一种有轨钻井平台机械手的制作方法

1.本实用新型涉及石油钻井技术领域，更具体的说是涉及一种有轨钻井平台机械手。


背景技术：

2.在石油钻井起钻、下钻时不仅井口周围环境脏，而且取管、排管工作更是一项劳动强度大、任务繁重的工作，而目前我国陆地钻井作业这些工作主要靠人工完成，由于地滑，将一根立管推到立根盒处排好或拉到井口对准对接丝扣，少则需要两人，多则需要三人，连续作业时重复性动作很容易使人疲惫，稍不留神轻则使人滑到，重则导致人员受伤等安全事故发生。
3.因此，如何提供一种使用机器替代人工作业的有轨钻井平台装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型的目的在于提出一种有轨钻井平台机械手，通过机器代替人工实现取管排管等作业，降低了人力劳动强度，提高了钻井作业的安全性。
5.本实用新型提供了一种有轨钻井平台机械手，包括：
6.轨道，所述轨道设置于钻井平台上；
7.机械手，所述机械手可移动或定位于所述轨道顶部，用于自动作业；
8.以及控制器，所述控制器与所述机械手的驱动装置电性连接。
9.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种有轨钻井平台机械手，通过控制器控制机械手进行作业，机械手能够移动在轨道上，移动至工位位置对其进行定位，由此，替代人工完成取管、排管等作业，降低了人力劳动强度，提高了钻井作业的安全性。
10.进一步地，所述轨道为l形双轨道，l形轨道直角处设置有用于供所述机械手改变方向的换向机构。
11.进一步地，所述换向机构包括：固定基座及转盘；所述固定基座固定于所述钻井平台上，所述转盘悬设于所述固定基座上，且绕所述固定基座中心旋转。
12.进一步地，所述轨道两端均设置有限位挡块；所述换向机构周围设置有定位部件。
13.进一步地，所述机械手包括：底座、机械臂转盘、伸缩臂及抓手；所述底座底部具有沿所述轨道滚动的滚轮；所述机械臂转盘可转动于所述底座顶部，所述机械臂转盘铰接所述伸缩臂一端，所述伸缩臂另一端铰接所述抓手。
14.进一步地，所述底座为箱体式，所述箱体内部安装有所述控制器的主机，与所述控制器的主机控制的液压比例阀，所述底座侧面安装有液压站。
15.进一步地，所述机械臂转盘下部设置有一圈圆周齿轮，圆周齿轮并跟随固定于所述机械臂转盘一侧设置的液压马达的驱动齿轮转动，所述机械臂转盘底部固定有测量转动
角度的角度传感器，所述角度传感器与所述控制器电性连接。
16.进一步地，所述伸缩臂包括：第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂一端与立在所述机械臂转盘上的臂支架端部通过销轴铰接，另一端与所述第二机械臂的上端通过肘轴铰接；所述第二机械臂下端通过腕轴铰接所述抓手；所述第一机械臂与所述第二机械臂中部通过销轴铰接有带磁致伸缩线性位移传感器的伸缩油缸，所述伸缩油缸的伸缩使得所述第一机械臂与所述第二机械臂进行伸展与收回。
17.进一步地，所述肘轴上设置有可绕其转动的v型拉杆连接支架，与所述第一机械臂的一侧平行设有第一拉杆，所述第一拉杆一端与所述臂支架一边铰接，另一端与所述第二机械臂的上端所设反向延伸臂铰接，从而构成一个可变形的平行四边形；与所述第一机械臂另一侧平行设有第二拉杆，所述第二拉杆一端与臂支架另一侧铰接，另一端与v型拉杆连接支架的一端铰接；与所述第二机械臂平行设有第三拉杆，所述第三拉杆一端与v型拉杆连接支架的另一端铰接，另一端与抓手铰接。
18.进一步地，所述抓手包括：手指、指腱、腕轴、回位弹簧及抓放油缸；所述手指为两根，两根所述手指呈开口的环形，两根腕轴中一个与所述第二机械臂铰接可在垂直方向旋腕，另一根腕轴为空心轴，将所述抓放油缸的缸套与所述指腱连成一体，使抓手可在所抓管侧向倾斜时，所述手指与指腱在一定角度范围内随管偏转，并在所述抓放油缸的缸套外设有用于使手指在不受外力时自动回位的所述回位弹簧。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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。
20.图1附图为本实用新型提供的一种有轨钻井平台机械手的结构示意图；
21.图2附图为图1中抓手部分的局部放大图；
22.图3附图示出了换向机构示意图；
23.图中：1、轨道；11、限位挡块；12、换向机构；13、定位座；14、安全螺杆及螺母；15、固定基座；16、转盘；17、定位插销；18、旋转盘定位座；2、机械手；21、底座；201、滚轮；202、定位孔与定位销；203、箱体；204、液压站；22、机械臂转盘；221、液压马达、222、角度传感器；223、臂支架；23、伸缩臂；231、第一机械臂；232、第二机械臂；233、拉杆连接支架；234、肘轴；235、伸缩油缸；236、第一拉杆；237、第二拉杆；238、第三拉杆；24、抓手；241、手指；242、指腱；243、腕轴；244、回位弹簧；245、抓放油缸。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、
“
竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.参见附图1，本实用新型实施例公开了一种有轨钻井平台机械手，包括：轨道1和机械手2，轨道1设置于钻井平台上；机械手2可移动或定位于轨道1顶部，用于自动作业；控制器与机械手2的驱动装置电性连接。
30.在本实用新型的一个实施例中，轨道1为l形双轨道，轨道优选但不限于采用轻轨、钢轨，可自制压铁或标准压轨器将轨道1铺设在钻井平台上，铺设方式优选但不限于一段接近井口，另一段拐角延伸到钻井平台上空闲位置，以便于在近井口工作位及收纳位之间移动或定位机械手2。l形轨道直角处设置有用于供机械手2改变方向的换向机构12。
31.有利的是，换向机构12包括：固定基座15及转盘16；固定基座15固定于钻井平台上，转盘16悬设于固定基座15上，且绕固定基座15中心旋转。转盘内部具体结构不限，转盘16优选但不限于由几节与轨道1相同型号的平行悬空钢轨焊接而成，转盘16至少可绕固定基座15中心轴旋转90度，保证轨道能换向90度并对接，可采用孔和插销配合方式实现转盘在两个方向定位以及与机械手2的底座21之间的限位。
32.更有利的是，轨道1两端均设置有限位挡块11；换向机构12周围设置有定位部件。限位挡块11可防止机械手2意外出轨；为了保证转动前后轨道对齐及换向时台机械手2不会出轨，转盘上至少设置一个限位挡块11、一个机械手2的定位座13、一个旋转盘定位孔(图中未示出)及配套转盘定位插销17(用于分别与焊接在钻井平台上的2个旋转盘定位座18一起配合定位)。
33.参见附图1，机械手2包括：底座21、机械臂转盘22、伸缩臂23及抓手24；底座21底部具有沿轨道1滚动的滚轮201；在人力推动下能够通过底部设置的至少4个带沿滚轮201沿轨道1移动到工作位或者回到收纳位，并通过设置在底座上的定位孔及定位销202定位在轨道上适当位置，比如：轨道尽头或中间适合的位置(显然，工作位可不止一个)，而且，在工作
位，该定位孔还用来通过安全锁紧螺杆及螺母14锁紧，防止可移动钻井平台机械手2受意外拉扯而倾覆。机械臂转盘22可转动于底座21顶部，机械臂转盘22铰接伸缩臂23一端，伸缩臂23另一端铰接抓手24。
34.其中，底座21为箱体式，箱体203内部安装有控制器的主机，与控制器的主机控制的液压比例阀，底座21侧面安装有液压站204。
35.本实施例中油缸、液压马达皆由液压驱动，因此设置有液压站、液控比例阀、液压管路等，上述采用现有技术实现。
36.控制器的主机可采用plc及配套的人机界面用触摸屏构成。控制器主机用于测控及实现与司钻房通信；触摸控制屏作为人机界面，用于司钻人员设置、操控所述可移动钻井平台机械手。可在现场设备调试时，通过触摸控制屏的操控界面操作，测得钻井平台立根盒位置及大小尺寸，根据立管外径，计算每根立管排列位置中心的方位角α及位置中心到转盘中心的距离l(转换成油缸位移)，并将各数据对(α,l)按立管顺序存储到存储器内；类似的，将井口及大、小鼠洞的方位、距离也做好测量并储存。作业时，只需选取相应功能按键就能一键实现诸如“排立管”、“接立管”、“上钻杆”、“接单根”、“放方钻杆”、“甩钻杆”、“回位”等按键，控制主机根据抓手24当前位置及要执行动作始点位置，控制液控比例阀通断，使伸缩臂转动、伸缩，并实时读取磁致伸缩线性位移传感器及角度传感器的当前数据，直到其值接近目标方位及距离时张开抓手24抓取目标，类似地，再伸缩机械手使其到达终点位置后放开，从而可自动完成所要操作。
37.有利的是，机械臂转盘22下部设置有一圈圆周齿轮，圆周齿轮跟随固定于机械臂转盘22一侧设置的液压马达221的驱动齿轮转动，机械臂转盘22底部固定有测量转动角度的角度传感器222，角度传感器222与控制器电性连接。机械臂转盘可以绕其中心为轴在水平面360度范围转动，并根据控制指令停止到目标方位上。
38.伸缩臂23包括：第一机械臂231和第二机械臂232；第一机械臂231一端与立在机械臂转盘22上的臂支架223端部通过销轴铰接，另一端与第二机械臂232的上端通过肘轴234铰接；第二机械臂232下端通过腕轴243铰接抓手24；第一机械臂231与第二机械臂232中部通过销轴铰接有带磁致伸缩线性位移传感器的伸缩油缸235，伸缩油缸235的伸缩使得第一机械臂231与第二机械臂232进行伸展与收回。臂展尺寸由伸缩油缸235长度确定。
39.在本实用新型提供的实施例中，肘轴234上设置有可绕其转动的v型拉杆连接支架233，与第一机械臂231的一侧平行设有第一拉杆236，第一拉杆236一端与臂支架223一边铰接，另一端与第二机械臂232的上端所设反向延伸臂铰接，从而构成一个可变形的平行四边形；在第二机械臂232受伸缩油缸235驱动下伸缩时，所述反向延伸臂推动所述平行四边形变形，使得第一机械臂231会随第二机械臂232前伸、下压而增加臂展，或者在第二机械臂232收缩时随其收缩、上升而收回双臂，直到完全夹紧双臂。与第一机械臂231另一侧平行设有第二拉杆237，第二拉杆237一端与臂支架223另一侧铰接，另一端与v型拉杆连接支架233的一端铰接；与第二机械臂232平行设有第三拉杆238，第三拉杆238一端与v型拉杆连接支架233的另一端铰接，另一端与抓手24铰接。此结构保证无论伸缩臂23如何伸缩，抓手24向前伸展方向大致为水平状态。
40.参见附图2，抓手24包括：手指241、指腱242、腕轴243、回位弹簧244及抓放油缸245；手指241为两根，两根手指241呈开口的环形，由抓放油缸245操纵下张合，可套取或放
开管件，且手指241内表倒圆防止损伤管表面。两根腕轴243中一个与第二机械臂232铰接可在垂直方向旋腕，另一根腕轴243为空心轴，将抓放油缸245的缸套与指腱242连成一体，使抓手24可在所抓管侧向倾斜时，手指241与指腱242在一定角度范围内随管偏转，并在抓放油缸245的缸套外设有用于使手指241在不受外力时自动回位的回位弹簧244。
41.本实用新型采用轨道移动方式，便于在近井口工作位及收纳位之间移动，避免妨碍大型或大量装置在钻井平台与地面起下作业，所用控制器主机及触摸控制屏，能够让司钻或者辅助人员一键自动实现钻井平台指定两点间取管、送管、排管或到位放开动作，动作快捷、精准，既省人工，又增强作业安全性，因此，降低了人力劳动强度，提高了钻井作业的安全性。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
43.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。