CN107485808B - 智能全息深井救援系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于救援设备领域，具体涉及一种智能全息深井救援系统，其特征在于包括井下执行机构总成、地面控制及监控系统、动力系统、供气装置和井口支架总成，动力系统包括发电机、线缆滚筒和电动机，电动机与线缆滚筒连接，线缆滚筒上缠绕有集成线缆，集成线缆内部集成电线、信号线、输气管和钢丝绳，动力系统、供气装置、地面控制及监控系统分别通过集成线缆、井口支架总成与井下执行机构总成连接。本发明具有智能化程度高、使用灵活方便、适用范围广、救援效率高、安全可靠等优点。使用本发明救援人员在地面操作即可将落井人员救出，安全可靠、省时省力、救援效率高，特别适用于口径较小的落井救援。

Description

智能全息深井救援系统

技术领域

本发明属于救援设备领域，具体涉及一种智能全息深井救援系统。

背景技术

在我国农村地区或城乡结合地带存在大量的处于废置状态的老式饮用水井和灌溉用井，这些井井口直径较小且处于露天状态，经常发生人员落井事故，特别是小孩。

目前，对于此类事故还没有有效实用的救援方式能将落井人员救出，大部分是靠较瘦小的人员靠吊带悬挂进入井内后将人员救出，但有时井口较小救援人员无法进入时，只能动用大型机械将井口附近深挖，把井管拆除，然后将人员救出，这种救援方案时间长，人员在井底存在缺氧窒息的危险且耗费较大的人力物力，同时在拆除井柱时存在掉落物体的风险，对井底人员造成二次伤害。

发明内容

本发明的目的是解决目前没有专业化的深井救援设备，救援存在费时费力、安全性差的缺陷，提供一种智能全息深井救援系统，救援人员在地面操作即可进行井下情况探测并快速将落井人员救出，方便实用，节约人力物力，安全性能好。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种智能全息深井救援系统，其特征在于包括井下执行机构总成、地面控制及监控系统、动力系统、供气装置和井口支架总成，所述动力系统包括发电机、线缆滚筒和电动机，电动机与线缆滚筒连接，线缆滚筒上缠绕有集成线缆，集成线缆内部集成电线、信号线、输气管和钢丝绳，井口支架总成包括支撑三脚架和滑轮，滑轮安装在支撑三脚架的上部，电缆滚筒上的集成线缆绕过滑轮与井下执行机构总成连接，供气装置包括氧气瓶和空气压缩机，氧气瓶与集成线缆内的输气管连接，地面控制及监控系统包括音箱、麦克、控制台和地面无线传输装置，控制台设有显示屏、控制面板，控制面板上装有气动、电动控制开关，井下执行机构总成由上向下设有上支撑旋转机构、人体防护伞、下支撑机构、全息信息采集系统和机械手，上支撑旋转机构包括支架，支架上端与集成线缆连接，支架两侧设有对称的伸缩支撑装置，支架的下方设有旋转装置，旋转装置与人体保护伞连接，人体保护伞包括伞轴、支撑、帆布护罩和支撑开启机构，旋转装置与伞轴上端连接，支撑位于帆布护罩内部，支撑包括固定环、第一活动环、第二活动环、支撑杆、第一连接杆、第二连接杆和弹簧，所述固定环固定在伞轴的上部，支撑杆上端铰接在固定环上，支撑杆为多根，呈放射状分布，第一活动环和第二活动杆依次套装在固定环的下方的伞轴上，其分别铰接有与支撑杆对应的多根第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的前端均与对应的支撑杆的中部铰接，弹簧套装在固定环和第一活动环之间的伞轴上，支撑开启机构安装在支撑底部的第二活动环的一侧，包括支撑开启电动马达和支撑控制销轴，伞轴上设有与支撑控制销轴匹配的销轴孔，下支撑机构包括圆盘安装板和下支撑滚轮，圆盘安装板与伞轴的下端连接，圆盘安装板的上方设有多个等分圆周分布的下支撑滚轮，每个下支撑滚轮分别通过滚轮轴与伞轴底部连接，滚轮轴呈放射状排列，圆盘安装板底面设有横向滑道，横向滑道内设有机械手臂滑道杆，机械手臂滑道杆上设有滑块，圆盘安装板底部设有与滑块连接的滑块气缸，滑块的底部与机械手连接，机械手包括电动伸缩杆、机械手双向气缸、机械手气缸、气缸支架、滑道、机械手电动马达、机械手臂、气囊组成，电动伸缩杆上端安装在圆盘安装板的滑道中，电动伸缩杆下端与滑道连接，滑道设有上下两个，两个滑道之间设有机械手双向气缸，机械手双向气缸的两个伸缩杆分别与竖向的气缸支架连接，每个气缸支架的内侧设有轴，滑道的两端设有与轴匹配的轴孔，轴插入到轴孔中，气缸支架的底部设有机械手臂，机械手臂中部铰接在气缸支架下端，铰接部位的气缸支架上设有锁止销轴，锁止销轴和机械手锁止马达连接，机械手臂上设有与锁止销轴匹配的销轴孔，竖向倒置的机械手气缸上端固定在气缸支架上端，机械手气缸的伸缩杆与机械手臂的后端铰接，机械手臂内侧设有气囊，气囊与集成线缆中的输气管连接，所述全息信息采集系统安装在圆盘安装板的下端，包括固定杆，固定杆上端连接在圆盘安装板上，固定杆上部设有地下无线传输装置、气体探测器、音箱及麦克，固定杆底部设有摄像头电动马达，摄像头电动马达与摄像头支架连接，摄像头支架上设有全景摄像头，摄像头支架的两侧还设有照明灯，地下无线传输装置与地面无线传输装置信号连接。

本发明的控制台内的气动控制开关及显示屏通过集成线缆与井下执行机构总成连接，实现井下执行机构总成上气缸控制及图像信号传输，电动控制开关通过地面无线传输装置与井下执行机构上的地下无线传输装置进行信号传输，控制井下执行机构上的电动马达。

本发明通过麦克、音箱、地上无线传输装置和地下无线传输装置还可以进行语音信号的传输。

本发明的支撑开启电动马达带动支撑控制销轴运动，支撑控制销轴可伸入伞轴上的销轴孔内，当支撑收起时，支撑开启电动马达带动支撑控制销轴伸入伞轴上的销轴孔内将支撑与伞轴固定，当支撑开启电动马达带动支撑控制销轴拔出销轴孔时，支撑通过弹簧的作用而展开。

本发明的支撑开启机构还可以通过气缸开启，不使用时，支撑处于收缩状态，卷叠的帆布护罩与支撑连接，当需要使用时，支撑开启机构带动支撑撑开，支撑将收紧的帆布护罩撑成伞状，卷叠的帆布护罩与井壁接触，在上提过程中，卷叠的帆布通过与井壁摩擦而伸展开，形成筒状，将人体防护伞以下结构防护起来。

本发明的机械手气缸伸缩带动机械手臂前端上下运动，机械手双向气缸伸缩带动机械手臂左右运动，这样3个气缸的伸缩可以带动两个机械手臂上下左右运动实现抱紧人体的功能。

本发明的机械手臂为向内侧弯曲的两段式结构，其两段内侧均设有气囊。机械手臂采用向内侧弯曲的两段式结构，与人体的手臂很近似，抱紧人体的效果好，两段的内侧均设置气囊，救援时向气囊内充气，气囊膨胀，与人体接触保护人体，防止机械手臂损伤人体。

本发明的机械手优选设置两个。当使用两个机械手时，另一个机械手可从另一侧抱紧人体。

本发明的每个滚轮轴均为套筒式伸缩管，滚轮轴上设有紧固螺栓。滚轮的径向长度可调，可以适应不同口径的深井使用。

本发明的伸缩支撑装置为电动缸或气缸。电动缸或气缸伸长支撑于井壁，实现支撑功能。当采用气缸时，气缸与空气压缩机连接。

本发明的旋转装置为电动马达或气动马达。电动马达或气动马达旋转可带动人体防护伞、下支撑机构、全息信息采集系统和机械手一起转动。当采用气动马达时，气动马达与空气压缩机连接。

本发明的支撑三脚架的支撑腿为伸缩杆，其高度可调。

本发明的控制台为翻盖箱式结构。使用时将箱体打开，不使用时箱体处于关闭状态，可以有效的保护内部的显示屏和控制面板。

本发明的地面控制及监控系统、动力系统、供气装置和井口支架总成均设置在地面上，井下执行机构总成位于井内作业。

本发明的动力系统用于为井下执行机构总成提供电源、信号传输、输送气体；电动机带动电缆滚筒旋转，可以实现井下执行机构总成的升降。

本发明的全景摄像头可以采集井下的全景影像、音箱及麦克可实现井下与地面的语音采集及播放、地下无线传输装置可实现井下及地面的信息传输、输气管可以将地面上的氧气传输到井下，气体传感器可检测井内气体成分及浓度。

本发明的地面控制及监控系统的显示屏可以显示井下全景摄像头采集的影像信息及气体成分信息，音箱及麦克可以通过地面无线传输装置与井下进行语音信息交流，控制手柄可以控制井下执行机构总成动作。

本发明的发电机为整个设备中的用电设备提供电源，电缆内部集成电线、信号线、输气管，用于为井下执行机构总成提供电源、信号传输、输送气体。

本发明的氧气瓶用于为井下输送氧气，空气压缩机为各气动装置提供气源动力。

本发明的井口支架总成安装于井口正上方，用于悬挂井下执行机构总成。

本发明还可以配合申请人自主研发的井下救援小车使用，救援效果更好。

本发明具有智能化程度高、使用灵活方便、适用范围广、救援效率高、安全可靠等优点。使用本发明救援人员在地面操作即可将落井人员救出，安全可靠、省时省力、救援效率高，特别适用于口径较小的落井救援；本发明具有全息摄影及实时通话功能，能够对施救全程进行摄像、录像，对不同的井况进行及时的反馈，保证救援及时、安全、高效；本发明具有在线气体检测、通风给氧功能，能够把井下含氧量，是否存在有毒有害气体进行实时监控，并给予及时的通风处理，给被困人员输送氧气，提高被困人员存活率；本发明的井下执行机构总成上设有防护气囊及人体保护伞，在对被施救人员进行救援时，进行防护，防止人员在被施救时受到二次伤害。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明井下执行机构总成的结构示意图；

图3 为本发明支撑的结构示意图；

图4 为本发明全息信息采集系统的结构示意图；

图5 为本发明机械手的结构示意图。

如图中所示：1.井下执行机构总成；2.供气装置；3.地面控制及监控系统；4.动力系统；5.井口支架总成；6.上支撑旋转机构；601.伸缩支撑装置；602.旋转装置；7.人体保护伞；701.帆布护罩；721.伞轴；722.固定环；723.支撑杆；724.弹簧；725.第一滑动环；726.第一连接杆；727.第二连接杆；728.第二滑动环；729.支撑控制销轴；730.支撑开启电动马达；8.下支撑机构；801.滑轮；9.全息信息采集系统；901.全景摄像头；902.摄像头支架；903照明灯；904.摄像头电动马达；905.气体探测器；906.地下无线传输装置；907.音箱及麦克；908.固定杆；10.机械手；101.机械手臂；102气缸支架；103.机械手双向气缸；104.电动伸缩杆；105.机械手气缸；106.锁止销轴；107.滑道；108.轴；109. 机械手锁止马达；110.销轴；111.销轴；11.集成线缆；12.电机；13.线缆滚筒。

具体实施方式

如图1所示：地面控制及监控系统3、动力系统4、供气装置2、井口支架总成5安装在地面上。动力系统包括发电机、线缆滚筒13和电动机12，电动机12与线缆滚筒13连接，线缆滚筒上缠绕有集成线缆11，集成线缆11内部集成电线、信号线、输气管和钢丝绳。电动机12转动可以带动线缆滚筒13转动，实现集成线缆的收放。井口支架总成5包括支撑三脚架和滑轮，滑轮安装在支撑三脚架的上部，支撑三脚架的支撑腿为两段式伸缩杆，其由两节管组成，一节套在另一节外侧，支撑三脚架的高度可调节，支撑三脚架安装于井口正上方，线缆滚筒13上的集成电缆11绕过滑轮与井下执行机构总成1连接。供气装置2包括氧气瓶和空气压缩机，氧气瓶与集成线缆11内的输气管连接，用于为井下提供氧气，空气压缩机用于为气缸提供气源。地面控制及监控系统3包括音箱、麦克、控制台和地面无线传输装置，控制台是翻盖箱式结构，内部具有显示屏和控制面板，控制面板上装有气动、电动控制开关，控制台内的气动控制开关及显示屏通过集成线缆与井下执行机构总成1连接，实现井下执行机构总成1上气缸的控制及图像信号传输，电动控制开关通过地面无线传输装置与井下执行机构总成1上的地下无线传输装置906进行信号传输，控制井下执行机构总成1上的电动马达，地上无线传输装置和地下无线传输装置还可以通过音箱、麦克进行语音信号的传输。

如图2所示：井下执行机构总成1由上向下设有上支撑旋转机构6、人体防护伞7、下支撑机构8、全息信息采集系统9和机器手10，上支撑旋转机构6包括支架，支架上端与集成线缆11连接，支架两侧设有对称的伸缩支撑装置601，伸缩支撑装置601靠气缸伸缩实现伸缩，伸缩支撑装置601伸出时可支撑在井壁上，将井下执行机构总成1固定于井中防止晃动，支架的下方设有旋转装置602，旋转装置602与人体保护伞7连接，旋转装置602靠气动旋转缸驱动旋转，旋转装置602可以带动旋转装置以下的装置360°旋转，以适应落井人员不同的落井角度。人体保护伞7包括伞轴721、支撑和帆布护罩701，旋转装置602与伞轴721上端连接，支撑位于帆布护罩701内部，支撑可收起或展开成伞状结构，在救援时，支撑将帆布护罩701撑起用于保护人体。

如图3所示：支撑包括固定环722、支撑杆723、弹簧724、第一滑动环725、第一连接杆726、第二连接杆727、第二滑动环728，固定环722固定安装在伞轴721的上部，两者不可相对运动，第一滑动环725和第二滑动环728套装在伞轴721上，可以在伞轴721上进行上下滑动，弹簧724位于固定环722和第一滑动环725中间，第一滑动环725向上运动带动第一连接杆726向上运动，带动第二连接杆727向伞轴721方向收缩，同时位于固定环722与第一滑动环725中间的弹簧724被压缩，第二滑动环728沿伞轴721向下运动，支撑开启机构位于第二滑动环728的一侧，包括支撑开启电动马达730及支撑控制销轴729，支撑开启电动马达730带动支撑控制销轴729运动，支撑控制销轴729可伸入伞轴721的销轴孔内，此销轴孔位于伞轴721下部，支撑收缩后，第二滑动环728上的支撑控制销轴729正好与此销轴孔对中，当未进行救援时，手动将帆布护罩卷叠并将支撑收起时，通过控制支撑开启电动马达730带动支撑控制销轴729动作，支撑控制销轴729伸入伞轴上的销轴孔内将支撑与伞轴721固定，当通过控制使支撑开启电动马达730带动支撑控制销轴729动作，支撑控制销轴729拔出销轴孔时，支撑靠顶部的被压缩的弹簧724顶住第一滑动环725沿伞轴721向下运动，第一连接杆726推动第二连接杆727张开将支撑杆723和帆布护罩701撑开。卷叠的帆布护罩701被支撑撑开后与井壁接触，当井下执行机构总成1向上运动时，卷叠的帆布护罩701靠井壁的摩擦而展开，将人体罩住。

如图2所示：伞轴721的底部还与下支撑机构8连接，下支撑机构8包括圆盘安装板，滚轮801及滑道机构，圆盘安装板与伞轴721的下端连接，圆盘安装板上方设有不少于3个的滚轮轴及滚轮801，滚轮轴间的角度等分，滚轮轴呈放射状排列，滚轮轴可伸缩，可根据不同直径的井调节滚轮的伸出距离，圆盘安装板的底面设有至少1个横向滑道，横向滑道内设有机械手臂滑道杆，机械手臂滑道杆安装有滑块，滑块可以沿滑道水平方向滑动，（横向滑道、机械手臂滑道杆、滑块限于角度无法从图中看出）滑块底部安装机械手10，滑块与安装在圆盘安装板底面的滑块气缸连接，滑块气缸的活塞杆伸缩，带动滑块沿横向滑道滑动，这样就可以调节机械手10在落井人员身体前后的距离。

如图5所示：机械手10包括机械手臂101、气缸支架102、机械手双向气缸103、电动伸缩杆104、机械手气缸105、锁止销轴106、滑道107、轴108、机械手锁止马达109、销轴110、销轴111和气囊，电动伸缩杆104顶端与圆盘安装板底部的滑块连接，电动伸缩杆104底部与两个滑道107连接，左、右两个气缸支架102分别通过轴108与滑道107连接，滑道107中部安装有机械手双向气缸103，机械手双向气缸103是双向的，两端活塞杆分别连接两个气缸支架102，气缸伸缩带动2个气缸支架102活动，气缸支架102上安装有机械手气缸105及机械手臂101，机械手气缸105的活塞杆端部与机械手臂101一端连接，机械手臂101中部靠销轴111与气缸支架2连接，机械手臂101上还设有一个销轴孔与气缸支架102上的锁止销轴106对应，锁止销轴106靠机械手锁止马达109驱动，锁止销轴106及机械手锁止马达109安装于气缸支架102上，机械手气缸105伸缩带动机械手臂101另一端上下运动，当机械手臂101到达水平位置抱住人体时，锁止销轴106与机械手臂101上的销轴孔对中，通过控制机械手锁止马达109带动锁止销轴106伸入机械手臂101上的销轴孔，机械手臂101被固定住，不会因人体的重力而下垂。这样3个气缸的伸缩可以带动机械手臂101的上下左右运动实现抱紧人体的功能，机械手锁止马达109带动锁止销轴106实现机械手臂101的锁止功能。机械手臂为向内侧弯曲的两段式结构，其A、B段内侧面均安装有气囊，工作时向气囊内充气，气囊膨胀，与人体接触，防止机械手臂损伤人体。当使用两个机械手10时，另一个机械手可从另一侧抱紧人体，机械手10上安装有电动伸缩杆104，可以调节另一个机械手上下位置，可以抱紧人体合适的位置。

如图2所示：圆盘安装板底部还设有全息信息采集系统9。

如图4所示：全息信息采集系统包括全景摄像头901、摄像头支架902、照明灯903、摄像头电动马达904、气体探测器905、地下无线传输装置906、音箱及麦克907和固定杆908，固定杆908上端连接在圆盘安装盘的底部，固定杆908上部设有地下无线传输装置906、气体探测器905、音箱及麦克907，固定杆908底部设有摄像头电动马达904，摄像头电动马达904与摄像头支架902连接，摄像头支架902上设有全景摄像头901，摄像头支架902的两侧还设有照明灯903，地下无线传输装置与地面无线传输装置信号连接。全景摄像头901可在摄像头电动马达904的带动下实现360°旋转全方位观察井下情况，照明灯903可为井下救援提供照明光线，气体探测器可以探测井下气体种类及含量，包括一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化碳、氧气、氮气。音箱及麦克907可以通过地下无线传输装置906实现与地面进行语音信号传输。

本发明的动力系统用于为井下执行机构总成提供电源、信号传输、输送气体；电动机带动电缆滚筒旋转，电缆滚筒通过集成线缆可带动井下执行机构总成的升降。发电机为整个设备中的用电设备提供电源，集成线缆内部集成电线、信号线、输气管，用于为井下执行机构总成提供电源、信号传输、输送气体。供气装置可为井下输送压缩空气及氧气，为井下执行机构提供动力气源，防止落井人员因缺氧窒息。

Claims (7)

1.一种智能全息深井救援系统，其特征在于包括井下执行机构总成、地面控制及监控系统、动力系统、供气装置和井口支架总成，动力系统包括发电机、线缆滚筒和电动机，电动机与线缆滚筒连接，线缆滚筒上缠绕有集成线缆，集成线缆内部集成电线、信号线、输气管和钢丝绳，动力系统、供气装置、地面控制及监控系统分别通过集成线缆、井口支架总成与井下执行机构总成连接，井下执行机构总成由上向下设有上支撑旋转机构、人体防护伞、下支撑机构、全息信息采集系统和机械手，人体保护伞包括伞轴、支撑、帆布护罩和支撑开启机构，旋转装置与伞轴上端连接，支撑位于帆布护罩内部，支撑包括固定环、第一活动环、第二活动环、支撑杆、第一连接杆、第二连接杆和弹簧，所述固定环固定在伞轴的上部，支撑杆上端铰接在固定环上，支撑杆为多根，呈放射状分布，第一活动环和第二活动杆依次套装在固定环的下方的伞轴上，其分别铰接有与支撑杆对应的多根第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的前端均与对应的支撑杆的中部铰接，弹簧套装在固定环和第一活动环之间的伞轴上，支撑开启机构安装在支撑底部的第二活动环的一侧，包括支撑开启电动马达和支撑控制销轴，伞轴上设有与支撑控制销轴匹配的销轴孔，下支撑机构包括圆盘安装板和下支撑滚轮，圆盘安装板与伞轴的下端连接，圆盘安装板的上方设有多个等分圆周分布的下支撑滚轮，每个下支撑滚轮分别通过滚轮轴与伞轴底部连接，滚轮轴呈放射状排列，圆盘安装板底面设有横向滑道，横向滑道内设有机械手臂滑道杆，机械手臂滑道杆上设有滑块，圆盘安装板底部设有与滑块连接的滑块气缸，滑块的底部与机械手连接。

2.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于井口支架总成包括支撑三脚架和滑轮，滑轮安装在支撑三脚架的上部，电缆滚筒上的集成线缆绕过滑轮与井下执行机构总成连接。

3.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于供气装置包括氧气瓶和空气压缩机，氧气瓶与集成线缆内的输气管连接。

4.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于地面控制及监控系统包括音箱、麦克、控制台和地面无线传输装置，控制台设有显示屏、控制面板，控制面板上装有气动、电动控制开关。

5.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于上支撑旋转机构包括支架，支架上端与集成线缆连接，支架两侧设有对称的伸缩支撑装置，支架的下方设有旋转装置，旋转装置与人体保护伞连接。

6.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于机械手包括电动伸缩杆、机械手双向气缸、机械手气缸、气缸支架、滑道、机械手电动马达、机械手臂、气囊组成，电动伸缩杆上端安装在圆盘安装板的滑道中，电动伸缩杆下端与滑道连接，滑道设有上下两个，两个滑道之间设有机械手双向气缸，机械手双向气缸的两个伸缩杆分别与竖向的气缸支架连接，每个气缸支架的内侧设有轴，滑道的两端设有与轴匹配的轴孔，轴插入到轴孔中，气缸支架的底部设有机械手臂，机械手臂中部铰接在气缸支架下端，铰接部位的气缸支架上设有锁止销轴，锁止销轴和机械手锁止马达连接，机械手臂上设有与锁止销轴匹配的销轴孔，竖向倒置的机械手气缸上端固定在气缸支架上端，机械手气缸的伸缩杆与机械手臂的后端铰接，机械手臂内侧设有气囊，气囊与集成线缆中的输气管连接。

7.根据权利要求1所述的智能全息深井救援系统，其特征在于所述全息信息采集系统安装在圆盘安装板的下端，包括固定杆，固定杆上端连接在圆盘安装板上，固定杆上部设有地下无线传输装置、气体探测器、音箱及麦克，固定杆底部设有摄像头电动马达，摄像头电动马达与摄像头支架连接，摄像头支架上设有全景摄像头，摄像头支架的两侧还设有照明灯，地下无线传输装置与地面无线传输装置信号连接。

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