CN108579027A - 一种智能潜水辅助器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能潜水辅助器，包括集成头盔、集成背负式动力组和控制手柄；集成头盔包括头盔壳体，在头盔壳体内设置有用于佩戴者观察的屏显显示器、口鼻处的呼吸器以及对讲通话模块，头盔壳体的下端设置有颈部的防水机构；集成背负式动力组包括主机外壳体，在主机外壳体内设置有电池模块、中央控制模块、气瓶压力传感器、陀螺仪、定位模块、无线通讯模块以及储备浮力水箱；主机外壳体外侧固定设置有动力推进装置，在主机外壳体上还镶嵌有压缩气瓶以及高压气瓶，高压气瓶连接有紧急上浮气囊组；主机外壳体的一侧还设置有控制端防水接口。本发明能够集成动力、可视化信息互通、智能控制和紧急求生***，从而有效解决现有技术的诸多缺陷。

Description

一种智能潜水辅助器

技术领域

本发明属于潜水器材技术领域，涉及一种潜水装置，尤其是一种智能潜水辅助器。

背景技术

现有技术中，潜水器材主要是面罩、呼吸器、脚蹼、潜水服、浮力背心、气瓶等等，这些器材可以提供人类在水下的生命支持和最基本的活动。但是不能直接给潜水员动力辅助，不能主观的让潜水员在水里自由移动，必须通过浮力背心控制浮力、脚蹼游动来提供动力来实现水下的运动，效率十分低下。

现有技术中，水下信息主要靠潜水员的手势来交流、潜水电脑的潜水参数信息显示、气瓶压力表的显示来实现的。潜水员手势繁琐，新人学习起来难度大；潜水电脑价格高，显示的信息不全面；气瓶压力表携带麻烦，增加水下阻力；众多信息来源集合在一起对于人的协调能力要求跟高，入门难度大。

并且，现有技术中的潜水装备里不含有紧急生命保障模块，市面上有一种高压充气包来解决紧急上浮生命保障的问题。但这种装置只能通过机械的方法解决上浮的问题，解决方法太单一，潜水员如遇昏迷、心脏病突发、痉挛等失去能动能力的紧急时刻，它并不能有效的解决生命保障问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种智能潜水辅助器，其能够集成动力***、可视化信息互通***、智能控制***和紧急求生***，从而能够有效解决现有技术的诸多缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种智能潜水辅助器，包括集成头盔、集成背负式动力组和控制手柄；所述集成头盔包括头盔壳体，在头盔壳体内设置有用于佩戴者观察的屏显显示器、口鼻处的呼吸器以及对讲通话模块，所述头盔壳体的下端设置有颈部防水机构；所述集成背负式动力组包括主机外壳体，在主机外壳体内设置有中央控制模块以及与中央控制模块连接的主动声呐、电池模块、环境监测模块和定位和通讯模块；主机外壳体上设置有储备浮力水箱；主机外壳体的外侧固定设置有动力推进装置，在主机外壳体上还镶嵌用以提供呼吸氧气的压缩气瓶组以及用以提供上浮力的外部浮力气囊组；所述主机外壳体的一侧还设置有用于连接控制手柄的控制端防水接口；所述控制手柄通过输入端通信线缆与主机外壳体的中央控制模块连接。

进一步，上述控制手柄包括摇杆柄，在摇杆柄的上端设置有浮力控制按键、HUD屏显菜单切换键和潜航姿态控制摇杆；所述摇杆柄的下端设置有控制手柄固定腕带，所述控制手柄还通过臂带设置有臂带血压传感器，所述臂带血压传感器通过手柄控制通信线缆与摇杆柄连接。

进一步，上述电池模块包括锂离子电池组以及与锂离子电池组连接的电源管理模块；所述电源管理模块与中央控制模块连接；所述电源管理模块还与动力推进装置连接，用以为其提供电力。

进一步，上述头盔壳体上还设置有与对讲通话模块连接的信息接收端；所述对讲通话模块还通过设置在头盔壳体上的头盔通讯接口与中央控制模块连接；所述头盔壳体上的集成呼吸器通过氧气废气管道与压缩瓶组连接。

进一步，上述环境监测模块包括陀螺仪、水深传感器和水流速传感器；所述定位和通讯模块包括GPS/北斗定位模块、无线电通讯模块和声波通信模块。

进一步，上述压缩气瓶组是镶嵌在主机外壳体左右两侧的双压缩气瓶，所述双压缩气瓶通过气管连接至呼吸器。

进一步，上述外部浮力气囊组包括有两个分别设置在主机外壳体左右两侧的气囊；所述外部浮力气囊组连接有高压气瓶，外部浮力气囊组设置有紧急机械上浮拉条。

进一步，上述动力推进装置包括分别设置在主机外壳体背侧两边的两个进水涵道，每个进水涵道内设置有防水电机，所述防水电机的输出端连接有螺旋桨，所述进水涵道的下端出水口设置有矢量尾喷口；所述矢量尾喷口电力由电池模块提供，矢量尾喷口的控制端连接至中央控制模块。

进一步，上述防水电机的上端设置有电机防水导流头，所述电机防水导流头的前方位于主机外壳体上设置有进水涵道。

进一步，上述头盔壳体和主机外壳体的外形结构均符合流体力学；所述主机外壳体能够背负在穿戴者身上，其内侧结构设计为符合人体工程的结构。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的水下潜航速度增加7-8倍以上(视电机功率而定)，机动能力增加十倍以上：双泵推结构与背负式外壳体结合，集成头盔与背负式外壳采用符合流体力学全新的设计方案，阻力减小。泵推的速度由控制手柄的速度旋钮和速度压力按钮操作，经过外壳体中的中央控制模块进而控制前进速度；双泵推结构的尾部矢量喷口总成负责整个***和人在水下的潜航方向。航向由控制手柄上的潜航姿态控制摇杆控制，经过中央处理器处理信号后，输出到尾部矢量喷口的电缸模块上，电缸模块协同作业达到控制潜航姿态的效果。相比传统潜水器材在水中以人的体力前进和控制方向，速度上提升7-8倍，机动能力上提上10倍以上 (人类目前百米世界纪录约2.13m/s,传统潜水速度小于0.5m/s)，可以。

(2)本发明的可视化潜航信息接收更简单方便、通讯实时对讲：集成头盔上的屏显显示器中集成水下潜航的速度、深度、方位、水平位以及生命供给信息心跳、血压、压缩空气剩余等信息。相比传统众多仪表显示更加简单明了，可以直观的显示在眼睛所能看到的界面同时又不影响水下潜航安全；集成头盔上的通讯模块可替代传统潜水通过手势来通信的弊端以及额外装配通讯设备的不兼容性。

(3)本发明实现了生命供给智能化：潜水员在上浮的过程中，机体处理器自动调节等候时间排氮，并在屏显中给予显示；潜航作业过程中根据人体生命特征自动调节空气供给量。相较传统手动与靠人的经验来调节的方式更加智能化、准确化。

(4)本发明的紧急求生安全有保证：传统潜水装备无紧急求生保障，需要另配别的模块，不能够应付紧急情况。本发明中集成：电力空气警报(空气电力任一剩余一半时警报返航、空气电力任一剩10％预警自动返航、低于10％自动返航)；一键返航功能；自主上浮(***检测人体生命特征，紧急情况下五秒预警，十秒内无操作执行自动上浮程序)；机械上浮(独立于***之外的通过机械拉扣的形式打开气囊，物理的方法上浮)。

附图说明

图1为本发明的整机结构示意图；

图2为本发明集成头盔主视图；

图3为本发明的控制手柄示意图；

图4为控制手柄另一侧示意图。

其中：A为头盔壳体；B为主机外壳体；1为主动声呐；2为进水涵道；3为电机防水导流头；4为中央控制模块；5为电源管理模块；6为环境监测模块；7为定位和通讯模块；8为外部浮力气囊组；9为压缩气瓶组；10为防水电机；11为控制端防水接口；12为螺旋桨；13为矢量尾喷口；14为储备浮力水箱；15为信息接收端；16为屏显显示器；17 为头盔通讯信息接口；18为氧气废气管道；19为呼吸器；20为对讲通话模块；21为颈部防水机构；22为HUD屏显菜单切换键；23为潜航姿态控制摇杆；24为摇杆柄；25为腕带心率传感器；26为控制手柄固定腕带；27为手柄控制通信线缆；28.为臂带；29为臂带血压传感器；30 为返航/紧急上浮按钮；31为拇指定速巡航滑钮；32为食指按压式调速器；33为紧急机械上浮拉条；34为浮力控制按键。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-图2，本发明的智能潜水辅助器，包括集成头盔、集成背负式动力组和控制手柄；集成头盔包括头盔壳体A，在头盔壳体内设置有用于佩戴者观察的屏显显示器16、口鼻处的呼吸器19以及对讲通话模块20，头盔壳体的下端设置有颈部防水机构21；集成背负式动力组包括主机外壳体B，在主机外壳体B内设置有中央控制模块4以及与中央控制模块4连接的主动声呐1、电池模块、环境监测模块6和定位和通讯模块7；主机外壳体B上设置有储备浮力水箱14；主机外壳体B的外侧固定设置有动力推进装置，在主机外壳体B上还镶嵌用以提供呼吸氧气的压缩气瓶组9以及用以提供上浮力的外部浮力气囊组8；主机外壳体B的一侧还设置有用于连接控制手柄的控制端防水接口11。控制手柄通过输入端通信线缆与主机外壳体B的中央控制模块4连接。

参见图3和图4：本发明的控制手柄包括摇杆柄24，在摇杆柄24 的上端设置有浮力控制按键34、HUD屏显菜单切换键22和潜航姿态控制摇杆23；摇杆柄24的下端设置有控制手柄固定腕带26，控制手柄还通过臂带28设置有臂带血压传感器29，臂带血压传感器29通过手柄控制通信线缆27与摇杆柄24连接。

本发明的电池模块包括锂离子电池组以及与锂离子电池组连接的电源管理模块5；电源管理模块5与中央控制模块4连接；电源管理模块5还与动力推进装置连接，用以为其提供电力。头盔壳体A上还设置有与对讲通话模块20连接的信息接收端15；

本发明的对讲通话模块20还通过设置在头盔壳体A上的头盔通讯接口17与中央控制模块4连接；头盔壳体A上的集成呼吸器19通过氧气废气管道18与压缩瓶组9连接。

本发明的环境监测模块6包括陀螺仪、水深传感器和水流速传感器；定位和通讯模块7包括GPS/北斗定位模块、无线电通讯模块和声波通信模块。

本发明的其中一种实施例中，压缩气瓶组9是镶嵌在主机外壳体B 左右两侧的双压缩气瓶，双压缩气瓶通过气管连接至呼吸器19。外部浮力气囊组8包括有两个分别设置在主机外壳体B左右两侧的气囊；外部浮力气囊组8连接有高压气瓶，外部浮力气囊组8还设置有紧急机械上浮拉条33，该紧急机械上浮拉条33连接至高压气瓶的开关，当拉动紧急机械上浮拉条33时，可以使高压气瓶迅速为外部浮力气囊组8充气从而得到更大的浮力。

如图1，动力推进装置包括分别设置在主机外壳体B背侧两边的两个进水涵道2，每个进水涵道2内设置有防水电机10，防水电机10的输出端连接有螺旋桨12，进水涵道2的下端出水口设置有矢量尾喷口13；矢量尾喷口13电力由电池模块提供，矢量尾喷口13的控制端连接至中央控制模块4。防水电机10的上端设置有电机防水导流头3，电机防水导流头3的前方位于主机外壳体B上设置有进水涵道2。

在本发明的最佳实施例中，头盔壳体A和主机外壳体B的外形结构均符合流体力学；主机外壳体B能够背负在穿戴者身上，其内侧结构设计为符合人体工程的结构。动力推进装置中，螺旋桨12也可替换整体泵推结构。

本发明的智能潜水辅助器的穿戴方式如下：

佩戴集成头盔，头盔下的颈部防水机构21被覆盖于专用的潜水衣下，并用粘扣扣上；将主机外壳体B背负于穿戴者的背上，固定好前端捆扎固定器，打开压缩气瓶组9的阀门，连接主机中央控制模块4的气体控制模块与集成头盔的呼吸器19、连接集成头盔信息接口17与主机的控制端防水接口11；手柄控制通信线缆27接主机右下方控制端防水接口 11。

本发明的工作过程如下：

水下航行操作：

一.开机：穿戴完备后，长按(下)潜航姿态控制摇杆23开机，***自动检测水密性、续航(电源管理模块5数据、中央控制模块4上的氧气含量数据)，机械故障排除(矢量尾喷口13活动监测、动力***防水电机10试启动、紧急机械上浮拉条33复位监测、外部浮力气囊组8 及压缩气瓶组9状态监测)。

二.水下操作：自行下水(支持背越式下水)，浮力控制按键34信号通过手柄控制通信线缆27经中央控制模块4处理来控制储备浮力水箱 14的进出水得以实现上浮和下潜；拇指定速巡航滑钮31和食指按压式调速器32信号通过手柄控制通信线缆27经中央控制模块4处理来控制防水电机10的功率进而推动螺旋桨12达到定速巡航和按压即时调节整体航速的目的；潜航姿态控制摇杆23向左、右、前、后信号分别通过手柄控制通信线缆27经中央控制模块4处理来控制矢量尾喷口13方向的左上右下、左下右上、左下右下、左上右上得以控制潜航姿态的向左翻转、向右翻转、头朝下航行，头朝上航行(水平位参考系)；

实施例2：

供氧***：镶嵌在机体外部的压缩气瓶组9接口连接主机中央控制模块4的气体控制模块，气体控制模块根据环境监测模块6(也叫动态监测传感器模块)提供的水深信息、速度信息以及腕带心率传感器25、臂带血压传感器29提供的心率、血压数据来确定不同的氧气供给量给予驾驶员提示操作。

信息***：定位和通讯模块7负责接收与发送水上水下的信息经头盔通讯信息接口17传入信息接收端15、对讲通话模块20(双向信息传递)，得以实现水下语音通话。

屏显显示***：开机时所有自检信息集成在屏显显示器16(HUD屏显显示***)上。同时电源管理模块5(一种集成电源管理模块)提供的电池续航信息；环境监测模块6提供的的潜航方位角度、下潜水深、航速信息；定位和通讯模块7提供的位置信息、通讯信息；腕带心率传感器25、臂带血压传感器29提供的心率、血压实时数据；潜航过程中各阶段所有需要注意的信息通过中央控制模块4收集的位置、速度、深度信息依次在屏显上提醒。

警报屏显显示***：开机时所有自检信息集成在屏显显示器16上，自检水密性不合格、电源管理模块5电量低于50％、中央控制模块4上的氧气含量低于50％、存在机械故障则HUD屏显(即屏显显示器16)上给予警报。紧急情况腕带心率传感器25、提供的心率在60-140-180以外包括140，***屏显各警报一次；臂带血压传感器29提供血压值60-120 以外各警报一次。

HUD屏显菜单切换键22用于上述信息翻页、选择。

一键返回***：返航/紧急上浮按钮30(即一键返航按键)(按一下)，中央控制模块4通过采集环境监测模块6中的陀螺仪的姿态数据及定位和通讯模块7、主动声呐1的位置信息控制矢量喷口13的运动实现自动规划最优路径返航。

一键上浮***：紧急情况下将返航/紧急上浮按钮30(一键紧急上浮按钮)连续按两下，中央控制模块4通过采集环境监测模块6中陀螺仪的姿态数据控制矢量喷口13的运动实现自动规划垂直角度上浮；同时中央控制模块4控制防水电机10最大功率转动，实现最大推力上浮。

自主上浮***：警报屏显(屏显显示器16)显示***中的心率、血压数据及警报，中央控制模块4在5秒内警报驾驶员，如果无任何操作，则5-10秒机器控制***跳过控制手柄执行一键上浮***命令。到达水面并通过无线电通讯模块+声波通讯模块7发送求生信号。

机械上浮***：独立于整个电子***之外的纯机械***，当电子***完全失灵时，通过拉动控制手柄上的紧急机械上浮拉条33来启动外部浮力气囊及高压气瓶8给浮力气囊充气实现物理上浮。

上述实施方式是本发明的一个实例，并非对本发明的技术范围做任何限制，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等效变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能潜水辅助器，其特征在于，包括集成头盔、集成背负式动力组和控制手柄；所述集成头盔包括头盔壳体(A)，在头盔壳体内设置有用于佩戴者观察的屏显显示器(16)、口鼻处的呼吸器(19)以及对讲通话模块(20)，所述头盔壳体的下端设置有颈部防水机构(21)；所述集成背负式动力组包括主机外壳体(B)，在主机外壳体(B)内设置有中央控制模块(4)以及与中央控制模块(4)连接的主动声呐(1)、电池模块、环境监测模块(6)和定位和通讯模块(7)；主机外壳体(B)上设置有储备浮力水箱(14)；主机外壳体(B)的外侧固定设置有动力推进装置，在主机外壳体(B)上还镶嵌用以提供呼吸氧气的压缩气瓶组(9)以及用以提供上浮力的外部浮力气囊组(8)；所述主机外壳体(B)的一侧还设置有用于连接控制手柄的控制端防水接口(11)；所述控制手柄通过输入端通信线缆与主机外壳体(B)的中央控制模块(4)连接。

2.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述控制手柄包括摇杆柄(24)，在摇杆柄(24)的上端设置有浮力控制按键(34)、HUD屏显菜单切换键(22)和潜航姿态控制摇杆(23)；所述摇杆柄(24)的下端设置有控制手柄固定腕带(26)，所述控制手柄还通过臂带(28)设置有臂带血压传感器(29)，所述臂带血压传感器(29)通过手柄控制通信线缆(27)与摇杆柄(24)连接。

3.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述电池模块包括锂离子电池组以及与锂离子电池组连接的电源管理模块(5)；所述电源管理模块(5)与中央控制模块(4)连接；所述电源管理模块(5)还与动力推进装置连接，用以为其提供电力。

4.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述头盔壳体(A)上还设置有与对讲通话模块(20)连接的信息接收端(15)；所述对讲通话模块(20)还通过设置在头盔壳体(A)上的头盔通讯接口(17)与中央控制模块(4)连接；所述头盔壳体(A)上的集成呼吸器(19)通过氧气废气管道(18)与压缩瓶组(9)连接。

5.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述环境监测模块(6)包括陀螺仪、水深传感器和水流速传感器；所述定位和通讯模块(7)包括GPS/北斗定位模块、无线电通讯模块和声波通信模块。

6.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述压缩气瓶组(9)是镶嵌在主机外壳体(B)左右两侧的双压缩气瓶，所述双压缩气瓶通过气管连接至呼吸器(19)。

7.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述外部浮力气囊组(8)包括有两个分别设置在主机外壳体(B)左右两侧的气囊；所述外部浮力气囊组(8)连接有高压气瓶，外部浮力气囊组(8)设置有紧急机械上浮拉条(33)。

8.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述动力推进装置包括分别设置在主机外壳体(B)背侧两边的两个进水涵道(2)，每个进水涵道(2)内设置有防水电机(10)，所述防水电机(10)的输出端连接有螺旋桨(12)，所述进水涵道(2)的下端出水口设置有矢量尾喷口(13)；所述矢量尾喷口(13)电力由电池模块提供，矢量尾喷口(13)的控制端连接至中央控制模块(4)。

9.根据权利要求8所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述防水电机(10)的上端设置有电机防水导流头(3)，所述电机防水导流头(3)的前方位于主机外壳体(B)上设置有进水涵道(2)。

10.根据权利要求1所述的智能潜水辅助器，其特征在于，所述头盔壳体(A)和主机外壳体(B)的外形结构均符合流体力学；所述主机外壳体(B)能够背负在穿戴者身上，其内侧结构设计为符合人体工程的结构。