水上救援机器人

孙卓睿 王时敏 管雨杨

为提高现有水上救援的成功率，我们以普通遥控模型船为基础，综合应用多种传感器和AVR单片机，设计并制作了一个可自动搜索落水者并在一次任务内救援多人的水上救援机器人。

一代机器人：在普通遥控模型船的船头安装一个由电机控制的升降架，把打捞网安装在升降架上，又将修整好的立方体泡沫塑料作为落水者模型。经过实验，选用红外测距传感器连接AVR控制器，当泡沫塑料进入打捞网，红外测距传感器的数值由平时的13～18变为27～32，AVR控制器按照已编译好的程序控制舵机改变方向，接通电机电路，打捞网升起。因在升降架的顶端安装了小型无线摄像头，通过笔记本电脑上的配套软件可以实时监控水面情况并遥控模型船移动。完成初步制作后效果如下图。

二代机器人：在现有情况下只能实现机器人单次任务救援一人，决定去掉打捞网靠近船一侧的栏板，底部改为倾斜的打捞板，将升降滑轨移至两侧，由一侧电机带动。救起落水者、升降机升至顶端后，落水者沿打捞板缓慢滑至船舱内。最后打捞板降至底端，开始对下一名落水者的救援工作。

采用多种传感器综合应用解决精确确定落水者位置的难题，同时保留无线视频设备和遥控系统，以便操作者根据实际情况及时做出调整。为避免机器人在水中碰到其他障碍物，在模型船的两侧安装红外传感器，以达到自动搜索避障功能。考虑到将获救者安置在船舱内后，其身体状况并不稳定。因此，在船舱内安装了温度传感器监测体温。当人体体温低于18。C 时会有生命危险，此时机器人会向操作人员发出信号，以遥控的方式在最短时间内返回，保证其生命安全。

水上救援机器人工作流程：首先通过机器人前方安装的火焰传感器及激光传感器在水面上寻找落水者（以红外发射管作为落水者模型），船身的红外传感器和斜前方的超声波传感器辅助搜集水面信息并让机器人自动避开障碍物。发现落水者后，通过AVR单片机内编译好的程序分析传感器采集到的信息，自动控制尾舵和电机；靠近落水者时减缓行驶速度，通过推进电机调整行驶方向，让落水者进入倾斜式打捞板上方的水面。通过上方的红外测距传感器传回的数据，AVR单片机控制打捞板一侧电机，由电机控制滑轨等进行机械传动，打捞板升起，落水者离开水面并滑入船舱。通过船舱中的热风扇使船舱保持适宜的温度，机器人用温度传感器监测船舱内获救者的体温；当获救者身体状况恶化、体温过低时，机器人向操作人员发出信号，机器人会以最快速度返回让获救者得到妥善的救治；如果获救者尚无生命危险，会继续搜索落水者，直到船舱满载，返回安全地点。操作人员可以通过船头安装的无线视频传输设备实时监控水面情况，也可以通过遥控装置控制机器人的行驶，及时应对突发情况。

主要创新点：

1.搜索落水者：综合利用火焰传感器、红外传感器等电子设备在一定范围内进行自动搜索和精确定位，用AVR单片机处理信息并控制机器人快速地行驶，在落水者附近减缓速度防止对其造成伤害，同时进一步准确定位，使落水者进入机器人救援区域；

2.连续救助：将落水者救到机器人的甲板上安置，然后救援其他落水者，无需频繁返航，尽量为救援争取更多的时间；

3.落水者安全：通过船舱中的热风扇使船舱保持适宜的温度，机器人用温度传感器监测船舱内获救者的体温。当获救者身体状况恶化、体温过低时，机器人向操作人员发出信号，机器人会以最快速度返回安全地点让获救者得到妥善的救治。