無人潛器運動模擬裝置及模擬方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及的是一種運動狀態模擬裝置，具體地說是一種無人潛器運動模擬裝 置。本發明還設及一種無人潛器運動模擬方法。
【背景技術】
[0002] 無人潛器作為一種高技術手段，在海洋開發中扮演著重要的角色。鑒于無人潛器 的巨大發展潛力，許多國家尤其是發達國家都致力于無人潛器技術研究和產品開發，無人 潛器技術得到了大力發展。目前無人潛器成功應用于海底地形地貌勘察、海洋資源及地質 調查、海洋環境和水文參數測量、生物考察等任務中。運動模擬技術是無人潛器技術中關鍵 技術之一，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 縱性預報具有十分重要的意義，同時良好的運動模擬技術可W減少水池試驗和外場試驗的 次數，節約成本，提高效率，為操縱性能分析提供依據，并為W后的控制系統設計和方法選 取提供調試平臺。
[0003][0004] 不難看到，研究一種既能實現正常工作狀態的運動模擬，又能實現故障狀態下運 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，具有重要的科研價值和實際 的工程價值。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種能夠實現無人潛器的全狀態運動模擬的無人潛器運 動模擬裝置。本發明的目的還在于提供一種能夠實現無人潛器的全狀態運動模擬的無人潛 器運動模擬方法。
[0006] 本發明的無人潛器運動模擬裝置包括顯示器、服務器和操控面板，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及操作界面，第二顯示 器用于顯示無人潛器的=維運動狀態，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器相連，操控面板通過隔離信號板與服務 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合的方 式輸入操縱指令和設置信息，采用單雙色指示燈顯示故障狀態信息，服務器通過固定支架 固定在柜體中，第一顯示器和操控面板固定在柜體上，服務器通過網絡接口與網絡連接。
[0007] 本發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、隔離電源和數字隔離巧片ADUM1401，數字隔離巧 片與服務器的DIO卡互聯，按鈕與數字隔離巧片ADUM1401鏈接，數字隔離巧片ADUM1401經 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、數字隔離巧片ADUM1401總共設有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,環境信息加載；
[0014] 步驟3,獲取執行器指令信息，所述執行器指令信息包括推進器轉速、執行駝角和 水艙進、排水操作信息；
[0015] 步驟4,設置故障，所述故障主要包括：推進器故障、卡駝故障、水艙累閥故障和破 艙故障；
[0016] 步驟5,運動解算，求解當前無人潛器的運動狀態信息和位姿信息；
[0017] 步驟6,觀察模擬運行效果并保存無人潛器的運動狀態信息和位姿信息；
[0018] 步驟7，運動模擬完畢，結束。
[0019] 本發明的運動模擬裝置，W離線或在線方式實現無人潛器的正常狀態和故障狀態 下，即全狀態運動模擬。離線方式，即直接通過輸入設備輸入操縱指令，進行運動模擬；在線 方式，即從操控裝置上輸入操縱指令，通過網絡發送到運動模擬裝置，進行運動模擬。正常 狀態下運動模擬是指在給定操縱指令情況下，實時準確地反映出水下機器人當前的運動狀 態；故障狀態下運動模擬是指在卡駝、破艙、推進器故障、水艙累閥故障等情況下，給定操縱 指令時，實時準確地反映無人潛器的運動狀態。
[0020] 本發明的運動模擬裝置采用單體雙顯示器結構，主要包括兩臺顯示器、服務器、操 控面板。一臺顯示器顯示潛器二維運動狀態及操作界面，另一臺顯示器顯示潛器=維運動 狀態，成106°夾角，通過視頻線與服務器相連。操控面板通過隔離信號板與服務器連接，采 用鍵盤與按鈕相結合的方式輸入操縱指令和設置信息，采用單雙色指示燈顯示故障狀態信 息，服務器通過固定支架固定在柜體中。為了實現在線運行模擬，還加入了網絡接口。
[0021] 本發明的無人潛器運動模擬方法，其中故障設置和水艙調節可通過硬件控制面板 按鈕實現，也可W通過內置軟件實現，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實現全狀態無人潛器運動模擬。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] 與已有技術相比本發明具有如下優越性：
[0023]1、采用兩個顯示器進行顯示；一臺顯示潛器二維運動狀態及操作界面，另一臺顯 示潛器=維運動狀態，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致采集卡損壞，保證了采集板卡 的安全性和穩定性。
[0025] 3、不僅可W實現單獨離線運動模擬，還可W通過網絡接口與操控裝置建立網絡連 接，實現在線運動模擬。
[0026] 4、不僅可進行正常狀態下無人潛器運動模擬，也可進行故障狀態下無人潛器運動 模擬，提供了全狀態運動模擬。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發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是運動模擬實現方法示意圖。
[0032] 圖6是運動解算流程。
[0033] 圖7是本發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] 下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。
[0036] 結合圖1，本發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 器4、操控面板5和網絡接口 6。兩臺顯示器通過視頻線與服務器4相連，一臺顯示潛器二 維運動狀態及操作界面，另一臺顯示潛器=維運動狀態。操控面板上指示燈和按鈕通過信 號隔離板，與服務器DIO卡連接，鍵盤通過USB接口與服務器連接，實現操控指令獲取。網 絡接口 6與服務器中內置的網卡相連接，可實現在線六自由度無人潛器運動模擬。
[0037] 結合圖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，服務器和網絡接口通過固定支架固定在下部的柜體中。
[003引結合圖3,操控面板主要由金屬全鍵盤5-1、12個按鈕開關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行器指令，包括主推轉速、駝角 和水艙操作等；按鈕開關用于設置無人潛器故障，包括推進器故障、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 之間的信號穩定、互不相影響和防止由于線路短路或信號異常導致采集卡損壞，在本裝置 中加入了一塊隔離信號板；其工作原理如