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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊宗頷
研究生(外文):Tsung-han Yang
論文名稱:水下無人遙控潛具之遠端操作介面發展
論文名稱(外文):Development of an Internet-based Operating Interface for ROV Pilots
指導教授:陳信宏陳信宏引用關係
指導教授(外文):Hsin-Hung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:海下技術研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:虛擬實境水下無人遙控潛具操控訓練
外文關鍵詞:ROVOpenGLGL4JavaJAVA
相關次數:
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無人遙控潛器(Remotely Operated Vehicle;ROV)的操作訓練昂貴,訓練場地也不易覓得,因此有許多研究透過虛擬實境來增加ROV操控人員的操控經驗。但大多數的操控訓練系統只能單人模擬操控訓練,若同一區域有兩台以上的ROV同時於水下工作,在缺乏良好的溝通協調下將可能導致ROV之間發生碰撞或是纜線纏繞。因此,本研究擬利用虛擬實境及網路技術開發一套ROV之訓練操控系統,所需的海床地形與ROV參數資料由伺服端提供,並且可透過網路監看遠端ROV之運動狀態,因此本系統具備模擬訓練、遠端監看及多人連線的功能。本研究利用JAVA與GL4Java來開發此系統,JAVA負責架構系統之遠端監控、多人連線及模擬訓練等功能,GL4Java則是建構3D圖形介面以顯示ROV狀態。此遠端監看及模擬操控系統之基本架構可分成伺服端與客戶端,客戶端可透過IE或是Netscape等網頁瀏覽器與伺服端連線,伺服端負責將地形資料與其它客戶的狀態傳送給客戶端;客戶端則負責傳送使用者對ROV下達的指令及顯示ROV的位置及運動狀態。在遠端監控方面,本系統整合ROV定位資訊,並定時紀錄ROV位置,操控者可透過圖形介面即時掌握ROV的動態。在ROV模擬操控方面,本系統計算ROV運動方程式以求得ROV在受到各種作用力下之動態行為,同時本系統也允許操控者適度更改環境參數,以提供多樣的操作變化。
Due to the expense and logistics involved with operating real remotely operated vehicles (ROV), training and practice is often difficult to obtain. Therefore, many researches were conducted to increase ROV pilots'' experiences through virtual reality. However, most of the training systems that are in use today can only be controlled by a single operator. When two or more ROVs work in a same area, it needs proper concordance among pilots in order to avoid accidents such as collision or cable entanglement. Therefore, this study aims at the development of a ROV operating interface featuring simulated training, remote monitoring, and multiple-user connections. For fulfilling the requirements of remote monitoring, simulated training and multiple-user connections, this study employs JAVA and GL4Java in developing the ROV operating interface. This way we benefit from the 3D description capabilities of GL4Java while JAVA is utilized for the processing and manipulation of web interactions. The developed system architecture includes a server and a client. The client can connect to server by using the web browser through the internet or a LAN with TCP/IP. The server contains required data of sea floor topography and ROV dynamics related parameters. As well, the server is responsible for communicating with the clients. On the client site, it is responsible for sending commands, receiving sensor data and keeping the local information up to date. In remote monitoring, the server periodically integrates and records ROV positioning data and then transmits them to the client. The client receives the updates of ROV status information and displays them on the graphical interface. In simulated training, the equations of motion of ROV are computed on the client-side and only simulated positioning data is reported to the server. In addition, the system allows users to modify underwater visibility, intensity of ambient light and terrain texture for simulating diverse operation conditions.
第一章 緒論
1.1 研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 論文架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
第二章 軟體及硬體架構
2.1 虛擬實境發展軟體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 網路語言-JAVA. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 JAVA與OpenGl溝通橋樑-GL4Java. .. . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 硬體架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4.1 全球衛星定位系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.2 磁羅經. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.3 水下定位系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.4 水下無人遙控潛具-ROV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
第三章 系統架構
3.1 伺服端功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 客戶端功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 通訊協定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.1 伺服端傳送至客戶端之封包格式 . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3.2 客戶端傳送至伺服端封包格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
第四章 操作介面
4.1 ROV狀態資訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2 3D虛擬影像. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.3 材質貼圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4 視角選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5 光源設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.6 能見度調整. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.7 客戶端溝通. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.8 資料紀錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.9 軌跡紀錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.10 輸入控制儀器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
第五章 系統性能測試規劃
5.1 基本操作訓練. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.2 ROV之移動操控. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.3 管線追蹤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.4 目標物搜索. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.5 互動測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
第六章 測試結果
6.1 移動操控. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.2 管線追蹤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6.3 目標物搜尋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.4 互動測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.5 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
第七章 討論與建議
[1] 薛憲文、莫顯蕎、王兆璋、陳信宏、楊光哲,多音束測深系統及水下遙控載具與水下搜尋技術之探討-以德

基水庫失事AH-1W直昇機為例,海下技術月刊,第九卷第三期,7-14頁,1999年。

[2] Y. Kuroda, K. Aramaki, Teruo Fujii, and T. Ura, "A Hybrid Environment for the Development of Underwater

Mechatronic System," Proceedings of the 1995 IEEE IECON 21st International Conference on Industrial Electronics,

Control, and Instrunmentation, 6-10 Nov., Vol. 1 pp. 173-178, 1995.

[3] N. J. Pioch, B. Roberts, and D. Zeltzer, "A Virtual Environment for Learning to Pilot Remotely Operated Vechicles,"

Proceedings of the VSMM ''97, International Conference on Virtual System and Multimedia, 10-12 Sept. 1997, Geneva,

Switzerland, pp. 218-226, 1997.

[4] G. Hackett and M. Nahon, "A Portable Simulation Facility for the Design of Autonomous Underwater Vehicles,"

OCEANS 98 Conference Proceedings, 28 Sept-1 Oct. 1998, Nice, France, Vol. 3, pp. 1686-1690, 1998.

[5] S. K. Choi, S. A. Menor and J. Yuh, "Distributed Virtual Environment Collaborative Simulator for Underwater Robots,"

International Conference on Intelligent Robots and Systems, 31 Oct.-5 Nov. 2000, Takamatsu, Japan, Vol. 2 pp. 861-866,

2000

[6] G. Bruzzone, M. Caccia, G. Veruggio, C. Ferreira, C. Silvestre, P. Oliveira, A. Pascoal, "Internet mission control of the

ROMEO Unmanned Undewater Vehicle using the CORAL Mission Controller," Oceans ''99, Seattle, 13-16 settembre 1999,

Vol. 3, pp. 1081-1087.

[7] 黃坤洋, 開框架式無人小艇之設計、動態分析與控制,國立中山大學機械工程研究所碩士論文,2000。

[8] 洪嘉蕙,以虛擬實境技術輔助水下遙控潛具導航之研究,國立中山大學海洋環境及工程學系碩士論文,

2001。

[9] 李宗霖,應用虛擬環境於無人遙控潛器操控與訓練介面之發展,國立中山大學海下技術研究所碩士論文,

2002。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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