JP3435081B2 - Reconfigurable Space Manipulator System for Space - Google Patents

Reconfigurable Space Manipulator System for Space

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JP3435081B2
JP3435081B2 JP37588898A JP37588898A JP3435081B2 JP 3435081 B2 JP3435081 B2 JP 3435081B2 JP 37588898 A JP37588898 A JP 37588898A JP 37588898 A JP37588898 A JP 37588898A JP 3435081 B2 JP3435081 B2 JP 3435081B2
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arm
space
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limb
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靖史 若林
典康 稲場
孝幸 下田
嘉彰 狼
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宇宙開発事業団
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアームを作
業形態に応じて結合してマニピュレータを構成する再構
成型宇宙用多肢マニピュレータ・システムに関し、更
に、詳細には、宇宙で作業を行うための小型(1肢伸展
長が数10cm〜3m程度)の多肢型マニピュレータ・
システムとしてシステム構成を行うことが可能な再構成
型宇宙用多肢マニピュレータ・システムに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reconfigurable multi-limb manipulator system for a space in which a plurality of arms are connected to each other according to a work form to form a manipulator, and more specifically, to perform work in space. Small multi-limb manipulator (extension length of several tens of cm to 3 m)
The present invention relates to a reconfigurable multi-limb manipulator system for space that can be configured as a system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、産業ロボットと異なり、宇宙
での作業のためロボットとして、宇宙用ロボットが開発
されている。このような宇宙用ロボットには、衛星軌道
上で飛行している宇宙機の各種のサービスを行う軌道上
ロボットや月惑星表層で各種の計測等を行う探査ロボッ
トがある。宇宙用ロボットは、今後の宇宙活動におい
て、無人宇宙活動の支援、有人宇宙活動での支援、宇宙
探査などの各ミッションで様々な作業を遂行させること
が期待されている。これまでに開発された宇宙用ロボッ
トには、次のようなものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, unlike industrial robots, space robots have been developed as robots for work in space. Such space robots include an on-orbit robot that performs various services of a spacecraft flying in a satellite orbit and an exploration robot that performs various measurements on the surface of the moon and planets. Space robots are expected to perform various tasks in future missions such as support for unmanned space activities, support for manned space activities, and space exploration in future space activities. The space robots developed so far include the following.

【0003】既に開発されたもの、開発中のものとして
は、図1に示すようなスペースシャトル用のShutt
le−RMS(カナダ)のロボットアーム100、図2
に示すような宇宙ステーション用のJEMRMS(Japan
ese Experimental Module Remote Manipulator System
:日本)などがある。図2において、201は補給部
与圧区、202はマニピュレータ、203は精密作業用
ロボットアーム、204は補給部曝露区、205はエア
ロック、206は曝露部、207は与圧部である。この
ようなロボットアームにおいては、専用把持部(数10
cm)を備えており、宇宙空間において、物体を移動さ
せたり、静定・浮遊している衛星を捕獲する作業を行う
ものである。
The Shuttle for space shuttles as shown in FIG. 1 are those already developed or under development.
le-RMS (Canada) robot arm 100, FIG.
JEMRMS (Japan
ese Experimental Module Remote Manipulator System
: Japan) etc. In FIG. 2, 201 is a supply section pressurizing section, 202 is a manipulator, 203 is a precision work robot arm, 204 is a supply section exposing section, 205 is an airlock, 206 is an exposing section, and 207 is a pressurizing section. In such a robot arm, a dedicated gripping part (10
cm), it is used to move objects in space and capture statically fixed and floating satellites.

【0004】また、図3に示すように、宇宙ステーショ
ン用のSSRMS(Space StationRemoter Manipulator
System;米国・カナダ)のように、専用の移動ポート
を渡り歩いたり、レール上を移動し、上述の作業を行う
ものもある。図3において、301は宇宙ステーショ
ン、302はモービルトランスポーター、303はモー
ビル・リモート・サービス・ベース・システム、304
は宇宙ステーション・リモート・マニピュレータであ
る。これらは、10m規模のクレーン型マニピュレータ
を持つシステムである。
Further, as shown in FIG. 3, SSRMS (Space Station Remoter Manipulator) for space station is used.
System; USA / Canada), such as crossing a dedicated moving port or moving on a rail to perform the above work. In FIG. 3, 301 is a space station, 302 is a mobile transporter, 303 is a mobile remote service base system, 304
Is a space station remote manipulator. These are systems with a crane-type manipulator of 10 m scale.

【0005】また、やや小型の2〜5m規模の単腕・複
腕マニピュレータを持つシステムとしては、図4に示す
ように、「ETS−VII」マニピュレータ(日本)のア
ームハンドカメラ403およびアームモニターカメラ4
02を持つロボットアーム401や、図3の参照番号3
05に示すようように、宇宙ステーション用のSPDM
(カナダ)のロボットアーム、図2の参照番号203に
示すようなJEMRMS子アームなどがある。これら
は、専用把持部(数〜10数cm)を備えた小型の操作
物体を扱うことを目的としているものである。
As a system having a slightly small 2-5 m scale single-arm / multi-arm manipulator, as shown in FIG. 4, an arm hand camera 403 and an arm monitor camera of an "ETS-VII" manipulator (Japan). Four
Robot arm 401 having 02, or reference numeral 3 in FIG.
As shown in 05, SPDM for space station
(Canada) robot arm, JEMRMS child arm as shown by reference numeral 203 in FIG. These are intended to handle small-sized operating objects provided with a dedicated gripping part (several to several tens of cm).

【0006】これまでに、研究・実験されてきたものに
は、宇宙飛行士が行うべき船外での曝露空間(以下EV
Aと略称する)作業の代行を目指して開発されてきたも
ののや、開発が中断されたFTS(Flight-Telerobotic
-Servicer:米国)や、船内与圧空間(以下IVAと略
称する)作業での宇宙実験に係るルーチン作業の代行を
目指し開発され、シャトルで飛行実験を行ったマニピュ
レータ型ではないロボットのCharlotte(米)などがあ
る。
[0006] Among those that have been studied and tested so far, there are outboard exposure spaces that astronauts should perform (hereinafter EV
Although it has been developed with the aim of substituting for work (A), FTS (Flight-Telerobotic) has been discontinued.
-Servicer: USA) and a non-manipulator type robot Charlotte (US) that was developed with the aim of performing routine work related to space experiments in pressurized space (hereinafter referred to as IVA) onboard )and so on.

【0007】更に、より基礎的な研究レベルでは、衛星
軌道上での飛行中にロボット構成要素を交換したり、再
構成したりできるモジュール構成型や、障害物を回避し
ながら操作位置まで到達できる多自由度のスネーク
(蛇)型、また、搭乗員の作業性を充分確保するように
作られているIVA作業およびEVA作業に適した人間
型などがある。
[0007] Furthermore, at a more basic research level, the robot component can be exchanged and reconfigured during flight in a satellite orbit, and the operation position can be reached while avoiding obstacles. There are a snake type with multiple degrees of freedom, and a human type suitable for IVA work and EVA work that is designed to sufficiently secure the workability of crew members.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、今後の宇宙
ロボットの研究の一つの重要なターゲットは、現在、有
人システムにおいて搭乗員が行っているIVA作業およ
びEVA作業の一部を代行するロボットや、軌道上作業
機や太陽光発電プラットフォームなどの無人システムで
の作業を行うロボットである。IVAロボットでは、宇
宙実験装置のメータのモニタやスイッチの入切の作業、
実験試料カセットの交換などの作業を行うロボットであ
る。EVAロボットでは、これまでの操作対象物の交換
作業(精度〜10mm以上)やEVA−Crewの作業
補助を中心とした作業の機能提供から、より精細な(精
度〜数mm)で、作業クリアランス(ロボットが作業を
行うために要する空間領域)が小さく、船内・船外にお
いて、保守点検・宇宙実験・組立分解などの遂行・支援
の作業を行うことが所望される。
By the way, one of the important targets for future research on space robots is a robot that substitutes a part of IVA work and EVA work currently performed by crew members in a manned system. It is a robot that works with unmanned systems such as on-orbit work machines and solar power generation platforms. With the IVA robot, the work of monitoring and turning on / off the meter of the space experiment device,
It is a robot that performs work such as replacement of experimental sample cassettes. With the EVA robot, the work clearance (precision to several mm) with a finer work precision (precision to several mm) is provided from the function provision of the work of exchanging objects to be operated (precision of 10 mm or more) and the work assistance of EVA-Crew. Since the space area required for the robot to perform its work is small, it is desirable to carry out maintenance / inspection, space experiments, assembly / disassembly, and other such work / support work inside / outside the ship.

【0009】更には、無人プラットフォームの作業にお
いては、システムの組立・配線・調整・分解やシステム
保守作業などを行えることが所望される。これらの作業
のためのロボットとして、備えるべき機能は、作業範囲
の拡大のための移動機能、再構成機能、複腕操作機能、
高精度作業のためのハンド(器用な指)機能など、作業
能力を高めるたロボットアームである。
Further, it is desired that the work of the unmanned platform can be performed such as assembling / wiring / adjusting / disassembling the system and system maintenance work. As a robot for these tasks, the functions that should be provided are the movement function for expanding the work range, the reconfiguration function, the multi-arm operation function,
It is a robot arm with improved work ability, such as a hand (dexterous finger) function for high precision work.

【0010】しかし、これまでは、実際に役立つ有効な
宇宙ロボットシステムを実現させるために、次に示すよ
うな多面的な観点の要求を満たす具体的な構成技術がな
かった。ロボットシステムの設計では、ロボットを導入
することによるユーザ側のシステム・ペナルティを最小
化(低コスト化・軽量化・収納性・耐故障性・信頼性・
稼動性・ロボット専用特殊インタフェースの簡潔化)し
て、運用性の向上(安全性・確実性・効率性・容易性)
を図りつつ、これを損なわずに必要かつ可能なレベルで
の器用さと、多機能性とを備えた総合的システム設計を
行うことが重要となる。
However, until now, in order to realize a practically useful and effective space robot system, there has been no specific construction technique that satisfies the requirements from the following multifaceted viewpoints. In designing a robot system, the system penalty on the user side due to the introduction of a robot is minimized (cost reduction, weight reduction, storability, failure resistance, reliability,
Operability / simplification of special robot-specific interface) to improve operability (safety / certainty / efficiency / easiness)
It is important to make a comprehensive system design with necessary and possible levels of dexterity and multi-functionality without sacrificing this.

【0011】これまでに、開発されているロボットシス
テムの技術としては、動作範囲を拡大するために専用ポ
ートを渡り歩く機能、多自由度シリアルリンクによるス
ネーク機能、モジュール構成による再構成機能・修理機
能などの個別の要素の技術があるが、このような個別の
要素の技術だけでは、具体的で有効な宇宙ロボットシス
テムを構成することはできない。
The technology of the robot system that has been developed so far includes a function of crossing a dedicated port to expand an operation range, a snake function by a multi-degree-of-freedom serial link, a reconfiguration function / repair function by a module configuration, and the like. However, it is not possible to construct a concrete and effective space robot system with such individual element technologies.

【0012】次に、具体例によりその多面的な課題の問
題点を説明する。例えば、EVAロボットで、EVA−
Crew(船外作業員)と同等の力を持たせようとする
と、関節トルクは数十Nmが必要となる。関節部分は、
現状のモータ技術では10数cm径、〜数kgのものと
なり、マニピュレータとしては重量が〜50kg超、長
さが〜1m強となり、広い作業クリアランスを必要とす
る。双腕では作業性が更に劣化する。
Next, the problems of the multifaceted problem will be described with reference to specific examples. For example, with an EVA robot, EVA-
In order to give a force equivalent to that of Crew (outboard worker), the joint torque needs to be several tens Nm. The joint part
In the current motor technology, the diameter is 10 cm or more and the weight is up to several kg. As a manipulator, the weight is over 50 kg and the length is over 1 m, and a wide working clearance is required. Workability is further degraded with dual arms.

【0013】例えば、従来のロボットシステムで、作業
範囲を拡大するために、専用ポート等を渡り歩く機能を
持たせようとすると、専用ポートのインタフェース結線
(100本以上を必要としている)や基台部機構が大が
かりなものとなり、宇宙機側の負担は極めて大きくな
る。
For example, in a conventional robot system, if an attempt is made to have a function of crossing a dedicated port or the like in order to expand the work range, interface connection of the dedicated port (needs 100 or more) and a base part. The mechanism becomes large-scale, and the burden on the spacecraft side becomes extremely large.

【0014】例えば、従来の宇宙ロボットの手先精度は
5〜10mm程度であるが、より精細な作業を行わせよ
うとして、2〜3mmの絶対位置再現精度を持たせるた
めには、広い温度範囲での動作・保存を前提とする宇宙
用のマニピュレータとすると、その場合、アーム長を数
10cm程度に短くするか、関節部分において能動的な
熱制御系を導入せざるを得ない。
For example, the hand precision of a conventional space robot is about 5 to 10 mm, but in order to have an absolute position reproduction precision of 2 to 3 mm in order to perform a finer work, a wide temperature range is required. If it is a manipulator for space that is premised on the operation and preservation of, in that case, the arm length must be shortened to about several tens of cm, or an active thermal control system must be introduced at the joint part.

【0015】また、例えば、信頼性を向上させようと冗
長の多重巻き線関節を使用したり、駆動アンプの「N
out of M(N<M)冗長方式」(これは代替え
可能なM個のアンプを切り替えながらN個のモータを駆
動する冗長方式)を採用する方法もあるが、要素の複雑
化と重量・サイズ増となり、機能性の低下と運用の複雑
化を招くことになる。
In addition, for example, redundant multiple winding joints are used to improve reliability, and drive amplifier "N" is used.
There is also a method of adopting “out of M (N <M) redundancy method” (this is a redundancy method of driving N motors while switching M amplifiers that can be substituted), but the complication of elements and weight / size This results in a decrease in functionality and an increase in operational complexity.

【0016】また、関節部分などを交換可能なモジュー
ル構成として、軌道上交換を行い信頼性・稼動性を向上
させようとしても、適切に設計されなければ、モジュー
ル化のための結合機構インタフェースが多くなり、より
複雑化してしまう。
[0016] Further, even if an attempt is made to replace the on-orbit and improve the reliability and operability by using a modular structure capable of exchanging joints and the like, if not properly designed, there are many coupling mechanism interfaces for modularization. Becomes more complicated.

【0017】同様に、作業性の向上と信頼性の向上のた
めに、マニピュレータを多自由度化(7自由度以上)す
ると、重量増・高価格化を招き、更に、単一故障の発生
で、故障形態によっては大部分の機能が失われることも
あり、縮退的機能維持システム(故障発生に応じてでき
るだけ多くのシステム機能が残存するシステム)とする
ことができるとは一概に言えない。
Similarly, if the manipulator has multiple degrees of freedom (more than 7 degrees of freedom) in order to improve workability and reliability, it causes an increase in weight and cost, and further, a single failure occurs. However, most of the functions may be lost depending on the failure mode, and it cannot be generally said that the system can be a degenerate function maintenance system (a system in which as many system functions as possible remain according to the occurrence of a failure).

【0018】つまり、汎用的な作業能力や信頼性を高め
ようと、必要な機能要求に応じて単純にロボットを設計
してゆくと、どうしても複雑なシステムとなり、高価格
化、信頼性の低下、ロボットのサイズ・重量の増大に繋
がり、結果として有効なシステム構成にはならないとい
う問題がある。
In other words, if the robot is simply designed in accordance with the required functional requirements in order to improve general-purpose work ability and reliability, a complicated system is inevitable, resulting in higher price and lower reliability. There is a problem in that the size and weight of the robot increase, and as a result, an effective system configuration cannot be obtained.

【0019】更に、宇宙ロボットの開発には、高額な開
発費用と数年の開発期間が必要となるため、一つのロボ
ットシステムを開発・運用することで蓄積される技術
は、できる限り次期ロボツトの開発に継承できることが
重要であり、更に、10年等の長期に運用される宇宙シ
ステムでのロボットは、進展するロボット関連の要素技
術を取り込んで、システムを更新していけるような発展
性を持ったシステムであることが所望される。
Further, since the development of a space robot requires a high development cost and a development period of several years, the technology accumulated by developing and operating one robot system is as much as possible in the next robot. It is important to be able to inherit it for development, and robots in space systems that are operated for a long time such as 10 years have the potential to incorporate the evolving robot-related elemental technologies and update the system. It is desirable that the system be

【0020】宇宙ロボットは、このような観点を満たす
ように総合的に設計されることが期待されているもの
の、これまでには、このような課題を総合的に満たすも
のは提示されなかった。
Although it is expected that the space robot will be comprehensively designed so as to satisfy such a point of view, no one that comprehensively satisfies such a problem has been presented so far.

【0021】したがって、本発明の目的は、宇宙で作業
を行う小型の多肢マニピュレータシステムとしてシステ
ム構成を行うことが可能な再構成型宇宙用多肢マニピュ
レータ・システムを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a reconfigurable multi-limb manipulator system for space which can be constructed as a small multi-limb manipulator system for working in space.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明による再構成型宇宙用多肢マニピュレー
タ・システムは、システムを構成するため基本な概念と
して、(1)従来の産業用ロボットを単に宇宙に持ち上
げたようなシステム構成方法をやめて、(2)低重力と
いう宇宙の利点を生かした簡素で軽量・微力な関節と内
力操作による小型・軽量アームを備え、(3)柔軟性の
許容と相対精度の向上をはかり、(4)自動機械として
の操作と対話型操作のためのスマートな知覚を備え、
(5)移動・再構成・操作用を兼ねたエンドエフェクタ
を備え、(6)高性能組込み計算磯と高速シリアル内部
通信バスによる分散制御を行うことによりワイヤハーネ
スの低減(軽量化)をはかり、(7)オンボード監視系
を持たせた運用性の確保などの要素技術を取り入れるこ
ととする。そして、(8)高信頼性化に関しては、器用
さと冗長化が両立し難いとの考えから、冗長性のない簡
素な要素で構成された同じマニピュレータの複数でマニ
ピュレータシステムを構成し、複数のアームが再構成さ
れることによりシステム的な信頼性を確保することにし
た。
In order to achieve such an object, the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention has the following basic concept for constructing a system. (2) Equipped with a simple, lightweight, microscopic joint that takes advantage of the universe's low gravity, and a small, lightweight arm that uses internal force operation, and (3) Flexibility. (4) Equipped with smart perception for automatic machine operation and interactive operation,
(5) Equipped with an end effector for movement, reconfiguration, and operation, and (6) Reduces the wire harness (weight reduction) by performing distributed control using a high-performance embedded computing and high-speed serial internal communication bus. (7) Incorporate elemental technologies such as ensuring operability with an onboard monitoring system. (8) Regarding high reliability, since it is difficult to achieve both dexterity and redundancy, a manipulator system is configured by a plurality of the same manipulators configured by simple elements without redundancy, and a plurality of arms are provided. We decided to secure system reliability by reconfiguring.

【0023】このため、本発明による再構成型宇宙用多
肢マニピュレータ・システムは、低重力下での様々な宇
宙作業を行うための再構成型宇宙用多肢マニピュレータ
・システムであって、第1の特徴として、基本的にシン
プルな同じ構造のシステム構成要素のマニピュレータ
(アーム)の複数個からシステムが構成される。1つの
アームは1台のロボットとして機能すると共に、相互に
結合することで形態を変えて1台または複数台のロボッ
トとしても機能するように構成する。
Therefore, the reconfigurable space multi-limb manipulator system according to the present invention is a reconfigurable space multi-limb manipulator system for performing various space operations under low gravity. As a feature of the system, a system is basically composed of a plurality of manipulators (arms) having the same structure and system components. One arm functions as one robot, and by being connected to each other, its shape is changed to function as one or a plurality of robots.

【0024】このような特徴を有することにより、1台
のアーム内部に従来のような内部冗長を多用することな
く、複数のシンプルな構成のアームによってシステムを
構成することにより信頼性向上の機能要求に応えること
ができる。更に、既に宇宙に配備したシステムに対し
て、共通(下位互換)インタフェースを備えた高性能な
アームを地上から補給して、交換・追加することにより
システム全体の維持を行い、高性能化を図ることができ
る。
Due to such a feature, it is required to improve the reliability by constructing the system with a plurality of arms having a simple structure without using a lot of internal redundancy in the inside of a single arm. Can meet. Furthermore, for a system already deployed in space, a high-performance arm equipped with a common (backward compatible) interface is replenished from the ground, replaced and added to maintain the overall system and improve its performance. be able to.

【0025】また、宇宙ロボットの開発には、高額な開
発費用と数年の開発期間が必要となるので、一つのロボ
ットシステムを開発・運用することで蓄積される技術
は、できる限り次期ロボットヘと継承できることが重要
であり、更に10年等の長期に運用される宇宙システム
でのロボットは、進展するロボット関連の要素技術を取
り込んでシステムを更新していけるような発展性を持っ
たシステムであることが望ましい。本発明によるシステ
ム構成によれば、複数台のロボットを作業の遂行や相互
監視のために協調的に使うことは、人間への負担が大き
い宇宙では特に有効である。本発明によるシステムはこ
れを容易に実現する。
Further, since the development of a space robot requires a high development cost and a development period of several years, the technology accumulated by developing and operating one robot system should be applied to the next robot as much as possible. It is important to be able to inherit, and robots in space systems that will be operated for a long time such as 10 years are systems that have the potential to update the system by incorporating evolving robot-related element technologies. Is desirable. According to the system configuration of the present invention, the cooperative use of a plurality of robots for performing work and mutual monitoring is particularly effective in the universe in which humans are heavily burdened. The system according to the invention facilitates this.

【0026】例えば、信頼性を向上させようとする場合
に、冗長の多重巻き線関節を使用したり、駆動アンプの
「N out of M(N<M)冗長方式」(代替え
可能なM個のアンプを切り替えながらN個のモータを駆
動する冗長方式)を採用する方法があるが、システム構
成要素の複雑化と重量・サイズ増となり、機能性の低下
と運用の複雑化を招く。また、関節などを交換可能なモ
ジュール構成として、軌道上交換を行い信頼性・稼動性
を向上させようとしても、適切に設計されなければ、モ
ジュール化のための結合機構インタフェースが多くなっ
て、より複雑化してしまう。同様に、作業性の向上と信
頼性の向上のためにマニピュレータを多自由度化(7自
由度以上)すると、重量増・高価格化を招き、更に、単
一故障の発生で、故障形態によっては大部分の機能が失
われることもあり、縮退的機能維持システム(故障発生
に応じて、できるだけ多くのシステム機能が残存するシ
ステム)とすることができるとは一概に言えない。つま
り、汎用的な作業能力や信頼性を高めようとして、機能
要求に応じて単純にロボットを設計していくと、複雑な
システムとなり、高価格化、信頼性の低下、ロボットサ
イズ、重量の増大に繋がり、結果として有効なシステム
にならない。上記のような特徴による本発明のシステム
構成によれば、これらが解決される。
For example, in order to improve reliability, redundant multi-winding joints are used, or a drive amplifier "N out of M (N <M) redundant system" (replaceable M There is a method of adopting a redundant system in which N motors are driven while switching amplifiers), but this complicates the system components and increases the weight and size, resulting in deterioration of functionality and complication of operation. In addition, even if joints and other components are designed to be interchangeable, and if they are not properly designed even if they are exchanged on orbit to improve reliability and operability, the number of coupling mechanism interfaces for modularization increases, and It gets complicated. Similarly, if the manipulator has multiple degrees of freedom (more than 7 degrees of freedom) in order to improve workability and reliability, it causes an increase in weight and an increase in price. Since most of the functions may be lost, it cannot be generally said that the system can be a degenerate function maintaining system (a system in which as many system functions as possible remain according to the occurrence of a failure). In other words, if a robot is simply designed according to functional requirements in an attempt to improve general-purpose work ability and reliability, a complicated system will result, resulting in higher cost, lower reliability, and increased robot size and weight. , And as a result, it does not become an effective system. These are solved by the system configuration of the present invention having the above-mentioned features.

【0027】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムは、第2の特徴として、アーム
のブーム内部に高速シリアル通信機能付きの分散計算機
を備えており、ロボットシステム全体の協調制御や他の
マニピュレータの監視を行う処理の計算を行うと共に、
高速通信回線のための処理計算を行う。この分散計算
機は、複数アームのマニピュレータとして構成されたロ
ボット形態に応じて機能を変化させ、ロボットの中枢的
な計算を行う計算機になったり、形態に依っては知覚
(画像・振動・力覚等)のデータ処理やデータ中継計算
機となるものである。
A second feature of the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention is that the boom of the arm is equipped with a distributed computer having a high-speed serial communication function, and cooperative control of the entire robot system is performed. And calculate the process of monitoring other manipulators,
Perform processing calculations for high-speed communication lines. This distributed computer is a computer that is configured as a multi-arm manipulator and changes its function according to the form of the robot to perform the central calculation of the robot, or depending on the form, perception (image, vibration, force, etc.) ) Data processing and data relay computer.

【0028】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムは、第3の特徴として、各アー
ムの両端に、基本的に1自由度の(一つのモータで駆動
される)操作指と電気的結合コネクタを有するエンドエ
フエクタを備えており、このエンドエフェクタにより、
操作対象物への操作機能を有するものとしている。ま
た、このエンドエフェクタは、宇宙機上やロボットシス
テム上に用意された専用ポートを把持することによって
電気・機械的に結合することができるものである。電気
的結合のための線数は、分散計算機により処理された高
速通信回線を用いることにより極めて少なくなる。具体
的には10〜30本程度に少なくなる。
The third feature of the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention is that, as a third feature, operating arms having basically one degree of freedom (driven by one motor) are provided at both ends of each arm. It is equipped with an end effector having an electrical coupling connector with this end effector.
It is assumed to have a function of operating the operation target. Further, this end effector can be electrically and mechanically coupled by gripping a dedicated port prepared on a spacecraft or a robot system. The number of lines for electrical coupling is extremely reduced by using a high speed communication line processed by a distributed computer. Specifically, the number is reduced to about 10 to 30.

【0029】このような特徴を備えることにより、ロボ
ットシステムの再構成や専用ポート上の歩行(伝い歩
き)を容易に実現できる。更には、例えば、移動ポート
のない組立途中の宇宙機上を渡り歩くために必要となる
ロボット制御システムの自律化を実現することができ
る。
By having such features, reconfiguration of the robot system and walking (walking) on the dedicated port can be easily realized. Furthermore, for example, it is possible to realize the autonomy of the robot control system required for walking on the spacecraft in the process of assembly without a moving port.

【0030】これは、例えば、従来型のロボットシステ
ムにおいて作業範囲を拡大するために専用ポート等を渡
り歩く機能を持たせようとすると、専用ポートのインタ
フェースの結線(従来100本以上)や基部機構が大が
かりなものとなり、宇宙機側の負担は極めて大きくな
る。これに対して、今後の宇宙ロボットには、軌道上で
の点検作業を行うための赤外線カメラ、3Dカメラ、高
倍率カメラ、振動計などの特殊センサ・ヘッドなど、様
々な宇宙実験(材料系・生命系等)のための実験用ヘッ
ドを先端部に装備させることが想定されるが、上述のよ
うに、このような機器(ペイロード)システムも上記の
共通インタフェースとすることで、ロボット全体をシン
プルにできる。
For example, if a conventional robot system is to have a function of crossing a dedicated port or the like in order to expand the work range, the interface connection of the dedicated port (100 or more conventionally) or the base mechanism is required. It will be a huge one, and the burden on the spacecraft will be extremely heavy. On the other hand, future space robots will have various space experiments such as infrared cameras, 3D cameras, high-magnification cameras, and special sensor heads such as vibrometers for in-orbit inspection work. It is expected to equip the tip with an experimental head for life systems, etc., but as mentioned above, such an equipment (payload) system also has the above-mentioned common interface to simplify the entire robot. You can

【0031】本発明による「分散計算機」と「省配線型
高速内部通信システム」の組み合わせ技術は、基本概念
は最近のFA(Factory Automation)システムや研究ロ
ボットでも用いられているが、本発明によるシステム構
成の基本として、まず、再構成と歩行移動システムを容
易に具現するために省配線システムとしている。更に、
ドッキングした複数の宇宙機間の移動、死んだ宇宙機や
組立途中の宇宙機上を渡り歩く機能を実現するために
は、専用の移動ポートではない箇所(例えば、ハンドレ
ールやトラス)を伝って目的の場所に移動することが要
求されるが、これに対して、本発明では、ロボットアー
ムの内部に分散配置された分散計算機により各ロボット
を自律化させることにより、この機能を実現させてい
る。この場合には、バッテリの内蔵が必須であり、場合
によっては近傍のエアリンク通信を用意することが必要
となるが、これは簡単な付加機能であり、公知の技術に
よって実現可能である。
The combination technology of the "distributed computer" and the "wiring-saving high-speed internal communication system" according to the present invention is basically used in recent FA (Factory Automation) systems and research robots. As a basis of the configuration, first, a wiring-saving system is adopted in order to easily realize the reconfiguration and the walking movement system. Furthermore,
In order to realize the function of moving between multiple docked spacecrafts, walking over dead spacecrafts and spacecraft in the process of assembly, the purpose is to pass through a place that is not a dedicated movement port (for example, handrail or truss). However, in the present invention, this function is realized by making each robot autonomous by the distributed computers distributed inside the robot arm. In this case, a built-in battery is indispensable, and in some cases it is necessary to prepare air link communication in the vicinity, but this is a simple additional function and can be realized by a known technique.

【0032】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムは、第4の特徴として、アーム
の関節は、小型モータと出力余裕のある駆動回路を備え
ている。このアームの関節は、定常力(連続出力)は小
さいが、瞬時力(〜数秒)の大きな小型関節であり、小
型でありながら短時間ならば比較的大きな操作力を発揮
することができるように構成されている。この特徴によ
り、ロボットの小型軽量化と、作業クリアランスの低
減、および良好な作業性を実現できる。
A fourth feature of the reconfigurable space type multi-limb manipulator system according to the present invention is that the joint of the arm is provided with a small motor and a drive circuit with an output margin. The joint of this arm is a small joint with a small steady force (continuous output) but a large instantaneous force (up to several seconds), so that it can exhibit a relatively large operating force in a short time despite its small size. It is configured. With this feature, it is possible to reduce the size and weight of the robot, reduce the work clearance, and achieve good workability.

【0033】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムは、第5の特徴として、ロボッ
ト用に専用のインタフェースを持った操作対象物が、エ
ンドエフェクタ指の内力操作により操作できるように設
計されている。このエンドエフェクタの指は、操作時に
発生する力トルクがアームに伝わらないようになってお
り、この特徴により、ペイロード側に負担を強いること
なく、安全で確実な効率の良い容易なマニピュレータ操
作を実現することができる。
A fifth feature of the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention is that an operation target having a dedicated interface for a robot can be operated by an internal force operation of an end effector finger. Is designed to. This end effector's fingers prevent the force torque generated during operation from being transmitted to the arm.This feature enables safe, reliable, efficient and easy manipulator operation without imposing a burden on the payload side. can do.

【0034】これは、例えば、EVAロボットでEVA
−Crew(船外作業員)と同等の力を持たせようとす
ると、関節トルクは数l0Nmが必要であり、関節は現
状のモータ技術では10数cm径、〜数kgのものとな
り、マニピュレータとしては重量〜50kg超、長さ〜
1m強となり、広い作業クリアランスを必要とし、更に
は、単腕および双腕での作業性が劣化する。また、現在
の技術レベルでは、例えば、地上を含むロボット技術に
おいて、『指』に相当する機能が未熟であり、宇宙での
作業のような確実な作業を要求される場合には、通常、
エンドエフェクタと操作物に専用のインタフェースを持
たせるが、本発明では、これに更に改良を加えて、宇宙
で期待される比較的容易な作業を小型アームにより効率
的に遂行させるシステム構成としている。
This is, for example, for an EVA robot.
-To give a force equivalent to that of Crew (outboard worker), the joint torque needs to be several 10 Nm, and the joint has a diameter of several tens of cm and a few kg in the current motor technology. Is weight ~ 50 kg, length ~
It becomes a little over 1 m, requires a wide work clearance, and further deteriorates workability with single and double arms. At the current technical level, for example, in robot technology including the ground, the function equivalent to "fingers" is immature, and when reliable work such as work in space is required, normally,
Although the end effector and the operation article have a dedicated interface, the present invention is further improved to have a system configuration in which a relatively small work expected in space is efficiently performed by a small arm.

【0035】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムは、第6の特徴として、エンド
エフェクタには広被写界深度(数mm〜数m)の小型カ
メラを備え、また、専用ポートや専用操作物などには計
測用小型マーカ(〜10mm角)を備えている。このよ
うな特徴により、広い範囲の周辺領域のモニタ・観察を
行えると共に、専用物体に対しては相対6自由度の位置
姿勢計測を至近距離まで行うことができる。
A sixth feature of the reconfigurable space type multi-limb manipulator system according to the present invention is that the end effector is provided with a small camera having a wide depth of field (several mm to several m). The dedicated ports and dedicated controls are equipped with small markers for measurement (10 mm square). With such a feature, it is possible to monitor and observe a wide range of peripheral area, and it is possible to measure the position and orientation of a relative object with a relative 6 degrees of freedom to a close range.

【0036】例えば、従来の宇宙ロボットの手先精度
は、5〜10mm程度であるが、より精細な作業を行わ
せようとする場合には、2〜3mmの絶対位置再現精度
を持たせなければならない。広い温度範囲での動作・保
存を前提とする宇宙マニピュレータでは、アーム長を数
10cm程度に短くするか、または関節へ能動的な熱制
御系を導入せざるを得ない。このため、従来技術におい
ては、10〜30cm離れたカメラで撮像し、相対位置
姿勢を計測するため、接触部から離れた数cm角くらい
のマーカが必要であったが、前述の本発明の特徴による
と、周辺観察とマーカ計測という二つの要求を、エンド
エフェクタに広被写界深度の小型カメラを備え、専用ポ
ートや専用操作物には計測用小型マーカ(〜10mm
角)を備えていることにより、マニピュレータ・アーム
による小型ロボットのシステム構成で実現されている。
For example, the hand precision of a conventional space robot is about 5 to 10 mm, but in order to perform finer work, it is necessary to have an absolute position reproduction precision of 2 to 3 mm. . In a space manipulator which is premised on operation and storage in a wide temperature range, it is unavoidable to shorten the arm length to about several tens of cm or introduce an active thermal control system into the joint. For this reason, in the conventional technique, a marker of several cm square apart from the contact portion is required in order to measure the relative position / orientation by imaging with a camera 10 to 30 cm apart. According to the two requirements of peripheral observation and marker measurement, the end effector is equipped with a small camera with a wide depth of field, and a dedicated port or dedicated operation object has a small measuring marker (~ 10 mm).
It is realized by the system configuration of a small robot with a manipulator arm.

【0037】このような様々な特徴を備えた本発明の再
構成型宇宙用多肢マニピュレータ・システムを用いて、
システム構成を行うと、ロボットアームのマニピュレー
タシステムとしては、発展性のある優れた自在性と実用
性を備えた多肢マニピュレータシステム構成が可能とな
る。
Using the reconfigurable space multi-limb manipulator system of the present invention having various characteristics as described above,
When the system is constructed, the manipulator system of the robot arm can be a multi-limb manipulator system configuration with excellent flexibility and practicality.

【0038】本発明の再構成型宇宙用多肢マニピュレー
タ・システムにより、例えば、2肢型マニピュレータ・
システムを構成する場合には、両端に結合ポートを有す
る複数の関節を中空のブームにより結合したアームと、
操作指部と電気的結合部を有し前記アームの両端に備え
られたエンドエフェクタと、前記中空のブームの内部に
通信機能と関節制御機能を有する分散型制御計算機を備
えた1肢型マニピュレータアームが構成され、この1肢
型マニピュレータアームの2本が結合ポートの位置で任
意に組み合わされて、2肢型マニピュレータ・システム
が構成される。ここでは、システム要素の部品・モジュ
ールが共通化され、且つ簡素であることから低コスト化
を図ることができる。
With the reconfigurable multi-limb manipulator system for space of the present invention, for example, a two-limb manipulator
When configuring the system, an arm that has a hollow boom that connects multiple joints with connection ports at both ends,
One-limb manipulator arm having an end effector having an operating finger portion and an electrical coupling portion and provided at both ends of the arm, and a distributed control computer having a communication function and a joint control function inside the hollow boom. The two-limb type manipulator arm is arbitrarily combined at the position of the coupling port to form a two-limb type manipulator system. Here, since the parts / modules of the system element are made common and simple, the cost can be reduced.

【0039】また、本発明の再構成型宇宙用多肢マニピ
ュレータ・システムによれば、軽量アームの再構成によ
るマニピュレータの任意構成によって、さまざまな作業
への対応能力、船内・船外での歩行移動機能が備えられ
ることになり、実用性のある宇宙ロボットとして必要機
能(導入に係るユーザ負担の少なさ、優れた運用性、ロ
ボットとしての作業能力)を備えたマニピュレータ・シ
ステムを構成することができる。
Further, according to the reconfigurable space type multi-limb manipulator system of the present invention, the ability to cope with various works and the walking movement inside and outside the vessel can be achieved by the arbitrary configuration of the manipulator by the reconfiguration of the lightweight arm. Since the functions will be provided, it is possible to configure a manipulator system that has the necessary functions as a practical space robot (low user burden for introduction, excellent operability, working ability as a robot). .

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施する場合の
形態について、具体的に図面を参照して説明する。本発
明の再構成型宇宙用多肢マニピュレータ・システムを構
成する場合のシステム構成例を、システムの概要と、各
種のシステム構成の各要素について説明する。ここでの
マニピュレータシステム構成の設計例として、3肢型マ
ニピュレータ(3本のマニピュレータアームによる)シ
ステムの構成例を図5に示し、2肢型マニピュレータ
(2本のマニピュレータアームによる)システムの構成
例を図6に示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings. A system configuration example in the case of configuring the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention will be described with respect to an outline of the system and each element of various system configurations. As a design example of the manipulator system configuration here, a configuration example of a three-limb type manipulator system (with three manipulator arms) is shown in FIG. 5, and a configuration example of a two-limb type manipulator system (with two manipulator arms). As shown in FIG.

【0041】これらのシステムは、いずれもシステム構
成としては同様なものとなるので、3肢型マニピュレー
タシステムのシステム構成を例として、システム要素の
詳細な例を説明する。図5に示すように、1本のマニピ
ュレータのアーム50は、全長が例えば80cmで、中
央部と両端にそれぞれ2自由度の関節部(軸方向に回転
する関節部と軸垂直に回転する関節部を組み合わせた関
節部)51を備えたリンク機構として構成されたもので
あり、いわゆる6自由度のシリアルリンク構造とされて
いる。そのアームの両端には、後述するように、操作
指、カメラ、コネクタ等を備えたエンドエフェクタ52
を装備している。また、アーム50のリンク機構を構成
する中空のブーム53内には、関節駆動回路、ワイヤハ
ーネスおよび、関節制御・ロボット全体の関節協調制御
・操作監視・システム管理・通信インタフェース等を行
う分散型制御計算機が配置される。なお、図5および図
6において、57は宇宙機、56は宇宙機に設けられた
結合ポートである。
Since these systems have the same system configuration, detailed examples of system elements will be described by taking the system configuration of the three-limb type manipulator system as an example. As shown in FIG. 5, the arm 50 of one manipulator has a total length of, for example, 80 cm, and has a joint having two degrees of freedom at the center and at both ends (a joint rotating in the axial direction and a joint rotating in the direction perpendicular to the axis). It is configured as a link mechanism including a joint part 51 that is a combination of the above, and has a so-called 6-degree-of-freedom serial link structure. At both ends of the arm, as will be described later, an end effector 52 including operating fingers, a camera, a connector, etc.
Are equipped with. Further, in the hollow boom 53 that constitutes the link mechanism of the arm 50, a joint drive circuit, a wire harness, and distributed control that performs joint control, joint cooperative control of the entire robot, operation monitoring, system management, communication interface, and the like. A calculator is placed. In FIGS. 5 and 6, 57 is a spacecraft, and 56 is a coupling port provided in the spacecraft.

【0042】アーム50の両端に備えられるエンドエフ
ェクタ52には、歩行移動・再構成のための機械的な構
造結合と、電気的な結合と、各種操作を行うため、複数
の操作指,コネクタ部分およびCCDカメラが装備され
ている。また、アーム50のブーム53内には、電源線
および高速シリアル通信バスから構成されるワイヤハー
ネスが貫通しており、両端のエンドエフェクタ52に外
部との結合(結合ポートにおける結合)のためのコネク
タが装備され、これにワイヤハーネスが接続される。
The end effectors 52 provided at both ends of the arm 50 have a plurality of operating fingers and connector portions for mechanical structural connection for walking movement / reconstruction, electrical connection, and various operations. And equipped with CCD camera. In addition, a wire harness composed of a power supply line and a high-speed serial communication bus penetrates into the boom 53 of the arm 50, and the end effectors 52 at both ends are connected to the outside (coupling at a coupling port). Is equipped with a wire harness.

【0043】アーム50の基台部分となるロボット中心
部54には、各アーム50のエンドエフェクタ52と結
合して、アーム50内を電源線・高速シリアル通信バス
を貫通させるための結合ポート55が3ヶ所に取り付け
られている。また、図示しないが、ロボットアーム全体
の各所には、その動作を監視するための振動センサが複
数取り付けられている。振動センサにより検出された信
号は、中空のブーム内に設けられた分散型制御計算機に
入力される。
In the robot central portion 54, which is the base of the arm 50, there is a coupling port 55 for coupling with the end effector 52 of each arm 50 and allowing the power line / high-speed serial communication bus to penetrate through the arm 50. It is installed in three places. Further, although not shown, a plurality of vibration sensors for monitoring the operation of the robot arm are attached to various parts of the entire robot arm. The signal detected by the vibration sensor is input to the distributed control computer provided in the hollow boom.

【0044】また、このマニピュレータシステムによれ
ば、後述するように、マニピュレータの複数のアーム5
0の制御によって、物体を把持した状態での歩行移動、
結合状態および分離状態での複腕作業、複数のアーム5
0のシリアル結合状態での歩幅の拡大と障害物を回避す
るスネーク動作、また、3本のアーム50のパラレル結
合状態での強力な力作業など、さまざまな作業に適用で
き、従来にない多くの機能を実現することできる。更
に、それぞれに両端に移動およびリンク機構の再構成の
ためのポートを持ち、直線・曲線の非可動のブームや受
動関節を持ったブームを別途用意することにより、歩幅
の拡大やスネーク動作の到達距雛の拡大など、それぞれ
の作業に適したロボットアーム形態に容易に再構成する
ことができる。
Further, according to this manipulator system, as will be described later, a plurality of arms 5 of the manipulator are provided.
With the control of 0, walking movement while grasping an object,
Multi-arm work in combined and separated states, multiple arms 5
It can be applied to a variety of tasks such as the expansion of the stride in the serial connection state of 0 and the snake action to avoid obstacles, and the powerful force work in the parallel connection state of the three arms 50. Function can be realized. In addition, each has a port for moving and reconfiguring the link mechanism at both ends, and by separately preparing a non-movable boom with a straight line / curve and a boom with a passive joint, it is possible to expand the stride and reach the snake movement. It can be easily reconfigured into a robot arm form suitable for each work, such as expansion of the distance.

【0045】図6は、2肢型マニピュレータ・システム
の構成例を示す図である。2本のマニピュレータアーム
を組み合わせる場合、図6(A)に示すように、T字型
に組み合わせて結合し、第1番目のマニピュレータアー
ム61の中央部の関節部分に設けられている結合ポート
61bに対して、第2番目のマニピュレータアーム62
の両端部に設けられている一方のエンドエフェクタ62
aを結合して、システムを構成する。これにより、第1
番目のマニピュレータアーム61の端部に設けられてい
るエンドエフェクタ61aと第2番目のマニピュレータ
アーム62の他方の端部に設けられているエンドエフェ
クタ62bとの間で、11自由度のロボットアームとし
て機能することになる。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a two-limb type manipulator system. When two manipulator arms are combined, as shown in FIG. 6 (A), the two manipulator arms are combined and combined in a T-shape, and connected to the connection port 61b provided in the joint portion at the center of the first manipulator arm 61. On the other hand, the second manipulator arm 62
One end effector 62 provided at both ends of the
A is combined to form the system. This makes the first
It functions as a robot arm having 11 degrees of freedom between the end effector 61a provided at the end of the second manipulator arm 61 and the end effector 62b provided at the other end of the second manipulator arm 62. Will be done.

【0046】また、図6(B)に示すように、2本のア
ームを直列に組み合わせて結合するようにもできる。こ
の場合には、第1番目のマニピュレータアーム61の一
方の端部の関節部分に設けられている結合ポート61b
に対して、第2番目のマニピュレータアーム62の他方
の端部に設けられているエンドエフェクタ62aとを結
合して、システムを構成する。これにより、第1番目の
マニピュレータアーム61の端部のエンドエフェクタ6
1aと第2番目のマニピュレータアーム62の端部のエ
ンドエフェクタ62bとの間では、13自由度のロボッ
トアームとして利用できる。
Further, as shown in FIG. 6 (B), two arms may be combined in series and coupled. In this case, the coupling port 61b provided at the joint portion at one end of the first manipulator arm 61.
On the other hand, an end effector 62a provided at the other end of the second manipulator arm 62 is coupled to form a system. As a result, the end effector 6 at the end of the first manipulator arm 61 is
Between 1a and the end effector 62b at the end of the second manipulator arm 62, it can be used as a robot arm having 13 degrees of freedom.

【0047】図7(A)および図7(B)は、マニピュ
レータのアームのブーム内部に設けられる電気系統の回
路構成を示すブロック図である。図7(A)に示すよう
に、エンドエフェクタ部71,関節部72およびブーム
部73の基本要素から構成される1本のマニピュレータ
アームにおいて、中空のブーム部73の内部には、ワイ
ヤハーネス63、関節駆動回路64、分散型制御計算機
65、通信処理回路66が設けられている。分散型制御
計算機65は、関節制御・ロボット全体の関節協調制御
・操作監視・システム管理・通信インタフェース処理の
データ処理を行う。アームのリンク機構を構成するブー
ム部73の両端に設けられる関節部72には、関節モー
タ74が埋め込まれており、関節モータ74は分散型制
御計算機65による関節制御プログラムに従って、関節
駆動回路64により駆動制御される。なお、関節部72
は、軸方向に回転する第1関節モータと軸方向と直角の
方向に回転する第2関節モータの対から構成されてお
り、それぞれの関節モータが、分散型制御計算機65に
よる関節制御プログラムに従って関節駆動回路64によ
り駆動制御される。
FIGS. 7A and 7B are block diagrams showing the circuit configuration of the electric system provided inside the boom of the arm of the manipulator. As shown in FIG. 7A, in one manipulator arm composed of the basic elements of the end effector section 71, the joint section 72 and the boom section 73, the wire harness 63, A joint drive circuit 64, a distributed control computer 65, and a communication processing circuit 66 are provided. The distributed control computer 65 performs joint control, joint coordinate control of the entire robot, operation monitoring, system management, and data processing such as communication interface processing. A joint motor 74 is embedded in the joint portions 72 provided at both ends of the boom portion 73 constituting the arm link mechanism, and the joint motor 74 is driven by the joint drive circuit 64 according to the joint control program by the distributed control computer 65. Drive controlled. The joint 72
Is composed of a pair of a first joint motor that rotates in the axial direction and a second joint motor that rotates in a direction perpendicular to the axial direction, and each joint motor is jointed according to a joint control program by the distributed control computer 65. Drive control is performed by the drive circuit 64.

【0048】エンドエフェクタ部71には、光学系レン
ズアッセンブリにより広被写界深度を持たせたCCDカ
メラ部67と、ポートと結合したシステム構成で使用す
る場合の電気的結合のためのコネクタ部68が設けられ
ている。更に、エンドエフェクタ部71には、各種の操
作を行うための複数の操作指(図示せず)とその駆動機
構の駆動モータ69が備えられている。これらの操作指
の制御は、関節モータと同様に、ブーム部分73に設け
られた分散型制御計算機65による駆動制御プログラム
に従い、駆動制御回路を介して駆動制御される。
The end effector section 71 has a CCD camera section 67 having a wide depth of field by an optical system lens assembly, and a connector section 68 for electrical coupling when used in a system configuration coupled with a port. Is provided. Further, the end effector section 71 is provided with a plurality of operating fingers (not shown) for performing various operations and a drive motor 69 of a drive mechanism thereof. The control of these operating fingers is drive-controlled via a drive control circuit in accordance with a drive control program by the distributed control computer 65 provided in the boom portion 73, similarly to the joint motor.

【0049】これらのコネクタ68部はワイヤハーネス
63に接続され、ワイヤハーネス63は、電源線および
高速シリアル通信バスにより信号配線数を少なくしたデ
ータバス配線で構成されている。このワイヤハーネス6
3が、通信処理回路66と結合され、マニピュレータの
間を貫通して配設される。
These connectors 68 are connected to the wire harness 63, and the wire harness 63 is composed of a power supply line and a data bus wiring in which the number of signal wirings is reduced by a high-speed serial communication bus. This wire harness 6
3 is connected to the communication processing circuit 66, and is provided so as to penetrate between the manipulators.

【0050】また、CCDカメラ部67は、図7(B)
に示すように、CCD部76、前処理・A/D変換部7
7、焦点制御用レンズ駆動制御部78から構成されてお
り、カメラ本体部76からの映像信号は、前処理・A/
D変換部77において、デジタル化され画像処理され、
その映像信号が通信処理回路を通してワイヤハーネス6
3の高速シリアル通信バスを介して伝送される。
The CCD camera section 67 is shown in FIG.
As shown in, the CCD unit 76, the pre-processing / A / D conversion unit 7
7. The focus control lens drive control unit 78 is provided, and the video signal from the camera body unit 76 is preprocessed / A /
In the D conversion unit 77, digitized and image processed,
The video signal is passed through the communication processing circuit to the wire harness 6
3 is transmitted via the high-speed serial communication bus.

【0051】次に、このように構成されているマニピュ
レータアームの複数が結合されたシステム構成によるマ
ニピュレータシステムの操作例について説明する。図8
〜図10は、6自由度を持つ3本のマニピュレータアー
ムを結合してマニピュレータ・システムを構成している
場合の各種の作業モードによる形態を例示する図であ
る。ここでの1本のマニピュレータアームは6つの関節
を持ち、6自由度を有するものであり。これを3本利用
してマニピュレータシステムを構成している。図8およ
び図9に示す作業モードの形態は、中心部分となる結合
部によって3本のマニピュレータアーム(81,82,
83)をそれぞれ結合している。移動モードは、図8
(A)に示すような形態で利用するモードである。3本
のアームを3本足として利用して走行し作業場所への移
動を行う。また、この場合、例えば1本のアーム82で
物資を把持しつつ、残りのアーム81およびアーム83
を2本の足として利用して歩行するようにも利用でき
る。物資の移送に使われる形態の作業モードある。
Next, an operation example of the manipulator system having a system configuration in which a plurality of manipulator arms having such a configuration are coupled will be described. Figure 8
10A to 10C are views illustrating modes in various work modes in the case where three manipulator arms having six degrees of freedom are combined to form a manipulator system. Here, one manipulator arm has six joints and has six degrees of freedom. A manipulator system is constructed by using three of these. The work mode shown in FIGS. 8 and 9 has three manipulator arms (81, 82,
83) are linked together. The movement mode is shown in Fig. 8.
This mode is used in the form shown in FIG. It travels using three arms as three legs to move to the work place. In this case, for example, while holding the material with one arm 82, the remaining arms 81 and 83 are held.
It can also be used to walk using two legs. There is a work mode that is used to transfer goods.

【0052】片手作業モードは、図8(B)に示すよう
な形態で利用するモードである。1本のアーム81を足
として基台に固定し、1本のアーム83で(片手)作業
を行い、もう1本のアーム82は、そのエンドエフェク
タ部に設けられたCCDカメラにより1本のアーム83
による片手作業の監視を行う。これにより、監視を行い
ながら作業が進められる。
The one-handed work mode is a mode used in the form as shown in FIG. One arm 81 is fixed to the base as a foot, and one arm 83 is used for (one-handed) work, and the other arm 82 is one arm by the CCD camera provided in the end effector section. 83
One-handed work is monitored by. This allows the work to proceed while monitoring.

【0053】また、図9(A)に示す作業モードの形態
は、双腕作業モードである。このような形態で利用する
作業モードでは、1本のアーム81を足として基台に固
定しつつ、アーム82およびアーム83の2本のアーム
(双腕)で物資を移動する作業を行う。つまり、双腕で
作業対象物を把持し、移動を行い、又は、片腕で操作物
の一端を固定し、もう一方の他の片腕で他端の位置決め
操作を行う。多腕での操作を行う作業モードである。
The form of the work mode shown in FIG. 9A is a dual arm work mode. In the work mode used in such a form, while one arm 81 is fixed as a foot to the base, the work of moving the material is performed by the two arms (two arms) of the arm 82 and the arm 83. In other words, the work object is grasped and moved by the two arms, or one end of the operation object is fixed by one arm, and the other end of the operation object is positioned by the other arm. This is a work mode in which operation is performed with multiple arms.

【0054】大出力モードの作業モードの形態では、図
9(B)に示すような形態で利用する。この場合、安定
した大きな力を要する作業のため、アーム81およびア
ーム83の2本のアームを足として基台にしっかり固定
し、他の1本のアーム82で作業を行う。強い力を要す
る作業を行う場合の作業モードである。例えば、コネク
タの挿抜など大出力作業を行う場合の作業モードの形態
である。
In the work mode mode of the high output mode, the mode as shown in FIG. 9B is used. In this case, for work requiring a stable and large force, two arms of the arm 81 and the arm 83 are firmly fixed to the base as legs and the work is performed by the other arm 82. This is a work mode when performing work that requires a strong force. For example, it is a form of a work mode in the case of performing a high output work such as insertion and removal of a connector.

【0055】また、3肢型マニピュレータシステムのシ
ステム構成の例であるが、直列に結合した作業モードの
形態は、図10(A)に示すように、3本のアーム8
1,82,83を直列に結合して利用するモードであ
る。つまり、遠隔場所での点検作業や操作のため、3本
のアームを直列に結合して長い1本のアームとして利用
する。この場合、例えば、アーム81およびアーム82
の関節はブレーキをかけた状態で固定して利用し、アー
ム83のみの関節で強い先端力を利用できるようにす
る。遠隔場所での点検作業や、操作に適した作業モード
である。この作業モードでは、端部の1本のアームのエ
ンドエフェクタ部に設けられたCCDカメラにより点検
作業を行い、また、端部の1本のアームのエンドエフェ
クタ部に設けられた操作指により作業を行う。
Further, this is an example of the system configuration of the three-limb type manipulator system. The form of the work mode coupled in series is three arms 8 as shown in FIG. 10 (A).
In this mode, 1, 82, 83 are connected in series and used. That is, for inspection work and operation at a remote place, three arms are connected in series and used as one long arm. In this case, for example, the arm 81 and the arm 82
The joint is used by fixing it in a braked state so that a strong tip force can be utilized only by the joint of the arm 83. This work mode is suitable for remote inspection work and operations. In this work mode, the inspection work is performed by the CCD camera provided on the end effector portion of the one end arm, and the work is performed by the operation finger provided on the end effector portion of the one end arm. To do.

【0056】更に、直列に結合したシステム構成の他の
作業モードの形態として、例えば、図10(B)に示す
ような分離協調モードがある。この分離協調の作業モー
ドでは、アーム81およびアーム82の2本の直列に結
合したアームによる作業と、1本のアーム83による作
業とにより互いに協調して作業を行う。部品の受け渡
し、組立の作業に好適に利用できる作業モードである。
Further, as another form of the work mode of the system configuration coupled in series, there is, for example, a separation cooperation mode as shown in FIG. 10 (B). In the work mode of separation and cooperation, the work by the two arms of the arm 81 and the arm 82 connected in series and the work by the single arm 83 work in cooperation with each other. This is a work mode that can be suitably used for the delivery and assembly of parts.

【0057】図11は、多自由度シリアル・リンク・マ
ニピュレータの先端自由度による操作例を説明する図で
ある。前述したように、複数のアームを直列に結合して
システムを構成した作業モードの形態では、直列アーム
の多くの関節は直接に作業に関わらなくても十分な動作
の自由度は得られるので、不要な多くの関節部の制御は
ブレーキで固定しておき、先端のアームの関節部による
必要な自由度の制御で作業を行う。理解を容易なものと
するため、図11に示すような2次元平面マニピュレー
タを例として説明する。この場合、平面運動の自由度は
3であるから、図示するような6関節シリアルリンク形
式のマニピュレータは3個の冗長自由度を持つ。
FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the operation of the multi-degree-of-freedom serial link manipulator depending on the degree of freedom of the tip. As described above, in the form of the work mode in which a plurality of arms are connected in series to configure the system, many joints of the series arms can obtain a sufficient degree of freedom of movement even if they are not directly involved in the work. Many unnecessary joints are fixed with a brake, and the joints of the arm at the tip control the required degree of freedom when performing work. For easy understanding, a two-dimensional plane manipulator as shown in FIG. 11 will be described as an example. In this case, since the degree of freedom of the plane movement is 3, the 6-joint serial link type manipulator as shown has three redundant degrees of freedom.

【0058】このシリアルリンクの6関節全てをアクテ
ィブにして先端力を加えようとすると、基部91の側の
関節(92,93,94)への負荷が大きくなることか
ら、図示するように、基部91の側から3個の関節9
2,関節93,および関節94による3自由度をブレー
キで固定しておき、先端のエフェクタ部98の側からの
関節97,関節96,および関節95による3自由度で
操作することにより、より強い先端力を生むようにす
る。
If all the six joints of this serial link are activated and a tip force is applied, the load on the joints (92, 93, 94) on the side of the base portion 91 becomes large. 3 joints 9 from 91 side
2, the joint 93, and the joint 94 have three degrees of freedom fixed by a brake, and the joint 97, the joint 96, and the joint 95 from the side of the effector portion 98 at the tip end are operated with three degrees of freedom, thereby making it stronger. Try to generate tip power.

【0059】一方、先端力は微力でも良いが、エフェク
タ部による作業自体には相応のトルク力が必要となる場
合がある。この場合、エフェクタ部の操作指をテコにし
て操作し、または、作業対象にエフェクタ部を取り付か
せ、その作業荷重を操作物に逃がしすようにして操作す
ることにより、エフェクタ部内またはエフェクタ部と操
作物の間の内力で操作するようにして作業を行う。
On the other hand, although the tip force may be a slight force, the work itself by the effector portion may require a corresponding torque force. In this case, operate with the operating finger of the effector part as a lever, or by attaching the effector part to the work target and letting the work load escape to the operation object, operate within the effector part or with the effector part. Work as if operating with internal force between objects.

【0060】図12は、エンドエフェクタの複数の操作
指による内力での操作例を説明する図である。被覆の剥
ぎ取り操作の例を、図12(A)〜図12(C)に示し
ている。この場合、内力操作ができるように、エフェク
タの操作指を制御して、アームに操作による力・トルク
が加わらないようにする。図12(A)〜(C)におい
て、120は被覆されている筐体部、121は被覆、1
22はエフェクタ部、123はアーム、124は操作指
である。被覆の剥ぎ取りの場合、まず、図12(A)に
示すように、アームのエフェクタ部122の操作指12
4を、筐体120と被覆121の間隙に差し込み、図1
2(B)に示すように、操作指124を開く操作を行
う。開いた筐体120と被覆121の間隙に、図12
(C)に示すように、更に操作指124差し込むように
して、被覆の剥ぎ取り操作を続行する。
FIG. 12 is a view for explaining an example of operation with internal force by a plurality of operating fingers of the end effector. An example of the stripping operation of the coating is shown in FIGS. 12 (A) to 12 (C). In this case, the operating finger of the effector is controlled so that the internal force can be operated so that force / torque due to the operation is not applied to the arm. In FIGS. 12A to 12C, 120 is a covered casing part, 121 is a covered 1
22 is an effector unit, 123 is an arm, and 124 is an operating finger. In the case of stripping the coating, first, as shown in FIG. 12A, the operating finger 12 of the effector section 122 of the arm
4 into the gap between the housing 120 and the cover 121, and
As shown in FIG. 2B, the operation finger 124 is opened. In the gap between the opened casing 120 and the cover 121, FIG.
As shown in (C), the operation finger 124 is further inserted to continue the stripping operation of the coating.

【0061】また、ピンの引き抜き操作の作業では、図
12(D)に示すように、取り付け面125からピン1
26を引き抜く場合には、エフェクタ部の補助アーム1
27の先端を取り付け面125に取り付かせて、治具1
28により操作対象のピン126を把持し、この治具1
28を上方に移動することにより、ピン126の引き抜
き操作を行う。これによりアーム123には、操作によ
る力・トルクが加わらないようにする。
Further, in the work of pulling out the pin, as shown in FIG.
When pulling out 26, the auxiliary arm 1 of the effector section
The tip of 27 is attached to the mounting surface 125, and the jig 1
The pin 126 to be operated is grasped by 28, and the jig 1
By moving 28 upward, the pin 126 is pulled out. As a result, no force or torque is applied to the arm 123 due to the operation.

【0062】このような内力によるエフェクタ部の操作
は、特に、無人宇宙機でのサービス作業を行う場合に極
めて有効である。これは、操作対象となる物体自体に簡
素な内力操作用インタフェース(取手、凹部、凸部等)
を備えることにより、その操作を行いやすくする。この
結果、要求される作業力をエフェクタ部で担わせること
ができ、マニピュレータアームの先端力とエフェクタ部
の作業力の分離が可能となる。
The operation of the effector section by such an internal force is extremely effective especially when performing service work in the unmanned spacecraft. This is a simple internal force operation interface (handle, recess, protrusion, etc.) for the object to be operated.
By making it easier to perform the operation. As a result, the required work force can be carried by the effector section, and the tip force of the manipulator arm and the work force of the effector section can be separated.

【0063】本発明による再構成型宇宙用多肢マニピュ
レータ・システムによって宇宙用微力マニピュレータの
システム構成を行う場合には、例えば、次のようなシス
テム構成とする。
When the reconfigurable multi-limb space manipulator system according to the present invention is used to construct a system for a microscopic force manipulator for space, for example, the system configuration is as follows.

【0064】定常先端力の微力化による小型システム 微小重力下で行うORU(Orbital Replacement Unit;
軌道上交換に対応した機器)交換、軌道上点検、EV
A,IVAなどの宇宙作業を詳細に検討・分析すると、
5〜10N程度の先端力、〜5Nm程度のトルク(以
下、先端力という)があれば、多くの作業は効率性を失
わずに遂行できる。小さい先端力の宇宙マニピュレータ
(微力マニピュレータ)が、地上ではあり得ないロボッ
トとして有効であることが分かる。この結果、従来、小
型宇宙マニピュレータの関節出力トルクを10数〜数l
0Nmで構成してきた宇宙マニピュレータの関節を、5
〜l0Nm以下にして、スリムで軽量なロボットができ
得る。
Small system by miniaturization of steady tip force ORU (Orbital Replacement Unit;
Equipment compatible with on-orbit exchange) exchange, on-orbit inspection, EV
When examining and analyzing space work such as A and IVA in detail,
With a tip force of about 5 to 10 N and a torque of about 5 Nm (hereinafter referred to as tip force), many operations can be performed without losing efficiency. It can be seen that a space manipulator with a small tip force (fine force manipulator) is effective as a robot that cannot exist on the ground. As a result, the joint output torque of a small space manipulator has been conventionally reduced to 10 to several liters.
The joint of the space manipulator which has been configured with 0 Nm is 5
A robot having a slimness and a light weight can be obtained by setting it to 10 Nm or less.

【0065】内力によるエフェクタ作業 一方、先端力は微力でも良いが、エフェクタ部による作
業自体には相応の力・トルクが必要である。このため、
エフェクタ部の操作指をテコにして操作し、作業対象に
エフェクタを取り付かせ、また、作業荷重を操作物に逃
がすようにすることにより、エフェクタ内、またはエフ
ェクタと操作物の間の内力で操作するようにして作業を
行う。
Effector work by internal force On the other hand, the tip force may be a slight force, but the work itself by the effector portion requires appropriate force and torque. For this reason,
Operate with the operating finger of the effector part as a lever, attach the effector to the work target, and let the work load escape to the operation object, and operate with the internal force inside the effector or between the effector and the operation object Work in this way.

【0066】これは、特に、無人宇宙機でのサービス作
業を行う場合に極めて有効である。例えば、操作物体自
体に簡素な内力操作用インタフェースを備えることによ
り、容易に実現できる。この結果、要求される作業力を
エフェクタ部で担わせることができ、マニピュレータ先
端力とエフェクタ作業力の分離が可能となる。
This is extremely effective especially when performing service work in an unmanned spacecraft. For example, it can be easily realized by providing the operation object itself with a simple internal force operation interface. As a result, the required work force can be carried by the effector unit, and the manipulator tip force and the effector work force can be separated.

【0067】瞬時の強い先端力の装備 宇宙作業では、締めの最終トルキング,緩めの開始トル
キング,異常状態の機構への短期間の或いは間欠的な力
操作など、数秒以下の強い瞬時トルク・瞬時力を備える
ことが所望される。このためには、関節モータとして、
DCモータやステップモータを用い、間接モータに瞬時
(1〜5sec)に大きな駆動電流を与えるようにす
る。これにより、熱的制約を考慮しつつ駆動できる。こ
の場合、ギア部分の耐荷重性の制約があり、宇宙用小型
マニピュレータの関節で多用されるハーモニツクドライ
ブでは、ラチェッティング・トルク制約となるが、具体
的には定常の5倍程度の瞬時トルクを許容できる。
Equipped with instantaneous strong tip force In space work, strong instantaneous torque / instantaneous force of several seconds or less, such as final torque of tightening, torque of start of loosening, short-term or intermittent force operation to mechanism in abnormal state, etc. Is desired. To do this, as a joint motor,
A DC motor or step motor is used, and a large drive current is applied to the indirect motor instantaneously (1 to 5 seconds). As a result, driving can be performed while considering thermal constraints. In this case, there is a constraint on the load bearing capacity of the gear part, and in the harmonic drive that is often used in joints of small space manipulators, ratcheting torque is a constraint. Allowable torque.

【0068】より強い定常先端力で運用する方法 マニピュレータが微力化するとしても、できるだけ先端
力を大きくしたいとの意図から、特に、多自由度のシス
テム構成でシリアル結合した形態のマニピュレータ・シ
ステムは、その有効な運用方法として、通常考えられる
特異点を積極的に活用した運用方法に加え、先端自由度
だけで操作し、移動スパンの短い力を生む方法とする。
図11で説明したように、荷重の最も大きい基台部に近
い関節は、操作に使わずにブレーキや制御(+減速器の
back-drive-torqe)で固定しておき、先端側の自由度だ
けで作業の操作を行うようにして運用する。
Method of Operating with Stronger Steady Tip Force Even if the manipulator is made to have a small force, the manipulator system in the form of serial connection with a multi-degree-of-freedom system configuration, in particular, aims to maximize the tip force. As an effective operation method, in addition to an operation method that positively utilizes the normally considered singularity, a method that produces only a short span of movement by operating with only the degree of freedom of the tip.
As explained in Fig. 11, joints near the base part with the largest load are not used for operation, and brakes and controls (+ reducer
It is fixed by back-drive-torqe), and the operation is performed by operating only the degree of freedom on the tip side.

【0069】前述したように、本発明の再構成型宇宙用
多肢マニピュレータ・システムによると、マニピュレー
タアームの中空のブーム部分には、分散型制御計算機と
高速シリアル通信バスによるワイヤハーネスが備えら
れ、高速内部通信機能によるワイヤハーネスの配線数が
低減されている。
As described above, according to the reconfigurable space type multi-limb manipulator system of the present invention, the hollow boom portion of the manipulator arm is provided with the wire harness by the distributed control computer and the high-speed serial communication bus. The number of wires in the wire harness is reduced by the high-speed internal communication function.

【0070】宇宙用微力マニピュレータのシステムを構
成する場合において、その構成要素として、歩行移動機
能・再構成機能を備えた宇宙用ロボットアームを実現す
るには、重量の点およびシステム構成の点から、ワイヤ
ハーネス(マニピュレータ内部の配線)を低減させる必
要があるが、従来方式によると、その配線数は100本
を越えてしまう。このため、ワイヤハーネスをマニピュ
レータアームに通す場合、その関節部でのロストルク
は、例えば〜10Nm以上に達してしまう。つまり、単
にワイヤハーネスを曲げるためだけに、大きな関節力を
要してしまう。また、柔軟な関節のシリアルリンクの位
置補償するためには、幾つかのカメラを装備することが
必要になるが、このためにもワイヤハーネス数が増大す
る。歩行移動や再構成機能を実現するためには、基台部
で結合される電力線・信号線コネクタを着脱する必要が
あるが、ハーネス数が多いとマニピュレータ先端部およ
び移動・再構成ポート部に大型のポートを備えなければ
ならない。
In order to realize a space robot arm having a walking movement function / reconstruction function as a component when constructing a space micromanipulator system, in terms of weight and system configuration, It is necessary to reduce the wire harness (wiring inside the manipulator), but according to the conventional method, the number of wirings exceeds 100. Therefore, when the wire harness is passed through the manipulator arm, the loss torque at the joint portion reaches, for example, -10 Nm or more. That is, a large joint force is required just to bend the wire harness. Further, in order to compensate the position of the serial link of the flexible joint, it is necessary to equip some cameras, which also increases the number of wire harnesses. In order to realize walking movement and reconfiguring function, it is necessary to attach / detach the power line / signal line connector that is connected at the base, but if the number of harnesses is large, the manipulator tip and the moving / reconfiguring port will be large. Must be equipped with a port.

【0071】このような問題は、本発明の再構成型宇宙
用多肢マニピュレータ・システムによれば、分散型制御
計算機として、例えば、組込型のマイクロコンピュータ
(32ビット処理のRISC計算機)と、データ通信用
の汎用インターフェイス(USB;IEEE1394)
を用いる高性能シリアル通信バスを装備することにより
解決している。
According to the reconfigurable multi-limb manipulator system for space of the present invention, such a problem can be solved by using, for example, an embedded microcomputer (32-bit processing RISC computer) as a distributed control computer. General-purpose interface for data communication (USB; IEEE1394)
The problem is solved by equipping a high-performance serial communication bus using.

【0072】エフェクタ部のCCDカメラ部67によっ
て撮影された映像信号は、デジタル化され、ブーム部分
に設けられる分散型制御計算機においてミドルウエア
(中間信号処理部)によるJPEG圧縮を行って、高速
シリアル通信バスによりシリアル転送することにより、
通信処理による遅延時間は数百msec以下で、任意の
映像チャンネルの映像をテレメトリや高度な画像処理計
算機に送信することができるように構成できる。
The video signal photographed by the CCD camera section 67 of the effector section is digitized, and JPEG compression is performed by the middleware (intermediate signal processing section) in the distributed control computer provided in the boom section for high speed serial communication. By serial transfer via the bus,
The delay time due to the communication processing is several hundreds msec or less, and the video of any video channel can be transmitted to telemetry or an advanced image processing computer.

【0073】また、マニピュレータアームのブーム部の
内蔵した分散制御計算機により関節制御を行わせ、関節
間およびマニピュレータアームの間の協調制御のための
制御信号の転送は、同様にして、高速シリアル通信バス
を介して転送する。エフェクタ部に取り付ける様々な特
殊機器の制御信号の伝送についても、バス・インタフェ
ースを標準化することにより、高速シリアル通信バスで
制御信号を伝送し制御することができる。この結果、ア
ーム内のワイヤハーネスは最小で数本とすることがで
き、各所からの映像信号の伝送を含めても実用的に10
〜20本程度に低減でき、低いワイヤハーネスの曲げの
ロス・トルクと、移動・再構成に関する機器を著しく小
型化し、ロボット・システムとして整合の取れたものと
することができる。
Further, joint control is performed by a distributed control computer incorporated in the boom portion of the manipulator arm, and control signals for cooperative control between joints and manipulator arms are transferred in the same manner as in the high-speed serial communication bus. Transfer through. With regard to the transmission of control signals of various special devices attached to the effector unit, the control signals can be transmitted and controlled by the high-speed serial communication bus by standardizing the bus interface. As a result, the number of wire harnesses in the arm can be minimized, and even if the transmission of video signals from various places is included, it is practically possible.
The number can be reduced to about 20 and the bending loss torque of the wire harness can be reduced, and the equipment related to the movement / reconstruction can be remarkably miniaturized, and the robot system can be matched.

【0074】次に、移動用と操作用を兼ねたエフェクタ
部の構成について、具体的に説明する。マニピュレータ
先端部に装備するエフェクタ部は、移動ポート機能と最
大限の操作機能を備え、モジュール化による新たな結合
部材を要しない構成としている。図13〜図16は、エ
ンドエフェクタの構成とその操作指による各種の操作例
を説明する図である。図13はトラス操作を説明するエ
ンドエフェクタの部分断面図である。図13(A)に平
面図を示し、図13(B)に正面図を示している。図に
おいて、130はエンドエフェクタ、131はアーム、
132は操作指、133はCCDカメラ、134は照明
用の発光ダイオード、135はコネクタである。図示す
るように、トラス操作では、エンドエフェクタ130の
3本の操作指132により、トラス構造の把持部を掴
む。トラス構造の把持部は、3本の操作指132の位置
の合わせて、切り欠き部が設けられており、これに適合
するように3本の操作指132により把持する。
Next, the structure of the effector portion which is used for both movement and operation will be specifically described. The effector unit equipped at the tip of the manipulator has a moving port function and the maximum operation function, and does not require a new connecting member by modularization. 13 to 16 are diagrams illustrating the configuration of the end effector and various operation examples by the operating finger. FIG. 13 is a partial sectional view of the end effector for explaining the truss operation. A plan view is shown in FIG. 13 (A), and a front view is shown in FIG. 13 (B). In the figure, 130 is an end effector, 131 is an arm,
Reference numeral 132 is an operating finger, 133 is a CCD camera, 134 is a light emitting diode for illumination, and 135 is a connector. As illustrated, in the truss operation, the three operating fingers 132 of the end effector 130 grip the grip portion of the truss structure. The grip portion of the truss structure is provided with a cutout portion in alignment with the positions of the three operating fingers 132, and the three operating fingers 132 are gripped so as to match this.

【0075】図14はテザーアンカー操作を説明するエ
ンドエフェクタの部分図である。図において、130は
エンドエフェクタ、132,132aは操作指、133
はCCDカメラ、134は照明用の発光ダイオード、1
35はコネクタ、141は第1のアンカー、142は第
2のアンカー、143は第3のアンカーである。図示す
るように、アンカー操作では、エンドエフェクタ130
の1本の操作指132aにより、アンカーの爪の操作を
行う。図14(A)の操作例では、アンカーの爪がバネ
力により引き戻されているので、操作指132aを上方
に移動させることにより、アンカー141の爪を操作す
る。図14(B)に示すように、第2のアンカー142
の例は、操作指による操作は行わなくてもよい例であ
る。また、図14(C)に示すように、第3のアンカー
143の例では、アンカーの爪がバネの力により操作さ
れないので、操作指132aにより操作する。
FIG. 14 is a partial view of the end effector for explaining the tether anchor operation. In the figure, 130 is an end effector, 132 and 132a are operating fingers, and 133.
Is a CCD camera, 134 is a light emitting diode for illumination, 1
35 is a connector, 141 is a first anchor, 142 is a second anchor, and 143 is a third anchor. As shown, in the anchor operation, the end effector 130
The operation finger 132a is used to operate the nail of the anchor. In the operation example of FIG. 14A, since the claw of the anchor is pulled back by the spring force, the claw of the anchor 141 is operated by moving the operating finger 132a upward. As shown in FIG. 14B, the second anchor 142
In this example, the operation finger does not have to be operated. Further, as shown in FIG. 14C, in the example of the third anchor 143, since the nail of the anchor is not operated by the force of the spring, it is operated by the operation finger 132a.

【0076】図15はマイクロ・コニカル操作を説明す
るエンドエフェクタの部分断面図である。図15(A)
に示すような形状のマイクロ・コニカル150を、エン
ドエフェクタ130の3本の操作指132により把持す
る場合、マイクロ・コニカル150の形状から、そのく
びれ部分を3本の操作指132により把持するようにし
て掴む。図において、130はエンドエフェクタ、13
1はアーム、132は操作指、150はマイクロ・コニ
カルである。この場合、図15(B)および図15
(C)に示すように、3本の操作指132の取り付け位
置と、操作対象のマイクロ・コニカルのくびれ位置の位
置合わせを行って把持する。
FIG. 15 is a partial sectional view of the end effector for explaining the micro-conical operation. FIG. 15 (A)
When the micro conical 150 having the shape as shown in FIG. 3 is grasped by the three operating fingers 132 of the end effector 130, the constricted portion is grasped by the three operating fingers 132 from the shape of the micro conical 150. Grab it. In the figure, 130 is an end effector, and 13
1 is an arm, 132 is an operating finger, and 150 is a micro-conical. In this case, FIG. 15B and FIG.
As shown in (C), the mounting positions of the three operating fingers 132 are aligned with the constricted positions of the micro-conical to be operated and gripped.

【0077】図16はハンドレール操作を説明するエン
ドエフェクタの部分断面図である。この場合の操作で
は、図16(A)に示すような形状のハンドレール16
0を、エンドエフェクタ130の3本の操作指132に
より把持する。この場合、図16(B)および図16
(C)に示すように、ハンドレール160の形状から、
1本の操作指でハンドレール160上面の凹部に係合さ
せ、他の2本の操作指を反対側の切り欠き部分に係合さ
せて、これをを掴むようにして把持する。なお、前述の
場合と同様に、図において、130はエンドエフェク
タ、132は操作指、160はハンドレールである。こ
の場合にも、3本の操作指132の取り付け位置と、操
作対象のハンドレール160の凹部および切り欠き部の
位置合わせを行って把持する。
FIG. 16 is a partial sectional view of the end effector for explaining the handrail operation. In the operation in this case, the handrail 16 having a shape as shown in FIG.
0 is gripped by the three operating fingers 132 of the end effector 130. In this case, FIG. 16 (B) and FIG.
As shown in (C), from the shape of the handrail 160,
One operating finger is engaged with the concave portion on the upper surface of the handrail 160, and the other two operating fingers are engaged with the cutout portions on the opposite side, and these are grasped and grasped. As in the case described above, in the figure, 130 is an end effector, 132 is an operating finger, and 160 is a handrail. Also in this case, the attachment positions of the three operating fingers 132 are aligned with the recessed portions and the cutout portions of the handrail 160 to be operated, and the handrail 160 is gripped.

【0078】また、前述したように、本発明の再構成型
宇宙用多肢マニピュレータ・システムでは、エンドエフ
ェクタに備えるCCDカメラとして、広被写界深度カメ
ラを備えるようにする。広い動作温度範囲・保存温度範
囲で使用する宇宙用マニピュレータシステムの関節で
は、熱的な信頼性を確保するために遊びの多い設計が多
用される。このようなシンプルな設計では、特に、多自
由度のシリアル結合のマニピュレータ・システムを構成
する場合、先端位置再現性について、高い絶対精度を期
待することは困難である。そこで、ロボット作業に要求
される位置精度は操作物との相対精度であることから、
視覚計測による相対精度を簡易に確保する方式として、
広被写界深度カメラを採用する。
As described above, in the reconfigurable multi-limb manipulator system for space of the present invention, the CCD camera provided in the end effector is provided with the wide depth of field camera. The space manipulator system joints that are used in a wide operating temperature range and storage temperature range often use playful designs to ensure thermal reliability. With such a simple design, it is difficult to expect high absolute accuracy in tip position reproducibility, especially when configuring a multi-degree-of-freedom serially coupled manipulator system. Therefore, since the positional accuracy required for robot work is relative accuracy with the operation object,
As a method to easily secure the relative accuracy by visual measurement,
Adopt a wide depth of field camera.

【0079】また、自動機械操作の対象(R−ORUや
移動ポート)には、相対位置計測用のマーカを付けるの
が有効であるが、現状のような大型(5〜40cm)の
ものを避けるために、エンドエフェクタに設けるCCD
カメラと近接して計測できる小型(〜1cm)マーカ方
式を用いる。把持したORU等の取付に関しては、OR
UとWorksiteの相対位置を、他のアーム上のカ
メラで計測して位置制御を行うことで、従来使用してい
る大型(従来、数cm〜数10cm)の挿入ガイドを小
型化することができる。このためには、エンドエフェク
タのCCDカメラ部の光学系は、被写界深度を広く取
り、数mmの接触直前までの相対位置計測を行え、且
つ、他のアームが操作しているときの状況を監視・誘導
するために数mまでの視認性を確保させるものとする。
このようないわゆる暗い光学系は、地上ロボットでは適
していないが、特に、宇宙作業のような比較的ゆっくり
した操作を基本とするシステムに対して適用できるもの
である。
Further, it is effective to attach a marker for relative position measurement to an object of automatic machine operation (R-ORU or moving port), but avoid a large one (5 to 40 cm) as in the present situation. CCD for the end effector
A small (~ 1 cm) marker system that can measure close to the camera is used. For mounting the gripped ORU, etc.,
By measuring the relative position of U and Worksite with a camera on another arm and performing position control, a large-sized (conventional, several cm to several tens cm) insertion guide that has been conventionally used can be downsized. . To this end, the optical system of the CCD camera section of the end effector has a wide depth of field, can measure relative positions up to just before a contact of several mm, and is in a situation when another arm is operating. The visibility of up to several meters shall be secured in order to monitor and guide.
Such a so-called dark optical system is not suitable for a ground robot, but is particularly applicable to a system based on relatively slow operation such as space work.

【0080】また、従来において、作業性の向上のた
め、手先に柔らかさを持たせるためには、受動的柔剛性
機構を入れたり、コンプライアンス制御(手先の柔らか
さをソフトウエア的に実現するように、力・トルクセン
サ情報により各関節を協調制御する方法)を行ってき
た。このような受動的柔剛性機構は、ロボット環境モデ
ルが確定できなくなるため、遠隔操作上は望ましくな
く、また、手先に力・トルクセンサを持たせる方法で
は、エンドエフェクタの機構が複雑化する。
Further, in the past, in order to improve the workability and to impart softness to the hand, a passive flexible mechanism is provided, or compliance control (the softness of the hand is realized by software). In addition, we have carried out a method of cooperatively controlling each joint based on the force / torque sensor information. Such a passive and flexible mechanism is not desirable for remote operation because the robot environment model cannot be determined, and the method of providing a force / torque sensor at the hand complicates the mechanism of the end effector.

【0081】したがって、宇宙用のロボットアームでコ
ンプライアンス制御が期待される操作では、マニピュレ
ータ姿勢が大きく変化しないことに注目し、多自由度ロ
ボットによりセンサ感度を確保する姿勢を取り、各関節
のサーボを上記の分散計算機によりプログラマブルにし
て制御する。そして、各関節に内戴したトルクセンサを
用いて、指定の柔らかさと減衰性を制御する方法を使
う。
Therefore, paying attention to the fact that the manipulator posture does not change significantly in the operation for which compliance control is expected in the robot arm for space use, the posture of ensuring the sensor sensitivity is taken by the multi-degree-of-freedom robot, and the servo of each joint is set. It is controlled by the above distributed computer in a programmable manner. Then, a method of controlling specified softness and damping is used by using a torque sensor incorporated in each joint.

【0082】また、自動機械操作の確実性と効率を向上
させ、ロボットの暴走に係るシステムを簡略にするため
には、オンボード監視系を導入する。簡単に、オンボー
ド自動監視を行うには、監視カメラによるマーカ計測に
従ったロボット・操作物のリアルタイム座標管理が挙げ
られる。制御システムが独立に切り替えられれば、双腕
機能により、一方のアームでの作業中に他のアームによ
り監視するようにできる。これにより、自動機械操作の
確実化と効率化とロボットの暴走に係るシステムのロバ
スト化・簡略化が可能である。
Further, in order to improve the certainty and efficiency of the automatic machine operation and to simplify the system relating to the runaway of the robot, an onboard monitoring system is introduced. To easily perform on-board automatic monitoring, real-time coordinate management of robots / manipulators according to marker measurement by a monitoring camera can be mentioned. If the control systems are switched independently, the dual-armed feature allows one arm to work while the other monitors. As a result, it is possible to ensure and improve the efficiency of automatic machine operation and to make the system related to robot runaway robust and simple.

【0083】また、本発明による再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムによれば、信頼性に係るシステ
ム設計を行うことができる。宇宙機器は高価で修理し難
いものであるために、通常、単一故障点を排して設計さ
れる。従来の宇宙用のマニピュレータシステムにおいて
は、有人システムでは、関節故障時にEVA作業により
交換できるようにしており、また、無人システムでは、
現状はいくつかの単一故障点を持ったシステムとしてい
る。前述したように、冗長化のための多重巻き線関節や
駆動アンプの「N out of M」冗長は、複雑化
を招き、システム構成法として好ましくない。一般に器
用さと冗長化は両立が難しく、本発明によるシステム構
成では、基本的には、冗長性のない簡素な要素で構成さ
れたマニピュレータアームの複数本により、システムを
構成する方式としている。ロボットシステム全体の構成
では、使用する宇宙機システムの要求に応じて、以下の
ようにさまざまに対応することができる。
According to the reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention, it is possible to design a system relating to reliability. Space equipment is usually designed to eliminate single points of failure because it is expensive and difficult to repair. In the conventional manipulator system for space, in the manned system, it is possible to replace it by EVA work in case of joint failure, and in the unmanned system,
Currently, the system has several single points of failure. As described above, the “N out of M” redundancy of the multiple winding joint and the drive amplifier for redundancy leads to complication and is not preferable as a system configuration method. Generally, it is difficult to achieve both dexterity and redundancy. In the system configuration according to the present invention, basically, a system is configured by a plurality of manipulator arms configured by simple elements without redundancy. The configuration of the entire robot system can be variously handled as follows, depending on the requirements of the spacecraft system used.

【0084】例えば、宇宙往還機や小型プラットフォー
ム、軌道上作業機などのような小規模な宇宙システム
で、マニピュレータシステムを用いる場合に、2肢型マ
ニピュレータでシステム機能要求を満たすようにシステ
ム構成を設計できれば、更に、1本のマニピュレータア
ームを追加して、3肢型マニピュレータシステムによる
構成のロボットアームとしてシステム設計を行う。故障
がない場合には3肢型マニピュレータシステムの構成で
運用性をあげて使用し、故障時には効率を落として2肢
型マニピュレータシステムの構成で運用する。また、シ
ステム機能要求が3肢型マニピュレータでシステム機能
要求を満たすようにシステム構成を設計できれば、軌道
上待機用に1肢のマニピュレータアームを備え、計4肢
型のマニピュレータでシステムの構成とする。
For example, when a manipulator system is used in a small-scale space system such as a space shuttle, a small platform, an orbital working machine, etc., the system configuration is designed so that the two-limb type manipulator satisfies the system function requirement. If possible, one manipulator arm will be added, and system design will be performed as a robot arm having a three-limb type manipulator system. When there is no failure, the three-limb type manipulator system is used with improved operability, and when there is a failure, the efficiency is reduced and the two-limb type manipulator system is used. Further, if the system configuration can be designed so that the system function requirement satisfies the system function requirement with the three-limb type manipulator, the manipulator arm with one limb for on-orbit standby will be provided, and the system will be configured with a total of four limb type manipulators.

【0085】このような再構成型の多肢マニピュレータ
・システムとすることで、長寿命の宇宙機システムの場
合には、補給回収系により故障したマニピュレータを回
収・補給することができ、また、宇宙ステーションや宇
宙太陽発電プラットフォームのような大型システムで
は、信頼性と運用性の要求から全体として必要マニピュ
レータ数を決定し、作業に応じて3肢、2肢、或いはよ
り多い多肢システムとして使用することができる。
By adopting such a reconfigurable multi-limb manipulator system, in the case of a spacecraft system having a long life, the failed manipulator can be recovered and replenished by the replenishment / recovery system. For large systems such as stations and space solar power generation platforms, determine the number of manipulators required as a whole from the requirements of reliability and operability, and use it as a three-limb, two-limb, or more multilimb system depending on the work. You can

【0086】また、実用において有効となるロボットを
創出してゆくには、発展性を備え汎用性のあるシステム
設計を行って、それが順次更新して行けることが重要で
ある。本発明による再構成型宇宙用多肢マニピュレータ
・システムでは、従来のような中央/下位計算機システ
ムの構成ではなく、分散型システムであり、下位互換性
のあるより性能の高い通信機能やエンドエフェクタ機能
を持った高性能マニピュレータを新規に追加すること
で、旧マニピュレータも使用しつつ、システムを陳腐化
させず発展させてゆくことができる。これは、従来には
見られない大きな利点である。
Further, in order to create a robot that is effective in practical use, it is important to design a system that has expandability and versatility and to update it sequentially. The reconfigurable space multi-limb manipulator system according to the present invention is not a conventional central / lower-level computer system configuration but a distributed system, which is backward-compatible and has a higher-performance communication function and end effector function. By adding a new high-performance manipulator with, it is possible to use the old manipulator while developing the system without making it obsolete. This is a great advantage not seen in the past.

【0087】以上に説明したように、再構成型の宇宙用
多肢マニピュレータ・システムにより、所期の目的を達
成させる宇宙ロボットシステムを構成することができ
る。このようなロボットアームシステムは、軌道上のよ
うな微小重力〜無重力下で有効であると共に、同様の概
念により重力(1/6)gの月面や、重力(1/2)g
の火星表面等での作業ロボットにも容易に拡張適用でき
る。また、作業対象の大きさによりサイジングを変更す
ることは容易である。
As described above, the reconfigurable space multi-limb manipulator system can constitute a space robot system that achieves the intended purpose. Such a robot arm system is effective under microgravity or weightlessness such as on an orbit, and by the same concept, the moon of gravity (1/6) g or gravity (1/2) g
It can be easily extended to work robots on Mars' surface. Further, it is easy to change the sizing according to the size of the work target.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の再構成
型宇宙用多肢マニピュレータ・システムによれば、ロボ
ットアームのシステム構成によって、システムは、無人
往還機や無人プラットフォーム上での宇宙実験・システ
ム点検保守、或いは小型ミッションでのロボットによる
組立や宇宙実験などに使用可能である。また、有人シス
テムに利用すると、船内での簡単な宇宙実験作業におけ
る搭乗員作業の軽減や、船外での簡単な点検保守・宇宙
実験の支援作業、更に無人運用時のロボットによる自動
運用などに適用できる。
As described above, according to the reconfigurable multi-limb manipulator system for space of the present invention, the system can be used for space experiments on an unmanned vehicle or an unmanned platform depending on the system configuration of the robot arm. -It can be used for system inspection and maintenance, robot assembly in small missions, space experiments, etc. In addition, when used in a manned system, it reduces crew work during simple space experiments onboard ships, supports simple inspection and maintenance and space experiments outside the ship, and automatically operates by robots during unmanned operations. Applicable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来のスペースシャトル用Shuttle−R
MSのロボットアームを説明する図である。
FIG. 1 Conventional Shuttle-R for Space Shuttle
It is a figure explaining the robot arm of MS.

【図2】開発中の宇宙ステーション用JEMRMS親ア
ームを説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a JEMRMS parent arm for a space station under development.

【図3】開発中の宇宙ステーション用のSSRMSを説
明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an SSRMS for a space station under development.

【図4】従来の単腕・複腕マニピュレータを持つシステ
ムを説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a system having a conventional single-arm / multi-arm manipulator.

【図5】本発明に係る再構成型宇宙用多肢マニピュレー
タ・システムの実施の形態の3肢型マニピュレータシス
テムの構成例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a three-limb manipulator system of an embodiment of a reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to the present invention.

【図6】同じく実施の形態の2肢型マニピュレータシス
テムの構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a two-limb type manipulator system of the same embodiment.

【図7】マニピュレータのアームのブーム内部に設けら
れる電気系統の回路構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of an electric system provided inside a boom of an arm of a manipulator.

【図8】6自由度の3本のマニピュレータアームを結合
してマニピュレータ・システムを構成している場合の作
業モードの第1の形態を例示する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a first mode of a work mode in a case where a manipulator system is configured by connecting three manipulator arms having six degrees of freedom.

【図9】6自由度の3本のマニピュレータアームを結合
してマニピュレータ・システムを構成している場合の作
業モードの第2の形態を例示する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a second form of a work mode in the case where a manipulator system is configured by connecting three manipulator arms having six degrees of freedom.

【図10】6自由度の3本のマニピュレータアームにより
マニピュレータ・システムを構成している場合の作業モ
ードの第3の形態を例示する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a third form of a work mode when a manipulator system is configured by three manipulator arms having six degrees of freedom.

【図11】多自由度シリアル・リンク・マニピュレータの
先端自由度による操作例を説明する図である。
[Fig. 11] Fig. 11 is a diagram for describing an operation example according to the degree of freedom of the tip of the multi-degree-of-freedom serial link manipulator.

【図12】エンドエフェクタの複数の操作指による内力で
の操作例を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining an operation example with internal force by a plurality of operation fingers of the end effector.

【図13】トラス操作を説明するエンドエフェクタの部分
断面図である。
FIG. 13 is a partial cross-sectional view of an end effector for explaining truss operation.

【図14】テザーアンカー操作を説明するエンドエフェク
タの部分図である。
FIG. 14 is a partial view of an end effector illustrating a tether anchor operation.

【図15】マイクロ・コニカル操作を説明するエンドエフ
ェクタの部分断面図である。
FIG. 15 is a partial cross-sectional view of an end effector illustrating a micro-conical operation.

【図16】ハンドレール操作を説明するエンドエフェクタ
の部分断面図である。
FIG. 16 is a partial cross-sectional view of an end effector for explaining a handrail operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50 アーム 51 関節部 52 エンドエフェクタ 53 ブーム 54 ロボット中心部 55,56 結合ポート 57 宇宙機 61,62 マニピュレータアーム 61a,62a,62b エンドエフェクタ 61b 結合ポート 63 ワイヤハーネス 64 関節駆動回路 65 分散型制御計算機 66 通信処理回路 67 CCDカメラ部 68 コネクタ部 71 エンドエフェクタ部 72 関節部 73 ブーム部 74 関節モータ 76 カメラ本体部 77 前処理・A/D変換部 78 焦点制御用レンズ駆動制御部 81,82,83 アーム 91 基部 92,93,94,95,96,97 関節 98 エフェクタ部 100 ロボットアーム 120 被覆されている筐体部 121 被覆 122 エフェクタ部 123 アーム 124 操作指 125 取り付け面 126 ピン 127 補助アーム 128 治具 130 エンドエフェクタ 131 アーム 132,132a 操作指 133 CCDカメラ 134 照明用の発光ダイオード 135 コネクタ 141 第1のアンカー 142 第2のアンカー 143 第3のアンカー 150 マイクロ・コニカル 160 ハンドレール 201 補給部与圧区 202 マニピュレータ 203 精密作業用ロボットアーム 204 補給部曝露区 205 エアロック 206 曝露部 207 与圧部 301 宇宙ステーション 302 モービルトランスポーター 303 モービル・リモート・サービス・ベース・シス
テム 304 宇宙ステーション・リモート・マニピュレータ 305 ロボットアーム 401 ロボットアーム 402 アームモニターカメラ 403 アームハンドカメラ
50 arm 51 joint part 52 end effector 53 boom 54 robot center part 55, 56 coupling port 57 spacecraft 61, 62 manipulator arm 61a, 62a, 62b end effector 61b coupling port 63 wire harness 64 joint drive circuit 65 distributed control computer 66 Communication processing circuit 67 CCD camera section 68 Connector section 71 End effector section 72 Joint section 73 Boom section 74 Joint motor 76 Camera body section 77 Preprocessing / A / D conversion section 78 Focus control lens drive control section 81, 82, 83 Arm 91 Bases 92, 93, 94, 95, 96, 97 Joints 98 Effector 100 Robot arm 120 Covered housing 121 Covering 122 Effector 123 Arm 124 Operating finger 125 Mounting surface 126 Pin 127 Auxiliary arm 128 Jig 130 End effector 131 Arms 132, 132a Operating finger 133 CCD camera 134 Light emitting diode 135 for illumination Connector 141 First anchor 142 Second anchor 143 Third anchor 150 Micro-conical 160 Handrail 201 Replenishment unit pressurization Ward 202 manipulator 203 precision work robot arm 204 replenishment part exposure section 205 airlock 206 exposure part 207 pressurizing section 301 space station 302 mobile transporter 303 mobile remote service base system 304 space station remote manipulator 305 robot Arm 401 robot arm 402 arm monitor camera 403 arm hand camera

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狼 嘉彰 東京都目黒区大岡山2丁目12番1号 東 京工業大学学部機械宇宙学科内 (56)参考文献 特開 平9−29671(JP,A) 特開 平4−300174(JP,A) (財)日本規格協会 編,JIS工業 用語大辞典,日本,(財)日本規格協 会,1998年 7月15日,第4版,2067頁 (社)日本ロボット工業会広報委員 会,ロボットハンドブック,日本, (社)日本ロボット工業会,1995年 3 月31日,1995年版,7−9頁,56頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/00 - 11/00 B64G 1/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiaki Okami 2-12-1, Ookayama, Meguro-ku, Tokyo Within the Department of Mechanical and Space Engineering, Faculty of Engineering, Tokyo Institute of Technology (56) Reference JP-A-9-29671 (JP, A) ) Japanese Patent Laid-Open No. 4-300174 (JP, A), edited by Japan Standards Association, JIS Industrial Dictionary, Japan, Japan Standards Association, July 15, 1998, 4th edition, page 2067 ( Japan Robot Industry Association Public Relations Committee, Robot Handbook, Japan, Japan Robot Industry Association, March 31, 1995, 1995 edition, pp. 7-9, 56 (58) Fields investigated (Int.Cl . 7, DB name) B25J 9/00 - 11/00 B64G 1/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 低重力下での様々な宇宙作業を行うため
の再構成型宇宙用多肢マニピュレータ・システムであっ
て、システム構成要素が同じ構造であるマニピュレータ
アームの複数個からシステムが構成され、1つのマニピ
ュレータアームが1台のロボットとして機能すると共
に、複数個のマニピュレータアームを相互に結合するこ
とで形態を変え1台または複数台のロボットとして機能
するようにシステム構成することを特徴とする再構成型
宇宙用多肢マニピュレータ・システム。
1. A reconfigurable multi-limb space manipulator system for performing various space operations under low gravity, comprising a plurality of manipulator arms having the same system components. One manipulator arm functions as one robot, and the system configuration is configured such that a plurality of manipulator arms are connected to each other to change the form and function as one or a plurality of robots. Reconfigurable space multi-limb manipulator system.
【請求項2】 請求項1に記載の再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムにおいて、前記マニピュレータ
アームは、複数の関節を中空のブームにより結合したア
ームと、前記アームの両端に備えられ操作指と電気的
結合部を有するエンドエフェクタと、前記中空のブーム
の内部に備えられた高速シリアル通信処理およびロボッ
ト制御を行う分散計算機とを備え、 前記分散計算機は、ロボットシステム全体の協調制御、
他のマニピュレータの監視を行う監視処理、高速通信回
線のための通信制御処理を行い、複数個のマニピュレー
タアームから構成されるマニピュレータとしてシステム
構成されたロボット形態に応じて、機能を変化させたロ
ボット制御の中枢的な計算を行い、形態によっては知覚
データ処理やデータ中継を行うことを特徴とする再構成
型宇宙用多肢マニピュレータ・システム。
2. The reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to claim 1, wherein the manipulator arm has an arm connecting a plurality of joints by a hollow boom, and an operation provided at both ends of the arm. An end effector having a finger and an electrical coupling portion, and a distributed computer that performs high-speed serial communication processing and robot control provided inside the hollow boom, the distributed computer, cooperative control of the entire robot system,
Robot control that performs monitoring processing to monitor other manipulators, communication control processing for high-speed communication lines, and functions that are changed according to the robot configuration configured as a manipulator consisting of multiple manipulator arms A reconfigurable multi-limb manipulator system for space, which performs central calculation and performs perceptual data processing and data relay depending on the form.
【請求項3】 請求項1に記載の再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムにおいて、マニピュレータアー
ムは、各アームの両端に、基本的に1自由度の操作指と
電気的結合コネクタとを有するエンドエフエクタを備
え、 エンドエフェクタは操作対象物への操作機能を有し、宇
宙機上やロボットシステム上に用意された専用ポートを
把持することで他のマニピュレータアームと電気的およ
び機械的に結合されることを特徴とする再構成型宇宙用
多肢マニピュレータ・システム。
3. The reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to claim 1, wherein the manipulator arm has an operating finger of basically one degree of freedom and an electrical coupling connector at both ends of each arm. Equipped with an end effector, the end effector has a function of operating an operation target, and it is electrically and mechanically connected to other manipulator arms by gripping a dedicated port prepared on a spacecraft or robot system. Reconfigurable multi-limb manipulator system for space.
【請求項4】 請求項1に記載の再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムにおいて、マニピュレータアー
ムは、アームの関節が、小型モータと出力余裕のある駆
動回路を備え、関節機能として、瞬時力が定常力より
きな小型関節とし、短時間に連続出力時より大きな操作
力を発揮するように構成されていることを特徴とする再
構成型宇宙用多肢マニピュレータ・システム。
4. The reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to claim 1, wherein the arm of the manipulator arm has a small motor and a drive circuit with an output margin, and an instantaneous force is used as a joint function. Is a small joint that is larger than steady force, and is configured to exert a larger operating force than continuous output in a short time, a reconfigurable multi-limb manipulator system for space use.
【請求項5】 請求項1に記載の再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムにおいて、前記マニピュレータ
アームは、複数の関節を中空のブームにより結合したア
ームと、前記アームの両端に備えられ操作指と電気的結
合部を有するエンドエフェクタと、前記中空のブームの
内部に備えられた高速シリアル通信処理およびロボット
制御を行う分散計算機とを備え、 前記エンドエフェクタは、ロボット用に専用のインタフ
ェースを持った操作対象物を当該エンドエフェクタの操
作指の内力操作により操作し、エンドエフェクタの操作
指は、操作時に発生する力トルクがアームに伝わらない
機構であることを特徴とする再構成型宇宙用多肢マニピ
ュレータ・システム。
5. The reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to claim 1, wherein the manipulator arm includes an arm having a plurality of joints connected by a hollow boom, and operating fingers provided at both ends of the arm. And an end effector having an electrical coupling part, and a distributed computer for performing high-speed serial communication processing and robot control provided inside the hollow boom, the end effector having a dedicated interface for the robot. The reconfigurable multi-limb for space operation characterized in that the operation target is operated by the internal force operation of the operating finger of the end effector, and the operating finger of the end effector is a mechanism in which force torque generated at the time of operation is not transmitted to the arm. Manipulator system.
【請求項6】 請求項1に記載の再構成型宇宙用多肢マ
ニピュレータ・システムにおいて、前記マニピュレータ
アームは、複数の関節を中空のブームにより結合したア
ームと、前記アームの両端に備えられ操作指と電気的結
合部を有するエンドエフェクタと、前記中空のブームの
内部に備えられた高速シリアル通信処理およびロボット
制御を行う分散計算機とを備え、 前記エンドエフェクタには、専用ポートまたは専用操作
物に備えられた計測用小型マーカを計測する広被写界深
度の小型カメラを備えることを特徴とする再構成型宇宙
用多肢マニピュレータ・システム。
6. The reconfigurable multi-limb manipulator system for space according to claim 1, wherein the manipulator arm includes an arm having a plurality of joints connected by a hollow boom, and operating fingers provided at both ends of the arm. And an end effector having an electrical coupling part, and a distributed computer for performing high-speed serial communication processing and robot control provided inside the hollow boom, and the end effector is provided with a dedicated port or a dedicated operation object. A reconfigurable multi-limb manipulator system for space, which is equipped with a small camera with a wide depth of field for measuring a small marker for measurement.
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