CN113184138B - 一种水上救援机器人 - Google Patents

Abstract

一种水上救援机器人，涉及水面救援设备领域，包括外壳体、推进器和控制装置，推进器为泵喷推进器，外壳体下侧设有左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱，左浮力舱和右浮力舱内分别设有左平衡阀和右平衡阀；泵喷推进器包括泵喷安装板、泵喷管道、无刷电机、电机护罩、防水轴承、传动轴和叶轮，泵喷管道前部的侧壁上0.5‑0.8倍的圆周范围内设有泵喷进水孔，泵喷管道前部上设有周向滑道，泵喷管道前部的泵喷进水孔前后两侧周向滑道内设有可沿泵喷管道前部外侧壁周向滑动的左进水孔挡板和右进水挡板，左进水孔挡板和右进水挡板下端分别设有滑动配重浮子。本发明具有体积小巧、排水量高，发生倾斜时可自动调平，救援成功率高等优点。

Description

一种水上救援机器人

技术领域

本发明涉及水面救援设备领域，具体为一种结构简单、成本低廉，可自动调节平衡和进水口大小的水面救援机器人。

背景技术

近几年来，在各种不同水域进行应急救援，搜救落水或被困人员过程中，由于各种复杂的地形、环境、水况、气候等因素的影响，如果单纯依靠救援人员携带救生器具靠近后施救，不仅对救生员的体力耐力要求高，而且也存在救援持续时间长，对救援人员和被困人员都有一定的危险性，所以，救援机器人应运而生，并且发展十分迅速。湖南高精特电装备有限公司于2019年08月30日向国家知识产权局申请了一项名称为：一种水上救援装置、专利申请号为：201921428404.5的实用新型专利，其包括整体呈U型的船体，船体上设有推进器、推进器控制系统。烟台尼达船艇科技开发有限公司于2018年03月17日向国家知识产权局申请了一项名称为：一种水上救援机器人、专利申请号为：201810221154.1的发明专利申请，其记载了如下内容：包括整体呈U型的浮标壳体，所述浮标壳体内部设有推进系统，所述推进系统连接有进水控制系统，所述进水控制系统连接有转向控制系统，所述浮标壳体内部还设有浮标控制系统和第一供电装置，所述浮标控制系统分别与所述推进系统、所述转向控制系统电性相连，所述第一供电装置分别与所述推进系统、转向控制系统和浮标控制系统电性相连；还包括遥控手柄，所述遥控手柄上设有方向和/或速度控制机构，所述遥控手柄内部设有遥控控制系统，所述遥控控制系统电性相连有第二供电装置；所述浮标控制系统与所述遥控控制系统无线相连。上述水面救援设备具有远程遥控控制，适于在不同环境、地形等情况下对落水人员进行搜救，虽然解决了人工救援存在的各种缺陷，但为了在救援时具有较高的灵活性和适应能力，其体积较小、排水量较低。当落水人员慌乱中抓住上述水面救援设备一侧时，水面救援设备易大幅度倾斜而无法正常工作，甚至导致救援失败。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种体积小巧、排水量高，发生倾斜时可自动调平，救援成功率高的水上救援机器人。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种水上救援机器人，包括呈U型的外壳体、推进器和控制装置，推进器安装在外壳体后端部的左右两侧，控制装置安装在外壳体内，其特征在于所述推进器为泵喷推进器，所述的外壳体下侧从左至右依次设有左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱，左浮力舱和右浮力舱内分别设有左平衡阀和右平衡阀；所述的左平衡阀的结构是设有阀体，阀体左侧上设有进水入口和进水出口，阀体右侧上设有排水入口和排水出口，阀体内设有可左右自由滑动的平衡阀芯，平衡阀芯左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧，阀体位于水平状态时，平衡阀芯位于阀体内的中部、将进水入口与进水出口和排水入口与排水出口分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向右滑动、进水入口与进水出口连通，阀体由右至左向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向左滑动、排水入口与排水出口连通，进水入口经管路与泵喷推进器的出水侧连通，排水出口经管路与泵喷推进器的进水侧连通；所述的右平衡阀的结构是设有阀体，阀体右侧上设有进水入口和进水出口，阀体左侧上设有排水入口和排水出口，阀体内设有可左右自由滑动的平衡阀芯，平衡阀芯左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧，阀体位于水平状态时，平衡阀芯位于阀体内的中部、将进水入口与进水出口和排水入口与排水出口分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向右滑动、排水入口与排水出口连通，阀体由右至左向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向左滑动、进水入口与进水出口连通，进水入口经管路与泵喷推进器的出水侧连通，排水出口经管路与泵喷推进器的进水侧连通；所述的泵喷推进器包括泵喷安装板、泵喷管道、无刷电机、电机护罩、防水轴承、传动轴和叶轮，泵喷安装板密封固定安装在泵喷管道前端上，无刷电机固定安装在泵喷管道内的泵喷安装板上，电机护罩设置在无刷电机外侧、前端与泵喷安装板密封连接，传动轴经防水轴承密封安装在电机护罩前端上，传动轴后端与无刷电机输出轴相连，叶轮设置在泵喷管道后部内的传动轴上；泵喷管道前部的侧壁上由下向上0.5-0.8倍的圆周范围内设有泵喷进水孔，泵喷管道前部上、泵喷进水孔前后两侧分别设有周向滑道，泵喷管道前部的泵喷进水孔前后两侧周向滑道内设有可沿泵喷管道前部外侧壁周向滑动的左进水孔挡板和右进水挡板，左进水孔挡板和右进水挡板下端分别设有滑动配重浮子；左进水孔挡板和右进水挡板分别在泵喷管道前部的左右两侧向下滑动、可遮挡封闭部分泵喷进水孔，左进水孔挡板和右进水挡板分别在泵喷管道前部的左右两侧向上滑动、可打开被遮挡封闭的泵喷进水孔。

本发明中所述的左平衡阀和右平衡阀的阀体中部下侧设有配重连接滑口，阀体中部下方设有配重块，配重块经连杆穿过配重连接滑口与平衡阀芯中部相连。连杆可在配重连接滑口内左右自由滑动。

本发明中所述的泵喷管道包括进水管段和喷射管段，进水管段的内径大于喷射管段的内径，进水管段位于喷射管段前侧，所述的无刷电机安装在进水管段内。

本发明中所述的泵喷进水孔设置在进水管段上，所述的周向滑道是在泵喷进水孔前方和后方的进水管段外侧壁上分别设置有弧形的前限位挡条和后限位挡条，前限位挡条后侧上和后限位挡条前侧上分别设有相对的圆弧形安装滑槽，圆弧形的左进水孔挡板和右进水挡板可沿进水管段外周自由滑动的安装在前限位挡条和后限位挡条的圆弧形安装滑槽内。

本发明中所述的进水孔挡板由可浮于水面的轻质材料制成。

本发明中所述的喷射管段后端设有呈锥套状的喷口。

本发明中所述的进水管段的侧壁上由下向上0.6-0.7倍的圆周范围内均布有长条状的泵喷进水孔，左进水孔挡板和右进水孔挡板的长度为进水管段周长的0.15-0.2倍。

本发明中所述的进水管段左右两侧上设有进水孔挡板限位块，进水孔挡板限位块可以阻挡进水孔挡板向下滑动、防止其从安装滑槽内滑出。

本发明中所述的控制装置上安装有遥控控制系统，设有与遥控控制系统配合的遥控手柄。救援人员可远程遥控本发明的推进器工作进行救援。

本发明中所述的外壳体包括前部和后部，前部整体呈向前凸的弧形，后部呈U形，U形的两臂分别位于左右两侧，U形的两臂后端分别与泵喷推进器的泵喷安装板固定连接。

本发明中所述的外壳体后部上设有救援把手，便于落水人员抓住外壳体。

本发明在使用过程中，当水上救援机器人在驶向落水者或寻找落水者的过程中，由于其未载重、仅自身重量，在左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱提供的浮力作用下一半以上位于水面上，后端泵喷左右两侧上的进水孔挡板在自身重力和浮子的配重下滑落至下方，通过控制水上救援机器人自身的重量可使进水孔挡板下侧的(未被遮挡封闭的)泵喷进水孔完全位于水中，泵喷工作，带动水上救援机器人在水中行进。当落水人员抓住外壳体后，水上救援机器人在拉力作用下下沉、泵喷上侧进入水中，进水孔挡板在自身的浮力和浮子的浮力作用下沿周向滑道向上滑动、被遮挡的泵喷进水孔打开，增大了进水孔的面积、更利于水上救援机器人载重下全负荷前行，减小能耗、增大承载能力。当落水人员因落水受惊、惊慌失措时，很容易抓住外壳体一侧不放、用力下拉，此时外壳体会大角度倾斜，水上救援机器人无法正常行进，当外壳体倾斜时，根据倾斜方向，左浮力舱和右浮力舱内的左平衡阀和右平衡阀可自动打开，将位于倾斜下方的左浮力舱或右浮力舱内的水排出，向位于倾斜上方的右浮力舱或左浮力舱内注水，使外壳体恢复平衡或略微倾斜，两个泵喷推进器可正常工作。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明的立体结构示意图。

图3是本发明中右平衡阀和左平衡阀的结构示意图。

图4是本发明中泵喷推进器的结构示意图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是图4的B-B剖视图。

具体实施方式

如图1-6所示的水上救援机器人，包括呈U型的外壳体、推进器和控制装置，推进器分别安装在外壳体后端部的左右两侧，控制装置安装在外壳体内，所述推进器为泵喷推进器5，所述的外壳体下侧从左至右依次设有(前后方向设置的)左浮力舱2、中浮力舱3和右浮力舱4，左浮力舱2、中浮力舱3和右浮力舱4为外形呈由下至上逐渐变宽、中空的楔形浮力舱状。左浮力舱2和右浮力舱4内分别设有左平衡阀和右平衡阀8；所述的左平衡阀的结构是设有阀体，阀体左侧上设有进水入口和进水出口，阀体右侧上设有排水入口和排水出口，阀体内设有可左右自由滑动的平衡阀芯，平衡阀芯左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧，阀体位于水平状态时，平衡阀芯位于阀体内的中部、将进水入口与进水出口和排水入口与排水出口分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向右滑动、进水入口与进水出口连通，阀体由右至左向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向左滑动、排水入口与排水出口连通，进水入口经管路6与泵喷推进器5的出水侧连通，排水出口经管路与泵喷推进器的进水侧连通，左平衡阀的进水出口与左浮力舱内连通、排水入口经管路与左浮力舱内的底部连通；所述的右平衡阀的结构是设有阀体85，阀体85右侧上设有进水入口84和进水出口87，阀体85左侧上设有排水入口89和排水出口82，阀体85内设有可左右自由滑动的平衡阀芯83，平衡阀芯83左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧81、86，阀体85位于水平状态时，平衡阀芯83位于阀体内的中部、将进水入口84与进水出口87和排水入口89与排水出口82分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯83在阀体内向右滑动、排水入口89与排水出口82连通，阀体85由右至左向下倾斜时，平衡阀芯83在阀体内向左滑动、进水入口84与进水出口87连通，进水入口84经管路10与泵喷推进器的出水侧连通，排水出口82经管路与泵喷推进器的进水侧连通；右平衡阀的进水出口87与右浮力舱4内连通、排水入口89经管路与右浮力舱4内的底部连通；所述的泵喷推进器5包括泵喷安装板58、泵喷管道、无刷电机513、电机护罩511、防水轴承、传动轴59和叶轮510，所述的泵喷管道包括进水管段52和喷射管段55，进水管段52的内径大于喷射管段55的内径，进水管段52位于喷射管段55前侧，所述的无刷电机513安装在进水管段52内。泵喷安装板58密封固定安装在泵喷管道的进水管段52前端上，无刷电机与泵喷管道同轴的固定安装在泵喷管道内的泵喷安装板58上，电机护罩511设置在无刷电机513外侧、前端与泵喷安装板58密封连接，传动轴59经防水轴承密封安装在电机护罩511前端上，传动轴59后端与无刷电机513输出轴相连，叶轮510设置在泵喷管道后部的喷射管段55内的传动轴59上；叶轮前侧的进水管段的侧壁上由下向上0.65倍的圆周长度内均布有与传动轴平行、呈长条状的泵喷进水孔57，进水管段52上侧上、泵喷进水孔57的前后两侧分别设有周向滑道51、54；周向滑道51、54长度为进水管段圆周长度的0.35-0.4倍，进水管段上侧、泵喷进水孔57前后两侧的周向滑道51、54内设有可沿泵喷管道前部外侧壁周向滑动的、呈圆弧形的左进水孔挡板和右进水挡板53，左进水孔挡板和右进水挡板53下端分别设有滑动配重浮子512；左进水孔挡板和右进水挡板53分别在泵喷管道前部的左右两侧向下滑动、可遮挡封闭部分泵喷进水孔，左进水孔挡板和右进水挡板分别在泵喷管道前部的左右两侧向上滑动、可打开被遮挡封闭的泵喷进水孔。所述的泵喷进水孔设置在进水管段上，所述的周向滑道是在泵喷进水孔前方和后方的进水管段外侧壁上分别设置有弧形的前限位挡条和后限位挡条，前限位挡条后侧上和后限位挡条前侧上分别设有相对的圆弧形安装滑槽，圆弧形的左进水孔挡板和右进水挡板可沿进水管段外周自由滑动的安装在前限位挡条和后限位挡条的圆弧形安装滑槽内。

本发明进一步改进，所述的左平衡阀和右平衡阀的阀体中部下侧设有配重连接滑口，阀体中部下方设有配重块88，配重块88经连杆穿过配重连接滑口与平衡阀芯中部相连。连杆可在配重连接滑口内左右自由滑动。当水上救援机器人的外壳体倾斜时，配重块88经连杆带动平衡阀芯压动平衡弹簧后左右滑动，灵敏度高，受外力影响小。

本发明进一步改进，所述的进水孔挡板由可浮于水面的轻质材料制成。所述的喷射管段后端设有呈锥套状的喷口。所述的进水管段的侧壁上由下向上0.6-0.7倍的圆周范围内均布有长条状的泵喷进水孔，即泵喷进水孔分布在进水管段周长的0.6-0.7倍范围内，左进水孔挡板和右进水孔挡板的长度(在进水管段圆周方向的弧长)为进水管段周长的0.15-0.2倍。

本发明进一步改进，所述的进水管段左右两侧上设有进水孔挡板限位块514，进水孔挡板限位块514可以阻挡进水孔挡板向下滑动、防止其从安装滑槽内滑出。所述的控制装置上安装有遥控控制系统，设有与遥控控制系统配合的遥控手柄。救援人员可远程遥控本发明的推进器工作进行救援。所述的外壳体包括前部1和后部7，前部1整体呈向前凸的弧形，后部7呈U形，U形的两臂分别位于左右两侧，U形的两臂后端分别与两个泵喷推进器的泵喷安装板固定连接。所述的外壳体后部上设有救援把手，便于落水人员抓住外壳体。

本发明在使用过程中，当水上救援机器人在驶向落水者或寻找落水者的过程中，由于其未载重、仅自身重量，在左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱提供的浮力作用下，外壳体一半以上位于水面之上，泵喷推进器的泵喷管道一半以上位于水面之上，泵喷推进器左右两侧上的左进水孔挡板和右进水孔挡板在自身重力和浮子的配重下滑落至下方，通过制造是控制水上救援机器人自身的重量或改变左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱内的水位可使进水孔挡板下侧的(未被遮挡封闭的)泵喷进水孔完全位于水中，泵喷工作，带动水上救援机器人在水中行进。当落水人员抓住外壳体后，水上救援机器人在拉力作用下下沉、泵喷上部进入水中，左进水孔挡板和右进水孔挡板在自身的浮力和浮子的浮力作用下沿周向滑道向上滑动、被遮挡的泵喷进水孔打开，增大了进水孔的面积、更利于水上救援机器人载重下全负荷前行，减小能耗、增大承载能力。当落水人员因落水受惊、惊慌失措时，很容易抓住外壳体一侧不放、用力下拉，此时外壳体会大角度倾斜，水上救援机器人无法正常行进，当外壳体倾斜时，根据倾斜方向，左浮力舱和右浮力舱内的左平衡阀和右平衡阀可自动打开，在泵喷推进器进水侧产生的吸力和出水侧产生的压力作用下将位于倾斜下方的左浮力舱或右浮力舱内已有的水(左浮力舱或右浮力舱内存有一定量的配重水)排出，向位于倾斜上方的右浮力舱或左浮力舱内注水，使外壳体恢复平衡或略微倾斜，当外壳体略微倾斜时在左进水孔挡板或右进水孔挡板的配合下，两个泵喷推进器仍可正常工作。本发明具有体积小巧、排水量高，发生倾斜时可自动调平，救援成功率高等优点。

Claims (10)

1.一种水上救援机器人，包括呈U型的外壳体、推进器和控制装置，推进器安装在外壳体后端部的左右两侧，控制装置安装在外壳体内，其特征在于所述推进器为泵喷推进器，所述的外壳体下侧从左至右依次设有左浮力舱、中浮力舱和右浮力舱，左浮力舱和右浮力舱内分别设有左平衡阀和右平衡阀；所述的左平衡阀的结构是设有阀体，阀体左侧上设有进水入口和进水出口，阀体右侧上设有排水入口和排水出口，阀体内设有可左右自由滑动的平衡阀芯，平衡阀芯左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧，阀体位于水平状态时，平衡阀芯位于阀体内的中部、将进水入口与进水出口和排水入口与排水出口分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向右滑动、进水入口与进水出口连通，阀体由右至左向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向左滑动、排水入口与排水出口连通，进水入口经管路与泵喷推进器的出水侧连通，排水出口经管路与泵喷推进器的进水侧连通；所述的右平衡阀的结构是设有阀体，阀体右侧上设有进水入口和进水出口，阀体左侧上设有排水入口和排水出口，阀体内设有可左右自由滑动的平衡阀芯，平衡阀芯左右两端与阀体间分别设有平衡弹簧，阀体位于水平状态时，平衡阀芯位于阀体内的中部、将进水入口与进水出口和排水入口与排水出口分别隔断，阀体由左至右向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向右滑动、排水入口与排水出口连通，阀体由右至左向下倾斜时，平衡阀芯在阀体内向左滑动、进水入口与进水出口连通，进水入口经管路与泵喷推进器的出水侧连通，排水出口经管路与泵喷推进器的进水侧连通；所述的泵喷推进器包括泵喷安装板、泵喷管道、无刷电机、电机护罩、防水轴承、传动轴和叶轮，泵喷安装板密封固定安装在泵喷管道前端上，无刷电机固定安装在泵喷管道内的泵喷安装板上，电机护罩设置在无刷电机外侧、前端与泵喷安装板密封连接，传动轴经防水轴承密封安装在电机护罩前端上，传动轴后端与无刷电机输出轴相连，叶轮设置在泵喷管道后部内的传动轴上；泵喷管道前部的侧壁上由下向上0.5-0.8倍的圆周范围内设有泵喷进水孔，泵喷管道前部上、泵喷进水孔前后两侧分别设有周向滑道，泵喷管道前部的泵喷进水孔前后两侧周向滑道内设有可沿泵喷管道前部外侧壁周向滑动的左进水孔挡板和右进水挡板，左进水孔挡板和右进水挡板下端分别设有滑动配重浮子；左进水孔挡板和右进水挡板分别在泵喷管道前部的左右两侧向下滑动、可遮挡封闭部分泵喷进水孔，左进水孔挡板和右进水挡板分别在泵喷管道前部的左右两侧向上滑动、可打开被遮挡封闭的泵喷进水孔。

2.根据权利要求1所述的水上救援机器人，其特征在于所述的左平衡阀和右平衡阀的阀体中部下侧设有配重连接滑口，阀体中部下方设有配重块，配重块经连杆穿过配重连接滑口与平衡阀芯中部相连。

3.根据权利要求1或2所述的水上救援机器人，其特征在于所述的泵喷管道包括进水管段和喷射管段，进水管段的内径大于喷射管段的内径，进水管段位于喷射管段前侧，所述的无刷电机安装在进水管段内。

4.根据权利要求1所述的水上救援机器人，其特征在于所述的泵喷进水孔设置在进水管段上，所述的周向滑道是在泵喷进水孔前方和后方的进水管段外侧壁上分别设置有弧形的前限位挡条和后限位挡条，前限位挡条后侧上和后限位挡条前侧上分别设有相对的圆弧形安装滑槽，圆弧形的左进水孔挡板和右进水挡板可沿进水管段外周自由滑动的安装在前限位挡条和后限位挡条的圆弧形安装滑槽内。

5.根据权利要求1所述的水上救援机器人，其特征在于所述的进水孔挡板由可浮于水面的轻质材料制成。

6.根据权利要求3所述的水上救援机器人，其特征在于所述的喷射管段后端设有呈锥套状的喷口。

7.根据权利要求3所述的水上救援机器人，其特征在于所述的进水管段的侧壁上由下向上0.6-0.7倍的圆周范围内均布有长条状的泵喷进水孔，左进水孔挡板和右进水孔挡板的长度为进水管段周长的0.15-0.2倍。

8.根据权利要求3所述的水上救援机器人，其特征在于所述的进水管段左右两侧上设有进水孔挡板限位块，进水孔挡板限位块可以阻挡进水孔挡板向下滑动、防止其从安装滑槽内滑出。

9.根据权利要求1所述的水上救援机器人，其特征在于所述的控制装置上安装有遥控控制系统，设有与遥控控制系统配合的遥控手柄，救援人员可远程遥控所述推进器工作进行救援。

10.根据权利要求1所述的水上救援机器人，其特征在于所述的外壳体包括前部和后部，前部整体呈向前凸的弧形，后部呈U形，U形的两臂分别位于左右两侧，U形的两臂后端分别与泵喷推进器的泵喷安装板固定连接。

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