特開 2025-13322 一次アームおよび二次工具の組み合わせシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025013322

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】一次アームおよび二次工具の組み合わせシステム

(51)【国際特許分類】

   B64G 4/00 20060101AFI20250117BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

B64G4/00 105

B25J9/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024113361

(22)【出願日】2024-07-16

(31)【優先権主張番号】63/513,579

(32)【優先日】2023-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】524183223

【氏名又は名称】マクドナルド・デトワイラー・アンド・アソシエイツ・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ライマー

(72)【発明者】

【氏名】カイル・デヴィッドソン

(72)【発明者】

【氏名】エフゲニー・イレソフ

(72)【発明者】

【氏名】ラファエル・ポロノフスキー

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー・オギルヴィー

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS29

3C707BS10

3C707BS13

3C707BS28

3C707BT06

3C707KT02

3C707KT05

(57)【要約】

【課題】ロボット操縦のためのシステムおよび方法が提供されている。
【解決手段】システムは、２つのアームリンクを備えた一次アームと、二次工具と、二次工具を一次アームに取り付けるためのアタッチメントと、二次工具を操作するための、一次工具のコントローラと、を含んでいる。方法は、保管場所から二次アームを取り出すステップと、二次アームを一次アームに固定するステップと、一次アームのコントローラを用いて、二次アームを操作するステップと、を含んでいる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボット操縦のためのシステムであって、
２つのアームリンクを備えた一次アームと、
二次工具と、
該二次工具を前記一次アームに取り付けるためのアタッチメントと、
前記二次工具を操作するための、前記一次アームのコントローラと、
を備えている、システム。

【請求項2】

前記アタッチメントは、前記一次アームの手首に取りつけられている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記二次工具は二次アームである、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記一次アームは、第１の把捉固定具から別の把捉固定具へとプラットフォーム上を回転しながら歩行するように操作可能である、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記一次アームは、
該一次アームを第１の把捉固定具に接続するように操作可能な第１のエンドエフェクタと、
前記一次アームを第２の把捉固定具に接続するように操作可能な第２のエンドエフェクタと、
を含み、
前記一次アームは、前記第１のエンドエフェクタおよび前記第２のエンドエフェクタを、プラットフォーム上の異なった位置に対して操縦する、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記一次アームは、
第１のブームおよび第２のブームと、
前記第１のエンドエフェクタを前記第１のブームに接続した第１のジョイントであって、３自由度の手首クラスタを備えた第１のジョイントと、
前記第１のブームを前記第２のブームに接続した第２のジョイントであって、３自由度の手首クラスタを備えた第２のジョイントと、
前記第２のブームを前記第２のエンドエフェクタに接続した第３のジョイントと、
を備えている、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１のブームおよび前記第２のブームは、第１および第２の軌道上交換ユニットインターフェイスを含み、該第１および第２の軌道上交換ユニットインターフェイスは、相互作用する対象物に機械的物品、電力、およびデータのいずれか１つ以上を提供する、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記一次アームの前記コントローラは、前記一次アームおよび前記二次工具の両方を備えた、より大きく且つより複雑な構造を補償するように操作可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記二次アームは７自由度を有し、前記一次アームは７自由度を有する、請求項２に記載のシステム。

【請求項10】

前記二次アームは、観測機器と相互作用するための把捉固定具を備え、該把捉固定具は、機械的、電力的、およびデータ的伝達のうちのいずれか１つ以上を前記観測機器に伝達する、請求項３に記載のシステム。

【請求項11】

前記一次アームは操縦の一次軸を備え、前記二次アームは操縦の二次軸を備え、前記一次軸は前記二次軸に直交している、請求項３に記載のシステム。

【請求項12】

前記二次工具は、軌道上交換ユニット、カメラ、照明システム、および観測機器のうちのいずれか１つ以上である、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

前記二次工具は、エンドエフェクタ、計器、交換用制御モーメントジャイロスコープ、電力変換器、交換用アクチュエータ、および検査パッケージのうちのいずれか１つ以上である、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１のジョイントおよび前記第２のジョイントは、保守のために、前記一次アームから取り外し可能であり且つ宇宙ステーションの内部へとエアロックを通過することが可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

二次アームを一次アームに設置するための方法であって、
保管場所から前記二次アームを取り出すステップと、
前記二次アームを前記一次アームに固定するステップと、
前記一次アームのコントローラを用いて、前記二次アームを操作するステップと、
を含んでいる、方法。

【請求項16】

前記一次アームおよび前記二次アームを発射するステップをさらに含んでいる、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記二次アームを、軌道上交換ユニットインターフェイスの発射パッケージから機械的および電気的に解放するステップをさらに含んでいる、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記二次アームを前記一次アームから取り外すステップをさらに含んでいる、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記二次アームを前記一次アームから取り外した後に、前記二次アームを修理するステップをさらに含んでいる、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記二次アームを使用して、軌道上交換ユニットを取り外して観測機器を交換するステップをさらに含んでいる、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された実施形態はロボット操縦に関し、特に、一次アームおよび二次工具の組み合わせシステムのためのシステム、方法、およびデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、制約のある作業場所にアクセスすることは、困難である場合がある。特に、閉鎖された空洞内等の、傾斜したインターフェイスが存在する場所、オリジナルのアームがアクセスすることが不可能となり得る場所である。従来のシステムにより多くの工具を単に加えることは、ロボットの制御を複雑にする。

【0003】

ロボット制御の実行中には、複数アームの制御のための逆運動学の演算、両方のアームを介したデータ転送構造、多様な制御出力を容易にする制御アルゴリズム／コントローラの構成変更、サブシステムの出力割り当て、安全な操作手順、および結合したアームの危険制御などを含む、いくつかの課題が存在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】カナダ特許第３，１０６，７５３号明細書

【特許文献2】国際公開第２０２３／１０８２９３号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、ロボット操縦のための改良されたシステムおよび方法が、必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ロボット操縦のためのシステムが提供されている。システムは、２つのアームリンクを備えた一次アームと、二次工具と、二次工具を一次アームに取り付けるためのアタッチメントと、二次工具を操作するための、一次工具のコントローラと、を含んでいる。

【0007】

アタッチメントは、一次アームの手首に取りつけられ得る。

【0008】

二次工具は二次アームであり得る。

【0009】

一次アームは、第１の把捉固定具から別の把捉固定具へとプラットフォーム上を回転しながら歩行するように操作可能であり得る。

【0010】

一次アームは、一次アームを第１の把捉固定具に接続するように操作可能な第１のエンドエフェクタと、一次アームを第２の把捉固定具に接続するように操作可能な第２のエンドエフェクタと、を含み得る。一次アームは、第１のエンドエフェクタおよび第２のエンドエフェクタを、プラットフォーム上の異なった位置に対して操縦し得る。

【0011】

一次アームは、第１のブームおよび第２のブームと、第１のエンドエフェクタを第１のブームに接続した第１のジョイントであって、３自由度の手首クラスタを備えた第１のジョイントと、第１のブームを第２のブームに接続した第２のジョイントであって、３自由度の手首クラスタを備えた第２のジョイントと、第２のブームを第２のエンドエフェクタに接続した第３のジョイントと、を備え得る。

【0012】

第１のブームおよび第２のブームは、第１および第２の軌道上交換ユニットインターフェイスを備え得る。第１および第２の軌道上交換ユニットインターフェイスは、インターフェイスオブジェクトに機械的物品、電力、およびデータのいずれか１つ以上を提供し得る。

【0013】

一次アームのコントローラは、一次アームおよび二次工具の両方を備えた、より大きく且つより複雑な構造を補償するように操作可能であり得る。

【0014】

二次アームは７自由度を有し得る。

【0015】

一次アームは７自由度を有し得る。

【0016】

二次アームは、観測機器と相互作用するための把捉固定具を備え得る。把捉固定具は、機械的、電力的、およびデータ的転送のうちの任意の１つ以上を前記観測機器に伝達し得る。

【0017】

一次アームは操縦の一次軸を備え、二次アームは操縦の二次軸を備え得る。一次軸は二次軸に直交し得る。

【0018】

二次工具は、軌道上交換ユニット、カメラ、照明システムおよび観測機器のうちの任意の１つ以上であり得る。

【0019】

二次工具は、エンドエフェクタ、計器、交換用制御モーメントジャイロスコープ、電力変換器、交換用アクチュエータ、および検査パッケージのうちの任意の１つ以上であり得る。

【0020】

第１のジョイントおよび第２のジョイントは、保守のために、一次アームから取り外し可能であり且つ宇宙ステーションの内部へとエアロックを通過することが可能であり得る。

【0021】

二次アームを一次アームに設置するための方法が、提供されている。方法は、保管場所から二次アームを取り出すステップと、二次アームを一次アームに固定するステップと、一次アームのコントローラを用いて、二次アームを操作するステップと、を含んでいる。

【0022】

方法は、一次アームおよび二次アームを発射されるステップをさらに含み得る。

【0023】

方法は、二次アームを、軌道上交換ユニットインターフェイスの発射パッケージから機械的および電気的に解放するステップをさらに含み得る。

【0024】

方法は、二次アームを前記一次アームから取り外すステップをさらに含み得る。

【0025】

方法は、二次アームを一次アームから取り外した後に、二次アームを修理するステップをさらに含み得る。

【0026】

方法は、二次アームを使用して、軌道上交換ユニットを取り外して観測機器を交換するステップをさらに含み得る。

【0027】

その他の態様および特徴は、以下のいくつかの例示的な実施形態の記載を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。

【0028】

本明細書に含まれた図面は、本明細書の物品、方法、および装置の多様な例を説明するためのものである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施形態による、一次アームおよび二次工具の組み合わせシステムを示したブロック図である。

【図2】実施形態による、ロボット操縦のためのシステムを示したブロック図である。

【図3】実施形態による、ロボット操縦のための方法を示したフローチャートである。

【図4A】実施形態による、エアロックにアクセスしているクルーメンバーを示したブロック図である。

【図4B】実施形態による、エアロックにアクセスしているクルーメンバーを示したブロック図である。

【図5A】実施形態による、エアロック内に観測機器を移動させているクルーメンバーを示したブロック図である。

【図5B】実施形態による、エアロック内に観測機器を移動させているクルーメンバーを示したブロック図である。

【図6】実施形態による、ロボット操縦のためのシステムを示したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

多様な設備または工程が以下に記載され、各々が、請求される実施形態の例を提供している。以下に記載された実施形態は、請求される任意の実施形態を制限するものではなく、請求される任意の実施形態は、以下に記載された実施形態とは異なった工程または装置をカバーし得る。請求される実施形態は、以下に記載されたいずれかの装置または工程のすべての特徴を有する装置または工程、または以下に記載された複数もしくはすべての装置に共通する特徴に限定されない。

【0031】

互いに通信する複数のコンポーネントを備えた実施形態の記載は、そのようなコンポーネントすべてが必要であることを意味するものではない。それとは逆に、本発明の多様な実施形態の可能性を図示するために、多様なオプションのコンポーネントが記載されている。

【0032】

さらに、工程ステップ、方法ステップ、アルゴリズムなどは（開示および／または請求項において）順番に説明される場合があるが、そのような工程、方法、およびアルゴリズムは、交互の順序で動作するように構成され得る。換言すると、記載されたステップのシーケンスまたは順序は、必ずしもそのステップをその順序において実行する必要があることを示すものではない。ここに記載された工程のステップは、実用的な任意の順序において実施され得る。さらに、いくつかのステップは同時に実行され得る。

【0033】

単一のデバイスまたは物品がここに記載された場合、１つ以上のデバイス／物品（それらが協働しているかいないかに関わらず）が、単一のデバイス／物品に代えて使用され得ることは、明らかである。同様に、１つ以上のデバイスまたは物品（それらが協働しているかいないかに関わらず）がここに記載されており、単一のデバイス／物品が、１つ以上のデバイスまたは物品に代えて使用され得ることは、明らかである。

【0034】

図１を参照すると、実施形態によるロボット操縦のためのシステムが記載されている。システム１００は、プラットフォーム１０１に連結されている。宇宙用アプリケーションでは、プラットフォーム１０１は、衛星または宇宙バス、もしくは（ローバー等の）宇宙船プラットフォームであり得る。

【0035】

システム１００は、一次アーム１０２を含んでいる。システム１００はエンドエフェクタ１０４を含み、このエンドエフェクタは、エンドエフェクタ１０４を移動させるために一次アーム１０２に接続されるように操作可能である。エンドエフェクタ１０４は、一次アーム１０２の自由端に連結されることが可能である。一次アーム１０２は、エンドエフェクタ１０４を操縦し、移動させ、および位置決めする。エンドエフェクタ１０４は、一次アーム１０２により持ち上げられ、および取り外され得る。

【0036】

エンドエフェクタ１０４は、結合および／または把持を目的とした、対象物１０６に対する一次アーム１０２の相対移動を容易にしている。対象物１０６は、宇宙船のような本体に装着され得る。対象物１０６は、例えば一次アーム１０２が把捉される固定物である。対象物１０６は、工具、モジュール、宇宙船、または軌道上交換ユニットのうちの任意の１つ以上を含み得る。一次アーム１０２は、電力をエンドエフェクタ１０４に供給するための電力システムを含んでいる。エンドエフェクタ１０４は、一次アーム１０２から電力を受け取る。

【0037】

一次アーム１０２は、アタッチメント１０８を含んでいる。アタッチメント１０８は、一次アーム１０２の手首に配置され得る。

【0038】

システム１００は、一次アーム１０２のアタッチメント１０８に取り外し可能に取り付けられた二次工具１１０を含んでいる。

【0039】

二次工具１１０は、（例えば図２を参照して記載されたような）二次アームであり得る。

【0040】

一次アーム１０２は、二次工具１１０に電力を供給するための電力システムを含んでいる。二次工具１１０は、一次アーム１０２から電力を受け取る。

【0041】

二次工具１１０は、軌道上交換ユニット、カメラ、照明システム、観測機器のうちの任意の１つ以上とされ得る。二次工具１１０は、自身は軌道上交換ユニットのエンドエフェクタとされ得る。軌道上交換ユニットおよび観測機器は、複数の機能を備え得る。二次工具１１０は、エンドエフェクタ、計器、交換用制御モーメントジャイロスコープ、電力変換器、交換用アクチュエータ、または検査パッケージとされ得る。二次工具１１０は、一次アーム１０２を解放して、他の業務を遂行できるようにし得る。

【0042】

システム１００は、一次アーム１０２の動作を制御するための制御ソフトウェアを実行するコントローラ１１２を含んでいる。コントローラ１１２は、一次アーム１０２および二次工具１１０の両方の操作および動作を制御し得る。

【0043】

一次アーム１０２は、第１のブーム１１４－１および第２のブーム１１４－２を含んでいる。一次アーム１０２は、プラットフォーム１０１と第１のブーム１１４－１とを接続した第１のジョイント１１６－１を含んでいる。一次アーム１０２は、第１のブーム１１４－１と第２のブーム１１４－２とを接続した第２のジョイント１１６－２を含んでいる。一次アーム１０２は、第２のブーム１１４－２とエンドエフェクタ１０４とを接続した第３のジョイント１１６－３を含んでいる。

【0044】

コントローラ１１２は、ジョイント１１６－１、１１６－２、および１１６－３の動作（例えば回転）を制御し、それにより一次アーム １０２の、ならびに最終的には位置合わせデバイス１０４および二次工具１１０の制御された動作を可能にしている。一次アーム１０２およびコントローラ１１２は通信接続されており、接続は、一次アーム１０２とコントローラ１１２との間の破線として表されている。二次工具１１０は、コントローラ１１２から命令を受ける。エンドエフェクタ１０４は、コントローラ１１２から命令を受ける。一次アーム１０２は、（例えば作業者により）手動で操縦されおよび管理され得る。

【0045】

コントローラ１１２は、一次アーム１０２の単一の操作システムである二次工具１１０を制御し、それにより二次工具１１０のための個別の制御システムを設けることの必要性を排除している。一次アーム１０２は、二次工具１１０の電力およびデータを支援することが可能である。制御システム１１２が、一次アーム１０２および二次工具１１０の両方を備えた、より大きく且つより複雑な構造を補償するので、一次アーム１０２のコントローラ１１２は、効果的に機能するために変更を加えるように操作可能である。

【0046】

ここで図２を参照すると、実施形態によるロボット操縦のためのシステム２００が図示されている。システム２００は、一次アーム２０２、および一次アーム２０２に取り付けられた二次アーム２０４を含んでいる。

【0047】

システム２００は、宇宙空間における作業のための器用なロボットシステムとされ得る。システム２００は、再配置可能とされ得る一次アーム２０２を含んでいる。システム２００は、二次アーム２０４が保守のために取り外されることを可能にしている。

【0048】

一次アーム２０２は、プラットフォーム上の第１の位置２０６に連結されている。宇宙ベースの用途では、プラットフォームは衛星、または宇宙バス、もしくは（例えばローバー等の）宇宙船プラットフォームとされ得る。一次アーム２０２は、一般的に７自由度を有する。一次アーム２０２は、他の数の自由度を有し得る。

【0049】

一次アーム２０２は、一次アーム２０２を第１の把捉固定具２１０に接続するように操作可能な第１のエンドエフェクタ２０８を含んでいる。第１の把捉固定具２１０は、第１の位置２０６においてプラットフォームに取り付けられることが可能である。一次アーム２０２は、一次アーム２０２を第２の把捉固定具２１４に接続するように操作可能な第２のエンドエフェクタ２１２を含んでいる。第２の把捉固定具２１４は、第２の位置２１６においてプラットフォームに取り付けられることが可能である。一次アーム２０２は、プラットフォーム上の多様な位置に対して、第１のエンドエフェクタ２０８および第２のエンドエフェクタ２１２を操縦し、移動させ、および位置決めする。

【0050】

一次アーム２０２は、第１の把捉固定具２１０（または第２の把捉固定具２１４）からプラットフォームの別の把捉固定具へと、回転しながら歩行するように操作可能とされ得る。手首における工具または二次アーム２０４の接続は、一次アーム２０２が回転しながら歩行することを許容し得る。

【0051】

第１のエンドエフェクタ２０８および第２のエンドエフェクタ２１２は、構造的に同じとされ得る。第１のエンドエフェクタ２０８および第２のエンドエフェクタ２１２は、（例えば、２０２１年８月１７日に特許されて、その全体が参照により統合された特許文献１のような）低背エンドエフェクタとされ得る。

【0052】

第１の把捉固定具２１０および第２の把捉固定具２１４は、構造的に同じとされ得る。第１の把捉固定具２１０および第２の把捉固定具２１４は、把持される受動的な要素とされ得る。第１の把捉固定具２１０および第２の把捉固定具２１４は、（例えば特許文献１に記載されたような）低背の把捉固定具とされ得る。

【0053】

一次アーム２０２は、第１のブーム２１８および第２のブーム２２０を含んでいる。一次アーム２０２は、第１のエンドエフェクタ２０８を第１のブーム２１８に接続した第１のジョイント２２２を含んでいる。一次アーム２０２は、第１のブーム２１８と第２のブーム２２０とを接続した第２のジョイント２２４を含んでいる。一次アーム２０２は、第２のブーム２２０を第２のエンドエフェクタ２１２に接続した第３のジョイント２２６を含んでいる。

【0054】

第１のジョイント２２２は、３自由度の手首クラスタを備えている。第１のジョイント２２２は、第１のエンドエフェクタ２０８を第１の回転軸の周りに第１のブーム２１８に対して回転させるための第１の手首回転ジョイント２２８を含んでいる。第１のジョイント２２２は、第１のエンドエフェクタ２０８を第１のヨー軸周りに第１のブーム２１８に対して回転させるための第１の手首ヨージョイント２３０を含んでいる。第１のジョイント２２２は、第１のエンドエフェクタ２０８を第１のピッチ軸の周りに第１のブーム２１８に対して回転させるための第１の手首ピッチジョイント２３２を含んでいる。

【0055】

第２のジョイント２２４は、第１のブーム２１８を第２のブーム２２０に対して回転させる肘ピッチジョイントを含んでいる。

【0056】

第３のジョイント２２６は、３自由度の手首クラスタを備えている。第３のジョイント２２６は、第２のエンドエフェクタ２１２を第２の回転軸の周りに第２のブーム２２０に対して回転させるための第２の手首回転ジョイント２３４を含んでいる。第３のジョイント２２６は、第２のエンドエフェクタ２１２を第２のヨー軸の周りに第２のブーム２２０に対して回転させるための第２の手首ヨージョイント２３６を含んでいる。第３のジョイント２２６は、第２のエンドエフェクタ２１２を第２のピッチ軸の周りに第２のブーム２２０に対して回転させるための第２のピッチジョイント２３８を含んでいる。

【0057】

第１のジョイント２２２および第２のジョイント２２６は、（例えば軌道上の操作クルーにより）分離可能とされ得る。第１のジョイント２２２および第２のジョイント２２６は、一次アーム２０２の残りの部分から取り外され得る。システム２００が宇宙に展開された場合、第１のジョイント２２２および第２のジョイント２２６は、保守のために宇宙ステーションの内部へとエアロックを通過され得る。

【0058】

第１のエンドエフェクタ２０８および第２のエンドエフェクタ２１２は、第１および第２のカメラおよび照明システム２４０、２４２を個々に含んでいる。第１および第２のカメラおよび照明システム２４０、２４２は、機械の視野および作業現場の視野機能を支援するカメラおよび照明を装備している。

【0059】

一次アーム２０２は、長い到達距離（例えば、約１７メートルのオーダー）および大きな先端の力の能力と共に業務を実行し得る。

【0060】

一次アーム２０２は、宇宙船（例えば対象物１０６）のフリーフライヤ捕捉を実行し得る。一次アーム２０２は、進歩した制御アルゴリズムの助言の下で、宇宙船（例えば対象物１０６）のフリーフライヤ捕捉を自律的に実施し得る。宇宙船の捕捉後、一次アーム２０２は、宇宙ステーション（例えばプラットフォーム）上の停泊インターフェイスに宇宙船を停泊させる。

【0061】

システム２００は、一次アーム２０２の制御のための制御ソフトウェアを実行するアーム制御ユニット２４８（またはコントローラ）を含んでいる。アーム制御ユニット２４８は、一次アーム２０２および二次アーム２０４の両方の操作および動作を制御し得る。アーム制御ユニット２４８は、一次アーム２０２の制御と二次アーム２０４の制御との間を切り替え得る。一次アーム２０２のアーム制御ユニット２４８は、一次アーム２０２および二次アーム２０４の両方を備えた、より大きく且つより複雑な構造を補償することにより、効果的に機能するために変更を加えるように操作可能である。

【0062】

アーム制御ユニット２４８は、ジョイント２２２、２２４、２２６の動作（例えば回転）を制御し、それにより一次アーム２０２の、ならびに最終的にエンドエフェクタ２０８、２１２、および二次アーム２０４の制御された動作を可能にしている。一次アーム２０２およびアーム制御ユニット２４８は通信接続されており、その接続は、一次アーム２０２とアーム制御ユニット２４８との間の破線として表されている。二次アーム２０４は、アーム制御ユニット２４８から命令を受ける。一次アーム２０２は、（例えば作業者により）手動で操縦されおよび管理され得る。

【0063】

アーム制御ユニット２４８は、一次アーム２０２に配置され得る。アーム制御ユニット２４８は、一次アーム２０２または二次アーム２０４を一度に１つずつ制御することが可能な航空電子機器を含み得る。システム２００は、ストリングごとに１つのアーム制御ユニットを備えた２つのストリングを含み得る。二次アーム２０４は、一次アーム２０２のアーム制御ユニット２４８により制御され、このことは、二次アーム２０４のために必要とされる航空電子機器を減少させる。

【0064】

システム２００は、二次アーム２０４を一次アーム２０２に取り外し可能に取り付けるためのアタッチメント２５０を含んでいる。アタッチメント２５０は、軌道上交換ユニットインターフェイスとされ得る。アタッチメント２５０は、機械的、電力的、およびデータ的な伝達のいずれか１つ以上を提供し得る。システム２００は、器用な把捉固定具２６８に装着された器用な把捉固定具２５１を含んでもよく、いくつかの実施形態においては、それは二次アーム２０４の取り付け／取り外しを容易にすることが可能である。二次アーム２０４が一次アーム２０２に取り付けられない場合、二次アーム２０４以外の他の二次工具が、アタッチメント２５０に取り付けられ得る。

【0065】

アタッチメント２５０は、一次アーム２０２の手首に設けられ得る。アタッチメント２５０は、一次アーム２０２の長さに沿ってどこにでも配置され得る。アタッチメント２５０は、一次アーム２０２のレールシステム上に配置され得る。

【0066】

一次アーム２０２は、操縦の一次軸２５３を備えている。二次アーム２０４は、操縦の二次軸２５５を備えている。一次軸２５３は、二次軸２５５に直交し得る。二次アーム２０４のベースは、例えばアタッチメント２５０上の基準フレームにより形成され得る。二次アーム２０４の位置は、どの取付位置が選択／設計されるかということに依存し得る。

【0067】

二次アーム２０４は、（７）自由度を有し得る。二次アーム２０４は、第１のブーム２５２および第２のブーム２５４を含んでいる。二次アーム２０４は、第１のエンドエフェクタ２５８を第１のブーム２５２に接続した第１のジョイント２５６を含んでいる。二次アーム２０４は、第１のブーム２５２と第２のブーム２５４とを接続した第２のジョイント２６０を含んでいる。二次アーム２０４は、第２のブーム２５４を器用なエンドエフェクタ２６６に接続した第３のジョイント２６４を含んでいる。

【0068】

二次アーム２０４は、アタッチメントインターフェイス２５０を介して一次アーム２０２に設置されている。二次アーム２０４の第１のエンドエフェクタ２５８は、アタッチメント２５０の対応したインターフェイス２６８に接続されている。

【0069】

二次アーム２０４の器用なエンドエフェクタ２６６は、観測機器２７０の器用な把捉固定具２６８に接続されている。器用なエンドエフェクタ２６６は、機械的、電力的、およびデータ的な伝達のいずれか１つ以上を、観測機器２７０に伝達する。器用なエンドエフェクタ２６６は、カメラおよび照明システム２７２を含んでいる。

【0070】

二次アーム２０４は、軌道上の操作クルーにより設置され得る。二次アーム２０４は、設置後に一次アーム２０２の側部に残存し得る。

【0071】

保守が必要である場合、二次アーム２０４は、小型構成に構成され得る。操作クルーは、その場合、二次アーム２０４を一次アーム２０２から取り外し得る。二次アーム２０４は、保守のために、宇宙ステーションの内部へとエアロックを通過させられる。

【0072】

二次アーム２０４は、力／モーメントセンサおよび進歩した制御アルゴリズムを備えてもよく、二次アーム２０４が、環境と接触する器用な業務（例えば、軌道上交換ユニットの観測機器の取り外しおよび交換作業）を実施することを可能にしている。

【0073】

二次アーム２０４は、一次アーム２０２の到達範囲も拡張し、システム２００が、宇宙ステーションへ訪問中の宇宙船の荷降ろしを可能にしている。二次アーム２０４は、一次アーム２０２の軌道上交換ユニットの積載物インターフェイス２４４、２４６にアクセスし得る。このことは、一次アーム２０２が宇宙ステーションを回転しながら歩行し、二次アーム２０４および交換用観測機器を、交換の必要な観測機器２７６の場所へと運搬する。

【0074】

二次アーム２０４は観測機器２７０を取り外し、一次アームのブーム２１８の軌道上交換ユニットインターフェイス２４４上に観測機器２７０を積み込む。次いで、二次アーム２０４は、交換用観測機器２７０を第２の一次アームのブーム２２０の軌道上交換ユニット２４６から取り出し、取り外されたばかりの観測機器２７０の代わりに、宇宙ステーションに観測機器２７０を設置する。その後、システム２００は取り外された観測機器２７０を取り上げ、その観測機器２７０をエアロック内に載置するか、または訪問中の宇宙船に積み込む。

【0075】

図３を参照すると、実施形態による二次アームの設置および取り外しのための方法３００が図示されている。

【0076】

３０２において、一次アーム（例えば一次アーム２０２）および二次アーム（例えば二次アーム２０４）は、同時に発射される。発射パッケージは、発射される二次アームが、軌道上交換ユニットインターフェイスを介して一次アームに既に取り付けられていることを許容し得る。二次アームは、発射パッケージ内の一次アームから物理的に離間され得る。二次アームは、後のフライトにて別個に発射され得る。二次アームが、発射時に一次アームに既に取り付けられていない場合、発射拘束具は、軌道到達後に地上または宇宙ステーションの作業命令により解放される。このことは、そのベースにおいて軌道上交換ユニットインターフェイスを介して発射パッケージに固定された二次アームを固定されたままとし、それを通じて二次アームはキープアライブ電力を受け取る。二次アームは、ここでは作業クルーにより発射パッケージから取り外される状態になっている。

【0077】

３０４において、作業クルーはハンドリング工具を二次アームのベースのハンドリング固定具に取り付け、二次アームのベースにテザーを取り付ける。次いで、作業クルーは、二次アームを機械的におよび電気的に（例えばピストルグリップ工具を用いて単一の拘束ボルトを駆動することにより）軌道上交換ユニットインターフェイスの発射パッケージから解放する。次いで、作業クルーはハンドリング工具を使用して、二次アームを軌道上交換ユニットインターフェイスの外側に取り出す。ここで、二次アームは、ハンドリング工具を介して作業クルーにより移動させられることが可能となる。

【0078】

３０６において、一次アームは、二次アームのための軌道上交換ユニット取付インターフェイスを作業クルーに提示する構成へと推移する。ハンドリング工具の使用により、作業クルーは、二次アームが軟結合するまで、二次アームのベースを軌道上交換ユニットインターフェイス内へと案内する。次いで、作業クルーはピストルグリップ工具を使用して、単一の拘束ボルトを駆動する。二次アームは、電気的におよび機械的に一次アームに固定される。作業クルーはテザーを開放して、ハンドリング工具を取り外す。

【0079】

３０８において、二次アームはここで設置され、作業の準備状態になる。

【0080】

３１０において、保守のために二次アームを一次アームから取り外すために、二次アームは最初に小型のエアロック通過構成になるように命令を受ける。二次アームは２つのストリングを備えているので、この操作は、２つのストリングのうちより良好な状態のストリングに実施され得る。作業クルーは、ハンドリング工具を二次アームのベースのハンドリング固定具に取り付け、テザーを二次アームのベースに取り付ける。次いで、作業クルーは、二次アームを機械的におよび電気的に（例えばピストルグリップ工具を用いて単一の拘束ボルトを駆動することにより）一次アームの軌道上交換ユニットインターフェイスから解放する。次いで、作業クルーはハンドリング工具を使用して、二次アームを軌道上交換ユニットインターフェイスの外側に取り出す。ここで、二次アームは、宇宙ステーションのエアロックへと作業クルーによりハンドリング工具を介して移動されることが可能となり、二次アームは、内部加圧環境内への通過のために、軌道上交換ユニットインターフェイス内へと設置され、二次アームは、３１２において修理されることが可能となる。

【0081】

二次アームが一旦修理されると、二次アームはエアロックを通じて真空環境へと戻され、３０４から３０８を参照して先に記載されたステップに従って、作業クルーは二次アームを軌道上交換ユニットインターフェイスから取り外し、続いて二次アームを一次アームに戻して設置する。

【0082】

図４Ａに示されたように、クルーメンバー４０２によるベルジャー型エアロック４０４（例えばビショップエアロック）の内部への作業アクセスは、エアロック４０４の直径に依存して制限され得る。エアロック４０４は、インターフェイス機能が存在している開口部４０８において、非接触領域４０６を備え得る。図４Ｂに示されたように、エアロックの直径は、作業クルー４０２が進入するためには小さすぎる容積になり得る。

【0083】

図５Ａに示されたように、作業場インターフェイスソケット５０２は、図３に示されたように宇宙飛行士の携帯用足拘束装置５０６をクルーメンバー５０８が作業アクセスできるように設置するために、エアロック５０４の外側に追加され得る。追加の作業用ハンドルは、宇宙飛行士の携帯用足拘束装置５０６内への操作上の進入を支援するために、必要となり得る。

【0084】

図５Ｂに示されたように、スライドテーブル機構５１０がエアロック５０４に追加されて、機器５１２をクルーメンバー５０８の手の届く範囲に保管するようにし得る。スライドテーブル機構５１０はモータ駆動され、且つ宇宙ステーションから駆動され得る。スライドテーブル機構５１０は、クルーメンバーがピストルグリップ工具を使用して作動させる外部駆動ボルトを提供する、受動的機構とされ得る。

【0085】

図６を参照すると、実施形態によるロボット操縦のためのシステム６００が図示されている。

【0086】

システム６００は、一次アーム６０２（例えば一次アーム２０２）および二次アーム６０４（例えば二次アーム６０４）を含んでいる。一次アーム６０２は、二次アーム６０４のホストになる。一次アーム６０２は、軌道上交換ユニットインターフェイス６０６により二次アーム６０４に結合している。一次アーム６０２は、少なくとも２つの観測機器のための保管場所６０８、６１０を提供している。いくつかの実施形態では、二次アーム６０４は一次アーム６０２の半分のサイズよりも小さい。二次アーム６０４は、一次アーム６０２と同じサイズとされ得る。

【0087】

二次アーム６０４は、船外活動により軌道上交換ユニットインターフェイス６０６を介して一次アーム６０２に設置され、および一次アーム６０２から取り外される。

【0088】

二次アーム６０４は、操作に関して一次アーム６０２がホストである。二次アーム６０４は、一次アーム６０２の航空電子機器により制御される。二次アーム６０４は、一次アーム６０２のブーム上の観測機器保管場所６０８、６１０にアクセス可能である。

【0089】

一次アームおよび二次アームの組み合わせシステム６００は、軌道上交換ユニットの取り外しおよび観測機器６１２の交換のための方法を実施する。交換用の軌道上交換ユニットは、訪問中の宇宙船６１４に到達するか、またはエアロックを通じて宇宙ステーションの外部へと通過する。交換用の軌道上交換ユニット（観測機器６１２）を訪問中の宇宙船６１４から回収するために、一次アーム６０２は、（必要であれば）訪問中の宇宙船６１４に保管された観測機器６１２にアクセスするように配置された低背把捉固定具６１６に到達するまで、低背把捉固定具の作業位置を介して回転しながら歩行する。一次アーム６０２は自身を位置決めして、これにより二次アーム６０４は、訪問した宇宙船６１４の保管された観測機器６１２にアクセスすることが可能である。二次アーム６０４は、例えば（例えば国際出願ＰＣＴ／ＣＡ２０２２／０５１８４２号に記載されたような）器用なエンドエフェクタを用いて（例えば、参照によりその全体がここに統合された、特許文献２として２０２３年６月２２日に公開されたＰＣＴ／ＣＡ２０２２／０５１８４２に記載されたような）器用な把捉固定具を把持することにより、訪問中の宇宙船６１４の保管場所６１８から新しい軌道上交換ユニット（観測機器６１２）を回収する。器用なエンドエフェクタのトルクを使用して、拘束された軌道上交換ユニットを開放する。次いで、二次アーム６０４は、交換用の軌道上交換ユニット（観測機器６１２）を一次アーム６０２の保管場所（例えば６０８、６１０）内に保管する。

【0090】

次に、一次アーム６０２は、取り外されて交換される軌道上交換ユニット６１２へのアクセスに関して良好に配置された低背把捉固定具へと回転しながら歩行し、二次アーム６０４を作業場所にアクセスするために位置決めする。二次アーム６０４は、軌道上交換ユニット６１２を取り外す。次いで、一次アーム６０２は必要に応じて再構成され、その保管場所（６０８、６１０）を二次アーム６０４の到達範囲内に届ける。二次アーム６０４は、故障した軌道上交換ユニット６１２を一次アーム６０２に保管する。一次アーム６０２は自身を再構成し、これにより二次アーム６０４は、交換用の軌道上交換ユニット６１２を、一次アーム６０２の保管場所（例えば６０８、６１０）から回収することが可能となる。二次アーム６０４は、交換用の軌道上交換ユニット６１２を回収する。次いで、一次アーム６０２は、作業場所にアクセスするために二次アーム６０４を移動させる。二次アーム６０４は、交換用の軌道上交換ユニット６１２を作業場所に設置し、軌道上交換ユニット６１２を固定する。

【0091】

次いで、システム６００は、訪問中の宇宙船６１６へのアクセスを提供した低背把捉固定具を戻すように移動させる。二次アーム６０４は、故障した軌道上交換ユニット６１２を、地球に戻るための訪問中の宇宙船６１４に保管する。

【0092】

交換用の軌道上交換ユニット６１２が、エアロックを通じて入手可能である場合、上記と同じ操作ステップが実施されるが、一次アーム６０２は、訪問中の宇宙船の作業現場ではなく、開始時および終了時にエアロックの作業場所に移動する点が異なっている。

【0093】

このシステムおよび作業コンセプトは、軌道上での修理に使用される、一次アーム６０２および二次アーム６０４の組み合わせの操作に使用されるアプローチに基づいている。システム、方法、およびデバイスは、共通のコンピュータ、および一次アームを制御し且つ二次アーム６０４の制御へと切り替える制御を可能とした制御ソフトウェアを使用することを含んだ、ここに記載された要素のいずれか１つ以上を含んでもよく、これにより航空電子機器のコストを節約し、すなわち１つのコンピュータで２つのシステムのアームを制御することを共通に支援する。

【0094】

システム、方法、およびデバイスは、追加の付属物またはデバイスの保管場所無しに一次アーム６０２の観測機器保管場所６０８、６１０にアクセスすることを含んだ、ここに記載された要素のいずれか１つ以上を含んでもよく、それにより観測機器の収納に対応し、且つそれらの観測機器にキープアライブ電力を提供する。観測機器が一次アーム６０２にあるので、システム６００は、一次アーム６０２が進むにつれて、システム６００を用いて観測機器を運搬する。

【0095】

システム、方法、およびデバイスは、エアロックがビショップ型エアロックである場合、作業クルーにより二次アーム６０４をエアロック内に持ち込む、および／またはエアロック外へと持ち出す工程を含んだ、ここに記載されたいずれか１つ以上の要素を含み得る。

【0096】

上述の記載は、１つ以上の装置、方法、またはシステムの例を提供しているが、当業者によって解釈される他の装置、方法、またはシステムも請求項の範囲内にあり得ることが、理解されるであろう。

【符号の説明】

【0097】

１００ ・・・システム
１０１ ・・・プラットフォーム
１０２ ・・・一次アーム
１０４ ・・・エンドエフェクタ
１０６ ・・・対象物
１０８ ・・・アタッチメント
１１０ ・・・二次工具
１１２ ・・・コントローラ
１１４－１ ・・・第１のブーム
１１４－２ ・・・第２のブーム
１１６－１ ・・・第１のジョイント
１１６－２ ・・・第２のジョイント
１１６－３ ・・・第３のジョイント
２００ ・・・システム
２０２ ・・・一次アーム
２０４ ・・・二次アーム
２０６ ・・・第１の位置
２０８ ・・・第１のエンドエフェクタ
２１０ ・・・第１の把捉固定具
２１２ ・・・第２のエンドエフェクタ
２１４ ・・・第２の把捉固定具
２１６ ・・・第２の位置
２１８ ・・・第１のブーム
２２０ ・・・第２のブーム
２２２ ・・・第１のジョイント
２２４ ・・・第２のジョイント
２２６ ・・・第３のジョイント
２２８ ・・・第１の手首回転ジョイント
２３０ ・・・第１の手首ヨージョイント
２３２ ・・・第１の手首ピッチジョイント
２３４ ・・・第２の手首回転ジョイント
２３６ ・・・第２の手首ヨージョイント
２３８ ・・・第２のピッチジョイント
２４０ ・・・第１のカメラおよび照明システム
２４２ ・・・第２のカメラおよび照明システム
２４８ ・・・アーム制御ユニット
２５０ ・・・アタッチメント
２５２ ・・・第１のブーム
２５３ ・・・一次軸
２５４ ・・・第２のブーム
２５５ ・・・二次軸
２５６ ・・・第１のジョイント
２５８ ・・・第１のエンドエフェクタ
２６０ ・・・第２のジョイント
２６４ ・・・第３のジョイント
２６６ ・・・エンドエフェクタ
２６８ ・・・インターフェイス
２７０ ・・・観測機器
２７２ ・・・カメラおよび照明システム
４０２ ・・・作業クルー
４０４ ・・・エアロック
４０６ ・・・非接触領域
５０２ ・・・作業場インターフェイスソケット
５０４ ・・・エアロック
５０６ ・・・携帯用足拘束装置
５０８ ・・・クルーメンバー
５１０ ・・・スライドテーブル機構
５１２ ・・・機器
６００ ・・・システム
６０２ ・・・一次アーム
６０４ ・・・二次アーム
６０６ ・・・軌道上交換ユニットインターフェイス
６０８、６１０ ・・・保管場所
６１２ ・・・観測機器
６１４ ・・・宇宙船
６１６ ・・・把捉固定具
６１８ ・・・保管場所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【外国語明細書】