Подводные оптические системы 3D захвата движения могут точно отслеживать движение и собирать данные о позициях объектов, таких как модели судов и биомиметические роботизированные рыбы, на больших водных поверхностях и под водой. Они обеспечивают обратную связь в реальном времени о положении и угле расположения объектов и экспортируют данные в другое программное обеспечение (MATLAB, C++ и т.д.) для последующей разработки и применения.

Для трехмерного пространственного позиционирования целевых объектов, в зависимости от типа фиксируемого объекта и размера пространства, можно выбрать между решениями для захвата движения в водной среде и подводными системами захвата движения.

1 Оптические системы захвата движения на водной поверхности

Когда цели находятся в мелководье или частично или полностью плавают, отражающие маркеры могут быть размещены над поверхностью воды или удлинены с помощью поддерживающего каркаса. Затем они фиксируются камерами захвата движения, расположенными над бассейном, что позволяет получить трёхмерные пространственные координаты цели.

Сценарии применения

1.1 Измерение деформации подводного подвесного туннеля

Подводные подвесные туннели представляют собой крупные транспортные морские сооружения, плавающие в воде, основной целью которых является решение проблемы пересечения глубоких и широких водных пространств в будущем. Основной акцент делается на безопасности, обеспечивая структурную стабильность при сложных динамических нагрузках, таких как волны и течения, а также исключительные нагрузки от подводных столкновений и кораблекрушений. Система захвата движения используется для получения высокоточных измерений движения и деформации туннеля, предоставляя исследовательские данные для изучения стабильности в различных внешних условиях.

1.2 Судостроение

Отслеживание движения судов в различных условиях волн, приливных течений и ветра является фундаментальным исследованием в лабораториях гидродинамики или в процессе производства судов. Изучая движение масштабной модели судна (модель судна) в волновом бассейне и тестируя характеристики движения модели судна в различных условиях (таких как разные типы волн, скорости волн, скорости ветра), можно предсказать реальные эксплуатационные характеристики судов, предоставить образцы для оптимизации производительности и сократить время и затраты на исследования и разработку в судостроительной инженерии.

Исследование явления свободного вихреиндуцированного движения цилиндров с плавучестью

Как типичная подводная конструкция, поплавковый баллон является важным элементом систем разработки нефти и газа на больших глубинах и ключевой структурой для различных конфигураций подъемных устройств. Когда морская вода оказывает воздействие на поплавковый баллон, это вызывает движение баллона с шестью степенями свободы, известное как "вихреиндуцированное движение". Когда частота сброса вихрей приближается к естественной частоте движения, происходит "явление захвата", приводящее к увеличению амплитуды движения поплавкового баллона, что впоследствии может вызвать его повреждение.

Для изучения этого явления могут проводиться испытания в буксирном бассейне, где системы захвата движения измеряют шесть степеней свободы поплавкового цилиндра при различных скоростях потока. Это позволяет анализировать характеристики движения цилиндра вниз по течению, боковое движение и характеристики качки, включая кривые перемещения во времени, траектории движения, частоту, амплитуду, число Струхаля и изменения сопротивления.

2 Решения систем оптического захвата движения под водой

Помимо трех типов устройств, упомянутых ранее, некоторые лаборатории по анализу походки также оснащены системами анализа распределения давления на стопу и оборудованием для кардиопульмональных нагрузочных тестов, что позволяет получать более полную информацию для анализа походки.

Сценарии применения

2.1 Валидация алгоритмов биоробототехнических исследований под водой

В связи с особенностями змеевидных роботов, которые включают в себя множество сочленений и избыточные степени свободы, а также высокую сложность и нелинейные физические свойства водной среды, наблюдение за движением робота в экспериментах, получение параметров движения и оптимизация стратегий управления роботом через эксперименты представляют определенные трудности.Применение 3D системы захвата движений позволяет точно зафиксировать движения и позы сочленений подводного змеевидного робота.Сравнение этих поз сочленений с данными, полученными от датчиков сочленений, подтверждает точность алгоритмов слияния данных датчиков и оценки поз.

2.2 Формирование подводных аппаратов

В формациях наблюдения подводных роботов/беспилотных аппаратов одновременное получение данных об окружающей среде из различных пространственных точек может значительно повысить точность моделей океанской среды.Ключ к исследованиям систем формации под водой заключается в координации и сотрудничестве между участниками стаи.Коллаборативное управление в основном проявляется в общей формации и планировании траектории для нескольких подводных роботов/беспилотных аппаратов, требующих выполнения морских задач в соответствии с установленными паттернами формации и траекториями.Кооперативное управление требует высокоточной системы навигации и позиционирования для получения информации о положении собственного и других аппаратов.Во время модельных экспериментов в лабораторных условиях система захвата движений NOKOV может выступать в качестве подводной системы позиционирования, обеспечивая точность до субмиллиметра в 3D пространственной информации для нескольких жестких тел, что используется для исследований планирования движения в формации.

2.3 Оценка эффективности рыболовных сетей

Эффективность подводного ограждения, состоящего из канатов и сетей, зависит от способности канатов ограждения удерживать траекторию движения в пределах сети. Изменяя физические свойства, схемы расположения и скорости буксировки канатов, система камер подводного оптического захвата движения может фиксировать изменения позиционных данных в зоне захвата канатов. Экспериментальные результаты из бассейна могут быть сопоставлены с данными, полученными с помощью моделей конечно-элементного моделирования.