CN114084855A

CN114084855A - 一种废墟搜救自动化平台

Info

Publication number: CN114084855A
Application number: CN202111174485.2A
Authority: CN
Inventors: 段胜峰; 胡永攀; 敖进; 许娜; 周子愚; 吴柔萱; 孙华杰
Original assignee: SICHUAN FINE ARTS INSTITUTE
Current assignee: SICHUAN FINE ARTS INSTITUTE
Priority date: 2021-10-09
Filing date: 2021-10-09
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明公开了一种废墟搜救自动化平台，包括：支架、动平台以及绳索；所述支架与所述动平台通过所述绳索连接；所述支架包括绞车、滑轮、电机以及控制器；所述控制器控制所述电机，所述电机驱动所述绞车带动绳索收放，各绳索组成并联机构，共同带动动平台运动；所述动平台上设置有抓取、挂载和连接模块。本发明提供一种用于废墟搜救的自动化平台，可以在废墟周围快速构建包含多跟绳索的机构，实现人员搜索、设备搬运、设备供电、伤员转运以及碎块移动等多种功能，提高废墟搜救效率。

Description

一种废墟搜救自动化平台

技术领域

本发明涉及废墟搜救技术领域，具体地说，特别涉及一种废墟搜救自动化平台。

背景技术

地震等自然灾害或爆炸等事故灾难发生后，可能造成建筑物坍塌，导致建筑物内的人员被废墟埋压。开展高效的废墟搜救是挽救埋压人员生命的直接方式，是灾害或灾难救援的首要任务。

由于废墟是由大量不同形状的建筑物碎块堆叠而成，表面结构非常复杂，车辆无法行驶，所以目前废墟搜救主要依靠救援人员携带便携式搜救设备开展，救出埋压人员后，也主要依靠人力将伤员转移至废墟外的区域。由于建筑物废墟表面形状复杂，而且有较多的裸露尖锐物或不稳定结构，救援人员在废墟表面移动和作业往往非常艰难，导致搜救、设备搬运和伤员转移的效率低下。在废墟搜救过程中，经常需要移动建筑碎快，以救出埋压其下的人员。如果碎块重量较大，仅仅依靠人力无法移动，就需要依靠外部机械辅助。为了能够移动较大的碎块，有些救援队伍配备了可快速搭建的支架和绳索滑轮系统，有些情况下也使用吊车、挖掘机或多功能救援臂辅助，但仍存在一些难以解决的问题，例如绳索滑轮系统效率低下、吊车绳索刚性差、挖掘机或救援臂长度有限等。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种废墟搜救自动化平台。所述技术方案如下：

废墟搜救自动化平台包括支架、动平台以及绳索；所述支架与所述动平台通过所述绳索连接；

所述支架包括绞车、滑轮、电机以及控制器等；所述控制器控制所述电机，所述电机驱动所述绞车带动绳索收放，共同带动动平台运动；

所述动平台上设置连接装置，用于连接功能模块，实现具体功能。

可选地，所述支架包括整体机动式、现场构建式、简易安装式三种形式，适用于不同的救援现场环境，不同形式可组合使用。

可选地，所述整体机动式支架还包括：底盘、支撑脚、回转机构、俯仰机构、伸缩臂；

所述支撑脚安装在所述底盘上；所述回转机构通过齿轮传动实现回转功能；所述俯仰机构通过液压缸驱动实现俯仰功能；所述伸缩臂通过液压缸与滑轮组实现伸缩功能。

所述滑轮安装在所述伸缩臂的末端，对所述绳索起导向作用；所述绞车设置于所述底盘上。

可选地，所述现场构建式支架还包括：架体和平台；所述架体由模块化钢结构组件构成，所述架体的底部与地面固定连接，所述架体的顶端设置所述平台，所述绞车滑轮模块安装在所述平台上。

可选地，所述简易安装式支架还包括底座；所述底座安装在残存建筑上，所述绞车滑轮模块安装在所述底座上。

可选地，所述连接装置为抓取机构、挂载接头或可调节安装架，可连接生命探测仪、货物托盘、救援担架、绳索吊钩、电缆卷盘等功能模块，实现人员搜索、设备搬运、设备供电、伤员转运以及碎块移动等多种功能。

可选地，平台利用专用校准设备完成初始校准；所述专用校准设备包括一个直角结构和安装于所述直角结构上的三个激光测距仪；所述激光测距仪测量其与支架末端滑轮之间的距离；通过三点定位法确定滑轮坐标。

可选地，平台采用基于速度的控制方法，通过控制绳索收放速度实现动平台的目标运动速度与角速度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供一种用于废墟搜救的自动化平台，可以在废墟周围快速构建包含多跟绳索的并联机构，实现人员搜索、设备搬运、设备供电、伤员转运以及碎块移动等多种功能，提高废墟搜救效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例1的整体机动式废墟搜救自动化平台的示意图；

图2是本发明实施例1的机动式自动支架结构的示意图；

图3是本发明实施例2的使用快速构建支架的废墟搜救自动化平台的示意图；

图4是本发明实施例2的快速构建支架结构的示意图

图5是本发明实施例3的依托残存建筑安装支架的废墟搜救自动化平台的示意图

图6是本发明实施例3的依托残存建筑安装的支架结构的示意图

图7是本发明实施例1的初始校准示意图；

图8是本发明实施例1的动平台的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本发明提供了一种整体机动式废墟搜救自动化平台，如图1所示包括若干个支架1(含绞车-滑轮模块)、一个动平台2以及连接支架和动平台的多条绳索3；支架上绞车-滑轮模块包括绞车、滑轮、电机及控制器，通过遥控或程序控制等方式，电机驱动绞车带动绳索收放，各绳索组成并联机构，共同带动动平台运动。根据动平台的目标位置和姿态，平台通过程序自动计算各绳索的收放速率，然后根据计算结果控制绳索收放。

支架数量不同、排布位置不同、滑轮高度不同、动平台上悬挂点位置不同，平台中的并联机构可组成不同的构型。构型与机构的工作空间、刚度、控制性能等方面直接相关，实际使用中应根据现场情况选择合适的构型。

根据支架结构和展开、搭建形式不同，废墟搜救自动化平台有三种形式，可根据废墟现场状况选择不同的形式。第一种，整体机动式，如图1所示。支架安装于机动底盘上，可通过液压驱动完成回转、俯仰、伸缩动作，以调整末端滑轮的位置和高度。该支架适用于废墟周围较平坦且交通尚未中断的场景。使用时将安装支架的底盘开至建筑废墟周围，按实际情况和构型需要配置于指定位置，然后伸出支撑脚固定底盘，再调整支架的回转、俯仰和伸缩，使各末端滑轮到达预定位置。

整体机动式平台支架结构如图2所示，底盘11具有行进机构，能够行驶并未支架展开提供动力。支撑脚12安装在底盘上，平时为收拢状态，作业时支撑脚伸出以保持底盘稳固。回转机构13、俯仰机构14、伸缩臂15能够实现支架的回转、俯仰和伸缩，控制支架的展开高度及角度。伸缩臂可安装1套或多套绞车-滑轮模块，图2所示伸缩臂15安装了两套绞车滑轮模块。第一滑轮16、第二滑轮17安装在伸缩臂末端，对绳索起导向作用。绞车18、绞车19分别包含卷盘、电机、减速器、控制器各1台，用于盘卷绳索并控制绳索收放。

实施例2

本实施例中，提供了一种现场构建式废墟搜救自动化平台，如图3所示，其支架由模块化的钢结构件组成，使用时先将钢结构件搬运至废墟周围，然后在选定位置快速搭建若干支架，并在支架顶部安装绞车、滑轮、电机及控制器等。该支架适用于废墟周围交通中断，车辆无法进入的场景，与机动式自动支架相比具有更高的适应性。快速构建式支架结构如图4所示，架体21由模块化钢结构组件构成，可快速装配构建而成，并与地面可靠固定。平台22安装于架体1顶端，用于安装滑轮23和绞车24。绞车24包含卷盘、电机、减速器、控制器，用来盘卷绳索并控制绳索收放。

实施例3

本实施例中，提供了一种简易安装式废墟搜救自动化平台，如图5所示，如果废墟周围还有一些残存建筑，在确保安全的前提下，也可直接将绞车、滑轮、电机及控制器安装在残存建筑上，依托这些建筑构件平台支架。依托残存建筑安装的支架结构如图6所示，底座31安装在残存建筑上，用于固定滑轮32和绞车33。绞车33包含卷盘、电机、减速器、控制器，用来盘卷绳索并控制绳索收放。

在实施例1-3中，动平台是废墟搜救自动化平台的执行机构，工作时位于废墟的上方，由若干绳索牵引实现位置和姿态变化。动平台设置不同种类连接装置，通过搭载不同功能模块可实现废墟搜救各项功能。

以实施例1中的整体机动式平台为例，废墟搜救自动化平台展开过程如下。第一步，装载支架的底盘机动至建筑废墟周围指定区域，并伸出支腿固定，将动平台放置于地面合适位置。第二步，根据牵引绳索数量准备若干轻质引导绳索，并盘卷至人工卷盘上，将引导绳索的一端与支架绳索末端连接，移动卷盘并根据需要放绳，将卷盘移动至动平台附近。第三步，通过调节支架回转、俯仰和伸缩动作，将伸缩臂末端滑轮举升至指定位置，其间利用人工卷盘根据需要调整引导绳索的长度。第四步，支架绞车启动并缓慢放绳，通过卷盘回收引导绳索，将牵引绳索末端引导至动平台并与动平台可靠连接，直至所有绳索均完成与动平台的连接。现场构建式和简易安装式平台展开方式与此类似。

平台工作前，需要进行初始校准，目的是获取支架各滑轮相对于地面固连坐标系的位置，也就是各牵引绳索悬挂点的位置，这是平台控制的必要参数。初始校准方法如图7所示。直角结构41上A、B、C三点处安装有回转底座42和激光测距仪43，其中激光测距仪通过铰链可以相对底座2做俯仰运动。直角结构41、回转底座42和激光测距仪43共同构成了初始校准仪。使用时将初始校准仪放置在固定位置，则A、B、C三点可定义一个与地面固连的坐标系，坐标系原点位于A点，X轴沿AB方向，Y轴沿AC方向，Z轴与X轴和Y轴垂直。假设O点为一个牵引绳索悬挂点，在O处设置相应的标识，利用回转机构2和激光测距仪3的回转和俯仰运动，调节三个激光测距仪对准O点位置，可分别获得O与A、B、C三点之间的距离OA、OB、OC，由于A、B、C三点在该坐标系中的坐标是已知的，通过三角测量或极大似然估计等方法即可计算O点在该坐标系中的坐标。使用这种方法分别获得所有牵引绳索悬挂点在该坐标系中的坐标值，即完成了初始校准。

平台控制采用基于速度的控制方法，通过控制绳索收放速度实现动平台的目标运动速度与角速度。控制流程如图8所示。首先通过上述方法进行初始校准，获取牵引绳索悬挂点位置。同时，利用位于滑轮上的绝对编码器测量每根绳索的收放长度，即从悬挂点到动平台连接点之间的绳索长度。根据各绳索悬挂点位置及绳索收放长度，利用并联机构运动学正解求解方法进行求解，即可得到动平台的位置与姿态。根据遥控器的输入，可以获得动平台的目标速度与角速度，与动平台位置与姿态信息相结合，利用运动学逆解的求解方法并经过求导与变换，即可得到绳索收放的速度控制量，再将速度控制量输入绞车控制器中即可实现速度控制。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种废墟搜救自动化平台，其特征在于，包括：支架、动平台以及绳索；所述支架与所述动平台通过所述绳索连接；

所述支架包括绞车、滑轮、电机以及控制器；所述控制器控制所述电机，所述电机驱动所述绞车带动绳索收放，共同带动动平台运动；

2.如权利要求1所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，所述支架包括整体机动式、现场构建式、简易安装式三种形式，适用于不同的救援现场环境，不同形式组合使用。

3.如权利要求2所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，所述整体机动式支架还包括：底盘、支撑脚、回转机构、俯仰机构、伸缩臂；所述支撑脚安装在所述底盘上；所述回转机构通过齿轮传动实现回转功能；所述俯仰机构通过液压缸驱动实现俯仰功能；所述伸缩臂通过液压缸与滑轮组实现伸缩功能；

4.如权利要求2所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，所述现场构建式支架还包括：架体和平台；所述架体由模块化钢结构组件构成，所述架体的底部与地面固定连接，所述架体的顶端设置所述平台，所述绞车滑轮模块安装在所述平台上。

5.如权利要求2所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，所述简易安装式支架还包括底座；所述底座安装在残存建筑上，所述绞车滑轮模块安装在所述底座上。

6.如权利要求1所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，所述连接装置为抓取机构、挂载接头或可调节安装架，用于连接生命探测仪、货物托盘、救援担架、绳索吊钩、电缆卷盘功能模块。

7.如权利要求1所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，利用专用校准设备完成初始校准；所述专用校准设备包括一个直角结构和安装于所述直角结构上的三个激光测距仪；所述激光测距仪测量其与支架末端滑轮之间的距离；通过三点定位法确定滑轮坐标。

8.如权利要求1所述的废墟搜救自动化平台，其特征在于，采用基于速度的控制方法，通过控制绳索收放速度实现动平台的目标运动速度与角速度。