JP7394478B2 - 支援装置および稼動システム - Google Patents

Description

本発明は、支援装置および稼動システムに関する。

近年、月や惑星の地表の探索を行う探索車が提案されている（特許文献１参照）。かかる探索車において動力源の電力が過剰に消費されると、探索作業が不能になる。
しかしながら、このような状態の探索車に電力を供給する等、探索車を支援する装置についての検討がこれまで十分になされていない。

特許第５１２６８５４号

本発明では上記事情に鑑み、宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働装置を支援する支援装置、およびかかる支援装置と稼働装置とを備える稼働システムを提供することとした。

本発明の一態様によれば、宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働装置を支援する支援装置が提供される。この支援装置は、装置本体と、移動機構と、電源部と、給電機構とを備える。装置本体は、電源部および給電機構を支持するとともに、移動機構により移動可能に構成される。給電機構は、稼働装置に対して給電可能に構成されている。

かかる態様によれば、仮に、電力が過剰に消費されて稼働が不能となった稼働装置に対して、円滑に給電して復活させることができる支援装置、および稼働システムを提供することができる。

支援装置の実施形態を示す斜視図である。 給電機構の構成を示す概念図である。 図１に示す支援装置のブロック図である。 給電機構の他の構成およびガス噴出機構の構成を示す概念図である。 支援装置の他の実施形態を示す斜視図である。 回転体の構成を示す分解斜視図である。 シールド体の構成を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュ－タが読み取り可能な非一時的な記録媒体（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｒｅａｄａｂｌｅ Ｍｅｄｉｕｍ）として提供されてもよいし、外部のサ－バからダウンロ－ド可能に提供されてもよいし、外部のコンピュ－タで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピュ－ティング）するように提供されてもよい。

また、本実施形態において「部」または「手段」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハ－ドウェア資源と、これらのハ－ドウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、例えば電圧・電流を表す信号値の物理的な値、０または１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、または量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、およびフィ－ルドプログラマブルゲ－トアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

本発明の支援装置は、宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働装置を支援する装置である。
宇宙空間に存在する物体としては、例えば、惑星、衛星、彗星の他、宇宙船等が挙げられる。以下の説明では、稼働装置は、地球外の天体の地表で稼働する装置である場合について説明する。
この稼働装置が実施し得る動作（作業）としては、例えば、探索、掘削、採集、溶接、切断、撮影等が挙げられる。
図１は、支援装置の実施形態を示す斜視図である。図２は、給電機構の構成を示す概念図である。図３は、図１に示す支援装置のブロック図である。

図１に示す支援装置１は、装置本体２と、移動機構３と、電源部４と、給電機構５とを備えている。
装置本体２は、円筒状の胴部２１と、胴部２１の端部にそれぞれ装着された半球状の頭部２２および尻部２３とを有している。装置本体２は、例えば、軽量の金属材料の他、後述するカバー部５６で挙げるのと同様の材料等で構成することができる。
装置本体２は、電源部４および給電機構５を支持するとともに、移動機構３により移動可能に構成されている。
電源部４からの電力は、稼働装置および移動機構３に供給される。この電源部４には、例えば、リチウムイオン二次電池、銀イオン二次電池のような二次電池（蓄電池）等を使用することができる。
また、電力源には、例えば、光電変換素子（太陽電池）、熱電変換素子、圧電素子、磁歪素子のような一次電池を使用することができる。

給電機構５は、稼働装置に対して給電可能に構成されている。給電機構５は、給電部５１と、接続ケーブル５２とを有している。
給電部５１は、頭部２２および尻部２３の少なくとも一方の内側に配置されている。そして、接続ケーブル５２は、電源部４と給電部５１とを後述する制御部９を介して電気的に接続している。
本実施形態の給電部５１は、例えば、電磁誘電方式の充電器、マイクロ波方式の充電器、超音波方式の充電器等で構成されている。かかる構成によれば、支援装置１が稼働装置に接近し、頭部２２または尻部２３を稼働装置に近づけることにより、給電部５１は、非接触状態で稼働装置に対して給電可能となっている。

また、本実施形態では、給電機構５は、図２に示すように、伸縮やっとこ（腕部）５３を有していてもよい、伸縮やっとこ５３は、その一端側に頭部２２または尻部２３が固定されており、その内側に配置された給電部５１を保持している。
さらに、給電機構５は、伸縮やっとこ５３の他端側の端部同士を接近および離間させる駆動部５４を有している。かかる構成により、伸縮やっとこ５３を伸縮させ、給電部５１を電源部４（胴部２１）に対して接近および離間するように構成されている。
このように、伸縮やっとこ５３を設けることにより、支援装置１が稼働装置に何らかの原因で接近することができない場合でも、給電部５１を稼働装置に近づけて、給電機構５により稼働装置に給電することができる。

駆動部５４は、例えば、ソレノイドで構成することができる。
なお、腕部は、伸縮やっとこ５３に代えて、図４に示す伸縮ブーム（入れ子式の中空の棒状体）５５や、ポールネジスライダで構成することもできる。
また、胴部２１と移動可能な頭部２２または尻部２３との間には、後述するようなカバー部５６を設けるようにしてもよい。

移動機構３は、胴部２１内に配置された６つのモータ３１と、各モータ３１の回転軸に固定された球状の回転体３２とを有している。
また、各回転体３２には、その周方向に沿って配置された複数の板状の爪３３が設けられている。各爪３３の長手方向は、配置方向である周方向と直交している。かかる爪３３を設けることにより、回転体３２の回転力を地表に確実に伝達することができる。
図３に示すように、支援装置１は、さらに、通信部６と、追従機構７と、制御部９とを有している。これらは、装置本体２内に収納されている。

通信部６は、稼働装置を含む外部機器との間で信号を送受信するように構成されている。支援装置１が通信部６を有することにより、ベース基地から稼働装置が遠く離れた場合でも、支援装置１がベース基地と稼働装置との中間位置に移動することにより、中継基地となってベース基地と稼働装置との確実な通信を可能とする。
かかる通信部６による通信方式としては、例えば、無線ＰＡＮ、無線ＬＡＮ、無線ＭＡＮ、無線ＷＡＮ等が挙げられる。

稼働装置も移動可能に構成される場合、追従機構７は、支援装置１を稼働装置の移動に追従させるように構成さてれている。
追従機構７は、支援装置１と稼働装置との離間距離を保持する機能を備えることが好ましい。この場合、追従機構７の作用により、支援装置１を稼働装置との距離をほぼ一定に維持しつつ追従させることができる。かかる追従機構７は、例えば、ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、単眼カメラのうちの１種または２種以上の組み合わせで構成することができる。
なお、追従機構７は、稼働装置と支援装置１とを接続する単なるワイヤで構成してもよい。この場合、支援装置１と稼働装置との離間距離を保持するためには、支援装置１にタッチセンサ、一定の長さの棒状体等を設けることができる。

制御部９は、支援装置１の動作を制御するように構成される。
図３に示すように、制御部９には、移動機構３のモータ３１、電源部４、給電機構５の給電部５１および駆動部５４、通信部６ならびに追従機構７のそれぞれが電気的に接続されている。
制御部９は、演算装置９１と、記憶装置９２とを内蔵する。

演算装置９１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成される。演算装置９１は、記憶装置９２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、支援装置１に係る種々の機能を実現する。すなわち、記憶装置９２に記憶されているソフトウェアによる情報処理が演算装置９１によって具体的に実現される。
なお、演算装置９１は、単一であることに限定されず、機能ごとに複数の演算装置９１を設けるようにしてもよい。また、それらの組合せであってもよい。特に、移動機構３による支援装置１の移動に関する演算装置９１と別異に、他の機構の動作制御のための演算装置９１が備えられるとよい。

記憶装置９２は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えば、演算装置９１によって実行される支援装置１に係る種々のプログラム等を記憶するソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施することができる。
また、記憶装置９２は、演算装置９１によって実行される支援装置１に係る種々のプログラムや変数等を記憶している。

給電機構５は、図４に示す構成とすることもできる。
図４は、給電機構の他の構成およびガス噴出機構の構成を示す概念図である。
図４に示す給電機構５'は、給電部５１'と、接続ケーブル５２と、伸縮ブーム５５と、駆動部５４'とを有している。
給電部５１'は、コネクタで構成され、稼働装置が備えるコネクタに接続（結合）することにより給電することができる。すなわち、給電部５１'は、接触状態で稼働装置に対して給電可能である。
伸縮ブーム５５は、入れ子式の中空の棒状体で構成され、駆動部５４'の作動により伸縮可能となっている。なお、伸縮ブーム５５に代えて、伸縮やっとこ５３を採用してもよい。

また、図４に示す構成では、装置本体２において、頭部２２または尻部２３は、胴部２１に対してヒンジ２４を介して接続され、開閉機構（図示せず。）により開閉可能に構成されている。
伸縮ブーム５５を伸長する際には、頭部２２または尻部２３を開状態として、その操作が行われる。
なお、図示されていないが、胴部２１の端部は、カバー部５６に連続（接触）する隔壁により封止されている。

給電機構５'は、さらに、カバー部５６を有している。このカバー部５６は、給電部５１'、接続ケーブルおよび伸縮ブーム５５を覆った状態で設けられ、伸縮ブーム５５の伸縮に従って伸縮するように構成されている。このカバー部５６を設けることにより、塵等の異物が給電部５１'および伸縮ブーム５５に付着して、それらの作動に悪影響を与えることを防止または低減することができる。
また、カバー部５６は、放熱機能および放射線遮断機能のうちの少なくとも１つを備えることが好ましい。

かかるカバー部５６は、例えば、放射線耐性を有する樹脂材料に充填剤（例えば、炭素繊維）を分散させたシート材で構成することができる。
樹脂材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、図４に示す構成では、支援装置１は、さらに、ガス噴出機構８を備えている。具体的には、ガス噴出機構８は、ガスを誘導するチューブ８１と、このチューブ８１にガスを供給するガス供給部８２とを有している。チューブ８１は、例えば、上記樹脂材料で構成され、カバー部５６内に、伸縮ブーム５５と併設されている。このチューブ８１も、伸縮ブーム５５の伸縮に従って伸縮するように構成されている。
したがって、ガス噴出機構８は、稼働装置を含む対象物に対して、ガスを噴出することができる。例えば、給電部５１'であるコネクタを、稼働装置側のコネクタに接続（結合）する前に、ガス噴出機構８によりガスを吹き掛け、塵等を除去しておけば、それらの接続をより確実かつ正確に行うことができる。
また、稼働装置がカメラレンズを備える場合には、これに付着した塵等を除去することもできる。

さらに、支援装置１では、移動機構３が備える６つの回転体３２の少なくとも１つは、装置本体２から離脱して個別に移動可能に構成されていてもよい。
図５は、支援装置の他の実施形態を示す斜視図である。図６は、回転体の構成を示す分解斜視図である。
図５に示す支援装置１は、胴部２１の側方下部に形成され、回転体３２の一部を収納する凹部２１１を有している。凹部２１１は、回転体３２（爪３３を除く部分）の外形形状に対応している。支援装置１が移動する際には、回転体３２の一部が凹部２１１に侵入した状態となり、移動機構３の一部（支援装置１の駆動輪）として機能する。

図６に示すように、個別に移動可能な回転体３２は、球状のカプセル３２１を有している。カプセル３２１は、半球状の半体３２１ａと半体３２１ｂとに分割可能となっている。カプセル３２１は、例えば、カバー部５６で挙げたのと同様の材料で構成することができる。
カプセル３２１には、その内径より若干小さいサイズの回路基板３２２が設けられている。この回路基板３２２の下側には、２つのモータ３２４が実装され、各モータ３２４には、ホイール３２３が回転可能に固定されている。ホイール３２３が回転することにより、ホイール３２３との摩擦力によりカプセル３２１が回転して、回転体３２が自走することができる。
また、２つのホイール３２３の回転速度を異ならせることにより、回転体３２の回転方向を変更することができる。

一方、回路基板３２２の上側には、電源部４０、給電部５１０および制御部９０が実装されている。かかる構成によれば、支援装置１が侵入し難い場所では、回転体３２を単独で移動させ、稼働装置に接近させることができる。回転体３２にも、給電部５１０が搭載されているため、稼働装置に対して給電することができる。
なお、給電部５１０に代えてまたは給電部５１０に追加して、上述したような通信部６および／または追従機構７を設けるようにしてもよい。
また、複数の電源部４０を支援装置１の装置本体２内に搭載しておき、回転体３２との間で交換可能に構成してもよく、回転体３２は、通信部６を介して支援装置１に取得したデータを送信可能に構成してもよい。

さらに、カプセル３２１内には、永久磁石３２５がカプセル３２１の内面に固定されることなく配置されている。したがって、永久磁石３２５は、カブセル３２１内で自在に変位可能となっている。装置本体２の凹部２１１の内側には、胴部２１に固定された永久磁石２１１ａが配置されている。
回転体３２の一部が凹部２１１に収納した状態で、装置本体２側の永久磁石２１１ａと回転体３２側の永久磁石３２５とが引き付け合う。その結果、永久磁石２１１ａ、３２５が回転中心となり、回転体３２が回転することにより、支援装置１の駆動輪として機能する。

本発明の稼働システムは、宇宙空間に存在する物体上で稼働するシステムである。この稼働システムは、稼働装置と、上述した支援装置１とを備える。そして、支援装置１は、少なくとも稼働装置に対して給電の支援を行うように構成されている。
かかる稼働システムによれば、電力が過剰に消費されて稼働が不能となった稼働装置に対して、円滑に給電して復活させることができる。このため、稼働装置の稼働効率が極端に低下することを好適に防止することができる。
なお、支援装置１は、稼働装置のみならず、他の支援装置１に対して給電してもよい。
また、支援装置１を１つまたは複数の回転体３２で構成することもできる。

また、支援装置１は、緊急時に例えば稼働装置に被せるためのシールド体を折り畳んだ状態で搬送してもよい。
図７は、シールド体の構成を模式的に示す斜視図である。
図７に示すシールド体１００は、複数の六角形状のシート材２００を繋ぎ合わせて構成されている。シート材２００には、カバー部５６で説明したシート材を使用することができる。緊急時には、図７（ａ）に示すように、シールド体を展開して、例えば稼働装置に被せることにより、稼働装置を熱や放射線から保護することができる。
また、シールド体１００をシート材２００の２層構造とし、ガスボンベ等を接続しておけば、展開時に自動的にガスが２層のシート材２００の間に供給されて、図７（ｂ）に示すように、シールド体１００を立体形状に変形可能に構成することもできる。

さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記支援装置において、前記給電機構は、給電部と、接続ケーブルとを有し、前記給電部は、接触状態または非接触状態で前記稼働装置に対して給電可能であり、前記接続ケーブルは、前記電源部と前記給電部とを電気的に接続している、もの。
前記支援装置において、前記給電機構は、さらに、腕部を有し、前記腕部は、前記給電部を保持し、伸縮により前記給電部を前記電源部に対して接近および離間するように構成されている、もの。
前記支援装置において、前記給電機構は、さらに、カバー部を有し、前記カバー部は、前記給電部および前記接続ケーブルを覆った状態で設けられ、放熱機能および放射線遮断機能のうちの少なくとも１つを備える、もの。
前記支援装置において、さらに、ガス噴出機構を備え、前記ガス噴出機構は、前記稼働装置を含む対象物に対して、ガスを噴出するように構成されている、もの。
前記支援装置において、さらに、通信部を備え、前記通信部は、外部機器との間で信号を送受信するように構成されている、もの。
前記支援装置において、前記稼働装置も、移動可能に構成され、さらに、追従機構を備え、前記追従機構は、前記支援装置を前記稼働装置の移動に追従させるように構成さてれている、もの。
前記支援装置において、前記追従機構は、前記支援装置と前記稼働装置との離間距離を保持する機能を備える、もの。
前記支援装置において、前記稼働装置は、地球外の天体の地表で稼働する装置である、もの。
宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働システムであって、稼働装置と、前記支援装置とを備え、前記支援装置は、少なくとも前記稼働装置に対して給電の支援を行うように構成されている、もの。
もちろん、この限りではない。

既述のとおり、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を何ら限定するものではない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

また、支援装置１に、物体を把持するアームを設け、このアームの伸縮機構に、上述した腕部の機構を採用することができる。
大気が存在する惑星（天体）の場合、支援装置１または回転体３２は、ドローンのような飛翔体を用いて搬送し、投下することにより地表に配置することができる。
さらに、この場合、支援装置１には、回転体３２を発射する発射台を設けるようにしてもよい。
また、支援装置１は、１つの装置本体２に対して、異なる稼働（作業）を行う複数の機構を取替可能に構成することもできる。この取替操作は、地球上で行ってもよく、宇宙空間に存在する物体上で行ってもよい。

１ ：支援装置
２ ：装置本体
２１ ：胴部
２１１ ：凹部
２１１ａ ：永久磁石
２２ ：頭部
２３ ：尻部
２４ ：ヒンジ
３ ：移動機構
３１ ：モータ
３２ ：回転体
３２１ ：カプセル
３２１ａ ：半体
３２１ｂ ：半体
３２２ ：回路基板
３２３ ：ホイール
３２４ ：モータ
３２５ ：永久磁石
３３ ：爪
４ ：電源部
４０ ：電源部
５ ：給電機構
５' ：給電機構
５１ ：給電部
５１' ：給電部
５１０ ：給電部
５２ ：接続ケーブル
５３ ：伸縮やっとこ
５４ ：駆動部
５４' ：駆動部
５５ ：伸縮ブーム
５６ ：カバー部
６ ：通信部
７ ：追従機構
８ ：ガス噴出機構
８１ ：チューブ
８２ ：ガス供給部
９ ：制御部
９０ ：制御部
９１ ：演算装置
９２ ：記憶装置
１００ ：シールド体
２００ ：シート材

Claims (11)

1. 宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働装置を支援する支援装置であって、
   装置本体と、移動機構と、電源部と、給電機構とを備え、
   前記装置本体は、前記電源部および前記給電機構を支持するとともに、前記移動機構により移動可能に構成され、
   前記給電機構は、給電部と、接続ケーブルと、腕部とを有し、
   前記給電部は、接触状態または非接触状態で前記稼働装置に対して給電可能であり、
   前記腕部は、伸縮可能に構成され、伸縮方向の一端側に前記給電部を保持し、伸縮により前記給電部を前記電源部に対して接近および離間するように構成され、
   前記接続ケーブルは、前記腕部に沿って配設され、前記電源部と前記給電部とを電気的に接続している、もの。
2. 請求項１に記載の支援装置において、
   前記給電機構は、さらに、カバー部を有し、
   前記カバー部は、前記給電部および前記接続ケーブルを覆った状態で設けられ、放熱機能および放射線遮断機能のうちの少なくとも１つを備える、もの。
3. 請求項１または請求項２に記載の支援装置において、
   さらに、ガス噴出機構を備え、
   前記ガス噴出機構は、前記稼働装置を含む対象物に対して、ガスを噴出するように構成されている、もの。
4. 請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の支援装置において、
   さらに、通信部を備え、
   前記通信部は、外部機器との間で信号を送受信するように構成されている、もの。
5. 請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の支援装置において、
   前記稼働装置も、移動可能に構成され、
   さらに、追従機構を備え、
   前記追従機構は、前記支援装置を前記稼働装置の移動に追従させるように構成されている、もの。
6. 請求項５に記載の支援装置において、
   前記追従機構は、前記支援装置と前記稼働装置との離間距離を保持する機能を備える、もの。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の支援装置において、
   前記稼働装置は、地球外の天体の地表で稼働する装置である、もの。
8. 請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の支援装置において、
   さらに、折り畳んだ状態で搬送され、展開した状態で前記稼働装置に被せるシールド体を備える、もの。
9. 請求項８に記載の支援装置において、
   前記シールド体は、前記稼働装置を熱または放射線から保護する機能を有する、もの。
10. 請求項８または請求項９に記載の支援装置において、
    前記シールド体は、２層のシート材からなる構造を有し、前記展開した状態で、前記２層のシート材の間にガスを供給することにより、立体形状に変形可能である、もの。
11. 宇宙空間に存在する物体上で稼働する稼働システムであって、
    稼働装置と、
    請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の支援装置とを備え、
    前記支援装置は、少なくとも前記稼働装置に対して給電の支援を行うように構成されている、もの。