CN112096315A - 一种多功能机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油及天然气钻探技术，具体涉及一种多功能机械手，包括连接在井架上并能够相对井架竖向运动的竖直运动组件，竖直运动组件上设有能够相对于竖直运动组件横向运动的横向运动组件，横向运动组件上设有能够相对于横向运动组件转动的回转组件，回转组件上设有能够相对于回转组件摆动的摆动组件，摆动组件上设有能够相对于摆动组件转动的手爪组件；竖直运动组件、横向运动组件、回转组件、摆动组件和手爪组件共同用于抓取或拆接或推扶管具。本发明能够大幅减少立根在高位的交接作业，降低作业安全风险，提供设备利用率，降低钻机成本；使用本发明后，二层台无需井架工辅助操作，减少工人高空危险作业，提高工作效率。

Description

一种多功能机械手

技术领域

本发明涉及油气钻探设备技术领域，特别涉及一种多功能机械手。

背景技术

油气钻井作业中，需要不断地进行起下钻和钻具排放工作。

对于起下钻作业，为了减少时间成本、提高工作效率，一般会提前将三个单根管具连接成“立根”存放到二层台指梁内备用，达到一次起下三个单根的效果，减少管具在井口对接、连接和拆卸的时间，从而提高工作效率；在传统钻机的布置中，通常配置接立根机械手进行立根的离线连接；

对于钻具排放作业，即管具完成立根连接后，由于不能立即送到井口钻井，需暂时存放在指梁区，在传统钻机的布置中，通常配置二层台排管机将立根在指梁和井口间移运；

按照管具的抓取、拆接、排放这一操作顺序，传统钻机对应配备管具抓取设备、立根拆接设备和立根排放设备；即管具抓取设备完成抓取动作后，交给立根拆接设备进行立根连接或拆卸动作，拆接动作完成后，交给立根排放设备进行移运和排放。

由此可见，管具的抓取、拆接、排放分配给不同设备完成，设备之间的管具交接过程会降低工作效率，增加作业安全风险；且当所有管具完成立根连接后，接立根机械手将会闲置，闲置的接立根机械手需提升到高位或者收回，以让出井口与指梁之间的区域，避免干涉其他设备完成后续的立根移运作业。

发明内容

本发明针对现有管具的抓取、拆接、排放分配给不同设备完成，设备之间的管具交接过程会降低工作效率、增加作业安全风险的技术缺陷，提出一种多功能机械手；本发明将现有接立根机械手、排管机等管具操作设备集成为一体，能够完成立根离线拆接、将立根从鼠洞移运到井口或二层台指梁等动作，大幅减少立根在高位的交接作业，降低作业安全风险，提供设备利用率，降低钻机成本；使用本发明后，二层台无需井架工辅助操作，减少工人高空危险作业，提高工作效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种多功能机械手，包括连接在井架上并能够相对所述井架竖向运动的竖直运动组件，所述竖直运动组件上设有能够相对于所述竖直运动组件横向运动的横向运动组件，所述横向运动组件上设有能够相对于所述横向运动组件转动的回转组件，所述回转组件上设有能够相对于所述回转组件摆动的摆动组件，所述摆动组件上设有能够相对于所述摆动组件转动的手爪组件；

所述竖直运动组件、横向运动组件、回转组件、摆动组件和手爪组件能够在控制系统控制下相互配合并共同用于抓取或拆接或推扶管具。

本发明能够独立完成立根离线拆接、将立根从鼠洞移运到井口或二层台指梁等动作；通过竖直运动组件、横向运动组件、回转组件和摆动组件，为实施抓取、拆接、排放的手爪组件实现多方向、多自由度动作，设备适配性高，可以配置钻杆猫道进行管具水平或倾斜抓取，也可配置管具翻转机械手进行管具的竖直抓取；能够大幅减少立根在高位的交接作业，降低作业安全风险，提供设备利用率，降低钻机成本；使用本发明后，二层台无需井架工辅助操作，减少工人高空危险作业，提高工作效率。

作为本发明的优选方案，所述竖直运动组件包括底座，所述底座通过两根竖向轨道连接在所述井架的前大腿上，所述竖直运动组件的行程L大于立根的长度L1。

竖直运动组件合理利用井架结构，在前大腿上设置两条相互平行的轨道，从而实现本发明的竖直移动；在实际使用中，由于需要经常对立根进行拆接操作，因此需要整个设备的竖直行程L大于立根长度L1(一个立根由三根管具连接而成，即L1＝三根管具长度之和)；在不需要拆接立根的特殊工况下，竖直运动组件的行程L的长度可根据实际情况设定。

作为本发明的优选方案，所述底座通过钢丝绳连接绞车钢丝绳系统，以实现所述竖直运动组件的上下滑动。

绞车钢丝绳系统是竖直运动机构的驱动装置优选方案，绞车钢丝绳系统是钻机常用的牵引系统，其优势在于操作简单、性能可靠、检修维护方便、成本低廉；可以根据具体工况和操作精度要求的不同更换为其他形式的驱动装置。

作为本发明的优选方案，所述横向运动组件为平行四边形结构并配套有驱动部，所述横向运动组件的一端固定连接在所述竖直运动组件的中部，另一端连接所述转动组件；

所述横向运动组件的平行四边形结构在所述驱动部带动下能够在垂直于井架前平面的竖直平面内摆动，以实现所述转动组件的横向移动，从而使所述手爪组件的作业范围覆盖指梁区的X轴区域。

在实现竖直运动的基础上，需要选择合适的机构实现转动组件的横向运动，此处所述横向运动的具体方向一般是指垂直于井架前平面的方向，以简化设计和安装、降低成本；

此处优选平行四边形结构作为横向运动组件的主体结构；平行四边形结构能够在垂直于井架前平面的竖直平面内摆动，从而带动转动组件横向运动；平行四边形结构的优势在于，机构可折叠、占据空间小；由于其向下摆动时等同于增加了摆动组件的长度，因此可实现更大范围的作业。

作为本发明的优选方案，所述驱动部为液压缸。

具备伸缩功能的液压缸是钻机中常用的驱动部件之一，其优势在于技术成熟、可靠性高、操作方便、成本低；也可根据实际情况选择其他形式的驱动部。

作为本发明的优选方案，所述横向运动组件为桁架组件，所述桁架组件包括相互连接的桁架和平移车，所述桁架的一端垂直连接在所述竖直运动组件的中部，所述平移车的上端可滑动地连接所述桁架，所述平移车的下端连接所述转动组件；

所述平移车能够在所述桁架长度范围内往复运动，以实现所述转动组件的横向移动，从而使所述手爪组件的作业范围覆盖指梁区的X轴区域。

在实现竖直运动的基础上，需要选择合适的机构实现转动组件的横向运动，此处所述横向运动的具体方向一般是指垂直于井架前平面的方向，以简化设计和安装、降低成本；

此处优选桁架组件作为横向运动组件的主体结构；与平行四边形结构是非固定结构不同，桁架组件为固定结构，其中桁架垂直于并固定连接在竖直运动组件上，通过在桁架长度范围内运动的平移车实现转动组件的横向移动；

桁架组件能够直接实现转动组件横向运动，无需其他运动组件进行配合；该结构的优势在于，结构简单可靠、性能稳定、操作更方便、维护检修成本更低；但由于桁架是固定结构，形成的作业范围也固定，不能形成更大的作业范围。

作为本发明的优选方案，所述回转组件包括回转座，所述回转座的上端通过回转减速机连接所述横向运动组件，所述回转座的下端用于连接所述摆动组件，所述回转减速机用于带动所述回转座绕自身轴线实现正负180°转动。

在回转减速机驱动下，回转座能够根据工况需要，通过摆动组件带动手爪组件转向井口、鼠洞、指梁等不同区域，从而实现多方向、多自由度动作，以及水平或倾斜抓取，大幅提高本发明的适用范围。

作为本发明的优选方案，所述摆动组件包括摆动臂，所述摆动臂的上端通过上关节可转动地连接所述回转组件，所述摆动臂的下端通过下关节连接所述手爪组件，从而使所述手爪组件的作业范围覆盖所述指梁区的Y轴区域。

摆动组件起到手臂的功能，其带动手爪组件转向井口、鼠洞、指梁等不同区域，在多方向、多自由度下进行水平或倾斜抓取，大幅提高本发明的适用范围。

作为本发明的优选方案，所述手爪组件包括滑动座，所述滑动座通过转动支架可转动地连接所述摆动组件，所述滑动座上设有导向钳、夹紧钳和推扶钳；所述导向钳和夹紧钳同轴安装，用于共同抓取所述管具，所述推扶钳用于推扶所述管具。

由导向钳对管具或立根进行夹持，在拆接管具或立根过程中为管具或立根提供沿轴线旋转的自由度，保护其不受损坏；夹紧钳夹持管具或立根后能提供足够的夹紧力以承受管具或立根的重力；推扶钳可将管具或立根限位在钳体内，并提供足够空间以适应不同尺寸的管具或立根在倾斜推扶时的空间需求。

作为本发明的优选方案，所述导向钳和夹紧钳同轴设于所述滑动座的上下端，所述推扶钳设于所述滑动座顶部并与所述导向钳和夹紧钳的轴线成90°布置。

导向钳和夹紧钳用于共同抓取所述管具，推扶钳用于推扶所述管具；将实现两种功能的两组结构呈90°布置，保证手爪组件的两种功能相互不干涉，让手爪组件在不更换部件的情况下实现更多功能；也可以根据具体需求选择其他布置形式。

作为本发明的优选方案，所述导向钳采用滚轮式手爪，以保证所述管具被抓取后仍能沿自身轴线转动。

在导向钳抓取管具时，由滚轮接触管具并进行夹持，在管具拆卸或连接立根过程中，滚轮随管具转动而转动，为管具提供沿轴线选装的自由度，保护管具不受损坏，也可以根据具体需求选择其他手爪形式。

作为本发明的优选方案，所述滑动座通过缓冲机构连接所述转动支架；所述缓冲机构用于在所述手爪组件接触所述管具或所述手爪组件夹持的所述管具接触固定物时消减机械冲击，以及用于补偿所述管具丝扣连接的行程差。

导向钳和夹紧钳静止时，缓冲机构处于收缩/松弛状态，当夹持管具后，缓冲机构因管具重力作用被拉长/压缩；当导向钳和夹紧钳将管具下放至钻台或者与另一根管具对接时，但由于控制系统的延迟，无法立即停止导向钳和夹紧钳的运动趋势，即被夹持的管具接触支撑物后，导向钳和夹紧钳会继续下放动作，此时如果没有缓冲装置，将容易产生机械冲击并造成设备或钻具的损坏；

该情况下，缓冲装置被拉长/压缩，其被拉长/压缩的行程补偿给手爪组件，使得手爪组件能够在缓冲行程内继续下行，在此过程中，控制系统检测到缓冲装置动作，立即停止下放动作，从而起到管具接触保护和设备冲击保护的作用；同时管具或立根拆接过程中缓冲装置的缓冲行程还能够补偿管具丝扣连接的行程差。

作为本发明的优选方案，所述缓冲机构为油缸，所述滑动座和转动支架相互套接并能够相对滑动；所述油缸的两端分别连接所述滑动座和转动支架，从而沿所述相对滑动方向提供缓冲保护。

滑动座、缓冲机构和转动支架三者之间的连接方式有多种，应当根据实际需求选择；本发明优选油缸作为缓冲机构，并将滑动座和转动支架相互套接，以匹配油缸的单自由度缓冲方向；该方案结构简单可靠、维护方便、成本低廉，可适用于大多数常规钻机。

本发明的有益效果是：本发明通过竖直运动组件、横向运动组件、回转组件和摆动组件，为实施抓取、拆接、排放的手爪组件实现多方向、多自由度动作；本发明将原用于离线立根连接、立根排放的接立根机械手、排管机等设备缩减到一个设备，节省了设备占用空间，能够独立完成立根离线拆接、将立根从鼠洞移运到井口或二层台指梁等动作，大幅减少立根在高位的交接作业，降低作业安全风险，提高设备利用率，降低钻机成本；使用本发明后，二层台无需井架工辅助操作，减少工人高空危险作业，提高工作效率。

附图说明：

图1为实施例1中一种多功能机械手的工作场景示意图。

图2为实施例1中一种多功能机械手的结构示意图。

图3为图1的局部俯视图。

图4为实施例1中摆动组件和手爪组件的装配结构示意图。

图5为实施例1中手爪组件的结构示意图。

图6为实施例1中手爪组件的结构示意图。

图7为图6中A处的结构放大图。

图8为实施例1中多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的步骤一示意图。

图9为实施例1中多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的步骤二示意图。

图10为实施例1中多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的步骤三示意图。

图11为实施例1中多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的步骤四示意图。

图12为实施例1中多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的步骤五示意图。

图13为为实施例1中多功能机械手进行管具推扶作业的操作示意图。

图14为图13中B处的结构放大图。

图15为实施例2中一种多功能机械手的工作场景示意图。

图16为实施例2中一种多功能机械手的结构示意图。

附图标记为：1-竖直运动组件，11-底座，12-竖向轨道，2-横向运动组件，21-驱动部，22-桁架，23-平移车，3-回转组件，31-回转座，32-回转减速机，4-摆动组件，41-摆动臂，42-上关节，43-下关节，5-手爪组件，51-滑动座，52-转动支架，53-导向钳，531-滚轮式手爪，54-夹紧钳，55-推扶钳，56-缓冲机构，6-绞车钢丝绳系统，61-钢丝绳，7-指梁区，8-管具，81-立根，9-井架，91-前大腿，92-井架前平面，93-钻井平台，94-猫道，951-鼠洞一，952-鼠洞二。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

为了更好地展示本实施例，对应附图中隐去了部分井架结构或其他辅助设备结构。

如图1所示，一种多功能机械手，包括连接在井架9上并能够相对井架9竖向运动的竖直运动组件1，竖直运动组件1上设有能够相对于竖直运动组件1横向运动的横向运动组件2，横向运动组件2上设有能够相对于横向运动组件2转动的回转组件3，回转组件3上设有能够相对于回转组件3摆动的摆动组件4，摆动组件4上设有能够相对于摆动组件4转动的手爪组件5；

其中，竖直运动组件1的行程L大于立根81的长度L1；竖直运动组件1通过钢丝绳61连接绞车钢丝绳系统6，以实现竖直运动组件1的上下滑动；

竖直运动组件1、横向运动组件2、回转组件3、摆动组件4和手爪组件5能够在控制系统控制下相互配合并共同用于抓取或拆接或推扶管具8或管具立根81；

如图2-3所示、结合图1，竖直运动组件1包括底座11，底座11通过两根竖向轨道12连接在井架9的前大腿91上；

横向运动组件2为平行四边形结构，其一端固定连接在底座11的中部，另一端连接转动组件3；平行四边形结构在驱动部21带动下能够在垂直于井架前平面92的竖直平面内摆动，以实现转动组件3的横向移动；从而使手爪组件5的作业范围覆盖指梁区7的X轴区域，其中驱动部21为液压缸；

回转组件3包括回转座31，回转座31的上端通过回转减速机32连接横向运动组件2，回转座31的下端用于连接摆动组件4，回转减速机32用于带动回转座31绕自身轴线实现正负180°转动；

如图2-4所示，摆动组件4包括摆动臂41，摆动臂41的上端通过上关节42可转动地连接回转座31的下端，摆动臂41的下端通过下关节43连接手爪组件5，从而使手爪组件5的作业范围覆盖指梁区7的Y轴区域；

如图4-6所示，结合图1，手爪组件5包括滑动座51，滑动座51通过转动支架52可转动地连接下关节43，滑动座51上设有导向钳53、夹紧钳54和推扶钳55；导向钳53和夹紧钳54同轴安装，用于共同抓取管具8或立根81，推扶钳55用于推扶管具8或管具立根82；导向钳53和夹紧钳54同轴设于滑动座51的上下端，推扶钳55设于滑动座51顶部并与导向钳53和夹紧钳54的轴线成90°布置；

滑动座51通过缓冲机构56连接转动支架52；缓冲机构56用于在手爪组件5接触管具8或手爪组件5夹持的管具8接触固定物时消减机械冲击，以及用于补偿管具8丝扣连接的行程差；

其中缓冲机构56为油缸，滑动座51和转动支架52相对套接并能够相对滑动；油缸的两端分别连接滑动座51和转动支架52，从而沿相对滑动方向提供缓冲保护；

如图7所示，导向钳53采用滚轮式手爪531，以保证管具8或立根81被抓取后仍能沿自身轴线转动。

图8-12为本实施例中一种多功能机械手进行立根抓取、拆接、移运、排放的作业步骤图：

步骤一：如图8所示，当钻机采用猫道94移运管具8时，需配置两个鼠洞，即鼠洞一951和鼠洞二952，其中鼠洞二952作为临时储存管具8使用；

当猫道94将管具8移运至钻台93时，管具8成倾斜姿态，多功能机械手的横向运动组件2在驱动部21的收回驱动作用下将回转组件3移动到钻具8抓取位置；摆动组件4保持竖直姿态，手爪组件5转动，使导向钳53和夹紧钳54对准管具8；控制绞车钢丝绳系统6下放钢丝61，使导向钳53和夹紧钳54下移接触管具8，并完成抓取管具8的动作；

步骤二：如图9所示，手爪组件5夹持管具8后，绞车钢丝绳系统6提升竖直运动组件1，竖直运动组件1沿竖向轨道12向上移动；同时横向运动组件2随管具8的姿态变化调整手爪组件5的旋转角度，最终使管具8脱离猫道94并调整管具8为竖直姿态。

步骤三：如图10所示，管具8被调整为竖直姿态后，继续微调管具8位置，使之与鼠洞二952对齐，操控绞车钢丝绳系统6下放竖向运动组件1，将管具8放置到鼠洞二952中临时储存，管具8在接触鼠洞二952底部时触发缓冲机构56动作后，控制系统指令绞车钢丝绳系统6减速并停止，起到保护作用；鼠洞二952将管具8下降到合适高度，让出操作空间；与此同时，猫道94将第二根管具8移运至钻台93。

步骤四：如图11所示，鼠洞二952中的管具8放置到位后，手爪组件5的导向钳53和夹紧钳54释放管具8，将多功能机械手调整到步骤一的抓取姿态，抓取第二根管具8，并将第二根管具8放置到鼠洞一951临时储存；与此同时，猫道94将第三根管具8移运至钻台93；

步骤五：如图12所示，鼠洞一951中的第二根管具8放置到位后，手爪组件5的导向钳53和夹紧钳54释放第二根管具8，将多功能机械手调整到步骤一的抓取姿态，抓取第三根管具8，并依次对接鼠洞一951中的第二根管具8和鼠洞二952中的管具8，形成图1所示姿态，此时即完成对接立根81的作业；

在连接立根81的过程中，管具8之间相互接触会触发缓冲机构56动作，控制系统指令绞车钢丝绳系统6减速或停止，起到保护作用。

立根拆卸流程与上述流程相反。

图13-14为本实施例中一种多功能机械手进行管具推扶作业的示意图：

多功能机械手在进行推扶作业前，先将竖直运动组件下移到合适高度，在通过摆动组件4的下关节43调整手爪组件5到推扶作业姿态，即使推扶钳55正对管具8；从而将管具8推扶到井口或者指梁区7的目标位置。

本实施例中，竖直运动组件1合理利用井架9结构，在前大腿91上设置两条相互平行的竖向轨道12，从而实现本发明的竖直移动；在实际使用中，由于需要经常对立根81进行拆接操作，因此需要整个设备的竖直行程L大于立根长度L1(即三根管具8的长度之和)；在不需要拆接立根81的特殊工况下，竖直运动组件1的行程L的长度可根据实际情况设定；

绞车钢丝绳系统6是竖直运动机构1的驱动装置优选方案，绞车钢丝绳系统6是钻机常用的牵引系统，其优势在于操作简单、性能可靠、检修维护方便、成本低廉；可以根据具体工况和操作精度要求的不同更换为其他形式的驱动装置；

在实现竖直运动的基础上，需要选择合适的机构实现转动组件3的横向运动，此处所述横向运动的具体方向一般是指垂直于井架前平面92的方向，以简化设计和安装、降低成本；

本实施例优选平行四边形结构作为横向运动组件2的主体结构；平行四边形结构能够在垂直于井架前平面92的竖直平面内摆动，从而实现转动组件3的横向运动；平行四边形结构的优势在于，机构可折叠、占据空间小；由于其向下摆动时等同于增加了摆动组件4的长度，因此可实现更大范围的作业；

在回转减速机32驱动下，回转座31能够根据工况需要，通过摆动组件4带动手爪组件5转向井口、鼠洞、指梁等不同区域，从而实现多方向、多自由度动作，以及水平或倾斜抓取，大幅提高本发明的适用范围；

由导向钳53对管具8或立根81进行夹持，在拆接管具8或立根81过程中为其提供沿轴线旋转的自由度，保护其不受损坏；夹紧钳54夹持管具8或立根81后能提供足够的夹紧力以承受管具8或立根81的重力；推扶钳55可将管具8或立根81限位在钳体内，并提供足够空间以适应不同尺寸的管具8或立根81在倾斜推扶时的空间需求；

导向钳53和夹紧钳54用于共同抓取管具8，推扶钳55用于推扶管具8；将实现两种功能的两组结构呈90°布置，保证手爪组件5的两种功能相互不干涉，让手爪组件5在不更换部件的情况下实现更多功能；

在导向钳53抓取管具8时，由滚轮式手爪531接触管具8并进行夹持，在管具8拆卸或连接管具立根82过程中，滚轮随管具8转动而转动，为管具8提供沿轴线选装的自由度，保护管具不受损坏；

导向钳53和夹紧钳54静止时，缓冲机构56处于收缩状态，当夹持管具8后，缓冲机构56因管具8重力作用被拉长/压缩；当导向钳53和夹紧钳54将管具8下放至钻台或者与另一根管具8对接时，但由于控制系统的延迟，无法立即停止导向钳53和夹紧钳54的运动趋势，即被夹持的管具8接触支撑物后，导向钳53和夹紧钳会54继续下放动作，此时如果没有缓冲装置56，将容易产生机械冲击并造成设备损坏；

该情况下，缓冲装置56被拉长，其被拉长的行程补偿给手爪组件5，使得手爪组件5能够在缓冲行程内继续下行，在此过程中，控制系统检测到缓冲装置56动作，立即停止下放动作，从而起到管具8接触保护和设备冲击保护的作用；同时管具8拆接过程中缓冲装置56的缓冲行程还能够补偿管具丝扣81连接的行程差；

滑动座51、缓冲机构56和转动支架52三者之间的连接方式有多种，本实施例优选油缸作为缓冲机构56，并将滑动座51和转动支架52相互套接，以匹配油缸的单自由度缓冲方向；该方案结构简单可靠、维护方便、成本低廉，可适用于大多数常规钻机。

本发明能够独立完成立根离线拆接、将立根从鼠洞移运到井口或二层台指梁等动作；通过竖直运动组件1、横向运动组件2、回转组件3和摆动组件4，为实施抓取、拆接、排放的手爪组件5实现多方向、多自由度动作，设备适配性高，能够大幅减少立根在高位的交接作业，降低作业安全风险，提供设备利用率，降低钻机成本；使用本发明后，二层台无需井架工辅助操作，减少工人高空危险作业，提高工作效率。

实施例2

如图15-16所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，横向运动组件2为桁架组件，桁架组件包括相互连接的桁架22和平移车23，桁架22的一端垂直连接在底座11的中部，平移车23的上端可滑动地连接桁架22，平移车23的下端连接转动组件3；

其中，平移车23能够在桁架22长度范围内往复运动，以实现转动组件3的横向移动，从而使手爪组件5的作业范围覆盖指梁区7的X轴区域。

在实现竖直运动的基础上，需要选择合适的机构实现转动组件的横向运动，此处所述横向运动的具体方向一般是指垂直于井架前平面92的方向，以简化设计和安装、降低成本；

本实施例优选桁架组件作为横向运动组件2的主体结构；与实施例1采用的平行四边形结构为非固定结构不同，桁架组件为固定结构，其中桁架22垂直于并固定连接在竖直运动组件1上，通过在桁架22长度范围内运动的平移车23实现转动组件3的横向移动；

桁架组件能够直接实现转动组件3横向运动，无需其他运动组件进行配合；该结构的优势在于，结构简单可靠、性能稳定、操作更方便、维护检修成本更低；但由于桁架是固定结构，形成的作业范围也固定，不能形成更大的作业范围。

以上公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种多功能机械手，其特征在于，包括连接在井架(9)上并能够相对所述井架(9)竖向运动的竖直运动组件(1)，所述竖直运动组件(1)上设有能够相对于所述竖直运动组件(1)横向运动的横向运动组件(2)，所述横向运动组件(2)上设有能够相对于所述横向运动组件(2)转动的回转组件(3)，所述回转组件(3)上设有能够相对于所述回转组件(3)摆动的摆动组件(4)，所述摆动组件(4)上设有能够相对于所述摆动组件(4)转动的手爪组件(5)；

所述竖直运动组件(1)、横向运动组件(2)、回转组件(3)、摆动组件(4)和手爪组件(5)能够在控制系统控制下相互配合并共同用于抓取或拆接或推扶管具(8)。

2.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述竖直运动组件(1)包括底座(11)，所述底座(11)通过两根竖向轨道(12)连接在所述井架(9)的前大腿(91)上，所述竖直运动组件(1)的行程L大于立根(81)的长度L1。

3.根据权利要求2所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述底座(11)通过钢丝绳(61)连接绞车钢丝绳系统(6)，以实现所述竖直运动组件(1)的上下滑动。

4.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述横向运动组件(2)为平行四边形结构并配套有驱动部(21)，所述横向运动组件(2)的一端固定连接在所述竖直运动组件(1)的中部，另一端连接所述转动组件(3)；

所述横向运动组件(2)的平行四边形结构在所述驱动部(21)带动下能够在垂直于井架前平面(92)的竖直平面内摆动，以实现所述转动组件(3)的横向移动，从而使所述手爪组件(5)的作业范围覆盖指梁区(7)的X轴区域。

5.根据权利要求4所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述驱动部(21)为液压缸。

6.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述横向运动组件(2)为桁架组件，所述桁架组件包括相互连接的桁架(22)和平移车(23)，所述桁架(22)的一端垂直连接在所述竖直运动组件(1)的中部，所述平移车(23)的上端可滑动地连接所述桁架(22)，所述平移车(23)的下端连接所述转动组件(3)；

所述平移车(22)能够在所述桁架(21)长度范围内往复运动，以实现所述转动组件(3)的横向移动，从而使所述手爪组件(5)的作业范围覆盖指梁区(7)的X轴区域。

7.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述回转组件(3)包括回转座(31)，所述回转座(31)的上端通过回转减速机(32)连接所述横向运动组件(2)，所述回转座(31)的下端用于连接所述摆动组件(4)，所述回转减速机(32)用于带动所述回转座(31)绕自身轴线实现正负180°转动。

8.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述摆动组件(4)包括摆动臂(41)，所述摆动臂(41)的上端通过上关节(42)可转动地连接所述回转组件(3)，所述摆动臂(41)的下端通过下关节(43)连接所述手爪组件(5)，所述摆动组件(4)用于使所述手爪组件(5)的作业范围覆盖所述指梁区(7)的Y轴区域。

9.根据权利要求1所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述手爪组件(5)包括滑动座(51)，所述滑动座(51)通过转动支架(52)可转动地连接所述摆动组件(4)，所述滑动座(51)上设有导向钳(53)、夹紧钳(54)和推扶钳(55)；所述导向钳(53)和夹紧钳(54)同轴安装，用于共同抓取所述管具(8)，所述推扶钳(55)用于推扶所述管具(8)。

10.根据权利要求9所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述导向钳(53)和夹紧钳(54)同轴设于所述滑动座(51)的上下端，所述推扶钳(55)设于所述滑动座(51)顶部并与所述导向钳(53)和夹紧钳(54)的轴线成90°布置。

11.根据权利要求9所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述导向钳(53)采用滚轮式手爪(531)，以保证所述管具(8)被抓取后仍能沿自身轴线转动。

12.根据权利要求9所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述滑动座(51)通过缓冲机构(56)连接所述转动支架(52)；所述缓冲机构(56)用于在所述手爪组件(5)接触所述管具(8)或所述手爪组件(5)夹持的所述管具(8)接触固定物时消减机械冲击，以及用于补偿所述管具(8)丝扣连接的行程差。

13.根据权利要求12所述的一种多功能机械手，其特征在于，所述缓冲机构(56)为油缸，所述滑动座(51)和转动支架(52)相互套接并能够相对滑动；所述油缸的两端分别连接所述滑动座(51)和转动支架(52)，从而沿所述相对滑动方向提供缓冲保护。

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