CN115542779B - 基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法及装置、电子设备及存储介质。所述基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法包括根据第一创建指令于仿真平台上创建并配置仿真水动力系统；根据第二创建指令在第一状态下的仿真水动力系统中创建水下机器人模型，第一状态包括第一流速；根据第一调节指令，使水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，并获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿；根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，以获取水下机器人模型在第二状态下的第二位姿，第二状态包括第二流速；根据第一位姿和第二位姿确定水下机器人模型的位姿变化量；确定位姿变化量是否满足第一阈值条件。
Description
技术领域
本申请涉及水下设备技术领域，具体而言，涉及一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法及装置。
背景技术
水下机器人（又称ROV：Remote Operated Vehicle）是一种工作于水下的作业机器人，可替代人工进行水下环境作业。水下机器人可广泛应用于河道、水库、湖泊等水环境中，用于进行水下环境的检测、设施检查等。
如水下机器人可以对河道中的闸门、衬砌板、桥梁墩柱等水下设施进行数据采集及隐患排查。由于水环境因素的不确定性（水速、流向），为了避免水下机器人受到外部环境因素的干扰，目前的水下机器人具有一定的抗流性能，可以避免因水流的变化而造成对观测数据的影响。
为了保证水下机器人的抗流性能的稳定性，需要对水下机器人进行相应的抗流性能测试和分析，以验证其是否可以满足预设的性能设计要求。
但本申请的发明人发现，由于水环境的特殊性，目前用于验证水下机器人的抗流性能的一些技术方案，需要在人工造流场所设计的模拟水环境下进行，存在受模拟水环境限制的问题。
发明内容
根据本申请的一方面，提供了一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法。该测试方法包括：根据第一创建指令于仿真平台上创建并配置仿真水动力系统；根据第二创建指令在第一状态下的仿真水动力系统中创建水下机器人模型，第一状态包括第一流速；根据第一调节指令，使水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，并获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿；根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，以获取水下机器人模型在第二状态下的第二位姿，第二状态包括第二流速；根据第一位姿和第二位姿确定水下机器人模型的位姿变化量；确定位姿变化量是否满足第一阈值条件。
根据本申请的一些实施例，第一状态还可以包括第一流向，第二状态还可以包括第二流向。
根据本申请的一些实施例，在确定位姿变化量是否满足第一阈值条件之后，测试方法还包括：判断出位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人的抗流性能符合预设性能要求。
根据本申请的一些实施例，创建并配置仿真水动力系统包括：根据第三创建指令确定仿真水动力系统的水环境模型；根据第四创建指令确定水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
根据本申请的一些实施例，水下机器人模型的位姿可以包括观测角、水平位置和竖向位置，位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量；确定位姿变化量是否满足第一阈值条件包括:确定观测角变化量不大于1度、水平位置变化量不大于0.5米且竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出位姿变化量符合第一阈值条件。
根据本申请的一些实施例，测试方法还包括：在水下机器人模型的运动方向改变为第二方向时，确定当前的仿真水动力系统的第三状态，并获取水下机器人模型当前在第三状态下的第三位姿；基于第一状态下的第一位姿、第二状态下的第二位姿和第三状态下的第三位姿确定出水下机器人的抗流性能的测试信息。
根据本申请的另一方面，还提供了一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试装置。该测试装置包括仿真水动力系统配置单元，用于根据第一创建指令于仿真平台上创建并配置仿真水动力系统；水下机器人模型配置单元，用于根据第二创建指令在第一状态下的仿真水动力系统中创建水下机器人模型，第一状态包括第一流速；控制单元，用于根据第一调节指令使水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，以及用于根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，第二状态包括第二流速；信息处理单元，用于获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿，以及获取水下机器人模型在第二状态下的第二位姿；信息处理单元根据第一位姿和第二位姿确定水下机器人模型的位姿变化量，并确定位姿变化量是否满足第一阈值条件。
根据本申请的一些实施例，第一状态还可以包括第一流向，第二状态还可以包括第二流向。
根据本申请的一些实施例，信息处理单元确定出位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人的抗流性能符合预设性能要求。
根据本申请的一些实施例，仿真水动力系统配置单元还可以用于根据第三创建指令确定仿真水动力系统的水环境模型，以及根据第四创建指令确定水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
根据本申请的一些实施例，水下机器人模型的位姿可以包括观测角、水平位置和竖向位置，位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量；信息处理单元确定观测角变化量不大于1度、水平位置变化量不大于0.5米且竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出位姿变化量符合第一阈值条件。
根据本申请的一些实施例，信息处理单元在水下机器人模型的运动方向改变为第二运动方向时，确定当前的仿真水动力系统的第三状态，并获取水下机器人模型当前在第三状态下的第三位姿；信息处理单元基于第一状态下的第一位姿、第二状态下的第二位姿和第三状态下的第三位姿确定出水下机器人的抗流性能的测试信息。
根据本申请的又一方面，还提供了一种电子设备。该电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上文所述的测试方法。
根据本申请的又一方面，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序可以实现如上文所述的测试方法。
本申请技术方案通过于仿真平台上创建仿真水动力系统，在第一状态下的仿真水动力系统创建水下机器人模型，并获取水下机器人模型的第一位姿（初始位姿），以及获取在第二状态下的仿真水动力系统下的第二位姿，通过第一位姿和第二位姿确定出水下机器人模型的位姿变化量。
通过位姿变化量与用户根据需求预设的第一阈值条件可以确定出水下机器人模型的抗流性能，从而可以判断出水下机器人模型所对应的真实水下机器人的抗流性能。
本申请提供的技术方案可以通过计算机仿真平台实现水下机器人抗流性能的测试，具有无需去人工造流场进行测试、不受模拟水环境因素限制、便于观测等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的一流程图；
图2示出本申请示例实施例的水下机器人模型运动的一模拟示意图；
图3示出本申请示例实施例的水下机器人模型运动的另一模拟示意图；
图4示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的另一流程图；
图5示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的又一流程图；
图6示出本申请示例实施例的基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试装置的结构示意图。
附图标记说明：
测试装置1；仿真水动力系统配置单元10；水下机器人模型配置单元30；控制单元50；信息处理单元70。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据本申请的一方面，提供了一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法。该测试方法可以通过计算机仿真平台实现水下机器人抗流性能的测试，具有不受环境因素限制、便于观测、成本低等特点。
本申请技术方案中的仿真平台可以通过计算机根据用户所设置的参数建立用户目标模型，以及根据仿真结果数据验证其目标模型的特定数据的可行性。
例如，用户通过仿真平台可以模拟实际系统建立模型，并对模型进行仿真实验。通过一定的程序设计和参数配置，经过仿真实验后，可以得到仿真模型在各种模拟情况下的仿真结果。
图1示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的一流程图。参见图1，该测试方法包括步骤S100~S600。
如图1所示，在步骤S100中，服务器根据第一创建指令于仿真平台上创建并配置仿真水动力系统。
例如，用户根据实际测试需求确定出第一创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第一创建指令。服务器接收来自用户的第一创建指令，于预设的仿真平台上搭建仿真框架，并基于第一创建指令于仿真框架中搭建仿真水动力系统。
在步骤S200中，服务器根据第二创建指令在第一状态下的仿真水动力系统中创建水下机器人模型，第一状态包括第一流速。
例如，用户根据实际所要测试的真实水下机器人的实体结构确定出第二创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第二创建指令。服务器接收来自用户的第二创建指令，于仿真水动力系统中创建水下机器人模型。
根据示例实施例，水下机器人模型为按照对真实水下机器人实体结构进行参数等比建模，以于对水下机器人抗流性能进行仿真测试。
水下机器人一般包括四个矢量推进器，矢量推进器可以为水下机器人提供航行动力。因此，在步骤S200中，针对真实水下机器人进行建模，通过向仿真框架导入真实水下机器人的模型文件，对水下机器人模型进行模拟推进器的配置。
通过设置模拟推进器的具体位置以配置水下机器人模型的推力组件，从而可以通过仿真水动力系统将推力施加于水下机器人模型的模拟推进器上，以使得水下机器人模型产生运动效果，以及具有与真实水下机器人一致的正向推力和侧向推力。
例如，在一些实施例中，真实水下机器人的正向和侧向的推力的仿真数据为：
| 前进方向 | 正向 | 侧向 |
| 航速(m/s) | 1.6 | 1.0 |
| 螺旋桨推力(N) | 2117.104 | 1661.548 |
通过真实水下机器人的推力的仿真数据，服务器可以配置水下机器人模型的模拟推力组件所施加的模拟推力。
可选地，由于仿真水动力系统与真实水环境存在一些区别，模拟推力组件在水下机器人模型上产生的效果与真实水下机器人在真实水环境下产生的效果会有所不同。因此可将模拟推进器的模拟推力上设置参考系数（例如使模拟推力与参考系数相乘），将配置有参考系数的模拟推力施加至模拟推进器上。如此可以使得仿真水动力系统的水环境模型与真实水环境更为接近。参考系数可以为用户根据历史数据库的经验值得出的。
通过上述示例实施例，通过在仿真平台上创建并配置仿真水动力系统，以及在仿真水动力系统中根据真实水下机器人进行仿真建模，可以模拟真实水下机器人在仿真水动力系统的抗流性能。
可选地，在步骤S100中，服务器根据第三创建指令确定仿真水动力系统的水环境模型。
例如，用户根据实际测试需求确定出第三创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第三创建指令。服务器接收来自用户的第三创建指令，于仿真水动力系统下搭建水环境模型。水环境模型可以具有水环境中的碰撞力学的算法，通过碰撞力学的算法可以使得水环境模型模型具有与真实水环境等效的与水流的碰撞及产生位移的效果。
可选地，在步骤S100中，服务器根据第四创建指令确定水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
例如，用户根据实际测试需求确定出第四创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第四创建指令。服务器接收来自用户的第四创建指令，对水环境模型的参数（如流速、流向、浮力、密度等） 进行配置。
根据示例实施例，仿真水动力系统的状态指的为在特定需求设置下的、仿真水动力系统下的各个参数的配置所组成的状态总和。如第一状态包括第一流速，即当前仿真水动力系统的水环境模型的当前状态为具有第一流速。例如，第一流速为初始流速，第一流速可以为0m/s。
以及服务器根据用户的第四创建指令，根据真实水下机器人模型的模拟质量配置水环境模型的浮力和密度。水密度可以由水下机器人模型的应用场景确定。例如，淡水应用场景下的水密度可以为1000kg/m3；海水应用场景下的水密度可以为1.02～1.07g/cm3。
通过调整水环境模型的浮力和密度可以使得水下机器人模型达到实际模拟测试要求，保证水下机器人模型在水环境模型下具有与实际水环境条件相符的微浮力，从而达到较为真实的模拟条件和模拟环境。
可选地，仿真水动力系统的第一状态还包括第一流向。
例如，仿真水动力系统的第一状态还包括第一流向，即当前仿真水动力系统的水环境模型的状态为具有第一流向。例如，第一流向为初始流向，第一流向可以为0，即第一流向为静止状态。
这里可以理解的为，水下机器人的真实应用环境可为定流水环境，如输水隧洞、平静的河道等，其水流的流向是固定的。或者水下机器人的真实应用环境也可为乱流水环境，如坝体边缘、海上风电平台等，其水流的流向是不固定的。因此在不同（定流、乱流）的真实水环境下，均需要测试水下机器人的抗流性能。
通过上述示例实施例，通过模拟仿真水动力系统的水环境模型的第一流速和/或第一流向可以搭建与真实水环境相匹配的水环境模型，使得本申请技术方案可以模拟在定流和/或乱流情况下的真实水环境。
在步骤S300中，服务器根据第一调节指令，使水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，并获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿。
图2示出本申请示例实施例的水下机器人模型运动的一模拟示意图。
参见图2，用户根据实际测试需求确定出第一调节指令，并通过交互界面向仿真平台发出第一调节指令。服务器接收来自用户的第一调节指令，控制水下机器人模型（ROV模型）以第一方向朝向仿真观测体运动，以模拟真实水下机器人的实际工作场景。
例如，第一方向为垂直仿真观测体的方向，即如图2所示，水下机器人模型垂直于仿真观测体运动。仿真观测体可以为模拟的实际场景中的真实水下机器人所观测的观测体，如河道中的闸门、衬砌板、桥梁墩柱等水下设施，本申请对此不做限制。
根据示例实施例，服务器获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿。例如，当水下机器人模型于第一流速和/或第一流向的状态下开始运动时，服务器获取水下机器人模型的当前的位姿，即第一位姿。其中位姿指的为水下机器人模型的位置和姿态信息。
可选地，水下机器人模型的位姿包括观测角、水平位置和竖向位置。
例如，观测角指的为水下机器人模型的观测云台的观测角，如观测角包括横滚角、俯仰角、航向角等观测角度，可以将在第一状态下的水下机器人模型的观测角配置为参考角度。水平位置指的为水下机器人模型在水平面上的位置，可以将在第一位姿的水下机器人模型的水平位置配置为水平参考位置。竖向位置指的为水下机器人模型在垂直于水平面的竖直方向上的位置，也可以理解为水下机器人模型在水下的深度，可以将在第一位姿下的水下机器人模型的竖向位置配置为竖向参考位置。
在步骤S400中，服务器根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，以获取水下机器人模型在第二状态下的第二位姿，所述第二状态包括第二流速。
例如，用户根据实际测试需求确定出第二调节指令，并通过交互界面向仿真平台发出第二调节指令。服务器接收来自用户的第二调节指令，将仿真水动力系统调节至第二状态。如第二状态包括第二流速，即当前仿真水动力系统的水环境模型的当前状态为具有第二流速。例如，第二流速可以为10m/s。
可选地，仿真水动力系统的第二状态还包括第二流向。
例如，仿真水动力系统的第二状态还包括第二流向，即当前仿真水动力系统的水环境模型的状态为具有第二流向。例如，第二流向为东西流向或具有多个无规则方向的流向。
服务器根据来自用户的第二调节指令，改变仿真水动力系统的状态，例如将仿真水动力系统的第一流速改变为第二流速，以及将第一流向改变为第二流向。即通过仿真水动力系统的参数配置工具改变水环境模型的流速和/或流向，以模拟在水流增加或流向改变的真实水环境的场景下，测试水下机器人的抗流性能。
图3示出本申请示例实施例的水下机器人模型运动的另一模拟示意图。如图3所示，在流速和/或流向变动的作用下，水下机器人模型的位姿发生了变化。
在将仿真水动力系统的第一流速改变为第二流速、以及将第一流向改变为第二流向后，水下机器人模型的位姿发生了变化。服务器获取水下机器人模型的当前的第二位姿。
在步骤S500中，服务器根据第一位姿和第二位姿确定水下机器人的位姿变化量。
例如，在水下机器人模型的位姿发生了变化后，服务器根据所检测的水下机器人模型的位姿信息确定水下机器人模型的位姿变化量。
可选地，位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量。
例如，观测角变化量包括横滚角变化量、俯仰角变化量、航向角变化量等，观测角变化量可以为第二位姿中的观测角与第一位姿中的参考角度之间的差值。水平位置变化量可以为第二位姿中的水平位置与第一位姿中的水平参考位置之间的差值。竖向位置变化量可以为第二位姿中的竖向位置与第一位姿中的竖向参考位置之间的差值。
在步骤S600中，服务器确定位姿变化量是否满足第一阈值条件。
例如，第一阈值条件为用户根据真实水下机器人的抗流性能所预设的在水环境的流速和/或流向发生变化时的所能承受的最大位姿变化量。
可选地，服务器判断出位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人抗流性能符合预设性能要求。
图4示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的另一流程图。参见图4，该测试方法包括步骤S100~S700，其中步骤S100~S600已在前文详细描述，此处不在赘述。
例如，在步骤S700中，服务器判断出在水环境模型的流速和/或流向发生变化时，水下机器人模型的位姿变化量满足用于预设的第一阈值条件，则确定出在相应流速和/或流向的条件下，水下机器人模型的抗流性能符合用户预设的产品的性能要求。从而可以进一步判断出水下机器人模型所对应的真实水下机器人也符合在对应的流速和/或流向的水环境下的抗流性能要求。
可选地，服务器确定出观测角变化量不大于1度、水平位置变化量不大于0.5米且竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出位姿变化量符合第一阈值条件。
例如，第二位姿中的横滚角与第一位姿中的横滚角之间的差值不大于1度、第二位姿中的俯仰角与第一位姿中的俯仰角之间的差值不大于1度、第二位姿中的航向角与第一位姿中的航向角之间的差值不大于1度，和第二位姿中的水平位置与第一位姿中的水平参考位置之间的差值不大于0.5米，以及第二位姿中的竖向位置与第一位姿中的竖向参考位置之间的差值不大于0.2米，则服务器确定出水下机器人模型的位姿变化量符合第一阈值条件。
通过上述示例实施例，本申请技术方案通过于仿真平台上创建仿真水动力系统，在第一状态下的仿真水动力系统创建水下机器人模型，并获取水下机器人模型的第一位姿（初始位姿），以及获取在第二状态下的仿真水动力系统下的第二位姿，通过第一位姿和第二位姿确定出水下机器人模型的位姿变化量。通过位姿变化量与用户根据需求预设的第一阈值条件可以确定出水下机器人模型的抗流性能，从而可以判断出水下机器人模型所对应的真实水下机器人的抗流性能。
本申请提供的技术方案可以通过计算机仿真平台实现水下机器人抗流性能的测试，具有不受环境因素限制、便于观测、成本低等特点。
可选地，在水下机器人模型的运动方向改变为第二方向时，服务器确定当前的仿真水动力系统第三状态，并获取水下机器人模型当前在第三状态下的第三位姿。服务器还基于第一状态下的第一位姿、第二状态下的第二位姿和第三状态下的第三位姿确定出水下机器人抗流性能的测试信息。
图5示出本申请示例实施例的水下机器人抗流性能的测试方法的又一流程图。参见图5，该测试方法包括步骤S100~S800，其中步骤S100~S700已在前文详细描述，此处不在赘述。
例如，在改变仿真水动力系统的流速和/或流向后，水下机器人模型的运动方向在流速和/或流向变化的作用下，发生了改变。
在步骤S800中，当水下机器人模型的运动方向变化至如图3所示的第二方向时，服务器确定并记录当前的仿真水动力系统的第三状态。
例如，如图3所示，第二方向可以为水下机器人模型在流速和/或流向变化的作用下，其运动方向完全变化而脱离仿真观测体的观测方向。即此时的水下机器人模型在流速和/或流向变化的作用下，完全脱离了观测轨迹。
这里可以理解的为，当水下机器人模型完全脱离了观测轨迹时，此时的水下机器人模型抗流性能为0，即在当前的流速和/或流速下，水下机器人模型超出了自身的抗流能力的最大承受值。
因此，服务器确定并记录此时仿真水动力系统的水环境模型的第三状态。例如第三状态包括第三流速和/或第三流向，第三流速和/或第三流向即为水下机器人模型的可以抵抗的最大流速和/或流向。
服务器还可以基于第一位姿、第二位姿和第三位姿确定出水下机器人抗流性能的测试信息，生成报告数据，以记录水下机器人模型所对应的真实水下机器人的在不同流速和/或流向的水环境下的抗流能力。从而可以根据水下机器人抗流性能的测试信息进行数据处理，进一步的优化水下机器人抗流性能的研究提供数据支持。
根据本申请的另一方面，还提供了一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试装置。该测试装置执行上文所述的基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法。该测试装置可以通过计算机仿真平台实现水下机器人抗流性能的测试，具有不受环境因素限制、便于观测、成本低等特点。
图6示出本申请示例实施例的基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试装置的结构示意图。
如图6所示，该测试装置1包括仿真水动力系统配置单元10、水下机器人模型配置单元30、控制单元50和信息处理单元70。
根据示例实施例，仿真水动力系统配置单元10用于根据第一创建指令于仿真平台上创建并配置仿真水动力系统。
例如，用户根据实际测试需求确定出第一创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第一创建指令。仿真水动力系统配置单元10接收来自用户的第一创建指令，于预设的仿真平台上搭建仿真框架，并基于第一创建指令于仿真框架中搭建仿真水动力系统。
根据示例实施例，水下机器人模型配置单元30用于根据第二创建指令在第一状态下的仿真水动力系统中创建水下机器人模型，第一状态包括第一流速。
例如，用户根据实际所要测试的真实水下机器人的实体结构确定出第二创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第二创建指令。水下机器人模型配置单元30接收来自用户的第二创建指令，于仿真水动力系统中创建水下机器人模型。
根据示例实施例，水下机器人模型为按照对真实水下机器人实体结构进行参数等比建模，以于对水下机器人抗流性能进行仿真测试。
水下机器人一般包括四个矢量推进器，矢量推进器可以为水下机器人提供航行动力。因此，水下机器人模型配置单元30针对真实水下机器人进行建模，通过向仿真框架导入真实水下机器人的模型文件，对水下机器人模型进行模拟推进器的配置。
通过设置模拟推进器的具体位置以配置水下机器人模型的推力组件，从而可以通过仿真水动力系统将推力施加于水下机器人模型的模拟推进器上，以使得水下机器人模型产生运动效果，以及具有与真实水下机器人一致的正向推力和侧向推力。
例如，在一些实施例中，真实水下机器人的正向和侧向的推力的仿真数据为：
| 前进方向 | 正向 | 侧向 |
| 航速(m/s) | 1.6 | 1.0 |
| 螺旋桨推力(N) | 2117.104 | 1661.548 |
通过真实水下机器人的推力的仿真数据，水下机器人模型配置单元30可以配置水下机器人模型的模拟推力组件所施加的模拟推力。
可选地，由于仿真水动力系统与真实水环境存在一些区别，模拟推力组件在水下机器人模型上产生的效果与真实水下机器人在真实水环境下产生的效果会有所不同。因此水下机器人模型配置单元30可将模拟推进器的模拟推力上设置参考系数（例如使模拟推力与参考系数相乘），将配置有参考系数的模拟推力施加至模拟推进器上。如此可以使得仿真水动力系统的水环境模型与真实水环境更为接近。参考系数可以为用户根据历史数据库的经验值得出的。
通过上述示例实施例，本申请提供的测试装置通过在仿真平台上创建并配置仿真水动力系统，以及在仿真水动力系统中根据真实水下机器人进行仿真建模，可以模拟真实水下机器人在仿真水动力系统的抗流性能。
可选地，仿真水动力系统配置单元10还用于根据第三创建指令确定仿真水动力系统的水环境模型。
例如，用户根据实际测试需求确定出第三创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第三创建指令。仿真水动力系统配置单元10接收来自用户的第三创建指令，于仿真水动力系统下搭建水环境模型。水环境模型可以具有水环境中的碰撞力学的算法，通过碰撞力学的算法可以使得水环境模型模型具有与真实水环境等效的与水流的碰撞及产生位移的效果。
可选地，仿真水动力系统配置单元10还用于根据第四创建指令确定水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
例如，用户根据实际测试需求确定出第四创建指令，并通过交互界面向仿真平台发出第四创建指令。仿真水动力系统配置单元10接收来自用户的第四创建指令，对水环境模型的参数（如流速、流向、浮力、密度等）进行配置。
根据示例实施例，仿真水动力系统的状态指的为在特定需求设置下的、仿真水动力系统下的各个参数的配置所组成的状态总和。如第一状态包括第一流速，即当前仿真水动力系统的水环境模型的当前状态为具有第一流速。例如，第一流速为初始流速，第一流速可以为0m/s。
以及仿真水动力系统配置单元10根据用户的第四创建指令，根据真实水下机器人模型的模拟质量配置水环境模型的浮力和密度。水密度可以由水下机器人模型的应用场景确定。例如，淡水应用场景下的水密度可以为1000kg/m3；海水应用场景下的水密度可以为1.02～1.07g/cm3。
仿真水动力系统配置单元10通过调整水环境模型的浮力和密度可以使得水下机器人模型达到实际模拟测试要求，保证水下机器人模型在水环境模型下具有与实际水环境条件相符的微浮力，从而达到较为真实的模拟条件和模拟环境。
可选地，仿真水动力系统的第一状态还包括第一流向。
例如，仿真水动力系统的第一状态还包括第一流向，即当前仿真水动力系统的水环境模型的状态为具有第一流向。例如，第一流向为初始流向，第一流向可以为0，即第一流向为静止状态。
这里可以理解的为，水下机器人的真实应用环境可为定流水环境，如输水隧洞、平静的河道等，其水流的流向是固定的。或者水下机器人的真实应用环境也可为乱流水环境，如坝体边缘、海上风电平台等，其水流的流向是不固定的。因此在不同（定流、乱流）的真实水环境下，均需要测试水下机器人的抗流性能。
通过上述示例实施例，本申请提供的测试装置通过模拟仿真水动力系统的水环境模型的第一流速和/或第一流向可以搭建与真实水环境相匹配的水环境模型，使得本申请技术方案可以模拟在定流和/或乱流情况下的真实水环境。
根据示例实施例，控制单元50用于根据第一调节指令使水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，以及用于根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，第二状态包括第二流速。
例如，用户根据实际测试需求确定出第一调节指令，并通过交互界面向仿真平台发出第一调节指令。控制单元50接收来自用户的第一调节指令，控制水下机器人模型（ROV模型）以第一方向朝向仿真观测体运动，以模拟真实水下机器人的实际工作场景。
例如，第一方向为垂直仿真观测体的方向，如水下机器人模型垂直于仿真观测体运动。仿真观测体可以为模拟的实际场景中的真实水下机器人所观测的观测体，如河道中的闸门、衬砌板、桥梁墩柱等水下设施，本申请对此不做限制。
根据示例实施例，信息处理单元70用于获取水下机器人模型在第一状态下的第一位姿。
例如，当水下机器人模型于第一流速和/或第一流向的状态下开始运动时，服务器获取水下机器人模型的当前的位姿，即第一位姿。其中位姿指的为水下机器人模型的位置和姿态信息。
可选地，水下机器人模型的位姿包括观测角、水平位置和竖向位置。
例如，观测角指的为水下机器人模型的观测云台的观测角，如观测角包括横滚角、俯仰角、航向角等观测角度，可以将在第一状态下的水下机器人模型的观测角配置为参考角度。水平位置指的为水下机器人模型在水平面上的位置，可以将在第一位姿的水下机器人模型的水平位置配置为水平参考位置。竖向位置指的为水下机器人模型在垂直于水平面的竖直方向上的位置，也可以理解为水下机器人模型在水下的深度，可以将在第一位姿下的水下机器人模型的竖向位置配置为竖向参考位置。
根据示例实施例，控制单元50还用于用于根据第二调节指令将仿真水动力系统调节至第二状态，第二状态包括第二流速。
例如，用户根据实际测试需求确定出第二调节指令，并通过交互界面向仿真平台发出第二调节指令。控制单元50接收来自用户的第二调节指令，将仿真水动力系统调节至第二状态。如第二状态包括第二流速，即当前仿真水动力系统的水环境模型的当前状态为具有第二流速。例如，第二流速可以为10m/s。
可选地，仿真水动力系统的第二状态还包括第二流向。
例如，仿真水动力系统的第二状态还包括第二流向，即当前仿真水动力系统的水环境模型的状态为具有第二流向。例如，第二流向为东西流向或具有多个无规则方向的流向。
控制单元50根据来自用户的第二调节指令，改变仿真水动力系统的状态，例如将仿真水动力系统的第一流速改变为第二流速，以及将第一流向改变为第二流向。即通过仿真水动力系统的参数配置工具改变水环境模型的流速和/或流向，以模拟在水流增加或流向改变的真实水环境的场景下，测试水下机器人的抗流性能。
根据示例实施例，信息处理单元70还用于获取水下机器人模型在第二状态下的第二位姿。
例如，在控制单元50将仿真水动力系统的第一流速改变为第二流速、以及将第一流向改变为第二流向后，水下机器人模型的位姿发生了变化。信息处理单元70获取水下机器人模型的当前的第二位姿。
根据示例实施例，信息处理单元70还用于根据第一位姿和第二位姿确定水下机器人模型的位姿变化量。
例如，在水下机器人模型的位姿发生了变化后，信息处理单元70根据所检测的水下机器人模型的位姿信息确定水下机器人模型的位姿变化量。
可选地，位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量。
例如，观测角变化量包括横滚角变化量、俯仰角变化量、航向角变化量等，观测角变化量可以为第二位姿中的观测角与第一位姿中的参考角度之间的差值。水平位置变化量可以为第二位姿中的水平位置与第一位姿中的水平参考位置之间的差值。竖向位置变化量可以为第二位姿中的竖向位置与第一位姿中的竖向参考位置之间的差值。
根据示例实施例，信息处理单元70还用于确定位姿变化量是否满足第一阈值条件。
例如，第一阈值条件为用户根据真实水下机器人的抗流性能所预设的在水环境的流速和/或流向发生变化时的所能承受的最大位姿变化量。
可选地，信息处理单元70确定出位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人的抗流性能符合预设性能要求。
例如，信息处理单元70判断出在水环境模型的流速和/或流向发生变化时，水下机器人模型的位姿变化量满足用于预设的第一阈值条件，则确定出在相应流速和/或流向的条件下，水下机器人模型的抗流性能符合用户预设的产品的性能要求。从而信息处理单元70可以进一步判断出水下机器人模型所对应的真实水下机器人也符合在对应的流速和/或流向的水环境下的抗流性能要求。
可选地，信息处理单元70确定观测角变化量不大于1度、水平位置变化量不大于0.5米且竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出位姿变化量符合第一阈值条件。
例如，第二位姿中的横滚角与第一位姿中的横滚角之间的差值不大于1度、第二位姿中的俯仰角与第一位姿中的俯仰角之间的差值不大于1度、第二位姿中的航向角与第一位姿中的航向角之间的差值不大于1度，和第二位姿中的水平位置与第一位姿中的水平参考位置之间的差值不大于0.5米，以及第二位姿中的竖向位置与第一位姿中的竖向参考位置之间的差值不大于0.2米，则信息处理单元70确定出水下机器人模型的位姿变化量符合第一阈值条件。
通过上述示例实施例，本申请技术方案通过于仿真平台上创建仿真水动力系统，在第一状态下的仿真水动力系统创建水下机器人模型，并获取水下机器人模型的第一位姿（初始位姿），以及获取在第二状态下的仿真水动力系统下的第二位姿，通过第一位姿和第二位姿确定出水下机器人模型的位姿变化量。通过位姿变化量与用户根据需求预设的第一阈值条件可以确定出水下机器人模型的抗流性能，从而可以判断出水下机器人模型所对应的真实水下机器人的抗流性能。
本申请提供的技术方案可以通过计算机仿真平台实现水下机器人抗流性能的测试，具有不受环境因素限制、便于观测、成本低等特点。
可选地，信息处理单元70在水下机器人模型的运动方向改变为第二运动方向时，确定当前的仿真水动力系统的第三状态，并获取水下机器人模型当前在第三状态下的第三位姿。
信息处理单元70还基于第一状态下的第一位姿、第二状态下的第二位姿和第三状态下的第三位姿确定出水下机器人的抗流性能的测试信息。
例如，在控制单元50改变仿真水动力系统的流速和/或流向后，水下机器人模型的运动方向在流速和/或流向变化的作用下，发生了改变。
当水下机器人模型的运动方向变化至第二方向时，信息处理单元70确定并记录当前的仿真水动力系统的第三状态。
第二方向可以为水下机器人模型在流速和/或流向变化的作用下，其运动方向完全变化而脱离仿真观测体的观测方向。即此时的水下机器人模型在流速和/或流向变化的作用下，完全脱离了观测轨迹。
这里可以理解的为，当水下机器人模型完全脱离了观测轨迹时，此时的水下机器人模型抗流性能为0，即在当前的流速和/或流速下，水下机器人模型超出了自身的抗流能力的最大承受值。
因此，信息处理单元70确定并记录此时仿真水动力系统的水环境模型的第三状态。例如第三状态包括第三流速和/或第三流向，第三流速和/或第三流向即为水下机器人模型的可以抵抗的最大流速和/或流向。
信息处理单元70还可以基于第一位姿、第二位姿和第三位姿确定出水下机器人抗流性能的测试信息，生成报告数据，以记录水下机器人模型所对应的真实水下机器人的在不同流速和/或流向的水环境下的抗流能力。从而可以根据水下机器人抗流性能的测试信息进行数据处理，进一步的优化水下机器人抗流性能的研究提供数据支持。
根据本申请的又一方面，还提供一种电子设备。该电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器能够实现如上文所述的测试方法。
根据本申请的又一方面，还提供一种非易失性计算机可读存储介 质。该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序能够实现如上文所述的测试方法。
最后应说明的是，以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不 用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行详细的说明，对 于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例的技术方案进 行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申 请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试方法，其特征在于，包括：
根据第一创建指令于所述仿真平台上创建并配置仿真水动力系统；
根据第二创建指令在第一状态下的所述仿真水动力系统中创建水下机器人模型，所述第一状态包括第一流速；
根据第一调节指令，使所述水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，并获取所述水下机器人模型在所述第一状态下的第一位姿；
根据第二调节指令将所述仿真水动力系统调节至第二状态，以获取所述水下机器人模型在所述第二状态下的第二位姿，所述第二状态包括第二流速；
根据所述第一位姿和所述第二位姿确定所述水下机器人模型的位姿变化量；
确定所述位姿变化量是否满足第一阈值条件；
判断出所述位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人的抗流性能符合预设性能要求。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述第一状态还包括第一流向，所述第二状态还包括第二流向。
3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述创建并配置仿真水动力系统包括：
根据第三创建指令确定所述仿真水动力系统的水环境模型；
根据第四创建指令确定所述水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
4.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述水下机器人模型的位姿包括观测角、水平位置和竖向位置，所述位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量；
所述确定所述位姿变化量是否满足第一阈值条件包括:
确定所述观测角变化量不大于1度、所述水平位置变化量不大于0.5米且所述竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出所述位姿变化量符合第一阈值条件。
5.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：
在所述水下机器人模型的运动方向改变为第二方向时，确定当前的仿真水动力系统的第三状态，并获取所述水下机器人模型当前在所述第三状态下的第三位姿；
基于所述第一状态下的第一位姿、所述第二状态下的第二位姿和所述第三状态下的第三位姿确定出水下机器人的抗流性能的测试信息。
6.一种基于仿真平台的水下机器人抗流性能的测试装置，其特征在，包括：
仿真水动力系统配置单元，用于根据第一创建指令于所述仿真平台上创建并配置仿真水动力系统；
水下机器人模型配置单元，用于根据第二创建指令在第一状态下的所述仿真水动力系统中创建水下机器人模型，所述第一状态包括第一流速；
控制单元，用于根据第一调节指令使所述水下机器人模型以第一方向朝向仿真观测体运动，以及用于根据第二调节指令将所述仿真水动力系统调节至第二状态，所述第二状态包括第二流速；
信息处理单元，用于获取所述水下机器人模型在所述第一状态下的第一位姿，以及获取所述水下机器人模型在所述第二状态下的第二位姿；所述信息处理单元根据所述第一位姿和所述第二位姿确定所述水下机器人模型的位姿变化量，并确定所述位姿变化量是否满足第一阈值条件；
所述信息处理单元确定出所述位姿变化量符合第一阈值条件，则确定水下机器人的抗流性能符合预设性能要求。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述第一状态还包括第一流向，所述第二状态还包括第二流向。
8.根据权利要求6或7所述的测试装置，其特征在于，所述仿真水动力系统配置单元还用于根据第三创建指令确定所述仿真水动力系统的水环境模型，以及根据第四创建指令确定所述水环境模型的流速、流向、浮力和密度中的至少一个参数。
9.根据权利要求6或7所述的测试装置，其特征在于，所述水下机器人模型的位姿包括观测角、水平位置和竖向位置，所述位姿变化量包括观测角变化量、水平位置变化量和竖向位置变化量；
所述信息处理单元确定所述观测角变化量不大于1度、所述水平位置变化量不大于0.5米且所述竖向位置变化量不大于0.2米，则判断出所述位姿变化量符合第一阈值条件。
10.根据权利要求6或7所述的测试装置，其特征在于，信息处理单元在所述水下机器人模型的运动方向改变为第二运动方向时，确定当前的仿真水动力系统的第三状态，并获取所述水下机器人模型当前在所述第三状态下的第三位姿；
所述信息处理单元基于所述第一状态下的第一位姿、所述第二状态下的第二位姿和所述第三状态下的第三位姿确定出水下机器人的抗流性能的测试信息。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的测试方法。
12.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序实现如权利要求 1-5中任一所述的测试方法。
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