一种全自动消防救生气垫的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种全自动消防救生气垫，包括框架、气垫、电池、MCU、多普勒雷达、右下斜麦克纳姆轮、右上斜麦克纳姆轮、轮毂盖、电机、螺栓；框架四个角处均设有电机壳，分别安装一个电机，电池、MCU、多普勒雷达自下而上依次安装在框架中心位置，气垫位于框架上方，多普勒雷达通过气垫的中心通孔，向上对空扫描发射固定频率的脉冲波，若回波频率增大则MCU判定有物体坠落；从俯视角度，按照麦克纳姆轮上的滚子轴线方向，分为右下斜麦克纳姆轮、右上斜麦克纳姆轮，利用电机驱动四个轮子的组合，带动框架和气垫在水平面全向快速移动。本发明克服传统的消防救生气垫缺点，实现全自动化，对于进一步保障人们的生命财产安全具有重要意义。
【专利说明】
一种全自动消防救生气垫
技术领域
[0001]本发明涉及消防设备领域，特别是涉及一种全自动消防救生气垫。
【背景技术】
[0002]牛津大学自杀研究中心的霍顿教授与比利时根特大学医院自杀研究组的黑林根博士联合发表的这项调查指出，世界各地每年估计有100万人自杀。北京心理危机研究与干预中心发布的《我国自杀状况及其对策》数据中显示，在中国，自杀是总人口的第5位死因，每年约有25万人死于自杀，约200万人自杀未遂，我国消防官兵的重要性可见一斑。在众多的消防设备中，消防救生气垫是一种解救从高处下跳人员的充气软垫，其主要作用是减少下跳人员在着地时所受到的冲击，起到缓冲和保护作用。
[0003]目前的消防救生气垫是气囊充气而成，在使用时发现主要有两大缺点:
其一，高层建筑中的逃生人员，无法精准判断人体的跳跃曲线，经常发生调到救生气垫外部导致死亡的事故;其二，气垫太轻，当充气完成后，容易飘动，搬运气垫的整个过程至少要5人同时操作，由于人体坠落时间非常短暂，即使人的反应速度发挥到极限，也难以协调一致迅速移动到人体坠落地点。
[0004]所以亟需一种新型的消防救生气垫来克服传统气垫的缺点，新型的救生气垫须具备两个必要条件:一是能够迅速识别坠落物体并计算出物体与气垫中心的相对位置数据，二是气垫能够实现全方向迅速移动。假如能够设计出满足这两个条件的消防救生气垫，那么对于提高消防设备科技水平和进一步保障人们的生命财产安全，具有里程碑式的意义。
【发明内容】
[0005]因此，本发明为了保证准确快速的接到从高处跳下的人员，提供一种全自动消防救生气垫，能够精确捕捉高处下落物体并追踪，计算出下落物体与气垫中心的相对位置数据，并且实现全方向快速移动。
[0006]本发明提供一种全自动消防救生气垫，包括框架、气垫、电池、MCU、多普勒雷达、右下斜麦克纳姆轮、右上斜麦克纳姆轮、轮毂盖、电机、螺栓；
所述框架为矩形，四角处面向外侧各设有一个电机壳，每个电机壳内安装一个电机，中间设有十字形承重板，矩形框架上方设有四个圆柱形气垫固定柱;所述气垫为圆柱形，位于框架上方，气垫的顶层纹路为环绕圆柱轴线的圆圈状，气垫底部设有四个圆柱形的固定柱安装孔，气垫中心开有一个通孔，气垫内部充满惰性气体;所述MCU安装于电池正上方，所述多普勒雷达安装在MCU正上方，多普勒雷达的脉冲发射器和脉冲接收器均方向朝上，位于气垫的中心通孔内；所述麦克纳姆轮共四个，分别安装于四个电机的输出轴上，根据麦克纳姆轮的滚子倾斜方向，从俯视角度可以分为右下斜麦克纳姆轮和右上斜麦克纳姆轮，框架的左前轮和右后轮均使用右下斜麦克纳姆轮，框架的左后轮和右前轮均使用右上斜麦克纳姆轮，四个轮子的轮毂上均开设有螺纹孔;所述电机的输出轴顶端开有螺纹孔，所述轮毂盖的中心和围绕轴线位置均开设有通孔，所述螺栓穿过轮毂盖的中心通孔，安装在电机输出轴的螺纹孔内，其它螺栓穿过轮毂盖轴线周围的通孔，安装进轮毂的螺纹孔内。
[0007]本发明的工作原理是:
根据多普勒效应，波源和观测者相互接近时，接收到的频率升高;两者相互离开时，则降低。本发明中使用多普勒雷达，雷达上的脉冲发射器不断向上方对空扫描，发射固定频率脉冲，当上方有物体向下坠落时，脉冲波碰到物体后向下反射形成回波，回波的频率会大于固定频率，根据回波的角度和发射接收时间差，MCU计算出物体的位置。
[0008]然后MCU控制四个电机以相同速度旋转，带动四个麦克纳姆轮转动，四个麦克纳姆轮分别具有各自的旋转方向，形成不同的组合，实现框架在水平面的全方向快速移动，直到气垫移动到坠落物体的正下方。
[0009]本发明具有的有益效果是:
(I)利用多普勒效应判断坠落物体，可靠实用；(2)利用麦克纳姆轮的特征，形成不同组合轮子转动组合，实现气垫的快速移动；(3)利用MCU和伺服电机，实现轮子转动速度和转动方向的精准控制；(4)利用传感器和微型计算机相结合，实现消防救生气垫的全自动化。
[0010]所以，这种全自动消防救生气垫，能够克服传统气垫的缺点，具备两个优势，一是能够迅速识别坠落物体并计算出物体与气垫中心的相对位置数据，二是气垫能够实现全方向迅速移动，这对于提高消防设备科技水平和进一步保障人们的生命财产安全，具有重要意义。
[0011]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。
【附图说明】
[0012]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
[0013]图1是本发明的俯视角度的整体外观图。
[0014]图2是本发明的仰视角度的整体外观图。
[0015]图3是本发明中的气垫沿经线切开的内部整体结构示意图。
[0016]图4是本发明中的气垫沿经线切开的内部局部结构示意图。
[0017]图5是本发明的气垫的仰视角度的整体外观图。
[0018]图6是本发明的气垫下方的各零件的整体装配图。
[0019]图7是本发明的气垫下方的电池位置处的零件装配示意图。
[0020]图8是本发明的各零件与框架的拆解图。
[0021]图9是本发明的左前轮-右下斜麦克纳姆轮与电机的拆解图。
[0022]图10是本发明的俯视角度的各轮子转动方向和装置上移的关系示意图。
[0023]图11是本发明的俯视角度的各轮子转动方向和装置右移的关系示意图。
[0024]图12是本发明的俯视角度的各轮子转动方向和装置下移的关系示意图。
[0025]图13是本发明的俯视角度的各轮子转动方向和装置左移的关系示意图。
[0026]图14是本发明的原理流程图。
[0027]图中标号:1-框架，2-气垫，3-电池，4-M⑶，5-多普勒雷达，6_右下斜麦克纳姆轮，7-右上斜麦克纳姆轮，8-轮毂盖，9-电机，10-螺栓，a-气垫固定柱，b-固定柱安装孔，C-气垫中心通孔，d-轮子凹槽，e-脉冲发射器，f-脉冲接收器，g-电机输出轴孔，(10-m)-轮毂盖与电机连接螺栓，(10-n)-轮毂盖与轮毂连接螺栓。
【具体实施方式】
[0028]以下将结合附图对本发明全自动消防救生气垫作进一步的详细描述。
[0029]如图1-9所示，一种全自动消防救生气垫，其硬件主要包括:框架1、气垫2、电池3、MCU4、多普勒雷达5、右下斜麦克纳姆轮6、右上斜麦克纳姆轮7、轮毂盖8、电机9、螺栓10。
[0030]所述框架I为矩形，四角处面向外侧各设有一个电机壳，每个电机壳内安装一个电机9，中间设有十字形承重板，用于安放电池3，矩形框架上方设有四个圆柱形气垫固定柱a，用于固定气垫2;所述气垫2为圆柱形，位于框架I上方，气垫2的顶层纹路为环绕圆柱轴线的圆圈状，用于增加气垫2上表面的径向摩擦力，气垫2底部设有四个圆柱形的固定柱安装孔b，气垫2中心开有一个通孔C，用于多普勒雷达5向外发射和接收脉冲波，气垫2底部还开设有四个轮子凹槽d，避免被轮子刮蹭，气垫2内部充满惰性气体;所述MCU4安装于电池3正上方，所述多普勒雷达5安装在MCU4正上方，多普勒雷达5的脉冲发射器e和脉冲接收器f均方向朝上，位于气垫2的中心通孔c内；所述麦克纳姆轮共四个，分别安装于四个电机9的输出轴上，根据麦克纳姆轮的滚子倾斜方向，从俯视角度可以分为右下斜麦克纳姆轮6和右上斜麦克纳姆轮7，框架I的左前轮和右后轮均使用右下斜麦克纳姆轮6，框架的左后轮和右前轮均使用右上斜麦克纳姆轮7，四个轮子的轮毂上均开设有螺纹孔;所述电机9的输出轴顶端开有螺纹孔g，所述轮毂盖8的中心和围绕轴线位置均开设有通孔，所述螺栓10-m穿过轮毂盖8的中心通孔，安装在电机9输出轴的螺纹孔g内，其它螺栓10-n穿过轮毂盖8轴线周围的通孔，安装进轮毂的螺纹孔内，使得轮毂盖8与轮毂同步运动，并且限制轮子沿电机9输出轴的轴线方向移动。
[0031]进一步的，框架I的四个电机壳上也开设有螺纹通孔，电机9的表面也开设有限位孔，通过拧紧螺栓10将电机9固定在电机壳内。
[0032]进一步的，所述电池3为可充电蓄电池。
[0033]进一步的，所述电机9为正反转伺服电机。
[0034]根据多普勒效应，波源和观测者相互接近时，接收到的频率升高；两者相互离开时，则降低。本实施例中使用多普勒雷达5，雷达上的脉冲发射器e持续向上方对空扫描，发射固定频率脉冲，当上方有物体向下坠落时，脉冲波碰到物体后向下反射形成回波，脉冲接收器f接收到回波，回波的频率会大于固定频率，MCU判断上方有物体下落，根据回波的角度和发射接收时间差，MCU计算出物体相对气垫2中心的具体位置。
[0035]如图14所示，然后MCU控制四个电机9以相同速度旋转，带动四个麦克纳姆轮转动，四个麦克纳姆轮分别具有各自的旋转方向，形成不同的组合，实现框架I在水平面的全方向快速移动，直到气垫2移动到坠落物体的正下方。
[0036]本实施例中的麦克纳姆轮的滚子与轮子轴线成45度夹角，轮子在转动时，滚子与地面摩擦，根据牛顿第三定律，相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。所以地面给轮子的推力与轮子轴线也是成45度夹角，与轮子上的滚子轴向相垂直，按照受力分解，可以分解为一个轮子轴线方向的力和一个轮子径向的力。本实施例中共有四种轮子动作组合，以俯视角度讲述:
左前轮和右后轮均使用右下斜麦克纳姆轮6，左后轮和右前轮均使用右上斜麦克纳姆轮7，本发明中沿轮子轴线方向，框架侧为内侧，反之为外侧。
[0037]组合一，如图10所示，四个轮子同步向前转动，地面给左前轮产生向前和向内的推力，地面给右前轮产生向前和向内的推力，两个向内的推力相互抵消;地面给左后轮产生向前和向外的推力，地面给右后轮产生向前和向外的推力，两个向外的推力相互抵消，综合后，框架I会向前运动。
[0038]组合二，如图11所示，左前轮和右后轮同步向前转动，左后轮和右前轮同步向后转动，地面给左前轮产生向前和向内的推力，地面给左后轮产生向后和向内的推力，向前和向后的推力相互抵消;地面给右前轮向后和向外的推力，地面给右后轮向前和向外的推力，向后和向前的推力相互抵消，综合后，框架会向右移动。
[0039]组合三，如图12所示，四个轮子同步向后转动，地面给左前轮产生向后和向外的推力，地面给右前轮产生向后和向外的推力，两个向外的推力相互抵消;地面给左后轮产生向后和向内的推力，地面给右后轮产生向后和向内的推力，两个向内的推力相互抵消，综合后，框架会向后运动。
[0040]组合四，如图13所示，左前轮和右后轮同步向后转动，左后轮和右前轮同步向前转动，地面给左前轮产生向后和向外的推力，地面给左后轮产生向前和向外的推力，向前和向后的推力相互抵消;地面给右前轮向前和向内的推力，地面给右后轮向后和向内的推力，向前和向后的推力相互抵消，综合后，框架会向左移动。
[0041]本发明中M⑶均指单片微型计算机。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种全自动消防救生气垫，其特征在于，包括框架(I)、气垫(2)、电池(3)、MOT(4)、多普勒雷达(5)、右下斜麦克纳姆轮(6)、右上斜麦克纳姆轮(7)、轮毂盖(8)、电机(9)、螺栓(10)； 所述框架(I)为矩形，四角处面向外侧各设有一个电机壳，每个电机壳内安装一个电机(9)，中间设有十字形承重板安放电池(3)，矩形框架上方设有四个圆柱形气垫固定柱，用于固定气垫(2); 所述气垫(2)为圆柱形，位于框架(I)上方，气垫(2)的顶层纹路为环绕圆柱轴线的圆圈状，气垫(2)底部设有四个圆柱形的固定柱安装孔，气垫(2)中心开有一个通孔，气垫(2)底部还开设有四个轮子凹槽，气垫(2)内部充满惰性气体； 所述MCU(4)安装于电池(3)正上方，所述多普勒雷达(5)安装在MCU(4)正上方，多普勒雷达(5)的脉冲发射器和脉冲接收器均方向朝上，位于气垫(2)的中心通孔内； 所述麦克纳姆轮共四个，分别安装于四个电机(9)的输出轴上，根据麦克纳姆轮的滚子倾斜方向，从俯视角度可以分为右下斜麦克纳姆轮(6)和右上斜麦克纳姆轮(7)，框架(I)的左前轮和右后轮均使用右下斜麦克纳姆轮(6)，框架的左后轮和右前轮均使用右上斜麦克纳姆轮(7)，四个轮子的轮毂上均开设有螺纹孔； 所述电机(9)的输出轴顶端开有螺纹孔，所述轮毂盖(8)的中心和围绕轴线位置均开设有通孔，所述螺栓(10)穿过轮毂盖(8)的中心通孔，安装在电机(9)输出轴的螺纹孔内，其它螺栓(10)穿过轮毂盖(8)轴线周围的通孔，安装进轮毂的螺纹孔内。2.根据权利要求1所述的全自动消防救生气垫，其特征在于，在所述框架(I)的四个电机壳上也开设有螺纹通孔，电机(9)的表面也开设有限位孔，通过拧紧螺栓(10)将电机(9)固定在电机壳内。3.根据权利要求1所述的全自动消防救生气垫，其特征在于，所述电池(3)为可充电蓄电池。4.根据权利要求1所述的全自动消防救生气垫，其特征在于，所述电机(9)为正反转伺服电机。5.根据权利要求1所述的全自动消防救生气垫，其特征在于，所述MCU根据回波的频率会大于发射波频率，判断上方有物体下落，根据回波的角度和发射接收时间差，MCU计算出物体相对气垫(2)中心的具体位置。6.根据权利要求1所述的全自动消防救生气垫，其特征在于，MCU控制四个电机(9)以相同速度旋转，带动四个麦克纳姆轮转动，四个麦克纳姆轮分别具有各自的旋转方向，形成不同的组合，实现框架(I)在水平面的全方向快速移动，组合共四种，从俯视角度: 四个轮子同步向前转动，框架(I)向前运动； 左前轮和右后轮同步向前转动，左后轮和右前轮同步向后转动，框架(I)向右运动； 四个轮子同步向后转动，框架(I)向后运动； 左前轮和右后轮同步向后转动，左后轮和右前轮同步向前转动，框架(I)向左运动。
【文档编号】A62B1/22GK105999571SQ201610561246
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】田瑜基, 范经谋, 陈云, 姜丽芬, 杨浩
【申请人】厦门精图信息技术有限公司