[发明专利]一种水下机器人仿真展示系统及仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人仿真展示系统及仿真方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

为了达到上述发明目的，本发明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，本发明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。

本发明的有益效果是：本发明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发明进一步说明。