JP4766381B2 - Leg wheel type mobile robot, its operation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、歩行用の複数の脚を有し、脚先端には接地面上を走行可能な車輪が取り付けられている脚車輪型移動ロボット、その動作方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a leg-wheel type mobile robot having a plurality of legs for walking and having a wheel that can run on a grounding surface attached to the tip of the leg, an operation method thereof, and a program.
今後、生活、医療福祉、公共分野等へのサービスロボットの需要増加が見込まれている。人間と共に働くロボットにとって、移動は重要な機能の1つであり、工場等を効率的かつ高速に移動可能な構成を有する脚車輪型移動ロボットの開発が行われている。 In the future, demand for service robots for daily life, medical welfare, and public sector is expected to increase. Movement is one of the important functions for robots that work with humans, and leg-wheel type mobile robots having a configuration that can move efficiently and at high speed in factories and the like have been developed.
脚車輪型移動ロボットは、平坦地では安定姿勢で脚先端に取り付けられた車輪で走行し、階段等の段差や溝などの障害物がある場所では、例えば3本脚を、回転、伸縮動作させて松葉杖をつくように歩行して障害物を越える。
つまり、車輪走行と脚歩行とを組み合わせた動作を行うことで、効率的かつ高速な移動が可能となる。
このような脚車輪型移動ロボットは、例えば特許文献1に開示されている。
A leg-wheel type mobile robot travels on a flat ground with a wheel attached to the tip of the leg in a stable posture, and in places where there are obstacles such as steps or grooves such as stairs, for example, three legs are rotated and expanded and contracted. Then walk like crutches and cross obstacles.
That is, efficient and high-speed movement is possible by performing an operation that combines wheel running and leg walking.
Such a leg-wheel type mobile robot is disclosed in
特許文献1の脚車輪型移動ロボットは、図5に示すように、本体31と、本体31の下部に連結され伸縮可能かつ水平軸の周りに本体31に対して回動可能な中央脚33と、本体31の左右両側に連結され伸縮可能かつ本体31に対して水平軸の周りに回動可能な側脚35と、を有する。
中央脚33と側脚35の下端には、接地面上を走行可能な車輪37が取り付けられている。
As shown in FIG. 5, the leg-wheel type mobile robot of
図6は、この脚車輪型移動ロボットの走行動作を示しており、図6(A)は正面図、図6(B)は側面図である。図6(B)に示すように、中央脚33と側脚35とを互いに対し大きく開き安定した状態で、中央脚33及び側脚35の車輪37が駆動されることで接地面上を走行することができる。
6A and 6B show the traveling operation of the leg-wheel type mobile robot. FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a side view. As shown in FIG. 6 (B), the
一方、図7は、脚車輪型移動ロボットの歩行動作を示している。図7に示すように、中央脚33と側脚35の回転、伸縮動作を組み合わせることで、状態(1)から状態(8)まで歩行し階段を踏破することができる。
On the other hand, FIG. 7 shows the walking motion of the leg-wheel type mobile robot. As shown in FIG. 7, it is possible to walk from the state (1) to the state (8) and step through the stairs by combining the rotation of the
このように歩行を行う際の中央脚33及び側脚35の伸縮、回転は、それぞれの動作に対応する駆動モータ(例えば、サーボモータ)により駆動され、駆動モータの制御は次のように行っている。
動作プログラム等に従った駆動モータの時々刻々の指令位置と、駆動モータに取り付けられた位置検出器から読み込まれた現在位置としての位置フィードバックとの差分をとって位置偏差とする。この位置偏差に位置ループゲインを乗じて求められた速度指令を出力する。
この速度指令と、位置検出器から読み込まれた現在位置より求められた速度フィードバックとの差分をとって速度偏差とし、この速度偏差に基づいて電流指令が出力されるようになっている。
さらに、この電流指令と、検出された駆動モータに流れる実電流としての電流フィードバックとの差分に基づき駆動モータへモータ電流を出力するようになっている。
このような位置フィードバック制御を行うことにより、図7に示すような動作が行われる。
The expansion and contraction and rotation of the
The difference between the momentary command position of the drive motor according to the operation program or the like and the position feedback as the current position read from the position detector attached to the drive motor is taken as a position deviation. A speed command obtained by multiplying the position deviation by the position loop gain is output.
The difference between this speed command and the speed feedback obtained from the current position read from the position detector is taken as a speed deviation, and a current command is output based on this speed deviation.
Further, the motor current is output to the drive motor based on the difference between the current command and the detected current feedback as the actual current flowing through the drive motor.
By performing such position feedback control, the operation shown in FIG. 7 is performed.
一般的に、位置フィードバック制御において、位置ループゲインの値が大きい程、駆動軸の剛性は高くなるので、位置指令に対する駆動軸の追従性は良くなるが、逆に駆動モータや、駆動モータと中央脚33及び側脚35との間に連結された減速機にかかる負荷は大きくなる。
Generally, in position feedback control, the greater the position loop gain value, the higher the rigidity of the drive shaft, so the followability of the drive shaft with respect to the position command is improved. The load applied to the speed reducer connected between the
ところで、これら複数の駆動モータの制御は、互いに連携をとりながら行う場合が多い。すなわち、ある駆動モータの動作が遅れた場合には、この遅れに合わせて他の駆動モータの動作を補正して駆動する。これにより、ある駆動モータの動作遅れにより、ロボットの各部に無理な力が作用することが防止される。
しかし、このようにそれぞれの駆動モータの制御を互いに連携をとって行うと、制御が複雑となる。そのため、それぞれの駆動モータの間で連携をとらずに、別個に制御する位置フィードバック制御(以下、局所位置フィードバック制御と言う)を行うことで制御を簡単にすることができる。
さらに、中央脚33と側脚35とが接地している状態では、中央脚33及び側脚35が床面に自重や静止摩擦力により保持されており、歩行システムは閉じた連鎖機構のようになっている。
従って、中央脚33と側脚35が共に接地している状態で、ロボットの姿勢を変化させると、動作が動的になるにつれ大きな位置偏差、速度偏差が生じると、駆動モータ等に大きなトルクが発生しロボット内部に過大な応力が生じやすくなる。
このようにロボット内部に発生した応力が脚と接地面との静止摩擦力より大きくなると、脚が接地面上でずれたり、ロボットが跳ね上がったりしてしまう。結果として、ロボットの位置が定まらなくなり制御が困難となる。
特に、各駆動モータの連携をとらないと、この問題は顕著となる。
However, if the control of each drive motor is performed in cooperation with each other in this way, the control becomes complicated. Therefore, it is possible to simplify the control by performing position feedback control (hereinafter referred to as local position feedback control) that is separately controlled without cooperation between the drive motors.
Further, when the
Therefore, if the posture of the robot is changed while the
If the stress generated in the robot becomes larger than the static frictional force between the leg and the grounding surface, the leg is displaced on the grounding surface or the robot jumps up. As a result, the position of the robot cannot be determined and control becomes difficult.
In particular, this problem becomes significant unless the driving motors are linked.
そこで、本発明の目的は、ロボット内部に過大な応力を発生させずに姿勢変更動作を高ゲインの局所位置フィードバック制御により行うことができる脚車輪型移動ロボット、その動作方法及びプログラムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a leg-wheel mobile robot capable of performing posture change operation by local position feedback control with high gain without generating excessive stress inside the robot, and an operation method and program thereof. It is in.
上記目的を達成するため、本発明によると、本体と、該本体に回動可能に連結されかつ伸縮又は折り曲げ可能な複数の脚と、該複数の脚のそれぞれに対し回動動作と伸縮又は折り曲げ動作を行わせる複数の駆動モータと、該複数の駆動モータを制御し前記複数の脚に歩行を行わせる制御装置と、を備え、前記各脚は、接地面に接触するように脚先端に取り付けられ接地面上を回転移動する車輪と、該車輪の回転を制動する制動装置と、を有する脚車輪型移動ロボットであって、
前記制御装置は、前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータを制御し本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する、ことを特徴とする脚車輪移動ロボットが提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body and that can be expanded and contracted or bent, and a rotation operation and expansion or contraction or bending for each of the plurality of legs. A plurality of drive motors that perform the operation, and a control device that controls the plurality of drive motors to cause the plurality of legs to walk, and each leg is attached to the tip of the leg so as to contact the grounding surface A leg wheel type mobile robot having a wheel that rotates on the ground contact surface and a braking device that brakes rotation of the wheel,
The control device is in a state where the plurality of legs are grounded, and when the posture of the main body is changed by controlling the drive motor, at least one of the braking devices of the plurality of legs is deactivated, There is provided a leg-wheel mobile robot characterized in that stress accumulated inside the robot is released to the outside due to a change in posture of the main body from the leg that is capable of rotational movement.
また、上記目的を達成するため、本発明によると、本体と、該本体に回動可能に連結されかつ伸縮又は折り曲げ可能な複数の脚と、該複数の脚のそれぞれに対し回動動作と伸縮又は折り曲げ動作を行わせる複数の駆動モータと、を備え、前記各脚は、接地面に接触するように脚先端に取り付けられ接地面上を回転移動する車輪と、該車輪の回転を制動する制動装置と、を有する脚車輪型移動ロボットの動作方法であって、
前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータにより本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する、ことを特徴とする脚車輪型移動ロボットの動作方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body and that can be expanded and contracted or bent, and a rotation operation and expansion and contraction with respect to each of the plurality of legs. Or a plurality of drive motors for performing a bending operation, each leg being attached to the tip of the leg so as to contact the grounding surface and rotating on the grounding surface, and braking for braking the rotation of the wheel An operation method of a leg-wheel mobile robot having a device,
When the plurality of legs are in a grounded state and the posture of the main body is changed by the drive motor, the braking device of at least one of the plurality of legs is deactivated, and the wheel is allowed to rotate. There is provided an operation method of a leg-wheel type mobile robot characterized in that stress accumulated in the robot is released to the outside from the leg due to a posture change of the main body.
さらに、上記目的を達成するため、本発明によると、本体と、該本体に回動可能に連結されかつ伸縮又は折り曲げ可能な複数の脚と、該複数の脚のそれぞれに対し回動動作と伸縮又は折り曲げ動作を行わせる複数の駆動モータと、を備え、前記各脚は、接地面に接触するように脚先端に取り付けられ接地面上を回転移動する車輪と、該車輪の回転を制動する制動装置と、を有する脚車輪型移動ロボットの動作プログラムであって、
前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータにより本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する処理を脚車輪型移動ロボットに組み込まれたコンピュータに実行させることを特徴とする脚車輪型移動ロボットの動作プログラムが提供される。
Furthermore, in order to achieve the above object, according to the present invention, a main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body and that can be expanded and contracted or bent, and a rotation operation and expansion and contraction with respect to each of the plurality of legs. Or a plurality of drive motors for performing a bending operation, each leg being attached to the tip of the leg so as to contact the grounding surface and rotating on the grounding surface, and braking for braking the rotation of the wheel An operation program for a leg-wheel mobile robot having a device,
When the plurality of legs are in a grounded state and the posture of the main body is changed by the drive motor, the braking device of at least one of the plurality of legs is deactivated, and the wheel is allowed to rotate. An operation program for a leg-wheel mobile robot is provided, which causes a computer incorporated in the leg-wheel mobile robot to execute processing for releasing stress accumulated in the robot from the leg to the outside due to the posture change of the main body. Is done.
このように、本体の姿勢を変化させる時に、複数の脚の少なくともいずれかの車輪を接地面上で回転移動可能し、そこから、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放するので、高ゲインの局所位置フィードバック制御により本体の姿勢を変化させた場合に駆動モータに過大なトルクが発生しても、車輪が移動することでこのトルクが自動的に外部に解放される。
従って、高ゲインの局所位置フィードバック制御による姿勢変更動作を、ロボット内部に過大な応力を発生させずに行うことができる。
複数の脚を接地させながら本体の姿勢を変化させる動作を、高ゲインの局所位置フィードバック制御により行うと、脚を回動又は伸縮させる駆動モータに過大なトルクがかかりやすい。
しかし、本発明では、この時に、複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にするので、駆動モータに過大なトルクが発生することが防止される。
In this way, when changing the posture of the main body, at least one of the wheels of the plurality of legs can be rotated on the ground surface, and from there, the stress accumulated in the robot due to the posture change of the main body is released to the outside Therefore, even if an excessive torque is generated in the drive motor when the posture of the main body is changed by the high gain local position feedback control, the torque is automatically released to the outside by moving the wheel.
Therefore, the posture changing operation by the high gain local position feedback control can be performed without generating excessive stress inside the robot.
If the operation of changing the posture of the main body while grounding a plurality of legs is performed by high gain local position feedback control, an excessive torque is likely to be applied to the drive motor that rotates or expands and contracts the legs.
However, according to the present invention, at this time, at least one of the braking devices of the plurality of legs is deactivated, so that an excessive torque is prevented from being generated in the drive motor.
本発明の好ましい実施形態によると、上記脚車輪型移動ロボットにおいて、前記複数の脚がそれぞれ対応する前記駆動モータによって回転駆動されるときの各中心軸は、互いに平行な関係にある水平軸であり、前記複数の脚の車輪が回転するときの各中心軸は、前記水平軸と平行な関係にある回転軸である。 According to a preferred embodiment of the present invention, in the leg-wheel mobile robot, the central axes when the plurality of legs are rotationally driven by the corresponding drive motors are horizontal axes that are in parallel with each other. Each of the central axes when the plurality of leg wheels rotate is a rotation axis that is in a parallel relationship with the horizontal axis.
このように、複数の脚は、それぞれ互いに平行な水平軸の周りに回動駆動され、複数の脚の車輪は、前記水平軸と平行な軸の周りに回転可能であるので、いずれかの脚の回動用の駆動モータに過大なトルクがかかろうとすると、制動装置を非作動にした他の脚の車輪がよりスムーズに回転移動する。
従って、高ゲインの局所位置フィードバック制御により本体の姿勢を変化させた場合にも、駆動モータに過大なトルクが発生することがより確実に防止される。
In this way, the plurality of legs are each driven to rotate around a horizontal axis parallel to each other, and the wheels of the plurality of legs can rotate around an axis parallel to the horizontal axis. When an excessive torque is applied to the rotation drive motor, the wheels of the other legs that have deactivated the braking device rotate and move more smoothly.
Therefore, even when the posture of the main body is changed by high-gain local position feedback control, it is possible to more reliably prevent an excessive torque from being generated in the drive motor.
本発明の好ましい実施形態によると、上記脚車輪型移動ロボットにおいて、前記制御装置が前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にするのは、前記複数の脚が歩行動作を行っている間である。 According to a preferred embodiment of the present invention, in the leg wheel type mobile robot, the control device deactivates at least one of the braking devices of the plurality of legs because the plurality of legs perform a walking motion. While you are .
このように、制御装置は、歩行動作の最中に、複数の脚を接地させながら本体の姿勢を変化させる時に、複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にするので、歩行中に駆動モータのトルクが過大になろうとすると、移動可能となった車輪から解放されるようになる。
従って、高ゲインの局所位置フィードバック制御による歩行を安定して行うことができる。
In this way, the control device deactivates at least one of the braking devices of the plurality of legs when changing the posture of the main body while grounding the plurality of legs during the walking operation. When the torque of the drive motor is excessive, the wheel is released from the movable wheel.
Therefore, walking by high gain local position feedback control can be performed stably.
本発明の好ましい実施形態によると、上記脚車輪型移動ロボットにおいて、前記制御装置が、前記複数の脚を接地させながら前記本体の姿勢を変化させる時に、制動装置を非作動にするのは、外部の障害物からの距離を維持する必要がある脚以外の脚である。 According to a preferred embodiment of the present invention, in the above-described leg-wheel type mobile robot, when the control device changes the posture of the main body while grounding the plurality of legs, the brake device is inactivated. Legs other than those that need to maintain distance from obstacles.
このように、制御装置は、複数の脚を接地させながら前本体の姿勢を変化させる時に、制動装置を非作動にするのは、外部の障害物との距離を維持するための制御を必要としない脚であるので、段差や溝などの障害物との距離を維持する必要がある脚の制動装置は作動された状態となり、過大なトルクを解放するために制動装置を非作動にした車輪が移動しても、ロボットが障害物に衝突することなどが防止される。 As described above, when the control device changes the posture of the front main body while grounding a plurality of legs, it is necessary to perform control for maintaining the distance from an external obstacle to deactivate the braking device. Leg brakes that need to maintain distance from obstacles such as steps and grooves are activated, and the wheels that have deactivated the brakes to release excessive torque Even if the robot moves, the robot is prevented from colliding with an obstacle.
上述のように、本発明によると、脚車輪型移動ロボットにおいて、ロボット本体の姿勢を変化させる時に、複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、該脚の車輪を接地面に対して回転移動可能にするので、駆動モータに過大なトルクがかかろうとすると、移動可能となった車輪から解放させることができるようになる。
従って、高ゲインの局所位置フィードバック制御による姿勢変更動作を、ロボット内部に過大な応力を発生させずに行うことができる。
As described above, according to the present invention, in a leg-wheel type mobile robot, when the posture of the robot body is changed, at least one of the braking devices of the plurality of legs is deactivated, and the wheels of the legs are set against the ground plane. Therefore, if an excessive torque is applied to the drive motor, the wheel can be released from the movable wheel.
Therefore, the posture changing operation by the high gain local position feedback control can be performed without generating excessive stress inside the robot.
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施形態による脚車輪型移動ロボットの全体構成を示している。図2は、この脚車輪型移動ロボットが歩行している際の側面図である。図1、図2に示すように、脚車輪型移動ロボット10は、中央胴体部である本体1と、本体1に連結され水平軸の周りに鉛直面内で回動される中央脚3及び左右一対の側脚5と、を備えた3脚構造である。
FIG. 1 shows an overall configuration of a leg-wheel type mobile robot according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view when the leg-wheel type mobile robot is walking. As shown in FIGS. 1 and 2, the leg-wheel
中央脚3は、本体1に対して鉛直面内での回動動作され、伸縮又は折り曲げ動作されるように本体1に連結され、脚先端に取り付けられ接地面と接触し回転駆動されて接地面上を滑走する車輪9と、該車輪9の回転を制動するブレーキと、を有する。
本体1に対する中央脚3の回転動作と伸縮又は折り曲げ動作は、本体1又は中央脚3に組み込まれた駆動モータ(例えば、サーボモータ)により行われる。
また、中央脚先端には、水平軸の周りに回転可能な2つの関節7が設けられている。
The
The rotation operation and expansion / contraction or bending operation of the
Further, two
側脚5は、本体1に対して鉛直面内で回動動作され、伸縮又は折り曲げ動作されるように本体1に連結され、脚先端に取り付けられ接地面と接触し回転駆動されて接地面上を滑走する車輪9と、該車輪9の回転を制動するブレーキと、を有する。
本体1に対する側脚5の回転動作と伸縮又は折り曲げ動作は、本体1又は側脚5に組み込まれた駆動モータ(例えば、サーボモータ)により行われる。なお、左右の側脚5は互いに同期されて回動されるようになっている。
また、左右の各側脚先端には、水平軸の周りに回転可能な1つの関節11が設けられている。
The
The rotation operation and expansion / contraction or bending operation of the
In addition, one joint 11 that can rotate around a horizontal axis is provided at the tip of each of the left and right side legs.
図3(A)は、中央脚3及び側脚5の各々の下端部に設けられた車輪9及びその駆動モータ12の構成を示す側面図である。図3(B)は、図3(A)のA−A線矢視図である。図3(B)に示すように各脚には、車輪9が前後に設けられている。
FIG. 3A is a side view showing the configuration of the
図3において、車輪用の駆動モータ12の回転駆動力は傘歯車15を介して駆動シャフト17に伝達され、駆動シャフト17の回転は伝達ベルト19により車輪シャフト21に伝達されて車輪9が駆動される。
また、図3(A)に示すように、各脚下端部には、駆動シャフト17の回転を制動し、車輪9の回転を停止させるブレーキ23が設けられている。
In FIG. 3, the rotational driving force of the
Further, as shown in FIG. 3A,
また、脚車輪型移動ロボット10の接地面走行、歩行、姿勢変化などの各動作を制御する制御装置が本体1に設けられている。
すなわち、制御装置は、これら中央脚3と側脚5の各々の回動及び伸縮を行う駆動モータ、及び、各脚の車輪用の駆動モータ12の動作を制御する。なお、制御装置は、例えばオペレータからの指示を無線により受信し、この指示に従いロボットの各動作を制御することができる。また、制御装置は、予め制御装置に記憶されたプログラムに従いロボットの各動作を制御することもできる。
In addition, the
That is, the control device controls the operation of the drive motor that rotates and expands and contracts each of the
上述の構成を有する脚車輪型移動ロボット10は、接地面上を脚先端の車輪9で走行できる。例えば、中央脚3と左右の側脚5を互いに大きく開いた状態で、中央脚3及び左右の側脚5の車輪9が駆動されることで安定した走行が可能となる。また、この例では、操舵機構を設けていないが、各車輪9に速度差を与えることで旋回が可能となる。
一方、左右の側脚5の回動を同期させ、中央脚3と左右の側脚5を交互に立脚及び遊脚として交互に振り出すことで、歩行動作が行われる。なお、立脚とは脚が接地していることをいい、遊脚とは、脚が接地面から離間していることをいう。
The leg-wheel type
On the other hand, the movement of the left and
図4は、脚車輪型移動ロボット10が階段を踏破する場合においてブレーキ23を非作動にするタイミングを示す図である。制御装置が、中央脚3及び側脚5の回動及び伸縮を制御することで、図4のような歩行動作が行われる。
図4において、状態(1)から状態(2)へ重心を前方へ移動させるように姿勢を変化させ、側脚5を接地面から離間させ状態(3)を経由し状態(4)のように側脚5を着地させる。続いて、状態(5)へ再び重心を前方へ移動させるように姿勢を変化させる。
このようにして、階段を踏破する動作を行うが、状態(1)から状態(2)へ、又は状態(4)から状態(5)へ姿勢変化させるときに、中央脚3と側脚5の両脚が接地しているので、ロボットは閉じた連鎖機構のようになっている。
FIG. 4 is a diagram illustrating the timing at which the
In FIG. 4, the posture is changed so as to move the center of gravity forward from the state (1) to the state (2), and the
In this way, the operation of stepping through the stairs is performed. When the posture is changed from the state (1) to the state (2) or from the state (4) to the state (5), the
従って、この姿勢変化を高ゲインの局所位置フィードバック制御により行うと、駆動モータや関節7、11に過大なトルクが作用してしまう傾向がある。
そのため、本発明の実施形態によると、中央脚3と側脚5の両方が接地している状態で、高ゲインの局所位置フィードバック制御により本体1の姿勢を変化させる時に、中央脚3と側脚5のいずれかのブレーキ23を非作動にして、進行方向に移動自在にしておく。
例えば、状態(1)から状態(2)へ姿勢変化させる場合には、側脚5の車輪9のブレーキ23を非作動にし、側脚5を回転移動自在にする。状態(4)から状態(5)へ姿勢変化させる場合も同様に側脚5のブレーキ23を非作動にしておく。
Therefore, when this posture change is performed by local position feedback control with high gain, excessive torque tends to act on the drive motor and the
Therefore, according to the embodiment of the present invention, when the posture of the
For example, when the posture is changed from the state (1) to the state (2), the
これにより、状態(1)から状態(2)へ、又は、状態(4)から状態(5)へ姿勢変化させる時に、高ゲインの局所位置フィードバック制御を行う時に駆動モータ等に過大なトルクがかかろうとすると、ブレーキ非制動の車輪9が自動的に回転移動してトルクが解放されることになる。
As a result, when the posture is changed from the state (1) to the state (2) or from the state (4) to the state (5), excessive torque is applied to the drive motor or the like when high gain local position feedback control is performed. If it tries to do so, the
特に、本実施形態によると、中央脚3及び側脚5は、それぞれ互いに平行な水平軸の周りに回動駆動され、ブレーキ23を非作動にした中央脚3又は側脚5の車輪9は、上記水平軸と平行な軸の周りに回転可能であるように構成されている。
この構成により、図4の状態(1)から状態(2)へ、又は、状態(4)から状態(5)へ姿勢変化させる時に、高ゲインの局所位置フィードバック制御を行うことで駆動モータ等に過大なトルクがかかろうとすると、ブレーキ23を非作動にした他の脚の車輪9がスムーズに回転移動するので、このトルクを確実に解放することができる。
In particular, according to the present embodiment, the
With this configuration, when the posture is changed from the state (1) to the state (2) or from the state (4) to the state (5) in FIG. If excessive torque is to be applied, the
脚車輪型移動ロボット10の上述の動作は、上記制御装置により行われるが、ロボット10に組み込まれたコンピュータにより実行することができる。
すなわち、このコンピュータは、上記制御装置と、上述の動作を行うための動作プログラムが記憶された記憶装置と、を含み、この動作プログラムに従って上述の動作のための処理を実行する。
The above-described operation of the leg-wheel type
That is, the computer includes the control device and a storage device that stores an operation program for performing the above-described operation, and executes processing for the above-described operation according to the operation program.
以上のように、本発明の実施形態によると、脚車輪型移動ロボットにおいて、中央脚及び側脚を接地させながらロボットの姿勢を変化させる時に、中央脚、一対の側脚の少なくともいずれかのブレーキを非作動にし、この脚の車輪を接地面に対して移動可能にするので、駆動モータ又は関節に大きなトルクが作用しようとすると、ブレーキ非作動の車輪が自動的に移動することでトルクが解放される。
従って、高ゲインの局所位置フィードバック制御により脚の回動又は伸縮動作を行って本体の姿勢を変化させた場合にも、過大なトルクの発生を防止することができ、安定した高速動作が可能となる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, when the posture of the robot is changed while the center leg and the side leg are grounded in the leg-wheel type mobile robot, the brake of at least one of the center leg and the pair of side legs is used. The wheel of this leg can be moved with respect to the ground plane, so that if a large torque is applied to the drive motor or joint, the brake-inactivated wheel will automatically move to release the torque. Is done.
Accordingly, even when the posture of the main body is changed by rotating or extending or retracting the leg by high gain local position feedback control, it is possible to prevent excessive torque from being generated, and stable high speed operation is possible. Become.
また、制御装置が、中央脚及び側脚を接地させながら本体の姿勢を変化させる時に、ブレーキを非作動にするのは、外部の障害物からの距離を維持する必要がある脚以外の脚である。
このように、ブレーキを非作動にするのは、外部の障害物との距離を維持するための制御を必要としない脚であるので、段差や溝などの障害物との距離を維持する必要がある脚のブレーキは作動された状態となり、ロボットが障害物に衝突することなどが防止される。
In addition, when the control device changes the posture of the main body while grounding the center leg and the side legs, the brakes are deactivated on the legs other than the legs that need to maintain the distance from external obstacles. is there.
In this way, the brakes are deactivated by the legs that do not require control to maintain the distance to external obstacles, so it is necessary to maintain the distance from obstacles such as steps and grooves. A brake on a leg is activated, preventing the robot from colliding with an obstacle.
なお、上述では、階段歩行の際に、中央脚と側脚の両方が接地している状態で本体の姿勢を変化させる時に、いずれかの脚のブレーキを非作動にしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロボットが所定の作業を行うため、姿勢を変化させる時に、特に、中央脚及び側脚を接地させた状態で姿勢を変化させる時に、複数の脚のうち少なくともいずれかのブレーキを非作動にし、駆動モータ等に発生する大きなトルクを解放できる。
また、上述では、3脚歩行を行う脚車輪型移動ロボットの場合であったが、本発明はこれに限定されず、2脚歩行又は4脚以上で歩行を行う脚車輪型移動ロボットにも適用可能である。
さらに、上述では、脚の設けられた車輪はモータにより駆動されるものであったが、車輪の駆動装置を設けずに車輪を脚先端に取り付けてもよい。
また、上述のブレーキ23は、車輪9の回転を制動する制動装置を構成するが、出力軸が車輪の回転軸と同軸に連結されたモータなどのアクチュエータや他の適切な装置で制動装置を構成してもよい。
このように、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
In the above description, when walking the staircase, when changing the posture of the main body with both the central leg and the side leg in contact with the ground, the brake of either leg is deactivated. It is not limited to. For example, when the robot changes its posture to perform a predetermined work, particularly when changing the posture with the central leg and the side legs in contact with the ground, at least one of the brakes of the plurality of legs is deactivated. The large torque generated in the drive motor or the like can be released.
Further, in the above description, the case is a leg-wheel type mobile robot that performs three-legged walking, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a leg-wheel type mobile robot that performs two-legged walking or walking with four or more legs. Is possible.
Further, in the above description, the wheel provided with the leg is driven by the motor, but the wheel may be attached to the tip of the leg without providing the wheel driving device.
The above-described
Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 本体
3 中央脚
5 側脚
7、11 関節
9 車輪
10 脚車輪型移動ロボット
12 車輪用の駆動モータ
15 傘歯車
17 駆動シャフト
19 伝達ベルト
21 車輪シャフト
23 ブレーキ
DESCRIPTION OF
23 Brake
Claims (6)
前記制御装置は、前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータを制御し本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する、ことを特徴とする脚車輪移動ロボット。 A main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body, and that can be expanded and contracted or bent; a plurality of drive motors that perform a rotation operation and an expansion or contraction or bending operation on each of the plurality of legs; A control device for controlling the driving motor of the plurality of legs to cause the plurality of legs to walk, wherein each leg is attached to a tip of the leg so as to contact the grounding surface, and a wheel that rotates on the grounding surface; A leg wheel type mobile robot having a braking device for braking rotation of a wheel,
The control device is in a state where the plurality of legs are grounded, and when the posture of the main body is changed by controlling the drive motor, at least one of the braking devices of the plurality of legs is deactivated, A leg-wheel mobile robot characterized in that the stress accumulated in the robot is released to the outside due to the posture change of the main body from the leg that can be rotated and moved.
前記複数の脚の車輪が回転するときの各中心軸は、前記水平軸と平行な関係にある回転軸である、ことを特徴とする請求項1に記載の脚車輪型移動ロボット。 The central axes when the plurality of legs are rotationally driven by the corresponding drive motors are horizontal axes that are parallel to each other,
2. The leg-wheel type mobile robot according to claim 1, wherein each central axis when the plurality of leg wheels rotates is a rotation axis that is parallel to the horizontal axis. 3.
前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータにより本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する、ことを特徴とする脚車輪型移動ロボットの動作方法。 A main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body and that can be expanded and contracted or bent, and a plurality of drive motors that perform a rotation operation and an expansion or contraction or bending operation on each of the plurality of legs. Each leg is a method of operating a leg-wheel type mobile robot having a wheel attached to the tip of the leg so as to be in contact with the grounding surface and rotating on the grounding surface, and a braking device for braking the rotation of the wheel. There,
When the plurality of legs are in a grounded state and the posture of the main body is changed by the drive motor, the braking device of at least one of the plurality of legs is deactivated, and the wheel is allowed to rotate. A method for operating a leg-wheel type mobile robot, characterized in that stress accumulated in the robot is released to the outside by a posture change of the main body from the leg.
前記複数の脚が接地した状態であり、かつ、前記駆動モータにより本体の姿勢を変化させる時に、前記複数の脚の少なくともいずれかの制動装置を非作動にし、車輪が回転移動可能となった該脚から、本体の姿勢変化によってロボット内部に蓄積される応力を外部に解放する処理を脚車輪型移動ロボットに組み込まれたコンピュータに実行させることを特徴とする脚車輪型移動ロボットの動作プログラム。 A main body, a plurality of legs that are rotatably connected to the main body and that can be expanded and contracted or bent, and a plurality of drive motors that perform a rotation operation and an expansion or contraction or bending operation on each of the plurality of legs. Each of the legs is an operation program for a leg wheel type mobile robot having a wheel attached to the tip of the leg so as to be in contact with the contact surface and rotating on the contact surface and a braking device for braking the rotation of the wheel. There,
When the plurality of legs are in a grounded state and the posture of the main body is changed by the drive motor, the braking device of at least one of the plurality of legs is deactivated, and the wheel is allowed to rotate. An operation program for a leg-wheel type mobile robot, characterized by causing a computer incorporated in the leg-wheel type mobile robot to execute processing for releasing stress accumulated inside the robot to the outside from a leg by a posture change of the main body.
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