[发明专利]一种具有动态平衡功能的潜水背包及其使用方法

权利要求书

1.一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征是包括：

背包单元，包括壳体，内置在所述壳体内的氧气瓶，固定在所述壳体上的两个把手，以及安装在所述把手末端的控制棒；

动力单元，包括转动设置在所述壳体两侧的发动机，以及密封内置在所述壳体内部的锂电池；

动态平衡单元，内置在所述壳体内部，包括姿态传感器，伺服控制装置，以及与所述姿态传感器和伺服控制装置电性连接的主控单元；

视觉感应单元，包括以预定位置固定在所述壳体上的多个摄像头和距离传感器。

2.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述把手包括两段折弯处，一段做90度折弯并倒圆角处理，另一段做180度折弯并倒圆角处理。

3.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述控制棒呈圆柱体，包括若干个贴合在所述圆柱体侧表面的感应片，内置在所述圆柱体内部的PT2272调制解调器，以及弹性设置在所述圆柱体上端面的触发按钮；所述感应片为压敏电阻。

4.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述发动机包括防护罩，固定在所述防护罩内的无刷电机，以及安装在所述无刷电机输出轴上的桨叶。

5.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述姿态传感器包括陀螺仪、以及加速度传感器；所述主控单元包括基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器，即STM32处理器，与所述STM32处理器电性连接的编码器，以及与所述STM32处理器电性连接的电源管理模块；所述伺服控制装置与所述STM32处理器电性连接，包括连接所述发动机和壳体的伺服电机；所述陀螺仪的选型为ADXRS300，所述加速度传感器的选型为MMA7260QT，所述伺服电机的选型为MG995。

6.根据权利要求5所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述编码器与所述STM32处理器电性连接，同时与所述伺服电机连接；所述编码器包括安装法兰，固定在所述安装法兰内的轴承座，过盈配合套设在所述轴承座内的圆锥滚子轴承，转动设置在所述轴承内的转轴，套设在所述轴承上的底盘，套设在所述转轴上、且位于所述底盘一侧的码盘，设置在所述码盘和底盘之间的固定圈，螺纹锁紧固定在所述码盘一端的紧固帽，以及固定在所述码盘和底盘之间预定位置处的光敏元件；所述码盘上圆周阵列有若干扇形区域。

7.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述距离传感器可以为红外线测距传感器，包括红外信号发射器、以及接收二极管。

8.根据权利要求1所述的一种具有动态平衡功能的潜水背包，其特征在于：所述距离传感器可以为超声波测距传感器，包括压电晶片，以及两个螺纹锁紧、且一端穿孔的金属套，所述压电晶片设置在所述金属套内。

9.一种具有动态平衡功能的潜水背包的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、潜水员将背包单元背上，此时臂膀位于把手内，双手握紧控制棒；

S2、位于控制棒上的感应片感应到潜水员的双手已经握紧，当压敏电阻受到的压力大于预定值时，触发总开关，当压敏电阻受到的压力小于预定值时，设备不启动；

S3、当达到设备启动的预设条件后，动力单元启动，无刷电机带动桨叶旋转，利用桨叶排开水流的反作用力推动潜水员在水下前进；

S4、潜水员依靠身体的倾斜完成转向操作，陀螺仪在潜水员下水前预设为初始状态，当潜水员身体倾斜时，内置在姿态传感器内的陀螺仪和加速度传感器会输出相应的姿态信息，主控单元接收该姿态信息后控制伺服电机驱动，从而带动发动机转动预定角度，进而改变推力方向，起到转向的效果；

S5、陀螺仪和加速度传感器按预定频率实时测量车辆姿态，并实时输出姿态信息到主控单元上的STM32处理器，进而实时调整伺服电机的转动方向和转速，对设备整体保持动态平衡；

S6、伺服电机的转动方向和转速被编码器上的码盘读取，码盘将角位移量转变为电信号后发送至信号采样电路，信号采样电路将信号实时反馈至STM32处理器；

S7、距离传感器按需启动，通过红外线测距传感器或超声波测距传感器对前方障碍物做出距离计算并输出至主控单元，当潜水员与前方物体之间的距离达到预定范围后，主控单元控制发动机的推力方向，进而做出主动避障。