JPH0224073A - 宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 目　　　　次 概　　　要　　・　　　・　・　・　・　・　・　・　
・　・　・　　４頁産業上の利用分野　・・・・・・・
・　５頁従来の技術　・・・・・・・・・・・　６頁発
明が解決しようとする課題　・・・　７頁課題を解決す
るための手段　・・・・　８頁作　　　用　　・　・　
・　・　・　・　・　・　・　・　・　・　１０頁実　
　施　　例　　・　・　・　・　・　・　・　・　・　
・　・　１３頁発明の効果　・・　・・・・・・・・３
３頁概要 宇宙用船外活動ロボットをモジュールに分割し、これを
必要に応じて結合する宇宙用船外活動ロボットのモジュ
ール化方式に関し、 宇宙空間での作業内容に応じて最適の組合せを得ること
のできる宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式を
提供することを目的とし、宇宙用船外活動ロボットを少
なくとも、作業を行うための複数のマニピュレータと、
環境認識用センサと、自己の位置・姿勢の計測手段と、
近距離移動用の推進手段と、姿勢制御手段と、通信手段
とを具備したマニピユレーションモジュールと、遠距離
移動用の推進手段と、自己の位置・姿勢の計測手段と、
近距離移動用の推進手段と、姿勢制御手段と、通信手段
とを具備した推進モジュールとから構成し、前記マニピ
ユレーションモジュール及び推進モジュールは前後にそ
れぞれ共通の結合機構及び被結合機構を有し、マニピユ
レーションモジュール及び推進モジュールをサンドイッ
チ状に結合・分離可能に構成する。

産業上の利用分野 本発明は宇宙用船外活動ロボットをモジュールに分割し
、これを必要に応じて結合する宇宙用船外活動ロボ７）
のモジュール化方式に関する。

人類の宇宙空間への進出に伴い、宇宙船外での各種作業
が今後益々重要となってくるが、宇宙飛行士による船外
活動は、宇宙の特殊環境を考えた場合非常に危険であり
、人間が宇宙船外で活動できる作業時間や作業範囲が限
定されることを考えると作業効率も悪いという問題があ
る。そこで、宇宙空間を自由に移動して各種船外活動を
行う宇宙用船外活動ロボットの技術が要求されている。

この宇宙用船外活動ロボットに遂行させる作業項目とし
ては、アンテナ、工場、プラットホーム等の大型構造物
の組立、人工衛星等の宇宙機器の点検・修理、機器、軌
道用交換ユニッ）　（ＯＲＵ）等の交換、人工衛星、塵
等の回収、さらには燃料の補給等多岐にわたる。従って
、これらの各作業に柔軟に対応できる宇宙用船外活動ロ
ボットが要望されている。

従来の技術 現在実用化されている宇宙用船外活動ロボットは存在し
ないが、提案された従来の宇宙用船外活動ロボットは、
それに要求されるマニビニレーション機能、環境認識機
能、姿勢側！Ｏ機能、航法・誘導制御機能、通信機能、
その他の機能を全て本体に搭載した一体型で汎用性のあ
るロボソ）であった。或いは、遠距離移動用エンジンの
みを着脱型とし、必要に応じて本体に装着して使用する
という構、思が提案されているにすぎない。

発明が解決しようとする課題 このように従来の技術は、各種作業をカバーする種々の
機能を搭載した汎用ロボットを使用しているので、個々
の作業に対しては必ずしも最適な機能構成とは言えず、
作業を遂行する上で効率的でない。又、所定の作業にと
っては無駄な機能を搭載することになるので、移動等に
要する燃料エネルギー等を無駄に消費してしまうという
問題がある。また、地上から宇宙への宇宙用船外活動ロ
ボ７）の打ち上げの際、従来の一体型のものでは一括し
て打ち上げなければならず、打ち上げ可能重量の大きな
打ち上げ用ロケットを用意する必要がある。また−括打
ち上げでなく部品に分けて打ち上げた場合には、その組
立方法が単純でなく、又、統一されていないと宇宙で組
み立てるときの手間が非常にかかるという問題がある。

更に、各種機能を本体に一括搭載しているので、点検・
保守がしづらく、システム全体の信頼性を高く保つこと
が困難である等の問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、宇宙空間での作業内容に応じて
最適の組合せを得ることのできる宇宙用船外活動ロボッ
トのモジュール化方式を提供することである。

課題を解決するための手段 宇宙用船外活動ロボットを少なくとも、作業を行うため
の複数のマニピュレータと、環境認識用センサと、自己
の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段と
、姿勢制御手段と、通信手段とを具備したマニピユレー
ションモジュールと、遠距離移動用の推進手段と、自己
の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段と
、姿勢制御手段と、通信手段とを具備した推進モジュー
ルとから構成する。更に、前記マニピユレーションモジ
ュール及び推進モジュールは前後にそれぞれ結合機構及
び被結合機構を有しており、マニピユレーションモジュ
ール及び推進モジュールをサンドイッチ状に結合・分離
可能に構成する。

また望ましい態様としては、宇宙用船外活動ロボットに
想定される各種作業に特有な機能を提供するオプション
モジュールを用意し、該オプションモジュールは前後に
結合機構及び被結合機構を有し、マニピユレーションモ
ジュール、推進モジュール及びオプションモジュールを
サンドイッチ状に結合・分離可能に構成する。

更に、各モジュールの結合機構及び被結合機構を共通と
し、結合部を通じて情報・エネルギー等を相互に通信・
授受するモジュール間結合バスを共通に有せしめること
により、複数の各モジュールを任意の組合せで任意の順
番で結合可能に構成する。

作　　　用 本発明はこのように、宇宙用船外活動ロボットをマニピ
ユレーションモジュールと、推進モジュールと、オプシ
ョンモジュールとに分離し、これらの各モジュールをサ
ンドイッチ状に結合・分離できるように構成したので、
単純で信頼性の高いモジュールの結合方式を実現できる
。更に、ａｈの各モジュールを任意の組合せで任意の順
番で結合できる特徴を有しているので、宇宙用船外活動
ロボットに想定される各種作業に応じて、（１）　　マ
ニピユレーションモジュールを単独で使用する、 （２）　　マニピユレーションモジュール１個あるいは
複数個と推進モジュールを結合して使用する、（３）　
　マニピユレーションモジュールにオプションモジュー
ルを１個あるいは複数個結合して使用する、 （４）オプションモジュール１個あるいは複数個と推進
モジュールを結合して使用する、 （５）　　マニピユレーションモジュール１個あるいは
複数個と推進モジュールの間に、オプションモジュール
を１個あるいは複数個挿入結合して使用する、 （６）　　マニピユレーションモジュールにオプション
モジュールを複数個結合した組合せに推進モジュールを
結合して使用する、 （７）上記（１）〜（６）の結合にリモート・マニピュ
レータ・システムを結合して使用する、 等の結合方法の中から作業の内容に応じたオプションモ
ジュールを使用して、最適な構成をとることが可能であ
る特徴を有している。

この特徴によって、各種作業に合わせた専用ロボットを
個々に用意する必要がなく、また各種作業をカバーする
種々の機能を搭載した汎用ロボットを用意する方法に較
べて各種作業に最適な構成をとることが可能で、各種作
業を効率的に遂行でき、必要最小限の機能のみを宇宙用
船外活動ロボットに搭載できるので、移動等に要する燃
料エネルギー等を最小限に抑えることができる。

また、地上から宇宙への宇宙用船外活動ロボットの打ち
上げの際、分割して個々に打ち上げて宇宙空間で再構成
可能であることにより、従来の一体型のロボットに較べ
、１回の打ち上げ重量の節減ができ、打ち上げ可能重最
の大きな打ち上げロケットを用意する必要がない。さら
に、各モジュールの形状を多角柱（円柱も含む）形状と
すると、ロケットやスペースシャトル等で運搬容易であ
り、さらに結合機構及び被結合機構を中心軸方向前後に
設けると複数のモジュールを結合した状態でも依然とし
て多角柱（円柱台）形状を保つので運搬容易で且つ荷物
室の容積効率も高くなる。

さらに、各モジュールの結合機構及び被結合機構が統一
されているので、打ち上げ後の宇宙での組立は一定の方
法による二とができ、自動化も容易である。又、該結合
機構及び被結合機構を利用して、積層して格納すること
により、各モジュールそれぞれに対して格納機構を用意
する必要がなく、コンパクトな格納を実現でき、又、新
しいモジュールの打ち上げ後の格納に関しても柔軟に対
処できる。さらに、各種機能に合わせてモジュール分割
するのでシステム全体の信頼性を高く保つことができる
とともに、各モジュール個々に点検・保守できるので、
点検・保守が容易である。

実　　施　　例 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はモジュール分離状態の本発明実施例の斜視図で
ある。同図において、１０はマニピユレーションモジュ
ールであり、八角柱形状の第１本体１１に同じく八角柱
形状の第２本体１２が積層されており、第１本体１１と
第２本体１２は中心軸回りに互いに回転可能である。第
２本体１２には例えば全長約４ｍの７自由度マニピュレ
ータ１３が２本取り付けられており、第１本体１１には
例えば全長約４ｍの４自由度マニピュレータ１４が２本
取り付けられている。７自由度マニピュレータ１３及び
４自由度マニピュレータ１４の先端にはそれぞれエンド
エフェクタ（ハンド）１５゜１６が取り付けられている
。さらに７自由度マニピュレータ１３の先端部近傍には
手首立体カメラ１７が取り付けられている。

１８は交換用エンドエフェクタ収納箱であり、第２本体
１２の両側に２個設けられている。１９は照明付き立体
視覚センサであり、センサ用６自由度マニピュレータ２
０を介して第２本体１２に取り付けられている。第１本
体１１には無線通信用アンテナ２１が２個設けられてお
り、この無線通信用アンテナ２１にはＧＰＳ　（グロー
バル・ポジショニング・システム）用アンテナ２２が取
り付けられている。２３は位置・姿勢センサである。

２４は短距離移動用及び姿勢制御用の推進装置であり、
第１本体１１の周囲に複数個設けられている。これらの
推進装置２４はその噴射口の角度が互いに異なっており
、複数の推進装置２４のうちのいくつかを選択的に作動
させることにより、マニピユレーションモジュール１０
の姿勢制御を達成したり、又は短距離移動を行うように
している。

２５は軌道交換ユニット　（○ＲＵ）であり、例えば人
工衛星の交換部品、燃料、宇宙構造物組立用部材等が含
まれる。

マニピユレーションモジュール１０の前面中央には、各
モジュールを結合するための結合機構２６が中心軸方向
に突出するように設けられている。

また、マニピユレーションモジュール１０の背面中央に
は他のモジュールの結合機構により結合される被結合機
構が設けられている。２７は後述するＲＭＳ　（リモー
ト・マニピュレータ・システム）用の被結合機構である
。

３０は推進モジュールであり、マニピユレーションモジ
ュール１０と同様な八角柱形状の本体３０°を有してい
る。３１は無線通信用アンテナであり、３２はＧＰＳ用
アンテナである。３３は照明付き立体視覚センサである
。３４は位置・姿勢センサである。３５は短距離移動用
及び姿勢制御用の推進装置であり、推進モジュール３０
の側面に複数個設けられている。各々の推進装置３５の
噴射口は互いに角度をずらして取り付けられており、い
くつかの推進装置３５を選択的に作動することにより推
進モジュール３０の姿勢制御を達成する。

３６は太陽電池パドルであり、折り畳み可能に推進モジ
ュール３０の側面に取り付けられている。

また、推進モジュール３０はレーダ装置３７を有してお
り、その前面中央には各モジュールを互いに結合するた
めの結合機構３８が中心軸方向に突出して設けられてい
る。推進モジュール３０の背面には他のモジュールの結
合機構により結合される被結合機構が設けられていると
ともに、遠距離移動用の推進エンジンが設けられている
。３９はＲＭＳ用の被結合機構である。

４０はオプションモジュールの一種である○ＲＵ（軌道
交換ユニット）搭載モジュールであり、上述したマニピ
ユレーションモジュール１０及び推進モジュール３０と
同様な八角柱形状をした本体４１を有している。ＯＲＵ
搭載モジュール４０の側面には交換用の０ＲＵ４２が搭
載されている。

ＯＲＵ搭載モジュール４０の前面中央には他のモジュー
ルを結合するための結合機構４３が突出して設けられて
いるとともに、その側面にはＲＭＳ用被用台結合機構４
４けられている。上述した結合機構２６，３８．４３は
全く同一構成をしており、ＲＭＳ用被用台結合機構２７
９．４４も全く同一構成である。

４５はＲＭＳ　（リモート・マニピュレータ・システム
）であり、その基端部を宇宙基地等の構造体に取り付け
られており、その先端部には上述した各モジュールの結
合機構と同一構成の結合機構４６が設けられている。Ｒ
ＭＳ　４５の結合機構４６を上述した各モジュールの側
面に設けられたＲＭＳ用被用台結合機構２７９．４４に
結合するか、あるいは各モジュールの背面に設けられた
図示しない被結合機構に結合して、ＲＭＳ　４５で各モ
ジコールを結合・分離したりすることができる。

本実施例の宇宙用船外活動ロボットは、このようにマニ
ピユレーションモジュール１０と、推進モジュール３０
と、ＯＲＵ搭載モジュール４０とに分割されており、こ
れらの各モジュールを中心軸方向にサンドイッチ状に結
合することにより、一体的に組み立てられる。

次に第２図〜第４図を参照してオプションモジュールの
例について説明する。第２図はＯＲＵ搭載モジュールの
斜視図であり、第１図に示したＯＲＵ搭載モジュール４
０と同一構成であるので、その説明は省略する。第３図
はカーゴモジュールの斜視図であり、カーゴモジュール
４゛７は細長イへ角柱形状の本体４８に蓋４９が取り付
けられて構成されている。またその前面中央には結合機
、構５０が中心軸方向に突出して設けられている。第４
図は宇宙飛行士搭乗用モジュール５２の斜視図を示して
おり、八角柱形状の本体５３の側面に宇宙飛行士が搭乗
するコックピット５４が設けられている。５５は短距離
移動用及び姿勢制御用の推進装置であり、本体５３の側
面用りに複数個設（すられている。宇宙飛行士搭乗用モ
ジュール５２の前面中央には他のモジュールを結合する
ための結合機構５６が中心軸方向に突出して設けられて
いる。宇宙用船外活動ロボットは人間の操作により動作
する場合、宇宙基地等の宇宙の指令局あるいは地上の指
令局からの遠隔操作が主体となるが、非常の場合人間が
現場に行きたい場合がある。第４図の宇宙飛行士搭乗用
モジュール５２はそれを可能とするもので、コックピッ
ト５４に宇宙飛行士が搭乗して現場に向かい、宇宙飛行
士が直接ロボットを操作可能とするものである。

第５図はマニピユレーションモジュール１０とＯＲＵモ
ジュール４０と推進モジュール３０を組み合わせた状態
の本発明実施例の斜視図を示している。推進モジュール
３０を組合せたことにより遠距離移動が可能であり、Ｏ
ＲＵ搭載モジュール４０により複数の０ＲＵ４２を一度
に持って、現場（場合によっては複数の現場）まで行き
交換することができるため作業効率が向上する。

！６０１マニピユレーションモジュール１０と、カーゴ
モジュール４７と推進モジュール３０を組み合わせた本
発明実施例の斜視図を示しており、この組合せ状態で現
場に向かった後、マニピユレーションモジュール１０の
み切り離して、カーコモジュール４７の中から組立用材
料を取り出して組立作業を効率良く行うことができる。

第７図はマニピユレーションモジュール１０と、宇宙飛
行士搭乗用モジュール５２と、推進モジュール３０を組
み合わせた状態の本発明実施例斜視図を示している。宇
宙飛行士搭乗用モジュール５２に宇宙飛行士が搭乗し、
推進モジュール３０の推進エンジンを噴射して遠距離の
現場に向かい、宇宙飛行士が直接マニピュレータ１３．
１４を操作して作業を実施することができる。

第８　図ハマニピュレーションモジュール１０と、カー
ゴモジュール４７と、宇宙飛行士搭乗用モジュール５２
と、推進モジュール３０を組み合わせた本発明実施例の
斜視図を示している。この実施例は第７図の組合せにカ
ーゴモジュール４７を付加したものであり、カーゴモジ
ュール４７中に組立用資材を大量に積み込んで現場に向
かうことができる。

さらにマニピユレーションモジュール１０１ｊｔ数結合
可能に構成しであるので、第９図の模式図に示すような
構成も考えられる。これは丁度、大型トラックに入夫が
複数（第９図では４人）乗って現場に向かうイメージで
ある。第１０図はマニピユレーションモジュール１０と
推進モジュール３０を組み合わせた本発明実施例の斜視
図を示している。このようにオプションモジュールを何
も結合しないで現場に向かい作業を実施することも可能
である。

第１１図は作業状態を示す実施例斜視図であり、マニピ
ユレーションモジュール１０が４本のマニピュレータ１
３，１４により構造物５８を組み立てている様子を示し
ている。即ち、照明付き立体視覚センサ１９により現場
環境を認識しながら、マニピュレータ１４によって構造
物５８にとりつき、マニピュレータ１３により○ＲＵ搭
載モジュール４０に搭載されている資材５７を抜き取り
、構造物５８を組み立てている。第１２図は作業状態を
示す他の実施例の斜視図であり、この実施例ではＲＭＳ
４５により宇宙用船外活動ロボットの偉業を制御してい
る。

第１３図はモジュールの格納方法を示す模式！であり、
宇宙基地構造体６０にＲＭＳ　４５が取り付けられてい
る。ＲＭＳ　４５によりマニピユレーションモジュール
１０．１進モジユール３０、○ＲＵＭｅモジュール４０
、カーゴモジュール４７等の側面に設けられている被結
合機構２７，３９゜４４等を掴み、各モジュールを任意
の順番で宇宙基地構造体６０に積層して格納している。

宇宙基地構造体６０にも同様の結合機構が設けられてい
る。６１はスペースシャトル等の宇宙往還機である。こ
のように結合機構を利用して各モジュールを積層状態で
格納しているので、モジュールの種類や数が増えた場合
の格納に柔軟に対応できる。

このような格納方法を取ることにより、例えばスペース
シャトル６１等からカーゴモジュール４７等への資材供
給を効率的に行うことができる。必要があれば、第１３
図の格納状態で結合部の信号ラインを通じて、例えばカ
ーゴモジュール４７の蓋を開ける等の各モジュールのコ
ントロールが可能である。又、この格納場所にて、必要
なモジュールを組合せ、宇宙用船外活動ロボットを組立
て、現場に出動することができる。これらの組立、格納
作業は単純で統一された結合方法をとっていることによ
り、自動化も容易である。

次に第１４図及び第１５図を参照して各モジュールを結
合するた狛の従来公知の捕捉機構について説明する。第
１４図は捕捉機構模式図を示しており、捕捉シリンダ６
２にはインナーリング６３とアウターリング６４が取り
付けられており、インナーリング６３はアウターリング
６４に対して回転可能に構成されている。そしてインナ
ーリング６３とアウターリング６４にわたりスネアーワ
イヤ６５が巻回されている。６６は捕捉シリンダ６２中
に捕捉される捕捉シャフトである。

然して、第１４図及び第１５図（Ａ）に示すように、捕
捉シャフト６６は捕捉シリンダ６２中に捕捉されると、
第１５図（Ｂ）に示すようにインナーリング６３が回転
し、スネアーワイヤ６５が捕捉シャフト６６に接近する
。インナーリング６３の回転が完了した状態では、第１
５図（Ｃ）に示すようにスネアーワイヤ６５が捕捉シャ
フト６６を締め付け、捕捉シャフト６６が捕捉シリンダ
６２の中心位置に捕捉される。このような捕捉機構は、
重力のない宇宙空間で有効に対象物を中心位置に捕捉す
るのに適している。

次に第１６図及び第１７図を参照して、上述した捕捉機
構を含む各モジュールの結合機構について説明する。第
１６図は結合機構断面図であり、第１７図は結合機構正
面図である。モジュール６８の後端面（背面）には凹所
６８ａが形成されており、この凹所６８ａ中に捕捉シャ
フト（被結合機構）６６が設けられている。さらにこの
凹所６８ａ中には電源・信号コネクタ６９が設けられて
いる。第１７図（Ａ）に最も良く示されるように、モジ
ュール６８の背面には円錐状の傾斜を有する３個の嵌合
穴７０が設けられており、この嵌合穴７０には絞り機構
７１が取り付けられている。また、モジュール７４の前
面には捕捉シリンダ（結合機構）６２が取り付けられて
いるとともに、第１７図（Ｂ）に最も良く示されるよう
に、３個の円錐状の位置決めビン７５がモジュール６８
の背面に設けられた嵌合穴７０に対応して設けられてい
る。７６は結合平面決定用のスペーサである。

第１７図において、７２はドツキング用マークであり、
７７はドツキング用カメラである。ドツキング用カメラ
７７でドツキング用マーク７２を監視しながら、短距離
移動用及び姿勢制御用の推進装置によって両モジュール
６８．７４の粗い位置決めを達成する。

然して、短距離移動用及び姿勢制御用の推進装置によっ
て、あるいは宇宙基地等ではＲＭＳによって、両モジュ
ール６８．７４を概略位置決めした後、第１４図及び第
１５図で説明した捕捉機構によって両モジュール６８．
７４を互いに引き込む。このとき、ピン７５と嵌合穴７
０の傾斜面によって両モジュールの中心軸、回転角、平
行度等が制度良く位置決めされる。引き込み終了後、第
１６図（Ｂ）に示すように結合固定用絞り機構７１によ
って両モジュールを完全に固定する。

次に第１８図〜第３０図を参照して各モジュールの制御
システムについて説明する。第１８図は各モジュールの
システム構成概略図であり、モジュール中央制御装置７
７に複数個のサブシステム７８、．７８２．・・・、７
８、が接続されており、これらの各サブシステムはモジ
ュール中央制御装置７７により制御される。また、モジ
ュール中央制御装置７７はモジュール間結合バス７９及
びバス調停マスタ選択サブシステム８０を介して他のモ
ジュールの中央制御装置に接続されている。

第１９図はマニピユレーションモジュールのシステＡ［
を図であり、マニピユレーションモジュール中央制御装
置８１にマニピュレータ制御サブシステム８２、視覚処
理サブシステム８３、推進・姿勢制御サブシステム８４
、ドツキング制御サブシステム８５、電源管理サブシス
テム８６、通信制御サブシステム８７が接続されており
、これらの各サブシステムはマニピユレーションモジュ
ール中央制御装置８１により制御される。

第２０図は推進モジュールのシステム構成図であり、推
進モジュール中央制御装置８８に視覚処理サブシステム
８９、推進・姿勢制御サブシステム９０、ドツキング制
御サブシステム９１、ｉＥ源管理サブシステム９２、通
信制御サブシステム９３が接続されており、これらの各
サブシステムは推進モジュール中央制御装置８８により
制御される。

！２１Ｅはマニピユレーションモジュールのマニピュレ
ータ制御サブシステム８２と視覚処理サブシステム８３
の構成図であり、マニピユレーションモジュール中央制
御装置８１にマニピュレータ統括制御装置９４及び視覚
処理制御装置１０１が接続されている。マニピュレータ
統括制御装置９４には７自由度マニピュレータ制御装置
９５及び４自由度マニピュレータ制御装置９６が接続さ
れている。７自由度マニピュレータ制御装置９５は６軸
リストセンサ９７からの情報に基づいて、７自由度マニ
ピュレータ１３を制御し、４自由度マニピュレータ制御
装置９６は６軸リストセンサ９９からの情報に基づいて
、４自由度マニピュレータ１４を制御する。これらの６
軸リストセンサ９７．９９はマニピュレータの手首位置
に取り付けられた力センサである。マニピュレータ統括
制御装置９４は、さらにエンドエフェクタ１５，１６、
エンドエフェクタ収納箱１８、手首立体カメラ１７、エ
ンドエフェクタ取付部９８，１００を制御する。

マニピュレータ統括制御装置９４はセンサマニピコレー
タ制御装置１０３を介してセンサ用マニピュレータ２０
を制御し、視覚処理制御装置１０１はカメラ制御装置１
０２を介して照明付き立体視覚センサ１９を制御する。

１２２［マニピユレーションモジュールの推進・姿勢制
御サブシステムを示しており、マニピユレーションモジ
ュール中央制御装置８１に推進・姿勢制御装置１０４が
接続され、この推進・姿勢制御装置１０４により推進・
姿勢制御アクチュエータ（推進装置等）２４°及び位置
・姿勢センサ２３′を制御する。

第２３Ｃｆｆｌｌｔマニピユレーシヨンモジユールのド
ツキング制御サブシステムを示しており、マニピユレー
ションモジュール中央制御装置８１にドツキングメカニ
ズム制御装置１０５が接続されており、このドツキング
メカニズム制御装置１ｆ）５はドツキング用センサ１０
６、モジュール前後のドツキングメカニズム１０７．１
０８を制御する。

また、モジュール前後の電源系・信号系コネクタ１０９
．１１０、モジュール間結合バス７９、電源供給ライン
１１１を介して各モジュールが電気的に結合される。

第２４図はマニピユレーションモジュールの電源管理サ
ブシステムを示しており、電源管理制御１２１１２がマ
ニピユレーションモジュール中央制御装置８１により制
御される。電源管理制御袋ｆｆ１ｌ１２はマニピユレー
ションモジュールの各所への電源供給を制御しており、
例えば内蔵バッテリ１１３の充電状態を監視して、充電
し・たり、モジュール間コネクタを介した電源と切り換
えたりしている。

１２５図はマニビュレーションモジュールノ通信制御サ
ブシステムを示しており、マニピユレーションモジュー
ル中央制御装置８１に通信制御装置１１４が接続されて
おり、この通信制御装置１１４はアンテナ駆動側ｉｌｌ
装置１１５を介してアンテナ２１が取り付けられている
アンテナ駆動台１１６を駆動し、アンテナ２１を所定の
方向に向けてから、通信処理装置１１７を介してアンテ
ナ２１により無線通信を行うように制御している。

第２６図は推進モジュールの推進・姿勢制御サブシステ
ムを示しており、推進モジュール中央制御装置１１８に
推進・姿勢制御装置１１９が接続されている。推進・姿
勢制御装置１１９は、推進・姿勢制御アクチュエータ（
推進装置）３５”及び位置・姿勢センサ３４゛を制御す
る。航行制御装置１２０は遠距離移動用の推進エンジン
１２１と、推進・姿勢制御装置１１９を制御するように
なっている。

第２７図は推進モジュールのドツキング制御サブシステ
ムを示しており、推進モジュール中央制御装置１１８に
ドツキングメカニズム制御装置１２２が接続されており
、このドツキングメカニズム制ｇｆＪ装置１２２はドツ
キング用センサ１２３及びモジュール前後のドツキング
メカニズム１２４゜１２５を制御する。また、モジュー
ル前後の電源系・信号系コネクタ１２６，１２７、モジ
ュール間結合バス７９及び電源供給ライン１１１により
モジュール間が電気的に接続されている。

第２８図は推進モジュールの視覚処理サブシステムを示
しており、推進モジュール中央制御装置１１８に視覚処
理制御装置１２８が接続されており、この視覚処理制御
装置１２８は雲台制御装置１２９を介して照明付き立体
視覚センサ３０の取り付けられたパンチルト伸縮雲台１
３０を制御し、立体視覚センサ３０を所定方向に向けた
後カメラ制御装置１３１を介して照明付き立体視覚セン
サ３０の情報を取り込むようにしている。

第２９図は推進モジュールの電源管理サブシステムを示
しており、推進モジュール中央制御装置１１８に電源管
理制御装置１３２が接続されている。電源管理制御装置
１３２は、推進モジュールの各所への電源供給及び結合
部のコネクタ及び電源供給ラインを経由した他のモジュ
ールへの電源供給を制御している。電源管理制御装置１
３２は、例えば必要に応じてパドル向き・開閉制御装置
１３３を介して太陽電池パドル３６の方向及び開閉の制
御をしたり、内蔵バッテリ１３４を充電したり、太陽電
池バドル３６と内蔵バッテリ１３４の電源の切換制御を
行う。

第３０図は各モジュールの結合状態を示す模式図であり
、各モジュールはコネクタ６９、モジュール間結合バス
７９、バス調停マスタ選択サブシステム８０を介して接
続されている。上述した説明及び第３０図から明らかな
ように、各モジュールは中央制御装置及び各モジュール
の個別の機能、各種管理機能を制御し実行する複数のサ
ブシステムとから構成される。これらの中央制御装置及
びサブシステムの制御ソフトウェアは、モジュール間結
合バス７９を介して外部から交信可能であり、従って、
通信手段をもつモジュールを介して、そのソフトウェア
を遠隔より書き換えることも可能である。また、あるモ
ジュールのサブシステムはマスタモジュールとなった他
のモジュールの中央制御装置から直接制御することも可
能である。さらに、各サブシステムに制御されるセンサ
やアクチュエータ（マニピュレータ、推進装置、カメラ
等）は、サブシステム及びモジュール中央制御装置をス
レーブ動作モードとすることによって、例えば、アンテ
ナ１３６，１３７を介して宇宙基地等の制御装置１３５
、あるいは地上の指令局等の遠隔地の制御装置によって
直接制御することもできる（オペレータによる遠隔操作
を含む）。

各モジュールのマスタとスレーブの関係は、マニピユレ
ーションモジュールが含まれる場合はそのうちの１つを
マスタとし、これ以外の場合で推進モジュールが含まれ
る場合はそのうちの１つをマスタとするのが望ましい。

また、オプションモジュールは、通常単独では使用せず
、他のモジュールの制御を受けるようにする。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、宇宙用船外
活動ロボットに想定される各種作業に柔軟且つ効果的に
対処できる構成を取ることが可能となり、今後の宇宙進
出におけるロボットの宇宙船外活動による作業の効率化
に寄与するところが非常に大きいという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はモジュール分離状態の実施例斜視図、第２図は
ＯＲＵ搭載モジュール斜視図、第３図はカーゴモジュー
ル斜視図、 第４図は宇宙飛行士搭乗用モジュール斜視図、第５図は
マニピュレーションモジュールトＯＲＵ搭載モジュール
と推進モジュールを組み合わせた実施例斜視図、 第６図はマニピユレーションモジュールとカーゴモジュ
ールと推進モジュールを組み合わせた実施例斜視図、 第７図はマニピユレーションモジュールと宇宙飛行士搭
乗用モジュールと推進モジュールを組み合わせた実施例
斜視図、 第８図はマニピユレーションモジュールとカーゴモジュ
ールと宇宙飛行士搭乗用モジュールと推進モジュールを
組み合わせた実施例斜視図、第９図はマニピユレーショ
ンモジュールを複数結合した状態の模式図、 第１０図はマニピュレーションモジュールト推進モジュ
ールを組み合わせた実施例斜視図、第１１図は作業状態
を示す実施例斜視図、第１２図は作業状態を示す他の実
施例斜視図、第１３図はモジュールの格納方法模式図、
第１４図は捕捉機構模式図、 第１５図は捕捉ステップ説明図、 第１６図は結合機構断面図であり、（Ａ＞がモジュール
が離れている状態を、（Ｂ）がモジュールが結合された
状態をそれぞれ示している。 第１７図は結合機構正面図であり、（Ａ＞がモジュール
の背面を、（Ｂ）がモジュールの前面をそれぞれ示して
いる。 第１８図は各モジュールのシステム構成図、第１９図は
マニピユレーションモジュールのシステム構成図、 第２０図は推進モジュールのシステム構成図、１２１［
Ｈｔマニピユレーションモジ３：Ｌ−ルのマニピュレー
タ制御サブシステムと視覚処理サブシステムの構成面、 １２２図はマニピユレーションモジュールの推進・姿勢
制御サブシステム構成図、 第２３図はマニピユレーションモジュールのドツキング
制御サブシステム構成図、 １２４図はマニピユレーションモジュールの電源管理サ
ブシステム構成図、 １２５図はマニピユレーションモジュールの通信制御サ
ブシステム構成図、 第２６図は推進モジュールの推進・姿勢制御サブシステ
ム構成図、 第２７図は推進モジュールのドツキング制御サブシステ
ム構成図、 第２８図は推進モジュールの視覚処理サブシステム構成
図、 第２９図は推進モジュールの電源管理サブシステム構成
図、 第３０図は各モジュールの結合状態を示す模式％式％ １３・・・７自由度マニピュレータ、 １４・・・４自由度マニピュレータ、 １５．１６・・・エンドエフェクタ、 １７・・・手首立体カメラ、 １８・・・エンドエフェクタ収納箱、 １９・・・照明付き立体視覚センサ、 ２０・・・センサ用６自由度マニピュレータ、２１．３
１・・・通信用アンテナ、 ２３．３４・・・位置センサ、 ２４．３５・・・推進装置、 ２６．３８．４３．４６・・・結合機構、３０・・・推
進モジュール、 ３３・・・照明付き立体視覚センサ、 ３６・・・太陽電池パドル、 ３７・・・レーダ、 ４０・・・ＯＲＵ搭載モジュール、 ４２・・・○ＲＵ。 ４７・・・カーゴモジュール、 ５２・・・宇宙飛行士搭乗用モジュール。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）宇宙用船外活動ロボットを少なくとも、作業を行
   うための複数のマニピュレータと、環境認識用センサと
   、自己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進
   手段と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備したマニピ
   ュレーションモジュールと、 遠距離移動用の推進手段と、自己の位置・姿勢の計測手
   段と、近距離移動用の推進手段と、姿勢制御手段と、通
   信手段とを具備した推進モジュールとから構成し、 前記マニピュレーションモジュール及び推進モジュール
   は前後にそれぞれ共通の結合機構及び被結合機構を有し
   、 マニピュレーションモジュール及び推進モジュールをサ
   ンドイッチ状に結合・分離可能に構成したことを特徴と
   する宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
2. （２）宇宙用船外活動ロボットに想定される各種作業に
   特有な機能を提供するオプションモジュールをさらに含
   み、該オプションモジュールは前後に請求項１記載と共
   通の結合機構及び被結合機構を有し、マニピュレーショ
   ンモジュール、推進モジュール及びオプションモジュー
   ルをサンドイッチ状に結合・分離可能に構成したことを
   特徴とする請求項１記載の宇宙用船外活動ロボットのモ
   ジュール化方式。
3. （３）バス調停マスタ選択サブシステムとモジュール間
   結合バスを介して、結合された各モジュール間の通信を
   可能にしたことを特徴とする請求項１または２記載の宇
   宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
4. （４）バス調停マスタ選択サブシステムとモジュール間
   結合バスを介したモジュール間通信方式をとることによ
   って、前記各種モジュールの中から任意のモジュールの
   組合せを選択し、任意の順番で前記各種モジュールを結
   合可能としたことを特徴とする請求項１または２記載の
   宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
5. （５）前記各モジュールの結合機構と被結合機構を結合
   することにより、宇宙基地構造体に各モジュールを積層
   して格納することを特徴とする請求項１又は２記載のモ
   ジュール化された宇宙用船外活動ロボットの格納方法。
6. （６）宇宙基地構造体に前記結合機構と同様な結合機構
   を有するリモートマニピュレータシステムを設け、該リ
   モートマニピュレータシステムの結合機構で前記各モジ
   ュールの一つを結合して、請求項１または２記載のモジ
   ュール化された宇宙用船外活動ロボットをリモートマニ
   ピュレータシステムにより制御することを特徴とする宇
   宙用船外活動ロボットの制御方法。
7. （７）前記各モジュールの形状を多角柱（円柱を含む）
   形状とし、中心軸方向の前後に前記結合機構及び被結合
   機構を有することを特徴とする請求項１または２記載の
   宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。