CN107376153A - 一种小口径深井自动化救援装备 - Google Patents

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张立强
李想
葛道晗
王紫筠
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Jiangsu University
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Abstract

本发明涉及一种小口径深井自动化救援装备。该救援装备将通过绳索下放至井内,通过机体上配备的探测仪器搜索落井者,一旦定位,该装备可调整到合适姿态,利用下方的柔性执行机构抓取被救人。该救援装备的优点在于能够大幅度减小搜救时间,可实现稳固抓取且对人体无二次伤害,大大节省救援所需人力物力,提高被救人员的生存率。

Description

一种小口径深井自动化救援装备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种小口径深井自动化救援装备,属于民用消防领域以及野外救援领 域。 '
背景技术
[0002] 众所周知,中国农村地域广博,存在大量荒井和田间灌溉用井,且一般为敞口枯 井。还有一些矿区或者工地也存在作业完成后没有能够及时回填的矿井和粧井,以及城市 中所铺设的排水、给水、燃气和电力等管道井。由于缺乏专门的管理人员,这些深井的管理 维护可能不到位,致使其有些处于敞开状态,以致人员落井事故时有发生,并造成一定的人 员伤亡和财产损失。
[0003] 目前主要的传统救援方法有:1)对于这类突发事件,最理想的情况是井径较大时, 即直径可以同时容下救援人员和被救者时,可以直接由地面上消防人员可以采取腰系绳 索,通过绳索下放保持直立姿势下井施救。2)但是当井径较小时,仅仅大于消防人员肩部宽 度时,营救人员只能采用头下脚上的倒挂方式进入井下施救。不难想象,采用这种倒挂作业 救援的方式,救援人员的心血管系统要超负荷运行,还会造成许多肠胃和心脏器官下垂病, 血液倒流也会导致脑溢血等严重的突发疾病;而且井下狭窄的空间也不允许随身携带空气 呼吸器等生命维持设备,使得营救的危险性加大。3)如果井径过于狭小,且小于救援人员肩 宽时,救援人员则根本无法进入实施救助。这些井的口径通常较小,多数井径为30〜100cm 范围。由于没有专门的救援设备,使得救助工作十分困难,救援时间较长,从而造成被困人 员因救治不及时而受到严重的伤害,甚至死亡。施救方一般只能依靠动用大量挖掘开凿设 备从深井侧面挖掘,再横向打通井壁实施救援,异常耗财耗时耗力,如果救援现场的土质疏 松,则可能引发井口坍塌,这些情况都对救援工作产生不利影响。综上所述,这三种救援方 法救援工作量大,使落井人员得不到及时救助,还存在着无法定位、通风、照明和通话等问 题。
[0004] 目前,针对传统救援存在的问题,许多科研工作者也进行了一些尝试,中国专利申 请号为201410682252.7的专利申请所描述的救援装置采用钢丝绳依序穿绕于滑轮工、滑 轮、开合爪工、开合爪、开合爪工上,钢丝绳顶端固定在撑爪拉簧上,可实现简单易控、安全 可靠的救援。其存在以下问题:1)只有一个机械手,容易导致受力不平衡,抓取不稳固,被救 人员滑落造成二次伤害。2)执行机构为刚性结构,如果抓取力过小,容易滑落,抓取力过大, 又会伤害被救者。因此,针对以上方面,需要对现有技术进行合理的改进。
发明内容
[0005] 针对上述技术问题,本发明提供了一种具有柔性执行机构的深井救援装置,以改 善现有技术中缺少可以安全可靠且简单高效地对深井中的受困者进行施救的深井救援装 置的问题。
[0006] 一种小口径深井自动化救援装备,包括三角支架、定滑轮、绳索、井下救援设备、控 制器,
[0007] 所述三角支架用于架设在井口,所述定滑轮固定在三角支架上,所述绳索绕过定 滑轮端部与井下救援设备固定连接;
[0008] 所述井下救援设备主要由吊耳、机身上半部分、可伸缩的井壁支撑架、旋转链节、 机身下半部分、机械臂、柔性机械手构成,
[0009] 所述机身上半部分与机身下半部分之间通过旋转链节连接,机身下半部分能够相 对于机身上半部分旋转;所述吊耳固定在机身上半部分的顶部,至少两个井壁支撑架装在 机身上半部分侧面上,机械臂装在机身下半部分上,所述柔性机械手固定在机械臂的末端, 所述柔性机械手由爪状刚性结构、柔性气囊组成,所述柔性气囊设置在爪状刚性结构内侧; 所述定滑轮、井下救援设备均与控制器相连,所述控制器用于控制井下救援设备的下沉,以 及井壁支撑架、旋转链节、柔性机械手的工作。
[0010] 进一步地,所述气囊表面采用防滑材料。
[0011] 进一步地,所述柔性气囊还与气压计连通,所述气压计与控制器相连,控制器根据 所述气压计检测的所述气囊内的压力,控制柔性机械手的抓紧力。
[0012] 进一步地,还包括生命维持模快,所述生命维持模块为氧气释放装置,所述氧气释 放装置的出气口能够跟井下救援设备一同放到井下,所述生命维持模快与控制器相连。
[0013] 进一步地,还包括摄像头,所述摄像头装在所述机身下半部分的底面上,所述摄像 头和/或红外探测仪与控制器相连。
[0014] 进一步地,还包括红外探测仪,所述红外探测仪装在所述机身下半部分的底面上, 所述红外探测仪与控制器相连。
[0015] 进一步地,还包括探照灯,所述探照灯装在所述机身下半部分的底面上。
[0016] 进一步地,所述机械臂由两节活动臂组成。
[0017]本发明中井下救援设备分为上下两部分,上部机体两侧有可伸缩的井壁支撑架用 于固定机器在井下的空间位置,下部分通过旋转链接可以相对于机体上半部分旋转,用于 调整机械手相对于落井者的位置以实现有效抓取。机体下方伸出摄像头和探测灯用于对落 井者的定位搜索,左右各有一个机械臂。每个机械臂都由两节活动臂与一个柔性机械手构 成,以保证足够的自由度,可以灵活调整以适应不同落井姿态的抓取。
[0018] 柔性机械手是装备井下救援作业的核心机构,设计过程中考虑到人体的结构特 点,使该机构在保证能够实现不伤害被救者的前提下,对人体的抓取与托起,尽量力求精简 设备,以减少空间体积,整个执行机构由刚性部分和柔性部分两部分构成,由爪状刚性结 构、柔性气囊组成。刚性部分起到类似骨骼的支撑作用,柔性部分是类似气囊的保护层,这 样可以避免刚性机械手对人体的直接接触,既可以提高安全性,又可均匀受力,增加接触面 积,让抓取更加稳固。另外还能够感测和调节输出力的大小,从而实现针对不同体重落井者 的有效抓取。
附图说明
[0019] 图1所述为该小口径深井救援装备的主体结构装配图的主视图;
[0020] 图2所述为该小口径深井救援装备的主体结构装配图的立体图;
[0021] 图3所述为柔性执行机构的结构示意图;
[0022] 图4所述为整个救援系统的示意图。
[0023] 图中:
[0024] 1-吊耳,2_机身上半部分,3-井壁支撑架,4-旋转链节,5_机身下半部分,6-机械 臂,7_柔性机械手,8-探照灯,9_摄像头,10-爪状刚性结构,11-柔性气囊,12-控制器,13-定 滑轮,14-三脚支架,I5-井壁,16-井下救援设备。
具体实施方式
[0025]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并 不限于此。
[0026]如图1、图2、图4所示,本发明所述的小口径深井自动化救援装备,包括三角支架 14、定滑轮13、绳索、井下救援设备16、控制器12,所述三角支架14用于架设在井口,所述定 滑轮13固定在三角支架14上,所述绳索绕过定滑轮13端部与井下救援设备固定连接。
[0027]所述井下救援设备16主要由吊耳1、机身上半部分2、可伸缩的井壁支撑架3、旋转 链节4、机身下半部分5、机械臂7、柔性机械手8构成,所述机身上半部分2与机身下半部分5 之间通过旋转链节4连接,机身下半部分5能够相对于机身上半部分2旋转;所述吊耳固定在 机身上半部分2的顶部,至少两个井壁支撑架3装在机身上半部分2侧面上,机械臂7装在机 身下半部分5上,所述柔性机械手S固定在机械臂7的末端,所述柔性机械手8由爪状刚性结 构10、柔性气囊11组成,所述柔性气囊11设置在爪状刚性结构10内侧;所述定滑轮13、井下 救援设备均与控制器I2相连,所述控制器12用于控制井下救援设备的下沉,以及井壁支撑 架3、旋转链节4、柔性机械手8的工作。
[0028]井下救援作业开始前,需先在井口架起三角支架14,支架每个脚的长度均可调,以 适应井口周围高低起伏的地势。井下救援设备16顶部的吊耳1连接于绳索上,通过定滑轮13 的转动下放机器至井内。
[0029]在机身下半部分5的底面上装探照灯8、摄像头9以及红外探测器。开启探照灯,通 过摄像头9或者红外探测仪搜索落井者,完成对被救人员的搜寻与定位后,营救人员可以通 过对井下传上来的视频信息进行观察分析,掌握被救人状态,决定是否需要开启生命维持 装置,所述生命维持模块为氧气释放装置,所述氧气释放装置的出气口能够跟井下救援设 备一同放到井下,送入新鲜空气。如果被救人状态良好,可通过语音交流模块交流,指导被 救人做出相应动作,若被救人无意识或年龄尚小,便由地面操作人员进行营救。首先,控制 器控制井壁支撑架3伸出,以固定设备的姿态,以免机体左右摇晃或者旋转,然后根据落井 者在井下的姿势旋转或微调机身下半部分5,确定最佳的方位后将机械臂7下落至待救人员 上方,然后操作机械臂7前端的机械手7,使其接近被救人上臂或腋部,然后合并机械手,抓 住其双臂。所述机械臂7由两节活动臂组成,以保证足够的自由度,可以灵活调整以适应不 同落井姿态的抓取。
[0030]柔性气囊10内充有气体,机械手合并过程中柔性气囊10将紧密环围其手臂,从而 实现对落井人员的抓取,柔性气囊1 〇表面采用防滑材料,和被救人皮肤或衣物之间有很大 摩擦系数,防止落井人员的进一步下滑,并且柔性气囊10内气体起到保护作用均匀受力,增 加接触面积,让抓取更加稳固。由于柔性气囊内充有气体是定量的,那么其内部气压将与抓 取力正相关,抓得越紧气压越大,反之气压越小,故可以用气压来描述抓取用力。柔性气囊 10连通着气压计,气压计采集值反馈给控制器,以完成闭环控制。运用类似于PID控制的算 法,使得柔性气囊10内压强在设定值附近小范围浮动,即可保证抓取用力在设定值附近浮 动,而不会过小或过大。这样既可以防止力过大伤害被救者,又可以防止抓取力过小导致待 营救者脱落再次落井,造成二次伤害
[0031]所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式 背离本发麵实抛容_雜T,本领±紐*人貞能够做巾赃何s酿働改进’ 或变型均属于本发明的保护范围。 ^、晉俠

Claims (10)

1. 一种小口径深井自动化救援装备,包括三角支架、定滑轮(13)、绳索、井下救援设备 (16)、控制器(12),其特征在于,所述三角支架用于架设在井口,所述定滑轮(13)固定在三 角支架上,所述绳索绕过定滑轮(13)端部与井下救援设备固定连接; 所述井下救援设备(16)主要由吊耳(1)、机身上半部分(2)、可伸缩的井壁支撑架(3)、 旋转链节⑷、机身下半部分(5)、机械臂(7)、柔性机械手⑻构成,所述机身上半部分⑵与 机身下半部分(5)之间通过旋转链节⑷连接,机身下半部分⑸能够相对于机身上半部分 (2)旋转;所述吊耳固定在机身上半部分(2)的顶部,至少两个井壁支撑架C3)装在机身上半 部分⑵侧面上,机械臂C7)装在机身下半部分上,所述柔性机械手(8)固定在机械臂(7) 的末端,所述柔性机械手(8)由爪状刚性结构(10)、柔性气囊(11)组成,所述柔性气囊(11) 设置在爪状刚性结构(10)内侧;所述定滑轮(13)、井下救援设备均与控制器(12)相连,所述 控制器(12)用于控制井下救援设备的下沉,以及井壁支撑架(3)、旋转链节⑷、柔性机械手 ⑻的工作。
2. 根据权利要求1所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,所述气囊表面采用 防滑材料。
3. 根据权利要求1所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,所述柔性气囊(11) 还与气压计连通,所述气压计与控制器(12)相连,控制器根据所述气压计检测的所述气囊 内的压力,控制柔性机械手⑻的抓紧力。
4. 根据权利要求1所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,还包括生命维持模 快,所述生命维持模块为氧气释放装置,所述氧气释放装置的出气口能够跟井下救援设备 —同放到井下,所述生命维持模快与控制器(12)相连。
5. 根据权利要求1所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,还包括摄像头(6), 所述摄像头⑹装在所述机身下半部分(5)的底面上,所述摄像头(6)与控制器(12)相连。
6. 根据权利要求1所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,还包括红外探测 仪,所述红外探测仪装在所述机身下半部分(5)的底面上,所述红外探测仪与控制器(12)相 连。
7.根据权利要求1-6任一项所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,还包括探 照灯(9),所述探照灯装在所述机身下半部分⑸的底面上。
8.根据权利要求1_6任一项所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,所述多个 井壁支撑架03)沿机身上半部分(2)均匀分布。
9.根据权利要求1_6任一项所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,所述机械 臂由两节活动臂组成。
10.根据权利要求1-6任一项所述的小口径深井自动化救援装备,其特征在于,还包括 语音交流模块。
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