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机器人的“老师”？光学动捕技术为何成为国产机器人升维关键？

admin2024-02-09科技IT789

光学动捕技术正成为机器人行业高质量发展的一把钥匙。

例如在当前火热的人形机器人领域，借助光学动捕技术，双足行走和手部抓取两个关键技术动作的研究正在加速。在不久前一个展会上，某科研院所展示出的人形机器人已经能高度等比例模仿还原现场观众的真实动作。这正是通过光学动捕技术而实现的成绩。

又例如在工业机器人领域，标定技术对于机器人精度提升明显，一直以来被外企视为独门秘诀。而当前光学动捕技术正为工业机器人行业带来全新的高性价比解决方案，已经在部分国产头部工业机器人企业上得到了广泛应用，帮助企业更好实现了关节级标定和零点标定，在末端定位精度等性能上与国外机器人已经不相伯仲。

还有例如在服务机器人领域，相关研究机构正在通过利用光学动捕产品，积极将中国服务机器人标准完善化和规范化，随着中国服务机器人产品更大范围的出口，为国际标准和评价体系提供着中国参考。

在机器人大讲堂对国内领先光学动捕企业【青瞳视觉】的采访中，当谈到光学动捕对于机器人行业的作用时，青瞳视觉创始人&CEO张海威对此有一个更加生动的描述：光学动捕就类似于机器人的老师，在帮机器人一次次弥补着不足。

▍光学动捕产品功效明显

具体来看，光学动捕所充当的老师，在这种“扶强补弱”的过程中，同样能做到“有的放矢”，而这一切都来自于光学动捕产品的实际效能。

例如人形机器人的步态研究中，研究者为了让机器人能够真实还原人类的实际步态表现，就可以通过动捕系统，把人类的步行等动作进行捕捉，并通过让机器人对人类步行进行大量样本学习，快速实现动作复制。由于样本是根据细节性采集的高度还原进行的实际建模，因此在动作还原度和细节上机器人的表现力非常突出。

不仅如此，研究者还可以根据光学动捕系统反馈的机器人实际运动测试情况，再进行更进一步的步态分析，检验、校正、优化机器人的平衡控制能力，不断调整机器人的稳定性、鲁棒性。这种“教学+检验”的反复过程中，可以很快帮助企业实现双足机器人的步态研究和优化过程。

同样的案例还有在工业机器人领域，由于当前焊接、切割等机加工领域对于机器人的精度提出了越来越高的要求，在部分工艺中为了保证机器人的实际功能，就需要对机器人进行校准，这包括在调试和零点标定阶段需要确保机器人的运动和定位精度满足要求，以及对于工具坐标的标定。

工业机器人大是多关节连杆结构，在原先，部分国产机器人在运动学标定和动力学标定能力上尚有欠缺。在进行大负载、高速度、高精度工艺后，或者受限于实际场景中的加工误差、机械公差，机器人的运动精度会逐步下降，末端工具坐标位置产生漂移，导致标定后的实际运动轨迹与理论设计模型出现偏差。因此，选择合适的标定方法无疑可以有效地提高机器人的标定精度，标定结果的准确性也决定了机器人的实际使用寿命和可靠性。

机器人四大家在标定上，大多采取价格较为昂贵的激光跟踪仪实现机械臂末端精度校准，但该做法往往无法现场校准机械臂各个关节的角度、姿态和自由度等参数，实际校准的函数相对来说较少，而且使用流程较为复杂。

在许多研究中发现，相对而言，青瞳视觉所提供的光学动捕系统，成本会相对而言已经更低，而且校准速度更快，性能参数更多，这对于急需加快客户响应速度的国产机器人企业而言，无疑是一个巨大的机遇。

据青瞳视觉创始人&CEO张海威透露，目前青瞳视觉所为许多企业提供的光学动捕系统，综合成本已经降低到激光跟踪仪的1/5~1/10，真正做到了国产的极致性价比。

除此之外，光学动捕产品还能为机器人和其他智能设备提供精确的运动和位置数据，这些数据对于机器人的设计、优化和应用的重要不言而喻。可以快速帮助设计人员更好地理解机器人的运动状态，从而进行更精确的控制和优化，帮助国产机器人企业在提高运动性能和定位精度上更进一步，并指引着国产产品快速实现着开发迭代，实现机器人的“升维”。

▍核心能力的形成与延伸

光学动作捕捉系统其实原理其实并不复杂，核心就是一种基于光学原理的动作捕捉技术，主要由光学标记点（Marker）、光学动作捕捉相机、POE交换机、标定框等设备组成。

通过在运动物体关键部位（如人体的胯部、手肘等关节）粘贴Marker点，光学动作捕捉相机就能从不同的角度实时探测Marker点，并将数据实时传输至数据处理设备（如电脑），根据算法计算出Marker点的具体空间坐标、方向、运动轨迹等信息，从而还原运动物体的动作姿态。

而之所以青瞳视觉能够做到行业领先，其原因在于对于核心技术的坚持与深耕。从中国科学院自动化研究所毕业并选择技术创业后，提高技术与生产力转化能力就一直是张海威所重视的企业核心。为此，青瞳视觉持续对标国外一线品牌，并借助国产化优势小步快跑，在虚拟仿真、虚拟现实VR头显、动画、手术导航等不同新产品领域都保持充分的前沿性。

由于国内视觉动捕的各领域起步普遍相较国外偏晚，市场占有率和品牌知名度大有不如。但正是在这种不断学习和对标过程中，青瞳视觉却能逐渐补齐了自身在产品设计理念、工业设计等方面的能力短板。在这个过程中，其还自主研发并生产具有国际领先水平的红外光学运动跟踪系统，具有高精度、低延时、远距离、高鲁棒性等优势特点，多次荣获设备和技术创新荣誉。

通过针对不同品类针对性的研究，青瞳不仅吸取了多个国际领先产品的优点，还结合国内的实际需求进行了针对性调整、兼容和适应，做到了从跟跑到并跑甚至超越的颠覆。例如在光学动捕定位精度上，市场上大多企业产品仅能够实现0.1毫米，而青瞳却做到了0.04毫米—0.05毫米的倍增。

2015年创立以来，一步步走来，如今青瞳视觉可以说已经站在了该行业国内领先的位置，形成了自身的标准化技术和产品体系，却又能够针对不同类型行业，不同产品体系，不同竞争对手，实现差异化产品升级，这也牢牢构筑了其在视觉赛道的护城河。

基于这种高度市场化的策略，定制化开发也成为当前青瞳视觉快速提高市场占有率的核心能力和特点。不同于大多以代理国外品牌产品为主的国内企业，基于产品和系统的自主研发以及高度的软硬件插件兼容性，青瞳视觉能够针对不同的上下游应用实际情况，实现高度的定制化开发。

在例如嵌入式、远追踪距离、室外、腿足专用等不同场景，青瞳都开发出了合适的产品，并提供SDK接口，帮助研究者和企业快速实现不同种类数据的获取、传输，可满足多样化的用户需求，为任何应用提供量身定制的优质解决方案。

▍结语与未来

随着光学动捕技术的不断发展，对于人物动作的精细化捕捉能力依然在持续提升，能够高度还原人类面部、手部、足部等细节部位动作，已经在医疗、影视、游戏等行业中得到了广泛应用，还在如生物力学、工程应用、游戏、影视、VR等领域展现出广阔的前景。

机器人领域对于该项技术的研究和应用，目前也在逐步加速阶段.不少科学理论研究中，对于该产品的实际能力价值已经有了较为明确的认识。这种技术凭借其高分辨率、高速度和高精度的特点，可以为机器人提供高精度的空间位置信息，正开始被广泛应用于人形机器人、工业机器人、无人机等多个领域。中科院自动化研究所就还曾利用这项技术实现了定位子系统，进而开发出了具备单体无人车和无人机控制、地空协同、集群对战以及无人车、无人机编队表演等功能的智能无人集群系统。

此外，在水下机器人领域，光学动捕产品同样具有重要价值。例如，水下光学运动捕捉系统可以为水下机器人的运动轨迹、空间位置、活动范围精准测试以及三维模型建立提供强大的数据支撑。通过这些精确的数据，设计人员可以直观判断水下机器人的运动能力、运动方式和控制效果，进而优化其设计和性能。

这项作为“机器人老师”的技术，未来发展前景无疑值得期待。

▍关于青瞳视觉

上海青瞳视觉科技有限公司（CHINGMU Tech Ltd.）创立于2015年，是一家集研发、生产、销售和服务为一体的专业光学动作捕捉领先企业，多年来一直聚焦计算机视觉领域，专注于3D智能感知及人机交互系统的科技创新、前沿的专利技术与全方位服务体系，为各种行业应用提供全栈式数字化服务，捕捉每一帧精彩。

青瞳视觉公司的产品和技术在元宇宙、数字娱乐、虚拟现实、科研与工业自动化和生命工程等领域已服务上千家国内外知名企业，赢得了客户的广泛信赖，收获良好的品牌声誉，成为动作捕捉领域的优先选择。

公司总部位于中国上海，在北京、深圳、成都、芜湖、青岛均设有分支机构，产品远销亚洲、欧洲和美洲，以国际化视野立足全球，一直致力于达成创新和卓越的动捕技术，用科技改善生活，用财富反哺科技.

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