[發明專利]一種多ROV水下協同作業仿真系統

在審

• 申請號: 202110198404.6
• 申請日: 2021-02-22
• 公開（公告）號: CN112947117A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 龍承啟;胡滿江;秦曉輝;秦洪懋;王曉偉;邊有鋼;徐彪;謝國濤;秦兆博;丁榮軍
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝;趙立軍

本發明公開了一種多ROV水下協同作業仿真系統，該系統包括VR操控模塊、仿真模塊、場景同步模塊和UI界面模塊，VR操控模塊實時采集操作者雙手在VR設備上輸入的控制指令及位姿信息，并實時傳送至仿真模塊；場景同步模塊實時接收來自至少一臺VR設備加載的ROV、同一水下場景模型作為作業場景及控制指令，并將各ROV同步至該作業場景中；UI界面模塊用于將虛擬雙手操控功能按鍵、每一ROV分別在作業場景中作業的狀態信息及圖像信息、及ROV同步在作業場景中協同作業的狀態信息及圖像信息進行顯示。本發明能夠實現多ROV水下協同作業仿真，簡化系統硬件架構，提升仿真系統可靠性，減少操作員培訓所需時長，提升操作員的沉浸式體驗，降低ROV損毀丟失等風險。

技術領域

本發明涉及ROV技術領域，特別是關于一種多ROV水下協同作業仿真系統。

背景技術

ROV(中文全稱為：遙控無人潛水器；英文全稱為：remotely operationalvehicle)在諸如深海礦物開采、線纜鋪設和設備檢修等方面的協同作業中發揮著重要的作用。但是，協同作業需要多臺ROV，而采購多臺ROV所需成本巨大。同時，不熟練的操作人員非常容易發生誤操作，造成ROV的損壞甚至丟失。因此，如何在盡量低的成本下實現對操作人員在多ROV水下協同作業中的技能培訓，是一個迫切需要解決的難題。

根據調研，目前水下作業機器人仿真系統通常不具備模擬多臺ROV協同作業的功能，無法讓操作者具有沉浸式的良好體驗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于VR(中文全稱為：虛擬現實；英文全稱為：virtualreality)的多ROV水下協同作業仿真系統，基于VR技術能夠實現多ROV水下協同作業仿真，簡化系統硬件架構，提升仿真系統可靠性，減少操作員培訓所需時長，提升操作員的沉浸式體驗，降低ROV損毀丟失等風險。

為實現上述目的，本發明提供一種多ROV水下協同作業仿真系統，其特征在于，包括VR操控模塊、仿真模塊、場景同步模塊和UI界面模塊，所述VR操控模塊、仿真模塊和UI界面模塊同時預設在VR設備中，所述場景同步模塊預設在服務器中；所述VR操控模塊用于實時采集操作者雙手在所述VR設備上通過操控功能元件輸入的控制指令以及所述操作者雙手的位姿信息，并實時傳送至所述仿真模塊；所述仿真模塊包括場景仿真單元、運動仿真單元和傳感器仿真單元，其中：所述場景仿真單元用于構建并存儲供所述操作者通過輸入所述控制指令進行選擇加載的水下場景模型、ROV和虛擬雙手，其中，所述虛擬雙手按照所述操作者雙手的位姿信息，移動并操作所述UI界面模塊上與所述控制指令相對應的功能按鍵；所述運動仿真單元用于根據所述控制指令、所述傳感器仿真單元采集到的ROV狀態信息，利用動力學模型和運動學模型計算所述ROV的位姿及速度，進而控制所述ROV實施ROV作業；所述傳感器仿真單元用于模擬ROV搭載的攝像頭、位姿傳感器、速度傳感器、深度傳感器和壓力傳感器，采集所述ROV及其所處的所述水下場景模型的狀態信息及圖像信息；所述場景同步模塊用于實時接收來自至少一臺所述VR設備選擇加載的所述ROV、同一所述水下場景模型作為作業場景及控制指令，并將各所述ROV同步至該作業場景中、以及將在該邏輯幀接收到的各所述VR設備的控制指令進行打包，再分發給各所述VR設備中的所述仿真模塊；所述UI界面模塊用于將所述仿真模塊中的虛擬雙手操控所述功能按鍵、每一所述ROV分別在所述作業場景中作業的狀態信息及圖像信息、及所述ROV同步在所述作業場景中協同作業的狀態信息及圖像信息通過視頻矩陣顯示在顯示屏上。

進一步地，所述ROV具有ROV本體及安裝在所述ROV本體上的機械臂、機械爪和攝像頭；所述VR設備包括左操控手柄和右操控手柄，所述功能元件包括所述左手柄本體及其操控面板上設置的第一控制按鍵、第一按鍵、第二按鍵和左搖桿，還包括所述右操控手柄及其操控面板上設置的第二控制按鍵、第三按鍵、第四按鍵和右搖桿，所述控制指令執行的持續時間取決于對應所述功能元件狀態保持的時長，所述功能原件的操控動作或不同種所述功能原件的組合操控動作預先設置為對應的所述控制指令。