JP4679010B2 - 折畳み展開構造物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば宇宙空間に構築される軌道上プラットフォームや太陽発電衛星等の宇宙構造物に用いるのに好適する折畳み展開構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、宇宙開発の分野においては、人間が常駐可能な軌道上プラットフォームを宇宙空間に建設して、この軌道上プラットフォームを宇宙基地として、宇宙空間における各種の研究や実験等を行う計画が進められている。このような軌道上プラットフォーム建設構想は、建築物資の運搬や組立て作業を、人間に代わって作業用ロボットアームを遠隔的に操作して宇宙空間に構築することが考えられている。
【0003】
ところで、このような軌道上プラットフォーム等の宇宙構造物は、作業の安全性等を考慮して、例えば地上において梁材やワイヤ部材等の多数の骨組み部材を折畳み展開機構を介在して折畳み展開自在に骨組み構造に結合し、それを折畳み収容して、宇宙空間まで輸送し、宇宙空間に到達した状態で、その折畳み展開機構を駆動制御して骨組み構造を展開させて、宇宙空間において所望の形状に構築される。
【0004】
そして、このような折畳み展開構造物にあっては、その展開途中において、例えば折畳み展開機構が故障して動かなくなったり、その他の予期せぬことで、骨組み構造の展開動作が困難となった場合、上記作業用ロボットアームを遠隔的に操作して、折畳み展開機構の故障箇所等を修理したりすることにより、所望の形状への展開が行われる。
【0005】
一方、最近の宇宙開発においては、折畳み展開構造物の大形化が強く要請されており、その大形化の促進が図られている。
【0006】
しかしながら、上記折畳み展開構造物では、その折畳み展開動作の信頼性が満足の行くものでなく、その組立・展開時における故障の修理や、構築後の保守点検を考慮すると、構造物全体をカバー可能な比較的、大形の作業用ロボットアームを備えなければ、その折畳み展開動作時の信頼性の確保が困難であるとうい問題を有する。
【0007】
係る問題は、特に、折畳み展開構造物の大形化の促進を図る場合、それに対応して作業用ロボットアームの大形化を図らなければならないために、今後の宇宙開発における重大な課題となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の折畳み展開構造物では、展開動作の信頼性が劣るために、十分な作業範囲を持つ大形の作業用ロボットアームを備えなければならないという問題を有する。
【0009】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、信頼性の高い安定した折畳み展開動作を実現し得、且つ、ロボットアームの大形化を回避しつつ構造体の大形化の促進を図り得るようにした折畳み展開構造物を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、骨組み部材が折畳み展開自在な多角柱形状に骨組み結合された構造体と、この構造体に作業用ロボットアームに対応して少なくとも一つ設けられるものであって、前記ロボットアームの把持状態で該ロボットアームと電気的に接続される外部接続された電気コネクタの設けられた前記ロボットアームが移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手と、前記構造体の展開状態で、該構造体を展開位置に位置決めロックし、選択的に折畳み可能に位置決めロックを解除するロック手段とを備えて折畳み展開構造物を構成した。
【0011】
上記構成によれば、作業用ロボットアームは、構造体の取っ手を把持すると、該取っ手の電気コネクタを介して相互間が電気的に接続され、構造体がロック手段による位置決めロックが解除された状態で、取っ手を操作して構造体を展開、あるいは展開状態からの折畳み収容が行われる。この状態において、取っ手は、作業用ロボットアームが移乗されると、その電気コネクタを通して作業用ロボットアームが動作制御される。
【0012】
これにより、構造体の展開構造の簡略化が図れて、信頼性の高い安定した折畳み展開動作が実現され、しかも、作業用ロボットアームの小形化の要求を満足したうえで、構造体の大形化の促進を図ることができる。
【0013】
また、この発明は、構造体を、独立して折畳み展開自在な複数の分割構造体が連設されて形成され、この複数の分割構造体それぞれに相互間で電気的に接続され、外部接続される電気コネクタの設けられた前記ロボットアームが移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手及び前記構造体を展開位置に位置決めロックし、選択的に折畳み可能に位置決めロックを解除するロック手段を設けて構成した。
【0014】
上記構成によれば、構造体は、例えば複数の分割構造体のうち先端の分割構造体の取っ手が作業用ロボットアームに把持されて、先ず展開され、その展開状態で作業用ロボットアームが展開した分割構造体の取っ手から離脱されて、次の分割構造体の取っ手を把持して展開させて、全体が順に展開され、その展開状態で各分割構造体がそれぞれロック手段により位置決め保持される。そして、作業用ロボットアームは、複数の分割構造体の展開状態において、取っ手に移乗することにより、その移乗位置において取っ手の電気コネクタを介して外部接続され、その移乗位置を基部として稼働することができる。
【0015】
これにより、大形の構造体の信頼性の高い安定した折畳み展開動作が実現され、しかも、作業用ロボットアームが、複数の分割構造体の取っ手を順に移乗しながら構造体の保守点検を含む各種の作業が可能となり、該作業用ロボットアームの小形化の要求を満足したうえで、構造体の大形化の促進を容易に図ることができる。
【0016】
また、この発明は、前記ロック手段に、前記ロボットアームにより動作制御されるロボットアーム操作部を備えて、このロボットアーム操作部の操作により前記構造体を展開位置に位置決めロックし、折畳み可能に位置決めロックを解除するように構成した。
【0017】
上記構成によれば、構造体の展開状態において、作業用ロボットアームがロック手段のロボットアーム操作部を操作することにより、構造体を展開位置に位置決めロックし、あるいは位置決めロックの解除が行われる。これにより、構造部材の信頼性の高い安全な折畳み展開が可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
図1は、この発明の一実施の形態に係る折畳み展開構造物を示すもので、宇宙ステーション等の宇宙航行体10には、例えば構造体として四角柱形状の第1乃至第3の分割構造体11、12、13が、それぞれ独立に折畳み展開自在に連設されて配設される。
【0020】
即ち、これら第1乃至第3の分割構造体11、12、13は、梁材を略矩形状の枠組み形成した第1乃至第4のフレーム141、142、143、144が、隣接する構造体で共用するようにその各辺を対向させて順に対向配置され、その各四隅の角部間に、連結梁15がそれぞれ架設されて略直方体形状に組合わされる。そして、これら連結梁15は、図2に示すようにその両端部がそれぞれ展開ヒンジ16を介して第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の角部に折曲がり自在に連結される。
【0021】
これら連結梁15は、略同様に例えば、その中間部がヒンジ部17を介して折曲がり自在に設けられる。そして、これら連結梁15には、図3に示すようにヒンジ部17を挟んだ一方にロック手段を構成するロック部材171が回動自在に設けられる。ロック部材171には、その先端部に係止部172が、上記連結梁15のヒンジ部17を挟んだ他方に設けられるロックピン173に対応して形成され、その基部にロボットロック操作部を形成するロック操作用の取っ手174が設けられる。
【0022】
このロック部材171には、その先端部にバネ部材175の一端が係着され、このバネ部材175の他端は、上記連結梁15のヒンジ部17を挟んだ一方に図3中時計方向に付勢力を付与するように係着される。これにより、ロック部材171は、上記取っ手174が後述するロボットアーム20に把持されて上記バネ部材175の付勢力に抗して図3中反時計方向に回動されると、その係止部172が連結梁15のロックピン173に係止される。この状態で、ロック部材171は、上記バネ部材175の付勢力が図3中反時計方向に付与され、その係止部172によるロックピン173の位置決めを行って該連結梁15を直線状に位置決めロックする(図3(b)参照)。
【0023】
そして、上記ロック部材171は、その位置決めロック状態において、取っ手174が上記ロボットアーム20により上記バネ部材175の付勢力に抗して図3中時計方向に回動されると、その係止部172が連結梁15のロックピン173から離脱される。この状態で、ロック部材171は、上記バネ部材175の付勢力が図中時計方向に付与され、連結梁15のヒンジ部17の折曲がりが可能に該連結梁15の位置決めロックを解除する(図3(a)参照)。
【0024】
また、上記第1乃至第4のフレーム141、142、143、144間には、その相互の対角線間に骨組み部材、例えばテンドンワイヤと称するワイヤ部材18が張架され、これらワイヤ部材18の両端がそれぞれ上記第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の角部に連結される。これら第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の対角線間に架設されたワイヤ部材18の交点は、例えば結合される。
【0025】
さらに、上記第1乃至第4のフレーム部材141、142、143、144には、ロボットアーム移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手191、192、193、194がそれぞれ設けられる。これら取っ手191、192、193、194には、略同様に例えば、図4(a)(b)(c)に示すように係止孔211及び電気コネクタ212が設けられる。
【0026】
そして、上記宇宙航行体10には、ロボット設置部を構成するロボット把持用の取っ手101が設けられる。この取っ手101は、例えば上記第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の取っ手191、192、193、194と略同様に係止部211及び電気コネクタ212が設けられ、この電気コネクタ212を介して上記宇宙航行体10内の図示しない電力源及びロボット制御部と電気的に接続される。この取っ手101には、上記移乗型のロボットアーム20の両端に設けられた把持部201、202が離脱自在に把持結合されて配置され、その把持状態で電気コネクタ212を介して上記ロボットアーム20との電気的接続が行われる。
【0027】
上記取っ手191、192、193、194、101の各電気コネクタ212は、例えば図5に示すようにその電源ラインがそれぞれ上記宇宙航行体10内の上記電力源(図示せず)に電気的に接続され、その各信号ラインが分岐処理部22を介して上記宇宙航行体10内の上記ロボット制御部(図示せず)に電気的に接続される。これにより、これら取っ手191、192、193、194、101は、その係止孔211が移乗型のロボットアーム20の両端に設けられる把持部201、202の一方に把持されると、該ロボットアーム20の電気コネクタが取っ手191、192、193、194、101の電気コネクタ212を通して上記電力源(図示せず)に接続されると共に、上記ロボット制御部(図示せず)に分岐処理部22を介して選択的に接続され、上記ロボットアーム20の把持位置での動作制御が可能となる。
【0028】
また、上記ロボットアーム20は、例えば一方の把持部201で取っ手101を把持した状態で、その他方の把持部202で上記以外の取っ手191、192、193、194を把持して第1乃至第3の分割構造体11、12、13の折畳み展開や、ロック部材171の操作を行ったり、あるいはその他方の把持部202で、その他の保守点検作業等の所望の作業を行うことができる。
【0029】
さらに、ロボットアーム20は、その一方の把持部201でいずれかの取っ手191(192、193、194)を把持した状態で、その他方の把持部202で上記以外の取っ手192(193、194)を把持し、その一方の把持部201による把持を開放して、該一方の把持部201で、別の取っ手193(194)を把持することにより、第1乃至第4のフレーム141、142、143、144上に順に移乗することができる(図6参照)。
【0030】
このようにロボットアーム20は、第1乃至第4のフレーム141、142、143、144上の取っ手191、192、193、194を渡り歩くように移乗しながら所望の移乗位置において、上述したように電気コネクタ202を介して上記電力源(図示せず)に接続されると共に、上記ロボット制御部(図示せず)に選択的に接続され、第1乃至第3の分割構造体11、12、13の折畳み展開作業の他、その可動範囲における各種の作業が可能となる。
【0031】
上記構成において、第1乃至第3の分割構造体11、12、13は、先ず第1の分割構造体11の連結梁15のロック部材171が、その取っ手174がロボットアーム20でバネ部材175の付勢力に抗して図3中時計方向に回動付勢されて、その係止部172がロックピン173から離間された状態で(図3(a)参照)、連結梁15がヒンジ部17より折畳まれる。ここで、第1の分割構造体11は、その取っ手192がロボットアーム20で把持されて宇宙航行体10に対して折畳み収容される。このように第2及び第3の分割構造体12、13が、略同様の手順で宇宙航行体10に折畳まれた第1の分割構造体11上に積重する如く折畳み収容される(図7参照)。
【0032】
このように宇宙航行体10上に折畳み収容された第1乃至第3の分割構造体11、12、13は、その折畳み状態で、例えば図示しないロック機構により位置決め保持されて宇宙空間に輸送され、宇宙空間に到達した状態で上記ロック機構(図示せず)による位置決め保持が解除される。そして、第1乃至第3の分割構造体11、12、13を展開させる場合には、宇宙航行体10の取っ手101を把持したロボットアーム20を遠隔的に操作して、図8に示すようにロボットアーム20の開放側、例えば把持部202で、第4のフレーム144の取っ手194を保持して第3の分割構造体13を展開させる。
【0033】
この第3の分割構造体13の展開状態において、ロボットアーム20は、その把持部202が第4のフレーム144の取っ手194から離脱されて上記連結梁15のロック部材171の取っ手174を把持し、該ロック部材171をバネ部材175の付勢力に抗して図3中反時計方向に回動させ、その係止部172をロックピン173に係止させる(図3(b)参照)。このように第3の分割構造体13は、その連結梁15の各ロック部材171の係止部172が、ロックピン173に係止されて展開位置において位置決めロックされる。
【0034】
この第3の分割構造体13の展開状態において、ロボットアーム20は、その把持部202で同様に第2の分割構造体12、第1の分割構造体11を順に展開させてそれぞれのロック部材171を操作して、図3(b)に示すようにその係止部172でロックピン173を係止することにより、各連結梁15を直線状に位置決めロックし、展開位置に位置決めロックする(図6参照)。ここで、ロボットアーム20は、例えばその把持部202で第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の取っ手191、192、193、194を把持した状態において、その基部側の把持部201を宇宙航行体10の取っ手101から離脱させることにより、第1乃至第4のフレーム141、142、143、144の取っ手191、192、193、194に順に渡り歩く如く移乗動作が行われる。
【0035】
この移乗状態において、ロボットアーム20は、その把持部201の図示しない電気コネクタと取っ手191、192、193、194の電気コネクタ202が電気的に接続されて、その取っ手191、192、193、194の電気コネクタ202を通して電力源(図示せず)及びロボット制御部(図示せず)に電気的に接続される。これにより、ロボットアーム20は、その移乗先の取っ手191、192、193、194、101を中心とした稼働範囲となり、この稼働範囲における梁材組立作業、機器取付等の作業や、組立完了後の保守点検等の所望の作業が実行される。
【0036】
また、上記第1乃至第3の分割構造体11、12、13の展開手順としては、先ず、ロボットアーム20で第4のフレーム144の取っ手194を把持して第3の分割構造体13を展開させ、この状態で、ロボットアーム20を第4のフレーム144の取っ手194に移乗させる。次に、ロボットアーム20は、第4のフレーム144の取っ手194を基部側として、第3のフレーム143の取っ手193を把持して第2の分割構造体12を第1の分割構造体11に対して展開させ、その後、展開した第2の分割構造体12の第3のフレーム143の取っ手193に移乗する。この第3のフレーム143の取っ手193への移乗状態において、ロボットアーム20は、第3のフレーム143の取っ手193を基部側として第1の分割構造体11の第2のフレーム142の取っ手192を把持して第1の分割構造体11を宇宙航行体10に対して展開させる。
【0037】
このように、上記折畳み展開構造物は、独立して折畳み展開自在な第1乃至第3の分割構造体11、12、13を連設して、この第1乃至第3の分割構造体11、12、13それぞれに相互間で電気的に接続され、外部接続される電気コネクタ202の設けられたロボットアーム20が移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手191、192、193、194を設けると共に、これら第1乃至第3の分割構造体11、12、13を展開位置において位置決めロックし、選択的に折畳み可能に位置決めロックを解除するロック部材171を設けて構成した。
【0038】
これによれば、ロボットアーム20で第1乃至第3の分割構造体11、12、13の取っ手191、192、193の把持を順に持ち代えて展開させたり、あるいはロボットアーム20を展開された第1乃至第3の分割構造体11、12、13の取っ手191、192、193、194に移乗させた状態で、その移乗位置において取っ手191、192、193、194の電気コネクタ202を介して外部接続されることにより、その遠隔操作が可能となる。
【0039】
この結果、ロボットアーム20を用いた信頼性の高い安定した折畳み展開動作が実現され、しかも、その第1乃至第3の分割構造体11、12、13の取っ手191、192、193、194に移乗しながら第1乃至第3の分割構造体11、12、13の保守点検を含む各種の作業が可能となることにより、該ロボットアーム20の小形化を図ったうえで、その可動範囲を広く採ることができるため、大形の構造体の信頼性の高い安定した折畳み展開作業や、その他の搭載機器等の保守点検を簡便に行うことができる。
【0040】
なお、上記実施の形態では、第1乃至第4のフレーム141、142、143及び宇宙航行体10上に取っ手191、192、193、194、101を一箇所づつ設けて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、例えば第1乃至第4のフレーム141、142、143、144及び宇宙航行体10上に取っ手を複数箇所づつ設けたり、あるいは連結梁15に設けたりするように構成しても良い。
【0041】
また、上記実施の形態では、第1乃至第4フレーム141、142、143、144を、連結梁15及びワイヤ部材18を用いて略直方体形状に骨組み結合するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、ワイヤ部材18に代えて伸縮式の梁材を用いたり、その他、各種の骨組み部材を用いて構成することが可能である。そして、この骨組み構造としては、上記実施の形態で説明した直方体形状に限ることなく、その他、三角柱形状等の多角柱形状のものを用いて構成することも可能である。
【0042】
さらに、上記実施の形態では、ロック手段として、ロック操作用の取っ手174を設けたロック部材171を用いてロボットアーム20で連結梁15の位置決めロックあるいは位置決めロックの解除を行うように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、第1乃至第3の分割構造体11、12、13の折畳み展開に連動して動作制御されるロック機構を用いて展開位置に位置決めロックあるいは位置決めロックの解除を行うように構成することも可能である。
【0043】
また、上記実施の形態では、独立して折畳み展開自在に連設した第1乃至第3の分割構造体11、12、13を用いて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、二つ以上の分割構造体を独立して折畳み展開自在に連設したものを用いて構成したり、あるいは折畳み展開自在な単体の構造体を用いて構成することも可能で、何れも略同様の効果が期待される。
【0044】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【0045】
例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、信頼性の高い安定した折畳み展開動作を実現し得、且つ、大形化の促進を図り得るようにした折畳み展開構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る折畳み展開構造物の概略構成を示した構成図である。
【図2】図1の第2の分割構造体の展開状態を拡大して示した構成図である。
【図3】図1の連結梁のロック手段の一例を説明するために示した構成図である。
【図4】図1の宇宙航行体及び第1乃至第3の分割構造体に設ける取っ手の詳細を示した構成図である。
【図5】図4の取っ手の電気コネクタの配線例を示した回路ブロック図である。
【図6】図1の第1乃至第3の分割構造体の展開状態を示した構成図である。
【図7】図1の第1乃至第3の分割構造体の折畳み収容状態を示した構成図である。
【図8】図1の第1乃至第3の分割構造体の展開途中を示した構成図である。
【符号の説明】
10 … 宇宙航行体。
101 … 取っ手。
11 … 第1の分割構造体。
12 … 第2の分割構造体。
13 … 第3の分割構造体。
141 … 第1のフレーム。
142 … 第2のフレーム。
143 … 第3のフレーム。
144 … 第4のフレーム。
15 … 連結梁。
16 … 展開ヒンジ。
17 … ヒンジ部。
171 … ロック部材。
172 … 係止部。
173 … ロックピン。
174 … 取っ手。
175 … バネ部材。
18 … ワイヤ部材。
191、192、193、194 … 取っ手。
20 … ロボットアーム。
201、202 … 把持部。
211 … 係止孔。
212 … 電気コネクタ。
22 … 分岐処理部。
Claims (6)
- 骨組み部材が折畳み展開自在な多角柱形状に骨組み結合された構造体と、
この構造体に作業用ロボットアームに対応して少なくとも一つ設けられ、前記ロボットアームが移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手と、
前記構造体の展開状態で、該構造体を展開位置に位置決めロックし、選択的に折畳み可能に位置決めロックを解除するロック手段とを備え、
前記取っ手には、外部接続された電気コネクタ部材が設けられ、
前記電気コネクタ部材は、前記取っ手の所定箇所に設けられ、前記ロボットアームが前記取っ手を把持した状態で前記所定箇所において前記ロボットアームに電気的かつ物理的に取り外し可能に接続される構成を備えていることを特徴とする折畳み展開構造物。 - 前記電気コネクタ部材を通じて前記ロボットアームに電力を供給する電力源と、
前記電気コネクタ部材を通じて前記ロボットアームに制御信号を供給するロボット制御部とを更に備えていることを特徴とする請求項1記載の折畳み展開構造物。 - 前記構造体は、独立して折畳み展開自在な複数の分割構造体が連設されて形成され、この複数の分割構造体それぞれに相互間で電気的に接続され、外部接続される電気コネクタ部材の設けられた前記ロボットアームが移乗可能な折畳み展開操作用の取っ手及び前記構造体を展開位置に位置決めロックし、選択的に折畳み可能に位置決めロックを解除するロック手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の折畳み展開構造物。
- 前記ロック手段は、前記ロボットアームにより動作制御されるロボットアーム操作部を有し、前記ロボットアーム操作部の操作により前記構造体を展開位置に位置決めロックし、折畳み可能に位置決めロックを解除することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の折畳み展開構造物。
- 前記電気コネクタ部材は、少なくとも電源ライン及び信号ラインに電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の折畳み展開構造物。
- 前記骨組み部材は、梁材及びワイヤ部材であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の折畳み展開構造物。
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