CN220555381U - 一种小型水面智能救援u型艇 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型水面智能救援U型艇，包括：艇体，所述艇体为U型结构，前侧有防撞条，头部两侧安装把手；动力推进系统，包括电机驱动模块、两个直流电机和两个螺旋桨推进器，所述直流电机对称设置在所述艇体两侧的尾部，所述直流电机的后方连接螺旋桨推进器，用于改变U型艇的运动状态；控制系统，包括主控芯片和岸基平台，所述主控芯片封装在密封的中控盒内，所述中控盒固定在艇体的内部；任务载荷，包括位置姿态模块、超声波测距传感器模块和图像传输系统。该智能救援U型艇可自动定位；可远程实时控制，操作性强；替代传统人力救援模式，使大部分搜救环节无人化，提高救援效率和质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及水上救援领域，具体为一种小型水面智能救援U型艇。
背景技术
目前，用于水上救援的设备多样，比如救生圈、救生衣、快艇等这些都是一些典型的水上救援设备。现有救生装置的救援方式的弊端有很多，以救生圈为例，如果救生圈投掷位置不准确，则落水人员必须游到救生圈附近并将其套在身上才得以获救。此外，在恶劣环境下如果救援人员下水对其施救，也会让救援人员陷入危险之中。因此在设计相应的救援设备时，提高救援设备可操作性，可以大大提高救援的成功率与效率。既能实现对落水人员的救援，又能保证施救者的安全。
因此，针对目前水上救援设备存在的问题，如何提供一种可自动定位、远程实时控制、智能救人、替代传统人力救援模式的水上智能救援设备是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
鉴于此，针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种可自动定位、远程实时控制、智能救人的水面智能救援U型艇。
为实现以上目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种小型水面智能救援U型艇，包括：
艇体，所述艇体为U型结构，前侧有防撞条，头部两侧安装把手；
动力推进系统，包括电机驱动模块、两个直流电机和两个螺旋桨推进器，所述直流电机对称设置在所述艇体两侧的尾部，所述直流电机的后方连接螺旋桨推进器，所述两个螺旋桨推进器包括正浆螺旋桨和反浆螺旋桨，左右两侧的螺旋桨推进器通过差速运动的方式实现U型艇的转弯，改变U型艇的运动状态；
控制系统，包括主控芯片和岸基平台，所述主控芯片封装在密封的中控盒内，所述中控盒固定在艇体的内部；
任务载荷，包括位置姿态模块、超声波测距传感器模块和图像传输系统，所述位置姿态模块和超声波测距传感器模块与所述主控芯片连接。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述艇体材质为高密度聚苯乙烯或高密度聚乙烯。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述艇体两侧设有照明灯。在夜间或者雾天等能见度低的环境下提供照明，便于水上遇难人员和营救人员看清周围环境，避免碰撞其他物体保障安全。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述动力推进系统外侧设有保护罩，用于防止水中杂物或者头发进入螺旋桨推进器内。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述动力推进系统还包括：锂电池；
所述锂电池的正负极通过带有SM对插头的硅胶导线连接所述电机驱动模块的输入端正负极，方便连接和断开；
所述电机驱动模块的两路输出线路通过硅胶导线连接所述直流电机；
所述直流电机通过铝合金弹性联轴器与螺旋桨推进器连接。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块包括Lora通信模块，所述主控芯片和岸基平台通过所述Lora通信模块进行通信。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述位置姿态模块包括GPS模块和姿态传感器模块；
所述GPS模块通过串口与所述主控芯片相连接，其中所述GPS模块还连接用于接收信号的三模天线；
所述姿态传感器模块通过I2C接口与所述主控芯片相连接。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述图像传输系统包括摄像头、云台和图传系统，所述摄像头通过视频线与图传系统连接。
进一步地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述超声波测距传感器模块有3个，分别安装在U型艇本体的正前方和后方左右两侧。
综上所述，与现有技术相比，本实用新型实施例提供的上述技术方案有益效果包括：本实用新型的U型艇艇体结构为U型，方便水上遇难人员趴扶，且可以降低前进时的阻力；U型艇体设有动力推进系统，可以实现快速高效的救援；U型艇上搭载位置姿态模块、超声波测距传感器模块和图像传输系统等各类任务载荷，可以实现U型艇功能的多样化，位置姿态模块协助营救人员实时获取U型艇状态信息，图像传输系统提高可视化距离，让营救人员可以实时获取前方景象，通过超声波测距传感器模块获取U型艇和障碍物的距离，小于安全距离时提醒营救人员在远程控制时避开周围障碍物，保障水上遇难人员在返回岸上过程中的安全。
下面通过附图以及实施例，对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。
附图说明
图1为本实用新型一种小型水面智能救援U型艇的立体结构图；
图2为本实用新型一种小型水面智能救援U型艇的后视图；
图3为本实用新型一种小型水面智能救援U型艇的左视图；
图4为本实用新型一种小型水面智能救援U型艇的上视图；
图5为本实用新型一种小型水面智能救援U型艇的前视图；
图6本实用新型的系统硬件结构图；
图7本实用新型的工作流程图；
图中的附图标号说明：1、艇体，11、把手，12、防撞条，21、正浆螺旋桨，22、反浆螺旋桨，23、保护罩，31、电源开关，41、超声波测距传感器模块，42、照明灯，43、摄像头。
具体实施方式
为了可以更清楚、完整的解释本实用新型的目的和特点，下面将参照附图详细说明本实用新型具体的实施例。但是，以下所描述的实施例仅仅只是本实用新型的一部分，而非全部实施例。相反，以下实施例是为了能更透彻地理解本实用新型的公开内容，并可以将公开的范围清楚的传达给本领域的技术人员。
本实用新型实施例提供一种小型水面智能U型艇，参照图1至图5所示，包括：
艇体1，所述艇体1为U型结构，前侧有防撞条12，头部两侧安装把手11；
动力推进系统，包括电机驱动模块、两个直流电机和两个螺旋桨推进器，所述直流电机对称设置在所述艇体1两侧的尾部，所述直流电机的后方连接螺旋桨推进器，所述两个螺旋桨推进器包括正浆螺旋桨21和反浆螺旋桨22，左右两侧的螺旋桨推进器通过差速运动的方式实现U型艇的转弯。本实施例中，U型艇沿直线前进时，正浆螺旋桨21正转，反浆螺旋22反转，且两个螺旋桨转速相同，给U型艇提供向前的航行动力，同时，由于正浆螺旋桨21和反浆螺旋桨22的转向相反，抵消掉对U型艇侧向的反作用力，保证U型艇不会出现方向偏移的现象。正浆螺旋桨21和反浆螺旋桨22转速不同时，给U型艇提供的推进力大小不同，从而控制船体转向，改变U型艇的运动状态。
控制系统，包括主控芯片和岸基平台，所述主控芯片封装在密封的中控盒内，所述中控盒固定在艇体1的内部，所述中控盒外部设有电源开关31。其中，主控芯片选择STM32F103ZET6开发板，所述岸基平台可以为地面遥控电脑或触摸屏等。
任务载荷，包括位置姿态模块、超声波测距传感器模块41和图像传输系统，所述位置姿态模块和超声波测距传感器模块41与所述主控芯片连接。
参照图6所示，本实用新型的硬件包括两部分，分别为水面智能救援U型艇与岸基平台，二者通过Lora模块进行无线通信。水面智能救援U型艇中，使用STM32开发板作为主控芯片，封装于中控盒中，2个螺旋桨推进器输出动力，搭载GPS模块和姿态传感器等部件获取数据，通过图传系统获取前方画面。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述艇体1材质为高密度聚苯乙烯或高密度聚乙烯。高密度聚苯乙烯和高密度聚乙烯具有表面吸水率低、防渗透性能好的优点。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述艇体1两侧设有照明灯42。在夜间或者雾天等能见度低的环境下提供照明，便于水上遇难人员和营救人员看清周围环境，避免碰撞其他物体保障安全。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述动力推进系统外侧设有保护罩23，用于防止水中杂物或者头发进入螺旋桨推进器内。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述动力推进系统还包括：锂电池；
所述锂电池的正负极通过带有SM对插头的硅胶导线连接所述电机驱动模块的输入端正负极，方便连接和断开；
所述电机驱动模块的两路输出线路通过硅胶导线连接所述直流电机；
所述直流电机通过铝合金弹性联轴器与螺旋桨推进器连接。
在动力推进系统中，电机驱动板的IN1、IN2、IN3和IN4引脚和主控芯片STM32的4个IO口连接，输入逻辑电平，控制两个直流电机带动螺旋桨推进器的正反转。在电机驱动板的ENA和ENB引脚处输入由STM32开发板输出的PWM信号，控制直流电机产生不同的旋转速度，实现对动力推进系统的转速的实时控制。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块包括Lora通信模块，所述主控芯片和岸基平台通过所述Lora通信模块进行通信。
主控芯片与岸基平台间由两个同样的Lora模块进行通信，STM32开发板的串口TXD引脚、RXD引脚分别与Lora模块的RXD引脚、TXD引脚连接实现数据的传输，岸基平台的Lora模块通过USB-TTL转换模块与其相连。系统上电，岸基平台通过Lora模块发送控制指令，STM32开发板通过Lora模块收到指令后执行运动控制、定位信息和姿态信息读取等任务
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述位置姿态模块包括GPS模块和姿态传感器模块；
所述GPS模块通过串口与所述主控芯片相连接，其中所述GPS模块还连接用于接收信号的三模天线，GPS模块型号为NEO-M8N；
所述姿态传感器模块通过I2C接口与所述主控芯片相连接，姿态传感器是维特智能生产的JY-901S。
其中，NEO-M8N和JY-901S的VCC引脚、GND引脚分别和STM32开发板的5V输出引脚、GND引脚连接，NEO-M8N的RXD、TXD引脚通过与STM32开发板的USART2串口连接进行数据通信，NEO-M8N上传定位信息至开发板，开发板对GPS协议进行解码处理，通过无线通信模块发送至岸基平台，从而让岸基平台获取U型艇的实时定位信息。JY-901S两个信号发送接收引脚通过I2C接口和STM32开发板传输姿态信息，经开发板处理和传输后，可在岸基平台查看U型艇的姿态角信息。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述图像传输系统包括摄像头43、云台和图传系统。其中，摄像头43选用GoPro Hero 3+运动相机，具备mini-USB接口，通过视频线与图传系统连接；云台选用CNC金属无刷三轴云台，可控制摄像头43横滚、俯仰和偏航三个方向，保证摄像头43相对地面角度不会随U型艇姿态变化而变化，实现画面稳定输出；图传系统使用工作频段在5.8GHz的TS835图传发射模块和RC832图传接收模块，图传接收模块和岸基平台通过USB视频采集卡连接传输画面。
具体地，在上述的一种水面智能救援U型艇中，所述超声波测距传感器模块41有3个，分别安装在U型艇本体的正前方和后方左右两侧。其中，超声波测距传感器模块41型号为HC-SR04，通过各超声波测距传感器模块41接收到的数据，判断障碍物所在的方位和距离U型艇的距离，当障碍物与U型艇的距离小于设定距离时，在岸基平台发出警报，提醒操作人员注意避开障碍物保障落水人员安全。
实际使用过程：当发现落水人员时，救援人员开启电源开关31，待系统上电后，U型艇启动，并将其放在水面上，操作人员通过岸基平台的界面发出运动控制的信号，水面上的U型艇通过Lora通信模块收到控制信号之后，主控芯片将其发送至电机驱动板，驱动U型艇本体两侧后端的两个直流电机实现前进、后退、左转和右转的运动指令；U型艇上安装的GPS传感器以及姿态传感器实时传输U型艇的状态信息并显示在岸基平台，供操作人员实时监控；U型艇的图像传输系统可以帮助操作人员在超出可视范围之后依然可以获取U型艇前方的实时画面，当U型艇附近有障碍物时，根据安装在U型艇前方和后方的超声波测距传感器模块41检测到的数据和设定的距离对比，如果距离小于设定值，则在岸基平台发出警报，提醒操作人员避开障碍物保障落水人员安全，本实用新型在救援时的工作流程图如图7所示。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。如果在实施过程中对本实用新型的各种改动或变性不脱离本实用新型的构思和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
Claims (7)
1.一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，包括：
艇体，所述艇体为U型结构，前侧有防撞条，头部两侧安装把手；
动力推进系统，包括电机驱动模块、两个直流电机和两个螺旋桨推进器，所述直流电机对称设置在所述艇体两侧的尾部，所述直流电机的后方连接螺旋桨推进器，所述两个螺旋桨推进器包括正浆螺旋桨和反浆螺旋桨，左右两侧的螺旋桨推进器通过差速运动的方式实现U型艇的转弯，改变U型艇的运动状态；
控制系统，包括主控芯片和岸基平台，所述主控芯片封装在密封的中控盒内，所述中控盒固定在艇体的内部；
任务载荷，包括位置姿态模块、超声波测距传感器模块和图像传输系统，所述位置姿态模块和超声波测距传感器模块与所述主控芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，所述艇体材质为高密度聚苯乙烯或高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，所述动力推进系统还包括：锂电池；
所述锂电池的正负极通过带有SM对插头的硅胶导线连接所述电机驱动模块的输入端正负极，方便连接和断开；
所述电机驱动模块的两路输出线路通过硅胶导线连接所述直流电机；
所述直流电机通过铝合金弹性联轴器与螺旋桨推进器连接。
4.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块包括Lora通信模块，所述主控芯片和岸基平台通过所述Lora通信模块进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，所述位置姿态模块包括GPS模块和姿态传感器模块；
所述GPS模块通过串口与所述主控芯片相连接，其中所述GPS模块还连接用于接收信号的三模天线；
所述姿态传感器模块通过I2C接口与所述主控芯片相连接。
6.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，所述图像传输系统包括摄像头、云台和图传系统，所述摄像头通过视频线与图传系统连接。
7.根据权利要求1所述的一种小型水面智能救援U型艇，其特征在于，所述超声波测距传感器模块有3个，分别安装在U型艇本体的正前方和后方左右两侧。
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