無人潛器運動模擬裝置及模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種運動狀態(tài)模擬裝置，具體地說是一種無人潛器運動模擬裝 置。本發(fā)明還設(shè)及一種無人潛器運動模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人潛器作為一種高技術(shù)手段，在海洋開發(fā)中扮演著重要的角色。鑒于無人潛器 的巨大發(fā)展?jié)摿?，許多國家尤其是發(fā)達(dá)國家都致力于無人潛器技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，無人 潛器技術(shù)得到了大力發(fā)展。目前無人潛器成功應(yīng)用于海底地形地貌勘察、海洋資源及地質(zhì) 調(diào)查、海洋環(huán)境和水文參數(shù)測量、生物考察等任務(wù)中。運動模擬技術(shù)是無人潛器技術(shù)中關(guān)鍵 技術(shù)之一，也受到了廣泛的重視。無人潛器運動模擬，對于無人潛器的水動力性能研究和操 縱性預(yù)報具有十分重要的意義，同時良好的運動模擬技術(shù)可W減少水池試驗和外場試驗的 次數(shù)，節(jié)約成本，提高效率，為操縱性能分析提供依據(jù)，并為W后的控制系統(tǒng)設(shè)計和方法選 取提供調(diào)試平臺。
[0003][0004] 不難看到，研究一種既能實現(xiàn)正常工作狀態(tài)的運動模擬，又能實現(xiàn)故障狀態(tài)下運 動模擬，且具有良好交互性的無人潛器運動模擬裝置或系統(tǒng)，具有重要的科研價值和實際 的工程價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無人潛器的全狀態(tài)運動模擬的無人潛器運 動模擬裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無人潛器的全狀態(tài)運動模擬的無人潛 器運動模擬方法。
[0006] 本發(fā)明的無人潛器運動模擬裝置包括顯示器、服務(wù)器和操控面板，所述顯示器 包括兩臺顯示器，第一顯示器用于顯示無人潛器的二維運動狀態(tài)及操作界面，第二顯示 器用于顯示無人潛器的=維運動狀態(tài)，第二顯示器位于第一顯示器上方，兩臺顯示器成 100° -110°夾角，兩臺顯示器通過視頻線與服務(wù)器相連，操控面板通過隔離信號板與服務(wù) 器連接，操控面板包括鍵盤、按鈕、單色指示燈和雙色指示燈，采用鍵盤與按鈕相結(jié)合的方 式輸入操縱指令和設(shè)置信息，采用單雙色指示燈顯示故障狀態(tài)信息，服務(wù)器通過固定支架 固定在柜體中，第一顯示器和操控面板固定在柜體上，服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)連接。
[0007] 本發(fā)明的無人潛器運動模擬裝置還可W包括：
[000引 1、所述信號隔離板包括繼電器、隔離電源和數(shù)字隔離巧片ADUM1401，數(shù)字隔離巧 片與服務(wù)器的DIO卡互聯(lián)，按鈕與數(shù)字隔離巧片ADUM1401鏈接，數(shù)字隔離巧片ADUM1401經(jīng) 繼電器連接單雙色指示燈。
[0009] 2、兩臺顯示器的夾角為106°。
[0010] 3、數(shù)字隔離巧片ADUM1401總共設(shè)有28路按鈕輸入信號和64路單雙色指示燈控 制信號。
[0011] 本發(fā)明的無人潛器運動模擬方法為：
[0012] 步驟1，開始，完成初始化操作；
[0013] 步驟2,環(huán)境信息加載；
[0014] 步驟3,獲取執(zhí)行器指令信息，所述執(zhí)行器指令信息包括推進(jìn)器轉(zhuǎn)速、執(zhí)行駝角和 水艙進(jìn)、排水操作信息；
[0015] 步驟4,設(shè)置故障，所述故障主要包括：推進(jìn)器故障、卡駝故障、水艙累閥故障和破 艙故障；
[0016] 步驟5,運動解算，求解當(dāng)前無人潛器的運動狀態(tài)信息和位姿信息；
[0017] 步驟6,觀察模擬運行效果并保存無人潛器的運動狀態(tài)信息和位姿信息；
[0018] 步驟7，運動模擬完畢，結(jié)束。
[0019] 本發(fā)明的運動模擬裝置，W離線或在線方式實現(xiàn)無人潛器的正常狀態(tài)和故障狀態(tài) 下，即全狀態(tài)運動模擬。離線方式，即直接通過輸入設(shè)備輸入操縱指令，進(jìn)行運動模擬；在線 方式，即從操控裝置上輸入操縱指令，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到運動模擬裝置，進(jìn)行運動模擬。正常 狀態(tài)下運動模擬是指在給定操縱指令情況下，實時準(zhǔn)確地反映出水下機(jī)器人當(dāng)前的運動狀 態(tài)；故障狀態(tài)下運動模擬是指在卡駝、破艙、推進(jìn)器故障、水艙累閥故障等情況下，給定操縱 指令時，實時準(zhǔn)確地反映無人潛器的運動狀態(tài)。
[0020] 本發(fā)明的運動模擬裝置采用單體雙顯示器結(jié)構(gòu)，主要包括兩臺顯示器、服務(wù)器、操 控面板。一臺顯示器顯示潛器二維運動狀態(tài)及操作界面，另一臺顯示器顯示潛器=維運動 狀態(tài)，成106°夾角，通過視頻線與服務(wù)器相連。操控面板通過隔離信號板與服務(wù)器連接，采 用鍵盤與按鈕相結(jié)合的方式輸入操縱指令和設(shè)置信息，采用單雙色指示燈顯示故障狀態(tài)信 息，服務(wù)器通過固定支架固定在柜體中。為了實現(xiàn)在線運行模擬，還加入了網(wǎng)絡(luò)接口。
[0021] 本發(fā)明的無人潛器運動模擬方法，其中故障設(shè)置和水艙調(diào)節(jié)可通過硬件控制面板 按鈕實現(xiàn)，也可W通過內(nèi)置軟件實現(xiàn)，兩者可獨立操作，但是信息同步更新，該里同步更新 的信息主要指無人潛器的故障信息和水艙的操作信息。在無人潛器運動模型的受力中，考 慮了故障和水艙操作的影響，W實現(xiàn)全狀態(tài)無人潛器運動模擬。無人潛器運動解算過程主 要包括基本受力求解、故障受力求解、水艙操作受力求解和綜合處理。
[0022] 與已有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：
[0023]1、采用兩個顯示器進(jìn)行顯示；一臺顯示潛器二維運動狀態(tài)及操作界面，另一臺顯 示潛器=維運動狀態(tài)，便于操作者觀察和操作。
[0024] 2、隔離信號板可防止由于線路短路或信號異常導(dǎo)致采集卡損壞，保證了采集板卡 的安全性和穩(wěn)定性。
[0025] 3、不僅可W實現(xiàn)單獨離線運動模擬，還可W通過網(wǎng)絡(luò)接口與操控裝置建立網(wǎng)絡(luò)連 接，實現(xiàn)在線運動模擬。
[0026] 4、不僅可進(jìn)行正常狀態(tài)下無人潛器運動模擬，也可進(jìn)行故障狀態(tài)下無人潛器運動 模擬，提供了全狀態(tài)運動模擬。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的無人潛器運動模擬裝置的組成示意圖。
[002引圖2是無人潛器運動模擬裝置的外觀圖。
[0029] 圖3是控制面板的示意圖。
[0030] 圖4是隔離信號板的原理示意圖。
[0031] 圖5是運動模擬實現(xiàn)方法示意圖。
[0032] 圖6是運動解算流程。
[0033] 圖7是本發(fā)明的無人潛器運動模擬方法控臺離線工作流程圖。
[0034] 圖8是本發(fā)明的無人潛器運動模擬方法在線工作流程圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0036] 結(jié)合圖1，本發(fā)明的無人潛器運動模擬裝置包括第一顯示器1、第二顯示器2、服務(wù) 器4、操控面板5和網(wǎng)絡(luò)接口 6。兩臺顯示器通過視頻線與服務(wù)器4相連，一臺顯示潛器二 維運動狀態(tài)及操作界面，另一臺顯示潛器=維運動狀態(tài)。操控面板上指示燈和按鈕通過信 號隔離板，與服務(wù)器DIO卡連接，鍵盤通過USB接口與服務(wù)器連接，實現(xiàn)操控指令獲取。網(wǎng) 絡(luò)接口 6與服務(wù)器中內(nèi)置的網(wǎng)卡相連接，可實現(xiàn)在線六自由度無人潛器運動模擬。
[0037] 結(jié)合圖2,第二顯示器2布置在最上方部位，與第一顯示器1成106°夾角。操控 面板安裝在中部，服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)接口通過固定支架固定在下部的柜體中。
[003引結(jié)合圖3,操控面板主要由金屬全鍵盤5-1、12個按鈕開關(guān)5-2、14個指示燈 5-3(12個雙色，2個單色）組成。其中金屬鍵盤用于輸入執(zhí)行器指令，包括主推轉(zhuǎn)速、駝角 和水艙操作等；按鈕開關(guān)用于設(shè)置無人潛器故障，包括推進(jìn)器故障、卡駝故障、破艙故障和 水艙累閥故障；單雙色指示燈顯示故障狀態(tài)信息。為了確保操控面板中各個按鈕、各指示燈 之間的信號穩(wěn)定、互不相影響和防止由于線路短路或信號異常導(dǎo)致采集卡損壞，在本裝置 中加入了一塊隔離信號板；其工作原理如