CN110792402A - 一种井架二层台排管机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井设备技术领域,具体地说是一种井架二层台排管机器人,包括二层台和排管机器人,所述排管机器人包括行走机构、回转机构、联动臂机构和夹爪机构,其中行走机构安装于所述二层台上,所述行走机构与回转机构相连,所述回转机构与所述联动臂机构相连,且所述联动臂机构和回转机构通过所述行走机构驱动一起移动,所述联动臂机构通过所述回转机构驱动旋转,在所述联动臂机构的自由端设有夹爪机构,且所述夹爪机构通过所述联动臂机构带动移动,管柱通过所述夹爪机构夹持。本发明实现了油田钻井作业中二层台排放管柱的自动化作业,降低了作业人员的工作危险性和劳动强度,且大大提高了生产率。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井设备技术领域,具体地说是一种井架二层台排管机器人。
背景技术
钻井作业是油田生产的首要环节,而且在钻井作业中,排管作业具有较大的工作量和劳动强度。常规钻井作业时,在井架二层台上需要安排一名井架工人将卸好扣的管柱或者是需要接的管柱在井口和指梁间进行搬运,不仅劳动强度大,而且由于二层台距离地面25米,属于高空作业,并且工人是在二层台中部的猴台操作,作业面狭小,作业危险性极高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井架二层台排管机器人,实现了油田钻井作业中二层台排放管柱的自动化作业,降低了作业人员的工作危险性和劳动强度,且大大提高了生产率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种井架二层台排管机器人,包括二层台和排管机器人,二层台设置于井架中部,在二层台下侧设有排管机器人,所述排管机器人包括行走机构、回转机构、联动臂机构和夹爪机构,其中行走机构安装于所述二层台上,所述行走机构与回转机构相连,所述回转机构与所述联动臂机构相连,且所述联动臂机构和回转机构通过所述行走机构驱动一起移动,所述联动臂机构通过所述回转机构驱动旋转,在所述联动臂机构的自由端设有夹爪机构,且所述夹爪机构通过所述联动臂机构带动移动,管柱通过所述夹爪机构夹持。
所述夹爪机构包括钳体、夹爪驱动装置、夹爪传动组件和夹爪,其中所述钳体与所述联动臂机构相连,夹爪驱动装置设置于所述钳体内,两个夹爪分设于钳体两侧,且所述夹爪通过所述夹爪驱动装置驱动张合,所述夹爪驱动装置通过所述夹爪传动组件传递力矩。
所述夹爪传动组件包括第一夹爪连杆、第二夹爪连杆和第三夹爪连杆,两个第一夹爪连杆分设于所述钳体两侧,且所述第一夹爪连杆上端与所述夹爪驱动装置的输出轴端部铰接,在所述钳体上部两侧各铰接有一个第二夹爪连杆,且所述第一夹爪连杆下端与位于同侧的第二夹爪连杆外端和夹爪上端同时铰接,所述钳体下部两侧各铰接有一个第三夹爪连杆,且所述第三夹爪连杆外端与位于同侧的夹爪中部铰接。
所述夹爪自由端铰接有一个挡杆,所述夹爪中部固设有挡杆驱动装置,且所述挡杆通过所述挡杆驱动装置驱动摆动。
所述联动臂机构包括机械臂底座、大臂、小臂、臂连接板、联动杆组件和臂驱动装置,所述机械臂底座与回转机构相连,所述大臂两端分别与机械臂底座和臂连接板铰接,所述机械臂底座内设有臂驱动装置,且所述大臂通过所述臂驱动装置驱动摆动,所述小臂两端分别与臂连接板和夹爪机构铰接,且所述小臂通过大臂驱动摆动,所述大臂通过所述联动杆组件传递力矩。
所述大臂设有大臂驱动杆,且所述大臂驱动杆通过所述臂驱动装置驱动摆动,所述联动杆组件包括第一联动杆和第二联动杆,所述大臂驱动杆与所述第一联动杆一端铰接,所述第一联动杆另一端与所述第二联动杆铰接,所述小臂设有小臂驱动杆,且所述第二联动杆固设于所述小臂驱动杆上。
所述大臂包括大臂驱动杆和大臂连杆,且所述大臂驱动杆和大臂连杆一端均与所述机械臂底座铰接,所述大臂连杆另一端与所述臂连接板铰接,所述大臂驱动杆另一端设有大臂铰接点与所述臂连接板铰接,然后大臂驱动杆延伸一段后与所述第一联动杆端部铰接,
所述小臂包括小臂驱动杆和小臂连杆,且所述小臂驱动杆和小臂连杆一端均与所述臂连接板铰接,所述小臂驱动杆和小臂连杆另一端均与所述夹爪机构铰接。
所述回转机构包括回转驱动轴承、回转驱动装置、轴承座、蜗轮和蜗杆,蜗杆通过所述回转驱动装置驱动旋转,回转驱动轴承和蜗轮设于轴承座中,蜗轮与所述回转驱动轴承同轴固连,且所述蜗轮与所述蜗杆啮合。
所述行走机构包括行走框架、齿轮、齿条和行走驱动装置,所述行走框架与所述二层台中部的猴台滑动连接,行走驱动装置安装在所述行走框架上,在所述行走驱动装置的输出轴上设有齿轮,在所述猴台上固设有齿条,且所述齿轮与齿条啮合。
本发明的优点与积极效果为:
1、本发明实现了油田钻井作业中二层台排放管柱的自动化作业,降低了作业人员的工作危险性和劳动强度,且大大提高了生产率。
2、本发明的排管机器人包括行走机构、回转机构、联动臂机构、夹爪机构等多个机构,能够执行夹持、伸缩、旋转、行走等一系列动作,保证顺利完成排管作业,安全性高。
附图说明
图1为本发明安装在井架上的示意图,
图2为图1中本发明的结构示意图,
图3为图2中排管机器人的结构示意图,
图4为图3中的夹爪机构原理示意图,
图5为图3中的联动臂机构原理示意图,
图6为图3中的回转机构示意图,
图7为图3中的行走机构示意图,
图8为本发明工作时起钻过程示意图,
图9为本发明工作时下钻过程示意图。
其中,1为排管机器人,2为二层台,3为夹爪机构,4为联动臂机构,5为回转机构,6为行走机构,7为挡杆,8为挡杆驱动装置,9为夹爪,10为第二夹爪连杆,11为第一夹爪连杆,12为夹爪驱动装置,13为钳体,14为机械臂底座,15为大臂驱动杆,151为大臂铰接点,16为大臂连杆,17为臂连接板,18为第一联动杆,19为小臂驱动杆,191为第二联动杆,20为小臂连杆,21为回转驱动轴承,22为回转驱动装置,23为行走框架,24为行走驱动装置,25为齿条,26为导轨滑槽,27为井架,28为猴台,29为滑轮,30为齿轮,31为第三夹爪连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1~2所示,本发明包括二层台2和排管机器人1,二层台2设置于井架27中部,在二层台2下侧设有所述排管机器人1,如图3~7所示,所述排管机器人1包括行走机构6、回转机构5、联动臂机构4和夹爪机构3,其中行走机构6安装于所述二层台2中部的猴台28上,所述行走机构6下端与回转机构5相连,所述回转机构5下端与所述联动臂机构4相连,且所述联动臂机构4通过所述行走机构6驱动移动,并通过所述回转机构5驱动旋转,在所述联动臂机构4的自由端设有夹爪机构3,且所述夹爪机构3通过所述联动臂机构4带动移动,管柱通过所述夹爪机构3夹持。
如图4所示,所述夹爪机构3包括钳体13、夹爪驱动装置12、夹爪传动组件和夹爪9,所述钳体13安装在所述联动臂机构4的自由端,夹爪驱动装置12设置于所述钳体13内,两个夹爪9分设于钳体13两侧,且所述夹爪9通过所述夹爪驱动装置12驱动张合,所述夹爪驱动装置12通过所述夹爪传动组件传递力矩。
如图4所示,所述夹爪传动组件包括第一夹爪连杆11、第二夹爪连杆10和第三夹爪连杆31,两个第一夹爪连杆11分设于所述钳体13两侧,且所述第一夹爪连杆11上端与所述夹爪驱动装置12的输出轴端部铰接,在所述钳体13上部两侧各铰接有一个第二夹爪连杆10,且所述第一夹爪连杆11下端与位于同侧的第二夹爪连杆10外端和夹爪9上端同时铰接,所述钳体13下部两侧各铰接有一个第三夹爪连杆31,且所述第三夹爪连杆31外端与位于同侧的夹爪9中部铰接。机构工作时,所述第一夹爪连杆11通过所述夹爪驱动装置12驱动摆动,位于同一侧的第二夹爪连杆10、夹爪9、第三夹爪连杆31和钳体13一起形成一个连杆结构,所述第一夹爪连杆11即带动所述连杆机构摆动,进而实现两个夹爪9移动。本实施例中,所述夹爪驱动装置12为气缸。
如图4所示,所述夹爪9自由端铰接有一个挡杆7,所述夹爪9中部固设有挡杆驱动装置8,且所述挡杆7通过所述挡杆驱动装置8驱动摆动实现对管柱的环持。本实施例中,所述挡杆驱动装置8为气缸。
如图5所示,所述联动臂机构4包括机械臂底座14、大臂、小臂、臂连接板17、联动杆组件和臂驱动装置,所述机械臂底座14与回转机构5相连,所述大臂一端与机械臂底座14铰接,另一端与所述臂连接板17铰接,所述大臂设有大臂驱动杆15,所述机械臂底座14内设有臂驱动装置,且所述大臂驱动杆15通过所述臂驱动装置驱动摆动,进而带动整个大臂摆动,所述小臂一端与所述臂连接板17铰接,另一端与所述夹爪机构3铰接,所述小臂设有小臂驱动杆19,且所述大臂驱动杆15通过所述联动杆组件传递力矩驱动所述小臂驱动杆19摆动,进而带动整个小臂摆动。
如图5所示,所述联动杆组件包括第一联动杆18和第二联动杆191,所述大臂驱动杆15端部与所述第一联动杆18一端铰接,所述第一联动杆18另一端与所述第二联动杆191铰接,所述第二联动杆191固设于所述小臂驱动杆19上,且所述第二联动杆191与所述小臂驱动杆19为一体结构。机构工作,所述第一联动杆18通过大臂驱动杆15驱动摆动,进而通过所述第二联动杆191带动小臂驱动杆19摆动。
如图5所示,所述大臂和小臂均为四连杆结构。所述大臂包括平行设置的大臂驱动杆15和大臂连杆16,且所述大臂驱动杆15和大臂连杆16一端均与所述机械臂底座铰接,另一端均与所述臂连接板17铰接,其中大臂驱动杆15下端设有大臂铰接点151与所述臂连接板17铰接,然后大臂驱动杆15延伸一段后再与所述第一联动杆18端部铰接。所述小臂包括小臂驱动杆19和小臂连杆20,所述小臂驱动杆19和小臂连杆20一端均与所述臂连接板17铰接,另一端均与所述夹爪机构3铰接。
如图3所示,所述机械臂底座14上侧与所述回转机构5相连。如图6所示,所述回转机构5包括回转驱动轴承21、回转驱动装置22、轴承座、蜗轮和蜗杆,蜗杆通过所述回转驱动装置22驱动旋转,回转驱动轴承21和蜗轮设于轴承座中,蜗轮与所述回转驱动轴承21同轴固连,且所述蜗轮与所述蜗杆啮合。所述机械臂底座14与所述回转驱动轴承21固连。本实施例中,所述回转驱动装置22为电机。
如图3所示,所述回转机构5上侧与所述行走机构6相连。如图7所示,所述行走机构6包括行走框架23、齿轮30、齿条25和行走驱动装置24,所述行走框架23与所述二层台2中部的猴台28滑动连接,行走驱动装置24安装在所述行走框架23上,在所述行走驱动装置24的输出轴上设有齿轮30,所述猴台28上固设有齿条25,且所述齿轮30与齿条25啮合,当行走驱动装置24驱动所述齿轮30转动时,即驱动整个行走框架23移动,所述回转机构5上侧即与所述行走框架23相连。
如图3所示,在所述猴台28下侧设有两个导轨滑槽26,所述行走框架23两侧均设有滑轮29分别在对应的导轨滑槽26内滚动。
本发明的工作原理为:
本发明工作时包括钻井起钻流程和钻井下钻流程,其中钻井起钻时过程如图8所示,排管机器人1通过行走机构6驱动行走至旋转工位,然后联动臂机构4启动伸出将夹爪机构3送至触管位置,然后夹爪机构3中的夹爪9和挡板7动作夹持住管柱,确认吊装管柱的吊卡打开后,联动臂机构4缩回至旋转工位机器人示教点,然后通过回转机构5驱动旋转至指定位置,联动臂机构4进一步缩回,然后排管机器人1行走至给定指梁口,待指梁口挡板打开后,联动臂机构4再伸出至指定位置,夹爪机构3打开将管柱送至给定指梁口中。下钻过程与上述相反,具体如图9所示。
Claims (10)
1.一种井架二层台排管机器人,其特征在于:包括二层台(2)和排管机器人(1),二层台(2)设置于井架(27)中部,在二层台(2)下侧设有排管机器人(1),所述排管机器人(1)包括行走机构(6)、回转机构(5)、联动臂机构(4)和夹爪机构(3),其中行走机构(6)安装于所述二层台(2)上,所述行走机构(6)与回转机构(5)相连,所述回转机构(5)与所述联动臂机构(4)相连,且所述联动臂机构(4)和回转机构(5)通过所述行走机构(6)驱动一起移动,所述联动臂机构(4)通过所述回转机构(5)驱动旋转,在所述联动臂机构(4)的自由端设有夹爪机构(3),且所述夹爪机构(3)通过所述联动臂机构(4)带动移动,管柱通过所述夹爪机构(3)夹持。
2.根据权利要求1所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述夹爪机构(3)包括钳体(13)、夹爪驱动装置(12)、夹爪传动组件和夹爪(9),其中所述钳体(13)与所述联动臂机构(4)相连,夹爪驱动装置(12)设置于所述钳体(13)内,两个夹爪(9)分设于钳体(13)两侧,且所述夹爪(9)通过所述夹爪驱动装置(12)驱动张合,所述夹爪驱动装置(12)通过所述夹爪传动组件传递力矩。
3.根据权利要求2所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述夹爪传动组件包括第一夹爪连杆(11)、第二夹爪连杆(10)和第三夹爪连杆(31),两个第一夹爪连杆(11)分设于所述钳体(13)两侧,且所述第一夹爪连杆(11)上端与所述夹爪驱动装置(12)的输出轴端部铰接,在所述钳体(13)上部两侧各铰接有一个第二夹爪连杆(10),且所述第一夹爪连杆(11)下端与位于同侧的第二夹爪连杆(10)外端和夹爪(9)上端同时铰接,所述钳体(13)下部两侧各铰接有一个第三夹爪连杆(31),且所述第三夹爪连杆(31)外端与位于同侧的夹爪(9)中部铰接。
4.根据权利要求2所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述夹爪(9)自由端铰接有一个挡杆(7),所述夹爪(9)中部固设有挡杆驱动装置(8),且所述挡杆(7)通过所述挡杆驱动装置(8)驱动摆动。
5.根据权利要求1所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述联动臂机构(4)包括机械臂底座(14)、大臂、小臂、臂连接板(17)、联动杆组件和臂驱动装置,所述机械臂底座(14)与回转机构(5)相连,所述大臂两端分别与机械臂底座(14)和臂连接板(17)铰接,所述机械臂底座(14)内设有臂驱动装置,且所述大臂通过所述臂驱动装置驱动摆动,所述小臂两端分别与臂连接板(17)和夹爪机构(3)铰接,且所述小臂通过大臂驱动摆动,所述大臂通过所述联动杆组件传递力矩。
6.根据权利要求5所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述大臂设有大臂驱动杆(15),且所述大臂驱动杆(15)通过所述臂驱动装置驱动摆动,所述联动杆组件包括第一联动杆(18)和第二联动杆(191),所述大臂驱动杆(15)与所述第一联动杆(18)一端铰接,所述第一联动杆(18)另一端与所述第二联动杆(191)铰接,所述小臂设有小臂驱动杆(19),且所述第二联动杆(191)固设于所述小臂驱动杆(19)上。
7.根据权利要求5或6所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述大臂包括大臂驱动杆(15)和大臂连杆(16),且所述大臂驱动杆(15)和大臂连杆(16)一端均与所述机械臂底座铰接,所述大臂连杆(16)另一端与所述臂连接板(17)铰接,所述大臂驱动杆(15)另一端设有大臂铰接点(151)与所述臂连接板(17)铰接,然后大臂驱动杆(15)延伸一段后与所述第一联动杆(18)端部铰接,
8.根据权利要求5或6所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述小臂包括小臂驱动杆(19)和小臂连杆(20),且所述小臂驱动杆(19)和小臂连杆(20)一端均与所述臂连接板(17)铰接,所述小臂驱动杆(19)和小臂连杆(20)另一端均与所述夹爪机构(3)铰接。
9.根据权利要求1所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述回转机构(5)包括回转驱动轴承(21)、回转驱动装置(22)、轴承座、蜗轮和蜗杆,蜗杆通过所述回转驱动装置(22)驱动旋转,回转驱动轴承(21)和蜗轮设于轴承座中,蜗轮与所述回转驱动轴承(21)同轴固连,且所述蜗轮与所述蜗杆啮合。
10.根据权利要求1所述的井架二层台排管机器人,其特征在于:所述行走机构(6)包括行走框架(23)、齿轮(30)、齿条(25)和行走驱动装置(24),所述行走框架(23)与所述二层台(2)中部的猴台(28)滑动连接,行走驱动装置(24)安装在所述行走框架(23)上,在所述行走驱动装置(24)的输出轴上设有齿轮(30),在所述猴台(28)上固设有齿条(25),且所述齿轮(30)与齿条(25)啮合。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200214 |
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |