JP2003159676A - Control method for leg type moving robot - Google Patents

Control method for leg type moving robot

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JP2003159676A
JP2003159676A JP2001351121A JP2001351121A JP2003159676A JP 2003159676 A JP2003159676 A JP 2003159676A JP 2001351121 A JP2001351121 A JP 2001351121A JP 2001351121 A JP2001351121 A JP 2001351121A JP 2003159676 A JP2003159676 A JP 2003159676A
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JP
Japan
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zmp
center
stable region
momentum
robot
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Application number
JP2001351121A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoto Mori
直人 森
Yuichi Hattori
裕一 服部
Jinichi Yamaguchi
仁一 山口
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method for a leg type moving robot that can control a body attitude stability by using a ZMP stability judging model with a comparatively slow sampling cycle. <P>SOLUTION: A ZMP position where both a pitch axis moment and a roll axis moment of a body are zero and a ZMP moving space defined by a floor reaction force that the body receives from a floor surface are defined. A ZMP stable position is obtained on the basis of the definition of the ZMP moving space. Transformation quantity or momentum of the body is produced so that the ZMP position is always made moved toward the center of a ZMP stable range by dynamically controlling a space distortion applied to the ZMP moving space according to contact conditions with a road surface. Consequently the attitude stabilizing control of the body can be made easily. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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】本発明は、少なくとも複数本
の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法に係り、
特に、可動脚によって歩行やその他の脚式作業を行う脚
式移動ロボットの制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a legged mobile robot having at least a plurality of movable legs,
In particular, the present invention relates to a control method for a legged mobile robot that walks or performs other legged work with movable legs.

【0002】更に詳しくは、本発明は、いわゆるZMP
(Zero Moment Point)を安定度判別規範として用いな
がら脚式作業時における機体の姿勢安定制御を行なう脚
式移動ロボットの制御方法に係り、特に、比較的遅いサ
ンプリング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機
体の姿勢安定制御を行なう脚式移動ロボットの制御方法
に関する。
More specifically, the present invention relates to so-called ZMP.
The present invention relates to a control method of a legged mobile robot that performs posture stability control of a body during legged work while using (Zero Moment Point) as a stability determination criterion, and particularly uses a ZMP stability determination criterion at a relatively slow sampling cycle. However, the present invention relates to a control method for a legged mobile robot that performs posture stability control of a body.

【0003】[0003]

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROBO
TA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは1960年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット(industrial robot)であった。
2. Description of the Related Art A mechanical device that makes a motion similar to a human motion by using an electrical or magnetic action is called a "robot". The origin of the robot is the Slavic word "ROBO".
It is said that it is derived from "TA (slave machine)." In Japan, robots began to be popular since the end of the 1960s, but most of them are automation of production work in factories.
It was an industrial robot such as a manipulator and a transfer robot for the purpose of unmanned operation.

【0004】最近では、ヒトやサルなどの2足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。2足直立による脚式移動は、クローラ
式や、4足又は6足式などに比し不安定で姿勢制御や歩
行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上
に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な
歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。
In recent years, research and development of legged mobile robots imitating the body mechanism and motions of animals such as humans and monkeys that perform upright bipedal walking have progressed, and expectations for their practical application are increasing. The leg-type movement with two feet upright is more unstable than the crawler type, four-legged or six-legged type because posture control and walking control are difficult, but walking with unevenness on the work route such as uneven terrain or obstacles It is excellent in that it can realize flexible moving work such as being able to deal with discontinuous walking surfaces such as surfaces and stairs and ladders going up and down.

【0005】ヒトの生体メカニズムや動作を再現した脚
式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、若しくは
「人間型」のロボット(humanoid robot)と呼ぶ。人間
型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境その
他の日常生活上のさまざまな場面における人的活動の支
援などを行うことができる。
A legged mobile robot that reproduces the human biological mechanism and motion is called a "humanoid" or "humanoid" robot. The humanoid robot can perform, for example, life support, that is, support for human activities in various scenes in daily life such as a living environment.

【0006】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
2足直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様
式に合わせて形成されている。言い換えれば、人間の住
空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の
機械システムが移動するのには多くの障壁が存在する。
したがって、機械システムすなわちロボットがさまざま
な人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透し
ていくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれ
とほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動ロ
ボットの実用化が大いに期待されている所以でもある。
2足直立歩行を行うことは、ロボットが人間の住環境と
の親和性を高める上で必須であると言える。
Most of the working space and living space for humans are
It is formed according to the human body mechanism and behavior that two-leg upright walking has. In other words, in the human living space, there are many obstacles for the movement of the current mechanical system using wheels or other driving devices as a moving means.
Therefore, in order for the mechanical system, that is, the robot to perform various human tasks on behalf and further penetrate deep into the living space of the human, it is preferable that the movable range of the robot is substantially the same as that of the human. This is why there are great expectations for the practical use of legged mobile robots.
It can be said that biped upright walking is indispensable for the robot to improve affinity with the human living environment.

【0007】2足の脚式移動ロボットに関する姿勢制御
や安定歩行に関する技術は既に数多提案されている。こ
こで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚
を使って移動すること」と定義することができる。ロボ
ットの姿勢安定制御は、ロボットの転倒を回避する上で
非常に重要である。何故ならば、転倒は、ロボットが実
行中の作業を中断することを意味し、且つ、転倒状態か
ら起き上がって作業を再開するために相当の労力や時間
が払われるからである。また、何よりも、転倒によっ
て、ロボット本体自体、あるいは転倒するロボットと衝
突する相手側の物体にも、致命的な損傷を与えてしまう
危険があるからである。
A number of techniques have already been proposed for posture control and stable walking for a two-legged mobile robot. Stable “walking” can be defined as “moving with legs without falling”. Posture stability control of the robot is very important for avoiding the fall of the robot. This is because the fall means that the robot interrupts the work being performed, and that considerable effort and time are spent to get up from the fall state and restart the work. Above all, there is a risk that the fall may cause fatal damage to the robot body itself or an object on the other side that collides with the falling robot.

【0008】脚式移動ロボットの姿勢安定制御や歩行時
の転倒防止に関する提案の多くは、ZMP(Zero Momen
t Point)を歩行の安定度判別の規範として用いてい
る。ZMPによる安定度判別規範は、歩行系から路面に
は重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から
歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメン
トとバランスするという「ダランベールの原理」に基づ
く。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成
する支持多角形(すなわちZMP安定領域)の辺上ある
いはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロ
となる点、すなわち「ZMP(Zero Moment Point)」
が存在する。
Most of the proposals regarding the posture stability control of legged mobile robots and the fall prevention during walking are made by ZMP (Zero Momen).
t Point) is used as a criterion for gait stability determination. The stability discrimination criterion by ZMP is "Durhamber's principle" that gravity and inertial force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force and floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. based on. As a result of the mechanical reasoning, the point where the pitch axis and roll axis moments become zero on or inside the side of the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface (that is, the ZMP stable area), that is, "ZMP (Zero Moment Point) "
Exists.

【0009】要約すれば、ZMP規範とは、「歩行のあ
らゆる瞬間において、ZMPが足部と路面とが形成する
支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボットが路面に押
す方向の力が作用すれば、ロボットが転倒(機体が回転
運動)することなく安定に歩行できる」とするものであ
る。
In summary, the ZMP norm means that "at every moment of walking, the ZMP exists inside the supporting polygon formed by the foot and the road surface, and the force exerted by the robot on the road surface acts. By doing so, the robot can walk stably without tipping (rotating motion of the aircraft). "

【0010】ZMP規範に基づく2足歩行パターン生成
によれば、足底着地点をあらかじめ設定することがで
き、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し
易いなどの利点がある。また、ZMPを安定度判別規範
とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値と
して扱うことを意味するので、技術的に実現可能性が高
まる。
According to the bipedal walking pattern generation based on the ZMP standard, it is possible to set a foot sole landing point in advance and it is easy to consider a kinematic constraint condition of the toes according to a road surface shape. . Further, using ZMP as the stability determination criterion means that the trajectory is treated as the target value for motion control, not the force, so that technical feasibility is enhanced.

【0011】なお、ZMPの概念並びにZMPを歩行ロ
ボットの安定度判別規範に適用する点については、Miom
ir Vukobratovic著"LEGGED LOCOMOTION ROBOTS"(加藤
一郎外著『歩行ロボットと人工の足』(日刊工業新聞
社))に記載されている。
Incidentally, regarding the concept of ZMP and the point of applying ZMP to the stability determination standard of a walking robot, Miom
It is described in "LEGGED LOCOMOTION ROBOTS" by ir Vukobratovic ("Walking Robots and Artificial Feet" by Ichiro Kato (Nikkan Kogyo Shimbun)).

【0012】従来、ZMPを安定度判別規範とするロボ
ットの姿勢安定制御や歩行制御は、ZMP位置がZMP
安定領域から逸脱したら安定領域に再び戻るように補正
制御をかけるというのが一般的である。言い換えれば、
通常の動作期間中、ZMPは自由に移動することができ
るが、その移動量がある領域を越えたときにはじめて脚
部などの各関節駆動を制御して、事後的にZMP位置を
制御する。
Conventionally, in the posture stability control and the walking control of the robot using ZMP as the stability determination criterion, the ZMP position is ZMP.
It is general to perform correction control so as to return to the stable region once it deviates from the stable region. In other words,
During the normal operation period, the ZMP can move freely, but when the amount of movement exceeds a certain area, the drive of each joint such as the leg is controlled and the ZMP position is controlled after the fact.

【0013】例えば、特開平5−305579号公報に
記載の脚式移動ロボットは、ZMPがゼロとなる床面上
の点を目標値に一致させるようにして安定歩行を行うよ
うになっている。
For example, the legged mobile robot described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-305579 is designed to perform stable walking by matching a point on the floor surface where ZMP becomes zero with a target value.

【0014】また、特開平5−305581号公報に記
載の脚式移動ロボットは、ZMPが支持多面体(多角
形)内部、又は、着地、離床時にZMPが支持多角形の
端部から少なくとも所定の余裕を有する位置にあるよう
に構成した。この場合、外乱などを受けても所定距離だ
けZMPの余裕があり、歩行時の機体の安定性が向上す
る。
Further, in the legged mobile robot described in JP-A-5-305581, the ZMP has at least a predetermined margin from the end of the supporting polygon inside the supporting polyhedron (polygon), or when landing or leaving the floor. It is configured to be in a position having. In this case, the ZMP has a margin for a predetermined distance even when subjected to a disturbance or the like, and the stability of the airframe during walking is improved.

【0015】また、特開平5−305583号公報に
は、脚式移動ロボットの歩き速度をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、あら
かじめ設定された歩行パターン・データを用い、ZMP
を目標位置に一致させるように脚部関節を駆動するとと
もに、上体の傾斜を検出してその検出値に応じて設定さ
れた歩行パターン・データの吐き出し速度を変更する。
未知の凹凸を踏んでロボットが例えば前傾するときは、
吐き出し速度を速めることで姿勢を回復することができ
る。またZMPを目標位置に制御するので、両脚支持期
で吐き出し速度を変更しても支障がない。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-305583 discloses that the walking speed of a legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, using the walking pattern data set in advance, ZMP
The leg joint is driven so as to match the target position, the inclination of the upper body is detected, and the discharge speed of the walking pattern data set according to the detected value is changed.
For example, when the robot leans forward by stepping on an unknown unevenness,
The posture can be recovered by increasing the discharge speed. Further, since the ZMP is controlled to the target position, there is no problem even if the discharge speed is changed during the both-leg supporting period.

【0016】また、特開平5−305585号公報に
は、脚式移動ロボットの着地位置をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置と実測
位置とのずれを検出し、それを解消するように脚部の一
方又は双方を駆動するか、又はZMP目標位置まわりに
モーメントを検出してそれが零になるように脚部を駆動
することで、安定歩行を実現する。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-305585 discloses that the landing position of the legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, the legged mobile robot described in the publication detects a deviation between the ZMP target position and the actual measurement position and drives one or both of the legs so as to eliminate it, or a moment around the ZMP target position. Is detected and the legs are driven so that it becomes zero, thereby achieving stable walking.

【0017】また、特開平5−305586号公報に
は、脚式移動ロボットの傾斜姿勢をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、ZM
P目標位置まわりのモーメントを検出し、モーメントが
生じたときは、それが零になるように脚部を駆動するこ
とで安定歩行を行う。
Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-305586 discloses that the tilted posture of the legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, ZM
A moment around the P target position is detected, and when a moment is generated, the legs are driven so that the moment becomes zero, so that stable walking is performed.

【0018】上述したロボットの姿勢安定度制御は、足
底接地点と路面の形成する支持多角形すなわちZMP安
定領域の辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モ
ーメントがゼロとなる点を探索することを基本動作とす
る。また、ZMP位置がZMP安定領域から逸脱したら
安定領域に再び戻るように補正制御をかけるというもの
である。
The above-described posture stability control of the robot is performed by searching for a point where the pitch and roll moments are zero on or inside the side of the supporting polygon formed by the foot contact point and the road surface, that is, the ZMP stable area. Is the basic operation. Further, when the ZMP position deviates from the ZMP stable region, correction control is performed so as to return to the stable region again.

【0019】しかしながら、ZMP規範は、ロボットの
機体及び路面が剛体に限りなく近い(すなわち、どのよ
うな力やモーメントが作用しても変形したり動いたりす
ることはない)と仮定できることを前提として適用する
ことができる規範に過ぎない。言い換えれば、ロボット
や路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP規範を満たしても
(ZMPが支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボット
が路面に押す方向の力を作用させている)、不安定なZ
MPを安定させるために、ロボットの姿勢が不安定にな
ってしまう。特に、ロボットの重心が低くなるほど機体
に高速な回転運動が発生して、安定歩行の実現が困難に
なる。
However, the ZMP norm is premised on that it can be assumed that the robot body and road surface are as close as possible to a rigid body (that is, they do not deform or move whatever force or moment acts). It is just a norm that can be applied. In other words, when it cannot be assumed that the robot or the road surface is as close as possible to a rigid body, for example, the force (translation) acting on the ZMP due to the high speed movement of the robot and the impact force at the time of switching the standing leg become large, and the robot itself When deformation or motion occurs in the robot, unless the amount of deformation of the robot with respect to the applied force is properly managed, the space itself in which the ZMP exists becomes unstable and the posture of the robot is temporarily changed. Even if the ZMP criterion is satisfied (the ZMP exists inside the supporting polygon and the robot exerts a force in the direction of pushing on the road surface), an unstable Z
The posture of the robot becomes unstable in order to stabilize the MP. In particular, the lower the center of gravity of the robot, the faster the rotational motion of the body occurs, which makes it difficult to achieve stable walking.

【0020】図1及び図2には、ロボットや路面が限り
なく剛体に近い理想的なモデルの場合と、現実には剛体
ではない場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)をそれぞれ示している。
1 and 2 show the relationship between the ZMP position and the deformation amount (or momentum) of the robot in the case of an ideal model in which the robot or the road surface is as close as possible to a rigid body and in the case of not being a rigid body in reality. (That is, the ZMP behavior space of the robot) is shown.

【0021】ロボットや路面が限りなく剛体に近い理想
的な場合には、そのZMP挙動空間においては、図1に
示すように、算出されたZMP安定領域内のいずれのZ
MP位置においてもロボットに変形量(若しくは運動
量)は発生しない。言い換えれば、いずれのZMP位置
においても、ロボットは機体の姿勢安定性を失うことは
ない。
In the ideal case where the robot and the road surface are as close to a rigid body as possible, in the ZMP behavior space, as shown in FIG. 1, any Z in the calculated ZMP stable region is obtained.
No deformation amount (or momentum) is generated in the robot even at the MP position. In other words, the robot does not lose its attitude stability at any ZMP position.

【0022】しかしながら、実システムにおけるZMP
挙動空間では、ロボットや路面は剛体ではなく、算出さ
れたZMP安定領域内であっても、ZMP位置によって
はロボットに変形量(若しくは運動量)が発生してしま
う。図2に示す例では、ZMP安定領域内の略中央付近
においては、ロボットに変形量(若しくは運動量)は発
生しないので、そのままの状態ではロボットは機体の姿
勢安定性を失うことはない。しかしながら、ZMP位置
がZMP安定領域の中央から離れるにつれて、ロボット
の変形量(若しくは運動量)は、負方向に増大してい
く。
However, ZMP in the actual system
In the behavior space, the robot or road surface is not a rigid body, and even if it is within the calculated ZMP stable region, a deformation amount (or momentum) occurs in the robot depending on the ZMP position. In the example shown in FIG. 2, a deformation amount (or momentum) does not occur in the robot in the vicinity of the center in the ZMP stable region, so that the robot does not lose the posture stability of the machine body as it is. However, as the ZMP position moves away from the center of the ZMP stable region, the deformation amount (or momentum) of the robot increases in the negative direction.

【0023】図1並びに図2に示すようなZMP挙動空
間は、ZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義
される。このZMP挙動空間におけるロボットの変形量
(若しくは運動量)の正負は、負がZMPを安定領域の
縁に移動させようとする空間歪みを生じさせる方向とな
り、正がZMPを安定領域の中心に移動させようとする
空間歪みを生じさせる方向となる。したがって、図2に
示したように、ZMP位置がZMP安定領域の中央から
離れるにつれてロボットの変形量(若しくは運動量)が
負方向に増大していくことは、ZMP安定領域内であり
ながら、ロボットはZMP安定領域の縁に向かうように
変形していき、やがては機体が転倒してしまうことにな
る。
The ZMP behavior space as shown in FIGS. 1 and 2 is defined by the ZMP position and the floor reaction force received from the floor surface by the airframe. Positive or negative of the amount of deformation (or momentum) of the robot in this ZMP behavior space is a direction in which negative causes a spatial distortion that tends to move the ZMP to the edge of the stable region, and positive moves the ZMP to the center of the stable region. This is the direction of causing the spatial distortion. Therefore, as shown in FIG. 2, the deformation amount (or momentum) of the robot increases in the negative direction as the ZMP position moves away from the center of the ZMP stable region. It deforms toward the edge of the ZMP stable region, and eventually the aircraft falls.

【0024】このため、計算上はロボットのZMP位置
はZMP安定領域内に居ながらも、ZMP安定領域の中
心に戻すように機体の姿勢制御を常に実行していなけれ
ばならない。このようにZMP位置を絶え間なく中心に
戻すような制御方式の代表例は「倒立振子」である。し
かしながら、この場合、高速(すなわち、サンプリング
周期が極めて短い)な制御を行なわなければならず、姿
勢制御のための計算機負荷が増大してしまう。
Therefore, in view of calculation, the ZMP position of the robot must be always within the ZMP stable region, but the attitude control of the body must always be performed so as to return it to the center of the ZMP stable region. A typical example of the control method for continuously returning the ZMP position to the center is the "inverted pendulum". However, in this case, high-speed control (that is, an extremely short sampling period) must be performed, and the computer load for attitude control increases.

【0025】つまり、ZMP安定度判別規範は、ロボッ
トや路面が剛体であるという、現実には満たすことが困
難な前提条件を含む理想的な環境下での歩行の実現を目
標とした安定度判別規範に過ぎない。したがって、人間
の住環境で安定した動歩行を自律的に継続するために
は、ZMPの存在空間の安定性を考慮したロボット・シ
ステム構成方法を考案することが肝要である。
In other words, the ZMP stability criterion is a stability criterion aimed at realizing walking in an ideal environment including a prerequisite that is difficult to meet in reality, that is, the robot and the road surface are rigid bodies. It is just a norm. Therefore, in order to autonomously continue stable dynamic walking in a human living environment, it is important to devise a robot system configuration method that considers the stability of the ZMP existence space.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、いわ
ゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規範と
して用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定制御
を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボット
の制御方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excellent attitude stability control of a body during leg work while using so-called ZMP (Zero Moment Point) as a stability determination standard. It is to provide a control method for a legged mobile robot.

【0027】本発明の更なる目的は、比較的遅いサンプ
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide an excellent legged mobile robot control method capable of suitably performing attitude stability control of an airframe while using the ZMP stability criterion in a relatively slow sampling period. Especially.

【0028】本発明の更なる目的は、人間の住環境で安
定した動歩行を自律的に継続するようなZMP挙動空間
を形成することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide an excellent control method for a legged mobile robot capable of forming a ZMP behavior space that autonomously continues stable dynamic walking in a human living environment. Especially.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方
法であって、機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モ
ーメントがゼロとなるZMPの位置と機体が床面から受
ける床反力で定義されるZMP挙動空間を制御するZM
P挙動空間制御ステップを備え、前記ZMP挙動空間制
御ステップはあらかじめZMP挙動空間に所定の歪みを
与えている、ことを特徴とする脚式移動ロボットの制御
方法である。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is a control method for a legged mobile robot having two or more movable legs. The ZM that controls the ZMP behavior space defined by the ZMP position where the pitch axis moment and roll axis moment of the airframe are zero and the floor reaction force received from the floor surface by the airframe
A legged mobile robot control method comprising: a P behavior space control step, wherein the ZMP behavior space control step applies a predetermined distortion to the ZMP behavior space in advance.

【0030】[従来の技術]の欄でも既に説明したよう
にZMP安定度判別規範は、ロボットの機体及び路面が
剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用すること
ができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや路面が
剛体に限りなく近いと仮定できないので、印加される力
に対するロボットの変形量を適切に且つ比較的短いサン
プリング周期で管理しないと、ZMPが存在している空
間自体が不安定になってしまい、仮にロボットの姿勢が
ZMP安定度判別規範を満たしても、不安定なZMPを
安定させるために、ロボットの姿勢が不安定になってし
まう。
As already described in the section "Prior Art", the ZMP stability determination criterion is only a criterion that can be applied only when it can be assumed that the robot body and road surface are as close as possible to a rigid body. In other words, it cannot be assumed that the robot or the road surface is as close as possible to a rigid body, and therefore the space itself in which the ZMP exists is unstable unless the deformation amount of the robot with respect to the applied force is properly managed at a relatively short sampling period. Even if the posture of the robot satisfies the ZMP stability determination standard, the posture of the robot becomes unstable in order to stabilize the unstable ZMP.

【0031】そこで、本発明の第1の側面に係る脚式移
動ロボットの制御方法は、ZMP(Zero Moment Poin
t)を姿勢の安定度判別の規範として採用するが、ロボ
ットの機体の変形量や運動量を考慮して安定したZMP
の存在空間を持つ機体動作の制御方法を採用する。
Therefore, a method for controlling a legged mobile robot according to the first aspect of the present invention is based on a ZMP (Zero Moment Poin).
t) is adopted as a criterion for posture stability determination, but a stable ZMP is performed in consideration of the deformation amount and the momentum of the robot body.
Adopt a method of controlling the operation of the aircraft with the existence space of.

【0032】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が前記可動脚の足底接地点と路面とが形成する
支持多角形からなるZMP安定領域の中央からZMP位
置が外れるにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の
中央に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量
が生じるようにZMP挙動空間に空間歪みを与える。あ
るいは、前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前記床
反力に応じてロボットの変形量又は運動量若しくは方向
が変化するような所定の特性をZMP挙動空間に与える
ようにする。
In the ZMP behavior space control step, Z
The MP position of the airframe that is to be moved to the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region formed of the supporting polygon formed by the sole of the movable leg and the road surface. Spatial distortion is applied to the ZMP behavior space so that a deformation amount or a momentum is generated. Alternatively, in the ZMP behavior space control step, the ZMP behavior space is provided with a predetermined characteristic such that the deformation amount, the momentum, or the direction of the robot changes according to the floor reaction force.

【0033】すなわち、本発明の第1の側面に係る脚式
移動ロボットの制御方法によれば、ZMP位置の移動量
が所定の領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始
するのではなく、あらかじめロボットの姿勢が安定する
ような空間歪みを与えるようにしているので、機体の制
御機構が充分な応答速度を持たない場合であっても、外
乱などに対して高いロバスト性を得ることができる。
That is, according to the control method for a legged mobile robot according to the first aspect of the present invention, the posterior correction control is not started until the movement amount of the ZMP position exceeds a predetermined region. Since a space distortion that stabilizes the posture of the robot is given in advance, high robustness against external disturbances can be obtained even when the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed. .

【0034】ここで、前記ZMP挙動空間制御ステップ
では、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形
量又は運動量の極小点を設定するようにしてもよい。こ
のような場合、常に姿勢が安定する方向に機体の変形量
や運動量が生ずるので、姿勢安定性を保つことが容易と
なる。また、比較的低いサンプリング周期であっても、
充分な姿勢安定制御を行うことができる。
Here, in the ZMP behavior space control step, a minimum point of the deformation amount or the momentum of the airframe may be set at substantially the center of the ZMP stable region. In such a case, since the deformation amount and the momentum of the body always occur in the direction in which the posture is stable, it becomes easy to maintain the posture stability. Also, even if the sampling period is relatively low,
Sufficient posture stability control can be performed.

【0035】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量
又は運動量の極小点を設定するとともに、前記ZMP安
定領域の境界近くで機体の変形量又は運動量の極大点を
設定するようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the minimum point of the deformation amount or the momentum of the airframe is set at the approximate center of the ZMP stable region, and the deformation amount or the momentum of the airframe is set near the boundary of the ZMP stable region. You may make it set a maximum point.

【0036】このような場合、極大点に挟まれた領域で
は、ZMP位置が常にZMP安定領域の中心に向かうよ
うにロボットの機体の変形量又は運動量が生じるので、
姿勢安定性を保つことが容易となり、また、比較的低い
サンプリング周期であっても充分な姿勢安定制御を行う
ことができる。これに対し、極大点を越えた時点から
は、ZMP位置がZMP安定領域の外側に向かうような
変形量又は運動量が生じるので、ロボットは「姿勢安定
モード」から「転倒モード」に転じる。
In such a case, in the region sandwiched between the maximum points, the amount of deformation or momentum of the robot body is generated so that the ZMP position always faces the center of the ZMP stable region.
It becomes easy to maintain posture stability, and sufficient posture stability control can be performed even with a relatively low sampling cycle. On the other hand, from the time when the maximum point is exceeded, a deformation amount or a momentum that causes the ZMP position to move to the outside of the ZMP stable region occurs, so that the robot shifts from the “posture stable mode” to the “falling mode”.

【0037】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
Further, in the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis having the ZMP position outwardly of the machine body as a positive direction and the deformation amount of the robot for directing the ZMP position toward the center of the ZMP stable region or In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the deformation amount or momentum of the robot has a maximum value in the negative region with respect to the standing leg in the latter stage of single-leg support, and as the floor reaction force increases, Spatial distortion may be given to move the ZMP position having the maximum value of the deformation amount or the momentum in the positive direction.

【0038】このような場合、単脚支持後期の立脚にお
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
In such a case, in the standing stance in the latter half of the monopod support, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the Y direction. When the floor reaction force is small, ZMP
When the position moves to the inside of the machine, the standing leg bends inward, and when the ZMP position moves to the outside of the machine, the standing leg bends to the outside, but the ZMP position increases as the floor reaction force increases. Even if the stance leg moves to the outside of the machine body, the stance leg does not easily bend to the outside.

【0039】なお、ロボットの総重量を100としたと
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
When the total weight of the robot is 100, the floor reaction force is "large" when the floor reaction force is 100 or more. When the floor reaction force is about 20 to 100, the floor reaction force is The term "medium" is used, and the floor reaction force is "small" when the floor reaction force is 20 or less (the same applies hereinafter). However, these are only a guideline and may be changed depending on the robot body structure and weight. In particular, if you express qualitatively that "the floor reaction force is small", it is
It is the floor reaction force that is applied to the other leg while supporting the whole body with one leg.

【0040】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
Further, in the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis having the ZMP position in the forward direction of the machine body as a positive direction and the deformation amount of the robot for directing the ZMP position toward the center of the ZMP stable region or In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the deformation amount or the momentum of the robot has a maximum value in the vicinity of the center of the ZMP stable region in the negative region with respect to the standing leg in the latter stage of the monopod support In addition, a spatial distortion may be applied such that the change in the deformation amount or the momentum decreases as the floor reaction force increases.

【0041】このような場合、単脚支持後期の立脚にお
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
In such a case, in the standing leg in the latter half of the single-leg support, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the X direction. When the floor reaction force is small, ZMP
When the position moves to the front of the aircraft, the standing leg bends forward, and when the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the standing leg bends backward, but as the floor reaction force increases, the ZMP position changes. The stance leg is difficult to bend regardless of whether it moves forward or backward.

【0042】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持後期の立脚に対して、進行方向と直交方向
において、床反力が小さいときにはZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が生じるよう
な空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行方向
において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボッ
トの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大き
くなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から
外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向
かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is set to the ZMP position when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the standing stance in the latter stage of single-leg support.
The ZMP position becomes ZMP as it deviates from the center of the stable region.
Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes closer to the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. It is also possible to give a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the robot to move toward. When the floor reaction force is small in the traveling direction, the ZMP position is ZM
The ZMP position becomes ZM as it deviates from the center of the P stable region.
A deformation amount or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the P stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion may be applied such that a deformation amount or a momentum amount of the robot that moves toward

【0043】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには単脚支
持後期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the inside of the machine body, the standing leg in the latter stage of single-leg support bends inward, and when the ZMP position moves to the outside of the machine body, Bends outward, but as the floor reaction force increases, conversely, ZM
When the P position moves inside the machine, the standing leg bends outward, and when the ZMP position moves outside the machine, the standing leg bends inward. Further, when the floor reaction force is small, the standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft, and the standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft. Conversely, as the force increases, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the standing leg bends rearward and the ZMP
When the position moves to the rear of the body, the standing leg bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0044】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持後期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is deviated from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the trunk of the latter stage of monopod support. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the position moves away from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. It is also possible to give a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the robot that moves toward the center of the. Further, when the floor reaction force is small in the traveling direction, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. As the floor reaction force increases, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Good.

【0045】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, the trunk portion bends inward when the ZMP position moves inside the machine body, and the trunk portion moves outward when the ZMP position moves outside the machine body. However, as the floor reaction force increases, the trunk bends outward when the ZMP position moves to the inside of the airframe, and the trunk moves inward when the ZMP position moves to the outside of the airframe. It is configured to bend. Also, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the airframe, and the trunk bends backward when the ZMP position moves rearward of the airframe. As the force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the body, the trunk bends rearward, and when the ZMP position moves to the rear of the body, the trunk bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0046】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
Further, in the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis whose ZMP position is directed to the outside of the machine body is a positive direction and the deformation amount of the robot or the ZMP position is directed to the center of the ZMP stable region or In the ZMP behavior space composed of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the robot's deformation amount or momentum has a maximum value near the center of the ZMP stable region in the negative region with respect to the standing leg in the two-leg supporting period, and Alternatively, spatial distortion may be applied so that the change in the deformation amount or the momentum decreases as the floor reaction force increases.

【0047】このような場合、ZMP位置の機体外側へ
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の外側に移動したときには該立脚は外
側に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が内側又は外側のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
In such a case, the amount of bending of the standing leg decreases almost linearly with the amount of movement of the ZMP position to the outside of the body. When the floor reaction force is small, the stance leg bends inward when the ZMP position moves inside the aircraft, and
When the ZMP position moves to the outside of the aircraft, the standing leg bends outward, but as the floor reaction force increases,
The stance leg is configured to be difficult to bend regardless of whether the ZMP position moves inward or outward. In the two-leg supporting period, the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg supporting period in which one leg is used to support the two legs.

【0048】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis having the ZMP position in the forward direction of the machine body as the forward direction and the deformation amount of the robot or the ZMP position directed to the center of the ZMP stable region or In the ZMP behavior space composed of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the robot's deformation amount or momentum has a maximum value near the center of the ZMP stable region in the negative region with respect to the standing leg in the two-leg supporting period, and Alternatively, spatial distortion may be applied so that the change in the deformation amount or the momentum decreases as the floor reaction force increases.

【0049】このような場合、ZMP位置の機体前方へ
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方に移動
したときには該立脚は前方に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の後方に移動したときには該立脚は後
方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が前方又は後方のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
In such a case, the bending amount of the standing leg decreases almost linearly with the amount of movement of the ZMP position to the front of the airframe. When the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the standing leg bends forward and
When the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the standing leg bends rearward, but as the floor reaction force increases,
The stance leg is configured to be difficult to bend regardless of whether the ZMP position moves forward or backward. In the two-leg supporting period, the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg supporting period in which one leg is used to support the two legs.

【0050】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、両脚支持期の立脚に対して、進行方向と直交する方
向において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生す
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is set to Z when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the standing leg in the two-leg supporting period.
The ZMP position becomes Z as it moves away from the center of the MP stable region.
Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the MP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion may be applied such that a deformation amount or a momentum amount of the robot that moves toward Further, when the floor reaction force is small in the traveling direction, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. As the floor reaction force increases, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Good.

【0051】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには両脚支
持期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位置
が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向かっ
て曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に向
かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動し
たときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成さ
れる。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したと
きには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向か
って曲がるようになる。したがって、機体の制御機構が
充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高い
ロバスト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the inside of the machine, the standing leg in the two-leg supporting period bends inward, and when the ZMP position moves to the outside of the machine, the standing leg moves. It bends toward the outside, but as the floor reaction force increases, conversely, ZMP
The stance leg is configured to bend outward when the position is moved to the inside of the body, and the stance leg is configured to bend to the inside when the ZMP position is moved to the outside of the body. Further, when the floor reaction force is small, the standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft, and the standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft. As the force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the machine, the standing leg bends rearward, and when the ZMP position moves to the rear of the machine, the standing leg bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0052】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、両脚支持期の体幹部に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、
進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the torso during the two-leg supporting period, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the position moves away from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. It is also possible to give a spatial distortion such that a deformation amount or a momentum of the robot toward the center of the robot is generated. Also,
When the floor reaction force is small in the traveling direction, a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion may be applied such that the amount of robot deformation or the momentum such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region as the force increases.

【0053】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, the trunk portion bends inward when the ZMP position moves inside the machine body, and the trunk portion moves outward when the ZMP position moves outside the machine body. However, as the floor reaction force increases, the trunk bends outward when the ZMP position moves to the inside of the airframe, and the trunk moves inward when the ZMP position moves to the outside of the airframe. It is configured to bend. Also, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the airframe, and the trunk bends backward when the ZMP position moves rearward of the airframe. As the force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the body, the trunk bends rearward, and when the ZMP position moves to the rear of the body, the trunk bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0054】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を負方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis having a negative ZMP position toward the outside of the machine body and the amount of deformation of the robot or the ZMP position toward the center of the ZMP stable region. In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the deformation amount or the momentum of the robot has a maximum value in the negative region with respect to the standing leg in the first stage of the monopod support, and as the floor reaction force increases, Spatial distortion may be given to move the ZMP position having the maximum value of the deformation amount or the momentum in the positive direction.

【0055】このような場合、単脚支持前期の立脚にお
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
In such a case, in the standing leg in the first half of the single-leg support, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the Y direction. When the floor reaction force is small, ZMP
When the position moves to the inside of the machine, the standing leg bends inward, and when the ZMP position moves to the outside of the machine, the standing leg bends to the outside, but the ZMP position increases as the floor reaction force increases. Even if the stance leg moves to the outside of the machine body, the stance leg does not easily bend to the outside.

【0056】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
In the ZMP behavior space control step, the first coordinate axis having the ZMP position in the forward direction of the machine body as the positive direction and the deformation amount of the robot or the ZMP position directed to the center of the ZMP stable region or In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis with the momentum in the positive direction, the deformation amount or the momentum of the robot has a maximum value in the vicinity of the center of the ZMP stable region in the negative region with respect to the standing leg of the single-leg supporting period, In addition, a spatial distortion may be applied such that the change in the deformation amount or the momentum decreases as the floor reaction force increases.

【0057】このような場合、単脚支持前期の立脚にお
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
In such a case, in the standing leg in the first half of the single-leg support, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the X direction. When the floor reaction force is small, ZMP
When the position moves to the front of the aircraft, the standing leg bends forward, and when the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the standing leg bends backward, but as the floor reaction force increases, the ZMP position changes. The stance leg is difficult to bend regardless of whether it moves forward or backward.

【0058】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持前期の立脚に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときにはZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じる
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。したが
って、機体の制御機構が充分な応答速度を持たなくて
も、外乱などに対して高いロバスト性を得ることができ
る。
In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is set to Z when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the standing leg in the first stage of supporting the single leg.
The ZMP position becomes Z as it deviates from the center of the MP stable region.
Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the MP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. It is also possible to give a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the robot that moves toward the. Further, when the floor reaction force is small in the traveling direction, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. As the floor reaction force increases, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Good. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0059】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには単脚支
持前期の立脚は外側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の外側に移動したときには該立脚は内側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the outside of the machine body, the standing leg in the first leg of the single leg support bends outward, and when the ZMP position moves to the inside of the machine body, the standing leg moves. Bends inward, but as the floor reaction force increases, conversely, ZM
When the P position moves to the outside of the airframe, the standing leg bends inward, and when the ZMP position moves to the inside of the airframe, the standing leg bends outward. Further, when the floor reaction force is small, the standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft, and the standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft. Conversely, as the force increases, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the standing leg bends rearward and the ZMP
When the position moves to the rear of the body, the standing leg bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0060】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持前期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
Further, in the ZMP behavior space control step, with respect to the torso in the first leg supporting period, when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the position moves away from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. It is also possible to give a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the robot that moves toward the center of the. Further, when the floor reaction force is small in the traveling direction, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. As the floor reaction force increases, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Good.

【0061】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の外側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の内側に移動したときに
は体幹部は外側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
In such a case, when the floor reaction force is small, the trunk portion bends outward when the ZMP position moves to the outside of the machine body, and the trunk portion faces inward when the ZMP position moves to the inside of the machine body. However, as the floor reaction force increases, the trunk bends inward when the ZMP position moves to the outside of the fuselage, and the trunk moves outward when the ZMP position moves to the inside of the fuselage. It is configured to bend. Also, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the airframe, and the trunk bends backward when the ZMP position moves rearward of the airframe. As the force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the body, the trunk bends rearward, and when the ZMP position moves to the rear of the body, the trunk bends forward. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0062】また、本発明の第2の側面は、2以上の可
動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法であって、機
体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼロ
となるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で定
義されるZMP挙動空間を定義するステップと、該定義
されたZMP挙動空間の定義に基づいてZMP安定位置
を求めるステップと、該求められたZMP安定位置に基
づいて機体動作を制御するステップと、を具備すること
を特徴とする脚式移動ロボットの制御方法である。
The second aspect of the present invention is a method of controlling a legged mobile robot having two or more movable legs, wherein the ZMP position where the pitch axis moment and the roll axis moment of the machine are zero. A step of defining a ZMP behavior space defined by the floor reaction force received from the floor surface of the airframe, a step of obtaining a ZMP stable position based on the definition of the defined ZMP behavior space, and a step of determining the ZMP stable position obtained. And a step of controlling the operation of the machine body based on the control method.

【0063】本発明の第2の側面に係る脚式移動ロボッ
トの制御方法によれば、ZMPを姿勢の安定度判別の規
範として採用するが、ロボットの機体の変形量や運動量
を考慮して安定したZMPの存在空間を持つ機体動作の
制御を行うことができる。
According to the legged mobile robot control method of the second aspect of the present invention, ZMP is adopted as a criterion for determining the stability of the posture, but it is stable in consideration of the deformation amount and the momentum of the robot body. It is possible to control the operation of the airframe having the ZMP existence space.

【0064】すなわち、ZMP位置が前記可動脚の足底
接地点と路面とが形成する支持多角形からなるZMP安
定領域の中央からZMP位置が外れるにつれてZMP位
置が前記ZMP安定領域の中央に移動させようとする機
体の変形量若しくは運動量が生じるようにZMP挙動空
間に空間歪みをあらかじめ与えることができる。この結
果、機体の制御機構が充分な応答速度を持たない場合で
あっても、外乱などに対して高いロバスト性を得ること
ができる。
That is, the ZMP position is moved to the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region formed of the supporting polygon formed by the sole of the movable leg and the road surface. Spatial distortion can be given in advance to the ZMP behavior space so that the desired amount of deformation or momentum of the airframe is generated. As a result, even when the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against disturbance and the like.

【0065】また、本発明の第2の側面に係る脚式移動
ロボットの制御方法は、前記脚式移動ロボットと路面と
の接触状況に応じてZMP挙動空間の定義を変更するス
テップをさらに備えていてもよい。
The legged mobile robot control method according to the second aspect of the present invention further comprises the step of changing the definition of the ZMP behavior space according to the contact state between the legged mobile robot and the road surface. May be.

【0066】このような場合、足底が着床面から受ける
床反力が変化した場合など、路面との接触状況に応じて
ZMP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御すること
ができ、いかなる状況であっても常にZMP位置が外れ
るにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の中央に移
動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生じる
ようにして、機体の姿勢安定制御を容易な状態にするこ
とができる。
In such a case, the spatial strain applied to the ZMP behavior space can be dynamically controlled according to the contact situation with the road surface, such as when the floor reaction force received from the floor surface by the sole changes. In any situation, as the ZMP position deviates, the ZMP position is always moved to the center of the ZMP stable region so that the deformation amount or the momentum of the airframe is generated, and the attitude stability control of the aircraft is made easy. be able to.

【0067】また、前記のZMP挙動空間を定義するス
テップでは、前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
任意の時刻に前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の支持
状態に応じて前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
In the step of defining the ZMP behavior space, the maximum points and // in the ZMP behavior space are defined.
Alternatively, the minimum point may be arbitrarily designated. Also,
The maximum point in the ZMP behavior space and /
Alternatively, the minimum point may be arbitrarily designated. Also,
The maximum point in the ZMP motion space and / or
Alternatively, the minimum point may be arbitrarily designated.

【0068】このような場合、ロボットが脚式作業を行
うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安定制
御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に生成
することができる。
In such a case, when the robot performs legged work, it is possible to dynamically generate a ZMP behavior space having a spatial distortion in which stable posture control is easy according to a gait that changes from moment to moment. .

【0069】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
Further objects, features and advantages of the present invention are as follows.
It will be apparent from the embodiments of the present invention described later and the more detailed description based on the accompanying drawings.

【0070】[0070]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0071】A.ロボットの構成 図3及び図4には本発明の実施に供される「人間形」又
は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している
様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット100は、体幹部1
01と、頭部102と、左右の上肢部103と、脚式移
動を行う左右2足の下肢部104と、機体の動作を統括
的にコントロールする制御部105とで構成される。
A. Configuration of Robot FIGS. 3 and 4 show front and rear views of a "humanoid" or "humanoid" legged mobile robot 100 used in the practice of the present invention standing upright. Shows. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 includes a trunk 1
01, the head 102, the left and right upper limbs 103, the left and right lower limbs 104 that perform legged movement, and the control unit 105 that totally controls the operation of the aircraft.

【0072】左右各々の下肢104は、大腿部と、膝関
節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によ
って体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右
各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、
肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結され
ている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上
端中央に連結されている。
Each of the left and right lower limbs 104 is composed of a thigh, a knee joint, a shin, an ankle, and a foot, and they are connected by a hip joint at substantially the lowermost end of the trunk. Further, each of the left and right upper limbs is composed of an upper arm, an elbow joint, and a forearm,
The left and right lateral edges above the trunk are connected by shoulder joints. The head is connected to the center of the uppermost end of the trunk by a neck joint.

【0073】制御部105は、この脚式移動ロボット1
00を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各セ
ンサ(後述)などからの外部入力を処理するコントロー
ラ(主制御部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載
した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信
インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。ま
た、図3及び図4に示す例では、脚式移動ロボット10
0が制御部を背中に背負うような格好となっているが、
制御部の設置場所は特に限定されない。
The control unit 105 controls the legged mobile robot 1
00 is a housing in which a controller (main control unit) that controls the drive of each joint actuator that constitutes 00 and external inputs from each sensor (described later), a power supply circuit, and other peripheral devices are mounted. The control unit may also include a communication interface and a communication device for remote operation. In the example shown in FIGS. 3 and 4, the legged mobile robot 10 is used.
0 wears the control part on his back,
The installation location of the control unit is not particularly limited.

【0074】このように構成された脚式移動ロボット1
00は、制御部105による全身協調的な動作制御によ
り、2足歩行を実現することができる。かかる2足歩行
は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周
期を繰り返すことによって行われる。すなわち、
The legged mobile robot 1 configured as described above
00 can realize bipedal locomotion by whole-body coordinated motion control by the control unit 105. Such bipedal walking is generally performed by repeating a walking cycle divided into the following operation periods. That is,

【0075】(1)右脚を持ち上げた、左脚による単脚
支持期 (2)右脚が接地した両脚支持期 (3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期 (4)左脚が接地した両脚支持期
(1) Single leg support period with left leg with right leg lifted (2) Double leg support period with right leg grounded (3) Left leg with single leg support period with right leg (4) Left Both legs support period with the legs touching the ground

【0076】脚式移動ロボット100における歩行制御
は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間
において計画軌道の修正を行うことによって実現され
る。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止
して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一
定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた
脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させる
ように修正軌道を生成する。具体的な修正は、ZMPに
対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度
が連続となるように、5次多項式を用いた補間計算によ
り行う。
Walking control in the legged mobile robot 100 is realized by planning the target trajectory of the lower limb in advance and correcting the planned trajectory in each of the above periods. That is, in the two-leg support period, the correction of the lower limb trajectory is stopped, and the hip height is corrected to a constant value using the total correction amount for the planned trajectory. In the single-leg support period, a corrected trajectory is generated so that the corrected relative positional relationship between the ankle and the waist of the leg is returned to the planned trajectory. The specific correction is performed by interpolation calculation using a quintic polynomial so that the position, velocity, and acceleration are continuous in order to reduce the deviation with respect to ZMP.

【0077】図5には、この脚式移動ロボット100が
具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に
示すように、脚式移動ロボット100は、2本の腕部と
頭部1を含む上肢と、移動動作を実現する2本の脚部か
らなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成
された、複数の肢を備えた構造体である。
FIG. 5 schematically shows the joint degree of freedom structure of the legged mobile robot 100. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 connects an upper limb including two arms and a head 1, a lower limb composed of two legs for realizing a moving motion, and an upper limb and a lower limb. It is a structure having a plurality of limbs, which is composed of a trunk.

【0078】頭部1を支持する首関節は、首関節ヨー軸
2と、首関節ピッチ軸3と、首関節ロール軸4という3
自由度を有している。
The neck joint that supports the head 1 is a neck joint yaw axis 2, a neck joint pitch axis 3, and a neck joint roll axis 4.
Have a degree of freedom.

【0079】また、各腕部は、肩関節ピッチ軸8と、肩
関節ロール軸9と、上腕ヨー軸10と、肘関節ピッチ軸
11と、前腕ヨー軸12と、手首関節ピッチ軸13と、
手首関節ロール軸14と、手部15とで構成される。手
部15は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部15の動作はロボット10
0の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ないの
で、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。したがって、
各腕部は7自由度を有するとする。
Each arm has a shoulder joint pitch axis 8, a shoulder joint roll axis 9, an upper arm yaw axis 10, an elbow joint pitch axis 11, a forearm yaw axis 12, and a wrist joint pitch axis 13.
It is composed of a wrist joint roll shaft 14 and a hand portion 15. The hand portion 15 is actually a multi-joint / multi-degree-of-freedom structure including a plurality of fingers. However, the operation of the hand portion 15 is performed by the robot 10
Since 0 has little contribution to or influence on posture control or walking control, it is assumed in this specification that the degree of freedom is zero. Therefore,
Each arm has 7 degrees of freedom.

【0080】また、体幹部は、体幹ピッチ軸5と、体幹
ロール軸6と、体幹ヨー軸7という3自由度を有する。
Further, the trunk has three degrees of freedom: trunk pitch axis 5, trunk roll axis 6, and trunk yaw axis 7.

【0081】また、下肢を構成する各々の脚部は、股関
節ヨー軸16と、股関節ピッチ軸17と、股関節ロール
軸18と、膝関節ピッチ軸19と、足首関節ピッチ軸2
0と、足首関節ロール軸21と、足部22とで構成され
る。人体の足部22は実際には多関節・多自由度の足底
を含んだ構造体であるが、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100の足底はゼロ自由度とする。したがって、
各脚部は6自由度で構成される。
Further, each leg constituting the lower limbs has a hip joint yaw axis 16, a hip joint pitch axis 17, a hip joint roll axis 18, a knee joint pitch axis 19, and an ankle joint pitch axis 2.
0, an ankle joint roll shaft 21, and a foot portion 22. The foot 22 of the human body is actually a structure including a multi-joint, multi-degree-of-freedom foot, but the foot of the legged mobile robot 100 according to this embodiment has zero degrees of freedom. Therefore,
Each leg has 6 degrees of freedom.

【0082】以上を総括すれば、本実施例に係る脚式移
動ロボット100全体としては、合計で3+7×2+3
+6×2=32自由度を有することになる。但し、エン
ターティンメント向けの脚式移動ロボット100が必ず
しも32自由度に限定される訳ではない。設計・製作上
の制約条件や要求仕様などに応じて、自由度すなわち関
節数を適宜増減することができることは言うまでもな
い。
In summary, the legged mobile robot 100 according to this embodiment has a total of 3 + 7 × 2 + 3.
It will have + 6 × 2 = 32 degrees of freedom. However, the legged mobile robot 100 for entertainment is not necessarily limited to 32 degrees of freedom. It goes without saying that the degree of freedom, that is, the number of joints, can be appropriately increased or decreased in accordance with design / manufacturing constraints, required specifications, and the like.

【0083】上述したような脚式移動ロボット100が
持つ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装
される。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形
状に近似させること、2足歩行という不安定構造体に対
して姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエー
タは小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例で
は、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化して
モータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ・
アクチュエータを搭載することとした。なお、この種の
ACサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願
人に既に譲渡されている特開2000−299970号
公報(特願平11−33386号明細書)に開示されて
いる。
Each degree of freedom of the legged mobile robot 100 as described above is actually implemented by using an actuator. It is preferable that the actuator be small and lightweight in view of demands such as eliminating extra bulges in appearance and approximating the shape of a natural human body, and performing posture control for an unstable structure such as bipedal walking. . In this embodiment, a small AC servo of the type directly connected to the gear and having a servo control system integrated into a motor unit and built in a motor unit.
We decided to install an actuator. An AC servo actuator of this type is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299970 (Japanese Patent Application No. 11-33386), which has already been assigned to the present applicant.

【0084】図6には、本実施形態に係る脚式移動ロボ
ット100の制御システム構成を模式的に示している。
同図に示すように、該制御システムは、ユーザ入力など
に動的に反応して情緒判断や感情表現を司る思考制御モ
ジュール200と、関節アクチュエータの駆動などロボ
ットの全身協調運動を制御する運動制御モジュール30
0とで構成される。
FIG. 6 schematically shows the control system configuration of the legged mobile robot 100 according to this embodiment.
As shown in the figure, the control system includes a thought control module 200 that dynamically reacts to user input and controls emotional judgment and emotional expression, and motion control that controls joint whole body motion of a robot such as driving joint actuators. Module 30
It is composed of 0 and.

【0085】思考制御モジュール200は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。
The thought control module 200 is a CPU (Central Processing Unit) that executes arithmetic processing relating to emotional judgment and emotional expression.
Processing Unit) 211, RAM (Random Access M)
emory) 212, ROM (Read Only Memory) 213,
And external storage device (hard disk drive, etc.)
This is an independent drive type information processing device configured by 214 and capable of performing self-contained processing within a module.

【0086】思考制御モジュール200は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる独立した情報処理装置である。
The thought control module 200 is a CPU (Central Processing Unit) that executes arithmetic processing relating to emotional judgment and emotional expression.
Processing Unit) 211, RAM (Random Access M)
emory) 212, ROM (Read Only Memory) 213,
And external storage device (hard disk drive, etc.)
It is an independent information processing device configured by 214 and capable of performing self-contained processing within the module.

【0087】思考制御モジュール200では、画像入力
装置251から入力される視覚データや音声入力装置2
52から入力される聴覚データなど、外界からの刺激な
どに従って、脚式移動ロボット100の現在の感情や意
思を決定する。さらに、意思決定に基づいた動作(アク
ション)又は行動シーケンス(ビヘイビア)、すなわち
四肢の運動を実行するように、運動制御モジュール30
0に対して指令を発行する。
In the thought control module 200, the visual data input from the image input device 251 and the voice input device 2 are input.
The current emotions and intentions of the legged mobile robot 100 are determined according to stimuli from the outside world, such as auditory data input from 52. Furthermore, the motion control module 30 is configured to execute an action or action sequence (behavior) based on a decision, that is, a motion of a limb.
Issue a command to 0.

【0088】一方の運動制御モジュール300は、ロボ
ット100の全身協調運動を制御するCPU(Central
Processing Unit)311や、RAM(Random Access M
emory)312、ROM(Read Only Memory)313、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
314で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。外部記憶装置314には、例えば、オフラインで算
出された歩行パターンやZMP目標軌道、その他の行動
計画を蓄積することができる。
One of the motion control modules 300 is a central processing unit (CPU) that controls the whole body coordinated motion of the robot 100.
Processing Unit) 311 and RAM (Random Access M)
emory) 312, ROM (Read Only Memory) 313,
And external storage device (hard disk drive, etc.)
314 is an independent drive type information processing device capable of performing self-contained processing within a module. The external storage device 314 can store, for example, a walking pattern calculated offline, a ZMP target trajectory, and other action plans.

【0089】運動制御モジュール300には、ロボット
100の全身に分散するそれぞれの関節自由度を実現す
る各関節アクチュエータ(図5を参照のこと)、体幹部
の姿勢や傾斜を計測する姿勢センサ351、左右の足底
の離床又は着床を検出する接地確認センサ352及び3
53、バッテリなどの電源を管理する電源制御装置など
の各種の装置が、バス・インターフェース301経由で
接続されている。
The motion control module 300 includes joint actuators (see FIG. 5) that realize joint degrees of freedom dispersed in the whole body of the robot 100, a posture sensor 351 that measures the posture and inclination of the trunk. Ground contact confirmation sensors 352 and 3 for detecting the leaving or landing of the left and right soles
53, various devices such as a power supply control device for managing the power supply such as a battery are connected via the bus interface 301.

【0090】思考制御モジュール200と運動制御モジ
ュール300は、共通のプラットフォーム上で構築さ
れ、両者間はバス・インターフェース201及び301
を介して相互接続されている。
Thought control module 200 and motion control module 300 are built on a common platform, and bus interfaces 201 and 301 are provided between them.
Are interconnected via.

【0091】運動制御モジュール300では、思考制御
モジュール200から指示された行動を体現すべく、各
関節アクチュエータによる全身協調運動を制御する。す
なわち、CPU311は、思考制御モジュール200か
ら指示された行動に応じた動作パターンを外部記憶装置
314から取り出し、又は、内部的に動作パターンを生
成する。そして、CPU311は、指定された動作パタ
ーンに従って、足部運動、ZMP軌道、体幹運動、上肢
運動、腰部水平位置及び高さなどを設定するとともに、
これらの設定内容に従った動作を指示する指令値を各関
節アクチュエータに転送する。
The motion control module 300 controls the whole body coordinated motion by each joint actuator so as to embody the action instructed by the thought control module 200. That is, the CPU 311 takes out an operation pattern according to the action instructed from the thought control module 200 from the external storage device 314, or internally generates an operation pattern. Then, the CPU 311 sets the foot movement, the ZMP trajectory, the trunk movement, the upper limb movement, the waist horizontal position, the height, and the like according to the designated movement pattern, and
Command values for instructing operations according to these settings are transferred to each joint actuator.

【0092】さらに、運動制御モジュール300は、思
考制御モジュール200において決定された意思通りの
行動がどの程度発現されたか、すなわち処理の状況を、
思考制御モジュール200に返すようになっている。
Furthermore, the motion control module 300 determines how much the behavior as intended decided in the thought control module 200 is expressed, that is, the processing situation.
It is designed to be returned to the thought control module 200.

【0093】運動制御モジュール300内のCPU31
1は、姿勢センサ351の出力信号によりロボット10
0の体幹部分の姿勢や傾きを検出するとともに、各接地
確認センサ352及び353の出力信号により各可動脚
が遊脚又は立脚のいずれの状態であるかを検出すること
によって、脚式移動ロボット100の全身協調運動を適
応的に制御することができる。
CPU 31 in motion control module 300
1 indicates the robot 10 according to the output signal of the posture sensor 351.
A legged mobile robot by detecting the posture and inclination of the trunk portion of 0 and detecting whether each movable leg is a free leg or a standing leg by the output signals of the ground contact confirmation sensors 352 and 353. 100 whole body coordinated movements can be adaptively controlled.

【0094】また、CPU311は、ZMPを姿勢安定
度の判別規範に用いて機体の姿勢や動作の制御を演算処
理する。本実施形態では、CPU311は、機体のZM
P挙動空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基
づいてZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZM
P安定領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制
御するようになっている。また、路面との接触状況に応
じてZMP挙動空間を逐次再定義することにより、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
をZMP挙動空間に与えることにより、機体の姿勢安定
制御を容易な状態に維持するようになっている。ZMP
挙動空間や空間歪みの仕組みについては次項で詳解す
る。
Further, the CPU 311 uses ZMP as a discriminant criterion for posture stability to perform arithmetic processing for controlling the posture and movement of the machine body. In this embodiment, the CPU 311 is the ZM of the machine body.
P behavior space is defined, ZMP stable position is obtained based on the definition of ZMP behavior space, and ZMP position is always ZM.
The attitude and movement of the airframe are controlled so as to move toward the center of the P stable region. Further, by sequentially redefining the ZMP behavior space according to the contact state with the road surface, the ZMP position is always relocated to the center of the ZMP stable region. By giving it to the behavior space, the attitude stability control of the airframe can be maintained in an easy state. ZMP
The behavior space and the mechanism of spatial distortion will be explained in detail in the next section.

【0095】B.ロボットの姿勢制御 脚式移動ロボットの多くは、ZMP(Zero Moment Poin
t)を歩行の安定度判別の規範として採用する。
B. Robot posture control Many legged mobile robots use ZMP (Zero Moment Poin).
t) is adopted as the criterion for determining the walking stability.

【0096】B−1.ZMP挙動空間 ZMPによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重
力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行
系への反作用としての床反力、並びに床反力モーメント
とバランスするという「ダランベールの原理」に基づく
ものであり、「歩行のあらゆる瞬間において、ZMPが
足部と路面とが形成する支持多角形の内側に存在し、且
つ、ロボットが路面に押す方向の力が作用すれば、ロボ
ットが転倒(機体が回転運動)することなく安定に歩行
できる」とするものである。
B-1. The stability determination criterion based on the ZMP behavior space ZMP is that gravity and inertial force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force as a reaction from the road surface to the walking system and the floor reaction force moment. It is based on the d'Alembert's principle, and "at every moment of walking, if the ZMP exists inside the supporting polygon formed by the foot and the road surface, and if the force that the robot pushes on the road surface acts. , The robot can walk stably without tipping (rotation of the machine).

【0097】ZMPを安定度判別規範に用いたロボット
の姿勢安定度制御は、足底接地点と路面の形成する支持
多角形の内側にピッチ及びロール軸モーメントがゼロと
なる点を探索することをベースとする。ZMP安定度判
別規範に基づく2足歩行パターン生成によれば、足底着
地点をあらかじめ設定することができ、路面形状に応じ
た足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点があ
る。また、ZMPを安定度判別規範とすることは、力で
はなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味
するので、技術的に実現可能性が高まる。
The posture stability control of the robot using ZMP as the stability determination criterion is to search for a point where the pitch and roll moments are zero inside the supporting polygon formed by the foot contact point and the road surface. Use as a base. According to the bipedal walking pattern generation based on the ZMP stability determination criterion, there is an advantage that it is possible to set a foot landing point in advance and it is easy to consider a kinematic constraint condition of the toes according to a road surface shape. . Further, using ZMP as the stability determination criterion means that the trajectory is treated as the target value for motion control, not the force, so that technical feasibility is enhanced.

【0098】しかしながら、[従来の技術の欄]でも既
に説明したように、ZMP規範は、ロボットの機体及び
路面が剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用す
ることができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや
路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP安定度判別規範を
満たしても、不安定なZMP位置をとるために、ロボッ
トの姿勢が不安定になってしまう。
However, as already described in the section of "Prior Art", the ZMP standard is only a standard applicable when it can be assumed that the body and road surface of the robot are as close as possible to a rigid body. That is, when it cannot be assumed that the robot or the road surface is as close as possible to a rigid body, for example, the force acting on the ZMP (translation) by the robot moving at high speed and the impact force at the time of switching the standing point become large, and If deformation or motion occurs, unless the amount of deformation of the robot with respect to the applied force is properly managed, the space itself in which the ZMP exists becomes unstable, and the posture of the robot is temporarily changed to ZMP. Even if the stability determination criterion is satisfied, the posture of the robot becomes unstable because it takes an unstable ZMP position.

【0099】また、ZMP位置がZMP安定領域から逸
脱してはじめて補正制御をかけるという事後的制御で
は、充分な速度で応答できず、外乱などに対するロバス
ト性が高くない。
Further, the posterior control in which the correction control is applied only when the ZMP position deviates from the ZMP stable region cannot respond at a sufficient speed, and the robustness against disturbances is not high.

【0100】そこで、本実施形態では、ロボットの機体
の変形量や運動量を考慮して安定したZMP挙動空間を
持つロボット・システム構成を採用する。ZMP挙動空
間はZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義さ
れるが、本実施形態では機体が安定するような変形量や
運動量が発生するように、ZMP挙動空間に所定の歪み
があらかじめ与えるような機体の動作制御を行う。
Therefore, in this embodiment, a robot system configuration having a stable ZMP behavior space is adopted in consideration of the deformation amount and the momentum of the robot body. The ZMP behavior space is defined by the ZMP position and the floor reaction force that the aircraft receives from the floor surface. However, in the present embodiment, a predetermined distortion is generated in the ZMP behavior space so that a deformation amount and a momentum that stabilize the aircraft are generated. The operation control of the airframe is given in advance.

【0101】したがって、ZMP位置の移動量が所定の
領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始するので
はなく、ロボットの姿勢が安定するような空間歪みを与
えるようにあらかじめ機体動作を制御しているので、機
体の制御機構が充分な応答速度を持たなくても、外乱な
どに対して高いロバスト性を得ることができる。
Therefore, instead of starting the posterior correction control only after the movement amount of the ZMP position exceeds a predetermined area, the body motion is controlled in advance so as to give a spatial distortion that stabilizes the robot posture. Therefore, even if the control mechanism of the airframe does not have a sufficient response speed, it is possible to obtain high robustness against a disturbance or the like.

【0102】ここで、ロボットの変形量(若しくは運動
量)の正負は、負がZMPを安定領域の縁に移動させよ
うとする空間歪みを生じさせる方向となり、正がZMP
を安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じ
させる方向となる、という点に留意されたい。
Here, whether the deformation amount (or momentum) of the robot is positive or negative is a direction in which the negative direction causes a spatial distortion to move the ZMP to the edge of the stable region, and the positive direction is the ZMP.
It should be noted that this is the direction in which a spatial distortion that tends to move to the center of the stable region is generated.

【0103】図7には、ロボットの変形量又は運動量と
ZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の構成例を
示している。
FIG. 7 shows an example of the structure of the ZMP behavior space showing the relationship between the amount of deformation or momentum of the robot and the ZMP position.

【0104】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、放
物線又は円弧で表される非線型曲線で構成される。ま
た、図示しないが、不連続点や変曲点を含んでいてもよ
い。
In the example shown in the figure, the ZMP behavior space is composed of a non-linear curve represented by a parabola or an arc. Although not shown, it may include discontinuities or inflection points.

【0105】ZMP位置がZMP安定領域内の略中央付
近においては、ロボットに大きな変形量(若しくは運動
量)は発生しないので、そのままの状態ではロボットは
機体の姿勢安定性を失うことはない。
When the ZMP position is in the vicinity of the center of the ZMP stable region, a large amount of deformation (or momentum) does not occur in the robot, and therefore the robot does not lose the posture stability of the machine body as it is.

【0106】また、ZMP位置がZMP安定領域の中央
から離れるにつれて、ロボットの変形量(若しくは運動
量)は正方向に増大していく。これに伴って、ZMPを
安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じさ
せる作用が働くので、やはり機体の姿勢安定性を維持し
易くなる。
Further, as the ZMP position moves away from the center of the ZMP stable region, the deformation amount (or momentum) of the robot increases in the positive direction. Along with this, a function of causing a spatial distortion that tends to move the ZMP to the center of the stable region is exerted, so that it is also easy to maintain the attitude stability of the airframe.

【0107】また、図8には、ロボットの変形量又は運
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の他
の構成例を示している。
FIG. 8 shows another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【0108】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、Z
MP安定領域の略中央付近の線形直線と、その左右両端
で接続される非線型曲線とで構成され、直線と曲線の間
で不連続点を含んでいる。また、図示しないが変曲点を
含んでいてもよい。
In the example shown in the figure, the ZMP behavior space is Z
It is composed of a linear straight line near the center of the MP stable region and a non-linear curve connected at both left and right ends thereof, and includes a discontinuity between the straight line and the curve. Although not shown, an inflection point may be included.

【0109】ZMP位置がZMP安定領域の略中央付近
では、平坦すなわちロボットに大きな変形量(若しくは
運動量)は発生しないので、そのままの状態ではロボッ
トは機体の姿勢安定性を失うことはない。
When the ZMP position is near the center of the ZMP stable area, the robot is flat, that is, a large amount of deformation (or momentum) does not occur in the robot. Therefore, the robot does not lose the posture stability of the machine body as it is.

【0110】また、ZMP位置が平坦な領域を逸脱する
と、ロボットの変形量(若しくは運動量)は正方向に急
激に増大していく。これに伴って、ZMPを安定領域の
中心に移動させようとする空間歪みを生じさせる作用が
働くので、事後的な運動制御がなくても、機体の姿勢安
定性を維持し易くなる。
When the ZMP position deviates from the flat area, the deformation amount (or momentum) of the robot rapidly increases in the positive direction. Along with this, an action that causes a spatial distortion that attempts to move the ZMP to the center of the stable region is exerted, so that it becomes easy to maintain the attitude stability of the airframe without any subsequent motion control.

【0111】また、図9には、ロボットの変形量又は運
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間のさ
らに他の構成例を示している。
Further, FIG. 9 shows still another example of the ZMP behavior space showing the relation between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【0112】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、複
数の線形直線を連結して構成され、複数の不連続点を含
んでいる。
In the example shown in the figure, the ZMP behavior space is formed by connecting a plurality of linear straight lines and includes a plurality of discontinuities.

【0113】ZMP位置がZMP安定領域の略中央付近
では、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が徐々に正方向に増大する比較
的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動空間が形成される。
また、ZMP中央位置からの距離が所定値に到達した時
点で、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が急激に正方向に増大していく
比較的傾斜が急な直線でZMP挙動空間が形成されてい
る。
When the ZMP position is substantially near the center of the ZMP stable region, the deformation amount (or momentum) of the robot gradually increases in the positive direction in accordance with the distance from the ZMP center position. A space is formed.
Further, when the distance from the ZMP center position reaches a predetermined value, the amount of deformation (or momentum) of the robot rapidly increases in the positive direction in accordance with the distance from the ZMP center position. The ZMP behavior space is formed by a straight line.

【0114】図示の例では、ZMP位置がZMP安定領
域の略中央付近では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的弱い作用が働
くとともに、ZMP位置がZMP中央位置からある距離
から離れた時点では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的強い作用が働
くことになる。したがって、事後的な運動制御がなくて
も、同様に機体の姿勢安定性を維持し易くなる。
In the illustrated example, when the ZMP position is near the center of the ZMP stable region, there is a relatively weak action that causes a spatial distortion that tends to move the ZMP to the center of the stable region, and the ZMP position is at the ZMP center. At a point apart from a certain distance from the position, there is a relatively strong action that causes spatial distortion that tends to move the ZMP to the center of the stable region. Therefore, it becomes easy to maintain the attitude stability of the airframe even without the posterior motion control.

【0115】また、図10には、ロボットの変形量又は
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
Further, FIG. 10 shows still another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【0116】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、非
線型曲線で構成され、ZMP安定領域の略中央位置に極
小点を持つとともに、ZMP安定領域の境界の近くで極
大点を有している。
In the example shown in the figure, the ZMP behavior space is composed of a non-linear curve and has a local minimum point at the approximate center of the ZMP stable region and a local maximum point near the boundary of the ZMP stable region. There is.

【0117】このようなZMP挙動空間においては、Z
MP位置が左右の極大点の内側では、ZMP中央位置か
らの距離に応じてロボットの変形量(若しくは運動量)
は正方向に増大するので、機体の姿勢安定性の維持が容
易な姿勢安定モードを形成する。
In such a ZMP behavior space, Z
When the MP position is inside the left and right maxima, the amount of deformation (or momentum) of the robot depends on the distance from the ZMP center position.
Increases in the positive direction, so that the attitude stability mode in which the attitude stability of the airframe is easily maintained is formed.

【0118】他方、ZMP位置が左右の極大点の外側で
は、ロボットの変形量(若しくは運動量)は徐々に減少
していき、ZMPを安定領域の中心に移動させようとす
る空間歪みは低下していく。この結果、機体は姿勢の安
定性を失い易くなり、転倒モードを形成する。
On the other hand, when the ZMP position is outside the maximum points on the left and right, the deformation amount (or momentum) of the robot gradually decreases, and the spatial distortion for moving the ZMP to the center of the stable region decreases. Go. As a result, the aircraft tends to lose its posture stability and forms a fall mode.

【0119】また、図11には、ロボットの変形量又は
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
Further, FIG. 11 shows still another example of the ZMP behavior space showing the relationship between the ZMP position and the deformation amount or the momentum of the robot.

【0120】同図に示す例では、複数の線形直線を連結
して構成され、複数の不連続点を含んでいる。ZMP安
定領域の略中央付近では、ZMP中央位置からの距離に
応じてロボットの変形量(若しくは運動量)が徐々に負
方向に増大する比較的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動
空間が形成される。また、ZMP中央位置からの距離が
所定値に到達した時点で平坦となる。
In the example shown in the figure, a plurality of linear straight lines are connected to each other and a plurality of discontinuous points are included. Near the center of the ZMP stable region, the ZMP behavior space is formed by a straight line with a relatively gentle inclination in which the deformation amount (or momentum) of the robot gradually increases in the negative direction according to the distance from the ZMP center position. Further, it becomes flat when the distance from the ZMP center position reaches a predetermined value.

【0121】この場合のZMP挙動空間は、ZMP安定
領域内のいずれの位置においてもロボットの変形量(若
しくは運動量)が負方向にのみ作用し、ZMP位置がそ
の中央位置からある程度以上離れると、ZMPを安定領
域外に移動させようとする空間ひずみは一定量になる。
したがって、不安定ではあるが制御が比較的容易なZM
P挙動空間であると言える。
In the ZMP behavior space in this case, the deformation amount (or momentum) of the robot acts only in the negative direction at any position within the ZMP stable region, and when the ZMP position is separated from the central position by a certain amount or more, The spatial strain that tries to move the outside of the stable region becomes a constant amount.
Therefore, the ZM is unstable but relatively easy to control.
It can be said that it is a P behavior space.

【0122】B−2.ZMP挙動空間の制御 ロボットのZMP挙動空間に対して制御を行うことによ
り、ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させよう
とする機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間
歪み与えて、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持す
ることができる。この項では、2足の脚式移動ロボット
が通常の歩行動作を行う場合を例にして、各動作フェー
ズ毎のZMP挙動空間の制御方法について説明する。
B-2. Control of the ZMP behavior space By controlling the ZMP behavior space of the robot, a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the airframe to move the ZMP position to the center of the ZMP stable region is given, and Posture stability control can be maintained in an easy state. In this section, a method of controlling the ZMP behavior space for each operation phase will be described by taking as an example a case where a two-legged mobile robot performs a normal walking operation.

【0123】図12及び図13には、単脚支持期後期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
FIGS. 12 and 13 show the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and X in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period.
An example of a method of controlling the ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0124】図12に示すように、単脚支持期後期の左
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても左立脚は外側には曲がり難くなる。
As shown in FIG. 12, when the floor reaction force is small, the ZMP behavior space in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period has a negative direction, that is, a ZMP position as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the deformation or momentum of the robot occurs when the ZMP position moves toward the outside of the machine body. It gives a spatial distortion that disappears. As a result, in the left standing leg as the supporting leg, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the Y direction. When the floor reaction force is small,
The left standing leg bends inward when the ZMP position moves inside the aircraft, and the left standing leg bends outward when the ZMP position moves outside the aircraft,
As the floor reaction force increases, the left standing leg becomes difficult to bend outward even if the ZMP position moves to the outside of the aircraft.

【0125】なお、ロボットの総重量を100としたと
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
When the total weight of the robot is 100, the floor reaction force is "large" when the floor reaction force is 100 or more. When the floor reaction force is about 20 to 100, the floor reaction force is The term "medium" is used, and the floor reaction force is "small" when the floor reaction force is 20 or less (the same applies hereinafter). However, these are only a guideline and may be changed depending on the robot body structure and weight. In particular, if you express qualitatively that "the floor reaction force is small", it is
It is the floor reaction force that is applied to the other leg while supporting the whole body with one leg.

【0126】また、図13に示すように、単脚支持期後
期の左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても左立脚は曲がり難くなる。
Further, as shown in FIG. 13, the ZMP behavior space in the X direction in the left standing leg in the latter stage of the monopod support period is ZMP.
As the position deviates from the center of the ZMP stable region, the amount of robot deformation or momentum that moves in the negative direction, that is, the direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, occurs, but occurs as the floor reaction force increases. Spatial distortion is applied so that the amount of deformation or momentum that gradually decreases is gradually reduced. As a result, in the left standing leg as the supporting leg, the bending amount decreases almost linearly with the moving amount of the ZMP position in the X direction. When the floor reaction force is small,
The left standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft, and the left standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft.
As the floor reaction force increases, the left standing leg becomes difficult to bend regardless of whether the ZMP position moves forward or backward.

【0127】図14及び図15には、単脚支持期後期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
14 and 15, the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and the X direction of the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period are shown in FIGS.
An example of the control method of the ideal ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0128】図14に示すように、単脚支持期後期の左
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには左立脚は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには左立脚は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには左立脚は内側に向かって曲がるよ
うになる。
As shown in FIG. 14, the ideal ZMP behavior space in the Y direction in the left standing leg in the latter half of the single-leg support period is in the negative direction as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. ZMP position is ZMP
The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the stable region, but as the floor reaction force increases, the positive direction, that is, the ZMP position becomes the ZMP stable region, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion that causes the amount of deformation or momentum of the robot toward the center of the robot is given. As a result, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the inside of the aircraft, the left standing leg bends inward and Z
When the MP position moves outside the aircraft, the left standing leg bends outward, but as the floor reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves inside the aircraft, the left standing leg bends outward and When the ZMP position moves to the outside of the aircraft, the left standing leg bends inward.

【0129】また、図15に示すように、単脚支持期後
期の左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには左立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには左立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
Further, as shown in FIG. 15, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the left standing leg in the latter half of the single-leg support period is as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. A deformation amount or a momentum of the robot occurs in a negative direction, that is, a direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Along with this, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region in the positive direction. As a result, when the floor reaction force is small, the left standing leg bends forward when the ZMP position moves toward the front of the aircraft, and the left standing leg bends backward when the ZMP position moves toward the rear of the aircraft. Conversely, as the reaction force increases, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the left standing leg bends backward and the ZM
When the P position moves to the rear of the body, the left standing leg bends forward.

【0130】図16及び図17には、単脚支持期後期の
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
16 and 17, the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and the X direction in the trunk of the latter half of the monopod supporting period are shown.
An example of the control method of the ideal ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0131】図16に示すように、単脚支持期後期の体
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みが与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには体幹部は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには体幹部は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がるよ
うになる。
As shown in FIG. 16, the ideal ZMP behavior space in the Y direction in the trunk in the latter half of the single-leg supporting period is in the negative direction as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. ZMP position is ZMP
The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the stable region, but as the floor reaction force increases, the positive direction, that is, the ZMP position becomes the ZMP stable region, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. There is a spatial distortion that causes deformation or momentum of the robot that moves toward the center of the robot. As a result, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves inside the machine body, the trunk bends inward and Z
When the MP position moves to the outside of the aircraft, the trunk bends outward, but as the floor reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves to the inside of the aircraft, the trunk bends outward and When the ZMP position moves to the outside of the body, the trunk portion bends inward.

【0132】また、図17に示すように、単脚支持期後
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
Further, as shown in FIG. 17, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the trunk in the latter half of the monopod support period is as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. A deformation amount or a momentum of the robot occurs in a negative direction, that is, a direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Along with this, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region in the positive direction. As a result, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the aircraft, and the trunk bends backward when the ZMP position moves backward of the aircraft. As the reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the trunk bends backward and ZM
When the P position moves to the rear of the body, the trunk portion bends forward.

【0133】図18及び図19には、両脚支持期の左立
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそれぞ
れ示している。
FIGS. 18 and 19 show examples of the control method of the ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and in the X direction (traveling direction) of the left standing leg in the two-leg supporting period.

【0134】図18に示すように、両脚支持期の左立脚
におけるY方向のZMP挙動空間は、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZ
MP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
が、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変形量
若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空間歪
みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持するた
め、1本の脚で支持する単脚支持期よりZMP挙動空間
の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、ZM
P位置のY方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の曲が
り量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の内側に移動したときには左立脚は内側に向かっ
て曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動した
ときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反力が大
きくなるにつれて、ZMP位置が内側又は外側のいずれ
に移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。両脚
支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持す
る単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
As shown in FIG. 18, in the ZMP behavior space in the Y direction in the left standing leg during the two-leg supporting period, the ZMP position is ZM.
As it deviates from the center of the P stable region, the negative direction, that is, Z
A deformation amount or momentum of the robot is generated such that the MP position moves away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the deformation amount or momentum generated in the airframe gradually decreases. It gives a spatial distortion. Since it is supported by two legs in the two-leg supporting period, the ZMP behavior space has higher rigidity and less spatial distortion than the single-leg supporting period in which one leg is supporting. As a result, ZM
The amount of bending of the left standing leg decreases almost linearly with the amount of movement of the P position in the Y direction. When the floor reaction force is small, the left standing leg bends inward when the ZMP position moves inside the airframe, and the left standing leg bends outward when the ZMP position moves outside the airframe. Becomes larger, the left standing leg becomes more difficult to bend regardless of whether the ZMP position moves inward or outward. In the two-leg support period, the legs are supported by two legs, so the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg support period in which one leg is supported.

【0135】また、図19に示すように、両脚支持期の
左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向すな
わちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変
形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空
間歪みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持す
るため、1本の脚で指示する単脚支持期よりZMP挙動
空間の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、
ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
Further, as shown in FIG. 19, the ZMP behavior space in the X direction in the left standing leg during the two-leg support period is in the negative direction as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, that is, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated so as to move toward the direction of deviating, but the deformation amount or the momentum generated in the airframe is gradually reduced as the floor reaction force increases. In the two-leg support period, the ZMP behavior space has higher rigidity and less spatial distortion than in the single-leg support period in which one leg is used to support the two-leg support period. As a result,
The amount of bending of the left standing leg decreases almost linearly with the amount of movement of the ZMP position in the X direction. When the floor reaction force is small, ZMP
When the position moves to the front of the aircraft, the left standing leg bends forward, and when the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the left standing leg bends backward, but as the floor reaction force increases, the ZMP position changes. The left standing leg becomes difficult to bend regardless of whether it moves forward or backward.
In the two-leg support period, the legs are supported by two legs, so the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg support period in which one leg is supported.

【0136】図20及び図21には、両脚支持期の左立
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
FIG. 20 and FIG. 21 respectively show examples of the ideal control method of the ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and the X direction (travel direction) in the left standing leg during the two-leg supporting period. There is.

【0137】図20に示すように、両脚支持期の左立脚
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには左立脚
は内側に向かって曲がるようになる。両脚支持期では2
本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単脚支持期
に対し脚の曲がり量は小さい。
As shown in FIG. 20, when the floor reaction force is small, the ideal ZMP behavior space in the left standing leg in the two-leg support period is in the negative direction, that is, ZMP, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, conversely, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, the positive direction, that is, Spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region. Since it is supported by two legs in the two-leg supporting period, the ZMP behavior space has higher rigidity and less spatial distortion than the single-leg supporting period in which one leg is supporting. As a result, when the floor reaction force is small, Z
When the MP position moves to the inside of the aircraft, the left standing leg bends toward the inside, and when the ZMP position moves to the outside of the aircraft, the left standing leg bends toward the outside, but as the floor reaction force increases, conversely, When the ZMP position moves to the inside of the machine, the left standing leg bends outward, and when the ZMP position moves to the outside of the machine, the left standing leg bends to the inside. 2 for both legs
Since it is supported by the legs of a book, the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg support period when the legs are supported by one leg.

【0138】また、図21に示すように、両脚支持期の
左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりもZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立
脚は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は左立脚は前方に向かって曲がるようになる。両脚支持
期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単
脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
Further, as shown in FIG. 21, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the left standing leg during the two-leg support period is negative as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. That is, the ZMP position is Z
Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the MP stable region, but as the floor reaction force increases, conversely, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, the positive direction, that is, the ZMP position. Is Z
Spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot toward the center of the MP stable region is generated.
Since it is supported by two legs during the two-leg supporting period, the rigidity of the ZMP behavior space is higher than that in the single-leg supporting period in which it is supported by one leg, and the spatial distortion is small. As a result, when the floor reaction force is small, the left standing leg bends forward when the ZMP position moves toward the front of the aircraft, and the left standing leg bends backward when the ZMP position moves toward the rear of the aircraft. As the reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the left standing leg bends backward, and when the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the left standing leg bends forward. . In the two-leg support period, the legs are supported by two legs, so the amount of bending of the legs is smaller than that in the single-leg support period in which one leg is supported.

【0139】図22及び図23には、両脚支持期の体幹
部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
22 and 23 show examples of the ideal control method of the ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the advancing direction) and the X direction (direction of advancing) in the torso during both-leg support. There is.

【0140】図22に示すように、両脚支持期の体幹部
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには体幹部は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるようになる。
As shown in FIG. 22, when the floor reaction force is small, the ideal ZMP behavior space in the trunk in the trunk during the two-leg supporting period becomes negative, that is, ZMP, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, conversely, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, the positive direction, that is, Spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region. Since it is supported by two legs in the two-leg supporting period, the ZMP behavior space has higher rigidity and less spatial distortion than the single-leg supporting period in which one leg is supporting. As a result, when the floor reaction force is small, Z
When the MP position moves to the inside of the airframe, the trunk bends inward, and when the ZMP position moves to the outside of the airframe, the trunk bends to the outside, but as the floor reaction force increases, conversely, When the ZMP position moves inside the body, the trunk bends outward, and when the ZMP position moves outside the fuselage, the trunk bends inward.

【0141】また、図23に示すように、両脚支持期の
体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには体幹
部は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は体幹部は前方に向かって曲がるようになる。
Further, as shown in FIG. 23, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the torso during the two-leg support period is negative as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. That is, the ZMP position is Z
Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the MP stable region, but as the floor reaction force increases, conversely, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, the positive direction, that is, the ZMP position. Is Z
Spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot toward the center of the MP stable region is generated.
Since it is supported by two legs in the two-leg supporting period, the ZMP behavior space has higher rigidity and less spatial distortion than the single-leg supporting period in which one leg is supporting. As a result, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the aircraft, and the trunk bends backward when the ZMP position moves backward of the aircraft. As the reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the trunk bends backward, and when the ZMP position moves to the rear of the aircraft, the trunk bends forward. .

【0142】図24及び図25には、単脚支持期前期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
24 and 25, the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and the X direction of the left standing leg in the first half of the single-leg supporting period are shown.
An example of a method of controlling the ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0143】図24に示すように、単脚支持期前期の右
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても右立脚は外側には曲がり難くなる。
As shown in FIG. 24, the ZMP behavior space in the Y direction in the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period has a negative direction, that is, a ZMP position as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the deformation or momentum of the robot occurs when the ZMP position moves toward the outside of the machine body. It gives a spatial distortion that disappears. As a result, in the right standing leg as the supporting leg, the bending amount decreases almost linearly with the movement amount of the ZMP position in the Y direction. When the floor reaction force is small,
The right standing leg bends inward when the ZMP position moves inside the aircraft, and the right standing leg bends outward when the ZMP position moves outside the aircraft,
As the floor reaction force increases, even if the ZMP position moves to the outside of the machine body, the right standing leg becomes difficult to bend outward.

【0144】また、図25に示すように、単脚支持期前
期の右立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには右立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには右立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても右立脚は曲がり難くなる。
Further, as shown in FIG. 25, the ZMP behavior space in the X direction in the right standing leg in the first half of the monopod supporting period is ZMP.
As the position deviates from the center of the ZMP stable region, the amount of robot deformation or momentum that moves in the negative direction, that is, the direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, occurs, but occurs as the floor reaction force increases. Spatial distortion is applied so that the amount of deformation or momentum that gradually decreases is gradually reduced. As a result, in the right standing leg as the supporting leg, the amount of bending decreases almost linearly with the amount of movement of the ZMP position in the X direction. When the floor reaction force is small,
The right standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft, and the right standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft.
As the floor reaction force increases, the right standing leg becomes difficult to bend regardless of whether the ZMP position moves forward or backward.

【0145】図26及び図27には、単脚支持期前期の
右立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
26 and 27, in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) and X in the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period.
An example of the control method of the ideal ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0146】図26に示すように、単脚支持期前期の右
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには右立脚は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには右立脚
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるよ
うになる。
As shown in FIG. 26, the ideal ZMP behavior space in the Y direction in the right standing leg in the first half of the single-leg support period is negative in the negative direction as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. ZMP position is ZMP
The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the stable region, but as the floor reaction force increases, the positive direction, that is, the ZMP position becomes the ZMP stable region, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion that causes the amount of deformation or momentum of the robot toward the center of the robot is given. As a result, when the floor reaction force is small and the ZMP position moves to the outside of the aircraft, the right standing leg bends outward and Z
The right standing leg bends inward when the MP position moves to the inside of the aircraft, but as the floor reaction force increases, conversely, the right standing leg bends toward the inside when the ZMP position moves to the outside of the aircraft. When the ZMP position moves inside the body, the right standing leg bends outward.

【0147】また、図27に示すように、単脚支持期前
期の右立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには右立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには右立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには右立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには右立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
Further, as shown in FIG. 27, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the right standing leg in the first half of the monopod support period is as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. A deformation amount or a momentum of the robot occurs in a negative direction, that is, a direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Along with this, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region in the positive direction. As a result, when the floor reaction force is small, the right standing leg bends forward when the ZMP position moves to the front of the aircraft and the right standing leg bends backward when the ZMP position moves to the rear of the aircraft. As the reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves forward of the aircraft, the right standing leg bends backward and ZM
When the P position moves to the rear of the body, the right standing leg bends forward.

【0148】図28及び図29には、単脚支持期前期の
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
28 and 29, the Y direction (the direction orthogonal to the traveling direction) and the X direction in the trunk of the single leg supporting period are shown.
An example of the control method of the ideal ZMP behavior space in the direction (traveling direction) is shown.

【0149】図28に示すように、単脚支持期前期の体
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには体幹部は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるよ
うになる。
As shown in FIG. 28, the ideal ZMP behavior space in the Y direction in the torso during the first half of the monopod support period is negative in the negative direction as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. ZMP position is ZMP
The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the stable region, but as the floor reaction force increases, the positive direction, that is, the ZMP position becomes the ZMP stable region, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Spatial distortion that causes the amount of deformation or momentum of the robot toward the center of the robot is given. As a result, when the floor reaction force is small, when the ZMP position moves to the outside of the machine body, the trunk bends outward and Z
When the MP position moves inside the airframe, the trunk bends inward, but as the floor reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves outside the airframe, the trunk bends inward. When the ZMP position moves to the inside of the body, the trunk portion bends outward.

【0150】また、図29に示すように、単脚支持期前
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
Further, as shown in FIG. 29, the ideal ZMP behavior space in the X direction in the trunk during the first half of the monopod support period is as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small. A deformation amount or a momentum of the robot occurs in a negative direction, that is, a direction in which the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Along with this, a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region in the positive direction. As a result, when the floor reaction force is small, the trunk bends forward when the ZMP position moves forward of the aircraft, and the trunk bends backward when the ZMP position moves backward of the aircraft. As the reaction force increases, conversely, when the ZMP position moves to the front of the aircraft, the trunk bends backward and ZM
When the P position moves to the rear of the body, the trunk portion bends forward.

【0151】脚式移動ロボットが、脚式作業の過程で、
左脚による単脚支持期、左脚が接地した両脚支持期、右
脚による単脚支持期、右脚が接地した両脚支持期という
各動作フェーズを順に繰り返すことに応じて、ZMP挙
動空間の定義を逐次切り替えていくことにより、いかな
る動作フェーズにおいても、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みを形成することによ
り、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持することが
できる。
In the process of legged work, the legged mobile robot
The ZMP behavior space is defined by sequentially repeating the operation phases of the left leg single-leg supporting period, the left leg grounding both legs supporting period, the right leg single leg supporting period, and the right leg grounding both legs supporting period. By sequentially switching between the ZMP position and the ZMP position in any operation phase, a space distortion that causes a deformation amount or a momentum of the airframe that always attempts to move to the ZMP stable region is formed, and thus the attitude of the airframe is increased. The stable control can be maintained in an easy state.

【0152】C.ZMP挙動空間の制御システム 本実施形態では、運動制御モジュール300内において
ZMPを姿勢安定度の判別規範に用いて機体の姿勢や動
作の制御を演算処理する。このとき、機体のZMP挙動
空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基づいて
ZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZMP安定
領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制御す
る。また、路面との接触状況に応じてZMP挙動空間を
逐次再定義することにより、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みをZMP挙動空間に与
えることにより、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維
持することができる。
C. ZMP Behavior Space Control System In the present embodiment, the ZMP is used in the motion control module 300 as a discriminant criterion for posture stability to control the posture and motion of the body. At this time, the ZMP behavior space of the airframe is defined, the ZMP stable position is obtained based on the definition of the ZMP behavior space, and the attitude and motion of the airframe are controlled so that the ZMP position always faces the center of the ZMP stable region. . Further, by sequentially redefining the ZMP behavior space according to the contact state with the road surface, the ZMP position is always relocated to the center of the ZMP stable region. By giving it to the behavior space, the posture stability control of the airframe can be maintained in an easy state.

【0153】この項では、ZMP挙動空間の制御システ
ムの構成について詳解する。
In this section, the configuration of the control system for the ZMP behavior space will be described in detail.

【0154】図30には、ZMP挙動空間の制御システ
ム500の機能構成を模式的に示している。この制御シ
ステム500は、実際には、運動制御モジュール300
内のCPU311が所定の制御プログラムを実行すると
いう形態で実現される。
FIG. 30 schematically shows a functional configuration of the ZMP behavior space control system 500. The control system 500 is actually a motion control module 300.
The CPU 311 therein implements a predetermined control program.

【0155】同図に示すように、ZMP挙動空間の制御
システム500は、ZMP挙動空間定義部501と、安
定点計算部502とで構成される。
As shown in the figure, the ZMP behavior space control system 500 is composed of a ZMP behavior space definition unit 501 and a stable point calculation unit 502.

【0156】ZMP挙動空間定義部501は、機体の姿
勢に関する目標値と、実機の状態値を入力して、ZMP
挙動空間を定義する。定義されたZMP挙動空間には、
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
が形成されている。
The ZMP behavior space definition unit 501 inputs the target value concerning the attitude of the machine body and the state value of the actual machine, and
Define the behavior space. In the defined ZMP behavior space,
Spatial distortion is formed such that the ZMP position is moved to the center of the ZMP stable region and the amount of deformation or momentum of the airframe is generated.

【0157】目標値は、例えば計画軌道から算出される
各関節アクチュエータの回転角、角速度、角加速度など
である。また、実機の状態値は、各関節アクチュエータ
に配設されたエンコーダより出力される関節の回転角、
角速度、角加速度や、その他の機体上のセンサ入力、並
びにZMP実測値などである。
The target value is, for example, the rotation angle, angular velocity, angular acceleration, etc. of each joint actuator calculated from the planned trajectory. The state value of the actual machine is the rotation angle of the joint output from the encoder arranged in each joint actuator,
These are the angular velocity, the angular acceleration, other sensor inputs on the machine body, the ZMP actual measurement value, and the like.

【0158】ZMP挙動空間は、例えば、下式のように
定義される。
The ZMP behavior space is defined, for example, by the following equation.

【0159】[0159]

【数1】 [Equation 1]

【0160】ここで、ベクトルTは、計画軌道などから
求められる目標値である。また、行列B,C,Dは空間
変換用の行列である。
Here, the vector T is a target value obtained from a planned trajectory or the like. Further, the matrices B, C, and D are matrices for spatial conversion.

【0161】但し、上記のZMP挙動空間の定義式は、
B項で説明下ようなZMP挙動空間の概念を最も単純化
して記述したものであり、本発明の要旨はこれに限定さ
れるものではない。また、上式は、それぞれの項を線形
独立に加算して構成されるが、干渉項も考慮して計算す
ることが好ましい。
However, the definition formula of the above ZMP behavior space is
The concept of the ZMP behavior space as described in the section B is described in the simplest form, and the gist of the present invention is not limited to this. Further, although the above equation is configured by adding the respective terms linearly independently, it is preferable to calculate in consideration of the interference term.

【0162】本実施形態では、ZMP挙動空間定義部5
01は、路面との接触状況に応じて、ZMP挙動空間の
定義を動的に切り換えるようになっている。例えば、脚
式移動ロボットは脚式作業の過程で、左脚による単脚支
持期、左脚が接地した両脚支持期、右脚による単脚支持
期、右脚が接地した両脚支持期という各動作フェーズを
順に繰り返すが、各動作フェーズ毎に路面との接触状況
は劇的に変化する。したがって、ZMP挙動空間の定義
を逐次切り替えていくことにより、いかなる動作フェー
ズにおいても、常にZMP位置がZMP安定領域の中央
に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生
じるような空間歪みを形成するようにする。
In this embodiment, the ZMP behavior space definition unit 5
In 01, the definition of the ZMP behavior space is dynamically switched according to the contact state with the road surface. For example, in a legged mobile robot, in the course of legged work, there are single-leg support periods with the left leg, double-leg support periods with the left leg grounded, single-leg support periods with the right leg, and double-leg support periods with the right leg grounded. The phases are repeated in order, but the contact situation with the road surface changes dramatically for each operation phase. Therefore, by sequentially switching the definition of the ZMP behavior space, in any operation phase, a spatial distortion that always causes the deformation amount or the momentum of the airframe to move the ZMP position to the center of the ZMP stable region is formed. To do so.

【0163】安定点計算部502は、上述したZMP挙
動空間の定義式を2階微分することによって、その安定
点を求める。算出された安定点を基に各関節アクチュエ
ータに対する指令値が生成され、機体動作をサーボ制御
することができる。この結果、ZMP位置がZMP安定
領域の中央に移動させるような空間歪みが実現される。
The stable point calculation unit 502 obtains the stable point by second-order differentiating the above-described ZMP behavior space definition equation. A command value for each joint actuator is generated based on the calculated stable point, and the operation of the machine can be servo-controlled. As a result, spatial distortion is realized such that the ZMP position moves to the center of the ZMP stable region.

【0164】本実施形態によれば、運動制御モジュール
300内のCPU311が実行する制御プログラムの記
述によってロボットのZMP挙動空間を任意に定義する
ことができる。
According to this embodiment, the ZMP behavior space of the robot can be arbitrarily defined by the description of the control program executed by the CPU 311 in the motion control module 300.

【0165】例えば、ZMP挙動空間における極大点及
び/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、任意の時刻に、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の
支持状態に応じて、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
For example, the maximum point and / or the minimum point in the ZMP behavior space may be arbitrarily designated. Further, the maximum point and / or the minimum point in the ZMP behavior space may be arbitrarily designated at any time. Further, the maximum point and / or the minimum point in the ZMP behavior space may be arbitrarily designated according to the supporting state of the leg such as the latter half of the single leg support period, the both legs support period, the first leg support period.

【0166】このように、ZMP安定領域内の極大点又
は極小点を設定することによって、ロボットが脚式作業
を行うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安
定制御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に
生成することができる。
As described above, by setting the maximum point or the minimum point in the ZMP stable region, the space where the stable posture control can be easily performed according to the gait that changes from moment to moment when the robot performs legged work. A ZMP behavior space with distortion can be dynamically generated.

【0167】また、上述した本発明の各実施形態では、
ZMP位置と床反力によってZMP挙動空間を定義して
いるが、ZMP位置と床反力の他に、機体に対する外力
推進方向及びその大きさの成分をさらに加えてZMP挙
動空間の定義をすることもできる。
In each of the above-mentioned embodiments of the present invention,
The ZMP behavior space is defined by the ZMP position and the floor reaction force. However, in addition to the ZMP position and the floor reaction force, the ZMP behavior space is defined by further adding a component of the external force propulsion direction and its magnitude to the airframe. You can also

【0168】[追補]以上、特定の実施形態を参照しな
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。
[Supplement] The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiments without departing from the scope of the present invention.

【0169】本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と
称される製品には限定されない。すなわち、電気的若し
くは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用す
ることができる。
The subject matter of the present invention is not necessarily limited to products called “robots”. That is, as long as it is a mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electric or magnetic action, even if it is a product belonging to another industrial field such as a toy, the present invention is similarly applied. Can be applied.

【0170】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、
冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきであ
る。
In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents of this specification should not be construed in a limited manner. To determine the gist of the present invention,
The claims section mentioned at the beginning should be taken into consideration.

【0171】[0171]

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
いわゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規
範として用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定
制御を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボ
ットの制御方法を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention,
It is possible to provide an excellent control method for a legged mobile robot capable of suitably performing posture stability control of a body during legged work while using so-called ZMP (Zero Moment Point) as a stability determination criterion.

【0172】また、本発明によれば、比較的遅いサンプ
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, there is provided an excellent legged mobile robot control method capable of suitably carrying out posture stability control of an airframe while using the ZMP stability discrimination criterion at a relatively slow sampling period. be able to.

【0173】また、本発明によれば、人間の住環境で安
定した動歩行を自律的に継続するために、ZMP位置の
安定性を考慮した空間歪みが与えられたZMP挙動空間
を制御することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, in order to autonomously continue stable dynamic walking in a human living environment, it is possible to control a ZMP behavior space given a spatial distortion in consideration of ZMP position stability. It is possible to provide an excellent legged mobile robot control method capable of performing the above.

【0174】本発明によれば、ZMPの位置と機体が床
面から受ける床反力で定義されるZMP挙動空間を定義
して、このZMP挙動空間の定義を基にZMP安定位置
を求めて、姿勢を安定に保つ指令値を各可動部位に発行
することができる。また、路面との接触状況に応じてZ
MP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御して、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるようにして、機
体の姿勢安定制御を容易な状態にすることができる。
According to the present invention, the ZMP behavior space defined by the ZMP position and the floor reaction force received by the airframe from the floor surface is defined, and the ZMP stable position is obtained based on the definition of the ZMP behavior space. A command value for keeping the posture stable can be issued to each movable part. In addition, depending on the contact situation with the road surface, Z
Dynamically controlling the spatial distortion applied to the MP behavior space so that the ZMP position is always displaced to the center of the ZMP stable region so that the deformation amount or the momentum of the airframe is generated, and the attitude stability control of the airframe is facilitated. Can be in a state.

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

【図1】ロボットや路面が限りなく剛体に近い理想的な
モデルの場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a ZMP position and a deformation amount (or a momentum) of a robot (that is, a ZMP behavior space of the robot) in the case of an ideal model in which a robot or a road surface is as close to a rigid body as possible.

【図2】現実には剛体ではない場合におけるZMP位置
とロボットの変形量(若しくは運動量)との関係(すな
わちロボットが持つZMP挙動空間)を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a ZMP position and a deformation amount (or a momentum) of the robot (that is, a ZMP behavior space of the robot) when the robot is not actually a rigid body.

【図3】本発明の実施に供される「人間形」又は「人間
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を前
方から眺望した様子を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which a “humanoid” or “humanoid” legged mobile robot 100 used for carrying out the present invention is upright as viewed from the front.

【図4】本発明の実施に供される「人間形」又は「人間
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を後
方から眺望した様子を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a “humanoid” or “humanoid” legged mobile robot 100 used for implementing the present invention is upright and viewed from the rear.

【図5】脚式移動ロボット100が具備する関節自由度
構成を模式的に示した図である。
5 is a diagram schematically showing a joint degree-of-freedom configuration included in the legged mobile robot 100. FIG.

【図6】本発明の一実施形態に係る脚式移動ロボット1
00の制御システム構成を模式的に示した図である。
FIG. 6 is a legged mobile robot 1 according to an embodiment of the present invention.
It is the figure which showed typically the control system structure of 00.

【図7】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space showing a relationship between a deformation amount or a momentum of a robot and a ZMP position.

【図8】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間の他の構成例を示した図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【図9】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示し
た図である。
FIG. 9 is a diagram showing still another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【図10】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置と
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
FIG. 10 is a diagram showing still another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【図11】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置と
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
FIG. 11 is a diagram showing still another configuration example of the ZMP behavior space showing the relationship between the deformation amount or the momentum of the robot and the ZMP position.

【図12】単脚支持期後期の左立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period.

【図13】単脚支持期後期の左立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period.

【図14】単脚支持期後期の左立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
FIG. 14 is a diagram showing an ideal configuration example of a ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period.

【図15】単脚支持期後期の左立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
FIG. 15 is a diagram showing an ideal configuration example of a ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the left standing leg in the latter half of the single-leg supporting period.

【図16】単脚支持期後期の体幹部におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
FIG. 16 is a diagram showing an ideal configuration example of a ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the trunk of the latter half of the single-leg supporting period.

【図17】単脚支持期後期の体幹部におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
FIG. 17 is a diagram showing an ideal configuration example of a ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the trunk of the latter half of the single-leg supporting period.

【図18】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図で
ある。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the left standing leg in the two-leg supporting period.

【図19】両脚支持期の左立脚におけるX方向(進行方
向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) of the left standing leg in the two-leg supporting period.

【図20】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the left standing leg during the two-leg supporting period.

【図21】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
FIG. 21 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the left standing leg in the both-leg supporting period.

【図22】両脚支持期の体幹部におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
FIG. 22 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the torso during both legs supporting period.

【図23】両脚支持期の体幹部におけるX方向(進行方
向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
[Fig. 23] Fig. 23 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the torso during the two-leg supporting period.

【図24】単脚支持期前期の右立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period.

【図25】単脚支持期前期の右立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
FIG. 25 is a diagram showing a configuration example of a ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period.

【図26】単脚支持期前期の右立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
FIG. 26 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period.

【図27】単脚支持期前期の右立脚におけるX方向(進
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
FIG. 27 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) of the right standing leg in the first half of the single-leg supporting period.

【図28】単脚支持期前期の体幹部におけるY方向(進
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the Y direction (direction orthogonal to the traveling direction) in the trunk of the first half of the single-leg supporting period.

【図29】単脚支持期前期の体幹部におけるX方向(進
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
FIG. 29 is a diagram showing a configuration example of an ideal ZMP behavior space in the X direction (traveling direction) in the trunk of the first half of the single-leg supporting period.

【図30】ZMP挙動空間の制御システム500の機能
構成を模式的に示した図である。
FIG. 30 is a diagram schematically showing a functional configuration of a ZMP behavior space control system 500.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…頭部,2…首関節ヨー軸 3…首関節ピッチ軸,4…首関節ロール軸 5…体幹ピッチ軸,6…体幹ロール軸 7…体幹ヨー軸,8…肩関節ピッチ軸 9…肩関節ロール軸,10…上腕ヨー軸 11…肘関節ピッチ軸,12…前腕ヨー軸 13…手首関節ピッチ軸,14…手首関節ロール軸 15…手部,16…股関節ヨー軸 17…股関節ピッチ軸,18…股関節ロール軸 19…膝関節ピッチ軸,20…足首関節ピッチ軸 21…足首関節ロール軸,22…足部 100…脚式移動ロボット 200…思考制御モジュール 201…バス・インターフェース 211…CPU,212…RAM,213…ROM 214…外部記憶装置 251…画像入力装置(CCDカメラ) 252…音声入力装置(マイク) 253…音声出力装置(スピーカ) 254…通信インターフェース 300…運動制御モジュール 301…バス・インターフェース 311…CPU,312…RAM,313…ROM 314…外部記憶装置, 351…姿勢センサ 352,353…接地確認センサ 354…電源制御装置 500…ZMP挙動空間の制御システム 501…ZMP挙動空間定義部 502…安定点計算部 1 ... Head, 2 ... Neck joint yaw axis 3 ... Neck joint pitch axis, 4 ... Neck joint roll axis 5 ... Trunk pitch axis, 6 ... Trunk roll axis 7 ... Trunk yaw axis, 8 ... Shoulder joint pitch axis 9 ... Shoulder joint roll axis, 10 ... Upper arm yaw axis 11 ... Elbow joint pitch axis, 12 ... Forearm yaw axis 13 ... Wrist joint pitch axis, 14 ... Wrist joint roll axis 15 ... Hand, 16 ... Hip joint yaw axis 17 ... Hip pitch axis, 18 ... Hip roll axis 19 ... Knee joint pitch axis, 20 ... Ankle joint pitch axis 21 ... Ankle joint roll axis, 22 ... Foot 100 ... Legged mobile robot 200 ... Thought control module 201 ... Bus interface 211 ... CPU, 212 ... RAM, 213 ... ROM 214 ... External storage device 251 ... Image input device (CCD camera) 252 ... Voice input device (microphone) 253 ... Audio output device (speaker) 254 ... Communication interface 300 ... Motion control module 301 ... Bus interface 311 ... CPU, 312 ... RAM, 313 ... ROM 314 ... External storage device, 351 ... Attitude sensor 352, 353 ... Grounding confirmation sensor 354 ... Power supply control device 500 ... ZMP behavior space control system 501 ... ZMP behavior space definition unit 502 ... Stable point calculator

フロントページの続き (72)発明者 服部 裕一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山口 仁一 東京都日野市多摩平5−14−38 Fターム(参考) 3C007 AS36 CS08 WA03 WA13 WB07Continued front page    (72) Inventor Yuichi Hattori             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation (72) Inventor Jinichi Yamaguchi             5-14-38 Tamadaira, Hino City, Tokyo F-term (reference) 3C007 AS36 CS08 WA03 WA13 WB07

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボット
の制御方法であって、 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼ
ロとなるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で
定義されるZMP挙動空間を制御するZMP挙動空間制
御ステップを備え、 前記ZMP挙動空間制御ステップではあらかじめZMP
挙動空間に所定の歪み又は所定の特性を与えている、こ
とを特徴とする脚式移動ロボットの制御方法。
1. A method for controlling a legged mobile robot having two or more movable legs, comprising a ZMP position at which a pitch axis moment and a roll axis moment of the machine body are zero, and a floor reaction force received from the floor surface by the machine body. The ZMP behavior space control step for controlling the ZMP behavior space defined by
A method for controlling a legged mobile robot, wherein a predetermined distortion or a predetermined characteristic is given to a behavior space.
【請求項2】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が前記可動脚の足底接地点と路面とが形成する
支持多角形からなるZMP安定領域の中央からZMP位
置が外れるにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の
中央に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量
が生じるようにZMP挙動空間にあらかじめ歪みを与え
ている、ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロ
ボットの制御方法。
2. In the ZMP behavior space control step, Z
The MP position of the airframe that is to be moved to the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region formed of the supporting polygon formed by the sole of the movable leg and the road surface. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein the ZMP behavior space is pre-distorted so that a deformation amount or a momentum amount is generated.
【請求項3】前記所定の特性は、前記床反力に応じてロ
ボットの変形量又は運動量若しくは方向が変化する、こ
とを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制
御方法。
3. The method of controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein the predetermined characteristic is that the amount of deformation, the amount of movement, or the direction of the robot changes according to the floor reaction force.
【請求項4】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前
記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量又は運
動量の極小点を設定する、ことを特徴とする請求項2に
記載の脚式移動ロボットの制御方法。
4. The legged mobile robot according to claim 2, wherein in the ZMP behavior space control step, a minimum point of a deformation amount or a momentum of the airframe is set at substantially the center of the ZMP stable region. Control method.
【請求項5】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前
記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量又は運
動量の極小点を設定するとともに、前記ZMP安定領域
の境界近くで機体の変形量又は運動量の極大点を設定す
る、ことを特徴とする請求項2に記載の脚式移動ロボッ
トの制御方法。
5. In the ZMP behavior space control step, a minimum point of the deformation amount or momentum of the airframe is set at substantially the center of the ZMP stable region, and the deformation amount or momentum of the airframe is set near the boundary of the ZMP stable region. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 2, wherein a maximum point is set.
【請求項6】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とする第1
の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向かわ
せるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向と
する第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、単
脚支持後期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域において極大
値を持ち、且つ、床反力の増大とともに該変形量若しく
は運動量の極大値のZMP位置を正方向に移動させるよ
うな空間歪みを与える、ことを特徴とする請求項1に記
載の脚式移動ロボットの制御方法。
6. In the ZMP behavior space control step, Z
The first direction in which the MP position is the direction toward the outside of the machine body is the positive direction
In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis whose coordinate axis and the ZMP position are directed toward the center of the ZMP stable region, and the deformation amount or the momentum of the robot is the positive direction, the robot is The deformation amount or the momentum has a maximum value in the negative region, and a spatial distortion is given such that the ZMP position of the maximum value of the deformation amount or the momentum has a positive value in the positive direction as the floor reaction force increases. The control method for the legged mobile robot according to claim 1.
【請求項7】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第1
の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向かわ
せるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向と
する第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、単
脚支持後期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
7. In the ZMP behavior space control step, Z
The first direction in which the MP position is in the forward direction of the aircraft
In the ZMP behavior space consisting of the second coordinate axis whose coordinate axis and the ZMP position are directed toward the center of the ZMP stable region, and the deformation amount or the momentum of the robot is the positive direction, the robot is ZM in the negative range of deformation or momentum
Has a maximum value near the center of the P stable region, and
The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein spatial distortion is applied so that a change in the amount of deformation or a change in momentum becomes smaller as the floor reaction force increases.
【請求項8】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、単
脚支持後期の立脚に対して、 進行方向と直交方向において、床反力が小さいときには
ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて
ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向
かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
が、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
8. In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is increased as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the standing leg in the latter half of the monopod support. Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. When the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region in the traveling direction and the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region. Deformation or momentum of the robot is generated that goes away from As the floor reaction force increases, a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum of the robot such that the ZMP position moves toward the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein
【請求項9】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、単
脚支持後期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
9. In the ZMP behavior space control step, the ZMP position is deviated from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the trunk of the latter half of the monopod support. A deformation amount or a momentum amount of the robot is generated such that the position deviates from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes ZM.
The ZMP position becomes ZM as it deviates from the center of the P stable region.
When the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position is deviated from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated toward
【請求項10】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
両脚支持期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、 ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。
10. In the ZMP behavior space control step,
A ZMP consisting of a first coordinate axis whose positive direction is the direction in which the ZMP position is directed to the outside of the machine body, and a second coordinate axis whose positive direction is the amount of deformation or momentum of the robot that directs the ZMP position toward the center of the ZMP stable region. In the behavior space,
The robot's deformation amount or momentum is ZM in the negative region with respect to the stance while supporting both legs.
Has a maximum value near the center of the P stable region, and
The control method for a legged mobile robot according to claim 1, wherein spatial distortion is applied so that a change in the deformation amount or the momentum decreases as the floor reaction force increases.
【請求項11】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
両脚支持期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
11. The ZMP behavior space control step comprises:
A ZMP consisting of a first coordinate axis whose positive direction is the direction in which the ZMP position is forward of the machine body and a second coordinate axis whose positive direction is the amount of deformation or momentum of the robot that directs the ZMP position toward the center of the ZMP stable region. In the behavior space,
The robot's deformation amount or momentum is ZM in the negative region with respect to the stance while supporting both legs.
Has a maximum value near the center of the P stable region, and
The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein spatial distortion is applied so that a change in the amount of deformation or a change in momentum becomes smaller as the floor reaction force increases.
【請求項12】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
両脚支持期の立脚に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
には、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるに
つれてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方
向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えるととも
に、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
12. In the ZMP behavior space control step,
When the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the direction of travel with respect to the stance in the two-leg supporting period, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. Although the amount of deformation or momentum of the robot is generated, the ZMP position becomes Z as the floor reaction force increases.
The ZMP position becomes Z as it deviates from the center of the MP stable region.
When the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region in addition to the spatial distortion that causes the deformation amount or the momentum of the robot to move toward the center of the MP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the direction is deviated from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force becomes larger, the ZMP position becomes closer to the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The control method for a legged mobile robot according to claim 1, wherein a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum amount of the robot toward the center is generated.
【請求項13】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
両脚支持期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
には、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるに
つれてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方
向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えるととも
に、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
13. The ZMP behavior space control step comprises:
When the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the traveling direction with respect to the torso during the two-leg support period, the ZMP position moves away from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes Z.
The ZMP position becomes Z as it deviates from the center of the MP stable region.
When the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region when the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region in addition to the spatial distortion that causes the deformation amount or the momentum of the robot to move toward the center of the MP stable region. A deformation amount or a momentum of the robot is generated such that the direction is deviated from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force becomes larger, the ZMP position becomes closer to the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The control method for a legged mobile robot according to claim 1, wherein a spatial distortion that causes a deformation amount or a momentum amount of the robot toward the center is generated.
【請求項14】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の外側に向かう方向を負方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
単脚支持前期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域において極大
値を持ち、且つ、床反力の増大とともに該変形量若しく
は運動量の極大値のZMP位置を正方向に移動させるよ
うな空間歪みを与える、ことを特徴とする請求項1に記
載の脚式移動ロボットの制御方法。
14. In the ZMP behavior space control step,
A ZMP comprising a first coordinate axis whose negative direction is the direction in which the ZMP position is directed to the outside of the machine body and a second coordinate axis whose positive direction is the amount of deformation or momentum of the robot that causes the ZMP position to be directed to the center of the ZMP stable region. In the behavior space,
Monopod support The maximum amount of deformation or momentum of the robot in the negative region with respect to the standing in the previous period, and the ZMP position of the maximum amount of deformation or momentum moves in the positive direction as the floor reaction force increases. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein the spatial distortion is given.
【請求項15】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
単脚支持前期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
15. The ZMP behavior space control step comprises:
A ZMP consisting of a first coordinate axis whose positive direction is the direction in which the ZMP position is forward of the machine body and a second coordinate axis whose positive direction is the amount of deformation or momentum of the robot that directs the ZMP position toward the center of the ZMP stable region. In the behavior space,
Single-leg support When the amount of robot deformation or momentum is negative in the negative region, ZM
Has a maximum value near the center of the P stable region, and
The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein spatial distortion is applied so that a change in the amount of deformation or a change in momentum becomes smaller as the floor reaction force increases.
【請求項16】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
単脚支持前期の立脚に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
16. The ZMP behavior space control step comprises:
In the direction orthogonal to the direction of travel, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region in the direction orthogonal to the direction of travel with respect to the standing leg in the first half of the single-leg support. The amount of deformation or momentum of the robot is generated, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes ZM.
The ZMP position becomes ZM as it deviates from the center of the P stable region.
When the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position is deviated from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, wherein a spatial distortion is generated such that a deformation amount or a momentum of the robot is generated toward
【請求項17】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
単脚支持前期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、 ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。
17. The ZMP behavior space control step comprises:
When the floor reaction force is small in the direction orthogonal to the direction of movement with respect to the trunk of the first half of the single-leg support, as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region, the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. However, as the floor reaction force increases, the ZMP position changes to ZM.
The ZMP position becomes ZM as it deviates from the center of the P stable region.
When the floor reaction force is small in the direction of travel, the ZMP position is deviated from the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The amount of deformation or momentum of the robot is generated so as to move away from the center of the ZMP stable region, but as the floor reaction force increases, the ZMP position becomes the center of the ZMP stable region as the ZMP position deviates from the center of the ZMP stable region. The method for controlling a legged mobile robot according to claim 1, further comprising: applying a spatial distortion such that a deformation amount or a momentum amount of the robot is generated toward the direction.
【請求項18】2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボッ
トの制御方法であって、 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼ
ロとなるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で
定義されるZMP挙動空間を定義するステップと、 該定義されたZMP挙動空間の定義に基づいてZMP安
定位置を求めるステップと、 該求められたZMP安定位置に基づいて機体動作を制御
するステップと、を具備することを特徴とする脚式移動
ロボットの制御方法。
18. A method for controlling a legged mobile robot having two or more movable legs, comprising a ZMP position at which a pitch axis moment and a roll axis moment of the machine body are zero, and a floor reaction force received from the floor surface by the machine body. Defining a ZMP behavior space defined by, a step of obtaining a ZMP stable position based on the definition of the defined ZMP behavior space, and a step of controlling an airframe operation based on the obtained ZMP stable position. A method for controlling a legged mobile robot, comprising:
【請求項19】前記脚式移動ロボットと路面との接触状
況に応じてZMP挙動空間の定義を変更するステップを
さらに備える、ことを特徴とする請求項18に記載の脚
式移動ロボットの制御方法。
19. The control method for a legged mobile robot according to claim 18, further comprising the step of changing the definition of the ZMP behavior space in accordance with the contact situation between the legged mobile robot and a road surface. .
【請求項20】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、前記ZMP挙動空間における極大点及び/又は
極小点を任意に指定することができる、ことを特徴とす
る請求項18に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
20. The leg type according to claim 18, wherein in the step of defining the ZMP behavior space, a maximum point and / or a minimum point in the ZMP behavior space can be arbitrarily designated. Control method for mobile robot.
【請求項21】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、任意の時刻に前記ZMP挙動空間における極大
点及び/又は極小点を任意に指定することができる、こ
とを特徴とする請求項18に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。
21. The maximum point and / or the minimum point in the ZMP behavior space can be arbitrarily designated at an arbitrary time in the step of defining the ZMP behavior space. A method for controlling the described legged mobile robot.
【請求項22】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、脚の支持状態に応じて前記ZMP挙動空間にお
ける極大点及び/又は極小点を任意に指定することがで
きる、ことを特徴とする請求項18に記載の脚式移動ロ
ボットの制御方法。
22. In the step of defining the ZMP behavior space, a maximum point and / or a minimum point in the ZMP behavior space can be arbitrarily designated according to a supporting state of a leg. Item 19. A method for controlling a legged mobile robot according to item 18.
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JP2006136962A (en) * 2004-11-11 2006-06-01 Hitachi Ltd Mobile robot
JP2007296618A (en) * 2006-05-02 2007-11-15 Sony Corp Driving method, driving control device and robot

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