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JPH10277969A - Control device of leg type moving robot - Google Patents

Control device of leg type moving robot

Info

Publication number
JPH10277969A
JPH10277969A JP10032420A JP3242098A JPH10277969A JP H10277969 A JPH10277969 A JP H10277969A JP 10032420 A JP10032420 A JP 10032420A JP 3242098 A JP3242098 A JP 3242098A JP H10277969 A JPH10277969 A JP H10277969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
foot
reaction force
floor reaction
posture
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10032420A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3629133B2 (en
Inventor
Toru Takenaka
透 竹中
Tadaaki Hasegawa
忠明 長谷川
Takashi Matsumoto
隆志 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP03242098A priority Critical patent/JP3629133B2/en
Publication of JPH10277969A publication Critical patent/JPH10277969A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3629133B2 publication Critical patent/JP3629133B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately control the actual floor reaction by detecting the actual floor reaction to calculate the moment around the center point, determining the amount of rotation to correct the target position and/or posture so that the position and/or posture of the leg part is rotated, and to displace the joint of a robot. SOLUTION: A two-foot walking robot 1 is provided with a joint on a leg part link 2. A six-axis force sensor 44 is mounted on a foot joint, the three- direction components of the force and the moment are measured, and presence/ absence of landing of a foot part and the floor reaction are detected. An inclination sensor 60 is installed on an upper body 24 to detect the inclination and the angular velocity. A rotary encoder to detect an amount of the rotation is provided on an electric motor for a joint. First and second arithmetic units are provided in a control unit 26, and the first arithmetic unit calculates the angular displacement command of the joint, and feeds it to a RAM. The second arithmetic unit reads the measured value to detect the command from the RAM, calculates the control value, and outputs it to the electric motor. The floor reaction can be appropriately controlled without generating the interference.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は脚式移動ロボット
の制御装置、詳しくはその姿勢制御装置に関し、より詳
しくは2足歩行ロボットなどの脚式移動ロボットの脚部
の動作をコンプライアンス制御し、脚式移動ロボットに
作用する床反力を適切に制御するようにしたものに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a legged mobile robot, and more particularly, to a posture control device for the legged mobile robot. The present invention relates to an apparatus for appropriately controlling a floor reaction force acting on a mobile robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】最も基本的で単純な脚式移動ロボット、
より具体的には2足歩行ロボットの制御装置は、目標運
動パターン生成装置と関節駆動制御装置から構成され
る。目標運動パターン生成装置は、少なくとも目標運動
パターンを生成する。通常、歩行の運動パターンは、そ
れから動力学的計算によって算出される、即ち、オイラ
ー・ニュートン方程式を解くことによって求められるZ
MP軌跡が予め設定しておいた望ましい軌跡になるよう
に生成される。関節駆動制御装置は、歩容生成装置が生
成する各関節の変位指令に追従するように各関節を制御
する。
2. Description of the Related Art The most basic and simple legged mobile robot,
More specifically, the control device of the bipedal walking robot includes a target motion pattern generation device and a joint drive control device. The target motion pattern generation device generates at least a target motion pattern. Typically, the gait movement pattern is then calculated by kinetic calculations, ie, Z, which is determined by solving the Euler-Newton equation.
The MP trajectory is generated so as to be a desired trajectory set in advance. The joint drive control device controls each joint so as to follow a displacement command of each joint generated by the gait generating device.

【0003】ここで、ZMP(Zero Moment Point)は、
運動パターンによって発生する慣性力と重力の合力の床
面上の作用点まわりのモーメントが、鉛直軸まわりの成
分を除き、0である点を意味する。
Here, ZMP (Zero Moment Point) is
The moment around the point of action on the floor surface of the resultant force of the inertial force and gravity generated by the motion pattern is zero, excluding the component around the vertical axis.

【0004】尚、その装置においては、歩容生成装置が
平らな床面を想定して歩容を生成していたにも関わら
ず、図40に示すように、現在、両脚支持期の初期に、
前側の足平が予期しない路面を踏んでしまうと、その足
平に想定していた以上の過大な床反力が発生し、ロボッ
トが傾斜する。その問題を解決するために、本出願人
は、例えば特開平5−305586号公報において2足
歩行の脚式移動ロボットのその種の制御装置を提案して
いる。
[0004] In this device, as shown in FIG. 40, the gait generator currently generates the gait on the assumption that the gait is on a flat floor. ,
If the foot on the front side steps on an unexpected road surface, an excessive floor reaction force greater than expected on the foot is generated, and the robot tilts. In order to solve the problem, the present applicant has proposed such a control device of a bipedal legged mobile robot in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305586.

【0005】そこにおいては、上体傾斜を検出して上体
姿勢を復元させるのに必要な復元モーメント要求量を求
めると共に、目標全床反力中心点(目標ZMP)まわり
の実全床反力モーメント成分を検出し、それを復元モー
メント要求量に一致させようと各足平を上下させるよう
に制御している。この実全床反力モーメントは、各実足
平床反力の合力が目標全床反力中心点(目標ZMP)ま
わりに発生させるモーメントである。
In this method, the required amount of restoring moment required for restoring the body posture by detecting the body inclination is determined, and the actual total floor reaction force around the desired total floor reaction force center point (target ZMP) is determined. A moment component is detected, and each foot is controlled to move up and down so as to match the required moment of the restoration moment. The actual total floor reaction force moment is a moment generated by the resultant force of each actual foot floor reaction force around the target total floor reaction force center point (target ZMP).

【0006】図40に示すような予期しなかった傾斜が
あった場合を例にとって先に提案した制御(以下『両脚
コンプライアンス制御』という)を説明する。尚、説明
のため、この図に示すように各足平に番号を付す。歩容
生成部は平らな床面を想定して歩容を生成していたにも
関わらず、図40に示すように、現在、両脚支持期の初
期に第1足平が予期しなかった斜面を踏んだため、第1
足平に望ましい値よりも大きな足平床反力が発生した瞬
間であると仮定する。また、この瞬間ロボットは未だ望
ましい姿勢(上体傾斜0)であったと仮定する。
[0006] The control proposed earlier (hereinafter referred to as "double-leg compliance control") will be described taking an example of a case where there is an unexpected inclination as shown in FIG. For explanation, each foot is numbered as shown in FIG. Although the gait generator assumed that the gait was generated on the assumption of a flat floor, as shown in FIG. 40, the first foot was not expected at the beginning of the two-leg support period. Step 1
Assume that this is the moment when a foot floor reaction force greater than the desired value for the foot occurs. It is also assumed that the robot is still in a desirable posture (body tilt 0) at this moment.

【0007】提案した制御装置では、目標全床反力中心
点(目標ZMP)まわりの実全床反力モーメントが検出
される。この瞬間では、この実全床反力モーメントは、
第1足平床反力の鉛直成分が過大であるため、ロボット
を後に転倒させる方向に作用する。
In the proposed control device, the actual total floor reaction force moment around the target total floor reaction force center point (target ZMP) is detected. At this moment, this actual total floor reaction force moment is
Since the vertical component of the first foot floor reaction force is excessive, it acts in a direction to cause the robot to fall later.

【0008】このモーメントを0にしようと、図41に
示すごとく、仮想床面A−A’を想定し、各足平をあた
かも仮想床面上に乗せたまま、仮想床面を目標全床反力
中心点(目標ZMP)まわりに適当な角度Δθだけ回転
させた位置に各足平の位置を移動させる。
In order to reduce this moment to zero, as shown in FIG. 41, a virtual floor AA 'is assumed, and the virtual floor is moved to the desired total floor height while each foot is placed on the virtual floor. The position of each foot is moved to a position rotated by an appropriate angle Δθ around the force center point (target ZMP).

【0009】それにより、第1足平床反力の鉛直成分が
減少すると共に、第2足平床反力の鉛直成分が増大す
る。この結果、目標全床反力中心点(目標ZMP)まわ
りの実全床反力モーメントがほぼ0になる。即ち、床に
予期しなかった斜面があっても、両脚コンプライアンス
制御が正常に働くので、ロボットを転倒させないで歩行
継続させることができる。
As a result, the vertical component of the first foot floor reaction force decreases, and the vertical component of the second foot floor reaction force increases. As a result, the actual total floor reaction force moment around the desired total floor reaction force center point (target ZMP) becomes substantially zero. That is, even if there is an unexpected slope on the floor, the two-leg compliance control works normally, so that the robot can continue walking without falling down.

【0010】しかしながら、この提案技術だけでは両脚
支持期に各足平実床反力を制御することができないの
で、足平の接地点あたりの床形状に予期しない局所的な
傾きや凹凸があると、足平の接地性が低下してスピンし
やすくなったり、急激な姿勢変化を起こして転倒する場
合がある。
[0010] However, since the actual floor reaction force of each foot cannot be controlled during the period of supporting both legs by using the proposed technique alone, unexpected local inclination and unevenness in the floor shape around the foot contact point of the foot is not possible. In some cases, the ground contact of the foot is reduced and the spin is easily performed, or a sudden change in posture causes a fall.

【0011】例えば、図42に示すように、両脚支持期
に第1足平のつまさきが予期しない突起(段差)を踏ん
でしまうと、両脚支持期は、第1足平のつまさきが急激
に下がりつつある時期であるので、つまさきで床を強く
蹴ってしまい、第1足平床反力の鉛直成分が急増する。
その結果、目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりに
急激に実全床反力モーメントが発生し、最悪の場合、両
脚コンプライアンスによって姿勢を復元させようとして
も間に合わずに転倒する。
For example, as shown in FIG. 42, if the toes of the first foot step on unexpected projections (steps) during the period of supporting both legs, the toes of the first foot suddenly increase during the period of supporting both legs. Since the floor is gradually falling, the floor is strongly kicked with a toe and the vertical component of the first foot floor reaction force increases rapidly.
As a result, an actual total floor reaction force moment is suddenly generated around the target total floor reaction force center point (target ZMP), and in the worst case, the vehicle falls down in time to restore the posture by the two-leg compliance.

【0012】また、両脚支持期で倒れなかったとして
も、その直後に第2足平を床から離したとき、目標全床
反力中心点(目標ZMP)は第1足平のかかとにあるに
もかかわらず、かかとが浮いているために実全床反力中
心点はつまさきにあるので、目標全床反力中心点(目標
ZMP)まわりにロボットを後に倒そうとする実全床反
力モーメントが発生し、転倒する。
Even if the player does not fall down during the two-leg support period, when the second foot is separated from the floor immediately thereafter, the desired total floor reaction force center point (target ZMP) is at the heel of the first foot. Nevertheless, because the heel is floating, the actual total floor reaction force center point is at the toe, so the actual total floor reaction force that tries to defeat the robot around the target total floor reaction force central point (target ZMP) later A moment is generated and it falls.

【0013】即ち、この両脚コンプライアンス制御は、
長い距離でゆったりと変化する大域的な傾斜やうねりに
は対応できるが、足平の着地点の局所的な傾きや段差に
は対応できないと言える。
That is, this two-leg compliance control is
It can respond to global inclinations and undulations that change slowly over long distances, but cannot respond to local inclinations and steps at the landing point of the foot.

【0014】上記した両脚コンプライアンス制御とは別
に、本出願人は、例えば特開平5−305584号公報
において、2足歩行ロボットの足首部にゴムなどのばね
特性を持った着地衝撃吸収機構を備えると共に、各足首
まわりの実足平床反力モーメント成分を検出し、それを
0にしようと各足首を回転させる足首コンプライアンス
制御を提案している。
In addition to the above-described two-leg compliance control, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305584, for example, that a biped walking robot is provided with a landing impact absorbing mechanism having spring characteristics such as rubber at the ankle. Proposes an ankle compliance control for detecting an actual foot floor reaction force moment component around each ankle and rotating each ankle to make it zero.

【0015】上記した問題点を解決するため、両脚コン
プライアンス制御に加えて、この特開平5−30558
4号公報で提案する技術(以下『足首コンプライアンス
制御』という)を併用することもできる。
In order to solve the above problems, in addition to the two-leg compliance control, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-30558.
The technique proposed in Japanese Patent Publication No. 4 (hereinafter referred to as "ankle compliance control") can be used in combination.

【0016】その結果、足首コンプライアンス制御によ
って、図43に示すように、予期しなかった第1足平床
反力モーメントを打ち消す方向に第1足首を回転させ、
かかとも床に接地させることができる。従って、その後
の片脚支持期になっても上述のようにロボットを転倒さ
せることはない。
As a result, as shown in FIG. 43, the first ankle is rotated in a direction to cancel the unexpected first foot floor reaction force moment by the ankle compliance control, as shown in FIG.
The heel can be grounded to the floor. Therefore, the robot does not fall down as described above even in the subsequent one-leg supporting period.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た両脚コンプライアンス制御および足首コンプライアン
ス制御を単純に併用するだけでは、2種の制御が干渉し
あい、実全床反力と実各足平床反力が望ましい値からず
れたり発振してしまう問題があった。
However, simply using the two-leg compliance control and the ankle compliance control simply interferes with each other, and the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force are desirable. There was a problem of deviation from the value or oscillation.

【0018】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消することにあり、脚式移動ロボットに作用する実
床反力を、干渉を生じることなく、容易かつ適切に制御
することができる脚式移動ロボットの制御装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described disadvantages, and a leg type capable of easily and appropriately controlling the actual floor reaction force acting on a leg type mobile robot without causing interference. A control device for a mobile robot is provided.

【0019】この発明の第2の目的は、大域的なうねり
や傾斜だけでなく、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期
しない床形状変化があっても、その影響をあまり受けず
に脚式移動ロボットに作用する床反力を適切に制御する
ことができる脚式移動ロボットの制御装置を提供するこ
とにある。
A second object of the present invention is to provide a foot-type system that is not significantly affected by unexpected floor shape changes including local irregularities and slopes as well as global undulations and slopes. An object of the present invention is to provide a control device for a legged mobile robot that can appropriately control a floor reaction force acting on the mobile robot.

【0020】この発明の第3の目的は、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力を適切に制御することによって、脚
式移動ロボットの姿勢安定化制御を容易にすることがで
きる脚式移動ロボットの制御装置を提供することにあ
る。
A third object of the present invention is to provide a legged mobile robot capable of facilitating posture stabilization control of a legged mobile robot by appropriately controlling a floor reaction force acting on the legged mobile robot. To provide a control device.

【0021】この発明の第4の目的は、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力を適切に制御することによって、脚
式移動ロボットが受ける着地衝撃を低減することができ
る脚式移動ロボットの制御装置を提供することにある。
A fourth object of the present invention is to control a legged mobile robot capable of reducing a landing impact received by the legged mobile robot by appropriately controlling a floor reaction force acting on the legged mobile robot. It is to provide a device.

【0022】さらには、2足歩行ロボットは遊脚を振り
出して歩行するが、それによってロボットの鉛直(重
力)軸まわりの慣性モーメントが生じ、上体が鉛直軸ま
わりに回転振動し、それに起因して実各足平床反力モー
メントの鉛直成分が振動する。上記振動の振幅が過大に
なると、実足平床反力モーメントのピーク値が摩擦の限
界を超え、その瞬間に足底が滑り、ロボットはスピンす
る。スピンが大きいと、姿勢安定性を失って転倒する場
合もある。従って、上記した制御に加え、そのような振
動を低減することが望ましい。
Furthermore, the bipedal walking robot walks by swinging the free leg, thereby generating an inertial moment about the vertical (gravity) axis of the robot, and the upper body rotationally vibrates around the vertical axis, which causes the robot to vibrate. The vertical component of the actual floor reaction force moment of each foot vibrates. When the amplitude of the vibration becomes excessive, the peak value of the actual foot floor reaction force moment exceeds the limit of friction, and at that moment, the sole slides and the robot spins. If the spin is large, the person may lose posture stability and fall. Therefore, it is desirable to reduce such vibration in addition to the control described above.

【0023】従って、この発明の第5の目的は、脚式移
動ロボットに作用する床反力を適切に制御すると共に、
床反力モーメントの鉛直成分の振動を低減するようにし
た脚式移動ロボットの制御装置を提供することにある。
Accordingly, a fifth object of the present invention is to appropriately control a floor reaction force acting on a legged mobile robot,
It is an object of the present invention to provide a control device for a legged mobile robot that reduces vibration of a vertical component of a floor reaction force moment.

【0024】この発明の第6の目的は、さらに、脚式移
動ロボットに作用する床反力を適切に制御することによ
って、脚式移動ロボットの接地性を高め、歩行時のスリ
ップや前述のスピンを防止することができる脚式移動ロ
ボットの制御装置を提供することにある。
[0024] A sixth object of the present invention is to further improve the ground contact of the legged mobile robot by appropriately controlling the floor reaction force acting on the legged mobile robot, and to prevent slippage during walking and the aforementioned spin. An object of the present invention is to provide a control device for a legged mobile robot, which can prevent the occurrence of the problem.

【0025】この発明の第7の目的は、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力を適切に制御することによって、脚
式移動ロボットのアクチュエータの負荷を低減すること
ができる脚式移動ロボットの制御装置を提供することに
ある。
A seventh object of the present invention is to control a legged mobile robot capable of reducing the load on the actuator of the legged mobile robot by appropriately controlling the floor reaction force acting on the legged mobile robot. It is to provide a device.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1項にあっては、少なくとも基体と、前記
基体に第1の関節を介して連結されると共に、その先端
に第2の関節を介して連結される足部を備えた複数本の
脚部からなる脚式移動ロボットの制御装置において、前
記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置および姿勢
を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する全床反
力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボットの歩容
を生成する歩容生成手段、前記生成された歩容の全床反
力を前記足部のそれぞれに分配したときの前記足部上の
作用中心点たる目標足部床反力中心点を決定する目標足
部床反力中心点決定手段、前記足部に作用する実床反力
を検出する実床反力検出手段、前記検出された実床反力
が前記算出された目標足部床反力中心点まわりに作用す
るモーメントを算出し、少なくとも前記算出されたモー
メントに基づいて前記足部を回転させる回転量を決定す
る足部回転量決定手段、前記決定された足部回転量に基
づいて前記足部の位置および/または姿勢が回転するよ
うに前記目標位置および/または姿勢を修正する足部位
置・姿勢修正手段、および前記修正された足部の位置・
姿勢に基づいて前記ロボットの第1および第2の関節を
変位させる関節変位手段、を備える如く構成した。
In order to achieve the above object, according to the present invention, at least a base is connected to the base via a first joint, and a first end is connected to the base. In a control device for a legged mobile robot including a plurality of legs having legs connected via two joints, a motion pattern including at least a target position and a posture of the legs of the robot; Gait generating means for generating a gait of the robot including at least a target pattern of a total floor reaction force acting on the foot, wherein the total floor reaction force of the generated gait is distributed to each of the feet Target foot floor reaction force center point determining means for determining a desired foot floor reaction force center point as an action center point on the part, actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot, The detected actual floor reaction force is calculated as described above. Foot rotation determining means for calculating a moment acting around the foot reaction force center point, and determining a rotation amount for rotating the foot based on at least the calculated moment; and the determined foot. Foot position / posture correction means for correcting the target position and / or posture so that the position and / or posture of the foot is rotated based on the amount of rotation, and the corrected position / posture of the foot
A joint displacing means for displacing the first and second joints of the robot based on the posture is provided.

【0027】この請求項および以下の請求項で、「全床
反力の目標パターン」は、少なくとも全床反力の中心点
軌跡を少なくとも含む、全床反力に関する目標パターン
を意味する。また「全床反力」は具体的には、脚部先端
を介してロボットに作用する床反力の合力を意味する。
尚、「足部」は具体的には、2足歩行ロボットの人間の
足に似た足平を意味するが、それ以外の3足以上の脚式
移動ロボットの脚部先端を含むと共に、人間の足と異な
る爪などから主としてなるものも含む意味で使用する。
In this claim and the following claims, "target pattern of total floor reaction force" means a target pattern relating to the total floor reaction force, including at least the locus of the center point of the total floor reaction force. The “total floor reaction force” specifically means the resultant force of the floor reaction forces acting on the robot via the leg tip.
Note that “foot” specifically means a foot similar to the human foot of a bipedal walking robot, but includes the tip of the leg of three or more legged mobile robots, and It is used to mean that it mainly includes nails that are different from the feet.

【0028】請求項2項記載の発明にあっては、少なく
とも基体と、前記基体に第1の関節を介して連結される
と共に、その先端に第2の関節を介して連結される足部
を備えた複数本の脚部からなる脚式移動ロボットの制御
装置において、前記ロボットの少なくとも前記足部の目
標位置および姿勢を含む運動パターンと、前記ロボット
に作用する全床反力の目標パターンを少なくとも含む前
記ロボットの歩容を生成する歩容生成手段、前記生成さ
れた歩容の全床反力を前記足部のそれぞれに分配したと
きの前記足部上の作用中心点たる目標足部床反力中心点
を決定する目標足部床反力中心点決定手段、前記足部に
作用する実床反力を検出する実床反力検出手段、少なく
とも前記検出された実床反力に基づいて前記足部を回転
させる回転量を決定する足部回転量決定手段、前記決定
された足部回転量に基づいて前記足部の位置および/ま
たは姿勢が、前記決定された目標足部床反力中心点ある
いはその近傍まわりに回転するように、前記目標位置お
よび/または姿勢を修正する足部位置・姿勢修正手段、
および前記修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記
ロボットの第1および第2の関節を変位させる関節変位
手段、を備える如く構成した。
According to the second aspect of the present invention, at least a base and a foot connected to the base via a first joint and connected to a distal end of the base via a second joint are provided. In the control device for a legged mobile robot having a plurality of legs provided, at least a movement pattern including a target position and a posture of the foot of the robot and a target pattern of a total floor reaction force acting on the robot are at least set. Gait generating means for generating a gait of the robot, wherein a desired foot floor reaction acting as a central point of action on the foot when the total floor reaction force of the generated gait is distributed to each of the feet; Target foot floor reaction force center point determining means for determining a force center point, actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot, and at least based on the detected actual floor reaction force. Determine the amount of rotation to rotate the foot Means for determining the amount of rotation of the foot, based on the determined amount of rotation of the foot, so that the position and / or posture of the foot rotates around the determined target foot floor reaction force center point or its vicinity. A foot position / posture correcting means for correcting the target position and / or posture;
And a joint displacement means for displacing the first and second joints of the robot based on the corrected position and posture of the foot.

【0029】請求項3項にあっては、前記足部位置・姿
勢修正手段は、前記決定された足部回転量に基づいて前
記足部の位置および/または姿勢が、前記決定された目
標足部床反力中心点あるいはその近傍まわりに回転する
ように、前記目標位置および/または姿勢を修正する如
く構成した。
According to a third aspect of the present invention, the foot position / posture correcting means determines the position and / or orientation of the foot based on the determined foot rotation amount by the determined target foot. The target position and / or posture is modified so as to rotate around or near the center point of the floor reaction force.

【0030】請求項4項にあっては、さらに、前記ロボ
ットに実際に作用する全床反力モーメント、または前記
ロボットに実際に作用する全床反力モーメントから前記
足部に作用する床反力モーメントを減算して得たモーメ
ントのいずれかを算出し、少なくとも前記算出されたモ
ーメントに応じて前記足部を移動させる移動量を決定す
る足部移動量決定手段、を備え、前記足部位置・姿勢修
正手段は、前記決定された足部回転量および前記決定さ
れた移動量に基づいて前記足部の位置および/または姿
勢を修正する如く構成した。
According to a fourth aspect of the present invention, a floor reaction force acting on the foot is calculated from a total floor reaction force moment actually acting on the robot or a total floor reaction force moment actually acting on the robot. Calculating any one of the moments obtained by subtracting the moment, and a foot moving amount determining means for determining a moving amount for moving the foot according to at least the calculated moment; The posture correcting means is configured to correct the position and / or posture of the foot based on the determined rotation amount of the foot and the determined movement amount.

【0031】請求項5項にあっては、前記全床反力の目
標パターンに付加する姿勢安定化補償全床反力モーメン
トを求め、前記足部回転量決定手段および/または前記
足部移動量決定手段は、少なくとも前記検出された実床
反力と前記求めた姿勢安定化補償全床反力モーメントに
基づいて前記足部の回転量および/または移動量を決定
する如く構成した。
According to a fifth aspect of the present invention, a posture stabilization compensation total floor reaction force moment to be added to the target pattern of the total floor reaction force is obtained, and the foot rotation amount determining means and / or the foot movement amount are determined. The determining means is configured to determine a rotation amount and / or a movement amount of the foot based on at least the detected actual floor reaction force and the determined posture stabilization compensation total floor reaction force moment.

【0032】請求項6項にあっては、前記姿勢安定化補
償全床反力モーメントを、少なくとも前記ロボットの傾
き偏差に基づいて求める如く構成した。
According to a sixth aspect of the present invention, the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a tilt deviation of the robot.

【0033】請求項7項にあっては、前記姿勢安定化補
償全床反力モーメントを、少なくとも前記ロボットのヨ
ーレートに基づいて求める如く構成した。
According to a seventh aspect of the present invention, the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least the yaw rate of the robot.

【0034】請求項8項にあっては、前記姿勢安定化補
償全床反力モーメントを、少なくとも前記ロボットの目
標経路からのずれに基づいて求める如く構成した。
According to an eighth aspect of the present invention, the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a deviation from the target path of the robot.

【0035】請求項9項にあっては、前記姿勢安定化補
償全床反力モーメントの中の所定の成分を零またはその
近傍に設定する如く構成した。
According to a ninth aspect of the present invention, a predetermined component of the attitude stabilization compensation total floor reaction force moment is set to zero or near zero.

【0036】請求項10項にあっては、前記足部位置・
姿勢修正手段は、前記ロボットの姿勢偏差に基づいて前
記目標位置および/または姿勢をさらに修正する如く構
成した。
In the tenth aspect, the position of the foot portion
The posture correcting means is configured to further correct the target position and / or the posture based on the posture deviation of the robot.

【0037】請求項11項にあっては、前記足部回転量
決定手段および/または前記足部移動量決定手段は、前
記姿勢安定化補償全床反力モーメントが前記複数本の脚
部のそれぞれに分配されるように、前記足部の回転量お
よび/または移動量を決定する如く構成した。
In the eleventh aspect, the foot rotation amount determining means and / or the foot movement amount determining means may be configured such that the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is equal to each of the plurality of legs. The amount of rotation and / or the amount of movement of the foot is determined so as to be distributed.

【0038】請求項12項にあっては、少なくとも基体
と、前記基体に第1の関節を介して連結されると共に、
その先端に第2の関節を介して連結される足部を備えた
複数本の脚部からなる脚式移動ロボットの制御装置にお
いて、前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置お
よび姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用す
る全床反力の目標軌跡パターンからなる前記ロボットの
歩容を生成する歩容生成手段、前記ロボットの姿勢安定
化のための補償全床反力を算出する姿勢安定化補償全床
反力算出手段、前記足部に作用する実床反力を検出する
足部実床反力検出手段、前記目標歩容の全床反力と前記
補償全床反力を分配する床反力分配手段、前記分配され
た目標歩容の床反力と補償床反力と前記検出された足部
実床反力に基づいて前記目標歩容の足部の位置および/
または姿勢を修正する修正手段、および前記修正された
目標足部位置および姿勢に基づいて前記ロボットの第1
および第2の関節を変位制御する関節変位制御手段、を
備える如く構成した。
In a twelfth aspect, at least the base is connected to the base via the first joint,
In a control device for a legged mobile robot comprising a plurality of legs each having a leg connected to a distal end thereof via a second joint, a motion pattern including at least a target position and a posture of the leg of the robot. Gait generating means for generating a gait of the robot comprising a target trajectory pattern of a total floor reaction force acting on the robot, posture stabilization for calculating a compensated total floor reaction force for stabilizing the posture of the robot Compensated total floor reaction force calculating means, foot actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot, a floor for distributing the total floor reaction force of the target gait and the compensated total floor reaction force. Reaction force distribution means, based on the distributed floor reaction force of the desired gait, the compensated floor reaction force, and the detected actual foot reaction force of the foot, and
Or a correcting means for correcting the posture, and a first position of the robot based on the corrected target foot position and posture.
And joint displacement control means for controlling the displacement of the second joint.

【0039】請求項13項にあっては、前記修正手段
は、前記ロボットの姿勢偏差に基づいて前記目標歩容の
足部の位置および/または姿勢をさらに修正する如く構
成した。
According to a thirteenth aspect, the correction means is configured to further correct the position and / or posture of the foot of the desired gait based on the posture deviation of the robot.

【0040】[0040]

【作用】請求項1項にあっては、脚式移動ロボットに作
用する床反力を、干渉を生じることなく、容易かつ適切
に制御することができる。換言すれば、先に提案した両
脚コンプライアンス制御および足首コンプライアンス制
御の併用に近い制御を行っても、制御の干渉がなく、実
全床反力と実各足平床反力が望ましい値からずれたり発
振することがない。
According to the present invention, the floor reaction force acting on the legged mobile robot can be easily and appropriately controlled without causing interference. In other words, even if control similar to the combination of the previously proposed two-leg compliance control and ankle compliance control is performed, there is no control interference, and the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force deviate from desired values or oscillate. Never do.

【0041】即ち、大域的なうねりや傾斜だけでなく、
局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変化が
あっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボット
に作用する床反力を適切に制御することができる。
That is, in addition to the global swell and inclination,
Even if there is an unexpected floor shape change including local unevenness or inclination, the floor reaction force acting on the legged mobile robot can be appropriately controlled without being greatly affected by the unexpected change.

【0042】また、脚式移動ロボットの姿勢安定化制御
を容易に実現できると共に、脚式移動ロボットが受ける
着地衝撃を低減することができ、脚式移動ロボットの接
地性を高め、歩行時のスリップやスピンを防止すること
ができる。さらに、脚式移動ロボットのアクチュエータ
の負荷を低減することができる。
In addition, the posture stabilization control of the legged mobile robot can be easily realized, the landing impact received by the legged mobile robot can be reduced, the grounding property of the legged mobile robot can be improved, and the slip during walking can be improved. And spin can be prevented. Further, the load on the actuator of the legged mobile robot can be reduced.

【0043】請求項2項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができる。
According to the second aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained.

【0044】請求項3項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、床反力をより適
切に制御することができる。
According to the third aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained, and the floor reaction force can be more appropriately controlled.

【0045】請求項4項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、特に姿勢制御に
重要な全床反力を一層適切に制御することができる。
According to the fourth aspect, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained, and the total floor reaction force, which is particularly important for attitude control, can be more appropriately controlled.

【0046】請求項5項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力
を向上させることができる。
According to the fifth aspect, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained, and the posture stabilizing ability can be improved.

【0047】請求項6項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力を
一層向上させることができる。
According to the sixth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the posture stabilizing ability can be further improved.

【0048】請求項7項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、ロボットのスピン
あるいはスリップを防止することができ、姿勢安定化能
力を一層向上させることができる。従って、摩擦係数が
低い路面を歩行するときも、スピンあるいはスリップを
効果的に防止することができ、安定な姿勢で歩行を継続
させることができる。
According to the seventh aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, the spin or slip of the robot can be prevented, and the posture stabilizing ability can be further improved. Therefore, even when walking on a road surface having a low coefficient of friction, spin or slip can be effectively prevented, and walking can be continued in a stable posture.

【0049】請求項8項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、目標経路に沿って
安定した姿勢で歩行を継続することができる。
According to the eighth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and walking can be continued in a stable posture along the target route.

【0050】請求項9項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、ヨーレートを検出
しなくてもロボットのスピンあるいはスリップをかなり
の程度まで防止することができ、その意味で姿勢安定化
能力を一層向上させることができる。
According to the ninth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the spin or slip of the robot can be prevented to a considerable extent without detecting the yaw rate. In that sense, the posture stabilizing ability can be further improved.

【0051】請求項10項にあっては、前記したと同様
の作用効果を得ることができると共に、ロボットに作用
する実床反力を一層精度良く制御することができる。
According to the tenth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the actual floor reaction force acting on the robot can be controlled with higher accuracy.

【0052】請求項11項にあっては、前記したと同様
の作用効果を得ることができると共に、複数の脚部の負
荷を適正に分配することができ、床面との摩擦分布も局
所的に過大に作用することがない。従って、接地性を一
層向上させると共に、スピンあるいはスリップを一層良
く回避することができる。
According to the eleventh aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, the load of the plurality of legs can be appropriately distributed, and the friction distribution with the floor surface is locally distributed. Does not have an excessive effect on Therefore, the grounding performance can be further improved, and the spin or the slip can be further avoided.

【0053】請求項12項にあっては、請求項1項など
と同様の作用効果を得ることができると共に、足部の修
正量を一層適切に配分することができるので、姿勢安定
化のためのより大きな復元力とより高い接地性を得るこ
とができる。
According to the twelfth aspect, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained, and the correction amount of the foot can be more appropriately distributed. Greater restoring force and higher groundability can be obtained.

【0054】請求項13項にあっては、請求項12項と
同様の作用効果を得ることができると共に、ロボットに
作用する実床反力を一層精度良く制御することができ
る。
According to the thirteenth aspect, the same function and effect as those of the twelfth aspect can be obtained, and the actual floor reaction force acting on the robot can be more accurately controlled.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明に係る脚式移動ロボットの制御装置を説明する。尚、
脚式移動ロボットとしては2足歩行ロボットを例にと
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A control device for a legged mobile robot according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. still,
A bipedal walking robot is taken as an example of a legged mobile robot.

【0056】図1はその脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire control device of the legged mobile robot.

【0057】図示の如く、2足歩行ロボット1は左右そ
れぞれの脚部リンク2に6個の関節を備える(理解の便
宜のために各関節をそれを駆動する電動モータで示
す)。6個の関節は上から順に、股(腰部)の脚部回旋
用の関節10R,10L(右側をR、左側をLとする。
以下同じ)、股(腰部)のロール方向(Y軸まわり)の
関節12R,12L、同ピッチ方向(X軸まわり)の関
節14R,14L、膝部のロール方向の関節16R,1
6L、足首のロール方向の関節18R,18L、同ピッ
チ方向の関節20R,20Lから構成される。
As shown, the bipedal walking robot 1 has six joints on each of the left and right leg links 2 (for convenience of understanding, each joint is shown by an electric motor that drives it). The six joints are, in order from the top, joints 10R and 10L for turning the crotch (waist) (R is the right side and L is the left side).
The same shall apply hereinafter), joints 12R and 12L in the roll direction (around the Y axis) of the crotch (lumbar region), joints 14R and 14L in the same pitch direction (around the X axis), and joints 16R and 1 in the roll direction of the knee.
6L, the joints 18R and 18L in the roll direction of the ankle, and the joints 20R and 20L in the same pitch direction.

【0058】関節18R(L),20R(L)の下部に
は足平(足部)22R,22Lが取着されると共に、最
上位には上体(基体)24が設けられ、その内部にマイ
クロコンピュータからなる制御ユニット26(後述)な
どが格納される。上記において股関節(あるいは腰関
節)は関節10R(L),12R(L),14R(L)
から、足関節(足首関節)は関節18R(L),20R
(L)から構成される。また股関節と膝関節とは大腿リ
ンク28R,28L、膝関節と足関節とは下腿リンク3
0R,30Lで連結される。
At the lower portions of the joints 18R (L), 20R (L), feet (foot portions) 22R, 22L are attached, and at the top, an upper body (base) 24 is provided. A control unit 26 (described later) including a microcomputer is stored. In the above, the hip joints (or hip joints) are joints 10R (L), 12R (L), and 14R (L).
From, the ankle joint (ankle joint) is joint 18R (L), 20R
(L). The hip joint and the knee joint are thigh links 28R and 28L, and the knee joint and the ankle joint are the lower leg link 3
Connected at 0R, 30L.

【0059】上記の構成により、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個の関節を適宜な角度で駆動する
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次元空間を歩行させることができる(この明細書で
「*」はスカラに対する演算としては乗算を、ベクトル
に対する演算としては外積を示す)。
With the above configuration, the leg link 2 is given six degrees of freedom for each of the left and right feet, and by driving these 6 * 2 = 12 joints at an appropriate angle during walking, A desired motion can be given to the whole, and the user can walk in a three-dimensional space arbitrarily (in this specification, “*” indicates multiplication as an operation on a scalar, and an outer product as an operation on a vector).

【0060】尚、この明細書で後述する上体の位置およ
びその速度は、上体24の所定位置、具体的には上体2
4の重心位置などの代表点の位置およびその移動速度を
意味する。
The position of the body and the speed thereof, which will be described later in this specification, are determined at predetermined positions of the body 24, specifically, the body 2
4 means the position of the representative point such as the position of the center of gravity and the moving speed thereof.

【0061】図1に示す如く、足関節の下方には公知の
6軸力センサ44が取着され、力の3方向成分Fx,F
y,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzと
を測定し、足部の着地の有無および床反力(接地荷重)
などを検出する。また、上体24には傾斜センサ60が
設置され、Z軸(鉛直方向(重力方向))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。
As shown in FIG. 1, a known six-axis force sensor 44 is attached below the ankle joint, and three-directional components Fx and F of the force.
y, Fz and the three-way components Mx, My, Mz of the moment are measured, and the presence or absence of landing on the foot and the floor reaction force (ground contact load)
And so on. An inclination sensor 60 is provided on the body 24, and detects an inclination with respect to the Z axis (vertical direction (gravity direction)) and its angular velocity. The electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation.

【0062】図2に示すように、足平22R(L)の上
方には、ばね機構32が装備されると共に、足底にはゴ
ムなどからなる足底弾性体34が貼られる。ばね機構3
2は具体的には、足平22R(L)に取り付けられた方
形状のガイド部材と、足首関節18R(L)および6軸
力センサ44側に取り付けられ、前記ガイド部材に弾性
材を介して微動自在に収納されるピストン状部材とから
なる。
As shown in FIG. 2, a spring mechanism 32 is provided above the foot 22R (L), and a sole elastic body 34 made of rubber or the like is attached to the sole. Spring mechanism 3
Specifically, 2 is a rectangular guide member attached to the foot 22R (L) and attached to the ankle joint 18R (L) and the 6-axis force sensor 44 side, and the guide member is connected to the guide member via an elastic material. And a piston-like member that is stored so as to be finely movable.

【0063】図中に実線で表示された足平22R(L)
は、床反力を受けていないときの状態を示す。床反力を
受けるとバネ機構32と足底弾性体34がたわみ、足平
は図中に点線で表示された位置・姿勢に移る。この構造
は、着地衝撃を緩和するためだけでなく、制御性を高め
るためにも重要なものである。尚、その詳細は前記した
特開平5−305584号に記載されているので、詳細
な説明は省略する。
The foot 22R (L) indicated by a solid line in the figure
Indicates a state when no floor reaction force is received. When the floor reaction force is received, the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 bend, and the foot moves to the position / posture indicated by the dotted line in the figure. This structure is important not only to alleviate landing impact but also to enhance controllability. The details are described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305584, and the detailed description is omitted.

【0064】更に、図1では図示を省略するが、2足歩
行ロボット1の適宜な位置にはジョイスティック62が
設けられ、外部から必要に応じて直進歩行しているロボ
ットを旋回させるなど歩容に対する要求を入力できるよ
うに構成される。
Further, although not shown in FIG. 1, a joystick 62 is provided at an appropriate position of the bipedal walking robot 1 so that the robot moving straight ahead can be turned from the outside as necessary. It is configured to allow you to enter requests.

【0065】図3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60などの出力はA/D変
換器70でデジタル値に変換され、その出力はバス72
を介してRAM74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76を介
してRAM74内に入力される。
FIG. 3 is a block diagram showing details of the control unit 26, which is constituted by a microcomputer. The output of the tilt sensor 60 and the like is converted into a digital value by the A / D converter 70, and the output
Via the RAM 74. The output of an encoder disposed adjacent to each electric motor is input to the RAM 74 via the counter 76.

【0066】制御ユニット内にはCPUからなる第1、
第2の演算装置80,82が設けられており、第1の演
算装置80は後述の如く、ROM84に格納されている
歩容に基づいて後述の如く関節角変位指令を算出し、R
AM74に送出する。また第2の演算装置82はRAM
74からその指令と検出された実測値とを読み出し、各
関節の駆動に必要な制御値を算出してD/A変換器86
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。
In the control unit, a first unit comprising a CPU,
Second computing devices 80 and 82 are provided. The first computing device 80 calculates a joint angle displacement command based on the gait stored in the ROM 84 as described later,
Send it to AM74. The second arithmetic unit 82 is a RAM
The command and the detected actual value are read out from 74 and the control value necessary for driving each joint is calculated, and the D / A converter 86
And output to an electric motor that drives each joint via a servo amplifier.

【0067】ここで、この明細書および図面で使用する
用語について定義する(尚、定義しない用語に関して
は、本出願人が前記した技術とは別に提案した出願(特
願平8−214261号)で使用した定義に従う)。
Here, the terms used in this specification and the drawings are defined. (Note that terms not defined are defined in an application (Japanese Patent Application No. 8-214261) proposed by the present applicant separately from the above-mentioned technology. According to the definition used).

【0068】『歩容』は、ロボット工学における一般的
な定義と異なり、目標運動パターンと床反力パターンを
合わせたものを指称する意味で使用する。但し、床反力
パターンとしては、例えば『ZMP軌跡だけ』というよ
うに、部分情報であっても良い。そのため、目標運動パ
ターンだけを出力して床反力パターンに関する情報を出
力しない装置に対して「歩容生成装置」と言う言葉を用
いない。
The "gait" is different from the general definition in robotics and is used to mean a combination of a target motion pattern and a floor reaction force pattern. However, the floor reaction force pattern may be partial information such as “only ZMP trajectory”. Therefore, the term “gait generation device” is not used for a device that outputs only a target motion pattern and does not output information about a floor reaction force pattern.

【0069】各脚には、通し番号をつける。第n脚に作
用する床反力を第n足平床反力という(n:1または
2。以下同じ)。全脚に作用する床反力を合成したもの
を全床反力という(ロボット工学では一般的には床反力
と呼ばれるが、足平床反力と区別するためにここでは
『全床反力』という)。
Each leg is given a serial number. The floor reaction force acting on the n-th leg is referred to as the n-th foot floor reaction force (n: 1 or 2; the same applies hereinafter). The sum of the floor reaction forces acting on all legs is called the total floor reaction force (generally called floor reaction force in robotics, but here the "total floor reaction force" ).

【0070】足平床反力は作用点とそこにかかる力と力
のモーメントによって表現され、同一の足平床反力に対
して、表現の組み合わせは無限通りある。その中には、
鉛直軸まわりの成分を除くモーメント成分が0でかつ作
用点が床面上にある表記が存在する。この表現における
作用点を、ここでは足平床反力中心点という(本出願人
が別途提案した後述する特開平6−79657号では
『接地圧重心点』と称した)。
The foot floor reaction force is represented by the point of action, the force applied thereto, and the moment of the force. There are infinite combinations of expressions for the same foot floor reaction force. Among them,
There is a notation in which the moment component excluding the component around the vertical axis is 0 and the action point is on the floor surface. The point of action in this expression is herein referred to as the foot floor reaction force center point (referred to as the "ground contact pressure center point" in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-79657, which is separately proposed by the present applicant).

【0071】同様に、全床反力は作用点とそこにかかる
力と力のモーメントによって表現され、同一の全床反力
に対して表現の組み合わせは無限通りある。その中に
は、鉛直軸まわりの成分を除くモーメント成分が0でか
つ作用点が床面上にある表現が存在する。この表現にお
ける作用点を、ここでは全床反力中心点という。
Similarly, the total floor reaction force is represented by the point of action, the force applied thereto and the moment of the force, and there are infinite combinations of expressions for the same total floor reaction force. Among them, there is a representation in which the moment component excluding the component around the vertical axis is 0 and the action point is on the floor surface. The point of action in this expression is herein referred to as the total floor reaction force center point.

【0072】全床反力の目標値を目標全床反力という。
目標全床反力は、通常、目標運動パターンに対して動力
学的に平衡する全床反力である。従って、通常、目標全
床反力中心点は、目標ZMPに一致する。
The target value of the total floor reaction force is called a target total floor reaction force.
The desired total floor reaction force is generally a total floor reaction force that dynamically balances with the desired movement pattern. Therefore, normally, the desired total floor reaction force center point coincides with the desired ZMP.

【0073】尚、始めに触れたように、目標ZMP(Ze
ro Moment Point )は次のように定義される。即ち、目
標運動パターンによって発生する慣性力と重力の合力を
動力学的に求め、これが床面上のある点に作用するモー
メントが、鉛直軸まわりの成分を除き0であるならば、
その点を目標ZMP(Zero Moment Point)という。目標
ZMPは、合力の垂直方向力成分が0でない限り、一義
的に求められる。以下の説明では、理解しやすくするた
めに、目標ZMPという言葉を用いる場合もあるが、厳
密には目標床反力中心点と言うべき箇所が多い。
As mentioned earlier, the target ZMP (Ze
ro Moment Point) is defined as follows. That is, if the resultant force of the inertial force and gravity generated by the target motion pattern is dynamically obtained, and the moment acting on a certain point on the floor surface is 0 except for the component around the vertical axis,
This point is called a target ZMP (Zero Moment Point). The target ZMP is uniquely obtained as long as the vertical force component of the resultant force is not zero. In the following description, the term “target ZMP” may be used for easy understanding, but strictly speaking, there are many places that should be called the target floor reaction force center point.

【0074】各足平床反力の目標値を目標各足平床反力
という。但し、目標全床反力とは異なり、目標運動パタ
ーンが決まっていても目標各足平床反力は一義的には決
定されない。実際のロボットに作用する全床反力を実全
床反力という。実際のロボットに作用する各足平床反力
を実各足平床反力という。
The target value of each foot floor reaction force is referred to as a desired foot floor reaction force. However, unlike the desired total floor reaction force, the desired foot floor reaction force is not uniquely determined even if the desired exercise pattern is determined. The total floor reaction force acting on the actual robot is called the actual total floor reaction force. Each foot floor reaction force acting on the actual robot is called an actual foot floor reaction force.

【0075】ここで、この発明の課題について再説する
と、局所的な傾きや段差に対して先に提案した両脚コン
プライアンス制御では良好な姿勢安定性を得ることが困
難であると共に、その不都合は足首コンプライアンス制
御を用いれば解消することができるが、両者を単純に併
用するだけでは干渉しあい、実全床反力と実各足平床反
力が望ましい値からずれたり、発振する不都合があっ
た。
Here, if the subject of the present invention is re-explained, it is difficult to obtain good posture stability by the previously proposed two-leg compliance control with respect to local inclination and step, and the inconvenience is caused by ankle compliance. Although it can be eliminated by using the control, the simple use of the two causes interference, and the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force deviate from desired values or oscillate.

【0076】その問題点を先の図40に示す状況で説明
すると、第1足平はかかとに予期しなかった過大な床反
力を受けているため、第1足首のまわりに過大な実足平
床反力モーメントが発生する。足首コンプライアンス制
御は、このモーメントを0にしようと第1足首を図43
に示すように回転させる。
The problem will be described with reference to the situation shown in FIG. 40. The first foot receives an unexpectedly large floor reaction force on the heel, so that an excessively large actual foot around the first ankle. A flat floor reaction force moment occurs. In the ankle compliance control, the first ankle is moved as shown in FIG.
Rotate as shown.

【0077】しかしながら、足首の回転によって、第1
足平のかかと位置が高くなるので、第1足平床反力の鉛
直成分が減少する。この結果、目標全床反力中心点(目
標ZMP)まわりの実全床反力モーメントが変化する。
これは、両脚コンプライアンス制御の制御量である実全
床反力モーメントが、足首コンプライアンス制御に干渉
されることを意味する。
However, the rotation of the ankle causes the first
Since the heel position of the foot is raised, the vertical component of the first foot floor reaction force is reduced. As a result, the actual total floor reaction force moment around the target total floor reaction force center point (target ZMP) changes.
This means that the actual total floor reaction force moment, which is a control amount of the two-leg compliance control, is interfered with by the ankle compliance control.

【0078】従って、足首コンプライアンス制御による
干渉を考慮しないで、両脚コンプライアンス制御を、足
首コンプライアンス制御がない場合と同様に働かせる
と、目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりの実全床
反力モーメントが0からずれたり、干渉による振動や発
振が生じる。
Therefore, if the two-leg compliance control is operated in the same manner as without the ankle compliance control without considering the interference caused by the ankle compliance control, the actual total floor reaction force around the desired total floor reaction force center point (target ZMP) is obtained. The moment deviates from zero, and vibration or oscillation occurs due to interference.

【0079】それを防止する方法のひとつとして、両脚
コンプライアンス制御と足首コンプライアンス制御の間
の干渉量を求め、それを打ち消すような操作量を加える
ことによって干渉しないようにすることが考えられる
が、歩行中は姿勢が時々刻々と変化し、干渉関係も時々
刻々と変化するため、この手法で干渉を回避することは
極めて難しい。
One method of preventing this is to determine the amount of interference between the two-leg compliance control and the ankle compliance control, and add an operation amount that cancels this to prevent the interference. In the middle, the attitude changes every moment, and the interference relationship also changes every moment. Therefore, it is extremely difficult to avoid the interference by this method.

【0080】また、図43に示す状況では、第1足平が
接触している床は想定していた床よりも登り傾斜なの
で、第1足平は、目標歩容よりもつまさきを上げるべき
である。それにもかかわらず、足首コンプライアンス制
御によりつまさきが下がってしまうことは、足首コンプ
ライアンス制御が適切に作用していないとも言える。
Further, in the situation shown in FIG. 43, the floor with which the first foot is in contact is more uphill than the expected floor, so that the first foot should be raised more than the target gait. is there. Nevertheless, the fact that the toes are lowered by the ankle compliance control means that the ankle compliance control is not working properly.

【0081】以上のように、足首コンプライアンス制御
は足平の着地点の局所的な床の傾きや段差には効果があ
るが、長い距離でゆったりと変化する傾斜やうねりに
は、却って悪影響を与える場合がある。
As described above, the ankle compliance control is effective for the local floor inclination or step at the landing point of the foot, but has an adverse effect on the inclination or swell that changes slowly over a long distance. There are cases.

【0082】従って、実施の形態に係る装置において
は、脚式移動ロボットに作用する床反力、より具体的に
は、目標全床反力中心点まわりの実全床反力モーメント
と、目標各足平床反力中心点まわりの実各足平床反力モ
ーメントを容易かつ適切に制御できるようにした。
Therefore, in the apparatus according to the embodiment, the floor reaction force acting on the legged mobile robot, more specifically, the actual total floor reaction force moment around the target total floor reaction force center point and the target The actual foot floor reaction force moment around the foot floor reaction force center point can be controlled easily and appropriately.

【0083】また、それによって大域的なうねりや傾斜
だけでなく、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない
床形状変化があっても、その影響をあまり受けずに安定
した姿勢でロボットを歩行継続させるようにした。
In addition, even if there is an unexpected floor shape change including local irregularities and slopes as well as global undulations and slopes, the robot can walk in a stable posture without being greatly affected by the change. It was made to continue.

【0084】図4は、この実施の形態に係る脚式移動ロ
ボットの制御装置(主として図3の第1の演算装置80
に相当)の構成および動作を機能的に示すブロック図で
ある。以下、図4を参照してこの装置の全体構成を概説
する。
FIG. 4 shows a control device of the legged mobile robot according to this embodiment (mainly the first arithmetic unit 80 in FIG. 3).
FIG. 3 is a block diagram functionally showing the configuration and operation of (equivalent to). Hereinafter, the overall configuration of this device will be outlined with reference to FIG.

【0085】この装置は歩容生成器を備え、歩容生成器
は目標歩容を生成し、出力する。目標歩容は、前述の定
義の通り、目標運動パターンと目標床反力パターン、よ
り具体的には目標上体位置・姿勢軌道、目標足平位置・
姿勢軌道、目標全床反力中心点(目標ZMP)軌道およ
び目標全床反力軌道からなる。目標床反力パターンは、
このように、目標全床反力中心点軌跡を含む(後述する
機構変形補償を行わないならば、目標床反力パターンと
しては目標全床反力中心点軌跡だけでも良い)。
This device includes a gait generator, and the gait generator generates and outputs a desired gait. The desired gait is, as defined above, a desired exercise pattern and a desired floor reaction force pattern, more specifically, a desired body position / posture trajectory, a desired foot position /
It consists of an attitude trajectory, a desired total floor reaction force center point (desired ZMP) trajectory, and a desired total floor reaction force trajectory. The desired floor reaction force pattern is
Thus, the target total floor reaction force center point locus is included (if the mechanism deformation compensation described later is not performed, the target total floor reaction force center point locus alone may be used as the target floor reaction force pattern).

【0086】この実施の形態において歩容生成器が出力
する目標全床反力は、目標運動パターンに対して動力学
的に平衡する全床反力である。従って、目標全床反力中
心点は、目標ZMPに一致する。
In this embodiment, the desired total floor reaction force output by the gait generator is a total floor reaction force that dynamically balances with the desired movement pattern. Therefore, the desired total floor reaction force center point coincides with the desired ZMP.

【0087】図5にロボット1が平地を歩行するときの
目標運動パターンの一例を示す。これに対応する目標Z
MP軌道の床面上軌跡を図6に、タイム・チャートを図
7に示す。この歩容の期間に床に接触したままの足平
を、第1足平、もう一方を第2足平ということとする。
尚、歩容生成器の詳細は先に提案した特願平8−214
261号に詳細に述べられているので、これ以上の説明
は省略する。
FIG. 5 shows an example of a target movement pattern when the robot 1 walks on flat ground. Target Z corresponding to this
FIG. 6 shows the trajectory of the MP orbit on the floor, and FIG. 7 shows a time chart. The foot remaining in contact with the floor during this gait is referred to as a first foot, and the other foot is referred to as a second foot.
The details of the gait generator are described in the previously proposed Japanese Patent Application No. 8-214.
No. 261, and further description is omitted.

【0088】図4の説明に戻ると、この装置は目標床反
力分配器を備え、目標床反力分配器は、目標全床反力中
心点(目標ZMP)と目標足平位置・姿勢を主な入力と
し、目標各足平床反力中心点を決定して出力する。実際
には、歩容生成器から歩容のパラメータ(例えば、両脚
支持期の時間や遊脚足平の目標着地位置など)や、歩容
の時期・時刻(例えば、現在時刻が両脚支持期の初めか
ら0.1secであるなど)などの情報も必要に応じて取り込
む。
Returning to the description of FIG. 4, this device is provided with a desired floor reaction force distributor, and the desired floor reaction force distributor determines a desired total floor reaction force center point (a desired ZMP) and a desired foot position / posture. The main input is to determine and output the desired foot floor reaction force center point. Actually, the gait generator uses the gait parameters (for example, the time of the two-leg support period, the target landing position of the swing leg foot, etc.) and the time and time of the gait (for example, the current time is Information such as 0.1 seconds from the beginning) is also imported as needed.

【0089】図5に示すような歩容に対して、目標床反
力分配器は、目標各足平床反力中心点が以下の条件を満
足するように設定する。 条件1)目標各足平床反力中心点軌跡は連続である。 条件2)両脚支持期では、目標第1足平床反力中心点は
かかとに、目標第2足平床反力中心点はつまさきに存在
する。 条件3)このとき目標第1足平床反力中心点と目標第2
足平床反力中心点を結ぶ線分上に、目標全床反力中心点
が存在する。 条件4)片脚支持期では、目標第1足平床反力中心点
は、目標全床反力中心点に一致する。 条件5)片脚支持期の間に、目標第2足平床反力中心点
は、つまさきからかかとに移動する。
For a gait as shown in FIG. 5, the desired floor reaction force distributor sets such that each desired foot floor reaction force center point satisfies the following conditions. Condition 1) The desired foot floor reaction force center point trajectory is continuous. Condition 2) In the two-leg support period, the target first foot floor reaction force center point is on the heel, and the target second foot floor reaction force center point is on the toes. Condition 3) At this time, the desired first foot floor reaction force center point and the desired second floor
The target total floor reaction force center point exists on a line connecting the foot floor reaction force center points. Condition 4) In the one-leg support period, the target first foot floor reaction force center point coincides with the target total floor reaction force center point. Condition 5) During the one-leg supporting period, the desired second foot floor reaction force central point moves from the toe to the heel.

【0090】これら条件を満足する目標第1足平床反力
中心点軌跡のタイム・チャートを図8に、目標第2足平
床反力中心点軌跡のタイム・チャートを図9に示す。
尚、この図では足首(関節18,20R(L))から足
平22R(L)への垂直投影点を原点とし、図1に示す
ように足平前方向をX軸の正の向き、足平左方向をY軸
の正の向きにとる。
FIG. 8 is a time chart of the desired first foot floor reaction force center point trajectory satisfying these conditions, and FIG. 9 is a time chart of the desired second foot floor reaction force center point trajectory.
In this figure, the vertical projection point from the ankle (joint 18, 20R (L)) to the foot 22R (L) is set as the origin, and as shown in FIG. The left direction is the positive direction of the Y axis.

【0091】目標床反力分配器は、更に、付随的ではあ
るが、目標各足平床反力も決定して出力する。目標各足
平床反力は、ばね機構32などのたわみ補償のために必
要である。
The desired floor reaction force distributor further determines, and outputs the desired foot floor reaction force, though it is incidental. The desired foot floor reaction force is necessary for compensating deflection of the spring mechanism 32 and the like.

【0092】次式を用いて上記のように設定された目標
各足平床反力中心点に対応する目標各床反力を決定すれ
ば、目標各足平床反力の合力は目標全床反力に一致しな
ければならないと言う条件を満足する。
If the desired floor reaction force corresponding to the desired foot floor reaction force center point set as described above is determined using the following equation, the resultant force of the desired foot floor reaction force will be the desired total floor reaction force. Satisfies the condition that they must match.

【0093】 目標第1足平床反力=目標全床反力*(目標第2足平床反力中心点と目標ZM Pの距離)/(目標第1足平床反力中心点と目標第2足平床反力中心点の距離) 目標第2足平床反力=目標全床反力*(目標第1足平床反力中心点と目標ZM Pの距離)/(目標第1足平床反力中心点と目標第2足平床反力中心点の距離) ・・・式1Desired first foot floor reaction force = Target total floor reaction force * (Distance between desired second foot floor reaction force center point and target ZMP) / (Target first foot floor reaction force center point and desired second foot) (Distance of flat floor reaction force center point) Target second foot floor reaction force = Target total floor reaction force * (Distance between target first foot floor reaction force center point and target ZMP) / (Target first foot floor reaction force center point) (Distance between the target 2nd foot floor reaction force center point)

【0094】このように求めた目標各足平床反力は連続
的に変化するので、衝撃の少ない歩行を実現するために
適している。尚、上記の詳細は本出願人が別途提案した
技術(特開平6−79657号)に記述されている。
Since the desired foot floor reaction force thus obtained changes continuously, it is suitable for realizing walking with less impact. The above details are described in a technique separately proposed by the present applicant (JP-A-6-79657).

【0095】図4の説明に戻ると、この装置は姿勢安定
化制御演算部を備え、姿勢安定化制御演算部はロボット
のセンサ情報に基づいてロボットの状態を推定し、補償
全床反力を算出する。即ち、実際にロボットが歩行ある
いは直立しているときなどには後述する変位コントロー
ラによって実関節変位を目標関節変位に完全に追従させ
ることができたとしても、ロボットの位置・姿勢は必ず
しも望ましい位置・姿勢にならない。
Returning to the description of FIG. 4, this apparatus includes a posture stabilization control calculation unit. The posture stabilization control calculation unit estimates the state of the robot based on the sensor information of the robot, and calculates the compensation total floor reaction force. calculate. In other words, when the robot is actually walking or standing upright, even if the actual joint displacement can completely follow the target joint displacement by the displacement controller described later, the robot position / posture is not necessarily the desired position / posture. It does not become a posture.

【0096】ロボットの姿勢を長期的に安定化させるた
めには、ロボットを望ましい位置・姿勢に復元させるた
めに必要な力とモーメントを求め、これを目標全床反力
中心点(目標ZMP)を作用点として付加的に発生させ
る必要がある。この付加的な力とモーメントを補償全床
反力という。また、補償全床反力のモーメント成分を補
償全床反力モーメントという。
In order to stabilize the posture of the robot for a long period of time, a force and a moment necessary for restoring the robot to a desired position and posture are obtained, and these are calculated as a desired center point of the total floor reaction force (a desired ZMP). It must be additionally generated as an action point. This additional force and moment is called the compensating total floor reaction force. The moment component of the compensating total floor reaction force is referred to as a compensating total floor reaction force moment.

【0097】尚、脚式移動ロボットの目標歩容が床反力
以外の反力を環境から受けるように想定し、それを例え
ば、目標対象物反力と称し、先に述べた目標ZMPの定
義を次のように拡張しても良い。即ち、目標運動パター
ンによって発生する慣性力と重力と目標対象物反力の合
力を動力学的に求め、それが床面上のある点に作用する
モーメントが、鉛直軸まわりの成分を除いて零であるな
らば、その点を改めて目標ZMPとするようにしても良
い。
It is assumed that the desired gait of the legged mobile robot receives a reaction force other than the floor reaction force from the environment, and this is called, for example, a target object reaction force. May be extended as follows. That is, the resultant of the inertial force, gravity, and the reaction force of the target object generated by the target motion pattern is dynamically obtained, and the moment acting on a certain point on the floor surface becomes zero except for the component around the vertical axis. If so, that point may be set as the target ZMP again.

【0098】もし、ロボット1が完全剛体であって、変
位コントローラによって実関節変位を目標関節変位に完
全に追従させることができたと仮定すると、足平のばね
機構32および足底弾性体34のたわみによって生じる
ロボット全体の位置・姿勢の摂動的な運動は、以下の6
自由度に分解できる。
If it is assumed that the robot 1 is a completely rigid body and the displacement controller allows the actual joint displacement to completely follow the target joint displacement, the deflection of the foot spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 is assumed. Perturbation of the position and orientation of the entire robot caused by
It can be decomposed freely.

【0099】モード1)目標全床反力中心点(目標ZM
P)を中心とした前後軸まわり回転(即ち、左右傾き) モード2)目標全床反力中心点(目標ZMP)を中心と
した左右軸まわり回転(即ち、前後傾き) モード3)目標全床反力中心点(目標ZMP)を中心と
した鉛直軸まわり回転(即ち、スピン) モード4)前後平行移動揺れ モード5)左右平行移動揺れ モード6)上下平行移動揺れ
Mode 1) The desired total floor reaction force center point (the desired ZM
Mode 2) Rotation around left and right axis around target center of desired total floor reaction force (target ZMP) (ie, tilt forward and backward) Mode 3) Target whole floor Rotation (ie, spin) around the vertical axis about the reaction force center point (target ZMP) Mode 4) Forward / backward translational movement Mode 5) Right / left parallel translational oscillation Mode 6) Vertical translational oscillation

【0100】この内で、モード4とモード5は、足平の
ばね機構32および弾性体34が前後左右方向のせん断
力を受けてたわむことによって発生するものである。ば
ね機構32および足底弾性体34は剪断方向の剛性が高
いように製作するので、この揺れは極めて少なく、歩行
に及ぼす悪影響はほとんどない。
Modes 4 and 5 are generated when the spring mechanism 32 of the foot and the elastic body 34 bend by receiving a shear force in the front, rear, left and right directions. Since the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 are manufactured so as to have high rigidity in the shearing direction, the swing is extremely small, and there is almost no adverse effect on walking.

【0101】残り4自由度の内、モード3とモード6は
この発明に直接の関連を有しないので、この実施の形態
および後述する第2の実施の形態ではモード1とモード
2に対する制御だけを行うこととする。モード1とモー
ド2に対する制御は、これがないとほとんどの場合ロボ
ットが転倒するので、重要度は極めて高い。尚、第3の
実施の形態でモード3に対する制御を行う。
Of the remaining four degrees of freedom, mode 3 and mode 6 do not directly relate to the present invention. Therefore, in this embodiment and a second embodiment described later, only control for mode 1 and mode 2 is performed. I will do it. The control for the mode 1 and the mode 2 is extremely important because without this, the robot almost falls over. Note that control for mode 3 is performed in the third embodiment.

【0102】モード1を制御するための操作量は、補償
全床反力の前後軸(X軸)まわりモーメント成分であ
る。モード2を制御するための操作量は、補償全床反力
の左右軸(Y軸)まわりモーメント成分である。従っ
て、補償全床反力の成分の内、前後軸方向モーメント成
分と左右軸方向モーメント成分だけを求めれば良い。他
の成分は、この実施の形態(および第2の実施の形態)
では用いないので0で良い。
The manipulated variable for controlling the mode 1 is a moment component about the front-rear axis (X-axis) of the compensating total floor reaction force. The operation amount for controlling the mode 2 is a moment component about the left-right axis (Y-axis) of the compensating total floor reaction force. Accordingly, only the moment component in the front-rear direction and the moment component in the left-right direction need to be obtained from the components of the total floor reaction force. Other components are in this embodiment (and in the second embodiment)
Since it is not used, 0 may be used.

【0103】尚、以降は次の定義に従う。即ち、補償全
床反力のモーメント成分を補償全床反力モーメントMd
md(詳しくは目標全床反力中心点(目標ZMP)まわ
りの補償全床反力モーメントMdmd)という。図5に
示す如く、ロボットの前方向をX軸、左横方向をY軸、
上方向をZ軸にとり、第1足平の足首直下の床面上の点
を原点とした座標系を支持脚座標系と呼び、断らない限
り、位置、力およびモーメントはこの座標系で表現され
るものとする。また、MdmdのX成分をMdmdx、
Y成分をMdmdy、Z成分をMdmdzと記述する。
上体24の傾斜偏差(即ち、実上体傾斜−目標上体傾
斜)θerr のX成分をθerrx, Y成分をθerry、これら
の時間微分値を(dθerrx / dt),(dθerry / dt)と記述
する。
Note that the following definitions follow. That is, the moment component of the compensating total floor reaction force is calculated by compensating the total floor reaction force moment Md.
md (specifically, a compensated total floor reaction force moment Mdmd around the target total floor reaction force center point (target ZMP)). As shown in FIG. 5, the forward direction of the robot is the X axis, the left lateral direction is the Y axis,
A coordinate system in which the upward direction is the Z axis and the origin is a point on the floor immediately below the ankle of the first foot is referred to as a supporting leg coordinate system. Unless otherwise specified, the position, force and moment are expressed in this coordinate system. Shall be. Further, the X component of Mdmd is represented by Mdmdx,
The Y component is described as Mdmdy, and the Z component is described as Mdmdz.
The X component of the inclination deviation of the body 24 (that is, the actual body inclination-the target body inclination) θerr is described as θerrx, the Y component is θerry, and the time differential values thereof are described as (dθerrx / dt) and (dθerry / dt). I do.

【0104】MdmdxおよびMdmdyは、例えば次
式の制御則によって決定される。 Mdmdx = - Kthxθerrx - Kwx (dθerrx / dt) Mdmdy = - Kthyθerry - Kwy (dθerry / dt) ・・・式2 ここで、Kthx,Kthy,KwxおよびKwyは、
上体傾斜安定化制御ゲインである。
Mdmdx and Mdmdy are determined by, for example, the following control law. Mdmdx =-Kthxθerrx-Kwx (dθerrx / dt) Mdmdy =-Kthyθerry-Kwy (dθerry / dt) Equation 2 where Kthx, Kthy, Kwx and Kwy are
This is the body tilt stabilization control gain.

【0105】後述する複合コンプライアンス動作決定部
は、目標全床反力と補償全床反力の合力に実全床反力を
一致させようと働く。
The composite compliance operation determining section described later works to make the actual total floor reaction force coincide with the resultant force of the target total floor reaction force and the compensation total floor reaction force.

【0106】図4の説明に戻ると、この装置は実各足平
床反力検出器を備え、実各足平床反力検出器は、6軸力
センサ44によって実各足平床反力(その合力が実全床
反力)を検出する。更に、関節のエンコーダによって検
出される実変位(あるいは変位指令)に基づき、上体に
固定された座標系に対する各足平の相対位置・姿勢を算
出し、それによって6軸力センサ44の検出値を座標変
換し、上体に固定された座標系で表現された実各足平床
反力を算出した後、更に、支持脚座標系に変換する。
Returning to the description of FIG. 4, this device is provided with actual foot floor reaction force detectors, and the actual foot floor reaction force detectors are detected by the six-axis force sensor 44 to determine the actual foot floor reaction force (the resultant force). Detects the actual total floor reaction force). Further, based on the actual displacement (or displacement command) detected by the joint encoder, the relative position / posture of each foot with respect to the coordinate system fixed to the body is calculated, whereby the detection value of the six-axis force sensor 44 is calculated. Are converted into coordinates, and actual foot floor reaction forces expressed in a coordinate system fixed to the body are calculated, and further converted to a support leg coordinate system.

【0107】この装置はロボット幾何学モデル(逆キネ
マティクス演算部)を備え、ロボット幾何学モデルは、
上体位置・姿勢と足平位置・姿勢を入力されると、それ
らを満足する各関節変位を算出する。この実施の形態に
おけるロボット1のような1脚あたりの関節自由度が6
である場合には、各関節変位は一義的に求まる。
This device has a robot geometric model (inverse kinematics operation unit).
When the body position / posture and the foot position / posture are input, each joint displacement satisfying them is calculated. The degree of freedom of the joint per leg as in the robot 1 in this embodiment is 6
In the case of, each joint displacement is uniquely obtained.

【0108】この実施の形態では逆キネマティクスの解
の式を直接的に求めておき、式に上体位置・姿勢と足平
位置・姿勢を代入するだけで各関節変位を得るようにし
た。即ち、ロボット幾何学モデルは、目標上体位置・姿
勢と複合コンプライアンス動作決定部で修正された修正
目標足平位置・姿勢軌道(機構変形補償入り修正目標足
平位置・姿勢軌道)を入力し、それらから12個の関節
(10R(L)など)の関節変位指令(値)を算出す
る。
In this embodiment, the equations for the solution of the inverse kinematics are obtained directly, and the displacement of each joint is obtained simply by substituting the body position / posture and the foot position / posture into the equations. That is, the robot geometric model inputs the target body position / posture and the corrected target foot position / posture trajectory (corrected target foot position / posture trajectory with mechanical deformation compensation) corrected by the composite compliance operation determination unit, From these, joint displacement commands (values) of twelve joints (10R (L) and the like) are calculated.

【0109】この装置は変位コントローラ(前記した第
2の演算装置82に同じ)を備え、変位コントローラ
は、ロボット幾何学モデル(逆キネマティクス演算部)
で算出された関節変位指令(値)を目標値としてロボッ
ト1の12個の関節の変位を追従制御する。
This device has a displacement controller (the same as the above-mentioned second arithmetic unit 82), and the displacement controller is a robot geometric model (inverse kinematics arithmetic unit).
The displacement control of the twelve joints of the robot 1 is controlled to follow the joint displacement commands (values) calculated in (1) as target values.

【0110】この装置は前記複合コンプライアンス動作
決定部を備え、複合コンプライアンス動作決定部は以下
の2つの要求を満足させようと、目標足平位置・姿勢軌
道を修正する。
This apparatus comprises the above-mentioned composite compliance operation determining section, and the composite compliance operation determining section corrects the desired foot position / posture trajectory so as to satisfy the following two requirements.

【0111】要求1)ロボットの位置・姿勢制御のため
に、実全床反力を姿勢安定化制御部が出力する補償全床
反力(モーメントMdmd)と目標全床反力の合力に追
従させる。ロボットの姿勢傾きだけを制御したい場合に
は、目標全床反力中心点まわりの実全床反力水平方向モ
ーメント成分だけを補償全床反力モーメントMdmdに
追従させる。
Requirement 1) For controlling the position and orientation of the robot, the actual total floor reaction force is made to follow the resultant force of the compensating total floor reaction force (moment Mdmd) output by the posture stabilization control section and the desired total floor reaction force. . When only the posture inclination of the robot is to be controlled, only the actual total floor reaction force horizontal moment component around the target total floor reaction force center point is made to follow the compensated total floor reaction force moment Mdmd.

【0112】要求2)各足平の接地性を確保するため
に、できるかぎり目標各足平床反力中心点まわりの実各
足平床反力モーメントの絶対値を小さくする。
Requirement 2) In order to secure the contact property of each foot, the absolute value of the actual foot floor reaction force moment around the target foot floor reaction force center point is reduced as much as possible.

【0113】尚、補足すると、通常は実全床反力を補償
全床反力と目標全床反力の合力に一致させながら目標各
足平床反力中心点まわりの実各足平床反力モーメントを
0にすることが、物理的に不可能な場合が多い。従っ
て、要求1)と要求2)は完全に両立させることはでき
ず、ある点で妥協しなくてはならない。
It should be noted that normally, the actual total floor reaction force moment around the desired foot floor reaction force center point is made while making the actual total floor reaction force coincide with the resultant force of the compensation total floor reaction force and the target total floor reaction force. It is often physically impossible to make 0 Therefore, requirements 1) and 2) cannot be completely compatible and must be compromised in some respects.

【0114】上記を前提として図10フロー・チャート
(構造化フロー・チャート)を参照してこの装置の動作
を説明する。尚、図の左端に該当する処理を行う図4装
置の構成要素を示す。
The operation of this apparatus will be described with reference to the flow chart (structured flow chart) of FIG. 10 on the premise of the above. 4 shows the components of the apparatus shown in FIG. 4 that perform the processing corresponding to the left end of the figure.

【0115】先ずS10において装置を初期化し、S1
2を経てS14に進み、タイマ割り込みを待機する。タ
イマ割り込みは50msごとになされ、即ち、制御周期
は50msである
First, in S10, the apparatus is initialized, and in S1
The process proceeds to S14 via 2 and waits for a timer interrupt. The timer interrupt is made every 50 ms, that is, the control cycle is 50 ms.

【0116】続いてS16に進んで歩容の切り替わり
目、即ち、支持脚の切り替わり目か否か判断し、否定さ
れるときはS22に進むと共に、肯定されるときはS1
8に進んでタイマtをイニシャライズし、S20に進ん
で目標歩容パラメータを設定する。前記の如く、歩容パ
ラメータは、運動パラメータと床反力パラメータ(ZM
P軌道パラメータ)から構成される。
Subsequently, the process proceeds to S16, where it is determined whether or not the gait is switched, that is, the support leg is switched. When the result is negative, the process proceeds to S22. When the result is affirmative, the process proceeds to S1.
The program proceeds to S8, where the timer t is initialized, and proceeds to S20 to set a desired gait parameter. As described above, the gait parameters are the motion parameters and the floor reaction force parameters (ZM
P trajectory parameters).

【0117】続いてS22に進み、目標歩容の瞬時値を
決定する。ここで『瞬時値』は制御周期ごとの値を意味
し、目標歩容瞬時値は、目標上体位置・姿勢、目標各足
平位置・姿勢、および目標ZMP位置から構成される。
尚、ここで『姿勢』はX,Y,Z空間における『向き』
を意味する。
Then, the program proceeds to S22, in which an instantaneous value of the desired gait is determined. Here, the “instantaneous value” means a value for each control cycle, and the desired gait instantaneous value includes a desired body position / posture, a desired foot position / posture, and a desired ZMP position.
Here, the “posture” is the “direction” in the X, Y, Z space.
Means

【0118】続いてS24に進んで目標各足平床反力中
心点を求める。これは目標床反力分配器の説明で述べた
ように行う。具体的には、図8および図9に示すよう
に、設定した目標各足平床反力中心点軌跡の現在時刻t
における値を求めることで行う。
Then, the program proceeds to S24, in which a desired foot floor reaction force center point is determined. This is performed as described in the description of the desired floor reaction force distributor. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the current time t of the set desired foot floor reaction force center point locus is set.
By determining the value at.

【0119】続いてS26に進んで目標各足平床反力を
求める。これは目標床反力分配器の説明で述べた式1を
用いて目標各足平床反力を演算することで行う。
Then, the program proceeds to S26, in which the desired foot floor reaction force is determined. This is performed by calculating each desired foot floor reaction force using Expression 1 described in the description of the desired floor reaction force distributor.

【0120】続いてS28に進み、前記した傾斜センサ
60などの出力から上体24の傾斜などロボット1の状
態を検出する。
Subsequently, the flow proceeds to S28, where the state of the robot 1 such as the inclination of the body 24 is detected from the output of the inclination sensor 60 and the like.

【0121】続いてS30に進み、ロボット1の状態な
どから姿勢を安定化するための(目標全床反力中心点
(目標ZMP)まわりの)補償全床反力モーメントMd
mdx,Mdmdyを求める。具体的には、上体傾斜が
検出されたとき姿勢安定化を図るために前記した式2に
従って補償全床反力モーメントMdmdx,Mdmdy
を演算する。
Subsequently, the flow advances to S30, where a compensated total floor reaction force moment Md (around the desired total floor reaction force center point (target ZMP)) for stabilizing the posture from the state of the robot 1 or the like.
mdx and Mdmdy are obtained. More specifically, the compensation total floor reaction force moments Mdmdx and Mdmdy are calculated according to the above-described equation 2 in order to stabilize the posture when the body inclination is detected.
Is calculated.

【0122】続いてS32に進んで実各足平床反力を検
出する。これは前記の如く、6軸力センサ44の出力か
ら検出する。
Then, the program proceeds to S32, in which actual foot floor reaction forces are detected. This is detected from the output of the six-axis force sensor 44 as described above.

【0123】続いてS34に進み、両脚補償角θdbv
および各足平補償角θnx(y)を決定する。これは、
前記した複合コンプライアンス動作決定部が行う作業で
ある。
Subsequently, the flow advances to S34, where the leg compensation angle θdbv is set.
And each foot compensation angle θnx (y) is determined. this is,
This is an operation performed by the composite compliance operation determination unit described above.

【0124】その複合コンプライアンス動作決定部の作
業について説明する。説明の便宜のため、両脚支持期に
おいて図11に示すように第1足平22R(L)と第2
足平22L(R)に実各足平床反力が作用している状況
と仮定する。
The operation of the composite compliance operation determining section will be described. For convenience of explanation, the first foot 22R (L) and the second foot 22R (L) are shown in FIG.
It is assumed that actual foot floor reaction force is acting on the foot 22L (R).

【0125】ここでベクトルFnactは第n足平床反
力の力成分を表す。ベクトルMnactは第n足平床反
力のモーメント成分を表す。ベクトルMnactの向き
は、向きに対して時計回りのモーメントが床から足平に
作用していることを表す。
Here, the vector Fnact represents the force component of the n-th foot floor reaction force. The vector Mnact represents the moment component of the n-th foot floor reaction force. The direction of the vector Mact indicates that a clockwise moment acts on the foot from the floor with respect to the direction.

【0126】この瞬間の目標全床反力は、図12に示す
ようになっていると仮定する。ちなみに、目標全床反力
中心点(目標ZMP)における目標全床反力モーメント
ベクトルMsumrefは垂直である(定義により、目
標ZMPは目標全床反力モーメントの水平方向成分が0
である点であるから)。
It is assumed that the desired total floor reaction force at this moment is as shown in FIG. Incidentally, the desired total floor reaction force moment vector Msumref at the desired total floor reaction force center point (target ZMP) is vertical (by definition, the target ZMP has a horizontal component of the desired total floor reaction force moment of 0).
Is the point).

【0127】これを式1に従って目標各足平床反力に分
配すると、図13に示すようになる。同図において、ベ
クトルFnrefは目標第n足平床反力の力成分を表
す。ベクトルMnrefは目標第n足平床反力のモーメ
ント成分を表す。ベクトルMnrefの向きの表現は、
Mnactと同様である。
When this is distributed to the desired foot floor reaction forces in accordance with Equation 1, the result is as shown in FIG. In the figure, a vector Fnref represents a force component of a desired n-th foot floor reaction force. The vector Mnref represents the moment component of the desired n-th foot floor reaction force. The expression of the direction of the vector Mnref is
Same as Mnact.

【0128】説明のため、上体姿勢が左後ろに倒れそう
な状態を想定する。
For the sake of explanation, it is assumed that the body posture is likely to fall to the rear left.

【0129】前述の姿勢安定化制御演算部では、ロボッ
ト1の上体傾斜偏差検出値θerrx,θerryに基
づいて補償全床反力モーメントMdmdを算出する。こ
の実施の形態では鉛直軸(Z軸)まわりのスピンを制御
しないので、補償全床反力モーメントMdmdの鉛直軸
成分は0である。上体位置の揺れも制御しないので、補
償全床反力モーメントの力成分も0である。この状態に
対応する補償全床反力モーメントMdmdを図14に示
す。
The above-mentioned posture stabilization control calculation unit calculates a compensating total floor reaction force moment Mdmd based on the detected body inclination deviation values θerrx and θerry of the robot 1. In this embodiment, since the spin about the vertical axis (Z axis) is not controlled, the vertical axis component of the compensation total floor reaction force moment Mdmd is zero. Since the swing of the body position is not controlled, the force component of the compensation total floor reaction force moment is also zero. FIG. 14 shows the compensation total floor reaction force moment Mdmd corresponding to this state.

【0130】姿勢を復元させるためには、目標全床反力
中心点(目標ZMP)まわりの実全床反力モーメントの
水平成分を、目標全床反力モーメントMsumrefと
補償全床反力モーメントMdmdの和の水平成分に追従
させれば良い。
In order to restore the posture, the horizontal component of the actual total floor reaction force moment around the target total floor reaction force center point (target ZMP) is calculated by calculating the desired total floor reaction force moment Msumref and the compensation total floor reaction force moment Mdmd. May be made to follow the horizontal component of the sum of.

【0131】一方、目標全床反力中心点(目標ZMP)
では目標全床反力モーメントMsumrefの水平方向
成分は0である。従って、前後左右の姿勢傾きを復元さ
せるためには、目標ZMPまわりの実全床反力モーメン
トの水平成分を、Mdmdの水平成分に追従させれば良
い。
On the other hand, the desired total floor reaction force center point (the desired ZMP)
Then, the horizontal component of the desired total floor reaction force moment Msumref is zero. Therefore, in order to restore the posture inclination in the front, rear, left, and right directions, the horizontal component of the actual total floor reaction force moment around the target ZMP should follow the horizontal component of Mdmd.

【0132】この実施の形態にあっては複合コンプライ
アンス動作決定部は、以下の要求をできる限り満足する
ように足平の位置・姿勢を修正する。 要求1)ロボットの姿勢傾斜を安定化制御するために、
目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりの実全床反力
モーメントの水平方向(X,Y軸方向)成分を、補償全
床反力モーメントMdmdの水平方向成分に追従させ
る。 要求2)各足平の接地性を確保するために、できるかぎ
り目標各足平床反力中心点まわりの実各足平床反力モー
メントの絶対値を小さくする。
In this embodiment, the composite compliance operation determining unit corrects the position and posture of the foot so as to satisfy the following requirements as much as possible. Requirement 1) In order to stabilize and control the posture inclination of the robot,
The horizontal (X, Y-axis) components of the actual total floor reaction force moment around the desired total floor reaction force central point (target ZMP) are made to follow the horizontal component of the compensated total floor reaction force moment Mdmd. Requirement 2) In order to secure the contact of each foot, the absolute value of the actual moment of each foot floor reaction force around the target center point of each foot floor reaction force is reduced as much as possible.

【0133】但し、前述の通り、要求1)と要求2)
は、完全に両立させることはできず、ある点で妥協しな
くてはならない。
However, as described above, the request 1) and the request 2)
Cannot be completely compatible, and must compromise in some respects.

【0134】足平の位置・姿勢の修正は、この実施の形
態では次のように行う。 1)目標第1足平床反力中心点Q1と目標第2足平床反
力中心点Q2を含み、かつ水平面と垂直な平面の法線ベ
クトルVを求める。Vの大きさは1とする。Vを図15
に示す。
The position / posture of the foot is corrected in this embodiment as follows. 1) A normal vector V including a desired first foot floor reaction force central point Q1 and a desired second foot floor reaction force central point Q2 and perpendicular to the horizontal plane is obtained. The magnitude of V is 1. V to FIG.
Shown in

【0135】2)目標第1足平床反力中心点Q1の座標
を、目標全床反力中心点(目標ZMP)を回転中心に法
線ベクトルVまわりに、ある回転角θdbvだけ回転移
動する。移動した後の点をQ1’とする。同様に、目標
第2足平床反力中心点Q2の座標を、目標全床反力中心
点(目標ZMP)を回転中心に法線ベクトルVまわりに
回転角θdbvだけ回転移動する。移動した後の点をQ
2’とする。
2) The coordinates of the desired first foot floor reaction force central point Q1 are rotated around the normal vector V about the target total floor reaction force central point (target ZMP) by a certain rotation angle θdbv. The point after the movement is defined as Q1 '. Similarly, the coordinates of the desired second floor floor reaction force central point Q2 are rotated around the normal vector V by the rotation angle θdbv around the desired total floor reaction force central point (target ZMP). Q after moving
2 '.

【0136】この回転角θdbvを両脚補償角という。
始点がQ1、終点がQ1’のベクトルをベクトルQ1Q
1’とする。同様に、始点がQ2、終点がQ2’のベク
トルをベクトルQ2Q2’とする。図16にQ1’とQ
2’を示す。
The rotation angle θdbv is referred to as a two-leg compensation angle.
The vector whose start point is Q1 and whose end point is Q1 'is a vector Q1Q
1 '. Similarly, a vector whose start point is Q2 and whose end point is Q2 'is referred to as a vector Q2Q2'. FIG. 16 shows Q1 ′ and Q
Indicates 2 '.

【0137】3)目標第1足平を、姿勢は変えずにベク
トルQ1Q1’だけ平行移動(ほぼ上下移動)させる。
同様に、目標第2足平を、姿勢は変えずにベクトルQ2
Q2’だけ平行移動させる。移動後の目標各足平を図1
6に太線で示す。
3) The target first foot is translated (substantially up and down) by the vector Q1Q1 'without changing the posture.
Similarly, the target second foot is moved to the vector Q2 without changing the posture.
Translate by Q2 '. Figure 1 shows the target footprints after moving
6 is indicated by a thick line.

【0138】4)次に、目標第1足平をQ1’を中心
に、前後方向軸(X軸)まわりに回転角θ1x、左右方
向軸(Y軸)まわりに回転角θ1yだけ回転させる。同
様に、目標第2足平を目標第2足平をQ2’を中心に前
後方向軸(X軸)まわりに回転角θ2x、左右方向軸
(Y軸)まわりに回転角θ2yだけ回転させる。回転角
θnx,θnyをそれぞれ第n足平X補償角、第n足平
Y補償角という。回転後の目標各足平を図17に太線で
示す。
4) Next, the target first foot is rotated by a rotation angle θ1x about the longitudinal axis (X axis) and a rotation angle θ1y about the horizontal axis (Y axis) about Q1 ′. Similarly, the target second foot is rotated by a rotation angle θ2x about the longitudinal axis (X-axis) and a rotation angle θ2y about the horizontal axis (Y-axis) about Q2 ′. The rotation angles θnx and θny are referred to as an nth foot X compensation angle and an nth foot Y compensation angle, respectively. Each target foot after rotation is indicated by a thick line in FIG.

【0139】以上の補償動作量が過大でなければ、接地
圧力分布は変わっても、接地領域(足底面の圧力が正の
領域)は変わらない。このような場合には、補償動作量
に比例して各足平に装着されたばね機構32や足底弾性
体34などが変形し、変形量に応じた実各足平床反力が
発生する。この結果、補償動作量と補償動作によって発
生する実床反力の変化量との間の関係は、以下に示す良
好な特性を持つ。
If the amount of compensation operation is not excessive, even if the contact pressure distribution changes, the contact area (the area where the pressure on the sole is positive) does not change. In such a case, the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 attached to each foot are deformed in proportion to the amount of compensation movement, and actual foot floor reaction forces corresponding to the amount of deformation are generated. As a result, the relationship between the amount of compensation operation and the amount of change in the actual floor reaction force generated by the compensation operation has the following favorable characteristics.

【0140】特性1)両脚補償角θdbvだけを操作し
て目標各足平位置を移動させると、下がった足平の実足
平床反力の力成分が増加し、上がった足平の実足平床反
力の力成分が減少する。このとき、修正目標各足平床反
力中心点まわりの実各足平床反力モーメントは、ほとん
ど変化しない。
Characteristic 1) When the target foot position is moved by operating only the two leg compensation angle θdbv, the force component of the actual foot floor reaction force of the lowered foot increases, and the actual foot floor of the raised foot is increased. The force component of the reaction force decreases. At this time, the actual foot floor reaction force moment around the corrected target foot floor reaction force center point hardly changes.

【0141】特性2)第n足平X補償角だけを操作して
目標第n足平姿勢を回転させると、目標第n足平床反力
中心点に作用する実第n足平床反力のモーメントのX成
分だけが変化し、その他の床反力成分は少ししか変化し
ない。同様に、第n足平Y補償角だけを操作して目標第
n足平姿勢を回転させると、実第n足平床反力のモーメ
ントのY成分だけが変化し、その他の床反力成分は少し
しか変化しない。
Characteristic 2) When the desired nth foot posture is rotated by operating only the nth foot X compensation angle, the moment of the actual nth foot floor reaction force acting on the desired nth foot floor reaction force center point Only the X component changes, and the other floor reaction force components change only slightly. Similarly, when the target n-th foot posture is rotated by operating only the n-th foot Y compensation angle, only the Y component of the moment of the actual n-th foot floor reaction force changes, and the other floor reaction force components are Change only slightly.

【0142】特性3)両脚補償角θdbv、各足平X補
償角および各足平Y補償角を同時に操作すると、実各足
平床反力の変化量は、それぞれを単独に操作したときの
変化量の和になる。
Characteristic 3) If both feet compensation angle θdbv, each foot X compensation angle and each foot Y compensation angle are simultaneously operated, the change amount of each actual foot floor reaction force is the change amount when each is operated independently. The sum of

【0143】特性1および特性2は、これらの操作に独
立性があることを示し、特性3はこれらの操作に線形性
があることを示していると言える。
The characteristics 1 and 2 indicate that these operations are independent, and the characteristics 3 indicate that these operations have linearity.

【0144】図18は複合コンプライアンス動作決定部
の演算処理を示すブロック図であり、同図を参照してこ
の作業を説明する。
FIG. 18 is a block diagram showing the arithmetic processing of the composite compliance operation determining unit. This operation will be described with reference to FIG.

【0145】概説すると、補償全床反力モーメント分配
器において補償全床反力モーメントMdmdの分配を行
う。次に、実各足平床反力と分配された補償全床反力モ
ーメントなどから、両脚補償角決定部および第n足平X
(Y)補償角決定部において前述の補償角θdbvおよ
びθnx(y)を決定する。
In general terms, the compensating total floor reaction force moment distributor distributes the compensating total floor reaction force moment Mdmd. Next, the two-leg compensation angle determination unit and the n-th foot X
(Y) The compensation angle determination unit determines the compensation angles θdbv and θnx (y).

【0146】次に、決定された各種補償角に基づいて修
正目標足平位置算出部は、補償された足平位置・姿勢
(これを修正目標足平位置・姿勢という)を幾何学演算
によって求める。最後に、機構変形補償入り修正目標足
平位置・姿勢算出部は、目標各足平床反力によって発生
が予想されるばね機構32や足底弾性体34の変形量を
求め、それらを打ち消すように修正目標足平位置・姿勢
をさらに修正する。
Next, based on the determined various compensation angles, the corrected target foot position calculating section obtains the compensated foot position / posture (this is referred to as a corrected target foot position / posture) by a geometric calculation. . Lastly, the corrected target foot position / posture calculation unit including the mechanism deformation compensation calculates the deformation amounts of the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 expected to be generated by the desired foot floor reaction forces, and cancels them. Further correct the corrected target foot position / posture.

【0147】以下詳説すると、補償全床反力モーメント
分配器は、補償全床反力モーメントMdmdを、両脚補
償モーメントMdmddb、各足平補償モーメントMd
md1x,y,Mdmd2x,yに分配する。両脚補償
モーメントMdmddbは、両脚補償角(足平上下量)
θdbvを操作することによって目標全床反力中心点
(目標ZMP)まわりに各足平床反力の力成分が作るモ
ーメントの目標値である。
More specifically, the compensating total floor reaction force moment distributor converts the compensating total floor reaction force moment Mdmd into the two-leg compensation moment Mdmdb and the foot compensation moment Md.
md1x, y, Mdmd2x, y. The two-leg compensation moment Mdmddb is the two-leg compensation angle (foot vertical amount).
By operating θdbv, it is a target value of the moment generated by the force component of each foot floor reaction force around the target total floor reaction force center point (target ZMP).

【0148】両脚補償モーメントMdmddbのV方向
まわりの成分をMdmddbvと記述する。尚、ベクト
ルVは複合コンプライアンス動作決定部の説明で定義し
たベクトルである。Vに直交し、鉛直方向にも直交する
ベクトルをUとすると、両脚補償モーメントMdmdd
bのU方向成分Mdmddbuは0に設定される。両脚
補償角θdbvを操作しても、床反力のU方向モーメン
ト成分を発生することはできないからである。
A component around the V direction of the both leg compensation moment Mdmdb is described as Mdmdbdbv. Note that the vector V is a vector defined in the description of the composite compliance operation determination unit. Assuming that a vector perpendicular to V and also perpendicular to the vertical direction is U, the two-leg compensation moment Mdmdd
The U-direction component Mdmddbu of b is set to 0. This is because the U-direction moment component of the floor reaction force cannot be generated even if the two-leg compensation angle θdbv is operated.

【0149】この実施の形態では補償全床反力モーメン
トMdmdの鉛直方向成分が0なので、Mdmddbの
鉛直方向成分Mdmddbzも0に設定される。
In this embodiment, since the vertical component of the compensated total floor reaction force moment Mdmd is zero, the vertical component Mdmddbz of Mdmdb is also set to zero.

【0150】第1足平補償モーメントMdmd1は、第
1足平補償角θ1x,θ1yを操作することによって目
標第1足平床反力中心点まわりに発生させたいモーメン
トである。第1足平補償モーメントMdmd1のX成分
をMdmd1x、Y成分をMdmdlyと記述する。第
2足平補償モーメントMdmd2は、第2足平補償角θ
2x,θ2yを操作することによって目標第2足平床反
力中心点まわりに発生させたいモーメントである。第2
足平補償モーメントMdmd2のX成分をMdmd2
x、Y成分をMdmd2yと記述する。
The first foot compensation moment Mdmd1 is a moment to be generated around the desired first foot floor reaction force central point by manipulating the first foot compensation angles θ1x and θ1y. The X component of the first foot compensation moment Mdmd1 is described as Mdmd1x, and the Y component is described as Mdmdly. The second foot compensation moment Mdmd2 is the second foot compensation angle θ
This is a moment to be generated around the target second foot floor reaction force central point by operating 2x and θ2y. Second
The X component of the foot compensation moment Mdmd2 is represented by Mdmd2
The x and Y components are described as Mdmd2y.

【0151】分配は、例えば次のように行う。 Mdmddbv = Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy ・・・式3 Mdmd1x = W1x * (Mdmdx - Wint * Vx * Mdmddbv) Mdmd1y = W1y * (Mdmdy - Wint * Vy * Mdmddbv) Mdmd2x = W2x * (Mdmdx - Wint * Vx * Mdmddbv) Mdmd2y = W2y * (Mdmdy - Wint * Vy * Mdmddbv) ・・・式4The distribution is performed, for example, as follows. Mdmddbv = Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy ・ ・ ・ Equation 3 Mdmd1x = W1x * (Mdmdx-Wint * Vx * Mdmddbv) Mdmd1y = W1y * (Mdmdy-Wint * Vy * Mdmddbv) Mdmd2x = W2x * * dm * Mdmddbv) Mdmd2y = W2y * (Mdmdy-Wint * Vy * Mdmddbv) ・ ・ ・ Equation 4

【0152】ここで、Wdbx,Wdby,W1x,W
1y,W2x,W2yおよびWintは分配用重み変数
である。VxはベクトルVのX成分の値、Vyはベクトル
VのY成分の値である。この中で、Wintは、両脚補
償角を操作することによって発生した全床反力モーメン
トを各足平補償角を操作することによって打ち消すため
のものである。
Here, Wdbx, Wdby, W1x, W
1y, W2x, W2y and Wint are weighting variables for distribution. Vx is the value of the X component of the vector V, and Vy is the value of the Y component of the vector V. Among them, Wint is for canceling the total floor reaction force moment generated by operating the both leg compensation angle by operating each foot compensation angle.

【0153】式3と式4の演算処理を行う補償全床反力
モーメント分配器のブロック図を図19に示す。
FIG. 19 is a block diagram of a compensating total floor reaction force moment distributor that performs the arithmetic processing of Equations 3 and 4.

【0154】歩行時の分配用重み変数Wdbx,Wdb
y,W1x,W1y,W2x,W2yおよびWintの
設定例を図20に示す。図20のパターンは、以下の注
意点を考慮して決定することが望ましい。
Weighting variables Wdbx, Wdb for distribution during walking
FIG. 20 shows a setting example of y, W1x, W1y, W2x, W2y and Wint. The pattern of FIG. 20 is desirably determined in consideration of the following points.

【0155】注意点1)両脚補償角と各足平補償角が不
連続的に変化すると、関節に過大なトルクが発生する。
そこで、両脚補償角と各足平補償角を連続的に変化させ
るために、分配用重み変数は連続的に変化させる。
Attention 1) If the leg compensation angle and each foot compensation angle change discontinuously, an excessive torque is generated at the joint.
Therefore, in order to continuously change both leg compensation angles and each foot compensation angle, the distribution weight variable is continuously changed.

【0156】注意点2)両脚補償角および各足平補償角
を操作することによって発生する実床反力モーメント
が、なるべく補償全床反力モーメントMdmdに近い値
になるように、分配用重み変数を決定する。
Attention 2) The weighting variable for distribution is set so that the actual floor reaction force moment generated by manipulating the two-leg compensation angle and each foot compensation angle is as close as possible to the compensation total floor reaction force moment Mdmd. To determine.

【0157】この際、直立時や歩行時など状況に応じて
以下に示すように設定方針を変えた方が良い。直立時な
どのように、両脚補償モーメントのV方向成分Mdmd
dbv、各足平補償モーメントMdmd1,Mdmd2
を忠実に実各足平床反力に発生させることができる状況
では以下のように設定する。
At this time, it is better to change the setting policy as described below according to the situation such as when standing up or walking. As in the case of standing upright, the V-direction component Mdmd of the two-leg compensation moment
dbv, each foot compensation moment Mdmd1, Mdmd2
Is set as follows in the situation where the actual floor reaction force can be generated faithfully.

【0158】この状況では目標全床反力中心点(目標Z
MP)まわりの実全床反力モーメントの水平方向成分
を、補償全床反力モーメントMdmdの水平方向成分に
一致させるために、(即ち、前述の複合コンプライアン
ス動作決定部に対する要求1を満足するために、)式5
と式6の両方をなるべく満足するように重みを設定すべ
きである。
In this situation, the desired total floor reaction force center point (the desired Z
MP) in order to make the horizontal component of the actual total floor reaction force moment around the same as the horizontal component of the compensating total floor reaction force moment Mdmd (ie, in order to satisfy the above-described requirement 1 to the composite compliance operation determination unit). Equation 5
And Equation 6 should be set so as to satisfy both as much as possible.

【0159】 Mdmddbv*Vx + Mdmd1x + Mdmd2x = Mdmdx ・・・式5 Mdmddbv*Vy + Mdmd1y + Mdmd2y = Mdmdy ・・・式6Mdmddbv * Vx + Mdmd1x + Mdmd2x = Mdmdx ・ ・ ・ Equation 5 Mdmddbv * Vy + Mdmd1y + Mdmd2y = Mdmdy ・ ・ ・ Equation 6

【0160】これに式3、式4を代入すると、式5は式
7に、式6は式8に変換される。 (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)*Vx + W1x * (Mdmdx - Wint * Vx * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2x * (Mdmdx - Wint * Vx * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy))= Mdmdx ・・・式7 (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)*Vy + W1y * (Mdmdy - Wint * Vy * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2y * (Mdmdy - Wint * Vy * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) = Mdmdy ・・・式8
By substituting Equations 3 and 4, Equation 5 is converted to Equation 7, and Equation 6 is converted to Equation 8. (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy) * Vx + W1x * (Mdmdx-Wint * Vx * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2x * (Mdmdx-Wint * Vx * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy) ) = Mdmdx ・ ・ ・ Equation 7 (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy) * Vy + W1y * (Mdmdy-Wint * Vy * (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2y * (Mdmdy-Wint * Vy * ( Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) = Mdmdy ・ ・ ・ Equation 8

【0161】MdmdxとMdmdyが任意の値を取っ
ても、式7と式8が恒等的に成立するためには、式9、
式10、および式11を同時に満足すれば良い。 Wint = 1 ・・・式9 W1x + W2x =1 ・・・式10 W1y + W2y =1 ・・・式11 即ち、以上の状況では式9、式10および式11を同時
に満足するように、重みを決定すれば良い。
Even if Mdmdx and Mdmdy take arbitrary values, in order for Equations 7 and 8 to be established equally, Equation 9
It suffices to satisfy Equations 10 and 11 simultaneously. Wint = 1 ... Equation 9 W1x + W2x = 1 ... Equation 10 W1y + W2y = 1 ... Equation 11 That is, in the above situation, weights are set so as to satisfy Equation 9, Equation 10 and Equation 11 simultaneously. Should be determined.

【0162】歩行時ではMdmddbvを目標にして両
脚補償角θdbvを操作して足平の位置を修正しても、
実全床反力モーメントの発生量がMdmddbvに較べ
て不足する場合がある。例えば図21のように両脚支持
期の初期にロボットが後傾して第1足平が未だ着地して
いない状況では、θdbvによって第1足平の位置を下
げても、実床反力は変化しない。
During walking, even if the foot position is corrected by operating the two-leg compensation angle θdbv with Mdmddbv as the target,
In some cases, the amount of the actual total floor reaction force moment is insufficient compared to Mdmddbv. For example, as shown in FIG. 21, in a situation where the first foot has not yet landed due to the robot tilting back in the early stage of the two-leg support period, the actual floor reaction force changes even if the position of the first foot is lowered by θdbv do not do.

【0163】同様に、Mdmd2を目標にして第2足平
補償角θ2を操作して第2足平の角度を修正しても、実
床反力モーメントの増加量がMdmd2に較べて不足す
る場合がある。例えば、図22のように両脚支持期の後
半にロボットが後傾している状況では、θ2によって第
2足平のかかとを下げても実床反力は変化しない。
Similarly, when the angle of the second foot is corrected by manipulating the second foot compensation angle θ2 with Mdmd2 as a target, the amount of increase in the actual floor reaction force moment is insufficient as compared with Mdmd2. There is. For example, in the situation where the robot is tilted backward in the latter half of the two-leg supporting period as shown in FIG. 22, the actual floor reaction force does not change even if the heel of the second foot is lowered by θ2.

【0164】従って、式5、式6を満足するように各重
みを設定しても、複合コンプライアンス制御によって発
生する実全床反力の増加量が補償全床反力モーメントM
dmdに届かない場合がある。このようなことが生じる
可能性が高い状況では、式5、式6の左辺の値を1より
大きくすべきである。
Therefore, even if each weight is set so as to satisfy Equations 5 and 6, the increase in the actual total floor reaction force generated by the composite compliance control is equal to the compensation total floor reaction force moment M.
may not reach dmd. In a situation where such a possibility is high, the value on the left side of Expressions 5 and 6 should be larger than 1.

【0165】歩行時の分配用重み変数設定例である図2
0では、Wintを0に設定することによって、図21
の状況のように、両脚補償角θdbv を操作しても実全床
反力モーメントが発生できなくなっても、各足平補償角
を操作して不足分を補うようにした。
FIG. 2 is an example of setting distribution weight variables during walking.
At 0, by setting Wint to 0, FIG.
As in the situation described above, even if the actual total floor reaction force moment cannot be generated even if the two-leg compensation angle θdbv is operated, each foot compensation angle is operated to compensate for the shortage.

【0166】好都合なことに、図21のように後傾する
と第2足平のかかとが結果的に下がって床に接地しやす
くなるので、第2足平補償角を操作することによって実
全床反力モーメントを発生させることができるようにな
る。
Conveniently, when the heel of the second foot is lowered as shown in FIG. 21, the heel of the second foot is eventually lowered and it becomes easy to touch the floor. A reaction force moment can be generated.

【0167】また、後傾していないときには両脚補償角
θdbvを操作することによる実全床反力モーメントが
発生するが、第2足平のかかとが床に接地しないので、
第2足平補償角を操作しても実全床反力モーメントは発
生しない。
When the feet are not tilted backward, the actual total floor reaction force moment is generated by operating the two-leg compensation angle θdbv. However, since the heel of the second foot does not touch the floor,
Even if the second foot compensation angle is operated, no actual total floor reaction force moment is generated.

【0168】つまり、両脚補償角θdbvが有効に働く
ときには各足平補償角が有効に働かず、各足平補償角が
有効に働くときには両脚補償角θdbvが有効に働かな
いので、結果的に両脚補償角および各足平補償角を操作
することによって発生する実床反力モーメントの総量
は、ほぼ補償全床反力モーメントMdmdに等しくな
る。
That is, when both feet compensation angle θdbv works effectively, each foot compensation angle does not work effectively, and when each feet compensation angle works effectively, both feet compensation angle θdbv does not work effectively. The total amount of the actual floor reaction force moment generated by manipulating the compensation angle and each foot compensation angle is substantially equal to the compensation total floor reaction force moment Mdmd.

【0169】状況によっては、両脚補償角および各足平
補償角を操作することによって発生する実床反力モーメ
ントの総量が補償全床反力モーメントMdmdよりも大
きくなってしまう場合がある。
In some situations, the total amount of the actual floor reaction force moment generated by manipulating the both leg compensation angle and each foot compensation angle may be larger than the compensation total floor reaction force moment Mdmd.

【0170】しかし、この場合でも、Mdmdがこの実
施の形態のように姿勢安定化のためのフィードバック操
作量であるならば、あまり問題にならない。何故なら
ば、Mdmdの大きさが多少違っていても、一般的に制
御系に言えることであるが、制御系のオープンループゲ
インが多少変化するだけで、クローズドループ特性はほ
とんど変わらないからである。
However, even in this case, if Mdmd is a feedback operation amount for stabilizing the posture as in this embodiment, there is not much problem. This is because, even if the magnitude of Mdmd is slightly different, it can generally be said to the control system. However, the closed-loop characteristic hardly changes even if the open-loop gain of the control system slightly changes. .

【0171】注意点3)片脚支持期では、両脚補償角用
の分配用重み変数であるWdbx,Wdbyの絶対値を
小さくする。片脚支持期では両脚補償角を変化させて
も、接地していない足平が無駄に上下するだけで、実各
足平床反力は変化しないからである。
Note 3) In the one-leg supporting period, the absolute values of the distribution weight variables Wdbx and Wdby for the two-leg compensation angle are reduced. This is because, in the one-leg supporting period, even if the two-leg compensation angle is changed, the foot that is not touching the ground simply goes up and down uselessly, and the actual floor floor reaction force does not change.

【0172】注意点4)足平の接地性を確保するため
に、目標足平床反力の力成分が小さいときには、その足
平の足平補償角のための分配用重み変数の絶対値を小さ
くする。特に、足平が床から遠く離れているときには、
その足平の足平補償角を動かしても、その足平の実足平
床反力は変化しないので、不要な動きをさせないために
も、その足平の足平補償角のための分配用重み変数の絶
対値を小さくすべきである。
Attention 4) In order to secure the foot contact property, when the force component of the desired foot floor reaction force is small, the absolute value of the distribution weighting variable for the foot compensation angle of the foot is reduced. I do. Especially when the foot is far from the floor,
Even if the foot compensation angle of the foot is moved, the actual foot floor reaction force of the foot does not change, and therefore, in order to prevent unnecessary movement, the weight for distribution for the foot compensation angle of the foot is used. The absolute value of the variable should be small.

【0173】注意点5)両脚補償角を操作することによ
って制御できる実全床反力モーメントの方向と、各足平
補償角を操作することによって制御できる実全床反力モ
ーメントの方向は通常異なる。
Note 5) The direction of the actual total floor reaction force moment that can be controlled by operating the two leg compensation angles and the direction of the actual total floor reaction force moment that can be controlled by operating each foot compensation angle are usually different. .

【0174】例えば、両脚補償角θdbvを操作するこ
とによって発生する実全床反力モーメントの向きは必ず
V方向であり、V方向に直交する成分を発生させること
はできない。一方、各足平補償角を操作することによっ
て発生できる実全床反力モーメントの向きは、足平の接
地状況によって制約を受ける。
For example, the direction of the actual total floor reaction force moment generated by manipulating the two-leg compensation angle θdbv is always in the V direction, and a component orthogonal to the V direction cannot be generated. On the other hand, the direction of the actual total floor reaction force moment that can be generated by operating each foot compensation angle is restricted by the foot contact state.

【0175】例えば、つまさきのエッジだけまたはかか
とのエッジだけが接地している場合には、エッジ線方向
にモーメントを発生することはできない。両脚支持期で
は、この特性を考慮して、なるべく無駄なく両脚補償角
および各足平補償角を操作する。
For example, when only the toe edge or the heel edge is in contact with the ground, no moment can be generated in the edge line direction. In the two-leg supporting period, the two-leg compensation angle and each foot compensation angle are manipulated as much as possible in consideration of this characteristic.

【0176】例えば、両脚補償角を操作するための分配
重みWdbx,Wdbyは次のように決定する。
For example, distribution weights Wdbx and Wdby for operating the two-leg compensation angle are determined as follows.

【0177】X成分がWdbx、Y成分がWdby、Z
成分が0のベクトルをWdbとすると、式3はベクトル
WdbとMdmdの内積になっている。従って、Mdm
dをベクトルWdb方向成分とその直交成分に分解し、
ベクトルWdb方向成分だけを抽出して、ベクトルWd
bの大きさを乗じたものが、式3によって求められるM
dmddbvであると言える。
X component is Wdbx, Y component is Wdby, Z
Assuming that a vector having zero component is Wdb, Equation 3 is an inner product of the vector Wdb and Mdmd. Therefore, Mdm
Decompose d into a vector Wdb direction component and its orthogonal component,
By extracting only the component in the vector Wdb direction, the vector Wd
Multiplied by the magnitude of b is M
dmdbbv.

【0178】この場合のMdmddbvを図23に示
す。これは、両脚補償角を操作することによって実全床
反力モーメントのWdb方向成分を制御するフィードバ
ック制御系を構成することを意味する。もし、Wdb方
向がベクトルVと直交していたら、両脚補償角をいくら
操作しても実全床反力モーメントのWdb方向成分は発
生しないから、このフィードバック制御系はただ無駄に
両脚補償角を操作するだけになる。
FIG. 23 shows Mdmddbv in this case. This means that a feedback control system that controls the Wdb direction component of the actual total floor reaction force moment by manipulating the two-leg compensation angle is meant. If the Wdb direction is orthogonal to the vector V, no matter how much the two-leg compensation angle is manipulated, the Wdb-direction component of the actual total floor reaction force moment will not be generated. Just do it.

【0179】従って、無駄な動きを減らした場合には、
Wdb方向をベクトルV方向に一致させるか、またはな
るべく近づけるべきである。また、補償全床反力モーメ
ントMdmdのWdb方向成分を、各足平補償角に頼ら
ずに両脚補償角を操作するだけで発生させたいならば、
WdbとVの内積が1になるように設定する。一部を各
足平補償角に頼らせたいならば、WdbとVの内積が1
より小さくなるように設定する。
Therefore, when unnecessary movements are reduced,
The Wdb direction should match or be as close as possible to the vector V direction. Also, if it is desired to generate the Wdb direction component of the compensation total floor reaction force moment Mdmd simply by operating the two-leg compensation angle without depending on each foot compensation angle,
The inner product of Wdb and V is set to 1. If you want a part to depend on each foot compensation angle, the inner product of Wdb and V is 1
Set to be smaller.

【0180】ところで、足平の横幅が狭い場合には、各
足平補償角を操作することによって発生し得る実各足平
床反力モーメントのX成分は小さくなる。この場合に
は、Wdbxを大きめに設定する。Wdb方向とベクト
ルV方向は一致しなくなり、両脚補償角の変動が増加す
るが、安定性が増す。
When the lateral width of the foot is small, the X component of the actual foot floor reaction force moment that can be generated by operating each foot compensation angle becomes small. In this case, Wdbx is set to be relatively large. The Wdb direction and the vector V direction do not match, and the fluctuation of the leg compensation angle increases, but the stability increases.

【0181】両脚補償角決定部について更に詳説する
と、図24は両脚補償角決定部の演算処理のブロック図
であり、両脚補償角θdbvは図示の如く演算される。
The two-leg compensation angle determination unit will be described in further detail. FIG. 24 is a block diagram of the calculation processing of the two-leg compensation angle determination unit, and the two-leg compensation angle θdbv is calculated as shown.

【0182】図24を参照して説明すると、目標第1足
平床反力中心点Q1に作用するF1actと目標第2足
平床反力中心点Q2に作用するF2actが、目標全床
反力中心点Pのまわりに発生させるモーメントMf1f
2actを、次式により求める。
Referring to FIG. 24, F1act acting on desired first foot floor reaction force central point Q1 and F2act acting on desired second foot floor reaction force central point Q2 are determined by the desired total floor reaction force central point. Moment Mf1f generated around P
2act is obtained by the following equation.

【0183】 Mf1f2act = PQ1*F1act + PQ2*F2act ・・・式12 ここで、PQ1は始点がP、終点がQ1のベクトル、P
Q2は始点がP、終点がQ2のベクトルである。
Mf1f2act = PQ1 * F1act + PQ2 * F2act (12) where PQ1 is a vector whose start point is P and whose end point is Q1,
Q2 is a vector whose start point is P and whose end point is Q2.

【0184】また、式12の代わりに、次式を用いても
実際上はほとんど問題がない。 Mf1f2act = PQ1*F1act + PQ2*F2act+ M1act+ M2act ・・・式12a 式12aは、目標全床反力中心点まわりに作用する実全
床反力モーメントMnactを算出する式になってい
る。尚、式12は、目標全床反力中心点まわりに作用す
る実全床反力モーメントから、目標各足平床反力中心点
まわりに作用する実各足平床反力モーメントを減じたも
のになっている。請求項4項の記載は、これに基づく。
Also, even if the following equation is used instead of equation 12, there is practically no problem. Mf1f2act = PQ1 * F1act + PQ2 * F2act + M1act + M2act Equation 12a Equation 12a is an equation for calculating the actual total floor reaction force moment Mnact acting around the target total floor reaction force center point. Expression 12 is obtained by subtracting the actual foot floor reaction force moment acting around the desired foot floor reaction force central point from the actual total floor reaction force moment acting around the target total floor reaction force center point. ing. The statement in claim 4 is based on this.

【0185】次に、Mf1f2actのベクトルV方向
成分Mf1f2actvを抽出する。これは、ベクトル
の内積演算を用いた次式によって得られる。尚、ベクト
ルVは前述の動作説明において図15に示したVであ
る。 Mf1f2actv = Mf1f2act・V ・・・式13
Next, a vector V-direction component Mf1f2actv of Mf1f2act is extracted. This is obtained by the following equation using a vector inner product operation. Note that the vector V is V shown in FIG. 15 in the above description of the operation. Mf1f2actv = Mf1f2act · V ・ ・ ・ Equation 13

【0186】次に、Mf1f2actvをローパスフィ
ルタに通してMf1f2actvfiltを得る。
Next, Mf1f2actvfilt is obtained by passing Mf1f2actv through a low-pass filter.

【0187】次に、両脚補償モーメントV方向成分Md
mddbvを補償用フィルタに通し、それを、Mf1f
2actvfiltから減じ、偏差モーメントV方向成
分Mdiffvを得る。
Next, a two-leg compensation moment V-direction component Md
The mddbv is passed through a compensating filter, and is passed through Mf1f
2actvfilt to obtain a deviation moment V-direction component Mdiffv.

【0188】尚、補償用フィルタは、Mdmddbvか
ら実全床反力モーメントまでの伝達関数の周波数応答特
性を改善するものである。
The compensating filter improves the frequency response characteristics of the transfer function from Mdmdbbv to the actual total floor reaction force moment.

【0189】次に、足平ばね機構などの変形による両脚
補償モーメントV方向成分への影響を打ち消すための両
脚機構変形補償角θffdbvを求める。これは、いわ
ゆるフィードフォワード補償である。
Next, a two-leg mechanism deformation compensation angle θffdbv for canceling the effect of the deformation of the foot spring mechanism on the V-direction component of the two-leg compensation moment is obtained. This is so-called feed-forward compensation.

【0190】具体的には、両脚補償モーメントV方向成
分Mdmddbvと変形量との関係を表す機構コンプラ
イアンスモデルを用い、目標第1足平床反力中心点Q1
と目標第2足平床反力中心点Q2を結ぶ線分の変形角度
を求め、それの極性を反転したものを両脚機構変形補償
角θffdbvとすれば良い。
More specifically, a desired first foot floor reaction force center point Q1 is determined using a mechanism compliance model representing the relationship between the two-leg compensation moment V-direction component Mdmdbbv and the amount of deformation.
And the desired second foot floor reaction force center point Q2, the deformation angle of the line segment is obtained, and the inverted polarity of the angle is used as the two-leg mechanism deformation compensation angle θffdbv.

【0191】両脚機構変形補償角θffdbvは、近似
的には次式により求めれば良い。 θffdbv =−α*Mdmddbv ・・・式14 ここでαは所定の定数である。
The two-leg mechanism deformation compensation angle θffdbv can be approximately obtained by the following equation. θffdbv = −α * Mdmddbv Expression 14 where α is a predetermined constant.

【0192】最後に次式によって両脚補償角θdbvを
得る。ここでKdbは制御ゲインであり、通常、これは
正の値に設定する。 θdbv = Kdb * Mdiffv+θffdbv ・・・式15
Finally, a two-leg compensation angle θdbv is obtained by the following equation. Here, Kdb is a control gain, which is usually set to a positive value. θdbv = Kdb * Mdiffv + θffdbv ・ ・ ・ Equation 15

【0193】第n足平補償角決定部について説明する
と、図25はその中の第1足平X補償角決定部の演算処
理を示すブロック図であり、第1足平X補償角θ1xは
図示の如く演算する。説明は省略するが、第1足平Y補
償角θ1y、第2足平X補償角θ2x、第2足平Y補償
角θ2yも同様に求める。ここでは第1足平X補償角θ
1xを求めるアルゴリズムだけを説明する。
The n-th foot compensation angle determination unit will be described. FIG. 25 is a block diagram showing the calculation processing of the first foot X compensation angle determination unit, in which the first foot X compensation angle θ1x is shown. Is calculated as follows. Although the description is omitted, the first foot Y compensation angle θ1y, the second foot X compensation angle θ2x, and the second foot Y compensation angle θ2y are similarly obtained. Here, the first foot X compensation angle θ
Only the algorithm for obtaining 1x will be described.

【0194】第1足平床反力モーメントX成分M1ac
txをローパスフィルタに通してM1actfiltx
を得る。第1足平補償モーメントX成分Mdmd1xを
補償用フィルタに通し、それを、M1actfiltx
から減じ、偏差モーメントMdiff1xを得る。両脚
補償角決定と同様、補償用フィルタは、Mdmd1xか
ら実全床反力までの伝達関数の周波数応答特性を改善す
るものである。
First foot floor reaction force moment X component M1ac
tx is passed through a low-pass filter and M1actfiltx
Get. The first foot compensation moment X component Mdmd1x is passed through a compensation filter, and is passed through M1actfiltx.
To obtain the deviation moment Mdiff1x. As with the determination of the two-leg compensation angle, the compensation filter improves the frequency response characteristics of the transfer function from Mdmd1x to the actual total floor reaction force.

【0195】次に、両脚補償角決定と同様、足平ばね機
構などの変形による第1足平補償モーメントX成分への
影響を打ち消すための第1足平X機構変形補償角θff
1xを求める。これは、いわゆるフィードフォワード補
償である。
Next, similarly to the determination of the two-leg compensation angle, the first foot X mechanism deformation compensation angle θff for canceling the influence on the first foot compensation moment X component due to the deformation of the foot spring mechanism or the like.
Find 1x. This is so-called feed-forward compensation.

【0196】具体的には、第1足平補償モーメントV方
向成分Mdmd1xと変形量との関係を表す機構コンプ
ライアンスモデルを用い、第1足平の変形角度を求め、
それの極性を反転したものを第1足平X機構変形補償角
θff1xとすれば良い。
Specifically, the deformation angle of the first foot is obtained by using a mechanism compliance model representing the relationship between the first foot compensation moment V-direction component Mdmd1x and the amount of deformation.
What is obtained by reversing the polarity may be set as the first foot X mechanism deformation compensation angle θff1x.

【0197】第1足平X機構変形補償角θff1xは、
近似的には次式により求めれば良い。 θff1x=−α1x*Mdmddbv ・・・式16 ここでα1xは所定の定数である。
The first foot X mechanism deformation compensation angle θff1x is
Approximately, it can be obtained by the following equation. θff1x = −α1x * Mdmddbv Expression 16 where α1x is a predetermined constant.

【0198】最後に次式によって第1足平X補償角θ1
xを得る。ここでK1xは制御ゲインであり、通常、こ
れも正の値に設定する。 θ1x = K1x * Mdiff1x+θff1x ・・・式17 尚、図示のブロック線図は、演算処理順序を変えるなど
の等価変形をしても良い。
Finally, the first foot X compensation angle θ1 is obtained by the following equation.
Get x. Here, K1x is a control gain, which is usually set to a positive value. θ1x = K1x * Mdiff1x + θff1x Expression 17 Note that the block diagram shown in the drawing may be subjected to an equivalent modification such as changing the operation processing order.

【0199】図18に戻って説明を続けると、修正目標
足平位置・姿勢算出部は、両脚補償角θdbv、第1足
平X補償角θ1x、第1足平Y補償角θ1y、第2足平
X補償角θ2x、第2足平Y補償角θ2yに基づき、前
述の複合コンプライアンス動作の足平位置・姿勢修正手
法に従って目標足平位置・姿勢を修正し、修正目標足平
位置・姿勢を得る。
Referring back to FIG. 18, the corrected target foot position / posture calculation unit calculates the two-leg compensation angle θdbv, the first foot X compensation angle θ1x, the first foot Y compensation angle θ1y, and the second foot. Based on the flat X compensation angle θ2x and the second foot Y compensation angle θ2y, the target foot position / posture is corrected according to the foot position / posture correction method of the composite compliance operation described above to obtain a corrected target foot position / posture. .

【0200】機構変形量算出部は、目標各足平床反力に
よって発生が予想されるばね機構32や足底弾性体34
の変形量を求める。
The mechanism deformation calculator calculates the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 which are expected to be generated by the desired foot floor reaction force.
Is obtained.

【0201】機構変形補償入り修正目標足平位置・姿勢
算出部は、算出された機構変形量を打ち消すように、修
正目標足平位置・姿勢をさらに修正し、機構変形補償入
り修正目標足平位置・姿勢を得る。
The corrected target foot position / posture with mechanism deformation compensation further corrects the corrected target foot position / posture so as to cancel out the calculated amount of mechanism deformation, and the corrected target foot position with mechanism deformation compensation.・ Get the posture.

【0202】例えば、図26に示すような機構変形量が
予想されるときには、機構変形補償入り修正目標足平位
置・姿勢は、図27に実線で示す位置・姿勢に修正され
る。即ち、図27に示す機構変形補償後の足平が目標足
平床反力を受けて変形したときの位置・姿勢が、図26
に示す機構変形補償前の足平位置・姿勢に一致するよう
に、機構変形補償入り修正目標足平位置・姿勢を算出す
る。
For example, when the amount of mechanical deformation as shown in FIG. 26 is predicted, the corrected target foot position / posture with mechanical deformation compensation is corrected to the position / posture shown by solid lines in FIG. That is, the position / posture when the foot after the mechanism deformation compensation shown in FIG. 27 is deformed by receiving the desired foot floor reaction force is as shown in FIG.
The corrected target foot position / posture with the mechanism deformation compensation is calculated so as to match the foot position / posture before the mechanism deformation compensation shown in FIG.

【0203】機構変形補償は、ばね機構32や足底弾性
体34の変形によって生じる実足平位置・姿勢のずれを
フィードフォワード的に打ち消す制御であり、この制御
がない場合に比較し、より一層、目標歩容に近い歩行を
実現することができる。
The mechanism deformation compensation is a control for canceling the deviation of the actual foot position and posture caused by the deformation of the spring mechanism 32 and the sole elastic body 34 in a feed-forward manner. Thus, it is possible to realize a walking close to the desired gait.

【0204】上記を前提として図10フロー・チャート
の説明に戻ると、前記の如く、S34において上記した
補償角を決定する。
Returning to the description of the flow chart of FIG. 10 on the premise of the above, as described above, the above-mentioned compensation angle is determined in S34.

【0205】図28はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。
FIG. 28 is a subroutine flowchart showing the operation.

【0206】同図を参照して説明すると、先ずS100
において前記したベクトルVを求め、S102に進んで
分配用重み変数を図20に示すように設定し、現在時刻
tでのこれらの値を求める。続いてS104に進み、式
3および式4によって補償全床反力モーメントMdmd
を両脚補償モーメントMdmddbvと各足平補償モー
メントMdmdnx(y)に分配し、S106に進んで
既述の如く両脚補償角θdbvを求め、S108に進ん
で各足平補償角θnx(y)を求める。
The description will be made with reference to FIG.
, The vector V described above is obtained, and the process proceeds to S102, where the distribution weight variables are set as shown in FIG. 20, and these values at the current time t are obtained. Then, the process proceeds to S104, and the total floor reaction force moment Mdmd is compensated by Expressions 3 and 4.
Is distributed to both feet compensation moment Mdmddbv and each foot compensation moment Mdmdnx (y), the flow proceeds to S106 to obtain the two-leg compensation angle θdbv as described above, and proceeds to S108 to obtain each foot compensation angle θnx (y).

【0207】次いで図10フロー・チャートのS36に
進み、目標各足平床反力に基づいて機構変形補償量を算
出し、S38に進んで目標足平位置・姿勢を補償角θd
bv,θnx(y)に応じて修正し、更にこれを機構変
形補償量に応じて修正し、機構変形補償入り修正目標足
平位置・姿勢を得る。
Then, the flow advances to S36 in the flow chart of FIG. 10 to calculate a mechanism deformation compensation amount based on the desired foot floor reaction force, and advances to S38 to set the target foot position / posture to the compensation angle θd.
bv, θnx (y), and further corrects it according to the mechanism deformation compensation amount to obtain a corrected target foot position / posture with mechanism deformation compensation.

【0208】次いでS40に進み、上体位置・姿勢と機
構変形補償入り修正足平位置・姿勢から関節変位指令
(値)を算出し、S42に進んで実関節変位を算出され
た関節変位指令(値)にサーボ制御し、S44に進んで
時刻をΔt更新し、S14に戻って上記の処理を繰り返
す。
Then, the process proceeds to S40, in which a joint displacement command (value) is calculated from the body position / posture and the corrected foot position / posture including the mechanism deformation compensation, and the process proceeds to S42, where the actual joint displacement is calculated. Value), the process proceeds to S44 to update the time by Δt, and returns to S14 to repeat the above processing.

【0209】この実施の形態は上記の如く構成したの
で、これによって、概括すれば、実全床反力の制御と実
各足平床反力の制御が殆ど干渉しないようになり、それ
らを容易に制御することができる。
Since this embodiment is configured as described above, the control of the actual total floor reaction force and the control of the actual foot floor reaction force hardly interfere with each other. Can be controlled.

【0210】即ち、この実施の形態に係る装置は、先に
提案した技術に対して以下の点を改良した。即ち、特開
平5−305584号公報で提案した足首コンプライア
ンス制御では、足首または足底の基準点などの足平に固
定された点における実床反力モーメントを検出し、それ
に基づいて前記固定されたを中心に足平を回転させてい
たが、この実施の形態に係る装置では、移動する目標足
平床反力中心点における実各足平床反力モーメントを算
出し、それに基づいて目標足平床反力中心点を中心に足
平を回転させるように変更し、その点まわりのモーメン
トを望ましい値に制御するようにした。
That is, the device according to this embodiment has the following improvements over the previously proposed technology. That is, in the ankle compliance control proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305584, an actual floor reaction force moment at a point fixed to the foot such as a reference point of an ankle or a sole is detected, and the fixed moment is detected based on the detected moment. The apparatus according to this embodiment calculates actual foot floor reaction force moments at the moving target foot floor reaction force center point, and calculates the desired foot floor reaction force based on the moment. The foot was changed to rotate around the center point, and the moment around that point was controlled to a desired value.

【0211】この結果、実全床反力と実各足平床反力が
ほとんど干渉することなく、容易に制御することが可能
となった。より干渉を少なくするために、各瞬間におけ
る想定していた足底接地領域内にもっと適切な点を選定
しても良い。
As a result, it was possible to easily control the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force with little interference. To reduce the interference, a more appropriate point may be selected in the sole contact area assumed at each moment.

【0212】更には、ロボットに作用する床反力、より
具体的には目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりの
実全床反力モーメントと目標各足平中心点まわりの実各
足平床反力モーメントを容易かつ適切に制御することが
できる。換言すれば、先に提案した両脚コンプライアン
ス制御および足首コンプライアンス制御の併用に比較し
て、制御の干渉がなく、実全床反力と実各足平床反力が
望ましい値からずれたり発振することがない。
Further, the floor reaction force acting on the robot, more specifically, the actual total floor reaction force moment around the desired total floor reaction force center point (desired ZMP) and the actual each foot around the desired foot flat center point. The flat floor reaction force moment can be easily and appropriately controlled. In other words, compared to the previously proposed combined use of the two-leg compliance control and the ankle compliance control, there is no control interference, and the actual total floor reaction force and the actual floor floor reaction force can deviate or oscillate from desired values. Absent.

【0213】従って、大域的なうねりや傾斜だけでな
く、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変
化があっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボ
ットに作用する床反力を適切に制御することができる。
Therefore, even if there is an unexpected floor shape change including not only global undulations and slopes but also local irregularities and slopes, the floor counteracting on the legged mobile robot is not affected so much. The force can be controlled appropriately.

【0214】また、脚式移動ロボットの姿勢安定化制御
を容易に実現できると共に、脚式移動ロボットが受ける
着地衝撃を低減することができ、脚式移動ロボットの接
地性を高め、歩行時のスリップやスピンを防止すること
ができる。更に、脚式移動ロボットのアクチュエータの
負荷を低減することができる。
In addition, the posture stabilization control of the legged mobile robot can be easily realized, the landing impact received by the legged mobile robot can be reduced, the grounding property of the legged mobile robot can be increased, and slip during walking can be improved. And spin can be prevented. Further, the load on the actuator of the legged mobile robot can be reduced.

【0215】また、特開平5−305586号公報で提
案した両脚コンプライアンス制御では実全床反力(各足
平床反力の合力)の目標全床反力中心点(目標ZMP)
まわりのモーメント成分を検出し、その値が望ましい値
になるように制御していたが、この実施の形態に係る装
置においては、目標各足平床反力中心点に作用する足平
床反力の内のモーメント成分を除いた並進力成分の合成
が目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりに作用する
モーメントを検出し、その値を望ましい値になるように
制御するように変更した(尚、この点は先に提案した制
御手法であっても良い)。
In the two-leg compliance control proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-305586, the desired total floor reaction force center point (target ZMP) of the actual total floor reaction force (the resultant force of each foot floor reaction force) is obtained.
Although the surrounding moment component is detected and controlled so that the value becomes a desired value, in the apparatus according to the present embodiment, of the foot floor reaction forces acting on the target foot floor reaction force center points, Is changed so as to detect a moment acting around the target total floor reaction force center point (target ZMP) by synthesizing the translational force component excluding the moment component of (1), and to control the value to a desired value (in addition, This point may be the control method proposed earlier).

【0216】図29はこの発明に係る脚式移動ロボット
の制御装置の第2の実施の形態を示す、図16と同様な
説明図である。
FIG. 29 is an explanatory view similar to FIG. 16, but showing a second embodiment of the control device for a legged mobile robot according to the present invention.

【0217】第2の実施の形態に係る装置は補償動作を
簡易化した。この実施の形態においては、各足平の床反
力の力成分を操作する足平位置修正動作の手法として
は、図16に示した手法に代え、図29に示すように、
鉛直方向にだけ移動させるようにした。このとき、第1
足平鉛直方向移動量Z1と第2足平鉛直方向移動量Z2
は、次式によって求める。 Z1 = -線分PQ1 の長さ *θdbv Z2 = 線分PQ2 の長さ *θdbv ・・・式18 但し、ここで、θdbvには式15で求められる値を代
入する。
The device according to the second embodiment simplifies the compensation operation. In this embodiment, as a method of the foot position correcting operation for operating the force component of the floor reaction force of each foot, instead of the method shown in FIG. 16, as shown in FIG.
Moved only in the vertical direction. At this time, the first
Foot vertical movement amount Z1 and second foot vertical movement amount Z2
Is determined by the following equation. Z1 = -length of line segment PQ1 * θdbv Z2 = length of line segment PQ2 * θdbv Expression 18 Here, the value obtained by Expression 15 is substituted for θdbv.

【0218】尚、その他の構成は、第1の実施の形態と
異ならない。第2の実施の形態においては、上記の如く
構成したことで、第1の実施の形態とほぼ同様の作用、
効果を得ることができる。
The other configuration is not different from that of the first embodiment. In the second embodiment, with the above-described configuration, substantially the same operation as in the first embodiment,
The effect can be obtained.

【0219】図30はこの発明に係る脚式移動ロボット
の制御装置の第3の実施の形態を示す、図4と同様な説
明図である。また、図31は、その動作を示す、図10
と同様なフロー・チャートである。
FIG. 30 is an explanatory view similar to FIG. 4, but showing a third embodiment of the control device for a legged mobile robot according to the present invention. FIG. 31 shows the operation.
It is a flow chart similar to.

【0220】第3の実施の形態においては、実全床反力
モーメントのZ成分(鉛直軸まわり成分)に対するコン
プライアンス制御を追加した。即ち、第3の実施の形態
は、前記したZ軸まわり固有回転振動に起因する実各足
平床反力モーメントのZ成分を低減するようにした。
In the third embodiment, the compliance control for the Z component (the component around the vertical axis) of the actual total floor reaction force moment is added. That is, in the third embodiment, the Z component of the actual foot floor reaction force moment caused by the natural rotational vibration about the Z axis is reduced.

【0221】第3の実施の形態にあっては、そのため
に、第1の実施の形態に係る装置の構成に、状態検出
器、姿勢安定化制御演算部、複合コンプライアンス動作
決定部に新たな機能を追加した。
In the third embodiment, new functions are added to the configuration of the device according to the first embodiment, and to the state detector, the attitude stabilization control operation unit, and the composite compliance operation determination unit. Was added.

【0222】図30を参照して説明すると、第3の実施
の形態に係る装置においては先ず、ロボット1の上体2
4の適宜位置にヨーレートセンサ100を設けると共
に、その出力などを入力し、現在の位置、姿勢、および
進行方向を推定する自己位置・姿勢・方向推定器102
を備えるようにした。ヨーレートセンサ100は、ロボ
ット1のZ軸まわりのヨーレート(回転角速度)に応じ
た信号を出力する。尚、X,Y軸まわりの回転角速度
は、傾斜センサ60の出力に基づいて算出する。
Referring to FIG. 30, in the apparatus according to the third embodiment, first, the upper
4, a self-position / posture / direction estimator 102 for estimating the current position, posture, and traveling direction while inputting the output and the like of the yaw rate sensor 100 at appropriate positions.
Was prepared. The yaw rate sensor 100 outputs a signal corresponding to the yaw rate (rotational angular velocity) of the robot 1 around the Z axis. Note that the rotational angular velocities around the X and Y axes are calculated based on the output of the tilt sensor 60.

【0223】自己位置・姿勢・方向推定器102は、目
標足平軌道または実関節角に基づいて一歩前の着地位置
に対する今回の着地位置の相対位置および方向を求める
と共に、ヨーレートセンサ100の検出値を積分するこ
とにより、ロボットの進行方向を検出する。
The self-position / posture / direction estimator 102 calculates the relative position and direction of the current landing position with respect to the landing position one step before based on the target foot trajectory or the actual joint angle, and detects the detected value of the yaw rate sensor 100. , The traveling direction of the robot is detected.

【0224】さらに、これらの情報に基づき、デッドレ
コニングによって、目標経路に対するロボット1の位置
ずれと方向ずれを推定する。尚、デッドレコニングでは
推定値の誤差が発散する傾向があるので、カメラなどを
用いて環境を認識して補正しても良い。また、上体24
が鉛直軸に対して傾くと、旋回時のヨーレート検出値は
実際値より少ない値となるので、傾斜センサ60の出力
によってヨーレート検出値を補正するのが望ましい。
Further, based on such information, the position deviation and the direction deviation of the robot 1 with respect to the target path are estimated by dead reckoning. Since the error of the estimated value tends to diverge in dead reckoning, the environment may be recognized and corrected using a camera or the like. Also, upper body 24
Is tilted with respect to the vertical axis, the yaw rate detection value at the time of turning becomes smaller than the actual value. Therefore, it is desirable to correct the yaw rate detection value by the output of the tilt sensor 60.

【0225】第3の実施の形態に係る装置を図31フロ
ー・チャートを参照して説明すると、S10からS30
まで進んだ後、S30aにおいて、推定されたロボット
1の位置および/または方向のずれに基づき、そのずれ
が減少するように、補償全床反力モーメントのZ成分M
dmdzを求める。
The device according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 31.
Then, in S30a, based on the estimated position and / or direction deviation of the robot 1, the Z component M of the compensating total floor reaction force moment is reduced so as to reduce the deviation.
Find dmdz.

【0226】以下、図32に示す経路に沿って歩行する
場合を例にとって説明すると、上記した補償全床反力モ
ーメントのZ成分Mdmdzを求める制御則として次式
を用いる。 Mdmdz =−Kthzθerrz− Kwz (dθerrz / dt)− Khzh ・・・式19 ここで、θerrzは方向のずれ、dθerrz/dt
はその時間微分値、hは経路からの横ずれである。同図
にθerrz,hを示す。この図の状態では、θerrz,
hは正である。また、Kthz,KwzおよびKhzは
経路誘導制御ゲイン(定数)である。
In the following, a case where the user walks along the route shown in FIG. 32 will be described as an example. The following equation is used as a control rule for obtaining the Z component Mdmdz of the above-described total floor reaction force moment. Mdmdz = −Kthzθerrz−Kwz (dθerrz / dt) −Khzh (19) where θerrz is the direction shift, dθerrz / dt
Is the time differential value, and h is the lateral deviation from the path. The figure shows θerrz, h. In the state of this figure, θerrz,
h is positive. Kthz, Kwz and Khz are route guidance control gains (constants).

【0227】前記した如く、ロボット1が歩行している
とき、足平のばね機構32や足底弾性体34のねじれ弾
性とロボット1の鉛直軸まわりの慣性力モーメントによ
って、上体24が鉛直軸まわりに回転振動する。これを
Z軸まわり固有回転振動と呼ぶ。この振動によって、実
各足平床反力モーメントのZ成分が振動する。ロボット
1が歩行しているとき、実足平床反力は、ほぼ、目標足
平床反力モーメントと上記振動の和になる。
As described above, when the robot 1 is walking, the torso elasticity of the foot spring mechanism 32 and the torsion elasticity of the sole elastic body 34 and the moment of inertia around the vertical axis of the robot 1 cause the upper body 24 to move in the vertical axis. Vibrates around. This is called natural rotation vibration about the Z axis. With this vibration, the Z component of the actual foot floor reaction force moment vibrates. When the robot 1 is walking, the actual foot floor reaction force is substantially the sum of the desired foot floor reaction force moment and the above vibration.

【0228】上記振動の振幅が過大になると、実足平床
反力モーメントのピーク値が摩擦の限界を超え、その瞬
間に足底が滑り、ロボット1はスピンする。スピンが大
きいと、姿勢安定性を失って転倒する場合もある。つま
り、Z軸まわり固有回転振動を抑制するだけでも、姿勢
安定性を向上させる効果があることがわかる。
When the amplitude of the vibration becomes excessive, the peak value of the actual foot floor reaction force moment exceeds the limit of friction, and at that moment, the sole slides, and the robot 1 spins. If the spin is large, the person may lose posture stability and fall. In other words, it can be understood that the effect of improving the posture stability can be obtained simply by suppressing the natural rotational vibration about the Z axis.

【0229】尚、単にZ軸まわり固有回転振動を抑制す
るだけならば、ヨーレートのずれ(方向ずれの時間微分
値)だけから補償全床反力モーメントのZ成分Mdmd
zを決定すれば良い。即ち、式19において、Kwz以
外の経路誘導制御ゲインを0に設定すれば良い。
If the natural rotational vibration around the Z axis is simply suppressed, the Z component Mdmd of the total floor reaction force moment is calculated from only the deviation of the yaw rate (the time differential value of the direction deviation).
z may be determined. That is, in Equation 19, the route guidance control gain other than Kwz may be set to zero.

【0230】また、第3の実施の形態においては、複合
コンプライアンス動作決定部に新たな機能を追加した。
具体的には、実全床反力と実各足平床反力のZ軸まわり
モーメント成分を操作するため、足平22R(L)の位
置姿勢の修正動作を、第1の実施の形態での動作に加え
た。複合コンプライアンス動作決定部は、この修正量を
決定する。
Further, in the third embodiment, a new function is added to the composite compliance operation determining section.
Specifically, in order to manipulate the moment components around the Z axis of the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force, the operation of correcting the position and orientation of the foot 22R (L) in the first embodiment is performed. In addition to behavior. The composite compliance operation determination unit determines this correction amount.

【0231】その決定方法を述べる前に、追加される動
作を以下に具体的に説明する。
Before describing the determination method, the added operation will be specifically described below.

【0232】全床反力と各足平床反力のZ軸まわりモー
メント成分を操作するための足平の位置姿勢の修正は、
第1の実施の形態で述べた複合コンプライアンス動作に
よって得られた、修正目標各足平位置姿勢(図16の太
線の足平)と修正目標各足平床反力中心点(図16のQ
1’,Q2’)に対して次のような修正を加えることに
よって行われる。
The correction of the position and orientation of the foot for manipulating the Z-axis moment component of the total floor reaction force and each foot floor reaction force is as follows.
The corrected target foot position / posture (the thick line foot in FIG. 16) and the corrected target foot floor reaction force center point (Q in FIG. 16) obtained by the composite compliance operation described in the first embodiment.
1 ', Q2') by making the following modifications.

【0233】1)修正目標第1足平床反力中心点(図1
6のQ1’)の座標を、目標全床反力作用点(目標ZM
P)を回転中心に、Z軸まわりに、ある回転角θdbz
だけ回転移動(rotete)する。移動した後の点をQ1”
とする。
1) Corrected target first foot floor reaction force center point (FIG. 1)
6, the coordinate of Q1 ′) is set to the desired total floor reaction force action point (target ZM
A certain rotation angle θdbz around the Z axis around the rotation center P)
Rotate only. The point after moving is Q1 "
And

【0234】同様に、目標第2足平床反力中心点(図1
6のQ2’)の座標を、目標全床反力作用点(目標ZM
P)を回転中心に、Z軸まわりに、ある回転角θdbz
だけ回転移動(rotete)する。移動した後の点をQ2”
とする。この回転角θdbzを、Z軸まわり両脚補償角
と呼ぶ。
Similarly, the desired second foot floor reaction force center point (FIG. 1)
6, the coordinate of Q2 ′) is set to the desired total floor reaction force action point (the desired ZM
A certain rotation angle θdbz around the Z axis around the rotation center P)
Rotate only. The point after moving is Q2 "
And This rotation angle θdbz is referred to as a two-leg compensation angle around the Z axis.

【0235】始点がQ1’終点がQ1”のベクトルをベ
クトルQ1’Q1”とする。同様に、始点がQ2’終点
がQ2”のベクトルをベクトルQ2’Q2”とする。図
33に上方から見たQ1”とQ2”を示す。
A vector whose start point is Q1 'and whose end point is Q1 "is defined as a vector Q1'Q1". Similarly, a vector whose start point is Q2 'and whose end point is Q2 "is referred to as a vector Q2'Q2". FIG. 33 shows Q1 "and Q2" viewed from above.

【0236】3)修正目標第1足平を、姿勢は変えず
に、ベクトルQ1’Q1”だけ平行移動させる。同様
に、修正目標第2足平を、姿勢は変えずに、ベクトルQ
2’Q2”だけ平行移動させる。移動後の修正目標各足
平を図33に太線で示す。
3) The corrected target first foot is translated by the vector Q1′Q1 ″ without changing the posture. Similarly, the corrected target second foot is moved in the vector Q1 without changing the posture.
The translational movement is performed by 2'Q2 ". Each corrected target foot after the movement is indicated by a thick line in FIG.

【0237】4)次に、3)で得られた修正目標第1足
平をQ1”を中心に、鉛直方向軸(Z軸)まわりに回転
角θ1zだけ回転させる。同様に、3)で得られた修正
目標第2足平をQ2”を中心に、鉛直方向軸(Z軸)ま
わりに回転角θ2zだけ回転させる。回転角θnzを第
n足平Z補償角と呼ぶ。回転後の修正目標各足平を図3
4に太線で示す。
4) Next, the corrected target first foot obtained in 3) is rotated about the vertical axis (Z-axis) by a rotation angle θ1z around Q1 ″. Similarly, obtained in 3). The corrected correction target second foot is rotated about the vertical axis (Z axis) by the rotation angle θ2z around Q2 ″. The rotation angle θnz is referred to as an n-th foot Z compensation angle. Figure 3 shows the corrected target foot after rotation.
4 is shown by a thick line.

【0238】以上の補償動作量が過大でなければ、補償
動作量と補償動作によって発生する実床反力の変化量と
の間の関係は、以下に示す良好な特性を持つ。
If the amount of compensation operation is not excessive, the relationship between the amount of compensation operation and the amount of change in the actual floor reaction force generated by the compensation operation has the following good characteristics.

【0239】特性1)Z軸まわり両脚補償角θdbzだ
けを操作して修正目標各足平位置を移動させると、移動
向きと逆向きに実各足平床反力の力成分が発生する。こ
のとき、修正目標各足平実床反力中心点まわりの実各足
平床反力モーメントは、ほとんど変化しない。
Characteristic 1) When each of the corrected target foot positions is moved by operating only the both leg compensation angle θdbz around the Z axis, a force component of the actual foot floor reaction force is generated in a direction opposite to the moving direction. At this time, the actual foot floor reaction force moment around the corrected target actual foot floor reaction force center point hardly changes.

【0240】特性2)第n足平Z補償角だけを操作して
目標各足平姿勢を回転させると、目標第n足平床反力中
心点に作用する実第n足平床反力のモーメントのZ軸成
分だけが変化し、その他の床反力成分は少ししか変化し
ない。
Characteristic 2) When the desired foot posture is rotated by operating only the n-th foot Z compensation angle, the moment of the actual n-th foot floor reaction force acting on the desired n-th foot floor reaction force center point is calculated. Only the Z-axis component changes, and the other floor reaction force components change only slightly.

【0241】特性3)両脚補償角θdbz、各足平X補
償角、各足平Y補償角、Z軸まわり両脚補償角θdbz
および各足平Z補償角を同時に操作すると、実各足平床
反力の変化量は、それぞれを単独に操作したときの変化
量の和になる(換言すれば、線形結合が可能になる)。
Characteristic 3) Both leg compensation angle θdbz, each foot X compensation angle, each foot Y compensation angle, both leg compensation angle θdbz around Z axis
When the foot Z compensation angles are simultaneously operated, the change amount of each actual foot floor reaction force is the sum of the change amounts when each is operated independently (in other words, linear combination is enabled).

【0242】特性1および特性2は、これらの操作に独
立性があることを示し、特性3は全ての操作に線形性が
あることを示していると言える。
The characteristics 1 and 2 indicate that these operations are independent, and the characteristic 3 indicates that all operations have linearity.

【0243】以上の動作におけるZ軸まわり両脚補償角
θdbzおよび各足平Z補償角を、複合コンプライアン
ス動作決定部において以下のように決定する。
In the above operation, the two-leg compensation angle θdbz around the Z axis and each foot Z compensation angle are determined by the composite compliance operation determining unit as follows.

【0244】図35に第3の実施の形態の複合コンプラ
イアンス部の概要ブロック図を示す。図示の如く、モー
メントZ成分補償動作決定部104を追加した。図36
にそのモーメントZ成分補償動作決定部104の詳細を
示す。以下、この追加部分を中心に説明する。
FIG. 35 is a schematic block diagram of a composite compliance section according to the third embodiment. As shown, a moment Z-component compensation operation determining unit 104 is added. FIG.
The details of the moment Z-component compensation operation determining unit 104 are shown in FIG. Hereinafter, description will be made focusing on this additional portion.

【0245】図36に示す如く、このZ成分補償モーメ
ント決定部104においては、補償全床反力モーメント
分配器の出力から、両脚補償モーメントMdmddbの
Z成分Mdmdbzと各足平補償モーメントMdmd1
z,Mdmd2zを決定すると共に、実各足平床反力と
分配された補償モーメントZ成分(Mdmddbz,M
dmdnz)などから、Z軸まわり両脚補償角θdb
z、第1足平Z補償角θ1zおよび第2足平Z補償角θ
2zを決定する。(これは図38フロー・チャートでS
34aの処理に相当する)。
As shown in FIG. 36, in the Z-component compensation moment determining unit 104, the Z-component Mdmdbz of the two-leg compensation moment Mdmdb and the foot compensation moment Mdmd1 are obtained from the output of the compensating total floor reaction force moment distributor.
z, Mdmd2z, and the compensation moment Z component (Mdmddbz, M
dmnz), etc., the two-leg compensation angle θdb around the Z axis.
z, the first foot Z compensation angle θ1z and the second foot Z compensation angle θ
Determine 2z. (This is S in the flow chart of FIG. 38)
34a).

【0246】修正目標足平位置姿勢算出部では、Z軸ま
わり両脚補償角および各足平Z補償角も含めて、修正足
平位置姿勢を幾何学演算によって求める。
The corrected target foot position / posture calculation unit obtains the corrected foot position / posture including the both-legs compensation angle around the Z-axis and each foot Z-compensation angle by geometric calculation.

【0247】以下に追加処理の詳細を説明する。The details of the additional processing will be described below.

【0248】図37を参照して補償全床反力モーメント
の分配について説明すると、補償全床反力モーメント分
配器では、補償全床反力モーメントMdmdのZ成分M
dmdzを、両脚補償モーメントMdmddbのZ成分
Mdmddbz、第1足平補償モーメントMdmd1の
Z成分Mdmd1z、第2足平補償モーメントMdmd
2のZ成分Mdmd2z、に分配する処理が追加され
る。
The distribution of the compensating total floor reaction force moment will be described with reference to FIG. 37. In the compensating total floor reaction force moment distributor, the Z component M of the compensating total floor reaction force moment Mdmd
dmdz is a Z component Mdmddbz of the both leg compensation moment Mdmdb, a Z component Mdmd1z of the first foot compensation moment Mdmd1, and a second foot compensation moment Mdmd.
A process of distributing the Z component Mdmd2z is added.

【0249】尚、両脚補償モーメントのZ成分Mdmd
dbzは、両脚補償角θdbzを操作することによって
目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりに各足平床反
力の力成分Fnactが作るモーメントのZ成分の目標
値である。
The Z component of the two-leg compensation moment Mdmd
dbz is a target value of the Z component of the moment generated by the force component Fnact of each foot floor reaction force around the target total floor reaction force center point (target ZMP) by operating the two-leg compensation angle θdbz.

【0250】また、第1足平補償モーメントのZ成分M
dmd1zは、第1足平補償角θ1zを操作することに
よって目標第1足平床反力中心点まわりに発生させたい
モーメントZ成分(図34にM1で示す)である。同様
に、第2足平補償モーメントのZ成分Mdmd2は、第
2足平補償角θ2zを操作することによって目標第2足
平床反力中心点まわりに発生させたいモーメントZ成分
(図34にM2で示す)である。
Further, the Z component M of the first foot compensation moment
dmd1z is a moment Z component (indicated by M1 in FIG. 34) to be generated around the desired first foot floor reaction force center point by manipulating the first foot compensation angle θ1z. Similarly, the Z component Mdmd2 of the second foot compensation moment is the moment Z component to be generated around the desired second foot floor reaction force center point by operating the second foot compensation angle θ2z (M2 in FIG. 34). Shown).

【0251】分配は、例えば、次式を用いて行う。 Mdmddbz =Wdbz× Mdmdz Mdmd1z =W1z × Mdmdz Mdmd2z =W2z × Mdmdz ・・・式20 ここで、Wdbz,W1z,W2zは歩行時の分配用重
み変数である。その分配用重み変数Wdbz,W1z,
W2zの設定例を、図38に示す。同図の設定パターン
は、以下の注意点を考慮して決定される。
The distribution is performed using, for example, the following equation. Mdmddbz = Wdbz × Mdmdz Mdmd1z = W1z × Mdmdz Mdmd2z = W2z × Mdmdz Expression 20 Here, Wdbz, W1z, and W2z are weighting variables for distribution during walking. The distribution weight variables Wdbz, W1z,
FIG. 38 shows an example of setting W2z. The setting pattern shown in the figure is determined in consideration of the following points.

【0252】注意点1)両脚補償角と各足平補償角が不
連続的に変化すると、関節に過大なトルクが発生する。
そこで、両脚補償角と各足平補償角を連続的に変化させ
るために、分配用重み変数は連続的に変化させる。
Attention 1) If the both leg compensation angle and each foot compensation angle change discontinuously, an excessive torque is generated at the joint.
Therefore, in order to continuously change both leg compensation angles and each foot compensation angle, the distribution weight variable is continuously changed.

【0253】注意点2)Z軸まわり両脚補償角および各
足平Z補償角を操作することによって発生する実床反力
モーメントのZ成分が、なるべく補償全床反力モーメン
トのZ成分Mdmdzに近い値になるように、分配用重
み変数Wdbz,W1z,W2zを決定する。
Note 2) The Z component of the actual floor reaction force moment generated by manipulating the both leg compensation angle around the Z axis and each foot Z compensation angle is as close as possible to the Z component Mdmdz of the compensated total floor reaction force moment. The distribution weight variables Wdbz, W1z, and W2z are determined so as to have the values.

【0254】直立時などのように、両脚補償モーメント
のZ成分Mdmddbz、各足平補償モーメントZ成分
Mdmd1z,Mdmd2zを忠実に実各足平床反力に
発生させることができる状況では、以下のように設定す
る。即ち、目標全床反力中心点(目標ZMP)まわりの
実床反力モーメントMactのZ成分を、補償全床反力
モーメントMdmdのZ成分に一致させる(換言すれ
ば、第1の実施の形態で述べた複合コンプライアンス動
作部に対する要求1を満足する)ために、以下の式21
を可能な限り満足するように重みを設定する。
In a situation where the Z component Mdmddbz of the leg compensation moment and the foot compensation moment Z components Mdmd1z and Mdmd2z can be faithfully generated in the actual foot floor reaction force as in the case of standing upright as follows, Set. That is, the Z component of the actual floor reaction force moment Mact around the desired total floor reaction force center point (target ZMP) is made to match the Z component of the compensated total floor reaction force moment Mdmd (in other words, the first embodiment). In order to satisfy the requirement 1 for the composite compliance operation unit described in
Is set to satisfy as much as possible.

【0255】 Wdbz+ W1z+ W2z= 1 ・・・式21 尚、歩行時では、式21の左辺が1に近ければ十分であ
る。換言すれば、必ずしも1でなくても良い。
Wdbz + W1z + W2z = 1 Equation 21 Note that when walking, it is sufficient if the left side of Equation 21 is close to 1. In other words, it does not necessarily have to be one.

【0256】注意点3)遊脚足平が着地する時点でZ軸
まわり両脚補償角θdbzが0でないと、足平着地位置
が目標位置からずれ、軌道誘導制御に悪影響を及ぼす場
合がある。従って、足平が着地する時点付近で、Z軸ま
わり両脚補償角用の分配用重み変数Wbzを0にするの
が望ましい。
Attention 3) If both legs compensating angle θdbz around the Z axis is not 0 at the time when the free leg foot lands, the foot landing position may deviate from the target position, which may adversely affect the trajectory guidance control. Therefore, it is desirable to set the distribution weight variable Wbz for the double leg compensation angle around the Z axis to 0 near the time when the foot lands.

【0257】注意点4)遊脚足平が着地する時点でその
足平のZ補償角が0でないと、足平着地向きが目標向き
からずれ、軌道誘導制御に悪影響を及ばす場合がある。
従って、第1足平が着地する時点付近で、第1足平Z補
償角用の分配用重み変数W1zを0にし、第2足平が着
地する頃では、第2足平Z補償角用の分配用重み変数W
2zを0にするのが望ましい。
Attention 4) If the Z-compensation angle of the free leg foot is not zero when the foot lands, the foot landing direction deviates from the target direction, which may adversely affect the trajectory guidance control.
Therefore, near the time when the first foot lands, the distribution weight variable W1z for the first foot Z compensation angle is set to 0, and by the time the second foot lands, the distribution weight variable W1z for the second foot Z compensation angle is set. Weight variable W for distribution
It is desirable to set 2z to 0.

【0258】また、Z軸まわり両脚補償角θdbzの決
定処理が追加される。Z軸まわり両脚補償角θdbz
は、両脚補償角θdbvと同様のアルゴリズムによって
求められる。違いは、モーメントと角度の向きがV方向
からZ方向に変わっただけである。従って、Z軸まわり
両脚補償角θdbzを決定する処理のブロック図は、図
24のVをZに置き換えることによって得ることができ
る。
Further, a process of determining the two-leg compensation angle θdbz around the Z axis is added. Compensation angle θdbz around the Z axis
Is obtained by the same algorithm as the two-leg compensation angle θdbv. The only difference is that the directions of the moment and the angle have changed from the V direction to the Z direction. Therefore, a block diagram of the processing for determining the two-leg compensation angle θdbz around the Z axis can be obtained by replacing V in FIG.

【0259】さらに、第1足平補償角θ1z、第2足平
補償角θ2zの決定処理が追加される。第n足平Z補償
角θnzは、第1足平X補償角θ1xを求めるアルゴリ
ズムと同様のアルゴリズムによって求めるられる。違い
は、XがZに、1がnに変わっただけである。従って、
第n足平Z補償角θnzを決定する処理のブロック図
は、図25のXをZに、1をnに置き換えることによっ
て得ることができる。
Further, a process for determining the first foot compensation angle θ1z and the second foot compensation angle θ2z is added. The nth foot Z compensation angle θnz is obtained by the same algorithm as that for obtaining the first foot X compensation angle θ1x. The only difference is that X has changed to Z and 1 has changed to n. Therefore,
A block diagram of the processing for determining the n-th foot Z compensation angle θnz can be obtained by replacing X in FIG. 25 with Z and 1 with n.

【0260】上記した、図31のS34aで行われる処
理のサブルーチンを、図39のS200ないしS206
に示す。
The above-described subroutine of the processing performed in S34a of FIG. 31 is performed in steps S200 to S206 of FIG.
Shown in

【0261】上記に基づいて、修正目標足平位置姿勢算
出(図31フロー・チャートのS38に相当)におい
て、両脚補償角θdbv、Z軸まわり両脚補償角θdb
z、第1足平X補償角θ1x、第1足平Y補償角θ1
y、第1足平Z補償角θ1z、第2足平X補償角θ2
x、第2足平Y補償角θ2y、第2足平Z補償角θ2z
に基づき、前述のZ軸まわり補償動作を追加した複合コ
ンプライアンス動作の足平位置姿勢修正手法に従って目
標足平位置姿勢を修正し、修正目標足平位置姿勢を得
る。
Based on the above, in calculating the corrected target foot position / posture (corresponding to S38 in the flow chart of FIG. 31), the two-leg compensation angle θdbv and the two-leg compensation angle θdb around the Z-axis.
z, first foot X compensation angle θ1x, first foot Y compensation angle θ1
y, first foot Z compensation angle θ1z, second foot X compensation angle θ2
x, second foot Y compensation angle θ2y, second foot Z compensation angle θ2z
Based on the above, the target foot position / posture is corrected in accordance with the foot position / posture correction method of the composite compliance operation to which the above-described Z-axis compensation operation is added, to obtain a corrected target foot position / posture.

【0262】第3の実施の形態は上記の如く、実全床反
力モーメントのZ成分(鉛直軸まわりの成分)に対する
コンプライアンス制御を追加したので、従前の実施の形
態で述べた作用、効果に加えて、Z軸まわり固有回転振
動に起因する実各足平床反力モーメントのZ成分の振動
を抑制することができ、よって脚式移動ロボットの姿勢
安定化制御を一層効果的に実現することができる。
In the third embodiment, as described above, the compliance control for the Z component (the component about the vertical axis) of the actual total floor reaction force moment is added, so that the operation and effects described in the previous embodiment are added. In addition, it is possible to suppress the vibration of the Z component of the actual floor floor reaction force moment due to the natural rotational vibration about the Z axis, and thus to more effectively realize the posture stabilization control of the legged mobile robot. it can.

【0263】さらには、図32に示した経路誘導制御な
どを行うときも、目的とする経路に沿って精度良く誘導
することができる。
Further, also when performing the route guidance control shown in FIG. 32, the vehicle can be guided with high accuracy along the intended route.

【0264】尚、第3の実施の形態において、ヨーレー
トセンサ100、自己位置・姿勢・方向推定器102な
らびに経路誘導制御演算部などを設けず、単に補償全床
反力モーメントのZ成分Mdmdzを零またはその近傍
に固定するだけでも、実全床反力モーメントのZ成分に
対するコンプライアンス制御として、かなり有効であ
る。尚、請求項9項はこの記載に基づく。
In the third embodiment, the yaw rate sensor 100, the self-position / posture / direction estimator 102, the route guidance control operation unit, and the like are not provided, and the Z component Mdmdz of the compensation total floor reaction force moment is simply set to zero. Or, just fixing it in the vicinity thereof is quite effective as compliance control for the Z component of the actual total floor reaction force moment. Claim 9 is based on this description.

【0265】第1ないし第3の実施の形態では上記の如
く、少なくとも基体(上体24)と、前記基体に第1の
関節(10,12,14R(L))を介して連結される
と共に、その先端に第2の関節(18,20R(L))
を介して連結される足部(足平22R(L))を備えた
複数本(2本)の脚部(脚部リンク2)からなる脚式移
動ロボットの制御装置において、前記ロボットの少なく
とも前記足部の目標位置および姿勢を含む運動パターン
(目標上体位置・姿勢、目標足平位置・姿勢)と、前記
ロボットに作用する全床反力の目標パターン(目標全床
反力、目標全床反力中心点(=目標ZMP))を少なく
とも含む前記ロボットの歩容を生成する歩容生成手段
(歩容生成器、S10からS22)、前記生成された歩
容の全床反力を前記足部のそれぞれに分配したときの前
記足部上の作用中心点たる目標足部床反力中心点(目標
各足平床反力中心点)を決定する目標足部床反力中心点
決定手段(目標床反力分配器、S24,S26)、前記
足部に作用する実床反力(実各足平床反力)を検出する
実床反力検出手段(6軸力センサ44、実各足平床反力
検出器、S32)、前記検出された実床反力が前記算出
された目標足部床反力中心点まわりに作用するモーメン
ト(実第n足平床反力モーメントMactx,y,z)
を算出し、少なくとも前記算出されたモーメントに基づ
いて前記足部を回転させる回転量(両脚補償角θdb
v,z、第n足平補償角θnx,y,z)を決定する足
部回転量決定手段(複合コンプライアンス動作決定部、
S32からS34,S34a、両脚補償角決定部、第n
足平補償角決定部、S100からS108およびS20
0からS206)、前記決定された足部回転量に基づい
て前記足部の位置および/または姿勢が回転するように
前記目標位置および/または姿勢を修正する足部位置・
姿勢修正手段(複合コンプライアンス動作決定部、S3
8,S40、修正目標足平位置・姿勢算出部)、およ
び、前記修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロ
ボットの第1および第2の関節(10,12,14,1
8,20R(L))を変位させる関節変位手段(ロボッ
ト幾何学モデル(キネマティクス演算部)、変位コント
ローラ、S40,S42)を備えるように構成した。
In the first to third embodiments, as described above, at least the base (upper body 24) is connected to the base via the first joint (10, 12, 14R (L)). , A second joint (18, 20R (L)) at the tip
In the control device for a legged mobile robot comprising a plurality of (two) legs (leg links 2) having feet (foot 22R (L)) connected via Movement patterns (target body position / posture, target foot position / posture) including the target position and posture of the foot, and target patterns of total floor reaction force acting on the robot (target total floor reaction force, target total floor) Gait generating means (gait generator, S10 to S22) for generating a gait of the robot including at least a reaction force center point (= target ZMP), and calculating the total floor reaction force of the generated gait to the foot Means for determining a desired foot floor reaction force center point (a desired foot floor reaction force center point) as an action center point on the foot when distributed to each of the feet. Floor reaction force distributor, S24, S26), actual floor acting on the foot Actual floor reaction force detecting means (6-axis force sensor 44, actual foot floor reaction force detector, S32) for detecting the force (actual foot floor reaction force), and the detected actual floor reaction force is calculated. Moment acting around the desired foot floor reaction force center point (actual nth foot floor reaction force moment Maxx, y, z)
And the amount of rotation for rotating the foot based on at least the calculated moment (both legs compensation angle θdb)
v, z, n-th foot compensation angle θnx, y, z) foot rotation amount determining means (composite compliance operation determining unit,
S32 to S34, S34a, both legs compensation angle determination unit, n-th
Foot compensation angle determination unit, S100 to S108 and S20
0 to S206), the foot position for correcting the target position and / or posture such that the position and / or posture of the foot is rotated based on the determined foot rotation amount.
Posture correction means (Composite compliance operation determination unit, S3
8, S40, a corrected target foot position / posture calculation unit), and first and second joints (10, 12, 14, 1) of the robot based on the corrected position / posture of the foot.
8, 20R (L)) is configured to include a joint displacement means (robot geometric model (kinematics calculation unit), displacement controller, S40, S42).

【0266】また、少なくとも基体(上体24)と、前
記基体に第1の関節(10,12,14R(L))を介
して連結されると共に、その先端に第2の関節(18,
20R(L))を介して連結される足部(足平22R
(L))を備えた複数本(2本)の脚部(脚部リンク
2)からなる脚式移動ロボット1の制御装置において、
前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置および姿
勢を含む運動パターン(目標上体位置・姿勢、目標足平
位置・姿勢)と、前記ロボットに作用する全床反力の目
標パターン(目標全床反力、目標全床反力中心点(=目
標ZMP))を少なくとも含む前記ロボットの歩容を生
成する歩容生成手段(歩容生成器、S10からS2
2)、前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれ
ぞれに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標
足部床反力中心点(目標各足平床反力中心点)を決定す
る目標足部床反力中心点決定手段(目標床反力分配器、
S24)、前記足部に作用する実床反力(実各足平床反
力)を検出する実床反力検出手段(6軸力センサ44、
実各足平床反力検出器、S32)、少なくとも前記検出
された実床反力に基づいて前記足部を回転させる回転量
(両脚補償角θdbv,z、第n足平補償角θnx,
y,z)を決定する足部回転量決定手段(複合コンプラ
イアンス動作決定部、S32,S34,S34a、両脚
補償角決定部、第n足平補償角決定部、S100からS
108およびS200からS206)、前記決定された
足部回転量に基づいて前記足部の位置および/または姿
勢が、前記決定された目標足部床反力中心点あるいはそ
の近傍まわりに回転するように、前記目標位置および/
または姿勢を修正する足部位置・姿勢修正手段(複合コ
ンプライアンス動作決定部、S38,S40、修正目標
足平位置・姿勢算出部)、および前記修正された足部の
位置・姿勢に基づいて前記ロボットの第1および第2の
関節(10,12,14,18,20R(L))を変位
させる関節変位手段(ロボット幾何学モデル(キネマテ
ィクス演算部)、変位コントローラ、S42)を備える
ように構成した。
Further, at least the base (upper body 24) is connected to the base via the first joint (10, 12, 14R (L)), and the second joint (18, 18
20R (L)) (foot 22R)
(L)), the control device of the legged mobile robot 1 including a plurality of (two) legs (leg links 2);
A movement pattern (target body position / posture, target foot position / posture) including at least the target position and posture of the foot of the robot, and a target pattern of total floor reaction force acting on the robot (target total floor reaction) Gait generating means (gait generator, S10 to S2) for generating a gait of the robot including at least a force and a desired total floor reaction force central point (= target ZMP)
2) a desired foot floor reaction force center point (a desired foot floor floor reaction force center) which is an action center point on the foot when the generated total floor reaction force of the gait is distributed to each of the feet; Means for determining the desired foot floor reaction force center point (target floor reaction force distributor,
S24), actual floor reaction force detecting means (6-axis force sensor 44, which detects actual floor reaction force (actual foot floor reaction force) acting on the foot portion;
Actual foot floor reaction force detector, S32), the amount of rotation for rotating the foot based on at least the detected actual floor reaction force (both leg compensation angles θdbv, z, n-th foot compensation angle θnx,
y, z) foot rotation amount determining means (composite compliance operation determining unit, S32, S34, S34a, both leg compensation angle determining unit, nth foot compensation angle determining unit, S100 to S
108 and S200 to S206) such that the position and / or posture of the foot is rotated around the determined target foot floor reaction force center point or its vicinity based on the determined foot rotation amount. , The target position and / or
Or, the foot position / posture correction means (combined compliance operation determination unit, S38, S40, correction target foot position / posture calculation unit) for correcting the posture, and the robot based on the corrected foot position / posture The first and second joints (10, 12, 14, 18, 20R (L)) are displaced by a joint displacing means (robot geometric model (kinematics calculation unit), displacement controller, S42) did.

【0267】また、前記足部位置・姿勢修正手段は、前
記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位置およ
び/または姿勢が、前記決定された目標足部床反力中心
点あるいはその近傍まわりに回転するように、前記目標
位置および/または姿勢を修正する如く構成した。
The foot position / posture correcting means may determine whether the position and / or posture of the foot is based on the determined foot foot reaction force center point or the determined foot foot reaction force center point based on the determined foot rotation amount. The target position and / or posture is modified so as to rotate around the vicinity thereof.

【0268】さらに、前記ロボットに実際に作用する全
床反力モーメント(より正確にはモーメント成分PQ1 *
F1act +PQ2 *F2act +M1act +M2act)、または前記ロ
ボットに実際に作用する全床反力のモーメント(PQ1 *
F1act +PQ2 *F2act +M1act +M2act )から前記足部
に作用する床反力モーメント(M1act +M2act)を減算し
て得たモーメント(Mf1f2act=PQ1 *F1act +
PQ2 *F2act )のいずれかを算出し、少なくとも前記算
出されたモーメントに応じて前記足部を移動させる移動
量(θdbv,z)を決定する足部移動量決定手段(複
合コンプライアンス動作決定部、S34,S34a、両
脚補償角決定部、S100からS108,S200から
S206)を備え、前記足部位置・姿勢修正手段は、前
記決定された足部回転量および前記決定された移動量に
基づいて前記足部の位置および/または姿勢を修正する
ように構成した。
Further, the total floor reaction force moment actually acting on the robot (more precisely, the moment component PQ1 *
F1act + PQ2 * F2act + M1act + M2act) or the total floor reaction force actually acting on the robot (PQ1 *
Moment (Mf1f2act = PQ1 * F1act +) obtained by subtracting the floor reaction force moment (M1act + M2act) acting on the foot from F1act + PQ2 * F2act + M1act + M2act
PQ2 * F2act) and a foot movement determining means (combined compliance operation determining unit, S34) for determining a moving amount (θdbv, z) for moving the foot at least according to the calculated moment. , S34a, a two-leg compensation angle determination unit, S100 to S108, and S200 to S206), wherein the foot position / posture correction means performs the foot rotation based on the determined foot rotation amount and the determined movement amount. The position and / or posture of the part is configured to be corrected.

【0269】また、前記全床反力の目標パターンに付加
する姿勢安定化補償全床反力モーメント(補償全床反力
Mdmd)を求め、前記足部回転量決定手段および/ま
たは前記足部移動量決定手段は、少なくとも前記検出さ
れた実床反力(実各足平床反力)と前記求めた姿勢安定
化補償全床反力モーメントに基づいて前記足部の回転量
および/または移動量を決定する(S34,S34a,
S100からS108,S200からS206)如く構
成した。
The posture stabilizing compensation total floor reaction force moment (compensation total floor reaction force Mdmd) to be added to the total floor reaction force target pattern is obtained, and the foot rotation amount determining means and / or the foot movement is calculated. The amount determining means determines a rotation amount and / or a movement amount of the foot based on at least the detected actual floor reaction force (actual foot floor reaction force) and the determined posture stabilization compensation total floor reaction force moment. Is determined (S34, S34a,
(S100 to S108, S200 to S206).

【0270】また、前記姿勢安定化補償全床反力モーメ
ントを、少なくとも前記ロボットの傾き偏差(θerr
x,y)に基づいて求める(S28,S30a)如く構
成した。
Further, the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is calculated by using at least the inclination deviation (θerr
x, y) (S28, S30a).

【0271】また、前記姿勢安定化補償全床反力モーメ
ントを、少なくとも前記ロボットのヨーレート(θer
rz,dθerrz/dt)に基づいて求める(S2
8,S30a)ように構成した。
The posture stabilization compensation total floor reaction force moment is calculated at least by the yaw rate (θer
rz, dθerrz / dt) (S2
8, S30a).

【0272】また、前記姿勢安定化補償全床反力モーメ
ントを、少なくとも前記ロボットの目標経路からのず
れ、即ち、目標軌道からの横ずれあるいは方向ずれhに
基づいて求める(S28,S30a)如く構成した。
The posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a deviation from the target path of the robot, that is, a lateral deviation or a direction deviation h from the target trajectory (S28, S30a). .

【0273】また、前記姿勢安定化補償全床反力モーメ
ント(補償全床反力Mdmd)の中の所定の成分(Md
mdz)を零またはその近傍に設定するように構成し
た。
A predetermined component (Md) in the posture stabilization compensation total floor reaction force moment (compensation total floor reaction force Mdmd)
mdz) is set to zero or its vicinity.

【0274】また、前記足部位置・姿勢修正手段は、前
記ロボットの姿勢偏差に基づいて前記目標位置および/
または姿勢をさらに修正する如く構成した。
In addition, the foot position / posture correcting means is configured to determine the target position and / or posture based on the posture deviation of the robot.
Or, the posture was further modified.

【0275】また、前記足部回転量決定手段および/ま
たは前記足部移動量決定手段は、前記姿勢安定化補償全
床反力モーメントが前記複数本の脚部のそれぞれに分配
されるように、前記足部の回転量および/または移動量
を決定する(S34,S34a,S100からS10
8,S200からS206)如く構成した。
The foot rotation amount determination means and / or the foot movement amount determination means may be arranged such that the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is distributed to each of the plurality of legs. The amount of rotation and / or the amount of movement of the foot is determined (S34, S34a, S100 to S10).
8, S200 to S206).

【0276】また、少なくとも基体(上体24)と、前
記基体に第1の関節(10,12,14R(L))を介
して連結されると共に、その先端に第2の関節(18,
20R(L))を介して連結される足部(足平22R
(L))を備えた複数本(2本)の脚部(脚部リンク
2)からなる脚式移動ロボット1の制御装置において、
前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置および姿
勢を含む運動パターン(目標上体位置・姿勢、目標足平
位置・姿勢)と、前記ロボットに作用する全床反力の目
標軌跡パターン(目標全床反力、目標全床反力中心点
(=目標ZMP))からなる前記ロボットの歩容を生成
する歩容生成手段(歩容生成器、S10からS22,S
24)、前記ロボットの姿勢安定化のための補償全床反
力(補償全床反力Mdmd)を算出する姿勢安定化補償
全床反力算出手段(姿勢安定化制御演算部、S30,S
30a)、前記足部に作用する実床反力(実各足平床反
力)を検出する足部床反力検出手段(6軸力センサ4
4、実各足平床反力検出器、S32)、前記目標歩容の
全床反力と前記補償全床反力を分配する床反力分配手段
(目標床反力分配器、S34,S34a,S100から
S104,S200からS202)、前記分配された目
標歩容の床反力と補償床反力と前記検出された足部実床
反力に基づいて前記目標歩容の足部の位置および/また
は姿勢を修正する修正手段(複合コンプライアンス動作
決定部、S36からS38、補償角決定部、機構変形量
算出部、修正目標足平位置・姿勢算出部、機構変形補償
入り修正目標足平位置姿勢算出部)、および前記修正さ
れた目標足部位置および姿勢に基づいて前記ロボットの
第1および第2の関節(10,12,14,18,20
R(L))を変位制御する関節変位制御手段(ロボット
幾何学モデル(キネマティクス演算部)、変位コントロ
ーラ、S40,S42)を備える如く構成した。
Further, at least the base (upper body 24) and the base are connected to the base via first joints (10, 12, 14R (L)), and the second joints (18,
20R (L)) (foot 22R)
(L)), the control device of the legged mobile robot 1 including a plurality of (two) legs (leg links 2);
A movement pattern (target body position / posture, target foot position / posture) including at least a target position and posture of the foot of the robot, and a target trajectory pattern of a total floor reaction force acting on the robot (target total floor) Gait generating means (gait generator, S10 to S22, S) for generating a gait of the robot comprising a reaction force and a desired total floor reaction force center point (= target ZMP)
24) posture stabilization compensation total floor reaction force calculating means (posture stabilization control calculation unit, S30, S) for calculating a compensation total floor reaction force (compensation total floor reaction force Mdmd) for stabilizing the posture of the robot;
30a) a foot floor reaction force detecting means (6-axis force sensor 4) for detecting an actual floor reaction force (actual foot floor reaction force) acting on the foot;
4, actual foot floor reaction force detectors (S32), floor reaction force distribution means (target floor reaction force distributors, S34, S34a, and S34) for distributing the total floor reaction force of the target gait and the compensation total floor reaction force. S100 to S104, S200 to S202), based on the distributed desired gait floor reaction force, the compensated floor reaction force, and the detected actual foot reaction force, the position and / or position of the foot of the desired gait. Or correction means for correcting the posture (composite compliance operation determination unit, S36 to S38, compensation angle determination unit, mechanism deformation amount calculation unit, correction target foot position / posture calculation unit, correction target foot position / posture calculation with mechanism deformation compensation) And first and second joints (10, 12, 14, 18, 20, 20) of the robot based on the corrected target foot position and posture.
R (L)) is configured to include a joint displacement control means (robot geometric model (kinematics calculation unit), displacement controller, S40, S42).

【0277】また、前記修正手段は、前記ロボットの姿
勢偏差に基づいて前記目標歩容の足部の位置および/ま
たは姿勢をさらに修正する如く構成した。
Further, the correction means is configured to further correct the position and / or posture of the foot of the desired gait based on the posture deviation of the robot.

【0278】尚、上記した第1ないし第3の実施の形態
において、補償動作における足平回転中心点の取り方を
更に敷衍すると、補償動作における足平回転中心点は、
図17に示したような目標各足平床反力中心点の代わり
に、その瞬間に想定している足底接地領域の中の別の点
を回転中心点に設定しても良い。
In the first to third embodiments, the method of obtaining the center of rotation of the foot in the compensating operation is further expanded.
Instead of the desired center point of the foot floor reaction force as shown in FIG. 17, another point in the sole contact area assumed at that moment may be set as the rotation center point.

【0279】その設定手法例を以下に列挙する。演算処
理は複雑になるが、場合によっては、足平を回転させて
も、足平実床反力モーメントだけが変化して、足平実床
反力の力成分に対しては、より干渉しないようにするこ
とができる。但し、いずれの方式であっても、足平回転
中心点の移動軌跡が不連続にならないように注意する。
不連続であると、補償動作が急激に変わって足平がばた
つくからである。
[0279] Examples of the setting method are listed below. Although the calculation process becomes complicated, in some cases, even when the foot is rotated, only the foot actual floor reaction force moment changes, and the force component of the foot actual floor reaction force does not further interfere. You can do so. However, in any case, care should be taken so that the movement locus of the foot rotation center point does not become discontinuous.
This is because, if discontinuous, the compensating operation changes rapidly and the foot flaps.

【0280】手法1)各補償モーメントと各足平目標床
反力の力成分から、各補償モーメントを発生させたとき
に実各足平床反力中心点があるべき位置を求め、これを
修正目標各足平床反力中心点と呼ぶ。但し、修正目標各
足平床反力中心点は、その瞬間に想定している足底接地
領域から越えないように設定する。修正目標各足平床反
力中心点またはその点の近傍を回転中心点にする。
Method 1) From the compensating moments and the force components of the desired foot desired floor reaction force, the position where the actual foot floor reaction force center point should be when the respective compensating moments are generated is determined. It is called each foot floor reaction force center point. However, the corrected target floor floor reaction force central point is set so as not to exceed the sole contact area assumed at that moment. Correction target Each foot floor reaction force center point or the vicinity thereof is set as a rotation center point.

【0281】手法2)想定している足底接地領域の面積
中心点を求め、その点またはその点近傍を回転中心点に
する。
Method 2) The area center point of the assumed sole contact area is determined, and the point or the vicinity thereof is set as the rotation center point.

【0282】手法3)実各足平床反力から実各足平床反
力中心点を求め、その点またはその点近傍を回転中心点
にする。
Method 3) The actual foot floor reaction force center point is determined from the actual foot floor reaction force, and the point or the vicinity thereof is set as the rotation center point.

【0283】手法4)手法1から3に挙げた各種回転中
心点候補や目標各足平床反力中心点などの内から複数の
候補を選び、その加重平均の点を回転中心点とする。
Method 4) A plurality of candidates are selected from among various rotation center point candidates and target foot floor reaction force center points listed in Methods 1 to 3, and the point of the weighted average is set as the rotation center point.

【0284】尚、上記において、足底接地領域の圧力分
布の一部に負の圧力が発生しない限り、すなわち粘着力
が発生しない限り、実足平床反力中心点は必ず足底接地
領域内に存在する。
In the above description, unless a negative pressure is generated in a part of the pressure distribution in the sole contact area, that is, as long as no adhesive force is generated, the actual foot floor reaction force center point must be within the sole contact area. Exists.

【0285】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、図4にあっては、目標上体位置・姿勢軌道
をそのままロボット幾何学モデルに入力する代わりに、
目標上体位置・姿勢軌道の水平位置と修正目標足平位置
・姿勢軌道から上体高さを、本出願人が先に特願平8−
214260号で提案した上体高さ決定手法を用いて再
計算することによって修正し、それをロボット幾何学モ
デルに入力しても良い。
In the first to third embodiments described above, in FIG. 4, instead of inputting the desired body position / posture trajectory as it is to the robot geometric model,
The applicant first calculates the body height from the horizontal position of the desired body position / posture trajectory and the corrected target foot position / posture trajectory.
The correction may be made by recalculation using the body height determination method proposed in No. 214260, and the corrected value may be input to the robot geometric model.

【0286】目標足平位置・姿勢軌道を大幅に修正する
と、元の上体高さのままでは脚が伸び切って姿勢がとれ
なくなるおそれがある。このような場合には、上記再計
算を行えば、余程のことがない限り脚が伸び切るおそれ
はなくなる。
If the target foot position / posture trajectory is significantly corrected, there is a possibility that the legs may be stretched completely and the posture cannot be taken if the original body height is maintained. In such a case, if the recalculation is performed, there is no possibility that the leg will be extended unless there is a sufficient time.

【0287】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、上体が傾くと、床に対する実足平の位置・
姿勢がずれ、その結果、実各足平床反力が目標角足平床
反力からずれる。このずれを打ち消したい場合には、上
体が傾くことによって生じる実足平の位置・姿勢のずれ
を、両脚補償角θdbvおよび各足平補償角θnx,θ
nyを補正することによって打ち消せば良い。
In the first to third embodiments, when the upper body is tilted, the position of the actual foot with respect to the floor is determined.
The posture is shifted, and as a result, the actual foot floor reaction force deviates from the target angle foot floor reaction force. In order to cancel this shift, the shift of the position / posture of the actual foot caused by the tilting of the body is determined by the two-leg compensation angle θdbv and the foot compensation angles θnx, θnx.
It may be canceled by correcting ny.

【0288】具体的には、次のように、上体の傾斜偏差
のX成分θerrx、Y成分θerryと前記ベクトル
Vを用いて補正する。即ち、前述の両脚補償角決定方法
で得られた両脚補償角θdbvに、次式のΔθdbvを
加えたものを改めて両脚補償角θdbvとする。 Δθdbv = -(θerrx * Vx + θerry * Vy )
Specifically, correction is performed using the X component θerrx and the Y component θerry of the inclination deviation of the body and the vector V as follows. That is, a value obtained by adding Δθdbv of the following equation to the two-leg compensation angle θdbv obtained by the above-mentioned two-leg compensation angle determination method is set as the two-leg compensation angle θdbv. Δθdbv =-(θerrx * Vx + θerry * Vy)

【0289】前述の各足平補償角決定手法で得られた第
1足平X補償角θ1x、第2足平X補償角θ2xからそ
れぞれθerrxを引いたものを改めて第1足平X補償
角θ1x、第2足平X補償角θ2xとする。
The first foot X compensation angle θ1x is obtained by subtracting θerrx from the first foot X compensation angle θ1x and the second foot X compensation angle θ2x obtained by the above-described foot foot compensation angle determination techniques. , The second foot X compensation angle θ2x.

【0290】同様に各足平補償角決定方法で得られた第
1足平Y補償角θ1y、第2足平Y補償角θ2yからそ
れぞれθerryを引いたものを改めて第1足平Y補償
角θ1y、第2足平Y補償角θ2yとする。尚、請求項
10項および13項は、この記載に基づいている。
Similarly, the first foot Y compensation angle θ1y is obtained by subtracting θerry from the first foot Y compensation angle θ1y and the second foot Y compensation angle θ2y obtained by the respective foot compensation angle determination methods. , The second foot Y compensation angle θ2y. The claims 10 and 13 are based on this description.

【0291】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、制御精度を高くする必要がない場合には、
両脚機構変形補償角θffdbvは零でも良い。即ち、
機構変形補償角の演算を省略しても良い。
In the first to third embodiments, when it is not necessary to increase the control accuracy,
The two-leg mechanism deformation compensation angle θffdbv may be zero. That is,
The calculation of the mechanism deformation compensation angle may be omitted.

【0292】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、制御精度を高くする必要がない場合には、
第1足平X機構変形補償角θff1xは零でも良い。即
ち、機構変形補償角の演算を省略しても良い。
In the first to third embodiments, when it is not necessary to increase the control accuracy,
The first foot X mechanism deformation compensation angle θff1x may be zero. That is, the calculation of the mechanism deformation compensation angle may be omitted.

【0293】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、分配用重み変数は目標歩容のタイミングに
合わせて決定されるので、処理が簡単である。但し、実
際の床面状況が目標歩容が想定している床面と大きく異
なる場合には、着地タイミングがずれるために実床反力
の増加量がMdmdに較べて大きくずれる場合がある。
In the first to third embodiments, the weighting variable for distribution is determined according to the timing of the desired gait, so that the processing is simple. However, when the actual floor condition is significantly different from the floor assumed by the target gait, the landing timing may be shifted, so that the amount of increase in the actual floor reaction force may be largely deviated from Mdmd.

【0294】予期しない床面状況の変化に対するロバス
ト性を高めるためには、実床反力の力成分から着地と離
床の瞬間を検知し、これをトリガにして分配用重み変数
を変化させても良い。
In order to increase the robustness against unexpected changes in the floor surface condition, it is possible to detect the moment of landing and leaving the floor from the force component of the actual floor reaction force, and use this as a trigger to change the distribution weight variable. good.

【0295】また、実各足平床反力から足平の接地状態
(例えば各足平実床反力中心点が望みの接地領域から外
れていないかなど)を推定し、接地状態が良くないなら
ば重みを下げてモーメントの発生を抑制するなど、実各
足平床反力も考慮して適宜分配用重み変数の値を変えて
も良い。
Also, the foot contact state (for example, whether each foot actual floor reaction force center point is out of a desired contact area) is estimated from the actual foot floor reaction force, and if the contact state is not good. For example, the value of the weight variable for distribution may be appropriately changed in consideration of actual foot floor reaction force, such as reducing the weight to suppress the generation of a moment.

【0296】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態においては逆キネマティクスの解の式を直接的に求め
ておき、式に上体位置・姿勢と足平位置・姿勢を代入す
るだけで各関節変位を得るようにした。これらの実施の
形態では解があるが、関節の配置によっては直接解が存
在しない場合があり、その場合には当然使えない。
In the first to third embodiments, the equations for the inverse kinematics solution are directly obtained, and the body position / posture and the foot position / posture are substituted into the equations. To obtain the displacement of each joint. In these embodiments, there is a solution, but depending on the arrangement of joints, there may be no direct solution, and in such a case, it cannot be used.

【0297】そのときは、上体位置・姿勢に対する足平
の相対位置・姿勢の摂動に対する関節の摂動の比などを
マトリックスの形で表現する逆ヤコビアンまたは疑似逆
ヤコビアンを用い、近似的に各関節変位を得ても良い。
通常の産業用ロボットなどでも良く用いられる手法であ
る。前記の手法が使えない場合でも、この手法ならば、
解を近似的に求めることができる。
In this case, an inverse Jacobian or a pseudo inverse Jacobian expressing a ratio of a perturbation of the joint relative to a perturbation of the relative position / posture of the foot with respect to the body position / posture in a matrix form is used to approximate each joint. The displacement may be obtained.
This is a technique often used in ordinary industrial robots and the like. Even if the above method cannot be used, with this method,
The solution can be obtained approximately.

【0298】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、ばね機構32(および足底弾性体34)自
身はこの発明の本質部分ではない。この発明の本質はフ
ィードバック制御部分にあり、機構変形補償は付随的な
ものである。
In the first to third embodiments, the spring mechanism 32 (and the sole elastic body 34) is not an essential part of the present invention. The essence of the present invention lies in the feedback control part, and the mechanism deformation compensation is incidental.

【0299】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、ブロック線図は演算処理順序を変えるなど
の等価変形をしても良い。
In the above-described first to third embodiments, the block diagrams may be subjected to equivalent deformation such as changing the order of arithmetic processing.

【0300】また、上記した第1ないし第3の実施の形
態において、先にも触れた如く、目標歩容が床反力以外
の反力(目標対象物反力)を環境から受けるように想定
し、目標ZMPの定義を、目標運動パターンによって発
生する慣性力と重力と目標対象物反力の合力を動力学的
に求め、それが床面上のある点に作用するモーメント
が、鉛直軸まわりの成分を除いて零であるならば、その
点を改めて目標ZMPとしても良い。
In the first to third embodiments, as described above, it is assumed that the desired gait receives a reaction force (target object reaction force) other than the floor reaction force from the environment. The target ZMP is defined dynamically by calculating the resultant of the inertial force, gravity generated by the target motion pattern, and the reaction force of the target object, and the moment acting on a certain point on the floor surface is about the vertical axis. If the value is zero except for the component, the point may be set as the target ZMP again.

【0301】また、本出願人は、特開平5−33784
9号公報において、目標全床反力中心点をそのままに、
目標運動パターンだけを修正し、修正された目標運動パ
ターンのZMPと目標全床反力中心点にずれを生じさせ
ることによって、姿勢の傾きを復元させる手法を提案し
ている。その手法を併用する場合には、目標全床反力中
心点は、目標ZMPに一致しない。
The present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-33784.
In Publication No. 9, the target total floor reaction force center point is left as it is,
A method is proposed in which only the target movement pattern is corrected, and the ZMP of the corrected target movement pattern and the target total floor reaction force center point are shifted to restore the posture inclination. When that method is used together, the desired total floor reaction force center point does not match the desired ZMP.

【0302】また、この発明を2足歩行ロボットに関し
て説明してきたが、2足歩行ロボットに限らず、多脚ロ
ボットにも応用することができる。
Although the present invention has been described with respect to a bipedal walking robot, the present invention can be applied not only to a bipedal walking robot but also to a multi-legged robot.

【0303】[0303]

【発明の効果】請求項1項にあっては、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力を、干渉を生じることなく、容易か
つ適切に制御することができる。換言すれば、先に提案
した両脚コンプライアンス制御および足首コンプライア
ンス制御の併用に近い制御を行っても、制御の干渉がな
く、実全床反力と実各足平床反力が望ましい値からずれ
たり発振することがない。
According to the first aspect, the floor reaction force acting on the legged mobile robot can be easily and appropriately controlled without causing interference. In other words, even if control similar to the combination of the previously proposed two-leg compliance control and ankle compliance control is performed, there is no control interference, and the actual total floor reaction force and the actual foot floor reaction force deviate from desired values or oscillate. Never do.

【0304】即ち、大域的なうねりや傾斜だけでなく、
局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変化が
あっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボット
に作用する床反力を適切に制御することができる。
That is, in addition to global undulations and slopes,
Even if there is an unexpected floor shape change including local unevenness or inclination, the floor reaction force acting on the legged mobile robot can be appropriately controlled without being greatly affected by the unexpected change.

【0305】また、脚式移動ロボットの姿勢安定化制御
を容易に実現できると共に、脚式移動ロボットが受ける
着地衝撃を低減することができ、脚式移動ロボットの接
地性を高め、歩行時のスリップやスピンを防止すること
ができる。更に、脚式移動ロボットのアクチュエータの
負荷を低減することができる。
Further, the posture stabilization control of the legged mobile robot can be easily realized, the landing impact received by the legged mobile robot can be reduced, the grounding property of the legged mobile robot can be improved, and the slip during walking can be improved. And spin can be prevented. Further, the load on the actuator of the legged mobile robot can be reduced.

【0306】請求項2項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができる。
According to the second aspect, the same function and effect as the first aspect can be obtained.

【0307】請求項3項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、床反力をより適
切に制御することができる。
According to the third aspect, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained, and the floor reaction force can be more appropriately controlled.

【0308】請求項4項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、特に姿勢制御に
重要な全床反力を一層適切に制御することができる。
According to the fourth aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained, and the total floor reaction force, which is particularly important for attitude control, can be more appropriately controlled.

【0309】請求項5項にあっては、請求項1項と同様
の作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力
を向上させることができる。
According to the fifth aspect, the same function and effect as those of the first aspect can be obtained and the posture stabilizing ability can be improved.

【0310】請求項6項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力を
一層向上させることができる。
[0310] According to the sixth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the posture stabilizing ability can be further improved.

【0311】請求項7項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、ロボットのスピン
あるいはスリップを防止することができ、姿勢安定化能
力を一層向上させることができる。従って、摩擦係数が
低い路面を歩行するときも、スピンあるいはスリップを
効果的に防止することができ、安定な姿勢で歩行を継続
させることができる。
According to the seventh aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, the spin or slip of the robot can be prevented, and the posture stabilizing ability can be further improved. Therefore, even when walking on a road surface having a low coefficient of friction, spin or slip can be effectively prevented, and walking can be continued in a stable posture.

【0312】請求項8項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、目標経路に沿って
安定した姿勢で歩行を継続することができる。
According to the eighth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and walking can be continued in a stable posture along the target route.

【0313】請求項9項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、ヨーレートを検出
しなくてもロボットのスピンあるいはスリップをかなり
の程度まで防止することができ、その意味で姿勢安定化
能力を一層向上させることができる。
According to the ninth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the spin or slip of the robot can be prevented to a considerable extent without detecting the yaw rate. In that sense, the posture stabilizing ability can be further improved.

【0314】請求項10項にあっては、前記したと同様
の作用効果を得ることができると共に、ロボットに作用
する実床反力を一層精度良く制御することができる。
According to the tenth aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, and the actual floor reaction force acting on the robot can be more accurately controlled.

【0315】請求項11項にあっては、前記したと同様
の作用効果を得ることができると共に、複数の脚部の負
荷を適正に分配することができ、床面との摩擦分布も局
所的に過大に作用することがない。従って、接地性を一
層向上させると共に、スピンあるいはスリップを一層良
く回避することができる。
According to the eleventh aspect, the same operation and effect as described above can be obtained, the load on the plurality of legs can be appropriately distributed, and the friction distribution with the floor surface is locally reduced. Does not have an excessive effect on Therefore, the grounding performance can be further improved, and the spin or the slip can be further avoided.

【0316】請求項12項にあっては、請求項1項など
と同様の作用効果を得ることができると共に、足部の修
正量を一層適切に配分することができるので、姿勢安定
化のためのより大きな復元力とより高い接地性を得るこ
とができる。
According to the twelfth aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained, and the correction amount of the foot can be more appropriately distributed. Greater restoring force and higher groundability can be obtained.

【0317】請求項13項にあっては、請求項12項と
同様の作用効果を得ることができると共に、ロボットに
作用する実床反力を一層精度良く制御することができ
る。
According to the thirteenth aspect, the same function and effect as those of the twelfth aspect can be obtained, and the actual floor reaction force acting on the robot can be more accurately controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an overall control device of a legged mobile robot according to the present invention.

【図2】図1に示す2足歩行ロボットの足部の構造を示
す説明側面図である。
FIG. 2 is an explanatory side view showing a structure of a foot of the bipedal walking robot shown in FIG. 1;

【図3】図1に示す2足歩行ロボットの制御ユニットの
詳細を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing details of a control unit of the bipedal walking robot shown in FIG. 1;

【図4】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置の
構成および動作を機能的に示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram functionally showing the configuration and operation of a control device for a legged mobile robot according to the present invention.

【図5】図1に示す脚式移動ロボットが平地を歩行する
ときの運動パターンの一例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a movement pattern when the legged mobile robot shown in FIG. 1 walks on flat ground.

【図6】図5の運動パターンに対応する目標全床反力中
心点(目標ZMP)軌跡の床面上軌跡を示す説明図であ
る。
6 is an explanatory diagram illustrating a locus on the floor surface of a locus of a desired total floor reaction force center point (a desired ZMP) corresponding to the motion pattern of FIG. 5;

【図7】図5の運動パターンに対応する目標全床反力中
心点(目標ZMP)軌跡のタイム・チャートである。
FIG. 7 is a time chart of a target total floor reaction force center point (target ZMP) trajectory corresponding to the motion pattern of FIG. 5;

【図8】図5の運動パターンに対応する所定の条件を満
たすように設定した目標第1足平床反力中心点軌跡のタ
イム・チャートである。
8 is a time chart of a target first floor floor reaction force center point trajectory set so as to satisfy a predetermined condition corresponding to the exercise pattern of FIG. 5;

【図9】図5の運動パターンに対応する所定の条件を満
たすように設定した目標第2足平床反力中心点軌跡のタ
イム・チャートである。
9 is a time chart of a desired second foot floor reaction force center point trajectory set so as to satisfy a predetermined condition corresponding to the exercise pattern of FIG. 5;

【図10】図4と同様に、この発明に係る脚式移動ロボ
ットの制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the control device for a legged mobile robot according to the present invention, similarly to FIG. 4;

【図11】図10フロー・チャートの内の両脚補償角な
どの演算処理を行う、図4に示す複合コンプライアンス
動作決定部の動作を説明するための、両脚支持期に第1
足平と第2足平に実各足平床反力が作用している状況を
示す説明図である。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the composite compliance operation determining unit shown in FIG. 4 for performing arithmetic processing such as a double leg compensation angle in the flow chart of FIG. 10;
It is explanatory drawing which shows the situation in which each foot floor reaction force acts on a foot and a 2nd foot.

【図12】図11に示す状況における目標全床反力の設
定を示す説明図である。
12 is an explanatory diagram showing setting of a desired total floor reaction force in the situation shown in FIG. 11;

【図13】図11に示す状況における目標各足平床反力
の分配を示す説明図である。
13 is an explanatory diagram showing distribution of target foot floor reaction forces in the situation shown in FIG. 11;

【図14】図11に示す状況における補償全床反力モー
メントを示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a compensating total floor reaction force moment in the situation shown in FIG. 11;

【図15】図11に示す状況における、各足平床反力中
心点を含み、水平面に垂直な平面の法線ベクトルVを示
す説明図である。
15 is an explanatory diagram showing a normal vector V on a plane that includes each foot floor reaction force center point and that is perpendicular to the horizontal plane in the situation shown in FIG. 11;

【図16】図11に示す状況における、目標各足平床反
力中心点を目標全床反力中心点(目標ZMP)まわり
に、所定角度θdbvだけ回転させたときの状態を示す
説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a state in which each desired foot floor reaction force central point is rotated by a predetermined angle θdbv around a desired total floor reaction force central point (target ZMP) in the situation shown in FIG. 11; .

【図17】図11に示す状況における、各足平を前後方
向軸および左右方向軸まわりに所定角度θnx,θny
だけ回転させたときの状態を示す説明図である。
FIG. 17 shows a state in which each foot is rotated by a predetermined angle θnx, θny around a longitudinal axis and a lateral axis in the situation shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which only rotation is performed.

【図18】図4の複合コンプライアンス動作決定部の演
算処理を示すブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram illustrating an operation process of a composite compliance operation determination unit in FIG. 4;

【図19】図18に示す補償全床反力モーメント分配器
の演算処理を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a calculation process of the compensating total floor reaction force moment distributor shown in FIG. 18;

【図20】図18に示す補償全床反力モーメント分配器
の、両脚補償角などを操作するための分配重み変数の設
定例を示すタイム・チャートである。
20 is a time chart showing an example of setting distribution weight variables for operating the two-leg compensation angle and the like of the compensating total floor reaction force moment distributor shown in FIG. 18;

【図21】図20の補償全床反力モーメント分配器の分
配重み変数の設定を説明するための、ロボットの姿勢を
示す説明図である。
21 is an explanatory diagram showing a posture of the robot for explaining setting of distribution weight variables of the compensating total floor reaction force moment distributor of FIG. 20;

【図22】図21と同様に、補償全床反力モーメント分
配器の分配重み変数の設定を説明するための、ロボット
の姿勢を示す説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a posture of a robot for explaining setting of a distribution weight variable of the compensating total floor reaction force moment distributor, similarly to FIG. 21;

【図23】両脚補償角を操作するための分配重みを所定
の条件で決定したときの両脚補償モーメントV方向成分
Mdmddbvを示す説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a two-leg compensation moment V-direction component Mdmdbbv when distribution weights for operating the two-leg compensation angle are determined under predetermined conditions.

【図24】図18に示す両脚補償角決定部の演算処理を
示すブロック図である。
FIG. 24 is a block diagram illustrating a calculation process of a two-leg compensation angle determination unit illustrated in FIG. 18;

【図25】図18に示す各足平の補償角決定部の演算処
理を示すブロック図である。
25 is a block diagram illustrating a calculation process of a compensation angle determination unit for each foot shown in FIG. 18;

【図26】図18に示す機構変形補償入り修正目標足平
位置・姿勢算出部の演算処理を説明するための説明図で
ある。
26 is an explanatory diagram for describing the arithmetic processing of the corrected target foot position / posture calculation unit with mechanical deformation compensation shown in FIG. 18;

【図27】図26と同様に、図18に示す機構変形補償
入り修正目標足平位置・姿勢算出部の演算処理を説明す
るための説明図である。
27 is an explanatory diagram similar to FIG. 26, illustrating the calculation processing of the corrected target foot position / posture calculation unit with mechanism deformation compensation shown in FIG. 18;

【図28】図10フロー・チャートの内の両脚補償角な
どの決定作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 28 is a subroutine flowchart showing a work of determining a leg compensation angle and the like in the flowchart of FIG. 10;

【図29】この発明の第2の実施の形態を示す図16と
同様の説明図で、足平位置の修正動作の別の例を示す説
明図である。
FIG. 29 is an explanatory view similar to FIG. 16 showing the second embodiment of the present invention, and is an explanatory view showing another example of a foot position correcting operation.

【図30】第3の実施の形態に係る装置を示す、図14
と同様な説明図である。
FIG. 30 shows a device according to a third embodiment, FIG.
FIG.

【図31】第3の実施の形態に係る装置を示す、図10
と同様なフロー・チャートである。
FIG. 31 shows an apparatus according to a third embodiment,
It is a flow chart similar to.

【図32】第3の実施の形態に係る装置が予定する経路
誘導を示す説明上面図である。
FIG. 32 is an explanatory top view illustrating route guidance planned by the device according to the third embodiment.

【図33】第3の実施の形態に係る装置の動作を示す、
図16と同様な説明図である。
FIG. 33 shows the operation of the device according to the third embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram similar to FIG. 16.

【図34】第3の実施の形態に係る装置の動作を示す、
図17と同様な説明図である。
FIG. 34 shows the operation of the device according to the third embodiment.
It is explanatory drawing similar to FIG.

【図35】第3の実施の形態に係る装置の複合コンプラ
イアンス動作部の演算処理を示す、図18と同様なブロ
ック図である。
FIG. 35 is a block diagram, similar to FIG. 18, showing the arithmetic processing of the composite compliance operation unit of the device according to the third embodiment.

【図36】図35のZ成分補償モーメント決定部の演算
処理を示すブロック図である。
FIG. 36 is a block diagram illustrating a calculation process of a Z-component compensation moment determination unit in FIG. 35;

【図37】図36に示す補償全床反力モーメント分配器
の演算処理を示すブロック図である。
FIG. 37 is a block diagram showing a calculation process of the compensating total floor reaction force moment distributor shown in FIG. 36.

【図38】図37に示す補償全床反力モーメント分配器
の分配重み変数の設定例を示すタイム・チャートであ
る。
FIG. 38 is a time chart showing a setting example of distribution weight variables of the compensating total floor reaction force moment distributor shown in FIG. 37.

【図39】図31フロー・チャートの中のZ軸まわり両
脚補償角などの決定作業を示すサブルーチン・フロー・
チャートである。
FIG. 39 is a subroutine flow chart showing a work of determining a leg compensation angle around the Z-axis in the flow chart of FIG. 31;
It is a chart.

【図40】2足歩行ロボットが予期しなかった傾斜面を
歩行するときの説明図である。
FIG. 40 is an explanatory diagram when the bipedal walking robot walks on an unexpected slope.

【図41】図40に示す2足歩行ロボットに対して先に
提案した両脚コンプライアンス制御を行った場合の説明
図である。
FIG. 41 is an explanatory diagram in the case where the previously proposed double-legged compliance control is performed on the bipedal walking robot shown in FIG. 40;

【図42】図40に類似する、2足歩行ロボットが予期
しなかった突起を踏んだときの説明図である。
FIG. 42 is an explanatory view similar to FIG. 40, when a bipedal walking robot steps on an unexpected projection.

【図43】図42に示す状況で、先に提案した足首コン
プライアンス制御を行ったときの説明図である。
FIG. 43 is an explanatory diagram when the previously proposed ankle compliance control is performed in the situation shown in FIG. 42;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 2足歩行ロボット(脚式移動
ロボット) 2 脚部リンク 10,12,14R,L 股関節 16R,L 膝関節 18,20R,L 足関節 22R,L 足平(足部) 24 上体 26 制御ユニット 32 ばね機構 34 足底弾性体 44 6軸力センサ 60 傾斜センサ
Reference Signs List 1 bipedal walking robot (legged mobile robot) 2 leg link 10, 12, 14R, L hip joint 16R, L knee joint 18, 20R, L ankle joint 22R, L foot (foot) 24 upper body 26 control unit 32 spring mechanism 34 sole elastic body 44 6-axis force sensor 60 inclination sensor

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも基体と、前記基体に第1の関
節を介して連結されると共に、その先端に第2の関節を
介して連結される足部を備えた複数本の脚部からなる脚
式移動ロボットの制御装置において、 a.前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置およ
び姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する
全床反力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボット
の歩容を生成する歩容生成手段、 b.前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれぞ
れに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標足
部床反力中心点を決定する目標足部床反力中心点決定手
段、 c.前記足部に作用する実床反力を検出する実床反力検
出手段、 d.前記検出された実床反力が前記算出された目標足部
床反力中心点まわりに作用するモーメントを算出し、少
なくとも前記算出されたモーメントに基づいて前記足部
を回転させる回転量を決定する足部回転量決定手段、 e.前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位
置および/または姿勢が回転するように前記目標位置お
よび/または姿勢を修正する足部位置・姿勢修正手段、 および f.前記修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロ
ボットの第1および第2の関節を変位させる関節変位手
段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
置。
1. A leg comprising at least a base and a plurality of legs having a foot connected to the base via a first joint and connected to a distal end of the base via a second joint. A control device for a mobile robot, comprising: a. Gait generating means for generating a gait of the robot including at least a movement pattern including a target position and a posture of the foot of the robot and a target pattern of a total floor reaction force acting on the robot; b. A desired foot floor reaction force center point that determines a desired foot floor reaction force center point as an action center point on the foot when the generated total floor reaction force of the gait is distributed to each of the feet. Determining means, c. Actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot; d. The detected actual floor reaction force calculates a moment acting around the calculated target foot floor reaction force central point, and determines a rotation amount for rotating the foot based on at least the calculated moment. Foot rotation amount determining means; e. Foot position / posture correction means for correcting the target position and / or posture so that the position and / or posture of the foot is rotated based on the determined foot rotation amount; and f. A joint displacement means for displacing the first and second joints of the robot based on the corrected position and posture of the foot, and a control device for the legged mobile robot.
【請求項2】 少なくとも基体と、前記基体に第1の関
節を介して連結されると共に、その先端に第2の関節を
介して連結される足部を備えた複数本の脚部からなる脚
式移動ロボットの制御装置において、 a.前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置およ
び姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する
全床反力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボット
の歩容を生成する歩容生成手段、 b.前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれぞ
れに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標足
部床反力中心点を決定する目標足部床反力中心点決定手
段、 c.前記足部に作用する実床反力を検出する実床反力検
出手段、 d.少なくとも前記検出された実床反力に基づいて前記
足部を回転させる回転量を決定する足部回転量決定手
段、 e.前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位
置および/または姿勢が、前記決定された目標足部床反
力中心点あるいはその近傍まわりに回転するように、前
記目標位置および/または姿勢を修正する足部位置・姿
勢修正手段、 および f.前記修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロ
ボットの第1および第2の関節を変位させる関節変位手
段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
置。
2. A leg comprising at least a base and a plurality of legs having a foot connected to the base via a first joint and having a tip connected to the distal end via a second joint. A control device for a mobile robot, comprising: a. Gait generating means for generating a gait of the robot including at least a movement pattern including a target position and a posture of the foot of the robot and a target pattern of a total floor reaction force acting on the robot; b. A desired foot floor reaction force center point that determines a desired foot floor reaction force center point as an action center point on the foot when the generated total floor reaction force of the gait is distributed to each of the feet. Determining means, c. Actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot; d. Foot rotation amount determining means for determining a rotation amount for rotating the foot based on at least the detected actual floor reaction force; e. The target position and / or posture is such that the position and / or posture of the foot is rotated around the determined target foot floor reaction force center point or the vicinity thereof based on the determined foot rotation amount. Foot position / posture correction means for correcting the posture; and f. A joint displacement means for displacing the first and second joints of the robot based on the corrected position and posture of the foot, and a control device for the legged mobile robot.
【請求項3】 前記足部位置・姿勢修正手段は、前記決
定された足部回転量に基づいて前記足部の位置および/
または姿勢が、前記決定された目標足部床反力中心点あ
るいはその近傍まわりに回転するように、前記目標位置
および/または姿勢を修正することを特徴とする請求項
1項記載の脚式移動ロボットの制御装置。
3. The foot position / posture correcting means, based on the determined foot rotation amount, determines a position and / or a position of the foot.
2. The legged movement according to claim 1, wherein the target position and / or posture is corrected such that the posture rotates around or near the determined target foot floor reaction force center point. 3. Robot control device.
【請求項4】 さらに、 g.前記ロボットに実際に作用する全床反力モーメン
ト、または前記ロボットに実際に作用する全床反力モー
メントから前記足部に作用する床反力モーメントを減算
して得たモーメントのいずれかを算出し、少なくとも前
記算出されたモーメントに応じて前記足部を移動させる
移動量を決定する足部移動量決定手段、 を備え、前記足部位置・姿勢修正手段は、前記決定され
た足部回転量および前記決定された移動量に基づいて前
記足部の位置および/または姿勢を修正することを特徴
とする請求項1項ないし3項のいずれかに記載の脚式移
動ロボットの制御装置。
4. Further, g. Either the total floor reaction force moment actually acting on the robot or the moment obtained by subtracting the floor reaction force moment acting on the foot from the total floor reaction force moment actually acting on the robot is calculated. A foot moving amount determining means for determining a moving amount for moving the foot at least according to the calculated moment, wherein the foot position / posture correcting means includes the determined foot rotation amount and The control device for a legged mobile robot according to any one of claims 1 to 3, wherein the position and / or posture of the foot is corrected based on the determined movement amount.
【請求項5】 前記全床反力の目標パターンに付加する
姿勢安定化補償全床反力モーメントを求め、前記足部回
転量決定手段および/または前記足部移動量決定手段
は、少なくとも前記検出された実床反力と前記求めた姿
勢安定化補償全床反力モーメントに基づいて前記足部の
回転量および/または移動量を決定することを特徴とす
る請求項1項ないし4項のいずれかに記載の脚式移動ロ
ボットの制御装置。
5. A posture stabilizing compensation total floor reaction force moment to be added to the total floor reaction force target pattern, and the foot rotation amount determining means and / or the foot movement amount determining means determine at least the detection amount. The rotation amount and / or the movement amount of the foot are determined based on the actual floor reaction force obtained and the determined posture stabilization compensation total floor reaction force moment. A control device for a legged mobile robot according to any one of the first to third aspects.
【請求項6】 前記姿勢安定化補償全床反力モーメント
を、少なくとも前記ロボットの傾き偏差に基づいて求め
ることを特徴とする請求項1項ないし5項のいずれかに
記載の脚式移動ロボットの制御装置。
6. The legged mobile robot according to claim 1, wherein the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a tilt deviation of the robot. Control device.
【請求項7】 前記姿勢安定化補償全床反力モーメント
を、少なくとも前記ロボットのヨーレートに基づいて求
めることを特徴とする請求項1項ないし6項のいずれか
に記載の脚式移動ロボットの制御装置。
7. The control of a legged mobile robot according to claim 1, wherein the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a yaw rate of the robot. apparatus.
【請求項8】 前記姿勢安定化補償全床反力モーメント
を、少なくとも前記ロボットの目標経路からのずれに基
づいて求めることを特徴とする請求項1項ないし7項の
いずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
8. The leg system according to claim 1, wherein the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is obtained based on at least a deviation from a target path of the robot. Control device for mobile robot.
【請求項9】 前記姿勢安定化補償全床反力モーメント
の中の所定の成分を零またはその近傍に設定することを
特徴とする請求項1項ないし8項のいずれかに記載の脚
式移動ロボットの制御装置。
9. The legged movement according to claim 1, wherein a predetermined component in the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is set to zero or near zero. Robot control device.
【請求項10】 前記足部位置・姿勢修正手段は、前記
ロボットの姿勢偏差に基づいて前記目標位置および/ま
たは姿勢をさらに修正することを特徴とする請求項1項
ないし9項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの制御
装置。
10. The method according to claim 1, wherein the foot position / posture correcting means further corrects the target position and / or posture based on a posture deviation of the robot. A control device for a legged mobile robot as described in the above.
【請求項11】 前記足部回転量決定手段および/また
は前記足部移動量決定手段は、前記姿勢安定化補償全床
反力モーメントが前記複数本の脚部のそれぞれに分配さ
れるように、前記足部の回転量および/または移動量を
決定することを特徴とする請求項5項ないし10項のい
ずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
11. The foot rotation amount determination means and / or the foot movement amount determination means, wherein the posture stabilization compensation total floor reaction force moment is distributed to each of the plurality of legs. The control device for a legged mobile robot according to any one of claims 5 to 10, wherein the amount of rotation and / or the amount of movement of the foot is determined.
【請求項12】 少なくとも基体と、前記基体に第1の
関節を介して連結されると共に、その先端に第2の関節
を介して連結される足部を備えた複数本の脚部からなる
脚式移動ロボットの制御装置において、 a.前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置およ
び姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する
全床反力の目標軌跡パターンからなる前記ロボットの歩
容を生成する歩容生成手段、 b.前記ロボットの姿勢安定化のための補償全床反力を
算出する姿勢安定化補償全床反力算出手段、 c.前記足部に作用する実床反力を検出する足部実床反
力検出手段、 d.前記目標歩容の全床反力と前記補償全床反力を分配
する床反力分配手段、 e.前記分配された目標歩容の床反力と補償床反力と前
記検出された足部実床反力に基づいて前記目標歩容の足
部の位置および/または姿勢を修正する修正手段、 および f.前記修正された目標足部位置および姿勢に基づいて
前記ロボットの第1および第2の関節を変位制御する関
節変位制御手段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
置。
12. A leg comprising at least a base and a plurality of legs having a foot connected to the base via a first joint and connected to a distal end of the base via a second joint. A control device for a mobile robot, comprising: a. Gait generating means for generating a gait of the robot, comprising a motion pattern including at least a target position and a posture of the foot of the robot and a target trajectory pattern of a total floor reaction force acting on the robot; b. Posture stabilization compensation total floor reaction force calculating means for calculating a compensation total floor reaction force for stabilizing the posture of the robot; c. Foot actual floor reaction force detecting means for detecting an actual floor reaction force acting on the foot, d. Floor reaction force distribution means for distributing the total floor reaction force of the desired gait and the compensation total floor reaction force; e. Correcting means for correcting the position and / or posture of the foot of the target gait based on the distributed floor reaction force, the compensated floor reaction force, and the detected actual foot reaction force of the distributed desired gait; and f. A joint displacement control means for controlling displacement of the first and second joints of the robot based on the corrected target foot position and posture.
【請求項13】 前記修正手段は、前記ロボットの姿勢
偏差に基づいて前記目標歩容の足部の位置および/また
は姿勢をさらに修正することを特徴とする請求項12項
記載の脚式移動ロボットの制御装置。
13. The legged mobile robot according to claim 12, wherein said correcting means further corrects the position and / or posture of a foot of said target gait based on a posture deviation of said robot. Control device.
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