CN110001888B - 一种海上智能救生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上智能救生系统，其包括用于搜寻待救人员并获取待救人员的位置的无人机和救生装置；无人机包括用于采集环境信息的图像采集模块、用于定位无人机的位置的定位模块I和信号发射模块；救生装置包括救生装置壳体、位于救生装置壳体内部的电源模块、与信号发射模块通讯联系的信号接收模块、用于定位救生装置的位置的定位模块II、惯性导航模块、控制模块及动力模块；救生装置壳体整体呈U形，其头部设有鸭嘴状组件；惯性导航模块包括MEMS陀螺、三轴加速度计和地磁感应器。本发明的海上智能救生系统，智能程度高；救生装置的流动阻力小，运行速度快；采用惯性导航技术，不受风浪影响，应用前景好。

Description

一种海上智能救生系统
技术领域
本发明属于海上救生设备技术领域，涉及一种海上智能救生系统，特别涉及一种无需人员操作即可自行救援的海上智能救生系统。
背景技术
随着社会的发展，海洋经济越来越受到了人们的重视，经济发展不断由内陆向海洋延伸，蓝色海洋经济日益成为了新经济形势下发展的重心。海洋经济的发展将在海底牧场、休闲渔业、海洋旅游等方面率先得到体现，随着人们海洋活动的日益增多，这对海洋救生设备提出了更高的要求。
目前，在河流或海洋中的水面搜救落水者，依旧主要依靠救援人员携带救生圈靠近后进行人工施救，施救过程难度较大，对救生员的体力消耗也较大，也存在一定的危险性。针对这一问题，业界也开发了水面智能救生设备和智能救生圈等设备，但这些设备均是由操作员通过遥控设备控制靠近落水者，然而在实际操作时，由于操作员的视野受限，难以精确快速的将救生设备送至落水者附近，从而影响救援的进度，危及落水者的人身健康。
因此，开发一种救援速度快且无需操作员的海上智能救生系统极具现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术自动化程度不高且救援具有一定的局限性的缺陷，提供一种救援速度快且无需操作员的海上智能救生系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种海上智能救生系统，包括用于搜寻待救人员并获取待救人员的位置的无人机和救生装置；
所述无人机包括图像采集模块、定位模块I和分别与图像采集模块、定位模块I连接的信号发射模块，所述图像采集模块用于采集环境信息，所述定位模块I用于定位无人机的位置，所述信号发射模块用于将图像采集模块及定位模块I获取的信息传送至救生装置；
所述救生装置包括救生装置壳体、位于救生装置壳体内部的电源模块、信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块、控制模块及动力模块，控制模块分别与信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块及动力模块连接；
所述救生装置壳体整体呈U形，U形的开口端为救生装置尾端，该端安装有动力模块，另一端设有鸭嘴状组件；
所述电源模块用于为控制模块、信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块及动力模块提供电源；
所述信号接收模块用于与信号发射模块建立信号联系，获取无人机的位置信息及其采集的图像；
所述定位模块II用于定位救生装置的位置；
所述控制模块用于根据图像采集模块及定位模块I发送的信息确定待救人员的位置，并根据定位模块II获取的救生装置位置信息规划救生装置的运动路径后，给惯性导航模块和动力模块发送指令；
所述惯性导航模块用于引导救生装置到达待救人员所在位置，其包括MEMS(微机电系统)陀螺、三轴加速度计和地磁感应器；
所述动力模块用于驱动救生装置到达待救人员所在位置。
本发明采用新型的U形救生装置，相比于现有技术普遍采用的救生圈式救生装置，本发明的救生装置在水上运动的阻力小，在同等动力的条件下，本发明的救生装置的运动速度快，能够快速达到指定位置。此外，本发明的救生装置头部还安装有鸭嘴状组件，在救生装置在水中快速运动时，救生装置头部的鸭嘴状组件会对水流进行分流，能够进一步降低其流动阻力。同时，本发明选用MEMS(微机电系统)陀螺、三轴加速度计和地磁感应器三者配合为救生装置提供惯性导航，相比于现有技术普遍采用的GPS导航，本发明的惯性导航不易受海浪影响，其导航精度高，本发明选用MEMS陀螺，相较于现有惯性导航技术普遍采用的光纤陀螺，体积小，成本低廉，更适用于本发明的海上智能救生系统。
本发明的海上智能救生系统的作业流程如下：
在本发明的海上智能救生系统中，无人机与救生装置实时通讯，无人机实时将无人机的位置信息及采集到的图像信息发送至救生装置，救生装置的控制模块对以上信号进行处理确定是否发现待救人员，发现待救人员后，控制模块首先根据图像采集模块及无人机的定位模块I所发送信息确定待救人员的位置，然后结合救生装置的定位模块II获取的救生装置位置信息对救生装置的运动轨迹进行规划，并给惯性导航模块及动力模块发送指令，而后动力模块在惯性导航模块的指引下运转，驱动救生装置到达待救人员所在位置。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种海上智能救生系统，所述救生装置壳体左右对称，其主要由一C形前舱和两条状后舱组装而成。本发明的救生装置壳体形状及构造并不仅限于此，本发明仅以此为例，救生装置的壳体也可为一整体，本发明是为了方便安装才将壳体分为多个部件。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述鸭嘴状组件主要由弧形板I、弧形板II、弧形板III和弧形板IV围成，所述弧形板IV与前舱的边缘贴合，弧形板I位于弧形板III及弧形板II的上方，弧形板I与水平面的夹角为25°～35°，弧形板III与水平面的夹角为30°～35°；本发明通过设置鸭嘴状组件的各板排布，显著降低了救生装置的流动阻力，各板与水平面的夹角可在一定范围内调整，但不宜过大或过小，否则将影响救生装置的流动阻力；
前舱的中部设有凸起，凸起两侧设有与水平面夹角为5°～8°的坡面，所述坡面沿前舱至后舱方向逐渐升高，本发明凸起两侧坡面的设计将进一步降低救生装置的流动阻力，凸起也可设计成一定坡度，凸起靠近救生装置首端的坡度最好为35°～45°。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述前舱与后舱机械配合，其轴向和周向采用单面过盈配合，其余面间隙配合，轴向上还设有限位螺钉固定。本发明的前舱与后舱的具体连接形式方式并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述定位模块I和定位模块II均为GPS(Global Positioning System，全球定位系统)模块、北斗卫星导航系统(BDS)模块或格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)模块。本发明的定位模块并不仅限于此，其他能够实现定位的装置均可适用于本发明，只要两定位装置是基于同一系统即可。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述动力模块安装在后舱内，其包括电机、联轴器、喷射泵以及调整喷射泵方向的舵机；
所述喷射泵包括泵体、进水挡板、螺旋扇叶、转轴和出水孔体；
所述联轴器一端与电机主轴连接，另一端与转轴一端连接，转轴的另一端与螺旋扇叶过盈连接；
所述舵机通过拉杆与泵体连接，进而控制出水孔体的方向；
所述泵体设有进水孔和出水孔，进水孔安有与进水孔过盈配合的进水挡板，出水孔与出水孔体连接。本发明的动力模块的构成及具体安装位置并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的动力模块及其安装位置，只要能够保证驱动救生装置即可。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述后舱沿救生装置的长度方向分为密封舱和非密封舱，所述密封舱与前舱连接，非密封舱远离前舱的面为开口面；
所述电机、舵机、联轴器、泵体及进水挡板位于密封舱内，所述舵机、泵体与密封舱通过螺栓固定；
所述螺旋扇叶及出水孔体位于非密封舱内，所述螺旋扇叶为内置叶片，避免裸漏与人体接触，对落水者造成伤害。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述控制模块布置在前舱内，其包括电子调速器、蜂鸣器、红外感应装置及分别与电子调速器、蜂鸣器、红外感应装置连接的控制电路板，红外感应装置安装在鸭嘴状组件内，所述电子调速器与电机连接，所述控制电路板分别与定位模块II、惯性导航模块、信号接收模块、舵机连接。在救生装置达到指定位置附近后，蜂鸣器将发出蜂鸣以提醒待救援人员救生装置的位置。本发明的控制模块的构造、安装位置及与其他部件的连接关系并不仅限于此，本发明仅以此为例。本领域技术人员可根据实际情况对控制模块的组件、安装位置及连接关系进行选择。
如上所述的一种海上智能救生系统，所述电源模块、定位模块II及惯性导航模块均安装在前舱内。本发明的电源模块、定位模块II及惯性导航模块的安装位置并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行安装，但考虑安装位置时应当充分考虑安装位置的防水性能。
有益效果：
(1)本发明的一种海上智能救生系统，智能程度高，24小时全天候在线，救援速度快；
(2)本发明的一种海上智能救生系统，救生装置的流动阻力小，其运行速度快；
(3)本发明的一种海上智能救生系统，救生装置采用惯性导航技术，克服了现有GPS导航受风浪影响大的缺陷，采用MEMS陀螺作为硬件，体积小，成本低，极具应用前景。
附图说明
图1为本发明的救生装置的结构示意图；
图2为本发明的救生装置的剖视图；
图3为本发明的救生装置的侧视图；
图4为本发明的控制模块的示意图；
图5为本发明的动力模块的示意图；
其中，1-前舱，2-后舱，3-鸭嘴状组件，4-凸起，5-坡面，6-限位螺钉，7-电源模块，8-控制模块，9-信号接收模块，10-密封舱，11-非密封舱，12-动力模块，13-弧形板I，14-弧形板II，15-弧形板III，801-红外感应装置，802-蜂鸣器，803-控制电路板，804-电子调速器，1201-联轴器，1202-舵机，1203-拉杆，1204-螺旋扇叶，1205-出水孔，1206-出水孔体，1207-泵体，1208-进水挡板，1209-进水孔，1210-电机，1211-喷射泵。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
一种海上智能救生系统，包括无人机和如图1、2及3所示的救生装置；
无人机包括用于采集环境信息的图像采集模块、用于定位无人机的位置的定位模块I和分别与图像采集模块、定位模块I连接的信号发射模块；
救生装置包括救生装置壳体、位于救生装置壳体内部的负责给其他模块供电的电源模块7、与信号发射模块进行通讯的信号接收模块9、定位模块II、惯性导航模块、控制模块8及动力模块12，控制模块8分别与信号接收模块9、定位模块II、惯性导航模块及动力模块12连接；
救生装置壳体整体呈U形，左右对称，主要由一C形前舱1和两条状后舱2组装而成，前舱前部安有鸭嘴状组件3，鸭嘴状组件3主要由弧形板I13、弧形板II 14、弧形板III 15和弧形板IV围成，弧形板IV与前舱的边缘贴合，弧形板I13位于弧形板III 15及弧形板II 14的上方，弧形板I13与水平面的夹角为25°～35°，弧形板III 15与水平面的夹角为30°～35°，前舱1的中部设有凸起4，凸起4两侧设有与水平面夹角为5°～8°的坡面5，坡面沿前舱1至后舱2方向逐渐升高，后舱2沿救生装置的长度方向分为密封舱10和非密封舱11，密封舱10与前舱1连接，非密封舱11远离前舱1的面为开口面，前舱1与后舱2机械配合，其轴向和周向采用单面过盈配合，其余面间隙配合，轴向上还设有限位螺钉6固定；
惯性导航模块包括MEMS陀螺、三轴加速度计和地磁感应器；
控制模块如图4所示，包括电子调速器804、蜂鸣器802、用于感应救生装置前方是否有障碍物的红外感应装置801及分别与电子调速器804、蜂鸣器802、红外感应装置801连接的控制电路板803，红外感应装置801安装在鸭嘴状组件3内，控制电路板803分别与定位模块II、MEMS陀螺、三轴加速度计、地磁感应器、信号接收模块9、舵机连接，电源模块7、信号接收模块9、定位模块II、惯性导航模块及控制模块8的其他组件均安装在前舱1内部；
动力模块12如图5所示，包括与电子调速器804连接的电机1210、联轴器1201、喷射泵1211以及调整喷射泵方向的舵机1202，喷射泵1211包括泵体1207、进水挡板1208、螺旋扇叶1204、转轴和出水孔体1206，电机1210、舵机1202、联轴器1201、泵体1207及进水挡板1208位于密封舱10内，其中联轴器1201一端与电机1210主轴连接，另一端与转轴一端连接，转轴的另一端与螺旋扇叶1204过盈连接，舵机1202通过拉杆1203与泵体1207连接进而控制出水孔体1206的方向，舵机1202、泵体1207与密封舱10通过螺栓固定，泵体1207设有进水孔1209和出水孔1205，进水孔1209安有与进水孔过盈配合的进水挡板1208，出水孔1205与出水孔体1206连接，螺旋扇叶1204及出水孔体1206位于非密封舱11内，螺旋扇叶为内置叶片；
定位模块I和定位模块II均为GPS模块、北斗卫星导航系统模块或格洛纳斯卫星导航系统模块。
本发明的海上智能救生系统的作业流程如下：
在本发明的海上智能救生系统中，无人机与救生装置实时通讯，无人机实时将无人机的位置信息及采集到的图像信息发送至救生装置，救生装置的控制模块对以上信号进行处理确定是否发现待救人员，发现待救人员后，控制模块首先根据图像采集模块及无人机的定位模块I所发送信息确定待救人员的位置，然后结合救生装置的定位模块II获取的救生装置位置信息对救生装置的运动轨迹进行规划，并给惯性导航模块及动力模块发送指令，而后动力模块在惯性导航模块的指引下运转，驱动救生装置到达待救人员所在位置，到达指定位置后，蜂鸣器将触发，提醒待救人员救生装置所在位置，在行驶过程中红外感应装置将感应前方是否出现障碍物(非待救人员)，如出现障碍物，红外感应装置将给控制电路板发送信号，控制电路板将根据情况调整运动轨迹，在避开障碍物的同时保证尽快到达待救人员所在位置。
动力模块在接收到控制电路板指令后的工作状态如下：
控制电路板发出指令，电机接收到指令，电机开始转动，并通过联轴器带动喷射泵中的转轴转动，转轴另一端安装的螺旋扇叶也随之转动，水由进水孔通过进水挡板进入泵体内，在螺旋扇叶旋转的带动下实现喷水动力，然后水由出水孔通过出水孔体导出舱外，驱动救生装置运动。当红外感应装置感应到前方出现障碍物时，控制电路板给舵机发送指令，舵机拉动与其连接的拉杆运动，拉杆前后拉动将带动出水孔体的左右运动，以调整出水孔体方向即改变运动方向，救生装置完成转向。
经验证，本发明的海上智能救生系统，智能程度高，24小时全天候在线，救援速度快；救生装置的流动阻力小，其运行速度快；采用惯性导航技术，导航精度高，极具应用前景。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。

Claims (8)

1.一种海上智能救生系统，其特征在于，包括用于搜寻待救人员并获取待救人员的位置的无人机和救生装置；
所述无人机包括图像采集模块、定位模块I和分别与图像采集模块、定位模块I连接的信号发射模块，所述图像采集模块用于采集环境信息，所述定位模块I用于定位无人机的位置，所述信号发射模块用于将图像采集模块及定位模块I获取的信息传送至救生装置；
所述救生装置包括救生装置壳体、位于救生装置壳体内部的电源模块、信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块、控制模块及动力模块，控制模块分别与信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块及动力模块连接；
所述救生装置壳体整体呈U形，U形的开口端为救生装置尾端，该端安装有动力模块，另一端设有鸭嘴状组件；所述鸭嘴状组件由弧形板I、弧形板II、弧形板III和弧形板IV围成，所述弧形板IV与前舱的边缘贴合，弧形板I位于弧形板III及弧形板II的上方，弧形板I与水平面的夹角为25°～35°，弧形板III与水平面的夹角为30°～35°；前舱的中部设有凸起，凸起两侧设有与水平面夹角为5°～8°的坡面，所述坡面沿前舱至后舱方向逐渐升高；
所述电源模块用于为控制模块、信号接收模块、定位模块II、惯性导航模块及动力模块提供电源；
所述信号接收模块用于与信号发射模块建立信号联系，获取无人机的位置信息及其采集的图像；
所述定位模块II用于定位救生装置的位置；
所述控制模块用于根据图像采集模块及定位模块I发送的信息确定待救人员的位置，并根据定位模块II获取的救生装置位置信息规划救生装置的运动路径后，给惯性导航模块和动力模块发送指令；
所述惯性导航模块用于引导救生装置到达待救人员所在位置，其包括MEMS陀螺、三轴加速度计和地磁感应器；
所述动力模块用于驱动救生装置到达待救人员所在位置。
2.根据权利要求1所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述救生装置壳体左右对称，其由一C形前舱和两条状后舱组装而成。
3.根据权利要求1所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述前舱与后舱机械配合，其轴向和周向采用单面过盈配合，其余面间隙配合，轴向上还设有限位螺钉固定。
4.根据权利要求1所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述定位模块I和定位模块II均为GPS模块、北斗卫星导航系统模块或格洛纳斯卫星导航系统模块。
5.根据权利要求1所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述动力模块安装在后舱内，其包括电机、联轴器、喷射泵以及调整喷射泵方向的舵机；
所述喷射泵包括泵体、进水挡板、螺旋扇叶、转轴和出水孔体；
所述联轴器一端与电机主轴连接，另一端与转轴一端连接，转轴的另一端与螺旋扇叶过盈连接；
所述舵机通过拉杆与泵体连接，进而控制出水孔体的方向；
所述泵体设有进水孔和出水孔，进水孔安有与进水孔过盈配合的进水挡板，出水孔与出水孔体连接。
6.根据权利要求5所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述后舱沿救生装置的长度方向分为密封舱和非密封舱，所述密封舱与前舱连接，非密封舱远离前舱的面为开口面；
所述电机、舵机、联轴器、泵体及进水挡板位于密封舱内，所述舵机、泵体与密封舱通过螺栓固定；
所述螺旋扇叶及出水孔体位于非密封舱内，所述螺旋扇叶为内置叶片。
7.根据权利要求6所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述控制模块布置在前舱内，其包括电子调速器、蜂鸣器、红外感应装置及分别与电子调速器、蜂鸣器、红外感应装置连接的控制电路板，红外感应装置用于感应救生装置前方是否有障碍物，其安装在鸭嘴状组件内，所述电子调速器与电机连接，所述控制电路板分别与定位模块II、MEMS陀螺、三轴加速度计、地磁感应器、信号接收模块、舵机连接。
8.根据权利要求1所述的一种海上智能救生系统，其特征在于，所述电源模块、定位模块II及惯性导航模块均安装在前舱内。
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