CN113093755A - 一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，包括封闭型船体，封闭型船体内安装有：生命保障系统，动力系统，救援系统和控制系统，所述生命保障系统包括设置在急救仓内的压缩食物储备箱、淡水储备箱、氧气供给装置和医疗急救箱。本发明的有益效果是：逃生艇自动寻找落水者，并协助落水者登艇，自备动力系统和生命保障系统，续航时间长，自带求救装置，保证落水者得到救助，提高落水者的生还概率。

Description

一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇

技术领域

本发明属于海上救援逃生的技术范畴，尤其涉及应用于单人逃生的一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇。

背景技术

目前，在发生海难的时候，轮船上组织逃生的人员是最后撤离船舶的，往往错过最佳的逃离时间，甚至在紧急情况下无法及时逃离船舶，而落水陷入困境，甚至失去生命，此外落水处，水下情况不明，救援船只无法及时靠近，导致对落水者的施救措施不能及时实施，进一步增加了落水者的面临的危险程度，甚至失去生命。

中国发明专利 CN201320197364.4公开了一种便携、耐撞击海上救生船，其特征是，它是由船壳体、压水舱隔板、船甲板、前挡风罩、后挡风罩、中间推拉挡风罩和活动板所组成，压水舱隔板安装在船壳体内，船甲板安装在压水舱隔板的上方，前挡风罩安装在船壳体的头部的凹槽中，后挡风罩安装在船壳体尾部的凹槽中，在船壳体后部的二侧边框上安装有轨道，中间推拉挡风罩安装在轨道上，这样中间推拉挡风罩就可以在轨道上移动，方便人员进出船。

该专利的缺点在于救生船没有动力，需要人工驱动，同时没有施救和登船辅助装置，当落水者进入救生船时容易将船体拉翻。

中国发明专利 CN201910023606.X公开了一种海上救援无人艇，包括主艇体，主艇体上设有控制箱，主艇体的尾部设有喷水推进器，其特征在于，所述主艇体的两侧对称设有救捞架，救捞架与主艇体的甲板转动连接；所述救捞架包括救捞框，救捞框与甲板间平行设有两个连接支架，连接支架一端与主艇体甲板转动连接，连接支架另一端与救捞框固定连接；救捞框上位于两个连接支架之间的部分设有旋转立柱，旋转立柱上转动连接有救捞机械手；所述救捞框上设有压载水箱，救捞框的底部设有充气垫。

综上所述，目前自动救援逃生艇没有自动搜寻搜救者的功能且不能在远距离对落水者就行救助。

因此，迫切需要一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇来实现对落水者进行自动搜寻，并在携带落水者进行逃生，搜寻附近的救援船只进行求助。

发明内容

本发明要实现的目标是：实现对落水者进行自动搜寻，并在携带落水者进行逃生，搜寻附近的救援船只进行求助。

为了实现上述目标，本发明提供一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇。

本发明所采用的具体技术方案为：

一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，包括封闭型船体，封闭型船体内安装有：生命保障系统，动力系统，救援系统和控制系统，所述生命保障系统包括甚至在急救仓内的压缩食物储备箱、淡水储备箱、氧气供给装置和医疗急救箱，其中：

封闭型船体包括两个浮力支架和活动连接在浮力支架上的逃生舱，浮力支架分别设有单独的动力系统，所述动力系统包括海水电池、电动机、减速机和螺旋桨，海水电池与电动机相连，电动机与减速机和螺旋桨相连，利用海水电池电能驱动减速机带动螺旋桨转动；

救援系统包括两个信号弹发射器、两个信号灯和两部卫星电话，信号弹发射器分别固定在浮力支架的尾部，信号灯固定在逃生舱的顶部，卫星电话设置在逃生舱的内部；

控制系统包括设置在逃生舱内的遥控启动装置，巡航定位装置，自动驾驶系统和佩戴于使用者腕部的遥控器，所述遥控器控制遥控启动装置启动逃生艇，在巡航定位装置导航下，航行到救援地点。

采用这样的设计，将逃生舱设置在两个浮力支架上，通过两个支架的支撑增加了逃生舱在海面上的稳定性，防止风浪过大时造成船体侧翻，同时由于逃生舱设置在两个浮力支架支架，在落水者从睡着攀爬进去逃生舱时，在浮力支架的支撑下逃生舱不会发生侧翻；

浮力支架的底部分别设有单独的动力系统，所述动力系统包括海水电池、电动机、减速机和螺旋桨，利用海水电池电能驱动减速机带动螺旋桨转动，由于海水电池利用金属在海水中的氧化还原反应，自发地将化学能转变为电能，并跟随船体移动，为船体航行提供持久稳定的动力；

此外，浮力支架的底部分别设有单独的动力系统，在其中一个动力系统发生故障时，另一个动力系统可以正常工作，提高了动力系统的可靠性和续航能力；

由于动力系统设置在逃生艇的两侧，当一个动力系统发生故障时，另外一个动力系统单独提供动力，使得整个逃生艇的驱动力偏离逃生艇的船体中心线，因此，此时会发生逃生艇在一定范围偏离航线的情形，对此，本发明提供了一种解决方案，即：在每个螺旋桨的固定装置内设置旋转装置，通过控制系统的自动控制，或者操作者手动控制来改变螺旋桨的方向，将螺旋桨的推力和逃生梯船体收到的侧向阻力的合力，与逃生艇船体中心线保持重合，这样就能避免逃生艇在一定范围偏离航线的情形。

作为本发明的进一步改进，浮力支架成梭形，浮力支架底部设有若干与浮力支架内部隔绝海水流道，流道内设有一个海水电池的电极模块，电池模块内设有在海中的氧化还原反应为逃生艇提供电能的金属。

采用这样的设计，是基于中国发明专利CN201010257475.0的设计，可移动的船用海水电池，除了必须具备一般海水电池的电化学反应机制之外，还必须具备一些能够适应于船舶航行的特殊要求,使之有较好的可靠性、经济性,这些特殊要求包括：

1、电池外壳本体必须坚固，结构必须精悍，具有一定的抗冲撞能力与抗腐蚀能力。

2、海水电池应吊装在船舷底部下端，与船舶本体融为一体,且保持与海水的全面接触。

3、电池内部电路应有较高的防潮防湿能力，保证电池外电路能够不因潮湿而短路。

4、电极片与电池金属外壳之间，必须间隔一定厚度的绝缘层(电解质溶液除外)，保证电极片与电池外壳之间不致于产生电流回路。

5、电池必须考虑在海水中移动的阻力问题，其外形应设计为流线体，以使运动阻力处于最小程度。

6、电池外壳主体必须是玲珑剔透的笼状框体，以保障作为电解质溶液的海水能够在电池电极片之间通畅流动。

7、电极片形状必须依据外壳主体内部空间的形状而制作，所形成的电极片阵列，必须与外壳内部空间形状相吻合。

本发明中浮力支架成梭形，浮力支架底部设有若干与浮力支架内部隔绝海水流道，流道内设有一个海水电池的电极模块，在满足海水电池必须具备一些能够适应于船舶航行的特殊要求外，与浮力支架结合成具有浮力的海水电池外壳，电池模块设置在浮力支架的底部，保证电池始终沉浸在海水中，同时浮力支架的上半部采用船体设计，保证浮力支架具有足够的浮力，流道能保证海水能够通畅进入电池内部,与电极板发生电化学反应。

作为本发明的进一步改进，电极模块包括由两个铜制成的正电极板、两个由铝制成的负电极板和连接线装置，正电极板和负电极板定距离交替分布，所述连接线装置包括电流导线，防水垫和电极固定架，电极固定架固定在流道的上部，所述电流导线连接在正电极板和负电极板上，防水垫设置在电极固定架和流道之间，将电流导线密封在浮力支架内。

每个流道内均固定有由两个铜制成的正电极板、两个由铝制成的负电极板，正电极板和负电极板定距离交替分布插到特定形状的内笼框架上，内笼框架设置在浮力支架的内部，浮力支架的外壳将内笼框架包裹在浮力支架的内部，形成海水电池正负两极的电极部件，其中浮力支架的外壳在浮力支架的下方弯曲成若干个海水流道，电极板穿过浮力支架的外壳露在海水流道内，电极板在内部部分固定在电极固定架上，电极固定架设置在内笼框架上，防水垫设置在电极固定架和流道之间，将电极板穿过浮力支架的外壳的空洞密封，电流导线则将电极与后续的处理装置连接起来形成完整的电池对外供电。

其中用于间插电极部件的内笼框架,设计为具备特定要求的结构形状；其特定要求有：

1.外形必须与电池外壳内壁形状相吻合，使其能够无缝地嵌套到与电池外壳之中；

2.内部结构除了必须能够紧密固定电极片之外，还必须预留出海水流动的空间，可以让海水能够在电极片之间通畅流动；

3.框架本体必须为绝缘体，可以使电池外壳与电极片 之间保持一定距离，以免产生电流回路；

作为本发明的进一步改进，两个浮力支架相对的内侧对称的设有

两对弹性支撑装置，支撑装置与与逃生舱连接在一起。

采用这样的设计，浮力支架与逃生舱通过弹性支撑装置连接，在保证逃生舱位于两个浮力支架之间，同时弹性支撑装置的弹性功能为逃生舱在颠簸的海面提供减震作用，使得逃生过程中的乘船环境较为舒适，减轻逃生者急躁恐惧的心情。

优选的，弹性支撑装置为铰接在浮力支架内侧的伸缩杆，且与逃生舱铰接在一起。

作为本发明的进一步改进，逃生舱下方设有U型登仓扶手框，用于辅助落水者攀爬入仓，采用这样的设计逃生者在进入逃生舱时，身体的中心位于这个船体的支撑中心附近，最大可能的保持了船体的稳定性，防止逃生者进入逃生舱时，逃生舱发生侧翻。

作为本发明的进一步改进，控制系统包括立体视觉传感装置，所述包括两对视觉摄像头，利用每对视觉摄像头的三角测量提取目标物的距离，其中：

位置传感器，所述位置传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息；

距离传感器，所述距离传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置相对目标物的距离；

控制器，所述控制器与所述立体视觉传感装置、所述位置传感器及距离传感器通信连接，用于根据所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息和所述巡航定位装置相对目标物的距离，以及所述立体视觉传感装置所测量目标物的距离，计算确定目标物的地理位置、逃生艇与目标物的相对位置信息，并规划巡航路线，指导自动驾驶系统航行到救援地点；

巡航定位装置还包括通信单元，所述通信单元与所述控制器通信连接，用于传送所述巡航定位数据至外部设备。

通过上述设计，位置传感器，距离传感器感知到佩戴在逃生者手腕处的控制器发出的信号，测定逃生者的方位坐标，自动驾驶系统根据方位坐标将逃生艇自动驾驶到逃生者的位置，同时两对视觉摄像头可感知逃生艇前方和后方的环境情况对自动驾驶系统的驾驶起到修正作用，同时验证靠近的目标是否为与之匹配的逃生者。

作为本发明的进一步改进，遥控器持续以超短波的形式向外发出信号，频率从30兆赫至300M赫的无线电波，传插频带宽，短距离传播依靠电磁的辐射特性，适合近距离的无线通讯。

优选的，立体视觉传感装置包含图像对比系统，用于将目标物与其数据库内的图像进行对比，验证靠近的目标是否为与之匹配的逃生者。

本发明的积极效果是：

1.逃生艇自动寻找落水者，并协助落水者登艇，自备动力系统和生命保障系统，续航时间长，自带求救装置，保证落水者得到救助，提高落水者的生还概率，

2.视觉摄像头可感知逃生艇前方和后方的环境情况对自动驾驶系统的驾驶起到修正作用，同时验证靠近的目标是否为与之匹配的逃生者。

附图说明

图1是本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的结构示意图；

图2是本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的悬挂结构示意图；

图3是图1所示本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的右视图；

图4是图2所示本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇中浮力支架的机构示意图；

图5是图4所示本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇中浮力支架A处放大图；

图6是本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的三维外形示意图；

图7是图6所示本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的逃生舱伸长到最大时的三维外形示意图；

图8是图6所示本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的逃生舱伸缩结构示意图；

图9本发明一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇的视觉摄像头所利用的定位原理图。

图例说明：1—浮力支架，2—后伸缩杆，3—U型登仓扶手框，4—逃生舱，5—前伸缩杆，6—正电极板，7—负电极板，8—摄像头，9—中控台，10—总控台卫星电话，11—逃生舱前窗，12—信号灯，13—小艇操作杆，14—小艇舱门处微信电话，15—逃生舱滑台，16—信号弹发射器，17—生命保障系统，18—伸缩空气弹簧，19—逃生舱前舱，20—逃生舱后舱伸缩杆，21—逃生舱后舱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

具体实施例：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

具体实施例一：

一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，包括封闭型船体两个浮力支架1和通过前伸缩杆5和后伸缩杆2连接在浮力支架1上的逃生舱4，封闭型船体安装有：

生命保障系统17，生命保障系统为设置在逃生舱4座位下的储物箱，包括储物箱存储的压缩食物储备箱、淡水储备箱、氧气供给装置和医疗急救箱等生命必需品和简单的自救器材药品，

动力系统，海水电池、电动机、减速机和螺旋桨，海水电池与电动机相连，电动机与减速机和螺旋桨相连，利用海水电池电能驱动减速机带动螺旋桨转动；其中电机带动减速机驱动螺旋桨转动为本邻居技术人员所述的机械结构，为公知常识在此不再累述，本发明所采用动力来自于海水电池，海水电池为电动机供电，基于中国发明专利CN201010257475.0的设计，电极模块采用该发明中实施例的电极模块的形式：包含正电极板6、负电极板7、连接线三个部件，

其中，正电极板6部件包含着铜电极片A、铜电极片B、铜电极片C、铜电极片D、铜电极片E五个零件，负电极板7包含着着铝电极片A、铝电极片B、铝电极片C、铝电极片D、铝电极片E五个零件，连接线部件包含着电流引出线、引线固定螺丝、引线防水垫圈、电极固定架、电极坚固螺丝五个零件，按照中国发明专利CN201010257475.0第一个实施例的安装位置关系固定在本案发明中的浮力支架1中，浮力支架底部设有若干与浮力支架内部隔绝海水流道，流道内设有一个海水电池的电极模块，与浮力支架结合成具有浮力的海水电池外壳，电池模块设置在浮力支架的底部，保证电池始终沉浸在海水中，同时浮力支架的上半部采用船体设计，保证浮力支架具有足够的浮力，流道能保证海水能够通畅进入电池内部,与电极板发生电化学反应。

救援系统，包括两个分别安装在浮力支架尾部的信号弹发射器16、用于向过往船只发出求救信号；两个信号灯12，信号灯设置在逃生仓的顶部，在同一个灯罩内设置了两个信号灯，当一个信号灯发生故障时，另外的信号灯还可以继续工作，提高了夜间被过往船只发现的概率，和两部卫星电话，其中一个为固定在中控台9上的中控台卫星电话10，另外一个为固定在逃生舱舱门处的小艇舱门卫星电话14。

控制系统包括：包括设置在中控台9内的遥控启动装置，巡航定位装置，自动驾驶系统，和佩戴于使用者腕部的遥控器，遥控器控制遥控启动装置启动逃生艇，在巡航定位装置导航下，自动驾驶系统控制小艇操作杆，操纵小艇航行到救援地点，其中巡航定位装置还包括：

立体视觉传感装置，包括两对视觉摄像头8，其中小艇的浮力支架前端分别装有一个视觉摄像头8，小艇的浮力支架后端也分别装有一个视觉摄像头8，两个视觉摄像头8之间的三角测量提取距离，原理如图7所示，两个传感器的基线(B)和焦平面(F)均为已知，对于所有三角测量方法，视差都是一个关键参数，通过对两个传感器的图像进行处理（校正和匹配算法）和提取对应关系来进行计算利用每对视觉摄像头的三角测量提取目标物的距离，最大可检测深度范围与基线(B)和传感器分辨率成正比。最终的深度分辨率主要受匹配和校准错误限制；

位置传感器，位置传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息；

距离传感器，距离传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置相对目标物的距离；

控制器，控制器与所述立体视觉传感装置、所述位置传感器及距离传感器通信连接，用于根据所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息和所述巡航定位装置相对目标物的距离，以及立体视觉传感装置所测量目标物的距离，计算确定目标物的地理位置、小艇与目标物的相对位置信息，并规划巡航路线，指导自动驾驶系统航行到救援地点；

巡航定位装置还包括通信单元，通信单元与控制器通信连接，用于传送所述巡航定位数据至外部设备，并通过超短波的形式与佩戴于使用者腕部的遥控器通讯，频率从30兆赫至300M赫的无线电波，传插频带宽，短距离传播依靠电磁的辐射特性，适合近距离的无线通讯。

具体实施例二：

在实施例一的基础上，逃生舱设置在逃生舱滑台15上并通过逃生舱后舱伸缩杆20驱动，逃生舱后舱伸缩杆20可为油缸或者气缸，可是双作用的缸体结构也可以采用弹簧复位，这些结构为该领域技术人员所熟知，复位结构在此不再累述，逃生舱分为逃生舱前舱19和逃生舱后舱21，逃生舱前舱19和逃生舱后舱21通过伸缩空气弹簧18连接。

具体实施例三：

在实施例一的基础上，伸缩杆与逃生舱和浮力支架铰接在一起，伸缩杆为采用摩托车的减震器结构，通过铰接的方式，是的逃生舱在减震的自由度上增加了活动的空间，更有利于保持逃生舱的运动惯性，给操纵者一个舒适的环境。

前述内容已经宽泛地概述出各个实施例的一些方面和特征，其应该被解释为仅是各个潜在应用的说明。其他有益结果可以通过以不同方式应用公开的信息或通过组合公开的实施例的各个方面来获得。在由权利要求限定的范围的基础上，结合附图地参考对示例性实施例的具体描述可获得其他方面和更全面的理解。

此外本发明还公开了以下技术方案：

方案一：

立体视觉传感装置包含图像对比系统，用于将目标物与其数据库内的图像进行对比。

方案二：

所述逃生舱下方设有U型登仓扶手框，用于辅助落水者攀爬入仓。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，包括封闭型船体，封闭型船体内安装有：

生命保障系统，动力系统，救援系统和控制系统，所述生命保障系统包括设置在急救仓内的压缩食物储备箱、淡水储备箱、氧气供给装置和医疗急救箱，其特征在于：

所述封闭型船体包括两个浮力支架和活动连接在浮力支架上的逃生舱，浮力支架分别设有单独的动力系统，所述动力系统包括海水电池、电动机、减速机和螺旋桨，海水电池与电动机相连，电动机与减速机和螺旋桨相连，利用海水电池电能驱动减速机带动螺旋桨转动；

所述救援系统包括两个信号弹发射器、两个信号灯和两部卫星电话，信号弹发射器分别固定在浮力支架的尾部，信号灯固定在逃生舱的顶部，卫星电话设置在逃生舱的内部；

所述控制系统包括设置在逃生舱内的遥控启动装置，巡航定位装置，自动驾驶系统和佩戴于使用者腕部的遥控器，所述遥控器控制遥控启动装置启动逃生艇，在巡航定位装置导航下，航行到救援地点。

2.根据权利要求1所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述浮力支架成梭形，浮力支架底部设有若干与浮力支架内部隔绝海水流道，流道内设有一个海水电池的电极模块，电池模块内设有在海中的氧化还原反应为逃生艇提供电能的金属。

3.根据权利要求2所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述电极模块包括由两个铜制成的正电极板、两个由铝制成的负电极板和连接线装置，正电极板和负电极板定距离交替分布，所述连接线装置包括电流导线，防水垫和电极固定架，电极固定架固定在流道的上部，所述电流导线连接在正电极板和负电极板上，防水垫设置在电极固定架和流道之间，将电流导线密封在浮力支架内。

4.根据权利要求3所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述两个浮力支架相对的内侧对称的设有两对弹性支撑装置，支撑装置与与逃生舱连接在一起。

5.根据权利要求4所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述弹性支撑装置为铰接在浮力支架内侧的伸缩杆，且与逃生舱铰接在一起。

6.根据权利要求5所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述逃生舱下方设有U型登仓扶手框，用于辅助落水者攀爬入仓。

7.根据权利要求1至5其中任意一项所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述控制系统包括：

立体视觉传感装置，所述包括两对视觉摄像头，利用每对视觉摄像头的三角测量提取目标物的距离；

位置传感器，所述位置传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息；

距离传感器，所述距离传感器通过接收所述遥控器发出的信号获取所述巡航定位装置相对目标物的距离；

控制器，所述控制器与所述立体视觉传感装置、所述位置传感器及距离传感器通信连接，用于根据所述巡航定位装置当前所处的地理位置信息和所述巡航定位装置相对目标物的距离，以及所述立体视觉传感装置所测量目标物的距离，计算确定目标物的地理位置、逃生艇与目标物的相对位置信息，并规划巡航路线，指导自动驾驶系统航行到救援地点；

所述巡航定位装置还包括通信单元，所述通信单元与所述控制器通信连接，用于传送所述巡航定位数据至外部设备。

8.根据权利要求7所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述遥控器持续以超短波的形式向外发出信号。

9.根据权利要求8所述一种海洋自动驾驶寻人脱困小艇，其特征在于，所述立体视觉传感装置包含图像对比系统，用于将目标物与其数据库内的图像进行对比。

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