JPH02134534A

JPH02134534A - 無重力試験装置

Info

Publication number: JPH02134534A
Application number: JP28771988A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamawaki; 功次山脇; Masao Kinoshita; 正生木下; Yukihiko Wada; 和田　靭彦; Seishin Kirihara; 桐原　誠信; Tsunehiko Takakusaki; 高草木　常彦; Shizuhiro Tomita; 冨田　鎮弘; Kenji Kojima; 健治小島
Original assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Current assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1990-05-23
Also published as: JPH0416735B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は無重力試験装置に係り、特に地上にて重力の影
響をなくして試験を行なうのに好適な無重力模擬地上試
験装置に関する。

〔従来の技術〕

無重力模擬地上試験装置の従来技術としては、（１）試
験対象物を空気ベアリングで浮上させ、摩擦係数を極力
減少させる方法、あるいは、（２）空気ベアリングの代
わりに磁気にて浮上させる方法等が公知例としてあげら
れるが、これらの方法ではベアリング部の付加質量に伴
う貫性の影響、ベアリング部の摩擦力の影響等があり無
重力状態を正確に模擬できない欠点があった。また空気
ベアリング式あるいは磁気浮上式では水平移動のみの対
応しかできない、すなわち移動装置の上下方向の移動に
対しては対応が出来ない欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術はベアリングの慣性力の影響、ベアリング
の摩擦力の影響等があり完全な無重力状態を模擬するこ
とが困難であること、更には上下方向の移動に対して試
験ができないこと等の問題点があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、完全に近い無
重力状態を地上で模擬し、かつ上下方向の移動に対して
も試験可能な無重力試験装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、試験対象物をその上端が上側移動装置に接
続されているワイヤにてほぼ鉛直に懸架し、上側移動装
置を該移動装置の移動方向、速度と同期させて移動させ
ることにより、ワイヤを常にほぼ鉛直に保持することに
より達成される。

〔作用〕

試験対象物は全く独立に任意方向に任意速度で移動する
。該試験対象物をワイヤを介して懸架している上側移動
装置を、該移動装置の移動と全く同期させて移動させる
ことにより、常にワイヤをほぼ鉛直状態に保持する。こ
れにより該試験対象物に対して完全に近い無動力状態を
模擬することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を簡単のため水平移動の多関節
宇宙用マニュピレータ（以下単にマニュピレータあるい
は駆動装置と呼ぶ）に例をとり第１図により説明する。

マニュピレータ１はワイヤに代表される接続手段３を介
して上側移動装置２に接続される。マニュピレータの１
例を第２図に平面図、第３図側面図として示すが、腕５
は関節６の軸７を中心にほぼ３６０＠回転可能に構成さ
れている。従って、第１図、第２図、第３図に示すよう
な３関節のマニュピレータにおいては、その腕の・先端
は各腕の長さの合計の長さを半径とする球の中の任意の
点に移動可能である。

移動装置２は架台８により平行かつ水平に支持された１
対のフレーム９上をフレーム方向（Ｘ方向）に移動する
Ｘクレーン１０と、該Ｘクレーン上をフレーム９と直角
方向（Ｙ方向）に移動するＹクレーン１１と、Ｙクレー
ン上に設置された巻き上げ機１２とにより構成される。

ワイヤ３は、マニュピレータ１とＹクレーン１１上の巻
き上げ機１２とを接続し、マニュピレータの重量による
引張り荷重のみを受けるように構成される。

ワイヤとの接続点数はマニュピレータの荷重分布を考慮
して決定されるが、マニュピレータの大部分の質量が各
関節部に集中していることを考慮し、第１図に示す様に
各関節部及び先端部に接続点をもってくることが現実的
である。従ってＸクレーン、Ｙクレーン、巻き上げ機及
びワイヤの数も当然マニュピレータ接続点の数と同様と
なる。

ＸクレーンのＸ方向の移動は第４図に示す如くＸクレー
ン上に設置されたサーボモータ１３の回転をボールジヨ
イント１８を介してウオーム１４に伝え、更にウオーム
１４の回転動作をフレーム９上に設置されたラック１７
を介して直線運動に変換することにより極めてスムーズ
に達成される。

ＹクレーンのＹ方向の移動に関してもサーボモータ１３
、ボールジヨイント１８及びウオーム１４がＹクレーン
上に設置されていること及びラック１４がＸクレーン上
に設置されていることを除けば、Ｘクレーンと全く同様
である。なお移動装置２の重量はフレーム９上に設置さ
れたりニヤガイド１９にて支持されるが、移動装置２の
移動時の摩擦係数は極めて小さい。

上記の様にマニュピレータは外部信号に従って水平に任
意の方向に任意の速度で移動するから、当然ワイヤ３と
の接続点２６も水平に任意の方向に、任意の速度で移動
することになる。

本発明においては、回動腕５とワイヤ３との接続点２６
を目標点１５とし、その目標点１５の位置を、Ｙクレー
ン上のワイヤとの接続点１６上の位置２７から光センサ
またはレーザセンサ等の検出手段２２（第１図上には図
示せず）により一定時間間隔毎に検出し、その時点にお
ける接続点２６と接続点１６との間の水平方向の相対的
な位置偏差量及び偏差方向を検出し、その偏差量が常に
ほぼ零となる様に同期制御手段を介してＸクレーン、Ｙ
クレーンが追随移動する様に構成する。

なお、サーボモータ１３の駆動用電力はフレーム上ある
いはＸクレーン上に配置された展開自在のケーブルラン
ク２０により供給される。

次に同期制御手段について説明する。第５図に本試験装
置の同期制御手段のブロック線図の１例を示す。

第５図において移動装置２はＸクレーン、Ｙクレーンの
各々においてサーボモータ１３に代表される動力部３ｏ
、ポールジョント、ウオーム、ラックに代表される出力
増幅部３１、動力部３０の回転量検出器３３、Ｙクレー
ンにおいて、Ｙクレーン本体に代表される移動部３２、
及び駆動装置１の回動腕５上の接続点２６と、移動装置
２上の接続点１６との水平方向の相対的ずれ量及びずれ
方向を検出する検出手段２２、及び該検出手段の出力信
号をうけて動力部３０へ該ずれ量が常にほぼ零となる様
に演算処理部３４にて演算処理された指令信号を、サー
ボ制御部２９を介して与える、指令部３６とから成る同
期制御手段とから構成され、マニュピレータに代表され
る駆動装置！１１は移動装置２と同様に、関節部の動力
部２４、出力増幅部２５、関節６、駆動装置１の回動腕
５、及び動力部の回転量検出器２８、回転量検出器２８
の出力信号を受けて駆動装置の動力部２４へ指令を与え
るサーボ制御部２３、及びサーボ制御部２３へ更に駆動
装置１への動作の指令値（外部信号）を与えるデータ入
力部３９、入力データの演算処理を行なう演算処理部３
７、演算結果の記憶部３８、及び指令部３５とから構成
される。

なお、移動装置２はＸクレーン１ｏ及びＹクレーン１１
の両者にて構成されるが、Ｘクレーンには検出手段２２
及び接続点１６がないのみで他はＹクレーンと全く同じ
であるので第５図には代表してＹクレーンのみを掲げで
ある。

次に本構成における作用を説明する。

マニュピレータ１の回動腕５は、外部信号／データ入力
部３９からの指令値が演算処理部３７にて処理され、−
たん記憶部３８に蓄えられた後、サーボ制御部２３への
指令値として指令部３５より与えられ、それに基づきサ
ーボモータに代表される動力部２４が回転され、増幅部
２５を経て回動腕５の関節６が回動することにより、回
動腕５に従って接続点２６は指令値に基づいた速度、方
向に回動移動することになる。なお、サーボモータ２４
の回転数は検出部２８にて検出され、サーボ制御部２３
ヘフイードバツクされる。この外部信号／データ入力部
３９、演算処理部３７、記憶部３８、指令部３５及びサ
ーボ制御部２３にて駆動装置１の同期制御手段２１を構
成する。

上記のように、回動腕５の接続点２６は５回動腕５への
外部指令値に従って移動することになり、その動きを正
確に予測することは出来ない。

本発明では、Ｙクレーン１１上の１点すなわち、Ｙクレ
ーン１１とワイヤ３との接続点１６上の位［２７から、
回動腕上の目標点１５すなわち本実雄側の場合は回動腕
５とワイヤ３との接続点２６を光センサあるいはレーザ
センサ等の検出手段２２にて常時監視し、たとえば１０
ｍｍ５程度の極めて短時間の一定時間間隔ごとに検出手
段の位置２７（接続点１６）と目標点１５（接続点２６
）との水平方向の相対的ずれ量及びずれ方向を検出する
。検出されたずれ量及びずれ方向のデータは検出時間間
隔のデータと共に演算処理部３４に入力され、Ｘクレー
ン、Ｙクレーンが動くべき必要移動量を演算し、演算結
果がＸクレーン１０、Ｙクレーン１１の各指令部３６へ
入力される。演算処理部３４での演算は上記のように、
センサにて極めて短時間間隔で検出された目標点１５す
なわち接続点２６と検出手段の位＠２７すなわち接続点
１６と水平方向相対的ずれ量をＸ方向、Ｘ方向に分解処
理し、前回までの検出データを参照しながら、その相対
的ずれ量を零にするように、Ｘクレーン１０．Ｙクレー
ン１１が次回の指令値が入力されるまでに移動すべき必
要移動量、必要移動速度を決定するものであり、これに
より接続点２６と接続点１６とを接続しているワイヤ３
が常にほぼ鉛直に保たれることになる。指令部３６は、
演算処理部３４から入力されたデータによりサーボモー
タに代表される動力部３０のサーボ制御部２９に対して
必要回転量の指令を出すが、サーボ制御部２９は、指令
部３６からの指令値及びサーボモータ３０の回転量検出
器３３からのフィードバックデータの両者を参照して、
真に必要な回転量をサーボモータ３０へ入力する。この
演算処理部３４、指令部３６及びサーボ制御部２９の３
者にて移動装置２の同期制御手段４を構成する。サーボ
モータ３ｏの回転出力はボールジヨイント、ウオーム、
ラックに代表される出力増幅部３１を経てＸクレーン１
０．Ｙクレーン１１に代表される移動部３２に伝達され
、もって接続点１６はＸ方向、Ｘ方向に必要量だけ直線
的に移動することになり、ワイヤ３は常にほぼ鉛直を保
つことになる。

なお、上記実施例においては検出手段２２の取付位Ｗ２
７はＹクレーン１１とワイヤ３との接続点１６と同じ、
回動腕上の目標点１５は、ワイヤ３と回動腕５の接続点
２６と同じであるとしたが、接続点１６と接続点２６と
の水平方向の位置ずれ量と、取付位置２７と目標点１５
との水平方向の位置ずれ検出量との間の相関関係を事前
に明らかにしておくことにより、接続点１６と接続点２
６との水平方向の位置ずれ量を正確に検出演算すること
ができれば、それらは同じである必要はない。

このように、本発明においては予測することができない
回動腕５の動きを、上記の様にＹクレーン上から光セン
サあるいはレーザセンサにて常時監視を行い、その目標
点の動きを正確に検出することにより、接続点１６の動
きをその目標点１５の動きに瞬時に正確に、追随させる
ように構成する。この様に構成することによって回動腕
上の接続点２６と、Ｙクレーン上の接続点１６とを接続
するワイヤ３は常にほぼ鉛直を保つことになり、外部指
令によって任意に動く回動腕５をもつマニュピレータに
対して地上にてほぼ完全な無重力状態を模擬した試験を
行うことが可能となる。

本実施例においては、移動装置２への指令信号は駆動装
置への指令信号を参照することなく検出手段２２にて検
出された目標点１５と接続点１６との水平方向の位置偏
差量を零とするべく出力されるが、別の実施例において
は、移動装置２は駆動装置１への指令信号をうけ、更に
位置検出手段２２からの信号をも参照しながら駆動装置
１への同期化を図る様に構成され、この様に構成するこ
とにより目標点１５と接続点１６の水平方向のずれ量を
小さくする、すなわち無重力模擬試験の精度を向上させ
ることができる。本実施例におけるブロック線図の１例
を第６図に示す。すなわち全体の構成は第５図とほとん
ど同じであるが、駆動装置１への指令値（外部信号）の
演算データを演算処理部３７から直接移動装置２の指令
部３６へも入力するように構成する。

本実施例は水平移動の多関節宇宙用マニュピレータにつ
いて説明したが、上下方向の移動を伴なう場合でもマニ
ュピレータの上下方向の移動速度を外部より光センサま
たはレーザセンサ等で検出し、水平方向の動きと同様方
法にてＹクレーン上の巻き上げ機１２の動きに反映させ
る方法、あるいはワイヤにかかる荷重と同荷重をカウン
ター・ウェイトとして持つ方法等により実現出来る。

更に、上記実施例は多関節の宇宙用マニュピレータにて
説明したが、宇宙の無重力環境下にて使用される他の飛
行装置あるいは駆動装置についても全く同様構成にて地
上にて完全な状態での無重力模擬の試験を実現すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来技術の欠点であったベアリング部
等の付加質量の影響、ベアリング部等の摩擦力の影響等
を全く排除することが出来るので、地上にて無重力状態
をより正確に模擬できる効果がある。すなわち、従来技
術における付加質量及び摩擦力の影響をほとんど無視で
きる程度に小さくすることが出来、更に接続手段の数を
適切に選定することによって飛行装置あるいは駆動装置
の重量による影響をもほとんど零とすることが可能であ
り、地上にて無重力状態をほとんど完全な状態で模擬す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の無重力試験装置の一実施例を示す全体
斜視図、第２図は第１図の多関節宇宙用マニュピレータ
の平面図、第３図は第１図のマニュピレータの側面図、
第４図は第１図のサーボモータ部、ウオーム、ラック及
びボールジヨイント及び巻き上げ機部の詳細図、第５図
は第１図の実施例における同期制御手段のブロック線図
、第６図は別の実施例における同期制御手段のブロック
線図を示す。１・・・マニュピレータ（駆動装置）、２・・・移動装
置、３・・・ワイヤ、４・・・同期制御手段、５・・・
回動腕、６・・・関節、７・・・関節の軸、８・・・架
台、９・・・フレーム、１０・・・Ｘクレーン、１１・
・・Ｙクレーン、１２・・・巻き上げ機、１３・・・サ
ーボモータ、１４・・・ウオーム、１５・・・回動腕５
上の目標点、１６・・・Ｙクレーン１１とワイヤ３との
接続点、１７・・・ラック、１８・・・ボールジヨイン
ト、１９・・・リニアガイド、２０・・・ケーブルラッ
ク、２１・・・同期制御手段、２２・・・検出手段、２
３・・・サーボ制御部、２４・・・動力部、２５・・・
出力増幅部、２６・・・ワイヤ３と回動腕５との接続点
、２７・・・検出手段２２の取付位置、２８・・・検出
器、２９・・・サーボ制御部、３ｏ・・・動力部、３１
・・・出力増幅部、３２・・・移動部、３３・・・検出
器、３４・・・演算処理部、３５・・・指令部、３６・
・・指令部、３７・・演算処理部、３８・・・記憶部、
３９・・・外部信号／データ入力部。第１　図第図第図箋４（２］

Claims

【特許請求の範囲】１、駆動源により水平方向、又は水平、及び垂直方向、
又は自在な方向に移動可能な移動装置と、該移動装置と
所定距離をおいて下側に設置された飛行装置、あるいは
少なくとも１個の関節部を持つ駆動装置と、前記移動装
置と飛行装置、あるいは駆動装置との間を接続する接続
手段と、前記飛行装置、あるいは駆動装置の移動動作に
応じて、前記移動装置を前記接続手段が常にほぼ鉛直を
保つように同期制御するための、飛行装置あるいは駆動
装置位置検出部と信号入力部、演算部、記憶部等を有す
る同期制御手段とより成ることを特徴とする無重力試験
装置。２、駆動源により水平方向、又は水平、及び垂直方向、
又は自在な方向に移動可能な移動装置と、該移動装置と
所定距離をおいて下側に設置された飛行装置、あるいは
少なくとも１個の関節部を持つ駆動装置と、前記移動装
置と飛行装置、あるいは駆動装置との間を接続する接続
手段と、前記飛行装置、あるいは駆動装置と移動装置の
それぞれの吊り点位置の相対的ずれ量を検出する検出手
段と、該検出手段により検出された検出信号に応じて前
記移動装置を追従制御することにより、前記接続手段が
常にほぼ鉛直を保つように同期制御するための同期制御
手段とより成ることを特徴とする無重力試験装置。３、駆動源により水平方向、又は水平、及び垂直方向、
又は自在な方向に移動可能な移動装置と、該移動装置と
所定距離をおいて下側に設置された飛行装置、あるいは
少なくとも１個の関節部を持つ駆動装置と、前記移動装
置と飛行装置、あるいは駆動装置との間を接続する接続
手段と、前記飛行装置、あるいは駆動装置への動作指令
信号を移動装置へも同時に指令し、飛行装置、あるいは
駆動装置と移動装置の移動動作量の同期化を図る第１の
同期制御手段と、前記飛行装置、あるいは駆動装置と移
動装置のそれぞれの吊り点位置の相対的ずれ量を検出す
る検出手段と、該検出手段により検出された検出信号に
応じて移動装置を補正移動することにより、前記接続手
段が常にほぼ鉛直を保つように同期制御するための第２
の同期制御手段とより成ることを特徴とする無重力試験
装置。