JP2894073B2 - 宇宙用構造物の結合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、宇宙空間で結合される
二つの構造物のうち一方の構造物に設けられて、他方の
構造物に設けられたトラニオンを捕獲して引き込むこと
により二つの構造物同士を結合する結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば宇宙ステーションの建設にあた
り、宇宙ステーションの骨格となるトラス構造体に予め
スペースロボット（宇宙ロボット）と称されるマニピュ
レータを搭載しておき、このマニピュレータを使って宇
宙往還機（スペースシャトル）から実験機器等のペイロ
ードをトラス構造体側に移載することが試みられてい
る。この場合、例えば図５に示すように、宇宙ステーシ
ョンの骨格となるトラス構造体Ｔには複数のラフガイド
５１と結合装置１とを予め設けておき、図示外のマニピ
ュレータでペイロードＰのドローグロッド５２をつかん
でペイロードＰをトラス構造体Ｔ側に移載することにな
るのであるが、その際にペイロードＰを複数のラフガイ
ド５１で規制することによりマニピュレータの位置決め
誤差を吸収しつつペイロードＰの一次的な位置精度出し
を行い、最終的にはペイロードＰ側のトラニオン２を結
合装置１で捕獲して引き込むことによりトラス構造体Ｔ
に対してペイロードＰが堅固に結合されて固定される。

【０００３】上記の結合装置１は、図６，７，８に示す
ように、Ｖ溝部３が形成された二枚のベースプレート４
と、二枚のベースプレート４の間に挾まれてこのベース
プレート４のうち前記Ｖ溝部３の両側部分に回転可能に
軸支された一対の爪片５，６と、前記Ｖ溝部３の最深部
に設けられたプリロードプリズム７とを中心として構成
されている。そして、一方のベースプレート４には、リ
ンク８を回転させるためのモータ等のアクチュエータ９
が設けられている一方、リンク８は一端がアクチュエー
タ９の出力軸１６に、他端がトグル式のリンク機構１
０，１１，１２を介して一方の爪片６に連結されてい
る。また、各爪片５，６にはその回転軸１３と同軸一体
のピニオン１４が設けられており、これらのピニオン１
４が同期歯車列１５に噛み合っていることで一対の爪片
５，６が互いに同期して開閉動作するようになってい
る。なお、前記プリロードプリズム７は、図９に示すよ
うにその軸部１７を回転中心としてわずかな回転自由度
を有していると同時に、図示外の複数の皿ばねによって
同図（Ａ）の上方向に付勢されていて上下方向のわずか
な自由度を有している。

【０００４】したがって、上記の結合装置１は、図９の
（Ａ）に示すようにトラニオン２が一対の爪片５，６の
捕獲領域ａに入ると爪片５，６がアクチュエータ９の起
動により閉動作を開始し、同図（Ｂ）に示すように一対
の爪片５，６の先端部が互いに交差することでトラニオ
ン２を捕獲する。一対の爪片５，６により捕獲されたト
ラニオン２は、同図（Ｃ）に示すように爪片５，６に拘
束されながら徐々にベースプレート４のＶ溝部３に引き
込まれ、最終的には同図（Ｄ）に示すように一対の爪片
５，６とプリロードプリズム７との間にトラニオン２が
挾まれて拘束されることにより、図５に示したトラス構
造体ＴとペイロードＰとが結合される。

【０００５】なお、ペイロードＰが結合装置１によって
トラス構造体Ｔと結合される前の三方向の状態を図１０
に、結合が完了した三方向の状態を図１１にそれぞれ示
してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の結
合装置１を採用したトラス構造体ＴとペイロードＰとの
結合方式においては、結合装置１とは別に複数のラフガ
イド５１を必要とすることから、結合のための機構の総
重量と占有スペースが大きくなって好ましくない。

【０００７】また、上記のようなトラス構造体Ｔとペイ
ロードＰとの結合においては、単に両者が機械的に結合
されるだけでは必ずしも十分でなく、例えばトラス構造
体ＴとペイロードＰとの間の電力供給や各種の信号授受
のためにアンビリカル・コネクタを用いて両者をアンビ
リカル結合する必要がある。しかしながら従来の結合装
置１を用いた場合、仮にペイロードＰがラフガイド５１
によって位置規制され、かつトラニオン２が図９の
（Ｂ）に示すように一対の爪片５，６によって捕獲され
たとしても、トラニオン２は爪片５，６とベースプレー
ト４のＶ溝部３とで形成される空間ｂの範囲内で移動す
ることが可能である。したがって、前記結合装置１によ
るペイロードＰの引込動作を利用してアンビリカル・コ
ネクタのプラグとソケット（トラス構造体Ｔとペイロー
ドＰのうちいずれか一方にプラグが設けられ、他方にソ
ケットが設けられる）とを結合しようとしても両者を確
実に結合することができない。

【０００８】そのため、トラス構造体ＴとペイロードＰ
とを確実にアンビリカル結合しようとすると、例えば図
１２に示すようにトラス構造体ＴとペイロードＰとが前
記結合装置１によって結合されたのちに、トラス構造体
Ｔ側に設けられたアンビリカル・コネクタ５３のプラグ
５４をアクチュエータ５６を有する所定の駆動機構５７
により押し上げてペイロードＰ側のソケット５５に結合
するか、もしくは図１３に示すようにアンビリカル・コ
ネクタ５３のプラグ５４およびソケット５５の双方にフ
ローティングマウント機構５８もしくは５９を持たせる
とともに、一方にはコネクタガード６０を、他方にはガ
イドコーン６１をそれぞれに装着し、コネクタガード６
０とガイドコーン６１との摺接により両者をセンタリン
グしながらアンビリカル結合する必要がある。

【０００９】その結果、上記の結合装置１のためのラフ
ガイド５１とは別に、アンビリカル結合部においても駆
動機構５７もしくはフローティングマウント機構５８，
５９やコネクタガード６０およびガイドコーン６１を設
けなければならず、システム全体の重量および占有スペ
ースの増加と複雑化を招くこととなって好ましくない。

【００１０】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、結合装置そのものに改良を加えて、トラニ
オンが一対の爪片によって捕獲されたならばその早い時
期からトラニオンの動き（可動範囲）を著しく制限する
ことによって、結合装置のためのラフガイドやアンビリ
カル結合のためのガイド機構を不要にした構造を提供し
ようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、宇宙
空間で結合される二つの構造物のうち一方の構造物に設
けられ、他方の構造物に設けられたトラニオンを捕獲し
て引き込むことにより二つの構造物同士を結合する結合
装置において、前記一方の構造物に固定されて、Ｖ溝部
が形成されたベースプレートと、前記Ｖ溝部をはさんで
ベースプレートの両側部に回転可能に支持されるととも
に回転駆動手段によって開閉駆動され、その閉動作によ
り互いに交差して前記トラニオンを捕獲した上でこのト
ラニオンをベースプレートのＶ溝部の最深部に引き込む
一対の爪片と、前記Ｖ溝部をはさんでベースプレートの
両側部に回転可能に支持されるとともに、前記一対の爪
片で捕獲されるべきトラニオンよりも前記Ｖ溝部の最深
部側で互いにＸ字状に交差し、前記一対の爪片が捕獲し
たトラニオンをその一対の爪片との間に挾み込みながら
前記爪片の動きに応じてトラニオンを前記Ｖ溝部の最深
部に案内する一対のアライメントアームとから構成され
ていることを特徴としている。

【００１２】また請求項２の発明は、請求項１の構成に
加えて、一対のアライメントアームの先端部が互いに内
側に中折れ可能に構成されている一方、ベースプレート
には、一対の爪片によるＶ溝部へのトラニオンの引き込
み動作の進行に応じて前記一対のアライメントアームを
中折れさせるアーム規制部材が設けられていることを特
徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１の発明によると、一対の爪片によって
捕獲されたトラニオンがＸ字状に交差しているアライメ
ントアームに当接するようになると、トラニオンは一対
の爪片とアライメントアームとによって形成される菱形
状の空間に挾み込まれて拘束され、トラニオンはその拘
束された位置からＶ溝部の最深部に向かう最短の直線的
な動き以外の動きが不可能になる。したがって、一対の
爪片の全開状態において、相互に結合される構造物同士
の最大相対位置誤差を吸収し得るだけの開度を一対の爪
片が有してさえいれば、結合装置だけでラフガイドを必
要とすることなしに構造物同士を確実に結合することが
できるとともに、例えばアンビリカル結合部においても
従来のような大型の駆動機構やガイド機構を必要とする
ことなしに上記の結合装置による引き込み動作を利用し
てアンビリカル結合することができる。

【００１４】また請求項２の発明によると、トラニオン
が一対の爪片とアライメントアームによって拘束された
のちになおも一対の爪片によるトラニオンの引き込みが
進行すると、アライメントアームはトラニオンを拘束し
つつアーム規制部材との当接により徐々に内側に中折れ
する。したがって、アライメントアームを長尺化して
も、アライメントアームが中折れ式で折り畳み可能な構
造であるが故にスペース的に不利になることがなく、ア
ライメントアームの長尺化によって、結合装置がトラニ
オンを捕獲する際の捕獲領域を請求項１のものよりも大
きく確保することができ、結果的には、より早い時期か
ら結合装置でトラニオンを拘束することができるように
なる。

【００１５】

【実施例】図１の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の一実施例を
示す図で、図５に示したように宇宙ステーションの骨格
となるトラス構造体ＴとペイロードＰとの結合に用いら
れる結合装置１の例を示しており、結合装置１の基本構
造部分は図６，７，８に示したものと同様であるので、
図６，７，８のピニオン１４や同期歯車列１５等は図示
省略してある。

【００１６】図１の（Ａ）は一対の爪片５，６が全開状
態にあって、かつその爪片５，６がトラニオン２を捕獲
する前の状態を示しており、ベースプレート４のうちＶ
溝部３をはさんだその両側部分には、一対のアライメン
トアーム１８，１９が軸２０を介して回転可能に設けら
れている。これら一対のアライメントアーム１８，１９
は、爪片５，６で捕獲すべきトラニオン２よりもＶ溝部
３の最深部側で互いに交差しているとともに、爪片５，
６による捕獲領域ａを阻害しないようにその開き角が調
整されている。そして、各アライメントアーム１８，１
９は軸２０に組み込まれた図示外のトーションスプリン
グによってそれぞれ矢印ｅ１方向に付勢されているもの
の、図１の（Ａ）の状態から矢印ｅ１方向への回転動作
はストッパー２１によって阻止されている。

【００１７】一方、前記トラス構造体ＴとペイロードＰ
とのアンビリカル結合部においては、図２に示すように
トラス構造体Ｔ側にフローティングマウント機構２２を
介してアンビリカル・コネクタ２３のプラグ２４が設け
られ、プラグ２４の外周には先端部がテーパ状に拡がっ
たコネクタガイド２６が設けられている。また、前記ペ
イロードＰ側にはフローティングマウント機構２２を受
容する受容凹部２７が形成され、この受容凹部２７にア
ンビリカル・コネクタ２３のソケット２５が設けられて
いる。

【００１８】したがって本実施例構造によると、図１の
（Ａ）に示すように一対の爪片５，６の全開状態におい
て、その爪片５，６の捕獲領域ａにトラニオン２が進入
すると、図６，７，８に示したアクチュエータ９の起動
により爪片５，６が閉動作を開始する。そして、図１の
（Ｂ）に示すように爪片５，６の先端部が互いに交差す
るとその一対の爪片５，６によってトラニオン２が捕獲
・拘束され、トラニオン２の可動範囲は一対の爪片５，
６とアライメントアーム１８，１９とで囲まれた略菱形
状の範囲ｂ内に制限される。

【００１９】前記爪片５，６によって捕獲されたトラニ
オン２が爪片５の閉動作によってなおもＶ溝部３側に引
き込まれると、トラニオン２は一対の爪片５，６やアラ
イメントアーム１８，１９に案内されながらプリロード
プリズム７の真上まで移動し、同図（Ｃ）に示すように
爪片５，６の交差によって生じるＶ字形状部とアライメ
ントアーム１８，１９同士の交差によって生じるＶ字形
状部とで上下から挾み込まれる。したがって、この時点
からはトラニオン２の横方向への動きが阻止され、トラ
ニオン２は同図（Ｃ）に示す位置からその真下のＶ溝部
３の最深部に向かう最短の直進方向の動き、すなわち同
図（Ｃ）に斜線で示す範囲ｃ内での動きのみが可能とな
る。

【００２０】そして、同図（Ｃ）の状態から爪片５，６
の閉動作によりなおもトラニオン２が引き込まれると、
同図（Ｄ）に示すようにトラニオン２は一対の爪片５，
６とアライメントアーム１８，１９とによって上下から
挾まれたままアライメントアーム１８，１９を押し拡げ
ながら真下に移動し、最終的にはトラニオン２がプリロ
ードプリズム７に着座して爪片５，６によってクランプ
されることで前述したトラス構造体ＴとペイロードＰと
が堅固に結合される。

【００２１】また、結合解除時には一対のアライメント
アーム１８，１９は軸２０に組み込まれたトーションス
プリングの力によって図１の（Ａ）に示す初期状態に戻
ることになる。

【００２２】一方、図２に示したアンビリカル結合部で
は、図１の（Ｃ）に示した範囲ｃでの直進ストロークを
利用してそのプラグ２４とソケット２５のアンビリカル
結合が行われることになるが、図１の（Ｃ）に示すよう
にトラニオン２が一対の爪片５，６とアライメントアー
ム１８，１９とによって拘束された以降はアンビリカル
・コネクタ２３のプラグ２４とソケット２５とが同一軸
線上に位置することになって、トラス構造体Ｔとペイロ
ードＰとの結合完了と同時にプラグ２４とソケット２５
とがスムーズに結合される。したがって、アンビリカル
結合部には図１２に示した駆動機構５７も必要でなけれ
ば図１３に示した大型のガイドコーン６１等のガイド機
構も必要なく、アンビリカル結合部の構造を簡素化でき
ることになる。

【００２３】図３，４は本発明の他の実施例を示す図
で、この実施例では一対のアライメントアーム３１，３
２を互いに内側に中折れ可能に構成した点で第１の実施
例と異なっている。すなわち、図３の（Ａ）に示すよう
に、一対のアライメントアーム３１，３２は軸２０によ
り互いに回転可能に結合された根元側の第１アーム３１
ａ，３２ａと先端部側の第２アーム３１ｂ，３２ｂとで
形成され、第１アーム３１ａ，３２ａは軸２０に組み込
まれた図示外のトーションスプリングにより矢印ｅ１方
向に付勢されているものの、図３の（Ａ）の状態から矢
印ｅ１方向への動きがストッパー２１によって阻止され
ている。同様に、第２アーム３１ｂ，３２ｂは軸３３に
組み込まれた図示外のトーションスプリングによって矢
印ｅ２方向に付勢されているものの、図３の（Ａ）の状
態から矢印ｅ２方向への動きがストッパー３４によって
阻止され、アライメントアーム３１，３２としては図３
の（Ａ）の状態から内側への中折れのみが可能となって
いる。そして、図３の（Ａ）に示す爪片５，６の全開状
態においては、一対のアライメントアーム３１，３２は
真直状態のまま互いに交差した上で、爪片５，６の捕獲
領域ａを阻害しないように爪片５，６の上方まで伸びて
静止している。

【００２４】また、ベースプレート４の両側部には中央
部が切り欠かれたアーム規制部材３５が設けられてお
り、このアーム規制部材３５に第２アーム３１ｂ，３２
ｂの根元部分が当接するも、このアーム規制部材３５に
よって第１アーム３１ａ，３２ａの回転運動が阻害され
ないような形状となっている。

【００２５】したがって、本実施例の構造によると、図
３の（Ａ）に示すように各アライメントアーム３１，３
２の先端部が爪片５，６の上方に伸びている分だけ結合
装置１によるトラニオン２の捕獲領域を大きく確保でき
ることから、トラニオン２が爪片５，６による捕獲領域
ａに入る前であっても、トラニオン２と第２アーム３１
ｂ，３２ｂとの当接によってトラニオン２を爪片５，６
の捕獲領域ａに誘導することができる。

【００２６】前記トラニオン２が爪片５，６の捕獲領域
ａに入ると同図（Ｂ）に示すように一対の爪片５，６が
トラニオン２を捕獲し、爪片５，６がトラニオン２をプ
リロードプリズム７側に引き込むことで図４の（Ａ）に
示すようにトラニオン２が爪片５，６とアライメントア
ーム３１，３２の第１アーム３１ａ，３２ａとによって
上下から挾み込まれる。この時、一対のアライメントア
ーム３１，３２は爪片５，６によるトラニオン２の引込
力によって徐々に押し拡げられ、第２アーム３１ｂ，３
２ｂが互いに内側に回転して中折れする。そして、最終
的には同図（Ｂ）に示すようにトラニオン２がプリロー
ドプリズム７に着座することで結合が完了する。

【００２７】また、結合解除時には一対のアライメント
アーム３１，３２は軸２０に組み込まれたトーションス
プリングの力によって図３の（Ａ）に示す初期状態に戻
ることになる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項１
の発明によれば、一対の爪片でトラニオンを捕獲してト
ラニオンの動きを徐々に制限し、最終的にはトラニオン
を一対の爪片とアライメントアームとで上下から挾み込
んで直線的にＶ溝部の最深部に引き込むようにしたこと
により、従来のように大型のラフガイドを併用すること
なく結合装置単独で二つの構造物を結合することができ
る。その結果、従来のラフガイドが不要になることによ
ってその分だけ重量と占有スペースとを小さくすること
ができる。

【００２９】加えて、例えばアンビリカル・コネクタ等
の他の結合対象物がある場合でも、上記のような二つの
構造物の直線的な動きを利用して確実に結合することが
できる。したがって、従来では例えばアンビリカル結合
部に必須とされた駆動機構や大型のガイド機構等を廃止
することができ、これによってもまたシステム全体の重
量および占有スペースを小さくして構造を簡素化でき
る。

【００３０】また請求項２の発明によれば、上記の効果
に加えて、アライメントアームが中折れする分だけアラ
イメントアームを長くして結合装置によるトラニオンの
捕獲領域を大きく確保できることから、結合されるべき
二つの構造物の間のより大きな相対位置誤差を許容でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す結合装置の作動説明
図。

【図２】図１の結合装置によって結合される構造物のア
ンビリカル結合部の構成説明図。

【図３】本発明の他の実施例を示す図で、（Ａ）はトラ
ニオンの捕獲前の作動説明図、（Ｂ）はトラニオンの捕
獲後の作動説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示す図で、（Ａ）は捕獲
後のトラニオンの引き込み途中の作動説明図、（Ｂ）は
結合完了時の作動説明図。

【図５】宇宙用構造物であるトラス構造体とペイロード
との関係を示す斜視図。

【図６】図５に示す従来の結合装置の拡大正面図。

【図７】図６の右側面図。

【図８】図６の平面図。

【図９】図６に示す結合装置の作動説明図。

【図１０】図５の構造の詳細を示す図で、（Ａ）は正面
図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図、（Ｃ）は同図（Ａ）
の左側面図。

【図１１】図５の構造の結合後の状態を示す図で、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図、（Ｃ）
は同図（Ａ）の左側面図。

【図１２】図５に示す構造に用いられるアンビリカル結
合部の構成説明図。

【図１３】図５に示す構造に用いられるアンビリカル結
合部の他の例を示す構成説明図。

【符号の説明】

１…結合装置 ２…トラニオン ３…Ｖ溝部 ４…ベースプレート ５，６…爪片 ７…プリロードプリズム ９…アクチュエータ（回転駆動手段） １８，１９…アライメントアーム ２３…アンビリカル・コネクタ ３１，３２…アライメントアーム ３１ａ，３２ａ…第１アーム ３１ｂ，３２ｂ…第２アーム ３５…アーム規制部材 Ｐ…ペイロード（宇宙用構造物） Ｔ…トラス構造体（宇宙用構造物）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 宇宙空間で結合される二つの構造物のう
   ち一方の構造物に設けられ、他方の構造物に設けられた
   トラニオンを捕獲して引き込むことにより二つの構造物
   同士を結合する結合装置において、 前記一方の構造物に固定されて、Ｖ溝部が形成されたベ
   ースプレートと、 前記Ｖ溝部をはさんでベースプレートの両側部に回転可
   能に支持されるとともに回転駆動手段によって開閉駆動
   され、その閉動作により互いに交差して前記トラニオン
   を捕獲した上でこのトラニオンをベースプレートのＶ溝
   部の最深部に引き込む一対の爪片と、 前記Ｖ溝部をはさんでベースプレートの両側部に回転可
   能に支持されるとともに、前記一対の爪片で捕獲される
   べきトラニオンよりも前記Ｖ溝部の最深部側で互いにＸ
   字状に交差し、前記一対の爪片が捕獲したトラニオンを
   その一対の爪片との間に挾み込みながら前記爪片の動き
   に応じてトラニオンを前記Ｖ溝部の最深部に案内する一
   対のアライメントアーム、 とから構成されていることを特徴とする宇宙用構造物の
   結合装置。
2. 【請求項２】 一対のアライメントアームの先端部が互
   いに内側に中折れ可能に構成されている一方、ベースプ
   レートには、一対の爪片によるＶ溝部へのトラニオンの
   引き込み動作の進行に応じて前記一対のアライメントア
   ームを中折れさせるアーム規制部材が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の宇宙用構造物の結合装
   置。