动作捕捉用于蛇运动分析及蛇形机器人开发-度量科技

仿生机器人是指模仿自然界生物生理结构或功能特征，设计具有一定工程应用背景的机器人。目前，良好的地形能力和高效的运动方式是仿生机器人发展的主要方向。蛇作为一种无腿的爬行动物，可以通过多种运动方式进行移动，对复杂的地貌环境有优越的适应能力。这使得仿生蛇型机器人具有更广阔的应用前景。

长春理工大学的研究人员针对多环境下蛇的运动接触行为及其鳞片摩擦性能进行了研究，从而给蛇形机器人提供设计依据。

研究人员首先利用NOKOV度量三维动作捕捉系统，对蛇在不同环境下（干燥、湿润、不同粗糙度的砂纸及光滑平面）的运动行为进行测试，获得蛇运动的状态和规律，为设计蛇运动接触力学测试装置提供依据，并探究蛇在不同环境氛围下的运动响应，分析并总结蛇的运动状态和规律。

试验采用4台Mars 4H光学动作捕捉镜头，来覆盖预定的通道试验区。

图1-NOKOV度量动作捕捉系统及测试通道

考虑到赤链蛇的运动学特征及身体构造，将反光标识点（Marker点）分别粘贴在其前部、中部、后部，通过动作捕捉系统跟踪标识点，获得赤链蛇的位移、速度等物理量。

图2-粘贴了反光标识点的赤链蛇

试验时将蛇引导至通道一侧的小孔处让其自行爬入通道，进行自由运动，在软件中对标记点的空间位置进行捕捉，并根据标记点在蛇背部粘贴的位置在软件中命名标记点，之后采集标记点的相关信息。试验中NOKOV度量红外光学动作捕捉镜头采样频率设置为180Hz。

研究人员根据NOKOV度量动作捕捉系统采集到的大量数据进行分析设计了一种关于蛇运动接触力学测试装置，进一步探究赤链蛇运动接触行为。最终根据运动行为特征、接触力学性能，结合蛇腹鳞摩擦学性能，分析了蛇在多种环境下运动规律与机理，为适应复杂环境的仿蛇形机器人运动系统设计提供可参考依据。

图3-赤链蛇在通道中的运动姿态

参考文献：[1]郭万朋. 多环境蛇运动接触分析及其鳞片摩擦性能测试研究[D].长春理工大学,2021.DOI:10.26977/d.cnki.gccgc.2021.000653.

清华大学类脑计算中心使用度量动捕抗日光镜头过滤强光干扰，准确识别平衡步兵（轮足机器人）表面的反光标记点，实时获取高精度运动轨迹。

追踪定位应用 | 山东科技大学机械电子工程学院，利用光学动作捕捉系统的亚毫米级精度定位，实时捕捉多个液压平台联动时的位姿数据，以及相互间的位置关系，用于液压平台的控制分析研究。

集群协同应用 | 江苏科技大学群体机器人实验室，采用Crazyflie无人机，演示无人机编队飞出“8”字形态效果，同时使用光学动作捕捉系统，室内精准定位，捕捉无人机集群编队的运动轨迹。

集群协同应用 | 西北工业大学航海学院彭星光老师团队使用动作捕捉系统实时获取机器人的绝对坐标和方向，通过数据传输和解码，使机器人具有局部感知能力，从而通过算法观察和验证机器人集群系统中集体裂变行为。

动作捕捉用于蛇运动分析及蛇形机器人开发