新型水上急救機器人設(shè)計與研究

叢高翔 張宏宇 馬天洋 樊雪松 秦峰

摘? 要：自古至今，人類生存環(huán)境充斥著洪水海嘯等自然災(zāi)害，水上災(zāi)難也一直威脅著人類的生命和財產(chǎn)安全，如今的水上災(zāi)難遍布湖泊、河流，甚至海濱浴場、游泳池場地。嚴(yán)重影響了我們正常的生活，據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，2015年全世界不完全統(tǒng)計有37.2萬人溺水身亡，使“溺水”成為全球一個主要的公共衛(wèi)生問題。但傳統(tǒng)的溺水救援以低效、高代價的人工救援為主。盡管這些年科學(xué)技術(shù)取得了飛速發(fā)展，目前市場上并沒有水上自動救援智能機器人，本文以一種水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置的遠(yuǎn)程控制方式，使其迅速且穩(wěn)定的運送救生裝備至所需救援地點，完成救援任務(wù)。

關(guān)鍵詞：水上救援;機器人系統(tǒng);環(huán)境建模;導(dǎo)航監(jiān)控

中圖分類號：TP242? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

1系統(tǒng)硬件組成

水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置水上硬件組成部分如圖1所示。

水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置的基本結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括外殼（100）、智能設(shè)備主板（200）、超聲波避障傳感器（300）、警報裝置（400）、噴水推進器（500）、電池（600）、水壓傳感器（700）、溫度傳感器（800），所述外殼（100）的底部通過密封膠（140）固定安裝在底部殼體（100）的頂部，所述外殼（100）內(nèi)壁固定安裝所述智能設(shè)備主板（200），所述外殼（100）頂部設(shè)有頂部殼體（120），所述頂部殼體（120）內(nèi)壁固定安裝所述超聲波避障傳感器（300），所述外殼（100）頂部左端設(shè)有尾部殼體（130），所述尾部殼體（130）內(nèi)壁固定安裝所述警報裝置（400），所述底部殼體（110）內(nèi)壁頂部固定安裝隔板（111），所述底部殼體（110）內(nèi)壁底部左端固定安裝所述噴水推進器（500），所述底部殼體（110）內(nèi)壁底部右端固定安裝所述電池（600），所述電池（600）右端固定安裝水壓傳感器（700），所述水壓傳感器（700）右端固定安裝溫度傳感器（800）。

水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置屬于警報裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置的防水結(jié)構(gòu)，包括外殼、智能設(shè)備主板、超聲波避障傳感器、警報裝置、噴水推進器、電池、水壓傳感器、溫度傳感器，所述外殼的底部通過密封膠固定安裝在底部殼體的頂部，外殼內(nèi)壁固定安裝所述智能設(shè)備主板，外殼頂部設(shè)有頂部殼體，頂部殼體內(nèi)壁固定安裝所述超聲波避障傳感器，本結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，智能設(shè)備主板外壁設(shè)有防水膠，可防止智能設(shè)備主板遇水造成損害，外殼與底部殼體通過密封膠進行連接使本裝置形成密封的防水結(jié)構(gòu)，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，提高了兒童游泳的安全性。

突出的特點：

（1）適用范圍廣。本裝置體積小，造價低，適用于各種危險水域。

（2）運行效果好。速度很快并且比較安全。

（3）科技水平高，可以根據(jù)情況不同采用人工控制尋找目標(biāo)或者自動控制救援目標(biāo)，并且本身有探測器，可以躲避障礙。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1遠(yuǎn)程控制

該水上多功能追蹤預(yù)警播報裝置的防水結(jié)構(gòu)，頂部殼體內(nèi)壁設(shè)有有超聲波避障傳感器，超聲波避障傳感器與噴水推進器配合使用對追蹤兒童目標(biāo)所遇到的障礙物具有避讓作用，超聲波避障傳感器上安裝有攝像頭，攝像頭是通過opencv檢測游泳圈的傾斜程度，從而確保游泳圈上的兒童保持水平與安全的狀態(tài)，超聲波避障傳感器安裝在機頭云臺上，機頭云臺對超聲波避障傳感器與攝像頭具有防抖作用，并穩(wěn)定攝像頭的圖像識別，智能設(shè)備主板底部安裝有GPS追蹤器，GPS追蹤器通過追蹤兒童身上放置的定位標(biāo)簽，使智能設(shè)備主板啟動噴水推進器將本裝置推送至防護目標(biāo)身邊，對目標(biāo)進行防護，并可以通過智能設(shè)備主板將攝像頭采集目標(biāo)圖像上傳至兒童家長，當(dāng)攝像頭測量兒童使用的游泳圈是否存在傾斜夾角，并通過多次對比攝像頭測量的數(shù)據(jù)獲取兒童的安全，當(dāng)攝像頭采集的圖像對比結(jié)果檢測出兒童處于傾斜狀態(tài)，智能設(shè)備主板將對兒童家長的手機進行警報，并通過底部殼體內(nèi)壁安裝的警報裝置對兒童周圍人員進行警報求救，智能設(shè)備主板外壁設(shè)有防水膠，可防止智能設(shè)備主板遇水造成損害。

2.2聲音定位系統(tǒng)

聲音定位系統(tǒng)是根據(jù)各個檢測點時間差的測量來確定求救目標(biāo)位置，當(dāng)求救人員發(fā)出求救信號后，此裝置通過裝有的聲吶接收裝置搜集求救聲音并轉(zhuǎn)化為電流信號篩選傳遞給中央處理器，即可計算出求救人員的位置。

3水上救援智能機器人優(yōu)點和技術(shù)特點

3.1落水監(jiān)測

機器設(shè)備周圍配置了紅外傳感器 聲音傳感器，和之前的探測方案比較，這些創(chuàng)新技術(shù)使用了紅外檢測與聲波檢測交互等科學(xué)手段收集和分析處理信息，結(jié)合利用圖像實時傳輸技術(shù)對周邊可控環(huán)境實施全方位監(jiān)控，期優(yōu)點是利用新技術(shù)提升了監(jiān)測范圍和監(jiān)測事件的準(zhǔn)確和及時性。水上救援智能機器人采用了創(chuàng)新性，實現(xiàn)了跨越式的進步，從而對落水者的情況進行有效及時的監(jiān)測。

3.2水上救援設(shè)計實現(xiàn)的可能性

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)飛速的在發(fā)展，救援方面的應(yīng)用也取得優(yōu)秀成果，各種災(zāi)害突發(fā)情況頻繁發(fā)生，用于救援方面的工具也迅速被公眾推到了風(fēng)口浪尖上，在智能救援這塊領(lǐng)地也迎來科學(xué)的春天。通過水上救援設(shè)備存在的不足及現(xiàn)有先進技術(shù)的分析，得出在救援過程中運用科技的手段，引用機器人的概念，形成以機器人技術(shù)為核心的水上救援系統(tǒng)，是一個很好的解決辦法。救援機器人所具備的定位探測技術(shù)、識別技術(shù)、傳感技術(shù)對設(shè)計的實現(xiàn)具有保障作用。水上救援的重點是水上搜尋和實施水上救援，如果想實現(xiàn)更好的救援，人的能力是有限的，這些任務(wù)完全可以由水上救援機器人來完成。不僅可以提高機器人的利用率，還可以使水上救援更加系統(tǒng)性，形成一個立體的救援信息網(wǎng)絡(luò)，用機器人的理念來輔助實現(xiàn)救援。

3.3水上救援設(shè)計的價值所在

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，救援不及時是造成溺水死亡的外在條件，而造成救援不及時的原因主要有：救援設(shè)備落后不完善，以及可用于救援的人力資源嚴(yán)重不足。傳統(tǒng)的海水浴場水上救援設(shè)備，是依靠人力，對溺水人員進行救援，效率低，抓不住人溺水后的黃金救援時間，造成溺水慘劇。于是解決因救援不及時而造成的溺水事故是一個很好的設(shè)計切入點。以這個切入點而進行的設(shè)計，不僅可以大大提高救援效率，救活更多的溺水者，保障人們的安全，創(chuàng)造一個更加安全舒適的水上娛樂環(huán)境，而且還可以大大減少海水浴場人力資源的消耗，充分體現(xiàn)設(shè)計所帶來的社會價值。

隨著設(shè)計的深入，為了實現(xiàn)這一救援目的，一些所需要的技術(shù)支持也會引起社會的重視，更新的技術(shù)可能會被開發(fā)出來，推動科技的進步發(fā)展，進而推動社會的進步發(fā)展，所以說，設(shè)計也可以促進技術(shù)的革新。

4結(jié)語

水面救援做為傳統(tǒng)的救援項目，自來倍受社會廣泛關(guān)注，隨著社會科技的進步，為了減小災(zāi)害對人類生命帶來的威脅，拯待提高水面救援設(shè)施和裝備。這些救援設(shè)施和裝備給企業(yè)帶來社會和經(jīng)濟效益同時，有大大推進了新科技的發(fā)展應(yīng)用。本文深入研究機器人新技術(shù)及設(shè)備在水面救援項目上的研究成效，闡述機器人應(yīng)用于水面救援的深遠(yuǎn)意義，從而啟發(fā)更多科技工作者和企業(yè)投資人更多關(guān)注該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和投資，以造福人類。

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收稿日期：2019-10-22

作者簡介：叢高翔（1998—），男，山東威海人，本科在讀，研究方向：水上救生，無線通信技術(shù)。