JP2001121459A

JP2001121459A - 作業ロボット

Info

Publication number: JP2001121459A
Application number: JP30843999A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kawasaki; 秀一川崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】宇宙機器構造周囲を移動し、作業するロボッ
トに関し、ロボットの足が故障し、外れなくなった場合
に、その足を切離し、残りの足で走行し、安全性を高め
る。【解決手段】本体１には４本の多機能アーム１０〜１
３を備え、各多機能アームは操作具２によりＭ／Ｄシー
ルド８１の作業用ソケット８６を把持して移動する
（ａ）。（ｂ）においてアーム１２が故障し、外れなく
なると、本体１の取付部を切離し、（ｃ）のようにアー
ム１１，１３を横移動させ、（ｄ）のようにアーム１
０，１１，１３を完全に横移動させ、故障したアーム１
２をそのまま放置して、残りの３本の多機能アームで走
行する。従って、アーム故障時にも完全に移動ができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は海中、海底、原子力
発電等、特殊プラント内、月、火星、等の衛星又は宇宙
空間で作業を行う作業ロボットに関し、特に宇宙ステー
ション又は人工衛星で使用する場合、構造体の点検、シ
ールドの交換等を宇宙飛行士に代わって作業を行い、移
動、構造物の交換等を正確に行うようにし、宇宙空間で
の作業の安全性を向上させたものである。

【０００２】

【従来の技術】現在計画されている宇宙ステーションの
有人モジュールは、内部に居住空間を備え、その周囲は
無重力空間の宇宙に無数の障害物が飛散しており、塗装
片等の微細な障害物がモジュールに高速で衝突すると表
面を破損する恐れがあるので、Ｍ／Ｄ（Meteoroid/Debr
is) シールドと呼ばれるパネルを多数貼り付けて保護し
ている。又、Ｍ／ＤシールドにはＴハンドルソケットと
呼ばれるソケットが設けられ、各モジュールの四隅には
ボルト穴があり、ボルトで有人モジュール本体の表面に
取付けられている。このようなＭ／Ｄシールドが有人モ
ジュール本体の全表面を覆って宇宙の障害物の衝突から
内部を保護している。Ｔハンドルソケットには、治具挿
入用のソケットがあり、ソケット内に宇宙飛行服を装着
した作業員がＴ字状の操作用治具を持ち、この治具の先
端を挿入し、治具を固定し、Ｍ／Ｄシールドの取外し、
交換等の作業を行う。又、有人モジュール本体の表面に
は、ハンドレールがモジュール本体の外周囲各所に設け
られており、作業員がこのハンドレールを把持してハン
ドレールを伝わり保守、点検を行うためのものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように現状で計
画されているモジュール、又は人工衛星等の宇宙空間で
の作業は宇宙服を装着した作業員による作業が主力であ
り、安全上の問題等の面より人間に代わる機械化が望ま
れている。又、宇宙空間でのロボットとしては種々提案
されているが、単一のアームからなるものや、双腕ロボ
ット等も計画されているが、いずれも固定式であり、宇
宙ステーションのモジュール本体の点検や構造物の交換
を目的としたロボットは実現していないのが現状であ
る。そこで本発明は、宇宙空間のモジュール構造物の表
面を移動可能とし、ボルトを取外し、目的の構造物を新
しいものに取り換え、これを装着することが確実に行
い、かつ，より安全性を高め、宇宙空間での多目的作業
に適した機能を備えた作業ロボットを提供することを課
題としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために、次の（１）〜（１１）の手段を提供す
る。

【０００５】（１）ロボット本体と、複数のアームの端
部同志を連結し、一端を前記本体に回動自在に取付け、
他端に操作具を連結した複数のアームを有し、同アーム
は前記操作具で構造物表面から突設するソケット又はボ
ルト頭を把持すると共に、前記アームを伸縮させること
により別のソケット又はボルト頭へ把持を変換し、前記
本体を移動させると共に、前記アームのいずれかを用い
て、同アームの操作具で物体を把持し、運搬、移送可能
とすることを特徴とする作業ロボット。

【０００６】（２）前記各アームの前記本体への取付部
は走行中に離脱可能に連結されていることを特徴とする
（１）記載の作業ロボット。

【０００７】（３）前記本体の表面には複数の視覚セン
サが取付けられていることを特徴とする（１）記載の作
業ロボット。

【０００８】（４）前記各アームの先端にはアダプタが
取付けられ、同アダプタで構造物表面から突設するソケ
ット又はボルト頭を把持すると共に、同アダプタは前記
アーム先端から走行中に離脱可能であることを特徴とす
る（１）記載の作業ロボット。

【０００９】（５）前記本体の上面には任意形状の物体
を搭載可能とし、同本体上面には同物体の幅の外形に合
わせて移動可能で同物体を両側から押圧し、固定して支
持する支持装置が設けられている（１）記載の作業ロボ
ット。

【００１０】（６）前記本体の上面には任意形状の物体
を搭載可能とし、同本体上面には同物体の底面において
アダプタで支持されることを特徴とする（１）記載の作
業ロボット。

【００１１】（７）前記各アームは各連結毎に伸縮自在
であると共に、同アームの本体への取付部は所定の長さ
延伸し、位置調整可能であることを特徴とする（１）記
載の作業ロボット。

【００１２】（８）前記各アームの関節間には伸縮可能
な機構を持ち、移動範囲、把持範囲及び移動速度を変更
できることを特徴とする（１）記載の作業ロボット
（９）前記本体の表面及び各アームの周囲には太陽電池
モジュールが取付けられ各部位が分離する場合でも、各
部位独自に通信し駆動可能であることを特徴とする
（１）記載の作業ロボット。

【００１３】（１０）前記本体の上面にはアンテナが搭
載可能であることを特徴とする（１）記載の作業ロボッ
ト。

【００１４】（１１）前記本体は中心より回動して２つ
折りに重ね合わされる構造であることを特徴とする
（１）記載の作業ロボット。

【００１５】本発明は（１）を基本としており、ロボッ
ト本体は構造物、例えば宇宙空間における有人モジュー
ルの周りで作業をするが、構造物は宇宙から飛散する障
害物の衝突によって破損することを防ぐためにＭ／Ｄシ
ールドで覆われている。アームの操作具は構造物表面か
ら突設している作業用ソケットを把持するか、又はボル
トの頭を把持するか、あるいはアームに備えるネジをボ
ルトを外した後の穴にねじ込むことによりロボット本体
を支持し、複数のアームを伸縮させながら把持の位置を
順次移動させ、本体を確実に移動させることができる。
又、必要な数のアームを用いて、その操作具を操作し、
Ｍ／Ｄシールドを持ち上げたり、運搬したりすることも
でき、Ｍ／Ｄシールドを交換する作業を行うことができ
る。更に、必要なアームを操作し、本体の上面に物体を
搭載することも可能となる。

【００１６】本発明の（２）では、ロボットのいずれか
のアームが故障して操作具の制御ができず、操作具がボ
ルト等より外れなくなった場合には、自力、又は遠隔操
作により故障したアームの本体への取付部を切離し、故
障したアームはそのまま放置して本体を残りのアームに
より移動させることができ、安全性を確保することがで
きる。

【００１７】本発明の（３）では、本体は視覚センサを
有するので周囲の環境を認識しながら、障害物等が存在
すればこれを検知でき、又、移動の際には自己の位置を
正確に認識しながら操作することができ、正確な宇宙空
間での作業が可能となる。

【００１８】本発明の（４）では、アームの先端にはア
ダプタが取付けられているので、アダプタの構造物の把
持部が故障し、把持しているボルト等から外れなくなる
とアダプタをアーム先端から切離し、アダプタを放置し
て本体を移動することができるので安全性が確保され
る。

【００１９】本発明の（５）では、物体を搭載可能と
し、物体は各種寸法が異なっても、支持装置が移動して
容器両側を押さえるので、又本発明の（６）では、アダ
プタを用い固定するため、作業員が宇宙船外で作業する
ための支援ツールや、操作具に取付けるためのツール保
持機器、あるいは実験用の箱、等種々の形状の箱を本体
上面にアームを用いて搭載し、これを支持装置で固定す
ることができる。

【００２０】本発明の（７）、（８）では、アームは伸
縮自在で、かつ本体との取付位置が調整可能であり、周
囲の環境、例えば構造物の広、狭に合わせて、又、移動
する位置の寸法に合わせて、アームを伸縮させて調整
し、又、アームの本体への取付間隔も調整し、最適の状
態で作業ロボットを移動、制御することができる。

【００２１】本発明の（９）では、本体及びアームには
太陽電池モジュールが取付けられており、各部位が分離
しても各部位独自に発電可能であり、独自に通信でき、
又、本発明の（１０）ではロボット上にアンテナを装備
でき、ロボット本体がアンテナ台となり、電波の送受方
向をトラッキングでき、宇宙ステーションと地上間等の
データ通信を提供可能とするものである。

【００２２】本発明の（１１）では、本体が２つ又は複
数箇所で折りに重ね合わすことができるので全体をコン
パクトな形状とし、宇宙ステーション内の狭い通路から
本体を搬出入する場合、又は、ロボット自体が移動しな
がらコンパクトになり、狭い場所を移動可能とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る作業ロボットで、４本の他機能アー
ムを有する例の構成図であり、宇宙ステーションにおけ
る有人モジュールで利用されるものである。図におい
て、８１は従来例で説明のＭ／Ｄシールドであり、Ｍ／
Ｄシールド８１には２個所にＴハンドルソケット８２が
設けられている。又、Ｍ／Ｄシールド８１の四隅にはＭ
／Ｄシールドをモジュール本体に固定するための４個の
ボルト穴８３が明けられており、ボルト８５によりモジ
ュール本体に取付けられている。

【００２４】又、モジュール本体の周囲には構造用のフ
ランジが軸方向に取付けられており、このビームには所
定のピッチで作業用ソケット８６が設けられている。こ
の作業用ソケット８６は、作業員が宇宙ステーション外
でモジュール本体周囲を保守、点検する際に持参する作
業台等の治具を固定するためのもので、治具側の止め具
を挿入して固定するためのソケットである。本実施の第
１形態の作業ロボットは、この作業用ソケット８６やボ
ルト８５の頭、等の突起物を利用して自己の位置を固定
し、移動するものである。更に本実施の第１形態の特徴
として、ロボットの足に不具合が有り、ボルト等より外
れなくなった場合、自力又は遠隔操作にてロボットの足
そのものを取外す機能を有するものであり、以下に詳し
く説明する。

【００２５】図１において、１は本体であり、下面四隅
には４本の多機能アーム１０，１１，１２，１３が設け
られている。多機能アーム１０は連結部１０ａ，１０
ｂ，１０ｃで連結されて三次元方向に自由に回動可能で
あり、同様に、多機能アーム１１は連結部１１ａ，１１
ｂ，１１ｃで、多機能アーム１２は連結部１２ａ，１２
ｂ，１２ｃで、又、多機能アーム１３も連結部１３ａ，
１３ｂ，１３ｃでそれぞれ連結され、４本のアーム１
０，１１，１２，１３を伸縮自在に変化させて自由に移
動できる構成である。なお、多機能アームは図では４本
の例で説明したが、必ずしも４本でなくても良く、２、
３本、あるいは４本以上でも良い。

【００２６】各アーム１０，１１，１２，１３の連結部
１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃには操作具２が連結さ
れている。操作具２には側面にカメラ３とライト４が取
付けられ、図示省略の制御装置によりライト４を点灯
し、カメラ３の映像を取り込んでデータ処理し、状況監
視及び位置の確認を行う。操作具２は作業用ソケット８
６を把持し又Ｍ／Ｄシールド８１の四隅にあるボルトの
頭を把持するアダプタを備え、又はボルトを外し、アー
ムを固定するためのネジアダプタ、等が装着されてい
る。

【００２７】次に操作具２の詳細について図２で説明す
る。図２において、（ａ）は多機能アーム１０〜１３の
先端の操作具２を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ
矢視図である。両図において、操作具２の内部には、中
心にピストンアダプタ２３が設けられており、このピス
トンアダプタ２３は突出することによりＭ／Ｄシールド
８１のＴハンドルソケット８２内に挿入可能とするもの
である。又、周囲にはＴＶカメラ２０、ライト２１、作
業用ソケット把持用アダプタ２２、断熱材取外し用アダ
プタ２４、ボルト取外しドライバ２５が取付けられてい
る。

【００２８】ライト２１、ＴＶカメラ２０は図示してな
い制御装置からの制御により、ライト２１を照らしてＴ
Ｖカメラ２０で構造物の表面の映像をとらえるもの、ア
ダプタ２４はＭ／Ｄシールド８１の下に取付けられてい
る断熱材を取り外すもの、ドライバ２５はＭ／Ｄシール
ド８１の四隅のボルトを取り外すものである。

【００２９】図３は、本発明の実施の第１形態の特徴部
分を示し、上記に説明の作業ロボットにおける多機能ア
ームの本体への取付部であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。説明の都合上、
多機能アーム１２のみの例を示している。図において、
多機能アーム１２の連結部には、アーム取付用軸１２ｄ
が本体１の穴１ａ内に挿入され、アーム取付用軸１２ｄ
と穴１ａの間にはバネ３３が介装されている。又、アー
ム取付用軸１２ｄには両側に対向して切欠部３２ａ，３
２ｂが設けられている。

【００３０】アーム取付用軸１２ｄの両切欠部３２ａ，
３２ｂの両側の本体１内には、シリンダ３０，３１が設
けられており、シリンダ３０，３１のピストン３０ａ，
３１ａは、伸張時にはそれぞれアーム取付用軸１２ｄの
切欠部３２ａ，３２ｂに挿入され、引っ込み時には切欠
部３２ａ，３２ｂから離脱し、アーム取付用軸１２ｄの
拘束を解除し、多機能アーム１２はバネ３３の弾性力に
より本体１から容易に取り外されることになる。

【００３１】なお、シリンダ／ピストンの代わりに、リ
ニアモータ、超音波式モータ、スクリュー式モータ、ス
プリング機構、ラック／ピニオン機構、液体式ピスト
ン、マジックハンド式の機械式伸縮機構及び押出機構、
等も用いることができる。

【００３２】図４は、図１に示す作業ロボットの他の形
式の作業ロボットであり、図１と異なる構造は、本体１
の上面に更に、作業用の多機能アーム１４，１５を設け
た部分にあり、その他の構成は図１の作業ロボットと同
じであり、同様に図３の構造が採用されている。このよ
うな作業ロボットにおいては、図１に示すものよりも多
機能アーム１４，１５が多いのでその作業範囲が拡大さ
れ、より多機能性を有するものである。なお、本例で
は、本体１の上面に多機能アームを２本、下面に４本の
例で説明したが、アームの本数はこれに限定するもので
はなく、何本でもよいことは勿論である。

【００３３】上記に説明の実施の第１形態の作業ロボッ
トによれば、詳しい状態図は省略するが、２本の多機能
アーム１２，１３により操作具２の作業用ソケット把持
用アダプタ２２をＭ／Ｄシールド８１の作業用ソケット
８６に固定する。更に多機能アーム１０の操作具２を交
換すべきＭ／Ｄシールド８１のＴハンドルソケット８２
に挿入することにより固定すると共に、もう一方の多機
能アーム１１の操作具２で、その四隅のボルト８６を外
し、多機能アーム１０で交換すべきＭ／Ｄシールド８１
を持ち上げる。この状態で、多機能アーム１２，１３が
Ｍ／Ｄシールド８１の作業用ソケット８６の頭に把持す
ることにより、各アームを伸縮させてＭ／Ｄシールド８
１上を移動する。又、図４に示す作業ロボットにおいて
は、多機能アーム１４，１５を活用できるので、上記の
Ｍ／Ｄシールドの交換も、この多機能アームを活用して
行うことができ、より正確で、迅速な作業ができる。

【００３４】Ｍ／Ｄシールド８１を取付ける場合も、上
記と逆の動作でボルト８５を締めることによりなされ
る。このようにして、人手を介することなく宇宙空間に
おいて居住モジュールのＭ／Ｄシールド８１の交換又
は、周囲構造の検査が正確にできる。

【００３５】図５は本発明の実施の第１形態に係る作業
ロボットの更に別の形式のロボットの構成図であり、２
本の多機能アーム及び２本の移動アームを有する例で、
宇宙ステーションにおける有人モジュールで利用される
ものである。図において、８１はＭ／Ｄシールドであ
り、Ｍ／Ｄシールド８１には２個所にＴハンドルソケッ
ト８２が設けられており、作業ロボットは、このＴハン
ドルソケット８２を利用し、自己の位置を固定し、移動
するものであり、以下に詳しく説明する。

【００３６】図５において、５１は本体であり、下面に
開口する２個所の開口部５２ａ，５２ｂを有している。
この開口部５２ａ，５２ｂの間隔は、Ｍ／Ｄシールド８
１に設けられているＴハンドルソケット８２の任意の間
隔に対応するため、その開口部の大きさもある程度任意
の位置にあるソケット８２に対応して設けられている。
開口部５２ａ，５２ｂの本体上面又は側面にはそれぞれ
移動アーム６０，６１が固定されている。

【００３７】本体５１の開口部５２ａ，５２ｂ内には、
それぞれピストンアダプタ５３が設けられ、このピスト
ンアダプタ５３は上面の移動アームを介して上下に伸縮
し、伸びた時にＭ／Ｄシールド８１のＴハンドルソケッ
ト８２に係合して本体５１をＭ／Ｄシールド８１に固定
し、後退することにより離脱する。又、開口部５２ａ，
５２ｂ内にはアダプタ形状確認用カメラ５４とライト５
５が設けられている。これら５３，５４，５５はすべて
図示省略の制御装置に配線されており、ロボット内に設
けるか、又は別途モジュール内に設けられる制御装置に
より遠隔制御される。

【００３８】本体５１の上面には２本の移動アーム６
０，６１が前後に固定されている。各移動アーム６０，
６１は２本のアーム６２ａ，６２ｂを連結部６３ａで連
結し、本体５１側へは連結部６３ｂで固定され、他端は
連結部６３ｃで操作具６６が接続されている。操作具６
６の側面には電波又は赤外線のセンサ、ＴＶカメラ、又
は、レ−ザスキャンセンサ−等からなるカメラ６７とラ
イト６８が取付けられ、図示省略の制御装置により必要
な場合カメラ６７の映像を取り込んで、エッヂ検出、把
持対象のテンプレートマッチング、等を行い、形状認識
すると共に、自己のＣＰＵに内蔵する地図データを照合
し、コマンドと確認しつつ移動し、作業を行なう。操作
具６６は又、Ｍ／Ｄシールド８１の四隅にあるボルトの
頭を把持するアダプタ又はボルトを外し、アームを固定
するためのネジアダプタが装着されている。

【００３９】本体５１の中央部には多機能アーム７０，
７１の２本が平行して両側に固定されている。多機能ア
ーム７０，７１も又、２本のアーム７２ａ，７２ｂを連
結部７３ａで連結し、本体１側には連結部７３ｂで固定
され、他端には連結部７３ｃにより操作具２が装着され
ている。操作具２は図２に示すものと同じ構成である。

【００４０】上記に説明の作業ロボットによれば、本体
５１のピストンアダプタ５３をＭ／Ｄシールド８１のＴ
ハンドルソケット８２に固定し、更に交換すべきＭ／Ｄ
シールド８１に対して、多機能アーム７０の操作具６６
をＴハンドルソケット８２に挿入することにより固定す
ると共に、もう一方の多機能アーム７１の操作具６６
で、その四隅のボルト８５を外し、多機能アーム７０で
交換すべきＭ／Ｄシールド８１を持ち上げる。この状態
で、移動アーム６０，６１がＭ／Ｄシールド８１のボル
ト頭を把持することにより、アームを伸縮させてＭ／Ｄ
シールド８１上を移動する。Ｍ／Ｄシールド８１を取付
ける場合も、上記と逆の動作でボルト８５を締めること
によりなされる。このようにして、人手を介することな
く宇宙空間において居住モジュールのＭ／Ｄシールドの
交換又は、周囲構造の検査が正確にできる。

【００４１】上記の図５に示す形式の作業ロボットにお
いて、移動アーム６０，６１、多機能アーム７１，７２
の本体５１への取付部構造は、図３に示す構造と同じで
あるので、図示省略し、詳しい説明は省略するが、図
１，図４に示す作業ロボットと同じく、シリンダ３０，
３１のピストン３０ａ，３１ａの伸縮により、アームの
固定支持、取外しができる構造である。

【００４２】次に、上記に説明した図１，図４，図５に
示す形式の作業ロボットに適用される本発明の実施の第
１形態の特徴について図３，図６に基づいて説明する。
図６は、説明の都合上、図１に示す作業ロボットの例で
説明するが、同様に図４，図５に示す作業ロボットにつ
いても適用されるものであり、同様の作動であるので、
その説明は省略する。

【００４３】図６（ａ）はＭ／Ｄシールド８１の四隅の
作業用ソケット８６に多機能アーム１０〜１３の操作具
２を固定し、Ｍ／Ｄシールド８１上を移動している状態
を示している。（ｂ）は移動中に多機能アーム１２が故
障し、引っ掛かりが生じ、操作具２が取外し不可能とな
った場合を示し、この場合には、多機能アーム１２の本
体１への取付部を図３に示すように取外す。即ち、図３
に戻り、図示省略の制御装置からの指令により、シリン
ダ３０，３１のピストン３０ａ，３１ａを縮め、ピスト
ン３０ａ，３１ａをアーム取付用軸１２ｄの切欠部３２
ａ，３２ｂとの係合をなくし、多機能アーム１２を取外
し可能な自由な状態にすると、バネ、油圧、ガス圧、リ
ニアモータ、スクリュウ式モータ、超音波モータ押出し
機構等３３の弾性力により多機能アーム１２は本体１か
ら外れる。

【００４４】上記の状態で、多機能アーム１１，１３を
作業用ソケット８６から外し、横方向のＭ／Ｄシールド
８１へ横移動させ、（ｃ）図に示すように、横のＭ／Ｄ
シールド８１の作業用ソケット８６を把持し、本体１を
横移動させる。この状態では、故障した多機能アーム１
２は、故障して取外しが不可能となった操作具２が、そ
の位置で固定され、先端のアーム取付用軸１２ｄが本体
１から外れ、そのままの状態で放置される。

【００４５】（ｄ）は横方向へ完全に移動した作業ロボ
ットは、再び進行方向へ多機能アーム１０，１１，１３
の３本を操作して移動し、故障した多機能アーム１２は
そのまま切り棄てられる。従って、いずれかの多機能ア
ームが故障したとしても、その多機能アームは切り離さ
れて、作業ロボットは安全に残りの正常なアームを操作
して移動することができる。なお、図示省略したが、図
４，図５に示す作業ロボットも同様の操作で故障したア
ームを切離し、走行することができる。

【００４６】以上説明の実施の第１形態によれば、作業
ロボットの多機能アームのいずれかが故障し、操作具２
の把持が制御不能となってＭ／Ｄシールド８１の作業用
ソケット８５から外れない状態となると、その故障した
多機能アームの本体１へのアーム取付用軸１２ｄをシリ
ンダ３０，３１のピストン３０ａ，３１ａを操作するこ
とにより、バネ３３の弾性力で取り外すことができ、故
障した多機能アームをそのまま放置して残りの多機能ア
ームにより安全に移動することができる。

【００４７】図７は本発明の実施の第２形態に係る作業
ロボットの構成図であり、（ａ）は図１に対応する作業
ロボット、（ｂ）は図４に対応する本体上面に多機能ア
ーム１５，１６を設けたロボットである。これら図にお
いて、実施の第１形態と異なる部分は、ロボット本体１
の外表面に視覚センサ３４を設けた部分にあり、その他
の構成、作用は実施の第１形態の作業ロボットと同じで
あるので、説明は省略する。もちろん図示していない
が、図５に示す作業ロボットにも同様に本体５１の表面
に視覚センサ３４が設けられる。

【００４８】視覚センサ３４はロボットの本体１の側面
周囲及び上面又は必要に応じて下面にも複数個取付けら
れる。視覚センサとしては電波式のレーダ、赤外線セン
サ、レーザを用いたスキャニングセンサ等が用いられ、
作業ロボットが移動する際の前後左右上下のあらゆる物
体、障害物、等を検知して、その信号を図示省略の制御
装置へ伝送し、安全な作業を行うものである。

【００４９】図８は本発明の実施の第３形態に係る作業
ロボットを示し、（ａ）は多機能アームの操作端を示す
断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）
はピストンによるロックの状態、（ｄ）はロック解除の
状態を示す断面図である。本実施の第３形態において
は、図１，図４，図５に示す作業ロボットのすべてのア
ームの操作端に適用されるもので、ロボットのその他の
構成、作用は実施の第１形態と同じものである。

【００５０】図８において、説明の都合上、多機能アー
ム１２の例について代表して説明する。図において、多
機能アーム１２の操作具２はアダプタ３６内へ挿入され
ている。操作具２の周囲には４ヶ所にピン３５が突出し
ており、ピン３５はアダプタ３６の溝３５ａ内に入り込
み、溝３５ａと係合してアダプタ３６を支持する構造で
ある。多機能アーム１２は、このようにアダプタ３６を
介してＭ／Ｄシールド８１の作業用ソケット８６を把持
し、ピストンアダプタ２３で作業用ソケット８６に支持
される。

【００５１】上記のアダプタ３６で作業用ソケット８６
を支持している過程において、ピストンアダプタ２３等
の制御が不能となり、多機能アーム１２が作業用ソケッ
ト８６から外れないような状態となると、（ｂ）図に示
すように、操作具を図示省略の内蔵モータによりＳ方向
に回転させる。（ｂ）の状態は、（ｃ）に示すように溝
３５ａ内にピン３５が係合している状態であり、Ｓ方向
に回転させると、ピン３５は（ｄ）に示すように、幅が
ピン３５の幅よりも大きい溝３５ｂに沿って上方へ移動
可能となり、操作具２はアダプタ３６から容易に取外し
可能となる。

【００５２】上記に説明のように、本発明の実施の第３
形態の作業ロボットによれば、図１，図４，図５に示す
作業ロボットの多機能アームが、Ｍ／Ｄシールド８１の
作業用ソケット８６から外れないような故障が発生する
と、制御装置からの指令により、多機能アームの操作具
２をＳ方向に回転させ、ピン３５を溝３５ａ内から溝３
５ｂの方へ移動して拘束を外し、アダプタ３６から離脱
させる。作業ロボットはアダプタ３６を残したまま、ア
ダプタ３６のみを離脱し、他の多機能アーム及び先端の
アダプタ３６を操作して移動を行うことができる。

【００５３】図９は本実施の第３形態の変形例であり、
多機能アーム１２の先端には穴１０４が形成され、ラチ
ェット１００が両側に設けられている。アダプタ３６に
は先端に取出し装置１０３が２ヵ所もうけられ、アーム
１２に埋め込まれているバネ、油圧又圧力式ピストン、
又は電磁力により押し出すと、押出し装置１０３が押さ
れ外へ離脱する。アダプタ３６の装着時には、ラチェッ
ト１００がラチェットポート１０２内に入り込みアダプ
タ３６を支持しているが、アダプタ３６を外す時には、
ラチェット１００を引っ込めて押出し装置１０３が押さ
れることにより、アダプタ３６を離脱させることができ
る。

【００５４】なお、押出し装置１０３を押す機構は、上
記の他にリニアモータ、超音波式モータ、スクリュー式
モータ、スプリング機構、ラック／ピニオン機構、マジ
ックハンド式押出し機構、等が使用できる。

【００５５】図１０は本発明の実施の第４形態に係る作
業ロボットを示し、（ａ）は図１に対応する作業ロボッ
ト、（ｂ）は図４に対応する作業ロボットの構成図であ
り、本体１上面にペイロード４０を搭載可能としたもの
である。その他の構成、作用は図１，図４に示す実施の
第１形態の作業ロボットと同じであるので説明は省略す
るが、もちろん図示してないが、図５に示す作業ロボッ
トも同様にペイロード４０を搭載可能な構造にすること
ができる。

【００５６】図１０において、本体１には、各種機器の
収納箱、クルーの船外活動を支援するための支援ツール
等の収納ケース、実験用モジュール、等からなるペイロ
ード４０が搭載され、ベイロード４０の左右両側は、そ
れぞれ２個の支持ハンド３７により支持されている。支
持ハンド３７は次に説明するように、対向する左右の支
持ハンドによりペイロード４０を支持し固定するもので
ある。

【００５７】図１１は上記に説明した支持ハンド３７に
よるペイロード４０の支持を示し、（ａ）はその平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視図である。図に
おいて、ペイロード４０は２個の支持ハンド３７で互い
に押し付けられて支持されている。３８はシリンダであ
り、両側に対向して設けられ、シャフト３８ａは連結バ
ー３８ｂに連結し、連結バー３８ｂは両端に支持ハンド
３７が固定されている。３９はガイド溝であり、本体１
の上面に切欠かれた溝で支持ハンド３７がそれぞれＹ方
向に移動できるようになっている。

【００５８】ペイロード４０は各種サイズの箱状であ
り、その幅Ｗに合わせて、それぞれ対向する側の一対の
支持ハンド３７は、シリンダ３８のシャフト３８ａを伸
縮することにより、Ｙ方向に移動し、ペイロード４０の
側面に当接し、これを両側から押圧して支持固定するこ
とができる。ペイロード４０の本体１への搭載は、シリ
ンダ３８を縮めることにより支持ハンド３７間を最大に
広げておき、ロボットの多機能アームにより、ペイロー
ド４０を把持して搭載する。搭載後は、図示してない制
御装置によりシリンダ３８を制御し、シリンダ３８のシ
ャフト３８ａを伸張させ、ペイロード側面に支持ハンド
３７を押し当ててペイロード３７を支持する。

【００５９】又、このペイロードの支持は本体１側に直
線状の溝を切ておき、溝にアダプタを嵌め込み、アダプ
タを介してペイロードを固定することでも出来る。この
場合のアダプタと本体とは、例えば電磁石の吸着等の手
段を用いれば良い。

【００６０】以上説明の実施の第４形態の作業ロボット
によれば、図１，図４，図５に示す作業ロボットの多機
能アームで本体１の上面へペイロード４０を搭載し、シ
リンダ３８を操作して支持ハンド３７でペイロード４０
を支持固定する構成としたので、宇宙機器構造の周囲で
の作業性が一段と向上するものである。

【００６１】図１２は本発明の実施の第５形態に係る作
業ロボットのアーム部分を示し、（ａ）は多機能アーム
の側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視図、
（ｃ）は（ｂ）の上面図である。説明の都合上、図１の
作業ロボットの多機能アーム１２に相当を例示している
が、本実施の第５形態においては、もちろん図４，図５
に示す形式の作業ロボットにも適用されるものである。

【００６２】図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、
多機能アーム１２０は、上部アーム１２０ａ、その内筒
１２０ｂ、下部アーム１２０ｃ、その内筒１２０ｄから
なり、アーム１２０ａと１２０ｂとは互いにＺ₂方向へ
伸縮自在であり、１２０ｃと１２０ｄもＺ₃方向へ互い
に伸縮自在となっている。本体１には取付用の穴１ｄが
設けられ、アーム取付用軸４１が挿入され、穴１ｄの両
側にはガイド１ｄが突出し、アーム取付用軸４１の溝４
１ａと係合して、アーム取付用軸４１がＺ₁方向へ移動
可能としている。又、アーム取付用軸４１の上部にはＺ
₁方向の移動をスムーズに行うためのローラ４２が設け
られている。

【００６３】アーム取付用軸４１の一方の側面にはシリ
ンダ４３が配置されており、シャフト４３ａが連結さ
れ、シャフト４３ａが伸縮することによりＺ₁方向へ移
動可能となっている。従って、多機能アーム１２０は、
その取付用軸４１がＺ₁方向へ位置調整が可能であると
共に、１２０ａ，１２０ｂがＺ₂方向へ、又、１２０
ｃ，１２０ｄがＺ₃方向へ伸縮自在となっている。

【００６４】又、図示省略するが、アーム取付用軸４１
を上下方向に突出させ長さを調整することもでき、この
場合にはアームにラチェット用溝を上下に２、３列設け
ておき、ラチェットをこの溝内に出し入れして固定、上
下方向の長さを調節することができる。

【００６５】図１３は本発明の実施の第５形態の変形例
であり、多機能アーム１３０は１３０ａ，１３０ｂ，１
３０ｃ，１３０ｄからなり、１３０ａには超音波モータ
式押出装置１１０を有し、ラチェット１１１がアーム１
３０ｂのラチェットポート１１１に入り込み、アーム１
３０ｂを支持している。

【００６６】同様に、１３０ｃにも超音波式押出装置１
１０、ラチェット１１１を有し、アーム１３０ｄのラチ
ェットボード１１２にラチェット１１１が入り込み、ア
ーム１３０ｃで１３０ｄを支持している。上記構成のア
ームにおいて、ラチェットを引っ込めておき、超音波押
出装置１１０でアームを伸縮させることができ、ラチェ
ット１１１をラチェット１１２へ入れることにより、固
定することができる。このような伸縮機構Ｘは各アーム
のすべてに２ヵ所ずつ設けられている。

【００６７】なお、上記の押出装置１１０の他に、リニ
アモータ、スクリュー式モータ、スプリング力、ラック
／ピニオン機構、液体／気体式ピストン、マジックハン
ド式押出機構、等が応用できる。

【００６８】実施の第５形態の作業ロボットによれば、
これらの移動、伸縮の制御は、図示省略の制御装置によ
り、シリンダ４３，４４，４５をそれぞれ制御して、作
業の必要に応じて多機能アーム１２０をＺ₁方向へ位置
調整し、又、アームをＺ_{2 ,}Ｚ₃方向へ伸縮させること
ができるので、宇宙機器構造周囲の環境によりＭ／Ｄシ
ールドが広い場合や狭い場所に応じて、多機能アームや
移動用アームの位置、長さを適切に設定して作業を行う
ことができる。

【００６９】図１４は本発明の実施の第６形態に係る作
業ロボットの構成図であり、図１に示す形式の作業ロボ
ットに太陽電池を取付けたものである。その他の構成、
作用は図１に示す実施の第１形態のものと同じである。
もちろん、本実施の第６形態は図１のみならず図４，図
５に示す作業ロボットにも適用されるものである。

【００７０】図１４において、太陽電池は本体１の上面
の４６ａ、側面全周囲の４６ｂ、多機能アーム１０〜１
３の脚周囲の４６ｃに布設され、全方向から太陽エネル
ギを吸収して電池の充電を行うことができる構成であ
る。このような太陽電池を有する本実施の第６形態にお
いては、作業ロボットの操作の電源として安定的に電力
を得ることができる。又、各部位が分離しても、個々に
通信し、姿勢の変更が可能である。

【００７１】図１５は本発明の実施の第７形態に係る作
業ロボットの構成図であり、図１に示す形式の作業ロボ
ットにアンテナ４７を搭載した例であり、その他の構成
は図１に示す実施の第１形態のものと同じである。もち
ろん、本実施の第７形態は図１のみならず図４，図５に
示す作業ロボットにも適用されるものである。

【００７２】アンテナ４７は本体１の上面に搭載され、
宇宙ステーションとケーブル又は無線別の小型アンテナ
により交信を行い、データのやり取りを行うことができ
るもので、宇宙ステーションからの信号を受け、内蔵の
制御装置を制御することにより、宇宙ステーションから
の遠隔操作が可能となる。本アンテナは、地球上等、遠
距離でデータの送受信を行なう為に用いる大型のものも
搭載可能であり、ロボット本体の脚を動かすことにより
トラッキング可能である。

【００７３】図１６は本発明の実施の第８形態に係る作
業ロボットを示し、（ａ）はロボット本体の正面図、
（ｂ）は、ロボットを折り畳んだ状態を示す正面図であ
る。両図において、本体１は１−１，１−２に２分割さ
れており、ヒンジ４８で連結されている。通常の使用時
にはロック４９により本体１−１と１−２とは水平に固
定されて、本体１として機能するが、宇宙ステーション
内のエアロックのような狭い通路を通過する場合には、
（ｂ）に示すように、ヒンジ４８を中心として１−１，
１−２を互いに上方へ回転させて図示のように折り畳
み、又、多機能アームも折り曲げて全体をコンパクトに
することができる。このような状態にすることにより、
作業ロボットを宇宙ステーション内の狭い場所から搬出
入することができる。又、移動中にコンパクトになり、
狭い場所を通過できる。なお、分割は２分割として説明
したが、２ヵ所以上の分割でも良いことはもちろんであ
る。

【００７４】その他の図示してない作業ロボットの特徴
について述べると、ロボット本体をピアノ線やロープに
より宇宙ステーションのモジュール本体に取付けられて
いるハンドレールに固定するための装備も備え、又、本
体１、本体５１の腹部分に、図７に示すセンサ３４以外
にカメラ、照明等を装備することもできる。又、作業ロ
ボット本体の表面は宇宙に飛散する障害物が高速で衝突
して表面が破損するのを防止するために、Ｍ／Ｄシール
ドを施す構造にして安全性を確保することができる。

【００７５】次に、上記に説明した実施の第１〜第８形
態における作業ロボットの各種の制御を行う制御装置に
ついて説明する。制御装置は図示省略したが、宇宙ステ
ーションから無線、又は有線によってコントロールされ
る遠隔制御でも、又、本体１、本体５１内に内蔵の制御
装置自身の制御によって自走する方式のいずれでも良
い。制御装置は自走式の場合は記憶装置を有し、走行す
る経路や、本体１を多機能アームの操作具２で固定する
ための位置、本体が到達する目標位置、等のデータを記
憶させておき、これらデータに基づいて移動を制御す
る。

【００７６】更に付加的な機能として、制御装置は、人
工知能機能を有するものとし、周囲の状況により人間や
構造物を破損しないような最良の条件を選択して移動さ
せ、多機能アームの操作を行うようなプログラムが組み
込まれている。又、システムのいずれかが故障し、不具
合が発生し、制御装置の指令信号通りに作業ロボットが
機能しないと、そのアンサーバック信号により自動帰還
機能にプログラムを切り換え、作業ロボットを帰還させ
るようにする。

【００７７】又、制御装置の指令により、ロボットを移
動し、操作している過程において、障害物が存在する
と、視覚センサ、カメラ、等でこれを検知し、障害物を
避け、最適なルートを変更して移動する移動ルート自動
変更プログラムも備え、更に、ペイロードを搭載する際
には、その重さ、重心、等の物理特性データを入力し、
これらデータに基づいて本体に搭載する位置を演算して
求め、最適のアームの選択、位置を決定し、操作する機
能を有しているものとする。

【００７８】なお、以上説明した実施の第１〜第８形態
及び上記の制御装置の各機能は、これらの機能をすべて
作業ロボットに装備して多目的用途のできる作業ロボッ
トとして活用することが最適であるが、作業ロボットの
用途、目的に応じて、実施の第１〜第８形態の機能の必
要なものを選択して必要最小限の機能のみ装備して用い
ることも経済性の面からは有効なものである。本発明
は、これらの実施の形態をどのように組み合わせて使用
しても良いものであることはもちろんである。

【００７９】

【発明の効果】本発明の作業ロボットは、（１）ロボッ
ト本体と、複数の脚／アームの端部同志を連結し、一端
を前記本体に回動自在に取付け、他端に操作具を連結し
た複数のアームを有し、同アームは前記操作具で構造物
表面から突設するソケット又はボルト頭を把持すると共
に、前記アームを伸縮させることにより別のソケット又
はボルト頭へ把持を変換し、前記本体を移動させると共
に、前記アームのいずれかを用いて、同アームの操作具
で物体を把持し、運搬、移送可能とすることを特徴とし
ている。このような構成により、アームの操作具は構造
物にロボット本体を支持し、複数のアームを伸縮させな
がら把持の位置を順次移動させ、本体を確実に移動させ
ることができる。又、必要な数のアームを用いて、その
操作具を操作し、Ｍ／Ｄシールドを持ち上げたり、運搬
したりすることもでき、Ｍ／Ｄシールドを交換する作業
を行うことができる。更に、必要なアームを操作し、本
体の上面に物体を搭載することも可能となる。

【００８０】本発明の（２）では、ロボットのいずれか
のアームが故障して操作具の制御ができず、操作具がボ
ルト等より外れなくなった場合には、自力、又は遠隔操
作により、故障したアームの本体への取付部を切離し、
故障したアームはそのまま放置して本体を残りのアーム
により移動させることができ、安全性を確保することが
できる。

【００８１】本発明の（３）では、本体は視覚センサを
有するので周囲の環境を認識しながら、障害物等が存在
すればこれを検知でき、又、移動の際には自己の位置を
正確に認識しながら操作することができ、正確な宇宙空
間での作業が可能となる。

【００８２】本発明の（４）では、アームの先端にはア
ダプタが取付けられているので、アダプタの構造物の把
持部が故障し、把持しているボルト等から外れなくなる
とアダプタをアーム先端から切離し、アダプタを放置し
て本体を移動することができるので安全性が確保され
る。

【００８３】本発明の（５）では、任意形状の物体を搭
載可能とし、物体は各種寸法が異なっても、支持装置が
移動して容器両側を押さえるので、又、（６）の発明で
は、アダプタを用いるので、作業員が宇宙船外で作業す
るための支援ツールで、操作具に取付けるためのツール
保持機器、あるいは実験用の箱、等種々の形状の箱を本
体上面にアームを用いて搭載し、これを支持装置で固定
することができる。

【００８４】本発明の（７）、（８）では、アームは伸
縮自在で、かつ本体との取付位置が調整可能であり、周
囲の環境、例えば構造物の広、狭に合わせて、又、移動
する位置の寸法に合わせて、アームを伸縮させて調整
し、又、アームの本体への取付間隔も調整し、最適の状
態で作業ロボットを移動、制御することができる。

【００８５】本発明の（９）では、本体及びアームには
各部位毎に発電できる太陽電池が取付けられており、
又、本発明の（１０）では大型アンテナが搭載可能であ
り、地上と宇宙ステーションとの通信用トラッキングの
機能及びアンテナを任意箇所へ移動できる機能をもつ。

【００８６】本発明の（１１）では、本体が複数箇所で
折れ、重ね合わすことができるので全体をコンパクトな
形状とし、宇宙ステーション内の狭い通路から本体を搬
出入する場合には有効な手段となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る作業ロボットの
全体構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す作業ロボットの多機能アーム先端を
示し、（ａ）は操作具の構成図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＡ−Ａ矢視図である。

【図３】図１に示す作業ロボットの多機能アームの取付
部を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ
−Ｂ断面図である。

【図４】本発明の実施の第１形態に係る作業ロボットの
全体を示す、他の形式のロボットの斜視図である。

【図５】本発明の実施の第１形態に係る作業ロボットの
全体を示す、更に他の形式のロボットの斜視図である。

【図６】本発明の実施の第１形態に係る作業ロボットの
移動を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はその移
動工程をそれぞれ示している。

【図７】本発明の実施の第２形態に係る作業ロボットの
全体構成を示す斜視図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞ
れ形式の異なるロボットに視覚センサを適用した例を示
す。

【図８】本発明の実施の第３形態に係る作業ロボットの
操作端を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はロック状態、（ｄ）はロック
解除の状態を示す断面図である。

【図９】本発明の実施の第３形態の変形例を示す正面図
である。

【図１０】本発明の実施の第４形態に係る作業ロボット
を示し、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる形式のロボッ
トにペイロードを搭載した斜視図である。

【図１１】図１０に示す作業ロボットの支持ハンドの構
造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ
−Ｄ矢視図である。

【図１２】本発明の実施の第５形態に係る作業ロボット
を示し、（ａ）は多機能アームの側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視図、（ｃ）は（ｂ）の上面図
である。

【図１３】本発明の実施の第５形態の変形例を示す斜視
図である。

【図１４】本発明の実施の第６形態に係る作業ロボット
の斜視図である。

【図１５】本発明の実施の第７形態に係る作業ロボット
の斜視図である。

【図１６】本発明の実施の第８形態に係る作業ロボット
の外観を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は本体を折り畳
んだ状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１，５１本体２，６６操作具３，５４，６７カメラ４，２１，５５，６８ライト１０，１１，１２，１３多機能アーム１５，１６，７１，７２，１２０多機能アーム２０ＴＶカメラ２２作業用ソケット把持
用アダプタ２３，５３ピストンアダプタ３０，３１シリンダ３２ａ，３２ｂ切欠部３３バネ３４視覚センサ３５ピン３５ａ，３５ｂ溝３６アダプタ３７支持ハンド３８，４３シリンダ３８ａ，４３ａシャフト３８ｂ連結バー３９ガイド溝４０ペイロード４１アーム取付用軸４２ローラ４４，４５シリンダ４６太陽電池モジュール４７アンテナ４８ヒンジ４９ロック６０，６１移動アーム８１Ｍ／Ｄシールド８６作業用ソケット１００，１１１ラチェット１０２，１１２ラチェットポート１０３，１１０押出し装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット本体と、複数のアームの端部同
志を連結し、一端を前記本体に回動自在に取付け、他端
に操作具を連結した複数のアームを有し、同アームは前
記操作具で構造物表面から突設するソケット又はボルト
頭を把持すると共に、前記アームを伸縮させることによ
り別のソケット又はボルト頭へ把持を変換し、前記本体
を移動させる共に、前記アームのいずれかを用いて、同
アームの操作具で物体を把持し、運搬、移送可能とする
ことを特徴とする作業ロボット。
【請求項２】前記各アームの前記本体への取付部は走
行中に離脱可能に連結されていることを特徴とする請求
項１記載の作業ロボット。
【請求項３】前記本体の表面には複数の視覚センサが
取付けられていることを特徴とする請求項１記載の作業
ロボット。
【請求項４】前記各アームの先端にはアダプタが取付
けられ、同アダプタで構造物表面から突設するソケット
又はボルト頭を把持すると共に、同アダプタは前記アー
ム先端から走行中に離脱可能であることを特徴とする請
求項１記載の作業ロボット。
【請求項５】前記本体の上面には任意形状の物体を搭
載可能とし、同本体上面には同物体の幅の外形に合わせ
て移動可能で同物体を両側から押圧し、固定して支持す
る支持装置が設けられている請求項１記載の作業ロボッ
ト。
【請求項６】前記本体の上面には任意形状の物体を搭
載可能とし、同本体上面には同物体の底面においてアダ
プタで支持されることを特徴とする請求項１記載の作業
ロボット。
【請求項７】前記各アームは各連結毎に伸縮自在であ
ると共に、同アームの本体への取付部は所定の長さ延伸
し、位置調整可能であることを特徴とする請求項１記載
の作業ロボット。
【請求項８】前記各アームの関節間には伸縮可能な機
構を持ち、移動範囲、把持範囲及び移動速度を変更でき
ることを特徴とする請求項１記載の作業ロボット
【請求項９】前記本体の表面及び各アームの周囲には
太陽電池モジュールが取付けられ、各部位が分離する場
合でも各部位独自に通信し駆動可能なことを特徴とする
請求項１記載の作業ロボット。
【請求項１０】前記本体の上面にはアンテナが搭載可
能であることを特徴とする請求項１記載の作業ロボッ
ト。
【請求項１１】前記本体は中心より回動して２つ折り
に重ね合わされる構造であることを特徴とする請求項１
記載の作業ロボット。