CN215884021U - 一种水面援助机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水上援助机器人技术领域，具体为一种水面援助机器人，包括浮于水面的救生圈，该救生圈尾部安装的推进系统置于水面下方，所述救生圈倒置时，所述推进系统喷射水流形成推力翻转所述救生圈，救生圈倒置于水面时，通过运转推进系统，使得推进系统产生的推力配合水面的浮力将救生圈翻转为正置，使得救生圈产生自动翻面换向的技术效果，解决救生圈在投掷过程中倒置无法快速换向调节的问题。

Description

一种水面援助机器人

技术领域

本实用新型涉及水上援助机器人技术领域，具体为一种水面援助机器人。

背景技术

救生圈是水上救生设备的一种，通常由泡沫塑料或其他比重较小的轻型材料制成，救生圈的形状为环状，中间开口，使用者将上身穿过中间开口并把双手搭在救生圈上，就可在放松的状态下利用救生圈的浮力浮在水面上，当有人意外落水或在海上救援时，拯救人员需要开船至落水者附近或海滩现场，然后将救生圈抛洒至落水者旁边，落水者抓取到救生圈后才能较为安全地继续等待救援，拯救人员也才有充裕的时间更加安全地实施救援。

现有的救生圈都是需要人工抛掷，这一方面要求拯救人员必须赶到落水现场，但若现场环境不利于救援艇航行，则极为影响救援工作，甚至无法顺利实施救援，而若需要同时对多名落水者施加救援，则需要反复移动至各个落水者位置，然后分别抛洒救生圈，导致救援速度缓慢；另一方面，救生圈一般都较为厚重，而重量较轻的又容易受风力或者空气阻力影响，导致救生圈抛洒的准确性极难控制，而又因落水者大多都是不会游泳的，一些会游泳的落水者在等待救援的过程中也会耗费了大量的体力，如果拯救人员不能顺利将救生圈抛洒至落水者旁边，落水者就无法抓住救生圈，即使拯救人员多余的救生圈进行重新抛洒，也必将极大地耽误救援工作。

另外，若落水者位置无法供救生船驶入，或拯救人员没有救生船，使用现有的救生设备将无法对落水者进行施救。

现有的水上援助机器人在抛掷过程中，一旦救生圈倒置，推进系统运转无法形成推力进行前进，需要将救生圈翻转为正置。

在专利号为CN201920126287.0(下称对比文献)的专利文献公开了一种应用双向吸水泵喷结构的V型水上援助机器人，其包括救生圈主体，该救生圈主体包括成梭形设置的头部与该头部固定连接的翼部，该翼部对称设置，且其还包括设置于头部内的控制机构，设置于翼部内的双向吸水泵，其通过在救生圈主体的翼部上设置两组动力泵组，不论救生圈主体那一面与水面接触，都有一组动力泵组可以快速反应进行工作，使救生圈主体行进，解决了救生圈主体抛掷过程中，无需分辨正反面的技术问题。

但是，上述的技术方案公开的水上援助机器人的双向吸水泵的结构复杂，虽然不需要进行救生圈的翻转，但是需要设置两组的动力泵组作为推进器，质量增加，且造成动力浪费。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种水面援助机器人，在救生圈倒置于水面时，通过运转推进系统，使得推进系统产生的推力配合水面的浮力将救生圈翻转为正置，使得救生圈产生自动翻面换向的技术效果，解决救生圈在投掷过程中倒置无法快速换向调节的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种水面援助机器人，倒置在水面上时，通过运转推进系统喷射水流形成推力进行翻转调节。

作为改进，通过反转推进系统喷射水流形成推力进行翻转调节姿态。

作为改进，包括浮于水面的救生圈，该救生圈倒置时，安装于救生圈尾部的推进系统置于水面下方，所述推进系统喷射水流形成推力翻转所述救生圈为正置姿态。

作为改进，所述救生圈调节姿态时，所述推进系统向水面上方喷射水流形成姿态翻转调节的推力。

作为改进，所述救生圈置于水中时，浮力中心a点位于救生圈的头部，所述推进系统反转时，所述救生圈绕a点翻转，由倒置姿态调整为正置姿态。

作为改进，所述救生圈绕a点翻转时，所述救生圈头部重心点为b点，所述救生圈的尾部重心点为c点，点b至点a的距离为L1，点c至点a的距离为L2，L1与L2满足关系：L1＜L2；

所述推进系统产生的推力F满足关系：F＞δf*COSα，其中，δf为旋转过程救生圈尾部增加的浮力，α为推进系统正转喷力方向与水平面的夹角。

作为改进，所述推进系统包括对称设置于所述救生圈的尾部两侧向外延伸的尾翼内的推进组件。

作为改进，所述推进组件上分别对应设置有吸入及喷射水流形成推力的水流口A及水流口B。

作为改进，所述水流口A及水流口B分设于相应的推进组件的下部与尾部处。

作为改进，所述水流口A及水流口B分设于相应的推进组件的下部与上部处。

作为改进，包括识别所述救生圈姿态并控制所述推进系统正、反运转的识别控制系统。

作为改进，所述识别控制系统包括：

识别元件，所述识别元件上安装有识别所述救生圈姿态的陀螺仪芯片；以及

控制元件，所述控制元件接收所述识别元件输出的信号，控制所述推进系统运转。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型在救生圈倒置于水面时，通过运转推进系统，使得推进系统产生的推力配合水面的浮力将救生圈翻转为正置，使得救生圈产生自动翻面换向的技术效果，解决救生圈在投掷过程中倒置无法快速换向调节的问题；

(2)本实用新型通过利用识别控制系统自动识别救生圈的姿态，进而控制推进系统进行正、反转，达到快速调节救生圈姿态的目的，整体调节过程全自动，无法进行人为操控，智能性高且反应迅速，节省时间；

(3)本实用新型为了解决因为电池集中于救生圈头部带来的应力问题，利用救生圈的双层固定结构，电池包位于救生圈内部空间，救生圈内部只留一个敞开口方便电池安装，电池包五个面与救生圈为面接触，且不固定，电池包与救生圈之间留有一定间隙用来填充缓冲物质，另外，敞开口处用固定板安装于电池包表面上，固定板两头有螺丝孔通过螺丝与救生圈固定，进一步的电池包在电池仓内晃动时有六个接触面被固定，避免电池盒因受侧向冲击而导致电池包与救生圈连接处螺丝即受拉力又受剪切力，这样容导致螺丝接触部分救生圈材料和塑料材料应力过度而裂掉致脱落；

(4)本实用新型在将推进系统与救生圈进行连接时，设计了一种定位环，位于救生圈和动力连个法兰面之间，因为救生圈和动力采用不同的成型工艺，之间装配做不到足够的装配间隙来卸掉法兰螺丝的剪切应力，定位环是通过激光切割或者其它精密切割工艺制作的板状结构件，其外尺寸和内尺寸可以根据两种成型工艺的公差范围最终确定，从而使救生圈和动力的装配精度达到应力所需间隙，其中环内圈与救生圈安装处的凸台同轴装配，外环与动力法兰内圈固定。

综上所述，本实用新型具有自动翻转、结构稳定等优点，尤其适用于水上救援结构技术领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例一翻转状态示意图；

图2为本实用新型实施例二翻转状态示意图；

图3为本实用新型实施例二前进状态示意图；

图4为本实用新型实施例三翻转原理示意图；

图5为本实用新型实施例三翻转零界状态示意图；

图6为本实用新型实施例三翻转状态示意图；

图7为本实用新型实施例三前进状态示意图；

图8为本实用新型实施例四感应系统结构示意图；

图9为本实用新型实施例六立体结构示意图；

图10为本实用新型实施例六电池包安装结构示意图；

图11为本实用新型实施例七定位环安装结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

如图1所示，一种水面援助机器人，倒置在水面上时，通过运转推进系统1喷射水流形成推力进行翻转调节。

需要说明的是，在投掷水面援助机器人时，水面援助机器人有可能会是倒置在水面上，倒置的水面援助机器人无法进行前进，需要将水面援助机器人翻转为正置，通过推进系统1的运转产生将水面援助机器人进行翻转为正置的推力。

在此需要强调的是，本申请并不限定推进系统1是正转还是反转产生动力将水面援助机器人进行翻转。

实施例2：

图2为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例2的一种结构示意图；如图2所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例2与图1所示的实施例1的不同之处在于：

如图2与图3所示，一种可自动翻转水面援助设备，倒置在水面上时，通过反转推进系统1喷射水流形成推力进行翻转调节。

进一步的，包括浮于水面的救生圈2，该救生圈2尾部安装的推进系统1置于水面下方，所述救生圈2倒置时，所述推进系统1喷射水流形成推力翻转所述救生圈2。

需要说明的是，在抛掷水面援助设备时，并不能确定救生圈2在水面上时刚好是处于正置的状态，一旦救生圈2处于倒置状态，大部分的水面援助设备就需要翻转后吸水口位于水面下才能启动，形成水流喷射推送。

本实用新型通过利用推进系统1的反向运转，形成喷射水流产生驱动救生圈翻转的推力，使得救生圈翻转为正置。

需要着重说明的是，本实用新型并不局限于限定推进系统反向运转产生的水流的喷射方向，凡能实现救生圈2翻转的水流喷射方向均属于本实用新型的保护范围。

实施例3：

图4为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例3的一种结构示意图；如图4所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例2的区别点。该实施例3与图2所示的实施例2的不同之处在于：

如图2至图5所示，一种可自动翻转水面援助设备，所述救生圈2倒置时，所述推进系统1向水面上方喷射水流形成推力，翻转所述救生圈2。

进一步的，所述推进系统1包括对称设置于所述救生圈2的尾部两侧向外延伸的翼部21内的推进组件11。

更进一步的，所述推进组件11上设置有吸附及喷射水流形成推力的水流口A111及水流口B112。

其中，所述水流口A111及水流口B112分设于所述推进组件11的下部及尾部处。

需要说明的是，本实用新型中的救生圈2在水面倒置时，由于位于的推进系统1置于水面下方，推进系统1预设的喷射口即水流口B112位于水面下方，而预设的吸水口即水流口A111位于水面的上方，通过反向运转推进组件11中的电机，使得推进组件11从水流口B112吸入水流再从水流口A111向外喷射水流产生推力，由于此时，水流口A111朝向水面上方，产生的推力使得救生圈头部翘起后翻转。

当救生圈2反面朝上，处于稳定状态时，a为浮力中心，b为前部重心，前部重量m1，c为后部重心，后部质量m2。

前部重心b距离浮力中心a距离为L1,后部重心c距离浮力中心a为L2。救生圈此时的状态可简化为以a为支点的杠杆，且满足：m1*L1＝m2*L2；当推进组件11中的螺旋桨反转时，水从第一开口111喷出，产生作用力F。

此时m2*l2*G*COSα+(F3-δf*COSα)*L2>m1*L1*G*COSα。其中α为推进组件11中推进器所在轴线与水平面的夹角，G为重力加速度，δf为旋转过程中翼部21增加的浮力，救生圈处于非稳态，此时机器会沿着F方向，以a为圆心旋转。

在上述过程中翼部21浮力逐渐增大，头部浮力逐渐减小。需要满足F*L2>(m1*L1-m2*L2)*G*COSα+δf*COSα*L2,

既：F>δf*COSα才可以实现正常翻转。由于在实践中，电池重量集中于b处，腿部较为轻，所以其特征为L2>L1时，形成省力杠杆较为容易实现反转。

救生圈处于零界状态。此时m1*G+m2*G与自身的浮力相等。F垂直于推进器所在的轴线。所以在F作用下仍旧沿着旋转方向旋转。旋转至救生圈正面朝上时，推进组件11会自动切回正转向前推进，使救生圈正常航行。

其中，推进组件11的结构为常规的水下推进器的结构，与背景技术记载的对比文献中的双向吸水泵中单向的结构相似，推进组件11仅包括一组的动力泵外壳，动力泵外壳内也仅设置了一组的吸水管，吸水管的两端分别为进水口与喷水口，分别对应本申请中的的水流口A与水流口B，吸水管内设置一组的动力泵组，动力泵组由电机和桨叶组成。

实施例4：

图6为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例4的一种结构示意图；如图4所示，其中与实施例3中相同或相应的部件采用与实施3相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例3的区别点。该实施例4与图4所示的实施例3的不同之处在于：

如图6与图7所示，所述水流口A111及水流口B112分设于所述推进组件11的下部及上部处。

需要说明的是，较实施例3，本实用新型中的水流口B112还可以开设于推进组件11的上部处，推进组件11正转时，水流从水流口B112斜向后侧喷出，驱动救生圈2向前推进。

实施例5：

图8为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例4的一种结构示意图；如图8所示，其中与实施例1-4中相同或相应的部件采用与实施例1-4相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1-4的区别点。该实施例5与实施例1-4的不同之处在于：

如图8所示，一种可自动翻转水面援助设备，包括感应所述救生圈2姿态的感应系统，该感应系统控制所述推进系统1正、反运转。

其中，所述感应系统包括：

识别元件，所述识别元件上安装有识别所述救生圈2姿态的陀螺仪芯片；以及

控制元件，所述控制元件接收所述识别元件输出的信号，控制所述推进系统1运转。

需要说明的是，救生圈2的正置与反置依靠感应系统进行识别，感应系统工作原理是，识别元件为姿态识别电路板，电路板水平装于救生圈2的控制仓内，确保电路板所在平面于航行器要识别的正反面所在平面之间的夹角小于90°，陀螺仪芯片有两个轴：X轴和Y轴，当电路板绕x轴和y轴旋转不同角速度时，会产生不同的数字信号，识别元件板上的单片机通过对角速度值进行解算即可获得当前相对于初始角度所偏转角度，当偏转角度大于所设定值时，如大于85°具体值可在试验中确定即认为救生圈2偏转至反面，同时产生一个高电平信号告诉控制元件，救生圈2现在是倒置，并相应的给出指令让推进系统1中的电机反转，因为x轴和y轴两个维度可以确定一平面，所以机器不管以何种角度翻转都可以被识别到。

其中，其中识别元件将最终正反识别的信息以0和1两个电平状态通过导线传输给控制元件，控制元件对0和1两种输入信号做出反应，并分别使出正转和反转两种信号给推进系统1中的电机驱动器，电机驱动器最终驱动电机正转或者反转，救生圈2上的电池为电机驱动器，电机、控制元件供电。

实施例6：

图9为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例6的一种结构示意图；如图9示，其中与实施例1-5中相同或相应的部件采用与实施例1-5相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1-5的区别点。该实施例6与实施例1-5的不同之处在于：

如图9与图10所示，电池包3位于救生圈2内部空间内，救生圈2内部只留一个敞开口方便电池包3安装，电池包3五个面与救生圈2为面接触，且不固定。电池包3与救生圈2之间留有一定间隙用来填充缓冲物质。救生圈2上电池仓敞开面需要固定电池包3，通过设置固定板4，固定板4为金属，碳纤维或者其它高强度材料，固定板4位于电池包3表面上，固定板4两头有螺丝孔通过螺丝与救生圈2固定。

进一步的，电池包3在电池仓内晃动时有六个接触面被固定，固定方式为面接触，这样大大降低冲击对电池包材料的冲击力。另有电池仓盖板5位于固定板4上，电池仓盖板5为装饰板同时通过四颗以上螺丝与救生圈2固定，电池仓盖板5与固定板4表面之间可以填充缓冲物质进一步承受冲击力，如此一来电池包被双重固定，可以有效提高抗冲击能力。相对于电池包直接与救生圈通过螺丝连接，本实用新型的双层固定结构可以避免电池盒因受侧向冲击而导致电池包与救生圈连接处螺丝即受拉力又受剪切力，这样容导致螺丝接触部分救生圈材料和塑料材料应力过度而裂掉致脱落。

实施例7：

图11为本实用新型一种可自动翻转水面援助设备的实施例7的一种结构示意图；如图11所示，其中与实施例1-6中相同或相应的部件采用与实施例1-6相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1-6的区别点。该实施例7与实施例1-6的不同之处在于：

如图11所示，在救生圈2与推进系统1进行安装连接时，在推进系统1与救生圈2之间通过法兰结构进行连接，互为中心对称的六颗螺丝固定推进系统1与救生圈2。在高抛冲击中法兰结构中固定螺丝容易受到剪切力导致螺丝孔劈裂，从而使安装结构失效。

因此，本实用新型设计了为一种定位环6，位于救生圈2和推进系统1的连个法兰面之间。因为救生圈2和推进系统1采用不同的成型工艺，之间装配做不到足够的装配间隙来卸掉法兰螺丝的剪切应力。定位环6是通过激光切割或者其它精密切割工艺制作的板状结构件，其外尺寸和内尺寸可以根据两种成型工艺的公差范围最终确定。从而使救生圈2和推进系统1的装配精度达到应力所需间隙。其中定位环6的环内圈与救生圈2安装处的凸台同轴装配，外环与推进系统1的法兰内圈固定。

工作过程：

包括以下步骤：

步骤一，姿态识别，感应系统识别救生圈2的姿态；

步骤二，倒置翻转，步骤一中，感应系统识别出救生圈2的姿态为倒置时，感应系统控制救生圈2上的推进系统1反转，形成翻转救生圈2的推力，使得救生圈2翻转为正置后前进；

步骤三，正置前进，步骤一中，感应系统识别出救生圈2的姿态为正置时，跳过所述第二步骤，推进系统1正转，形成推送救生圈2前进的动力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水面援助机器人，其特征在于，包括浮于水面的救生圈（2），该救生圈（2）倒置时，安装于救生圈（2）尾部的推进系统（1）置于水面下方，通过运转所述推进系统（1）喷射水流形成推力翻转所述救生圈（2）为正置姿态。

2.根据权利要求1所述的一种水面援助机器人，其特征在于，通过反转推进系统（1）喷射水流形成推力进行翻转调节姿态。

3.根据权利要求1所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述救生圈（2）调节姿态时，所述推进系统（1）向水面上方喷射水流形成姿态翻转调节的推力。

4.根据权利要求1所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述救生圈（2）置于水中时，浮力中心a点位于救生圈（2）的头部，所述推进系统（1）反转时，所述救生圈（2）绕a点翻转，由倒置姿态调节为正置姿态。

5.根据权利要求4所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述救生圈（2）绕a点翻转时，所述救生圈（2）头部重心点为b点，所述救生圈（2）的尾部重心点为c点，点b至点a的距离为L1，点c至点a的距离为L2，L1与L2满足关系：L1＜L2；

所述推进系统（1）产生的推力F满足关系：F＞δf*COSα，其中，δf为旋转过程救生圈（2）尾部增加的浮力，α为推进系统（1）正转喷力方向与水平面的夹角。

6.根据权利要求5所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述推进系统（1）包括对称设置于所述救生圈（2）的尾部两侧向外延伸的尾翼（21）内的推进组件（11）。

7.根据权利要求6所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述推进组件（11）上分别对应设置有吸入及喷射水流形成推力的水流口A（111）及水流口B（112）。

8.根据权利要求7所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述水流口A（111）及水流口B（112）分设于相应的推进组件（11）的下部与尾部处。

9.根据权利要求7所述的一种水面援助机器人，其特征在于，所述水流口A（111）及水流口B（112）分设于相应的推进组件（11）的下部与上部处。

10.根据权利要求1所述的一种水面援助机器人，其特征在于，包括识别所述救生圈（2）姿态并控制所述推进系统（1）正、反运转的识别控制系统，所述识别控制系统包括：

识别元件，所述识别元件上安装有识别所述救生圈（2）姿态的陀螺仪芯片；以及

控制元件，所述控制元件接收所述识别元件输出的信号，控制所述推进系统（1）运转。

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