(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【請求項３６】
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３７】
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。
【請求項３８】
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。
【請求項３９】
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。
【請求項４０】
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４１】
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。
【請求項４２】
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。
【請求項４３】
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。
【請求項４４】
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。
【請求項４５】
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。
【請求項４６】
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。
【請求項４７】
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。
【請求項４８】
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。
【請求項４９】
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。
【請求項５０】
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。
【請求項５１】
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。
【請求項５２】
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。
【請求項５３】
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。
【請求項５４】
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。
【請求項５５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する米国特許出願の相互を参照。
【０００２】
本特許出願は、全体として参照により本明細書に組み込まれている、英国で出願された、「ROBOTIC SERVICING MULTIFUNCTIONAL TOOL」という名称の2011年10月13日出願の米国仮特許出願第61/546,770号に関する。
【０００３】
本開示は、交換可能なツール先端を有する多機能ツールに関する。開示する多機能ツールは、宇宙空間でロボットアーム上のエンドエフェクタとして使用することができる。
【背景技術】
【０００４】
宇宙マニピュレータ用のロボットツールは、二つの範疇、すなわち1)準備されたインターフェースに対して影響を及ぼすように使用されるツール(すなわち、ロボット動作の実行を容易にするためにツール自体とともに設計されたハードウェア)、及び2)準備されていないインターフェースに対して影響を及ぼすように使用されるツール(すなわち、ロボット動作に対応するように特に設計されているのではなく、ロボット動作が非常に困難になるように設計されうるハードウェア)のうちの一つに入る。
【０００５】
カナダ宇宙局(CSA)によって国際宇宙ステーション(ISS)に提供されたスペシャルパーパスデクストラスマニピュレータ(Special Purpose Dextrous Manipulator)又はデクスタ(Dextre)は、準備されたインターフェースを標的とするツールを装備している。デクスタ(Dextre)のツールは、http://www.asc-csa.gc.ca/eng/iss/dextre/toolbox.aspというリンクに記載されている。これらのツールについて、以下により詳細に説明する。
【０００６】
a)ソケットエクステンションツール(Socket Extension Tool、SET)。デクスタ(Dextre)は、エンドエフェクタを用いてこのツールをつかみ、このツールを使用して、エンドエフェクタのソケットドライバ機構の到達範囲を延ばす。このツールは、7/16インチの裸のボルトを作動させることができる。このタイプのボルトは、ISS上のタイダウンインターフェースに使用される標準的な寸法である。SETは、ウォブルソケットを組み込み、それによって、同じ場所に配置された視覚標的のないタイダウンボルトへロボットでインターフェース接続するのに必要な準拠を実現する。このツールは、MDAによって設計されたものである。
【０００７】
b)ロボットマイクロコニカルツール(Robot Micro Conical Tool、RMCT)。デクスタ(Dextre)のエンドエフェクタは、マイクロフィクスチャ(Micro-Fixture)及びHフィクスチャ(H-Fixture)(方形/矩形のプロファイルを有するロボット把持特徴)に直接インターフェース接続するように設計された。ISS上で一般に使用される別のフィクスチャは、マイクロコニカルフィッティング(Micro Conical Fitting、MCF)であり、これは、同じ場所に配置された視覚標的にロボットによって適合するように設計されたものであるが、円形のプロファイルを有し、したがってデクスタ(Dextre)のエンドエフェクタの顎部に直接適合しない。RMCTは、デクスタ(Dextre)が把持できるマイクロフィクスチャを装備するツールである。次いでRMCTにより、デクスタ(Dextre)は、MCFを装備するペイロードを持ち上げることが可能になる。このツールは、オーシャニアリングスペースシステムズ(Oceaneering Space Systems)によって設計されたものである。
【０００８】
c)ロボティックオフセットツール(Robotic Offset Tool)。デクスタ(Dextre)は、エンドエフェクタを用いてこのツールをつかみ、このツールを使用して、隣接する機器による隙間の制約のためにデクスタ(Dextre)のエンドエフェクタがそのソケットドライブをタイダウンボルトに直接係合させることができない特有のステーションペイロード(オービットリプレーサブルユニット(Orbit Replaceable Unit)又はORU)上の二次タイダウンボルトにアクセスする。このツールにより、デクスタ(Dextre)は、普通ならアクセスできないはずのタイダウン点へのアクセスが与えられる。このツールは、デクスタ(Dextre)及び特有のISSペイロードとの適合性を有するように設計される。このツールは、ボーイング(Boeing)によって設計されたものである。
【０００９】
ISSペイロード向けに設計されたツールに加えて、ハッブルロボットサービシングミッション(Hubble Robotic Servicing Mission)(http://www.edcheung.com/job/hrsdm/hrsdm.htm)は、ハッブル宇宙望遠鏡上に搭載されたハードウェアを修理するために使用できるデクスタ(Dextre)に適合しているツールの開発を探った。ハッブル宇宙望遠鏡は、宇宙飛行士によって修理されるように設計されたものであり、グラプルフィクスチャ、視覚キュー、又は大きなロボット作業空間の包絡線を提供する物理的な機器レイアウトなどのロボットによる修理を容易にするための特徴を装備していない。地上試験台版のデクスタ(Dextre)は、ゴダード宇宙飛行センターに設置され、ハッブル望遠鏡の実寸法のモックアップ上でツールの概念プロトタイプの実証が実行された。これらの準備されていないインターフェース向けに開発されたロボットツールは、電気コネクタツールと、ドアラッチファスナにアクセスして作動させるために使用されるツールとを含んでいた。ハッブルのインターフェース設計は、ロボット動作に対応しておらず、これらの準備されていないインターフェース向けに、操作者が遠隔で確実に動作を実行することを可能にする特殊なツールを設計しなければならなかった。
【００１０】
ハッブルサービシングミッション(Hubble Servicing Mission)は最終的に取り消されたが、準備されていないインターフェース向けのツールの開発は、ゴダード宇宙飛行センターとMDA/CSAの両方で継続された。
【００１１】
ロボットによって適合される他の準備されたツールインターフェースは、欧州宇宙機関(ESA)によって開発されている。コンパクトツールエクスチェンジデバイス(Compact Tool Exchange Device、CTED)は、ユーロボット(Eurobot)によって設計されたものであり、ISSでの船外活動(EVA)を実行するために開発されている三つのアームを有するロボット概念である。このインターフェースに関する説明は、http://www.esa.int/TEC/Robotics/SEMRIQNSP3F_0.html、「A novel concept for a tool exchange device」、Kester, G. J. A. N.、Visser, Proceedings of the 11th European Space Mechanisms and Tribology Symposium、ESMATS 2005、2005年9月21〜23日、Lucerne、Switzerland)というリンク及び文書で見ることができる。CTEDは、エンドエフェクタ又はツールの交換を可能にしながら、制御信号及び電力をアームからツールへ渡すことを可能にする。CTEDは、2種類の構成要素、すなわち、ロボットアームに固定された一つの能動ユニットと、異なるツール及びエンドエフェクタに固定されたいくつかの受動部分とからなる。ツールがアームの到達範囲内に位置決めされた後、CTEDは、ツールの取付け及び解放並びにその電気コネクタの嵌合及び取外しを自動的に実行するものである。CTEDは、ロボットアームをロックのために正しい位置及び向きへ案内することを助ける位置合わせ特徴を提供する。
【００１２】
NASAは、宇宙空間で衛星に燃料補給するのに必要なツール及び方法論を実証及び試験するように設計された国際宇宙ステーションの外部実験であるロボティックリフューエリングミッション(Robotic Refueling Mission、RRM)を提案した。Nasa Factsの「Robotic Refueling Mission」という名称の記事(FS-2011-3-11-GSFC(rev 6/25))(www.nasa.gov)を参照されたい。この文献は、ワイヤカッタツール(Wire Cutter tool)、ブランケットマニピュレーションツール(Blanket Manipulation Tool)、マルチファンクションツール(Multifunction Tool)、セーフティキャップリムーバルツール(Safety Cap Removal Tool)、及びノズルツール(Nozzle Tool)を含む試験すべきツールに言及している。これらのツールのさらなる詳細は、http://www.nasaspaceflight.com/2011/07/sts-135-enabling-new-era-robotic-satellite-refuelling-space/で見ることができる。
【００１３】
複数のタイプのツールを取り扱うための既存のロボット設計をすべて調査すると、共通する特徴は、力又はトルクを印加するために独自の動力源を有するツールを保持することが可能な汎用のロボットエンドエフェクタ又はハンドを使用することである。これは、上記のOTCM及びCTEDによって説明される。これらは、ツールを把持してモータ(複数可)へ動力を渡すことが可能であり、それによってツール内の作動を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしこれは、エンドエフェクタによって保持されるツールごとに、独自の単一又は複数のアクチュエータを保有しなければならないことを意味する。修理ミッションで多数の動力供給ツールが必要とされる場合、この結果、様々な修理機能を実行することを可能にするには、全体的なロボットシステム内で多数のアクチュエータが必要とされる。通常、異なるツールを把持するため、またこれらのツールの向きを調整するためにも、アクチュエータが必要とされる。
【００１５】
アクチュエータは、ロボットデバイスに質量及び複雑さを加え、頑丈さを低下させる。追加の各アクチュエータは動力を必要とし、冗長性を含めることを必要とする。したがって、エンドエフェクタに加えられた追加の各アクチュエータは、そのエンドエフェクタの質量を増大させ、より多くの動力及び冗長性を必要とするため、質量の増大は通常、アクチュエータ自体の質量より大きくなる。ロボットに加えられる追加の質量により、ロボットのペイロード容量が低減され、宇宙ロボット工学の場合、全体的なミッションのコストが増大する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示は、交換可能なツール先端を有する多機能ツールに関する。開示する多機能ツールは、宇宙空間でロボットアーム上のエンドエフェクタとして使用することができる。各受動ツール先端は、ツールホルダ内に位置するとき、共通のアクチュエータ/モータによって駆動される。また、同じアクチュエータ/モータを使用して、軸の周りでツール先端の向きを制御することができる。ツール先端は、簡単且つ頑丈な手段によってツールホルダ内で交換可能であり、その結果、より軽量且つ安価な多機能ツールが得られる。ツール先端は、切断、把持、穿孔、駆動などを含む様々な機能を実行するように様々に適合することができる。ツールは一つのアクチュエータのみによって駆動することができ、単一のアクチュエータを使用してツールとツールの回転との両方を駆動することができるため、質量を節約することができる。また、そのような多機能ツールを使用することで、全体的なシステム動力要件及びシステムの複雑さが低減される。
【００１７】
したがって、
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。
【００１８】
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が、本明細書にさらに開示される。
【００１９】
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、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。
【００２０】
また、
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。
【００２１】
本開示の機能上の有利な態様のさらなる理解は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによって実現することができる。
【００２２】
実施形態について、図面を参照しながら、例示のみを目的として次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ツールホルダ内のツール先端を示す多機能ツールの長手方向横断立面図。
【図１ａ】図1の多機能ツールの側面図。
【図１ｂ】図1の多機能ツールの上面図。
【図１ｃ】図1の多機能ツールの端面図。
【図１ｄ】図1cの線1d-1dに沿った横断面図。
【図１ｅ】図1の多機能ツールの分解図。
【図２】は、ツール先端のないツールホルダを示す多機能ツールの長手方向横断立面図。
【図３】ワイヤを切断するように適合された多機能ツールに対するツール先端の長手方向横断立面図。
【図４】熱ブランケットを把持するように適合された多機能ツールに対するツール先端の長手方向横断立面図。
【図５】多機能ツールの一部を形成する傾斜機構の部分切欠立面図。
【図６】多機能ツールのツールホルダの等角図。
【図７】ビデオカメラ及びロボットアームへの電気機械インターフェースとともに組み立てられた多機能ツールの正面図。
【図７ａ】図7aの左側にビデオカメラのない図7のアセンブリの部分分解図。
【図７ｂ】グラプルフィクスチャ機構、及びグラプルフィクスチャ機構を多機能ツールに締め付ける構成要素の分解図。
【図７ｃ】多機能ツールの一部を形成する傾斜機構の一部の分解図。
【図７ｄ】多機能ツールの一部を形成する傾斜機構の一部の分解図。
【図８】多機能ツールの一部を形成する傾斜機構の分解の等角図。
【図９】ツール先端を保持するツールクリップの正面図。
【図１０】ツール先端を保持するツールクリップの側面図。
【図１１】六角ソケットと、六角ソケットの動作によって生成されるトルクに局所的に反応するクランプとを含むように構成された多機能ツールに対するツール先端の等角図。
【図１２】回転及び平行移動が可能な六角キードライバを含むように構成された多機能ツールに対するツール先端の長手方向横断立面図。
【図１３】ツール先端を保持するツールクリップの代替実施形態を示す図。
【図１４】ロボットアームに取り付けられた多機能ツールの概略図であり、多機能ツールの運動及び行動を監視する視覚システムを示す。ロボットアームは、地球と通信している宇宙船に取り付けられる。
【図１５】本明細書に開示するシステムの一部を形成する例示的で非限定的なコンピュータ制御システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の様々な実施形態及び態様について、以下に論じる詳細を参照しながら説明する。以下の説明及び図面は本開示の例示であり、本開示を限定すると解釈されるべきではない。本開示の様々な実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の特有の詳細について説明する。しかし、場合によっては、本開示の実施形態に関する簡潔な議論を提供するために、よく知られている又は従来の詳細については説明しない。
【００２５】
本明細書では、「備える、含む(comprises)」及び「備える、含む(comprising)」という用語は、包括的でオープンエンド(open ended)であり、排他的ではないと解釈されるべきである。具体的には、特許請求の範囲を含めて本明細書内で使用されるとき、「備える、含む(comprises)」及び「備える、含む(comprising)」という用語並びにこれらの用語の変形は、指定の特徴、ステップ、又は構成要素が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、ステップ、又は構成要素の存在を除外すると解釈されるべきではない。
【００２６】
本明細書では、「例示的(exemplary)」という用語は、「例、事例、又は例示として働く」ことを意味し、本明細書に開示する他の構成より好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。
【００２７】
本明細書では、「約(about)」及び「約(approximately)」という用語は、粒子の寸法、混合物の組成、又は他の物理的な特性若しくは特徴の範囲に関連して使用するとき、平均して寸法の大部分を満足させるが統計的にこの領域外の寸法も存在しうる実施形態を除外しないように、寸法の範囲の上限及び下限に存在しうるわずかな変動を包含することを意味する。本開示からの実施形態などの実施形態を除外することを意図しない。
【００２８】
本明細書では、「軸方向の運動(axial movement)」及び「軸方向に(axially)」という用語は、画定された軸に関連する物体の運動について説明するために使用するとき、前記画定された軸に対して実質的に平行なベクトルに沿ってその物体が平行移動することを意味する。
【００２９】
本明細書では、「円周方向の運動(circumferential movement)」及び「円周方向に(circumferentially)」という用語は、画定された軸に関連する物体の運動について説明するために使用するとき、前記物体が軸方向に動くことなく前記画定された軸から実質的に同じ距離を維持しながら動くことを意味する。
【００３０】
本明細書では、「径方向の運動(radial movement)」及び「径方向に(radially)」という用語は、画定された軸に関連する物体の運動について説明するために使用するとき、前記物体が実質的に軸方向に動かず且つ実質的に円周方向に動くことなく平行移動することを意味する。「内方(inward)」及び「内方に(inwardly)」という用語は、物体の径方向の運動に関連して使用するとき、そのような運動の進路全体にわたって前記物体と前記画定された軸との間の距離が低減するような径方向の運動を意味する。「外方(outward)」及び「外方に(outwardly)」という用語は、物体の径方向の運動に関連して使用するとき、そのような運動の進路全体にわたって前記物体と前記画定された軸との間の距離が増大するような径方向の運動を意味する。
【００３１】
本明細書では、「直交(orthogonal)」、「垂直(perpendicular)」という用語、及びその変形形態は、二つの幾何学的実体に関連して使用するとき、二つの幾何学的実体間の角度が約90°であることを意味する。
【００３２】
本明細書では、「動力源(motive source)」という語句は、機械的な運動を他の形態の所望の運動(たとえば、回転、平行移動、はさみ運動、又はこれらの組合せ)に変換するための機械的な運動源(たとえば、モータ)及びデバイス(たとえば、ねじ、機構、てこなど)を意味する。
【００３３】
本明細書の図1〜4を参照すると、「前方(forward)」、「前部(fore)」、及び「前(ahead)」という用語が示す方向は、軸Aに沿って、通常は、モータ30から離れて、ツール先端3を受け入れて保持するツールホルダ2の端部の方へ延びる。「後部(back)」及び「後方(backwards)」という用語が示す方向は、軸Aに沿って、ツール先端3を受け入れて保持するツールホルダ2の端部から離れて、モータ30の方へ延びる。同様に、「前部(front)」という用語は、ツール先端3を受け入れて保持する多機能ツール1の端部を示し(図3及び図4に示す)、「後部(rear)」という用語は、ツール先端3を受け入れて保持する多機能ツール1の端部とは反対側の多機能ツール1の端部を示す。
【００３４】
多機能ツール1は、ツールホルダ2(図1d及び図2に示す)と、ツール先端3(図3及び図4に示す)とを備える。ツールホルダ2は、様々なツール先端3を保持及び駆動することが可能であり、ツール先端3はそれぞれ、異なる機能を提供することができる。ツール先端3の端部は、様々な機能を提供するように様々な形で適合することができる。ツールホルダ2は、ツール先端3に動力供給する動力源と、動作中にツール先端3を固定するツール先端ロック機構とを備える。ロック機構は、ツール先端3をツールホルダ2に固定するように係合させることができ、又はツール先端3の挿入若しくは取外しを可能にするように切り離すことができる。多機能ツール1はまた、選択機構を有することができる。この選択機構は、軸Aの周りでツール先端3の向きを調整するために、動力源が軸Aの周りでツール先端3全体を回転させることが可能になるように係合させることができる。
【００３５】
特定の実施形態では、多機能ツール1は、軸Aに対して垂直である軸Bの周りで多機能ツール1の回転を可能にする傾斜機構を備える(図5及び図6参照)。例示的な傾斜機構を、図5及び図8に示す。別の実施形態では、軸Bの周りで特定の向きに多機能ツール1を位置決めすることで、選択機構に係合させ、動力源が軸Aの周りでツール先端3を回転させることを可能にする。軸Bの周りの任意の他の向きで、動力源はツール先端3を作動させる。
【００３６】
図7a、図7b、図7c、及び図7dは、傾斜機構、グラプルフィクスチャ、並びにこれらの構成要素のそれぞれの関連するブラケット、クランプ、及びハウジングの様々な分解図を示す。具体的には、図7aは、様々な詳細なアセンブリがどのように互いに関連するかを示す多機能ツールの分解図を示す。図7bは、上部取付け板344、グラプルフィクスチャ91、電気コネクタアセンブリ346、及び電気コネクタハウジング348を備える構造シャーシアセンブリ330の分解図を示す。
【００３７】
図7c及び図7dは、多機能ツール1の一部を形成する傾斜機構340の二つの部分の分解図を示す。傾斜機構340は、カム28を中に受け取るためのカム受取りハウジング区間324と、軸受326及び軸受リテーナ328を受け取るための軸受ハウジング区間325とを有するハウジング21R及び21Lを含む。図7cはまた、レール24a上を進むリニア軸受24に取り付けられるシュー22及びシュー取付け板22aを示す。カム28は、カム従動子25を介して摺動スリーブ50の運動を制御する。軸受326により、多機能ツール1は、傾斜機構340内で平滑に回転することが可能になり、軸受リテーナ328によって軸受ハウジング区間325内で維持される。リニア軸受24は、レール24a上を進んで上下に平滑に動き、シュー22が多機能ツール1の傾斜を制御することを可能にする。シュー取付け板22aは構造上、シュー22をリニア軸受24に取り付ける。
【００３８】
図1は、多機能ツール1の横断面図を示す。図1a〜1eは、ツール1の異なる図、すなわち横断面図及び分解図を示す。図1〜1e及び図2を参照すると、ツール先端3は、ツール先端回転子36及びツール先端固定子41を備え、ツール先端回転子36とツール先端固定子41はどちらも、軸Aに対して同軸に配置することができる。ツール先端3の動作中、ツール先端回転子36は軸Aの周りを回転し、ツール先端固定子41は、ツールホルダ2上のコレット40に対して実質的に静止したままである。回転子36は動力源によって駆動され、固定子41はツール先端ロッカによって定位置で保持される。
【００３９】
ツール先端回転子36は、次のように機能するボールスプラインドライブによって駆動される。モータ30がモータ軸31を駆動し、モータ軸31には回転子ドライバ32がキー固定されている。モータ軸31と回転子ドライバ32はどちらも、軸Aに対して実質的に同軸に配置され、軸Aの周りで回転する。回転子ドライバ32は凹み33を有し、凹み33は駆動用玉軸受34に係合する。駆動用玉軸受34は、ツール先端回転子36上の凹部35の側面に係合する。モータ軸31から回転子ドライバ32へ、次いで駆動用玉軸受34を通ってツール先端回転子36へトルクが伝達される。駆動用玉軸受34の軸方向及び円周方向の運動は、駆動用玉軸受リテーナ37内の適切に寸法設定された孔38によって制限される。凹部35は、ツール先端3がツールホルダ2内へ軸方向に挿入されると駆動用玉軸受34が凹部35内へ容易に摺動できるように、適切な長手方向の傾斜部を有する。
【００４０】
ボールスプラインドライブは、複数の駆動用玉軸受34と、駆動用玉軸受リテーナ37内の対応する複数の孔38とを備えることができ、どちらも実質的に同じ径方向の位置でツールホルダ2の円周に沿って実質的に均一に隔置されることが、当業者には理解されよう。次いで、ツール先端3のツール先端回転子36は、複数の駆動用玉軸受34を受け入れることができるようにツール先端回転子36の円周の周りで同様に隔置された複数の凹部35を有する。特定の実施形態では、ツールホルダ2は、ツールホルダ2の円周の周りで実質的に均一に隔置された六つの駆動用玉軸受34と、駆動用玉軸受リテーナ37内の六つの孔38とを備え、ツール先端3は、六つの対応する凹部35を備える。
【００４１】
モータ30は、DCブラシモータ、DCブラシレスモータ、誘導モータ、又はステッパモータとすることができることが、当業者には理解されよう。モータ30とモータ軸31との間に、モータ30からモータ軸31へトルクを伝達する伝達装置を配置することもできる。そのような伝達装置は、クラッチ、ギアボックス、又はギアヘッドを含むことができる。角位置、角速度、又は角加速度などのモータ30に関連する変数を検出する1以上のセンサを設けることもできる。そのようなセンサは、リゾルバ又はエンコーダを含むことができる。図6及び図8に示す好ましい実施形態では、モータ30は、モータ軸31へトルクを伝達する遊星ギアヘッド100に結合されたDCブラシレスモータであり、モータ軸31の角位置を測定するリゾルバ101によって監視される。
【００４２】
ツール先端固定子41は、コレット40によって定位置で保持される。コレット40の軸方向の運動は、コレット40の遠位端部に当接するハウジング70に取り付けられた突起によって、ツールハウジング70に対して制限される。ハウジング70に対する軸Aの周りのコレット40の回転運動は、後述するコレットロッカによって選択的に制限することができる。ツールホルダ2に対するツール先端3全体の軸方向の運動は、次のように機能するツール先端ロッカによって制限することができる。コレット40は、ロック用玉軸受43を保持する孔44を有する。孔44は、ロック用玉軸受43の軸方向、円周方向、及び内方に径方向の運動を制限するように適切に成形される。しかし、孔44は、ロック用玉軸受43の外方に径方向の運動を可能にする。径方向に最も内方の位置(孔44によって可能になる)で、ロック用玉軸受43は、ツール固定子41上の凹み45に係合する。ロック用玉軸受43は、軸方向に平行移動可能なばね式のロックスリーブ42によって、径方向に最も内方の位置で保持され、凹み45に係合される。ロックスリーブ42は、ばね46によって前方へ付勢される。凹み45は、ロック用玉軸受43が中に係合されると、ツール固定子41に対するロック用玉軸受43のすべての軸に沿った平行移動が制限され、したがってツール先端3をツールホルダ2にロックするように構成される。同じロック機構は、係合されると、孔44内に玉軸受43が位置するため、コレット40に対するツール回転子41の軸Aの周りの回転運動も制限する。このロック機構は、多機能ツール1の円周に沿って実質的に均一に隔置された複数のロック用玉軸受43を備えることができ、その場合、コレット40は対応する数の同様に隔置された孔44を有し、ツール先端固定子41は複数の凹み45を有することが、当業者には理解されよう。凹み45の数は、ロック用玉軸受43の数より多くすることができることも、当業者には理解されよう。特定の実施形態では、六つのロック用玉軸受43が多機能ツール1の円周に沿って均一に隔置され、コレット40は六つの孔44を有し、ツール先端固定子41は12個の凹み45を有する。これにより、ツール先端固定子41を複数の個別の回転方向でコレット40にロックすることが可能になる。したがって、ツール先端3は、ツールホルダ2内へ挿入されるときに様々な向きにすることができ、ツール先端挿入中のツール先端3の向きの変化に耐えることができる。ロックスリーブ42を前方へ付勢するために複数のばね46を設けることができることも、当業者には理解されよう。特定の実施形態では、六つのばね46が位置する。これらのばねは、コイルばねとすることができる。
【００４３】
ツール先端回転子36の作業端部は、様々な機能を実行するように様々な形で適合することができる。たとえば、作業端部は、穿孔器、ソケット、ねじ回しなどの様々な回転ビットの一つを備えることができる。ツール先端3は、スロット付きのフィリップスねじ、雄雌の六角ねじ、1/4回転ファスナを含む、様々な回転ファスナの締付け及び取外しを行うために使用することができる。図11に示す特定の実施形態は、ツール先端回転子36に直接取り付けられた六角ソケット102を備える。図11の実施形態はまた、六角ソケット102などの回転ビットの動作によって生成されたトルクに局所的に反応するようにロックスリーブ42に取り付けられたクランプ103を含む。クランプ103は、多機能ツール1が作用しているいかなる物体にでも、多機能ツール1を接地させる。
【００４４】
ツール先端3は、ツール先端回転子36の回転運動を他の形態の運動に変換するように適合することができる。たとえば、図1、図3、及び図4のツール先端3は、ねじアセンブリを用いて軸Aの周りのツール先端回転子36の回転運動を押し棒10の線形運動に変換するように適合されている。ツール先端回転子36の内部は中空であり、ツール先端回転子36の内面は、ねじ山が押し棒10上のねじ11に係合するようにねじ付きである。ツール先端回転子36が回転すると、ねじ機構11は、ツール先端回転子36の回転運動を押し棒10の線形運動に変換する。押し棒10は、押し棒10の線形運動を他の種類の運動に変換して切断、把持、つかみなどの様々な機械動作を実行する他の機械デバイスに、さらに結合することができる。1組の実施形態では、押し棒10は、てこツールに結合される。そのようなてこツールは、たとえば、プライヤ、はさみ、カッタ、グリッパ、又はハンドラとすることができる。
【００４５】
図12は、動力源の作動を六角ドライバ123の回転と平行移動の両方に変換するように構成されたツール先端3の一実施形態を示す。六角キー123が前進又は後退する速度は、平行移動ソケット122と静止カラー121との間の平行移動ねじ山124のピッチを修正することによって調整することができる。動力は、任意の数の手段、たとえばスプライン、六角ドライブ、四角ドライブ、摺動ウッドラフキーなどによって、ソケットドライブ120から平行移動ソケット122へ伝達することができる。
【００４６】
図1及び図3は、ワイヤを切断するように適合されたてこツールを有するツール先端3の一例を示す。ツール先端3は、ツール先端回転子36の回転運動を押し棒10の線形運動に変換するように適合されている。図3及び図4のツール先端3は、押し棒10の線形運動を、ピボット15の周りの二つの部材14及び14'のはさみ運動に変換する一連の機械的連結部を備え、ピボット15は、軸Aに対して垂直な軸の周りで動作する。ピボット15は、二つの部材14及び14'並びにツール先端固定子41に取り付けられた部材を通過するピンとして実施することができる。押し棒10が前方へ平行移動すると、機械的連結部12及び12'はピボット13の周りを回転し、それによって部材14及び14'がピボット15の周りで回転する。部材14及び14'の端部は、様々な機能を実行するように様々な形で適合することができる。図3に示す実施形態では、部材14及び14'の端部は、ワイヤを切断するように適合された鋸状のブレードである。他の応用例では、これらの端部は、ワイヤカッタ、把持部材、プライヤ、ピンサ、はさみなど、共通のピボットの周りのはさみ運動を必要とする任意の数の端部ツールと交換することができる。ツール先端3を使用して、電気ワイヤ、熱ブランケット、ロックワイヤ、及び金属の切断、つかみ、締付け、並びにボタン、熱ブランケット、ラッチ、及びハンドルの操作という作業のいずれか一つを実行することができる。ツール先端3はまた、ワイヤ絶縁体の剥離及び処分、ファスナ安全キャップの取外し及び処分、接着テープの取付け、熱ブランケットの縫合に適合することができ、又はプライバーとして使用することができる。ツール先端3は、材料をこじ開ける拡張顎部を装備することができ、又はナットスプリッタとして使用することができる。図4は、部材14及び14'の端部が平坦で細長く、材料を把持するように適合されているツール先端3を示す。特定の実施形態は、熱ブランケットを把持するように適合された部材14及び14'の端部を有する。
【００４７】
ツール先端3は、全体として軸Aに対して垂直な軸の周りで動作するてこツールを有し、てこツールは、ツール先端固定子41に対して固定される。そのようなツールが動作する軸を変化させるように、ツール先端3は、(i)軸A、及び(ii)図5及び図8に示すように軸Aに対して実質的に垂直な軸Bの1以上の周りで回転させることができる。
【００４８】
軸Bの周りでツール先端3の回転を実現するために、図5に示すように、以下の機構を使用して多機能ツール1全体を軸Bの周りで傾斜させることができる。多機能ツール1は、軸Bに対して実質的に同軸に配置されたピボット27を使用して、ハウジング区間21R及び21Lに回転可能に取り付けられる。ハウジング21Lには、リニア軸受24が取り付けられる。リニア軸受24上には、リニア軸受24に沿って平行移動可能に作動可能なシュー22が設けられる。そのような作動は、長手方向軸の周りの軸20の回転によって提供される。シュー22内には、軸20の回転運動をリニア軸受24に沿ったシュー22の線形運動に変換するのに適した伝達システムを備えることができる。そのような伝達システムは、当技術分野で知られており、ラックアンドピニオンアセンブリに係合されたウォームギアを含むことができる。
【００４９】
適したアクチュエータを使用して、軸20の回転を駆動させることができる。そのようなアクチュエータは、DCブラシモータ、DCブラシレスモータ、ACモータ、又はステッパモータを含むことができる。そのようなアクチュエータはまた、モータから軸20へトルクを伝達するのに適した伝達装置と、回転軸20の角位置又は速度を測定するのに適したセンサとを含むことができる。特定の実施形態では、そのようなアクチュエータは、ギアボックスに結合されたDCブラシレスモータを備え、リゾルバによって監視される。シュー22には、ピボット29を使用してヨーク23が回転可能に取り付けられる。ピボット29により、軸Bに対して実質的に平行な軸の周りでヨーク23の回転が可能になる。
【００５０】
ヨーク23は、ピボット26を通じて摺動スリーブ50に回転可能に取り付けられる。ピボット26により、軸Bに対して実質的に平行な軸の周りで摺動スリーブ50に対するヨーク23の回転が可能になる。摺動スリーブ50は、多機能ツール1の本体に沿って線形に平行移動可能である。また、ピボット26の周りのヨーク23には、カム従動子25が回転可能に取り付けられ、カム従動子25は、ハウジング21R及び21Lに取り付けられたカム28に沿って動くことができる。軸20の回転により、シュー22はリニア軸受24に沿って平行移動する。シュー22の運動により、ヨーク23はピボット29の周りで回転され、カム従動子25をカム28に沿って動かす。カム28は、カム28に沿ったカム従動子25の運動によって摺動スリーブ50が多機能ツール1の本体に沿って平行移動するように成形される。ヨーク23はピボット29のシュー22とピボット26の摺動スリーブ50の両方に回転可能に取り付けられるため、そのような運動の結果、多機能ツール1が軸Bの周りで回転する。そのような回転の結果、軸Aの向きが変わり、モータ30に対して固定されることに留意されたい。
【００５１】
図1を再び参照すると、摺動スリーブ50はまた、コレットロッカのうち、モータ30に取り付けられたツールハウジング70に対してコレット40をロック及びロック解除する部分である。コレット40がツールハウジング70にロックされると、モータ30は、上記で論じたように、ツール先端3を駆動する。コレット40がツールハウジング70からロック解除されると、コレット40はツールハウジング70に対して自由に回転可能になり、以下のように動力源によって軸Aの周りを回転することができる。コレット40がツールハウジング70からロック解除され、動力源が上記のようにツール先端回転子36を駆動した後、てこツールがツール先端回転子36の運動範囲に到達し、押し棒10はさらに前方へ平行移動できなくなる。したがって、ツール先端回転子36は、ツール先端固定子41にロックされる。動力源によるさらなる作動の結果、ツール先端固定子41並びにコレット40(ツール先端固定子41に係合できる)を含むツール先端3全体が、軸Aの周りで回転する。ツールハウジング70に対するコレット40の選択的なロックは、上記のように、コレット40に接続されたツール先端固定子41を保持するために使用されるロック機構に類似の機構を使用して実現される。コレットロッカは、以下のように機能する。図1及び図2に示すコレットロック用玉軸受51の軸方向、円周方向、及び内方に径方向の運動が、ツールハウジング70内の孔54によって制限される。径方向に最も内方の位置で、コレットロック用玉軸受51は、コレット40内の凹み52に係合し、それによってツールハウジング70に対するコレット40の軸Aの周りの回転運動を制限する。多機能ツール1に沿って特定の位置範囲内にあるとき、摺動スリーブ50は、径方向に最も内方の位置でコレット軸受51を保持し、コレット軸受51は凹み52に係合され、したがってコレット40はツールハウジング70にロックされる。多機能ツール1に沿った摺動スリーブ50の各位置は、軸Bの周りの多機能ツール1の角位置に対応するため、軸Bの周りの多機能ツール1の特定の向き範囲内で、コレット40は実質的にツールハウジング70に取り付けられて保持される。多機能ツール1がこの特定の範囲内にないとき、コレット40は、回転によってツールハウジング70から結合解除(ロック解除)され、摺動スリーブ50内の凹部53により、コレットロック用玉軸受51はコレット40内の凹み52から外れ、コレット40がツールハウジング70から独立して軸Aの周りで回転することが可能になる。
【００５２】
したがって、多機能ツール1が軸Bの周りで特定の位置にあるとき、モータ30は、ツール先端コレット40(及びその時点でツール先端コレット40に取り付けられているツール先端3を含みうるすべての他の部分)の回転を駆動することが可能である。
【００５３】
ツール先端3は、ツールホルダ2内へ挿入可能であり、またツールホルダ2から取外し可能である。ツール先端3は、次のようにツールホルダ2内へ挿入される。ロックスリーブ42はツール先端コレット40に対して後方へ平行移動し、空間47をもたらす。これは、ロボットアームがスリーブ42を別の物体に押し付けることによって実行することができる。ツール先端3がツールホルダ2内へ挿入されると、ツール先端固定子41は、ロック用玉軸受43を空間47内へ動かし、ツール先端回転子36の凹部35の傾斜端部が駆動用玉軸受34を受け入れる。ツール先端3の軸方向の運動は、ロック用玉軸受43がツール先端固定子41内の凹み45に位置合わせされるまで継続される。この時点で、ロックスリーブ42は、ばね46の動作によって軸方向に前方へ平行移動し、したがってロック用玉軸受43を凹み45内へ係合させ(上記のように)、ツール先端3をツール先端コレット40にロックすることが可能になる。
【００５４】
ツール先端3をツールホルダ2から取り外すには、逆のプロセスが実施される。ロックスリーブ42は軸方向に後方へ平行移動し、空間47をもたらす。これは、ロボットアームがスリーブ42を別の物体に押し付けることによって実行することができる。ツール先端3が軸方向に前方へ動かされると、ツール先端固定子41は、ロック用玉軸受43をこの空間47内へ動かし、ロック用玉軸受43を凹み45から切り離す。これにより、ツール先端3を軸方向に前方へ動かすことによって、ツール先端3全体をツールホルダ2から取り外すことが可能になる。
【００５５】
ツール先端3をツールホルダ2内へ挿入し、またツールホルダ2から取り外すために、様々な手段を用いることができる。図9及び図10は、ツールホルダ2に対するツール先端3の挿入及び取外しを助ける構造を含み、またツールホルダ2に係合されていないときはツール先端3を格納するツールクリップ61の一例を示す。ツール先端3を取り外すために、ツール先端3はツールクリップ61内へ差し込まれる。ツール先端3がツールクリップ61内へ差し込まれると、ツール先端固定子41上の溝60がツールクリップ61上のリテーナ63に係合する。ツール先端3は、ツールクリップ61に沿って動かされ、スペーサ62は、リテーナ63(ツール先端3が係合される)と押し板64との間に分離を生じる。この分離により、上記のように、押し板64はロックスリーブ42を押し、後方へ押し込んで、ツール先端3をツールホルダ2からロック解除する。多機能ツール1がツールクリップ61から離れて軸方向に平行移動するとき、ツール先端3上の溝60はリテーナ63に係合されたままであり、ツール先端3がツールホルダ2から外へ摺動する間にツールクリップ61内でツール先端3を保持する。ツールクリップ61は、ツール先端3を定位置に固定して把持及び保持するスプリングタブ65を備える。ツール先端3は、再び必要とされるまで、ツールクリップ61内に留まる。
【００５６】
ツールクリップ61によって保持されているツール先端3をツールホルダ2内へ挿入するプロセスは、次のように行われる。ツールホルダ2は後部からツール先端3に接近し、ツール先端3はツールホルダ2内へ摺動される。ロックスリーブ42が押し板64に接触すると、ロックスリーブ42は、ツール先端コレット40に対して軸方向に後方へ平行移動し、空間47を開ける。ツール先端3がツールホルダ2内へさらに摺動すると、ロック用玉軸受43はツール先端固定子41によってその空間47内へ動かされる。多機能ツール1は、ツールクリップ61に沿ってスペーサ62から離れる方へ動かされ、リテーナ63と押し板64との間の分離が低減する。これにより、ロックスリーブ42はツール先端コレット40に対して軸方向に前方へ平行移動し、上記のようにツールホルダ2内でツール先端3をロックする。
【００５７】
特定の実施形態では、複数のツールクリップ61を備えるツール容器が設けられ、各ツールクリップは、密接に配置された別個のツール先端3を保持する。ツールホルダ2は、ロボットアームに接続することができ、ロボットアームに対するエンドエフェクタとして作用することができる。ツール先端3の挿入又は取外しに必要なツールホルダ2の運動は、ロボットアームを作動させることによって実現することができる。そのような実施形態では、ロボットアームは、ツール先端3をツールホルダ2内へ挿入することによってツール容器からツール先端3を持ち上げ、ツール先端3を用いて作業を実行し、ツール先端3を容器へ戻し、1以上の追加のツール先端3をツール容器から持ち上げて第2の作業を実行することができるはずである。そのようなシステムは、単一のエンドエフェクタ(すなわち、ツールホルダ2)及び単一の駆動システムを有する単一のロボットアームが、適切なツール先端3を使用することによって様々な作業を実行することが可能になるため、非常に有利なはずである。
【００５８】
図13は、図9及び図10のツール先端クリップに対する代替実施形態を示す。この実施形態では、押し板64とリテーナ63は一体形成されて一つの部品を生成する。ツール先端3の挿入中、ツール先端3はスロット66内へロックされる。図9及び図10のスペーサ62の代わりに、リテーナ63は、ロックスリーブ42を後方へ圧縮するくさび形状を有する。この実施形態はまた、ツール先端3を保持及び維持するスプリングタブ65を備える。このツール先端クリップ61に対するツール先端3の挿入及び取外しに必要なステップは、図9及び図10に示す実施形態に関して上述したステップと同じである。
【００５９】
多機能ツールはまた、多機能ツール1の動作の視像を取り込む1以上の撮像装置を含むことができる視覚システムを備えることができる。そのような撮像装置は、ビデオカメラ、スチールカメラ、及び立体カメラを含むことができる。図7は、視覚システムを構成する四つのビデオカメラ90を装備する多機能ツール1を示す。視覚システムは、四つ(4)より多い又は少ないカメラを有することができ、別法又は追加として、同じ情報を与えるために他のタイプのセンサを使用することができることに留意されたい。そのような撮像装置によって取り込まれた画像は、操作者又はコンピュータ制御された案内及び制御システムへ伝送することができる。撮像装置は、ハウジング21に堅く取り付けることができる。特定の実施形態では、撮像装置は、ヨーク350を使用して多機能ツール1に取り付けられた四つのカメラを備える。
【００６０】
図7aは、図7aの左側にビデオカメラのない図7のアセンブリの部分分解図を示す。この実施形態では、ヨーク350を使用してカメラ90を支持し、インターフェースソケット351を介して宇宙船110上で多目的ツール1を支持するための安定した場所を提供する。
【００６１】
図7bは、上部取付け板344、グラプルフィクスチャ91、電気コネクタアセンブリ346、及び電気コネクタハウジング348を備える構造シャーシアセンブリ330の分解図を示す。上部取付け板344はツール1に対する構造シャーシを提供し、この構造シャーシにグラプルフィクスチャ91がボルト締めされて、構造上の負荷をツール作業側からロボットアーム111を通って修理用宇宙船又は衛星110へ渡すことが可能になる。電気コネクタアセンブリ346は、宇宙船110内の制御システム425からツールモータ30及びカメラ90へ信号及びデータを渡すのに必要な電気及びビデオコネクタを保持する。これらのコネクタは、エンドエフェクタ112上の嵌合コネクタに対するロボット係合を可能にするように設計される。電気コネクタハウジング348は、電気コネクタアセンブリ346に対する機械シールドと、電気コネクタアセンブリ346から出るワイヤとを提供する。
【００６２】
多機能ツール1の一つの応用例は、宇宙ロボット工学の分野にある。特定の実施形態では、多機能ツール1は、ロボットアームがそれぞれ機械的な取付け及び電気的な取付けを行うことができる機械及び電気インターフェースを備える。そのようなインターフェースは、上部取付け板344に取り付けることができる。機械インターフェース91は、多機能ツール1をロボットアームの端部に解放可能に取り付けることを可能にするはずであり、電気インターフェース346は、多機能ツール1が動力及び制御信号を受け取って遠隔測定値及びビデオデータを出力することを可能にするはずである。そのような機械インターフェースは当技術分野では知られており、上部取付け板344に堅く取り付けられた把持可能部材を備えることができ、ロボットアーム(エンドエフェクタ)112の端部は、前記把持可能部材を把持することができる。本明細書で使用する電気インターフェースもまた当技術分野では知られており、ソケットアセンブリ346を備えることができ、ソケットアセンブリ346には、ロボットアームの端部に位置する対応するプラグを取り付けることができる。特定の実施形態では、機械及び電気インターフェースは密接に配置され、ロボットアームのエンドエフェクタに取り付けるための複合電気機械インターフェースを形成する。別の実施形態では、そのようなロボットアームは宇宙船に取り付けられ、宇宙空間内で動作可能である。図7は、多機能ツールを把持するためにロボットアームによって使用できるグラプルフィクスチャ91を有する多機能ツールを示す。
【００６３】
したがって、図14に示すように、本明細書に開示する多機能ツールは、宇宙船又は衛星110上に位置するロボットによる遠隔修理システムの一部を形成することができ、このシステムは、視覚システムと、エンドエフェクタ112を有するロボットアーム111と、エンドエフェクタ112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1とを備える。ツールホルダ2を備える多機能ツール1は、複数のツール先端3を解放可能に把持するように構成され、多機能ツール1は動力源を含み、動力源は、動力源が起動されるとツール先端3を起動するように構成される。
【００６４】
図14及び図15を次に参照すると、前述の方法を実行する例示的なコンピューティングシステムが示されている。このシステムは、ロボットアーム111の運動及び多機能ツール1の動力源を制御するように構成及びプログラムされたコンピュータ制御システム425を含む。
【００６５】
コンピュータ制御システム425は、視覚システム90及びロボットアーム111にインターフェース接続される。ロボットアーム111にインターフェース接続された通信システム113が設けられ、通信システム113は、視覚システム(1以上のカメラ90を含むことができる)、ロボットアーム111、及び多機能ツール1の遠隔操作(地球200又は任意の他の適した場所から)を可能にするように構成される。このタイプのシステムは、特に遠隔制御を必要とする宇宙システムにとって非常に有利である。独自の電源を必要としないように、多機能ツール1上の単一の動力源によって起動されるように構成された一組のツール先端3をツール容器114内に設けることによって、すべての打上げで非常に重要である重量の大幅な節約が提供される。
【００６６】
本開示のいくつかの態様は、少なくとも部分的にソフトウェア内で実施することができる。すなわち、これらの技法は、マイクロプロセッサなどのプロセッサに応答してROM、揮発性RAM、不揮発性メモリ、キャッシュ、磁気及び光ディスク、又は遠隔記憶デバイスなどのメモリ内に含まれる命令シーケンスを実行するコンピュータシステム又は他のデータ処理システム内で実施することができる。さらに、これらの命令は、コンパイル及びリンクされた形態でデータネットワークを介して演算デバイス内へダウンロードすることができる。別法として、上記で論じたプロセスを実行するための論理は、大規模集積回路(LSI)、特定用途向け集積回路(ASIC)などの個別のハードウェア構成要素、又は電気的に消去可能でプログラム可能な読取り専用メモリ(EEPROM)などのファームウェアなど、追加のコンピュータ及び/又は機械可読媒体内で実施することができる。
【００６７】
図15は、コンピュータ制御システム425の例示的で非限定的な実装形態を提供し、コンピュータ制御システム425は、1以上のプロセッサ430(たとえば、CPU/マイクロプロセッサ)と、バス402と、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び/又は読取り専用メモリ(ROM)、1以上の内部記憶デバイス440(たとえば、ハードディスクドライブ、コンパクトディスクドライブ、又は内部フラッシュメモリ)を含むことができるメモリ435と、電源445と、1以上の通信インターフェース113と、様々な入出力デバイス及び/又はインターフェース455とを含む。
【００６８】
図15には各構成要素の一つのみを示すが、コンピュータ制御システム425には任意の数の各構成要素を含むことができる。たとえば、コンピュータは通常、複数の異なるデータ記憶媒体を含む。さらに、バス402について、すべての構成要素間の単一の接続として示すが、バス402は、二つ以上の構成要素を連結する1以上の回路、デバイス、又は通信チャネルを表すことができることが理解されよう。たとえば、パーソナルコンピュータ内では、バス402はマザーボードを含み、又はマザーボードであることが多い。
【００６９】
一実施形態では、コンピュータ制御システム425は、宇宙空間で動作するように構成された汎用コンピュータ又は任意の他のハードウェア均等物とすることができ、又はこれらを含むことができる。コンピュータ制御システム425はまた、1以上の通信チャネル又はインターフェースを介してプロセッサ430に結合された1以上の物理デバイスとして実施することができる。たとえば、コンピュータ制御システム425は、特定用途向け集積回路(ASIC)を使用して実施することができる。別法として、コンピュータ制御システム425は、ハードウェアとソフトウェアの組合せとして実施することができ、ソフトウェアは、メモリから又はネットワーク接続を介してプロセッサ内へロードされる。
【００７０】
コンピュータ制御システム425は、プロセッサ内で実行されると本開示に記載の1以上の方法をシステムに実行させる1組の命令を用いてプログラムすることができる。コンピュータ制御システム425は、図示のものより多い又は少ない構成要素を含むことができる。
【００７１】
いくつかの実施形態について、完全に機能するコンピュータ及びコンピュータシステムに関して説明したが、様々な実施形態は、様々な形態のプログラム製品として流通させることが可能であり、また実際に流通を行うために使用される特定のタイプの機械又はコンピュータ可読媒体にかかわらず適用することが可能であることが、当業者には理解されよう。
【００７２】
データ処理システムによって実行されると様々な方法をシステムに実行させるソフトウェア及びデータを記憶するために、コンピュータ可読媒体を使用することができる。実行可能なソフトウェア及びデータは、たとえばROM、揮発性RAM、不揮発性メモリ、及び/又はキャッシュを含む様々な位置に記憶することができる。このソフトウェア及び/又はデータの部分は、これらの記憶デバイスのいずれか一つに記憶することができる。通常、機械可読媒体には、機械によってアクセス可能な形態で情報を提供(すなわち、記憶及び/又は伝送)する任意の機構が含まれる(たとえば、コンピュータ、ネットワークデバイス、パーソナルデジタルアシスタント、製造ツール、1組の1以上のプロセッサを有する任意のデバイスなど)。
【００７３】
コンピュータ可読媒体の例には、それだけに限定されるものではないが、とりわけ、揮発性及び不揮発性記憶デバイス、読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュ記憶デバイス、フロッピー(登録商標)及び他の取外し可能ディスク、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体(たとえば、コンパクトディスク(CD)、デジタル多用途ディスク(DVD)など)などの記録可能及び記録不可タイプの媒体が含まれる。命令は、搬送波、赤外信号、デジタル信号などの電気、光、音響、又は他の形態の伝搬信号に対するデジタル及びアナログ通信リンクで実施することができる。
【００７４】
本システムは、具体的には、すべて多機能ツールによって把持可能に構成された複数のツール先端を操作するように構成される。これらの図に示すツールに加えて、ツール先端は、考えられるあらゆる動作に対して設計することができる。宇宙船上の本多機能ツール向けの修理作業に対するツール先端の非限定的で非排他的なリストには、それだけに限定されるものではないが、回転ファスナ、すなわちスロット付き及びフィリップスねじ、雄雌の六角ねじ、1/4回転ファスナの締付け及び取外し、電気ワイヤ、熱ブランケット、ロックワイヤ、金属を切断するためのはさみ又は鋸が含まれる。ツール先端は、熱ブランケットの取扱い、一般的なつかみ、及び静的な締付けなどの取扱い/締付けのために含むことができる。ツール先端は、機構の操作、すなわちボタン、ラッチ、ハンドルなどの一般的な接地型機構、標準的なインターフェース、電気コネクタを介する有人EVA機構の設置及び取外しのために含むことができる。構成要素の取外し、ファスナ安全キャップの取外し及び処分、ワイヤ絶縁体の剥離及び処分のために構成されたツール先端を含むことができる。いくつかを挙げると、プライバー、拡張顎部、及びナットスプリッタなどのてこ動作のために構成されたツール先端を含むことができる。任意の数の複数の雑多な動作、たとえば皮下注射を介する流体の添加、ばねの圧縮、接着テープの取付け、熱ブランケットの縫合に対するツール先端を含むことができる。
【００７５】
本明細書に開示する多機能ツールは、軌道内の衛星に燃料補給するより大きいシステムの一部とすることができ、地球から直接打ち上げられた専用の燃料補給衛星上に取り付けることができ、この衛星上には、ツール容器、ロボットアーム、及び様々なツール先端を含む燃料補給装置が取り付けられる。そのような専用の衛星は、全体として参照により本明細書に組み込まれている2005年11月29日出願の米国特許第6,969,030号に開示されているものなどの宇宙船ドッキング機構を含むことができる。この装置は、燃料補給のために修理衛星として使用すべき任意の適した衛星上へ後付することができる。燃料補給装置が取り付けられた燃料補給衛星は、より大きい「母船」に載せて、そこから発射することもでき、又は軌道上の宇宙ステーション上に格納して、必要なときにそこから発射することもできる。このシステムは、遠隔に位置する、たとえば地球上、「母船」内、又は軌道上の宇宙ステーション内に位置する操作者によって、遠隔操作することができる。このシステムはまた、何らかのレベルの監督下自律性を有する現地のミッションマネージャ(Mission Manager)によって自律的に制御することができ、その結果、純粋な遠隔操作に加えて、遠隔操作/監督下自律性を混合することができる。
【００７６】
上記の特有の実施形態は例として示すものであり、これらの実施形態に様々な修正形態及び代替形態が可能であることを理解されたい。特許請求の範囲は、開示する特定の形態に限定されるものではなく、本開示の精神及び範囲の範囲内に入るすべての修正形態、均等物、及び代替形態を包含することをさらに理解されたい。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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