JPH05246400A - 宇宙航行体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マニピュレータでの作業を実行中においても
複雑な姿勢制御を要さない宇宙航行体を提供する。 【構成】 本体１２を結合機構１７を設けた第１，第２
のブロック１３，１４で構成し、分離時にはマニピュレ
ータ２６を搭載した第２のブロック１４と第１のブロッ
ク１３とを可撓性を有する接続ケーブル３５で結合して
おり、マニピュレータ２６での作業を行うことで第２の
ブロック１４が姿勢を変化させるようなことがあって
も、接続ケーブル３５で結合されている第１のブロック
１３の姿勢は影響を受けない。このため、作業内容に応
じた制御プログラムでマニピュレータ２６を制御し、第
１のブロック１３の姿勢制御もマニピュレータ２６に対
し独立した制御でよく、複雑な姿勢制御とはならない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばマニピュレータ
を搭載して宇宙空間で作業する人工衛星等の宇宙航行体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、宇宙空間を飛行する宇宙航
行体の１つである人工衛星は、現在においては地球を周
回しながら通信及び観測用として利用されている。そし
て最近では、宇宙空間をさらに幅広く有効に利用するこ
とが検討されており、将来は宇宙ステーションの建設な
どのために、宇宙空間の軌道上での作業が飛躍的に増大
することが考えられる。

【０００３】しかし、このような増大する作業に対し、
現在の宇宙飛行士の船外活動を主体とする対処の仕方で
は、宇宙飛行士の安全や作業時間あるいは費用効率等の
面で、必ずしも好ましいものとは言えない。

【０００４】そこで積極的にロボットを使って、これら
の作業に対応していくことが考えられ、軌道上で作業を
行うための宇宙ロボット、すなわちマニピュレータを取
付けた人工衛星が検討されている。この人工衛星は、推
進装置を使って軌道上の任意の位置に移動し、所定の作
業を遂行することができる形態を取る。

【０００５】このようなマニピュレータを取付けた人工
衛星の例を図３を参照して説明する。図３は斜視図で、
図において人工衛星１の本体２には、主に人工衛星１の
位置の移動を行うスラスタ３と、本体２の姿勢を制御す
る姿勢制御装置４と、作業を実施する２本のマニピュレ
ータ５と、電力を供給する太陽電池パドル６と、人工衛
星１の作業状況の監視等を行なうステーションとの通信
用のパラボラアンテナ７が搭載されている。

【０００６】そして、宇宙空間での作業を実施する際に
は、スラスタ３によって軌道上の設定された作業域に移
動し、姿勢制御装置４等によって本体２の姿勢制御を行
ない作業を実行できる位置につく。その後、宇宙に浮遊
した状態でマニピュレータ５を用いて、例えば他の人工
衛星の回収を行なうなどの作業を行なう この浮遊した状態でマニピュレータ５を用いての作業を
開始すると、マニピュレータ５単独の質量あるいは掴ん
だ他の人工衛星を含むマニピュレータ５の質量が、本体
２の質量に対し小さいものの無視できる程度のものでは
ない場合には、マニピュレータ５を動かすとその反動で
本体２が動いてしまう。このため作業中は、本体２の姿
勢を姿勢制御装置４等によって常に制御しなければなら
ず、限られた動力供給源の容量のなかで本体２の姿勢及
びマニピュレータ５の作業動作の複雑な制御を行なわな
ければならない。

【０００７】また、制御を簡単なものにするために、人
工衛星１と作業対象物との間だけで、本体２の姿勢の変
化を見込んだ状態でのマニピュレータ５の制御プログラ
ムを作業内容に応じて予め設定し、これによってマニピ
ュレータ５での作業を本体２の姿勢制御を行なわずに行
なうようにすることが考えられる。しかし、この場合マ
ニピュレータ５での作業を継続しているときには、人工
衛星１以外のものから見ると本体２の姿勢は常に変化を
しているものとなる。このため本体２に取着されている
太陽電池パドル６やパラボラアンテナ７の姿勢も同時に
変化してしまうことになる。

【０００８】そして、太陽電池パドル６の受光面が太陽
方向に対して傾斜し、太陽電池パドル６での発電量が低
下し、十分な電力の供給ができなくなる。またステーシ
ョンとの高い指向性を有する通信用のパラボラアンテナ
７も、その指向方向が少しでもステーションのアンテナ
の方向を向かなくなると、通信回線が切れてしまうこと
になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなマニピュ
レータでの作業を行なうと同時に本体も動いて姿勢等の
制御が複雑になり、また本体の姿勢制御を行なわないと
太陽電池での電力供給及び外部との通信回線の確保がで
きなくなる。本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、その目的とするところはマニピュレータでの作
業を実行中においても複雑な姿勢制御を必要としない宇
宙航行体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の宇宙航行体は、
本体に作業用のマニピュレータを備えた宇宙航行体にお
いて、前記本体を結合機構を設けて互いに分離可能とし
た複数のブロックで構成すると共に、これらブロックの
少なくとも１つのブロックが前記マニピュレータを搭載
し、このブロックと他のブロックとが可撓性を有する接
続ケーブルにより結合されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】上記のように構成された宇宙航行体は、本体を
結合機構を設けた複数のブロックで構成し、分離時には
マニピュレータを搭載したブロックと他のブロックとを
可撓性を有する接続ケーブルで結合しており、マニピュ
レータでの作業を行うことでマニピュレータを搭載した
ブロックが姿勢を変化させるようなことがあっても、接
続ケーブルで結合されている他のブロックの姿勢は影響
を受けない。このため、作業内容に応じた制御プログラ
ムでマニピュレータを制御し、他のブロックの姿勢制御
もマニピュレータに対し独立した制御でよく、マニピュ
レータでの作業を実行中においても複雑な姿勢制御を必
要としなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例の人工衛星を図１及
び図２を参照して説明する。図１はマニピュレータによ
る作業を実行している状態を示す斜視図であり、図２は
本体が第１のブロックと第２のブロックとを結合して形
成されている状態を示す斜視図である。

【００１３】図において、人工衛星１１は本体１２が略
六角柱状の形状をしており、軸方向に第１のブロック１
３と第２のブロック１４とに分離可能な構成となってい
る。また両ブロック１３，１４は共に偏平な形状であ
り、かつ両ブロック１３，１４を軸方向に結合した場合
においても、全体としても偏平な形状となるようになっ
ている。

【００１４】そして、両ブロック１３，１４の分離、結
合は、それぞれの対向面１５，１６に設けられた結合機
構１７によって行われる。すなわち第１のブロック１３
の対向面１５には、３本の係合爪が開閉するように設け
られた係合突出部１８が備えられ、第２のブロック１４
の対向面１６には、第１のブロック１３の係合突出部１
８が嵌入する係合受部１９が備えられている。これによ
り両ブロック１３，１４の結合時には、係合突出部１８
が係合受部１９に嵌入し、係合突出部１８の係合爪が開
いた状態になって結合しており、分離時には係合爪が閉
じ、両ブロック１３，１４が軸方向に離れるように移動
することで分離する。

【００１５】また、第１のブロック１３には、軌道上を
移動するためのガスジェットを噴射するスラスタ、ある
いはイオンエンジン等の推進装置２０が、係合突出部１
８が備えられた対向面１５の背面側に設けられていると
共に、例えばリアクションホイールや複数のスラスタを
組み合わせてなる姿勢制御装置２１が設けられている。
さらに第１のブロック１３には、設定された軌道に乗せ
られるまでは折り畳まれていて、宇宙空間で所定形状に
展開する太陽電池パドル２２が関節２３を有する支持腕
２４によって取着されて搭載されていて、これにより浮
遊中の人工衛星１１の電力が主に供給される。

【００１６】第１のブロック１３には、またさらに人工
衛星１１の監視、指令の発信等を行なう図示しないステ
ーションと、人工衛星１１との間での情報の送受を行う
ための通信用のパラボラアンテナ２５が搭載されてい
る。なお軌道上では、例えばパラボラアンテナ２５の指
向方向が常にステーションのアンテナの方向に向くよう
に、第１のブロック１３の姿勢制御が姿勢制御装置２１
で行なわれ、また太陽電池パドル２２は受光面が太陽方
向を向くように、太陽電池パドル２２を支持する支持腕
２４の関節２３が太陽の動きに追随するよう制御され
る。

【００１７】さらに、太陽電池パドル２２及びパラボラ
アンテナ２５用に図示しないポインティング装置を第１
のブロック１３に搭載することにより、それぞれ第１の
ブロック１３の姿勢制御とは別に高精度の方向制御を行
うこともできる。

【００１８】一方、第２のブロック１４には、所定の軌
道上の作業域に到達するまでは折り畳まれていて、作業
域で作業可能な形態となる２本のマニピュレータ２６
が、係合受部１９が備えられた対向面１６の背面側の２
つの角部にそれぞれ設けられている。またマニピュレー
タ２６は、第２のブロック１４に取着するための取付部
２７から順に、第１，第２の腕部２８，２９と手先部３
０とを、各間に関節部３１，３２，３３を介在させて構
成されている。

【００１９】そして、各関節部３１，３２，３３の角度
を角度検知センサや圧力センサ、視覚センサ等からの信
号をもとに、マニピュレータ制御装置３４によって制御
し、手先部３０に必要とする動作が行えるようになって
いて、これによりマニピュレータ２６は種々の動作が行
え、所要の作業が実行できるようになっている。

【００２０】また、第１のブロック１３と第２のブロッ
ク１４とは、対向面１５，１６から両端部が延出するよ
うに設けられた接続ケーブル３５を介して結合されてい
る。接続ケーブル３５は可撓性を有する柔らかなもの
で、マニピュレータ２６での作業が実施される際、作業
の実行に邪魔とならない程度に第１のブロック１３と第
２のブロック１４とを引き離しておけるだけの長さを有
している。

【００２１】そして、接続ケーブル３５を通じて第１の
ブロック１３から第２のブロック１４に電力が供給さ
れ、また有線による両ブロック１３，１４間の指令、監
視等に関する信号の送受が行なわれる。なお接続ケーブ
ル３５は所定の軌道上の作業域に到達するまでの間と
か、あるいは作業終了した時などの両ブロック１３，１
４が軸方向に結合した状態で、第１のブロック１３の対
向面１５に設けられたケーブル収納部３６に収納される
ようになっている。

【００２２】このように構成された本発明においては、
人工衛星１１を宇宙空間の所定の軌道上に配置して、例
えば図中２点鎖線で示す他の人工衛星３７をマニピュレ
ータ２６で捕捉し回収する作業を実施する場合には、次
のように行なわれる。

【００２３】すなわち、人工衛星１１は、本体１２を第
１のブロック１３と第２のブロック１４が結合された形
態とし、さらに太陽電池パドル２２及びパラボラアンテ
ナ２５を折り畳んだ状態のまま所定の軌道上に推進装置
２０によって到達する。そこで太陽電池パドル２２を展
開し、設定された軌道上の作業域に近付き、捕捉対象の
他の人工衛星３７に対して所定の位置姿勢をとるように
推進装置２０や姿勢制御装置２１を作動させる。

【００２４】そして、所定の位置姿勢が取れた状態で、
マニピュレータ２６を作業可能状態にした後、結合機構
１７を動作させ係合突出部１８の係合爪を閉じ、マニピ
ュレータ２６を使って第１のブロック１３と第２のブロ
ック１４を軸方向に分離するように操作する。これによ
って係合突出部１８が係合受部１９から抜け出る。さら
にマニピュレータ２６を使っての両ブロック１３，１４
の引き離しが、ケーブル収納部３６から接続ケーブル３
５を繰り出しながら行なわれる。

【００２５】両ブロック１３，１４間の距離が所定距離
となるまで引き離された後には、推進装置２０等によっ
てマニピュレータ２６での作業の実行に邪魔とならない
程度の距離にまで、第１のブロック１３は第２のブロッ
ク１４から遠ざかる。そして第１のブロック１３は、パ
ラボラアンテナ２５の指向方向が常にステーションのア
ンテナの方向に向くように、姿勢制御装置２１によって
姿勢が制御される。同時に太陽電池パドル２２は、受光
面が太陽方向を向くように支持腕２４の関節２３が制御
され太陽の動きに追随するよう制御される。

【００２６】一方、第１のブロック１３から分離され接
続ケーブル３５のみで結合されてた第２のブロック１４
では、接続ケーブル３５を通じて供給される電力、及び
パラボラアンテナ２５で受信されたステーションから指
令信号や各センサ等からの信号をもとに、マニピュレー
タ２６がマニピュレータ制御装置３４によって制御さ
れ、作業対象物の他の人工衛星３７の捕捉、回収の所定
の作業が実行される。

【００２７】また、一連の作業が終了した後には、両ブ
ロック１３，１４間の距離がマニピュレータ２６で掴ま
えられる所定距離となるまで推進装置２０等によって第
１のブロック１３が第２のブロック１４に近付く。その
後、マニピュレータ２６を使って第１のブロック１３を
掴まえ、さらに両ブロック１３，１４を近付け、係合突
出部１８を係合受部１９に嵌入させ、係合爪を開き結合
機構１７によって結合させる。

【００２８】なお、第１のブロック１３と第２のブロッ
ク１４の切り離し及び結合を、マニピュレータ２６を使
い非常に低衝撃な作業として行っているが、これらの定
形的な作業等は、予め作業プログラムを設定しておくこ
とでステーションの監視下で行わなくてもよく、人工衛
星１１内のみで作業を実行し、終了後にステーションと
の通信回線の回復を行うようにすればよい。

【００２９】上述した通り、マニピュレータ２６での作
業を実行する際、マニピュレータ２６の動きの反動で第
２のブロック１４は種々に姿勢を変化していくが、この
変化は接続ケーブル３５が柔軟な可撓性を有するもので
あるため第１のブロック１３には伝わらない。また作業
中に第２のブロック１４の姿勢が変化しても、重心位置
の移動はなく、何回転もするものではないため接続ケー
ブル３５が大きく引っ張られることがない。このように
第１のブロック１３の姿勢は第２のブロック１４に対し
ほとんど力学的な影響が及ばない独立したものとなる。

【００３０】このため第１のブロック１３の姿勢制御
は、マニピュレータ２６の動きの影響を受けない簡単な
制御でよい。また第２のブロック１４は作業対象物の他
の人工衛星３７との間だけで、マニピュレータ２６の作
業内容に応じた制御プログラムを、第２のブロック１４
の姿勢の変化を見込んだ状態で予め設定し、この制御プ
ログラムによりマニピュレータ２６での作業を行なうよ
うにすることができる。それ故第２のブロック１４が特
定の位置姿勢を取り続けるように、複雑な姿勢制御を行
なう必要がない。

【００３１】この結果、太陽電池パドル２２の受光面の
向き及びパラボラアンテナ２５の指向方向の向きは、第
２のブロック１４の姿勢の変化の影響を受けない安定し
たものとなり、また高精度の方向制御も可能となるの
で、発電量が変動し電力不足から作業が停止したり、通
信回線が切断されて監視等ができなったりすることがな
い。

【００３２】また、第１のブロック１３と第２のブロッ
ク１４の切り離し及び結合を、マニピュレータ２６を使
い非常に低衝撃な結合を行っているが、これらの定形的
な作業等は、予め作業プログラムを設定しておくことで
ステーションの監視下で行わなくてもよく、人工衛星１
１内のみで作業を実行し、終了後にステーションとの通
信回線の回復を行えばよい。

【００３３】尚、本発明は上記の実施例のみに限るもの
ではなく、本体１２の形状を他の形状としてもよく、さ
らに多くの分離可能なブロックで構成して機能を分散し
たものとしてもよい等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜
変更して実施し得るものである。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、本体を結合機構を設けた複数のブロックで構成し、
分離時にはマニピュレータを搭載したブロックと他のブ
ロックとを可撓性を有する接続ケーブルで結合する構成
としたことにより、マニピュレータでの作業を実行中に
おいても複雑な姿勢制御を必要としない等の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のマニピュレータによる作業
を実行している状態を示す斜視図である。

【図２】同上における本体が第１のブロックと第２のブ
ロックとを結合して形成されている状態を示す斜視図で
ある。

【図３】従来の技術を説明するために示すマニピュレー
タを取付けた人工衛星の斜視図である。

【符号の説明】

１１…人工衛星 １２…本体 １３…第１のブロック １４…第２のブロック １７…結合機構 ２６…マニピュレータ ３５…接続ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体に作業用のマニピュレータを備えた
   宇宙航行体において、前記本体を結合機構を設けて互い
   に分離可能とした複数のブロックで構成すると共に、こ
   れらブロックの少なくとも１つのブロックが前記マニピ
   ュレータを搭載し、このブロックと他のブロックとが可
   撓性を有する接続ケーブルにより結合されていることを
   特徴とする宇宙航行体。