JPH05170199A

JPH05170199A - 無重力模擬実験装置

Info

Publication number: JPH05170199A
Application number: JP3356991A
Authority: JP
Inventors: Kaku Ejiri; 革江尻; Hironori Fujii; 裕矩藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】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−ドウェア的に模擬す
る実験装置に関し、無重力を模擬する対象となる対象物
にその駆動用等のケーブルを接続しても、そのケーブル
の重量の影響を受けることなく、高精度な３次元の無重
力状態を模擬できるようにする。【構成】対象物９３にはその対象物を作動するための
ケーブル９６が接続されており、このケーブル９６をケ
ーブル吊用吊線９７で吊るケーブル吊機構９８を設け、
このケーブル吊機構９８は対象物９３の挙動に対してケ
ーブル吊用吊線９７によるケーブルの中間支持点９６０
と対象物９３との鉛直方向位置関係が常に一定に保たれ
るように中間支持点９６０をケーブル吊用吊線９７で上
下させるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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−
ドウェア的に模擬する無重力模擬実験装置に関するもの
である。

【０００２】無重力空間においては、例えばロボットが
ア−ムを伸ばして物体を捕捉しようとする場合、ア−ム
の伸長により系全体の重心が移動してロボット本体の姿
勢が変化するので、物体をうまく捕捉できなくなる。ま
た捕捉時の衝撃の反作用も無視できず、この反作用によ
ってもロボットの位置姿勢が変化してしまう。

【０００３】このような無重力空間における予測しにく
い挙動に対しては、地上の実験室においてハ−ドウェア
的に模擬実験を直接行い得る環境を提供し、これにより
センサ系、アクチュエ−タ系、制御系等の性能を無重力
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−ドウェアの構成
が可能となる。

【０００４】

【従来の技術】多関節構造体が無重力空間において示す
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、対象物を複数本のワイヤで吊り下げ、このワイヤに
より対象物をその対象物に働く重力と常に等しい張力で
引っ張り続けることによって対象物に働く重力をキャン
セルして、３次元的な無重力状態を模擬する無重力模擬
実験システムが提案されている。

【０００５】図５はかかる無重力模擬実験システムの全
体構成を示す外観斜視図である。このシステムは、全体
としてはシミュレーションデータ作成部と無重力模擬装
置１と多関節構造体２とからなる。多関節構造体２は無
重力状態を模擬すべき対象となる宇宙ロボット等の物体
であり、制御部と機構部とからなり、機構部は左右２本
の各々６自由度の多関節アーム２１、その先端に取り付
けられたハンド２２、多関節アーム２２を固定するベー
ス２３からなる。

【０００６】シミュレーションデータ作成部は、無重力
模擬装置１および多関節構造体２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。無重力
模擬装置１は制御部と機構部に分かれ、制御部はシミュ
レーションデータ作成部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。機構部は多関節構造
体２のベース２３を６自由度で支持し駆動するベース支
持駆動部１１と、ベース２３以外の部分をワイヤ３によ
り一定の張力で吊り下げる吊機構１２とからなる。

【０００７】ベース支持駆動部１１はベースを６自由度
のロボット機構で支持し、これこをシミュレーションソ
フト部の計算結果に従って動かす。吊機構は多関節アー
ム２１を吊っているワイヤ３にかかる張力を多関節アー
ム２１の重力と釣り合わせてその重力をキャンセルする
ようワイヤ３を一定張力制御により巻上げ／巻下げす
る。

【０００８】吊機構部は、ワイヤ３の吊下げ位置を水平
面内で動かす水平多関節形の２自由度ロボット機構（吊
アーム）１３と、この吊りアーム１３に取り付けられて
ワイヤ３を巻取り／巻戻しするワイヤ巻取り機構１４
と、ワイヤにかかる張力を測定する張力検出機構１５な
どから構成される。

【０００９】図６にはワイヤ巻取り機構１４および張力
検出機構１５の詳細な構成が示される。このワイヤ巻取
り機構１４は多関節アーム２１の上下動作に応じてワイ
ヤ３を巻胴に一層で多数回巻くよう構成されている。図
中、１４０は減速機付ＤＣモータ、１４１０はモータ取
付板、１４１はモータ１４０の回転をボールスプライン
１４２に伝達する軸継手、１４１１はボールスプライン
１４２の支持用軸受、１４２はモータ１４０の回転で巻
胴１４５を回転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、１４３はボールスプラ
インナット、１４４はボールスプライン軸、１４５はワ
イヤ３を巻取り／巻戻しする巻胴、１４６は軸受取付
板、１４７は巻胴１４６の軸方向の動きを規制する突起
付ガイドローラ、１４８はガイドローラ支持軸、１４９
はガイドローラ用軸受である。

【００１０】巻胴１４５にはワイヤ３の直径の１．5 倍
の螺旋状の溝が設けられる。巻胴１４５の内側にはボー
ルスプライン１４２を取り付け、巻胴１４５をモータ１
４０で回転駆動しつつ巻胴１４５の軸方向に動作自由度
を与える。巻胴１４５の溝に係合する突起部を持つガイ
ドローラ１４７を巻取り機構部１４のフレームに固定す
る。これにより、巻胴１４５は回転しながらその溝に係
合するガイドローラ１４７に案内されて巻取り／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３の巻取り位置は固定されたままで巻胴１４５の
溝に一層で螺旋状にワイヤを巻き取れる。

【００１１】張力検出機構１５としては種々の方式があ
るが、ここでは張力を安定に測れる利点のある歪ゲージ
方式を用いる。構成としては、ワイヤ巻取り機構部１４
の下部に、ワイヤ巻取り位置の鉛直下方に２個のローラ
１５０、１５１を設け、それらの間に、それらのローラ
１５０、１５１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１５２を設ける。この段
違いローラ１５２を板バネ１５３で支持し、４枚の歪ゲ
ージを板バネ１５３に張り付けて差動出力をとる。

【００１２】このように構成すると、ワイヤ３を段違い
ローラ１５２に巻きつけて吊り下げれば、この段違いロ
ーラ１５２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３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１５２を支持する平行板バ
ネ１５３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１５３に表裏２枚
ずつ４枚貼り付けた歪みゲージで検出することによっ
て、ワイヤ３にかかる張力Ｔを検出することができる。

【００１３】このような実験システムにおいて、多関節
アーム２１の重量によりワイヤ３にかかる張力を張力検
出機構１５で検出し、この検出した張力値をワイヤ巻取
り機構１４にフィードバックし、ワイヤ３にかかる張力
が多関節アーム２１の重力と常に一致するように回転駆
動用モータ１４０を駆動しワイヤ３を巻上げ／巻下げし
て、ワイヤ３にかかる張力が常に一定となるように制御
すれば、多関節アーム２１を模擬的に無重力状態とする
ことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示されるよう
に、無重力状態を模擬すべき対象となる多関節構造体等
の対象物６には、実際にはモータ用の電力線や信号線等
のケーブル４が接続されている。このケーブル４は装置
外の固定支持点と対象物６との間に懸垂した状態にあ
り、このケーブル４の重量の一部が対象物６に負荷とし
てかかることになるが、完全な無重力状態を模擬するた
めにはこのケーブルの重量も無視できない。また図７中
の点線で示すように、対象物の鉛直方向位置が変化する
とこれに応じて固定支持点と対象物間のケーブルの懸垂
曲線が変わることになるが、この懸垂曲線が変わると対
象物６に負荷としてかかってくるケーブルの重量が変動
することになる。その結果、見掛け上、対象物６の重量
がその鉛直方向位置によって変動することになり、前述
したように単にワイヤにかかる張力を対象物６の固定的
な重量に一致させるだけの制御では、３次元的な無重力
状態を高精度に模擬できない。

【００１５】本発明は上述のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、無重力を模
擬する対象となる対象物にその駆動用等のケーブルが接
続されていても、そのケーブルの重量の影響を受けるこ
となく、高精度な３次元の無重力状態を模擬できるよう
にすることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１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は、一
つの形態として、吊機構９１から垂下される吊線９２に
より対象物９３を吊り、この吊機構９１は対象物９３の
挙動に対して吊線９２が常に鉛直方向に維持されるよう
水平方向吊位置を制御すると共に、吊線９２にかかる張
力を張力検出機構９４で検出してその張力で対象物９３
にかかる重力を相殺するよう吊線巻取り機構９５で吊線
９３を巻取り／巻戻しして鉛直方向吊位置を制御するこ
とで、対象物９３が無重力空間において示す挙動を模擬
する無重力模擬実験装置において、対象物９３にはその
対象物を作動するためのケーブル９６が接続されてお
り、このケーブル９６をケーブル吊用吊線９７で吊るケ
ーブル吊機構９８を設け、このケーブル吊機構９８は対
象物９３の挙動に対してケーブル吊用吊線９７によるケ
ーブルの中間支持点９６０と対象物９３との鉛直方向位
置関係が常に一定に保たれるように中間支持点９６０を
ケーブル吊用吊線９７で上下させるように構成される。

【００１７】また本発明の係る無重力模擬実験装置は、
他の形態として、吊機構から垂下される吊線により対象
物を吊り、この吊機構は対象物の挙動に対して吊線が常
に鉛直方向に維持されるよう水平方向吊位置を制御する
と共に、吊線にかかる張力を張力検出機構で検出してそ
の張力で対象物にかかる重力を相殺するよう吊線巻取り
機構で該吊線を巻取り／巻戻しして鉛直方向吊位置を制
御することで、対象物が無重力空間において示す挙動を
模擬する無重力模擬実験装置において、対象物にはその
対象物を動かすためのケーブルが接続されており、吊機
構は、対象物それ自体の重力と対象物にかかるケーブル
の重力とを吊線の張力で相殺するよう吊線の張力を一定
に制御するように構成される。

【００１８】後者の形態の無重力模擬実験装置におい
て、吊機構は張力検出機構からの検出出力に基づきその
検出出力の変動分を減少させるよう吊線巻取り機構のモ
ータをトルク制御するよう構成してもよいし、あるいは
張力検出機構からの検出出力に基づきその検出出力の変
動分を減少させるよう吊線巻取り機構のモータを速度制
御するよう構成してもよい。後者の形態の無重力模擬実
験装置では、対象物にかかるケーブルの重量Ｗ_Tは対象
物の初期位置からの変位量をｘ、ケーブルの線密度を
ρ、ケーブルの全長をＬとした時、Ｗ_T＝ρ（Ｌ＋ｘ）／２で演算できる。

【００１９】

【作用】前者の形態の無重力模擬実験装置においては、
対象物９３の動きに応じて吊機構９１により吊線９２を
巻上げ／巻下げすることで吊線９２にかかる張力を一定
に維持しつつ、その張力で対象物９３にかかる重力をキ
ャンセルにする。この際、この対象物９３の動きに応じ
てケーブル吊機構９８によってその対象物９３に接続さ
れたケーブル９６の中間支持点９６０を同速度、同方向
で動かす。これにより対象物９３と中間支持点９６０と
の間に懸垂されたケーブル９６の懸垂曲線は一定に保た
れ、対象物９３側に分担されるケーブルの重量は一定と
なり、これにより対象物９３の動きによっても対象物９
３にかかるケーブル９６の重量は変動せず、よって無重
力模擬を高精度に行うことができる。

【００２０】後者の形態の無重力模擬実験装置において
は、吊線にかかる張力を吊機構によって、対象物それ自
体の重量とその対象物にかかるケーブルの重量の和を相
殺する値に調整する。この際、対象物にかかるケーブル
の重量は対象物の鉛直方向位置に応じて変化するので、
それに応じて吊線の張力値を変える。この対象物にかか
るケーブルの重量Ｗ_Tの求め方としては例えば、対象物
の初期位置からの変位量をｘ、ケーブルの線密度をρ、
ケーブルの全長をＬとした時、Ｗ_T＝ρ（Ｌ＋ｘ）／２とすることで求めることができる。また吊線巻取り機構
のモータの制御方法としては、トルク制御方式であって
も速度制御方式であってもよい。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図２には本発明の一実施例としての無重力模擬実
験装置の吊機構部分の構成が示される。無重力を模擬す
べき対象物６（例えば多関節構造体２の多関節アーム）
をワイヤ３で吊る機構は、対象物６を吊るワイヤ３を鉛
直に保つよう対象物６の移動に応じて水平方向に移動制
御される吊アーム１３、吊アーム１３に取り付けられて
対象物６を吊るワイヤ３を巻上げ／巻下げするワイヤ巻
取り機構１４、ワイヤ３にかかる張力を検出する張力検
出機構１５等を含み構成される。

【００２２】対象物６には、それを駆動するための電力
線や信号線からなるケーブル４が接続されており、この
ケーブル４はその途中の一点（支持点）がケーブル吊機
構から垂下されたケーブル吊用ワイヤ５で吊られてい
る。ケーブル吊機構はケーブル吊用ワイヤ５を巻取り／
巻戻しするケーブル吊用ワイヤ巻取り機構１６を吊アー
ム１３に固定することで構成されており、支持点と対象
物６間のケーブル４の懸垂曲線が対象物６の移動によっ
ても変化しないようケーブル吊用ワイヤ５の巻上げ／巻
下げを行うよう動作する。

【００２３】図３にはこの吊機構およびケーブル吊機構
の制御系のシステム構成が示される。これは張力検出機
構１５の出力を用いてワイヤ巻取り機構１４の巻取りモ
ータ１４０をトルク制御して無重力環境を模擬すると共
に、ケーブル吊用ワイヤ巻取り機構によりケーブルの重
量変動の影響を消去しようというものである。図中、１
４は対象物６用のワイヤ巻取り機構、１５はワイヤ３に
かかる張力を検出する張力検出機構、１６はケーブル吊
用ワイヤ巻取り機構、１７は張力指令値の出力などを行
う制御ソフト、１８は張力検出機構１５からのワイヤの
張力値と制御ソフト１７からの張力指令値に基づきワイ
ヤ巻取り機構１４の巻取りモータ１４０にトルク指令を
出力する制御回路である。

【００２４】ここで、制御回路１８には、制御ソフト１
７から張力指令値が、また張力検出機構１５からはワイ
ヤ３にかかっている張力値がそれぞれ入力される。制御
回路１８は張力検出機構１５で検出された張力値と制御
ソフトの張力指令値との差を内部の比較部で求め、その
差に基づいて巻取りモータ１４０に対するトルク指令値
を計算して出力する。ワイヤ巻取り機構１４はこのトル
ク指令値によって巻取りモータ１４０をトルク制御し、
ワイヤ３の巻取り／巻戻しをする。またケーブル吊機構
１６には巻取り機構１４からその巻胴１４５の回転量情
報（すなわち多関節アーム２１の鉛直方向位置情報）が
入力される。

【００２５】ワイヤ巻取り機構１４側の動作を述べる
と、対象物６に働く重力を相殺して無重力を模擬するた
めには、ワイヤ３により対象物６を常に重力と等しい張
力で鉛直上向きに引っ張り上げればよい。そこで制御ソ
フト１７は対象物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３に掛けるべき張力を指示
する張力指令値を制御回路１８に出力する。この張力指
令値は対象物６にかかる重力（すなわち対象物６それ自
体の重量と、ケーブル吊機構で吊られた支持点と対象物
６の間に懸垂したケーブル４の対象物６側に分担される
一定の重量との和により生じる重力）を相殺する張力値
である。

【００２６】制御回路１８は張力検出機構１５からの実
際にワイヤ３にかかっている張力値と制御ソフト１７か
らの張力指令値とを比較して、その差を無くすような巻
取りモータ１４０のトルク値を演算し、これをトルク指
令値としてワイヤ巻取り機構１４に出力する。巻取りモ
ータ１４０はこのトルク指令値の大きさのトルクを発生
し、対象物６はその重力とワイヤの張力が釣り合った状
態すなわち無重力状態に維持される。

【００２７】ワイヤ３にかかる張力は対象物６の動きや
対象物６に作用する外力によって変動する。この変動値
は張力検出機構１５により計測され、制御回路１８はこ
の変動を素早く減少させるよう巻取りモータ１４０のト
ルク値を計算し、これをトルク指令値としてワイヤ巻取
り機構１４に与える。

【００２８】トルク指令値を受け取ったワイヤ巻取り機
構１４の巻取りモータ１４０はその大きさのトルクで駆
動され、それによりワイヤの張力変動を打ち消すように
巻胴１４５によりワイヤ３を巻取り／巻戻しする。すな
わち変動が正方向に増えた場合にはワイヤ３を巻き戻し
てワイヤの張力を減少させ、一方、負方向に減少した場
合にはワイヤ３を巻き上げてワイヤの張力を増加させ、
それによりワイヤ３の張力が常に一定になるように維持
する。

【００２９】次に実施例装置におけるケーブルの重量変
動の影響を消去するための動作について説明する。有限
長さを持つケーブル４の両端を支持する場合、片方の支
点が支持するケーブルの重量は、ケーブルの懸垂曲線の
形が不変であれば変化しない。したがって対象物６の見
掛けの重量（対象物自体の重量とケーブルの分担重量の
和）を変化させないためには、ケーブル吊用ワイヤ巻取
り機構１６によって、ケーブルの中間支持点位置と対象
物６の鉛直方向の位置関係を不変にすればよい。

【００３０】対象物６が鉛直方向に動いたり、外力を受
けた場合、無重力模擬装置は前述したように、ワイヤ３
の張力変動を消去するように巻取りモータ１４０によっ
てワイヤ３を鉛直方向に巻上げ／巻下げするよう動作す
る。この時の対象物６の鉛直方向位置情報は、巻取りモ
ータ１４０の回転回数を通じて得られ、この情報はケー
ブル吊用ワイヤ巻取り機構１４に入力される。ケーブル
吊用ワイヤ巻取り機構１４では、この情報によってケー
ブル吊用ワイヤ巻取りモータがケーブルの中間支持点を
対象物６と同速度、同方向に動かす。これにより対象物
とケーブル中間支持点の位置関係は一定に保たれ、した
がってその間に懸垂されたケーブルの懸垂曲線は変化せ
ず、よって対象物６にかかる重力もケーブルの影響で変
動することはない。

【００３１】図４には本発明の他の実施例としての無重
力模擬実験装置におけるワイヤ吊機構の制御系のシステ
ム構成が示される。この実施例では前述の実施例におけ
るケーブル吊機構は備えていない。かわりにこの実施例
ではワイヤ巻取り機構１４からの回転量情報（すなわち
対象物の鉛直方向位置情報）が制御ソフト１７０に入力
されるようになっており、対象物６の鉛直方向位置に対
応して制御ソフト１７０で生成する張力指令値を変えら
れるようになっている。他の要素すなわち巻取り機構１
４、張力検出機構１５、制御回路１８の構成は前述した
ものと同じである。

【００３２】先に述べた通り、有限長さを持つケーブル
の両端を支持する場合、片方の支点が支持するケーブル
の重量は、ケーブルの懸垂曲線の形によって変化する。
前述の実施例はこの懸垂曲線の変化をケーブルの中間吊
位置を対象物６の動きに応じて動かすことで防いだが、
本実施例では、懸垂曲線の変化により対象物６にかかる
ケーブルの重量の変動に応じて、制御ソフト１７０で生
成する張力指令値を変化させて、ケーブルの重量変動の
影響を除去している。

【００３３】すなわち、対象物６の鉛直方向位置の変化
に対して、対象物６に負荷として加わるケーブルの重量
Ｗ_Tは次式により求まる。Ｗ_T＝ρ（Ｌ＋ｘ）／２・・・（１）但し、ｘ〔ｍ〕は対象物の初期位置からの変位量で上向
きの時に正の値となるもの、ρ（kg／ｍ〕はケーブルの
線密度、Ｌ〔ｍ〕はケーブルの全長である。なおケーブ
ルの全重Ｗ〔kg〕はケーブルの全重でρ×Ｌで求まる。

【００３４】よって巻取り機構１４から巻取りモータ１
４０の回転量（鉛直位置情報）を制御ソフト１７０に入
力し、この制御ソフト１７０で、対象物６の初期位置か
らの変位を求め、その位置で対象物６にかかるケーブル
の重量Ｗ_Tを上式を用いて算出し、このケーブル重量Ｗ
_Tと対象物６それ自体の重量をキャンセルする張力値を
張力指令値として制御回路１７に出力する。

【００３５】図５には本発明のまた他の実施例としての
無重力模擬実験装置の吊機構の制御系のシステム構成が
示される。前述の各実施例は巻取りモータをトルク制御
により制御したが、この実施例は速度制御により巻取り
モータを制御してワイヤに掛かる張力を一定にして無重
力環境を模擬するものである。

【００３６】図５において、制御部は制御ソフト１７１
のみからなり、この制御ソフト１７１は張力検出機構１
５から張力値を、また巻取り機構１４から巻取りモータ
１４０の回転量（鉛直位置情報）を得て、これらに基づ
き巻取りモータ１４０の取るべき速度を演算して、それ
を速度指令として巻取りモータ１４０に出力するように
構成されている。

【００３７】この速度制御方式の特徴は、対象物６に加
わる外力Ｆから直接に対象物６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。すなわち、張力検出機構１７で検出された張力値の
変動分から対象物６に働く外力Ｆを検出し、対象物に加
わる質量Ｍを用いて制御ソフト１７０において次式を用
いて、対象物６が無重力環境を模擬するために持つべき
速度Ｖを逐次計算する。

【００３８】 ∫Ｆdt＝Ｍ（ＶーＶ₀）・・・（２）式中、∫は０からΔｔまでの積分を表し、△ｔはサンプ
リングタイム、Ｖ₀は初速度である。対象物６に加わる
質量Ｍは対象物６自体の重さと、前述したケーブルの重
量Ｗ_Tとの和であり、この重量Ｗ_Tは対象物６の鉛直方
向位置を巻取り機構１４からの回転量情報により求めて
前述の式（１）により演算することができる。この式に
より計算された速度Ｖを巻取りモータ１４０への速度指
令として出力する。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、無重力を模擬する対象となる対象物にその駆動用等
のケーブルが接続されていても、そのケーブルの重量の
影響を受けることなく、高精度な３次元の無重力状態を
模擬できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原理説明図である。

【図２】本発明の一実施例としての無重力模擬実験装置
の吊機構周辺の外観構成を示す図である。

【図３】実施例装置の吊機構の制御系のシステム構成を
示す図である。

【図４】本発明の他の実施例としての無重力模擬実験装
置の吊機構の制御系のシステム構成を示す図である。

【図５】本発明のまた他の実施例としての無重力模擬実
験装置の吊機構の制御系のシステム構成を示す図であ
る。

【図６】従来の無重力模擬実験装置の全体的な外観構成
を示す図である。

【図７】巻取り機構および張力検出機構の詳細を示す図
である。

【図８】従来装置の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１無重力模擬装置２多関節構造体３ワイヤ４ケーブル５ケーブル吊用ワイヤ６対象物１１ベース支持駆動部１２吊機構１３吊アーム１４ワイヤ巻取り機構１５張力検出機構１６ケーブル吊用ワイヤ巻取り機構１７、１７０、１７１制御ソフト１８制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吊機構（９１）から垂下される吊線（９
２）により対象物（９３）を吊り、この吊機構は対象物
の挙動に対して吊線が常に鉛直方向に維持されるよう水
平方向吊位置を制御すると共に、吊線にかかる張力を張
力検出機構（９４）で検出してその張力で対象物にかか
る重力を相殺するよう吊線巻取り機構（９５）で該吊線
を巻取り／巻戻しして鉛直方向吊位置を制御すること
で、対象物が無重力空間において示す挙動を模擬する無
重力模擬実験装置において、該対象物にはその対象物を作動するためのケーブル（９
６）が接続されており、該ケーブルをケーブル吊用吊線（９７）で吊るケーブル
吊機構（９８）を設け、このケーブル吊機構は対象物の挙動に対してケーブル吊
用吊線によるケーブルの中間支持点と対象物との鉛直方
向位置関係が常に一定に保たれるように該中間支持点を
ケーブル吊用吊線で上下させるように構成された無重力
模擬実験装置。
【請求項２】吊機構から垂下される吊線により対象物
を吊り、この吊機構は対象物の挙動に対して吊線が常に
鉛直方向に維持されるよう水平方向吊位置を制御すると
共に、吊線にかかる張力を張力検出機構で検出してその
張力で対象物にかかる重力を相殺するよう吊線巻取り機
構で該吊線を巻取り／巻戻しして鉛直方向吊位置を制御
することで、対象物が無重力空間において示す挙動を模
擬する無重力模擬実験装置において、該対象物にはその対象物を動かすためのケーブルが接続
されており、該吊機構は、対象物それ自体の重力と該対象物にかかる
ケーブルの重力とを吊線の張力で相殺するよう該吊線の
張力を一定に制御するように構成された無重力模擬実験
装置。
【請求項３】該吊機構は該張力検出機構からの検出出
力に基づきその検出出力の変動分を減少させるよう該吊
線巻取り機構のモータをトルク制御するよう構成された
ものである請求項２記載の無重力模擬実験装置。
【請求項４】吊機構は張力検出機構からの検出出力に
基づきその検出出力の変動分を減少させるよう該吊線巻
取り機構のモータを速度制御するよう構成されたもので
ある請求項２記載の無重力模擬実験装置。
【請求項５】該対象物にかかるケーブルの重量Ｗ_Tは
対象物の初期位置からの変位量をｘ、ケーブルの線密度
をρ、ケーブルの全長をＬとした時、次式Ｗ_T＝ρ（Ｌ＋ｘ）／２で演算されるように構成されたものである請求項２記載
の無重力模擬実験装置。