一种水上急救机器人及工作方法与流程

本发明属于机器人设备领域，尤其是一种水上急救机器人及工作方法。

背景技术：

夏季是游泳的高峰期，小型游泳池已经无法满足人们游泳的饱和需要，在大型游泳馆、水上娱乐场所中一般按照水域面积配备救生员，救生员一般情况下只能进行一对一的救援，当溺水人数在一个水域中为两个以上，以及在游泳人数高峰期时期无法能够第一时间搭救溺水者，进而浪费了溺水者的黄金急救时间，其次溺水人在被救援过程中抱紧抓紧救援人，使得救援人过多消耗体力的同时无法开展救援的进而加大自身危险性；在安全意识低，对安全员的管理疏忽的泳池或水上娱乐场所中，溺水者的求救信息如果未能引起安全人员的注意则会使溺水人员失去宝贵的救援时间。

技术实现要素：

发明目的：提供一种水上急救机器人及工作方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种水上急救机器人，适用于户外游泳池或者水上娱乐场所，协助安全员进行水上救助，包括：

机器人本体和与机器人本体控制器连通的控制系统；

所述机器人本体包括：驱动舱，对称安装在驱动舱两侧的平衡翼，以及设置在驱动舱中的动力装置，固定安装在驱动舱四周的浮力检测控制装置，以及固定安装在驱动舱顶部多个方向的救生抛投装置。

在进一步的实施例中，所述控制系统还包括：用户手环，用户手环中设有定位器和控制器，所述用户手环上设有急救按钮。

在进一步的实施例中，所述驱动舱的外部设有防水外壳。

在进一步的实施例中，所述动力装置固定安装在驱动舱中的驱动电机，以及对称穿插在驱动舱底部且与驱动电机传动连接的推进桨，传动连接推进桨与驱动电机输出端的传动装置；所述推进桨的外部设有进水增压筒，所述推进桨包括套接在进水增压筒中的转轴和固定连接在转轴上的旋转桨；所述传动装置包括：固定安装在机器人底部的防水罩，套接在防水罩中且对称设置在驱动电机输出轴两侧的传动轴，固定安装在驱动电机输出轴端的第一锥形轮，固定安装在传动轴两端的第二锥形轮和第三锥形轮，以及固定连接在传动轴另一端的第四锥形轮和第五锥形轮；所述防水罩及两组传动轴分别穿插过进水增压筒中，所述转轴为两组所述转轴的一端分别设有第六锥形轮和第七锥形轮，所述转轴设有锥形轮的一端穿插过防水罩且与设置在传动轴另一端的第四锥形轮和第五锥形轮适配，进而驱动电机的动力经过传动轴上的锥形轮带动机器人底部的两组推进桨转动，推进桨在进水增压筒中转动时使进水增压筒中的水向外高速排出，排出进水增压筒的水流对机器人进行反作用力推动机器人在水上前进。

在进一步的实施例中，所述机器人本体控制器电联定位系统和通信装置，所述驱动舱的顶部两侧对称设有顶升装置和固定安装在顶升装置一侧的旋翼机构；所述旋翼机构的下方设有收纳槽，所述顶升装置安装在收纳槽中，所述顶升装置为微型液压升降杆，所述旋翼机构为多个且与收纳槽的数量适配，所述旋翼机构固定安装在微型液压升降杆的输出端，所述旋翼机构包括：驱动马达，传动连接在驱动马达输出端转动轴，以及连接在转动轴一端的旋转叶；所述液压升降杆的输出端设有轴承装置与转动轴插接，所述微型液压升降杆和驱动马达与控制器电联，进而在控制系统的指令下，机器人控制器控制微型液压升降杆上升顶出收纳槽中的旋转叶，驱动马达带动进而转动轴转动，进而带动旋转叶转动带动机器人本体飞行至溺水点。

在进一步的实施例中，所述驱动舱中还设有与驱动马达对应的蓄电池组，所述驱动马达与每个分配的蓄电池组电联。

在进一步的实施例中，所述浮力检测控制装置包括：浮力传感器和固定安装在平衡翼底部的增浮气囊装置；所述增浮气囊装置包括设置在平衡翼上方的充气触发装置，当平衡翼顶部被水淹没时进而触发充气。

在进一步的实施例中，所述救生抛投装置为四组，包括固定安装在驱动舱中的安装座，固定安装在安装座上的支撑装置和压缩空气储气罐，连接在储气罐一端且固定在支撑装置上的发射装置，以及设置在发射装置输出端的弹体；

所述发射装置包括：连接在储气罐出气口的气管，设置在气管上的扳机，设置在扳机上的连接杆，以及铰接在连接杆另一端的伺服电机；

所述发射装置输出端为一体化连接在气管出气端的抛投管，所述弹体为嵌合在抛投管中的压缩救生圈和固定连接在抛投管底部且连接压缩救生圈的牵引绳；所述压缩救生圈的一端设有充气触发装置。

在进一步的实施例中，所述充气触发装置穿插在压缩救生圈和平衡翼上的套筒，固定安装在套筒中的固体盐仓，设置在固体盐仓顶部的压缩弹簧，以及连接在压缩弹簧另一端压缩空气罐，所述压缩弹簧与固体盐仓连接端设有与套筒内壁适配的顶塞；所述套筒延伸出压缩救生圈和平衡翼外侧且顶部为收缩的锥体结构，进而在固体盐仓遇水融化，从而使压缩弹簧带动顶塞向套筒延伸端前进，压缩弹簧在前进的过程中进而带动另一端的压缩空气罐开启，瞬间压缩空气充满压缩救生圈和气囊。

在进一步的实施例中，包括如下工作步骤：

s1、水上急救机器人安水域面积和方向设置为多个，在面积较大的泳池或水池中设置具有中继作用的专用停放台，对进入游泳池的顾客，发放用户手环，当顾客发现自己有溺水的情况时或误入深水区时按下急救按钮；

s2、求救信号发送至控制系统，控制系统根据用户手环中的定位器确定溺水者的位置信息，并控制位于溺水者最近的机器人前往发生点；

s3、驱动马达根据控制器的命令带动旋转叶转动，进而带动一种水上急救机器人飞行至溺水者附近，根据溺水者的方向控制与之对应的救生抛投装置开启，向溺水者抛投救生气囊；

s4、当求救者过多，单个机器人身上所有的救生抛投装置开启后，浮力传感器检测到机器人所受的浮力大小发送至控制系统，浮力传感器检测到机器人所受的浮力小于正常值时，控制系统按照广播方式查找网络中最接近此片水域的待业机器人前往救援，减小当前机器人的载重。

有益效果：本发明与传统的水上急救机器人相比具有以下优点：

1、在救援过程中采用用户手环和控制系统互动，游泳者采用主动呼救的方式将溺水信号和定位发送至控制系统，控制系统接收到信号后及时控制机器人前往待救助人溺水点防止出现多个溺水者安全员无法顾及的情况发生，同时避免救生员擅离岗位或疏忽时造成溺水者错过救援机会的情况发生；

2、救援机器人采用旋翼机构与水上动力装置结合的方式实现水空两栖移动，缩短救援时间；采用多个急救机器人根据水域划分工作区域，能够高效快捷的对溺水者增加浮力，同时辅助救生员减少体力消耗；

3、机器人本体上设置的多个救生抛投装置，在紧急情况在溺水者发射压缩救生圈，救生圈遇水充气可对实现机器人一对多的救援行动；减少多人落水情况下的意外发生。

附图说明

图1是本发明急救机器人的结构示意图。

图2是本发明动力装置的结构示意图。

图3是本发明用户手环的结构示意图。

图4是本发明旋翼机构的结构示意图。

图5是本发明救生抛投装置的结构示意图。

图6是本发明弹体的结构示意图。

图7是本发明充气触发装置的结构示意图。

附图标记为：机器人本体1、驱动舱10、防水外壳100、平衡翼11、动力装置12、驱动电机120、推进桨121、转轴1210、旋转桨1211、进水增压筒1212、传动装置122、防水罩1220、传动轴1221、第一锥形轮1222、第二锥形轮1223、第三锥形轮1224、第四锥形轮1225、第五锥形轮1226、第六锥形轮1227、第七锥形轮1228、驱动电机输出轴1229、安装座13、旋翼机构14、驱动马达140、转动轴141、旋转叶142、顶升装置15、收纳槽16、支撑装置17、发射装置170、气管1701、扳机1702、连接杆1703、伺服电机1704、弹体171、抛投管1710、压缩救生圈1711、牵引绳1712、压缩空气储气罐18、用户手环2、急救按钮20、增浮气囊装置3、充气触发装置4、套筒40、固体盐仓41、压缩弹簧42、压缩空气罐43、顶塞44。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人发现大型游泳馆中虽然救生员配备合格但是由于，部分救生员缺乏对自身的约束力常常擅离工作岗位，进而造成游泳事故频发，其次在水域面积较大的游泳场所或水上娱乐往往难以第一时间发现溺水者求救信号，大多数的溺水人员在求救挣扎过程中加速下沉的速度和消耗体力，在大型游泳馆、水上娱乐场所中一般按照水域面积配备救生员，救生员一般情况下只能进行一对一的救援，当溺水人数在一个水域中为两个以上，以及在游泳人数高峰期时期无法能够第一时间搭救溺水者，进而浪费了溺水者的黄金急救时间，其次溺水人在被救援过程中抱紧抓紧救援人，使得救援人过多消耗体力的同时无法开展救援的进而加大自身危险性；在安全意识低，对安全员的管理疏忽的泳池或水上娱乐场所中，溺水者的求救信息如果未能引起安全人员的注意则会使溺水人员失去宝贵的救援时间。

如图1至图7所示的一种水上急救机器人包括：机器人本体1、驱动舱10、防水外壳100、平衡翼11、动力装置12、驱动电机120、推进桨121、转轴1210、旋转桨1211、进水增压筒1212、传动装置122、防水罩1220、传动轴1221、第一锥形轮1222、第二锥形轮1223、第三锥形轮1224、第四锥形轮1225、第五锥形轮1226、第六锥形轮1227、第七锥形轮1228、驱动电机输出轴1229、安装座13、旋翼机构14、驱动马达140、转动轴141、旋转叶142、顶升装置15、收纳槽16、支撑装置17、发射装置170、气管1701、扳机1702、连接杆1703、伺服电机1704、弹体171、抛投管1710、压缩救生圈1711、牵引绳1712、压缩空气储气罐18、用户手环2、急救按钮20、增浮气囊装置3、充气触发装置4、套筒40、固体盐仓41、压缩弹簧42、压缩空气罐43、顶塞44。

该急救机器人适用于户外游泳池或者水上娱乐场所，协助安全员进行水上救助，其中，控制系统连通机器人本体1控制器和用户手环2，用户手环2中设有定位器和控制器，所述用户手环2上设有急救按钮20；控制系统中设有用户手环2急救按钮20信号接收装置，将对接收的信号进行转化和定位，信号转换完成后控制系统指定最近水域的机器人启动前往溺水点进行救援。在救援过程中采用用户手环2和控制系统互动，游泳者采用主动呼救的方式将溺水信号和定位发送至控制系统，控制系统接收到信号后及时控制机器人前往待救助人溺水点防止出现多个溺水者安全员无法顾及的情况发生，同时避免救生员擅离岗位或疏忽时造成溺水者错过救援机会的情况发生。

考虑到一个水域中出现多个溺水者的情况，救援机器人采用旋翼机构14与水上动力装置12结合的方式实现水空两栖移动，缩短救援时间；采用多个急救机器人根据水域划分工作区域，能够高效快捷的对溺水者增加浮力，同时辅助救生员减少体力消耗；所述机器人本体1包括：驱动舱10，对称安装在驱动舱10两侧的平衡翼11，以及设置在驱动舱10中的动力装置12，固定安装在驱动舱10四周的浮力检测控制装置，以及固定安装在驱动舱10顶部多个方向的救生抛投装置。所述机器人本体1控制器电联定位系统和通信装置，控制系统控制机器人本体1启动时，控制器首先开启旋翼机构14，进而带动机器人本体1从控制前往溺水点，缩短出发时间，旋翼机构14设置在驱动舱10的顶部的两侧，所述旋翼机构14为多个且底部设有顶升装置15，所述旋翼机构14的下方设有收纳槽16，所述顶升装置15安装在收纳槽16中，所述顶升装置15为微型液压升降杆，所述旋翼机构14为多个且与收纳槽16的数量适配，所述旋翼机构14固定安装在微型液压升降杆的输出端，所述旋翼机构14包括：驱动马达140，传动连接在驱动马达140输出端转动轴141，以及连接在转动轴141一端的旋转叶142；所述液压升降杆的输出端设有轴承装置与转动轴141插接，所述微型液压升降杆和驱动马达140与控制器电联，进而在控制系统的指令下，机器人控制器控制微型液压升降杆上升顶出收纳槽16中的旋转叶142，驱动马达140带动进而转动轴141转动，进而带动旋转叶142转动带动机器人本体1飞行至溺水点。到达溺水点后，机器人控制器控制微型液压升降杆下降将旋转叶142收缩至收纳槽16中，进而防止旋转叶142转动时的作用力造成机器人水上移动的偏差，精确动力装置12的移动精度。

所述驱动舱10的外部设有防水外壳100，在溺水者挣扎过程中造成机器人内部进水损坏内部电子元件，所述动力装置12固定安装在驱动舱10中的驱动电机120，以及对称穿插在驱动舱10底部且与驱动电机120传动连接的推进桨121，传动连接推进桨121与驱动电机120输出端的传动装置122；所述推进桨121的外部设有进水增压筒1212，所述推进桨121包括套接在进水增压筒1212中的转轴1210和固定连接在转轴1210上的旋转桨1211；所述传动装置122包括：固定安装在机器人底部的防水罩1220，套接在防水罩1220中且对称设置在驱动电机120输出轴两侧的传动轴1221，固定安装在驱动电机120输出轴端的第一锥形轮1222，固定安装在传动轴1221两端的第二锥形轮1223和第三锥形轮1224，以及固定连接在传动轴1221另一端的第四锥形轮1225和第五锥形轮1226；所述防水罩1220及两组传动轴1221分别穿插过进水增压筒1212中，所述转轴1210为两组所述转轴1210的一端分别设有第六锥形轮1227和第七锥形轮1228，所述转轴1210设有锥形轮的一端穿插过防水罩1220且与设置在传动轴1221另一端的第四锥形轮1225和第五锥形轮1226适配，进而驱动电机120的动力经过传动轴1221上的锥形轮带动机器人底部的两组推进桨121转动，推进桨121在进水增压筒1212中转动时使进水增压筒1212中的水向外高速排出，排出进水增压筒1212的水流对机器人进行反作用力推动机器人在水上前进。所述驱动舱10中还设有与驱动马达140对应的蓄电池组，所述驱动马达140与每个分配的蓄电池组电联，提供驱动马达140转动的电力。

当机器人在营救多个溺水者时，需要采用对自身的浮力进行检测，浮力不足时控制器向控制系统再次发送支援信号，以应对多个溺水者的救援情况，除了浮力检测装置，机器人本体1上还设置有增加浮力的装置，增加营救人员的数量和防止机器人被溺水者拽入水中造成机器进水造成的失灵；所述浮力检测控制装置包括：浮力传感器和固定安装在平衡翼11底部的增浮气囊装置3；所述增浮气囊装置3包括设置在平衡翼11上方的充气触发装置4，当平衡翼11顶部被水淹没时进而触发充气。

溺水人在被救援过程中抱紧抓紧救援人，使得救援人过多消耗体力的同时无法开展救援的进而加大自身危险性，所以为多个溺水者远程投掷提供压缩救生圈1711，能够极大辅助救生员的营救工作，所述救生抛投装置为四组，包括固定安装在驱动舱10中的安装座13，固定安装在安装座13上的支撑装置17和压缩空气储气罐18，连接在储气罐一端且固定在支撑装置17上的发射装置170，以及设置在发射装置170输出端的弹体171；

所述发射装置170包括：连接在储气罐出气口的气管1701，设置在气管1701上的扳机1702，设置在扳机1702上的连接杆1703，以及铰接在连接杆1703另一端的伺服电机1704；进而伺服电机1704转动带动连接在伺服电机1704输出的连接杆1703转动，动力经过连接杆1703带动连接杆1703另一端的扳机1702转动，从而完成对气管1701中压缩空气的释放和关闭。

所述发射装置170输出端为一体化连接在气管1701出气端的抛投管1710，所述弹体171为嵌合在抛投管1710中的压缩救生圈1711和固定连接在抛投管1710底部且连接压缩救生圈1711的牵引绳1712；所述压缩救生圈1711的一端设有充气触发装置4。弹体171射程通过伺服电机1704带动扳机1702转动的动力大小控制，还依靠连接在抛投管1710底部的牵引绳1712控制，压缩救生圈1711经过释放的压缩空气弹出抛投管1710，同时通过牵引绳1712与机器人本体1连接，进而带动压缩救生圈1711一起移动，防止后期压缩救生圈1711的丢失和减少溺水者和救生员的体力消耗。

压缩救生圈1711弹出后呈抛物线运动，所述压缩救生圈1711折叠呈圆筒状压缩在抛投管1710中，圆筒的顶部固定牵引绳1712，圆筒的底部在落水时面向水面，所述充气触发装置4穿插在压缩救生圈1711和平衡翼11上的套筒40，固定安装在套筒40中的固体盐仓41，设置在固体盐仓41顶部的压缩弹簧42，以及连接在压缩弹簧42另一端压缩空气罐43，所述压缩弹簧42与固体盐仓41连接端设有与套筒40内壁适配的顶塞44；所述套筒40延伸出压缩救生圈1711和平衡翼11外侧且顶部为收缩的锥体结构，进而在固体盐仓41遇水融化，从而使压缩弹簧42带动顶塞44向套筒40延伸端前进，压缩弹簧42在前进的过程中进而带动另一端的压缩空气罐43开启，瞬间压缩空气充满压缩救生圈1711和气囊；能够为压缩救生圈1711和平衡翼11增加浮力。

工作原理如下：水上急救机器人安水域面积和方向设置为多个，在面积较大的泳池或水池中设置具有中继作用的专用停放台，对进入游泳池的顾客，发放用户手环2，当顾客发现自己有溺水的情况时或误入深水区时按下急救按钮20；求救信号发送至控制系统，控制系统根据用户手环2中的定位器确定溺水者的位置信息，并控制位于溺水者最近的机器人前往发生点；驱动马达140根据控制器的命令带动旋转叶142转动，进而带动一种水上急救机器人飞行至溺水者附近，根据溺水者的方向控制与之对应的救生抛投装置开启，向溺水者抛投救生气囊；当求救者过多，单个机器人身上所有的救生抛投装置开启后，浮力传感器检测到机器人所受的浮力大小发送至控制系统，浮力传感器检测到机器人所受的浮力小于正常值时，控制系统按照广播方式查找网络中最接近此片水域的待业机器人前往救援，减小当前机器人的载重。

本发明在救援过程中采用用户手环2和控制系统互动，游泳者采用主动呼救的方式将溺水信号和定位发送至控制系统，控制系统接收到信号后及时控制机器人前往待救助人溺水点防止出现多个溺水者安全员无法顾及的情况发生，同时避免救生员擅离岗位或疏忽时造成溺水者错过救援机会的情况发生；救援机器人采用旋翼机构14与水上动力装置12结合的方式实现水空两栖移动，缩短救援时间；采用多个急救机器人根据水域划分工作区域，能够高效快捷的对溺水者增加浮力，同时辅助救生员减少体力消耗；机器人本体1上设置的多个救生抛投装置，在紧急情况在溺水者发射压缩救生圈1711，救生圈遇水充气可对实现机器人一对多的救援行动；减少多人落水情况下的意外发生。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

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