(57)【要約】 【課題】  把持対象物を確実に捕獲・把持できる衛星、マニピュレータ装置、衛星の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】  サービス衛星２００のアーム２０１の先端に備えられたグリッパ２０２がレスキュー衛星１００の被把持部１０１に接触するとき、グリッパ２０２と被把持部１０１との接触力Ｒに基づき、アーム２０１を移動させる軌道を補正し、グリッパ２０２が被把持部１０１に正面から馴染むような軌道で移動させるようにした。【選択図】図３
2005205551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持対象物を把持可能なマニピュレータを備えた衛星であって、
前記マニピュレータを前記把持対象物に向けての軌道に沿って動作させるマニピュレータ制御部と、
前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に前記マニピュレータを変位させ、前記把持対象物の反跳を抑制する反跳抑制制御部と、
を備えることを特徴とする衛星。
【請求項２】
前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された前記反跳軌道に基づいて前記マニピュレータを動作させて、前記把持対象物を追尾させる反跳追尾制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の衛星。
【請求項３】
前記マニピュレータで前記把持対象物を把持した状態で前記マニピュレータを動作させて前記把持対象物を移動させるとき、前記把持対象物によって前記マニピュレータを介して前記衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成し、生成された前記軌道に沿って前記マニピュレータ制御部で前記マニピュレータを動作させる軌道生成制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の衛星。
【請求項４】
先端部に把持対象物を把持可能な把持部を備えたマニピュレータと、
前記マニピュレータを前記把持対象物に向けて接近させていき、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したとき、前記マニピュレータを前記把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、前記把持対象物に向けて並進させるマニピュレータ制御部と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項５】
前記マニピュレータ制御部は、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された前記反跳軌道に基づいて前記マニピュレータを動作させて、前記把持対象物を追尾させることを特徴とする請求項４に記載のマニピュレータ装置。
【請求項６】
前記マニピュレータ制御部は、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときの接触力と、前記マニピュレータの駆動トルク、関節角、関節角速度とに基づき、前記マニピュレータの動作を制御することを特徴とする請求項４または５に記載のマニピュレータ装置。
【請求項７】
第一の衛星で第二の衛星を捕獲するための前記第一の衛星の制御方法であって、
前記第一の衛星に備えられたマニピュレータを前記第二の衛星に向けて動作させるステップと、
前記マニピュレータが前記第二の衛星に接触したことを検出したとき、前記マニピュレータを、前記第二の衛星との接触によって前記第一の衛星に生じる回転モーメントと同一方向に回転させつつ、前記第二の衛星に向けて並進させるステップと、
前記マニピュレータと前記第二の衛星の所定の部位が正対したとき、前記マニピュレータで前記第二の衛星の前記所定の部位を把持するステップと、
を有することを特徴とする衛星の制御方法。
【請求項８】
前記マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、前記マニピュレータが前記第二の衛星に接触したときに生じる接触力に応じ、前記マニピュレータの回転および並進動作を制御することを特徴とする請求項７に記載の衛星の制御方法。
【請求項９】
前記マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、バネ−ダンパー系の要素を含むコンプライアンス制御により、前記マニピュレータの回転および並進動作を制御することを特徴とする請求項７または８に記載の衛星の制御方法。
【請求項１０】
前記第一の衛星の前記マニピュレータで前記第二の衛星を把持した後、前記マニピュレータを動作させて前記第二の衛星を移動させるとき、前記第二の衛星によって前記マニピュレータを介し前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、前記第二の衛星を移動させることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の衛星の制御方法。
【請求項１１】
第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した状態で、当該第二の衛星を移動させるときの制御方法であって、
前記第二の衛星によって前記マニピュレータを介し前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成するステップと、
生成された前記軌道に沿って前記マニピュレータを動作させることで、当該マニピュレータで把持した前記第二の衛星を移動させるステップと、
を有することを特徴とする衛星の制御方法。
【請求項１２】
前記第二の衛星を移動させるステップでは、前記第二の衛星を移動させる始点から前記マニピュレータを前記第一の衛星側に引き込んだ後、前記第二の衛星を移動させる終点に向けて前記マニピュレータを伸ばしていくことを特徴とする請求項１１に記載の衛星の制御方法。
【請求項１３】
前記軌道を生成するステップでは、前記マニピュレータの引き込み量を複数段階に変化させて、前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となる引き込み量を求めることを特徴とする請求項１２に記載の衛星の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星、マニピュレータ装置、衛星の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロケットや衛星の商業化が進んでいる。しかし、衛星を、所定の軌道に投入するのを失敗すると、その損失は莫大な金額となるのは周知の通りであり、これが商業化の妨げともなっている。
このため、従来より、衛星を所定の軌道に確実に投入するべく、様々な技術が鋭意開発されてはいるものの、その確率を１００％とするのは非常に困難である。
【０００３】
そこで、所定の軌道への投入を失敗した衛星（以下、これをレスキュー衛星と適宜称する）を、他の衛星（以下、これをサービス衛星と適宜称する）によって軌道への再投入を行う、「軌道再投入サービス」が注目されている。
このサービスは、サービス衛星に備えたマニピュレータ等によりレスキュー衛星を捕獲し、レスキュー衛星に対して所要のメンテナンスを行い、軌道への再投入を可能とするものである。
【０００４】
ところで、宇宙空間においては、重力環境等が地上とは大きく異なるため、これらの環境の相違を考慮しなければならず、宇宙空間で用いられるマニピュレータ等のロボットの制御においても各種の工夫がなされている（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９３２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、サービス衛星に備えたマニピュレータでレスキュー衛星を捕獲する際、宇宙空間では、レスキュー衛星が物理的に非拘束、または拘束力が弱い状態にある。このためマニピュレータがレスキュー衛星に当たると、レスキュー衛星が弾き飛ばされ、捕獲が困難になることがある。
【０００７】
また、レスキュー衛星を捕獲した後、マニピュレータを動作させてレスキュー衛星を移動させることがあるが、拘束力の少ない宇宙空間では、アームの動作がレスキュー衛星やサービス衛星の姿勢に大きな影響を及ぼすこともある。このため、マニピュレータの動作に呼応して、ジャイロやスラスタ等のアクチュエータで姿勢制御を実施しているが、その制御も複雑であり、またエネルギーリソースも限られていることから最小の消費エネルギーでの姿勢制御が要求されている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、把持対象物を確実に捕獲・把持できる衛星、マニピュレータ装置、衛星の制御方法を提供することを目的とする。
また、他の目的は、物理的な拘束力が弱い状態において、最小の消費エネルギーで姿勢制御を行うことのできる衛星、衛星の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもとになされた本発明の衛星は、把持対象物を把持可能なマニピュレータを備えた衛星であって、マニピュレータを把持対象物に向けての軌道に沿って動作させるマニピュレータ制御部と、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向にマニピュレータを変位させ、把持対象物の反跳を抑制する反跳抑制制御部と、を備えることを特徴とする。
把持対象物の反跳を抑制するには、反跳抑制制御部にて、マニピュレータを把持対象物に向けて接近させていき、マニピュレータが把持対象物に接触したとき、マニピュレータを把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、把持対象物に向けて並進させるのが好ましい。
また、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された反跳軌道に基づいてマニピュレータを動作させて、把持対象物を追尾させる反跳追尾制御部をさらに備えることもできる。カメラや画像処理等を用い、把持対象物を追尾することも可能ではあるが、画像処理等が把持対象物の動きに追いつかない可能性がある。そこで、マニピュレータが把持対象物に接触したときの接触力、把持対象物の位置、姿勢、動き等に基づき、把持対象物の反跳軌道を予測し、把持対象物を追尾するのである。
さらに、マニピュレータで把持対象物を把持した状態でマニピュレータを動作させて把持対象物を移動させるとき、把持対象物によってマニピュレータを介して衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成し、生成された軌道に沿ってマニピュレータ制御部でマニピュレータを動作させる軌道生成制御部をさらに備えることもできる。このようにすれば、衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、把持対象物を移動させることができる。
【０００９】
本発明は、先端部に把持対象物を把持可能な把持部を備えたマニピュレータと、マニピュレータを把持対象物に向けて接近させていき、マニピュレータが把持対象物に接触したとき、マニピュレータを把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、把持対象物に向けて並進させるマニピュレータ制御部と、を備えることを特徴とするマニピュレータ装置として捉えることもできる。
このようなマニピュレータ装置は、上記したような衛星に備えることができる。また、衛星に限らず（もちろん宇宙空間で使用するものに限らない）、様々な装置にこのマニピュレータ装置を備えることもできる。これにより、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物が弾き飛ばされるのを抑止できる。
また、この場合も、マニピュレータ制御部は、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された反跳軌道に基づいてマニピュレータを動作させて、把持対象物を追尾させることもできる。
このような制御を行うにあたり、マニピュレータ制御部は、マニピュレータが把持対象物に接触したときの接触力と、マニピュレータの駆動トルク、関節角、関節角速度とに基づき、マニピュレータの動作を制御することができる。
【００１０】
本発明は、衛星の制御方法、より詳しくは第一の衛星で第二の衛星を捕獲するための第一の衛星の制御方法として捉えることもできる。この方法は、第一の衛星に備えられたマニピュレータを第二の衛星に向けて動作させるステップと、マニピュレータが第二の衛星に接触したことを検出したとき、マニピュレータを、第二の衛星との接触によって第一の衛星に生じる回転モーメントと同一方向に回転させつつ、第二の衛星に向けて並進させるステップと、マニピュレータと第二の衛星の所定の部位が正対したとき、マニピュレータで第二の衛星の所定の部位を把持するステップと、を有することを特徴とする。
そして、マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、マニピュレータが第二の衛星に接触したときに生じる接触力に応じ、マニピュレータの回転および並進動作を制御するのが好ましい。
また、マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、バネ−ダンパー系の要素を含むコンプライアンス制御により、マニピュレータの回転および並進動作を制御することもできる。これにより、マニピュレータが第二の衛星に接触したときに第二の衛星が弾き飛ばされるのを抑制することができる。
さらに、この方法では、第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した後、マニピュレータを動作させて第二の衛星を移動させるとき、第二の衛星によってマニピュレータを介し第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、第二の衛星を移動させることもできる。
【００１１】
本発明は、第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した状態で、第二の衛星を移動させるときの衛星の制御方法として捉えることもでき、この方法は、第二の衛星によってマニピュレータを介し第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成するステップと、生成された軌道に沿ってマニピュレータを動作させることで、マニピュレータで把持した第二の衛星を移動させるステップと、を有することを特徴とすることができる。
第二の衛星を移動させるステップでは、第二の衛星を移動させる始点からマニピュレータを第一の衛星側に引き込んだ後、第二の衛星を移動させる終点に向けてマニピュレータを伸ばしていくことで、第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を実現できる。
このような軌道を生成するステップでは、マニピュレータの引き込み量を複数段階に変化させて、第一の衛星に作用するモーメントが最小となる引き込み量を求めるのが好ましい。このように、引き込み量のみを変動パラメータとすることで、最適な軌道を短時間で容易に求めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、宇宙空間のような物理的な拘束力が弱い状態においても、把持対象物の反跳を抑制したり、追尾したりすることで、把持対象物を確実に捕獲・把持することが可能となる。
また、物理的な拘束力が弱い状態においてマニピュレータで把持した物体を移動させるとき、最小の消費エネルギーで姿勢制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるレスキュー衛星（把持対象物、第二の衛星）１００と、サービス衛星（衛星、第一の衛星）２００のモデルの例を説明するための図である。
図１（ａ）に示すように、レスキュー衛星１００は、その外周面にＰＡＦ等と称される、被把持部１０１を有している。
一方、図１（ｂ）に示すように、サービス衛星２００は、複数の関節を有したマニピュレータアーム（以下、単にアームと称する：マニピュレータ）２０１を有し、アーム２０１の先端部には、被把持部１０１を把持できるグリッパ２０２を備えている。
【００１４】
図２は、サービス衛星２００のアーム２０１を制御するための構成を示すブロック図である。
この図２に示すように、アーム２０１の関節部分を駆動するモータ２０３、２０４、２０５と、グリッパ２０２は、制御部（図２中では「ＰＣ」：マニピュレータ制御部）２１０によってその動作が制御されるようになっている。モータ２０３、２０４、２０５は、それぞれのドライバ２０６、２０７、２０８によってその駆動がコントロールされ、またエンコーダ２０９によってその動作量が検出されるようになっている。一方、グリッパ２０２は、グリッパコントローラ２１１によって、その開閉がコントロールされるようになっている。
【００１５】
制御部２１０では、アーム２０１に生じる力を検出する力センサ２２０の検出値と、サービス衛星２００の角速度を検出するジャイロ２２１の検出値と、捕獲対象のレスキュー衛星１００を撮像するカメラ２２２での像と、キーボード２２３から入力された指令とに基づき、予めインプットされたプログラムに基づき、アーム２０１のモータ２０３、２０４、２０５と、グリッパ２０２とを制御する。
【００１６】
具体的には、サービス衛星２００では、レスキュー衛星１００を捕獲する際、反跳抑制制御と、反跳追尾制御を実行する。
図３に示すように、反跳抑制制御とは、アーム２０１の先端に備えられたグリッパ２０２がレスキュー衛星１００の被把持部１０１に（斜めから）接触するとき、グリッパ２０２が被把持部１０１に正面から馴染むような軌道で移動させるものである。詳しくは、図３（ａ）に示すように、グリッパ２０２が被把持部１０１に斜めから接触すると、グリッパ２０２は被把持部１０１との接触部分から接触力Ｒを受け、この接触力Ｒによって、回転モーメントＭ１が発生する。そこで、この回転モーメントＭ１と同一方向に反跳抑制軌道を生成し、これに沿ってグリッパ２０２を動作させるのである。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、反跳抑制軌道により、グリッパ２０２は、回転モーメントＭ１と同一方向に回転する動作Ａ１と、被把持部１０１に向けて並進する動作Ａ２とを並行して行い、これによって、図３（ｄ）に示すように、やがてグリッパ２０２と被把持部１０１が正対した状態となり、面で接触し、回転モーメントＭ１が発生しない状態となる。この状態で、グリッパ２０２を閉じ、被把持部１０１を把持することで、レスキュー衛星１００を捕獲するのである。
【００１７】
一方、反跳追尾制御は、図４に示すように、グリッパ２０２との接触力Ｒによってレスキュー衛星１００の中心に作用する外力Ｐ（回転モーメントを含む）を推定することにより、レスキュー衛星１００の動きを推定し、これを追いかけるようにアーム２０１およびグリッパ２０２を動作させるのである。
【００１８】
図５は、このような反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための、制御部２１０における制御システムの構成を示すブロック図である。
ここで、制御部２１０における制御システムは、アーム２０１の動作制御を行うアーム動作制御ブロック（マニピュレータ制御部）２３０と、反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための処理を行う反跳制御処理ブロック（反跳抑制制御部、反跳追尾制御部、軌道生成制御部）２４０と、を備えている。
アーム２０１は、通常（レスキュー衛星１００に接触していない状態）では、所定のプログラムによって作成されたアーム先端目標軌道に基づき、目標位置Ｔ（レスキュー衛星１００の被把持部１０１）に向けて、グリッパ２０２が接近するように動作する。このとき、エンコーダ２０９での検出値によって、アーム２０１の各軸の角度が検出され、これに基づいてアーム２０１の先端位置が把握される。これに基づき、アーム動作制御ブロック２３０において、位置比例制御、逆ヤコビ行列、角度比例制御等といった所定のアーム制御処理を行うことでアーム２０１の各軸の目標角速度が算出され、ドライバ２０６、２０７、２０８に対して伝達される。すると、ドライバ２０６、２０７、２０８は、伝達された目標角速度に応じ、アーム２０１の各軸のモータ２０３、２０４、２０５を駆動し、これによって、アーム２０１が、作成されたアーム先端目標軌道に沿って動作するようになっている。
このとき、カメラ２２２で撮影した像をコントローラ２２４（図１参照）で画像処理することで機能する視覚センサ２２６によって、目標となるレスキュー衛星１００の被把持部１０１の位置を認識し、これに基づいて、アーム２０１の先端の目標位置Ｔを補正する。
【００１９】
サービス衛星２００がレスキュー衛星１００に接触すると、レスキュー衛星１００から接触力を受ける。力センサ２２０で検出されたアーム２０１に生じる力、およびジャイロ２２１で検出されたサービス衛星２００の角速度によって、サービス衛星２００がレスキュー衛星１００に接触したことを検出すると、制御切替スイッチ２５０が切り替わり、反跳制御処理ブロック２４０が機能する。反跳制御処理ブロック２４０では、力センサ２２０でのアーム２０１に生じる力の検出値、およびジャイロ２２１でのサービス衛星２００の角速度の検出値に基づき、上記したような反跳抑制制御、反跳追尾制御を行う。
【００２０】
図６は、反跳制御処理ブロック２４０における反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための機能構成を示すブロック図である。
この図６に示すように、反跳制御処理ブロック２４０では、エンコーダ２０９で検出するアーム２０１の角度α、力センサ２２０で検出するグリッパ２０２（以下、これを手先と適宜称することがある。）で受ける応力（接触力）、アーム動作制御ブロック２３０で算出されるアーム２０１の各軸の目標角速度αｒｄ、ジャイロ２２１で検出されるサービス衛星２００の回転角速度ｗｓおよび回転角度ｔｈｓを入力とし、コンプライアンス制御ブロック２４１で所定のコンプライアンス制御を行うことで、反跳抑制制御を行う。
【００２１】
コンプライアンス制御ブロック２４１では、力センサ２２０でアーム２０１に生じる接触力Ｆｅａｅを検出すると、受けた力の方向にアーム２０１を自動的に変位させ、なじませるためのアーム手先目標位置姿勢con_targetを次式により算出する。
【００２２】
【数１】
2005205551.tif 000003
【００２３】
ここで、Ｋはマスバネダンパ系のバネ、Ｃはダンパ要素を示す。コンプライアンス制御の適用により、アーム２０１は手先と接触点の間にＣ、Ｋ相当のバネダンパがあるかのようにふるまう。パラメータ設定の指針としては，接触時のレスキュー衛星１００の運動エネルギーを奪うようにすること、強い衝撃を与えずにゆっくりとなじませることを考慮し、Ｋはなるべく小さくしてＣを主体に調整するのが好ましい。
【００２４】
このようにして、反跳制御処理ブロック２４０では、コンプライアンス制御ブロック２４１により、レスキュー衛星１００との接触により受けた力の方向にアーム２０１を自動的に変位させ、なじませるためのアーム手先目標位置姿勢con_targetを求めることで反跳抑制制御を行う。
そして、接触力Ｆｅａｅが小さくなるに従い、アーム２０１の変位量も小さくなり、最終的に接触力Ｆｅａｅがゼロとなった時点で、アーム２０１の変位もゼロとなり、これによってアーム２０１の先端のグリッパ２０２とレスキュー衛星１００の被把持部１０１とが正対して静止した状態となるので、この状態でグリッパ２０２を作動させることで、レスキュー衛星１００を把持できる。
【００２５】
ところで、コンプライアンス制御で入力とする接触力Ｆｅａｅにはセンサノイズ等の誤差要因が多く含まれている。また、なじませるべきアーム２０１の先端に対して力センサ２２０が離れたところに取り付けられている場合、コンプライアンス制御がうまく作用しない。このような問題の解消のため、カルマンフィルタ２４２により接触力Ｆｅａｅを推定し、推定結果をコンプライアンス制御の入力とすることもできる。カルマンフィルタ２４２の推定式を以下に示す。
【００２６】
【数２】
2005205551.tif 000004
【００２７】
ここで、入力ｕｓとしては、ここでは、接触力Ｆｅａｅと、アーム角度目標値と角速度目標値から求めた駆動トルクを用いるようにしたが、これに代えて、接触力Ｆｅａｅとアーム２０１の駆動トルクを定義しても良い。
これにより、カルマンフィルタ２４２により接触力Ｆｅａｅを推定し、これに基づいてサービス衛星２００の位置姿勢を推定することもできる。そして、これに基づき、アーム２０１の先端の目標位置Ｔを補正することができる。
【００２８】
さて、制御部２１０では、レスキュー衛星１００を追尾するために、視覚センサ２２６を用いている。視覚センサ２２６が正確にレスキュー衛星１００の動きを計測可能であれば問題ないが、精度要求が厳しくなるほどサンプリング周期も遅くなる。さらに接触時（接近時）にはカメラ２２２での撮像視野も狭くなる（カメラ２２２自体の撮像視野角度は固定であるが、撮像された像においてレスキュー衛星１００が相対的に大きくなるため、撮像視野（範囲）が狭くなる）。このため、レスキュー衛星１００の被把持部１０１にサービス衛星２００のアーム２０１が接触し、双方の間に接触力が発生した後では、レスキュー衛星１００の動きの計測処理が追いつかなかったり、レスキュー衛星１００の被把持部１０１がカメラ２２２での撮影レンジ外になったりして、計測不能、つまりレスキュー衛星１００を追尾できなくなることも考えられ、視覚センサ２２６の情報だけでレスキュー衛星１００を追尾するのは困難である。
そこで、反跳制御処理ブロック２４０では、アーム２０１がレスキュー衛星１００に接触した際に弾かれるレスキュー衛星１００の動きを、力センサ２２０の検出値からカルマンフィルタ２４３により推定し、反跳追尾制御を行うことができる。これには、グリッパ２０２との接触力Ｒによってレスキュー衛星１００の中心に作用する外力Ｐを推定することにより、レスキュー衛星１００の動きを推定する。このときにカルマンフィルタ２４３において用いる推定式を〔数３〕に示す。
【００２９】
【数３】
2005205551.tif 000005
【００３０】
このようにして、カルマンフィルタ２４３により、レスキュー衛星１００の動きを力センサ２２０の検出値から推定し、視覚センサ２２６の情報（補正量）をさらに補正してアーム２０１の手先の目標値han_targetを算出し、これに基づいてアーム２０１を動作させることで、レスキュー衛星１００を追尾することができるのである。
【００３１】
上記のように、反跳制御処理ブロック２４０から出力される補正値を加味し、アーム２０１の先端の目標位置Ｔを補正しながら、アーム２０１を動作させることで、レスキュー衛星１００の被把持部１０１が弾き飛ばされることなく、グリッパ２０２で確実に把持・捕獲することができるのである。
【００３２】
ところで、通常、視覚センサ２２６では、レスキュー衛星１００を撮像し、得られた画像を画像処理することで、被把持部１０１の位置等を認識しているが、例えば、図７（ａ）に示すように、レスキュー衛星１００にＬＥＤや突起等の目標物１０２を設け、この目標物１０２を視覚センサ２２６で認識することもできる。この場合、目標物１０２は少なくとも２個一対で形成されていれば、図７（ｂ）に示すように、視覚センサ２２６で、目標物１０２に対する角度、距離等を認識できる。このような構成を採用できる場合、高解像度での画像処理が必要な場合に比較し、視覚センサ２２６を遥かに低コストなもので済ますことが可能となる。
【００３３】
さて、上記のようにして、反跳追尾制御・反跳抑制制御を行うことによって、サービス衛星２００でレスキュー衛星１００を捕獲した後、アーム２０１を動作させてレスキュー衛星１００を移動させることがある。この場合、拘束力の少ない宇宙空間では、アーム２０１の動作がレスキュー衛星１００、サービス衛星２００の姿勢に大きな影響を及ぼす。
図８に示すように、位置（１）から位置（２）に把持したレスキュー衛星１００を移動させる場合、図８（ａ）に示すように最短距離となるように直線的に移動させたのでは、アーム２０１の先端にある物体を振ることになり、サービス衛星２００に過大なモーメントが発生し、姿勢変化が生じてしまう。
これに対し、本実施の形態のサービス衛星２００では、位置（１）から位置（２）にレスキュー衛星１００を移動させるに際し、図８（ｂ）に示すように、移動途中でアーム２０１を縮めてレスキュー衛星１００をアーム２０１の根元側に引き寄せるような軌道でレスキュー衛星１００を移動させることで、サービス衛星２００に生じるモーメントを小さくするのである。
このため、制御部２１０においては、図９に示すように、レスキュー衛星１００の初期位置（１）から目標位置（２）までの軌道を、平面状において例えば２次曲線状となるようにした。そして、アーム２０１の先端部の移動速度は定格速度とし、また変曲点（３）におけるアーム２０１の先端部の速度を固定したものとし、制御部２１０では、レスキュー衛星１００の引き込み距離Ｌのみを変化させて複数の軌道を生成する。そして、これら複数の軌道について、それぞれ、消費エネルギー、つまりアーム２０１を動作させてレスキュー衛星１００を移動させることで発生するモーメント(これを姿勢制御モーメントと称する)を算出する。その結果、姿勢制御モーメントが最小となる軌道を、レスキュー衛星１００を移動させるためのアーム２０１の軌道とするのである。
【００３４】
図１０は、このように、引き込み距離Ｌのみを変化させた場合の姿勢制御モーメントの比較結果の例を示すものである。この図１０の結果の場合、引き込み距離Ｌを３０ｃｍとすると、姿勢制御モーメントが最も小さくなっている。
【００３５】
このようにして求めた、姿勢制御モーメントが最小となる軌道を、レスキュー衛星１００を移動させるためのアーム２０１の軌道とし、制御部２１０でアーム２０１の動作を制御することで、消費エネルギーを最小とすることができるのである。
このような手法は、非ホロノミック制御手法等に比較して計算処理が簡易であり、時間もかからないという大きなメリットがある。
【００３６】
また、上記実施の形態では、力センサ２２０で検出される接触力Ｆｅａｅによってアーム２０１が受ける負荷を検出するようにしたが、アーム２０１の各関節のモータ２０３、２０４、２０５を駆動する駆動電流値から、アーム２０１の先端部に作用する負荷を推定することもできる。この場合、宇宙の厳しい環境で使用可能な力センサ２２０を調査選定する必要がなくなり、また駆動電流値とアーム２０１の駆動トルクはほぼ比例関係にあるため、複雑な信号処理が不要になる、という利点がある。
さらに、力センサ２２０を用いず、アーム２０１の各関節の角速度から、アーム２０１の先端部に作用する負荷を推定することもできる。この構成は、上記駆動電流値のノイズが大きく、アーム２０１先端部の負荷が高精度に推定できない場合に有効である。また、駆動電流値や、関節角速度による推定値を、力センサ２２０での検出値を検証するために用いることも可能である。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、反跳抑制、反跳追尾を行うため、図６に示したような、コンプライアンス制御、カルマンフィルタを用いた手法を用いたが、これに限るものではなく、適宜他の手法を用いることも可能である。
また、レスキュー衛星１００やサービス衛星２００自体の構成については何ら限定する意図はなく、被把持部１０１やアーム２０１、グリッパ２０２等についても、適宜他の構成に変更することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施の形態におけるレスキュー衛星、サービス衛星の概略的な構成を示す図である。
【図２】サービス衛星のマニピュレータアームを制御するための構成を示すブロック図である。
【図３】反跳抑制制御によるアームの動作を示す図である。
【図４】反跳追尾制御を行うために推定が必要な、レスキュー衛星に生じている外力を示すための図である。
【図５】アームの動作制御、反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための構成を示すブロック図である。
【図６】アームの反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための構成を示すブロック図である。
【図７】レスキュー衛星の被把持部を把持する際に、レスキュー衛星の位置・姿勢を認識するための目標物の例である。
【図８】レスキュー衛星を把持したままアームを移動させる状態を示す図であり、（ａ）は直線的にレスキュー衛星を移動させる場合の例、（ｂ）は、消費エネルギーを最小とする場合のレスキュー衛星の軌道を示す図である。
【図９】姿勢制御モーメントを最小とするための、２次曲線状の軌道の例である。
【図１０】引き込み量を変化させたときの姿勢制御モーメントの違いを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…レスキュー衛星（把持対象物、第二の衛星）、１０１…被把持部、２００…サービス衛星（衛星、第一の衛星）、２０１…アーム（マニピュレータ）、２０２…グリッパ、２０９…エンコーダ、２１０…制御部（マニピュレータ制御部）、２１１…グリッパコントローラ、２２０…力センサ、２２６…視覚センサ、２３０…アーム動作制御ブロック（マニピュレータ制御部）、２４０…反跳制御処理ブロック（反跳抑制制御部、反跳追尾制御部、軌道生成制御部）、２４１…コンプライアンス制御ブロック、２４２…カルマンフィルタ、２４３…カルマンフィルタ、２５０…制御切替スイッチ
【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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