采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统，其特征在于：它包括四足攀登机器人载体、安装在机器人载体上的贴片预处理装置和贴片装置以及数据采集存储及无线传输模块，本发明有益效果：与现有的井架应力测试系统相比，增加了四足攀登机器人载体替代了测试中工作人员的高空二级危险作业，大大降低了工作人员的劳动强度且完全规避了安全风险；贴片预处理装置能够更准确、良好的处理贴片环境；搭载的数据采集存储及无线传输模块可就地存储分析测试数据，并能通过无线传输模块实现与地面pc设备通信。本发明功能强大、安全性高，为石油钻（修）机井架产品测试系统提供了重要的配套产品。
【专利说明】采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统
【技术领域】:
[0001 ] 本发明属于石油装备制造行业产品测试机器人类【技术领域】。尤其涉及一种采集石油钻机井架和/或修机井架应力测试数据的机器人系统。
【背景技术】:
[0002]石油井架是油气田开发过程中的重要设备，对油田的安全生产至关重要。井架在设计生产及使用过程中，都要对井架的整体结构性能的测试，兼顾局部来宏观评价井架的承载能。现有的测试系统:采用导线的有线测试系统，需要耗费大量的人力、物力和时间来完成测量导线的运输、布置和连接工作，测量精度受导线长度和布线影响大、测试周期长、不能实现钻机与测试同步作业；而单纯的无线测试系统方法虽然解决了有线测试系统布线等问题的局限性，但仍需要工作人员将贴片式的应力传感器放到井架的采样点上。工作人员需要在18 —100米高的井架上上下移动，同时还要携带相关的测试设备，劳动强度大危险性高，属于井场高空二级危险作业。此外，由于危险系数高所以在井架上的测试点只能根据经验选取关键的部位，所以得到的数据有限，不能很好的评估设备的整体性能。
【发明内容】
:
[0003]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供新型的本发明的目的是提供一种能够代替工作人员加载传感器、能够灵活选取测试点、就地存储测试数据的一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
[0005]一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统，其特征在于:包括四足攀登机器人载体、安装在机器人载体上的贴片预处理装置和贴片装置以及数据采集存储及无线传输模块，
[0006]所述四足攀登机器人载体包括上支架、下支架，所述上、下支架两侧滑动连接导杆，所述下支架上设有提升齿条，所述上支架上设有提升电机，所述提升电机上设有提升小齿轮，所述上、下支架两端分别通过机械手自由摆臂装置连接抓杆机械手，所述抓杆机械手上设有机械手手指伸缩装置；所述抓杆机械手设置有4个，分别为上右抓杆机械手、上左抓杆机械手、下右抓杆机械手、下左抓杆机械手；
[0007]所述机械手自由摆臂装置包括:分别与上、下支架连接的摆动连接架，所述摆动连接架通过旋转轴连接机械手支架，摆臂电机通过键连接方式与旋转轴连接；
[0008]所述机械手手指伸缩装置包括:机械手指A、机械手指B，手指移动滑块A，手指移动滑块B，滑轮A、滑轮B，拉紧弹簧，固定于滑块的直线轴承，所述机械手支架上设有用于固定于滑块的直线轴承，所述直线轴承上设有拉紧弹簧，拉紧弹簧一端连接手指移动滑块A，所述手指移动滑块A与机械手指A连接，拉紧弹簧另一端连接手指移动滑块B，所述手指移动滑块B与机械手指B连接，所述手指伸缩电机连接缠绕在滑轮A、B且端点与手指移动滑块A、B固定的钢丝绳，机械手指A、B由拉紧弹簧拉紧，电机转动时手指A、B分开，电机反转或突发意外断电情况下，机械手指A、B在拉紧弹簧作用下与井架竖梁保持抱紧状态，从而充分的保证了该攀登机器人的安全可靠性；
[0009]所述上支架上设有贴片预处理装置，所述贴片预处理装置包括打磨轮、传动小齿轮、传动大齿轮、打磨用电机以及轴，所述轴上设有打磨轮，所述打磨轮通过传动大齿轮、传动小齿轮与打磨用电机连接。
[0010]所述下支架上设有贴片装置，所述贴片装置包括直线电机、贴片传感器、保持架，轴。所述轴上一侧设有直线电机，另一侧设有贴片传感器、保持架；
[0011]所述数据采集存储及无线传输模块包括:连接RH375芯片的数据转存模块，以及连接该数据转存模块的存储U盘，连接于采集模块的无线数据传输模块。
[0012]所述机械手指A、机械手指B其内表面设有防滑纹。
[0013]本发明有益效果:本发明与现有的井架应力测试系统相比，增加了四足攀登机器人载体替代了测试中工作人员的高空二级危险作业，大大降低了工作人员的劳动强度且完全规避了安全风险；贴片预处理装置能够更准确、良好的处理贴片环境；搭载的数据采集存储及无线传输模块可就地存储分析测试数据，并能通过无线传输模块实现与地面PC设备通信。本发明功能强大、安全性高，为石油钻(修)机井架产品测试系统提供了重要的配套
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【专利附图】
【附图说明】:
[0014]图1是本发明实施例整体的结构示意图；
[0015]图2是机械手结构示意图；
[0016]图3是机械手结构示意图；
[0017]图4是贴片预处理装置结构示意图；
[0018]图5是贴片装置结构示意图；
[0019]图6是上支架结构与提升齿条布置示意图；
[0020]图7是整体机构侧视图。
[0021]图中:
[0022]1.上右抓杆机械手 2.上左抓杆机械手 3.下左抓杆机械手 4.下右抓杆机械手 5.打磨轮 6.传动小齿轮 7.传动大齿轮8.打磨用电机，9.轴，10.机械手指A，ll.机械手指B 12.摆臂电机，13.手指伸缩电机 14.提升电机 15.提升小齿轮16.提升齿条17.导杆 18.上支架19.下支架 20.直线电机21.贴片传感器22.滑轮A 23.滑轮B 24.拉紧弹簧25.手指移动滑块A 26.手指移动滑块B 27.摆动连接架 28.保持架 29.旋转轴 30.机械手支架31.直线轴承。
【具体实施方式】:
[0023]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
[0024]一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统，包括四足攀登机器人载体、安装在机器人载体上的贴片预处理装置和贴片装置以及数据采集存储及无线传输模块，
[0025]所述四足攀登机器人载体包括上支架18、下支架19，所述上、下支架两侧滑动连接导杆17，所述下支架19上设有提升齿条16，所述上支架18上设有提升电机14，所述提升电机14上设有提升小齿轮15，所述上、下支架两端分别通过机械手自由摆臂装置连接抓杆机械手，所述抓杆机械手上设有机械手手指伸缩装置；所述抓杆机械手设置有4个，分别为上右抓杆机械手1、上左抓杆机械手2、下右抓杆机械手4、下左抓杆机械手3 ；
[0026]所述机械手自由摆臂装置包括:分别与上、下支架连接的摆动连接架27，所述摆动连接架27通过旋转轴299连接机械手支架30，摆臂电机12通过键连接方式与旋转轴29连接；
[0027]所述机械手手指伸缩装置包括:机械手指A、机械手指B，手指移动滑块A25，手指移动滑块A26，滑轮A22、滑轮A23，拉紧弹簧24，固定于滑块的直线轴承31，所述机械手支架30上设有用于固定于滑块的直线轴承31，所述直线轴承31上设有拉紧弹簧24，拉紧弹簧24 一端连接手指移动滑块A25，所述手指移动滑块A25与机械手指AlO连接，拉紧弹簧24另一端连接手指移动滑块B26，所述手指移动滑块B26与机械手指Bll连接，所述手指伸缩电机13连接缠绕在滑轮A、B且端点与手指移动滑块A、B固定的钢丝绳，机械手指A、B由拉紧弹簧24拉紧，电机转动时手指A、B分开，电机反转或突发意外断电情况下，机械手指A、B在拉紧弹簧24作用下与井架竖梁保持抱紧状态，从而充分的保证了该攀登机器人的安全可靠性；
[0028]所述上支架18上设有贴片预处理装置，所述贴片预处理装置包括打磨轮5、传动小齿轮6、传动大齿轮7、打磨用电机8以及轴9，所述轴9上设有打磨轮5，所述打磨轮5通过传动大齿轮7、传动小齿轮6与打磨用电机8连接。
[0029]所述下支架19上设有贴片装置，所述贴片装置包括直线电机20、贴片传感器21、保持架28，轴9。所述轴9上一侧设有直线电机20，另一侧设有贴片传感器21、保持架28。
[0030]所述数据采集存储及无线传输模块包括:连接芯片的数据转存模块，以及连接该数据转存模块的存储U盘，连接于采集模块的无线数据传输模块。
[0031]工作原理为:
[0032]一、四足攀登机器人载体基本动作综述
[0033]1、抓杆准备动作
[0034]将此动作命令通过控制系统输送手指伸缩电机，手指伸缩电机电源接通后，使其反转，带动缠绕在滑轮A、B且端点与手指移动滑块A、B固定的钢丝绳，克服机械手指A、B间连接弹簧的拉力，使其背向移动，间距达到最大。
[0035]2、抓杆动作
[0036]将此动作命令通过控制系统输送摆臂电机、手指伸缩电机，摆臂电机电源接通后，使左右两侧电机分别正转、反转，带动经键连接的旋转轴，使与其相连的上下左右四个抓杆机械手向内侧摆动，直至靠拢在井架立杆上，此时手指伸缩电机电源接通，使其正转(在突发状况时可断电)机械手指A、B在连接弹簧的拉力作用下抱紧立杆。
[0037]3、松杆动作
[0038]将此动作指令通过控制系统输送手指伸缩电机，手指伸缩电机电源接通后，使其再次反转，如I中所述，使机械手指A、B背向移动，与立杆分离开。在遇到障碍时，可启动摆臂电机，使抓杆机械手向外侧张开，避开障碍。
[0039]4、提升动作
[0040]在上端左右抓杆机械手抓杆状态下，使下端左右抓杆机械手松杆，此时输入指令给提升电机，提升电机反转，通过与其连接的提升齿轮带动提升齿条向上运动，此时与提升齿条下端连接的部件整体上移，与上支架靠拢。
[0041]此时，输入控制指令使下端左右机械手抓杆，上端左右机械手松杆，提升电机正转，使提升齿条相对向下运动，实质上与上支架连接的上体部分向上提升，此时输入控制指令，使上端左右机械手抓杆。
[0042]如此，往复上述动作以实现攀登的基本动作。
[0043]二、贴片环境预处理及贴片动作
[0044]在机器人载体到达指定测试位置时，需先对贴片环境进行预处理，通常的工作是将井架立杆的表面打磨平整，去除杂物。此时，输入控制指令接通打磨用电机电源，使其正转，带动传动小齿轮正转，传动大齿轮及与其相连的打磨轮反转，将井架立杆表面打磨平整，去除杂物，完成贴片环境预处理动作。
[0045]机器人再次重复提升动作，将贴片装置移动到处理后的井架立杆表面，此时输入控制指令给直线电机，直线电机带动与其相连的贴片传感器，与井架表面贴合。
[0046]三、数据采集存储及无线传输功能说明
[0047]在完成上述指定位置的贴片传感器贴片动作后，输入指令启动数据采集存储模块，等待试验数据采集。此处，主要应用5芯片将采集数据实时、就地存储于U盘，并通过wifi或gprs等无线传输模块将数据传输到地面PC端。
[0048]在图1中，上左抓杆机械手2展开、上右抓杆机械手1、下左抓杆机械手3下右抓杆机械手抓杆，4个机械手通过上下支架以及提升装置连接。上左抓杆机械手I向外侧展开，最大展开角度180°，可避开左侧障碍物，同时上右抓杆机械手2抓住井架立杆，此时下端两抓杆机械手可松杆并进行提升动作。
[0049]在图2中，由于机械手指A、机械手指B间拉紧弹簧24的拉力作用，可使机械手与井架立杆机械式抱紧，即使突发意外、断电等故障时，仍可充分保证机器人载体平稳的固定在井架立杆之上，大大的提高了安全性能。
[0050]在图6中，上下两端机械手支架与竖直面成60°夹角，且机械手指A、B表面经过压花处理，形成防滑纹，这些都增大了机械手1、2、3、4与井架立杆的接触摩擦力，完全避免了机器人载体滑杆的情况发生。
[0051]在图3中，贴片表面环境预处理通过打磨用电机8带动传动小齿轮6、传动大齿轮7使打磨轮5自动处理立杆表面环境，地位准确、处理效果好、效率高。
【权利要求】
1.一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统，其特征在于:包括四足攀登机器人载体、安装在机器人载体上的贴片预处理装置和贴片装置以及数据采集存储及无线传输模块，所述四足攀登机器人载体包括上支架、下支架，所述上、下支架两侧滑动连接导杆，所述下支架上设有提升齿条，所述上支架上设有提升电机，所述提升电机上设有提升小齿轮，所述上、下支架两端分别通过机械手自由摆臂装置连接抓杆机械手，所述抓杆机械手上设有机械手手指伸缩装置；所述抓杆机械手设置有4个，分别为上右抓杆机械手、上左抓杆机械手、下右抓杆机械手、下左抓杆机械手；所述机械手自由摆臂装置包括:分别与上、下支架连接的摆动连接架，所述摆动连接架通过旋转轴连接机械手支架，摆臂电机通过键连接方式与旋转轴连接；所述机械手手指伸缩装置包括:机械手指A、机械手指B，手指移动滑块A，手指移动滑块B，滑轮A、滑轮B，拉紧弹簧，固定于滑块的直线轴承，所述机械手支架上设有用于固定于滑块的直线轴承，所述直线轴承上设有拉紧弹簧，拉紧弹簧一端连接手指移动滑块A，所述手指移动滑块A与机械手指A连接，拉紧弹簧另一端连接手指移动滑块B，所述手指移动滑块B与机械手指B连接，所述手指伸缩电机连接缠绕在滑轮A、B且端点与手指移动滑块A、B固定的钢丝绳，机械手指A、B由拉紧弹簧拉紧，电机转动时手指A、B分开，电机反转或突发意外断电情况下，机械手指A、B在拉紧弹簧作用下与井架竖梁保持抱紧状态； 所述上支架上设有贴片预处理装置，所述贴片预处理装置包括打磨轮、传动小齿轮、传动大齿轮、打磨用电机以及轴，所述轴上设有打磨轮，所述打磨轮通过传动大齿轮、传动小齿轮与打磨用电机连接； 所述下支架上设有贴片装置，所述贴片装置包括直线电机、贴片传感器、保持架，轴，所述轴上一侧设有直线电机，另一侧设有贴片传感器、保持架； 所述数据采集存储及无线传输模块包括:连接芯片的数据转存模块，以及连接该数据转存模块的存储U盘，连接于采集模块的无线数据传输模块。
2.如权利要求1所述的一种采集石油钻机井架应力测试数据的机器人系统，其特征在于:所述机械手指A、机械手指B其内表面设有防滑纹。
【文档编号】B25J15/08GK103659816SQ201210345116
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】曹作宝, 王宁, 孙丽丽, 申聪, 牛增强, 王金福 申请人:哈尔滨新极智科技开发有限公司