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動作捕捉系統技術在拖曳水池中的應用 -上海逢友信息科技

  • 時間:2020年10月27日
  • 來源:家居寶
  • 類別:家居資訊
摘要:上海逢友信息科技有限公司(shanghaifedutechnologyCo,Ltd.)成立于2004年,是由一批海歸青年所創辦的高科技企業,注冊于上海復旦科技園區。上海逢友信息科技有限公司是美國傳感器設備有限公司SENSORPRODUCTSINC大中?

上海逢友信息科技有限公司(shanghaifedutechnologyCo,Ltd.)成立于2004年,是由一批海歸青年所創辦的高科技企業,注冊于上海復旦科技園區。上海逢友信息科技有限公司是美國傳感器設備有限公司SENSORPRODUCTSINC大中華區獨家代理,其壓力分布及壓力感測紙產品廣泛服務于中國電子、汽車、家具、運動、醫療等行業。同時我們也代理瑞典Qualisys三維運動捕捉系統、Bertec測力臺、Visusal3D三維步態分析/體態分析軟件,為中國高校、研究所、醫院提供生物力學、工效學等完整和全面的解決方案。在“973”、“863”國家自然科學基金等重大學科項目中發揮了重要作用。

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第二種方案用于水池中較小、較慢的自由運行船模或者系泊船模的靜態試驗。這類試驗只需要覆蓋較小的捕捉范圍。所以,只需要使用4個廣角攝像機即可滿足測試需求:2個安裝在水池邊,2個安裝在拖車上。

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Qualisys的動作捕捉系統用途廣泛,該大學利用該系統開發了新的實驗方法,應用于教育、科研和商業項目等領域。本系統安裝靈活,可根據具體項目進行配置,從而能采集動態船模在水上、水中,以及交界處的數據。

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方案B

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陸上系統包括4個廣角攝像機(70°)、4個窄角攝像機(49°),這套運動捕捉系統可以根據測試目的進行不同的安裝配置。經過測試,以下三種安裝方案可以滿足Boldrewood拖曳水池中大多數工作需求。

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(2)4個Qualisys5+攝像機

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設備安裝方案

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研究計劃

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BertrandMalas

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方案C

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方案A

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遠程模式所需的推力由遠程控制器(通過藍牙與ASV的計算機相連)輸入。遠程控制器提供剛體坐標系中的歸一化推力參考信息,這會轉換為電動機驅動器的脈寬調制基準。在自主運行時,該平臺使用QTM的實時反饋作為定位系統,沿著預定義停靠點移動。由兩個根據經驗調諧的比例微分控制器同時控制ASV的航向和姿態。

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第三個項目是,同時使用陸上和水下系統,用于捕捉游泳池中自由泳運動員身體和手臂的運動學數據:采集一個劃水周期中手臂的速度和方向的數據。

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南安普頓大學拖曳水池負責人

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體育工程

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Boldrewood拖曳水池的動作捕捉系統為未來工作創造了許多可能性。

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(3)4個Qualisus5+廣角攝像機

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最后一種方案用于船模和拖車測功儀相連時,由于船模相對于拖車是相對靜止的,所以所需覆蓋范圍很小。使用4個廣角攝像機就能獲取很好的效果,但是要注意月池中的障礙物(各種橫梁、平臺等)。

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配備室內定位系統的自主水面航行器

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動作捕捉系統

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“Qualisys的動作捕捉系統用途廣泛,我們利用該系統開發了新的實驗方法,應用于教育、科研和商業項目等領域。”

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在工業和研究領域,動作捕捉系統易于安裝,可作為各種問題的解決方案。動作捕捉系統在Boldrewood拖曳水池中,被學生、研究人員和工程師廣泛使用。該團隊將充分探索Qualisys系統的性能、優點、缺點,并開展更多利用其進行測試的項目。

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大型或快速船模的航行實驗中,需要覆蓋水池中盡可能長的捕捉范圍。將廣角攝像機放在水池邊上2.5m高的位置,窄角攝像機放于水池圍欄上。這樣整個捕捉范圍長度可達8-10m,足夠采集海上快速船模的數據。

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后續將在各種風浪狀態下進行船舶動態定位實驗。目前正在建造船尾和船首都安裝推進器的雙軸模型,將用于開發動態定位算法。

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(1)6個Qualisys水下攝像機

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英國南安普頓大學(UniversityofSouthampton)的Boldrewood拖曳水池是一個高標準的室內拖曳水池,結合了傳統的成熟系統和最新技術,將進行一系列前沿試驗。

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第一個項目是,測量皮艇的性能。將船體和槳柄分別定義為剛體,使用動作捕捉系統測量它們各自的運動。從而,根據不同的劃頻和波浪情況來確定劃槳動作與皮艇速度、加速之間的關系。

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一直以來,運動捕捉系統廣泛應用于運動人體科學的研究中。近來,Boldrewood拖曳水池也將這個技術用于水上運動的體育工程相關研究中。

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第二個項目是,評估劃艇槳的流體力學性能。此項目中,劃艇與水池邊相連。利用陸上系統和水下系統共同追蹤槳軸在空中、槳葉在水中進出的動作。雖然水面有干擾(主要是氣泡),仍然能評估槳的動作和變形。這些測量數據以及槳葉和船的交叉處、船和水池邊連接處的力數據被用于槳葉劃船性能的詳細分析。

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自主水面航行器(AutonomousSurfaceVehicle,ASV)“SMARTY”是南安普頓大學用于演示的3DOF水面航行器。它配備了4個無刷直流電動機作為推動器。電動機在XY平面旋轉45°以提供推力矢量。ASV自帶一臺基于Linux的計算機、WiFi和藍牙連接、陀螺儀和加速度傳感器和一個攝像機,它可以通過遠程控制器,也可以通過主機從動作捕捉系統獲取信息以自主模式運行。

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由于這個大型水池既需要進行試驗又要用于教學,所以南安普頓大學為新的Boldrewood拖曳水池購置了兩套Qualisys動作捕捉系統:一套用于陸上測試,一套用于水下測試,兩套系統還可以混合使用。

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還計劃對Qualisys系統提供的6DOF精度進行研究,并將其與機載慣性測量單元進行比較。理想情況下,這將在安裝拖車驅動系統后開展,這樣在整個水池中自航船模就能被追蹤,從而采集足夠的數據。

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Boldrewood拖曳水池的一項關于自由航行艇的實驗發現,可以使用貼有反光標記點的小型泡沫漂浮物作為波浪探頭(waveprobes)。安裝在拖曳水池中的造波器能夠在水槽內產生斜波,在生成這類波時,可以使用多個小型漂浮物作為波浪探頭生成水池的三維波形。使用足夠小的模型(由于水池中的6m可用寬度有限),可以進行自航操縱實驗,比如z形操縱試驗。

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Qualisys動作捕捉系統不僅能提供動作數據用以分析,也可以用于控制算法中的實時輸入。該系統實時計算剛體的6自由度(6DOF)數據,這可以通過Qualisys的SDK進行操作,也可以轉換成NMEA兼容格式。獲得的數據通過WiFi轉發到計算機模型上。根據實驗結果,使用適當的算法在計算機模型上處理數據。

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船模追蹤是船舶操縱試驗的重要組成部分,而動作捕捉技術已成為在大型操縱性試驗水池中對自由航行船模進行追蹤的常用方法。

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