新型水上急救機器人設計與研究

叢高翔 張宏宇 馬天洋 樊雪松 秦峰

摘? 要：自古至今，人類生存環境充斥著洪水海嘯等自然災害，水上災難也一直威脅著人類的生命和財產安全，如今的水上災難遍布湖泊、河流，甚至海濱浴場、游泳池場地。嚴重影響了我們正常的生活，據世界衛生組織數據顯示，2015年全世界不完全統計有37.2萬人溺水身亡，使“溺水”成為全球一個主要的公共衛生問題。但傳統的溺水救援以低效、高代價的人工救援為主。盡管這些年科學技術取得了飛速發展，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警播報裝置的遠程控制方式，使其迅速且穩定的運送救生裝備至所需救援地點，完成救援任務。

關鍵詞：水上救援;機器人系統;環境建模;導航監控

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

1系統硬件組成

水上多功能追蹤預警播報裝置水上硬件組成部分如圖1所示。

水上多功能追蹤預警播報裝置的基本結構，其特征在于，包括外殼（100）、智能設備主板（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）內壁固定安裝所述智能設備主板（200），所述外殼（100）頂部設有頂部殼體（120），所述頂部殼體（120）內壁固定安裝所述超聲波避障傳感器（300），所述外殼（100）頂部左端設有尾部殼體（130），所述尾部殼體（130）內壁固定安裝所述警報裝置（400），所述底部殼體（110）內壁頂部固定安裝隔板（111），所述底部殼體（110）內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）。

水上多功能追蹤預警播報裝置屬于警報裝置技術領域，具體為一種水上多功能追蹤預警播報裝置的防水結構，包括外殼、智能設備主板、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，外殼內壁固定安裝所述智能設備主板，外殼頂部設有頂部殼體，頂部殼體內壁固定安裝所述超聲波避障傳感器，本結構設計科學合理，智能設備主板外壁設有防水膠，可防止智能設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構，本裝置結構簡單，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，可以根據情況不同采用人工控制尋找目標或者自動控制救援目標，并且本身有探測器，可以躲避障礙。

2系統軟件設計

2.1遠程控制

該水上多功能追蹤預警播報裝置的防水結構，頂部殼體內壁設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，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，并穩定攝像頭的圖像識別，智能設備主板底部安裝有GPS追蹤器，GPS追蹤器通過追蹤兒童身上放置的定位標簽，使智能設備主板啟動噴水推進器將本裝置推送至防護目標身邊，對目標進行防護，并可以通過智能設備主板將攝像頭采集目標圖像上傳至兒童家長，當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據獲取兒童的安全，當攝像頭采集的圖像對比結果檢測出兒童處于傾斜狀態，智能設備主板將對兒童家長的手機進行警報，并通過底部殼體內壁安裝的警報裝置對兒童周圍人員進行警報求救，智能設備主板外壁設有防水膠，可防止智能設備主板遇水造成損害。

2.2聲音定位系統

聲音定位系統是根據各個檢測點時間差的測量來確定求救目標位置，當求救人員發出求救信號后，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點和技術特點

3.1落水監測

機器設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，這些創新技術使用了紅外檢測與聲波檢測交互等科學手段收集和分析處理信息，結合利用圖像實時傳輸技術對周邊可控環境實施全方位監控，期優點是利用新技術提升了監測范圍和監測事件的準確和及時性。水上救援智能機器人采用了創新性，實現了跨越式的進步，從而對落水者的情況進行有效及時的監測。

3.2水上救援設計實現的可能性

現如今，科學技術飛速的在發展，救援方面的應用也取得優秀成果，各種災害突發情況頻繁發生，用于救援方面的工具也迅速被公眾推到了風口浪尖上，在智能救援這塊領地也迎來科學的春天。通過水上救援設備存在的不足及現有先進技術的分析，得出在救援過程中運用科技的手段，引用機器人的概念，形成以機器人技術為核心的水上救援系統，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、識別技術、傳感技術對設計的實現具有保障作用。水上救援的重點是水上搜尋和實施水上救援，如果想實現更好的救援，人的能力是有限的，這些任務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性，形成一個立體的救援信息網絡，用機器人的理念來輔助實現救援。

3.3水上救援設計的價值所在

通過調查發現，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：救援設備落后不完善，以及可用于救援的人力資源嚴重不足。傳統的海水浴場水上救援設備，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計切入點。以這個切入點而進行的設計，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，創造一個更加安全舒適的水上娛樂環境，而且還可以大大減少海水浴場人力資源的消耗，充分體現設計所帶來的社會價值。

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

4結語

水面救援做為傳統的救援項目，自來倍受社會廣泛關注，隨著社會科技的進步，為了減小災害對人類生命帶來的威脅，拯待提高水面救援設施和裝備。這些救援設施和裝備給企業帶來社會和經濟效益同時，有大大推進了新科技的發展應用。本文深入研究機器人新技術及設備在水面救援項目上的研究成效，闡述機器人應用于水面救援的深遠意義，從而啟發更多科技工作者和企業投資人更多關注該領域技術研發和投資，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。