JP2019078137A - ボーリングロボット - Google Patents

Abstract

【課題】無線等の遠隔操作による斜面の復旧工事に対応して無人化による作業を可能とし、危険な作業環境から作業員を解放させることが可能なボーリングロボットを提供する。【解決手段】ドリルヘッド１０に着脱可能に取り付けられたボーリングロッド７を回転及び給進させるドリルユニット３と、ドリルヘッド１０へのボーリングロッド７の供給及び回収するロッドチェンジャ４と、クローラ５を有しドリルユニット３及びロッドチェンジャ４が取り付けられるロボット本体２とを備える。ロッドチェンジャ４は、地盤安定化のために掘削穴に埋め込まれるロックボルト１６をボーリングロッド７と共に保持可能となっている。ドリルヘッド１０はボーリングロッド７の装着部２７及びロックボルト１６の装着部２８が一体に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤の傾斜した斜面に対する防災化や土砂崩れ等の斜面の土砂災害への応急対策のために用いるボーリングロボットに関し、特に遠隔操作を可能な構造とすることにより作業員を危険な作業環境から解放させることが可能なボーリングロボットに関する。

特許文献１〜３には、斜めとなっている地盤の斜面に対する土木作業を行う作業車が開示されている。これらの作業車はワイヤロープによって地盤の斜面上に支持された状態でクローラにより斜面を移動しながらバケット等の作業具により作業を行うものである。しかしながら、これらの作業車は、土砂崩れした不安定な斜面に対する足場の設置や地盤へのロックボルトの埋め込み等の復旧作業を行うことができない。

一方、土砂崩れした斜面に対する復旧のための土木工事では、足場の設置及びロックボルト埋め込みによる地盤の安定化、足場の撤去が必要であるが、土砂崩れ後の地盤が不安定であるため、これらの作業に危険を伴っている。特に、急斜面では、地盤が崩れ易いため大きな危険性を伴うものとなる。

特開２００３−１６０９４８号公報 特開２００５−３６４７２号公報 特開平１０−２５２０９０号公報

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、無線等の遠隔操作による斜面の復旧工事に対応することが可能な構造とすることにより、無人化による作業を可能とし、これにより危険な作業環境から作業員を解放させることが可能なボーリングロボットを提供することを目的とする。

本発明のボーリングロボットは、ボーリングロッドがドリルヘッドに着脱可能に取り付けられ前記ボーリングロッドを回転及び給進させるドリルユニットと、前記ドリルヘッドへのボーリングロッドの供給及び回収のために前記ドリルユニットに近接配置されるロッドチェンジャと、クローラを有し前記ドリルユニット及び前記ロッドチェンジャが取り付けられるロボット本体とを備え、前記ロッドチェンジャは、地盤安定化のために掘削穴に埋め込まれるロックボルトを前記ボーリングロッドと共に保持可能となっており、前記ドリルヘッドは前記ボーリングロッドの装着部及び前記ロックボルトの装着部が一体に形成されていることを特徴とする。

本発明では、前記ドリルヘッドは、前記ボーリングロッドの装着部と前記ロックボルトの装着部とが同軸上に形成されている。
又、前記ロボット本体の前後から張り出して地盤に接地する前側アウトリガー及び後側アウトリガーと、前記ロボット本体の前後位置で地盤に差し込まれる前側アンカー及び後側アンカーとがロボット本体に取り付けられており、前記前側アウトリガー及び前側アンカーと、後側アウトリガー及び後側アンカーとが交互に駆動することにより前記ロボット本体が尺取り式に移動可能となっている。
又、前記クローラは地盤に食い込むスパイクを備えている。
又、前記ドリルユニットは、前記ドリルヘッドと、前記ボーリングロッドの継ぎ足し及び切り離しのためボーリングロッドをクランプするロッドクランプ及びロッドブレーカと、前記ドリルヘッドを前記ロッドチェンジャの方向にスライドさせるスライド機構とを備えている。
又、前記ロッドチェンジャは、前記ボーリングロッド及び前記ロックボルトを共に立ち上がり状に保持する回転可能な保持テーブルと、前記保持テーブルを回転させるテーブル回転部材とを備えている。

本発明のボーリングロボットによれば、無線等の遠隔操作による斜面の復旧工事に対応することが可能となり、無人化による作業により危険な作業環境から作業員を解放させることが可能となる。

本発明の第１実施形態のボーリングロボットの側面図である。 ボーリングロボットの正面図である。 ドリルユニットの正面図である。 ドリルユニットの側面図である。 ロッドチェンジャの側面図である。 ロッドチェンジャに対するボーリングロッド及びロックボルトの配置を示す平面図である。 スパイクが取り付けられたクローラを示す断面図である。 ロッドサブの構造を示す側面図である。 ボーリングロッドの継ぎ足し手順を示す図である。 地盤の斜面になされる復旧工事を示す断面図である。 本発明の第２実施形態のボーリングロッドを示す斜視図である。 第２実施形態のボーリングロッドの移動状態を示す斜視図である。 アウトリガー及びアンカーの取り付け状態を示す断面図である。 第２実施形態のアウトリガー及びアンカーを用いた尺取り式移動手順を示す側面図である。 第２実施形態のボーリングロッドの遠隔制御を行うためのブロック図である。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。
［第１実施形態］
図１〜図９は、本発明の第１実施形態のボーリングロボット１を示す。図１０は、ボーリングロボット１によってなされる地盤１３の斜面１４への復旧工事の状態を示す。
ボーリングロボット１はロボット本体２と、ドリルユニット３と、ロッドチェンジャ４とを備えている。

図１及び図２に示すように、ロボット本体２は左右の両サイドにクローラ５を備えており、クローラ５が駆動することによりロボット本体２（すなわちボーリングロボット１）の移動及び方向転換が行われる。ロボット本体２上には、クローラ５、ドリルユニット３、ロッドチェンジャ４等のボーリングロボット１全体の駆動源となるパワーユニット６が搭載されている。ドリルユニット３及びロッドチェンジャ４はロボット本体２に取り付けられる。

ドリルユニット３はロボット本体２に取り付けられた状態でボーリングロッド７（図５参照）によって地盤１３の斜面１４（図１０参照）に掘削穴を掘削する。ドリルユニット３は図１に示すように、ロボット本体２に取り付けられた傾斜シリンダ８に連結され、傾斜シリンダ８の駆動によって直立状態及び傾斜状態への変更が可能なガイドセル９と、ガイドセル９の長さ方向（上下方向）に沿って往復方向へスライド移動するドリルヘッド１０とを備えている。ドリルヘッド１０にはボーリングロッド７が着脱可能に取り付けられ、ドリルヘッド１０の駆動によってボーリングロッド７が回転する。

図１〜図４に示すように、ドリルヘッド１０はガイドセル９に取り付けられた給進用オイルモータ１１にチェーンを介して連結されており、給進用オイルモータ１１の駆動によって給進する。ドリルヘッド１０はボーリングロッド７に掘削水を供給するウォータスイベル１２を備えており、ウォータスイベル１２からロッドサブ１５が垂下している。ロッドサブ１５にはボーリングロッド７が取り付けられる。この実施形態のロッドサブ１５はボーリングロッド７に加えて地盤１３に埋め込まれるロックボルト１６（図５、図１０参照）が直に取り付けられるものである。ロッドサブ１５の構造については、図８により後述する。なお、ボーリングロッド７に対してはドリルヘッド１０から打撃力を作用させることも可能であり、打撃力を併用した掘削も可能となっている。

ドリルユニット３はドリルヘッド１０をロッドチェンジャ４の方向に横スライドさせるスライド機構１７を備えている。スライド機構１７はガイドセル９の上部に取り付けられており、スライド機構１７が横方向にスライドすることによりドリルヘッド１０がロッドチェンジャ４側に移動する。これによりロッドチェンジャ４に対するボーリングロッド７の取り出し及び回収、さらにロッドチェンジャ４からのロックボルト１６の取り出しが可能となる。

ドリルユニット３はロッドクランプ１８及びロッドブレーカ１９を備えている。これらの部材はガイドセル９の下部に取り付けられており、ロッドクランプ１８はボーリングロッド７の継ぎ足し及び切り離しの際にボーリングロッド７をクランプする。ロッドブレーカ１９はボーリングロッド７の切り離しの際にロッドセル１５をクランプした状態で所定角度旋回し、ボーリングロッド７のねじ結合を緩めるように作用する。

図１〜図４に示すように、ロッドチェンジャ４はドリルユニット３との近接位置に配置される。図１〜図４及び図５に示すように、ロッドチェンジャ４は長さ（上下）方向の両端部がガイドセル９からの取付ブラケット２０に連結されたポスト２１と、ポスト２１の一端部（下端部）に取り付けられた保持テーブル２２とを備えている。下側の取付ブラケット２０には、電動モータからなるテーブル回転部材２３が取り付けられており、テーブル回転部材２３の駆動によってポスト２１及び保持テーブル２２が一体的に回転する。

保持テーブル２２は、ボーリングロッド７とロックボルト１６とを立ち上がり状に保持する部材である。ロックボルト１６は地盤１３に掘削された掘削穴にボーリングロッド７の引き抜き後に挿入されるものである。ロックボルト１６は掘削穴内に挿入されることによりグラウト等と共に掘削穴内に埋め込まれる（図１０参照）。これにより地盤１３を強化するため、地盤１３の崩れ、滑り等を防止して地盤１３を安定化することができる。

図６に示すように、ボーリングロッド７及びロックボルト１６は保持テーブル２２に交互に保持される。保持テーブル２２は円周上の等分位置にボーリングロッド７及びロックボルト１６の下部が挿入されることによりこれらを立ち上がり状に保持する（図５参照）。そして、テーブル回転部材２３の駆動によって所定角度ずつ回転してボーリングロッド７及びロックボルト１６をドリルヘッド１０への供給位置に移動させる。かかる供給位置にはマガジンクランプ２４が設けられており、ボーリングロッド７及びロックボルト１６（図示例ではロックボルト１６）をドリルヘッド１０への供給位置に固定して、これらの位置ずれを防止している。
なお、保持テーブル２２の空位となっている保持位置に対しては、ボーリングロッド７の回収が行われる。

図１及び図２に示すように、ロボット本体２のクローラ５の外周には平板状のスパイク２５が適宜間隔で取り付けられる。図７に示すように、スパイク２５はクローラ５を構成する軌道板２６から突出しており、ロボット本体２（ボーリングロボット１）の移動時に地盤１３に食い込むように作用する。これにより、地盤１３の斜面１４に対する滑りを抑制することができる。このため、ボーリングロボット１は傾斜角度２５〜３５°の斜面を確実に登ることができる。

図８に示すように、ロッドサブ１５はウォータスイベル１２から垂下しており、この状態でボーリングロッド７及びロックボルト１６が装着される。ロッドサブ１５はボーリングロッド７にねじ込むことによりボーリングロッド７を装着する上部のボーリングロッド装着部２７と、ロックボルト１６にねじ込むことによりロックボルト１６を装着する下部のロックボルト装着部２８とが同軸上に形成されている。従って、ロックボルト１６を装着するための装着部材が不要となり、単一のロッドサブ１５だけでボーリングロッド７及びロックボルト１６の双方を直に取り付けることができる。又、ボーリングロッド装着部２７とロックボルト装着部２８とがロッドサブ１６に同軸上に形成されるため、ロッドサブ１６の突出部分を少なくでき、簡単な構造とすることができる。

ロックボルト装着部２８は強度保持のために中実構造となっているが、このロックボルト装着部２８には平行カットが施されており、平行カットされた状態でボーリングロッド装着部２７にねじ結合している。この平行カット部分により、ロックボルト装着部２８とボーリングロッド装着部２７との間に隙間が形成され、この隙間がウォータスイベル１２からの掘削水の通水路２９となる。このように通水路２９が形成されることにより、ボーリングロッド７を取り付けた掘削時にウォータスイベル１２からの掘削水をボーリングロッド７に確実に供給することができる。

図９（Ａ）〜（Ｈ）はボーリングロッド７の継ぎ足し手順を示し、（Ａ）はドリルロッド１０が駆動して掘削穴を掘削している状態であり、（Ｂ）は掘削が完了した状態である。（Ｂ）では、ロッドクランプ１８がボーリングロッド７をクランプし、この状態でロッドブレーカ１９がロッドサブ１５をクランプして反ねじ方向に所定角度旋回し、ねじ結合を緩めてボーリングロッドをロッドサブ１５（ドリルヘッド１０）から切り離す。そして（Ｃ）で示すようにドリルヘッド１０が上昇した後、（Ｄ）で示すようにロッドチェンジャ４の方向に移動し、（Ｅ）で示すように次段のボーリングロッド７にロッドサブ１５がねじ込んでドリルヘッド１０にボーリングロッド７を装着する。（Ｆ）では、ドリルヘッド１０が上昇して、次段のボーリングロッド７をロッドチェンジャ４から取り出し、（Ｇ）では、ドリルヘッド１０が先行のボーリングロッド７まで移動した後、（Ｈ）で示すように、ドリルヘッド１０が下降して先行のボーリングロッド７との結合を行う。
図示を省略するが、ロックボルト１６の継ぎ足しも図９と同様な手順で行われるものである。

図１０は、この実施形態のボーリングロボット１による地盤１３への復旧工事を示す。地盤に食い込むスパイク２５を有したクローラ５が駆動することによりボーリングロボット１が地盤１３の斜面１４を確実に登ることができると共に所定位置で滑ることなく停止することができる。そして、斜面１４の所定位置で停止した状態でボーリングロッド７による所定深さの掘削穴の掘削を行う。掘削穴の掘削の後、ボーリングロッド７をロッドチェンジャ４に順次回収し、次に、ロッドチェンジャ４からロックボルト１６を順次取り出して掘削穴に差し込んで埋め込む。ロックボルト１６の埋め込みに際してはグラウトを掘削穴に注入して固化させる。そして、全てのロックボルト１６の埋め込みの後、最終のロックボルト１６に押えプレートナット３０を取り付ける。以上の動作を斜面１４に沿って順次行うことにより図１０の状態となる。図１０の復旧工事を行うことにより地盤１３が強化され、安定化させることができる。

このような実施形態のボーリングロボット１では、ロッドチェンジャ４がボーリングロッド７に加えてロックボルト１６を保持することにより、これらのドリルヘッド１０への供給が可能となる。従って、作業員によるボーリングロッド７及びロックボルト１６の供給作業が不要となる。
又、クローラ５が地盤１３に食い込むスパイク２５を備えるため、ボーリングロボット１が安定して地盤１３の斜面１４を移動することができると共に斜面１４の所定位置で滑ることなく停止することができる。このため作業員による足場の設置及びその撤去作業が不要となる。
さらにドリルヘッド１０のロッドサブ１５においては、ボーリングロッド７に加えてロックボルト１６を直に装着する構造となっているため、ロックボルト装着のための装着部材を作業員がロッドサブ１５に取り付ける必要がなくなる。
従って、これらにより無人化による作業が可能となり、遠隔操作での作業ができ、作業員を危険な作業環境から開放することができる。

［第２実施形態］
図１１〜図１５は、本発明の第２実施形態のボーリングロボット１Ａを示し、第１実施形態の部材と同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。この実施形態のボーリングロボット１Ａでは、第１実施形態と同様に、ドリルユニット３に対してボーリングロッド７及びロックボルト１６を供給するロッドチェンジャ４を備えると共に、ドリルヘッド１０のロッドサブ１５はボーリングロッド装着部２７及びロックボルト装着部２８を一体に有している。

図１１に示すように、この実施形態のボーリングロボット１Ａでは、ロボット本体２の左右の前方側にウインチ３１が配置されている。そして、図１２に示すように、ウインチ３１からワイヤロープ３２を繰り出して地盤１３上に存在する木々やブロック構造物、重機等に引っ掛けることにより、ロボット本体２がこれらと連結されてロボット本体２が斜面１４に支持される。これにより地盤１３の斜面１４に対してボーリングロボット１Ａを安定させることができる。

図１１に示すように、ロボット本体２の左右両サイドから前方に張り出した２つの前側アウトリガー３３、３３と、ロボット本体２の左右両サイドから後方に張り出した２つの後側アウトリガー３４、３４とを備えている。
図１３に示すように、それぞれのアウトリガー３３、３４は地盤１３に接地するフロート３５、３６と、フロート３５、３６を下方に押し出す油圧モータからなる押圧モータ３７、３８とを有している。押圧モータ３７、３８のモータ軸３７ａ、３８ａは伸縮動作すると共に回転動作するようになっており、フロート３５、３６はこのモータ軸３７ａ、３８ａに取り付けられることにより地盤１３への接地時に回転させることもできる。さらに、フロート３５、３６の下面には、地盤に食い込む食い込み歯３９、４０が突出している。

又、前側アウトリガー３３、３３及び後側アウトリガー３４、３４には、前側アンカー４１、４１及び後側アンカー４２、４２が取り付けられている。これらのアンカー４１、４２は油圧によって伸縮駆動し、その伸張動作によって地盤１３に差し込まれる。

図１３はロボット本体２の左右における前後のアウトリガー３３、３４の連結構造を示す。横長のトラックフレーム４３がロボット本体２に取り付けられ、このトラックフレーム４３に対して伸縮ビーム４４が伸縮可能に設けられている。そしてトラックフレーム４３の先端に前側アウトリガー３３及び前側アンカー４１が取り付けられ、伸縮ビーム４４の後端に後側アウトリガー３４及び後側アンカー４２が取り付けられている。トラックフレーム４３内には、伸縮ビーム４４を短縮させて後側アウトリガー３４及び後側アンカー４２をロボット本体２側に移動させる後側ジャッキ伸縮シリンダ４５が設けられている。

この実施形態のアウトリガー３３、３４は、地盤１３に接地することにより斜面１４との滑りを防止する。このため、ボーリングロボット１Ａが斜面１４から滑り落ちることがなくなる。地盤１３が硬い場合には、アウトリガー３３、３４を回転させて食い込み歯３９を地盤１３に食い込ませることにより確実に滑りを防止することができる。又、アンカー４１、４２が地盤１３に差し込まれるため、地盤１３に対する不用意な移動を防止することができる。

以上の前側のアウトリガー３３とアンカー４１とが対となり、後側のアウトリガー３４とアンカー４２とが対となっており、これらの対が前後で交互に駆動することによってロボット本体２（ボーリングロボット１Ａ）が尺取り式に移動する。

図１４（Ａ）〜（Ｆ）は尺取り式移動の手順の一例を示す。（Ａ）では、後側アンカー４２及び後側アウトリガー３４によってロボット本体２の斜面１４への固定がなされており、このとき、前側アンカー４１を引き抜くと共に前側アウトリガー３３の接地を解除する。
（Ｂ）では、クローラ５を駆動してロボット本体２を所定距離前進させる。この前進によって伸縮ビーム４４がトラックフレーム４３から引き出される。ロボット本体２の所定距離移動の後、（Ｃ）では、前側アウトリガー３３を接地させると共に前側アンカー４１を斜面１４に差し込む。
その後の（Ｄ）では、後側アンカー４２を引き抜くと共に、後側アウトリガー３４の接地を解除する。（Ｅ）では、後側ジャッキ伸縮シリンダ４５が駆動して伸縮ビーム４４をトラックフレーム４３に引き込んで後側アウトリガー３４及び後側アンカー４２をロボット本体２側に引きつける。
その後の（Ｆ）では、後側アウトリガー３４の接地及び後側アンカー４２の差し込みを行い、（Ａ）に戻る。これによりロボット本体２は滑る落ちることなく斜面１４を尺取り式に移動することができる。
このような構造では、ロボット本体２が確実に斜面１４を登り、且つ斜面で停止することができる。このため傾斜角度３５〜４５°の急勾配の斜面１４であっても足場を設置することなく土木作業を行うことができる。

この実施形態のボーリングロボット１Ａでは、第１実施形態と同様に、ロッドチェンジャ４がボーリングロッド７に加えてロックボルト１６を保持しており、このことにより、これらのドリルヘッド１０への供給が可能となるため、作業員によるボーリングロッド７及びロックボルト１６の供給作業が不要となる。
又、第１実施形態と同様に、ロッドサブ１５がボーリングロッド７に加えてロックボルト１６を直に装着する構造となっているため、作業員によるロックボルト１６装着のための装着部材のロッドサブ１５への取り付けが不要となる。
さらに、この実施形態では、前側アウトリガー３３及び前側アンカー４１と、後側アウトリガー３４及び後側アンカー４２とが交互に駆動することにより斜面１４を確実に上ることできると共に、斜面１４の所定位置で滑り落ちることなく停止することができる。このため、作業員による足場の設置及びその撤去作業が不要となる。従って、この実施形態においても、無人化による作業が可能となり、遠隔操作での作業ができ、作業員を危険な作業環境から開放することができる。

図１５は、この実施形態のボーリングロボット１Ａを自動的に遠隔操作するためのブロック図の一例を示す。ボーリングヘッド１０によってパーカッション（打撃）、回転及びフィード（給進）がなされ、クローラ５によって左右の走行がなされ、ガイドセル９が傾斜、直立することにより姿勢制御がなされる。ボーリングヘッド１０、クローラ５、ロッドクランプ１８、ロッドブレーカ１９、マガジンクランプ２４、ガイドセル９、アウトリガー３３、３４、アンカー４１、４２は電気油圧制御バルブ４６によって駆動が制御される。電気油圧制御バルブ４６はコンピュータ制御盤４７によって制御される。このコンピュータ制御盤４７を系外の操作盤４８から遠隔操作するようになっている。これにより無人による復旧作業を行うことができる。

１、１Ａ・・ボーリングロボット、２・・ロボット本体、３・・ドリルユニット、４・・ロッドチェンジャ、５・・クローラ、７・・ボーリングロッド、１０・・ドリルヘッド、１３・・地盤、１４・・斜面、１５・・ロッドサブ、１６・・ロックボルト、１７・・スライド機構、１８・・ロッドクランプ、１９・・ロッドブレーカ、２２・・保持テーブル、２３・・テーブル回転部材、２５・・スパイク、２７・・ボーリングロッド装着部、２８・・ロックボルト装着部、３３・・前側アウトリガー、３４・・後側アウトリガー、４１・・前側アンカー、４２・・後側アンカー

Claims (6)

1. ボーリングロッドがドリルヘッドに着脱可能に取り付けられ前記ボーリングロッドを回転及び給進させるドリルユニットと、
   前記ドリルヘッドへのボーリングロッドの供給及び回収のために前記ドリルユニットに近接配置されるロッドチェンジャと、
   クローラを有し前記ドリルユニット及び前記ロッドチェンジャが取り付けられるロボット本体とを備え、
   前記ロッドチェンジャは、地盤安定化のために掘削穴に埋め込まれるロックボルトを前記ボーリングロッドと共に保持可能となっており、
   前記ドリルヘッドは前記ボーリングロッドの装着部及び前記ロックボルトの装着部が一体に形成されていることを特徴とするボーリングロボット。
2. 前記ドリルヘッドは、前記ボーリングロッドの装着部と前記ロックボルトの装着部とが同軸上に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボーリングロボット。
3. 前記ロボット本体の前後から張り出して地盤に接地する前側アウトリガー及び後側アウトリガーと、前記ロボット本体の前後位置で地盤に差し込まれる前側アンカー及び後側アンカーとがロボット本体に取り付けられており、
   前記前側アウトリガー及び前側アンカーと、後側アウトリガー及び後側アンカーとが交互に駆動することにより前記ロボット本体が尺取り式に移動可能となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のボーリングロボット。
4. 前記クローラは地盤に食い込むスパイクを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のボーリングロボット。
5. 前記ドリルユニットは、前記ドリルヘッドと、前記ボーリングロッドの継ぎ足し及び切り離しのためボーリングロッドをクランプするロッドクランプ及びロッドブレーカと、前記ドリルヘッドを前記ロッドチェンジャの方向にスライドさせるスライド機構とを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のボーリングロボット。
6. 前記ロッドチェンジャは、前記ボーリングロッド及び前記ロックボルトを共に立ち上がり状に保持する回転可能な保持テーブルと、前記保持テーブルを回転させるテーブル回転部材とを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のボーリングロボット。

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