本发明涉及水下智能装备。
背景技术：
1、深海作为人类尚未完全开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是国际上激烈竞争的焦点之一，水下机器人相关技术作为一种未来发展方向在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙空间开发。
2、水下机器人控制技术是水下探索的核心技术，现有的有缆遥控水下机器人(remote operatedvehicle，rov)模拟控制器大多存在操作复杂、设备不集中、不易携带、相关软件开发落后等问题。由于现在水下机器人相关技术相对较为敏感，且现有技术中关于rov模拟控制器的研究方案较少。
3、专利文献cn 116011294a公开了一种六自由度rov作业仿真平台的搭建方法，用于解决现有rov模拟和作业仿真系统存在作业场景局限性、rov作业影响因素缺乏、rov运动响应不真实、rov布放作业中其水动力系数依赖于rov和tms的结构形式,现有研究较少考虑复杂结构物的动力学等问题，但存在不易于携带的问题。
4、专利文献cn 18332944a公开了一种考虑流体记忆效应的六自由度r0v水动力模型的建模方法，虽然能过考虑运动历史的影响，考虑流体记忆效应导致的水动力幅值和相位变化，但是不能解决rov结构不规则导致的水动力非对称性与流体记忆效应非对称性的问题。
技术实现思路
1、本发明解决了现有技术中rov模拟控制器大多存在操作复杂、设备不集中、不易携带、相关软件开发落后等问题，为解决上述技术问题本发明是通过以下技术方案实现的：
2、本发明提出一种考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，所述rov模拟控制器包括上箱体、下箱体和仿真功能模块，
3、所述上箱体和下箱体之间通过折页连接；
4、上箱体中嵌入上面板，所述上面板上设置有两个监视屏，其中一个监视屏用于监视综合管理显示界面，另一个监视屏用于监视视景显示界面；
5、所述下箱体中嵌入下面板，所述下面板上设置至少一个操作控制单元，所述操作控制单元用于作业人员模拟操作和数据交互；
6、所述下箱体和下面板之间设置有仿真功能模块。
7、进一步的，提供一种优选实施方式，所述两个监视屏通过螺栓连接固定于上面板，所述上箱体顶部设置有多组安装底座，通过螺栓连接至上面板并固定于底座上。
8、进一步的，提供一种优选实施方式，所述上箱体和下箱体通过设置type-c数据线进行数据传输和电力供应。
9、进一步的，提供一种优选实施方式，下面板上还设置有备件盒、显示屏、操作面板、金属键盘；
10、所述备件盒用于放置电源线；
11、所述显示屏用于对工作运行环境和参数输入进行显示；
12、所述操作面板和金属键盘，用于作业人员模拟操作。
13、进一步的，提供一种优选实施方式，所述仿真功能模块包括电源，所述电源分别与所述多功能便携式rov模拟控制器中的集成主板、适配器、电源散热器、集成中央处理器、硬盘、无线路由器、电脑电源适配器拓展坞相连接，所述硬盘中存储运动仿真软件、仿真控制软件，所述运动仿真软件、仿真控制软件中程序分别与模拟器通过分布式运行环境实现实时通讯。
14、进一步的，提供一种优选实施方式，所述操作面板上还设置有总电源接口，所述总电源接口的下方连接有总开关按钮，所述总电源接口的左侧并排设置有rs485接口，所述rs485接口的左侧并排设置有三个usb拓展接口，所述usb拓展接口的左侧设置有开关和照明指示灯，所述开关和照明指示灯的左侧设置有通讯指示灯，所述通讯指示灯的左侧设置有调试接口，所述调试接口的下方设置有自锁垂直方向控制单轴摇杆，所述垂直方向控制单轴摇杆的右侧设置有爪合开关，所述爪合开关的右侧设置有伸缩控制摇杆，所述伸缩控制摇杆的右侧设置有密封式转换旋转开关，所述密封式转换旋转开关的右侧设置有zoom自复位开关，所述zoom自复位开关的右侧设置有水平方向控制三轴摇杆。
15、进一步的，提供一种优选实施方式，所述操作面板上还设置有微调按钮，所述微调按钮设置在所述操作面板的中间位置处且位于所述水平方向控制三轴摇杆的左侧。
16、方案二、一种考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器的仿真方法，所述建模方法基于方案一所述的装置实现，所述rov模拟控制器的仿真方法包括以下步骤：
17、s1、水平方向三轴摇杆和自锁垂直方向控制自锁单轴摇杆用于产生有缆机器人rov运动状态的电信号，所述电信号通过ttl串口通信协议发送给rov作业运动仿真系统，所述rov作业运动仿真解析输出编码后的电信号并生成rov位姿增益；
18、s2、rov作业运动仿真软件根据生成的rov位姿增益计算推进器推力τ，将推进器推力τ输入到rov运动学与动力学模型中，并求解rov运动学与动力学模型中的运动速度，实现作用人员在环路中对rov模拟控制器的运动进行控制；
19、s3、爪合开关、伸缩控制摇杆、密封式转换旋转开关和zoom自复位开关分别用于将编码后的末端执行器的开或合的电信号、末端执行器伸或缩的电信号、旋转关节电信号、关节位置初始化电信号通过rs485串行通信协议发送到rov作业运动仿真系统，rov作业运动仿真软件提取出关节信息，将所述关节信息发送至作业工具动力学模型中，用于控制rov模拟控制器的升降与机械手收放，即实现rov模拟控制器与作业人员在环路中的仿真。
20、进一步的，提供一种优选实施方式，s2中构建所述rov运动学与动力学模型后还包括计算rov粘性水动力系数d1和d2的步骤。
21、进一步的，提供一种优选实施方式，计算rov粘性水动力系数d1的方法为：
22、
23、
24、其中，x1、y1、z1、k1、m1、n1分别表示纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首速度非耦合粘性水动力合力和力矩；xuu、yuu、zuu、kuu、muu、nuu为纵向运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xvv、yvv、zvv、mvv、nvv为横向运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xww、yww、zww、kww、mww、nww为垂向运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xp、yp、zp、kp、mp、np为横摇运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xq、yq、zq、kq、mq、nq为纵摇运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xr、yr、zr、kr、mr、nr为转首运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；分别为与纵向速度u、横向速度v、垂向速度w、时间t和rov长度l相关的无因此纵向、横向和垂向位移；τ0为积分变量；p、q、r分别为rov的横摇、纵摇、转首角速度；φιj(ι＝1...6,j＝1...6)为ι方向运动导致j方向的速度非耦合粘性水动力的响应函数，下标1至6分别代表纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首方向；
25、计算rov粘性水动力系数d2的方法为：
26、d2＝[x2,y2,z2,k2,m2,n2]t (3)
27、
28、其中，x2、y2、z2、k2、m2、n2分别表示纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首速度耦合粘性水动力合力和力矩；xuv、yuv、zuv、kuv、muv、nuv为水平面偏航运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；xuw、yuw、zuw、kuw、muw、nuw为垂直面偏航运动导致的纵向、横向、垂向、横摇、纵摇、转首粘性水动力系数；τu0、τv0和τw0分别为针对τu、τv和τw的积分变量；φσuv,(σ＝x,y,z,k,m,n)为水平面偏航运动导致的σ方向速度耦合粘性水动力响应函数；φσuw,(σ＝x,y,z,k,m,n)为垂直面偏航运动导致的σ方向速度耦合粘性水动力响应函数；
29、其中d2中每一项为γ，用γuv表示速度耦合粘性水动力系数，每一项γ的建模方法为，
30、当rov有纵向和横向初速度u0和v0时，γ表示为：
31、
32、设被积函数中的收敛因子为并取沿实正轴的极限为某一小量ε→0，则有，
33、
34、其中，i为虚数单位；(κ＝u,v,uv)为一以aκ为幅值，为幅角的复数，fκ为该复数的实部，gκ为该复数的虚部；为纵向和横向运动频率ω1和ω2的无因次表达，u为平均速度，对于以和为速度的rov，考虑条件(6)则式(5)可写为：
35、
36、将cκ带入式(7)并取实部，当t→+∞时有
37、
38、式(8)中等号左侧为该项水动力，等号右侧aκ和可利用偏航脉冲运动响应实验及其数值模拟的水动力结果，通过最小二乘方法获得，利用式(8)中最后一项计算φxuv为：
39、
40、本发明的有益之处在于：
41、本发明采用粘性水动力速度与载荷的脉冲响应关系建立rov运动学与动力学模型，该模型能考虑流体记忆效应对rov水动力的影响，并且提出考虑流体记忆效应的偏航水动力模型和建模方法，相比于仅有速度非耦合水动力的模型，能够计算水平面和垂直面偏航运动中流体记忆效应导致的rov水动力相位滞后与幅值增加。
42、本发明提出六自由度的考虑流体记忆效应的粘性水动力模型，每一自由度水动力包含全部6个自由度上运动速度的影响，能考虑rov结构不规则导致的水动力非对称性与流体记忆效应非对称性。
43、本发明通过对考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器中的部件进行组合设计，在结合人体工程学的前提下使得水下rov相关功能模块分区清晰，结构得到优化，使模拟控制器操作起来简便；模拟器整体结构排列紧凑，使得模拟器所占空间较小，便于运输携带；
44、本发明所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器的所有操作按键均按照真实rov操作控制按键仿制完成，增加作业人员操作真实性。
45、本发明通过对相关软件的开发和仿真模块的搭建，使rov模拟器准确模拟各种水下环境和天气状况，操作控制台与视景软件之间实时数据传输，增强作业人员视觉感受。
46、本发明还适用于快速的提高操作人员的操作技能和操作水平以适应不同的水下水文环境中。
1.一种考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述rov模拟控制器包括上箱体(26)、下箱体(27)和仿真功能模块，
2.根据权利要求1所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述两个监视屏(24)通过螺栓连接固定于上面板(6)，所述上箱体(26)顶部设置有多组安装底座，通过螺栓连接至上面板(6)并固定于底座上。
3.根据权利要求1所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述上箱体(26)和下箱体(27)通过设置type-c数据线进行数据传输和电力供应。
4.根据权利要求1所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，下面板(1)上还设置有备件盒(4)、显示屏(3)、操作面板(5)、金属键盘(2)；
5.根据权利要求1所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述仿真功能模块包括电源(30)，所述电源(30)分别与所述多功能便携式rov模拟控制器中的集成主板(7)、适配器(31)、电源散热器(29)、集成中央处理器(28)、硬盘(32)、无线路由器(10)、电脑电源适配器拓展坞(9)相连接，所述硬盘(32)中存储运动仿真软件、仿真控制软件，所述运动仿真软件、仿真控制软件中程序分别与模拟器通过分布式运行环境实现实时通讯。
6.根据权利要求4所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述操作面板(5)上还设置有总电源接口(8)，所述总电源接口(8)的下方连接有总开关按钮(23)，所述总电源接口(8)的左侧并排设置有rs485接口(21)，所述rs485接口(21)的左侧并排设置有三个usb拓展接口(20)，所述usb拓展接口(20)的左侧设置有开关和照明指示灯(11)，所述开关和照明指示灯(11)的左侧设置有通讯指示灯(12)，所述通讯指示灯(12)的左侧设置有调试接口(22)，所述调试接口(22)的下方设置有自锁垂直方向控制单轴摇杆(13)，所述自锁垂直方向控制单轴摇杆(13)的右侧设置有爪合开关(16)，所述爪合开关(16)的右侧设置有伸缩控制摇杆(17)，所述伸缩控制摇杆(17)的右侧设置有密封式转换旋转开关(18)，所述密封式转换旋转开关的右侧设置有zoom自复位开关(19)，所述zoom自复位开关(19)的右侧设置有水平方向控制三轴摇杆(14)。
7.根据权利要求6所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器，其特征在于，所述操作面板(5)上还设置有微调按钮(15)，所述微调按钮(15)设置在所述操作面板(5)的中间位置处且位于所述水平方向控制三轴摇杆(14)的左侧。
8.一种考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器的仿真方法，其特征在于，所述建模方法基于权利要求1所述的装置实现，所述rov模拟控制器的仿真方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器的仿真方法，其特征在于，s2中构建所述rov运动学与动力学模型后还包括计算rov粘性水动力系数d1和d2的步骤。
10.根据权利要求9所述的考虑流体记忆效应的多功能便携式rov模拟控制器的仿真方法，其特征在于，计算rov粘性水动力系数d1的方法为：
