一种用于海底钻机钻管接卸的机械手机构的制作方法

1.本发明涉及钻探设备技术领域，更具体的说是涉及一种用于海底钻机钻管接卸的机械手机构。


背景技术：

2.海底钻机是海底资源勘探、海底工程地质勘查以及海洋科学研究的一种重要的钻探取样装备。在海底整个作业过程均为远程遥控式控制，海底钻机钻管接卸的机械手机构是海底钻机整个系统一个关键环节。在钻进过程中，机械手机构负责将钻管存储库中不同层位钻杆、岩心管等抓取并送至指定位置，在绳索取芯过程中辅助岩心管的投放和回收，在钻进结束后将提出的钻杆送至钻管库中指定位置。目前，用于海底钻机钻管机械的机械手结构在实际应用中存在下列问题：
3.(1)机械手非工作位占用的空间大，压缩了钻管存储库的空间，存储的钻管少，从而使得钻深浅。海底钻机机械手以及钻管的存储库决定钻机的外形尺寸，受运输、搭载船只配套收放机构的影响，钻机外形尺寸不能太大。要想有限空间内存储更多的钻杆，实现更大的钻深，就必须降低机械手非工作位时占用的空间，为钻管存储提供更大空间。
4.(2)机械手各个动作的可靠性不高，重复控制精度差；机械手机构要执行回转、升降、机械臂伸缩以及机械爪的开合多个动作，而且动作不断地重复，回转、升降、机械臂伸缩等动作需要的控制精度高，可靠性要好。这些动作都是远程遥控实现，需要为远程操作者提供各个动作的状态参数以及辅助的视频监控参数。
5.因此，研究出一种结构紧凑，操作准确性高的用于海底钻机钻管接卸的机械手机构是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种结构紧凑，操作准确性高的用于海底钻机钻管接卸的机械手机构。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种用于海底钻机钻管接卸的机械手机构，包括：
9.框架，所述框架两个相对的侧壁处呈开口状；所述框架外侧的顶部固定连接有摆动马达，外侧的底部转动连接有升降油缸；
10.固定臂，所述固定臂沿所述框架的开口端穿设于所述框架的内部；所述固定臂内部呈中空状，且与所述框架开口端相对的两端呈开口状；所述固定臂一个开口端的内侧固定有第一销轴，另一个开口端内侧的边角处设有第一滑轨；所述升降油缸的升降端穿过所述框架底部与所述固定臂的底部固定连接；
11.第一伸缩臂，所述第一伸缩臂沿所述固定壁的开口端穿设于所述固定臂的内部；所述第一伸缩臂外侧与所述第一滑轨相对应的侧边处固定有第一导杆，所述第一导杆置于所述第一滑轨内；所述第一伸缩臂内部呈中空状，且沿与所述固定臂开口端相对的两端呈
开口状；所述第一伸缩臂内部的边角处设有第二滑轨，所述第二滑轨与所述第一滑轨分别位于所述第一伸缩臂和固定臂的同一侧；
12.第二伸缩臂，所述第二伸缩臂沿所述第一伸缩臂的开口端穿设于所述第一伸缩臂的内部；所述第二伸缩臂外侧与所述第二滑轨相对应的侧边处固定有第二导杆，所述第二导杆置于所述第二滑轨内；所述第二伸缩臂远离所述第一销轴的一端内部固定有第二销轴；
13.驱动油缸，所述驱动油缸穿设于所述第二伸缩臂的内部，且所述驱动油缸的固定端与所述第一销轴固定连接，伸缩端与所述第二销轴固定连接；
14.机械爪，所述机械爪固定于所述第二伸缩臂设有第二销轴的一端。
15.采用上述技术方案的有益效果是，本发明中框架通过摆动马达可以带动其进行回转，可到达圆周方向的任意位置；升降油缸可带动固定臂进行升降移动；第一伸缩臂和第二伸缩臂在不使用时收缩到固定臂的内部，占用的空间很小，从而实现同等空间为钻管存储提供更多的空间，实现更大钻深。
16.优选的，所述框架与开口侧相垂直的两个侧壁处开设有导轨；所述固定臂与所述导轨相对的位置设有滑块，所述滑块置于所述导轨内，且沿所述导轨进行滑动。滑块在导轨内移动，可以对固定臂的上下移动起到导向的作用。
17.优选的，所述框架的底部设有连接轴，所述连接轴的表面开设有用于所述升降油缸伸缩端穿过轴孔；所述连接轴的外侧固定连接有轴承，所述轴承的外侧固定有轴承座。轴承的设置可以使框架与升降油缸之间转动连接，框架转动不会对升降油缸造成影响。
18.优选的，所述轴承座的底部固定连接有第一安装座，所述升降油缸与所述第一安装座固定连接。第一安装座方便对升降油缸进行固定。
19.优选的，所述固定臂的内侧壁处设有第一位移传感器，所述第一位移传感器沿所述第一伸缩臂的移动方向排布；所述第一伸缩臂的内侧壁处设有第二位移传感器，所述第二位移传感器沿所述第二伸缩臂的移动方向排布。第一位移传感器和第二位移传感器可以分别对第一伸缩臂和第二伸缩臂的移动距离进行检测。
20.优选的，所述固定臂底端的外侧固定连接有连接块，所述连接块与所述升降油缸的升降端固定连接。连接块方便升降油缸的升降端与所述固定臂进行连接。
21.优选的，所述第一导杆和第二导杆的两端均连接有限位螺钉，所述限位螺钉置于所述第一滑轨或第二滑轨的外侧。限位螺钉可以第一导杆和第二导杆起到限位的作用，防止第一导杆和第二导杆从第一滑轨和第二滑轨内脱落。
22.优选的，所述机械爪设有两个，且分别设置于所述第二销轴上方和下方；所述机械爪包括：卡爪、第二安装座以及夹紧油缸；所述第二安装座与所述第二伸缩臂的顶端或底端相连接；所述第二安装座的横截面呈u型状，所述卡爪设有两个，置于所述第二安装座的内部，且与所述第二安装座的顶部与底部转动连接；所述夹紧油缸与所述第二安装座的外侧壁固定连接，所述夹紧油缸的伸缩端穿过所述第二安装座的侧壁与所述卡爪相连接。
23.优选的，所述第二安装座内连接有连杆和压板，所述压板与夹紧油缸的伸缩端固定连接，所述连杆设有两个，且分别与所述压板的两端转动连接；所述卡爪的另一端与所述卡爪转动连接。夹紧油缸通过压板带动连杆转动进而带动两个卡爪进行夹紧和松开操作。
24.优选的，所述框架的外侧壁处固定有用于检测所述固定臂、第一伸缩臂、第二伸缩
臂状态的水下检测装置。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于海底钻机钻管接卸的机械手机构，其有益效果为：
26.(1)本发明可以有效的降低机械手在初始状态下占用的空间，结构更加紧凑，在相同空间内存储更多的钻杆，实现更大的钻深；
27.(2)本发明在机械手中的设置了水下监测装置、第一位移传感器以及第二位移传感器，通过水下检测装置辅助视频监控，精确控制各个动作完成，提高动作的可靠性；
28.(3)本发明整体结构简单，易安装、维护。
附图说明
29.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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本发明提供的机械手机构的结构示意图；
31.图2为本发明提供的框架的主视图；
32.图3为本发明提供的图2中a-a处的剖视图；
33.图4为本发明提供的固定臂、第一伸缩臂、第二伸缩臂连接的结构示意图；
34.图5为本发明提供的固定臂的结构示意图；
35.图6为本发明提供的固定臂侧面的结构示意图；
36.图7为本发明提供的第一伸缩臂的结构示意图；
37.图8为本发明提供的第二伸缩臂的结构示意图；
38.图9为本发明提供的机械爪的结构示意图；
39.图10为本发明提供的机械爪的侧视图；
40.图11为本发明提供的图10中b-b处的剖视图。
41.其中，图中，
42.1-框架；
43.11-导轨；12-连接轴；13-轴承；14-轴承座；15-第一安装座；
44.2-摆动马达；3-升降油缸；
45.4-固定臂；
46.41-第一销轴；42-第一滑轨；43-滑块；44-第一位移传感器；45-连接块；
47.5-第一伸缩臂；
48.51-第一导杆；52-第二滑轨；53-第二位移传感器；
49.6-第二伸缩臂；
50.61-第二导杆；62-第二销轴；
51.7-驱动油缸；
52.8-机械爪；
53.81-卡爪；82-第二安装座；83-夹紧油缸；84-连杆；85-压板；
54.9-限位螺钉；10-水下检测装置。
具体实施方式
55.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、完整地描述，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。
56.本发明实施例公开了一种用于海底钻机钻管接卸的机械手机构，包括：
57.框架1，框架1两个相对的侧壁处呈开口状；框架1外侧的顶部固定连接有摆动马达2，外侧的底部转动连接有升降油缸3；
58.固定臂4，固定臂4沿框架1的开口端穿设于框架1的内部；固定臂4内部呈中空状，且与框架1开口端相对的两端呈开口状；固定臂4一个开口端的内侧固定有第一销轴41，另一个开口端内侧的边角处设有第一滑轨42；升降油缸3的升降端穿过框架1底部与固定臂4的底部固定连接；
59.第一伸缩臂5，第一伸缩臂5沿固定壁的开口端穿设于固定臂4的内部；第一伸缩臂5外侧与第一滑轨42相对应的侧边处固定有第一导杆51，第一导杆51置于第一滑轨42内；第一伸缩臂5内部呈中空状，且沿与固定臂4开口端相对的两端呈开口状；第一伸缩臂5内部的边角处设有第二滑轨52，第二滑轨52与第一滑轨42分别位于第一伸缩臂5和固定臂4的同一侧；
60.第二伸缩臂6，第二伸缩臂6沿第一伸缩臂5的开口端穿设于第一伸缩臂5的内部；第二伸缩臂6外侧与第二滑轨52相对应的侧边处固定有第二导杆61，第二导杆61置于第二滑轨52内；第二伸缩臂6远离第一销轴41的一端内部固定有第二销轴62；
61.驱动油缸7，驱动油缸7穿设于第二伸缩臂6的内部，且驱动油缸7的固定端与第一销轴41固定连接，伸缩端与第二销轴62固定连接；
62.机械爪8，机械爪8固定于第二伸缩臂6设有第二销轴62的一端。驱动油缸7会驱动第一伸缩臂5和第二伸缩臂6进行伸缩运动，可以节省空间。摆动马达2处设有编码器，可以对框架1的回转位置进行检测和反馈，可以对框架1回转位置进行精确的控制。第一滑轨42和第二滑轨52分别设置在固定臂4和第一伸缩臂5靠近机械爪8的一端的四个角处。
63.为了进一步地优化上述技术方案，升降油缸3的内部设有用于检测和反馈框架1上下移动的距离。
64.为了进一步地优化上述技术方案，框架1与开口侧相垂直的两个侧壁处开设有导轨11；固定臂4与导轨11相对的位置设有滑块43，滑块43置于导轨11内，且沿导轨11进行滑动。
65.为了进一步地优化上述技术方案，框架1的底部设有连接轴12，连接轴12的表面开设有用于升降油缸3伸缩端穿过轴孔；连接轴12的外侧固定连接有轴承13，轴承13的外侧固定有轴承座14。
66.为了进一步地优化上述技术方案，轴承座14的底部固定连接有第一安装座15，升降油缸3与第一安装座15固定连接。
67.为了进一步地优化上述技术方案，固定臂4的内侧壁处设有第一位移传感器44，第一位移传感器44沿第一伸缩臂5的移动方向排布；第一伸缩臂5的内侧壁处设有第二位移传感器53，第二位移传感器53沿第二伸缩臂6的移动方向排布。第一位移传感器44和第二位移
传感器53用于检测和反馈检测到的位移数据；且均由测杆和磁环组成，第一位移传感器44的测杆固定在固定臂4的侧壁上，磁环套设在测杆表面，且与第一伸缩臂5固定，第一伸缩臂5移动时，会带动磁环在测杆表面移动，进而可以测量出第一伸缩臂5的伸缩距离；同样第二位移传感器53的测杆固定在第一伸缩臂5的侧壁上，磁环套设在测杆表面，且与第二伸缩臂6固定，第二伸缩臂6移动时，会带动磁环在测杆表面移动，进而可以测量出第二伸缩臂6的伸缩距离。
68.为了进一步地优化上述技术方案，固定臂4底端的外侧固定连接有连接块45，连接块45与升降油缸3的升降端固定连接。升降油缸3与框架1转动连接，升降油缸3的升降端与固定臂4固定连接，升降端为活塞杆随框架1进行转动。
69.为了进一步地优化上述技术方案，第一导杆51和第二导杆61的两端均连接有限位螺钉9，限位螺钉9置于第一滑轨42或第二滑轨52的外侧。当驱动油缸7带动第二伸缩臂移动到最大伸缩位置时，第二导杆61远离第二滑轨52的一端抵接到第二滑轨52处，此时驱动油缸7继续移动，第二导杆61的限位螺钉9的带动下，可以带动第一伸缩臂5移动。
70.为了进一步地优化上述技术方案，机械爪8设有两个，且分别设置于第二销轴62上方和下方；机械爪8包括：卡爪81、第二安装座82以及夹紧油缸83；第二安装座82与第二伸缩臂6的顶端或底端相连接；第二安装座82的横截面呈u型状，卡爪81设有两个，置于第二安装座82的内部，且与第二安装座82的顶部与底部转动连接；夹紧油缸83与第二安装座82的外侧壁固定连接，夹紧油缸83的伸缩端穿过第二安装座82的侧壁与卡爪81相连接。
71.为了进一步地优化上述技术方案，第二安装座82内连接有连杆84和压板85，压板85与夹紧油缸83的伸缩端固定连接，连杆84设有两个，且分别与压板85的两端转动连接；卡爪81的另一端与卡爪81转动连接。压板85在夹紧油缸83伸缩端的带动下可以在第二安装座82内进行移动，当夹紧油缸83的伸缩端伸出时，连杆84驱动的两个卡爪81向靠近钻管的方向转动，夹紧钻管；反之，夹紧油缸83的伸缩端收缩时，连杆84驱动的两个卡爪81向远离钻管的方向转动，松开钻管。连杆84与卡爪81之间，连杆84与压板85之间均通过转轴连接。
72.为了进一步地优化上述技术方案，框架1的外侧壁处固定有用于检测固定臂4、第一伸缩臂5、第二伸缩臂6状态的水下检测装置10。水下检测装置10设有多个且分别固定在框架1的外侧壁处，可以对固定臂、第一伸缩臂以及第二伸缩臂多个角度进行检测，同时也可以对框架1外部等情况(比如钻管位置)进行检测，保证机械手机构运行的准确性。
73.工作过程如下：
74.钻管库位于机械手机构圆周方向的外侧，框架1在摆动马达1的驱动下，可以带动固定臂4、第一伸缩臂5以及第二伸缩臂6转动相应的角度，回转到钻管库的指定位置，驱动油缸7先驱动第二伸缩臂6伸出，若第二伸缩臂6能够到达钻管层位，第一伸缩臂5不伸出，若第二伸缩臂6不能够到达钻管层位，在第二伸缩臂6完全伸出后，第二伸缩臂6的第二导杆61后端限位螺钉9会带动第一伸缩臂5伸出到达钻管层位；第二伸缩臂6和第一伸缩臂5总的行程小于驱动油缸7活塞杆的行程；驱动油缸7为两级伸缩油缸，可以实现完全缩回时安装尺寸小，完全伸出时覆盖的范围大；第一伸缩臂5和第二伸缩臂6设置有第一位移传感器44和第二位移传感器53，用于检测和反馈位置信息，并通过安装的水下检测装置10辅助判断钻管层位。驱动油缸7驱动第二伸缩臂6到达相应的钻管层位后，通过控制夹紧油缸83的卡爪81的夹紧和松开，从而完成对钻管的夹紧和松开。
75.通过控制夹紧油缸83控制卡爪81夹紧钻管后，驱动油缸7驱动第二伸缩臂6缩回，第二伸缩臂6完全缩回至第一伸缩臂5中后，第二伸缩臂6的第二导杆61前端的限位螺钉9会带动第一伸缩臂5缩回到固定臂4中。第一伸缩臂5和第二伸缩臂6完全缩回后，摆动马达2驱动可以带动固定臂4、第一伸缩臂5以及第二伸缩臂6回转到上卸钻管的位置；升降油缸3用于调整竖直方向钻管的位置。
76.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
77.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。