CN111619766B - 智能型自动追踪水上飞行救生装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能型自动追踪水上飞行救生装置及其工作方法，该装置的主体为内置定位器并携带救生圈的飞行器，飞行器内设有与遥控器遥控连接，并控制飞行器各功能的控制器，飞行器包括释放救生圈的救生圈释放机构。救生圈释放机构包括用于绑接救生圈的绑带，绑带一端固定于飞行器的机体，绑带另一端绑接救生圈后伸入机体设有的锁口内，机体的锁口内固定设有由控制器控制连接的电磁顶杆；当电磁顶杆失电状态时，电磁顶杆将锁口内绑带抵紧锁止，当电磁顶杆得电时，电磁顶杆解除对绑带的抵紧锁止，绑带在救生圈重力作用下脱出锁口。以上结构，飞行器具有携带救生圈并释放救生圈的功能，从而达到飞行器携带救生圈实现救援的目的。

Description

智能型自动追踪水上飞行救生装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及水上救援设备，是一种智能型自动追踪水上飞行救生装置及其工作方法。

背景技术

现有的水上救援方式诸多，根据救援的需要往往采用直升机或救生艇进行救援，但直接出动直升机或救生艇进行救援时，资源配置非常有限，较难同一时间处理多起救援任务，且救援成本相当高。基于上述问题，如果能够设计一种飞行器，使其能携带一些简单的救援物资，比如救生圈，并将救生圈优先送达至求救者，则能够争取更多的救援时间，降低救援的风险等级，提高救援成功率。为此，有待设计一种能够携带救生圈实现快速救援的飞行器，并且尽可能实现智能控制，以保证救援的成功率。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种智能型自动追踪水上飞行救生装置及其工作方法，使其解决现有水上救援资源紧张，救援风险大，成本较高的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种智能型自动追踪水上飞行救生装置，该装置的主体为内置定位器并携带救生圈的飞行器，飞行器内设有与遥控器遥控连接，并控制飞行器各功能的控制器，飞行器包括释放救生圈的救生圈释放机构；其结构要点在于所述救生圈释放机构包括用于绑接救生圈的绑带，绑带一端固定于飞行器的机体，绑带另一端绑接救生圈后伸入机体设有的锁口内，机体的锁口内固定设有由所述控制器控制连接的电磁顶杆，当电磁顶杆失电状态时，电磁顶杆将锁口内绑带抵紧锁止，当电磁顶杆得电时，电磁顶杆解除对绑带的抵紧锁止，绑带在救生圈重力作用下脱出锁口。通过上述结构，飞行器具有携带救生圈并释放救生圈的功能，从而达到飞行器携带救生圈实现救援的目的。

所述绑带与所述电磁顶杆相抵的一侧面设有防滑齿，电磁顶杆的顶杆端部设有与防滑齿啮合的齿部。通过该结构，保证电磁顶杆对锁口内绑带锁止的可靠性。

所述救生圈与所述飞行器之间通过索绳连接，且救生圈、飞行器两者至少其一与索绳之间通过自断式锁钩连接，自断式锁钩是指拉力大于设定值时自动断开连接。通过该结构，方便救生圈与飞行器之间的断开操作，以便飞行器能够根据实际情况及时回程操作。

所述自断式锁钩包括勾座、勾体、扭簧、调节螺丝，勾体呈弧形，勾体一端与勾座之间铰接，且铰接处设置所述扭簧，扭簧作用下使勾体另一端与勾座相抵，并使勾座与勾体形成闭合的勾孔，勾座螺纹连接调节螺丝，调节螺丝与所述扭簧的其中一个扭簧脚相抵，当锁紧调节螺丝时，扭簧扭力增大，反之，扭簧扭力减小。以上结构为自断式锁钩的一种具体结构，其通过克服扭簧的扭力实现脱钩操作，并且调节扭簧的扭力，以满足所需的脱钩力要求。

所述救生圈设有自动充气机构，自动充气机构的主体为气体发生器，气体发生器内设有气体发生剂和点火电路，点火电路中设有冲撞开关，即救生圈与海面冲撞力达到设定值时自动触发点火电路，点燃气体发生剂对救生圈形成充气。通过该结构，使飞行器携带救生圈的体积更小，以便同时携带更多的救生圈，且自充气的救生圈下落时更为稳定，不易受风向的影响。

所述救生圈设有定位器和救援指示灯。通过该结构，待飞行器回程后，通过救生圈自带的定位器和救援指示灯，方便后续救援操作，提高救援成功率。

所述飞行器底部设有用于感测飞行高度的高度感测器，用于追踪求救者的追踪机构，追踪机构包括带有视觉影像追踪和红外线热成像追踪的追踪摄像头，带有声源识别的声源追踪器，以及用于照明的照明装置；高度感测器、追踪机构、照明装置均电连接所述飞行器的控制器，高度感测器的感测信号作为飞行器飞行高度的调节信号，追踪机构的追踪信号作为飞行器飞行方向的调整信号；所述遥控器设有显示所述追踪机构影像信息和声源信号强度的显示屏。通过上述结构，进一步优化飞行器的救援功能，能实现自动救援操作，提高救援的可靠性和成功率。

所述飞行器设有连接索绳并监测索绳拉力的拉力感应器，拉力感应器电连接所述飞行器的控制器，当拉力感应器的拉力值大于设定值时，由控制器控制飞行器回程。通过该结构，能根据拉力感应器的拉力值自动判定救生圈是否已送达求救者，当拉力值大于设定值时，则表示求救者已取得救生圈，以便飞行器及时回程操作。

所述飞行器的控制器内设有从飞行器释放救生圈后开始计时的时间计时器，所述遥控器设有报警器，当所述时间计时器达到上限时，所述报警器语音报警。通过该结构，及时判定救援状态，争取救援时间或改变救援模式，提高救援成功率。

该智能型自动追踪水上飞行救生装置的工作方法包括如下步骤：

Step1:开始；

Step2：初始设定飞行器的起始点坐标（X₁、Y₁)，起始高度H₁，开启定位器和追踪机构；

Step3：选择搜救模式，若选择手动模式，则执行Step4；若选择自动模式，则执行Step10；

Step4：手动遥控控制飞行器达到指定搜救点（X₂、Y₂)，高度H₂；

Step5：选择找寻求救者的模式，若选择手动模式，则执行Step6；若选择自动模式，则执行Step11；

Step6：手动遥控控制飞行器的方向和高度，并通过追踪摄像头反馈的影像信息，以及声源的强弱确认求救者方位，靠近求救者；

Step7:选择救生圈释放模式，若手动释放，则执行Step8；若自动释放，则执行Step10；

Step8:手动遥控控制飞行器，根据追踪摄像头反馈的影像信息判定救生圈释放时机，手动控制飞行器的救生圈释放机构，即电磁顶杆得电，解除对绑带的抵紧锁止，绑带松开救生圈，救生圈下落至求救者的位置；同时，手动控制飞行器，使飞行器通过索绳拉动救生圈靠近求救者位置；

Step9：根据追踪摄像头的影像信息，判定求救者是否取得救生圈，若是，则执行Step18；若否，则返回执行Step7；

Step10：飞行器根据设定的搜救点坐标（X₂、Y₂)，保持飞行高度H₂，自动飞行至指定坐标点（X₂、Y₂)，高度H₂；

Step11:飞行器根据追踪摄像头及声源追踪器，自动识别追踪求救者，并靠近求救者，保持救援高度H₃；

Step12:飞行器根据追踪摄像头提供的方位图像信息调整飞行器与求救者的位置状态，当该位置状态满足救生圈释放条件时，自动开启救生圈释放机构，释放救生圈；

Step13：飞行器对释放救生圈后的救援时间进行自动计时，当设定时间内，求救者取得救生圈并拽动索绳，飞行器的拉力感应器感应拉力大于设定值时，即表示求救者已取得救生圈，自动执行Step18；当设定时间内，飞行器的拉力感应器未感应到拉力大于设定值时，执行Step14；

Step14：自动控制飞行器，使其与求救者之间保持救援位置；

Step15：判定救援时间是否超出上限，当救援时间超出设定时间上限时，执行Step16；反之，返回执行Step13；

Step16：飞行器发送信号至遥控器，遥控器的报警器进行语音报警，提示人工介入操作；

Step17：人工介入操作时，执行Step7；人工未介入操作时，执行Step18；

Step18：救援结束，飞行器飞回初始坐标（X₁、Y₁)，高度H₁。

本发明的优点在于：救援成本较低，既能手动控制飞行器救援，亦可实现飞行器自动救援，降低了救援风险，提高了救援成功率，适合作为水上救援设备使用，或同类救援设备的结构改进。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的正面结构示意图。

图3是本发明的局部结构示意图，图中框定部分作了放大示意。

图4是本发明的自断式锁钩结构示意图。

图5是救生圈自动充气原理参考图。

图6是本发明的控制原理参考图。

图7是救生圈自动充气的控制原理参考图。

图8是本发明的工作方法流程示意图。

图中序号及名称为：1、飞行器，101、锁口，102、拉力感应器，2、绑带，201、防滑齿，3、救生圈，4、追踪机构，5、电磁顶杆，6、自断式锁钩，601、勾座，602、勾体，603、扭簧，604、调节螺丝，7、索绳，8、气体发生器，801、点火电路，802、冲撞开关。

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1-7所示，该智能型自动追踪水上飞行救生装置的主体为内置定位器并携带救生圈3的飞行器1，飞行器内设有与遥控器遥控连接，并控制飞行器各功能的控制器，飞行器包括释放救生圈的救生圈释放机构，救生圈释放机构包括用于绑接救生圈的绑带2，绑带采用扁平的布带或尼龙带均可。绑带一端通过螺丝、卡扣、弹簧销等任意一种的形式固定于飞行器的机体侧面或顶面，绑带另一端绑接救生圈后伸入机体下方设有的锁口101内，机体的锁口内固定设有由控制器控制连接的电磁顶杆5，当控制器控制电磁顶杆失电状态时，电磁顶杆将锁口内绑带抵紧锁止；当控制器控制电磁顶杆得电时，电磁顶杆解除对绑带的抵紧锁止，绑带在救生圈重力作用下脱出锁口，实现救生圈自动释放。为了提高绑带与电磁顶杆锁止的可靠性，上述绑带与电磁顶杆相抵的一侧面亦可设有防滑齿，电磁顶杆的顶杆端部设有与防滑齿啮合的齿部。

上述救生圈3与飞行器1之间通过索绳7连接，且救生圈、飞行器两者与索绳之间均通过自断式锁钩6连接，自断式锁钩是指拉力大于设定值时自动断开连接的结构。其具体结构为：自断式锁钩包括勾座601、勾体602、扭簧603、调节螺丝604，勾体呈弧形，勾体一端与勾座之间铰接，且铰接处设置扭簧，扭簧作用下使勾体另一端与勾座相抵，并使勾座与勾体形成闭合的勾孔，勾座螺纹连接调节螺丝，调节螺丝与扭簧的其中一个扭簧脚相抵，当锁紧调节螺丝时，扭簧扭力增大，反之，扭簧扭力减小。自断式锁钩连接救生圈时，勾座与救生圈外部固定，自断式锁钩连接飞行器时，勾座连接一个拉力感应器102，并通过该拉力感应器固定于飞行器侧面，拉力感应器用于监测索绳拉力，拉力感应器电连接飞行器的控制器，当拉力感应器的拉力值大于设定值时，由控制器控制飞行器回程。

上述救生圈3带有自动充气机构，以实现自动充气。自动充气机构如图5所示，其主体为气体发生器8，气体发生器内设有气体发生剂和点火电路801，点火电路中设有冲撞开关802。当救生圈与海面冲撞力达到设定值时自动触发点火电路，并点燃气体发生剂对救生圈形成充气。

除此以外，救生圈内亦可设有定位器和救援指示灯。以便飞行器回程后的后续救援操作。

本发明亦可增加智能控制结构，实现自动救援，具体为：飞行器1底部亦可设有用于感测飞行高度的高度感测器，用于追踪求救者的追踪机构4，追踪机构包括带有视觉影像追踪和红外线热成像追踪的追踪摄像头，带有声源识别的声源追踪器，以及用于照明的照明装置。高度感测器、追踪机构、照明装置均电连接飞行器的控制器，高度感测器的感测信号作为飞行器飞行高度的调节信号，追踪机构的追踪信号作为飞行器飞行方向的调整信号。遥控器设有显示追踪机构影像信息和声源信号强度的显示屏，根据影像信息和声源信号强度，方便辨识求救者方位。飞行器的控制器内设有从飞行器释放救生圈后开始计时的时间计时器，遥控器设有报警器，当时间计时器达到上限时，报警器语音报警。

基于上述结构，如图8所示，本发明的工作方法包括如下步骤：

Step1：开始。

Step2：初始设定飞行器的起始点坐标（X₁、Y₁)，起始高度H₁，开启定位器和追踪机构。

Step3：选择搜救模式，若选择手动模式，则执行Step4；若选择自动模式，则执行Step10。

Step4：手动遥控控制飞行器达到指定搜救点（X₂、Y₂)，高度H₂。

Step5：选择找寻求救者的模式，若选择手动模式，则执行Step6；若选择自动模式，则执行Step11。

Step6：手动遥控控制飞行器的方向和高度，并通过追踪摄像头反馈的影像信息，以及声源的强弱确认求救者方位，靠近求救者。

Step7:选择救生圈释放模式，若手动释放，则执行Step8；若自动释放，则执行Step10。

Step8:手动遥控控制飞行器，根据追踪摄像头反馈的影像信息判定救生圈释放时机，手动控制飞行器的救生圈释放机构，即电磁顶杆得电，解除对绑带的抵紧锁止，绑带松开救生圈，救生圈下落至求救者的位置；同时，手动控制飞行器，使飞行器通过索绳拉动救生圈靠近求救者位置。

Step9：根据追踪摄像头的影像信息，判定求救者是否取得救生圈，若是，则执行Step18；若否，则返回执行Step7。

Step10：飞行器根据设定的搜救点坐标（X₂、Y₂)，保持飞行高度H₂，自动飞行至指定坐标点（X₂、Y₂)，高度H₂。

Step11:飞行器根据追踪摄像头及声源追踪器，自动识别追踪求救者，并靠近求救者，保持救援高度H₃。

Step12:飞行器根据追踪摄像头提供的方位图像信息调整飞行器与求救者的位置状态，当该位置状态满足救生圈释放条件时，自动开启救生圈释放机构，释放救生圈。

Step13：飞行器对释放救生圈后的救援时间进行自动计时，当设定时间内，求救者取得救生圈并拽动索绳，飞行器的拉力感应器感应拉力大于设定值时，即表示求救者已取得救生圈，自动执行Step18；当设定时间内，飞行器的拉力感应器未感应到拉力大于设定值时，执行Step14。

Step14：自动控制飞行器，使其与求救者之间保持救援位置。

Step15：判定救援时间是否超出上限，当救援时间超出设定时间上限时，执行Step16。反之，返回执行Step13。

Step16：飞行器发送信号至遥控器，遥控器的报警器进行语音报警，提示人工介入操作。

Step17：人工介入操作时，执行Step7；人工未介入操作时，执行Step18。

Step18：救援结束，飞行器飞回初始坐标（X₁、Y₁)，高度H₁。

Claims (6)

1.一种智能型自动追踪水上飞行救生装置，该装置的主体为内置定位器并携带救生圈（3）的飞行器（1），飞行器内设有与遥控器遥控连接，并控制飞行器各功能的控制器，飞行器包括释放救生圈的救生圈释放机构；其特征在于所述救生圈释放机构包括用于绑接救生圈（3）的绑带（2），绑带一端固定于飞行器（1）的机体，绑带另一端绑接救生圈后伸入机体设有的锁口（101）内，机体的锁口内固定设有由所述控制器控制连接的电磁顶杆（5），当电磁顶杆失电状态时，电磁顶杆将锁口内绑带抵紧锁止，当电磁顶杆得电时，电磁顶杆解除对绑带的抵紧锁止，绑带在救生圈重力作用下脱出锁口；所述绑带与所述电磁顶杆相抵的一侧面设有防滑齿（201），电磁顶杆的顶杆端部设有与防滑齿啮合的齿部；所述救生圈与所述飞行器之间通过索绳（7）连接，且救生圈、飞行器两者至少其一与索绳之间通过自断式锁钩（6）连接，自断式锁钩是指拉力大于设定值时自动断开连接；所述自断式锁钩包括勾座（601）、勾体（602）、扭簧（603）、调节螺丝（604），勾体呈弧形，勾体一端与勾座之间铰接，且铰接处设置所述扭簧，扭簧作用下使勾体另一端与勾座相抵，并使勾座与勾体形成闭合的勾孔，勾座螺纹连接调节螺丝，调节螺丝与所述扭簧的其中一个扭簧脚相抵，当锁紧调节螺丝时，扭簧扭力增大，反之，扭簧扭力减小；所述飞行器底部设有用于感测飞行高度的高度感测器，用于追踪求救者的追踪机构（4），追踪机构包括带有视觉影像追踪和红外线热成像追踪的追踪摄像头，带有声源识别的声源追踪器，以及用于照明的照明装置；高度感测器、追踪机构、照明装置均电连接所述飞行器的控制器，高度感测器的感测信号作为飞行器飞行高度的调节信号，追踪机构的追踪信号作为飞行器飞行方向的调整信号；所述遥控器设有显示所述追踪机构影像信息和声源信号强度的显示屏。

2.根据权利要求1所述的智能型自动追踪水上飞行救生装置，其特征在于所述救生圈（3）设有自动充气机构，自动充气机构的主体为气体发生器（8），气体发生器内设有气体发生剂和点火电路（801），点火电路中设有冲撞开关（802），即救生圈与海面冲撞力达到设定值时自动触发点火电路，点燃气体发生剂对救生圈形成充气。

3.根据权利要求2所述的智能型自动追踪水上飞行救生装置，其特征在于所述救生圈（3）设有定位器和救援指示灯。

4.根据权利要求1所述的智能型自动追踪水上飞行救生装置，其特征在于所述飞行器（1）设有连接索绳（7）并监测索绳拉力的拉力感应器（102），拉力感应器电连接所述飞行器的控制器，当拉力感应器的拉力值大于设定值时，由控制器控制飞行器回程。

5.根据权利要求4所述的智能型自动追踪水上飞行救生装置，其特征在于所述飞行器（1）的控制器内设有从飞行器释放救生圈（3）后开始计时的时间计时器，所述遥控器设有报警器，当所述时间计时器达到上限时，所述报警器语音报警。

6.一种如权利要求5所述的智能型自动追踪水上飞行救生装置的工作方法，其特征在于该工作方法包括如下步骤：

Step1:开始；

Step2：初始设定飞行器（1）的起始点坐标（X₁、Y₁)，起始高度H₁，开启定位器和追踪机构（4）；

Step3：选择搜救模式，若选择手动模式，则执行Step4；若选择自动模式，则执行Step10；

Step4：手动遥控控制飞行器达到指定搜救点（X₂、Y₂)，高度H₂；

Step5：选择找寻求救者的模式，若选择手动模式，则执行Step6；若选择自动模式，则执行Step11；

Step6：手动遥控控制飞行器的方向和高度，并通过追踪摄像头反馈的影像信息，以及声源的强弱确认求救者方位，靠近求救者；

Step7:选择救生圈释放模式，若手动释放，则执行Step8；若自动释放，则执行Step10；

Step8:手动遥控控制飞行器，根据追踪摄像头反馈的影像信息判定救生圈（3）释放时机，手动控制飞行器的救生圈释放机构，即电磁顶杆（5）得电，解除对绑带（2）的抵紧锁止，绑带松开救生圈，救生圈下落至求救者的位置；同时，手动控制飞行器，使飞行器通过索绳（7）拉动救生圈靠近求救者位置；

Step9：根据追踪摄像头的影像信息，判定求救者是否取得救生圈，若是，则执行Step18；若否，则返回执行Step7；

Step10：飞行器根据设定的搜救点坐标（X₂、Y₂)，保持飞行高度H₂，自动飞行至指定坐标点（X₂、Y₂)，高度H₂；

Step11:飞行器根据追踪摄像头及声源追踪器，自动识别追踪求救者，并靠近求救者，保持救援高度H₃；

Step12:飞行器根据追踪摄像头提供的方位图像信息调整飞行器与求救者的位置状态，当该位置状态满足救生圈释放条件时，自动开启救生圈释放机构，释放救生圈；

Step13：飞行器对释放救生圈后的救援时间进行自动计时，当设定时间内，求救者取得救生圈并拽动索绳，飞行器的拉力感应器（102）感应拉力大于设定值时，即表示求救者已取得救生圈，自动执行Step18；当设定时间内，飞行器的拉力感应器未感应到拉力大于设定值时，执行Step14；

Step14：自动控制飞行器，使其与求救者之间保持救援位置；

Step15：判定救援时间是否超出上限，当救援时间超出设定时间上限时，执行Step16；反之，返回执行Step13；

Step16：飞行器发送信号至遥控器，遥控器的报警器进行语音报警，提示人工介入操作；

Step17：人工介入操作时，执行Step7；人工未介入操作时，执行Step18；

Step18：救援结束，飞行器飞回初始坐标（X₁、Y₁)，高度H₁。