CN110434864B - 一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置，属于机器人技术领域。该救援机器人头部抓取装置包括转向机构、监测机构、位置机构、救援结构、球形救援板、救援板固定件、气缸固定件、气动马达、气缸和辅助救援系统，通过转向机构的水平运动和位置机构的竖直运动，使得该救援装置达到井下指定的救援位置，再通过球形救援板对被困者的头部进行抓取，由柔性护垫提供保护，从而实现救援。本发明救援机器人头部抓取装置结构灵巧、布局合理，解决了井下救援效率低、费时费力的问题。

Description

一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种深井环境下的救援机器人头部抓取装置。
背景技术
目前我国无论是农村还是城市都存在竖井，这些竖井中有的位置十分隐蔽，带来了严重的安全隐患。短时间将这些竖井全部清除是不现实的，所以总会有儿童落入机井的新闻报导。有些儿童经过救援人员的全力营救，最终得以获救，而有些却不幸遇难。在查阅相关资料后，发现由于儿童落入机井狭小，多数直径为300-600mm，救援人员无法下井救援，且多数机井深达20m-60m，正常救援很难展开。通过调查后发现，目前的救援方式只能采用原始的从侧面挖开机井的方式进行救援，但这样不仅会耗费大量的人力、物力，还会耽误救援时间。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明设计一种小口径深井环境下的救援机器人头部抓取装置，经调查发现在落井的情况中，头部朝下落入井中存活率较低，所以本发明救援头部抓取装置用于落井时被困人员头部朝上的情况，通过对被困人员的头部抓取来实现救援，解决了井下救援效率低、费时费力的问题。
本发明采用的技术方案是：
一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置，包括转向机构1、监测机构2、位置机构3、救援机构4、球形救援板5、救援板固定件7、气缸固定件8、气缸10、位置机构固定件11、气动马达12和辅助救援系统。该救援机器人头部抓取装置与救援机器人支撑装置相配合，所述的转向机构1内的六方孔和救援机器人支撑装置中气动马达上的轴相互配合；所述位置机构固定件11包括两个固定板，两个固定板均竖直对称固定在转向机构1下表面，两个固定板之间水平对称连接两个气动马达12；所述监测机构2包括摄像头、照明装置和甲烷等可燃气体检测传感器，监测机构2固定在位置机构固定件11上，用于监测井下环境；所述的位置机构3包括主动杆和从动杆，四根主动杆的一端分别连接在两个气动马达12的两轴端、位于位置机构固定件11外侧，四根主动杆的另一端分别与四根从动杆的一端铰接；四根从动杆的另一端通过铰链的方式水平连接气缸固定件8；所述气缸10固定在气缸固定件8上，气缸10的活塞杆穿过气缸固定件8固定在救援板固定件7上；所述球形救援板5包括瓣状护板和柔性护垫6，四个瓣状护板的上端均匀铰接在救援板固定件7上，四个瓣状护板的下端内表面安装柔性护垫6；所述救援机构4包括四个救援机构杆件，救援机构杆件的两端分别铰接在气缸固定件8和球形救援板5上；所述的辅助救援系统包括供氧气管9、光电心率传感器13、麦克风14和扬声器15；其中，供氧气管9的氧气输出口位于球形救援板5内侧，氧气输入口与地面供氧装置连接；所述光电心率传感器13固定在柔性护垫6上，麦克风14和扬声器15均固定在球形救援板5内壁上，用于救援沟通。转向机构1连接救援机器人头部抓取装置和救援机器人支撑装置，并为救援机器人头部抓取装置提供水平面的移动；位置机构3由两个独立的运动链构成，为救援机器人头部抓取装置提供竖直面的运动；气缸10的直线运动带动球形救援板5实现抓取，从而达到救援的目的。
进一步地，所述柔性护垫6为橡胶气垫。
本发明的有益效果：本发明采用机器人下井救援代替传统救援，不仅节约了救援时间，提高了救援效率，有效地保障了被困人员的生命安全，还为小口径环境下，救援人员无法下井救援提供了一种新的救援方案；本发明救援机器人头部抓取装置采用气动系统，不仅很好地掌握救援时候的握紧力，还能有效地避免电力驱动带来引燃可燃气体的隐患；本发明救援机器人头部抓取装置由井下支撑装置的气动马达提供救援机构的水平运动，两个独立的运动链构成位置机构，为整个救援机构提供竖直运动，使得救援机器人头部抓取装置能够达到井下的大部分区域，从而应对复杂多变的救援环境。
附图说明
图1是救援机器人头部抓取装置的总体主视图；
图2是救援机器人头部抓取装置的上半部分局部视图；
图3是救援机器人头部抓取装置的下半部分局部视图；
图4是救援机器人头部抓取装置的位置机构的工作示图；
图中：1.转向机构；2.监测机构；3.位置机构；4.救援机构；5.球形救援板；6.柔性护垫；7.救援板固定件；8.气缸固定件；9.供氧气管；10.气缸；11.位置机构固定件；12.气动马达；13.光电心率传感器；14.麦克风；15.扬声器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1～图3所示，一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置，包括转向机构1、监测机构2、位置机构3、救援机构4、球形救援板5、救援板固定件7、气缸固定件8、气缸10、位置机构固定件11、气动马达12和辅助救援系统。本发明救援机器人头部抓取装置通过转向机构1和救援机器人支撑装置相连接，当救援机器人支撑装置中的气囊气缸处于伸长状态的时候，救援机器人支撑装置中的气动马达和转向机构1相配合；位置机构固定件11包括两个固定板，两个固定板均竖直对称固定在转向机构1的下表面，两个固定板之间水平对称连接两个气动马达12。所述监测机构2包括摄像头、照明装置和甲烷等可燃气体检测传感器，监测机构2固定在位置机构固定件11上，用于监测井下环境。位置机构3包括主动杆和从动杆，四根主动杆的一端分别连接在两气动马达12的两轴端、位于位置机构固定件11外侧，四根主动杆的另一端分别与四根从动杆的一端相铰接，四根从动杆的另一端通过铰链的方式水平连接气缸固定件8，气缸10固定在气缸固定件8上，气缸10的活塞杆穿过气缸固定件8固定在救援板固定件7上。所述球形救援板5包括瓣状护板和柔性护垫6，四个瓣状护板的上端均匀铰接在救援板固定件7上，四个瓣状护板的下端内表面安装柔性护垫6，柔性护垫6采用橡胶气垫，用于对救援时被困人员颈部的保护。所述救援机构4包括四个救援机构杆件，救援机构杆件的两端分别铰接在气缸固定件8和球形救援板5上。辅助救援系统包括供氧气管9、光电心率传感器13、麦克风14和扬声器15，其中，供氧气管9的氧气输出口固定在球形救援板5内，氧气输入口与地面供氧装置连接；光电心率传感器13固定在柔性护垫6上，用于检测被困人员的心跳特征，并实时反馈给地面营救人员，可以根据被困人员的生命特征实时进行救援方案调整；麦克风14和扬声器15均固定在球形救援板5内壁上，用于被困人员和地面人员通信，以达到辅助救援的目的。
其中，位置机构3的工作方式如图4所示，通过调整气动马达12的转动角度来实现位置机构3移动；通过气动马达12来增大或减小位置机构3的主动杆的相同角度来实现救援板固定件7在空间上竖直运动，其他位置类似。
整个救援机器人下井后，通过监测机构2，实时检测井内环境和被困人员情况。到达预定救援位置后，救援机器人支撑装置开始工作，固定救援机器人。之后转向机构1和位置机构3共同作用，将由球形救援板5和柔性护垫6组成救援手抓移动到被困人员的上方，其中转向机构1提供救援手抓的水平面位置的移动，位置机构3提供竖直面内的移动，两种运动方式相互配合，从而使得救援手抓能够到达井下的大部分位置，应对更多的救援情况。确定救援位置后，气缸10开始收缩，带动救援板固定件7向上移动，从而带动球形救援板5闭合，夹紧被困人员的头部，同时柔性护垫6保护夹紧过程中被困人员的颈部，避免发生二次伤害。由供氧气管9、光电心率传感器13、麦克风14和扬声器15构成辅助救援系统可以获取被困人员的生命特征等信息，同时供氧气管9开始供氧，并实时调整营救方案。完成救援工作后，救援机器人支撑装置工作，随着绳索的作用离开机井，完成救援工作。该救援机器人头部抓取装置结构灵巧、操作方便，具有较高的应用价值。

Claims (2)

1.一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置，其特征在于，该救援机器人头部抓取装置包括转向机构(1)、监测机构(2)、位置机构(3)、救援机构(4)、球形救援板(5)、救援板固定件(7)、气缸固定件(8)、气缸(10)、位置机构固定件(11)、气动马达(12)和辅助救援系统；
所述的转向机构(1)将救援机器人头部抓取装置与支撑装置连接；所述位置机构固定件(11)包括两个固定板，两个固定板均竖直对称固定在转向机构(1)下表面，两个固定板之间水平对称安装两个气动马达(12)；所述监测机构(2)包括摄像头、照明装置和可燃气体检测传感器，监测机构(2)固定在位置机构固定件(11)上，用于监测井下环境；所述的位置机构(3)包括四根主动杆和四根从动杆，四根主动杆的一端分别连接在两个气动马达(12)的两轴端、位于位置机构固定件(11)外侧，四根主动杆的另一端分别与四根从动杆的一端铰接，四根从动杆的另一端通过铰链的方式水平连接气缸固定件(8)；所述的气缸(10)固定在气缸固定件(8)上，气缸(10)的活塞杆穿过气缸固定件(8)与气缸 固定件(8)下方的救援板固定件(7)连接；所述球形救援板(5)包括瓣状护板和柔性护垫(6)，四个瓣状护板的上端均匀铰接在救援板固定件(7)上，瓣状护板的下端均安装柔性护垫(6)以提供保护；所述救援机构(4)包括四个救援机构杆件，救援机构杆件的两端分别铰接在气缸固定件(8)和球形救援板(5)上；所述的辅助救援系统包括供氧气管(9)、光电心率传感器(13)、麦克风(14)和扬声器(15)；其中，供氧气管(9)的氧气输出口位于球形救援板(5)内侧；光电心率传感器(13)固定在柔性护垫(6)上；麦克风(14)和扬声器(15)均固定在球形救援板(5)内壁上，用于救援沟通；通过转向机构(1)提供水平面内的移动、位置机构(3)提供竖直面内的移动、气缸(10)带动球形救援板(5)实现抓取，从而实现救援。
2.根据权利要求1所述的一种基于小口径深井的救援机器人头部抓取装置，其特征在于，所述柔性护垫(6)为橡胶气垫。
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