JPH0780784A - マニピュレータの結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マニピュレータの端部にかかる負荷を軽減して
マニピュレータを小型化する。 【構成】マニピュレータの結合機構１００は被把持棒１
０１とマニピュレータにより駆動される回転部材１１５
を有し、浮遊物の結合機構２００は被把持棒１０１を把
持する把持爪２３２ａ〜２３２ｃと、把持爪２３２ａ〜
２３２ｃを把持状態にする付勢機構２４０と、把持状態
の把持爪２３２ａ〜２３２ｃを非把持状態にする拘束機
構２５０と、被把持棒１０１との接触により上記拘束を
解除する拘束解除機構２６０と、回転部材１１５により
駆動されるソケット２２５及びピニオン２２１と、ピニ
オン２２１の回転により動作するラック２２２と、ラッ
ク２２２の動作により把持爪２３２ａ〜２３２ｃを非把
持状態にするアンラッチ用ワイヤ２２４を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマニピュレータに係り、
とくにその結合対象を結合する結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許４，１０５，２４１号公報に
は、衛星本体のマニピュレータの端部に取り付けた中空
円筒部材の内部に３本のワイヤを設け、このワイヤの移
動により浮遊物をのロッドをからめとって衛星本体に結
合する装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置では、マ
ニピュレータの端部に中空円筒部材やその移動機構等を
設けるので、マニピュレータの端部が大型化し、重量も
増え価格が増加するという問題があった。

【０００４】また、浮遊物側には駆動源が無いためこれ
に上記中空円筒部材や移動機構等を設けることができな
かった。

【０００５】本発明は、上記の問題点を改善してマニピ
ュレータ端部の構造を小型簡略化したマニピュレータの
結合装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、マニピュレータ側の結合機構には被把持部材と回転
部材とを設け、被把持部材側には把持爪と、把持爪の把
持力を付勢する手段と、把持爪を該非把持状態に拘束す
る拘束手段と、把持爪の拘束を解除する手段と、把持爪
を非把持状態に復帰させるネジ部材よりなる復帰手段と
を設け、マニピュレータの結合機構と被把持部材との接
触により該拘束手段の拘束を解除して被把持部材を把持
し、マニピュレータの前記回転部材と被把持部材の接触
により上記ネジ部材を回転して把持爪を非把持状態に復
帰させ、マニピュレータの結合機構の被把持部材との接
触により被把持部材側の把持爪の拘束を解除する。

【０００７】また、マニピュレータの被把持部材をマニ
ピュレータ端部に取付けられた本体に対して放射状に等
角度で複数配置し、把持爪のそれぞれを各被把持部材の
それぞれに位置に配置する。

【０００８】また、結合対象物の結合機構は把持爪を把
持可能な位置にガイドする。

【０００９】また、被把持部材と把持爪の少なくとも一
方の耐久強度をマニピュレータの耐久強度より小さくす
る。

【００１０】

【作用】マニピュレータが結合対象物に結合されない状
態では、結合対象物側の結合機構の把持爪は拘束手段に
より非把持状態に拘束されている。

【００１１】マニピュレータの端部に設けられたマニピ
ュレータ側の結合機構が結合対象物に近づいてマニピュ
レータ側の結合機構の被把持部材と結合対象側の結合機
構の拘束解除手段が接触すると、拘束解除手段により上
記把持爪の拘束が解除される。この拘束解除に応じて把
持爪は付勢手段により予め把持状態に付勢された把持爪
は被把持部材を把持し、マニピュレータの端部を結合対
象物に結合する。

【００１２】また、マニピュレータ側の結合機構内の回
転部材を回転させることにより、これに従動する結合対
象物側の結合機構のネジ部材を移動して該把持爪を非把
持状態に復帰させ、マニピュレータの端部と結合対象物
の結合を解除する。

【００１３】

【実施例】図２は本発明による衛星に浮遊物を結合する
装置の概念図である。

【００１４】衛星内の制御装置３２０はマニピュレータ
装置３００のアーム端に設けた結合機構１００を浮遊物
４００の結合機構２００に結合して浮遊物４００を捕獲
保持する。

【００１５】図３は上記マニピュレータ３００の結合機
構１００の斜視図である。

【００１６】メインボディ１１０はマニピュレータ３０
０のアーム３１５ｃの端部に取付けられ、これにプロテ
クトリング１２０が３つの被把持棒１０１により連結さ
れている。

【００１７】図４は図３の裏側を示す斜視図であり、凹
状の結合部１１１により浮遊物４００を結合する。

【００１８】図１は上記メインボディ１１０を浮遊物４
００に結合する直前の状態を示す断面図である。

【００１９】メインボディ１１０の先端に設けたトルク
伝達部材１１５の六角錐レンチ１１６がベアリング１１
２により支持され回転する。

【００２０】また、３つの被把持棒１０１は等間隔に設
けられ、その耐久強度をマニピュレータ３００の各アー
ムと各関節の耐久強度より小さく設計する。

【００２１】図５、図６は浮遊物４００側の結合機構２
００の上面図と側面図である。

【００２２】接合プレート２１０は浮遊物４００に固設
され、その中央にはネジ２２０に螺合され、マニピュレ
ータ３００のトルク伝達部材１１５の六角錐レンチ１１
６にはまり込むソケット２２５が設けられる。

【００２３】また、接合プレート２１０にはマニピュレ
ータ３００の３つの被把持棒１０１の位置に対応して３
つの把持体２３０を設ける。

【００２４】図７は把持体２３０の内部構造を示す断面
図である。

【００２５】把持体ケース２３１内の３つの把持爪２３
２ａ、２３２ｂ、２３２ｃは把持爪付勢機構２４０によ
り付勢されてマニピュレータ３００の被把持棒１０１を
把持する。また、拘束機構２５０は３つの把持爪２３２
ａ、２３２ｂ、２３２ｃを非把持状態に拘束し、拘束解
除機構２６０は把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃが
被把持棒１０１に押された場合にこの拘束を解除する。

【００２６】３つの把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２
ｃの各端部はリンク２４１ａと２４１ｃに連結され、ま
た、リンク２４１ａと２４１ｃの他端はシャフト２４２
に連結されている。また、シャフト２４２はバネ２４３
により浮遊物側に付勢されている。これらは４リンク機
構を構成し、シャフト２４２の浮遊物側への移動によ
り、３つの把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃが把持
状態になる。

【００２７】３つの把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２
ｃの端部には把持体ケース２３１に回転可能に取付けら
れたピン２４５が貫通し、３つの把持爪の中の２つの把
持爪２３２ａ、２３２ｂはピン２４５に固定され、把持
爪２３２ｃはピン２４５に対して回転可能に連結される
ので、カム２５１の回転により把持爪２３２ａ、２３２
ｂが動くと把持爪２３２ｃが移動するようになってい
る。

【００２８】カム２５１の回転は把持体ケース２３１に
取付けられバネ２５４で付勢された係合部材２５３をカ
ム溝２５２は係合することにより拘束される。

【００２９】また、拘束解除機構２６０はマニピュレー
タの結合機構１００の被把持棒１０１に接触して押され
ることにより浮遊物４００側に移動する接触感知棒２６
１と、これをマニピュレータ装置側へ付勢する二つのバ
ネ２６３等により構成される。

【００３０】接触感知棒２６１が被把持棒１０１に押さ
れると突起２６２が回転して係合部材２５３をカム２５
１から解除する。

【００３１】また、把持体ケース２３１の側面はガイド
面２３５を形成し、マニピュレータの結合機構１００の
被把持棒１０１を把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ
で把持可能な位置に導くように作用する。

【００３２】図８はマニピュレータ３００と浮遊物４０
０の結合状態を示す側面図である。

【００３３】マニピュレータ３００の３つのアーム３１
５ａ、３１５ｂ、３１５ｃの関節３１１ａ、３１１ｂ、
３１１ｃは駆動機構３１２を介してモータ３１３により
駆動され、先端アーム３１５ｃの端部３１６は結合機構
１００のメインボディ１１０の結合部１１１に結合され
る。

【００３４】結合部１１１の中にはマニピュレータ側結
合機構１００のトルク伝達部材１１５の連結端１１７と
連結する回転端子３１７が設けられている。回転端子３
１７は駆動機構３１８を介してモータ３１９により駆動
される。

【００３５】制御装置３２０はマニピュレータ本体３１
０の動作を制御する制御計算機３２１と、制御計算機３
２１から指示に応じてモータ３１３、３１９を駆動する
モータドライバ回路３２２を有している。

【００３６】図９は上記結合装置の動作説明図である。

【００３７】まず、図９（ａ）に示すようにマニピュレ
ータ３００の結合機構１００を浮遊物４００の結合機構
２００に近づけ、結合機構１００の被把持棒１０１を結
合機構２００の拘束体ケース２３１のガイド面２３５に
接触させ、被把持棒１０１を把持爪２３２ａ、２３２
ｂ、２３２ｃで把持可能な位置に導く。

【００３８】次いで被把持棒１０１が接触感知棒２６１
に接してこれを浮遊物側に押し付けると接触感知棒２６
１の突起２６２が拘束機構２５０の係合部材２５３を回
転させ、係合部材２５３とカム２５１との係合を解除す
る。

【００３９】この係合解除によりカム２５１が回転可能
になると、図１０及び図９（ｂ）に示すように、把持爪
２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃはバネ２４３により付勢
されて被把持棒１０１を把持する。このときシャフト２
４２はバネ２４３により付勢されて浮遊物側に移動し、
リンク２４１ａ、２４１ｃの端部も浮遊物側に移動させ
るので把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃも把持状態
になる。同時に結合機構２００のソケット２２５はトル
ク伝達部材１１５の六角錐レンチ１１６にはまり込む。

【００４０】このとき、各把持体２３０の把持爪２３２
ａ、２３２ｂ、２３２ｃはマニピュレータ側の各被把持
棒１０１に均等にかかるので浮遊物４００には不要なモ
ーメントが作用しない。

【００４１】次いで図９（ｃ）に示すように、第３アー
ム３１５ｃの駆動機構３１８を駆動して結合機構１００
のトルク伝達部材１１５を回転し、ネジ部材２２０に螺
合しているソケット２２５を接合プレート２１０から遠
ざかる方向へ移動する。これにより結合機構１００と接
合プレート２１０の間隔が開き、被把持棒１０１と接合
プレート２１０との距離が増大するので、被把持棒１０
１と把持爪２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃが接して互い
に押し付け合い、マニピュレータの結合機構１００と浮
遊物の結合機構２００がしっかりと結合される。

【００４２】図１０は上記結合状態を示す側面図であ
る。

【００４３】図１０において結合を解除する場合には、
トルク伝達部材１１５を逆回転することによりソケット
２２５に取付られたピニオン２２１を回転してラック２
２２を平行移動させ、把持爪２３２ｃら取付られたアン
ラッチ用ワイヤ２２４を引いて把持爪２３２ａ、２３２
ｂ、２３２ｃを非把持状態にする。次いでマニピュレー
タの結合機構１００を浮遊物の結合機構２００から遠ざ
け、結合を解除する。

【００４４】以上により、マニピュレータ３００と浮遊
物４００の接近により被把持棒１０１と接触感知棒２６
１を接触して、マニピュレータの結合機構１００と浮遊
物の結合機構２００を純機械的に結合し、また、マニピ
ュレータからこの結合を解除することができるので、浮
遊物４００側に駆動源不要の結合／解除機構を配するこ
とができるのである。

【００４５】この結果、マニピュレータの結合機構１０
０側の移動機構が不要となるので、アーム３１５ｃ端に
かかる負荷を軽減してマニピュレータ３００を小型化す
ることができる。

【００４６】また、上記結合／解除は純機械的に行われ
るので、制御装置３２０を簡単化することができる。

【００４７】また、前記したように被把持棒１０１の耐
久強度をマニピュレータ装置３００のアーム３１５ａ、
３１５ｂ、３１５ｃ及び関節３１１ａ、３１１ｂ、３１
１ｃの耐久強度よりも小さく設定するので、例えば、浮
遊物４００の衝撃荷重により被把持棒１０１が先に破断
してマニピュレータ装置３００の関節等の破損を防止す
る。

【００４８】なお、上記実施例は宇宙衛星を対象にした
が、本発明は地上、水中等にも適用できることはいうま
でもない。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、マニピュレータと被把
持部材との接触による機械力によりマニピュレータと被
把持部材の各結合機構を純機械的に結合し、また、マニ
ピュレータ側から上記結合を解除することができるの
で、駆動源を持たない被把持部材側に上記結合／解除用
の機構を配してマニピュレータ側の移動機構等を省略
し、これによりマニピュレータ端部の負荷を小さくして
マニピュレータを小型化することができる。

【００５０】また、上記結合／解除を純機械的に行うの
で、マニピュレータ側の制御負荷を軽減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマニピュレータと被把持部材の各
結合装置実施例の結合直前の側面図である。

【図２】本発明による衛星に浮遊物を結合する装置の概
念図である。

【図３、４】本発明によるマニピュレータの結合機構実
施例の斜視図である。

【図５】本発明による浮遊物の結合機構実施例の正面図
である。

【図６】本発明による浮遊物の結合機構実施例の側面図
である。

【図７】本発明による浮遊物の把持体実施例の断面図で
ある。

【図８】本発明によるマニピュレータ装置実施例の構成
図である。

【図９】本発明によるマニピュレータと浮遊物の結合機
構間の結合過程説明図である。

【図１０】本発明によるマニピュレータと被把持部材の
各結合装置実施例の結合時の側面図である。

【符号の説明】

１００…マニピュレータの結合機構、 １０１…被把持棒、 １１０…メインボディ、 １１５…トルク伝達部材、 １２０…プロテクトリング、 ２００…浮遊物の結合機構、 ２１０…接合プレート、 ２２０…ネジ、 ２２１…ピニオン、 ２２２…ラック、 ２２３…ベアリング、 ２２４…ワイヤ、 ２２５…ソケット、 ２２６…プーリ、 ２３０…把持体、 ２３１…把持体ケース、 ２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ…把持爪、 ２４０…把持爪付勢機構、 ２４１ａ、２４１ｃ…リンク、 ２４２…シャフト、 ２４３…（把持爪付勢機構の）バネ、 ２４５…ピン、 ２５０…拘束機構、 ２５１…カム、 ２５３…係合部材、 ２６０…拘束解除機構、 ２６１…接触感知棒、 ２６２…突起、 ２６３…（拘束解除機構の）バネ、 ３００…マニピュレータ、 ３１０…マニピュレータ本体、 ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ…関節、 ３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ…アーム、 ３１７…回転端子、 ３１８…駆動機構、 ３１９…モータ、 ３２０…制御装置、 ３２１…制御計算機、 ３２２…モータドライバ装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マニピュレータに結合対象物を結合するマ
   ニピュレータの結合装置において、被把持部材と、マニ
   ピュレータにより駆動される回転部材を有するマニピュ
   レータの結合機構と、被把持部材を付勢手段により付勢
   して把持する把持爪と、把持爪を該非把持状態に拘束す
   る拘束手段と、被把持部材との接触により該拘束手段の
   拘束を解除する拘束解除手段と、マニピュレータの前記
   回転部材との接触により回転するネジ部材により該把持
   爪を非把持状態に復帰させる復帰手段とを有する結合対
   象物の結合機構とを備えたことを特徴とするマニピュレ
   ータの結合装置。
2. 【請求項２】請求項１において、マニピュレータの被把
   持部材をマニピュレータ端部に取付けられる本体に対し
   て放射状に等角度で複数配置し、さらに、結合対象物の
   結合機構の把持爪を被把持部材のそれぞれの位置に対応
   して配置したことを特徴とするマニピュレータの結合装
   置。
3. 【請求項３】請求項２において、把持爪の被把持部材把
   持により結合対象物の結合機構を回転部材に連結する手
   段と、回転部材の回転により把持爪をマニピュレータか
   ら遠ざかる方向に移動する移動手段を備えたことを特徴
   とするマニピュレータの結合装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、結
   合対象物の結合機構は、被把持部材の把持爪を把持可能
   な位置に導くガイド部材を備えたことを特徴とするマニ
   ピュレータの結合装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、被
   把持部材と把持爪の少なくとも一方の耐久強度をマニピ
   ュレータの耐久強度より小さくしたことを特徴とするマ
   ニピュレータの結合装置。