一种多轴推进水上搜救机器人的制作方法

本发明涉及智能机器人领域，具体是一种多轴推进水上搜救机器人。

背景技术：

人员落水大多发生在水上娱乐项目、水上交通事故等场合，是最常见的水上安全事故之一，人员落水后，如未能及时实施救助，对落水人员的生命安全将会造成严重的威胁，为此，一直以来，如何快速准确定位落水人员位置并及时展开有效的营救行动是当前救援工作需要解决的核心问题之一。

从当前各种针对落水人员展开的救援行动来看，主要还是依靠传统的人工救助和船舶靠近落水人员后实施救助，其中人工救助存在着救援人员不能及时的到达落水地点且救援困难的问题，同时人工救助对救援人员自身也存在较大的风险，而通过船舶靠近落水人员实施救助也存在着此类问题，同时还存在对落水人员造成二次伤害的风险。

技术实现要素：

为解决传统针对人员落水事故的救援方式中存在的问题，本发明提供一种可快速定位并到达落水地点、同时展开有效救援行动的多轴推进水上搜救机器人。

本发明的具体方案为：一种多轴推进水上搜救机器人，具有中控平台，沿中控平台周向布置有至少三个支架，每个支架上均安装有升降驱动装置，升降驱动装置在中控平台下方吊装有收放式救生装置，在每个支架的尾端还连接安装有动力浮筒装置，所述中控平台内设有控制器，控制器与升降驱动装置和动力浮筒装置通讯连接。

本发明中，沿中控平台的周向均匀布置有三个支架，构成三轴推进水上搜救机器人。

本发明所述的升降驱动装置具有固定在支架上的卷扬电机，在卷扬电机输出端匹配安装有绕线轮，绕线轮内绕紧有用于起吊收放式救生装置的缆绳。

本发明所述的收放式救生装置具有至少三个首尾依次相连的弧形金属网架，每个弧形金属网架内均布设有用于救生的网面，所有弧形金属网架和网面共同构成救生网。

本发明中，在相邻的两个弧形金属网架之间设有可折叠式的网架接头，所述网架接头具有接头座，在接头座的两侧对称开有铰接槽，铰接槽内通过铰接轴套装有与弧形金属网架连接的铰接套，铰接套与铰接轴之间安装有扭簧，在接头座上还设有用于吊装的连接部。

本发明所述的每个弧形金属网架内布设的网面上具有若干条两端固定在弧形金属网架上的横向加强筋，所有弧形金属网架展开后，各个网面可拼装成一个完整的圆面。

本发明中，收放式救生装置还可以为具有充放气功能的救生圈，在救生圈上设有与升降驱动装置匹配连接的连接部，所述中控平台内设有与控制器通讯连接的充气泵，充气泵通过充气管与救生圈连通。

本发明所述的动力浮筒装置具有浮筒，浮筒内装有吊舱式推进装置，所述吊舱式推进装置具有垂直传动轴，垂直传动轴的上端位于浮筒内部并在端部装有联轴器，联轴器上安装有圆锥齿轮，圆锥齿轮中小齿轮轴连接有用于改变航向的步进电机，垂直传动轴的下端位于浮筒下方且在该端轴体上连接有吊舱，吊舱内部设有驱动电机，驱动电机输出轴通过主轴连接有螺旋桨。

本发明所述的吊舱式推进装置外装配有保护罩，所述保护罩为上端固定在浮筒底部的半球形条状网罩。

本发明中，沿中控平台侧边的周向布置有若干个变焦云摄像机，在中控平台底部安装有可旋转摄像头，在中控平台的顶部装有通讯天线。

本发明中收放式救生装置以救生网的形式为例，阐述水上搜救机器人所涉及的救援落水人员过程为：

1、待机阶段：该阶段中卷扬电机驱动绕线轮收紧缆绳，使救生网与中控平台底部之间的距离小于弧形金属网架的高度，在收紧缆绳使救生网上升的过程中，通过人工使救生网中的弧形金属网架保持折叠状态，直至所有弧形金属网架的顶部抵住中控平台底部，并在中控平台的作用下，保持救生网呈折叠状态；

2、行驶阶段：当发现落水人员需要救援时，从岸上或者船舶上将机器人投放至水中，机器人在浮筒的作用下漂浮在水面上，其中浮筒下方的保护罩和螺旋桨沉入水下；通过中控平台和吊舱式推进装置控制机器人航速和航向，使搜救机器人朝落水人员位置航行，航行过程中，中控平台上的变焦云摄像机和可旋转摄像头收集航行水面的通航环境信息，供搜救机器人操控人员参考；

3、救助阶段：搜救机器人到达落水人员位置后，在变焦云摄像机和可旋转摄像头的辅助下，通过控制吊舱式推进装置，对搜救机器人进行精确定位，使落水人员进入救生网下方；启动卷扬电机驱动绕线轮松放缆绳，救生网在自身重力下自然下落，救生网中弧形金属网架顶点脱离中控平台底部时，在网架接头中的扭簧作用下，弧形金属网架弹开，使救生网展开成为一个完整的圆形，同时在网面横向加强筋的作用下，救生网的网面始终保持绷紧状态；落水人员到达救生网网面后，通过控制调节缆绳收放长度，使救生网网面保持水平；

4、返回阶段：重新启动吊舱式推进装置，驱动搜救机器人返回至岸上或者船舶停泊点，并完成搜救工作。

本发明具备的优势在于：

1、采用搜救机器人的方式进行落水人员的搜救工作，有效避免了传统搜救方法中营救人员自身存在风险或者船体对落水人员造成二次伤害等问题，降低了搜救工作中存在的风险，同时还保证了搜救工作的可靠性和安全性；

2、本发明中搜救机器人采用吊舱式动力推进方式设计，能够实现在水中悬停、前进、后退和360°自由转向等多种运动模式，操纵性能优异，保证了搜救工作中的快速及时性；

3、如果在搜救机器人下方悬挂一块呈自然展开的搜救网，通过将搜救网移送至落水人员地点展开救援，这种方式虽然具有快速、及时和高效的特点，但是由于搜救网通常自重较大，网面自身摇摆产生较大的惯性力，导致搜救机器人在航行时有可能因为惯性力不均使自身重心偏移产生倾斜，如遇顺风顺流，极有可能造成搜救机器人倾覆于水中；本发明中搜救机器人采用可折叠式救生网或者充气式的救生圈设计，大大减小了网身自身摇摆产生较大的惯性力造成中心偏移的问题，在同样能够实现快速安全救援的同时，还保证本发明能够较好的适应在复杂水域和恶劣天气情况下的水上搜救打捞、水面监控以及水上测控等多种作业任务，环境适应性强、实用性高；

4、本发明中采用三轴式推进水上搜救机器人，结构合理稳定，机动性强，稳定性好，抗倾覆能力强，也使得制造成本低、适应性好。

附图说明

图1为实施例1中本发明处于救生网折叠状态的立体示意图；

图2为实施例1中本发明处于救生网折叠状态的仰视图；

图3为实施例1中本发明处于救生网展开状态的立体示意图；

图4为本发明中动力浮筒装置的剖视图；

图5为本发明中吊舱式推进装置立体示意图；

图6为本发明中铰缆装置立体示意图；

图7为实施例1中本发明中网架接头立体示意图；

图8为实施例1中本发明中网架接头俯视图；

图9为实施例2中本发明处于救生圈充气救援状态的立体示意图。

图中：1-中控平台，2-支架，3-铰缆装置，4-缆绳，5-救生网，6-动力浮筒装置，7-收发天线，8-高清摄像，9-云台摄像机，10-浮筒，11-密封隔板，12-浮力腔，13-动力腔，14-吊舱式推进装置，15-垂直传动轴，16-圆锥齿轮，17-步进电机，18-吊舱，19-主轴，20-螺旋桨，21-金属网罩，22-卷扬电机，23-绕线轮，24-弧形金属网架，25-网面，26-横向加强筋，27-网架接头，28-扭簧，29-接头座，30-铰接槽，31-铰接轴，32-铰接套,33-连接部，34-充气式救生圈，35-充气接头，36-放气阀，37-充气管。

具体实施方式

实施例1

一种多轴推进式水上搜救机器人，具有中控平台1，沿中控平台1周向布置有至少三个支架2，每个支架2上均安装有升降驱动装置，升降驱动装置在中控平台2下方吊装有收放式救生装置，在每个支架2的尾端还连接安装有动力浮筒装置6，所述中控平台2内设有控制器，控制器与升降驱动装置和动力浮筒装置6通讯连接。

本实施例中，提供了一种多轴推进式水上搜救机器人，具有圆形中控平台1，沿中控平台1周向均匀间隔布置有三个折弯型支架2，折弯型支架2的尾端垂直向下设置，并在端部吊装有动力浮筒装置6，三个支架2和三个动力浮筒装置6均呈等边三角形布置，构成三轴推进水上搜救机器人；在每个支架2上通过抱箍还安装有一个铰缆装置3，三个铰链装置3位于同一水平面上且呈等边三角形布置，三个铰链装置3通过缆绳4在中控平台1下方共同吊装有可折叠式救生网5，此外，在中控平台1上设有遥控式控制器，在中控平台1上设有收发天线7，控制器通过收发天线7，将搜救机器人航行过程中的航速、航向以及视频监控等信息与岸上操控人员进行实时反馈和交换，以便及时调整搜救机器人航行和救援状态，保障搜救过程的迅速性和安全性。

本实施例中，为了取得水面和水下较好的可视效果，在中控平台1的下端部设有可旋转高清摄像机8，在中控平台1的周向方向均匀间隔设有三个可变焦云台摄像机9。

本实施例中，动力浮筒装置6具有内部为中空的柱型浮筒10，浮筒10内部设置有一层密封隔板11将浮筒10分隔成两层，其中上层为浮力腔12、下层为动力腔13，在动力腔13中安装有吊舱式推进装置14，该吊舱式推进装置14具有垂直贯穿于浮筒10底板的垂直传动轴15，垂直传动轴15上端位于动力腔13内并安装有圆锥齿轮16，圆锥齿轮16中小齿轮轴连接有步进电机17，步进电机17与遥控式控制器构成驱动连接，以控制搜救机器人的航向，垂直传动轴15的下端伸出浮筒10底板并在端部连接有吊舱18，吊舱18具有流线型舱体，舱体内部设有驱动电机，驱动电机也与遥控式控制器构成驱动连接，以控制搜救机器人的航速，驱动电机输出轴通过主轴19连接有螺旋桨20。

本实施例中，为避免搜救机器人动力装置对落水人员造成伤害，同时避免动力装置受到人为破坏或者触底风险，在浮筒10底部安装有半球形条状金属网罩21，吊舱式推进装置14装配在金属网罩21内部。

本实施例中，铰缆装置3具有固定在支架上的卷扬电机22，在卷扬电机22输出端匹配安装有绕线轮23，绕线轮23内绕紧有用于起吊可折叠式救生网5的缆绳4。

所述可折叠式救生网5具有至少三个首尾依次相连的弧形金属网架24，每个弧形金属网架24内均布设有用于救生的网面25，本实施例中，可折叠式救生网5具有三个首尾依次相连成弧形金属网架24，弧形金属网架24内装有网面25，为提高网面25的承受力，在网面25上还设有两端固定在弧形金属网架24上的横向加强筋26，所有弧形金属网架24展开后，各弧形金属网架24形成一个圆形，各个网面25可拼装成一个完整的圆面；在相邻的两个弧形金属网架24之间设有可折叠式的网架接头27，同时在弧形金属网架24与网架接头27之间设置有扭簧28，扭簧28在自然状态下，保持可折叠式救生网5呈展开状态；在对弧形金属网架24施加外力的条件下，三个弧形金属网架24折叠构成三等边可折叠式救生网5，同时通过铰缆装置3将折叠状态下的救生网5提升至中控平台1下方，使弧形金属网架24顶部抵住中控平台1底部，中控平台1对弧形金属网架24的压力导致其不能自然展开，起到良好的固定作用。

本实施例中，网架接头27具有接头座29，在接头座29的两侧对称开有铰接槽30，铰接槽30内通过铰接轴31套装有与弧形金属网架24连接的铰接套32，铰接套32与铰接轴31之间安装有扭簧28，在接头座29面向支架2的一侧还设有用于与缆绳23相连接的连接部33；其中扭簧28实现的功能是使救生网5的弧形金属网架24入水脱离中控平台1时，救生网5网面25能够自然展开，同时当落水人员被救生网5捞起后由于网面25还会承受较大的重力，扭簧28还可以提供一部分缓冲力，保障救生网5的使用安全，延长其使用寿命。

实施例2

一种多轴推进式水上搜救机器人，具有中控平台1，沿中控平台1周向布置有至少三个支架2，每个支架2上均安装有升降驱动装置，升降驱动装置在中控平台2下方吊装有收放式救生装置，在每个支架2的尾端还连接安装有动力浮筒装置6，所述中控平台2内设有控制器，控制器与升降驱动装置和动力浮筒装置6通讯连接。

本实施例中，提供了一种多轴推进式水上搜救机器人，具有圆形中控平台1，沿中控平台1周向均匀间隔布置有三个折弯型支架2，折弯型支架2的尾端垂直向下设置，并在端部吊装有动力浮筒装置6，三个支架2和三个动力浮筒装置6均呈等边三角形布置，构成三轴推进水上搜救机器人；在每个支架2上通过抱箍还安装有一个铰缆装置3，三个铰链装置3位于同一水平面上且呈等边三角形布置，三个铰链装置3通过缆绳4在中控平台1下方共同吊装有充气式救生圈34，此外，在中控平台1上设有遥控式控制器，在中控平台1上设有收发天线7，控制器通过收发天线7，将搜救机器人航行过程中的航速、航向以及视频监控等信息与岸上操控人员进行实时反馈和交换，以便及时调整搜救机器人航行和救援状态，保障搜救过程的迅速性和安全性。

本实施例中，为了取得水面和水下较好的可视效果，在中控平台1的下端部设有可旋转高清摄像机8，在中控平台1的周向方向均匀间隔设有三个可变焦云台摄像机9。

本实施例中，动力浮筒装置6具有内部为中空的柱型浮筒10，浮筒10内部设置有一层密封隔板11将浮筒10分隔成两层，其中上层为浮力腔12、下层为动力腔13，在动力腔13中安装有吊舱式推进装置14，该吊舱式推进装置14具有垂直贯穿于浮筒10底板的垂直传动轴15，垂直传动轴15上端位于动力腔13内并安装有圆锥齿轮16，圆锥齿轮16中小齿轮轴连接有步进电机17，步进电机17与遥控式控制器构成驱动连接，以控制搜救机器人的航向，垂直传动轴15的下端伸出浮筒10底板并在端部连接有吊舱18，吊舱18具有流线型舱体，舱体内部设有驱动电机，驱动电机也与遥控式控制器构成驱动连接，以控制搜救机器人的航速，驱动电机输出轴通过主轴19连接有螺旋桨20。

本实施例中，为避免搜救机器人动力装置对落水人员造成伤害，同时避免动力装置受到人为破坏或者触底风险，在浮筒10底部安装有半球形条状金属网罩21，吊舱式推进装置14装配在金属网罩21内部。

本实施例中，铰缆装置3具有固定在支架上的卷扬电机22，在卷扬电机22输出端匹配安装有绕线轮23，绕线轮23内绕紧有用于起吊充气式救生圈34的缆绳4。

所述充气式救生圈34上设有与缆绳23匹配连接的连接部33，在中控平台1内装有充气泵，所述充气式救生圈34上具有充气接头35和放气阀36，其中充气接头35通过充气管37与充气泵连接。

本实施例中的多轴推进式水上搜救机器人在非救援期间，通过放气阀36将充气式救生圈34内的气体放空，同时利用铰缆装置3将放空状态的充气式救生圈34贴紧中控平台1底部，以便于存放；在救援期间，搜救机器人下水后，充气式救生圈34仍保持放空并贴紧中控平台1底部的状态，以保证航行的稳定性，当到达落水人员位置的剩余时间接近充气式救生圈34的充气所需时间时，启动中控平台1内的充气泵，当搜救机器人达到落水人员位置时，充气式救生圈34充满空气，启动铰缆装置3将充气式救生圈34投放至水面上，对落水人员实施救助。