[发明专利]一种水下智能变速推进器助力系统

说明书

本发明专利公开一种水下智能变速推进器助力系统，包括频率采集系统和推进器智能驱动系统。智能变速推进器助力系统通过固定在使用者肢体上的频率采集系统采集使用者肢体摆动的频数并计算频率，推进器驱动系统根据频率的快慢来调节推进器转速的快慢，达到智能调速的目的。本发明专利保护的技术方案为通过采集使用者肢体摆动的三轴加速度，根据变化幅度最大的轴的数据进行滤波处理后获取摆动频率，由该频率调整推进器驱动系统输出的PWM占空比，从而调整推进器转速。系统工作时，频率采集系统捕获用户肢体摆动频数并计算相应的频率传输至推进器驱动系统，推进器驱动系统根据输入的频率调节推进器的转速，推进器可固定于人体的手臂或腰腹带动潜水人员在水下前行。

1、技术领域

本发明涉及一种水下智能变速推进器助力系统。

2、背景技术

目前，助力辅助装备兴起，不论是电影银屏上的钢铁侠还是医疗、军事上的辅助器械，都给了人们很大的启发，有了这些器械不仅能让使用者更加省力的去做某些已经可以做到的事，还能帮助人们完成更多一般不能做到的事情，这使得人们对助力辅助装备越来越着迷。随着越来越多的研发公司加入进来，诸多助力装置已经从最初的仅用于军事方面拓展到日常应用场景，比如医院为了帮助瘫痪的病人恢复，让其穿戴康复外骨骼机器人进行运动等，这些康复外骨骼机器人或多或少都会带有助力的装置来帮助病人进行康复训练。

尽管陆地上的助力辅助装备如同雨后春笋般出现，运用于水下的助力系统的数量却屈指可数。人体在水下仅靠自己的力量前行时，受到的阻力会随着游泳速度的增加而变大，效率也随之而愈发低下，因此目前已有好多水下助力系统被广泛投入于军用和民用中，例如蛙人部队在水下进行救援工作时，其携带的推进器助力系统会极大地节省潜水人员的体能。然而，传统的水下推进器助力系统，其推进速度大多需通过调速开关人为地进行调整，在复杂的水下环境中，潜水者的双手迫切需要解放出来以应对各种不测，同时由于水流等环境因素的影响，水下助力系统的运行稳定性也受到了极大的考验。

目前已公开关于水下助力系统的专利，包括：201810255451一种集ROV与水下助力功能于一体的潜水器；201810086206一种充电式可穿戴潜水助力系统；201811049935一种潜水助力机器人；201711097307一款简易安全潜水装置；201710401473一种泵喷气推进式助力冲浪板；201710681101一种带有救生装置的便携式自调节转向水下助力系统等等。

3、发明内容

本发明的目的在于设计出一种能够辅助人体在水下活动且可以智能调速的推进器助力装系统，本发明在使用时可以充分解放人的双手，靠加速度传感器捕获潜水人员肢体的摆动频率，根据不同的频率所在的数值区间调节相应的转速，同时使用者在水下活动时可以游得更加轻松，节省大量的体力，更好地完成各种水下活动。

本发明涉及一种水下智能变速推进器助力系统，使用时用户可借助推进器的推动在水下自由活动。整个系统的技术方案包括频率采集系统和推进器驱动系统。本发明可与其他潜水辅助装备，如氧气面罩等同时使用。

本发明所包含的频率采集系统包含一个加速度传感器。当人的肢体做规律性摆动时，其肢体产生的三轴加速度曲线呈周期性分布，加速度传感器即利用这点判断潜水人员是否做出摆动的动作。同时由于水流等环境因素的影响，潜水人员可能在并不想改变当前速度时肢体会不自觉地做出一些摆动，加速度传感器需要将这些无效的数据剔除，以保持系统速度的稳定性。水下运动时，人的肘关节、膝关节、踝关节的运动幅度较大，且无论如何将加速度传感器安置于上述关节，其采集到的三个轴的数据总会至少存在一个轴具有较大的周期性加速度变化。将频率采集系统固定在以上任意一个关节上，并设定动态阈值，即可捕获肢体的有效摆动频数，再设定动态精度进一步消除无关的肢体摆动，当加速度曲线跨过动态阈值的下方且加速度曲线的斜率为负值时，即可认为采集到有效的肢体摆动，与此同时系统开始计时，当捕捉到的有效摆动频数达到目标值时停止采集和计时，计算出相应的频率，为后续调节推进器的转速做准备工作。