CN210681094U

CN210681094U - 一种人机协同智能救生圈

Info

Publication number: CN210681094U
Application number: CN201921624466.3U
Authority: CN
Inventors: 熊高涵; 蔡薇; 吴轶钢; 俞智妍; 刘金全
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2029-09-27

Abstract

本实用新型公开了一种人机协同智能救生圈，包括救生圈单元，其为落水救援的执行机构；和载具单元，其用于载运救生圈单元、识别落水者的基本位置、选择性地投放救生圈单元以及规划和导航救生圈单元的行进路径。本实用新型中的载具单元能够将用于对落水者直接进行救援的救生圈单元运送至落水者的基本位置，且救生圈单元能够自动地对落水者进行救援动作，并能够将落水者安全地运送至最近的救援位置。本申请救援精准度高且自动化程度高，在救援环境恶劣的条件下也能完全地发挥其各项功能，不仅节省了救援人员的体力，降低了救援风险，还大大提高了救援效率。

Description

一种人机协同智能救生圈

技术领域

本实用新型涉及救生装置技术领域，尤其涉及一种人机协同智能救生圈。

背景技术

据我国卫生部的不完全估计，全国每年约有6万人死于溺水，可见，溺水死亡严重威胁到我国人民的生命财产安全。夏季是溺水事件的高发季节，而城市河流、公园湖泊、郊区水库以及海滨场所则是溺水事件的高发场所。

现有的落水救援方式大致分为三种：

(1)依靠人力的救援。其缺点为：施救者的死亡比例高，施救风险较大。

主要由以下两点所致：

①施救者短时间体力消耗过度而虚脱，从而丧失救援能力而溺水。

②溺水人溺水时的求生本能和恐慌心理，其挣扎拉拽等动作严重干扰并束缚了施救者施救过程，造成施救者救援失败甚至溺亡。

(2)简单救生圈、救生衣等小型典型救生装置。

其缺点为：救援速度慢，贻误救援时机，且容易消耗救援人员的体力。

(3)救援冲锋舟、皮筏艇等大型救生产品。其缺点为：

①价格较贵，导致救援设备数量难以扩大，使得在危急时期无法迅速征调救援设备，贻误救援时机。

②当出现救援距离远等问题时，此类设备机动性缓慢，极易耽误救援时间。

综上分析可知，缺乏便捷迅速的水面救援装置是夏季溺水事件高发的主要原因之一。另外，由于救援条件为不确定因素，当我们在能见度低的状况下实施救援计划时，很难准确地辨识落水者的位置，同时也加大了救援行动的难度。

实用新型内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供了一种人机协同智能救生圈。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种人机协同智能救生圈包括：救生圈单元，其为落水救援的执行机构，用于自动救援落水者；和载具单元，其用于载运所述救生圈单元、识别落水者的基本位置、选择性地投放所述救生圈单元以及规划和导航所述救生圈单元的行进路径；

其中，救生圈单元包括救生圈本体，所述救生圈本体上固定安装有用于对落水者进行目标定位的人脸识别模块和红外感应模块、用于对所述救生圈单元进行行进导向的超声波模块和激光模块以及用于向所述救生圈单元供给行进动力的推进器；所述救生圈单元还包括定位模块、电子地图以及地磁传感器；所述载具单元中设置有摄影模块。

优选的，所述超声波模块的数量为三个，其呈发散状地固定在所述救生圈本体上。

优选的，所述救生圈本体为A型结构，其为搪塑材料制成。

优选的，所述救生圈本体的底面设置有配合所述推进器推进作业的第一推进器进水口。

优选的，所述人脸识别模块、所述红外感应模块、所述超声波模块以及所述激光模块均为防水设计；

所述救生圈本体的顶面设置有配合所述推进器推进作业的第二推进器进水口。

优选的，所述救生圈本体上安装有一能够自动调节浮力的气垫。

优选的，所述救生圈本体上固定有发光灯带。

优选的，所述载具单元的底部设置有磁性块，所述救生圈单元上设置有电磁铁；所述电磁铁能够磁吸连接在所述磁性块上。

优选的，所述救生圈本体上成型有一塌陷，且所述救生圈本体的前部底侧成型有一导行坡面。

优选的，所述救生圈本体的两侧均对称地固定有把手，所述把手具有牛皮质地的外表面。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：本实用新型提供的人机协同智能救生圈，其中的载具单元能够将用于对落水者直接进行救援的救生圈单元运送至落水者的基本位置，且救生圈单元能够自动地对落水者进行救援动作，并能够将落水者安全地运送至最近的救援位置；救生圈单元中的人脸识别模块和红外感应模块能够准确地对落水者进行定位，救生圈单元中的超声波模块和激光模块能够准确地引导救生圈单元航行路线，即便落水者不慎将救生圈单元打翻，也不会影响救生圈单元的正常返航动作。本申请救援精准度高且自动化程度高，在救援环境恶劣的条件下也能完全地发挥其各项功能，不仅节省了救援人员的体力，降低了救援风险，还大大提高了救援效率。

附图说明

图1为本实用新型整体结构的等轴示意图；

图2为本实用新型中救生圈单元结构的等轴示意图；

图3为本实用新型中救生圈单元结构的俯视示意图；

图4为本实用新型中救生圈单元结构的仰视示意图；

图5为本实用新型中救生圈单元结构的侧视示意图；

图6为本实用新型中救生圈单元结构的正视示意图；

图7为本实用新型中载具单元的结构示意图。

图中：1、救生圈单元；2、载具单元；10、救生圈本体；11、人脸识别模块；121、超声波模块；13、激光模块；14、推进器；20、磁性块；18、电磁铁；21、绳索；12、安装凸台；141、第一推进器进水口；142、第二推进器进水口； 100、塌陷；101、导行坡面；17、把手；16、气垫；15、防撞条；19、信号灯。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

参照图1—图7，本实用新型提供了一种人机协同智能救生圈，包括：

救生圈单元1，其为落水救援的执行机构，用于自动救援落水者；和

载具单元2，其用于载运救生圈单元1、识别落水者的基本位置、选择性地投放救生圈单元1以及规划和导航救生圈单元1的行进路径；

其中，救生圈单元1包括救生圈本体10，救生圈本体10上固定安装有

用于对落水者进行目标定位的人脸识别模块11和红外感应模块；

用于对救生圈单元1进行行进导向的超声波模块121和激光模块13；以及

用于向救生圈单元1供给行进动力的推进器14。

作为本实用新型一实施例，载具单元2为无人机，救生圈单元1可断开地连接在无人机的底部；

载具单元2中设置有摄影模块，摄影模块能够在投放救生圈单元1前于空中拍摄水面俯视图像，并能够通过图像分析来判定落水者的基本位置。

作为本实用新型一实施例，载具单元2的底部设置有磁性块20，救生圈单元1上设置有电磁铁18；电磁铁18能够磁吸连接在磁性块20上，以实现将救生圈单元1可断开地连接在载具单元2的底部。

作为本实用新型一实施例，载具单元2的底部安装有绳索21，磁性块20连接在绳索21的一端部。

作为本实用新型一实施例，在落水救援前，载具单元2在电磁铁18的作用下吊连着救生圈单元1行进到落水者的基本位置；当救生圈单元1接触水面后，电磁铁18断电，以使得救生圈单元1被浮置在水面上等待救援指令。

作为本实用新型一实施例，人脸识别模块11能够通过人脸来识别目标面部表情与特征，进而判断目标是否为落水者，从而排除非人体目标与非落水者目标；

由于人体体温相较于湖面的水温要高，因此人体红外特征明显，故采用红外感应模块辅助人脸识别模块11，以提高目标定位的精准度。

其中，红外感应模块的部分代码如下：

人脸识别模块11的部分代码如下：

作为本实用新型一实施例，当救生圈单元1被投放在水面后，超声波模块 121可以快速扫描水面，通过测得的不同方向上距离的差异来确定目标的基本方向；

由于超声波属于开放式信号波，在同一距离上不同方向的物体具有相同的检测结果时，无法精确定位方向；此时利用激光测距方向性强的特点，在确定基本方向前提下，进一步地准确判断落水者的方向。

超声波模块121的部分代码如下：

printf("超声波测距\t")；

printf("左边:％dcm\t\t",Dist_left)；

printf("前方:％dcm\t\t",Dist_front)；

delay_ms(200)；

printf("右边:％dcm\n",Dist_right)；

delay_ms(200)；

if(PAin(5)＝＝1)//用于系统救援复位

{

delay_ms(10)；

if(PAin(5)＝＝1)

{

a＝0；}

激光模块13的部分代码如下：

/VL53L0X测量模式配置

//dev:设备I2C参数结构体//mode:0:默认；1:高精度；2:长距离；3:高速

VL53L0X_Errorvl53l0x_set_mode(VL53L0X_Dev_t*dev,u8mode{

VL53L0X_Errorstatus＝VL53L0X_ERROR_NONE；

uint8_tVhvSettings；

uint8_tPhaseCal；

uint32_trefSpadCount；

uint8_tisApertureSpads；}

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10的顶部成型有一呈等腰梯形状的安装凸台12；超声波模块121的数量为三个；

三个超声波模块121分别呈发散状地固定在安装凸台12的上底面和两个腰面上。

作为本实用新型一实施例，超声波模块121为RCWL-1601，其为一款 3V-5.5V供电，软件完全兼容HC-SR04的开放式超声波测距模块。无铅工艺2CM 超小盲区，典型4.5M最远测距，2.2mA超低工作电流；其性能优于HC-SR04。为此我们优选采用了RCWL-1601模块。

作为本实用新型一实施例，激光模块13为VL53L0X，其为完全集成的传感器，配有嵌入式红外、人眼安全激光、先进的滤波器和高速光子探测阵列，其具有测量距离更长、速度和精度更高等优点。VL530X的感测能力可以支持各种功能，包括各种创新用户界面的手势感测或接近检测，扫地机器人、服务性机器人的障碍物探测与防撞系统，家电感应面板、笔记本电脑的用户存在检测或电源开关监控器，以及无人机和物联网(I0T)产品等。

当救生圈单元1确定好方向后，在接近落水者途中不间断地继续通过此方式修正方向，以抵抗洋流的干扰。

作为本实用新型一实施例，救生圈单元1还包括定位模块、电子地图以及地磁传感器，当救生圈单元1到达落水者位置时，定位模块能够将落水者在水中的具体经纬坐标信息发送给载具单元2；

载具单元2能够根据经纬坐标信息规划出一个向最近岸边行进的航线，并将航线信息通过无线通信发送给救生圈单元1；

救生圈单元1参照电子地图中自身位置坐标和岸边位置坐标进行移动，并不断通过地磁传感器来纠正移动方向，直到达指定位置。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10为A型结构；

救生圈本体10为搪塑材料制成，其具有摩擦力大、触感柔软等优点；

人脸识别模块11、红外感应模块、超声波模块121以及激光模块13固定在救生圈本体10的前端位置；

推进器14的数量为两个，其对称安装在救生圈本体10的后端位置。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10的底面设置有配合推进器14推进作业的第一推进器进水口141；推进器14向后导出从第一推进器进水口141 中流入的水源，以用于向救生圈单元1供给行进的动力。

作为本实用新型一实施例，人脸识别模块11、红外感应模块、超声波模块 121以及激光模块13均为防水设计；

救生圈本体10的顶面设置有配合推进器14推进作业的第二推进器进水口 142；

当救生圈单元1发生倾翻状况时，上述设计能够保证救生圈单元1能够正常地返航。

作为本实用新型一实施例，救生圈单元1中还包含有电池单元，电池单元中储蓄有供所有模块和推进器正常工作的电量，使得救生圈单元1能够正常航行3km以上的距离，且能正常航行至少1小时。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10上成型有一塌陷100，落水者能够稳定地趴在塌陷100中，以保证救生圈本体10能够得到均匀地受力。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10的前部底侧成型有一导行坡面 101，以用于减小救生圈本体10在水中行驶的阻力。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10上安装有把手17；

把手17为两个，其对称地固定在救生圈本体10的两侧；

把手17具有牛皮质地的外表面，以增大落水者的握持摩擦力，使落水者在抓住把手17时更加省力、安全。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10上还安装有一能够自动调节浮力的气垫16；

气垫16为U型结构，其固定地设置在塌陷100的后部位置；

气垫16能够根据落水者的体型和重量调整其中的充气量，以达到调节救生圈本体10整体浮力的目的。

经气垫16调整后的救生圈单元1的承重量可达75kg。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10的外侧部安装有防撞条15，以用于缓减障碍物对救生圈单元1造成的碰撞损伤。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10上固定有若干信号灯19，以用于加强显示救生圈单元1所处的救援位置。

作为本实用新型一实施例，救生圈本体10上固定有发光灯带，其不仅能够加强显示救生圈单元1的坐标位置，还能够在夜间救援过程中起到照明及引导的作用。

作为本实用新型一实施例，由于鲨鱼最惧怕橙黄色，救生圈本体10设计为橙黄色，以降低落水者在海中受到鲨鱼攻击的概率；另外，橙黄色能见度和可辨识度较高，可以强列地刺激救援人员的视神经，故在很多危险的场合，也使用此类救援和警示装置。

本实用新型的工作原理如下：

通过载具单元2运载着救生圈单元1在空中航行，摄影模块实时地对水面状况进行信息采集，载具单元2根据水面状况信息航行至落水者的基本位置；

载具单元2降落，当救生圈单元1接触水面后，载具单元2和救生圈单元1 断开连接，使得救生圈单元1被浮置在水面上；

当救援距离较近时，救援人员可以直接利用遥控器控制救生圈单元1进行救援；若当救援距离较远或遇到大雾等视野不便的情况时，则可以启动自动搜救模式；

在自动搜救模式下，人脸识别模块11通过人脸来识别目标面部表情与特征，进而判断目标是否为落水者，从而排除非人体目标与非落水者目标；且红外感应模块对落水者进行红外感应，以提高目标定位的精准度；

超声波模块121可以快速扫描水面，通过测得的不同方向上距离的差异来确定目标的基本方向；且激光模块13利用其测距方向性强的优点，进一步地准确判断落水者的方向；

当救生圈单元1确定好方向后，在接近落水者途中不间断地继续通过此方式修正方向，以抵抗洋流的干扰；

落水者抓住前来救援的救生圈单元1，并能够稳定地趴在救生圈单元1上；如果落水者不慎将救生圈单元1打翻，第二推进器进水口142能够向推进器14 供水，并不会影响救生圈单元1的正常返航作业。

救生圈单元1根据落水者的落水位置定位一坐标信息，并将坐标信息发送给载具单元2；

载具单元2根据坐标信息规划出一个向最近岸边行进的航线，并将航线信息通过无线通信发送给救生圈单元1；

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种人机协同智能救生圈，其特征在于，包括：

救生圈单元（1），其为落水救援的执行机构，用于自动救援落水者；和

载具单元（2），其用于载运所述救生圈单元（1）、识别落水者的基本位置、选择性地投放所述救生圈单元（1）以及规划和导航所述救生圈单元（1）的行进路径；

其中，救生圈单元（1）包括救生圈本体（10），所述救生圈本体（10）上固定安装有用于对落水者进行目标定位的人脸识别模块（11）和红外感应模块、用于对所述救生圈单元（1）进行行进导向的超声波模块（121）和激光模块（13）以及用于向所述救生圈单元（1）供给行进动力的推进器（14）；

所述救生圈单元（1）还包括定位模块、电子地图以及地磁传感器；所述载具单元（2）中设置有摄影模块。

2.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述超声波模块（121）的数量为三个，其呈发散状地固定在所述救生圈本体（10）上。

3.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）为A型结构，其为搪塑材料制成。

4.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）的底面设置有配合所述推进器（14）推进作业的第一推进器进水口（141）。

5.如权利要求4所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述人脸识别模块（11）、所述红外感应模块、所述超声波模块（121）以及所述激光模块（13）均为防水设计；

所述救生圈本体（10）的顶面设置有配合所述推进器（14）推进作业的第二推进器进水口（142）。

6.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）上安装有一能够自动调节浮力的气垫（16）。

7.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）上固定有发光灯带。

8.如权利要求1所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述载具单元（2）的底部设置有磁性块（20），所述救生圈单元（1）上设置有电磁铁（18）；所述电磁铁（18）能够磁吸连接在所述磁性块（20）上。

9.如权利要求3所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）上成型有一塌陷（100），且所述救生圈本体（10）的前部底侧成型有一导行坡面（101）。

10.如权利要求9所述的人机协同智能救生圈，其特征在于，所述救生圈本体（10）的两侧均对称地固定有把手（17），所述把手（17）具有牛皮质地的外表面。