(57)【要約】【課題】被搬送物の搬送作業を自律して行うことができる宇宙用搬送装置の提供を課題とする。【解決手段】架設されたテザーＴを軌道として移動可能な搬送コンテナ１にスラスタ２１ａを備える構成を採用した。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間における被搬送物の搬送作業を行う装置であり、
架設されたテザー又はケーブルを軌道として移動可能なコンテナに推進装置を備えたことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の宇宙用搬送装置において、
前記テザー又はケーブルを複数本備え、これらに沿って移動することを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナに配置され、前記被搬送物の荷揚げ及び荷下ろし作業を行うロボットアームと、前記コンテナの移動を制御する制御手段とが備えられていることを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナには、前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、スラスタが備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナには、前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、リニアモータが備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項６】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、車輪を回転アクチュエータにより回転させる機構が備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記テザー又はケーブルに対して磁気力を発生させることで、これらテザー又はケーブルに対して前記コンテナを非接触状態に懸架する懸架手段がさらに備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記テザーまたはケーブルに嵌合することで脱輪防止された車輪を、これらテザー又はケーブルに対して前記コンテナを懸架する懸架手段としてさらに備えることを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナを複数備え、これらコンテナ間の間隔を一定に保持すると共に、前記テザー又はケーブルに沿って同時に移動させる
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の宇宙用搬送装置において、
前記各コンテナ間の間隔を計測する測定手段として、レーザ光測距センサ、または光センサ、または磁気変位計、または等距離センサが用いられ、
前記測定手段による検出結果に基づいて、前記各コンテナ間の間隔が一定となるように前記推進装置の推進力を制御するフィードバック手段を有する
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記テザー又はケーブルからなる軌道を複数本、掛け渡し、これら軌道の交差点を分岐点として、前記コンテナが任意方向に移動方向を変更する
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナには、空荷状態及び荷積み状態における自らの重心位置を求める重心位置検出センサと、該重心位置検出センサで求められた前記重心位置に基づいて自らの重心位置を所定の位置に調整する重心位置調整手段とが備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナには、姿勢制御用ジャイロセンサを有してかつ、この姿勢制御用ジャイロセンサの検出結果に基づいて移動時に自転しないように姿勢制御する姿勢制御手段が備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、
前記コンテナには、複数自由度の加速度を計測可能な加速度センサを有し、この加速度センサの検出結果に基づいて移動時に自転しないように姿勢制御する姿勢制御手段が備えられている
ことを特徴とする宇宙用搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙空間における被搬送物の搬送作業を行う宇宙用搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、下記非特許文献１に記載されているように、太陽エネルギーを受けて発電し、これを電磁波により送電する太陽発電衛星の開発が検討されている。この種の宇宙大型構造物の構築を人手で行うとすると、数百人レベルの宇宙飛行士が必要であるため、専用機械とロボットで無人化する試みがなされている。このような専用機器・ロボットを用いることにより、浮遊モジュール間の結合や、遠距離を往復して行う作業や、飛散した部材の回収などの高度な作業が可能となるため、宇宙飛行士がＭＭＵを装着して行う作業を代行させることができ、宇宙飛行士の負担を著しく軽減させることが可能となる。
【０００３】
【非特許文献１】
町田  和雄、“太陽発電衛星におけるロボティックス”、１９９２年６月７日、ロボティクスメカトロニクス講演会（ＲＯＢＯＭＥＣ９２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような宇宙空間における大型構造物の構築に際しては、例えば浮遊モジュール間で、人手を要することなく物資をいかに受け渡しするかが、作業効率化に際しての一つの大きな課題となっており、そのための搬送手段の開発が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被搬送物の搬送作業を自律して行うことができる宇宙用搬送装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の宇宙用搬送装置は、宇宙空間における被搬送物の搬送作業を行う装置であり、架設されたテザー又はケーブルを軌道として移動可能なコンテナに推進装置を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１に記載の宇宙用搬送装置において、前記テザー又はケーブルを複数本備え、これらに沿って移動することを特徴とする。
請求項３に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１または請求項２に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに配置され、前記被搬送物の荷揚げ及び荷下ろし作業を行うロボットアームと、前記コンテナの移動を制御する制御手段とが備えられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに、前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、スラスタが備えられていることを特徴とする。
請求項５に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに、前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、リニアモータが備えられていることを特徴とする。
請求項６に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記テザー又はケーブルに沿って移動する際の推進力を自らに与える推進機構として、車輪を回転アクチュエータにより回転させる機構が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項７に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記テザー又はケーブルに対して磁気力を発生させることで、これらテザー又はケーブルに対して前記コンテナを非接触状態に懸架する懸架手段がさらに備えられていることを特徴とする。
請求項８に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記テザーまたはケーブルに嵌合することで脱輪防止された車輪を、これらテザー又はケーブルに対して前記コンテナを懸架する懸架手段としてさらに備えることを特徴とする。
請求項９に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナを複数備え、これらコンテナ間の間隔を一定に保持すると共に、前記テザー又はケーブルに沿って同時に移動させることを特徴とする。
【０００９】
請求項１０に記載の宇宙用搬送装置は、請求項９に記載の宇宙用搬送装置において、前記各コンテナ間の間隔を計測する測定手段として、レーザ光測距センサ、または光センサ、または磁気変位計、または等距離センサが用いられ、前記測定手段による検出結果に基づいて、前記各コンテナ間の間隔が一定となるように前記推進装置の推進力を制御するフィードバック手段を有することを特徴とする。
請求項１１に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記テザー又はケーブルからなる軌道を複数本、掛け渡し、これら軌道の交差点を分岐点として、前記コンテナが任意方向に移動方向を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項１２に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに、空荷状態及び荷積み状態における自らの重心位置を求める重心位置検出センサと、該重心位置検出センサで求められた前記重心位置に基づいて自らの重心位置を所定の位置に調整する重心位置調整手段とが備えられていることを特徴とする。
請求項１３に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに、姿勢制御用ジャイロセンサを有してかつ、この姿勢制御用ジャイロセンサの検出結果に基づいて移動時に自転しないように姿勢制御する姿勢制御手段が備えられていることを特徴とする。
請求項１４に記載の宇宙用搬送装置は、請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の宇宙用搬送装置において、前記コンテナに、複数自由度の加速度を計測可能な加速度センサを有し、この加速度センサの検出結果に基づいて移動時に自転しないように姿勢制御する姿勢制御手段が備えられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の宇宙用搬送装置は、宇宙空間における物資（被搬送物）の搬送作業を行う装置であり、その一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
本実施形態の宇宙用搬送装置は、前記物資を搭載する搬送コンテナ（コンテナ。以下、搬送コンテナ１と称する。）と、この搬送コンテナが移動する軌道と、前記搬送コンテナを制御するベース側制御装置とを備えて概略構成されている。なお、以下の説明においては、前記軌道としてテザーを用いた場合を例に説明するが、これに限らず、テザーを用いて架設されたケーブルを軌道として用いても良い。
【００１２】
図１及び図２に示すように、搬送コンテナ１は、前記物資を搭載する搭載部２を上下の２カ所に有する車体３と、前記軌道の一部をなすテザーＴに沿って走行する自走機構５と、空荷状態及び荷積み状態における自らの重心位置を求める重心位置検出センサ（図示せず）と、この重心位置検出センサで求められた前記重心位置に基づいて自らの重心位置を所定の位置に調整するバランサー６（重心位置調整手段）と、前記制御装置からの制御信号を受信するとともに自らの動作を制御する車載側制御装置（制御手段。図示せず。）と、各部に電力供給を行う車載バッテリと（図示せず）を備えて構成されている。なお、符号Ｈは、宇宙ステーション側に取り付けられて、搬送コンテナ１との間で物資の荷揚げ及び荷下ろしを行うロボットアームである。
【００１３】
車体３は、テザーＴを間に挟む位置に配置された一対の筺体３ａ，３ｂと、テザーＴとの干渉を避けた状態で筐体３ａ，３ｂ間を連結する連結部３ｃとを備えて構成されている。筐体３ａ，３ｂの各側面には、扉３ａ１，３ｂ１が開閉可能に取り付けられており、これら扉３ａ１，３ｂ１を開くことで、搭載部２内にアクセスすることが可能となっている。なお、扉３ａ１，３ｂ１の開閉動作は、前記車載側制御装置からの指示に基づいて、図示されない車載アクチュエータが行うものとなっている。
【００１４】
前記ロボットアームＨは、複数の関節において折曲する多関節アームＨａと、この多関節アームＨａの先端に取り付けられて前記物資を把持するロボットハンドＨｂと、これら多関節アームＨａの旋回動作及び折曲動作、ならびにロボットハンドＨｂの把持動作を行う駆動部（図示せず）とを備えている。この駆動部は、複数の電動モータやアクチュエータなどを備えており、前記車載側制御装置からの要求またはベース側制御装置からの指示に基づいて、荷揚げ及び荷下ろし作業を行うものとなっている。
【００１５】
自走機構５は、一方の筐体３ｂ側の上面に取り付けられた２個の駆動輪５ａと、これら駆動輪５ａを回転駆動する電動モータ（図示せず）と、他方の筐体３ａ側の下面に取り付けられた２個の従動輪５ｂと、これら従動輪５ｂを格納または各駆動輪５ａに向かって突出させるアクチュエータ（図示せず）とを備えて構成されている。各従動輪５ｂは、前記アクチュエータの動作により、図１及び図２に示すように各駆動輪５ａとの間に各テザーＴを挟み込む保持状態と、折り畳んでテザーＴの保持を解除した解除状態との何れかを選択することができるようになっている。各駆動輪５ａ及び各従動輪５ｂのそれぞれには、テザーＴと接する面に凹部が形成されており、この凹部内にテザーＴを嵌合させることで、脱輪防止している。
なお、前記各アクチュエータの動作は、前記車載側制御装置によって行われる。
【００１６】
前記重心位置検出センサは、例えばジャイロセンサを用いたものであり、搬送コンテナ１の走行開始時に自らに作用するモーメントを検知することで、搬送コンテナ１の重心位置を迅速かつ高精度に求めることが可能となっている。そして、求められた重心位置は、前記車載側制御装置へと伝達されるようになっている。
バランサー６は、各筐体３ａ，３ｂの各側面に設けられた複数のウェート６ａと、各筐体３ａ，３ｂに対する各ウェート６ａの高さ位置を調整するウェート駆動機構（ステッピングモータなど。図示せず。）とを備えて構成されている。
【００１７】
そして、これら重心位置検出センサ及びバランサー６により、搬送コンテナ１は、積み荷によって狂った自らの重心位置を、元の位置に復帰させることが可能となっている。すなわち、搬送コンテナ１の走行開始時に、積み荷によって変わった重心位置を前記重心位置検出センサで検出する。この検出結果は、すぐさま前記車載側制御装置へと伝達され、この車載側制御装置では、この重心位置を元の重心位置に戻すための最適な各ウェート６の配置（高さ位置）を算出する。そして、この算出結果は、前記ウェート駆動機構へと送り出され、各ウェート６の高さ位置が調整される。この各ウェート６の新たな配置により、搬送コンテナ１の重心位置が元の位置に復帰される。このようにして、搬送コンテナ１は、積み荷による姿勢の狂いを生じることなく、テザーＴに沿って安定した走行を確保することが可能となっている。
【００１８】
前記軌道は、図示を省略するが、搬送コンテナ１が物資を積み込む出発点側の第１宇宙ステーションユニットと、その送り先である目標到達点側の第２宇宙ステーションユニットとの間に架設された前記テザーＴと、このテザーＴのテンションを一定に保つ張力調整機構とを備えて構成されている。
前記ベース側制御装置は、第１宇宙ステーションユニットまたは第２宇宙ステーションユニットの何れか一方もしくは両方に配置されており、搬送コンテナ１の前記車載側制御装置と通信連絡して積み荷情報等の指示を与えることが可能となっている。
【００１９】
以上説明の構成を有する本実施形態の宇宙用搬送装置によれば、第１宇宙ステーションユニットに配置された搬送コンテナ１では、前記車載側制御装置またはベース側制御装置からの指示に基づいて、ロボットアームＨが積み荷を各搭載部２に搭載する。この荷積み作業時では、各扉３ａ１，３ｂ１を開くことで、各搭載部２にアクセスする。そして、荷積み完了時には、各扉３ａ１，３ｂ１を閉じ、搬送コンテナ１の走行時における積み荷の飛散を防止する。
その後、搬送コンテナ１は、テザーＴに沿って移動する。第２宇宙ステーションユニットに到着した搬送コンテナ１は、前記車載制御装置またはベース側制御装置からの指示に基づいて、ロボットアームＨが荷下ろし作業を行う。このようにして、荷揚げから荷下ろしまでの一連の作業が連続して行われる。
【００２０】
なお、搬送コンテナ１の搬送先が複数ある場合には、例えば図３に示すように、各搬送先に向かう複数本の軌道を交差させ、これら軌道の交差点に中継ステーション１１を設け、これを分岐点として搬送コンテナ１が任意の軌道を選択できるようにすることで対応できる。この中継ステーション１１は、第１宇宙ステーションユニットや第２宇宙ステーションユニットなど、搬送コンテナ１が往復する各宇宙ステーションユニット間との間で、各テザーＴにより接続されている。そして、この中継ステーション１１は、各テザーＴが接続されるベース１１ａと、このベース１１ａ上に各テザーＴの端部を接続するテザー固定部１１ｃと、同ベース１１ａ上に配置されて搬送コンテナ１の行き先を変えるベース側ロボットアーム１１ｂとを備えて構成されている。
【００２１】
そして、搬送コンテナ１は、この中継ステーション１１に到達すると、まず、ベース側ロボットアーム１１ｂにより捕捉される。その後、搬送コンテナ１は各従動輪５ｂを格納することで、各テザーＴの保持を解除する。その後、フリーとなった搬送コンテナ１を、ベース側ロボットアーム１１ｂが行き先（Ｒ１〜Ｒ３の何れか）に応じて新たなテザーＴへと移動させる。移動後の搬送コンテナ１は、各従動輪５ｂを再び突出させて各駆動輪５ａとの間に新たなテザーＴを挟み込むことで保持する。後は、そのテザーＴに沿って走行することで、所望の搬送先へと向かうことができる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、１台の搬送コンテナ１を走行させる場合を例に説明したが、これに限らず、例えば図４に示すように複数の搬送コンテナ１を同一のテザーＴに沿って走行させるものとしても良い。この場合、各搬送コンテナ１に相対位置検出センサ（図示せず）を設けて、この検出結果に基づいて、各搬送コンテナ１間の車間距離Ｌが常に一定となるように自走機構５の推進力を制御するフィードバック制御を前記車載側制御装置に行わせることが、衝突防止などの観点より好ましい。この場合の相対位置検出センサとしては、例えば、レーザ光測距センサ、光センサ、磁気変位計、等距離センサなどが好適に採用可能である。
【００２３】
以上説明の本実施形態の宇宙用搬送装置は、各搭載部２を有する搬送コンテナ１と、この搬送コンテナ１が移動する軌道と、荷揚げ及び荷下ろし作業、ならびに搬送コンテナ１の移動を制御する車載側制御装置とを備える構成を採用した。この構成によれば、荷積み作業、搬送作業、さらには荷下ろし作業までを連続して行えるので、積み荷の搬送作業を自律して行うことが可能となる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、自走機構５の各駆動輪５ａの回転によって搬送コンテナ１を走行させるものとしたが、これに限らず、例えば図５に示すように、軌道に沿って移動する際の推進力を自らに与えるスラスタ２１ａ（推進機構）を設けるものとしても良い。この場合には、各駆動輪５ａは不要となるので、代わりに前記従動輪５ｂを設けるだけでよい。
【００２５】
また、この他に、例えば図６に示すような走行機構も採用可能である。すなわち、前記軌道に、これが掛け渡される始点及び終点間に架設された２本のテザーＴ（このテザーＴは、一対のローラ３１間に巻帯された無端ベルト状に構成されているため、実際には１本であるが、走行路としては実質的に２本のテザーをなしている。）を備えている。そして、これらテザーＴを、始点及び終点間に沿って搬送コンテナ１をガイドするガイド用テザーＴ１（ガイド用紐状体）と、始点及び終点間でガイド用テザーＴ１に対して平行に移動する走行用テザーＴ２（移動用紐状体）とに機能を分離するとともに、走行用テザーＴ２側に搬送コンテナ１を固定部３２で固定する構成を採用している。
同様に、単純に軌道としての強度を向上させることを目的として、架設するテザーＴ（またはケーブル）の本数を複数本とし、これらに沿って搬送コンテナ１を移動させても良い。
【００２６】
また、搬送コンテナ１の走行駆動源としては、上記各例の他に、バネの付勢力、ガス圧力、油圧力、リニアモータ推進力、車輪を回転アクチュエータにより推進する推進機構などを採用しても良い。
また、上記実施形態では、テザーＴへの懸架手段として、これを機械的に把持する構成を採用したが、これに限らず、図７に示すように、非接触状態に保持する構成も採用可能である。すなわち、テザーＴに金属を用い、このテザーＴを周囲より包む筒状体３１を搬送コンテナ１側に固定し、この筒状体３１内に磁気力を発生させる電磁石３２を環状配置する。そして、これら電磁石３２に通電することで、これらとテザーＴとの間に反発力を生じせしめ、前記筒状体の中心位置にテザーＴを非接触状態に保持する（実際には、テザーＴに対して搬送コンテナ１側が固定される。）。
【００２７】
また、搬送コンテナ１は、前記各重心位置検出センサ及びバランサー６により、自らの重心位置を一定にすることを可能としているが、さらに、姿勢制御用ジャイロセンサまたは、複数自由度の加速度を計測可能な加速度センサと、姿勢制御用のスラスタとを備えて、前記加速度センサの検出結果に基づいて各スラスタを起動させ、移動時の自転を防止することで、さらなる安定した移動を確保することが可能となる。
また、上記実施形態では、テザーＴが１本の場合を例に図示して説明したが、これに限らず、複数本のテザーＴを用いても良い。
また、上記実施形態では、宇宙ステーション側にロボットアームＨを設ける構成を採用したが、これに限らず、搬送コンテナ１側に１本または複数本を設け、搬送コンテナ１と共に移動させる構成を採用しても良い。この場合においても、ロボットアームは、被搬送物の荷揚げ及び荷下ろし作業を行う。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の宇宙用搬送装置は、宇宙空間における被搬送物の搬送作業を行う装置であり、テザー又はケーブルに沿って移動可能なコンテナ及び推進装置を持つ構成を採用した。この構成によれば、コンテナに被搬送物を積み込み、さらには推進機構によって搬送先まで搬送することができるので、被搬送物の搬送作業を自律して行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の宇宙用搬送装置の一実施形態を示す図であって、その一構成要素である搬送コンテナを示す正面図である。
【図２】同宇宙用搬送装置の同搬送コンテナを示す図であり、図１のＡ方向から見た側面図である。
【図３】同宇宙用搬送装置の分岐ステーションを示す平面図である。
【図４】同宇宙用搬送装置の搬送コンテナの移動制御を説明するための側面図である。
【図５】同宇宙用搬送装置の、搬送コンテナの移動機構の変形例を説明するための図であって、その移動方向後方側から見た視図である。
【図６】同宇宙用搬送装置の、搬送コンテナの移動機構の他の変形例を説明する平面図である。
【図７】同宇宙用搬送装置の、搬送コンテナのテザー保持機構の変形例を示す図であって、（ａ）が側面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）がテザー保持機構の詳細図を示している。
【符号の説明】
１・・・搬送コンテナ（コンテナ）
２・・・搭載部
２１ａ・・・スラスタ（推進機構）
Ｔ・・・テザー（紐状体）
Ｔ１・・・ガイド用テザー（ガイド用紐状体）
Ｔ２・・走行用テザー（移動用紐状体）
【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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