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光學動作捕捉系統在自動化控制領域中的應用

主要介紹了光學動作捕捉系統所發揮的室内定位功能,在自動化控制研究,特别是機器人和無人機兩個領域的應用。

  近年來,各行各業逐漸開展了自動化裝置的研究,其中以無人機技術和機器人技術的發展尤為迅速,許多高校和科研機關正圍繞着這兩個方向進行多種應用場景的研究。

無人機領域

  在無人機領域,常見的研究方向是多無人機編隊技術,這在科研中被稱為“多智能體協同控制”,研究者需要通過對無人機的定位,擷取其在空間中的位置,這種位置資訊主要是六自由度姿态資料,接着進行多智能體之間通訊的建立,最後通過控制決策系統,根據各智能體的空間位置,完成協同控制。通過此技術,可以應用于多個領域,如軍事中的“蜂群”作戰系統,電網、管道的無人機巡檢,文娛行業的無人機編隊表演,建築行業的無人機智能建造等等。

光學動作捕捉系統在自動化控制領域中的應用

上過19年春晚的撲翼機器人(無人機)-哈爾濱工業大學(深圳)

  定位無人機的空間位置,是多智能體協同控制研究中最為重要的部分,隻有擷取到準确而又穩定的定位資訊,才能良好地控制無人機。作為定位的傳統方法,慣性測量單元(IMU)和慣性導航子產品(INS)存在陀螺儀零點漂移嚴重,導緻擷取的方位、姿态、速度等資料精度不高,存在誤差累計,很難長時間獨立工作。而光學動作捕捉系統憑借着高精度、高實時性、可在實驗室環境下模拟場景的特點,正逐漸被研究者們所青睐,其中北京理工大學自動化學院通過使用NOKOV(度量)光學三維動作捕捉系統,擷取亞毫米精度的無人機位姿資訊,結合多無人機即多智能體之間的通訊網絡和控制決策系統,已經摸索出一套網絡化多智能體空地協同控制實驗平台,可以通過控制端遠端發送指令,讓無人機、無人車進行指定的編隊協作。

機器人領域 

  基于同樣的定位原理,機器人研究也正在多個領域中開花結果。應用于工業制造流水線、物流倉儲場景的機械臂,通過對其子產品化機械臂和靈巧手捕捉,擷取其姿态資料,進行相應的控制規劃;可在抗震救災、軍事場景應用的多足機器人,通過對其足部的關節角度、速度資訊的捕捉,優化其在不同環境下的運動模式;而殘障人士、特種士兵裝配上外骨骼機器人,在光學動作捕捉系統的協助下擷取關節角度等運動學步态資訊,優化外骨骼結構,進而更好地對佩戴者進行多方面的協助,使用同樣原理的還有康複機器人、仿人機器人等。

光學動作捕捉系統在自動化控制領域中的應用

六足機器人-上海交通大學

  除此之外,還有多種機器人的研究正在進行中,如哈爾濱工業大學深圳校區機電工程與自動化學院,使用NOKOV(度量)光學三維動作捕捉系統對撲翼機器人的“軀幹”、“翅膀”進行定位分析,優化其飛行姿态;在同一實驗室,另一個課題組通過度量光學動作捕捉系統捕捉人手精密動作,建構仿人手機器人,意在提高流水線上細小零件組裝的效率,該使用者已根據該實驗發了兩篇EI文,證明了實驗的有效性。

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