一种深井救援机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种深井救援机器人。

背景技术：

目前，在农村尚有许多用于灌溉的机井，口径多为20厘米至70厘米，由于其地处农田，既无人看管、又缺乏警示标识，时常发生人员不慎坠井事件，尤其是口径在20厘米至50厘米，深度20米以上的机井，由于口径小，成年救援人员无法进入井中施救，加之深度大、空气稀薄，普通救援工具无法快速有效施救，给救援工作带来很大困难。

由于机井的口径不同，人员在坠井后一般为以下四种状态之一：一是坠入无水的井底；二是坠入井水中；三是被卡在各段井壁的接缝处，无法活动；四是用四肢撑住井壁，暂时防止继续坠落。目前的救援方法主要有四种：一是用安全绳将身材瘦小的救援人员倒送入井中施救；二是采用挖掘设备挖空周围泥土，截去上段机井施救；三是用带钩子的绳索钩住落井者的衣物或身体，然后将人救起；四是利用安装在救援绳索一端的夹子类救援器械施救。但上述救援方法在适用场景、救援效率、安全性及可靠性等方面均存在一些不足：倒挂救人方式适用于口径50厘米以上的机井救援，对小口径机井无能为力；挖土救援方式的塌方危险性大、作业要求高，且耗时长、代价高；钩子救援方式安全性、可靠性差，且效率低、不确定性高；而夹子类救援方式不适用于人员卡在井中的狭小空间。总之，人员坠井后的救援工具应充分考虑到被困者各种体位、状态及与井壁间的相对位置，保证有效时间内的安全救援。

根据统计数据可知，近年来人不慎掉进机井的事故频发，虽然在很多事故发生时，消防救援人员能赶到现场实施救援，但成功救援的例子不多，落进事故的死亡率一直维持在70％以上，让人触目惊心。因此，设计一种高效安全的井下救援救人机器为解决我国在井下救援领域的诸多问题，保障落井者的生命安全是十分必要的。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种深井救援机器人，使用方便，安全系数高，适用于农村小口径深井中人或物的打捞，为人们的生活提供了极大的便利。

2、技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种深井救援机器人，包括可折叠外接装置及配合设置在可折叠外接装置顶部与信号收发装置无线通信连接的卷扬机，所述的可折叠外接装置为空心柱体，井下救援装置配合设置于可折叠外接装置的空心柱体内，所述的井下救援装置顶部配合设置绳索固定架，井下救援装置上的绳索穿过绳索固定架与卷扬机连接，所述的井下救援装置、卷扬机、信号收发装置与电脑控制系统通过无线信号连接，所述的可折叠外接装置为空心圆柱体，底部配合设置一组万向轮，空心圆柱体下部配合设置活动伸缩支架，空心圆柱体上配合设置用于固定伸缩支架的卡扣、固定井下救援装置的定位销孔及方便移动装置的提手，所述的井下救援装置包括与绳索固定架连接的固定卡盘装置、与固定卡盘装置连接的底部托板、底部托板下配合设置的井下定位装置及与井下定位装置连接的夹持装置。

作为本发明的进一步改进，所述的固定卡盘装置安装在井下救援装置的顶部，由卡盘主体和顶出部构成，所述的卡盘主体上部设置与绳索相连的卡口，卡盘主体中部固定设置通过轴承与转动圆盘相接的长条形滑道，卡盘主体底部通过三根固定柱与精确定位装置固连，所述的长条形滑道为三条，三条长条形滑道围成一个正三角形，每条长条形滑道分别与顶出部的滑轨相配合，所述的顶出部包括顶出面板、顶出面板表面配合设置橡胶垫片、顶出面板内壁配合设置滑轨。

作为本发明的进一步改进，所述的转动圆盘通过位于卡盘主体中心的轴承与卡盘主体相结合，转动圆盘外边缘的配合设置与长条形滑道相连的轴承，转动圆盘底部中心还与同步带轮装置连接。

作为本发明的进一步改进，所述的井下定位装置由底部托板、和配合设置在底部托板上的旋转定位装置、通信系统装置及径向伸缩定位装置组成，所述的底部托板在其中心处对称分布有两个轴承，轴承与带动其转动的电机相连；所述的旋转定位装置包括滑动槽、通过同步带与滑动槽连接的电机，所述的径向伸缩定位装置包括配合设置在底部托板上的固定块、配合设置在滑动槽内的滑动块，滑动块一端与牙条螺纹连接，牙条另一端与固定在底部托板上的电机连接，滑动块另一端通过紧固件与夹持装置连接。

作为本发明的进一步改进，所述的夹持装置包括伸缩机械夹臂和三节电动伸缩臂，所述的伸缩机械夹臂下部配合设置夹臂手指；所述的三节电动伸缩臂下部配合设置托举臂。

作为本发明的进一步改进，所述伸缩机械夹臂包括夹臂外套、所述的夹臂外套内配合设置夹臂滑臂，夹臂滑臂底部通过夹臂滑动块与夹臂手指活动连接。

作为本发明的进一步改进，所述的三节电动伸缩臂包括从外到内套接连接的伸缩臂外套、伸缩臂第一级滑臂、伸缩臂第二级滑臂、所述的伸缩臂第二级滑臂底部活动设置托举臂，伸缩臂第二级滑臂中部配合设置弹性托举条。

作为本发明的进一步改进，所述的通信系统装置包括固定设置在上的扬声器、摄像头及照明灯，所述的摄像头通过金属软管与固定设置在底部托板上的电机固定连接。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明的一种深井救援机器人，可折叠外接装置的设计，解决了井下救援装置的储存及移动问题，并实现了救援时机器的快速架设，节省了救援时间。

（2）本发明的一种深井救援机器人，通过固定卡盘的设置，解决了救援装置在井下工作时位置不稳定的问题。

（3）本发明的一种深井救援机器人，定位装置实现了井下救援手臂的位置的精确调整，增加了救援装置的使用范围，提高了救援的效率及成功率。

（4）本发明的一种深井救援机器人，可伸缩机械夹臂和三节电动伸缩臂的设计，利用了落井者落井时的救援空间，实现了对落井者左右肩部的夹持以及对其前后和底部的托举，增加了救援的灵活性，提高了救援的成功率。

（5）本发明的一种深井救援机器人，在救援过程中，照明灯，无线摄像头和无线通讯设备的综合使用使得救援人员能很直观地了解井下的环境，并能及时了解井下落井人员的状况，实现了信息化的救援。

（6）本发明的一种深井救援机器人，整个过程通过无线信号收发装置及控制系统，实现了救援过程中救援装置的无线操作，增强了救援装置井下活动时的灵活性。

附图说明

图1为本发明中可移动外接装置结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

图中：1、卷扬机；2、卡扣；3、提手；4、万向轮；5、绳索固定架；6、长条形滑道；7、顶出部；8、转动圆盘；9、滑动槽；10、滑动块；11、底部托板；12、夹臂外套；13、夹臂滑臂；14、夹臂滑动块；15、夹臂手指；16、弹性托举条；17、托举臂；18、伸缩臂第二级滑臂；19、伸缩臂第一级滑臂；20、伸缩臂外套；21、扬声器；22、摄像头；23、电机；24、照明灯。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述：

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种深井救援机器人，包括可折叠外接装置及配合设置在可折叠外接装置顶部与信号收发装置无线通信连接的卷扬机1，上述可折叠外接装置为空心柱体，井下救援装置配合设置于可折叠外接装置的空心柱体内，上述井下救援装置顶部配合设置绳索固定架5，井下救援装置上的绳索穿过绳索固定架5与卷扬机1连接，上述的井下救援装置、卷扬机1、信号收发装置与电脑控制系统通过无线信号连接，上述的可折叠外接装置为空心圆柱体，底部配合设置一组万向轮4，空心圆柱体下部配合设置活动伸缩支架，空心圆柱体上配合设置用于固定伸缩支架的卡扣2、固定井下救援装置的定位销孔及方便移动装置的提手3，上述的井下救援装置包括与绳索固定架5连接的固定卡盘装置、与固定卡盘装置连接的底部托板11、底部托板11下配合设置的井下定位装置及与井下定位装置连接的夹持装置。上述的固定卡盘装置安装在井下救援装置的顶部，由卡盘主体和顶出部7构成，上述的卡盘主体上部设置与绳索相连的卡口，卡盘主体中部固定设置通过轴承与转动圆盘8相接的长条形滑道6，卡盘主体底部通过三根固定柱与精确定位装置固连，上述的长条形滑道6为三条，三条长条形滑道6围成一个正三角形，每条长条形滑道6分别与顶出部7的滑轨相配合，上述的顶出部7包括顶出面板、顶出面板表面配合设置橡胶垫片、顶出面板内壁配合设置滑轨。

上述转动圆盘8通过位于卡盘主体中心的轴承与卡盘主体相结合，转动圆盘8外边缘的配合设置与长条形滑道6相连的轴承，转动圆盘8底部中心还与同步带轮装置连接。上述的井下定位装置由底部托板11、和配合设置在底部托板11上的旋转定位装置、通信系统装置及径向伸缩定位装置组成，上述的底部托板11在其中心处对称分布有两个轴承，轴承与带动其转动的电机相连；上述的旋转定位装置包括滑动槽9、通过同步带与滑动槽9连接的电机，上述的径向伸缩定位装置包括配合设置在底部托板11上的固定块、配合设置在滑动槽9内的滑动块10，滑动块10一端与牙条螺纹连接，牙条另一端与固定在底部托板11上的电机连接，滑动块10另一端通过紧固件与夹持装置连接。上述的夹持装置包括伸缩机械夹臂和三节电动伸缩臂，上述的伸缩机械夹臂下部配合设置夹臂手指15；上述的三节电动伸缩臂下部配合设置托举臂17。上述伸缩机械夹臂包括夹臂外套12、上述的夹臂外套12内配合设置夹臂滑臂13，夹臂滑臂13底部通过夹臂滑动块14与夹臂手指15活动连接。上述的三节电动伸缩臂包括从外到内套接连接的伸缩臂外套20、伸缩臂第一级滑臂19、伸缩臂第二级滑臂18、上述的伸缩臂第二级滑臂18底部活动设置托举臂17，伸缩臂第二级滑臂18中部配合设置弹性托举条16。上述的通信系统装置包括固定设置在上的扬声器21、摄像头22及照明灯24，上述的摄像头22通过金属软管与固定设置在底部托板11上的电机23固定连接。

本发明的使用过程为：在救援工作开展时，可移动外接装置在井上方架设展开，计算机控制系统及无线信号收发装置开始工作，绳索连结于顶部绳索固定架5，此时卷扬机1开始工作，井下救援装置的主体开始下降进入井内，照明灯24打开，照亮井内环境，摄像头22开始工作采集井下图像，摄像头旋转电机23转动带动摄像头22转动，达到了多方位的图像信息采集的目的。井下救援装置主体继续下降，在落井者上方0.5至1米处停止下降。

当救援装置到达指定位置之后，井上人员通过计算机控制系统控制电机带动转动圆盘8转动，转动圆盘8的转动通过连杆传递到固定卡盘的顶出部7，固定卡盘的顶出部7沿固定卡盘的长条形滑道6向转动圆盘8外运动直到顶出部7顶住井壁固定在了井壁上。根据井下的具体情况，井上操作人员控制电机的工作使滑动槽9转动，滑动槽9的转动直接带动与之相连的夹臂外套12转动从而到达机械手臂位置的转动调节。滑动块10在内置于滑动槽9的电机的带动下，可沿滑动槽9直线运动，滑动块10与夹臂外套12相连，达到了径向调整机械手臂位置的功能。夹臂滑动块14在内置于夹臂外套12的电机的带动下，可沿夹臂外套12 运动，达到在竖直方向调节手臂位置的功能。夹臂滑动块14在内置于夹臂滑臂13的电机的带动下可实现上下运动，夹臂滑动块14与夹臂手指15铰接，夹臂滑动块 14 的上下运动控制着“S”夹臂手指15的张合，通过调节对落井者的肩部进行夹持。三节电动伸缩臂的转动调节与径向位置调节与机械夹臂的相应调节，原理一致，内置于伸缩臂外套20的电机工作带动伸缩臂第一级滑臂19滑动，伸缩臂第一级滑臂19与伸缩臂第二级滑臂18及托举臂17通过滑轮和弹簧相连接。在伸缩臂第一级滑臂19滑动的同时伸缩臂第二级滑臂18沿伸缩臂外套20内部滑动，内收于伸缩臂第二级滑臂18的托举臂17缓慢展开。当伸缩臂第二级滑臂18到达极限位置时托举臂17完全展开并自锁。此时弹性托举条16在落井者前后两侧托举他，托举臂17在底部托举落井者。当确认有效地夹持与托举之后，卷扬机1开始缓慢抬升救援装置主体，将落井者抬升出井口之后，救援工作结束。本发明操作时，由计算机控制系统发出信号，摄像头22图像采集为井上人员的操作提供依据，井上人员通过扬声器21与落井者的沟通始终持续。

本实施例的一种深井救援机器人，使用方便，安全系数高，适用于农村小口径深井中人或物的打捞，为人们的生活提供了极大的便利。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。