CN220451802U - 用于定向钻机的钻杆输送机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿钻机技术领域，涉及一种用于定向钻机的钻杆输送机械手，该机械手包括俯仰油缸、回转驱动器、俯仰臂、回转轴、转臂以及手爪，所述俯仰油缸的轴线所在竖直平面平行于所述机架的轴线所在竖直平面，且所述俯仰油缸的两端分别与钻机移动平台和俯仰臂铰接，以用于调节所述机械手的倾角。本实用新型在垂直于机架的方向上节省了大量的安装空间，并且手爪开口向上以便于举起钻杆，机械手抓取钻杆后从逆时针向机架转动的过程中可以自然地避开机架及其姿态调节机构，需要的运动空间明显减小，更适用于狭窄空间。

Description

用于定向钻机的钻杆输送机械手

技术领域

本实用新型属于煤矿钻机技术领域，涉及一种用于定向钻机的钻杆输送机械手。

背景技术

目前应用于煤矿钻机的钻杆输送机械手主要有多自由度机械手和复合关节机械手两类。多自由度机械手的主要优点是工作空间范围大，但是受到井下钻场和钻机机载空间的限制，往往适用范围十分有限。由于钻杆箱与钻机主机(钻进***)通常位于机械手的两侧，机械手又采取向下抓钻杆的方式，在钻杆箱内抓取钻杆后，需要持钻杆回转接近180°，或者向上举起钻杆运行至对侧再放下，因此需要较大的运动空间。而煤矿井下钻场通常较为狭窄，还安装有通风、通水的管道和各种线缆，留给钻机运行的空间更加有限，因此，需要较大运动空间的多自由度机械手在煤矿井下钻机上的使用迟迟未能实用化。此外，此类机械手通常需要采用机器视觉技术进行钻杆定位，而煤矿井下光线昏暗、粉尘污染较严重，不利于机器视觉的应用，导致了定位失准，严重影响钻杆输送的效率和准确性。

复合式机械手的部分关节类似于多自由度机械手的无级回转关节，部分关节为门框式机械手的伸缩或平移关节。此类机械手的主要优点是结构简单，可靠性高。但是由于多数关节为定范围运动，为了满足较大的钻孔倾角和方位角适应范围，关节行程一般较大，因此在钻杆输送过程中关节必须进行一个满行程的运动，导致机械手所需的运动空间较大。与多自由度机械手类似，钻杆箱与钻机主机也位于机械手的两侧。由于机械手向下抓钻杆，而靠近主机侧被主机遮挡了几乎所有的运动路线，复合式机械手抓取钻杆向钻机主机输送时，需要先向主机反方向运动腾出空间，再向主机靠近，需要的运动空间较大，增加了钻机的体积。通常机械手必须在空间中逆时针转动270°，才能把钻杆从钻杆箱的一侧(机械手抓取钻杆的初始位置)输送到机架上。此外，此类机械手的定位***较为复杂，一般采用多个位置或角度传感器或者伺服电机进行关节定位，故障点较多，排查、维修具有一定难度。

可见，现有的两类钻杆输送机械手均需要较大的安装和运动空间，难以应用于机身空间较为狭小的钻机，同时还存在着维修难度较大的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于定向钻机的钻杆输送机械手，解决现有钻杆输送机械手所需安装或运动空间较大不适用于狭小机载空间的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于定向钻机的钻杆输送机械手，该机械手布置在钻机移动平台上，且位于布置在所述钻机移动平台上的钻杆箱和机架之间，所述机架包括固定连接在钻机移动平台上的连接座和铰接在连接座上的机架体，其关键在于，所述机械手包括俯仰油缸、回转驱动器、俯仰臂、回转轴、转臂以及手爪，所述俯仰油缸的轴线所在竖直平面平行于所述机架的轴线所在竖直平面，且所述俯仰油缸的两端分别与钻机移动平台和俯仰臂铰接，以用于调节所述机械手的倾角；

所述俯仰臂包括连接套、支撑体、轴座以及转动筒，所述转动筒的一端固定连接在所述机架中的连接座上，所述连接套套设在所述转动筒上并转动连接，所述支撑体的一端固定连接所述连接套，另一端连接轴座，且在所述俯仰油缸与所述支撑体铰接，所述轴座的一端连接回转驱动器，其内腔安装有回转轴，且所述回转轴的一端与所述回转驱动器的输出轴周向固定连接，所述回转轴的另一端连接转臂，所述转臂连接手爪；

所述手爪包括移动爪体、夹爪、夹紧油缸、固定座以及移动油缸，所述固定座为内凹腔体，所述移动油缸铰接于该内凹腔体内，所述移动爪体与该内凹腔体的背面形成移动副，且所述转臂通过该内凹腔体的侧面与手爪连接，所述移动爪体的顶部为固定爪，并与夹爪铰接配合以实现钻杆夹持和固定，所述移动爪体的底部与所述移动油缸的活塞杆铰接以驱动移动爪体移动；所述移动爪体具有内部空腔，所述夹紧油缸铰接于该内部空腔内，且所述夹爪的背面与所述夹紧油缸的活塞杆铰接以驱动夹爪夹紧钻杆，当所述移动油缸的活塞杆完全缩回使所述移动爪体移动至最高点时，所述转臂的回转中心线到移动爪体夹持中心线的距离等于转臂的回转中心线到机架的钻进中心线的距离。

进一步，该钻杆输送机械手还包括定位***，所述定位***包括等角传感器、增量传感器、角度标识板以及压杆，所述压杆连接在固定座上与转臂相对的一侧，所述等角传感器包括接近传感器、压板、压板座、弹性件、支撑座、滑动杆、滑动座、安装架、滑动油缸以及滑动油缸座，所述安装架的底部固定连接在机架中的机架体上，顶部连接并支撑滑动座，所述滑动杆与滑动座配合连接形成移动副，所述滑动油缸分别与安装架和固定连接于所述滑动杆上的滑动油缸座铰接，所述支撑座的底部固定连接在滑动杆上，并在所述支撑座靠近手爪的一端设有接近传感器，所述压板座的一端与支撑座铰接，并在其接近所述接近传感器的一侧有向下延伸的侧板，以使得该侧板与接近传感器配对形成信号感应组，并在所述压板座与支撑座之间设有弹性件，自然状态下将压板座抬起，避免压板座的侧板与接近传感器接通，所述压板为折弯板件，其顶端用于与压杆接触，底端与压板座固定连接；

所述角度标识板为具有局部扇形凸起的圆环，该圆环具有板体和凸起的扇形块，该圆环的内孔活动套设在转动筒面向机架一侧，所述扇形块上设有拨动槽，所述机架中的机架体面向机械手一侧固定连接有拨杆，所述拨杆***拨动槽，以使得当所述机架体倾角变化时，角度标识板与机架体变化同样的角度，所述增量传感器设置在所述连接套上靠近角度标识板的一侧，且位于所述连接套上靠近等角传感器的一侧，且所述增量传感器与扇形块配对形成信号感应组；

当所述机械手和机架的钻进中心线均处于水平位置时，所述增量传感器处于水平位置，且所述扇形块靠近增量传感器的一端的边线位于水平线之上，所述增量传感器信号不接通，且所述压杆所在竖直高度能够将压板下压，使得所述接近传感器的信号接通。

进一步，所述俯仰油缸为双头组合式油缸，所述俯仰油缸一端的所述活塞杆II通过固定连接在钻进移动平台的第一油缸座与所述钻进移动平台铰接，所述活塞杆I通过固定连接在支撑体中部的第二油缸座与所述支撑体铰接，且当所述活塞杆I全部缩回，活塞杆II全部伸出，所述机械手处于水平位置。

进一步，所述转动筒主体为多级台阶的圆筒，其两端均设有法兰，分别用于连接密封盖和机架中的连接座。

进一步，所述轴座远离所述回转驱动器的一端还设有套设在所述回转轴上的端盖以对回转轴进行轴向限位。

进一步，所述回转驱动器为液压马达或摆动油缸。

进一步，所述固定座由横截面呈U形的底板和对称设置在所述底板一面的两个侧板组成，所述底板和两个侧板形成内凹腔体。

进一步，在所述底板的另一面对称设有一对第一滑轨，在所述移动爪体的内部空腔靠近底板的一端设有与第一滑轨相匹配的第二滑轨以形成移动副。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供一种用于定向钻机的钻杆输送机械手，其俯仰臂的倾角调节采用平行与机架的俯仰油缸驱动调节，而没有采用现有技术中的伺服电机或者回转减速器，在垂直于机架的方向上节省了大量的安装空间；并且手爪向上举起钻杆，而非现有技术向下抓取钻杆，机械手抓取钻杆后从逆时针向机架转动的过程中可以自然地避开机架、姿态调节机构等部件，需要的运动空间明显减小，能够很好的适用于狭窄空间，尤其是适用于目前高度集成化的自动定向钻机，具有较大的应用前景。

其次，该钻杆输送机械手定位***简单可靠，只需要等角传感器和增量传感器两个位置传感器进行相互配合，即可在钻机设计的倾角范围内工作，将钻杆输送至对应的钻进角度的机架中，***简单可靠，简化了钻杆输送过程中的工作量以及后期使用过程中定位***的维护工作量。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型中一种用于定向钻机的钻杆输送机械手的结构示意图；

图2为本实用新型中机械手的结构示意图；

图3为本实用新型中俯仰油缸的第一结构示意图；

图4为本实用新型中俯仰臂的结构示意图；

图5为本实用新型中俯仰臂的三维结构示意图；

图6为本实用新型中机械手与机架的局部安装示意图；

图7为本实用新型中手爪的结构示意图；

图8为本实用新型中手爪的剖视结构示意图；

图9为本实用新型中等角传感器的结构示意图；

图10为本实用新型中等角传感器的侧视图；

图11为本实用新型中角度标识板的结构示意图；

图12为本实用新型中俯仰油缸的第二结构示意图。

附图标记：1-机械手，101-第一油缸座，102-俯仰油缸，102a-活塞杆I，102b-活塞杆II，102c-缸筒，103-回转驱动器，104-俯仰臂，104a-连接套，104b-增量传感器安装板，104c-支撑体，104d-端盖，104e-轴座，104f-第二油缸座，104g-密封盖，104h-转动筒，105-回转轴，106-转臂，107-手爪，107a-移动爪体，107b-夹爪，107c-夹紧油缸，107d-固定座，107e-移动油缸，107f-连接法兰，108-压杆，2-等角传感器，201-接近传感器，202-压板，203-压板座，204-弹簧组，205-支撑座，206-滑动杆，207-滑动座，208-安装架，209-滑动油缸，210-滑动油缸座，3-动力头，4-机架，5-夹持器，6-钻杆箱，7-增量传感器，8-角度标识板，801-板体，802-拨动槽，803-扇形块，9-圆弧形凹槽。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，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的具体含义。

请参阅图1～图11，为一种用于定向钻机的钻杆输送机械手及定位***，包括机械手1和由等角传感器2、增量传感器7以及角度标识板8组成的定位***；

重点参阅图1～图2，定向钻机包括钻机移动平台、连接在钻机移动平台上的钻杆箱6和机架4以及位于钻杆箱6和机架4之间的机械手1，所述机架4包括固定连接在钻机移动平台上的连接座、铰接在连接座上的机架体以及连接在连接座和机架体之间的调斜油缸，所述机架体能够在调斜油缸的作用下沿铰接点转动以调整钻进方向，且所述机架体上具有布置其在两端的动力头3和夹持器5；在钻进过程中，所述机械手1从指定的初始位置(钻机上特定位置)抓取钻杆并将其转运至动力头3与夹持器5之间的钻进中心线；钻进结束后，机械手1将钻杆从动力头3与夹持器5之间取回，放回初始位置，以便钻杆回收进入钻杆箱或者移出钻机。等角传感器2用于判断机械手1与机架4的倾角(俯仰角度)是否相等，增量传感器7用于判断机械手1是否已经达到适合向动力头3与夹持器5之间输送钻杆的倾角。与本申请中钻杆输送机械手配套的钻机中，所述钻杆初始位置设置如下：所述钻杆箱6靠近机械手1的一侧根据钻杆长度，设置两个开口向上的圆弧形凹槽9，以用于放置钻杆，且用于放置钻杆的圆弧形凹槽9上方无限位机构，钻杆由钻机配套的其他输送装置(如搬运机械手、取杆装置等)从钻杆箱6取出后，将钻杆前后两端分别置于两个圆弧形凹槽9中，且所述初始位置位于所述机械手1的正上方以便于机械手1拿取和放回钻杆。

在另外的实施例中，所述钻杆也可直接通过工人将钻杆放置在初始位置，从而满足所述机械手1从初始位置拿取和放回钻杆的需求。

本实施例的关键在于，所述机械手包括第一油缸座101、俯仰油缸102、回转驱动器103、俯仰臂104、回转轴105、转臂106、手爪107以及压杆108；所述第一油缸座101底部通过螺栓与钻机移动平台连接且位于所述钻杆箱6和机架4之间，上部设有U型通槽以及圆形通孔，通过销轴与俯仰油缸102连接，从而将俯仰油缸102的一端固定转动连接在钻机移动平台上。

如图3所示，所述俯仰油缸102为双头组合式油缸，且所述俯仰油缸102的轴线所在竖直平面平行于所述机架4的轴线所在竖直平面，所述俯仰油缸102一端的活塞杆II102b通过销轴与第一油缸座101铰接，所述俯仰油缸102另一端的活塞杆I102a通过销轴与俯仰臂104铰接。

如图12所示，在另外的实施例中，所述俯仰油缸102为单头液压油缸，该单头液压油缸的活塞杆与钻机移动平台铰接，缸筒与俯仰臂104铰接，也可根据需要将活塞杆和缸筒调头安装。且当所述单头液压油缸的活塞杆伸出一定长度时，能够使机械手倾角为0°，即机械手水平，单头液压油缸的活塞杆进一步伸出，机械手下压，倾角减小。当单头液压油缸的活塞杆缩回时，机械手上扬，倾角增大。

如图4～图5所示，所述俯仰臂104是机械手1的主要支撑构件，承载机械手1的其他零件并与机架4连接，其包括连接套104a、增量传感器安装板104b、支撑体104c、端盖104d、轴座104e、第二油缸座104f、密封盖104g以及转动筒104h，所述转动筒104h主体为多级台阶的圆筒，其两端均有法兰，分别用于安装密封盖104g和连接机架4中的连接座，且所述转动筒104h靠近机架4一侧设有角度标识板安装段，其外径与角度标识板8内径匹配，将角度标识板8活动套装在其上，并使得所述角度标识板8随机架4转动，所述转动筒104h与机架安装配合如图6所示；

所述连接套104a为圆筒结构，其套设在所述转动筒104h上并与转动筒104h转动连接，并在所述靠近角度标识板8的一侧设有增量传感器安装板104b，以用于安装增量传感器7，且所述增量传感器安装板104b位于所述连接套104a的中心水平线上，以使得所述增量传感器7在机械手1的初始位置时为0°，所述密封盖104g通过所述转动筒104h的法兰固定连接在所述转动筒104h上，可有效防止水、煤渣等进入连接套104a内部；

所述支撑体104c的一端固定连接所述连接套104a，另一端连接轴座104e，并在所述支撑体104c靠近第一油缸座101的一侧的中部设有第二油缸座104f，以连接俯仰油缸102；

所述轴座104e的右侧设有回转驱动器103的安装法兰，左侧设有端盖104d的安装法兰，以分别连接回转驱动器103和端盖104d，其内腔开设安装孔，用于安装回转轴105，端盖104d固定安装在轴座104e上后，可对回转轴105轴向限位，且回转轴105的一端与所述回转驱动器103的输出轴周向固定连接，另一端连接转臂106，转臂106连接手爪107。

当所述活塞杆I 102a全部缩回，活塞杆II102b全部伸出，机械手1(转臂106)处于水平位置，即机械手1上平面的倾角为0°，也就是机械手1的初始位置，此时所述增量传感器7的角度也为0°；活塞杆II 102b缩回，机械手1上扬，倾角增大；当机械手1处于水平位置时，活塞杆II 102b全部伸出，继续伸出活塞杆I 102a，机械手1下摆形成负倾角。

所述回转驱动器103用于给机械手1提供回转动力，运动通过回转轴105和转臂106传递给手爪107，使手爪107可转向或远离动力头3，回转驱动器3可以是任何可实现回转运动的机构，本申请优选液压马达或者摆动油缸。

所述回转轴105基本结构为圆柱形轴类，其左端设有法兰与转臂106匹配连接，右端设有与回转驱动器103匹配的连接结构，如花键、平键等，以形成周向固定连接。所述转臂106为长杆状零件，用于连接回转轴105和手爪107。优选为空心圆管状，以便于加工和控制重量。

重点参阅图7～图8，所述手爪107是夹持钻杆的执行机构，具有平移和夹紧两个运动自由度。所述手爪107包括移动爪体107a、夹爪107b、夹紧油缸107c、固定座107d、移动油缸107e以及连接法兰107f，所述固定座107d由横截面近似U形的底板和对称设置在底板一面的两个侧板组成，所述底板和两个侧板形成内凹腔体，用于放置移动油缸107e。在底板的另一面，对称设有一对第一滑轨。所述连接法兰107f为两个，分别固定于所述固定座107d具有侧板的两侧，分别与转臂106和压杆108连接，所述移动爪体107a顶部为固定爪，与夹爪107b配合实现钻杆夹持和固定，且固定爪与夹爪107b通过销轴铰接。所述移动爪体107a的底部设有连接移动油缸107e的第三油缸座，用于安装移动油缸107e的活塞杆，其内部空腔用于放置夹紧油缸107c，所述移动爪体107a空腔的两侧板设有第二滑轨，与固定座107d的第一滑轨配合形成移动副，使得在所述移动爪体107a在移动油缸107e的驱动下实现往复滑动。所述移动油缸107e的活塞杆伸出，移动爪体107a向图7中的下方移动；反之，移动油缸107e的活塞杆缩回移动爪体107a向上方移动。而且，当移动油缸107e的活塞杆完全缩回使移动爪体107a移动至最高点时，转臂106回转中心线到移动爪体107a夹持中心线的距离等于转臂106回转中心线到机架4上(也是动力头和夹持器之间位置)钻杆中心线的距离，从而使得所述移动爪体107a能够将钻杆从初始位置转运至动力头3与夹持器5之间的钻进中心线。

具体的，所述移动油缸107e的活塞杆通过销轴与移动爪体107a连接，缸筒通过两侧对称的销轴与固定座107d铰接，因此移动油缸107e伸缩驱动移动爪体107a移动的同时，自身具有转动自由度，可以避免出现滑动轨道卡死现象。夹爪107b在钻杆夹持面的背面设有连接夹紧油缸107c的连接夹紧油缸107c的第四油缸座，并与夹紧油缸107c的活塞杆通过销轴铰接，所述夹紧油缸107c的缸筒通过销轴与移动爪体107a铰接。

通常，所述夹爪107b设置在所述手爪107上靠近机架4的一侧，以避免在手爪107输送或取回钻杆的翻转过程中与钻杆发生运动干涉。

所述压杆108的一端为法兰盘，与手爪107连接，另一端为圆杆，用于下压等角传感器2的压块，使其发出信号。

重点参阅图9～图10，等角传感器2的功能是判断机械手1是否到达与机架4相同的倾角，其包括接近传感器201、压板202、压板座203、弹簧组204、支撑座205、滑动杆206、滑动座207、安装架208、滑动油缸209以及滑动油缸座210，所述安装架208的下部设有法兰，以将等角传感器2安装在机架4上，上部为杆件，用于连接并支撑滑动座207，所述滑动油缸209通过销轴分别与安装架208和固连于滑动杆206上的滑动油缸座210铰接，所述滑动杆206与滑动座207配合形成移动副，即所述滑动杆206内设于所述滑动座207中并滑动连接，并在滑动油缸209的驱动下运动，从而将安装在其上的其余零件向机械手1的手爪107方向伸出或者缩回，所述支撑座205的下部固定连接在滑动杆206上，且其上设有铰接孔，通过销轴将压板座203安装在其上并形成铰接，并在所述支撑座205靠近手爪107的一端设有接近传感器201，所述压板座203为中空壳体，其面向接近传感器201的一侧有向下延伸的侧板，与接近传感器201配对形成信号感应组，当压板座203的侧板进入接近传感器201感应范围时，传感器输出信号；在所述压板座203与支撑座205之间设有弹簧组204，所述弹簧组204用于支撑压板座203，自然状态下将压板座203抬起，避免压板座203的侧板与接近传感器201接通，所述弹簧组204可以是一根或者多根弹簧，也可以在其外部或内部增加支撑结构，在另外的实施例中也可以设为其他的弹性件，所述压板202为翻倒放置的L形折弯板件，上段用于与压杆108接触，下段用于与压板座203固定连接。

上述等角传感器2的工作原理如下：

自然状态时，压板座203和压板202在弹簧组204的作用下向上抬起，压板座203中向下延伸的侧板不在接近传感器201的感应范围内，接近传感器201信号断开；当机械手1向下运动并接近机架4相同倾角位置时，其前端的压杆108与压板202接触，并将压板202和压板座203下压，当压板座203中向下延伸的侧板到达接近传感器201可以感应的位置，接近传感器201的信号接通。

重点参阅图11，所述角度标识板8为具有局部扇形凸起的圆环，该圆环具有板体801和凸起的扇形块803，所述扇形块803上设有拨动槽802，所述机架4面向机械手1一侧固定有一个拨杆，该拨杆***所述拨动槽802中，以使得当机架4倾角变化时，保持角度标识板8与机架4变化同样的角度；该圆环的内孔与机械手1中俯仰臂104的转动筒104h面向机架4一侧的角度标识板安装段外径匹配，使角度标识板8活动套装在转动筒104h上。

所述扇形块803与增量传感器7配对形成信号感应组，当机架4倾角为0°时，扇形块803的下边线处于水平线上一个大小为θ的角度，而机械手1的初始角度(即机械手1上平面的倾角，也就是转臂106的中心线)为0°，也就是增量传感器7位置的初始角度为0°，即增量传感器7的初始倾角至少比扇形块803下边线小θ，此时信号未接通。因此，机械手1倾角增大时，增量传感器7向上运动到扇形块803覆盖面积内时才能接通信号，表示机械手1处于适合输送钻杆的倾角。

所述等角传感器2与压杆108配合形成的压板座203的侧板与接近传感器201配对的信号感应组和所述扇形块803与增量传感器7配对的信号感应组相互配合形成了定位***，从而实现了机械手进行钻杆输送过程中的定位，定位***简单、可靠。两个信号感应组的关系在于，当所述增量传感器7位置的初始角度为0°时，即在机械手1处于水平位置(也就是初始位置时)，若机架4中的机架体也处于水平位置，且所述滑动杆206在滑动油缸209的驱动下运动，将安装在其上的其余零件(支撑座205和压板座204)向机械手1的手爪107方向伸出的情况下，所述压杆108能够与压板202接触，即所述压杆所在竖直高度能够将压板下压，并将压板202和压板座203下压，且压板座203中向下延伸的侧板到达接近传感器201可以感应的位置，接近传感器201的信号接通，进而在钻杆输送流程实现其相互配合进行定位的作用。需要说明的是本段中压杆与等角传感器的位置关系仅用于标表述其在竖直方向上的关系，以表明所述等角传感器2与压杆108配合形成的压板座203的侧板与接近传感器201配对的信号感应组和所述扇形块803与增量传感器7配对的信号感应组的配合关系，而不作为其横向上的位置限定，其横向关系可由滑动油缸209根据需要进行调整，以避免运动干涉。

上述的一种用于定向钻机的钻杆输送机械手的钻杆输送流程如下：

设机架4的钻进倾角为α，α大于0°为上扬倾角，α小于0°为下压倾角；

向机架4输送钻杆：

s1)机械手初始状态：俯仰油缸102的活塞杆II 102b全部伸出，所述活塞杆I 102a全部缩回，使机械手1的倾角为0°，即转臂106处于水平位置，此时角度标识板8未与增量传感器7接通，手爪107处于竖直位置且夹爪107b、移动爪体107a的固定爪开口向上，夹爪107b在夹紧油缸107c缩回的作用下张开，移动油缸107e活塞杆全部伸出，移动爪体107a和夹爪107b处于最低位置，且正对待输送的钻杆的初始位置，然后通过钻机配套的其他输送装置将钻杆从钻杆箱6取出后，将钻杆前后两端分别置于两个圆弧形凹槽9中，此时手爪107的钻杆夹持中心恰好与待输送的钻杆中心重合，同时，滑动油缸209全部缩回，使接近传感器201和压板202等缩回，避免与机械手1的压杆108干涉；

在另外的实施例中，所述钻杆也可直接通过工人将钻杆放置在初始位置或移动爪体107a的夹持中心线，从而满足所述机械手1从初始位置拿取和放回钻杆的需求；

s2)夹紧钻杆：夹紧油缸107c伸出，使得夹爪107b配合固定爪夹紧钻杆；

s3)手爪伸出：移动油缸107e活塞杆缩回，驱动移动爪体107a和夹爪107b向上运动，达到最高位置；

s4)上扬：俯仰油缸102的活塞杆II 102b缩回，俯仰臂104带动回转轴105和转臂106倾角增大，当机械手1上扬倾角达到(α+θ)时，增量传感器7进入角度标识板8的覆盖范围，增量传感器7接通并发出信号，表示机械手1已处于适合输送钻杆的倾角，停止上扬；同时，滑动油缸209伸出，使压板202位于可以被压杆108接触下压的位置；

在实际施工过程中，由于机架4的钻进倾角需要根据施工需要进行具体设置，若α为负值，且绝对值大于θ时，则增量传感器7会直接进入角度标识板8的覆盖范围，增量传感器7接通并发出信号，此时无需进行上扬，此时按照已上扬至增量传感器7接通并发出信号的情况，对应调整步骤即可；

s5)下压：俯仰油缸102的活塞杆II 102b伸出，机械手俯仰臂104带动回转轴105和转臂106下压，倾角减小，当机械手1倾角达到α时(即与机架4的钻进倾角相同)，压杆108使压板座203中的侧板进入接近传感器201的感应范围，接近传感器201接通并输出信号，停止下压，同时，由于机械手1倾角减小了θ，增量传感器7脱离角度标识板8覆盖范围，信号断开；

在实际施工过程中，由于机架4的钻进倾角需要根据施工需要进行具体设置，若出现活塞杆II 102b全部伸出后，增量传感器7仍未脱离角度标识板8覆盖范围，可继续伸出活塞杆I 102a，以进一步减小机械手1的倾角，直至压杆108下压所述压板202使压板座203中的侧板进入接近传感器201的感应范围，接近传感器201接通并输出信号，然后停止下压；

s6)翻转：回转驱动器103通过回转轴105和转臂106驱动手爪107向机架4方向翻转，优选为逆时针方向旋转90°，钻杆被输送进入机架4上的动力头3和夹持器5之间的钻进中心线；

s7)手爪松开：待所述夹持器5或动力头3夹紧钻杆后，夹爪107b松开，钻杆输送完成；

s8)翻转复原：回转驱动器103驱动手爪107向远离机架4方向翻转，优选为顺时针方向旋转90°，手爪107离开机架4，同时，滑动油缸209缩回，使压板202缩回，避免与压杆108发生接触干涉；

在另外的实施例中，可根据需要先将移动油缸107e活塞杆全部伸出，移动爪体107a和夹爪107b处于远离机架4的位置，以避免发生运动干涉；

S9)倾角归零：所述俯仰油缸的活塞杆I全部缩回，活塞杆II全部伸出，使机械手1的倾角回到0°。

s10)手爪缩回：移动油缸107e活塞杆全部伸出，使移动爪体107a和夹爪107b回到最低位置，机械手1恢复至初始状态。

从机架中取出钻杆：

q1)初始状态：同步骤s1，区别在于，初始位置处不放入钻杆；

q2)手爪伸出：同步骤s3；

q3)上扬：同步骤s4；

q4)下压：同步骤s5；

q5)翻转：同步骤s6，区别在于，此处为空手爪翻转进入，并刚好与钻杆接触；

q6)夹紧抓杆：夹紧油缸107c伸出，夹爪107b夹紧钻杆；

q7)翻转复原：同步骤s8。

q8)倾角归零：同步骤s9。

q9)手爪缩回：同步骤s10，手爪缩回至最低位置时，钻杆便回到初始位置。

q10)手爪松开：夹紧油缸107c缩回，夹爪107b松开，机械手1恢复至初始状态。其他装置或工人可以取走钻杆或放置在该位置。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于定向钻机的钻杆输送机械手，该机械手布置在钻机移动平台上，且位于布置在所述钻机移动平台上的钻杆箱和机架之间，所述机架包括固定连接在钻机移动平台上的连接座和铰接在连接座上的机架体，其特征在于：所述机械手包括俯仰油缸、回转驱动器、俯仰臂、回转轴、转臂以及手爪，所述俯仰油缸的轴线所在竖直平面平行于所述机架的轴线所在竖直平面，且所述俯仰油缸的两端分别与钻机移动平台和俯仰臂铰接，以用于调节所述机械手的倾角；

所述俯仰臂包括连接套、支撑体、轴座以及转动筒，所述转动筒的一端固定连接在所述机架中的连接座上，所述连接套套设在所述转动筒上并转动连接，所述支撑体的一端固定连接所述连接套，另一端连接轴座，且在所述俯仰油缸与所述支撑体铰接，所述轴座的一端连接回转驱动器，其内腔安装有回转轴，且所述回转轴的一端与所述回转驱动器的输出轴周向固定连接，所述回转轴的另一端连接转臂，所述转臂连接手爪；

所述手爪包括移动爪体、夹爪、夹紧油缸、固定座以及移动油缸，所述固定座为内凹腔体，所述移动油缸铰接于该内凹腔体内，所述移动爪体与该内凹腔体的背面形成移动副，且所述转臂通过该内凹腔体的侧面与手爪连接，所述移动爪体的顶部为固定爪，并与夹爪铰接配合以实现钻杆夹持和固定，所述移动爪体的底部与所述移动油缸的活塞杆铰接以驱动移动爪体移动；所述移动爪体具有内部空腔，所述夹紧油缸铰接于该内部空腔内，且所述夹爪的背面与所述夹紧油缸的活塞杆铰接以驱动夹爪夹紧钻杆，当所述移动油缸的活塞杆完全缩回使所述移动爪体移动至最高点时，所述转臂的回转中心线到移动爪体夹持中心线的距离等于转臂的回转中心线到机架的钻进中心线的距离。

2.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：还包括定位***，所述定位***包括等角传感器、增量传感器、角度标识板以及压杆，所述压杆连接在固定座上与转臂相对的一侧，所述等角传感器包括接近传感器、压板、压板座、弹性件、支撑座、滑动杆、滑动座、安装架、滑动油缸以及滑动油缸座，所述安装架的底部固定连接在机架中的机架体上，顶部连接并支撑滑动座，所述滑动杆与滑动座配合连接形成移动副，所述滑动油缸分别与安装架和固定连接于所述滑动杆上的滑动油缸座铰接，所述支撑座的底部固定连接在滑动杆上，并在所述支撑座靠近手爪的一端设有接近传感器，所述压板座的一端与支撑座铰接，并在其接近所述接近传感器的一侧有向下延伸的侧板，以使得该侧板与接近传感器配对形成信号感应组，并在所述压板座与支撑座之间设有弹性件，自然状态下将压板座抬起，避免压板座的侧板与接近传感器接通，所述压板为折弯板件，其顶端用于与压杆接触，底端与压板座固定连接；

所述角度标识板为具有局部扇形凸起的圆环，该圆环具有板体和凸起的扇形块，该圆环的内孔活动套设在转动筒面向机架一侧，所述扇形块上设有拨动槽，所述机架中的机架体面向机械手一侧固定连接有拨杆，所述拨杆***拨动槽，以使得当所述机架体倾角变化时，角度标识板与机架体变化同样的角度，所述增量传感器设置在所述连接套上靠近角度标识板的一侧，且位于所述连接套上靠近等角传感器的一侧，且所述增量传感器与扇形块配对形成信号感应组；

当所述机械手和机架的钻进中心线均处于水平位置时，所述增量传感器处于水平位置，且所述扇形块靠近增量传感器的一端的边线位于水平线之上，所述增量传感器信号不接通，且所述压杆所在竖直高度能够将压板下压，并使得所述接近传感器的信号接通。

3.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：所述俯仰油缸为双头组合式油缸，所述俯仰油缸一端的所述活塞杆II通过固定连接在钻进移动平台的第一油缸座与所述钻进移动平台铰接，所述活塞杆I通过固定连接在支撑体中部的第二油缸座与所述支撑体铰接，且当所述活塞杆I全部缩回，活塞杆II全部伸出，所述机械手处于水平位置。

4.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：所述转动筒主体为多级台阶的圆筒，其两端均设有法兰，分别用于连接密封盖和机架中的连接座。

5.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：所述轴座远离所述回转驱动器的一端还设有套设在所述回转轴上的端盖以对回转轴进行轴向限位。

6.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：所述回转驱动器为液压马达或摆动油缸。

7.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：所述固定座由横截面呈U形的底板和对称设置在所述底板一面的两个侧板组成，所述底板和两个侧板形成内凹腔体。

8.根据权利要求1所述的用于定向钻机的钻杆输送机械手，其特征在于：在所述底板的另一面对称设有一对第一滑轨，在所述移动爪体的内部空腔靠近底板的一端设有与第一滑轨相匹配的第二滑轨以形成移动副。