? 作為一種高精度定位測量系統(tǒng)，光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)應(yīng)用場景除船舶、海洋結(jié)構(gòu)物及漁業(yè)外，還包括針對各種水下機器人的相關(guān)研究。

水下機器人多樣化應(yīng)用場景

? 動作捕捉系統(tǒng)可廣泛用于水下機器人開發(fā)驗證，獲取機器人的位置信息和運動姿態(tài)。對于多水下機器人協(xié)同控制，動作捕捉系統(tǒng)可作為室內(nèi)實驗室環(huán)境定位方案，為機器人提供自身及其他機器人位置信息。

1）水下仿生蛇形機器人算法驗證

? 由于蛇形機器人具有多關(guān)節(jié)、超冗余自由度的特點，以及水環(huán)境高度復(fù)雜非線性化的物理特性，通過常規(guī)途徑在試驗中觀察機器人的運動，獲取運動的參數(shù)以及通過實驗來優(yōu)化機器人的控制策略有一定的難度。采用三維運動捕捉系統(tǒng)可以精確地捕捉水下蛇形機器人運動及關(guān)節(jié)姿態(tài)。與關(guān)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的關(guān)節(jié)姿態(tài)對比，驗證傳感器數(shù)據(jù)融合及姿態(tài)估計算法的準確性。

2）搭載機械臂的遙控水下機器人

? 開發(fā)適用于小型遙控水下機器人（ROV）的機械臂時，需要考慮不同運動狀態(tài)下（前向、側(cè)向）機械臂姿態(tài)（垂直、橫向）對水下遙控機器人自身姿態(tài)的影響，機器人是否能保持穩(wěn)定。水下動作捕捉系統(tǒng)通過捕捉固定在遙控水下機器人上的標志點，計算得到機器人的橫搖、縱搖、艏搖等數(shù)據(jù)，精度高于多數(shù)慣性傳感器。

3）水下多足機器人步態(tài)分析

? 水下六足機器人，通過反復(fù)頻繁地推動其腳部，無需借助攝像頭或激光，即可在黑暗而渾濁的海底周圍摸索，可以用于深海采礦和收集海床塑料垃圾，擁有巨大的發(fā)展前景。機器人開發(fā)階段，利用三維動作捕捉系統(tǒng)，可以實時獲取機器人的動力學(xué)參數(shù)，在線進行分析和步態(tài)規(guī)劃，然后將規(guī)劃好的步態(tài)傳送給機器人的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制伺服電機驅(qū)動機器人運動，實時矯正姿態(tài)。

4）仿生波狀鰭機器魚運動捕捉

? 仿生波狀鰭機器魚利用兩側(cè)的伺服輔助硅膠鰭片進行波動推進，不會像高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳傷害海洋生物，而且利用大面積的波狀鰭可以構(gòu)建能量生成系統(tǒng)，利用水流為機器魚充電。實驗階段，可以利用動作捕捉系統(tǒng)捕捉布置在仿生波狀鰭機器魚鰭片及本體上的標志點，獲取其運動學(xué)參數(shù)，用于分析擺動幅度、擺動頻率以及水流速度對水動力學(xué)性能的影響。

5）水下航行器編隊運動

? 多無纜水下機器人（AUV）編隊觀測獲取的同時刻不同點的環(huán)境數(shù)據(jù)可極大提高海洋環(huán)境模型的精度。水下機器人編隊系統(tǒng)研究的關(guān)鍵是機群內(nèi)個體的協(xié)調(diào)與協(xié)作。水下機器人編隊的協(xié)同控制主要體現(xiàn)在對多個水下機器人進行整體編隊和軌跡規(guī)劃，要求機器人按照設(shè)定的編隊模式和軌跡完成海洋任務(wù)，而協(xié)作控制需要高精度的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，獲取自身及其他航行器的位置信息。在進行實驗室環(huán)境下模型試驗時，動作捕捉系統(tǒng)可以作為水下定位系統(tǒng)，同時提供多剛體的高精度位置信息，用于編隊運動規(guī)劃研究。

NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)應(yīng)用于高精度定位仿生機器魚

? 在水下機器人這一重要應(yīng)用方向，NOKOV度量動作捕捉與南開大學(xué)人工智能學(xué)院展開深度合作，為其進行相關(guān)研究提供高精度定位數(shù)據(jù)。

南開大學(xué)人工智能學(xué)院多仿生機器魚群體行為研究

? NOKOV度量科技工程師在15米*5米的空間內(nèi)，架設(shè)了16個Mars 2H動作捕捉鏡頭，捕捉區(qū)域除小型水池外，還包括桌面區(qū)域（小型無人車E-puck）、地面區(qū)域（智能佳移動機器人）。各個仿生機器魚上放置不同排布形式的反光標志點，用于區(qū)分機器魚個體的ID。通過捕捉機器魚上反光標志點，得到標志點的三維坐標，利用SDK向外實時廣播。單個機器人可以接收到本體及鄰近移動機器人位置信息，坐標信息精度達到亞毫米級。

? 多種類多應(yīng)用形式的水下機器人相關(guān)研究一直是科研領(lǐng)域的一個重要方向，NOKOV度量動作捕捉未來也將不斷拓展水下場景應(yīng)用范圍，為更多相關(guān)研究提供高精度動作捕捉數(shù)據(jù)。