CN113895592A - 一种自动巡航水下救生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动巡航水下救生装置，属于水中救生技术领域，为了提高救援效率，减少救援难度，本发明提供一种技术方案，包括气囊弹，气囊弹安装于发射装置上，所述气囊弹弹头的一端安装有第一声呐传感器、水浸传感器和生命探测仪，弹头的另一端内安装有气囊，气囊连接气体发生装置；所述气囊安装在多级压紧装置上，可针对待施救者的体型选择气囊弹出的长度；所述弹头的另一端连接有尾座，尾座上安装有驱动和转向装置；所述发射装置上安装有第二声呐传感器；本发明可用于对落水人员进行施救，通过气囊弹自动锁定待施救者的位置将气囊送至待施救者胸部或后背处并弹起，套住待施救者进行上浮，提高了救援效率，减少了救援难度。

Description

一种自动巡航水下救生装置

技术领域

本发明涉及水中救生技术领域，具体涉及一种自动巡航水下救生装置。

背景技术

由于各种原因，意外落水事件时常发生，而最佳的救援时间往往就是落水后的几分钟，传统的救援往往需要专业的救援队员对落水者进行施救，这对救援队员本身的生命会造成威胁，而且在落水的第一时间很难找到救援者，易错过最佳救援时间。有时在面对湖面宽广或水流湍急等恶劣情况下，由于救援人员行动受限，很可能因此而错失宝贵的救援时间，从而导致救援行动失败。而针对现有的救生圈抛投装置，很多是采用人工抛投的方式，但由于人的臂力限制，无法进行远距离的抛投，且投抛救生圈需要待施救者自行抓住救生圈，一旦待施救者位于水面以下，投抛救生圈将无法进行救援。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种自动巡航水下救生装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自动巡航水下救生装置，包括气囊弹、气囊弹内安装有气囊，气囊弹安装于发射装置上，其特征在于：所述气囊弹包括有弹头和尾座，弹头的一端安装有第一声呐传感器、水浸传感器和生命探测仪，弹头的另一端设有第一空腔，第一空腔的两侧设有贯穿弹头侧壁的圆孔，圆孔处铰接有盖体，所述第一空腔内安装有气囊安装架，气囊安装架内安装有气体发生装置，气囊安装架的两侧壁设有与气体发生装置相连的通孔，气囊安装架的两端设有第一环形槽，第一环形槽内安装有锁紧卡箍；所述弹头侧壁的圆孔内安装有多级压紧装置，多级压紧装置包括有筒状壳体、圆盘底座和压紧圆环，筒状壳体安装于圆盘底座上，圆盘底座安装于圆孔处的第一空腔侧壁上，所述筒状壳体的侧壁设有第二环形槽，第二环形槽的一侧壁滑动安装有压紧圆环，第二环形槽的另一侧壁设有与压紧圆环相配合的凹槽，所述气囊套设于多级压紧装置上，其开口端锁紧于第一环形槽内，所述多级压紧装置上设有贯穿的气孔；所述尾座与弹头的另一端相连，尾座的侧壁转动安装有第一转向板和第二转向板，第一转向板和第二转向板垂直设置，所述尾座的尾部转动安装有叶轮；所述发射装置上安装有第二声呐传感器。

优选地，所述筒状壳体内安装有丝杠电机，压紧圆环上安装有与丝杠电机相配合的螺母，压紧圆环通过丝杠螺母机构进行驱动；所述尾座内安装有减速机，叶轮与减速机的输出轴相连；所述第一转向板和第二转向板通过转轴转动安装于尾座上，所述转轴上固定安装有伸缩杆，所述尾座内安装有电动推杆，电动推杆的活塞杆与伸缩杆铰接。

优选地，所述弹头的一端设有第二空腔，第二空腔内安装有第一控制器，第一控制器包括有第一单片机和驱动器，第一单片机与第一声呐传感器、水浸传感器、生命探测仪和驱动器相连，驱动器与丝杠电机、电动推杆和减速机相连；所述多级压紧装置上安装有按钮，按钮与第一单片机相连。

优选地，所述发射装置包括有发射腔和储气腔，发射腔的内壁与弹头的外壁相配合，发射腔的端部内壁安装有橡胶圆环；所述发射腔和储气腔之间设有通气孔，通气孔处安装有电磁阀，所述储气腔的侧壁设有进气孔，进气孔处安装有电磁阀，所述储气腔内安装有气压传感器。

优选地，所述储气腔的外壁安装有第二控制器，第二控制器包括有第二单片机和驱动器，第二单片机与第二声呐传感器、气压传感器和驱动器相连，驱动器与电磁阀相连。

优选地，所述气体发生装置包括有点火器、叠氮化钠层、过滤器和出气口，出气口位于气体发生装置的两侧，气体发生装置内出气口处安装有过滤器，气体发生装置内为叠氮化钠层，点火器安装于叠氮化钠层内，点火器与第一单片机相连。

优选地，所述气囊弹的侧壁安装有固定轴，发射腔的顶部安装有卷扬机，所述固定轴和卷扬机之间连接有救生绳，救生绳缠绕于卷扬机上。

优选地，所述第一转向板、第二转向板和叶轮的外圈均安装有防护罩。

优选地，所述气囊处于膨胀状态时为半圆形。

一种自动巡航水下救生装置，其使用方法为：

步骤一：第二声呐传感器对水中待施救的人员进行定位，第二控制器根据待施救人员的位置控制进气口处的电磁阀对储气腔进行储气，根据储气腔内的气压传感器监测储气腔内的气压，使储气腔内的气压水平处于可将气囊弹发射至离待施救人员一半距离的位置；

步骤二：储气完成后，第二控制器控制通气孔处的电磁阀开启，储气腔内的气体可进入到发射腔内将气囊弹推出发射腔；

步骤三：气囊弹上的水浸传感器检测到气囊弹进入水中时，叶轮、生命探测仪、第一声呐传感器启动，生命探测仪和第一声呐传感器配合可锁定待施救人员的位置，第一控制器通过控制电动推杆使气囊弹进行转向，进而到达待施救人员的位置；

步骤四：气囊弹到达待施救人员的位置时，叶轮反转进行减速，第一声呐传感器对待施救人员的姿态进行识别，同时配合第一控制器的控制使气囊弹到达待施救人员的胸部或后背处；

步骤五：通过第一声呐传感器对待施救人员的体型进行扫描，根据待施救人员的体型可通过多级压紧装置对气囊弹出的长度进行调节，调节完毕后第一控制器控制点火器点火，叠氮化钠可发生反应迅速产生大量的氮气使气囊弹出，两个半圆形气囊弹出后围在待施救人员的胸部位置，从而完成施救。

本发明的有益效果体现在：本发明的自动巡航水下救生装置可自动定位待施救者，将气囊送至待施救者处自动充气围住待施救者完成救援；本发明无需专业的救援人员进行施救，待施救者无需进行操作，极大地减少了救援难度和救援效率；本发明对于待施救者位于水面之下的落水情况依旧能进行救援，克服了投抛气囊救援的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的轴向视图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2的A向剖视图。

图4为本发明的左视图。

图5为图4的A向剖视图。

图6为本发明气囊弹的轴向视图。

图7为本发明气囊弹的主视图。

图8为图7的A向剖视图。

图9为图8的局部放大图。

图10为图7的B向剖视图。

图11为本发明多级压紧装置的轴向视图。

附图中，1、弹头，2、尾座，3、第一空腔，4、气囊安装架，5、锁紧卡箍，6、通孔，7、叠氮化钠层，8、出气口，9、过滤器，10、点火器，11、筒状壳体，12、圆盘底座，13、第二环形槽，14、凹槽，15、压紧圆环，16、丝杠电机，17、按钮，18、盖体，19、第一声呐传感器，20、生命探测仪，21、水浸传感器，22a，第一转向板，22b、第二转向板，23、电动推杆，24、伸缩杆，25、减速机，26、叶轮，27、防护罩，28、发射腔，29、储气腔，30、卷扬机，31、固定轴，32、通气孔，33a、电磁阀，33b、电磁阀，34、进气口，35、气压传感器，36、第二控制器，37、第二声呐传感器，38、气孔，39、第二空腔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图对本发明进行详细地描述：本发明的一种自动巡航水下救生装置，包括气囊弹、气囊弹内安装有气囊，气囊弹安装于发射装置上，所述气囊弹包括有弹头1和尾座2，弹头1的一端安装有第一声呐传感器19、水浸传感器21和生命探测仪20，弹头1的另一端设有第一空腔3，第一空腔3的两端设有贯穿弹头1侧壁的圆孔，圆孔处铰接有盖体，所述第一空腔3内安装有气囊安装架4，气囊安装架4内安装有气体发生装置，气囊安装架4的两侧壁设有与气体发生装置相连的通孔6，气囊安装架4的两端设有第一环形槽，第一环形槽内安装有锁紧卡箍5；所述弹头1侧壁的圆孔内安装有多级压紧装置，多级压紧装置包括有筒状壳体11、圆盘底座12和压紧圆环15，筒状壳体11安装于圆盘底座12上，圆盘底座12安装于圆孔处的第一空腔3侧壁上，所述筒状壳体11的侧壁设有第二环形槽13，第二环形槽13的一侧壁滑动安装有压紧圆环15，第二环形槽13的另一侧壁设有与压紧圆环15相配合的凹槽14，所述气囊套设于多级压紧装置上，其开口端锁紧于第一环形槽内，所述多级压紧装置上设有贯穿的气孔38；所述尾座2与弹头1的另一端相连，尾座2的侧壁转动安装有第一转向板22a和第二转向板22b，第一转向板22a和第二转向板22b垂直设置，所述尾座2的尾部转动安装有叶轮26；所述发射装置上安装有第二声呐传感器37。

所述筒状壳体11内安装有丝杠电机16，压紧圆环15上安装有与丝杠电机16相配合的螺母，压紧圆环15通过丝杠螺母机构进行驱动；所述尾座2内安装有减速机25，叶轮26与减速机25的输出轴相连；所述第一转向板22a和第二转向板22b通过转轴转动安装于尾座2上，所述转轴上固定安装有伸缩杆24，所述尾座2内安装有电动推杆23，电动推杆23的活塞杆与伸缩杆24铰接。

所述弹头1的一端设有第二空腔39，第二空腔39内安装有第一控制器，第一控制器包括有第一单片机和驱动器，第一单片机与第一声呐传感器19、水浸传感器21、生命探测仪20和驱动器相连，驱动器与丝杠电机16、电动推杆23和减速机25相连；所述多级压紧装置上安装有按钮17，按钮17与第一单片机相连。

所述发射装置包括有发射腔28和储气腔29，发射腔28的内壁与弹头1的外壁相配合，发射腔28的端部内壁安装有橡胶圆环；所述发射腔28和储气腔29之间设有通气孔32，通气孔32处安装有电磁阀33a，所述储气腔29的侧壁设有进气孔34，进气孔34处安装有电磁阀33b，所述储气腔29内安装有气压传感器35。

所述储气腔29的外壁安装有第二控制器36，第二控制器36包括有第二单片机和驱动器，第二单片机与第二声呐传感器37、气压传感器35和驱动器相连，驱动器与电磁阀相连。

所述气体发生装置包括有点火器10、叠氮化钠层7、过滤器9和出气口8，出气口8位于气体发生装置的两侧，气体发生装置内出气口8处安装有过滤器9，气体发生装置内为叠氮化钠层7，点火器10安装于叠氮化钠层7内，点火器10与第一单片机相连。

所述气囊弹的侧壁安装有固定轴31，发射腔28的顶部安装有卷扬机30，所述固定轴31和卷扬机30之间连接有救生绳，救生绳缠绕于卷扬机30上，当气囊带动待施救人员稳定地漂浮在水面上时，可通过卷扬机将待施救人员拉回。

所述第一转向板22a、第二转向板22b和叶轮26的外圈均安装有防护罩27，防止救生绳绞到叶轮或转向板上影响救援工作。

所述第一空腔内设有导向柱，所述气囊安装架上设有与导向柱相配合的导向孔，通过导向柱和导向孔的配合可是气囊安装架的位置更加稳定。

所述气囊处于膨胀状态时为半圆形，可使两个气囊弹出后围住待施救者带动其上浮。

本发明的工作原理为：

第二声呐传感器37对水中待施救的人员进行定位，第二控制器36根据待施救人员的位置控制进气口34处的电磁阀33b对储气腔29进行储气，根据储气腔29内的气压传感器35监测储气腔29内的气压，使储气腔29内的气压水平处于可将气囊弹发射至离待施救人员一半距离的位置，避免距离过近时误伤待施救人员；储气完成后，第二控制器36控制通气孔32处的电磁阀33a开启，储气腔29内的气体可进入到发射腔28内将气囊弹推出发射腔28；气囊弹发射后，水浸传感器21检测到气囊弹进入水中时，叶轮26、生命探测仪20、第一声呐传感器19启动，生命探测仪20和第一声呐传感器19配合可锁定待施救人员的位置，第一控制器通过控制电动推杆23使气囊弹进行转向，进而到达待施救人员的位置；气囊弹到达待施救人员的位置时，叶轮26反转进行减速，第一声呐传感器19对待施救人员的姿态进行识别，进行姿态识别后需要锁定待施救人员的胸部或后背处，同时配合第一控制器的控制使气囊弹到达待施救人员的胸部或后背处，当待施救人员在水中挣扎时，由于四肢动作幅度较大而躯干部动作幅度较小，第一声呐传感器可对动作幅度小的身体部位进行识别锁定；然后通过第一声呐传感器19对待施救人员的体型进行扫描，根据待施救人员的体型可通过多级压紧装置对气囊弹出的长度进行调节，调节完毕后第一控制器控制点火器10点火，叠氮化钠可发生反应迅速产生大量的氮气使气囊弹出，两个半圆形气囊弹出后围在待施救人员的胸部位置，从而完成施救。

在通过声呐传感器获得与目标的位置偏差的基础上，通过控制电动推杆的伸缩带动转向板运动，对于方向和姿态的控制，需要陀螺仪模块的配合来进行，陀螺仪模块通过总线发送当前的位置和姿态，通信总线可采用I²C总线，陀螺仪模块通过总线发送的当前位置和姿态给单片机，单片机控制电动推杆伸缩带动转向板运动从而实现方向的控制；对于电动推杆的驱动，驱动器可采用步进PID驱动器，电动推杆的驱动电机采用步进电机，步进PID驱动器将设定值与测量值的误差信号进行运算，然后输出脉冲信号，再由该信号驱动电机正转或反转，以达到控制电动推杆伸缩的目的，当电动推杆要保持在某一位置时，驱动器不需要任何输出信号。

对叶轮的驱动可采用无刷减速机，无刷减速机可通过无刷驱动器进行驱动，无刷驱动器采用位置闭环控制调速方式，位置闭环控制调速方式采用PID调节算法来对电机转动位置进行控制，当给定目标位置后，无刷驱动器会根据配置的加速加速度、减速加速度和最大速度，自动计算电机运行过程中当前转动位置的目标实时速度并进行控制，从而使电机按照配置的速度和加速度参数准确地转动到目标位置；无刷电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启换流器中功率晶体管的顺序，在电机转动起来后，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令与hall-sensor信号变化的速度加以比对，再来决定由下一组开关导通，以及导通时间长短，速度不够则开长，速度过头则减短。

完成救援后，需要对气囊弹的零部件进行整理或更换，将尾座2取下，尾座2取下后将锁紧卡箍5松开，使气囊脱离气囊安装架4，然后将气囊安装架4取出，将气囊安装架4内的气体发生装置进行更换；在气囊安装架4取出后需要对气囊进行整理，首先将气囊的部分塞入第二环形槽13内，通过多级压紧装置上的按钮17可控制筒状壳体11内的丝杠电机16，进而驱动压紧圆环15压紧塞入第二环形槽13的气囊，气囊整理完成后将气囊安装架4装回，将气囊的开口端锁紧于第一环形槽内即可。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种自动巡航水下救生装置，包括气囊弹、气囊弹内安装有气囊，气囊弹安装于发射装置上，其特征在于：所述气囊弹包括有弹头（1）和尾座（2），弹头（1）的一端安装有第一声呐传感器（19）、水浸传感器（21）和生命探测仪（20），弹头（1）的另一端设有第一空腔（3），第一空腔（3）的两侧设有贯穿弹头（1）侧壁的圆孔，圆孔处铰接有盖体，所述第一空腔（3）内安装有气囊安装架（4），气囊安装架（4）内安装有气体发生装置，气囊安装架（4）的两侧壁设有与气体发生装置相连的通孔（6），气囊安装架（4）的两端设有第一环形槽，第一环形槽内安装有锁紧卡箍（5）；所述弹头（1）侧壁的圆孔内安装有多级压紧装置，多级压紧装置包括有筒状壳体（11）、圆盘底座（12）和压紧圆环（15），筒状壳体（11）安装于圆盘底座（12）上，圆盘底座（12）安装于圆孔处的第一空腔（3）侧壁上，所述筒状壳体（11）的侧壁设有第二环形槽（13），第二环形槽（13）的一侧壁滑动安装有压紧圆环（15），第二环形槽（13）的另一侧壁设有与压紧圆环（15）相配合的凹槽（14），所述气囊套设于多级压紧装置上，其开口端锁紧于第一环形槽内，所述多级压紧装置上设有贯穿的气孔（38）；所述尾座（2）与弹头（1）的另一端相连，尾座（2）的侧壁转动安装有第一转向板（22a）和第二转向板（22b），第一转向板（22a）和第二转向板（22b）垂直设置，所述尾座（2）的尾部转动安装有叶轮（26）；所述发射装置上安装有第二声呐传感器（37）。

2.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述筒状壳体（11）内安装有丝杠电机（16），压紧圆环（15）上安装有与丝杠电机（16）相配合的螺母，压紧圆环（15）通过丝杠螺母机构进行驱动；所述尾座（2）内安装有减速机（25），叶轮（26）与减速机（25）的输出轴相连；所述第一转向板（22a）和第二转向板（22b）通过转轴转动安装于尾座（2）上，所述转轴上固定安装有伸缩杆（24），所述尾座（2）内安装有电动推杆（23），电动推杆（23）的活塞杆与伸缩杆（24）铰接。

3.如权利要求2所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述弹头（1）的一端设有第二空腔（39），第二空腔（39）内安装有第一控制器，第一控制器包括有第一单片机和驱动器，第一单片机与第一声呐传感器（19）、水浸传感器（21）、生命探测仪（20）和驱动器相连，驱动器与丝杠电机（16）、电动推杆（23）和减速机（25）相连；所述多级压紧装置上安装有按钮（17），按钮（17）与第一单片机相连。

4.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述发射装置包括有发射腔（28）和储气腔（29），发射腔（28）的内壁与弹头（1）的外壁相配合，发射腔（28）的端部内壁安装有橡胶圆环；所述发射腔（28）和储气腔（29）之间设有通气孔（32），通气孔（32）处安装有电磁阀（33a），所述储气腔（29）的侧壁设有进气孔（34），进气孔（34）处安装有电磁阀（33b），所述储气腔（29）内安装有气压传感器（35）。

5.如权利要求4所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述储气腔（29）的外壁安装有第二控制器（36），第二控制器（36）包括有第二单片机和驱动器，第二单片机与第二声呐传感器（37）、气压传感器（35）和驱动器相连，驱动器与电磁阀相连。

6.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述气体发生装置包括有点火器（10）、叠氮化钠层（7）、过滤器（9）和出气口（8），出气口（8）位于气体发生装置的两侧，气体发生装置内出气口（8）处安装有过滤器（9），气体发生装置内为叠氮化钠层（7），点火器（10）安装于叠氮化钠层（7）内，点火器（10）与第一单片机相连。

7.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述气囊弹的侧壁安装有固定轴（31），发射腔（28）的顶部安装有卷扬机（30），所述固定轴（31）和卷扬机（30）之间连接有救生绳，救生绳缠绕于卷扬机（30）上。

8.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述第一转向板（22a）、第二转向板（22b）和叶轮（26）的外圈均安装有防护罩（27）。

9.如权利要求1所述的自动巡航水下救生装置，其特征在于：所述气囊处于膨胀状态时为半圆形。

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