1、    智能救援救生圈優(yōu)化設(shè)計(jì)    吳寶有 尹英磊 李曉琪摘 要：智能救援救生圈是一種帶有動力裝置的新型水上救生裝置。采用u型結(jié)構(gòu)，由尾部的兩個(gè)推進(jìn)器、內(nèi)部的電路系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、配套的遙控及接收裝置等組成。救生圈連接三種不同的控制器可實(shí)現(xiàn)三種不同的救援功能。（1）遙控救援救生圈。連接遙控裝置，由施救人員遙控救生圈前往救援落水者。（2）距離感應(yīng)式救生圈。連接配套手環(huán)，游泳者佩戴手環(huán)下水游泳，救生圈將始終與佩戴的手環(huán)保持一米左右的距離。（3）樁站式自動救援救生圈。連接定位手環(huán)，游泳者佩戴手環(huán)下水游泳，遇到緊急情況，按下手環(huán)紅色按鈕，在救生圈存放點(diǎn)的對應(yīng)救生

2、圈會自動脫鉤，滑下水面，以最大速度奔向求助者！目前使用的救生圈體積大，重量重，在實(shí)際使用時(shí)，由于重量重，投擲距離不遠(yuǎn)，救援范圍有很大限制，并且對救援人員的素質(zhì)和能力有較高的要求，同時(shí)還存在投擲的救生圈砸中落水者的風(fēng)險(xiǎn)。我們所設(shè)計(jì)的智能救援救生圈是一種能遙控前往救援的新型水上救生裝置，整體長度86厘米，寬度70厘米，總重約為4kg，使用簡單、安全，可靠。一鍵啟動既可以使用，適用于消防專業(yè)救援及家庭旅游防護(hù)救援。關(guān)鍵詞：智能;救生圈;遙控;距離感應(yīng)doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.21.1660 引言救生圈是水上救援最為常用的救生設(shè)備之一，應(yīng)用較為廣泛，在船舶航運(yùn)、水上

3、作業(yè)、水上旅游休閑以及抗洪救災(zāi)等場合均需配備。目前市面上使用的救生圈只有單一的漂浮功能，救援效率上顯然不足。在國內(nèi)，日益頻發(fā)的溺水悲劇從側(cè)面也反映出救援人員的意識措施和裝置存在很多方面的不足，尤其高效救援裝置的普及化存在很大的空白。一個(gè)不用救援人員涉險(xiǎn)而又能高效迅速的傳遞給被救人員的救生圈，在分秒必爭的救援中顯得尤為珍貴。1 救生圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能救援救生圈采用u型殼體結(jié)構(gòu)、殼體內(nèi)部安裝有動力電池、中央處理單元、定位裝置、遙控信號接收裝置，電調(diào)，無刷電機(jī)及噴水推進(jìn)器。救生圈的三維模型圖如圖1，整體結(jié)構(gòu)布置圖如圖2，1處噴水推進(jìn)器及無刷電機(jī)安裝在尾部左右各一個(gè)（左側(cè)為1號推進(jìn)器，右側(cè)為2號推進(jìn)器），

4、2處安裝電調(diào)左右各一個(gè)左側(cè)為1號電調(diào)，右側(cè)為2號電調(diào)，3處安裝遙控接受裝置，4處安裝中央處理器和定位裝置，5處安裝發(fā)光而二極管，6處安裝動力電池組。外環(huán)預(yù)留的四個(gè)穿繩孔穿上符合救生圈規(guī)范的直徑為12mm的合成纖維把手索繩。該智能救援救生圈外殼整體u型，救生圈本體符合solla公約要求，外表呈現(xiàn)橙黃色，貼有50mm發(fā)光帶圈四處，由前段半個(gè)橢圓及中間橢圓柱以及后端圓柱和由鉸鏈相連的套筒組成。救生圈與推進(jìn)器套筒鉸鏈連接，可自由旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了救生圈任意一面落水，推進(jìn)器均可以埋沒于水線之下，增強(qiáng)其可靠性，且可以提高推進(jìn)效率。救生圈左右兩邊各兩個(gè)拉繩固定孔，穿上繩子方便落水者抓住救生圈。救生圈尾部兩端蓋可以

5、拆開，將內(nèi)部電池、主控、接收器、電調(diào)等置入救生圈內(nèi)，避免了多處開孔，保證了密封性能。2 救生圈的功能使用本救生圈圈體連接三種不同的裝置實(shí)現(xiàn)三種不同的救援功能。2.1 遙控式救生圈救生圈圈體內(nèi)中央處理器連接遙控器，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可遙控救生圈。該裝置在平時(shí)懸掛于船舷側(cè)，配套遙控器存放于傍邊專用存放箱。在需要救援時(shí)，取出救生圈，打開救生圈和遙控器電源，將其盡量擲向落水者，救生圈與遙控器無線連接，操作者操作救生圈遙控器控制救生圈靠近落水者。落水者抓住救生圈繩索，將腋下部卡入u型內(nèi)部，雙手拉住兩側(cè)拉繩，操作者將遙控救生圈將其帶回岸邊。2.2 手環(huán)式自動跟隨救生圈救生圈圈體中央處理器連接一個(gè)感應(yīng)手環(huán)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)跟

6、隨救生圈。此救生圈主要應(yīng)用于海水浴場、游泳館等大型水上游樂場所。當(dāng)有人需要下水游泳時(shí)，佩戴一個(gè)定位手環(huán)，開啟救生圈電源，實(shí)現(xiàn)手環(huán)與救生圈配套連接，將救生圈放入水中，救生圈將始終與游泳者保持一米左右的距離。當(dāng)遇到緊急情況，按下手環(huán)中的紅色按鈕，救生圈將立即縮短與游泳者的距離。實(shí)現(xiàn)安全救援，給游泳者帶來保障。2.3 樁站式自動救援救生圈救生圈圈體中央處理器連接一個(gè)定位手環(huán)，當(dāng)遇到危險(xiǎn)時(shí)按下緊急求助按鈕，救生圈實(shí)現(xiàn)自動救援。此救生圈同樣主要應(yīng)用于海水浴場、游泳館等大型水上游樂場所。在離岸100米左右處設(shè)置自動救援救生圈樁站。游泳者佩戴定位手環(huán)后，下水游泳。當(dāng)游泳者遇到緊急情況時(shí)，按下手環(huán)紅色緊急求助

7、按鈕，在救生圈樁站中對應(yīng)的救生圈會自動脫鉤，滑下水面，以最大速度奔向求助者！當(dāng)求助者抱住救生圈時(shí)，按下綠色一鍵返回按鈕，救生圈自動將其帶回岸邊。3 具體實(shí)施方式3.1 遙控式救生圈實(shí)現(xiàn)功能原理遙控式救生圈功能實(shí)現(xiàn)原理圖如圖4所示。救生圈內(nèi)部電源連接中央處理器、遙控接收器、發(fā)光二極管、左右電調(diào)、遙控器接收機(jī)等為其供電，中央處理器接收到遙控器（遙控器擁有獨(dú)立電源）的指令控制電調(diào)從而控制無刷電機(jī)去控制噴水推進(jìn)器工作實(shí)現(xiàn)救生圈功能。操作者操作遙控器的操作手桿去發(fā)送速度指令給中央處理器，中央處理器通過調(diào)節(jié)電調(diào)去控制無刷電機(jī)的電流，進(jìn)而控制推進(jìn)器推進(jìn)功率，實(shí)現(xiàn)速度大小調(diào)節(jié)。當(dāng)救生圈需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制操作桿幅

8、度形成左右電機(jī)速度差實(shí)現(xiàn)救生圈的轉(zhuǎn)向。3.2 手環(huán)式自動跟隨救生圈實(shí)現(xiàn)功能原理游泳者佩戴的手環(huán)內(nèi)裝有定位裝置，在中央處理單元中編寫好救生圈本體與手環(huán)保持一米左右距離的程序。當(dāng)在水中游泳時(shí)，游泳者往向前游泳遠(yuǎn)離救生圈，救生圈圈體內(nèi)部中央處理單元檢測到手環(huán)與其距離大于一米，于是根據(jù)算法控制兩個(gè)電機(jī)工作實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎。實(shí)現(xiàn)與游泳者保持一米左右的距離。3.3 樁站式自動救援救生圈實(shí)現(xiàn)功能原理此功能大致與自動跟隨功能相似。區(qū)別在于救生圈懸掛于樁站上，樁站上有總處理器。游泳者通過手環(huán)向樁站發(fā)出求助，樁站根據(jù)游泳者位置算出派出最近的救生圈，并將其指令轉(zhuǎn)接至被派出的救生圈，本派出的救生圈通過算法規(guī)劃最佳路線前

9、往救援。4 總結(jié)智能救援救生圈在一定程度上代表了現(xiàn)在整個(gè)救生裝置發(fā)展的一個(gè)趨勢，即外形上趨于低阻力，輕便化;救生功能趨于多樣化;救援方式趨于安全化;裝置操作性趨于簡單化;救援時(shí)間的極速化。具體的來說本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有如下：（1）該救生裝置堅(jiān)實(shí)耐用，易于操作，適用于野外，水上作業(yè)等場合，尤其適合中國這個(gè)海域遼闊、江川河流眾多的地域;（2）救生圈采用鋰離子電池作為動力源，操作起來可快可慢可轉(zhuǎn)彎，易以操控，擺脫了傳統(tǒng)救生圈“隨波逐流”的弊端。在大風(fēng)大浪等惡劣的海況中有傳統(tǒng)救生圈無法比擬的優(yōu)勢;（3）遙控式救生圈通過遙控前往落水者身邊，救援范圍廣，解決了遠(yuǎn)距離救援時(shí)間緊，拋落位置不確定等問題，施救人員可站

10、在安全的地方遠(yuǎn)程操控，降低了救援人員的風(fēng)險(xiǎn);（4）手環(huán)式自動救援救生圈，游泳者出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)自己尋求幫助，無需救援人員發(fā)現(xiàn)，由“被救”轉(zhuǎn)化為“自救”。解決了溺水者發(fā)現(xiàn)不及時(shí)以及救援不及時(shí)等問題！（5）手環(huán)式自動跟隨救生圈始終漂浮在游泳者的附近，無形中給游泳者帶來極大安全感，適用于游泳初學(xué)者。可以斷定的是，在可預(yù)見的將來一段時(shí)間，這種智能高效實(shí)用的救生設(shè)計(jì)理念，將會成為整個(gè)救援過程中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，不僅為落水者提高生存概率，更為施救者帶來保障。參考文獻(xiàn)：1王章忠.材料科學(xué)基礎(chǔ)m.機(jī)械工業(yè)出版社，2008（03）：347-404.2滑玉輝，滑玉卿.新型水上救援機(jī)器人設(shè)計(jì)研究j.機(jī)械工程師，2010（07）.3陳愛平.船舶電氣與自動化m.大連海事大學(xué)出版社.4康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第五版m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.5楊景華，楊帆.拋擲式救生圈p.中國專利：200620139496.1.6yunus acend