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1、10申请公布号CN104117166A43申请公布日20141029CN104117166A21申请号201310148993222申请日20130426A62B99/0020090171申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号72发明人刘小明石玉赵鹏雷付康佳李德金曾稳情曹广谛冯逸骏54发明名称深井救援器57摘要一种深井救援器，用于营救被困于深井下的人员。深井救援器包括支承结构，包括多个支撑板和多个支撑轴，每个支撑板和多个支撑轴形成多层支承结构；定位机构，用于将所述深井救援器定位在井壁上，从而防止所述深井救援器晃动；夹持机构，用于使机械臂在救援过程中在径向上小角度枢转，以。
2、将被困者紧固在所述深井救援器中；调位机构，用于将机械臂调整到周向上合适的位置以便于将机械臂伸入井中；托举机构，用于直接与人体接触并将人保护在所述深井救援器中；以及总控系统和通讯装置。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图8页10申请公布号CN104117166ACN104117166A1/1页21深井救援器，包括支承结构，包括多个支撑板和多个支撑轴，每个支撑板和多个支撑轴形成多层支承结构；定位机构，用于将所述深井救援器定位在井壁上，从而防止所述深井救援器晃动；夹持机构，用于使机械臂在救援过程中在径向上小角度枢转。
3、，以将被困者紧固在所述深井救援器中；调位机构，用于将机械臂调整到周向上合适的位置以便于将机械臂伸入井中；托举机构，用于直接与人体接触并将人保护在所述深井救援器中；以及总控系统和通讯装置。2根据权利要求1所述的深井救援器，其特征在于所述多个支撑板包括上板、上中板、下中板以及下板，各自具有在周向上均匀分布的多个安装孔，所述多个支撑轴包括六根具有第一长度的第一支撑轴和三根具有第二长度的第二支撑轴，其中，所述上板和所述上中板通过三根第一支撑轴连接，所述上中板与所述下中板通过三根第二支撑轴连接，所述下中板和所述下板通过三根第一支撑轴连接，并且其中，所述下板具有传动齿，所述传动齿与所述调位机构中的小齿轮轴。
4、啮合，用于调位机构的齿轮传动。3根据权利要求2所述的深井救援器，其特征在于所述定位机构为伞状定位机构。4根据权利要求3所述的深井救援器，其特征在于所述伞状定位机构包括电机、丝杠、伞中轴、轴套和伞形伸缩机构，所述伞中轴的上端与所述支撑板中的一个固定连接，下端与所述轴套固定连接，所述丝杠的上端轴向固定在所述轴套中，下端与所述电机相连，所述电机固定在所述支撑板中的另一个上；所述伞形伸缩机构包括六根伞支杆、六根伞骨、一个伞支杆连接件、两个伞骨连接件和六个轮子，所述两个伞骨连接件均为圆筒形零件，套接在所述伞中轴上，每个伞骨连接件通过其上的互成120度角的耳片与三根伞骨相连接，所述伞支杆连接件设置在所述丝。
5、杠上，通过其上的互成120度角的耳片与三个伞支杆的一端相连接，所述三根伞支杆的另一端分别与伞骨相连接，另外三根伞支杆各自连接在两个伞骨之间。5根据权利要求2所述的深井救援器，其特征在于所述夹持机构是丝杠传动机构，包括滚珠丝杠、推板、三个弹簧、电机和三组传动杆组件，所述滚珠丝杠连接到电机上，推板安装在所述滚珠丝杠上，可以随着滚珠丝杠的转动而上下移动，每个弹簧的一端连接到固定地套在丝杠上部件上，另一端与一个传动杆组件相连。6根据权利要求5所述的深井救援器，其特征在于每组传动杆组件包括三个连杆。7根据权利要求2所述的深井救援器，其特征在于所述调位机构是齿轮传动机构，包括与所述支承结构的下板的传动齿啮。
6、合的三个小齿轮轴，每个小齿轮轴各自安装在上连接板和下连接板之间，所述上连接板和所述下连接板的一端固定在所述下板的中心轴上，另一端通过连接件相互连接，所述连接件与机械臂直接相连，各上连接板上设置有电机座，各电机座上分别固定有电机。8根据权利要求27中任一项所述的深井救援器，其特征在于所述托举机构是连杆伸缩机构，包括三根T型梁，每条T形梁一端与所述调位机构相连，每条T形梁上固定安装有一个电机座，每个电机座与丝杠形式的电机输出轴相连接，每条T形梁上套装有一个滑块，每个滑块上各自连接有传动杆组件，所述传动杆组件包括推杆，所述推杆与梁尾处的机械爪通过销钉相连，每个机械爪包括三组支撑杆，每组支撑杆由两个连。
7、杆组成，所述连杆通过销钉相连。权利要求书CN104117166A1/5页3深井救援器技术领域0001本发明涉及一种深井救援器，用于人意外掉入深井中时的紧急救援，属机电控制领域。背景技术0002在生活中，井在为人类提供方便的同时也存在安全隐患。当人意外落入深井时，由于井口太窄，深度太大使得救援存在很大的困难和危险，也因此酿成许多悲剧。0003在现有的一种深井救援装置中，通过夹持部夹住被困人员的身体，然后利用绳索将人拉出深井。该装置具有许多缺点，例如会在井中晃动，不易定位，容易造成被困人员受伤等。因此，这种装置的实际使用价值不高，没有得到广泛地应用。目前，通常还是使用简单的绳索将救援人员放入到井下。
8、进行救援，这种救援方式不仅耗时长、效率低，而且救援人员也存在一定的危险。0004由此，本发明提出一种能够克服上述缺点的实用性强的深井救援装置，不需要救援人员进入井下，而且耗时短，效率高，不会对被困人员造成二次伤害。发明内容0005本发明的目的是提供一种深井救援装置，其能在深度在10M及以上直径约35CM至50CM的圆形井内解救被困人员。0006根据本发明的一个方面，提供一种深井救援器，包括支承结构，包括多个支撑板和多个支撑轴，每个支撑板和多个支撑轴形成多层支承结构；定位机构，用于将所述深井救援器定位在井壁上，从而防止所述深井救援器晃动；夹持机构，用于使机械臂在救援过程中在径向上小角度枢转，以将。
9、被困者紧固在所述深井救援器中；调位机构，用于将机械臂调整到周向上合适的位置以便于将机械臂伸入井中；托举机构，用于直接与人体接触并将人保护在所述深井救援器中；以及总控系统和通讯装置。0007所述多个支撑板包括上板、上中板、下中板以及下板，各自具有在周向上均匀分布的多个安装孔，所述多个支撑轴包括六根具有第一长度的第一支撑轴和三根具有第二长度的第二支撑轴，其中，所述上板和所述上中板通过三根第一支撑轴连接，所述上中板与所述下中板通过三根第二支撑轴连接，所述下中板和所述下板通过三根第一支撑轴连接，并且其中，所述下板具有传动齿，所述传动齿与所述调位机构中的小齿轮轴啮合，用于调位机构的齿轮传动。所述定位机构。
10、优选为伞状定位机构。0008所述伞状定位机构包括电机、丝杠、伞中轴、轴套和伞形伸缩机构，所述伞中轴的上端与所述支撑板中的一个固定连接，下端与所述轴套固定连接，所述丝杠的上端轴向固定在所述轴套中，下端与所述电机相连，所述电机固定在所述支撑板中的另一个上；所述伞形伸缩机构包括六根伞支杆、六根伞骨、一个伞支杆连接件、两个伞骨连接件和六个轮子，所述两个伞骨连接件均为圆筒形零件，套接在所述伞中轴上，每个伞骨连接件通过其上的互成120度角的耳片与三根伞骨相连接，所述伞支杆连接件设置在所述丝杠上，通过其上说明书CN104117166A2/5页4的互成120度角的耳片与三个伞支杆的一端相连接，所述三根伞支杆的。
11、另一端分别与伞骨相连接，另外三根伞支杆各自连接在两个伞骨之间。0009所述夹持机构是丝杠传动机构，包括滚珠丝杠、推板、三个弹簧、电机和三组传动杆组件，所述滚珠丝杠连接到电机上，推板安装在所述滚珠丝杠上，可以随着滚珠丝杠的转动而上下移动，每个弹簧的一端连接到固定地套在丝杠上部件上，另一端与一个传动杆组件相连。每组传动杆组件包括三个连杆。0010所述调位机构是齿轮传动机构，包括与所述支承结构的下板的传动齿啮合的三个小齿轮轴，每个小齿轮轴各自安装在上连接板和下连接板之间，上连接板和下连接板的一端固定在所述下板的中心轴上，另一端通过连接件相互连接，所述连接件与机械臂直接相连，各上连接板上设置有电机座，。
12、各电机座上分别固定有电机。0011所述托举机构是连杆伸缩机构，包括三根T型梁，每条T形梁一端与所述调位机构相连，每条T形梁上固定安装有一个电机座，每个电机座与丝杠形式的电机输出轴相连接，每条T形梁上套装有一个滑块，每个滑块上各自连接有传动杆组件，所述传动杆组件包括推杆，所述推杆与梁尾处的机械爪通过销钉相连，每个机械爪包括三组支撑杆，每组支撑杆由两个连杆组成，所述连杆通过销钉相连。0012综上所述，本发明提供了一种用于紧急情况下的救援装置，综合了机械运动，电子控制，通信传输等技术，为深井救援提供了方便，具有可靠性高，拆装方便的特点。附图说明0013使用以下说明和附图会更好地理解本申请，其中001。
13、4图1为根据本发明的深井救援器的主视图；0015图2为根据本发明的深井救援器的俯视图；0016图3为根据本发明的深井救援器的支承结构的透视图；0017图4为根据本发明的深井救援器的定位机构的透视图，其中所述定位机构处于收缩状态；0018图5为根据本发明的深井救援器的定位机构的透视图，其中所述定位机构处于展开状态；0019图6为根据本发明的深井救援器的局部透视图，其中详细示出了夹持机构；0020图7为根据本发明的深井救援器的调位机构的透视图，其中详细示出了所述支承结构的各组成部件；0021图8为根据本发明的深井救援器的托举机构的透视图，其中机械爪处于收缩状态；0022图9为根据本发明的深井救援器。
14、的托举机构的透视图，其中机械爪处于展开状态；0023图中1上板；2、5支撑轴；3下中板；3上中板；4下板；6中心轴；7、27电机；8、19、39丝杠；9螺母；10、28联轴器；11T形梁；12滑块；13、22、31、33连接件；14推杆；15梁尾；16、17支撑杆；18、25、26电机座；20轴承；21、30、32小齿轮轴；23上连接板；23下连接板；24、29固定件；34伞中轴；35伞骨连接件；36伞骨；41伞支杆连接件；37、40伞支杆；38轴套；42轮子；43、44、46连杆；45绳索固定环；47弹说明书CN104117166A3/5页5簧。具体实施方式0024图1是根据本发明的深井救援。
15、器的主视图，图2是根据本发明的深井救援器的俯视图。如图所示，深井救援器包括支承结构、定位机构、夹持机构、调位机构、托举机构、总控系统和通讯装置。通过将机械臂合拢伸入被困者身下后打开，将被困者抱在救援器中，最后用绳索将救援器与被困者一同拉上来，从而实现井下救援。0025如图3中所示，支承结构是层状的结构，包括上板1、下中板3、上中板3和下板4四块支撑板，所述四块支撑板均为直径约150MM的圆板，每块支撑板上具有周向均匀分布的安装孔，所述安装孔为通孔。支承结构还包括六根长约380MM的支撑轴2和三根长约140MM的支撑轴5，每根支撑轴两端设置有螺纹。上板1与上中板3通过互成120度角的三根长约38。
16、0MM的支撑轴2连接，上中板3与下中板3通过互成120度角的三根长140MM的支撑轴5连接，下中板3与下板4通过互成120度角的三根长380MM的支撑轴2连接，构成层状的支承结构。支撑轴与各板以以下方式连接支撑轴的末端穿过板的安装孔，然后利用螺母将支撑轴连接到板上。各支撑板还包括中心孔，上板、上中板和下中板还包括在中心孔附近周向均匀分布的多个小孔，小孔的数量优选为四个或六个。所述中心孔和小孔为用于螺栓连接的通孔。具体地，上板1通过螺栓与定位机构和绳索固定环45连接，下中板3通过螺栓与电机7相连，下板4带有传动齿，传动齿与调位机构中的小齿轮轴啮合，用于调位机构的齿轮传动。0026如图4和图5所示。
17、，定位机构是伞状的支撑机构，用于在井下救援过程中将深井救援器定位在井壁上，从而达到防止深井救援器在井下晃动，降低救援难度。定位机构包括一个电机7，一条长约180MM的丝杠39，一根长约170MM的伞中轴34，轴套38和伞形伸缩机构。伞形伸缩机构由三根长约100MM的连接杆37、三根长约100MM的伞支杆40、六根长约110MM的伞骨36、两个伞骨连接件35、一个伞支杆连接件41、六个轮子42组成。伞骨连接件35是圆筒形零件，每个伞骨连接件的两端设置有轴线相互垂直的销钉孔。每个伞骨连接件通过从其外壁径向伸出的互成120度角的三组耳片与三根伞骨36相连接构成两组伞骨。伞中轴顶端有螺纹，在距伞中轴两。
18、端约20MM处各设置有与伞骨连接件35的销钉孔对应的两组轴线互相垂直的销钉孔，从而用销钉将每个伞骨连接件固定在伞中轴34上。每根伞骨36末端安装一个轮子42，上下伞骨间通过连接杆37连接，下组伞骨通过伞支杆40与伞支杆连接件41连接。伞支杆连接件41是圆筒形零件，通过从其外壁伸出的三组互成120度的耳片与伞支杆40连接，伞支杆连接件的端面通过胶水与丝杠39的螺母连接。丝杠39的上端和伞中轴34的下端分别从轴套38两端伸入轴套38，伞中轴34的上端通过螺纹与支承结构的上板1连接。轴套38通过其上的销钉孔用销钉与伞中轴34固定连接，丝杠39上端通过轴套38轴向定位，下端通过联轴器10、28与电机7。
19、连接，电机7固定在支承结构的上中板3上。丝杠39上啮合有螺母，伞支杆连接件卡合在该螺母上。工作时，通过电机7驱动丝杠39转动，螺母随着丝杠的转动而上下移动，从而驱动伞支杆连接件41升降，完成伞状机构的收放功能。伞状机构收缩时（如图4所示），深井救援器可无阻碍地从井口进入，伞状机构展开时（如图5所示），可将深井救援器定位在井壁上。0027如图6所示，夹持机构是丝杠传动机构，用于使机械臂在救援过程中在径向上小说明书CN104117166A4/5页6角度枢转，从而达到将人固紧在深井救援器中的目的。夹持机构包过一个约300MM长的滚珠丝杠8、一个推板、三个弹簧47、一个电机、三组长约100MM的传动杆。
20、组件，每组传动杆组件包括三个连杆43、44、46。丝杠8上啮合有螺母9，推板通过其中心孔卡合在该螺母上，每个弹簧的一端连接到固定地套在丝杠上部件上，另一端与一个传动杆组件相连。丝杠8的上端通过联轴器连接到固定在下中板3上的电机，下端与下板4的中心轴6相联。工作时，通过电机7驱动丝杠转动，螺母随着丝杠的转动而上下移动，从而驱动推板升降，推板的升降导致传动杆组件在径向上小角度枢转，进而经传动杆传动后带动托举机构在径向上向内或向外转动，完成夹持功能。0028如图7所示，调位机构是一套齿轮传动机构，用于将机械臂调整到周向上合适的位置以便于将机械臂伸入井中。调位机构包括与支承结构的下板4的传动齿啮合的三。
21、个小齿轮轴21、30和32，每个小齿轮轴各自安装在上连接板23和下连接板23之间，上连接板23和下连接板23的一端分别设置有安装孔，以固定在下板4的中心轴6上，另一端通过连接件22、31、33相互连接，连接件22、31、33与上下连接板23、23优选通过螺栓螺母组件相互连接。连接件22、31、33与机械臂直接相连。各上连接板23上设置有电机座25和26，各电机座25和26上分别固定有电机27。工作时，通过三个电机27驱动三个小齿轮轴21、30和32转动，使调位机构沿着传动齿转动，达到调整机械臂周向位置的目的。0029如图8和图9所示，托举机构是连杆伸缩机构，用于直接与人体接触并将人保护在深井救。
22、援器中。托举机构包括三根长约1500MM的T型梁11，每条T形梁一端通过连接件12与调位机构相连，连接件12可以是螺钉或销钉。每条T形梁11上距调位机构下方约100MM处固定安装有一个电机座18，电机的输出轴的一端安装在电机座上，另一端安装在轴承20上，该电机的输出轴被制造成丝杠19。丝杠19上啮合有螺母，螺母上固定有滑块12，滑块12通过其上的通孔套在T形梁上。工作时，丝杠19的转动导致螺母沿丝杠19上下移动，从而使滑块以T型梁为导轨上下移动。滑块上连接有传动杆组件，传动杆组件可包括两根推杆14。推杆14与梁尾15处的机械爪通过销钉相连，使得滑块的上下移动使得推杆推动粱尾15处的机械爪。每个。
23、机械爪包括三组支撑杆16、17，每组支撑杆由两个长约120MM的连杆组成，所述连杆通过固定件24、29相连，所述固定件可以是销钉。机械爪具有可展开或收缩的结构，在工作时随着滑块的上下运动而展开或收缩，机械爪在收缩状态下从井中被困者旁边的空隙伸到被困者下方，在到达被困者下方合适位置处时变为展开状态，从而将被困者包围在托举机构中。优选地，所述托举机构上还可以设置有柔软材料，如橡胶垫、海绵垫等。0030总控系统是一套由计算机控制的电机驱动系统，用于实时控制机构的运动。其包括计算机、单片机、六个电机驱动板和若干导线。地面上的救援者通过操作计算机控制电机运转，驱动救援器运动，实施救援。0031通讯装置包。
24、括照明系统、摄像头和通话系统，与照明系统、成像系统和通话系统相应的电路板连接到计算机，用以获得井下被困者的情况。0032下面将描述本发明所述的深井救援器的工作过程。0033将绳索系在绳索固定环45上，从地面垂直吊入井中，通过摄像头监控，使救援器在被困人上方停下来，驱动定位机构的电机7，带动丝杠39转动，定位机构展开，使轮子42接触井壁，不在井下晃动，装置完成定位。地面施救者通过摄像头观察被困者在井中的姿说明书CN104117166A5/5页7态，寻找三个约20MM的空隙。找到合适空隙后，驱动调位机构的电机27以使调位机构工作，调位机构调整三组机械臂的周向位置，使三组机械臂对准找到的空隙。调整好。
25、位置后，将绳索缓慢下放，救援器沿着井壁缓慢向下移动，使每个机械臂伸入被困者身下，此时托举机构的机械爪处于收缩状态。当机械臂伸入到使得固定件29到达被困者下方的位置时，驱动托举机构的丝杠19转动，以通过推杆14的向下移动推动支撑杆17，直到支撑杆17上部接近水平位置，从而使托举机构的机械转处于展开状态，将被困者包围在托举机构的机械爪中。然后，驱动夹持机构的丝杠8转动，通过推板9推动连杆43、44、46从而使夹持机构在径向上枢转，将被困者夹紧。最后驱动定位机构的电机7将定位机构收起，通过绳索将人与深井救援器一起拉到井外，救援任务完成。0034应该理解的是，为了清楚起见，在上述附图中省略了标准连接件。
26、，诸如螺母、螺纹、销钉等。这些标准连接件及具体连接方式已通过文字说明进行了描述，本领域技术人员将能够通过这些文字描述和附图实现各零部件的相互连接。0035上述实施例仅用于示例目的，而不构成对本发明所述深井救援器的限制。本发明也可用于营救被困于井下的动物，或者取出掉落到井下的物体。说明书CN104117166A1/8页8图1说明书附图CN104117166A2/8页9图2图3说明书附图CN104117166A3/8页10图4说明书附图CN104117166A104/8页11图5说明书附图CN104117166A115/8页12图6说明书附图CN104117166A126/8页13图7说明书附图CN104117166A137/8页14图8说明书附图CN104117166A148/8页15图9说明书附图CN104117166A15。