CN113060638A - 一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，包括吊钩主体，所述吊钩主体上设置有测重模块，还包括：电源模块；推力器，所述推力器固定于推力器上、周向布置在所述吊钩主体的外侧；电机，所述电机用于驱动所述推力器施加或者撤销推力；推力器支架，所述推力器支架通过连接螺栓固定于测重吊钩上；控制模块，所述控制模块用于控制所述电机进而驱动所述推力器对所述吊钩主体施加与其运动趋势方向相反的作用力；以及箱体，所述箱体设置在所述推力器的外部，且所述推力器轴线与箱体上窗口轴线重合。本发明通过控制模块控制推力器，使之组合运转产生一个与吊钩运动方向相反的力，抑制吊钩的自由摆动，达到防摇的效果。

Description

一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩

技术领域

本发明涉及一种吊钩，具体而言，尤其涉及一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩。

背景技术

直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一，极大的扩展了飞行器的应用范围，因其具有高效、快速、受空间限制较小等优势，被广泛应用于运输、巡逻、旅游、测绘和救援等领域。被称为空中120的救援直升机是典型的军民两用产品，它能快速的到达水路、陆路所不能到达的地方，进行物资运送、空中指挥以及搜救救援等工作。

直升机搜救最明显的优势体现在，对近海地区翻覆船只落水人员的搜救，它能第一时间到达事发海域发现并救起落水人员，保障生命安全。直升机救援分为两种方式：一种是直升机选择一块空地停下来，进行救援。另一种是直升机悬停于被救援者上空，利用绞车抛下钢索与吊钩，进行救援。两种救援方式均存在一定的缺点，第一种方式需要合适的平台供直升机停泊，这对于海上救援或者山林搜救是无法实现的。而第二种救援方式虽不需要直升机停泊，但是需要专业的绞车手来操控绞车，控制吊钩的收放，并且需要直升机驾驶员按照绞车手的指令，完成前进、后退、上升、下降等操作。这些操作需要直升机驾驶员与绞车手熟练的配合才能完成，无形中增加了救援的难度。另外，绞车所带的钢索属于欠驱动的柔性件，吊钩在空中会产生晃动，这种晃动会对绞车手产生很大的影响，直接影响绞车手对吊钩位置的判断，进而可能发出错误的指令给直升机驾驶员，致使延长救援时间甚至救援失败。此外吊钩具有一定的质量，当吊钩晃动起来时如不受控制，就有可能击中被救人员，而当人员被吊起时，同样也会有晃动，可能会使得被救人员与周围的物体发生碰撞，而造成不必要的伤害。目前最好的抑制吊钩晃动的方法就是添加一根辅助的软绳，系于吊钩之上，并从直升机运送一名牵引人员到地面，通过底面牵引人员对软绳的拉动，来抑制吊钩及钢索的摆动。这种方法虽行之有效，却也同样受到条件的制约，如进行海上救援，此方法就无法施展，另外，该方法需要一名额外的人员跟随直升机，这使得直升机有限的空间变得紧张，降低了救援效率。

发明内容

根据上述提出的由于吊钩晃动影响救援效果的技术问题，而提供一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩。本发明能够增加救援灵活性，同时减少人员配置，使得救援过程更加的安全可靠。

本发明采用的技术手段如下：

一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，包括吊钩主体，所述吊钩主体上设置有测重模块，还包括：

电源模块；

若干个推力器，所述若干个推力器固定于推力器支架上，并在所述吊钩主体的外侧周向布置；

电机，所述电机用于驱动所述推力器施加或者撤销推力；

推力器支架，所述推力器支架通过连接螺栓固定于测重吊钩上；

控制模块，所述控制模块用于控制所述电机进而驱动所述推力器对所述吊钩主体施加与其运动趋势方向相反的作用力；以及

箱体，所述箱体设置在所述推力器的外部，且所述推力器轴线与箱体上窗口轴线重合。

进一步地，还包括双目识别定位追踪系统，所述双目识别定位追踪系统包括并列设置在箱体下方的两个摄像头，所述摄像头连接控制模块的输入端。

进一步地，还包括监控器，所述监控器一方面用于接收并显示由所述控制模块上传的环境数据，另一方面向所述控制模块下达操作指令。

进一步地，所述电源模块、控制模块及速度传感器均采用对称布置的方式固定于箱体内侧的底板上。

进一步地，所述电源模块采用可拆卸锂电池供电，所述电源模块连接控制器的电量采集端口。

进一步地，所述电源模块采用脐带缆供电。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明增加了救援的灵活性。救援过程中搭配防晃吊钩的直升机可以悬停于被救援者上空的一定范围内，而且不需要停于正上空，并且当被救援者上空有异物直升机不能接近的时候，可以靠防晃吊钩拉动钢索接近被救援目标，提高了整个救援过程的灵活性。

本发明使得救援过程更加安全。在传统的救援过程中，当被救援者悬于半空的时候，很容易因为外界风力的影响而产生晃动，如果不加以控制，很容易使得被救人员与周围的物体发生碰撞，对其造成二次伤害，而防晃吊钩的防晃功能可以很大程度的减小晃动，使得救援过程更加的安全可靠。

本发明减少人员的配置，救援过程效率更高。传统的救援过程，若想减少吊钩的晃动或者想使得吊钩与直升机成一定的夹角运送到某处，最好的方法就是从直升机运送下去一名救援人员，用软绳牵引吊钩而实现该目的，但该过程也仅限于陆地上的救援，对水面上的救援该方法就无法实现，对于配备防晃吊钩的直升机，则可以在很短的时间内很轻易的实现该目的，并且不需要额外人员的辅助，救援过程十分高效。

本发明减少对直升机的操纵，降低救援难度。传统的救援过程，直升机驾驶员需要听从绞车手的指挥，来控制直升机的方位，而配备防晃吊钩的直升机则只需悬停于被救援者上空的一定区域内，其他的操作靠绞车手操纵绞车及防晃吊钩即可完成，减少了对直升机的操作，大大降低了救援难度。

本发明防晃吊钩可应用于各种形式的起重机。吊索属于欠驱动的柔性件，任何起升过程都会存在晃动，而防晃吊钩的工作原理适用于应对欠驱动柔性件产生的晃动，所以只要有升降吊钩的场所都可以安装防晃吊钩，以方便快捷的实现吊重的防晃。

本发明防晃吊钩可以作为空中载人作业平台的稳定装置。高空作业时，人员是通过吊索被送到指定的位置作业，该过程难免会产生晃动，如果不对其进行抑制，则会影响作业效率。例如，在清洗或保养船舶货舱时，有些时候人员是要悬吊于空中作业的，此时，只要将防晃吊钩装置加装于吊索上就可以避免人员的晃动，使人员始终稳定于一定的空间范围内，直至完成作业。当作业人员需要在空间移动时，防晃吊钩则可以将作业人员安全平稳的送到空间中的任意位置，提高作业的效率以及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明可追踪定位的智能模块化防晃吊钩外观示意图。

图2为本发明可追踪定位的智能模块化防晃吊钩内部结构示意图。

图3为本发明可追踪定位的智能模块化防晃吊钩测重吊钩主体示意图。

图4为本发明可追踪定位的智能模块化防晃吊钩推力器支架结构示意图。

图5为本发明可追踪定位的智能模块化防晃吊钩推力器支架主视图。

图中：1、吊钩主体；101、测重模块；2、箱体；3、推力器；4、推力器支架；401、推力器支架固定座；402、推力器固定座；5、摄像头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转 90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-5所示，本发明提供了一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其主要由测重吊钩、推力器、推力器支架、电机、控制模块、电源、双目识别定位追踪系统、箱体、速度传感器以及监控器等装置组成。其中测重吊钩由吊钩主体以及测重模块组成。

其中，推力器与电机直接相连，固定于推力器支架上，推力器支架通过连接螺栓固定于测重吊钩上，推力器轴线与箱体上窗口轴线重合。控制模块、电源及速度传感器均采用对称布置的方式固定于箱体内侧的底板上，控制模块包含了两部分控制，一种是对推力器的控制，另一种是对双目识别定位追踪系统图像的采集与分析。测重吊钩由吊钩主体以及测重模块组成，当起吊物体时测重模块能够及时的将物体的重量测出，并上传至控制模块，操作者能够实时的在监控器上读取被吊重物的重量。此外，防晃吊钩的电机、电源等装置均采用防尘防水设计：吊钩经常工作于十分恶劣的环境之中，水分灰尘都会影响设备的使用寿命，并且降低设备的精度，降低工作效率，而采用防水防尘设计能够解决上述问题。

进一步地，采用现有常见的四旋翼电机作为推力器。推力器支架结构如图4-5所示。推力器支架由两个完全相同的零件组成，由螺栓连接固定于测重吊钩上，图1为推力器支架的一个零件：推力器由电机提供动力，电机固定于推力器支架末端的管槽内，通过螺栓压紧的方式对其进行固定，如图2 所示为电机固定管槽的正视图。

进一步地，双目识别定位追踪系统包含有两个摄像头，安装于箱体的底部。两个摄像头采集吊钩周围的图像，经过控制模块的分析与运算，将图像实时回传到监视控制器上(以下简称监控器)，监控器配备有操纵手柄及显示屏，可实时观察吊钩周围的环境，便于操作人确定跟踪目标。防晃吊钩的箱体起保护内部装置的作用，并为电源等设备提供安装位置。防晃吊钩受监控器的控制，监控器能对防晃吊钩的参数进行设置，双目识别定位追踪系统采集的画面会实时的出现在监控器的屏幕上，操作者能够看清附近的环境，可以方便的对目标进行定位，也能够对被救援人员进行初步的伤势判断。

本发明中防晃吊钩自身不具备起吊功能，使用时需将绞车吊钩与防晃吊钩相连接。防晃吊钩具有防晃与追踪定位的功能。防晃功能的工作原理是：测重模块将吊重的重量测量出来，传输给控制模块。速度传感器能够检测出物体跟随防晃吊钩摆动的速度与方向，通过测重模块对物体重量的测量可知物体的重量，将重量与物体摆动的速度结合起来，可以计算得出抑制吊重摆动所需的力的大小，进而可以通过该力的大小计算出推力器所需的转速，即速度信号只是为了计算推力器转速服务。控制模块通过对数据的分析，快速的计算出抑制晃动所需的力的大小以及方向，随后生成最优的控制命令，控制相应推力器产生一个与吊钩晃动方向相反而且大小适宜的合力，进而实现吊钩的快速减摇。

防晃吊钩定位追踪的原理是系统通过对外界信号的采集与分析，发出控制信号给推力器，控制推力器的转速。四个方向的推力器通过组合控制，可以产生任意方向的推力，以推动吊钩朝所期待的方向行进。当防晃吊钩开启追踪定位功能时，系统会根据吊重的重量、摆动速度以及角度等实际情况，快速的得出最优的控制方案，合理的控制推力器转动，使得防晃吊钩不断地接近目标，直至悬停于目标上空为止。

缆绳是欠驱动的柔性件，当绞车在施放或者回收缆绳的时候，吊钩会跟随着缆绳晃动，很容易击中周围人员或物体，这会影响作业安全，降低作业效率。当吊钩晃动时，控制模块会发出信号，控制四个推力器，使之组合运转产生一个与吊钩运动方向相反的力，抑制吊钩的自由摆动，达到防摇的效果。

此外，系统配备两个摄像头实时采集画面，测量吊钩与目标点间的距离，并将目标点标记出来。双目识别定位追踪系统与推力器控制单元自动结合起来，推力器受控，推动防晃吊钩，使之逐渐接近目标，最终停于目标上空20-30 厘米处，双目识别定位追踪系统，能够感知吊钩下方的目标物体，当目标发生位置偏移时，系统会重新对目标点定位，防晃吊钩也会受控再次回到目标点的上空。

进一步地，双目识别定位追踪系统除了能对目标进行追踪以外，还能观测周围环境，躲避障碍物。在手动模式下，当操作人员操纵吊钩接近危险物体的时候，自动避障功能会提示操作者靠近危险物体，并在遥控器屏幕上标定危险物体的位置，如果操作者仍执意靠近，此时自动避障功能会强制防晃吊钩悬停，不再靠近危险物体；在自动模式下，当操作者选定要接近的目标之后，自动避障功能会自动地避开周围环境中的危险物体，自动规划路线，寻找最优的路径接近所要寻找的目标。此外，双目识别定位追踪系统可以将采集的画面实时的上传至控制模块，控制模块可以同时与多个显示器无线连接，进行画面共享，这样不只操作者可以看见画面，其他人员也可以看见，减少了沟通和交流的障碍。显示器上包含有吊重重量，晃动角度及速度等的信息。

再进一步地，具有手、自动目标追踪定位两种模式：手动模式下，操纵人员可以通过操作监控器来控制防晃吊钩，并按照自己的意愿行进。自动模式应用于常规的救援场景当中，当操作人员在监控器屏幕上选好要接近的目标之后，系统会自动的躲避障碍物规划路线，并逐渐接近目标。

更进一步地，本发明优选采用双供电模式：第一种是采用可拆卸锂电池供电。可拆卸锂电池固定于箱体的内部底面，当电池缺少电能时，操作人员手中的监控器会发出提示，并有低电量报警，此时可更换电池，继续工作；第二种是采用脐带缆供电，此方法可以做到无限续航，适用于工作时间长且要求功率大的场所。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，包括吊钩主体(1)，所述吊钩主体(1)上设置有测重模块(101)，其特征在于，还包括：

电源模块；

若干个推力器(3)，所述若干个推力器(3)固定于推力器支架(4)上，并在所述吊钩主体(1)的外侧周向布置；

电机，所述电机用于驱动所述推力器(3)施加或者撤销推力；

推力器支架(4)，所述推力器支架(4)通过连接螺栓固定于吊钩主体(1)上；

控制模块，所述控制模块用于控制所述电机进而驱动所述推力器(3)对所述吊钩主体(1)施加与其运动趋势方向相反的作用力；以及

箱体(2)，所述箱体设置在所述推力器的外部，且所述推力器轴线与箱体上窗口轴线重合。

2.根据权利要求1所述的可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其特征在于，还包括双目识别定位追踪系统，所述双目识别定位追踪系统包括并列设置在箱体下方的两个摄像头(5)，所述摄像头(5)连接控制模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其特征在于，还包括监控器，所述监控器一方面用于接收并显示由所述控制模块上传的环境数据，另一方面向所述控制模块下达操作指令。

4.根据权利要求1所述的可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其特征在于，所述电源模块、控制模块及速度传感器均采用对称布置的方式固定于箱体内侧的底板上。

5.根据权利要求1所述的可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其特征在于，所述电源模块采用可拆卸锂电池供电，所述电源模块连接控制器的电量采集端口。

6.根据权利要求1所述的可追踪定位的智能模块化防晃吊钩，其特征在于，所述电源模块采用脐带缆供电。

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