一种高空作业意外倾倒时的辅助正位装置

技术领域

本发明属于高空作业防护技术领域，具体是一种高空作业意外倾倒时的辅助正位装置。

背景技术

国家标准GB/T 3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”建筑施工中的高处作业根据作业状态主要分为临边、洞口、攀登、悬空、交叉等五种基本类型。在二级高处作业以上时，高度超过5米，通常会在施工人员身上绑上安全带。

现有的高空作业防护通常是预防为主，做好实地防护栏和施工人员的心理教育，在实际意外发生时的防护通常只有安全带，安全带具有方便携带，不会影响作业的好处，例如，中国专利文献中，专利号为CN2018208320745提供了名为一种攀登杆塔安全防护装置，其包括全身式安全带、腰带和安全绳；全身式安全带可直接套设在操作人员身上，腰带位于全身式安全带中下部，且其外侧壁对称设置有两个腰带扣环，以用于连接安全绳；安全绳设置为两条，其长度方向的一端设置有挂钩连接器，挂钩连接器与带有保险锁的大挂钩固定连接；大挂钩与塔梁其中一端相连，但是安全带仅可以保证人员不坠落，人员坠落时会发生翻身或碰撞等意外情况，在实际使用时安全带可能会缠绕人体，造成人体拉伤甚至窒息，这些二次伤害也是高空作业坠落造成施工人员身体伤害的主要原因。现有技术中并没有关于减少安全带造成二次伤害的研究，也没有相关的设备来减少安全带造成的二次伤害。

发明内容

基于现有技术的上述不足，本发明提供一种高空作业意外倾倒时的辅助正位装置，能够在三级高空作业及以上等级，也就是高度超过15米的高空作业场合辅助降落，能够快速调整人体体位，有效避免人员在空中多次翻滚而造成缠绕或挂住安全带，减小安全带造成二次伤害的可能。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高空作业意外倾倒时的辅助正位装置，包括帽体和成对设置的鞋体，鞋体内设有压力监测模块，压力监测模块包括第一信号发射器，帽体内设有定心装置，定心装置包括若干段组成环形的支撑条，支撑条的环形的上下两侧分别设有连接膜，每段支撑条上均设有测力器和第二信号发射器，位于下侧连接膜的中心向下与帽体固定，两侧的连接膜之间设有压力球，鞋体内设有喷气腔和喷气叶片，鞋体外侧设有若干个呈环形布置的喷气嘴，喷气嘴连通喷气腔，喷气嘴配备有控制组件，压力监测模块和控制组件均配合电信号连接一控制电路模块。

定心装置和压力球配合，由于支撑条的设置，在定心球位置不同时会对不同径向的支撑条产生对应的力作用，通过测力器的作用实现径向各段支撑条的受力作用，对应的就是人体正常走动时定心球波动范围或常态的位置，在发生意外事故时，人体失衡，双脚会悬空，此时会被鞋体内的压力监测模块监测到，同时压力球会由于惯性作用下在连接膜内发生较大位移，偏转出常态位置，压力球的偏移方向会直接反应到对应的支撑条的测力器上，从而能够判断出人体的倾斜方向，控制电路模块收到并处理这一信息后能够控制喷气嘴工作，例如人体向后倾倒时，双脚离开工作台面，压力监测模块的检测到这一信息，此时压力球会前移，并作用到帽体前侧的支撑条上，该侧支撑条的力值变大，其他支撑条的力值变小，控制电路模块获取这一信息后判断出人体向后倾倒，也就是脚向前，头向后，控制电路模块因此控制鞋体前侧的喷气嘴喷气，人体悬空时安全带对人体腰部用力，支撑点为安全带位置，脚部受到较小的力也会对人体产生较大的扭矩，因此能快速推动人体回复到竖直位置，在人体回位后，压力球也会同步到位，控制电路模块获取这一信息后控制喷气嘴停止，从而使人体保持在竖直状态，之后通过安全带就可实现人体的安全降落，本申请能够在三级高空作业及以上等级，也就是高度超过15米的高空作业场合辅助降落，能够快速调整人体体位，有效避免人员在空中多次翻滚而造成缠绕或挂住安全带，减小安全带造成二次伤害的可能。

作为优选，测力器采用拉力传感器，拉力传感器用于测试支撑条和帽体之间的拉力。压力球在上下两侧弹力膜间移动时主要是对下侧的弹力膜起到压力作用，弹力膜有带动支撑条收紧的趋势，支撑条的圆周外侧对帽体就是拉力，该处设置拉力传感器既能方便测量，同时更方便拉力传感器在帽体内的定位和安装。

作为优选，帽体内设有圆环筋，支撑条套设在圆环筋外，支撑条内部设有贯通腔，支撑条的直径小于圆环筋的直径；贯通腔和圆环筋之间设有间隙余量。间隙余量的尺寸范围为3到10毫米。支撑条自然状态下会呈弯曲设置，支撑条中部远离圆环筋，并将弹力膜撑起，在压力球压迫弹力膜时，支撑条能够弹性变形并反馈到拉力传感器上，实现可靠的力值反馈检测，保证拉力传感器检测的可靠性。

作为优选，鞋体底部设有防滑软垫，压力监测模块包括压力传感器，压力传感器设置在防滑软垫内。防滑软垫能够提高鞋体的防滑能力和舒适度，同时能够保护喷气腔，压力传感器在两只鞋体上同步作用，在两只鞋体均离开地面时迅速进行反馈，从而方便控制电路模块作用。

作为优选，喷气腔位于鞋体底部的中心，鞋体上设有配合喷气嘴的喷气孔，控制组件包括阀芯和阀杆，阀芯与喷气孔配合，阀芯打开时喷气孔连通喷气腔，喷气腔内设有喷气电机和喷气叶片，喷气电机的电机轴沿轴向设有若干个传动齿轮，传动齿轮侧面设有与阀杆一一对应固定的电磁夹爪，电磁夹爪的其中一根夹爪为光杆，另一根夹爪上设有与传动齿轮齿形配合的齿条，齿条齿数与齿轮齿数相等，光杆的夹爪与阀杆同轴固定设置，设有齿条的夹爪与阀杆转动连接设置，两根夹爪之间设有复位弹簧。

喷气电机能够带动喷气叶片转动，从而实现鼓风，在帽体内的定心装置检测到人体倾倒方向后，控制电路模块控制相应侧的阀芯打开，阀芯打开的喷气孔能够向外喷气，从而带动人体复位，防止人体在空中翻滚而造成安全带带来的二次伤害；阀芯与阀杆连接，电磁夹爪在通电时能够夹紧从而使齿条与传动齿轮配合，电磁电机的电机轴转动能够阀杆直线移动，在需要关闭阀芯时，电磁夹爪断电，复位弹簧能够带动齿条所在的夹爪复位，在喷气腔内的气流作用下，阀芯会自动复位；从而实现阀芯的单个独立开关控制，阀芯的控制可靠方便，而且由于阀杆、电磁夹爪都为长杆状，对于喷气腔内的空间的利用好，且对气流的影响小，更有利于喷气的进行。

作为优选，喷气腔内设有电机架，电机架上设有配合阀杆的直线轴承。通过直线轴承导向阀杆，实现阀杆的可靠进给，方便阀芯的控制。

作为优选，喷气腔的外端设有过滤网。遮挡灰尘和污渍，防止喷气腔内的喷气阀芯和喷气电机被碰撞损坏。

作为优选，喷气孔的形状为圆台形，阀芯的形状也为圆台形，阀芯外侧设有若干道密封圈。阀芯的封堵作用可靠，从而保证喷气侧控制的准确性，防止漏气。

作为优选，喷气腔内的空间沿椭圆孔的长轴所在纵平面和短轴所在纵平面划分为四个象限，每个象限内分别设有一根阀杆，阀杆包括与电磁夹爪连接的主控杆、位于主控杆外端的连接杆，连接杆上设有三根分杆，每根分杆的外端均设有阀芯，三根分杆中居中的分杆与主控杆同轴并固定连接在连接杆上，居于两侧的分杆与连接杆滑动设置，居于两侧的分杆一端设有滑块，连接杆上设有配合滑块的滑轨。方便阀杆的控制，缩减了喷气电机的电机轴上的传动齿轮数目，实现控制组件在鞋体内更为集成的结构。

综上所述，本发明的有益效果是：能够在三级高空作业及以上等级，也就是高度超过15米的高空作业场合辅助降落，能够快速调整人体体位，有效避免人员在空中多次翻滚而造成缠绕或挂住安全带，减小安全带造成二次伤害的可能；可靠性高；喷气设置方便，占用的空间小，仅采用单个喷气电机，所需的能源小，阀芯的单独控制方便，利于控制气体的喷出方向。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中鞋体内部的剖视图。

图3是本发明中帽体内部的纵向剖视图。

图4是本发明中帽体内从顶部向下的俯视示意图。

图5是本发明中喷气腔内从顶部向下的俯视图。

图6是本发明中阀杆的结构示意图。

图7是本发明中电机架的结构示意图。

图中：帽体1 内衬10 空腔11 安装板12 圆环筋13 支点14 支撑条15 连接膜16 压力球17 测力器18 第二信号发射器19 鞋体2 压力传感器21 第一信号发射器22 中间层23 喷气腔24 电机架25 喷气电机26 电机轴27 传动齿轮28 电磁夹爪29 电磁铁290 铁芯291 安装管292 光杆201 设有齿条的夹爪202 齿条203复位弹簧204 阀杆205 主控杆206 分杆207 连接杆208 滑块209 阀芯210 喷气叶片211 内圈212 外圈213 连接板214 连接管215 第一竖板216 第二竖板217 安装孔218 杆件219 喷气孔220 喷气嘴221 防滑软垫222 过滤网223 椭圆孔224 缩颈225 控制电路模块3 安全衣4 安全带5 电源6。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例，

如图1到7所示，一种高空作业意外倾倒时的辅助正位装置，包括帽体1和成对设置的鞋体2，还包括控制电路模块3，控制电路模块3 虽然可以设置在帽体1或鞋体2上，但是为了方便控制和携带，防止对帽体1和鞋体2产生干扰，更优选的是将控制电路模块3 设为外部模块，可以随身背负，通过无线或蓝牙信号进行信息的接收和处理。鞋体2内设有压力监测模块，鞋体2底部设有防滑软垫222，压力监测模块包括压力传感器21，压力传感器21设置在防滑软垫222内。如图2所示，鞋体2的前后两端均设有压力传感器21，配合鞋体2底部的喷气腔24，能够更精准的检测出人体是否倾倒。压力监测模块还包括第一信号发射器22，第一信号发射器22与压力传感器21通过电路连接，第一信号发射器22能够将压力传感器21检测到的信号发射到控制电路模块3 。帽体1内设有定心装置，帽体1为硬质头盔，头盔内设有内衬10，可采用高强度塑料或金属材料制成。帽体1内设有圆环筋13，帽体1内设有空腔11用于安装圆环筋13，空腔11位于头盔和内衬10之间；空腔11内设有安装板12，安装板12上设有圆形通孔，圆环筋13上设有四个支点14用于和安装板12固定。定心装置包括四段组成环形的支撑条15，支撑条15套设在圆环筋13外，支撑条15内部设有贯通腔，支撑条15的直径小于圆环筋13的直径；贯通腔和圆环筋13之间设有间隙余量，间隙余量采用径向五毫米，也就是支撑条15径向截面的内径比圆环筋13径向截面的直径大五毫米。四段支撑条15的环形的上下两侧分别设有连接膜16，连接膜16通过缠绕或粘接等方式固定连接在支撑条15的外侧面上。每段支撑条15上均设有测力器18和第二信号发射器19，测力器18采用拉力传感器，拉力传感器用于测试支撑条15和帽体1之间的拉力。拉力传感器分别连接支撑条15外圈213的中部和帽体1的空腔11上。位于下侧连接膜16的中心向下与帽体1固定，下侧连接膜16的中心穿过安装板12上的圆形通孔后通过粘接或钉固的方式固定在帽体1的空腔11底部。两侧的连接膜16之间设有压力球17。下侧的连接膜16与压力球17配合，会对支撑条15产生向下翻转的力，上侧连接膜16的设置就是为了对支撑条15产生向上翻转的力，与下侧连接膜16的力相互抵消，从而保证支撑条15作用的可靠性。压力球17在两侧的连接膜16之间自由设置，在常态下，压力球17会处于下侧连接膜16的中心位置。压力球17是采用橡胶材料制成的实心圆球结构。

鞋体2包括鞋面和鞋面底部的胶底，胶底下侧设有硬质材料制成的中间层23，中间层23采用金属或塑料材质制成，具有一定的刚度，防滑软垫222位于中间层23的底部。鞋体2内设有喷气腔24和喷气叶片211，喷气腔24位于鞋体2底部的中心，喷气腔24设置在中间层23内部，并且朝向中间层23的下侧开口。喷气腔24的形状为长轴与鞋底平行的椭球面形。防滑软垫222上设有与喷气腔24底面对应的椭圆孔224，椭圆孔224的长轴与鞋体2底部的长度方向平行布置，椭圆孔224的壁面上设有缩颈225，椭圆孔224的上端与喷气腔24的底部光滑过渡，喷气腔24的外端设有过滤网223。鞋体2外侧设有若干个呈环形布置的喷气嘴221，喷气嘴221连通喷气腔24，鞋体2上设有配合喷气嘴221的喷气孔220，喷气孔220和喷气嘴221同轴直线设置，喷气嘴221的外端设有外扩的喷气嘴221。喷气孔220从喷气腔24内向外呈射线的方式设置，喷气嘴221配备有控制组件，喷气孔220与对应的喷气嘴221直线连通，控制组件通过控制喷气孔220的开闭来控制喷气嘴221。压力监测模块和控制组件均配合电信号连接控制电路模块3 。本实施例中由于控制组件、压力监测模块与控制电路模块3 均为分体部件，因此控制电路模块3 与压力监测模块、控制组件通过无线蓝牙信号连接。三个部分内均配备有蓝牙信号的接收和发射设备，控制组件、压力监测模块与控制电路模块3 分别配备有各自独立的带开关的电源，其中控制组件的电源6和控制电路模块3 的电源可采用锂电池，压力监测模块采用纽扣电池，定心装置也配备有独立电源6，定心装置的独立电源6可采用锂电池或纽扣电池。

控制组件包括阀芯210和阀杆205，阀芯210与喷气孔220配合，喷气孔220的形状为圆台形，阀芯210的形状也为圆台形，阀芯210外侧设有两道所在平面平行的密封圈。阀芯210打开时喷气孔220连通喷气腔24，阀芯210与喷气孔220闭合时，喷气孔220不会向外喷气。喷气腔24内设有喷气电机26和喷气叶片211，喷气电机26的电机轴27沿轴向设有四个传动齿轮28，四个传动齿轮28整体成型设置。实际应用中，还可以将四个传动齿轮28在纵向上间隔设置，整体设置的好处在于对轴向上的空间要求小，更利于喷气腔24内零件的设置。传动齿轮28侧面设有与阀杆205一一对应固定的电磁夹爪29，电磁夹爪29的两根夹爪上设有套设配合的铁芯291和安装管292，安装管292内设有电磁铁290，电磁铁290通电后会对铁芯291产生吸力，从而实现电磁夹紧。安装管292用于电磁铁290和铁芯291之间的限位，以及用于电磁铁的固定安装。实际使用中本申请还可以采用微型电动的型号为AG-95L两指自适应夹爪等，本申请所要求的的夹爪精度低，出于生产成本和结构重量的考虑，采用实施例中的方案更优。电磁夹爪29的其中一根夹爪为光杆201，另一根夹爪上设有与传动齿轮28齿形配合的齿条203，电磁铁290和安装管292固定在光杆201上，铁芯291固定在设有齿条的夹爪202上。齿条203齿数通过阀杆205的移动距离确定，实际使用中，由于阀杆205移动较小的距离，喷气孔220就会打开，因此齿条203长度可设置为5到20毫米齿条203位于所在夹爪的外端，齿条203长度就是阀芯210实际会移动的距离。齿条203的尾部设有弧面过渡，传动齿轮28移动到齿条203尾部时，齿轮在弧面内转动，阀杆205不会继续移动，弧面能够减小齿轮的磨损，延长使用寿命。设有齿条的夹爪202与阀杆205通过铰接的方式转动连接设置，两根夹爪之间设有复位弹簧204。复位弹簧采用扭簧。四根阀绕电机轴27呈螺旋形设置。喷气腔24内设有电机架25，电机架25上设有配合阀杆205的直线轴承，喷气电机26安装在电机架25上。为了方便阀杆205的控制，缩减喷气电机26的电机轴27上的传动齿轮28数目，实现控制组件在鞋体2内更为集成的结构，实施例中将喷气腔24内的空间沿椭圆孔224的长轴和短轴划分为四个象限，每个象限内分别设有一根阀杆205，阀杆205包括与电磁夹爪29连接的主控杆206、位于主控杆206外端的连接杆208，连接杆208上设有三根分杆207，每根分杆207的外端均设有阀芯210，三根分杆207中居中的分杆207与主控杆206同轴并固定连接在连接杆208上，居于两侧的分杆207与连接杆208滑动设置，居于两侧的分杆207一端设有滑块209，连接杆208上设有配合滑块209的滑轨，电机架25上对应主控杆206和分杆207均设有配合的直线轴承，直线轴承固定设置在电机架25上。如图7所示，电机架25包括上下两层，下层和上层均包括同心的内圈212和外圈213，内圈212和外圈213通过六块连接板214在径向连接固定，上层外圈213和下层的外圈213通过竖直的连接管215连接，此外，在上层外圈213和下层外圈213所在的圆柱面上还设有十二块第一竖板216，上层内圈212和下层的内圈212通过圆周阵列的四块第二竖板217连接，直线轴承设置在第一竖板216和第二竖板217上设有用于固定直线轴承的安装孔218，此外也可以直接用安装孔218导向阀杆205。下层的内圈212的中心通过八根圆周阵列汇交设置的杆件219固定设有一轴承座，轴承座内设有轴承，轴承与喷气电机26的电机轴27连接，喷气电机26的电机轴27向下设置，喷气电机26的上端固定在鞋体2的中间层23上。每个象限内的阀芯210统一控制，通过四个象限内的四根阀杆205可以实现在八个方向上的快速控制，控制方便，集成性高。本发明中的阀芯210复位至阀孔内是通过松开电磁夹爪29，利用气流高速流动产生的压差复位，实际使用中为了提高阀芯210的复位效率，可以通过在阀芯210和第一竖板216之间设置压紧弹簧来实现。

本申请应用的是临边、攀登高处作业，至少有一只脚在作业时需要踩实，类似悬空高处作业不会发生人体倾倒造成安全带5缠绕的二次伤害，因此本申请不对此类高处作业进行研究。在进行临边、攀登等需要至少一只脚踩实的高处作业时，作业人员穿戴好本设备，各部分都保持通电的状态，防滑软垫222提供摩擦，保证作业人员行进的舒适和防滑安全性；安全带5绑在固定人体胸腔位置的安全衣4的后侧，高处作业时，两只鞋体2中的压力监测模块的传感器至少有一只能够检测到压力，压力信号传递到控制电路模块3 ，控制电路模块3 保持控制组件为关闭状态，同时定心装置中的压力球17的基本位置位于下侧连接膜16的中心处，压力球17在人体走动时对各个方向的连接条压力产生变化，连接条对应的拉力传感器将力值传递到控制电路模块3 ，可以得到一个压力范围；在发生倾倒这类容易造成安全带5缠绕的安全事故时，作业人员的双脚离地，控制电路模块3 瞬间响应，在倾倒的瞬间，压力球17由于惯性作用会向逆倾倒方向移动，造成压力球17移动侧的连接膜16被拉动，从而该侧的连接条对应的拉力传感器数值快速变大，压力监测模块该信号传递到控制电路模块3 ，控制电路模块3 在获得这个信号后马上控制控制组件进行响应，喷气电机26被控制开始运行，喷气叶片211转动，对应于数值变化最大的连接条所在侧的阀杆205连接的电磁夹爪29夹紧，齿条203与对应的传动齿轮28啮合，喷气电机26带动传动齿轮28转动从而带动电磁夹爪29和阀杆205移动，实现阀芯210的打开，阀芯210对应的喷气孔220打开，能够向外喷气，实现人体在空中的快速复位，保持人体在竖直状态，从而防止人体在空中多次转体造成的安全带5缠绕伤害。注意，在使用本申请前后需要进行设备的检修，确保设备功能性的完好和电源6电量的充足。