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水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台

发布时间:2023-08-01

编辑人:灵图互动

阅读量:216

虚拟仿真实验教学平台利用虚拟仿真技术,结合多媒体、数字化、网络化软硬件技术等,在计算机中构建具高度仿真能力的虚拟实验环境和实验过程。使得学生可以在多媒体环境中通过数据视频/图像和人机互动操作中,实现真实环境难以再现的实践和认知过程,从而提高学生对知识的深入理解和综合运用能力。

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1. 水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台功能

水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台以Unity 3D虚拟现实软件为平台支撑,建立全三维水下环境动态平台,并将水下环境数据(如:温度、深度、流速等)映射到全三维水下场景中。同时建立水下机器人动态滑翔模型并显示其运动模型参数。搭载在水下机器人上的导航与定位传感器采集并解算导航定位信息,从而建立了水下机器人水下导航与定位信息获取的虚拟仿真系统。通过该虚拟仿真系统,可直观看出海洋环境参数变化情况、机器人在水下运行状态以及导航信息准确获取方法。

通过动画、声音以及特有的三维模拟方式,为学生营造一个真实的环境,把水下机器人在海洋中运动状态和机器人的导航制导与控制过程逼真地呈现出来。

虚拟现实水下导航与控制虚拟仿真实验教学平台通过对海洋环境参数、机器人运动状态、导航信息获取以及制导与控制实施进行逼真的3D可视化虚拟展示。通过人机互动形式,与虚拟环境中的船体模型进行交互操作,完成机器人本体姿态预调节、水下紧急情况抛载处理等。同时,该系统还提供导航信息初始参数设置,通过模拟真实的导航信息初始化,帮助学生了解水下机器人一航次中导航、制导与控制的过程。

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2. 水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台建设

水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台为了满足海底地形辅助导航系统仿真教学:

2.1 建设要求

将水下机器人ROV虚拟仿真实验教学系统分成若干功能模块,各功能模块分别代表不同的子系统或传感器;建立各子系统及传感器的数学模型或其误差的数学模型;设计匹配算法;确定各模块间的信息流;将各功能模块的数学模型转换为计算机编码。

2.2 建设内容

(1)海底地形辅助导航虚拟仿真教学模块由水下机器人模块、导航模块、测深测潜仪模块、数字海洋图形模块、匹配模块和性能评估模块组成。

(2)建立一个准确、完整的水下机器人空间运动仿真模型是进行仿真的基础。水下机器人是一种在水下运动的刚体,具有刚体空间运动方程的一般形式,它受到的外力和外力矩包括:惯性类流体作用、粘性类流体阻尼作用、重力和浮力作用、推力和舵力。所以水下机器人ROV虚拟仿真实验教学系统需能实时接收动态输入,并产生实时动态输出,实时性对于半实物仿真系统的稳定性和精度具有十分重要的意义。

(3)优秀的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。在水下机器人ROV虚拟仿真实验教学系统中,学生可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知,从而获得身临其境的感受。最终达到让学生真切感受到水下导航技术在水下机器人上的应用原理和过程。

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水下机器人ROV虚拟仿真实验教学平台具有使用成本低、风险系数小、临场实感强、教学效果好、可扩展性强等特点,可丰富教学方式,增强学生的学习兴趣,提升实训效果。

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