□ 王 勇 □ 刘树林 □ 杜 伟

上海大学 机电工程与自动化学院 上海 200072

在海洋石油钻井以及开采过程中，钻杆、油管及套管的搬运是最为繁重的工作任务之一，为此各种管子移运装置应运而生，最为典型的有大范围三维空间移运机械手。该机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域［1］，能够实现管子的定点移运及随机移运，拥有自动控制及手动控制等多种方式。虽然该类型机械手已投入使用，但由于缺乏运动学理论研究，管子定点移运及自动控制模式未能得到很好地应用。

笔者分析了一种自动控制机械手，能够实现管子从堆放处至动力猫道或者从动力猫道至堆放处的智能搬运。讨论了机械手正运动学、逆运动学的求解方法，在MATLAB中建立其运动学仿真模型，验证了机械手结构设计的合理性，并利用蒙特卡洛法求出机械手的工作空间，为后续研究奠定了理论基础。

1 管子移运机械手结构分析

通常情况下，机械手的主要技术参数包括自由度、最大工作速度、承载能力、定位精度和重复定位精度等［2］。针对不同任务机械手的技术参数，结构设计应该各有侧重。

1.1 机械手总体结构

根据海洋钻井平台现场工作空间大，管子重量不一，直径粗细不均、长度也不相等的特征，移运机械手采取位置与姿态分开操作的结构。位置控制部分参照液压挖掘机等液压工程机械，采用液压缸驱动各机械臂来完成末端的定位。……