姜岳辰 韩军晓 王振宇 薛云龙
青岛黄海学院，山东 青岛 266427
摘要：生命探测与救援一直以来都是一个十分重要的研究课题，而水下机器人作为一个复杂的潜水系统,集成了对水下目标情况的观测识别和定位，以及信息传递，与水面进行实时的信息交互等子系统，是一个可以在复杂海洋环境中执行对大型船舶侧翻时各种前期的危险的生命探测任务和环境观察任务的高机动化智慧无人平台。由于水下救援机器人在海难救援和配套的水下探测中具有远大前景,因此水下救援机器人技术在世界各个国家中都是一个重要和必要的研发领域.
关键词：水下机器人；rov；人员救助；环境观测
一、引言
社会在进步，世界在发展，在世界命运共同体的大环境下，全球的经济也在迅速的发展，而作为经济发展的依托的运输业也相应的得到了进步，其中水路运输作为承载全球货运量80％的重要运输途径，必然也在环境的催化下蓬勃发展。水路运输有着悠久的历史。人类还在石器时代，就以木作舟在水上航行，后来才有了独本舟和船。人类在古代就已利用天然水道从事运输。水路运输运载能力大、成本低、能耗少、投资省，是一些国家国内和国际运输的重要方式之一。19世纪蒸汽机驱动的船舶出现后，水路运输工具产生了飞跃。1872年，我国自制的蒸汽机船开始航行于海上和内河。水路运输发展的一直很迅速，当今社会各国水路运输正朝着现代化方向发展。水运在发展，作为运输工具的船舶通行量增加了，船舶发生意外的几率也在随之增加。
二、功能概述
对这些问题可能的解决方案进行尝试与改进，这些相关的技术包括:水下机器人载体设计技术、体系结构、基础运动控制技术、信息传递与实时交互技术、系统仿真技术、水下目标探测与识别技术、系统可靠性与容错技术等.随着科学技术的发展与全球经济的持续加速发展，运输体系中具备着各种优势的船舶运输也必将蓬勃发展，而与此同时运输流量的增多所带来的事故风险也随之增加本产品以协助水下蛙人进行水下救援为目的，以现有的水下生命探测仪为母本进行再开发，并经过全新设计，打造而成。本机以Vicor的高压BCM（Bus Converter）系列作为动力源，运用陀螺仪传感器与光电探测仪，通过与PC端程序相结合实现机体的各种运动方式，并在外壳部分使用了聚丙烯ROV材料，以确保本机能够适应工作环境正常运行，本机还配备有热成像传感器与脉冲信号发生器，用于对被搜救人员进行定位，以便于救援人员能够快速，准确的到达指定地点进行救援，配备着热成像仪与高清摄像头，通过线缆和浮漂与水面进行信息的实时交互传递图像和热源信息。
三、系统结构
1、关键技术
现有的翻船救援措施主要依靠水底蛙人的人工救援，人工救援受到的制约因素很多。现有的水下生命探测仪行动不便，不能适应复杂的沉船环境，所以相比较而言需要改进现有的水下生命探测仪器，以提高救援效率和减少救援人员的生命危险。无人的机器人可以在恶劣的环境下持续工作，具备着人工所没有的各种优势，来为救援人员提供更多的必要的信息，有利于更好的保障救援人员的生命财产安全。本机除了具备一般的水下机器人的通信和遥控功能以外，本机较小的身形也为其提供了更强的灵活性，并且配备了水下短距离遥控功能，能够为潜水员在水下提供根据具体情况而进行的更细致的搜索辅助。
同时配备了热成像和高清摄像头并与水上进行实时的信息交互，有利于水上的指导人员正确的做出对水下环境的判定并进行实时的指导以开展救援活动。具体措施如下：
（1）利用各种传感器与PC端程序相结合，通过5台无刷电动机实现机体的前进、上升、下降、倒退等行进方式。通过陀螺仪传感器，实现机器各种运动时的平衡运行，保证动作顺畅。通过光电探测仪，躲避行进道路上的障碍。
（2）为了减少能量的消耗及保护机体内部电路、减轻行进时的负担，主机采用聚丙烯ROV框架，具有坚固、浮力大、易钻孔和耐腐蚀的优点，满足我们对救生机器人轻便，快捷的要求。
（3）通过热成像传感器，找到存在生命体征的受困者后，探测仪会在被困者附近等待，并用脉冲发射器向水面上救援人员发出脉冲信号，救援蛙人会通过信号来寻找被困人员，直到水面上的救援人员发送复位信号，再次进行救援探测。
（4）为了有更长的巡航时间，采用Vicor的高压BCM（Bus Converter）系列产品，这是专门为水下机器人打造的供电系统，具有很高的工作效率，能有效延长运行时间。
2、工作原理与性能分析
通过下压把手，把手推动气柱进行下压，气筒内部的气体通过充气管充入到救生气囊内部，在这一过程中T形密封塞对导气座进行堵塞，保证气体仅仅从充气管排出，通过上拉把手，把手带动气柱上拉，在内外气压差作用下T形密封塞从卡槽中退出，气体通过通气口进入到气筒内腔，进行重新补气，如此反复对救生气囊进行充气，整体结构简单，便于操作，解决了以往水下生命救援装置结构较为复杂，成本较高，难以满足大型船舶中的众多人员需求的问题。
通过在救生气囊上绑接有生存箱，生存箱内部存放有手电筒、信号求救器以及压缩饼干袋，其中手电筒用于照明，信号求救器用于信号求救，压缩饼干袋用于补充自身能量，通过在生存箱外部增加有防水膜，防水膜对生存箱进行防水保存，放置箱体内部进水，实用性强，解决了以往水下生命救援装置缺乏应急救援的必要设备，实用性不足的问题。
四、结束语
机器本身对复杂环境的适应程度是人工比不了的，并且探测能力也比人眼跟人耳所能探测到的范围都大，采用机器人参与救援，能有效地克服人体氧气供应时间短、复杂的船内道路、复杂的水文条件、救援人员的身体极限等主要问题，能更大程度的提升被困人员的被发现的几率，也能提高对救援人员人身安全的保障。按照国际救援惯例不受温度、海水流向流速等因素影响，并且可以准确标注存活遇难，沉船只有超过72小时才能进行打捞，所以这72小时就是救援的黄金时间，而人体体力是有限的，受水温、氧气等因素影响极大，不能连续工作，因此需要一个能够长时间续航、活动灵敏，准确定位的机器人来提高救援质量。目前现有的水下生命探测仪在游轮内部复杂环境中行动还是非常困难的，所以水下生命探测机器人具有很大的提升空间。
参考文献
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[3]杨胜梅，赵秋云.水下机器人的应用现状.水利水电快报
[4]王妹婷，齐永锋，汤方平，戴志光，陆柳延，吕学智.水下机器人外形优化设计.机床与液压.扬州大学能源与动力工程学院
基金项目：2020年大学生创新创业训练计划省级项目
项目编号：S202013320021