JPH04118400A - 無重力模擬実験装置の計算機システム構成法 - 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】 ［目次］ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例（第２図〜第４２図） １、無重力模擬実験システムの基本方式１．１．オンラ
イン無重力模擬実験システム１１．１．１．全体構成 ａ、シミュレーションデータ作成部 す、多関節構造体（宇宙ロボット） Ｃ１無重力模擬装置 １、１．１要素部品 ａ、張カ一定吊り機構部 １、鉛直方向の動作機構 イ、吊り張力調整方式。

口、吊り位置とジンバル、カウンタ バランサ バ、ワイヤ巻取り機構部 二、張カセンザと制御装置の構成 り、水平面内の動作機構（吊りアーム）■１本体支持駆
動部など １．１．３．オンラインデータ作成法 １．１．４．オンラインデータに基づく協調制御動作 １．２．オフライン無重力模擬実験システム■１．２．
１．全体構成 １．２．２要素部品 ａ、角度検出センサ １、光学式角度検出センサ ■３分力検出センサ １．２．３．制御動作 １、３．オンライン無重力模擬実験システム１１．３．
１　　全体構成 １、：１．２．要素部品 ａ、ロボットベースの反作用検出機構 １．３．３．制御動作 １．４．オフライン無重力模擬実験システム■１．４．
１．全体構成 １．４．２．制御動作 ２、吊り方式 ２．１１重心鉛直線上吊り方式 ２．２．静力学的釣合い方式 ２．３．折衷方式 ３、吊りアームの制御用 ：３．ｌ吊り方向鉛直保持方式のアルゴリズム３．２巻
取り機構部による張カ一定制御３．２．１．　ｌ−ルク
制ｉ卸方式Ｉ ａ　全体構成 り、各要素の構成 Ｃ制御用方法 ３．２．２．トルク制御方式Ｈ ａ、全体構成 り、制御方法 ３．２．３　トルク制御方式■ ａ、全体構成 り、制御方法 ３．２．４速度制御方式 ％式％ ３．３制御回路の具体的構成 ４、シミュレーション計算機システム ４．１．システム構成Ｉ ４．２．システム構成■ 発明の効果 ［概要］ 宇宙ロボットや大型衛星等の多関節構造体が無重力空間
で示す挙動を地上でハードウェア的に模擬する無重力模
擬実験装置における計算機システムの構成法に関し、 無重力模擬実験装置において必要な非常に多量な計算を
効率的に実行することができる計算機システムの構成法
を提供することを目的とし、多関節構造体をワイヤで吊
り、このワイヤを鉛直方向に維持するようロボット機構
により多関節構造体のベース支持位置とワイヤ吊り位置
を制御し、ワイヤの張力をその吊られた物体の重力をキ
ャンセルする一定値に保持することで、多関節構造体が
無重力または弱重力空間で示す挙動を模擬する無重力模
擬実験装置において、多関節構造体の多関節アームを動
かした時のベース部分の動作およびアームを吊るロボッ
ト機構の動作を高機能計算機で事前に計算、生成し、こ
の計算、生成した動作データを、ロボット機構の各部分
の制御を分担して実行する複数の制御用計算機に渡し、
複数の制御用計算機は相互に同期通信をしながら、高機
能計算機から渡された動作データに基づき担当する機構
部分の制御を協調的に行うことを特徴とする。

［産業上の利用分野］ 本発明は、宇宙ロボットや大型衛星等の多関節構造体が
無重力空間で示す挙動を地上でハードウェア的に模擬す
る無重力模擬実験装置における計算機システムの構成法
に関するものである。

無重力空間においては、例えばロボットがアームを伸ば
して物体を捕捉しようとする場合を考えると、アームの
伸長により系全体の重心が移動し、ロボット本体の姿勢
が変化し物体を捕捉できなくなる。また、捕捉時の衝撃
の反作用も無視できなくなる。

このような無重力空間における予測しに（い挙動に対し
ては、地上の実験室においてハードウェア的に模擬実験
を直接行い得る環境を実現し、これによりセンサ系、ア
クチュエータ系、制御片系等の姓能を無重力空間に近い
環境で予め充分に評価できることが必要とされ、それに
より、より信頼性の高いハードウェアの構成が可能とな
る。

［従来の技術１ 従来、多関節構造体の無重力空間における挙動を地上で
ハードウェア的に直接模擬する方式としては、次のよう
なものが考案、実施されてきた。

■空気浮上又は磁気浮上により定盤上で平面内の二次元
的な無重力動作を模擬する。

■物体を水槽に入れ、浮力を利用して重力を袖１賞し、
三次元的な無重力動作を模擬する。

■航空機の弾道飛行を用いて無重力状態を作り、その中
で物体を動作させる。

上記■では物体の運動が二次元平面内に限定される、■
では粘性抵抗により動作時の模擬ができない、■では短
時間の模擬に限定される、という欠点がある。

そこで、対象物体をワイヤで吊り、そのワイヤに掛ける
張力で対象物体の重力をキャンセルし、模擬的な無重力
状態を地上で作り出す方式が提亥される。

［発明が解決しようとする課題］ この吊り方式では対象物体をワイヤで常に鉛直方向に一
定の張力で吊る必要があり、対象物体が動いた場合には
その動きに追従して吊り位置も動かす必要がある。この
ため対象物体が複雑な構造を持つ多関節構造体であるよ
うな場合、これを上記の条件で吊りその位置を追従的に
動かすロボット機構は多数のサーボ機構を持つ複雑なも
のとなり、このロボット機構の各部を協調的に制御する
だめの計算量は非常に多くなる。また多関節構造体が反
作用などに対してとる動作を予測するための計算量も非
常に多量なものである。したがって、これらの計算を効
率的に実行できる計算機システム構成が必要とされる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、無重力模擬実験装置において必要
な非常に多むｔな計算を効率的に実行することができる
計算機システムの構成法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明に係る原理説明図である。

本発明に係る無重力模擬実験装置の計算機システム構成
法は、第１の形態として、第１図Ａに示されるように、
多関節構造体１０４をワイヤで吊り、このワイヤを鉛直
方向に維持するようロボット機構１０５により多関節構
造体１０４のベース支持位置とワイヤ吊り位置を制御卸
し、ワイヤの張力をその吊られた物体の重力をキャンセ
ルする一定値に保持することで、多関節構造体１０４が
無重力または弱重力空間で示す挙動を模擬する無重力模
擬実験装置において、多関節構造体１０４の多関節アー
ムを動かした時のベース部分の動作およびアームを吊る
ロボット機構１０５の動作を高機能計算機１０１で事前
に計算、生成し、この計算、生成した動作データを、ロ
ボット機構１０５の各部分の制御を分担して実行する７
１　Ｍ’ｌの制御卸用計算機１０２．１０３に渡し、複
数の制御用計算機１０２．１０３は相互に同期通信をし
ながら、高機能計算機１０１から渡された動作データに
基づき担当する機構部分の制御を協調的に行うことを特
徴とするものである。

上記第１の形態の計算機システム構成法において、上記
複数の制御用計算機１０２．１０３は、多関節構造体の
アームの吊り位置を制御するロボット機構部分と、多関
節構造体のベース部分の支持位置を制御するロボット機
構部分をそれぞれ分担して制御するように構成すること
ができる。

本発明に係る無重力模擬実験装置の計算機システム構成
法は、第２の形態として、第１図Ｂに示されるように、
多関節構造体１０４をワイヤで吊り、このワイヤを鉛直
方向に維持するようロボット機構１０５により多関節構
造体１０４のベース支持位置とワイヤ吊り位置を制御し
、ワイヤの張力をその吊られた物体の重力をキャンセル
するよう一定に保持することで、多関節構造体１０４が
無重力または弱重力空間で示す挙動を模擬する無重力模
擬実験装置において、ロボット機構１０５の各部分を分
担制御する複数台の制御用計算機１０６〜１０８を用意
し、多関節構造体１０４の多関節アームを動かした時の
ベース部分の動作の計算を該複数の制御卸用計算機のう
ちの本体制御用計算機１０７が受は持ち、その計算の結
果得られたベース部分の動作データを残りの制御用計算
機ｌ○６．１０８に渡し、これら残りの制御用計算機１
０６．１０８はこのベース動作データに基づいてベース
以外のロボット機構に関する動作データを計算し、各制
御用計算機１０６〜１０７は相互に同期を取ってそれぞ
れの動作データに基づき担当する機構部分の制御を協調
的に行うことを特徴どするものである。

上記第２の形態の計算機システム構成法において、制御
用計算機１０６〜１０８は、ベース部分の制御を分担す
る本体制御用計算機１０７と、右アーム関係の制御を分
Ｈｐする右アーム制御用計算＄１１０８と、左アーム関
係の制御を分Ｉすする左アーム制御用計算機１０６の３
台で構成することができる。

上記第１、第２の形態の計算機システム構成法において
、制御用計算機の相互間はパラレル人出カチャネルを介
して同期通信を行うようにすることができる。

［作用］ 第１の形態の計算機システム構成法においては、高機能
計算機で多関節構造体１０４の多関節アームを動かした
時のベース部分の動作およびアームを吊るロボット機構
の動作を計算・生成し、この動作データを複数台の制御
用計算［１０２，１０３に渡す。各制御用計算機１０２
．１０３はこの受は渡された動作データに基づき、自己
が担当するロボット機構部分、例えばアーム関係とベー
ス関係の機構部分の制御を実行する。この際、ロボット
機構が全体として協調的動作をするように、各制御計用
計算機１０２．１０３相互間では同期通信を行う。

第２の形態の計算機システム構成法においては、まず本
体制御用計算機１０７が多関節アームを動かした時のベ
ース部分の動作の計算を行い、そのベース動作データを
残りの制御用計算ｍｉ。

６．１０８に渡し、これら残りの制御用計算機１０６．
１０８はこのベース動作データに基づいてベース部分以
外のロボット機構、例えば左アーム関係の動作データ、
あるいは右アーム関係の動作データを計算し、その後に
各別［即用計算機１０６〜１０８が相互に同期を取って
ロボット機構の協調的な駆動制御を行う。

Ｃ以下余白） ［実施例］ 本発明の実施例が図面を参照しつつ以下に説明される。

ここで、第１項では本発明の計算機システム構成法が適
用される無重力模擬装置システムの基本方式について述
べ、第２項では同システムにおける吊り方式について述
べ、さらに第３項では吊りアームの制御について述べ、
そして最後に第４項において本発明の実施例としてのシ
ミュレーション計算機システムの構成法について述べる
。

１、無重力模擬実験システムの基本方式ここでは４つの
基本方式について述べる。

１、１．オフライン無重力無重力模擬実験システム１唸
方カ一定吊り機構とロボットによる支持駆動機構とを用
いたオフライン方式による無重力模擬実験システムであ
る。本方式では、対象である多関節構造体（宇宙ロボッ
ト等）を直接動かず前に、無重力状態下において受けた
外力に対しての多関節構造体の動きを専用のソフトウェ
アを使って予め計算しておき、計算により確認の取れた
動きに対して、それと全く同じ多関節構造体の動きをハ
ードウェア機構により地上において実現するものである
。

１、１．１．全体構成 本方式を実現するための無重力模擬実験システムの全体
の処理概要が第２図に示される。全体としてはシミュレ
ーションデータ作成部１と無重力模擬装置２と多関節構
造体３とからなり、無重力模擬装置２の機構部２２と多
関節構造体３の機構部３２を、シミュレーションデータ
作成部１のシミュレーションソフト部（運動解析ソフト
部）１２で予め計算した値を用いて制御部２１．３１を
介して駆動する構成となっている。また、この第２図に
対応した全体のハードウェア概念が第３図に示される。

さらに、この無重力模擬実験システムの機構部全体の具
体的なハードウェア構成の斜視図が第４図に、その上面
図が第５図に、またその側面図が第６図にそれぞれ示さ
れる。

以下、これらの図に基づいてシミュレーションデータ作
成部１、無重力模擬装置２、および多関部構造体３の構
成を説明する。

ａ、シミュレーションデータ作成部 シミュレーションデータ作成部１は、無重力模擬装置２
および多関節構造体３のハードウェア機構を動かすため
の基本データを作成する部分である。この部分は、多関
節構造体３の数学モデルを定義する多関節構造体数学モ
デル部１１と、多関節構造体数字モデル１１で定義され
た多関節構造体３の動きを解析する運動解析ソフト部１
２と、運動解析ソフト部１２の出力結果をグラフィカル
に表示するシミュレーション表示ソフト部１３と、運動
解析ソフト部１２の出力結果を無重力模擬装置２用に変
換加工する無重力模擬装置用データソフト変換ソフト部
１４からなる。

ｂ、多関節構造体（宇宙ロボット） 多関節構造体３は多関節構造体制御部３１と多関節構造
体機構部（ロボット本体）３２とからなり、制御部３１
はデータ変換ソフト部１４が作成したデータを追従目標
値とするサーボ機構を構成している。ロボット本体３２
は第４図に示されるように左右２本の各々６自由度の多
関節アーム３０３とその先端に取り付けられたハンド３
０４、この多関節アーム３０３を固定する本３０５から
なり、ハンド３０４により対象物の捕捉動作などを行う
。多関節アーム３０３は宇宙への運搬しやすさを考慮し
て軽量化を指向し、長さ２００〜３００ｎｏ＋＋の細長
いリンクを持ち、曲げや埃りの剛性を小さくしたフレキ
シブルアームが用いられており、アーム全長は約１４０
０ｍｍである。また宇宙における長寿命化を図るため、
伝達部分がなく接触部分を少なくできるダイレクトドラ
イブｃ以下ＤＤと略す）モータとエンコーダを関節部に
直結した構成のＤＤアームとし、ている。第７図にはア
ームの関節構成が示される。図中、■印のθ２θ３、θ
５は屈曲軸、Φ印のθｌ、ｅ４、θ６は回転軸である。

無重力模擬実験システムはこのように柔軟リンクとＤＤ
モータを用いた多関節アーム３０３を持つロボット機構
の複雑な挙動を模擬するものである。

Ｃ１無重力模ｌ１ｌｆ装置 無重力模擬装置２は無重力模擬制御部２１と、無重力模
擬機構部２２に分かれ、制御部２１はデータ変換ソフト
部１４が作成したデータを追従目標値とするサーボ機構
を構成している。

無重力模擬機構部２２は、対象である多関節構造体３の
本体３０５を６自由度で支持し駆動する６自由度ロボッ
ト機構部２０８からなる本体支持駆動部２０２と、対象
のベース３０１以外の部分をワイヤ２１０により吊り下
げる張カ一定吊り機構部２０１とからなる。多関節構造
体３は、ベース部分３０１とその他のアーム、パネル、
アンテナ等の部分３０２からなる。この時、多関節構造
体３のベース部分３０１は６自由度ロボット機構２０８
により支持され、その他の部分３０２は複数組の張カ一
定吊り機構２０１により支持される。無重力模擬装置全
体は、機構全体を取り囲むように設置されたフレーム２
０３により支持される。

無重力模擬機構部２２において、ロボット本体３２の全
体を鉛直下方に吊り下げたワイヤ２１０で支持する場合
、ワイヤの本数が増し、機構や制御が複雑化する。そこ
で、ワイヤ２１０による吊り機構の負荷は第４図に示さ
れるようにアーム部分３０３のみとし、これを張カ一定
吊り機構部２０１と称する。この吊り機構部２０１によ
りワイヤ２１０の張力をアーム３０３の重力と釣り合わ
せてアーム３０３の重力をキャンセルするよう、ワイヤ
゛２１０を鉛直方向に一定張力制御により動かす。

ロボット本体３２の本部分３０１は６自由度のロボット
機構部２０８で支持し、かつ、吊り機構全体を水平面内
の２自由度で支持駆動する。これを本体支持駆動部２０
２と称する。ワイヤ２１０の鉛直方向以外の動作（吊り
機構部２０１の水平面内の動作、ロボット本体３２、本
体支持駆動部２０２の動作）はシミュレーションソフト
の計算結果に従って動かす。

１．１．２要素部品 この無重力模擬実験システムで用いられる主な要素部品
について以下に説明する。

ａ、張カ一定吊り機構 張カ一定吊り機構部２０１は、複数本のワイヤの吊り下
げ位置を各々水平面内で動かす水平多関節形の２自由度
ロボット機構（吊りアーム）２０４と、この吊りアーム
２０４に搭載され複数本のワイヤの各々を巻き取り巻き
戻す巻胴や巻胴回転駆動部等からなるワイヤ巻取り機構
２０５と、この巻取り機構２０５の延長上に搭載されア
ーム３０２を吊り下げるワイヤ２１０にかかる重力をキ
ャンセルするためのワイヤ２１０の張力を測定する張力
センサ２０６と、ワイヤ２１０のアーム３０２側に接続
されアーム３０２の６自由度の動作とワイヤ２１０の干
渉を防止するジンバル２０７などから構成される。次に
、吊り機構部２０２の詳細について、ワイヤ２１０で重
力をキャンセルする鉛直方向への動作機構と、吊られる
アーム３０２の動作に応じて吊り下げ位置を水平面内で
動作させる動作機構に分けて説明する。

１、鉛直方向の動作機構 無重力模擬機構部２２のポイントである吊り張力調整方
式について説明した後、この実施例で採用した張カ一定
吊り機構部２０１の構成要素技術となる吊り位置とジン
バル２０７、カウンタバランサ２２０、巻取り機構部２
０５、張力センサ２０６について順次に述べる。

（イ）吊り張力調整方式 アーム３０２を吊って無重力を模擬する吊り張力調整方
式としては種々の方式が考えられ、例えば第８図に示さ
れるように、アームを風船で吊る風船式、アームをブー
りとカウンタバランサで吊るカウンタバランス式、バネ
を用いてアームを吊ったワイヤをワイヤ巻胴に巻取り／
繰出しする定荷重バネ式（コンストンバネ）、ワイヤ巻
胴と巻取りモータを用いてアームを吊る巻取り式などが
ある。

このうち巻取り式はワイヤの巻胴、巻胴駆動装置となる
モータ、ワイヤの張力センサより成り、張力センサの出
力をモータにフィードバックして巻取り巻き戻し動作に
より張力を一定に保ち無重力を模擬するものである。こ
の方式は吊り下げ重量の変化に対応しやすく小形、高精
度化が狙える利点があり、本実施例ではこの巻取り方式
を採用している。

第９図には柔軟リンクの鉛直振動成分の対処方法が示さ
れる。［Ａ］のバネ巻取り式は柔軟リンクの固有振動数
より１桁低いコイルバネで振動を吸収する方式であり、
［Ｂ］の巻取り式は巻取り系の帯域を柔軟リンクの固有
振動数より１桁高め、振動に合わせて巻取りを行う方式
である。巻取り式では任意プロフィルのアームの鉛直振
動入力に対しても張カ一定制御でワイヤの巻取り、巻戻
しを行うことにより無重力を模擬できる利点があり、本
実施例ではこの方式を採用している。

（ロ）、吊り位置とジンバル、カウンタバランサアーム
３０３の関節構成を示した第７図を参照するに、アーム
３０３の質量は（θ１＋０２）軸、（θ３＋０４）軸、
（θ５＋０６）軸の３箇所の関節部分に集中している。

アーム３０３の姿勢が変化すると、３箇所の質量の分布
状態が変化する。このアーム３０３をできるだけ少ない
本数のワイヤ２１０で支持できることが望ましい。

方、柔軟なリンクの場合、リンク部分を集中的に吊ると
張力で柔軟なリンクが曲がり、アーム３０３の挙動に吊
りの影響が出てしまう。このため、本実施例では、アー
ムを模式的に示した第１０図において、（θ３＋０４）
卓出、（θ５＋０６）軸の２箇所をワイヤ２１０で吊る
こととする。第１０図中、θ、は回転／屈曲軸を表わし
、このうちＲはロータ、Ｓはステータである。なお（θ
１＋０２）軸は本３０５に支持され、本体支持駆動部２
０２で駆動される。

さらに、両端に質点を持つ１本の柔軟リンクにおける吊
り下げ方式の力学的解析を行うと、リンクの姿勢変化や
曲げ振動があっても、両端を張カ一定で吊ることで近似
的に無重力を模擬できる条件の一例が判明する。この条
件は、両端の質量がリンク質量より十分大きく、リンク
の線密度が十分率さいことである。本実施例のアーム３
０３の構成と吊り方式はこの条件に適合させている。

各々の箇所における重心以外の位置を各々１本ずつワイ
ヤ２１０で吊ると、重心までの距離と重力によりモーメ
ントを生じ、アームの挙動に重力の影響が出てしまう。

これを防ぐため（θ、＋０４）軸、（θ５＋０６）軸の
重心位置を各々１本のワイヤ２１０で吊る。ところが各
々の重心は関節内部にあるので、その１点をワイヤ２１
０で直接量ることはできない。そこで外側から間接的に
支持するため第１１図のジンバル２０７を用いる。この
ジンバル２０７は中心即ち重心からの外側に向かって隣
接するψ２軸とψ。軸、ψア軸とψ８軸が互いに直交し
、その直交交点が吊り下げられる物体の重心と一致する
ように連結部材で連結することにより物体を回転自在に
支持する機構である。このジンバル２０７は、ψ０軸、
ψ２軸に玉軸受を用いて回転自由度に与え、ψ８軸はワ
イヤ自体の埃りの自由度で代用し、構造を簡単化してい
る。

さらに、前述のように関節角が変わっても吊りさげ物体
の重心はジンバル中心の１点に固定する必要がある。例
えば第１０図の（θ３＋０４）軸の重心を固定するには
、Ｓ３、（Ｒ３＋Ｓ４　）、Ｒ４の３部材の重心に、次
の十分条件を要する。

■θ４軸の回転によっても（θ３＋θ４）軸合体の重心
を変えないため、Ｒ４の重心が０４回転軸上にある。

■θ、軸屈曲によっても（θ３＋０４）軸合体の重心を
変えないため（Ｒ，＋３４＋Ｒ３）の合成重心とＳ、の
重心が共に０３屈曲軸と０４回転軸の交点上にある。

■の交点をジンバルで吊る。■、■を実現するため、第
１２図に示されるように回転軸と屈曲軸にカウンタバラ
ンサを設ける。第１２図は（θ３＋θ４）軸についての
例であり、第１２図中、２２０ａは（θ４−０５）間リ
ンクの半分長さ部分２２ＯＡのカウンタバランサ、２２
０ｂは（θ、−０３）間リンクの半分長さ部分２２０Ｂ
のカウンタバランサ、２２０ｃは２２０Ｃのカウンタバ
ランサ、２２０ｅは第４軸のロータＲ４の重心を０４軸
上にとるためのカウンタバランサであり、屈曲軸θ、は
第３軸のロータＲ２とステータＳ３からなり、回転軸θ
４は第４軸のロータＲ４とステータＳ３からなっている
。

アーム先端の（θ５＋０６）軸にも同様にカウンタバラ
ンサを設ける。隣接する２軸の交点は第１２図のように
屈曲軸上にある。これは次の点でも有利である。

■ロータ軸がジンバルの連結部材と共用できるので機構
が簡単になる。

■カウンタバランサとジンバルの干渉が少な（、動作範
囲を大きくとれる。

■制御やシミュレーションソフトで吊り位置が計算しや
すい。

（ハ）ワイヤ巻取り機構部 巻取り機構部２０５はアームの上下動作に応じて、−ワ
イヤを巻胴に多数回巻く必要がある。この場合、単に巻
胴軸を中心として回転駆動するとワイヤが巻胴の一箇所
に重なって山のように巻きつく。ワイヤ間で滑りを生じ
て山が崩れると動作が不連続で不安定となり、ワイヤも
切れやすい。したがってワイヤは互いに接触しないピッ
チで、巻胴上に一層で巻（必要がある。第１３図にはこ
のための巻取り機構が示される。

第１３図は、後述の張力センサ２０６を含む巻取り機構
部２０５の正面図、第１４図はこれをへ方自から見た側
面図、第１５図はこれをＢ方向から見た上面図である。

図中、２３０は減速機付ＤＣモータ、２４０はモータ取
付板、２３１はモタ２３０の回転をボールスプライン２
３２に伝達する軸継手、２４１はボールスプライン２３
２の支持用軸受、２３２はモータ２３０の回軸で巻胴２
３５を回軸させると共に巻胴の回転軸方向に動作自由度
を与えるボールスプライン、２３３はボールスプライン
ナツト、２３４はボールスプライン軸、２３５はワイヤ
２１０を巻取り７巻戻しする巻胴、２３６は軸受取付板
、２３７は巻胴２３６の軸方向の動きを規制する突起付
ガイドローラ、２３８はガイドローラ支持軸、２３９は
ガイドローラ用軸受である。

巻胴２３５にはワイヤ２１０の直径の１．５倍の螺旋状
の溝が設けられる。巻胴２３５の内側にはボールスプラ
イン２３２を取り付け、巻胴２３５をモータ２３０で回
転駆動しつつ巻胴２３５の軸方向に動作自由度を与える
。巻胴２３５の溝に係合する突起部を持つガイドローラ
２３７を巻取り機構部２０５のフレームに固定する。こ
れにより、巻胴２３５は回転しながらその溝に係合する
ガイドローラ２３７に案内されて巻取り７巻戻しに応じ
て軸方向を右／左に動くことになり、したがってワイヤ
２１０の巻取り位置は固定されたままで巻胴２３５の溝
に一層で螺旋状にワイヤを巻き取れる。

（ニ）張力センサと制御装置の構成 ワイヤ２１０にかかる張力を検出する方式としては、例
えば第１６図に示されるような種々の方式がある。すな
わち、モータの電流を検出しモータ出力トルクを算出す
る電流センサ方式（第２図Ａ）、［連撮出力軸にトルク
センサを取り付けるトルクセンサ方式（第２図Ｂ）、ワ
イヤの途中に装置したロードセルで検出するロードセル
方式（第２図Ｃ）、ワイヤガイドのブーり支柱に貼った
歪ゲージで検出する歪ゲージ方式（第２図Ｄ）などであ
る。

本実施例ではこれらのワイヤ張力の検出方式のうちで、
張力を安定に測れる利点のある歪ゲージ方式を用いてい
る。構成としては、巻取り機構部２０５の下部に、第１
３図および第１７図に示されるように、ワイヤ巻取り位
置の鉛直下方に２個のローラ２５０．２５１を設け、そ
れらの間に、それらのローラ２５０．２５］の支持軸の
鉛直線から外れた位置に支持軸を持つ段違いの第３のロ
ーラ２５２を設ける。この段違いローラ２５２を板バネ
２５３で支持し、４枚の歪ゲージ２５４を板バネ２５３
に張り付けて差動出力をとる。

このように構成すると、ワイヤ２１０を段違いローラ２
５２に巻きつけて吊り下げれば、この段違いローラ２５
２により張力の水平方向分力を作り出すことができ、こ
の水平方向分力Ｐは、張力をＴ、ワイヤ２１０が鉛直線
となす角をθとすると、 Ｔ＝Ｐ／２ｓｉｎ　　θ により求まる。段違いローラ２５２を支持する平行板バ
ネ２５３の歪み量は弾性変形範囲内では水平方向分力Ｐ
に比例するため、歪み量を平行板バネ２５３に表裏２枚
ずつ４枚貼り付けた歪みゲージ２５４で検出することに
よって、ワイヤの張力Ｔを検出することができる。

アーム関節部の重力により生じるこの張力センサの出力
を、ワイヤ巻取り機構部２０５の回転駆動用モータ２３
０にフィードバックすれば、張カ一定制御の巻取り７巻
戻し動作が得られる。

ｂ、水平面内の動作機構（吊りアーム）２本のアームの
ワイヤを、吊り位置を射影する水平面内でアームの動作
に応じて２次元に動かす。屈曲軸とこれに隣接する直進
軸を関節構成の一単位としてこれを複数段接続した水平
多関節形の関節構成とする。

具体的には、第１８図に示されるように、１本のアーム
に対応して直進２軸と屈曲軸２軸の４自由度を持つ吊り
アームとする。直進軸ｄよ、のテブル上に次段の屈曲軸
φ２を搭載する。また、直進軸ｄ、とｄ８□のテーブル
に前述の巻取り機構部２０５を搭載する。アームが鉛直
下方に大きく立ち上がった場合、２個のテーブルを互い
に近付けてワイヤ間の距離を小さくし、アームの動作に
追従させる。この吊りアーム２０１全体は後述の本支持
駆動部２０２にφ１軸で接続する。本体支持駆動部２０
２が本３０１を水平面内で直進または回転動作させる時
、吊りアーム全体も同時に水平面内でアームと平行に動
作する。本体支持駆動部２０２がベース３０１を鉛直方
向に動かす時、吊りアーム２０１は動作せず一定の高さ
を保つ。

吊りアーム２０１の屈曲動作には減速機付ＤＣモータを
用い、直進時にはＤＣモータとポールネジ、直進ガイド
を用いる。動作の検出は光学式ロークリエンコーダで行
い、モータをサーボ制御する。

１、本体支持駆動部など 本体支持駆動部２０２は本３０Ｊの位置と姿勢を任意に
とるように動かす装置であり、これ自体で６自由度のロ
ボット機構部（ｄ、、、ｄＢ、、ｄｅｚ、α、β、γ）
とも見なせる。第２１０図に示されるように位置３自由
度についてはｄ　［ｌＸ、ｄｌｌｙ、ｄａ□軸の直交座
標形ロボットとする。

ｄ、Ｙ、ｄ、□軸では両端固定の軸上をテーブルが水平
面内で直進するのに対して、ｄｅｚ軸では固定したテー
ブル中を軸が貫通し鉛直方向に直進する。

姿勢については互いに直交する回転と屈曲の３自由度ａ
、Ｂ、γ軸を直列に並べる。α軸はｄａｙ軸のテーブル
に搭載してｄＢｘ軸全体を回転させる。α軸とｄｅｚ軸
の間に吊りアームのφ１軸を接続する。駆動機構として
は直進動作にはモータとボールネジ、直進ガイドを用い
る。直進３軸共に移動距離が長いのでボールネジ軸回転
では危険速度が低下し、振動、騒音が起きやすい。これ
を防ぐためボールネジはネジ軸を固定しナツト回転で用
いる。回転、屈曲動作には減速機付モータを用いる。特
にα軸ではロボット本体と吊りアームを同期して回転さ
せねばならず大形回転機構となる。ｄｅｚ軸のテーブル
全体を大歯車で囲み、これに減速機付モータの出力を小
歯車で伝達する。これによりαの回転軸をｄＢＸと一致
させ、大形でも単純な機構とする。動作検出は光学式ロ
ータリエンコーダで行い、モータをサーボ制御する。

本体支持駆動部２０２、吊り機構２０１、ロボット本体
３２は大形、大重量となるが、高い位置決め再現性を得
る必要がある。そこで、フレム２０３としては剛性が高
く、作動する全域で安定した精度が得られる門形フレー
ム２０３に直進ガイドを取り付けたものとする。ボール
ネジ軸もこのフレーム２０３に固定し、フレーム２０３
を補強する構造体となる。なお、吊りアーム部２０１と
アーム部３０２は片持梁構成である。その先端をフレー
ム２０３の外に突出させればα、ｄａ□軸の動作領域が
増す。そこで、吊りアーム部２０１とアーム部３０２は
フレームの横桁をくぐって突き出るまで動作可能として
いる。

第２０図には機構部全体の自由度構成が示される。図示
のように無重力模擬機構部２２は、宇宙ロボットの本部
分３０１を支持する６自由度ロボット機構部（ｄ　ａｘ
、　ｄ　ａｙ、　ｄ　ａｚ、α、β、γ）と４組の張カ
一定吊り機構２０１からなる。４本のワイヤ２１０は水
平に伸びた４自由度のアーム２本（［φＲ１、ｄ、Ｒ，
、φＲ２、ｄｓＲ□］［ψＬ１、ｄ、Ｌ、、φＬ２、ｄ
ｓＬ２］）により支持され、ワイヤー本につき２自由度
のロボット機構部が対応する勘定となる。モータによる
駆動部分の自由度数はロボット本体３２が１２、吊り機
構部２０１が１２、本体支持駆動部２０２が６であり、
合計で３０自由度である。

１．１．３．オフラインデータ作成沈 木実施例に基づいたオフラインデータの作成法について
述べる。

多関節構造体数学モデルｌｌ内には第２０図のロボット
本体３２に対応するモデルが構築されている。モデル構
築にあたっては、全体の関節構成、リンクの長さ、各リ
ンクおよび関節の質量、慣性モーメント、重心位置を指
定する必要がある。

運動解析ソフト１２では、定義された数学モデルの関節
角度、関節角速度、慣性系から見た吊り位置の３次元座
標値およびその速度等の時系列が計算される。第２１図
にはこの運動解析ソフトへの入出力が示される。図示の
ように、入力は、多関節構造体数学モデルとして、■全
体の関節構成、■各リンクの長さ、■各リンクおよび関
節の質量、慣性モーメント、■各リンクおよび関節の重
心位置が、また多関節構造体初期値として、■本重心位
置および姿勢角の初期値、■本重心位置の微分および姿
勢角の微分の初期値、■各関節角およびその微分の初期
値、■各関節トルクの時系列である。また出力時系列は
、■本重心位置、姿勢角およびそれらの微分の時系列、
■各関節角およびその微分の時系列、■多関節構造体セ
ンサポイントの座標値およびその微分の時系列である。

シミュレーション表示ソフト１３では、それらの出力結
果をグラフ表示し、最大値および最小値を求めて計算値
が有効範囲にあるか否かのチエツクを自動的に行い、有
効範囲を飛び出すような計算値に対してはそれをワーニ
ングの形で利用者に知らせるようにしている。

無重力模擬装置用データ変換ソフト１４では、運動解析
ソフト１２が算出する多関節構造体３の本３０１の重心
の位置と姿勢の時系列を無重力模擬装置２の６自由度ロ
ボット機構部（ｄａｘ、ｄＲｙ、ｄＢ□、α、β、γ）
の時系列に変換し、また、４本のワイヤ２１゛０に対す
る吊り位置と速度の３次元時系列を２本の吊りアーム（
［φ８１、ｄｓ＋ｚ　　　φ６□、ｄ９Ｒ□］、〔φＬ
１、ｄ　！ＩＬＩφＬ２、ＤｓＬ２］）の各関節角度と
角速度の時系列に変換する。２本の吊りアームに対する
関節角データは、多関節構造体３の動きに追従して常に
ワイヤ２１０が鉛直を保つように作成される。具体的に
は、吊り機構２０１の４つの吊り下げポイント（ＴＲ１
，ＴＲ□、Ｔ　Ｒ１、ＴＲ４）がそれぞれの吊り位置（
θＲ３、θＲ５、θＬ３、θＬＳ）の鉛直線上に来るよ
うに逆キネマテツクスを解く。

１．１．４オフラインデータに基づく協調制御動作第２
２図は第２図から特に制御系を中心に切り出して図示し
たものである。図示のように各制御部２１．３１は通信
制御、コマンド解釈・選択、サーボ制御の機能を持ち、
ＰＩＯ（パラレル入出力）等の通信により同期制御され
る。

上述のオフラインデータ作成力に基づき作成された多関
節構造体３および無重力模擬装置２の各関節角データ時
系列は、−旦、第２２図の制御部３１．２１のメモリ上
に蓄えられる。二つの制御部３１．２１は、互いにＰＩ
Ｏ等の通信を通じてタイミングを取りながら蓄えられた
データを目標値とするサーボ追従制御をそれぞれの機構
部３２．２２に対して行う。各機構部３２．２２は制御
部３１．２１の制御下に協調動作して吊りワイヤ２１０
を鉛直に保つよう動作する。第２２図かられかる通り、
本方式は運動解析ソフト】２と無重力模擬装置用データ
変換ソフト】４が算出するデータを目標値として、吊り
ワイヤをフィードフォワード的に鉛直保持するサーボ機
構といえる。

また張カ一定吊り機構部２０１のワイヤ巻取り機構２０
５は、後に詳しく述べるように、ワイヤ３０２の重力を
キャンセルして模擬的な無重力状態を実現するよう、ワ
イヤ２１０を巻取り７巻戻ししてワイヤ２１０にかかる
張力を常に一定に保持する。

１、２．オフライン無重力模擬実験システム■本方式は
、張カ一定吊り方式とロボットによる支持駆動とを用い
たオフライン無重力実験システムにおいて、角度検出セ
ンサによるフィードバックループを設けることにより吊
りアームの追従性を改良したものである。

前述のオフライン無重力模擬実験システムＩはあらかじ
めソフトウェアシミュレータ１が作成したデータに添っ
て多関節構造体３．２自由度ロボット機構部２０４．６
自由度ロボット機構部２０８をサーボ制御する方式であ
る。この方式ではサーボ制御するための目標軌道がソフ
トウェアシミュレータ上に構築されたソフトウェアモデ
ルに準拠して作成されているため、モデルが不正確であ
るとワイヤ２１０の傾き等を招き、完全な重力補償を損
なう場合がある。ここで提案する方式は、これを補償す
るために角度検出センサを各ワイヤ２１０を支える根本
部分に取り付け、このセンサが検出するワイヤ２１０の
傾きをワイヤ２１０を吊っている２自由度ロボット機構
２０４にフィードバックさせて局部的な位置制御を行い
、ワイヤ２１０の鉛直保持性を向上させるものである。

１．２．１．全体構成 第２３図にはオフライン無重力模擬実験システムＨの処
理概要が示される。前述のシステム■との相違は、無重
力模擬制御部２１に角度検出センサを設けてローカルな
フィードバック制御を挿入している点である。

１．２．２．要素部品 このオフライン無重力模擬実験システム■で新たに用い
る要素部品について説明する。

ａ、角度検出センサ 吊りワイヤ２１０の傾きを検出する角度検出センサとし
て、光学式角度検出センサと分力検出センサの二つの例
について説明する。

１、光学式角度検出センサ 第２４図は光学式角度検出センサの原理を説明したもの
である。図示のように、アーム３０２を回転自在に保持
するジンバル２０７をワイヤ２ＪＯで吊り、ジンバル２
０７上にはジンバルの回転がワイヤ２１０に伝わらない
ように玉軸受を設ける。ジンバル２０７を吊るワイヤ２
１０の取付は位置にはできるだけその位置に接近させて
ＬＥＤ等の発光体３３１を配置する。ワイヤ２１０の吊
りアーム側取付は位置には発光体３３］の位置を検出す
るための２次元受光体３３２、例えばＣＣＤ、ＰＳＤ　
（位置検出デバイス）、あるいはカメラ等を配置する。

いま、ワイヤ２１０が鉛直に吊られている状態において
、受光体３３２により２次元画面として検出された発光
体３３１の位置（δｘｏ、δ、。）を２次元画面のＸＹ
座標の原点とする。ワイヤ２１０が鉛直方向から傾いた
時に受光体３３２で検出された２次元画面中における発
光体３３１の位置を（δ８、δｙ）とすれば、ワイヤ２
］０の鉛直線からのずれ、すなわち鉛直線となす角△０
は、 △θ：＝ｓｉｎ−’（δ／ｈ）＃δ／ｈδ＝ｆ７丁弓−
璽７ で求められる。なお、上式中のｈはワイヤ２１０の長さ
である。

■１分力検出センサ 吊りワイヤの傾きを水平方向分力により検出する分力検
出センサの原理が第２５図に、より具体的な構成例が第
２６図に示されている。図示のように、この分力検出セ
ンサ３４０は張力センサ機構２０６の下部に取り付けら
れており、ワイヤ２１０が貫通ずる玉軸受部３４２と、
この玉軸受部３４２の水平面内における偏位を検出する
６自由度カセンサ（２自由度カセンサであってもよい）
３４１と、分力検出センサを囲むカバー３４３となどで
構成されている。なお６自由度カセンサ３４■は張力セ
ンサ機構２０６のベースに固定されている。

このような構成にすると、ワイヤ２１０が鉛直方向から
傾いた場合には、このワイヤ２１０が玉軸受部３４２を
水平方向に偏位させ、その偏位の大きさが６自由度カセ
ンサ３４１により検出され、これによりワイヤ２１０の
鉛直線からの傾き△θを測ることができる。例えば力セ
ンサ３４１で検出された水平分力をＴｃとすると、傾き
△θは △θ＝　ｓ　ｉ　ｎ−’　　（Ｔｃ　　／Ｔ）Ｔ。＝５
〒−■］璽−７１ で求まる。ここでＴはワイヤ２１０にかかる張力、Ｔ　
ｃｘおよびＴ　ｃｙは、水平面における分力ＴＣのＸ方
向およびｙ方向の成分である。

このような分力検出センサ３４０でワイヤ２１Ｏの傾き
△θを検出する場合には、ジンバル２０７の回転やワイ
ヤ２１０のねじれに影響されることなく正確な測定がで
きる。

１．２．３．制御動作 オンライン無重力模擬実験システム■の基本的な制ｉ卸
動作はオフライン無重力実験システムｆと同じであるが
、相違点として、ワイヤ２１０に傾き△θが生じた場合
に、その傾き△θを角度検出センサで検出し、これを２
自由度ロボット機構２０４にフィードバックさせ、ワイ
ヤ２１０が元の垂直方向に戻るようにワイヤ吊り下げ位
置の制御を行っている。

１．３．オンライン無重力模擬実験システム■本方式は
、張カ一定吊り方式、角度センサによる吊り方向鉛直保
持方式、およびロボットによる支持駆動とを折衷的に用
いたものである。

１．３．１．全体構成 第２７図にはオンライン無重力模擬実験システム■の処
理概要が示される。

本方式は、ソフトウェアシミュレーション部とハードウ
ェアシミュレーション部を切り離し、前述の角度検出セ
ンサおよび多関節構造体のベースに及ぶ力とモーメント
を検出する６自由度カセンサが検出する値を使って無重
力模擬装置２の各関節角をリアルタイムに補正するフィ
ードバック制御片系に特徴がある。

すなわち無重力模擬制御部２６に吊りワイヤ２１０の角
度検出センサと、多関節構造体ベース３０１に働く反作
用（力とモーメント）を検出する６自由度カセンサを有
し、多関節構造体制御部３６に、多関節構造体コントロ
ール用ジョイステック３５が接続されている。

１．３．２．要素部品 ａ、ロポッＬ・ベースの反作用検出機構第２８図には多
関節構造体３の関節の駆動に伴ってそのベース３０１に
働く反作用を検出する反作用検出機構が示される。図示
するように、左右２本のアーム３０２のベースへの付は
根に６自由度カセンサ３５１をそれぞれ取り付け、この
６自由度カセンサ３５１をカバー３５２で囲っテする。

この６自由度カセンサ３５１によりベース３０１に働く
反作用（力とモーメント）を検出することができる。

１．３．３．制御動作 本方式の基本的な処理の流れを第２７図に基づいて説明
する。

第２図に示したシステムＩではオフラインで予め用意さ
れていたデータに基づいて全体系を駆動させるが、本シ
ステムではジョーｒステック３５を使ってリアルタイム
に多関節構造体３を駆動させることが可能である。多関
節構造体制御部３６はジョイステック３５からの指令値
を目標値としたサーボ機構をなしており、多関節構造体
機構部３２を遠隔的に操作することが可能である。

多関節構造体３は関節の駆動に伴ってそのベース３０１
に反作用（力とモーメント）を受け、また吊りワイヤ２
１０は鉛直線からずれを生じる。

無重力模擬制御部２６はこの反作用を６自由度力センサ
３５１で検出し、この値を力学計算部において６自由度
ロボット機構部［ｄＢｘ、ｄＲＹ、ｄ　Ｑｚ、α、β、
γ］（第２０図参！！ａ、）（７）各関節角に対する次
ステツプ指令値に変換する。６自由度ロボット機構部Ｃ
ｄ　ＲＸ、　ｄ　ｎｙ、　ｄ　ａｚ、α、β、γコは、
算出された次ステツプ指令値を目標値としてサーボ駆動
を次々に繰り返していく。

第２９図には上記のカセンザ３５１の検出値を用いて宇
宙ロボット３のベース３０１に無重力空間での運動と同
じ動きをさせるためのアルゴリズムが示される。図示の
ように、左、右６自由度力センサ３５１の出力値Ｃ力及
びモーメント）を検出しくステップＳ１）、宇宙ロボッ
トのベース３０１に対するニュートン方程式、オイラ一
方程式から、次ステツプのベース重心位置と姿勢角の時
間微分を算出しくステップＳ２）、６自由度ロボット（
ｄ−、ｄ　ｅＹ、　ｄ　Ｂｚ、α、β、γ）に対する速
度成分を算出しくステップＳ３）、６自由度ロボット機
構部のサーボ駆動を行い（ステップＳ４）、この処理を
繰り返す。

同桶に吊りワイヤの鉛直線からのずれは無重力模擬制御
部２５の角度検出センサにより検出され、このずれを常
にゼロに補正するように吊りアーム（２自由度ロボット
機構）２ｏ４がサーボ駆動される。

以上のような制御方式により、多関節構造体３２のベー
ス３０１は常に反作用の影響を取り入れた挙動を行い、
吊りアーム２０４はワイヤ２１０が常に鉛直を保つよう
に多関節構造体３に追従して動いていく。この制御系は
、無重力模擬制御部２６の力学計算に要する時間および
サーボ駆動のサンプリングタイムより長いタイムスケー
ルにおいてリアルタイム性を有する。

このオンライン無重力模擬実験システム■ではハードウ
ェアによる無重力模擬実験をソフトウェア的に表示する
ことも可能となっている。即ち、多関節構造体３の初期
値と駆動指令値をジョイステック３５を通して直接にリ
アルタイムソフトウェアシミュレータＩＯの運動解析ソ
フト］２に送る。運動解析ソフト１２では、受は取った
値を運動方程式に代入し、ステップ毎にシミュレション
表示ソフト１３に表示させる。この方式では、運動解析
部工２と表示部１３における基本ステップ間隔より長い
タイムスケールの運動に対してはリアルタイムの応答が
可能である。

以上のように、本システム構成ではジョイスチック３５
の指令値に基づいてハードウェアと・２フトウエアによ
る双方の挙動をリアルタイムに遊認していくことが可能
である。

１．４オンライン無重力模凝実験システム■本方式は、
張カ一定吊り方式と角度センサによる吊り方向鉛直保持
方式のみを用いたものでよる。

１、Ｌｌ、全体構成 第３０図には本方式による処理概要が示される。

本方式の特徴は、上述のオンライン無重力模槻実験シス
テム■の無重力模擬機構部２２において、多関節構造体
３のベース３０１を支持してし）た６自由度ロボット機
構部の代わりにベース３０１の重心を吊る張カ一定吊り
機構部を新たに設け、第３１図に示されるように多関節
構造体全体をワイヤ２１１で吊り下げるところにある。

従って、本方式の無重力模擬制御部２７には角度検出セ
ンサが、機構部２２には６自由度ロボット機構部に代わ
ってベースの重心を吊る張カ一定吊り機構部が加わって
いる。吊る位置をベースの重心線上に取る理論的根拠は
次項において詳述する。

１．４．２．制御動作 本方式では、多関節構造体全体を張カ一定の複数本のワ
イヤ２１０．２１１で吊り、かつ各吊りアームが角度検
出センサの検出する値を見て常に１ツイヤを鉛直に保持
制御するので多関節構造体３の任意の動きに対して重力
の影響がキャンセルされる。

２、吊り方式 本無重力模擬実験システムにおける重要な要素技術の一
つである吊り機構の吊り位置と張力値を決める爪木的な
方式を以下に述べる。いずれの方法も姿勢に依らない一
定の張力値によって多関節構造体に掛かる重力の影響を
トータルにキャンセルできるのが特徴である。

２．１８重心鉛直線上吊り方式 本方式は張カ一定吊り方式において吊り位置を重心鉛直
線上に取るものである。すなわち本方式は対象である多
関節構造体３をリンク毎に分解し、各々のリンクの重心
を通る鉛直線上を吊る方法である。張力値は各リンクの
重量に取る。本方式ではワイヤの本数は分解したリンク
数に等しくなる。よって６自由度ロボット機構を使って
多関節構造体３のベース３０１を支持する場合は当然ワ
イヤの本数は少なくなる。

第３２図は本方式の原理を示したものである。

第３２図において、各リンクは完全剛体とし、また各吊
り位置Ｐ１．’Ｐ２、Ｐ３には第１１図に示すようなジ
ンバル機構が連結されているものとする。単体吊りの場
合、単体の重心鉛直線上を吊る。張力Ｔは単体の重力に
等しい。また、多関節構造体の吊りの場合、各単体の重
心鉛直線上を吊る。各張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は各単体の
重力にそれぞれ等しい。

第３２図かられかる通り、各コンポーネントはその重心
を通る鉛直線上を吊られているため、張力値ＴＩ、Ｔ２
、Ｔ３は姿勢に依らず常に一定となる。重力の影響が各
コンポーネント毎にキャンセルされ、従って組み上がっ
た多関節構造体全体においても重力の影響は存在しない
。

２、静力学的釣合い方式 本方式は対象である多関節構造体に対して静力学的な釣
合いの方程式を立てて吊り位置と張力値を求める方法で
ある。

第３３図に示すようなシリアルな機構を例に取って本方
式の原理を説明する。アーム３０３の吊り位置ＰＩ、Ｐ
２は各関節の屈曲軸とし、さらにハンド３０４単体も１
本のワイヤで吊る。吊りには前述同様ジンバルを用いる
。各リンクの重心位置は図示のように一直線上にならび
得るとする。このとき、静力学的釣り合いの式は以下の
ようになる。

ここでＴ。は左側の固定ボデーを通して支持される張力
、Ｔ、、Ｔ２．Ｔ、は各吊りワイヤの掛かる張力であり
、！１〜！２６ である。

上式（５−１）より、張力Ｔ。

の値は以下のように求まる。

は重心点からの距離 Ｔ。

（５−１）の釣り合いの式は、第３３図に示す以外の任
意の姿勢で成り立つ。従って、（５−２）の各張力値は
対象の姿勢に依らず一定である。

２．３．折衷方式 本方式は張カ一定吊り方式における前述の重心鉛直線上
吊り方式と静力学的釣合い方式を折衷したものであり、
釣りワイヤの本数をできるだけ減らす方法である。

今、第３３図の全体系を張力Ｔ、、Ｔ２の２本のワイヤ
で支持することを考える。そのためには、今まで張力Ｔ
３のワイヤが支えていたハンド部分をｒ、、’ｒ２のワ
イヤで支えなければならないが、リンクＣＤの重心位置
が吊り位置Ｃの右側にずれているため、Ｔ３のワイヤを
はずすとリンクＣＤは重力のために垂れ下がってしまう
。これを避けるため、第３４図に示されるように、リン
クＣＤの重力Ｗ３を補償するようなカウンタバランザを
取り付ける。

この場合の静力学的釣合いの式は以下のようになる。

上式（６−１１より、張力Ｔ。、Ｔ、、Ｔ２の値を求め
ると、 前述と同様に、この場合も式（６−２）の各張力値は対
象の姿勢に依らず常に一定であり、この一定張力で吊る
ことにより無重力状態なＪｕ！することができる。

３、吊りアームの制御 ３．１．吊り方向鉛直保持方式のアルゴリズム前述の角
度検出セン−サを使って求めた吊りワイヤの鉛直線から
のずれは、第３５図に示されるようなアルゴリズムによ
り、吊りアームの位置制御にフィードバックされる。す
なわち、角度検出センサ３３０．３４０のセンサ出力値
（δ８δｙ）、（Ｔ−５Ｔ　ａｙ）を求め（ステップ５
１１）、このセンサ出力に基づき吊りアームに関する逆
キネマテイクスを使い吊りアームの目標関節角の算出し
くステップ５１２）　　吊りアームのサーボ駆動を行い
（ステップ５１３）、この処理を繰り返す。吊りアーム
のサーボ駆動に従い変化する巻取りモータのエンコーダ
出力値からワイヤの長さを検出しくステップ５１４）、
これを次サイクルにおける吊りアームの目標関節角の算
出の際に用いる。

３．２、巻取り機構部による張カ一定制御張カセンサ２
０６を用いて吊りワイヤ２１０に掛かる張力を検出し、
この張力が一定張力となるように巻取り機構部２０５の
巻取りモータ２３０を制御する際のモータ制御方式につ
いて以下に述べる。

３．２．１．　ｌ−ルク制御方式Ｉ このトルク制御方式ｒは張力センサ２０６の検出出力に
基づいて巻取りモータ２３０をトルク制御し、吊りワイ
ヤ２１０に掛かる張力を一定にして無重力環境を模擬す
る方式である。

ａ、全体構成 第３６図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。図示のように、用重力を模擬すべ
き対象物とワイヤで結ばれていイ無重力模擬装置の機構
部２２と、この機構部を湘１卸する制御部２１とからな
るシステム構成とな１ている。

ここで本トルク制御方式Ｉに係わる無重力模瓜。

機構部２２の構成部分としては前述の第１３図で説明し
た巻取り機構部２０５と張力センサ２０６であり、第３
６図中には無重力を模擬すべき対象物をワイヤによって
巻上げ７巻下げする巻取り携構部２０５の巻取りモータ
２３０と、その吊りワイヤ２１０の張力を検出する張力
センサ２０６７＞！示されている。一方、無重力模擬制
御部２Ｉは、前述の第２項の各吊り方式により決定され
る無重力環境を実現するための張力値を張力指令値とし
て生成する制御ソフト２６１と、張力センサ２０６で検
出された張力と制御ソフト２６１の張力指令値に基づい
て巻取りモータ２３０に対してトルク指令値を出力する
制御部回路２６０からなる。

ｂ、各要素の構成 巻取り機構部２０５および張力センサ２０６の具体的構
成は第１３図により説明したものと同じである。

Ｃ１無重力模擬のための巻取り機構部２０５の制？卸方
法 先に述べた通り、物体に働く重力を補償して無重力を模
擬するためには、物体を常に重力と等しい張力でワイヤ
２１０により鉛直上向きに引っ張り上げればよい。そこ
で、制御ソフト６１ば物体に働く重力をキャンセルして
無重力環境を実現するためにワイヤ２１０に掛けるべき
張力値を張力指令値として制御回路２６０に出力する。

この張力指令値は前述の第２項の吊り方式で述べた理論
に基づき決定できる。

ワイヤ２１０に掛かる張力は物体の動きや物体に作用す
る外力によって変動する。この張力値は張力センサ２０
６により計測され、その計測された張力値は制御部ソフ
ト２６１からの張力指令値と共に制御回路２６０に入力
される。

制御部回路２６０では、理論上求まる張力指令値とワイ
ヤに実際に掛かっている張力値との差を比較部で求め、
この差をすばやく減少させることができる巻取りモータ
２３０のトルク値を演算し、これをトルク指令値として
巻取りモータ２３０に出力する。

トルク指令値を受は取った巻取りモータ２３０はワイヤ
の張力変動を打ち消すように巻胴２３５によりワイヤ２
１０を巻取り７巻戻しする。

以上により物体を吊るワイヤ２１０の張力は、物体に働
く重力を目標値として一定に保たれ、それにより物体の
模擬的な無重力環境を実現する。

３．２．２．　トルク制御方式■ このトルク制御方式■は、巻取りモータ等が持つ静止摩
擦の影響を除去したうえで、張力センサを用いて巻取り
モータをトルク制御し、吊りワイヤに掛かる張力を一定
張力にして無重力環境を模擬する方式である。

巻取り機構部（巻取りモータ、巻胴なと）や張力センサ
なとは一般に静止摩擦を持っており、巻取り機構部を速
度ゼロから急に回転させようとする時にはこの静止摩擦
によりワイヤの巻取り７巻戻し動作が滑らかでな（なる
。この結果、張カー定制御が不安定となり、無重力環境
の模擬も正確でなくなる。本トルク制御方式■はかがる
静止摩擦の影響を除去し、張カ一定制御の応答性を改善
したものである。

ａ、全体構成 第３７図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。本トルク制御方式ＴＩでは、前述
のトルク制御方式Ｉの構成に加えて、張力センサ２０６
からの検出張力値を制御ソフト２６２にも入力し、制御
ソフト２６２はこの検出された張力値に基づいて制御回
路２６０への張力指令値を変えることができるようにな
っている。

ｂ、制御方法 物体（宇宙ロボット）の動きに対応して巻取り機構部２
０５を起動させる際に静止摩擦力が生じていた場合には
、ワイヤに掛かる張力は一定張力値から静止摩擦力の影
響分だけ変化する。そこでワイヤに実際に掛かっている
張力値を張力センサ２０６で検出して制御ソフト２６２
に取り込む。

制御ソフｌ−２６２ではこの実際の張力値を、自己が持
つ張力指令値と比較する。この比較の結果、張力値〉張
力指令値、あるいは張力値く張力指令値の場合には静止
摩擦力の影響が生じたと判断することができ、この静止
摩擦の影響を除去するように張力指令値を変化させる。

つまり、いま物体の重力をキャンセルするものとして理
論的に求まる張力指令値を基準張力指令値とすると、張
力値〉基準張力指令値の場合には、制御回路２６０に与
える張力指令値をあるオフセット値だけ小さくする。こ
のオフセット値は、巻取り機構部等の起動時に生じる予
め測定済の静止摩擦力に基づき決まる値である。また張
力値〈基準張力指令値の場合には、制御回路２６０に与
える張力指令値をオフセット個分だけ大きくする。

このようにして、オフセット付きの張力指令値を制御回
路２６０に入力することによって、制御回路２６０にお
ける比較部の出力（張力値と張力指令値の差）は静止摩
擦方弁だけ大きさが変わり、これにより静止摩擦力の影
響を除去する作用を実現できる。

具体的には、後に説明する制御回路においては、重力と
張力が釣り合った時の張力値を零点に設定しているため
、この制御回路では張力値が正の時には負の静止摩擦力
が張力指令値であり、張力値が負の値なら正の静止摩擦
力が張力指令値となる。

３．２．３．　トルク制御方式■ 本トルク制御方式■は、巻取りモータ等の静止摩擦の影
響の他に動摩擦の影響も除去したうえで、張力センサを
用いて巻取りモータをトルク制御し、吊りワイヤに掛か
る張力を一定にして無重力環境を模擬する方式である。

巻取り機構部（巻取りモータ、巻胴なと）や張力センサ
なとは、前述の静止摩擦の他に、機構動作中に発生する
動摩擦も持っでいる。本トルク制御方式■は、前述のト
ルク制御方式Ｈによる静止摩擦の影響の除去に加えて、
この動摩擦の影響も除去するようにしたものである。

ａ、全体構成 第３８図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。本トルク制御方式■では、前述の
トルク制御方式Ｈの構成に加えて、巻取りモータ２３０
の回転速度が制御ソフト２６３に入力されており、制御
ソフト２６３は張力センサ２０６からの張力値と巻取り
モータ２３０からの回転数とに基づいて張力指令値を変
えることができるようになっている。

ｂ、制御方法 巻取り機構部２０５で巻取り７巻戻しを行っている時に
は、巻取りモータ２３０の回転速度値が制御ソフト２６
３に取り込まれる。制御ソフト２６３では前述のトルク
制御方式■で説明した基準張力指令値に加算／減算する
オフセット値をこの回転速度に応じて変化させる機能を
有している。

一般に動摩擦力は速度に比例するものである。

そこで予め実験によって、回転速度とその回転速度で生
じる動摩擦力の関係を決める比例定数を求めておく。回
転速度が零の場合はトルク制御方式Ｈのように張力指令
値に静止摩擦方弁のオフセットを与えるが、回転速度が
零でない場合には、回転速度に前述の比例定数を乗じて
動摩擦力を算出し、これを張力指令値のオフセット量と
する。この場合、回転が巻下げ（巻戻し）の時は張力指
令値（＝動摩擦力）は負の値、回転が巻上げ（巻取り）
の時は正の値となる。

これによって制御回路２６０における比較部の出ツノ（
張力値と張力指令値の差）は動摩擦方弁だけ大きさが変
化し、前述したトルク制御方式Ｈの作用と合わせて摩擦
力の影響を除去する作用を実現できるものである。

３、２．４．速度制御方式 本速度制御方式は張力センサの検出張力と対象物体の質
量から物体の速度を計算してその値によって巻取りモー
タを速度制御し、ワイヤに掛かる張力を一定に制御卸し
て無重力環境を模擬する方式である。

ａ、全体構成 第３９図には本速度制御方式を実現するためのシステム
構成が示される。前述のトルク制御方式路Ｉ、■、■と
相違する点として、無重力模擬制御部２１が制御ソフト
２６４のみからなり、この制御ソフト２６４は張力セン
サ２６４から張力値を得て、巻取りモータ２３０に速度
指令を出力するように構成されている。

ｂ、制御方法 この速度制御方式の特徴は、物体に加わる外力Ｆから直
接に物体の無重力環境下での動きを計算し、巻取りモー
タに速度指令を行うところにある。

すなわぢ、張力センサ２０６の出力の変動分から物体に
働く外力Ｆを検出し、予め測定しておいた物体の質量ｍ
を用いて制御ソフト２６４において次式を用いて、物体
が無重力環境を模擬するために持つべき速度■を逐次計
算する。

式中、△ｔはサンプリングタイム、■ｏは初速度である
。この式により計算された速度Ｖを巻取りモータ２３０
への速度指令として出力する。これによって巻取りモー
タ２３０や巻胴、張力センサ２０６などの摩擦の影響を
除去しつつ無重力模擬を実現できる。

２、制ｉ卸回路の具体的構成 前述のトルク制御方式Ｉ、■、■で用いた制御回路２６
０の具体的構成について述べる。

第４０図にはこの制御回路２６０の構成例が示される。

図示のように、この制御回路２６０は巻取りモータ２３
０と張力センサ２０６と共に閉ループを構成して、張力
指令地を目標地とする定（直利ｉ卸（レギュレータ）を
行うものである。

この構成例においては、張力センサ２０６は物体の重力
とワイヤに掛かる目標張力とが釣り合った状態の時に零
値を張力値として制御回路２６０に与えるよう、張力セ
ンサ増幅器内で零点調整がされている。したがって張力
センサ２０６からの出力値は零からの変動値（すなわり
目標張力からの変動幅）となる。これに対応して制御ソ
フト２６１．２６２．２６３からの張力指令値は摩擦等
の補償を行う場合には零からの変動値となっている。

第４０図に示されるように、制御回路２６０は比較部２
７０、オブザーバ２７１、フィードバックゲイン調整部
２７２、積分器２７３．２７４等を含み構成される。比
較部２７０は張力センサ２０６で検出された張力値と制
御ソフトからの張力指令値を比較してその差分である張
力変動値を出力する。オブザーバ２７１は巻取りモータ
２３０や張力センサ２０６の伝達関数に基づき設計され
て、重要な状態変数である巻取りモータ２３０の加速度
を上記の張力変動値とフィードバックされたトルク指令
値から推定する。

フィードバックゲイン調整部２７２は、オブザーバ２７
１から張力変動値と推定された加速度が、また積分器２
７３からトルク指令値がフィードバックされて入力され
ており、これらの値に基づきトルク指令値、モータ加速
度、張力変動値のフィードバックゲインを調整し、現代
制御理論を用いて系全体の応答性や安定性を調整するこ
とができるよう構成される。

積分器２７３はフィードバックゲイン調整部２７２の出
力信号が入力され、その定常偏差を解消してトルク指令
値を出力するものであり、積分器２７４は積分器２７４
のトルク指令値が入力され、これから制御対象がもとも
と持つ微分要素をキャンセルして巻取りモータ２３０に
与えるものである。

４、シミュレーション計算システム 以上に説明した無重力模擬実験システムでは複数のワイ
ヤで宇宙ロボットのアームを常に一定の張力で吊って重
力をキャンセルしており、それにより無重力状態を模擬
している。

宇宙ロボットのベース部がどのように動作するかはアー
ムの動作の反作用を考慮しなければならず、これを考慮
しつつ計算によってベース部の動作データを生成する必
要がある。またアームを吊るワイヤは、常に鉛直方向に
向く必要があるため、吊りアーム部はアームの動きに追
従して動く必要がある。

これらアーム、ベース部、吊りアーム部などの動作デー
タの計算量は非常に多い。またこのような宇宙ロボット
はベース部、アーム、吊りアーム部等を動かすモータの
数が多いため、それらを制御するための計算量も非常に
多い。このため、これらの計算を効率的に行えるシミュ
レーション計算機システムが必要となる。

４．１、システム構成■ システム構成Ｉは高機能計算機と複数の制御用計算機を
用いてシステムを構成したものであり、前述のオフライ
ン方式の無重力模擬実験システムに適用されるものであ
る。

このシステム構成■が第４１図に示される。図中、４１
はワークステーションなどの高機能計算機であり、第２
図におけるシミュレーションデータ作成部に相当する。

４２．４３はリアルタイム処理に適したパーソナルコン
ピュータなどの制御用計算機であり、高機能計算機４１
とＲ５−２３２Ｃを用いてデータの授受を行うと共に、
制御用計算（幾４２．４３相亙間はＰＩＯ（パラレル入
出力）チャネルで接続されていて同期通信を行うことが
可能になっている。

制御用計算機４２は宇宙ロボットの左右のアームのサー
ボ機構および無重力模擬装置の左右の吊りアーム部のサ
ーボ機構を制御するようになっている。また制御用計算
機４３は宇宙ロボットのベースを支持する無重力模擬装
置の本体支持駆動部２０２のサーボ機構および張カ一定
制御を行う張力機構の制御部を制御するようになってい
る。

このシステム動作が以下に説明される。まず、高機能計
算機は宇宙ロボットのモデル作成、運動解析、ロボット
が実際に動作できるデータと、これらのデータをもとに
吊りアーム部の動作データとを作成するものであり、前
述（１，］、３．）オフラインデータ作成法で説明した
シミュレションデータ作成部に相当する処理を行う。こ
の高機能計算機４１により宇宙ロボットと無重力模擬装
置に関する全ての動作データが生成されることになる。

これらの動作データはＲ３−２３２Ｃを用いて各制御用
計算機４２．４３に送信される。各制御用計算機４２．
４３は受信したデータをロボットの各関節のサーボ制御
ボードの指示値に変換する処理を行って、各サーボ制御
ボードに送り、ロボットを動作させるが、この際、パラ
レル入出力チャネルを介して制御用計算機４２．４３間
で同期を取り、ベース部、アーム、吊りアーム部が強調
的に動作するように制御を行う。また制御用計算機４３
は張力機構の制御を独立的に行う。

４．２．システム構成■ システム構成■は複数の制御用計算機を用いたものであ
る。

このシステム構成■が第４２図に示される。図中、４４
．４５．４６はいずれも制御用計算機であり、この構成
では３台の制御用計算機４４〜４６がロボットの制御と
各部分の動作データの作成を分担して行い、データ作成
に伴う負荷の分散を図っている。ここで左アーム用制御
計算機４４は左アーム用サーボ機構と左吊りアームサー
ボ機構の制御を行い、右アーム用制御用計算機４６は右
アームのサーボ機構と右吊りアームのサーボ機構の制御
を行い、本体用制御用計算機は本体部サーボ機構と張力
制御部の制御を行うようになっている。

本体用制御用計算機４５とアーム用制御用計算機４４．
４６間はＲ３−２３２Ｃでデータ授受が可能な共に、パ
ラレル入出力チャネルで同期通信が行えるようになって
いる。

このシステム■の動作を以下に説明する。

まず、宇宙ロボットのベース部に関する制御系を受は持
つ計算機が宇宙ロボットのモデル作成、運動解析を行い
、ベース部の動作を決定する。このベース部の動作が決
定されないと、吊りアーム関係の動作は決定することが
できないので、ア−ム用制御用計算機４４．４６はベー
ス相開ｉ卸用計算機４５によるベース部動作決定を待つ
。

ペース部の動作が決定されると、そのデータはＲ３−２
３２Ｃを用いてアーム用制御用計算機４４．４６に送信
される。アーム用制御用計算機は受信したベース部動作
データに基づきアームと吊りアーム部に関する動作デー
タの生成を行う。

アーム相開（即用計算機４４．４６におけるアム関係の
動作データ生成が終了すると、各制御用計算機４４〜４
６はパラレル入出力チャネルを介して互いに同期をとり
ながら、宇宙ロボツ１〜と無重力模擬装置を動作させる
。この際、各計算機４４〜４６は各動作データをサーボ
機構部への指示値に変換する処理を行う。

以上に説明した無重力模擬実験システムは多関節構造体
が無重力の宇宙空間で示す挙動を地上で模擬するための
ものであったが、勿論これに限らず、張カ一定吊り機構
の張力値を適当に選べば、例えば月面などの弱電力環境
で多関節構造体が示す挙動を模擬することもできる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によれば、無重力模擬実
験装置において必要とされる非常に多量の計算が効率的
に行われるようになり、少ない計算機資源で無重力模擬
実験装置を構成できるようになり、また実験に要する時
間も短縮できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図、 第２図はオフライン方式無重力模擬実験システムＩの処
理概要を説明する図、 第３図は第２図システムのハードウェア概念を説明する
図、 第４図は第２図システムの具体的なハードウェア構成の
斜視図、 第５図は第４図装置の上面図、 第６図は第４図装置の側面図、 第７図はアームの関節構成を説明する図、第８図は各種
の吊り張力調整方式の説明図、第９図はリンクの鉛直振
動成分の対処方法を説明する説明図、 第１０図はアームの模式構成を示す図、第１１図はジン
バルの構成を示す図、 第１２図はカウンタバランサの構成を説明する図、 第１３図は巻取り機構部の正面図、 第１４図は巻取り機構部の側面図、 第１５図は巻取り機構部の上面図、 第１６図は各種の張力検出方式を説明する図、 第１７図は張力検出機構の原理を説明する図、 第１８図は吊りアームの関節構成を説明する図、 第１９図は本体支持駆動部の自由度構成を説明する図、 第２０図は機構部全体の自由度を説明する図、 第２１図は運動解析ソフトへの人出力を説明する図、 第２２図は吊り方向をフィードフォワード的に鉛直保持
する制御系の処理概念を説明する図、第２３図はオフラ
イン方式無重力模擬実験システムＨの処理概念を説明す
る図、 第２４図は光学式角度検出センサの原理を説明する図、 第２５図および第２６図は分力検出センサを説明する図
、 第２７図はオンライン方式無重力模擬実験システム■の
処理概念を説明する図、 第２８図は多関節構造体ベースのアーム取付は部に設置
された６自由度カセンサを説明する図、 第２９図は多関節構造体ベースを動かすアルゴリズムを
説明する図、 第３０図はオンライン方式無重力模擬実験システム■の
処理概念を説明する図、 第３１図は第３０図システム■の具体的なハードウェア
構成を示す斜視図、 第３２図は重心鉛直線上を吊る吊り方式の原理を説明す
る図、 第３３図は静力学的釣合いの原理により吊り位置、張力
値の決定法を説明する図、 第３４図はカウンタバランサを用いた折衷的な吊り方式
を説明する図、 第３５図は吊り方向鉛直保持のアルゴリズムを説明する
図、 第３６図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第３７図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第３８図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第３９図は巻取りモータの速度制御方式を説明するシス
テム概要図、 第４０図は巻取りモータ制御用の制御回路の構成を示す
ブロック図、 第４１図は無重力模擬実験装置の計算機システム構成ｒ
を示す図、および、 第４２図は無重力模擬実験装置の計算機システム構成Ｉ
Ｉを示す図である。 図において。 １・・−シミュレーションデータ作成部、２・・−無重
力模擬装置、３・・・多関節構造体、１１・・・多関節
構造体数字モデル、１２・・−運動解析ソフト、１３・
・−シミュレーション表示ソフト、１４・−無重力模擬
機構部データ変換ソフト、２１・・・無重力模擬制御部
、２２・・−無重力模擬機構部、３１・−・多関節構造
体制御部、３２・・・多関節構造体機構部、４１−・高
機能計算機、４２〜４６・・・制御用計算機、２０１−
・・張カ一定吊り機構部、２０２・・・本体支持駆動部
、２０３・・・フレーム、２０４−・−２自由度ロボッ
ト機構、２０５−・・ワイヤ巻取り機構、２０６・・−
張力センサ、２０７・・・ジンバル、２０８・・・６自
由度ロボット機構、２１０・・−ワイヤ、２３０・・・
減速機付きＤＣモータ、２３］・・・軸継手、２３２・
・・ボールスプライン、２３３・・・ボールスプライン
ナツト、２３４−・・ボールスプライン軸、２３５・−
巻胴、２３６・−・軸受取付板、２３７・・・突起付き
ガイドローラ、２３８・・・ガイドローラ支持軸、２３
９・・・ガイドローラ用軸受、２４０・・・モータ取付
板、２４１・・−支持用軸受、２５０．２５１・・・ワ
イヤ案内ローラ、２５２・・・段違いローラ、２５３・
・−板バネ、２５４・・・歪ゲージ、３０１．３０５−
・・多関節構造体ベース部、３０２・・−多関節機構部
分、３０３・・・アーム、３０４・・・ハンド、３０５
・・−ベース、３３０−・・光学式角度検出センサ、３
３１・・・発光体、３４０・・・分力検出センサ、３３
２・−・受光体、３４１・・・６自由度カセンサ、３４
２・−・玉軸受部、３４３・・−カバー、３５１・・・
６自由度カセンサ、２６０・・・制御回路、２６１〜２
６４・・−制御ソフト、２７０・・・比較部、２７１・
・・オブザーバ、２７２・・・フィードバック調整部、
２７３．２７４・・−積分器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多関節構造体（１０４）をワイヤで吊り、このワイ
   ヤを鉛直方向に維持するようロボット機構（１０５）に
   より多関節構造体のベース支持位置とワイヤ吊り位置を
   制御し、該ワイヤの張力をその吊られた物体の重力をキ
   ャンセルする一定値に保持することで、多関節構造体（
   １０４）が無重力または弱重力空間で示す挙動を模擬す
   る無重力模擬実験装置において、 該多関節構造体（１０４）の多関節アームを動かした時
   のベース部分の動作およびアームを吊るロボット機構（
   １０５）の動作を高機能計算機（１０１）で事前に計算
   、生成し、この計算、生成した動作データを、ロボット
   機構（１０５）の各部分の制御を分担して実行する複数
   の制御用計算機（１０２、１０３）に渡し、 該複数の制御用計算機（１０２、１０３）は相互に同期
   通信をしながら、高機能計算機（１０１）から渡された
   動作データに基づき担当する機構部分の制御を協調的に
   行うことを特徴とする無重力模擬実験装置の計算機シス
   テム構成法。 ２、上記複数の制御用計算機（１０２、１０３）は、多
   関節構造体のアームの吊り位置を制御するロボット機構
   部分と、多関節構造体のベース部分の支持位置を制御す
   るロボット機構部分をそれぞれ分担して制御するように
   構成された請求項１記載の無重力模擬実験装置の計算機
   システム構成法。 ３、多関節構造体（１０４）をワイヤで吊り、このワイ
   ヤを鉛直方向に維持するようロボット機構（１０５）に
   より多関節構造体（１０４）のベース支持位置とワイヤ
   吊り位置を制御し、該ワイヤの張力をその吊られた物体
   の重力をキャンセルするよう一定に保持することで、多
   関節構造体（１０４）が無重力または弱重力空間で示す
   挙動を模擬する無重力模擬実験装置において、 該ロボット機構（１０５）の各部分を分担制御する複数
   台の制御用計算機（１０６〜１０８）を用意し、 該多関節構造体（１０４）の多関節アームを動かした時
   のベース部分の動作の計算を該複数の制御用計算機（１
   ０６〜１０８）のうちの本体制御用計算機（１０７）が
   受け持ち、その計算の結果得られたベース部分の動作デ
   ータを残りの制御用計算機（１０６、１０８）に渡し、 これら残りの制御用計算機（１０６、１０８）はこのベ
   ース動作データに基づいてベース以外のロボット機構に
   関する動作データを計算し、各制御用計算機（１０６〜
   １０８）は相互に同期を取ってそれぞれの動作データに
   基づき担当する機構部分の制御を協調的に行うことを特
   徴とする無重力模擬実験装置の計算機システム構成法。 ４、制御用計算機は、ベース部分の制御を分担する本体
   制御用計算機（１０７）と、右アーム関係の制御を分担
   する右アーム制御用計算機（１０６）と、左アーム関係
   の制御を分担する左アーム制御用計算機（１０８）の３
   台からなる請求項３記載の無重力模擬実験装置の計算機
   システム構成法。 ５、制御用計算機の相互間はパラレル入出力チャネルを
   介して同期通信を行うことを特徴とする請求項１〜４の
   何れかに記載の無重力模擬実験装置の計算機システム構
   成法。