CN117404027A - 一种应用于修井的电驱智能机器臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于修井的电驱智能机器臂，包括滑动地轨组件、轴座、基座转动组件、关节轴组件、大臂、关节轴组件、小臂、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件和工具端夹爪组件等。本发明的应用于修井的电驱智能机器臂及其应用的有益效果在于：将原先的现场修井作业操作工人4‑5个人简化到只需要1‑2人，可视化远程操控机器臂，减少人工，增加井口人员安全，提高自动化智能化程度，提高修井作业工作效率；本发明的智能机器臂，可固定在地面使用，可随车载货车使用，不限定固定方式，适应兼容性更大，也提高了本发明的可扩展性，提高了应用范围和应用价值。

Description

一种应用于修井的电驱智能机器臂

技术领域

本发明属于油田修井自动化设备应用技术领域，具体涉及应用于修井的电驱智能机器臂。

背景技术

油田修井作业是指在石油钻井及油井维护的一种作业，是为了确保油井顺利使用而采取的维护和保养措施，其工程难度大，技术要求复杂，必须使用大型修井设备等工具开展相应的工作。

油井在检修作业时主要工作量是井口内起下油管，现有的修井设备中，油管的旋紧、卸除拆装已基本实现自动化操作。但在油管的转运过程中，仍然需要一定的人工辅助，作业工人的劳动强度大，工作效率低，而且操作不当容易引起安全事故，造成人员伤亡。

现有技术中存在有无需人工辅助的修井设备，其中有一种类型的修井智能设备采用摆臂结构对油管进行抓取转运，但其运转缓慢且只能在特定的区域内的油管进行抓取或者放置。不仅影响工作效率，受工作环境影响多种因素限制，占地面积大，运输和安装调试复杂繁琐。

另一种类型的修井智能设备，是采用液压控制的多轴机械臂，液压控制对于设备的控制复杂，设备自身的油路油管，液压泵等维护复杂，在抓取油管的过程中效率不高，在抓取初始位置及关键的井口定位时候的精度较差，整体的稳定性较差。

因此，基于上述问题，本发明提供应用于修井的电驱智能机器臂及其应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供应用于修井的电驱智能机器臂及其应用，解决背景技术中传统油田修井作业时候，油管、抽油杆的智能化自动化抓取转运，定位输送功能作业时所存在问题。

技术方案：本发明的第一方面提供应用于修井的电驱智能机器臂，包括滑动地轨组件、轴座、基座转动组件、关节轴组件、大臂、关节轴组件、小臂、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件和工具端夹爪组件；所述滑动地轨组件上连接放置轴座，轴座上连接基座转动组件，基座转动组件连接关节轴组件，关节轴组件连接大臂，大臂另一端连接关节轴组件，关节轴组件连接小臂，小臂另一端连接关节轴组件，关节轴组件连接关节轴组件，关节轴组件的腕部连接关节轴组件，工具端夹爪组件安装连接在关节轴组件的法兰上。

作为优选的实施例，所述滑动地轨组件由伺服电机、齿条、齿轮、底座框架、限位装置、拖链、安装地脚法兰和移动基座组成；所述底座框架连接安装地脚法兰沿着地轨的方向均匀分布连接，所述安装地脚法兰通过孔位固定在地面上，所述齿条分布在底座框架内侧，与安装在移动基座上的齿轮咬合，运行时伺服电机旋转，提供动力至前端的齿轮，移动基座沿着底座框架内侧双导轨进行移动，所述拖链内布有线缆随移动基座运动，所述限位装置分布在底座框架两端，提供移动基座在底座框架两端运动的限位保护功能。

作为优选的实施例，所述基座转动组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件其内部构造原理相同，均是由伺服电机连接RV减速机实现回转运动控制；所述 B1大臂和B2小臂本体由铸造而成。

作为优选的实施例，所述工具端夹爪组件由夹持爪、横梁方管、直线电缸、铰链机构和安装基面组成；所述横梁方管两端各设有安装基面，所述安装基面内分别固定安装直线电缸，所述直线电缸分别连接铰链机构，所述铰链机构分别连接夹持爪；其中，当直线电缸缩回时，夹持爪发生向内加紧运动，夹持住油管外径处。

作为优选的实施例，所述应用于修井的电驱智能机器臂，还包括可视编程控制器PLC，其中，可视编程控制器PLC分别与伺服电机、基座转动组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件、关节轴组件、直线电缸有线或无线连接。

作为优选的实施例，所述夹持爪的表面设有防滑沟槽。

与现有技术相比，本发明的应用于修井的电驱智能机器臂及其应用的有益效果在于：1、将原先的现场修井作业操作工人4-5个人简化到只需要1—2人，可视化远程操控机器臂，减少人工，增加井口人员安全，提高自动化智能化程度，提高修井作业工作效率；2、采用纯电驱动的方式，更加安全环保节能减排，安全并且效率高，纯电控制的六轴机器臂和地轨轴，维护简单便捷，同时机器臂的抓取油管的活动范围大可达度和自由度高，增加设备的使用灵活性，减少设备的占地面积，运输安装方便操作，此外抓取油管、抽油杆过程稳定且精度高，重复定位精度优；3、本发明的智能机器臂，可固定在地面使用，可随车载货车使用，不限定固定方式，适应兼容性更大，也提高了本发明的可扩展性，提高了应用范围和应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实

施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的应用于修井的电驱智能机器臂的立视结构示意图；

图2是本发明的应用于修井的电驱智能机器臂的工具端夹爪组件的结构示意图；

图3是本发明的应用于修井的电驱智能机器臂的滑动地轨组件的结构示意图；

图4是本发明的应用于修井的电驱智能机器臂的夹持油管的主视结构示意图；

其中，图中序号如下：Z1-滑动地轨组件、Z2-轴座、J1-基座转动组件、J2－关节轴组件、B1－大臂、J3-关节轴组件、B2－小臂、J4-关节轴组件、J5-关节轴组件、J6-关节轴组件、D－工具端夹爪组件、E-可视编程控制器PLC、11－伺服电机、12－齿条、13－齿轮、14－底座框架、15-限位装置、16－拖链、17－安装地脚法兰、18-移动基座、21－夹持爪、22－横梁方管、23－直线电缸、24－铰链机构、25－安装基面、26－防滑沟槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶部”“底部”“一侧”“另一侧”“前面”“后面”“中间部位”“内部”“顶端”“底端”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，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3和图4所示的应用于修井的电驱智能机器臂，包括滑动地轨组件Z1、轴座Z2、基座转动组件J1、关节轴组件J2、大臂B1、关节轴组件J3、小臂B2、关节轴组件J4、关节轴组件J5、关节轴组件J6和工具端夹爪组件D；

滑动地轨组件Z1上连接放置轴座Z2，轴座Z2上连接基座转动组件J1，基座转动组件J1连接关节轴组件J2，关节轴组件J2连接大臂B1，大臂B1另一端连接关节轴组件J3，关节轴组件J3连接小臂B2，小臂B2另一端连接关节轴组件J4，关节轴组件J4连接关节轴组件J5，关节轴组件J5的腕部连接关节轴组件J6，工具端夹爪组件D安装连接在关节轴组件J6的法兰上。

另外，优选的滑动地轨组件Z1由伺服电机11、齿条12、齿轮13、底座框架14、限位装置15、拖链16、安装地脚法兰17和移动基座18组成；

底座框架14连接安装地脚法兰17沿着地轨的方向均匀分布连接，安装地脚法兰17通过孔位固定在地面上，齿条12分布在底座框架14内侧，与安装在移动基座18上的齿轮13咬合，运行时伺服电机11旋转，提供动力至前端的齿轮13，移动基座18沿着底座框架14内侧双导轨进行移动，拖链16内布有线缆随移动基座18运动，限位装置15分布在底座框架14两端，提供移动基座18在底座框架14两端运动的限位保护功能；

其中，限位装置15为横圆柱形，分别安装在底座框架14两端端面，移动基座18移动至底座框架14两端尾端时，分别与限位装置15接触，实现限位保护（防脱）。

另外，优选的本技术方案，基座转动组件J1、关节轴组件J2、关节轴组件J3、关节轴组件J4、关节轴组件J5、关节轴组件J6其内部构造原理相同，均是由伺服电机连接RV减速机实现回转运动控制；B1大臂和B2小臂本体由铸造而成。

另外，优选的工具端夹爪组件D由夹持爪21、横梁方管22、直线电缸23、铰链机构24和安装基面25组成；

横梁方管22两端各设有安装基面25，安装基面25内分别固定安装直线电缸23，直线电缸23分别连接铰链机构24，铰链机构24分别连接夹持爪21；

其中，当直线电缸23缩回时，夹持爪21发生向内加紧运动，夹持住油管M外径处。

此外，优选的应用于修井的电驱智能机器臂，还包括可视编程控制器PLCE，其中，可视编程控制器PLCE分别与伺服电机11、基座转动组件J1、关节轴组件J2、关节轴组件J3、关节轴组件J4、关节轴组件J5、关节轴组件J6、直线电缸23有线或无线连接，实现智能化的远端控制。

此外，优选的夹持爪21的表面设有防滑沟槽26，增加与油管M接触的摩擦力，提高夹持强度。

下面对电驱智能机器臂的工作方式进行说明，包含步骤：

步骤S1、将油管M转运至修井作业面；

步骤S2、通过可视编程控制器PLCE，启动滑动地轨组件Z1，滑动地轨组件Z1依据可视编程控制器PLCE预设数据信息进行相应的行程轨迹移动（在修井作业面），当移动至油管位置时，基座转动组件J1、关节轴组件J2、关节轴组件J3、关节轴组件J4、关节轴组件J5、关节轴组件J6、大臂B1和小臂B2在可视编程控制器PLCE控制进行相应的动作（动作为预设数据信息）；

步骤S3、工具端夹爪组件D在可视编程控制器PLCE控制进行相应的夹持动作（夹持动作为预设数据信息）将油管M夹起，并转移至修井作业面，且保持夹持动作，当油管M安装、调试完成后，可视编程控制器PLCE控制工具端夹爪组件D松开油管M，至此完成一个油管M夹持转移动作，并启动滑动地轨组件Z1复位。

其中，当需要进行重复油管夹持时，循环进行步骤S2和步骤S3。

本发明的应用于修井的智能机器臂，利用齿条12、齿轮13的传动方式对移动基座18进行驱动控制，不仅能够承载自身的移动，而且是为了平台上端安装六轴机器臂的运行，使得油管M在井口的抓取放置位置更加灵活，更好利用井口的空间实现多个空间位置的抓取移载，且具有良好的传动精度，工作平稳，可靠性高，结构简单组装调试及维护便捷。

在发明中，B1大臂和B2小臂本体由铸造而成，中空的方式，更好地走线和安装固定。

本发明的六轴机器人关节处均使用Rv减速机配合伺服电机，传动精度高，回差小，刚性强，抗冲击能力强，结构紧凑，传动效率高。

在发明中，基座转动组件J1、关节轴组件J2、关节轴组件J3、关节轴组件J4、关节轴组件J5、关节轴组件J6、大臂B1和小臂B2，构成一种六轴机械臂，其中六轴机械臂的关节自由度高，可达性强，纯电控的伺服电机驱动下，重复定位精度高，更加的节能环保，维护便捷。

六轴联动的机器臂灵活性强，通过远程的可视编程控制器PLCE的操作下，做任意轨迹的运行，对抓取放管的位置更加的自由，是替代井口以往方式的抓管下管的最优替代选择。

在本发明中，工具端夹爪组件D固定在关节轴组件J6的法兰安装面上，夹持力大，稳定性高，结构组成合理、简单，保证油管M在被机器臂移动过程中的夹持加紧强度，安全性。

另外，机器臂的类型也不限于六轴联动，也可以是更多轴数。

本发明解决了现有的油田修井作业的时候，油管和抽油杆在输送作业时所存在的不稳定的问题，提高了输送作业的安全性和高效性。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：包括滑动地轨组件（Z1）、轴座（Z2）、基座转动组件（J1）、关节轴组件（J2）、大臂（B1）、关节轴组件（J3）、小臂（B2）、关节轴组件（J4）、关节轴组件（J5）、关节轴组件（J6）和工具端夹爪组件（D）；

所述滑动地轨组件（Z1）上连接放置轴座（Z2），轴座（Z2）上连接基座转动组件（J1），基座转动组件（J1）连接关节轴组件（J2），关节轴组件（J2）连接大臂（B1），大臂（B1）另一端连接关节轴组件（J3），关节轴组件（J3）连接小臂（B2），小臂（B2）另一端连接关节轴组件（J4），关节轴组件（J4）连接关节轴组件（J5），关节轴组件（J5）的腕部连接关节轴组件（J6），工具端夹爪组件（D）安装连接在关节轴组件（J6）的法兰上。

2.根据权利要求1所述的应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：所述滑动地轨组件（Z1）由伺服电机（11）、齿条（12）、齿轮（13）、底座框架（14）、限位装置（15）、拖链（16）、安装地脚法兰（17）和移动基座（18）组成；

所述底座框架（14）连接安装地脚法兰（17）沿着地轨的方向均匀分布连接，

所述安装地脚法兰（17）通过孔位固定在地面上，

所述齿条（12）分布在底座框架（14）内侧，与安装在移动基座（18）上的齿轮（13）咬合，运行时伺服电机（11）旋转，提供动力至前端的齿轮（13），移动基座（18）沿着底座框架（14）内侧双导轨进行移动，

所述拖链（16）内布有线缆随移动基座（18）运动，

所述限位装置（15）分布在底座框架（14）两端，提供移动基座（18）在底座框架（14）两端运动的限位保护功能。

3.根据权利要求2所述的应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：所述基座转动组件（J1）、关节轴组件（J2）、关节轴组件（J3）、关节轴组件（J4）、关节轴组件（J5）、关节轴组件（J6）其内部构造原理相同，均是由伺服电机连接RV减速机实现回转运动控制；所述（B1）大臂和（B2）小臂本体由铸造而成。

4.根据权利要求3所述的应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：所述工具端夹爪组件（D）由夹持爪（21）、横梁方管（22）、直线电缸（23）、铰链机构（24）和安装基面（25）组成；

所述横梁方管（22）两端各设有安装基面（25），

所述安装基面（25）内分别固定安装直线电缸（23），

所述直线电缸（23）分别连接铰链机构（24），

所述铰链机构（24）分别连接夹持爪（21）；

其中，当直线电缸（23）缩回时，夹持爪（21）发生向内加紧运动，夹持住油管外径处。

5.根据权利要求4所述的应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：所述应用于修井的电驱智能机器臂，还包括可视编程控制器PLC（E），其中，可视编程控制器PLC（E）分别与伺服电机（11）、基座转动组件（J1）、关节轴组件（J2）、关节轴组件（J3）、关节轴组件（J4）、关节轴组件（J5）、关节轴组件（J6）、直线电缸（23）有线或无线连接。

6.根据权利要求4所述的应用于修井的电驱智能机器臂，其特征在于：所述夹持爪（21）的表面设有防滑沟槽（26）。