一种智能自主水上救援装置的制作方法

本发明属于救生设备技术领域，涉及一种智能自主水上救援装置。

背景技术：

城市化进程的快速发展使得公园湖泊、水上娱乐等的人员落水问题频繁发生。据世界卫生组织(who)调查显示，世界各地每年溺水死亡人数约为36万例，因此寻求方便有效的水上救援方法迫在眉睫。现有的救援方式主要集中在抛掷救生圈、救生员救援以及救生艇救援等。抛掷救生圈多需要被救援者抓住救生圈并将其自行套在身上，要求被救援者进行绝大部分操作，对于水性差的落水者无异于雪上加霜；救生员下水救援对救援人员的身体素质和技能有较高要求，且在救援过程中存在被溺水者拉下水的风险；救生艇救援则通常在靠近溺水者时会产生较大的扰流，且救援成本较高。因此，急需设计一种便携有效、无需溺水者自行操作、并能最大限度减少人员伤亡的智能自主水上救援装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智能自主水上救援装置，当发现落水者后，该装置可自行驱动至落水位置，通过对救生圈充气自动套住落水者并将其带回到岸边，解决了现有技术中存在的无法实现自主救援的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种智能自主水上救援装置，包括用于实现救援装置前进和转弯的驱动箱，驱动箱通过连接箱连接救生圈本体，连接箱内设有自动充气机构，自动充气机构对救生圈本体充气后，救生圈本体与连接箱配合形成一个完整的圆环。

本发明的特点还在于：

驱动箱内安装有一级减速机构，一级减速机构的相对两侧分别安装有一组变速机构。

一级减速机构包括一级减速主动齿轮，一级减速主动齿轮同轴套接在一级减速输出轴上。

变速机构包括齿轮轴，齿轮轴的两端分别同轴安装有变速机构主动齿轮i和变速机构主动齿轮ii，齿轮轴与一级减速主动齿轮啮合；

还包括花键轴，花键轴上同轴安装有双联齿轮，双联齿轮的两个齿轮之间连接有拨叉套，拨叉套与液压缸a的活塞杆端部连接；

双联齿轮的两个齿轮分别用于与变速机构主动齿轮i和变速机构主动齿轮ii啮合；

花键轴的一端设有螺旋桨。

连接箱的一侧为半圆弧形结构，连接箱的另一侧相对两端分别设有红外感应器；

连接箱的中部设有救援装置驱动电机，救援装置驱动电机通过联轴器b与一级减速输出轴连接；

救援装置驱动电机的一侧设有自动充气机构；救援装置驱动电机的另一侧设有电机支架，电机支架上安装有液压泵驱动电机，液压泵驱动电机通过联轴器a与液压泵连接。

自动充气机构包括液压缸b，液压缸b安装在液压缸支架上，液压缸b的活塞杆端部通过柱塞连接气缸。

气缸包括相邻设置的大腔室和小腔室，连接箱的一侧侧壁上设有连接箱通孔，橡胶管的一端与小腔室通孔连接，橡胶管的另一端与连接箱通孔连接，将气缸中的气体经橡胶管输送到与连接箱连通的救生圈本体中。

气缸与柱塞的配合处设有中空套筒，柱塞同轴套接在中空套筒中，中空套筒的一端设有与大腔室连通的大腔室内通气孔；中空套筒的中部设有与小腔室连通的小腔室内通气孔；中空套筒的另一端设有与外部连通的外通气孔；

大腔室的一侧设有充气圈孔，充气圈孔内设有密封垫片，且充气圈孔与大腔室内部连通。

柱塞与气缸接触的一端设有圆锥型橡胶塞，柱塞的中部设有圆台形橡胶塞，柱塞的另一端为柱塞末端，柱塞末端与液压缸b的活塞杆连接。

本发明的有益效果如下：

(1)发现有人落水时，本发明可自动识别落水者的位置，并驱动以最近距离趋近落水者，节省救援时间；同时，该救援装置可以自主将落水者环于救生圈内，避免落水者自行操作以耽误救援时间，从而实现自主救援。

(2)相比已有的充气机构多通过扎破气囊对救生圈充气，本发明的自动充气机构通过在气缸中设置大小腔室并控制柱塞往复移动可实现对救生圈本体的多次充气。此外，气缸本身也通过设计充气圈孔和密封垫片可实现多次充气，提高装置的利用率，更利于经济环保。

(3)本装置驱动部分的差速转向机构采用简单的双联齿轮拨动变速，降低了经济成本。

附图说明

图1是本发明一种智能自主水上救援装置的整体结构示意图；

图2是本发明一种智能自主水上救援装置的折叠状态示意图；

图3是本发明一种智能自主水上救援装置的驱动箱和连接箱的连接部分示意图；

图4是本发明一种智能自主水上救援装置的驱动机构的结构示意图；

图5是本发明一种智能自主水上救援装置的驱动机构变速机构的结构示意图；

图6是本发明一种智能自主水上救援装置的连接箱内部结构示意图；

图7是本发明一种智能自主水上救援装置的自动充气机构的结构示意图。

图中，1.驱动箱，1-1.一级减速主动齿轮，1-2.齿轮轴，1-3.一级减速输出轴，1-4.变速机构主动齿轮i，1-5.变速机构主动齿轮ii，1-6.双联齿轮，1-7.花键轴，1-8.拨叉套，1-9.液压缸a，1-10.电磁阀a，1-11.螺旋桨；

2.连接箱，2-1.红外感应器，2-2.液压泵，2-3.液压泵驱动电机，2-4.电机支架，2-5.联轴器a，2-6.救援装置驱动电机，2-7.联轴器b，2-8.液压缸b，2-9.液压缸支架；

2-10.气缸，2-10a.大腔室，2-10b.小腔室，2-10c.小腔室通孔，2-10d.中空套筒，2-10e.大腔室内通气孔，2-10f.小腔室内通气孔，2-10g.外通气孔，2-10h.充气圈孔；

2-11.柱塞，2-11a.圆锥型橡胶塞，2-11b.圆台型橡胶塞，2-11c.柱塞末端；

2-12.电磁阀b；2-13.连接箱通孔；

3.救生圈本体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种智能自主水上救援装置，如图1所示，包括驱动箱1，驱动箱1通过连接箱2连接救生圈本体3；

驱动箱1中的驱动机构驱动整个救援装置实现前进和转弯的功能。连接箱2中存放自动充气机构和电机、液压泵、红外感应之类的辅助部件，通过自动充气机构实现对救生圈本体3的自动充气，使之充气后与连接箱2配合形成一个完整的圆环。

图2为本发明一种智能自主水上救援装置的折叠状态示意图。未充气前救生圈本体3被折叠存放于连接箱2的相对两侧，连接箱2外形设计成整圆的一部分，充气后与两个半圆环形救生圈本体3配合形成整圆。两个半圆环形救生圈相接部分装有电磁感应吸扣，充气完成时通过吸扣将两个半圆环形救生圈相互锁紧，防止松脱。

图3为本发明一种智能自主水上救援装置的驱动箱1和连接箱2的连接部分示意图。连接箱2中与驱动箱1连接的一侧设计成像轴承盖一样的凸圆环，该凸圆环与驱动箱1中的轴承配合限制其周向移动，同时轴承轴向位移被凸圆环的圆孔壁限制，最后用螺钉将驱动箱1的箱体和连接箱2的箱体紧固。救生圈本体3为塑料泡沫材料，可以用胶水将救生圈本体3与连接箱2连接。

图4为本发明一种智能自主水上救援装置的驱动机构的结构示意图，该装置通过各轴两侧的角接触球轴承与箱体圆孔配合，放置在驱动箱1中。

驱动机构的一级减速由一级减速主动齿轮1-1和齿轮轴1-2上的从动齿轮啮合实现，一级减速主动齿轮1-1通过平键及轴肩定位在一级减速输出轴1-3上。将连接在一级减速输出轴1-3上的救援装置驱动电机2-6的转速降低至螺旋桨所需的额定转速。

一级减速输出轴1-3左右两侧为驱动机构的两个变速机构，每个变速机构分别控制一个螺旋桨驱动，通过变速机构对两侧螺旋桨速度的控制产生速度差，实现转向；

其中一侧变速机构的详细结构示意图如图5所示。变速机构主动齿轮i(小齿数)1-4和变速机构主动齿轮ii(大齿数)1-5分别套在齿轮轴1-2的两端，通过轴套和轴肩进行轴向定位，通过平键进行周向定位。

双联齿轮1-6的内孔为花键槽，双联齿轮1-6与花键轴1-7相互配合周向固定在轴上。花键轴1-7上的花键为长键，故双联齿轮1-6可以在花键轴1-7上轴向移动。

拨叉套1-8套在双联齿轮1-6的连接轴套(该连接轴套为双联齿轮上两个齿轮之间的连接轴套)上，并与液压缸a1-9上的活塞通过螺母连接。电磁阀a1-10为五位三通阀，可通过改变阀位控制液压缸a1-9活塞杆的推进和推出，从而带动拨叉套1-8移动实现双联齿轮1-6在花键轴1-7上的位置变化。螺旋桨1-11安装在花键轴1-7的一端。当双联齿轮1-6的位置在齿轮a(双联齿轮1-6的两个齿轮，其中一个为齿轮a，另一个为齿轮b，齿轮a的齿数小于齿轮b的齿数)与变速机构主动齿轮ii1-5啮合时，该变速机构的螺旋桨1-11输出较小速度；当双联齿轮1-6的位置在齿轮b与变速机构主动齿轮i(小齿数)1-4啮合时，该变速机构的螺旋桨1-11输出较大速度。救援装置初始状态设置双联齿轮1-6的小齿数齿轮与变速机构主动齿轮(大齿数)1-5啮合，即螺旋桨1-11均处于低速状态。

图6是本发明一种智能自主水上救援装置的连接箱2内部结构示意图。两个红外感应器2-1对称安装在连接箱2中，将感应到的落水者的距离信号传递给驱动箱1中的变速机构，通过电控部分控制变速机构的两个螺旋桨1-11以不同速度档位工作。

液压泵2-2和液压泵驱动电机2-3分别在电机支架2-4的两侧用螺纹固定，并于箱体外装配完成后放置于连接箱2内部，通过电机支架2-4底部的通孔与连接箱2用螺钉连接，保证在相对较狭小的空间内完成装配。

选择液压泵2-2和液压泵驱动电机2-3的额定转速相同，液压泵2-2和液压泵驱动电机2-3直接通过联轴器a2-5连接，避免使用额外的减速机构使装置体积过大，节省箱体空间。

连接箱2的底部设计一个凸台用于安装救援装置驱动电机2-6，使救援装置驱动电机2-6达到与驱动箱1内一级减速输出轴1-3配合的高度，救援装置驱动电机2-6与一级减速输出轴1-3通过联轴器b2-7连接。

液压缸b2-8由液压缸支架2-9连接支撑，液压缸b2-8并与气缸2-10和柱塞2-11在箱体外装配成自动充气机构后放置于连接箱2内部，通过液压缸支架2-9底部的通孔与连接箱2用螺钉连接，避免由于狭小的空间阻碍装配的完成。

当救援装置工作时，液压泵2-2通过液压泵驱动电机2-5将水中的液体吸入，并将液体推入驱动箱1中液压缸a1-9和连接箱2中的液压缸b2-8，给液压缸活塞提供动力。

电磁阀b2-12为五位三通阀，连接在液压泵2-2和液压缸b2-8之间，可通过改变阀位控制液压缸b2-8活塞的推进和推出，从而带动柱塞2-11与气缸2-10的通气孔配合实现救生圈本体3的自动充气。

图7为本发明一种智能自主水上救援装置的自动充气机构(除液压缸和液压缸支架外)的结构示意图。自动充气机构除液压缸b2-8和液压缸支架2-9外，主要由气缸2-10和柱塞2-11组成。气缸2-10设计为双层结构，大腔室2-10a用来储存液态气体(气体在高压状态下压缩成液态)，小腔室2-10b设置小腔室通孔2-10c，设置一根橡胶管一端与小腔室通孔2-10c连接，一端与连接箱通孔2-13连接，将气体通过橡胶管输送到与连接箱2连接的救生圈本体3中，可为救生圈本体3充气。此外，气缸2-10在与柱塞2-11配合处设计了中空套筒2-10d。中空套筒2-10d上端设计了与大腔室2-10a连通的大腔室内通气孔2-10e，中端设计了与小腔室2-10b连通的小腔室内通气孔2-10f，下端设计了与外部连通的外通气孔2-10g。柱塞2-11两端分别设计为可紧压变形的圆锥型橡胶塞2-11a和圆台型橡胶塞2-11b，柱塞末端2-11c设置通孔，并与液压缸b2-8的活塞通过螺纹连接。当液压缸b2-8的活塞带动柱塞2-11向下移动时，圆台型橡胶塞2-11b被挤压，密封住气缸2-10的外通气孔2-10g；圆锥型橡胶塞2-11a下移使大腔室2-10a中的气体通过大腔室内通气孔2-10e和小腔室内通气孔2-10f进入小腔室2-10b给救生圈本体3充气。反之当液压缸b2-8的活塞推动柱塞向上移动时，圆锥型橡胶塞2-11a被挤压，密封住大腔室内通气孔2-10e，无法给救生圈本体3充气。这样通过柱塞的往复运动控制气缸2-10外通气孔2-10g和大腔室内通气孔2-10e的开合，实现对救生圈本体3的充气，同时能够避免漏气到其它箱体。此外，气缸2-10在侧面开充气圈孔2-10h，并在充气圈孔2-10h内放置一密封垫片，可实现对气缸2-10的多次充气。当气缸需要充气时，外接充气罐紧压住密封垫片，使其顶起，由于充气罐内部压力大于气缸2-10内部压力，气体会由充气罐进入气缸大腔室2-10a。当气缸充气完成后拔出外接充气罐时，由于气缸2-10内部压力大于外部空气压力，气压将密封垫片紧压住充气圈孔2-10h，从而保证气缸不会漏气。

本发明一种智能自主水上救援装置的工作过程为：(1)救援装置在等待救援时，处于图2所示的未充气状态，并半潜于水中。(2)当救援装置中的红外感应器2-1检测到该救援装置所处一定范围内的水域中存在落水人员时(该救援装置可由救援人员激活，以免误救非落水人员)，电控部分启动，通过救援装置驱动电机2-6驱动螺旋桨1-11驶向溺水者所处位置。在救援装置行驶过程中，当其中一侧的红外感应器2-1感应到落水者的位置相比另一侧较远时，救援装置需向对侧转弯。控制部分接受到该信号指令，程序处理后给距落水者较远侧的驱动机构变速机构发送指令，即控制该侧电磁阀a1-10改变阀位，使液压缸a1-9的活塞推动双联齿轮1-6改变啮合齿轮传动比，使该侧螺旋桨1-11转为大转速，而对侧螺旋桨1-11仍处于小转速，从而产生差速，实现转向。当转向至两个红外感应器2-1距落水者距离相同时，即救援装置正对落水者时，救援装置需直行。控制部分控制改变阀位的电磁阀a1-10回到原来阀位，推回双联齿轮1-6使两侧螺旋桨1-11均处于小转速，救援装置直线行驶。(3)当救援装置行驶到落水者附近后，控制部分使驱动机构电路断开，开启自动充气机构电路进行自动充气。由于充气前救援装置半潜于水下，自动充气的同时使救生圈本体3正好自主环于落水者的腋下，充气完成后两个半圆环形救生圈通过电磁感应吸扣锁紧形成整圆，并带动落水者浮于水面。(4)救援完成后，红外感应器2-1断开对落水者的感应，转而对岸上救援人员携带的感应器感应，并开启驱动机构返回至安全的岸边。回程驱动机构原理与去程相同，当救援装置带回落水者至岸边时，驱动机构停止，落水者由岸上的救援人员救起。

由于要使救援装置初始状态为半潜于水中，因此驱动箱1和连接箱2采用马氏体不锈钢制造，该材料密度小、强度大，可以使装置的整体具有体积大质量轻的特点，让整个救援装置的密度较小，从而半潜于水中。如在试验过程中达不到半潜的目的，可通过在救援装置箱体上绑气球或粘贴泡沫板等，使救援装置半潜于水下。