CN108995782A - 一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置及使用方法，包括救生船体、升降平移钢网装置、双目视觉检测装置、图像采集与按压装置、双臂机械手装置和报警装置，所述救生船体的两个船腔内侧设置有升降平移钢网装置，所述救生船体船腔尾部顶端设置有双臂机械手装置，救生船体船腔头部顶端设置有双目视觉检测装置，救生船体尾部平台顶端中部设置有图像采集与按压装置，救生船体船腔内腔尾部侧壁设置有报警装置，本发明救援装置通过图像扫描识别水面上的溺水人员信息，通过双目视觉系统实现溺水人员的精确定位，同时发出报警信号，大大提高了溺水人员识别准确度和救援速度，并在救援过程中进行溺水报警同时开展第一时间的仿人工救援操作。
Description
技术领域
本发明属于水上无人救援技术领域，具体涉及一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置及使用方法。
背景技术
我国溺水事件频频发生，目前溺水事件成为安全隐患的热门话题。在现有的水上救援装置中，是否有人溺水主要通过无人机摄像机分辨来完成，即依靠摄像机拍照和处理器来判断是否有人溺水的情况。然而在实际的打捞抢救过程中，单个摄像机对溺水者拍照并不能精确定位溺水者的实际坐标方位，大大拖延了溺水者的生还抢救时间，溺水者很有可能因为抢救不及时而导致死亡。采用人工救援需要耗费大量人力在水面上不断巡视，且由于人所能看到的视觉区域有限，水面的深度以及海浪的波涛，大大降低了人的能见度，并且救生艇噪音与海浪的声音会对人的听觉系统产生困扰，现场工作人员很难及时、准确的判断出是否有人溺水。再者，人工打捞救援需要投入大量的专用救援设备及具有救援能力的人员，大大增加了经济投入。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明装置采用如下技术方案：
一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，包括救生船体、升降平移钢网装置、双目视觉检测装置、图像采集与按压装置、双臂机械手装置和报警装置，所述救生船体的两个船腔内侧设置有升降平移钢网装置，所述救生船体船腔尾部顶端设置有双臂机械手装置，救生船体船腔头部顶端设置有双目视觉检测装置，救生船体尾部平台顶端中部设置有图像采集与按压装置，救生船体船腔内腔尾部侧壁设置有报警装置。
所述救生船体包括船腔、尾部平台和固定平台，固定平台左右两端对称设置有船腔，固定平台尾部设置有尾部平台。
所述升降平移钢网装置包括一号滑台电机、二号滑台电机、一号滑台、二号滑台、一号伸缩杆滑块、二号伸缩杆滑块、一号钢网伸缩杆、二号钢网伸缩杆和救援钢网，所述一号滑台电机设置于左端船腔内侧壁尾部，所述二号滑台电机设置于右端船腔内侧壁尾部，二号滑台电机和一号滑台电机输出轴通过轴承与二号滑台和一号滑台相连，且一号滑台位于左端船腔内侧壁，所述二号滑台位于右端船腔内侧壁，所述一号滑台和二号滑台的丝杠上分别设置有一号伸缩杆滑块和二号伸缩杆滑块，所述一号伸缩杆滑块上对称设置有两个一号钢网伸缩杆，所述二号伸缩杆滑块上对称设置有两个二号钢网伸缩杆，两个二号钢网伸缩杆和两个一号钢网伸缩杆底端设置有救援钢网。
所述双目视觉检测装置包括一号视觉相机，二号视觉相机和相机旋转电机，一号视觉相机设置于左端船腔头部顶端，所述二号视觉相机设置于右端船腔头部顶端，右端船腔和左端船腔内腔顶部设置有相机旋转电机，所述左端相机旋转电机和右端相机旋转电机输出轴分别通过轴承与一号视觉相机和二号视觉相机固定安装。
所述图像采集与按压装置包括尾部旋转电机、尾部伸缩杆、连接杆、图像采集仪伸缩杆、按压装置水平伸缩杆、按压装置垂直伸缩杆、图像采集仪和按压救援装置，所述尾部旋转电机设置于尾部平台内腔顶部，且尾部旋转电机输出轴通过轴承与尾部伸缩杆固定安装，尾部伸缩杆顶部设置有连接杆，连接杆一端与图像采集仪伸缩杆一端固定安装，图像采集仪伸缩杆另一端与图像采集仪固定安装，所述连接杆另一端与按压装置水平伸缩杆一端固定安装，按压装置水平伸缩杆另一端与按压装置垂直伸缩杆一端固定安装，按压装置垂直伸缩杆另一端与按压救生装置固定安装。
所述双臂机械手装置包括机械臂旋转电机、一号机械臂、二号机械臂、一号机械手和二号机械手，所述机械臂旋转电机设置于船腔内腔尾部顶端，左端机械臂旋转电机输出轴通过轴承与一号机械臂固定安装，一号机械臂末端设置有一号机械手，右端所述机械臂旋转电机输出轴通过轴承与二号机械臂固定安装，二号机械臂末端设置有二号机械手。
所述报警装置包括报警器和无线发射器，所述报警器与无线发射器电连接。
一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置的使用方法，采用一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，包括以下步骤，
步骤1，通过位于左右船腔的一号视觉相机和二号视觉相机连续旋转扫描水面情况，当发现溺水者时，通过报警装置发出声音报警并传输报警信息，同时双目视觉对溺水者的位置进行精确定位，控制救援装置准确、快速驶向溺水者；
步骤2，在临近溺水者时，同时控制一号钢网伸缩杆和二号钢网伸缩杆伸出，将救援钢网下压至水底，救援装置继续前行，使救援钢网到达溺水者下方，同时一号钢网伸缩杆和二号钢网伸缩杆收缩，救援钢网上移，将溺水者抬出水面后通过控制一号滑台电机与二号滑台电机同时动作将救援钢网移动到固定平台上方，救援装置开始向岸边行驶；
步骤3，救援装置向岸边行驶过程中，尾部伸缩杆伸出，提升图像采集仪和按压救援装置，通过控制尾部旋转电机，将图像采集仪旋转至溺水人员上方，检测溺水者身体是否处于平躺姿势，当溺水者未处于平躺姿势，则通过双臂机械手装置将溺水者移动至平躺，并确定溺水者的轮廓位置之后，通过调整尾部旋转电机旋转和按压装置水平伸缩杆，将按压救援装置调整至溺水者胸部上方，通过控制按压装置垂直伸缩杆的伸缩量和伸缩速度对溺水者进行预先救援。
本发明的有益效果为：本发明提供的基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，通过图像扫描识别水面上的溺水人员信息，通过双目视觉系统实现溺水人员的精确定位，同时发出报警信号；利用升降平移钢网装置的自动升降、平移实现溺水人员的自动救援，并通过图像采集与按压装置实现实现溺水人员位置的准确定位，通过双臂机械手装置实现溺水人员姿态的调整，最后利用图像采集与按压装置实现对溺水人员的第一时间救护；本发明大大提高了溺水人员识别准确度和救援速度，在救援过程中进行溺水报警同时开展第一时间的仿人工救援操作，实现了自动化、智能化无人水上救援，有效提高了溺水者的救援成功率和存活率。
附图说明
图1为本发明装置整体机械结构示意图；
图2为本发明装置整体机械结构俯视图；
图3为本发明装置尾部平台剖视图；
图4为本发明装置船腔剖视图；
1-救生船体，101-船腔，102-尾部平台，103-固定平台，2-升降平移钢网装置，201-一号滑台电机，202-二号滑台电机，203-一号滑台，204-二号滑台，205-一号伸缩杆滑块，206-二号伸缩杆滑块，207-一号钢网伸缩杆，208-二号钢网伸缩杆，209-救援钢网，3-双目视觉检测装置，301-一号视觉相机，302-二号视觉相机，303-相机旋转电机，4-图像采集与按压装置，401-尾部旋转电机，402-尾部伸缩杆，403-连接杆，404-图像采集仪伸缩杆，405-按压装置水平伸缩杆，406-按压装置垂直伸缩杆，407-图像采集仪，408-按压救援装置，5-双臂机械手装置，501-机械臂旋转电机，502-一号机械臂，503-二号机械臂，504-一号机械手，505-二号机械手，6-报警装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1-图4所示，一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，包括救生船体1、升降平移钢网装置2、双目视觉检测装置3、图像采集与按压装置4、双臂机械手装置5和报警装置6，所述救生船体1的两个船腔101内侧设置有升降平移钢网装置2，所述救生船体1船腔101尾部顶端设置有双臂机械手装置5，救生船体1船腔101头部顶端设置有双目视觉检测装置3，救生船体1尾部平台102顶端中部设置有图像采集与按压装置4，救生船体1船腔101内腔尾部侧壁设置有报警装置6。
所述救生船体1包括船腔101、尾部平台102和固定平台103，固定平台103左右两端对称设置有船腔101，固定平台103尾部设置有尾部平台102，船腔101由金属焊接而成的空腔，为整个船体提供浮力。
所述升降平移钢网装置2包括一号滑台电机201、二号滑台电机202、一号滑台203、二号滑台204、一号伸缩杆滑块205、二号伸缩杆滑块206、一号钢网伸缩杆207、二号钢网伸缩杆208和救援钢网209，所述一号滑台电机201设置于左端船腔101内侧壁尾部，所述二号滑台电机202设置于右端船腔101内侧壁尾部，二号滑台电机202和一号滑台电机201输出轴通过轴承与二号滑台204和一号滑台203相连，且一号滑台203位于左端船腔101内侧壁，所述二号滑台204位于右端船腔101内侧壁，所述一号滑台203和二号滑台204的丝杠上分别设置有一号伸缩杆滑块205和二号伸缩杆滑块206，所述一号伸缩杆滑块205上对称设置有两个一号钢网伸缩杆207，所述二号伸缩杆滑块206上对称设置有两个二号钢网伸缩杆208，两个二号钢网伸缩杆208和两个一号钢网伸缩杆207底端设置有救援钢网209。
所述双目视觉检测装置3包括一号视觉相机301，二号视觉相机302和相机旋转电机303，一号视觉相机301设置于左端船腔101头部顶端，所述二号视觉相机302设置于右端船腔101头部顶端，右端船腔101和左端船腔101内腔顶部设置有相机旋转电机303，所述左端相机旋转电机303和右端相机旋转电机303输出轴分别通过轴承与一号视觉相机301和二号视觉相机302固定安装。
所述图像采集与按压装置4包括尾部旋转电机401、尾部伸缩杆402、连接杆403、图像采集仪伸缩杆404、按压装置水平伸缩杆405、按压装置垂直伸缩杆406、图像采集仪407和按压救援装置408，所述尾部旋转电机401设置于尾部平台102内腔顶部，且尾部旋转电机401输出轴通过轴承与尾部伸缩杆402固定安装，尾部伸缩杆402顶部设置有连接杆403，连接杆403一端与图像采集仪伸缩杆404一端固定安装，图像采集仪伸缩杆404另一端与图像采集仪407固定安装，图像采集仪407用于检测和识别溺水人员的轮廓特征，所述连接杆403另一端与按压装置水平伸缩杆405一端固定安装，按压装置水平伸缩杆405另一端与按压装置垂直伸缩杆406一端固定安装，按压装置垂直伸缩杆406另一端与按压救生装置408固定安装，图像采集与按压装置4通过尾部旋转电机401的工作，实现图像采集仪407和按压救援装置408的位置变换，通过尾部伸缩杆402的伸缩实现图像采集仪407和按压救援装置408的升降，完成图像采集或通过按压救援装置408对落水者进行紧急抢救。
所述双臂机械手装置5包括机械臂旋转电机501、一号机械臂502、二号机械臂503、一号机械手504和二号机械手505，所述机械臂旋转电机501设置于船腔101内腔尾部顶端，左端机械臂旋转电机501输出轴通过轴承与一号机械臂502固定安装，一号机械臂502末端设置有一号机械手504，右端所述机械臂旋转电机501输出轴通过轴承与二号机械臂503固定安装，二号机械臂503末端设置有二号机械手505，通过一号机械手504和二号机械手505共同作用改变溺水者的位姿，便于通过按压救援装置408进行施救。
所述报警装置6包括报警器和无线发射器，所述报警器与无线发射器电连接，在双目视觉检测装置3检测到溺水者后将信息反馈至报警装置6，报警装置6的警报器发出声音报警并通过无线发射器将报警信息通过无线方式传递给救援中心。
一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置的使用方法，采用一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，包括以下步骤，
步骤1，通过位于左右船腔101的一号视觉相机301和二号视觉相机302连续旋转扫描水面情况，当发现溺水者时，通过报警装置6的报警器发出声音报警并通过无线发射器传输报警信息，同时双目视觉检测装置3对溺水者的位置进行精确定位，控制救援装置准确、快速驶向溺水者；
步骤2，在临近溺水者时，同时控制一号钢网伸缩杆207和二号钢网伸缩杆208伸出，将救援钢网209下压至水底，救援装置继续前行，使救援钢网209到达溺水者下方，同时一号钢网伸缩杆207和二号钢网伸缩杆208收缩，救援钢网209上移，将溺水者抬出水面后通过控制一号滑台电机201与二号滑台电机202同时动作将救援钢网209移动到固定平台103上方，救援装置开始向岸边行驶；
步骤3，救援装置向岸边行驶过程中，尾部伸缩杆402伸出，提升图像采集仪407和按压救援装置4，通过控制尾部旋转电机401，将图像采集仪407旋转至溺水人员上方，检测溺水者身体是否处于平躺姿势，当溺水者未处于平躺姿势，则通过双臂机械手装置5将溺水者移动或翻转至平躺，并确定溺水者的轮廓位置之后，通过调整尾部旋转电机401和按压装置水平伸缩杆405，将按压救援装置408调整至溺水者胸部上方，通过控制按压装置垂直伸缩杆406的伸缩量和伸缩速度对溺水者进行预先救援。
Claims (8)
1.一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于，包括救生船体、升降平移钢网装置、双目视觉检测装置、图像采集与按压装置、双臂机械手装置和报警装置，所述救生船体的两个船腔内侧设置有升降平移钢网装置，所述救生船体船腔尾部顶端设置有双臂机械手装置，救生船体船腔头部顶端设置有双目视觉检测装置，救生船体尾部平台顶端中部设置有图像采集与按压装置，救生船体船腔内腔尾部侧壁设置有报警装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述救生船体包括船腔、尾部平台和固定平台，固定平台左右两端对称设置有船腔，固定平台尾部设置有尾部平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述升降平移钢网装置包括一号滑台电机、二号滑台电机、一号滑台、二号滑台、一号伸缩杆滑块、二号伸缩杆滑块、一号钢网伸缩杆、二号钢网伸缩杆和救援钢网，所述一号滑台电机设置于左端船腔内侧壁尾部，所述二号滑台电机设置于右端船腔内侧壁尾部，二号滑台电机和一号滑台电机输出轴通过轴承与二号滑台和一号滑台相连，且一号滑台位于左端船腔内侧壁，所述二号滑台位于右端船腔内侧壁，所述一号滑台和二号滑台的丝杠上分别设置有一号伸缩杆滑块和二号伸缩杆滑块，所述一号伸缩杆滑块上对称设置有两个一号钢网伸缩杆，所述二号伸缩杆滑块上对称设置有两个二号钢网伸缩杆，两个二号钢网伸缩杆和两个一号钢网伸缩杆底端设置有救援钢网。
4.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述双目视觉检测装置包括一号视觉相机，二号视觉相机和相机旋转电机，一号视觉相机设置于左端船腔头部顶端，所述二号视觉相机设置于右端船腔头部顶端，右端船腔和左端船腔内腔顶部设置有相机旋转电机，所述左端相机旋转电机和右端相机旋转电机输出轴分别通过轴承与一号视觉相机和二号视觉相机固定安装。
5.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述图像采集与按压装置包括尾部旋转电机、尾部伸缩杆、连接杆、图像采集仪伸缩杆、按压装置水平伸缩杆、按压装置垂直伸缩杆、图像采集仪和按压救援装置，所述尾部旋转电机设置于尾部平台内腔顶部，且尾部旋转电机输出轴通过轴承与尾部伸缩杆固定安装，尾部伸缩杆顶部设置有连接杆，连接杆一端与图像采集仪伸缩杆一端固定安装，图像采集仪伸缩杆另一端与图像采集仪固定安装，所述连接杆另一端与按压装置水平伸缩杆一端固定安装，按压装置水平伸缩杆另一端与按压装置垂直伸缩杆一端固定安装，按压装置垂直伸缩杆另一端与按压救生装置固定安装。
6.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述双臂机械手装置包括机械臂旋转电机、一号机械臂、二号机械臂、一号机械手和二号机械手，所述机械臂旋转电机设置于船腔内腔尾部顶端，左端机械臂旋转电机输出轴通过轴承与一号机械臂固定安装，一号机械臂末端设置有一号机械手，右端所述机械臂旋转电机输出轴通过轴承与二号机械臂固定安装，二号机械臂末端设置有二号机械手。
7.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于：所述报警装置包括报警器和无线发射器，所述报警器与无线发射器电连接。
8.一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置的使用方法，采用权利要求1所述的一种基于双目视觉的智能化无人水上救援装置，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，通过位于左右船腔的一号视觉相机和二号视觉相机连续旋转扫描水面情况，当发现溺水者时，通过报警装置发出声音报警并传输报警信息，同时双目视觉对溺水者的位置进行精确定位，控制救援装置准确、快速驶向溺水者；
步骤2，在临近溺水者时，同时控制一号钢网伸缩杆和二号钢网伸缩杆伸出，将救援钢网下压至水底，救援装置继续前行，使救援钢网到达溺水者下方，此时，一号钢网伸缩杆和二号钢网伸缩杆收缩，救援钢网上移，将溺水者抬出水面后通过控制一号滑台电机与二号滑台电机同时动作将救援钢网移动到固定平台上方，救援装置开始向岸边行驶；
步骤3，救援装置向岸边行驶过程中，尾部伸缩杆伸出，提升图像采集仪和按压救援装置，通过控制尾部旋转电机，将图像采集仪旋转至溺水人员上方，检测溺水者身体是否处于平躺姿势，当溺水者未处于平躺姿势，则通过双臂机械手装置将溺水者移动至平躺，并确定溺水者的轮廓位置，之后，通过调整尾部旋转电机旋转和按压装置水平伸缩杆，将按压救援装置调整至溺水者胸部上方，通过控制按压装置垂直伸缩杆的伸缩量和伸缩速度对溺水者进行预先救援。
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