JPH0379498A

JPH0379498A - 可変構造体

Info

Publication number: JPH0379498A
Application number: JP1214865A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 博高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1991-04-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は宇宙構造物やロボット・アームとして用いるこ
とが可能な可変構造体に関する。

（従来の技術）大型の構造物、特に宇宙空間で使用する大型アンテナ等
は、輸送に伴う制約から地上で小さく畳み込み宇宙空間
で伸展、展開する必要がある。例えば米国特許第４．５
３２，７４２号明細書に記載の伸展構造体はコイラブル
・マストと呼ばれており、弾性体の変形を利用し棒状の
部材をコイル状に捩りながら収納するもので、収納効率
が良く軽量であるという特徴を持つ。このような伸展構
造物は主として、衛星本体から測定機器を宇宙空間に伸
長するマストや太陽電池パドルの伸展機構に利用されて
いる。

今後、宇宙構造物はますます大型化の傾向にあり、構造
物または部材を小さく畳んだ状態で軌道上へ輸送し、宇
宙飛行士やマニピュレータによって大型宇宙構造物に組
み立てていくことになるとされている。こうした場合、
多（の自由度を有し任意の空間曲線上に可変出来る構造
物が望まれており、更には、構造物自体が宇宙空間での
作業用マニピュレータとして２次元、３次元の任意の形
状に可変出来ることが望ましい。

（発明が解決しようとする課題）以上のように従来は、収納効率と伸展したときの剛性に
優れた構造物の研究が中心であり、構造物自体に任意の
形状変化を起こさせるようなものは存在しなかった。本
発明は、従来の構造物上として伸展構造物を更に発展さ
せ、収納効率もよくしかも任意の形状に自在に変化する
ことのできる可変構造体の提供を目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明においては、第１の
関節にて自在に折曲する複数の関節部材と、これら関節
部材の一端どうし及びこれら関節部材の他端どうしを折
曲自在に結合する第２の関節とからなる構造物であって
、これに関節部材を伸直するように作用する伸直手段と
、第１の関節のそれぞれに端を有し、牽引弛緩により第
１の関節の折曲角度を調節する複数のワイヤ材とを用い
ることにより可変構造体を構成した。

また、第２の関節を介して基本となる構造物を複数連結
して可変構造体を構成した。

また、関節部材を介して前記ワイヤをこの中空部に挿通
した。

更に、ワイヤ材は各々独立に牽引弛緩されるものとした
。

（作用）このような構成とすると、複数の関節の作用によって収
納効率もよく、しかもワイヤの牽引弛緩を操作すること
によって可変構造体の形状を自在に変化させることが可
能となる。また、前記構造物を複数連結することによっ
て可変構造体の自由度を大きくすることもできる。また
、関節部材を中空構造とすることによって他の部位との
干渉が防止され信頼性が向上する。更に、ワイヤ材を独
立に牽引弛緩することによって可変構造体の複雑な湾曲
動作も実現可能となる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係る可変構造体の正
面図であり、一部伸展している状態を示したものである
。本実施例の可変構造体１は、長さが等しく略円筒形の
形状を有する４本の中空梁２．３，４．５と、これらを
結合する４つの関節６．７，８．９とから構成される四
辺形の構造物を単位構造物Ｕ１としている。そしてこの
単位構造物Ｕ１において対角線上の関係にある関節６゜
７を結合部として、前記単位構造物Ｕ１を複数連結する
ことにより可変構造体１を形成している。

各関節６，７．８．９は各中空梁２．３，４．５を回動
自在に結合するものであり、各関節６，７゜８．９を中
心に単位構造物Ｕ１の各内角は任意の角度に変化可能と
なっている。また、最下端に位置する関節７′は、可変
構造体１の基部２０に回動自在に保持される。

第２図は、単位構造物Ｕ１の関節８の構造を示した分解
斜視図である。中空梁３，４は、関節８を介して関節部
材をを形成して都り、中空梁３に設けられた連結部１０
の凸部１２と、中空梁４に設けられた連結部１１．の凹
部１３とが嵌合する状態に保持されることによって回動
が自在となっている。また、連結部１０．１１にはそれ
ぞれ矩形状のストッパ１４．１５（ストッパ１５は図示
せず）が設けられており、凸部１２に挿通されたねじり
コイルバネ１６（伸直手段）の一端および他端を係止す
るように保持する。従って、関節８にこのねじりコイル
バネ１６が設けられることにより、常時関節部材を伸直
する方向（可変構造体１が伸展する方向）に与圧が与え
られる。

上記の構造は、関節９に関しても同様に用いられている
ものである。また、関節６，７に関しても、やはり凸部
に凹部が嵌合するような構造により計４本の中空梁が回
動自在に結合するようになっている。そして関節６，７
に用いられるねじりコイルバネは中空梁２，３間、中空
梁４，５間に与圧を与えるのではなく、第１図に示す中
空梁２゜５′間、中空梁３，４′間、中空梁５．２′間
、中空梁４，３′間に与圧を与えており、結果として可
変構造体１の全体が伸展するように作用している。

更に、第２図に示す関節８には、前記凸部１２に嵌合す
るようにリング１７が配置され、このリング１７にはワ
イヤ１８の一端が接続されている。

ワイヤ１８は第１図に示すように、関節８から関節８′
まで可変構造体１の外部を通った後、他の部位との干渉
を防止するために関節８′からは中空梁４′内に導かれ
、以降は順次中空梁の内部を通って基端に配置された基
部２０内部に他端を接続する。同様にして、関節９に一
端を有するワイヤ１９は関節９′から中空梁５′に導か
れて基部２０内部に他端を接続する。従って、第２図中
に示すように、可変構造体１の先端側に近い関節からの
ワイヤは、例えば凸部１２の根元１２′に摺接するよう
に配置される。本実施例ではワイヤは単位構造物１つに
つき２本づつ設けられる。このようにして全ての関節か
ら基部２０内部に導かれたワイヤは、基部２０内部に備
えられた制御装置（アクチュエータなどの動力源群）に
よって１本づつ独立に牽引弛緩され、ワイヤ長さ（張力
）が調節される。

以上のような構造を有する本実施例の可変構造体１の動
作について説明する。今、仮に各ワイヤに張力が作用し
ていないとすると、各関節に設けられたねじりコイルバ
ネの与圧の影響によって全中空梁がその軸方向を構造体
の伸展方向に向けるように作用するため、可変構造体１
はその伸展方向に最大長さを実現する。従って、各ワイ
ヤの張力を調節することにより各関節を畳んで角度を変
化させ、これにより可変構造体１の長さ、形状を任意に
変更可能とすることができる。例えば第１図に示す可変
構造体１の形状は、伸展方向の中央部の関節に係るワイ
ヤに左右均等に張力が作用するように制御装置にて牽引
されたものであり、伸展方向への直線状の伸展を実現し
ている。また、例えば第３図に示すように可変構造体１
の曲線状の伸展を実現することもできる。このような形
状は、可変構造体１の片側の全関節に係るワイヤに張力
を作用させることによって達成される。そして、同図に
示すように、可変構造体１の先端部にて物体５０を保持
することができるようにすれば、制御装置を制御するこ
とにより可変構造体１の形状を変化させることができる
ので、物体５０を目的の場所に移動するスペースクレー
ンとすることが可能となる。もちろん、各ワイヤの独立
な制御によって可変構造体１の形状は自在に変更できる
ので、単純な直線状２曲線状の形状のみならず、複雑な
湾曲動作も実現可能である。

第４図は、本発明の第２の実施例に係る可変構造体の斜
視図であり、第１の実施例と同様、一部伸展している状
態を示したものである。本実施例の可変構造体２１は、
長さが等しく略円筒形の形状を有する８本の中空梁２２
．２３．２４．２５゜２６．２７，２８．２９と、これ
らを結合する６つの関節３０．３１，３２．３３．３４
．３５とから構成され、これら８本の中空梁２２，２３
゜２４．２５．２６．２７．２８．２９を各辺とする略
八面体の構造物を単位構造物Ｕ２としている。

そしてこの単位構造物Ｕ２内の対角線の関係にあって４
本の中空梁を結合する関節３０．３１を結合部として、
前記単位構造物を複数連結することにより可変構造体２
１を形成している。各関節３０．３１，３２，３３，３
４．３５は各中空梁２２．２３．２４．２５．２６．２
７，２８．２９を回動自在に結合するものであり、各関
節３０゜３１．３２，３３．３４．３５を中心に単位構
造物Ｕ２の各内角は任意の角度に変化可能となっている
。また、最下端に位置する関節３１′は、可変構造体２
１の基部４０に回動自在に保持される。

尚、本実施例では関節３２，３３，３４．３５の構造に
ついては第２図に示す第１の実施例と同様の構造を使用
することができる。そして、関節３０．３１については
中空梁２６．２２’間、中空梁２７．２３’間、中空梁
２８．２４’間、中空梁２９．２５’間に与圧が作用す
るように回動自在に支持すると共に、関節３２．３３．
３４．３５を例えば９０°おきの位置関係とするように
、上記４つの組み合わせに係る中空梁の位置関係を固定
している。具体的には、２自由度に回転可能なユニバー
サルジヨイントを用いている。

また、ここでは図示は省略するが、各関節にはやはりワ
イヤの一端が接続されており、その他端は基部４０内部
に接続されている。ワイヤの導き方も同様であり、例え
ば関節３２に一端を有するワイヤ３６であれば、関節３
２から関節３２′まで可変構造体２１の外部を通った後
、関節３２′からは中空梁２６′内に導かれる。本実施
例ではワイヤは単位構造物１つにつき４本づつ設けられ
る。このようにして全ての関節から基部４０内部に導か
れたワイヤは、基部４０内部に備えられた制御装置（ア
クチュエータなどの動力源群）によって１本づつ独立に
牽引弛緩され、ワイヤ長さ（張力）が調節される。

以上のような構造を有する本実施例の可変構造体２１の
動作は、第１の実施例と同様の原理で行われ、各ワイヤ
の張力を調節することにより、長さ、形状を任意に変更
可能とすることができる。

更に、本実施例では単位構造物Ｕ２を３次元形状とした
ので、可変構造体２１を立体空間内で変化させることが
できる。

こういった可変構造体１，２１をロケットやシャトルに
よって宇宙空間へ輸送する際には、各関節に設けられた
ワイヤに十分な張力を加えて小さく畳んだ状態で搭載を
行う。ロケットやシャトルが目的の軌道に到着し可変構
造体１を動作させる時には、ワイヤの張力を弛緩すれば
ねじりコイルバネの復元力が作用し自動的に伸展してゆ
く。そして宇宙空間では、スペースクレーンなどの作業
用マニピュレータとして、あるいは宇宙建造物としてあ
らゆる用途に使用可能である。前者の用途の場合は常時
ワイヤを制御することが必要となるが、後者の用途の場
合はワイヤを制御して所定の骨格を形成した後、制御装
置を取り除（こともできる。もちろん本発明の可変構造
体は上記の用途に限定されるものではなく、更に小型の
形状とすることによって一般的な湾曲管の代用とするこ
ともできる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、収納効率もよくしか
も任意の形状に自在に変化することのできる可変構造体
が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変構造体の第１の実施例を示す正面
図、第２図は関節部材の関節構造を示した分解斜視図、
第３図は本発明の可変構造体の応用例を示す正面図、第
４図は本発明の可変構造体の第２の実施例を示す正面図
である。１．２１　・・・　可変構造体２．２’　、３．３’、４．４’、４’、５゜５’　、
５’、２２．２２’　、２３．２３’　。２４．２４’　、２５．２５’　、２６．２６’２７．
２８．２９　　・・・　中空梁（関節部材を形成）８、　８’　　、　　９．　９’　　、　　３２．　３
２’　　、　　３４゜３５　・・・　（第１の）関節６、　７．　７’、　　３０．　３１．　３１’・・・
　（第２の）関節

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の関節にて自在に折曲する複数の関節部材と
、前記各関節部材の一端どうし及び前記各関節部材の他端
どうしを折曲自在に結合する第２の関節とからなる構造
物であって、前記関節部材を伸直するように作用する伸直手段と、前記第１の関節のそれぞれに端を有し、牽引弛緩により
前記第１の関節の折曲角度を調節する複数のワイヤ材と
を有することを特徴とする可変構造体。
（２）前記第２の関節を介して前記構造物を複数連結し
てなることを特徴とする請求項１記載の可変構造体。
（３）前記関節部材を中空構造とし、前記ワイヤをこの
中空部に挿通したことを特徴とする請求項１記載の可変
構造体。
（４）前記ワイヤ材は独立に牽引弛緩されることを特徴
とする請求項１記載の可変構造体。