特表 2024-508790 ロボットアーム導波管を用いたマイクロ波ベースの採掘システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-28

(54)【発明の名称】ロボットアーム導波管を用いたマイクロ波ベースの採掘システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   E21C 37/20 20060101AFI20240220BHJP

   E21B 7/15 20060101ALI20240220BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

E21C37/20

E21B7/15

E21B43/00 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023550279

(86)(22)【出願日】2022-02-18

(85)【翻訳文提出日】2023-10-18

(86)【国際出願番号】 US2022016934

(87)【国際公開番号】W WO2022178222

(87)【国際公開日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】63/152,248

(32)【優先日】2021-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/152,253

(32)【優先日】2021-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/152,294

(32)【優先日】2021-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522154342

【氏名又は名称】オフワールド，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マーレイ，ジェームズ ジェーソン

(72)【発明者】

【氏名】ドゥ プレシス，ジャンドレ

(72)【発明者】

【氏名】ベズイデンハウト，ペトロン ヘスター

(72)【発明者】

【氏名】ビーチ，ライアン デニス

(72)【発明者】

【氏名】デルポート，マルコ

(72)【発明者】

【氏名】ヤズダニ，モーセン

(72)【発明者】

【氏名】ピエイガ，スリー，セルジオ

【テーマコード（参考）】

2D065

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D065AA30

2D065AB11

2D065BA12

2D065BA23

2D065EA26

2D065GA01

2D129AA04

2D129AB26

2D129CA02

2D129CA04

(57)【要約】

マイクロ波を使用して岩石面を掘削する方法。システムは、マイクロ波発生器と、複数の回転可能に接続された剛性導波管セグメントを有する関節運動可能なロボットアームと、ロボットアームの遠位端に取り付けられたアプリケータと、ロボット制御システムとを含むことができる。システムは、マイクロ波発生器でマイクロ波を生成し、マイクロ波がアプリケータを出るときにアプリケータが岩石面に沿って移動して岩石面を掘削のために前処理するように、ロボットアームを動かす。様々なパターンのマイクロ波処理、及びセンサフィードバックに基づく制御を実施することができる。
【選択図】図１９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波を用いて岩石面を掘削するシステムであって、
マイクロ波発生器と、
複数の回転可能に接続された導波管セグメントを含む関節運動可能なロボットアームであって、前記導波管セグメントは剛性である、関節運動可能なロボットアームと、
前記ロボットアームの遠位端に取り付けられたアプリケータと、
制御システムであって、
前記導波管セグメントを通って前記アプリケータへと進むマイクロ波を前記発生器を用いて生成し、
前記マイクロ波が前記アプリケータを出るときに前記アプリケータが前記岩石面に沿って移動するように前記ロボットアームを動かす、
ように構成された、制御システムと、
を備える、システム。

【請求項2】

前記アプリケータは、前記マイクロ波を集束させて前記岩石面にマイクロ波ビームを生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記アプリケータは、出口ポートまで幅が減少するテーパ状内部チャネルを含む、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項4】

前記制御システムは、前記アプリケータが前記岩石面に沿って走査速度で移動するように前記ロボットアームを動かすように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項5】

前記制御システムは、垂直に向けられた平面内で前記アプリケータを移動させるように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項6】

前記制御システムは、前記アプリケータが前記岩石面に沿った特定の方向に移動するように前記ロボットアームを動かすように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項7】

前記制御システムは、前記アプリケータが前記岩石面の輪郭に対して特定の向きで移動するように前記ロボットアームを動かすように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項8】

前記制御システムは、前記マイクロ波のエネルギー量に基づいて前記ロボットアームを動かすように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項9】

マイクロ波採掘パラメータを検出するように構成されたセンサを更に備え、前記制御システムは、前記マイクロ波採掘パラメータに基づいて前記マイクロ波の生成及び前記ロボットアームの動きを制御するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項10】

前記マイクロ波採掘パラメータは、前記発生器によって生成されるマイクロ波エネルギーの量、前記アプリケータを出るマイクロ波エネルギーの量、前記回転可能に接続された導波管セグメントの１つ以上のジョイントにおけるマイクロ波エネルギーの量、前記岩石面内の岩石の種類、前記岩石面の温度、及び前記岩石面の劣化のうちの１つ以上を含む、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記制御システムは、前記採掘パラメータに基づいて、前記岩石面に対する前記アプリケータの向き、前記岩石面に沿った前記アプリケータの移動方向、及び前記岩石面に沿った前記アプリケータの移動速度のうちの１つ以上を制御するように更に構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記複数の回転可能に接続された導波管セグメントは、内部アンテナを含む回転可能なジョイントで接続されている、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項13】

前記内部アンテナは円筒形状を含む、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記内部アンテナはＴ字形である、請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

マイクロ波を用いて岩石面を掘削する方法であって、
マイクロ波源からマイクロ波を生成することと、
前記マイクロ波を導波管に沿って１つ以上の関節運動可能な導波管セグメントを含む関節運動可能なロボットアームへと案内することと、
アプリケータを前記岩石面に対して前記ロボットアーム上に位置決めするように、前記関節運動可能な導波管セグメントのうちの１つ以上を調整することと、
前記マイクロ波を前記アプリケータを介して前記岩石面に向けることと、
を含む、方法。

【請求項16】

前記マイクロ波が前記アプリケータを出るときに前記アプリケータが前記岩石面に沿って移動するように前記ロボットアームを動かす、
ことを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記マイクロ波を集束させて前記岩石面にマイクロ波ビームを生成する、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項18】

前記アプリケータは、出口ポートまで幅が減少するテーパ状内部チャネルを含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項19】

前記アプリケータを前記岩石面に沿って特定の速度で移動させる、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項20】

前記アプリケータを前記岩石面に沿った特定の方向に移動させる、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項21】

前記アプリケータを前記岩石面の輪郭に対して配向する、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項22】

前記マイクロ波のエネルギー量に基づいて前記ロボットアームを移動させる、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項23】

マイクロ波採掘パラメータを検出し、前記マイクロ波採掘パラメータに基づいて前記マイクロ波の生成及び前記アプリケータの動きを調整する、
ことを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項24】

前記マイクロ波採掘パラメータは、前記発生器によって生成されるマイクロ波エネルギーの量、前記アプリケータを出るマイクロ波エネルギーの量、前記１つ以上の導波管セグメントの１つ以上のジョイントにおけるマイクロ波エネルギーの量、前記岩石面内の岩石の種類、前記岩石面の温度、及び前記岩石面の劣化のうちの１つ以上を含む、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記採掘パラメータに基づいて、前記岩石面に対する前記アプリケータの向き、前記岩石面に沿った前記アプリケータの移動方向、及び前記岩石面に沿った前記アプリケータの移動速度のうちの１つ以上を調整することを更に含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記１つ以上の関節運動可能な導波管セグメントは、内部アンテナを含む複数の回転可能に接続された導波管セグメントを含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【請求項27】

前記内部アンテナはＴ字形である、請求項２６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、「ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＥＮＥＲＧＹ ＤＩＲＥＣＴＬＹ ＴＯ Ａ ＲＯＣＫ ＦＡＣＥ ＵＮＤＥＲＧＲＯＵＮＤ」と題され、２０２１年２月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／１５２，２９４号、「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ」と題され、２０２１年２月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／１５２，２４８号、及び「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＥＮＥＲＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＯＲ」と題され、２０２１年２月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／１５２，２５３号の利益を主張し、これらの各々の全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する。

【0002】

本開示は、一般に、採掘に関し、特に、関節運動可能なロボットアーム導波管を使用してマイクロ波加熱を適用することによって岩石又は他の材料を弱化させるか又は掘削するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

岩石へのマイクロ波の適用は、掘削及び採掘中に頻繁に遭遇するものを含む特定の種類の岩石を、岩石内に破壊を誘発することによって弱化させるのに役立ち得る。これらの破壊は、岩石の示差熱膨張によって生成される非常に大きな応力及び歪みに基づいて形成され、そのような応力及び歪みに対する岩石の抵抗は一般に非常に弱い。このような熱破壊された岩石は、未処理の岩石よりも容易に破砕又は掘削され、（例えば、ドリル又はたがねなどの機械的工具を使用した）更なる掘削に必要なエネルギー及び／又は時間が少ない。岩石のマイクロ波熱処理に関する研究は数十年にわたって行われてきたが、既存の解決策の複雑さ及びコストのために、商業的に実現可能な活用には至っていない。したがって、これらの及び他の欠点を克服する、岩石のマイクロ波前処理のための改善されたシステム及び方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

本明細書に開示された実施形態はそれぞれいくつかの態様を有し、そのうちの１つだけが本開示の望ましい属性を単独で担うものではない。本開示の範囲を限定することなく、そのより顕著な特徴をここで簡単に説明する。この説明、特に「発明を実施するための形態」と題されたセクションを斟酌することにより、本明細書に記載の実施形態の特徴が、岩石の前処理及び／又は掘削のためのマイクロ波の使用に関する既存のシステム、装置、及び方法を超える利点をどのように提供するかが理解されるであろう。

【0005】

以下の開示は、いくつかの実施形態の非限定的な例を説明する。例えば、本開示の装置、システム、及び方法の他の実施形態は、本明細書に記載の特徴を含んでも含まなくてもよい。さらに、本開示の利点及び利益は、本発明の特定の実施形態にのみ適用することができ、本開示を限定するために使用すべきではない。

【0006】

マイクロ波を使用して岩石面を掘削するためのシステムのためのシステム、装置、及び方法が記載されている。システムは、マイクロ波発生器と、複数の回転可能に接続された剛性導波管セグメントを有する関節運動可能なロボットアームと、ロボットアームの遠位端に取り付けられたアプリケータと、ロボット制御システムとを含むことができる。システムは、マイクロ波発生器でマイクロ波を生成し、マイクロ波がアプリケータを出るときにアプリケータが岩石面に沿って移動して岩石面を掘削のために前処理するように、ロボットアームを動かす。様々なパターンのマイクロ波処理、及びセンサフィードバックに基づく制御を実施することができる。

【0007】

本開示の第１の態様が、マイクロ波を使用して岩石面を掘削するためのシステムを含む。システムは、マイクロ波を生成するためのマイクロ波発生器を含むことができる。関節運動可能なロボットアームが、回転可能に接続された複数の導波管セグメントを含み、導波管セグメントは剛性である。アプリケータがロボットアームの遠位端に取り付けられている。制御システムが、導波管セグメントを通ってアプリケータへと進むマイクロ波を発生器を用いて生成する。制御システムは、マイクロ波がアプリケータを出るときにアプリケータが岩石面に沿って移動するようにロボットアームを動かすことができる。

【0008】

様々な態様の様々な実施形態を実施することができる。例えば、いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、マイクロ波を集束させてマイクロ波ビームを岩石面に生成することができる。いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、出口ポートまで幅が減少するテーパ状内部チャネルを含む。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、アプリケータが岩石面に沿って走査速度で移動するようにロボットアームを動かす。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、垂直に向けられた平面内でアプリケータを移動させる。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、アプリケータが岩石面に沿った特定の方向に移動するようにロボットアームを動かす。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、アプリケータが岩石面の輪郭に対して特定の向きで移動するようにロボットアームを動かす。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、マイクロ波のエネルギー量に基づいてロボットアームを動かす。いくつかの実施形態によれば、センサがマイクロ波採掘パラメータを検出し、制御システムが、マイクロ波採掘パラメータに基づいてマイクロ波の生成及び／又はロボットアームの動きを調整する。いくつかの実施形態によれば、マイクロ波採掘パラメータは、発生器によって生成されるマイクロ波エネルギーの量、アプリケータを出るマイクロ波エネルギーの量、回転可能に接続された導波管セグメントの１つ以上のジョイントにおけるマイクロ波エネルギーの量、岩石面内の岩石の種類、岩石面の温度、及び／又は岩石面の劣化を含む。いくつかの実施形態によれば、制御システムは、採掘パラメータに基づいて、岩石面に対するアプリケータの向き、岩石面に沿ったアプリケータの移動方向、及び／又は岩石面に沿ったアプリケータの移動速度のいずれかを制御する。いくつかの実施形態によれば、複数の回転可能に接続された導波管セグメントは、内部アンテナを含む回転可能なジョイントで接続され、いくつかの実施形態によれば、内部アンテナは、円筒形状を含み、かつ／又は、いくつかの実施形態によれば、内部アンテナはＴ字形である。

【0009】

第２の態様によれば、マイクロ波を使用して岩石面を掘削する方法が、マイクロ波源からマイクロ波を生成することを含む。マイクロ波は、導波管に沿って、１つ以上の関節運動可能な導波管セグメントを含む関節運動可能なロボットアームに導かれる。関節運動可能な導波管セグメントのうちの１つ以上が、アプリケータを岩石面に対してロボットアーム上に位置決めするように調整される。マイクロ波は、アプリケータを介して岩石面に向けられる。

【0010】

様々な態様の様々な実施形態を実施することができる。例えば、いくつかの実施形態によれば、ロボットアームは、マイクロ波がアプリケータを出るときにアプリケータが岩石面に沿って移動するように動かされる。いくつかの実施形態によれば、マイクロ波領域は、マイクロ波ビームを岩石面に生成するように集束される。いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、出口ポートまで幅が減少するテーパ状内部チャネルを含む。いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、岩石面に沿って特定の速度で移動される。いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、岩石面に沿った特定の方向に移動される。いくつかの実施形態によれば、アプリケータは、岩石面の輪郭に対して配向される。いくつかの実施形態によれば、ロボットアームは、マイクロ波のエネルギー量に基づいて動かされる。いくつかの実施形態によれば、マイクロ波採掘パラメータが検出され、マイクロ波の生成及び／又はアプリケータの移動は、マイクロ波採掘パラメータに基づいて調整することができる。いくつかの実施形態によれば、マイクロ波採掘パラメータは、発生器によって生成されるマイクロ波エネルギーの量、アプリケータを出るマイクロ波エネルギーの量、１つ以上の導波管セグメントの１つ以上のジョイントにおけるマイクロ波エネルギーの量、岩石面内の岩石の種類、岩石面の温度、及び岩石面の劣化のうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態によれば、岩石面に対するアプリケータの向き、岩石面に沿ったアプリケータの移動方向、及び／又は岩石面に沿ったアプリケータの移動速度は、採掘パラメータに基づいて調整される。いくつかの実施形態によれば、１つ以上の関節運動可能な導波管セグメントは、内部アンテナを有する回転可能に接続された導波管セグメントを含み、かつ／又はいくつかの実施形態によれば、内部アンテナはＴ字形である。

【0011】

前述の概要は例示にすぎず、限定することを意図するものではない。本出願に記載のシステム、装置、及び方法の他の態様、特徴、及び利点、並びに／又は他の主題は、以下に記載された教示において明らかになるであろう。概要は、本開示の概念のいくつかの選択を紹介するために提供される。概要は、本明細書に記載の主題の重要な又は本質的な特徴を特定することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

様々な例が、例示を目的として添付の図面に示されており、決して例の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。異なる開示された例の様々な特徴を組み合わせて、本開示の一部である追加の例を形成することができる。

【0013】

【図1】マイクロ波発生器と、ロボットアームを形成する関節運動可能な導波管と、アプリケータと、マイクロ波を岩石に導くためのロボット制御システムとを含むマイクロ波前処理システムの実施形態のブロック図である。

【0014】

【図2】それぞれが独自の独立したモビリティシステムを有するアプリケータモジュール及び電力モジュールを含むマイクロ波前処理システムの別の実施形態のブロック図である。電力モジュールは、各電力モジュールがアプリケータモジュールと接続可能及び／又はアプリケータモジュールから分離可能な、複数の電力モジュールのうちの１つであってもよい。

【0015】

【図3】それぞれが独自の独立したモビリティシステムを有するアプリケータモジュール、発生器モジュール及び電力モジュールを含むマイクロ波前処理システムの別の実施形態のブロック図である。図１のマイクロ波発生器、関節運動可能な導波管、アプリケータ、ロボット制御システム、又はマイクロ波前処理システムの他の動作可能な構成要素は、アプリケータモジュール、発生器モジュール、及び電力モジュール（及び／又は他のシステムモジュール）の間に分散されてもよい。

【0016】

【図4A】マイクロ波発生器モジュールと、関節運動可能な導波管から形成されたロボットアームを有するマイクロ波アプリケータモジュールとを含むマイクロ波前処理システムの別の実施形態の斜視図である。

【0017】

【図4B】図４Ａのマイクロ波前処理システムの背面斜視図である。

【0018】

【図4C】図４Ｂの導波管の平面４Ｃでの断面図である。

【0019】

【図5】関節運動可能な導波管、アプリケータ、及びロボット制御システムを含む、図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムのマイクロ波アプリケータユニットの背面斜視図である。

【0020】

【図6】図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムのマイクロ波アプリケータユニットの上面斜視図である。

【0021】

【図7A】導波管セグメントを回転可能に接続するための図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムの導波管ジョイントの斜視図である。

【0022】

【図7B】図７Ａの導波管ジョイントの正面図である。

【0023】

【図8】ロボット制御システムのアプリケータ及びセンサを含む、図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムの関節運動可能な導波管の遠位端の背面図である。

【0024】

【図9】図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムのロボット制御システムのアプリケータ及びセンサの正面斜視図である。

【0025】

【図10A】誘電体インサートを有するアプリケータの別の実施形態の断面図である。

【図10B】誘電体インサートを有するアプリケータの別の実施形態の断面図である。

【0026】

【図10C】内部リッジを有するアプリケータの別の実施形態の断面図である。

【0027】

【図11A】マイクロ波発生器、電力変圧器、冷却モジュール、オペレータファラデーケージ、及びユーザ制御システムを含む、図４Ａ～図４Ｂのマイクロ波前処理システムの発生器モジュールの斜視図である。

【0028】

【図11B】コンパクトな構成の図１１Ａの発生器モジュールの斜視図である。

【0029】

【図12A】各々がモビリティシステムを有する３つのロボットモジュールを含むマイクロ波前処理システムの別の実施形態の正面斜視図である。ロボットモジュールは、アプリケータモジュール、発生器モジュール、及び電力モジュールをそれぞれ含むことができる。

【0030】

【図12B】図１２Ａのマイクロ波前処理システムの背面斜視図である。

【0031】

【図13A】マグネトロンマイクロ波発生器を含むマイクロ波前処理システムの可動ロボットアプリケータモジュールの別の実施形態の斜視図である。

【0032】

【図13B】図１３Ａのロボットアプリケータモジュールの上面図である。

【0033】

【図14A】固体マイクロ波発生器を含むマイクロ波前処理システムの可動ロボットアプリケータモジュールの別の実施形態の斜視図である。

【0034】

【図14B】図１４Ａのロボットアプリケータモジュールの上面図である。

【0035】

【図15A】クライストロンマイクロ波発生器を含むマイクロ波前処理システムの可動ロボットアプリケータモジュールの別の実施形態の斜視図である。

【0036】

【図15B】図１５Ａのロボットアプリケータモジュールの上面図である。

【0037】

【図16】マイクロ波前処理システムを使用して岩石を前処理する方法を示す。

【0038】

【図17】１つ以上の採掘パラメータに基づいてマイクロ波の印加を調整することを含むロボット制御システムを有するマイクロ波前処理システムを使用して岩石を前処理するための方法を示す。

【0039】

【図18】マイクロ波前処理システムを組み立てる方法を示す。

【0040】

【図19】関節運動可能な導波管、湾曲したアプリケータ、モビリティシステム、及びロボット制御システムを含む可動マイクロ波アプリケータユニットの第１の斜視図である。

【0041】

【図20】図１９の可動マイクロ波アプリケータユニットの第２の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本明細書に記載された技術のシステム、装置、及び方法の様々な特徴及び利点は、図に示された例の以下の説明からより完全に明らかになるであろう。これらの例は、本開示の原理を例示することを意図しており、本開示は例示された例のみに限定されるべきではない。図示された例の特徴は、本明細書に開示された原理を考慮すると当業者には明らかであるように、修正、組み合わせ、除去、及び／又は置換することができる。
マイクロ波ベースの掘削

【0043】

岩石又は他の材料（本明細書では集合的に「岩石」）内にエネルギーを投入して、衝撃波として伝播する岩石内の物理的運動を作り出すことによって、岩石又は他の材料を掘削及び破壊する様々な方法がある。歴史的な方法の中には、化学化合物を使用する爆発性ブラストがある。ブラストは（メガワットからギガワットの範囲の）大量のエネルギーを放出するが、岩石内に投入される総エネルギーはほとんどない。岩石内に埋め込まれた小さな爆発性電荷を爆発させると、エネルギーの観点から、より効率的に損傷が生じる。したがって、爆発性化合物を使用する際の最大の問題は、化学化合物を調達し、それらを岩石内に配置して所望の掘削効果を生み出すことである。したがって、岩石内に高い総出力を投入するより単純でより効果的な方法が必要とされている。

【0044】

この必要性を満たすために、本明細書に記載のシステム及び装置は、岩石のマイクロ波加熱又はマイクロ波掘削に関し、これは、岩石を加熱して、示差加熱によるミクロ亀裂及びマクロ亀裂を生成することに依存する。岩石がマイクロ波に対して感受性であるためには、岩石は、少なくとも１つの感受性鉱物成分を有する必要がある。鉱物が塊状岩石の大部分に均一に分布している場合、岩石は透明性が低くなり、より多くのエネルギーが吸収され、より速く加熱される。鉱物が少ししか存在しない場合、粒子は局所的には加熱され得るが、それらの影響が亀裂を伝播するのに十分に大きくなる可能性は低い。

【0045】

加熱という形のエネルギー吸収によって引き起こされる岩石の熱膨張は、本質的に剪断性又は引張性の応力及び歪みを生成し、そのような応力及び歪みに対して岩石は一般に非常に弱い。熱膨張によって生じる破壊損傷は、岩石の全体的な硬度を低下させ、岩石の完全性を低下させ、岩石をより容易に破砕可能にし、そのような岩石を掘削するのに必要なエネルギー量を低下させる。

【0046】

岩石のマイクロ波掘削又は前処理の研究は、一般に、マイクロ波調整された密閉容器の内部に岩石又は試料を配置する実験室研究に限定されてきた。マイクロ波はキャビティ内に投射され、それらが岩石の材料によって吸収されるまでキャビティ内部で跳ね返る。したがって、マイクロ波によって投射されたエネルギーが、直ちに、又はマイクロ波が岩石内を最初に通過することによって吸収される必要はない。岩石のマイクロ波前処理を実際の採掘現場で商業的に実行可能かつ機能的とするためには、岩石にエネルギーを十分な出力レベルで効率的に放出して、粒界に沿ったミクロ破壊及び岩石表面でのマクロ破壊を生じさせる示差熱膨張を生成する方法が必要である。このシステムでは、マイクロ波のエネルギーが、他のシステム構成要素又は採掘シャフト内の領域などの他の場所に失われる前に岩石内を最初に通過している間に直ちに吸収される方法を創出する必要がある。本明細書に記載のシステム及び方法は、とりわけそのような利点を提供する。

【0047】

更に、マイクロ波システムによって岩壁に送達されるエネルギーの効率もインピーダンス整合に依存する。モノポールアンテナをマグネトロン又は他のマイクロ波発生器と接続しただけの場合、マイクロ波ビームを著しく回折させるインピーダンス不整合が生じる。この結果、電力効率が甚だしく低下し、また岩石へのエネルギーの大部分の吸収が妨げられるおそれがある。したがって、インピーダンスチューナが、岩石に送達されているマイクロ波の出力インピーダンスを調整することができる。本明細書に記載のシステム及び方法は、とりわけそのような利点を提供することができる。

【0048】

岩石へのエネルギーの効率的な送達における別の要因は、アンテナ又はアプリケータの設計である。正しく設計されたアプリケータは、マイクロ波ビームを狭い場所に集束させることができる。アプリケータとインピーダンスチューナとの組み合わせを使用してインピーダンスを整合させることができ、マイクロ波のエネルギーの大部分を岩石の中へと一直線に集中させることができる。

【0049】

マクロ破壊のためには、マイクロ波の吸収の深度も重要である。マクロ破壊では、岩石は、周囲の冷たい岩石と比較して比較的高い温度で望ましい深度まで加熱される。十分な深度まで加熱することにより、熱示差が岩石のマクロ亀裂を生じさせることができる。マイクロ波周波数及びアプリケータの焦点領域は、マイクロ波エネルギーの吸収深度を制御するために使用される少なくとも２つの因子である。

【0050】

一技術によれば、浅い深度で表面ディスクを加熱するより広いマイクロ波ビームを使用することができる。表面ディスクは、表面ディスクの下に形成される剪断亀裂によって剥落し得る。あるいは、別の技術によれば、ナロービームを使用して、ナロービームの周囲の冷たい岩との高い熱示差を生成することができる。

【0051】

マクロ破壊では、可能な限り迅速にある深度範囲内の岩石に多くのエネルギーを投射することが望ましい。実験では、マイクロ波の周波数が高くなるにつれて、透過深度が浅くなることが分かった。同様に、マイクロ波の周波数が高くなるにつれて、透過面積（例えば、半径方向領域）が狭くなることが分かった。１．２５ギガヘルツ（ＧＨｚ）範囲のマイクロ波は、約１２センチメートルの幅で３０センチメートルの深度まで有意に透過していた。２．４５ＧＨｚ範囲のマイクロ波は、約６センチメートルの半径で１０センチメートルの深度まで透過していた。５．８ＧＨｚ範囲のマイクロ波は、約３センチメートルの半径で５センチメートルの深度まで透過していた。２２ＧＨｚ範囲のマイクロ波は、約１センチメートルの半径で１．５センチメートルの深度まで透過していた。約３～８センチメートル、又は６～８センチメートル、又は６～７センチメートルの深度まで加熱すると、周囲の材料に半径方向の亀裂を誘発する理想的な円筒が形成され得ることが観察された。透過深度はまた、より多くのエネルギーが表面によって吸収される（温度が上昇する）につれて浅くなり得ることも観察された。本開示によるシステム及び方法は、とりわけ、そのような結果の達成を可能にする。

【0052】

本開示による制御システムは、様々な方法でプログラムされてもよく、導波管セグメントで作られた関節運動可能なロボットアームは、所望の結果を達成するために特定の方法で構成されてもよい。アプリケータの位置及び配置は、岩石面の表面の起伏及び向きによって決定され得る。アプリケータの移動方向は、好ましい走査パターンによって決定することができる。アプリケータは、ラスタ走査で移動されてもよく、あるいは規則的なパターン（例えば、格子縞模様、エネルギーを不均一に加えることによって表面を「塗装」することから生じるドット模様、又はランダム模様）を描いてもよい。特定の実施態様では、パターンはインテリジェントパターンであってもよい。インテリジェントパターンでは、材料がどのように応答するかに基づいてエネルギーを印加することができる。ロボットアームは、アームの可動性、したがってアプリケータの位置の最大の柔軟性を有しながら信号損失を最小限に抑えることを可能にする、複数の剛性導波管セグメントから形成されてもよい。

【0053】

岩石面に送達される累積伝達エネルギーは、出力レベル及び印加時間に依存する。一定の印加時間にわたって出力を変化させてもよく、又は同じ累積エネルギーを供給するために一定の出力に対して時間を変化させてもよい。各々を異なる位置で変化させてもよい。結果は、例えば掘削されている岩石の特性に基づいて、より効果があると判断されるエネルギーの不均一な分布又は均一な分布であり得る。送達される累積エネルギーは、予測モデリング（例えば、開ループ制御、反応制御、又はセンサからのフィードバックに基づく閉ループ制御）に基づいてもよい。例えば、赤外線センサを使用して、エネルギーがどのように温度に基づいて吸収されているかを確認することができる。別の例では、音響センサを使用して、材料がエネルギーの印加にどのように応答しているかを追跡することができる。材料は、エネルギーが材料内に送り込まれるのに伴って様々に亀裂を生じ、音を発する。別の例では、レーダリターン信号を使用して、材料がエネルギーの印加にどのように応答しているかを追跡することができる。不均一又は異方性の材料は、同じエネルギーレベルに対する反応が異なる。レーダエコーは、材料が内部でどのように応答しているかを示すことができ、検出された変化に基づいてエネルギーの印加をリアルタイムで変更することができる。ロボットアームの関節運動可能な導波管セグメント及び本明細書に記載の他の特徴は、所望の累積エネルギーを岩石に送達するために、所望の出力レベル及び印加時間を達成することを可能にする。

【0054】

ロボットアームの導波管を伝送されるエネルギー量は、リアルタイムで測定することができる。このエネルギーは、マイクロ波発生器から放出されるエネルギーと、アプリケータを通って岩石に入るエネルギーとを含むことができる。導波管は、導波管を双方向に下っていくエネルギーを測定するための１つ以上のセンサを含むことができる。マイクロ波発生器はまた、導波管とは無関係にそれらの出力を測定及び制御するための内部的な方法を有する。これにより、送信電力及び反射電力の両方、並びに環境に漏れ出す電力を測定することが可能になる。関節運動可能な導波管の各セグメントは、各ノードを通過するエネルギー及び導波管内の環境、例えば、湿度、温度、アーク放電など）を決定するために使用されるセンサを含むことができる。特定の実施態様では、関節運動可能なアームは、１００キロワット（ｋＷ）のマイクロ波電力を、９１５メガヘルツ（ＭＨｚ）で５０ワット（Ｗ）未満の損失又は０．０５％の非効率性で岩石に伝達することができる。より高い電力伝送レベル及びより低い電力伝送レベルの両方が可能である。
マイクロ波前処理システムアーキテクチャ

【0055】

図１は、岩石面１４０を掘削するためのマイクロ波前処理システム１００の一実施形態のブロック図である。岩石面１４０は、地下（例えば、トンネル内）、地上、又は任意の場所に位置してもよい。一実施態様では、岩石面１４０は、システム１００に対してほぼ垂直に向いていてもよい。あるいは、岩石面１４０は、システム１００に対する任意の向き（例えば、トンネルを含む、システム１００の１つ以上の側面上、水平方向上方、下方、又はそれらの間の任意の位置など）に位置してもよい。岩石面１４０は、滑らかな、粗い、及び／又はギザギザの特徴を含んでもよい。岩石面１４０は、均質又は不均質な材料を含んでもよい。岩石面１４０の鉱物成分のうちの１つ以上は、マイクロ波範囲内の放射線の吸収による加熱を受けやすくてもよい。

【0056】

システム１００は、電源１２６からのエネルギーを岩石面１４０に向けられるマイクロ波に変換することができる。上述のように、岩石面１４０によって吸収されたエネルギーは、岩石面１４０の熱破壊をもたらし、その結果、機械的掘削に対する岩石面の脆弱化をもたらし得る。電源１２６は、グリッド接続、発電機（例えば、化石燃料）、再生可能エネルギー源（例えば、太陽光又は風力）、バッテリ、燃料電池、原子炉、又は他の種類のエネルギー源からの電気エネルギーを含むことができる。電源１２６は、電池又は原子炉の使用などによって、システム１００内に完全に一体化されてもよい。電源１２６は、グリッド又は発電機接続など、システム１００の完全に外部にあってもよい。電源１２６とシステム１００との接続は、エネルギー源の利用可能性に基づいて連続的であってもよい。電源１２６とシステム１００との接続は、枯渇性エネルギー源の利用可能性に基づいて断続的であってもよい。

【0057】

システム１００は、（例えば、ファラデーケージ１２９内の人間によって）内部的に、又は遠隔制御システム１２８を使用して外部的に完全にユーザ制御され得る。遠隔制御システム１２８は、有線接続又は無線接続（例えば、ＲＦ）を介してシステム１００と接続され得る。ユーザ制御システムは、以下で更に説明するように、システム１００の１つ以上の自律機能と組み合わせて使用することができる。ユーザ制御システムは、１つ以上のネットワーク化されたコンピュータシステムを含むことができる。

【0058】

システム１００は、マイクロ波を生成して岩石面１４０に送達するために、電源１２６からのエネルギーを変換するための様々な構成要素を含むことができる。以下の構成要素のいずれか又は全てが、システム１００内で使用されてもよい。更に、これらの構成要素の代わりに、又はこれらの構成要素に加えて、本明細書に記載されていない他の構成要素が使用されてもよい。

【0059】

電源１２６によって供給されたエネルギーは、変圧器１２４を介して受け取ることができる。変圧器１２４は、電源からの電気エネルギーを、システム１００による使用に適したフォーマット（例えば、電圧、アンペア数、及び／又は波形）に変換することができる。変圧器１２４は、マグネトロン又は低電圧を必要とする他のタイプのマイクロ波発生器を動作させるのに必要な高電圧を生成することができる。更に、全高調波歪みフィルタなどの１つ以上のフィルタを、変圧器１２４と組み合わせて使用することができる。変圧器１２４は、電力計と組み合わせて使用することができる。電力計は、多相電源の電圧、電流、エネルギー値、周波数、力率、及び／又は非対称性などの電気的パラメータを測定することができる。

【0060】

システム１００は、電源から供給されたエネルギーからマイクロ波周波数スペクトル（３００ＭＨｚ及び３００ＧＨｚ）内の放射を生成するためのマイクロ波発生器１１８を含むことができる。マイクロ波発生器１１８は、変圧器１２４を介して電源１２６に接続されてもよい。マイクロ波発生器１１８は、マグネトロン、固体マイクロ波発生器、クライストロン装置、又は他のタイプの発生器を含むことができる。

【0061】

マイクロ波発生器１１８は、所望のマイクロ波出力に基づいて選択され得る。所望のマイクロ波出力は、岩石面１４０の鉱物含有量に基づくことができる。マイクロ波発生器１１８は、９１５ＭＨｚ～２２ＧＨｚのマイクロ波出力を有することができる。いくつかの例では、マイクロ波発生器１１８は、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、又は２２ＧＨｚのマイクロ波出力を有することができる。

【0062】

マイクロ波発生器１１８の電力出力は、連続的に測定されてもよいし、パルス（例えば、電力出力最大値）であってもよい。マイクロ波発生器１１８は、５０ｋＷ～１ＭＷの連続出力を有することができる。マイクロ波発生器１１８は、１００ｋＷ～１ＧＷの最大パルス電力出力を有することができる。マイクロ波発生器１１８は、それ自体の様々な態様を監視するための複数のセンサを含むことができる。センサは、電圧センサ及び／又は電流センサ、フィラメント監視、温度監視、熱調節システム監視（例えば、水又は空気の温度、循環、圧力、電磁石／アイソレータ水流量モニタなど）、電源監視、ドア又はラッチの開放、ＥＭＦの遠隔切り替えなどを含むことができる。

【0063】

マイクロ波発生器１１８の動作はまた、電力効率損失のために、動作中にかなりの量の熱を生成する可能性がある。効率を維持するために、マイクロ波発生器１１８は、熱調節システム１２０と組み合わせて使用されてもよい。熱調節システム１２０は、マイクロ波発生器の温度を低下させるように動作することができるチラーを備えることができる。熱調節システム１２０は、放射フィン、水冷（又は他の種類の液体冷却）、ペルチェ冷却、又はマイクロ波発生器１１８の温度を低下させるための他の技術を含むことができる。

【0064】

マイクロ波発生器１１８は、チューナ１１６と組み合わせて使用されてもよい。チューナ１１６は、マイクロ波前処理システム１００の送達導管のインピーダンスを岩石１４０に整合させるためのインピーダンスチューナであってもよい。インピーダンス調整は、マイクロ波発生器１１８の負荷インピーダンスを変化させて、岩石面１４０と一致させることができる。チューナ１１６は、アクティブ（例えば、自動化）チューナであってもパッシブチューナであってもよい。チューナ１１６は、マイクロ波発生器１１８の出力に直接接続されてもよいし、導波管又は同軸ケーブル内に接続されてもよい。

【0065】

マイクロ波発生器１１８は、導波管を介してマイクロ波を出力してもよい。導波管は、剛性又は可撓性の導波管であってもよい。出力導波管は、システム１００のフレームで固定された固定導波管であってもよい。チューナ１１６は、出力導波管上、出力導波管の前、又は出力導波管の後に配置されてもよい。

【0066】

出力導波管は、関節運動可能な導波管１１４と接続されてもよい。関節運動可能な導波管１１４は、１つ以上のジョイントで互いに接続された複数の剛性導波管セグメントを含むことができる。剛性導波管セグメントは、断面が矩形であってもよい。剛性導波管セグメント及びジョイントは、マイクロ波発生器１１８からのマイクロ波を近位端から遠位端に導くことができる。セグメント及びジョイントを含む関節運動可能な導波管１１４は、導波管１１４を通過する間のマイクロ波のエネルギー損失を低減するように設計することができる。関節運動可能な導波管１１４は、複数の剛性導波管セグメントの代わりに、可撓性導波管又は可撓性導波管構成要素と剛性導波管構成要素との両方を備えてもよい。可撓性導波管は、近位端から遠位端まで延在することができる。あるいは、関節運動可能な導波管１１４に対して、マイクロ波発生器１１８は同軸ケーブルを介してマイクロ波を出力してもよい。

【0067】

関節運動可能な導波管１１４の遠位端はアプリケータ１１２を含むことができる。アプリケータ１１２は、関節運動可能な導波管２１４の遠位端に取り付けられてもよい。アプリケータ１１２は、手首関節によって遠位端に取り付けられてもよい。手首関節は、制御システム１３０によって作動可能であり得る。アプリケータ１１２は、マイクロ波エネルギーを岩石１４０に集束させるためのアンテナであってもよい。アプリケータ１１２は、ホーン、逆ホーン、パラボラ、又は他のタイプのアンテナであってもよい。アプリケータ１１２は、より小さい遠位端（例えば、角錐形又は円錐形の形状）に向かって先細になる近位端を含むことができる。

【0068】

アプリケータ１１２は、出口ポート（例えば、開口部）まで幅が減少するテーパ状内部チャネルを含むことができる。遠位端及び／又は近位端は、断面が矩形であってもよい。遠位端は、プレートを含むことができる。プレートは開口部を含むことができる。開口部は、矩形であってもよく、及び／又はプレートの中心にあってもよい。開口部は、開放空間であってもよく、又はマイクロ波透過性材料を含んでもよい。開口部のサイズは、マイクロ波をビームに集束させるように選択されてもよい。プレートは、アプリケータ１１２の遠位端の外周の周りに延びる１つ以上のフランジを含むことができる。アプリケータ１１２は、岩石面を何らかの方法で前処理するか又は変化させる必要がある正確な位置に大量のエネルギーを非常に迅速に印加することができる。（例えば示差熱破壊を選択的に生成するために）ブランケット照射ではなく精密な適用が望ましい。

【0069】

複数の剛性導波管セグメント及び対応するジョイントは、導波管１１４及びアプリケータ１１２の遠位端のある範囲内での移動及び位置決めを可能にすることができる。範囲は、二次元空間（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）又は三次元空間（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）であり得る。関節運動可能な導波管１１４はまた、アプリケータ１１２の向きを移動及び位置決めすることができる。アプリケータ１１２の向きは、マイクロ波が向けられる方向を含み得る。アプリケータ１１２の位置は、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺ位置及び／又は向き（例えば、方位角及び高度角）を含むことができる。

【0070】

導波管１１４は、ロボット制御されて、遠位端及びアプリケータ１１２をその範囲内で移動させ、アプリケータ１１２の向きを調整することができる。導波管１１４は、制御システム１３０によってロボット制御されてもよい。制御システム１３０は、運動学的制御、力センサ、位置センサ、及び／又は他の方法に基づくことができる。制御システム１３０は、導波管１１４のそれぞれのジョイントを中心として複数のセグメントを動かすためのジョイントコントローラ１３４を含むことができる。ジョイントコントローラ１３４は、サーボ、ステッパモータ、電気機械、油圧、電熱又は他のモータタイプを含む様々な形態をとることができる。ジョイントコントローラ１３４は、導波管１１４の位置を追跡するための１つ以上の位置フィードバック装置（例えば、エンコーダ）を含むことができる。制御システム１３０は、導波管１１４の遠位端を位置決めし、複数の導波管セグメントを支持するように動作可能とすることができる。望ましくは、ロボット制御システムは導波管の外側にあり、電磁マイクロ波エネルギーは、一方が他方と干渉しないように導波管の内側にある。制御システム１３０は、衝突検出システムを含むことができる。衝突検出システムは、ロボットアームとシステム１００の他の構成要素及び／又は岩壁１４０などの外部機構との衝突を防止することができる。衝突検出システムは、ロボットアーム、ビデオ監視装置、１つ以上のリミットスイッチ及び／又は他のセンサの運動学的モデルに基づくことができる。リミットスイッチは、何らかのリミットシステムがトリガされた場合にロボットアームをハードストップさせることができる。

【0071】

制御システム１３０は、複数のセンサ１３２を含むことができる。センサ１３２は、関節運動可能な導波管１１４の位置及び／又はアプリケータ１１２の向きを含むシステム１００の様々な態様を監視することを可能にすることができる。センサ１３２は、マイクロ波前処理システム１００及び岩石１４０の環境と相互作用して、システム１００の動作のためのフィードバックを１つ以上の採掘パラメータに基づいて提供することができる。センサ１３２によって検出された採掘パラメータは、関節運動可能な導波管１１４及び／又はアプリケータ１１２、あるいはマイクロ波発生器１１８などの前処理システム１００の他の態様を制御するために使用することができる。

【0072】

センサ１３２は、距離センサを含むことができる。センサは、複数の異なる種類のセンサを含むことができる。センサは、関節運動可能な導波管１１４及び／又はアプリケータ１１２の周りに間隔を置いて配置されてもよい。一例では、距離センサをアプリケータ１１２に取り付けることができる。距離センサを使用して、アプリケータを岩壁１４０から距離を置いて位置決めすることができる。距離センサは、マイクロ波が岩壁１４０に集束することを可能にすることができる。距離センサは、超音波、赤外線、ＬＩＤＡＲ、レーザ、ＬＥＤ、又は他のタイプのセンサを含むことができる。

【0073】

センサ１３２は、音響センサを含むことができる。音響センサは、マイクロ波の印加中に岩壁１４０の亀裂を検出することができる。亀裂は、マイクロ波処理の有効性を示し得る。表面及び内部の両方の亀裂の聴覚的及び視覚的表示が可能である。したがって、システムは、これらの指標を探して聴取するアルゴリズムを含むことができる。更に、地中感知レーダを、リアルタイム及び劣化後の判定の両方に使用することができる。

【0074】

センサ１３２は、熱センサを含むことができる。熱センサは、システム１００の様々な構成要素のいずれかの温度を検出することができる。熱センサは、マイクロ波処理中に岩壁１４０、アプリケータ１１２、関節運動可能な導波管１１４、マイクロ波発生器１１８、熱調節システム１２０、変圧器１２４、及び／又は他の構成要素の温度を監視することができる。熱センサは、赤外線センサ、レーザセンサ、熱電対、ＦＬＩＲ熱カメラ、温度プローブ（例えば、岩石面１４０内）、又は他のタイプのセンサであってもよい。岩石の電磁特性も温度によって変化するため、エネルギー透過測定及び反射測定を使用して温度を測定することができる。制御システム１３０は、センサ１３２を用いて１つ以上の位置で岩石面１４０の温度を監視することができる。制御システム１３０はまた、岩石の温度をシミュレートすることができる。温度シミュレーションは、岩石面に送達されるマイクロ波エネルギーの量、岩石面内の材料の種類、並びに／あるいは岩石面１４０に対するアプリケータ１１２の位置及び／もしくは向き、又はシステム１００の他の詳細などに基づくことができる。岩石面の温度（実際又はシミュレート）を使用して、岩石の弱化と相関させることができる。実際の温度とシミュレートされた温度との差を使用して、岩石組成の変動を検出することができる。

【0075】

センサ１３２は、スチル及び／又はビデオカメラを含むことができる。カメラは、岩壁１４０を監視することができる。カメラは、マイクロ波での処理による岩壁１４０の目に見える亀裂又は他の劣化を検出及び／又は測定することができる。ビデオ監視装置は、オペレータから見えない場合にロボットアームを制御するために使用することができる。

【0076】

センサ１３２は、岩壁１４０用のトポグラフィマッピング機器を含むことができる。岩壁の輪郭は、センサ１３２を使用してマッピングすることができる。トポグラフィマッピング機器は、マシンビジョン、ＬＩＤＡＲ、レーダ、距離センサ、及び／又は他のセンサを含むことができる。トポグラフィマッピング機器は、システム１００の自律動作を容易にすることができる。システム１００は、測定された地形に基づいて岩壁１４０を前処理することができる。システム１００は、岩壁１４０の測定地形の特徴を利用して前処理をスピードアップし、かつ／又はエネルギー効率を改善する動作アルゴリズムを含むことができる。

【0077】

センサ１３２は、環境センサを含むことができる。センサ１３２は、メタン検出センサを含むことができる。メタン検出センサは、オペレータ（例えば、ライト、サイレン）に警告し、及び／又はシステム１００への発生器マイクロ波エネルギー供給を停止させることができる。センサ１３２は、火災検出システムを含むことができる。システム１００は、防火剤（例えば、ガス又は粉末）を含むことができる。消火剤は、自動又は手動で放出することができる。センサ１３２は、マイクロ波エネルギー検出器を含むことができる。マイクロ波エネルギー検出器は、岩石面１４０からシステム１００又は他の場所へのマイクロ波の反射を監視するために使用することができる。センサ１３２は、傾斜センサを含むことができる。傾斜センサは、システム１００の１つ以上の構成要素の水平度を測定するように機能することができる。システム１００の１つ以上のプラットフォームが、作動可能な足又は車輪を含むことができる。足又は車輪は、システム１００を水平にするように調整可能であり得る。

【0078】

システム１００は、モビリティシステム１２２を含むことができる。モビリティシステム１２２は、自己移動式であってもよい。モビリティシステム１２２は、車輪付きシステム又は追跡システムを含むことができる。あるいは、モビリティシステム１２２は、システム１００を構成する１つ以上のユニットを持ち上げる別の車両（例えば、トラック、トラクタ又はクレーン）などの外力を必要とし得る。適切なモビリティシステムの例は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれ、あらゆる目的のために本明細書の一部を形成し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ」と題する２０１９年４月２２日公開の米国特許出願公開第２０２１／０１１４２１９号、及び「Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ」と題する２０２１年４月２２日公開の米国特許出願公開第２０２１／０１１６８８９号に記載されている。

【0079】

マイクロ波前処理システム１００は、通信システム１３６を含むことができる。通信システム１３６は、システム１００から制御サーバ又は遠隔制御装置１２８などの遠隔サーバにデータを送信することができる。遠隔制御装置１２８は、人間又はコンピュータ制御システムによって操作されてもよい。通信システム１３６は、有線接続又は無線接続を介してもよい。通信システム１３６は、採掘パラメータ、アプリケータ１１２の位置／向き、関節運動可能な導波管１１４の位置、センサ１３２からの他のデータ、マイクロ波発生器１１８からのデータ、熱調節システム１２０、モビリティシステム１２２、又は他のデータを通信することができる。

【0080】

図２は、マイクロ波前処理システム１０１の一実施形態のブロック図である。マイクロ波前処理システム１０１は、上述のマイクロ波前処理システム１００と組み合わせて使用されてもよく、又はその構成要素のいずれかを含んでもよい。マイクロ波前処理システム１０１は、構成要素を含む複数のモジュールを含む。システム１０１は、アプリケータモジュール１５０を含むことができる。アプリケータモジュール１５０は、マイクロ波発生器１１８、熱調節システム１２０、関節運動可能な導波管１１４、アプリケータ１１２、及び制御システム１３０を含むことができる。

【0081】

マイクロ波前処理システム１０１は、電力モジュール１６０を含むことができる。電力モジュール１６０は、電源１２６を含むことができる。電源１２６のエネルギーは、バッテリ又は他の可搬式エネルギー源の形態であってもよい。アプリケータモジュール１５０は、モビリティシステム１２２と同様のモビリティシステム１５２を含むことができる。電力モジュール１６０は、モビリティシステム１２２と同様のモビリティシステム１６２を含むことができる。アプリケータモジュール１５０は、電力モジュール１６０から独立して操作可能であってもよい。同様に、電力モジュール１６０は、アプリケータモジュール１５０から独立して操作可能であってもよい。使用中、アプリケータモジュール１５０は、電力接続部を介して電力モジュール１６０と結合されてもよい。電力接続部は、電源１２６からアプリケータモジュール１５０にエネルギーを伝達するためのケーブル又は他のコネクタを含むことができる。

【0082】

電源１２６からのエネルギーが弱まるか、又は使い果たされると、電力モジュール１６０はアプリケータモジュール１５０から切り離されてもよい。モビリティシステム１６２は、アプリケータモジュール１５０から離れるように電力モジュール１６０を輸送することができる。電力モジュール１６０は、燃料補給又は再充電ステーションに戻ることができる。電力モジュール１６０の代わりに、二次電力モジュール１６０ａがアプリケータモジュール１５０と接続してもよい。二次電力モジュール１６０は、電力モジュール１６０と同じ構成要素を有してもよい。二次電力モジュール１６０ａは、モビリティシステム１６２ａを含むことができる。モビリティシステム１６２ａは、二次電力モジュール１６０ａをアプリケータモジュール１５０に対して位置決めすることができ、電力接続部は、二次電力モジュール１６０ａからアプリケータモジュール１５０に電力を伝送するために結合されてもよい。追加の二次電力モジュール１６０ａを使用して、アプリケータモジュール１５０にエネルギーを供給することもできる。

【0083】

アプリケータモジュール１５０及び電力モジュール１６０は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれ、あらゆる目的のために本明細書の一部を形成し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ」と題する２０１９年４月２２日公開の米国特許出願公開第２０２１／０１１４２１９号、及び「Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ」と題する２０２１年４月２２日公開の米国特許出願公開第２０２１／０１１６８８９号に記載の群ロボットなどの独立したロボットの形態で実装されてもよい。他の実施態様では、電力モジュール１６０ａのうちの１つ以上が、人間のオペレータによって移動可能及び／又はアプリケータモジュール１５０と接続可能であってもよい。

【0084】

図３は、マイクロ波前処理システム１０２の別の一実施形態のブロック図である。マイクロ波前処理システム１０２は、上述のシステム１００、１０１と組み合わせて使用されてもよく、又はその構成要素のいずれかを含んでもよい。マイクロ波前処理システム１０２の構成要素は、追加のモジュールにわたって分配されてもよい。システム１０２は、モビリティシステム１５２を含むアプリケータモジュール１５０を含むことができる。アプリケータモジュール１５０は、関節運動可能な導波管１１４及びアプリケータ１１２並びに制御システム１３０を含むことができる。発生器モジュール１７０が、モビリティシステム１７２を含むことができる。発生器モジュール１７０は、マイクロ波発生器１１８、熱調節システム１２０、及び／又は変圧器１２４を含むことができる。あるいは、マイクロ波発生器１１８及び熱調節システム１２０は、アプリケータモジュール１５０と組み合わされてもよい。発生器モジュール１７０は、１つ以上のケーブル及び／又は導波管を介してアプリケータモジュール１５０と接続されてもよい。アプリケータモジュール１５０は、発生器モジュール１７０、機械的接続バー、又はリンクと恒久的又は半永久的に接続されてもよい。アプリケータモジュール１５０及び発生器モジュール１７０は、互いに連結されたときに単一の動作可能なユニットとして機能することができる。

【0085】

電力モジュール１６０は、モビリティシステム１６２を含むことができる。電力モジュール１６０は、上述のように、電源１２６を含むことができる。他のモジュール構成も可能である。電力モジュール１６０は、発生器モジュール１７０と接続されてもよい。上述のように、電力モジュール１６０は、（例えば、交換及び／又は再充電のために）発生器モジュール１７０から切り離されてもよい。

【0086】

この実施形態は、マイクロ波前処理システム１００の構成要素を含む３つのモジュールに関して説明されているが、独立したモビリティシステムを含むより少ない又はより多いモジュールにわたるマイクロ波前処理システムの構成要素の他の任意選択の分布も存在する。
ロボットアーム導波管を有するマイクロ波前処理システム

【0087】

図４Ａ～図４Ｂは、マイクロ波前処理システム２００の様々な実施形態の斜視図である。システム２００は、システム１００、１０１又は１０２において上述した構成要素のいずれか又は全てを含むことができる。システム２００は、マイクロ波を岩壁２４０に送達するためのアプリケータモジュール２５０を含むことができる。アプリケータモジュール２５０は、アプリケータ２１２、関節運動可能な導波管２１４、ロボット制御システム２３０、及び／又はプラットフォーム２５２を含むことができる。アプリケータ２１２は、関節運動可能な導波管２１４の遠位端に接続されてもよい。関節運動可能な導波管２１４は、ロボット制御システム２３０に取り付けられてもよい。関節運動可能な導波管２１４の近位端は、静止していてもよい接続導波管２８０と結合されてもよい。関節運動可能な導波管２１４は、岩石へのエネルギー吸収、岩石の劣化、エネルギーパターンなどの所望の採掘結果を達成するように制御されるロボットアームを形成するために互いに回転可能に取り付けられた複数の剛性導波管セグメントを含むことができる。関節運動可能な導波管２１４及びロボット制御システム２３０は、プラットフォーム２５２に取り付けられてもよい。プラットフォーム２５２は、プラットフォーム２５２をコンパクトな構成で搬送するための折り畳み可能な脚部を含むことができる。アプリケータモジュール２５０は、ファラデーケージ２８２によって完全に又は部分的に囲まれてもよい。

【0088】

システム２００は、発生器モジュール２６０を含むことができる。発生器モジュール２６０は、グリッドなどの電力モジュールと結合されてもよい。発生器モジュール２６０は、フィルタバンク２２７、変圧器２２６、マイクロ波発生器２２８、冷却モジュール２２４、制御室２２９、及び／又はプラットフォーム２６２を含むことができる。フィルタバンク２２７、変圧器２２６、マイクロ波発生器２２８、冷却モジュール２２４、及び制御室２２９は、プラットフォーム２６２に取り付けられてもよい。接続導波管２８０は、マイクロ波発生器２２８と接続されてもよい。インピーダンスチューナが接続導波管２８０に接続されてもよい。１つ以上のファラデーケージ２８１が制御室２２９を遮蔽してもよい。発生器モジュール２６０及び／又はアプリケータモジュール２５０は、監視システムを含むことができる。監視システムは、１つ以上のビデオモニタを含むことができる。監視システムは、遠隔地からアクセス可能であり得る。監視システムは、禁止区域内又は禁止された時間枠の間の不正者を検出する周囲検出システムを含むことができる。周囲検出システムは、（例えば、ビームを切断する）光、動き、熱、又は他の方法に基づいてもよい。周囲検出システムは、人が検出されている間はマイクロ波エネルギーの生成を防止することができる。アプリケータモジュール２５０は、漏れがガイドライン内にあることを保証するためにＥＭＦレベル検出器を含むことができる。

【0089】

図４Ｃは、接続導波管２８０のセグメントの断面を示す。導波管２８０は、アプリケータモジュール２５０と発生器モジュール２６０との間に互いに結合された複数のセグメントを含むことができる。セグメントは、直線状、曲線状、又は他の形状の因子であってもよい。複数のセグメントの各々のそれぞれの端部は、近接するセグメントの取り付けフランジと当接して接合するための取り付けフランジを含むことができる。導波管２８０の本体は、金属又は他の材料を含むことができる。本体は、マイクロ波不透光性材料を含むことができる。導波管２８０の本体は、実質的に均一な（すなわち、エンドツーエンドの）プロファイルを有することができる。均一なプロファイルは、矩形の形状を有することができる。関節運動可能な導波管２１４の回転可能な剛性導波管セグメントのうちの１つ以上は、導波管２８０の断面と同じ又は同様の特性を有することができる。したがって、関節運動可能な導波管２１４のセグメントは、剛性であってもよく、矩形断面を有してもよく、マイクロ波を案内するための矩形の内側チャネルを形成してもよい。

【0090】

図５～図６は、アプリケータモジュール２５０の拡大図である。説明のみの目的で、Ｘ－Ｙ－Ｚ直交座標系を図５に示す。Ｚ方向は一般に岩石に向かっていてもよく、Ｙ方向は一般に重力方向に対向して上方にあってもよい。関節運動可能な導波管２１４は、剛性導波管セグメント３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１５を備えることができる。導波管セグメントの各々が、矩形断面を有する導波管を含んでもよい。導波管セグメントによって、例えばセグメントの側壁の内面によって画定される内部チャネルが矩形であってもよい。第１、第２、第４、及び第５の導波管セグメント３１１～３１５は、線形であってもよい。第３の導波管セグメントは、例えば、第１の直線部分、角度付きエルボ部分、及び第２の直線部分を用いて、Ｙ方向に上方にセグメント化されてもよい。

【0091】

関節運動可能な導波管２１４のロボットアームを形成する任意の数の剛性導波管セグメントがあってもよい。回転可能な剛性導波管セグメントのうちの１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０以上、及び対応する数の回転可能なジョイントが存在してもよい。いくつかの実施形態では、３つの相互に垂直な方向に沿った回転軸を有する少なくとも３つの回転可能なジョイントが存在する。関節運動可能な導波管２１４は、少なくとも３つの相互に直交する方向に並進するように構成されてもよい。したがって、導波管システムは６自由度を可能にすることができる。剛性導波管を用いたそのような柔軟性は、本明細書に記載の所望の採掘結果を効率的に達成することを可能にし得る。

【0092】

隣接する導波管セグメントは、それぞれの回転ジョイントで共に回転可能に結合されてもよい。導波管セグメントの各々は、外周フランジを中心として回転可能なジョイントでボルト止めされてもよい。第１の導波管セグメント３１１は、第１の回転ジョイント３０１で接続導波管２８０と接続されてもよい。第１の導波管セグメント３１１は近位導波管セグメントであり得る。第１の回転ジョイント３０１の回転軸はＹ方向を向いていてもよい。第１の導波管セグメント３１１は、第２の回転ジョイント３０２で第２の導波管セグメント３１２と接続されてもよい。第２の回転ジョイント３０２の回転軸はＹ方向を向いていてもよい。第２の導波管セグメント３１２は、第３の回転ジョイント３０３で第３の導波管セグメント３１３と接続されてもよい。第３の回転ジョイント３０３の回転軸はＹ方向を向いていてもよい。第３の導波管セグメント３１３は、第４の回転ジョイント３０４で第４の導波管セグメント３１４と接続されてもよい。第４の回転ジョイント３０４の回転軸はＸ方向を向いていてもよい。第４の導波管セグメント３１４は、第５の回転ジョイント３０５で第５の導波管セグメント３１５と接続されてもよい。第５の回転ジョイント３０５の回転軸は、（例えば手首関節として）Ｘ方向を向いていてもよい。アプリケータ２１２は、第５の導波管セグメント３１５の端部に取り付けられてもよい。

【0093】

プラットフォーム２５２は、折り畳み可能、格納可能又は取り外し可能な脚部３５２を含むことができる。緊急電源遮断を可能にするために、電源スイッチ３６１が含まれてもよい。関節運動可能な導波管２１４の導波管セグメントは、ロボット制御システム２３０の二対のレール３７１、３７２に移動可能に取り付けられてもよい。レール３７１、３７２は、プラットフォーム２５２に取り付けられてもよい。第１のレール対３７１は、Ｘ方向に沿って配向されてもよい。第２のレール対３７２は、Ｚ方向に沿って配向されてもよい。第２のレール対３７２は、第１のレール対３７１に取り付けられてもよい。ステッパモータ及び／又はレール３７１、３７２と係合するベルト又はギアを、導波管セグメントをＸ方向及びＺ方向に沿って移動させてもよい。第１の回転ジョイント３０１は、プラットフォーム２５２に対して堅固に取り付けられてもよい。第３の導波管セグメント３１３は、第２のレール対３７２に取り付けられたベースに取り付けられてもよく、第１及び第２の導波管セグメント３１１、３１２は、ベースがレール３７１、３７２に沿って移動されるのに伴って（回転ジョイント３０１、３０２、３０３の周りで）伸長可能であってもよい。あるいは、各方向に単一のレールを使用してもよい。

【0094】

関節運動可能な導波管２１４は、制御ロッド３２２に接続されたアクチュエータ３２１を含むことができる。アクチュエータ３２１は、第３の導波管セグメント３１３に取り付けられてもよい。制御ロッド３２２は、第５の導波管セグメント３１５に接続されてもよい。制御ロッド３２２は、第５の回転ジョイント３０５の軸線から離間した位置に取り付けられてもよい。アクチュエータ３２１による制御ロッド３２２の作動によって、第５の導波管セグメント３１５及びアプリケータをＹ方向に持ち上げることができる。ロボット制御システム２３０は、アプリケータ２１２の向き（例えば、方位角及び高度）並びにアプリケータ２１２の位置（例えば、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向）を調整することができる。ギアボックスが、第４のジョイント３０４と結合されてもよい。ギアボックスは、第４のジョイント３０４を中心とした第４のセグメント３１４の制御を提供することができる。

【0095】

アプリケータ２１２は、ロボット制御システム２３０の様々なセンサを含むことができる。センサは、距離センサ３３２を含むことができる。距離センサをアプリケータ２１２に取り付けてもよい。距離センサ３３２を、アプリケータ２１２の１つ以上の角部（例えば、４つ全ての角部）に取り付けてもよい。距離センサ３３２は、アプリケータ２１２と岩石面２４０との間の距離の連続的な測定を提供することができる。距離センサ３３２は、岩石面２４０に対する所望の位置でのマイクロ波の集束を容易にすることができる。距離センサ３３２は、アプリケータ２１２と岩石面２４０との衝突を防止することができる。

【0096】

システム１００に関連して上述したように、システム２００は様々なセンサを含むことができる。センサは、ＬＩＤＡＲ、マシンビジョン、赤外線もしくは可視光カメラ、又はシステム１００に記載された任意の他のセンサなどのセンサ３３１を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサ３３１は、岩石又は材料の表面及び／又は内部の亀裂の可聴及び／又は視覚的指標を追跡するように構成されてもよい。地中感知レーダを、リアルタイム及び／又は劣化後の判定に使用することもできる。
関節運動可能な導波管ジョイント

【0097】

図７Ａ～図７Ｂは、関節運動可能な導波管２１４と組み合わせて使用され得る回転可能なジョイント３０１の実施形態の様々な斜視図である。回転可能なジョイント３０１は、明確にするために第１及び第２の導波管セグメント３８１、３９１が除去されて示されている。関節運動可能な導波管２１４の回転可能なジョイントのいずれか又は全ては、回転可能なジョイント３０１について本明細書に記載された構造的詳細を含むことができる。したがって、ジョイント３０１は、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれ以上存在してもよい。いくつかの実施形態では、回転可能なジョイント３０１は、「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ」と題する２０２１年２月２２日に出願された米国仮出願第６３／１５２，２４８号、又はその各々の内容全体が、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ」と題する本願と同日に出願された米国特許出願第 号（代理人整理番号：ＯＦＦＷ．００７Ａ）に記載の回転可能なジョイントの特徴のいずれかを含んでもよい。

【0098】

ジョイント３０１は、回転コネクタ３８４を備えることができる。第１の導波管セグメント３８１及び第２の導波管セグメント３９１は、回転コネクタ３８４を介してジョイント３０１で互いに回転可能に取り付けられるか又は接続されてもよい。回転コネクタ３８４は、導波管セグメント３８１、３９１のそれぞれの端部を回転可能に接続することができる。いくつかの実施形態では、導波管システム２００は、３つ以上の導波管セグメントと、対応する数のジョイント３０１及び回転コネクタ３８４とを含むことができる。回転コネクタ３８４は、金属製又は他の適切な材料製であってもよい。回転コネクタ３８４は、回転可能な部分を含んでもよい。導波管セグメント及び／又は回転可能な回転コネクタ３８４は、回転コネクタ３８４のそれぞれの部分が取り付けられた導波管セグメント３８１、３９１を回転させるために、制御システム２３０によって制御され得るアクチュエータによって回転されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、回転コネクタ３８４は、他の位置、例えば、ジョイント３０１の側面、上部、又ｔは底部にあってもよい。各ジョイント３０１には、１つ以上の回転コネクタが存在してもよい。

【0099】

回転可能なジョイント３０１は、アンテナ３８９を含むことができる。アンテナ３８９は、回転可能なジョイント３０１内又はその内部に配置されてもよい。アンテナ３８９は、回転コネクタ３８４の回転中心内、又はその近くに配置されてもよい。アンテナ３８９は、開口３８７、３９７よりも導波管セグメント３８１、３９１の後壁の近くに配置されてもよい。アンテナ３８９の配置により、回転コネクタ３８４及び導波管セグメント３８１、３９１の壁などの任意の周囲構造との接触を回避することができる。この「非接触」構成により、アンテナ３８９及び周囲の構造の摩耗及び破損を防止することができる。接触がないことにより、周囲の構造を薄くて低質量の材料で作ることが更に可能になり得る。更に、関節運動可能な導波管２１４の構造要素とアンテナ３８９とが離間していることによって、よりコンパクトな関節運動が可能となり、効率が改善される。更に、本明細書に記載の実施形態は、低い反射損失の利点を提供する。例えば、反射損失は、周波数に応じて－４０ｄＢよりも良好であり得る。

【0100】

アンテナ３８９は、第１のアンテナセグメント３８９ａを含んでもよい。アンテナ３８９は、第２のアンテナセグメント３８９ｂを含んでもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａ及び第２のアンテナセグメント３８９ｂは、細長くてもよい。アンテナセグメント３８９ａ、３８９ｂは、チューブ状の形状を有してもよい。アンテナセグメント３８９ａ、３８９ｂは、少なくとも部分的に中空であってもよい。アンテナセグメント３８９ａ、３８９ｂは、Ｔ字形であってもよい。

【0101】

アンテナセグメント３８９ａ、３８９ｂは、様々な位置及び向きを有することができる。第１のアンテナセグメント３８９ａは、長手方向アンテナ軸Ａ２を画定し、それに沿って延びてもよい。アンテナ軸Ａ２は、導波管チャネルの幾何学的中心に位置してもよい。アンテナ軸Ａ２は、回転軸Ａ１に対して垂直であってもよい。アンテナ軸Ａ２は、回転軸Ａ１と交差してもよい。

【0102】

更に、アンテナセグメント３８９ａ、３８９ｂは、ジョイントの一方又は他方の側に少なくとも部分的に又は全体的に配置されてもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａは全体が片側にあってもよく、第２のアンテナセグメント３８９ｂはジョイントを横切ってもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａは、第１の導波管セグメント３８１の側壁の内面まで延在してもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａは、側壁、又は金具、ブラケットなどの中間構造体に接触し、かつ／又は側壁によって支持されてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第１のアンテナセグメント３８９ａから延び、他の構造と接触しなくてもよい。したがって、第２のアンテナセグメント３８９ｂは、マイクロ波チャネル内で浮遊し、第１のアンテナセグメント３８９ａにのみ接触してもよい。したがって、アンテナ３８９は、第１の導波管セグメント３８１に対して静止し、かつ第１の導波管セグメント３８１と共に回転してもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第２の導波管セグメント３９１に対して回転してもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、マイクロ波エネルギーが３６０度伝送されるように全方向性であってもよく、上述のような２つの導波管セグメント３８１、３９１の完全な相対回転を可能にする。

【0103】

第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第１の導波管セグメント３８１、回転コネクタ３８４、及び／又は第２の導波管セグメント３９１内に少なくとも部分的に配置されてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第１のアンテナセグメント３８９ａから延びてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第１のアンテナセグメント３８９ａ上の中央に位置する点から延びてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、回転軸Ａ１に平行に向けられてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、回転軸Ａ１に沿って配置されてもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａ及び第２のアンテナセグメント３８９ｂは、Ｔ字形を形成してもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、関節運動可能な導波管２１４内に垂直に配置されてもよく、及び／又は第１のアンテナセグメント３８９ａは、図のように水平に向けられてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂの第１の端部は、第１のアンテナセグメント３８９ａに接続されてもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａは、第２のアンテナセグメント３８９ｂから離れるように、１つ以上の方向、例えば図示のように２つの方向に延びてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂの第２の端部は、回転コネクタ３８４内に延びてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂの第２の端部は、第２の導波管セグメント３９１内に延びてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂの第２の端部は、回転軸Ａ１と横軸Ａ３との交点に位置してもよい。したがって、アンテナ３８９は、図示のように「Ｔ」形状を有することができる。

【0104】

いくつかの実施形態では、アンテナ３８９は、第１の導波管セグメント３８１にのみ固定されてもよい。アンテナ３８９は、第１のアンテナセグメント３８１ａを介して第１の導波管セグメント３８９に固定されてもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａの第１の端部は、第１の導波管セグメント３８１の第１の壁に接続されてもよい。第１のアンテナセグメント３８９ａの第２の端部は、第１の導波管セグメント３８１の第２の壁に接続されてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂは、第１のアンテナセグメント３８９ａにのみ結合されてもよい。

【0105】

いくつかの実施形態では、第１のアンテナセグメント３８９ａ及び／又は第２のアンテナセグメント３８９ｂは、他の位置及び／又は向きにあってもよい。例えば、第１のアンテナセグメント３８９ａが第２の導波管セグメント３９１内に位置し、第２のアンテナセグメント３８９ｂが第１の導波管セグメント３８１内に延在してその中で終端するように、アンテナ３８９の向きを反転させてもよい。更なる例として、軸Ａ２は、図中に配向されるように垂直に上又は下のいずれかに、導波管チャネルの幾何学的中心からオフセットされてもよい。第２のアンテナセグメント３８９ｂの下端は、横軸Ａ３よりも遠くまで延びていてもよいし、横軸Ａ３まで延びていなくてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナセグメント３８９ａ及び／又は３８９ｂは、線形、非線形、湾曲、他の輪郭、又はそれらの組み合わせであってもよい。

【0106】

関節運動可能な導波管２１４は、マイクロ波発生器２２８によって生成されたマイクロ波エネルギー又は信号を受信し、それを通して案内することができる。エネルギーは、第１の導波管セグメント３８１内に受け入れられてその中を通り、アンテナ３８９を介して第２の導波管セグメント３９１に伝送され得る。したがって、アンテナ３８９は、第１の導波管セグメント３８９ａから、回転コネクタ３８４などの回転可能なジョイント３０１を通って第２の導波管セグメント３８９ｂに至るエネルギーの送信機として機能し得る。第１の導波管セグメント３８１は入口として機能してもよい。第２の導波管セグメント３９１は出口として機能してもよい。したがって、アンテナ３８９は、エネルギーを受信及び送信することができる。アンテナ３８９は、第１及び第２の導波管セグメント３８１、３９１をブリッジ又は接続する。第１のアンテナセグメント３８９ａは電磁波を吸収してもよい。次いで、電磁波は、第２のアンテナセグメント３８９ｂを通って伝わるか又は進んでもよい。次いで、第２の導波管セグメント３９１は、エネルギーを通過させることができる。関節運動可能な導波管２１４は、回転角度に対応する二方向にエネルギーを放出することができるため、双方向性である。本明細書に記載の関節運動可能な導波管２１４は、その中を通るエネルギーの分極を維持することができる。

【0107】

関節運動可能な導波管２１４によって伝送されているエネルギーは、１つ以上のセンサによってリアルタイムで測定することができる。１つ以上のセンサは、関節運動可能な導波管２１４に取り付けられてもよい。導波管セグメント３８１、３９１に、１つ以上のセンサが取り付けられてもよい。マイクロ波発生器２２８から放出されているエネルギーを測定することができる。アプリケータ２１２を通って岩石２４０に伝達されるエネルギーを測定することができる。関節運動可能な導波管２１４内の両方向でエネルギーを測定することができ、例えば入口エネルギー及び出口エネルギーを測定することができる。送信電力及び／又は反射電力も測定することができる。周囲環境に入る電力を測定してもよい。エネルギー及び／又は電力を追跡及び／又は測定することにより、ユーザは、どのような電力及び／又はエネルギーが実際に岩石及び／又は材料に印加されているかを把握することができる。更に、エネルギー透過測定値及び反射測定値を使用して、温度を判定することができる。これは、岩石の電磁特性が温度と共に変化し得るため、有益であり得る。そのような測定値は、１つ以上のジョイント３０１が使用中にどれだけ損失性であり得るかを示すことができる。
マイクロ波エネルギーアプリケータ

【0108】

図８～図９に示すように、アプリケータ２１２は、遠位方向に減少する断面積を有することができる。アプリケータ２１２は、近位端４１３及び遠位端４１２を含むことができる。近位端４１３は、本体４１１（例えば、角錐体）を通って遠位端４１２まで先細になった矩形断面を有することができる。プレート６１１が遠位端４１２に固定されていてもよい。センサ３３２は、アプリケータ２１２の両側に取り付けられたフランジ６３１に取り付けることができる。別のセンサ５３４を、導波管２１４の遠位端又はアプリケータ２１２に取り付けることができる。センサ５３４は、上述のセンサのいずれか（例えば、マイクロフォン、ＥＭＦセンサ、温度センサ、距離センサ、カメラなど）の監視センサであってもよい。

【0109】

プレート６１１は、矩形のプレートであってもよい。プレート６１１は開口部６１２を含むことができる。開口部６１２は、矩形の形状を有してもよい。開口部６１２は、高さｈ及び幅ｗを含むことができる。プレート６１１は、後方に曲げられたフランジ６１３（例えば、４つの側面の各々に１つ）によって囲まれてもよい。

【0110】

図１０Ａは、アプリケータ２１２と同様のアプリケータ２１２ａの別の実施形態を示す。アプリケータ２１２又は２１２ａなどの本明細書に記載のアプリケータのいずれかは、その各々の全内容が、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する、２０２１年２月２２日に出願された「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＥＮＥＲＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＯＲ」と題する米国仮特許出願第６３／１５２，２５３号、及び「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＥＮＥＲＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＯＲ」と題する米国特許出願第
号（代理人整理番号：ＯＦＦＷ．００８Ａ）に記載の様々なアプリケータのいずれかの特徴を有してもよい。アプリケータ２１２ａは、関節運動可能な導波管２１４の残りの部分から隔てて導波管セグメント３１５に取り付けられてもよい。導波管セグメント３１５は、矩形又は他の形状の断面を有することができる。したがって、導波管セグメント３１５によって画定される内部チャネルは、矩形であってもよい。導波管セグメント３１５は、ロボットアームの端部に配置されてもよく、アプリケータ２１２ａの第２のフランジ６３７に取り付けられた第１のフランジ６３６を有してもよい。複数の導波管セグメント３１５のうちの１つ以上は、導波管セグメント３１５を互いに及び／又はマイクロ波発生器に取り付けるためにフランジ又は同様の取り付け具を有する関節運動可能な導波管２１４に含まれてもよい。

【0111】

導波管セグメント３１５は、その近位端に導波管入口６２０を、その遠位端に導波管出口６２１を含むことができる。本明細書で使用される「近位」及び「遠位」は、それらの通常の慣習的な意味を有し、複数の導波管セグメント３１５に沿ったマイクロ波発生器に向かう方向及びマイクロ波発生器から離れる方向をそれぞれ含むが、これらに限定されない。導波管セグメント３１５は、矩形、円形、楕円形、多角形などを含むがこれらに限定されない異なる断面プロファイルを有することができる。マイクロ波は、導波管入口６２０で導波管セグメント３１５に入り、導波管セグメント３１５を通って進み、導波管出口６２１で導波管セグメント３１５を出て、アプリケータ２１２ａの中へ、又はアプリケータ２１２ａに向かって進むことができる。

【0112】

マイクロ波エネルギーアプリケータ２１２ａは、アプリケータ入口６１４の近位端４１３から遠位端４１２のアプリケータ出口６１２まで延在するチャネル６５０を画定する本体４１１を含むことができる。チャネル６５０は、ロボットアームを形成する導波管セグメント３１５の導波管チャネルと電磁的に連通してもよい。導波管チャネル内の空間は、チャネル６５０内の空間と連続していてもよい。いくつかの実施形態では、導波管チャネルは、アプリケータ２１２ａのインサートと連通してもよい。アプリケータ入口６１４及びアプリケータ出口６１２は、矩形、円形、楕円形、及び多角形を含むがこれらに限定されない同じ又は異なる断面プロファイルを有することができる。アプリケータ入口６１４は、アプリケータ出口６１２よりも大きい断面積を有することができる。チャネル６５０の断面積は、アプリケータ入口６１４からアプリケータ出口６１２まで狭まっていてもよい。

【0113】

アプリケータ入口６１４及び導波管出口６２１は、同じ又は同様の断面積を有することができる。アプリケータ入口６１４及び導波管出口６２１は、アプリケータ２１２ａが導波管セグメント３１５に接続され得るように位置合わせされてもよい。滑らかな側壁内面を有する連続チャネルが、導波管入口６２０とアプリケータ出口６１２との間に形成されてもよい。

【0114】

いくつかの実施形態では、アプリケータ入口６１４からアプリケータ出口６１２までのチャネル６５０の断面積は、狭まっていてもよい。このような狭小化により、例えば、末端の導波管セグメント３１５に向かう近位方向へのマイクロ波エネルギーの反射が最小限に抑えられる。いくつかの実施形態では、アプリケータ入口６１４からアプリケータ出口６１２へのチャネル６５０の狭小化の角度は、送信されたマイクロ波ビームの異なるレベルのコリメーションを可能にする狭小化の角度を含むことができる。

【0115】

アプリケータ出口６１２は、マイクロ波ビームを伝送することができるビーム窓を形成することができる。導波管セグメント３１５から狭いビーム窓を介して受信されるマイクロ波エネルギーの伝送は、導波管チャネル内のエネルギーに対して最大で２、３、４、５、６、７、８、９、１０倍以上の受信エネルギーの高密度化を可能にし得る。いくつかの実施形態では、ビーム窓の寸法は、送信されるマイクロ波ビームの異なるレベルのコリメーションを可能にする寸法を含むことができる。

【0116】

アプリケータ２１２ａは、フランジを有する遠位端４１２を有することができる。フランジは、ビーム窓の周囲の周りに延びることができる。フランジは、半径方向外側に延在してもよい。フランジの断面積は、導波管３１５及び／又は導波管チャネルの断面積より小さくてもよい。フランジは、アプリケータ２１２ａの外側のエネルギー漏れを低減するためのシールドとして作用することができ、総エネルギー伝達を増加させることができる。

【0117】

図１０Ｂは、アプリケータ２１２と同様のアプリケータ２１２ｂの別の実施形態を示す。アプリケータ２１２ｂは、チャネル６５０内に少なくとも部分的に嵌合することができるインサート６５１を追加したアプリケータ２１２のようであってもよい。インサート６５１の端部の表面が、ビーム窓に配置されてもよい。表面は平面であってもよい。表面は、窓６１２及び／又は遠位端４１２のフランジと同一平面上にあってもよい。いくつかの実施形態では、インサート６５１は、アプリケータチャネル６５０内に嵌合して、チャネル側壁とインサート６５１との間に空間又は隙間を有さなくてもよい。いくつかの実施形態では、インサート６５１は、チャネル６５０の全体積を満たすことができる。

【0118】

インサート６５１は、マイクロ波透過性材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、インサート６５１は、異なる誘電率値を有するマイクロ波透過性材料を含むことができる。インサート６５１の材料の誘電率値は、１～１５ファラド／ｍを含むことができるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、インサートは、空気の誘電率値（１ファラド／ｍ）と硬質岩の誘電率値（１５ファラド／ｍ）との間の誘電率値を有する材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、インサート６５１の材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、インサートの材料は、高いマイクロ波透過性を有する材料の組み合わせを含むことができる。インサート６５１は、矩形、円形、楕円形、及び多角形を含むがこれらに限定されない異なる断面プロファイルを有することができる。いくつかの実施形態では、インサート６５１は、構造がピラミッド状であってもよい。インサート６５１の断面積は、アプリケータ入口からアプリケータ出口へと出口に向かって遠位方向に増加し、その後減少してもよい。いくつかの実施形態では、インサート６５１は、２つのｎピラミッド状端部を画定してもよい。

【0119】

図１０Ｃは、図１のシステムと共に使用することができるマイクロ波エネルギーアプリケータ２１２ｃの別の実施形態を示す。本明細書で説明するように、アプリケータ２１２ｃは、導波管セグメント３１５に接続することができる。マイクロ波は、導波管入口で導波管セグメント３１５に入り、導波管セグメントを通って進み、導波管出口で導波管セグメントを出て、アプリケータ２１２ｃの中へ、又はアプリケータ２１２ｃに向かって進むことができる。

【0120】

アプリケータ入口６３２及び導波管出口が、同じ又は同様の断面積を有してもよい。アプリケータ入口６３２及び導波管出口は、アプリケータ２１２ｃが導波管セグメント３１５に接続され得るように位置合わせされてもよい。滑らかな側壁内面を有する連続チャネルが、導波管入口とアプリケータ出口６３３との間に形成されてもよい。

【0121】

マイクロ波エネルギーアプリケータ２１２ｃは、アプリケータ入口６３２からアプリケータ出口６３３まで延在するチャネル６５０を画定する本体６３４を含むことができる。チャネル６５０は、ロボットアーム２１４を形成する導波管セグメント３１５の導波管チャネルと電磁的に連通してもよい。導波管チャネル内の空間は、チャネル６５０内の空間と連続していてもよい。アプリケータ入口６３２及びアプリケータ出口６３３は、矩形、円形、楕円形、及び多角形を含むがこれらに限定されない同じ又は異なる断面プロファイルを有することができる。アプリケータ入口６３２は、アプリケータ出口６３３よりも大きい断面積を有することができる。チャネル６５０の断面積は、アプリケータ入口６３２からアプリケータ出口６３３まで狭まっていてもよい。

【0122】

アプリケータ２１２ｃは、チャネル６５０内に配置された、チャネル６５０の１つ以上の内壁に当接する１つ以上の隆起部６３８を含むことができる。いくつかの実施形態では、隆起部６３８は、アプリケータチャネル６５０内に突出してもよい。いくつかの実施形態では、アプリケータ入口６３２からアプリケータ出口６３３までの隆起部６３８の厚さを変えることにより、チャネル６５０を狭くすることができる。このような狭小化により、例えば、末端の導波管セグメント３１５に向かう近位方向へのマイクロ波エネルギーの反射が最小限に抑えられる。いくつかの実施形態では、アプリケータ入口６３２からアプリケータ出口６３３へのチャネル６５０の狭小化の角度は、送信されたマイクロ波ビームの異なるレベルのコリメーションを可能にする狭小化の角度を含むことができる。
収納可能モジュール

【0123】

図１１Ａは、発生器モジュール２６０を示す。発生器モジュール２６０は、プラットフォーム２６２に取り付けられた構成要素を含むことができる。プラットフォーム２６２は、折り畳み可能、格納可能又は取り外し可能な脚部７６２を含むことができる。マイクロ波発生器２２８は、油圧アクチュエータ７３６によって制御される折り畳み式フレーム７３５に取り付けることができる。折り畳み式フレーム７３５及びマイクロ波発生器２２８は、軸を中心に回転させて図１１Ｂに示すコンパクトな構成とすることができる。冷却モジュール２２４は、油圧アクチュエータ７２６によって制御される折り畳み式フレーム７２５に取り付けることができる。折り畳み式フレーム７２５及び冷却モジュール２２４は、軸を中心に回転させて図１１Ｂに示すコンパクトな構成とすることができる。制御室２２９は、ファラデーケージなどの保護バリア７２７によって囲まれていてもよい。プラットフォーム２６２は、分解された発生器モジュール２６０を輸送するための１つ以上の持ち上げブラケット８６１を含むことができる。発生器モジュール２６０及び／又はアプリケータモジュール２５０は、１つ以上の緊急停止スイッチを含むことができる。緊急停止スイッチは、例えば、マイクロ波発生器２２８、冷却モジュール２２４、関節運動可能な導波管２１４又は他の場所に含めることができる。システム２００の制御システムは、（例えば、地上位置でアクセス可能な）遠隔停止装置を含むことができる。発生器２２８が取り付けられるプラットフォーム２６２（及び／又はプラットフォーム２５２）は、プラットフォーム及び／又はその上の構成要素を水平にするためのロールセンサ及びピッチセンサを含むことができる。発生器及び冷却モジュールの折り畳み式フレームは、一方が道をあける前に他方が動いてしまわないようにするリミットスイッチを含んでもよい。発生器モジュール２６０は、ユーザインターフェース及び／又はアプリケータモジュール２５０のビデオの表示のためのプラグを含むことができる。

【0124】

システム１００のセットアップは、発生器モジュール２６０及びアプリケータモジュール２５０の岩石面２４０への輸送を含むことができる。脚部７６２は、モジュール２６０を安定させるために所定の位置に移動させることができる。冷却モジュール２２４及び／又はマイクロ波発生器２２８は、動作位置へと展開／移動させることができる。（例えば、電気的な）動力源を発生器モジュール２６０に接続することができる。導波管２８０の一端を、マイクロ波発生器に取り付けてもよい。導波管の第２の端部をアプリケータモジュール２５０の関節運動可能な導波管２１４に取り付けてもよい。発生器モジュール２６０を収納するために、動作を逆戻りさせてもよい。
ロボットアーム導波管を有する可動システム

【0125】

図１２Ａ～図１２Ｂは、マイクロ波前処理システム１１００の一例を示す。システム１１００は、システム１００において上述した構成要素を含むことができる。システム１１００は、マイクロ波を岩壁１１４０に送達するためのアプリケータモジュール１１５０を含むことができる。アプリケータモジュール１１５０は、アプリケータ１１１２、関節運動可能な導波管１１１４、冷却モジュール１１２０、マイクロ波発生器１１１８、導波管及び／もしくはチューナ、並びに／又はモビリティプラットフォーム１１５２を含むことができる。アプリケータ１１１２は、関節運動可能な導波管１１１４の遠位端に接続されてもよい。関節運動可能な導波管１１１４は、ロボット制御システムに取り付けられてもよい。関節運動可能な導波管１１１４の近位端は、導波管１１１９と結合されてもよい。関節運動可能な導波管１１１４及びロボット制御システムは、モビリティプラットフォーム１１５２に取り付けられてもよい。モビリティプラットフォーム１１５２は、トラック、車輪、又は他の移動機構を含むことができる。

【0126】

システム１１００は、発生器モジュール１１７０を含むことができる。発生器モジュール１１７０は、フィルタバンク、変圧器１１２８、及び／又はモビリティプラットフォーム１１７２を含むことができる。発生器モジュール１１７０は、１つ以上の電力ケーブルによってアプリケータモジュール１１５０と接続されてもよい。リンク機構１１５１が、アプリケータモジュール１１５０と発生器モジュール１１７０とを解放可能に互いに結合することができる。アプリケータモジュール１１５０及び発生器モジュール１１７０は、共同で動作可能又は独立して動作可能であってもよい。

【0127】

システム１１００は、電力モジュール１１６０を含むことができる。電力モジュール１１６０は、電源（例えば、バッテリ）１１６４を含むことができる。電力モジュール１１６０は、モビリティプラットフォーム１１６２を含むことができる。電力モジュール１１６０は、１つ以上の電力ケーブルによって発生器モジュール１１７０と接続されてもよい。リンク機構１１６５が、発生器モジュール１１７０と電力モジュール１１６０とを解放可能に互いに結合することができる。電力モジュール１１６０は、アプリケータモジュール１１５０及び発生器モジュール１１７０と共同で動作可能であってもよく、又はこれらから独立して動作可能であってもよい。

【0128】

図１３Ａ～図１３Ｂは、導波管１２１９及びチューナを介してアイソレータ１２１８に接続されたアプリケータ１２１２を有する関節運動可能な導波管１２１４を含むアプリケータモジュール１２５０の別の例を示す。モジュール１２５０の構成要素は、モビリティプラットフォーム１２６２に取り付けられている。アプリケータモジュール１２５０は、システム１００の他の構成要素を含むことができる。

【0129】

図１４Ａ～図１４Ｂは、導波管１３１９を介して固体マイクロ波発生器１３１８に接続されたアプリケータ１３１２を有する関節運動可能な導波管１３１４を含むアプリケータモジュール１３５０の別の例を示す。モジュール１３５０の構成要素は、モビリティプラットフォーム１３６２に取り付けられている。アプリケータモジュール１３５０は、システム１００の他の構成要素を含むことができる。

【0130】

図１５Ａ～図１５Ｂは、クライストロンマイクロ波発生器１４１８に接続されたアプリケータ１４１２を有する関節運動可能な導波管１４１４を含むアプリケータモジュール１４５０の別の例を示す。アプリケータ１４１２は、皿アンテナ又は他のフォームファクタであってもよく、反応性近接場アプリケータよりも遠くのスタンドオフ距離でエネルギーを投射して、集束ホットスポットを形成することができる。モジュール１４５０の構成要素は、モビリティプラットフォーム１４６２に取り付けられている。アプリケータモジュール１４５０は、システム１００の他の構成要素を含むことができる。
マイクロ波前処理方法

【0131】

図１６は、マイクロ波を使用して岩石面を掘削する方法を示す図である。ステップ１５０２において、本方法は、マイクロ波源からマイクロ波を生成することを含むことができる。マイクロ波源は、マグネトロン、固体マイクロ波発生器、又はクライストロンなど、上述した源のいずれかであってもよい。マイクロ波は、インピーダンスチューナで同調されてもよい。

【0132】

ステップ１５０４において、生成されたマイクロ波は、導波管を備え、アプリケータを支持する関節運動可能なロボットアームへと導波管に沿って案内されてもよい。ステップ１５０６において、関節運動可能なロボットアームは、岩石面に対してアプリケータを位置決めすることができる。関節運動可能なロボットアームは、アプリケータの範囲（例えば、ｘ、ｙ、及びＺ方向）並びに／又は向き内で調整可能であってもよい。ステップ１５０８において、アプリケータは、生成されたマイクロ波を岩石面に向けて導くことができる。

【0133】

図１７は、マイクロ波を使用して岩石面を掘削する方法を示す図である。ステップ１６０２において、本方法は、岩石面を検出することを含むことができる。岩石面を検出することは、１つ以上のセンサ（例えば、距離又は位置センサ）を使用して岩石面の位置を特定することを含むことができる。岩石面を検出することは、（例えば、マシンビジョンを使用して）岩石面の輪郭をマッピングすることを含むことができる。

【0134】

ステップ１６０４において、関節運動可能なロボットアームは、アプリケータを岩石面に対して位置決めすることができる。位置決めは、岩石面の位置に基づいて自律的であってもよい。位置決めは、アプリケータをある範囲内に配置すること、及び／又はアプリケータの角度を配向することを含むことができる。位置決めは、岩石面におけるマイクロ波ビームの焦点を制御するために、アプリケータを岩石面からある距離だけ離間させることを含むことができる。

【0135】

ステップ１６０６において、本方法は、マイクロ波源からマイクロ波を生成することを含むことができる。マイクロ波源は、マグネトロン、固体マイクロ波発生器、又はクライストロンなど、上述した源のいずれかであってもよい。マイクロ波は、インピーダンスチューナで同調されてもよい。同調は、（例えば、鉱物の種類又は密度に基づいて）岩壁のインピーダンスを整合させることに基づいてもよい。

【0136】

ステップ１６０８において、生成されたマイクロ波は、関節運動可能なロボットアームの導波管に沿ってアプリケータへと案内されてもよい。ステップ１６１０において、マイクロ波は、集束されて岩石面に向けられてもよい。アプリケータは、設定距離でアプリケータから離間されてもよい。距離は、マイクロ波を所望のビームサイズに集束させる。距離は、１つ以上の距離センサからのデータを使用して維持又は設定することができる。

【0137】

ステップ１６１２において、関節運動可能なロボットアームは、アプリケータを岩石面に対して移動させることができる。アプリケータは、マイクロ波がアプリケータを出るときに関節運動可能なアームによって岩石面に沿って移動されてもよい。アプリケータは、関節運動可能なロボットアームによって特定の速度で岩石面に沿って移動されてもよい。速度は、所望の量のエネルギー又は熱を岩石面に送達するように選択されてもよい。送達されるエネルギーは、熱膨張による岩石面の破壊を引き起こすのに十分であってもよい。アプリケータは、関節運動可能なロボットアームによって、岩石面に沿った特定の方向に岩石面に沿って移動されてもよい。方向は、岩壁の輪郭（例えば、幾何学的形状）に基づいて選択することができる。方向は、岩壁の１つ以上の領域を前処理するために生成された適用パターンに基づいてもよい。アプリケータの向きは、岩壁の輪郭（例えば、幾何学的形状）に基づいて選択されてもよい。適用の動き（例えば、方向又は速度）は、マイクロ波のエネルギー量を岩壁に送達することに基づいてもよい。

【0138】

ステップ１６１４において、本方法は、採掘パラメータを検出することを含むことができる。採掘パラメータは、システムのセンサのうちの１つ以上を使用して検出及び／又は測定することができる。センサは、目に見える亀裂、岩石温度、送達される総エネルギー、時間、又は他のパラメータを検出することができる。採掘パラメータは、発生器によって生成されたマイクロ波エネルギーの量、アプリケータを出るマイクロ波エネルギーの量、１つ以上の導波管セグメントの１つ以上のジョイントにおけるマイクロ波エネルギーの量、岩石面内の岩石の種類、岩石面の温度、又は岩石面の劣化を含むことができる。

【0139】

ステップ１６１６において、本方法は、採掘パラメータに基づいてアプリケータの位置、動き、向き、速度、又は他のパラメータを調整することを含んでもよい。いくつかの例では、システムは、アプリケータの焦点を調整するか、アプリケータの走査速度を加速又は減速させるか、アプリケータを異なる場所又は位置に向け直すか、あるいは他の調整を行うことができる。

【0140】

ステップ１６１８において、方法は、採掘パラメータに基づいてマイクロ波発生器の電力出力を調整することを含んでもよい。システムは、採掘パラメータに基づいて、マイクロ波発生器からより多くの又はより少ないマイクロ波電力を提供することができる。関節運動可能なロボットアーム上のアプリケータの動きは、マイクロ波のエネルギー量に基づいて調整することができる。

【0141】

図１８は、マイクロ波前処理システムを組み立てる方法を示す。ステップ１７０２において、マイクロ波発生器を設けることができる。マイクロ波発生器は、本明細書に記載のシステム（例えば、システム１００、１０１、１０２、２００、１１００）のいずれかなどのマイクロ波前処理システムの一部とすることができる。マイクロ波発生器は、電源と接続されてもよい。ステップ１７０４において、剛性導波管セグメント（例えば、導波管２８０）の第１の端部をマイクロ波発生器の出力に接続することができる。ステップ１７０６において、剛性導波管セグメントの第２の端部を第１のジョイント（例えば、ジョイント３０１）に接続することができる。第１のジョイントは、回転可能な導波管ジョイントであってもよい。ステップ１７０８において、第２の導波管セグメント（例えば、導波管セグメント３１１）を第１のジョイントに接続することができる。したがって、第２の導波管セグメントは、ジョイントを中心として第１の導波管セグメント及びマイクロ波発生器に対して関節運動可能であり得る。遠位端を有する関節運動可能な導波管を形成するために、任意の数の追加のジョイント及び／又は導波管セグメントを第１及び第２の導波管セグメント並びに第１のジョイントに取り付けてもよい（あるいは取り付けなくてもよい）。関節運動可能な導波管は、ロボット制御システム（例えば、システム２３０）を介してロボット制御することができる。ステップ１７１０において、アプリケータを関節運動可能な導波管の遠位端に接続することができる。アプリケータ（例えば、アプリケータ２１２）は、関節運動可能な導波管及びロボット制御システムを使用して移動可能であり、マイクロ波発生器で生成されたマイクロ波を送達することができる。
湾曲アプリケータ付き可動ユニット

【0142】

図１９～図２０は、可動マイクロ波アプリケータモジュール又はユニット１９００を含むマイクロ波前処理システムの別の例を示す。ユニット１９００は、アプリケータユニット１５０、１１５０に上述した構成要素を含むことができる。アプリケータユニット１９５０は、アプリケータ１９１２、関節運動可能な導波管１９１４、及び／又はモビリティプラットフォーム１９５２を含むことができる。アプリケータユニット１９００のロボット制御を提供するために、ロボット制御システムが含まれてもよい。

【0143】

アプリケータ１９１２は、スロットアンテナであってもよい。アプリケータ１９１２は、アプリケータ導波管を含むか、又はアプリケータ導波管であり得る。アプリケータ導波管は、矩形断面を有することができる。アプリケータ導波管は、近位端と遠位端との間に１つ以上の曲線を含むことができる。アプリケータ１９１２は、アプリケータ導波管を形成する単一又は複数の導波管セグメントを含むことができる。アプリケータ１９１２は、遠位方向に離れるように下方に延び、次いで近位方向に下方に延びるアプリケータ導波管を含むことができる。遠位端は、モビリティプラットフォーム１９５２に向かって後方に延びるように湾曲していてもよい。遠位端は閉じていてもよい。アプリケータ１９１２は、アプリケータ導波管内に複数のスロット１９１２ａを含むことができる。スロット１９１２ａは、近位端と遠位端との間のアプリケータ導波管に沿って間隔を置いて配置されてもよい。スロット１９１２ａは、アプリケータ導波管の一方の壁を通る矩形の隙間であってもよい。スロット１９１２ａは、エネルギーを印加するための岩石又は他の構造に面するように、導波管アプリケータの遠位壁に配置されてもよい。アプリケータ１９１２の近位端は、関節運動可能な導波管１９１４の遠位端に取り付けられてもよい。

【0144】

関節運動可能な導波管１９１４は、例えば図４Ａ～図６又は図１２Ａ～図１５Ｂに関して本明細書で説明するように、対応するジョイントによって互いに移動可能に結合された複数の直線導波管セグメントを含むことができる。複数の直線導波管セグメントは、矩形断面を有することができる。関節運動可能な導波管１９１４は、第１の導波管セグメント１９３１、第２の導波管セグメント１９３２、第３の導波管セグメント１９３３、第４の導波管セグメント１９３４、第５の導波管セグメント１９３５、及び／又は第６の導波管セグメント１９３６を含むことができる。回転ジョイントは、隣接する導波管セグメントの対を接続することができる。回転ジョイントは、第１のジョイント１９４１、第２のジョイント１９４２、第３のジョイント１９４３、第４のジョイント１９４４、及び／又は第５のジョイント１９４５を含むことができる。ジョイントの全部又は一部が、例えば図７Ａ～図７Ｂに関して説明したように、ジョイント３０１に関して上述したアンテナのいずれかなどの内部アンテナを含むことができる。

【0145】

第３の導波管セグメント１９３３は、トラック１９７２に取り付けられてもよい。トラック１９７２は、関節運動可能な導波管１９１４のロボット制御を提供することができる。トラック１９７２は、モビリティプラットフォーム１９５２上の前方－後方線に沿って配向されてもよい。トラック１９７２は、ユニット１９００の両側の２つのトラック（又は車輪の対）の間に位置合わせされてもよい。第６のセグメント１９３６は、制御棒１９２２及びアクチュエータ１９２１と連結されてもよい。アクチュエータ１９２１は、第５のジョイント１９４５を中心とした回転の制御を提供することができる。ギアボックス１９７１は、第５のセグメント１９３５及び第４のジョイント１９４４と連結することができる。ギアボックス１９７１は、第４のジョイント１９４４を中心とした第５のセグメント１９３５の制御を提供することができる。関節運動可能な導波管１９１４は、６自由度を含むことができる。あるいは、より多くの又はより少ない自由度を提供するために、より多くの又はより少ない導波管セグメント及び／又はジョイントを含むことができる。

【0146】

関節運動可能な導波管１９１４は、モビリティプラットフォーム１９５２に取り付けられてもよい。モビリティプラットフォーム１９５２は、軌道システムを含むことができる。あるいは、車輪又は脚などの他の移動機構を含むことができる。

【0147】

関節運動可能な導波管１９１４の近位端（例えば、第１の導波管セグメント１９３１）は、マイクロ波発生器（図示せず）と結合されてもよい。関節運動可能な導波管１９１４は、それを通してマイクロ波をアプリケータ１９１２に導くように構成することができる。マイクロ波発生器は、システムの別個のユニット（例えば、発生器ユニット２６０）に取り付けることができる。別個のユニットは、モビリティシステム１９５２とは独立して動作するモビリティシステムを含んでもよい。関節運動可能な導波管１９１４の１つ以上の他の部分は、別個のユニットに取り付けることができる。第２のジョイント１９４２は、関節運動可能な導波管１９１４の動きを向上させるために、別個のユニットに取り付けられてもよい。

【0148】

ロボット制御システムは、ユニット１９００の動作を管理することができる。制御は、自律的であってもよく、及び／又は人間のオペレータによって遠隔制御されてもよい。ロボット制御システムは、例えばシステム１００、２００、１１００について、本明細書に記載の特徴、センサなどのいずれかを含むことができる。
特定の用語

【0149】

「上部」、「底部」、「近位」、「遠位」、「長手方向」、「横方向」、及び「端部」など、本明細書で使用される配向の用語は、図示の例の文脈で使用される。しかしながら、本開示は、図示された配向に限定されるべきではない。実際、他の配向も可能であり、本開示の範囲内である。本明細書で使用される直径又は半径などの円形に関する用語は、完全な円形構造を必要としないと理解されるべきであり、むしろ、左右から測定され得る断面領域を有する任意の適切な構造に適用されるべきである。「円形（ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、「円筒形（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」、「半円形（ｓｅｍｉ－ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、又は「半円筒形（ｓｅｍｉ－ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」などの一般的な形状に関する用語、あるいは任意の関連又は類似の用語は、円又は円筒又は他の構造の数学的定義に厳密に従う必要はないが、適度に近似した構造を包含し得る。

【0150】

「できる（ｃａｎ）」、「得る（ｃｏｕｌｄ）」、「場合がある（ｍｉｇｈｔ）」、又は「してもよい（ｍａｙ）」などの条件付き言語は、特に明記しない限り、又は使用される文脈内で他の意味で理解されない限り、一般に、特定の例が特定の特徴、要素、及び／又はステップを含むか又は含まないことを伝えることを意図している。したがって、そのような条件付き言語は、一般に、特徴、要素、及び／又はステップが１つ以上の例に何らかの形で必要とされることを含意するものではない。

【0151】

句「Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つ、」などの接続詞は、特に明記しない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ、又はＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般に使用される文脈で理解される。従って、そのような接続詞は、一般に、特定の例がＸの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ、及びＺの少なくとも１つの存在を必要とすることを意味することを意図していない。

【0152】

本明細書で使用される「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、依然として所望の機能を果たすか、又は所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、いくつかの例では、文脈が指示し得るように、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、記載された量の１０％以下の量を指し得る。本明細書で使用される「一般に」という用語は、主に特定の値、量、又は特性を含むか、あるいは特定の値、量、又は特性に向かう傾向がある値、量、又は特性を表す。一例として、特定の例では、文脈が指示し得るように、「ほぼ平行」という用語は、正確な平行から２０度以下だけ逸脱するものを指すことができる。全ての範囲は、終点を含む。

【0153】

マイクロ波前処理システムのいくつかの例示的な例が開示されている。本開示は、特定の例示的な例及び使用に関して説明されているが、本明細書に記載の特徴及び利点の全てを提供しない例及び使用を含む、他の例及び他の使用も本開示の範囲内である。構成要素、要素、特徴、動作、又はステップは、記載されたものとは異なるように配置又は実行されてもよく、構成要素、要素、特徴、動作、又はステップは、様々な例において組み合わされ、マージされ、追加され、又は省略されてもよい。本明細書に記載の要素及び構成要素の全ての可能な組み合わせ及び部分組み合わせは、本開示に含まれることが意図されている。単一の特徴又は特徴のグループは、必要でも必須でもない。

【0154】

別個の実施態様の文脈で本開示に記載されている特定の特徴は、単一の実施態様において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施態様の文脈で説明されている様々な特徴は、複数の実施態様において別々に、又は任意の適切な部分組み合わせで実施することもできる。更に、特徴は特定の組み合わせで作用するものとして上述され得るが、特許請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、場合によっては、組み合わせから削除することができ、組み合わせは、部分組み合わせ又は部分組み合わせの変形として特許請求され得る。

【0155】

本開示の一例に開示又は図示されたステップ、プロセス、構造、及び／又はデバイスのいずれかの任意の部分は、異なる例又はフローチャートに開示又は図示されたステップ、プロセス、構造、及び／又はデバイスのいずれかの他の部分と（又はその代わりに）組み合わされ、又は使用されてもよい。本明細書に記載の例は、別個であり、互いに分離していることを意図しない。開示された特徴の組み合わせ、変形、及びいくつかの実装形態は、本開示の範囲内である。

【0156】

動作は、特定の順序で図面に示され、又は本明細書に記載され得るが、そのような動作は、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序で、又は連続した順序で実行される必要はなく、又は全ての動作が実行される必要はない。図示又は説明されていない他の動作は、例示的な方法及びプロセスに組み込むことができる。例えば、記載された動作のいずれかの前、後、同時に、又は間に、１つ以上の追加の動作を実行することができる。加えて、動作は、いくつかの実施態様では並べ替えられるか又は順序を変更されてもよい。また、上記の実施態様における様々な構成要素の分離は、全ての実施態様においてそのような分離を必要とすると理解されるべきではなく、記載された構成要素及びシステムは、一般に、単一の製品に一緒に統合されるか、又は複数の製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、いくつかの実施態様は、本開示の範囲内である。

【0157】

更に、例示的な例を説明したが、同等の要素、修正、省略、及び／又は組み合わせを有する任意の例も本開示の範囲内である。更に、特定の態様、利点、及び新規な特徴が本明細書に記載されているが、必ずしもそのような利点の全てが任意の特定の例に従って達成されるとは限らない。例えば、本開示の範囲内のいくつかの例は、本明細書で教示又は示唆される他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される１つの利点又は利点の群を達成する。更に、いくつかの例は、本明細書で教示又は示唆されるものとは異なる利点を達成し得る。

【0158】

いくつかの例は、添付の図面に関連して説明されている。図面は縮尺通りに描かれ、及び／又は示されているが、このような縮尺は限定的であるべきではなく、示されているもの以外の寸法及び割合が企図され、開示された発明の範囲内である。距離、角度などは単なる例示であり、必ずしも図示された装置の実際の寸法及びレイアウトと正確な関係を有するとは限らない。構成要素は、追加、除去、及び／又は再配置することができる。更に、様々な例に関連する任意の特定の特徴、態様、方法、特性、特性、品質、属性、要素などの本明細書の開示は、本明細書に記載の他の全ての例で使用されてもよい。更に、本明細書に記載の任意の方法は、列挙されたステップを実行するのに適した任意の装置を使用して実施することができる。

【0159】

本開示を要約する目的で、本発明の特定の態様、利点及び特徴が本明細書に記載されている。本明細書に開示される発明の任意の特定の例に従って、全てではない、又は任意のそのような利点が必ずしも達成されるとは限らない。本開示のいかなる態様も、必須又は必須ではない。多くの例では、装置、システム、及び方法は、本明細書の図又は説明に示されているものとは異なるように構成されてもよい。例えば、図示されたモジュールによって提供される様々な機能は、組み合わされ、再配置され、追加され、又は削除されてもよい。いくつかの実装形態では、追加又は異なるプロセッサ又はモジュールは、図に記載の及び図示された例を参照して説明された機能の一部又は全てを実行することができる。多くの実装変形形態が可能である。本明細書で開示される特徴、構造、ステップ、又はプロセスのいずれも、任意の例に含まれ得る。

【0160】

要約すると、マイクロ波前処理システム及び関連する方法の様々な例が開示されている。本開示は、具体的に開示された例を超えて、他の代替例及び／又は例の他の使用、並びにその特定の修正及び等価物に及ぶ。更に、本開示は、開示された例の様々な特徴及び態様を互いに組み合わせてもよく、又は互いに置き換えてもよいことを明確に意図している。したがって、本開示の範囲は、上述の特定の開示された例によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【国際調査報告】