山羊,是一种迷人的生物,它们*亮眼的技能,就是出色的攀岩、跳跃以及平衡能力了。相信不少人在这之前,就已经在互联网上领略过它的攀岩技巧。 

△**是多么寂寞 

它们的身影,遍布了世界各种险峻的地方。即便有图有真相,我们依然很难想象它们是怎么爬到这些地方来的。除了胆大心细的性格外,山羊的这一超能力主要得益于其特殊的蹄子。山羊的蹄子面积很小,即便在很小的平面上,它依然能够站在上面。 

登山时,山羊脚底的软垫会与岩石产生极大的摩擦力,可以变形的软垫,也会与凸起的岩石相嵌合,使山羊的蹄子更加难以滑动。另外,蹄子**一圈的坚硬边缘,则会将羊蹄内凹的软垫,和凸起岩石一同包裹住。两相结合,这将形成一个巨大的抓地力,羊蹄就是这样,被牢牢地锁在岩石表面的。 

此外,山羊属于偶蹄目,而且其双趾也比其他动物张得更开,可牢牢地抓住岩石。双趾还能合并,向前倾斜的身姿,可让其趾尖挤进细小的裂隙。 

特别是在悬崖峭壁上,可以分开的双趾,能使其落脚点更小。任何地方,只要容得下他的半边蹄子,它们就有可能攀登上去。 

上山容易下山难,山羊下山时也有诀窍。它们脚后那小小的悬蹄还能**路中,能起到刹车作用。 

△山羊脚后跟的悬蹄 

仿生机器人的研究者相信,山羊蹄以及其步态的仿生学足以支撑研究出,能在各种崎岖地形行动的仿生机器人。 

仿生机器人,生物与机械的完美融合 

机器人通常被部署在人类无法接近,或是危险的地区。在这些地方,人类无法对机器人进行过多的干预,于是仿生机器人应运而生。和普通机器人相比,仿生机器人普遍更灵活、更易适应复杂环境。 

纵观仿生机器人发展史,从早期对生物外形的模仿,到行动的模仿,再到如今利用传感器和数据融合技术来对环境的变化做出正确的判断和反应,从而适应环境的变化,正一步步朝着智能化的方向发展。那么仿生机器人是如何学习动物的运动特性、输出数据验证其性能以及获得位姿数据反馈的呢? 

一种简单且有效的方式,就是采用动作捕捉方案。三维运动捕捉系统可以精确地捕捉生物与仿生机器人运动姿态,以验证传感器数据融合及姿态估计算法的准确性。 

打破技术壁垒,动捕满足多领域专业化需求 

从技术方向来看,3D运动捕捉主要朝着两个方向发展,分别是光学动捕和惯性动捕。 

其中光学运动捕捉范围广且捕捉对象空间位置关系明确,精度高误差小,并且基于光学动作捕捉的数据驱动的智能体可以生成高度协同的动作,能够在和物理模拟结合时提供对物理干扰、环境变化和形态差异的自然过程响应,使其适用于机器人领域的许多场景,包括无人集群系统,还有外骨骼机器人、仿生机器人、机械臂等领域。 

并且随着运动捕捉技术的不断创新,更多应用于特定研究场景的运动捕捉系统得到了发展,如水下光学运动捕捉系统在海洋和水下机器人研究中有着强大的应用潜力。 

水下光学运动捕捉系统的诞生,为实现水下机器人的运动轨迹、空间位置、活动范围**测试以及三维模型建立,实时监测水下机器人的运动能力、运动方式和运动规律提供了强大的数据支撑,同时也便于设计人员对水下机器人运动能力、运动方式、控制效果的直观判断。 

△水下蛇形机器人 

在机器人的应用中,与传统的遥控方式相比,光学运动捕捉系统可以实现更为直观、细致、复杂、灵活而快速的动作控制,从而提高机器人应付复杂情况的能力。在当前机器人全自主控制尚未成熟的情况下,这一技术具有重要意义。 

Qualisys运动捕捉系统具有室内室外、甚至水下的高精度定位能力,能够为各种类型的机器人提供详细的空间位置信息,常用于算法验证、运动规划、人机交互、轨迹回放、步态分析、智慧沙盘等机器人研究。 

运动捕捉系统广泛应用于机器人领域 

对于应用于工业制造流水线、物流仓储场景的机械臂,运动捕捉系统通过对其模块化机械臂和灵巧手捕捉,获取其姿态数据,可进行相应的控制规划; 

对于可在抗震救灾、**场景应用的多足机器人,运动捕捉系统通过对其足部的关节角度、速度信息的捕捉,优化其在不同环境下的运动模式; 

残障人士、特种士兵装配上外骨骼机器人,在三维运动捕捉系统的协助下获取关节角度等运动学步态信息,可以优化外骨骼结构,从而更好地对佩戴者进行多方面的协助。 

仿生机器人需要结合实用性和外形像的特性,因此仿生机器人运动的每个细节都很重要。 

光学三维动作捕捉系统在自动化科研领域,正发挥着越来越重要的作用:2021年ICRA的1949篇论文中,688篇使用了光学三维动作捕捉系统(35.3%),相比2020年增加了75篇;2021年IROS的1943篇论文中,625篇使用了光学三维动作捕捉系统(32.2%),相比2020年增加了68篇。 

三维运动捕捉系统基于其**性、实时性和灵活适用性,对自动化控制领域的学科研究和行业应用提供有力的支持,助力自动化控制向着智能化控制迈出突破性的步伐。 

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