CN110354408B - 一种高楼间自动绳索架设系统 - Google Patents

Abstract

一种高楼间自动绳索架设系统。其目的是实现在两栋高楼楼顶之间自动架设可以往复运动的绳索。本发明的系统包括安装在楼顶的立柱和运送绳索的无人机。立柱顶部为圆滑的钝尖状，立柱中部嵌套有一个滑轮，滑轮外圈直径略小于立柱的直径。无人机机身下面有一个喇叭状导轨，用以引导无人机悬停到立柱上方。无人机机身下面围绕喇叭状导轨有一圈挂钩，需架设的绳索环绕喇叭状导轨而挂在挂钩上，绳索挂好后挂钩收起以保证绳索在运送过程中不会从无人机上脱落。当无人机悬停到立柱上方后，挂钩打开让绳套下落套住立柱，并进一步滑落套到立柱下端的滑轮上。从而使得被架设的绳索可以绕着滑轮往复运动，以便用绳索在两栋高楼楼顶之间往复牵引运送人员和物资。

Description

一种高楼间自动绳索架设系统

技术领域：

本发明提供了一种高楼间自动绳索架设系统，属于安全科学与工程领域。

背景技术：

随着经济持续发展、高层建筑物不断增加，与高层建筑物相关的灾害风险，例如火灾风险也在增大。当发生高楼火灾时，在火灾高楼楼顶与临近安全高楼楼顶之间架设绳索，用以运送人员和物资，可以为高楼火灾救援起到积极的作用。高楼楼顶之间在正常情况下一般是不会架设永久性绳索，因为永久性架设的绳索长期雨淋日晒，保养困难，检修不易，无法保障在灾害救援时的使用安全。所以一般需要在高楼灾害时，临时性地在两栋高楼楼顶之间架设绳索。在高楼灾害救援时，通常既需要从安全高楼楼顶向受灾高楼楼顶运送人员和物资，比如专业救援人员和救灾设备，也从需要受灾高楼楼顶向安全高楼楼顶运送人员和物资，比如待疏散人员和贵重物资。所以所架设的绳索需要可以实现在两栋高楼楼顶之间往复牵引运动。要让绳索高效地往复运动，通常需要将绳索套在滑轮上。另外，出于专业安全原因，绳索一般不能由待疏散人员从受灾高楼楼顶向安全高楼楼顶方向架设，而是要由专业救援人员从安全高楼楼顶向受灾高楼楼顶方向架设。现有的做法是：用一个带滑轮的挂钩，先把绳索套在滑轮上，再把带滑轮的挂钩从安全高楼楼顶送到受灾高楼楼顶并挂在受灾高楼楼顶的固定物上，从而实现在两栋高楼楼顶之间架设可以往复运动的绳索。考虑到绳索所需运送人员和物资的重量，挂钩和滑轮通常都是非常结实而笨重的金属构件。要将笨重的挂钩、滑轮以及绳索快速地从安全高楼楼顶送到受灾高楼楼顶，并准确地挂到受灾高楼楼顶的固定物上，其操作难度大，对运送挂钩、滑轮和绳索的设备，以及绳索架设人员的相关要求都比较高。很多绳索系统为了减轻重量，甚至不用滑轮，而是直接将绳索套在挂钩上，让绳索绕挂钩往复运动；但这样会增大绳索往复运动时的摩擦，因此需要更大的牵引力来带动绳索往复运动；这样同时还会增大绳索往复运动时的摩损，造成绳索断裂的安全隐患。事实上，要从安全高楼楼顶将挂钩快速准确地挂到受灾高楼楼顶的固定物上，其操作难度非常大，以至于在目前的高楼灾害救援时，很少采用在两栋高楼楼顶之间架设绳索的救援方式。

本发明提出高楼间自动绳索架设系统，不需要带滑轮的挂钩；在两栋高楼楼顶之间架设绳索时，仅仅需要从安全高楼楼顶向受灾高楼楼顶运送绳索，从而最小化运送物的重量；架设好的绳索是绕滑轮往复运动，从而最小化相应的摩擦和摩损；而且本系统可以将绳索快速准确地套到滑轮上，从而最大化绳索架设的便捷程度。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种高楼间自动绳索架设系统，以解决在两栋高楼楼顶之间安全、经济、高效地架设可以往复运动的绳索的问题。为解决上述问题，本发明的系统包括安装在楼顶的立柱和运送绳索的无人机，主要含有以下部分：立柱、滑轮、转环、辐条、螺旋翼无人机、喇叭状导轨、挂钩和绳索。立柱安装在高楼楼顶，立柱的顶部为圆滑的钝尖状，靠近立柱中段处嵌套有一个滑轮，滑轮外圈直径略小于立柱的直径；立柱上紧靠滑轮下方还嵌套有一个转环，转环可以绕立柱转动；转环上固定有一些辐条，辐条从转环上以立柱为中心略微水平向上并向四方辐射伸出，辐条可以随转环绕立柱转动。喇叭状导轨固定安装在螺旋翼无人机机身下方，喇叭状导轨的大喇叭口向下；无人机机身下面围绕喇叭状导轨有一圈挂钩，需架设的绳索环绕喇叭状导轨而挂在挂钩上，绳索挂好后挂钩收起以保证绳索在运送过程中不会从无人机上脱落掉下。

当无人机飞到立柱的大致上方后，无需高精度的定位和飞行控制技术，喇叭状导轨就可以引导无人机悬停到立柱正上方；当无人机悬停到立柱上方后，挂钩打开让绳套下落而套到立柱上；套到立柱上的绳套在重力作用下进一步沿立柱滑落，直到碰到立柱的转环上的辐条而停止；此时只要拉拽绳套受力，绳套就会紧套到外圈直径略小于立柱直径的滑轮上，从而使得被架设的绳索可以绕着滑轮往复运动，以便用绳索在两栋高楼楼顶之间往复牵引运送人员和物资。

因为绳索是绕着滑轮往复运动，所以绳索不会与立柱表面发生滑动摩擦。因为辐条的存在，绳索是架设在位于立柱中段的高度上，只要立柱中段的高度足够，因拉拽而受力的绳索就会悬空而不会碰到高楼楼顶地面和高楼楼顶边缘，从而绳索在往复运动时也不会与高楼楼顶地面和高楼楼顶边缘发生滑动摩擦。如果有一根辐条碰巧夹在了绕滑轮往复运动的两段绳索之间，因为固定辐条的转环可以绕立柱转动，所以只要拉拽绳索，夹在两段绳索之间的辐条就会转动而指向绳索的拉拽力方向；只要立柱的直径充分大于辐条的粗细，绕滑轮往复运动的绳索就不会接触到夹在两段绳索之间的辐条，从而绳索也不会与辐条之间发生滑动摩擦。如此一来，绳索绕滑轮往复运动的过程中就不会产生任何滑动摩擦，从而绳索的往复运动就会既高效又安全。

喇叭状导轨的喇叭根部内部正中心处可以安装有一个摄像头，立柱顶部用明显区别于楼顶其他颜色的鲜亮颜色涂画有一个定位图标。当无人机向立柱投放绳索时，可先根据摄像头所拍摄到的立柱顶部的定位图标的变形程度和在镜头视窗中的位置而引导无人机悬停到立柱的正上方，然后再向立柱投放绳索，从而提高绳索架设的速度和成功率。

喇叭状导轨可以具有直筒状的喇叭根部。直筒状的喇叭根部的内圆直径稍微大于立柱的外圆直径，而且直筒状的喇叭根部具有一定的深度。当喇叭状导轨引导无人机飞到立柱的上方后，无人机下降就会使得立柱插入到直筒状的喇叭根部内。因为直筒状的喇叭根部紧套着立柱，所以即便无人机关停掉螺旋桨也能稳稳地停在立柱上，就不会因为绳索的拉拽力和气流的扰动而倾斜晃动。从而无人机可以非常平稳地放下绳索套到立柱上。

辐条从转环上以立柱为中心略微水平向上并向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并连结固定到楼顶地面的基座转环上。因为立柱上的转环和楼顶地面的基座转环都可以围绕立柱转动，所以辐条可以围绕立柱转动，从而避免辐条与绳索接触而产生滑动摩擦。此外，因为辐条连结固定到楼顶地面的基座转环上，所以对立柱有很好的支撑作用，有助于提升所架设的绳索系统的负重能力。

立柱上可以没有转环，而是立柱上紧靠滑轮下方直接固定有一些辐条。辐条从立柱上以立柱为中心略微水平向上并向外辐射伸出，辐条向外辐射伸出的方向与各栋可能需要通过本立柱架设绳索的其他楼房的方向成大角度错开。例如，假设一个立柱所在楼房的前后左右各有一栋邻近楼房，都有可能需要通过本立柱来架设绳索，那么本立柱上的固定辐条可以向左前方、右前方、左后方、右后方这四个方向辐射伸出。这样一来，在架设绳索时就不会出现一根辐条碰巧夹在了绕滑轮往复运动的两段绳索之间的情况，因而不会产生辐条与绳索之间的滑动摩擦。没有转环而直接把辐条固定在立柱上，可以大幅提升设备强度。此外，辐条以立柱为中心向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并固定到楼顶地面上，从而对立柱产生支撑作用，有助于提升所架设的绳索系统的负重能力。

本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中的各个部件可以采用适当的材料、形状、尺寸、大小、数量、颜色和布局位置设计。例如，固定安装在螺旋翼无人机机身下方的喇叭状导轨可以是一个实面的喇叭，也可以是一个网状的喇叭。实面的喇叭状导轨可以使引导螺旋翼无人机悬停到立柱正上方的过程更加平滑，而网状的喇叭状导轨则可以减小重量以及飞行气动阻力。所发明的绳索架设系统中用以套挂绳索的挂钩也可以安装在喇叭状导轨的大喇叭口的边沿上，从而投放绳索更加便捷；但由于挂钩远离无人机机身，所以可能需要较复杂的控制装置以控制挂钩的收起和放下。

本发明的一种高楼间自动绳索架设系统具有以下有益效果：本发明的系统在两栋高楼楼顶之间架设可以往复运动的绳索时，不需要从一个楼顶将诸如滑轮和挂钩这样的笨重部件投送并临时安装到另一个楼顶，而是只需要投送和架设绳索，所架设好的绳索却可以实现无滑动摩擦的、既高效又安全的往复运动；在架设绳索时，无需高精度的定位和飞行控制技术，喇叭状导轨就可以有效引导无人机悬停到立柱正上方以便成功架设绳索。所以，本发明的一种高楼间自动绳索架设系统可以安全、经济、高效地解决在两栋高楼楼顶之间架设可以往复运动的绳索的问题。

附图说明：

附图给出本发明的一种高楼间自动绳索架设系统的示意图：

图1：本发明的一种高楼间自动绳索架设系统的结构图。

图2：本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中的网状喇叭状导轨和基座转环的示例图。

图3：本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中喇叭状导轨大喇叭口边沿挂钩、摄像机和定位图标的示例图。

图4：本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中直筒状的喇叭根部的示例图。

图5：本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中辐条直接固定在立柱上的示例图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的一种高楼间自动绳索架设系统做进一步说明。附图中标号说明：1立柱 2滑轮 3转环 4辐条 5螺旋翼无人机 6实面喇叭状导轨 7网状喇叭状导轨 8挂钩 9绳索 10摄像机 11定位图标 12直筒状的喇叭根部 13基座转环 14楼顶地面。

图1给出了本发明的一种高楼间自动绳索架设系统的结构图。立柱(1)安装在高楼楼顶，立柱(1)的顶部为圆滑的钝尖状，靠近立柱(1)中段处嵌套有一个滑轮(2)，滑轮(2)外圈直径略小于立柱(1)的直径；立柱(1)上紧靠滑轮(2)下方还嵌套有一个转环(3)，转环(3)可以绕立柱(1)转动；转环(3)上固定有一些辐条(4)，辐条(4)从转环(3)上以立柱(1)为中心略微水平向上并向四方辐射伸出，辐条(4)可以随转环(3)绕立柱(1)转动；喇叭状导轨(6)固定安装在螺旋翼无人机(5)机身下方，喇叭状导轨(6)的大喇叭口向下；当无人机(5)飞到立柱(1)的大致上方后，无需高精度的定位和飞行控制技术，喇叭状导轨(6)就可以引导无人机(5)悬停到立柱(1)正上方；无人机(5)机身下面围绕喇叭状导轨(5)有一圈挂钩(8)，需架设的绳索(9)环绕喇叭状导轨(6)而挂在挂钩(8)上，绳索(9)挂好后挂钩(8)收起以保证绳索(9)在运送过程中不会从无人机(5)上脱落掉下；当无人机(5)悬停到立柱(1)正上方后，挂钩(8)打开让绳套(9)下落而套到立柱(1)上；套到立柱(1)上的绳套(9)在重力作用下进一步沿立柱(1)滑落，直到碰到立柱(1)的转环(3)上的辐条(4)而停止；此时只要拉拽绳套(9)受力，绳套(9)就会紧套到外圈直径略小于立柱(1)直径的滑轮(2)上，从而使得被架设的绳索(9)可以绕着滑轮(2)往复运动，以便用绳索(9)在两栋高楼楼顶之间往复牵引运送人员和物资。

图2给出了本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中的网状喇叭状导轨的示例图。固定安装在螺旋翼无人机(5)机身下方的喇叭状导轨可以是一个网状的喇叭(7)，以便减小重量以及飞行气动阻力。绳索架设系统中的辐条(4)从转环(3)上以立柱(1)为中心略微水平向上并向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并连结固定到楼顶地面(14)的基座转环(13)上。因为立柱(1)上的转环(3)和楼顶地面的基座转环(13)都可以围绕立柱(1)转动，所以辐条(4)可以围绕立柱(1)转动，从而避免辐条(4)与绳索(9)接触而产生滑动摩擦。此外，因为辐条(4)连结固定到楼顶地面(14)的基座转环(13)上，所以对立柱(1)有很好的支撑作用，有助于提升所架设的绳索系统的负重能力。

图3给出了本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中喇叭状导轨大喇叭口边沿挂钩、摄像机和定位图标的示例图。所发明的绳索架设系统中用以套挂绳索(9)的挂钩(8)也可以安装在喇叭状导轨(7)的大喇叭口的边沿上，而不是直接安装在无人机的机身下部，从而投放绳索(9)更加便捷。但由于挂钩(8)远离无人机机身，所以可能需要较复杂的控制装置以控制挂钩(8)的收起和放下。喇叭状导轨(7)的喇叭根部内部正中心处可以安装有一个摄像头(10)，立柱(1)顶部用明显区别于楼顶其他颜色的鲜亮颜色涂画有一个定位图标(11)。当无人机向立柱投放绳索(9)时，可先根据摄像头(10)所拍摄到的立柱(1)顶部的定位图标(11)的变形程度和在镜头视窗中的位置而引导无人机悬停到立柱(1)的正上方，然后再向立柱(1)投放绳索(9)，从而提高绳索(9)架设的速度和成功率。

图4给出了本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中直筒状的喇叭根部的示例图。喇叭状导轨(7)可以具有直筒状的喇叭根部(12)。直筒状的喇叭根部(12)的内圆直径稍微大于立柱(1)的外圆直径，而且直筒状的喇叭根部(12)具有一定的深度。当喇叭状导轨(7)引导无人机(5)飞到立柱(1)的上方后，无人机(5)下降就会使得立柱(1)插入到直筒状的喇叭根部(12)内。因为直筒状的喇叭根部(12)紧套着立柱，所以即便无人机(5)关停掉螺旋桨也能稳稳地停在立柱(1)上，就不会因为绳索(9)的拉拽力和气流的扰动而倾斜晃动。从而无人机(5)可以非常平稳地放下绳索(9)套到立柱(1)上。

图5给出了本发明的一种高楼间自动绳索架设系统中辐条直接固定在立柱上的示例图。系统的立柱(1)上没有转环(3)，而是立柱(1)上紧靠滑轮(2)下方直接固定有一些辐条(4)。辐条(4)从立柱(1)上以立柱(1)为中心略微水平向上并向外辐射伸出，辐条(4)向外辐射伸出的方向与各栋可能需要通过本立柱(1)架设绳索(9)的其他楼房的方向成大角度错开。这样一来，在架设绳索(9)时就不会出现一根辐条(4)碰巧夹在了绕滑轮(2)往复运动的两段绳索(9)之间的情况，因而不会产生辐条(4)与绳索(9)之间的滑动摩擦。辐条(4)以立柱(1)为中心向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并固定到楼顶地面(14)上，从而对立柱(1)产生支撑作用，有助于提升所架设的绳索系统的负重能力。

Claims (9)

1.一种高楼间自动绳索架设系统，用以实现在两栋高楼楼顶之间自动架设可以往复运动的绳索；本发明的系统包括安装在楼顶的立柱和运送绳索的无人机，主要含有以下部分：立柱、滑轮、转环、辐条、螺旋翼无人机、喇叭状导轨、挂钩和绳索；立柱安装在高楼楼顶，立柱的顶部为圆滑的钝尖状，靠近立柱中段处嵌套有一个滑轮，滑轮外圈直径略小于立柱的直径；立柱上紧靠滑轮下方还嵌套有一个转环，转环可以绕立柱转动；转环上固定有一些辐条，辐条从转环上以立柱为中心略微水平向上并向四方辐射伸出，辐条可以随转环绕立柱转动；喇叭状导轨固定安装在螺旋翼无人机机身下方，喇叭状导轨的大喇叭口向下；当无人机飞到立柱的大致上方后，无需高精度的定位和飞行控制技术，喇叭状导轨就可以引导无人机悬停到立柱正上方；无人机机身下面围绕喇叭状导轨有一圈挂钩，需架设的绳索环绕喇叭状导轨而挂在挂钩上，绳索挂好后挂钩收起以保证绳索在运送过程中不会从无人机上脱落掉下；当无人机悬停到立柱上方后，挂钩打开让绳套下落而套到立柱上；套到立柱上的绳套在重力作用下进一步沿立柱滑落，直到碰到立柱的转环上的辐条而停止；此时只要拉拽绳套受力，绳套就会紧套到外圈直径略小于立柱直径的滑轮上，从而使得被架设的绳索可以绕着滑轮往复运动，以便用绳索在两栋高楼楼顶之间往复牵引运送人员和物资；因为绳索是绕着滑轮往复运动，所以绳索不会与立柱表面发生滑动摩擦；因为辐条的存在，绳索是架设在位于立柱中段的高度上，只要立柱中段的高度足够，因拉拽而受力的绳索就会悬空而不会碰到高楼楼顶地面和高楼楼顶边缘，从而绳索在往复运动时也不会与高楼楼顶地面和高楼楼顶边缘发生滑动摩擦；如果有一根辐条碰巧夹在了绕滑轮往复运动的两段绳索之间，因为固定辐条的转环可以绕立柱转动，所以只要拉拽绳索，夹在两段绳索之间的辐条就会转动而指向绳索的拉拽力方向，只要立柱的直径充分大于辐条的粗细，绕滑轮往复运动的绳索就不会接触到夹在两段绳索之间的辐条，从而绳索也不会与辐条之间发生滑动摩擦；没有滑动摩擦，绳索绕滑轮往复运动就会既高效又安全。

2.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：固定安装在螺旋翼无人机机身下方的喇叭状导轨可以是一个实面的喇叭。

3.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：固定安装在螺旋翼无人机机身下方的喇叭状导轨可以是一个网状的喇叭，以便减小重量以及飞行气动阻力。

4.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：所述的绳索架设系统中用以套挂绳索的挂钩可以安装在喇叭状导轨的大喇叭口的边沿上。

5.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：所述的绳索架设系统中喇叭状导轨的喇叭根部内部正中心处可以安装有一个摄像头，立柱顶部用明显区别于楼顶其他颜色的鲜亮颜色涂画有一个定位图标；在无人机向立柱投放绳索时，可根据摄像头所拍摄到的立柱顶部的定位图标的变形程度和在镜头视窗中的位置而引导无人机悬停到立柱的正上方。

6.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：所述的绳索架设系统中喇叭状导轨可以具有直筒状的喇叭根部，直筒状的喇叭根部的内圆直径稍微大于立柱的外圆直径，直筒状的喇叭根部具有一定的深度；当喇叭状导轨引导无人机飞到立柱的上方后，无人机下降就会使得立柱插入到直筒状的喇叭根部内，因为直筒状的喇叭根部紧套着立柱，所以即便无人机关停掉螺旋桨也能稳稳地停在立柱上，从而可以非常平稳地放下绳索套到立柱上。

7.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：所述的绳索架设系统中的辐条从转环上以立柱为中心略微水平向上并向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并连结固定到楼顶地面的基座转环上；因为立柱上的转环和楼顶地面的基座转环都可以围绕立柱转动，所以辐条可以围绕立柱转动；因为辐条连结固定到楼顶地面的基座转环上，所以对立柱有支撑作用。

8.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：立柱上可以没有转环，立柱上紧靠滑轮下方直接固定有一些辐条，辐条从立柱上以立柱为中心略微水平向上并向外辐射伸出，辐条向外辐射伸出的方向与各栋可能需要通过本立柱架设绳索的其他楼房的方向成大角度错开，以避免辐条与绳索接触而产生滑动摩擦；辐条以立柱为中心向四方辐射伸出一定距离后，可以再弯转向下伸向并固定到楼顶地面上，从而对立柱产生支撑作用。

9.根据权利要求1所述的一种高楼间自动绳索架设系统，其特征是：所述的绳索架设系统中的各个部件可以采用适当的材料、形状、尺寸、大小、数量、颜色和布局位置设计。

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