申请/专利权人：南京工程学院

申请日：2019-08-09

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110434876B

主分类号：B25J13/00

分类号：B25J13/00;B63C11/52;G09B9/00;G09B25/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.12.06#实质审查的生效;2019.11.12#公开

摘要：本发明公开了一种六自由度ROV模拟驾驶系统及其模拟方法，包括设于地面部分的遥控手柄和地面站计算机端，以及设于水下部分的水下数据采集本体，其中：所述遥控手柄与地面站计算机端通过USB方式连接；地面站计算机端与水下数据采集本体进行网络通信连接；水下数据采集本体通过地面站计算机端获取遥控手柄发出的操作指令，完成水下动作。本发明成一个一体化完整的仿真系统，从多角度还原六自由度ROV在水下作业过程中的周围环境，能够满足教学、科研、实验和训练需求，将地面站对ROV本体操作的各种效果数据采集并构建ROV动作数据库，保证模拟驾驶系统运动模拟效果与ROV实际运动效果具备高度一致性。

主权项：1.一种六自由度ROV模拟驾驶系统的模拟方法，其特征在于：所述六自由度ROV模拟驾驶系统包括设于地面部分的遥控手柄1和地面站计算机端2，以及设于水下部分的水下数据采集本体3，其中：所述遥控手柄1与地面站计算机端2通过USB方式连接，用于对水下数据采集本体3输入模拟驾驶系统的操作数据；所述地面站计算机端2与水下数据采集本体3进行网络通信连接，用于实现水下数据采集本体在水中的运动操作、姿态操作和水下作业效果的模拟，以及对模拟操作得到的仪表数据进行显示；所述水下数据采集本体3通过地面站计算机端2获取遥控手柄1发出的操作指令，完成水下动作，并根据自身采集的水下运动的姿态数据和作业环境数据，以构造仿真驾驶环境；所述地面站计算机端内包括主控模块21、姿态仿真模块22、作业仿真模块23、操作仿真模块24以及显示模块25，其中：所述的主控模块21用于整个模拟驾驶系统的运行调度和数据管理；所述的姿态仿真模块22的信号输出端与主控模块21的信号输入端连接，用于模拟悬停、前倾、后仰、左倾和右倾五个姿态操作；所述的操作仿真模块24的信号输出端与主控模块21的信号输入端连接，用于模拟前进、后退、左转、右转、上升和下潜六个运动操作；所述的作业仿真模块23的信号输出端与主控模块21的信号输入端连接，用于模拟水下数据采集本体3的水下作业效果；所述的显示模块25包括主驾驶台显示设备、姿态参数显示设备以及作业环境参数显示设备，三者的信号输入端与主控模块21的信号输出端连接，用于显示仪表数据；所述水下数据采集本体3包括机械框架301、浮力板302、电路仓303、模拟摄像头304、数字摄像头305、旋转机械臂306、夹取机械臂307、勾取机械臂308、开合机械臂309、测距机械臂310、推进器311、电磁铁312、LED灯313以及控制系统；所述的机械框架301包括设于底面的长方形金属底框3011以及设于底框3011上的长方体金属框架3012，所述的推进器311固定安装于机械框架301上，推进器311与控制系统信号连接，由控制系统驱动完成水下数据采集本体的姿态操作；所述的浮力板302安装于长方体金属框架3012的上表面以及侧面，长方体金属框架3012内设有电路仓303，所述的电路仓303内设有控制系统；所述的机械框架301的外侧分别固定安装有旋转机械臂306、夹取机械臂307、勾取机械臂308、开合机械臂309以及测距机械臂310；其中，所述的夹取机械臂307固定设于机械框架301的前端，位于电路仓303头部的一侧；所述的旋转机械臂306和开合机械臂309固定设于机械框架301的右侧；所述的勾取机械臂308和测距机械臂310固定设于机械框架301的左侧；所述的夹取机械臂307、旋转机械臂306以及开合机械臂309分别与控制系统信号连接，由控制系统进行驱动完成水下数据采集本体的夹取、旋转以及抓取的动作；所述的模拟摄像头304设有三组，分别设于夹取机械臂307的一侧、机械框架301的右侧以及机械框架301的左侧，模拟摄像头304通过螺栓与机械框架301固定连接，模拟摄像头304与控制系统信号连接，用于采集各机械臂的运作图像；所述的数字摄像头305设于机械框架301的底部，所述的数字摄像头305与主控模块信号连接，用于被测物图像采集并传输至地面站计算机端完成图像识别与处理；所述的电磁铁312固定设于机械框架301的左侧，位于勾取机械臂308的一侧，电磁铁312与控制系统电连接；所述的LED灯313通过螺栓固定连接在机械框架301的前端，位于夹取机械臂307的上方，LED灯313与控制系统电连接；所述的控制系统包括树莓派控制器、第一STM32控制器、第二STM32控制器、压力传感器以及电子罗盘；所述的树莓派控制器与主控模块之间设有路由器，树莓派控制器通过网线以TCPIP协议与主控模块网络通信连接；所述的第一STM32控制器通过串口与树莓派控制器连接，所述的压力传感器和电子罗盘的信号输出端分别与第一STM32控制器的信号输入端连接，所述的第一STM32控制器的信号输出端与推进器的信号输入端连接；所述的第二STM32控制器通过串口与树莓派控制器连接，第二STM32控制器的信号输出端分别与夹取机械臂、旋转机械臂以及开合机械臂的信号输入端连接，第二STM32控制器的信号输出端与LED等的信号输入端连接，第二STM32控制器的信号输出端与电磁铁的信号输入端连接；所述的模拟摄像头的信号输出端与树莓派控制器的信号输入端连接；所述模拟方法包括以下步骤：S1：水下数据采集本体接收遥控手柄发出的操作指令，完成水下动作；S2：水下数据采集本体记录水下动作的效果数据，构建TCPIP协议数据包发送至地面站计算机端；S3：地面站计算机端将接收的数据与遥控手柄输入数据进行匹配，构建离线模拟驾驶数据库；S4：主控模块打开显示模块，实施显示仿真操作数据，并根据遥控手柄输入的训练方式，判断是否开启姿态仿真模块、作业仿真模块以及操作仿真模块；S5：姿态仿真模块、作业仿真模块以及操作仿真模块被开启，根据遥控手柄输入数据，与离线模拟驾驶数据库比对，计算出模拟操作效果，在显示模块中实时更新显示；S6：显示模块将各子模块的操作数据实时显示在地面站计算机端的GUI界面。

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