CN113181608A - 一种游泳救生员辅助推进器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种游泳救生员辅助推进器及控制方法，属于游泳辅助用具技术领域。包括驱控箱、腰带、护板、推进筒、防护栏、锁扣、肩带、叶轮、密封板、电缆线、防水膜、直流电机、密封膜和薄膜压力传感器模块，驱控箱由箱体、继电器模块、锂电池、直流电机驱动模组、电路板、单片机、倾角传感器模块、锂电池充放电保护板和充电接头组成；通过薄膜压力传感器模块检测救生员是否入水，入水后自动推进，大幅度减轻救生员的体力消耗，使其更有效的进行营救，通过倾角传感器检测救生员在水中的姿势，并根据救生员在水中的姿势，提供更有效的助推方式，使其在水中更高效的转弯、避让，更高速的前进，更稳定的托举和潜水。

Description

一种游泳救生员辅助推进器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种游泳救生员辅助推进器及控制方法，属于游泳辅助用具技术领域。

背景技术

游泳救生员是在对外开放的游泳场所中对游泳者的安全进行有效观察和防护，并对溺水者进行扑救和医务人员到来之前进行现场急救的人员。不仅要在游泳场所保持高度的警惕，而且需要训练出强健的身体，来保证及时的营救。

由于游泳场所的区域范围很大，救生员保证第一时间触碰到溺水者，因此，大多数情况下，都需要救生员跳入水中不断前行后才能到达，这段时间的长短是营救的关键，单靠救生员自身游动，速度基本一致，而且游泳场所内还有其他游泳者或设施进行阻碍，到达溺水者的位置会浪费较大的时间，而且溺水者在恐惧的支配下，会不自觉的奋力挣扎，这还需要救生员用双手进行不断安抚或托举才能实现漂浮，那在剩下的路程里，救生员就只能依靠双腿进行前行，回岸的速度也随之下降，体能也会大幅度损耗，甚至会威胁到救生员自身的生命安全，大多数游泳场所是无法满足救生摩托或救生艇的使用的，而救生圈有无法抛掷到较远的溺水者身边，而救生员的游泳速度和体力是有限的，若发明一种游泳救生员的辅助助推器，便能有效的解决上述问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种游泳救生员辅助推进器及控制方法，解放救生员的双手和双脚，入水后自动推进，辅助救生员加速前行，使其更快的到达溺水者身旁，并大幅度减轻救生员的体力消耗，使其更有效的进行营救，并根据救生员在水中的姿势，提供更有效的助推方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种游泳救生员辅助推进器，包括驱控箱、腰带、护板、推进筒、防护栏、锁扣、肩带、叶轮、密封板、电缆线、防水膜、直流电机、密封膜和薄膜压力传感器模块，护板为一弧形板，位于使用者腹部，护板两侧连接有腰带、位于使用者背部的腰带处固定有驱控箱，腰带上设有锁扣，在护板与驱控箱间连接有肩带，肩带同样设有用于穿戴的锁扣，在护板前端设有一对推进筒，推进筒侧壁与护板固定连接，推进筒内安装由直流电机，直流电机端部固定连接有叶轮，在推进筒前端设有防止触碰叶轮的防护栏，其中，在护板后端面开设有沉槽，在护板前端中部设有薄膜压力传感器模块，薄膜压力传感器模块的接线板穿过护板，安装在其沉槽内，在护板前端薄膜压力传感器模块外设有将其密封的防水膜，在护板的沉槽内设有将其接线板密封的密封膜，直流电机和薄膜压力传感器模块的电缆线位于沉槽内，从护板一侧伸出，沿其腰带连接入驱控箱，在护板后端设有将其沉槽密封的密封板，驱控箱由箱体、继电器模块、锂电池、直流电机驱动模组、电路板、单片机、倾角传感器模块、锂电池充放电保护板和充电接头组成，驱控箱的箱体为梭子型，能更好的减小水流阻力，锂电池固定在箱体内部中心位置，锂电池左侧设有固定在箱体上的电路板，电路板上设有单片机、倾角传感器模块和接线端子，锂电池右侧设有固定在箱体上的直流电机驱动模组，锂电池上方设有固定在箱体上的继电器模块，锂电池下方固定有锂电池充放电保护板，锂电池下方的箱体侧壁上固定有充电接头，充电接头上设有防水帽，薄膜压力传感器模块的电缆线连接在电路板上，电路板通过锂电池取电，两直流电机并联，并通过电缆线与继电器模块和直流电机驱动模组串联后连接锂电池，继电器模块与直流电机驱动模组通过导线与电路板上的单片机连接，通过单片机驱控，锂电池通过锂电池充放电保护板连接充电接头组成，充电接头通过电源适配器与外接电源连接实现充电。

进一步的，所述的倾角传感器模块为单轴倾角检测传感器或双轴倾角检测传感器。

进一步的，所述的倾角传感器模块为单轴倾角传感器，驱控箱内的直流电机驱动模组为一组，并与并联后的两直流电机串联，单轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度。

进一步的，所述的倾角传感器模块为双轴倾角传感器，驱控箱内的直流电机驱控模组为两组，分别于直流电机串联，双轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度和左右的摆动角度。

根据上述描述，提供了一种游泳救生员辅助推进器的控制方法，薄膜压力传感器模块实时采集传感器的压力值，并将其数据反馈给单片机，倾角传感器模块实时采集传感器的信息，并将其数据反馈给单片机，当携带助推器的救生员处于陆地上时，或整个装置位于水面上方时，薄膜压力传感器模块采集的压力值小于预设值，单片机不会驱控继电器模块和直流电机驱动模组，使继电器模块保持断开状态，直流电机不通电；当携带助推器的救生员跳入水中后，其腹部前方的护板会浸泡在水中，带叶轮的推进筒也会同时浸泡在水中，而护板前方的防水膜在水压下变形，从而挤压其内部的薄膜压力传感器模块，使其采集的压力值大于预设值，这时，单片机会控制继电器模块吸合，使直流电机通电，并开始运转。而单片机会根据倾角传感器模块中实时采集的信息，通过直流电机驱动模组控制直流电机的转速，使直流电机低速运转或高速运转，所述的直流电机驱动模组所控制的低速运转的转速值为直流电机的最高转速值的一半，所述的高速运转的转速值小于直流电机最高转速值。

进一步的，当倾角传感器模块为单轴倾角传感器时，单片机采集携带者的前后摆动倾角，当救生员在水中保持水平姿势时，代表救生员正高速前进奔向被救助者，在这个争分夺秒的时刻，单片机会根据检测的水平倾角而通过直流电机驱动模组驱控两直流电机高速运转，来帮助救生员更早更快的到达指定位置；当救生员在水中保持垂直姿势时，代表救生员正处于潜泳或举升被救助者状态，这时单片机会根据检测的垂直倾角而通过直流电机驱动模块驱动两直流电机低速运转，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电机无法取代的，当救生员需要潜水或举升被救助者时，需要的是更大的助推力而不是助推速度，低速运转的转速在保证助推目的的同时，能够承受更大的负载，及保护了电路也能有效帮助进行操作，也防止转速过高，导致的潜水或升起速度过快，也避免了推进筒直接窜出水面，单片机通过单轴倾角传感器实时监测倾角时，根据垂直到水平的倾角变化，控制直流电机的转速递增，垂直状态转速最低，水平姿势转速最高。

进一步的，当倾角传感器模块为双轴倾角传感器时，在保留单轴传感器的所有功能的同时，能够同时采集携带者的左右摆动角度，由于采用双轴倾角传感器的直流电机分别通过两组直流电机驱动器控制，因此，其左右摆动角度变化时，左右两直流电机的转速也随之变化，即携带者向左摆动时，单片机会通过直流电机驱动模组控制右侧的直流电机轻微提速，右侧摆动时原理相同，这样能使救生员在不使用双手的情况下或双手被占用的情况下，通过腿部和腰腹的调节，改变前行方向。

本发明的有益效果是：为了解决游泳救生员在现有游泳场所无法更快速和更省力的到达溺水者身旁进行救助的问题，提供了一种游泳救生员辅助推进器及控制方法，解放救生员的双手和双脚，固定在救生员的腰间，方便救生员在陆地或水中的移动和操控，不占用空间，通过传感器检测救生员是否入水，入水后自动推进，防止在陆地上误启动，辅助救生员加速前行，使其更快的到达溺水者身旁，提供有效的助力，并大幅度减轻救生员的体力消耗，使其更有效的进行营救，通过倾角传感器检测救生员在水中的姿势，并根据救生员在水中的姿势，提供更有效的助推方式，帮助其高速前进、负载托举或潜水、轻松的进行转向，使其在水中更高效的转弯、避让，更高速的前进，更稳定的托举和潜水。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明辅助推进器的结构示意图。

图2为本发明辅助推进器的俯视图。

图3为本发明辅助推进器的部分结构示意图。

图4为本发明辅助推进器的部分结构示意图。

图5为本发明辅助推进器的部分结构剖视图。

图6为本发明辅助推进器的部分结构剖视图。

图7为本发明辅助推进器的局部结构剖视图。

图8为本发明辅助推进器的部分结构剖视图。

图9为本发明辅助推进器的电路原理图。

图10为本发明辅助推进器的控制方法的工作流程示意图。

图中标号：

1、驱控箱，2、腰带，3、护板，4、推进筒，5、防护栏，6、锁扣，7、肩带，8、叶轮，9、密封板，10、电缆线，11、防水膜，12、直流电机，13、密封膜，14、薄膜压力传感器模块，15、继电器模块，16、锂电池，17、直流电机驱动模组，18、电路板，19、单片机，20、倾角传感器模块，21、锂电池充放电保护板，22、充电接头。

具体实施方式

如图1-10所示，一种游泳救生员辅助推进器，包括驱控箱1、腰带2、护板3、推进筒4、防护栏5、锁扣5、肩带7、叶轮8、密封板9、电缆线10、防水膜11、直流电机12、密封膜13和薄膜压力传感器模块14，护板3为一弧形板，位于使用者腹部，护板3两侧连接有腰带2、位于使用者背部的腰带2处固定有驱控箱1，腰带2上设有锁扣6，在护板3与驱控箱1间连接有肩带7，肩带7同样设有用于穿戴的锁扣6，在护板3前端设有一对推进筒4，推进筒4侧壁与护板3固定连接，推进筒4内安装由直流电机12，直流电机12端部固定连接有叶轮8，在推进筒4前端设有防止触碰叶轮的防护栏5，其中，在护板3后端面开设有沉槽，在护板3前端中部设有薄膜压力传感器模块14，薄膜压力传感器模块14的接线板穿过护板3，安装在其沉槽内，在护板3前端薄膜压力传感器模块14外设有将其密封的防水膜11，在护板3的沉槽内设有将其接线板密封的密封膜13，直流电机12和薄膜压力传感器模块14的电缆线10位于沉槽内，从护板3一侧伸出，沿其腰带2连接入驱控箱1，在护板3后端设有将其沉槽密封的密封板9，驱控箱1由箱体、继电器模块15、锂电池16、直流电机驱动模组17、电路板18、单片机19、倾角传感器模块20、锂电池充放电保护板21和充电接头22组成，锂电池16固定在箱体内部中心位置，锂电池16左侧设有固定在箱体上的电路板18，电路板18上设有单片机19、倾角传感器模块20和接线端子，锂电池16右侧设有固定在箱体上的直流电机驱动模组17，锂电池16上方设有固定在箱体上的继电器模块15，锂电池16下方固定有锂电池充放电保护板21，锂电池16下方的箱体侧壁上固定有充电接头22，充电接头22上设有防水帽，薄膜压力传感器模块14的电缆线10连接在电路板18上，电路板18通过锂电池16取电，两直流电机12并联，并通过电缆线10与继电器模块15和直流电机驱动模组17串联后连接锂电池16，继电器模块15与直流电机驱动模组17通过导线与电路板18上的单片机19连接，通过单片机19驱控，锂电池16通过锂电池充放电保护板21连接充电接头22组成，充电接头22通过电源适配器与外接电源连接实现充电。

进一步的，驱控箱1的箱体为梭子型，能更好的减小水流阻力。

进一步的，所述的倾角传感器模块20为单轴倾角检测传感器或双轴倾角检测传感器。

进一步的，所述的倾角传感器模块20为单轴倾角传感器，驱控箱1内的直流电机驱动模组17为一组，并与并联后的两直流电机12串联，单轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度。

进一步的，所述的倾角传感器模块20为双轴倾角传感器，驱控箱1内的直流电机驱控模组17为两组，分别于直流电机12串联，双轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度和左右的摆动角度。

根据上述描述，提供了一种游泳救生员辅助推进器的控制方法，薄膜压力传感器模块14实时采集传感器的压力值，并将其数据反馈给单片机19，倾角传感器模块20实时采集传感器的信息，并将其数据反馈给单片机19，当携带助推器的救生员处于陆地上时，或整个装置位于水面上方时，薄膜压力传感器模块14采集的压力值小于预设值，单片机19不会驱控继电器模块15和直流电机驱动模组17，使继电器模块15保持断开状态，直流电机12不通电；

当携带助推器的救生员跳入水中后，其腹部前方的护板3会浸泡在水中，带叶轮8的推进筒4也会同时浸泡在水中，而护板3前方的防水膜11在水压下变形，从而挤压其内部的薄膜压力传感器模块14，使其采集的压力值大于预设值，这时，单片机19会控制继电器模块15吸合，使直流电机12通电，并开始运转。而单片机19会根据倾角传感器模块20中实时采集的信息，通过直流电机驱动模组17控制直流电机12的转速，使直流电机12低速运转或高速运转，所述的直流电机驱动模组17所控制的低速运转的转速值为直流电机12的最高转速值的一半，所述的高速运转的转速值小于直流电机12最高转速值。

进一步的，当倾角传感器模块20为单轴倾角传感器时，单片机19采集携带者的前后摆动倾角，当救生员在水中保持水平姿势时，代表救生员正高速前进奔向被救助者，在这个争分夺秒的时刻，单片机19会根据检测的水平倾角而通过直流电机驱动模组17驱控两直流电机12高速运转，来帮助救生员更早更快的到达指定位置；当救生员在水中保持垂直姿势时，代表救生员正处于潜泳或举升被救助者状态，这时单片机19会根据检测的垂直倾角而通过直流电机驱动模块17驱动两直流电机12低速运转，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电机无法取代的，当救生员需要潜水或举升被救助者时，需要的是更大的助推力而不是助推速度，低速运转的转速在保证助推目的的同时，能够承受更大的负载，及保护了电路也能有效帮助进行操作，也防止转速过高，导致的潜水或升起速度过快，也避免了推进筒4直接窜出水面，单片机19通过单轴倾角传感器实时监测倾角时，根据垂直到水平的倾角变化，控制直流电机12的转速递增，垂直状态转速最低，水平姿势转速最高。

进一步的，当倾角传感器模块20为双轴倾角传感器时，在保留单轴传感器的所有功能的同时，能够同时采集携带者的左右摆动角度，由于采用双轴倾角传感器的直流电机12分别通过两组直流电机驱动器控制，因此，其左右摆动角度变化时，左右两直流电机12的转速也随之变化，即携带者向左摆动时，单片机19会通过直流电机驱动模组17控制右侧的直流电机12轻微提速，右侧摆动时原理相同，这样能使救生员在不使用双手的情况下或双手被占用的情况下，通过腿部和腰腹的调节，改变前行方向。

Claims (8)

1.一种游泳救生员辅助推进器，包括驱控箱（1）、腰带（2）、护板（3）、推进筒（4）、防护栏（5）、锁扣（5）、肩带（7）、叶轮（8）、密封板（9）、电缆线（10）、防水膜（11）、直流电机（12）、密封膜（13）和薄膜压力传感器模块（14），护板（3）为一弧形板，位于使用者腹部，护板（3）两侧连接有腰带（2）、位于使用者背部的腰带（2）处固定有驱控箱（1），腰带（2）上设有锁扣（6），在护板（3）与驱控箱（1）间连接有肩带（7），肩带（7）同样设有用于穿戴的锁扣（6），在护板（3）前端设有一对推进筒（4），推进筒（4）侧壁与护板（3）固定连接，推进筒（4）内安装由直流电机（12），直流电机（12）端部固定连接有叶轮（8），在推进筒（4）前端设有防止触碰叶轮的防护栏（5），其特征在于：在护板（3）后端面开设有沉槽，在护板（3）前端中部设有薄膜压力传感器模块（14），薄膜压力传感器模块（14）的接线板穿过护板（3），安装在其沉槽内，在护板（3）前端薄膜压力传感器模块（14）外设有将其密封的防水膜（11），在护板（3）的沉槽内设有将其接线板密封的密封膜（13），直流电机（12）和薄膜压力传感器模块（14）的电缆线（10）位于沉槽内，从护板（3）一侧伸出，沿其腰带（2）连接入驱控箱（1），在护板（3）后端设有将其沉槽密封的密封板（9），驱控箱（1）由箱体、继电器模块（15）、锂电池（16）、直流电机驱动模组（17）、电路板（18）、单片机（19）、倾角传感器模块（20）、锂电池充放电保护板（21）和充电接头（22）组成，锂电池（16）固定在箱体内部中心位置，锂电池（16）左侧设有固定在箱体上的电路板（18），电路板（18）上设有单片机（19）、倾角传感器模块（20）和接线端子，锂电池（16）右侧设有固定在箱体上的直流电机驱动模组（17），锂电池（16）上方设有固定在箱体上的继电器模块（15），锂电池（16）下方固定有锂电池充放电保护板（21），锂电池（16）下方的箱体侧壁上固定有充电接头（22），充电接头（22）上设有防水帽，薄膜压力传感器模块（14）的电缆线（10）连接在电路板（18）上，电路板（18）通过锂电池（16）取电，两直流电机（12）并联，并通过电缆线（10）与继电器模块（15）和直流电机驱动模组（17）串联后连接锂电池（16），继电器模块（15）与直流电机驱动模组（17）通过导线与电路板（18）上的单片机（19）连接，通过单片机（19）驱控，锂电池（16）通过锂电池充放电保护板（21）连接充电接头（22）组成，充电接头（22）通过电源适配器与外接电源连接实现充电。

2.根据权利要求1所述的一种游泳救生员辅助推进器，其特征在于：驱控箱（1）的箱体为梭子型，能更好的减小水流阻力。

3.根据权利要求1所述的一种游泳救生员辅助推进器，其特征在于：倾角传感器模块（20）为单轴倾角检测传感器或双轴倾角检测传感器。

4.根据权利要求3所述的一种游泳救生员辅助推进器，其特征在于：倾角传感器模块（20）为单轴倾角传感器，驱控箱（1）内的直流电机驱动模组（17）为一组，并与并联后的两直流电机（12）串联，单轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度。

5.根据权利要求3所述的一种游泳救生员辅助推进器，其特征在于：倾角传感器模块（20）为双轴倾角传感器，驱控箱（1）内的直流电机驱控模组（17）为两组，分别于直流电机（12）串联，双轴倾角传感器检测前后摆动的俯仰角度和左右的摆动角度。

6.一种基于权利要求1-5任一所述辅助推进器的控制方法，其特征在于：薄膜压力传感器模块（14）实时采集传感器的压力值，并将其数据反馈给单片机（19），倾角传感器模块（20）实时采集传感器的信息，并将其数据反馈给单片机（19），当携带助推器的救生员处于陆地上时，或整个装置位于水面上方时，薄膜压力传感器模块（14）采集的压力值小于预设值，单片机（19）不会驱控继电器模块（15）和直流电机驱动模组（17），使继电器模块（15）保持断开状态，直流电机（12）不通电；当携带助推器的救生员跳入水中后，其腹部前方的护板（3）会浸泡在水中，带叶轮（8）的推进筒（4）也会同时浸泡在水中，而护板（3）前方的防水膜（11）在水压下变形，从而挤压其内部的薄膜压力传感器模块（14），使其采集的压力值大于预设值，这时，单片机（19）会控制继电器模块（15）吸合，使直流电机（12）通电，并开始运转；而单片机（19）会根据倾角传感器模块（20）中实时采集的信息，通过直流电机驱动模组（17）控制直流电机（12）的转速，使直流电机（12）低速运转或高速运转，所述的直流电机驱动模组（17）所控制的低速运转的转速值为直流电机（12）的最高转速值的一半，所述的高速运转的转速值小于直流电机（12）最高转速值。

7.根据权利要求6所述的辅助推进器的控制方法，其特征在于：当倾角传感器模块（20）为单轴倾角传感器时，单片机（19）采集携带者的前后摆动倾角，当救生员在水中保持水平姿势时，代表救生员正高速前进奔向被救助者，在这个争分夺秒的时刻，单片机（19）会根据检测的水平倾角而通过直流电机驱动模组（17）驱控两直流电机（12）高速运转，来帮助救生员更早更快的到达指定位置；当救生员在水中保持垂直姿势时，代表救生员正处于潜泳或举升被救助者状态，这时单片机（19）会根据检测的垂直倾角而通过直流电机驱动模块（17）驱动两直流电机（12）低速运转，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电机无法取代的，当救生员需要潜水或举升被救助者时，需要的是更大的助推力而不是助推速度，低速运转的转速在保证助推目的的同时，能够承受更大的负载，及保护了电路也防止转速过高，导致的潜水或升起速度过快，也避免了推进筒（4）直接窜出水面，单片机（19）通过单轴倾角传感器实时监测倾角时，根据垂直到水平的倾角变化，控制直流电机（12）的转速递增，垂直状态转速最低，水平姿势转速最高。

8.根据权利要求6所述的辅助推进器的控制方法，其特征在于：当倾角传感器模块（20）为双轴倾角传感器时，直流电机（12）分别通过两组直流电机驱动器控制，单片机（19）采集携带者的前后摆动倾角，当救生员在水中保持水平姿势时，代表救生员正高速前进奔向被救助者，在这个争分夺秒的时刻，单片机（19）会根据检测的水平倾角而通过两直流电机驱动器驱控两直流电机（12）同时高速运转，来帮助救生员更早更快的到达指定位置；当救生员在水中保持垂直姿势时，代表救生员正处于潜泳或举升被救助者状态，这时单片机（19）会根据检测的垂直倾角而通过两直流电机驱动器驱动两直流电机（12）同时低速运转，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电机无法取代的，当救生员需要潜水或举升被救助者时，需要的是更大的助推力而不是助推速度，低速运转的转速在保证助推目的的同时，能够承受更大的负载，及保护了电路也防止转速过高，导致的潜水或升起速度过快，也避免了推进筒（4）直接窜出水面，单片机（19）通过双轴倾角传感器实时监测倾角时，根据垂直到水平的倾角变化，控制两直流电机（12）的转速同时递增，垂直状态转速最低，水平姿势转速最高；单片机（19）同时采集携带者的左右摆动角度，其左右摆动角度变化时，左右两直流电机（12）的转速也随之变化，即携带者向左摆动时，单片机（19）会通过单个直流电机驱动器控制右侧的直流电机（12）轻微提速，右侧摆动时原理相同，这样能使救生员在不使用双手的情况下或双手被占用的情况下，通过腿部和腰腹的调节，改变前行方向。

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