CN111042752A - 一种用于装卸钻杆机械手的定位装置及方法 - Google Patents

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刘小华
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吕晋军
张始斋
马振纲
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周富佳
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Abstract

本发明涉及一种用于装卸钻杆机械手的定位装置及方法，属于机械设备技术领域，定位装置包括控制器和与其相连的传感器模块；传感器模块包括设置在机械手末端的同步定位传感器组件和水平定位传感器组件，以及设置在机架上的末端定位传感器组件；同步定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与机架上的钻杆夹持器的轴线平行；水平定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与水平面之间的夹角为零；末端定位传感器组件用于检测待装夹钻杆的安装位置。本发明通过在机械手的末端设置同步定位传感器组件和水平定位传感器组件，在机架上设置用于检测待装夹钻杆的安装位置的末端定位传感器组件，解决了现有技术中的定位系统复杂的问题。

Description

一种用于装卸钻杆机械手的定位装置及方法
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种用于装卸钻杆机械手的定位装置及方法。
背景技术
装卸钻杆机械手是一种取代煤矿井下钻机人工上下钻杆的装置，该装置通过多关节的运动组件，可实现不同钻孔角度的钻杆装卸功能。由于涉及到末端坐标的变化，需要对机械手的不同位置进行定位。
目前，机械手的定位有机械定位和视觉定位。机械定位是在需要定位的终端设置阻挡块，利用阻挡块来制动机械手的运动。视觉定位是通过两个摄像头及相应的控制算法来实现机械手定位。
但是，现有技术存在以下缺点：采用机械定位由于阻挡块受到的力较大，极易引起阻挡块的变形和损毁，影响机械手正常工作，且该方式本身的精度极低；采用视觉定位，定位系统复杂，成本高，且难以适用于煤矿井下的多粉尘工作环境。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种用于装卸钻杆机械手的定位装置及方法，通过在机械手的末端设置同步定位传感器组件和水平定位传感器组件，在机架上设置用于检测待装夹钻杆的安装位置的末端定位传感器组件，解决了现有技术中的定位系统复杂的问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，所述机械手用于机架上钻杆夹持器中的钻杆装卸，机架固定连接在机架回转器上，机械手包括回转臂和设置在其末端的机械手回转器，所述机械手回转器和机架回转器分别设置在安装架的两侧；所述定位装置包括控制器和与其相连的传感器模块；所述传感器模块包括设置在机械手回转器内侧的同步定位传感器组件和设置在机械手回转器外侧的水平定位传感器组件，以及设置在机架上的末端定位传感器组件；所述同步定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与机架上的钻杆夹持器的轴线平行；所述水平定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与水平面之间的夹角为零；所述末端定位传感器组件用于检测待装夹钻杆的安装位置。
可选地，还包括设置在机械手末端的保护定位传感器组件，所述保护定位传感器组件用于控制机械手的回转臂在竖直平面内的旋转角度β。
可选地，所述定位传感器组件包括保护定位传感器和保护定位传感器感应块，所述保护定位传感器感应块固定在机械手回转器外侧靠近钻杆的一侧，所述保护定位传感器固定在安装架上。
可选地，β的范围为-90°～90°。
可选地，所述同步定位传感器组件、水平定位传感器组件、末端定位传感器组件和保护定位传感器组件为同一型号。
可选地，所述机架回转器上固定有贯穿机械手回转器的连接杆；所述同步定位传感器组件包括同步定位传感器和同步定位传感器感应块；所述同步定位传感器感应块固定在机械手回转器的内侧，所述同步定位传感器固定在连接杆上。
可选地，所述水平定位传感器组件包括水平定位传感器和水平定位传感器感应块；所述水平定位传感器感应块固定在机械手回转器外侧靠近钻杆的一侧，所述水平定位传感器固定在安装架上。
可选地，所述末端定位传感器组件包括固定在机架上的末端定位传感器和末端定位传感器感应块。
一种用于装卸钻杆机械手的定位方法，通过设置在机械手末端的同步定位传感器组件，实现机械手的回转臂与机架上的钻杆夹持器轴线平行；通过设置在机械手末端的水平定位传感器组件，实现机械手的回转臂与水平面之间的夹角为零；通过设置在机架上的末端定位传感器组件，实现待装夹钻杆安装位置的检测。
可选地，通过在机械手的末端设置保护定位传感器组件，控制机械手的回转臂在竖直平面内的旋转角度范围。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过在回转臂的末端设置同步定位传感器组件和水平定位传感器组件，在机架上设置用于检测待装夹钻杆的安装位置的末端定位传感器组件，实现了用传感器限位代替机械限位，解决了机械限位易变形，定位精度低的问题。
2.本发明通过传感器限位代替视觉系统限位，简化了定位系统，降低了装置成本。
3.本发明通过设置保护定位传感器，可以避免回转臂在随回转器转动的过程中与钻机上的其它装置干涉，提高了装置的可靠性。
4.本发明通过在机械手各个运动关节的末端位置设置传感器，实现了对机械手各个运动关节的末端位置进行定位，提高了定位精度。
5.本发明中的传感器为同一型号，提高了传感器之间的互换性，不仅利于安装维护，而且利于降低成本。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种用于装卸钻杆机械手的定位装置的结构示意图。
附图标记：同步定位传感器1、同步定位传感器感应块2、水平定位传感器感应块3、水平定位传感器4、保护定位传感器感应块5、保护定位传感器6、末端定位传感器7、末端定位传感器感应块8、机架9、安装架10、机械手11、机架回转器12、回转马达13、机械手回转器14、待装夹钻杆15、回转臂16。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参阅图1，一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，机械手11用于机架9上钻杆夹持器中的钻杆装卸，机架9固定连接在机架回转器12上，机械手11包括回转臂16和设置在其末端的机械手回转器14，机械手回转器14和机架回转器11分别设置在安装架10的两侧；定位装置包括控制器和与其相连的传感器模块；传感器模块包括设置在机械手回转器14内侧的同步定位传感器组件和设置在机械手回转器14外侧的水平定位传感器组件，以及设置在机架9上的末端定位传感器组件；同步定位传感器组件用于确定机械手11的回转臂16与机架9上的钻杆夹持器的轴线平行；水平定位传感器组件用于确定机械手11的回转臂16与水平面之间的夹角为零；末端定位传感器组件用于检测待装夹钻杆15的安装位置。
同步定位传感器组件包括同步定位传感器1和同步定位传感器感应块2；同步定位传感器1设置在位于机械手回转器内侧的连接杆上，连接杆与机架固定连接；同步定位传感器感应块2固定在机械手回转器14的内侧；水平定位传感器组件包括水平定位传感器4和水平定位传感器感应块3；水平定位传感器4设置在安装架10上，水平定位传感器感应块3设置在机械手回转器14外侧靠近钻杆的一侧；末端定位传感器组件包括设置在机架9上的末端定位传感器7和末端定位传感器感应块8；末端定位传感器感应块8设置在钻杆安装位置的轴线上。
为了防止回转臂16在随回转器转动的过程中与钻机上的其它装置干涉，本发明在机械手11的末端设置了保护定位传感器组件，定位传感器组件包括保护定位传感器6和保护定位传感器感应块5，保护定位传感器6固定在安装架10上，保护定位传感器感应块5固定在机械手回转器14的外侧靠近钻杆的一侧；保护定位传感器组件用于控制机械手11的回转臂16在竖直平面内的旋转角度β(β为回转臂16与水平方向之间的夹角)，其中β的范围为-90°～90°，以避免回转臂16的在竖直面内的转动角度超过安全范围，提高了装置的可靠性。
为了便于维护，本发明中的同步定位传感器组件、水平定位传感器组件、末端定位传感器组件和保护定位传感器组件为同一型号，使得各个传感器之间可以互换，具有安装调试方便、装置成本低的特点。
本发明的定位装置的具体安装位置如下：
同步定位传感器1通过连接杆与机架固定连接，水平定位传感器4和保护定位传感器6安装在安装架10上，同步定位传感器1感应端指向机械手回转器14径向向外，水平定位传感器4、保护定位传感器6感应端指向机械手回转器14径向向内；同步定位传感器感应块2固定安装在机械手11的机械手回转器14内侧；水平定位传感器感应块3、保护定位传感器感应块5重叠安装在机械手11的机械手回转器14外侧靠近钻杆的一侧；末端定位传感器7、末端定位传感器感应块8安装在机架9上靠近后夹持器的一端。
本发明的定位装置的工作原理如下：
在图1所示的本发明装置中，机械手11通过机械手回转器14连接在安装架10上，即机械手11可在机械手回转器14的作用下绕机械手回转器14的安装轴旋转；机架9通过机架回转器12安装在安装架10上。
在钻杆输送阶段，先将机架调整至设计倾角位置；由于同步定位传感器1通过连接杆与机架固定连接，机架固定在机架回转器上，同步定位传感器感应块2固定在机械手回转器上，当同步定位传感器1感应到同步定位感应块2时，表示机械手已到达可将钻杆送入机架的设计倾角，机械手回转器14停止运动；需要搬运的钻杆位于A处的转运箱中；根据不同钻孔倾角的需要，机架9与机械手11之间的角度会不断变化；回转马达13驱动回转臂按顺时针方向(从机械手11的夹持端往机械手回转器14方向观察)翻转，机械手11的手爪触碰末端定位传感器感应块8，末端定位传感器7感应到末端定位传感器感应块8时停止翻转，此时待装夹钻杆15恰好被送入装夹位置。
工作时，机械手11将钻杆从A处移动至B处，其动作顺序为：机械手的夹爪抓住钻杆→在回转器14的作用下调整倾角→同步定位传感器11感应到同步定位传感器感应块2时停止回转→在回转马达13的作用下向机架9的方向翻转→机械手11触碰末端定位传感器感应块8，末端定位传感器7感应到末端定位传感器感应块8时停止翻转→松开钻杆→反向翻转→回转器14带动机械手11向水平反向调整倾角→水平定位传感器4感应到水平定位传感器感应块3时停止调整倾角→继续抓取钻杆。
一种用于装卸钻杆机械手的定位方法，通过设置在机械手11的回转臂16末端的同步定位传感器组件，实现机械手11的回转臂16与机架9上的钻杆夹持器的轴线平行；通过设置在机械手11的回转臂16末端的水平定位传感器组件，实现机械手11的回转臂16与水平面之间的夹角为零；通过机架9上的末端定位传感器组件，实现待装夹钻杆15安装位置的检测。
本发明置通过在机械手11的各个运动关节的末端位置设置传感器，实现了对机械手11各个运动关节的末端位置进行定位，提高了定位精度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，所述机械手用于机架上钻杆夹持器中的钻杆装卸，机架固定连接在机架回转器上，机械手包括回转臂和设置在其末端的机械手回转器，所述机械手回转器和机架回转器分别设置在安装架的两侧，其特征在于：所述定位装置包括控制器和与其相连的传感器模块；所述传感器模块包括设置在机械手回转器内侧的同步定位传感器组件和设置在机械手回转器外侧的水平定位传感器组件，以及设置在机架上的末端定位传感器组件；所述同步定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与机架上的钻杆夹持器的轴线平行；所述水平定位传感器组件用于确定机械手的回转臂与水平面之间的夹角为零；所述末端定位传感器组件用于检测待装夹钻杆的安装位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：还包括设置在机械手末端的保护定位传感器组件，所述保护定位传感器组件用于控制机械手的回转臂在竖直平面内的旋转角度β。
3.根据权利要求2所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：所述定位传感器组件包括保护定位传感器和保护定位传感器感应块，所述保护定位传感器感应块固定在机械手回转器外侧靠近钻杆的一侧，所述保护定位传感器固定在安装架上。
4.根据权利要求2所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：β的范围为-90°～90°。
5.根据权利要求2所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：所述同步定位传感器组件、水平定位传感器组件、末端定位传感器组件和保护定位传感器组件为同一型号。
6.根据权利要求1所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：所述机架回转器上固定有贯穿机械手回转器的连接杆；所述同步定位传感器组件包括同步定位传感器和同步定位传感器感应块；所述同步定位传感器感应块固定在机械手回转器的内侧，所述同步定位传感器固定在连接杆上。
7.根据权利要求1所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：所述水平定位传感器组件包括水平定位传感器和水平定位传感器感应块；所述水平定位传感器感应块固定在机械手回转器外侧靠近钻杆的一侧，所述水平定位传感器固定在安装架上。
8.根据权利要求1所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位装置，其特征在于：所述末端定位传感器组件包括固定在机架上的末端定位传感器和末端定位传感器感应块。
9.一种用于装卸钻杆机械手的定位方法，其特征在于：通过设置在机械手末端的同步定位传感器组件，实现机械手的回转臂与机架上的钻杆夹持器轴线平行；通过设置在机械手末端的水平定位传感器组件，实现机械手的回转臂与水平面之间的夹角为零；通过设置在机架上的末端定位传感器组件，实现待装夹钻杆安装位置的检测。
10.根据权利要求9所述的一种用于装卸钻杆机械手的定位方法，其特征在于：通过在机械手的末端设置保护定位传感器组件，控制机械手的回转臂在竖直平面内的旋转角度范围。
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