(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210496080.9 (22)申请日 2022.05.06 (71)申请人 北京航空航天大 学杭州创新研究院 地址 310051 浙江省杭州市滨江区长河街 道创慧街18号 (72)发明人 李冠男　陈文亮　王峰　王啸峰　 王俊　 (74)专利代理 机构 杭州杭诚专利事务所有限公 司 33109 专利代理师 祝欢欢 (51)Int.Cl. B01L 9/02(2006.01) G06V 20/52(2022.01) G06V 10/82(2022.01) A01K 67/033(2006.01) (54)发明名称 一种用于机器人-动物混合群体行为研究 的 实验台 (57)摘要 本发明公开了一种用于机器人 ‑动物混合群 体行为研究的实验台。 为了克服现有技术的实验 台具有临时性， 实验时间有限， 无法获得足够支 持强化学习的数据的问题； 本发明包括： 实验场， 用于为动物组群和机器人组群提供互动交互场 地， 设置有维持动动物组群生存的生命维持装置 以及为机器人组群供电的充电区域； 机器人组 群， 体积处于动物组群的体积范围内； 视觉监测 单元， 获取识别机器人组群中各机器人的身份、 位置和位姿， 识别动物群体中动物的分布和状 态； 主控单元， 根据视觉监测单元反馈的数据， 给 机器人下达行为命令。 能够连续进行长达数天乃 至数周的实验， 从而为基于强化学习的机器人 ‑ 动物混合群 体行为研究提供 条件。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 114917978 A 2022.08.19 CN 114917978 A 1.一种用于 机器人‑动物混合群 体行为研究的实验台， 其特 征在于， 包括： 实验场， 用于为动物组群和机器人组群提供互动交互场地， 设置有维持动动物组群生 存的生命维持装置以及为机器人组群供电的充电区域； 机器人组群， 体积处于动物组群的体积范围内； 视觉监测单元， 获取识别 机器人组群 中各机器人的身份、 位置和位姿， 识别动物群体中 动物的分布和状态； 主控单元， 根据视 觉监测单 元反馈的数据， 给机器人 下达行为命令 。 2.根据权利要求1所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其特征在 于， 所述的生命维持装置与充电区域分别设置在试验场的两侧； 所述的充电区域中设置有 无线充电底盘。 3.根据权利要求1所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其特征在 于， 所述的动物群 体为蚂蚁群 体； 机器人为高度小于 5厘米的机器人。 4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其 特征在于， 所述的试验场为封闭平台， 试验场至少包括透明的上盖 。 5.根据权利要求4所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其特征在 于， 所述的生命维持装置包括： 换气装置， 保证实验场与外 接空气交换； 喂食装置， 为动物群 体投放食物。 6.根据权利要求1所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其特征在 于， 视觉监测单 元获取识别机器人组群中各机器人的身份、 位置和位姿的过程 为： A1： 分别在机器人和与机器人等高的凸台上设置识别标签和基准 点标签； A2： 获取检测图像 中所有的标签， 形成标签集合； 获取基准点标签的旋转矩阵和平移向 量， 解算标签集 合中识别标签的位置与姿态； A3： 得到机器人的位置与姿态， 构成身份、 位置和位姿的元组。 7.根据权利要求6所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其特征在 于， 解算过程为： 预先对视觉监测单 元中的相机进行 标定， 获得相机的内参矩阵： 其中fx， fy为焦距， cx， cy为光轴在图像坐标系中的偏移量； 获取当前图像中所有的标签， 形成集 合Ctag； 判断基准 点标签是否在集 合Ctag中， 若不在， 结束当前迭代， 若在， 继续下一 步； 获取基准 点标签的旋转矩阵R和平 移向量t； 解算集合Ctag中识别标签的位置和姿态； 对于集合Ctag中的任意一个识别标签， 获取其中心点的坐标和下边缘任意两个点的坐 标， 分别为(xc， yc)， (xl， yl)， (xr， yr)， 计算这三个点相对于基准 点标签的世界坐标位置：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114917978 A 2其中Ri， j为旋转矩阵R的第i行第j列元 素， tn为平移向量t的第n个元 素； 计算变换矩阵： K＝Mi·Me 进一步计算： 其中Ki， j为变换矩阵K的第i行第j列个元 素， x， y分别代入(xc， yc)， (xl， yl)， (xr， yr)； 求解线性方程组： AK＝B 代入(xc， yc)， (xl， yl)， (xr， yr)， 得到机器人在世界坐标系中 的坐标， 得到上述三个点在 世界坐标系中的坐标， 分别为 以 作为机器人的位置， 进一 步计算机器人的航向角： 由此得到当前机器人的位置和姿态， 构成如下 元组： 其中， ID为机器人身份。 8.根据权利要求1或6或7所述的一种用于机器人 ‑动物混合群体行为研究的实验台， 其 特征在于， 视 觉监测单 元识别动物群 体中动物的分布的过程 为： B1： 使用yo lov5识别图片中的动物， 并提供 各动物的像素坐标； B2： 对动物的像素坐标进行解 算， 获得其在以基准 点标签定义的坐标系中的位置； B3： 进行坐标变换， 将蚂 蚁的位置投影到基准点标签所在的平面， 得到动物群体的位置 分布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114917978 A 3