JPS63216686A - スペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御するシステム - Google Patents

スペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御するシステム

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JPS63216686A
JPS63216686A JP63037304A JP3730488A JPS63216686A JP S63216686 A JPS63216686 A JP S63216686A JP 63037304 A JP63037304 A JP 63037304A JP 3730488 A JP3730488 A JP 3730488A JP S63216686 A JPS63216686 A JP S63216686A
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リチャード、エッチ、アダムズ
アラン、イー、グロス
ディミートリアス、ジー、ジェラティス
カールトン、イー、ジェンリッチ
ルドルフ、オー、マロール
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SAAJIENTO SABU DERAUEA Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G4/00—Tools specially adapted for use in space

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スペースにおける衛星の塾備、修理および保
守、スペースクラフト、スペース輸送システム、スペー
スステーションなどの種々の活動を実施するための装置
および方法を含むシステムに関するものである。さらに
詳しくは、本発明は例えば、軌道シャトルビヒクルの内
部などから実施される無人ビヒクル外活動を遠隔制御す
るシステムに関するものである。
通信衛星など、地球の外周軌道に配置される機器が時た
ま機能不全を生じる事がある。多くの場合に、機能不全
の性質が知られまたは確認され、機器に近接する事がで
きれば容易に修理される。
その最も顕著な例は、−衛星内部の電子パネルの故障に
よるソーラマキシマム（ソーラマックス）の機能不全で
あった。この機能不全は、広く発表されたソーラマック
ス修理ミッション中に欠陥電子パネルを取り替える事に
よって修理された。しがしこの修理は２年以上遅れた。
最初の１年は、ハードウェア、シナリオ、トランジショ
ンパス、ワークサイト、工具、ビヒクル外活動技術、お
よび対応の操作上の支援などの開発に要し、っぎの１年
は選ばれた宇宙飛行士がビヒクル外修理活動をする訓練
に要した。このミッションの一部として、衛星の°外部
に取り付けられた姿勢制御システムを交換し、また衛星
のＸ線ポリクロメータユニットの外部ベントの上にバッ
フルを配置した。
ソーラマックス修理ミッシミンを実施するため、遠隔マ
ニピュレータシステムを備えた５ＴＳ−４１０スペース
シヤトルが軌道上に発射され、ソーラマックスとランデ
ブーするように操縦された。
このシャトルがソーラマックスの近傍にパークした時、
１人の宇宙飛行士が有人操縦ユニットを使用して衛星ま
で飛行し、その回転を停止した。シャトルの遠隔マニピ
ュレータアームの末端によって衛星を把持し、このアー
ムによってシャトルのカーゴベイの中の係留リングに係
留した。修理活動はシャトル外部で作業する２人の乗員
によって実施され、その１人は、この飛行士をその作業
位置に保持するため遠隔マニピュレータアームの末端に
配置されたハンドホールドとフートリストレーナを有す
るワークステーションから作業し、他の乗員はカーゴベ
イの周囲を自由に移動した。修理作業に必要な工具と機
器はカーゴベイの中の工具ロッカーに収納され、交換部
品は貯蔵区域に貯蔵されて固定されていた。
ブリーフケースのサイズの電子ボックスを除去して新し
い電子ボックスを設置するため、飛行士はとのボッ分ス
の位置の衛星シェルのパネルを開く必要があフた。彼は
、フォイル絶縁体を切断し。
ボックス上の耐熱保巨ブランケットを固着したネジを取
りはずさなければならなかった。耐熱ブランケットと絶
縁フォイルを邪魔にならぬようにテ−プで留めた後、主
型テボックスを覆うパネルをドアに変換するためヒンジ
を設置しなければならなかった。このパネルを保持する
他のネジを取りはずし、パネルをヒンジによって支持さ
れた状態で開いた。電子ボックスのケーブルをプラグか
ら抜きとり、電子ボックスを取り出し、他方の飛行士に
渡し、この飛行士が相手の飛行士に交換用電子ボックス
を渡した。新しいボックスを設置し、すべての接続を回
復し、ドアを閉じて固定し、保護絶縁体を再び取り付け
た。その後、ソーラマックスをマニピュレータアームに
よって把持し、カーゴベイの外部に出して、再び軌道上
に配置した。
前記の手順は、ナショナル・エアロノーティックス・ア
ンド・スペース・アトミニストレージョンの刊行物ＥＰ
−２５ｒソーラマックスの修理」において詳細に記載さ
れている。
前述のソーラマックスの修理には３人の宇宙飛行士の作
業が必要であり、その２人はビヒクル外活動に従事し、
第３の飛行士がシャトルキャビンの中に残った。ソーラ
マックスの修理を成すために２年の遅れを生じた事のば
か　飛行士全部が宇宙飛行の危険性に曝され、ビヒクル
外活動に参加した飛行士はビヒクル外活動に伴なう追那
的范険に曝された０本発明の主目的は、ソーラマックス
の修理と同様の整備、修理および保守作業を、遠隔操作
式双方向応力反射型テレロボットシステムを使用し、無
重力のスペースクラフトのキャビン環境から１人の乗員
が遠隔交換可能工具を操作して実施するシステムを提供
するにある。
［従来技術と問題点］ 近接可能のビヒクル外ワークサイトを有し、またビヒク
ル外作業を必要とする機器を把持−回収する手段を備え
た遠隔制御マニピュレータアームを有するスペースビヒ
クルが前記の刊行物、「ソーラマックスの修理」に記載
されている。
２人の出願人の共著、ｒｓＡＭｓＩＮ、、、次世代サー
ボマニピュレータ」、第３３回遠隔制御技術会議の議事
録、アメリカ原子力協会、１９８５．３７−４４頁、に
おいて、本発明を実施するために使用されうるサーボ作
動マニピュレータシステムが記載されてい盃、米国特許
第４，２２１゜５１６号に詳細に記載されている主−従
マニビュレータの主アームと従アームは、線形運動を回
転運動に変換し、この運動を遠隔箇所に転送し、再び線
形運動に変換するアーＡの例であつて、これを前記のよ
うなサーボ作動マニピュレータシステムに使用する事が
できる。米国特許第３，５７２゜８０７号のトングとリ
ストジョイントは前記の従アームに使用されうる部品の
例である。前記の議事録と特許の開示を引用として加え
る。
［発明の概要］ 一般的に、本発明はスペースにおける無人ビヒクル外活
動の遠隔制御システムに関するものである。このシステ
ムは、ビヒクル外部から近接可能のワークサイトと、ビ
ヒクル外活動を実施されるスペース中の機器を前記のワ
ークサイトに配置し固着するため、このワークサイトに
接続された遠隔制御手段とを有する軌道スペースビヒク
ルを含む、少なくとも１つのサーボ作動マニピュレータ
の従サブシステムが、ワークサイトにおいて作業を実施
するためこのワークサイドに隣接して配置される。この
従サブシステムは、これから離間配置された手動式サー
ボ作動マニピュレータの主サブシステムに対して、分布
デジタル通信システムとデータ伝送リンクを通して接続
される。
若干の場合には、主サブシステムはスペースビヒクルの
キャビンの中に配置され、従サブシステムに対して、ハ
ードワイヤなどによって実体的に接続される。他の場合
には、主サブシステムは他のスペースビヒクルまたは地
上に配置され、放射エネルギー接続によって従サブシス
テムに接続される。多くの場合、このシステムは少なく
とも一対の主サブシステムと従サブシステムとを含む。
従サブシステムと主サブシステムは双方向応力反射制御
サブシステムによって相互に接続され、この制御サブシ
ステムは、従システムによって加えられる卦部負荷に比
例した感触を主サブシステムの操作員の手に与える。ビ
ヒクル外活動の実施される遠隔環境の感覚応答を操作員
に自然に伝達する手段を含む感覚サブシステムが配備さ
れる。
このシステムについて使用される適当な工具キットが備
えられ、特定工具の性質は、実施される特定のビヒクル
外修理作東または整備作業の性質によって決定される。
［実施例］ 付図について、特に第１図について説明すれば、図示の
５ＴＳ−４１Ｇスペースシヤトルの軌道スペースビヒク
ルは、操作員を搭乗させるための閉鎖キャビンエリア１
１と、ソーラマキシマム・ミッション衛星１３などの整
備、保守または修理を必要とする機器を格納する開放カ
ーゴベイ１２とを有する０本発明は有人スペースシャト
ルを使用するソー２７ツクス修理ミツシヨンに関して説
明されるが、本発明は特定の有人または無人の軌道スペ
ースビヒクルの使用に限定されるものでなく、また特定
の軌道機器の整備に限定されるものではない、ビヒクル
は、整備される機器を軌道から回収して積載するシャト
ルまたはスペースステーションとする事ができ、または
ビヒクルが、整備を要する軌道周回機器まで飛行してこ
の機器に固着する事ができる。
図示の実施態様において、シャトルキャビンはザーボ作
動マニピュレータ主サブシステム１４を備え、この主ザ
ブシステム１４はデータ伝送リンク１５を介してサーボ
作動マニピュレータ従サブシステム１６に接続されてい
る。この従サブシステム１６はシャトルベイ１２の中に
配置され、例えばトランスポータ１７上に載置されてい
る。このトランスポータ１７はシャトルベイ１２の内部
で整備される機器１３に近接配置されるように。
レール上を走行する車輪またはローラまたはその他の手
段を備える。整備される機器まで飛行しこの機器に固着
されるビヒクルの場合、従サブシステムは言わゆる「ス
マートフロントエンド」としてビヒクル外部に装着され
る事ができる０本発明によって整備されうる軌道機器の
例は、バブルテレスコープ（Ｈ８Ｔ）、ガンマレイ　オ
ブザーバトリ（ＧＲＯ）　、アッパ　アトモスフィア　
リサーチ　サテライト（ＵＡＲ８）　、ウルトラバイオ
レット　エキスブローラ（ＭＭＳ−ＥＵＶＥ）、Ｘ−レ
イ　タイミング　エキスプローラ（ＭＭＳ−ＸＴＥ）、
アース　オブザーベイション　サテライト（ＥＯ８）、
コスミック　オリジン　バックグラウンド　エキスペリ
メント（ＣＯＢ　、Ｅ　）、ランドサット　サテライト
などである。
主サブシステムと従サブシステムが相互に比較的近接し
ている時、データ伝送リンク１５は直接ハードワイヤ接
続とする事ができる。しかし主サブシステムと従サブシ
ステムが相互に離間している場合、例えば操作員と主サ
ブシステムが地上にある場合あるいは従サブシステムを
積載したビヒクル以外の軌道ビヒクル上にある場合、デ
ータ伝送リンク１５はレーザビーム、マイクロ波などの
放射エネルギー接続とする事ができる。スペースビヒク
ル１０は、前記のソーラマックス修理マニュアルに記載
のように、整備される機器を把握しカーゴベイに回収す
る長い関節リモートマニピュレータを備える。
第２図乃至第４図において、本発明のシステムをさらに
詳細に図示する。主サブシステム１４は、米国特許第４
，２２１，５１６号に記載のように、枢着支持された主
マニピュレータトランクチューブ１８と長手方複動式入
子型ブームチューブ１９とを含む、可動ブームチューブ
の下端はリストシミインド２０を担持する。このリスト
シミインドは人体類似の関節とする。これは、米国特許
第３゜５０３．２７３号、第３．５４３，５９２号、お
よび第３，５４３，５９．３号に記載されている。
主すストジ目インド２０は、下記に詳細に説明するよう
に、制御ハンドル２１を取り付けられるように構成され
ている。前記の米国特許第４，２２１．５１６号に記載
のように、制御ハンドル２１を介しての操作員の手の線
形運動が従サブシステム１６への伝送のため回転運動に
変換され、再び線形運動に変換される。これについては
、下記に詳述する。
従サブシステム１６は従マニピュレータアームを有し、
このアームは複数の入子型管部材、すなわちトランクチ
ューブ２２、これより小径の中間チューブ２３、さらに
小径のブームチューブ２４とを含み、中間チューブとブ
ームチューブはトランクチューブに対して長手力に可動
である。主アームのリストジョイント２０に対応するリ
ストジョイント２５がブームチューブ２４の最先端に取
り付けられている。リストジョイント２５は平行ジョー
トング２６を担持する。トング２６は前記の米国特許第
３，５７２，８０７号（こ記載説明された型のものであ
る。
主サブシステムと従サブシステムはそれぞれ第５図と第
６図の回路図について詳細に説明するような双方向応力
反射制御サブシステム２７と２８を含む、これらの相互
に結合された応力反射サブシステムによって、主サブシ
ステムの操作員の手は、従サブシステムを介して操作員
によって加えられる負荷の効果および従サブシステムを
通して遠隔環境によって加えられる負荷の効果を直接に
自然に感知する事ができる０例えば孔を穿孔する場合５
操作員は自分の手にドリルを持っている場合と同様に素
材がドリルビットによって穿孔された瞬間を感知する事
ができる。あるいはネジが締め付けられまたは緩められ
る場合、ドライバを手で持っている場合と同様に、ネジ
が十分にねじ込まれた時、または緩められた時を感知す
る事ができる。
主サブシステムと従サブシステムはそれぞれサーボモー
タパッケージ２９，３０を含む、各モータパッケージは
好ましくは、それぞれ３並進運動と３回転運動用のまた
把持用のアフォーダブル・オプザシェルフ・ブラシレス
ＤＣモータ（例えばエレクトロクラフト、モデルＢＬＭ
、パーツＮ［ＬＥ８７２０６７９２０１）を含む、使用
可能の他の型のモータは、可変磁気抵抗またはヒステリ
シス型モータ、ＡＣまたはＤＣブラシタイプモータなど
を含む、業界公知のように、これらのモータは側面また
はＸ方向運動、前進後退またはＹ運動、延長方向または
Ｚ運動と、リストジ目インドの立面回転、捻じり回転お
よび方位回転を含む。
制御ハンドル２１を動かす操作員の動作は主マニピュレ
ータアームから、前記の米国特許第４゜２２１．５１６
号に記載のように、回転インターフエース３１−３２を
通って主モータパッケージ２９に伝達される。各運動に
よって発生された信号が、主電子モジュール３３と接続
リンク１５を遍して従電子モジュール３４から従モニタ
パッケージ３０および回転インターフェース３５−３６
を通して従マニピュレータアームに伝達される。
このようにして、主制御ハンドルのそれぞれの運動が従
トングに伝達される。逆に、第６図において詳細に説明
するように、遠隔環境においてトングに加えられる応力
または負荷が逆転送されて操作員の手によって感知され
る。
主マニピュレータアームと従マニピュレータアームとを
接続するように分布されたデジタル通信システムを第５
図において略示する。この図に図示のように、主マイク
ロプロセッサーシステムは、スーパバイザプロセッサー
を含む（例えばＩｎｔｅ　ｌ　、　Ｓ　Ｂ　Ｃ２８６／
　１００およびＩ　ｎ　ｔ　ｅ　１　ｔｉＳＢＸ　　３
５２ビット直列通信）、こわらの並進運動および回転運
動および把持運動に対しては代表的には１４プレースに
ついて、一つの制御成分パッケージが備えられ、これを
生Ｘ運動について詳細に説明するが他の運動については
繰り返さない、各パッケージは、結合運動マイクロプロ
セッサー（例えばＩｎｔｅ　ｌ、ＲＣＢ　　４４１０遠
隔制御盤）、結合通信マイクロプロセッサー（例えばＩ
ｎｔｅｌ　　１ｓＢＸ　　３５２ビット直列通信盤）、
パルス幅変調駆動増幅器などの駆動増幅器（例えばＥｌ
ｅｃｔｒｏ　　Ｃｒａｆｔ　　ＯＰＳシリーズ、ＢＶＣ
４カドラント）、および各ブラシレスＤＣモータを制御
するための位置エンコーダ（例えばＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐ
ａｃｋａｒｄ、ＨＥＤＳ−６０１０）を含む、さらに各
従パッケージは電気−機械的制動器（例えば工ｎｅｒｔ
ｉａＤ　ｙ　ｎ　ａ　ｍ　ｉ　ｃ　ｓ　、　Ｎ　Ｏ、Ｆ
　Ｓ　Ｂ　−−０１５）を含む。
第６図から明らかなように、双方向応力ｆ対位置制御シ
ステムは下記のよに作動する。システムの始動に際して
、全ての位置が初期化される。操作員が制御ハンドル２
１を動かす時、主ジヨイントの位置が従ジ目インドに転
送されて、軸設定点位置となる。従ジヨイントサブシス
テムマイクロプロセッサーが設定点位置を現在の局所軸
位置と比較する。これら二つの位置の差異がこの差異に
比例する増幅器に対する電圧信号を生じる。そこで増幅
器が対応の電流信号をモータ巻線に加え。
その結果モータが回転して、設定点位置と現在の軸位置
との差異を最小限に成す。
現在の軸位置が主ジヨイントに伝送され、主設定点位は
となる。前述のように、設定点位置と局所位置との差異
が局所ジヨイントにおけるモータ回転を生じて、位置の
差異を最小限に成り、これらの計算とデータ転送は、マ
ニピュレータシステムの安定性を保持するに十分な高速
で実施される。
このようにして、ハンドルを掴んだ操作員が主マニピュ
レータアームを押し下げる時（Ａ）、従マニピュレータ
アームが主アームの運動に比例して下降しくＢ）、特定
の応力（Ｃ）を生じる。従アームを動かすに必要な応力
（Ｃ）が操作員の手に反射する（Ｄ）、この応力（Ｄ）
は応力（Ｃ）に等しくまたは比例する。
第７図に示すように、ＩＪＩＩハンドル２１は主モータ
の電力を制御するオン−オフ式デッドマンスイッチ４０
を備える。操作員の手がハンドル２１の上に置かれてス
イッチ４０を押し下げた時にシステムが作動する。主モ
ータ電力がオンに変換されて、主−従モードを機能状態
に置く、操作員の手がハンドルから離れた時、主モータ
電力がオフに成されて、従アームサーボが最後の主位置
に留まる。
オンーオブ割りだしスイッチ４１が主モータ電力をオフ
に成し、主アームを従アームに対して割りださせる。従
アームサーボが３並進運動と３回転運動に関する最後′
の主位置に留まる。そこで主モータ電力がオフの状態で
操作員がスイッチを保持したまま、従アームの位置に影
響することなく、主アームを所望の位置に配置する事が
できる１割りだしスイッチがオフに成された時に、新し
い割りだし位置において主−従モードが機能する。
オン−オフ式トグルスイッチ４２によってロック機能が
得られる。この全ロックトグルスイッチが１方向運動に
よりてオンに切り替えられた時に。
７従運動全部がサーボロックされ、主アームにおいて把
持運動がサーボロックされる。モータの加熱を最／ＩＸ
限にするため、操作員の手が主ハンドルから離れた後に
所定時間（例えば６５秒）後に、３並進運動と３回転運
動のために従制動器がセットされる。従制動器がセット
された場合にのみこれらの６従運動から動力が除去され
る０把持主−従運動はサーボロックされたままである。
全ロック機能がオフに成された時、操作員の手が主ハン
ドルに戻されると６従運動に対して駆動力が加えられる
。従制動器がセットされていれば、全ロック機能がオフ
に成された時にこの従制動器が解除されて、マニピュレ
ータ主−従モードが再び機能する。
トグルスイッチ４２が反対方向に動かされた時、把持ロ
ックスイッチとして機能する０把持ロック機能がオンに
切り替えられた時、把持主−従運動がサーボロックし、
操作員の手が主ハンドルから１１すれても把持ロックが
保持される０把持ロック機能は、操作員の手が主ハンド
ル上にある時にのみオフに切り替えられる。
これらのスイッチは結合的に使用する事ができる１把持
ロックと全ロックを一緒にオンに切り潜える事ができる
。全ロックは把持ロックに影響しない０両方がオンの時
に、全ロックがオフに切り替えられれば１把持ロックが
機能状態に留まる。
把持ロックスイッチと割りだしスイッチを一緒に使用し
て、他の６０ツクマニピユレータ運動を割りだしなから
把持ロックを保持する事ができる。
種々の交換可能の工具をこの整備システムについて使用
する事ができるが、実施される整備動作に対応して特定
の工具を選ぶ１代表的な工具はコードレス電気ドリル、
手動−コードレス電気ドライバ、スパナ、ナイフ、ハサ
ミなどを含む、各工具は、トング２６のジョーソケット
と係合する交換可能の確動ロックコネクタを備える。第
８図に図示のように、トング２６は一対のシミーソケッ
ト４５を含み、各ソケットがそれぞれ一つの着脱自在の
トングジ：ｌ−４６または交換可能の工具コネクタを受
ける。ジョニソケット４７はトングジョーまたは工具コ
ネクタのシャンク４８を受ける寸法と形状を有する。横
方向通路４９がソケットの凹み４７を横断し、この通路
の内側末端がシャンク４８の対応の横方向通路５１の中
に配置されたボール５０を受けて、ジョーソケットの中
にジョーま工具コネクタを確実にロックする。
ボール５０は、シャンク４８の孔５３の中を往復運動す
るように配置された弾発プラグ５２によって確動ロック
位置に保持される。プラグ５２は、工具保持部材の一部
と、ジョーまたは工具コネクタみぞ穴５５の中に挿入さ
れたカムクサビ５４とによって往復運動される。クサビ
５４を押し込むとプラグ５２を押し下げて、ロックボー
ル５０をプラグの外周の凹み５６の中に解除する。
本発明による遠隔ビヒクル外整備システムはビヒクル外
活動の生じる遠隔環境の条件を操作員が感知するための
検出手段を含む、その最も重要なものは視見手段である
。操作員が活動を行うスペースビヒクルに乗船している
場合、この視兄検出手段は簡単な窓である。しかし、第
２図に図示のように複雑な近接作業を実施するためには
、テレビカメラ６０およびモニタ６１などの遠隔視覚手
段が好ましい、テレビカメラは従アームトランスポータ
１７の上に取り付ける事ができる。最大視程を得るため
には、最大近接視程に最も適当な位置にカメラを配置す
るため単数または複数の追加主−従システムを使用する
事が盟ましい、操作員が遠隔区域において生じる動作を
自然に感知し検出するためには、その他のの検出レスポ
ンスが望ましい０機械的に伝送される音響は、従アーム
の上に取り付けられ操作員区域のスピーカーに接続され
たマイクロフォンによって検出する事ができる。温度、
振動、煙、ガスなどの粒子などを検出するため番こ他の
検出手段を使用する事ができる。
本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、その
主旨の範囲内において任意に変更実施できる。
【図面の簡単な説明】 第１図はスペース中の機器の整備用の本発明によるシス
テムを配備された軌道スペースビヒクルの略伝図、第２
図はこのシステムの主要要素を示す略示図、第３図はサ
ーボ作動マニピュレータ主サブシステムの略伝図、第４
図はサーボ作動マニピュレータ従サブシステムの略伝図
、第５図は主サブシステムと従サブシステムとの間の通
信リンクの一部を含む分布デジタル通信システムの回路
図、第６図は前記の通信リンクを含む双方向応力反射式
位置制御サブシステムのブロックダイヤグラム、第７図
はスイッチを配置された主アームマニピュレータ制御ハ
ンドルの略伝図、また第８図は交換可能の工具コネクタ
を確実にロックする平行ジョー末端エフェクタの略伝図
である。 １０、、、ビヒクル、１２．、、ワークサイト、１４、
、、主サブシステム、１５．、、データ伝送リンク、１
６．、、従サブシステム、１８，１９１１．マニピュレ
ータ主アーム、２１．、、制御ハンドル、２２〜２４．
、、マニピュレータ従アーム、２５．、、リストジョイ
ント、２６．、。 トング、２７，２８．、、応力反射式サブシステム、２
．９，３０．、、サーボ作動モータパッケージ、３３，
３４．、、電子モジュール、４０．、。 デッドマン給電スイッチ、４１．、、主モータパッケー
ジ給電割りだしスイッチ、４２．、、トグルロックスイ
ッチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、 （Ａ）軌道スペースビヒクル（１０）であって（１）前
    記ビヒクルの外部から近接可能の ワークサイト（１２）と、 （２）ビヒクル外活動を実施されるスペー ス機器を固着するために前記ワーク サイトに取り付けられた手段と、 （Ｂ）前記ワークサイトにおいて作業を実施するために
    前記のワークサイトに隣接して 配置された少なくとも１つのサーボ作動 マニピュレータ従サブシステム（１６） と、 （Ｃ）前記の従サブシステムから離間されこれに作動的
    に接続された手動サーボ作動主 サブシステム（１４）と、 （Ｄ）前記の対応の従サブシステムと主サブシステム内
    部の分布デジタル通信システム と、 （Ｅ）前記デジタル通信システムの間のデータ伝送シス
    テムと、 （Ｆ）従サブシステム（１６）を介して主サブシステム
    （１４）の操作員によって加え られた負荷と、従サブシステム（１６） を介して遠隔環境によって加えられた負 荷とに比例する感触を直接に操作員の手 に自然に伝達するための双方向応力反射 式位置制御システム（２８、２７）と、 （Ｇ）ビヒクル外活動の行われる遠隔環境のその他の感
    覚応答を自然に操作員に伝達す るための手段を含む検出サブシステムと を有するスペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御す
    るシステム。 ２、前記の主サブシステムが前記のスペースビヒクル（
    １０）のキャビン（１１）の内部に配置され、前記デー
    タ伝送リンク（１５）が前記の主サブシステムと従サブ
    システム（１４、１６）の間のハードワイヤまたは放射
    エネルギー接続手段である事を特徴とする請求項１によ
    るシステム。 ３、前記の主サブシステム（１４）が前記の従サブシス
    テム（１６）を搬送するスペースビヒクル（１０）から
    離間した位置に配置され、前記のデータ伝送リンクは前
    記の主サブシステムと従サブシステムの間の放射エネル
    ギー接続手段である事を特徴とする請求項１によるシス
    テム。 ４、 （Ａ）前記のワークサイト（１２）はスペースビヒクル
    中の開放型ベイであり、 （Ｂ）前記のビヒクル外活動を実施される機器を固着す
    る手段は、この機器をスペース から回収しまたこの機器をワークサイト の中に固着するためにワークサイトに連 結された遠隔制御把持手段を含む事を特 徴とする請求項１によるシステム。 ５、前記の従システムは、 （Ａ）自由端において擬人関節を成すリストジョイント
    を有し、このリストジョイント は複数の交換可能の工具のいずれをも受 ける事のできるトング（２４）を有する マニピュレータ従アーム（２２−２４） と、 （Ｂ）（１）位置エンコーダと、 （２）電気−機械的制動器とを含む サーボ作動モータパッケージ（３０）と （Ｃ）前記のモータパッケージとマニピュレーアームと
    の間に配置された回転式インタ ーフェース（３５、３６）と、 （Ｄ）前記モータパッケージに作動的に接続され、 （１）駆動増幅器と、 （２）マニピュレータ従アームによって実 施される各運動を制御するマイクロ プロセッサー運動制御手段とを有 する電子モジュール（３３）と を含む事を特徴とする請求項１によるシステム。 ６、前記のリストジョイントトング（２６）は、前記の
    交換可能工具に係合し離脱するための手段を有する平行
    ジョー末端エフェクターを含む事を特徴とする請求項５
    によるシステム。 ７、前記の主システムは、 （Ａ）自由端において手動制御ハンドル（２１）を有す
    るマニピュレータ主アーム（１ ８、１９）と、 （Ｂ）位置エンコーダを含むサーボ作動モータパッケー
    ジ（２９）と （Ｃ）前記のモータパッケージとマニピュレーアームと
    の間に配置された回転式インタ ーフェース（３１、３２）と、 （Ｄ）前記モータパッケージに作動的に接続された電子
    モジュール（３３）であって、 （１）駆動増幅器と、 （２）マニピュレータ従アームによって 実施される各運動に対応するマイク ロプロセッサー運動制御手段とを有 する電子モジュールと を含む事を特徴とする請求項５によるシステム。 ８、 （Ａ）前記の従および主サーボ作動モータパッケージ（
    ３０、２９）は、それぞれ３並 進運動および３回転運動と把持運動用の サーボモータを含み、 （Ｂ）各モータパッケージおよび各モータに対する給電
    を制御するためのスイッチ手段 が配備される事を特徴とする請求項７に よるシステム。 ９、 （Ａ）前記の主アーム制御ハンドル（２１）はデッドマ
    ン給電スイッチ（４０）を含み、 これによりシステムは操作員の手がハン ドル上にある時のみ作動可能であり、 （Ｂ）前記の主アーム制御ハンドル（２１）はオン−オ
    フ式主モータパッケージ給電割 りだしスイッチ（４１）を含み、これに より、主アームの給電がオフに成されて 主アームが従アームの位置とは独立に配 置され、 （Ｃ）前記の従サブシステムは各並進運動、回転運動、
    把持運動に対する電気−機械的 制動器を有し、また前記の主アーム制御 ハンドルはオン−オフ式トグルロックス イッチ（４２）を有し、これにより前記 の制動器が設定されて従アーム運動がロ ックされ、また （Ｄ）別個に把持運動をロックするため、別個のオン−
    オフ式トグルロックスイッチが 前記の主アーム制御ハンドル上に配備さ れる事を特徴とする請求項８によるシス テム。 １０、前記の分布デジタル通信システムは主および従ス
    ーパバイザプロセッサを含み、前記のデータ伝送リンク
    は各マニピュレータ運動に対する主サブシステムと従サ
    ブシステムの前記スーパバイザプロセッサとマイクロプ
    ロセッサーとの間の相互接続を含む事を特徴とする請求
    項７によるシステム。 １１、 （Ａ）軌道スペースビヒクル（１０）であって（１）前
    記ビヒクルの外部から近接可能の ワークサイト（１２）と、 （２）ビヒクル外活動を実施されるスペー ス機器をスペースから回収し固定す るために前記スペースビヒクルのワ ークサイトに連結された遠隔制御把 持手段とを有する軌道ビヒクルと、 （Ｂ）前記ワークサイトにおいて作業を実施するために
    前記のワークサイトに隣接して 配置された少なくとも１つのサーボ作動 マニピュレータ従サブシステム（１６） であって、 （１）自由端において擬人関節を成すリ ストジョイントを、有し、このリストジョ イントは複数の交換可能の工具のいずれ をも受ける事のできるトング（２６）を 有するマニピュレータ従アーム（２２− ２４）と、 （２）（ａ）位置エンコーダおよび （ｂ）電気−機械的制動器を含む サーボ作動モータパッケージ（３０）と （３）前記のモータパッケージとマニピュ レータアームとの間に配置された回転式 インターフェース（３５、３６）と、 （４）前記モータパッケージに作動的に接 続され、 （ａ）パルス幅変調駆動増幅器と、 （ｂ）マニピュレータ従アームによって 実施される各運動を制御するマイク ロプロセッサー運動制御手段とを有 する電子モジュール（３４）とを含 む従サブシステムと、 （Ｃ）前記の従サブシステムから離間されこれに作動的
    に接続された手動サーボ作動主 サブシステム（１４）であって、 （１）自由端において手動制御ハンドル（２１）を有す
    るマニピュレータ主アーム（ １８、１９）と、 （２）位置エンコーダを含むサーボブラシュレスＤＣ作
    動モータパッケージ（２９ ）と、 （３）前記のモータパッケージとマニピュレーアームと
    間にに配置された回転式イ ンターフェース（３１、３２）と、 （４）前記モータパッケージに作動的に接続され、 （ａ）パルス幅変調駆動増幅器と、 （ｂ）マニピュレータ従アームによって 実施される各運動に対応するマイク ロプロセッサー運動制御手段とを有 する電子モジュール（３３）とを含 む主サブシステムと、 （Ｄ）前記の対応の従サブシステムと主サブシステムの
    中に分布されそれぞれスーパバ イザプロセッサを含むたデジタル通信シ ステムと、 （Ｅ）前記デジタル通信システムの間のデータ伝送リン
    ク（１５）であって、前記のリ ンクは各マニピュレータ運動に対する主 サブシステムと従サブシステムのスーパ バイザプロセッサとマイクロプロセッサ ーとの間の相互接続を含むリンク（１５） と、 （Ｆ）従サブシステム（１６）を介して主サブシステム
    （１４）の操作員によって加え られた負荷と、従サブシステム（１６） を介して遠隔環境によって加えられた負 荷とに比例する感触を直接に操作員の手 に自然に伝達するための双方向応力反射 式位置制御システム（２８、２７）と、 （Ｇ）ビヒクル外活動の行われる遠隔環境のその他の感
    覚応答を自然に操作員に伝達す るための手段を含む検出サブシステムと を有するスペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御す
    るシステム。 １２、前記の主サブシステム（１４）は前記スペースビ
    ヒクル（１０）のキャビン（１１）の中に配置され、ま
    た前記のデータ伝送リンク（１５）は前記主サブシステ
    ムと従サブシステムサブシステムのの間のハードワイヤ
    または放射エネルギーである事を特徴とする請求項１１
    によるシステム。 １３、前記の主サブシステム（１４）は前記の従サブシ
    ステム（１６）を搬送するスペースビヒクル（１０）か
    ら離間配置され、また前記のデータ転送リンク（１５）
    は前記の主サブシステムと従サブシステムとの間の放射
    エネルギー接続である事を特徴とする請求項１１による
    システム。 １４、 （Ａ）前記のワークサイト（１２）はスペースビヒクル
    内部の開放ベイであり、また （Ｂ）前記の把持手段は、ビヒクル外活動を実施される
    機器をスペースから回収し、 これをベイの内部に配置し固定するため に前記ベイに固着されている事を特徴と する請求項１１によるシステム。 １５、前記のリストジョイントトング（２６）は、前記
    の交換可能工具に係合し離脱するための手段を有する平
    行ジョー末端エフェクターを含む事を特徴とする請求項
    １１によるシステム。 １６、（Ａ）前記の従および主サーボブラシレスＤＣ作
    動モータパッケージ（３０、 ２９）はそれぞれ３並進運動および３回 転運動と把持運動用のサーボモータを含 み、 （Ｂ）各モータパッケージおよび各モー タに対する給電を制御するためのスイッ チ手段が配備される事を特徴とする請求 項１１によるシステム。 １７、（Ａ）前記の主アーム制御ハンドル（２１）は手
    動絞り可能のオン−オフ式デッ ドマン給電スイッチ（４０）を含み、こ れによりシステムは操作員の手がハンド ル上にある時のみ作動可能であり、 （Ｂ）前記の主アーム制御ハンドル（２１）はオン−オ
    フ式モータパッケージ給電割り だしスイッチ（４１）を含み、これによ り、主アームの給電がオフに成されて主 アームが従アームの位置とは独立に配置 され、 （Ｃ）前記の従サブシステムは各並進運動、回転運動、
    把持運動に対する電気−機械的 制動器を有し、また前記の主アーム制御 ハンドルはオン−オフ式トグルロックス イッチ（４２）を有し、これにより前記 の制動器が設定されて従アーム運動がロ ックされ、また （Ｄ）別個に把持運動をロックするため、別個のオン−
    オフ式トグルロックスイッチ（ ４２）が前記の主アーム制御ハンドル上 に配備される事を特徴とする請求項１６ によるシステム。 １８、前記システムは少なくとも一対の従サブシステム
    と主サブシステムとを含む事を特徴とする請求項１１に
    よるシステム。 １９、前記システムは少なくとも１つの第３従サブシス
    テムと第３主サブシステムとを有し、その主たる機能は
    、その従マニピュレータアームの自由端に少なくとも１
    台の近接テレビカメラ（６０）を支持して、これを作業
    アームとは別個に、第３主サブシステムの手動操作に対
    応して操作し配置する事を特徴とする請求項１８による
    システム。
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