JP3071028B2 - 脚式移動ロボットの歩行制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの歩行制御装置Info
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- JP3071028B2 JP3071028B2 JP4088111A JP8811192A JP3071028B2 JP 3071028 B2 JP3071028 B2 JP 3071028B2 JP 4088111 A JP4088111 A JP 4088111A JP 8811192 A JP8811192 A JP 8811192A JP 3071028 B2 JP3071028 B2 JP 3071028B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの歩
行制御装置に関し、より具体的には予め設定された位置
情報に基づく歩行パターンに従って自律歩行する脚式移
動ロボットにおいて、歩行の途中において歩幅などの歩
容を任意に変えることができる様にしたものに関する。
行制御装置に関し、より具体的には予め設定された位置
情報に基づく歩行パターンに従って自律歩行する脚式移
動ロボットにおいて、歩行の途中において歩幅などの歩
容を任意に変えることができる様にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】脚式移動ロボットを安定に歩行させる技
術として、リアルタイムに歩容を算出するものが提案さ
れている（Legged Robots on Rough Terrain; Experime
nts inAdjusting Step Length, by Jessica Hodgins. I
EEE, 1988)。しかしこの手法によるときは演算量が膨大
となり、現状では移動ロボットに搭載可能な程度の小型
軽量なコンピュータで、かかる多自由度のロボットを制
御することは困難である。他方、脚式移動ロボットの歩
行を実現する手法として、予め歩容を計算しておいてロ
ボットに搭載したコンピュータのメモリに記憶させてお
き、歩行に際しては簡単なデータ処理のみを行って歩行
を実現する技術が提案されており、その例としては、例
えば特開昭６２─９７００６号公報記載の技術を挙げる
ことができる。
術として、リアルタイムに歩容を算出するものが提案さ
れている（Legged Robots on Rough Terrain; Experime
nts inAdjusting Step Length, by Jessica Hodgins. I
EEE, 1988)。しかしこの手法によるときは演算量が膨大
となり、現状では移動ロボットに搭載可能な程度の小型
軽量なコンピュータで、かかる多自由度のロボットを制
御することは困難である。他方、脚式移動ロボットの歩
行を実現する手法として、予め歩容を計算しておいてロ
ボットに搭載したコンピュータのメモリに記憶させてお
き、歩行に際しては簡単なデータ処理のみを行って歩行
を実現する技術が提案されており、その例としては、例
えば特開昭６２─９７００６号公報記載の技術を挙げる
ことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】後者の技術によるとき
は、移動ロボットに搭載可能な小型軽量のコンピュータ
で多自由度のロボットを制御することが可能となるが、
予め設定された歩容に基づいて歩行する以外になく、歩
行の途中においてリアルタイムに進路、進行方向、歩
幅、歩行速度などの歩容を変えることができなかった。
は、移動ロボットに搭載可能な小型軽量のコンピュータ
で多自由度のロボットを制御することが可能となるが、
予め設定された歩容に基づいて歩行する以外になく、歩
行の途中においてリアルタイムに進路、進行方向、歩
幅、歩行速度などの歩容を変えることができなかった。
【０００４】従って、この発明の目的は、小型軽量のコ
ンピュータを用いて予め設計しておいた歩行パターンに
基づいて歩行制御すると共に、歩行の途中においてもリ
アルタイムに歩容を任意に変えることができる様にした
脚式移動ロボットの歩行制御装置を提供することにあ
る。
ンピュータを用いて予め設計しておいた歩行パターンに
基づいて歩行制御すると共に、歩行の途中においてもリ
アルタイムに歩容を任意に変えることができる様にした
脚式移動ロボットの歩行制御装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は請求項１項及び２項に示す如く構成し
た。後述する実施例の表現を付記して説明すると、請求
項１項にあっては、基体２４と、それに関節１０，１
２，１４Ｒ，Ｌを介して連結されると共に、それぞれ先
端に関節１８，２０Ｒ，Ｌを介して連結される足部２２
Ｒ，Ｌを備えた複数本の脚部リンク２とからなる脚式移
動ロボット１の歩行制御装置において、少なくとも前記
ロボットの基体付近の所定部位（具体的には腰、より具
体的には股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと基体２４との間の適
宜位置）と重心の目標位置情報を含む時系列データを予
め設定する設定手段（制御ユニット２６，Ｓ１６からＳ
２０）、時刻ｔでの重心位置を算出し、前記時系列デー
タの時刻ｔ＋Δｔでの重心位置との差分を求め、前記求
めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第１の補正量
を算出する第１の補正量算出手段（制御ユニット２６，
Ｓ２２からＳ２８）、前記ロボットに接地面から作用す
る路面反力（具体的には足荷重、より具体的には荷重お
よび／またはモーメント）を検出する路面反力検出手段
（６軸力センサ３６，制御ユニット２６，Ｓ３０）、前
記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定する重
心位置推定手段（制御ユニット２６，Ｓ３２）、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第２の補正量を算出する第２の補正量算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ３４からＳ３６）、前記算出さ
れた第１の補正量と第２の補正量に基づいて時刻ｔ＋Δ
ｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目標位置算出
手段（制御ユニット２６，Ｓ３８）、前記算出された目
標位置に基づいて前記関節の目標角度を算出する目標関
節角度算出手段（制御ユニット２６，Ｓ４０）、及び前
記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段（制
御ユニット２６，Ｓ４２）を備えた如く構成した。ま
た、請求項２項にあっては、基体２４と、それに連結さ
れる関節１０，１２，１４Ｒ，Ｌを介して連結されると
共に、それぞれ先端に関節１８，２０Ｒ，Ｌを介して連
結される足部２２Ｒ，Ｌを備えた複数本の脚部リンク２
とからなる脚式移動ロボット１の歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近 の所定部位（具
体的には腰、より具体的には股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと
基体２４との間の適宜位置）と重心の目標位置情報を含
む時系列データを予め設定する設定手段（制御ユニット
２６，Ｓ２０６からＳ２１０）、前記ロボットに接地面
から作用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的
には荷重および／またはモーメント）を検出する路面反
力検出手段（６軸力センサ３６，制御ユニット２６，Ｓ
２１２）、前記検出された路面反力に基づいて重心位置
を推定する重心位置推定手段（制御ユニット２６，Ｓ２
１４）、前記推定された重心位置と前記時系列データの
目標重心位置の差分を求め、前記求めた差分に基づいて
前記所定部位の位置の補正量を算出する補正量算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ２１６からＳ２１８）、前記算
出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記所定部
位の目標位置を算出する目標位置算出手段（制御ユニッ
ト２６，Ｓ２２０）、前記算出された目標位置に基づい
て前記関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ２２２）、及び前記目標角度と
なるべく前記関節を駆動する駆動手段（制御ユニット２
６，Ｓ２２４）を備えたように構成した。 尚、上記にお
いて「位置」は、「位置」「（変位）速度」および
「（変位）加速度」も含む意味で使用する。
ためにこの発明は請求項１項及び２項に示す如く構成し
た。後述する実施例の表現を付記して説明すると、請求
項１項にあっては、基体２４と、それに関節１０，１
２，１４Ｒ，Ｌを介して連結されると共に、それぞれ先
端に関節１８，２０Ｒ，Ｌを介して連結される足部２２
Ｒ，Ｌを備えた複数本の脚部リンク２とからなる脚式移
動ロボット１の歩行制御装置において、少なくとも前記
ロボットの基体付近の所定部位（具体的には腰、より具
体的には股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと基体２４との間の適
宜位置）と重心の目標位置情報を含む時系列データを予
め設定する設定手段（制御ユニット２６，Ｓ１６からＳ
２０）、時刻ｔでの重心位置を算出し、前記時系列デー
タの時刻ｔ＋Δｔでの重心位置との差分を求め、前記求
めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第１の補正量
を算出する第１の補正量算出手段（制御ユニット２６，
Ｓ２２からＳ２８）、前記ロボットに接地面から作用す
る路面反力（具体的には足荷重、より具体的には荷重お
よび／またはモーメント）を検出する路面反力検出手段
（６軸力センサ３６，制御ユニット２６，Ｓ３０）、前
記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定する重
心位置推定手段（制御ユニット２６，Ｓ３２）、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第２の補正量を算出する第２の補正量算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ３４からＳ３６）、前記算出さ
れた第１の補正量と第２の補正量に基づいて時刻ｔ＋Δ
ｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目標位置算出
手段（制御ユニット２６，Ｓ３８）、前記算出された目
標位置に基づいて前記関節の目標角度を算出する目標関
節角度算出手段（制御ユニット２６，Ｓ４０）、及び前
記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段（制
御ユニット２６，Ｓ４２）を備えた如く構成した。ま
た、請求項２項にあっては、基体２４と、それに連結さ
れる関節１０，１２，１４Ｒ，Ｌを介して連結されると
共に、それぞれ先端に関節１８，２０Ｒ，Ｌを介して連
結される足部２２Ｒ，Ｌを備えた複数本の脚部リンク２
とからなる脚式移動ロボット１の歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近 の所定部位（具
体的には腰、より具体的には股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと
基体２４との間の適宜位置）と重心の目標位置情報を含
む時系列データを予め設定する設定手段（制御ユニット
２６，Ｓ２０６からＳ２１０）、前記ロボットに接地面
から作用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的
には荷重および／またはモーメント）を検出する路面反
力検出手段（６軸力センサ３６，制御ユニット２６，Ｓ
２１２）、前記検出された路面反力に基づいて重心位置
を推定する重心位置推定手段（制御ユニット２６，Ｓ２
１４）、前記推定された重心位置と前記時系列データの
目標重心位置の差分を求め、前記求めた差分に基づいて
前記所定部位の位置の補正量を算出する補正量算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ２１６からＳ２１８）、前記算
出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記所定部
位の目標位置を算出する目標位置算出手段（制御ユニッ
ト２６，Ｓ２２０）、前記算出された目標位置に基づい
て前記関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段
（制御ユニット２６，Ｓ２２２）、及び前記目標角度と
なるべく前記関節を駆動する駆動手段（制御ユニット２
６，Ｓ２２４）を備えたように構成した。 尚、上記にお
いて「位置」は、「位置」「（変位）速度」および
「（変位）加速度」も含む意味で使用する。
【０００６】
【作用】少なくともロボットの所定部位と重心の目標位
置情報を含む時系列データを予め設定しておき歩行制御
時にリアルタイムに目標関節角度を決定することから、
必要に応じて任意に歩容を変更することができる。ま
た、算出された重心位置と目標重心位置との差分により
算出された補正量、および／またはロボットに接地面か
ら作用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的に
は荷重および／またはモーメント）に基づいて推定され
た重心位置と目標重心位置との差分により算出された補
正量に基づいて所定部位（具体的には腰、より具体的に
は股関節と基体との間の適宜位置）の目標位置を算出
し、さらにそれに基づいて目標関節角度を算出すること
から、正確に目標関節角度を求めて的確に制御すること
ができる。
置情報を含む時系列データを予め設定しておき歩行制御
時にリアルタイムに目標関節角度を決定することから、
必要に応じて任意に歩容を変更することができる。ま
た、算出された重心位置と目標重心位置との差分により
算出された補正量、および／またはロボットに接地面か
ら作用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的に
は荷重および／またはモーメント）に基づいて推定され
た重心位置と目標重心位置との差分により算出された補
正量に基づいて所定部位（具体的には腰、より具体的に
は股関節と基体との間の適宜位置）の目標位置を算出
し、さらにそれに基づいて目標関節角度を算出すること
から、正確に目標関節角度を求めて的確に制御すること
ができる。
【０００７】
【実施例】以下、脚式移動ロボットとして２足歩行のロ
ボットを例にとってこの発明の実施例を説明する。図１
はそのロボット１を全体的に示す説明スケルトン図であ
り、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節（軸）を
備える（理解の便宜のために各関節（軸）をそれを駆動
する電動モータで例示する）。該６個の関節（軸）は上
から順に、腰の脚部回旋用の関節（軸）１０Ｒ，１０Ｌ
（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッチ
方向（ｘ方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール
方向（ｙ方向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピ
ッチ方向の関節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ
方向の関節（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節
（軸）２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部
（足平）２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最上位に
は胴体部（基体）２４が設けられ、その内部には制御ユ
ニット２６が格納される。上記において腰関節は関節
（軸）１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から
構成され、また足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２
０Ｒ（Ｌ）から構成される。また、腰関節と膝関節との
間は大腿リンク２８Ｒ，２８Ｌで、膝関節と足関節との
間は下腿リンク３０Ｒ，３０Ｌで連結される。
ボットを例にとってこの発明の実施例を説明する。図１
はそのロボット１を全体的に示す説明スケルトン図であ
り、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節（軸）を
備える（理解の便宜のために各関節（軸）をそれを駆動
する電動モータで例示する）。該６個の関節（軸）は上
から順に、腰の脚部回旋用の関節（軸）１０Ｒ，１０Ｌ
（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッチ
方向（ｘ方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール
方向（ｙ方向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピ
ッチ方向の関節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ
方向の関節（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節
（軸）２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部
（足平）２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最上位に
は胴体部（基体）２４が設けられ、その内部には制御ユ
ニット２６が格納される。上記において腰関節は関節
（軸）１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から
構成され、また足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２
０Ｒ（Ｌ）から構成される。また、腰関節と膝関節との
間は大腿リンク２８Ｒ，２８Ｌで、膝関節と足関節との
間は下腿リンク３０Ｒ，３０Ｌで連結される。
【０００８】ここで、脚部リンク２は左右の足について
それぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの６
×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動
することで、足全体に所望の動きを与えることができ、
任意に３次元空間を歩行することができる様に構成され
る。先に述べた様に、上記した関節は電動モータからな
り、更にはその出力を倍力する減速機などを備えるが、
その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１−３
２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに述べ
られており、それ自体はこの発明の要旨とするところで
はないので、これ以上の説明は省略する。
それぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの６
×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動
することで、足全体に所望の動きを与えることができ、
任意に３次元空間を歩行することができる様に構成され
る。先に述べた様に、上記した関節は電動モータからな
り、更にはその出力を倍力する減速機などを備えるが、
その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１−３
２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに述べ
られており、それ自体はこの発明の要旨とするところで
はないので、これ以上の説明は省略する。
【０００９】ここで、図１に示すロボット１において、
足首部には公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を
介してロボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚとその方向回りのモーメント成分Ｍｘ，
Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加
わる力の大きさと方向とを検出する。また足平の四隅に
は公知の静電容量型の接地スイッチ３８が設けられて、
接地の有無を検出する。更に、胴体部２４の上部には、
一対の傾斜センサ４０，４２が設置され、ｘ−ｚ平面内
のｚ軸に対する傾きとその角速度、同様にｙ−ｚ平面内
のｚ軸に対する傾きとその角速度を検出する。また、各
関節の電動モータには、その回転量を検出するロータリ
エンコーダが設けられる（図１において足関節の電動モ
ータ用のもののみを示す）。これらセンサ３６などの出
力は前記した胴体部２４内の制御ユニット２６に送られ
る。
足首部には公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を
介してロボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚとその方向回りのモーメント成分Ｍｘ，
Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加
わる力の大きさと方向とを検出する。また足平の四隅に
は公知の静電容量型の接地スイッチ３８が設けられて、
接地の有無を検出する。更に、胴体部２４の上部には、
一対の傾斜センサ４０，４２が設置され、ｘ−ｚ平面内
のｚ軸に対する傾きとその角速度、同様にｙ−ｚ平面内
のｚ軸に対する傾きとその角速度を検出する。また、各
関節の電動モータには、その回転量を検出するロータリ
エンコーダが設けられる（図１において足関節の電動モ
ータ用のもののみを示す）。これらセンサ３６などの出
力は前記した胴体部２４内の制御ユニット２６に送られ
る。
【００１０】図２は制御ユニット２６の詳細を示すブロ
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ４０，４２などの出力はＡ
／Ｄ変換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバ
ス５２を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モー
タに隣接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５
６を介してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイ
ッチ３８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲ
ＡＭ５４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵか
らなる第１、第２の演算装置６０，６２が設けられてお
り、第１の演算装置６０は後述の如くＲＯＭ６４に格納
されている歩行パターンを読み込むと共に、歩容変更指
令があったときはそれを修正し、関節角及びリンク角に
ついての目標値を算出してＲＡＭ５４に送出する（ここ
でリンク角はリンクの重力方向に対する絶対角度を、関
節角はリンク間の相対角度を意味する）。また第２の演
算装置６２は後述の如くＲＡＭ５４から前記目標値と検
出された実測値とを読み込み、各関節の駆動に必要な制
御値を算出してＤ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介し
て各関節を駆動する電動モータに出力する。尚、図にお
いて、符号７０は進路、歩幅などの歩容変更指令用のジ
ョイスティックを、符号７２は傾斜センサ出力補正用の
原点スイッチを、符号７４はフェール用のリミットスイ
ッチを示す。
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ４０，４２などの出力はＡ
／Ｄ変換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバ
ス５２を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モー
タに隣接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５
６を介してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイ
ッチ３８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲ
ＡＭ５４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵか
らなる第１、第２の演算装置６０，６２が設けられてお
り、第１の演算装置６０は後述の如くＲＯＭ６４に格納
されている歩行パターンを読み込むと共に、歩容変更指
令があったときはそれを修正し、関節角及びリンク角に
ついての目標値を算出してＲＡＭ５４に送出する（ここ
でリンク角はリンクの重力方向に対する絶対角度を、関
節角はリンク間の相対角度を意味する）。また第２の演
算装置６２は後述の如くＲＡＭ５４から前記目標値と検
出された実測値とを読み込み、各関節の駆動に必要な制
御値を算出してＤ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介し
て各関節を駆動する電動モータに出力する。尚、図にお
いて、符号７０は進路、歩幅などの歩容変更指令用のジ
ョイスティックを、符号７２は傾斜センサ出力補正用の
原点スイッチを、符号７４はフェール用のリミットスイ
ッチを示す。
【００１１】続いて、この制御装置の動作を説明する。
【００１２】図３はこの制御装置の動作のうち、第１の
演算装置６０が行う関節角指令値決定作業を示すフロー
・チャートである。同図を参照して説明すると、先ずＳ
１０で装置各部を初期設定し、Ｓ１２で歩行終了ではな
いことを確認した後、Ｓ１４に進んでタイマ割り込みを
待機する。尚、この割り込みはΔｔ毎、例えば５ｍｓ毎
に行われる。タイマ割り込みが行われるとＳ１６に進ん
で現在の時刻ｔ（ｎ）の歩行パターンを読み込む。歩行
パターンとしては重心位置、各足の位置、各足の向き、
各足の傾きが時系列データ又は時間の関数で記述されて
いる。この重心位置Ｇは図４に示す如く、その絶対座標
空間におけるｘ，ｙ，ｚ軸上の値がＧx,Ｇy,Ｇz と予め
オフラインで算出され、前記ＲＯＭ内に設定されてい
る。尚、ここでは理解の便宜のためｚ軸上の値は問わな
いものとする。各足部２２Ｒ，Ｌの位置Ｒx,Ｒy,Ｒz,Ｌ
x,Ｌy,Ｌz も図５及び図６に示す如く、ｘ−ｙ，ｘ−
ｚ，ｙ−ｚ空間における位置が予め設定されている（図
６の左方は歩行パターンが爪先位置のとき、図６の右方
は歩行パターンが踵位置のときを示す。尚、歩行パター
ンとしての各足部の位置は絶対座標空間に設定されてお
り、図５と図６に示すのは、後述する各関節角の算出の
ため座標変換が施された図である）。各足部の向きθR
Z, θLZも図７と図８に示す如くｘ−ｙ空間上で設定さ
れており、各足部の傾きθRX, θRY, θLX, θLYも図６
などに個別に示す如く設定されている。
演算装置６０が行う関節角指令値決定作業を示すフロー
・チャートである。同図を参照して説明すると、先ずＳ
１０で装置各部を初期設定し、Ｓ１２で歩行終了ではな
いことを確認した後、Ｓ１４に進んでタイマ割り込みを
待機する。尚、この割り込みはΔｔ毎、例えば５ｍｓ毎
に行われる。タイマ割り込みが行われるとＳ１６に進ん
で現在の時刻ｔ（ｎ）の歩行パターンを読み込む。歩行
パターンとしては重心位置、各足の位置、各足の向き、
各足の傾きが時系列データ又は時間の関数で記述されて
いる。この重心位置Ｇは図４に示す如く、その絶対座標
空間におけるｘ，ｙ，ｚ軸上の値がＧx,Ｇy,Ｇz と予め
オフラインで算出され、前記ＲＯＭ内に設定されてい
る。尚、ここでは理解の便宜のためｚ軸上の値は問わな
いものとする。各足部２２Ｒ，Ｌの位置Ｒx,Ｒy,Ｒz,Ｌ
x,Ｌy,Ｌz も図５及び図６に示す如く、ｘ−ｙ，ｘ−
ｚ，ｙ−ｚ空間における位置が予め設定されている（図
６の左方は歩行パターンが爪先位置のとき、図６の右方
は歩行パターンが踵位置のときを示す。尚、歩行パター
ンとしての各足部の位置は絶対座標空間に設定されてお
り、図５と図６に示すのは、後述する各関節角の算出の
ため座標変換が施された図である）。各足部の向きθR
Z, θLZも図７と図８に示す如くｘ−ｙ空間上で設定さ
れており、各足部の傾きθRX, θRY, θLX, θLYも図６
などに個別に示す如く設定されている。
【００１３】次いで、Ｓ１８において進行方向、進路等
を入力し、Ｓ２０において歩行パターンの修正があった
とき設定されている歩行パターンを修正し、Ｓ２２で現
在の時刻ｔ（ｎ）の、即ち腰の位置を動かさない場合の
関節角を計算する。
を入力し、Ｓ２０において歩行パターンの修正があった
とき設定されている歩行パターンを修正し、Ｓ２２で現
在の時刻ｔ（ｎ）の、即ち腰の位置を動かさない場合の
関節角を計算する。
【００１４】ここでこの制御を概括すると、この制御に
おいて歩行パターンとしては関節角及びリンク角ではな
く、それより上位概念の位置情報で設定する。従って、
関節角及びリンク角は歩行中に時々刻々算出することに
なるが、ある時刻のそれらを算出して指令値を決定する
ためには、ロボットの姿勢を先ず決定する必要がある。
実施例に係る２足歩行ロボットは両足合計で１２の自由
度を持つため、その姿勢は、腰の位置、上体（胴体部）
の向き、上体の傾き、各足部の位置、各足部の向き、各
足部の傾きが決まれば、腰の位置を基準として１２個の
パラメータが決定されるため、関節角及びリンク角を求
めるには必要十分である。この制御においては斯る如く
して関節角とリンク角とをリアルタイムに算出し、次い
で各関節の指令値を算出して制御する。
おいて歩行パターンとしては関節角及びリンク角ではな
く、それより上位概念の位置情報で設定する。従って、
関節角及びリンク角は歩行中に時々刻々算出することに
なるが、ある時刻のそれらを算出して指令値を決定する
ためには、ロボットの姿勢を先ず決定する必要がある。
実施例に係る２足歩行ロボットは両足合計で１２の自由
度を持つため、その姿勢は、腰の位置、上体（胴体部）
の向き、上体の傾き、各足部の位置、各足部の向き、各
足部の傾きが決まれば、腰の位置を基準として１２個の
パラメータが決定されるため、関節角及びリンク角を求
めるには必要十分である。この制御においては斯る如く
して関節角とリンク角とをリアルタイムに算出し、次い
で各関節の指令値を算出して制御する。
【００１５】ここで腰の位置Ｃz は図１０に示す如く、
股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと胴体部２４との間の適宜位置
に設定される。尚、同図で符号Ｌｎは大腿リンク２８
Ｌ，Ｒなどの各リンクの長さを示し、Ｒnx，Ｒny，Ｒnz
は右足側の関節角を、Ｌnx，Ｌny，Ｌnzは左足側の関節
角を示す。また胴体部の向きθCZは図７に示す如く、各
足部の向きθRZ, θLZの平均値とする。胴体部の傾きθ
CX, θCYは前記した傾斜角センサの出力値から図１１に
示す様に検出することができる。尚、姿勢角を決定する
に際しては胴体部の傾きは左右（ｘ軸回り）、前後方向
（ｙ軸回り）とも零とする。その結果、胴体部の絶対角
度と脚部リンク側のエンコーダの相対検出角度とから、
脚部リンク側についても絶対座標での位置決めが可能と
なる。また各足部の位置、向き、傾きは歩行データより
決定されている。
股関節（軸）１０Ｒ，Ｌと胴体部２４との間の適宜位置
に設定される。尚、同図で符号Ｌｎは大腿リンク２８
Ｌ，Ｒなどの各リンクの長さを示し、Ｒnx，Ｒny，Ｒnz
は右足側の関節角を、Ｌnx，Ｌny，Ｌnzは左足側の関節
角を示す。また胴体部の向きθCZは図７に示す如く、各
足部の向きθRZ, θLZの平均値とする。胴体部の傾きθ
CX, θCYは前記した傾斜角センサの出力値から図１１に
示す様に検出することができる。尚、姿勢角を決定する
に際しては胴体部の傾きは左右（ｘ軸回り）、前後方向
（ｙ軸回り）とも零とする。その結果、胴体部の絶対角
度と脚部リンク側のエンコーダの相対検出角度とから、
脚部リンク側についても絶対座標での位置決めが可能と
なる。また各足部の位置、向き、傾きは歩行データより
決定されている。
【００１６】従って、Ｓ２２においては斯るパラメータ
を決定して現在時刻ｔ（ｎ）における関節角を算出する
ことになる。図１２などにｘ−ｚ，ｙ−ｚ空間における
その算出例を示す。図示の如く、座標変換を行いつつ幾
何学的手法で角度を算出する。尚、そこに示される様
に、膝が伸びた場合（図１２、図１４）と膝が曲がった
場合（図１３）で腰の位置が相違する。従って、この実
施例において腰の上下方向の位置は、左右何れかまたは
双方の膝が伸びる様にして決定する。図９を参照して具
体的に説明する。尚、図９は右足についてｘ′，ｙ′，
ｚ′座標を用いて表したが、左足についてもｘ″，
ｙ″，ｚ″座標を用いて図９と同様に表すことができ
る。 Ｌ＝Ｌ３＋Ｌ４（図１０参照） ＬＲx ＝ａＲx ′ ＬＲy ＝ａＲy ′ ＬＬx ＝ａＬx ″ ＬＬｙ＝ａＬｙ″ ＬＲz2＝Ｌ2 −ＬＲx2−ＬＲy2 ＬＬz2＝Ｌ2 −ＬＬx2−ＬＬy2 ＬＲz ＝ＬＬz のとき両膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＲz ＋ＬＲz ＋Ｌ2 ＝ａＬz ＋ＬＬz ＋Ｌ2 ＬＲz ＜ＬＬz のとき右膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＲz ＋ＬＲz ＋Ｌ2 ＬＬz ＜ＬＲz のとき左膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＬz ＋ＬＬz ＋Ｌ2 即ち、歩行中においては常に少なくともいずれかの膝が
伸びていると考えることができるので、上記の条件式の
いずれかを択一的に使用して腰の位置を決定することが
できる。
を決定して現在時刻ｔ（ｎ）における関節角を算出する
ことになる。図１２などにｘ−ｚ，ｙ−ｚ空間における
その算出例を示す。図示の如く、座標変換を行いつつ幾
何学的手法で角度を算出する。尚、そこに示される様
に、膝が伸びた場合（図１２、図１４）と膝が曲がった
場合（図１３）で腰の位置が相違する。従って、この実
施例において腰の上下方向の位置は、左右何れかまたは
双方の膝が伸びる様にして決定する。図９を参照して具
体的に説明する。尚、図９は右足についてｘ′，ｙ′，
ｚ′座標を用いて表したが、左足についてもｘ″，
ｙ″，ｚ″座標を用いて図９と同様に表すことができ
る。 Ｌ＝Ｌ３＋Ｌ４（図１０参照） ＬＲx ＝ａＲx ′ ＬＲy ＝ａＲy ′ ＬＬx ＝ａＬx ″ ＬＬｙ＝ａＬｙ″ ＬＲz2＝Ｌ2 −ＬＲx2−ＬＲy2 ＬＬz2＝Ｌ2 −ＬＬx2−ＬＬy2 ＬＲz ＝ＬＬz のとき両膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＲz ＋ＬＲz ＋Ｌ2 ＝ａＬz ＋ＬＬz ＋Ｌ2 ＬＲz ＜ＬＬz のとき右膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＲz ＋ＬＲz ＋Ｌ2 ＬＬz ＜ＬＲz のとき左膝が伸びる。 Ｃz ＝ａＬz ＋ＬＬz ＋Ｌ2 即ち、歩行中においては常に少なくともいずれかの膝が
伸びていると考えることができるので、上記の条件式の
いずれかを択一的に使用して腰の位置を決定することが
できる。
【００１７】次いで、Ｓ２４に至り、現在時刻ｔ
（ｎ）、即ち腰の位置を動かさない場合の重心位置を計
算する。即ち、腰の位置Ｃが現在の時刻ｔ（ｎ）に図１
５に示す位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）にあり、次の時刻
ｔ（ｎ＋１）に図１７に示す位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃｙ
（ｎ＋１）に移行するとすると、まず姿勢を決定する上
で中核となる腰の位置を現状の状態としたままで、その
重心位置Ｇｘａ，Ｇｙａを計算し、Ｓ２６に進んで次の
時刻ｔ（ｎ＋１）で目標とする重心位置Ｇｘｃ（ｎ＋
１），Ｇｙｃ（ｎ＋１）と現在の重心位置Ｇｘａ，Ｇｙ
ａとの偏差ｄＧｘ，ｄＧｙを図１６に示す様に算出し、
続いてＳ２８に進んでその偏差に所定の係数ｋｘ，ｋｙ
を乗じて腰の位置の移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙを算出す
る。この係数ｋｘ，ｋｙは適宜設定するが、例えば歩行
速度によってｋｘ＝０．１，ｋｙ＝０．９等と可変にし
ても良い。
（ｎ）、即ち腰の位置を動かさない場合の重心位置を計
算する。即ち、腰の位置Ｃが現在の時刻ｔ（ｎ）に図１
５に示す位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）にあり、次の時刻
ｔ（ｎ＋１）に図１７に示す位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃｙ
（ｎ＋１）に移行するとすると、まず姿勢を決定する上
で中核となる腰の位置を現状の状態としたままで、その
重心位置Ｇｘａ，Ｇｙａを計算し、Ｓ２６に進んで次の
時刻ｔ（ｎ＋１）で目標とする重心位置Ｇｘｃ（ｎ＋
１），Ｇｙｃ（ｎ＋１）と現在の重心位置Ｇｘａ，Ｇｙ
ａとの偏差ｄＧｘ，ｄＧｙを図１６に示す様に算出し、
続いてＳ２８に進んでその偏差に所定の係数ｋｘ，ｋｙ
を乗じて腰の位置の移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙを算出す
る。この係数ｋｘ，ｋｙは適宜設定するが、例えば歩行
速度によってｋｘ＝０．１，ｋｙ＝０．９等と可変にし
ても良い。
【００１８】続いてＳ３０に進んで足荷重Ｆｚ-R，Ｆｚ
-Lを入力し、Ｓ３２に進んで入力値から実際の重心位置
Ｇｘ-s，Ｇｙ-sを推定する。即ち、図１８（ロボット１
を進行方向側面から見た図）と図１９（ロボット１を進
行方向から見た図）に示す如く、ロボット１には路面反
力（ｚ方向の外力Ｆｚ）が作用する。これはロボット１
の重心位置に作用する荷重であるから、逆にこの荷重を
検出することによって図２０に示すロボット１の実際の
重心位置を推定することができる。そこで、Ｓ３２に示
す如く、前記した６軸力センサ３６を通じて検出した左
右の脚部リンクに作用する荷重と所定位置からの左右の
脚部リンクの接地点までの距離Ｌｘ（Ｒｘ），Ｌｙ（Ｒ
ｙ）を乗じてｘ−ｙ平面での実際の重心位置の推定値Ｇ
ｘ-s，Ｇｙ-sを求める。続いて、Ｓ３４に進んで目標重
心位置Ｇｘｃ（ｎ＋１），Ｇｙｃ（ｎ＋１）との差ｄＧ
ｘ-s，ｄＧｙ-sを計算し、Ｓ３６に進んで計算した差に
係数ｋｘ-s，ｋｙ-s（Ｓ２８で用いたものに類似する係
数）を再度使用して腰の位置の移動補正量ｄＣｘ-s，ｄ
Ｃｙ-sを再計算する。続いて、Ｓ３８に進んで現在の腰
の位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）に、Ｓ２８で得た腰の位
置の移動補正量重心位置の差ｄＣｘ，ｄＣｙとＳ３６で
得た補正量ｄＣｘ-s，ｄＣｙ-sとの単純平均値を加算し
て次の時刻ｔ（ｎ＋１）の腰の位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃ
ｙ（ｎ＋１）を計算する（図２１は現在の時刻と次の時
刻との間の腰の位置を示す）。続いてＳ４０に進んで斯
く決定された新たな姿勢に基づいて関節角を算出し、Ｓ
４２で算出値に基づいて関節角指令値を決定して前記し
た如くＲＡＭ５４に出力し、Ｓ４４で時刻ｔをΔｔ更新
して次の時刻ｔ（ｎ＋１）とし、Ｓ１２で歩行終了と判
断されない限り、Ｓ１４のタイマ割り込みを待ってＳ１
６に進んで更新されて次の時刻ｔ＋Δｔについて同様の
作業を繰り返す。またＳ１２で歩行終了と判断されたと
きはＳ４６に進んで必要な後処理をしてプログラムを終
了する。
-Lを入力し、Ｓ３２に進んで入力値から実際の重心位置
Ｇｘ-s，Ｇｙ-sを推定する。即ち、図１８（ロボット１
を進行方向側面から見た図）と図１９（ロボット１を進
行方向から見た図）に示す如く、ロボット１には路面反
力（ｚ方向の外力Ｆｚ）が作用する。これはロボット１
の重心位置に作用する荷重であるから、逆にこの荷重を
検出することによって図２０に示すロボット１の実際の
重心位置を推定することができる。そこで、Ｓ３２に示
す如く、前記した６軸力センサ３６を通じて検出した左
右の脚部リンクに作用する荷重と所定位置からの左右の
脚部リンクの接地点までの距離Ｌｘ（Ｒｘ），Ｌｙ（Ｒ
ｙ）を乗じてｘ−ｙ平面での実際の重心位置の推定値Ｇ
ｘ-s，Ｇｙ-sを求める。続いて、Ｓ３４に進んで目標重
心位置Ｇｘｃ（ｎ＋１），Ｇｙｃ（ｎ＋１）との差ｄＧ
ｘ-s，ｄＧｙ-sを計算し、Ｓ３６に進んで計算した差に
係数ｋｘ-s，ｋｙ-s（Ｓ２８で用いたものに類似する係
数）を再度使用して腰の位置の移動補正量ｄＣｘ-s，ｄ
Ｃｙ-sを再計算する。続いて、Ｓ３８に進んで現在の腰
の位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）に、Ｓ２８で得た腰の位
置の移動補正量重心位置の差ｄＣｘ，ｄＣｙとＳ３６で
得た補正量ｄＣｘ-s，ｄＣｙ-sとの単純平均値を加算し
て次の時刻ｔ（ｎ＋１）の腰の位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃ
ｙ（ｎ＋１）を計算する（図２１は現在の時刻と次の時
刻との間の腰の位置を示す）。続いてＳ４０に進んで斯
く決定された新たな姿勢に基づいて関節角を算出し、Ｓ
４２で算出値に基づいて関節角指令値を決定して前記し
た如くＲＡＭ５４に出力し、Ｓ４４で時刻ｔをΔｔ更新
して次の時刻ｔ（ｎ＋１）とし、Ｓ１２で歩行終了と判
断されない限り、Ｓ１４のタイマ割り込みを待ってＳ１
６に進んで更新されて次の時刻ｔ＋Δｔについて同様の
作業を繰り返す。またＳ１２で歩行終了と判断されたと
きはＳ４６に進んで必要な後処理をしてプログラムを終
了する。
【００１９】続いて、決定された関節角指令値に基づい
て前記した第２の演算装置６２が行うサーボ制御値決定
作業について、図２２フロー・チャートを参照して説明
する。
て前記した第２の演算装置６２が行うサーボ制御値決定
作業について、図２２フロー・チャートを参照して説明
する。
【００２０】先ず、Ｓ１００で初期設定を行ない、Ｓ１
０２に進んで歩行終了ではないことを確認してＳ１０４
に進み、タイマ割り込みを待機する。そしてタイマ割り
込みが行われるとＳ１０６に進んでＲＡＭ５４から関節
角指令値を読み出し、Ｓ１０８に進んで前記したセンサ
群の出力からロボットの状態を検出する。続いてＳ１１
０に進み、指令値と検出値（実測値）とから各関節の駆
動に必要なサーボ制御値を計算し、Ｓ１１２に進んでＤ
／Ａ変換器６６を介してサーボアンプに制御値を出力す
る。またＳ１０２で歩行終了と判断されるときは、Ｓ１
１４で必要な後処理を行ってプログラムを終了する。
０２に進んで歩行終了ではないことを確認してＳ１０４
に進み、タイマ割り込みを待機する。そしてタイマ割り
込みが行われるとＳ１０６に進んでＲＡＭ５４から関節
角指令値を読み出し、Ｓ１０８に進んで前記したセンサ
群の出力からロボットの状態を検出する。続いてＳ１１
０に進み、指令値と検出値（実測値）とから各関節の駆
動に必要なサーボ制御値を計算し、Ｓ１１２に進んでＤ
／Ａ変換器６６を介してサーボアンプに制御値を出力す
る。またＳ１０２で歩行終了と判断されるときは、Ｓ１
１４で必要な後処理を行ってプログラムを終了する。
【００２１】この実施例は、例えば歩行の中途で着地位
置を１０ｃｍ先に変更したいと言う要請がなされたと
き、その変更着地位置に応じた目標重心位置と現在の重
心位置との偏差を求め、それから姿勢を決定するときの
中核パラメータたる腰の位置の補正移動量を概算して姿
勢を決めて関節角を算出する様にしたので、歩行の中途
において任意に歩容を変更することができる。即ち、歩
行データとしては重心位置、着地位置などを予め設定し
ておき、歩行の状態に応じて適宜姿勢を決めて関節角を
算出し、それに基づいて関節を駆動する様にした。また
その関節角の計算も図示した如く幾何学的手法で簡略に
求める様に構成したことから、小型軽量の制御装置で容
易に実現することができる。また腰の位置の決定に際し
ても上下（ｚ軸）方向を拘束しない様にしたので、更に
姿勢決定と関節角の算出が簡略となる。また絶対座標で
の位置決めを可能としたことから、ロボットの姿勢角を
正確に検出することができ、安定した歩行を実現するこ
とができる。
置を１０ｃｍ先に変更したいと言う要請がなされたと
き、その変更着地位置に応じた目標重心位置と現在の重
心位置との偏差を求め、それから姿勢を決定するときの
中核パラメータたる腰の位置の補正移動量を概算して姿
勢を決めて関節角を算出する様にしたので、歩行の中途
において任意に歩容を変更することができる。即ち、歩
行データとしては重心位置、着地位置などを予め設定し
ておき、歩行の状態に応じて適宜姿勢を決めて関節角を
算出し、それに基づいて関節を駆動する様にした。また
その関節角の計算も図示した如く幾何学的手法で簡略に
求める様に構成したことから、小型軽量の制御装置で容
易に実現することができる。また腰の位置の決定に際し
ても上下（ｚ軸）方向を拘束しない様にしたので、更に
姿勢決定と関節角の算出が簡略となる。また絶対座標で
の位置決めを可能としたことから、ロボットの姿勢角を
正確に検出することができ、安定した歩行を実現するこ
とができる。
【００２２】また、腰の位置の移動補正量を算出する際
に、設計値から算出した値（Ｓ２８）と実際の検出値か
ら算出した値（Ｓ３６）との単純平均値によって求める
様にしたので、実際の姿勢が外乱、積載荷重の多寡など
によって設定値からずれることがあっても良く補正する
ことができ、腰の位置を正確に求めて目標関節角を的確
に検出することができる。尚、単純平均に代えて、加重
平均などを用いても良い。
に、設計値から算出した値（Ｓ２８）と実際の検出値か
ら算出した値（Ｓ３６）との単純平均値によって求める
様にしたので、実際の姿勢が外乱、積載荷重の多寡など
によって設定値からずれることがあっても良く補正する
ことができ、腰の位置を正確に求めて目標関節角を的確
に検出することができる。尚、単純平均に代えて、加重
平均などを用いても良い。
【００２３】図２３は関節角指令値決定作業について、
この発明の第２の実施例を示すフロー・チャートであ
る。第１実施例と相違する点のみを説明すると、Ｓ２０
０からＳ２１０を経て歩行パターンを修正（修正する必
要があるときのみ）した後、Ｓ２１２で足荷重を入力
し、Ｓ２１４で重心位置を推定し、Ｓ２１６で目標重心
位置との差を計算し、Ｓ２１８以降でそれに基づいて腰
の位置を計算し、関節角を計算する様にした。即ち、こ
の実施例の場合には検出値のみから重心位置を推定して
腰の位置を補正する様にした。尚、残余のステップを含
む構成は第１実施例と同様である。演算が簡略化された
点を除き、効果については第１実施例と同様である。
この発明の第２の実施例を示すフロー・チャートであ
る。第１実施例と相違する点のみを説明すると、Ｓ２０
０からＳ２１０を経て歩行パターンを修正（修正する必
要があるときのみ）した後、Ｓ２１２で足荷重を入力
し、Ｓ２１４で重心位置を推定し、Ｓ２１６で目標重心
位置との差を計算し、Ｓ２１８以降でそれに基づいて腰
の位置を計算し、関節角を計算する様にした。即ち、こ
の実施例の場合には検出値のみから重心位置を推定して
腰の位置を補正する様にした。尚、残余のステップを含
む構成は第１実施例と同様である。演算が簡略化された
点を除き、効果については第１実施例と同様である。
【００２４】尚、上記において重心位置を使用したが、
重心速度または重心加速度ないしはそれらの組み合わせ
を用いても良い。また路面反力として外力Ｆｚを使用し
たが、モーメントを使用しても良い。
重心速度または重心加速度ないしはそれらの組み合わせ
を用いても良い。また路面反力として外力Ｆｚを使用し
たが、モーメントを使用しても良い。
【００２５】尚、この発明を２足歩行の脚式移動ロボッ
トを例にとって説明してきたが、それに限られるもので
はなく、３足以上の脚式移動ロボットにも妥当するもの
である。
トを例にとって説明してきたが、それに限られるもので
はなく、３足以上の脚式移動ロボットにも妥当するもの
である。
【００２６】
【発明の効果】請求項１項にあっては、基体と、それに
関節を介して連結されると共に、それぞれ先端に関節を
介して連結される足部を備えた複数本の脚部リンクとか
らなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において、少な
くとも前記ロボットの基体付近の所定部位（具体的には
腰、より具体的には股関節（軸）と基体との間の適宜位
置）と重心の目標位置情報を含む時系列データを予め設
定する設定手段、時刻ｔでの重心位置を算出し、前記時
系列データの時刻ｔ＋Δｔでの重心位置との差分を求
め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第
１の補正量を算出する第１の補正量算出手段、前記ロボ
ットに接地面から作用する路面反力（具体的には足荷
重、より具体的には荷重および／またはモーメント）を
検出する路面反力検出手段、前記検出された路面反力に
基づいて重心位置を推定する重心位置推定手段、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第２の補正量を算出する第２の補正量算出手段、
前記算出された第１の補正量と第２の補正量に基づいて
時刻ｔ＋Δｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目
標位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前
記関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及
び前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段
を備える如く構成したので、歩行制御の途中で任意に歩
容を変更することができると共に、目標関節角度も正確
に決定して的確に制御することができる。
関節を介して連結されると共に、それぞれ先端に関節を
介して連結される足部を備えた複数本の脚部リンクとか
らなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において、少な
くとも前記ロボットの基体付近の所定部位（具体的には
腰、より具体的には股関節（軸）と基体との間の適宜位
置）と重心の目標位置情報を含む時系列データを予め設
定する設定手段、時刻ｔでの重心位置を算出し、前記時
系列データの時刻ｔ＋Δｔでの重心位置との差分を求
め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第
１の補正量を算出する第１の補正量算出手段、前記ロボ
ットに接地面から作用する路面反力（具体的には足荷
重、より具体的には荷重および／またはモーメント）を
検出する路面反力検出手段、前記検出された路面反力に
基づいて重心位置を推定する重心位置推定手段、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第２の補正量を算出する第２の補正量算出手段、
前記算出された第１の補正量と第２の補正量に基づいて
時刻ｔ＋Δｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目
標位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前
記関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及
び前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段
を備える如く構成したので、歩行制御の途中で任意に歩
容を変更することができると共に、目標関節角度も正確
に決定して的確に制御することができる。
【００２７】請求項２項にあっては、基体と、それに連
結される関節を介して連結されると共に、それぞれ先端
に関節を介して連結される足部を備えた複数本の脚部リ
ンクとからなる脚式移動ロボットの歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位（具
体的には腰、より具体的には股関節（軸）と基体との間
の適宜位置）と重心の目標位置情報を含む時系列データ
を予め設定する設定手段、前記ロボットに接地面から作
用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的には荷
重および／またはモーメント）を検出する路面反力検出
手段、前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推
定する重心位置推定手段、前記推定された重心位置と前
記時系列データの目標重心位置の差分を求め、前記求め
た差分に基づいて前記所定部位の位置の補正量を算出す
る補正量算出手段、前記算出された補正量に基づいて時
刻ｔ＋Δｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目標
位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前記
関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及び
前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段を
備える如く構成したので、前記した効果に加えて、演算
を簡略にすることができる。
結される関節を介して連結されると共に、それぞれ先端
に関節を介して連結される足部を備えた複数本の脚部リ
ンクとからなる脚式移動ロボットの歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位（具
体的には腰、より具体的には股関節（軸）と基体との間
の適宜位置）と重心の目標位置情報を含む時系列データ
を予め設定する設定手段、前記ロボットに接地面から作
用する路面反力（具体的には足荷重、より具体的には荷
重および／またはモーメント）を検出する路面反力検出
手段、前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推
定する重心位置推定手段、前記推定された重心位置と前
記時系列データの目標重心位置の差分を求め、前記求め
た差分に基づいて前記所定部位の位置の補正量を算出す
る補正量算出手段、前記算出された補正量に基づいて時
刻ｔ＋Δｔでの前記所定部位の目標位置を算出する目標
位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前記
関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及び
前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段を
備える如く構成したので、前記した効果に加えて、演算
を簡略にすることができる。
【図１】この発明に係る脚式移動ロボットの歩行制御装
置を全体的に示す概略図である。
置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。
る。
【図３】本制御装置の動作のうち、関節角指令値決定作
業を示すフロー・チャートである。
業を示すフロー・チャートである。
【図４】絶対座標空間上の重心位置を示す説明図であ
る。
る。
【図５】ｘ−ｙ空間上で足部の位置を示す説明図であ
る。
る。
【図６】ｘ−ｚ空間上で足部の位置を示す説明図であ
る。
る。
【図７】ｘ−ｙ空間上で上体と足部の向きを示す説明図
である。
である。
【図８】同様にｘ−ｙ空間上で足部の向きを示す説明図
である。
である。
【図９】同様にｘ−ｚ空間で足部の傾きを示す説明図で
ある。
ある。
【図１０】腰の位置等を示す説明図である。
【図１１】上体の傾き等を示す説明図である。
【図１２】ｘ−ｚ空間で膝が伸びた状態で関節角を算出
する手法を示す説明図である。
する手法を示す説明図である。
【図１３】同様にｘ−ｚ空間で膝が曲がった状態で関節
角を算出する手法を示す説明図である。
角を算出する手法を示す説明図である。
【図１４】ｙ−ｚ空間で膝が曲がった状態で関節角を算
出する手法を示す説明図である。
出する手法を示す説明図である。
【図１５】ｘ−ｙ空間での腰と重心の移動経過を示す説
明図である。
明図である。
【図１６】図１５と同様にｘ−ｙ空間での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
動経過を示す説明図である。
【図１７】図１５と同様にｘ−ｙ空間での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
動経過を示す説明図である。
【図１８】図１に示したロボット１の側面図で路面反力
が作用している状態を示す説明図である。
が作用している状態を示す説明図である。
【図１９】図１に示したロボット１の正面図で路面反力
が作用している状態を示す説明図である。
が作用している状態を示す説明図である。
【図２０】図１８，図１９の状態を平面的に示す説明図
である。
である。
【図２１】現在の時刻と次の時刻との間の腰の位置の移
動を平面的に示す説明図である。
動を平面的に示す説明図である。
【図２２】本制御装置の動作のうち、サーボ制御値決定
作業を示すフロー・チャートである。
作業を示すフロー・チャートである。
【図２３】この発明の第２実施例を示すフロー・チャー
トである。
トである。
１ 脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節（軸） １２Ｒ，１２Ｌ 股部のピッチ方向の関節（軸） １４Ｒ，１４Ｌ 股部のロール方向の関節（軸） １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節（軸） １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節（軸） ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節（軸） ２２Ｒ，２２Ｌ 足部 ２４ 胴体部 ２６ 制御ユニット ３６ ６軸力センサ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節（軸） １２Ｒ，１２Ｌ 股部のピッチ方向の関節（軸） １４Ｒ，１４Ｌ 股部のロール方向の関節（軸） １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節（軸） １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節（軸） ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節（軸） ２２Ｒ，２２Ｌ 足部 ２４ 胴体部 ２６ 制御ユニット ３６ ６軸力センサ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 5/00 B25J 9/10 G05D 3/12 305
Claims (2)
- 【請求項１】 基体と、それに関節を介して連結される
と共に、それぞれ先端に関節を介して連結される足部を
備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボット
の歩行制御装置において、 ａ．少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位と重
心の目標位置情報を含む時系列データを予め設定する設
定手段、 ｂ．時刻ｔでの重心位置を算出し、前記時系列データの
時刻ｔ＋Δｔでの重心位 置との差分を求め、前記求めた
差分に基づいて前記所定部位の位置の第１の 補正量を算
出する第１の補正量算出手段、 ｃ．前記ロボットに接地面から作用する路面反力を検出
する路面反力検出手段、 ｄ．前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定
する重心位置推定手段、 ｅ．前記推定された重心位置と前記時系列データの目標
重心位置の差分を求め、 前記求めた差分に基づいて前記
所定部位の位置の第２の補正量を算出する第 ２の補正量
算出手段、 ｆ．前記算出された第１の補正量と第２の補正量に基づ
いて時刻ｔ＋Δｔでの前 記所定部位の目標位置を算出す
る目標位置算出手段、ｇ ．前記算出された目標位置に基づいて前記関節の目標
角度を算出する目標関節角度算出手段、 及びｈ ．前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手
段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。 - 【請求項２】 基体と、それに関節を介して連結される
と共に、それぞれ先端に関節を介して連結される足部を
備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボット
の歩行制御装置において、 ａ ．少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位と重
心の目標位置情報を含む 時系列データを予め設定する設
定手段、 ｂ ．前記ロボットに接地面から作用する路面反力を検出
する路面反力検出手段、ｃ ．前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定
する重心位置推定手段、ｄ ．前記推定された重心位置と前記時系列データの目標
重心位置の差分を求め、 前記求めた差分に基づいて前記
所定部位の位置の補正量を算出する補正量算 出手段、ｅ ．前記算出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの
前記所定部位の目標位置 を算出する目標位置算出手段、ｆ ．前記算出された目標位置に基づいて前記関節の目標
角度を算出する目標関節 角度算出手段、 及び ｇ ．前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手
段、 を備えた ことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088111A JP3071028B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
| US08/029,451 US5337235A (en) | 1992-03-12 | 1993-03-11 | Locomotion control system for legged mobiled robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088111A JP3071028B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05253867A JPH05253867A (ja) | 1993-10-05 |
| JP3071028B2 true JP3071028B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=13933777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4088111A Expired - Lifetime JP3071028B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071028B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4559803B2 (ja) * | 2004-09-14 | 2010-10-13 | 敏男 福田 | 関節角の受動変化を利用して歩行するロボットとその制御方法 |
| JP5286878B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2013-09-11 | トヨタ自動車株式会社 | 移動ロボットの移動制御方法および移動ロボット |
| JP5644442B2 (ja) * | 2010-12-03 | 2014-12-24 | トヨタ自動車株式会社 | 重心位置推定装置、方法、及び入力装置 |
| JP5991857B2 (ja) * | 2011-06-10 | 2016-09-14 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | ロボットの均衡制御装置及びその制御方法 |
| CN113050616B (zh) * | 2019-12-27 | 2024-09-06 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种双足机器人行走的控制方法及双足机器人 |
| CN114948579B (zh) * | 2021-12-15 | 2023-03-24 | 南方科技大学 | 踝关节外骨骼及其助力控制方法、装置及可读存储介质 |
-
1992
- 1992-03-12 JP JP4088111A patent/JP3071028B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05253867A (ja) | 1993-10-05 |
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