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为了降低井下钻机换杆的安全风险和人工成本,本文分析了钻杆输送过程并设计了一套控制方案.方案选用四关节三自由度机械臂并对其结构模型建立D-H坐标系,通过对机械手逆向运动学的求解,得出钻杆的位置与机械臂各构件的运动学关系的数学表达.最后利用Leap Motion手势控制器采集控制手势信息,实现四关节三自由度机械臂的操作员在井上完成钻杆抓取和安装动作.方案使得井下的换杆作业从原有2人在井下操作变为1人在井上操作,测试表明该方案很好地改善了操作员的作业环境并节约了相关安全成本.