CN113006713B - 一种双连杆钻杆拾取机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双连杆钻杆拾取机械手，属于煤矿钻机技术领域，包括能够在竖直面内转动的转动臂，转动臂的另一端设有大臂，大臂的一端连接有驱动绕其轴线转动的第一驱动装置，另一端铰接有两个互相平行的连杆，两连杆的另一端设有夹紧动力与大臂平行的机械爪，还包括与连杆相连能够使机械爪作平动的第二驱动装置。本发明采用平行四连杆机构，实现钻杆的纵向移动和平行移动，缩短了钻杆向钻进中心翻转的半径，提高了翻转稳定性，同时双连杆摆转也实现了钻杆的轴向移动，结合翻转功能，可有效避开立柱空间。

Description

一种双连杆钻杆拾取机械手

技术领域

本发明属于煤矿钻机技术领域，涉及一种双连杆钻杆拾取机械手。

背景技术

随着煤矿智能化开采的发展，自动钻机的发展方兴未艾。钻杆拾取机械手是自动钻机的关键部件，由于井下钻孔具有多样性，例如开孔高度各不相同、开孔角度各不相同，井下空间具有特殊性，例如巷道轴向空间充足，而横向和高度相空间不足，这些都限制了机械手的使用。由于现有技术中钻杆拾取机械手不能兼顾开孔高度和钻孔倾角，因此机械手不能有效合理地利用巷道空间。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种双连杆钻杆拾取机械手，以解决现有技术中钻杆拾取机械手不能兼顾开孔高度和钻孔倾角的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双连杆钻杆拾取机械手，包括能够在竖直面内转动的转动臂，转动臂的另一端设有大臂，大臂的一端连接有驱动绕其轴线转动的第一驱动装置，另一端铰接有两个互相平行的连杆，两连杆的另一端设有夹紧动力与大臂平行的机械爪，还包括与连杆相连能够使机械爪作平动的第二驱动装置。

可选地，所述机械爪包括固定爪，固定爪沿其长度方向开设有导向孔，导向孔内设有仅具有轴向移动自由度的伸缩轴，伸缩轴的一端连接有能够驱动沿其轴向移动的第三驱动装置；伸缩轴上还套设有能够绕其轴心线转动的活动爪，活动爪与固定爪组成一副夹持中心与伸缩轴平行的夹爪。

可选地，所述伸缩轴的周向设有伸缩轴螺旋槽，活动爪上开设有通孔，通孔壁上开设有与伸缩轴螺旋槽相匹配的活动爪螺旋槽以形成滚珠通道，滚珠通道内设有滚珠和滚珠固定架。

可选地，所述活动爪设置在伸缩轴的中部，固定爪的中部开设有呈U型的活动爪避让槽，导向孔开设在活动爪避让槽的两侧，活动爪安装在活动爪避让槽内。

可选地，所述固定爪与待夹持钻杆的接触面大于活动爪与待夹持钻杆的接触面。

可选地，所述固定爪包括呈槽型的固定爪卡瓦安装槽和可拆卸连接在固定爪卡瓦安装槽内的固定爪卡瓦，活动爪包括呈槽型的活动爪卡瓦安装槽和可拆卸连接在活动爪卡瓦安装槽内的活动爪卡瓦。

可选地，所述固定爪与待夹持钻杆的接触面大于活动爪与待夹持钻杆的接触面。

可选地，所述导向孔的横断面为正多边形。

可选地，所述大臂的一侧沿待夹持钻杆轴向设有两个钻杆箱。

可选地，所述转动臂通过回转器连接在钻机机架的一侧。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用平行四连杆机构，实现了钻杆的纵向移动和平行移动，缩短了钻杆向钻进中心翻转的半径，提高了翻转的稳定性，同时平行四连杆机构也实现了钻杆的轴向移动，结合翻转功能，可有效避开立柱空间。该机构利用摆转产生的钻杆的纵向移动与轴向移动的组合，实现在不同倾角、不同钻孔高度下有效地避开钻机立柱的功能，进而实现钻进的多样性，也可实现在钻杆轴向空间布置多个钻杆箱，进而提高容纳钻杆的能力。

2.本发明采用内置夹紧动力，夹紧动力方向与夹紧载荷方向垂直，且与钻杆轴线平行，与井下空间方向性一致，且可改变钻杆立体转置为平面转置，节约转置空间，便于自动钻机的空间布局，为自动钻机小型化和大型化两个方向的发展提供了技术支撑。另外，本机械手的钻杆转置方式可有效地避障(钻机立柱)，从而为高位自动钻机提供技术保障，且结构更为紧凑。

3.本发明的机械爪利用丝杠螺母传动原理，通过伸缩轴的轴向移动带动活动爪的周向转动，实现了机械爪的开闭，从而实现机械爪的夹持与打开功能；通过使伸缩轴与钻杆的轴线平行，实现了夹持方向与动力载荷方向垂直，使得机械爪的结构更为紧凑；由于机械爪的长度方向与机架轴线方向一致，使得钻杆的拾取结构设计更为紧凑；另外，由于采用滚珠沿螺旋槽转动的结构，因此载荷传递损失少，且更能精准的控制机械爪的持夹力。

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为双连杆钻杆拾取机械手的结构示意图一；

图2为双连杆钻杆拾取机械手的结构示意图二；

图3为机械爪的结构示意图一；

图4为机械爪的结构示意图二。

附图标记：第一驱动装置1、转动臂2、大臂3、连杆4、第二驱动装置5、机械爪6、钻杆7、立柱8、第三驱动装置61、固定爪62、伸缩轴63、滚珠组件64、活动爪65、固定爪卡瓦66、活动爪卡瓦67。

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～图4，一种双连杆钻杆拾取机械手，包括能够在竖直面内转动的转动臂2，转动臂2的另一端设有大臂3，大臂3的一端连接有驱动绕其轴线转动的第一驱动装置1，另一端铰接有两个互相平行的连杆4，两个连杆4的另一端与夹紧动力与大臂3平行的机械爪6铰接，且至少一个连杆4连接有驱动其绕其铰接点摆动的第二驱动装置5。第一驱动装置1可为液压马达，第二驱动装置5可为摆动液压缸。

机械爪6采用内置夹紧动力，夹紧动力方向与夹紧载荷方向垂直，机械爪6包括固定爪62，固定爪62沿其长度方向开设有导向孔，导向孔内设有仅具有轴向移动自由度的伸缩轴63，伸缩轴63的一端连接有能够驱动沿其轴向移动的第三驱动装置61；伸缩轴63上还套设有能够绕其轴心线转动的活动爪65，活动爪65与固定爪62组成一副夹持中心与伸缩轴63平行的夹爪。

本发明的机械爪6中的导向孔的横断面可为正多边形，优选正六边形。伸缩轴63的周向设有伸缩轴螺旋槽，活动爪65上开设有通孔，通孔壁上开设有与伸缩轴螺旋槽相匹配的活动爪螺旋槽以形成滚珠通道，滚珠通道内设有滚珠和滚珠固定架。

本发明的机械爪6中的活动爪65设置在伸缩轴63的一端或中部，优选中部，设置在中部的实现方式为：在固定爪62的中部开设呈U型的活动爪避让槽，导向孔开设在活动爪避让槽的两侧，活动爪65安装在活动爪避让槽内。

本发明的机械爪6中的固定爪卡瓦66与待夹持钻杆7的接触面大于活动爪卡瓦67与待夹持钻杆7的接触面，能够更稳定的夹持待夹持件。

为了使结构更为紧凑，本发明的机械爪6中的第三驱动装置61采用端部安装方式的直线液压缸，第三驱动装置61的输出端通过开设在伸缩轴63端部中心位置的连接孔与伸缩轴63连接，第三驱动装置61的固定端固定在固定爪62的端部。

为了提高容纳钻杆的能力，大臂3的一侧沿待装钻杆长度方向设有两个钻杆箱，且分别对应机械手的前置位和后置位。

本发明采用平行四连杆机构，实现了钻杆7的纵向移动和平行移动，缩短了钻杆7向钻进中心翻转的半径，提高了翻转的稳定性，同时平行四连杆机构也实现了钻杆7的轴向移动，结合翻转功能，可有效避开立柱8的空间。该机构可充分利用摆转产生的钻杆7的纵向移动与轴向移动的组合，实现在不同倾角、不同钻孔高度下有效地避开钻机立柱8的功能，进而实现钻进的多样性，也可实现在钻杆7轴向空间布置多个钻杆箱，进而提高容纳钻杆7的能力。

实施例

一种双连杆钻杆拾取机械手，如图1～图4所示，包括第一驱动装置1、转动臂2、大臂3、连杆4、第二驱动装置5和机械爪6。各零部件的具体结构和功能如下：

第一驱动装置1：为液压马达，固定在转动臂2上，其转轴与大臂3的连接杆相连，以实现大臂3绕第一驱动装置1的回转中心转动，从而实现钻杆位置的变化。

转动臂2：通过回转器设置在钻机机架的一侧，可沿O点转动，以实现钻杆倾角的变化。

大臂3：与第一驱动装置1的转轴连接，可绕第一驱动装置1的旋转中心转动，另一端与连杆4、第二驱动装置5连接，第二驱动装置5为摆动液压缸，两个连杆4与机械爪6、大臂3之间形成平行四边形结构，在第二驱动装置的作用下，使得钻杆7可沿其轴向和图1的上下方向移动。

连杆4：连接大臂3与机械爪6，确保机械爪6的平行移动。

机械爪6：利用丝杠螺母传动原理，通过伸缩轴63的轴向移动带动活动爪65的周向转动，实现了机械爪6的开闭，从而实现机械爪6的夹持与打开功能。机械爪6包括固定爪62、活动爪65、伸缩轴63、滚珠、滚珠固定架和第三驱动装置61，第三驱动装置61驱动伸缩轴63沿开设在固定爪62上的导向孔移动，并通过滚珠的运动将驱动装置的推力转化为活动爪65的夹紧力，各零部件的相对安装位置和具体结构功能如下：

第三驱动装置61：为直线运动的液压缸，与钻杆7轴线平行，提供夹紧动力，安装在固定爪62的一端，第三驱动装置61的活塞同伸缩轴63相连，并带动伸缩轴63在固定爪62的六方导向孔内轴向移动。

固定爪62：固定爪62的一端同第三驱动装置61连接，中间具有导向孔与伸缩轴63配合，伸缩轴63可在导向孔内移动，与活动爪65组合，完成钻杆7的夹紧；固定爪62的一端设有定位台，以实现对第三驱动装置61的定位。固定爪62的固定爪卡瓦安装槽为固定爪卡瓦66的安装位，与固定爪卡瓦66的外形匹配，其上开设有固定爪卡瓦连接孔，与固定爪卡瓦的安装孔位置一致。

伸缩轴63：与第三驱动装置61连接，与固定爪62的导向孔配合，可在固定爪62的导向孔内轴向移动，其周向开设有多条伸缩轴螺旋槽，伸缩轴螺旋槽呈圆弧形，伸缩轴螺旋槽内设有由滚珠及滚珠固定架组成的滚珠组件64，滚珠可在伸缩轴螺旋槽内滚动，同时沿轴向相对移动，减小载荷专递阻力，滚珠固定架防止滚珠无规律的运动。伸缩轴63的一端中心开设有连接孔，连接孔为螺纹孔，与第三驱动装置61连接，以实现夹紧载荷的传递。伸缩轴63的两端为与固定爪62的导向孔配合的多边形结构，以防止伸缩轴63的周向转动。

活动爪65：与固定爪62配合，完成钻杆7的夹紧。活动爪65上开设有通孔，且通孔的内壁上开设有与伸缩轴螺旋槽相匹配的活动爪螺旋槽。伸缩轴63可沿轴向移动，滚珠可周向转动，并作用在活动爪螺旋槽内，进而实现活动爪65沿伸缩轴63周向转动，从而完成相对于固定爪62的周向角变化，进而完成钻杆7的夹紧与打开。活动爪65的活动爪卡瓦安装槽为活动爪卡瓦67的安装位，与活动爪卡瓦67的外形匹配，其上开设有活动爪卡瓦连接孔，与活动爪卡瓦的安装孔位置一致。

机械爪6的工作原理为：

1.钻杆夹持：夹持前，第三驱动装置61处于缩回位置，活动爪65处于打开位置，通过外置机构将机械爪6移动到钻杆7所需夹持位置；在高压油作用下，第三驱动装置61的活塞伸出，推动伸缩轴63向前推进，带动滚珠转动，作用到活动爪65，活动爪65转动至夹紧钻杆7，完成钻杆7的夹紧；

2.钻杆松开：机械爪6移动到指定位置，并夹持钻杆7，第三驱动装置61的液压油换向，第三驱动装置61的活塞回缩，伸缩轴63向第三驱动装置61的方向移动，活动爪65打开，钻杆7松开。

机械手的工作原理为：

1钻杆送进

1.1钻杆送进

初始状态：钻杆7处于水平位置，机械手处于与钻杆7不接触的任意位置，机械爪6处于打开位置。

(1)机械爪6位置调整，第二驱动装置5收回，机械爪6与大臂3处于最小距离；

(2)第一驱动装置1工作，大臂3旋转，使机械爪6与转动臂2的回转中心O位于大臂3的同侧；

(3)转动臂2转动，使大臂3运行到水平位置；

(4)第二驱动装置5工作，使机械爪6中心与钻杆7中心重合；

(5)机械爪6的第三驱动装置61工作，活动爪65转动，夹持钻杆7；

(6)第二驱动装置5工作，机械爪6与大臂3中心处于最小距离；

(7)第一驱动装置1工作，大臂3沿第一驱动装置1中心顺时针方向转动270°；

(8)转动臂2沿其回转中心O旋转，使大臂3的中心与钻进倾角一致；

(9)第二驱动装置5工作，机械爪6与大臂3中心处于最大距离，将钻杆7送至钻进中心；

(10)第三驱动装置61工作，机械爪6松开，完成钻杆7送进工作位置；

(11)第二驱动装置5工作，机械爪6与大臂3中心处于最小距离；

(12)第一驱动装置1逆时针转动270°，机械爪6与转动臂2的回转中心O位于大臂3的同侧；

(13)重复第(3)～(12)步，进行下一根钻杆7的送进流程。

1.2钻杆抓回

初始位置：钻进完毕后，大臂3处于水平位置，机械爪6打开，机械爪6与回转臂中心位于大臂3同侧，大臂3与机械爪6处于最小距离状态。

(1)第一驱动装置1顺时针方向转动270°；

(2)回转臂旋转至钻进中心平行；

(3)第二驱动装置5工作，将机械爪6送至钻杆7中心；

(4)第三驱动装置61工作，机械爪6夹持钻杆7；

(5)第二驱动装置5工作，机械爪6移动至大臂3最小距离；

(6)第一驱动装置1工作，大臂3逆时针转动270°；

(7)转动臂2绕其中心转动至水平位置；

(8)第二驱动装置5工作，机械爪6中心移至钻杆7存放中心位置；

(9)第三驱动装置61工作，钻杆7松开，完成钻杆7的抓回；

(10)第二驱动装置5工作，机械爪6与大臂3处于最小距离；

(11)重复第(1)～(10)步，进行下一根钻杆7的抓回流程。

1.3钻杆箱串联

由于机械手处于最远端拾取(A位)，机架长度大于两倍钻杆长度，因此在机架长度方向，在钻杆箱的同侧有足够的空间容纳另一钻杆箱，即在B位设置另一钻杆箱，以实现钻杆的扩容。

本发明的机械爪6为内置活塞式机械爪6，采用内置夹紧动力，夹紧动力方向与夹紧载荷方向垂直，且与钻杆7轴线平行，与井下空间方向性一致，且可改变钻杆7立体转置为平面转置，节约转置空间，便于自动钻机的空间布局，为自动钻机小型化和大型化两个方向的发展提供了技术支撑。另外，本机械手的钻杆7转置方式可有效地避障(钻机立柱8)，从而为高位自动钻机提供技术保障，且结构更为紧凑。

本发明的机械手可使钻杆7沿钻杆轴向移动和上下方向移动，能够充分利用机架的轴向空间；当第二驱动装置5全部缩回时，钻杆中心与转动中心(即马达旋转中心)距离最短，实现钻杆平稳翻转，所需的马达翻转扭矩更小，翻转冲击更小；钻杆7在高位翻转时，可有效避开立柱8，不受立柱8高度的影响；解决了垂直于钻机机架空间小的问题；采用最小中心距翻转即机械手前置位时，钻杆7处于钻机的最前位A，可在钻机的后位B同时设置钻杆容器，即分别在机械手的前置位和后置位分别设置钻杆容器，实现钻杆容器的扩容；机械手结构紧凑，最大限度利用巷道空间的方向性，钻机结构紧凑。

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 (8)

1.一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：包括能够在竖直面内转动的转动臂，转动臂的另一端设有大臂，大臂的一端连接有驱动绕其轴线转动的第一驱动装置，另一端铰接有两个互相平行的连杆，两连杆的另一端设有夹紧动力与大臂平行的机械爪；机械爪包括固定爪，固定爪沿其长度方向开设有导向孔，导向孔内设有仅具有轴向移动自由度的伸缩轴，伸缩轴的一端连接有能够驱动沿其轴向移动的第三驱动装置；伸缩轴上还套设有能够绕其轴心线转动的活动爪，活动爪与伸缩轴之间形成丝杠螺母副，活动爪与固定爪组成一副夹持中心与伸缩轴平行的夹爪；还包括与连杆相连能够使机械爪作平动的第二驱动装置。

2.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述伸缩轴的周向设有伸缩轴螺旋槽，活动爪上开设有通孔，通孔壁上开设有与伸缩轴螺旋槽相匹配的活动爪螺旋槽以形成滚珠通道，滚珠通道内设有滚珠和滚珠固定架。

3.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述活动爪设置在伸缩轴的中部，固定爪的中部开设有呈U型的活动爪避让槽，导向孔开设在活动爪避让槽的两侧，活动爪安装在活动爪避让槽内。

4.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述固定爪与待夹持钻杆的接触面大于活动爪与待夹持钻杆的接触面。

5.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述固定爪包括呈槽型的固定爪卡瓦安装槽和可拆卸连接在固定爪卡瓦安装槽内的固定爪卡瓦，活动爪包括呈槽型的活动爪卡瓦安装槽和可拆卸连接在活动爪卡瓦安装槽内的活动爪卡瓦。

6.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述导向孔的横断面为正多边形。

7.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述大臂的一侧沿待夹持钻杆轴向设有两个钻杆箱。

8.根据权利要求1所述的一种双连杆钻杆拾取机械手，其特征在于：所述转动臂通过回转器连接在钻机机架的一侧。

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