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日本小型钻掘机器人“DigBot”采用“双重反转钻头” |
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| http://cn.newmaker.com
11/29/2010 8:25:00 AM
日经BP社
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 照片是由筑波大学等开发的直径45×长200mm左右的地下钻掘用小型钻头。通常，地质调查时需要搭建大型钻塔进行钻探等，但该钻头体积非常小，可不停地自动钻掘。除了因无需大型设备，有望降低地质调查成本之外，因其体积小携带方便，正在以将来用于月球表面探测为目标推进开发。但仔细观察会发现，其与普通的钻头略有不同：安装在顶端的钻头（钻头刀）分为了两部分。这是为了实现小型轻量钻头自动在地下钻掘所需的功能，请读者考虑一下其中的原因。
该钻头是筑波大学系统信息工学研究科智能机能系统专业讲师川村洋平与两家民营企业正在共同开发的小型钻掘机器人“DigBot”＊1。其实就是使两个钻头刀相互朝反方向旋转的“双重反转钻头”。是一种可将泥土对钻头的旋转反作用力消除的机构。
＊1：参与共同开发的是UNIVANCE（总部：静冈县湖西市）与北海道电子机械（HDKS）（总部：札幌市）。
该钻头利用行星齿轮将一个马达的输出功率分成两份，使该轴上的2个钻头朝着反方向旋转。其构思与直升机旋翼等采用的双重反转螺旋桨相同。
普通的圆锥形钻头当挖掘阻力加大时会停止旋转，在反作用力的作用下，机身朝着反方向旋转。这样便无法钻掘。这时，要利用另外一个刀具将此反作用力消除。这样，即使不从外部固定机身，也可抑制自重较轻的机身的旋转。钻头虽以数百～数千rpm的速度高速旋转，而机身却只是慢慢转动。就像拧螺丝钉一样不断推进。
现有的挖掘钻头中也有拥有2个旋转部的产品。挖掘隧道等的大型盾构机采用的“双圆（DOT）盾构法”钻头便是其中之一。使上下或左右排列的刀具反方向旋转进行挖掘。不仅可抵消旋转反作用力，还可同时挖掘相邻的2个隧道。不过，因挖掘面积大，在挖掘小直径的孔穴时效率较差。因此，川村等采用了使其在同一个轴上反转的机构。
在机身后部还备有向前推动钻头将土排出的“螺旋冲击机构”。该机构以120°的间隔呈螺旋状配置可进出的小型销子，并歇性地推出或收回销子。这样，在其反作用下机身会在略微旋转的同时，向下推进（图2）。由于是在瞬间施加力，因此即使在比较松软的土壤里，也可使机身向下推进＊2。
＊2：在较大的剪应力作用下，表面的粘性提高，可像固体一样进行处理。
图2：推进及排土的机构。后部备有旨在推进的“螺旋冲击机构”。以120°间隔呈螺旋状配置的销子间歇地向后推出。其反作用力成为推进力，在机身慢慢旋转的同时，向前推进。同时，沿着螺旋状的沟槽，将土向后方传送。
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