JPH07156094A - マニピュレータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、着脱状態の高精度な確認を長期間
に亘り実現し得るようにすることにある。 【構成】関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに着脱さ
れる結合機構２０の接続コネクタ２１の着脱状態におけ
る導通の有無を検出して、この導通の有無に基づいて着
脱状況の異常を確認するように構成し、所期の目的を達
成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば宇宙空間に構
築される宇宙ステーション等の組立作業に用いられるマ
ニピュレータシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙開発の分野においては、宇宙空間に
宇宙ステーション等の構造物を構築する構想がある。こ
の宇宙ステーション等の構造物を宇宙空間に構築する場
合、その作業環境が地上と異なり、極限環境を有するこ
とで、マニピュレータシステムを用いて行うことが考え
られている。このようなマニピュレータシステムとして
は、例えば図３に示すように、基盤１上に直交する２軸
に自由度を有する肩関節２を配設して、この肩関節２に
アーム３を介して１軸の自由度を有する肘関節４、直交
する３軸回りの自由度を有する手首関節５を順に連結
し、この手首関節５の先端には、エンドエフェクタ６を
設けた６自由度のものが考えられている。これら肩関節
２、肘関節４、手首関節５は、図４に示すようにそれぞ
れの軸回りが略同様にサーボモータ等で構成される関節
駆動部１０、該関節駆動部１０を動作制御する関節エレ
クトロニクスと称する関節制御部１１で構成される。

【０００３】ところで、このようなマニピュレータシス
テムは、使用環境が宇宙空間という特殊な環境であるこ
とから、その耐用年数が３０年程度要求される。そこ
で、このようなマニピュレータシステムにあっては、比
較的故障の発生し易い関節制御部が故障することを前提
として、故障した関節制御部を人間が宇宙航行体外に出
て容易に交換可能に構成される。

【０００４】即ち、関節制御部１１は、電子回路や中央
演算装置（ＣＰＵ）等の内部機器が筐体内に収容されて
ユニット化され、肩関節２、肘関節４及び手首関節５の
近傍のアーム３上に取付ボルト１２を用いて着脱自在に
設置される。また、関節制御部１１には、接続コネクタ
１１ａが設けられ、この接続コネクタ１１ａには、結合
機構部１３の接続コネクタ１３ａが着脱自在に接続され
る。結合機構１３は、接続コネクタ１３ａが可動モータ
を介して関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに対向し
て移動自在に設けられ、この可動モータにより接続コネ
クタ１３ａが関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに着
脱制御される。そして、この結合機構１３の接続コネク
タ１３ａには、接続ハーネス１４を介して、例えばアー
ム３の基部に配設されるいアーム制御部１５及び上記関
節駆動部１０に接続される。

【０００５】上記関節制御部１１は、結合機構１３、接
続ハーネス１４を介してアーム制御部１５及び上記関節
駆動部１０との双方向通信が可能となり、アーム制御部
１５からの制御信号に基づいて関節駆動部１０を制御し
て各関節２，４，５を駆動制御し、アーム３を動作制御
する。そして、関節制御部１１が故障した場合には、先
ず、結合機構１３を上述したように動作制御して関節制
御部１１を接続ハーネス１４から分離させて交換し、再
び結合機構１３を反転制御して交換した新たな関節制御
部１１に接続ハーネス１４が挿着され、交換作業が完了
される。

【０００６】しかしながら、上記マニピュレータシステ
ムでは、関節制御部１１の交換作業を行う場合、結合機
構１３の接続コネクタ１３ａを動作制御して、関節制御
部１１の接続コネクタ１１ａに着脱して交換を行う際、
接続コネクタ１３ａ，１１ａの着脱状態の確認が困難で
あり、システムの誤動作を招いたりする虞を有する。こ
れによると、特に、宇宙環境という極限環境に用いる場
合、その危険度を考慮すると、信頼性の点で大きな問題
となる。

【０００７】そこで、このようなコネクタ着脱の確認を
行う手段を設けることが考えられるが、この確認手段と
しては、単に着脱の確認が可能なだけでなく、長期間に
亘り高精度で、信頼性の高い確認動作を実現することが
要求される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のマニピュレータシステムでは、関節制御部の交換作
業時における接続コネクタの着脱状態の確認が困難で、
安全性が劣るという問題を有する。

【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、構成簡易にして、着脱状態の高精度な確認を長期
間に亘り実現し得るようにして、信頼性の高い安全な部
品交換作業を実現したマニピュレータシステムを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、アームを複
数の関節で連結したアーム本体と、このアーム本体の各
関節に対応して着脱自在に設置され、前記関節を動作制
御する複数の関節駆動部と、この複数の関節駆動部を駆
動して前記各関節を動作制御する関節制御部と、この関
節制御部を制御して前記複数の関節駆動部を駆動し、前
記アーム本体を動作制御するアーム制御部と、前記関節
駆動部及びアーム制御部に接続される接続コネクタを有
し、この接続コネクタを前記関節制御部の接続コネクタ
に対向して移動させて着脱する結合手段と、この結合手
段の着状態において、該結合手段の接続コネクタの導通
無しを検出し、あるいは前記結合手段の脱状態におい
て、該結合手段の複数の接続コネクタの導通有りを検出
した状態で着脱異常を検知する異常検出手段とを備えて
マニピュレータシステムを構成したものである。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、異常検出手段は、結合手段
の着脱状態において、該結合手段の接続コネクタの導通
の有無を検出することにより、その着脱状況の確認を行
う。これにより、比較的寿命の短いスイッチ手段を用い
ることなく、着脱状態の高精度な確認が可能となり、長
期間に亘って信頼性の高い、安全な交換作業が可能とな
る。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例に
係るマニピュレータシステムに適用される結合機構２０
を取り出して示すもので、前記図４に示すようにアーム
３上に設置される関節制御部１１の接続コネクタ１１ａ
に着脱自在に装着される。但し、ここでは、便宜上、前
記図４と同一部分については、同一符号を付して、その
説明について省略する。すなわち、結合機構２０には、
接続コネクタ２１が前記関節制御部１１の接続コネクタ
１１ａに対応して設けられ、この接続コネクタの所定の
位置に着用及び脱用リミットスイッチ２２，２３が接続
構成され、このリミットスイッチ２２，２３の出力端に
は、中央演算装置（ＣＰＵ）２４が接続される。このＣ
ＰＵ２４には、可動モータ２５がモータドライバ２６を
介して接続される。可動モータ２５は、ＣＰＵ２４から
の駆動信号に基づいてモータドライバ２６で発生した駆
動電流により選択的に駆動制御され、接続コネクタ２１
を前記関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに対向して
移動させて着脱させる。

【００１３】上記接続コネクタ２１は、例えば図２に示
すように複数のコネクタピン２１１が配設され、そのう
ち四隅のコネクタピン２１１ａ〜２１１ｄには、電源＋
５Ｖが接続される。この四隅のコネクタピン２１１ａ〜
２１１ｄは、関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに結
合された状態で、該関節制御部１１の接続コネクタ１１
ａを介して信号グランドに接地される。この結果、四隅
のコネクタピン２１１ａ〜２１１ｄは、接続コネクタ２
１が関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに結合された
場合、そのうち１本でも離間されていると、ＣＰＵ２４
の入力端に＋５Ｖが印加される。ＣＰＵ２４は、これに
基づいて着異常を検出し、着異常信号を前記アーム制御
部１５に出力する。

【００１４】また、四隅のコネクタピン２１１ａ〜２１
１ｄは、接続コネクタ２１が関節制御部１１の接続コネ
クタ１１ａに結合された状態から離脱された場合、その
全ての出力が５Ｖとなるが、例えば１本でもショート状
態にあると、そのＣＰＵ２４の入力端が０Ｖとなる。Ｃ
ＰＵ２４は、これに基づいて脱異常を検出し、脱異常信
号をアーム制御部１５に出力する。

【００１５】上記アーム制御部１５は、着及び脱異常信
号が入力されると、警報を発生して着及び脱異常を知ら
せる。上記構成において、関節制御部１１に故障が発生
して交換する場合には、先ずアーム制御部１５が離脱信
号を結合機構２０のＣＰＵ２４に出力する。すると、Ｃ
ＰＵ２４は、脱駆動信号を生成して、可動モータ２５を
モータドライバ２６を介して駆動し、接続コネクタ２１
を関節制御部１１の接続コネクタ１１ａから離間させ、
ここで脱用リミットスイッチ２３がオンされ、これに連
動して停止信号がモータドライバ２６に出力されて、可
動モータ２５が停止され、離脱動作が完了される。ここ
で、関節制御部１１は前記取付ボルト１２が離脱されて
アーム３上から離脱される。

【００１６】この際、接続コネクタ２１は、その四隅の
コネクタピン２１１ａ〜２１１ｄの全てが離間されてい
ると、その出力が５Ｖとなり、ＣＰＵ２４の入力端が５
Ｖとなるが、そのうち例えば１本がショート状態だとす
ると、ＣＰＵ２４の入力端が０Ｖとなる。ここで、ＣＰ
Ｕ２４は、脱異常を検出して、脱異常信号をアーム制御
部１５に出力し、これに応動して、アーム制御部１５が
警報を発生して、以後の離脱動作の危険を知られる。

【００１７】そして、関節制御部１１をアーム３上に、
再び設置する場合には、先ず、関節制御部１１をアーム
３の所定の位置に取付ボルト１２で取付けた状態で、ア
ーム制御部１５から結合機構２０のＣＰＵ２４に装着信
号が入力される。すると、ＣＰＵ２４は、着駆動信号を
生成して、可動モータ２５をモータドライバ２６を介し
て駆動し、接続コネクタ２１を関節制御部１１の接続コ
ネクタ方向に移動させて結合させ、ここで、着用リミッ
トスイッチ２２がオンされ、これに連動して停止信号が
モータドライバ２６に入力されて、可動モータ２５が停
止され、結合動作が完了される。

【００１８】この際、接続コネクタ２１は、その四隅の
コネクタピン２１１ａ〜２１１ｄの全てが結合されてい
ると、その出力が０Ｖとなり、ＣＰＵ２４の入力端が０
Ｖとにるが、例えばそのうちの１本がショート状態だと
すると、ＣＰＵ２４の入力端の一つが５Ｖのままに保た
れる。ここで、ＣＰＵ２４は、着異常を検出して、着異
常信号をアーム制御部１５に出力し、これに応動して、
アーム制御部１５が警報を発生して、以後の着脱動作の
危険を知らせる。

【００１９】このように、上記マニピュレータシステム
は、関節制御部１１の接続コネクタ１１ａに着脱される
結合機構２０の接続コネクタ２１の着脱状態における導
通の有無を検出して、この導通の有無に基づいて着脱状
況の異常の有無を確認するように構成した。これによれ
ば、比較的寿命の短いスイッチ手段を備えることなく、
結合機構２０の接続コネクタ２１の着脱状態の高精度な
検出が可能となり、長期間に亘って信頼性の高い、安全
な交換作業が実現される。

【００２０】なお、上記実施例では、結合機構２０の接
続コネクタ２１の着脱状態の検出を四隅のコネクタピン
２１１ａ〜２１１ｄの着脱状態を検出するように構成し
た場合で説明したが、このピン数に限ることなく、全て
のコネクタピン２１１の中から少なくとも四隅のコネク
タピン２１１ａ〜２１１ｄの着脱状態を検出するように
すれば略同様の効果が期待される。

【００２１】また、上記実施例では、関節駆動部１０及
びアーム制御部１５に対して関節制御部１１を一つの結
合機構２０を介して接続構成するように構成した場合で
説明したが、これに限ることなく、例えば関節制御部１
１に対して別々の結合機構２０を介して関節駆動部１０
及びアーム制御部１５に接続する構成のものにおいても
適用可能である。

【００２２】さらに、上記実施例では、肩関節２、肘関
節４及び手首関節５の計６軸回りの６自由度を有した宇
宙用のマニピュレータシステムに適用した場合で説明し
たが、この自由度数に限ることなく、例えば地上用マニ
ピュレータシステムを含む複数の関節を有するアームを
備えた各種のマニピュレータシステムにおいて適用可能
である。よって、この発明は、上記実施例に限ることな
く、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変形を実施し得ることは勿論のことである。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、構成簡易にして、着脱状態の高精度な確認を長期間
に亘り実現し得るようにして、信頼性の高い安全な部品
交換作業を実現したマニピュレータシステムを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るマニピュレータシス
テムの結合機構を取り出して示した図。

【図２】図１の接続コネクタを示した図。

【図３】この発明の適用されるマニピュレータシステム
を示した図。

【図４】従来のマニピュレータシステムの関節制御部の
設置状態を説明するために示した図。

【符号の説明】

１…基台。 ２…肩関節。 ３…アーム。 ４…肘関節。 ５…手首関節。 ６…エンドエフェクタ。 １０…関節駆動部。 １１…関節制御部。 １１ａ…接続コネクタ。 １２…取付ボルト。 １４…接続ハーネス。 １５…アーム制御部。 ２０…結合機構。 ２１…接続コネクタ。 ２１１，２１１ａ〜２１１ｄ…コネクタピン。 ２２，２３…リミットスイッチ。 ２４…ＣＰＵ。 ２５…可動モータ。 ２６…モータドライバ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アームを複数の関節で連結したアーム本
   体と、 このアーム本体の各関節に対応して着脱自在に設置さ
   れ、前記関節を動作制御する複数の関節駆動部と、 この複数の関節駆動部を駆動して前記各関節を動作制御
   する関節制御部と、 この関節制御部を制御して前記複数の関節駆動部を駆動
   し、前記アーム本体を動作制御するアーム制御部と、 前記関節駆動部及びアーム制御部に接続される接続コネ
   クタを有し、この接続コネクタを前記関節制御部の接続
   コネクタに対向して移動させて着脱する結合手段と、 この結合手段の着状態において、該結合手段の接続コネ
   クタの導通無しを検出し、あるいは前記結合手段の脱状
   態において、該結合手段の接続コネクタの導通有りを検
   出した状態で着脱異常を検知する異常検出手段とを具備
   したマニピュレータシステム。
2. 【請求項２】 前記結合手段は、前記関節駆動部あるい
   はアーム制御部のいずれか一方に接続される接続コネク
   タを有し、この接続コネクタを前記関節制御部の接続コ
   ネクタに対向して移動させて着脱することを特徴とする
   請求項１記載のマニピュレータシステム。