一种海岸线主动呼叫型水上救援机器人
技术领域
本发明涉及海岸援救机器人领域，具体是涉及一种海岸线主动呼叫型水上救援机器人。
背景技术
水上救援是指人员、船只在进行水上活动时受困，需要实施救助的过程，随着社会经济的不断发展，人们的安全意识不断进步，为提高水上活动的安全性，市场上出现了各种救助、防患设施，比如救生船、救生衣、救生圈等等。但是对于一些突发事件，比如有人落水需要救助时，如何快速为落水人员提供救生圈等器材，成为十分关键的问题，此外，倘若落水人员因惊吓、体力不足而无法使用救生圈等器材时，依然存在救援失败等隐患。
目前在水上救援技术领域，通常会面对面积巨大的搜救区域，可能会遇见无法预见的恶劣环境和险情，在这种情况下，无人水上救援机器人可以替代人类实施搜救的工作，增加搜救的效率以及救援成功的可能性。现有技术中已经出现一些水上救援机器人，由于在海上搜救时通常需要搜索面积很大的海面，小型机器人的成本较低，因此可以通过大量地释放增加搜救的面积，增加救援成功的可能性，但是在找到海难现场或者落水人员后进行施救时，小型的救援机器人又显得能力不足，无法应对较大的风浪和复杂的救援环境，尤其在海上航行的船舶通常吨位较大，载人数量也较多，在面对大型海难现场或者落水人员数量较多时，小型的救援机器人通常都难以胜任，因此在海上救援中，救援机器人的尺寸大小是一个矛盾之处。
中国专利CN201720516858.2公开的一种推进式水上救生装置，包括有能浮于水面的浮体，所述浮体上设有水下推进器，且所述水下推进器的排水端朝向浮体的外侧，所述浮体内设有密闭的控制腔，所述控制腔内设有主控板和电池，所述水下推进器和电池分别电性连接于主控板，所述水上救生装置包括有用于向主控板发送控制指令的控制器，所述主控板用于执行控制器的控制指令而驱动水下推进器运转。
该海上救生装置采用水下推进器和浮体的组成结构，采用这种结构由于不是通过溺水者操作，使得溺水者难以抓住水上救生装置，且当溺水者抓住设备，由于通过他人控制，使得溺水者具有再次落水的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海岸线主动呼叫型水上救援机器人，该技术方案解决了海上救援困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种海岸线主动呼叫型水上救援机器人，包括有：无线收发手环和水上救援机器人，水上救援机器人包括有：机器人本体，包括有：U形浮筒；推进器,设置在U形浮筒首端和两侧尾端底部，所述推进器排水端朝向U形浮筒外侧；实时转向摄像头，设置在U形浮筒首端顶部；水下转向舵机设置在所述推进器底部；安置甲板设置在U形浮筒内侧首端；控制器，设置在安置甲板顶端，所述推进器、实时转向摄像头和水下转向舵机均与控制器电连接；密封箱，设置在安置甲板两侧；托举架，一端通过铰接座与安置甲板底端铰接；密封棘轮逆止收绳器，设置在U形浮筒尾端内侧；收绳轮，同轴设置在密封棘轮逆止收绳器输出轴上；钢丝绳，一端缠绕在收绳轮上且另一端与托举架另一端两侧固定连接。
优选地，还包括有引导凹轮，通过转动架同轴向转动设置在收绳轮底部，钢丝绳一端缠绕在收绳轮上且通过引导凹轮引导与托举架尾端两侧固定连接。
优选地，密封棘轮逆止收绳器包括有：密封盒，设置在U形浮筒尾端内侧；转动座，设置在密封盒内部；旋转轴，通过第一轴承转动设置在转动座上且一端贯穿密封盒与收绳轮同轴固定连接，所述旋转轴与密封盒贯穿口通过第一密封圈密封连接；棘轮双向控制器，设置在密封盒内部且输出端与旋转轴同轴固定连接；第一伺服电机，设置在密封盒内部且输出轴与旋转轴同轴固定连接。
优选地，密封箱包括有：固定盒，开口朝上设置在控制器两侧；铰接盖，一侧通过铰链与固定盒铰接；卡接件和卡接座，分别设置在固定盒和铰接盖同一侧，且密封状态下所述卡接件与卡接座卡接；第二密封圈，设置在固定盒开口顶端。
优选地，托举架包括有：第一固定柱，所述第一固定柱沿径向等间距设置且两端通过连接板固定连接，一侧第一固定柱通过铰接座与安置甲板底端铰接，另一侧第一固定柱两侧与收绳轮固定连接；脚踏架，垂直沿轴向设置在第一固定柱固定收绳轮侧顶端。
优选地，托举架还包括有旋转接头，所述旋转接头包括有：旋转座，第一固定柱轴向设置在托举架尾端两侧，所述旋转座内设置有用于设置旋转件的旋转槽；转动柱,一端通过第二轴承同轴转动设置在旋转槽中且另一端同轴设置有与收绳轮固定连接的固定柱。
优选地，棘轮双向控制器包括有：固定座，设置在密封盒颞部；棘轮，同轴固定设置在旋转轴上；棘爪，中心通过第一固定销转动设置在固定座上且爪端抵接在棘轮齿槽中；棘轮，工作端倾斜朝下且通过棘轮双向控制器和第二连杆与棘轮双向控制器中心上部铰接；第二固定销垂直设置在固定座内；拉簧，水平设置且两端分别与棘爪中心底部和拉簧固定连接。
优选地，脚踏架包括有：垂直固定架垂直设置在连接板尾端两侧；第二固定柱,与连接板同轴向两端与垂直固定架固定连接。
优选地，推进器包括有：推进器外壳,设置在U形浮筒首端和两侧尾端底部,第二伺服电机输出轴朝向U形浮筒外侧固定设置在推进器外壳内部且与桨叶同轴固定连接，防护盖，设置在推进器外壳外端。
优选地，水下转向舵机包括有：舵机驱动器，设置在U形浮筒内部三角，所述舵机驱动器输出轴贯穿U形浮筒通过法连密封盘与器密封转动连接；舵板，通过安装孔与舵机驱动器输出轴同轴固定连接。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
游客在游玩之前每人佩戴一个无线收发手环，无线收发手环与海岸线的控制中心通讯连接，游客被海浪冲走时，按下手环上的按钮，手环即实时发送自身的位置给控制中心，控制中心即刻发出信号令水上救援机器人前往游客所在的地点，即控制器控制推进器和水下转向舵机移动至游客所在地点，实时转向摄像头用于实时监测海上状况和游客状态，由控制中心通过实时转向摄像头驱动U浮筒口端朝向游客，控制器控制密封棘轮逆止收绳器启动，即当需要放下或收紧收绳轮之前，启动电动推杆使其输出端复位，从而使其输出端通过第一连杆和第二连杆拉住棘爪中心上部，使得棘轮双向控制器脱离棘轮齿槽，从而使得旋转轴能够双向转动，从而使其输出轴带动收绳轮转动从而将钢丝绳放下，从而使得托举架一端围绕铰接座转动，游客可自行游至U浮筒口部，或游客在体力不支的情况下便由控制中心工作人员控制U浮筒口部环绕游客，启动密封棘轮逆止收绳器，使其输出轴反向转动，从而收紧钢丝绳，从而使得托举架复位，从而托住游客使其浮出水面，当溺水者被托举出水面后，第一连杆输出端伸长，从而使得棘爪底端被拉簧弹性拉扯使其顶端抵接在棘爪齿槽中，从而锁死旋转轴，防止旋转轴自转无法维持托举架托举状态，而密封箱内预先放置有饮用水、食物或医疗包，游客可根据自身状态打开密封箱从而取出所需物品，在机器人本体通过托举架将游客托举出水面后，由控制中心工作人员进行远距离操控机器人本体使其返航，或考虑返航危险，由游客操控控制器自行返航，从而防止游客再次溺水。
1、该装置考虑到溺水者体力不支而无法自行攀上救生器的情况，通过托举架能够自行托举溺水者浮出水面；
2、U形浮筒结构稳定，能够防止在托举时整体侧翻或返航时撞击伤害溺水者；
3、钢丝绳通过棘轮结构进行收紧，能够有效防止收绳器在损坏时而使得托举架无法托举溺水者，避免二次溺水。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的局部立体图；
图3为本发明的旋转接头的正视图；
图4为图3的A-A截面处的剖视图；
图5为本发明的密封棘轮逆止收绳器的立体图；
图6为本发明的密封棘轮逆止收绳器的内部结构立体图；
图7为本发明的密封棘轮逆止收绳器的侧视图；
图8为图7的B-B截面处的剖视图；
图9为本发明的推进器的轴向截面图；
图10为本发明的水下转向舵机的立体图。
图中标号为：
1、机器人本体；1a、U形浮筒；1b、推进器；1b1、推进器外壳；1b2、第二伺服电机；1b3、桨叶；1b4、防护盖；1c、实时转向摄像头；1d、水下转向舵机；1d1、舵机驱动器；1d2、法连密封盘；1d3、舵板；1e、安置甲板；1f、控制器；
2、密封箱；2a、固定盒；2b、铰接盖；2c、卡接件；2d、卡接座；2e、第二密封圈；
3、托举架；3a、第一固定柱；3b、连接板；3c、脚踏架；3c1、垂直固定架；3c2、第二固定柱；3d、旋转接头；3d1、旋转座；3d2、旋转槽；3d3、转动柱；3d4、第二轴承；3d5、固定柱；
4、铰接座；
5、密封棘轮逆止收绳器；5a、密封盒；5b、转动座；5c、旋转轴；5d、第一轴承；5e、第一密封圈；5f、棘轮双向控制器；5f1、固定座；5f2、棘轮；5f3、棘爪；5f4、第一固定销；5f5、电动推杆；5f6、第一连杆；5f7、第二连杆；5f8、第二固定销；5f9、拉簧；5g、第一伺服电机；
6、收绳轮；
7、钢丝绳；
8、引导凹轮。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1至图10所示的一种海岸线主动呼叫型水上救援机器人，包括有：无线收发手环和水上救援机器人，水上救援机器人包括有：
机器人本体1，包括有：U形浮筒1a；推进器1b,设置在U形浮筒1a首端和两侧尾端底部，所述推进器1b排水端朝向U形浮筒1a外侧；实时转向摄像头1c，设置在U形浮筒1a首端顶部；水下转向舵机1d设置在所述推进器1b底部；安置甲板1e设置在U形浮筒1a内侧首端；控制器1f，设置在安置甲板1e顶端，所述推进器1b、实时转向摄像头1c和水下转向舵机1d均与控制器1f电连接；
密封箱2，设置在安置甲板1e两侧；
托举架3，一端通过铰接座4与安置甲板1e底端铰接；
密封棘轮逆止收绳器5，设置在U形浮筒1a尾端内侧；
收绳轮6，同轴设置在密封棘轮逆止收绳器5输出轴上；
钢丝绳7，一端缠绕在收绳轮6上且另一端与托举架3另一端两侧固定连接。
游客在游玩之前每人佩戴一个无线收发手环，无线收发手环与海岸线的控制中心通讯连接，游客被海浪冲走时，按下手环上的按钮，手环即实时发送自身的位置给控制中心，控制中心即刻发出信号令水上救援机器人前往游客所在的地点，即控制器1f控制推进器1b和水下转向舵机1d移动至游客所在地点，实时转向摄像头1c用于实时监测海上状况和游客状态，由控制中心通过实时转向摄像头1c驱动U形浮筒1a口端朝向游客，控制器1f控制密封棘轮逆止收绳器5启动，从而使其输出轴带动收绳轮6转动从而将钢丝绳7放下，从而使得托举架3一端围绕铰接座4转动，游客可自行游至U形浮筒1a口部，或游客在体力不支的情况下便由控制中心工作人员控制U形浮筒1a口部环绕游客，启动密封棘轮逆止收绳器5，使其输出轴反向转动，从而收紧钢丝绳7，从而使得托举架3复位，从而托住游客使其浮出水面，而密封箱2内预先放置有饮用水、食物或医疗包，游客可根据自身状态打开密封箱2从而取出所需物品，在机器人本体1通过托举架3将游客托举出水面后，由控制中心工作人员进行远距离操控机器人本体1使其返航，或考虑返航危险，由游客操控控制器1f自行返航，从而防止游客再次溺水，安置甲板1e固定安装控制器1f和密封箱2，避免控制器1f与密封箱2直接接触海水。
如图6所示，还包括有引导凹轮8，通过转动架同轴向转动设置在收绳轮6底部，钢丝绳7一端缠绕在收绳轮6上且通过引导凹轮8引导与托举架3尾端两侧固定连接。
收绳轮6一端缠绕在收绳轮6上，另一端固定在托举架3尾端两侧，当收绳轮6转动放下钢丝绳7时，钢丝绳7在收绳轮6竖直切面放下，而通过引导凹轮8能够使得钢丝绳7在收绳轮6底侧放下，从而使得放绳过程更加稳定，从而使得托举架3能够稳定托举溺水者，防止二次溺水。
如图5、图6、图7和图8所示，密封棘轮逆止收绳器5包括有：密封盒5a，设置在U形浮筒1a尾端内侧；转动座5b，设置在密封盒5a内部；旋转轴5c，通过第一轴承5d转动设置在转动座5b上且一端贯穿密封盒5a与收绳轮6同轴固定连接，所述旋转轴5c与密封盒5a贯穿口通过第一密封圈5e密封连接；棘轮双向控制器5f，设置在密封盒5a内部且输出端与旋转轴5c同轴固定连接；第一伺服电机5g，设置在密封盒5a内部且输出轴与旋转轴5c同轴固定连接。
密封盒5a能够有效地避免海水侵蚀内部零件，当需要放下或收紧托举架3时，启动棘轮双向控制器5f使其输出端能够双向转动，从而便于启动第一伺服电机5g，使得第一伺服电机5g输出轴能够带动旋转轴5c在转动座5b上同轴转动，从而使得收绳轮6同轴转动，从而放下和收紧托举架3，在将溺水者托举处水面后，启动棘轮双向控制器5f使其输出端锁死旋转轴5c，从而防止旋转轴5c在转动座5b上自转从而无法拉紧收绳轮6，第一轴承5d用于使得旋转轴5c在转动座5b上稳定转动，第一密封圈5e用于防止旋转轴5c贯穿密封盒5a时海水从贯穿口流入密封盒5a。从而在保持密封的状态下旋转轴5c能够稳定转动。
如图2所示，密封箱2包括有：固定盒2a，开口朝上设置在控制器1f两侧；铰接盖2b，一侧通过铰链与固定盒2a铰接；卡接件2c和卡接座2d，分别设置在固定盒2a和铰接盖2b同一侧，且密封状态下所述卡接件2c与卡接座2d卡接；第二密封圈2e，设置在固定盒2a开口顶端。
在水上救援机器人出航之前，预先将饮用水、食物或医疗包防止在固定盒2a中，机器人在捞起溺水者后，溺水者可打开铰接盖2b，从固定盒2a中取出所需物品进行自救，从而保证溺水者生命特征稳定，通过卡接件2c和卡接座2d能够使得固定盒2a和铰接盖2b稳定卡接，从而通过第二密封圈2e使其稳定密封，从而保证海水不会侵蚀内部物品。
如图2所示，托举架3包括有：第一固定柱3a，所述第一固定柱3a沿径向等间距设置且两端通过连接板3b固定连接，一侧第一固定柱3a通过铰接座4与安置甲板1e底端铰接，另一侧第一固定柱3a两侧与收绳轮6固定连接；脚踏架3c，垂直沿轴向设置在第一固定柱3a固定收绳轮6侧顶端。
托举架3在托举溺水者时，溺水者可手握第一固定柱3a，脚踩在脚踏架3c上，从而便于收紧钢丝绳7使得托举架3稳定将溺水者托出水面，连接板3b用于固定安装连接板3b，且在托举架3将溺水者托举出水面后，脚踏架3c能够防止溺水者从托举架3上滑落，从而防止二次溺水，在安置甲板1e口部托举溺水者，能够使得U形浮筒1a在行驶防止外部撞击溺水者。
如图3和图4所示，托举架3还包括有旋转接头3d，所述旋转接头3d包括有：旋转座3d1，第一固定柱3a轴向设置在托举架3尾端两侧，所述旋转座3d1内设置有用于设置旋转件的旋转槽3d2；转动柱3d3,一端通过第二轴承3d4同轴转动设置在旋转槽3d2中且另一端同轴设置有与收绳轮6固定连接的固定柱3d5。
旋转接头3d用于固定安装收绳轮6和托举架3，从而使得在放下收绳轮6时，收绳轮6始终保持竖直绷紧状态，将转动柱3d3通过第二轴承3d4转动设置在旋转槽3d2中，且旋转座3d1固定设置在托举架3尾端两侧，且收绳轮6一端沿径向贯穿固定柱3d5且与其固定连接，从而使得在放下托举架3时，转动柱3d3转动，从而使得收绳轮6始终保持竖直状态，从而使得放下托举架3更加稳定。
如图8所示，棘轮双向控制器5f包括有：固定座5f1，设置在密封盒5a颞部；棘轮5f2，同轴固定设置在旋转轴5c上；棘爪5f3，中心通过第一固定销5f4转动设置在固定座5f1上且爪端抵接在棘轮5f2齿槽中；棘轮5f2，工作端倾斜朝下且通过棘轮双向控制器5f和第二连杆5f7与棘轮双向控制器5f中心上部铰接；第二固定销5f8垂直设置在固定座5f1内；拉簧5f9，水平设置且两端分别与棘爪5f3中心底部和拉簧5f9固定连接。
将3f2同轴固定设置在脚踏架3c上，当需要放下或收紧收绳轮6之前，启动电动推杆5f5使其输出端复位，从而使其输出端通过第一连杆5f6和第二连杆5f7拉住棘爪5f3中心上部，使得棘轮双向控制器5f脱离棘轮5f2齿槽，从而使得旋转轴5c能够双向转动，从而便于放下或收紧收绳轮6，所述第一连杆5f6和第二连杆5f7能够使得棘爪5f3以第一固定销5f4为轴心转动，从而满足其转动要求，当溺水者被托举出水面后，第一连杆5f6输出端伸长，从而使得棘爪5f3底端被拉簧5f9弹性拉扯使其顶端抵接在棘爪5f3齿槽中，从而锁死旋转轴5c，防止旋转轴5c自转无法维持托举架3托举状态，第二固定销5f8用于固定连接拉簧5f9，固定座5f1用于安装所述零件。
如图2所示，脚踏架3c包括有：垂直固定架3c1垂直设置在连接板3b尾端两侧；第二固定柱3c2,与连接板3b同轴向两端与垂直固定架3c1固定连接。
垂直固定架3c1垂直设置在连接板3b尾端两侧，且垂直固定架3c1之间设置有第二固定柱3c2，从而使得托举架3在托举时，溺水者能够脚脚踩在第二固定柱3c2上防止托举过程中二次溺水。
如图9所示，推进器1b包括有：推进器外壳1b1,设置在U形浮筒1a首端和两侧尾端底部,第二伺服电机1b2输出轴朝向U形浮筒1a外侧固定设置在推进器外壳1b1内部且与桨叶1b3同轴固定连接，防护盖1b4，设置在推进器外壳1b1外端。
推进器外壳1b1用于固定安装第二伺服电机1b2，启动第二伺服电机1b2，使其输出轴带动桨叶1b3转动，从而使得桨叶1b3在水中产生推力从而驱动U形浮筒1a移动。
如图10所示，水下转向舵机1d包括有：舵机驱动器1d1，设置在U形浮筒1a内部三角，所述舵机驱动器1d1输出轴贯穿U形浮筒1a通过法连密封盘1d2与器密封转动连接；舵板1d3，通过安装孔与舵机驱动器1d1输出轴同轴固定连接。
通过舵机驱动器1d1输出轴贯穿1a1且与舵板1d3安装孔固定安装，从而便于控制器1f控制舵机驱动器1d1输出轴转向，从而使得舵板1d3转向，使器左右水流方向不同从而控制U形浮筒1a移动方向。
本发明的工作原理：
游客在游玩之前每人佩戴一个无线收发手环，无线收发手环与海岸线的控制中心通讯连接，游客被海浪冲走时，按下手环上的按钮，手环即实时发送自身的位置给控制中心，控制中心即刻发出信号令水上救援机器人前往游客所在的地点，即控制器1f控制推进器1b和水下转向舵机1d移动至游客所在地点，实时转向摄像头1c用于实时监测海上状况和游客状态，由控制中心通过实时转向摄像头1c驱动U形浮筒1a口端朝向游客，控制器1f控制密封棘轮逆止收绳器5启动，即当需要放下或收紧收绳轮6之前，启动电动推杆5f5使其输出端复位，从而使其输出端通过第一连杆5f6和第二连杆5f7拉住棘爪5f3中心上部，使得棘轮双向控制器5f脱离棘轮5f2齿槽，从而使得旋转轴5c能够双向转动，从而使其输出轴带动收绳轮6转动从而将钢丝绳7放下，从而使得托举架3一端围绕铰接座4转动，游客可自行游至U形浮筒1a口部，或游客在体力不支的情况下便由控制中心工作人员控制U形浮筒1a口部环绕游客，启动密封棘轮逆止收绳器5，使其输出轴反向转动，从而收紧钢丝绳7，从而使得托举架3复位，从而托住游客使其浮出水面，当溺水者被托举出水面后，第一连杆5f6输出端伸长，从而使得棘爪5f3底端被拉簧5f9弹性拉扯使其顶端抵接在棘爪5f3齿槽中，从而锁死旋转轴5c，防止旋转轴5c自转无法维持托举架3托举状态，而密封箱2内预先放置有饮用水、食物或医疗包，游客可根据自身状态打开密封箱2从而取出所需物品，在机器人本体1通过托举架3将游客托举出水面后，由控制中心工作人员进行远距离操控机器人本体1使其返航，或考虑返航危险，由游客操控控制器1f自行返航，从而防止游客再次溺水。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
