本发明属于智能机器人领域，具体为一种石油钻杆推扶机器人系统及其应用方法。
背景技术：
目前陆地石油钻井平台上的钻杆安装时，由于钻杆一般有二十几米长，所以一般是在二层平台上安装吊机，通过吊机将钻杆的上端吊起，使钻杆的下端脱离立根区的固定位置，然后通过两个工人扶住钻杆的下端，吊机旋转位置将将钻杆移动至指定位置对接。一方面，通过人工与吊机配合作业效率低下，另一方面，钻井平台大多环境恶劣，不适合人工户外作业。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可自动与吊机配合将立根区的钻杆快速移动至指定位置对接的推扶机器人系统及其应用方法。
本发明提供的这种石油钻杆推扶机器人系统，包括机器人和井字形轨道，机器人依次连接的平台车、回转台、机械臂和夹具，井字形轨道的两侧分别沿石油钻井平台一侧立根区的一端和两立根区之间的过道铺设，平台车可在井子形轨道上行走，回转台固定于平台车的顶面中心位置处，机械臂固定于回转台的顶面，夹具铰接于机械臂的末端，机械臂为折叠臂，可回转、伸缩和平移。
上述技术方案的一种实施方式中，所述井子形轨道的纵向和横向均包括两根平行布置的枕轨，且纵向和横向的轨道端头处相交形成井字形。
上述技术方案的一种实施方式中，所述平台车包括车架和连接于其上的纵向行走轮、横向行走轮、升降装置和液压夹具，纵向行走轮和横向行走轮分别设置关于车架长度方向中心面对称设置的两组，纵向行走轮和横向行走轮的设置位置分别与纵向轨道和横向轨道对应，每组纵向行走轮的两个行走轮安装于一根连接轴上，两连接轴连接于矩形连接架上，升降装置连接于矩形连接架和车架之间，通过升降装置实现纵向行走轮的起、落，液压夹具连接于车架上对应每组横向行走轮之间，横向行走轮行走至工作位置时，液压夹具将横向轨道锁紧。
上述技术方案的一种实施方式中，所述机械臂为上、下两节铰接的折叠臂，下节臂包括一对前臂和一对后臂，两前臂和两后臂分别左右平行布置，前臂和后臂前后平行布置，两前臂的上端铰接为一体，两后臂的上端与前臂铰接为一体，下节臂的下端铰接于所述回转台顶面的铰接座上，上节臂包括前后平行布置的辅助臂和主臂，主臂和辅助臂的上端分别铰接于两前臂的上端之间，主臂和辅助臂的下端铰接有夹具安装座。
上述技术方案的一种实施方式中，所述前臂的上端通过连接轴和轴承座铰接为一体，所述主臂的上端通过轴承座铰接于连接轴上，连接轴上连接有两块有拐角的铰接板，铰接板的拐角处通过轴承铰接于连接轴上，两铰接板的后端分别与所述后臂铰接，其中一块铰接板的前端与主臂上端连接、另一块铰接板的前端与所述辅助臂铰接。
上述技术方案的一种实施方式中，所述机械臂上安装有油缸，油缸的缸体端有安装座，安装座固定于两前臂的顶部之间，且两前臂之间在近安装座固定万恶位置处设置连接板，油缸的活塞杆端由铰接座，铰接座固定于所述主臂的底部。
上述技术方案的一种实施方式中，所述夹具包括油缸和对称铰接于油缸活塞杆头部的一对夹爪，油缸的缸体通过安装座固定于夹具安装座上。
上述技术方案的一种实施方式中，所述升降装置为平台车上的油缸，所述回转台为液压回转台。
上述技术方案的一种实施方式中，本系统还包括液压站，液压站通过支撑板固定于回转台的顶部一侧，所述油缸和回转台通过油管与液压站连接。
本发明提供的这种利用上述系统配合吊机转运钻杆的方法，包括以下步骤：
(1)平台车的纵向行走轮工作，使平台车沿纵向轨道行走至井子形轨道的横向轨道处；
(2)纵向行走轮之间连接轴和车架之间油缸的活塞杆收回，使纵向行走轮离开纵向轨道，同时横向行走轮和液压夹具落至横向轨道上；
(3)横向行走轮工作，使平台车行前进至工作位置，液压夹具锁紧横向轨道；
(4)回转台工作，使机械臂旋转至指定起吊的石油钻杆位置附近；
(5)钻井平台二层平台上的吊机将指定的石油钻杆吊离立根区的固定位置，回转台工作调整机械臂的位置，使机械臂末端的夹具夹住被吊起的石油钻杆；
(6)机械臂上的油缸及回转台配合吊机吊臂的运动轨迹工作，将石油钻杆移动至指定位置对接。
(7)石油钻杆的移动工作完成后，平台车的液压夹具松开横向轨道，平台车原路返回。
本发明在钻井平台的立根区端部的过道区和两立根区之间的过道区分别铺设纵向轨道和横向轨道，且纵向轨道和横向轨道在端头处相交形成井子形轨道。本系统不用时，停在纵向轨道上的设备暂存区。当需要起吊钻杆时，本系统通过平台车的纵向行走轮沿纵向轨道行走至井子形路口，然后通过横向行走轮沿横向轨道行走至工作位置，并将平台车锁紧于横向轨道上，等待与钻井平台二层平台上的吊机配合工作。本系统平台车顶面的回转台与机械臂的下端连接，使机械臂能周向旋转调整工作方位，机械臂上的油缸可使机械臂打开和折叠，以调整机械臂的前后左右位置。所以机械臂能适应两侧立根区所以石油钻杆的推扶。当然机械臂的伸缩范围需根据立根区的平面尺寸及两侧立根区之间过道的尺寸确定，以保证机械臂能移动至立根区的各个位置。
附图说明
图1为本发明一个实施例中井字形轨道在钻井平台上的铺设示意图。
图2为本实施例中机器人的一个轴侧结构示意图。
图3为图2中平台车的一个轴侧结构示意图。
具体实施方式
结合图1至图3可以看出，本实施例公开的这种石油钻杆推扶机器人系统，包括机器人和井字形轨道。
机器人包括平台车1、液压回转台2、机械臂3、液压夹爪4和液压站5。井字形轨道6的纵向和横向均包括两根平行布置的枕轨，且纵向和横向的轨道端头处相交形成井字形。纵向轨道61沿钻井平台立根区端部的过道区铺设，横向轨道沿两侧立根区之间过道的宽度方向中心面铺设，横向轨道62的端头与纵向轨道相交。
平台车1包括车架11和连接于其上的纵向行走轮12、横向行走轮13、升降油缸14和液压夹具15。纵向行走轮12和横向行走轮13分别设置关于车架11长度方向中心面对称设置的两组，纵向行走轮12和横向行走轮13的设置位置分别与纵向轨道和横向轨道对应，每组纵向行走轮的两个行走轮安装于一根连接轴上，两连接轴连接于一个矩形连接架16上，升降油缸14连接于矩形连接架和车架之间实现纵向行走轮的起、落，矩形连接架和车架之间连接有撑杆17。液压夹具15连接于车架11上对应每组横向行走轮13之间，横向行走轮13行走至工作位置时，液压夹具15将横向轨道锁紧。液压夹具可外购。
液压回转台2固定于平台车车架顶面的中心位置处，机械臂3的下端连接于液压回转台2上端。
机械臂3为上、下两节铰接的折叠臂。
下节臂包括一对前臂31和一对后臂32，两前臂和两后臂分别左右平行布置，前臂和后臂前后平行布置，两前臂的上端铰接为一体，两后臂的上端与前臂铰接为一体，下节臂的下端铰接于液压回转台2顶面的铰接座上。
上节臂包括前后平行布置的辅助臂33和主臂34，主臂和辅助臂的上端分别铰接于两前臂的上端之间，主臂34和辅助臂33的下端铰接有夹具安装座36。
前臂31的上端通过连接轴和轴承座铰接为一体，主臂34的上端通过轴承座铰接于连接轴上，连接轴上连接有两块有拐角的铰接板35，铰接板的拐角处通过轴承铰接于连接轴上，两铰接板的后端分别与后臂铰接，其中一块铰接板的前端与主臂34上端连接、另一块铰接板的前端与辅助臂33铰接。
机械臂3上安装有推拉油缸tlyg，推拉油缸的缸体端有安装座，安装座固定于两前臂31的顶部之间，且两前臂之间在近安装座固定位置处设置连接板，油缸的活塞杆端由铰接座，铰接座固定于主臂34的底部。
液压夹爪4包括推拉油缸tlyg和对称铰接于其活塞杆头部的一对夹爪41，油缸的缸体通过安装座固定于夹具安装座36上。
液压回转台2、平台车1上的升降油缸14、机械臂3和夹具安装座36上的推拉油缸tlyg分别通过油管与液压站5连接。液压站通过安装板固定于液压旋转台2上。
本系统不工作时，平台车1停在纵向轨道61上的设备暂存区，此时，平台车1上的升降油缸14的活塞杆处于伸出状态，纵向行走轮12位于纵向轨道61上，机械臂3处于折叠状态。
需要工作时，平台车1通过纵向行走轮12沿纵向轨道61行走至横向轨道62的交叉位置处，然后升降油缸14的活塞杆回缩，纵向行走轮12离开纵向轨道61，横向行走轮13和液压夹具15落至横向轨道62上。然后横向行走轮13沿横向轨道62行走至指定的工作位置，液压夹具15将横向轨道62锁紧，使平台车1定位。
根据指定起吊钻杆的位置，液压回转台2工作，使机械臂3转动至钻杆附件，钻井平台二层平台上的吊机将指定的钻杆吊起，机械臂3上的推拉油缸工作，调整机械臂3的位置，使机械臂3末端的液压夹爪4运动至钻杆位置处并将钻杆夹紧。
吊机继续工作，液压回转台2和机械臂3上的推拉油缸工作，使机械臂3能随着吊臂的运动轨迹调整位置，将钻杆移动至指定位置对接。
当指定的所有钻杆都移动完成后，机械臂3收回至折叠状态，液压夹具15松开横向轨道62，平台车1原路返回。
本实施例已经研制出样机，通过试验，效果很好。
技术特征：
1.一种石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：包括机器人和井字形轨道，机器人包括依次连接的平台车、回转台、机械臂和夹具，井字形轨道的两侧分别沿石油钻井平台一侧立根区的一端和两立根区之间的过道铺设，平台车可在井子形轨道上行走，回转台固定于平台车的顶面中心位置处，机械臂固定于回转台的顶面，夹具铰接于机械臂的末端，机械臂为折叠臂，可回转、伸缩和平移。
2.如权利要求1所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述井字形轨道的纵向和横向均包括两根平行布置的枕轨，且纵向和横向的轨道端头处相交形成井字形。
3.如权利要求2所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述平台车包括车架和连接于其上的纵向行走轮、横向行走轮、升降装置和液压夹具，纵向行走轮和横向行走轮分别设置关于车架长度方向中心面对称设置的两组，纵向行走轮和横向行走轮的设置位置分别与纵向轨道和横向轨道对应，每组纵向行走轮的两个行走轮安装于一根连接轴上，两连接轴连接于矩形连接架上，升降装置连接于矩形连接架和车架之间，通过升降装置实现纵向行走轮的起、落，液压夹具连接于车架上对应每组横向行走轮之间，横向行走轮行走至工作位置时，液压夹具将横向轨道锁紧。
4.如权利要求1所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述机械臂为上、下两节铰接的折叠臂，下节臂包括一对前臂和一对后臂，两前臂和两后臂分别左右平行布置，前臂和后臂前后平行布置，两前臂的上端铰接为一体，两后臂的上端与前臂铰接为一体，下节臂的下端铰接于所述回转台顶面的铰接座上，上节臂包括前后平行布置的辅助臂和主臂，主臂和辅助臂的上端分别铰接于两前臂的上端之间，主臂和辅助臂的下端铰接有夹具安装座。
5.如权利要求4所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述前臂的上端通过连接轴和轴承座铰接为一体，所述主臂的上端通过轴承座铰接于连接轴上，连接轴上连接有两块有拐角的铰接板，铰接板的拐角处通过轴承铰接于连接轴上，两铰接板的后端分别与所述后臂铰接，其中一块铰接板的前端与主臂上端连接、另一块铰接板的前端与所述辅助臂铰接。
6.如权利要求5所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述机械臂上安装有油缸，油缸的缸体端有安装座，安装座固定于两前臂的顶部之间，且两前臂之间在近安装座固定万恶位置处设置连接板，油缸的活塞杆端由铰接座，铰接座固定于所述主臂的底部。
7.如权利要求6所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述夹具包括油缸和对称铰接于油缸活塞杆头部的一对夹爪，油缸的缸体通过安装座固定于夹具安装座上。
8.如权利要求1所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：所述升降装置为平台车上的油缸，所述回转台为液压回转台。
9.如权利要求8所述的石油钻杆推扶机器人系统，其特征在于：本系统还包括液压站，液压站通过支撑板固定于回转台的顶部一侧，所述油缸和回转台通过油管与液压站连接。
10.一种利用权利要求1所述系统配合吊机转运钻杆的方法，包括以下步骤：
(1)平台车的纵向行走轮工作，使平台车沿纵向轨道行走至井子形轨道的横向轨道处；
(2)纵向行走轮之间连接轴和车架之间油缸的活塞杆收回，使纵向行走轮离开纵向轨道，同时横向行走轮和液压夹具落至横向轨道上；
(3)横向行走轮工作，使平台车行前进至工作位置，液压夹具锁紧横向轨道；
(4)回转台工作，使机械臂旋转至指定起吊的石油钻杆位置附近；
(5)钻井平台二层平台上的吊机将指定的石油钻杆吊离立根区的固定位置，回转台工作调整机械臂的位置，使机械臂末端的夹具夹住被吊起的石油钻杆；
(6)机械臂上的油缸及回转台配合吊机吊臂的运动轨迹工作，将石油钻杆移动至指定位置对接；
(7)石油钻杆的移动工作完成后，平台车的液压夹具松开横向轨道，平台车原路返回。
技术总结
本发明公开了一种石油钻杆推扶机器人系统及其应用方法，系统包括机器人和井字形轨道，机器人依次连接的平台车、回转台、机械臂和夹具，井字形轨道的两侧分别沿石油钻井平台一侧立根区的一端和两立根区之间的过道铺设，平台车可在井子形轨道上行走，回转台固定于平台车的顶面中心位置处，机械臂固定于回转台的顶面，夹具铰接于机械臂的末端，机械臂为折叠臂，可回转、伸缩和平移。系统不用时，停在纵向轨道上的设备暂存区。工作时，平台车的纵向行走轮沿纵向轨道行走至井子形路口，然后通过横向行走轮沿横向轨道行走至工作位置，并将平台车锁紧于横向轨道上，等待与吊机配合工作。机械臂可回转、伸缩和平移以调整机械臂的前后左右位置。
技术研发人员：孙宗伟;谭璀璨;李仁
受保护的技术使用者：长沙智能制造研究总院有限公司
技术研发日：.12.18
技术公布日：.02.25
