本實用新型涉及石油裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種二層臺智能排管系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在石油鉆井過程中，要進行升降鉆桿的工作，吊車將鉆桿吊起，需要多名操作人員輔助進行上鉆桿、鉆桿進小鼠洞、方鉆桿進大鼠洞、接鉆桿對扣、排立柱、下立柱、完井甩鉆桿等工作。

在鉆桿操作的過程中，由于鉆桿比較長，在起下鉆桿時，鉆桿的擺動幅度較大，由人工輔助作業(yè)安全隱患較大；并且需要多名操作人員輔助，浪費人力，工作效率較低。

二層臺擺管機械手主要是將管柱由吊卡移送到指梁內(nèi)和由指梁取出送入吊卡。

機械手將管柱由吊卡移送到指梁內(nèi)：管柱坐地后，二層臺智能排管系統(tǒng)伸出抓住管柱，吊卡打開，機械手縮回將管柱由吊卡取出，機械手旋轉(zhuǎn)90°，機械手移動將管柱對準(zhǔn)相應(yīng)的指梁，指梁鎖打開，然后機械手伸出將管柱送入指梁內(nèi)，指梁鎖關(guān)閉，夾抓縮回，回復(fù)到起點位置；

機械手將管柱由指梁取出送入吊卡：將機械手移動到相應(yīng)的指梁位置，機械手伸出抓取管柱，指梁鎖打開，手臂縮回，將管柱拖出指 梁，指梁鎖關(guān)閉，機械手移動到井口位置，然后旋轉(zhuǎn)90°，將管柱對準(zhǔn)吊卡，手臂推出，將管柱送入吊卡內(nèi)。

這兩個動作過程是相反的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在解決上述問題，提供了一種二層臺智能排管系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)布局合理，通過直線移動機構(gòu)可實現(xiàn)該二層臺智能排管系統(tǒng)的水平移動，實現(xiàn)二層臺智能排管系統(tǒng)正對指梁；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)采用回轉(zhuǎn)減速器，結(jié)構(gòu)可靠、緊湊；回轉(zhuǎn)減速器上帶有編碼器，可以精確控制回轉(zhuǎn)角度；通過第一平行四邊形和第二平行四邊形及它們共用的連接板可使夾爪始終保持水平狀態(tài)，通過第一角度測量裝置和第二角度測量裝置及控制器可控制和調(diào)整前臂油缸和后臂油缸兩者間的行程關(guān)系，實現(xiàn)夾爪的水平直線移動，使機械手的伸出和縮回更平穩(wěn)；夾爪的結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，指梁鎖和指梁氣動擋桿可起安全保護的作用，防止管柱脫出，其采用的技術(shù)方案如下：

一種二層臺智能排管系統(tǒng)，其特征在于，包括：

支承座，其安裝于二層臺裝配體上，并由直線移動機構(gòu)驅(qū)動在二層臺裝配體上直線運動；

旋轉(zhuǎn)臺，其可轉(zhuǎn)動地安裝于支承座上；

用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺相對支承座轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；

夾爪，其固接于夾爪座上；

機械臂，其主要由固定座、前臂、后臂、前臂連桿、后臂連桿、 用于驅(qū)動前臂相對后臂轉(zhuǎn)動的前臂油缸、用于驅(qū)動后臂相對固定座轉(zhuǎn)動的后臂油缸和連接板組成，所述固定座固接于旋轉(zhuǎn)臺上，所述后臂頂端與固定座相鉸接，鉸接點為第一鉸接點；后臂底端通過轉(zhuǎn)軸與前臂的底端相鉸接，鉸接點為第二鉸接點；所述連接板轉(zhuǎn)動連接于轉(zhuǎn)軸上，所述后臂連桿頂端與固定座相鉸接，鉸接點為第三鉸接點；后臂連桿底端與連接板的第一端相鉸接，鉸接點為第四鉸接點；所述前臂連桿底端與連接板的第二端相鉸接，鉸接點為第五鉸接點，前臂連桿頂端與夾爪座相鉸接，鉸接點為第六鉸接點；所述前臂的頂端與夾爪座相鉸接，鉸接點為第七鉸接點；所述后臂油缸一端與固定座相鉸接，另一端與后臂相鉸接，所述前臂油缸一端與后臂相鉸接，另一端與前臂相鉸接；所述第一鉸接點、第二鉸接點、第四鉸接點和第三鉸接點依次連線組成第一平行四邊形，所述第二鉸接點、第五鉸接點、第六鉸接點和第七鉸接點依次連線組成第二平行四邊形；

和控制器。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述夾爪水平固定于夾爪座上。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述第一平行四邊形與第二平行四邊形以通過第二鉸接點的豎直線為對稱軸軸對稱。

為了提高前臂和后臂的結(jié)構(gòu)強度，所述后臂和前臂為箱梁式結(jié)構(gòu)，為了整體的美觀，所述前臂連桿位于前臂中，所述后臂連桿位于后臂中。

為了進一步提高前臂和后臂的結(jié)構(gòu)強度，所述后臂和前臂的內(nèi)部固定設(shè)置有若干橫向的加強板，在所述加強板上開設(shè)有供前臂連桿和 后臂連桿穿過的通孔，所述通孔的長度應(yīng)大于前臂連桿和后臂連桿的直徑，從而可使前臂連桿及后臂連桿可在通孔內(nèi)活動。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述固定座和后臂相鉸接的位置處設(shè)置有用于測量后臂相對固定座的角度值或角度變化值的第一角度測量裝置，所述前臂和后臂相鉸接的位置處設(shè)置有用于測量前臂相對后臂的角度值或角度變化值的第二角度測量裝置。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述第一角度測量裝置和第二角度測量裝置均為編碼器。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述控制器根據(jù)第一角度測量裝置和第二角度測量裝置所測量的值，控制前臂油缸的伸縮量和后臂油缸的伸縮量使夾爪始終水平直線運動。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述二層臺裝配體上的指梁靠近機械臂的一端上安裝有指梁鎖，所述指梁鎖主要由旋轉(zhuǎn)氣缸和擋板組成，所述旋轉(zhuǎn)氣缸固定安裝于指梁上，所述旋轉(zhuǎn)氣缸通過聯(lián)軸器驅(qū)動擋板轉(zhuǎn)動，位于最前端的指梁的前端面上設(shè)置有指梁氣動擋桿，所述指梁氣動擋桿主要由氣缸和擋桿組成，所述氣缸固定安裝于指梁上，所述擋桿與氣缸的活塞桿相連接。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述夾爪包括：夾爪臂、夾爪中間體、夾爪油缸、夾爪臂連桿、連接件和連接桿，所述夾爪中間體固接于夾爪座上，所述夾爪油缸固定設(shè)置于夾爪中間體中，所述連接件與夾爪油缸活塞桿的自由端相連接，所述夾爪臂連桿一端與連接件相鉸接，另一端與夾爪臂相鉸接；所述連接桿一端與夾爪臂相鉸接，另一端與 夾爪中間體相鉸接；以相互連接的夾爪臂連桿、夾爪臂和連接桿為一組，共兩組對稱設(shè)置于夾爪中間體兩側(cè)。

優(yōu)選的，所述連接桿至少為四條，位于夾爪中間體同一側(cè)的連接桿之間相互平行。如此可提高夾持的穩(wěn)固性。

優(yōu)選的，所述夾爪中間體的前端面為弧形，其上固定有弧形的第一柔性墊，所述夾爪臂的夾持面為弧形，所述夾持面上固定有弧形的第二柔性墊。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述夾爪還包括用于觀察夾爪臂夾持狀態(tài)的攝像頭，所述攝像頭安裝于夾爪中間體上。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述夾爪還包括接近開關(guān)，所述接近開關(guān)安裝于夾爪座上。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述夾爪臂的末端可拆卸連接有用于使夾爪臂可適應(yīng)夾持較小直徑管柱的可更換拓展塊。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括帶有編碼器的回轉(zhuǎn)減速器和液壓馬達，所述液壓馬達和回轉(zhuǎn)減速器安裝于支承座上，所述液壓馬達通過回轉(zhuǎn)減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述直線移動機構(gòu)主要由直線導(dǎo)軌、馬達、齒輪和齒條組成，所述直線導(dǎo)軌和齒條固定安裝于二層臺裝配體上，所述支承座與直線導(dǎo)軌滑動連接，所述馬達安裝于支承座上，所述齒輪由馬達驅(qū)動并與齒條相嚙合。

在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述前臂的底端向后延伸形成延伸部，所述前臂油缸的底端與延伸部相鉸接，鉸接點位于第二鉸接點的后 方；所述前臂油缸和后臂油缸均設(shè)置于后臂的后方。通過延伸部實現(xiàn)了可將前臂油缸設(shè)置于后臂的后方處，相比將前臂油缸設(shè)置于后臂的前方處，結(jié)構(gòu)更緊湊，占用空間更小。

本實用新型具有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)布局合理，通過直線移動機構(gòu)可實現(xiàn)該二層臺智能排管系統(tǒng)的水平移動，實現(xiàn)二層臺智能排管系統(tǒng)正對指梁；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)采用回轉(zhuǎn)減速器，結(jié)構(gòu)可靠、緊湊；回轉(zhuǎn)減速器上帶有編碼器，可以精確控制回轉(zhuǎn)角度；通過第一平行四邊形和第二平行四邊形及它們共用的連接板可使夾爪始終保持水平狀態(tài)，通過第一角度測量裝置和第二角度測量裝置及控制器可控制和調(diào)整前臂油缸和后臂油缸兩者間的行程關(guān)系，實現(xiàn)夾爪的水平直線移動，使機械手的伸出和縮回更平穩(wěn)；夾爪的結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，指梁鎖和指梁氣動擋桿可起安全保護的作用，防止管柱脫出。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一種實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖引伸獲得其它的實施附圖。

圖1：本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本實用新型的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：本實用新型所述機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5：本實用新型所述機械臂一個動作過程的機構(gòu)簡圖；

圖6：本實用新型所述夾爪的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7：圖5的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8：本實用新型所述指梁鎖的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9：本實用新型所述指梁氣動擋桿的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本實用新型作進一步說明：

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位 構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

如圖1至圖4所示，一種二層臺智能排管系統(tǒng)，其特征在于，包括：

支承座1，其安裝于二層臺裝配體3上，并由直線移動機構(gòu)驅(qū)動在二層臺裝配體上直線運動；

旋轉(zhuǎn)臺2，其可轉(zhuǎn)動地安裝于支承座1上；

用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺2相對支承座1轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；

夾爪4，其固接于夾爪座40上；

機械臂5，其主要由固定座17、前臂10、后臂11、前臂連桿12、后臂連桿13、用于驅(qū)動前臂相對后臂轉(zhuǎn)動的前臂油缸14、用于驅(qū)動后臂相對固定座17轉(zhuǎn)動的后臂油缸15和連接板16組成，所述固定座17固接于旋轉(zhuǎn)臺2上，所述后臂11頂端與固定座17相鉸接，鉸接點為第一鉸接點A1；后臂11底端通過轉(zhuǎn)軸18與前臂10的底端相鉸接，鉸接點為第二鉸接點A2；所述連接板16轉(zhuǎn)動連接于轉(zhuǎn)軸18上，所述后臂連桿13頂端與固定座17相鉸接，鉸接點為第三鉸接點A3；后臂連桿13底端與連接板16的第一端相鉸接，鉸接點為第四鉸接點A4；所述前臂連桿12底端與連接板16的第二端相鉸接，鉸接點為第五鉸接點B1，前臂連桿12頂端與夾爪座40相鉸接，鉸接點為第六鉸接點B2；所述前臂10的頂端與夾爪座40相鉸接，鉸接點為第七鉸接點B3；所述后臂油缸15一端與固定座17相鉸接，另一 端與后臂11相鉸接，所述前臂油缸14一端與后臂11相鉸接，另一端與前臂10相鉸接；所述第一鉸接點A1、第二鉸接點A2、第四鉸接點A4和第三鉸接點A3依次連線組成第一平行四邊形，所述第二鉸接點A2、第五鉸接點B1、第六鉸接點B2和第七鉸接點B3依次連線組成第二平行四邊形；

和控制器。

優(yōu)選的，所述夾爪4水平固定于夾爪座40上。

優(yōu)選的，所述第一平行四邊形與第二平行四邊形以通過第二鉸接點A2的豎直線為對稱軸軸對稱。

為了提高前臂和后臂的結(jié)構(gòu)強度，所述后臂和前臂為箱梁式結(jié)構(gòu)，為了整體的美觀，所述前臂連桿12位于前臂10中，所述后臂連桿13位于后臂11中；

為了進一步提高前臂和后臂的結(jié)構(gòu)強度，所述后臂和前臂的內(nèi)部固定設(shè)置有若干橫向的加強板，在所述加強板上開設(shè)有供前臂連桿12和后臂連桿13穿過的通孔，所述通孔的長度大于前臂連桿12和后臂連桿13的直徑。

優(yōu)選的，所述固定座17和后臂11相鉸接的位置處設(shè)置有用于測量后臂11相對固定座17角度值或角度變化值的第一角度測量裝置，所述前臂10和后臂11相鉸接的位置處設(shè)置有用于測量前臂10相對后臂11角度值或角度變化值的第二角度測量裝置。

優(yōu)選的，所述第一角度測量裝置和第二角度測量裝置均為編碼器(絕對式編碼器或增量式編碼器)。

優(yōu)選的，所述控制器根據(jù)第一角度測量裝置和第二角度測量裝置所測量的值，控制前臂油缸14的伸縮量和后臂油缸15的伸縮量使夾爪4始終水平直線運動。

如圖5所示，由于第一平行四邊形的上短邊A1A3是固定的，根據(jù)平行四邊形特征第一平行四邊形的兩條短邊相對水平線的角度始終是不變的，由于第一平行四邊形和第二平行四邊形共用同一連接板16，故第二平行四邊形的下短邊A2B1相對水平線的角度始終是不變的，根據(jù)平行四邊形的特性，進而第二平行四邊形的上短邊B2B3相對水平線的角度也是始終不變的，故通過兩個平行四邊形的結(jié)構(gòu)及共用的連接板16保證了在二層臺智能排管系統(tǒng)工作過程中，無論前臂油缸14和后臂油缸15如何動作，夾爪4始終保持水平狀態(tài)。

同時，控制器通過第一角度測量裝置和第二角度測量裝置反饋的角度值，并根據(jù)預(yù)設(shè)于控制器中兩角度之間的關(guān)系式，控制前臂油缸14的伸縮量和后臂油缸15的伸縮量使夾爪4始終水平直線運動。

如圖2、圖8和圖9所示，優(yōu)選的，所述二層臺裝配體3上的指梁32靠近機械臂5的一端上安裝有指梁鎖30，所述指梁鎖30主要由旋轉(zhuǎn)氣缸30-1和擋板30-4組成，所述旋轉(zhuǎn)氣缸30-1固定安裝于指梁32上，所述旋轉(zhuǎn)氣缸30-1通過聯(lián)軸器30-2驅(qū)動擋板30-4轉(zhuǎn)動，進一步，所述指梁32上固定安裝有第一軸承座30-3和第二軸承座30-5，所述擋板30-4通過軸和軸承轉(zhuǎn)動連接于第一軸承座30-3和第二軸承座30-5之間，如此可提高擋板30-4轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性，同時使擋板30-4可以承受更大的力，所述擋板30-4以垂直指梁32為宜；

如圖2所示，位于最前端的指梁32的前端面上設(shè)置有指梁氣動擋桿31，所述指梁氣動擋桿31主要由氣缸31-1和擋桿31-3組成，所述氣缸31-1固定安裝于指梁32上，所述擋桿31-3與氣缸31-1的活塞桿相連接，進一步，位于最前端的指梁32的前端面上固定安裝有滑套31-2，所述擋桿31-3穿裝于滑套31-2中并與滑套31-2滑動連接，如此可使擋桿31-3能夠承受更大的力。

如圖2所示，管柱由井口至管區(qū)時，是先通過第一導(dǎo)入通道33(指梁的自由端與二層臺裝配體3之間所夾區(qū)域)進入第二導(dǎo)入通道34(相鄰指梁之間所夾區(qū)域)，指梁鎖30起安全保護的作用，防止管柱從第二導(dǎo)入通道34中脫出，指梁氣動擋桿31防止管柱從第一導(dǎo)入通道33中脫出。

如圖6和圖7所示，優(yōu)選的，所述夾爪4包括：夾爪臂41、夾爪中間體42、夾爪油缸43、夾爪臂連桿44、連接件45和連接桿46，所述夾爪中間體42固接于夾爪座40上，所述夾爪油缸43固定設(shè)置于夾爪中間體42中，所述連接件45與夾爪油缸43活塞桿的自由端相連接，所述夾爪臂連桿44一端與連接件45相鉸接，另一端與夾爪臂41相鉸接；所述連接桿46一端與夾爪臂41相鉸接，另一端與夾爪中間體42相鉸接；以相互連接的夾爪臂連桿44、夾爪臂41和連接桿46為一組，共兩組對稱設(shè)置于夾爪中間體42兩側(cè)。結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。

優(yōu)選的，所述連接桿46至少為四條，位于夾爪中間體42同一側(cè)的連接桿46之間相互平行。通過虛約束可提高夾持的穩(wěn)固性。

優(yōu)選的，所述夾爪中間體42的前端面為弧形，其上固定有弧形的第一柔性墊50，所述夾爪臂41的夾持面為弧形，所述夾持面上固定有弧形的第二柔性墊51。當(dāng)夾爪中間體42和夾爪臂41受到?jīng)_擊力時，第一柔性墊50和第二柔性墊51進行緩沖保護夾爪中間體42和夾爪臂41。

優(yōu)選的，所述夾爪4還包括用于觀察夾爪臂41夾持狀態(tài)的攝像頭47，所述攝像頭47安裝于夾爪中間體42上。

優(yōu)選的，所述夾爪4還包括接近開關(guān)48，所述接近開關(guān)48安裝于夾爪座40上。

優(yōu)選的，所述夾爪臂41的末端可拆卸連接有用于使夾爪臂41可適應(yīng)夾持較小直徑管柱的可更換拓展塊49。

進一步，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括帶有編碼器的回轉(zhuǎn)減速器8和液壓馬達，所述液壓馬達和回轉(zhuǎn)減速器安裝于支承座1上，所述液壓馬達通過回轉(zhuǎn)減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺2旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)可靠、緊湊；回轉(zhuǎn)減速器上帶有的編碼器，可以精確控制回轉(zhuǎn)角度。

進一步，所述直線移動機構(gòu)主要由直線導(dǎo)軌、馬達、齒輪和齒條7組成，所述直線導(dǎo)軌和齒條固定安裝于二層臺裝配體上，所述支承座1與直線導(dǎo)軌滑動連接，所述馬達安裝于支承座1上，所述齒輪由馬達驅(qū)動并與齒條7相嚙合。如此可實現(xiàn)該二層臺智能排管系統(tǒng)的水平移動，實現(xiàn)二層臺智能排管系統(tǒng)正對指梁。

再進一步，所述前臂10的底端向后延伸形成延伸部100，所述前臂油缸14的底端與延伸部100相鉸接，鉸接點位于第二鉸接點A2 的后方；所述前臂油缸14和后臂油缸15均設(shè)置于后臂11的后方。通過延伸部實現(xiàn)了可將前臂油缸設(shè)置于后臂的后方處，相比將前臂油缸設(shè)置于后臂的前方處，結(jié)構(gòu)更緊湊，占用空間更小。

上面以舉例方式對本實用新型進行了說明，但本實用新型不限于上述具體實施例，凡基于本實用新型所做的任何改動或變型均屬于本實用新型要求保護的范圍。