(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化して自己接着する接着性剤を供給用管部の下流端から吹き出させる剤供給部と、
前記接着性剤を流すための噴出用管部の下流端及び周面の少なくとも１箇所に噴出孔が形成された噴出部と、
前記供給用管部の下流端と前記噴出用管部の上流端とを当接させた状態で、前記剤供給部に前記噴出部を装着脱可能に連結する接続部とを備え、
前記噴出部は、前記接続部の直ぐ下流側で、管軸周りに所定半径を有して周設され、かつ周縁が下流側に屈曲された返し形状を有する規制部を備え、かつ前記噴出部の管軸方向であって前記規制部の下流側の、前記噴出用管部の周面に形成された少なくとも１個の噴出孔を残した位置に、管軸周りに拡径形状を有した円盤状の支持部が周設されたことを特徴とする接着性剤吹き付け装置。
【請求項２】
前記接続部は、前記噴出部の上流端に設けられた連結部を収容する空間を有し、かつ２分割された主連結部材と副連結部材とを備え、前記主連結部材は、前記剤供給部の下流端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接着性剤吹き付け装置。
【請求項３】
前記噴出用管部の下流端は、Ｖ字状の噴出孔を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接着性剤吹き付け装置。
【請求項４】
前記噴出用管部の周面には、管軸方向に複数の噴出孔を有し、かつ各噴出孔は互いに周方向にずらされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接着性剤吹き付け装置。
【請求項５】
前記噴出孔は互いに周方向の反対位置に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の接着性剤吹き付け装置。
【請求項６】
前記接着性剤は、発砲ウレタンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の接着性剤吹き付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デブリ等の対象物を包み込む把持装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単純な機構及び制御で多種多様な物体が把持可能なロボットハンドの研究が行われてきた。例えば、対象物の形状になじみ、柔らかく把持する機構としてソフトグリッパ（非特許文献１）の研究が知られている。また、指部を持たずに把持を行うことのできるグリッパ機構として、粉体のジャミング現象を利用したグリッパ（非特許文献２，３）も開発されている。さらに、本発明者は、浮き輪を軸方向に引き伸ばしたような内外が連続したトーラス構造を持つ袋を利用し、内部に包み込むように把持を行う全方向ロボットグリッパを開発している（非特許文献４，５）。袋内部には機能性流体や粉体との混合体が封入してあり、袋表面が外側から内側へと循環することで把持が可能となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】広瀬茂男，“生物機械工学” 工業調査会,1987
【非特許文献２】Eric Browna,1, Nicholas Rodenberga, John Amendb,Annan Mozeikac, Erik Steltzc, Mitchell R. Zakind, Hod Lipsonb, and Heinrich M.Jaegera, “Universal robotic gripper based on the jamming of granular material”,Edited by Daniel Meiron, Cal Tech, and accepted by the Editorial BoardSeptember 17, 2010 (received for review March 16, 2010)
【非特許文献３】John R. Amend, Jr., Student Member, IEEE, EricBrown, Nicholas Rodenberg, Heinrich M. Jaeger, and Hod Lipson, Member, IEEE, “APositive Pressure Universal Gripper Based on the Jamming of Granular Material”,1552-3098/$26.00 2011 IEEE
【非特許文献４】多田隈建二郎，多田隈理一郎，勅使河原誠一，溝口義智，長谷川浩章，寺田一貴，高山俊男，小俣透，明愛国，下条誠“全方向包括式なじみグリッパ-基本概念の提案と機械モデルの第一次試作-”1E1-01，第26 回日本ロボット学会学術講演会，2008
【非特許文献５】多田隈建二郎, 多田隈理一郎, 勅使河原誠一, 溝口善智, 長谷川浩章, 寺田一貴, 高山俊男, 小俣透, 明愛国, 下条誠, “全方向包み込み式なじみグリッパ―把持応答性向上を目指した各種方法―”, 日本機械学会Robomec2009
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のグリッパ機構で多種多様な対象物の把持を目指すものは、グリッパ自体の変形を促すために、対象物への押し付け力を必要とするために、柔らかい包み込みを実現することが困難であった（非特許文献１，２，３）。また、把持可能な対象物のサイズが限定されるという問題があった。一方、非特許文献４，５に記載のトーラス構造を有するグリッパ機構は、押し付け力の問題は解決しているが、サイズ限定の制約が解消されておらず、また鋭利な対象物等は容易に把持できないという問題が残っている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、デブリ等の対象物のサイズや形状によらず、かつ押し付け力を要することなく、包み込んで把持することが可能な把持方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る把持装置は、硬化して自己接着する接着性剤を供給用管部の下流端から吹き出させる剤供給部と、前記接着性剤を流すための噴出用管部の下流端及び周面の少なくとも１箇所に噴出孔が形成された噴出部と、前記供給用管部の下流端と前記噴出用管部の上流端とを当接させた状態で、前記剤供給部に前記噴出部を装着脱可能に連結する接続部とを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、剤供給部と噴出部とが接続部で連結された状態で、剤供給部から、例えば圧縮状態で収容されている接着性剤が吹き出されると、接着性剤は噴出部に導かれて、噴出用管部の下流端及び周面の噴出孔から外方に噴出される。接着性剤が噴出用管部の下流端及び周面の噴出孔から外方に噴出されることで、接着性剤がデブリ等の把持対象物に全体的に吹き付けられる。そして、接着性剤が硬化し、すなわち自己接着していくことで、形状やサイズ、素材の異なる複数のデブリ等からなる把持対象物の全体が包み込まれて、一塊（以下、処理物という。）とされる。この状態で、接続部が操作されて剤供給部と噴出部とが分離させられると、一塊とされた処理物は廃棄や破棄可能となる。なお、接着性剤に発泡剤が含まれる態様では、噴出後に急激乃至は漸次膨張することで、把持対象物の全体の包み込みが助長される。
【０００８】
このように、本把持装置は、外界との境界であった従来の袋状構造を有しないため、鋭利な対象物にもアクセス可能であり、また形状サイズの異なる、例えば長尺物であって、一塊から一部が突き出るような場合でも適用可能である。さらに、従来のような押し当て力を不要とするので、対象物の飛散防止が可能となり、例えば原発内のデブリ等の除去作業において、清掃的把持、保護を特徴とした作業貢献が可能である。
【０００９】
また、本発明は、前記噴出部の管軸方向であって上流端側に少なくとも１個の前記噴出孔を残した位置で、管軸周りに環状の支持部が周設されていることを特徴とする。この構成によれば、一塊の処理物内に支持部が含まれるので係止機能が発揮され、把持装置を持ち上げた場合、処理物も持ち上がり、移送も可能となって作業性が向上する。
【００１０】
また、前記接続部は、前記噴出部の上流端に設けられた連結部を収容する空間を有し、かつ２分割された主連結部材と副連結部材とを備え、前記主連結部材は、前記剤供給部の下流端に設けられていることを特徴とする。この構成によれば、使い捨て部材となる噴出部が剤供給部から容易に取り外し可能となる。
【００１１】
また、前記噴出部は、前記連結部の直ぐ下流側で、管軸周りに所定半径を有して周設され、かつ周縁が下流側に屈曲された返し形状を有する規制部を備えていることを特徴とする。この構成によれば、規制部によって、噴出された接着性剤が接続部側に巻き上がることが規制される。
【００１２】
また、前記噴出用管部の下流端は、Ｖ字状の噴出孔を有することを特徴とする。この構成によれば、下流端で下方の他、左右方向にも接着性剤が分離噴出され、下面側からの対象物の包み込みが助長される。
【００１３】
また、前記噴出用管部の周面には、管軸方向に複数の噴出孔を有し、かつ各噴出孔は互いに周方向にずらされていることを特徴とする。この構成によれば、接着性剤の噴出を広範囲に均一に噴出することができる。
【００１４】
また、前記噴出孔は、互いに周方向の反対位置に形成されている。この構成によれば、より均一な噴出が可能となる。
【００１５】
また、前記接着性剤は、発砲ウレタンであることを特徴とする。この構成によれば、噴出時に添加されている添加剤によって気泡が発生して急激に膨張し、対象物を柔軟に包み込むことが可能となる。
【００１６】
また、本発明にかかる把持方法は、硬化して自己接着する接着性剤を剤供給部から、装着脱可能に連結されている噴出部に供給して前記噴出部の噴出用管部の噴出孔から対象物に向けて噴出させる行程と、前記対象物を包み込んだ状態で、噴出された接着性剤が硬化する行程とを含むものである。本発明によれば、接着性剤が剤供給部から噴出部に供給されて前記噴出部の噴出用管部の噴出孔から把持対象物に向けて噴出される。そして、接着性剤は把持対象物を包み込んだ状態で硬化し、一塊の処理物となる。従って、硬化後の処理物を廃棄等する作業が容易となる。
【００１７】
また、本発明は、前記対象物が接着性剤に包み込まれた後、前記剤供給部から前記噴出部を分離する行程を含むものである。この構成によれば、噴出部は使い捨てとされ、処理物と共に廃棄される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、サイズや形状、素材によらず、かつ飛散させることなく把持対象物を包み込んで把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】接続部の嵌合が外された状態の把持装置の外観斜視図である。
【図２】接続部が嵌合された状態の把持装置の外観斜視図である。
【図３】把持装置の構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は（ｃ）に示すＤ−Ｄ線の断面図、（ｅ）は底面図である。
【図４】把持状態を示す概略図である。
【図５】把持装置の適用例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る把持装置１は、従来のような機構的に把持を行うものではなく、硬化することで自己接着する剤をデブリ等の廃棄、清掃対象物（把持対象物）に吹きつけ、好ましくは噴出後の急激な膨張によって把持対象物を柔軟に包み込むように把持し、硬化後に処理物として廃棄等に供するものである。従って、従来のグリッパ機構のように、把持後の対象物を解放するという動作を省き、把持した対象物は、膨張・硬化部も含めて廃棄する。
【００２１】
図１〜図３を用いて把持装置１の構造を説明する。把持装置１は、硬化によって自己接着する接着性剤を供給する剤供給部１０と、供給された接着性剤を噴出する噴出部３０と、剤供給部１０と噴出部３０とを装着脱可能に連結する接続部２０とを備えている。
【００２２】
剤供給部１０は、管部１１と、管部１１の上流端に設けられ、接着性剤が収容された容器１３を取付ける取付具１２とを備えている。接着性剤としては、硬化によって自己接着する薬剤、例えば外方に噴出後に硬化する速乾性の接着剤、また外方への噴出時に急激に膨張し、その後硬化する速乾性の発砲剤、例えば発砲ウレタンを使用している。ここに発砲ウレタンは、ロックタイト発砲ウレタンのグリーンフォームで、主成分としてポリジフェニルメタンジイソシアネート系プレポリマー（4.4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを１％以上含有）を含む。公知のように、LPG／DMEガスを用いることで、容器１３の吹出口からムース状にて発砲ウレタンを吹き出させることができる。以下、接着性剤として発砲ウレタンを使用した例で説明する。
【００２３】
取付具１２は、容器１３の吹出口を管部１１の上流端に嵌合した状態で支持する。ノズルを押し込むなどして、収容されている剤を吹き出させるタイプの容器１３、及びかかる容器１３を支持する取付具１２の構造は公知の技術が採用可能であり、詳細は省略する。容器１３から吹き出された発砲ウレタンは管部１１を経て、その下流端から噴出部３０に供給される。
【００２４】
噴出部３０は、剤供給部１０から供給されてきた発砲ウレタンを外方に噴出させるものである。噴出部３０は、後述するように、接続部２０によって剤供給部１０に対して装着脱され、使用（デブリ把持処理）後は分離廃棄の対象、すなわち使い捨ての部品となる。噴出部３０は、図３（ｄ）にも示すように、上流側の上管部３１と下流側の下管部３６とを有する。
【００２５】
上管部３１は、上下に貫通する管を軸中心に有する環状体３２を備え、この環状体３２には、上流側から順に連結部３３、規制部３４及び支持部３５が形成されている。下流端の支持部３５には下管部３６の上側一部が嵌め込まれている。
【００２６】
連結部３３は、環状体３２の上端に形成されている。連結部３３は、拡径形状を有する円盤状である。連結部３３の拡径形状を利用して、後述するように接続部２０によって剤供給部１０側と連結可能にされている。
【００２７】
規制部３４は、連結部３３の下流側で、所定半径の拡径形状を有した円盤状に形成されている。規制部３４は、後述するように、下流側で噴出された発砲ウレタンが接続部２０側に巻き上がらないように、噴出された発砲ウレタンの上方移動を規制する。そのため、規制部３４の周縁は下流側に屈曲された返し形状を有している。
【００２８】
環状体３２の周面であって、規制部３４と支持部３５との間には、くびれ形状の縮径部分３２２が形成されており、この縮径部分３２２に、複数の例えば周方向均一位置に４個の噴出孔３２１が穿設されている。支持部３５は、噴出孔３２１の穿設位置よりも下流側で、所定半径の拡径形状を有した円盤状に形成されている。噴出孔３２１から噴出された発砲ウレタンが支持部３５を巻き込むように噴出し、縮径部分３２２に充満して、膨張し、硬化する。次いで、把持装置１を持ち上げた際に、くびれ形状の縮径部分３２２で硬化した発砲ウレタンが支持部３５に係止されることで、処理物も持ち上げることが助長され、その分、処理物の移送作業が容易となる。
【００２９】
下管部３６は、所定径かつ所定長を有する長尺体で、下流端の噴出孔３６１、及び周面の適所に、強度等を考慮して少なくとも１個、本実施形態では管軸方向の３箇所のそれぞれに一対の合計６個の噴出孔３６２が形成されている。下管部３６は、用途によって大きさが異なるが、半径数ミリメートル〜数センチメートルが採用可能であり、また長さも数１０センチメートル程度が採用可能である。噴出孔３６２は、管軸方向に略同一距離を隔てて形成されている。長手方向の３箇所の噴出孔３６２は、交互に所定角度、例えば直角にずらした角度位置に形成され、かつ、それぞれ周面の対向する反対位置との間で一対形成されている。下管部３６の周面にも噴出孔３６２を分散形成することで、発砲ウレタンの噴出を広範囲に、かつより均一に効率良く行うことが可能となる。
【００３０】
噴出孔３６１は、左右対称にＶ字形状に切断されている。Ｖ字形状とすることで、下流端から噴出される発砲ウレタンを左右方向にも分流噴出させることが可能となり、噴出領域を拡張することができる。特に、底面にも発砲ウレタンを拡散させることで、複数のデブリ、特に形状、サイズ、素材の異なる把持対象物であってもそれらを一体としてより確実に覆うように把持することが可能となる。
【００３１】
接続部２０は、剤供給部１０の下流端に取付けられる主部材２１と、副部材２２とを含み、本実施形態では、両部材２１，２２を連結するボルト等の締結具２３を有する。主部材２１は、上半部２１１に貫通孔２１２が形成され、この貫通孔２１２に管部１１の下流端を外嵌し、かつ接着するなどして剤供給部１０と一体にされている。接続部２０は、主部材２１と副部材２２とが嵌め合わされた状態で、内部に連結部３３が収容可能な空間が穿設されている。連結部３３を挟んで主部材２１と副部材２２とを嵌め合わせる（嵌め合わせ前の状態を示す図１参照）ことで、剤供給部１０と噴出部３０とが連結される。締結具２３は、ラインＬ１，Ｌ２で示す位置で主部材２１と副部材２２とを締結する。なお、図１では２本しか見えていないが、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、全部で４本の締結具２３を使用している。締結具２３の個数は少なくとも１本が必要である。また、剤供給部１０及び噴出部３０は管構造を有することから、両者を装着脱する締結構造は、例えば嵌め込んで相対回転させて締め付ける構造など、種々の構造が採用可能である。
【００３２】
図４は、発泡ウレタンを噴出して、切りくずやビニール手袋その他のデブリ群Ｄ１，Ｄ２，…を柔軟に包み込んだ状態のイメージ図である。把持装置１をデブリ群Ｄ１，Ｄ２，…の上方に位置させて、発砲ウレタンを各方向３７に噴出させると、噴出された発砲ウレタンは急激に膨張し、次いで次第に硬化する。その結果、図４に示すように、デブリ群Ｄ１，Ｄ２，…を包み込んだ処理物４０となる。処理部４０は、縦横が例えば数１０センチ程度のサイズを有する塊が想定される。処理物４０は、支持部３５を巻き込むことで、把持装置１の上方引き上げによって、同時に持ち上げることができる。持ち上げて移送した後、接続部２０を操作して剤供給部１０から噴出部３０を分離させ、処理物４０を噴出部３０と共に廃棄することとなる。
【００３３】
把持装置１は、作業者が持ち運んで作業することが可能な環境、例えば健康被害の心配はないが、例えば臭いや汚さがあり、また温湿度の点で多少過酷な作業環境で適用可能である。
【００３４】
図５は、自走車に設置した状態の一実施形態を示す概略図である。図５の態様では、作業者が踏み込めないような極限環境下での適用に好適である。把持装置１は、自走車１００に搭載されている。自走車１００は、走行手段としての例えば車輪を備える基台１０１と、基台に立直された支柱部１０２と、支柱部１０２から横、例えば水平方向に延設され、その先端部に把持装置１を装備する昇降アーム部１０３、及び支柱部１０２の上下方向に設けられたスライド機構を介して昇降アーム部１０３を昇降駆動する駆動部１０４を備えている。自走車１００には、走行用及び把持作業等を行う制御部、機構部及び二次電源部が備えられており、例えば自律型では自動で把持処理等を実行し、また、遠隔制御型では作業環境を撮像するカメラ等を備え、別室で撮像画像を観察しながら操作者によって遠隔操作されることで、自走車１００による作業を実行する。
【００３５】
自走車１００が把持対象物の位置まで走行し、駆動部１０４への指示を通して把持装置１を床近くまで降下させると、発砲ウレタンの噴出指示を行って、例えばノズルを押下する操作を行わせて発砲ウレタンを噴出させ、処理物４０を形成する。次いで、駆動部１０４を駆動させて把持装置１を上昇させ、その状態で、自走車１００を室外に移送させる。室外では、作業者によって接続部２０が操作されて処理物４０及び噴出部３０が取り外される。あるいは、接続部２０の操作、及び接続部２０によって次の噴出部３０の連結を自動で実行する機構を備えた態様では、極限環境下で全ての処理を実行することが可能となる。この態様では、対象物の飛散防止が可能であるため、原発内のデブリなどの除去作業において、清掃的把持、保護を特徴とした作業貢献が可能である。
【００３６】
なお、本発明は、以下の態様を含む。
【００３７】
（１）容器１３は剤供給部１０に装着脱される態様でも、一体型で、必要に応じて剤が補給される態様でもよい。また、容器１３は、内部に接着性剤を圧縮状態で収容する態様や、容器１３自体を外力で変形することで吹出口から接着性剤を吹き出させる態様のいずれも採用可能である。
【００３８】
（２）本実施形態では、噴出部３６が鉛直方向に向いて使用した例で説明したが、適用場所に応じて斜め下方に向けて使用することも可能である。あるいは管部１１に屈曲式の継ぎ手を介在させることで、剤噴出方向を自由に設定可能な態様としてもよい。
【００３９】
（３）剤は、１液式でも、速乾性の点から２液式であってもよい。１液式としては、「住まいるフォーム」  主成分：ポリジフェニルメタンジイソアネート系ポレポリマー（4，4’ジフェニルメタンジイソシアネート  １％以上含有）がある。気泡を発生させる添加剤を内蔵しておくことで膨張を引き起こすことができる。また、２液式として、エポキシ系の接着剤、アラルダイト系接着剤（エポキシ樹脂の一種）も使用可能である。エポキシ系の接着剤として、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの共重合体のプレポリマーと、硬化剤として種々のポリアミンや酸無水物との組み合わせ、アラルダイト系接着剤として、主剤としてエポキシ樹脂（50%）と、硬化剤としてポリアミドアミン（50%）との組み合わせ、また、商品「インサルパック（登録商標）・ハイパー＃30」に用いられているPOLYOLとISOとの組み合わせなどがある。なお、把持対象物によっては、膨張させない態様であってもよい。また、噴出後に硬化して自己接着する剤であればよく、また作業環境に応じて適宜の種類の剤を採用することが可能である。従って、海中や水中、また宇宙空間等の真空中においても自己接着性を発揮する剤であれば、採用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  把持装置
１０  剤供給部
１１  管部（供給管部）
２０  接続部
２１  主部材（主連結部材）
２２  副部材（副連結部材）
３０  噴出部
３２  上管部（噴出用管部）
３３  連結部
３４  規制部
３５  支持部
３６  下管部（噴出用管部）
３２１，３６１，３６２  噴出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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