CN101507865A - 落井救援机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种落井救援机器人，其地面组成部分包括控制器、监视器、电源、洁净气源，及用于提升、下放井下组成部分的卷扬装置；其井下组成部分包括机器人本体、照明装置、供气装置及摄像装置；上述机器人本体设置有本体机架、井壁锚固机构、沿井壁滚动机构、探臂机构及抱臂机构，上述照明装置、供气装置及摄像装置通过电缆或管路连接地面组成部分中的对应设备和/或单元。本发明能在地面救援工作人员的操控下，使井下组成部分下降至落井人员上方位置，由操作者根据从井下传回的视频图像等现场信息调整其姿态，进而控制探臂机构和抱臂机构作出适宜动作，同时给以新鲜空气或氧气，能够有效地对不同位姿落井人员实施救助。

Description

落井救援机器人

技术领域

本发明涉及对落井人员实施救援的设备，尤其是一种用于对小口径深井落井人员实施救援的设备。

背景技术

目前，小口径深井救援技术非常落后。造成这一现状的最根本的原因是井径较小且很深、井下环境恶劣、落井人员状况不明等，因此使得目前通常被采用的救援人员下井、向井下施放绳索、采用工程机械或人力从深井周围挖掘通道等传统救援方法不能及时有效地对被困人员进行救援，致使落井人员的伤亡率较大，甚至危及到下井施救工作人员自身安全。

发明内容

本发明的任务在于提供一种适用于对小口径深井落井人员实施救助的落井救援机器人。

其技术解决方案是：

一种落井救援机器人，包括：

地面组成部分，包括控制器、监视器、电源、洁净气源，及用于提升、下放井下组成部分的卷扬装置；

井下组成部分，包括机器人本体、照明装置、供气装置及摄像装置；上述机器人本体设置有本体机架、井壁锚固机构、沿井壁滚动机构、探臂机构及抱臂机构，上述照明装置、供气装置及摄像装置通过电缆或管路连接地面组成部分中的对应设备和/或单元。

上述井壁锚固机构包括设置在本体机架上的动力装置、至少两条沿圆周向均布或对称设置的直动臂杆，直动臂杆的自由端设置有带尖状物的接触部；沿井壁滚动机构包括能与井壁接触的行走轮组，行走轮组至少设置有两只行走轮，行走轮沿圆周方向上均布或对称设置在本体机架上；上述探臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第一升降工作部，及能在竖直方向上摆动的托起工作部，第一升降工作部的上部与本体机架固定联接，托起工作部与第一升降工作部的下部固定联接；上述抱臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第二升降工作部，及能在竖直方向上摆动、并在水平方向张开与闭合的合抱工作部，第二升降工作部的上部与本体机架固定联接，合抱工作部与第二升降工作部的下部固定联接；上述合抱工作部与托起工作部位置相适配。

上述井壁锚固机构还包括横向丝杠及导轨，动力装置为第二马达，第二马达与导轨固定在本体机架上，第二马达的输出轴端安装有大齿轮，大齿轮与安装在横向丝杠中间出的小齿轮相啮合，横向丝杠的一端为左旋梯形螺纹段，另一端为右旋梯形螺纹段，分别安装在导轨两端的轴孔中，左丝母座和右左丝母座分别安装在横向丝杠的左端和右端，在左、右丝母座上分别固定安装左直动臂杆和右直动臂杆。

上述第一升降工作部设置有第三马达、导轨及第一竖直长丝缸，第三马达输出轴上安装大齿轮，大齿轮与安装在第一竖直长丝杠上端的小齿轮组成齿轮副，第一竖直长丝杠穿过第一丝母座，上端通过轴承与连板联接，下端安装在导轨端部的轴孔中；托起工作部包括第一拖架，第一拖架呈“L”形，下部设置有带拖架座的托起座板，其上端一侧面安装在第一丝母座上，其端面固定有第四马达，第四马达输出轴与第一短丝杠一端固连，小丝母与第一短丝杠通过螺纹联接，第一短丝杠的另一端安装在支架的轴孔中，接板上端安装在小丝母上，下端与连杆的上端铰接，连杆的下端与拖架座铰接。

上述第二升降工作部包括第五马达、导轨及第二竖直长丝杠；第五马达的输出轴上安装大齿轮，在第二竖直长丝杠上端安装小齿轮，两者相互啮合驱动第二竖直丝杠运动，第二竖直丝杠穿过第二丝母座，并能驱动第二丝母座沿导轨上下移动，合抱工作部包括第二拖架，第二拖架呈“L”形，下部设置有抱臂部，其直端底面与第二丝母座连接在一起，并随第二丝母同时移动，立端侧面安装第六马达，第六马达输出轴与第二短丝杠上端相连，第二短丝杠穿过小丝母座，另一端安装在支架的轴孔中，并驱动小丝母座沿支架侧面移动，一转动座通过其底部的耳状结构与第二丝母座两侧面铰接，并能绕两铰接点轴线转动，转动座上部通过连杆与小丝母座相连，小丝母座移动时，驱动连杆及转动座转动，带动抱臂部摆动；上述抱臂部包括外导管与内滑管，外导管外侧面加工有导槽，内滑管在外导管内腔中滑动，外导管被焊接在一接板上，接板用固定在转动座一侧面上，在接板的下面安装第七马达，第七马达输出轴上安装卷筒，拉绳缠绕在卷筒上，拉绳两端分别连接在内滑管的两端接点上，第七马达转动时，通过拉绳驱动内滑管滑动。

上述卷扬装置包括第一马达、手摇把、滚筒及缆绳，第一马达安装在左支架上，其输出轴与滚轴连接，滚筒通过滚轴安装在左、右支架中间，滚筒上缠绕缆绳，缆绳吊系端固结在本体机架上，手摇把与滚轴右端固定联接。

上述卷扬装置设置在一能够旋转的平台上。

上述本体机架，呈正多棱柱体结构，在底部安装有上述照明装置、摄像装置及供气装置；在各柱面上分别安装有两只行走轮，各行走轮通过轮轴和轴承连接在轮架上。

上述井下组成部分还包括对讲通话装置。

本发明落井救援机器人，能在地面救援工作人员的操控下，使井下组成部分下降至落井人员上方位置，并由操作者根据从井下传回的视频图像等现场信息调整其姿态，进而控制探臂机构和抱臂机构作出适宜动作，同时给以新鲜空气或氧气，能够有效地对不同位姿落井人员实施救助。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明一种实施方式的整体结构原理示意图。

图2为图1的局部原理示意图，主要示出了探臂机构。

图3.1为图1的局部原理示意图，主要示出了本体机架(主视图)。

图3.2为图1的局部原理示意图，主要示出了井壁锚固机构(剖视图)。

图4为图1的局部原理示意图，主要示出了卷扬装置。

图5.1为图1的局部原理示意图，主要示出了本体机架(主视图)。

图5.2为图1的局部原理示意图，主要示出了沿井壁滚动机构的一部分(剖视图)。

图6为图1的局部原理示意图，主要示出了抱臂机构。

图7为图6的局部原理示意图。

图8为图6的局部原理示意图。

图中101.第三马达，102.大齿轮，103.小齿轮，104.轴承，105.连板，106.第一竖直长丝杠，107.导轨，108.第四马达，109.拖架，110.第一丝母座，111.小丝母，112.接板，113.第一短丝杠，114.支架，115.连杆，116.拖架座，117.托起座板，201.左直动臂杆，202.左丝母座，203.第二马达，204.大齿轮，205.右丝母座，206.右直动臂杆，207.导轨，208.小齿轮，209.横向丝杠，301.第一马达，302.左支架，303.滚筒，304.缆绳(钢缆)，305.右支架，306.手摇把，401.照明装置，402.架板，403.吊环，404.摄像装置，405.行走轮，406.轴承，407.轮轴，408.轮架，501.第五马达，502.大齿轮，503.小齿轮，504.导轨，505.第二竖直丝杠，506.第六马达，507.拖架，508.第二短丝杠，509.小丝母座，510.连杆，511.转动座，512.外导管，513.内滑管，514.第七马达，515.丝母座，516.拉绳，517.卷筒，518.接板。

具体实施方式

参看图1，一种落井救援机器人，包括地面组成部分与井下组成部分。其中，地面组成部分包括控制器、监视器、电源、洁净气源，及用于提升、下放井下组成部分的卷扬装置3；井下组成部分包括机器人本体、照明装置、供气装置及摄像装置，上述机器人本体设置有本体机架4、井壁锚固机构2、沿井壁滚动机构、探臂机构1及抱臂机构5，上述照明装置、供气装置及摄像装置通过电缆或管路连接地面组成部分中的对应设备和/或单元。

上述井壁锚固机构包括设置在本体机架上的动力装置、至少两条沿圆周向均布或对称设置的直动臂杆，直动臂杆的自由端设置有带尖状物的接触部；沿井壁滚动机构包括能与井壁接触的行走轮组，行走轮组至少设置有两只行走轮，行走轮沿圆周方向上均布或对称设置在本体机架上；上述探臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第一升降工作部，及能在竖直方向上摆动的托起工作部，第一升降工作部的上部与本体机架固定联接，托起工作部与第一升降工作部的下部固定联接；上述抱臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第二升降工作部，及能在竖直方向上摆动、并在水平方向张开与闭合的合抱工作部，第二升降工作部的上部与本体机架固定联接，合抱工作部与第二升降工作部的下部固定联接；上述合抱工作部与托起工作部位置相适配。

下面重点对机器人本体部分作出更为详细的说明：

结合图2所示，上述第一升降工作部设置有第三马达101、导轨107及第一竖直长丝缸106。第三马达101安装在机体上，在其输出轴上安装大齿轮102，它与安装在第一竖直长丝杠106上端的小齿轮103组成齿轮副；第一竖直长丝杠穿过第一丝母座110，上端通过轴承104与连板105联结，下端安装在导轨107端部的轴孔中；托起工作部包括第一拖架109，第一拖架109呈“L”形，下部设置有带拖架座116的托起座板117，上端一侧面安装在第一丝母座上，其端面固定第四马达108，第四马达输出轴与第一短丝杠113一端固连，小丝母与第一短丝杠通过螺纹联结，第一短丝杠的另一端安装在支架114的轴孔中；接板112上端安装在小丝母上，下端与连杆115上端铰接，连杆的下端与拖架座铰接，这样连杆在接板的推动下运动，它又推动拖架座绕其与拖架的铰接点转动，能使托起座板由下垂态成水平方向摆起。

结合图3.1、3.2所示，上述井壁锚固机构2还包括横向丝杠209及导轨，动力装置为第二马达203，第二马达203与导轨207都用螺钉固定在本体机架上，第二马达的输出轴端安装大齿轮204，它与安装在横向丝杠209中间出的小齿轮相啮合；横向丝杠一端为左旋梯形螺纹段，另一端为右旋梯形螺纹段，其两顶端分别安装在导轨两端的轴孔中，并能在其中灵活转动；左丝母座202和右左丝母座205分别安装在横向丝杠的左端和右端，在其上面又对应安装了左直动臂杆201和右直动臂杆206，它们的接触部都加工有齿状凸起，在横向丝杠的驱动下，左右丝母座分别沿导轨拖着左、右直动臂杆靠近井壁，直至贴紧并抓入井壁，达到锚固机器人本体的作用。

结合图4所示，上述卷扬装置包括第一马达301、手摇把、滚筒及缆绳，第一马达301安装在左支架302上，其输出轴与滚轴连接，滚筒303通过滚轴安装在左、右支架中间，滚筒上缠绕钢缆304，其一端固结在机器人本体上；手摇把与滚轴右端联结，正常情况下升降由马达驱动，特殊情况下可手摇滚筒转动，以实现机器人本体的升降。

结合图5.1、5.2所示，上述本体机架4，呈正多棱柱体结构如优选为正八棱柱体结构，在底部安装有上述照明装置401、摄像装置404及供气装置；在各柱面上分别安装有两只行走轮405，各行走轮通过轮轴407和轴承406连接在轮架408上；在其上部还安装有两个提升用吊环403。

结合图6、7、8所示，上述第二升降工作部包括第五马达、导轨及第二竖直长丝杠。它通过导轨504上端的安装孔用螺钉连接在本体机架上。第五马达501通过机座与本体机架连接，其输出轴上安装大齿轮502，在第二竖直长丝杠505上端安装小齿轮503，两者相互啮合驱动丝杠运动。第二竖直长丝杠穿过第二丝母座515，并驱动它沿导轨504上下移动。合抱工作部包括第二拖架，第二拖架507呈“L”形，下部设置有抱臂部。第二拖架507的直端底面与丝母座连接在一起，并随其同时移动；立端侧面安装第六马达506，其输出轴与第二短丝杠508上端相连。第二短丝杠穿过小丝母座509，另一端安装在支架的轴孔中，并驱动小丝母座沿支架侧面移动。转动座511通过其底部的耳状结构与第二丝母座两侧面铰接，并能绕两铰接点轴线转动，其上部通过连杆510与小丝母座相连，这样小丝母座移动时，驱动连杆及转动座转动，带动抱臂部摆动。抱臂部包括外导管512和内滑管513，外导管外侧面加工有导槽，内滑管在外导管内腔中滑动，外导管被焊接在一接板518上，接板用螺钉固定在转动座一侧面上；在接板的下面安装第七马达514，其输出轴上安装卷筒517，拉绳512缠绕在卷筒上，其两端分别连接在内滑管的两端接点上；第七马达转动时，通过拉绳驱动内滑管滑动。

上述方式中，卷扬装置还可设置在一能够绕井口旋转的平台上。

上述方式中，井下组成部分还可包括对讲通话装置。

本发明落井救援机器人通过配置相应的遥控***，实现对机器人本体的运动控制、井下视频的采集和显示、井上井下人员的对话，以及对井下进行通风补氧等。在施救现场将机器人安装好后，接通电源，***开始工作。施救人员通过控制器，首先控制卷扬装置将机器人本体下放至井下，同时启动照明、视频传输、语音通信及通风补氧***及装置，并通过监示器观察井下情况；当机器人本体下放至合适救助位置时，施救人员根据对井下情况的分析判断做出恰当的救助决策；同时可对被困人员进行问询与抚慰；此时通过控制地面卷扬装置转台确定好探臂机构的方位，然后使机器人本体锚固于井壁；再让探臂机构向下移动至被救人员的下方，驱动拖架座带动托起座板摆动一定的角度以便从下方托住被困者；而后驱动抱臂机构沿着导轨上下移动，直至合适的位置后，再根据落井人员的位姿，使转动座转动从而实现抱臂部的上下摆动；接着使抱臂部动作，从被困人员的腰部抱拢；最后，松开锚固机构，启动卷扬装置，把落井人员和机器本体一起慢慢提升至地面，从而实现对其成功救助。

在本说明书的教导下，本领域技术人员能够作出的显而易见的诸如替换、增加、减少等变化方式，应被认为同样落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种落井救援机器人，特征是包括：

地面组成部分，包括控制器、监视器、电源、洁净气源，及用于提升、下放井下组成部分的卷扬装置；

井下组成部分，包括机器人本体、照明装置、供气装置及摄像装置；上述机器人本体设置有本体机架、井壁锚固机构、沿井壁滚动机构、探臂机构及抱臂机构，上述照明装置、供气装置及摄像装置通过电缆或管路连接地面组成部分中的对应设备和/或单元。

2、根据权利要求1所述的落井救援机器人，其特征在于：所述井壁锚固机构包括设置在本体机架上的动力装置、至少两条沿圆周向均布或对称设置的直动臂杆，直动臂杆的自由端设置有带尖状物的接触部；沿井壁滚动机构包括能与井壁接触的行走轮组，行走轮组至少设置有两只行走轮，行走轮沿圆周方向上均布或对称设置在本体机架上；上述探臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第一升降工作部，及能在竖直方向上摆动的托起工作部，第一升降工作部的上部与本体机架固定联接，托起工作部与第一升降工作部的下部固定联接；上述抱臂机构设置有能在竖直方向上伸长与回缩的第二升降工作部，及能在竖直方向上摆动、并在水平方向张开与闭合的合抱工作部，第二升降工作部的上部与本体机架固定联接，合抱工作部与第二升降工作部的下部固定联接；上述合抱工作部与托起工作部位置相适配。

3、根据权利要求2所述的落井救援机器人，其特征在于：所述井壁锚固机构还包括横向丝杠及导轨，动力装置为第二马达，第二马达与导轨固定在本体机架上，第二马达的输出轴端安装有大齿轮，大齿轮与安装在横向丝杠中间出的小齿轮相啮合，横向丝杠的一端为左旋梯形螺纹段，另一端为右旋梯形螺纹段，分别安装在导轨两端的轴孔中，左丝母座和右左丝母座分别安装在横向丝杠的左端和右端，在左、右丝母座上分别固定安装左直动臂杆和右直动臂杆。

4、根据权利要求2所述的落井救援机器人，其特征在于：所述第一升降工作部设置有第三马达、导轨及第一竖直长丝缸，第三马达输出轴上安装大齿轮，大齿轮与安装在第一竖直长丝杠上端的小齿轮组成齿轮副，第一竖直长丝杠穿过第一丝母座，上端通过轴承与连板联接，下端安装在导轨端部的轴孔中；托起工作部包括第一拖架，第一拖架呈“L”形，下部设置有带拖架座的托起座板，其上端一侧面安装在第一丝母座上，其端面固定有第四马达，第四马达输出轴与第一短丝杠一端固连，小丝母与第一短丝杠通过螺纹联接，第一短丝杠的另一端安装在支架的轴孔中，接板上端安装在小丝母上，下端与连杆的上端铰接，连杆的下端与拖架座铰接。

5、根据权利要求2所述的落井救援机器人，其特征在于：所述第二升降工作部包括第五马达、导轨及第二竖直长丝杠；第五马达的输出轴上安装大齿轮，在第二竖直长丝杠上端安装小齿轮，两者相互啮合驱动第二竖直丝杠运动，第二竖直丝杠穿过第二丝母座，并能驱动第二丝母座沿导轨上下移动，合抱工作部包括第二拖架，第二拖架呈“L”形，下部设置有抱臂部，其直端底面与第二丝母座连接在一起，并随第二丝母同时移动，立端侧面安装第六马达，第六马达输出轴与第二短丝杠上端相连，第二短丝杠穿过小丝母座，另一端安装在支架的轴孔中，并驱动小丝母座沿支架侧面移动，一转动座通过其底部的耳状结构与第二丝母座两侧面铰接，并能绕两铰接点轴线转动，转动座上部通过连杆与小丝母座相连，小丝母座移动时，驱动连杆及转动座转动，带动抱臂部摆动；上述抱臂部包括外导管与内滑管，外导管外侧面加工有导槽，内滑管在外导管内腔中滑动，外导管被焊接在一接板上，接板用固定在转动座一侧面上，在接板的下面安装第七马达，第七马达输出轴上安装卷筒，拉绳缠绕在卷筒上，拉绳两端分别连接在内滑管的两端接点上，第七马达转动时，通过拉绳驱动内滑管滑动。

6、根据权利要求2所述的落井救援机器人，其特征在于：所述卷扬装置包括第一马达、手摇把、滚筒及缆绳，第一马达安装在左支架上，其输出轴与滚轴连接，滚筒通过滚轴安装在左、右支架中间，滚筒上缠绕缆绳，缆绳吊系端固结在本体机架上，手摇把与滚轴右端固定联接。

7、根据权利要求2或6所述的落井救援机器人，其特征在于：所述卷扬装置设置在一能够绕井口旋转的平台上。

8、根据权利要求2所述的落井救援机器人，其特征在于：所述本体机架，呈正多棱柱体结构，在底部安装有上述照明装置、摄像装置及供气装置；在各柱面上分别安装有两只行走轮，各行走轮通过轮轴和轴承连接在轮架上。

9、根据权利要求1所述的落井救援机器人，其特征在于：所述井下组成部分还包括对讲通话装置。

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