專利名稱：一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器。
背景技術(shù)：
水下機器人(ROV)是當今人類探索海洋環(huán)境和開發(fā)海洋資源的有力工具之一。 ROV操作復(fù)雜，需要專門的操作人員進行操作。因此在將ROV交付客戶時，需要對客戶進行專門的實際操作培訓(xùn)。由于客戶對ROV比較陌生，沒有感性認識，因此培訓(xùn)時間長，培訓(xùn)效果也不理想。同時客戶初次操作真實的R0V，可能會出現(xiàn)操作不當?shù)默F(xiàn)象，這極易造成ROV 損壞、系纜破損等一系列問題，甚至還可能丟失R0V。這一系列問題的產(chǎn)生不但浪費了大量的人力物力，而且培訓(xùn)效果不佳，也給正在接受培訓(xùn)的操作人員帶來了巨大的心理負擔。

實用新型內(nèi)容為了解決以上問題，本實用新型提出用于培訓(xùn)ROV操作人員的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器。本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，包括操控裝置，用于操作人員控制虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的設(shè)備；控制系統(tǒng)，基于水下機器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)操作人員對操控裝置的操作，計算虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)，并將虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)信息傳送給視景仿真計算機；視景仿真計算機，用于虛擬顯示海洋環(huán)境，虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的顯示，以及虛擬顯示水下機器人載體的運動軌跡。所述操控裝置包括單桿、按鈕和指示燈。所述單桿為一個三自由度單桿和一個兩自由度單桿。所述控制系統(tǒng)包括工控機和下位機模塊，工控機和各個下位機模塊之間通過CAN 總線網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，采用主從式的應(yīng)用層協(xié)議，工控機為主機，各個下位機模塊為從機。所述工控機通過CAN/RS232智能轉(zhuǎn)換器將工控機間接掛接到CAN總線上。所述的下位機模塊包括模擬輸出模塊、模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊和數(shù)字輸出模塊。本實用新型具有以下優(yōu)點1.模擬ROV實際操作場景來培訓(xùn)操作人員，視景顯示效果逼真，具有很強的沉浸感，培訓(xùn)時間短，效果好，且不會造成ROV的損壞和丟失；2.操控設(shè)備只需要兩個單桿、幾個按鈕和指示燈，操作簡單；3.功能模塊化，接口簡單。本實用新型包括操控設(shè)備、控制系統(tǒng)、視景仿真計算機三個模塊，各個模塊都有各自的功能，并且接口簡單，連接方便。；[0017]4.模塊功能獨立化。本實用新型中的視景仿真計算機獨立出來，不但可以用于輔助設(shè)計ROV控制系統(tǒng)，還可用于真實的ROV控制艙中，輔助ROV操作人員觀察ROV的運動狀態(tài)。5.體積小，易于安裝。
圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型的系統(tǒng)信號流程圖；圖3是本實用新型的工控機控制流程圖；圖4是本實用新型的視景仿真計算機控制流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做詳細說明。如圖1，一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，包括操控裝置，用于操作人員改變虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)；控制系統(tǒng)，是本實用新型的核心，采用真實的設(shè)備搭建?；谒聶C器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)操作人員對操控裝置的操作，計算虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)，并將虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)信息傳送給視景仿真計算機；視景仿真計算機，用于虛擬水下機器人的視景顯示。所述操控裝置包括單桿、按鈕和指示燈。所述單桿為一個三自由度單桿和一個兩自由度單桿。所述控制系統(tǒng)包括工控機和下位機模塊，工控機和各個下位機模塊之間通過CAN 總線網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，采用主從式的應(yīng)用層協(xié)議，工控機為主機，各個下位機模塊為從機。所述的下位機模塊包括模擬輸出模塊、模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊和數(shù)字輸出模塊。所述工控機和所述視景仿真計算機之間通過以太網(wǎng)建立以太網(wǎng)通信，采用TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)信息的交互。所述工控機通過CAN/RS232智能轉(zhuǎn)換器將工控機間接掛接到CAN總線上。本實用新型的系統(tǒng)信號流程圖如圖2所示。當操作人員對操控設(shè)備中的單桿進行操作時，其相應(yīng)的信號線會輸出-10伏到+10伏的模擬電壓。單桿的信號線與模擬輸入模塊相連，單桿信號線輸出的模擬電壓會輸入到模擬輸入模塊。模擬輸入模塊將單桿輸出的模擬電壓由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。模擬輸入模塊帶有CAN總線控制器，可掛接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)上。模擬輸入模塊向掛接到CAN總線上的工控機發(fā)送單桿信號線輸出的電壓信息。工控機接收到數(shù)據(jù)并做一定的預(yù)處理后，結(jié)合ROV推進器的布置情況、電機數(shù)學(xué)模型和電機驅(qū)動器模型，將虛擬ROV四個自由度(位移和艏向角)的運動情況轉(zhuǎn)化為各個推進器電機模擬控制電壓，并將這個電壓值通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)由模擬輸出模塊輸出。由于本實用新型沒有真實的電機驅(qū)動器和電機，而是用虛擬的電機驅(qū)動器模型和電機數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)，所以各個推進器模擬控制電壓經(jīng)模擬輸出模塊輸出后又要經(jīng)過模擬輸入模塊采集到工控機中，然后帶入虛擬的電機驅(qū)動器模型和電機數(shù)學(xué)模型，最終計算出各個推力器的推力大小。所述電機數(shù)學(xué)模型為
權(quán)利要求1.一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，包括操控裝置，用于操作人員控制虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的設(shè)備；控制系統(tǒng)，基于水下機器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)操作人員對操控裝置的操作， 計算虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)，并將虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)信息傳送給視景仿真計算機；視景仿真計算機，用于虛擬顯示海洋環(huán)境，虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的顯示，以及虛擬顯示水下機器人載體的運動軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述操控裝置包括單桿、按鈕和指示燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述單桿為一個三自由度單桿和一個兩自由度單桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括工控機和下位機模塊，工控機和各個下位機模塊之間通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，采用主從式的應(yīng)用層協(xié)議，工控機為主機，各個下位機模塊為從機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述工控機通過CAN/RS232智能轉(zhuǎn)換器將工控機間接掛接到CAN總線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述的下位機模塊包括模擬輸出模塊、模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊和數(shù)字輸出模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述工控機和所述視景仿真計算機之間通過以太網(wǎng)建立以太網(wǎng)通信，采用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)信息的交互。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，其特征在于，所述視景仿真計算機為三維視景顯示。
專利摘要本實用新型提出用于培訓(xùn)ROV操作人員的一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器。一種遙控水下機器人模擬訓(xùn)練器，包括操控裝置，用于操作人員控制虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的設(shè)備；控制系統(tǒng)，基于水下機器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型，根據(jù)操作人員對操控裝置的操作，計算虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)，并將虛擬水下機器人的位置和姿態(tài)信息傳送給視景仿真計算機；視景仿真計算機，用于虛擬顯示海洋環(huán)境，虛擬水下機器人位置和姿態(tài)的顯示，以及虛擬顯示水下機器人載體的運動軌跡。模擬ROV實際操作場景來培訓(xùn)操作人員，視景顯示效果逼真，具有很強的沉浸感，培訓(xùn)時間短，效果好，且不會造成ROV的損壞和丟失。
文檔編號G09B9/00GK202120467SQ20112020168
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者劉開周, 葛新, 許光君, 郭威 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所