动作捕捉系统助力基于机器视觉和倾角传感器的位姿检测系统研究及验证

悬臂式掘进机位姿检测是综掘工作面自动化的基础和前提。只有获取稳定可靠的掘进机实时位姿，才能够在此基础上进行综掘工作面自动化、智能化改造工作。

为了提高井下综掘工作面的生产效率，西安电子科技大学机电工程学院的研究团队提出一种基于机器视觉和倾角传感器的悬臂式掘进机位姿检测系统,使用井下矿用防爆式激光指向仪作为激光光源，在掘进机上搭载立体式激光标靶，能够在不大幅调整井下现有施工工艺和设备的前提下，满足悬臂式掘进机实时位姿检测的需求。同时通过一系列实验验证了该方法的有效性和可靠性。

倾角传感器数据滤波实验

倾角传感器作为位姿检测系统的两大信息输入源之一，其测量的实时角度数据的精度和稳定性直接影响最终输出的位姿数据的正确性。

实验中使用NOKOV度量动作捕捉系统的倾角数据为基准对滤波前后的倾角传感器数据进行了比较，结果表明倾角传感器在运动过程中使用卡尔曼滤波前后的角度误差有明显减低，卡尔曼滤波方法在实时角度测量过程中具有必要性和有效性。

绕Y轴旋转角度误差

位姿检测系统室内实验

研究团队设计位姿检测系统的主要目的是实时检测悬臂式掘进机相对于巷道设计轴线的偏转角、俯仰角、横滚角、横向偏距和纵向偏距等五个位姿参数。在位姿检测系统的室内实验部分，研究团队以NOKOV度量动作捕捉系统测量的室内实验样机在全局坐标系下的位姿作为基准，来对室内样机的激光标靶的这五个位姿参数进行评估分析，以此检验位姿检测系统输出的位姿数据的正确性。

全局坐标系标定与激光标靶上Mark点布置

室内实验统计与分析

实验结果表明，搭载位姿检测系统的室内实验样机在2m距离内的角度测量误差在0.1°左右，偏距测量误差在0.2mm左右。再将室内实验样机的小模型误差折算到实际工作环境下，假设偏距测量误差和照射距离成线性关系，则系统在200m距离内的偏距测量误差在4.8mm左右，满足实用场景的测量精度要求。

参考文献

张世雄. 基于机器视觉和倾角传感器的位姿检测系统及验证[D].西安电子科技大学, 2021.DOI:10.27389/d.cnki.gxadu.2021.000178.

IEEE RA-L | Aqua-Splat声呐—视觉水下三维重建，NOKOV提供水下机器人六自由度位姿真值

哈工大（深圳）胡靓教授团队提出Aqua-Splat声呐—视觉水下三维重建方法，提升几何重建精度与图像保真度。NOKOV度量动作捕捉系统为搭载双目相机与前视声呐的BlueROV2水下机器人提供六自由度位姿真值，用于建立每帧视觉、声呐数据与机器人位姿之间的空间对应关系。

双层LSTM光纤形状实时重建，NOKOV度量动捕提供高精度三维真值

中科院深圳先进院刘奂奂团队基于 NOKOV度量动作捕捉系统，提出面向微创手术导航的双层LSTM光纤形状重建方法。NOKOV获取光纤标记点高精度三维坐标，作为模型训练真值，并验证动态重建精度与稳定性，助力实现FBG光谱到光纤三维形状的端到端实时重建。

面向机器人多接触操作的视觉-触觉-位姿数据采集系统

机器人多接触操作的数据采集，难点不只是记录动作，而是同时获得可用于训练的视觉、触觉和位姿轨迹。香港大学、上海创智学院李弘扬团队在 ICRA 2026发表论文，提出一种无需机器人参与的视觉-触觉数据采集系统 FreeTacMan。该研究中，NOKOV 度量光学动作捕捉系统用于采集手持夹爪的高精度 6D 位姿，并与视觉、触觉和夹爪开口宽度同步记录，为机器人复杂接触操作策略学习提供多模态数据基础。

浮体运动如何精准测量？NOKOV度量动作捕捉助力浮动式多模块系统连接器失效安全验证

浮动式多模块系统是海洋工程领域的重要结构形式，其安全性受到连接器失效影响。中国海洋大学团队基于波浪水槽物理模型实验，利用NOKOV度量动作捕捉系统获取浮体模块运动数据，并结合数值模拟分析连接器失效后的动力响应变化。