(57)【要約】  着陸装置（１００）は、脚（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ）と、回転体（１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ）と、筐体（１５０）と、を備える。脚（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ）は、一端部が着陸面に接し、着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する。回転体（１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ）は、脚（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ）の直動動作を回転動作に変換して回転する。筐体（１５０）は、脚（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ）の他端部を収容し、回転体（１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ）を回転可能に保持する。
2020245897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が着陸面に接し、前記着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する脚と、
前記脚の直動動作を回転動作に変換して回転する回転体と、
前記脚の他端部を収容し、前記回転体を回転可能に保持する筐体と、を備える、
着陸装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記脚が前記着陸面から力を受けることで前記脚と前記着陸面との接点を中心に前記筐体が回転する場合に前記筐体と同じ向きに回転する、
請求項１に記載の着陸装置。
【請求項３】
前記脚の他端部に接続され、前記脚の直動動作に伴って直動動作するラックと、
前記ラックと噛み合うピニオンギアと、を備え、
前記回転体の回転軸と前記ピニオンギアの回転軸とは同一であり、前記ピニオンギアの回転に伴って前記回転体が回転し、
前記脚の直動動作に伴う前記ラックの直動動作によって前記ピニオンギアが回転動作することで前記脚の直動動作を前記回転体の回転動作に変換する、
請求項１又は２に記載の着陸装置。
【請求項４】
前記回転体と前記ピニオンギアとを接続するクラッチを備える、
請求項３に記載の着陸装置。
【請求項５】
前記クラッチは、前記ピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記ピニオンギアに伝達しない、
請求項４に記載の着陸装置。
【請求項６】
前記脚が前記着陸面から受けた力によって移動する軸方向の直動動作を回転動作に変換して回転する第２の回転体と、
前記ラックと噛み合う第２のピニオンギアと、を備え、
前記第２の回転体の回転軸と前記第２のピニオンギアの回転軸とは同一であり、前記第２のピニオンギアの回転に伴って前記第２の回転体が回転し、
前記脚は前記着陸面から受けた力によって前記筐体に対して傾き、前記脚の前記筐体に対する傾きによって前記ラックは前記ピニオンギア又は前記第２のピニオンギアと選択的に噛み合う、
請求項３に記載の着陸装置。
【請求項７】
前記回転体と前記ピニオンギアとを接続するクラッチと、前記第２の回転体と前記第２のピニオンギアとを接続する第２のクラッチと、を備え、
前記クラッチは、前記ピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記ピニオンギアに伝達せず、
前記第２のクラッチは、前記第２のピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記第２のピニオンギアに伝達しない、
請求項６に記載の着陸装置。
【請求項８】
一端部が前記着陸面に接する第２の脚と、
前記第２の脚の他端部に接続され、前記第２の脚の直動動作に伴って直動動作する第２のラックと、を備え、
前記ピニオンギアは前記第２のラックと噛み合い、
前記第２の脚の直動動作に伴う前記第２のラックの直動動作によって前記ピニオンギアが回転動作することで前記第２の脚の直動動作を前記回転体の回転動作に変換する、
請求項３に記載の着陸装置。
【請求項９】
一端部が前記脚の他端部に回転可能に接続され、他端部が前記回転体上であって前記回転体の回転中心から距離を有する位置に接続されるロッドを備える、
請求項１又は２に記載の着陸装置。
【請求項１０】
前記脚は棒形状である、
請求項１から９のいずれか１項に記載の着陸装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の着陸装置を備える探査機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は着陸装置及び探査機に関する。
【背景技術】
【０００２】
天体の表面又は海底に接近して着陸する探査機において、探査ミッションを成功させるために、着陸時の着陸面からの接触反力に伴う姿勢変動を抑制して着陸中又は着陸後の転倒を回避する必要がある。【０００３】
特許文献１には、浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、機体に結合された結合部と、着陸する場合に地面に当接する受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と、を備え、形状記憶合金部材が塑性変形する前の初期形状を記憶している着陸装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の着陸装置は、形状記憶合金部材が塑性変形することで接触反力の緩衝を行っており、着陸前に探査機が有していた力学的エネルギーは機体の構造体に位置エネルギーとして蓄勢させるか、形状記憶合金部材の減衰特性又は着陸面の摩擦によって熱エネルギーとして散逸させている。このため、探査機が有していたエネルギーを変換する過程で探査機に姿勢変化が生じてしまうと、これを復元することができないという課題があった。【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、着陸において発生した姿勢変化を復元することが可能な着陸装置及び探査機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る着陸装置は、脚と、回転体と、筐体と、を備える。脚は、一端部が着陸面に接し、着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する。回転体は、脚の直動動作を回転動作に変換して回転する。筐体は、脚の他端部を収容し、回転体を回転可能に保持する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、脚が着陸面から受けた力によって回転体が回転することで、着陸において発生した姿勢変化を復元することが可能な着陸装置及び探査機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る着陸装置を搭載する探査機の構成を示す上面図
【図２】実施の形態１に係る着陸装置を搭載する探査機の構成を示す側面図
【図３】実施の形態１に係る着陸装置の構成を示す断面図
【図４】実施の形態１に係る着陸装置の落下状態を示す断面図
【図５】実施の形態１に係る着陸装置の第１の脚が着陸面に接触した状態を示す断面図
【図６】実施の形態１に係る着陸装置の第１の脚が着陸面に接触した後に着陸装置が上昇した状態を示す断面図
【図７】転倒防止トルクによって実施の形態１に係る着陸装置の姿勢が変化した状態を示す断面図
【図８】実施の形態１に係る着陸装置が着陸面に着陸した状態を示す断面図
【図９】実施の形態１に係る着陸装置が備える第１の回転体を示す斜視図
【図１０】実施の形態２に係る着陸装置が備える第１の回転体を示す斜視図
【図１１】実施の形態３に係る着陸装置が備える第１の上側回転体と第１の下側回転体とその周辺を示す図
【図１２】実施の形態３の第１のラックが筐体の内側に傾いた状態における第１の上側回転体と第１の下側回転体とその周辺を示す図
【図１３】実施の形態３の第１のラックが筐体の外側に傾いた状態における第１の上側回転体と第１の下側回転体とその周辺を示す図
【図１４】実施の形態４に係る着陸装置が備える第１の回転体とその周辺を示す図
【図１５】実施の形態５に係る着陸装置が備える第１の回転体とその周辺を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る着陸装置１００の構成について、図１−図３を参照して説明する。図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。実施の形態１に係る着陸装置１００は、探査機１に搭載され、探査機１を着陸面Ｓに着陸させる装置である。
【００１１】
図１は、実施の形態１に係る着陸装置１００を搭載する探査機１の構成を示す上面図であり、図２はその側面図である。図１及び図２に示すように、探査機１に搭載される着陸装置１００は、探査機１が着陸する際に着陸面Ｓに接触する第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄと、第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄとそれぞれ同心に配置された第１のシリンダ１２０Ａ、第２のシリンダ１２０Ｂ、第３のシリンダ１２０Ｃ及び第４のシリンダ１２０Ｄと、第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄのそれぞれの一端部を収容する筐体１５０と、を備える。
【００１２】
図３は、実施の形態１に係る着陸装置１００の構成を示す断面図である。図３は、図１における断面Ａ−Ａ’の矢視断面図である。図３に示すように、着陸装置１００は、第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ及び第３の脚１１０Ｃの運動に伴ってそれぞれ回転する第１の回転体１３０Ａ、第２の回転体１３０Ｂ及び第３の回転体１３０Ｃと、それぞれ第１の回転体１３０Ａ、第２の回転体１３０Ｂ及び第３の回転体１３０Ｃの回転軸である第１の回転軸１４０Ａ、第２の回転軸１４０Ｂ及び第３の回転軸１４０Ｃと、を備える。着陸装置１００は、図示しない第４の脚１１０Ｄ、第４の回転体１３０Ｄ、第４の回転軸１４０Ｄも備える。第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄをまとめて脚１１０ともいう。シリンダ１２０、回転体１３０、回転軸１４０、及び他の構成要素についても同様である。
【００１３】
脚１１０は、一端が筐体１５０の内部に、他端が筐体１５０から露出して配置されており、軸方向に直動可能である。脚１１０は棒形状に形成され得るが、これに限られるものではない。第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄは、それぞれ独立に動作可能である。第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄは、それぞれ第１のラック１１１Ａ、第２のラック１１１Ｂ、第３のラック１１１Ｃ及び第４のラック１１１Ｄを含む。ラック１１１にはギア面が配設されており、後述するピニオンギア１３１と噛み合う。
【００１４】
シリンダ１２０は、内燃機関、蒸気機関又は推力機関等の主要部分に適用され、気体や液体などの流体や、ハニカムなどのクラッシャブルな固体を内部に納める筒状の部品である。シリンダ１２０の内部では図示しないピストンが往復運動を行う。シリンダ１２０は気筒ともいう。第１のシリンダ１２０Ａ、第２のシリンダ１２０Ｂ、第３のシリンダ１２０Ｃ及び第４のシリンダ１２０Ｄは、第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄとそれぞれ同心に配置されている。
【００１５】
回転体１３０は、回転軸１４０に接続されて回転軸１４０を中心に回転する。第１の回転体１３０Ａ、第２の回転体１３０Ｂ、第３の回転体１３０Ｃ及び第４の回転体１３０Ｄはそれぞれ第１のピニオンギア１３１Ａ、第２のピニオンギア１３１Ｂ、第３のピニオンギア１３１Ｃ及び第４のピニオンギア１３１Ｄを含む。ピニオンギア１３１は脚１１０のラック１１１と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成し、脚１１０の直動動作を回転体１３０の回転動作に変換する。即ち、回転体１３０は脚１１０の直動動作に応じて回転する。
【００１６】
回転軸１４０は、回転体１３０の回転中心に接続され、筐体１５０の上面又は下面の対角線と平行に配置されている。
【００１７】
筐体１５０は、脚１１０の一端部、シリンダ１２０、回転体１３０、回転軸１４０、及び図示しない探査機１の他の構成要素を収容する。筐体１５０は直方体形状に形成されている。筐体１５０は金属で形成され得るが、これに限られるものではない。
【００１８】
実施の形態１に係る着陸装置１００の動作について、図４−図８を参照して説明する。
【００１９】
図４は、着陸装置１００の落下状態を示す断面図である。図４に示すように、探査機１は、着陸面Ｓに向かって重力加速度ｇに従って落下する。このとき、探査機１は働く力が重力のみである自由落下状態にあって、探査機１は下方向の速度のみを有し、回転角速度は有していないものとする。また、脚１１０及び回転体１３０は探査機１の重心Ｇに対して静止しているものとする。
【００２０】
図５は、着陸装置１００の第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓに接触した状態を示す断面図である。図５に示すように、第１の脚１１０Ａが凹凸のある着陸面Ｓの隆起部に最初に接触すると、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受ける。第１の脚１１０Ａが接触反力Ｆを受けると、探査機１に転倒トルクＴが生じる。転倒トルクＴの向きは時計回りであり、大きさはモーメントアームＬを用いてＬ×Ｆで表せる。
【００２１】
第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受けることで、第１の脚１１０Ａが第１のシリンダ１２０Ａの軸方向に、筐体１５０側に向かって直動動作する。第１の脚１１０Ａの直動動作に伴って第１のラック１１１Ａも直動動作し、第１のラック１１１Ａと噛み合う第１のピニオンギア１３１Ａが回転動作し、それによって第１の回転体１３０Ａが時計回りに回転動作する。
【００２２】
図６は、着陸装置１００の第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓに接触した後に着陸装置１００が上昇した状態を示す断面図である。図６に示すように、第１の脚１１０Ａが受けた接触反力Ｆ及び探査機１に生じた転倒トルクＴによって、探査機１が着陸面Ｓから上昇すると共に探査機１の姿勢に変化が生じる。ここで、第１の回転体１３０Ａの回転動作に伴う角速度増加によって、転倒トルクＴを打ち消す方向に転倒防止トルクＮが生じる。
【００２３】
図７は、転倒防止トルクＮによって着陸装置１００の姿勢が変化した状態を示す断面図である。図７に示すように、転倒トルクＴによる探査機１の姿勢の変化が第１の回転体１３０Ａによって生じた転倒防止トルクＮによって打ち消され、探査機１は図４で示した状態と同様の水平状態に戻る。この状態で、探査機１は重力加速度ｇに従って再び落下する。
【００２４】
図８は、着陸装置１００が着陸面Ｓに着陸した状態を示す断面図である。図８に示すように、探査機１は水平状態となって第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び図示しない第４の脚１１０Ｄが接地した状態で着陸面Ｓに着陸する。
【００２５】
以上の構成を備えることで、実施の形態１に係る着陸装置１００は、脚１１０が着陸面Ｓから受けた力によって回転体１３０が回転することで、着陸において発生した姿勢変化を復元することができる。
【００２６】
着陸における探査機の姿勢変化を復元するために、スラスタによるガス噴射又はリアクションホイールや、コントロール・モーメント・ジャイロ等による姿勢制御を含むアクティブ制御を採用すると、システムが複雑化して探査機の重量が増加する可能性がある。実施の形態１に係る着陸装置１００によってシステムの複雑化を防ぐことができ、探査機１の重量を削減することが可能になる。
【００２７】
上記のアクティブ制御を採用すると、制御に固有の時間遅れが生じ、十分な姿勢制御ができなくなる可能性がある。実施の形態１に係る着陸装置１００によって時間遅れを小さくし、より多くの姿勢変化を復元することが可能になる。
【００２８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る着陸装置１００の構成について、図９及び図１０を参照して説明する。実施の形態２に係る着陸装置１００の回転体１３０はクラッチ１３２を有する。
【００２９】
図９は、比較対象としての実施の形態１に係る着陸装置１００が備える第１の回転体１３０Ａを示す斜視図である。図９に示すように、第１の回転体１３０Ａと第１のピニオンギア１３１Ａとは回転軸が一致した状態で接着されており、第１のピニオンギア１３１Ａへの入力が直接第１の回転体１３０Ａに伝達される一体構造となっている。この構造は四つの回転体１３０及びピニオンギア１３１について同様である。
【００３０】
図１０は、実施の形態２に係る着陸装置１００が備える、第１の回転体１３０Ａを示す図である。図１０に示すように、実施の形態２の第１の回転体１３０Ａは、第１のピニオンギア１３１Ａとの間に、第１の回転体１３０Ａ及び第１のピニオンギア１３１Ａと同一の回転軸を有する第１のクラッチ１３２Ａを備える。同様に、第２の回転体１３０Ｂ、第３の回転体１３０Ｃ及び第４の回転体１３０Ｄは、それぞれ第２のクラッチ１３２Ｂ、第３のクラッチ１３２Ｃ及び第４のクラッチ１３２Ｄを備える。クラッチ１３２はピニオンギア１３１から回転体に任意に断続して動力を伝える機械装置であり、クラッチ１３２によって回転体１３０とピニオンギア１３１とが連結されている。実施の形態２のクラッチ１３２は一方のみに回転力を伝えるクラッチ機構であるワンウェイクラッチであり、フリーホイールとも呼ばれる。
【００３１】
実施の形態１と同様に、第１の脚１１０Ａが凹凸のある着陸面Ｓの隆起部に最初に接触すると、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受ける。第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受けることで、第１の脚１１０Ａが第１のシリンダ１２０Ａの軸方向に、筐体１５０に向かって直動動作する。第１の脚１１０Ａの直動動作に伴って第１のラック１１１Ａも直動動作し、第１のラック１１１Ａと噛み合う第１のピニオンギア１３１Ａが回転動作し、第１のピニオンギア１３１Ａの回転動作を第１のクラッチ１３２Ａが伝達して第１の回転体１３０Ａが回転動作する。
【００３２】
第１のラック１１１Ａの直動動作が終了した後も、第１のクラッチ１３２Ａを備えていることで、第１の回転体１３０Ａは回転を維持することができる。この際、第１のクラッチ１３２Ａを介していることで、筐体１５０と第１の回転体１３０Ａとの間の力学的カップリングの如何によらず第１の回転体１３０Ａの回転による反力が筐体１５０に伝達されることがない。したがって、第１の回転体１３０Ａが減速する際に、転倒トルクＴと同じ向きのトルクが探査機１に伝達されることがない。
【００３３】
以上の構成を備えることで、実施の形態２に係る着陸装置１００は、実施の形態１に係る着陸装置と同様の効果を実現できるとともに、回転体１３０が減速する際に生じる転倒トルクＴと同じ向きのトルクが探査機１に伝達されることを防ぎ、着陸の際に探査機１の姿勢をより安定させることができる。
【００３４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る着陸装置１００の構成について、図１１を参照して説明する。実施の形態３に係る着陸装置１００は、上側回転体１３３と下側回転体１３４とを含む４対８個の回転体を備える。
【００３５】
図１１は、実施の形態３に係る着陸装置１００が備える第１の上側回転体１３３Ａと第１の下側回転体１３４Ａとその周辺を示す図である。図１１に示すように、第１の上側回転体１３３Ａと第１の下側回転体１３４Ａとは、筐体１５０に固定された第１のスライダ１６０Ａに沿って矢印で示す第１の脚１１０Ａに垂直な方向にそれぞれ移動可能に配置されている。第１の上側回転体１３３Ａは第１の上側ピニオンギア１３５Ａを有し、第１の下側回転体１３４Ａは第１の下側ピニオンギア１３６Ａ有する。第１のスライダ１６０Ａの内部には、第１の上側ピニオンギア１３５Ａと第１の下側ピニオンギア１３６Ａとが配置されており、第１の上側ピニオンギア１３５Ａの回転中心と第１の下側ピニオンギア１３６Ａの回転中心とは同軸ではなく離れて配置されている。第１の上側ピニオンギア１３５Ａと第１の下側ピニオンギア１３６Ａとの間には図示しない圧縮ばねが配置され、第１の上側ピニオンギア１３５Ａと第１の下側ピニオンギア１３６Ａとが第１のスライダ１６０Ａの内部を移動しても、第１の上側ピニオンギア１３５Ａと第１の下側ピニオンギア１３６Ａとの距離を保つ。
【００３６】
実施の形態３に係る着陸装置１００は、同様に第２の上側回転体１３３Ｂ、第３の上側回転体１３３Ｃ及び第４の上側回転体１３３Ｄ、第２の下側回転体１３４Ｂ、第３の下側回転体１３４Ｃ及び第４の下側回転体１３４Ｄ、第２の上側ピニオンギア１３５Ｂ、第３の上側ピニオンギア１３５Ｃ及び第４の上側ピニオンギア１３５Ｄ、第２の下側ピニオンギア１３６Ｂ、第３の下側ピニオンギア１３６Ｃ及び第４の下側ピニオンギア１３６Ｄ、並びに第２のスライダ１６０Ｂ、第３のスライダ１６０Ｃ及び第４のスライダ１６０Ｄ、を備える。
【００３７】
第１の脚１１０Ａの第１のラック１１１Ａは、両面にギア面が配設されており、第１の上側ピニオンギア１３５Ａ及び第１の下側ピニオンギア１３６Ａのそれぞれと噛み合うことが可能である。第１の脚１１０Ａは着陸面Ｓから受けた力によって筐体１５０に対して筐体１５０の対角線方向に傾くことが可能に配置されており、傾くことで第１の上側ピニオンギア１３５Ａ及び第１の下側ピニオンギア１３６Ａのいずれか一方と選択的に噛み合う。
【００３８】
第１のシリンダ１２０Ａは、筐体１５０に対して筐体１５０の対角線方向に傾くことが可能に配置されており、第１の脚１１０Ａが筐体に対して傾いても第１の脚１１０Ａの軸と同軸となる。これは、回転可能なジョイントによって実現しても良いし、柔軟な素材によって構成することで実現してもよい。
【００３９】
実施の形態３に係る着陸装置１００の動作について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００４０】
図１２は、第１のラック１１１Ａが筐体１５０の内側に傾いた状態における第１の上側回転体１３３Ａと第１の下側回転体１３４Ａとその周辺を示す図である。図１２に示すように、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓと接触して生じる接触反力Ｆが探査機の重心Ｇの上部を通過する場合、第１のラック１１１Ａが筐体１５０の内側に傾く。この状態において、第１のラック１１１Ａは第１の下側ピニオンギア１３６Ａと噛み合う。第１の下側ピニオンギア１３６Ａの回転軸は必ずしも第１のスライダ１６０Ａの端部に到達している必要はなく、第１のラック１１１Ａと第１の下側ピニオンギア１３６Ａとが噛み合っていれば良い。
【００４１】
図１２における状態において、実施の形態１と同様に、探査機１には時計回りの転倒トルクＴが働く。第１の脚１１０Ａの直動動作が第１のラック１１１Ａ及び第１の下側ピニオンギア１３６Ａを介して第１の下側回転体１３４Ａの回転動作に変換される。第１の下側回転体１３４Ａの角速度増大に伴い、反時計回りの転倒防止トルクＮが生じる。転倒防止トルクＮが第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓと接触したことによって生じる転倒トルクＴと打ち消し合い、探査機１の姿勢を保つことができる。
【００４２】
図１３は、第１のラック１１１Ａが筐体１５０の外側に傾いた状態における第１の上側回転体１３３Ａと第１の下側回転体１３４Ａとその周辺を示す拡大図である。図１３に示すように、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓと接触して生じる接触反力Ｆが探査機の重心Ｇの下部を通過する場合、第１のラック１１１Ａが筐体１５０の外側に傾く。この状態において、第１のラック１１１Ａは第１の上側ピニオンギア１３５Ａと噛み合う。第１の上側ピニオンギア１３５Ａの回転軸は必ずしも第１のスライダ１６０Ａの端部に到達している必要はなく、第１のラック１１１Ａと第１の上側ピニオンギア１３５Ａとが噛み合っていれば良い。
【００４３】
図１３における状態において、実施の形態１の場合とは逆に、探査機１には反時計回りの転倒トルクＴ’が働く。第１の脚１１０Ａの直動動作が第１のラック１１１Ａ及び第１の上側ピニオンギア１３５Ａを介して第１の上側回転体１３３Ａの回転動作に変換される。第１の上側回転体１３３Ａの角速度増大に伴い、時計回りの転倒防止トルクＮ’が生じる。転倒防止トルクＮ’が第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓと接触したことによって生じる転倒トルクＴ’と打ち消し合い、探査機１の姿勢を保つことができる。
【００４４】
以上の構成を備えることで、実施の形態３に係る着陸装置１００は、実施の形態１に係る着陸装置と同様の効果を実現できるとともに、軸に働く反力に応じて回転する回転体が切り替わり回転によって生じるトルクの向きが変化することで、反力の向きに関わらず転倒トルクＴの向きと逆の向きの転倒防止トルクＮを生じ、探査機１の姿勢を保つことができる。
【００４５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る着陸装置１００の構成について、図１４を参照して説明する。実施の形態４に係る着陸装置１００は、複数のラックが一つのピニオンギアに噛み合う構成を備える。
【００４６】
図１４は、実施の形態４に係る着陸装置１００が備える第１の回転体１３０Ａとその周辺を示す図である。図１４に示すように、第１のラック１１１Ａ又は第２のラック１１１Ｂが、第１のピニオンギア１３１Ａに選択的に噛み合うことが可能に配置されている。
【００４７】
第１の回転体１３０Ａは、第１のピニオンギア１３１Ａとの間に第１の回転体１３０Ａの回転軸及び第１のピニオンギア１３１Ａの回転軸と同一の回転軸を有する第１のクラッチ１３２Ａを備える。第１のクラッチ１３２Ａは第１のピニオンギア１３１Ａから第１の回転体１３０Ａに任意に断続して動力を伝える機械装置であり、第１のクラッチ１３２Ａによって第１の回転体１３０Ａと第１のピニオンギア１３１Ａとが連結されている。実施の形態４の、第１のクラッチ１３２Ａは入力方向に応じて中立空転状態、正駆動状態、及び逆駆動状態に切り替わるツーウェイクラッチである。第１のクラッチ１３２Ａは、各カム面にローラが配置された両方向に駆動可能な正多角形状のカム面を含み得るが、これに限られるものではない。
【００４８】
第１のラック１１１Ａが第１のピニオンギア１３１Ａに噛み合うと、第１の脚１１０Ａの直動動作が第１のラック１１１Ａ、第１のピニオンギア１３１Ａ及び第１のクラッチ１３２Ａを介して第１の回転体１３０Ａの回転動作に変換される。第１のラック１１１Ａの直動動作が終了した後も、第１のクラッチ１３２Ａを備えていることで、第１の回転体１３０Ａは回転を維持することができる。この際、第１のクラッチ１３２Ａを介していることで、第１の回転体１３０Ａの回転動作が第２のラック１１１Ｂに伝達されることはなく、筐体１５０と第１の回転体１３０Ａとの間の力学的カップリングの如何によらず第１の回転体１３０Ａの回転による反力が筐体１５０に伝達されることもない。したがって、第１の回転体１３０Ａの回転動作によって第２の脚１１０Ｂが直動動作することはなく、第１の回転体１３０Ａが減速する際に転倒トルクＮと同じ向きのトルクが探査機１に伝達されることもない。
【００４９】
以上の構成を備えることで、実施の形態４に係る着陸装置１００は、実施の形態１に係る着陸装置１００と同様の効果を実現できるとともに、複数のラックが一つのピニオンギアに噛み合う構成を備えることで、探査機１に搭載する回転体の数を減らすことができ、探査機１のコスト及び重量を削減することができる。
【００５０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る着陸装置１００について、図１５を参照して説明する。実施の形態５に係る着陸装置１００は、ラックアンドピニオン機構に代えてピストンクランク機構を備える。
【００５１】
図１５は、実施の形態５に係る着陸装置１００が備える第１の回転体１３０Ａとその周辺を示す図である。図１５に示すように、実施の形態５の第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ及び第３の脚１１０Ｃは、それぞれ第１のロッド１１２Ａ、第２のロッド１１２Ｂ及び第３のロッド１１２Ｃを含む。図示しない第４の脚１１０Ｄは第４のロッド１１２Ｄを含む。ロッド１１２の一方の端部は脚１１０に回転可能に接続されており、他方の端部は後述するクランクピン１３７に回転可能に接続されている。
【００５２】
第１の回転体１３０Ａ、第２の回転体１３０Ｂ、第３の回転体１３０Ｃ及び第４の回転体１３０Ｄは、それぞれ第１のクランクピン１３７Ａ、第２のクランクピン１３７Ｂ、第３のクランクピン１３７Ｃ及び第４のクランクピン１３７Ｄを含む。クランクピン１３７は回転体１３０の回転中心でない部分に配置され、ロッド１１２の他方の端部を回転可能に支持する。
【００５３】
第１の脚１１０Ａ及び第１のシリンダ１２０Ａは、第１の回転体１３０Ａの回転に伴って筐体１５０に対し直動動作及び傾くことが可能に配置されている。脚１１０、シリンダ１２０及び回転体１３０の他の三つについても同様である。
【００５４】
実施の形態１と同様に、第１の脚１１０Ａが凹凸のある着陸面Ｓの隆起部に最初に接触すると、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受ける。第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓから接触反力Ｆを受けることで、第１の脚１１０Ａが第１のシリンダ１２０Ａの軸方向に、筐体１５０側に向かって直動動作する。第１の脚１１０Ａの直動動作に伴って第１のロッドも動作し、第１のロッド１１２Ａと第１のクランクピン１３７Ａとによって第１の脚１１０Ａの直動動作が第１の回転体１３０Ａの回転動作に変換される。第１の回転体１３０Ａの角速度増大によって、転倒防止トルクＮが生じる。
【００５５】
以上の構成を備えることで、実施の形態５に係る着陸装置１００は、実施の形態１に係る着陸装置と同様の効果を実現できる。
【００５６】
実施の形態１において、第１の脚１１０Ａが凹凸のある着陸面Ｓの隆起部に最初に接触するとしたが、これに限られるものではない。第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ又は第４の脚１１０Ｄが着陸面Ｓに最初に接触しても良い。また、脚１１０のうち二つ以上が同時に着陸面Ｓに接触しても良い。
【００５７】
また、探査機１が１回上昇した後、水平状態で着陸面Ｓに着陸する物として説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１の脚１１０Ａが着陸面Ｓに接触して探査機１が上昇した後、第３の脚１１０Ｃが着陸面Ｓに接触して探査機１が再上昇しても良い。接触と上昇とを繰り返すうちに、脚１１０と着陸面Ｓとの摩擦を含む力学的エネルギーの散逸により探査機１が上昇する高度が減少し、最終的に着陸面Ｓに探査機１が着陸する。
【００５８】
実施の形態２において、第１の回転体１３０Ａを例示して説明したが、第２の回転体１３０Ｂ、第３の回転体１３０Ｃ及び第４の回転体１３０Ｄの構成も同様である。他の実施形態、及び回転体１３０以外の他の構成要素についても同様である。
【００５９】
本発明の実施の形態は上述のものに限られるものではなく、変形が可能である。例えば、筐体１５０は直方体形状に形成されているとしたが、これに限られるものではない。任意の数又は形状の平面又は曲面によって形成されていても良い。
【００６０】
着陸装置１００は第１の脚１１０Ａ、第２の脚１１０Ｂ、第３の脚１１０Ｃ及び第４の脚１１０Ｄの四本の脚を備えるとしたが、これに限られるものではない。３本以下又は５本以上の脚を備えても良い。他の構成要素についても同様である。
【００６１】
実施の形態５に係る着陸装置１００はロッド１１２を備えるとしたが、これに限られるものではない。脚１１０の端部がクランクピン１３７に接続されていても良い。
【００６２】
脚１１０の直動動作を回転体１３０の回転動作に変更する機構としてラックアンドピニオン機構に代えてピストンクランク機構とを示したが、これに限られるものではない。カムを含む任意の機構を用いても良い。
【００６３】
複数の実施の形態を組み合わせても良い。例えば、実施の形態２に係る着陸装置１００が備えるクラッチ１３２を、実施の形態３に係る着陸装置１００が備える第１の上側回転体１３３Ａと第１の下側回転体１３４Ａに接続しても良い。同様に、任意の複数の実施の形態に記載の構成を組み合わせることが可能である。
【００６４】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、着陸装置及び探査機に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…探査機、１００…着陸装置、１１０…脚、１１０Ａ…第１の脚、１１０Ｂ…第２の脚、１１０Ｃ…第３の脚、１１０Ｄ…第４の脚、１１１…ラック、１１１Ａ…第１のラック、１１１Ｂ…第２のラック、１１１Ｃ…第３のラック、１１１Ｄ…第４のラック、１１２…ロッド、１１２Ａ…第１のロッド、１１２Ｂ…第２のロッド、１１２Ｃ…第３のロッド、１１２Ｄ…第４のロッド、１２０…シリンダ、１２０Ａ…第１のシリンダ、１２０Ｂ…第２のシリンダ、１２０Ｃ…第３のシリンダ、１２０Ｄ…第４のシリンダ、１３０…回転体、１３０Ａ…第１の回転体、１３０Ｂ…第２の回転体、１３０Ｃ…第３の回転体、１３０Ｄ…第４の回転体、１３１…ピニオンギア、１３１Ａ…第１のピニオンギア、１３１Ｂ…第２のピニオンギア、１３１Ｃ…第３のピニオンギア、１３１Ｄ…第４のピニオンギア、１３２…クラッチ、１３２Ａ…第１のクラッチ、１３２Ｂ…第２のクラッチ、１３２Ｃ…第３のクラッチ、１３２Ｄ…第４のクラッチ、１３３…上側回転体、１３３Ａ…第１の上側回転体、１３３Ｂ…第２の上側回転体、１３３Ｃ…第３の上側回転体、１３３Ｄ…第４の上側回転体、１３４…下側回転体、１３４Ａ…第１の下側回転体、１３４Ｂ…第２の下側回転体、１３４Ｃ…第３の下側回転体、１３４Ｄ…第４の下側回転体、１３５…上側ピニオンギア、１３５Ａ…第１の上側ピニオンギア、１３５Ｂ…第２の上側ピニオンギア、１３５Ｃ…第３の上側ピニオンギア、１３５Ｄ…第４の上側ピニオンギア、１３６…下側ピニオンギア、１３６Ａ…第１の下側ピニオンギア、１３６Ｂ…第２の下側ピニオンギア、１３６Ｃ…第３の下側ピニオンギア、１３６Ｄ…第４の下側ピニオンギア、１３７…クランクピン、１３７Ａ…第１のクランクピン、１３７Ｂ…第２のクランクピン、１３７Ｃ…第３のクランクピン、１３７Ｄ…第４のクランクピン、１４０…回転軸、１４０Ａ…第１の回転軸、１４０Ｂ…第２の回転軸、１４０Ｃ…第３の回転軸、１４０Ｄ…第４の回転軸、１５０…筐体、１６０…スライダ、１６０Ａ…第１のスライダ、１６０Ｂ…第２のスライダ、１６０Ｃ…第３のスライダ、１６０Ｄ…第４のスライダ、Ｆ…接触反力、ｇ…重力加速度、Ｇ…重心、Ｌ…モーメントアーム、Ｎ，Ｎ’…転倒防止トルク、Ｓ…着陸面、Ｔ，Ｔ’…転倒トルク。
【図１】
2020245897.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年6月2日(2021.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る着陸装置は、脚と、回転体と、筐体と、ラックと、ピニオンギアと、第２の回転体と、第２のピニオンギアと、を備える。脚は、一端部が着陸面に接し、着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する。回転体は、脚の直動動作を回転動作に変換して回転する。筐体は、脚の他端部を収容し、回転体を回転可能に保持する。ラックは、脚の他端部に接続され、脚の直動動作に伴って直動動作する。ピニオンギアは、ラックと噛み合う。第２の回転体は、脚が着陸面から受けた力によって移動する軸方向の直動動作を回転動作に変換して回転する。第２のピニオンギアは、ラックと噛み合う。回転体の回転軸とピニオンギアの回転軸とは同一であり、ピニオンギアの回転に伴って回転体が回転し、脚の直動動作に伴うラックの直動動作によってピニオンギアが回転動作することで脚の直動動作を回転体の回転動作に変換する。第２の回転体の回転軸と第２のピニオンギアの回転軸とは同一であり、第２のピニオンギアの回転に伴って第２の回転体が回転し、脚は着陸面から受けた力によって筐体に対して傾き、脚の筐体に対する傾きによってラックはピニオンギア又は第２のピニオンギアと選択的に噛み合う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が着陸面に接し、前記着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する脚と、
前記脚の直動動作を回転動作に変換して回転する回転体と、
前記脚の他端部を収容し、前記回転体を回転可能に保持する筐体と、
前記脚の他端部に接続され、前記脚の直動動作に伴って直動動作するラックと、
前記ラックと噛み合うピニオンギアと、
前記脚が前記着陸面から受けた力によって移動する軸方向の直動動作を回転動作に変換して回転する第２の回転体と、
前記ラックと噛み合う第２のピニオンギアと、を備え、
前記回転体の回転軸と前記ピニオンギアの回転軸とは同一であり、前記ピニオンギアの回転に伴って前記回転体が回転し、
前記脚の直動動作に伴う前記ラックの直動動作によって前記ピニオンギアが回転動作することで前記脚の直動動作を前記回転体の回転動作に変換し、
前記第２の回転体の回転軸と前記第２のピニオンギアの回転軸とは同一であり、前記第２のピニオンギアの回転に伴って前記第２の回転体が回転し、
前記脚は前記着陸面から受けた力によって前記筐体に対して傾き、前記脚の前記筐体に対する傾きによって前記ラックは前記ピニオンギア又は前記第２のピニオンギアと選択的に噛み合う、
着陸装置。
【請求項２】
前記回転体と前記ピニオンギアとを接続するクラッチと、前記第２の回転体と前記第２のピニオンギアとを接続する第２のクラッチと、を備え、
前記クラッチは、前記ピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記ピニオンギアに伝達せず、
前記第２のクラッチは、前記第２のピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記第２のピニオンギアに伝達しない、
請求項１に記載の着陸装置。
【請求項３】
一端部が着陸面に接し、前記着陸面から受けた力によって軸方向に直動動作する脚と、
前記脚の直動動作を回転動作に変換して回転する回転体と、
前記脚の他端部を収容し、前記回転体を回転可能に保持する筐体と、
前記脚の他端部に接続され、前記脚の直動動作に伴って直動動作するラックと、
前記ラックと噛み合うピニオンギアと、
一端部が前記着陸面に接する第２の脚と、
前記第２の脚の他端部に接続され、前記第２の脚の直動動作に伴って直動動作する第２のラックと、を備え、
前記回転体の回転軸と前記ピニオンギアの回転軸とは同一であり、前記ピニオンギアの回転に伴って前記回転体が回転し、
前記脚の直動動作に伴う前記ラックの直動動作によって前記ピニオンギアが回転動作することで前記脚の直動動作を前記回転体の回転動作に変換し、
前記ピニオンギアは前記第２のラックと噛み合い、
前記第２の脚の直動動作に伴う前記第２のラックの直動動作によって前記ピニオンギアが回転動作することで前記第２の脚の直動動作を前記回転体の回転動作に変換する、
着陸装置。
【請求項４】
前記回転体は、前記脚が前記着陸面から力を受けることで前記脚と前記着陸面との接点を中心に前記筐体が回転する場合に前記筐体と同じ向きに回転する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の着陸装置。
【請求項５】
前記回転体と前記ピニオンギアとを接続するクラッチを備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載の着陸装置。
【請求項６】
前記クラッチは、前記ピニオンギアの回転動作を前記回転体に伝達し、前記回転体の回転動作を前記ピニオンギアに伝達しない、
請求項５に記載の着陸装置。
【請求項７】
前記脚は棒形状である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の着陸装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の着陸装置を備える探査機。
【国際調査報告】
2020245897.tif 000018
2020245897.tif 000019
2020245897.tif 000020
2020245897.tif 000021