一种基于水下机器人的半物理仿真平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于水下机器人的半物理仿真平台，包括水下机器人本体、载体仿真计算机和环境仿真计算机，其中水下机器人本体包括水面控制机构和水下控制机构；所述水面控制机构，包括水面监控计算机、水面操作台和水面导航单元；所述水下控制机构，包括自动驾驶计算机、机器人载体，其中机器人载体内设置导航传感器单元和执行机构单元，所述导航传感器单元和执行机构单元分别与自动驾驶计算机连接；并且，所述自动驾驶计算机与水面监控计算机连接、载体仿真计算机连接；所述载体仿真计算机与环境仿真计算机连接。本实用新型可模拟水下机器人载体和其运行的海洋环境，模拟在不同海洋环境下的试验研究，可更好实现仿真。
【专利说明】
一种基于水下机器人的半物理仿真平台
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于水下机器人的半物理仿真平台，属于水下机器人控制领域。
【背景技术】
[0002]水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。因此，水下机器人应用广泛，可用于检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况;遥控侦察、危险品靠近检查；水下基阵协助安装/拆卸；船侧、船底走私物品检测(公安、海关)；水下目标观察，废墟、坍塌矿井搜救等；
[0003]水下机器人结构复杂、所携带各种设备非常昂贵，而水下环境恶劣，对于新研制的水下机器人若直接在海洋中实验风险非常高。但现有的水下机器人不能同时具备多种环境下的仿真功能，在探测中效率低、准确性差。
[0004]为了验证水下机器人控制系统的正确性，可以通过仿真的方式，这样可以降低很多风险和成本。所以，开发一款能够进行水下机器人试验的仿真平台就成为一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于水下机器人的半物理仿真平台，解决现有的水下机器人控制系统在探测中效率低、准确性差的技术问题。
[0006]本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
[0007]—种基于水下机器人的半物理仿真平台，包括水下机器人本体、载体仿真计算机和环境仿真计算机，其中水下机器人本体包括水面控制机构和水下控制机构；
[0008]所述水面控制机构，包括水面监控计算机、水面操作台和水面导航单元，所述水面监控计算机与水面操作台、水面导航单元分别连接；
[0009]所述水下控制机构，包括自动驾驶计算机、机器人载体，其中机器人载体内设置导航传感器单元和执行机构单元，所述导航传感器单元和执行机构单元分别与自动驾驶计算机连接;并且，所述自动驾驶计算机通过通讯接口与水面监控计算机连接，及自动驾驶计算机与载体仿真计算机连接;所述载体仿真计算机与环境仿真计算机连接。
[0010]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述机器人载体内还设置用于水下观测的观测单元，所述观测单元与自动驾驶计算机连接。
[0011 ]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述机器人载体内还设置用于水下环境检测的检测单元，所述检测单元与自动驾驶计算机连接。
[0012]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述环境仿真计算机还包括与其连接的显示设备。
[0013]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述显示设备为3D显示设备。
[0014]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述自动驾驶计算机通过内置的硬件接口与载体仿真计算机连接。
[0015]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述载体仿真计算机通过无线网络与环境仿真计算机连接。
[0016]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案:所述载体仿真计算机上设置D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板。
[0017]本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果:
[0018]1)、本实用新型的基于水下机器人的半物理仿真平台通过仿真的方法来模拟水下机器人载体和其运行的海洋环境，可以模拟在不同海洋环境下的试验研究，可以对机器人载体的各种控制方法进行试验。
[0019]2)、本实用新型的水下机器人自动驾驶计算机与实际水下机器人的自动驾驶计算机的软硬件配置相同，在仿真平台上实验成功的系统可以直接用到实际的水下机器人控制中。
[0020]3)、本实用新型中各仿真计算机可以通过人机界面设置多种环境参数如海流、浪涌或各种障碍物，通过这种灵活的设置方式可以模拟各种可能遇到的环境问题。
[0021]4)、本实用新型的结构可以扩展，如水下机器人可能用到的声学设备，环境观测设备等，可以通过计算机进行数字化仿真，通过网络传送给自动驾驶计算机，并通过环境模拟计算机进行显示。
[0022]因此，本实用新型提供的一种水下机器人半物理仿真平台，通过该仿真平台，在水下探测过程中，用安全、灵活、廉价的系统仿真试验获得产品功能、性能和可靠性的大量信息，通过仿真排除设计中的错误，确保海上试验的成功。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的仿真平台中水下机器人本体的模块示意图。
[0024]图2是本实用新型的仿真平台中自动驾驶计算机连接的模块示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
[0026]本发明设计了一种基于水下机器人的半物理仿真平台，包括水下机器人本体、载体仿真计算机和环境仿真计算机，其中水下机器人本体的结构，如图1所示，包括水面控制机构和水下控制机构。
[0027]其中，所述水面控制机构，可以包括水面监控计算机2、水面操作台I和水面导航单元3。所述水面监控计算机2与水面操作台1、水面导航单元3分别连接；以及水面监控计算机2具备通讯接口 4。
[0028]所述水下控制机构，包括自动驾驶计算机6、机器人载体7，其中机器人载体7内设置导航传感器单元8和执行机构单元9，所述导航传感器单元8和执行机构单元9分别与自动驾驶计算机6连接;并且，所述自动驾驶计算机6通过其自带的通讯接口 5与水面监控计算机2的通讯接口 4连接。
[0029]在仿真平台中，所述自动驾驶计算机6与载体仿真计算机连接，其连接的其示意图如图2所示。优选地，所述自动驾驶计算机通过内置的硬件接口与载体仿真计算机22连接，在使用硬件接口连接时，对于所述载体仿真计算机22，其上设置D/A转换板17、A/D转换板18、D0输出板19、DI输入板20和串口板21;自动驾驶计算机6通过对应地设置的A/D转换板12连接载体仿真计算机22的D/A转换板17，自动驾驶计算机设置的D/A转换板13连接载体仿真计算机22的A/D转换板18，自动驾驶计算机设置的DI输入板14连接载体仿真计算机22的DO输出板19，自动驾驶计算机设置的DO输出板15连接载体仿真计算机的DI输入板20，自动驾驶计算机设置的串口 16与载体仿真计算机22的串口 21相连，由此利用硬件接口方式实现稳定可靠的有线连接。
[0030]以及，如图2所示，所述载体仿真计算机22与环境仿真计算机24连接，优选通过无线网络与环境仿真计算机24连接，利用告诉通信网络设备23建立无线网络且进行无线传输，避免有线方式的复杂性，使得传输更加方便和高速。所述环境仿真计算机24可以采用声学设备、环境检测设备等，可以通过计算机进行数字化仿真，通过网络传送给自动驾驶计算机或载体仿真计算机22。
[0031]该环境仿真计算机还包括与其连接的显示设备25，通过环境模拟计算机进行显示，利用显示设备可以直接观看环境仿真图像，优选地，所述显示设备为3D显示设备，利用3D技术使得环境仿真更加真实和具备更高的实用性。
[0032]本发明的工作原理是，仿真平台利用载体仿真计算机进行载体仿真，载体仿真计算机22计算水下机器人的流体动力学，计算出水下机器人运行过程的位置和姿态；以及利用环境仿真计算机24来模拟不同海洋环境，如设置多种环境参数如海流、浪涌或各种障碍物，通过这种灵活的设置方式可以模拟各种可能遇到的环境问题。
[0033]及将水下机器人本体配合载体仿真计算机和环境仿真计算机，模拟水下机器人本体和其运行的海洋环境，模拟在不同海洋环境下的试验研究。而水下机器人本体包括的水面控制机构，主要用于在水面上进行操作控制，利用水面操作台I控制水面监控计算机2对水面情况进行监控，以及水面导航单元3对所在水面位置进行导航，并且通过水面监控计算机2通过通讯接口 4输出相应的控制信号至水下控制机构。
[0034]水下控制机构内的自动驾驶计算机6通过通信接口5接收到水面监控计算机2传输的控制信号后，结合载体仿真计算机和环境仿真计算机所仿真出的环境参数进行数据处理，及获得用于控制机器人载体的驱动控制信号，其中机器人载体7内设置导航传感器单元8实时对机器人所在水下的位置定位，且执行机构单元9根据驱动控制信号进行执行相应的操作任务。水下机器人的自动驾驶计算机与实际水下机器人的自动驾驶计算机的软硬件配置相同，因此，在仿真平台上所实验的系统可以直接用到实际的水下机器人控制中。
[0035]由此，本实用新型通过仿真平台，来模拟水下机器人和其运行的海洋环境，可以模拟在不同海洋环境下的试验研究，可以对机器人载体的各种控制方法进行试验。
[0036]进一步地，所述仿真平台中，如图1所示，机器人载体内还可以设置用于水下观测的观测单元10，所述观测单元10与自动驾驶计算机6连接。如采用虚拟多普勒计程仪，虚拟光纤陀螺罗盘，虚拟漏水传感器，虚拟温盐仪传感器等，利用现有技术中的观测设备，对水下情况进行观测，获得观测数据等，再传输至自动驾驶计算机，自动驾驶计算机可将观测的数据实时向水面监控计算机传输。
[0037]更进一步地，所述机器人载体内还可以设置用于水下环境检测的检测单元，所述检测单元与自动驾驶计算机连接。利用检测单元，如深度压力传感器、高度计等检测设备，来实时检测机器人载体附近的水下环境数据，数据同样再传输至自动驾驶计算机，自动驾驶计算机可将观测的数据实时向水面监控计算机传输。
[0038]综上，本实用新型提供的一种基于水下机器人的半物理仿真平台，通过该仿真平台，通过仿真计算机机之间配合和协同作用，利用这种灵活的设置方式可以模拟各种可能遇到的海洋环境，可以有效模拟水下机器人和其运行的海洋环境，可以模拟在不同海洋环境下的试验研究，可以对机器人进行各种控制方法试验，且用安全、灵活、廉价的系统仿真试验获得产品功能、性能和可靠性的大量信息，通过仿真排除设计中的错误，确保海上试验的成功。
[0039]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于，包括水下机器人本体、载体仿真计算机和环境仿真计算机，其中水下机器人本体包括水面控制机构和水下控制机构； 所述水面控制机构，包括水面监控计算机、水面操作台和水面导航单元，所述水面监控计算机与水面操作台、水面导航单元分别连接； 所述水下控制机构，包括自动驾驶计算机、机器人载体，其中机器人载体内设置导航传感器单元和执行机构单元，所述导航传感器单元和执行机构单元分别与自动驾驶计算机连接;并且，所述自动驾驶计算机通过通讯接口与水面监控计算机连接，及自动驾驶计算机与载体仿真计算机连接； 所述载体仿真计算机与环境仿真计算机连接。2.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述机器人载体内还设置用于水下观测的观测单元，所述观测单元与自动驾驶计算机连接。3.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述机器人载体内还设置用于水下环境检测的检测单元，所述检测单元与自动驾驶计算机连接。4.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述环境仿真计算机还包括与其连接的显示设备。5.根据权利要求4所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述显示设备为3D显示设备。6.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述自动驾驶计算机通过内置的硬件接口与载体仿真计算机连接。7.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述载体仿真计算机通过无线网络与环境仿真计算机连接。8.根据权利要求1所述基于水下机器人的半物理仿真平台，其特征在于:所述载体仿真计算机上设置D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板。
【文档编号】G05B17/02GK205485374SQ201620225032
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】吴宝举
【申请人】吴宝举