【発明の詳細な説明】
移動式ロボット・システム
技術分野
本発明は、移動式ロボット・システムに関し、主に、高圧水を噴射して航空機
の表面から塗料（ペイント）を除去するためのロボット・サブシステムを備えた
、大型の移動式ロボットシステムに関する。
発明の背景
大型の航空機から塗料を除去するために、従来から幾つかの手法が知られてい
る。しかし、これらの手法は、いずれも時間がかかり、コストが高く、多大な労
働力を必要とする。一般に用いられる塗料除去方法は、化学的除去法であるが、
この手法では、一般に、環境面からは好ましくない、メチレンクロライド系の除
去剤が用いられている。また、化学的除去剤を用いて航空機から塗料を除去する
には、航空機の機体を洗浄して、オイル、グリースその他を除去するために、大
勢の作業者が必要となる。
化学的除去剤を用いるに先立って、塗料の除去を必要としない部位を分離する
か、あるいはアルミニウムテープ等によりカバーがかけられる。その後、化学的
除去剤は、その後に、手作業によって、機体にブラシ処理あるいはスプレー処理
され、塗料が軟化して機体
から浮くまで、約３０分程度放置される。
ここで、化学的除去は、金属製やアルミナ製の機体に対しては、通常損傷を与
えることはないがエポキシやグラファイト製の構成部材には適用することができ
ない。一方で、これらエポキシ等は、近年の航空機での使用頻度が増加している
。塗料が軟化した後に、過剰の溶媒及び塗料は、硬質のゴム・スクレーパを用い
て、作業員により除去され、残留溶媒及び塗料は、ウォーターリンス（水洗）に
よって除去される。この水洗処理は、化学的除去剤の塗料除去活性が失われるま
で繰り返される。その後、ワイヤブラシやサンドペーパを用いた手作業によるス
クラッピングによって残留塗料を除去することで、除去プロセスが終了する。
しかし、大型の航空機に対して化学的除去を行うには、多量の労働力が必要と
なり、非常に時間がかかるうえにコストも高い。
加えて、化学的除去プロセスを行う際に、作業員は、閉鎖された空間内、例え
ば航空機のハンガ内で、有毒のメチレンクロライド系化合物や、塗料の粉末等に
長時間さらされるおそれがある。その結果、作業員は、使い捨ての保護服を着用
する必要があり、作業性が悪くなるうえに作業者に不快感を与える。さらに、化
学的除去においては、除去作業後に、大量の危険な廃棄物が生じてしまう。
したがって、信頼性が高く、必要な労働力が小さく、環境に悪影響を与えず、
コストが低く、さらに、機体に損傷を与えることのない、塗料の除去プロセスが
必要とされている。
本発明によれば、遠隔操作が可能で、機体に損傷を与えることなく、航空機の
表面に高圧水を噴射することで塗料を除去するための、
移動式ロボットシステムが提供される。
概要
大型の航空機から塗料を剥がして除去することが可能なロボットシステムが提
供される。このシステムは、ユーティリティ・ブーム（操作用具ブーム）と、移
動式トランスポータと、ロボット・サブシステムとを有する。このロボット・サ
ブシステムは、垂直にのびるコラムを有し、このコラムは、航空機の機体表面に
高圧水を運ぶための、水平にのびるアームと接続される。
図面の簡単な説明
以下の図面を参照することで、種々の実施形態が説明される。
図１は、本発明にかかるロボット・システムの右側面を、航空機とともに示し
た説明図である。
図２は、本発明にかかるトランスポータのジャッキング・システム２０を示す
、一部切り欠き説明図である。
図３は、本発明にかかるロボット・システムの右側面説明図である。
図４は、本発明にかかるロボット・システムの左側面の説明図である。
図５は、本発明にかかるロボット・システムの背面の説明図である。
図６は、本発明にかかるロボット・システムの正面図である。
図７ａは、本発明にかかるロボット・システムの運搬用アッセン
ブリを示す、右側面の拡大図である。
図７ｂは、図７ｃの７Ｂ，７Ｂ線からみた説明図である。
図７ｃは、ロボット・アームを除いた状態での、本発明にかかるロボット・シ
ステムの運搬用アッセンブリを示す正面図である。
図８は、本発明にかかるロボット・システムの種々の自由度の説明図である。
図９ａは、マニプレータを除いた状態での、ロボット・アームの右側面図であ
る。
図９ｂは、内側ロボット・アームの内部強化を示す側面図である。
図９ｃは、ロボット・アームの中心ジョイント・アッセンブリの部分断面の側
面図である。
図９ｄは、中心ジョイント・アッセンブリのベアリング・アッセンブリの一部
切り欠き平面図である。
図９ｅは、外側ロボット・アームの内部強化を示す平面図である。
図１０は、マッピング及びペインティングエフェクタの断面図である。
図１１は、航空機１２と、本発明にかかるロボット・システムのトランスポー
タのルートを示す平面図である。
図１２は、収容状態におけるロボット・サブシステムを示す、本発明にかかる
ロボット・システムの平面図である。
図１３は、ロボット・システム１０の作業環境の説明図である。
発明の好適実施形態
以下の図面において、同一もしくは相当部材には同一の参照符号
を付して説明する。図１には、本発明の一実施形態にかかる移動式ロボット・シ
ステム１０の右側面が示される。図１に示されるように、ロボット・システム１
０は、好ましくは、大型の航空機１２の用に調整されている。図３には、ロボッ
ト・システム１０の右側面図が示される。ロボット・システム１０は、トランス
ポータ２０、ロボット・サブシステム３０及びユーティリティ・ブーム４０を有
する。ロボット・システム３０は、更に、コラム５０、選択式コンプライアント
・アッセンブリ・ロボット・アーム（Selective Compliant Assembly Robot Arm
：ＳＣＡＲＡ）７０、マニプレータ９０、エンド・エフェクタ１００を有する。
本実施形態のロボット・システム１０は、ユーティリティ・ブーム４０を含まな
い状態での高さは約３３フィート、ロボット・アーム７０の水平方向のリーチは
約２８フィートである。
ロボット・システムの設計においては、硬い機械構造が必要とされる。従来の
設計においては、この硬い、あるいは剛性を有する構造が満たされているとみな
すことが可能であった。何故なら、従来における構成部材、特にロボット・アー
ムは、サイズが小さく、かつ硬い金属によって製造されているからである。従来
技術においては、ロボットの剛性を増加させる場合、設計者は、単純にその質量
を増加させることで、剛性を増加させることが通常である。しかし、ロボットの
サイズが本実施形態のサイズに達すると、単純にシステムの質量を増加させるだ
けでは、剛性は増加しない。したがって、本発明にかかるロボット・システムを
設計するには、その構造がフレキシブルであるとしたうえで、一般的な設計原理
を提供すること
で、この構造を補強する。ロボット・システム１０のようなロボット・システム
を設計するにあたって考えられ得るファクタは、材質の選択、断面積、補助支持
材、表面（skin）の厚み，システムの重量配置等である。ロボット・システムの
最終形状は、その用途のみならず、システムの寸法形状にも依存する。これらの
ファクタを試験し、そのトレード・オフをはかるために、種々の方法、例えばソ
リッド・モデリング、有限要素法、最適化プラグラミング等が行われており、こ
れらの手法は当業者に広く知られている。剛性を測定するために、種々の方法を
使用することが可能であり、例えば、システムの固有周波数の測定が挙げられる
。この固有周波数は、システムの剛性が増加するにつれて高くなる。これらの手
法も、当業者には周知のものである。
図３をさらに参照すると、トランスポータ２０は、高容量の自動ガイド式ビー
クル（automatic guided vehicle:AVG）であり、これは、ロボット・システム３
０に好適化された、従来のＡＶＧである。従来の自動ガイド式ビークルは、多く
の製造元から容易に入手可能であり、例えば、Mentor AVG社（Mentor,Ohio）か
ら入手可能である。トランスポータ２０は、所定のガイドパスに沿って移動する
ようにプラグラムされており、ロボット・サブシステム３０を航空機１２の周辺
の所定の作業位置に運ぶようになっている。トランスポータ２０は、移動可能と
されている一方、サブシステム３０の安定に支持するに十分な構造剛性を有して
いる。
トランスポータ２０は、好ましくは駆動システム（図示せず）、ステアリング
・システム（図示せず）、及びジャッキング・システ
ム２２（図２）を有する。本実施形態においては、トランスポータの駆動及びス
テアリング・システムは、従来のものを用いることができ、かつ、これらの駆動
システム等に、用途に応じて調整及び修正を行うことも可能である。
トランスポータの駆動システムは、航空機１２の周辺でのトランスポータ２０
の移動を可能とするための、複数のホイール２４を有する。トランスポータ２０
は、航空機１２周辺のフロア２６に配置されたガイドワイヤ２３に沿って所定の
経路を移動する。本実施形態においては、トランスポータ２０は、好ましくはホ
イールを１０個有し、そのうちの８個はロード・ベアリング．キャスタ、二個は
ステアリング構成部材を有したドライブ・ホイールである。なお、ロボット・サ
ブシステムに適切なサポート及び機動性が得られるのであれば、トランスポータ
２０のホイールの数を任意に設定することができる。
トランスポータ２０の回転運動及び移動は、周知のように、トランスポータ・
ステアリング・システム（図示せず）によって達成される。このトランスポータ
・ステアリング・システムは、好ましくは、ガイドワイヤ２３へとリファレンス
信号（参照信号）を発生するオフ・ボード・ビークル・コントローラ（図示せず
）を有する。ガイドワイヤ２３は、各駆動ホイールの前縁に装着された分離式ア
ンテナ（図示せず）に信号を送信する。上記アンテナは参照増幅信号を与えるも
のであり、上記ビークル・コントローラは、この参照増幅信号を用いて、トラン
スポータ２０の前進あるは後退命令を生成する。
他の形態のステアリング・システムにおいては、上記構成に代えて、トランス
ポータ２０でダイレクト・ドライブ・トルク・ハブ及びレーザ・ガイダンス・ビ
ークル・コントローラを用いる構成とすることも可能である。
図２に、トランスポータ２０のジャッキング・システム２２を示す。ジャッキ
ング・システム２２は、ロボット・サブシステム３０に安定で水平なプラットフ
ォームを与えるように設計されており、好ましくは、ロボット・サブシステム３
０の用途に応じて好適となるように、このロボット・サブシステム３０の寸法形
状に応じて設計される。ジャッキング・システム２２は、トランスポータ２０を
フロアから上昇させるように作用する複数のジャッキ２２ａを有し、これにより
、ロボット・サブシステム３０に水平な作業プラットフォームが提供される。好
適実施形態においては、このジャッキ・システム２２は、好ましくは４つの、個
々に駆動される油圧（流体）ジャッキを有し、このジャッキ２２によって、トラ
ンスポータ２０が約１／２”（１／２インチ）フロアから上昇する。
トランスポータ２０は、好ましくはスティール等の金属よりなるが、ロボット
・サブシステム３０が安定しかつ移動可能となるのであれば、他の材質を用いて
もよい。本実施形態によれば、上記サブシステム３０とトランスポータ２０とを
合わせた重量は、約６０，０００ポンド（ｌｂｓ）である。
トランスポータ２０は、直線方向に約７５(ft/min)の速度で移動可能であり、
好適な動作速度は４０（ft/min）、回転運動の際の速度は約２０（ft/min）であ
って、本実施形態における好適回転速度
は、１５〜１８（ft/min）である。トランスポータ２０の幅は、好ましくは約８
〜１２フィートであり、最も好適には約１０フィートである。トランスポータの
全長は約１８〜２８フィートであり、最も好適には約２３．５フィートである。
トランスポータ２０の高さは、好ましくは約２〜４フィートであり、最も好まし
くは３フィートである。トランスポータ２０は、ロボット・サブシステム３０を
好適に使用できるように、その寸法形状に応じて設計されていることから、トラ
ンスポータ２０の正確な寸法形状は、個々のロボット・サブシステム３０の設計
に応じて変動する。
図２、３を更に参照すると、トランスポータ２０は、好ましくは衝突回避シス
テム（図示せず）をも有する。好適実施形態においては、衝突回避システムには
、好ましくは前方及び後方にそれぞれ設けられたバンパ２８ａ，２８ｂと、サイ
ド・エッジ・センサ２７ａ，２７ｂと、前方及び後方検出センサ２９ａ，２９ｂ
（図５、６）を有する。バンパ２８ａ，ｂは、好適にはフープ型バンパであって
、その下端はフロアから約３．５インチの部分にあり、高さは約１２インチであ
る。トランスポータ２０の移動時には、障害物接触バンパ（object contacting
bunpers）２８によって、このトランスポータ２０が停止される。トランスポー
タ２０が約４０（ft/min）で移動しているときは、最初に障害物と接触してから
約４インチ以内でこのトランスポータ２０が停止するようになっている。
本実施形態では、サイド・エッジ・センサ２７ａ，２７ｂは、好適には、ビー
ムの発信及び受信ともに可能な光電センサである。センサからのビームが遮断さ
れると、トランスポータ２０は停止され
る。トランスポータ２０が約４０（ft/min）で移動しているときは、約４インチ
以内でこのトランスポータ２０が停止するようになっている。
図５、６を参照すると、トランスポータの検出センサ２９，２９ｂは、好まし
くは、デュアルレンジの、周知の赤外線障害物検出センサであり、所定のレンジ
内の障害物を検出することが可能である。本実施形態によれば、検出センサは、
好ましくは、トランスポータ２０から、８フィート以内に障害物が検出されると
、トランスポータ２０が原則されるようになっており、約３フィート以内に障害
物が検出されると、トランスポータ２０を制御して停止させるようになっている
。また、このトランスポータの検出センサは、好ましくは、移動方向の検出が可
能で、トランスポータ２０の停止時には非動作状態とする。
図２を参照すると、ロボット・サブシステム３０は、ターンテーブル５２によ
ってトランスポータ２０に設置されており、このターンテーブル５２によって、
ロボット・サブシステム３０は、垂直軸“Ａ”を中心に回転することが可能とな
っている。この回転によって、ロボット・サブシステム３０には、図８のＢ，Ｃ
の矢線で示される第一の自由度が得られるようになっている。ターンテーブル５
２は、コラム５０に設けられて回転可能なコラム・マウント・プレート５２ａと
、トランスポータ２０のデッキ２５に適当な手段、例えばボルト等によって設け
られたベアリング・マウント構造５２ｂと、を有する。
ターンテーブル５２は、カバー５４内に配置された一対の駆動モ
ータ（図示せず）と電気的に接続されている。この駆動モータによって、ターン
テーブル５２に駆動力が提供される。コラム・マウント・プレート５２ａの回転
は、歯車装置（ギアリング）を用いて機械的になされる。このギアリング（図示
省略）は、ロボット・サブシステム３０を回転速度約３ｒｐｍで回転させること
ができ、好適な作動速度は、約１ｒｐｍ未満である。本実施形態においては、ロ
ボット・サブシステム３０はターンテーブル５２に装着されているが、ロボット
・サブシステム３０は、その回転及び支持が可能を可能とする適当な手法によっ
てトランスポータ２０に設けることが可能である。
図３を参照すると、コラム５０は、トランスポータ２０から実質的に垂直にの
びており、トランスポータ２０のインターフェース５５からコラム５０の頂部５
６との間が、約２４〜３６フィートとなっており、この実施形態では、好適な高
さは約３０フィートとなっている。この実施形態では、コラム５０はスティール
製であるが、コラムに安定性を与えて移動を可能とするものであれば、これに代
わる他の材質を用いてもよい。コラム５０は、好適には方形をなしており、ほぼ
平行な、第一及び第二の対向サイド５７ａ，５７ｂ（図４）をそれぞれ有し、こ
れらはいずれも、ほぼ平行な第三及び第四の対向サイド５８ａ（図５），５８ｂ
（図６）に対して、それぞれ垂直にジョイント（接続）されている。本実施形態
では、サイド５７ａ，ｂ及び５８ａ，ｂは、好適には、ボルトによってジョイン
トされるが、他の適当な手法によってジョイントするようにしてもよい。
図３を参照すると、第一のサイド５７ａには、エンド・エフェクタ・ラック５
９が設けられている。本実施形態では、約４つの異なるエンド・エフェクタがこ
れらのラックに格納されて、マニプレータ９０での使用が可能とされている。各
エンド・エフェクタ・ラック５９は、ロボット・サブシステム３０にオプション
として設けられる格納要素である。また、サイド５７ａには、ケーブル運搬トラ
ック６０が設けられている。ユーティリティ・ブームから供給されるユーティリ
ティは、スリップ・リング・アッセンブリ６２、運搬トラック６０をそれぞれ通
じてロボット・アーム７０に挿入される。また、サイド５７ａには、さらにアク
セス・ベイ１ａ，６ａが設けられ、これらのアクセス・ベイによって、コラム５
０内に設けられた下方及び上方チャンバ（図示せず）へのアクセスがそれぞれ得
られる。
コラム５０の上方チャンバには、電気ジャンクション・ボックス（接続箱）及
びその他の結線等が格納され、一方、下方チャンバには、トランスポータ２０や
ターンテーブルを駆動するモータへの電気結線が格納される。
図４には、第二のサイド５７ｂを示す、ロボット・サブシステム３０の左側面
図が示される。サイド５７ｂは、好ましくは、コラム５０の上方チャンバへのア
クセスのための上方アクセス・ベイ６ｂを有し、また、コラム５０の下方チャン
バへのアクセスのための下方アクセス・ベイ１ｂをも有する。サイド５７ｂは、
さらに、好ましくは、上方アクセス・ベイ６ｂと下方アクセス・ベイ１との間に
設けられた中間アクセス・ベイ２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂを有する。
アクセス・ベイ４ｂは、コラム５０内の、プロセス・コントローラを格納するチ
ャンバとのアクセスを提供する。アクセス・ベイ２ｂ，３ｂは、コラム５０内に
設けられた、ロボット・コントローラを格納するチャンバへのアクセスを提供す
る。最後に、アクセス・ベイ５ｂは、コラム５０内に設けられた、ノズルの回転
のための油圧（流体）ユニットへのアクセスを提供する。アクセス・ベイの数及
び位置は、コラム５０の設計や、コラム内の種々の電気結線や制御によって変動
する。
図５に、第三のサイド５８ａを示す、ロボット・サブシステム３０の背面図が
示される。サイド５８ａは、コラム５０への電気ワイヤーウェイ、配管及び空気
配管（図示せず）を支持する。サイド５８ａは、好適には、作業環境から電気ワ
イヤーウェイ、配管、空気配管をそれぞれシールドするカバーを有する。
図６に、第四のサイド５８ｂを示す、ロボット・サブシステム３０の全面図を
示す。ギア・ラック６４は、サイド５８ｂに沿って実質的に垂直にのびている。
ギア・ラック６４は、複数のギア・ティース６５を有し、これらは、ギア・ラッ
ク６４にそって配置されている。ギア・ラック６４の双方のサイドには、ベアリ
ング・レール６６ａ，ｂが形成されている。ギア・ラック６４とベアリング・レ
ール６６ａ，ｂは、適当な手法、例えばボルトによって、コラム５０のサイド５
８ｂに装着されている。
図７ａ〜７ｃには、運搬アッセンブリ６８が示される。この運搬アッセンブリ
６８は、プレート部材７２、ピニオン７４ａ，ｂ、ベアリング・トラック７６ａ
，ｂ及び二方向駆動モータ７８ａ，ｂを
有する。コラム５０のベアリング・レール６６ａ，ｂは、運搬ベアリング・トラ
ック７６ａ，ｂと、ギア・ラック６４に沿って垂直にのびるガイド運搬アッセン
ブリ６８と、のインターフェースとなる。ギア・ラック６４は、ピニオン７４ａ
，ｂと、通常のラック・アンド・ピニオン・アレンジメントによって、互いにか
み合っている。このアレンジメントは、ギア・レデューサを通じて、運搬アッセ
ンブリ６８をギア・ラック６４に沿って垂直に移動させるように、モータ７８ａ
，ｂからの駆動力によって駆動される。モータ７８ａ，ｂは、図９ａに示される
ように、ハウジング６５内に格納される。図８の矢線Ｄ，Ｅで示されるように、
、運搬アッセンブリ６８の垂直移動によって、ロボット・サブシステム３０に対
して、第二の自由度が与えられる。
図７ａ〜７ｃとともに図３を再度参照すると、ロボット・サブシステム３０は
、ギア・ラック６４及びベアリング・レール６６ａ，ｂを覆ってのびるラック・
カバー７７ａ，ｂを有する。ラック・カバー７７ａ，ｂは、ギア・ラック６４と
ベアリング・レール６６ａ，ｂとを、周囲から保護して、動作中にラック・アン
ド・ピニオン・アッセンブリが損傷されないようにしている。カバー７７ａは、
その一端が上方キャニスタ７９ａに装着され、その対向する他端は、運搬アッセ
ンブリ６８の第一の端部６８ａに装着されている。カバー７７ｂは、その一端が
下方キャニスタ７９ｂに装着され、その対向する他端は、運搬アッセンブリ６８
の第二の端部６８ｂに装着されている。
運搬アッセンブリ６８が、矢線Ｚで示される垂直方向に移動する
につれて、カバー７７ａがキャニスタ７９ａから巻き戻されて運搬アッセンブリ
６８を追うように移動する一方、カバー７７ｂはキャニスタ７９ｂに巻き取られ
ていく。これにより、ギア・ラック６４とベアリング・レール６６ａ，ｂは、運
搬アッセンブリの移動時においてもカバーされたままの状態に維持される。
同様に、運搬アッセンブリ６８が、矢線Ｙで示される垂直方向に移動するにつ
れて、カバー７７ｂがキャニスタ７９ｂから巻き戻されて運搬アッセンブリ６８
を追うように移動する一方、カバー７７ａはキャニスタ７９ａに巻き取られてい
く。これにより、ギア・ラック６４とベアリング・レール６６ａ，ｂは、この移
動時においてもカバーされたままの状態に維持される。
図９ａ〜ｃに、ロボット・アーム７０の部分切り欠き側面図を示す。ロボット
・アーム７０は、ユーティリティ及びサービスをケーブル運搬トラック６０（図
３）からマニプレータ９０へと移動させ、マニプレータ９０をサポートするとと
もに、航空機１２（図１）近辺に選択的にマニプレータ９０を位置させる。ロボ
ット・アーム７０は、内側アーム８０、中心ジョイント・アッセンブリ８２及び
外側アーム８４を有する。内側アーム８０は、その第一の端部８０ａで運搬アッ
センブリ６８に装着され、その第二の端部８０ｂで中心ジョイント・アッセンブ
リ８２に装着されている。
本実施形態においては、内側アーム８０は、全長が約２５インチ、幅約２５イ
ンチで断面一定であり、内部アングル強化材８３を有する。内部アングル強化材
によって、内側アーム８０の構造強さが強化される。内側アーム８０は、好適に
はスティール製であるが、ロ
ボット・サブシステム３０の固有周波数を減少させず、かつマニプレータ９０を
支持して位置決めするための構造強度のパラメータを個々の使用状況における許
容範囲内とすることができるのであれば、他の材質を用いてもよい。本実施形態
では、内側アーム８０は、約１２００（ｌｂｓ）、中心ジョイント・アッセンブ
リ８２は約１１００（ｌｂｓ）、外側アームは約４００（ｌｂｓ）、マニプレー
タ９０は約８６０（ｌｂｓ）の重量である。
図９ａ〜ｃを参照すると、中心ジョイント・アッセンブリ８２は、上方フィッ
ティング・アッセンブリ８２ａ、下方フィッティング・アッセンブリ８２ｂ及び
中間ジョイント・アッセンブリ８２ｃを有する。本実施形態では、上方フィッテ
ィング・アッセンブリ８２ａは、その一端が内側アーム８０に装着される。同様
に、下方フィッティング・アッセンブリ８２ｂは、その一端が外側アーム８４に
装着される。上方及び下方フィッティング・アッセンブリ８２ａ，ｂは、好適に
は、内側アーム８０、外側アーム８４に、それぞれボルトで装着される。外側ア
ーム８４、マニプレータ９０、エンド・エフェクタ１００を支持するに十分な構
造強さが得られ、かつ用途に適した動作パラメータが維持できるのであれば、上
方及び下方フィッティング・アッセンブリを他の手法により装着することも可能
である。
図９ｄとともに図９ｃを参照すると、上方フィッティング・アッセンブリ８２
ａは、その第二の端部において中間ジョイント・アッセンブリ８２ｃに接続され
、同様に、下方フィッティング・アッセンブリ８２ｂは、その第二の端部におい
て、中間ジョイント・アッ
センブリ８２ｃに接続される。上方フィッティング・アッセンブリ８２ａは、中
間ジョイント・アッセンブリ８２ｃのベアリング８６に接続される。本実施形態
においては、ベアリング８６は、従来法による装置（arrangement）によってピ
ニオン８８とかみ合う複数のギア・ティース８６ａを有する。上記装置は、ダイ
レクト・ドライブ・モータ（図示せず）からギア・レデューサ（図示せず）を通
じて供給される駆動力によって駆動されて、下方フィッティング・アッセンブリ
８２ｂ及び外側アーム８４に回転力が与えられる。図８の矢線Ｆ，Ｇに示される
ように外側アーム８４によって、ロボット・サブシステム３０に第三の自由度が
与えられる。
図９ａ〜ｅに示されるように、外側アーム８４は、その一端が中間ジョイント
・アッセンブリに装着され、その他端は、マニプレータ・マウント８８に接続さ
れている。本実施形態では、外側アーム８４は、全長約２０インチ、幅約２０イ
ンチで断面一定であり、内部アングル強化材８９を有する。内部アングル強化材
８９によって、外側アーム８４の構造強度が向上する。外側アーム８４は、好ま
しくはスティール製であるが、ロボット・サブシステム３０の固有周波数をあま
り低くすることがなく、かつマニプレータ９０を支持及び位置決めするための構
造強度のパラメータが個々の使用状況における許容範囲内とできるのであれば、
他の材質を用いてもよい。本実施形態では、外側アーム８４は、約４００（ｌｂ
ｓ）である。
図９ａを参照すると、マニプレータ９０は、マニプレータ・マウント９２を通
じて、ロボット・アーム７０に対して回転可能に設けられている。マニプレータ
・マウント９２は、ギアリング（図示せ
ず）を有して、ロボット・サブシステム３０に対して、図８の矢線Ｈ，Ｉで示さ
れる第４の自由度を与えるようになっている。
マニプレータ・マウント９０は、従来のマニプレータ技術を用いているが、航
空機の塗料剥がし／ペインティング用に特化されて設計されている。マニプレー
タ９０は、GMHanuc Robotics社から入手可能であり、３３〜１０９°Ｆの温度で
のクラス１−１（Class I Division I）での電気機器として設計されている。本
実施形態では、マニプレータ９０は約７５（ｌｂｓ）＋５０（ｌｂｓ）のバック
・スラストのペイロード容量を有する。マニプレータ９０は、大容量の中空リス
ト９４と外側アーム９６とを有して、エンド・エフェクタ１００に至るプロセス
・ラインを形成している。本実施形態では、マニプレータ９０は、好ましくはダ
ブル・ジョイントを有するエルボー９８とフェイスプレート９３とを有する。
エルボー９８とマニプレータ・フェースプレート９３とによって、図８に矢線
“Ｊ，Ｋ”，“Ｌ，Ｍ”，“Ｎ，Ｏ”，“Ｐ．Ｑ”，“Ｒ，Ｓ”でそれぞれ示さ
れる、６つの自由度が与えられる。マニプレータ９０は、トランスポータ２０の
ベースの下部に移動可能で、かつ、垂直方向に約３０フィートにまで移動可能で
ある。これにより、ロボット・システム１０が、航空機の翼や胴体に容易に到達
可能となっている。
図１０を参照すると、マッピング及びペイント除去エンド・エフェクタ１０２
、１０４がそれぞれ示される。これら双方は、クイック・チェンジ・インターフ
ェース・システムを通じて、マニプレータ・フェースプレート９３に装着されて
いる。本実施形態では、こ
のマッピング・エンド・エフェクタは、航空機１２の表面をマッピングして、ロ
ボット・システム１０のコントローラ（図示せず）及びトランスミッションへと
入力を行う。マッピング・エンド・エフェクタ１０２は、レーザ輪郭センサより
なり、これは、ビームと航空機表面との交差により生成されるラインの方程式（
line equation）によって、レンジ測定（range measurement）を行う。本実施形
態では、ペイント除去エンド・エフェクタ１０４は、高圧水クイック・チェンジ
・ロータリ・スイベル・ハウジングとノズルとからなる。用途や使用状況に応じ
て、ロボット・システム１０において、種々のエンド・エフェクタを用いること
ができる。
また、図１には、ロボット・システム１０が更にユーティリティ・ブーム４０
を有することが示される。ユーティリティ・ブーム４０は、航空機１２を覆うハ
ンガ１２のルーフ４２からロボット・サブシステム３０へと、ユーティリティを
送る。本実施形態では、ブーム４０は、ファシリティ・センター・スイベル４４
、モノレール装着ポイント４６及びコラム５６の頂部の３点により支持される。
ブーム４０の自由度は制限されてはいないが、ロボット・サブシステム３０の運
動に追従して、航空機１２の周囲をモノレール４８に沿って移動するようになっ
ている。本実施形態では、ブーム４０は、高圧水、電源、制御及びデータライン
、及び空気ラインと減圧ラインを運搬する。
以下、ロボット・システム１０の動作を説明する。ロボット・システム１０は
、種々の用途及び使用条件下で用いることができる。その一つは、図１に示され
るような、大型航空機のペイント除去シ
ステムである。航空機の塗料（ペイント）除去システムは、コンピュータ・サブ
システムとインターフェースをとるロボット・システム１０、センサ・サブシス
テム、ガイダンス・サブシステム、ペイント除去サブシステム、及びファシリテ
ィ・サブシステム（いずれも図示せず）を有する。コンピュータ・サブシステム
は、オペレータのステーション・アクセス・ターミナル及び周辺デバイスを有す
る。システムのオペレータに対しては、主に上記オペレータのステーション・ア
クセス・ターミナルがインターフェースとなる。殆どのコンピュータ用機器は、
オペレータ用制御室及び隣接するコンピュータ室内に配置されている。上記セン
サ・サブシステムは、プロセス・コントローラを有し、このプロセス・コントロ
ーラによって、ストリッピング圧（塗料を剥がす圧力）とノズルの回転レートを
監視する。
航空機１２の塗料剥がしを行うに先立って、マッピング・エンド・エフェクタ
は、航空機１２のマッピングを行って、その結果を制御装置（図示せず）に入力
する。その後、ガイドワイヤ２３を、トランスポータ２０の経路に対応させて、
フロア２６に航空機１２の周囲に設置する。ユーティリティは、上述したように
ブーム４０を通じて運ばれ、トランスポータ２０は、ガイドワイヤ２３上に配置
される。このトランスポータは、図１２に示されるように、右下、右上、左下、
左上の４つの領域のいずれに収納することも可能であり、航空機１２の周囲での
トランスポータが最大限にフレキシブルに移動可能となっており、特に、航空機
とファシリティとの間のクリアランスが小さいときに有用である。トランスポー
タ２０をその初期
位置に配置した後に、ロボット・アーム７０を所定の位置にまでのばす。この状
態で、塗料の除去の開始可能となる。
ロボット・システム１０は、約２０，０００ｐｓｉ以上の高圧水を航空機表面
に噴射して、航空機１２の塗料剥がしを開始する。ロボット・システム１０が一
つの領域の塗料を除去すると、トランスポータ２０が次の所定位置へと移動して
停止し、上述したように、ジャッキによって水平なプラットフォームが得られる
。本実施形態では、ロボット・システム１０は、１００ｌｂの積載量で、約プラ
スマイナス０．０１０インチ、３シグマ（sigma）の安定した静的再現性を有し
ている。本実施形態にかかるロボット・システム１０の動的直線再現性（dynami
c straight line repeatability）は、積載量２４ｌｂ、１５インチ／秒でプラ
スマイナス約０．１インチであり、積載量１００ｌｂ、２インチ／秒で０．０３
０インチであった。静的再現性は、デバイス（この例ではロボット）が一つの固
定された位置に移動した結果生じるエラーや偏差の量である。ロボット工業では
、通常は、最大負荷及び最大接近速度において測定される。動的直線再現性は、
デバイス（この例ではロボット）が直線経路（軌道）に沿って移動することで生
じるエラーや偏差の量である。このエラーは、二つの成分、即ち直線エラーと位
置（ロケーション）エラーとを有する。このエラーは、ロボットの速度と関連し
ている。システム１０の作業包絡線を図１３に示す。
ロボット・システム１０及びその動作は、“大型航空機ロボットペイント剥が
しシステム（The Large Aircraft Robotic Paint Stripping(LARPS)System）”
に記載されており、この文献は、参照と
して本願に包含される。
以上説明した実施形態には、種々の修正が可能である。例えば、ロボット・シ
ステム１０は、種々の用途、例えば航空機の塗装にも使用可能である。従って、
上記説明は、本発明を限定するものではなく、単に好適実施形態を例示するに過
ぎない。当業者であれば、本発明の請求項の趣旨及び範囲を逸脱することなく、
種々の変形、修正が可能である。
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(72)発明者 ブローライアー，リチャード エス.
アメリカ合衆国，アラバマ 35758，マデ
ィソン，アンドラ ストリート 210
(72)発明者 メリフィールド，ドナルド ヴイ.
アメリカ合衆国，アラバマ 35802，ハン
ツヴィル，エス．イー．，マンハッタン
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