CN108622335A - 一种水面救援装置 - Google Patents

Abstract

一种水面救援装置包括壳体、驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块、主系统模块、背架，其中：所述壳体内被纵横布置的隔板分隔为前腔、后腔和中腔，其中：所述前腔内填充有极低密度的物质；在所述前壳体两外侧表面上开设气囊储槽；所述充气模块包括储气瓶、气囊、气压传感器，在所述气囊储槽内各设置一个所述气囊，用于根据需要为施救者提供额外浮力；施救者在双肩背负携带所述水面救援装置并以水平姿势入水后，总体重心处在腰腹后部；所述施救者颈部以上部位在自然状态下露出水面，并且所述水面救援装置与水平面呈35～45°夹角。本发明优点在于提供一种操作简单、便携、响应快速、省力的水面救援装置，从而大大提高救援的安全性和效率。

Description

一种水面救援装置

技术领域

本发明涉及一种水面救援装置，尤其涉及一种省力安全的便携式水面救援装置。

背景技术

据我国卫生部的不完全估计，全国每年约有6万人死于溺水，相当于每天150多人溺水死亡。若统计自杀、他杀、自然灾害(台风、洪水)、航运灾害等因素导致的溺亡事件，则溺水死亡总数将增加50％。另据世界卫生组织(世卫组织)统计，中国溺亡人数约占世卫组织西太平洋区域总溺亡人数的80％。可见，溺水死亡严重威胁到我国人民的生命财产安全。

炎炎夏季是溺水事件的高发季节，而城市河流、公园湖泊、郊区水库以及海滨场所是溺水事件的高发场所。在上述特定季节特定场合发生的溺水事件，溺水人多为主观自愿下水戏水，因体力不支或者突然身体不适(如抽筋等)而导致最终溺亡；此外，施救者的死亡比例高，施救风险较大。这是由于一方面施救时急于救人，导致短时间体力消耗过度而虚脱，或抽筋，使施救者丧失运动能力而呛水身亡；另一方面，由于溺水人溺水时的求生本能和恐慌心理，使得溺水者的挣扎拉拽等动作严重干扰，并束缚了施救者施救过程，同时使得施救者随同溺水人下沉溺亡。综上分析可知，缺乏便捷迅速的水面救援装置是夏季溺水事件高发的主要原因之一；然而，提供快速救援装备并非彻底解决溺水问题的最优方案，例如如何使得救援人员高效省力地到达救援地点(节省体力)，并在确保自身安全的提前下展开施救(安全可靠)也应该是救援装备必须具备的特征。

通过市场产品调研获知，目前存在比如救生圈、救生衣等小型典型救生装置，但上述装置未设置动力装置，导致救援响应速度慢，且容易消耗救援人员的体力；也存在救援冲锋舟、皮筏艇等大型救生产品，但价格较贵，不便个人携带操作。通过文献检索调研可知，虽然专利领域存在无人远距离遥控式水上救援装置，该装置结构复杂，成本高昂，且因过度依赖传感器检测精度、图像识别精度和操作者技能，过度强调无人值守下的多功能集成，导致该装置可靠性、灵活性和实用性均较低。例如，中国专利一种便携式水面快速救生器(申请号：201620350458)就属于一种无人式水上救援装置，包括浮体、搂抱式夹持装置、推进装置、控制装置、触动开关和回拉绳，该装置采用回拉绳拖曳溺水者的方式进行施救，然而当溺水者被水下障碍物(如旧渔网等)缠绕时，该装置则存在可靠性、灵活性和实用性均较低的局限性(如强行拖曳反而会对溺水者造成二次伤害)；中国专利一种水上救援装置(申请号：2016111427442)也属于一种无人式水上救援装置，包括主体、推进装置、传感器、姿态控制装置、无线遥控通讯装置，当遇到中小型水面漂浮物时(如经过洪灾过后的水域)，由于该装置远距离无人操控困难，因此在可靠性、灵活性和实用性方面远低于非无人式水面辅助救援装置。

部分非无人式水面辅助救援装置采用螺旋桨、高速水流等方式驱动，为使得这些装置水下驱动效率高，一般会额外增加配重块(使得螺旋桨或者高压水喷头完全浸没水中)，而所述额外增加的配重块会消耗驱动功率；此外，由于配重在出厂前已经固定，无法在施救过程中根据施救者体力透支状态或涉水水压(是否存在下沉溺亡的趋势)，自动调节配重。当然，可能想到的是，非无人式水面辅助救援装置可采用水泵向储水空腔内注排水来达到实时调节配重的目的，然而所述储水空腔本身体积较大，一方面会导致其在水中行进时阻力较大，耗能较多；另一方面，当施救者完全浸没水中时(遭遇体力不支、被溺水人拖拽束缚等)，因连接储水空腔的进排气孔也可能会浸没水中，导致无法及时排水上浮。当然可以采用增加进排气管露出水面的垂直高度，但无疑过长的进排气管会增加被溺水人拖拽扯断的风险。

综上来看，发明一种水面救援装置，尤其是一种成本低廉、操作简单、便于携带、响应快速、灵活省力、安全可靠的非无人式水面辅助救援装置，是本领域设计人员目前急需解决的关键技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种水面救援装置，包括壳体、驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块、主系统模块、背架、电源模块，其特征在于：

所述壳体包括前壳体和后壳体，其中：

所述前壳体和后壳体通过卡扣紧密扣合；所述卡扣的配合面间垫入密封橡胶圈；所述壳体具有子弹头状流线外型；

所述壳体内部空间被纵横布置的隔板分隔为前腔、后腔和中腔，其中：所述前腔内填充有极低密度的物质；在所述前壳体两外侧表面上且与所述中腔相对应的位置处对称地开设气囊储槽；

所述充气模块包括储气瓶、气囊、气压传感器、电磁换向阀、单向阀、液压传感器，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述电磁换向阀，使得所述气囊迅速充排气，为施救者在危急状态下提供额外浮力，其中：所述储气瓶填充压缩气体，为所述充气模块提供高压气源；在所述气囊储槽内各设置一个所述气囊；所述液压传感器设置于所述壳体的外表面顶部，用以检测水压变化；所述储气瓶、气压传感器、单向阀、电磁换向阀、气囊通过气管顺次连接；所述电磁换向阀用于启闭所述气囊的充气通道和向外排气通道；

所述气囊在初始状态下上被储槽盖板覆盖；所述储槽盖板活动地铰接于所述前壳体上；所述储槽盖板在所述气囊处于压缩状态时呈闭合状态；

所述电源模块包括电池组、控制电路，用于向所述驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块、主系统模块供电；

所述背架包括背带、背板，其中：所述背板与所述壳体固接；所述背带与所述背板固接；所述背带用于施救者双肩背负携带；

所述驱动转向模块包括推进电机、螺旋桨、舵片、转向电机，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述舵片转动角度和所述螺旋桨的正反转方向及转速，以响应施救者姿态变化，最终达到自动控制施救者推进速度和方向的目的，其中：所述推进电机置于所述后腔中，其输出轴密闭且活动地穿过所述后腔的壳壁，与所述螺旋桨固接；所述螺旋桨用于推动本装置在水中前进；所述螺旋桨外设置有保护罩；所述保护罩固接于所述后壳体上；

所述转向电机安放在所述保护罩尾部上方；所述舵片设置于所述保护罩内且位于所述螺旋桨的正后方；所述转向电机通过减速器与所述舵片动力连接，用于带动所述舵片左右摆动，使得本装置转换前进方向；

所述姿态检测模块包括姿态传感器、控制接口、电源接口、信号接口，用于实时检测施救者姿态变化，并将施救者姿态参数反馈给所述主系统模块；

所述主系统模块包括数据选择器、译码电路、继电器控制逻辑、半导体开关控制逻辑、信号源、监控器、CPU、控制混合接头、电机调速模块，用于状态逻辑判断、数据采集分析、系统状态自检与报警、水下推进转向自动控制、气囊充排气控制；所述主系统模块与所述驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块电性连接。

作为优选，所述推进电机和所述转向电机均采用高寿命高精度的无刷电机。

作为优选，所述中腔被隔板分割成中腔上层、中腔中层和中腔下层。

作为优选，施救者在双肩背负携带所述水面救援装置并以水平姿势入水后，总体重心处在腰腹后部；所述施救者颈部以上部位在自然状态下露出水面，并且所述水面救援装置与水平面呈35～45°夹角。

作为优选，下水报警模块包括电容式触发器和北斗定位系统；所述电容式触发器设置在所述螺旋桨附近，遇水则启动北斗定位系统的短发报功能，以向当地医疗部门发送医疗救护请求和提供位置信息。

作为优选，所述姿态检测模块集成于电路板II上；所述主系统模块集成于电路板I上；所述电路板II、电路板I通过卡槽分别卡固在所述中腔上层、中腔中层内。

作为优选，所述充气模块还包括充气模块支撑板；除所述气囊、液压传感器、以及部分气管外的所述充气模块均安装于所述充气模块支撑板上，一起构成充气模块支撑板组件；所述充气模块支撑板组件通过所述充气模块支撑板整体固设于所述中腔下层。

作为优选，所述壳体、驱动转向模块、充气模块支撑板组件、姿态检测模块、主系统模块、背架、电源模块关于所述螺旋桨轴线左右对称布置。

作为优选，在所述储气瓶的出气口采用快速接头与气管连接。

作为优选，所述背板上开有减重槽；在所述背板正前方设置有把手。

作为优选，所述前壳体上设置有凸台；所述前壳体与所述背板通过所述凸台连接；所述凸台开设有过流孔。

本发明优点在于提供一种操作简单、便携、响应快速、省力的水面救援装置，从而大大提高救援的安全性和效率。

附图说明

图1为本发明水面救援装置具体实施例一的三维结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为图2的B-B面剖视图(储气瓶未剖切)。

图4为图2的E-E面剖视图。

图5为图1去掉保护罩后的三维结构示意图。

图6为图1中充气模块的充气原理图。

图7为施救者在水中背负如图1所示本发明水面救援装置时的状态效果图。

图中：1-1前壳体；1-2液压传感器；1-3活动铰链；1-4后壳体；1-5保护罩；1-6背架；1-6-1背带；1-6-2背板；1-6-2-1减重槽；1-6-2-2把手；1-7凸台；1-7-1过流孔；2-1姿态检测模块；2-2主系统模块；2-3储槽盖板；2-4储气瓶；3-1泡沫块；3-2气囊；3-3密封橡胶圈；3-4卡扣；3-5电池组；3-6推进电机；3-7螺旋桨；3-8舵片；3-9壳体前腔；3-10壳体中腔；3-11壳体后腔；3-12气囊储槽；4-1转向电机；4-2主动齿轮；4-3从动齿轮。

具体实施方式

为了更好地描述本发明的技术方案和优点，现结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。

如图1至图7为本发明具体实施例一。

如图1至图5所示，一种水面救援装置包括壳体、驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块(2-1)、主系统模块(2-2)、背架(1-6)、电源模块，其中：

壳体主要包括前壳体(1-1)和后壳体(1-4)；为了提高装置的可装配性，前壳体(1-1)和后壳体(1-4)通过卡扣(3-4)结构紧密贴合，并在卡扣(3-4)的结合面外周的缝隙处套入用于防水的密封橡胶圈(3-3)；为了减少本装置在水中运行的阻力，所述壳体具有子弹头状流线外型；

为了提高本装置电气元件的安全性，所述壳体内部空间被纵横布置的隔板分隔为三个相对独立的容腔，即前腔(3-9)、后腔(3-11)和中腔(3-10)；这样一来，纵使其中任一容腔渗水，其他容腔内的电气元件仍能保证安全；为了调节本装置自身浮力，使得施救者肩负本装置入水后能以一个适合的姿态自然浮起，前腔(3-9)内填充有极低密度的物质，本例中选用泡沫块；在前壳体(1-1)两外侧表面上且与中腔(3-10)相对应的位置处对称地开设气囊储槽(3-12)；

如图6所示，充气模块包括储气瓶(2-4)、气囊(3-2)、气压传感器、电磁换向阀、单向阀、液压传感器(1-2)，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述电磁换向阀，使得所述气囊迅速充排气，为施救者在危急状态下提供额外浮力，其中：储气瓶(2-4)采用钢瓶，内部填充(一般为充满)压缩气体，如压缩空气，为充气模块提供高压气源；在气囊储槽(3-12)内各设置一个气囊(3-2)，本例中采用橡胶气囊；储气瓶(2-4)、气压传感器I、单向阀、电磁换向阀、气囊(3-2)通过气管顺次连接；为了监测气囊(3-2)的气压，还可以在电磁换向阀和气囊(3-2)之间加入一个气压传感器II；所述电磁换向阀用于启闭气囊(3-2)的充气通道和向外排气通道；气囊(3-2)在初始状态下(即本装置未通电工作时)和施救前正常推进状态下(施救者未遇险情时)呈完全压缩状态，施救后正常推进状态下(施救者未遇险情时，溺水者获救并处于平静状态下)呈部分压缩状态，以减少在水中推进时的阻力；气囊(3-2)在紧急情况下充气膨胀，为施救者提供额外上浮力；

本例中，更为具体地描述充气模块的气路连接原理和具体实施细节如下：所述电磁换向阀采用如图6所示的两位三通的电磁换向阀，默认处于左位状态；气囊(3-2)与气管I一端相连；气管I另一端密闭地穿过前壳体(1-1)的壳体壁向中腔(3-10)延伸，并经由气压传感器II，与电磁换向阀出气口相连接；储气瓶(2-4)、气压传感器I、单向阀、电磁换向阀B口通过气管顺次连接；电磁换向阀A口与外界大气相通；所述电磁换向阀、气压传感器I、气压传感器II与主系统模块(2-2)电连接；

气囊储槽(3-12)上覆盖储槽盖板(2-3)；储槽盖板(2-3)活动铰接于前壳体(1-1)上；储槽盖板(2-3)在气囊(3-2)处于压缩状态时呈闭合状态；

液压传感器(1-2)设置于壳体外表面顶部，用以检测水压变化，并将其反馈至主系统模块(2-2)，以供主系统模块(2-2)判断施救者是否处于危险状态(即头部浸没入水中)。

气囊储槽(3-12)上覆盖储槽盖板(2-3)，储槽盖板(2-3)通过活动铰链(1-3)与前壳体(1-1)转动连接；在弹性元件的作用下，储槽盖板(2-3)在初始状态下呈闭合状态；

充气模块的工作原理为：当液压传感器(1-2)检测到水压信号后，发送给主系统模块(2-2)；主系统模块(2-2)通过控制所述电磁换向阀换向，使得所述充气通道进行切换，气囊(3-2)被快速充气，体积快速扩大，挤开装置左右两侧储槽盖板(2-3)，达到为施救者和溺水者提供额外浮力的目的。

电源模块包括电池组(3-5)、控制电路，用于向驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块(2-1)、主系统模块(2-2)供电；本例中，电池组采用锂电池；

背架(1-6)包括背带(1-6-1)、背板(1-6-2)，其中：背板(1-6-2)与壳体固接；背带(1-6-1)与背板(1-6-2)固接；背带(1-6-1)用于施救者双肩背负携带；本例中，更为具体地，前壳体(1-1)上设置有凸台(1-7)；背板(1-6-2)通过螺钉与凸台(1-7)固定联接；同时在背板(1-6-2)上开设有多道减重槽(1-6-2-1)以降低本装置重量；同时为了便于提起装置，在背板(1-6-2)正前方设置有把手(1-6-2-2)；最后，为了有效降低水面阻力，前壳体(1-1)的凸台(1-7)上在不影响螺钉联接性能的情况下开设有多个过流孔(1-7-1)。

驱动转向模块包括推进电机(3-6)、螺旋桨(3-7)、舵片(3-8)、转向电机(4-1)，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述舵片转动角度和所述螺旋桨的正反转方向，以响应施救者姿态变化，最终达到自动控制施救者推进速度和方向的目的，其中：推进电机(3-6)的输出轴密闭且活动地穿过后腔的壳壁，与螺旋桨(3-7)固接；推进电机(3-6)用于驱动螺旋桨(3-7)高速旋转，使得本装置获得前进推力；本例中，为了确保推进电机(3-6)的输出轴的密闭性，可在后壳体(1-4)尾部开设一个通孔；所述通孔内设置不锈钢轴承；推进电机(3-6)的输出轴穿过所述不锈钢轴承内圈，并在所述通孔与推进电机(3-6)的输出轴之间设置旋转式动密封，并在所述不锈钢轴承上和输出轴露出壳体外部分涂抹防水脂；

螺旋桨(3-7)外设置有保护罩(1-5)，保护罩(1-5)固接于后壳体(1-4)上；

转向电机(4-1)安放在保护罩(1-5)尾部上方；舵片(3-8)设置于保护罩(1-5)内且位于螺旋桨(3-7)的正后方；转向电机(4-1)通过减速器与舵片(3-8)动力连接，用于带动舵片(3-8)左右摆动，使得本装置转换前进方向；本例中，所述减速器为一对外啮合的主动齿轮(4-2)和从动齿轮(4-3)；

本例中，推进电机和转向电机均采用高寿命高精度的无刷电机。

作为优选，为了提高装配工艺性，中腔(3-10)又被隔板分割成中腔上层、中腔中层和中腔下层。

为了使得施救者在双肩背负携带本装置并以水平姿势入水后，总体重心(施救者和本装置一起)位于施救者腰腹后部，并避免使用额外的配重块配重，本装置内具有不同体积和密度的零部件应提前合理规划布置。本例中具体而言，具有高密度的电池组(3-5)置于后腔(3-11)并靠近推进电机(3-6)；如前所述，具有较高密度的推进电机(3-6)置于后腔(3-11)内；除推进电机(3-6)之外的驱动转向模块(具有较高密度的)位于本装置尾部；具有极低密度的物质填充于前腔(3-9)；除气囊(3-2)、液压传感器(1-2)外的充气模块(如储气瓶(2-4)、电磁换向阀，具有较低密度)均设置于中腔(3-10)下层；具有很低密度的电器元件主系统模块(2-2)、姿态检测模块(2-1)放置于中腔(3-10)；这样一来，无需增加额外的配重块，便可使得螺旋桨(3-7)完全浸没水中。

姿态检测模块(2-1)包括姿态传感器(本例选用MPU 6050型陀螺仪)、控制接口、电源接口、信号接口，用于实时检测施救者姿态变化，并将施救者姿态参数(欧拉角的角度、方向等)反馈给主系统模块(2-2)，并经主系统模块(2-2)处理后，以控制舵片(3-8)转动角度和螺旋桨(3-7)的正反转方向；

主系统模块(2-2)包括数据选择器、译码电路、继电器控制逻辑、半导体开关控制逻辑、信号源、监控器、CPU(本例中选用STM32型单片机)、控制混合接头、电机调速模块(本例中选用A2212型电机调速模块)；此外，本例中还包括安全保护电路(过载保护电路、漏电保护电路、短路保护电路)、漏水传感器、自检警示装置(含LED闪光灯、喇叭等)；

主系统模块(2-2)用于状态逻辑判断(判断储气瓶(2-4)和气囊(3-2)充盈程度、判断施救者是否处于危急状态，即是否浸没水中)、数据采集分析(采集分析推进电机(3-6)、转向电机(4-1)的转角、转速信号；采集分析姿态检测模块(2-1)的输出信号，获得施救者在施救过程中的姿态参数(欧拉角的角度、方向等)；采集分析充气模块中气压传感器、液压传感器(1-2)的输出信号，获得储气瓶(2-4)、气囊(3-2)的气压大小)、系统状态自检与报警(电量自检报警、渗水报警)、基于施救者姿态参数的水下推进转向自动控制(根据施救者姿态参数数据(欧拉角的角度、方向等)控制推进电机(3-6)和转向电机(4-1)的启停、转速和方向，实现施救者在施救过程中施救者姿态参数的水下推进转向自动控制)、气囊充排气控制；主系统模块(2-2)与驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块(2-1)、电源模块电性连接；

作为优选，为了提高救援的快速性和通讯的可靠性，主系统模块(2-2)还包括下水报警模块；所述下水报警模块包括电容式触发器和北斗定位系统；所述电容式触发器设置在螺旋桨(3-7)附近(如固设在临近螺旋桨的后壳体外表面尾部)，遇水启动北斗定位系统；利用北斗定位系统的短发报功能，在下水施救的同时向当地医疗部门发送医疗救护请求和提供位置信息。

作为优选，为了便于装拆和维护保养，姿态检测模块(2-1)集成于电路板II上；主系统模块(2-2)集成于电路板I上；所述电路板II、电路板I通过卡槽分别卡固在中腔上层、中腔中层内；

作为优选，为了便于装拆和维护保养，充气模块还包括充气模块支撑板，除气囊(3-2)、液压传感器(1-2)、以及部分气管外的充气模块均安装于充气模块支撑板上，一起构成充气模块支撑板组件；充气模块支撑板组件通过充气模块支撑板整体固设于所述中腔下层。

作为优选，为了使得本装置入水后在自然状态下(无外力作用下)就达到左右平衡，无需使用额外的配重块配重，本装置内所有具有较高重量和较低密度的零部件的合理规划布置还包括：壳体、驱动转向模块、充气模块支撑板组件、姿态检测模块(电路板II)、主系统模块(电路板I)、背架、电源模块关于螺旋桨轴线左右基本对称布置；需要解释说明的是，电路板I、电路板II和充气模块支撑板组件虽然为非对称的近似为块状的物体，但考虑到质量较轻，可以近似认为，将电路板I、电路板II和充气模块支撑板组件的几何对称中心面与螺旋桨(3-7)轴线达到共面，即可保证本装置入水后基本的左右平衡；

作为优选，为了便于更换储气瓶(2-4)，在储气瓶出气口采用快速接头与气管连接，并通过活动绷带将其固定在面板上。

以一名身高为170CM且具有标准体型的男性施救者为例，根据该男性施救者的人体浮力、体重、重心的一般范围，合理调节本装置自身浮力(设计所述泡沫块的尺寸)，并如前所述那样提前合理规划布置本装置内所有具有较高重量和较低密度的零部件的相对位置关系，可使得该施救者在肩负本装置入水后，其颈部以上部位在自然状态下(未遇到险情，平稳自然推进状态下)露出水面，并且所述水面救援装置(以背板平面、或过螺旋桨轴线的壳体对称面为度量面均可)与水平面呈35～45°夹角，如图7所示。这样一来，本装置仅40～50％的体积浸没水中，有效地降低了水面阻力。

本装置的水面辅助救援过程为：当施救者发现有人落水呼救后，施救者肩负本装置入水前往溺水者落水区域附近；当螺旋桨(3-7)浸没入水后，位于螺旋桨(3-7)附近的电容式触发器遇水启动北斗定位系统；利用北斗定位系统的短发报功能，在下水施救的同时向当地医疗部门发送医疗救护请求和提供位置信息。为了尽快赶往落水区域，施救者身体在水中略微前倾，姿态检测模块(2-1)检测出施救者前倾状态及持续前倾的趋势后，启动推进电机(3-6)以便推动施救者加速前进；此时，施救者双臂和双腿也可自由滑动，增加水中前进速度；当需要绕道避开水面漂浮物(如经过洪灾过后的水域)时，施救者身体在水中略微向右、或向左倾斜，姿态检测模块(2-1)检测出施救者前倾状态及持续前倾的趋势后，启动转向电机(4-1)运行，从而带动舵片(3-8)相应地向右、或向左转动，最终实现自动转向。当然，由于是非无人式操作，故纵使发生水面漂浮物卡住本装置的这一极端小概率事件，施救者也能够利用双手灵活自由的脱困。本装置在水中转向的同时，施救者双臂双腿的协调运动，也可起到准确的辅助转向的作用。当接近落水者后，施救者身体在水中略微后仰，使得本装置减速并最终停止。施救者在水下的方向控制类似于两轮平衡车。

施救时，根据施救常识可知，施救者一般从背部抱住溺水者；但由于溺水人溺水时的求生本能和恐慌心理，若遭遇落水者大力挣扎拉扯，甚至此时施救者还发生体力耗尽、抽搐、昏迷等突发症状时，极可能导致施救者头部浸没入水中(自身浮力不够)，此时位于壳体外表面顶部的液压传感器(1-2)会检测到水压变化，并将水压信号反馈给主系统模块(2-2)；液压传感器(1-2)水压检测原理为：根据水的静压强计算公式P＝ρgh，P为水的静压强，ρ为水的密度，g为重力加速度，h为水深；施救前，水深h1为0，所以液压传感器(2-5)测得P1为0；施救者头部没入水中时，检测到水深为h2(>0)，故所以液压传感器(2-5)测得P2大于0。

主系统模块(2-2)结合姿态检测模块(2-1)检测到的施救者姿态变化情况，分析施救者当前状况。当综合判定为施救者遭遇险情时，所述电磁换向阀换向，使得所述充气通道进行切换，位于气囊储槽(3-12)内的气囊(3-2)被快速充气膨胀，同时挤开位于前壳体(1-1)两外侧的储槽盖板(2-3)，与外界水流接触，达到为施救者和溺水者提供额外浮力的目的，施救者头部浮出水面，同时溺水者也浮出水面。当溺水者脱离溺水状态并从极端挣扎恐惧的状态转入平静后，施救者姿态也随之逐渐稳定，此时位于壳体外表面顶部的液压传感器(1-2)未检测到水压，主系统模块(2-2)综合判定为施救完成，则所述电磁换向阀复位，气囊(3-2)向外界大气适当排气以部分回缩，此时总浮力(施救者、溺水者和本装置)和总重力(施救者、溺水者和本装置)相平衡，储槽盖板(2-3)在弹性元件的弹力作用下逐渐闭合；此时，本装置在水中的浮力降低，前行阻力减小，以便施救者带溺水者迅速返回岸边接受治疗。值得说明的是，在施救过程中，施救者也可主动地控制气囊(3-2)预先充气，并根据情况和自身状态灵活地控制气囊(3-2)排气，以减少阻力。

本发明的有益之处在于：

1、本装置配置了驱动转向模块，为施救者往返施救水域提供了驱动动力，故省力方便；

2、本装置可根据施救者水中姿态动作控制施救者在水中的推进速度和方向，一方面使得本装置操作简单，灵活易用，另一方面可解放施救者四肢，使得施救者可以灵活地用双手脱困(如规避水面漂浮物，自我施救)，或者四肢辅助划动，节能经济之余，还提高了救援响应速率；

3、所述壳体具有子弹头状流线外型，加之本装置无需额外配置配重块，且通过合理调节本装置自身浮力、合理规划布置本装置内零部件的相对位置关系后，可实现小阻力、低功耗地快速推进；

4、施救时，本装置主系统模块能够借助姿态检测模块、液压传感器反馈信号综合判定施救者是否遭遇险情，并利用充气模块及时为施救者提供额外浮力，防止施救者因体力透支、溺水人恐慌挣扎而导致溺亡；但当施救结束后，本装置又能够综合判定施救完成状态，使得气囊(3-2)部分回缩，已达到总浮力(施救者、溺水者和本装置)和总重力(施救者、溺水者和本装置)相平衡这一最佳状态，此时前行阻力最小，便于快速返回陆地；

5、本装置为非无人值守式救援装置，灵活度高。

综上所述，本发明优点在于提供一种操作简单、便携、响应快速、省力的水面救援装置，从而大大提高救援的安全性和效率。

Claims (10)

1.一种水面救援装置，包括壳体、驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块、主系统模块、背架、电源模块，其特征在于：

所述壳体包括前壳体和后壳体，其中：

所述前壳体和后壳体通过卡扣紧密扣合；所述卡扣的配合面间垫入密封橡胶圈；所述壳体具有子弹头状流线外型；

所述壳体内部空间被纵横布置的隔板分隔为前腔、后腔和中腔，其中：所述前腔内填充有极低密度的物质；在所述前壳体两外侧表面上且与所述中腔相对应的位置处对称地开设气囊储槽；

所述充气模块包括储气瓶、气囊、气压传感器、电磁换向阀、单向阀、液压传感器，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述电磁换向阀，使得所述气囊迅速充排气，为施救者在危急状态下提供额外浮力，其中：所述储气瓶填充压缩气体，为所述充气模块提供高压气源；在所述气囊储槽内各设置一个所述气囊；所述液压传感器设置于所述壳体的外表面顶部，用以检测水压变化；所述储气瓶、气压传感器、单向阀、电磁换向阀、气囊通过气管顺次连接；所述电磁换向阀用于启闭所述气囊的充气通道和向外排气通道；

所述气囊在初始状态下被储槽盖板覆盖；所述储槽盖板活动地铰接于所述前壳体上；所述储槽盖板在所述气囊处于压缩状态时呈闭合状态；

所述电源模块用于向所述驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块、主系统模块供电；

所述背架包括背带、背板，其中：所述背板与所述壳体固接；所述背带与所述背板固接；所述背带用于施救者双肩背负携带；

所述驱动转向模块包括推进电机、螺旋桨、舵片、转向电机，用于根据所述主系统模块反馈的指令控制所述舵片转动角度和所述螺旋桨的正反转方向及转速，以响应施救者姿态变化，最终达到自动控制施救者推进速度和方向的目的，其中：所述推进电机置于所述后腔中，其输出轴密闭且活动地穿过所述后腔的壳壁，与所述螺旋桨固接；所述螺旋桨用于推动所述水面救援装置在水中前进；所述螺旋桨外设置有保护罩；所述保护罩固接于所述后壳体上；

所述转向电机安放在所述保护罩尾部上方；所述舵片设置于所述保护罩内且位于所述螺旋桨的正后方；所述转向电机通过减速器与所述舵片动力连接，用于带动所述舵片左右摆动，使得所述水面救援装置转换前进方向；

所述姿态检测模块包括姿态传感器、控制接口、电源接口、信号接口，用于实时检测施救者姿态变化，并将施救者姿态参数反馈给所述主系统模块；

所述主系统模块用于状态逻辑判断、数据采集分析、系统状态自检与报警、水下推进转向自动控制、气囊充排气控制；所述主系统模块与所述驱动转向模块、充气模块、姿态检测模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述中腔被隔板分割成中腔上层、中腔中层和中腔下层。

3.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：施救者在双肩背负携带所述水面救援装置并以水平姿势入水后，总体重心处在腰腹后部；所述施救者颈部以上部位在自然状态下露出水面，并且所述水面救援装置与水平面呈35～45°夹角。

4.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述主系统模块还包括下水报警模块；所述下水报警模块包括电容式触发器和北斗定位系统；所述电容式触发器设置在所述螺旋桨附近，遇水则启动北斗定位系统的短发报功能，以向当地医疗部门发送医疗救护请求和提供位置信息。

5.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：在所述储气瓶的出气口采用快速接头与气管连接。

6.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述背板上开有减重槽；在所述背板正前方设置有把手。

7.根据权利要求1所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述前壳体上设置有凸台；所述前壳体与所述背板通过所述凸台连接；所述凸台开设有过流孔。

8.根据权利要求2所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述姿态检测模块集成于电路板II上；所述主系统模块集成于电路板I上；所述电路板II、电路板I通过卡槽分别卡固在所述中腔上层、中腔中层内。

9.根据权利要求2所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述充气模块还包括充气模块支撑板；除所述气囊、液压传感器、以及部分气管外的所述充气模块均安装于所述充气模块支撑板上，一起构成充气模块支撑板组件；所述充气模块支撑板组件通过所述充气模块支撑板整体固设于所述中腔下层。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述的一种水面救援装置，其特征在于：所述壳体、驱动转向模块、充气模块支撑板组件、姿态检测模块、主系统模块、背架、电源模块关于所述螺旋桨轴线左右对称布置。