专利名称：一种遥控水下机器人模拟训练器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种遥控水下机器人模拟训练器。
背景技术：
水下机器人(ROV)是当今人类探索海洋环境和开发海洋资源的有力工具之一。 ROV操作复杂，需要专门的操作人员进行操作。因此在将ROV交付客户时，需要对客户进行专门的实际操作培训。由于客户对ROV比较陌生，没有感性认识，因此培训时间长，培训效果也不理想。同时客户初次操作真实的R0V，可能会出现操作不当的现象，这极易造成ROV 损坏、系缆破损等一系列问题，甚至还可能丢失R0V。这一系列问题的产生不但浪费了大量的人力物力，而且培训效果不佳，也给正在接受培训的操作人员带来了巨大的心理负担。
实用新型内容为了解决以上问题，本实用新型提出用于培训ROV操作人员的一种遥控水下机器人模拟训练器。本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，包括操控装置，用于操作人员控制虚拟水下机器人位置和姿态的设备；控制系统，基于水下机器人的运动学和动力学模型，根据操作人员对操控装置的操作，计算虚拟水下机器人的位置和姿态，并将虚拟水下机器人的位置和姿态信息传送给视景仿真计算机；视景仿真计算机，用于虚拟显示海洋环境，虚拟水下机器人位置和姿态的显示，以及虚拟显示水下机器人载体的运动轨迹。所述操控装置包括单杆、按钮和指示灯。所述单杆为一个三自由度单杆和一个两自由度单杆。所述控制系统包括工控机和下位机模块，工控机和各个下位机模块之间通过CAN 总线网络进行信息交互，采用主从式的应用层协议，工控机为主机，各个下位机模块为从机。所述工控机通过CAN/RS232智能转换器将工控机间接挂接到CAN总线上。所述的下位机模块包括模拟输出模块、模拟输入模块、数字输入模块和数字输出模块。本实用新型具有以下优点1.模拟ROV实际操作场景来培训操作人员，视景显示效果逼真，具有很强的沉浸感，培训时间短，效果好，且不会造成ROV的损坏和丢失；2.操控设备只需要两个单杆、几个按钮和指示灯，操作简单；3.功能模块化，接口简单。本实用新型包括操控设备、控制系统、视景仿真计算机三个模块，各个模块都有各自的功能，并且接口简单，连接方便。；[0017]4.模块功能独立化。本实用新型中的视景仿真计算机独立出来，不但可以用于辅助设计ROV控制系统，还可用于真实的ROV控制舱中，辅助ROV操作人员观察ROV的运动状态。5.体积小，易于安装。
图1是本实用新型的总体结构框图；图2是本实用新型的系统信号流程图；图3是本实用新型的工控机控制流程图；图4是本实用新型的视景仿真计算机控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细说明。如图1，一种遥控水下机器人模拟训练器，包括操控装置，用于操作人员改变虚拟水下机器人的位置和姿态；控制系统，是本实用新型的核心，采用真实的设备搭建。基于水下机器人的运动学和动力学模型，根据操作人员对操控装置的操作，计算虚拟水下机器人的位置和姿态，并将虚拟水下机器人的位置和姿态信息传送给视景仿真计算机；视景仿真计算机，用于虚拟水下机器人的视景显示。所述操控装置包括单杆、按钮和指示灯。所述单杆为一个三自由度单杆和一个两自由度单杆。所述控制系统包括工控机和下位机模块，工控机和各个下位机模块之间通过CAN 总线网络进行信息交互，采用主从式的应用层协议，工控机为主机，各个下位机模块为从机。所述的下位机模块包括模拟输出模块、模拟输入模块、数字输入模块和数字输出模块。所述工控机和所述视景仿真计算机之间通过以太网建立以太网通信，采用TCP/IP 协议实现信息的交互。所述工控机通过CAN/RS232智能转换器将工控机间接挂接到CAN总线上。本实用新型的系统信号流程图如图2所示。当操作人员对操控设备中的单杆进行操作时，其相应的信号线会输出-10伏到+10伏的模拟电压。单杆的信号线与模拟输入模块相连，单杆信号线输出的模拟电压会输入到模拟输入模块。模拟输入模块将单杆输出的模拟电压由模拟量转化为数字量。模拟输入模块带有CAN总线控制器，可挂接到CAN总线网络上。模拟输入模块向挂接到CAN总线上的工控机发送单杆信号线输出的电压信息。工控机接收到数据并做一定的预处理后，结合ROV推进器的布置情况、电机数学模型和电机驱动器模型，将虚拟ROV四个自由度(位移和艏向角)的运动情况转化为各个推进器电机模拟控制电压，并将这个电压值通过CAN总线网络由模拟输出模块输出。由于本实用新型没有真实的电机驱动器和电机，而是用虚拟的电机驱动器模型和电机数学模型实现，所以各个推进器模拟控制电压经模拟输出模块输出后又要经过模拟输入模块采集到工控机中，然后带入虚拟的电机驱动器模型和电机数学模型，最终计算出各个推力器的推力大小。所述电机数学模型为
权利要求1.一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，包括操控装置，用于操作人员控制虚拟水下机器人位置和姿态的设备；控制系统，基于水下机器人的运动学和动力学模型，根据操作人员对操控装置的操作， 计算虚拟水下机器人的位置和姿态，并将虚拟水下机器人的位置和姿态信息传送给视景仿真计算机；视景仿真计算机，用于虚拟显示海洋环境，虚拟水下机器人位置和姿态的显示，以及虚拟显示水下机器人载体的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述操控装置包括单杆、按钮和指示灯。
3.根据权利要求2所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述单杆为一个三自由度单杆和一个两自由度单杆。
4.根据权利要求1所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述控制系统包括工控机和下位机模块，工控机和各个下位机模块之间通过CAN总线网络进行信息交互，采用主从式的应用层协议，工控机为主机，各个下位机模块为从机。
5.根据权利要求4所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述工控机通过CAN/RS232智能转换器将工控机间接挂接到CAN总线上。
6.根据权利要求4所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述的下位机模块包括模拟输出模块、模拟输入模块、数字输入模块和数字输出模块。
7.根据权利要求1所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述工控机和所述视景仿真计算机之间通过以太网建立以太网通信，采用TCP/IP协议实现信息的交互。
8.根据权利要求1所述的一种遥控水下机器人模拟训练器，其特征在于，所述视景仿真计算机为三维视景显示。
专利摘要本实用新型提出用于培训ROV操作人员的一种遥控水下机器人模拟训练器。一种遥控水下机器人模拟训练器，包括操控装置，用于操作人员控制虚拟水下机器人位置和姿态的设备；控制系统，基于水下机器人的运动学和动力学模型，根据操作人员对操控装置的操作，计算虚拟水下机器人的位置和姿态，并将虚拟水下机器人的位置和姿态信息传送给视景仿真计算机；视景仿真计算机，用于虚拟显示海洋环境，虚拟水下机器人位置和姿态的显示，以及虚拟显示水下机器人载体的运动轨迹。模拟ROV实际操作场景来培训操作人员，视景显示效果逼真，具有很强的沉浸感，培训时间短，效果好，且不会造成ROV的损坏和丢失。
文档编号G09B9/00GK202120467SQ20112020168
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者刘开周, 葛新, 许光君, 郭威 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所