CN108341037A - 潜水式救生机器人 - Google Patents

Abstract

潜水式救生机器人，具体地说是采用了声呐技术与无线电技术的一种救生机器人，属于电子科技领域。是由固定主体、运动主体、多方向旋转螺旋桨结构、定位钥匙组成的。该发明的有益之处是：针对落水救生机器人方面，该发明提供了一种更智能、更安全、更及时的救生方案，潜水式救生机器人工作时不需要人工操作，同时，潜水式救生机器人的救生路线绝大部分位于水下，避开了水面或浅水层这些未知障碍物较多的地方。

Description

潜水式救生机器人

技术领域

本发明涉及潜水式救生机器人，具体地说是采用了声呐技术与无线电技术的一种救生机器人，属于电子科技领域。

背景技术

随着机器人技术的发展，目前人们已经设计出了可以通过人工操作来进行救援的水上救生机器人，但是由于救生机器人在许多方面需要由人进行具体操控，这为紧急情况下的救生提出了许多过高的要求，例如，操作者务必十分熟练救生机器人的使用方式。外加救生机器人只能在水面上或在浅水层中运动，但由于水面上或在浅水层中往往会存在许多障碍物，这为救生机器人的运动带来许多的不安全因素。为了实现快速在紧急情况下的救生行动，需要更加智能的救生机器人，并尽可能避开将救生路线选定在水面上或在浅水层中(这些未知障碍较多的地方)，但目前市场上没有该类装置。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了潜水式救生机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：潜水式救生机器人是由固定主体、运动主体、多方向旋转螺旋桨结构、定位钥匙组成的，所述的固定主体具有指示灯、供电线和数据线通道、声波探测探头、固定主体外壳、封装板、蓄电池、声呐装置、无线电扫描定位器、单片机控制器、电机一、传动齿轮、传动轴等结构，所述的运动主体具有运动主体外壳、防水橡胶圈、齿轮板等结构，所述的多方向旋转螺旋桨结构具有电机二、电机三、电机四、螺旋桨等结构，所述的定位钥匙具有拨动开关、电池、橡胶圈、无线电信号发射器、密封板等结构，其特征在于：固定主体以固定主体外壳为基础组装，固定主体外壳尾部横截面为拱形，固定主体外壳的尾部部分容积最大，固定主体外壳的底部水平，底部具有四个长方体凸起，用来连接多方向旋转螺旋桨结构，尾部向顶部延伸的部分体积逐渐缩小，延伸部分的外形平缓，固定主体外壳顶部形状为竖直圆柱的一半被顶部与延伸部分交界处的轮廓线横向剖切后的外型，竖直圆柱的底部平行于固定主体外壳的底部，固定主体外壳的设计可以更好地承受水的压力，更好地减小运动过程中水的阻力；指示灯与声波探测探头通过供电线和数据线通道伸出固定主体外壳，指示灯通过供电线和数据线分别与蓄电池和单片机控制器相连，声波探测探头通过供电线和数据线分别与蓄电池和声呐装置相连，蓄电池安装在封装板上，固定主体外壳的延伸部分(从下往上看时)具有一个矩形通道，封装板的外形略大于矩形通道，封装板通过螺丝固定在固定主体外壳上并封闭矩形通道，封装板与固定主体外壳贴合紧密且不留空隙，当机器人中内部蓄电池电量过低时，通过拆装封装板实现取出蓄电池并为蓄电池充电的过程；固定主体外壳的延伸部分的内部空间用来安放蓄电池，多数的内部用电器安装在固定主体外壳的尾部部分的内部空间内，最靠近固定主体外壳延伸部分的位置安装有声呐装置和无线电扫描定位器，其中声呐装置顶部通过供电线和数据线通道与声波探测探头相连，声呐装置和无线电扫描定位器均通过数据线与单片机控制器相连，使得声呐装置和无线电扫描定位器接收到的信息均可以传入单片机控制器；单片机控制器安装于固定主体外壳尾部部分的内部空间的中间位置，单片机控制器旁边安装有电机一和传动齿轮，传动齿轮通过传动轴与电机一相连，传动齿轮固定在传动轴外表面上，传动轴固定在电机一的侧面，电机一通过传动轴带动传动齿轮旋转，传动轴和电机一被固定主体外壳内部的多个长方体结构举高，其中，传动轴与长方体结构采用间隙配合，两者之间通过添加润滑剂减小摩擦，电机一被固定在长方体结构上，电机一和传动齿轮在工作时处于固定的空间位置；固定主体外壳的尾部拱形通道处与运动主体相连，运动主体以运动主体外壳为安装基础，运动主体外壳外型同样为拱形，其大小略小于固定主体外壳尾部横截面的内表面的拱形轮廓(最小的拱形)，运动主体外壳的底部水平，防水橡胶圈固定在运动主体外壳外部表面上，防水橡胶圈总共有五圈，每一圈防水橡胶圈均完整环绕运动主体外壳，齿轮板安装在运动主体外壳内部表面上，齿轮板上的齿轮与传动齿轮上的齿轮啮合，通过电机一提供动力带动传动齿轮旋转，并使得运动主体在齿轮板的带动下伸入或探出固定主体，进而减少或增加潜水式救生机器人的排水体积，改变机器人所受水的浮力大小；多方向旋转螺旋桨结构的顶部为长方体，该长方体与固定主体外壳底部凸起的四个长方体外型相同，总共有四个多方向旋转螺旋桨结构，每个多方向旋转螺旋桨结构均通过其顶部的长方体与固定主体外壳底部凸起的长方体连接在一起，进而固定在固定主体上；顶部的长方体上连接着电机二，通过电机二的旋转实现了螺旋桨在电机二所在水平面上的方向的改变，电机二圆面的中心位置上安装有圆柱形状的连接杆，连接杆的顶部挖有矩形通道，用来安装电机三，电机三的两个圆面固定在矩形通道上，电机三的转动部分上安装有矩形连接杆，连接杆的顶部连接着螺旋桨结构，通过电机三的旋转实现了螺旋桨在电机三所在竖直面上的方向的改变，最终，通过调整电机二和电机三的旋转实现了螺旋桨的多方向旋转；螺旋桨通过电机四提供旋转动力；定位钥匙内部安装有无线电信号发射器，无线电信号发射器通过电池供电，通过拨动开关实现无线电信号发射器的开启与关闭，定位钥匙的外壳的底部(从下往上看时)具有一个矩形通道，密封板的外形略大于该矩形通道，密封板通过螺丝固定在定位钥匙的外壳上并封闭该矩形通道，密封板与定位钥匙贴合紧密且不留空隙，当定位钥匙中的电池电量过低时，通过拆装密封板实现电池的更换；本发明的具体使用过程与具体功能以救助海边游泳落水者为例进行介绍。

所述的指示灯可以显示绿色、黄色、红色三种颜色，当机器人处于正常等待状态时，指示灯亮绿灯，表示机器人整体状态良好；当机器人中内部蓄电池电量过低时，指示灯亮黄灯，同时机器人上浮到水面，不再下潜；当机器人与定位钥匙距离在半米内时，指示灯亮红灯，机器人帮助落水人员上浮到水面。

所述的声呐装置与声波探测探头采用声纳技术，声呐装置与声波探测探头可以测量机器人附近的障碍物大小与具体位置，并将收集到的信息通过数据线传入单片机控制器，当无线电扫描定位器接收到求救信号时，单片机控制器将控制声呐装置由待机状态转为工作状态，工作状态时，声呐装置与声波探测探头时刻不停地将机器人附近的障碍物信息传输给单片机控制器；单片机控制器将根据声呐装置所传输的障碍物信息对障碍物进行分类处理，首先对障碍物是否运动进行分类，对于位置固定不变化的障碍物或者速度过于缓慢的障碍物(速度小于四秒一米)，将其判断为不运动的固定的障碍物，对于位置持续变化的障碍物(速度大于等于四秒一米)，将其判断为运动的障碍物，并且通过运动的障碍物的位置变化测量其运动速度并预测两秒内可能的运动轨迹，在救援路径的选择中，避开固定障碍物，并且避开运动障碍物及其两秒内可能的运动轨迹(运动轨迹是指由障碍物运动所产生的空间轨迹，并非线性的运动轨迹)。

所述的无线电扫描定位器与定位钥匙采用无线电技术，每一个潜水式救生机器人负责不同水域(该水域范围小于声呐装置和无线电扫描定位器可以正常工作的水域范围)，每一个潜水式救生机器人中的无线电扫描定位器可以接受任何一个定位钥匙发送的无线电定位信号并完成定位，定位钥匙分发给每一个海边游玩者；无线电扫描定位器在完成定位后，将会把具体的位置信息通过数据线传入单片机控制器。

所述的多方向旋转螺旋桨结构主要具有电机二、电机三、电机四、螺旋桨等结构，电机二、电机三、电机四通过数据线与单片机控制器相连，通过供电线与蓄电池相连，单片机控制器通过改变电机四工作时的转速改变螺旋桨转动速度，从而改变机器人运动速度，单片机控制器通过调节电机二、电机三的旋转进而实现螺旋桨的多方向旋转，单片机控制器中的工作系统，以固定主体外壳顶端部分为前方向，以平行于固定主体外壳底部的水平面划分左右方向建立空间坐标系(俯视或仰视该水平面均可，即左右方向的判定是随意的)，将电机二、电机三旋转时不同角度所对应的螺旋桨的方向存入单片机控制器中的工作系统，如此，单片机控制器可以通过控制螺旋桨的方向，进一步控制机器人的运动方向。

所述的单片机控制器通过数据线与无线电扫描定位器、声呐装置相连，单片机控制器控制着机器人下潜待机时的空间位置的选择，当机器人被投入水中使用时，单片机控制器命令电机一转动，将运动主体尽可能收缩，减少机器人的排水体积，同时调控机器人一边旋转(在水平面上)一边下潜，单片机控制器将根据声呐装置传回的附近障碍物的信息调整机器人的位置，最终，进入水中的机器人将会测量机器人距离海底的距离，保证机器人下潜到距离海底一米左右的位置，之后单片机控制器根据声呐装置传回的附近障碍物位置与大小在机器人所在水平面上调整机器人的空间位置，保证机器人距离障碍物在一米以上；单片机控制器通过无线电扫描定位器获得落水者的具体空间位置，通过该位置计算出机器人需要调整的前进方向，以及机器人与落水者之间的距离大小，当两者之间不存在障碍物时，单片机控制器将把救援路线设定为朝向落水者的直线，并且会根据无线电扫描定位器传回的落水者的位置的改变及时调整该直线的朝向方向，单片机控制器在确定救援路线之后，将会调整螺旋桨结构方向冲向该直线，启动电机四，持续使机器人加速，当机器人与落水者之间的距离还剩两米时，机器人将停止电机四(或者反转电机四)把自身速度降低至四秒一米，该速度将确保机器人与落水者接触时不会发生碰撞危险；当声呐装置传回的障碍物信息中，若有障碍物位于落水者与机器人的直线位置之间时，如果障碍物属于运动障碍物且极短时间(两秒)内将会远离救援的直线位置时，机器人将会低速前进(四秒一米)并等待运动障碍物通过，如果障碍物属于固定障碍物，或者障碍物属于运动障碍物但极短时间(两秒)内无法远离救援的直线位置，那么单片机控制器将会命令电机一转动，伸展运动主体，增加机器人排水体积，调整自身浮力，上浮到不受干扰的水平高度后，再调整自身状态回到悬浮状态，开展救援行动；当机器人与落水者之间的距离将近半米时，单片机控制器控制运动主体伸展，增加机器人所受浮力，托起落水者，指示灯由绿灯转为红灯，提示海边救生员该机器人已经到达救援位置，并等待救生员的进一步行动。

所述的定位钥匙的外壳由人工合成塑料制作而成；所述的防水橡胶圈、橡胶圈均由人工合成橡胶制作而成，其中橡胶圈弹性较大，质地柔软，可以将其用力撑大后佩戴在使用者手腕部位，收紧的橡胶圈不会勒伤使用者手腕，也不会从使用者的手腕处脱落。

该发明的有益之处是，针对落水救生机器人方面，该发明提供了一种更智能、更安全、更及时的救生方案，潜水式救生机器人工作时不需要人工操作，同时，潜水式救生机器人的救生路线绝大部分位于水下，避开了水面或浅水层这些未知障碍物较多的地方。

附图说明

附图1为本发明整体上浮状态时的俯视剖面结构示意图，附图2为本发明整体下潜状态时的俯视剖面结构示意图，图3为本发明的固定主体的仰视结构示意图，图4为本发明的固定主体的俯视剖面结构示意图，图5为本发明的固定主体的电机一与传动齿轮部分的局部结构放大示意图，图6为本发明的多方向旋转螺旋桨结构的结构示意图，图7为本发明的多方向旋转螺旋桨结构的结构示意图，图8为本发明的运动主体的俯视结构示意图，图9为本发明的运动主体的侧面结构示意图，图10为本发明的定位钥匙的俯视结构示意图，图11为本发明的定位钥匙的仰视结构示意图，图12为本发明的定位钥匙的俯视剖面结构示意图，图13为本发明的定位钥匙的内部电路示意图。

图中，1、固定主体，2、运动主体，3、多方向旋转螺旋桨结构，4、指示灯，5、供电线和数据线通道，6、声波探测探头，7、固定主体外壳，8、封装板，9、蓄电池，10、声呐装置，11、无线电扫描定位器，12、单片机控制器，13、电机一，14、传动齿轮，15、传动轴，16、电机二，17、电机三，18、电机四，19、螺旋桨，20、齿轮板，21、运动主体外壳，22、防水橡胶圈，23、定位钥匙，24、拨动开关，25、电池，26、橡胶圈，27、无线电信号发射器，28、密封板。

具体实施方式

潜水式救生机器人是由固定主体1、运动主体2、多方向旋转螺旋桨结构3、定位钥匙23组成的，所述的固定主体1具有指示灯4、供电线和数据线通道5、声波探测探头6、固定主体外壳7、封装板8、蓄电池9、声呐装置10、无线电扫描定位器11、单片机控制器12、电机一13、传动齿轮14、传动轴15等结构，所述的运动主体2具有运动主体外壳21、防水橡胶圈22、齿轮板20等结构，所述的多方向旋转螺旋桨结构3具有电机二16、电机三17、电机四18、螺旋桨19等结构，所述的定位钥匙23具有拨动开关24、电池25、橡胶圈26、无线电信号发射器27、密封板28等结构，其特征在于：固定主体1以固定主体外壳7为基础组装，固定主体外壳7尾部横截面为拱形，固定主体外壳7的尾部部分容积最大，固定主体外壳7的底部水平，底部具有四个长方体凸起，用来连接多方向旋转螺旋桨结构3，尾部向顶部延伸的部分体积逐渐缩小，延伸部分的外形平缓，固定主体外壳7顶部形状为竖直圆柱的一半被顶部与延伸部分交界处的轮廓线横向剖切后的外型，竖直圆柱的底部平行于固定主体外壳7的底部，固定主体外壳7的设计可以更好地承受水的压力，更好地减小运动过程中水的阻力；指示灯4与声波探测探头6通过供电线和数据线通道5伸出固定主体外壳7，指示灯4通过供电线和数据线分别与蓄电池9和单片机控制器12相连，声波探测探头6通过供电线和数据线分别与蓄电池9和声呐装置10相连，蓄电池9安装在封装板8上，固定主体外壳7的延伸部分(从下往上看时)具有一个矩形通道，封装板8的外形略大于矩形通道，封装板8通过螺丝固定在固定主体外壳7上并封闭矩形通道，封装板8与固定主体外壳7贴合紧密且不留空隙，当机器人中内部蓄电池9电量过低时，通过拆装封装板8实现取出蓄电池9并为蓄电池9充电的过程；固定主体外壳7的延伸部分的内部空间用来安放蓄电池9，多数的内部用电器安装在固定主体外壳7的尾部部分的内部空间内，最靠近固定主体外壳7延伸部分的位置安装有声呐装置10和无线电扫描定位器11，其中声呐装置10顶部通过供电线和数据线通道5与声波探测探头6相连，声呐装置10和无线电扫描定位器11均通过数据线与单片机控制器12相连，使得声呐装置10和无线电扫描定位器11接收到的信息均可以传入单片机控制器12；单片机控制器12安装于固定主体外壳7尾部部分的内部空间的中间位置，单片机控制器12旁边安装有电机一13和传动齿轮14，传动齿轮14通过传动轴15与电机一13相连，传动齿轮14固定在传动轴15外表面上，传动轴15固定在电机一13的侧面，电机一13通过传动轴15带动传动齿轮14旋转，传动轴15和电机一13被固定主体外壳7内部的多个长方体结构举高，其中，传动轴15与长方体结构采用间隙配合，两者之间通过添加润滑剂减小摩擦，电机一13被固定在长方体结构上，电机一13和传动齿轮14在工作时处于固定的空间位置；固定主体外壳7的尾部拱形通道处与运动主体2相连，运动主体2以运动主体外壳21为安装基础，运动主体外壳21外型同样为拱形，其大小略小于固定主体外壳7尾部横截面的内表面的拱形轮廓(最小的拱形)，运动主体外壳21的底部水平，防水橡胶圈22固定在运动主体外壳21外部表面上，防水橡胶圈22总共有五圈，每一圈防水橡胶圈22均完整环绕运动主体外壳21，齿轮板20安装在运动主体外壳21内部表面上，齿轮板20上的齿轮与传动齿轮14上的齿轮啮合，通过电机一13提供动力带动传动齿轮14旋转，并使得运动主体2在齿轮板20的带动下伸入或探出固定主体1，进而减少或增加潜水式救生机器人的排水体积，改变机器人所受水的浮力大小；多方向旋转螺旋桨结构3的顶部为长方体，该长方体与固定主体外壳7底部凸起的四个长方体外型相同，总共有四个多方向旋转螺旋桨结构3，每个多方向旋转螺旋桨结构3均通过其顶部的长方体与固定主体外壳7底部凸起的长方体连接在一起，进而固定在固定主体1上；顶部的长方体上连接着电机二16，通过电机二16的旋转实现了螺旋桨19在电机二16所在水平面上的方向的改变，电机二16圆面的中心位置上安装有圆柱形状的连接杆，连接杆的顶部挖有矩形通道，用来安装电机三17，电机三17的两个圆面固定在矩形通道上，电机三17的转动部分上安装有矩形连接杆，连接杆的顶部连接着螺旋桨结构，通过电机三17的旋转实现了螺旋桨19在电机三17所在竖直面上的方向的改变，最终，通过调整电机二16和电机三17的旋转实现了螺旋桨19的多方向旋转；螺旋桨19通过电机四18提供旋转动力；定位钥匙23内部安装有无线电信号发射器27，无线电信号发射器27通过电池25供电，通过拨动开关24实现无线电信号发射器27的开启与关闭，定位钥匙23的外壳的底部(从下往上看时)具有一个矩形通道，密封板28的外形略大于该矩形通道，密封板28通过螺丝固定在定位钥匙23的外壳上并封闭该矩形通道，密封板28与定位钥匙23贴合紧密且不留空隙，当定位钥匙23中的电池25电量过低时，通过拆装密封板28实现电池25的更换；本发明的具体使用过程与具体功能以救助海边游泳落水者为例进行介绍。

所述的指示灯4可以显示绿色、黄色、红色三种颜色，当机器人处于正常等待状态时，指示灯4亮绿灯，表示机器人整体状态良好；当机器人中内部蓄电池9电量过低时，指示灯4亮黄灯，同时机器人上浮到水面，不再下潜；当机器人与定位钥匙23距离在半米内时，指示灯4亮红灯，机器人帮助落水人员上浮到水面。

所述的声呐装置10与声波探测探头6采用声纳技术，声呐装置10与声波探测探头6可以测量机器人附近的障碍物大小与具体位置，并将收集到的信息通过数据线传入单片机控制器12，当无线电扫描定位器11接收到求救信号时，单片机控制器12将控制声呐装置10由待机状态转为工作状态，工作状态时，声呐装置10与声波探测探头6时刻不停地将机器人附近的障碍物信息传输给单片机控制器12；单片机控制器12将根据声呐装置10所传输的障碍物信息对障碍物进行分类处理，首先对障碍物是否运动进行分类，对于位置固定不变化的障碍物或者速度过于缓慢的障碍物(速度小于四秒一米)，将其判断为不运动的固定的障碍物，对于位置持续变化的障碍物(速度大于等于四秒一米)，将其判断为运动的障碍物，并且通过运动的障碍物的位置变化测量其运动速度并预测两秒内可能的运动轨迹，在救援路径的选择中，避开固定障碍物，并且避开运动障碍物及其两秒内可能的运动轨迹(运动轨迹是指由障碍物运动所产生的空间轨迹，并非线性的运动轨迹)。

所述的无线电扫描定位器11与定位钥匙23采用无线电技术，每一个潜水式救生机器人负责不同水域(该水域范围小于声呐装置和无线电扫描定位器可以正常工作的水域范围)，每一个潜水式救生机器人中的无线电扫描定位器11可以接受任何一个定位钥匙23发送的无线电定位信号并完成定位，定位钥匙23分发给每一个海边游玩者；无线电扫描定位器11在完成定位后，将会把具体的位置信息通过数据线传入单片机控制器12。

所述的多方向旋转螺旋桨结构3主要具有电机二16、电机三17、电机四18、螺旋桨19等结构，电机二16、电机三17、电机四18通过数据线与单片机控制器12相连，通过供电线与蓄电池9相连，单片机控制器12通过改变电机四18工作时的转速改变螺旋桨19转动速度，从而改变机器人运动速度，单片机控制器12通过调节电机二16、电机三17的旋转进而实现螺旋桨19的多方向旋转，单片机控制器12中的工作系统，以固定主体外壳7顶端部分为前方向，以平行于固定主体外壳7底部的水平面划分左右方向建立空间坐标系(俯视或仰视该水平面均可，即左右方向的判定是随意的)，将电机二16、电机三17旋转时不同角度所对应的螺旋桨19的方向存入单片机控制器12中的工作系统，如此，单片机控制器12可以通过控制螺旋桨19的方向，进一步控制机器人的运动方向。

所述的单片机控制器12通过数据线与无线电扫描定位器11、声呐装置10相连，单片机控制器12控制着机器人下潜待机时的空间位置的选择，当机器人被投入水中使用时，单片机控制器12命令电机一13转动，将运动主体2尽可能收缩，减少机器人的排水体积，同时调控机器人一边旋转(在水平面上)一边下潜，单片机控制器12将根据声呐装置10传回的附近障碍物的信息调整机器人的位置，最终，进入水中的机器人将会测量机器人距离海底的距离，保证机器人下潜到距离海底一米左右的位置，之后单片机控制器12根据声呐装置10传回的附近障碍物位置与大小在机器人所在水平面上调整机器人的空间位置，保证机器人距离障碍物在一米以上；单片机控制器12通过无线电扫描定位器11获得落水者的具体空间位置，通过该位置计算出机器人需要调整的前进方向，以及机器人与落水者之间的距离大小，当两者之间不存在障碍物时，单片机控制器12将把救援路线设定为朝向落水者的直线，并且会根据无线电扫描定位器11传回的落水者的位置的改变及时调整该直线的朝向方向，单片机控制器12在确定救援路线之后，将会调整螺旋桨结构方向冲向该直线，启动电机四18，持续使机器人加速，当机器人与落水者之间的距离还剩两米时，机器人将停止电机四18(或者反转电机四18)把自身速度降低至四秒一米，该速度将确保机器人与落水者接触时不会发生碰撞危险；当声呐装置10传回的障碍物信息中，若有障碍物位于落水者与机器人的直线位置之间时，如果障碍物属于运动障碍物且极短时间(两秒)内将会远离救援的直线位置时，机器人将会低速前进(四秒一米)并等待运动障碍物通过，如果障碍物属于固定障碍物，或者障碍物属于运动障碍物但极短时间(两秒)内无法远离救援的直线位置，那么单片机控制器12将会命令电机一13转动，伸展运动主体2，增加机器人排水体积，调整自身浮力，上浮到不受干扰的水平高度后，再调整自身状态回到悬浮状态，开展救援行动；当机器人与落水者之间的距离将近半米时，单片机控制器12控制运动主体2伸展，增加机器人所受浮力，托起落水者，指示灯4由绿灯转为红灯，提示海边救生员该机器人已经到达救援位置，并等待救生员的进一步行动。

所述的定位钥匙23的外壳由人工合成塑料制作而成；所述的防水橡胶圈22、橡胶圈26均由人工合成橡胶制作而成，其中橡胶圈26弹性较大，质地柔软，可以将其用力撑大后佩戴在使用者手腕部位，收紧的橡胶圈26不会勒伤使用者手腕，也不会从使用者的手腕处脱落。

将定位钥匙23分发给每一位海边游泳者，当海边游泳者出现意外时不必慌张，推动定位钥匙23上的拨动开关24，启动无线电信号发射器27，向近距离的潜水式救生机器人发送求救信号；附近机器人通过无线电扫描定位器11接收求救信号，并对落水者位置进行定位，进而展开救援行动；当机器人接近落水者时，机器人上的指示灯4由绿灯转为红灯，此时落水者可以将身体覆盖在机器人的上表面上，由机器人的额外浮力帮助落水者脱离危险。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.潜水式救生机器人是由固定主体、运动主体、多方向旋转螺旋桨结构、定位钥匙组成的，所述的固定主体具有指示灯、供电线和数据线通道、声波探测探头、固定主体外壳、封装板、蓄电池、声呐装置、无线电扫描定位器、单片机控制器、电机一、传动齿轮、传动轴等结构，所述的运动主体具有运动主体外壳、防水橡胶圈、齿轮板等结构，所述的多方向旋转螺旋桨结构具有电机二、电机三、电机四、螺旋桨等结构，所述的定位钥匙具有拨动开关、电池、橡胶圈、无线电信号发射器、密封板等结构，其特征在于：固定主体以固定主体外壳为基础组装，固定主体外壳尾部横截面为拱形，固定主体外壳的尾部部分容积最大，固定主体外壳的底部水平，底部具有四个长方体凸起，用来连接多方向旋转螺旋桨结构，尾部向顶部延伸的部分体积逐渐缩小，延伸部分的外形平缓，固定主体外壳顶部形状为竖直圆柱的一半被顶部与延伸部分交界处的轮廓线横向剖切后的外型，竖直圆柱的底部平行于固定主体外壳的底部，固定主体外壳的设计可以更好地承受水的压力，更好地减小运动过程中水的阻力；指示灯与声波探测探头通过供电线和数据线通道伸出固定主体外壳，指示灯通过供电线和数据线分别与蓄电池和单片机控制器相连，声波探测探头通过供电线和数据线分别与蓄电池和声呐装置相连，蓄电池安装在封装板上，固定主体外壳的延伸部分(从下往上看时)具有一个矩形通道，封装板的外形略大于矩形通道，封装板通过螺丝固定在固定主体外壳上并封闭矩形通道，封装板与固定主体外壳贴合紧密且不留空隙，当机器人中内部蓄电池电量过低时，通过拆装封装板实现取出蓄电池并为蓄电池充电的过程；固定主体外壳的延伸部分的内部空间用来安放蓄电池，多数的内部用电器安装在固定主体外壳的尾部部分的内部空间内，最靠近固定主体外壳延伸部分的位置安装有声呐装置和无线电扫描定位器，其中声呐装置顶部通过供电线和数据线通道与声波探测探头相连，声呐装置和无线电扫描定位器均通过数据线与单片机控制器相连，使得声呐装置和无线电扫描定位器接收到的信息均可以传入单片机控制器；单片机控制器安装于固定主体外壳尾部部分的内部空间的中间位置，单片机控制器旁边安装有电机一和传动齿轮，传动齿轮通过传动轴与电机一相连，传动齿轮固定在传动轴外表面上，传动轴固定在电机一的侧面，电机一通过传动轴带动传动齿轮旋转，传动轴和电机一被固定主体外壳内部的多个长方体结构举高，其中，传动轴与长方体结构采用间隙配合，两者之间通过添加润滑剂减小摩擦，电机一被固定在长方体结构上，电机一和传动齿轮在工作时处于固定的空间位置；固定主体外壳的尾部拱形通道处与运动主体相连，运动主体以运动主体外壳为安装基础，运动主体外壳外型同样为拱形，其大小略小于固定主体外壳尾部横截面的内表面的拱形轮廓(最小的拱形)，运动主体外壳的底部水平，防水橡胶圈固定在运动主体外壳外部表面上，防水橡胶圈总共有五圈，每一圈防水橡胶圈均完整环绕运动主体外壳，齿轮板安装在运动主体外壳内部表面上，齿轮板上的齿轮与传动齿轮上的齿轮啮合，通过电机一提供动力带动传动齿轮旋转，并使得运动主体在齿轮板的带动下伸入或探出固定主体，进而减少或增加潜水式救生机器人的排水体积，改变机器人所受水的浮力大小；多方向旋转螺旋桨结构的顶部为长方体，该长方体与固定主体外壳底部凸起的四个长方体外型相同，总共有四个多方向旋转螺旋桨结构，每个多方向旋转螺旋桨结构均通过其顶部的长方体与固定主体外壳底部凸起的长方体连接在一起，进而固定在固定主体上；顶部的长方体上连接着电机二，通过电机二的旋转实现了螺旋桨在电机二所在水平面上的方向的改变，电机二圆面的中心位置上安装有圆柱形状的连接杆，连接杆的顶部挖有矩形通道，用来安装电机三，电机三的两个圆面固定在矩形通道上，电机三的转动部分上安装有矩形连接杆，连接杆的顶部连接着螺旋桨结构，通过电机三的旋转实现了螺旋桨在电机三所在竖直面上的方向的改变，最终，通过调整电机二和电机三的旋转实现了螺旋桨的多方向旋转；螺旋桨通过电机四提供旋转动力；定位钥匙内部安装有无线电信号发射器，无线电信号发射器通过电池供电，通过拨动开关实现无线电信号发射器的开启与关闭，定位钥匙的外壳的底部(从下往上看时)具有一个矩形通道，密封板的外形略大于该矩形通道，密封板通过螺丝固定在定位钥匙的外壳上并封闭该矩形通道，密封板与定位钥匙贴合紧密且不留空隙，当定位钥匙中的电池电量过低时，通过拆装密封板实现电池的更换；

本发明的具体使用过程与具体功能以救助海边游泳落水者为例进行介绍。

2.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的指示灯可以显示绿色、黄色、红色三种颜色，当机器人处于正常等待状态时，指示灯亮绿灯，表示机器人整体状态良好；当机器人中内部蓄电池电量过低时，指示灯亮黄灯，同时机器人上浮到水面，不再下潜；当机器人与定位钥匙距离在半米内时，指示灯亮红灯，机器人帮助落水人员上浮到水面。

3.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的声呐装置与声波探测探头采用声纳技术，声呐装置与声波探测探头可以测量机器人附近的障碍物大小与具体位置，并将收集到的信息通过数据线传入单片机控制器，当无线电扫描定位器接收到求救信号时，单片机控制器将控制声呐装置由待机状态转为工作状态，工作状态时，声呐装置与声波探测探头时刻不停地将机器人附近的障碍物信息传输给单片机控制器；单片机控制器将根据声呐装置所传输的障碍物信息对障碍物进行分类处理，首先对障碍物是否运动进行分类，对于位置固定不变化的障碍物或者速度过于缓慢的障碍物(速度小于四秒一米)，将其判断为不运动的固定的障碍物，对于位置持续变化的障碍物(速度大于等于四秒一米)，将其判断为运动的障碍物，并且通过运动的障碍物的位置变化测量其运动速度并预测两秒内可能的运动轨迹，在救援路径的选择中，避开固定障碍物，并且避开运动障碍物及其两秒内可能的运动轨迹(运动轨迹是指由障碍物运动所产生的空间轨迹，并非线性的运动轨迹)。

4.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的无线电扫描定位器与定位钥匙采用无线电技术，每一个潜水式救生机器人负责不同水域(该水域范围小于声呐装置和无线电扫描定位器可以正常工作的水域范围)，每一个潜水式救生机器人中的无线电扫描定位器可以接受任何一个定位钥匙发送的无线电定位信号并完成定位，定位钥匙分发给每一个海边游玩者；无线电扫描定位器在完成定位后，将会把具体的位置信息通过数据线传入单片机控制器。

5.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的多方向旋转螺旋桨结构主要具有电机二、电机三、电机四、螺旋桨等结构，电机二、电机三、电机四通过数据线与单片机控制器相连，通过供电线与蓄电池相连，单片机控制器通过改变电机四工作时的转速改变螺旋桨转动速度，从而改变机器人运动速度，单片机控制器通过调节电机二、电机三的旋转进而实现螺旋桨的多方向旋转，单片机控制器中的工作系统，以固定主体外壳顶端部分为前方向，以平行于固定主体外壳底部的水平面划分左右方向建立空间坐标系(俯视或仰视该水平面均可，即左右方向的判定是随意的)，将电机二、电机三旋转时不同角度所对应的螺旋桨的方向存入单片机控制器中的工作系统，如此，单片机控制器可以通过控制螺旋桨的方向，进一步控制机器人的运动方向。

6.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的单片机控制器通过数据线与无线电扫描定位器、声呐装置相连，单片机控制器控制着机器人下潜待机时的空间位置的选择，当机器人被投入水中使用时，单片机控制器命令电机一转动，将运动主体尽可能收缩，减少机器人的排水体积，同时调控机器人一边旋转(在水平面上)一边下潜，单片机控制器将根据声呐装置传回的附近障碍物的信息调整机器人的位置，最终，进入水中的机器人将会测量机器人距离海底的距离，保证机器人下潜到距离海底一米左右的位置，之后单片机控制器根据声呐装置传回的附近障碍物位置与大小在机器人所在水平面上调整机器人的空间位置，保证机器人距离障碍物在一米以上；单片机控制器通过无线电扫描定位器获得落水者的具体空间位置，通过该位置计算出机器人需要调整的前进方向，以及机器人与落水者之间的距离大小，当两者之间不存在障碍物时，单片机控制器将把救援路线设定为朝向落水者的直线，并且会根据无线电扫描定位器传回的落水者的位置的改变及时调整该直线的朝向方向，单片机控制器在确定救援路线之后，将会调整螺旋桨结构方向冲向该直线，启动电机四，持续使机器人加速，当机器人与落水者之间的距离还剩两米时，机器人将停止电机四(或者反转电机四)把自身速度降低至四秒一米，该速度将确保机器人与落水者接触时不会发生碰撞危险；当声呐装置传回的障碍物信息中，若有障碍物位于落水者与机器人的直线位置之间时，如果障碍物属于运动障碍物且极短时间(两秒)内将会远离救援的直线位置时，机器人将会低速前进(四秒一米)并等待运动障碍物通过，如果障碍物属于固定障碍物，或者障碍物属于运动障碍物但极短时间(两秒)内无法远离救援的直线位置，那么单片机控制器将会命令电机一转动，伸展运动主体，增加机器人排水体积，调整自身浮力，上浮到不受干扰的水平高度后，再调整自身状态回到悬浮状态，开展救援行动；当机器人与落水者之间的距离将近半米时，单片机控制器控制运动主体伸展，增加机器人所受浮力，托起落水者，指示灯由绿灯转为红灯，提示海边救生员该机器人已经到达救援位置，并等待救生员的进一步行动。

7.如权利要求1所述的潜水式救生机器人，其特征在于，所述的定位钥匙的外壳由人工合成塑料制作而成；所述的防水橡胶圈、橡胶圈均由人工合成橡胶制作而成，其中橡胶圈弹性较大，质地柔软，可以将其用力撑大后佩戴在使用者手腕部位，收紧的橡胶圈不会勒伤使用者手腕，也不会从使用者的手腕处脱落。