一种用于水中救援的水下搜救辅助平台

高卿光 郝国凯 李元昊

摘 要：溺水事件在我国时常发生，生活中常用的救生工具是救生圈，但普通的救生圈只适合近距离投掷，且投掷时遇到的阻力较大，不能对落水较远的人员进行有效快速救援。为了解决这一问题，我们改变思路，不再使用救生圈进行救援，而是设计一款在人们落水时帮助救援人员确定救援地点，在水中可以自由的巡逻的一种水中辅助救援装置，在一片水域投放若干个该辅助平台便可以确保这一片的水域的安全情况。本文将对水中救援的水下辅助平台的背景进行简单介绍，并将对其组成原理和市场应用进行分析。

关键词：水下救援；辅助平台；组成原理和市场应用；自主巡航；

1 水下辅助平台的背景及意义：

近些年，溺水事件在我国时常发生，生活中常用的救生工具是救生圈，但普通的救生圈只适合近距离的投掷，且投掷时遇到的阻力较大，不能对落水较远的人员进行有效快速救援。为了解决这一问题，我们改变思路，不再使用救生圈进行救援，而是设计一款在人们落水时帮助救援人员确定救援地点，在水中可以自由的巡逻的一种水中辅助救援装置，在一片水域投放若干个该辅助平台便可以确保这一片的水域的安全情况。该平台的被广泛的应用于救援领域，可以大大的提高了救援效率！

2设计方案：

2.1外形结构创新：

目前使用的水中救援装置主要是救生圈，我们改变思路通过对现有的水下探测器或水下潜航器的研究，我们在设计中采用了球形的外壳，阻力小，运动更加灵活；壳体透明，方便生命探测传感器的布置与探测；受力均匀，在水下 能承受更大的压强，具有较大的适应性。

2.2 工作方式总述：

该水下搜救辅助平台主要可通过规划 S 型路径、遥控、传感器引导三种方式来进行探测运动。 在监测时，通过 GPRS 模块与短信模块，可以将具体的地点信息以短信形式发送给搜救人员。需要注意的是，当该平台潜入深水区域时，由于水下声波会受到很大衰减[8]，所以在进行下潜工作时，该平台会拖曳一浮标并搭载天线，以增强动作控制、图像传输和短信息信号。工作方式主要有以下三种：

1）路径规划，自主运动

通过上位机端对路径进行提前规划，并设置监测报告间隔，通过串口将规划的信号载入该平台，放入水中后可以按照设置进行运动与监测。

2）手机遥控，灵活取样

通过手机调控模块用手机信号来即时调节运动动作与位置，同时通过图像传输对水下情况进行监测，可以清楚观察水下情况

3）传感导向，自治防护

在本文水中搜救平台中搭载有多个热释传感器，当有热血动物出现时，会采用探测与运动相结合的工作方式，该平台通过其搭载的传感器收集信号，对信号进行判断与处理，从而控制不同电机的正反转，进而控制球形该平台的上升、下降、前 进、后退，且可以通过差速实现另一坐标方向运动；进而逐渐向目标运动。

2.4 结构动力设计：

经过对比与分析，选定球形结构，主要由于该球形救援平台作为一类外型为球形的水下机器人，相比其它类型的水下机器人有很大的优势：一是耐水压性强，抗冲击性强， 密封性更好。二是流体动力学计算无藕合。三是各向流体动力参数相等。外壳的球对称性使 得该球形救援平台各向的流体动力参数相等，便于分析与计算。

其整体结构方案为：以球形壳机器内部为操作主体，内部用于存放核心元件与控制电路，

外部由两组螺旋桨推进器组成，分别负责提供 y 轴与 z 轴方向的动力，两组螺旋桨都可以通 过差速来控制机器人的运动方向。当两个横向推进器产生差速时，机器人可以在 XY 平面内 运动；两个纵向推进器产生差速时，机器人将在 XZ 平面内运动；当横向推进器与纵向推进器同时工作时，将产生在 YZ 平面的运动。

具体组装方案为：1）内部由两层构架，其上铺有电路所需元件和传感器等，下层装有步进电机，与其相连为上层结构，步进电机可以控制上层结构进行转动，以便图像传输的摄像 头可以快速捕捉多角度场景，增大其视野的利用率

2）球形壳为两个半圆所组成，其中上半球壳嵌有外置开关，球壳连接处采用硅胶密封垫压紧连接。

3）外置推进器安装方式如图，电机与传动轴由亚克力筒包裹，传动轴与螺旋桨连接处采用动态密封圈。

2.5 通讯部分：

1）数据采集

救援平台在水下采集的数据。机器通过遥控或提前准备好的运动方案进行游动，将返回的数据发送给上位机，上位机将绘制并标记出机器在水下的运动轨迹， 并记录每次数据传输时的水下检测信息。当不使用巡游模式时，可以通过遥控机器到待测地 点采集水下信息。

2）上位机通讯

上位机由 VB.Net 编写。上位机通过蓝牙串口，接收每隔一段时间返回的水体和地址 信息。并据此数据绘制机器运动轨迹和水体质量分布。

3）手持图传设备

手持设备为接收机和显示屏，可以实时观察水下情况。因为搜救平台主体中摄像头与图传发射器为独立的系统，并不占用单片机的资源。因此处理能力更强。

3市场应用：

3.1落水救援：

近些年，溺水事件在我國时常发生，利用该平台可以有效的提高救援效率。

3.2作为搭载平台：

该搜救平台可以作为一个独立的系统，可以搭载不同的装置以实现不同的功能。

参考文献：

[1]马骁.《面向灾后救援的人体生命体征探测研究》.成都：电子科技大学，2016.

[2]《深海环境实验装置水下静态受力计算》1672-9242（2008）05-0005-04

[3]刘金国，王越超，李斌，马书根. 《灾难救援该平台研究现状、关键性能及展望》机械工程学报 ，2006.