基于vortex的水下机器人仿真

摘要

水下机器人（ROV）是探索海洋的探索的全新的工具。ROV无论是下潜深度，续航时间还是作业能力都领先于其他方式，但是其造价高，操作难，甚至还会有驾驶员操作不当导致丢失的隐患。
　　ROV模拟驾驶平台的研制能够让驾驶员在虚拟现实环境中操作ROV，使驾驶员不仅能够真实地认识和感知操作要求和作业流程，学习操作规程，安全意识；还可以对水下作业任务进行预演，评价作业方案的可行性。
　　本文围绕ROV仿真平台技术，从以下几个方面展开研究：
　　首先，实际考察了ROV作业系统，制定了ROV仿真平台的总体架构设计和功能规划，对动力学解算系统和视景系统做了详细的分析和研究；对模拟器的功能规划进行了模块化的设计，便于以后的维护和升级；确定了分布式仿真体系的硬件系统；论证了以C++编程语言，Creator建模软件，Vortex软件，OSG图形引擎为基础的软件开发环境。
　　其次，设计并实施了ROV的拘束模型水动力实验，制作了等比例的缩小模型，利用VPMM和LAHPMM机构完成了水动力试验，测出水动力系数后进行了无因次处理；建立了包括ROV本体、机械手、缆绳耦合、海流干扰以及碰撞响应的动力学模型，化简了其中干扰小的项，提高了动力学解算效率。
　　再次，使用Creator软件和Vortex软件建立了仿真用的视景模型和物理模型，绑定后同步运动；利用C++语言开发Vortex软件的水动力学插件；使用Python语言实现逻辑控制；
　　最后，对仿真平台的动力学性能进行分析，包括：推进器推力输出过程；ROV几种典型的运动状态；机械手的动力学性能；碰撞相应的受力，轨迹，速度分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题背景、来源及研究意义

1.3 水下航行器技术介绍与国内外研究现状

1.4 ROV仿真技术国内外研究现状

1.5 论文主要研究内容

第2章 ROV仿真平台架构设计与功能规划

2.1 引言

2.2 ROV仿真系统总体架构设计

2.3 ROV仿真系统各分系统的功能规划及设计

2.4 本章小结

第3章 水动力试验及动力学模型

3.1 引言

3.2 水动力试验

3.3 ROV运动学与动力学分析

3.4 缆绳与ROV耦合动力学分析

3.5 碰撞响应数学模型

3.6 机械手动力学分析

3.7 本章小结

第4章 ROV仿真平台研发

4.1引言

4.2 视景系统三维模型数据库的建立

4.3 物理模型的建立

4.4 基于Python语言的功能模块实现

4.5 本章小结

第5章 仿真平台性能分析

5.1 引言

5.2 推进器分析

5.3 ROV运动仿真研究

5.4 机械手分析

5.5 碰撞响应分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢