一种基于无人机的溺水救援设备

1.本公开属于救援设备技术领域，具体涉及一种基于无人机的溺水救援设备


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.溺水救援是应急管理救援的一部分，溺水是世界各地非故意伤害死亡的第三大原因，占了所有与伤害有关死亡的7％；世界各地每年溺水死亡数估计为23.6万例，发生溺水时的黄金救援时间仅为4-6分钟，因此如何在短时间内对溺水人员进行营救是一个亟待解决的问题。
4.无人机溺水救援一般采用以下几种方式：(1)无人机搭载救生气垫、救生圈等救援设备，再巡航到溺水人员附近进行投放。(2)无人机巡航发现溺水人员并及时把信息传送给救援人员，等待救援人员的施救。(3)无人机通过改变自身的形态，或携带专用设备对溺水人员进行打捞使脱离水面。无人机对溺水人员进行救援可以极大提高救援的效率，增加溺水人员的存活率。
5.在设计的过程中发现现有的设备存在一些不足及缺点：(1)忽略了溺水人员容易在水中丧失意识的问题，因此溺水人员不一定能够真正达到利用无人机下放的救生圈、救生气垫等进行逃生的目的。(2)利用无人机巡航并不能及时的进行救援，容易错失最佳的救援时机，从而降低了救援率。(3)溺水人员无法控制自身状态，利用无人机的形态变化，或无人机携带救援设备对溺水人员的打捞很容易对人体造成二次伤害。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的技术问题，本公开提供了一种基于无人机的溺水救援设备。该设备能够精准对溺水人员进行救援，并能够及时注意溺水人员在水中的状态，减少了对溺水人员的二次伤害，节省了救援时间，提高了救援效率，使溺水人员的生命安全得到更好的保证。
7.为实现上述目的，本公开涉及一种基于无人机的溺水救援设备包括第一旋转机构、其特征在于：无人机与第一旋转机构相连接，第一旋转机构右侧设有陀螺仪，保持设备的稳定性。所述的第一旋转机构可控制旋转机械臂的旋转，所述旋转机械臂的下端连接可折叠机械臂，可折叠机械臂与第二旋转机构相连接，第二旋转机构的旋转，摆正溺水人员的落水姿态，让溺水人员保持清醒。所述第二旋转机构连接球形夹爪，球形夹爪的开合可带动升降机构的升降，把溺水人员带出水面，减少人体的失温。进一步，所述第二旋转机构与球形夹爪相连接，第二旋转机构的旋转的电机带动齿轮系的转动进而控制球形夹爪的开合，对人在水中的形态进行调整，保证溺水人员进入球形夹爪中头离开水面，保持清醒，减少挣扎，减少对溺水人员的伤害。
8.进一步，所述的球形夹爪骨架间四周的空隙由塑料密封，防止从空隙中掉落，下端设有抬升机构，所述的抬升机构随着球形夹爪的闭合而抬起，随着球形夹爪打开而降落。
9.进一步，所述旋转机械臂中可通过电机的转动来带动可折叠机械臂的折叠与展开。
10.进一步无人机通过旋转平台与旋转机械臂相连接，当无人机带动设备到达溺水人员位置后，可通过旋转平台对旋转机械臂的角度进行调整，即对整个机构的入水角度进行调整。本公开的有益效果如下：
11.(1)、本公开采用的第二旋转机构对球形夹爪进行旋转，进而调整人的形态，减少对溺水人员的二次伤害，球形抓夹底部设有升降机构，在球形抓夹关闭的时候上升，能够使溺水人员脱离水面，减少人体的失温，提高生存率。
12.(2)、本公开采用的旋转机械臂可通过第一旋转机构进行旋转，进而调整好机构的入水角度，提高工作效率，并在非工作时处于中心位置，保持机体的稳定性。
13.(3)、本公开采用可折叠的机械臂，缩小非工作状态时的体积，提高飞行效率，节省救援时间。
14.(4)、本公开采用陀螺仪机构，能够在受到风力等外力影响时，依然保持救援设备的稳定性，进而减少对无人机的影响，保持救援的稳定性。
附图说明
15.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
16.图1为本公开实施例中溺水救援设备整体结构图；
17.图2为本公开实施例中溺水救援设备非工作状态折叠图；
18.图3为本公开实施例中溺水救援设备机械臂的结构示意图；
19.图4为本公开实施例中溺水救援设备第二旋转机构的结构示意图；
20.图5为本公开实施例中溺水救援设备球形夹爪和抬升机构的结构示意图；
21.图6为本公开实施例中溺水救援设备第一旋转机构的结构示意图；
22.图7为本公开实施例中溺水救援设备第一旋转机构的仰视图；
23.图中：1、第一旋转机构；2、旋转机械臂；3、可折叠机械臂；4、第二旋转机构；5、球形夹
24.爪；6、升降机构；7、陀螺仪8、无人机；101、步进电机；102、减速器；103、主动锥齿轮；104、从动锥齿轮；105联轴器；106蜗杆；107、蜗轮；108、传动轴；109、主动齿轮；110、内齿轮；111、旋转盘；201、旋转机械臂骨架；202、转动轴；203、制动器；
25.204、力矩电机；205、减速器；301、可折叠机械臂骨架；302、减速器；303、步进电机；
26.304、小皮带；305；大带轮；306、大皮带；307小带轮；401、摆动轴；402、主动锥齿轮；403、从动锥齿轮；404、上下转动连接架；405、左右转动架；406、连接轴；407、齿轮系；408、减速器；409、步进电机；410、转动轴；501、球形夹爪主动骨架；502、球铰支座；503、球形铰链；504、支撑连杆；601、主动大齿轮；602、从动小齿轮；603、螺纹杆；604、升降台。
具体实施方式
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通
常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.为了方便叙述，本公开中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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公开的限制。
30.如图1-图7所示，本公开涉及一种基于无人机的溺水救援设备，包括第一旋转机构1其特征在于：无人机8与第一旋转机构相连接，第一旋转机构右侧设有陀螺仪7，保持设备的稳定性。所述的第一旋转机构可控制旋转机械臂2的旋转，所述旋转机械臂的下端连接可折叠机械臂3，可折叠机械臂与第二旋转机构4相连接，第二旋转机构的旋转，摆正溺水人员的落水姿态，让溺水人员保持清醒。所述第二旋转机构连接球形夹爪5，球形夹爪的开合可带动升降机构6的升降，把溺水人员带出水面，减少人体的失温。
31.本实施案例中设备与无人机通过螺纹螺栓连接，无人机飞行携带折叠状态的救援设备飞行至溺水人员所在位置，通过控制旋转机械臂的旋转和可折叠机械臂的展开，使球形夹爪对溺水人员进行施救，随后平台上升使人脱离水面，等待下一步的救援。
32.所述陀螺仪起到稳定设备的作用，减少机构运动时对无人机飞行的影响。
33.所述旋转机械臂的旋转由第一旋转机构控制，第一旋转机构包括步进电机101，步进电机通过减速器102减速后带动主动锥齿轮103转动，主动锥齿轮与从动锥齿轮104啮合将动力传动至轴上，轴与蜗杆106通过联轴器105连接，带动蜗杆106的转动，旋转盘通过轴与蜗轮107连接，蜗轮蜗杆啮合可带动主动齿轮109转动，主动齿轮与内齿轮110啮合带动旋转盘111转动。
34.具体的，本实施案例中所述的旋转机械臂通过螺栓与旋转盘连接，旋转盘的转动可以调整旋转机械臂的角度，即对设备的入水角度进行调整，保证了球形夹爪对溺水人员的救援，避免了设备对溺水人员造成伤害。
35.本实施案例中可折叠机械臂的折叠与旋转机械臂通过转动轴202连接，旋转机械臂包括制动器203、力矩电机204、减速器205、转动轴，力矩电机带动转动轴的旋转，转动轴带动可折叠机械臂进行折叠。可折叠机械臂在工作时展开，在非工作时折叠，减少无人机在飞行时的阻力。
36.具体的，本实施案例中可折叠机械臂下端通过上下转动连接架403与第二旋转机构连接，可折叠机械臂中的两个皮带传动机构，分别位于可折叠机械臂的两侧，保证了旋转时的稳定性，两个皮带传动机构的动力由步进电机303提供。皮带传动机构将动力传动到摆动轴401上，通过主动锥齿轮402与从动锥齿轮403啮合改变动力的方向，由上下转动变成左右横向转动，同时上下转动连接架404可以由连接轴406的转动带动第二旋转机构的上下摆动。
37.所述第二旋转机构与球形夹爪通过轴连接，第二旋转机构包括齿轮系407、步进电机409、减速器408，步进电机为齿轮系的传动提供了动力，齿轮系把动力传递给转动轴410，
进而带动主动骨架501转动使球形夹爪开合。
38.所述的球形夹爪与升降机构连接，球形夹爪的底部有四个连接点，四个支撑连杆504下端由球形铰链503与四点处的球铰支座502连接，另一端与升降机构的底部相连接，对升降机构起到支撑作用。进一步，球形夹爪的开闭可带动两个对称支撑连杆的转动，连杆的运动带动升降机构的旋转轴转动，进一步旋转轴的大齿轮601带动两个小齿轮602的转动，进而带动螺纹杆603的转动，使升降台604上升，可以把溺水人员与水面分离。
39.具体的，本实施案例中球形夹爪的骨架间的间隙较大，所以在间隙用塑料连接，防止已经获救的溺水人员，通过缝隙再次落水，形成二次伤害。而且塑料在水中的浮力较大，可以减少无人机上升时的提升力。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本公开的权利要求范围当中。
40.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

技术特征：
1.一种基于无人机的溺水救援设备，能够及时解决溺水人员救援问题，减少机械救援时对溺水人员的二次伤害，包括第一旋转机构、旋转机械臂、可折叠机械臂、第二旋转机构、球形夹爪、升降机构、陀螺仪、无人机，其特征在于：无人机与第一旋转机构相连接，第一旋转机构右侧设有陀螺仪，保持设备的稳定性，所述的第一旋转机构可控制旋转机械臂的旋转，所述旋转机械臂的下端连接可折叠机械臂，可折叠机械臂与第二旋转机构相连接，第二旋转机构的旋转，摆正溺水人员的落水姿态，让溺水人员保持清醒，所述第二旋转机构连接球形夹爪，球形夹爪的开合可带动升降机构的升降，把溺水人员带出水面，减少人体的失温。2.根据权利要求1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述陀螺仪对整个设备起到稳定的作用，能够减少机构左右摆动对无人机的影响，进而减少对溺水人员的救援时间。3.根据权利要求1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，无人机通过第一旋转机构与旋转机械臂相连接，当无人机带动设备到达溺水人员位置后，可通过第一旋转机构对旋转机械臂的角度进行调整，即对整个机构的入水角度进行调整。4.根据权利要求1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述旋转机械臂中可通过电机的转动来带动机械臂的折叠与展开。5.根据权利要求1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述的可折叠机械臂下端通过上下转动连接架与第二旋转机构连接，可折叠机械臂包括两个皮带传动机构，传动机构分别位于可折叠机械臂的两侧，保证了旋转时的稳定性，两个皮带传动机构的动力由步进电机提供，皮带传动机构将动力传动到摆动轴上，通过锥齿轮啮合改变动力的方向，由上下转动变成左右横向的转动，同时上下转动连接架可以通过连接轴的转动来带动第二旋转机构的上下摆动。6.根据权利要求1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述第二旋转机构与球形夹爪相连接，第二旋转机构的旋转的电机带动齿轮系的转动进而控制球形夹爪的开合，第二旋转机构的旋转可在水中对人的形态进行调整，可使溺水人员进入球形夹爪中，并被抬至水面上方。7.根据权利要求书6所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述的球形夹爪骨架间四周的空隙由塑料密封，防止已经获救的溺水人员从空隙中掉落再次落水，造成二次伤害，且塑料在水中的浮力较大，可以减少无人机提升设备时的阻力。8.根据权利要求书1所述的无人机溺水救援设备，其特征在于，所述升降机构与球形夹爪相连接，球形夹爪的底部有四个连接点，四个支撑连杆下端由球形铰链与四点处的球铰支座连接，另一端与升降机构的底部相连接，使升降机构具有支撑作用。进一步，升降机构的动力由球形夹爪提供，球形夹爪的开闭可带动两个对称支撑连杆的转动，连杆的转动可以带动升降机构的旋转轴，进一步旋转轴的大齿轮带动两个小齿轮的转动，进而带动螺纹杆的转动，使升降台上升，可以把溺水人员与水面分离，减少人体的失温。

技术总结
本公开涉及一种基于无人机的溺水救援设备，包括第一旋转机构、其特征在于：无人机与第一旋转机构相连接，第一旋转机构右侧设有陀螺仪，保持设备的稳定性。所述的第一旋转机构可控制旋转机械臂的旋转，所述旋转机械臂的下端连接可折叠机械臂，可折叠机械臂与第二旋转机构相连接，第二旋转机构的旋转，摆正溺水人员的落水姿态，让溺水人员保持清醒。所述第二旋转机构连接球形夹爪，球形夹爪的开合可带动升降机构的升降，把溺水人员带出水面，减少人体的失温。该溺水救援设备能够解决溺水人员的及时救援问题，减少机械救援时对溺水人员的二次伤害，增加溺水人员的获救几率。增加溺水人员的获救几率。增加溺水人员的获救几率。


技术研发人员：牛文杰 单菏鲁 李沛峰 白云霞 李东升 王延浩 刘雪生 张洪煜
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/28