Запечатлевая движение,
Создавая истории

С развитием робототехники, 3D-анимации, виртуальной реальности и других отраслей, исследование действий биомиметических роботов стало важной актуальной темой. Как заставить роботов или виртуальных персонажей выполнять разумные и плавные жесты? Это связано с изучением алгоритма обратной кинематики.

Обратная кинематика: обратная кинематика — это процесс определения параметров подвижных объектов, таких как суставы, которые необходимо установить, когда цель достигает требуемой позы. Проектирование алгоритма обратной кинематики напрямую влияет на анализ движения, управление движением и планирование траектории робота.

В настоящее время к распространённым алгоритмам обратной кинематики относятся алгебраический метод, геометрический метод и численный метод.

Человеческое тело очень сложное, и традиционный алгоритм нуждается в оптимизации.

Поскольку задача обратной кинематики человеческого тела очень сложна, традиционный алгоритм обычно сталкивается с двумя основными проблемами: либо точность решения, полученного после многократных итераций, невысока; либо можно получить параметры только при определенных условиях. Как получить более универсальный алгоритм с более точными результатами и более быстрыми процессами стало актуальной темой для исследователей.

Используя захват движения, сложное человеческое тело преобразуется в модель с суставами.

Человеческое тело настолько сложное, что исследователи часто рассматривают его как несколько частей в зависимости от суставов. Поэтому возможность получения точных и детализированных данных о движении и создания точной модели сустава стала важнейшей основой для исследований. Оптическая система захвата движения стала первым выбором для такого рода исследований благодаря своей высокой точности, высокой производительности в реальном времени и свободному движению захватываемого объекта.

В исследовании алгоритма обратной кинематики в Школе электронной информации Технологического института Чжунъюань исследователи использовали оптическую трехмерную систему захвата движений NOKOV для получения данных о движении нижних конечностей с точностью 1 мм и создали точную модель суставов.

Схематическая диаграмма расположения маркера и объектива захвата движения на экспериментальной площадке

Схематическая диаграмма расположения маркера и объектива захвата движения на экспериментальной площадке

Система захвата движения в эксперименте в основном состоит из шести камер NOKOV Mars 2H, маркеров, распределенных по основным суставам нижних конечностей, трехмерной платформы для измерения силы, установочных и коррекционных стержней. В экспериментальной среде размером примерно 7M×5M система захвата движения фиксирует пространственные координаты всех маркерных точек со скоростью 100 кадров в секунду.

Экспериментальная площадка Zhongyuan Institute of Technology

После применения определенного алгоритма полученные координатные данные могут быть установлены как единая модель движущегося человеческого тела. Исследователи рассматривают нижние конечности человеческого тела как пять локальных координатных систем: тазобедренный сустав, коленный сустав, голеностопный сустав, бедро и икры, тем самым преобразуя задачу кинематики человеческого тела в решение уравнения движения модели сустава.

Изучите совместную модель, чтобы сделать робота более маневренным.

После создания совместной модели исследователи объединили алгоритм итеративного спуска по циклическим координатам (CCD) и BFGS, вычислили совместный угол вращения, который может соответствовать реальным требованиям движения, используя данные о движении человека, зафиксированные при помощи технологии захвата движения. Порог ошибки и среднее время выполнения явно превосходят традиционный алгоритм.

Оптическая система захвата движений, основанная на своей точности, работоспособности в реальном времени и гибкости, может обеспечить надежную поддержку исследованию дисциплины и промышленному применению в области биовдохновленных роботов и помочь роботам сделать прорывные шаги.

Пользователь опубликовал статьи по эксперименту, что подтверждает его эффективность.