CN115071917A - 一种单人泅渡推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单人泅渡推进装置，包括可穿戴装置、单人泅渡推进系统与电控系统，所述可穿戴装置的一侧设置有连接卡件，所述可穿戴装置的另一侧设置有连接卡扣，所述可穿戴装置的后端设置有可调式气囊，所述可穿戴装置的内部设置有中央控制装置，所述可穿戴装置的下端设置有定位垫。本发明所述的一种单人泅渡推进装置，解决了当前泅渡人员在泅渡过程中的暴露征候明显、消耗体力大、机动效率低、泅渡距离短的问题，采用了可调节浮力设计，通过调节气囊的浮力实现潜水深度的调节，可辅助使用者适应泅渡、水下侦察等多种作战任务，系统集成了定位、监测等功能，为泅渡监控系统提供数据支撑，带来更好的使用前景。

Description

一种单人泅渡推进装置

技术领域

本发明涉及单人泅渡领域，特别涉及一种单人泅渡推进装置。

背景技术

单人泅渡推进装置是一种进行水下泅渡作业的支撑设备，在进行水下侦查与泅渡作业的时候，需要采用专门的装置方便进行推进，如今，单人泅渡推进装置更加多样化，具有系统控制的功能，随着科技的不断发展，人们对于单人泅渡推进装置的制造工艺要求也越来越高。

现有的单人泅渡推进装置在使用时存在一定的弊端，泅渡装备研究领域和其他先进国家相比处于劣势，在水中活动的速度较慢，智能化程度不高，在人们的使用过程带来了一定的不利影响，水下泅渡作业、训练处于短板弱项，为此，我们提出一种单人泅渡推进装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种单人泅渡推进装置，解决了当前泅渡训练、作业时暴露征候明显、消耗体力大、机动效率低、泅渡距离短的问题，采用了可调节浮力设计，通过调节气囊的浮力实现潜水深度的调节，可辅助人员适应泅渡、水下工作等多种任务，系统集成了定位、监测等功能，能够为水下工作系统提供数据支撑，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种单人泅渡推进装置，包括可穿戴装置、单人泅渡推进系统与电控系统，所述可穿戴装置的一侧设置有连接卡件，所述可穿戴装置的另一侧设置有连接卡扣，所述可穿戴装置的后端设置有可调式气囊，所述可穿戴装置的内部设置有中央控制装置，所述可穿戴装置的下端设置有定位垫，所述定位垫的下端固定连接有固定装置，所述固定装置的中部开设有定位带，所述定位带的一侧固定连接有一号定位绑带，所述定位带的另一侧固定连接有二号定位绑带，所述一号定位绑带的内部固定连接有一号电机，所述二号定位绑带的内部固定连接有二号电机，所述一号定位绑带的一侧固定连接有一号连接魔术贴，所述二号定位绑带的另一侧固定连接有二号连接魔术贴，所述一号定位绑带的上端设置有连接件，所述一号定位绑带的两侧固定连接有松紧带，所述一号电机的内部安装有驱动轴，所述驱动轴的外壁固定连接有风机页。

作为本发明的一种优选技术方案，所述单人泅渡推进系统包括浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块，所述浮力调节模块连接有可穿戴装置、充气气囊、充气嘴，所述推进模块连接有防水直流电机、倒流头、螺旋桨，所述电控模块连接有供电装置、电机驱动器、主控制器，所述定位模块连接有BD/GPS双模模块、一号接口，所述监测模块连接有传感器、二号接口。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电控系统包括锂电池、稳压电源、无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器、一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块、一号水下推进电机与二号水下推进电机，所述稳压电源连接无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器，所述一号驱动器、二号驱动器连接一号双向无刷电机电调模块与二号双向无刷电机电调模块，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块连接有一号水下推进电机与二号水下推进电机。

作为本发明的一种优选技术方案，所述监测模块包括温度模块、速度模块、心率模块、一号STM32单片机模块、一号RNFR模块、二号RNFR模块、二号STM32单片机模块与显示模块，所述一号STM32单片机模块连接有温度模块、速度模块、心率模块与一号RNFR模块，所述二号STM32单片机模块连接有二号RNFR模块与显示模块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述单人泅渡推进系统的输出端与浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块的输入端电性连接，所述浮力调节模块的输出端与可穿戴装置、充气气囊、充气嘴的输入端电性连接，所述推进模块的输出端与防水直流电机、倒流头、螺旋桨的输入端电性连接，所述电控模块的输出端与供电装置、电机驱动器、主控制器的输入端电性连接，所述定位模块的输出端与BD/GPS双模模块、一号接口的输入端电性连接，所述监测模块的输出端与传感器、二号接口的输入端电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述稳压电源的输出端与无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器的输入端电性连接，所述一号驱动器、二号驱动器的输出端与一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输入端电性连接，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输出端与一号水下推进电机与二号水下推进电机的输入端电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述温度模块、速度模块、心率模块的输出端通过总线与一号STM32单片机模块的输出端电性连接，所述一号STM32单片机模块的输出端与一号RNFR模块的输入端电性连接，所述二号RNFR模块的输出端通过总线与二号STM32单片机模块的输入端电性连接，所述二号STM32单片机模块的输出端通过总线与显示模块的输入端电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述可调式气囊采用浮力可调式设计，所述可穿戴装置通过连接卡件、连接卡扣进行卡扣式定位。

与现有技术相比，本发明提供了一种单人泅渡推进装置，具备以下有益效果：该单人泅渡推进装置，解决了当前泅渡训练、作业时暴露征候明显、消耗体力大、机动效率低、泅渡距离短的问题，采用了可调节浮力设计，通过调节气囊的浮力实现潜水深度的调节，可辅助人员适应泅渡、水下工作等多种任务，系统集成了定位、监测等功能，能够为水下工作系统提供数据支撑，该装置由浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块以及监测模块组成，浮力调节模块可实现潜水深度的调节以适应不同任务需求；推进模块能够为单人泅渡提供辅助动力；电控系统为整个装置提供电能和控制信号；定位模块能将泅渡人员动态坐标及时传递给指挥中心，为单人综合工作系统提供数据支撑；监测模块可测量并显示水温、心率、速度、定位等多种泅渡环境及人员状态数据，有效提升团队作业效能和协同作业能力，为创新泅渡训练提供方法手段支撑，同时可辅助部队进行水下侦察、水下搜排爆、科研探测、抢救打捞等任务，整个单人泅渡推进装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明一种单人泅渡推进装置的整体结构示意图。

图2为本发明一种单人泅渡推进装置中穿戴装置正面的结构示意图。

图3为本发明一种单人泅渡推进装置中穿戴装置背面的结构示意图。

图4为本发明一种单人泅渡推进装置中固定装置其一的结构示意图。

图5为本发明一种单人泅渡推进装置中固定装置其二的结构示意图。

图6为本发明一种单人泅渡推进装置中固定装置其三的结构示意图。

图7为本发明一种单人泅渡推进装置中电机的结构示意图。

图8为本发明一种单人泅渡推进装置中电控系统设计原理图的结构示意图。

图9为本发明一种单人泅渡推进装置中监测模块系统设计图的结构示意图。

图中：1、可穿戴装置；2、连接卡件；3、中央控制装置；4、可调式气囊；5、连接卡扣；6、定位垫；7、固定装置；8、一号连接魔术贴；9、一号电机；10、一号定位绑带；11、定位带；12、二号定位绑带；13、二号电机；14、二号连接魔术贴；15、连接件；16、松紧带；17、驱动轴；18、风机页。

具体实施方式

如图1-9所示，一种单人泅渡推进装置，包括可穿戴装置1、单人泅渡推进系统与电控系统，可穿戴装置1的一侧设置有连接卡件2，可穿戴装置1的另一侧设置有连接卡扣5，可穿戴装置1的后端设置有可调式气囊4，可穿戴装置1的内部设置有中央控制装置3，可穿戴装置1的下端设置有定位垫6，定位垫6的下端固定连接有固定装置7，固定装置7的中部开设有定位带11，定位带11的一侧固定连接有一号定位绑带10，定位带11的另一侧固定连接有二号定位绑带12，一号定位绑带10的内部固定连接有一号电机9，二号定位绑带12的内部固定连接有二号电机13，一号定位绑带10的一侧固定连接有一号连接魔术贴8，二号定位绑带12的另一侧固定连接有二号连接魔术贴14，一号定位绑带10的上端设置有连接件15，一号定位绑带10的两侧固定连接有松紧带16，一号电机9的内部安装有驱动轴17，驱动轴17的外壁固定连接有风机页18。

进一步的，所述单人泅渡推进系统包括浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块，所述浮力调节模块连接有可穿戴装置、充气气囊、充气嘴，所述推进模块连接有防水直流电机、倒流头、螺旋桨，所述电控模块连接有供电装置、电机驱动器、主控制器，所述定位模块连接有BD/GPS双模模块、一号接口，所述监测模块连接有传感器、二号接口。

进一步的，所述电控系统包括锂电池、稳压电源、无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器、一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块、一号水下推进电机与二号水下推进电机，所述稳压模块连接无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器，所述一号驱动器、二号驱动器连接一号双向无刷电机电调模块与二号双向无刷电机电调模块，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块连接有一号水下推进电机与二号水下推进电机。

进一步的，监测模块包括温度模块、速度模块、心率模块、一号STM32单片机模块、一号RNFR模块、二号RNFR模块、二号STM32单片机模块与显示模块，一号STM32单片机模块连接有温度模块、速度模块、心率模块与一号RNFR模块，二号STM32单片机模块连接有二号RNFR模块与显示模块。

进一步的，单人泅渡推进系统的输出端与浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块的输入端电性连接，所述浮力调节模块的输出端与可穿戴装置、充气气囊、充气嘴的输入端电性连接，所述推进模块的输出端与防水直流电机、倒流头、螺旋桨的输入端电性连接，所述电控模块的输出端与供电装置、电机驱动器、主控制器的输入端电性连接，所述定位模块的输出端与BD/GPS双模块、一号接口的输入端电性连接，所述监测模块的输出端与传感器、二号接口的输入端电性连接。

进一步的，所述稳压电源的输出端与无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器的输入端电性连接，所述一号驱动器、二号驱动器的输出端与一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输入端电性连接，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输出端与一号水下推进电机与二号水下推进电机的输入端电性连接。

进一步的，温度模块、速度模块、心率模块的输出端通过总线与一号STM32单片机模块的输出端电性连接，一号STM32单片机模块的输出端与一号RNFR模块的输入端电性连接，二号RNFR模块的输出端通过总线与二号STM32单片机模块的输入端电性连接，二号STM32单片机模块的输出端通过总线与显示模块的输入端电性连接。

进一步的，可调式气囊4采用浮力可调式设计，可穿戴装置1通过连接卡件2、连接卡扣5进行卡扣式定位。

工作原理：本发明由可穿戴装置1、连接卡件2、中央控制装置3、可调式气囊4、连接卡扣5、定位垫6、固定装置7、一号连接魔术贴8、一号电机9、一号定位绑带10、定位带11、二号定位绑带12、二号电机13、二号连接魔术贴14、连接件15、松紧带16、驱动轴17、风机页18，浮力调节模块由可穿戴装置1、充气气囊和充气嘴组成，可实现潜水深度的调节以适应不同任务需求；推进模块由防水直流电机、倒流头和一对螺旋桨组成，能够为单人泅渡提供辅助动力；电控模块由供电装置、电机驱动器和主控制器组成，通过主控制器发送控制信号给电机驱动器驱动推进模块的直流电机带动螺旋桨工作，从而为整个装置提供电能和控制信号；定位模块由北斗/GPS双模模块和接口电路组成，能够将单人位置信息传送给指挥中心，进而为单人综合工作系统提供数据支撑；监测模块可测量并显示水温、心率、速度、定位等多种泅渡环境及人员状态数据，与单人人员定位信息一起，作为泅渡环境和人员状态的特征参数提供给上级系统，该装置的核心是可充气气囊，气囊采用浮力可调式设计，能根据单人人员的现实需要可调控改变浮力，该气囊有四个独立气囊室组成，气囊气体充足时，浮力状况较好，气囊室气压由人员视情提供，气囊与电瓶及控制板密封盒组装成一体，气囊将气体放出，可折叠成背包状态，便于携带，选用的推进器单个在水中的实测推力约为5kg，总的推力为10kg，考虑到电机在水下推动时的稳定性，分别加工了宽度为96mm、厚度为d=3mm的半圆形卡箍，通过螺栓将卡箍和推进器底座连接在一起，并通过松紧绷带和魔术贴固定在大腿两侧，电控系统整体结构主要包括锂电池、稳压电源、双向无刷电机电调模块、水下推进电机、PWM驱动器等组成，为各模块提供稳定电能和所需的控制信号，考虑实战化因素，设计给该装置配备定位装置，能及时将位置、动态第一时间反馈到指挥员手中，从而实时布置较有力的战术协同，人员也可第一时间接收、执行新指令，擦亮了“眼睛”，达到同一时间、同一目标出击，系统采用BD/GPS双模定位装置，定位精度高，可靠性好，监测模块基于无线传感器技术设计，包括传感器、控制器、通讯系统和手腕智能显示器等部件，具有数据采集、无线传输、集成显示等功能，无线传感监测模块配合水下泅渡装置协作工作，可以监测水温、航速、心率等信息，同时同步显示定位信息，系统采用Wi-Fi技术和NRF技术低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本等特点，采用12V直流大容量锂电池，要求60AH以上，可提供1h以上工作电流，该装置对电池的要求高，不仅要做好密封处理，还要考虑工作状况，电池作为整个装置核心部件，要同时供给电机、定位，辅助件等，要求供电且不能影响正常工作，在水下要做好保护盒，让其完成全处于密封状态，保护盒具有一定的抗压性，抗腐蚀性，质量不易过大，绝缘材质，柔性太阳能充电板与电池并联，常开状态，该装置的重要作用在于单人人员抢滩登陆后或在装置亏电的情况下能起到应急充电，并给定位装置，照明等供电，可使人员在野外生存行动提供很大作用，当然由于该装置的工作环境要两栖性，在水下对它的防水工作有较大要求，太阳能板材质的选用同时不能太硬，避免受压直接损伤，选用具有一定韧性的太阳能板对它的防水效果更加艰难，太阳能充电板正常工作电压18V直流，能确保吸收光源不停充电，水下推进电机采用T2000型号电机，安装于人员大腿左右两侧，电机工作电压12V，最大功率350W，推力5kg，由于人体在水中悬浮，所以仅需要克服水的阻力和逆向水流的阻力，该装置可以让单人在静态水域中保持V=s/t=6km/h以上的速度运动，人与装置配合，可改变运动的方向，操作简单，电机通过两侧固定板与高粘度魔术粘配合，使之固定锁紧，两侧内有4个固定螺丝3mm*10mm锁紧，动力采用水下高速大功率马达，防水效果极佳，电机在水下工作工况优势大，水具有较好的导热性能，在水下工作冷却效果很好，保证长时间续航能力，同时减少了故障率的发生，该电机螺旋桨采用分子结构胶，寿命长，耐高温，抗腐性好，外围有螺旋罩，能很好集中水流起到导流作用，提高了工作效率，根据流体动力学，物体流动时，所受的阻力与接触面积有关，为减少动力消耗，提高工作效率，为保证单人在水中呈线型运动，将工作推进部分安装于大腿两侧更合理，同时能保证它涉水的深度，形成较大的推动力，可释放单人双手随时应对敌情，可调试气囊4安装在可穿戴装置1内部，通过气嘴调节气囊浮力，推进电机通过螺栓、卡箍和固定装置7连接在一起，并通过松紧绷带和魔术贴固定在大腿两侧，两个电机并联，同步控制，运行时通过改变身体姿态调节推进方向，电子控制系统是单人泅渡装置得以智能航行的核心，本系统采用系统集成的方式将电源控制模块，电机驱动模块，北斗定位模块以及其他辅助模块集成在一起，蓄电池与控制装置则是密封在控制包内，无线传感监测模块使用 STM32 为核心处理器，并配置其相应的引脚功能，如RS232、SPI、I/O、ADC等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种单人泅渡推进装置，包括可穿戴装置（1）、单人泅渡推进系统与电控系统，其特征在于：所述可穿戴装置（1）的一侧设置有连接卡件（2），所述可穿戴装置（1）的另一侧设置有连接卡扣（5），所述可穿戴装置（1）的后端设置有可调式气囊（4），所述可穿戴装置（1）的内部设置有中央控制装置（3），所述可穿戴装置（1）的下端设置有定位垫（6），所述定位垫（6）的下端固定连接有固定装置（7），所述固定装置（7）的中部开设有定位带（11），所述定位带（11）的一侧固定连接有一号定位绑带（10），所述定位带（11）的另一侧固定连接有二号定位绑带（12），所述一号定位绑带（10）的内部固定连接有一号电机（9），所述二号定位绑带（12）的内部固定连接有二号电机（13），所述一号定位绑带（10）的一侧固定连接有一号连接魔术贴（8），所述二号定位绑带（12）的另一侧固定连接有二号连接魔术贴（14），所述一号定位绑带（10）的上端设置有连接件（15），所述一号定位绑带（10）的两侧固定连接有松紧带（16），所述一号电机（9）的内部安装有驱动轴（17），所述驱动轴（17）的外壁固定连接有风机页（18）；

所述单人泅渡推进系统包括浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块，所述浮力调节模块连接有可穿戴装置、充气气囊、充气嘴，所述推进模块连接有防水直流电机、倒流头、螺旋桨，所述电控模块连接有供电装置、电机驱动器、主控制器，所述定位模块连接有BD/GPS双模模块、一号接口，所述监测模块连接有传感器、二号接口；

所述电控系统包括锂电池、稳压电源、无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器、一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块、一号水下推进电机与二号水下推进电机，所述稳压模块连接无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器，所述一号驱动器、二号驱动器连接一号双向无刷电机电调模块与二号双向无刷电机电调模块，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块连接有一号水下推进电机与二号水下推进电机；

所述单人泅渡推进系统的输出端与浮力调节模块、推进模块、电控模块、定位模块与监测模块的输入端电性连接，所述浮力调节模块的输出端与可穿戴装置、充气气囊、充气嘴的输入端电性连接，所述推进模块的输出端与防水直流电机、倒流头、螺旋桨的输入端电性连接，所述电控模块的输出端与供电装置、电机驱动器、主控制器的输入端电性连接，所述定位模块的输出端与BD/GPS双模模块、一号接口的输入端电性连接，所述监测模块的输出端与传感器、二号接口的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种单人泅渡推进装置，其特征在于：所述监测模块包括温度模块、速度模块、心率模块、一号STM32单片机模块、一号RNFR模块、二号RNFR模块、二号STM32单片机模块与显示模块，所述一号STM32单片机模块连接有温度模块、速度模块、心率模块与一号RNFR模块，所述二号STM32单片机模块连接有二号RNFR模块与显示模块。

3.根据权利要求1所述的一种单人泅渡推进装置，其特征在于：所述稳压电源的输出端与无线传感模块、GPS/北斗模块、一号驱动器、二号驱动器的输入端电性连接，所述一号驱动器、二号驱动器的输出端与一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输入端电性连接，所述一号双向无刷电机电调模块、二号双向无刷电机电调模块的输出端与一号水下推进电机与二号水下推进电机的输入端电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种单人泅渡推进装置，其特征在于：所述温度模块、速度模块、心率模块的输出端通过总线与一号STM32单片机模块的输出端电性连接，所述一号STM32单片机模块的输出端与一号RNFR模块的输入端电性连接，所述二号RNFR模块的输出端通过总线与二号STM32单片机模块的输入端电性连接，所述二号STM32单片机模块的输出端通过总线与显示模块的输入端电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种单人泅渡推进装置，其特征在于：所述可调式气囊（4）采用浮力可调式设计，所述可穿戴装置（1）通过连接卡件（2）、连接卡扣（5）进行卡扣式定位。

Images