JPH02284884A - 複腕作業機システム - Google Patents

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、腕の交換、取付位置の変更機能を有する複腕
作業機システムに係り、とくに宇宙あるいは原子炉内に
おいて高度な作業を行うのに好適な複腕作業機システム
に関する。

〔従来の技術］ 従来の作業機システムにおいては、たとえば特開昭６３
−８９２８０号広報に記載されているように、比較的大
形のマニピュレータ（親アーム）上の複数個所に小形の
マニピュレータ（子アーム）を装着したものが提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、１本の親アームに複数の子アームが結
合されているため、つぎに説明するような問題点があっ
た。

（１）複数の子アームに加わる作用力を１本の親アーム
がこれを受けるとともに所要の子アームの先端位置決め
精度を親アームの剛性１強度で確保する必要があるため
、システムとして大幅な重量増加になる。

（２）親アームと子アームの信頼性は路間等であり同程
度の保守を必要とするにもかかわらず、子アームについ
ては、交換可能であるのに対して親アームの交換につい
ての配慮がされておらず親アームの信軌性が低下する。

（３）親アームおよび子アームの各関節部を駆動するた
めのアンプおよび制御計算機がアーム以外の場所に設置
されているため、各関節部とアンプおよび制御計算機と
を結合するケーブルの本数が膨大となり、とくに親アー
ムの場合、該親アーム自体のケーブルに加えて複数の子
アームを制御するための動力線、信号線が子アーム１本
当り約１００本必要なので、ケーブルをどのようにして
処理するかが、従来技術を実現する上で大きな障害とな
っていた。

本発明の目的は、複数個のアームを所定の位置決め精度
で制御可能とし、かついずれのアームも交換可能でアー
ム内のケーブルの本数を低減可能とする複数腕作業機シ
ステムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の複腕作業腕システ
ムにおいて、作業機本体に親アームと、該親アームに結
合する子アームとからなる腕を複数個装着し、該複数個
の腕のうち少くとも１個を上記作業機本体に着脱可能に
装着したものである。

また前記少くとも１個の腕は、操作性を向上するため、
７つの方向に移動可能でマスタスレーブ方式にて構成さ
れたものである。

また前記複数個の腕は作業性を向上するため、２種類以
上のエンドエフェクタを装着可能に構成されたものであ
る。

また前記複数個の腕はケーブルなどの本数を低減するた
め、親アームと子アームとの結合部に上記作業機本体に
設置された中央制御計算機に接続する駆動機構を設置し
たものである。

また前記複数個の腕は揺動時の過負荷による破１員を防
止するため、力帰還制御可能に構成されたものである。

〔作用〕

本発明は複数個の親アームにそれぞれ複数の子アームを
結合したので、１個の子アームに加わる力を１個の親ア
ームが受けることができ、腕の剛性２強度を確保するこ
とができる。

また一対の親アームと子アームとが７つの方向に移動可
能に構成されマスタスレーブ方式であり、かつ力帰還制
御可能に構成されているので子アームの先端位置を正確
に位置決めすることができ、かつ腕が揺動したさいの力
の感覚を制御して過負荷による腕の破損を防止すること
ができる。

また少くとも１個の腕の着脱が可能なので、保守が容易
である。

また各親アームと子アームの結合部に作業機本体に装着
された中央制御計算機に接続する駆動機構を設置したの
で、中央制御計算機と子アームを駆動するだめの動力線
、信号数を減少することができる。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例である複腕作業機を示す第１図
について説明する。

第１図において、１００は作業機本体で親アームト子ア
ームとからなるマユピューレタ２００．３００ノ２本の
腕を第１着脱装置２９Ｌ　３９１を介して揺動自在に支
持しており、該マニピュレータ２００．３００の先端部
には第２着脱硝装置２９２．３９２を介してエンドエフ
ェクタ３９０が装着されている。上記第２着脱装置２９
２．３９２は、たとえば米国特許第４．１０５２４１号
公報に記載されているように、いずれの方向にも遊隙な
く結合可能にし、これによってエンドエフェクタ３９０
を着脱、交換可能にするとともに自らも作業対象物を把
持する機能を有する。

また上記作業本体１００は、種々のエンドフエクタ３９
０を収納するためのエンドエフェクタ収納ラック２９４
を有し、これによって複種類の作業を可能にしている。

また上記作業本体１００には、通信装置１１３を有して
おり、該通信装置１１３は作業機を遠隔制御可能にして
いる。

また上記作業本体１００には、姿勢制御装置１１１を有
しており、該姿勢制御装置１１１は作業機を宇宙空間で
移動姿勢を制御可能にしている。

また作業機本体１００にはトンキング手段２９５を有し
ており、該ドツキング装置２９５は、宇宙空間で浮遊物
とドツキング、固定可能にしている。

また作業機本体ｌＯＯには把持装置２９６を有しており
、該把持装置２９６（第７図参照）は他の作業機本体の
マニピュレータ（図示せず）により把持されたり、ある
いは取付、固定可能にしている。

また作業機本体１００には視覚装置１１４．１１５を有
し、該視覚装置１１４．１１５はマニピュレータ２００
゜３００にそれぞれ有する視覚装置１１６．１１７と作
業モニタ機能を有する。

つぎに上記作業機を動作させるための制御回路を示す第
２図について説明する。

第２図に示すように、作業機本体１００は、サブシステ
ム１１０と、電力系１２０と、マニピュレータ制御系１
３０とから構成されている。

上記サブシステム１１０は、姿勢制御装置１１１と熱制
御装置１１２と、通信装置１１３と、視覚装置１１１．
１１５とを有し、作業機本体１００を宇宙空間で独立し
て作業を行いうるようにしている。

電力系１２０は太陽電池１２１と、バッチ１月２２と、
電源装置１２３とを有し、作業機システムの電力発生蓄
電、供給機能を可能にしている。制御系１３０は、上記
サブシステム１１０、電力系１２０、マニピュレータ２
００．３００に接続し、これらの管理制御を行うための
管理装置１４０とマニピュレータ２００．３００の制御
演算を行うための制御計算装置１５０．１６０と、マニ
ピュレータ２００．３００の各関節２１０，２２０．２
３０゜２４０、２５０．２６０．２７０をそれぞれ駆動
するための駆動装置１５１乃至１５７および１６１乃至
１６７とから構成されている。

一方マニビュレータ２００は力／トルクセンサ２８０を
有し、かつ該力／トルクセンサ２８０の先端には第２着
脱装置２９２を介してエンドエフェクタ２９０を装着し
ている。

上記関節２１０は、モニタ２１１と該モータ２１１を制
御するためのセンサ２１２とから構成され、他の関節２
２０．２３０．２４０．２５０．２６０．２７０につい
ても同様な構成をしている。

他方のマニピュレータ３００は、上記マニピュレータ２
００と同じように第１着脱装置３９１を介して作業機本
体１００に装着され、該第１着脱装置３９１にはマニピ
ュレータ３００に必要な電力供給、信号授受の機能をを
する。

つぎに第２図により本作業機システムの動作について説
明する。通信装置１１３が作業命令を受け、これを管理
装置１４０に与えられると、該管理装置１４０は与えら
れた作業指示に対して２本のマニピュレータ２００．３
００の動作目標を設定し、マニピュレータ２００．３０
０の先端の位置、姿勢を第１．第２制御計算装置１５０
．１６０に指示する。

これらの第１．第２制御計算装置１５０．１６０は、上
記管理装置１４０による目標の位置、姿勢を得るため、
マニピュレータ２００．３００の各関節２１０．２２０
゜２３０、２４０．２５０．２６０．２７０の角度を逆
変換演算により求め、各関節２１０．２３０．２４０．
２５０．２６０．２７０への指令値として各駆動装置１
５１乃至１５７および１６１乃至１６７に送る。このと
きの各駆動装置１５１乃至１５７および１６１乃至１６
７への指令はデジタル信号であるので、これをアナログ
信号に変換し、必要な信号レベルまで増幅したのち、各
駆動装置１５１乃至１５７および１６１乃至１６７から
第１着脱装置２９１３９１を介してマニピュレータ２０
０．３００の各関節２１０゜２２０、２３０．２４０．
２５０．２６０．２７０に送られる。そのため、関節２
１０では駆動装置１５１からの駆動信号に対応してモー
タ２１１が回転し、所定の関節角を得る。またこの関節
角はセンサ２１２により検出されるとともに関節角に対
応する出力信号を駆動装置１５１にフィードバックして
サーボ系を構成する。

同様な動作を他の関節１５２乃至１５７および１６１乃
至１６７においても行われ、これによって２本のマニピ
ュレータ２００．３００は所定の先端位置姿勢を得る。

一方エンドエフエクタ２９０および３９０は、それぞれ
第１．第２制御計算装置１５０および制御計算装置１６
０からの指令を受けた駆動装置１５８および１６８から
の信号により動作する。

つぎに本発明の他の一実施例であるマニピュレータの制
御系を分散型とした場合の制御回路を示す第３図につい
て説明する。

通信装置４１３が作業命令を受けると信号を管理装置４
３１に出力する。該管理装置４３１は与えられたた作業
指示に対し、２木のマニピュレータ５００．６００の動
作目標を設定し、該設定された動作目標に対応するマニ
ピュレータ５００．６００の先端位置、姿勢を中央制御
計算機４３２に指示する。該中央制御計算機４３２では
、与えられた目標の位置、姿勢を得るためのマニピュレ
ータ５００．６００の各関節角を逆座標交換演算によっ
て求め、各関節への指令値としてマニピュレータ５００
．６００の各関節５１０５機５２０゜５３０、５４０．
５５０．５６０．５７０および６１０．６２０．６３０
゜６４０、６５０．６６０．６７０に送る。これによっ
てたとえば関節５１０では、関節処理装置５１１により
アナログ化されるとともに所要の信号レヘルに増幅され
たのち、駆動装置５１２を介してモータ５１３が駆動さ
れる。該モータ５１３はその回転角をセンサ５１４にて
検出され、その検出結果を上記駆動装置５１２にフィー
ドバックされ、サーボ系を構成する。一方上記処理装置
５１１は、関節動作のダイナミック動作を行う。具体的
には、上記モータ５１３の現在の回転速度に対して極端
に高いかあるいは遅いかの速度指令が中央制御計算機４
３２から出力されたとき、−次遅れ要素を加えるなどし
て滑らかな関節動作を得るための信号補正機能を有する
。

本実施例においては、前記第２図に示す制御回路に比較
してマニピュレータ５００．６００が駆動装置５１２　
、６１２および処理装置５１１．６１１が各関節５１０
５２０、５３０．５４０．５５０．５６０．５７０およ
び６１０．６２０゜６３０、６４０．６５０．６６０．
６７０に分散されているため、作業機本体４００とマニ
ピュレータ５００または６００の電気的接続は、電力線
と、各関節処理装置５１１または６１１であり、かつ信
号については、シリアルバス化することによってマニピ
ュレータ５００または６００の中を通るケーブル本数を
大幅に低減することができる。このためマニピュレータ
５００または６００の寸法１重量を大幅に軽減できるだ
けでなく、作業機本体４００とマニピュレータ５００ま
た６００の電気的インタフェースの簡素化が可能である
。

つぎに本発明の他の一実施例である宇宙ステーションの
プラットホームなどの飛行物体に適用した場合の複腕作
業機を示す第４図について説明する。

第４図に示すように、作業機本体１００’は、２本のマ
ニピュレータ２００’　、　３００’を有し、その中１
本のマニピュレータ２００′は７つの方向（ＸＹ、Ｚ、
　　α、β、Ｔおよびその他の１方向）に自由度を存す
るため、図示のような形状をした作業対象物９００の２
点を保持することができ、これによって作業対象物９０
０の回り込み作業を行なうことができる。

つぎに本発明のさらに他の一実施例である２本のうち１
本のマニピュレータが故障した場合の保守を行う複腕作
業機を示す第５図について説明する。

第５図においては、作業機本体１００“は２本のマニピ
ュレータ２００″および３００　″を有し一方のマニピ
ュレータ２００″が故障したため、他方のマニピュレー
タ３００のエンドエフェクタ３９０″の先端部を一方の
マニピュレータ２００の関節２３０″の駆動軸（図示せ
ず）に挿入して接続することにより、他方のマニピュレ
ータ３００で一方のマニピュレータ２００の関節２３０
”を所定の角度に設定し、引続き作業を実施するか、ま
たは作業の支障にならないように関節２３０”を曲げて
一方のマニピュレータ２００を折りたたんでアームごと
交換するものである。

つぎに本発明のさらに他の一実施例である宇宙ステーシ
ョンの保守、採点などをする複腕作業機を示す第６図に
ついて説明する。

第６図に示すように宇宙ステーション９１０には宇宙曝
露環境で種々の実験を行うことがある。そのため、宇宙
ステーション９１０には作業台９２０゜９３０を有し、
これらの作業台９２０．９３０を２本のマニピュレータ
２００′″、３００’“を有する作業機本体１００”’
で保守１点検などを行う。マニピュレータ２００″’の
先端のエンドフエクタ２９０”で作業台９２０を把持し
、作業機本体１００″を宇宙ステーション９１０に固定
し、マニピュレータ３００で作業台９３０の所要個所に
対して作業を行うものである。

つぎに、本発明のさらに他の一実施例である人工衛星の
保守点検をする複腕作業機を示す第７図について説明す
る。

第７図においては、人工衛星９５０に把持部９５１が設
置され、該把持部９５１が作業機本体１００”’のトン
キング装置２９５と結合するごとにより、作業機本体１
００”’を人工衛Ｍ９５０に固定することができるので
、この状態で２本のマニピュレータ２００″’３００″
′により人工衛星９５０の所定個所を保守５点検などす
ることができる。

つぎに本発明のさらに他の一実施例として基本カーネル
を中心として構成をモジュール化した複腕作業機を示す
第８図について説明する。

第８図に示すように複腕作業機１００をそのトンキング
ＳＥＨにより軌道上を移動しながら、基本カーネルおよ
び作業機本体に取付けられた姿勢制御装置１１１、通信
装置１１３などを保守交換することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、親アームと子アームからなる腕を２個
以上設置することにより腕の剛性強度を確保することが
でき、かつ冗長自由度または種々のエンドフエクタを装
着することにより高度な作業を行うことができる。

また腕の処理装置および駆動装置を各肋筋に分散するこ
とにより作業機と腕のインタフェースを簡素化すること
ができる。

さらＪこ関節をモジュール化することができるので、各
腕の保守向上と、機能向上のための構成変更にも柔軟に
対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である複腕作業機を示す斜視
図、第２図は制御系統の一例を示す回路図、第３図は制
御系統の他の一例を示す回路図、第４図は本発明の一適
用例を示す斜視図、第５図は本発明の他の一適用例を示
す斜視図、第６図は本発明のさらに他の一適用例を示す
斜視図、第７図は本発明のさらに他の一適用例を示す斜
視図、第８図は本発明のさらに他の一適用例を示す展開
図である。 １００・・・作業機本体、１１０・・・サブシステム、
１２０・・・電力系、１３０・・・マニピュレータ制御
系、２００，３００・・・マニピュレータ、２９Ｌ　３
９１・・・第１着脱装置３９０・・・エンドエフェクタ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作業機本体に親アームと、該親アームに結合する子
   アームとからなる腕を複数個装着し、該複数個の腕の少
   くとも１個を上記作業機本体に着脱可能に装着した複腕
   作業機システム。 ２、請求項１記載の少くとも１個の腕は、７つの方向に
   移動可能でマスタスレーブ方式に構成された複腕作業機
   システム。 ３、請求項１記載の複数個の腕は上記親アームと子アー
   ムの結合部に上記作業機本体に設置された中央制御計算
   機に接続する駆動機構を設置した複腕作業機システム。 ４、請求項３記載の複数個の腕は力帰還制御可能に構成
   された複腕作業機システム。