? 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)。