[发明专利]一种有缆水下作业机器人仿真系统

说明书

本发明提供了一种基于Unity 3D的有缆水下作业机器人仿真系统。水下作业机器人控制模块用于选择机器人控制模式并发送控制指令；仿真模块用于实现水下3D静态场景、3D动态场景、水下作业机器人运动及机器人搭载传感器的仿真；图形用户界面模块用于实现人机交互及传感器数据的显示；数据平台存储来自传感器的数据，用于后续进行数据分析及仿真过程回放。本发明可以在一台计算机上仿真有缆水下作业机器人在水下环境作业的全过程，两种不同的机器人控制模式分别可以实现对操作员的培训及控制算法效果的验证，数据平台存储的仿真过程数据可以用于评价不同水下作业方案的优劣及控制算法的好坏，为优化选择水下作业方案及改善控制算法提供参考。

技术领域

本发明涉及有缆水下作业机器人领域，特别是关于一种有缆水下作业机器人仿真系统。

背景技术

有缆水下作业机器人在水下地形勘探、海洋资源开发、水下管道清洁维修等方面扮演着越来越重要的角色。但是，水下作业机器人在实际水域的性能测试工作需要花费大量时间，而且无法保证工作人员的人身安全。同时，操作人员初次操作水下作业机器人很容易出现误操作，造成水下作业机器人的损毁或丢失。因此，如何在尽量少的时间、开支及风险的情况下实现水下作业机器人的性能测试及对操作人员的培训，是一个亟需解决的问题。

授权公告号为CN202120467U、申请日为2011年6月15日的专利中提供了一种遥控水下机器人模拟训练器。该水下机器人模拟训练器包括操控系统、控制系统及视景仿真计算机三个部分。该模拟训练器只局限于对操作人员遥控水下机器人进行培训，不具备对科研人员开发的感知、决策及控制算法进行验证的功能。而且，控制系统及视景仿真单元需要多台计算机同时运行，不同计算机之间需要较为复杂的通信，故该模拟训练器成本较高且较为复杂。

授权公告号为CN106600666A、申请日为2016年12月19日的专利中提供了一种遥控水下机器人仿真展示系统及其仿真方法。该水下机器人仿真展示系统包括运动模型仿真及实景仿真两个部分。该水下机器人仿真展示系统的指令交互模块局限于通过键盘输入控制指令，不具备对水下机器人搭载的传感器进行仿真的功能，无法通过控制算法自动控制水下机器人的运动。

授权公告号为CN110794710A、申请日为2019年11月18日的专利中提供了一种水下机器人仿真模拟系统。该仿真模拟系统包括控制设备、虚拟现实仿真模块及先进运动控制设备。控制设备用于向先进运动控制设备发送控制任务，先进运动控制设备基于接收到的控制任务生成运动控制指令并发送给虚拟现实仿真模块，虚拟现实仿真模块基于运动控制指令产生水下机器人的运动效果。该仿真模拟系统仍然局限于对操作人员遥控水下机器人进行培训，无法外接客户端软件以验证控制算法的效果。同时，该仿真模拟系统不具备仿真过程录制回放功能，也不包含存储仿真过程数据的数据库，不利于后续对仿真过程进行分析。

根据调研，目前水下作业机器人仿真系统通常包含多台计算机，硬件拓扑复杂，可靠性差，且不具备验证控制算法效果的功能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在一台计算机上实现有缆水下作业机器人的运动仿真、水下环境仿真、传感器仿真及文本视频数据显示及存储等功能的仿真系统，有效减小仿真系统的尺寸及降低系统复杂度，同时提供人员培训及算法验证功能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种有缆水下作业机器人仿真系统，包括：

机器人控制模块，用于切换水下机器人控制模式及控制水下机器人运动；

仿真模块，该仿真模块用于仿真水下环境、机器人运动及传感器；

图形用户界面模块，该图形用户界面模块主要用于人机交互及显示相关的文本视频数据；

数据平台，数据平台用于存储来自传感器的数据，用于后续进行数据分析及回放仿真过程；