(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙で連結される宇宙機器のうちの一方の宇宙機器に設けられて他方の宇宙機器の複数箇所に装備された連結ピンを把持する複数のクランプを備えた宇宙機器の連結装置において、複数のクランプ同士の間隔と複数箇所に装備された連結ピン同士の間隔との寸法誤差を吸収する誤差吸収機構を複数のクランプにそれぞれ設け、クランプは、Ｘ−Ｙ平面上において方形の四隅に配設され、かつ、一方の対角線上に位置する２個のクランプは他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＸ方向の連結ピンを把持すると共に、他方の対角線上に位置する２個のクランプは他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＹ方向の連結ピンを把持し、４個のクランプのうちのいずれか３個のクランプの誤差吸収機構は、連結ピンの把持時において連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動を許容する２方向誤差吸収機構としてあると共に、４個のクランプのうちの残りの１個のクランプの誤差吸収機構は、連結ピンの把持時において連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動ならびに径方向の微動を許容する３方向誤差吸収機構としてあることを特徴とする宇宙機器の連結装置。
【請求項２】
２方向誤差吸収機構は、略半球状をなし平面側に連結ピンと摺動可能に係合するピン溝を有する２方向可動ボールと、２方向可動ボールを球面対偶をなして支持してピン溝のヨー方向の微回動を許容した２方向ボール受を具備し、３方向誤差吸収機構は、略半球状をなし平面側に連結ピンと偏心状態で摺動可能に係合するピン溝を有する３方向可動ボールと、３方向可動ボールを球面対偶をなして支持してピン溝のヨー方向および径方向の微回動を許容した３方向ボール受を具備している請求項１に記載の宇宙機器の連結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙空間において宇宙機器を連結するのに利用される宇宙機器の連結装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したような宇宙空間において宇宙機器を連結する連結装置としては、例えば、２個の宇宙機器のうちの一方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上において方形の四隅に配設されて他方の宇宙機器の４箇所に装備されたトラニオン（連結ピン）を把持する４個のクランプを備えたものがあり、４個のクランプのうちの一方の対角線上に位置する２個のクランプが他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＸ方向のトラニオンを把持し、他方の対角線上に位置する２個のクランプが他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＹ方向のトラニオンを把持することによって、一方の宇宙機器と他方の宇宙機器との連結がなされるようになっている（図１参照）。
【０００３】
この場合、図６に示すように、この宇宙機器の連結装置におけるクランプ１００は、Ｖ字溝１０１ａを具備したベースプレート１０１と、ベースプレート１０１におけるＶ字溝１０１ａの両側に位置して図示しないモータにより駆動される一対の回動爪１０２，１０２と、ベースプレート１０１におけるＶ字溝１０１ａの最深部分に位置して一対の回動爪１０２，１０２との間でトラニオン１１０を挾み込んで把持するＶ字状ピン受１０３を備えており、このＶ字状ピン受１０３は、図示上方向に付勢された状態で図示縦軸回りに微回動可能でかつ上下方向に微動可能に支持されている。
【０００４】
上記した宇宙機器の連結装置は、特開平５−２５４４９８号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の宇宙機器の連結装置において、一方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上において方形の四隅に配設したクランプ１００のＶ字状ピン受１０３は、図６縦軸回りに微回動可能でかつ上下方向に微動可能に支持されているだけなので、クランプ１００およびトラニオン１１０の各々の製造工程や組み付け工程において寸法精度にばらつきが生じたり、クランプ１００およびトラニオン１１０に軌道上における熱変形に伴う寸法変化が生じたりした場合には、Ｖ字状ピン受１０３とトラニオン１１０との間の相対的な位置ずれが発生してしまい、２個の宇宙機器を連結することが困難になる可能性がないとは言えないうえ、この状態で２個の宇宙機器を無理に連結しようとすると、トラニオン１１０を把持するクランプ１００に変形を伴うような負荷がかかるため、連結に大きな力を必要とすると共に、連結後の他方の宇宙機器に大きな姿勢のばらつき、例えば、両宇宙機器間に設けたアンビリカルコネクタのソケットとプラグとの間にに大きな位置ずれが生じてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、宇宙で連結される宇宙機器のうちの一方の宇宙機器に設けた複数のクランプ同士の間隔と、他方の宇宙機器の複数箇所に装備された連結ピン同士の間隔との間に寸法誤差が生じた場合であったとしても、多大な力を必要とすることなく２個の宇宙機器を確実に連結することが可能であり、加えて、連結後における他方の宇宙機器の姿勢のばらつきを極力少なく抑えることができる宇宙機器の連結装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、宇宙で連結される宇宙機器のうちの一方の宇宙機器に設けられて他方の宇宙機器の複数箇所に装備された連結ピンを把持する複数のクランプを備えた宇宙機器の連結装置において、複数のクランプ同士の間隔と複数箇所に装備された連結ピン同士の間隔との寸法誤差を吸収する誤差吸収機構を複数のクランプにそれぞれ設け、クランプは、Ｘ−Ｙ平面上において方形の四隅に配設され、かつ、一方の対角線上に位置する２個のクランプは他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＸ方向の連結ピンを把持すると共に、他方の対角線上に位置する２個のクランプは他方の宇宙機器のＸ−Ｙ平面上におけるＹ方向の連結ピンを把持し、４個のクランプのうちのいずれか３個のクランプの誤差吸収機構は、連結ピンの把持時において連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動を許容する２方向誤差吸収機構としてあると共に、４個のクランプのうちの残りの１個のクランプの誤差吸収機構は、連結ピンの把持時において連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動ならびに径方向の微動を許容する３方向誤差吸収機構としてある構成としており、この宇宙機器の連結装置の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の請求項２に係わる発明において、２方向誤差吸収機構は、略半球状をなし平面側に連結ピンと摺動可能に係合するピン溝を有する２方向可動ボールと、２方向可動ボールを球面対偶をなして支持してピン溝のヨー方向の微回動を許容した２方向ボール受を具備し、３方向誤差吸収機構は、略半球状をなし平面側に連結ピンと偏心状態で摺動可能に係合するピン溝を有する３方向可動ボールと、３方向可動ボールを球面対偶をなして支持してピン溝のヨー方向および径方向の微回動を許容した３方向ボール受を具備している構成としている。
【００１０】
ここで、本発明の請求項１に係わる宇宙機器の連結装置の理論的な説明を行うと、まず、図５に示すように、方形の四隅に配設したクランプに相当する４点Ｐ１〜Ｐ４と、これらの点Ｐ１〜Ｐ４を通過する他方の宇宙機器に装備された連結ピンに相当する直線Ｌ１〜Ｌ４を同一平面上に設定する。
【００１１】
今、点Ｐｉ（ｉ＝１〜４）が点Ｐ´´ｉ（ｉ＝１〜４）へ変位し、直線Ｌｉ（ｉ＝１〜４）が直線Ｌ´ｉ（ｉ＝１〜４）へ変位したとして、直線Ｌ´ｉが再び点Ｐ´´ｉを通るようにするための関係式は、回転および並進の座標変換により数式１として得ることができる。
【００１２】
【数式１】
0003865464.tif 000002
【００１３】
この場合、数式１の前項は回転成分を表わし、後項は並進成分を表わしている。また、前項のεｉは数式２で表わされ、直線Ｌ´ｉの方向を示している。
【００１４】
【数式２】
0003865464.tif 000003
【００１５】
上記数式１から求められるのは、θ，Δｘ，Δｙおよびλｉであり、θ，Δｘ，Δｙおよびλｉが一義的に決定可能となるのは、点Ｐｉのうちの任意に選んだ３点（４個のクランプのうちのいずれか３個のクランプ）からのみである。
【００１６】
つまり、点Ｐｉのうちの残りの１点（４個のクランプのうちの残りの１個のクランプ）は、それ自体が並進して対応する直線Ｌｉまで移動することが必要であり、これが４個のクランプのうちの残りの１個のクランプの誤差吸収機構を
連結ピンの把持時において連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動ならびに径方向の微動（並進）を許容する３方向誤差吸収機構とした理由である。
【００１７】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる宇宙機器の連結装置では、宇宙で連結される宇宙機器のうちの一方の宇宙機器に配設した複数のクランプ同士の間隔と他方の宇宙機器の複数箇所に装備された連結ピン同士の間隔との間に、寸法誤差が生じていたとしても、連結に際しては、この寸法誤差が吸収されるので、２個の宇宙機器は多大な力を必要とすることなく確実に連結されることとなる。
【００１８】
加えて、本発明の請求項１に係わる宇宙機器の連結装置では、一方の宇宙機器においてＸ−Ｙ平面上に配設された４個のクランプ同士の間隔と他方の宇宙機器におけるＸ−Ｙ平面上の４箇所に装備された連結ピン同士の間隔との間に、寸法誤差が生じていたとしても、連結ピンの把持時において、４個のクランプのうちの３個のクランプの各２方向誤差吸収機構が作動することによって、これらの３個のクランプでは、連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動が可能になると共に、４個のクランプのうちの残りの１個のクランプの３方向誤差吸収機構が作動することで、このクランプでは、連結ピンの軸方向の微動およびヨー方向の微回動ならびに径方向の微動が可能になって、上記寸法誤差が吸収されることから、連結後における他方の宇宙機器の姿勢のばらつきが極めて少なく抑えられることとなる。
【００１９】
本発明の請求項２に係わる宇宙機器の連結装置では、上記した構成としているので、連結ピンの把持時において、４個のクランプにおける各ボールのピン溝にそれぞれ摺動可能に係合された連結ピンと各ボール受との相対的な微動が円滑なものとなって、上記寸法誤差が速やかに吸収されることとなり、その結果、２個の宇宙機器は少ない力で確実に連結されることとなる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる宇宙機器の連結装置によれば、上記した構成としたから、宇宙で連結される宇宙機器のうちの一方の宇宙機器に配設した複数のクランプ同士の間隔と他方の宇宙機器の複数箇所に装備された連結ピン同士の間隔との間に、寸法誤差が生じていたとしても、２個の宇宙機器を多大な力を必要とすることなく確実に連結することが可能であるという非常に優れた効果が得られる。
【００２１】
加えて、本発明の請求項１に係わる宇宙機器の連結装置では、連結後における他方の宇宙機器の姿勢のばらつきを極めて少なく抑えることができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の請求項２に係わる宇宙機器の連結装置では、上記した構成としているので、連結ピンの把持時における連結ピンとボール受との相対的な微動を円滑に行わせることがで、その結果、２個の宇宙機器をより一層少ない力で確実に連結することが可能であるという非常に優れた効果が得られる。
【００２３】
【実施例】
以下、図１〜図４に基づいて本発明に係わる宇宙機器の連結装置の一実施例を説明する。
【００２４】
図１に示すように、この宇宙機器の連結装置１は、宇宙で連結される宇宙航行体（一方の宇宙機器）Ａおよびペイロード（他方の宇宙機器）Ｂのうちの宇宙航行体Ａに設けられてペイロードＢの４箇所に装備されたトラニオン（連結ピン）Ｔを把持する４個のクランプ１０を備えており、これらのクランプ１０は、宇宙航行体ＡのＸ−Ｙ平面上において方形の四隅に配設され、一方の対角線上に位置する２個のクランプ１０，１０は、ペイロードＢのＸ−Ｙ平面上においてこれらのクランプ１０，１０と対応して配置されたＸ方向のトラニオンＴ，Ｔを把持すると共に、他方の対角線上に位置する２個のクランプ１０，１０は、ペイロードＢのＸ−Ｙ平面上においてこれらのクランプ１０，１０と対応して配置されたＹ方向のトラニオンＴ，Ｔを把持するものとなっている。
【００２５】
図１下側および図１左右側に位置するクランプ１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄ）は、Ｕ字溝１１ａを具備したベース１１と、このベース１１におけるＵ字溝１１ａの両側に位置して図示しないモータにより駆動される一対の回動爪１２，１２を備えていると共に、図２に示すように、ベース１１におけるＵ字溝１１ａの最深部分に位置して一対の回動爪１２，１２との間でトラニオンＴを挾み込んで把持する略半球状をなす２方向可動ボール２１と、ベース１１の下端に設けたブロック１３上に位置して２方向可動ボール２１を支持する２方向ボール受２２と、ブロック１３の中心に保持されて２方向可動ボール２１を図２（ｂ）上方向に付勢するコイルばね１４を備えており、２方向可動ボール２１および２方向ボール受２２で２方向誤差吸収機構を構成している。
【００２６】
２方向誤差吸収機構を構成する略半球状をなす２方向可動ボール２１は、その平面側にトラニオンＴと摺動可能に係合するピン溝２１ａを有しており、２方向可動ボール２１と２方向ボール受２２とを球面対偶をなして互いに嵌合することにより、トラニオンＴの軸方向（図２（ａ）上下方向）の移動を許容するのに加えて、ピン溝２１ａのヨー方向（図２（ａ）矢印方向）の微回動をも許容するようにしている、すなわち、トラニオンＴの軸方向の移動およびヨー方向の微回動を許容するようにしている。
【００２７】
この場合、２方向可動ボール２１におけるピン溝２１ａの両側に設けた外向きフランジ２１ｂが２方向ボール受２２の開口縁部２２ｂと当接するようになすことにより、ピン溝２１ａのロール方向への微回動を規制している。
【００２８】
なお、図２における符号２３はストッパであり、２方向可動ボール２１の外向きフランジ２１ｂと当接して、ピン溝２１ａ（２方向可動ボール２１）がヨー方向へ回動し過ぎるのを阻止するようになっている。
【００２９】
一方、図１上側に位置するクランプ１０（１０Ｃ）は、クランプ１０Ａと同じく、ベース１１および一対の回動爪１２，１２を備えていると共に、図３に示すように、一対の回動爪１２，１２との間でトラニオンＴを挾み込んで把持する略半球状をなす３方向可動ボール３１と、３方向可動ボール３１を支持する３方向ボール受３２と、３方向可動ボール３１を図３（ｂ）上方向に付勢するコイルばね１４を備えており、３方向可動ボール３１および３方向ボール受３２で３方向誤差吸収機構を構成している。
【００３０】
３方向誤差吸収機構を構成する３方向可動ボール３１は、その平面側にトラニオンＴと偏心状態で摺動可能に係合するピン溝３１ａを有しており、３方向可動ボール３１と３方向ボール受３２とを球面対偶をなして互いに嵌合すると共に、３方向ボール受３２の開口縁部３２ｂに切欠３２ｃを設けて３方向可動ボール３１に設けた外向きフランジ３１ｂが前記開口縁部３２ｂに干渉しないようにすることにより、トラニオンＴの軸方向（図３（ａ）上下方向）の移動を許容するのに加えて、ピン溝３１ａのヨー方向（図３（ａ）矢印方向）および径方向の微回動（図３（ｂ）に一点鎖線に示す位置と二点鎖線に示す位置との間での移動）をも許容するようにしている、すなわち、トラニオンＴの軸方向の移動およびヨー方向の微回動ならびに径方向の微動（並進）を許容するようにしている。
【００３１】
なお、図３における符号３３もストッパであり、３方向可動ボール３１の外向きフランジ３１ｂと当接して、ピン溝３１ａ（３方向可動ボール３１）がヨー方向へ回動し過ぎるのを阻止している。
【００３２】
上記宇宙機器の連結装置１では、例えばロボットアーム等でドローグロッドＤＬを把持されたペイロードＢが宇宙航行体Ａに接近して、クランプ１０における各一対の回動爪１２，１２による捕獲領域にペイロードＢのトラニオンＴがそれぞれ入った時点で、一対の回動爪１２，１２が互いに接近する方向にそれぞれ回動して、トラニオンＴを捕獲して把持する。
【００３３】
このとき、４個のクランプ１０（１０Ａ〜１０Ｄ）同士の間隔とペイロードＢにおけるＸ−Ｙ平面上の４箇所に装備されたトラニオンＴ同士の間隔との間に寸法誤差が生じている場合には、まず、図４（ａ）に示す状態において、４個のクランプ１０のうちのクランプ１０Ｂにおいてその２方向誤差吸収機構が作動して、すなわち、図４（ｂ）に示すように、２方向可動ボール２１がヨー方向に微回動して、そのピン溝２１ａにトラニオンＴを摺動可能に係合する。
【００３４】
次いで、図４（ｃ）に示すように、４個のクランプ１０のうちのクランプ１０Ａにおいてその２方向誤差吸収機構の２方向可動ボール２１がヨー方向に微回動して、そのピン溝２１ａにトラニオンＴを摺動可能に係合すると共に、クランプ１０Ｂにおける２方向可動ボール２１のピン溝２１ａに対してトラニオンＴが摺動する。
【００３５】
続いて、図４（ｄ）に示すように、４個のクランプ１０のうちのクランプ１０Ｄにおいてその２方向誤差吸収機構の２方向可動ボール２１がヨー方向に微回動して、そのピン溝２１ａにトラニオンＴを摺動可能に係合するのに合わせて、ペイロードＢ自体がヨー方向に微回動すると共に、クランプ１０Ａ，１０Ｂの各２方向可動ボール２１がトラニオンＴとともにそれぞれヨー方向に微回動する。
【００３６】
そして、図４（ｅ）に示すように、４個のクランプ１０のうちの残りの１個のクランプ１０Ｃの３方向誤差吸収機構における３方向可動ボール３１がヨー方向に微回動すると共に、ロール方向への微回動する、すなわち、３方向可動ボール３１のピン溝３１ａがヨー方向の微回動ならびに径方向の微動（並進）を行い、トラニオンＴをこのピン溝３１ａに係合すると、上記寸法誤差が吸収されることから、宇宙航行体Ａに対してペイロードＢは大きな力を必要とすることなく確実に連結されるうえ、連結後におけるアンビリカルコネクタのソケットＪ１とプラグＪ２との位置ずれが極めて少なく抑えられることとなる。
【００３７】
この宇宙機器の連結装置１では、クランプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄにおいて２方向可動ボール２１および２方向ボール受２２で２方向誤差吸収機構を構成していると共に、クランプ１０Ｃにおいて３方向可動ボール３１および３方向ボール受３２で３方向誤差吸収機構を構成しているので、トラニオンＴの把持時において、トラニオンＴと各ボール受２２，３２との相対的な微動が円滑なものとなって、上記寸法誤差が速やかに吸収されることとなり、その結果、宇宙航行体ＡとペイロードＢとは少ない力で確実に連結されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる宇宙機器の連結装置の一実施例を示す全体斜視説明図である。
【図２】図１に示した宇宙機器の連結装置における２方向誤差吸収機構を有するクランプの部分平面説明図（ａ），図２（ａ）のＩ−Ｉ線位置での断面説明図（ｂ）および図２（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線位置での断面説明図である。
【図３】図１に示した宇宙機器の連結装置における３方向誤差吸収機構を有するクランプの部分平面説明図（ａ），図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線位置での断面説明図（ｂ）および図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線位置での断面説明図である。
【図４】図１に示した宇宙機器の連結装置の動作説明図である。
【図５】本発明の請求項３に係わる宇宙機器の連結装置の基本概念説明図である。
【図６】従来における宇宙機器の連結装置のクランプを示す正面説明図である。
【符号の説明】
Ａ  宇宙航行体（一方の宇宙機器）
Ｂ  ペイロード（他方の宇宙機器）
Ｔ  トラニオン（連結ピン）
１  宇宙機器の連結装置
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）  クランプ
２１  ２方向可動ボール（２方向誤差吸収機構）
２１ａ，３１ａ  ピン溝
２２  ２方向ボール受（２方向誤差吸収機構）
３１  ３方向可動ボール（３方向誤差吸収機構）
３２  ３方向ボール受（３方向誤差吸収機構）
【図１】
0003865464.tif 000004
【図２】
0003865464.tif 000005
【図３】
0003865464.tif 000006
【図４】
0003865464.tif 000007
【図５】
0003865464.tif 000008
【図６】
0003865464.tif 000009