CN110667721A - 一种石油井架攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，是一种石油井架攀爬机器人，攀爬机器人包括操控机构、移动机构、负载机构、磁体吸附机构几个部分。它的工作原理为磁体吸附机构在通电后克服重力将攀爬器固定静止在井架之上，移动机构将动力传递到电推杆之上，通过电推杆的伸长和收缩来实现攀爬器的上下移动，操控机构来协调攀爬器各个部分的运转，以及控制检测维修装置对石油井架进行检测维修，负载机构负责搭载移动电源、检测维修仪器、控制机构。本发明摒弃了复杂的传统夹持机构形式，用简单的机构来组成攀爬机器人，可在平滑的井架臂、有障碍的井架臂上完成搭载检测维修仪器攀爬，本发明具有质量小、负载大、工作可靠、能耗低、便于推广使用。

Description

一种石油井架攀爬机器人

技术领域

本发明针对可在石油井架上攀升并且携带检测、修理井架仪器的机器，属于机器人技术范畴。

背景技术

在当今世界上，石油仍然是主要燃料，中国人口大约占世界人口的四分之一，石油需求量更是大于其他国家，并且如今石油的进口受到许多限制，我国自己开采石油是一项重要的工作。在石油的开采中，保证开采过程的可靠性、安全性、稳定性，需要对开采设备的系统进行检测。其中石油钻机系统就是石油钻井设备中最重要的组成部分，并且因为其长期在恶劣的环境中工作，石油钻井钢架常常受到磨损、氧化、腐蚀等因素的作用，这将使石油井架结构的使用寿命、安全系数、生产效率大大的下降。如果不能够提早发现井架钢架被破坏失效的地方并将之更换维修，将会给开采埋下巨大的灾祸隐患，所以对石油井架进行损伤检测，提早发现问题并解决是一项非常重要的任务。

现在人们对石油井架的检测方式主要依靠人力在井架上攀爬并且进行检测维修，但是这种方法有以下几个缺点：1)效率低下，人力不能随身带上质量较大的维修检测仪器。2)人工检测需要经验老道的技术员工，但在实际的生产过程中，不能够每次都满足有经验的员工在场，检测要求严苛。3)人类观测只能够发现井架结构外部的损伤部分，对于内部损伤就难以检测。4)员工在高空作业并携带工具将会增大工作的危险性，容易造成生命和财产安全的威胁。为了解决上述的诸多问题，现发明一种能够在石油井架上携带检测维修仪器的机器人，本发明基于旋转平台、电推杆、吸附模块、永磁提升电机等部件配合控制程序来完成攀爬机器人携带维修检测仪器在井架上的攀爬以及越过障碍攀爬。

发明内容

本发明为了解决上述的诸多的问题，设计的石油井架攀爬机器人可以稳定可靠地在不同类型的石油井架上越过障碍攀爬，同时携带检测维修仪器完成任务。本发明综合了结构简单、质量轻、工作灵活快捷可靠、负载能力强等优良性能。

本发明的技术方案如下：

本发明的机器人可以分为：操控机构、移动机构、负载机构、磁体吸附机构组成。

操控机构置于负载机构上，负载机构由搭载平台和两个安装位组成，两个安装位焊接载一体，并在安装位上面制作出圆形通孔，一方面可以降低整体的质量，另一方面可以圆孔不带入应力集中，不影响安装位的强度。

移动机构主要由安装至两端的磁体吸附机构和电推杆组成，电推杆和磁体吸附机构相互交替作用，在行走时，前后两个磁体吸附机构也是相互交替作用，电推杆数量为二，在工作时同步运作。

电推杆由相同的两根，每根电推杆由里外两部分组成，配合部分为螺纹连接，电推杆外部的部分相当于螺帽的作用，里面的部分相当于螺栓，里面部分焊接固定在横向移动臂上，电推杆里面部分可以转动，当正转或者反转时便可提升或者推动攀爬器。

为了增加攀爬器转向的功能，增加了横向移动的功能，横向移动臂的最右端安装了一个电机，两边的两个电机转动带动搭载平台上的几个部分左右移动，以配合其他部件来完成转向。

为了使攀爬器可以越过障碍，设计了两根纵向移动臂，纵向移动臂的最顶端分别安装一个相同规格的电机，两侧的电机同时作用，由传动机构传动到横向移动臂上，由于横向移动臂安装在纵向移动臂上，则电机转动便带动搭载平台整体向上或者向下移动，当越障时，电机正转，搭载平台向上移动，越障完成后，电机反转，搭载平台向下移动。

攀爬机器人的工作原理为：操控机构通过控制电磁铁吸附机构通电或者断电来控制攀爬器在井架上吸附静止或者脱离井架臂；此外可控制转向电机、横向移动电机、纵向移动电机、电推杆的转动使移动机构在井架上向上或者向下攀爬和转向；负载装置上携带检测维修仪器、攀爬器自载电源；如果攀爬高度不高，可以接入外来电源，高度过高就可以使用自载电源。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的攀爬示意图；

图3、图4为本发明的转向示意图；

图5、图6为本发明越过障碍攀爬示意图；

其中：

图1中：01旋转平台电机、02旋转平台、03电推杆、04搭载平台、05横向移动臂、06吸附模块、07永磁提升机、08横向移动臂电机、09纵向移动臂、10纵向移动臂电机、11电源主机安装槽、12探头安装槽

具体实施方式

结合示意图将进一步对本发明具体说明：

图1为本发明的具体结构，操控机构、移动机构、负载机构、磁体吸附机构组成，这些部件都是简单的机构，性能稳定，机器强度高。

图2为攀爬器在没有障碍的阶段攀爬示意，初始状态下，攀爬器由两端吸附模块06通电后吸附固定在井架上面，当攀爬器需要向上攀爬时，前进方向端的吸附模块断电，由电推杆03伸长，推动攀爬器的前端部分向前移动，当电推杆03完成相应的推升长度后停止推动，前端吸附模块06通电，将攀爬器吸附在井架上，然后后端吸附模块06断电，由电推杆03收缩，将后端拉升到相应的位置，继而后端吸附模块通电完成吸附，由上述的步骤反复作用下即可完成攀爬器在石油井架上的无障攀爬。

转向过程为图3、图4中的各个步骤所示，其具体的实施方法为：当攀爬器前端在石油井架上需要转向时，首先纵向移动臂电机10转动，促使整个搭载平台04向上移动至纵向移动臂的顶端，然后旋转平台电机01转动，整个搭载平台向需要转向的方向转动至与井架臂垂直，然后后端吸附模块06断电停止工作，后端纵向移动臂电机10转动，然后将后端纵向移动臂提升至极限位置，随后横向移动臂电机08转动，横向移动臂05向需要转向的方向移动，，其距离为吸附模块06的尺寸的长度，然后后端吸附模块06通电开始工作，前端吸附模块06断电，随之前端纵向移动臂电机10转动，将纵向移动臂移动至极限位置，继而前端横向移动臂电机08转动，带动前端横向移动臂移动一个吸附模块的宽度，然后前面吸附模块也通电工作，两端横向移动臂再回到初始的中点位置，这样攀爬器的转向攀爬完成。

越过障碍攀爬过程为图5、图6中的各个步骤所示，其具体的实施办法为：初始遇到障碍时，攀爬器的状态由图2所示的状态转变，首先纵向移动臂电机10转动，牵引搭载平台04升至顶端，然后前端吸附模块06断电，前端纵向移动臂电机10提升纵向移动臂09至初始状态，接着电推杆03推动前端部分向前移动至攀爬障碍的前端，纵向移动臂电机10转动，将纵向移动臂放下，以至于前端吸附模块06通电后吸紧在井架臂上，然后后端吸附模块06断电，电推杆03收缩，带动攀爬器后端向前，然后攀爬器前端以现存状态继续向前攀爬一步，后端吸附模块06断电，后端纵向移动臂电机转动带动纵向移动臂提升，接着电推杆03收缩，将攀爬器后端拉升向前，后端移动臂电机10反转，移动臂下放至吸附模块06吸附至井架上，最后两端的纵向移动臂电机10同时转动，将搭载平台下移至正常攀爬状态，越障碍攀爬完成。攀爬器在工作时，可以搭载供电电池，同时也可以接上外来电源，当攀爬器攀爬的距离太远、或者外接电源断电的情况下，依然可以使用自带电源完成工作。

Claims (6)

1.一种石油井架攀爬器，其特征在于由01旋转平台电机、02旋转平台、03电推杆、04搭载平台、05横向移动臂、06吸附模块、07永磁提升机、08横向移动臂电机、09纵向移动臂、10纵向移动臂电机、11电源主机安装槽、12探头安装槽组成。

2.根据权利要求1所述的一种石油井架攀爬器，其特征在于搭载平台04将固定在电推杆03中点之上，可以随着电推杆收缩、伸长而动。

3.根据权利要求1所述的一种石油井架攀爬器，其特征在于旋转平台02由旋转平台电机01带动，并安装在攀爬器两端的吸附模块06之上，两端对称安装，在攀爬器转向时做到同步。

4.根据权利要求1所述的一种石油井架攀爬器，其特征在于横向移动臂电机08安装在横向移动臂05的两端，电机转带动横向移动臂05做横向移动，以配合旋转平台01完成转向动作。

5.根据权利要求1所述的一种石油井架攀爬器，其特征在于纵向移动臂电机10安装在纵向移动臂09的最上端，其电机10转动带动搭载平台04上下移动，以配合整个系统完成越过石油井架上的障碍继续攀爬。

6.根据权利要求1所述的一种石油井架攀爬器，其特征在于搭载平台04上配有电源主机安装槽11，以及探头安装槽12，安装槽11、12里面可以随情况选择需要安装的机构，例如电源、检测仪器、维修仪器。

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