[发明专利]无人潜器运动模拟装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种运动状态模拟装置，具体地说是一种无人潜器运动模拟装置。本发明还涉及一种无人潜器运动模拟方法。

背景技术

无人潜器作为一种高技术手段，在海洋开发中扮演着重要的角色。鉴于无人潜器的巨大发展潜力,许多国家尤其是发达国家都致力于无人潜器技术研究和产品开发，无人潜器技术得到了大力发展。目前无人潜器成功应用于海底地形地貌勘察、海洋资源及地质调查、海洋环境和水文参数测量、生物考察等任务中。运动模拟技术是无人潜器技术中关键技术之一，也受到了广泛的重视。无人潜器运动模拟，对于无人潜器的水动力性能研究和操纵性预报具有十分重要的意义，同时良好的运动模拟技术可以减少水池试验和外场试验的次数，节约成本，提高效率，为操纵性能分析提供依据，并为以后的控制系统设计和方法选取提供调试平台。

公开号为CN102354464 A的专利文件中公开的“一种遥控水下机器人模拟训练器”，包括操控装置、控制系统和视景仿真计算机。但是其操控装置中尚未实现水下机器人工作环境中可能出现的故障设置，控制系统中水下机器人的运动学和动力学模型中尚未涉及水下机器人工作环境中可能出现的故障受力情况，不能实现水下机器人故障状态下的运动模拟。

不难看到，研究一种既能实现正常工作状态的运动模拟，又能实现故障状态下运动模拟，且具有良好交互性的无人潜器运动模拟装置或系统，具有重要的科研价值和实际的工程价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现无人潜器的全状态运动模拟的无人潜器运动模拟装置。本发明的目的还在于提供一种能够实现无人潜器的全状态运动模拟的无人潜器运动模拟方法。

本发明的无人潜器运动模拟装置包括显示器、服务器和操控面板，所述显示器包括两台显示器，第一显示器用于显示无人潜器的二维运动状态及操作界面，第二显示器用于显示无人潜器的三维运动状态，第二显示器位于第一显示器上方，两台显示器成100°-110°夹角，两台显示器通过视频线与服务器相连，操控面板通过隔离信号板与服务器连接，操控面板包括键盘、按钮、单色指示灯和双色指示灯，采用键盘与按钮相结合的方式输入操纵指令和设置信息，采用单双色指示灯显示故障状态信息，服务器通过固定支架固定在柜体中，第一显示器和操控面板固定在柜体上，服务器通过网络接口与网络连接。

本发明的无人潜器运动模拟装置还可以包括：

1、所述信号隔离板包括继电器、隔离电源和数字隔离芯片ADUM1401，数字隔离芯片与服务器的DIO卡互联，按钮与数字隔离芯片ADUM1401链接，数字隔离芯片ADUM1401经继电器连接单双色指示灯。

2、两台显示器的夹角为106°。

3、数字隔离芯片ADUM1401总共设有28路按钮输入信号和64路单双色指示灯控制信号。

本发明的无人潜器运动模拟方法为：

步骤1，开始，完成初始化操作；

步骤2，环境信息加载；

步骤3，获取执行器指令信息，所述执行器指令信息包括推进器转速、执行舵角和水舱进、排水操作信息；

步骤4，设置故障，所述故障主要包括：推进器故障、卡舵故障、水舱泵阀故障和破舱故障；

步骤5，运动解算，求解当前无人潜器的运动状态信息和位姿信息；

步骤6，观察模拟运行效果并保存无人潜器的运动状态信息和位姿信息；

步骤7，运动模拟完毕，结束。

本发明的运动模拟装置，以离线或在线方式实现无人潜器的正常状态和故障状态下，即全状态运动模拟。离线方式，即直接通过输入设备输入操纵指令，进行运动模拟；在线方式，即从操控装置上输入操纵指令，通过网络发送到运动模拟装置，进行运动模拟。正常状态下运动模拟是指在给定操纵指令情况下，实时准确地反映出水下机器人当前的运动状态；故障状态下运动模拟是指在卡舵、破舱、推进器故障、水舱泵阀故障等情况下，给定操纵指令时，实时准确地反映无人潜器的运动状态。

本发明的运动模拟装置采用单体双显示器结构，主要包括两台显示器、服务器、操控面板。一台显示器显示潜器二维运动状态及操作界面，另一台显示器显示潜器三维运动状态，成106°夹角，通过视频线与服务器相连。操控面板通过隔离信号板与服务器连接，采用键盘与按钮相结合的方式输入操纵指令和设置信息，采用单双色指示灯显示故障状态信息，服务器通过固定支架固定在柜体中。为了实现在线运行模拟，还加入了网络接口。