CN110406646B - 一种高灵活性的水上救援装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵活性的水上救援装置及其控制系统，该救援装置包括船体，所述船体上表面一端固定安装有支撑架，船体上表面另一端固定安装有航行指示灯，所述支撑架上表面安装有摄像头，所述船体上表面在支撑架下方安装有第一电机，船体一侧表面上端固定安装有报警喇叭，船体上表面中部设置有气囊弹射机构，通过弹射机构调整相应的角度，发射气囊给落水者，适用范围广，可实现快速自主救援，同时，以气囊弹射为救援核心，不受低矮障碍物阻挡；其控制系统包括救生终端，用于向ROS操作系统发送无线电波控制船体的航行路径；ROS操作系统、用于接收救生终端发送的无线电波信号，使船体进行气囊弹射、警报和航行工作；耗时短，效率高，安全系数高。

Description

一种高灵活性的水上救援装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及水上救援设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种高灵活性的水上救援装置及其控制系统。

背景技术

国内外对救援机器人的研究历史较早，而能投放到市场的、关注水上救援的机器人的研究是近三四年才慢慢兴起的。按外观结构来分有船类、还有无人机类，都是通过水上或空中途径传递救生圈等救援设备实现救援。船类方向按控制类型又分为近距离控制和远程控制两种，近距离控制方面的产品主要特点是体积庞大、救援人员可以驾驶载具实行救援、可携带的救援设备多；缺点是不适用于狭窄区域，消耗颇多的人力；远程控制方面的产品主要特点是含有无线传输装置进行远距离控制，体积小巧，灵活性高。部分还配备有图像传输系统，能进行实时监控。而救援功能的实现大多是产品直接开动到与被救援者零距离处“递送”救援设备，受水流速度、前方障碍物等外界因素影响较大。一旦被救援者在水平面高处被困，就无法实现救援设备的传递。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耗时短，效率高，安全系数大的高灵活性水上救援装置及其控制系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高灵活性的水上救援装置，包括船体，所述船体上表面一端固定安装有支撑架，船体上表面另一端固定安装有航行指示灯，所述支撑架上表面安装有摄像头，所述船体上表面在支撑架下方安装有第一电机，船体一侧表面上端固定安装有报警喇叭，船体上表面中部设置有气囊弹射机构，所述气囊弹射机构包括安装板、凸轮、主动轮、凸板、导轨板、气囊容纳盒、弹簧、冲击棒、第二电机、从动轮和冲击棒支架。

优选地，所述安装板固定安装在船体上表面中部，所述凸轮固定安装在安装板上表面一端，所述冲击棒一端通过销轴活动安装在凸轮上表面中部，所述安装板上表面在凸轮两侧均活动安装有主动轮，安装板下表面在其中一组主动轮位置安装有第二电机，第二电机的输出轴与该主动轮固定连接，所述从动轮固定安装在凸板下表面，两组所述主动轮分别啮合在从动轮两侧，所述冲击棒支架固定安装在凸板上表面，所述弹簧设置在冲击棒支架内，所述冲击棒的冲杆活动插设于弹簧内，且冲击棒的冲杆一端与弹簧一端卡合，所述导轨板固定安装在安装板上表面位于凸出板一侧端，所述气囊容纳盒固定安装在导轨板一端侧表面，气囊容纳盒内容纳有多组气囊，气囊容纳盒一端开设有连通于弹簧一端的发射轨道，发射轨道一端连通于弹簧一端。

优选地，所述安装板一端还固定安装有凸出架，凸出架上安装有红外线距离传感器。

优选地，所述摄像头为openmv摄像头。

优选地，所述摄像头活动安装在支撑架上表面，摄像头外表面套设有传动带，传动带另一端传动连接销柱，所述第一电机的输出轴与销柱固定连接。

一种用于高灵活性的水上救援装置的控制系统，包括以下部件：

救生终端，用于向ROS操作系统发送无线电波控制船体的航行路径；

ROS操作系统，用于接收救生终端发送的无线电波信号，使船体进行气囊弹射、警报和航行工作；

所述救生终端与ROS操作系统连接。

优选地，所述ROS操作系统包括以下部件：

人脸识别模块，与摄像头连接用于识别落水物是否为人；

GPS定位模块，用于实时向外界传输船体经纬度，进而获得落水者地理位置；

信号接收模块，用于救生终端和ROS操作系统之间的信号传输；

警报模块，用于当船体航行时启动报警喇叭；

规划模块，用于启动船体的桨从而使船体按照规划路线航行；

所述人脸识别模块、GPS定位模块、信号接收模块、警报模块和路线规划模块均与控制模块连接。

优选地，所述规划模块还包括以下模块：储存模块，储存有人脸五官点位图；

对比模块，接收人脸识别模块发送的图像与储存模块中人脸五官点位图进行对比分析，当为人脸时发送启动信号给路线模块；

路线模块，接收对比模块发送的启动信号，启动船体的桨使船体移动至落水人位置处；

所述储存模块、对比模块和路线模块均与控制模块连接。

有益效果

当实施救援工作时，船体警示灯亮起，并发出报警声音，引起周围人员注意，完成救援后的上岸抢救工作。当摄像头捕捉到有人落水后，便会通过ROS操作系统自动规划路径，驱动船体，直至到达落水者附近。此时openmv调整角度捕捉到人的脸部，弹射机构也会调整相应的角度，发射气囊给落水者，适用范围广，可实现快速自主救援，同时，以气囊弹射为救援核心，不受低矮障碍物阻挡，耗时短，效率高，安全系数大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种高灵活性的水上救援装置的侧视图；

图2是本发明一种高灵活性的水上救援装置的俯视图；

图3是本发明的气囊弹射机构的结构图；

图4是本发明的气囊弹射机构的侧视图；

图5是本发明一种高灵活性的水上救援装置的控制系统框架图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1和图2所示，本发明提供一种高灵活性的水上救援装置，包括船体1，船体1上表面一端固定安装有支撑架2，船体1上表面另一端固定安装有航行指示灯7，支撑架2上表面安装有摄像头4，船体1上表面在支撑架2下方安装有第一电机3，船体1一侧表面上端固定安装有报警喇叭6，船体1上表面中部设置有气囊弹射机构5，气囊弹射机构5包括安装板9、凸轮10、主动轮11、凸板12、导轨板13、气囊容纳盒14、弹簧16、冲击棒17、第二电机18、从动轮19和冲击棒支架20。

参阅图3和图4所示，安装板9固定安装在船体1上表面中部，凸轮10固定安装在安装板9上表面一端，冲击棒17一端通过销轴活动安装在凸轮10上表面中部，安装板9上表面在凸轮10两侧均活动安装有主动轮11，安装板9下表面在其中一组主动轮11位置安装有第二电机18，第二电机18的输出轴与该主动轮11固定连接，从动轮19固定安装在凸板12下表面，两组主动轮11分别啮合在从动轮19两侧，冲击棒支架20固定安装在凸板12上表面，弹簧16设置在冲击棒支架20内，冲击棒17的冲杆活动插设于弹簧16内，且冲击棒17的冲杆一端与弹簧16一端卡合，导轨板13固定安装在安装板9上表面位于凸板12一侧端，气囊容纳盒14固定安装在导轨板13一端侧表面，气囊容纳盒14内容纳有多组气囊15，气囊容纳盒14一端开设有连通于弹簧16一端的发射轨道21，发射轨道21一端连通于弹簧16一端，冲击棒17的冲杆收缩，弹簧16处于压缩状态，当启动冲击棒17的冲杆伸出时，在自身的冲击力和弹簧16的弹力作用下，冲杆能够将气囊15弹射出。

本实施例中，安装板9一端还固定安装有凸出架，凸出架上安装有红外线距离传感器22，通过红外线距离传感器22能够检测落水者与船体1之间的距离，从而使船体1能够精确的移动至落水者位置。

本实施例中，摄像头4为openmv摄像头，采用openmv摄像头，利用机器视觉捕捉落水者的脸部，识别后调整弹射装置的发射角度，实现精准弹射。

本实施例中，摄像头4活动安装在支撑架2上表面，摄像头4外表面套设有传动带，传动带另一端连接销柱，第一电机3的输出轴与销柱固定连接，通过第一电机3能够实现摄像头4的旋转。

参阅图5所示，一种用于高灵活性的水上救援装置的控制系统，包括以下部件：

救生终端，用于向ROS操作系统发送无线电波控制船体1的航行路径；

ROS操作系统，用于接收救生终端发送的无线电波信号，使船体1进行气囊弹射、警报和航行工作；

救生终端与ROS操作系统连接。

本实施例中，ROS操作系统包括以下部件：

人脸识别模块，与摄像头4连接用于识别落水物是否为人；

GPS定位模块，用于实时向外界传输船体经纬度，进而获得落水者地理位置；

信号接收模块，用于救生终端和ROS操作系统之间的信号传输；

警报模块，用于当船体1航行时启动报警喇叭6；

规划模块，用于启动船体1的桨从而使船体1按照规划路线航行；

人脸识别模块、GPS定位模块、信号接收模块、警报模块和路线规划模块均与控制模块连接。

本实施例中，规划模块还包括以下模块：

储存模块，储存有人脸五官点位图；

对比模块，接收人脸识别模块发送的图像与储存模块中人脸五官点位图进行对比分析，当为人脸时发送启动信号给路线模块；

路线模块，接收对比模块发送的启动信号，启动船体1的桨使船体1移动至落水人位置处；

储存模块、对比模块和路线模块均与控制模块连接。

工作原理：利用机器视觉和单片机技术将人为的手动气囊弹射变为人脸识别、自动弹射，在安全距离内将气囊以弹射的方式送达落水者身边；引入ROS操作系统，在一定情况下实行路线规划，进而实现船体自主救援，通过救生终端自带对讲功能，通过报警喇叭可以和被救援者进行交流，避免被困者情绪过于紧张对救援造成不便；加入GPS定位模块，实时向外界传输船体经纬度，进而获得落水者地理位置；利用无线通信技术，可实现对船体远程操控，提高灵活性；增加声光报警系统，当实施救援工作时，航行器警示灯亮起，并发出报警声音，引起周围人员注意，完成救援后的上岸抢救工作。当摄像头捕捉到有人落水后，便会通过ROS操作系统自动规划路径，驱动船体，直至到达落水者附近。此时openmv调整角度捕捉到人的脸部，弹射机构也会调整相应的角度，发射气囊给落水者。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高灵活性的水上救援装置，包括船体，其特征在于：所述船体上表面一端固定安装有支撑架，船体上表面另一端固定安装有航行指示灯，所述支撑架上表面安装有摄像头，所述船体上表面在支撑架下方安装有第一电机，船体一侧表面上端固定安装有报警喇叭，船体上表面中部设置有气囊弹射机构，所述气囊弹射机构包括安装板、凸轮、主动轮、凸板、导轨板、气囊容纳盒、弹簧、冲击棒、第二电机、从动轮和冲击棒支架，所述安装板固定安装在船体上表面中部，所述凸轮固定安装在安装板上表面一端，所述冲击棒一端通过销轴活动安装在凸轮上表面中部，所述安装板上表面在凸轮两侧均活动安装有主动轮，安装板下表面在其中一组主动轮位置安装有第二电机，第二电机的输出轴与该主动轮固定连接，所述从动轮固定安装在凸板下表面，两组所述主动轮分别啮合在从动轮两侧，所述冲击棒支架固定安装在凸板上表面，所述弹簧设置在冲击棒支架内，所述冲击棒的冲杆活动插设于弹簧内，且冲击棒的冲杆一端与弹簧一端卡合，所述导轨板固定安装在安装板上表面位于凸出板一侧端，所述气囊容纳盒固定安装在导轨板一端侧表面，气囊容纳盒内容纳有多组气囊，气囊容纳盒一端开设有连通于弹簧一端的发射轨道，发射轨道一端连通于弹簧一端，所述安装板一端还固定安装有凸出架，凸出架上安装有红外线距离传感器，所述摄像头为openmv摄像头，所述摄像头活动安装在支撑架上表面，摄像头外表面套设有传动带，传动带另一端传动连接销柱，所述第一电机的输出轴与销柱固定连接。

2.一种用于如权利要求1所述的高灵活性的水上救援装置的控制系统，其特征在于，包括以下部件：

救生终端，用于向ROS操作系统发送无线电波控制船体的航行路径；

ROS操作系统，用于接收救生终端发送的无线电波信号，使船体进行气囊弹射、警报和航行工作；

所述救生终端与ROS操作系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于高灵活性的水上救援装置的控制系统，其特征在于，所述ROS操作系统包括以下部件：

人脸识别模块，与摄像头连接用于识别落水物是否为人；

GPS定位模块，用于实时向外界传输船体经纬度，进而获得落水者地理位置；

信号接收模块，用于救生终端和ROS操作系统之间的信号传输；

警报模块，用于当船体航行时启动报警喇叭；

规划模块，用于启动船体的桨从而使船体按照规划路线航行；

所述人脸识别模块、GPS定位模块、信号接收模块、警报模块和路线规划模块均与控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于高灵活性的水上救援装置的控制系统，其特征在于，所述规划模块还包括以下模块：

储存模块，储存有人脸五官点位图；

对比模块，接收人脸识别模块发送的图像与储存模块中人脸五官点位图进行对比分析，当为人脸时发送启动信号给路线模块；

路线模块，接收对比模块发送的启动信号，启动船体的桨使船体移动至落水人位置处；

所述储存模块、对比模块和路线模块均与控制模块连接。