作為一種用于精確測(cè)量物體(剛體)在三維空間中運(yùn)動(dòng)信息的設(shè)備，三維運(yùn)動(dòng)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(jī)、機(jī)器人、機(jī)械臂等自動(dòng)化設(shè)備提供精確的空間位置信息。

　　△光學(xué)3D運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)主被動(dòng)發(fā)光剛體質(zhì)量系統(tǒng)Traqr

　　它的工作原理是:

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

　　六自由度姿態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算:通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)計(jì)算出運(yùn)動(dòng)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(jī)。不同的攝像頭會(huì)產(chǎn)生不同的覆蓋范圍，攝像頭越多，覆蓋范圍越大。

　　Optics運(yùn)動(dòng)捕捉可以獲得一個(gè)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(yàn)證、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、集群控制、人機(jī)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(yùn)動(dòng)捕捉的工作原理和可以捕捉到的數(shù)據(jù)，我們?cè)賮砜纯此谧詣?dòng)化控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

　　運(yùn)動(dòng)捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于無人機(jī)領(lǐng)域。

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

　　運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉無人機(jī)的六自由度信息，并發(fā)送回控制計(jì)算機(jī)?？刂朴?jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)飛行軌跡與實(shí)際飛行軌跡的差異修正飛行參數(shù)，并再次向無人機(jī)發(fā)送飛行控制指令，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的高精度、穩(wěn)定、無偏的飛行控制。

　　密歇根大學(xué)擁有一個(gè)10000平方英尺的四層網(wǎng)絡(luò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)基地，可以在密歇根的任何天氣范圍內(nèi)進(jìn)行自主和協(xié)作研究等智能研究。其中3D運(yùn)動(dòng)捕捉Qualisys系統(tǒng)可以跟蹤無人機(jī)的室外自主飛行。

　　運(yùn)動(dòng)捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。

　　基于同樣的定位原理，3D運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)已經(jīng)在機(jī)器人的多個(gè)領(lǐng)域開花結(jié)果。

　　對(duì)于工業(yè)制造流水線和物流倉儲(chǔ)場(chǎng)景中使用的機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)捕捉system捕捉其模塊化機(jī)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(duì)于可用于抗震救災(zāi)和軍事場(chǎng)景的多足機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模式；

　　殘障人士和特種兵配備外骨骼機(jī)器人，借助3D運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，獲取關(guān)節(jié)角度等運(yùn)動(dòng)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(jī)器人需要將實(shí)用性與類人特征相結(jié)合。因?yàn)槿祟惡芰私庾约?，所以人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)細(xì)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(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，以高分辨率、實(shí)時(shí)跟蹤、完美同步的成熟技術(shù)跟蹤人體運(yùn)動(dòng)，有助于開發(fā)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法。該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展、不受環(huán)境限制的特點(diǎn)，可以滿足大多數(shù)研究的需要。

　　運(yùn)動(dòng)捕捉該系統(tǒng)應(yīng)用于水下機(jī)器人領(lǐng)域。

　　自主水下機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。然而，開發(fā)和測(cè)試水下機(jī)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(yùn)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(jī)器人(Manba)的研究。該機(jī)器人主要用于水下勘探、探測(cè)、監(jiān)控和檢查。

　　其中Qualisys水下運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)用于捕捉機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)利用Qualisys插件Labview的實(shí)時(shí)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(jī)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(jī)器人的效率和機(jī)動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了該控制策略能夠成功地使機(jī)器人朝著期望的路徑運(yùn)動(dòng)。

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