[发明专利]一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统

说明书

本发明公开一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统，包括地图编辑模块、任务加载模块、虚拟视景仿真模块、水下传感器模块、自主避障及运动控制模块和状态监控及数据存储模块；能够实时模拟深海环境中三维障碍物的分布，生成海底各种干扰因素，采用实时通信网络对各个功能模块之间的数据进行实时传输和交互，使得爬游机器人在该系统中能够对自主避障方法进行充分验证和分析。

技术领域

本发明属于智能机器人自主避障技术领域，具体涉及一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统。

背景技术

目前随着能源和安全不断转向深海空间，使得对深海空间进行勘探和开发的相关技术的需求越来越迫切，然而深海环境恶劣的自然条件，限制了有人系统的使用，无人系统成为深海空间开发和利用的重要手段。深海爬游机器人是一种用于深海搜索、勘探、作业的无人智能机器人系统，能在超过5000米的深海海域作业，但是深海环境中的超高压力、低能见度、复杂未知的海底环境等因素对深海爬游机器人的安全构成了巨大威胁。

目前针对无人系统自主避障技术的研究主要集中在无人机、地面无人车、水面无人艇、水下智能机器人系统，然而对于深海智能系统的自主避障技术研究成果还非常少，需要在这个领域展开相关研究，为深海智能机器人系统提供安全可靠的技术支撑。深海爬游机器人工作环境比传统无人系统工作的环境都要复杂，由于其下潜深度大，通常到达深海海底，工作环境为一个三维分布的障碍物环境。三维环境中的自主避障问题的复杂程度要远远大于二维环境，同时还需要考虑深海环境中其他干扰因素的影响，使得深海爬游机器人自主避障方法的设计具有很大的难度。在自主避障算法设计过程中，需要构建各种障碍物环境约束，对自主避障算法的性能进行充分验证分析。由于受使用成本、安全性、以及深海障碍物环境约束等因素限制，使得在实体机器人平台上进行实验分析是不可行的，需要利用一种安全、高效、快捷的方法对深海爬游机器人的自主避障算法的性能进行验证分析。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统，能够实时模拟深海环境中三维障碍物的分布，生成海底各种干扰因素，采用实时通信网络对各个功能模块之间的数据进行实时传输和交互，使得爬游机器人在该系统中能够对自主避障方法进行充分验证和分析。

实现本发明的技术方案如下：

一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统，包括地图编辑模块、任务加载模块、虚拟视景仿真模块、水下传感器模块、自主避障及运动控制模块和状态监控及数据存储模块；

地图编辑模块构建爬游机器人的深海障碍物环境；

任务加载模块设置爬游机器人的初始运动状态和作业任务；

虚拟视景仿真模块根据深海障碍物环境构建三维地理环境，并根据爬游机器人的初始运动状态和三维地理环境得到初始障碍物分布信息；并根据自主避障及运动控制模块输出的爬游机器人运动控制指令对机器人的运动状态进行解算，将爬游机器人运动状态实时数据传输到自主避障及运动控制模块、任务加载模块和状态监控及数据存储模块中；

水下传感器模块读取初始障碍物分布信息和爬游机器人位姿信息，根据自主避障实验的需求，构建爬游机器人周围环境中障碍物分布数据；

自主避障及运动控制模块根据当前作业任务、障碍物分布数据、爬游机器人的初始运动状态计算爬游机器人安全自主航行的运动控制指令；

状态监控及数据存储模块存储爬游机器人的姿态信息、障碍物分布数据和实时运动状态数据。

进一步地，虚拟视景仿真模还用于对爬游机器人的各种运动状态、海底地形、海流、以及海洋动植物进行实时显示。

进一步地，虚拟视景仿真模块还用于模拟盐度、温度和海水密度。

进一步地，水下传感器探测模块模拟爬游机器人的避障声纳传感器，在爬游机器人进行自主避障的过程中提供实时的障碍物分布数据。