水上救援機器人

孫卓睿 王時敏 管雨楊

為提高現有水上救援的成功率，我們以普通遙控模型船為基礎，綜合應用多種傳感器和AVR單片機，設計并制作了一個可自動搜索落水者并在一次任務內救援多人的水上救援機器人。

一代機器人：在普通遙控模型船的船頭安裝一個由電機控制的升降架，把打撈網安裝在升降架上，又將修整好的立方體泡沫塑料作為落水者模型。經過實驗，選用紅外測距傳感器連接AVR控制器，當泡沫塑料進入打撈網，紅外測距傳感器的數值由平時的13～18變為27～32，AVR控制器按照已編譯好的程序控制舵機改變方向，接通電機電路，打撈網升起。因在升降架的頂端安裝了小型無線攝像頭，通過筆記本電腦上的配套軟件可以實時監控水面情況并遙控模型船移動。完成初步制作后效果如下圖。

二代機器人：在現有情況下只能實現機器人單次任務救援一人，決定去掉打撈網靠近船一側的欄板，底部改為傾斜的打撈板，將升降滑軌移至兩側，由一側電機帶動。救起落水者、升降機升至頂端后，落水者沿打撈板緩慢滑至船艙內。最后打撈板降至底端，開始對下一名落水者的救援工作。

采用多種傳感器綜合應用解決精確確定落水者位置的難題，同時保留無線視頻設備和遙控系統，以便操作者根據實際情況及時做出調整。為避免機器人在水中碰到其他障礙物，在模型船的兩側安裝紅外傳感器，以達到自動搜索避障功能。考慮到將獲救者安置在船艙內后，其身體狀況并不穩定。因此，在船艙內安裝了溫度傳感器監測體溫。當人體體溫低于18。C 時會有生命危險，此時機器人會向操作人員發出信號，以遙控的方式在最短時間內返回，保證其生命安全。

水上救援機器人工作流程：首先通過機器人前方安裝的火焰傳感器及激光傳感器在水面上尋找落水者（以紅外發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器人自動避開障礙物。發現落水者后，通過AVR單片機內編譯好的程序分析傳感器采集到的信息，自動控制尾舵和電機；靠近落水者時減緩行駛速度，通過推進電機調整行駛方向，讓落水者進入傾斜式打撈板上方的水面。通過上方的紅外測距傳感器傳回的數據，AVR單片機控制打撈板一側電機，由電機控制滑軌等進行機械傳動，打撈板升起，落水者離開水面并滑入船艙。通過船艙中的熱風扇使船艙保持適宜的溫度，機器人用溫度傳感器監測船艙內獲救者的體溫；當獲救者身體狀況惡化、體溫過低時，機器人向操作人員發出信號，機器人會以最快速度返回讓獲救者得到妥善的救治；如果獲救者尚無生命危險，會繼續搜索落水者，直到船艙滿載，返回安全地點。操作人員可以通過船頭安裝的無線視頻傳輸設備實時監控水面情況，也可以通過遙控裝置控制機器人的行駛，及時應對突發情況。

主要創新點：

1.搜索落水者：綜合利用火焰傳感器、紅外傳感器等電子設備在一定范圍內進行自動搜索和精確定位，用AVR單片機處理信息并控制機器人快速地行駛，在落水者附近減緩速度防止對其造成傷害，同時進一步準確定位，使落水者進入機器人救援區域；

2.連續救助：將落水者救到機器人的甲板上安置，然后救援其他落水者，無需頻繁返航，盡量為救援爭取更多的時間；

3.落水者安全：通過船艙中的熱風扇使船艙保持適宜的溫度，機器人用溫度傳感器監測船艙內獲救者的體溫。當獲救者身體狀況惡化、體溫過低時，機器人向操作人員發出信號，機器人會以最快速度返回安全地點讓獲救者得到妥善的救治。