一种钻井现场用多功能机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油井现场作业自动化机械装置领域，尤其是一种钻井现场用多功能机器人，可广泛应用于陆上石油钻井平台钻、完井作业机械自动化改造。
【背景技术】
[0002]目前国内石油钻机起升和下放石油管柱主要依靠气动或者液动绞车，而且多用人工将石油管柱由排管架推放到跑道上，自动化程度低而且存在不安全因素。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种实现自动输送与取放陆上石油钻井平台作业中所需的钻杆、钻挺、套管、护管等管住设备的钻井现场用多功能机器人。
[0004]本发明是通过采用以下技术方案方式实现的:
一种钻井现场用多功能机器人，是在起重机为基础上进行创新改造。包括起重机18和伸展臂16，在伸缩臂16的前端通过连接套2铰链滑枕套4，连接套2和滑枕套4之间由滑枕套摆动油缸I连接并形成旋转驱动配合；滑枕套4为中空结构，滑枕套4套装在滑枕8外面，滑枕8上设置滑枕齿条7，滑枕齿条7与滑枕套4上设置的滑枕位移液压马达减速器5和滑枕齿条制动器6形成动配合；滑枕8下端通过转盘轴承与机械手机架15形成旋转配合；机械手机架15底面装有抓管爪12、摩擦轮13和浮动定位辊子14，抓管爪12、摩擦轮13和浮动定位辊子14由油缸连接驱动。
[0005]上述方案还包括:所述摩擦轮13为圆筒棍子形状，表面为齿形高耐磨高硬度材料，摩擦轮13两个一组对置构成摆臂组合结构；所述浮动定位辊子14为2-6组，在机械手机架15底面上均匀分布，每组为两个浮动定位辊子14呈120度夹角对置的悬臂组合辊；所述抓管爪12的摆臂为一对钳形爪牙，两钳形爪牙配合浮动定位辊子14实现三点加持管件。
[0006]所述浮动定位辊子14，由浮动定位辊子升降油缸9驱动浮动定位辊子14相对机械手机架15运动。
[0007]上述方案进一步包括:所述起重机18采用行走机构21与行走轨道20配合的往复行走结构；所述伸展臂16为三级伸展臂。
[0008]所述连接套2通过标件连板与伸展臂16连接，连接套2与滑枕套4通过芯轴3铰链，滑枕套4在滑枕套摆动油缸I作用下在垂直面内120度摆动；滑枕8与机械手机架15连接的转盘轴承通过液压马达驱动，并形成360度旋转配合。
[0009]所述机械手机架15两侧设置激光脉冲探测器11。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明主要针对石油钻机作业中所需的钻杆、钻挺、套管、护管等自动输送与取放设备。可完成码垛石油管的水平抓取、纠偏抓取、垂直举升、垂直投放、拆卸释放抓取、取放钻杆码垛、短管异形物提升等功能。可自动完成预设程序指令，无需人工干涉，相对于常规依靠游车锚头铁链牵引提升钻杆的方法而言具有安全性高、故障率低、寿命长、效率高，最大限度减小事故隐患，且管(杆)的品种规格可自动预设检测，不会造成匹配混乱，是走向钻井作业设备自动化的必然替代趋势。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的一种钻井现场用多功能机器人立体结构示意图。
[0012]图2为图1中伸缩臂前端部分的主视结构示意图。
[0013]图3为图2的右视结构示意图。
[0014]图4为图2的立体结构示意图。
[0015]图中标记:1、滑枕套摆动油缸，2、连接套，3、铰链芯轴，4、滑枕套，5、滑枕位移液压马达减速器，6、滑枕齿条制动器，7、滑枕齿条，8、滑枕，9、浮动定位辊子升降油缸，10、机械手动作油缸逻辑分配器，11、激光脉冲探测器，12、抓管爪，13、摩擦轮，14、浮动定位辊子，
15、机械手机架，16、伸展臂，17、油管绕管机，18、起重机，19、石油管支架，20、行走轨道，21、行走机构，22、石油管。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0017]实施例1
参考附图1-4，一种钻井现场用多功能机器人，包括起重机18和伸展臂16，在伸缩臂16的前端通过连接套2铰链滑枕套4，连接套2和滑枕套4之间由滑枕套摆动油缸I连接并形成旋转驱动配合；滑枕套4为中空结构，滑枕套4套装在滑枕8外面，滑枕8上设置滑枕齿条7，滑枕齿条7与滑枕套4上设置的滑枕位移液压马达减速器5和滑枕齿条制动器6形成动配合；滑枕8下端通过转盘轴承与机械手机架15形成旋转配合；机械手机架15底面装有抓管爪12、摩擦轮13和浮动定位辊子14，抓管爪12、摩擦轮13和浮动定位辊子14分别由油缸连接驱动。
[0018]实施例1是本发明的一种基本实施例，能够完成基本的抓取、旋转、存放功能。
[0019]典型实施例2
结合附图1-4，一种钻井现场用多功能机器人，主要由起重机18、行走轨道20、伸展臂
16、连接套2、滑枕套4、滑枕8和机械手机架15几大部分组成。其中:连接套2通过标件连板与伸展臂16连接，滑枕套4与连接套2之间安装有铰链芯轴3与滑枕套摆动油缸I。滑枕套4为中空，并套装在滑枕8外面，滑枕8通过滑枕齿条7与滑枕套4形成动配合。滑枕8末端设置机械手机架15，机械手机架15通过液压马达驱动的转盘轴承与滑枕8形成旋转配合。
[0020]机械手机架15底面上设置四组均匀分布的浮动定位辊子14，每组为两个浮动定位辊子14呈120度夹角对置的悬臂组合辊，由浮动定位辊子升降油缸9驱动浮动定位辊子14相对机械手机架15运动，调整浮动定位辊子14与机械手机架15底面的距离。
[0021]机械手机架15底面还安装有两个钳形抓管爪12和两组摩擦轮13。抓管爪12和摩擦轮13均为摆臂组合结构并由单独的油缸驱动(也可由一个油缸进行联动)。抓管爪12与摩擦轮13的区别在于:抓管爪12的摆臂为一对钳形爪牙，两钳形爪牙配合浮动定位辊子14实现三点加持管件，钳形爪牙末端为尖头，易于在管排中抓取目标管；而摩擦轮13两个一组对置构成摆臂组合结构，配合浮动定位辊子14实现三点加持管件。每个摩擦轮13为圆筒棍子形状，表面为齿形高耐磨高硬度材料，由液压马达驱动摩擦轮13转动，当摩擦轮13上有管件时可以带动管件做轴向移动。
[0022]抓取管件时，抓管爪12和摩擦轮13将各自摆臂张开，抓管爪12首先回收爪牙抓取管件，然后摩擦轮13两个一组做回收动作，与浮动定位辊子14 一起抱紧管件。抓管爪12此时稍微松开管件，使抓管爪12的钳形爪牙与管件外表面保持很小的保险距离，即刚好脱离接触，无论管件与地面此时处于水平还是垂直状态，摩擦轮13转动时都可利用摩擦力带动管件做轴向移动。
[0023]滑枕套4上对称设置滑枕位移液压马达减速器5和滑枕齿条制动器6。机械手机架15两侧设置激光脉冲探测器11。伸展臂为三级伸展臂，滑枕8为八棱柱面，滑枕套4围绕芯轴3在垂直面内120度摆动，机械手机架15相对滑枕8可回转360度。
[0024]本实施例利用中枢回转式8T三级伸展臂起重机作为抓取机械手总成的母体载具，机械手总成通过联接安装套与三级伸展臂联接。伸展臂组件可完成最大12m轴向伸展、在垂直面-10度?+60度仰俯、在水平基面360度回转的动作预设。各组件可完成的执行功能为:连接套通过标件连板与三级伸展臂连接，其上安装有滑枕箱体连接铰链芯轴与滑枕摆动油缸，可驱动滑枕箱体围绕铰链芯轴在垂直面内120度摆动，以实现钻杆由水平到垂直的调姿过程。
[0025]滑枕箱体为中空焊接件，与八棱柱面焊接滑枕形成动配合，以对置液压马达减速机驱动齿轮齿条传动副完成滑枕运动副配合的相对位移。以齿板对滑枕进行锁定，滑枕的最大行程为1300mm.垂直状态下滑枕末端设置液压马达驱动的转盘轴承，可使抓取机械手总成相对于滑枕90度水平回转，以实现钻杆在水平面实现X轴、Y轴的轴线平行调姿。滑枕可实现垂直姿态下1300mm的越障提升和水平状态下1300mm的水平送进。
[0026]机械手机架组件是本机构的核心部件。可完成抓取施放的精确定位与预设动作。其上安装的激光脉冲传感器可对钻杆进行截面尺寸探测，钻杆码垛定高、定距探测、散乱钻杆的纠偏抓取等，若要更为精确空间定位，可在机械手机架中心设置激光陀螺仪，以实现对钻井杆水平轴与垂直轴的绝对校正。以消除因行走机构地基变形而引起的绝对垂直度偏差。
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