CN102961833B - 高空防护服 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空防护服，包括通过输气管路相连通的气体发生器和护身气囊，设有坠落传感器，用于监测躯体的加速度运动，并产生相应的加速度信号；控制单元，用于接收判定所述加速度信号，并控制所述气体发生器。本发明的有益效果是：控制单元通过坠落传感器的加速度信号判断高空作业人是否处于坠落状态，如果不是则不开启气体发生器，如果是则开启气体发生器，通过气体发送器，护身气囊充气并对坠落的高空作业人起缓冲保护作用。本发明主动感知并触发气体发生器，提高高空作业人被动安全系数。

Description

高空防护服

技术领域

本发明涉及一种防护服，尤其是一种高空防护服。

背景技术

目前，高空作业者的工作危险性很高，不慎坠落的后果严重，安全带等装置虽然有一定的保护性，但是会限制高空作业人员的移动且影响他们的操作。5m以上的的高空作业坠落事故约占20％，5m以下的占80％左右。大部分都是以仰卧、俯卧姿势落地的。如何通过较好的方式来保护坠落人员的安全，让人们在危险的环境中能从容顺利地保住生命，并减轻或安全避免身体受到伤害。

中国专利申请号为200510093455.3，申请日为2005年8月30日，专利名称为“三栖安全服”中公开了一种可提高人在空中坠落、摔跌碰撞、行船落水时安全性的安全服，它包括：护头气室，用于防护头部，其由若干环形护头气囊叠置贯通连接而成，其底部气囊的环内连接可开合的领圈；护躯气室，用于防护躯干和腿部，其包括若干环形护躯气囊和柱形气囊，各护躯气囊叠置贯通连接，其顶部气囊的顶面的前后分别与柱形气囊的下端贯通连接，柱形气囊的上端与所述护头气室的底部气囊贯通连接；左、右护臂气室，用于防护左右手臂，其各护臂气室均由若干环形护臂气囊叠置贯通连接而成，左、右护臂气室的腋部分别与所述护躯气室的顶部气囊的左右侧贯通连接，左、右护臂气室的肩部分别与所述护头气室的底部气囊的左右侧贯通连接；气体发生器，用于产生气体，其设有第一输气管；第一泄气阀，用于泄放气室中的气体，其中：上述护头气室、护躯气室、左、右护臂气室构成第一防护气室，所述第一输气管与第一防护气室贯通连接，所述第一泄气阀与所述第一防护气室连接。所述护躯气室的前部贯通连接护胸气室，该护胸气室由若干环形护胸气囊叠置贯通连接而成，所述护躯气室的后部贯通连接护背气室，该护背气室由若干环形护背气囊叠置贯通连接而成，所述各气室纳入一球形气囊中，该球形气囊内连接所述护头、护躯、护臂、护胸、护背诸气室的外端气囊，并于各连接处开孔，各孔的孔沿分别与所连接的各气囊的外壁密封结合，从而将该球形气囊构成密闭的第二防护气室，所述气体发生器设第二输气管，该第二输气管与所述第二防护气室贯通，所述第二防护气室设第二泄气阀。

该发明中各防护气室立即膨胀伸展，将穿着该安全服的人的身体包裹在内，从而实现对人的安全保护。本发明可广泛应用于高空作业、驾驶摩托车出行、江海中行船、高楼绝处逃生、极限运动、行走意外摔跌等高危的生存环境中。

但是，从中国专利“三栖安全服”中可知气体发生器的触发并未明确提及，而且可从文字描述中基本理解为手动触发，而实际情况下，由于突然情况时间短或者人员心理上的惊慌，不一定能意识，乃至及时触发气体发生器，尤其是在坠落的短时间内，这很可能会导致气体发生器还未触发，人员即已受到致命伤害。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种特别用于坠落状态中，主动感知并触发气体发生器的高空防护服。

本发明技术方案是：一种高空防护服，包括通过输气管路相连通的气体发生器和护身气囊，设有

坠落传感器，用于监测躯体的加速度运动，并产生相应的加速度信号；

控制单元，用于接收判定所述加速度信号，并控制所述气体发生器。

本发明通过坠落传感器实时监测躯体在三个方向上的合值加速度信号，将该合值加速度信号发送至控制单元，控制单元比较所测加速度信号和安全加速度值(由于拿放或蹲起运动也会产生加速度，所以为了避免误触发，所以设定相应的安全加速度值)，如果加速度信号等于或超出安全加速度值时判定躯体处于坠落状态，此时控制单元控制气体发生器工作，气体发生器的出气口通过输气管路向护身气囊内充气，随着护身气囊的膨胀，则躯干周壁上产生充气的保护套，从而对随即发生的碰撞产生缓冲的保护。

所述坠落传感器为三轴加速度传感器。其中，三轴加速度传感器大多采用压阻式，压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集。三轴加速度传感器的优点是能在预先不知道物体运动方向的场合下，利单靠自身功能即可检测加速度信号。另外，三轴加速度传感器具有体积小和重量轻的特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。

设有三轴角速度传感器，用于监测躯体的角速度且产生相应的角速度信号，并将该角速度信号传送给控制单元。三轴角速度传感器可以检测高空作业人在工作当中所发生的身体倾斜的状况。其中，之所以设置安全加速度值，是为了避免拿放或蹲起运动中误触发气体发生器，但是，有时也可能出现某些极特殊情况，且为非坠落状态下加速度信号超出安全加速度值的情况。为了区分该类特殊情况，鉴于高空作业人在坠落状态下会出现翻转，所以通过相应的三轴角速度传感器感应躯体的角速度值，并将该角速度值与预先设定的安全角速度值进行比较，如果发现角速度值等于或超过安全角速度值，则可更加准确地判断高空作业人确实处于坠落状态。此时，控制单元控制气体发生器工作，且高空作业人必定处于坠落状态。另外，人造卫星上使用的姿态控制陀螺仪即三轴角速度传感器，且大多用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器，它可以比较准确的测量出运动物体的位置和方向，作为一种惯性的导航仪器，被广泛的应用在国防，航天，航海以及航空领域中。三轴角速度传感器具有可靠性很好，结构简单不复杂，重量很轻和体积很小等特点。

由于高空作业人坠落时的冲击，可能导致昏迷或部分功能失常的情况，如果不能及时就医，有可能带来生命危险，故设有嗡鸣器，受控于所述控制单元且用于产生警报声。由此保证高空作业人坠落后，嗡鸣器的警报声引起周围人员注意，及时查看和救护。

同理，由于高空作业人坠落时的冲击，可能导致昏迷或部分功能失常的情况，如果不能及时就医，有可能带来生命危险，故设有无线发射器，受控于所述控制单元且用于向外部服务端发送警报信息。该警报信息会发送至相应的监控服务器，控制中心的工作人员能及时发现有坠落情况，从而派人进行查看和救护。

为了方便护身气囊的穿戴，所以设有套设于躯体上的衬套，所述护身气囊包括护胸气囊，用于防护前胸；护背气囊，用于防护后背；护臂气囊，用于防护手臂；护腿气囊，用于防护腿部；所述护胸气囊、护背气囊、护臂气囊和护腿气囊均附着于衬套的外壁上。

为了穿戴方便，以及对躯体进行充分的保护，所述护胸气囊由左胸气囊和右胸气囊组成，护臂气囊由左臂气囊和右臂气囊组成，护腿气囊由左腿气囊和右腿气囊组成，所述输气管路分别连接于各气囊上。躯体上各个重要部位分别设有相应的气囊，且各气囊的进气口分别独立，这样能保证各气囊能迅速地充气，提高充气时间，加强保护效果。

如果各气囊连接处不能也充气保护，可能在各气囊的连接处发生碰撞，造成躯体的冲击伤害，所以所述左胸气囊与左臂气囊、左臂气囊与后背气囊、后背气囊与右臂气囊、右臂气囊与右胸气囊间各相邻边缘相互连接且贯通，从而对各气囊的连接处也起到完全的包裹保护。

为了能重复利用，及避免各气囊碰撞时因内部压力过大而爆裂，所以在各气囊上分别设有泄气阀及过压安全阀。

为了避免更多情况下的误触发，所以设有电源电路，用于向控制单元和气体发生器提供电源；控制开关，用于控制电源电路的开闭。通过控制开关开闭控制单元和气体发生器的启动和关闭，从而避免在非使用状态下的误触发。

本发明的有益效果是：控制单元通过坠落传感器的加速度信号判断高空作业人是否处于坠落状态，如果不是则不开启气体发生器，如果是则开启气体发生器，通过气体发送器，护身气囊充气并对坠落的高空作业人起缓冲保护作用。本发明主动感知并触发气体发生器，提高高空作业人被动安全系数。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的局部透视图。

图3为本发明实施例护身气囊充气后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1、2所示，本实施例包括用于套设于人体躯体上的衬套1，该衬套1外壁上附着有用于防护躯体的护身气囊2和用于给护身气囊2充气的气体发生器5。护身气囊2具体分为包括用于防护前胸的护胸气囊、用于防护后备的护背气囊、用于防护两只手臂的护臂气囊及用于防护两腿部的护腿气囊；再具体分，护胸气囊由贴靠于左胸位置的左胸气囊211和贴靠于右胸的右胸气囊212组成，护臂气囊由环绕包裹左臂的左臂气囊221和环绕包裹右臂的右臂气囊222组成，护腿气囊由环绕包裹左腿周壁的左腿气囊231和环绕包裹右腿周壁的右腿气囊232组成。为了避免充气状态下的气囊影响穿戴着的正常工作，所以左臂气囊221、右臂气囊222、左腿气囊231和右腿气囊232均未包围住手臂和腿部的关节位置，以便坠落过程中能顺利抓住攀爬物，提高自救的概率。如图3所示，左胸气囊211与左臂气囊221、左臂气囊221与后背气囊(位于背向图片的一侧)、后背气囊与右臂气囊222、右臂气囊222与右胸气囊212间各相邻边缘相互连接且贯通，也即使得各气囊没有明显的界限，且完全被气囊所包裹保护，从而避免各气囊的连接处在发生碰撞，对躯体造成伤害。

当然，由于各气囊均相互连接且贯通，那么很可能会出现因为其中某个气囊发生破损，而导致其他各气囊在充气时不能被充满，从而影响气囊的保护效果。因此，本发明也可以采用这样的技术方案，将各个气囊通过独立的输气管路与气体发生器5的出气口连通，那么，哪怕某个气囊发生了破损，则其他气囊的充气过程也不会受到影响，这样有助于提高本发明的使用寿命和安全系数。现有气体发生器5采用成熟的汽车安全气囊技术，气体发生器中装有氮化钠和氧化剂这类的化学药剂，并设置电触发装置。当气体发生器中的化学药剂被触发产生化学反应时，约0.01s左右便会产生大量气体。该技术已为公知，故不再赘述。

护身气囊2，是用具有一定物理力学特性的膜状材料制成的，具有特定结构的袋子，其材料以尼龙为基础，为隔热而作了聚氨基甲酸乙酯涂膜处理，因要穿在身上，所以最重要的是轻便。护身气囊2主要用来接受来自气体发生器5的气体，控制气体的压力和护身气囊2所占据空间的位置和形状，并通过提高高空作业人所吸收的碰撞动能，从而达到减少和减轻乘员伤亡的目的。

为了能重复利用，避免不必要的浪费，所以在气体发生器5的出气总路上设置一泄气阀8，通过泄气阀8可将与出气总路相连的各个气囊中的其他排出，以便下一次能继续使用。而为了避免护身气囊2在充气或者碰撞时因内部压力过大而爆裂，所以在气体发生器5的出气总路上设置一过压安全阀9，通过过压安全阀9保护与出气总路相连的各个气囊内的气压保持在可控范围内。当然，为了提高各气囊的安全系数，所以可以在各个气囊上分别设置相应的过压安全阀。

在衬套1的腰部位置设有束腰的腰带，因为腰部位置不易影响高空作业人的工作，且为了整体的美观性，所以在衬套腰带位置的内侧安装有三轴加速度传感器3、三轴角速度传感器4、气体发生器5、嗡鸣器6、无线发射器7和控制单元(未画出，隐藏于衬套1内，且可以为任何位置)。

三轴加速度传感器3型号为MMA7361 Accelerometer(Arduino兼容)，可用于监测躯体三个方向上的加速度运动，并根据计算得出加速度合值，而产生当前躯体的加速度产生相应的加速度信号。建立人体自然坐标系，人体竖直站立，取人体冠状面法向向前为x轴正方向，矢状面法向向左为y轴正方向，水平面法向向下为z轴正方向。此时，z方向与重力加速度g的方向一致。因此，在人体自然坐标系中，3个轴的向的加速度分量就是传感器3个相应的敏感方向的加速度输出，他们的合值加速度就是我们这里需要的，可以判断人们当下身体是否下落的参考数值。

三轴角速度传感器4为姿态控制陀螺仪，同样的，它根据当前躯体的三个方向的角速度产生相应的角速度信号，并将该角速度合值信号传送给控制单元。

控制单元为中央微处理器，由一块Arduino板构成，用于接收判定加速度信号和角速度信号，并通过判定结果来决定是否开启气体发生器；气体发生器5通过输气管路分别与各气囊连接贯通，且当气体发生器5接收触发信号后开始产生大量气体，所产生的气体通过输气管路迅速冲入各气囊内，使得气囊膨胀并裹于躯体的周壁上。其中，Arduino板能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置等来反馈、影响环境。Arduino板上的微控制器可以通过Arduino板的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。这里，在进行Arduino板硬件编程时，提前将三轴加速度传感器3和三轴角速度传感器4所对应的安全加速度值和安全角速度值输入控制器内，甚至包括事故发生时充气的传感器参数，和事故结束放气的传感器参数。控制单元会根据各传感器发来的信号进行判断，在达到参数标准时，就会即时的触发气体发生器5、嗡鸣器6和无线发射器7。

因为高空作业人在工作状态下会出现各种不同的情况，如果高空作业人在工作中直接发生坠落事故，通过三轴加速度传感器3便可以及时检测高空作业人躯体发生失重状态的当前加速度，预设三轴加速度传感器3的安全加速度值为1.8g m/s²(g为当地的重力加速度)，该值为理论值，具体的安全加速度值还需要根据实际情况进行设定。假设安全加速度值为1.8gm/s²，那么当人们的身体当前加速度合值小于1.8g m/s²时，则判定坠落状态不成立，气体发生器不会被触发；当人们身体加速度合值大于或等于1.8g m/s²时，则判定坠落状态成立，此时控制单元产生触发信号，从而控制气体发生器5工作，整个充气过程需要时间约为0.2到0.3s的时间。另外，因为情况复杂，也有可能出现例外情况，如高空作业人的身体可能只是快速的微倾斜或者迅速下蹲等，而且这些状况下高空作业人很快站稳了，这些非坠落动作同样会产生加速度波形，甚至超出安全加速度值，由于满足安全加速度值的条件，此时控制单元可能会判断高空作业人处于坠落状态并产生错误控制信号，最终导致气体发生器被触发，出现误操作现象。

为了解决误操作，则采用三轴角速度传感器4来准确监测高空作业人躯体发生倾斜的角度问题，从而帮助人们更加准确地判断人们当下的运动状态。预设三轴角速度传感器4的安全角速度值为30deg/s，当高空工作日身体倾斜的合值度数小于30deg/s，那么判断坠落状态不成立，气体发生器5不被触发；当人们身体倾斜的合值度数大于或等于30deg/s，并且同时满足人们身体加速度合值大于或等于1.8g m/s²时，此时判断坠落状态成立，气体发生器5被触发。因此，三轴加速度传感器3和三轴角速度传感器4间的组合使用，可大幅度提高误触发的概率，提高工作状态的稳定性。

为了进一步避免更多的误触发，所以设有用于向控制单元和气体发生器5提供电源的电源电路，及用于控制电源电路的开闭控制开关，通过控制开关开闭来实现对控制单元和气体发生器5的启动和关闭，由此较少在非使用状态下的误触发。

由于高空作业人坠落时的冲击，可能导致昏迷或部分功能失常，如果不能及时就医，有可能带来生命危险。通过嗡鸣器6和无线发射器7受控于控制单元分别用来产生警报声，及向外部服务端发送警报信息。由此保证高空作业人坠落后，嗡鸣器6的警报声引起周围人员注意，及时查看和救护；而警报信息会发送至相应的监控服务器，控制中心的工作人员能及时发现有坠落情况，从而派人进行查看和救护。

在坠落事故发生前后时间段内，三轴加速度传感器3与三轴角速度传感器4实时监测高空作业人的角速度与加速度。当持续监测的3s内，高空作业人的加速度合值持续保持小于0.2m/s²，角速度合值持续保持小于1deg/s，即可以判断遇难高空作业人此时状态为“落地”。此时，控制单元根据接收到的当前加速度值和当前角速度值后，触发各泄气阀8放弃，直至各气囊内的气体全部放出完毕。此处，通过持续3s的检测数据，一方面既可以得到一个准确的数据，判断遇难高空作业人已经安全落地；另一方面，也给遇难高空作业人一个气囊缓冲的时间，保证他们的安全。此处，泄气阀8处理是通过控制单元来控制外，还可以独立于控制单元，通过人手工操作完成，这两项均落于本发明的保护范围内。

为了提高各气囊的充气速度，所以高空防护服内设置两个气体发生器5，分别位于衣服的左胸和右胸位置，左胸位置的气体发生器5控制左半身分布的气囊，右胸位置的气体发生器5控制右半身分布的气囊，两边的气囊同时充气，可以大大降低充气的时间，来达到及时防护的作用。

本发明中，控制单元通过三轴加速度传感器3和三轴角速度传感器4的加速度信号判断高空作业人是否处于坠落状态，如果不是则不开启气体发生器5，如果是则开启气体发生器5，通过气体发送器4，护身气囊2充气并对坠落的高空作业人起缓冲保护作用。本发明主动感知高空作业人是否处于坠落状态，并且能在坠落状态中自动触发气体发生器5，使得护身气囊2被充气膨胀，从而提高高空作业人被动安全系数。

Claims (6)

1.一种高空防护服，包括通过输气管路相连通的气体发生器和护身气囊，其特征是：设有

坠落传感器，用于监测躯体的加速度运动，并产生相应的加速度信号；

所述坠落传感器为三轴加速度传感器；

设有三轴角速度传感器，用于监测躯体的角速度且产生相应的角速度信号，并将该角速度信号传送给控制单元；

控制单元，用于接收判定加速度信号和角速度信号，并通过判定结果来决定是否开启气体发生器；

设有套设于躯体上的衬套，所述护身气囊包括

护胸气囊，用于防护前胸；

护背气囊，用于防护后背；

护臂气囊，用于防护手臂；

护腿气囊，用于防护腿部；

所述护胸气囊、护背气囊、护臂气囊和护腿气囊均附着于衬套的外壁上；

所述护胸气囊由左胸气囊和右胸气囊组成，护臂气囊由左臂气囊和右臂气囊组成，护腿气囊由左腿气囊和右腿气囊组成，所述输气管路分别连接于各气囊上。

2.根据权利要求1所述的高空防护服，其特征是：设有嗡鸣器，受控于所述控制单元且用于产生警报声。

3.根据权利要求2所述的高空防护服，其特征是：设有无线发射器，受控于所述控制单元且用于向外部服务端发送警报信息。

4.根据权利要求1所述的高空防护服，其特征是：所述左胸气囊与左臂气囊、左臂气囊与后背气囊、后背气囊与右臂气囊、右臂气囊与右胸气囊间各相邻边缘相互连接且贯通。

5.根据权利要求1所述的高空防护服，其特征是：各气囊上分别设有泄气阀及过压安全阀。

6.根据权利要求1所述的高空防护服，其特征是：设有

电源电路，用于向控制单元和气体发生器提供电源；

控制开关，用于控制电源电路的开闭。