助型人形機器人的多模態(tài)感知模塊的研發(fā)、制造、檢測和應用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T191包裝儲運圖示標志GB/T2423電工電子產品環(huán)境試驗GB/T1043.1-2008塑料簡支梁沖擊性能的測定第1部分:非儀器化沖擊試驗GB/T2423.1-2008電工電子產品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗A：低溫GB/T2423.2-2008電工電子產品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗B：高溫GB/T2828.1計數(shù)抽樣檢驗程序第1部分：按接收質量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃GB/T4208外殼防護等級（IP代碼）GB/T9969工業(yè)產品使用說明書總則GB/T17626.2電磁兼容試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗GB/T17626.3-2023電磁兼容試驗和測量技術第3部分:射頻電磁場輻射抗擾度試驗GB/T38244-2019機器人安全總則3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1多模態(tài)感知模塊通過整合兩種或兩種以上不同類型傳感器（如視覺、聽覺、觸覺、力覺等）的信息，形成對環(huán)境、任務和自身狀態(tài)統(tǒng)一、冗余、互補理解的技術。3.2感知模塊2T/XXXX-包含傳感器硬件、數(shù)據(jù)采集單元、預處理軟件及基礎感知算法的功能單元。3.3時空同步確保不同傳感器數(shù)據(jù)在時間戳和空間坐標系上保持一致性的過程。3.4三維SLAM同步定位與地圖構建技術的三維實現(xiàn)，可在未知環(huán)境中實時構建三維環(huán)境地圖，并同步確定模塊自身在地圖中的位置。3.5點云格式互轉將點云數(shù)據(jù)在PLY、LAS、PCD等格式間轉換，且保持數(shù)據(jù)的坐標、屬性等信息完整無失真。4系統(tǒng)架構人形機器人多模態(tài)感知模塊是通過整合兩種及以上不同類型傳感器（視覺、聽覺、觸覺、力覺等）信息，形成對環(huán)境、任務和自身狀態(tài)統(tǒng)一、冗余、互補理解的技術單元，包含傳感器硬件、數(shù)據(jù)采集單元、預處理軟件及基礎感知算法，核心技術環(huán)節(jié)涵蓋感知采集數(shù)據(jù)、時空同步、三維SLAM、定位與導航、目標檢測識別、點云格式互轉。圖1系統(tǒng)架構圖5技術要求5.1一般要求T/XXXX-35.1.1感知模塊應符合GB/T38244-2019的安全要求，不得存在電擊、機械傷害、火災等安全隱患。5.1.2感知模塊的外形尺寸、安裝接口應與所適配人形機器人的設計要求一致，接口類型（如電源接口、數(shù)據(jù)接口）應明確標注，且具備防誤插設計。5.1.3感知模塊的外殼材質應具備一定的抗沖擊性（抗沖擊強度不低于10kJ/m2)和耐腐蝕性，在正常使用環(huán)境下無開裂、變形、銹蝕等現(xiàn)象。5.2電氣性能5.2.1模塊的供電電壓應在9V～36VDC。5.2.2模塊的功耗應不大于30W。5.2.3模塊應具備過壓、過流、反接保護功能5.2.4模塊的防護等級宜符合GB/T4208中IP54及以上等級。5.3硬件配置5.3.1控制器模塊應配置高性能工業(yè)控制器，支持選配NVIDIAJetson系列平臺如（JetsonAGXOrin、JetsonXavierNX）等。5.3.2激光雷達5.3.2.1模塊應能適配Ouster系列激光雷達（如OS1、OS2支持激光雷達參數(shù)（掃描頻率、角分辨率等）的靈活配置。5.3.2.2模塊應能適配速騰系列激光雷達（如RS-LiDAR-16、RS-LiDAR-32且能正確解析激光雷達輸出的原始數(shù)據(jù)。5.3.2.3激光雷達掃描誤差精度應不大于3cm。5.3.3GPS、IMU、視覺傳感器及語音模塊擴展5.3.3.1GPS擴展應支持北斗、GPS雙模定位，定位精度應不低于1m（靜態(tài)條件下）。5.3.3.2慣性測量單元（IMU）擴展支持角速度測量范圍應不小于±2000°/s，加速度測量范圍應不5.3.3.3視覺傳感器擴展支持分辨率應不低于1920×1080，幀率應不低于30fps。5.3.3.4語音模塊擴展支持語音采集頻率應不低于16kHz，支持離線語音識別功能。5.3.4機械臂、電機、運動底盤5.3.4.1機械臂擴展支持至少6自由度控制，控制精度應不低于0.1mm。5.3.4.2電機擴展支持轉速調節(jié)范圍應不小于0-3000r/min。5.3.4.3運動底盤擴展支持速度控制范圍應不小于0-1m/s，支持轉向角度控制。T/XXXX-45.3.5接口模塊應至少具備以下接口：RJ45、USB、Type-C、HDMI、DB15、6Pin同步端子、DC_IN電源接口。5.4軟件與算法5.4.1操作系統(tǒng)與通信框架5.4.1.1應支持Ubuntu20.04操作系統(tǒng)，5.4.1.2應支持ROS1和ROS2框架。5.4.1.3應提供ROS1與ROS2之間的通信橋接功能。5.4.2算法5.4.2.1多傳感器配置5.4.2.1.1應支持多傳感器參數(shù)的可視化配置。5.4.2.1.2應支持傳感器數(shù)據(jù)的實時采集和預處理。5.4.2.1.3應支持傳感器校準功能，包括內參校準和外參校準。5.4.2.1.4應具備多傳感器數(shù)據(jù)融合功能。5.4.2.1.5多傳感器時間同步精度應不低于1ms。5.4.2.1.6應支持硬件觸發(fā)同步和軟件時間戳同步兩種方式。5.4.2.2三維SLAM建圖算法5.4.2.2.1應至少支持兩種及以上三維SLAM算法。5.4.2.2.2相對定位誤差不大于0.5%。5.4.2.2.3最大建圖范圍：不小于500m×500m。5.4.2.2.4在典型環(huán)境下，建圖幀率不低于5Hz。5.4.2.3障礙物檢測與避障導航5.4.2.3.1模塊應能實現(xiàn)障礙物檢測功能。5.4.2.3.2模塊應能實現(xiàn)避障導航功能，支持動態(tài)障礙物避障。5.4.2.4點云數(shù)據(jù)處理5.4.2.4.1模塊應能導出點云數(shù)據(jù)，導出過程中數(shù)據(jù)無丟失、無損壞。5.4.2.4.2模塊應支持PLY、LAS、PCD格式的點云數(shù)據(jù)互轉，轉換后的數(shù)據(jù)在坐標、屬性等信息上應與原始數(shù)據(jù)一致。5.4.2.4.3模塊應具備點云配準算法功能，支持粗配準與精配準。5.4.2.5目標檢測、分類與識別T/XXXX-55.4.2.5.1模塊應支持基于激光雷達與視覺相機的目標檢測、分類與識別功能。5.4.2.5.2模塊應具備圖像識別算法功能，支持常見物體、場景的識別。5.5環(huán)境適應性要求5.5.1工作溫度：-10℃~50℃,在該溫度范圍內，感知模塊各項功能正常，性能指標偏差不超過額定值的10%。5.5.2工作濕度：20%RH~90%RH，在該濕度范圍內，感知模塊無短路、漏電現(xiàn)象，性能指標符合要求。5.6電磁兼容性5.6.1靜電放電抗擾度：符合GB/T17626.2-2018中接觸放電±8kV、空氣放電±15kV的要求，試驗后功能正常。5.6.2射頻電磁場輻射抗擾度：符合GB/T17626.3-2016中3V/m（80MHz~1GHz）、10V/m（1GHz~2GHz）的要求，試驗后性能指標偏差不超過15%。5.7可靠性5.7.1平均無故障工作時間（MTBF不低于5000h。5.7.2使用壽命：在正常使用和維護條件下，感知模塊的使用壽命不低于8000h。5.7.3故障恢復：當模塊出現(xiàn)非硬件損壞類故障（如軟件異常）時，應能在30s內自動恢復正常功能；若無法自動恢復，應輸出明確故障提示信號。6試驗方法6.1一般要求6.1.1安全要求檢驗：按照GB/T38244-2019的要求進行電擊、機械傷害等安全項目測試，確認無安全隱患。6.1.2外形與接口檢驗：采用卡尺、千分尺測量外形尺寸，核對安裝接口與設計圖紙的一致性；通過插拔試驗（插拔次數(shù)不少于50次）檢驗防誤插設計有效性。6.1.3外殼材質檢驗：按照GB/T1043.1-2008的方法測試抗沖擊強度。6.1.4將外殼浸泡在5%氯化鈉溶液中24h，觀察是否有銹蝕、變形現(xiàn)象。6.2電氣性能6.2.1使用直流電源為模塊供電，將電壓分別設置為9V、36V以及9V到36V之間的多個任意值，測量模塊是否能正常工作。6.2.2在模塊正常工作狀態(tài)下，使用功率測量儀測量模塊的輸入功率，記錄其最大功率消耗，確保不大于30W。6.2.3以1V/s的速率逐步提升輸入電壓，觀察模塊的工作狀態(tài)，記錄當電壓超過36V時，模塊是否能在0.5s內切斷電源，停止工作。T/XXXX-66.2.4使用電流發(fā)生器，逐漸增大模塊的輸入電流，監(jiān)測模塊的工作狀態(tài)和電流值。當電流超過模塊的額定電流一定比例時，觀察模塊是否能及時觸發(fā)保護機制，切斷電路或限制電流，記錄動作電流值和動作時間。6.2.5通過機械繼電器陣列或其他合適的方式，將模塊的電源正負極性反接，觀察模塊是否能在50ms內阻斷輸出，且模塊是否有損壞現(xiàn)象，重復多次試驗以驗證其可靠性。6.2.6模塊的防護等級的測試按GB/T4208的規(guī)定執(zhí)行。6.3硬件配置6.3.1控制器在模塊配置的工業(yè)控制器上，運行單精度浮點運算性能測試工具（如CaffeBenchmark連續(xù)測試3次，若單次測試結果均不低于10TFLOPS，且內存容量檢測不小于8GB、存儲容量檢測不小于64GB，則判定控制器性能符合要求。6.3.2激光雷達6.3.2.1分別連接Ouster系列（OS1）、速騰系列（RS-LiDAR-16）激光雷達，檢查激光雷達是否能正常響應配置指令，采集激光雷達輸出數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)解析的正確性。6.3.2.2在標準測試場地，控制激光雷達對不同距離的標靶進行掃描，記錄掃描獲取的標靶位置數(shù)據(jù)，計算與實際位置的偏差，驗證掃描精度是否符合5.3.2.3要求。6.3.3GPS、IMU、視覺傳感器及語音模塊擴展6.3.3.1分別接入GPS、IMU、視覺傳感器、語音模塊，檢查模塊是否能正確識別新增傳感器。6.3.3.2通過數(shù)據(jù)采集軟件獲取傳感器輸出數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)的完整性與穩(wěn)定性。6.3.3.3測試GPS在靜態(tài)條件下的定位精度。6.3.3.4測試IMU的角速度與加速度測量范圍。6.3.3.5測試視覺傳感器的分辨率與幀率。6.3.3.6測試語音模塊的采集頻率與識別功能。6.3.4機械臂、電機、運動底盤6.3.4.1分別連接機械臂、電機、運動底盤，通過模塊控制界面下發(fā)控制指令（如機械臂運動角度、電機轉速、底盤速度與轉向檢查執(zhí)行器是否能準確響應指令。6.3.4.2接收執(zhí)行器的狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，驗證反饋數(shù)據(jù)的準確性，與5.3.3.2要求對比。6.3.5接口通過測接線檢測上述接口是否能正常使用。6.4軟件與算法6.4.1操作系統(tǒng)與通信框架T/XXXX-76.4.1.1在模塊上安裝Ubuntu20.04LTS操作系統(tǒng)，記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)，檢查是否有死機、異常報錯。6.4.1.2分別搭建ROS1（Noetic）與ROS2（Foxy）測試環(huán)境，運行傳感器數(shù)據(jù)發(fā)布節(jié)點、算法處理節(jié)點、數(shù)據(jù)接收節(jié)點，測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。6.4.1.3通過ROS1-ROS2橋接工具，實現(xiàn)跨框架數(shù)據(jù)交互，測量數(shù)據(jù)傳輸延遲。6.4.1.4模擬高負載場景（同時運行多個ROS節(jié)點持續(xù)運行24小時，檢查框架是否穩(wěn)定，無節(jié)點崩潰、數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。6.4.2算法6.4.2.1多傳感器配置6.4.2.1.1打開模塊配置界面，檢查是否可通過圖形界面設置各傳感器參數(shù)（如激光雷達幀率、相機曝光時間修改參數(shù)后傳感器能正確響應即符合要求。6.4.2.1.2啟動采集功能，連續(xù)10分鐘監(jiān)測各傳感器數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)日志確認數(shù)據(jù)實時更新且無丟失，同時檢查預處理結果（如點云去噪、圖像畸變校正）是否有效。6.4.2.1.3使用模塊校準工具，分別完成相機內參（棋盤格標定）、激光雷達-相機外參（手眼標定）校準，生成校準報告。6.4.2.1.4觀察系統(tǒng)是否輸出融合后的數(shù)據(jù)，連續(xù)30分鐘記錄數(shù)據(jù)，確認融合結果穩(wěn)定無跳變。6.4.2.1.5使用高精度時間分析儀（精度0.1ms測量各傳感器數(shù)據(jù)時間戳與系統(tǒng)基準時間的偏差，連續(xù)采樣1000次，計算最大偏差≤1ms即合格。6.4.2.2三維SLAM建圖算法在100m×100m已知尺寸的室內外典型環(huán)境中，分別運行模塊支持的三維SLAM算法連續(xù)建圖30分鐘，檢查系統(tǒng)是否能成功加載兩種及以上算法的啟動與運行。a)對比建圖結果中已知距離標志物的測量值與實際值，計算誤差是否≤0.5%；b)在空曠無遮擋區(qū)域測試，確認地圖覆蓋范圍可擴展至500m×500m以上；c)通過ROS1/ROS2的rostopichz命令監(jiān)測地圖發(fā)布頻率，確保不低于5Hz。6.4.2.3障礙物檢測與避障導航6.4.2.3.1在測試區(qū)域內布置靜態(tài)障礙物，啟動模塊檢測功能，記錄對靜態(tài)障礙物的識別情況。6.4.2.3.2設定起點至終點的直線路徑，啟動導航功能，觀察模塊是否能規(guī)劃繞行路徑并成功避開靜態(tài)障礙物。6.4.2.3.3在導航過程中，讓動態(tài)障礙物從側面切入路徑，觀察模塊是否能識別并調整路徑，避免碰撞。6.4.2.4點云數(shù)據(jù)處理6.4.2.4.1將數(shù)據(jù)導入模塊，執(zhí)行導出操作，對比導出文件與原始文件的點數(shù)量及屬性信息，確認無丟失、無損壞。T/XXXX-86.4.2.4.2將導出的點云文件依次轉換為PLY、LAS、PCD格式，使用點云查看工具檢查各格式文件的坐標值和屬性信息，與原始數(shù)據(jù)一致則合格。6.4.2.4.3選取兩組存在位姿差異的同源點云，分別執(zhí)行粗配準和精配準，配準后計算兩組點云的平均距離誤差，且配準過程無崩潰。6.4.2.5目標檢測、分類與識別6.4.2.5.1啟動模塊激光雷達與視覺相機融合檢測功能，對測試集進行檢測，統(tǒng)計目標檢出率。6.4.2.5.2檢查系統(tǒng)是否能對檢測到的目標進行分類。6.4.2.5.3物體的圖像測試集進行識別，記錄識別準確率。6.5環(huán)境適應性按GB/T2423.1-2008和GB/T2423.2-2008的規(guī)定執(zhí)行。6.6電磁兼容性6.6.1按GB/T17626.2的規(guī)定進行靜電放電試驗。6.6.2按GB/T17626.3的規(guī)定進行射頻電磁場輻射抗擾度試驗。6.7可靠性6.7.1MTBF測試：采用定時截尾試驗方法，將模塊置于正常工作環(huán)境，連續(xù)運行1000h，記錄故障次數(shù)，按照可靠性統(tǒng)計方法計算MTBF。6.7.2使用壽命測試：模擬正常使用工況（每天運行8h累計運行8000h，期間定期（每1000h）測試性能指標，確認是否符合要求。6.7.3故障恢復測試：人為注入軟件異常（如數(shù)據(jù)傳輸中斷記錄模塊自動恢復時間；若無法自動恢復，檢查故障提示信號是否明確。7檢驗規(guī)則7.1檢驗分類檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。檢驗項目如表1所示。表1檢驗項目1√-2√-