ISO 18646-22024 机器人服务机器人的性能标准和相关试验方法第2部分导航标准立项发展报告

机器人服务机器人的性能标准和相关试验方法第2部分：导航标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Robotics—PerformanceCriteriaandRelatedTestMethodsforServiceRobots—Part2:Navigation摘要关键词：服务机器人；导航性能；性能评价标准；试验方法；ISO18646-2；国际标准化Keywords:ServiceRobots;NavigationPerformance;PerformanceEvaluationStandards;TestMethods;ISO18646-2;InternationalStandardization一、引言1.1研究背景服务机器人是除工业自动化生产以外、为人类或设备提供有用操作的机器人总称。近年来，全球服务机器人市场呈现爆发式增长态势。据国际机器人联合会（IFR）统计，2023年全球服务机器人销售额已突破200亿美元，专业服务机器人和消费服务机器人的销量均创历史新高。在技术层面，同步定位与建图（SLAM）、视觉导航、激光雷达感知、路径规划与避障算法等关键技术日趋成熟，具备自主导航能力的服务机器人已实现大规模商业化落地。然而，与服务机器人产业的蓬勃发展形成鲜明对照的是，其性能评价标准化工作长期滞后。不同厂商在宣传产品导航性能时，往往采用各自的测试环境和评价指标，导致用户难以进行横向比较，采购方无法有效验证产品性能指标的真实性和可靠性。在跨境电商和全球供应链日益普及的背景下，缺乏统一的国际标准也增加了国际贸易中的合规成本和信任成本。因此，制定专门针对服务机器人导航性能的国际标准，已成为产业发展和国际合作的迫切需求。1.2标准立项背景ISO18646系列标准是国际标准化组织ISO/TC299（机器人技术委员会）框架下专门针对服务机器人性能评价制定的系列标准。该系列标准的第1部分（ISO18646-1）聚焦于服务机器人的定位与抓取性能，于2016年首次发布。在此基础上，ISO/TC299经过多年技术研讨和试验验证，针对服务机器人导航这一核心技术能力开展专项标准制定工作，最终形成了ISO18646-2:2024。导航能力是服务机器人实现自主移动的基石，其性能优劣直接影响机器人在真实应用场景中的任务完成质量、运行效率和安全性。ISO18646-2:2024的发布，是对ISO18646-1的重要补充和延伸，标志着服务机器人性能评价标准体系的进一步完善。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO18646-2:2024||英文名称|Robotics—Performancecriteriaandrelatedtestmethodsforservicerobots—Part2:Navigation||中文名称|机器人——服务机器人的性能标准和相关试验方法——第2部分：导航||标准状态|现行（Published）||发布机构|国际标准化组织（ISO）||所属技术委员会|ISO/TC299（机器人技术委员会）||分类号|工业机器人、机械手（25.040.30）||发布日期|2024年1月22日||发布年份|2024年||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类号|25.040.30|2.2标准定位与适用范围ISO18646-2:2024规定了服务机器人导航性能的评价指标体系和相应的试验方法。该标准适用于各类具备自主导航功能的服务机器人，包括但不限于：室内移动服务机器人（如清洁机器人、导引机器人）、室外巡检机器人、物流配送机器人以及医疗辅助移动机器人等。标准的核心目标在于建立一套可重复、可比较、可验证的导航性能测试框架，使不同制造商生产的不同型号机器人能够在统一的测试条件下进行性能评估和横向对比。该标准既适用于制造商进行产品研发过程中的性能验证，也适用于第三方检测机构进行质量监督和认证评估。三、标准主要内容与技术框架3.1导航性能指标体系ISO18646-2:2024构建了一套系统性的导航性能评价指标体系，涵盖以下几个核心维度：（1）路径跟随精度路径跟随精度用于衡量机器人在按预设路径行驶过程中与实际路径之间的偏差程度。标准中定义了横向偏差、纵向偏差和航向角偏差等具体指标，并规定了在直线段、曲线段和转角处的不同测量方法。该项指标直接反映机器人的运动控制精度，是导航性能最基本的评价维度。（2）定位精度与重复定位精度定位精度是衡量机器人对自身位置估计准确性的关键指标，通常通过将机器人导航至目标点后，测量其实际到达位置与目标位置之间的偏差来评估。重复定位精度则关注同一条件下多次导航任务结果的一致性。标准中详细规定了适用于不同定位技术（如激光SLAM、视觉SLAM、惯性导航等）的测试场景和误差计算方法。（3）避障能力避障能力测试旨在评价机器人在动态和静态障碍物环境中安全有效地规划路径并到达目标点的能力。标准中设定了多种典型障碍物布局场景，包括静态障碍物绕行、突发动态障碍物避让、窄通道通行等情形，并统一了障碍物的尺寸、材质和摆放位置，以确保测试结果的可比性。（4）导航任务完成时间在满足精度和安全性要求的前提下，机器人完成规定导航任务所需的时间也是衡量其运行效率的重要指标。标准中明确规定了测试路径的总长度、转弯次数和难度系数，使得不同机器人的任务完成时间具有同等的比较基准。（5）鲁棒性与环境适应性考虑到服务机器人实际工作环境的多样性，标准还设置了在光照变化、地面材质变化、人流通行密度变化等条件下的附加测试项，以评估机器人在非理想环境条件下的导航性能保持能力。该项指标对于机器人在真实商业环境中的应用效果评估尤为重要。3.2试验条件与方法为确保测试结果的可重复性和实验室之间的可比性，ISO18646-2:2024对试验环境、测试设备、数据采集与处理方法等进行了严格规定。（1）试验场地要求标准推荐在标准化的室内试验场地中进行测试，场地尺寸、地面材质、环境光照、电磁干扰水平等均需满足规定的控制条件。对于需要进行室外测试的场景，标准也提供了环境条件记录和报告的规范要求。（2）测量设备与精度要求标准规定了用于测量机器人实际位置和轨迹的外部测量设备（如高精度运动捕捉系统、激光跟踪仪等）的最低位姿测量精度要求。通过确保测量设备的精度远高于待测机器人的导航精度，从而保证试验结果的准确性和有效性。（3）试验规程与数据报告标准详细规定了每一类试验的具体操作步骤、试验次数、数据采样频率和统计处理方法，并给出了标准化的试验报告模板。制造商或检测机构只需按照标准规定的流程执行测试，即可获得可量化、可比较的导航性能指标数据。3.3与相关标准的衔接ISO18646-2:2024并非孤立存在，而是与ISO其他机器人标准构成一个有机的整体。在ISO/TC299的标准体系中，该标准与以下文件存在紧密的技术关联：-ISO18646-1:2016：服务机器人定位与抓取性能的标准与试验方法，与本标准共同构成服务机器人基础性能评价框架；-ISO8373:2021：机器人词汇标准，为本标准提供了统一的术语定义基础；-ISO12100:2010：机械安全设计通则，为本标准中涉及的安全相关试验条件提供了参考；-ISO/TS15066:2016：协作机器人安全要求，在涉及人机共融环境下的导航测试时与该技术规范存在互补关系。此外，IEC61508（功能安全）和ISO10218系列（工业机器人安全）中关于系统安全性的通用原则，也为服务机器人在复杂环境中执行导航任务时的安全评价提供了参考框架。四、标准制定的主要参与单位4.1国际标准化组织ISO/TC299机器人技术委员会ISO/TC299（Robotics）是国际标准化组织下设的专门负责机器人领域标准制定的技术委员会，成立于2010年，秘书处由韩国技术标准署（KATS）承担。该委员会的职责范围覆盖除玩具和航空器之外的各类机器人，包括工业机器人、服务机器人以及面向各种应用场景的模块化机器人组件和系统。ISO/TC299的工作架构由多个工作组（WorkingGroups,WG）组成，其中与本标准直接相关的WG2（服务机器人）是负责服务机器人标准化工作的核心工作组。WG2的主要任务包括制修订服务机器人的词汇定义、安全要求、性能评价方法等关键技术标准。ISO18646-2:2024即是在WG2的主导下，联合多国专家经过多轮讨论和修订后最终形成的国际标准。4.2主要起草单位与技术贡献在ISO18646-2:2024的制定过程中，多个国家和组织的专家贡献了重要的技术力量。其中，以下机构在标准制定中起到了关键推动作用：（1）韩国机器人产业振兴院（KIRIA）作为ISO/TC299秘书处的承担单位，韩国在服务机器人标准化工作中表现活跃，为本标准的结构设计和试验方法验证提供了大量基础性工作。（2）日本产业技术综合研究所（AIST）日本作为全球机器人技术强国，在导航算法和传感器融合技术方面积累了丰富经验。AIST的专家团队在导航精度指标定义和测试场景设计方面为本标准作出了重要贡献。（3）德国FraunhoferIPA研究所FraunhoferIPA在机器人性能测试和评估方法方面具有深厚的研究积累，其在试验规程设计和测量精度控制方面为本标准提供了专业支持。（4）中国国家机器人标准化总体组中国在服务机器人领域拥有庞大的产业应用规模，中国专家在标准制定过程中积极反映了产业实践中的实际需求，特别是在物流配送机器人和清洁机器人导航测试方面提出了有价值的建议。这些机构的技术专家基于各自的研究成果和产业实践经验，在标准的技术内容、试验方法、术语定义等方面开展了深入研讨和反复验证，最终形成了各方广泛认可的国际标准文本。五、标准的产业价值与应用前景5.1对产业发展的促进作用ISO18646-2:2024的发布对全球服务机器人产业具有多方面的积极意义：统一评价基准，促进公平竞争。标准发布之前，各厂商在宣传产品的导航精度、避障能力等指标时往往采用自家定义的测试方法，导致市场上充斥着"口径不一"的性能数据，用户难以识别真实性能水平。该标准的实施将迫使制造商按照统一的试验方法和指标定义来开展性能测试和产品宣称，有助于建立公平透明的市场竞争环境。降低国际贸易壁垒。在标准发布之前，服务机器人在不同国家和地区的市场准入过程中，常因检测标准不一致而面临重复检测和重复认证的困境。统一的国际标准为各国检测机构和认证机构提供了共同的评价依据，有助于推动检测结果的国际互认，减少重复检测带来的时间和经济成本。引导技术研发方向。标准的发布为服务机器人企业提供了明确的技术研发指引。企业可以对照标准规定的评价维度，有针对性地优化路径规划算法、提升定位精度、增强避障能力，从而更高效地提升产品竞争力。5.2在典型应用场景中的应用价值（1）物流配送领域在仓储物流和最后一公里配送场景中，导航精度和任务完成效率直接影响运营成本和服务质量。通过标准化的导航性能测试，物流企业可以在采购环节更加科学地评估不同品牌配送机器人的性能水平，从而做出更合理的采购决策。（2）医疗护理领域医院场景中的药品配送机器人、手术室物资运输机器人等对导航的安全性和可靠性要求极高。ISO18646-2:2024中关于避障能力和鲁棒性的测试方法，为医疗场景下的机器人选型和安全评估提供了技术依据。（3）商业服务与公共空间在商场导引、机场服务、博物馆讲解等应用场景中，服务机器人需要在动态人流密集的环境中稳定运行。标准中涉及复杂环境适应性的测试方法，为公共空间部署服务机器人提供了性能验证工具。5.3标准实施的挑战与展望尽管ISO18646-2:2024的发布具有里程碑式的意义，但在标准的实际推广和落地实施过程中仍面临一些挑战：试验设施的高门槛。标准中规定的标准化试验场和精密测量设备需要较高的建设投入，这在一定程度上限制了中小企业和新兴市场国家检测机构的参与能力。未来，随着测试设备成本的下降和共享检测平台的建立，这一问题有望逐步缓解。持续迭代的需求。服务机器人技术仍在快速发展之中，特别是在多机协同导航、语义导航、端到端深度学习导航等前沿方向，现有标准框架可能需要适时扩展和更新。ISO/TC299需与产业界保持密切合作，通过持续的标准修订工作确保标准与技术发展同步。六、结论ISO18646-2:2024《机器人——服务机器人的性能标准和相关试验方法——第2部分：导航》的正式发布，是全球服务机器人标准化进程中的一项重大成果。该标准系统性地规定了服务机器人导航性能的评价指标体系、试验条件和测试方法，填补了国际标准化领域在服务机器人导航性能评价方面的空白，是ISO18646系列标准的重要组成部分。该标准不仅为制造商提供了产品研发和内部测试的统一依据，为第三方检测机构和认证机构提供了权威的技术准则，更在全球范围内促进了服务机器人性能评价结果的可比性和可信度，对于推动产业健康发展、降低国际贸易壁垒、引导技术持续创新均具有重要的战略价值。展望未来，随着服务机器人应用场景的不断拓展和技术的持续演进，ISO/TC299将进一步深化服务机器人标准化工作，在多机协同导航、人机共融环境适应性、导航功能安全等前沿方向开展新的标准研制。同时，我们也期待中国服务机器人产业界和标准化工作者更深入地参与国际标准的制定工作，将中国在服务机器人大规模商业应用中的实践经验和技术成果转化为国际标准，为全球服务机器人产业发展贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO18646-2:2024,Robotics—Performancecrite