钻杆排放系统是海洋石油钻井平台、陆地石油钻井和地质钻探中一种重要的辅助工具。本文结合工业机械手技术设计了一款自动化钻杆排放系统,并对其性能进行了测试。为以后的钻杆自动化处理设备提供了新的思路。本文提出了一种新型的钻杆排放方案,由多轴机械手直接从钻杆箱中抓取钻杆。为了解决机械手臂展不足以及在抓取钻杆箱底部钻杆时发生干涉的问题,将钻杆箱设计成可上下移动式,机械手只需抓取最上层钻杆即可。本设计可简化机械手目标点调校工作量,保证目标点精度。对设备的关键部件钻杆箱托架升降机托板和传动轴进行了有限元分析,研究发现各零部件在正常工作条件下所的应力以及发生的变形均在材料允许的范围内,零件设计合格。同时根据仿真结果对零件变形较大位置进行优化,对优化后的零件仿真结果显示应力及变形较优化前均有所减小,优化合理。为了充分发挥机械手运动路径灵活的优势,通过建立机械手运动学方程的方法,在关节空间中使用多项式插值进行机械手的轨迹规划。结果表明,三次多项式插值与五次多项式插值得到的关节位移曲线均为平滑曲线,三次多项式插值中的角速度曲线在目标点处不连续,有些许突变,而五次多项式插值得到的关节角速度仍为光滑曲线,因此五次多项式插值得到的机械手运动路径更为合理。利用多体动力学软件对机械手运动路径进行动力学仿真,仿真结果表明:机械手末端在空间中的运动平稳,运动速度波动小,机械手各关节轴的驱动力变化平稳,变化范围不大,仅在目标点处扭矩出现微小波动,均在电机承受范围之内。在钻杆排放系统实物安装调试过程中进行了优化,使设备满足了防尘防水的要求以及增加了机械手拆卸的便利性。改进了钻杆的识别方式,原本设计中的传感器安装位置不合理,传感器无法检测到钻杆,因此设备无法判断对应钻杆位有无钻杆,改进后将传感器安装于机械手夹爪下方,确保了钻杆检测的准确。对机械手运动进行测试,结果表面机械手运动时避开了钻杆箱的障碍,运动过程中无碰撞发生。运动时间为11s,与仿真结果较吻合。运动速度变化平稳,夹爪对钻杆的夹持牢固,钻杆在运动过程中无晃动。机械手运动路径合理。