CN101068663B - 腿式移动机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种腿式移动机器人及其控制方法，根据本发明的机器人，从腿体的离地期的中间时刻到离地期的开始时刻，使得腿体的脚部(22)相对于地面的倾斜角(θ)渐渐接近于0，如此控制脚部(22)相对于腿体的转动动作，由此能够缓和腿体的脚底着地时的冲击的同时还可以避免该脚底的打滑或打转，从而可以稳定地行走或跑动。

Description

腿式移动机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种腿式移动机器人及其控制方法。

背景技术

众所周知，以往，提出过这样一种方案，即，为缓和在腿式移动机器人阶梯升降等时机器人受到的着地冲击，而采用使动作稳定化的技术方法(参见例如特开平5-318342号公报)。

然而，当机器人通过反复变换所有腿体从地面浮起的空中期与处于多个腿体前端的任一脚底接触于地面的着地期而进行跑动时，机器人在着地时受到的冲击特别的大。另外，由于空中期的机器人的移动速度以及横摆(yawing axis)的角速度过大等原因，机器人在着地时有可能在其脚底部位发生打滑或打转。

发明内容

本发明以提供一种能够缓和腿体着地时的冲击，并且可以避免在该腿体的脚底发生打滑或打转，从而可以稳定地进行行走或跑动的腿式移动机器人及其控制方法作为解决课题。

为解决上述课题，本发明的第1方式的腿式移动机器人，其通过驱动连结于基体的多个腿体，来一边反复转换地面反作用力作用在多个腿体中的任意一个足部上的着地期、与在所有腿体的足部上均没有地面反作用力作用的空中期，一边进行移动，其特征在于，在从空中期转变到着地期时，以从腿体的离地期的中间时刻到结束时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较高的状态渐渐变到相同高度的方式，使得预定着地的腿体的足部相对于地面的倾斜角度渐渐发生变化，并在该腿体着地时足部的触地面与地面平行，如此驱动腿体。

根据本发明的第1方式的腿式移动机器人，从腿体的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得该腿体的足部相对于地面的倾斜角度渐渐接近于0，如此控制腿体的动作。据此，由于从离地期转变到着地期之后的腿体的足部(触地面)的着地面积比较大，因此，可以使其着地时的冲击大范围地分散给脚底，从而可以缓和机器人受到的冲击。另外，因为足部(触地面)与地面间的摩擦比较大，因此，即使腿体着地之前的机器人的移动速度及横摆的角速度较大，通过该摩擦也可以防止打滑及打转。

因此，本发明的机器人能够缓和腿体的足部着地时的冲击，并且还可以避免在该足部发生打滑及打转，从而可以稳定地进行行走或跑动。

另外，本发明的第1方式的腿式移动机器人，其特征在于，在腿体离地之前，在该腿体的足部的前端部仍然着地的状态下，使得该足部的后端部从地面渐渐离开，如此驱动该腿体。

根据本发明的腿式移动机器人，以用足部的前端部(脚尖)踢地那样的形式来控制腿体的动作。据此，机器人的推进力被增强，另一方面，因为如上所述那样可以在着地时防止机器人脚底的打滑及打转，因此可以在使机器人动作稳定的同时还可以使之高速移动。

根据本发明的腿式移动机器人，从离地期的中间时刻到结束时刻，使足部从相对于地面而言的脚尖上翘的姿势转变成接近于与地面平行的姿势，这样可以将该足部(触地面)的着地面积确保在如上所述那样能防止机器人的打滑等的程度。

另外，本发明的第1方式的腿式移动机器人，其特征在于，从腿体的离地期的开始时刻到中间时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较低的状态渐渐变到相同高度，之后渐渐变成较高的状态，如此驱动该腿体。

根据本发明的腿式移动机器人，从离地期的开始时刻到中间时刻，可以使足部从相对于地面而言的脚后跟上翘的姿势转变成脚尖上翘的姿势，之后再使之接近于脚后跟上翘的姿势，然后将该足部(触地面)的着地面积确保在如上所述那样能防止机器人的打滑等的程度。

为解决上述课题，本发明的第2方式的腿式移动机器人，一种腿式移动机器人，其具有上体、以及从上体向下方延伸设置的多个腿体，并通过与相对于各腿体可以转动的脚部的离地及着地相伴随的各腿体的动作来进行移动，其特征在于，设置有：脚部倾斜角度测定机构，其测定脚部相对于地面的倾斜角度；以及脚部动作控制机构，其从腿体的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得由脚部倾斜角度测定机构所测定的该腿体的脚部相对于地面的倾斜角度从脚部的前端部比后端部远离地面的负侧的角度渐渐减少到0，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

根据本发明的第2方式的腿式移动机器人，从腿体的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得该腿体的脚部(脚底)相对于地面的倾斜角度渐渐接近于0，如此控制脚部相对于腿体的转动动作。据此，由于从离地期转变到着地期之后的腿体的脚部(脚底)的着地面积比较大，因此，可以使其着地时的冲击大范围地分散给脚底，从而可以缓和机器人受到的冲击。另外，因为脚底与地面间的摩擦比较大，因此，即使腿体着地之前的机器人的移动速度及横摆的角速度较大，通过该摩擦也可以防止打滑及打转。

因此，本发明的机器人能够缓和腿体的脚部着地时的冲击，并且还可以避免在该脚部发生打滑及打转，从而可以稳定地进行行走或跑动。

另外，本发明的第2方式的腿式移动机器人，其特征在于，脚部动作控制机构以下述的方式来控制脚部相对于腿体的转动动作，即，在将至离地期之前，在腿体仍以脚部的前端部着地的状态下，使得由脚部倾斜角度测定机构所测定的该脚部相对于地面的倾斜角度朝向该脚部的后端部比前端部远离地面的正侧增大。

根据本发明的腿式移动机器人，以用脚部的前端部(脚尖)踢地那样的形式来控制该脚部相对于腿体的转动动作。据此，机器人的推进力被增强，另一方面，因为如上所述那样可以在着地时防止机器人脚底的打滑及打转，因此可以在使机器人动作稳定的同时还可以使之高速移动。

根据本发明的腿式移动机器人，从离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使脚部从相对于地面而言的脚尖上翘的姿势转变成接近于与地面平行的姿势，这样可以将该脚底的着地面积确保在如上所述那样能防止机器人的打滑等的程度。

另外，本发明的第2方式的腿式移动机器人，其特征在于，脚部动作控制机构以下述的方式来控制脚部相对于腿体的转动动作，即，从腿体的离地期的开始时刻到着地期的开始时刻，使得由脚部倾斜角度测定机构所测定的脚部相对于地面的倾斜角度朝向正侧渐渐增大之后又渐渐减少，然后又朝向脚部的前端部比后端部远离地面的负侧渐渐增大，之后渐渐减少到0。

根据本发明的腿式移动机器人，从离地期的开始时刻到着地期的开始时刻，使脚部从相对于地面而言的脚后跟上翘的姿势转变成脚尖上翘的姿势，之后再使之接近于与地面平行的姿势，这样可以将该脚底的着地面积确保在如上所述那样能防止机器人的打滑等的程度。

此外，本发明的第2方式的腿式移动机器人，其特征在于，伴随着所有腿体离地的空中期而进行移动。

根据本发明的腿式移动机器人，腿体从空中期着地时，虽然与其他腿体处于着地的状态下而该腿体进行着地的情形相比，该腿体的着地冲击比较大，但是，通过如前所述那样较大地确保着地面积，可以减轻着地时的冲击。

为了解决上述课题，本发明的第1方式的控制方法，其是用于控制下述的腿式移动机器人的方法，该腿式移动机器人通过驱动连结于基体的多个腿体，来一边反复转换地面反作用力作用在多个腿体中的任意一个足部上的着地期、与在所有腿体的足部上均没有地面反作用力作用的空中期，一边进行移动，所述控制方法的特征在于，在从空中期转变到着地期时，以从腿体的离地期的中间时刻到结束时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较高的状态渐渐变到相同高度的方式，使得预定着地的腿体的足部相对于地面的倾斜角度渐渐发生变化，并在该腿体着地时足部的触地面与地面平行，如此控制所述机器人的腿体的动作。

根据本发明的第1方式的控制方法，能够缓和腿体的足部着地时的冲击，并且还可以避免在该足部发生打滑及打转，从而可以稳定地进行行走或跑动，如此控制机器人。

另外，本发明的第1方式的控制方法，其特征在于，在腿体离地之前，在该腿体的足部的前端部仍然着地的状态下，使得该足部的后端部从地面渐渐离开，如此控制所述机器人的腿体的动作。

另外，本发明的第1方式的控制方法，其特征在于，从腿体的离地期的开始时刻到中间时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较低的状态渐渐变到相同高度，之后渐渐变成较高的状态，如此控制所述机器人的腿体的动作。

为了解决上述课题，本发明的第2方式的控制方法，其是用于控制下述的腿式移动机器人的方法，即，该腿式移动机器人具有上体、以及从上体向下方延伸设置的多个腿体，并通过与相对于各腿体可以转动的脚部的离地及着地相伴随的各腿体的动作来进行移动，所述控制方法的特征在于，包括下述的脚部倾斜角度测定步骤和脚部动作控制步骤，所述脚部倾斜角度测定步骤为：测定脚部相对于地面的倾斜角度；所述脚部动作控制步骤为：从腿体的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的该腿体的脚部相对于地面的倾斜角度从脚部的前端部比后端部远离地面的负侧的角度渐渐减少到0，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

根据本发明的第2方式的控制方法，能够缓和腿体的足部着地时的冲击，并且还可以避免在该足部发生打滑及打转，从而可以稳定地进行行走或跑动，如此控制机器人。

另外，本发明的第2方式的控制方法，其特征在于，在所述脚部动作控制步骤中，在将至离地期之前，在腿体仍以脚部的前端部着地的状态下，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的该脚部相对于地面的倾斜角度朝向该脚部的后端部比前端部远离地面的正侧增大，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

另外，本发明的第2方式的控制方法，其特征在于，在所述脚部动作控制步骤中，从腿体的离地期的开始时刻到着地期的开始时刻，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的脚部相对于地面的倾斜角度朝向正侧渐渐增大之后又渐渐减少，然后又朝向脚部的前端部比后端部远离地面的负侧渐渐增大，之后渐渐减少到0，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

此外，本发明的第2方式的控制方法，其特征在于，使得伴随着所有腿体离地的空中期而进行移动，如此控制所述机器人的腿体的动作。

图1是表示作为本发明的实施方式中的腿式移动机器人的双脚移动机器人的整体构成的概略图。

图2是表示图1机器人的各腿体的脚部部分的构成的侧视图。

附图说明

图3是表示图1机器人所具备的控制单元的构成的框图。

图4是表示图3中控制单元的功能的构成的框图。

图5是例示图1的机器人的跑动步态的说明图。

图6是机器人跑动时的脚部位置姿势轨道的说明图。

图7是脚底与地面间的距离d的说明图。

图8是脚底与地面所成的角度θ的说明图。

图9是表示目标地面反作用力铅直成分的设定例的线图。

图10是表示目标ZMP的设定例的线图。

图11是表示图3中控制单元所具备的步态生成装置的主程序处理的流程图。

图12是表示图11流程图的子程序处理的流程图。

图13是表示固定步态的地面反作用力水平成分容许范围的设定例的线图。

图14是表示图11流程图的子程序处理的流程图。

图15是表示此次步态的地面反作用力水平成分容许范围的设定例的线图。

图16是表示行走步态的目标地面反作用力铅直成分的设定例的线图。

图17是例示行走步态的目标地面反作用力铅直成分的设定处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的腿式移动机器人及其控制程序的实施方式。

图1所示的双脚移动机器人(以下称机器人)1，具有：从上体24向下方延伸设置的左右一对腿体(腿部链接)2、2。两腿体2、2为同一结构，分别具有6个关节。其6个关节从上体24一侧依次由：胯部(腰部)旋转(转动)用(相对于上体24的横摆方向上转动用)的关节10R、10L(符号R、L分别表示与右侧腿体、左侧腿体相对应的意思；以下相同)、胯部(腰部)的左右(roll)方向(绕X轴)上转动用的关节12R、12L、胯部(腰部)的前后(pitch)方向(绕Y轴)上转动用的关节14R、14L、膝盖部的前后方向上转动用的关节16R、16L、脚踝部的前后方向上转动用的关节18R、18L、脚踝部的左右方向上转动用的关节20R、20L构成。

在各腿体2的脚踝部的2个关节18R(L)、20R(L)下部，安装有构成各腿体2的下端部的脚部(足部)22R(L)，并且在两腿体2、2的最上部位，经各腿体2的胯部的3个关节10R(L)、12R(L)、14R(L)而安装有所述基体(上体)24。在上体24内部，收装有详细将在后面说明的控制单元26等。另外，为了便于图示，在图1中，将控制单元26绘制在上体24的外部。

控制单元26，是由作为硬件的CPU、ROM、RAM、信号输入电路、信号输出电路等、和作为将机器人1的动作控制功能提供给该硬件的软件的本发明的‘控制程序’来构成。

在所述构成的各腿体2中，胯关节(或腰关节)由关节10R(L)、12R(L)、14R(L)构成，膝关节由关节16R(L)构成，脚关节(踝关节)由关节18R(L)、20R(L)构成。另外，胯关节与膝关节通过大腿链接28R(L)连结，膝关节与脚关节通过小腿链接30R(L)连结。

另外，虽省略图示，但在上体24的上部的两侧部安装有左右一对臂体，并且在上体24的上端部还配置有头部。因为这些臂体及头部与本发明的要点没有直接关联，故而省略详细说明，但通过各臂体所具备的多个关节，可以使该臂体相对于上体24进行前后摆动等运动。

根据各腿体2的上述构成，各腿体2的脚部(相当于本发明中的‘足部’)22R(L)相对于上体24而被赋予6个自由度。而且，在机器人1移动时，通过以适当角度来驱动两腿体2、2合在一起为6*2＝12个(在本说明书中，该‘*’在针对标量(scalar)的运算中是表示乘法运算，而在针对矢量的运算中则表示外积)的关节，可以使两脚部22R、22L进行所希望的运动。这样，该机器人1可以任意地进行三维空间的移动。

另外，在该说明书中将于后面说明的上体24的位置及速度是表示上体24的规定位置及其移动速度，该规定位置具体是指上体24的预先设定的代表点(例如左右胯关节之间的中央点等)的位置。同样，各脚部22R、22L的位置及速度是表示各脚部22R、22L的预先设定的代表点的位置、及其移动速度。这种场合，在本实施方式中，各脚部22R、22L的代表点被设定在例如各脚部22R、22L的底面上(再具体而言，是指从各腿体2的踝关节中心到各脚部22R、22L的底面的垂线与该底面相交的点等)。

如图1所示，在各腿体2的踝关节18R(L)、20R(L)下方，并在与脚部22R(L)之间，安装有公知的6轴力传感器34。该6轴力传感器34用于检测各腿体2的脚部22R(L)有无着地、以及作用于各腿体2上的地面反作用力(触地负荷)等的情况，并将该地面反作用力的平移力的3方向成分Fx、Fy、Fz、以及力矩的3方向成分Mx、My、Mz的检测信号输出给控制单元26。另外，上体24上设置有：用于检测上体24相对于Z轴(铅直方向(重力方向))的倾斜度(姿势角)及其角速度的倾斜传感器36，其检测信号从该倾斜传感器36被输出给控制单元26。另外，虽省略了详细构造的图示，但在机器人1的各关节设置有：用于对其驱动的电动机32(参照图3)、以及用于检测其电动机32的转动量(各关节的转动角)的编码器(旋转编码器)33(参照图3)，该编码器33的检测信号从该编码器33被输出给控制单元26。

如图2所示，在各脚部22R(L)的上方，并在与所述6轴力传感器34之间，装备有弹簧机构38，并且在脚底(各脚部22R(L)的底面)粘贴有由橡胶等构成的脚底弹性体40。通过这些弹簧机构38及脚底弹性体40构成柔软机构42。具体而言，弹簧机构38是由安装在脚部22R(L)的上面部的方形状的导向部件(未图示)、和安装在踝关节18R(L)(图2中省略了踝关节20R(L))及6轴力传感器34一侧并且经弹性件(橡胶或弹簧)而微动自如地被收装在所述导向部件内的活塞状部件(未图示)构成。

图2中实线所示的脚部22R(L)是表示没有受到地面反作用力时的状态。一旦各腿体2受到地面反作用力，柔软机构42的弹簧机构38与脚底弹性体40则变弯曲，脚部22R(L)转变到图中虚线所例示出的位置姿势。该柔软机构42的构造不仅是为了缓和着地冲击，在提高机器人1的控制性方面也起到重要作用。另外，因为其详细已记载在本申请人在先提出的特开平5-305584号公报中，故省略详细的说明。

此外，图1中虽省略了图示，但在机器人1的外部按如下所述的方式来设置操纵该机器人1用的操纵杆(joy-stick)(操作器)44(参照图3)，即，通过操作该操纵杆44，根据需要将使前进移动中的机器人1旋转等的对机器人1步态的要求输入给控制单元26。这种场合，所能输入的要求为：例如机器人1移动时的步态方式(行走、跑动等)、游离腿的着地位置姿势或着地时刻、或者规定这些着地位置姿势或着地时刻的指令数据(例如机器人1的移动方向、移动速度等)。

图3是表示控制单元26构成的框图。该控制单元26由微机构成，其具有：由CPU构成的第1运算装置60及第2运算装置62、A/D转换器50、计数器56、D/A转换器66、RAM54、ROM64、以及进行这些装置器件间的数据收发的母线52。在该控制单元26中，所述各腿体2的6轴力传感器34、倾斜传感器36、操纵杆44等的输出信号通过A/D转换器50被转换成数字值之后，经母线52而被输入给RAM54。另外，机器人1的各关节的编码器33(旋转编码器)的输出经计数器56被输入给RAM54。

所述第1运算装置60，如后面所述在生成目标步态的同时还计算出关节角变位指令(各关节的变位角或各电动机32的转动角的指令值)，并发送给RAM54。另外，第2运算装置62，从RAM54读出关节角变位指令、和依据所述编码器33的输出信号而检测出的关节角的实际测量值，计算出驱动各关节所必要的操作量，并经D/A转换器66和伺服放大器32a输出给驱动各关节的电动机32。

图4是在整体上表示本实施方式中的机器人1的步态生成装置及控制装置的功能性构成的框图。该图4中的‘实际机器人’部分以外的部分，是通过由控制单元26执行的处理功能(主要是第1运算装置60及第2运算装置62的功能)来构成的。另外，在以下的说明中，无需特别区分腿体2的左右时，则省略所述符号R、L。

如下所述，控制单元26具有：自如且实时地生成后面所述的目标步态并予以输出的步态生成装置100。该步态生成装置100，是通过其功能来构成本申请发明的各机构的步态生成装置。该步态生成装置100所输出的目标步态是由目标上体位置姿势轨道(上体24的目标位置及目标姿势的轨道)、目标脚部位置姿势轨道(各脚部22的目标位置及目标姿势的轨道)、目标手臂姿势轨道(各臂体的目标姿势的轨道)、目标总地面反作用力中心点(目标ZMP)轨道、以及目标总地面反作用力轨道构成。另外，在除了腿体2和臂体以外，还具有相对于上体24可活动的部位的场合下，可以将其可活动部位的目标位置姿势轨道加到目标步态中。

在此，所述步态的‘轨道’是表示时间性变化的模式(时序模式)，在以下的说明中，也有代替‘轨道’称作‘模式’的。另外，‘姿势’是表示空间性的朝向。具体而言，例如上体姿势是通过上体24相对于Z轴(铅直轴)在左右方向(绕X轴)上的倾斜角(姿势角)和上体24在前后方向(绕Y轴)上的倾斜角(姿势角)来表示的，脚部姿势是通过固定设定在各脚部22上的2轴的空间性的方位角来表示的。在本说明书中，上体姿势有时也称作上体姿势角。

另外，在以下说明中，在不可能产生误解的情况下，常常省略‘目标’。另外，将步态中的与地面反作用力有关的构成要素以外的构成要素即脚部位置姿势、上体位置姿势等与机器人1运动有关的步态统称作‘运动’。另外，将作用于各脚部22的地面反作用力(由平移力及力矩构成的地面反作用力)称作‘各脚部地面反作用力’，将关于机器人1所有(2个)脚部22R、22L的‘各脚部地面反作用力’的合力称作‘总地面反作用力’。但在以下的说明中，因为几乎没有提到各脚部地面反作用力，所以如果不是事先特别说明，‘地面反作用力’与‘总地面反作用力’按相同意思对待。

目标地面反作用力一般情况是通过作用点和作用于其点上的平移力及力矩来表示。由于作用点在哪里都可以，所以即使是同一目标地面反作用力，也能有无数种表示，但是，特别需要指出的是，若将目标地面反作用力中心点(总地面反作用力的中心点的目标位置)作为作用点，来表示目标地面反作用力的话，则目标地面反作用力的力矩成分除了铅直成分(绕铅直轴(Z轴)的力矩)外为零。换句话说，围绕目标地面反作用力中心点的目标地面反作用力的力矩的水平成分(围绕水平轴(X轴及Y轴)的力矩)为零。

另外，在满足动力学平衡条件的步态中，由于根据机器人1的目标运动轨道计算出的ZMP(是下述的力矩除了铅直成分以外为零的点，该力矩是指根据目标运动轨道计算出的惯性力和重力的合力围绕其点而作用的力矩)和目标地面反作用力中心点相一致，因此替换目标地面反作用力中心点轨道而提供目标ZMP轨道可以说是相同的(详细参见由本案申请人提出的特愿2000-352011号公报等)。

在这种背景下，在所述特愿2000-352011号的说明书中对目标步态定义如下。

a)广义的目标步态是指1步乃至多步的期间的目标运动轨道和其目标地面反作用力轨道的一组。

b)狭义的目标步态是指1步期间的目标运动轨道和其ZMP轨道的一组。

c)一系列的步态是指几个步态连接起来的情形。

在行走中，若根据本申请人在先于特开平10-86080号公报中提出的上体高度确定方法，来确定机器人1的上体24的铅直位置(上体高度)，则平移地面反作用力的铅直成分随之被确定。此外，按照由目标步态的运动而产生的惯性力和重力的合力围绕目标ZMP而产生的力矩的水平成分为零的方式来确定机器人1的上体水平位置轨道，由此平移地面反作用力的水平成分也被确定。由此，在特愿2000-352011号的说明书中，关于目标步态的地面反作用力，作为应该明确设定的物理量，只要有目标ZMP就足够了。因此，作为狭义的目标步态的定义，是所述的b)就足够了。对此，在本实施方式中所说明的机器人1的跑动步态(详细在后面说明)中，地面反作用力铅直成分(平移地面反作用力铅直成分)在控制方面也比较重要。由此，在本发明中，在明确设定了该地面反作用力铅直成分的目标轨道的基础上，确定机器人1的目标上体铅直位置等轨道。因此，在本说明书中，作为狭义的目标步态的定义而使用下面的b′)。

b′)狭义的目标步态是指1步期间的目标运动轨道、其目标ZMP轨道、和目标平移地面反作用力铅直成分轨道的一组。

在本说明书中，以后，为了容易理解，如果不是事先特别说明，目标步态使用上述b′)的狭义的目标步态的意思。这种场合，目标步态的‘1步’是机器人1的一侧腿体2着地之后到另一侧腿体2着地为止的意思。另外，在以下的说明中，‘地面反作用力铅直成分’是‘平移地面反作用力铅直成分’的意思，地面反作用力中的力矩的铅直成分(围绕铅直轴的成分)使用了‘力矩’这一用语，是为了与‘地面反作用力铅直成分’区别开。同样，‘地面反作用力水平成分’是‘平移地面反作用力水平成分’的意思。

另外，步态中的两腿支撑期当然不用说了，是指机器人1以两腿体2、2支撑其自重的期间，单腿支撑期是指只以任意一侧腿体2支撑机器人1自重的期间，空中期是指两腿体2、2离开了地面(浮在空中)的期间。在单腿支撑期，没有支撑机器人1自重的一侧腿体2称作‘游离腿’。另外，在本实施方式所说明的跑动步态中，没有两腿支撑期，而是反复交替进行单腿支撑期(着地期)和空中期。这种场合，在空中期，两腿2、2均不支撑机器人1自重，不过，在该空中期之前的单腿支撑期，作为游离腿的腿体2、作为支撑腿的腿体2即使在该空中期也分别称作游离腿、支撑腿。

以图5所示的跑动步态为例，说明步态生成装置100所生成的目标步态的概要。另外，关于步态的其他定义及详细，因为已在由本案申请人在先申请并记载在特开平10-86081号公报中，因此，下面以在特开平10-86081号公报中没有记载的内容为主进行说明。

首先，说明图5所示的跑动步态。该跑动步态是与人的通常跑动步态同样的步态。在该跑动步态中，反复交替进行单腿支撑期、与两腿体2、2均浮在空中的空中期，其中，单腿支撑期是指只有机器人1左右腿体之中任意一侧腿体2(支撑腿)的脚部22处于着地(触地)的支撑期。

该跑动步态是按下述时间顺序而变化的步态，即，如图5(a)所示，处在左腿体2L后方的右腿体2R被移到前方，且左腿体2L的脚部22L几乎是以其底面的整个面来着地的单腿支撑期的中间时刻(t＝t1)；如图5(b)所示，处在左腿体2L前方的右腿体2R被移到前方，且左腿体2L的脚部22L一边着地一边又以其后端侧上升的方式进行倾斜移动的单腿支撑期的结束时刻(～下一空中期的开始时刻)(t＝t2)；如图5(c)所示，右腿体2R处于左腿体2L的前方、且两腿体处于离开地面的空中期(t＝t3)；如图5(d)所示，右腿体2R的脚部22R几乎是以其底面的整个面来着地的单腿支撑期的开始时刻(～前一空中期的结束时刻)(t＝t4)；如图5(e)所示，处在右腿体2R前方的左腿体2L被移到前方，且右腿体2R的脚部22R一边着地一边又以其后端侧上升的方式进行倾斜移动的单腿支撑期的结束时刻(～下一空中期的开始时刻)(t＝t5)；如图5(f)所示，左腿体2L处于右腿体2R的前方，且两腿体处于离开地面的空中期(t＝t6)；以及如图5(g)所示，左腿体2L的脚部几乎是以其底面的整个面来着地的单腿支撑期的开始时刻(～前一空中期的结束时刻)(t＝t7)。

将图5中的跑动步态考虑进去，来说明所述步态生成装置100所生成的目标步态的基本概要。详细将在后面说明，在步态生成装置100生成目标步态时，游离腿侧的脚部22的着地位置姿势(预定着地位置姿势)和着地时刻(预定着地时刻)等目标步态生成用的基本要求值(要求参数)，是根据所述操纵杆44的所需的操作等而被供给步态生成装置100。而且，步态生成装置100使用其要求参数来生成目标步态。若进一步具体而言，步态生成装置100，根据所述要求参数来确定参数(称作步态参数)，而该步态参数是用于规定目标步态的目标脚部位置姿势轨道、目标地面反作用力铅直成分轨道等目标步态的一部分构成要素的，之后，使用该步态参数来依次确定目标步态的瞬时值，从而生成该目标步态的时序模式。

这种场合，目标脚部位置姿势轨道(进一步具体而言是指脚部的位置及姿势的空间上的各成分(X轴成分等)的目标轨道)，是使用例如在特许第3233450号中由本申请人提出的有限时间整定滤波器，针对每一脚部22来生成的。该有限时间整定滤波器是将可变时间常数的1次延迟滤波器即以1/(1+τs)形式来表示传递函数的滤波器(τ为可变的时间常数。以下称该滤波器为单位滤波器)进行多段(本实施方式为3段以上)串联连接而成的滤波器，它可以生成并输出在所希望的指定时刻达到指定值的轨道。这种场合，各段的单位滤波器的时间常数τ，是在都开始进行了有限时间整定滤波器的输出生成之后，根据到上述指定时刻的剩余时间，来依次可变地设定的。进一步具体而言，按下述方式来设定τ，即，伴随该剩余时间的缩短，τ的值从规定的初始值(＞0)减少下去，最终在该剩余时间为0的指定时刻，τ的值变成0。而且，与所述指定值(进一步具体而言，从有限时间整定滤波器的输出的初始值朝向所述指定值的变化量)对应的高度的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器。这种有限时间整定滤波器不仅仅生成在指定时刻到达指定值之类的输出，还可以使指定时刻的有限时间整定滤波器的输出的变化速度为0或者几乎为0。特别是在连接了3段以上(也可以是3段)单位滤波器时，也可以使有限时间整定滤波器的输出的变化加速度(变化速度的微分值)为0或者几乎为0。

使用这种有限时间整定滤波器的脚部位置姿势轨道(从脚部22着地之后到下次着地为止的位置姿势轨道)的生成例如可按下述进行。例如，X轴方向(前后方向)上的目标脚部位置轨道如下所述地生成。即，根据由所述要求参数确定的各脚部22的下一次预定着地位置的X轴方向位置(进一步具体而言，下一次预定着地位置之一相对于前一着地位置的X轴方向上的变化量(移动量)。其相当于所述指定值)，来确定供给有限时间整定滤波器的阶跃输入的高度，并且在所述时间常数τ被初始化成规定的初始值之后，所确定的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器，开始生成脚部22的X轴方向位置的轨道。而且，在该轨道生成时，以到脚部22的预定着地时刻(其相当于所述指定时刻)之前从初始值减少到0的方式而依次可变地设定所述时间常数τ。据此，生成如在预定着地时刻到达预定着地位置之类的脚部22在X轴方向上的位置的轨道。

另外，Z轴方向(铅直方向)上的目标脚部位置轨道例如如下所述地生成。即，首先，根据脚部22的下一次预定着地位置及预定着地时刻来确定：该脚部22的高度(铅直位置)为最大时的该脚部22的Z轴方向位置(以下，称作最高点位置)、以及到达其最高点位置的到达时刻。而且，根据其最高点位置(其相当于所述指定值)，来确定供给有限时间整定滤波器的阶跃输入的高度，并且在时间常数τ被初始化之后，其所确定的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器，依次生成到达所述最高点位置的Z轴方向上的脚部位置轨道。此时，时间常数τ是以在到达最高点位置的到达时刻(相当于所述指定时刻)之前从初始值减少到0的方式而被依次可变地设定的。此外，如果到达最高点位置的Z轴方向位置的轨道的生成结束，则对时间常数τ进行初始化，并且将至此为止的阶跃输入和逆极性的阶跃输入(进一步具体而言，与从最高点位置到下一次预定着地位置的Z轴方向上的变化量(其相当于所述指定值)相对应的高度的逆极性的阶跃输入)输入给有限时间整定滤波器，来依次生成从该最高点位置到预定着地位置的Z轴方向上的脚部位置的轨道。此时，时间常数τ是以在到达脚部22的预定着地时刻之前而从初始值减少到0的方式被依次可变地设定的。

据此，如图5的跑动步态中的左腿体2L的脚底与地面的距离d按图6及图7所示那样变化地，来生成Z轴方向(铅直方向)上的目标脚部位置轨道。

另外，在Z轴方向上的脚部位置轨道的生成中，可以从轨道生成开始时刻到脚部22的预定着地时刻，以从初始值持续减少到0的方式可变地设定时间常数τ，并且在到达最高点位置的到达时刻或其附近时刻，通过将阶跃输入的极性转换成逆极性，生成Z轴方向上的脚部位置轨道。这种场合，虽然不能使脚部22高精度地到达所希望的最高点位置，但是，对于在预定着地时刻到达预定着地位置这一点则不会有什么问题。

即使是脚部姿势轨道，也可以与上述的脚部位置轨道同样地使用有限时间整定滤波器来生成。这种场合，关于脚部姿势的空间性的各成分之中的其姿势角度变化为单调性(单调递增或单调递减)的成分，只要能与上述的X轴方向上的脚部位置轨道的生成相同地来生成脚部姿势轨道即可。另外，关于姿势角度变化具有极大值或极小值之类的成分，只要能与上述的Z轴方向上的脚部位置轨道的生成同样地来生成脚部姿势轨道即可。

据此，如从图5的跑动步态中的左脚部22L的横侧看到的姿势按图6及图8所示那样变化地，来生成Z轴方向上的脚部姿势轨道。具体而言，从相对于地面而言离地期中的脚底的前端部(脚尖部)比后端部(脚后跟部)高的倾斜状态，一边以使前端部下降的方式连续地倾斜移动，一边以在从该离地期开始向下一次着地期转变之前而相对于地面呈大致平行的方式进行脚部22L的倾斜状态的变化。该角度θ定义如下，脚底相对于地面而言前方朝上翘时该角度为负(-)，前方朝下降时该角度为正(+)。

本发明的机器人1在空中期(参照图5(c)、(f))控制脚部22的倾斜状态，以使得脚底与地面所成的角度θ为0。即，如图5(g)及图6所示，最迟也要在从空中期转变到着地期的时刻t＝t7，将左脚部22L的该角度θ控制到0。

另外，也可以将角度θ定义为距离d的函数θ(d)。在下述场合，即如前所述，在以离地期的脚底一边连续地倾斜移动，一边在向下一次着地期转变之前相对于地面呈大致平行的方式来控制脚部22的倾斜状态(参照图6)的场合时，θ(d＝0)＝0，在从离地期向着地期转变之前，δθ/δd＞0。另外，也可以在空中期的途中，将角度θ控制成0，并就这样无变化地一直到转变到着地期的转变时刻，将角度θ维持在0。

另外，如前所述由有限时间整定滤波器所生成的目标脚部位置姿势轨道，是在固定于地面的将在后面说明的支撑腿坐标系中的各脚部22的目标位置姿势轨道。

如前所述生成的目标脚部位置姿势轨道，是以各脚部22的位置从其初始触地状态(目标步态的初始时刻的状态)朝向预定着地位置，一边渐渐加速一边开始移动的方式来生成的。并且，该目标脚部位置姿势轨道，是以最终到预定着地时刻为止而渐渐地将位置的变化速度降低到0或几乎为0，并在预定着地时刻到达预定着地位置而停止的方式来生成的。由此，各脚部22在着地瞬间的对地速度(固定于地面的支撑腿坐标系中的各脚部22的位置的变化速度)为0或几乎为0。因此，在跑动步态中，即使所有腿体2、2同时从处于空中的状态(在空中期的状态)着地，着地冲击也会很小。

在所述跑动步态中，根据作用于机器人1的重力，上体24的铅直速度从空中期的后期开始变成朝下，着地时还是处于朝下的状态。因此，如上所述那样使得各脚部22在着地瞬间的对地速度为0或几乎为0地生成目标脚部位置姿势轨道，并且满足在后面说明的动力学平衡条件地生成上体24的目标位置姿势轨道，此时，在正要着地之前，游离腿侧的脚部22相对于上体24的相对速度变成朝上。即，在跑动步态的着地瞬间，机器人1的目标步态变成为：一边将游离腿侧的脚部22缩回到上体24一侧一边进行着地的步态。换句话说，在本实施例的目标步态中，机器人1在着地瞬间，以游离腿侧的脚部22的对地速度为0或几乎为0的方式，从上体24来看将该脚部22提起而进行着地。据此，着地冲击变小，从而防止了着地冲击变得过大。

另外，在本实施方式中，由于有限时间整定滤波器是将单位滤波器进行了3段以上的(例如3段)串联连接而成的，因此，一直到预定着地时刻之前，不仅各脚部22的速度(脚部位置的变化速度)为0或几乎为0，而且各脚部22其加速度也在预定着地时刻为0或几乎为0而停止。即，着地瞬间时的对地加速度也为0或几乎为0。因此，着地冲击进一步越发变小。特别是当实际的机器人1的着地时刻偏离了目标的着地时刻，冲击也不会怎么增大。作为补充，关于在预定着地时刻使各脚部22的对地速度为0或几乎为0的方面，有限时间整定滤波器的单位滤波器的段数也可以为2段，但是，这种场合，在预定着地时刻的各脚部22加速度一般不为0。

另外，关于脚部姿势，当各脚部22在预定着地时刻以其底面的几乎整个面来着地之后，暂且被维持于一定。由此，将该脚部22几乎是以其底面的整个面接触地的时刻设定为所述指定时刻，通过所述有限时间整定滤波器来生成脚部姿势轨道。

另外，在本实施方式中，虽然使用有限时间整定滤波器来生成脚部位置轨道，但是，也可以使用以下述的方式设定的多项式等函数来生成目标脚部位置轨道，即，是以在预定着地时刻的脚部位置的变化速度为0或几乎为0(脚部位置的时间微分值为0)的方式，进而以在该预定着地时刻的脚部位置的变化加速度(变化速度的时间微分值)为0或几乎为0的方式设定的。关于这一点在目标脚部姿势轨道的生成的场合时也一样。但是，在关于生成该目标脚部姿势轨道的场合时，如上所述，在各脚部22的底面的几乎整个面触地的时刻，以各脚部22的姿势的变化速度、以及其变化加速度为0或几乎为0的方式设定多项式等函数。

目标地面反作用力铅直成分轨道例如按图9所示那样设定。在本实施方式中，将跑动步态中的目标地面反作用力铅直成分轨道的形状(具体是指在单腿支撑期时的形状)确定为梯形状(在地面反作用力铅直成分的增加侧凸起的形状)，将其梯形的高度、拐点的时刻作为规定目标地面反作用力铅直成分轨道的步态参数，来确定这些步态参数(地面反作用力铅直成分轨道参数)。另外，在跑动步态的空中期，目标地面反作用力铅直成分被固定地设定为0。如该例所述，目标地面反作用力铅直成分轨道若设定为实质上连续的(使得值不会成为不连续)则比较好。这是为了在控制地面反作用力时使机器人1的关节的动作圆滑。另外，所谓‘实质上连续’是表示：在用离散时间系统模拟地数字显示连续的轨道(真正意义的连续轨道)时所必然产生的值的跳跃不会使该轨道丧失连续性。

目标ZMP轨道如下设定。在图5的跑动步态中，如前所述，支撑腿侧脚部22几乎是以其底面的整个面来着地，接着用其支撑腿侧脚部22的脚尖踢出去、飞向空中，最后几乎是以游离腿侧脚部22的底面的整个面着地。因此，如图10中的上段图所示，在单腿支撑期的目标ZMP轨道如下所述设定，即，以支撑腿侧脚部22的脚后跟与脚尖的中间位置作为初始位置，接着，在几乎是以支撑腿侧脚部22的底面的整个面触地的期间被维持为一定，此后，一直到离地时之前，向支撑腿侧脚部22的脚尖移动。在此，图10中的上段图是表示X轴方向(前后方向)上的目标ZMP轨道，图10的下段图是表示Y轴方向(左右方向)上的目标ZMP轨道。另外，单腿支撑期的Y轴方向上的目标ZMP轨道如图10中的下段图所示，被设定在与Y轴方向上的支撑腿侧腿体2的踝关节的中心位置相同的位置。

在跑动步态中，进而在单腿支撑期的结束后，两腿体2、2离开地面，地面反作用力铅直成分为0。当地面反作用力铅直成分为0时，即在空中期，机器人1的整体重心做自由落体运动，围绕整体重心的角动量变化为零。此时，因为在地面的任意点，作用于机器人1的重力和惯性力的合力的力矩为0，故而目标ZMP为不确定的。即，地面的任意一点均满足所谓‘重力和惯性力的合力所作用的力矩的水平成分为0的作用点’的ZMP的条件。换句话说，在任意一点设定目标ZMP，均能满足所谓上述合力围绕目标ZMP而作用的力矩的水平成分为0的动力学平衡条件。因此，也可以不连续地设定目标ZMP。例如，在空中期，以不从离地时(单腿支撑期的结束时)的目标ZMP位置移动的方式来设定目标ZMP，而在空中期终端，也可以以向着地时的目标ZMP位置不连续(阶梯状)地移动的方式来设定该目标ZMP轨道。然而，在本实施方式中，如图10中的上段图所示，空中期的目标ZMP轨道的X轴方向位置如下述变化，即，直到下一游离腿侧腿体2着地之前，从支撑腿侧脚部22的脚尖连续地移动到游离腿侧脚部22的脚后跟与脚尖的中间位置。另外，如图10中的下段图所示，空中期的目标ZMP轨道的Y轴方向位置如下述变化，即，直到下一游离腿侧腿体2着地之前，从支撑腿侧腿体2的踝关节中心的Y轴方向位置连续地移动到游离腿侧腿体2的踝关节中心的Y轴方向位置。即，在步态的整个期间，使得目标ZMP轨道为连续(实质上连续)的。而且，如后面所述，为使围绕目标ZMP的重力和惯性力的合力的力矩(除铅直成分外)为零地生成目标步态(进一步具体而言，是指调整目标上体位置姿势轨道)。

另外，在本实施方式中，如图10所示的目标ZMP轨道的拐点的位置和时刻是作为ZMP轨道参数(规定目标ZMP轨道的参数)而被设定的。另外，上述ZMP轨道的‘实质上连续’的意思与所述地面反作用力铅直成分轨道的场合是相同的。

ZMP轨道参数是以足够稳定且不会发生急剧变化的方式来确定的。在此，将在包括机器人1的触地面在内的最小的凸多边形(所谓支承多边形)的中央附近存在目标ZMP的状态称作足够稳定(详细参见特开平10-86081号公报)。图10的目标ZMP轨道是以满足这种条件的方式来设定的轨道。

另外，目标手臂姿势是用相对于上体24的相对姿势来表示。

另外，目标上体位置姿势、目标脚部位置姿势、以及后面说明的基准上体姿势是用世界(global)坐标系来表述的。世界坐标系是指如前所述的固定在地面上的坐标系。作为世界坐标系，进一步具体而言，是使用了后面说明的支撑腿坐标系。

本实施方式中的步态生成装置100，是以机器人1的一侧腿体2着地之后到另一侧腿体2着地为止的1步数的目标步态(所述狭义意思的目标步态)为单位，来依次生成机器人1的1步数的目标步态。因此，在本实施方式中所生成的图5的跑动步态中，该目标步态是依次地生成从单腿支撑期的开始时到紧随其后的空中期的结束时(下一单腿支撑期的开始时)的目标步态。在此，将打算新生成的目标步态称为‘此次步态’，将其下一目标步态称为‘下次步态’，进而将其再下一目标步态称为‘再下次步态’。另外，将‘此次步态’的前一个生成的目标步态称作‘前一次步态’。

另外，当步态生成装置100新生成此次步态时，到机器人1的前方2步之前的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势、预定着地时刻的要求值(要求)作为相对于步态的要求参数而被输入给该步态生成装置100(或者步态生成装置100从存储装置读取要求参数)。而且，步态生成装置100使用这些要求参数，来生成目标上体位置姿势轨道、目标脚部位置姿势轨道、目标ZMP轨道、目标地面反作用力铅直成分轨道、目标手臂姿势轨道等。此时，为确保行走的连续性，规定这些轨道的步态参数的一部分被适当修改。

下面以生成图5中的跑动步态为例，参照图11～图15来详细说明步态生成装置100的步态生成处理。图11是表示该步态生成装置100所执行的步态生成处理的流程图(构造化流程图)。

首先，在S010，进行将时刻t初始化为0等各种初始化作业。该处理是在步态生成装置100的启动时等进行。接着，经S012进入S014，步态生成装置100等待每一控制周期(图11流程图的运算处理周期)的时间插入。控制周期为Δt。

然后，进入S016，判断是否为步态的转换点，当是步态的转换点时，进入S018，并且当不是转换点时，进入S030。在此，上述‘步态的转换点’是表示前一次步态的生成结束而开始生成此次步态的时机，例如，前一次步态生成结束了的控制周期的下一控制周期就是步态的转换点。

进入S018时，时刻t被初始化为0，接着进入S020，读取下次步态支撑腿坐标系、再下次步态支撑腿坐标系、此次步态周期及下次步态周期。这些支撑腿坐标系及步态周期是根据上述要求参数被确定的。即，在本实施方式中，由操纵杆44等供给步态生成装置100的要求参数包括：到前方2步为止的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势(不打滑地转动的状态下的脚部位置姿势，以使得在脚部22着地之后，脚底几乎是以整个面接触于地面)、以及预定着地时刻的要求值，其第1步的要求值、第2步的要求值分别是对应于此次步态、下次步态的值，并在此次步态的生成开始时(上述S016步态的转换点)之前被供给步态生成装置100。另外，这些要求值也可以在此次步态的生成中途进行变更。

而且，对应于上述要求参数中的第1步的游离腿侧脚部22(此次步态下的游离腿侧脚部22)的预定着地位置姿势的要求值，来确定下次步态支撑腿坐标系。

之后，进入S022，由步态生成装置100确定固定旋转步态的步态参数，且该固定旋转步态作为继此次步态之后的假想的周期性步态。该步态参数包含：规定固定旋转步态中的目标脚部位置姿势轨道的脚部轨道参数、规定作为基准的上体姿势轨道的基准上体姿势轨道参数、规定目标手臂姿势轨道的手臂轨道参数、规定目标ZMP轨道的ZMP轨道参数、规定目标地面反作用力铅直成分轨道的地面反作用力铅直成分轨道参数。此外，在步态参数中还包含规定目标地面反作用力水平成分容许范围的参数。

另外，在本说明书中‘固定旋转步态’是作为周期性步态的意思使用的，该周期性步态是指：在反复进行其步态时，在步态的临界(在本实施方式中每1步步态的临界)，机器人1的运动状态(脚部位置姿势、上体位置姿势等状态)不会产生不连续的。以后，也有时将‘固定旋转步态’简称为‘固定步态’。

固定旋转步态是为下述目的而暂时作成的，即，为了通过步态生成装置100来确定此次步态的终端时的发散成分和上体铅直位置速度、上体姿势角及其角速度等机器人1的运动状态，该固定旋转步态不是原样不变地从步态生成装置100输出来的步态。

另外，所谓‘发散’是表示双脚移动机器人1的上体24的位置偏离到远离两脚部22、22位置的位置。所谓发散成分的值是表示双脚移动机器人1的上体24的位置远离两脚部22、22位置(进一步具体而言，是设定在支撑腿侧脚部22的触地面上的世界坐标系(支撑腿坐标系)的原点)情形时的数值。

返回原话题，在S022，按照图12所示的流程图，进行以下的处理。

首先，在S100，以脚部位置姿势轨道是按照此次步态、第1旋转步态、第2旋转步态的顺序排列而成的方式，确定固定步态的步态参数中的脚部轨道参数。以下说明具体的设定方法。另外，在以后的说明中，将支撑腿侧的腿体2的脚部22称作支撑腿脚部，将游离腿侧的腿体2的脚部22称作游离腿脚部。另外，步态的‘初始’、‘终端’分别表示步态的开始时刻、结束时刻或者这些时刻的瞬时步态。

脚部轨道参数是由：支撑腿脚部及游离腿脚部的各自的位置姿势、各旋转步态的步态周期等来构成，此时该支撑腿脚部及游离腿脚部是指：第1旋转步态及第2旋转步态的初始及终端的各自的支撑腿脚部及游离腿脚部。在该脚部轨道参数之中的第1旋转步态初始游离腿脚部位置姿势是指：从下次步态支撑腿坐标系来看的此次步态终端支撑腿脚部位置姿势。这种场合，在跑动步态中，此次步态终端的支撑腿脚部22正在空中移动。而且，此次步态终端支撑腿脚部位置姿势通过下述来求得，即，直到此次步态终端为止，使用所述有限时间整定滤波器来生成脚部位置姿势轨道(具体是指从下次步态支撑腿坐标系看的轨道)，且该脚部位置姿势轨道是指：从此次步态初始支撑腿脚部位置姿势(＝前一次步态终端游离腿脚部位置姿势)到下次步态终端游离腿脚部位置姿势，而该下次步态终端游离腿脚部位置姿势又是根据下述的要求值或者根据与该要求值对应的再下次步态支撑腿坐标系来确定的，该要求值是指所述要求参数之中的第2步的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势的要求值(此次步态的支撑腿脚部22的下次步态中的预定着地位置姿势的要求值)。

接着，进入S102，确定基准上体姿势轨道参数，而该基准上体姿势轨道参数用于规定目标上体姿势应该追随的基准上体姿势轨道。虽说只要使得固定步态的初始(第1旋转步态的初始)和终端(第2旋转步态的终端)相连接地(使得固定步态的初始、终端的基准上体姿势的姿势角及其角速度相一致)设定基准上体姿势，就不必是一定的姿势，但是，在本实施方式中，为了容易理解，将基准上体姿势设定为直立姿势(铅直姿势)。即，在本实施方式中，基准上体姿势在固定步态的整个期间被设定为直立姿势。因此，在本实施方式中，基准上体姿势的姿势角的角速度及角加速度为0。

此后，进入S104，确定手臂姿势轨道参数，进一步具体而言，是确定除了围绕铅直轴(或上体主干轴)的两臂体的角动量变化以外的手臂姿势轨道参数。例如，确定臂体的指尖相对于上体24的相对高度和手臂整体的相对重心位置等手臂姿势轨道参数。另外，在本实施方式中，手臂整体的相对重心位置是相对于上体维持为一定而被设定的。

之后，进入S106，设定地面反作用力铅直成分轨道参数。这种场合，由该参数规定的地面反作用力铅直成分轨道在第1旋转步态及第2旋转步态中的任一步态中，均成为如图9所示那样的实质上连续的(值不会出现阶梯状跳跃)轨道，如此设定地面反作用力铅直成分轨道参数。在该模式中，在第1旋转步态及第2旋转步态中的任一步态中，在单腿支撑期，地面反作用力铅直成分均变为梯形，而在空中期，地面反作用力铅直成分被维持在0。而且，该模式的拐点的时刻以及梯形部分的高度(峰值)被设定为地面反作用力铅直成分轨道参数。

而后，进入S108，根据如上所述设定的地面反作用力铅直成分轨道，如图13所示那样设定地面反作用力水平成分的容许范围[Fxmin，Fxmax](进一步具体而言是对之规定的参数)。图13中的负侧的折线表示地面反作用力水平成分容许下限值Fxmin，正侧的折线表示地面反作用力水平成分容许上限值Fxmax。关于这些设定方法在以下补充说明。下面关于地面为水平时的场合进行说明。

地面反作用力水平成分虽然是通过地面与脚部22间的摩擦而产生的，但是，摩擦并不是无限制地产生下去，是有限度的。因此，为了使得实际的机器人1在按照所生成的目标步态而移动时不发生打滑现象，目标步态的地面反作用力水平成分就必须始终处在摩擦限度以内。因此，为了满足该条件而设定地面反作用力水平成分容许范围，如后面所述，使得目标步态的地面反作用力水平成分处在该容许范围内，如此来生成目标步态。

若将地面与脚部22间的摩擦系数设为μ，就必须将Fxmin始终设定在-μ*地面反作用力铅直成分以上，而将Fxmax设定在μ*地面反作用力铅直成分以下。最简单的设定方法通过下式设定。其中，ka是比1小的正的常数。

Fxmin＝-ka*μ*地面反作用力铅直成分

Fxmax＝ka*μ*地面反作用力铅直成分      ……式12

图13中的地面反作用力水平成分容许范围是按照式12设定的例子。作为规定地面反作用力水平成分容许范围的参数，虽然可以设定图13中的梯形波形等拐点处的值与时刻，但是，在由式12确定地面反作用力水平成分容许范围时，也可以只将式12中的(ka*μ)的值设定为参数。

然后，进入S110，设定ZMP轨道参数，该ZMP轨道参数是用于规定第1旋转步态与第2旋转步态合起来之后的固定步态的ZMP轨道。这种场合，目标ZMP轨道如前所述，是以足够稳定且不会发生急剧变化的方式来设定的。

进一步具体而言，在图5的跑动步态中，当几乎是以支撑腿脚部22的底面的整个面着地后，维持该支撑腿脚部22几乎是以其底面的整个面来触地的状态，此后，只有支撑腿脚部22的脚尖触地。然后，接着用支撑腿脚部22的脚尖踢出去、飞向空中，最后几乎是以游离腿脚部22的底面的整个面来着地。另外，目标ZMP必须处在触地面内。因此，在本实施方式中，如所述图10中的上段图所示，固定步态的第1旋转步态及第2旋转步态的各自的目标ZMP的X轴方向上的位置如下所述设定，即，以支撑腿脚部22的脚后跟与脚尖的中间位置作为初始位置，暂时维持于一定之后，直到该脚部22变成脚尖触地状态之前向脚尖移动，此后，到离地时为止，停在支撑腿脚部22的脚尖。这之后，目标ZMP按下述设定，即，如前所述，一直到下一游离腿脚部22着地之前，目标ZMP从支撑腿脚部22的脚尖连续地移动到游离腿脚部22的脚后跟与脚尖的中间位置。而且，该目标ZMP轨道的拐点的时刻及位置作为ZMP轨道参数而被设定。这种场合，拐点的时刻是根据第1旋转步态及第2旋转步态的步态周期而被设定的，而该第1旋转步态及第2旋转步态的步态周期又是根据所述要求参数被确定的；该拐点的位置是根据下次步态支撑腿坐标系及再下次步态支撑腿坐标系的位置姿势、或者根据规定这些坐标系的要求参数的第1步及第2步的游离腿侧脚部预定着地位置姿势的要求值而被设定的。另外，ZMP轨道的Y轴方向上的位置设定成与所述图10中的下段图所示的相同。进一步具体而言，第1旋转步态的目标ZMP的Y轴方向位置的轨道是通过与图10中的下段图相同的模式来设定的，第2旋转步态的目标ZMP的Y轴方向位置的轨道是与第1旋转步态相同形的轨道，并被设定成与该轨道的终端相连。

进行从图11中的S010到S022所示的处理之后，进入S024，计算出固定步态的初始状态。在此计算出的初始状态有：固定步态的初始上体水平位置速度(水平方向上的初始上体位置及初始上体速度)、初始上体铅直位置速度(铅直方向上的初始上体位置及初始上体速度)、初始发散成分、初始上体姿势角及其角速度。可探索性地进行该初始状态的计算。

接着，进入图11的S026，确定(一部分是暂时确定)此次步态的步态参数。在S026，进一步具体而言，按照图14所示的流程图，进行以下的处理。

首先，在S600，以此次步态的脚部位置姿势轨道与固定步态的脚部位置姿势轨道连接的方式，来设定此次步态的脚部轨道参数。

本申请发明的特征在于，为了能够缓和机器人着地时的冲击，并且可以避免脚底的打滑或打转，从而机器人可以稳定行走或跑动，如此设定脚部22的轨道参数，但关于这点将在后面说明。

接着，进入S602，与固定步态的第1旋转步态和第2旋转步态同样地来确定此次步态的基准上体姿势轨道参数。其中，以此次步态的基准上体姿势轨道连续地与所述固定步态的基准上体姿势轨道连接的方式(在此次步态的终端处的基准上体姿势角及角速度分别与固定步态初始的基准上体姿势角及角速度相一致)来设定所述参数。另外，在本实施方式中，基准上体姿势在此次步态及固定步态中的任一步态中均为固定的铅直姿势。

然后，进入S604，与固定步态的第1旋转步态和第2旋转步态同样地来确定此次步态的手臂姿势轨道参数。其中，以此次步态的手臂姿势轨道连续地与所述固定步态的手臂姿势轨道连接的方式来设定所述参数。另外，在此确定的手臂姿势轨道参数，与确定固定步态参数的(图12的S104)场合相同，是除了围绕铅直轴(或者上体主干轴)的两臂体的角动量变化以外的运动参数，是规定两臂体重心位置的轨道的参数。

此后，进入S606，设定由该参数规定的地面反作用力铅直成分轨道为如上述图9所示实质上连续的(值不会出现阶梯状跳跃)轨道。

其中，以此次步态的整体重心铅直位置速度与地面反作用力铅直成分轨道中的任意一个均连续地与所述固定步态连接的方式，确定地面反作用力铅直成分轨道参数。

之后，进入S608，与固定步态的第1旋转步态和第2旋转步态同样地来设定地面反作用力水平成分容许范围[Fxmin，Fxmax](进一步具体而言，是规定该地面反作用力水平成分容许范围的模式的参数)。例如，按图15所示的模式设定地面反作用力水平成分容许范围。在本实施方式中，根据在前面S606所确定的地面反作用力铅直成分模式，依据所述式12来设定地面反作用力水平成分容许范围。

而后，进入S610，与固定步态的第1旋转步态和第2旋转步态同样地，以足够稳定且不会发生急剧变化的方式，如图10所示那样设定此次步态的ZMP轨道(具体而言，规定ZMP轨道的参数，轨道的拐点的时刻和位置)。其中，以此次步态的ZMP轨道连续地与所述固定步态的ZMP轨道连接的方式来设定所述参数。即，以此次步态终端处的ZMP的位置与固定步态初始的ZMP位置一致的方式来确定ZMP轨道参数。这种场合，在跑动步态中，单腿支撑期的ZMP轨道的拐点的时刻和位置的设定方法，也可以与前述的固定步态的ZMP轨道参数的设定方法相同。而且，只要是空中期的目标ZMP轨道从空中期开始时到固定步态初始的ZMP位置而呈直线连续变化地设定ZMP轨道参数即可。

另外，在S610确定的此次步态的ZMP轨道参数只是被暂时确定，如后面所述那样将被修改。因此，此后将如上所述设定的此次步态的ZMP轨道称作此次步态的暂时目标ZMP轨道。

返回到图11的说明，进行如上所述的S026所示的处理(此次步态的步态参数确定处理)之后，接着进入S028，修改此次步态的步态参数(ZMP轨道参数)。在该处理中，修改使上体位置姿势轨道连接于或接近于固定步态的ZMP轨道参数。

返回到图11，在如上所述的S028中修改了此次步态参数之后，或者是在S016的判断结果为NO的场合时，进入S030，依据所修改的此次步态参数来确定此次步态瞬时值。

接着进入S032，确定用于解除旋转力(通过机器人1手臂以外的运动使围绕目标ZMP产生的地面反作用力力矩铅直成分大致为零)的手臂动作。具体而言，求出没有摆动手臂时的目标ZMP的地面反作用力力矩铅直成分轨道(严格地说，在没有摆动手臂而生成步态时，将机器人的重力和惯性力的合力作用于目标ZMP的力矩铅直成分轨道的各瞬时值的符号进行翻转)。即，用围绕目标ZMP(瞬时值)的地面反作用力力矩铅直成分求出瞬时值，而围绕目标ZMP(瞬时值)的地面反作用力力矩铅直成分与通过S030的处理而生成的步态的运动(这其中不包含手臂摆动的运动)的瞬时值均衡。然后，通过上述求解出的瞬时值除以手臂摆动运动的等价惯性力矩，由此求出解除旋转力所需要的手臂摆动动作的角加速度。另外，作为补充，在手臂的摆动过大时，也可以用比等价惯性力矩大的值作除数。

然后，对该角加速度进行2次积分，将该2次积分值通过用于防止积分值过大的低截止(low-cut)滤波器，并将所得到的角度作为手臂摆动动作角。但是，在手臂摆动动作中，使左右的手臂向前后相互相反方向摆动，以使得两臂体的重心位置不发生变化。另外，也可以预先在固定步态中生成用于解除旋转力的手臂摆动运动，并以与该固定步态中的手臂摆动运动相连的方式来确定此次步态中的手臂摆动运动。

接着进入S034，将步态生成用时刻t增加Δt，返回到S014，继续进行如上所述的步态生成。

以上，是步态生成装置100的目标步态生成处理。

参照图4进一步说明本实施方式有关的装置的动作，在步态生成装置100中，如上所述地生成目标步态。所生成的目标步态中的目标上体位置姿势(轨道)、目标手臂姿势(轨道)被输出给机器人几何学模型(逆运动学运算部)102。。

另外，目标脚部位置姿势(轨道)、目标ZMP轨道(目标总地面反作用力中心点轨道)、以及目标总地面反作用力(轨道)(目标地面反作用力水平成分和目标地面反作用力铅直成分)被输出给复合适应动作确定部104，并且也被输出给目标地面反作用力分配器106。然后，通过目标地面反作用力分配器106将地面反作用力分配给各脚部22R、22L，来确定目标各脚部地面反作用力中心点及目标各脚部地面反作用力。所确定的目标各脚部地面反作用力中心点及目标各脚部地面反作用力被输出给复合适应动作确定部104。

附带有机构变形补偿的修改目标脚部位置姿势(轨道)从复合适应动作确定部104被输出给机器人几何学模型102。机器人几何学模型102一旦被输入目标上体位置姿势(轨道)和附带有机构变形补偿的修改目标脚部位置姿势(轨道)，则计算出满足这两姿势(轨道)的腿体2、2的12个关节(10R(L)等)的关节变位指令(值)，并输送给变位控制器108。变位控制器108将由机器人几何学模型102计算出的关节变位指令(值)作为目标值，来追随控制机器人1的12个关节的变位。另外，机器人几何学模型102还计算出满足目标手臂姿势的臂关节的变位指令(值)，并输送给变位控制器108。变位控制器108将由机器人几何学模型102计算出的关节变位指令(值)作为目标值，来追随控制机器人1的臂体的12个关节的变位。

在机器人1上产生的地面反作用力(具体为实际各脚地面反作用力)通过6轴力传感器34被检测出。其检测值被输送给所述复合适应动作确定部104。另外，在机器人1上产生的姿势倾斜偏差θerrx、θerry(具体是指相对于目标上体姿势角的实际姿势角的偏差，左右方向(绕X轴)的姿势角偏差为θerrx，前后方向(绕Y轴)的姿势角偏差为θerry)通过倾斜传感器36被检测出，其检测值被输送给姿势稳定化控制运算部112。在该姿势稳定化控制运算部112中，计算出用于将机器人1的上体姿势角复原成目标上体姿势角的围绕目标总地面反作用力中心点(目标ZMP)的补偿总地面反作用力力矩，并输送给复合适应动作确定部104。复合适应动作确定部104依据输入值，修改目标地面反作用力。具体而言，修改目标地面反作用力，以使得补偿总地面反作用力力矩围绕目标总地面反作用力中心点(目标ZMP)而作用。

复合适应动作确定部104，如果使根据传感器检测值等计算出的实际机器人的状态及地面反作用力与被修改的目标地面反作用力相一致，则确定所述附带有机构变形补偿的修改目标脚部位置姿势(轨道)。但是，因为使所有的状态与目标相一致在实际上是不可能的，因此，在它们之间采取折衷关系，使之协调性地尽可能一致。即，对相对于各目标的控制偏差进行加权，以使得控制偏差(或者控制偏差的平方)的加权平均变得最小地来进行控制。据此，实际的脚部位置姿势和总地面反作用力以大致追随目标脚部位置姿势和目标总地面反作用力的方式而被控制。

另外，本发明的要点在于步态生成装置100中的机器人1的步态生成，因为上述复合适应动作确定部104等的构成及动作已被详细地记载在由本申请人在先申请的特开平10-277969号公报等中，故而说明到此为止。

下面，说明机器人1的行走步态的生成。另外，在此，行走步态没有空中期，而是反复交替进行单腿支撑期和两腿支撑期的步态。

在生成行走步态时，在S106及S606中进行如下处理。即，尽可能满足上体铅直位置轨道(是使用了由本申请人提出的在特开平10-86080号公报中公开的上体高度确定方法等的上体铅直位置轨道)的相位和振幅等特征量，如此来确定地面反作用力铅直成分轨道，其中，该上体铅直位置轨道是根据膝盖的弯曲角度是否合适等至少与各腿体关节的变位有关的几何学条件(几何学限制条件)而确定的。

据此，可以在跑动和行走中共用步态生成的算法的主要部分，同时还可以在行走中途转变成跑动、或者在跑动中途转变成行走。

结合图17说明其处理，首先，在S1300，使用由本申请人在先申请且公开在特开平10-86080号公报中的上体高度确定法等，求出满足至少与各腿体2关节的变位有关的规定的几何学限制条件的上体铅直位置轨道。以后，称之为基准上体铅直位置轨道。进一步具体而言，首先，基于根据要求参数而确定的脚部轨道参数和目标ZMP轨道参数等，使用本申请人在先申请的特愿2000-352011号中的第1实施方式，求出上体水平位置轨道。另外，这种场合，使地面反作用力铅直成分与机器人1的自重相一致，而且上体铅直位置为预先确定的一定值，并使得围绕目标ZMP的地面反作用力力矩的水平成分为0，如此确定上体水平位置轨道。另外，此时的上体姿势轨道也可以是例如一定姿势(铅直姿势等)的轨道。

下面，使用本申请人在先申请提出的上体高度确定法(特开平10-86080号公报。更具体的是该公报的图6的方法等)，基于根据脚部轨道参数而确定的脚部轨道和如上所述确定的上体水平位置轨道、上体姿势轨道，计算出上体铅直位置轨道，以此作为所述基准上体铅直位置轨道。

接着进入S1302，为确定地面反作用力铅直成分轨道，而计算出(抽出)基准上体铅直位置轨道的振幅和相位等特征量，其中该地面反作用力铅直成分轨道可以生成与基准上体铅直位置轨道尽量相似的目标上体铅直位置轨道。例如，将基准上体铅直位置轨道的振幅(最小值和最大值的差)作为特征量而计算出。

然后进入S1304，使得依据地面反作用力铅直成分轨道参数而生成的上体铅直位置轨道尽可能地能够满足所述特征量(变成与所述基准上体铅直位置轨道尽可能相似的模式)，如此来确定地面反作用力铅直成分轨道参数(在拐点的时刻和地面反作用力铅直成分的值)。进一步具体而言，在行走步态的场合，将固定步态的第1旋转步态和第2旋转步态、及此次步态的地面反作用力铅直成分轨道设定为例如图16所示的折线状。即，在两腿支撑期中，在地面反作用力铅直成分的增加侧设定为凸(上凸)形的梯形状，在单腿支撑期中，在地面反作用力铅直成分的减少侧设定为凸(下凸)形的梯形状。而且，将该地面反作用力铅直成分轨道从步态初始(两腿支撑期的开始时刻)到终端(片腿支撑期的结束时刻)进行2次积分，并使得与由该2次积分所得到的机器人1的整体重心铅直位置轨道相对应的上体铅直位置轨道的最大值和最小值的差与所述特征量相一致，如此来确定地面反作用力铅直成分轨道参数例如是该地面反作用力铅直成分轨道的2个梯形的高度C1、C2(在该例子中，地面反作用力铅直成分轨道的拐点的时刻是根据与步态周期有关的要求参数确定的)。

但是，固定步态的地面反作用力铅直成分轨道的参数也是满足如前所述的以下条件而被确定的。

(条件)：使地面反作用力铅直成分轨道的固定步态整个期间(第1旋转步态和第2旋转步态两方的期间)的平均值与机器人的自重相一致。即，使得地面反作用力铅直成分的平均值与作用于机器人的重力大小相等，方向相反。

另外，此次步态的地面反作用力铅直成分轨道的参数，是以如前所述的上体(整体重心)铅直位置轨道连续地与固定步态连接或者接近的方式来确定的。

根据以上所述，行走步态中的目标地面反作用力铅直成分轨道(规定该铅直成分轨道的参数)被确定。以上说明的目标地面反作用力铅直成分轨道的确定处理以外的步态生成处理，也可以与上述跑动步态有关的实施方式相同。

如前所述，本案发明的特征在于，为了能够缓和机器人着地时的冲击，并且避免脚底的打滑或打转从而使机器人可以稳定行走或跑动，如此来设定脚部22的轨道参数(参照S600)，以下关于这点进行说明。

从横向看到的图5跑动步态中的左脚部22L的姿势如图6所示变化。随之，左脚部22(或脚底)与地面间的距离d如图7所示变化，而且，脚部22(或脚底)相对于地面的倾斜角θ如图8所示变化，如此控制脚部22相对于腿体2的转动动作。具体而言，首先，在离地期的初始(t＝t1～t2)，左腿体2L以左脚部22L的前端部(脚尖部)着地，在该状态下，使得左脚部22L相对于地面的倾斜角朝向正(+)侧增大，如此控制左脚部22L相对于左腿体2L的转动动作，其中，该左脚部22L相对于地面的倾斜角是依据脚关节18L(或脚关节18L及20L)的旋转编码器33的输出而测定的，而该正(+)侧是指左脚部22L的后端部(脚后跟部)比前端部(脚尖部)远离地面的一侧。另外，使得左腿体2L的离地期中的左脚部22L相对于地面的倾斜角θ从相对于地面而言后端部(脚后跟部)比前端部(脚尖部)高的正(+)侧朝向相对于地面而言前端部(脚尖部)比后端部(脚后跟部)高的负(-)侧变化之后，渐渐接近于0，如此控制左脚部22L相对于左腿体2L的转动动作。机器人1的基本水平面或相对于水平面等基准面而言的地面的倾斜角是根据上体24相对于水平面的倾斜角或者根据由摄像机92拍摄的地面的图像解析等测定的，其中，该上体24相对于水平面的的倾斜角是与腿体2的一个或多个着地时的倾斜传感器36的输出相对应的。

本发明的机器人1，最迟在从空中期转变到着地期的时刻(着地期的开始时刻)t＝t7，使得左脚部22L相对于地面的该倾斜角θ成为0，如此来控制左脚部22L相对于左腿体2L的转动动作。

另外，也可以将倾斜角θ定义成距离d的函数θ(d)。如前所述，从腿体2的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得脚部22相对于地面的倾斜角θ渐渐接近0，如此来控制脚部22相对于腿体2的转动动作，在这种场合(参照图6、图8)下，θ(d＝0)＝0，在从离地期向着地期转变之前，|δθ/δd|＞0。另外，也可以在空中期的途中将角度θ控制为0，并如此一直到向着地期转变的时刻，角度θ被维持于0。

根据发挥上述功能的机器人1，从腿体2的脚部22(或脚底)的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得脚部22相对于地面的倾斜角θ渐渐接近于0，如此来控制脚部22相对于腿体2的转动动作(参照图5、图6及图8)。据此，由于从离地期转变到着地期之后的腿体2的脚部22(或脚底)的着地面积大，因此，可以使其着地时的冲击大范围地分散给脚底，从而可以缓和机器人1受到的冲击。另外，因为脚部22与地面间的摩擦大，因此，即使腿体2着地之前的机器人1的移动速度及横摆的角速度较大，通过该摩擦也可以防止转变到着地期后的机器人1的打滑及打转。因此，本发明的机器人1，在能够缓和腿体2的脚部22着地时的冲击的同时还可以避免在脚部22发生打滑及打转，从而可以稳定地进行跑动。

另外，以用脚部22的前端部(脚尖)踢地那样的形式，来控制该脚部22相对于腿体2的转动动作(参照图6中时刻t1～t2的脚部位置姿势轨道)。据此，机器人1的推进力被增强，另一方面，因为如上所述那样可以在着地时防止机器人1的脚部22的打滑及打转，因此可以使机器人1在动作稳定的同时还可以高速移动。

此外，从离地期的开始时刻到着地期的开始时刻，脚部22从相对于地面而言的脚后跟上翘的姿势(参照图6的时刻t2～t4的脚部位置姿势轨道)转变成脚尖上翘的姿势(参照图6的时刻t5～t6的脚部位置姿势轨道)，之后再接近于与地面平行的姿势，这样可以将该脚部22的着地面积确保在如上所述那样能防止机器人1的打滑及打转的程度。

另外，即使是在不具有两腿体2同时离地的空中期(参照图5(c)、(f))的行走时，也可以同样控制脚部22相对于腿体2的转动动作。即，在机器人1行走时，如关于跑动前面所述，例如，从腿体2的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，可以使得脚部22相对于地面的倾斜角θ渐渐接近于0，如此来控制脚部22相对于腿体2的转动动作。

据此，因为在从离地期转变到着地期之后的腿体2的脚部22(或脚底)的着地面积比较大，因此可以使其着地时的冲击大范围地分散给脚底，从而可以缓和机器人1受到的冲击。另外，因为脚部22与地面间的摩擦比较大，因此，即使腿体2的脚着地之前的机器人1的移动速度及横摆的角速度较大，通过该摩擦也可以防止转变到着地期后的机器人1的打滑及打转。因此，本发明的机器人1，在能够缓和着地时的冲击的同时还可以避免在脚部22发生打滑及打转，从而可以稳定地进行行走。

Claims (7)

1.一种控制方法，其是用于控制下述的腿式移动机器人的方法，该腿式移动机器人通过驱动连结于基体的多个腿体，来一边反复转换地面反作用力作用在多个腿体中的任意一个足部上的着地期、与在所有腿体的足部上均没有地面反作用力作用的空中期，一边进行移动，所述控制方法的特征在于，

在从空中期转变到着地期时，以从腿体的离地期的中间时刻到结束时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较高的状态渐渐变到相同高度的方式，使得预定着地的腿体的足部相对于地面的倾斜角度渐渐发生变化，并在该腿体着地时足部的触地面与地面平行，如此控制所述机器人的腿体的动作。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

在腿体将要离地之前，在该腿体仍以其足部的前端部着地的状态下，使得该足部的后端部从地面渐渐离开，如此控制所述机器人的腿体的动作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

从腿体的离地期的开始时刻到中间时刻，使得足部前端部从以足部后端部为基准较低的状态渐渐变到相同高度，之后渐渐变成较高的状态，如此控制所述机器人的腿体的动作。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

使得所述机器人伴随着所有腿体离地的空中期而进行移动，如此控制所述机器人的腿体的动作。

5.一种控制方法，其是用于控制下述的腿式移动机器人的方法，即，该腿式移动机器人具有上体、以及从上体向下方延伸设置的多个腿体，并通过与相对于各腿体可以转动的脚部的离地及着地相伴随的各腿体的动作来进行移动，所述控制方法的特征在于，

包括下述的脚部倾斜角度测定步骤和脚部动作控制步骤，

所述脚部倾斜角度测定步骤为：测定脚部相对于地面的倾斜角度；

所述脚部动作控制步骤为：从腿体的离地期的中间时刻到着地期的开始时刻，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的该腿体的脚部相对于地面的倾斜角度从脚部的前端部比后端部远离地面的负侧的角度渐渐减少到0，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

在所述脚部动作控制步骤中，在将至离地期之前，在腿体仍以脚部的前端部着地的状态下，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的该脚部相对于地面的倾斜角度朝向该脚部的后端部比前端部远离地面的正侧增大，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，

在所述脚部动作控制步骤中，从腿体的离地期的开始时刻到着地期的开始时刻，使得利用脚部倾斜角度测定步骤所测定的脚部相对于地面的倾斜角度朝向正侧渐渐增大之后又渐渐减少，然后又朝向脚部的前端部比后端部远离地面的负侧渐渐增大，之后渐渐减少到0，如此控制脚部相对于该腿体的转动动作。

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