基本信息
- 项目名称：
- 井下救生机械手
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 井下救生机械手适用于各类坠井事件的井下无人救助，尤其是口径小、深度大、空气稀薄，救援人员不便或无法进入施救的情况。该装置由蛇形机械手、机械手联动装置、前端信息反馈装置、单向可折叠式探杆、井上收放及平动装置、监视控制终端等部分组成。其主要工作过程是根据前端信息反馈，控制蛇形机械手带动救生绳寻隙而行地环绕被困者一周，完成救生绳索安全搭扣后，启动井上收放装置提升被救者，实现救助。
- 详细介绍：
- 目前，不慎坠入各类井中的事件时有发生。救援难度较大的是坠入口径小、深度大、空气稀薄，救援人员不便或无法进入施救的情况。该井下救生机械手能够实现井下无人救助。 该装置由蛇形机械手、机械手联动装置、前端信息反馈装置、单向可折叠式探杆、井上收放及平动装置、监视控制终端六部分组成。其中，蛇形机械手及其联动装置的结构和控制设计为该项目的关键问题。蛇形机械手各指节间以铰链连接，外缘处由肌腱（钢丝绳）串联，各个指节间加有弹簧，并适当润滑。该部分结构能够实现两自由度方向上的任意转动。机械手联动装置由探杆、导杆、送出电机、传动齿轮、弯曲控制电机及其支座等组成，通过联动系统控制，送出机械手的同时，实现机械手的空间6自由度运动。 其基本工作过程是：利用井上收放装置将蛇形机械手及其联动装置放入被救者适当位置处，通过前端信息反馈装置探查被救者及环境情况；然后，利用机械手将救生绳索在被救者腰、胸等部位环绕一周，根据视频实现绳索的安全搭扣后，提升装置实现救援。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.目的：开发一种能够在救援人员无法进入的小口径深井中对落井人员实施井下无人救助的装置。 2.基本思路：通过设计一种能够在井下等狭小空间灵活运动的蛇形机械手及其联动装置，实现井下无人救助。其中，刚性的可折叠式探杆实现对井下装置的线性控制；蛇形机械手及其联动装置实现井、人间的寻隙环绕，同时完成救生绳索沿被救者的环绕及安全搭扣；前端信息反馈装置提供视频、音频信号；井上收放装置实现井下救助装置的升降及位置调整；总之，让救援人员只需在井上根据监控信号，操作控制终端即可完成井下救援。 3.主要创新点：设计了一种在救援人员无法进入的狭小空间内实现井下救生的装置。其中蛇形机械手及其联动装置实现空间6自由度运动，并为不同救援场合提供了参数化控制。 4.技术关键：蛇形机械手、联动装置及刚性可折叠式探杆的结构设计及整体运动控制。
科学性、先进性
- （必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料） 目前，针对人员落井事件，常见的救援方式有三种，一是通过救生绳将身材瘦小的战士放入井中实施救援，二是当机井较深，救援人员无法进入时，用推土机挖空周围泥土，截去上段机井，以便施救；三是用钩子钩住衣物将人提起。但当遇到井径小，深度大，空气稀薄等恶劣条件时，都会因为人员无法进入井内而使救援受阻。 该井下救生机械手收放自如的可折叠式探杆可以到达指定深度；蛇形机械手及其联动装置能够实现空间任意角度的转动，并完成将救生绳索安全地系在落井者身上的任务；信息反馈系统保障了救助过程的安全性和可控性。当遇到救援人员不便进入井内施救时，该装置能够实现井下无人救援。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物模型、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明：利用井上收放装置将井下救生机械手的可折叠式探杆伸入井中，根据监控系统的探查情况反馈，控制机械手将救生绳索环绕被救者一周，扣住安全锁扣后，提升装置将人、杆拉起，完成井下救助。 2.技术特点：该救生装置的蛇形机械手及其联动装置实现了空间多自由度运动，能够完成井下无人救助。其结构可靠、救助方式安全、适应各类井壁结构、可控性强、操作简便、储运展开方便。 3.适应范围：适合各类井下狭小空间的人员、牲畜、物品等救助。可作为救援工具配发武警部队。 另外，变形方便的蛇形机械手装置亦可用于警用或军用侦查机器人，适用于空间狭小普通侦查机器人无法展开等复杂情况。
同类课题研究水平概述
- 目前，井下救生方式主要有三种，一是通过救生绳将身材瘦小的战士放入井中实施救援，二是当机井较深，救援人员无法进入时，采用推土机挖空周围泥土，截去上段机井，以便施救；三是用钩子钩住人的衣服将人提起。这些方式对于井内空间狭小，深度很大、空气稀薄的情况时，要么会由于救援时间过长，造成井下人员缺氧时间过长而窒息；要么机井在周围泥土松动过程中要面临塌陷等危险；要么会由于井径过小，成人无法进入而使救援受阻；而钩子拉人的方式安全性很难保证。 因此，研究人员也在开发各种井下救生器械，其中主要专利成果均采用了纯机械方式，一是“水井救生伞”，其特点是伞杆与伞面为偏心设置，伞杆处于伞面的一侧，伞杆有内杆与外杆，通过伞杆控制伞体上的伞骨；当遇有人员落井时将其伸入井中，撑起伞骨，使被救者能够抓握伞杆、脚踩住伞面，再由救援人员提起；二是“井下救生器”，其由拉杆、撑架构成，撑架由端环、撑条、支条、滑套构成；端环固定在拉杆的顶端，滑套套在拉杆中，撑条一端活动固定在端环上，支条一端活动固定在滑套上，另一端活动固定在撑条的中部，实现井下救生。这两种方法均适用于深度不大的井，且需要被救者清醒、有活动空间和能力，对于落入较深机井（可达二十米甚至更深）时则无法发挥作用，且多数落井者已经有溺水或缺氧现象，无力自救。
