CN113750395A - 一种智能安全绳及安全实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能安全绳及安全实现方法，其包括安全绳本体；以及所述安全绳的一端是挂端，用于挂接外部的安全点，另一端为系端，用于挂接使用者；其中，还包括至少一固定在所述安全绳本体上的倾角传感器，用于实时监测自身的倾斜角度，并当所述安全绳在使用中、所述倾角传感器移动到安全绳悬垂最低点靠系端一侧时，发出告警信号。本发明高空作业智能安全绳及安全实现方法由于采用了在所述智能安全绳的中部固定设置的倾角传感器，实现了实时地监测安全绳自身的角度，以判断所述固定位置、位于系端侧还是挂端侧，从而确定所述挂钩的挂扣高度满足安全标准。

Description

一种智能安全绳及安全实现方法

技术领域

本发明涉及一种安全防护设备，尤其涉及一种高空作业智能安全绳及安全实现方法的改进。

背景技术

高空作业指的是在高度高于2米以上位置处的作业工作。高空作业中存在的最需要关注的是安全性问题，主要是需要防止发生高空坠落的安全事故。高空坠落事故是建筑行业中最主要的人身伤害事故，一旦发生，对受难者会造成不可挽回的身体伤害，乃至死亡，并对家庭和社会造成严重影响。

然而，在高空作业中，除了对高空作业的施工人员的身体素质有一定的要求之外，在正常的工作作业中，还需要严格按照高空作业的流程进行施工。例如在高空作业中安全绳非常重要，使用者通常都会在意和进行佩戴，然而不正确地使用高空作业安全绳，同样会带来安全事故问题。

《建筑施工高处作业安全技术规范》中规定，当高度超过2米时，必须使用安全绳或采取其它可靠的安全防护措施。同时，高空作业安全绳，必须符合国家标准GB6095－80《安全绳》规定的构造形式、材料、技术和使用保管上的要求。

通常，在所述高空作业安全绳的挂端，固定连接一个或两个金属的挂钩，使用时，所述挂钩牢固挂扣于身边的高处安全锚固点上；而在所述高空作业安全绳的系端，连接一系钩，并通过所述系钩，与穿戴于使用者身上的全身安全绳相扣接。考虑到从高空坠落到被安全绳拉住停顿安全绳起作用时，安全绳对人体依然有瞬时的冲击作用力，在高空作业规范中，对高空作业安全绳的使用要求是：“高挂低用”。

即在使用安全绳时，所述高空作业安全绳挂端的挂钩需要挂在高处，而人在其下面工作，也就是在作用使用时安全绳的系端须低于挂端。这是一种比较安全合理的科学系挂方法，其原理为：若有坠落发生，那么人体重心的实际下落距离会比较小，自由落体加速的时间比较短，故在坠落的最低点，人体能达到的最大坠落速度也较小，这样安全绳在最低点将人体的速度降为0时，所产生的瞬时拉力也较低。这样一来可以保证拉力在安全绳的受力范围之内，不会导致对安全绳的冲击力度造成安全绳可能的断裂，二来，对人体的瞬时冲击力也较低，不容易因为过大的冲击力作用在人体上，造成人体捆绑部位发生骨折或脏腑因为冲击等受到伤害。再有，因为坠落的行程减小，坠落者的横向偏移也较小，相对就不容易与低处的结构发生水平碰撞，导致二次伤害。

但是，在目前施工操作中，使用者在使用安全绳时，经常会忽视高挂低用的安全使用规范，因而造成即使佩戴了安全绳，而安全事故依然经常发生。

为此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对上述的现有技术中，本发明的目的在于提供一种高空作业智能安全绳及安全实现方法，针对在高空作业时安全绳佩戴容易出现违规使用的问题，提供一种高空作业智能安全绳及方法，可实时监测安全绳的悬挂姿态，并及时发出告警，以增加安全绳使用的安全性。

本发明的技术方案如下：

一种智能安全绳，其包括安全绳本体；以及所述安全绳的一端是挂端，用于挂接外部的安全点，另一端为系端，用于挂接使用者；其中，还包括至少一固定在所述安全绳本体上的倾角传感器，用于实时监测自身的倾斜角度，并当所述安全绳在使用中、所述倾角传感器移动到安全绳悬垂最低点靠系端一侧时，发出告警信号。

所述倾斜角度，指的是在悬垂的安全绳本体上、传感器所安装位置点的切线和地平面的夹角。

所述的智能安全绳，其中，还包括所述告警信号的实现装置包括发声设备，发光设备，以及振动设备中的一种或多种组合，所述实现装置设置在所述倾角传感器的处理电路中。所述的智能安全绳，其中，所述倾角传感器还设置包括无线通讯模块，用于将所述告警信号发送给上位机。

所述的智能安全绳，其中，所述倾角传感器具有可调整固定位置的固定结构，用于在所述安全绳本体可调整的固定。

所述的智能安全绳，其中，所述倾角传感器的处理电路还设置包括活动性检测功能，用于在所述安全绳本体处于静止状态时，所述倾角传感器进入休眠状态。

任一所述的智能安全绳的安全实现方法，其中，包括步骤：

a.所述倾角传感器实时检测自身的倾斜角度；

b.在所述倾斜角度超过设定值时，也即判断所述安全绳的使用状态违背高挂低用要求时，所述倾角传感器控制发出告警信号；

c.在所述倾斜角度低于设定值，也即判断出所述安全绳的使用状态符合高挂低用标准时，所述倾角传感器控制停止告警信号。

本发明所提供的一种高空作业智能安全绳及安全实现方法，由于采用了在所述智能安全绳的某个位置固定设置的倾角传感器，实现了实时地监测所述传感器所处的安全绳段的倾斜角度，以判断所述固定位置、位于悬垂最低点的系端侧还是挂端侧，从而确定所述挂钩的相对挂扣高度，是否满足安全标准，因此能够对劳动者在高空作业时，是否遵守了高挂低用的安全规范实现了实时监控。通过低成本从技术上防患于未然，解决高空作业领域最常见的安全隐患，具有较大的社会意义和商业价值。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明的高空作业智能安全绳上倾角传感器固定位置计算示意图；

图2为本发明的高空作业智能安全绳在高挂低用时的结构示意图；

图3为本发明的高空作业智能安全绳在低挂高用时的结构示意图；

图4为本发明的高空作业智能安全绳的倾角传感器的倾角变化示意图；

图5为本发明的高空作业智能安全绳的工作方法流程图；

图中：10-安全绳本体、11-挂端、12-系端、15-中点、20-倾角传感器、31-挂钩、32-安全带。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明提供了一种高空作业用的智能安全绳较佳实施例，如图1所示，包括挂钩31和柔性的安全绳本体10，所述安全绳本体10的两端分别为挂端11和系端12。其中，所述系端12，通常用于连接一穿戴于人体上的安全带32，如图2和图3所示；所述挂端11则与所述挂钩31固定连接，通过所述挂钩31在工作时挂于高处的锚点位置，并且挂好后，可以被安全地封闭住，以防止在工作中发生脱落的事故。

本发明较佳实施例还包括至少一固定在所述安全绳本体10上的倾角传感器20，所述倾角传感器20用于实时监测所述安全绳本体10给其自身带来的倾斜角度，并且当所述倾斜角度超过设定阈值时，通过管理电路发出告警信号，或者向上位机传送示警性质的信号，以便上位机进行监控管理和及时检查纠正。

根据实际的安全标准，假设所述挂钩31的上沿与所述系端12之间可容忍的最小高度差为D，则传感器安装固定点和挂端的最小距离为S，满足公式（1）：

（1）

其中，L为所述智能安全绳挂端和系端之间的全长，D为安全标准允许的所述挂端与所述系端之间的最小高度差。D值可以为正数，0或者负数。当D为正数时，只有当挂端比系端高D以上时，才不会报警。当D为0时，只要挂端高于系端就不会报警。当D为负数时，只要挂端高于系端下方绝对值D距离时就不会报警。

倾角传感器测量的是其自身所在的绳段的切线和大地平面的夹角。假设倾角取值范围为-90度至+90度，其中-90度至0度表示传感器位于悬垂最低点和挂端之间，0度至90度表示倾角传感器位于悬垂最低点和系端之间，0度表示传感器处于悬垂最低点。通过倾角是否大于0度来判断挂端相对高度是否降低到了安全标准之下。其他传感器型号的倾角取值范围可以线性变换到-90度至+90度这个范围，不影响专利的实施。

为了保证安全绳的高挂低用，所述倾角传感器20须设置在所述安全绳本体10上能够检测挂端与系端高低位置关系的固定位置上。这样，当使用者在使用安全绳并进行的挂端和系端的连接固定后，包括在使用过程中，随着挂端和系端相对高度的变化，安全绳的挂端和系端高低关系姿态可能随时在改变，而所述倾角传感器20可以感知自身在安全绳上的倾角变化，当倾角超过报警阈值时，予以告警。

在实践中为了防止频繁地反复告警和停报警，通常将阈值设定位两个：报警阈值和停报警阈值，且报警阈值要高于停报警阈值。此时，要根据所设定的报警阈值，适当调整安装位置。

在高空作业安全绳需要处于“高挂低用”的使用状态中时，如图2所示，所述挂钩31应高于所述系端12较大的高度，从而使得所述中点15位于悬垂最低点和所述挂端之间，且位置越高越好，这样即使一旦发生高空坠落，所述系端能够下降的距离就比较短，人体的加速时间也短，末速度也低，安全绳拉住人体时的作用力也相应较小，对人体伤害也就减轻了，安全绳的强度也更安全。相应地，所述倾角传感器20设置在所述安全绳上，可以用来限定高挂低用的程度，也就是将所述倾角传感器20至少要固定设置在所述安全绳的中点偏系端的位置，而在使用过程中，需要将所述倾角传感器20保持在安全绳最低点偏挂端的一侧，也即位于所述挂端侧的角度保持为正向允许姿势，此时所述倾斜角度取为-90度至0度。

而一旦在工作中，发生了倾角传感器20转移到了靠近系端的一侧，也就是认为发生了“低挂高用“的示警场景，如图3所示的示例状态。此时所述倾角传感器20感测角度开始翻转，即监测到的所述倾斜角度开始增大超过报警阈值，此时通过其中的电路处理，就可以做出示警的动作或向上位机发送警示信号，以便监督管理人员进行及时纠正。

具体如图4所示的倾角传感器工作原理，图中I对应于“高挂低用”的允许姿态场景，所述倾角传感器20位于正向位置；随着所述挂钩31的挂扣位置降低，所述倾角传感器20逐步移动至所述系端侧，并逐步翻转。从I的正向姿态，翻转至II的水平姿态，此时，所述倾角传感器20处于所述安全绳的悬垂最低点，而所述挂钩31的上沿与所述系端12之间的高度差，也正好位于标准许可范围D的边界值。

随着所述挂钩31的挂扣位置继续降低，所述挂钩31的上沿与所述系端12之间的高度差进一步缩小，使得所述中点15继续下移，相应地，所述倾角传感器20翻转且沿所述系端侧上移，转移至图4中III的倾角位置。此时，I 与III之间的倾斜角度，也继续增大至大于报警阈值。所述倾角传感器20以及其管理处理电路就会发出告警信号，提醒劳动者注意，已经处于“低挂高用”的危险境地，需要立刻调整所述安全绳的使用方式。

所述倾角传感器20为现有技术所常见，在移动终端如手机等上已经应用普遍，其所输出的信号可以通过一个简单的处理电路进行处理，并有微处理器控制触发告警信号，或者设置更进一步复杂的电路，可以向上位机进行无线通信。所述倾角传感器20在上下文中，实际上包含了独立的处理电路及电源供电，在此不再赘述。其具体可以采用一柔性或塑形的外壳，沿安全绳上进行固定，例如通过编织绳的编织固定。传感器尽量轻、不影响安全绳的悬垂特性，且需要注意该倾角传感器的固定不能影响安全绳的安全性本身。在必要的进一步设计方案中，还可以设置所述倾角传感器采用可调整固定位置的紧固装置，例如在两端设置有安全绳通过的孔部，以及在孔部的侧壁上设置弹性锁固件，以便压紧时调整位置而松开时锁固在安全绳上。所述告警的方式可以采用声光振动中的一种或多种组合，例如在设置无线连接方式时，可以与使用者的智能穿戴设备，如手表或手机进行关联，并由这些智能穿戴设备进行告警提示。所述告警警示装置还可以设置在别处，例如头盔上，通过无线方式连接所述倾角传感器20，在一个更佳的实施例中，还可以将所述警示装置直接设置在所述智能安全绳上，所述告警由所述倾角传感器20的处理电路完成。

当所述倾角传感器20检测到所述智能安全绳处于“低挂高用”的危险状态时，就通过所述告警信号激活所述警示装置，所述警示装置就发出声/光报警，例如设置一发声设备，具体可为扬声器，发出声音告警，或者设置一发光设备，具体可为警示灯，发出灯光告警。或者所述警示装置包括无线通讯模块，利用无线通讯手段，向管理系统发出警示信号，管理系统再通过声/光报警等手段向使用者发出警示。

在一个更佳的实施例中，考虑到需要保证足够的电量驱动所述倾角传感器20，所述倾角传感器20还设置有一活动性检测功能，在检测到所述智能安全绳处于静止状态时，就将自身转变为低功耗休眠状态，以节省电能。在休眠状态下监测到所述智能安全绳有运动时，就回到正常工作状态。具体地，所述倾角传感器20通常采用2D加速度MEMS传感器，或者3D加速度MEMS传感器，配合3D MEMS陀螺仪来实现，能够感知安全绳的运动和静止。也可以在所述倾角传感器20的处理电路上设置开关，以便在使用安全绳前打开，和在使用结束后关闭所述倾角传感器20的电路。这个开关可以和固定夹具联动，一旦固定好就自动打开，一旦取下就自动关闭。

综上所述，本发明所述的高空作业智能安全绳的安全实现方法，如图5的流程图所示，应用在上述安全绳的技术方案实施例中，并包括以下步骤：

a.所述倾角传感器20实时检测自身的倾斜角度；

b.在所述倾斜角度超过设定值时，也即判断所述安全绳的使用状态违背高挂低用要求时，所述倾角传感器20控制发出告警信号。

使用者在受到告警后，就需要主动调整自己的安全绳使用方式，例如可以抬升所述挂钩31的位置或降低自己的系端位置，直至所述倾角传感器感知的倾斜角度小于停报警阈值，也即所述安全绳的使用状态满足高挂低用要求时，所述倾角传感器20的电路停止告警。

在进一步的实施例中，还可以在所述安全绳本体上设置多个倾角传感器，这样形成在所述安全绳本体上的分布，可以更精准地确定所述安全绳本体的姿态，对于使用上位机数据处理的情况下能够更加适用。

本发明所述的高空作业智能安全绳以及其安全实现方法，由于采用了上述倾角传感器固定在安全绳上的技术方案，可以实时地对安全绳的使用方式进行监测，并在违背高挂低用使用方式时发出告警，以提高安全绳的安全使用方式，减少实际使用中的安全事故。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能安全绳，其包括安全绳本体；以及所述安全绳的一端是挂端，用于挂接外部的安全点，另一端为系端，用于挂接使用者；其特征在于，还包括至少一固定在所述安全绳本体上的倾角传感器，用于实时监测自身的倾斜角度，并当所述安全绳在使用中、所述倾角传感器移动到安全绳悬垂最低点靠系端一侧时，发出告警信号。

2.根据权利要求1所述的智能安全绳，其特征在于，还包括所述告警信号的实现装置包括发声设备，发光设备，以及振动设备中的一种或多种组合，所述实现装置设置在所述倾角传感器的处理电路中。

3.根据权利要求2所述的智能安全绳，其特征在于，所述倾角传感器还设置包括无线通讯模块，用于将所述告警信号发送给上位机。

4.根据权利要求3所述的智能安全绳，其特征在于，所述倾角传感器具有可调整的固定结构，用于在所述安全绳本体可调整的固定。

5.根据权利要求4所述的智能安全绳，其特征在于，所述倾角传感器的处理电路还设置包括活动性检测功能，用于在所述安全绳本体处于静止状态时，所述倾角传感器进入休眠状态。

6.根据权利要求1至5任一所述的智能安全绳的安全实现方法，其特征在于，包括步骤：

a.所述倾角传感器实时检测自身的倾斜角度；

b.在所述倾斜角度超过设定值时，也即判断所述安全绳的使用状态违背高挂低用要求时，所述倾角传感器控制发出告警信号。

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