FR2611181A1

FR2611181A1 - Systeme pour executer une activite dans l'espace

Info

Publication number: FR2611181A1
Application number: FR8802042A
Authority: FR
Inventors: Richard H Adams; Alan E Gross; Demetrius G Jelatis; Carleton E Jennrich; Rudolph O Marohl
Original assignee: Sargent Sub (Delaware) Inc
Current assignee: Sargent Sub (Delaware) Inc
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1988-08-26
Anticipated expiration: 2008-02-19
Also published as: US4831531A; JPS63216686A; FR2611181B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME POUR EXECUTER UNE ACTIVITE DANS L'ESPACE. CE SYSTEME COMPORTE UN SITE DE TRAVAIL, AU MOINS UN SOUS-SYSTEME ASSERVI 16 EN FORME DE MANIPULATEUR SERVOCOMMANDE VOISIN DU SITE DE TRAVAIL, UN SOUS-SYSTEME PILOTE 14 EN FORME DE MANIPULATEUR SERVOCOMMANDE, ACTIONNE MANUELLEMENT POUR CHAQUE SOUS-SYSTEME 16, DES DISPOSITIFS DE COMMUNICATION NUMERIQUE SITUE DANS LES SOUS-SYSTEMES 14, 16 ET RELIES PAR UN CABLE 15 DE TRANSMISSION DE DONNEES, UN SOUS-SYSTEME DE COMMANDE DE POSITION DES SOUS-SYSTEMES 16, 14 POUR DONNER UNE IMPRESSION NATURELLE A LA MAIN DE L'OPERATEUR, D'UNE MANIERE PROPORTIONNELLE AUX CHARGES APPLIQUEES ET UN SOUS-SYSTEME SENSORIEL TRANSMETTANT DES REPONSES SENSORIELLES DE L'ENVIRONNEMENT DANS LEQUEL L'ACTIVITE EST EXECUTEE. APPLICATION NOTAMMENT AUX NAVETTES SPATIALES ASSURANT LE DEPANNAGE ET LA MAINTENANCE DE SATELLITES.

Description

[ La présente invention concerne un système, incluant un dispositif et un

procédé, pour l'exécution de différentes activités dans l'espace, comme par exemple le dépannage, la réparation et la maintenance de satellites, d'aéronefs, de systèmes de transport dans l'espace, de stations spatiales

et autres. Plus particulièrement l'invention concerne un sys-

tème pour l'exécution télécommandée d'une activité extravéhi-

culaire sans intervention harioe dans l'espace, comme par exemple à partir de l'intérieur d'un véhicule en forme de navette en

orbite-.

De temps à autres, l'équipement placé dans l'espa-

ce autour de la terre, comme par exemple des satellites de communications et analogues, sont le siège de fonctionnements défectueux. Dans de nombreux cas la nature du fonctionnement défectueux est connue ou peut être déterminée et on pourrait

y remédier aisément si l'on pouvait avoir accès à l'équipement.

L'exemple le plus typique à ce sujet a été le fonctionnement défectueux du satellite Solar Maximum (Solar Max), dQ à la

défaillance d'un panneau électronique à l'intérieur du satel-

lite. Le fonctionnement défectueux a été résolu au moyen du remplacement du panneau électronique défaillant au cours de la mission de réparationdu Solar Maximum, autour de laquelle une grande publicité a été faite. Cependant la réparation a été retardée pendant plus de deux ans, ce retard incluant tout d'abord une année de développement d'un plan d'intégration

d'une charge utile pour la mission, mettant en oeuvre le dé-

veloppement du matériel, de scénaricacde trajectoires de tran-

sition, de sites de travail, d'outils, de techniques d'acti-

vité extravéhiculaire et de supports opérationnels associés,

et analogues, suivie d'une année d'entraînement des astronau-

tes sélectionnés pour exécuter l'activité de réparation extra-

véhiculaire. Dans le cadre de la même mission, on a remplacé

le système de commande d'attitude monté à l'extérieur du sa-

tellite et on a mis en place un écran sur l'orifice d'aéra-

tion extérieur de l'unité dite Polychromator radiographique

du satellite.

Pour exécuter la mission de réparation LSolar Max, la navette spatiale STS-41C, équipée d'un système en forme de télémanipulateur, a été mise sur orbitre et manoeuvrée de manière à établir un rendez-vous avec Solar Max. Alors que

la navette-était placée à proximité de Solar Max, un astro-

naute utilisant un fauteuil volant s'est déplacé jusqu'au sa-

tellite et en a arrêté la rotation. Le satellite a été saisi par l'extrémité du bras du télémanipulateur de la navette et a été amené par ce dernier jusqu'à un anneau d'abordage situé dans la soute de la navette. Les activités de réparation ont été exécutées par deux membres de l'équipage travaillant à l'extérieur de la navette, l'un à partir d'un poste de travail

et comportant des manettes et des dispositifs de retenue rat-

tachés à son pied et servant à retenir l'astronaute en place

et situés à l'extrémité du bras du télémanipulateur, et l'au-

tre se déplaçant librement autour de la soute de la navette.

Les outils et l'équipement nécessaires pour les travaux de réparation étaient stockés dans une armoire à outils située dans la soute et les pièces de rechange étaient stockées dans

une zone de stockage et maintenues en position.

Pour retirer le boîtier électronique, qui possédait approximativement les dimensions d'une boîte à lettres, et installer un nouveau boîtier, l'astronaute devait ouvrir un panneau situé dans la coque du satellite à l'emplacement du boîtier. Il devait découper la feuille isolante et retirer les vis qui fixaient un bouclier thermique protecteur situé

par-dessus le boîtier. Après avoir retiré le bouclier thermi-

que et l'isolant, il devait installer une charnière pour trans-

former le panneau qui recouvrait le boîtier électronique prin-

cipal en une porte. Il a retiré ensuite les vis restantes re-

tenant le panneau et ouvert le panneau, supporté par la char-

nière. Il a déconnecté les câbles du boîtier électronique, a retiré ce dernier et l'a donné à l'autre astronaute qui a

tendu alors le boîtier électronique de rechange à son parte-

naire. Le nouveau boîtier a été installé, toutes les conne-

xions ont été rétablies, la porte a été refermée et bloquée et l'isolant de protection a été à nouveau fixé. Ensuite le Solar Max a été. saisi par le bras du manipulateur et a été amené à l'extérieur de la soute de la navette pour être remis en orbite. La procédure ci-dessus est décrite d'une manière plus détaillée dans la publication National Aeronautic and

Space Administration Publication EP-205 sous le titre "Répa-

ration du Solar Max".

La réparation du Solar Max, telle que décrite, a

nécessité le service de trois astronautes, dont deux partici-

paient à l'activité extravéhiculaire, tandis que le troisième restait à l'intérieur de la cabine de la navette. En dehors du retard de deux années mis pour réparerdu.Blar Max, tous les astronautes étaient soumis aux risques du vol dans l'espace

et ceux participant à l'activité extravéhiculaire étaient sou-

lis aux risques suopplémentaires qui sont propres à cette acti-

vité. Le but principal de la présente invention est de four-

nir un système à l'aide duquel des fonctions de dépannage, de réparation et de maintenance semblables à la réparation du Solar Max doivent être exécutées en utilisant un système de robot télécommandé reproduisant une force bilatérale et des outils pouvant être remplacés à distance et actionnés par un seul membre de l'équipage à partir d'un environnement de

la cabine du vaisseau spatial, en l'absence de pesanteur.

Un véhicule spatial possédant un site de travail extérieur accessible et un bras de manipulateur télécommandé comprenant des moyens pour saisir et récupérer l'équipement qui requiert un dépannage extravéhiculaire, est décrit dans la publication mentionnée précédemment "Réparation du Solar Max". Un système de manipulateur servocommande utile pour la mise en oeuvre de la présente invention est décrit dans

l'article publié sous la signature conjointe de deux des au-

teurs à la base de la présente invention et intitulé "SAMSIN...

le servomanipulateur de la nouvelle génération" paru dans Pro-

ceedings of the 33rd Conference on Remote Systems Technology, American Nuclear Society 1985, pp. 37-44. Les bras pilote et asservi du manipulateur pilote-asservi, qui sont décrits de façon détailée dans le brevet FR A 79 14 038, sont des exem- ples de bras, dans lesquels les déplacements linéaires sont transformés en un mouvement de rotation, transmis à un site

à distance et transformés à nouveau en un déplacement linéai-

re, que l'on peut utiliser dans un tel système de manipula-

teur servocommande. La pince et l'articulation en forme de poignet selon le brevet FR A 70 20 502 sont des exemples de composants qui peuvent être utilisés avec le bras asservi

mentionné précédemment. Les enseignements contenus par l'arti-

cle et les brevets mentionnés précédemment sont incorporés

ici en référence.

D'une manière générale, la présente invention con-

cerne un système permettant l'exécution télécommandée d'une activité extravéhiculairesasinte-nticnImuaie dans l'espace. Ce

système comporte un véhicule spatial pouvant être mis en or-

bite et comportant un site de travail accessible depuis l'ex-

térieur du véhicule et des moyens télécommandés associés au site de travail du véhicule spatial pour positionner et fixer,

dans l'espace, sur le site de travail, l'équipement avec le-

quel l'activité extravéhiculaire doit être exécutée. Au moins

un sous-système asservi du manipulateur servocommande est si-

tué au voisinage du site de travail pour l'exécution du tra-

vail sur ce site. Ce sous-système asservi est interconnecté par l'intermédiaire d'un système distribué de communication numérique et un lien de transmission de données a un système

distribué de communication numérique d'un sous-système as-

servi du manipulateur servocommande, actionné manuellement,

situé à distance du sous-système asservi.

Dans certains cas le sous-système pilote peut être situé à l'intérieur de la cabine du véhicule spatial et être

raccordé physiquement au sous-système asservi, comme par exem-

ple par un câble. Dans l'autre cas le sous-système pilote peut être situé dans un autre véhicule spatial ou sur terre et être

relié par l'intermédiaire d'un système de transmission d'éner-

gie par rayonnement au sous-système asservi. Dans la plupart des cas, ce système comporte au moins un couple de sous-sys-

tèmes pilote et asservi.

Les sous-systèmes asservi et pilote sont intercon-

nectés par l'intermédiaire d'un sous-système de commande trans-

mettant une force bilatérale, qui transmet, d'une manière na-

turelle, à la main de l'opérateur du sous-système pilote une sensation proportionnelle aux charges extérieures appliquées

par le sous-système asservi. Il est prévu un sous-système sen-

soriel qui inclut des moyens permettant de transmettre d'une manière naturelle à l'opérateur des réponses sensorielles de

l'environnement situé à distance, dans lequel l'activité extra-

véhiculaire doit être exécutée. Il est prévu un kit d'outil-

lage particulier destiné à être utilisé avec ce système, la nature des outils spécifiques étant fonction de la nature du

travail extravéhiculaire spécifique de réparation ou de dépan-

nage devant être exécuté.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-après

prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 montre une représentation schémati-

que d'un véhicule spatial orbital équipé du système conforme à la présente invention servant à dépanner un équipement dans l'espace;

- la figure 2 fournit une représentation schémati-

que à plus grande échelle, montrant les composants essentiels du système;

- la figure 3 montre une représentation schémati-

que d'un sous-système pilote d'un manipulateur servocommande;

- la figure 4 fournit une représentation schémati-

que d'un sous-système asservi d'un manipulateur servocommande; - la figure 5 représente un diagramme schématique du circuit d'un système distribué de communication numérique comprenant une partie d'un lien de communication situé entre les sous-systèmes pilote et asservi;

- la figure 6 représente un schéma-bloc d'un sous-

système de commande de position de transmission de forces bi-

latérales d'un lien de communication situé entre les sous-

systèmes pilote et asservi;

- la figure 7 fournit une représentation schémati-

que d'une poignée de commande du bras pilote du manipulateur, montrant la position des interrupteurs sur cette poignée: et

- la figure 8 montre une représentation schémati-

que d'un actionneur terminal comportant des mâchoires paral-

lèles et réalisant un blocage efficace d'un connecteur d'ou-

til interchangeable.

En se référant maintenant aux dessins, et notam-

ment à la figure 1, on y voit représenté un véhicule spatial

orbital 10 comme par exemple une navette spatiale STS-41C pos-

sédant un espace fermé formant cabine 11 servant à loger un

opérateur, et une soute ouverte 12 destinée à recevoir l'équi-

pement nécessitant un dépannage, une maintenance ou une répa-

ration, comme par exemple le satellite 13 de la mission Solar Maximum. Bien que l'invention soit décrite en se référant en particulier à la mission de réparation du slar Max et utilisant une navette spatiale habitée, la présente invention n'est pas

limitée à l'utilisation d'un quelconque véhicule spatial or-

bital particulier, habité ou non surveillé, ni au dépannage d'un quelconque équipement particulier placé en orbite. Le véhicule peut être une navette ou une station spatiale, sur laquelle l'équipement devant être dépanné est amené après sa récupération sur son orbite, ou bien le véhicule peut être du type se déplaçant et se fixant lui-même à l'équipement en

orbite, qui requiert un dépannage.

Dans la forme de réalisation représentée, la cabi-

ne de la navette comporte un sous-système pilote d'un manipu-

lateur servocommande, repéré d'une manière générale en 14 et raccordé par l'intermédiaire d'un lien 15 de transmission de

données à un sous-système assservi du manipulateur servocom-

mandé, repéré d'une manière générale en 16 et situé dans la soute 12 de la navette. Le sous-système asservi 16 est monté par exemple dans un système de manutention 17. Ce système de manutention peut être équipé de roues ou de galets de manière à pouvoir se déplacer sur une piste ou est adapté d'une autre manière pour réaliser un positionnement à l'intérieur de la soute 12 de la navette, à proximité directe de l'équipement

13 devant être dépanné. Dans le cas d'un véhicule orbital con-

çu pour se déplacer vers et se rattacher lui-même à l'équipe-

ment devant être dépanné, le sous-système asservi peut être

monté à l'extérieur du véhicule sous la forme de ce qu'on ap-

pelle une "unité de tête adroite". Des exemples d'équipements

en orbite, qui peuvent être dépannés conformément à la pré-

sente invention, incluent les systèmes connus sous les appel-

lations suivantes: Hubble Telescope (HST), Gamma Ray Observa-

tory (GRO), Upper Atmosphere Research Satellite (UARS), Extre-

me Ultra-Violet Explorer (MMS-EUVE), X-Ray Timing Explorer (MMS-XTE), Earth Observation Satellite (EOS), Cosmic Origin

Background Experiment (COBE), Landsat Satellites, et autres.

Lorsque les sous-systèmes pilote et asservi sont assez proches l'un de l'autre, le lien 15 de transmission de données peut être formé par un système de liaison par un fil ou un câble direct. Cependant, lorsque les systèmes pilote et asservi sont distants l'un de l'autre, comme dans le cas o l'opérateur et le sous-système pilote sont sur terre, ou bien dans un véhicule en orbite autre que celui portant le

sous-système asservi, alors le lien 15 de transmission de don-

nées peut être un système de transmission d'énergie par rayon-

nement, comme par exemple à l'aide de faisceaux laser, de mi-

cro-ondes et analogues. Le véhicule spatial 10 comporte un

long bras articulé de télémanipulation et récupère l'équipe-

ment devant être dépanné dans la soute du véhicule, comme ce-

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la est décrit dans la publication mentionnée précédemment "Ré-

paration du Solar Max".

En se référant maintenant aux figures 2 à 4, on

y voit représenté d'une manière plus détaillée le système con-

forme à la présente invention. Le sous-système pilote 14 com-

porte un tube en forme de colonne 18 du manipulateur pilote,.

monté pivotant et un tube télescopique de manoeuvre 19, pou-

vant être déplacé en va-et-vient longitudinalement, tel que décrit d'une manière générale dans le brevet US N 4 221 516 mentionné précédemment. L'extrémité inférieure du tube mobile

de manoeuvre porte une articulation en forme de poignet 20.

L'articulation en forme de poignet doit posséder quasiment les capacités d'une articulation humaine et peut être du type représenté et décrit dans les brevets oE3503273,3543592ET3543593 rant au brevet FR A 69 37 138. L'articulation en focrmé de poiet pilote 20 est adaptée de manière à pouvoir être équipée avec une poignée de commande 21, comme cela a été décrit ci-dessus de façon olus détaillée. Comme cela a été décrit dans le brevet FR A

79 14 038 mentionné précédemment, des déplacements linéai-

-res de la main de l'opérateur à l'aide de la poignée de com-

mande 21 sont transfOrmés en mouvements de rotation pour la transmission du sous-système asservi 16 et sont transformées à nouveau en un déplacement linéaire, comme cela sera décrit

plus loin de façon détaillée.

Le sous-système asservi 16 comporte un bras asservi

du manipulateur comprenant une pluralité de segments tubu-

laires télescopiques, un tube en forme de colonne 22 supporté de façon à pouvoir pivoter, un tube intermédiaire 23 possédant

un diamètre inférieur, et un tube24du manipulateur possé-

dant un diamètre encore Dlus faible, le tube intermédiaire

et le tube du manipulateur étant déplaçables longitudinale-

ment par rapport au tube en forme de colonne. Une articula-

tion en forme de poignet 25 correspondant à l'articulation

en forme de poignet 20 du bras pilote est montée sur l'ex-

trémité la plus extérieure du tube de manoeuvre 24. L'articu-

lation en forme de poignet 25 supporte à son tour une pince 26 à mâchoires parallèles. La pince 26 est de préférence du

type représenté et décrit dans le brevet FR A 70 20 502 men-

tionné précédemment.

Chacun des sous-systèmes pilote et asservi compor-

te un sous-système de commande transmettant une force bilaté-

rale, 27 et 28 respectivement, comme cela sera décrit de façon plus détaillée en référence aux diagrammes schématiques des figures 5 et 6. Les sous-systèmes combinés de transmission

de force agissent en sorte que la main de l'opérateur action-

nant le sous-système pilote ressent directement, d'une maniè-

re naturelle, les effets des charges appliquées par l'opéra-

teur par l'intermédiaire du sous-système asservi et des char-

ges imposées par l'environnement à distance, par l'intermé-

diaire du sous-système asservi. Par exemple, lors du percement d'un trou, l'opérateur peut sentir le moment o le foret a pénétré dans le matériau, comme s'il tenait le foret dans sa main. Ou bien, dans le cas du serrage ou du desserrage d'une vis, l'opérateur peut sentir le moment o la vis a été mise en place ou bien est dégagée, comme s'il tenait le tournevis

dans sa main.

Chacun des sous-système pilote et asservi comporte un module 29 ou 30 à moteur électrique servocommande. Chaque module à moteur comporte de préférence un moteur à courant continu sans balais standard que l'on peut se procurer (par exemple le modèle BLM de la société dite Electro Craft, N

de pièces 720679201) pour chacun des trois mouvements de trans-

lation et des trois mouvements de rotation et pour l'action

de saisie. On peut utiliser d'autres types de moteurs électri-

ques incluant par exemple des moteurs du type à réluctance

variable ou à hystérésis, des moteurs du type à balais, à cou-

rant alternatif ou à courant continu, ou analogues. Comme on

le comprendra parfaitement dans la technique, ces moteurs oro-

duisentun déplacement latéral ou déplacement X, un déplacement

avant et arrière ou déplacement Y et un déplacement d'exten-

sion ou déplacement Z, et un mouvement d'élévation, une tor-

sion et une rotation en azimut de l'articulation en forme de poignée. Les actions de l'opérateur déplaçant la poignée de commande 21 sont transmises depuis le bras pilote du manipu- lateur au module à moteur pilote 29 par l'intermédiaire d'une interface rotative 31-32 comme cela est représenté et décrit dans le brevet FR A 79 14 038 mentionné ci- dessus. Le signal

produit par chaque déplacement est transmis par l'intermédiai-

re du module électronique pilote 33 et du lien de communica-

tion 15 au module électronique asservi 34, et au module à mo-

teur asservi 30 et par l'intermédiaire de l'interface rota-

tive 35-36 au bras asservi du maniDulateur. Chaque déplace-

ment de la poignée de commande pilote est par conséquent trans-

mis à la pince asservie. A son tour chaque force ou charge

appliquée à la Dince dans l'environnement distant est trans-

miseen retour et est ressenti par la main de l'opérateur, com-

me cela sera décrit de façon plus détaillée en référence à

la figure 6.

Le système distribué de communication numérique,

qui relie les bras pilote et asservi du manipulateur, est re-

présenté schématiquement sur la figure 5. Comme cela a été représenté, chacun des systèmes à microprocesseurs pilote et asservi comporte un processeur de contrôle (par exemple Intel, SBC 286/100 et Intel iSBX 352 Bit Serial Communications). Pour

chacun des mouvements de translation, de rotation et de sai-

sie, de façon typique en quatorze emplacements, il est prévu

une unité de commande formée de composants représenté de fa-

çon détaillée en référence au déplacement X pilote, mais non répété pour les autres déplacements. Chaque module de ce type comporte un microprocesseur commandant les déplacements de l'articulation (par exemple Intel, RCB 4410 Remote ControlJr Board), un microprocesseur traitant des communications avec

l'articulation (par exemple Intel iSBX 352 Bit Serial Commu-

nications Board), un amplificateur de commande comme par exem-

pie un amplificateur de commande modulé par une modulation d'impulsions en durée (par exemple la série Electro Craft OPS,

BVC 4 Quadrant et un codeur de position (par exemple de Hew-

lett-Packard, HEDS-6010) pour commander chaque moteur à cou-

rant continu sans balai. En outre chaque module asservi com-

porte un frein électromécanique (par exemple de Inertia Dy-

namics, N FSB-015).

Comme cela est visible sur la figure 6, le système

de commande de position transmettant une force bilatérale fonc-

tionne de la manière indiquée ci-après. Lors de la mise en oeuvre du système, toutes les positions sont initialisées à zéro. Lorsque l'opérateur déplace la poignée de commande 21,

la position de l'articulation pilote est transmise à l'arti-

culation asservie et devient la position de consigne asservie.

Le microprocesseur du sous-système de l'articulation asservie compare la position de consigne à la position asservie locale actuelle. Une différence entre ces deux positions provoque l'apparition d'un signal de tension envoyé à l'amplificateur et proportionnelle à cette différence. L'amplificateur envoie alors un signal de courant correspondant aux enroulements du moteur, qui provoque une rotation du moteur en réduisant la différence de Dosition entre la position de consigne et la

position asservie actuelle.

La position asservie actuelle est transmise à l'ar-

ticulation pilote et devient la position de consigne pilote.

Comme cela a été décrit précédemment, toute différence entre la position de consigne et la position locale provoque une

rotation du moteur au niveau de l'articulation locale de ma-

nière à réduire la différence entre ces positions. Ces cal-

culs et ces transmissions de données sont exécutés à une ca-

dence suffisamment élevée pour que la stabilité du système

du manipulateur soit conservée.

De cette manière, lorsque l'opérateur, qui saisit

la poignée, repousse vers le bas le bras pilote (A) du mani-

pulateur, le bras asservi du manipulateur s'abaisse propor-

tionnellement au déplacement (B) du bras pilote, sous l'action d'une force particulière (C). La force requise pour déplacer le bras asservi (C) est transmise en retour à la main (D) de l'opérateur. Cette force (D) est égale ou proportionnelle à la force (C).

En se référant à la figure 7, on voit que la poi-

gnée de commande 21 comporte un interrupteurd'homme-mort 40 qui commande l'alimentation en énergie du moteur pilote. Ce système est actif lorsque la main de l'opérateur est placée

sur la poignée 21 appuyant sur l'interrupteur 40. L'alimenta-

* tion en énergie du moteur pilote est alors branchée, ce qui

rend actif le mode pilote-asservi. Lorsque l'opérateur re-

tire sa main de la poignée, l'alimentation en énergie du mo-

teur pilote est interrompue et les servomoteurs du bras as-

servi restent dans les dernières positions pilotes connues.

Un interrupteur d'indexage 41 permet de couper l'alimentation en énergie d moteurs pilotes et d'indexer le bras pilote par rapport au bras asservi. Les servomoteurs du bras asservi restent dans les dernières positions pilotes connues pour les trois mouvements de translation et les trois

mouvements de rotation. Tout en tenant l'interrupteur de ma-

nière que l'alimentation en énergie du moteur pilote soit cou-

pée, l'opérateur peut positionner le bras pilote dans n'impor-

te quelle position désirée, sans que ceci ne modifie la posi-

tion du bras asservi. Lorsqu'on débranche l'interrupteur d'in-

dexage, le mode pilote-asservi est actif dans la nouvelle po-

sition indexée.

Les fonctions de verrouillage sont obtenues à l'ai-

de d'un interrupteur à levier 42. Lorsque l'interrupteur à levier de verrouillage général est branché sous l'effet de

son déplacement dans une direction, 1' ensemble des sept dé-

placements asservis sont bloqués de façon automatique et le mouvement de saisie est bloqué de façon automatique dans la position pilote. Pour réduire l'échauffement des moteurs, les

freins asservis sont serrés pour les trois mouvements de trans-

lation et les trois mouvements de rotation, au bout d'un in-

tervalle de temps prédéterminé (par exemple 65 secondes) après

que l'opérateur a retiré sa main de la poignée pilote. L'ali-

mentation en énergie est supprimée pour ces six mouvements asservis uniquement si les freins asservis sont serrés. Le déplacement piloteasservi corsrespondant à l'action de sai-

sie reste verrouillé de façon automatique. Lorsque la fonc-

tion de verrouillage totale est branchée, l'alimentation en

énergie est fournie pour les six déplacements asservis, lors-

que l'opérateur ramène sa main sur la poignée pilote. S'ils sont serrés, les freins asservis sont desserrés lorsque la fonction de verrouillage complet est débranchée et le mode

de fonctionnement pilote-asservi du manipulateur est à nou-

veau opérationnel.

Lorsqu'il est déplacé dans la direction opposée,

l'interrupteur à levier 42 agit à la manière d'un interrup-

teur de verrouillage de l'action de saisie. Lorsque la fonc-

tion de verrouillage ou l'action de saisie est branchée, les

déplacements pilote et asservi de l'action de saisie sont ver-

rouillés de façon automatique et le verrouillage de l'action de saisie est maintenu même si l'opérateur retire sa main de la poignée pilote. Cette fonction de verrouillage de l'action de saisie peut être débranchée si la main de l'opérateur est

située sur la poignée pilote.

Les interrupteurs peuvent être utilisés en combi-

naison. On peut activer simultanément le verrouillage de l'ac- tion de saisie et le verrouillage complet. Le verrouillage

complet n'affecte pas le verrouillage de l'action de saisie.

Si ces deux types de verrouillage sont branchés lorsqu'on dé-

branche le verrouillage complet, le verrouillage de l'action de saisie reste effectif. L'interrupteur de verrouillage de l'action de saisie et l'interrupteur d'indexage peuvent être

utilisés simultanément pour permettre à l'opérateur de main-

tenir le verrouillage de l'action de saisie lors de l'indexa-

ge des six autres déplacements du manipulateur.

Il est prévu une variété d'outils interchangeables destinées à être utilisées avec le système de dépannage, ces

outils spécifiques dépendant de l'activité de dépannage de-

vant être exécutée. Des outils typiques incluent une perceuse électrique sans fil, des tournevis électriques manuels et sans fil, des clés à écrous, des couteaux, des ciseaux et analo- gues. Chaque outil comporte un connecteur interchangeable à verrouillage positif, adapté pour s'engager dans une douille

à mâchoires de la pince 26. Comme cela est visible sur la fi-

gure 8, la pince 26 comporte un couple de douilles à mâchoi-

res 45, adaptées chacune pourrecevoir une mâchoire amovible

46 de la pince ou le connecteur d'un outil interchangeable.

La douille à mâchoires 47 possède des dimensions et une forme lui permettant de recevoir la tige 48 d'une mâchoire de pince

ou d'un connecteur d'outil. Un perçage transversal 49 recou-

pe le renfoncement 47, dont l'extrémité intérieure loge une

bille 50. Dans un perçage transversal correspondant 51 ména-

gé dans la tige 48, de manière à verrouiller efficacement la

mâchoire ou le connecteur d'outil dans la douille à mâchoires.

La bille 50 est maintenue dans une position de ver-

rouillage efficace au moyen d'un bouchon 52 repoussé par un

ressort et qui est déplaçable en va-et-vient dans le renfon-

cement 53 ménagé dans la tige 48. Le bouchon 52 peut être en-

traîné selon un déplacement de va-et-vient par une partie

d'une monture retenant l'outil et par un coin en forme de ca-

me 54 qui peut être inséré dans une fente transversale 55 mé-

nagée dans le corps de la mâchoire ou du connecteur d'outil.

L'insertion du coin 54 repousse le bouchon 52, qui libère la bille de blocage 50 pénétrant alors dans le renfoncement 56

sur le pourtour du bouchon.

Le système de télédépannage extravéhiculaire con-

forme à la présente invention comporte également des moyens de détection à l'aide desquels l'opérateur peut recevoir et

être informé des conditions sensorielles présentes dans l'en-

vironnement distant, dans lequel l'activité extravéhiculaire

s'effectue. La plus importante de ces conditions est la vi-

i 5 sion. Lorsque l'opérateur est à bord du véhicule spatial sur

lequel l'activité est en cours d'exécution, les moyens de dé-

tection optique peuvent être aussi simples qu'une fenêtre.

Cependant pour l'exécution d'un travail précis et complexe, comme cela est visible sur la figure 2, l'observation à dis- tance comme par exemple à l'aide 'de caméras de télévision 60 et de moniteurs 61 est préférable. Les caméras de télévision peuvent être montées sur le système de manipulation à bras

asservi 17. Pour avoir une visibilité maximale, il est souhai-

table de disposer d'un ou de plusieurs systèmes pilote et as-

servi additionnels, pour placer les caméras dans les positions les plus avantageuses afin d'obtenir une visibilité maximale

de proximité. D'autres réponses sensorielles sont souhaita-

bles pour que l'opérateur puisse détecter et "sentir" d'une

manière naturelle l'activité en cours d'exécution dans la zo-

ne distante. Un son transmis mécaniquement peut être détecté par le montage d'un microphone sur l'un des bras asservis,

reliés à un haut-parleur dans la zone o est situé l'opéra-

teur. On peut utiliser d'autres dispositifs de détection pour détecter la température, une vibration, des particules telles

que de la fumée, des gaz et analogues.

Il ressort à l'évidence que les spécialistes de la technique pourront apporter de nombreuses modifications et variantes à la présente invention, sans pour autant sortir

du cadre de cette dernière. Les formes de réalisation spéci-

fiques décrites ont été données uniquement à titre d'exemple et sans que la présente invention n'y soit en aucune manière limitée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système pour l'exécution télécommandée d'une activité extravéhiculaire sans surveillance dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comporte: A) un véhicule spatial (10) pouvant être mis en orbite et comportant: 1) un site de travail (12) accessible depuis l'extérieur dudit véhicule, et 2) des moyens associés audit site de travail du véhicule

spatial, pour la fixation, dans l'espace, de l'équipe-

ment du site de travail, avec lequel l'activité extra-

véhiculaire doit être exécutée,

B) au moins un sous-système asservi (16) d'un manipu-

lateur servocommande, situé au voisinage dudit site de tra-

vail pour exécuter le travail sur ce dernier,

C) un sous-système pilote (14) du manipulateur ser-

vocommandé, actionné manuellement, pour chaque sous-systè-

me asservi, ledit sous-système pilote étant distant dudit

sous-système asservi et y étant relié de façon opéra-

tionnelle, D) un système distribué de communication numérique situé à l'intérieur de chacun desdits sous-systèmes asservis et pilote,

E) un lien (15) de transmission de données entre lesdits sys-

tèmes de communication numérique,

F) un sous-système (28,27) de commande de position réagis-

sant à une force bilatérale, prévu pour lesdits sous-sys-

tèmes asservis et pilote (16,14) et transmettant de façon

naturelle, directement à la main de l'opérateur du sous-

système pilote (14), une sensation qui est proportionnelle aux charges appliquées par l'opérateur par l'intermédiaire du sous-système asservi (16) et à des charges imposées par

l'environnement éloigné, par l'intermédiaire du sous-sys-

tème asservi, et

G) un sous-système sensoriel incluant des moyens pour trans-

mettre à l'opérateur, d'une manière naturelle, d'autres

réponses sensorielles de l'environnement éloigné, dans le-

quel l'activité extravéhiculaire doit être exécutée.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit soussystème pilote est situé à l'intérieur de la cabine (11) dudit véhicule spatial (10) et que ledit lien (15) de transmission de données est un cable ou une

1 i a i s o n de transmission d'énergie par rayonnement en-

tre lesdits sous-systèmes piloteetasservi (14,16).

3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit soussystème pilote (14) est situé à distance du véhicule spatial (10) portant ledit sous-système asservi

(16) et que ledit len (15)de transmission de données est un sys-

tème de transmission d'énergie Dar rayonnement entre lesdits soussystèmes pilote et asservi

4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: A) ledit site de travail (12) est une soute ouverte située à l'intérieur du véhicule spatial, et

B) lesdits moyens pour fixer l'équipement, avec lequel l'ac-

tivité extravéhiculaire doit être exécutée, comportent des

moyens en forme de grappin commandés à distance et asso-

ciés au site de travail pour positionner l'équipement à

partir de l'espace et le fixer sur le site de travail.

5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soussystème asservi comDorte: A) un bras asservi (22-24) du maniDulateurcomportant, à son extrémité libre, une articulation en forme de poignet (25) ayant quasiment les capacités d'une articulation humaine,

ladite articulation en forme de poignet possédant une pin-

ce (26) adaptée pour recevoir n'importe quel outil faisant

partie d'une pluralité d'outils de travail interchangea-

bles,

B) un module (30) à moteur électrique servocommande, com-

prenant: 1) un codeur de position, et 2) un frein électromécanique, C) une interface rotative (35,36) située entre ledit module à moteur et le bras du manipulateur, et D) un module électronique (34) relié de façon opérationnel- le audit module à moteur et contenant 1) des amplificateurs de commande, et 2) des moyens de commande de déplacement à microprocesseur pour chaque déplacement devant être exécuté par le bras

asservi du manipulateur.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pince (26) de l'articulation en forme de poignet

comprend un actionneur terminal à mâchoires parallèles compor-

tant des moyens pour saisir lesdits outils interchangeables

et les relâcher.

7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit soussystème pilote comporte:

A) un bras pilote (18,19) du manipulateur possédant une poi-

gnée de commande (21) pouvant être actionnée manuellement, au niveau de son extrémité libre,

B) un module (29) à moteur électrique servocommande, compor-

tant un codeur de position, C) une interface rotative (31,32) située entre ledit bras du manipulateur et le module à moteur, et

D) unmodule électronique (33) relié de façon opérationel-

le audit module à moteur et contenant 1) des amplificateurs de commande, et 2) des moyens de commande de déplacement à microprocesseur pour chaque déplacement devant être exécuté par le bras

asservi du manipulateur.

8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que: A) lesdits modules (30,29) à moteurs servocommandes asservi et pilote, comprennent chacun un servomoteur pour chacun

des trois déplacements en translation et des trois mouve-

ments de rotation et pour l'action de saisie, et

B) des moyens de commutation sont prévus pour commander l'ali-

mentation en énergie envoyée à chaque module à moteur et

à chaque moteur individuel.

9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que: A) ladite poignée (21) de commande du bras pilote comporte un interrupteur d'hommemort d'alimentation (40), ce qui

a pour effet que le système ne peut fonctionner que lors-

que la main de l'opérateur est placée sur la poignée,

B) ladite poignée de commande du bras pilote comporte un com-

mutateur (41) d'indexage d'alimentation en énergie du mo-

teur pilote, ce qui a pour effet que l'alimentation en éner-

gie du bras pilote peut être débranchée et que le bras pi-

lote peut être positionné indépendamment de la position du bras asservi,

C) ledit sous-système asservi comporte un frein électroméca-

nique pour chaque mouvement de translation, de rotation et de saisie, et ladite poignée de commande du bras pilote comporte un interrupteur de verrouillage à levier (42),

ce qui permet de serrer les freins et d'arrêter le dépla-

cement du bras asservi, et D) un interrupteur séparé de verrouillage à levier est prévu sur ladite poignée de commande du bras pilote pour arrêter

de façon indépendante le mouvement de saisie.

10. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun desdits systèmes distribués de communication numérique comporte un processeur de contrôle pilote et un processeur de contrôle asservi, et ledit lien de transmission

de données comporte une interconnexion entre lesdits proces-

seurs de contrôle et les dispositifs de commande à micropro-

cesseur des sous-systèmes pilote et asservi pour chaque mou-

vement du manipulateur.

11. Système pour l'exécution télécommandée d'une

activité extravéhiculairesans Lrvnaticnhmainedas l'espace, carac-

térisé en ce qu'il comporte: A) un véhicule spatial (10) pouvant être mis en orbitre et comportant: 1) un site de travail (12) accessible depuis l'extérieur dudit véhicule, et

2) des Moyens télécommandés en forme de grappin associés.

audit site de travail du véhicule dans l'espace.pour positionner et fixer, dans l'espace, l'équipement du

site de travail, avec lequel l'activité extravéhiculai-

re doit être exécuté,

B) au moins un sous-système asservi (16) d'un manipu-

lateur servocommande, situé au voisinage dudit site de tra-

vail pour exécuter le travail sur ce site, ce sous-système asservi comprenant:

1) un bras asservi (22 - 24) du manipulateur compor-

tant, à son extrémité libre, une articulation en forme

de poignet ayant quasiment les capacités d'une articula-

tion humaine, ladite articulation en forme de poignet

possédant une pince (26) adaptée pour recevoir n'impor-

te quel outil faisant partie d'une pluralité d'outils de travail interchangeables, 2) un module (3 à moteur à courant continu sans balais, servocommande, comportant a) un codeur de position, et b) un frein électromécanique,

3) une interface rotative (35-36) située entre ledit modu-

le à moteur et le bras du manioulateur, et

4) un module électronique (34) relié de façon opération-

nelle audit module à moteur et contenant

a) des amplificateurs de commande modulés par une modu-

lation d'impulsions en durée, et

b) des moyens de commande de déplacement à microproces-

seur pour chaque déplacement devant être exécuté par le bras asservi du manipulateur, C) un sous-système pilote (14) du manipulateur servocommande, actionné manuellement, pour chaque sous-système asservi,

ledit sous-système pilote étant situé à distance dudit sous-

système asservi et y étant relié de façon opérationnel-

le, ledit sous-système pilote comprenant: 1) un bras pilote (18,19) du manipulateur, possédant une

poignée-de commande (21) pouvant être actionnée manuel-

lement, sur son extrémité libre, 2) un module (29) à moteur électrique à courant continu

sans balais servocommande, contenant un codeur de posi-

tion, 3) une interface rotative (31,32) située entre ledit bras du manipulateur et le module à moteur, et

4) un module électronique (33) relié de façon opération-

nelle audit module à moteur et contenant

a) des amplificateursdecoannande modulés selon une modu-

lation d'impulsion en durée, et

b) des moyens de commande de déplacement à microproces-

seur correspondant à chaque déplacement devant être exécuté par le bras asservi, D) un système distribué de communication numérique situé à l'intérieur de chacun desdits sous-systèmes asservi et pilote et contenant chacun un processeur de contrôle, E) un lien (15) de transmission de données situé entre lesdits

systèmes de communication numérique, lesdits liens com-

prenant une interconnexion située entre lesdits processeurs de contrôle et le dispositif de commande à microprocesseur des sous-systèmes pilote et asservi pour chaque mouvement du manipulateur,

F) un sous-système (28,27) de commande de position réagis-

sant à une force bilatérale, prévu pour lesdits sous-sys-

tèmes asservi et pilote (16,14) et transmettant de façon

naturelle, directement à la main de l'opérateur du sous-

l'environnement éloigné, par l'intermédiaire du sous-sys-

tème asservi, et

G) un sous-système sensoriel incluant des moyens pour trans-

mettre à l'opérateur du sous-système asservi, d'une maniè-

re naturelle, d'autres réponses sensorielles de l'environ-

nement situé à distance et dans lequel l'activité extravé-

hiculaire doit être exécutée.

12. Système selon la revendication 11, caractérisé

en ce que ledit sous-système pilote (14) est situé à l'inté-

rieur de la cabine (11) dudit véhicule spatial (10) et ledit lien (15) de transmission de données est un câble ou unisys-t me de transmission d'énergie par rayonnement entre lesdits

sous-systèmes pilote et asservi.

13. Système selon la revendication 11, caractérisé

en ce que ledit sous-système (14) est situé à distance du vé-

hicule spatial (10) portant ledit sous-système asservi (16) et que ledit lien de transmission de données est un système

de transmission d'énergie par rayonnement entre lesdits sous-

systèmes pilote et asservi

14. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que: A) ledit site de travail (12) est une soute ouverte située à l'intérieur du véhicule spatial, et B) lesdits moyens en forme de grappin sont associés à ladite

soute de manière à récupérer, à partir de l'espace, l'équi-

pement avec lequel l'activité extravéhiculaire doit être

exécutée, et positionne et fixe cet équipement à l'inté-

rieur de la baie.

15. Système selon la revendication 11, caractérisé

en ce que ladite pince (26) de l'articulation en forme de poi-

gnet comprend un actionneur terminal à mâchoires parallèles

comportant des moyens pour saisir lesdits outils interchangea-

bles et les relâcher.

16. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que

Z611181

A) lesdits modules (29,30) a moteurs d'actionnement a courant continu sans balais, servocommandes, asservi et pilote, comprennent chacun un servomoteur pour chacun des trois

mouvements de translation et des trois mouvements de rota-

tion et pour l'action de saisie, et

B) des moyens de commutation sont prévus pour commander l'ali-

mentation en énergie envoyée à chaque module à moteur et

à chaque module individuel.

17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que: A) ladite poignée (21) de commande du bras pilote comporte un interrupteur d'hommemort d'alimentation (40), ce qui

a pour effet que le système ne peut fonctionner que lors-

que la main de l'opérateur est placée sur la poignée,

B) ladite poignée de commande du bras pilote comporte un inter-

rupteur (41) d'indexage d'alimentation en énergie du mo-

teur Dilote, ce qui a pour effet que l'alimentation en éner-

gie du bras pilote peut être débranchée et que le bras pi-

lote peut être positionné indépendamment de la position du bras asservi,

C) ledit sous-système asservi comporte un frein électroméca-

nique pour chaque mouvement de translation, de rotation et de saisie, et ladite poignée de commande du bras Dilote comporte un interrupteur de verrouillage à levier (42),

ce qui permet de serrer les freins et d'arrêter le dépla-

cement du bras asservi.

D) un interrupteur séparé de verrouillage à levier est prévu sur ladite poignée de commande du bras pilote pour arrêter

de façon indépendante le mouvement de saisie.

18. Système selon la revendication 11, caractérisé

en ce qu'il comporte au moins un couple de chacun des sous-

systèmes asservi et pilote.

19. Système selon la revendication 18, caractérisé

en ce qu'il comporte au moins un troisième sous-système asser-

vi et un troisième sous-système pilote, dont la fonction prin-

cipale est de supporter au moins une caméra de télévision pour gros plans (60), située à l'extrémité libre du bras asservi

du manipulateur, pour exécuter des manipulations et des po-

sitionnements indépendamment des bras effectuant le travail, en réponse à l'actionnement manuel du troisième sous-système asservi.