（1）专业与年级要求

机电工程学院：机器人工程专业本科生

（2）基本知识和能力要求

机器人控制器与程序设计、自动控制原理、机械设计工程、机器人技术基础、机器人传感技术、机器人驱动与控制。

本实验要求记录每步实验结果，实验结束时由系统自动生成实验报告，对实验者的整个实验过程进行评价考核，得到最终的实验成绩。本仿真实验系统以水下机器人作为观察对象，进行水下机器人组装、调试、工作的全过程模拟实践与技能训练，学生可突破设备昂贵、水下环境条件复杂、观测项目及流程较多等条件限制，实现学生100%参与训练，在虚拟实验操作过程中学生可根据提示进行操作，系统会记录每一步的操作的正确与否，并根据交互性的操作反馈生成相应分数，每步操作正确后才能进行下一步操作。

实验者可在模块一、模块三进行水下机器人结构、系统、控制器等内容的学习。水下机器人的结构设计知识可让学生初步了解水下机器人的基础知识，随后进行组装，与基础结构知识相结合，化零为整。

水下机器人在调试之后，逐步夯实操作技术，最后前往真实水域进行作业，学生将会在模块二、模块四、模块五中由浅入深练习水下机器人的操作流程，实验者需要考虑水下环境的复杂性，应对海底不平整的地面和随机的水流，使用摄像机、雷达及其他机器人数据到达指定位置，进行机器作业。

机器人可以通过搭载其他检测设备进行水面检测作业，实验者可以了解机器人在更多领域的实用性和必要性，体现了交互式、探究式的教学特点。

在当前的水下机器人实验教育教学中，由于仪器设备成本高，占用空间大，因此实物实训需要的设备数量有限；同时，实验设备零部件复杂多样，装调的步骤流程复杂，实物实训具有很大的危险性，实验通常也需要很长的时间来装调检测，这使得人员与设备的安全性无法保证，老师也无法在课上看顾所有学生进行实验，因而实物海洋装备装调实验较难开展。

水下机器人具备镭射灯，自身可调节灯光亮度，可沿水下机器人首向方向照射。

水下机器人在水下时，可调节 TETHER缆长度，具备TMS系统，可调节TMS深度，可操作TMS进行水下机器人收放 TETHER缆工作。

水下机器人具备多个摄像头，主摄像头具备调焦功能，本体具备一至两个云台，同时能显示出云台角度。

水下机器人具备调节浮力状态的功能、姿态调整功能。可通过参数调节水下机器人在海洋中的姿态。

水下机器人配有声呐，声呐界面可实时显示出声呐扫描的结果。

水下机器人具备多功能机械手，可携带多种作业工具。

水下机器人机械装调虚拟实验涵盖了整个机械工程教学中的多门课程实践要求，为学生学习专业基础和专业课程起到承前启后的作用，该实验对应的知识点如下：

知识点：共15个

1. 水下机器人结构设计要点

2. 水下机器人设备检查流程

3. 水下机器人电舱组装流程

4. 水下机器人设备组装流程

5. 水下机器人的调整测试

6. 水下机器人传感器选型

7. 水下机器人的机载控制器设计

8. TMS绳索管理系统的配置和性能

9. TSS深度检测模块配置和性能

10. 机械臂模块配置和性能

11. 水下机器人运动方式

12. 水下机器人实地任务流程

13. 机器人水面控制系统设计与分析

14. 风浪流数据采集系统操作

15. 上跨零点法计算有效波高

本虚拟仿真实验教学课程运用业内主流先进的3D虚拟仿真技术，现代三维图形图像技术，将原先书本上枯燥无误的理论知识，通过鲜活的3D模型，以最新的虚拟现实技术为依托，提供操作仿真的3D交互体验、严格按照国家信息化系统建设的标准规范开发完成而来的虚拟现实仿真系统。

为保证教学课程内容的生动仿真形象，以达到一个优秀的仿真效果，产品中的人物、物品、场景模型均由专业技术人员，前往实地进行考察，采集信息，无论是场景的大小、布局，人物的细节逼真程度，物品的尺寸大小外观均严格按照实际尺寸来建模。且场景中的人物物品的流程演变，为了保证其真实性、合理性、正确性，均以专业技术人员实地考察所记录的数据资料为蓝本，开发出标准的、科学的、合理的虚拟仿真实验教学课程，且为防止在开发过程中因为个人理解偏差导致的流程细节错误的情况发生，会在产品开发过程中会邀请业内著名学者进行参观研究指出问题且纠正问题，并给出更好的建设意见。

通过本课程的教学，使学生了解和掌握水下机器人的有关基本理论和基本知识，包括水下机器人结构设计、水下机器人运动学基础、水下机器人环境感知、水下机器人控制技术、水下机器人机载控制器设计、水下机器人水面控制站设计等理

论知识和设计案例，从而培养学生分析解决工程实际问题的能力和工程设计能力。

了解水下机器人常见结构形式和优缺点，掌握开架式水下机器人结构设计方法和重心、浮心等的计算及设计；掌握水下机器人水动力和力矩的计算方法；掌握水下机器人推力和推力矩计算方法，能够合理设计机器人推进器布置方案。掌握水下机器人运动学基础理论和知识。

了解常见水下机器人适用场景特点，能够根据给定场景，分析影响水下机器人运行、作业等的关键要素，初步掌握相关理论计算和参数整定的方法。

掌握水下机器人总体设计的基本方法，能够结合具体应用需求，制订合理的水下机器人设计方案。

学习和掌握水下机器人结构虚拟设计和运动控制仿真等相关工具软件的使用，初步具备水下机器人控制程序设计的能力。