一种水下机器人仿真展示系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水下机器人仿真展示系统及其仿真方法，本水下机器人仿真展示系统包括：运动模型仿真部分和实景仿真部分，其中所述运动模型仿真部分适于模拟水下机器人运动；以及所述实景仿真部分适于模拟水下环境。所述运动模型仿真部分包括：指令交互模块、碰撞检测模块和动作关联模块，所述实景仿真部分包括：特效渲染模块、三维视角模块和DEMO播放模块。本发明专利技术能够使水下机器人在水下环境中对其工作动作、环境进行仿真展示，便于观察者能够清楚的观察水下机器人的状态，分析其运动过程，能够获得机器人足够的水下作业数据，以完善真实水下机器人的参数设计。

Underwater robot simulation demonstration system and simulation method

The invention relates to an underwater robot simulation system and simulation method, the underwater robot simulation display system includes: motion simulation and real part of the simulation part, wherein the motion model is suitable to simulate the motion simulation of underwater robot; and the real scene simulation is suitable to simulate the underwater environment. The simulation part of the motion model comprises an instruction interactive module, a collision detection module and an action association module, wherein the real simulation part comprises a special effect rendering module, a three-dimensional viewing angle module and a DEMO playing module. The invention can display the simulation of underwater robot in the underwater environment in the work environment, action, the observers can clearly observe the underwater robot, analyzes the moving process, to obtain sufficient data operation of underwater robot, in order to improve the design parameters of real underwater robot.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下机器人仿真展示系统及仿真方法。
技术介绍
目前许多机器人公司或机器人研发机构在展示水下机器人新产品时都采用下述两种方式：1.将样机置于水下拍摄其工作视频2.制作水下机器人的模拟动画然而这两种方式都存在各自的不足。对于方式一，由于机器人需要在真实的水下环境工作展示所以成本较高，操作不易并且水下摄像的不稳定性高，拍摄画面的清晰度较低。对于方式二，模拟动画缺少人机交互环节，不能实现让机器人使用者模拟操纵机器人，展示的充分性和亲和性还不够。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水下机器人仿真展示系统及仿真方法，以实现水下机器人在模拟水下环境中的仿真工作展示。为了达到上述专利技术目的，本专利技术提供了一种水下机器人仿真展示系统，包括：运动模型仿真部分和实景仿真部分，其中所述运动模型仿真部分适于模拟水下机器人运动；以及所述实景仿真部分适于模拟水下环境。进一步，所述运动模型仿真部分包括：指令交互模块、碰撞检测模块和动作关联模块；其中所述指令交互模块适于输入控制指令；所述碰撞检测模块适于使水下机器人在发生碰撞后，停止工作，并对所载入的水下机器人的模拟模型的边界坐标进行划分检测；所述动作关联模块适于控制水下机器人各运动组件匹配活动；以及若两模拟模型的边界坐标接近且具有重叠预期时，则通过碰撞检测模块停止水下机器人动作；当获得相交控制指令后，使两模拟模型完成重叠穿越。进一步，在所述动作关联模块中将水下机器人整体运动设定为父运动，水下机器人每一个运动组件的运动设定为子运动。进一步，所述实景仿真部分包括：特效渲染模块、三维视角模块和DEMO播放模块。进一步，所述特效渲染模块适于模拟水下环境中的波浪效果或粒子效果；所述三维视角模块采用全局坐标系和局部坐标系叠加方式实现，以适于使用者选择第一人称仿真视角或第三人称仿真视角；所述DEMO播放模块适于在模拟的水下环境中添加音视频信息。又一方面，本专利技术还提供了一种仿真方法。所述仿真方法适用于水下机器人仿真展示。进一步，所述仿真方法适用于水下机器人仿真展示的方法包括如下步骤：步骤S1，建立水下机器人的至少一个模拟模型；步骤S2，模拟水下环境；以及步骤S3，将水下机器人载入模拟水下环境中进行仿真展示。进一步，所述步骤S1中建立的模拟模型由运动模型仿真部分控制；所述运动模型仿真部分包括：指令交互模块、碰撞检测模块和动作关联模块；其中所述指令交互模块适于输入控制指令；所述碰撞检测模块适于使水下机器人在发生碰撞后，停止工作，并对所载入的水下机器人的模拟模型的边界坐标进行划分检测；所述动作关联模块适于控制水下机器人各运动组件匹配活动；以及若两模拟模型的边界坐标接近且具有重叠预期时，则通过碰撞检测模块停止水下机器人动作；当获得相交控制指令后，使两模拟模型完成重叠穿越。进一步，所述步骤S2中模拟水下环境，则通过实景仿真部分实现水环境模拟；其中所述实景仿真部分包括：特效渲染模块、三维视角模块和DEMO播放模块；所述特效渲染模块适于模拟水下环境中的波浪效果或粒子效果；所述三维视角模块采用全局坐标系和局部坐标系叠加方式实现，以适于使用者选择第一人称仿真视角或第三人称仿真视角；所述DEMO播放模块适于在模拟的水下环境中添加音视频信息。进一步，所述三维视角模块包括：与观察者对应的第一矩阵，与被观察对象对应的第二矩阵，该被观察对象为模拟模型，以及将投影变换矩阵设定为第三矩阵；所述三维视角模块的工作方法包括：设定观察者初始位置为全局坐标系原点，观察者位置仅在全局坐标系下变化，将观察者位置的变化保存在所述第一矩阵中；设定被观察对象初始位置为局部坐标系原点，被观察对象位置在局部坐标系变化，其变化保存在所述第二矩阵中；以及最终成像时，模拟模型的成像坐标矩阵为第一、第二和第三矩阵的乘积，再将矩阵中的数字信息转换为图形呈现在屏幕上。本专利技术的有益效果是：本专利技术的水下机器人仿真展示系统能够使水下机器人在水下环境中对其工作动作、环境进行仿真展示，便于观察者能够清楚的观察水下机器人的状态，分析其运动过程，能够获得机器人足够的水下作业数据，以完善真实水下机器人的设计参数。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是水下机器人仿真展示系统的总体框架图；图2是本专利技术水下机器人仿真展示的仿真方法的流程图；图3是本专利技术仿真方法执行流程图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1图1是水下机器人仿真展示系统的总体框架图。如图1所示，本实施例1提供了一种水下机器人仿真展示系统，包括：运动模型仿真部分和实景仿真部分，其中所述运动模型仿真部分适于模拟水下机器人运动；以及所述实景仿真部分适于模拟水下环境。作为运动模型仿真部分一种优选的实施方式，所述运动模型仿真部分包括：指令交互模块、碰撞检测模块和动作关联模块；其中所述指令交互模块适于输入控制指令；所述碰撞检测模块适于使水下机器人在发生碰撞后，停止工作，并对所载入的水下机器人的模拟模型的边界坐标进行划分检测；所述动作关联模块适于控制水下机器人各运动组件匹配活动；以及若两模拟模型的边界坐标接近且具有重叠预期时，则通过碰撞检测模块停止水下机器人动作；当获得相交控制指令后，使两模拟模型完成重叠穿越。具体的，所述指令交互模块利用键盘实现相应控制指令输入。在所述动作关联模块中将水下机器人整体运动设定为父运动，水下机器人每一个运动组件的运动设定为子运动。所述实景仿真部分包括：特效渲染模块、三维视角模块与DEMO播放模块。所述特效渲染模块适于模拟水下环境中的波浪效果或粒子效果；所述三维视角模块采用全局坐标系和局部坐标系叠加方式实现，以适于使用者选择第一人称仿真视角或第三人称仿真视角；所述DEMO播放模块适于在模拟的水下环境中添加音视频信息。所述三维视角模块包括：与观察者对应的第一矩阵，与被观察对象对应的第二矩阵，该被观察对象为模拟模型，以及将投影变换矩阵设定为第三矩阵；可选的，所述水下机器人仿真展示系统还包括运动模型仿真部分，水下实景仿真部分和系统应用时的外部API接口，所述外部API接口是系统脱离PC机而在外部设备，比如控制台，控制手柄上工作时的通信接口。关于本实施例中运动模型仿真部分和实景仿真部分及其内部各模块在实施例2中进行详细论述。实施例2在实施例1基础上，本实施例2提供了一种仿真方法，该仿真方法适用于水下机器人仿真展示。图2是本专利技术水下机器人仿真展示的仿真方法的流程图；以及图3是本专利技术本专利技术仿真方法执行流程图。所述仿真方法适用于水下机器人仿真展示的方法包括如下步骤：步骤S1，建立水下机器人的至少一个模拟模型；步骤S2，模拟水下环境；以及步骤S3，将水下机器人载入模拟水下环境中进行仿真展示。具体的，将水下机器人的模拟模型通过且不限于3D建模软件构建，将模型导入到例如但不限于3DSMAX或Maya软件中对机器人每一个可以运动的部分，比如螺旋桨，机械手，探照灯划分骨骼。之后将模型导出成FBX格式文件加载到XNA软件中。XNA是MicrosoftVisualStudio集成开发环境(IDE)的一个扩展它采用C#编程语言，但简化了C++语言在类，命名空间和方法重载等方面的操作。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下机器人仿真展示系统，其特征在于，包括：运动模型仿真部分和实景仿真部分，其中所述运动模型仿真部分适于模拟水下机器人运动；以及所述实景仿真部分适于模拟水下环境。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人仿真展示系统，其特征在于，包括：运动模型仿真部分和实景仿真部分，其中所述运动模型仿真部分适于模拟水下机器人运动；以及所述实景仿真部分适于模拟水下环境。2.根据权利要求1所述的水下机器人仿真展示系统，其特征在于，所述运动模型仿真部分包括：指令交互模块、碰撞检测模块和动作关联模块；其中所述指令交互模块适于输入控制指令；所述碰撞检测模块适于使水下机器人在发生碰撞后，停止工作，并对所载入的水下机器人的模拟模型的边界坐标进行划分检测；所述动作关联模块适于控制水下机器人各运动组件匹配活动；以及若两模拟模型的边界坐标接近且具有重叠预期时，则通过碰撞检测模块停止水下机器人动作；当获得相交控制指令后，使两模拟模型完成重叠穿越。3.根据权利要求2所述的水下机器人仿真展示系统，其特征在于，在所述动作关联模块中将水下机器人整体运动设定为父运动，水下机器人每一个运动组件的运动设定为子运动。4.根据权利要求3所述的水下机器人仿真展示系统，其特征在于，所述实景仿真部分包括：特效渲染模块、三维视角模块和DEMO播放模块。5.根据权利要求4所述的水下机器人仿真展示系统，其特征在于，所述特效渲染模块适于模拟水下环境中的波浪效果或粒子效果；所述三维视角模块采用全局坐标系和局部坐标系叠加方式实现，以适于使用者选择第一人称仿真视角或第三人称仿真视角；所述DEMO播放模块适于在模拟的水下环境中添加音视频信息。6.一种仿真方法，其特征在于，所述仿真方法适用于水下机器人仿真展示。7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法适用于水下机器人仿真展示的方法包括如下步骤：步骤S1，建立水下机器人的至少一个模拟模型；步骤S2，模拟水下环境；以及步骤S3，将水下机器人载...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逸飞，朱晓璐，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32