“ 我的眼睛就是尺 ”是短道速滑“王者”王濛的金句 。而智能体在算法层面也有一把高精度的尺子 , 这把尺子就是“光学动作捕捉” 。
提到 “多智能体协同控制技术” ,你的脑海里会呈现出怎样的画面 , 是出现在空中的多架无人机编队表演 , 还是公路上的多辆无人车列队行进 , 又或者是大海里多艘无人艇协同作战 。
多智能体协同控制技术 强调单体之间的合作与协同 ,往往能够大幅提高工作效率和能力 , 可以应用于许多场景 , 例如工业操作、巡逻侦察、灾情救援、环境勘探、智能物流、智能农业和消费娱乐等 。
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上图来自北京理工大学夏元清老师团队的多智能体协同控制研究 , 网友热评: 无人机和无人车好像都长了眼睛 。
要实现多智能体协同控制 , 第一个要解决的问题就是知道每一个智能体(无人机、无人车、无人艇等)在什么位置 , 实际上就是定位问题 , 而 “动作捕捉” 是这一问题的重要技术支撑 。
国外关于动作捕捉的研究一直热火朝天 , 在控制类学科领域有很多应用 。而国内对动捕的研究起步较晚 , 但也有不少经典案例 。
那么动作捕捉是否已经为广大机器人行业科研人员所关注? 动作捕捉能够助力什么样的科研工作? 依据的技术原理是什么? 动作捕捉对机器人行业意味着什么? 带来了哪些变化?
▍ “动作捕捉”为机器人行业打开了一扇进击的大门
我们先以本文开篇北理工多智能体协同控制平台项目为例 , 深入了解动作捕捉的原理 。
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如何让智能体实现更好的协同? 我们看到动作捕捉方案是其中的关键要点 。动作捕捉(英文: Motion capture)是利用外部设备来对人或者其他物体的位移或者活动进行处理和记录的技术 。
动作捕捉系统根据实现原理的不同 , 可以分成光学动作捕捉(简称“光学动捕”)、惯性动作捕捉、计算机视觉的动作捕捉方案 。
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在前文北理工多智能体协同控制平台项目案例中 , 科研团队用到的是光学动作捕捉方案 。光学动作捕捉方案具有动作捕捉精度高、保真程度较高、专业度高等特点 。同时 , 该方案对环境要求高 , 技术复杂度高导致造价成本高 , 更适合科研或商业应用 。
事实上 , 光学动作捕捉系统相当于智能体算法层面的一把“尺子” , 它的工作原理是通过多个精密而复杂的光学摄像头从不同角度对标记点进行快速实时跟踪定位 , 来获取标记点的具体空间位置 。 上述北理工案例中采用的NOKOV(度量)动作捕捉系统可以获取目标物的位置、姿态以及速度、加速度等信息 , 实现多无人系统亚毫米级实时定位 , 适用于有高精度定位需求的研究 。
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具体来说 , 首先 , 光学动作捕捉镜头面板上的LED灯发出特定波长的红外光 , 照到被捕捉物 , 也就是反光标记点;然后 , 反光标记点表面的反光材料将红外光反射回镜头 , 反射回的红外光经过信号处理;最后 , FPGA进行图像抓取和算法处理 , 从而获得反光标记点在镜头中的二维坐标 。
两个镜头同时工作 , 就可以确定目标特征点在三维空间内的坐标; 大量坐标数据通过POE连接器传输给动作捕捉软件 , 便可以解算出目标在空间中的位置、方向和运动轨迹等信息 , 实现对目标的追踪 。
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这样的光学动捕系统在目前阶段对于机器人领域的某些研究和发展至关重要 , 适用于机器人领域的许多场景 ,除了无人集群系统 , 还有外骨骼机器人、仿生机器人、机械臂、船舶和水下应用等 。
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在适用于机器人的应用中 , 与传统的遥控方式相比 , 光学动作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 , 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 。
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 , 而且与物理模拟相结合时可以提供对物理干扰、环境变化和形态差异的自然过程响应 。 现在 , 越来越多的高校和科研机构选择采用光学动作捕捉系统做控制类的测试 , 以及 室内定位解决方案 。 这里列举一些具有代表性的案例 ↓
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文末彩蛋: 为促进高校、科研院所对智能体的科研与教学工作 , 如您的课题、项目有光学动作捕捉系统及相关技术和采购的需求 , 机器人大讲堂会给予支持 , 促进产学研 , 科研与实践教学发展 。联系人向先生: 13331122984(电话同微信)
经典案例 | 中科院自动化所利用光学定位系统实现多智能体编队避障
https://www.nokov.com/support/case_studies_detail/Multi-agent-formation-to-avoid-obstacles.html
技术专题 | 几种智能机器人室内定位方法对比
https://www.nokov.com/support/blogs_detail/Comparison-of-several-indoor-positioning-methods-for-robots.html
技术专题 | 动作捕捉用于集群智能协同等效验证实验
【光学|无人集群系统频频刷屏,扒一扒背后的动作捕捉系统】https://www.nokov.com/support/blogs_detail/multi-agent-cluster-platform-using-Motion-Capture-System.html
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