CN112530226A - 一种用于混浊水域辅助作业的rov模拟训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统，设有置于训练水域内的混浊水发生器、安装有辅助作业工具的ROV本体；所述ROV本体通过脐带缆连接至置于非水域区域上的水面控制台，水面控制台连接至混浊水发生器；与水面控制台、混浊水发生器电气连接的单元，用于对水面控制台、混浊水发生器的供电；能够对ROV本体及辅助作业工具进行模拟操作，对ROV本体所处水体环境的浊度进行调节，模拟ROV在浑水环境下进行辅助作业的真实操作场景，便于操作人员利用模拟训练系统对ROV进行模拟操作培训演练，对水下复杂作业过程进行展示、演练，提高操作熟练程度。
Description
技术领域
本发明属于ROV模拟训练系统，具体涉及一种用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统。
背景技术
遥控无人潜水器(ROV)广泛应用于水下工程、海洋油气、应急救援、水电检测等行业和领域。ROV系统结构复杂、造价昂贵、作业成本高，工作环境复杂多变，为提高ROV作业效率和可靠性，降低作业成本和风险，水下工程施工作业单位通常需要对ROV操作人员进行长时间的模拟操作培训，操作人员操作熟练后才能实际操作ROV进行水下作业，而目前尚没有一种接近真实操作场景的用于混浊水域复杂作业环境进行水下辅助作业的ROV模拟训练系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于混浊水域辅助作业的 ROV模拟训练系统，能够在不同浊度的混浊水域环境对ROV进行模拟操作，模拟浑水环境下ROV辅助作业的真实操作场景。
基于上述目的，本发明提供一种用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统，包括供电单元、水面控制台、脐带缆、ROV本体、辅助作业工具、混浊水发生器等。
进一步的，所述的供电单元与水面控制台、混浊水发生器电气连接，ROV本体通过脐带缆与水面控制台电气连接，水面控制台与混浊水发生器电气连接，辅助作业工具可安装到ROV本体上或通过ROV本体上所搭载的作业机械手进行操作。
进一步的，所述的供电单元为水面控制台、混浊水发生器提供 AC110V或AC220V工作电源，并经脐带缆为ROV本体提供DC500V或 DC3000V工作电源。
进一步的，所述的水面控制台用于控制ROV的运动、姿态及附属设备、工具的操作，接收ROV搭载的各种传感器、设备的数据并反馈给控制系统，显示ROV的各类信息、参数、状态、设备图像或影像；用于控制混浊水发生器并显示其工作状态信息、水质测量信息等。
进一步的，所述的脐带缆具备零浮力或微负浮力特性，采用水密耐磨材料，高压绝缘供电芯线及多根单模/多模光纤芯线。
进一步的，所述的脐带缆采用固定水密方式或可插拔水密方式与 ROV本体连接。
进一步的，所述的ROV本体还包括主体框架、耐压舱体、推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手。
进一步的，所述的主体框架包括但不限于浮体、结构支撑件、连接件、推进器防护罩；耐压舱体包括但不限于电力舱、电子舱、推进器控制舱；推进设备包括但不限于电力、液压、磁力、水流、螺旋桨驱动的推进器；传感器设备包括但不限于姿态传感器、航向传感器、距离传感器、深度传感器、高度计、超短基线定位声纳、声速剖面仪等；观测设备包括但不限于高清水下摄像机、LED水下照明灯、前视声纳设备、图像声纳设备、多波束测深设备、3D成像声纳、激光成像设备、旁扫声纳设备等；作业机械手包括但不限于电力、液压及电液混合驱动的2自由度及以上机械手。
进一步的，所述的主体框架，由浮体、结构支撑件、连接件、推进器防护罩等通过物理连接形成具有流体动力学特征的ROV本体外形，耐压舱体、推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手安装固定在主体框架内/上，使之成为具备特定重心、稳心、浮心的ROV 本体。
进一步的，所述的水面控制台包括但不限于光端数据设备、ROV 控制模拟终端设备、浑水发生器显控设备、视频图像显控记录设备、声纳数据处理显控记录设备、定位数据处理显控记录设备、ROV操控盒、机械手操控盒、显示设备、鼠标、键盘等。
进一步的，所述的水面控制台，通过脐带缆接收来自ROV本体的数据，通过光端数据设备将光信号还原为各类数据并传输给ROV控制模拟终端设备、浑水发生器显控设备、视频图像显控记录设备、声纳数据处理显控记录设备、定位数据处理显控记录设备，经各设备处理后将ROV及传感器所有信息显示在显示设备上，并对所有数据进行记录。
进一步的，所述的水面控制台，来自ROV控制模拟终端设备、浑水发生器显控设备、视频图像显控记录设备、声纳数据处理显控记录设备、定位数据处理显控记录设备、ROV操控盒、机械手操控盒等设备的数据，通过光端数据设备经脐带缆传输给ROV本体，控制ROV本体的运动、姿态，控制推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手工作。
进一步的，所述的水面控制台，其浑水发生器显控设备与浑水发生器通信，控制浑水发生器工作并显示、记录浑水发生器的相关信息。
进一步的，所述的浑水发生器包括但不限于浑浊剂投放设备、清水进水控制设备、出水控制设备、水循环设备、浊度传感器、浊度手动采集设备、供电设备等。
进一步的，所述的浑水发生器由浑水发生器显控设备控制其进行浑浊剂投放，并根据传感器所提供的浊度数据进行清水进水稀释或排放水，从而实现ROV本体所处水体的浊度调节。
进一步的，所述的辅助作业工具包括但不限于用于混浊水体水下辅助作业的电力、液压、机械工具；其可由ROV本体安装携带或机械手夹持使用。
从上述可知，本发明提供的用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统，通过供电单元、水面控制台、脐带缆、ROV本体、辅助作业工具、混浊水发生器等分系统、设备之间的协同控制操作，能够对 ROV本体及辅助作业工具进行模拟操作，对ROV本体所处水体环境的浊度进行调节，模拟ROV在浑水环境下进行辅助作业的真实操作场景，便于操作人员利用模拟训练系统对ROV进行模拟操作培训演练，对水下复杂作业过程进行展示、演练，提高操作熟练程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的ROV模拟训练系统的结构框图；
图2为本发明实施例所述的供电单元的结构框图；
图3为本发明实施例所述的水面控制台的结构框图；
图4为本发明实施例所述的ROV本体的结构框图；
图5为本发明实施例所述的耐压舱体的结构框图；
图6为本发明实施例所述的推进设备的结构框图；
图7为本发明实施例所述的传感器设备的结构框图；
图8为本发明实施例所述的观测设备的结构框图；
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例中，ROV模拟训练系统安装到了具有一定空间范围的训练水域上，其ROV本体、辅助作业工具、部分脐带缆及混浊水发生器置于水中，供电单元及水面控制台置于干端。操作人员通过水面控制台配置混浊水发生器调节训练水域水质浊度，模拟浑水环境，并操控 ROV本体使用辅助作业工具进行训练。但该ROV模拟训练系统通过简单的改进，也可用于其他作业环境的ROV操作模拟训练。
如图1所示，本发明的一些可选实施例所提供的一种用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统，包括供电单元101、水面控制台102、脐带缆103、ROV本体104、辅助作业工具105、混浊水发生器106等；
供电单元101与水面控制台102、混浊水发生器106电气连接， ROV本体104通过脐带缆103与水面控制台102电气连接，水面控制台102与混浊水发生器106电气连接，辅助作业工具105可安装到ROV本体104上或通过ROV本体上所搭载的作业机械手进行操作；
供电单元101为水面控制台102、混浊水发生器106提供AC110V 或AC220V工作电源，并经脐带缆103为ROV本体104提供DC500V或 DC3000V工作电源；
水面控制台102用于控制ROV的运动、姿态及附属设备、工具的操作，接收ROV搭载的各种传感器、设备的数据并反馈给控制系统，显示ROV的各类信息、参数、状态、设备图像或影像；用于控制混浊水发生器106并显示其工作状态信息、水质测量信息等；
脐带缆103具备零浮力或微负浮力特性，采用水密耐磨材料，高压绝缘供电芯线及多根单模/多模光纤芯线；
脐带缆103采用固定水密方式或可插拔水密方式与ROV本体连接。
图2为供电单元101的结构框图，如图所示，本发明实施例中的供电单元101，可选地，还包括AC 380V输入201、AC 110V转换模块202、AC 220V转换模块203、DC 5000V转换模块204、DC 3000V 转换模块205、电压转换控制206、AC 110V输出207、AC 220V输出 208、DC5000V输出209、DC 3000V输出210；
AC 380V输入201为AC 110V转换模块202、AC 220V转换模块 203、DC 5000V转换模块204、DC 3000V转换模块205提供工业电源输入，经转换后的输出电源通过电压转换控制206传输至AC 110V输出207、AC 220V输出208、DC 5000V输出209、DC 3000V输出210，从而为系统各设备供电。
图3为水面控制台102的结构框图，如图所示，本发明实施例的水面控制台102，可选地，还包括光端数据设备301、ROV控制模拟终端设备302、浑水发生器显控设备306、视频图像显控记录设备303、声纳数据处理显控记录设备304、定位数据处理显控记录设备305、ROV操控盒307、机械手操控盒308、显示设备309、鼠标、键盘等。
光端数据设备301将从ROV本体104传回的光信号数据转换为相应的数据信号分别传送给ROV控制模拟终端设备302、浑水发生器显控设备306、视频图像显控记录设备303、声纳数据处理显控记录设备304、定位数据处理显控记录设备305，并对数据进行处理后在显示设备309上显示。ROV控制模拟终端设备302与ROV操控盒307、机械手操控盒308通信，控制信号经脐带缆103传送给ROV本体104，实现ROV本体104及其搭载设备的控制。浑水发生器显控设备306与混浊水发生器106通信，实现其控制及数据显示。键盘、鼠标用于各设备的人机交互。
图4为ROV本体104的结构框图，如图所示，本发明实施例的 ROV本体104，可选地，还包括主体框架401、耐压舱体402、推进设备403、传感器设备404、观测设备405及作业机械手406；
主体框架401由浮体、结构支撑件、连接件、推进器防护罩等通过物理连接形成具有流体动力学特征的ROV本体104外形，耐压舱体 402、推进设备403、传感器设备404、观测设备405及作业机械手 406安装固定在主体框架内/上，使之成为具备特定重心、稳心、浮心的ROV本体104。
图5为耐压舱体402的结构框图，如图所示，本发明实施例的耐压舱体402，可选地，还包括电力舱501、电子舱502、推进器控制舱503；
电力舱501、电子舱502、推进器控制舱503安装在主体框架401 上；
电力舱501、电子舱502、推进器控制舱503通过水密结构与脐带缆103连接，分别实现与其的电力、数据连接；
电力舱501与推进器控制舱503之间水密连接，实现电力输送；
电子舱502与推进设备403、传感器设备404、观测设备405及作业机械手406之间水密连接，实现各设备供电及数据传输；
推进器控制舱503与推进设备403之间水密连接，实现推进器控制。
图6为推进设备403的结构框图，如图所示，本发明实施例的推进设备403，可选地，还包括水平推进器601、侧向推进器602、垂直推进器603、姿态调整推进器604；
推进器控制舱503与水平推进器601、侧向推进器602、垂直推进器603、姿态调整推进器604之间水密连接，实现各推进器的控制；
水平推进器601、侧向推进器602实现ROV本体104水平方向的运动，包括但不限于前进、后退、左移、右移、左旋、右旋等运动动作的实现；
垂直推进器603实现ROV本体104的垂直方向运动，包括但不限于上浮、下潜等运动动作的实现；
姿态调整推进器604实现ROV本体104的姿态调整，包括但不限于前倾、后倾、左滚、右滚等姿态的实现；
各推进器在ROV本体104上的安装位置可根据运动需要设置，其种类包括但不限于电力、液压、磁力、水流、螺旋桨驱动的推进器；
图7为传感器设备404的结构框图，如图所示，本发明实施例的传感器设备404，可选地，还包括姿态传感器701、航向传感器702、距离传感器703、深度传感器704、高度计705、超短基线定位声纳 706、声速剖面仪707等；
电子舱502与姿态传感器701、航向传感器702、距离传感器703、深度传感器704、高度计705、超短基线定位声纳706、声速剖面仪 707之间水密连接，实现与各传感器间的通信及控制；
姿态传感器701实现ROV本体104的姿态测量并将数据用于ROV 的运动控制及姿态显示；
航向传感器702实现ROV本体104的航向测量并将数据用于ROV 的运动控制及航向显示；
距离传感器703实现ROV本体104的与目标物的距离测量并将数据用于ROV的运动控制及距离显示；
深度传感器704实现ROV本体104的深度测量并将数据用于ROV 的运动控制及深度显示；
高度计705实现ROV本体104的距底高度测量并将数据用于ROV 的运动控制及高度显示；
超短基线定位声纳706实现ROV本体104的位置测量并将数据用于ROV的运动控制及定位信息显示；
声速剖面仪707用于测量实时声速剖面，为各型声纳设备提供声速修正。
图8为观测设备405的结构框图，如图所示，本发明实施例的观测设备405，可选地，还包括高清水下摄像机801、LED水下照明灯 802、前视声纳设备803、图像声纳设备804、多波束测深设备805、 3D成像声纳806、激光成像设备807、旁扫声纳设备808等；
电子舱502与高清水下摄像机801、LED水下照明灯802、前视声纳设备803、图像声纳设备804、多波束测深设备805、3D成像声纳806、激光成像设备807、旁扫声纳设备808之间水密连接，实现与各观测设备间的通信及控制；
高清水下摄像机801用于目标观察、操作员可视控制反馈；LED 水下照明灯802实现高清水下摄像机801的水下辅助照明；前视声纳设备803用于ROV本体的水下目标探测、路径规划等；图像声纳设备 804实现目标探测、测距、地形测量等；多波束测深设备805具备地形测深成像等功能；3D成像声纳806用于目标及地形的三维成像及测量；激光成像设备807用于目标的激光成像及测量；旁扫声纳设备 808实现大范围目标探测、地形测量等。
混浊水发生器106包括浑浊剂投放设备、浊度传感器、供电设备等；用于接收到控制命令后，打开浑浊剂投放设备的开关将浑浊剂释放进水域内将清水染成浑浊态，并通过浊度传感器反馈当前的浑浊度信息，并显示和记录相应的设备和水质浊度信息。浑浊剂投放设备的开关可选用现有技术中对容器的开闭结构，和浊度传感器一样已是成熟技术，故不在本实施例中详细说明。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种用于混浊水域辅助作业的ROV模拟训练系统，其特征在于包括：置于训练水域内的混浊水发生器、安装有辅助作业工具的ROV本体；所述ROV本体通过脐带缆连接至置于非水域区域上的水面控制台，水面控制台连接至混浊水发生器；与水面控制台、混浊水发生器电气连接的单元，用于对水面控制台、混浊水发生器的供电；
水面控制台用于控制ROV本体的运动、姿态及对辅助作业工具附属设备、工具的操作，接收ROV本体搭载的各种传感器、设备的数据并反馈给控制系统，显示ROV本体的各类信息、参数、状态、设备图像或影像；用于控制混浊水发生器的启动，并显示其工作状态信息、水质测量信息。
2.根据权利要求1所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述ROV本体还包括主体框架、耐压舱体、推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手；其中：
所述主体框架包括：浮体、结构支撑件、连接件、推进器防护罩；
所述耐压舱体包括电力舱、电子舱、推进器控制舱；
所述推进设备包括电力、液压、磁力、水流、螺旋桨驱动的推进器；
所述传感器设备包括姿态传感器、航向传感器、距离传感器、深度传感器、高度计、超短基线定位声纳、声速剖面仪；
所述观测设备包括高清水下摄像机、LED水下照明灯、前视声纳设备、图像声纳设备、多波束测深设备、3D成像声纳、激光成像设备、旁扫声纳设备；
所述作业机械手包括电力、液压及电液混合驱动的2自由度及以上机械手。
3.根据权利要求2所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述的主体框架，由浮体、结构支撑件、连接件、推进器防护罩通过物理连接形成具有流体动力学特征的ROV本体外形，耐压舱体、推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手安装固定在主体框架内/上，使之成为具备特定重心、稳心、浮心的ROV本体。
4.根据权利要求1所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述水面控制台包括：光端数据设备、ROV控制模拟终端设备、浑水发生器显控设备、视频图像显控记录设备、声纳数据处理显控记录设备、定位数据处理显控记录设备、ROV操控盒、机械手操控盒、显示设备、鼠标、键盘。
5.根据权利要求4所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述的水面控制台，接收来自ROV控制模拟终端设备、浑水发生器显控设备、视频图像显控记录设备、声纳数据处理显控记录设备、定位数据处理显控记录设备、ROV操控盒、机械手操控盒等设备的数据，并通过光端数据设备经脐带缆传输给ROV本体，控制ROV本体的运动、姿态，控制推进设备、传感器设备、观测设备及作业机械手工作。
6.根据权利要求5所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述的浑水发生器包括但不限于浑浊剂投放设备、清水进水控制设备、出水控制设备、水循环设备、浊度传感器、浊度手动采集设备、供电设备。
7.根据权利要求6所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，浑水发生器显控设备与浑水发生器通信，控制浑水发生器工作并显示、记录浑水发生器的相关信息；由浑水发生器显控设备控制其进行浑浊剂投放，并根据传感器所提供的浊度数据进行清水进水稀释或排放水，从而实现ROV本体所处水体的浊度调节
8.根据权利要求1所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述的辅助作业工具包括：用于混浊水体水下辅助作业的电力、液压、机械工具；其可由ROV本体安装携带或机械手夹持使用。
9.根据权利要求1所述的ROV模拟训练系统，其特征在于，所述的脐带缆具备零浮力或微负浮力特性，采用水密耐磨材料，高压绝缘供电芯线及多根单模/多模光纤芯线；并采用固定水密方式或可插拔水密方式与ROV本体连接。
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| CN112530226B (zh) | 2023-10-27 |
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