孫卓睿 王時(shí)敏 管雨楊

為提高現(xiàn)有水上救援的成功率，我們以普通遙控模型船為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用多種傳感器和AVR單片機(jī)，設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)可自動(dòng)搜索落水者并在一次任務(wù)內(nèi)救援多人的水上救援機(jī)器人。

一代機(jī)器人：在普通遙控模型船的船頭安裝一個(gè)由電機(jī)控制的升降架，把打撈網(wǎng)安裝在升降架上，又將修整好的立方體泡沫塑料作為落水者模型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，選用紅外測(cè)距傳感器連接AVR控制器，當(dāng)泡沫塑料進(jìn)入打撈網(wǎng)，紅外測(cè)距傳感器的數(shù)值由平時(shí)的13～18變?yōu)?7～32，AVR控制器按照已編譯好的程序控制舵機(jī)改變方向，接通電機(jī)電路，打撈網(wǎng)升起。因在升降架的頂端安裝了小型無(wú)線攝像頭，通過(guò)筆記本電腦上的配套軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水面情況并遙控模型船移動(dòng)。完成初步制作后效果如下圖。

二代機(jī)器人：在現(xiàn)有情況下只能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人單次任務(wù)救援一人，決定去掉打撈網(wǎng)靠近船一側(cè)的欄板，底部改為傾斜的打撈板，將升降滑軌移至兩側(cè)，由一側(cè)電機(jī)帶動(dòng)。救起落水者、升降機(jī)升至頂端后，落水者沿打撈板緩慢滑至船艙內(nèi)。最后打撈板降至底端，開始對(duì)下一名落水者的救援工作。

采用多種傳感器綜合應(yīng)用解決精確確定落水者位置的難題，同時(shí)保留無(wú)線視頻設(shè)備和遙控系統(tǒng)，以便操作者根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做出調(diào)整。為避免機(jī)器人在水中碰到其他障礙物，在模型船的兩側(cè)安裝紅外傳感器，以達(dá)到自動(dòng)搜索避障功能?？紤]到將獲救者安置在船艙內(nèi)后，其身體狀況并不穩(wěn)定。因此，在船艙內(nèi)安裝了溫度傳感器監(jiān)測(cè)體溫。當(dāng)人體體溫低于18。C 時(shí)會(huì)有生命危險(xiǎn)，此時(shí)機(jī)器人會(huì)向操作人員發(fā)出信號(hào)，以遙控的方式在最短時(shí)間內(nèi)返回，保證其生命安全。

水上救援機(jī)器人工作流程：首先通過(guò)機(jī)器人前方安裝的火焰?zhèn)鞲衅骷凹す鈧鞲衅髟谒嫔蠈ふ衣渌撸ㄒ约t外發(fā)射管作為落水者模型），船身的紅外傳感器和斜前方的超聲波傳感器輔助搜集水面信息并讓機(jī)器人自動(dòng)避開障礙物。發(fā)現(xiàn)落水者后，通過(guò)AVR單片機(jī)內(nèi)編譯好的程序分析傳感器采集到的信息，自動(dòng)控制尾舵和電機(jī)；靠近落水者時(shí)減緩行駛速度，通過(guò)推進(jìn)電機(jī)調(diào)整行駛方向，讓落水者進(jìn)入傾斜式打撈板上方的水面。通過(guò)上方的紅外測(cè)距傳感器傳回的數(shù)據(jù)，AVR單片機(jī)控制打撈板一側(cè)電機(jī)，由電機(jī)控制滑軌等進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)，打撈板升起，落水者離開水面并滑入船艙。通過(guò)船艙中的熱風(fēng)扇使船艙保持適宜的溫度，機(jī)器人用溫度傳感器監(jiān)測(cè)船艙內(nèi)獲救者的體溫；當(dāng)獲救者身體狀況惡化、體溫過(guò)低時(shí)，機(jī)器人向操作人員發(fā)出信號(hào)，機(jī)器人會(huì)以最快速度返回讓獲救者得到妥善的救治；如果獲救者尚無(wú)生命危險(xiǎn)，會(huì)繼續(xù)搜索落水者，直到船艙滿載，返回安全地點(diǎn)。操作人員可以通過(guò)船頭安裝的無(wú)線視頻傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控水面情況，也可以通過(guò)遙控裝置控制機(jī)器人的行駛，及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

1.搜索落水者：綜合利用火焰?zhèn)鞲衅?、紅外傳感器等電子設(shè)備在一定范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)搜索和精確定位，用AVR單片機(jī)處理信息并控制機(jī)器人快速地行駛，在落水者附近減緩速度防止對(duì)其造成傷害，同時(shí)進(jìn)一步準(zhǔn)確定位，使落水者進(jìn)入機(jī)器人救援區(qū)域；

2.連續(xù)救助：將落水者救到機(jī)器人的甲板上安置，然后救援其他落水者，無(wú)需頻繁返航，盡量為救援爭(zhēng)取更多的時(shí)間；

3.落水者安全：通過(guò)船艙中的熱風(fēng)扇使船艙保持適宜的溫度，機(jī)器人用溫度傳感器監(jiān)測(cè)船艙內(nèi)獲救者的體溫。當(dāng)獲救者身體狀況惡化、體溫過(guò)低時(shí)，機(jī)器人向操作人員發(fā)出信號(hào)，機(jī)器人會(huì)以最快速度返回安全地點(diǎn)讓獲救者得到妥善的救治。