CN108846999B - 一种黏土壤掩埋求生信号发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，包括导向装置以及基座，导向装置和基座固定连接；导向装置包括锥形钻头以及驱动件，驱动件用于驱动锥形钻头转动，锥形钻头上设置有钻孔螺纹，驱动件工作时，钻孔螺纹的旋向和驱动件的转向相同，当导向装置在土壤中工作时，锥形钻头向基座施加第一轴向力以带动基座在土壤中沿一导向方向运动，通过导向装置挖开土壤，然后通过陀螺仪定位垂直方向，然后通过转向履带调节导向装置的方向，这样一来，就可以保证整个信号发生装置背离重力方向运动直至离开地面，此时照度传感器检测到照度上升，就可以发送求救信号，可以起到一个求救的效果，保证受灾人员可以及时被发现救助。
Description
技术领域
本发明涉及灾难救助设备，更具体地说，涉及一种黏土壤掩埋求生信号发生装置。
背景技术
塌方，是指建筑物、山体、路面、矿井在自然力非人为的情况下，出现塌陷下坠的自然现象。多数因地层结构不良，雨水冲刷或修筑上的缺陷，道路，堤坝等旁边的陡坡或坑道，隧道的顶部突然坍塌。
而特别是地震、矿难、山体滑坡、泥石流等情况，而一旦出现受灾者被埋的情况，及时发现受灾者位置并实施救治直接对救治的效果产生非常巨大的影响，一旦出现发现不及时的情况，甚至可能造成较大的人生安全。
而目前而言，由于被掩埋者无法从掩埋环境中离开，而一般掩埋位置会对信号的接收和发送产生影响，一旦信号消失，也就是失去了最大的获得救助的手段，所以缺少一种能够在掩埋灾难情况下提供受灾者发送求救信号的装置。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种黏土壤掩埋求生信号发生装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，包括导向装置以及基座，所述导向装置和所述基座固定连接；
所述导向装置包括锥形钻头以及驱动件，所述驱动件用于驱动所述锥形钻头转动，所述锥形钻头上设置有钻孔螺纹，所述驱动件工作时，所述钻孔螺纹的旋向和所述驱动件的转向相同，当所述导向装置在土壤中工作时，所述锥形钻头向所述基座施加第一轴向力以带动所述基座在所述土壤中沿一导向方向运动；
所述基座包括有控制器、转向结构以及倾角陀螺仪，所述转向结构包括设置于分别设置于基座四个侧壁的四个转向履带，所述的四个转向履带分别为第一转向履带、第二转向履带、第三转向履带以及第四转向履带，所述第一转向履带工作时向所述基座施加第一转向力以带动所述基座向第一方向转动，第一方向具有与所述导向方向平行的第一导向分量以及具有与导向方向垂直的第一转向分量；所述第二转向履带工作时向所述基座施加第二转向力以带动所述基座向第二方向转动，第二方向具有与所述导向方向平行的第二导向分量以及具有与导向方向垂直的第二转向分量；所述第三转向履带工作时向所述基座施加第三转向力以带动所述基座向第三方向转动，第三方向具有与所述导向方向平行的第三导向分量以及具有与导向方向垂直的第三转向分量；所述第四转向履带工作时向所述基座施加第四转向力以带动所述基座向第四方向转动，第四方向具有与所述导向方向平行的第四导向分量以及具有与导向方向垂直的第四转向分量；所述第一转向分量、第二转向分量、第三转向分量、第四转向分量始终位于同一转向平面；所述第一转向分量和所述第三转向分量对称设置；所述第二转向分量和所述第四转向分量对称设置；所述倾角陀螺仪用于检测重力方向并生成指向信息；所述控制器配置有导向策略，所述导向策略根据所述指向信息控制所述转向履带工作调节所述导向方向以使所述导向装置的运动方向始终具有背向重力方向的分量；
所述控制器连接有一信号发生器和一照度传感器，所述照度传感器用于检测环境照度并输出照度采样值，所述控制器配置有照度基准值以及预设的求救信号，当所述照度采样值大于所述照度基准时，所述控制器通过所述信号发生器发送所述求救信号。
进一步地：所述基座设置有电源，所述电源用于为所述控制器提供电量，所述电源连接有电源检测器，所述电源检测器用于检测所述电源的剩余电量且当所述剩余电量的值小于预设值时，所述控制器通过所述信号发生器发送所述求救信号。
进一步地：所述导向策略包括
实时获取基座在竖直方向上的倾斜方向，在所述转向平面上分解所述倾斜方向，当所述倾斜方向具有与第一转向分量平行的分量时，控制所述第一转向履带工作；当所述倾斜方向具有与第二转向分量平行的分量时，控制所述第二转向履带动作；当所述倾斜方向具有与第三转向分量平行的分量时，控制所述第三转向履带工作；当所述倾斜方向具有与第四转向分量平行的分量时，控制第四转向履带工作。
进一步地：所述基座上有喷液装置，所述喷液装置包括储液瓶、出液管以及雾化出液头，所述储液瓶内设置有引导液，所述储液瓶通过所述出液管连接于所述雾化出液头，当述照度采样值大于所述照度基准时，所述喷液装置将喷出所述引导液，所述引导液具有刺激性气味。
进一步地：所述引导液内混合有荧光粉。
进一步地：所述控制器连接有位移检测器，所述位移检测器用于检测所述基座的位移情况并输出一位移信息，当所述控制器接收一预设的请求信息时，输出所述位移信息。
进一步地：所述锥形钻头包括第一钻体以及第二钻体，所述第一钻体设置于所述第二钻体的端部，所述第一钻体和第二钻体通过万向节连接，所述驱动件带动所述第二钻体运动，所述第二钻体通过万向节带动所述第一钻体运动。
进一步地：所述第一钻体和第二钻体之间连接有弹性缓冲装置。
进一步地：所述导向装置和所述基座的总重量小于0.5KG。
本发明技术效果主要体现在以下方面：通过这样设置，在受灾时，通过导向装置挖开土壤，然后通过陀螺仪定位垂直方向，然后通过转向履带调节所述导向装置的方向，这样一来，就可以保证整个信号发生装置背离重力方向运动直至离开地面，此时照度传感器检测到照度上升，就可以发送求救信号，可以起到一个求救的效果，保证受灾人员可以及时被发现救助。
附图说明
图1：本发明一种黏土壤掩埋求生信号发生装置结构示意图一；
图2：本发明一种黏土壤掩埋求生信号发生装置结构示意图二；
图3：本发明一种黏土壤掩埋求生信号发生装置结构电路原理图；
图4：本发明一种黏土壤掩埋求生信号发生装置的内部原理图。
附图标记：100、导向装置；110、锥形钻头；111、第一钻体；112、第二钻体；113、万向节；114、弹性缓冲装置；120、钻孔螺纹；130、驱动件；200、基座；210、第一转向履带；220、第二转向履带；230、第三转向履带；240、第四转向履带；250、喷液装置；251、储液瓶；252、出液管；253、雾化出液头；300、控制器；310、倾角陀螺仪；320、位移检测器；330、照度传感器；340、信号发生装置；350、电源；360、电量检测器。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
首先参照图1所示，对整个装置的核心要点进行详述，需要说明的是，这个信号发生装置340适用于黏土类土壤，不适用于砂土类土壤(由于沙土类土壤能够提供的轴向力较小，在实验过程中，应用于黏土类土壤时，能够带动整个装置向上运动)，一种黏土壤掩埋求生信号发生装置340，包括导向装置100以及基座200，所述导向装置100和所述基座200固定连接；整个信号发生装置340有两个结构组成，基座200内部设置了电源350、电控元件、传感元件以及转向件。
所述导向装置100包括锥形钻头110以及驱动件130，所述驱动件130用于驱动所述锥形钻头110转动，所述锥形钻头110上设置有钻孔螺纹120，所述驱动件130工作时，所述钻孔螺纹120的旋向和所述驱动件130的转向相同，当所述导向装置100在土壤中工作时，所述锥形钻头110向所述基座200施加第一轴向力以带动所述基座200在所述土壤中沿一导向方向运动；首先对导向装置100进行分析，钻孔螺纹120的设置，目的是为了在土壤中能够进行轴向运动，轴向力由锥形钻头110上钻孔螺纹120的螺旋与土壤的摩擦力提供，而整个钻头设置为锥形，方便初始工作时，能够插入土壤，而需要说明的是，本发明的第一个核心要点在于克服重力运动，也就是说，导向装置100提供的轴向力必须大于重力，而实际情况而言，而其次，一般而言，螺纹轴向力只有转动力矩的10％，而本发明中可以优选将通过增大螺纹的接触高度以及减小螺纹升角提高螺纹轴向力，也就是说，螺纹形状扁平，以增加螺纹轴向力，一般锥形钻头110，底面半径为20CM，高度为30CM的锥形钻头110，其螺纹接触高度为2CM，螺纹升角为70度，轴向力可以达到转动力矩的18％，但是脆性较大，所以优选为通过三次回火马氏体材料制作锥形钻头110。所述锥形钻头110包括第一钻体111以及第二钻体112，所述第一钻体111设置于所述第二钻体112的端部，所述第一钻体111和第二钻体112通过万向节113连接，所述驱动件130带动所述第二钻体112运动，所述第二钻体112通过万向节113带动所述第一钻体111运动。所述第一钻体111和第二钻体112之间连接有弹性缓冲装置114。由于锥形钻体在运动时，土壤中可能存在一些硬度较大的石块，此时就可以通过第二钻体112带动第一钻体111移动，而通过万向节113连接，这样第一钻体111相对第二钻体112还可以进行自由转动，这样就可以在第一钻体111遇到硬度较大的物体时，及时作出相应动作，起到一个导向的作用，避免直接与硬度较大的石块接触，而第一钻体111和第二钻体112之间通过弹性缓冲装置114连接，使得第一钻体111具有轴向弹性伸缩性，方便调节第一钻体111的位置，从而对导向装置100的导向方向做出细微调节。而驱动件130的设置以下详述：驱动件130可以设置为驱动电机以及电机转轴，驱动电机通过电机转轴与锥形钻体连接，实现电机传动，具体可以设置为伺服电机，在此不做赘述。
参照图1和图2所示，所述基座200包括有控制器300、转向结构以及倾角陀螺仪310，所述转向结构包括设置于分别设置于基座200四个侧壁的四个转向履带，所述的四个转向履带分别为第一转向履带210、第二转向履带220、第三转向履带230以及第四转向履带240，所述第一转向履带210工作时向所述基座200施加第一转向力以带动所述基座200向第一方向转动，第一方向具有与所述导向方向平行的第一导向分量以及具有与导向方向垂直的第一转向分量；所述第二转向履带220工作时向所述基座200施加第二转向力以带动所述基座200向第二方向转动，第二方向具有与所述导向方向平行的第二导向分量以及具有与导向方向垂直的第二转向分量；所述第三转向履带230工作时向所述基座200施加第三转向力以带动所述基座200向第三方向转动，第三方向具有与所述导向方向平行的第三导向分量以及具有与导向方向垂直的第三转向分量；所述第四转向履带240工作时向所述基座200施加第四转向力以带动所述基座200向第四方向转动，第四方向具有与所述导向方向平行的第四导向分量以及具有与导向方向垂直的第四转向分量；所述第一转向分量、第二转向分量、第三转向分量、第四转向分量始终位于同一转向平面；所述第一转向分量和所述第三转向分量对称设置；所述第二转向分量和所述第四转向分量对称设置；所述倾角陀螺仪310用于检测重力方向并生成指向信息；所述控制器300配置有导向策略，所述导向策略根据所述指向信息控制所述转向履带工作调节所述导向方向以使所述导向装置100的运动方向始终具有背向重力方向的分量；首先对四个转向履带进行介绍，每一转向履带都可以单独动作，由于转向结构的作用是实现整个结构的转向，由于是通过履带对土壤的摩擦力实现转向，这样较为简单可靠，提高整个结构的可靠性和安全性，而同时四个转向结构可以分别实现对四个方向的转向，目的是为了实现使整个结构具有向上移动的分量，具体原理如下，以基座200为原点建立直角坐标系，倾角传感器反馈的值时指向Z轴的负半轴的向量，而计算倾角传感器的反馈信号的向量在X-Y轴平面向的投影，就可以判断导向装置100的运动方向的向量，而对这个向量进行正交分解就可以得到需要工作的转向履带，具体包括所述导向策略包括实时获取基座200在竖直方向上的倾斜方向，在所述转向平面上分解所述倾斜方向，当所述倾斜方向具有与第一转向分量平行的分量时，控制所述第一转向履带210工作；当所述倾斜方向具有与第二转向分量平行的分量时，控制所述第二转向履带220动作；当所述倾斜方向具有与第三转向分量平行的分量时，控制所述第三转向履带230工作；当所述倾斜方向具有与第四转向分量平行的分量时，控制第四转向履带240工作。这样一来就可以使导向装置100的朝向不断进行修正，使整个信号发生装置340具有方向性(背离重力)，最快速度离开被埋区域，起到信号发送效果。
参照图3所示，所述控制器300连接有一信号发生器和一照度传感器330，所述照度传感器330用于检测环境照度并输出照度采样值，所述控制器300配置有照度基准值以及预设的求救信号，当所述照度采样值大于所述照度基准时，所述控制器300通过所述信号发生器发送所述求救信号。而通过照度传感器330进行信号发送，由于土壤内照度基本忽略不计，而离开土壤后，照度上升，也就是信号发生器可以发送信号，而求救信号的频段、数据内容都为预设的内容，具体目的是为了配合整个移动系统，实际可以被解析并发送到对应的救助工作人员手中，起到一个最佳的救助效果。所述基座200设置有电源350，所述电源350用于为所述控制器300提供电量，所述电源350连接有电源350检测器，所述电源350检测器用于检测所述电源350的剩余电量且当所述剩余电量的值小于预设值时，所述控制器300通过所述信号发生器发送所述求救信号。通过电源350电量判断也可以实现信号的输出，由于信号的输出越靠近地面，信号强度越大，所以通过对电源350的电量检测，由于较大电量需要较大体积的电池提供，而电池越大，则需要做功越大，所以尽可能选用性能较高的电池，而保证整个基座200可以短时间工作即可，不做赘述。
所述基座200上有喷液装置250，所述喷液装置250包括储液瓶251、出液管252以及雾化出液头253，所述储液瓶251内设置有引导液，所述储液瓶251通过所述出液管252连接于所述雾化出液头253，当述照度采样值大于所述照度基准时，所述喷液装置250将喷出所述引导液，所述引导液具有刺激性气味。喷液装置250的结构原理较为简单，通过一个电动阀就可以实现，而引导液目的是为了方便搜救犬找寻，引导液可以是具有刺激性气味的化学试剂，也可以是具有刺激性气味的混合液，再此不做赘述。所述引导液内混合有荧光粉。荧光粉的设置，可以起到一个提供标记的效果，方便搜救人员找寻。
所述控制器300连接有位移检测器320，所述位移检测器320用于检测所述基座200的位移情况并输出一位移信息，当所述控制器300接收一预设的请求信息时，输出所述位移信息。位移检测器320原理较为简单再此不做赘述，根据实际的移动距离输出位移信号，起到一个辅助判断的效果，保证位移的可靠性，而这样一来就可以通过位移信息判断被埋者初始位置，方便救助。
需要说明的是，所述导向装置100和所述基座200的总重量小于0.5KG。当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (5)
1.一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，其特征在于：包括导向装置以及基座，所述导向装置和所述基座固定连接；
所述导向装置包括锥形钻头以及驱动件，所述驱动件用于驱动所述锥形钻头转动，所述锥形钻头上设置有钻孔螺纹，所述驱动件工作时，所述钻孔螺纹的旋向和所述驱动件的转向相同，当所述导向装置在土壤中工作时，所述锥形钻头向所述基座施加第一轴向力以带动所述基座在所述土壤中沿一导向方向运动；
所述基座包括有控制器、转向结构以及倾角陀螺仪，所述转向结构包括设置于分别设置于基座四个侧壁的四个转向履带，所述的四个转向履带分别为第一转向履带、第二转向履带、第三转向履带以及第四转向履带，所述第一转向履带工作时向所述基座施加第一转向力以带动所述基座向第一方向转动，第一方向具有与所述导向方向平行的第一导向分量以及具有与导向方向垂直的第一转向分量；所述第二转向履带工作时向所述基座施加第二转向力以带动所述基座向第二方向转动，第二方向具有与所述导向方向平行的第二导向分量以及具有与导向方向垂直的第二转向分量；所述第三转向履带工作时向所述基座施加第三转向力以带动所述基座向第三方向转动，第三方向具有与所述导向方向平行的第三导向分量以及具有与导向方向垂直的第三转向分量；所述第四转向履带工作时向所述基座施加第四转向力以带动所述基座向第四方向转动，第四方向具有与所述导向方向平行的第四导向分量以及具有与导向方向垂直的第四转向分量；所述第一转向分量、第二转向分量、第三转向分量、第四转向分量始终位于同一转向平面；所述第一转向分量和所述第三转向分量对称设置；所述第二转向分量和所述第四转向分量对称设置；所述倾角陀螺仪用于检测重力方向并生成指向信息；所述控制器配置有导向策略，所述导向策略根据所述指向信息控制所述转向履带工作调节所述导向方向以使所述导向装置的运动方向始终具有背向重力方向的分量；
所述控制器连接有一信号发生器和一照度传感器，所述照度传感器用于检测环境照度并输出照度采样值，所述控制器配置有照度基准值以及预设的求救信号，当所述照度采样值大于所述照度基准时，所述控制器通过所述信号发生器发送所述求救信号；
所述基座上有喷液装置，所述喷液装置包括储液瓶、出液管以及雾化出液头，所述储液瓶内设置有引导液，所述储液瓶通过所述出液管连接于所述雾化出液头，当述照度采样值大于所述照度基准时，所述喷液装置将喷出所述引导液，所述引导液具有刺激性气味；
所述基座设置有电源，所述电源用于为所述控制器提供电量，所述电源连接有电源检测器，所述电源检测器用于检测所述电源的剩余电量且当所述剩余电量的值小于预设值时，所述控制器通过所述信号发生器发送所述求救信号；
所述锥形钻头包括第一钻体以及第二钻体，所述第一钻体设置于所述第二钻体的端部，所述第一钻体和第二钻体通过万向节连接，所述驱动件带动所述第二钻体运动，所述第二钻体通过万向节带动所述第一钻体运动；
所述第一钻体和第二钻体之间连接有弹性缓冲装置。
2.如权利要求1所述的一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，其特征在于：所述导向策略包括
实时获取基座在竖直方向上的倾斜方向，在所述转向平面上分解所述倾斜方向，当所述倾斜方向具有与第一转向分量平行的分量时，控制所述第一转向履带工作；当所述倾斜方向具有与第二转向分量平行的分量时，控制所述第二转向履带动作；当所述倾斜方向具有与第三转向分量平行的分量时，控制所述第三转向履带工作；当所述倾斜方向具有与第四转向分量平行的分量时，控制第四转向履带工作。
3.如权利要求2所述的一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，其特征在于：所述引导液内混合有荧光粉。
4.如权利要求1所述的一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，其特征在于：所述控制器连接有位移检测器，所述位移检测器用于检测所述基座的位移情况并输出一位移信息，当所述控制器接收一预设的请求信息时，输出所述位移信息。
5.如权利要求1所述的一种黏土壤掩埋求生信号发生装置，其特征在于：所述导向装置和所述基座的总重量小于0.5KG。
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