CN107719601A - 一种小型自动化溺水救生设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术、计算机技术以及机械设计制造的技术领域，公开了一种小型自动化溺水救生设备，包括两端开口的防水壳体、位于防水壳体内部的微处理器，所述微处理器通过串口通信连接有固态硬盘和视觉处理器，所述防水壳体的一端端口内设有视觉传感器，视觉传感器与所述视觉处理器相连，另一端端口内设有主水轮推动机；所述防水壳体的两侧对称连接有侧翼壳体，侧翼壳体的内部均设有副水轮推动机；所述防水壳体的外壁上还设有压缩气囊，压缩气囊连接有充气装置；所述微处理器分别与所述视觉处理器和充气装置电连接，且微处理器还电连接有电机驱动模块，解决了现有的救生设备具有无法精确定位、局限性大、使用成本高以及施救受限制的问题。

Description

一种小型自动化溺水救生设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术、计算机技术以及机械设计制造的技术领域，具体地，涉及一种小型自动化溺水救生设备及其控制方法。

背景技术

水中救生是指援救溺水者的应急措施，有间接救生和直接救生两种。前者利用救生圈、救生竿、水下救生手环、救生抛绳器等救生设备进行；后者由救生员入水，运用救生技术将溺水者拖带上岸。如溺水者出现喝水、休克等状况，应立即帮助其清除口鼻内异物、排除呼吸道及腹内积水，做人工呼吸与其他护理工作。

现有市场上的水下救生设备以水下救生手环和救生抛绳器为主，现有的水下救生手环和救生抛绳器分别具有以下的缺点：

1.水下救生手环通过将其内部的压缩气囊进行充气膨胀，以给溺水者提供漂浮力的作用，虽然水下救生手环具有轻便、救生有效的优点，但是必须下水者提前佩戴，容易在下水之前遗忘携带水下救生圈，再者由于成本较高难以普及，并且发生意外的情景下，无法保证溺水者携带了救生手环或者能够正确及时打开水下救生环，导致其使用具有一定局限性；

2.救生抛绳器，抛绳器是配备海船上，应急情况下使用的救生设备，每个抛绳器中弹头和抛射绳组成整体的组件，装在防水的外壳中：救生抛绳器对实施救生的距离有一定限制；对操作者也有一定技术要求，必须准确射击到落水人员附近，否则，可能导致对落水人员产生一定伤害性，在实际使用过程中，有很大的操作误差性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种小型自动化溺水救生设备及其控制方法以达到对溺水者可提供高精确度定位、施救无距离限制以及使用方法简单易操作的目的，解决了现有的救生设备具有无法精确定位、局限性较大、使用成本高以及施救距离受限制的问题。

为了实现上述技术效果，本发明所提供的技术方案是：一种小型自动化溺水救生设备，包括两端开口的防水壳体、位于防水壳体内部的微处理器，所述微处理器通过串口通信连接有固态硬盘和视觉处理器，所述防水壳体的一端端口内设有视觉传感器，视觉传感器与所述视觉处理器相连，且该端口上密封装配有与视觉传感器相对应的透明罩壳，另一端端口内设有主水轮推动机；所述防水壳体的两侧对称连接有侧翼壳体，侧翼壳体的内部均设有副水轮推动机；所述防水壳体的外壁上还设有压缩气囊，压缩气囊连接有充气装置；所述微处理器分别与所述视觉处理器和充气装置电连接，且微处理器还电连接有电机驱动模块，电机驱动模块分别与主水轮推动机和副水轮推动机相连。

进一步地，所述主水轮推动机和副水轮推动机均包括驱动电机、连接于驱动电机输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨分别位于所述防水壳体和侧翼壳体的开口端。

进一步地，所述充气装置包括位于防水壳体内部的压缩气罐、电控阀，所述压缩气罐的出气端口与压缩气囊的进气端口之间通过管道连通，且管道上设有所述电控阀，电控阀与所述微处理器电连接。

进一步地，所述压缩气罐的内部装有氮气或者二氧化碳气体。

进一步地，所述管道密封连接于所述防水壳体的外壁上。

进一步地，所述电机驱动模块包括第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块，所述第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块均与所述微处理器相连；所述第一电机模块和第二电机模块分别与两侧的副水轮推动机电连接，第三电机模块与所述主水轮推动机电连接。

进一步地，所述视觉传感器为激光雷达。

进一步地，所述微处理器还连接有对其供电的电源模块，电源模块配设有启闭开关。

一种小型自动化溺水救生设备的控制方法，应用于上述所述的小型自动化溺水救生设备，其控制方法如下：

(1)将视觉传感器对准溺水者的位置并将小型自动化溺水救生设备置入水中；

(2)通过视觉传感器采集图像信息并缓存至所述固态硬盘中，视觉处理器通过定位算法分析图像信息以确定溺水者的图像坐标位置信息，图像坐标位置信息反馈至微处理器，微处理器通过路径规划算法分析图像坐标位置信息以确定行走路径方案；

(3)微处理器通过处理行走路径方案后控制电机驱动模块，电机驱动模块分别控制对应的主水轮推动机和副水轮推动机的运行速率以推动小型自动化溺水救生设备按路径行走；

(4)通过视觉传感器内置的深度视觉模块进行测距，当视觉传感器与溺水者之间的距离小于0.5m时，反馈至微处理器，微处理器控制充气装置对压缩气囊进行充气。

进一步地，所述步骤(2)中的视觉处理器中配置有承载SLAM算法的处理芯片，通过SLAM算法以完成对溺水者的定位。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

1.本申请的视觉传感器可实现精准定位落水者，对操作者没有任何技术要求，只需要开启设备的启闭开关，通过视觉传感器对溺水者进行精确定位，确定行走路径方案后移动至落水者附近时进行气囊释放，相对抛绳器的射击方法更加有效稳定和安全；

2.对使用距离没有限制，由于是采用独立系统，不依赖使用者的通信距离，理论上可以进行视觉传感器最大检索范围的追踪；

3.本申请的使用方法简便，本身不具有危险性，可放置在溺水频发地点，救生人员可以进行远距离解密使用，确保无人破坏的情况下，也可以作为公益用途，任何发现溺水的路人均可以使用，救生抛绳器需要救生人员携带至落水发生地点，总体而言，该设备提高溺水救援的效果和速度，有效降低救生人员失事的风险。

附图说明

图1是本发明提供的小型自动化溺水救生设备的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细介绍，以下文字的目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明可按照如下方式实施，一种小型自动化溺水救生设备，包括两端开口的防水壳体1、位于防水壳体1内部的微处理器2，所述微处理器2通过串口通信连接有固态硬盘和视觉处理器，所述防水壳体1的一端端口内设有视觉传感器3，视觉传感器3与所述视觉处理器相连，且该端口上密封装配有与视觉传感器3相对应的透明罩壳4，透明罩壳4与所述视觉传感器3的图像采集镜头相互对准，确保能够采集溺水者的环境图像信息，另一端端口内设有主水轮推动机7，通过运行主水轮推动机7以对整体救生设备提供移动的动力引擎；所述防水壳体1的两侧对称连接有侧翼壳体5，侧翼壳体5的内部均设有副水轮推动机8，通过调节两侧的副水轮推动机8的运行速率，到达对整体救生设备移动方向的调整，保证其能够按照确定的路径方案进行运动，以及时达到溺水者的定位位置处；所述防水壳体1的外壁上还设有压缩气囊6，压缩气囊6连接有充气装置，当救生设备到达溺水者的定位位置处时，压缩气囊6在充气装置的作用下发生膨胀，从而产生较大的浮力，可将溺水者从水中托起以起到救生的作用；所述微处理器2分别与所述视觉处理器和充气装置电连接，且微处理器2还电连接有电机驱动模块，电机驱动模块分别与主水轮推动机7和副水轮推动机8相连，电机驱动模块分别对主水轮推动机7和副水轮推动机8提供控制信号。作为优选的，所述防水外壳的内部固定连接有支架板9，支架板9上固定有上述的微处理器2、固态硬盘、视觉处理器以及电机驱动模块。

所述透明罩壳4与所述防水壳体1的端部之间通过螺纹连接的方式固定，且透明罩壳4与防水壳体1之间设有防水密封圈，防水密封圈保证整体设备的防水性能。

所述主水轮推动机7和副水轮推动机8均包括驱动电机、连接于驱动电机输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨分别位于所述防水壳体1和侧翼壳体5的开口端，所述防水壳体1和侧翼壳体5的开口端上分别设有与其相匹配的封盖，封盖通过密封装配的方式设置于所述防水壳体1和侧翼壳体5的开口端内部，封盖上转动设置有所述驱动电机的输出轴，输出轴上连接有所述螺旋桨，螺旋桨与水之间产生向前的推动作用力。

由于防水壳体1的两端均处于密封的状态，可实现防水壳体1漂浮于水面上形成类似于船体的效果，且防水壳体1的后端部在主水轮推动机7的重力作用下，保证其螺旋桨能够接触到水面产生向前的推动力。

所述充气装置包括位于防水壳体1内部的压缩气罐、电控阀，所述压缩气罐的出气端口与压缩气囊6的进气端口之间通过管道连通，且管道上设有所述电控阀，电控阀与所述微处理器2电连接，即电控阀的控制端与所述微处理器2的输出端相连。作为优选的，所述压缩气罐的内部装有氮气或者二氧化碳气体，当电控阀受微处理器2的控制信号开启时，压缩气罐内部的气体迅速冲入至所述压缩气囊6内，膨胀的压缩气囊6可产生较大的漂浮力；所述管道密封连接于所述防水壳体1的外壁上，管道的端口伸出所述防水外壳，管道的端口为压缩气囊6提供大量的气体输入。

所述电机驱动模块包括第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块，所述第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块均与所述微处理器2电连接；所述第一电机模块和第二电机模块分别与两侧的副水轮推动机8电连接，第三电机模块与所述主水轮推动机7电连接，第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块分别接收到所述微处理器2的控制信息，以进一步控制主水轮推动机7和副水轮推动机8中驱动电机的运行速率，根据不同的运行速率能够调整救生设备的运动路径。

所述视觉传感器3为激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，同样能够完成对溺水者的精确定位。

所述微处理器2还连接有对其供电的电源模块，电源模块配设有启闭开关；所述电源模块包括蓄电池、与蓄电池相连的电源输出电路，以对设置于放水壳体内部的各个电子元件供电；所述电源模块位于防水壳体1内，且与主水轮推动机7相对的一端端部，起到重力平衡的作用，防止主水轮推动机7重力过大，导致防水壳体1在水中的平衡性得不到保证。

作为优选的，所述启闭开关包括按钮开关和电控开关，所述按钮开关和电控开关之间相并联连接，且并联的两端串接连接于微处理器2和电源模块之间；所述电控开关连接有远程通信模块，远程通信模块通信连接有后台服务器，后台服务器可发出控制指令并传输至远程通信模块，远程通信模块实现对电控开关的控制；所述电控开关采用继电器。

作为优选的，所述压缩气囊6的外壁通过粘接的方式固定于所述防水外壳上，当压缩气囊6受到充气装置进行充气后，能够迅速膨胀，由于只是粘接压缩气囊6外壁的小部分，不会阻碍压缩气囊6能够迅速膨胀。

一种小型自动化溺水救生设备的控制方法，应用于上述所述的小型自动化溺水救生设备，其控制方法如下：

(1)将视觉传感器3对准溺水者的位置并将小型自动化溺水救生设备置入水中；

(2)通过视觉传感器3采集图像信息并缓存至所述固态硬盘中，视觉处理器通过定位算法分析图像信息以确定溺水者的图像坐标位置信息，图像坐标位置信息反馈至微处理器2，微处理器2通过路径规划算法分析图像坐标位置信息以确定行走路径方案；

(3)微处理器2通过处理行走路径方案后控制电机驱动模块，电机驱动模块中的第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块分别控制对应的主水轮推动机7和副水轮推动机8的运行速率，以推动小型自动化溺水救生设备按路径行走，保证小型自动化溺水救生设备能够及时达到溺水者的位置附近；

(4)通过视觉传感器3内置的深度视觉模块进行测距，当视觉传感器3与溺水者之间的距离小于0.5m时，视觉传感器3通过视觉处理器将测距信息反馈至微处理器2，若测距信息到达预设的范围临界值，微处理器2便会控制充气装置对压缩气囊6进行充气。

作为优选方式，所述步骤(2)中的视觉处理器中配置有承载SLAM算法的处理芯片，通过SLAM算法以完成对溺水者的定位。

任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种小型自动化溺水救生设备，其特征在于，包括两端开口的防水壳体、位于防水壳体内部的微处理器，所述微处理器通过串口通信连接有固态硬盘和视觉处理器，所述防水壳体的一端端口内设有视觉传感器，视觉传感器与所述视觉处理器相连，且该端口上密封装配有与视觉传感器相对应的透明罩壳，另一端端口内设有主水轮推动机；所述防水壳体的两侧对称连接有侧翼壳体，侧翼壳体的内部均设有副水轮推动机；所述防水壳体的外壁上还设有压缩气囊，压缩气囊连接有充气装置；所述微处理器分别与所述视觉处理器和充气装置电连接，且微处理器还电连接有电机驱动模块，电机驱动模块分别与主水轮推动机和副水轮推动机相连。

2.根据权利要求1所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述主水轮推动机和副水轮推动机均包括驱动电机、连接于驱动电机输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨分别位于所述防水壳体和侧翼壳体的开口端。

3.根据权利要求1所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述充气装置包括位于防水壳体内部的压缩气罐、电控阀，所述压缩气罐的出气端口与压缩气囊的进气端口之间通过管道连通，且管道上设有所述电控阀，电控阀与所述微处理器电连接。

4.根据权利要求3所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述压缩气罐的内部装有氮气或者二氧化碳气体。

5.根据权利要求3所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述管道密封连接于所述防水壳体的外壁上。

6.根据权利要求1所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述电机驱动模块包括第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块，所述第一电机模块、第二电机模块以及第三电机模块均与所述微处理器相连；所述第一电机模块和第二电机模块分别与两侧的副水轮推动机电连接，第三电机模块与所述主水轮推动机电连接。

7.根据权利要求1所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述视觉传感器为激光雷达。

8.根据权利要求1所述的小型自动化溺水救生设备，其特征在于，所述微处理器还连接有对其供电的电源模块，电源模块配设有启闭开关。

9.一种小型自动化溺水救生设备的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任意一项所述的小型自动化溺水救生设备，其控制方法如下：

(1)将视觉传感器对准溺水者的位置并将小型自动化溺水救生设备置入水中；

(2)通过视觉传感器采集图像信息并缓存至所述固态硬盘中，视觉处理器通过定位算法分析图像信息以确定溺水者的图像坐标位置信息，图像坐标位置信息反馈至微处理器，微处理器通过路径规划算法分析图像坐标位置信息以确定行走路径方案；

(3)微处理器通过处理行走路径方案后控制电机驱动模块，电机驱动模块分别控制对应的主水轮推动机和副水轮推动机的运行速率以推动小型自动化溺水救生设备按路径行走；

(4)通过视觉传感器内置的深度视觉模块进行测距，当视觉传感器与溺水者之间的距离小于0.5m时，反馈至微处理器，微处理器控制充气装置对压缩气囊进行充气。

10.根据权利要求9所述的小型自动化溺水救生设备的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的视觉处理器中配置有承载SLAM算法的处理芯片，通过SLAM算法以完成对溺水者的定位。