钻机钻杆自动抓取与排放机器人的制作方法

本发明涉及一种钻机钻杆自动抓取与排放机器人，属于机械设计领域。

背景技术：

钻机在现场作业过程中，下钻时需要将在排放架中的钻杆一根接一根地移送至钻井口，并与井口钻杆对接；起钻时需要将井口的钻杆脱扣，并将脱扣后的钻杆一根接一根地由井口移送至排放架整齐排放，这个过程需要人工在钻机二层台上配合作业。在二层台人工作业过程中，钻杆的抓取与排放操作具有重复性高、危险性高和劳动强度大的特点。本发明涉及的一种钻机钻杆自动抓取与排放机器人可固定安装于钻机二层台，以代替人工，用于钻杆的抓取、移动和排放作业。节省人工，提高钻采作业效益及安全性。

技术实现要素：

本发明旨在代替人工，用于钻机钻杆的自动抓取、移动和排放作业。为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

钻机钻杆自动抓取与排放机器人总体由抓杆机械手（a）、推送机构（b）、主体伸缩机构（c）、回转机构（d）构成。推送机构（b）为平行四边形结构，是抓杆机械手（a）与主体伸缩机构（c）的连接单元。两组抓杆机械手（a）分别固定在推送机构（b）立柱（4）的上下两端。推送机构（b）的两根连杆（6）分别与主体伸缩机构（c）的外套筒（12）铰接。主体伸缩机构（c）通过回转轴（23）与回转机构（d）相连。

所述的抓杆机械手（a）由手爪（1）、爪座（2）、爪缸（3）、立柱（4）、支撑座（18）、三角筋板（19）、手爪连接板（20）、手爪驱动板（33）、工型块（21）、爪缸座（22）构成。手爪（1）与爪座（2）之间通过上下各两个手爪连接板（20）铰接，左右手爪（1）通过手爪连接板（20）与工型块（21）铰接，工型块（21）通过大螺母与爪缸（3）的活塞杆伸出端固定。手爪驱动板（33）的一端与工型块（21）铰接，另一端与手爪连接板（20）的中部铰接。爪缸（3）伸缩运动实现手爪（1）张开与抓紧动作。爪座（2）通过沉头螺栓与支撑座（18）固定。爪缸座（22）通过螺栓、螺母与支撑座（18）固定连接。三角筋板（19）通过焊接与支撑座（18）固定连接。支撑座（18）通过螺栓与立柱（4）固定连接。

所述的推送机构（b）由立柱（4）、连杆座（5）、连杆（6）、外套筒（12）、销轴（13）、升降缸（15）、升降缸座（16）、升降缸活塞杆座（17）构成。立柱（4）、外套筒（12）和两根连杆（6）构成一个平行四边形机构。两组连杆座（5）分别通过螺栓固定在立柱（4）的一侧，另两组连杆座（5）分别通过螺栓固定在外套筒（12）的一侧，两根连杆（6）的两端分别与立柱（4）及外套筒（12）上的连杆座（5）铰接。升降缸（15）的底部与升降缸座（16）通销轴（13）铰接，升降缸座（16）过螺栓固定在外套筒（12）的下端。升降缸（15）的伸出端通过销轴（13）与升降缸活塞杆座（17）铰接，升降缸活塞杆座（17）焊接在连杆（6）的下侧。通过升降缸（15）的伸缩推动连杆（6）摆动，进而实现抓杆机械手（a）伸出和收回运动。

所述的主体伸缩机构（c）由连接板（9）、内套筒盖板（10）、主体缸座（11）、外套筒（12）、主体缸（24）、内主体套筒（31）构成。内主体套筒（31）为三面结构，上端焊接法兰，内主体套筒（31）的法兰通过螺栓与连接板（9）固定。内套筒盖板（10）通过两排沉头螺栓与主体套筒（31）固定。主体缸（24）底部的法兰通过螺栓与连接板（9）固定。主体缸（24）的伸出端通过主缸轴销（14）与主体缸座（11）铰接。主体缸座（11）通过螺栓、螺母与外套筒（12）的底板固定连接。内主体套筒（31）及其内套筒盖板（10）整体套装于外套筒（12）内。通过主体缸（24）的伸缩运动实现外套筒（12）相对内主体套筒（31）的伸缩运动。

所述的回转机构（d）由桁架板（7）、箱壳（8）、回转轴（23）、回转缸（25）、齿条（26）、轴套（27）、齿轮（28）、箱座（35）、角接触球轴承（29）、深沟球轴承（34）、回转缸座（22）、键（30）.齿条销轴（32）构成。回转轴（23）的下端通过螺纹连接一法兰，回转轴（23）的法兰通过螺栓与连接板（9）上平面固定。回转轴（23）中下部位套装两个角接触球轴承（29），两个角接触球轴承（29）装于箱座（35）的轴承座内。回转轴（23）上部位套装一个深沟球轴承（34），深沟球轴承（34）装于箱壳（8）的轴承座内。箱壳（8）与箱座（35）通过螺栓固定，箱座（35）通过螺栓、螺母与桁架板（7）固定连接。回转轴（23）的中部通过键（30）与齿轮（28）连接。轴套（27）装于深沟球轴承（34）与齿轮（28）之间。齿轮（28）与齿条（26）啮合，齿条（26）的末端与回转缸（25）的伸出端榫式连接，并通过齿条销轴（32）及大螺母固定。回转缸（25）的回转缸座（22）通过螺栓与箱座（35）固定。通过齿轮（28）与齿条（26）机构将回转缸的伸缩运动转化为回转轴（23）的回转运动。回转机构（d）通过桁架板（7）固定在钻机二层台架上。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

（1）两个机械手同时夹紧钻杆，可有效保证钻杆夹紧后不会偏摆，同时也可使钻杆的夹持更可靠。

（2）通过平行四边形机构可有效地保证钻杆被夹持后，在转运过程中始终处于垂直状态，同时也可将所夹持的钻杆进行推送和收回。

（3）通过套筒式主体伸缩机构可将夹持的钻杆垂直提起或放下，确保钻杆的灵活转运。

（4）通过回转机构可将夹持的钻杆在0-145^o范围内回转，确保能够将钻杆准确地放到指定的架槽内。

附图说明

图1钻机钻杆自动抓取与排放机器人总装配主视图

图2抓杆机械手主视图

图3抓杆机械手俯视图

图4主图伸缩机构主视图

图5回转机构剖视图

图6回转机构箱体剖视图

图7齿条主视图

图8齿条剖视图

图9齿条俯视图

图10外套筒主视图

图11外套筒俯视图

图12外套筒左视图。

图中：a、抓杆机械手，b、推送机构，c、主体伸缩机构，d、回转机构，1、手爪，2、爪座，3、爪缸，4、立柱，5、连杆座，6、连杆，7、桁架板，8、箱壳，9、连接板，10、内套筒盖板，11、主体缸座，12、外套筒，13、销轴，14、主缸轴销，15、升降缸，16、升降缸座，17、升降缸活塞杆座，18、支撑座，19、三角筋板，20、手爪连接板，21、工型块，22、爪缸座，23、回转轴，24、主体缸，25、回转缸，26、齿条，27、轴套，28、齿轮，29、角接触球轴承，30、键，31、内主体套筒，32、齿条销轴，33、手爪驱动板，34、深沟球轴承，35、箱座。

具体实施方式

本发明旨在代替人工，用于钻机钻杆的自动抓取、移动和排放作业。为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

钻机钻杆自动抓取与排放机器人总体由抓杆机械手（a）、推送机构（b）、主体伸缩机构（c）、回转机构（d）构成。推送机构（b）为平行四边形结构，是抓杆机械手（a）与主体伸缩机构（c）的连接单元。两组抓杆机械手（a）分别固定在推送机构（b）立柱（4）的上下两端。推送机构（b）的两根连杆（6）分别与主体伸缩机构（c）的外套筒（12）铰接。主体伸缩机构（c）通过回转轴（23）与回转机构（d）相连。

所述的抓杆机械手（a）由手爪（1）、爪座（2）、爪缸（3）、立柱（4）、支撑座（18）、三角筋板（19）、手爪连接板（20）、手爪驱动板（33）、工型块（21）、爪缸座（22）构成。手爪（1）与爪座（2）之间通过上下各两个手爪连接板（20）铰接，左右手爪（1）通过手爪连接板（20）与工型块（21）铰接，工型块（21）通过大螺母与爪缸（3）的活塞杆伸出端固定。手爪驱动板（33）的一端与工型块（21）铰接，另一端与手爪连接板（20）的中部铰接。爪缸（3）伸缩运动实现手爪（1）张开与抓紧动作。爪座（2）通过沉头螺栓与支撑座（18）固定。爪缸座（22）通过螺栓、螺母与支撑座（18）固定连接。三角筋板（19）通过焊接与支撑座（18）固定连接。支撑座（18）通过螺栓与立柱（4）固定连接。

所述的推送机构（b）由立柱（4）、连杆座（5）、连杆（6）、外套筒（12）、销轴（13）、升降缸（15）、升降缸座（16）、升降缸活塞杆座（17）构成。立柱（4）、外套筒（12）和两根连杆（6）构成一个平行四边形机构。两组连杆座（5）分别通过螺栓固定在立柱（4）的一侧，另两组连杆座（5）分别通过螺栓固定在外套筒（12）的一侧，两根连杆（6）的两端分别与立柱（4）及外套筒（12）上的连杆座（5）铰接。升降缸（15）的底部与升降缸座（16）通销轴（13）铰接，升降缸座（16）过螺栓固定在外套筒（12）的下端。升降缸（15）的伸出端通过销轴（13）与升降缸活塞杆座（17）铰接，升降缸活塞杆座（17）焊接在连杆（6）的下侧。通过升降缸（15）的伸缩推动连杆（6）摆动，进而实现抓杆机械手（a）伸出和收回运动。

所述的主体伸缩机构（c）由连接板（9）、内套筒盖板（10）、主体缸座（11）、外套筒（12）、主体缸（24）、内主体套筒（31）构成。内主体套筒（31）为三面结构，上端焊接法兰，内主体套筒（31）的法兰通过螺栓与连接板（9）固定。内套筒盖板（10）通过两排沉头螺栓与主体套筒（31）固定。主体缸（24）底部的法兰通过螺栓与连接板（9）固定。主体缸（24）的伸出端通过主缸轴销（14）与主体缸座（11）铰接。主体缸座（11）通过螺栓、螺母与外套筒（12）的底板固定连接。内主体套筒（31）及其内套筒盖板（10）整体套装于外套筒（12）内。通过主体缸（24）的伸缩运动实现外套筒（12）相对内主体套筒（31）的伸缩运动。

所述的回转机构（d）由桁架板（7）、箱壳（8）、回转轴（23）、回转缸（25）、齿条（26）、轴套（27）、齿轮（28）、箱座（35）、角接触球轴承（29）、深沟球轴承（34）、回转缸座（22）、键（30）、齿条销轴（32）构成。回转轴（23）的下端通过螺纹连接一法兰，回转轴（23）的法兰通过螺栓与连接板（9）上平面固定。回转轴（23）中下部位套装两个角接触球轴承（29），两个角接触球轴承（29）装于箱座（35）的轴承座内。回转轴（23）上部位套装一个深沟球轴承（34），深沟球轴承（34）装于箱壳（8）的轴承座内。箱壳（8）与箱座（35）通过螺栓固定，箱座（35）通过螺栓、螺母与桁架板（7）固定连接。回转轴（23）的中部通过键（30）与齿轮（28）连接。轴套（27）装于深沟球轴承（34）与齿轮（28）之间。齿轮（28）与齿条（26）啮合，齿条（26）的末端与回转缸（25）的伸出端榫式连接，并通过齿条销轴（32）及大螺母固定。回转缸（25）的回转缸座（22）通过螺栓与箱座（35）固定。通过齿轮（28）与齿条（26）机构将回转缸的伸缩运动转化为回转轴（23）的回转运动。回转机构（d）通过桁架板（7）固定在钻机二层台架上。

以钻杆从井口位置转运至架槽排放作业为例，上述钻机钻杆自动抓取与排放机器人的工作过程如下：

首先，推送机构带动抓杆机械手完全收回，抓杆机械手完全张开，主体伸缩机构完全伸出，回转机构转动到0^o位置（钻杆提起位）。

其次，待钻杆提起到位后，抓杆机械手夹紧钻杆。地面作业使钻杆脱扣。主体伸缩机构完全收缩，将钻杆提起一定高度。回转机构转动到180^o位置，推送机构将钻杆推送到指定的架槽入口处。

最后，回转机构继续回转一定角度，将钻杆放到指定的架槽内适当位置。主体伸缩机构完全伸出，将钻杆的下端放到地面上。抓杆机械手完全张开，完成一次排管作业。

以上所述为本发明的一个实例，对于从事本技术领域的技术人员来说，只要其装置的机械结构设计思想和原理同本发明所叙述的一致，均应视为本发明的保护范围。