[发明专利]一种多水下机器人半物理仿真系统及其控制方法

权利要求书

1.一种多水下机器人半物理仿真系统，其特征在于包括：视景显示计算机(1)，虚拟环境计算机(2)，电气转接装置(3)以及机载自动驾驶仪(4)，其中：

视景显示计算机(1)，与虚拟环境计算机(2)进行网络通信连接，实现海底地形、障碍物、涌流和声纳传感器数据的模拟，以及各水下机器人位姿的三维立体显示；

虚拟环境计算机(2)，存有各水下机器人的运动学、动力学模型，通过模型解算，生成各种虚拟传感器设备信息，以实现水下机器人的自主闭环控制，同时完成模拟各种故障状况，以及模拟水声信道实现多机器人协作信息的转发；

电气转接装置(3)，将虚拟环境计算机(2)扩展卡的标准电缆接口转接为可与多水下机器人机载自动驾驶仪(4)方便连接的接口；

机载自动驾驶仪(4)，为多套，为真实的水下机器人软硬件控制系统，通过电气转接装置(3)获取虚拟环境计算机(2)的传感器数据，根据自身的运动规划和闭环控制系统生成执行器控制量经由电气转接装置(3)发送给虚拟环境计算机(2)，同时根据使命需求通过虚拟环境计算机(2)向其它机器人系统发送协作信息。

2.按权利要求1所述的多水下机器人半物理仿真系统，其特征在于所述机载自动驾驶仪(4)包括：CPU单元、串口扩展单元、外围扩展单元、开关控制单元、电源控制/监测单元以及推进系统控制单元，其中CPU单元通过PC104总线连接串口扩展单元、外围扩展单元连接，通过RS485总线连接开关控制单元、电源控制/监测单元以及推进系统控制单元。电源控制/监测单元监测能源系统的电压、电流以及故障状态，接收CPU单元的指令，对能源系统实施控制；推进系统控制单元监测驱动装置的运行状态，对驱动装置实施使能、转速、转向控制；开关控制单元监测水下机器人的入水、漏水情况，对各机载传感器、压载设备开关实施控制。

3.按权利要求1所述的多水下机器人半物理仿真系统，其特征在于所述虚拟环境计算机(2)包括工控机、数字IO单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元以及串口单元，其中，工控机连接上述各单元；数字IO单元的数字量输入端在机载自动驾驶仪(4)的控制下向工控机输入多水下机器人的电源开关以及机器人压载设备的动作开关的仿真信号，数字量输出端向机载自动驾驶仪(4)输出入水检测及漏水和漏油报警及其它故障信号；模拟量输入单元在工控机的控制下向工控机输入多水下机器人推进系统的模拟量输出设备的仿真信号；模拟量输出单元在工控机的控制下通过串口单元向机载自动驾驶仪(4)输出各种虚拟传感器的仿真信号。

4.按权利要求1所述的多水下机器人半物理仿真系统，其特征在于所述电气转接装置(3)一端与虚拟环境计算机扩展卡的标准电缆接口相连，另一端设有方便与各水下机器人机载自动驾驶仪(4)连接的电缆接口。

5.按权利要求1所述的多水下机器人半物理仿真系统，其特征在于：所述机载自动驾驶仪(4)为多台同构水下机器人控制装置，或者为多台异构水下机器人控制装置。

6.一种多水下机器人半物理仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

初始使命装载及路径规划；

根据上述规划的路径进行仿真控制，具体为：

虚拟环境计算机向各机载自动驾驶仪发送仿真开始指令；

各机载自动驾驶仪在接收到上述仿真开始指令后，按照规划的结果开始运行，通过内部的自主闭环控制程序控制计算推进系统的控制量，通过模拟输出接口转由电气转接装置发送给虚拟环境计算机的模拟输入卡；

虚拟环境计算机将上述推进系统的控制量作为输入，通过各机载自动驾驶仪的运动学、动力学模型解算获得各虚拟传感器信息和位姿信息，并将传感器信息通过对应串口卡、模拟输出卡转由电气转接装置发送给各机载自动驾驶仪；同时虚拟环境计算机2将解算获得的各水下机器人的位姿信息通过网络接口发送给视景显示计算机进行三维显示。

7.按权利要求6所述的多水下机器人半物理仿真方法，其特征在于：还包括以下步骤：

判断各机载自动驾驶仪是否需要发送协作信息；

各机载自动驾驶仪如需发送协作信息，则通过对应的RS232接口经由电气转接装置发送给虚拟环境计算机；

由虚拟环境计算机将协作信息转发给指定的其他机载自动驾驶仪。