專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多水下機(jī)器人控制和仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于混合式 硬件體系結(jié)構(gòu)的多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了滿足水下機(jī)器人在控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)前期驗(yàn)證的需求，國(guó)內(nèi)外 學(xué)者構(gòu)建了各種應(yīng)用于水下機(jī)器人的仿真平臺(tái)，主要包括數(shù)字仿真平臺(tái)和半物理仿真平 臺(tái)。半物理仿真，也稱(chēng)半實(shí)物、硬件在回路(HIL，hardware in loop)仿真，在先進(jìn)水下 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中具有極其重要的意義。尤其對(duì)于多機(jī)器人系統(tǒng)而言，具有系統(tǒng)復(fù) 雜、存在各種不可預(yù)見(jiàn)性的特點(diǎn)，因此研究相應(yīng)的仿真技術(shù)并建立其仿真環(huán)境，是設(shè)計(jì)復(fù)雜 控制系統(tǒng)、研究其關(guān)鍵技術(shù)及驗(yàn)證控制系統(tǒng)魯棒性不可或缺的手段。與數(shù)字仿真不同的是，半物理仿真將真實(shí)的機(jī)器人控制器軟硬件系統(tǒng)置于仿真環(huán) 境中，全過(guò)程、全狀態(tài)進(jìn)行仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人控制器在真實(shí)海洋環(huán)境中可能存在的軟硬 件漏洞，提高系統(tǒng)可靠性。而這種半物理仿真只能對(duì)單一的機(jī)器人進(jìn)行模擬控制，對(duì)于多機(jī) 器人，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)模擬控制。目前，在相關(guān)報(bào)道中尚未發(fā)現(xiàn)多水下機(jī)器人半物理仿真裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)于多機(jī)器人模擬控制這一空白，本實(shí)用新型要 解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)Ω鳈C(jī)器人系統(tǒng)的軟硬件內(nèi)部關(guān)系、外部耦合等復(fù)雜過(guò)程 進(jìn)行驗(yàn)證的多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)包括視景顯示計(jì)算機(jī)，虛擬環(huán)境計(jì)算 機(jī)，電氣轉(zhuǎn)接裝置以及機(jī)載自動(dòng)駕駛儀，其中視景顯示計(jì)算機(jī)，與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信連接，實(shí)現(xiàn)海底地形、障礙物、 涌流和聲納傳感器數(shù)據(jù)的模擬，以及各水下機(jī)器人位姿的三維立體顯示；虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)，存有各水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模型解算，生成 各種虛擬傳感器設(shè)備信息，以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的自主閉環(huán)控制，同時(shí)完成模擬各種故障狀 況，以及模擬水聲信道實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作信息的轉(zhuǎn)發(fā)；電氣轉(zhuǎn)接裝置，將虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口轉(zhuǎn)接為可與多水下機(jī)器 人機(jī)載自動(dòng)駕駛儀方便連接的接口；機(jī)載自動(dòng)駕駛儀為多套，為真實(shí)的水下機(jī)器人軟硬件控制系統(tǒng)，通過(guò)電氣轉(zhuǎn)接裝 置獲取虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和閉環(huán)控制系統(tǒng)生成執(zhí)行器控 制量經(jīng)由電氣轉(zhuǎn)接裝置發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)使命需求通過(guò)虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)向 其它機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送協(xié)作信息。所述機(jī)載自動(dòng)駕駛儀包括CPU單元、串口擴(kuò)展單元、外圍擴(kuò)展單元、開(kāi)關(guān)控制單元、電源控制/監(jiān)測(cè)單元以及推進(jìn)系統(tǒng)控制單元，其中CPU單元通過(guò)PC104總線連接串口擴(kuò) 展單元、外圍擴(kuò)展單元連接，通過(guò)RS485總線連接開(kāi)關(guān)控制單元、電源控制/監(jiān)測(cè)單元以及 推進(jìn)系統(tǒng)控制單元。電源控制/監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)能源系統(tǒng)的電壓、電流以及故障狀態(tài)，接收 CPU單元的指令，對(duì)能源系統(tǒng)實(shí)施控制；推進(jìn)系統(tǒng)控制單元監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)驅(qū) 動(dòng)裝置實(shí)施使能、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制；開(kāi)關(guān)控制單元監(jiān)測(cè)水下機(jī)器人的入水、漏水情況，對(duì)各機(jī) 載傳感器、壓載設(shè)備開(kāi)關(guān)實(shí)施控制。所述虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)包括工控機(jī)、數(shù)字IO單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單 元以及串口單元，其中，工控機(jī)連接上述各單元；數(shù)字IO單元的數(shù)字量輸入端在機(jī)載自動(dòng) 駕駛儀的控制下向工控機(jī)輸入多水下機(jī)器人的電源開(kāi)關(guān)以及機(jī)器人壓載設(shè)備的動(dòng)作開(kāi)關(guān) 的仿真信號(hào)，數(shù)字量輸出端向機(jī)載自動(dòng)駕駛儀輸出入水檢測(cè)及漏水和漏油報(bào)警及其它故障 信號(hào)；模擬量輸入單元在工控機(jī)的控制下向工控機(jī)輸入多水下機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)的模擬量輸 出設(shè)備的仿真信號(hào)；模擬量輸出單元在工控機(jī)的控制下通過(guò)串口單元向機(jī)載自動(dòng)駕駛儀輸 出各種虛擬傳感器的仿真信號(hào)。所述電氣轉(zhuǎn)接裝置一端與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口相連，另一端設(shè) 有方便與各水下機(jī)器人機(jī)載自動(dòng)駕駛儀連接的電纜接口。所述機(jī)載自動(dòng)駕駛儀為多臺(tái)同構(gòu)水下機(jī)器人控制裝置，或者為多臺(tái)異構(gòu)水下機(jī)器 人控制裝置。本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，在最小水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的配置下，可 方便擴(kuò)展傳感器和設(shè)備節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)擴(kuò)展性好、可移植性高。2.本實(shí)用新型具有各種虛擬模型，實(shí)現(xiàn)了多水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、協(xié)作導(dǎo)航、水聲 組網(wǎng)、隊(duì)形控制等關(guān)鍵技術(shù)涉及的虛擬傳感器接口，便于配置各種類(lèi)型的水下機(jī)器人。3.本實(shí)用新型具有各種故障模擬接口，可模擬各種水下機(jī)器人的故障狀態(tài)，驗(yàn)證 控制器的完備性。

圖1為本實(shí)用新型電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型中機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖2A為本實(shí)用新型中機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的電源控制/監(jiān)測(cè)單元框圖；圖2B為本實(shí)用新型中機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的推進(jìn)系統(tǒng)控制單元框圖；圖2C為本實(shí)用新型中機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的開(kāi)關(guān)控制單元電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型中虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實(shí)用新型中電氣轉(zhuǎn)接裝置電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本實(shí)用新型采用的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)包括視景顯示計(jì)算機(jī)1， 虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2，電氣轉(zhuǎn)接裝置3以及機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4，其中視景顯示計(jì)算機(jī)1，與虛 擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信連接，實(shí)現(xiàn)海底地形、障礙物、涌流和聲納傳感器數(shù)據(jù)的模擬，以及各水下機(jī)器人位姿的三維立體顯示；虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2，存有各水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模型解算，生成各種虛擬傳感器設(shè)備信息，以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的自主 閉環(huán)控制，同時(shí)完成模擬各種故障狀況，以及模擬水聲信道實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作信息的轉(zhuǎn)發(fā)； 電氣轉(zhuǎn)接裝置3，將虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2擴(kuò)展卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口轉(zhuǎn)接為可與多臺(tái)水下機(jī)器人 機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4方便連接的接口 ；機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4，為多套，為真實(shí)的水下機(jī)器人軟硬 件控制系統(tǒng)，通過(guò)獲取虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2的傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和閉環(huán)控制 系統(tǒng)生成執(zhí)行器控制量發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2，從而實(shí)現(xiàn)多水下機(jī)器人的自主行為，同時(shí) 根據(jù)使命需求通過(guò)虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2向其它機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送協(xié)作信息。與單體水下機(jī)器人仿真模擬系統(tǒng)不同的是，多水下機(jī)器人仿真既可以模擬多臺(tái) (本實(shí)施例仿真裝置采用四套機(jī)載自動(dòng)駕駛儀，即第1 4機(jī)載自動(dòng)駕駛儀I IV)同構(gòu)水 下機(jī)器人控制系統(tǒng)，也可以模擬多臺(tái)異構(gòu)水下機(jī)器人控制系統(tǒng)。在多水下機(jī)器人協(xié)同完成 使命的過(guò)程中，能夠?qū)Ω鳈C(jī)器人系統(tǒng)的軟硬件內(nèi)部關(guān)系、外部耦合等復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證。如圖2、2A C所示，機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4包括CPU單元、串口擴(kuò)展單元、外圍擴(kuò)展 單元、開(kāi)關(guān)控制單元、電源控制/監(jiān)測(cè)單元以及推進(jìn)系統(tǒng)控制單元，其中CPU單元通過(guò)PC104 總線分別連接串口擴(kuò)展單元、外圍擴(kuò)展單元連接，通過(guò)485總線連接開(kāi)關(guān)控制單元、電源控 制/監(jiān)測(cè)單元以及推進(jìn)系統(tǒng)控制單元，電源控制/監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)能源系統(tǒng)的電壓、電流以及 故障狀態(tài)，接收CPU單元的指令，對(duì)水下機(jī)器人的能源實(shí)施控制；推進(jìn)系統(tǒng)控制單元檢測(cè)水 下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施使能、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制；開(kāi)關(guān)控制單元監(jiān)測(cè) 水下機(jī)器人的入水、漏水情況，對(duì)水下機(jī)器人的各種設(shè)備進(jìn)行控制。如圖3所示，虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2包括工控機(jī)、數(shù)字IO單元、模擬量輸入單元、模擬 量輸出單元以及串口單元，其中，工控機(jī)連接上述各單元；數(shù)字IO單元的數(shù)字量輸入端在 機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4的控制下向工控機(jī)輸入多水下機(jī)器人上一些驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器以及機(jī)載 設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)的仿真信號(hào)，數(shù)字量輸出端向機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4輸出入水檢測(cè)及漏水和漏 油報(bào)警仿真信號(hào)；模擬量輸入單元在機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4的控制下向工控機(jī)輸入多水下機(jī)器 人推進(jìn)系統(tǒng)的模擬量輸出設(shè)備的仿真信號(hào)；模擬量輸出單元在工控機(jī)的控制下向機(jī)載自動(dòng) 駕駛儀4輸出多機(jī)器人的深度、角速度陀螺等傳感器的仿真信號(hào)；串口單元在工控機(jī)的控 制下向機(jī)載機(jī)動(dòng)駕駛儀4輸出各種虛擬傳感器的仿真信號(hào)。如圖4所示，電氣轉(zhuǎn)接裝置3的一端與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡包括串口卡、DA卡、 AD卡、IO卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口相連，另一端設(shè)有方便與各水下機(jī)器人機(jī)載自動(dòng)駕駛4連接的接口。虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2和機(jī)載自動(dòng)駕駛儀4就是通過(guò)電氣轉(zhuǎn)接裝置3相連，實(shí)現(xiàn)了水 下機(jī)器人的自主閉環(huán)控制與導(dǎo)航，同時(shí)，虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2通過(guò)電氣轉(zhuǎn)接裝置3對(duì)機(jī)載自動(dòng) 駕駛儀4實(shí)現(xiàn)使命裝載和控制，并將實(shí)時(shí)水下機(jī)器人位姿信息通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給視景顯示 計(jì)算機(jī)1進(jìn)行二維、三維顯示，而視景顯示計(jì)算機(jī)1通過(guò)三維軟件的碰撞檢測(cè)功能來(lái)模擬聲 學(xué)和光學(xué)傳感器，并將結(jié)果發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2。本實(shí)用新型的視景顯示計(jì)算機(jī)1采用戴爾公司的高性能圖形工作站Precision 690。視景顯示計(jì)算機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)和UUV載體狀態(tài)信 息的交互，實(shí)現(xiàn)海底地形、障礙物、水流、各水下機(jī)器人位姿的三維立體顯示。本實(shí)施例實(shí)用新型中，虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)2的工作機(jī)采用研華工控機(jī)IPC610，數(shù)字IO單元采用研華公司的48路隔離數(shù)字量IO卡PCI-1751，模擬量輸入單元采用研華公 司的12位32路A/D數(shù)據(jù)采集卡PCL-813B，模擬量輸出單元采用12路隔離模擬量輸出卡 PCL-727，串口單元采用研華公司的PCL-858。數(shù)字IO單元的數(shù)字量輸入用于模擬多水下 機(jī)器人上一些設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)，如無(wú)線電信標(biāo)、聲定位系統(tǒng)、無(wú)線電天線、避碰聲納、溫鹽儀 等，以及潛水器壓載設(shè)備的動(dòng)作開(kāi)關(guān)，如拋載壓鐵；數(shù)字IO單元的數(shù)字量輸出用于模擬入 水檢測(cè)及漏水和漏油檢測(cè)信號(hào)；模擬量輸入單元主要用于模擬推進(jìn)系統(tǒng)其它模擬量輸出 設(shè)備以接收控制量輸入；模擬量輸出單元用于輸出深度、角速度陀螺等傳感器得仿真信號(hào)； 串口單元在工控機(jī)的控制下用于產(chǎn)生各種虛擬傳感器設(shè)備的仿真信號(hào)，如無(wú)線電、數(shù)字羅 盤(pán)、慣性測(cè)量單元、多普勒測(cè)速、水聲通訊機(jī)等。機(jī)載自動(dòng)駕駛儀采用基于PC104和RS485網(wǎng)絡(luò)的混合體系結(jié)構(gòu)，既具有PC014嵌 入式工業(yè)計(jì)算機(jī)緊湊的棧接結(jié)構(gòu)、外圍模塊豐富的特點(diǎn)，又具有RS485總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易擴(kuò) 展的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)方便。機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的CPU單元采用盛博公司的6235-133-32M，串口擴(kuò)展 單元盛博公司的MSP-8，外圍擴(kuò)展單元采用盛博公司的ADT-650。開(kāi)關(guān)控制單元以單片機(jī)ATmegaS為核心，通過(guò)RS-485接口接收CPU單元的指令， 根據(jù)命令對(duì)各機(jī)載傳感器、設(shè)備的電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)檢測(cè)各個(gè)設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)。電源控制/監(jiān)測(cè)單元以單片機(jī)ATmegaS為核心，負(fù)責(zé)檢測(cè)電池的電壓、電流、溫度、 壓力及漏水等狀態(tài)，并通過(guò)RS-485接口將數(shù)據(jù)返回到CPU單元。推進(jìn)系統(tǒng)控制單元以單片機(jī)ATmega8為核心，通過(guò)RS-485接口接收CPU單元的命 令，根據(jù)命令控制各電機(jī)的使能、方向，控制D/A驅(qū)動(dòng)各電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)檢測(cè)各電機(jī)的 故障狀態(tài)，通過(guò)A/D采集各電機(jī)工作電流、溫度，并通過(guò)RS-485接口向CPU單元發(fā)送。如圖5所示，本實(shí)用新型通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)其控制過(guò)程1)初始使命裝載及路徑規(guī)劃虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)向各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀和視景顯示計(jì)算機(jī)裝載初始使命參數(shù)，并接 收返回的使命確認(rèn)信息；各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀正確完成路徑規(guī)劃程序后，向虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)返回路徑規(guī)劃結(jié) 果；虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)將路徑規(guī)劃結(jié)果發(fā)送給視景顯示計(jì)算機(jī)進(jìn)行二維顯示；2)根據(jù)上述規(guī)劃的路徑進(jìn)行仿真控制虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)向各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀發(fā)送仿真開(kāi)始指令；各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀在接收到上述仿真開(kāi)始指令后，按照規(guī)劃的結(jié)果開(kāi)始運(yùn)行，通 過(guò)內(nèi)部的閉環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算推進(jìn)系統(tǒng)的控制量，通過(guò)模擬輸出接口轉(zhuǎn)由電氣轉(zhuǎn)接裝置發(fā)送 給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)的模擬輸入卡；虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)將上述推進(jìn)系統(tǒng)的控制量作為輸入，通過(guò)各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀的運(yùn) 動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型解算獲得各虛擬傳感器信息和位姿信息，并將傳感器信息通過(guò)對(duì)應(yīng)串口 卡、模擬輸出卡轉(zhuǎn)由電氣轉(zhuǎn)接裝置發(fā)送給各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀；同時(shí)虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)將解算 獲得的各水下機(jī)器人的位姿信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給視景顯示計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維顯示；判斷各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀是否需要發(fā)送協(xié)作信息；各機(jī)載自動(dòng)駕駛儀如需發(fā)送協(xié)作信息，則通過(guò)對(duì)應(yīng)的RS232接口經(jīng)由電氣轉(zhuǎn)接裝 置發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)；[0051] 由虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給指定的其他機(jī)載自動(dòng)駕駛儀。
權(quán)利要求一種多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于包括視景顯示計(jì)算機(jī)(1)，虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)(2)，電氣轉(zhuǎn)接裝置(3)以及機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)，其中視景顯示計(jì)算機(jī)(1)，與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信連接；電氣轉(zhuǎn)接裝置(3)，一端與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口相連，另一端設(shè)有方便與各水下機(jī)器人機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)連接的電纜接口；機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)，為多套，為真實(shí)的水下機(jī)器人軟硬件控制系統(tǒng)，通過(guò)電氣轉(zhuǎn)接裝置(3)獲取虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)(2)的傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和閉環(huán)控制系統(tǒng)生成執(zhí)行器控制量經(jīng)由電氣轉(zhuǎn)接裝置(3)發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)(2)，同時(shí)根據(jù)使命需求通過(guò)虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)(2)向其它機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送協(xié)作信息。
2.按權(quán)利要求1所述的多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)載自動(dòng)駕駛 儀(4)包括CPU單元、串口擴(kuò)展單元、外圍擴(kuò)展單元、開(kāi)關(guān)控制單元、電源控制/監(jiān)測(cè)單元 以及推進(jìn)系統(tǒng)控制單元，其中CPU單元通過(guò)PC104總線連接串口擴(kuò)展單元、外圍擴(kuò)展單元， 通過(guò)RS485總線連接開(kāi)關(guān)控制單元、電源控制/監(jiān)測(cè)單元以及推進(jìn)系統(tǒng)控制單元。
3.按權(quán)利要求1所述的多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬環(huán)境計(jì)算 機(jī)(2)包括工控機(jī)、數(shù)字IO單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元以及串口單元，其中，工 控機(jī)連接上述各單元；數(shù)字IO單元的數(shù)字量輸入端在機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)的控制下向工控 機(jī)輸入多水下機(jī)器人的電源開(kāi)關(guān)以及機(jī)器人壓載設(shè)備的動(dòng)作開(kāi)關(guān)的仿真信號(hào)，數(shù)字量輸出 端向機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)輸出入水檢測(cè)及漏水和漏油報(bào)警及其它故障信號(hào)；模擬量輸入單 元在工控機(jī)的控制下向工控機(jī)輸入多水下機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)的模擬量輸出設(shè)備的仿真信號(hào)； 模擬量輸出單元在工控機(jī)的控制下通過(guò)串口單元向機(jī)載自動(dòng)駕駛儀(4)輸出各種虛擬傳 感器的仿真信號(hào)。
4.按權(quán)利要求1所述的多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)載自動(dòng)駕 駛儀(4)為多臺(tái)同構(gòu)水下機(jī)器人控制裝置，或者為多臺(tái)異構(gòu)水下機(jī)器人控制裝置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種多水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)，包括視景顯示計(jì)算機(jī)，與虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信連接；虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)存有各水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模型解算，生成各種虛擬傳感器設(shè)備信息；電氣轉(zhuǎn)接裝置將虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡的標(biāo)準(zhǔn)電纜接口轉(zhuǎn)接為可與多水下機(jī)器人機(jī)載自動(dòng)駕駛儀方便連接的接口；機(jī)載自動(dòng)駕駛儀為真實(shí)的水下機(jī)器人軟硬件控制系統(tǒng)，根據(jù)自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和閉環(huán)控制系統(tǒng)生成執(zhí)行器控制量經(jīng)由電氣轉(zhuǎn)接裝置發(fā)送給虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)，根據(jù)使命需求通過(guò)虛擬環(huán)境計(jì)算機(jī)向其它機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送協(xié)作信息。本實(shí)用新型可方便擴(kuò)展傳感器和設(shè)備節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)擴(kuò)展性好、可移植性高，便于配置各種類(lèi)型的水下機(jī)器人。
文檔編號(hào)G05B17/02GK201732262SQ20092035172
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者任申真, 曾俊寶, 李一平, 譚亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所