JP2585382B2 - 宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 目次 概要 ……４頁 産業上の利用分野 ……５頁 従来の技術 ……６頁 発明が解決しようとする課題 ……７頁 課題を解決するための手段 ……８頁 作用 ……10頁 実施例 ……13頁 発明の効果 ……33頁 概要 宇宙用船外活動ロボットをモジュールに分割し、これ
を必要に応じて結合する宇宙用船外活動ロボットのモジ
ュール化方式に関し、 宇宙空間での作業内容に応じて最適の組合わせを得る
ことのできる宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方
式を提供することを目的とし、 宇宙用船外活動ロボットを少なくとも、作業を行うた
めの複数のマニピュレータと、環境認識用センサと、自
己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段
と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備したマニピュレ
ーションモジュールと、遠距離移動用の推進手段と、自
己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段
と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備した推進モジュ
ールとから構成し、前記マニピュレーションモジュール
及び推進モジュールは前後にそれぞれ共通の結合機構及
び被結合機構を有し、マニピュレーションモジュール及
び推進モジュールをサンドイッチ状に結合・分離可能に
構成する。

産業上の利用分野 本発明は宇宙用船外活動ロボットをモジュールに分割
し、これを必要に応じて結合する宇宙用船外活動ロボッ
トのモジュール化方式に関する。

人類の宇宙空間への進出に伴い、宇宙船外での各種作
業が今後益々重要となってくるが、宇宙飛行士による船
外活動は、宇宙の特殊環境を考えた場合非常に危険であ
り、人間が宇宙船外で活動できる作業時間や作業範囲が
限定されることを考えると作業効率も悪いという問題が
ある。そこで、宇宙空間を自由に移動して各種船外活動
を行う宇宙船外活動ロボットの技術が要求されている。

この宇宙用船外活動ロボットに遂行させる作業項目と
しては、アンテナ、工場、プラットホーム等の大型構造
物の組立、人工衛星等の宇宙機器の点検・修理、機器、
軌道用交換ユニット（ORU）等の交換、人工衛星、塵等
の回収、さらには燃料の補給等多岐にわたる。従って、
これらの各作業に柔軟に対応できる宇宙用船外活動ロボ
ットが要望されている。

従来の技術 現在実用化されている宇宙用船外活動ロボットは存在
しないが、提案された従来の宇宙用船外活動ロボット
は、それに要求されるマニピュレーション機能、環境認
識機能、姿勢制御機能、航法・誘導制御機能、通信機
能、その他の機能を全て本体に搭載した一体型で汎用制
のあるロボットであった。或いは、遠距離移動用エンジ
ンのみを着脱型とし、必要に応じて本体に装着して使用
するという構想が提案されているにすぎない。

発明が解決しようとする課題 このような従来の技術は、各種作業をカバーする種々
の機能を搭載した汎用ロボットを使用しているので、個
々の作業に対しては必ずしも最適な機能構成とは言え
ず、作業を遂行する上で効率的でない。又、所定の作業
にとっては無駄な機能を搭載することになるので、移動
等に要する燃料エネルギー等を無駄に消費してしまうと
いう問題がある。また、地上から宇宙への宇宙用船外活
動ロボットの打ち上げの際、従来の一体型のものでは一
括して打ち上げなければならず、打ち上げ可能重量の大
きな打ち上げ用ロケットを用意する必要がある。また一
括打ち上げでなく部品に分けて打ち上げた場合には、そ
の組立方法が単純でなく、又、統一されていないと宇宙
で組み立てるときの手間が非常にかかるという問題があ
る。更に、各種機能を本体に一括搭載しているので、点
検・保守がしづらく、システム全体の信頼性を高く保つ
ことが困難である等の問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、宇宙空間での作業内容に応じ
て最適の組合せを得ることのできる宇宙用船外活動ロボ
ットのモジュール化方式を提供することである。

課題を解決するための手段 宇宙用船外活動ロボットを少なくとも、作業を行うた
めの複数のマニピュレータと、環境認識用センサと、自
己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段
と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備したマニピュレ
ーションモジュールと、遠距離移動用の推進手段と、自
己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用の推進手段
と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備した推進モジュ
ールとから構成する。更に、前記マニピュレーションモ
ジュール及び推進モジュールは前後にそれぞれ結合機構
及び被結合機構を有しており、マニピュレーションモジ
ュール及び推進モジュールをサンドイッチ状に結合・分
離可能に構成する。

また望ましい態様としては、宇宙用船外活動ロボット
に想定される各種作業に特有な機能を提供するオプショ
ンモジュールを用意し、該オプションモジュールは前後
に結合機構及び被結合機構を有し、マニピュレーション
モジュール、推進モジュール及びオプションモジュール
をサンドイッチ状に結合・分離可能に構成する。

更に、各モジュールの結合機構及び被結合機構を共通
とし、結合部を通じて情報・エネルギー等を相互に通信
・授受するモジュール間結合バスを共通に有せしめるこ
とにより、複数の各モジュールを任意の組合せで任意の
順番で結合可能に構成する。

作用 本発明はこのように、宇宙用船外活動ロボットをマニ
ピュレーションモジュールと、推進モジュールと、オプ
ションモジュールとに分離し、これらの各モジュールを
サンドイッチ状に結合・分離できるように構成したの
で、単純で信頼性の高いモジュールの結合方式を実現で
きる。更に、複数の各モジュールを任意の組合せで任意
の順番で結合できる特徴を有しているので、宇宙用船外
活動ロボットに想定される各種作業に応じて、 （１） マニピュレーションモジュールを単独で使用す
る、 （２） マニピュレーションモジュール１個あるいは複
数個と推進モジュールを結合して使用する、 （３） マニピュレーションモジュールにオプションモ
ジュールを１個あるいは複数個結合して使用する、 （４） オプションモジュール１個あるいは複数個と推
進モジュールを結合して使用する、 （５） マニピュレーションモジュール１個あるいは複
数個と推進モジュールの間に、オプションモジュールを
１個あるいは複数個挿入結合して使用する、 （６） マニピュレーションモジュールにオプションモ
ジュールを複数個結合した組合せに推進モジュールを結
合して使用する、 （７） 上記（１）〜（６）の結合にリモート・マニピ
ュレータ・システムを結合して使用する、 等の結合方法の中から作業の内容に応じたオプションモ
ジュールを使用して、最適な構成をとることが可能であ
る特徴を有している。

この特徴によって、各種作業に合わせた専用ロボット
を個々に用意する必要がなく、また各種作業をカバーす
る種々の機能を搭載した汎用ロボットを用意する方法に
較べて各種作業に最適な構成をとることが可能で、各種
作業を効率的に遂行でき、必要最小限の機能のみを宇宙
用外活動ロボットに搭載できるので、移動等に要する燃
料エネルギー等を最小限に抑えることができる。

また、地上から宇宙への宇宙用船外活動ロボットの打
ち上げの際、分割して個々に打ち上げて宇宙空間で再構
成可能であることにより、従来の一体型のロボットに較
べ、１回の打ち上げ重量の節減ができ、浮き上げ可能重
量の大きな打ち上げロケットを用意する必要がない。さ
らに、各モジュールの形状を多角柱（円柱も含む）形状
とすると、ロケットやスペースシャトル等で運搬容易で
あり、さらに結合機構及び被結合機構を中心軸方向前後
に設けると複数のモジュールを結合した状態でも依然と
して多角柱（円柱含）形状を保つので運搬容易で且つ荷
物室の容積効率も高くなる。

さらに、各モジュールの結合機構及び被結合機構が統
一されているので、打ち上げ後の宇宙での組立は一定の
方法によることができ、自動化も容易である。又、該結
合機構及び被結合機構を利用して、積層して格納するこ
とにより、各モジュールそれぞれに対して格納機構を用
意する必要がなく、コンパクトな格納を実現でき、又、
新しいモジュールの打ち上げ後の格納に関しても柔軟に
対処できる。さらに、各種機能に合わせてモジュール分
割するのでシステム全体の信頼性を高く保つことができ
るとともに、各モジュール個々に点検・保守できるの
で、点検・保守が容易である。

実 施 例 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図はモジュール分離状態の本発明実施例の斜視図
である。同図において、10はマニピュレーションモジュ
ールであり、八角柱形状の第１本体11に同じく八角柱形
状の第２の本体12が積層されており、第１本体11と第２
本体12は中心軸回りに互いに回転可能である。第２本体
12には例えば全長約4mの７自由度マニピュレータ13が２
本取り付けられており、第１本体11には例えば全長約4m
の４自由度マニピュレータ14が２本取り付けられてい
る。７自由度マニピュレータ13及び４自由度マニピュレ
ータ14の先端にはそれぞれエンドエフェクタ（ハンド）
15,16が取り付けられている。さらに７自由度マニピュ
レータ13の先端部近傍には手首立体カメラ17が取り付け
られている。

18は交換用エンドエフェクタ収納箱であり、第２本体
12の両側に２個設けられている。19は照明付き立体視覚
センサであり、センサ用６自由度マニピュレータ20を介
して第２本体12に取り付けられている。第１本体11には
無線通信用アンテナ21が２個設けられており、この無線
通信用アンテナ21にはGPS（グローバル・ポジショニン
グ・システム）用アンテナ22が取り付けられている。23
は位置・姿勢センサである。24は短距離移動用及び姿勢
制御用の推進装置であり、第１本体11の周囲に複数個設
けられている。これらの推進装置24はその噴射口の角度
が互いに異なっており、複数の推進装置24のうちのいく
つかを選択的に作動させることにより、マニピュレーシ
ョンモジュール10の姿勢を達成したり、又は短距離移動
を行うようにしている。25は軌道交換ユニット（ORU）
であり、例えば人工衛星の交換部品、燃料、宇宙構造物
組立用部材等が含まれる。

マニピュレーションモージュール10の前面中央には、
各モジュールを結合するための結合機構26が中心軸方向
に突出するように設けられている。また、マニピュレー
ションモジュール10の背面中央には他のモジュールの結
合機構により結合される被結合機構が設けられている。
27は後述するRMS（リモード・マニピュレータ・システ
ム）用の被結合機構である。

30は推進モジュールであり、マニピュレーションモジ
ュール10と同様な八角柱形状の本体30′を有している。
31は無線通信用アンテナであり、32はGPS用アンテナで
ある。33は照明付き立体視覚センサである。34は位置・
姿勢センサである。35は短距離移動用及び姿勢制御用の
推進装置であり、推進モジュール30の側面に複数個設け
られている。各々の推進装置35の噴射口は互いに角度を
ずらして取り付けられており、いくつかの推進装置35を
選択的に作動することにより推進モジュール30の姿勢制
御を達成する。

36は太陽電池パドルであり、折り畳み可能に推進モジ
ュール30の側面に取り付けられている。また、推進モジ
ュール30はレーダ装置37を有しており、その前面中央に
は各モジュールを互いに結合するための結合機構38が中
心軸方向に突出して設けられている。推進モジュール30
の背面には他のモジュールの結合機構により結合される
被結合機構が設けられているとともに、遠距離移動用の
推進エンジンが設けられている。39はRMS用の被結合機
構である。

40はオペションモジュールの一種であるORU（軌道交
換ユニット）搭載モジュールであり、上述したマニピュ
レーションモジュール10及び推進モジュール30と同様な
八角柱形状をした本体41を有している。ORU搭載モジュ
ール40の側面には交換用のORU42が搭載されている。ORU
搭載モジュール40の前面中央には他のモジュールを結合
するための結合機構43が突出して設けられているととも
に、その側面にはRMS用被結合機構44が設けられてい
る。上述した結合機構26,38,43は全く同一構成をしてお
り、RMS用被結合機構27,39,44も全く同一構成である。

45はRMS（リモート・マニピュレータ・システム）で
あり、その基端部を宇宙基地等の構造体に取り付けられ
ており、その先端部には上述した各モジュールの結合機
構と同一構成の結合機構46が設けられている。RMS45の
結合機構46を上述した各モジュールの側面に設けられた
RMS用被結合機構27,39,44に結合するか、あるいは各モ
ジュールの背面に設けられた図示しない被結合機構に結
合して、RMS45が各モジュールを結合・分離したりする
ことができる。

本実施例の宇宙用船外活動ロボットは、このようにマ
ニピュレーションモジュール10と、推進モジュール30
と、ORU搭載モジュール40とに分割されており、これら
の各モジュールを中心軸方向にサンドイッチ状に結合す
ることにより、一体的に組み立てられる。

次に第２図〜第４図を参照してオプションモジュール
の例について説明する。第２図はORU搭載モジュールの
斜視図であり、第１図に示したORU搭載モジュール40と
同一構成であるので、その説明は省略する。第３図はカ
ーゴモジュールの斜視図であり、カーゴモジュール47は
細長い八角柱形状の本体48に蓋49が取り付けられて構成
されている。またその前面中央には結合機構50が中心軸
方向に突出して設けられている。第４図は宇宙飛行士搭
乗用モジュール52の斜視図を示しており、八角柱形状の
本体53の側面に宇宙飛行士が搭乗するコックピット54が
設けられている。55は短距離移動用及び姿勢制御用の推
進装置であり、本体53の側面周りに複数個設けられてい
る。宇宙飛行士搭乗用モジュール52の前面中央には他の
モジュールを結合するための結合機構56が中心軸方向に
突出して設けられている。宇宙用船外活動ロボットは人
間の操作により動作する場合、宇宙基地等の宇宙の指令
局はあるいは地上の指令局からの遠隔操作が主体となる
が、非常の場合人間が現場に行きたい場合がある。第４
図の宇宙飛行士搭乗用モジュール52はそれを可能とする
もので、コックピット54に宇宙飛行士が搭乗して現場に
向かい、宇宙飛行士が直接ロボットを操作可能とするも
のである。

第５図はマニピュレーションモジュール10とORUモジ
ュール40と推進モジュール30を組み合わせた状態の本発
明実施例の斜視図を示している。推進モジュール31を組
合せたことにより遠距離移動が可能であり、ORU搭載モ
ジュール40により複数のORU42を一度に持って、現場
（場合によっては複数の現場）まで行き交換することが
できるため作業効率が向上する。

第６図はマニピュレーションモジュール10と、カーゴ
モジュール47と推進モジュール30を組み合わせた本発明
実施例の斜視図を示しており、この組合せ状態で現場に
向かった後、マニピュレーションモジュール10のみ切り
離して、カーゴモジュール47の中から組立用材料を取り
出して組立作業を効率良く行うことができる。

第７図はマニピュレーションモジュール10と、宇宙飛
行士搭乗用モジュール52と、推進モジュール30を組み合
わせた状態の本発明実施例斜視図を示している。宇宙飛
行士搭乗用モジュール52に宇宙飛行士が搭乗し、推進モ
ジュール30の推進エンジンを噴射して遠距離の現場に向
かい、宇宙飛行士が直接マニピュレータ13,14を操作し
て作業を実施することができる。

第８図はマニピュレーションモジュール10と、カーゴ
モジュール47と、宇宙飛行士搭乗用モジュール52と、推
進モジュール30を組み合わせた本発明実施例の斜視図を
示している。この実施例は第７図の組合せにカーゴモジ
ュール47を付加したものであり、カーゴモジュール47中
に組立用資材を大量に積み込んで現場に向かうことがで
きる。

さらにマニピュレーションモジュール10も複数結合可
能に構成してあるので、第９図の模式図に示すような構
成も考えられる。これは丁度、大型トラックに人夫が複
数（第９図では４人）乗って現場に向かうイメージであ
る。第10図はマニピュレーションモジュール10と推進モ
ジュール30を組み合わせた本発明実施例の斜視図を示し
ている。このようにオプションモジュールを何も結合し
ないで現場に向かい作業を実施することも可能である。

第11図は作業状態を示す実施例斜視図であり、マニピ
ュレーションモジュール10が４本のマニピュレータ13,1
4により構造物58を組み立てている様子を示している。
即ち、照明付き立体視覚センサ19により現場環境を認識
しながら、マニピュレータ14によって構造物58にとりつ
き、マニピュレータ13によりORU搭載モジュール40に搭
載されている資材57を抜き取り、構造物58を組み立てて
いる。第12図は作業状態を示す他の実施例の斜視図であ
り、この実施例ではRMS45により宇宙用船外活動ロボッ
トの作業を制御している。

第13図はモジュールの格納方法を示す模式図であり、
宇宙基地構造体60にRMS45が取り付けられている。RMS45
によりマニピュレーションモジュール10、推進モジュー
ル30、ORU搭載モジュール40、カーゴモジュール47等の
側面に設けられている被結合機構27,39,44等を掴み、各
モジュールを任意の順番で宇宙基地構造体60に積層して
格納している。宇宙基地構造体60にも同様の結合機構が
設けられている。61はスペースシャトル等の宇宙往還機
である。このように結合機構を利用して各モジュールを
積層状態で格納しているので、モジュールの種類や数が
増えた場合の格納に柔軟に対応できる。このような格納
方法を取ることにより、例えばスペースシャトル61等か
らカーゴモジュール47等への資材供給を効率的に行うこ
とができる。必要があれば、第13図の格納状態で結合部
の信号ラインを通じて、例えばカーゴモジュール47の蓋
を開ける等の各モジュールのコントロールが可能であ
る。又、この格納場所にて、必要なモジュールを組合
せ、宇宙用船外活動ロボットを組立て、現場に出動する
ことができる。これらの組立、格納作業は単純で統一さ
れた結合方法をとっていることにより、自動化も容易で
ある。

次に第14図及び第15図を参照して各モジュールを結合
するための従来公知の捕捉機構について説明する。第14
図は捕捉機構模式図を示しており、捕捉シリンダ62には
インナーリング63とアウターリング64が取り付けられて
おり、インナーリング63はアウターリング64に対して回
転可能に構成されている。そしてインナーリング63とア
ウターリング64にわたりスネアーワイヤ65が巻回されて
いる。66は捕捉シリンダ62中に捕捉される捕捉シャフト
である。

然して、第14図及び第15図（Ａ）に示すように、捕捉
シャフト66は捕捉シリンダ62中に捕捉されると、第15図
（Ｂ）に示すようにインナーリング63が回転し、スネア
ーワイヤ65が捕捉シャフト66に接近する。インナーリン
グ63の回転が完了した状態では、第15図（Ｃ）に示すよ
うにスネアーワイヤ65が捕捉シャフト66を締め付け、捕
捉シャフト66が捕捉シリンダ62の中心位置に捕捉され
る。このような捕捉機構は、重力のない宇宙空間で有効
に対象物を中心位置に捕捉するのに適している。

次に第16図及び第17図を参照して、上述した捕捉機構
を含む各モジュールの結合機構について説明する。第16
図は結合機構断面図であり、第17図は結合機構正面図で
ある。モジュール68の後端面（背面）には凹所68aが形
成されており、この凹所68a中に捕捉シャフト（被結合
機構）66が設けられている。さらにこの凹所68a中には
電源・信号コネクタ69が設けられている。第17図（Ａ）
に最も良く示されているように、モジュール68の背面に
は円錐状の傾斜を有する３個の嵌合穴70が設けられてお
り、この嵌合穴70には絞り機構71が取り付けられてい
る。また、モジュール74の前面には捕捉シリンダ（結合
機構）62が取り付けられているとともに、第17図（Ｂ）
に最も良く示されるように、３個の円錐状の位置決めピ
ン75がモジュール68の背面に設けられた嵌合穴70に対応
して設けられている。76は結合平面決定用のスペーサで
ある。第17図において、72はドッキング用マークであ
り、77はドッキング用カメラである。ドッキング用カメ
ラ77でドッキング用マーク72を監視しながら、短距離移
動用及び姿勢制御用の推進装置によって両モジュール6
8,74の粗い位置決めを達成する。

然して、短距離移動用及び姿勢制御用の推進装置によ
って、あるいは宇宙基地等ではRMSによって、両モジュ
ール68,74を概略位置決めした後、第14図及び第15図で
説明した捕捉機構によって両モジュール68,74を互いに
引き込む。このとき、ピン75と嵌合穴70の傾斜面によっ
て両モジュールの中心軸、回転角、平行度等が制度良く
位置決めされる。干き込み終了後、第16図（Ｂ）に示す
ように結合固定用絞り機構71によって両モジュールを完
全に固定する。

次に第18図〜第30図を参照して各モジュールの制御シ
ステムについて説明する。第18図は各モジュールのシス
テム構成概略図であり、モジュール中央制御装置77に複
数個のサブシステム78₁,78₂,…,78_nが接続されており、
これらの各サブシステムはモジュール中央制御装置77に
より制御される。また、モジュール中央制御装置77はモ
ジュール間結合バス79及びバス調停マスタ選択サブシス
テム80を介して他のモジュールの中央制御装置に接続さ
れている。

第19図はマニピュレーションモジュールのシステム構
成図であり、マニピュレーションモジュール中央制御装
置80にマニピュレータ制御サブシステム82、視覚処理サ
ブシステム83、推進・姿勢制御サブシステム84、ドッキ
ング制御サブシステム85、電源管理サブシステム86、通
信制御サブシステム87が接続されており、これらの各サ
ブシステムはマニピュレーションモジュール中央制御装
置81により制御される。

第20図は推進モジュールのシステム構成図であり、推
進モジュール中央制御装置88に視覚処理サブシステム8
9、推進・姿勢制御サブシステム90、ドッキング制御サ
ブシステム91、電源管理サブシステム92、通信制御サブ
システム93が接続さており、これらの各サブシステムは
推進モジュール中央制御装置88により制御される。

第21図はマニピュレーションモジュールのマニピュー
レータ制御サブシステム８と視覚処理サブシステム83の
構成図であり、マニピュレーションモジュール中央制御
装置81にマニピュレータ統括制御装置94及び視覚処理制
御装置101が接続されている。マニピュレータ統括制御
装置94には７自由度マニピュレータ制御装置95及び４自
由後マニピュレータ制御装置96が接続されている。７自
由度マニピュレータ制御装置95は６軸リストセンサ97か
らの情報に基づいて、７自由度マニピュレータ13を制御
し、４自由度マニピュレータ制御装置96は６軸リストセ
ンサ99からの情報に基づいて、４自由度マニピュレータ
14を制御する。これらの６軸リストセンサ97,99はマニ
ピュレータの手首位置に取り付けられた力センサであ
る。マニピュレータ統括制御装置94は、さらにエンドエ
フェクタ15,16、エンドエフェクタ収納箱18、手首立体
カメラ17、エンドエフェクタ取付部98,100を制御する。

マニピュレータ統括制御装置94はセンサマニピュレー
タ制御装置103を介してセンサ用マニピュレータ20を制
御し、視覚処理制御装置101はカメラ制御装置102を介し
て照明付き立体視覚センサ19を制御する。

第22図はマニピュレーションモジュールの推進・姿勢
制御サブシステムを示しており、マニピュレーションモ
ジュール中央制御装置81に推進・姿勢制御装置104が接
続され、この推進・姿勢制御装置104により推進・姿勢
制御アクチュエータ（推進装置等）24′及び位置・姿勢
センサ23′を制御する。

第23図はマニピュレーションモジュールのドッキング
制御サブシステムを示しており、マニピュレーションモ
ジュール中央制御装置81にドッキングメカニズム制御装
置105が接続されており、このドッキングメカニズム制
御装置105はドッキング用センサ106、モジュール前後の
ドッキングメカニズム107,108を制御する。また、モジ
ュール前後の電源系・信号系コネクタ109,110、モジュ
ール間結合バス79、電源供給ライン111を介して各モジ
ュールが電気的に結合される。

第24図はマニピュレーションモジュールの電源管理サ
ブシステムを示しており、電源管理制御装置112がマニ
ピュレーションモジュール中央制御装置81により制御さ
れる。電源管理制御装置112はマニピュレーションモジ
ュールの各所への電源供給を制御しており、例えば内蔵
バッテリ113の充電状態を監視して、充電したり、モジ
ュール間コネクタを介した電源と切り換えたりしてい
る。

第25図はマニピュレーションモジュールの通信制御サ
ブシステムを示しており、マニピュレーションモジュー
ル中央制御装置81に通信制御装置114が接続されてお
り、この通信制御装置114はアンテナ駆動制御装置115を
介してアンテナ21が取り付けられているアンテナ駆動台
116を駆動し、アンテナ21を所定の方向に向けてから、
通信処理装置117を介してアンテナ21により無線通信を
行うように制御している。

第26図は推進モジュールの推進・姿勢制御サブシステ
ムを示しており、推進モジュール中央制御装置118に推
進・姿勢制御装置119が接続されている。推進・姿勢制
御装置119は、推進・姿勢制御アクチュエータ（推進装
置）35′及び位置・姿勢センサ34′を制御する。航行制
御装置120は遠距離移動用の推進エンジン121と、推進・
姿勢制御装置119を制御するようになっている。

第27図は推進モジュールのドッキング制御サブシステ
ムを示しており、推進モジュール中央制御装置118にド
ッキングメカニズム制御装置122が接続されており、こ
のドッキングメカニズム制御装置122はドッキング用セ
ンサ123及びモジュール前後のドッキングメカニズム12
4,125を制御する。また、モジュール前後の電源系・信
号系コネクタ126,127、モジュール間結合バス79及び電
源供給ライン111によりモジュール間が電気的に接続さ
れている。

第28図は推進モジュールの視覚処理サブシステムを示
しており、推進モジュール中央制御装置118に視覚処理
制御装置128が接続されており、この視覚処理制御装置1
28は雲台制御装置129を介して照明付き立体視覚センサ3
0の取り付けられたパンチルト伸縮雲台130を制御し、立
体視覚センサ30を所定方向に向けた後カメラ制御装置13
1を介して照明付き立体視覚センサ30の情報を取り込む
ようにしている。

第29図は推進モジュールの電源管理サブシステムを示
しており、推進モジュール中央制御装置118に電源管理
制御装置132が接続されている。電源管理制御装置132
は、推進モジュールの各所への電源供給及び結合部のコ
ネクタ及び電源供給ラインを経由した他のモジュールへ
の電源供給を制御している。電源管理制御装置132は、
例えば必要に応じてパドル向き・開閉制御装置133を介
して太陽電池パドル36の方向及び開閉の制御をしたり、
内蔵バッテリ134を充填したり、太陽電池パドル36と内
蔵バッテリ134の電源の切換制御を行う。

第30図は各モジュールの結合状態を示す模式図であ
り、各モジュールはコネクタ69、モジュール間結合バス
79、バス調停マスタ選択サブシステム80を介して接続さ
れている。上述した説明及び第30図から明らかなよう
に、モジュールは中央制御装置及び各モジュールの個別
の機能、各種管理機能を制御し実行する複数のサブシス
テムとから構成される。これらの中央制御装置及びサブ
システムの制御ソフトウェアは、モジュール間結合バス
79を介して外部から交信可能であり、従って、通信手段
をもつモジュールを介して、そのソフトウェアを遠隔よ
り書き換えることも可能である。また、あるモジュール
のサブシステムはマスタモジュールとなった他のモジュ
ールの中央制御装置から直接制御することも可能であ
る。さらに、各シブシステムに制御されるセンサやアク
チュエータ（マニピュレータ、推進装置、カメラ等）
は、サブシステム及びモジュール中央制御装置をスレー
ブ動作モードとすることによって、例えば、アンテナ13
6,137を介して宇宙基地等の制御装置135、あるいは地上
の指令局等の遠隔地の制御装置によって直接制御するこ
ともできる（オペレータによる遠隔操作を含む）。

各モジュールのマスタとスレーブの関係は、マニピュ
レーションモジュールが含まれる場合はそのうちの１つ
をマスクとし、これ以外の場合で推進モジュールが含ま
れる場合はそのうちの１つをマスタとするのが望まし
い。また、オプションモジュールは、通常単独では使用
せず、他のモジュールの制御を受けるようにする。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、宇宙用船
外活動ロボットに想定される各種作業に柔軟且つ効果的
に対処できる構成を取ることが可能となり、今後の宇宙
進出におけるロボットの宇宙船外活動による作業の効率
化に寄与するところが非常に大きいという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はモジュール分離状態の実施例斜視図、 第２図はORU搭載モジュール斜視図、 第３図はカーゴモジュール斜視図、 第４図は宇宙飛行士搭乗用モジュール斜視図、 第５図はマニピュレーションモジュールとORU搭載モジ
ュールと推進モジュールを組み合わせた実施例斜視図、 第６図はマニピュレーションモジュールとカーゴモジュ
ールと推進モジュールを組み合わせた実施例斜視図、 第７図はマニピュレーションモジュールと宇宙飛行士搭
乗用モジュールと推進モジュールを組み合わせた実施例
斜視図、 第８図はマニピュレーションモジュールとカーゴモジ
ュールと宇宙飛行士搭乗用モジュールと推進モジュール
を組み合わせた実施例斜視図、 第９図はマニピュレーションモジュールを複数結合した
状態の模式図、 第10図はマニピュレーションモジュールと推進モジュー
ルを組み合わせた実施例斜視図、 第11図は作業状態を示す実施例斜視図、 第12図は作業状態を示す他の実施例斜視図、 第13図はモジュールの格納方法模式図、 第14図は捕捉機構模式図、 第15図は捕捉ステップ説明図、 第16図は結合機構断面図であり、（Ａ）がモジュールが
離れている状態を、（Ｂ）がモジュールが結合された状
態をそれぞれ示している。 第17図は結合機構正面図であり、（Ａ）がモジュールの
背面を、（Ｂ）がモジュールの前面をそれぞれ示してい
る。 第18図は各モジュールのシステム構成図、 第19図はマニピュレーションモジュールのシステム構成
図、 第20図は推進モジュールのシステム構成図、 第21図はマニピュレーションモジュールのマニピュレー
タ制御サブシステムと視覚処理サブシステムの構成図、 第22図はマニピュレーションモジュールの推進・姿勢制
御サブシステム構成図、 第23図はマニピュレーションモジュールのドッキング制
御サブシステム構成図、 第24図はマニピュレーションモジュールの電源管理サブ
システム構成図、 第25図はマニピュレーションモジュールの通信制御サブ
システム構成図、 第26図は推進モジュールの推進・姿勢制御サブシステム
構成図、 第27図は推進モジュールのドッキング制御サブシステム
構成図、 第28図は推進モジュールの視覚処理サブシステム構成
図、 第29図は推進モジュールの電源管理サブシステム構成
図、 第30図は各モジュールの結合状態を示す模式図である。 10……マニピュレーションモジュール、 13……７自由度マニピュレータ、 14……４自由度マニピュレータ、 15,16……エンドエフェクタ、 17……手首立体カメラ、 18……エンドエフェクタ収納箱、 19……証明付き立体視覚センサ、 20……センサ用６自由度マニピュレータ、 21,31……通信用アンテナ、 23,34……位置センサ、 24,35……推進装置、 26,38,43,46……結合機構、 30……推進モジュール、 33……照明付き立体視覚センサ、 36……太陽電池パドル、 37……レーダ、 40……ORU搭載モジュール、 42……ORU、 47……カーゴモジュール、 52……宇宙飛行士搭乗用モジュール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 俊彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−295772（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】宇宙用船外活動ロボットを少なくとも、作
   業を行うための複数のマニピュレータと、環境認識用セ
   ンサと、自己の位置・姿勢の計測手段と、近距離移動用
   の推進手段と、姿勢制御手段と、通信手段とを具備した
   マニピュレーションモジュールと、 遠距離移動用の推進手段と、自己の位置・姿勢の計測手
   段と、近距離移動用の推進手段と、姿勢制御手段と、通
   信手段とを具備した推進モジュールとから構成し、 前記マニピュレーションモジュール及び推進モジュール
   は前後にそれぞれ共通の結合機構及び被結合機構を有
   し、 マニピュレーションモジュール及び推進モジュールをサ
   ンドイッチ状に結合・分離可能に構成したことを特徴と
   する宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
2. 【請求項２】宇宙用船外活動ロボットに想定される各種
   作業に特有な機能を提供するオプションモジュールをさ
   らに含み、該オプションモジュールは前後に請求項１記
   載の共通の結合機構及び被結合機構を有し、マニピュレ
   ーションモジュール、推進モジュール及びオプションモ
   ジュールをサンドイッチ状に結合・分離可能に構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の宇宙用船外活動ロボッ
   トのモジュール化方式。
3. 【請求項３】バス調停マスタ選択サブシステムとモジュ
   ール間結合バスを介して、結合された各モジュール間の
   通信を可能にしたことを特徴とする請求項１または２記
   載の宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
4. 【請求項４】バス調停マスタ選択サブシステムとモジュ
   ール間結合バスを介したモジュール間通信方式をとるこ
   とによって、前記各種モジュールの中から任意のモジュ
   ールの組合せを選択し、任意の順番で前記各種モジュー
   ルを結合可能としたことを特徴とする請求項１または２
   記載の宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。
5. 【請求項５】前記各モジュールの結合機構と被結合機構
   を結合することにより、宇宙基地構造体に各モジュール
   を積層して格納することを特徴とする請求項１又は２記
   載のモジュール化された宇宙用船外活動ロボットの格納
   方法。
6. 【請求項６】宇宙基地構造体に前記結合機構と同様な結
   合機構を有するリモートマニピュレータシステムを設
   け、該リモートマニピュレータシステムの結合機構で前
   記各モジュールの一つを結合して、請求項１または２記
   載のモジュール化された宇宙用船外活動ロボットをリモ
   ートマニピュレータシステムにより制御することを特徴
   とする宇宙用船外活動ロボットの制御方法。
7. 【請求項７】前記各モジュールの形状を多角柱（円柱に
   含む）形状とし、中心軸方向の前後に前記結合機構及び
   被結合機構を有することを特徴とする請求項１または２
   記載の宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式。