一种钻机排管机械手的制作方法

本实用新型涉及石油钻采设备技术领域，尤其涉及一种钻机排管机械手。

背景技术：

在石油钻井技术中，需要将管柱依次排放于二层台内，二层台管柱排放是钻井过程中把管柱从井口移至指梁构成的排放架内，或者由指梁移送到井口的必要过程。

现有钻/修井机起下钻的二层台排管作业大多由井架工人力完成，由于工作环境恶劣、劳动强度大，存在着很大的高空坠落风险。部分油田虽然已经配备了液压控制的二层台排管机械手，例如专利号为201821405840.6，专利名称为钻修机用电驱二层台智能排管机器人的专利中通过电机带动两个连杆的转动，从而实现机械手的伸缩，该现有专利存在以下缺点：机械手的行程短，管柱的输送距离短，使得该技术中的排管机器人仅仅适用于小型钻机或修井机的二层台的排管。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种钻机排管机械手，夹爪机构的行进里程长，抓取牢固稳定，可以实现较小的油缸行程来完成手臂的伸缩作业，结构紧凑，强度高。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种钻机排管机械手，包括摆臂油缸、后臂、前臂、前拉杆、后拉杆、连接座、连接板、夹爪座、固定在所述夹爪座上的夹爪机构和与行走轨道滑动连接的行走部，所述行走部与回转盘的顶部固定连接，所述回转盘的底部固定设有安装座，所述后臂的一端与所述安装座枢接，枢接点为第一枢接点；所述后拉杆的一端与所述安装座枢接，枢接点为第二枢接点；所述后拉杆的另一端与所述连接座枢接，枢接点为第三枢接点；所述后臂的另一端与所述连接座枢接，枢接点为第四枢接点；所述第一枢接点、第二枢接点、第三枢接点和第四枢接点的依次连线组成第一平行四边形；

所述前臂的一端的侧壁与所述连接座枢接，枢接点为第五枢接点；所述前拉杆的一端与所述连接座枢接，枢接点为第六枢接点；所述前拉杆的另一端与所述夹爪座枢接，枢接点为第七枢接点；所述前臂与所述夹爪座枢接，枢接点为第八枢接点，所述第五枢接点、第六枢接点、第七枢接点和第八枢接点依次连线组成第二平行四边形；

所述后臂靠近所述连接座的一端的侧壁与所述连接板的一端枢接，所述连接板的另一端与所述前臂远离所述夹爪座的一端的端部枢接；

所述摆臂油缸的一端与所述安装座远离前臂的一侧枢接，所述摆臂油缸的另一端与所述后臂远离所述前臂的一侧的中部枢接。

本实用新型的有益效果是：通过摆臂油缸的行程控制前臂和后臂的张开角度、后臂与二层台台面的张开角度，从而控制手臂的伸出距离，前臂、后臂、前拉杆、后拉杆、连接座、连接板形成一个多连杆结构，以确保在机械手运动的过程中，夹爪机构始终保持水平的状态，减少管柱运动过程中对机械手额外施加的载荷力，以及方便管柱的夹持、移送；具有抓取范围大的优点，实现较小的油缸行程来完成手臂的伸缩作业。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述后臂朝向所述前臂的侧壁上设有防撞柱，所述防撞柱的一端与所述后臂的侧壁固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：防撞柱的设置能限制后臂与前臂之间的距离，避免后臂与前臂过于靠拢而导致夹爪机构与后臂或安装座出现碰撞而导致损坏。

进一步，所述防撞柱远离所述后臂的一端上固定设有缓冲垫。

采用上述进一步方案的有益效果是：缓冲垫的设置能避免防撞柱在接触前臂时对前臂造成损坏，同时避免造成前臂抖动而导致管柱抓取不稳。

进一步，所述夹爪机构包括固定设在所述夹爪座内的夹爪扩展油缸和用于封盖在所述夹爪座顶部的夹爪盖板，所述夹爪扩展油缸的活塞杆从所述夹爪座的一端伸出后枢接两个夹爪扩展连杆的一端，所述夹爪座的两侧均设有夹爪臂和夹爪扩展臂，所述夹爪扩展臂的一端与所述夹爪座枢接，所述夹爪扩展臂的另一端与所述夹爪臂的侧壁枢接；两个所述夹爪扩展连杆的另一端分别枢接一所述夹爪臂的端部，所述夹爪臂的另一端延伸至凸出所述夹爪座的远离所述夹爪扩展连杆的一端；所述夹爪臂内设有夹爪开合油缸，所述夹爪臂远离所述夹爪扩展连杆的一端内设有夹爪抓手，所述夹爪抓手的一端与所述夹爪臂枢接，所述夹爪抓手的中部与夹爪开合连杆的一端枢接，所述夹爪开合连杆的另一端与所述夹爪开合油缸的活塞杆连接，所述夹爪抓手的另一端设在两个所述夹爪臂之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：夹爪扩展油缸的活塞杆的伸缩能实现两个夹爪臂的扩展和缩回。工作时(抓取钻杆)，夹爪开合油缸带动夹爪抓手缩回至夹爪臂内，当移动至钻杆位置时，夹爪开合油缸带动夹爪抓手伸出，对钻杆进行夹持抓取；当需要抓取钻铤时，夹爪扩展油缸的活塞杆缩回夹爪扩展油缸内，带动两个夹爪臂向夹爪抓手方向移动，同时两个夹爪臂张开，此时，夹爪开合油缸带动夹爪抓手缩回至夹爪臂内，当移动至钻铤位置时，夹爪开合油缸带动夹爪抓手伸出，对钻铤进行夹持抓取；实现了较小的结构尺寸适应不同规格管柱抓取的需求；抓取较小管径的管柱只需要夹爪开合油缸工作，抓取较大管径的管柱时，首先需要将夹爪扩展油缸缩回，夹爪臂扩展，然后夹爪开合油缸工作去抓取管柱。

进一步，所述夹爪座远离所述夹爪扩展连杆的一端的底部设有用于检测所述夹爪座与管柱之间距离的接近开关。

采用上述进一步方案的有益效果是：接近开关的设置能用于检测夹爪座与管柱之间距离，确保管柱完全进入夹爪中，增强抓取管柱工作的安全性。

进一步，所述夹爪座的顶部设有用于观察所述夹爪臂和所述夹爪抓手对管柱的抓取状态的摄像头。

采用上述进一步方案的有益效果是：摄像头的设置能对抓取过程进行实时监控，可以确保夹爪对管柱的抓取状态，保证抓取管柱的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中夹爪机构的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、摆臂油缸，2、后臂，3、前臂，4、前拉杆，5、后拉杆，6、连接座，7、连接板，8、夹爪座，9、回转盘，10、安装座，11、第一枢接点，12、第二枢接点，13、第三枢接点，14、第四枢接点，15、第五枢接点，16、第六枢接点，17、第七枢接点，18、第八枢接点，19、防撞柱，20、缓冲垫，21、夹爪扩展油缸，22、夹爪盖板，23、夹爪扩展连杆，24、夹爪臂，25、夹爪扩展臂，26、接近开关，27、摄像头，28、夹爪开合油缸，29、夹爪抓手，30、夹爪开合连杆。

具体实施方式

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

如图1所示，本实用新型的实施例包括摆臂油缸1、后臂2、前臂3、前拉杆4、后拉杆5、连接座6、连接板7、夹爪座8、固定在所述夹爪座8上的夹爪机构和与行走轨道滑动连接的行走部，所述行走部与回转盘9的顶部固定连接，所述回转盘9的底部固定设有安装座10，通过回转盘9带动安装座10以竖直线为轴线转动，从而实现后臂2和前臂3展开方向的调节，所述后臂2的一端与所述安装座10枢接，枢接点为第一枢接点11；所述后拉杆5的一端与所述安装座10枢接，枢接点为第二枢接点12；所述后拉杆5的另一端与所述连接座6枢接，枢接点为第三枢接点13；所述后臂2的另一端与所述连接座6枢接，枢接点为第四枢接点14；所述第一枢接点11、第二枢接点12、第三枢接点13和第四枢接点14的依次连线组成第一平行四边形；所述前臂3的一端的侧壁与所述连接座6枢接，枢接点为第五枢接点15；所述前拉杆4的一端与所述连接座6枢接，枢接点为第六枢接点16；所述前拉杆4的另一端与所述夹爪座8枢接，枢接点为第七枢接点17；所述前臂3与所述夹爪座8枢接，枢接点为第八枢接点18，所述第五枢接点15、第六枢接点16、第七枢接点17和第八枢接点18依次连线组成第二平行四边形；所述后臂2靠近所述连接座6的一端的侧壁与所述连接板7的一端枢接，所述连接板7的另一端与所述前臂3远离所述夹爪座8的一端的端部枢接，在本实施例中，所述第一枢接点11位于所述第二枢接点12靠近所述前臂3的一侧，所述第四枢接点14位于所述第三枢接点13靠近所述前臂3的一侧，所述第五枢接点15位于所述第六枢接点16靠近所述后臂2的一侧，所述第八枢接点18位于所述第七枢接点17靠近所述后臂2的一侧；所述摆臂油缸1的一端与所述安装座10远离前臂3的一侧枢接，所述摆臂油缸1的另一端与所述后臂2远离所述前臂3的一侧的中部枢接。后臂2与回转盘9的枢接处安装有高精度的旋转编码器，通过编码器传递回的角度参数，可以知道手臂的伸出距离。通过摆臂油缸1的行程控制前臂3和后臂2的张开角度、后臂2与二层台台面的张开角度，从而控制手臂的伸出距离，前臂3、后臂2、前拉杆4、后拉杆5、连接座6、连接板7形成一个多连杆结构，以确保在手臂运动的过程中，夹爪机构始终保持水平的状态，方便管柱的夹持、移送；具有抓取范围大的优点，实现较小的油缸行程来完成手臂的伸缩作业。

在本实用新型的实施例中，所述后臂2朝向所述前臂3的侧壁上设有防撞柱19，所述防撞柱19的一端与所述后臂2的侧壁固定连接，优选的，所述防撞柱19远离所述后臂2的一端上固定设有缓冲垫20。防撞柱19的设置能限制后臂2与前臂3之间的距离，避免后臂2与前臂3过于靠拢而导致夹爪机构与后臂2或安装座10出现碰撞而导致损坏；缓冲垫20的设置能避免防撞柱19在接触前臂3时对前臂3造成损坏，同时避免造成前臂3抖动而导致管柱抓取不稳，在本实施例中，在所述后臂2和所述前臂3靠近后，所述前臂3的侧壁抵接在所述缓冲垫20上。

如图2所示，在本实施例中，所述夹爪机构包括固定设在所述夹爪座8内的夹爪扩展油缸21和用于封盖在所述夹爪座8顶部的夹爪盖板22，所述夹爪扩展油缸21的活塞杆从所述夹爪座8的一端伸出后枢接两个夹爪扩展连杆23的一端，两个所述夹爪扩展连杆23呈向远离所述夹爪扩展油缸21的活塞杆的方向凸起的弧形结构，所述夹爪座8的两侧均设有夹爪臂24和夹爪扩展臂25，所述夹爪座8两侧均设有多个所述夹爪扩展臂25，且分别位于所述夹爪臂24的上方和下方，为了避免所述夹爪臂24在扩展的过程中出现一端外翻的情况，每个所述夹爪臂24的上方间隔设有两个所述夹爪扩展臂25，同样的，每个所述夹爪臂24的下方同样设有两个所述夹爪扩展臂25，所述夹爪扩展臂25的一端与所述夹爪座8枢接，所述夹爪扩展臂25的另一端与所述夹爪臂24的侧壁枢接；两个所述夹爪扩展连杆23的另一端分别枢接一所述夹爪臂24的端部，所述夹爪臂24的另一端延伸至凸出所述夹爪座8的远离所述夹爪扩展连杆23的一端；所述夹爪臂24内设有夹爪开合油缸28，所述夹爪臂24远离所述夹爪扩展连杆23的一端内设有夹爪抓手29，所述夹爪抓手29的一端与所述夹爪臂24枢接，所述夹爪抓手29的中部与夹爪开合连杆30的一端枢接，所述夹爪开合连杆30的另一端与所述夹爪开合油缸28的活塞杆连接，所述夹爪抓手29的另一端设在两个所述夹爪臂24之间。夹爪扩展油缸21的活塞杆的伸缩能实现两个夹爪臂24的扩展以及开合，工作时(抓取钻杆)，夹爪开合油缸21带动夹爪抓手29缩回至夹爪臂24内，当移动至钻杆位置时，夹爪开合油缸21带动夹爪抓手29伸出，对钻杆进行夹持抓取；当需要抓取钻铤时，夹爪扩展油缸21的活塞杆缩回夹爪扩展油缸21内，带动两个夹爪臂24向夹爪抓手29方向移动，同时两个夹爪臂24张开，此时，夹爪开合油缸21带动夹爪抓手29缩回至夹爪臂24内，当移动至钻铤位置时，夹爪开合油缸21带动夹爪抓手29伸出，对钻铤进行夹持抓取；实现了较小的结构尺寸适应不同规格管柱抓取的需求。

优选的，所述夹爪座8远离所述夹爪扩展连杆23的一端的底部设有用于检测所述夹爪座8与管柱之间距离的接近开关26，所述夹爪座8的顶部设有用于观察所述夹爪臂24和所述夹爪抓手29对管柱的抓取状态的摄像头27。接近开关的设置能用于检测夹爪座8与管柱之间距离，摄像头27的设置能对抓取过程进行实时监控，可以确保夹爪对管柱的抓取状态，确保设备工作的安全性。

在本实施例中，所述后臂2和所述前臂3均采用焊接箱梁式结构，结构紧凑，强度高；所述后拉杆5置于后臂2的箱梁结构内，结构紧凑，外形美观；摆臂油缸1置于后臂2的远离所述前臂3的一侧，可以实现较小的油缸行程来完成后臂2和前臂3的伸缩作业；特殊设计的连杆结构，可以使前臂3、后臂2接近完全伸出(即完全伸出时，前臂3和后臂2的夹角接近180度，这样相同的行程要求下，可以将手臂长度做到最短，减小外形尺寸，减轻设备重量)；夹爪机构上包含两套抓取机构，即两个夹爪臂24的扩展以及夹爪抓手29的开合，当夹持钻杆时，只需要夹爪抓手29的开合，即可实现管柱的抓取。当需要夹持钻铤时，需先将夹爪臂24展开，再通过夹爪开合油缸28带动夹爪抓手29的开合，实现钻铤的抓取，实现了较小的结构尺寸适应所有规格管柱抓取的需求。当夹持钻杆时，只需要夹爪抓手29的开合，即可实现管柱的抓取。当需要夹持钻铤时，需先将夹爪臂24展开，再通过夹爪开合油缸28，实现钻铤的抓取。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。