(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするためのシステムであって、前記システムは、キャプチャーメカニズムを含み、
前記キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも2対の把持ジョー、及び、それぞれの対の把持ジョーを開/閉するための、前記少なくとも2対の把持ジョーに接続されている開/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された前記少なくとも2対の把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りで前記キャプチャー特徴部を一緒に把持させるように構成されている、クイック把持メカニズムと、
ii)前記少なくとも2対の把持ジョーは、前記少なくとも2対の把持ジョーによって把持されている前記キャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、前記キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含むということと、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、前記キャプチャー特徴部及び前記宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズムと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記リジッド化接触特徴部は、往復動式に移動可能な部材であり、前記リジッド化メカニズムは、それぞれのカムフォロワーがそれぞれの関連の把持ジョーに一体のカム表面に係合する、1対のカムフォロワーを含み、アクチュエーターが、前記往復動式に移動可能な部材に接続されており、前記往復動式に移動可能な部材が前記アクチュエーターによって前方に駆動されるとき、前記1対のカムフォロワーが、前記把持ジョーを駆動して閉じさせ、前記往復動式に移動可能な部材を前方に駆動して前記キャプチャー特徴部に接触させる、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記クイック把持メカニズムに関連付けされたセンサーを含み、前記センサーが前記クイック把持メカニズムに対して所定の場所において前記キャプチャー特徴部を感知するときに、前記センサーは、前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じるように前記クイック把持メカニズムをトリガーするように構成されている、請求項1又は2に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムは、位置決めメカニズムを含み、前記位置決めメカニズムは、把持される前に、把持されている前記キャプチャー特徴部に対してそれぞれの1対の把持ジョーのポーズを変化させるように構成されている、前記少なくとも2対の把持ジョーのそれぞれに操作可能に接続されている、請求項1、2、又は3に記載のシステム。
【請求項５】
前記クイック把持メカニズムは、把持ジョーのすべての他の対から独立して、把持ジョーのそれぞれの対を位置決めするように構成されている、請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、一つ以上の遠位端部部分を有しており、前記一つ以上の遠位端部部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決めされている、請求項4又は5に記載のシステム。
【請求項７】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、一つ以上の遠位端部部分を有しており、前記一つ以上の遠位端部部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決めされている、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、遠位端部ロッキング部分を有しており、前記遠位端部ロッキング部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、関連のカムフォロワーに接触しているときに、ロッキング位置へと押し込まれ、前記把持ジョーの中に前記特徴部をロックするカム表面を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記開/閉メカニズムを活性化させるための光学ベースのイニシエーターを含み、前記光学ベースのイニシエーターは、少なくとも一つの光源と、前記少なくとも一つの光源からの光のビームを検出するための光検出器とを含み、前記光検出器は、前記光源から間隔を置いて配置されており、前記光源及び光検出器は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して適切な位置に位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記光のビームを破壊するときに、前記開/閉メカニズムが活性化させられ、把持ジョーのそれぞれの対を相互に向けて閉じさせるようになっている、請求項1から8のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、機械的なイニシエーターを含み、前記機械的なイニシエーターは、前記開/閉メカニズムを活性化させるためのものであり、前記機械的なイニシエーターは、少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部を含み、前記少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記機械的なイニシエーター特徴部に物理的に接触するときに、前記開/閉メカニズムが活性化させられるようになっている、請求項1から8のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
a)前記クイック把持メカニズムをトリガーするために、前記キャプチャー特徴部に極めて近接するように前記キャプチャーメカニズムを位置決めすることができる、前記キャプチャーメカニズムに解放可能に取り付け可能な位置決めメカニズムと、
b)前記キャプチャー特徴部に対する前記キャプチャーメカニズムの相対的位置を確認するためのセンシングシステムと、
をさらに含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、コンピューター制御システムを含み、前記コンピューター制御システムは、前記センシングシステム及び前記位置決めメカニズムに接続されており、前記クイック把持メカニズムをトリガーするために、前記キャプチャー特徴部に極めて近接するように前記キャプチャーメカニズムを位置決めするようにプログラムされている、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コンピューター制御システムは、前記クイック把持メカニズム及びリジッド化メカニズムの作用を制御するようにさらにプログラムされている、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、前記クイック把持メカニズム及びリジッド化メカニズムの作用を制御するようにプログラムされた第2のコンピューター制御システムを含む、請求項12に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムは、遠隔の命令及び制御システムと前記コンピューター制御システムとの間の通信を提供するように構成されている通信システムをさらに含む、請求項12から15のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記センシングシステムは、ビジョンシステムを含み、前記ビジョンシステムは、すべてのキャプチャー動作及び解放動作のリアルタイムイメージを提供するように装着及び構成されており、前記ビジョンシステムは、遠隔操作の間に前記イメージをテレオペレーターに伝達するために前記通信システムに接続されている、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記センシングシステムは、ビジョンシステムを含み、前記ビジョンシステムは、すべての特徴部キャプチャー動作のリアルタイムイメージを提供するように装着及び構成されており、前記ビジョンシステムは、前記イメージを前記コンピューター制御システムに伝達するために前記通信システムに接続されており、自律制御システムの中で使用されるように構成されている、請求項12から16のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
自由に飛行するクライアント衛星の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするための補修衛星であって、前記補修衛星は、
a)推進及び誘導システムと、
b)キャプチャーメカニズムであって、前記キャプチャーメカニズムは、
ii)少なくとも2対の把持ジョーによって把持されている前記キャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、前記キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含む前記少なくとも2対の把持ジョー、並びに、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、前記キャプチャー特徴部及び宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズム
を含む、キャプチャーメカニズムと、
c)クイック把持メカニズムをトリガーするために、前記キャプチャー特徴部に所望の通りに近接して前記キャプチャーメカニズムを位置決めすることができる、前記キャプチャーメカニズムに解放可能に取り付けられている位置決めメカニズムと、
d)前記キャプチャーメカニズム及び前記キャプチャー特徴部の相対的位置を確認するためのセンシングシステムと、
e)すべての補修衛星動作、及び、補修宇宙船と前記クライアント衛星との間の前記キャプチャーメカニズムの動作の遠隔のテレオペレーター制御、指揮下での自律制御、又は完全な自律制御のために、命令及び制御システムと遠隔のオペレーターとの間の通信を提供するように構成されている通信システムと、
を含む、補修衛星。
【請求項１９】
前記命令及び制御システムは、コンピューター制御システムを含み、前記コンピューター制御システムは、前記センシングシステム及び前記位置決めメカニズムに接続されており、前記クイック把持メカニズムをトリガーするために、前記キャプチャー特徴部に所望の通りに近接して前記キャプチャーメカニズムを位置決めするようにプログラムされている、請求項18に記載の補修衛星。
【請求項２０】
前記リジッド化接触特徴部は、往復動式に移動可能な部材であり、前記リジッド化メカニズムは、それぞれのカムフォロワーがそれぞれの関連の把持ジョーに一体のカム表面に係合する、1対のカムフォロワーを含み、アクチュエーターが、前記往復動式に移動可能な部材に接続されており、前記往復動式に移動可能な部材が前記アクチュエーターによって前方に駆動されるとき、前記1対のカムフォロワーが、前記把持ジョーを駆動して閉じさせ、前記往復動式に移動可能な部材を前方に駆動して前記キャプチャー特徴部に接触させる、請求項18又は19に記載の補修衛星。
【請求項２１】
前記補修衛星は、前記クイック把持メカニズムに関連付けされたセンサーを含み、前記センサーが前記クイック把持メカニズムに対して所定の場所において前記キャプチャー特徴部を感知するときに、前記センサーは、前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じるように前記クイック把持メカニズムをトリガーするように構成されている、請求項18、19、又は20に記載の補修衛星。
【請求項２２】
前記補修衛星は、位置決めメカニズムを含み、前記位置決めメカニズムは、把持される前に、把持されている前記キャプチャー特徴部に対してそれぞれの1対の把持ジョーのポーズを変化させるように構成されている、前記少なくとも2対の把持ジョーのそれぞれに操作可能に接続されている、請求項18から21のいずれか一項に記載の補修衛星。
【請求項２３】
前記クイック把持メカニズムは、把持ジョーのすべての他の対から独立して、把持ジョーのそれぞれの対を位置決めするように構成されている、請求項22に記載の補修衛星。
【請求項２４】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、一つ以上の遠位端部部分を有しており、前記一つ以上の遠位端部部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決めされている、請求項22に記載の補修衛星。
【請求項２５】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、一つ以上の遠位端部部分を有しており、前記一つ以上の遠位端部部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決めされている、請求項18から24のいずれか一項に記載の補修衛星。
【請求項２６】
把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーが、遠位端部ロッキング部分を有しており、前記遠位端部ロッキング部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、関連のカムフォロワーに接触しているときに、ロッキング位置へと押し込まれ、前記把持ジョーの中に前記特徴部をロックするカム表面を含む、請求項18から26のいずれか一項に記載の補修衛星。
【請求項２７】
前記補修衛星は、前記開/閉メカニズムを活性化させるための光学ベースのイニシエーターを含み、前記光学ベースのイニシエーターは、少なくとも一つの光源と、前記少なくとも一つの光源からの光のビームを検出するための光検出器とを含み、前記光検出器は、前記光源から間隔を置いて配置されており、前記光源及び光検出器は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して適切な位置に位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記光のビームを破壊するときに、前記開/閉メカニズムが活性化させられ、把持ジョーのそれぞれの対を相互に向けて閉じさせるようになっている、請求項18から26のいずれか一項に記載の補修衛星。
【請求項２８】
前記補修衛星は、機械的なイニシエーターを含み、前記機械的なイニシエーターは、少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部を含み、前記少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記機械的なイニシエーター特徴部に物理的に接触するときに、それによって前記開/閉メカニズムが活性化させられるようになっている、請求項18から26のいずれか一項に記載の補修衛星。
【請求項２９】
自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするためのキャプチャーメカニズムであって、前記キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、1対の対向した把持ジョー、及び、前記1対の把持ジョーを開/閉するための、前記対向した把持ジョーに接続されている閉/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、前記1対の把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りで前記キャプチャー特徴部を一緒に把持させるように構成されている、クイック把持メカニズムと、
ii)一つ以上の遠位端部部分を含む前記1対の把持ジョーのうちの少なくとも一つの把持ジョーであって、前記一つ以上の遠位端部部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決め及びサイズ決めされている、少なくとも一つの把持ジョーと、
iii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、前記1対の把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、前記キャプチャー特徴部及び前記宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズムと、
を含む、キャプチャーメカニズム。
【請求項３０】
前記1対の把持ジョーのうちの少なくとも一つの把持ジョーが、遠位端部ロッキング部分を有しており、前記遠位端部ロッキング部分は、前記少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、関連のカムフォロワーに接触しているときに、ロッキング位置へと押し込まれ、前記把持ジョーの中に前記特徴部をロックするカム表面を含む、請求項29に記載のキャプチャーメカニズム。
【請求項３１】
自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするための方法であって、前記方法は、
a)自由に飛行する宇宙船に近接して補修衛星を操作するステップと、
b)前記自由に飛行する宇宙船の上に位置付けされているキャプチャー特徴部に近接するように、前記補修衛星の上に装着されたキャプチャーメカニズムを位置決めするステップであって、前記キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも2対の把持ジョー、及び、それぞれの対の把持ジョーを開/閉するための、前記少なくとも2対の把持ジョーに接続されている閉/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りで前記キャプチャー特徴部を一緒に把持させるように構成されている、クイック把持メカニズム、
ii)前記少なくとも2対の把持ジョーは、前記少なくとも2対の把持ジョーによって把持されている前記キャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、前記キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含むということ、並びに、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、前記キャプチャー特徴部及び前記宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズム
を含む、ステップと、
c)前記キャプチャーメカニズムが前記キャプチャー特徴部に近接しているとき、クイック把持メカニズムが適切な位置になるまで、前記キャプチャーメカニズムを前進させ、前記キャプチャー特徴部をソフトキャプチャーするために、前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じさせるように前記クイック把持メカニズムをトリガーし、前記リジッド化メカニズムを活性化させ、前記キャプチャー特徴部及び前記自由に飛行する宇宙船をリジッド化するステップと、
d)前記自由に飛行する宇宙船を補修した後に、前記キャプチャー特徴部から前記キャプチャーメカニズムを解除し、前記自由に飛行する宇宙船から離れるように補修衛星を操作するステップと、
を含む、方法。
【請求項３２】
前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じさせるように前記クイック把持メカニズムをトリガーする前記ステップは、前記キャプチャーメカニズムの中に組み込まれているイニシエーターを使用して開始させられる、請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
前記イニシエーターは、光学ベースのイニシエーターであり、前記光学ベースのイニシエーターは、少なくとも一つの光源と、前記少なくとも一つの光源からの光のビームを検出するための光検出器とを含み、前記光検出器は、前記光源から間隔を置いて配置されており、前記光源及び光検出器は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して適切な位置に位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記光のビームを破壊するときに、前記開/閉メカニズムが活性化させられ、把持ジョーのそれぞれの対を相互に向けて閉じさせるようになっている、請求項32に記載の方法。
【請求項３４】
前記イニシエーターは、機械ベースのイニシエーターであり、前記機械ベースのイニシエーターは、少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部を含み、前記少なくとも一つの機械的なイニシエーター特徴部は、前記少なくとも2対の把持ジョーに対して位置付けされており、前記キャプチャー特徴部が前記機械的なイニシエーター特徴部に物理的に接触するときに、前記開/閉メカニズムが活性化させられるようになっている、請求項32に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じさせるように前記クイック把持メカニズムをトリガーする前記ステップは、キャプチャー動作を制御するオペレーターによって遠隔から開始させられる、請求項31に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙船をキャプチャーするためのメカニズムに関し、より具体的には、宇宙船の上に装着されているブラケットをキャプチャーしてリジッド化する(rigidise)ためのキャプチャーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙空間で自由に飛行するターゲット物体をしっかりと掴むことは、以下の能力を持つシステムを必要とする。すなわち、それは、キャプチャーメカニズムに対するターゲット物体の相対位置の場所を取得する能力、ターゲット及びキャプチャーメカニズムの相対運動を確立してトラッキングする能力、二つの物体の間の相対的な距離を適時に低減することを実現し、次いで、ターゲットがひとりでに道を外れるか、又は、キャプチャーメカニズムによって跳ね除けられる(「チップオフ」として知られる事象)前に、それがキャプチャーメカニズムによって把持されるのに十分に素早くターゲット物体をキャプチャーするように作用する能力である。キャプチャーメカニズム及びターゲット物体の相対的位置及び運動を確立してトラッキングする方法、並びに、キャプチャーメカニズムをキャプチャーするための位置へと移動させる方法は、本明細書の一部ではない。一般に、これらは、キャプチャーされる宇宙船の軌道及び姿勢制御を通して達成され得、いくつかのケースでは、マニピュレーターアームによって補強され得、マニピュレーターアームは、キャプチャーされることとなる宇宙船に対するキャプチャーデバイスのアプローチ及び位置決めの最終的な段階において、さらなる機敏性及び速度を提供する。すべてのこれらの技法は、当業者によく知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、キャプチャーメカニズムは、ターゲット物体とキャプチャーメカニズムとの間で相対的な移動がどの程度大きくなり得るかということに大きく関与する。キャプチャーメカニズムが、初期のキャプチャーを高速で行うことができればできるほど、二つの物体の間で相対運動は大きくなり得る。この理由は、メカニズムが十分に迅速に作用する場合には、ターゲットが道を外れるための時間がより少なくなることとなるからである。所与のメカニズムに関して、それが高速で動作すればするほど、ターゲット物体とキャプチャーメカニズムとの間で相対運動は高速になり得る。キャプチャーメカニズムとターゲット物体との間のより大きい相対運動を可能にするキャプチャーメカニズムを提供することは、クライアント宇宙船とまではいかなくてもキャプチャー宇宙船の設計を潜在的に簡単化する際に著しい利益を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書で開示されているキャプチャーメカニズムは、打ち上げ用アダプターリング(Launch Adapter Rings)と呼ばれることが多い、標準的な宇宙船マルマンクランプフランジインターフェース(具体的な変形例に関しては、添付のインターフェース文献を参照)のいくつかをキャプチャーすることを考慮して設計されている。商用及び軍事の両方で、欧米の顧客向けに打ち上げられる衛星の大部分は、その伝統及び信頼性に起因して、このインターフェースを使用する。とは言え、本明細書で開示されているキャプチャーメカニズムは、他のクライアント宇宙船の突出部を迅速にキャプチャーするために使用され得、重要な基準は、両側から突出部を閉じるメカニズムジョーの能力であり、また、閉じられたときに、ターゲット突出部の少なくとも片側が、延長されたプロファイルを有し、二つのセットのジョーのうちの少なくとも一方が、ターゲットを含有するようにその後ろに回ることができるということである。潜在的に適切なターゲットプロファイルの例は、パーソネルハンドル(personnel handles)及びグラブレール(grab rails)、I型ビーム及びC型チャネル、T型継手、パイプ、構造的部材などを含むこととなるが、それに限定されない。本明細書で使用されているように、「プロファイル」という単語は、キャプチャー特徴部の断面形状を表している。
【０００５】
自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするためのシステムの実施形態は、キャプチャーメカニズムを含み、
キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも2対の把持ジョー、及び、それぞれの対の把持ジョーを開/閉するための、前記少なくとも2対の把持ジョーに接続されている開/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、キャプチャー特徴部が前記クイック把持メカニズムに極めて近接してそれをトリガーするときに、間隔を置いて配置された前記少なくとも2対の把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りでキャプチャー特徴部を一緒に把持させ、キャプチャー特徴部をソフトキャプチャーする(soft capture)ように構成されている、クイック把持メカニズムと、
ii)前記少なくとも2対の把持ジョーは、前記少なくとも2対の把持ジョーによって把持されているキャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含むということと、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、キャプチャー特徴部及び宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズムと、
を含む。
【０００６】
別の実施形態では、自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするためのキャプチャーメカニズムであって、キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、1対の対向した把持ジョー、及び、前記1対の把持ジョーを開/閉するための、前記対向した把持ジョーに接続されている閉/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、前記1対の把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りでキャプチャー特徴部を一緒に把持させるように構成されている、クイック把持メカニズムと、
ii)一つ以上の遠位端部部分を含む前記1対の把持ジョーのうちの少なくとも一つの把持ジョーであって、一つ以上の遠位端部部分は、少なくとも一つの把持ジョーの残部にフレキシブルに装着され、さまざまなキャプチャー特徴部形状プロファイルを受け入れるように形状決め及びサイズ決めされている、少なくとも一つの把持ジョーと、
iii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、前記1対の把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、キャプチャー特徴部及び宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズムと、
を含む、キャプチャーメカニズムが提供される。
【０００７】
システムは、
a)クイック把持メカニズムをトリガーするために、特徴部に極めて近接するようにキャプチャーメカニズムを位置決めすることができる、キャプチャーメカニズムに取り付けられている位置決めデバイスと、
b)キャプチャーメカニズム及びキャプチャーされることとなる特徴部の相対的位置及び運動を確認するためのセンシングシステムと、
c)キャプチャーメカニズムの中のさまざまなエレメントの相対的位置又は絶対的位置を確認するためのセンシングシステムと、
を含むことが可能である。
【０００８】
それに加えて、システムは、コンピューター制御システムを含むことが可能であり、コンピューター制御システムは、前記センシングシステムに接続されており、前記クイック把持メカニズムをトリガーするために、キャプチャーされることとなる前記特徴部に極めて近接するようにキャプチャーメカニズムを位置決めするようにプログラムされている。
【０００９】
また、自由に飛行するクライアント衛星の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするための補修衛星であって、補修衛星は、
a)推進及び誘導システムと、
b)キャプチャーメカニズムであって、キャプチャーメカニズムは、
ii)少なくとも2対の把持ジョーによって把持されているキャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含む前記少なくとも2対の把持ジョー、並びに、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、キャプチャー特徴部及び宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズム
を含む、キャプチャーメカニズムと、
c)クイック把持メカニズムをトリガーするために、キャプチャー特徴部に所望の通りに近接してキャプチャーメカニズムを位置決めすることができる、キャプチャーメカニズムに解放可能に取り付けられている位置決めメカニズムと、
d)キャプチャーメカニズム及びキャプチャー特徴部の相対的位置を確認するためのセンシングシステムと、
e)すべての補修衛星動作、及び、補修宇宙船とクライアント衛星との間の前記キャプチャーメカニズムの動作の遠隔のテレオペレーター制御、指揮下での自律制御、又は完全な自律制御のために、命令及び制御システムと遠隔のオペレーターとの間の通信を提供するように構成されている通信システムと、
を含む、補修衛星が、本明細書で開示されている。
【００１０】
ある実施形態では、自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部をキャプチャーするための方法であって、方法は、
a)自由に飛行する宇宙船に近接して補修衛星を操作するステップと、
b)自由に飛行する宇宙船の上に位置付けされているキャプチャー特徴部に近接するように、補修衛星の上に装着されたキャプチャーメカニズムを位置決めするステップであって、キャプチャーメカニズムは、
i)ハウジングの中で移動するように装着されているクイック把持メカニズムであって、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも2対の把持ジョー、及び、それぞれの対の把持ジョーを開/閉するための、前記少なくとも2対の把持ジョーに接続されている閉/閉メカニズムを含み、前記クイック把持メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーに、前記キャプチャー特徴部の周りでキャプチャー特徴部を一緒に把持させるように構成されている、クイック把持メカニズム、
ii)前記少なくとも2対の把持ジョーは、前記少なくとも2対の把持ジョーによって把持されているキャプチャー特徴部の上の少なくとも二つの場所において、キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている、構造的特徴部を含むということ、並びに、
ii)リジッド化接触特徴部を含むリジッド化メカニズムであって、前記リジッド化メカニズムは、間隔を置いて配置された少なくとも二つの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押すように構成されており、同時に、前記少なくとも二つの把持ジョーの中の前記キャプチャー特徴部に接触するように前記リジッド化接触特徴部を駆動し、前記リジッド化接触部と前記閉じた把持ジョーとの間で、前記閉じた把持ジョーの中に前記キャプチャー特徴部を固定し、キャプチャー特徴部及び宇宙船をリジッド化する、リジッド化メカニズム
を含む、ステップと、
c)キャプチャーメカニズムが前記キャプチャー特徴部に近接しているとき、クイック把持メカニズムが適切な位置になるまで、キャプチャーメカニズムを前進させ、キャプチャー特徴部をソフトキャプチャーするために、前記少なくとも2対の把持ジョーを閉じさせるようにクイック把持メカニズムをトリガーし、リジッド化メカニズムを活性化させ、キャプチャー特徴部及び自由に飛行する宇宙船をリジッド化するステップと、
d)自由に飛行する宇宙船を補修した後に、キャプチャー特徴部からキャプチャーメカニズムを解除し、自由に飛行する宇宙船から離れるように補修衛星を操作するステップと、
を含む、方法が提供される。
【００１１】
本開示の機能的及び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され得る。
【００１２】
ここで、単なる例として、図面を参照して、実施形態が説明されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】宇宙船の上に位置付けされているブラケットにアプローチする場合のように、開位置にある本発明のキャプチャーメカニズムの斜視図である。
【図２】開位置にある図1Aのキャプチャーメカニズムの側面図である。
【図３】図1のキャプチャーメカニズムの斜視図を示しているが、図1に示されているものとは異なる視点からの図である。
【図４】図1と同様の斜視図であるが、ブラケットは、キャプチャーメカニズムによって把持されており、キャプチャーメカニズムは、閉位置になっていることを示す図である。
【図５】図8の線5-5に沿った、開位置にあるキャプチャーメカニズムの部分断面図である。
【図６】ジョーが閉位置にあるということを除いて、図8の線5-5に沿った、閉位置にあるキャプチャーメカニズムの部分断面図である。
【図７】図3の矢印4に沿った、キャプチャーメカニズムの上面図である。
【図８】クランピングジョーが開位置にある状態のキャプチャーメカニズムの前面の図である。
【図９】クランピングジョーが開位置にある状態のキャプチャーメカニズムの背面の図である。
【図１０】図9の線10-10に沿った、キャプチャーメカニズムの断面図である。
【図１１】図10の断面図の斜視図である。
【図１２】リードスクリュー(lead screw)のためのギヤボックスドライブを示す、図11のクローズアップである。
【図１３】アームド(armed)条件にあるトリガーメカニズムのクローズアップであり、キャプチャーメカニズムのいくつかの構造エレメントは、明確化のために示されていない図である。
【図１４】トリガーリセット爪の部分的な断面を示していること、及び、どのようにそれがトリガーリセットカムロッドと相互作用するかということを示していることを除いて、図13の繰り返しの図である。
【図１５】トリガーリセット配置の部分的な断面を示しており、どのようにトリガーリセットカムがトリガーリセットロッドに運動を移すかということを示していることを除いて、図13の繰り返しの図である。
【図１６】トリガーメカニズムの部分的な断面を示しており、どのようにトリガーバーがトリガーカムに支えられているかということ、及び、どのようにトリガーローラーがトリガーカムを適切な場所に保持しているかということを示していることを除いて、図13の繰り返しの図である。
【図１７】電磁ソレノイドトリガーアクチュエーターのクローズアップであり、どのようにそれがトリガーメカニズムと相互作用するかということを示す図である。
【図１８】図9の線18-18を通る断面図であり、ガイドシャフト、キャリッジ、トリガーを示しており、また、どのようにボールスクリューがキャリッジと相互作用し、ジョーロッドを前方に押すかということを示す図である。
【図１９Ａ】ブラケットキャプチャーシーケンスを図示する、図5と同様の部分断面図であり、トリガーメカニズムが活性化させられた瞬間のメカニズムを示す図である。
【図１９Ｂ】ブラケットキャプチャーシーケンスを図示する、図5と同様の部分断面図であり、ちょうどリジッド化が開始するときのソフトキャプチャー位置まで閉じられたジョーを示す図である。
【図１９Ｃ】ブラケットキャプチャーシーケンスを図示する、図5と同様の部分断面図であり、ブラケットが完全にキャプチャーされ、ジョーの中に着座させられているが、プリロードはまったく印加されていないということを示す図である。
【図１９Ｄ】ブラケットキャプチャーシーケンスを図示する、図5と同様の部分断面図であり、メカニズムの中で完全にプリロードされているメカニズムを示す図である。
【図１９Ｅ】ブラケットキャプチャーシーケンスを図示する、図5と同様の部分断面図であり、随意的なロッキングラッチがジョーの中にブラケットを抑制するように係合されていることを示す図である。
【図２０】図9の線11-11に沿った部分断面図であり、キャリッジの中のショックアブソーバーの据え付けを示す図である。
【図２１】メインハウジングの部分分解図であり、シャフト111及びボールスクリュー120の据え付けを示す図である。
【図２２】シャトル114及びトリガーバー130の詳細を示す図である。
【図２３】トリガーメカニズムの詳細を示す図である。
【図２４】ビジョンシステム602のエレメントを示す部分分解図である。
【図２５】トリガー作動ソレノイド161の詳細を示す図である。
【図２６】シャトルプランジャー170の据え付けを示す部分分解図である。
【図２７】アクチュエーター180及び関連のギヤ装置の詳細を示す図である。
【図２８】ドローバー116の詳細を示す図である。
【図２９】クランプジョーアッセンブリ200の詳細を示す図である。
【図３０】可変(variable)クランプジョーアッセンブリ210の詳細を示す図である。
【図３１】どのようにクランプジョーアッセンブリ200がメインハウジング110の中を自由に移動することができるかということの詳細を示す図である。
【図３２】クランプジョーアッセンブリ200の回転運動を抑制するメカニズムの詳細を示す図である。
【図３３】カムフォロワーアッセンブリ240の詳細を示す図である。
【図３４】ロッキングジョーアッセンブリ230の詳細を示す図である。
【図３５】衛星をキャプチャーするための現在のキャプチャーメカニズムを装備している補修衛星を示すブロック図である。
【図３６】クライアント衛星をキャプチャーするプロセスを制御するために使用され得る例示的なコンピューター制御システムの構成要素を示すブロック図である。
【図３７】図13及び図17に示されているソレノイドトリガー方法に加えて、メカニズムのための機械的なトリガーを装備した、ツールの代替的な実施形態の全体図である。
【図３８】図9に示されているような図18に関する断面と同じ平面でとられた断面図である。それは、どのようにプッシャープレート650がロッド653によってトリガーピン670に接続されており、次いで、トリガーピン670がトリガー140に接触しているかということを示している。
【図３９】どのようにトリガーピン670が、トリガー140に接触するように、及び、シアー(sear)141を解放し、メカニズムを活性化させるように作用するかということを示す詳細図である。
【図４０】ツールの前面からショックアブソーバーシステムの全体配置を示す、ツールの代替的な実施形態の全体図である。
【図４１】ツールの背面からショックアブソーバーシステムの全体配置を示す、ツールの代替的な実施形態の全体図である。
【図４２】図9の線42-42に沿った、ショックアブソーバーシステムの配置を示す断面である。
【図４３】ジョー調節システム800を装備しているツールの代替的な実施形態の全体配置図であり、ジョー調節システム800は、二つのクランプジョーアッセンブリ200の運動を連動させるとともに、クランプジョーアッセンブリ200がさまざまな直径の打ち上げ用アダプターリング502又は他の特徴部をキャプチャーするように調節されることを可能にすることを示す図である。
【図４４】どのようにリニアアクチュエーター801がジョー調節システム800の中に一体化されているかということを示す詳細図である。
【図４５】どのようにジョーコンプライアンスメカニズム810がジョー調節システム800の中に一体化されているかということを示す詳細図である。
【図４６】ジョーコンプライアンスメカニズム810を通る断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示のさまざまな実施形態及び態様が、下記に議論されている詳細を参照して説明されることとなる。以下の説明及び図面は、本開示の例示目的のものであり、本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。図面は、必ずしも縮尺通りではない。本開示のさまざまな実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が説明されている。しかし、特定の場合には、本開示の実施形態の簡潔な議論を提供するために、周知の詳細又は従来の詳細は説明されていない。
【００１５】
本明細書で使用されているように、「含む(comprises)」及び「含む(comprising)」という用語は、包括的及びオープンエンド型であり、排他的ではないものとして解釈されるべきである。具体的には、特許請求の範囲を含む本明細書で使用されるときには、「含む(comprises)」及び「含む(comprising)」という用語及びその変化形は、特定の特徴、ステップ、又はコンポーネントが含まれているということを意味している。これらの用語は、他の特徴、ステップ、又はコンポーネントの存在を除外するように解釈されるべきではない。
【００１６】
本明細書で使用されているように、「例示的な」という用語は、「例、事例、又は図示として役立つ」ことを意味しており、本明細書で開示されている他の構成よりも好適又は有利なものとして解釈されるべきではない。
【００１７】
本明細書で使用されているように、「約」及び「おおよそ」という用語は、粒子の寸法、混合物の組成、又は、他の物理的特性若しくは性質の範囲と連動して使用されるときに、寸法の範囲の上限及び下限の中に存在し得るわずかな変化をカバーするということを意味しており、平均的に寸法のほとんどが満たされているが、統計的に寸法がこの領域の外側に存在し得る実施形態を除外しないようになっている。それは、これらのような実施形態を本開示から除外する意図ではない。
【００１８】
本明細書で使用されているように、「リジッド化されている」という語句は、所定の量の剛性が二つのアイテムの間で実現された、二つのアイテムの間の接合、結合、又は接触を表している。「リジッド化している」という用語は、この条件を実現するプロセスを表している。
【００１９】
本明細書で開示されているキャプチャーデバイスは、二つのタイプの宇宙船/宇宙物体のキャプチャーに対処するように着想されている。一般に、それは、「準備されていない(non-prepared)」物体をキャプチャーするためのものである。これは、クライアント宇宙船が軌道に入った後で補修宇宙船による後のキャプチャーのために使用されることとなる、特別の目的のために作られた特徴部を備えるように設計されなかった、クライアント宇宙船のクラスを表している。キャプチャーデバイスは、軌道上に解放する前に打ち上げ車両に取り付ける目的のためにほとんどの宇宙船に存在している打ち上げ用アダプターリングのような、本来の特徴部の把持作用を通してキャプチャーするように設計されてきた。また、レールなどのような他の本来の特徴部も適用可能であることとなる。
【００２０】
この提案されるキャプチャーデバイスが意図する、これらの準備されていない宇宙船の二次的な特徴は、非協働的な宇宙船である。これらは、クライアント宇宙船であり、そのクライアント宇宙船は、もはや安定した姿勢で保持されていない宇宙船とともに、もはや標準的な姿勢制御下にはないが、その代わりに、それらの所望の指示方向に対して一つ以上の軸線においてタンブリングしており、すなわち、回転している。タンブリングを伴わないキャプチャーでは、ランデブー中の補修宇宙船は、一般的に、単一の運動軸線上でクライアントに対して移動している。タンブリングしている宇宙船をキャプチャーする際に、補修宇宙船及び/又はそのマニピュレーターアームは、いくつかの軸線において、自身とクライアントとの間の分離を閉じなければならない。これは、宇宙船の姿勢及び軌道制御システムの応答性、並びに、マニピュレーターアームの応答性及びピークレートによって一般的に限定される、はるかに狭いキャプチャーゾーン時間内で、タンブリングしている宇宙船を迅速に把持することができるキャプチャーデバイスを重要視する。
【００２１】
実行可能なクライアントのプールは、より広い相対運動の範囲にわたってクライアントの上の機械的な特徴部をより迅速にキャプチャーするために、キャプチャーメカニズムの能力とともに増加することとなる。それに加えて、キャプチャーメカニズムを担持する宇宙船は、その自身の位置を同じように精密に制御する必要はないこととなり、それは、より少ない推進剤が必要とされるということ、及び、より複雑でないアビオニクスが必要とされるということを結果として生じさせることとなり、より少ない全体的なミッションコストを結果として生じさせる。
【００２２】
潜在的にタンブリングしているクライアントを迅速に把持することをこのように重要視することは、典型的なロボットグリッパーに対する課題を提示する。それらは、最初に、迅速に閉じて、機械的な特徴部を捕まえ、又はソフトキャプチャーしなければならず、次いで、十分に高く適用される把持荷重を非常に迅速に作り出し、補修宇宙船及びマニピュレーターがクライアントの相対運動を拘束するときにインターフェースにおいて発達する力及びモーメントに抵抗しながら、キャプチャーされる宇宙船が把持されたままであることを確実にしなければならない。これは、クランピング作用においてある種のギヤリング又はトランスミッションを一般的に使用する、典型的な単一作用のグリッピングデバイスに対する課題を提示する。宇宙システムでは、軽量のアクチュエーターに対する必要性があるので、このギヤリングが必要とされる。アクチュエーターの低トルクを補うためにギヤリングが増加させられるので、その不利益は、閉鎖速度がより低くなるということである。単一作用のロボットグリッパーにおけるこの設計トレードオフは、開示されている2段階のキャプチャーデバイスに対する主要な動機である。
【００２３】
上記に議論されているように、キャプチャーされている宇宙船は、一般的に、相互に対して移動しており、一つの宇宙船を別の宇宙船によって物理的に把持することは、二つの宇宙船の間の相対運動を打ち消し合う原則法である。クライアント宇宙船に対してリジッドな把持が得られた後、次いで、二つの宇宙船の間の把持が、現在車両を接続している位置決めメカニズム及びキャプチャーメカニズムによって二つの宇宙船の間の全く異なる運動が吸収されるときに発生させられる力及びモーメントを吸収するのに十分に強力であるということが必要である。宇宙船同士の間に小さい相対運動があるときでさえ、重大な力が、把持ポイントにおいて、及び、キャプチャーメカニズムの中に発生させられ得る。把持のスタンスを広げることは、内力の多くを低減させ、メカニズムがより軽量になり、より低い力によるより良好な把持を実現することを可能にする。
【００２４】
広く言えば、本明細書で開示されているのは、自由に飛行する宇宙船の上のレール及び又はフランジ特徴部(本明細書ですべて「キャプチャー特徴部」と称される)をキャプチャーするためのシステムである。システムは、キャプチャーメカニズムを含み、キャプチャーメカニズムは、ハウジングの中で移動するように装着されるクイック把持メカニズムとして特徴付けられ得るものを含み、クイック把持メカニズムは、少なくとも1対の把持ジョーを含む。クイック把持メカニズムは、キャプチャー特徴部が十分に極めて近接しているときに、キャプチャー特徴部を把持するように構成されており、トリガーメカニズムが開始させられ、少なくとも1対の把持ジョーがキャプチャー特徴部をソフトキャプチャーするように迅速に閉じることを引き起こす。キャプチャーメカニズムは、開/閉メカニズムを含み、開/閉メカニズムは、クイック把持メカニズムの把持ジョーをさらに一緒に閉位置へ押す。また、キャプチャーメカニズムは、リジッド化接触部も含む。把持ジョーがキャプチャー特徴部をソフトキャプチャーするように迅速に閉じた後に、リジッド化接触部は、把持ジョーの中のキャプチャー特徴部に接触するように駆動され、リジッド化接触部と閉じた把持ジョーとの間にキャプチャー特徴部を固定し、それによって、キャプチャーメカニズムの中のキャプチャー特徴部ひいては宇宙船をリジッド化する。
【００２５】
パーツリスト
キャプチャーメカニズムツールのこの実施形態は、以下のパーツから構成される。
番号  パーツの説明
100 キャプチャーメカニズム
110 メインハウジング
111 ガイドシャフト
112 ガイドシャフト軸受
113 ガイドシャフト軸受スペーサー
114 シャトル
115 ガイドシャフトリテーナー
116 ドローバー
117 マイクロスイッチ
120 ボールスクリューシャフト
121 ボールスクリュースラスト軸受
122 ボールスクリューテール軸受
123 軸受カバー
124 ボールスクリューナット
125 ショックアブソーバー
126 ショックアブソーバーマウントプレート
127 ナットプレート
130 トリガーバー
131 トリガーバーサポート
132 トリガーハウジング
133 トリガーガイドロッド
134 シアー支持ロッド
135 トリガーリセット爪
136 トリガーリセットレバー
137 スプリングリテイニングピン
138 スプリングリテイニングピン
139 シアースプリング
140 トリガー
141 シアー
142 トリガースプリング
143 シアーリセットロッド
144 トリガーローラー車軸
145 トリガーローラー
146 トリガーレバーリターンスプリング
147 トリガーレバーストップ
150 カメラ
151 ライン生成レーザー
152 状況カメラアッセンブリ
153 ライトカーテンサポート
154 前方ライト
155 後部ライト
156 前方レシーバー
157 後部レシーバー
160 ソレノイド装着プレート
161 ソレノイド
162 ソレノイドレバー
163 ソレノイドピン
164 レバーピン
165 トリガーストライカー
170 プランジャー
171 プランジャースプリング
172 スプリングハウジング
173 プランジャーリテイニングナット
180 アクチュエーター
181 アイドラー車軸
182 アクチュエーターマウンティング
183 ギヤボックスカバー
184 モーター出力ギヤ
185 アイドラーギヤ
186 ボールスクリュー入力ギヤ
200 クランプジョーアッセンブリ
201 クランプハウジング
202 軸受カバープレート
203 クランプハウジング軸受
204 ヒンジピン
205 ジョー軸受プレート
206 ジャーナル軸受
207 ジョーヒンジスプリング
210 可変ジョーアッセンブリ
211 ジョーヒンジ
212 クランプヒンジプレート
213 スプリングマウント
214 可変ジョー
215 クランプヒンジピン
216 スプリング
217 接触プランジャー
218 接触部スプリング
219 スプリングハウジング
220 プランジャーリテイニングナット
221 プランジャーマウンティングプレート
230 ロッキングジョーアッセンブリ
231 ジョーヒンジ
232 接触部ロッド
233 クランププレート
234 ロックヒンジピン
235 ロック
236 ロックスプリング
240 カムフォロワーアッセンブリ
241 ハウジング
242 接触部シャフト
243 ガイドピン
244 シャフトリテイニングナット
245 接触部スプリング
246 接触部
247 接触部ハウジング
248 カムローラー
249 スペーサー
250 ローラー車軸
251 リンク
252 ロックローラー
260 コンプライアンススプリング
261 クランプリテーナー
262 ジャーナル軸受
263 シャフトリテーナーナット
281 ブラケット
282 リンク
283 スプリング
284 トルクロッド
285 ロッドリテーナーナット
286 リンクピン
287 リンクピンナット
300 前方光ビーム
301 後部光ビーム
302 ジョーカム表面
303 ロックカム表面
304 トリガー爪表面
305 レバースロット
306 トリガー表面
307 トリガーバー表面
308 ボールスクリューナットスロット
500 補修宇宙船
501 ロボットアーム
502 打ち上げ用アダプターリング
503 クライアント宇宙船
504 通信信号
505 地球
506 通信アンテナ
600 コンピューターシステム
601 コンピューター制御システム
602 ビジョンシステム
603 中央プロセッサー
604 内部ストレージ
605 通信インターフェース
606 電源
607 メモリー
608 入力/出力デバイス及びインターフェース
609 データネットワーク
【００２６】
キャプチャーメカニズムの構造が最初に説明されることとなり、特に、打ち上げ用ブースターとクライアント宇宙船との間の打ち上げ用アダプターリングとして使用されるマルマンフランジという名称の、ほとんどの宇宙船の上にある特徴部が参照されるが、本キャプチャーメカニズムは、把持されることを必ずしも意図していない、宇宙船の上の任意の利用可能な同様の特徴部をキャプチャーするように構成され得るということが理解されることとなる。
【００２７】
図35及び図36を参照すると、本開示の一部ではない公知の方法を使用して、補修宇宙船500が、クライアント宇宙船503にアプローチし、クライアント宇宙船500に取り付けられているロボットアーム501の到達範囲内で操作している。ロボットアーム501は、コンピューターシステム600からの自律制御、又は、補修宇宙船の上若しくは遠隔の場所のいずれかに位置付けされている人間のオペレーターによる部分制御若しくは完全制御のいずれかによって、クライアント宇宙船503の上の打ち上げ用アダプターリング502から所定の距離内までキャプチャーデバイスを操作している。キャプチャーメカニズム100が所定の距離にあると、コンピューターシステム600は、最終的な把持及びリジッド化作用の自動制御を行う。
【００２８】
位置情報をコンピューターシステム600に提供するときに、ビジョンシステム602は、メカニズムの中のカメラ150、及び、補修宇宙船500の上の他のセンサーからの入力を受け取る。コンピューターシステム600は、これらの入力を使用し、クライアント宇宙船503の任意の運動をトラッキングしながら、ロボットアーム501及びキャプチャーメカニズム100を打ち上げ用アダプターリング502の近くの最終的な位置へと操作するために必要とされる要求運動を計算する。適正な瞬間に、コンピューターシステム600は、ロボットアーム501に指示し、キャプチャーメカニズム100を打ち上げ用アダプターリング502に接触するように前進させる。補修宇宙船がとりわけ操作可能である場合には、アームはまったく要求されず又は必要とされない可能性があり、宇宙船の姿勢及び軌道制御システム(AOCS)が使用され、クライアント宇宙船打ち上げ用アダプターリング502に対して適正な相対的位置へとキャプチャーツール100を操作することが可能であるということが認識されることとなる。
【００２９】
図1は、自由に飛行する宇宙船の上のレール及び又はフランジ特徴部などのようなブラケット、又は、把持され得る任意の他のパーツ(それは、キャプチャーされることとなる自由に飛行する宇宙船の上に位置付けされているキャプチャー特徴部と集合的に称される)にアプローチする場合のように、開位置にある本発明のキャプチャーメカニズム100の斜視図を示している。
【００３０】
図2は、開位置にある図1のキャプチャーメカニズムの側面図である。図3は、図1のキャプチャーメカニズム100の斜視図を示しているが、図1に示されているものとは異なる視点からのものである。図4は、図1と同様の斜視図であるが、キャプチャー特徴部(このケースでは、自由に飛行する宇宙船の上に位置付けされているブラケット、レール、又は打ち上げ用アダプターリング502)は、キャプチャーメカニズム100の一部を形成する二つのクランプジョーアッセンブリ200によって把持されており、それは、閉位置で示されている。
【００３１】
図1、図3、及び図4は、メインハウジング110の上に枢動可能に装着される1対のクランプジョーアッセンブリ200を示しているが、キャプチャーメカニズム100は、単に一つだけのクランプジョーアッセンブリ200を有してもよく、又は、三つ以上のクランプジョーアッセンブリ200を有してもよいということが認識されることとなる。
【００３２】
図1及び図4に最良に見られるように、前方及び後方光源154及び155が、それぞれ、ライトカーテンサポート153の一方の端部に装着されており、前面及び後方光ビーム300及び301をそれぞれ作り出している。前面及び後方検出器156及び157が、ライトカーテンサポート153の他方の端部に装着されており、ビーム300及び301をそれぞれ受け取るように位置付けされている。光源154及び155、並びに、それらの関連の検出器156及び157は、クランプジョーアッセンブリ200に対して、ライトカーテンサポート153の上に位置決めされており、自由に飛行する宇宙船の上のキャプチャー特徴部502がクランプジョーアッセンブリ200に極めて近接するときに、光のビーム300及び301が破壊されるようになっており、それが、キャプチャー特徴部502の周りで閉じるようにクランプジョーアッセンブリ200をトリガーし、それは、下記により詳細に議論されている。光源及びレシーバー並びに適当な回路(この実施形態では、コンピューター600を含む)の収集は、光学的イニシエーターを構成する。
【００３３】
それぞれのクランプジョーアッセンブリ200は、ロッキングジョーアッセンブリ230に対して枢動可能に装着されている可変ジョーアッセンブリ210を含み、それは、極めて詳細に以降で議論されることとなる。
【００３４】
図5は、図8の線5-5に沿った、開位置にあるクランプジョーアッセンブリ200の部分断面図である。ジョーカム表面302の局所的形状及びカムローラー248の場所の組み合わせによって、ヒンジピン204の周りを回転する可変ジョーアッセンブリ210及びロッキングジョーアッセンブリ230が、ジョーヒンジスプリング207によって離れるように付勢されることが可能となる。
【００３５】
図6は、ジョーが閉位置にあるということを除いて、図8の線5-5に沿った、閉位置及びロックされた位置にあるキャプチャーメカニズムの部分断面図である。この図では、カムフォロワーアッセンブリ240が前方に(図の中の左側に)移動させられており、また、カムローラー248がジョーカム表面302の輪郭に沿って移動するときに、それらが、ジョーヒンジスプリング207の力に対抗して可変ジョーアッセンブリ210及びロッキングジョーアッセンブリ230を一緒に押す(図5も参照されたい)。キャプチャー特徴部502は、接触プランジャー217の中へ押し付けられており、スプリングハウジング219の中にある接触部スプリング218を圧縮している。同時に、接触特徴部246が、キャプチャーフランジ502の面の中へ押し込まれており、接触部ハウジング247の中に含有されている接触部スプリング245を圧縮している。圧縮されたスプリング245及び圧縮された接触部スプリング218の組み合わせが、所望のレベルの固定剛性又は接触剛性で、クランプジョーアッセンブリ200の固定されたエレメントに対抗してキャプチャーフランジ502を保持するように一緒に作用する。カムフォロワーアッセンブリ240が、その最も遠い前方限界へ前進しており、ロックローラー252が、キャプチャー特徴部502に対抗してロック235を内向きに押し付けており、それによって、キャプチャーフランジ502を適切な場所に機械的に固定している。
【００３６】
図7は、図2の矢印7に沿った、キャプチャーメカニズム100の上面図である。この図は、どのようにシャトル114がドローバー116にリンク接続されているかを示しており、ドローバー116は、関連の接触部シャフト242にフレキシブルに接続されており、接触部シャフト242は、それらの関連のカムフォロワーアッセンブリ240を前進させる役割を果たす。
【００３７】
図8は、クランピングジョーアッセンブリ200が開位置にある状態のキャプチャーメカニズム100の前面の図であり、また、カメラ150、ライン生成レーザー151、及びクランプジョーアッセンブリ200の相対的位置を図示している。また、どのように状況カメラアッセンブリ152がキャプチャーメカニズム100の動作を監督するように位置決めされ得るかということを示している。
【００３８】
図9は、クランピングジョーアッセンブリ200が開位置にある状態のキャプチャーメカニズム100の背面の図である。
【００３９】
図10は、図9の線10-10に沿った、キャプチャーメカニズムの断面図であり、どのようにガイドシャフト軸受112及びガイドシャフト軸受スペーサー113がガイドシャフト111を支持するように作用するかということを示している。また、どのようにシャトル114がドローバー116に接続されているかということを示している。
【００４０】
図11は、図10の断面図の斜視図である。それは、どのようにプランジャースプリング171がスプリングハウジング172及びプランジャー170に作用し、ドローバー116を前方に押すかということを示している。スプリングハウジング172は、メインハウジング110に取り付けられている。
【００４１】
図12は、ギヤボックスカバー183が除去されている状態の図11のクローズアップであり、アクチュエーター180からボールスクリューシャフト120へトルクを伝達するギヤ184、185、及び186の配置を示している。
【００４２】
図13は、アームド条件にあるトリガーメカニズムのクローズアップであり、キャプチャーメカニズムのいくつかの構造エレメントは、明確化のために示されていない。
【００４３】
図14は、トリガーリセット爪135の部分的な断面を示していること、並びに、どのようにそれがトリガーリセットレバー136に装着されているかということ、及び、どのようにトリガーリセット爪がトリガーバーサポート131の上のトリガー爪表面304に関連しているかということを示していることを除いて、図13の繰り返しである。また、どのようにトリガーバー130がトリガーバーサポート131の中に位置しているかということ、及び、どのようにシアー141が、スプリングリテイニングピン138に作用するシアースプリング139によって付勢されているかということを示している。
【００４４】
図15は、トリガーリセット配置のさらなる部分的な断面を示しており、トリガー爪表面304がトリガーリセット爪135を移動させるとき、トリガーリセットレバー136が回転させられるときに、それが、どのようにシアーリセットロッド143がシアー141を回転させることを引き起こすかということを示していることを除いて、図13の繰り返しである。また、それは、どのようにトリガーリセットレバー135の運動がトリガーレバーストップ147によって後部方向に限定されているかということ、及び、どのようにトリガーバー130の運動がトリガーバー表面307に沿ってシアー141と接触することによって抑制されるかということを示している。
【００４５】
図16は、トリガーメカニズムのさらなる部分的な断面を示しており、どのようにトリガーバー130がシアー141に支えられているかということ、及び、どのようにトリガーローラー145がシアー141を適切な場所に保持しているかということを示していることを除いて、図13の繰り返しである。
【００４６】
図17は、ソレノイド160のクローズアップであり、どのようにそれがトリガーメカニズムと相互作用するかということを示しており、ソレノイド160の往復運動が伝達され、力がソレノイドレバー162によって増幅され、それが、トリガーストライカー165をトリガー140に接触させ、トリガー140を回転させる。
【００４７】
図18は、図9の線18-18を通る断面図であり、ガイドシャフト111、シャトル114を示しており、また、どのようにボールスクリューシャフト120がボールスクリューナット124及びショックアブソーバーマウントプレート126を介してシャトル114と相互作用し、シャトル114、ひいては、ドローバー116及び接触部シャフト242を前方に押すかということを示している。
【００４８】
図19Aから図19Eは、図5と同様の部分断面図であり、アルファベット順で見たときに、ブラケット502のキャプチャーシーケンスを図示している。図19Aは、トリガー140がたたかれた瞬間のキャプチャーメカニズム200を示しており、シアー141は、自由に回転することができ、トリガーバー130を解放し、シャトル114が移動することを可能にする。図19Bは、ちょうどリジッド化が開始するときのソフトキャプチャー位置まで閉じられたジョーアッセンブリ200を示している。プランジャースプリング171は、最小圧縮になっており、また、プランジャー170を介して、ドローバー116及び接触部シャフト242を可能な限り遠く前方に駆動している。図19Cは、カムフォロワーアッセンブリ240が、ボールスクリューナット124の上のボールスクリューシャフト120の作用によってさらに前方に押されており、ブラケット502が完全にキャプチャーされ、ジョー210及び230の中に着座させられているが、プリロードはまったく印加されていないということを示しており、図19Dは、クランプジョーアッセンブリ200がカムローラー248の前方運動によって完全にプリロードされており、ジョーカム表面302を一緒に押し、ブラケット502を接触プランジャー217及び接触部246の中へ押し込むということを示している。この運動は、スプリング216及び接触部スプリング245によって抵抗され、ブラケット502とキャプチャーメカニズム100との間の既知の剛性の接続を生成させる。図19Eは、カムフォロワーアッセンブリ240がさらに遠く前方にあることを示しており、そこでは、ロックローラー252が、随意的なロック235をブラケット502に対抗する位置に押し込んでおり、ジョー210及び230の中にブラケット502を抑制している。
【００４９】
図20は、図2の線21-21に沿った部分断面図であり、ショックアブソーバーマウントプレート126に取り付けられているショックアブソーバー125の据え付けを示しており、ショックアブソーバーマウントプレート126は、次いで、ナットプレート127に取り付けられており、ボールスクリューナット124をそれらの間にキャプチャーしている。三つの組み立てられたアイテム125、126、及び127は、次いで、シャトル114の中のボールスクリューナットスロット308の中を自由に移動することができる。
【００５０】
図21は、メインハウジング110の部分分解図であり、シャフト111及びボールスクリュー120の据え付けを示している。ショックアブソーバー125は、ショックアブソーバーマウントプレート126に取り付けられており、ショックアブソーバーマウントプレート126は、次いで、ナットプレート127に取り付けられており、ボールスクリューナット124をそれらの間にキャプチャーしている。シャトル114は、ガイドシャフト111によってガイドされて前後に移動し、摩擦は、ガイドシャフト軸受112によって低減されており、ガイドシャフト軸受112は、ガイドシャフト軸受スペーサー113によって適当に間隔を置いて配置されている。ボールスクリューシャフト120は、ボールスクリュースラスト軸受121によってメインハウジング110に固定されており、また、ボールスクリューテール軸受122によって安定化させられており、ボールスクリューテール軸受122は、軸受カバー123によって固定されている。
【００５１】
図22は、シャトル114、トリガーバー130、及びトリガーバーサポート131の詳細を示しており、トリガーバーサポート131は、トリガーバー130をシャトル114に固定している。ボールスクリューナット124が図20に示されているようにラッチの準備ができている位置にある状態で、ボールスクリューシャフト120が回転することを必要とすることなく、スロットの中の自由な遊びが、プランジャースプリング171の影響の下で、シャトル114が非常に急速に前進することを可能にするように、ボールスクリューナットスロット308はサイズ決めされている。これは、キャプチャーメカニズム100の急速なソフトキャプチャー作用を可能にする。
【００５２】
図23は、トリガーメカニズムの詳細を示している。トリガーメカニズムは、三つのパーツ、すなわち、トリガーリセットレバー136、シアー141、及びトリガー140から構成されており、それらは、すべて、自由に回転することができるように装着されているが、それぞれ、トリガーレバーリターンスプリング146、シアースプリング139、及びトリガースプリング142によって、好適な位置へと付勢されている。トリガーリセット爪135は、トリガーバーサポート131からトリガーリセットレバー136へ運動を伝達し、トリガーリセットレバー136は、次いで、トリガーリセットロッド143を移動させ、トリガーリセットロッド143は、シアー141を邪魔にならない所へ回転させ、トリガースプリング140によって駆動されたアームド位置にトリガー140が戻ることを可能にする。
【００５３】
図24は、ビジョンシステム602の光学エレメントを示す部分分解図を示しており、カメラ150、及び、メインハウジング110の上に装着されているライン生成レーザー151の位置を示している。
【００５４】
図25は、トリガー作動ソレノイドサブアッセンブリの詳細を示している。ソレノイド装着プレート160に装着されているソレノイド161は、コンピューティングシステム600によって命令されるときに作用する。ソレノイドのシャフトは、活性化させられるとソレノイド161の本体部の中へ後退し、それは、ソレノイドレバー162が回転することを引き起こす。このソレノイドレバー162は、ソレノイドピン163によってソレノイド161に接続され、また、レバーピン164によってソレノイド装着プレート160に接続されている。トリガー140がキャプチャーメカニズム100を活性化させるように十分に回転することを引き起こすように、トリガーストライカー165は、ソレノイドレバー162に装着されている。
【００５５】
図26は、シャトルプランジャー170の据え付けを示す部分分解図である。マイクロスイッチ117が、メインハウジング110に装着されており、マイクロスイッチ117が開閉するときに、マイクロスイッチ117が、シャトル114の場所についての所望の情報をコンピューターシステム600に提供するようになっている。ガイドシャフトリテーナー115は、ガイドシャフト111をメインハウジング110に固定している。プランジャー170は、スプリングハウジング172の中を往復動式に自由に移動することができ、スプリングハウジング172は、メインハウジング110に固定されている。プランジャー170の前方端部は、ドローバー116の後部面に対して突き合わされている(図示せず)。プランジャー170の後部運動は、プランジャースプリング171によって拘束されており、プランジャースプリング171は、アームド条件において、プランジャー170を前方に推進させるのに十分に圧縮されており、ソフトキャプチャー作用を完了させるように、ドローバー116及びカムローラーアッセンブリ240を押す。プランジャー170は、リテーナーナット173によってスプリングハウジング172の中に含有されている。
【００５６】
図27は、アクチュエーター180及び関連のギヤ装置の詳細を示している。アクチュエーター180は、モーター出力ギヤ184に固定されており、モーター出力ギヤ184は、アイドラーギヤ185を回転させ、アイドラーギヤ185は、アイドラー車軸181によってアクチュエーターマウンティング182に固定されており、アクチュエーターマウンティング182は、メインハウジング110に取り付けられている。アイドラーギヤ185は、ボールスクリュー入力ギヤ186を回転させ、ボールスクリュー入力ギヤ186は、ボールナットシャフト120に固定されており、ボールナットシャフト120を回転させ、アクチュエーター180のトルクをボールナットシャフト120に伝達する。
【００５７】
図28は、どのようにドローバー116がシャトル114の中へ組み立てられているかということ、及び、どのようにプランジャー170がドローバー114とインターフェース接続しているかということを示している。また、それは、ステレオペアのカメラ150、状況カメラ152、ソレノイド装着プレート160、マイクロスイッチ117、及びメインハウジング110の間の関係を示している。
【００５８】
図29は、クランプジョーアッセンブリ200の詳細を示す分解図である。可変ジョーアッセンブリ210及びロッキングジョーアッセンブリ230は、ヒンジピン204によってクランプハウジング201にフレキシブルに装着されており、また、ジョーヒンジスプリング207によって好適な位置に付勢されている。軸受カバープレート202は、クランプハウジング軸受202をクランプジョーアッセンブリ200に固定している。カムローラー248及びロックローラー252は、カムフォロワーアッセンブリ240に固定されているが、ローラー車軸250によって自由に回転することができ、また、スペーサー249によって位置付けされている。リンク251は、リジッド化作用の間の荷重の下にあるときに、カムローラー248同士の間の正しいスペーシングを維持する。ジョー軸受プレート205は、クランプハウジング軸受203に連動して、メインハウジング110の中に軸線方向に及び横方向に支持されている状態で、クランプジョーアッセンブリ200がメインハウジング110に対して回転することを可能にする。ジャーナル軸受206は、カムフォロワーアッセンブリがクランプジョーアッセンブリ200の残りの部分に対して軸線方向に移動することを可能にする。
【００５９】
図30は、可変クランプジョーアッセンブリ210の詳細を示している。クランプヒンジプレート212は、ジョーヒンジ211に固定されている。スプリングマウント213は、ジョーヒンジスプリング207(図示せず)がアッセンブリに装着されることを可能にする。可変ジョー214が、クランプヒンジピン215によってクランプヒンジプレート212に取り付けられているが、可変ジョー214は、自由に回転することができる。可変ジョー214の位置は、スプリング216によって好適な位置に付勢されている。接触プランジャー217が、プランジャーリテイニングナット220によってスプリングハウジング219に固定されており、それらが、軸線方向に移動することができ、且つ、接触部スプリング218を捕捉することができるようになっている。スプリングハウジング219は、プランジャーマウンティングプレート221によって可変ジョー214に取り付けられている。
【００６０】
図31は、どのようにクランプジョーアッセンブリ200がメインハウジング110の中を自由に移動することができるかということの詳細を示している。ジョー軸受プレート205は、メインハウジング110に締結されており、メインハウジング110は、クランプハウジング軸受203と協力して、クランプジョーアッセンブリ200がメインハウジング110に対して回転することを可能にする。接触部シャフト242は、クランプリテーナー261を使用してドローバー116に固定されている。コンプライアンススプリング260及びジャーナル軸受262は、ドローバー116がクランプジョーアッセンブリ200に対して軸線方向に移動することを可能にし、ドローバー116トラベルの端部における損傷の機会を低減させる。
【００６１】
図32は、クランプジョーアッセンブリ200の回転運動を抑制するメカニズムの詳細を示している。ブラケット281がメインハウジング110に固定されている状態で、トルクロッド284が、ブラケット281の中のスロットによって設置されている。スプリング283が、トルクロッド284のそれぞれの端部の上に設置されており、ブラケット281がそれらの間に挟まれるようになっている。スプリング283は、内部端部において、ロッドリテーナーナット285によって固定され、また、外部端部において、リンク282によって固定されている。リンク282の中の孔部は、リンクピン286及びリンクピンナット287によって、クランプハウジング201の中のクレビス(clevis)に固定されている。トルクロッド284は、ブラケット281の中のスロットの中を自由に移動することができるが、スプリング283の反対作用によってセンタリングされており、したがって、メインハウジング110に対してクランプジョーアッセンブリ200の位置をセンタリングさせる。
【００６２】
図33は、カムフォロワーアッセンブリ240の詳細を示している。接触部シャフト242は、シャフトリテイニングナット244によってハウジング241に取り付けられている。接触部ハウジング247は、ハウジング241に締結されており、接触部246が、接触部スプリング245によって拘束されて、その中を軸線方向に移動することを可能にする。ガイドピン243が、ハウジング241に締結されており、また、クランプハウジング201の上の軸線方向のスロットに係合し、カムフォロワーアッセンブリ240がクランプハウジング201に対して自由に軸線方向に移動することを可能にしながら、カムフォロワーアッセンブリ240がクランプシャフト242の軸線の周りに回転することを防止する。
【００６３】
図34は、ロッキングジョーアッセンブリ230の詳細を示している。クランププレート233は、ジョーヒンジ231に固定されている。スプリングマウント213は、ジョーヒンジスプリング207がアッセンブリに装着されることを可能にする。ラック235が、ロックヒンジピン234によってクランププレート233に取り付けられているが、それは、自由に回転することができる。ロック235の位置は、ロックスプリング236によって好適な位置に付勢されている。接触部ロッド232が、クランププレート233及びジョーヒンジ231に固定されており、特徴部502が当接することができる堅い接触表面を提供する。
【００６４】
図37は、図13及び図17に示されているソレノイドトリガー方法に加えて、メカニズムのための機械的なトリガーを装備した、ツール900の代替的な実施形態の全体図である。この実施形態では、プッシャープレート650が配置されており、それが、バックアップの活性化方法になるようになっており、したがって、それは、電子的なトリガー方法が故障しなければ係合されないようになっている。もし必要とされる場合には、機械的なトリガーが一次的な方法であり、電子的なトリガー方法がバックアップの方法となるように、この配置は逆にすることができるということが理解されることとなる。
【００６５】
プッシャープレート650は、ロッド653に接続されており、ロッド653は、トリガーピン670を介して接触力をトリガー140に伝達する(図39に最良に見られる)。ロッド653は、前面において、サポート652によって支持されており、また、後方において、ブッシングブロック656によって支持されており、ブッシングブロック656は、メインハウジング110に締結されている。ロッド653は、ブッシング651によってガイドされ、ピンサポート671の中で終端している。
【００６６】
図38は、図9に示されているような図18に関する断面と同じ平面でとられた断面図である。それは、どのようにプッシャープレート650がロッド653によってトリガーピン670に接続されており、次いで、トリガーピン670がトリガー140に接触しているかということを示している。プッシャープレート650及びロッド653の運動は、スプリング655によって制御され、その効果は、ロッド653に沿って、さまざまなポイントにおいて、固定カラー654によって調節される。第2のカラー654は、ロッド653がツール900からあまりに遠くへ延在することを防止する。ツール900が置かれることとなる最終的な目的に応じて、製造の間にだけ調節されることによって、又は、示されていない代替的な実施形態では、追加的なアクチュエーターを使用し、ロッド653の上の固定カラー654の位置を変化させ、したがって、スプリング655の性能、及び、ツール900の機械的なトリガー部分の性能を全体として変化させることによって、固定カラー654の調節機能は、ツール900の正しい動作を確立するために限定され得る。
【００６７】
ロッド653の中のスロット658は、ピン657によって係合され、ピン657は、ブッシングブロック656の中に固定されおり、また、ピン657は、ロッド653がその長軸の周りに回転することを防止することによって、トリガーピン670を適正に整合された状態に維持する。
【００６８】
図39は、どのようにトリガーピン670が、トリガーストライカー165と並列に、及び、トリガーストライカー165から独立して作用し、トリガー140に接触し、シアー141を解放し、メカニズムを活性化させるかということを示す詳細図である。ロッド653の後部への運動は、トリガーピン670をトリガー140の表面に押し付ける。ピンサポート671は、トリガーピン670のためにねじを切られており、トリガーピン670がトリガー140をたたくときの正確なタイミングが、ピンサポート671の中のトリガーピン670の位置を前進させるか又は遅らせることによってセットされる。
【００６９】
図40において全体的に940で示されているように、ツールの代替的な実施形態は、ショックアブソーバーシステムを含み、メカニズムが活性化させられるときに強力なプランジャースプリング171によって発生させられる内力を低減させる。これらの力は、ツールに対する損傷を引き起こし、又は、補修宇宙船500又はクライアント宇宙船503に衝撃荷重を与える可能性がある。
【００７０】
図41は、ショックアブソーバーシステム702を装備したツール940の代替的な実施形態の全体図であり、ツールの背面からの全体配置図を示している。メカニズムが活性化させられるときに、ドローバー116は、プランジャー170に作用するプランジャースプリング171によって前方に押される。この実施形態では、プランジャー171は、コネクタープレート700によって一緒に接続されており、コネクタープレート700は、プランジャースプリング171の力のいくらかをピストン701を通してショックアブソーバー702に移す(図42に最良に見られる)。ショックアブソーバー702は、ドローバー116の運動を遅くし、ハウジング110に作用する内力を低減させ、そのストロークの端部においてメカニズムを減速させる。ショックアブソーバー702によって引き起こされる抗力、及び、コネクタープレート700とピストン701との間のスペーシング707(図42に示されている)は変化させられ、上手く機能するためにツール100によって必要とされるタイミング及び力を微調整することが可能である。
【００７１】
図42は、図9の線42-42に沿った、ショックアブソーバーシステムの配置を示す断面である。ショックアブソーバー702は、マウンティングプレート704によってハウジング110に固定されている。マウンティングプレート704及びショックアブソーバー702の外部の両方は、ねじを切られており、ショックアブソーバー702の軸線方向の位置が、スペーシング707をセットするために変化させられ得るようになっている。正しく位置付けされると、ナット703は締め付けられ、ショックアブソーバー702を正しい位置に固定する。バンパー706が、プランジャー170からドローバー116への荷重を広げるように作用する。
【００７２】
また、クランプジョーアッセンブリ200の角度位置(ポーズとしても知られる)を変更させるためのジョー調節メカニズム800を装備しているツール980の追加的な代替的な実施形態が、図43に示されている。ジョー調節システム800は、二つのクランプジョーアッセンブリ200の運動を連動させるとともに、クランプジョーアッセンブリ200がさまざまな直径の打ち上げ用アダプターリング502又は他の特徴部をキャプチャーするように調節されることを可能にする。また、ジョー調節システム800は、個々のクランプジョーアッセンブリ200にコンプライアンスを提供する特徴部を組み込んでおり、小さいミスアライメント及びクライアント衛星503の移動に適応する。
【００７３】
連動した運動機能は、ドライブギヤ809、アイドラーギヤ805、及びベルクランク807のコンポーネントの組み合わせによって達成される。一方のクランプジョーアッセンブリ200(たとえば、左側)への回転入力は、このケースでは、リニアアクチュエーター801によって影響を及ぼされ、クランプジョーアッセンブリ200がクランプハウジング軸受203(図5に最良に見られる)の周りに回転することを引き起こす。これは、リンク282(図32に最良に見られる)又はジョーコンプライアンスメカニズム810をリンクピン286に固定するアームを移動させることとなる。ジョーコンプライアンスメカニズム810は、いずれかの端部において、リンクピン286又はピン806のいずれかの周りに自由に回転することができる。ジョーコンプライアンスメカニズム810の移動は、アイドラー805に接続されているモーメントアーム803を移動させる。アイドラー805の回転は、反対側方向にであるが、ドライブギヤ804を回転させ、それは、次いで、接続されているモーメントアーム803を移動させる。そのモーメントアーム803は、シャフト802及びリニアアクチュエーター801に接続されており、そのそれぞれは、端部において自由に回転することができるピンを有している。ツールの公称キャプチャー半径を変化させることが不必要な実施形態に関して、リニアアクチュエーター801及びシャフト802は、両端部において自由に回転するピンを装備した単一のリジッドコンポーネントと交換され得る(この実施形態では示されていない)。リニアアクチュエーター801のリジッドな運動は、ベルクランク807が車軸809の周りに回転することを引き起こし、第2のジョーコンプライアンスメカニズム又はリンクが回転させられることを引き起こし、次いで、送り先のクランプジョーアッセンブリ200に回転を移すが、反対側に連動した回転を伴う。
【００７４】
図44は、どのようにリニアアクチュエーター801が図43のジョー調節システム800の中に一体化されているかということを示す詳細図である。クランプジョーアッセンブリ200が適応することができる曲率半径を変化させることが望まれるときに、リニアアクチュエーター801は、シャフト802を拡張又は収縮させることが可能である。図43に構成されているように、シャフト802を拡張させることは、クランプジョーアッセンブリ200が、上記に説明されているように、ギヤ804及び805、ベルクランク807、並びにコンプライアンスメカニズム810の運動を通して、より小さい半径の特徴部を把持することを可能にすることとなる。シャフト802を後退させることは、クランプジョーメカニズムがより大きい半径の特徴部を把持することを可能にすることとなり、メインハウジング110の上のリンクピン軸線286に対して、それらのポーズ又は回転位置を調節する。車軸809は、ブラケット808にリジッドに装着されており、ブラケット808は、ハウジング110にリジッドに装着されている。ギヤ804及び805並びにベルクランク807の異なる配置が、システムの運動パラメーターを変化させるように生成され得る。
【００７５】
それに加えて、把持半径を調節する代替的な方法として、リニアアクチュエーター801が、リジッドシャフト、及び、ギヤ804又は805のいずれかの車軸809にリジッドに接続されているロータリーアクチュエーター又はモーターによって交換され得る。
【００７６】
図45は、どのようにジョーコンプライアンスメカニズム810(図43)がジョー調節システム800(図43)の中に一体化されているかということを示す詳細図である。個々のクランプジョーアッセンブリ200の望ましくない運動分散が、二つのクランプジョーアッセンブリ200同士の間への、及び、二つのクランプジョーアッセンブリ200と公称クランピング曲率半径を調節するために使用される任意のアクチュエーター801との間への、コンプライアンスの導入を通して適応され得る。命令されていないクランプハウジング201の運動は、ジョーコンプライアンスメカニズム810のハウジング811の一方の端部にリンクピン286を通して力を印加することとなる。ジョーコンプライアンスメカニズム810(図45を参照)の中のスプリング814は、ジョーコンプライアンスメカニズム810の外部コンポーネントがコンプライアンスシャフト813に対して移動することを可能にし、コンプライアンスシャフト813は、ジョー調節システム800の残りの部分に接続されている。ジョーコンプライアンスメカニズム810の中のスプリング814の強度及び構成は、ジョーコンプライアンスメカニズム810のコンプライアンス性能を決定する。
【００７７】
図46は、ジョーコンプライアンスメカニズム810を通る断面である。この例では、ジョーコンプライアンスメカニズムは、ハウジング811から構成されており、ハウジング811は、リンクピン286によって、クランプジョーアッセンブリ200のクランプハウジング201の部分に接続されている。ジョーコンプライアンスメカニズム810の内部のパーツは、キャップ812によって固定されている。ハウジング811は、中央ストップ815を備えるピストン813、及びスプリング814を含有しており、スプリング814は、中央ストップに作用し、また、一方の端部においてハウジング811に作用し、他方の端部においてキャップ812に作用する。対向するスプリング814は、乱された場合に、ピストン813を中央に集中させるように作用し、プリセットされた中立位置にメカニズムを戻す。それぞれのスプリング814の詳細は変化させられ、ツールの所望の全体的な要件に適するように、特定のピストン性能を提供することが可能である。それに加えて、ダンピングエレメント(この実施形態では示されていない)が、メカニズムに加えられ、その性能をさらにカスタマイズすることが可能である。次いで、ピストン813は、モーメントアーム803に接続されたピン806を通してジョー調節システム800の残りの部分に接続されている。
【００７８】
代替的な実施形態(図示せず)は、ベルクランク807とアイドラーギヤ805との間のアクチュエーター801及び任意のリンケージ(linkage)を省略し、相互に独立してベルクランク807及びアイドラーギヤ805を駆動するためのアクチュエーターを追加することが可能である。これは、さまざまな形状のキャプチャー特徴部を把持するためのツール980の能力をさらに増加させることとなる。
【００７９】
上記に説明されている代替的な実施形態は、ツール100が使用されている目的の要求に応じて、単独で又は任意の組み合わせで、図1のツール100の中に組み込まれ得るということが理解されることとなる。また、上記に説明されている正確な代替的な実施形態は例示的なものであり、上記に列挙されているものと同じ機能を果たすこととなる、機械的なトリガー、ショックアブソーバー、及びアクチュエーターの他の配置が存在している。
【００８０】
ここで、図1のクランピングメカニズム100の動作が説明されることとなるが、この説明は、図37から図46に示されている実施形態にも適用されるということが理解されることとなり、これらの図に示されている追加的な特徴部の動作は、大部分が上記に説明されてきたということが留意される。
【００８１】
動作時に、図1及び図4を参照すると、打ち上げ用アダプターリング502が、前方ライト154と前方レシーバー156との間に形成される前方光ビーム300を破壊するときに、信号が、コンピューターシステム600に送られ、コンピューターシステム600によって解釈される。それぞれのクランプジョーアッセンブリ200(より詳細に図29に示されている)の上の前方レシーバー156によって送られる信号の任意の相違は、コンピューターシステム600によってエラーとして解釈され、また、より広範な制御システムの一部として、リアルタイムでキャプチャーメカニズム100の位置を訂正するために使用され得る。
【００８２】
後部ライト155及び後部レシーバー157によって形成される後部光ビーム301が打ち上げ用アダプターリング502によって破壊されるまで、キャプチャーメカニズム100は、打ち上げ用アダプターリング502の上を前進させられ続ける。二つの前方光ビーム302が破壊されたままであり、且つ、後部光ビーム301のうちの少なくとも一つが破壊されている場合には、キャプチャーメカニズムは、打ち上げ用アダプターリング502を把持するために許容可能な位置にあるように構成されている。これは、トリガー140の光学的イニシエーターの活性化を促し、それによって、コンピューターシステム600は、信号を発生させ、信号は、ソレノイド161(図17)が活性化することを引き起こし、ソレノイドレバー162(図17及び図25)が回転することを引き起こし、トリガーストライカー165をトリガー140に接触させ、トリガー140が回転することを引き起こす。図25は、ソレノイドアッセンブリの分解図を示しており、ソレノイドアッセンブリは、ソレノイド161、ソレノイドレバー162、トリガーストライカー165、レバーピン164、ソレノイドピン163、及びソレノイド装着プレート160を含む。
【００８３】
トリガー140の運動を開始させるための代替的な実施形態は、機械的なイニシエーターを導入することとなり、機械的なイニシエーターは、キャプチャーメカニズムと打ち上げ用アダプターリング502又は把持されることとなる他のブラケットの物理的な接触によって活性化させられる。この機械的なイニシエーターは、接触部ロッドを含むこととなり、接触部ロッドは、ロッドがクライアントブラケットをたたくときに、接触力がトリガー140に直接的に伝達されるように、メインハウジング110に固定されている。滑り軸受、ベルクランク、及び、当技術分野で周知の機械的な力伝達の他の方法を使用することは、接触部ロッドの場所がクライアントブラケット及びキャプチャーメカニズム100の残りの部分の設計に対して最適化されることを可能にする。トリガー140を開始させるこの機械的な接触手段は、一次的なトリガー開始方法であるか、又は、電気機械的なトリガー開始方法に対する二次的な若しくはバックアップのものとして作用することが可能である。
【００８４】
トリガー140の回転を開始させるための第2の代替的な実施形態は、光学的なライトカーテンを誘導式センシング手段と交換することを伴うこととなり、誘導式センシング手段は、打ち上げ用アダプターリング502が誘導センサーの上に十分に整合されているときを検出する。
【００８５】
トリガー140が回転すると、トリガーローラー145(図13、図14、図15、及び図17)が、シアー141の面を上に回し、トリガーローラー145が、摩擦を低減させるように作用し、滑らかで繰り返し可能な解放を確実にする。図26は、シャトルプランジャー170の据え付けを示す部分分解図を示している。図11及び図26を参照すると、プランジャースプリング171及びプランジャー170は、シャトル114に取り付けられているドローバー116を押し、力を印加し、その力は、シャトル114を前方に移動させようと試みる。
【００８６】
シアー141は、シャトル114に取り付けられているトリガーバー130(図15)に接触しており、シャトル114が前方に移動することを防止している。図13、図14、図15、及び図16を参照されたい。それらは、どのようにトリガー140及びシアー141がトリガーバー130の運動に抵抗するかということを図示している。トリガーローラー145が十分に遠くに移動し、それがシアー141の回転をもはや制限しないときに、シアー141は、プランジャースプリング171によって発生させられる力によって回転させられ、シャトル114及びドローバー116が、非常に迅速に前方に自由に移動することができる。図10を参照すると、シャトル114が前方に移動するときに、それは、ガイドシャフト111の上をスライドすることによってガイドされ、摩擦は、ガイドシャフト軸受112の使用によって低減させられ、ガイドシャフト軸受112は、ガイドシャフト軸受スペーサー113によって適当に間隔を置いて配置されている。
【００８７】
もし、キャプチャーメカニズム100が、エラーでトリガーされるか、又は、クライアント宇宙船503をキャプチャーし損なう場合には、シャトル114は、前方にあまりに遠くまで進み続け、ボールスクリューナット124をたたく可能性がある(図9)。そのような条件での損傷を防止するために、ボールスクリューナット124は、二つのショックアブソーバー125を装備しており、二つのショックアブソーバー125は、失敗したキャプチャーからのシャトル114の衝撃を吸収することとなる。
【００８８】
また、図19A及び図33を参照すると、ドローバー116の前方運動は、カムフォロワーアッセンブリ240を前方に押す。カムフォロワーアッセンブリ240は、ジャーナル軸受206及び262(図29及び図31)によって、並びに、コンプライアンススプリング260によって、メインハウジング110に接続されており、ジャーナル軸受206及び262は、横方向の移動を制限するが、回転移動及び軸線方向の移動を可能にし、コンプライアンススプリング260は、極端な運動における損傷を防止し、それは、メインハウジング110にボルト締めされたクランプリテーナー261によって含有されている。
【００８９】
図19Aは、シャトル114が移動し始める瞬間のクランプジョーアッセンブリ200の構成を示している。打ち上げ用アダプターリング502は、把持されることとなる正しい位置にある。カムフォロワーアッセンブリ240が前方に移動するときに、カムローラー248は、所定のジョーカム表面302(図5)に沿って移動し、可変ジョーアッセンブリ210及びロッキングジョーアッセンブリ230を相互に向けてより近くに押し、ジョーヒンジスプリング207の付勢効果に打ち勝つ。図19Bは、プランジャースプリング171のストロークの端部におけるクランプジョーアッセンブリ200を示しており、可変ジョーアッセンブリ210及びロッキングジョーアッセンブリ230が十分に近づけられており、打ち上げ用アダプターリング502が逃げられないようになっているが、打ち上げ用アダプターリング502との実際の接触は存在していない。ここで、打ち上げ用アダプターリング502は、「ソフトキャプチャーされている」と考えられ、2段階のキャプチャーのうちの第1の自動ステップが完了する。
【００９０】
図11、図11、図26、図27、及び図28を参照すると、キャプチャーメカニズム100の中のマイクロスイッチ117(図11)は、シャトル114がそれらのそばを通るときに閉じられ、ソフトキャプチャーが実現されたという信号をコンピューターシステム600に提供する。次いで、コンピューターシステム100は、アクチュエーター180に回転するように命令し、トルクが、モーター出力ギヤ184からアイドラー185を通してボールスクリュー入力ギヤ186に伝達されるようになっており、ボールスクリュー120が回転することを引き起こす。ボールスクリュー120は、メインハウジング110の中で回転し、ボールスクリュースラスト軸受121及びボールスクリューテール軸受122(図21)によって、メインハウジング110に接続されている。また、図21に示されているように、ボールスクリュー120は、ボールナット124の中で回転し、ボールナット124は、ショックアブソーバーマウントプレート126及びナットプレート127によってシャトル114の中に固定されている。ボールナット124は、シャトル114の中で回転しないように拘束されているので、アクチュエーター180のトルクは、シャトル114に対して軸線方向の力を結果として生じさせ、シャトルを前方に移動させ続け、また、二つのカムフォロワーアッセンブリ240をさらに前方に駆動する。キャプチャーシーケンスの間のアクチュエーター180の回転の間に、アクチュエーターシャフトの回転場所は、連続的に監視され、コンピューター600の中に記憶され得る。代替的に、組み立ての間のキャリブレーションは、キャプチャーシーケンス、及び、したがって、リセットシーケンスを実施するために必要とされるアクチュエーター180のアクチュエーターシャフトの回転の数を明らかにすることとなる。
【００９１】
図19Cに示されているように、カムフォロワーアッセンブリ240がさらに前方に移動すると、ジョーカム表面302の形状が、可変ジョーアッセンブリ210及びロックジョーアッセンブリ230を相互により近くに押す。カムフォロワーアッセンブリ240の一部は、接触部246である。図19Cに示されている、「着座させられている」として規定されている位置では、ジョー210及び230は、それらが打ち上げ用アダプターリング502の外径及び内径にちょうどタッチし、接触部246が打ち上げ用アダプターリング502の面にほとんどタッチするポイントまで近づいている。アクチュエーター180がトルクを印加し続けると、カムフォロワーは、前方に移動し続け、可変ジョーアッセンブリ210及びロックジョーアッセンブリ230が、相互により近くになり続ける。打ち上げ用アダプターリングは、ロッキングジョーアッセンブリ230の上の接触部ロッド232、可変ジョーアッセンブリ210の上の接触プランジャー217、及び、カムフォロワーアッセンブリ240の上の接触部246に最終的に接触する。
【００９２】
アクチュエーター180は、カムフォロワーアッセンブリ240をさらに前方に押し続け、図19Cに示されているように、ジョーカム表面302の形状が、可変ジョーアッセンブリ210及びロックジョーアッセンブリ230を相互にさらに近くになるように押す。そうする際に、接触部ロッド232(図34)は、打ち上げ用アダプターリング502を接触プランジャー217の上に押し下げ、接触部スプリング218(図30)を圧縮する。同時に、図33の接触部246が、打ち上げ用アダプターリング502の面の中へ押し込まれ、図33の接触部スプリング245を圧縮する。所望のレベルの力が接触部スプリング218及び245の中に発生させられるとき、打ち上げ用アダプターリング502は、キャプチャーメカニズム100と打ち上げ用アダプターリング502との間の取り付けが所望のレベルの剛性を実現しており(すなわち、「リジッド化されており」)、取り付けが宇宙船安定化及び他の補修タスクの間に発生させられる荷重に抵抗することを可能にするポイントまで、完全にプリロードされていると考えられる。この条件は、図19Dに示されている。
【００９３】
二つの宇宙船の間のさらなるロックを提供するために、図34のロッキングジョーアッセンブリ230は、打ち上げ用アダプターリング502がキャプチャーメカニズム100から除去されることを物理的に防止するロックを装備している。図19Eに示されているように、カムフォロワーアッセンブリ240が、完全なプリロードが生じた位置に到達したとき、それは、一層さらに前進させられる。カムローラー248及びジョーカム表面302の組み合わせは、ジョー210及び230をさらに圧縮するようには作用しないが、ここで、ロックローラー252は、ロック235の背面の上のロックカム表面303に係合しており、ロックスプリング236(図34に示されている)の付勢効果に打ち勝ち、それが打ち上げ用アダプターリング502の移動を防止する位置へとロック235を押し込む。ここで、キャプチャーメカニズム100及び打ち上げ用アダプターリング502は、プリロードされて一緒にロックされており、2段階のキャプチャーシーケンスの第2の段階を完了する。
【００９４】
再び図19Eから図19Aを参照すると、いくつかの宇宙船の補修を可能にするために、又は、第1の試みにおいてキャプチャーされ得なかったクライアント宇宙船をキャプチャーする追加的な試みを可能にするために、キャプチャーメカニズム100は、ラッチを外され、その初期条件にリセットすることが可能である。そのように行うことは、一般的に、アクチュエーター180を反対側方向に走らせ、カムフォロワーアッセンブリ240が後部に移動することを引き起こすこととなり、ロックカム表面302及びジョーカム表面301を下って逆方向にカムローラー248を移動させ、それは、順に、ロック235が打ち上げ用アダプターリング502から離れるように付勢されることを可能にし、次いで、接触部246及び接触プランジャー217の荷重を除く。次いで、ジョーヒンジスプリングは、ジョー210及び230を打ち上げ用アダプターリング502から離れるように付勢することが可能である。図19Bと図19Aとの間の任意のポイントにおいて、キャプチャーメカニズムがロボットアーム501によって打ち上げ用アダプターリング502から離れるように操作されるということが可能である。
【００９５】
キャプチャーメカニズム100を完全にリセットするために、トリガー140は、その初期位置にリセットされていなければならない。そのようにするために、トリガーリセットレバー136の上に位置付けされているトリガーリセット爪135(図15を参照)が、トリガーバーサポート131の上のトリガー爪表面304に接触するまで、アクチュエーター180は、シャトル114をキャプチャーメカニズム100の中で後部へ押し続ける。トリガーリセットレバー136は、トリガーされていない位置において、トリガーレバーリセットスプリング146によって付勢されており、図15に示されているように、トリガーレバーリセットストップ147によって、あまりに遠くまで回転することを防止されている。シャトル114が後部に押されるとき、トリガーリセット爪135とトリガー爪表面304との間の接触が、トリガーリセットレバー136を回転させる。レバースロット305の背面に接触しているシアーリセットロッド143は、次いで、シアー141をトリガーリセットレバー135とともに回転させる。トリガー140及びトリガーローラー145は、トリガーハウジング132の中でフレキシブルに固定され、トリガースプリング142によって、トリガーされていない位置に付勢されている。トリガーローラー145が、シアー141の運動によって、邪魔にならない所へ移動させられると、トリガー140は、トリガーローラー145がシアー141の上部の上を通るまで回転し、次いで、トリガー表面306に接触することを開始する(図16を参照)。トリガー140をリセットするために、どれくらい多くのアクチュエーター180の回転が必要とされるかということを事前に知ることは、コンピューターシステム600又は人間のオペレーターが、いつトリガー140がリセットされたかということを知ることを可能にする。代替的に、位置センサー(実施形態には示されていない)が使用され、いつシアー141がトリガーされていない状態に戻ったかということを決定することが可能である。トリガースプリング142は、シアー141の上のトリガー表面306に対抗する正しい位置へとトリガー140を付勢する。
【００９６】
アクチュエーター180の回転は、もう一度逆にされ、シャトル114を前方に駆動する。シャトル114が前方に移動するときに、トリガーバー130が、シアー141の上のトリガーバー表面307に接触する。ここで、トリガーメカニズムはリセットされているが、しかし、ボールスクリューナット124は、ボールスクリューナットスロット308(図22及び図24)の中で前方に駆動され続け、シャトル114をトリガーメカニズムによって保持されたままにする。ボールスクリューナット124は、十分に前方に移動させられたので、キャプチャーメカニズム100がトリガーされるときに、シャトル114は、十分に遠くへ前方に移動し、ボールナットスクリュー124を時期尚早にたたくシャトル114によって制限されることなく、ソフトキャプチャー状態を得ることが可能である。キャプチャーメカニズム100は、ここで、完全にリセットされ、別のキャプチャーの準備ができている。
【００９７】
図1を参照すると、より幅広い範囲のクライアントを補修するために、及び、ブラケットサイズ及び位置の変形に適応するために、キャプチャーメカニズム100は、追加的な特徴部を含むことが可能である。打ち上げ用アダプターリング502の直径の相違に適応するために、二つのクランプジョーアッセンブリ200は、図29に示されているように、クランプハウジング軸受203の上に装着されている。これらの軸受203は、クランプハウジング201がメインハウジング110に対してカムフォロワーアッセンブリ240の軸線の周りに回転することを可能にする。この実施形態では、二つのクランプジョーアッセンブリ200は、独立して自由に回転することができる。クランプジョーアッセンブリ200をそれらの公称位置に維持するために、それぞれのアッセンブリ200は、リンク282によってトルクロッド284(図32)に接続されており、次いで、ブラケット281によってメインハウジング110に接続されている。トルクロッド284をブラケット281の上でセンタリングされた状態に維持するために、スプリング283が、ブラケット281の両側に位置付けされている。クランプジョーアッセンブリ200の回転は、ブラケット281の中のスロットの中のトルクロッド284のスライドによって適応され、それは、一方又は他方のスプリング283を圧縮し、それは、復元モーメントを発生させ、それは、クランプジョーアッセンブリ200を公称位置に戻す。
【００９８】
図30に示されているように、異なるプロファイル形状の打ち上げ用アダプターリング502に適応するために、可変ジョーアッセンブリ210は、2パーツ形式のジョーを組み込み、固定されたクランプヒンジプレート212は、クランプヒンジピン215によって可変ジョー214にフレキシブルに接続されている。可変ジョー214の回転は、可変ジョー214の中に機械加工された特徴部によって、所望の範囲に限定されており、クランプヒンジプレート212及び可変ジョー214は、クランプヒンジプレート212に対して、スプリング216によって、任意の所望の位置に付勢されている。可変ジョーアッセンブリ210が、既知の範囲の形状の中のさまざまなプロファイルの上で閉じられるとき、可変ジョー214の形状及び可撓性の位置は、クランプジョーアッセンブリ200全体が所定の範囲の中のさまざまな形状を正しく把持することを可能にする。
【００９９】
代替的な実施形態は、リンキングメカニズムを組み込むことが可能であり、リンキングメカニズムは、二つのクランプジョーアッセンブリ200の回転を連動させ、より幅広い範囲の打ち上げ用アダプターリング502の直径が適応され得るようになっている。打ち上げ用アダプターリング502の直径の範囲をさらに増加させるために、それぞれのブラケット281は、アクチュエーターに接続され得、アクチュエーターは、ブラケットの公称位置を変化させ、したがって、アクチュエーターは、把持されている打ち上げ用アダプターリング502の公称直径を変化させる。
【０１００】
代替的な実施形態は、別々のツールとして全体のキャプチャーメカニズム100を有しており、ロボットアーム501がそれを解放可能にグリップすることが可能であり、ロボットアームが追加的な機能を果たすことを可能にする。別々のツール実施形態は、ロボットアーム501とキャプチャーメカニズム100との間に解放可能なインターフェースを含むこととなり、機械的な力、電力、及びセンサー信号が、インターフェースを横切って伝達され得るようになっている。いくつかのそのようなインターフェースは、先行技術の中に存在しており、それらは、本発明の一部ではない。
【０１０１】
代替的な実施形態は、ビジョンシステム602及びライン生成レーザー151を削除することとなり、また、キャプチャーメカニズム100を操作するために独占的に人間の制御に依存し、上記の代替的な実施形態ごとにトリガーメカニズムを作動させるために機械的な接触に依存している。
【０１０２】
本明細書で開示されているキャプチャーメカニズムは、以下の理由のために、2013年9月26日に公開された米国特許公開第2013-0249229-A1号(以降では、'229)に開示されている宇宙船キャプチャーメカニズムよりも非常に有利である。'229に開示されているキャプチャーメカニズムは、それが最適に把持することができるという、非常に限定された範囲の目的を有しているが、本明細書で開示されているメカニズムは、それが最適に把持することができ、且つ、調節が変化させられ、ツールの使用の間に、ツールの実用性を大きく増加させることができるという、はるかに大きい範囲の目的のために設計されている。これの一つの例として、1対の把持ジョーは、構造的な特徴部を含み、構造的な特徴部は、2対の把持ジョーによって把持されているキャプチャー特徴部の上の二つの場所において、キャプチャー特徴部のサイズ及び形状の局所的な変形に適応するように構成されている。
【０１０３】
さらに、'229に開示されているメカニズムは、単一のセットの把持部材、又はジョーを有しており、それは、リジッド化動作の間にキャプチャーメカニズム全体の中に、より大きい力を結果として生じさせ、それによって、それらの力に耐えるためにより大きいサイズ及び質量の部材を必要とする。より大きくてより質量の大きい部材は、応答時間を低減させるだけでなく、より高い全体的なメカニズムのサイズ及び質量につながり、それは、宇宙船システムにとって極めて望ましくない。
【０１０４】
'229の中の単一のセットの把持部材は、限定された範囲のサイズの特徴部を最適に把持するように製造されている。この範囲は、把持部材が製造され、メカニズムの中に据え付けられると、変化させることができない。その調節機能及び実用性を増加させるために、本開示の中のメカニズムは、複数の把持メカニズムを有しており、複数の把持メカニズムは、はるかに幅広い範囲の特徴部を最適に把持するように稼働中に調節され得、それは、それぞれの把持動作のために変化させられ、ツールの実用性を大きく増加させることが可能である。
【０１０５】
それに加えて、本明細書で開示されているキャプチャーメカニズムの個々の把持部材、又は、把持ジョーの対は、また、それらの中に調節機能を有しており、調節機能は、キャプチャーメカニズムに対するそれらの予想される相対運動によって、把持部材のそれぞれが物体に最適に接触して把持することを可能にするように設計されている。これは、把持されることとなるさまざまな物体に適応するようにツールの能力を大きく強化し、ツールの実用性を増加させる。
【０１０６】
これの例として、把持ジョーのそれぞれの対のうちの少なくとも一つの把持ジョーは、遠位端部ロッキング部分を有しており、遠位端部ロッキング部分は、把持ジョーの残部にフレキシブルに装着されており、カム表面を含み、カム表面は、関連のカムフォロワーに接触しているときに、ロッキング位置へと押し込まれ、把持ジョーの中の特徴部をロックする。それに加えて、本キャプチャーメカニズムは、位置決めメカニズムを含み、位置決めメカニズムは、把持ジョーの対のそれぞれに接続されており、それは、把持される前に、把持されているキャプチャー特徴部に対して把持ジョーのそれぞれの対のポーズを変化させるように構成されている。把持ジョーのそれぞれの対が把持ジョーのすべての他の対から独立して位置決めされるように、クイック把持メカニズムは構成されている。
【０１０７】
上記の議論は、互いから間隔を置いて配置された少なくとも2対の把持ジョーを備える実施形態に関連しているということが理解されることとなるが、本開示は二つの対に限定されることを意味していないので、三つ以上の対の把持ジョーも使用される得るということが理解されることとなる。それに加えて、本開示は、単に1対の把持ジョーだけが必要とされる実施形態を包含することが可能である。本明細書で開示されている把持ジョーは、さまざまな構造特徴部を有しており、さまざまな構造特徴部は、把持ジョーがキャプチャー特徴部のさまざまなサイズ及び形状に対して調節されることを可能にする。これは、キャプチャーされている衛星が非常に小さいときに有益であることとなり、キャプチャー特徴部は、それが単に1対の把持ジョーだけによって把持するのにより適するようになっている。
【０１０８】
それに加えて、衛星は、衛星の一部として、キャプチャーシステムを備えて作り出され得る。
【０１０９】
再び図35を参照すると、キャプチャーメカニズム100に加えて、クライアント宇宙船503のキャプチャーに関係するそれらのアイテムを示すブロック図である。これらは、補修宇宙船500と、キャプチャーされることとなる打ち上げ用アダプターリング502を備えるクライアント宇宙船503と、キャプチャーメカニズム100がインターフェース接続されているロボットアーム501と、地球505(又は、宇宙ステーション又はマザーシップ(いずれにしても、遠隔操作制御の場所にある))に対する双方向の無線リンク504を提供するための通信システム506とを含む。
【０１１０】
それに加えて、補修宇宙船500は、オンボードコンピューター制御システム600(図36を参照)を含み、オンボードコンピューター制御システム600は、キャプチャーメカニズム100にインターフェース接続され得、それが、ビジョンシステム602、ロボットアーム501(二つ以上のキャプチャーメカニズム100が使用される場合)を含む、キャプチャープロセスに関与するすべてのコンポーネントを連動させることができるようになっている。また、この制御システム600は、ソフトキャプチャー又はリジッド化メカニズムの位置及び荷重状態を決定するために使用される任意のセンサーとインターフェース接続される。これらのセンサーは、(プランジャーの代わりに)クイック把持メカニズムをトリガーするために使用される接触センサー又は非接触センサーと、連続的な手段(エンコーダー又はレゾルバ)を使用して、又は、(リミットスイッチを使用して)離散的に、メカニズムの閉止の程度を決定するための位置センサーとを含むことが可能である。キャプチャーメカニズム100にインターフェース接続されているコンピューターシステム600の存在によって、キャプチャープロセスは、ローカルミッションマネージャーによって自律的に制御され得、又は、ある程度のレベルの指揮下での自律性を含むことが可能であり、純粋な遠隔操作の下にあることに加えて、混合された遠隔操作/指揮下での自律性が存在し得るようになっている。
【０１１１】
再び図36を参照すると、補修システムの一部を形成する例示的なコンピューティングシステム600が図示されている。システムは、コンピューター制御システム601を含み、コンピューター制御システム601は、クライアント衛星503の上の打ち上げ用アダプターリング502をキャプチャーする手順全体の間に、ロボットアーム501の移動を制御するように構成されてプログラムされている。
【０１１２】
また、命令及び制御システムは、キャプチャーメカニズム100の作用を制御するために、ロボットアーム501の移動を制御するように構成されている。これは、キャプチャーメカニズム100とインターフェース接続されるものと同じ命令及び制御システムであることが可能であり、たとえば、補修宇宙船の上に装着されたコンピューターであることが可能であり、それは、クライアント衛星とのアプローチ動作、キャプチャー動作/ドッキング動作、及び燃料補給動作の間に、補修衛星によって実施されることを必要とされるすべての動作を実施するためのインストラクションによってプログラムされている。また、それは、別々のコンピューターシステムであることも可能である。
【０１１３】
通信システム506は、ロボットアーム501とインターフェース接続されており、また、ビジョンシステム602(それは、一つ以上のカメラを含むことが可能である)、ロボットアーム501、及び、したがって、キャプチャーメカニズム100の(地球505からの、又は、任意の他の適切な場所からの)遠隔の動作を可能にするように構成されている。ビジョンシステム602は、キャプチャーメカニズム100の上に装着された個別のマーカーを含むことが可能である。通信システムは、ローカル自動制御又は自律制御を可能にし、また、
a)ビジョンシステム情報を宇宙船の上のロボット制御コンピューターに送り、そこで、それは、視覚情報を処理し、相対的なポーズを決定し、また、アーム/位置決めデバイスがキャプチャー500に対してキャプチャーメカニズムを位置決めすることを可能にし、及び/又は、
b)光ビーム状態及びトリガー情報を含む、キャプチャーツール情報/テレメトリーを送ることが可能である。
代替的に、それは、遠隔の場所(地球)からの遠隔操作された制御の下であることが可能であり、そこでは、ビジョンシステム情報及び他のテレメトリーがオペレーターに提供され、決定を行い、位置決めデバイス(アーム)及びキャプチャーツールの作用を制御する。
【０１１４】
一つの形態では、ビジョンシステム602は、一つ以上のビデオカメラを含むことが可能である。遠近感を改善するために、それは、レーザー距離計又はレーダーなどのような、距離測定デバイスによって補強され得る。ビジョンシステム602のカメラは、テレロボティック制御モードの中で使用され得、テレロボティック制御モードでは、地球上で、又は、他のどこかの遠隔の場所から補修作用を制御しているオペレーターが、命令及び制御コンソールにおけるディスプレイスクリーンの上で、はっきりとした作業現場の眺望を見る。代替的なモードでは、キャプチャーメカニズム100のエレメント又は打ち上げ用アダプターリング502の位置は、ステレオカメラ及びビジョンシステムのいずれかによって決定され得、ステレオカメラ及びビジョンシステムのいずれかは、3dポイントを抽出し、リング502の上のキャプチャーメカニズム100若しくは他の関連の特徴部、クライアント宇宙船503、又は、感知された6自由度座標にしたがってロボットアーム501を所望の場所へ駆動することができるキャプチャーメカニズム100の位置及び配向を決定する。キャプチャーされることとなる宇宙船に対して補修宇宙船を位置決めするという文脈において、位置という用語は、物体の配向、及び、二つの物体の間の並進ベクトル、すなわち、補修宇宙船に対するクライアント宇宙船の上のキャプチャー特徴部の相対的なポーズ全体を含むということが留意されるべきである。
【０１１５】
ステレオカメラは、スキャニング又はフラッシュライダーシステムと交換され得、測定された3-Dポイントクラウドを取得することによって、及び、燃料補給作業現場における所望の特徴又は形状の記憶されたCADモデルに基づいて、所望の物体のポーズを推定することによって、スキャニング又はフラッシュライダーシステムから、所望の6自由度座標を得ることが可能である。宇宙船が補修を受けることを意図して設計されている用途に関して、Ogilvieら(Ogilvie, A., Justin Allport, Michael Hannah, John  Lymer, "Autonomous Satellite Servicing Using the Orbital Express Demonstration Manipulator System," Proc. of the 9th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAS '08), Los Angeles, California, February 25-29, 2008)に説明されているような単純なターゲットが、関心の場所アイテムに対して、補修ロボティクスの上の単眼カメラと組み合わせて使用され得る。最後に、キャプチャーメカニズム100を位置決めするために使用されるロボットアーム又はデバイスは、キャプチャーツールとキャプチャーされているブラケットとの間の反力を測定することができる、一つ以上のセンサーを含むことが可能である。これらは、オペレーターに対して表示され、遠隔操作制御においてオペレーターを支援することが可能であり、又は、自動的な力モーメント適応制御モードで使用され得、自動的な力モーメント適応制御モードは、テレオペレーターを支援するか、又は、指揮下での自律制御モードで使用され得るかのいずれかである。
【０１１６】
上述のように、コンピューター制御システム603は、ビジョンシステム602及びロボットアーム501とインターフェース接続されている。以前に述べられた通信システム506が設けられており、通信システム506は、ロボットアーム501とインターフェース接続されており、また、ビジョンシステム602(ロボットアーム501及びキャプチャーメカニズム100)の(地球506からの、又は、任意の他の適切な場所からの)遠隔の動作を可能にするように構成されている。このタイプのシステムは、とりわけ、遠隔の制御を必要とする宇宙ベースのシステムにとって、非常に有利である。
【０１１７】
ロボットアーム501は、それ自体の埋め込みプロセッサーを所有しており、補修宇宙船コンピューターからの命令を受け取る。また、ロボットアーム501は、任意のタイプのセンサー、ゲージ、又は、他の電力を必要とするデバイスが存在する場合に、中央コンピューターからキャプチャーメカニズム100へ電力及びデータを渡す。
【０１１８】
本開示のいくつかの態様は、少なくとも部分的に、ソフトウェアにおいて具現化され得る。すなわち、ROM、揮発性のRAM、不揮発性のメモリー、キャッシュ、磁気ディスク及び光ディスク、又は、遠隔ストレージデバイスなどのような、メモリーの中に含有されているインストラクションのシーケンスを実行する、マイクロプロセッサーなどのようなそのプロセッサーに応答して、コンピューターシステム又は他のデータ処理システムにおいて、その技法が実施され得る。さらに、インストラクションは、コンパイルされてリンクされたバージョンの形態で、データネットワークを通じて、コンピューティングデバイスの中へダウンロードされ得る。代替的に、上記に議論されているようなプロセスを実施するためのロジックは、大規模集積回路(LSI)、特定用途向け集積回路(ASIC)、又は、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリー(EEPROM)などのようなファームウェアなどの、離散的なハードウェアコンポーネントなどのような、追加的なコンピューター及び/又は機械可読の媒体の中に実装され得る。
【０１１９】
図37は、コンピューター制御システム601の例示的で非限定的な実装形態を提供し、それは、命令及び制御システムの一部を形成しており、命令及び制御システムは、一つ以上のプロセッサー603(たとえば、CPU/マイクロプロセッサー)、バス609、メモリー607(それは、ランダムアクセスメモリー(RAM)及び/又はリードオンリーメモリー(ROM)を含むことが可能である)、一つ以上の内部ストレージデバイス604(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ー)、電源606、一つ以上の通信インターフェース605、並びに、さまざまな入力/出力デバイス及び/又はインターフェース608を含む。
【０１２０】
それぞれのコンポーネントのうちの一つだけが図37に図示されているが、任意の数のそれぞれのコンポーネントが、コンピューターシステム600の中に含まれ得る。たとえば、コンピューターは、典型的に、いくつかの異なるデータストレージ媒体を含有する。そのうえ、バス609は、コンポーネントのすべての間の単一の接続として示されているが、バス609は、一つ以上の回路、デバイス、又は、コンポーネントのうちの二つ以上をリンクさせる通信チャネルを表すことが可能であるということが認識されることとなる。たとえば、パーソナルコンピューターでは、バス609は、マザーボードを含むか、又は、マザーボードであることが多い。
【０１２１】
一つの実施形態では、コンピューター制御システム601は、汎用コンピューター、又は、宇宙での動作のために構成されている任意の他のハードウェア等価物であることが可能であり、又は、それを含むことが可能である。また、コンピューター制御システム601は、一つ以上の通信チャネル又はインターフェースを通してプロセッサー603に連結されている、一つ以上の物理的なデバイスとして実装され得る。たとえば、コンピューター制御システム601は、特定用途向け集積回路(ASIC)を使用して実装され得る。代替的に、ソフトウェアが、メモリーから、又は、ネットワーク接続を通じて、プロセッサーの中へロードされる場合に、コンピューター制御システム601は、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとして実装され得る。
【０１２２】
コンピューター制御システム601は、インストラクションのセットによってプログラムされ得、インストラクションのセットは、プロセッサーの中で実行されるときに、本開示で説明されている一つ以上の方法をシステムが実施することを引き起こす。コンピューター制御システム601は、示されているものよりも多くの又は少ないコンポーネントを含むことが可能である。
【０１２３】
いくつかの実施形態は、十分に機能するコンピューター及びコンピューターシステムの文脈において説明されてきたが、当業者は、さまざまな実施形態が、さまざまな形態のプログラム製品として分配され得、また、それが、分配を実際に実現するために使用されるマシン又はコンピューター可読の媒体の特定のタイプにかかわらず適用され得るということを認識することとなる。
【０１２４】
コンピューター可読媒体は、データ処理システムによって実行されるときに、システムがさまざまな方法を実施することを引き起こす、ソフトウェア及びデータを記憶するために使用され得る。実行可能なソフトウェア及びデータは、たとえば、ROM、揮発性のRAM、不揮発性のメモリー、及び/又はキャッシュを含む、さまざまな場所の中に記憶され得る。このソフトウェア及び/又はデータの一部分は、これらのストレージデバイスのうちの任意の一つの中に記憶され得る。一般に、機械可読の媒体は、マシン(たとえば、コンピューター、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、一つ以上のプロセッサーのセットを備えた任意のデバイスなど)によってアクセス可能な形態で情報を提供する(すなわち、記憶及び/又は伝達する)、任意のメカニズムを含む。コンピューター可読の媒体の例は、それに限定されないが、なかでも、揮発性のメモリーデバイス及び不揮発性のメモリーデバイス、リードオンリーメモリー(ROM)、ランダムアクセスメモリー(RAM)、フラッシュメモリーデバイス、フロッピー及び他のリムーバブルディスク、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体(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)などのような、記録可能な及び記録不能なタイプの媒体を含む。インストラクションは、搬送波、赤外線信号、デジタル信号などのような、電気的形式、光学的形式、音響的形式、又は他の形式の伝播信号に関するデジタル及びアナログ通信リンクの中で具現化され得る。
【０１２５】
また、本システムは、完全自律的動作のために構成されている。完全に自律的なシステムは、その外部環境を測定し、その外部環境に対して応答する、システムであり、完全な自律性は、外部条件に対して、又は、危険な状況を制御するために急速な意思決定を必要とする条件に対して、非常に応答性の高いシステム状態の変化を必要とする条件の下で、追及されることが多い。完全な自律性の実装は、コストがかかることが多く、また、予測不能な又は極めて不確実な環境を取り扱うことができないことが多い。指揮下での自律性は、人間のオペレーターがシステムの中で自律状態を開始させることができる状態で、応答性のある自律性ローカルコントローラーの利益を提供し、人間のテレオペレーターによって提供されるフレキシビリティーを伴う。
【図１】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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