實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一架無(wú)人機(jī)在精確控制下自主穿越障礙，完成復(fù)雜編隊(duì)飛行，其背后是NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)提供的亞毫米級(jí)精度定位支撐。

在機(jī)器人技術(shù)日益精進(jìn)的今天，精確的室內(nèi)定位已成為科研突破的關(guān)鍵支撐。當(dāng)研究涉及高速飛行的無(wú)人機(jī)、精密操作的機(jī)械臂或復(fù)雜集群算法時(shí)，亞毫米級(jí)的精度和毫秒級(jí)的延遲往往決定了實(shí)驗(yàn)的成敗。

在多種室內(nèi)定位技術(shù)中，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)以其卓越的性能，成為機(jī)器人科研領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

01 高精度標(biāo)桿，NOKOV度量動(dòng)作捕捉

走進(jìn)眾多高校機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，常能看到空間中安裝的多臺(tái)紅外高速相機(jī)，這些正是NOKOV度量光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的核心組成部分。

這套系統(tǒng)通過(guò)排布在空間中的多個(gè)動(dòng)作捕捉鏡頭，對(duì)室內(nèi)空間的捕捉區(qū)域進(jìn)行覆蓋，并對(duì)捕捉目標(biāo)上放置的反光標(biāo)志點(diǎn)（Marker）進(jìn)行三維空間位置的精確捕捉。

經(jīng)過(guò)專業(yè)軟件算法的處理，系統(tǒng)能夠輸出高達(dá)亞毫米級(jí)別的定位精度，采樣頻率最高可達(dá)340Hz，為機(jī)器人研究提供了前所未有的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度和實(shí)時(shí)性。

與采用GPS、航跡推算、全局?jǐn)z像頭、UWB等定位方法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相比，該平臺(tái)的精度大大提高。

NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)配備Mars系列紅外動(dòng)作捕捉相機(jī)，分辨率涵蓋220萬(wàn)至1200萬(wàn)像素。其自主研發(fā)的算法可實(shí)時(shí)解算復(fù)雜動(dòng)作數(shù)據(jù)，支持輸出六自由度位姿信息及骨骼數(shù)據(jù)。

在機(jī)器人研究中，這種高精度數(shù)據(jù)可以通過(guò)VRPN形式傳輸，或通過(guò)SDK（C++語(yǔ)言）端口廣播與ROS、Labview、Matlab（包含Simulink）等軟件通信進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，無(wú)縫接入現(xiàn)有的機(jī)器人研究流程。

02 技術(shù)解析，多重優(yōu)勢(shì)支撐科研創(chuàng)新

微秒級(jí)時(shí)間同步技術(shù)確保了多個(gè)相機(jī)之間的時(shí)間戳誤差≤1μs，而UWB基站同步誤差達(dá)100μs。當(dāng)無(wú)人機(jī)以10m/s飛行時(shí)，前者位置計(jì)算誤差僅0.01mm，后者達(dá)1mm，這種差異對(duì)機(jī)器人控制算法驗(yàn)證至關(guān)重要。

多剛體識(shí)別與追蹤能力讓研究者能夠同時(shí)分析機(jī)器人多個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。系統(tǒng)軟件具有一鍵建立剛體功能，大幅提高工作效率。

大范圍覆蓋能力支持20m×20m空間覆蓋，多機(jī)同步誤差在±0.03mm內(nèi)，為群體機(jī)器人研究提供了理想平臺(tái)。

無(wú)論是單個(gè)機(jī)械臂的精細(xì)操作，還是數(shù)十架無(wú)人機(jī)的集群飛行，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)都能提供全場(chǎng)景的精準(zhǔn)定位支持。

03 應(yīng)用案例，多領(lǐng)域研究突破

在西北工業(yè)大學(xué)無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)研究院，張通老師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的無(wú)人機(jī)室內(nèi)飛行協(xié)同控制實(shí)驗(yàn)中，定位系統(tǒng)由NOKOV度量光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)完成。

該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了多架無(wú)人機(jī)在室內(nèi)環(huán)境下的精確協(xié)同飛行，為無(wú)人機(jī)集群算法研究提供了關(guān)鍵驗(yàn)證平臺(tái)。

北京理工大學(xué)則在NOKOV度量光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，搭建了一套以無(wú)人機(jī)、地面移動(dòng)機(jī)器人/無(wú)人車(chē)為控制對(duì)象的異構(gòu)多智能體協(xié)同/地空協(xié)同/無(wú)人機(jī)集群控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種異構(gòu)智能體控制算法進(jìn)行驗(yàn)證，并模擬出空地協(xié)同巡邏、無(wú)人車(chē)圍捕和探測(cè)圍捕等多種軍事場(chǎng)景。

江蘇科技大學(xué)群體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室采用Crazyflie無(wú)人機(jī)，演示無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛出“8”字形態(tài)效果，同時(shí)使用光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)精準(zhǔn)定位，捕捉無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

04 其他主流方案，各有所長(zhǎng)

除了光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，室內(nèi)定位領(lǐng)域還有多種技術(shù)路徑，各有其適用場(chǎng)景和特點(diǎn)。

UWB超寬帶定位系統(tǒng)基于超寬帶脈沖信號(hào)，多徑分辨能力強(qiáng)，是工業(yè)場(chǎng)景的熱門(mén)選擇。其水平精度約10cm、高度精度約30cm，支持多標(biāo)簽/基站組網(wǎng)。

不過(guò)，UWB易受障礙物遮擋產(chǎn)生NLOS（非視距）誤差，且在機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因時(shí)間同步精度限制，位置計(jì)算誤差較大。

視覺(jué)/激光SLAM方案通過(guò)環(huán)境特征建模實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位，無(wú)需預(yù)設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。

例如，Intel RealSense D435i結(jié)合VINS-Fusion視覺(jué)慣性方案，可實(shí)現(xiàn)0.1-0.3m的精度。360°A3激光雷達(dá)SLAM采樣頻率可達(dá)16000次/秒，具備25m測(cè)距半徑。

但視覺(jué)SLAM在低紋理環(huán)境特征點(diǎn)提取率會(huì)下降60%，激光SLAM在強(qiáng)光環(huán)境易失效。

多傳感器融合方案通過(guò)“激光雷達(dá)+IMU+視覺(jué)”的組合突破單一傳感器局限。

某型測(cè)繪無(wú)人機(jī)采用該技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)無(wú)GPS下±0.03m定位誤差，適配水電站豎井等危險(xiǎn)場(chǎng)景。

05 選擇指南，因需而配

面對(duì)多種定位方案，研究者需根據(jù)具體需求做出選擇：

對(duì)于算法驗(yàn)證與控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是理想選擇。其亞毫米級(jí)的精度和毫秒級(jí)的延遲能為算法評(píng)價(jià)提供可靠基準(zhǔn)。

對(duì)于室外環(huán)境或大范圍作業(yè)，多傳感器融合方案或“5G+北斗”組合技術(shù)可能更適合，它們能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位無(wú)縫切換。

對(duì)于成本敏感的教育演示，輕量級(jí)方案如超聲波+光流傳感器組合可能足夠，雖然精度僅10-15cm，但成本低廉。

對(duì)于黑暗環(huán)境或弱光條件，毫米波射頻定位方案表現(xiàn)卓越，其反向散射標(biāo)簽單價(jià)低，功耗僅微瓦級(jí)，穿透煙霧能力優(yōu)于UWB。

在西北工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室里，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)正在為機(jī)器人研究的突破提供強(qiáng)有力的支持。從單臺(tái)機(jī)器的精密操作到多智能體的集群協(xié)同，亞毫米級(jí)的定位精度讓曾經(jīng)只存在于理論中的算法走向現(xiàn)實(shí)。

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，精準(zhǔn)室內(nèi)定位的需求將愈發(fā)重要，而NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)無(wú)疑將繼續(xù)在這一進(jìn)程中扮演關(guān)鍵角色。