21世纪,随着液压传动技术、计算机技术、自动控制技术和测试技术在钻探上的广泛应用,人类进入了智能化钻探时代。其主要标志是:自动化、智能化钻机已成功用于钻探生产实践。无论对于岩心钻机还是石油钻机而言,提下钻大约占整个钻探过程中的30％,是决定钻探效率的重要因素之一。提下钻自动化在石油钻机上已经有了大规模的研究和应用,而对于岩心钻机而言,提下钻自动化这方面的研究还处于基本空白的局面。因此本文对全自动岩心钻机提下钻机械手的研究,对自动化、智能化岩心钻机的发展与应用具有一定的意义。　　 全自动岩心钻机提下钻机械手是一个机电液一体化系统,驱动系统采用液压传动控制动作的实现,控制系统是提下钻机械手的指挥系统,控制机械手按规定的程序运动。本文研究的主要内容包括提下钻机械手的机械结构设计、液压系统图的设计、控制系统设计以及进行运动学和动力学的理论分析。　　 本研究首先对全自动岩心钻机提下钻工艺进行分析,确定了机械手在提下钻工作中的任务和具体的动作顺序。该提下钻机械手在岩心钻机提钻的过程中,从动力头液压卡盘松开钻杆后将钻杆送至钻杆排放架上；在下钻的过程中,从钻杆排放架取出钻杆送至孔口处,待动力头液压卡盘夹紧钻杆后松开。根据提下钻机械手的工作任务及需要完成的动作,对机械手进行了总体方案设计,包括对坐标形式与自由度、结构方案、驱动方式和控制方案的选择和设计。其主要组成机构有:升降机构、回转机构、伸缩机构,手部夹持机构、定位机构等。该机械手包含五个自由度:手臂的升降运动、手臂的伸缩运动、手臂同转运动,手腕的回转运动及手指在夹持物件时的开闭运动。对机械手的提钻和下钻的具体工作过程进行了分析,并确定了提下钻机械手的主要技术参数。　　 对提下钻机械手的机械结构进行设计,并在此基础上进行了三维建模,是本论文的重点研究内容。提下钻机械手的结构组成部分包括手部、手腕和手臂三大部分。从机械手的动作要求来分析,这三大部分需要完成的动作为手指夹持、手腕回转、手臂升降、手臂伸缩和手臂回转五个动作。五个动作的执行机构分别是手指夹紧液压缸、手腕回转液压缸、手臂升降液压缸、手臂伸缩液压缸及手臂回转液压缸。本文分别对这五个动作的执行机构进行了结构设计及尺寸计算,根据计算结果可以确定各液压缸的结构尺寸。并对提下钻机械手进行了三维建模,以及对钻杆排放架、提下钻机械手和钻机的工作位置进行布置。　　 机械手的驱动方式为液压驱动。提下钻机械手在提钻和下钻过程中的动作分别为为手指夹持、手腕回转、手臂升降、手臂伸缩和手臂回转五个动作。在绘制液压系统图之前,分别对该提下钻机械手液压系统的供油回路、换向回路、调速回路及系统的安全可靠性进行了分析和设计。在这些分析设计的基础上进行合并完善,绘制出了提下钻机械手的液压系统原理图。结合机械手的具体动作和顺序,进行了提钻和下钻过程的机械手液压系统原理分析。　　 提下钻机械手的控制系统采用可编程序逻辑器件PLC进行设计。结合提下钻机械手的具体动作顺序,确定了该控制系统的15个输入信号和14个输出信号,选择西门子公司的SIMATIC S7-200 CPU226集成24输入/16输出的可编程序控制器。结合替下钻机械手的动作顺序,将该机械手控制系统的相应的输入输出点进行了I/O地址分配。　　 最后对提下钻机械手进行了运动学分析和动力学分析的理论分析,并进行了提下钻机械手的运动学分析。先采用D-H坐标法对提下钻机械手的坐标系进行了描述,确定了D-H坐标法的参数表,并通过详细推导建立了提下钻机械手的运动学方程。然后采用拉格朗日方程建立提下钻机械手的动力学方程,即建立作用于机械手各构件的力或力矩与位移、速度及加速度的函数关系式。在三维建模的基础上,对提下钻机械手进行了运动仿真分析,机构的运动通过捕获得到视频动画,并得出机械手的运动轨迹曲线,并进行了运动学分析,得出机械手臂的伸缩、升降、回转及手腕的回转等动作的速度和加速度曲线。