新型水上急救机器人设计与研究
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摘 要：自古至今，人类生存环境充斥着洪水海啸等自然灾害，水上灾难也一直威胁着人类的生命和财产安全，如今的水上灾难遍布湖泊、河流，甚至海滨浴场、游泳池场地。严重影响了我们正常的生活，据世界卫生组织数据显示，2015年全世界不完全统计有37.2萬人溺水身亡，使“溺水”成为全球一个主要的公共卫生问题。但传统的溺水救援以低效、高代价的人工救援为主。尽管这些年科学技术取得了飞速发展，目前市场上并没有水上自动救援智能机器人，本文以一种水上多功能追踪预警播报装置的远程控制方式，使其迅速且稳定的运送救生装备至所需救援地点，完成救援任务。
关键词：水上救援;机器人系统;环境建模;导航监控
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
1系统硬件组成
水上多功能追踪预警播报装置水上硬件组成部分如图1所示。
水上多功能追踪预警播报装置的基本结构，其特征在于，包括外壳（100）、智能设备主板（200）、超声波避障传感器（300）、警报装置（400）、喷水推进器（500）、电池（600）、水压传感器（700）、温度传感器（800），所述外壳（100）的底部通过密封胶（140）固定安装在底部壳体（100）的顶部，所述外壳（100）内壁固定安装所述智能设备主板（200），所述外壳（100）顶部设有顶部壳体（120），所述顶部壳体（120）内壁固定安装所述超声波避障传感器（300），所述外壳（100）顶部左端设有尾部壳体（130），所述尾部壳体（130）内壁固定安装所述警报装置（400），所述底部壳体（110）内壁顶部固定安装隔板（111），所述底部壳体（110）内壁底部左端固定安装所述喷水推进器（500），所述底部壳体（110）内壁底部右端固定安装所述电池（600），所述电池（600）右端固定安装水压传感器（700），所述水压传感器（700）右端固定安装温度传感器（800）。
水上多功能追踪预警播报装置属于警报装置技术领域，具体为一种水上多功能追踪预警播报装置的防水结构，包括外壳、智能设备主板、超声波避障传感器、警报装置、喷水推进器、电池、水压传感器、温度传感器，所述外壳的底部通过密封胶固定安装在底部壳体的顶部，外壳内壁固定安装所述智能设备主板，外壳顶部设有顶部壳体，顶部壳体内壁固定安装所述超声波避障传感器，本结构设计科学合理，智能设备主板外壁设有防水胶，可防止智能设备主板遇水造成损害，外壳与底部壳体通过密封胶进行连接使本装置形成密封的防水结构，本装置结构简单，提高了儿童游泳的安全性。
突出的特点：
（1）适用范围广。本装置体积小，造价低，适用于各种危险水域。
（2）运行效果好。速度很快并且比较安全。
（3）科技水平高，可以根据情况不同采用人工控制寻找目标或者自动控制救援目标，并且本身有探测器，可以躲避障碍。
2系统软件设计
2.1远程控制
该水上多功能追踪预警播报装置的防水结构，顶部壳体内壁设有有超声波避障传感器，超声波避障传感器与喷水推进器配合使用对追踪儿童目标所遇到的障碍物具有避让作用，超声波避障传感器上安装有摄像头，摄像头是通过opencv检测游泳圈的倾斜程度，从而确保游泳圈上的儿童保持水平与安全的状态，超声波避障传感器安装在机头云台上，机头云台对超声波避障传感器与摄像头具有防抖作用，并稳定摄像头的图像识别，智能设备主板底部安装有GPS追踪器，GPS追踪器通过追踪儿童身上放置的定位标签，使智能设备主板启动喷水推进器将本装置推送至防护目标身边，对目标进行防护，并可以通过智能设备主板将摄像头采集目标图像上传至儿童家长，当摄像头测量儿童使用的游泳圈是否存在倾斜夹角，并通过多次对比摄像头测量的数据获取儿童的安全，当摄像头采集的图像对比结果检测出儿童处于倾斜状态，智能设备主板将对儿童家长的手机进行警报，并通过底部壳体内壁安装的警报装置对儿童周围人员进行警报求救，智能设备主板外壁设有防水胶，可防止智能设备主板遇水造成损害。
2.2声音定位系统
声音定位系统是根据各个检测点时间差的测量来确定求救目标位置，当求救人员发出求救信号后，此装置通过装有的声呐接收装置搜集求救声音并转化为电流信号筛选传递给中央处理器，即可计算出求救人员的位置。
3水上救援智能机器人优点和技术特点
3.1落水监测
机器设备周围配置了红外传感器 声音传感器，和之前的探测方案比较，这些创新技术使用了红外检测与声波检测交互等科学手段收集和分析处理信息，结合利用图像实时传输技术对周边可控环境实施全方位监控，期优点是利用新技术提升了监测范围和监测事件的准确和及时性。水上救援智能机器人采用了创新性，实现了跨越式的进步，从而对落水者的情况进行有效及时的监测。
3.2水上救援设计实现的可能性
现如今，科学技术飞速的在发展，救援方面的应用也取得优秀成果，各种灾害突发情况频繁发生，用于救援方面的工具也迅速被公众推到了风口浪尖上，在智能救援这块领地也迎来科学的春天。通过水上救援设备存在的不足及现有先进技术的分析，得出在救援过程中运用科技的手段，引用机器人的概念，形成以机器人技术为核心的水上救援系统，是一个很好的解决办法。救援机器人所具备的定位探测技术、识别技术、传感技术对设计的实现具有保障作用。水上救援的重点是水上搜寻和实施水上救援，如果想实现更好的救援，人的能力是有限的，这些任务完全可以由水上救援机器人来完成。不仅可以提高机器人的利用率，还可以使水上救援更加系统性，形成一个立体的救援信息网络，用机器人的理念来辅助实现救援。 3.3水上救援设计的价值所在
通过调查发现，救援不及时是造成溺水死亡的外在条件，而造成救援不及时的原因主要有：救援设备落后不完善，以及可用于救援的人力资源严重不足。传统的海水浴场水上救援设备，是依靠人力，对溺水人员进行救援，效率低，抓不住人溺水后的黄金救援时间，造成溺水惨剧。于是解决因救援不及时而造成的溺水事故是一个很好的设计切入点。以这个切入点而进行的设计，不仅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，创造一个更加安全舒适的水上娱乐环境，而且还可以大大减少海水浴场人力资源的消耗，充分体现设计所带来的社会价值。
随着设计的深入，为了实现这一救援目的，一些所需要的技术支持也会引起社会的重视，更新的技术可能会被开发出来，推动科技的进步发展，进而推动社会的进步发展，所以说，设计也可以促进技术的革新。
4结语
水面救援做为传统的救援项目，自来倍受社会广泛关注，随着社会科技的进步，为了减小灾害对人类生命带来的威胁，拯待提高水面救援设施和装备。这些救援设施和装备给企业带来社会和经济效益同时，有大大推进了新科技的发展应用。本文深入研究机器人新技术及设备在水面救援项目上的研究成效，阐述机器人应用于水面救援的深远意义，从而启发更多科技工作者和企业投资人更多关注该领域技术研发和投资，以造福人类。
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收稿日期：2019-10-22
作者简介：丛高翔（1998—），男，山东威海人，本科在读，研究方向：水上救生，无线通信技术。
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