CN112407192A - 一种水上智能救援机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水上智能救援机器人，包括机器人本体和遥控***，其特征是：机器人本体包括U形壳体和双面喷水动力装置，双面喷水动力装置包括置于U形壳体内腔的控制器、电池和双面推进机构，双面推进机构包括Y型吸水套、螺旋桨、重力挡板和电机，Y型吸水套上臂设有上进水口，下臂设有下进水口，Y型吸水套双臂的上下进水口分别销接有重力挡板，电机通过联轴器与主轴连接，主轴通过轴承支撑在Y型吸水套的中央，主轴末端键接有螺旋桨，推进机构完成救援机器人的前进、左转、右转动作，电机与控制器和电池连接，U形壳体尾部设有O形锁扣机构。有益效果：解决了水面快速救援问题，能够实现水上无人救援作业，尽量避免水面安全事故的发生。

Description

一种水上智能救援机器人

技术领域

本发明属于水上救援设备技术，尤其涉及一种水上智能救援机器人。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，近几年的“旅游热”成为一道风景线，夏季海边、水上游乐场等场所成为人们青睐的地方，由此引发的水上安全事故频繁发生。此外，近年来由于洪涝灾害严重，消防部队承担的营救落水人员、解救围困群众、抢救国家和群众财产等救援任务也日益繁重。目前使用的传统救援设备如救生圈、救生艇等在很大程度上制约了消防部队水域救援工作的开展，从而威胁到消防救援人员的生命安全。

水上救生设备是水域救生的重要设备，目前市面上的救援装备，大体可分为三种：其一是以船艇为主的救援设施，该救援装置具有工作量大，打捞救援范围广等优点，但是反应速度慢，救援时间长；其二为抛掷器型救援装置，该产品质量轻、体积小、便于携带，但是救援范围有限，对环境的适应性差，保养繁琐；其三是传统的救生圈，该设备对环境的适应性强、应用范围广，但可控距离短。目前，现有技术也在推出一种针对救生圈的改进救援设备。例如:专利授权公告号为CN 207725588U的专利文献公开一种水上航行器，包括浮体以及至少两个喷水推进装置；所述浮体的体积与质量之比小于水的密度；所述浮体具有多个连接部，所述连接部的数量与所述喷水推进装置的数量相同；每个所述连接部均与一个所述喷水推进装置相连；所述水上航行器具有第一触水面和第二触水面；所述水上航行器处于水中时，所述第一触水面和第二触水面中的一个触水面朝向水面内侧，另一个触水面朝向水面外侧；所述喷水推进装置具有多个进水口，所述多个进水口中的一部分进水口位于所述第一触水面，另一部分位于所述第二触水面。专利授权公告号为CN 210734463 U的专利文献公开了一种水上救援设备，其特征在于，所述水上救援设备包括底部船体，所述底部船体包括船身壳体，所述船身壳体形成具有一侧开口的容置腔；所述容置腔内设置有电机组件，所述船身壳体的前端设置有摄像头，所述船身壳体的尾部设置有推进器，所述推进器与所述电机组件动力连接；救援装置，所述救援装置设置于所述船身壳体的所述开口所在的一侧，所述救援装置与所述船身壳体相配合以使所述容置腔形成密封腔，所述救援装置用于在所述水上救援设备使用时浮于水面。专利授权公告号为CN 210284551 U的专利文献公开了一种水面救生装置，其特征在于，包括支架(1)，位于支架(1)两侧设置有浮力棒(2)，支架(1)中部设置有控制盒(5)，控制盒(5)上连接有摄像头(6)，位于支架(1)前端浮力棒(2)之间设置有固定板(7)，固定板(7)上设置有环形可开合装置，所述的开合装置通过电机(8)提供动力。

上述专利技术共同存在救援效率低、适用范围窄、环境适应能力差、自动化程度低等缺点，目前水上救援设备领域亟待开发一种实现水上无人救援作业的水上智能救援机器人。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种水上智能救援机器人，解决了水面快速救援问题，能够实现水上无人救援作业，尽量避免水面安全事故的发生。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种水上智能救援机器人，包括机器人本体和遥控***，其特征是：所述机器人本体包括U形壳体和双面喷水动力装置，所述双面喷水动力装置包括置于U形壳体内腔的控制器、电池和双面推进机构，所述双面推进机构对称置于U形壳体两侧U臂内，所述双面推进机构包括Y型吸水套、螺旋桨、重力挡板和电机，所述Y型吸水套上臂设有上进水口，下臂设有下进水口，Y型吸水套双臂的上下进水口分别销接有重力挡板，所述电机通过联轴器与主轴连接，所述主轴通过轴承支撑在Y型吸水套的中央，所述主轴末端键接有螺旋桨，并构成双面推进机构，推进机构完成救援机器人的前进、左转、右转动作，所述电机与控制器和电池连接，所述U形壳体尾部设有O形锁扣机构，起到锁住被救人员作用。

所述O形锁扣机构包括第一、二弹簧、电机、锁圈和锁销，所述第一、二弹簧均挂接在U形壳体左侧U臂内，所述锁圈端部设有凹槽，所述锁销置于凹槽内，所述电机键接有凸轮，所述凸轮与锁销底部触接，所述电机与红外传感器和船体上部的压力传感器连接，传感器与控制器连接。

所述控制器包括无线遥控装置和远程操控信号接收器，远程操控信号接收器用来接收远程操控信号，无线遥控装置与电调的配合控制电机以及转向控制机构完成前进、左转、右转动作。

所述转向控制机构包括星形舵盘、拉杆和导向舵，所述星形舵盘通过拉杆与导向舵连接，所述转向控制机构安装在双面推进装置侧面。

所述U形壳体的U形臂与壳体头部连接位置的两侧设有引流槽，水流从引流槽中流过，起到减少阻力作用。

所述U形壳体的头部设有检修口。

所述U形壳体的头部及两侧U形臂之间内侧形状呈大圆弧结构。

所述U形壳体的头部及两侧U形臂上分别设有安全把手。

所述U形壳体外表面设有发光层。

有益效果：与现有技术相比，水上救援多采用人工施救的方式，在救援过程中，待救人员往往会因为本能而抓紧救援人员，从而增加救援风险；而在水上环境复杂时也会威胁救援人员的安全。本发明的水上救援智能化救援设备，解决了水面快速救援问题，能够实现水上无人救援作业，尽量避免水面安全事故的发生。救援人员通过远程操控将溺水人员带到安全地带，以达到最理想的救援效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是双面推进机构的结构示意图；

图3是推进器下吸水推进的工作状态示意图；

图4是推进器上吸水推进的工作状态示意图

图5是Y型吸水套的立体结构示意图；

图6是O形锁扣的结构连接示意图；

图7是O形锁扣的局部放大结构示意图；

图8是本发明外观示意图；

图9是转向控制机构的结构示意图。

图中：1、机器人本体，2、U形壳体，3、双面喷水动力装置，4、控制器，5、双面推进机构，6、Y型吸水套，6-1、上进水口，6-2、下进水口，7、螺旋桨，8、重力挡板，9、电机，10、联轴器，11、主轴，12、轴承，13、O形锁扣机构，13-1、13-2、第一、二弹簧，13-3、电机，13-4、锁圈，13-5、锁销，13-6、凹槽，13-7、凸轮，14、检修口，15、安全把手，16、引流槽，17、星形舵盘，18、拉杆，19、导向舵,20、导流口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

详见附图，本实施例提供了一种水上智能救援机器人，包括机器人本体1和遥控***(图中未示)，所述机器人本体包括U形壳体2和双面喷水动力装置3，所述双面喷水动力装置包括置于U形壳体内腔的控制器4、电池和双面推进机构5，所述双面推进机构对称置于U形壳体两侧U臂内；

详见附图5、9，所述双面推进机构包括Y型吸水套6、螺旋桨7、重力挡板8和电机9，所述Y型吸水套上臂设有上进水口6-1，下臂设有下进水口6-2，Y型吸水套双臂的上下进水口分别销接有重力挡板8，所述电机通过联轴器10与主轴11连接，所述主轴通过轴承12支撑在Y型吸水套的中央，所述主轴末端键接有螺旋桨，并构成双面推进机构，推进机构完成救援机器人的前进、左转、右转动作，与双面推进装置配合有转向控制机构，转向控制机构安装在双面推进装置侧面，由星形舵盘17、拉杆18和导向舵19组成。工作时，无线遥控装置的枪控手柄上方方向盘远程控制星形舵盘做旋转运动，从而带动拉杆前后移动，使导向舵控制导流口20方向移动，进而改变船体行进方向。例如：需要左转弯时，只需要旋转枪控手柄使船体导流口向右移动即可实现。如需快速调头，可采取控制一侧导流口改变方向即可。

所述电机与控制器和电池连接，所述控制器包括无线遥控装置和远程操控信号接收器，远程操控信号接收器用来接收远程操控信号，无线遥控装置与电调以及转向控制机构的配合控制电机完成前进、左转、右转动作。所述U形壳体的头部设有检修口14。所述U形壳体的头部及两侧U形臂之间内侧形状呈大圆弧结构。所述U形壳体的头部及两侧U形臂上分别设有安全把手15。所述U形壳体外表面设有发光层(图中未示)。

详见附图6、本实施例的优选方案是，所述U形壳体尾部设有O形锁扣机构13，起到锁住被救人员作用。所述O形锁扣机构包括第一、二弹簧13-1、13-2、电机13-3、锁圈13-4和锁销13-5，所述第一、二弹簧均挂接在U形壳体左侧U臂内，所述锁圈端部设有凹槽13-6，所述锁销置于凹槽内，所述电机键接有凸轮13-7，所述凸轮与锁销底部触接，所述电机与红外传感器和船体上部的压力传感器连接，传感器与控制器连接。电机接收安装于船体尾部内测的红外传感器和船体上部压力传感器的双重控制，常态下，第一弹簧处于压缩状态，第二弹簧在电机的作用下处于拉伸状态，锁销位于凹槽内部。当被救人员趴伏于船体上时，在其重力作用下，压力传感器发出信号。同时，红外传感器检测到被救人员体温，发出启动信号。在压力传感器和红外传感器的双重控制下，电机带动凸轮转动将锁销释放，锁销在第二弹簧的作用下将其脱离凹槽，在第一弹簧弹力作用下，锁圈伸出船体，扣至另一侧船体，将被救人员包围起来，保证被救人员的安全。当被救人员安全到岸后，只需人工将锁圈压回，锁销卡入凹槽即可实现O形锁扣复位。

本实施例的优选方案是，所述U形壳体的U形臂与壳体头部连接位置的两侧设有引流槽16，水流从引流槽中流过，起到减少阻力作用。

结合附图对本实施例产品的实体结构进一步说明

详见附图1，产品为U型设计，U形壳体采用聚乙烯材料通过滚塑工艺进行生产加工。前端装有一个控制器用来接收远程操控信号，控制器两侧装有蓄电池，船体两侧配备双面推进器，推进器由Y型吸水套、螺旋桨、重力挡板和电机组成。两侧配备双螺旋桨，双桨推动提高了智能救援机器人的速度，增强了载重推进能力。使用时，依靠无线遥控装置与电调的配合控制电机工作，完成前进、左转、右转动作；利用重力挡板完成双面转换工作，可在复杂恶劣的救援情况下完成救援工作。产品的核心技术主要包括：双面推进设计、U形锁扣、减阻船体、精准电量显示、单开孔防水、U型半包裹设计、人性化把手设计、发光船体等。采用强劲动力直流无刷电机。智能救援机器人配备无刷电机，高额转速保证了智能救援机器人可以快速完成救援工作。为保证智能救援机器人可以在救援工作中，稳定可靠的载人运行，智能救援机器人选用的电机还满足大转矩的要求，以应对突发情况的发生。双桨推动更是提高了智能救援机器人的速度，增强了载重推进能力。)采用三元锂电池续航能力强：智能救援机器人的动力源为大容量锂电池，锂电池可以充电循环使用，锂电池的使用时间寿命很长，一只锂电池使用寿命如果不发生意外的情况下可以使用6年以上，长达9年。正常的使用次数在1000次以上。如果不发生意外使用次数可以达到1500次以上。锂电池的输出功率大，自放电低，且无记忆效应，锂电池自身具备高功率承受力，锂电池可以达到15-30C充放电的高效应能力，以便智能救援机器人上的高强度启动加速。满足救援时的高速性。

详见附图2，双面推进机构由螺旋桨、重力挡板等组成。采用双面吸水结构，推进装置采用重力挡板完成双面转换工作，无需人力辅助即可完成转换。经过多次实验，重力挡块已经成功配型，可以灵活转换，并在挡板上设置密封圈，让双面推进机构更加可靠。

详见附图3、4，双面推进机构采用重力挡板1完成正反面工作的转换，当底面工作时，顶面的重力挡板会受重力的作用落下将顶面的吸水口堵住。挡板有1毫米厚的软橡胶，可以使得重力挡板与装置内壁紧密贴合，避免顶部空气的进入，影响工作效率。底面水流的流动压力使重力挡板紧紧地贴附在装置的内壁上；双面推进机构的进水口处为助于水流流通的流道，使得水流可以顺畅的流通，减少水阻；出水口处为增压水口，可加大出水压力，提高智能救援机器人的航行速度。

双面推进机构的工作过程

1、重力挡板工作状态：当双面喷水动力装置处于工作状态时，上挡板通过自身重力下移将上进水口堵住，同时下挡板也通过自身重力下移将下进水口打开；

2、下进水口工作过程，螺旋桨工作时，上挡板将上进水口堵住，防止空气的进入，下挡板打开，水流从下进水口吸入从出水口喷出，为智能救援机器人提供推进动力；

3、上进水口工作过程，当智能救援机器人反面工作时，原先的下挡板受自身重力将下进水口堵住，防止空气的进入，原先的上挡板打开，水流从上进水口吸入从出水口喷出，为智能救援机器人提供推进动力；

4、直线航行过程，智能救援机器人在需要直线航行时扳动遥控的油门开关，救援机器人内部的信号接收器接收信号，由电调处理信号，电调将指令传输给电机，电机执行命令(两个电机同时运行，推动救援机器人直线航行)；

右转过程，通过旋转遥控器上的方向盘，左侧的电机运行，右侧的电机停止运行，救援机器人完成右转弯工作；

左转过程，通过旋转遥控器上的方向盘，如图所示，右侧的电机运行，左侧的电机停止运行，救援机器人完成左转弯工作。

详见附图7，本实施例产品外表面的设计，其中包括：

1、减阻设计

智能救援机器人两侧设有引流槽4，当行进时U型头抬起，水流从引流槽中流过，减少阻力，提高速度，并且能够保持前进方向；

2、精准电量显示

液晶显示屏5配置在船体前端，具有一定的抗压能力及防水性，可以精准显示电池的健康情况及电池所剩余电量。电量显示功能：本发明具有电量显示功能，可随时查看设备电量情况。我们将防水的电量显示器并入电路***中，用来显示电池的电量。快速充电功能：电池的充电方式采用平衡端充电，不但可以加快充电速度，达到快速充电的目的，平衡端也能对充电过程中的安全问题做出保障，平衡端充电可以快速均衡的对电池进行充电，当电池充满之后，平衡端的电压与电池内部电压达到平衡，不再充电。

3、单开孔模式

单开孔6用于检修、更换蓄电池等操作，单一的开孔设计，可以提高产品密封性。

4、U型半包裹设计

船体设计符合人体构造学设计，U型内侧做了大圆弧设计，被救人员被救后趴在智能救援机器人U型头上，胸贴U型内侧，符合人体构造，减少不适感。

5、人性化把手设计

在船体外侧设有四个安全把手7，在救援过程中，被救援人员在任何姿势，任何情况下均可抓住把手，缩短救援时间。壳体两侧设有前把手和后把手，前把手根据人体最佳抓握位置，定位设计，提高被救人员的安全感。后把手用于在人落水时智能救援机器人开动到人身边，利于被救人员快速抓把，缩短救援时间。壳体表面的棱角处都做了圆弧处理，避免在救援当中碰伤被救者。前上端盖跟前下端盖与壳体连接使用大螺纹连接，提高密封效果。

6、发光船体设计

产品采用“滚塑”工艺与“注塑”工艺配合使用的加工方式进行加工，将夜光颜料添加到制作工程中，制作出夜光系列产品，确保在夜间也能顺利完成救援任务。

7、无线遥控：无线遥控器不受控制位置限制，可任意移动到安全位置或避开不利环境点。可以在危险的救援情况中保证救援人员自身的安全，减少救援事故的发生。为了满足在更为复杂的救援情况下完成救援工作，本发明对遥控器进行了改进，让遥控器在单手操作的情况下也能灵活的转弯，实施救援，在大风浪环境下解放出来的手可以抓握护栏保证自身安全。无线接收器与遥控器的配合使用可以远距离操控智能救援机器人，遥控距离能达到1000米，满足在肉眼可视范围内的水面救援。

工作原理及工作过程

当有落水人员需要施救时，救援人员按下壳体上的救援开关，将救援机器人抛出，通过遥控器可远程操控其到达被救援人员身边。通过传感0型锁触发，将被救援人员固定到产品上，救援人员通过远程操控将溺水人员带到安全地带，以达到最理想的救援效果。水上智能救援机器人操作简单，当需执行救援任务时，启动设备，然后抛入水中(可以从船上、岸上或者飞机上投掷)，推进器吸水口挡板在重力的作用下上挡板关闭下挡板打开，通过远程遥控操作发出指令后，控制电机带动推进器喷水推动机器人前进。当机器人到达被救援人员身边时，被救援人员进入载人范围内，传感装置输出电平信号给控制器，控制器控制0型锁关闭，将被救援人固定到机器人上，保证了被救援人员的安全。当被救援人员被固定后，救援人员通过远程操控即可将落水人员准确安全地救回。

救援机器人配置的转向控制***可以控制救援方向，实现直线航行、右转、左转全过程。直线航行时，扳动遥控的油门开关，救援机器人内部的信号接收器接收信号，由电调处理信号，电调将指令传输给电机，电机执行命令(两个电机同时运行，推动救援机器人直线航行)。右转过程时，通过旋转遥控器上的方向盘，左侧的电机运行，右侧的电机停止运行，救援机器人完成右转弯工作。左转过程时，通过旋转遥控器上的方向盘，右侧的电机运行，左侧的电机停止运行，救援机器人完成左转弯工作。

本实施例产品长1000mm，宽900mm，厚200mm，实物质量9kg；空载航速8m/s，承载100kg以下人员航速可达4m/s；空载航时可运行30-40分钟，载人航行15-20分钟。

上述参照实施例对该一种水上智能救援机器人进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水上智能救援机器人，包括机器人本体和遥控***，其特征是：所述机器人本体包括U形壳体和双面喷水动力装置，所述双面喷水动力装置包括置于U形壳体内腔的控制器、电池和双面推进机构，所述双面推进机构对称置于U形壳体两侧U臂内，所述双面推进机构包括Y型吸水套、螺旋桨、重力挡板和电机，所述Y型吸水套上臂设有上进水口，下臂设有下进水口，Y型吸水套双臂的上下进水口分别销接有重力挡板，所述电机通过联轴器与主轴连接，所述主轴通过轴承支撑在Y型吸水套的中央，所述主轴末端键接有螺旋桨，并构成双面推进机构，推进机构完成救援机器人的前进、左转、右转动作，所述电机与控制器和电池连接，所述U形壳体尾部设有O形锁扣机构，起到锁住被救人员作用。

2.根据权利要求1所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述O形锁扣机构包括第一、二弹簧、电机、锁圈和锁销，所述第一、二弹簧均挂接在U形壳体左侧U臂内，所述锁圈端部设有凹槽，所述锁销置于凹槽内，所述电机键接有凸轮，所述凸轮与锁销底部触接，所述电机与红外传感器和船体上部的压力传感器连接，传感器与控制器连接。

3.根据权利要求1所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述控制器包括无线遥控装置和远程操控信号接收器，远程操控信号接收器用来接收远程操控信号，无线遥控装置与电调的配合控制电机以及转向控制机构完成前进、左转、右转动作。

4.根据权利要求3所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述转向控制机构包括星形舵盘、拉杆和导向舵，所述星形舵盘通过拉杆与导向舵连接，所述转向控制机构安装在双面推进装置侧面。

5.根据权利要求1所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述U形壳体的U形臂与壳体头部连接位置的两侧设有引流槽，水流从引流槽中流过，起到减少阻力作用。

6.根据权利要求1或5所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述U形壳体的头部设有检修口。

7.根据权利要求6所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述U形壳体的头部及两侧U形臂之间内侧形状呈大圆弧结构。

8.根据权利要求7所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述U形壳体的头部及两侧U形臂上分别设有安全把手。

9.根据权利要求8所述的水上智能救援机器人，其特征是：所述U形壳体外表面设有发光层。

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