CN110886583A - 一种钻机钻台排管机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油钻井设备领域，具体地说是一种钻机钻台排管机器人，包括夹爪机构、联动臂、回转机构、小车行走机构和避让机构，其中小车行走机构设有行走小车，回转机构安装于所述行走小车上，联动臂安装于所述回转机构上，在联动臂的自由端设有夹爪机构，在所述小车行走机构一侧设有避让机构，且避让时所述行走小车移动至所述避让机构上。本发明能够根据实际位置需要自动完成立根的抓取和释放动作，大大提高排管作业效率和准确性，且降低人工成本同时也消除了生产中的人身安全隐患。

Description

一种钻机钻台排管机器人
技术领域
本发明涉及石油钻井设备领域，具体地说是一种钻机钻台排管机器人。
背景技术
钻井作业是石油生产过程中开采油井以及保证油井正常产油的首要环节，其中钻井作业中的排管作业目前主要还是依靠人工完成，钻井作业时，钻台上需要安排二名操作工将卸好扣的立根或者是需要与井口管柱对接的立根在井口和立根盒间进行搬运，不仅劳动强度大且危险性极高，而且人工成本也较高。基于上述原因，如何在钻井作业中实现排管作业的无人化自动操作成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻机钻台排管机器人，能够根据实际位置需要自动完成立根的抓取和释放动作，大大提高排管作业效率和准确性，且降低人工成本同时也消除了生产中的人身安全隐患。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种钻机钻台排管机器人，包括夹爪机构、联动臂、回转机构、小车行走机构和避让机构，其中小车行走机构上设有行走小车，回转机构安装于所述行走小车上，联动臂安装于所述回转机构上，在联动臂的自由端设有夹爪机构，在所述小车行走机构一侧设有避让机构，且避让时所述行走小车移动至所述避让机构上。
所述夹爪机构包括夹爪座、夹爪开合油缸、夹爪和夹爪连杆，夹爪座安装于联动臂自由端，夹爪开合油缸安装于所述夹爪座上，在所述夹爪座两侧均设有夹爪和夹爪连杆，且所述夹爪连杆通过夹爪开合油缸驱动移动，所述夹爪通过所述夹爪连杆驱动移动。
在所述夹爪前端设有夹爪挡板，且所述夹爪挡板通过夹爪挡板销轴安装于夹爪前端内侧。
所述联动臂包括主动臂、从动臂、主从动臂连接座和主动臂固定座，主动臂固定座通过所述回转机构驱动旋转，主动臂包括主动臂驱动杆、摆动油缸和主动臂摆动杆，其中摆动油缸下端与所述主动臂固定座铰接，摆动油缸上端与主动臂驱动杆固连，主动臂驱动杆上端与所述主从动臂连接座铰接，主动臂摆动杆下端与所述主动臂固定座铰接、上端与所述主从动臂连接座铰接，从动臂包括从动臂驱动杆和从动臂摆动杆，且所述从动臂驱动杆和从动臂摆动杆上端均与所述主从动臂连接座铰接、下端均与夹爪机构铰接。
所述回转机构包括回转支撑轴承和回转驱动装置，所述联动臂上的主动臂固定座安装于所述回转支撑轴承上，所述回转支撑轴承通过所述回转驱动装置驱动旋转。
所述小车行走机构包括行走小车、行走驱动装置和底座，所述底座上设有行走导轨，所述行走小车下端设有与所述行走导轨配合的行走滑块，所述回转机构安装在所述行走小车上，在所述底座内设有行走齿条，在所述行走小车上设有行走驱动装置，且所述行走驱动装置的输出轴上设有与所述行走齿条啮合的行走齿轮。
所述避让机构设有可移动的避让小车，在所述避让小车上设有避让齿条和避让导轨，且避让时所述避让齿条与小车行走机构上的行走齿条对接，所述避让导轨与小车行走机构上的行走导轨对接。
所述避让机构包括避让机构底座、避让小车、避让驱动装置和驱动链条，所述避让机构底座一端设有避让驱动装置，且所述避让驱动装置的输出轴上设有驱动链轮，所述避让机构底座另一端设有从动链轮，所述驱动链轮和从动链轮通过驱动链条相连，所述避让小车下端与所述避让机构底座滑动连接，且所述避让小车与所述驱动链条固连。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明包括小车行走机构、回转机构、联动臂、夹爪机构等机构，能够根据实际位置需要自动完成立根的抓取和释放动作，大大提高排管作业效率和准确性，且降低人工成本同时也消除了生产中的人身安全隐患。
2、本发明在小车行走机构一侧设有避让机构，能够自动实现行走小车的避让，进一步提高了设备的自动化水平，使用灵活方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中的夹爪机构示意图，
图3为图1中的联动臂示意图，
图4为图1中的回转机构示意图，
图5为图1中的小车行走机构示意图，
图6为图1中的避让机构示意图。
其中，1为夹爪机构，2为联动臂，3为回转机构，4为小车行走机构，5为避让机构，6为夹爪挡板销轴，7为夹爪挡板，8为夹爪，9为夹爪连杆，10为夹爪连杆销轴，11为夹爪开合油缸，12为夹爪座，13为主动臂固定座，14为摆动油缸，15为主动臂，16为主从动臂连接座，17为从动臂，18为从动臂驱动杆，19为回转支撑轴承，20为回转驱动装置，21为行走驱动装置，22为行走小车，23为行走齿条，24为底座，25为避让驱动装置，26为驱动链条，27为从动链轮，28为避让机构底座，29为避让小车，30为避让齿条，31为避让导轨，32为主动臂驱动杆，33为从动臂摆动杆，34为主动臂摆动杆，35为行走导轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～6所示，本发明包括夹爪机构1、联动臂2、回转机构3、小车行走机构4和避让机构5，其中小车行走机构4设有行走小车22，回转机构3安装于所述行走小车22上，联动臂2安装于所述回转机构3上，在联动臂2的自由端设有夹爪机构1，在所述小车行走机构4一侧设有避让机构5，且避让时所述行走小车22移动至所述避让机构5上。
如图2所示，所述夹爪机构1包括夹爪座12、夹爪开合油缸11、夹爪8和夹爪连杆9，夹爪座12安装于联动臂2自由端，夹爪开合油缸11安装于所述夹爪座12上，在所述夹爪座12两侧均设有夹爪8和夹爪连杆9，且夹爪连杆9通过夹爪连杆销轴10与夹爪8相连，所述夹爪连杆9通过夹爪开合油缸11驱动移动，进而带动夹爪8移动，从而使两侧的夹爪8张开或闭合完成对不同管径立根的夹持，在所述夹爪8前端设有夹爪挡板7，所述夹爪挡板7通过夹爪挡板销轴6安装于夹爪8前端内侧。
如图3所示，所述联动臂2包括主动臂15、从动臂17、主从动臂连接座16和主动臂固定座13，主动臂固定座13通过所述回转机构3驱动旋转，主动臂15包括主动臂驱动杆32、摆动油缸14和主动臂摆动杆34，其中摆动油缸14下端与所述主动臂固定座13铰接，摆动油缸14上端与主动臂驱动杆32固连，主动臂驱动杆32上端与所述主从动臂连接座16铰接，主动臂摆动杆34下端与所述主动臂固定座13铰接，上端与所述主从动臂连接座16铰接，所述主动臂驱动杆32、摆动油缸14、主动臂摆动杆34、主从动臂连接座16、主动臂固定座13形成一个平行四边形结构，从动臂17包括从动臂驱动杆18和从动臂摆动杆33，且所述从动臂驱动杆18和从动臂摆动杆33上端均与所述主从动臂连接座16铰接，下端均与夹爪机构1中的夹爪座12铰接，所述从动臂驱动杆18、从动臂摆动杆33、主从动臂连接座16、夹爪座12也形成一个平行四边形结构。联动臂2动作时，摆动油缸14驱动主动臂驱动杆32移动使主动臂15摆动，并通过主从动臂连接座16传动驱动从动臂驱动杆18移动使从动臂17摆动，从而使整个联动臂2带动夹爪机构1移动。
如图4所示，所述回转机构3包括回转支撑轴承19和回转驱动装置20，所述联动臂2上的主动臂固定座13安装于所述回转支撑轴承19上，所述回转支撑轴承19内设有蜗轮，回转驱动装置20的输出轴与一个蜗杆固连，所述蜗轮与蜗杆啮合。机构工作时，所述蜗杆通过回转驱动装置20驱动转动，进而通过蜗轮传动驱动回转支撑轴承19转动并带动所述主动臂固定座13转动。本实施例中，所述回转驱动装置20为马达减速机组件，另外采用蜗轮蜗杆减速结构可输出低速大扭矩，并且具有自锁功能。
如图5所示，所述小车行走机构4包括行走小车22、行走驱动装置21和底座24，所述行走小车22与底座24滑动连接，在所述底座24两侧均设有行走导轨35，在所述行走小车22下端两侧分别设有沿着两侧行走导轨35滑动的行走滑块，所述回转机构3安装在所述行走小车22上，另外在所述行走小车22上设有行走驱动装置21，在所述底座24内沿着底座24长度方向设有行走齿条23，所述行走驱动装置21的输出轴上设有与所述行走齿条23啮合的行走齿轮。机构工作时，所述行走驱动装置21驱动行走齿轮旋转即驱动行走小车22行走。本实施例中，所述行走驱动装置21为马达减速机组件。
如图6所示，所述避让机构5包括避让机构底座28、避让小车29、避让驱动装置25和驱动链条26，所述避让机构底座28一端设有避让驱动装置25，且所述避让驱动装置25的输出轴上设有驱动链轮，所述避让机构底座28另一端设有从动链轮27，所述驱动链条26两端分别绕过所述驱动链轮和从动链轮27形成一个闭合环状，所述驱动链条26即通过所述避让驱动装置25驱动转动，所述避让小车29与所述避让机构底座28滑动连接，在所述避让机构底座28上设有滑轨，所述避让小车29下端设有与所述滑轨配合的滑块，所述避让小车29与所述驱动链条26固连。机构工作时，避让驱动装置25驱动所述驱动链条26旋转，进而带动避让小车29移动。
如图5～6所示，在所述避让小车29上设有避让齿条30和避让导轨31，其中避让小车29两侧的避让导轨31可与小车行走机构4两侧的行走导轨35对接，避让齿条30可与小车行走机构4上的行走齿条23对接。避让时，所述避让小车29先移动至设定位置，使避让导轨31和行走导轨35以及避让齿条30和行走齿条23准确对接，然后行走小车22整体沿着对接后的齿条和导轨移动至所述避让小车29上，然后避让小车29通过避让驱动装置25驱动移动，进而带动行走小车22整体移动完成避让，由于所述避让小车29移动方向与行走小车22在小车行走机构4上的移动方向垂直，因此可实现行走小车22换向避让。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，所述联动臂2和回转机构3通过小车行走机构4上的行走小车22带动移动，联动臂2安装于所述回转机构3上并通过所述回转机构3驱动转动，在联动臂2自由端设有夹爪机构1用于夹持立根，并且当夹持或释放立根时，所述联动臂2上的摆动油缸14启动驱动联动臂2摆动至设定位置，然后夹爪机构1上的夹爪开合油缸11启动驱动夹爪8张开或闭合，完成夹持或释放动作。
本发明在小车行走机构4的一侧设有避让机构5，所述避让机构5上设有移动方向与行走小车22移动方向垂直的避让小车29，且所述避让小车29上设有可与小车行走机构4上的行走导轨35和行走齿条23对接的避让导轨31和避让齿条30。需要行走小车22避让时，所述避让小车29通过系统控制移动至设定位置，使避让导轨31和避让齿条30分别与行走导轨35和行走齿条23准确对接，然后行走小车22整体沿着对接后的齿条和导轨移动至所述避让小车29上，并通过所述避让小车29驱动前进或后退实现避让功能。

Claims (8)

1.一种钻机钻台排管机器人，其特征在于：包括夹爪机构(1)、联动臂(2)、回转机构(3)、小车行走机构(4)和避让机构(5)，其中小车行走机构(4)上设有行走小车(22)，回转机构(3)安装于所述行走小车(22)上，联动臂(2)安装于所述回转机构(3)上，在联动臂(2)的自由端设有夹爪机构(1)，在所述小车行走机构(4)一侧设有避让机构(5)，且避让时所述行走小车(22)移动至所述避让机构(5)上。
2.根据权利要求1所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述夹爪机构(1)包括夹爪座(12)、夹爪开合油缸(11)、夹爪(8)和夹爪连杆(9)，夹爪座(12)安装于联动臂(2)自由端，夹爪开合油缸(11)安装于所述夹爪座(12)上，在所述夹爪座(12)两侧均设有夹爪(8)和夹爪连杆(9)，且所述夹爪连杆(9)通过夹爪开合油缸(11)驱动移动，所述夹爪(8)通过所述夹爪连杆(9)驱动移动。
3.根据权利要求2所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：在所述夹爪(8)前端设有夹爪挡板(7)，且所述夹爪挡板(7)通过夹爪挡板销轴(6)安装于夹爪(8)前端内侧。
4.根据权利要求1所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述联动臂(2)包括主动臂(15)、从动臂(17)、主从动臂连接座(16)和主动臂固定座(13)，主动臂固定座(13)通过所述回转机构(3)驱动旋转，主动臂(15)包括主动臂驱动杆(32)、摆动油缸(14)和主动臂摆动杆(34)，其中摆动油缸(14)下端与所述主动臂固定座(13)铰接，摆动油缸(14)上端与主动臂驱动杆(32)固连，主动臂驱动杆(32)上端与所述主从动臂连接座(16)铰接，主动臂摆动杆(34)下端与所述主动臂固定座(13)铰接、上端与所述主从动臂连接座(16)铰接，从动臂(17)包括从动臂驱动杆(18)和从动臂摆动杆(33)，且所述从动臂驱动杆(18)和从动臂摆动杆(33)上端均与所述主从动臂连接座(16)铰接、下端均与夹爪机构(1)铰接。
5.根据权利要求1所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述回转机构(3)包括回转支撑轴承(19)和回转驱动装置(20)，所述联动臂(2)上的主动臂固定座(13)安装于所述回转支撑轴承(19)上，所述回转支撑轴承(19)通过所述回转驱动装置(20)驱动旋转。
6.根据权利要求1所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述小车行走机构(4)包括行走小车(22)、行走驱动装置(21)和底座(24)，所述底座(24)上设有行走导轨(35)，所述行走小车(22)下端设有与所述行走导轨(35)配合的行走滑块，所述回转机构(3)安装在所述行走小车(22)上，在所述底座(24)内设有行走齿条(23)，在所述行走小车(22)上设有行走驱动装置(21)，且所述行走驱动装置(21)的输出轴上设有与所述行走齿条(23)啮合的行走齿轮。
7.根据权利要求6所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述避让机构(5)设有可移动的避让小车(29)，在所述避让小车(29)上设有避让齿条(30)和避让导轨(31)，且避让时所述避让齿条(30)与小车行走机构(4)上的行走齿条(23)对接，所述避让导轨(31)与小车行走机构(4)上的行走导轨(35)对接。
8.根据权利要求7所述的钻机钻台排管机器人，其特征在于：所述避让机构(5)包括避让机构底座(28)、避让小车(29)、避让驱动装置(25)和驱动链条(26)，所述避让机构底座(28)一端设有避让驱动装置(25)，且所述避让驱动装置(25)的输出轴上设有驱动链轮，所述避让机构底座(28)另一端设有从动链轮(27)，所述驱动链轮和从动链轮(27)通过驱动链条(26)相连，所述避让小车(29)下端与所述避让机构底座(28)滑动连接，且所述避让小车(29)与所述驱动链条(26)固连。
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