CN106730483B - 一种废井救援机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种有效减少救援绳长度、救援速度快、安全性高的废井救援机器人。所述的机器人包括球壳形探路体、球壳形救援体、救援绳，机器人体积紧凑，适合狭小空间救援，通过能力强。机器人进入水面以下后即和救援绳脱开，由水下推进装置器提供动力继续下潜，快速上浮过程可以依靠气囊内的气体实现上浮，极大减小了所需救援绳的长度，方便携带。机器人下降时先自由落体，落入水下后由水下推进装置器提供动力继续下潜，下降速度快，上升时先依靠气囊的浮力，上浮到水位线附近后依靠救援绳进行起吊，上升速快；上升时水下推进装置可以根据深井地图调整待救人员的位置，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及深井救援技术领域，特别涉及一种废井救援机器人。
背景技术
在我们的生活环境中存在着大量各种不同用途的孔、洞，如废弃机井、矿井、探井、管道、建筑基桩孔、排污深井等。由于各种原因使人或物意外落入其中的事件时有发生，而目前的救援方式仍需要用绳索吊起施救人员，施救人员深入井下寻找待救人员，对于一些废弃水井，其井内环境复杂，尤其是水面以下的区域施救人员难以进入。
为了克服现有救援方式的不足，已有相应的发明，例如CN201010032458.7中所述的一种小直径深井救援器，该方案包括1个定管，1个动管，1个护板开合调节管，1个托板，2个护板，3个直流电机其中一个为动管升降电机、一个为托板摆动电机、一个为护板开合电机，3个观察摄像头，3个照明灯，1套语音通话器，1根通气软管，1个12V直流便携式气泵(或氧气瓶)，1个12V便携式直流电源，1台小型笔记本电脑及相应的电器控制开关和连接电缆线等；该装置可以实现施救人员在地面上通过小直径深井救援器对井下被困对象实施救援，避免了让施救人员直接进入深井，且救援器的尺寸可以适应较狭窄孔洞。但是该发明存在以下问题：
1.该救援器下降过程是由现场人员操作，救援器下降的速度往往很慢，而当救援器抓住待救人员向上运动时，一般是在井口拉拽绳索将救援器拉起，救援器上升速度缓慢，而深井救援的一个非常重要的问题就是施救时间，施救速度决定了施救效果，因此该救援器实际使用过程中的施救效果不甚理想；将待救人员抓起上升时，待救人员头部可能会与井壁磕碰造成二次伤害，安全性低，这也进一步降低了上升速度。
2.该技术用于具有一定水位的较深的废井中时，需要准备的救援绳长度很长，而实际上在水中对待救人员施救时，可以利用水的浮力进行施救，此时不需要依靠救援绳的拖拽，而仅仅只需要施加较小的拉力，即可将待救人员从水底拖到水面上。
发明内容
针对上述问题，本发明目的是提供一种有效减少救援绳长度、救援速度快、安全性高的废井救援机器人。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种废井救援机器人，所述的机器人包括一个球壳形探路体、至少两个球壳形救援体；探路体、救援体各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别穿过救援绳，使探路体、救援体形成灯笼式的串联结构，探路体位于串联结构的最下方；所述的探路体与救援体之间、相邻救援体之间设置第一连接/分离机构；所述的探路体、救援体各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别设置电梯式升降驱动机构，升降驱动机构包括升降电机，升降电机输出端依次与离合器、减速器、滑轮连接，滑轮与救援绳紧贴且可沿救援绳滑动，滑轮上还设置制动器；所述的探路体、救援体的外表面上分别设置水下推进装置，所述的救援绳穿出探路体的端头处分别设置可与救援体之间实现连接/分离的第二连接/分离机构、超声波式定位器，救援绳的另一端缠绕在支架的绕线滚轴上，绕线滚轴与带有离合器的绕线电机的输出端连接，绕线电机安装在支架上；
所述探路体的下半部壳体由透明材料制作而成，下半部壳体内设置探路器、第一处理器、红外热成像仪、第一陀螺仪、无线路由器、速度传感器、海拔高度计、水压传感器；所述救援体底部壳体的外表面上还设置第一救援机构；第一救援机构包括第一机械手，第一机械手的手臂上设置长度可伸缩的氧气罩，第一机械手的端头位置设置长度可伸缩的颈部固定垫；
所述救援体的壳体内分别设置无线路由器、第二处理器、第二陀螺仪、救援体壳体外表面的上部设置至少两个由弹性面料制作而成的气囊，气囊内设置气体发生器；沿救援体的外表面两侧各设置一个水平凹槽，水平凹槽内设置铰接点，铰接点与水平设置的圆弧形的电动伸缩杆的一端连接，电动伸缩杆可绕铰接点在水平面内旋转；电动伸缩杆的另一端端头上设置卡钩，所述的电动伸缩杆的弧度与救援体的表面相适应，使电动伸缩杆旋入水平凹槽后不超出救援体的外表面；所述的电动伸缩杆、气体发生器分别与第二处理器通信连接；
所述的探路体、救援体还通过各自的无线路由器与设置在井口附近的远程监控台通信连接，所述的远程监控台内分别设置第三处理器、无线路由器，所述的第三处理器分别与绕线电机、显示器、触摸式控制屏连接。
优选的，所述的水下推进装置包括设置在探路体、救援体各自外表面上部、下部相对的两个螺旋桨式推进器，每个螺旋桨式推进器包括4个环形均布的电动式螺旋桨；位于上方和下方相对的电动式螺旋桨的旋向相反。
优选的，所述的探路器为超声波式探路器或激光式探路器；所述的第一处理器、第二处理器、第三处理器为带有存储模块的微型处理器或为带有闪存单元的单片机。
优选的，所述的第一连接/分离机构包括分别设置在探路体外表面上端凹槽内、救援体外表面上端凹槽内，可沿竖直方向伸缩的第一电动活塞杆，第一电动活塞杆的端头设置挂环；所述的救援体外表面下端相应位置凹槽内设置可沿竖直方向伸缩第二电动活塞杆，第二电动活塞杆的端头设置与挂环适应的电动挂钩。
优选的，所述的第二连接/分离机构包括沿救援体外表面水平设置的圆环状第一电磁铁，以及设置在救援绳端头附近的第二永磁体，所述的第一电磁铁沿救援体竖直轴线方向设置多个，所述的第二永磁体沿救援绳的长度方向设置多个。
根据上述任意一种废井救援机器人的救援方法，所述的救援方法包括依次进行的以下步骤：自由下降、水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升；
所述的自由下降步骤为：将携带有探路体、救援体的支架摆放在井口附近，探路体、救援体上的电梯式升降驱动机构保持制动状态，使探路体、救援体与救援绳连为一体；绕线电机的离合器分离，使绕线电机与绕线转轴分离，释放救援绳，使探路体、救援体与救援绳一起做自由落体运动进入井下；
下降过程中探路器实时采集探路体下方一定距离处的多个深井截面图，所述的深井截面图为与探路体运动方向呈90°的井壁截面轮廓形状，海拔高度计按照时间顺序、将深度h标记在深井截面图中，第一处理器以探路体球心的运动轨迹为扫描线，以深井截面图为截面，通过多截面扫略方式绘制出三维模型，该三维模型为深井地图，第一处理器通过探路体上携带的无线路由器实时向其上方的救援体、远程监控台发送深井地图；
所述的水下探路步骤为：当水压传感器检测到压力信号突然增大且持续一段时间，同时速度传感器检测到探路体下降的速度突然减小至一定值以下，则第一处理器判断探路体已进入水中，第一处理器将水压传感器的压力信号突然增大时刻的深度h标记为水位线，并将水位线绘制在深井地图中；探路体、救援体上的升降驱动机构松开制动器，使探路体、救援体脱离救援绳进入水中；
救援体上设置的水下推进装置启动，使救援体、探路体下潜，下潜过程中第二处理器根据第二陀螺仪发送的姿态信号控制救援体上设置的水下推进装置，使探路体、救援体保持平稳下降，下降过程中第一处理器实时更新深井地图；
所述的现场救援步骤为：当红外热成像仪发现下方出现待救人员，则探路体与救援体之间、相邻救援体之间相互分离，第一处理器分析红外热成像仪发送的人体轮廓并识别待救人员头部位置，同时根据第一陀螺仪发送的探路体的姿态信号控制其上设置的水下推进装置动作，使探路体保持水平姿势运动至待救人员头部正上方位置；第一机械手伸至待救人员肩膀附近并抓住待救人员肩膀，接着探路体上升一段距离，使待救人员接近站立姿势；第一处理器根据红外热成像仪发送的人体轮廓识别出待救人员面部位置、颈部位置、腋下位置，并将待救人员腋下位置发送给第二处理器；
所述的第一处理器分析待救人员面部位置，控制氧气罩伸出并压在待救人员面部相应位置；分析待救人员颈部位置，控制颈部固定垫伸出并托住待救人员颈部；
所述的第二处理器接收待救人员腋下位置信号并控制其上设置的水下推进装置，使两个救援体保持水平姿态并分别运动至待救人员前胸及后背相应位置；接着电动伸缩杆相对于铰接点旋转，旋出救援体的外表面并伸长，将待救人员腋下部位抱紧，位于待救人员前后两侧的相对的电动伸缩杆之间通过卡钩连接；
所述的快速上浮步骤为：气囊内设置的气体发生器动作使气囊充满气体，探路体、救援体连同待救人员共同上浮，同时第一处理器、第二处理器根据深井地图、速度传感器发送的速度信号，分别控制探路体、救援体上的水下推进装置，使待救人员上浮过程中始终处于深井截面图的中心位置；救援体上浮到深井地图中标记的水位线附近后，通过第二连接/分离机构与救援绳连接；
所述的起吊上升步骤为：第二处理器向远程监控台发送请求起吊信号，远程监控台接收到请求起吊信号后，控制绕线电机的离合器接合并启动绕线电机，将探路体、救援体、救援绳连同待救人员一起起吊至井口，救援完毕。
优选的，所述的水下探路步骤中，探路体、救援体与救援绳分离后，远程监控台根据深井地图中水位线的位置，控制绕线电机旋转，使救援绳的端头位于水位线以下一定距离处。
优选的，所述的快速上浮步骤中，第一处理器根据红外热成像仪发送待救人员轮廓参数实时判断待救人员与探路体之间的距离D1，当第一处理器发现D1超过一定范围且持续扩大，则第一处理器控制已经充满气体的气囊放气，并重新进行以下步骤：水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升。
本发明的有益效果在于：本发明将井下救援划分为自由下降、水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升；所述的救援机器人由探路体、救援体组成，使机器人体积紧凑，适合狭小空间救援，通过能力强。当机器人进入水面以下后即和救援绳脱开，由水下推进装置器提供动力继续下潜，快速上浮过程可以依靠气囊内的气体实现上浮，使机器人在水面以下进行救援时不需要救援绳，极大减小了所需救援绳的长度，使机器人更方便携带。机器人下降时先自由落体，落入水下后由水下推进装置器提供动力继续下潜，下降速度快，上升时先依靠气囊的浮力，上浮到水位线附近后依靠救援绳进行起吊，上升速快，可提高救援速度；上升时水下推进装置可以根据深井地图调整待救人员的位置，使待救人员更好的上升，进一步提高了救援速度。待救人员上浮过程中，探路体、救援体可根据深井地图实时调整待救人员位置，使待救人员位于深井截面图中心处，安全性高。
附图说明
图1为机器人电路系统原理图；
图2为探路定位步骤中救援绳准备释放示意图；
图3为水下定位步骤中探路体、救援体与救援绳分离示意图；
图4为现场救援步骤中探路体、救援体位置正视图；
图5为现场救援步骤中探路体、救援体位置俯视图；
图6为第一连接/分离机构结构示意图；
图7为第二连接/分离机构结构示意图。
具体实施方式
如图1-图7所示的一种废井救援机器人，包括一个球壳形探路体1、至少两个球壳形救援体2；探路体1、救援体2各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别穿过救援绳3，使探路体1、救援体2形成灯笼式的串联结构，探路体1位于串联结构的最下方；所述的探路体1与救援体2之间、相邻救援体2之间设置第一连接/分离机构；
所述的第一连接/分离机构可以是分别设置在探路体1外表面上端凹槽内、救援体2外表面上端凹槽内，可沿竖直方向伸缩的第一电动活塞杆101，第一电动活塞杆101的端头设置挂环102；所述的救援体2外表面下端凹槽内相应位置设置可沿竖直方向伸缩第二电动活塞杆103，第二电动活塞杆103的端头设置与挂环102适应的电动挂钩104，通过控制电动挂钩104的开闭，即可实现探路体1与救援体2之间、相邻救援体2之间的自动连接或自动分离。所述的第一电动活塞杆101、第二电动活塞杆103的可伸缩结构可以是一个带有内螺纹的空心杆内嵌套带有外螺纹的实心杆，空心杆的一端连接电机，电机旋转实现空心杆相对于实心杆的伸缩，也可以是一个丝杠上套设滑块，滑块与丝杠外侧套设的导杆连接，丝杠一端连接电机，电机旋转实现滑块运动，从而实现导杆相对于丝杠伸缩。所述的电动挂钩104可以是电机驱动的钳子式挂钩，也可以是电动液压活塞缸驱动的钳子式挂钩。当探路体1与救援体2之间、相邻救援体2之间脱离后，则第一电动活塞杆101、第二电动活塞杆103收缩，使挂环102、电动挂钩104收缩回探路体1或救援体2的外表面内。
也可以是探路体1、救援体2的上端和下端相应位置设置电磁铁，通过控制相邻两块电磁铁导电或失电实现自动连接或自动分离。
所述的探路体1、救援体2各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别设置电梯式升降驱动机构5，升降驱动机构5包括升降电机，升降电机输出端依次与离合器、减速器、滑轮连接，滑轮与救援绳3紧贴且可沿救援绳3滑动，滑轮的截面可以是带有凹槽的工字型，救援绳3卡在工字型凹槽内，也可以是一个固定的支架上设置两个相对的截面为内凹圆弧形的滑轮3，救援绳3从两个相对的滑轮3的中间空当穿过；所述的滑轮上还设置制动器，当制动器制动时，滑轮与救援绳3之间无相对滑动；
所述探路体1的下半部壳体由透明材料制作而成，可以是透明树脂材料或者透明PVC塑料材料，也可以是其他透明复合材料；探路体1下半部壳体内分别设置探路器111、第一处理器112、红外热成像仪113、第一陀螺仪114、无线路由器115、速度传感器116、海拔高度计117、水压传感器109；所述的探路器111为超声波式探路器或激光式探路器；所述的第一处理器112、第二处理器211、第三处理器91为带有存储模块的微型处理器或为带有闪存单元的单片机，第二处理器211、第三处理器91还分别带有信号输入/输出模块、A/D转换模块。
所述救援体1底部壳体的外表面上还设置第一救援机构6；第一救援机构6包括第一机械手61，第一机械手61的手臂上设置长度可伸缩的氧气罩62，氧气罩62的伸缩可以是连接一个可伸缩的电动杆件实现，也可以是连接一个液压式活塞缸实现，所述第一机械手61的端头位置设置长度可伸缩的颈部固定垫63，颈部固定垫63的伸缩可以是连接一个可伸缩的电动杆件实现，也可以是连接一个液压式活塞缸实现；
所述的救援体2的壳体内分别设置无线路由器115、第二处理器211、第二陀螺仪212，救援体2的外表面上部位置设置至少两个气囊213，气囊213内设置气体发生器215，气囊213内还设置放气阀；沿救援体2的外表面两侧各设置一个水平凹槽，水平凹槽内设置铰接点，铰接点与水平设置的圆弧形的电动伸缩杆214的一端连接；
电动伸缩杆214可绕铰接点在水平面内旋转，可以是一个安装在救援体2上的可伸缩杆件的端头与电动伸缩杆214的一侧连接，实现电动伸缩杆214相对于铰接点旋转，也可以是铰接点本身为一个旋转电机，该旋转电机的输出转轴与电动伸缩杆214的一个端头通过轴承相互嵌套形成可旋转式连接；电动伸缩杆214的另一端端头上设置卡钩，所述的电动伸缩杆214的弧度与救援体2的表面相适应，使电动伸缩杆214旋入水平凹槽后不超出救援体2的外表面；电动伸缩杆214可以是一个圆弧形的带有空腔的支杆内嵌套一个圆弧形的导杆，支杆内设置导槽，导槽内安装导轮，导轮安装在导杆上，导轮与驱动电机连接，从而实现电动伸缩；也可以是一个圆弧形的液压缸，液压缸内设置一个圆弧形的活塞杆，圆弧形的液压缸由液压马达驱动。
所述的探路体1、救援体2的外表面上分别设置水下推进装置7，水下推进装置7包括设置在探路体1、救援体2各自外表面上部、下部的相对的两个螺旋桨式推进器，每个螺旋桨式推进器包括4个绕探路体1、救援体2各自竖直方向轴线环形均布的电动式螺旋桨71；位于上方和下方相对的电动式螺旋桨71的旋向相反。
所述的救援绳3穿出探路体1的端头处分别设置可与救援体2之间实现连接/分离的第二连接/分离机构、超声波式定位器31，救援绳3的另一端缠绕在支架8的绕线滚轴上，绕线滚轴与带有离合器的绕线电机81的输出端连接，绕线电机81安装在支架8上；所述的第二连接/分离机构包括沿救援体2外表面水平设置的圆环状第一电磁铁105，以及设置在救援绳3端头附近的第二永磁体106，所述的第一电磁铁105沿救援体2竖直轴线方向设置多个，所述的第二永磁体106沿救援绳3的长度方向设置多个，当救援体2从水底上升到水面附近时，第二处理器211控制第一电磁铁105带电，使第一电磁铁105与第二永磁体106相互吸合，从而实现救援体2与救援绳3之间的自动连接。
所述的探路体1与救援体2之间、探路体1、救援体2与远程监控台9之间还通过各自携带的无线路由器115通信连接，所述的远程监控台9内分别设置第三处理器91、无线路由器115，所述的第三处理器91分别与绕线电机81、显示器、触摸式控制屏连接。
根据上述任意一种废井救援机器人的救援方法，所述的救援方法包括依次进行的以下步骤：自由下降、水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升；
所述的自由下降步骤为：将携带有探路体1、救援体2的支架8摆放在井口附近，探路体1、救援体2上的电梯式升降驱动机构5保持制动状态，使探路体1、救援体2与救援绳3连为一体；绕线电机81的离合器分离，使绕线电机81与绕线转轴分离，释放救援绳3，使探路体1、救援体2与救援绳3一起做自由落体运动进入井下；为了防止自由下落过程中探路体1、救援体2磕碰受损，可以在探路体1、救援体2的外表面上设置多个缓冲垫。
下降过程中探路器111实时采集探路体1下方一定距离处的多个深井截面图，所述的深井截面图为与探路体1运动方向呈90°的井壁截面轮廓形状，海拔高度计117按照时间顺序、将深度h标记在深井截面图中，第一处理器112以探路体1球心的运动轨迹为扫描线，以深井截面图为截面，通过多截面扫略方式绘制出三维模型，该三维模型为深井地图，第一处理器112通过探路体1上携带的无线路由器115实时向其上方的救援体2、远程监控台9发送深井地图；
所述的水下探路步骤为：当水压传感器109检测到压力信号突然增大且持续一段时间，同时速度传感器116检测到探路体1下降的速度突然减小至一定值，则第一处理器112判断探路体1已进入水中，第一处理器112将水压传感器109的压力信号突然增大时刻的深度h标记为水位线，并将水位线绘制在深井地图中；探路体1、救援体2上的升降驱动机构5松开制动器，使探路体1、救援体2脱离救援绳3进入水中；
救援体2上设置的水下推进装置7启动，使救援体1、探路体2下潜，下潜过程中第二处理器211根据第二陀螺仪212发送的姿态信号控制水下推进装置7，使探路体1、救援体2保持水平姿势平稳下降，水平姿势是使探路体1、救援体2的底部壳体始终朝下的姿势；下降过程中第一处理器112实时更新深井地图；
所述的现场救援步骤为：当红外热成像仪113发现下方出现待救人员，则探路体1与救援体2之间、相邻救援体2之间相互分离，第一处理器112分析红外热成像仪113发送的人体轮廓并识别待救人员头部位置，并根据第一陀螺仪114发送的探路体1的姿态信号控制其上设置的水下推进装置7动作，使探路体1运动至待救人员头部正上方位置；第一机械手61伸至待救人员肩膀附近并抓住待救人员肩膀，接着探路体1上升一段距离，使待救人员接近站立姿势；第一处理器112根据红外热成像仪113发送的人体轮廓识别出待救人员面部位置、颈部位置、腋下位置，并将待救人员腋下位置发送给第二处理器211；
所述的第一处理器112分析待救人员面部位置，控制氧气罩62伸出并压在待救人员面部相应位置；分析待救人员颈部位置，控制颈部固定垫63伸出并托住待救人员颈部；
所述的第二处理器211接收待救人员腋下位置信号并控制其上设置的水下推进装置7，使两个救援体2分别运动至待救人员前胸及后背相应位置；接着电动伸缩杆214相对于铰接点旋转，旋出救援体2的外表面并伸长，将待救人员腋下部位抱紧，位于待救人员前后两侧的相对的电动伸缩杆214之间通过卡钩连接；
所述的快速上浮步骤为：气囊213内设置的气体发生器动作使气囊213充满气体，使探路体1、救援体2连同待救人员共同上浮，同时第一处理器112、第二处理器211根据深井地图、速度传感器116发送的速度信号，分别控制各自携带的水下推进装置7动作，使待救人员上浮过程中始终处于深井截面图的中心位置；这样可以有效防止待救人员上浮时碰到井壁受到二次伤害，提高了救援效率，同时也可以提高救援速度；所述的救援体2上浮到深井地图中标记的水位线附近后，通过第二连接/分离机构与救援绳3连接；
所述的起吊上升步骤为：第二处理器211向远程监控台9发送请求起吊信号，远程监控台9接收到请求起吊信号后，控制绕线电机81的离合器接合并启动绕线电机81，将探路体1、救援体2、救援绳3连同待救人员一起起吊至井口，救援完毕。
更好的实施方式是：所述的水下探路步骤中，探路体1、救援体2与救援绳3分离后，远程监控台9根据深井地图中水位线的位置，控制绕线电机81的离合器接合并控制绕线电机81旋转，使救援绳3的端头位于水位线以下一定距离处，这样可以方便救援体2与救援绳3更好的连接。
更好的实施方式是：所述的快速上浮步骤中，第一处理器112根据红外热成像仪113发送待救人员轮廓参数实时判断待救人员与探路体1之间的距离D1，当第一处理器112发现D1超过一定范围且持续扩大，则第一处理器112打开已经充满气体的气囊213的放气阀放气，并重新进行以下步骤：水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升。当快速上浮过程中，待救人员与救援机器人脱离重新下沉时，救援机器人可以重新下潜再次进行救援，提高了救援速度。
本发明将井下救援划分为自由下降、水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升；所述的救援机器人由探路体、救援体组成，使机器人体积紧凑，适合狭小空间救援，通过能力强。当机器人进入水面以下后即和救援绳脱开，由水下推进装置器提供动力继续下潜，快速上浮过程可以依靠气囊内的气体实现上浮，使机器人在水面以下进行救援时不需要救援绳，极大减小了所需救援绳的长度，使机器人更方便携带。机器人下降时先自由落体，落入水下后由水下推进装置器提供动力继续下潜，下降速度快，上升时先依靠气囊的浮力，上浮到水位线附近后依靠救援绳进行起吊，上升速快，可提高救援速度；上升时水下推进装置可以根据深井地图调整待救人员的位置，使待救人员更好的上升，进一步提高了救援速度。待救人员上浮过程中，探路体、救援体可根据深井地图实时调整待救人员位置，使待救人员位于深井截面图中心处，安全性高。
Claims (6)
1.一种废井救援机器人，其特征在于：所述的机器人包括一个球壳形探路体（1）、至少两个球壳形救援体（2）；球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别穿过救援绳（3），使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）形成灯笼式的串联结构，球壳形探路体（1）位于串联结构的最下方；所述的球壳形探路体（1）与球壳形救援体（2）之间、相邻球壳形救援体（2）之间设置第一连接分离机构；所述的球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）各自沿竖直方向的轴线同轴设置的通孔内分别设置电梯式升降驱动机构（5），升降驱动机构（5）包括升降电机，升降电机输出端依次与离合器、减速器、滑轮连接，滑轮与救援绳（3）紧贴且可沿救援绳（3）滑动，滑轮上还设置制动器；所述的球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）的外表面上分别设置水下推进装置（7），所述的救援绳（3）穿出球壳形探路体（1）的端头处分别设置可与球壳形救援体（2）之间实现连接分离的第二连接分离机构、超声波式定位器（31），救援绳（3）的另一端缠绕在支架（8）的绕线滚轴上，绕线滚轴与带有离合器的绕线电机（81）的输出端连接，绕线电机（81）安装在支架（8）上；
所述球壳形探路体（1）的下半部壳体由透明材料制作而成，下半部壳体内设置探路器（111）、第一处理器（112）、红外热成像仪（113）、第一陀螺仪（114）、无线路由器（115）、速度传感器（116）、海拔高度计（117）、水压传感器（109）；所述球壳形探路体（1）底部壳体的外表面上还设置第一救援机构（6）；第一救援机构（6）包括第一机械手（61），第一机械手（61）的手臂上设置长度可伸缩的氧气罩（62），第一机械手（61）的端头位置设置长度可伸缩的颈部固定垫（63）；
所述球壳形救援体（2）的壳体内分别设置无线路由器（115）、第二处理器（211）、第二陀螺仪（212），球壳形救援体（2）壳体外表面的上部设置至少两个由弹性面料制作而成的气囊（213），气囊（213）内设置气体发生器（215）；沿球壳形救援体（2）的外表面两侧各设置一个水平凹槽，水平凹槽内设置铰接点，铰接点与水平设置的圆弧形的电动伸缩杆（214）的一端连接，电动伸缩杆（214）可绕铰接点在水平面内旋转；电动伸缩杆（214）的另一端端头上设置卡钩，所述的电动伸缩杆（214）的弧度与球壳形救援体（2）的表面相适应，使电动伸缩杆（214）旋入水平凹槽后不超出球壳形救援体（2）的外表面；所述的电动伸缩杆（214）、气体发生器（215）分别与第二处理器（211）通信连接；
所述的球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）还通过各自的无线路由器（115）与设置在井口附近的远程监控台（9）通信连接，所述的远程监控台（9）内分别设置第三处理器（91）、无线路由器（115），所述的第三处理器（91）分别与绕线电机（81）、显示器、触摸式控制屏连接；
所述的水下推进装置（7）包括设置在球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）各自外表面上部、下部相对的两个螺旋桨式推进器，每个螺旋桨式推进器包括4个环形均布的电动式螺旋桨（71）；位于上方和下方相对的电动式螺旋桨（71）的旋向相反；
所述的探路器（111）为超声波式探路器或激光式探路器；所述的第一处理器（112）、第二处理器（211）、第三处理器（91）为带有存储模块的微型处理器或为带有闪存单元的单片机。
2.根据权利要求1所述的一种废井救援机器人，其特征在于：所述的第一连接分离机构包括分别设置在球壳形探路体（1）外表面上端凹槽内、可沿竖直方向伸缩的第一电动活塞杆（101），第一电动活塞杆（101）的端头设置挂环（102）；所述的球壳形救援体（2）外表面下端相应位置凹槽内设置可沿竖直方向伸缩第二电动活塞杆（103），第二电动活塞杆（103）的端头设置与挂环（102）适应的电动挂钩（104）。
3.根据权利要求1所述的一种废井救援机器人，其特征在于：所述的第二连接分离机构包括沿球壳形救援体（2）外表面水平设置的圆环状第一电磁铁（105），以及设置在救援绳（3）端头附近的第二永磁体（106），所述的第一电磁铁（105）沿球壳形救援体（2）竖直轴线方向设置多个，所述的第二永磁体（106）沿救援绳（3）的长度方向设置多个。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一权利要求所述的一种废井救援机器人的救援方法，其特征在于：所述的救援方法包括依次进行的以下步骤：自由下降、水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升；
所述的自由下降步骤为：将携带有球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）的支架（8）摆放在井口附近，球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）上的电梯式升降驱动机构（5）保持制动状态，使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）与救援绳（3）连为一体；绕线电机（81）的离合器分离，使绕线电机（81）与绕线转轴分离，释放救援绳（3），使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）与救援绳（3）一起做自由落体运动进入井下；
下降过程中探路器（111）实时采集球壳形探路体（1）下方一定距离处的多个深井截面图，所述的深井截面图为与球壳形探路体（1）运动方向呈90°的井壁截面轮廓形状，海拔高度计（117）按照时间顺序、将深度h标记在深井截面图中，第一处理器（112）以球壳形探路体（1）球心的运动轨迹为扫描线，以深井截面图为截面，通过多截面扫略方式绘制出三维模型，该三维模型为深井地图，第一处理器（112）通过球壳形探路体（1）上携带的无线路由器（115）实时向其上方的球壳形救援体（2）、远程监控台（9）发送深井地图；
所述的水下探路步骤为：当水压传感器（109）检测到压力信号突然增大且持续一段时间，同时速度传感器（116）检测到球壳形探路体（1）下降的速度突然减小至一定值以下，则第一处理器（112）判断球壳形探路体（1）已进入水中，第一处理器（112）将水压传感器（109）的压力信号突然增大时刻的深度h标记为水位线，并将水位线绘制在深井地图中；球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）上的升降驱动机构（5）松开制动器，使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）脱离救援绳（3）进入水中；
球壳形救援体（2）上设置的水下推进装置（7）启动，使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）下潜，下潜过程中第二处理器（211）根据第二陀螺仪（212）发送的姿态信号控制球壳形救援体（2）上设置的水下推进装置（7），使球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）保持平稳下降，下降过程中第一处理器（112）实时更新深井地图；
所述的现场救援步骤为：当红外热成像仪（113）发现下方出现待救人员，则球壳形探路体（1）与球壳形救援体（2）之间、相邻球壳形救援体（2）之间相互分离，第一处理器（112）分析红外热成像仪（113）发送的人体轮廓并识别待救人员头部位置，同时根据第一陀螺仪（114）发送的球壳形探路体（1）的姿态信号控制其上设置的水下推进装置（7）动作，使球壳形探路体（1）保持水平姿势运动至待救人员头部正上方位置；第一机械手（61）伸至待救人员肩膀附近并抓住待救人员肩膀，接着球壳形探路体（1）上升一段距离，使待救人员接近站立姿势；第一处理器（112）根据红外热成像仪（113）发送的人体轮廓识别出待救人员面部位置、颈部位置、腋下位置，并将待救人员腋下位置发送给第二处理器（211）；
所述的第一处理器（112）分析待救人员面部位置，控制氧气罩（62）伸出并压在待救人员面部相应位置；分析待救人员颈部位置，控制颈部固定垫（63）伸出并托住待救人员颈部；
所述的第二处理器（211）接收待救人员腋下位置信号并控制其上设置的水下推进装置（7），使两个球壳形救援体（2）保持水平姿态并分别运动至待救人员前胸及后背相应位置；接着电动伸缩杆（214）相对于铰接点旋转，旋出球壳形救援体（2）的外表面并伸长，将待救人员腋下部位抱紧，位于待救人员前后两侧的相对的电动伸缩杆（214）之间通过卡钩连接；
所述的快速上浮步骤为：气囊（213）内设置的气体发生器动作使气囊（213）充满气体，球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）连同待救人员共同上浮，同时第一处理器（112）、第二处理器（211）根据深井地图、速度传感器（116）发送的速度信号，分别控制球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）上的水下推进装置（7），使待救人员上浮过程中始终处于深井截面图的中心位置；球壳形救援体（2）上浮到深井地图中标记的水位线附近后，通过第二连接分离机构与救援绳（3）连接；
所述的起吊上升步骤为：第二处理器（211）向远程监控台（9）发送请求起吊信号，远程监控台（9）接收到请求起吊信号后，控制绕线电机（81）的离合器接合并启动绕线电机（81），将球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）、救援绳（3）连同待救人员一起起吊至井口，救援完毕。
5.根据权利要求4所述的一种废井救援机器人的救援方法，其特征在于：所述的水下探路步骤中，球壳形探路体（1）、球壳形救援体（2）与救援绳（3）分离后，远程监控台（9）根据深井地图中水位线的位置，控制绕线电机（81）旋转，使救援绳（3）的端头位于水位线以下一定距离处。
6.根据权利要求4所述的一种废井救援机器人的救援方法，其特征在于：所述的快速上浮步骤中，第一处理器（112）根据红外热成像仪（113）发送待救人员轮廓参数实时判断待救人员与球壳形探路体（1）之间的距离D1，当第一处理器（112）发现D1超过一定范围且持续扩大，则第一处理器（112）控制已经充满气体的气囊（213）放气，并重新进行以下步骤：水下探路、现场救援、快速上浮、起吊上升。
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Effective date of registration: 20240625 Address after: No. 1806690, Haipiao Industrial Park, 18th Floor, Yaxi Building, No. 14 Haifu Road, Meilan District, Haikou City, Hainan Province, 570100 Patentee after: Hainan Yikuan Investment Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 230000 B-2704, wo Yuan Garden, 81 Ganquan Road, Shushan District, Hefei, Anhui. Patentee before: HEFEI LONGZHI ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
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Effective date of registration: 20240719 Address after: No. 2077, Building 33, No. 69 Zhongmensi Street, Mentougou District, Beijing, 102300 (cluster registration) Patentee after: Jingqi Holdings Group Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: No. 1806690, Haipiao Industrial Park, 18th Floor, Yaxi Building, No. 14 Haifu Road, Meilan District, Haikou City, Hainan Province, 570100 Patentee before: Hainan Yikuan Investment Co.,Ltd. Country or region before: China |