黄川，兰凯，袁焕宇，陈凯凯

(1.中国石油大学机电工程学院，山东青岛266580 ;2.中国化工集团桂林橡胶机械厂，广西桂林541002)

0 前言

传统钻机主要依靠二层台的井架工人手持管夹，通过体力劳动的方式对钻杆立根进行排放操作。这些钻机在日益要求健康、安全、环保的石油石化行业中，需要进行升级和改造，安装钻杆自动排放装置。钻杆自动排放装置是一种能够在井口与管架之间往返移送和存取钻杆立根的自动化设备［1－2］。目前，机械手式的排放装置以其结构紧凑、质量轻、灵活度高的优点，已被国外钻机广泛采用［3］。对此，经过初步探索和研究，设计了一种新型二层台舌台前置式钻杆排放装置(中国专利:201320019851.1)。作者针对该装置的总体方案及工作原理进行了简要介绍，并通过建立其运动学模型和雅克比矩阵，得到末端夹持器与动作关节之间的位置、速度变换关系，在此基础上利用Simulink 进行轨迹控制仿真，获取了相关运动学参数并验证了控制方法的可行性。

1 总体结构与工作原理

如图1所示，排放机械手结构上主要包括旋转臂、大臂、小臂、伸缩臂4 段手臂连杆，末端夹持器、扶正钳两个动力夹钳以及液压驱动器等部分。旋转臂悬挂于二层台下方，能以舌台为基座360°回转;大臂与旋转臂，小臂与大臂通过转动关节连接，最大转角范围35°;伸缩臂与小臂通过移动关节连接，最大伸长1.4 m。综上，排放机械手共有3 个旋转关节和1 个移动关节，每个关节都由液压执行器驱动，总共4 个自由度。……