JPH02306899A - 宇宙機の遠隔操縦装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、宇宙機の遠隔操縦装置に係り、特に、目はと
する飛翔体に対して所定の条件を満たす関係に宇宙機を
飛行、接近させるための遠隔操Ｎ装置に関する。

（従来の技術） 宇宙空間に打ち上げられた人工衛星を回収あるいは修理
する１つの方法として、宇宙機を人工衛星にドツキング
させて作業を行う方法がある。

この場合、宇宙機には宇宙空間において自在に操縦でき
る機能が要求される。このため、この種の宇宙機には遠
隔操縦装置が必要となる。

ところで、宇宙機の遠隔（・ｉ縦装置では、３自由度の
ジョイスティックを２つ設け、これを両手で操作する方
式を採用したものが主流となっている。

すなわち、この遠隔操縦装置は、宇宙機の並進３自由度
および姿勢３自由度に各ジョイスティックを対応させて
いる。そして、並進方向の制御はスラスタへのオン、オ
フ指令で、また姿勢制御は回転指令で行うようにしてい
る。これは推進装置として、通常、ガスジェットを噴出
するスラスタが用いられることに対応している。

しかしながら、このような従来の遠隔操縦装置にあって
は、次のような問題があった。すなわち、スラスタにオ
ン、オフ指令を出しながら目標とする飛翔体と宇宙機と
の相対位置を合わせていくためには、スラスタをどれだ
けの時間オンさせておくと宇宙機がどの程度移動するか
、その都度、オペレータが予１４ＰＩ　Ｌなければなら
ない。しかも、その間に姿勢の制御も合わせて行わなけ
ればならない。このため、操縦操作は高度の熟練と注意
を要する作業となる。また、両手でジョイスティックを
操作しなければならないので、たとえばモニタ用のテレ
ビカメラの姿勢を変えるなどの補助的な作業を必要とす
るときには、その都度、操縦操作を中断しなければなら
ず、ト■作性に欠ける問題もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の遠隔操縦装置にあっては、百ｆを使
って操縦操作を行わなければならず、しかもその操縦操
作は高度の熟練と細心の注意を必要とする問題があった
。

そこで本発明は、操作性を大幅に向上させることができ
、目標とする飛翔体に宇宙機を接近あるいはドツキング
させるときの作業改善に寄与できる宇宙機の遠隔操縦装
置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、目標とする飛翔
体に対して所定の条件を満たす関係に宇宙機を飛行、接
近させるための遠隔操縦装置において、飛翔体全体をモ
ニタする第１のカメラと、飛翔体に取り付けられた立体
的なターゲットマークをモニタする第２のカメラと、こ
の第２のカメラで得られた映像から宇宙機に設定された
基準座標系における飛翔体の位置および姿勢を算出する
第１の検出装置と、飛翔体に取り付けられたターゲット
マークと同じ形状のターゲットマークが取り付けられた
操縦操作用のグリッパと、このグリッパに取り付けれら
れているターゲットマークをモニタする第３のカメラと
、この第３のカメラでｊりられた映像から上記第３のカ
メラに設定された座標系におけるグリッパの位置および
姿勢を算出する第２の検出装置と、第１のカメラで得ら
れた映像を表示する第１の表示装置と、第２のカメラで
得られた飛翔体のターゲットマーク１象と第３のカメラ
で得られたグリッパのターゲットマーク像とを同一画面
上に表示する第２の表示装置と、第１の検出装置および
第２の検出装置の出力に基いて宇宙機に設定された基準
座標系内で、かつグリッパの位置および姿勢に対応した
宇宙機の位置および姿勢を求め、この求められた位置お
よび姿勢に宇宙機を移動させるべく推進装置を制御する
１ご号を発生するコントローラとを備えている。

（作　用） 飛翔体に取り付けられているターゲットマークの像が第
２の表示装置に写し出される。飛翔体に取り付けられて
いるターゲットマークは、立体的なマークである。この
ため、Ｔ５２の表示装置に写し出された飛翔体側ターゲ
ットマーク像は、現在、宇宙機から見て飛翔体がどのよ
うな位置関係にあるかをオペレータに教えている。この
とき、宇宙機に設定された基ベヘ座は系、たとえば第２
のカメラに設定された座標系における飛翔体の位置およ
び姿勢は、第１の検出装置によって検出されている。

一方、グリッパに取り付けられているターゲットマーク
は、飛翔体に取り付けられているターゲットマークと同
一形状の立体的なマークである。

今、第２の表示装置に写し出されている飛翔体側ターゲ
ットマーク像にグリッパ側ターゲットマーク像が同一姿
勢で工なって写し出されるようにグリッパを操作すると
、この写し出されたグリッパ側ターゲットマーク像は、
第２のカメラから見た飛翔体の位置関係を完全に模擬し
ていることになる。このとき、第３のカメラに設定され
た座標系におけるグリッパの位置および姿勢は、第２の
検出装置によって検出されている。

そこで、上記のように飛翔体側ターゲットマーク像にグ
リッパ側ターゲットマーク像が同一姿勢で重なって写し
出されるようにセットした後、コントローラを動作開始
させる。コントローラは、第１の検出装置の出力を第２
の検出装置の出力に等しくさせる制御信号を作り、この
制御信号で推進装置を制御する。したがって、グリッパ
の位置および姿勢を変えると、その位置および姿勢に対
応して宇宙機の位置および姿勢が、あたかもマスクスレ
ーブ形マニュブレークの抽き形態で制御されることにな
る。この場合、オペレータが指令した位置、姿勢に対し
て宇宙機の動きに遅れが生じている場合でも、二の遅れ
を第２の表示装置に写し出されている２つのターゲット
マーク像を比較することにより直観的に認識することが
できる。

このため、オペレータが行なう操作は極めて簡単となり
、熟ｎ者でなくても宇宙機の性能に応じた無理のない正
確な操縦を行うことができ、しかもその操作を片手で行
うことができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る遠隔操縦装置を搭載
した白゛大の宇宙機１と、この宇宙機１にドツキングさ
れて回収あるいは修理を受けようとしている無人の飛翔
体、たとえば気象底ＤＩ用の人工衛星２とが示されてい
る。なお、このような事態を想定して、人工衛星２には
ドツキング時の位置合わせ目標となるターゲットマーク
３が予め取り付けられている。

このターゲットマーク３は、第２図に拡大して示すよう
に、長方形のプレート４と、このプレート４の四隅位置
に取り付けられた円板５と、プレート４の中心部にプレ
ート而に対して垂直に立設された棒状体６とで構成され
ている。すなわち、このターゲットマーク３は、５つの
要素を結ぶとピラミッド型が形成される立体的なマーク
構成となっている。

一方、宇宙機１には、人工衛星２の全体像をモニタする
ためのテレビカメラ１１と、人工衛星２に取り付けられ
たターゲットマーク３をモニタするためのオートズーム
機能を儀えたテレビカメラ１２とが搭載されている。そ
して、テレビカメラ１１から出力された映像信号は宇宙
機１内のコントロール室に導かれ、またテレビカメラ１
２がら出力された映像信号は第１の検出装置１３に与え
られるとともにもコントロール室に等がれる四゛第１の
検出装置１３は、テレビカメラ１２の映像ｆＳ号から宇
宙機１に設定された基章座標系、たとえばテレビカメラ
１２のｍｅ！面中心を原点として設定された座標系にお
ける人工衛星２の位置および姿勢を検出するようにして
いる。

宇宙機１内のコントロール室には第３図に示すようにコ
ントロールボックス１４が配置されている。このコント
ロールボックス１４の適宜な高さ位置にはテレビカメラ
１１て得られた映像を写し出すモニタ受像機１５と、テ
レビカメラ１２で得られた映像を写し出すモニタ受像機
１６とが取り付けられている。

゛　コントロールボックス１４の下部位置にはオペレー
タ１７によって操作される操縦操作用のグリッパ１８が
第３図中に示す座標軸に沿って可動自在に配置されてい
る。なお、グリッパ１８の握り部には、握ったままの状
態で１・ψ作可能なスイッチ１つが設けられている。さ
らに、グリッパ１８の上端部には人工衛星２に取り付け
られたターゲットマーク３と同一形状のターゲットマー
ク２０が取り付けられている。そして、グリッパ１８の
上方位置にはターゲットマーク２０をモニタするための
テレビカメラ２１が配置されている。このテレビカメラ
２１の映像信号は第２の検出器装置２２に与えられると
ともに前述し、たモニタ受像機１６にり、えられる。第
２の検出装置２２は、テレビカメラ２１の撮像面中心を
原点として設定された座襟系におけるグリッパ１８の位
置および姿勢を検出する。

上記説明から判るように、モニタ受像機１６には人工衛
星２に取り付けられたターゲットマーク３の像とグリシ
バ】８に取り付けられたターゲットマーク２０の像とが
同時に写し出されることになる。また、モニタ受像機１
６には宇宙機１が人工衛星２にドツキングした際に見え
るであろう夕、ゲットマーク３の最終形状像も表示され
ている。

前記第１の）ゐ出装置１３の出力と前記第２の検出装置
２２の出力とは、第４図に示すコントローラ２３に入力
される。コントローラ２３は、スイッチ１９がオン制御
されたとき、雨検出装置１３．２２の出力に基いてテレ
ビカメラ１２に設定された座標系内で、かつグリッパ１
８の位置および姿勢に対応した宇宙機１の位置および姿
勢を求め、この求められた位置および姿勢に宇宙機１を
移動させる制御信号を推進装置２４に与えるように構成
されている。

次に、上記のように構成された遠隔操縦装置の動作を説
明する。

まず、宇宙機１と人工衛星２とは、モニタ受像機１６に
写し出されるターゲットマーク３の像が前述した最終形
状像に灼してプレート４の各辺を平行にして重なり、か
つ画面の中心位置に棒状体６が点状に写し出された条件
でドツキング可能となるように各部が予め設定されてい
るものとする。

当初、宇宙機１と人工衛星２とはかなり離れた状部にあ
る。そこで、推進装置２４を別の制御系て制御して宇宙
機１を人工衛ｒ１２に接近させる。

そして、モニタ受像機１５の画面に人工衛星２のターゲ
ットマーク取付面が写し出されるように宇宙機１を人工
衛星２に対して粗位置合わせする。

このように粗位置合わせを行うと、ターゲットマーク３
の像がモニタ受像機１６に写し出される。

この状態では、ターゲットマーク３の１栄は、モニタ受
像機１６の画面の中央部に写し出されるとは限らず、ま
た向きおよび傾きもいろいろな形態に写し出される場合
が多い。

そこで、まず、モニタ受像機１６にターゲットマーク２
０の像がターゲットマークの像３に同一姿勢で重なって
写し出されるようにグリッパ１８を操作する。続いて、
スイッチ１９をオン状態にする。スイッチ１９がオン状
態になると、コントローラ２３が動作を開始する。コン
トローラ２３は、第１の検出装置１゛３の出力を第２の
検出装置２２の出力（実際には、位置に関しては第２の
検出装置２２で検出されたグリッパ１８までの距離に対
する第１の検出装置１３で検出された人工衛星２までの
距離の倍率たけ拡大した出力）に等しくさせ得る制御信
号を作り、この制御信号で推進装置２４を制御する。し
たがって、グリッパ１８の位置および姿勢を変えると、
その位置および姿勢に対応して宇宙機１の位置および姿
勢が、あたかもマスタスレーブ形マニュブレータの如き
形態で制御されることになる。

上述の如く、モニタ受像機１６を観察しながらグリッパ
１８を操作することによって、ターゲットマーク３の像
が最終１１３状像に対して各辺を平行にして重なり、か
つ画面の丁度中心位置に棒状体６が点状に写し出された
条件、つまりドツキング可能なｔｌ＋対位置関係に宇宙
機１の位置および姿勢を合わせることができる。そして
、そのままの姿勢で人工衛星２に接近させればドツキン
グさせることができることになる。なお、宇宙機１を前
進あるいは後退させるには、グリッパ１８を第３図に示
す軸に沿って移動させる。この変化量が第２の検出装置
２２によって解析され、前進制御信号および後退制御信
号が形成される。

このように、グリッパ１８およびこれに取り付けられた
ターゲットマーク２０を使ってモニタ受像機１６上に宇
宙機１から見た人工衛星２の現在に位置関係を模擬的に
作りだし、グリッパ１８を操作することによって宇宙機
１０目は姿勢を指令し、人工衛星２に対し宇宙機１の姿
勢を合わせるようにしている。したがって、オペレータ
は、モニタ受像機１６を見ながらグリッパ１８を操作す
ることにより、モニタ受像機１６に表示されるターゲッ
トマーク３の像がドツキング可能な位置および大きさと
なるようにすればよく、宇宙ｆｉｌｌの推進装置の性能
や制御特性などに熟知していなくても、スムーズで無理
のないドツキングを実現することができる。しかも、こ
のような操作を片手で行うことができる。また、グリッ
パ１８で与える指令をモニタ用のカメラ２１で映像化し
、この映像からグリッパ１８の位置および姿勢を第２の
検出装置２２で解析させるようにしているので、グリッ
パ１８にポテンションメータ等を取り付ける必要がなく
、操縦装置の小型化も実現できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施−１では、ピラミッド型の
ターゲットマークを用いているが、立体的なターゲット
マークでありさえすれば、どのようなターゲットマーク
を用いてもよい。また、第３図に示すコントロールボッ
クス部分は、宇宙機内に設置されている必要はなく、他
の宇宙船や地上のコントロール室に設置されていてもよ
い。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、たとえ装置の特性に熟知
していなくても、容品に、かつスムーズな操縦を可能化
でき、しかもその操縦は片手で行うことができる。また
、操縦装置のコンパクト化も実現できる。

４、図面のｆｆｔｉ　１＋１な説明 第１図は本発明の一実施例に係る操縦装置を搭載した宇
宙機とこの宇宙機がドツキングされる人工衛星とが宇宙
空間に対峙している図、第２図は人工衛星に取り付けら
れたターゲットマークの斜視図、Ｔ５３図は宇宙機内に
設けられたコントロールボックスの局部的な斜視図、第
４図は推進装置制御系の構成図である。

１・・・宇宙機、２・・・人工衛星、３．２０・・・タ
ーゲットマーク、１１．１２．２１・・・モニタ用のテ
レビカメラ、１３．２２・・・検出装置、１４・・・コ
ントロールボックス、１５．１６・・・モニタ受像機、
１８・・・グリッパ、２３・・・コントローラ、２４・
・・推進装置。

出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標とする飛翔体に対して所定の条件を満たす関
   係に宇宙機を飛行、接近させるための遠隔操縦装置であ
   って、前記飛翔体全体をモニタする第１のカメラと、前
   記飛翔体に取り付けられた立体的なターゲットマークを
   モニタする第２のカメラと、この第２のカメラで得られ
   た映像から宇宙機に設定された基準座標系における前記
   飛翔体の位置および姿勢を算出する第１の検出装置と、
   前記飛翔体に取り付けられた前記ターゲットマークと同
   じ形状のターゲットマークが取り付けられた操縦操作用
   のグリッパと、このグリッパに取り付けれられている前
   記ターゲットマークをモニタする第３のカメラと、この
   第３のカメラで得られた映像から上記第３のカメラに設
   定された座標系における前記グリッパの位置および姿勢
   を算出する第２の検出装置と、前記第１のカメラで得ら
   れた映像を表示する第１の表示装置と、前記第２のカメ
   ラで得られた前記飛翔体のターゲットマーク像と前記第
   ３のカメラで得られた前記グリッパのターゲットマーク
   像とを同一画面上に表示する第２の表示装置と、前記第
   １の検出装置および前記第２の検出装置の出力に基いて
   前記宇宙機に設定された基準座標系内で、かつ前記グリ
   ッパの位置および姿勢に対応した宇宙機の位置および姿
   勢を求め、この求められた位置および姿勢に上記宇宙機
   を移動させるべく推進装置を制御するコントローラとを
   具備してなることを特徴とする宇宙機の遠隔操縦装置。
2. （２）前記第２の表示装置に宇宙機が目標位置に到達し
   たときに見えるであろう前記飛翔体の前記ターゲットマ
   ークの形状も合わせて表示する機能を備えている請求項
   １に記載の宇宙機の遠隔操縦装置。