CN108942910A - 一种岩心钻机钻杆自动排放机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，包括立柱、第一臂部、第二臂部、第三臂部、终端执行臂、第一液压缸和第二液压缸，立柱的顶部和第一臂部的底部通过第一关节连接，第一臂部的顶部和第二臂部的底部通过第二关节连接，第二臂部的顶部和第三臂部的底部过第三关节连接，终端执行臂可旋转的连接在第三臂部的顶部，第一液压缸的两端分别铰接在第一臂部和第二臂部的中部，第二液压缸的两端分别与述第二臂部和终端执行臂的中部铰接，终端执行臂的末端设有机械爪。本发明提供的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，可以代替传统的人工排放钻杆，实现对任意摆放的钻杆进行排放，省时省力，安全高效。

Description

一种岩心钻机钻杆自动排放机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，涉及一种自动抓取机械手，特别涉及一种岩心钻机钻杆自动排放机械手。

背景技术

钻井行业中钻杆排放是一个重复性高且劳动强度大的工程。目前，钻井行业多采用人工排放钻杆，在排放钻杆操作中，每起升一个钻杆，就需要将钻杆从井口位置卸在工地上，排放通常十分散乱。钻探工作结束后，还需要人工将钻杆抬放到货车上，此过程需要大量重复劳动，且劳动强度非常大，常常需要多名工人协同工作。而且随着钻井深度的增加，钻杆数不断增加，钻杆排放操作花费的时间会更多。同时，岩心钻机钻探工作都是在户外甚至条件更为恶劣的野外进行，工地条件简陋且艰苦，且散落的钻杆对工人的安全也会造成威胁。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，代替传统的人工排放钻杆，不仅省时省力，而且安全高效。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，包括立柱、第一臂部、第二臂部、第三臂部、终端执行臂、第一液压缸和第二液压缸，所述立柱的顶部和所述第一臂部的底部通过第一关节连接，所述第一关节为水平面内的转动副，所述第一臂部的顶部和所述第二臂部的底部通过第二关节连接，所述第二臂部的顶部和所述第三臂部的底部过第三关节连接，所述第二关节和所述第三关节为竖直平面内的转动副，所述终端执行臂可旋转的连接在所述第三臂部的顶部，所述第一液压缸的两端分别铰接在所述第一臂部和所述第二臂部的中部，所述第二液压缸的两端分别铰接的连接在所述第二臂部和所述终端执行臂的中部，所述终端执行臂的末端设有用于抓取钻杆的可旋转的机械爪。通过自动排放机械手，可以代替传统的人工排放钻杆，实现对任意摆放的钻杆进行排放，不仅省时省力，而且安全高效。

进一步的，所述终端执行臂为中空的圆柱体，所述圆柱体内设有通过轴承安装的连接轴，所述连接轴底部与所述机械爪相连，所述终端执行臂上设有可驱动连接轴转动的终端执行臂电机。通过设置终端执行臂电机，可以驱动机械爪支架绕终端执行臂转动。

进一步的，所述第一关节包括基座，所述基座底部设有用于驱动所述第一臂部旋转的立柱电机。通过设置立柱电机，可以第一臂部及其上方结构绕立柱转动。

进一步的，所述机械爪包括机械爪支架、抓取电机以及连接在所述机械爪支架底部径向对称设置且相互啮合的异形齿轮，其中一个异形齿轮通过抓取电机驱动旋转，所述异形齿轮上端设有啮合部，下端设有连接部，每一侧所述异形齿轮的所述连接部通过第一连杆机构安装有抓取杆。通过设置平行的抓取杆，可使机械手本体在抓取钻杆时，减少钻杆左右摇晃。

进一步的，所述第一连杆机构包括两个朝内弯对称设置的第一弯臂和两个对称的第一连杆，每一所述第一弯臂上端直臂的一端与所述连接部铰接，下端直臂的一端与所述抓取杆连接，中间拐角处与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与机械爪支架铰接。通过设置第一弯臂和第一连杆，可提高抓取杆与机械爪支架连接的稳定性。

进一步的，两两个所述抓取杆的两端均设有用于夹持钻杆的夹持部。可使抓取杆每端的夹持部同时抓取钻杆，进一步减少钻杆左右摇晃。

进一步的，所述抓取杆位于所述夹持部的两端处分别通过对称设置的第二连杆机构连接在所述机械爪支架的两侧。保证夹持钻杆的稳定性。

进一步的，所述第二连杆机构包括两个朝内弯对称设置的第二弯臂、两个对称的第二连杆和两个对称的第三连杆，每一所述第三连杆的一端与所述机械爪支架的外侧铰接，另一端与所述第二弯臂上端直臂的一端铰接，所述第二弯臂下端直臂的一端与所述夹持部连接，中间拐角处与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述机械爪支架的的外侧铰接。通过设置第二弯臂，可提高夹持部与机械爪支架连接的稳定性，更进一步减少钻杆左右摇晃

进一步的，所述夹持部为V型。方便抓取钻杆。

进一步的，所述机械爪支架底部设有摄像装置。通过设置摄像装置，精确定位钻杆的位置，方便机械手夹取钻杆。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明公开的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，可以代替传统的人工排放钻杆，实现对任意摆放的钻杆进行排放，不仅省时省力，而且安全高效。

2.本发明公开的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，通过设置异形齿轮组带动抓取杆，实现夹取钻杆的功能，用机械手代替人工传统排放钻杆，工作效率大大提高，极大程度上减轻了工人的负担。

3.本发明公开的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，可使抓取杆每端的夹持部同时抓取钻杆，防止钻杆左右摇晃。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明整体结构的主视图。

图3是本发明整体结构的俯视图。

图4是本发明终端执行臂的机构示意图。

图5是本发明机械爪的结构示意图。

其中，1、立柱；21、第一关节；22、基座；23、立柱电机；24、第一臂部；25、第二关节；26、第二臂部；27、第三关节；28、第三臂部；31、第一液压缸；32、第二液压缸；4、机械爪；41、机械爪支架；411、横板；412、第一纵板；413、第二纵板；414、第三纵板；42、异形齿轮组；421异形齿轮；422、啮合部；423、连接部；431、第一弯臂；432、第一连杆；44、抓取杆；45、夹持部；461、第二弯臂；462、第二连杆；463、第三连杆；47、摄像装置；48、抓取电机；5、终端执行臂；51、终端执行臂电机；52、连接轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1-图3所示，岩心钻机钻杆自动排放机械手包括立柱1、第一臂部24、第二臂部26、第三臂部28、终端执行臂5、第一液压缸31和第二液压缸32。立柱1的底部与地面固定连接，立柱1的顶部和第一臂部24的底部通过第一关节21连接，第一关节21为在水平面内绕立柱1转动的转动副。本发明中，立柱1起到对整个机械手的支撑作用，第一关节21包括基座22，基座22固定在立柱1上，第一臂部24通过轴承安装在基座22内，基座22底部连接有立柱电机23，立柱电机23驱动第一臂部24及其上方结构以立柱1为轴在水平面内旋转。本发明中，立柱电机23的轴上连接有主动齿轮，第一臂部24的底部连接有与立柱电机23的轴上的主动齿轮啮合的从动齿轮(图中未画出)。第一臂部24的顶部和第二臂部26的底部通过第二关节25连接，第二臂部26的顶部和第三臂部28的底部过第三关节27连接，第二关节25和第三关节27为在竖直平面内转动的转动副。终端执行臂5的一端与第三臂部28的顶部铰接。第一液压缸31的两端分别与第一臂部24和第二臂部26的中部铰接，第一液压缸31通过伸缩驱动第二臂部26相对于第一臂部24围绕第二关节25转动。第二液压缸32的两端分别与所述第二臂部26和所述终端执行臂5的中部铰接，第二液压缸32通过伸缩驱动终端执行臂5转动。终端执行臂5上设有用于抓取钻杆的机械爪4，机械爪4可拆卸的连接在终端执行臂5上。

如图1、图2和图4所示，终端执行臂5的顶部设有终端执行臂电机51，终端执行臂5的底部设有机械爪4，终端执行臂5为中空的圆柱体，连接轴52通过轴承安装在终端执行臂5内，连接轴52上下贯穿终端执行臂5。终端执行臂电机51的轴上连接有带轮或者齿轮，终端执行臂电机51可以通过带传动和齿轮传动驱动连接轴52转动，从而带动机械爪4以终端执行臂5为轴线转动。本发明中，终端执行臂电机51的轴上连接有主动齿轮，连接轴52顶部设有与终端执行臂电机51的轴上的主动齿轮啮合的从动齿轮，通过齿轮传动，可带动连接轴52底部连接的机械爪4围绕终端执行臂5旋转。机械爪4可拆卸的连接在连接轴52底部。例如，机械爪4和伸出终端执行臂5的连接轴52可通过法兰盘可拆卸的连接。伸出终端执行臂5的连接轴52底部设有法兰盘，机械爪4上设有与连接轴52底部的法兰盘相配合的法兰盘，两个法兰盘之间通过螺栓固定连接。

如图4和图5所示，机械爪4包括机械爪支架41，机械爪支架41的横截面为倒山字型。机械爪支架41包括与终端执行臂5垂直的横板411和连接在横板411上与横板411垂直的三个纵板。三个纵板为连接在横板两端的第一纵板412和第三纵板414，以及设置在横板中部的第二纵板413。第一纵板412、第二纵板413和第三纵板414平行设置。机械爪支架41上设有异形齿轮组42，异形齿轮组42通过抓取电机48驱动，从而带动两对平行的夹持部45张开和闭合，实现对钻杆的抓取。抓取电机48安装在第二纵板413的一侧，异形齿轮组42安装在第二纵板413的另一侧。异形齿轮组42包括两个相互啮合的异形齿轮421，抓取电机48的轴穿过第二纵板413与其中一个异形齿轮421的轴连接，带动其转动，另一个异形齿轮421也同时转动。每一异形齿轮421上端设有作为齿轮进行啮合的啮合部422，下端设有凸出的连接部423。每一连接部423上连接有第一弯臂431，每一异形齿轮421的下方设有一端铰接在第二纵板413上的第一连杆432。第一弯臂431上端直臂的一端与连接部423铰接，下端直臂的一端与抓取杆43连接，中间拐角处与第一连杆432的另一端铰接。第一连杆432、第一弯臂431的上端直臂、连接部423以及第二纵板412构成形如平行四边形的四连杆机构。两个异形齿轮下方的第一弯臂431朝内弯对称设置，两个抓取杆44分别固定安装在两个第一弯臂431的下端直臂末端，两个抓取杆44的两端均设有夹持部45，形成4个夹持部。第一纵板412外侧铰接有相互对称的两个第二连杆462，相互对称的两个第三连杆463。每一夹持部45上连接有第二弯臂461。每一第三连杆463的顶端与第一纵板412的外侧铰接，下端与第二弯臂461上端直臂的顶端铰接，第二弯臂461下端直臂的末端与夹持部45连接，中间拐角处与第二连杆462的底端铰接，第二连杆462的顶部与第一纵板412的外侧铰接。第二连杆462、第二弯臂461的上端直臂、第三连杆463以及第一纵板412构成平行四边形的四连杆机构。第三纵板414的内侧设有与第一纵板412外侧同样的平行四边形的四连杆机构。夹持部45为V型。

本发明的工作原理：立柱1起到对整个机械手的支撑作用，立柱电机23驱动第一臂部24及其上方结构以立柱1为轴在水平方向旋转。第一液压缸31驱动第二臂部26相对于第一臂部24围绕第二关节25转动，第二液压缸32驱动第三臂部28相对于第二臂26部围绕第三关节27转动，从而帮助调整机械爪4的位置，实现机械爪4对钻杆的抓取和排放。机械爪4和终端执行臂电机51通过穿过终端执行臂5的连接轴52连接。终端执行臂电机51可带动机械爪4围绕终端执行臂5旋转。机械爪4上设有抓取电机47和异形齿轮组411，异形齿轮组42由一对异形齿轮421组成，抓取电机48驱动一对异形齿轮421，两个异形齿轮421上分别连接有抓取杆44，两个抓取杆44相互平行。两个抓取杆44的两端分别设有夹持部45，两个抓取杆44每端的夹持部45平行，在抓取钻杆的过程中，两个抓取杆44每端的夹持部45同时抓取钻杆，防止钻杆左右摇晃。

本发明的使用方法：当岩心钻机钻杆自动排放机械手抓取随意摆放的钻杆时，立柱电机23驱动第一臂部24及其上方结构以立柱1为轴在水平方向旋转到钻杆的位置，第一液压缸31和第二液压缸32收缩，使机械爪4下降到合适的位置。摄像装置47进行识别，机械爪4根据钻杆的位置调整角度旋转，并且抓取钻杆。抓紧后，第一液压缸31和第二液压缸32伸长，立柱电机23驱动第一臂部24及其上方结构以立柱1为轴在水平方向旋转到钻杆箱的位置，摄像装置47进行识别，机械爪4根据钻杆箱的位置调整角度旋转，机械爪4将抓取的钻杆放在钻杆箱中。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：包括立柱(1)、第一臂部(24)、第二臂部(26)、第三臂部(28)、终端执行臂(5)、第一液压缸(31)和第二液压缸(32)，所述立柱(1)的顶部和所述第一臂部(24)的底部通过第一关节(21)连接，所述第一关节(21)为水平面内的转动副，所述第一臂部(24)的顶部和所述第二臂部(26)的底部通过第二关节(25)连接，所述第二臂部(26)的顶部和所述第三臂部(28)的底部过第三关节(27)连接，所述第二关节(25)和所述第三关节(27)为竖直平面内的转动副，所述终端执行臂(5)可旋转的连接在所述第三臂部(28)的顶部，所述第一液压缸(31)的两端分别铰接在所述第一臂部(24)和所述第二臂部(26)的中部，所述第二液压缸(32)的两端分别铰接的连接在所述第二臂部(26)和所述终端执行臂(5)的中部，所述终端执行臂(5)的末端设有用于抓取钻杆的机械爪(4)。

2.根据权利要求1所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述终端执行臂(5)为中空的圆柱体，所述圆柱体内设有通过轴承安装的连接轴(52)，所述连接轴(52)底部与所述机械爪(4)相连，所述终端执行臂(5)上设有可驱动连接轴(52)转动的终端执行臂电机(51)。

3.根据权利要求1所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述第一关节(21)包括基座(22)，所述基座(22)底部设有用于驱动所述第一臂部(24)旋转的立柱电机(23)。

4.根据权利要求1所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述机械爪(4)包括机械爪支架(41)、抓取电机以及连接在所述机械爪支架(41)底部径向对称设置且相互啮合的异形齿轮，其中一个异形齿轮通过抓取电机(48)驱动旋转，所述异形齿轮(421)上端设有啮合部(422)，下端设有连接部(423)，每一侧所述异形齿轮(421)的所述连接部(423)通过第一连杆机构安装有抓取杆(44)。

5.根据权利要求4所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述第一连杆机构包括两个朝内弯对称设置的第一弯臂(431)和两个对称的第一连杆(432)，每一所述第一弯臂(431)上端直臂的一端与所述连接部(423)铰接，下端直臂的一端与所述抓取杆(43)连接，中间拐角处与所述第一连杆(432)的一端铰接，所述第一连杆(432)的另一端与机械爪支架(41)铰接。

6.根据权利要求5所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：两个所述抓取杆(44)的两端均设有用于夹持钻杆的夹持部(45)。

7.根据权利要求6所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述抓取杆(44)位于所述夹持部(45)的两端处分别通过对称设置的第二连杆机构连接在所述机械爪支架(41)的两侧。

8.根据权利要求7所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述第二连杆机构包括两个朝内弯对称设置的第二弯臂(461)、两个对称的第二连杆(462)和两个对称的第三连杆(463)，每一所述第三连杆(463)的一端与所述机械爪支架(41)的外侧铰接，另一端与所述第二弯臂(461)上端直臂的一端铰接，所述第二弯臂(461)下端直臂的一端与所述夹持部(45)连接，中间拐角处与所述第二连杆(462)的一端铰接，所述第二连杆(462)的另一端与所述机械爪支架(41)的的外侧铰接。

9.根据权利要求7所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述夹持部(44)为V型。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种岩心钻机钻杆自动排放机械手，其特征在于：所述机械爪支架(41)底部设有摄像装置。