“蛟龙号”机械手水下作业的交互仿真设计

针对载人潜水器水下作业机械手操作人员的培训中存在培训成本高、安全风险大的问题,以我国第一台载人深潜器"蛟龙号"为仿真原型建立三维物理模型。采用D-H方法建立搭载机械手的运动学模型,并求出正、逆运动学解;利用VC++及OpenGL图形库搭建机械手运动学算法的验证与解算平台;基于虚拟现实技术、碰撞检测技术以及三维交互技术,调用运动学解算接口,实现机械手水下作业过程的交互仿真开发。     

燃料电池动力供氧系统仿真操控软件设计与实现

以燃料电池为动力的水下作业平台供氧系统的实际训练存在一定的局限性和危险性,并且培训难度大,训练成本高.本文以某型使用燃料电池为动力的水下作业平台为对象,结合供氧系统的模拟训练需求,以Visual Studio 2015软件作为集成开发工具,采用C#语言,以GDI+为辅助工具编写仿真仪表和阀件,实现了水下作业平台燃料电池动力供氧系统的软件操作界面设计和功能仿真,并对设计的仿真系统进行了系统操作和功能测试,结果表明,该仿真操控软件能基本实现系统操作功能,反应供氧系统的工作情况和实际动态过程,具有良好的人机交互界面和实用性,此外,其对提高操作人员水下作业平台燃料电池动力供氧系统的操作水平有一定的积极作用.     

载人潜水器一机械手系统动力学研究

首先介绍了潜水器-机械手系统的一般动力学模型;针对载人潜水器(HOV)作业运动仿真培训的需要,提出了适用于运动仿真的HOV水下机械手动力学、运动学数学模型.结合已建立的HOV六自由度运动仿真模型,进行了HOV-机械手系统动力学运动学仿真计算,给出了三自由度水下机械手典型作业运动时,机械手手端运动轨迹及HOV姿态角变化的仿真结果.计算结果表明了研究的可行性和有效性;研究结果已被用于HOV的模拟培训器中.     

水下作业机械手运动学分析与仿真

针对水下作业机械手难于实现负载能力与灵活性相统一的问题,设计了一种采用欠驱动机构的水下作业机械手,建立了该机械手的三维模型,并对机械手的工作原理和运动学特性进行了分析与仿真.从分析与仿真的结果可以看出,采用欠驱动机构可以解决机械手自由度数目、驱动方式、质量和灵活性之间的矛盾.该机械手采用液压方式实现对机械手11个自由度的驱动,具有驱动力大、结构简单、操作灵活的特点,可适应多种不同任务的水下作业需要.     

五自由度水下摄像机械手技术方案与虚拟样机设计研究

水下摄像机械手是进行水下复杂环境视频采集的理想工具。根据目前水下作业的使用需求,结合现有载人潜水器的技术特点,研究了水下摄像专用机械手的总体架构、机械原理、动力配置等关键技术指标,提出了水下摄像机械手初步方案,并用商用设计软件进行了虚拟仿真设计研究。结果表明,技术方案切实可行,为水下摄像机械手的工程化应用奠定了坚实的技术基础。     

船舱集控室三维虚拟仿真系统

集控室内仪表类型多、交叉作业繁杂,这给工作人员业务操作带来极大难度和挑战。在此背景下,为提高工作人员业务水平,设计一种船舱集控室三维虚拟仿真系统,帮助人员进行虚拟训练。该系统首先利用TOF相机采集船舱集控室深度图像,然后在STM32F042F6P6 TSSOP-20 32位微处理器芯片上运行三维重建程序,建立船舱集控室三维虚拟场景。最后通过VR眼镜和交互体感设备实现虚拟操作训练,完成虚拟交互。结果表明,所设计系统应用下,测试人员利用VR眼镜和交互体感设备完成了集控台虚拟操控任务,并通过了应用效果测试,说明系统具有一定的应用前景。     

语音交互在三维虚拟船舶仿真平台中的应用

为了使三维虚拟船舶仿真平台能更好地适用于航海虚拟培训,从提升用户体验的角度出发设计方便用户使用的语音交互系统。通过制作航海专业领域内的语料库,训练声学模型;使用语言模型训练工具Srilm训练得到3-gram语言模型,将二者有机结合构成解码网络;建立反应航海实际操作的语音交互系统。系统测试表明,实现了设计三维虚拟船舶仿真平台语音交互功能。     

船体装配仿真实训系统的设计与开发

为达到用三维方式逼真模拟船体装配环境、设备及装配过程,基于Unity3D、3Dmax等大型开发软件,根据船体装配作业实际工作内容及操作过程和训练要求,分析船体装配仿真实训系统的内容,进行船体装配仿真实训系统的设计,通过该系统可以提高对装配人员的培训效率。     

基于虚拟现实的船舶制冷动态仿真系统的开发

针对轮机模拟器在船舶制冷仿真训练方面过于简化的问题,对某集装箱船制冷系统采用移动边界法和流体网络法建立系统的数学仿真模型,运用VC++的MFC开发系统的二维可视化仿真界面,基于3ds Max建立系统的三维物理模型,并采用细节层次技术(LOD)对模型进行优化,再进一步导入OGRE视景引擎中实时渲染。仿真结果表明:船舶制冷动态仿真系统能够实现冰机间与冷库的三维虚拟漫游,实现在二维端和三维端的人机交互操作等功能,可用于船员对船舶制冷系统的针对性学习和培训。     

基于VR的船载遥操作机械手设计与研究

针对无人潜水器在恶劣海况下收放作业挂钩困难的问题，设计一套基于虚拟现实（VR）的遥操作机械手装置，搭载于船载无人潜水器收放A型门架上，以操控VR手柄灵活、高效地完成无人潜水器收放时的辅助挂钩作业。利用Unity3D引擎搭建并开发一套机械手虚拟仿真系统，实现对机械手的正、逆向运动控制，并与实际机械手建立Socket网络通信，实现虚实同步；通过串流VR一体机实现对机械手的实时可视化仿真与VR遥操作。相较于现有的主手及示教器遥操作，VR遥操作机械手的作业效率更高，操作难度低，且系统具有较强的沉浸感和临场感，提高了机械手海上作业的可视性、灵活性和安全性。通过搭建波浪模拟试验平台模拟不同海况进行验证，结果表明，VR遥操作机械手挂钩作业的效率较示教器遥操作提高49.4%。在海上试验中，机械手也成功完成了各类潜器收放的挂钩作业。     

基于指数趋近滑模控制的水下机器人-机械手系统轨迹跟踪

针对水下机器人-机械手一体系统需要快速、准确实现预定轨迹跟踪以实现作业的要求,提出一种基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,以期提高系统的响应速度与控制精度,并减小系统抖振,实现对系统运动轨迹的控制。为此本文首先建立水下机器人-机械手系统整体动力学模型,并基于指数趋近律和滑模变结构控制建立系统的控制器,通过李雅普诺夫稳定性理论对控制系统的稳定性进行验证。然后在Matlab环境中对水下机器人-机械手系统进行轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明,建立的滑模控制系统响应快,控制误差小,能够有效地实现水下机器人-机械手系统的运动轨迹控制。     

船用锅炉仿真控制系统的实现

为了解决航海培训中船用燃油锅炉模拟操作问题,利用虚拟仿真编程技术,开发船用燃油锅炉控制仿真训练系统。该仿真控制系统实现了船用燃油锅炉各种控制功能的仿真,能有效代替实际的船用锅炉进行培训操作。     

VR交互式三维虚拟船舶建模与仿真

为满足国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)海员培训、发证和值班标准国际公约(International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers, STCW)2010年修正案提出的仿真训练需求,基于虚拟现实技术的三维虚拟船舶训练系统逐渐成为航海模拟器训练的有效扩展和补充。针对三维虚拟船舶开发过程中模型数量巨大和交互模型复用性差的问题,通过采用细节层次(Levels of Detail, LOD)模型构建三维虚拟船舶的几何模型,优化系统的真实感和实时性,实现虚拟船舶的三维场景漫游、碰撞检测和快速导航与瞬移,基于三维空间几何变换建立典型物体的交互模型。结果表明：开发的三维虚拟船舶训练系统真实感强,交互友好,已应用到航海仿真训练中,效果良好。     

基于水流环境的水下机械手动力学及控制方法研究综述

水下机械手是水下作业中难以替代的设备，目前国内外学者研究水下机械手时大多没有针对水体环境进行详细分析，未总结不同水体环境下的机械手动力学模型。在研究水动力学的基础上，把水体环境分为静水、结构化水流和湍流等3种状态。通过归纳3种水体环境下水下机械手的相关研究，对水下机械手的动力学建模与控制方法进行总结，这对水下机械手精确作业与控制具有一定的借鉴意义。     

基于HTC VIVE的船舶固定水灭火模拟训练系统

鉴于消防培训实操教学和训练比较困难,且成本较高,开发船舶固定水灭火模拟训练系统。运用三维建模技术建立消防泵、消防栓等固定水灭火设备模型,利用HTC VIVE头盔和Unity 3D引擎设计实现船舶虚拟场景的三维可视化与交互操作,利用贝塞尔曲线实现虚拟场景内学员的位置瞬移,通过碰撞检测实现学员对虚拟设备的操作,采用A*算法虚拟辅助船员进行路径规划。测试结果表明,该系统的沉浸感和交互性强,可用于消防培训。     

SIWR-Ⅱ型水下作业机械手与工具自动对接研究

针对SIWR-Ⅱ型水下作业机械手与自动工具库对接中存在的关键问题,在分析现有系统的基础上,对油路系统和对接机构进行了改进,实现了作业工具的自动换接操作.     

基于Virtools的船舶电动锚机训练与故障诊断仿真系统的设计与实现

利用近景摄影和实物测量相结合方式获取目标物体数据,使用3DMax建模技术对实物目标进行三维建模,做好贴图、纹理和灯光后,构建具有高度真实感的三维模型;然后利用Virtools虚拟现实开发平台,设计了船舶电动锚机训练与故障诊断仿真系统,最后实现了虚拟操作与训练。     

海警舰船抛起锚虚拟仿真系统设计

以3DS max为平台,对锚设备进行建模与渲染。采用虚拟现实技术设计舰船驾驶室及舱室漫游,抛锚虚拟仿真,起锚虚拟仿真模块。通过运动跟踪技术,三维虚拟现实显示系统开展海警舰船抛起锚虚拟仿真系统实践教学,既提高了学员训练的积极性,又节约了大量的实装训练费用。     

基于VR技术的多人协同船舶消防系统开发及应用

针对当前船舶消防培训的现状和不足,结合VR技术和网络通信技术,以Unity 3D为开发平台,基于典型船舶火灾处置流程,搭建多人协同船舶消防系统。借助VR设备捕捉人体运动数据,并将数据进行处理映射到虚拟角色的骨骼系统中,从而实现虚拟角色的动作跟随。以散货轮火灾为训练对象,借助三维建模技术,搭建消防训练虚拟火场环境,通过体感交互方式来对虚拟消防设备进行操作。通过网络通信技术搭建网络后台并开发客户端接口,实现多个客户端之间的交互数据同步,从而实现多个消防工位的协同消防演练。该系统能够提供一个安全的动态火灾训练环境,以实现提高学员的协同作战能力,降低船舶消防演习训练成本,提高学员训练效率的目的。实践表明,该系统的培训效果良好,可应用于消防培训。     

基于虚拟现实技术的船舶辅锅炉控制系统研究

结合实船上燃油辅锅炉的实际情况和具体操作要求,通过建立三维模型、人机交互、Web 3D网页浏览技术等米构建船舶辅锅炉虚拟操控系统,达到以虚拟操作代替实际操作,节省开支、实现远程培训、以及人机交互的目的,克服了船舶辅锅炉控制系统实际训练中不可避免的资源消耗、维护费用高等难题。