[發(fā)明專利]一種通用無(wú)人潛水器及其仿真軟件平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011541255.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN112530007B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立偉;劉潔琳;王文凱;何炳蔚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種通用無(wú)人潛水器及其仿真軟件平臺(tái)，無(wú)人潛水器包括底板，底板上方設(shè)有兩個(gè)密封艙，第一密封艙放置鋰電池，第二密封艙放置相機(jī)云臺(tái)與IMU模塊、通信控制系統(tǒng)，無(wú)人潛水器的前、后、上方各裝有兩個(gè)推進(jìn)器，底板下方設(shè)有DVL和測(cè)深聲吶傳感器，兩側(cè)支撐擋板中間設(shè)有浮力架及浮力塊；仿真軟件平臺(tái)包括：創(chuàng)建無(wú)人潛水器三維模型；創(chuàng)建仿真環(huán)境的海底三維模型；創(chuàng)建兩個(gè)可視化窗口，用于實(shí)時(shí)觀察無(wú)人潛水器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其周圍水域環(huán)境，以及相機(jī)云臺(tái)錄像、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡和測(cè)深聲吶圖像。該無(wú)人潛水器設(shè)計(jì)合理，通用性強(qiáng)，該仿真軟件平臺(tái)可對(duì)無(wú)人潛水器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)軌跡追蹤、海底地形測(cè)繪和周圍場(chǎng)景的實(shí)時(shí)獲取及全程可視化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種通用無(wú)人潛水器及其仿真軟件平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著水下機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的水下機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。水下機(jī)器人由于其作業(yè)任務(wù)、通訊方式的不同，種類豐富多樣，且水下作業(yè)不同于陸地和空中環(huán)境可被肉眼直接看到，這就給水下機(jī)器人作業(yè)方案設(shè)計(jì)的可行性、準(zhǔn)確性造成了一定影響。在水下環(huán)境中無(wú)線電波及GPS信號(hào)在水下衰減很快，無(wú)法通過(guò)定位系統(tǒng)獲取水下機(jī)器人實(shí)時(shí)位姿信息；而且水下機(jī)器人在水下航行過(guò)程中容易受到暗流、洋流的等不可控因素的影響，容易受到各種不確定的因素影響，操作者無(wú)法直接看到機(jī)器人的狀態(tài)及是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，對(duì)水下機(jī)器人的作業(yè)方案的正確性的分析產(chǎn)生阻礙。

水下機(jī)器人仿真系統(tǒng)可以通過(guò)三維動(dòng)畫反應(yīng)水下機(jī)器人實(shí)時(shí)航行狀態(tài)、機(jī)器人水下航行軌跡的準(zhǔn)確性以及機(jī)器人周圍環(huán)境信息，更加直觀的驗(yàn)證航行方案的可行性、準(zhǔn)確性，可完成對(duì)水下結(jié)構(gòu)破損、腐蝕及其物理位置準(zhǔn)確性的檢查，水下物體的找尋，加快水下機(jī)器人定點(diǎn)檢查航行方案、測(cè)量作業(yè)方案的落地。同時(shí)為水下機(jī)器人開展水下打撈、清理、輔助潛水員等工作的二次開發(fā)提供平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通用無(wú)人潛水器及其仿真軟件平臺(tái)，該無(wú)人潛水器設(shè)計(jì)合理，通用性強(qiáng)，該仿真軟件平臺(tái)可以對(duì)無(wú)人潛水器全程運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)軌跡追蹤、海底地形測(cè)繪和周圍場(chǎng)景的實(shí)時(shí)獲取及全程可視化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種通用無(wú)人潛水器，包括底板，所述底板上方設(shè)有兩個(gè)密封艙，其中第一密封艙用于放置鋰電池，第二密封艙用于放置相機(jī)云臺(tái)與IMU模塊、通信、控制系統(tǒng)，所述通用無(wú)人潛水器前方、后方、上方各裝有兩個(gè)推進(jìn)器，底板下方設(shè)有DVL和測(cè)深聲吶傳感器，兩側(cè)設(shè)有支撐擋板，兩支撐擋板中間設(shè)有浮力架及浮力塊。

進(jìn)一步地，所述底板為中間為圓形的工字形底板，具有四個(gè)線性陣列分布的用于安裝第一密封艙的螺紋孔以及四個(gè)圓周陣列分布的用于安裝DVL的螺紋孔；所述底板、支撐擋板材料為鋁合金；所述第一密封艙為圓柱形殼體，其材料為鋁合金；所述第二密封艙為半球形封頭的圓柱形殼體，所述半球形封頭為相機(jī)云臺(tái)的觀察窗口，其材料為丙烯酸塑料，所述圓柱形殼體材料為鋁合金。

進(jìn)一步地，所述第二密封艙內(nèi)的上位機(jī)通過(guò)USB端口與相機(jī)云臺(tái)、測(cè)深聲吶與IMU連接，DVL通過(guò)RS485通訊總線與MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，其中相機(jī)云臺(tái)和IMU模塊位于第二密封艙內(nèi)。

本發(fā)明還提供了所述通用無(wú)人潛水器的仿真軟件平臺(tái)，包括：

（1）創(chuàng)建所述無(wú)人潛水器的三維模型，在推進(jìn)器坐標(biāo)系XYZ中，設(shè)置X軸方向與旋轉(zhuǎn)軸平行，無(wú)人潛水器推進(jìn)器裝配位置處坐標(biāo)系設(shè)為UVW，其中U軸為旋轉(zhuǎn)軸，將無(wú)人潛水器本體與推進(jìn)器進(jìn)行裝配時(shí)讓X軸和U軸重合，裝配完成；進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置后導(dǎo)出無(wú)人潛水器的模型文件；

（2）創(chuàng)建仿真環(huán)境的海底三維模型，導(dǎo)出模型文件；創(chuàng)建文件配置仿真環(huán)境的物理屬性：流速、水密度、碰撞屬性及其相關(guān)屬性的可視化；

（3）創(chuàng)建兩個(gè)可視化窗口，分別為可實(shí)時(shí)觀察無(wú)人潛水器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其周圍水域環(huán)境的三維動(dòng)畫窗口和實(shí)時(shí)觀察到相機(jī)云臺(tái)錄像、無(wú)人潛水器運(yùn)動(dòng)軌跡、測(cè)深聲吶圖像的可視化窗口。