JP5951026B2 - ロボット修理多機能ツール - Google Patents
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Description
i)ツール先端であって、
a)ツール先端固定子、及び
b)前記ツール先端固定子に対して第1の軸の周りで回転可能なツール先端回転子を備えるツール先端と、
ii)前記ツール先端に取外し可能に係合することが可能なツールホルダであって、
a)コレット、
b)ツール先端ロッカ、及び
c)動力源を備えるツールホルダとを備え、
前記ツールホルダが前記ツール先端に係合するとき、
i)前記ツール先端ロッカが、前記コレットに対する前記ツール先端固定子の前記第1の軸の周りの回転及び軸方向の運動を制限し、
ii)前記動力源が、前記ツール先端固定子に対して前記第1の軸の周りで前記ツール先端回転子を回転させることが可能である、多機能ツールが本明細書に開示される。
ツール先端をツールホルダ内へ挿入するステップと、
前記ツール先端のツール先端固定子を前記ツールホルダのコレットにロックするステップと、
前記ツール先端のツール先端回転子を前記ツールホルダの動力源に結合させるステップと、
前記ツールホルダの前記動力源が第1の軸の周りで前記コレットを回転させることを可能にするように選択器に係合するステップと、
必要な場合、前記動力源を使用して前記第1の軸の周りで前記ツール先端固定子にロックされた前記コレットを回転させるステップと、
前記動力源が前記ツール先端を作動させることを可能にするように前記選択器を切り離すステップと、
前記動作を実行するように前記動力源を使用して前記ツール先端を作動させるステップとを含む方法が、本明細書にさらに開示される。
b)エンドエフェクタを有するロボットアームと、
c)前記エンドエフェクタによって解放可能に把持されるように構成された多機能ツールと、
d)一組のツール先端であって、前記多機能ツールが、前記ツール先端のそれぞれを解放可能に把持するように構成され、前記多機能ツールが動力源を含み、この動力源が、動力源が起動されると前記ツール先端を起動するように構成される、一組のツール先端と、
e)前記ロボットアームの運動及び前記多機能ツールの前記動力源を制御するようにプログラムされたコンピュータ制御システムと、
f)前記視覚システム、前記ロボットアーム、及び前記多機能ツールの遠隔操作を可能にするように構成された通信システムと
を備えるロボットによる遠隔修理システムが、本明細書にさらに開示される。
a)修理すべきクライアント衛星に密接するように修理用宇宙船を軌道内へ打ち上げるステップであって、この宇宙船が、
推進、案内、及び遠隔測定システム、
クライアント衛星修理衛星を解放可能に捕獲するように構成された衛星捕獲機構、
エンドエフェクタを有するロボットアーム、
前記エンドエフェクタによって解放可能に把持されるように構成された多機能ツール、
一組のツール先端であり、前記多機能ツールが、前記ツール先端のそれぞれを解放可能に把持するように構成され、前記多機能ツールが動力源を含み、この動力源が、動力源が起動されると前記ツール先端を起動するように構成される、一組のツール先端、
クライアント衛星のうちエンドエフェクタによって解放可能に捕獲される部分及びクライアント衛星のうち多機能ツールによって修理される少なくとも一部分を含む視野を有するように構成された視覚システム、
前記ロボットアームの運動及び前記多機能ツールの前記動力源を制御するようにプログラムされたコンピュータ制御システム、並びに
前記視覚システム、前記ロボットアーム、及び前記多機能ツールの遠隔操作を可能にするように構成された通信システムを備える、打ち上げるステップと、
b)前記衛星を操作して前記クライアント衛星に密接した定位置へ入れ、衛星捕獲機構を配備し、クライアント衛星を解放可能に捕獲するステップと、
c)ロボットアームを配備し、多機能ツールを解放可能に把持するようにエンドエフェクタに指示し、ツール先端を多機能ツールに解放可能に係合させるように多機能ツールを含むエンドエフェクタに指示するステップと、
d)クライアント衛星のうち修理すべき部分を多機能ツールに係合させ、クライアント衛星を修理するステップとを含み、
e)前記通信システムが、
クライアント衛星への接近及びクライアント衛星の捕獲、並びに
ロボットにより制御される多機能ツールを使用してクライアント衛星を修理することに関連するすべての動作の遠隔操作制御又は遠隔操作器と監督下自律性を混合した制御のために、前記コンピュータ制御システムと通信するように構成される、ロボットによる遠隔修理方法が提供される。
Claims (55)
- i)ツール先端であって、
a)ツール先端固定子、及び
b)前記ツール先端固定子に対して第1の軸の周りで回転可能なツール先端回転子を備えるツール先端と、
ii)前記ツール先端に取外し可能に係合することが可能なツールホルダであって、
a)コレット、
b)ツール先端ロッカ、及び
c)動力源を備えるツールホルダとを備え、
前記ツールホルダが前記ツール先端に係合するとき、
i)前記ツール先端ロッカが、前記コレットに対する前記ツール先端固定子の前記第1の軸の周りの回転及び軸方向の運動を制限し、
ii)前記動力源が、前記ツール先端固定子に対して前記第1の軸の周りで前記ツール先端回転子を回転させることが可能である、
多機能ツール。 - 選択器をさらに備え、前記選択器が係合されると、前記動力源が前記第1の軸の周りで前記コレットを回転させることが可能である、請求項1に記載の多機能ツール。
- 前記第1の軸に実質的に直交する第2の軸の周りで前記ツールホルダを回転させることが可能な傾斜器をさらに備える、請求項1又は2に記載の多機能ツール。
- 前記多機能ツールが前記第2の軸の周りで一定の向き範囲内にあるとき、前記選択器が係合される、請求項3に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端が、
i)前記ツール先端固定子に対して前記第1の軸に沿って平行移動可能な押し棒と、
ii)前記押し棒と前記ツール先端回転子との間に位置し、前記第1の軸の周りの前記ツール先端回転子の回転を前記第1の軸に沿った前記押し棒の平行移動に変換することが可能なねじ機構とをさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記ツール先端固定子が、
i)互い及び前記ツール先端固定子に回転可能に取り付けられた二つの細長い部材を備えるてこツールと、
ii)前記押し棒の平行移動を前記細長い部材のはさみ運動に変換する機械的連結部とを備える、請求項5に記載の多機能ツール。 - 前記てこツールが、グリッパ、ハンドラ、プライヤ、カッタ、及びはさみからなる群から選択される、請求項6に記載の多機能ツール。
- 前記てこツールがワイヤカッタである、請求項6に記載の多機能ツール。
- 前記てこツールが熱ブランケットグリッパである、請求項6に記載の多機能ツール。
- i)ツールホルダ本体と、
ii)前記コレットに係合することが可能なコレットロッカとをさらに備え、
前記コレットロッカが前記コレットに係合すると、前記ツールホルダ本体に対する前記コレットの回転が制限され、
前記コレットロッカが前記コレットを切り離すと、前記動力源が、前記第1の軸の周りで前記ツールホルダ本体に対して前記コレットを回転させることが可能である、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記コレットが凹みを有し、
前記コレットロッカが、前記コレット上の前記凹みに係合可能な戻り止めを備え、
前記戻り止めが前記コレット上の前記凹みに係合されると、前記コレットロッカが前記コレットに係合する、
請求項10に記載の多機能ツール。 - i)前記戻り止めが玉軸受であり、
ii)前記ツールホルダ本体が、前記玉軸受の軸方向、円周方向、及び内方に径方向の運動を制限するが、前記玉軸受の外方に径方向の運動を可能にする孔を有し、
iii)前記コレットロッカが、前記ツールホルダ本体の周りにスリーブをさらに備え、前記スリーブが、前記ツールホルダ本体に対して前記第1の軸に沿って軸方向に平行移動可能であり、前記スリーブが、前記玉軸受と位置合わせ可能な凹部を有し、その結果、
a)前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされていないとき、前記スリーブが、前記玉軸受を径方向に内方へ押して前記玉軸受を前記コレット上の前記凹みに係合させ、
b)前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされると、前記凹部により、前記玉軸受が径方向に外方へ動くことが可能になり、それによって前記玉軸受が前記コレット上の前記凹みから外れる、
請求項11に記載の多機能ツール。 - 前記コレットロッカが、少なくとも一つの他の玉軸受をさらに備え、
前記ツールホルダ本体が、対応する少なくとも一つの他の孔を有し、
前記スリーブが、対応する少なくとも一つの他の凹部を有し、
前記コレットが、少なくとも一つの他の凹みを有する、
請求項12に記載の多機能ツール。 - 前記コレット上の前記凹みの数が前記玉軸受の数より多い、請求項13に記載の多機能ツール。
- 前記コレット上の前記凹みの数が12であり、前記玉軸受の数が6である、請求項14に記載の多機能ツール。
- 前記第1の軸に実質的に直交する第2の軸の周りで前記ツールホルダを回転させることが可能な傾斜器をさらに備える、請求項10〜12のいずれか1項に記載の多機能ツール。
- 前記多機能ツールが前記第2の軸の周りで一定の向き範囲内にあるとき、前記コレットロッカが係合される、請求項16に記載の多機能ツール。
- 前記傾斜器が、
i)リニア軸受と、
ii)前記リニア軸受に沿って作動可能なシューと、
iii)遠位端部で前記シューに回転可能に取り付けられたヨークであって、反対側の遠位端部では前記スリーブにも回転可能に取り付けられるヨークと、
iv)前記リニア軸受に取り付けられたカムと、
v)前記スリーブに回転可能に取り付けられ、前記カムに沿って動くことが可能なカム従動子と、
vi)前記リニア軸受に沿って前記シューを作動させることが可能なシューアクチュエータとを備える、請求項16及び17のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記リニア軸受に沿って前記シューを作動させることで、前記ヨークが前記ツールホルダ本体に沿って軸方向に前記スリーブを押し、前記第2の軸の周りで前記多機能ツールを回転させ、前記コレットロッカに係合する、
請求項18に記載の多機能ツール。 - 前記ツール先端ロッカがロックスリーブを備え、前記ロックスリーブが戻り止めを有し、前記戻り止めが前記ツール先端固定子上の凹みに係合可能であり、
前記戻り止めが前記凹みに係合されると、前記コレットに対する前記ツール先端固定子の前記第1の軸の周りの回転及び軸方向の運動が制限され、
前記戻り止めが前記凹みから外れると、前記ツール先端固定子が、前記コレットに対して前記第1の軸の周りで回転及び軸方向の運動を行うことが可能になる、
請求項1〜19のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - i)前記戻り止めが玉軸受であり、
ii)前記コレットが、前記玉軸受の軸方向、円周方向、及び内方に径方向の運動を制限するが、前記玉軸受の外方に径方向の運動を可能にする孔を有し、
iii)前記ロックスリーブが、前記コレットに対して前記第1の軸に沿って軸方向に平行移動可能であり、
iv)前記ロックスリーブが、前記玉軸受と位置合わせ可能な凹部を有し、その結果、
a)前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされていないとき、前記ロックスリーブが、前記玉軸受を径方向に内方へ押して前記玉軸受を前記凹みに係合させ、
b)前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされると、前記凹部により、前記玉軸受が径方向に外方へ動くことが可能になり、それによって前記玉軸受が前記凹みから外れる、
請求項20に記載の多機能ツール。 - 前記ロックスリーブが、前記凹部がばねによって前記玉軸受と位置合わせされる位置から離される、請求項21に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端ロッカが、前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされる前記位置から前記ロックスリーブを離す少なくとも一つの他のばねをさらに備える、請求項22に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端ロッカが、少なくとも一つの他の玉軸受をさらに備え、
前記コレットが、対応する少なくとも一つの他の孔を有し、
前記ロックスリーブが、対応する少なくとも一つの他の凹部を有し、
前記ツール先端固定子が、少なくとも一つの他の凹みを有する、
請求項21〜23のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記ツール先端固定子上の前記凹みの数が前記玉軸受の数より多い、請求項24に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端固定子上の前記凹みの数が12であり、前記玉軸受の数が6である、請求項25に記載の多機能ツール。
- 前記動力源が、
i)モータと、
ii)前記モータによって駆動可能な回転子ドライバとを備え、
a)前記回転子ドライバが、前記ツール先端回転子上の凹部上に摺動可能に係合可能な戻り止めを有し、
b)前記ツールホルダが前記ツール先端に係合すると、前記戻り止めが前記凹部上に係合され、それによって前記ツール先端回転子を前記回転子ドライバに回転可能に結合させる、請求項1〜26のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記モータが、ギア機構及び回転位置エンコーダをさらに備える、請求項27に記載の多機能ツール。
- 前記戻り止めが玉軸受であり、
前記動力源が、前記玉軸受を保持する孔を有するリテーナをさらに備え、
前記孔が、前記玉軸受の軸方向、円周方向、及び径方向の運動を制限する、
請求項27及び28のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記動力源が、少なくとも一つの他の玉軸受をさらに備え、
前記リテーナが、対応する少なくとも一つの他の孔を有し、
前記ツール先端回転子が、対応する少なくとも一つの他の凹部を有する、
請求項29に記載の多機能ツール。 - 前記玉軸受の数が6である、請求項30に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端固定子が、前記第1の軸の周りで対称であり、且つ前記第1の軸に対して同軸であり、
前記ツール先端回転子が、前記第1の軸の周りで対称であり、且つ前記第1の軸に対して同軸である、
請求項1〜31のいずれか1項に記載の多機能ツール。 - 前記ツール先端回転子の端部が、ソケット、穿孔ビット、及びねじ回しビットからなる群から選択されたツールになるように適合される、請求項1〜31のいずれか1項に記載の多機能ツール。
- 複数の撮像装置をさらに備え、前記撮像装置が、前記多機能ツールの作業端部を撮像するように配置される、請求項1〜33のいずれか1項に記載の多機能ツール。
- ロボットアームに対するインターフェースをさらに備える、請求項1〜34のいずれか1項に記載の多機能ツール。
- 前記インターフェースにより、前記多機能ツールを前記ロボットアームに解放可能に取り付けることが可能になり、
前記インターフェースにより、前記ロボットアームと前記多機能ツールとの間の電気信号の伝送が可能になる、
請求項35に記載の多機能ツール。 - 請求項1〜36のいずれか1項に記載の多機能ツールを保持するロボットアーム。
- 前記ツール先端回転子によって生成されたトルクに局所的に反応するように適合されたクランプをさらに備える、請求項1〜37のいずれか1項に記載の多機能ツール。
- 前記ツール先端を保持することが可能であり、
前記ツール先端に係合可能なリテーナと、
前記ロックスリーブに当接可能な押し板と、
第1の位置と第2の位置との間で前記ロックスリーブを動かすスペーサとを備え、
前記ロックスリーブが前記第1の位置にあるとき、前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされ、
前記ロックスリーブが前記第2の位置にあるとき、前記凹部が前記玉軸受と位置合わせされない、請求項21に記載の多機能ツールに対するツールクリップ。 - 前記ツール先端が前記ツールクリップによって保持されているときに前記ツール先端を把持するスプリングタブをさらに備える、請求項39に記載のツールクリップ。
- 請求項39に記載の複数のツールクリップを備えるツール先端容器。
- 多機能ツールを使用して動作を実行する方法であって、
ツール先端をツールホルダ内へ挿入するステップと、
前記ツール先端のツール先端固定子を前記ツールホルダのコレットにロックするステップと、
前記ツール先端のツール先端回転子を前記ツールホルダの動力源に結合させるステップと、
前記ツールホルダの前記動力源が第1の軸の周りで前記コレットを回転させることを可能にするように選択器に係合するステップと、
必要な場合、前記動力源を使用して前記第1の軸の周りで前記ツール先端固定子にロックされた前記コレットを回転させるステップと、
前記動力源が前記ツール先端を作動させることを可能にするように前記選択器を切り離すステップと、
前記動作を実行するように前記動力源を使用して前記ツール先端を作動させるステップとを含む方法。 - 前記選択器に係合する前記ステップが、
第2の軸の周りで前記多機能ツールを回転させるステップを含む、請求項42に記載の方法。 - 前記ツール先端固定子を前記コレットにロックする前記ステップが、
前記コレット上の戻り止めを前記ツール先端固定子上の凹みに係合させるステップを含む、請求項42に記載の方法。 - 前記ツール先端回転子を前記動力源に結合させる前記ステップが、
前記動力源上の戻り止めを前記ツール先端回転子上の凹部に係合させるステップを含む、請求項42に記載の方法。 - 前記動作がワイヤを切断することであり、前記ツール先端がワイヤカッタを備える、請求項42〜45のいずれか1項に記載の方法。
- 前記動作が熱ブランケットをつかむことであり、前記ツール先端が熱ブランケットグリッパを備える、請求項42〜45のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ツール先端固定子を前記コレットからロック解除するステップと、
前記ツール先端回転子を前記動力源から結合解除するステップと、
前記ツール先端を前記ツールホルダから取り外すステップと、
前記ツールホルダ内へ第2のツール先端を挿入するステップと、
前記第2のツール先端の第2のツール先端固定子を前記ツールホルダの前記コレットにロックするステップと、
前記第2のツール先端の第2のツール先端回転子を前記ツールホルダの前記動力源に結合させるステップと、
前記ツールホルダの前記動力源が前記第1の軸の周りで前記コレットを回転させることを可能にするように前記選択器に係合するステップと、
必要な場合、前記動力源を使用して前記第1の軸の周りで前記第2のツール先端固定子にロックされた前記コレットを回転させるステップと、
前記動力源が前記第2のツール先端を作動させることを可能にするように前記選択器を切り離すステップと、
第2の動作を実行するように前記動力源を使用して前記第2のツール先端を作動させるステップと
をさらに含む、請求項42に記載の方法。 - 前記ツール先端ホルダが、ロボットアームによって解放可能に把持され、前記ロボットアームが、衛星上に取り付けられ、前記ツール先端が、前記衛星上に取り付けられたツール容器上に取り付けられた一組のツール先端の一つであり、前記ロボットアームが、コンピュータ制御システムにインターフェース接続され、前記コンピュータ制御システムが、通信システムにインターフェース接続され、前記コンピュータ制御システムが、自律的、半自律的、又はこれらの組合せで前記ツール先端ホルダを制御するための命令を遠隔の場所にいる操作者から受け取るように、命令を用いて構成及びプログラムされる、請求項42〜48のいずれか1項に記載の方法。
- a)視覚システムと、
b)エンドエフェクタを有するロボットアームと、
c)前記エンドエフェクタによって解放可能に把持されるように構成された多機能ツールと、
d)一組のツール先端であって、前記多機能ツールが、前記ツール先端のそれぞれを解放可能に把持するように構成され、前記多機能ツールが動力源を含み、前記動力源が、前記動力源が起動されると前記ツール先端を起動するように構成される、一組のツール先端と、
e)前記ロボットアームの運動及び前記多機能ツールの前記動力源を制御するようにプログラムされたコンピュータ制御システムと、
f)前記視覚システム、前記ロボットアーム、及び前記多機能ツールの遠隔操作を可能にするように構成された通信システムと
を備えるロボットによる遠隔修理システム。 - 各ツール先端が、
a)ツール先端固定子と、
b)前記ツール先端固定子に対して第1の軸の周りで回転可能なツール先端回転子とを備え、
c)前記多機能ツールが、前記ツール先端に取外し可能に係合することが可能なツールホルダを含み、前記ツールホルダが、
コレットと、
ツール先端ロッカとを備え、
前記ツールホルダが前記ツール先端に係合するとき、
i)前記ツール先端ロッカが、前記コレットに対する前記ツール先端固定子の前記第1の軸の周りの回転及び軸方向の運動を制限し、
ii)前記動力源が、前記ツール先端固定子に対して前記第1の軸の周りで前記ツール先端回転子を回転させることが可能である、請求項50に記載のシステム。 - 前記多機能ツールが選択器をさらに備え、前記選択器が係合されると、前記動力源が前記第1の軸の周りで前記コレットを回転させることが可能である、請求項51に記載のシステム。
- 前記多機能ツールが、前記第1の軸に実質的に直交する第2の軸の周りで前記ツールホルダを回転させるように構成された傾斜機構をさらに備える、請求項51又は52に記載のシステム。
- a)修理すべきクライアント衛星に密接するように修理用宇宙船を軌道内へ打ち上げるステップであって、前記宇宙船が、
推進、案内、及び遠隔測定システム、
前記クライアント衛星修理衛星を解放可能に捕獲するように構成された衛星捕獲機構、
エンドエフェクタを有するロボットアーム、
前記エンドエフェクタによって解放可能に把持されるように構成された多機能ツール、
一組のツール先端であり、前記多機能ツールが、前記ツール先端のそれぞれを解放可能に把持するように構成され、前記多機能ツールが動力源を含み、前記動力源が、前記動力源が起動されると前記ツール先端を起動するように構成される、一組のツール先端、
前記クライアント衛星のうち解放可能に捕獲される部分及び前記クライアント衛星のうち前記多機能ツールによって修理される少なくとも一部分を含む視野を有するように構成された視覚システム、
前記ロボットアームの運動及び前記多機能ツールの前記動力源を制御するようにプログラムされたコンピュータ制御システム、並びに
前記視覚システム、前記ロボットアーム、及び前記多機能ツールの遠隔操作を可能にするように構成された通信システムを備える、打ち上げるステップと、
b)前記衛星を操作して前記クライアント衛星に密接した定位置へ入れ、前記衛星捕獲機構を配備し、前記クライアント衛星を解放可能に捕獲するステップと、
c)前記ロボットアームを配備し、前記多機能ツールを解放可能に把持するように前記エンドエフェクタに指示し、ツール先端を前記多機能ツールに解放可能に係合させるように前記多機能ツールを含む前記エンドエフェクタに指示するステップと、
d)前記クライアント衛星のうち修理すべき部分を前記多機能ツールに係合させ、前記クライアント衛星を修理するステップとを含み、
e)前記通信システムが、
前記クライアント衛星への接近及び前記クライアント衛星の捕獲、並びに
前記ロボットにより制御される多機能ツールを使用して前記クライアント衛星を修理することに関連するすべての動作の遠隔操作制御又は遠隔操作器と監督下自律性を混合した制御のために、前記コンピュータ制御システムと通信するように構成される、
ロボットによる遠隔修理方法。 - 各ツール先端が、
a)ツール先端固定子と、
b)前記ツール先端固定子に対して第1の軸の周りで回転可能なツール先端回転子とを備え、
c)前記多機能ツールが、前記ツール先端に取外し可能に係合することが可能なツールホルダを含み、
前記ツールホルダが、
a)コレットと、
b)ツール先端ロッカとを備え、
前記ツールホルダが前記ツール先端に係合するとき、
i)前記ツール先端ロッカが、前記コレットに対する前記ツール先端固定子の前記第1の軸の周りの回転及び軸方向の運動を制限し、
ii)前記動力源が、前記ツール先端固定子に対して前記第1の軸の周りで前記ツール先端回転子を回転させることが可能である、請求項54に記載の方法。
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