作為一種用于精確測量物體(剛體)在三維空間中運動信息的設(shè)備，三維運動捕捉系統(tǒng)具有高精度定位能力，可以為室內(nèi)汽車、無人機、機器人、機械臂等自動化設(shè)備提供精確的空間位置信息。

　　△光學(xué)3D運動捕捉系統(tǒng)主被動發(fā)光剛體質(zhì)量系統(tǒng)Traqr

　　它的工作原理是:

　　精確記錄運動信息:光學(xué)定位系統(tǒng)基于計算機視覺原理，通過布置在空間的多個紅外攝像機，捕捉區(qū)域內(nèi)物體上反光標(biāo)志的運動信息，并以圖像的形式記錄下來。

　　六自由度姿態(tài)實時計算:通過計算機對采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理，實時計算出運動物體的六自由度姿態(tài)，即三自由度位置(X、Y、Z坐標(biāo))和三自由度姿態(tài)(俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角)。

　　多攝像頭支持，覆蓋范圍廣:光學(xué)定位系統(tǒng)使用智能攝像頭將反光球的圖像坐標(biāo)傳輸?shù)街鳈C。不同的攝像頭會產(chǎn)生不同的覆蓋范圍，攝像頭越多，覆蓋范圍越大。

　　Optics運動捕捉可以獲得一個物體在三維空間中的XYZ坐標(biāo)、速度、加速度、偏航角(Yaw)、滾轉(zhuǎn)角(Rol)、俯仰角(Pitch)、歐拉角、人體關(guān)節(jié)角等數(shù)據(jù)。

　　這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于算法驗證、運動規(guī)劃、集群控制、人機交互、軌跡回放、步態(tài)分析、智能沙盤等等。

　　描述了光學(xué)3D運動捕捉的工作原理和可以捕捉到的數(shù)據(jù)，我們再來看看它在自動化控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

　　運動捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于無人機領(lǐng)域。

　　基礎(chǔ)無人機的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，但下一代四旋翼無人機需要更高水平的態(tài)勢感知和決策能力，而不僅僅是與其他無人機或人類進行交互。這要求開發(fā)工具提供更準(zhǔn)確、更可靠的實時六自由度(6DOF)定位數(shù)據(jù)。

　　運動捕捉系統(tǒng)實時捕捉無人機的六自由度信息，并發(fā)送回控制計算機。控制計算機根據(jù)預(yù)設(shè)飛行軌跡與實際飛行軌跡的差異修正飛行參數(shù)，并再次向無人機發(fā)送飛行控制指令，從而實現(xiàn)無人機的高精度、穩(wěn)定、無偏的飛行控制。

　　密歇根大學(xué)擁有一個10000平方英尺的四層網(wǎng)絡(luò)科學(xué)實驗基地，可以在密歇根的任何天氣范圍內(nèi)進行自主和協(xié)作研究等智能研究。其中3D運動捕捉Qualisys系統(tǒng)可以跟蹤無人機的室外自主飛行。

　　運動捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。

　　基于同樣的定位原理，3D運動捕捉系統(tǒng)已經(jīng)在機器人的多個領(lǐng)域開花結(jié)果。

　　對于工業(yè)制造流水線和物流倉儲場景中使用的機械手，運動捕捉system捕捉其模塊化機械手和靈巧手，獲取其姿態(tài)數(shù)據(jù)，并能做出相應(yīng)的控制規(guī)劃；

　　對于可用于抗震救災(zāi)和軍事場景的多足機器人，運動捕捉系統(tǒng)通過捕捉其足部的關(guān)節(jié)角度和速度信息，優(yōu)化其在不同環(huán)境下的運動模式；

　　殘障人士和特種兵配備外骨骼機器人，借助3D運動捕捉系統(tǒng)，獲取關(guān)節(jié)角度等運動學(xué)步態(tài)信息，可以優(yōu)化外骨骼結(jié)構(gòu)，從而在多方面更好地輔助穿戴者。

　　人形機器人需要將實用性與類人特征相結(jié)合。因為人類很了解自己，所以人形機器人運動的每一個細節(jié)都很重要。

　　Qualisys是廣泛應(yīng)用于人體生物力學(xué)領(lǐng)域的3D運動捕捉系統(tǒng)，以高分辨率、實時跟蹤、完美同步的成熟技術(shù)跟蹤人體運動，有助于開發(fā)機器人運動算法。該系統(tǒng)具有可擴展、不受環(huán)境限制的特點，可以滿足大多數(shù)研究的需要。

　　運動捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于水下機器人領(lǐng)域。

　　自主水下機器人可以實現(xiàn)遠程操作，避免了人類在惡劣環(huán)境下操作的復(fù)雜情況和高成本，使得水下機器人得到了廣泛的應(yīng)用。然而，開發(fā)和測試水下機器人的控制算法是非常具有挑戰(zhàn)性的。

　　Qualisys系統(tǒng)是目前該領(lǐng)域比較成熟的解決方案，可以在水下幾十米處運行。

　　挪威科技大學(xué)自主海洋作業(yè)與系統(tǒng)中心(NTNUAMOS)開展了水下蛇形機器人(Manba)的研究。該機器人主要用于水下勘探、探測、監(jiān)控和檢查。

　　其中Qualisys水下運動捕捉系統(tǒng)用于捕捉機器人的運動。同時利用Qualisys插件Labview的實時輸出功能，將水下鏡頭的捕捉位置反饋給控制器，從而閉合控制回路。

　　目前，水下蛇形機器人Mamba已經(jīng)取得了一系列研究成果，為提高現(xiàn)代水下機器人的效率和機動性帶來了光明的前景。例如，可以檢查海底石油和天然氣設(shè)施。此外，還得到了不同路徑跟蹤控制方法的實驗結(jié)果，驗證了該控制策略能夠成功地使機器人朝著期望的路徑運動。

　　總的來說，3D運動捕捉系統(tǒng)基于其準(zhǔn)確性、實時性和靈活性，為自動化控制領(lǐng)域的學(xué)科研究和工業(yè)應(yīng)用提供了強有力的支持，幫助自動化控制向智能控制邁出了突破性的一步。