一种修井作业油管油杆搬运抓取装置

技术领域

本发明涉及油田修井作业机器人技术，尤其是涉及一种修井作业油管油杆搬运抓取装置。

背景技术

修井作业作为石油行业的刚需产业，一直是石油行业公认的最“脏、苦、累、险”的工作之一。几十年来，石油行业的修井作业现场依然基本依靠人工完成。在进行修井作业时，经常需要抬卸长度近十米的油管或油杆，抬卸时需要多人配合将油管或油杆抬起并且搬走，导致费时费力，操作难度大，且容易受伤。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种修井作业油管油杆搬运抓取装置，提高油管油杆的搬运便利性和安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种修井作业油管油杆搬运抓取装置，包括纵向驱动机构、横向驱动机构和机械手，其中：

所述纵向驱动机构包括底座、升降气缸、升降平杆、滑车和立臂，两根立臂竖直设置于底座上，两个滑车分别设置于两根立臂上，并且可沿着立臂上下滑动，两个滑车之间通过升降平杆连接，所述升降气缸的底端连接底座、顶端连接升降平杆；

所述横向驱动机构包括水平臂、摆臂和摆臂气缸，所述水平臂为H型结构，后侧的两端连接两个滑车，前侧的两端铰接摆臂，所述摆臂气缸的本体铰接水平臂的中部横梁，摆臂气缸的伸缩端铰接摆臂的中部；

两个机械手并排设置于摆臂悬空端的两侧。

进一步地，所述底座包括两根支座管，所述立臂插入支座管中形成伸缩结构，所述立臂和支座管可通过插销固定相对位置。

进一步地，所述底座上设有对接单元，装置通过对接单元可拆卸式固定于外置移动设备上。

进一步地，所述立臂的顶部设有弯曲端，其弯曲方向为远离横向驱动机构。

进一步地，所述底座上设有气缸连接座，所述升降平杆上设有气缸连接头，所述升降气缸一端铰接气缸连接头，另一端铰接气缸连接头。

进一步地，所述机械手包括安装座、抓手气缸、吊杆、第一连接杆、第二连接杆、第一爪片和第二爪片，所述安装座的一端上方设置第一铰接座，用于连接摆臂，另一端下方设置有第二铰接座，所述抓手气缸的下端固定于安装座中部，所述吊杆的顶部连接抓手气缸的顶端，吊杆的底部铰接第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆铰接第一爪片，所述第二连接杆铰接第二爪片，并且第一爪片和第二爪片的中间部互相交叉，通过转轴铰接第二铰接座。

进一步地，所述第一爪片的和第二爪片的抓取端均为半圆弧片。

进一步地，所述摆臂包括水平杆和竖直杆，所述竖直杆垂直设置于水平杆两端，并且两根竖直杆互相平行，每根竖直杆的一端铰接水平臂，另一端连接机械手，所述摆臂气缸的伸缩端铰接水平杆。

进一步地，所述滑车包括两块固定板和多个滚轮，滚轮的轮轴固定于两块固定板之间，所述立臂穿过两块固定板，使至少两个滚轮抱箍在立臂的两侧。

进一步地，所述滑车包括两个U形滚轮，互相呈对角线分布在立臂的两侧。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明设计简洁，通过纵向驱动机构、横向驱动机构的配合可以带动机械手快速抓取油管油杆，从而实现抬卸，解放人力。其中，横向驱动机构采用了摆臂结构，在运动过程中同时具有向下和向后的运动过程，抓取动作迅速，反应灵敏；机械手采用同步分立式的两个抓手，提高油管油杆的抓取稳定性。

2、立臂和支座管形成伸缩结构，在非使用状态可以将立臂进行收缩，减小整体高度空间，便于存放和搬运，使用更加灵活。

3、装置整体可通过底座上的对接单元可拆卸式连接现有的运输小车，实用性强。

4、在立臂的顶端设有远离横向驱动机构的弯曲部，当滑车升至立臂顶端时会受到限位，同时也会有一个向后、向上的倾斜趋势，能够使得悬臂能够突破其向上的极限，短距离提高机械手的高度，在运输过程中避障，适用范围更广。

5、机械手采用了悬空的剪刀型结构，第一爪片和第二爪片在自然状态下，受到自身的重力的作用，会始终保持两者的开合面向下，无需辅助引导，可以方便地抓取地面上的油管和油杆。同时，机械手采用抓手气缸驱动，本质防爆，特别适合需要严格防爆的油气井场的修井作业，抓力稳定可靠。

6、本发明整体结构和制造工艺非常简单，无需大工厂大设备，普普通通的小作坊即可制造，因此制造成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明另一角度的结构示意图。

图3为机械手的结构示意图。

附图标记：

1、纵向驱动机构，11、底座，111、支座管，112、气缸连接座，12、升降气缸，13、升降平杆，131、气缸连接座，14、滑车，141、固定板，142、滚轮，15、立臂，151、弯曲端；

2、横向驱动机构，21、水平臂，22、摆臂，221、水平杆，222、竖直杆，23、摆臂气缸；

3、机械手，31、安装座，32、抓手气缸，33、吊杆，34、第一连接杆，35、第二连接杆，36、第一爪片，37、第二爪片，38、第一铰接座，39、第二铰接座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种修井作业油管油杆搬运抓取装置，包括纵向驱动机构1、横向驱动机构2和机械手3。其具体展开如下：

纵向驱动机构1包括底座11、升降气缸12、升降平杆13、滑车14和立臂15。两根立臂15竖直设置于底座11上，两个滑车14分别设置于两根立臂15上，并且可沿着立臂15上下滑动，两个滑车14之间通过升降平杆13连接。多个升降气缸12并排设置在立臂15之间，升降气缸12的底端连接底座11、顶端连接升降平杆13。本实施例中优选采用两个升降气缸12。

底座11包括两根支座管111，支座管111的上端开口，立臂15插入支座管111中形成伸缩结构。在支座管111上还设有插口，而立臂15上设有通孔，通过插销穿过插口和通孔，可以使立臂15和支座管111固定相对位置。在使用状态时，将立臂15向上伸出，并且采用插销固定；在非使用状态可以将立臂15进行收缩，减小装置整体高度空间，便于存放，使装置的使用更加灵活。在底座11的中间设有对接单元，装置通过对接单元可拆卸式固定于现有的移动小车上。对接单元的具体结构不限，可以为螺栓式连接结构、卡接式连接结构，只需要确保装置和移动小车固定即可。

滑车14包括两块固定板141和多个滚轮142，滚轮142的轮轴固定于两块固定板141之间。本实施例附图中为了表达清楚，将其中一个滑车14的一块固定板141去除了。立臂15穿过两块固定板141之间使至少两个滚轮142抱箍在立臂15的两侧。本实施例中，滚轮142采用U型滚轮，滚动面中间部分略微内凹，使滚轮142可以更好地咬合在立臂15上。同时，本实施例中兼顾稳定性和结构简化，设置了两个滚轮142，互相呈对角线分布在立臂15的两侧。

如图2所示，横向驱动机构2包括水平臂21、摆臂22和摆臂气缸23。水平臂21为H型结构，其后侧的两端固定连接两个滑车14，前侧的两端铰接摆臂22。摆臂22包括水平杆221和竖直杆222。水平杆221可以有多根互相平行，竖直杆222垂直设置于水平杆221两端，并且两根竖直杆222互相平行，每根竖直杆222的一端铰接水平臂21，另一端连接机械手3。摆臂气缸23的伸缩端铰接升降平杆13，摆臂气缸23的本体铰接水平臂21的中部横梁。本实施例采用两个并排的摆臂气缸23提高装置的抓取力。两个机械手3并排设置于摆臂22悬空端的两侧。由此，在摆臂气缸23的带动下，摆臂22实现快速摆动，使得摆臂22上的机械手3可以迅速抓取油杆活油管。

如图3所示，机械手3包括安装座31、抓手气缸32、吊杆33、长度相同的第一连接杆34和第二连接杆35、长度相同的第一爪片36和第二爪片37。安装座31的一端上方设置第一铰接座38，用于铰接摆臂22，另一端下方设置有第二铰接座39。抓手气缸32的下端转动固定于安装座31中部。吊杆33采用L型，吊杆33的顶部连接抓手气缸32的顶端，吊杆33的底部铰接第一连接杆34和第二连接杆35。第一连接杆34还铰接第一爪片36，第二连接杆35还铰接第二爪片37，并且第一爪片36和第二爪片37的中间部互相交叉铰接，第一爪片36和第二爪片37互相铰接的转轴安装在第二铰接座39上。由此，第一连接杆34、第二连接杆35、第一爪片36和第二爪片37形成了一个自由的四边形。通过该结构，机械手3形成了悬空的剪刀型结构，第一爪片36和第二爪片37在自然状态下，受到自身的重力的作用，会始终保持两者的开合面向下，无需辅助引导，可以方便地贴合地面上的油管和油杆。当抓手气缸32启动后，带动吊杆33向上移动，吊杆33带动第一连接杆34和第二连接杆35的铰接处上移，而第一爪片36和第二爪片37的铰接位置被第二铰接座39所限制。由此，四边形变得上下细长，第一爪片36和第二爪片37下方的抓取端互相合拢，可以牢固稳定的实现抓取油管和油杆。本实施例中，第一爪片36的和第二爪片37的抓取端均为半圆弧片，用于更好地贴合油杆和油管的外径。

本实施例的工作过程为：将搬运抓取装置移动到需要抬卸油管或油杆的位置处，通过操作升降气缸12，使其摆臂22移动到合适的高度。然后操作摆臂气缸23，将机械手3移动至爪片接触油管或油杆。启动抓手气缸32，两个机械手3牢固地锁定油管或油杆。接下来，升降气缸12再次启动，实现油管或油杆的抬升或下降，操作摆臂气缸23，将抓取的油管或油杆移动到所需位置放下，实现近距离的移动，也可以将油管或油杆随着搬运抓取装置运输小车进行作业场地内的搬运。

在另一实施方式中，如图1所示，立臂15的顶部还可以设有弯曲端151，其弯曲方向为远离横向驱动机构2。当滑车14升至立臂15顶端时会受到限位，同时也会有一个向后、向上的倾斜趋势，能够使得悬臂能够突破其向上的极限，短距离提高机械手3的高度，即抓取的油杆或油管的高度，在移动过程中避障，适用范围更广。为了配合弯曲端151的结构，本实施例中底座11上设有气缸连接座112，升降平杆13上设有气缸连接头131，升降气缸12一端铰接气缸连接座112、另一端铰接气缸连接头131，确保了在滑车14进入弯曲端151时，升降气缸12不受到限制。同时，该结构可以使升降气缸12在工作过程中自动适应位置，降低设备安装的精度和难度。

综上，本实施例具有以下优点：

本装置的动力为气动，本质防爆，特别适合需要严格防爆的油气井场的修井作业。本装置整体结构简洁，采用了三个主轴加上四个抓手辅轴结构，控制简单，速度快捷。本装置行程长，可达2.4米以上，抓力大，可达100公斤以上，抓管稳定可靠。本装置可以采用远程无线遥控或者AI智能无人自控，减少人力消耗，实现修井作业井场油管和油杆移动本质安全。本装置原材料来源方便，制造工艺非常简单，无需大工厂大设备，普普通通的小作坊即可制造，因此制造成本非常低廉。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。