用于钻台的机器人轨道的制作方法

本发明涉及的是石油及天然气钻探领域，具体涉及一种用于钻台的机器人轨道。

背景技术：

众所周知，随着经济的发展，作业机器人逐渐进入到各个领域中，石油行业也不例外，尤其是在石油钻机中的应用。目前，应用在石油钻机上的机器人主要用于完成立根的自动排放，多配置单个机器人，安装在二层台上，在钻台上尚无应用。

上述类型的机器人主要采用悬持立根的方式来移动管柱，这就要求其组件强度和刚性必须足够大，因而导致这类机器人大多体型庞大，对于钻机井架的二层台强度和刚性有较高要求。而采用“钻台”和“二层台”上下两组机器人模拟钻井工实际操作，环持立根的方式来完成立根自动排放，能有效降低对于机器人部件的强度和刚性的要求，从而大大降低其安装运行要求。而采用这种模式，除需要机器人根据实际情况调整机器人的位置和姿态外，还需要下部机器人在不工作时能让出作业空间，以方便其他的钻井作业，故需要钻台机器人设置不同于通常模式的轨道。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决上述问题，提供一种用于钻台的机器人轨道，针对钻台工况要求设置停机位，并提供换轨机构实现工作轨道与停机轨道的切换，在钻台机器人不工作时让开作业空间。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于钻台的机器人轨道，包括：

工作轨道，设置在钻台的立根区的中心线上，用于钻台机器人进行下钻作业时的移动；

换轨机构，设置在所述工作轨道的一端，包括换向导轨、激光发射器、换向平台、升降油缸、换向齿轮箱和换向电机，其中，所述换向导轨设置在所述换向平台的上端面，所述激光发射器设置在所述换向导轨的任一端的侧边，所述换向平台的下端面连接所述升降油缸，所述升降油缸下端连接所述换向齿轮箱，所述换向齿轮箱的下端连接所述换向电机；

停机轨道，设置在于立根区的远离井口中心的一边，与所述工作轨道成一定角度排布，所述停机轨道的前端指向所述换向平台，所述停机轨道的中部设有基座，所述停机轨道的末端设有升降装置。

进一步，所述换向导轨的中心到所述工作轨道和所述停机轨道的距离相等，所述换向导轨固定在所述换向平台上。

进一步，所述换向齿轮箱包括上盖板、动力齿轮、转盘轴承和箱体，所述上盖板设置在所述箱体的上端面，所述上盖板的下端面设有所述转盘轴承，所述上盖板为圆形且与所述转盘轴承的中心轴线为同一条直线，所述转盘轴承包括轴承外圈和轴承内圈，所述轴承外圈与所述上盖板沿两者的中心轴线的外圈均匀设有一一对应的第一通孔组并通过螺栓连接，所述轴承内圈与所述箱体通过螺栓连接，所述动力齿轮与所述轴承外圈啮合。

进一步，所述动力齿轮为三个，并沿所述轴承外圈均匀分布。

进一步，所述换向电机与所述箱体通过螺栓连接，且所述换向电机的驱动轴穿过所述箱体上的侧孔与所述动力齿轮传动连接。

进一步，所述升降油缸包括缸体、活塞杆和连接板，所述缸体设置在所述升降油缸的下部，并与所述上盖板螺栓连接，所述连接板与所述上盖板的中心轴线为同一条直线，所述缸体和所述连接板之间连接所述活塞杆。

进一步，所述连接板和所述上盖板沿两者的中心轴线对称设有一一对应的两个第二通孔组，所述连接板上设有导向杆，所述导向杆穿过所述第二通孔组与所述上盖板传动连接，所述升降油缸和所述上盖板在所述第二通孔组的两侧对称设有一一对应的第三通孔组，所述上盖板与所述缸体通过所述第三通孔组螺栓连接。

进一步，所述基座上设有毂，所述停机轨道的中部两侧均设有短臂，所述短臂套设在所述毂中，所述毂与所述换向平台在同一水平面上。

进一步，所述停机轨道上设有激光接收器，当所述停机轨道与所述换向导轨连接时，所述激光接收器与所述激光发射器在与所述停机轨道平行的同一竖直平面上相向设置。

进一步，还包括控制器，所述控制器分别与所述工作轨道、所述换轨机构和所述停机轨道连接。

基于上述技术方案，本发明的有益效果是：实现了钻台机器人在钻台面上的移动和换轨，使钻台机器人不工作时能让出作业空间。

附图说明

图1为本发明用于钻台的机器人轨道的俯视图；

图2为本发明中换向机构的结构示意图；

图3为图2中换向齿轮箱的结构示意图；

图4为图3换向齿轮箱的侧视图；

图5为本发明中升降油缸的结构示意图；

图6为本发明中停机轨道的俯视图。

图中：1-工作轨道；2-换向机构；3-换向导轨；41-激光发射器，42-激光接收器；5-换向平台；6-升降油缸；61-缸体；62-活塞杆；63-连接板；7-换向齿轮箱；8-换向电机；9-停机轨道；10-基座；101-毂；102-短臂；11-升降装置；12-上盖板；13-动力齿轮；14-转盘轴承；141-轴承外圈；142-轴承内圈；15-箱体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，一种用于钻台的机器人轨道，包括：

工作轨道1，设置在钻台的立根区的中心线上，用于钻台机器人进行下钻作业时的移动；

换轨机构2，设置在工作轨道1的一端，包括换向导轨3、激光发射器41、换向平台5、升降油缸6、换向齿轮箱7和换向电机8，其中，换向导轨3设置在换向平台5的上端面，激光发射器41设置在换向导轨3的任一端的侧边，换向平台5的下端面连接升降油缸6，升降油缸6下端连接换向齿轮箱7，换向齿轮箱7的下端连接换向电机8；

停机轨道9，设置在于立根区的远离井口中心的一边，与工作轨道1成一定角度排布，停机轨道9的前端指向换向平台5，停机轨道9的中部设有基座10，停机轨道9的末端设有升降装置11。

需要说明的是，在工作轨道1的一端设置换轨机构2并在工作轨道1的一侧设置停机轨道9实现了钻台机器人在钻台面上的移动和换轨，使钻台机器人不工作时能让出作业空间。

换向导轨3的中心到工作轨道1和停机轨道9的距离相等，换向导轨3固定在换向平台5上。

需要说明的是，因为设置换向导轨3到工作轨道1和停机轨道9的距离相等，当换向平台5旋转后时，换向导轨3与工作轨道1和停机轨道9仍相等，换向轨道3与工作轨道1和停机轨道9之间不会出现留有间隙，因此保持了钻台机器人运行的稳定性。

图3为换向齿轮箱7的结构示意图，图4为换向齿轮箱7的侧视图，换向齿轮箱7包括上盖板12、动力齿轮13、转盘轴承14和箱体15，上盖板12设置在箱体15的上端面，上盖板12的下端面设有转盘轴承14，上盖板12为圆形，且与转盘轴承14的中心轴线为同一条直线，转盘轴承14包括轴承外圈141和轴承内圈142，轴承外圈141与上盖板12沿两者的中心轴线的外圈均匀设有一一对应的第一通孔组并通过螺栓连接，轴承内圈142与箱体15通过螺栓连接，动力齿轮13与轴承外圈141啮合。

需要说明的是，上盖板12既可密封换向齿轮箱7，保护换向齿轮箱7内的各个部件，也可以作为连接、支撑部件与升降油缸6连接，实现一起转动，同时设置多个动力齿轮13与一个转盘轴承14以实现换向。

动力齿轮13为三个，并沿轴承外圈141均匀分布。

需要说明的是，沿轴承外圈141均匀设置三个动力齿轮13，对转盘轴承14均匀施加力，同时保持换向齿轮箱7的内部稳定性。

换向电机8与箱体15通过螺栓连接，且其驱动轴穿过箱体15上的侧孔与动力齿轮13传动连接。

需要说明的是，换向电机8与箱体15通过螺栓连接，增强了箱体15的稳定性，换向电机8的驱动轴穿过箱体15的侧孔与动力齿轮13连接，提高了换向齿轮箱的紧凑性。

图5为本发明中升降油缸6的结构示意图，升降油缸6包括缸体61、活塞杆62和连接板63，缸体61设置在升降油缸6的下部，且与上盖板12螺栓连接，连接板63与上盖板12的中心轴线为同一条直线，缸体61和连接板63之间连接活塞杆62。

连接板63和上盖板12沿两者的中心轴线对称设有一一对应的两个第二通孔组，连接板63上设有导向杆，导向杆穿过第二通孔组与上盖板12传动连接，升降油缸6和上盖板12在第二通孔组的两侧对称设有一一对应的第三通孔组，上盖板12与缸体61通过第三通孔组螺栓连接。

需要说明的是，换向电机8带动动力齿轮13转动，动力齿轮13与轴承外圈141啮合，带动上盖板12转动，因升降油缸6固定在上盖板12上且有导向杆限位，使得升降油缸12(包括连接板63)整体一起转动，从而带动换向平台5转动，最终实现换向功能。

图6为本发明中停机轨道9的俯视图。基座10上设有毂101，停机轨道9的中部两侧均设有短臂102，短臂102套设在毂101中，毂101与换向平台5在同一水平面上。在一种优选的实施例中，毂101与换向平台5在同一水平面上，因此停机轨道9与换向平台5在同一水平面上，同时停机轨道9的后端设有升降装置11，停机轨道9可向下倾斜设置并连接换向平台5，也可以向上倾斜设置并连接换向平台5。

需要说明的是，停机轨道9与换向平台5的夹角为水平面以下5°至水平面以上5°。当停机轨道9与换向平台5的夹角为水平面以下5°时，机器人可依靠重力从换向平台5上沿停机轨道9下滑，当下滑至停机轨道9时，升降装置11抬高停机轨道9至水平，当停机轨道9与换向平台5的夹角为水平面以上5°时，机器人可依靠重力从停机轨道9上滑向换向平台5。

停机轨道9上设有激光接收器42，当停机轨道9与换向导轨3连接时，激光接收器42与激光发射器41在与停机轨道9平行的同一竖直平面上相向设置。

需要说明的是，当换向导轨3并不与停机轨道9共线时，激光发射器41与激光接收器42并不在沿停机轨道9平行的同一竖直平面上，因此激光接收器42并不会接收到激光发射器41发出的激光，一旦激光接收器42接收到激光发射器41发出的激光时，表示换向导轨3与停机轨道9共线，即机器人可以滑动至停机轨道9上。

用于钻台的机器人轨道还包括控制器，控制器分别与工作轨道1、换轨机构2和停机轨道9连接。

需要说明的是，钻台机器人在进行立根排放工作时沿着工作轨道1来回移动，此时换向机构2与工作轨道1相接，机器人最近可移动至工作轨道1最前端(靠近井口中心)，最远可移动至换轨机构的换向导轨3上来完成取立根或排放立根的操作。

当不再进行立根排放工作后，钻台机器人先移至换向导轨3上，控制器控制升降油缸6将换向平台5顶起，然后换向电机8驱动换向齿轮箱7完成换向平板3绕其中心旋转90度，使换向导轨3与停机轨道9同向，升降油缸6卸载，换向平台5落下，换向导轨3与停机轨道9相接，钻台机器人沿着停机轨道9移至停机位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。