JP2000351400A - 展開構造物地上試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、各種展開構造物の地上試験を容易
にして高精度に実現し得るようにすることにある。 【解決手段】ロボットアーム12の関節部121を吊着する
第１のワイヤ17が巻き付けられた第１の糸巻きプーリ16
を、スプライン軸13に回転力伝達可能で、且つ軸方向に
移動自在に組付けて、このスプライン軸13を回転自在に
支持する軸受部材14,15を、案内レール10,11を介して軸
方向と直交する方向に移動自在に配設すると共に、スプ
ライン軸13の一端に第２の糸巻きプーリ18を嵌着し、こ
の第２の糸巻きプーリ18に巻き取り自在に巻付けた第２
のワイヤ19を案内レール10,11の一方側に引き出して、
その先端に第１の錘２１を吊着すると共に、上記軸受部
材14に対して上記案内レール10,11の他方側に引き出さ
れて、その先端に第２の錘24を吊着したワイヤ22の一端
を係着するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星
等の宇宙航行体に搭載する太陽電池パドル等の折畳み展
開される展開構造物の折畳み展開動作を地上で模擬試験
するのに用いられる展開構造物地上試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙開発の分野においては、展開型アン
テナやロボット等の展開構造物を人工衛星等の宇宙航行
体に搭載する場合、その信頼性を確保するために、予め
地上において、展開構造物を、宇宙空間を模擬した地上
展開試験が実行される。このような展開構造物の地上展
開試験を実行する展開構造物地上試験装置としては、一
般的に、カウンタバランスウエイトと称する錘を用いて
展開構造物を吊着して、その運動に伴う自重を補償する
ことにより、展開構造物の宇宙環境における展開動作を
模擬するローラレール方式が採用されている。

【０００３】しかしながら、上記展開構造物地上試験装
置では、ロボット等の三次元的に運動される展開構造物
の地上模擬試験を行うように構成する場合、展開構造物
の水平面上の移動に伴う自重を補償する機構として、錘
を水平面上に移動するように構成しなければならないた
めに、その構成が非常に複雑となると共に、大形となる
という問題を有する。

【０００４】また、これによれば、錘を水平面上に移動
させて水平面の移動の補償を実現する構成上、高精度な
補償が困難なために、試験の信頼性が低いという問題を
有する。

【０００５】係る問題は、宇宙開発の分野においては、
信頼性の高い高精度な展開構造物の開発が強く要請され
ていることで、今後の重要な課題の一つとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の展開構造物地上試験装置では、構成が複雑で、大形
となると共に、試験の信頼性が低いという問題を有す
る。

【０００７】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、簡易な構成で、小形化の促進を図り得、且つ、
展開構造物の高精度な地上試験を容易に実現し得るよう
にした展開構造物地上試験装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、先端に展開
構造物が吊着されるワイヤの基端が巻き取り自在に巻き
付けられてなる第１の糸巻きプーリと、この第１の糸巻
きプーリが軸方向に移動可能で、且つ、その回転に連動
して回転力が伝達されて一体的に回転可能に挿着されて
なるスプラン軸が軸受部を介して回転自在に設けられた
スプライン機構と、このスプライン機構を前記スプライ
ン軸の軸方向と直交する方向に移動自在に支持する直動
案内手段と、前記スプライン軸の一端に嵌着されるもの
で、ワイヤの基端が巻き取り自在に巻き付けられ、ワイ
ヤの中間部が固定プーリを介して前記スプライン軸の移
動方向の一方側に引き出されて、その先端部に第１の錘
が吊着される第２の糸巻きプーリと、前記スプライン軸
の軸受部に一端が係止され、中間部が固定プーリを介し
て前記スプライン軸の移動方向の他方側に引き出されて
他端に第２の錘が吊着されるワイヤ機構とを備えて展開
構造物地上試験装置を構成したものである。

【０００９】上記構成によれば、展開構造物が動作制御
されて、スプライン軸方向に移動付勢されると、第１の
糸巻きプーリがスプライン軸に沿って軸方向に移動され
て、そのワイヤの張力が制御されてスプライン軸方向の
自重を補償し、スプライン軸の軸方向と直交する一方の
軸方向に移動されると、ワイヤ機構の作用により、スプ
ライン軸と一体になって直動案内手段に案内されて、そ
の張力が制御されて自重が補償される。そして、展開構
造物がスプライン軸の軸方向と直交する他方の軸方向に
移動されると、第２の糸巻きプーリ及び第１の錘の作用
により、その張力が制御されて同方向の自重を補償す
る。

【００１０】これにより、展開構造物は、スプライン軸
及直動案内手段の長さ寸法に応じた範囲の自重補償が可
能となり、小形化を確保したうえで、比較的広い範囲の
高精度な地上模擬試験が実現され、展開構造物の信頼性
の向上に寄与することが可能となる。

【００１１】また、第１及び第２の錘を自重方向に配置
するだけで、展開構造物の三次元の自重補償が可能とな
ることにより、構成の簡略化が図れる。

【００１２】また、この発明は、前記第１の糸巻きプー
リを、スプライン機構のスプライン軸に軸方向に移動可
能で、且つ、その回転に連動して回転力が伝達されて一
体的に回転可能に挿着されたナットに嵌着して配設する
ように構成した。

【００１３】これによれば、スプライン軸とナットの製
作精度の高精度化を容易に図ることができて、スプライ
ン機構の高精度な移動制御が実現され、自重補償性能の
高性能化を図ることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は、この発明の一実施の形態に係る展
開構造物地上試験装置を示すもので、一対の案内レール
１０，１１は、自重補償機構を構成し、展開構造物、例
えば三次元的に運動されるロボットアーム１２の関節部
１２１のＸ軸方向に対応して所定の間隔を有して敷設さ
れる。そして、これら案内レール１０，１１間には、周
知のスプライン機構を構成するスプライン軸１３が架設
される。このスプライン軸１３は、その両端が軸受部材
１４，１５を介して回転自在に支持され、これら軸受部
材１４，１５は、上記案内レール１０，１１にＸ軸方向
に移動自在に装着される。

【００１６】また、スプライン軸１３には、ナット９が
軸方向（Ｙ軸方向）に直線移動自在に組付けられる。こ
のナット９は、その回転力がスプライン軸１３に伝達さ
れて、該スプライン軸１３と一体的に回転され、スプラ
イン軸１３に対して軸方向に移動付勢されると、該スプ
ライン軸１３に沿ってＹ軸方向に移動される。

【００１７】なお、上記スプライン機構としては、ナッ
ト９に、例えば図示しないボールが内蔵され、ナット９
のＹ軸方向への直線移動時にボールがスプライン軸１３
に摺動して移動案内される、いわゆるボールスプライン
構造を用いることにより、直線移動時の摩擦抵抗が殆ど
なくなり、安定した直線移動が可能となる。

【００１８】また、上記ナット９には、その周囲部に第
１の糸巻きプーリ１６が嵌着され、この第１の糸巻きプ
ーリ１６には、第１のワイヤ１７の一端が巻き取り自在
に巻き付けられる。この第１のワイヤ１７は、その他端
が、上記ロボットアーム１２のＺ軸方向に引き出され
て、その先端に、該ロボットアーム１２の例えば関節部
１２１が吊着される。

【００１９】この第１の糸巻きプーリ１６は、スプライ
ン軸１３の回転に同期してナット９と共に一体的に回転
されて、その第１のワイヤ１７の巻き取り、あるいは送
り出が行なわれる。また、第１の糸巻きプーリ１６は、
スプライン軸１３の軸方向に第１のワイヤ１７を介して
付勢されると、ナット９と共に一体的に軸方向（Ｙ軸方
向）に直線上に移動される。

【００２０】さらに、上記スプライン軸１３には、その
一端に第２の糸巻きプーリ１８が嵌着される。この第２
の糸巻きプーリ１８は、スプライン軸１３と一体的に回
転駆動され、その周壁の糸巻き部に、第２のワイヤ１９
の一端が巻き取り自在に巻き付けられる。この第２のワ
イヤ１９は、上記案内レール１０，１１に対してＸ軸方
向の一方側に引き出されて、その中間部が固定滑車２０
に巻き付けられた後、その先端部には、カウンタバラン
スウエイトと称する第１の錘２１が吊着される。この第
１の錘２１は、その重量が上記ロボットアーム１２の、
例えば関節部１２１の重量と略同一に設定される。

【００２１】また、上記軸受部材１４，１５には、その
うち第２の糸巻きプーリ１８に対応する一方の軸受部材
１４に、ワイヤ機構を構成するワイヤ２２の一端が係着
される。このワイヤ２２の他端側は、上記第２の糸巻き
プーリ１８の第２のワイヤ１９と逆方向に引き出され
て、固定滑車２３に巻き回された後、その先端部に、カ
ウンタバランスウエイトと称する第２の錘２４が吊着さ
れる。この第２の錘２４は、上記第１の錘２１の重量と
略同一重量に設定される。

【００２２】なお、上記自重補償機構を構成する第１の
糸巻きプーリ１６、スプライン軸１３、案内レール１
０，１１、第２の糸巻きプーリ１８及びワイヤ機構は、
各第１及び第２のワイヤ１７，１９の張力、ワイヤ２２
の張力により、ロボットアーム１２の三軸回りの自重補
償を行うもので、必要に応じて、例えばロボットアーム
１２の把持部１２２に対応して略同様の構成のもの装着
されて、略同様に自重が補償される。

【００２３】上記構成により、ロボットアーム１２の地
上模擬試験を行う場合には、その関節部１２１を第１の
糸巻きプーリ１６の第１のワイヤ１７の先端に吊着す
る。そして、第２の糸巻きプーリ１８の第２のワイヤ１
９の他端には、ロボットアーム１２の関節部１２１の重
量と略同重量の第１の錘２１を吊着し、ワイヤ機構のワ
イヤ２２の他端には、第２の錘２３が吊着される。この
第２の錘２３は、第１の錘２１と同重量に設定される。

【００２４】また、ロボットアーム１２は、その把持部
１２２にも上記関節部１２１と略同様の自重補償機構に
装着される。

【００２５】ここで、上記ロボットアーム１２は、図示
しない制御部を介して動作制御され、例えばＺ軸方向に
駆動されると、第１の糸巻きプーリ１６に図中時計ある
いは反時計方向の回転力が付与される。すると、第１の
糸巻きプーリ１６は、ナット９を介してスプライン軸１
３と共に回転され、その第１のワイヤ１７が巻き取り、
あるいは送り出される。ここで、第２の糸巻きプーリ１
８は、スプライン軸１３と一体的に回転され、その第２
のワイヤ１９が第１の錘２１の作用により、巻き取り、
あるいは送り出され、その第２のワイヤ１９の張力が制
御される。同時に、ワイヤ２２は、第２の錘２４の作用
により、Ｚ軸方向に移動され、その張力が制御される。
これにより、ロボットアーム１２は、その第１の糸巻き
プーリ１６の第１のワイヤ１７の張力が制御され、Ｚ軸
方向の自重が補償される。

【００２６】また、ロボットアーム１２は、上記制御部
（図示せず）を介してＹ軸方向に駆動されると、第１の
糸巻きプーリ１６に対して第１のワイヤ１７を介してＹ
軸方向の付勢力が付与される。すると、第１の糸巻きプ
ーリ１６は、ナット９とスプライン軸１３との作用によ
り、スプライン軸１３に対して軸方向に移動して、その
第１の糸巻きプーリ１６の第１のワイヤ１７の張力が所
望の状態に制御される。

【００２７】この際、第２の糸巻きプーリ１８の第２の
ワイヤ１９及びワイヤ機構のワイヤ２２は、それぞれ第
１及び第２の錘２１，２４が初期位置に保たれる。ここ
で、ロボットアーム１２は、その第１の糸巻きプーリ１
６の第１のワイヤ１７の張力が所望の状態に保たれてＹ
軸方向の自重が補償される。

【００２８】さらに、ロボットアーム１２は、上記制御
部（図示せず）を介してＸ軸方向に駆動されると、第１
の糸巻きプーリ１６に対して第１のワイヤ１７を介して
Ｘ軸方向の付勢力が付与される。すると、第１の糸巻き
プーリ１６は、スプライン軸１３を同方向に付勢して、
該スプライン軸１３を案内レール１０，１１に対して同
方向に移動付勢する。

【００２９】この際、軸受部材１４に係着されたワイヤ
２２は、スプライン軸１３の司る案内レール１０，１１
上の位置に応じて第２の錘２４の作用により、張力が制
御されてロボットアーム１２のＸ軸方向の自重を補償す
る。同時に、第２の糸巻きプーリ１８は、その第１の錘
２１が第２の錘２２と逆方向に移動されて、その第２の
ワイヤ１９の張力が制御される。ここで、ロボットアー
ム１２は、その第１の糸巻きプーリ１６の第１のワイヤ
１７の張力が所望の状態に保たれてＸ軸方向の自重が補
償される。

【００３０】これにより、上記ロボットアーム１２は、
上記案内レール１０，１１のストローク、上記スプライ
ン軸１３のストローク及び第１の糸巻きプーリ１６の第
１のワイヤ１７の吊着寸法に対応した範囲において、上
述したようにその三次元の自由運動に伴う自重補償が行
なわれて、宇宙空間が模擬された状態で、地上模擬試験
が実行される。

【００３１】なお、上記ロボットアーム１２は、その動
作制御状態において、上述した把持部１２２が、略同様
に構成された自重補償機構の各ワイヤの張力が同様に制
御されることにより、その三軸方向の自重が同様に補償
される。

【００３２】また、上記宇宙空間を模擬した地上試験に
おいて、上記ロボットアーム１２に代えて重量の異なる
ロボットアーム等の展開構造物の自重補償を行う場合に
は、上記第１及び第２の錘２１，２４の重量を展開構造
物の重量と略同一となるように交換して、同様に第１の
糸巻きプーリ１６の第１のワイヤ１７の先端を、展開構
造物に吊着させる。これにより、この新たな展開構造物
の三次元の自由運動に伴う自重を補償した宇宙空間を模
擬した状態で、地上模擬試験を実行することができる。

【００３３】このように、上記展開構造物地上試験装置
は、ロボットアーム１２の関節部１２１を吊着する第１
のワイヤ１７が巻き付けられた第１の糸巻きプーリ１６
を、スプライン軸１３に回転力伝達可能で、且つ軸方向
に移動自在に組付けて、このスプライン軸１３を回転自
在に支持する軸受部材１４，１５を、案内レール１０，
１１を介して軸方向と直交する方向に移動自在に配設す
ると共に、スプライン軸１３の一端に第２の糸巻きプー
リ１８を嵌着し、この第２の糸巻きプーリ１８に巻き取
り自在に巻付けた第２のワイヤ１９を案内レール１０，
１１の一方側に引き出して、その先端に第１の錘２１を
吊着すると共に、上記軸受部材１４に対して上記案内レ
ール１０，１１の他方側に引き出されて、その先端に第
２の錘２４を吊着したワイヤ２２の一端を係着するよう
に構成した。

【００３４】これによれば、ロボットアーム１２が動作
制御されて、スプライン軸方向に移動付勢されると、第
１の糸巻きプーリ１６がスプライン軸１３に沿って軸方
向に移動されて、その第１のワイヤ１７の張力が制御さ
れてＹ軸方向の自重を補償し、スプライン軸１３がＸ軸
方向に移動されると、第２の糸巻きプーリ１８及び第１
の錘２１とワイヤ２２及び第２の錘２４の作用により、
スプライン軸１３と一体となって案内レール１０，１１
に案内されて、その張力が制御されて自重が補償され
る。そして、ロボットアーム１２がスプライン軸１３の
軸方向と直交する他方の軸方向に移動されると、第２の
糸巻きプーリ１８及び第１の錘２１とワイヤ２２及び第
２の錘２４の作用により、その張力が制御されて同方向
の自重を補償する。

【００３５】これにより、ロボットアーム１２の自重補
償を、スプライン軸１３の長さ寸法、案内レール１０，
１１の長さ寸法及び第１の糸巻きプーリ１６のワイヤ１
７の吊着寸法に応じた範囲において実現することが可能
となり、装置の小形化を確保したうえで、比較的広い範
囲の高精度な地上模擬試験を実現することができること
により、ロボットアーム１２の信頼性の向上に寄与する
ことができる。

【００３６】また、これによれば、第１及び第２の錘２
１，２４を自重方向に吊着配置して、第１のワイヤ１７
の張力を制御することにより、ロボットアーム１２の三
次元の自重補償が可能となることにより、その構成の簡
略化が図れると共に、自重補償を高精度に行うことがで
きる。

【００３７】なお、上記実施の形態では、スプライン機
構を構成するナット９を、スプライン軸１３に対して軸
方向に移動可能で、且つ、その回転に連動して回転力が
伝達されて一体的に回転可能に挿着して、このナット９
に第１の糸巻きプーリ１６を嵌着する如く装着して、第
１の糸巻きプーリ１６をスプライン軸１３に対して軸方
向に移動可能で、且つ、その回転に連動して回転力が伝
達されて一体的に回転されるように構成した場合で説明
したが、これに限ることなく、第１の糸巻きプーリ１６
をスプライン軸１３に対して直接的に軸方向に移動可能
で、且つ、その回転に連動して回転力が伝達されて一体
的に回転されるように構成することも可能である。

【００３８】また、上記実施の形態では、ワイヤ２２に
吊着した第２の錘２４と第２の糸巻きプーリ１８の第２
のワイヤ１９に吊着した第１の錘２１とをスプライン軸
１３の一端側に該スプラン軸１３を挟んで両側に位置す
るように構成した場合で説明したが、これに限るころな
く、これら第１の錘２１と第２の錘２４とをスプライン
軸１３の両端にスプラン軸１３を挟んだ両側に位置する
ように配置構成することも可能である。

【００３９】さらに、上記実施の形態では、第１及び第
２の錘２１，２４が吊着される第２のワイヤ１９及びワ
イヤ２２を１個の固定滑車２０，２３を用いて所定の位
置に引き出すように構成した場合で説明したが、これに
限ることなく、第２の糸巻きプーリ１８に巻き付けた第
２のワイヤ１９及びワイヤ機構のワイヤ２２を複数個の
固定滑車を用いてを引き出すように構成することも可能
である。

【００４０】また、さらに、上記実施の形態では、展開
構造物としてロボットアーム１２に適用して、関節部１
２１及び把持部１２２の２個所を吊着して自重補償を行
うように構成した場合で説明したが、これに限ることな
く、展開構造物の構造に応じて、例えば１個所を吊着し
て自重補償を行うように構成することも可能である。

【００４１】さらに、上記実施の形態では、三次元の運
動を行うロボットアーム１２の自重補償を行うように構
成した場合で説明したが、これに限ることなく、二次元
の運動を行う展開構造物の地上試験に適用してもよい。

【００４２】よって、この発明は、上記各実施の形態に
限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変更を実施し得ることは勿論のことである。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、簡易な構成で、小形化の促進を図り得、且つ、展開
構造物の高精度な地上試験を容易に実現し得るようにし
た展開構造物地上試験装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係る展開構造物地上
試験装置の構成を示した構成図である。

【符号の説明】

９ … ナット。 １０，１１ … 案内レール。 １２ … ロボットアーム。 １２１ … 関節部。 １２２ … 把持部。 １３ … スプライン軸。 １４，１５ … 軸受部材。 １６ … 第１の糸巻きプーリ。 １７ … 第１のワイヤ。 １８ … 第２の糸巻きプーリ。 １９ … 第２のワイヤ。 ２０ … 固定滑車。 ２１ … 第１の錘。 ２２ … ワイヤ。 ２３ … 固定滑車。 ２４ … 第２の滑車。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に展開構造物が吊着されるワイヤの
   基端が巻き取り自在に巻き付けられてなる第１の糸巻き
   プーリと、 この第１の糸巻きプーリが軸方向に移動可能で、且つ、
   その回転に連動して回転力が伝達されて一体的に回転可
   能に挿着されてなるスプラン軸が軸受部を介して回転自
   在に設けられたスプライン機構と、 このスプライン機構を前記スプライン軸の軸方向と直交
   する方向に移動自在に支持する直動案内手段と、 前記スプライン軸の一端に嵌着されるもので、ワイヤの
   基端が巻き取り自在に巻き付けられ、ワイヤの中間部が
   固定プーリを介して前記スプライン軸の移動方向の一方
   側に引き出されて、その先端部に第１の錘が吊着される
   第２の糸巻きプーリと、 前記スプライン軸の軸受部に一端が係止され、中間部が
   固定プーリを介して前記スプライン軸の移動方向の他方
   側に引き出されて他端に第２の錘が吊着されるワイヤ機
   構とを具備したことを特徴とする展開構造物地上試験装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の糸巻きプーリは、スプライン
   機構のスプライン軸に軸方向に移動可能で、且つ、その
   回転に連動して回転力が伝達されて一体的に回転可能に
   挿着されたナットに嵌着されてなることを特徴とする請
   求項１記載の展開構造物地上試験装置。
3. 【請求項３】 前記第１及び第２の錘は、展開構造物の
   重量と同一重量に設定してなることを特徴とする請求項
   １又は２記載の展開構造物地上試験装置。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の錘は、スプライン機
   構の両端に対応して配設されることを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか記載の展開構造物地上試験装置。
5. 【請求項５】 前記スプライン機構は、ボールスプライ
   ン構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
   か記載の展開構造物地上試験装置。
6. 【請求項６】 前記展開構造物は、三次元的に運動され
   ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の展
   開構造物地上試験装置。