CN102333621B

CN102333621B - 机器人控制装置、机器人控制方法以及腿式机器人

Info

Publication number: CN102333621B
Application number: CN2010800035617A
Authority: CN
Inventors: 安藤玄
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN102333621A; EP2422938A4; EP2422938A1; JP2010253585A; JP4998506B2; WO2010122705A1; EP2422938B1; US20110224827A1; US8473102B2

Abstract

根据本发明的机器人控制装置通过驱动具有多条腿的机器人(101)的关节来使机器人行走，该机器人控制装置基于作为围绕机器人(101)的环境的信息的环境检测值来确定关于机器人的躯干垂直位置的容许范围，并基于表示机器人的姿态的姿态检测值来使机器人行走以使躯干垂直位置在容许范围内。

Description

机器人控制装置、机器人控制方法以及腿式机器人

技术领域

本发明涉及机器人控制装置、机器人控制方法以及腿式机器人。

背景技术

近年来，已开发出驱动腿部来行走的行走机器人(专利文献1、2)。专利文献1中的控制方法生成将各关节角度表示为时序列的行走样式以使膝关节角速度在限制范围内。然后，依照行走样式来控制机器人的动作。(例如，参考专利文献1)。

此外，专利文献2的机器人控制装置控制机器人的动作，以分别使得实际上体位置收敛于所述目标上体位置，所述实际姿态轨迹收敛于所述目标姿态轨迹，所述实际脚部位置收敛于所述目标脚部位置，所述实际脚部姿态轨迹收敛于所述目标脚部姿态轨迹，所述实际脚底板(全床)反作用力中心点收敛于所述目标脚底板反作用力中心点，所述实际脚底板反作用力收敛于所述目标脚底板反作用力(例如，参考专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-88189号(第14页，图2)

专利文献2：日本特开第3655056号(第18页，图4)

发明内容

发明要解决的问题

使用图6，对专利文献1的控制方法进行说明。在图6中，附图标记601是脚尖轨迹设定部，602是腰轨迹设定部，603是膝关节角度设定部，604是膝关节角速度的限制范围设定部。

脚尖轨迹设定部601根据每一步的左右各脚尖部的初始坐标、中间点坐标以及终点坐标通过插值来计算并输出脚尖轨迹。腰轨迹设定部602基于脚尖轨迹来计算腰轨迹以使腰部的重心位置通过左右脚尖部的中央之间的中点，并输出所算出的腰轨迹。

膝关节角度设定部603将膝关节角度作为预先设定的步速和时间的函数来计算并输出。膝关节角速度的限制范围设定部604设定与膝关节部的动作相关的物理量的限制范围，并输出所述设定的限制范围。脚尖轨迹、所述腰轨迹、所述膝关节角度以及所述限制范围成为用于生成行走模式的初始设定值。然后，通过经由步骤S601至步骤S604，根据这些初始设定值生成行走模式。在步骤S601中，使用初始设定值来判定站立腿和空闲腿。在步骤S602中，改变初始设定值以使站立腿的初始设定值不超过所述限制范围，并确定站立腿的腰关节高度。

在步骤S603中，基于初始设定值和在步骤S603中确定的腰关节高度来确定双腿的各关节角度。在步骤S604中，确认一个行走周期的计算结束，确定行走模式。如此，专利文献1的控制方法依照行走模式来控制机器人的动作。

使用图7对专利文献2的控制方法进行说明。在图7中，附图标记701是机器人腿控制装置，702是腿致动器，703是腿致动器位移检测器，704是六轴力传感器，705是倾斜检测器。

机器人腿控制装置701计算目标上体位置、目标姿态轨迹、目标脚部位置、目标脚部姿态轨迹、目标地板反作用力中心点、目标地板反作用力。然后输出使得基于实际位移、实际各脚底板反作用力、上体实际倾斜姿态算出的实际上体位置收敛于目标上体位置、实际姿态轨迹收敛于目标姿态轨迹、实际脚部位置收敛于目标脚部位置、实际脚部姿态轨迹收敛于目标脚部姿态轨迹、实际地板反作用力中心点收敛于目标地板反作用力中心点、并且实际地板反作用力收敛于目标地板反作用力的驱动指令。

腿致动器702根据驱动指令来动作。腿致动器位移检测器703检测所述实际位移并输出该实际位移。六轴力传感器704检测所述实际各脚底板反作用力，并输出各脚底板反作用力。倾斜检测器705检测所述上体实际倾斜姿态并输出上体实际倾斜姿态。

专利文献2的控制方法控制机器人的动作，以使实际上体位置收敛于目标上体位置，实际姿态轨迹收敛于目标姿态轨迹，实际脚部位置收敛于目标脚部位置，实际脚部姿态轨迹收敛于目标脚部姿态轨迹，实际地板反作用力中心点收敛于目标地板反作用力中心点，并且实际地板反作用力收敛于所述目标地板反作用力。

在上述的机器人的控制方法中，控制机器人使得机器人的每个腿关节沿着预先算出的理想的关节轨迹移动，从而使机器人行走。因此，根据干扰、地面的实际状态等，当使各关节沿着关节轨迹动作时可能会跌到。

此外，为了使机器人在各种环境中以各种姿态行走，需要针对各种环境和各种姿态计算行走模式。并且需要将行走模式数据存储在存储器中。因此存在需要庞大的存储器容量、无法廉价地构建机器人的通常的技术问题。若要解决所述通常的技术问题，则需要即便在只安装了廉价、小容量的存储器的情况下也能够使机器人在各种干扰和地面状态下也不会跌到地行走的控制技术。如此，期待开发出可控性更好的腿式机器人。

本发明就是鉴于上述的问题而作出的，其目的在于提供可控性好的机器人控制装置、机器人控制方法、以及腿式机器人。

发明内容

根据本发明第一方面的机器人控制装置通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，所述机器人控制装置基于作为围绕所述机器人的环境的信息的环境检测值来确定关于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，并且基于表示所述机器人的姿态的姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内。由此，能够提高可控性。

根据本发明第二方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其中包括：大腿部角速度控制器，其控制所述机器人的大腿部角速度；膝部绝对角控制器，其控制所述机器人的膝部绝对角；以及空闲腿角度控制器，其控制所述机器人的空闲腿角度。由此，能够提高可控性。

根据本发明第三方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其中包括：大腿部角速度指令生成器，其生成大腿部角速度指令；以及躯干垂直位置指令生成器，其基于所述环境检测值和所述姿态检测值来生成躯干垂直位置指令，所述躯干垂直位置指令是所述机器人的躯干垂直位置的目标值。由此，能够提高可控性。

根据本发明第四方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，计算控制机器人机构的线性部分的线性部转矩，所述机器人机构是所述机器人的机构。由此，能够提高可控性。

根据本发明第五方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，所述线性部转矩包括：控制所述机器人的大腿部角速度的脚踝线性部转矩、控制所述机器人的膝部绝对角的膝部线性部转矩、以及控制所述机器人的空闲腿角度的空闲腿线性部转矩。由此，能够提高可控性。

根据本发明第六方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，包括输出所述环境检测值的环境检测器。由此，能够获得合适的环境检测值，能够提高可控性。

根据本发明第七方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，所述环境检测值包括所述机器人的上方的障碍的位置和地面温度。由此，能够在避开上方的障碍并保护电气部免受地面热量的影响的情况下使机器人行走。由此，能够进行与障碍的位置和地面温度相应的控制。

根据本发明第八方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，根据所述机器人的上方的障碍的位置来设定所述躯干垂直位置的容许范围的上限值，并且根据地面温度来设定所述躯干垂直位置的容许范围的下限值，当所述躯干垂直位置小于所述下限值时，将作为所述机器人的躯干垂直位置的目标值的躯干垂直位置指令作为所述下限值，当所述躯干垂直位置大于所述躯干垂直位置指令上限值时，将所述躯干垂直位置指令作为所述垂直位置指令上限值，当所述躯干垂直位置处于所述躯干垂直位置指令下限值和所述躯干垂直位置指令上限值之间时，将所述躯干垂直位置指令作为所述躯干垂直位置。由此，能够在避开上方的障碍并保护电气部免受地面热量的影响的情况下使机器人行走。

根据本发明第九方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，包括输出所述姿态检测值的姿态检测器。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，所述姿态检测值包括所述机器人的大腿部角度、膝部角度、以及空闲腿角度。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十一方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，将膝部绝对角的目标值作为膝部绝对角指令，所述膝部绝对角指令是所述机器人的大腿部角度的函数，所述膝部绝对角是所述机器人的大腿部角度和膝部角度之和。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十二方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，求出从所述躯干垂直位置指令减去所述机器人的大腿部长度和所述大腿部角度之积的值，将所述减去后的值除以小腿长度，将所述经除法而得的值的反余弦值作为所述膝部绝对角指令。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十三方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，空闲腿角度指令是所述机器人的大腿部角度的函数，所述空闲腿角度指令是所述机器人的空闲腿角度的目标值。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十四方面的机器人控制装置是上述的机器人控制装置，其特征在于，所述空闲腿角度指令是通过将所述大腿部角度的符号取反而得的。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第十五方面的机器人包括上述的机器人控制装置和多条腿。由此能够提高可控性高的机器人。

根据本发明第十六方面的机器人控制方法通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，其中，基于作为围绕所述机器人的环境的信息的环境检测值来确定关于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，并且基于表示所述机器人的姿态的姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内。由此，能够提高可控性。

根据本发明第十七方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其中，基于所述环境检测值和所述姿态检测值来生成躯干垂直位置指令，所述躯干垂直位置指令是所述机器人的躯干垂直位置的目标值。由此，能够提高可控性。

根据本发明第十八方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，计算控制机器人机构的线性部分的线性部转矩，所述机器人机构是所述机器人的机构。由此，能够提高可控性。

根据本发明第十九方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，所述线性部转矩包括：控制所述机器人的大腿部角速度的脚踝线性部转矩、控制所述机器人的膝部绝对角的膝部线性部转矩、以及控制所述机器人的空闲腿角度的空闲腿线性部转矩。由此，能够提高可控性。

根据本发明第二十方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，所述环境检测值包括所述机器人的上方的障碍的位置和地面温度。由此，能够进行与障碍的位置和地面温度相应的控制。

根据本发明第二十一方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，根据所述机器人的上方的障碍的位置来设定所述躯干垂直位置的容许范围的上限值，并且根据地面温度来设定所述躯干垂直位置的容许范围的下限值，当所述躯干垂直位置小于所述下限值时，将作为所述机器人的躯干垂直位置的目标值的躯干垂直位置指令作为所述下限值，当所述躯干垂直位置大于所述躯干垂直位置指令上限值时，将所述躯干垂直位置指令作为所述垂直位置指令上限值，当所述躯干垂直位置处于所述躯干垂直位置指令下限值和所述躯干垂直位置指令上限值之间时，将所述躯干垂直位置指令作为所述躯干垂直位置。由此，能够在避开上方的障碍并保护电气部免受地面热量的影响的情况下使机器人行走。

根据本发明第二十二方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，所述姿态检测值包括所述机器人的大腿部角度、膝部角度、以及空闲腿角度。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第二十三方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，将膝部绝对角的目标值作为膝部绝对角指令，所述膝部绝对角指令是所述机器人的大腿部角度的函数，所述膝部绝对角是所述机器人的大腿部角度和膝部角度之和。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第二十四方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，求出从所述躯干垂直位置指令减去所述机器人的大腿部长度和所述大腿部角度之积的值，将所述减去后的值除以小腿长度，将所述经除法而得的值的反余弦值作为所述膝部绝对角指令。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第二十五方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，空闲腿角度指令是所述机器人的大腿部角度的函数，所述空闲腿角度指令是所述机器人的空闲腿角度的目标值。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

根据本发明第二十六方面的机器人控制方法是上述的机器人控制方法，其特征在于，所述空闲腿角度指令是通过将所述大腿部角度的符号取反而得的。由此能够可靠地进行控制，能够提高可控性。

发明效果

根据本发明，能够提供可控性好的机器人控制装置、机器人控制方法、以及腿式机器人。

附图说明

图1是模式性地示出根据本发明实施方式的机器人的构成的图；

图2是示出根据本发明实施方式的机器人的控制装置的框图；

图3是用于说明根据本发明实施方式的机器人的行走控制的图；

图4是示出在机器人的行走动作中的躯干垂直位置的时间变化的仿真结果的图；

图5是示出在机器人的行走动作中的躯干水平位置以及躯干垂直位置的轨迹的仿真结果的图；

图6是用于说明专利文献1所述的控制方法的图；

图7是用于说明专利文献2所述的控制方法的图。

附图标记说明

101 机器人

102 头部

103 躯干

104 腰部

105 右臂

106 左臂

110 腿部

120 右腿

121 右股关节

122 右上腿

123 右膝关节

124 右下腿

125 右脚踝关节

126 右脚部

130 左腿

131 左股关节

132 左上腿

133 左膝关节

134 左下腿

135 左脚踝关节

136 左脚部

141 控制部

151 地面、地板面

201 大腿部角速度指令生成器

202 大腿部角速度控制器

205 脚踝转矩计算器

204 脚踝马达

205 躯干垂直位置指令生成器

206 膝部绝对角控制器

207 膝部转矩计算器

208 膝部马达

209 空闲腿角度控制器

210 空闲腿转矩计算器

211 空闲腿马达

212 机器人机构

213 姿态检测器

214 环境检测器

601 脚尖轨迹设定部

602 膝关节角度设定部

603 腰轨迹设定部

604 膝关节角速度的限制范围设定部

701 机器人腿控制装置

702 腿致动器

703 腿致动器位移检测器

704 六轴力传感器

705 倾斜检测器

具体实施方式

以下，基于附图，对根据本发明的腿式机器人及其控制装置的实施方式进行详细说明。但是，本发明不应被限定于以下的实施方式。此外，为了明确说明，以下记载的内容和附图被适当进行了简化。

以下，参考图1，对根据本发明实施方式的脚式移动机器人(以下，简单称为机器人)进行说明。

图1是概要示出从正面观看机器人101的样子的概要图，机器人101在地板面151上行走的样子。在图1中，为了便于说明，将机器人101行进的朝向(前后方向)设为x轴，将在水平方向上与机器人101行进的方向垂直的朝向(左右方向)设为y轴，将从移动体移动的平面上竖直方向延伸的朝向(上下方向)设为z轴，并使用由这些三轴构成的坐标系进行说明。即，在图1中，所述x轴表示纸面的深入方向，y轴表示纸面上的左右方向，z轴表示纸面上的上下方向。

如图1所示，机器人101是双脚行走式机器人，包括：头部102、躯干(躯体)103、作为躯干103的一部分的腰部104、连接在躯干103上的右臂105、左臂106、可转动地固定在腰部104的腿部110。下面进行详细说明。

头部102具有用于拍摄机器人101周围环境的可视图像的左右一对的拍摄部(没有图示)，并且通过使头部102相对于躯干103绕平行于竖直方向的轴转动来拍摄宽范围的周围环境的图像。示出了拍摄的周围环境的图像数据被发送给后述的控制部141，被用作确定机器人101的动作的信息。

躯干103在其内部收纳有用于控制机器人101的动作的控制部141、用于向腿部的马达等供电的电池(没有图示)等。控制部141包括计算处理部、以及用于驱动腿部110中包含的马达的马达驱动部。对于控制部141的构成，将在后面进行说明。这些各构成要素通过由设置在躯干103内部的电池(没有图示)供电而进行动作。

此外，计算处理部读出被存储在存储区域中的程序等，并且计算为实现由读出的程序等指定的机器人101的姿态所必需的腿部110的关节角度。然后，向马达驱动部发送基于如此算出的关节角度的信号。

马达驱动部基于从计算处理部发送的信号，指定用于驱动腿部的各个马达的驱动量，并向各个马达发行用于基于这些驱动量驱动马达的驱动信号。由此，改变腿部110的各关节处的驱动量，控制机器人101的运动。

此外，计算处理部除了指示基于读出的程序等来进行马达驱动，还接受来自陀螺仪、加速度计和旋转编码器等传感器(没有图示)的信号来调节马达的驱动量。如此，通过由传感器检测出的作用于机器人101的外力和机器人101的姿态等来调节腿部110的关节角度，机器人101能够维持稳定的状态。

右臂105以及左臂106可转动地连接在躯干103上，并通过设置在肘部分和手腕部分处的关节部分，能够进行与人类的臂部相同的运动。此外，连接在手腕部分的前端上的手部虽省略了图示，但具有用于握持物体的手构造，从而通过驱动嵌入手构造中的多个指关节，能够握持各种形状的物体。

腰部104以可转动的方式连接在躯干103的躯体部分，当进行行走动作时通过组合腰部104的转动动作，能够降低驱动腿部110所必需的驱动能量。

用于双脚行走的腿部110由右腿120和左脚130构成。详细地说明，如图1所示，右腿120包括：右股关节121、右上腿122、右膝关节123、右下腿(右胫)124、右脚踝关节125、右脚部126，同样地，左脚130包括：左股关节131、左上腿132、左膝关节133、左下腿(左胫)134、左脚踝关节135、左脚部136。

此外，通过来自没有图示的马达的驱动力经由同样没有图示的带轮以及带传递到右腿120以及左脚130，右腿120以及左脚130的各关节部被驱动为期望的角度，其结果能够使腿部进行期望的运动。

这里，对控制部141进行详细说明。控制部141具有：作为计算处理部的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、作为存储区域的ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、用于通信的接口等，该控制部141用于控制机器人101的各种动作。例如，ROM中存储有用于控制的控制程序、各种设定数据等。并且，CPU读出存储在该ROM中的控制程序，并在RAM中展开该控制程序。并且根据设定数据和来自传感器等的输出来执行程序。

接着，使用图2对用于控制行走动作的控制部141的构成进行说明。图2是示出控制部141的构成的框图。因此，图2是控制机器人的机器人控制装置。这里，主要对机器人101的行走动作的控制进行说明。

在图2中，附图标记201是大腿部角速度指令生成器，202是大腿部角速度控制器，203是脚踝转矩计算器，204是脚踝马达，205是躯干垂直位置指令生成器，206是膝部绝对角控制器，207是膝部转矩计算器，208是膝部马达，209是空闲腿角度控制器，210是空闲腿转矩计算器，211是空闲腿马达，212是机器人机构，213是姿态检测器，214是环境检测器。

大腿部角速度指令生成器201输出作为大腿部角速度dθh/dt的目标值的大腿部角速度指令。大腿部角速度指令根据机器人101的行走速度来确定。大腿部角速度控制器202计算并输出脚踝线性部转矩，该脚踝线性部转矩是脚踝转矩在机器人机构212的线性部上的分量。根据该脚踝线性部转矩来控制大腿部角速度，以使其追随大腿部角速度指令。

脚踝转矩计算器203基于脚踝线性部转矩和姿态检测值，向脚踝马达204供应脚踝马达驱动电流。姿态检测值包括机器人机构212的各关节角度等。脚踝马达204基于脚踝马达驱动电流来产生脚踝转矩，驱动机器人机构212的脚踝。另外，机器人机构212包括使各关节动作的机构。

躯干垂直位置指令生成器205基于姿态检测值和环境检测值来计算躯干垂直位置指令，并输出该躯干垂直位置指令。躯干垂直位置指令是躯干垂直位置的目标值，该躯干垂直位置的目标值是机器人机构212能够安全动作的躯干的垂直位置。即，机器人机构212所包含的关节动作，以使躯干垂直位置追随躯干垂直位置指令。膝部绝对角控制器206基于躯干垂直位置指令和姿态检测值来计算膝部线性部转矩，并输出该膝部线性部转矩。膝部线性部转矩是膝部转矩在控制膝部绝对角的机器人机构212的线性部上的分量，膝部绝对角是大腿部角度和膝部角度之和。由此，机器人机构212的躯干垂直位置被控制以便追随躯干垂直位置指令。

膝部转矩计算器207基于膝部线性部转矩和姿态检测值，向膝部马达208供应膝部马达驱动电流。膝部马达208基于膝部马达驱动电流来产生膝部转矩，驱动机器人机构212的膝部。

空闲腿角度控制器209基于姿态检测值来计算空闲腿角度指令。空闲腿角度指令是机器人机构212的空闲腿角度的目标值。并且，空闲腿角度控制器209计算并输出空闲腿线性部转矩，空闲腿线性部转矩是空闲腿转矩在机器人机构212的线性部上的分量。由此，空闲腿角度被控制以便追随空闲腿角度指令。也可以将空闲腿角度指令作为机器人101的大腿部角度的函数。也可以将空闲腿角度指令作为将大腿部角度的符号取反后的值。即，也可以控制空闲腿角度，以使空闲腿和站立腿成对称。

空闲腿转矩计算器210基于空闲腿线性部转矩和姿态检测值，向空闲腿马达211供应空闲腿马达驱动电流。机器人机构212通过脚踝转矩、膝部转矩、空闲腿转矩来驱动。即，各关节的驱动马达利用从计算器供应而来的马达驱动电流而动作。并且，与机器人机构212连结的姿态检测器213检测并输出姿态检测值。姿态检测器213例如具有检测各关节的角度的角度传感器。作为角度传感器的具体例子，有分解器(resolver)、电位计、编码器。此外，只要是能够检测姿态的传感器，也可以是角度传感器以外的传感器。姿态检测器213例如也可以包括不附装在关节上的加速度検出器等。通过该姿态检测器213检测机器人机构212的姿态。即，检测除与各关节的旋转角度相应的机器人姿态。

环境检测器214检测与围绕机器人机构212的环境相关的信息(例如，周围的障碍物、温度等)，并输出该信息作为环境检测值。环境检测器214例如包括检测地板温度的温度传感器和检测障碍物的高度的障碍物传感器。

环境检测器214也可以设置在机器人101的外部。例如，也可以将测定环境温度的传感器或检测障碍物位置的传感器设置在机器人101移动的环境中。并且，机器人101可以从外部传感器接收有关环境的信息。此外，环境检测值可以动态变化。即，环境检测值也可以在机器人101行走的过程中发生变化。例如，当环境中的温度发生了变化时，环境检测值也可以与此相应地变化。或者，环境检测值也可以根据与障碍物之间的距离而变化。

例如，也可以在机器人101绕过障碍物之后，环境检测值发生变化。为了动态识别环境的变化，优选环境检测器214内置于机器人101内。由此，能够获得合适的环境检测值。

以下，使用图3，对由本实施例的控制部141驱动机器人机构212的机制的细节进行说明。

图3是模式性地示出根据本实施方式的机器人机构212的图。在图3中，右腿为空闲腿，左脚为站立腿。在图3中，省略了空闲腿的一部分。θh是大腿部角度，θ_k是膝部角度，θ_a是脚踝角度，θ_i是空闲腿角度， m是躯干质量，m_k是膝部质量，m_i是空闲腿质量，l_g是大腿部长度，l_n是小腿长度(胫长度)，l_i是空闲腿长度。此外，大腿部角度θ_h、膝部角度θ_k、脚踝角度θ_a将逆时针方向设为正。图3的机器人机构的运动方程式通过使用欧拉-拉格朗日方程方程式被求为方程式(1)、(2)、(3)。

[方程式1]

(m_{k} + m + m_{i}) l_{n}^{2} ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k})

+ (m + m_{i}) [l_{g}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} - l_{n} l_{g} \sin θ_{k} {\overset{\cdot}{θ}}_{k} {\overset{\cdot}{θ}}_{h}

+ l_{n} l_{g} \cos θ_{k} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} - l_{n} l_{g} \sin θ_{k} {\overset{\cdot}{θ}}_{k} ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k})

+ l_{n} l_{g} \cos θ_{k} ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k})]

+ m_{i} [- l_{g} l_{i} \sin (θ_{h} + θ_{i}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{i}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i}

+ l_{g} l_{i} \cos (θ_{h} + θ_{i}) {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{i}

- l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{i} - {\overset{\cdot}{θ}}_{h} - {\overset{\cdot}{θ}}_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i}

+ l_{i} l_{n} \cos (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{i}]

- m_{i} [- l_{g} l_{i} \sin (θ_{h} + θ_{i}) {\overset{\cdot}{θ}}_{h} {\overset{\cdot}{θ}}_{i}

+ l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i} ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k})] - - - (1)

- (m_{k} + m + m_{i}) {gl}_{n} \sin (θ_{h} + θ_{k})

- (m + m_{i}) {gl}_{g} \sin θ_{h}

{= T}_{a} + T_{k} + w_{a}

[方程式2]

(m_{k} + m + m_{i}) l_{n}^{2} ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k})

- (m + m_{i}) l_{n} l_{g} \sin θ_{k} {\overset{\cdot}{θ}}_{k} {\overset{\cdot}{θ}}_{h}

+ (m + m_{i}) l_{n} l_{g} \cos θ_{k} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h}

- m_{i} l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{n} - θ_{k}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{i} - {\overset{\cdot}{θ}}_{n} - {\overset{\cdot}{θ}}_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i}

+ m_{i} l_{i} l_{n} \cos (θ_{i} - θ_{n} - θ_{k}) {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{i}

+ (m + m_{i}) l_{n} l_{g} \sin θ_{k} ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{h}

- m_{i} l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i} ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k})

- (m_{k} + m {+ m}_{i}) {gl}_{n} \sin (θ_{h} + θ_{k})

= T_{k} - - - (2)

[方程式3]

m_{i} [l_{i}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{i} - l_{g} l_{i} \sin (θ_{h} + θ_{i}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{i}) {\overset{\cdot}{θ}}_{h}

+ l_{g} l_{i} \cos (θ_{h} + θ_{i}) {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h}

- l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{i} - {\overset{\cdot}{θ}}_{h} - {\overset{\cdot}{θ}}_{k}) ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k})

+ l_{i} l_{n} \cos (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k})]

+ m_{i} [l_{g} l_{i} \sin (θ_{h} + θ_{i}) {\overset{\cdot}{θ}}_{h} {\overset{\cdot}{θ}}_{i}

+ l_{i} l_{n} \sin (θ_{i} - θ_{h} - θ_{k}) {\overset{\cdot}{θ}}_{i} ({\overset{\cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot}{θ}}_{k})]

+ m_{i} {gl}_{i} \sin θ_{i}

= T_{a} + T_{k} + T_{i} + w_{a} - - - (3)

其中，g是重力加速度，T_a是脚踝转矩，脚踝转矩是使左脚部136相对于左膝关节133旋转的转矩，T_k是膝部转矩，膝部转矩是使左下腿134相对于左上腿132旋转的转矩，T_i是空闲腿转矩，空闲腿转矩是使空闲腿相对于躯干103旋转的转矩，w_a是施加到脚踝上的转矩干扰。其中，脚踝转矩T_a、膝部转矩T_k、空闲腿转矩T_i、以及转矩干扰w_a将逆时针方向设为正。

如果将式(1)、(2)、(3)的左边非线性项分别表示为g_h、g_k、g_i，则脚踝转矩T_a、膝部转矩T_k、空闲腿转矩T_i可改写为式(4)、(5)、(6)。

[方程式4]

T_a＝T_a0+g_h-g_k (4)

[方程式5]

T_k＝T_k0+g_k (5)

[方程式6]

T_i＝T_i0+g_i-g_h (6)

其中，T_a0是脚踝线性部转矩，T_k0是膝部线性部转矩，T_i0是空闲腿线性部转矩。如果将式(4)、(5)、(6)代入式(1)、(2)、(3)中，则可得到式(7)、(8)、(9)。

[方程式7]

(m_{k} + m + m_{i}) l_{n}^{2} ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k})

+ (m + m_{i}) l_{g}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h}

{= T}_{a 0} + T_{k 0} + w_{a} - - - (7)

[方程式8]

(m_{k} + m + m_{i}) l_{n}^{2} ({\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} + {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{k}) = T_{k 0} - - - (8)

[方程式9]

m_{i} l_{i}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{i} = T_{a 0} + T_{k 0} + T_{i 0} + w_{a} - - - (9)

如果使用式(8)改写式(7)，则成为式(10)。

[方程式10]

(m + m_{i}) l_{g}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{h} = T_{a 0} + w_{a} - - - (10)

如果使用作为大腿部角度θ_h和膝部角度θ_k之和的膝部绝对角θ_hk＝θ_h+θ_k改写式(8)，则可表示为式(11)。

[方程式11]

(m_{k} + m + m_{i}) l_{n}^{2} {\overset{\cdot \cdot}{θ}}_{hk} = T_{k 0} - - - (11)

大腿部角速度指令生成器201生成并输出大腿部角速度指令v_h，大腿部角速度指令v_h是大腿部角速度dθ_h/dt的目标值。大腿部角速度控制器202基于式(10)来计算脚踝线性部转矩T_a0，以使式(12)成立。

[方程式12]

\lim_{t &RightArrow; \infty} {\overset{\cdot}{θ}}_{h} = v_{h} - - - (12)

脚踝转矩计算器203基于脚踝线性部转矩T_a0和式(4)来计算脚踝转矩T_a，并计算可使脚踝马达204产生脚踝转矩T_a的脚踝马达驱动电流，并输出该脚踝马达驱动电流。

躯干垂直位置指令生成器205基于环境检测器214所输出的围绕机器人机构212的环境的信息(例如，周围的障碍物、温度等)，计算躯干垂直位置y的容许范围(目标范围)。躯干垂直位置y的范围是机器人机构212能够安全动作的相对于地面151的躯干103的垂直位置的范围。将容许范围的上限值和下限值设为躯干垂直位置上限值y_max、躯干垂直位置下限值y_min。如式(13)所示，基于姿态检测值来计算躯干垂直位置y。

[方程式13]

y＝l_ncos(θ_h+θ_k)+l_gcosθ_h (13)

躯干垂直位置指令生成器205使用躯干垂直位置上限值y_max、躯干垂直位置下限值y_min、躯干垂直位置y如式(14)所示那样计算作为躯干垂直位置y的目标值的躯干垂直位置指令r_y。

[方程式14]

r_{y} = \{\begin{matrix} y_{\min} & y \leq y_{\min} \\ y & y_{\min} < y < y_{\max} \\ y_{\max} & y &GreaterEqual; y_{\max} \end{matrix} - - - (14)

当躯干垂直位置y处于机器人机构212能够安全动作的范围内时，不进行躯干垂直位置y的控制。即，控制躯干垂直位置指令r_y，以使其保持躯干垂直位置y不变。当躯干垂直位置y变得比躯干垂直位置上限值y_max大时，使得躯干垂直位置y接近躯干垂直位置上限值y_max。当躯干垂直位置y变得比躯干垂直位置下限值y_min小时，使得躯干垂直位置y接近躯干垂直位置下限值y_min。如此来控制机器人机构212。即，控制机器人机构212的各关节，使得躯干垂直位置y收敛于容许范围内。

例如，当救援机器人为了从倒塌的建筑物中救援受灾者而在烈日下工作时，需要在钻过比救援机器人的身长低的障碍物下面的同时在高温地面上行走。为了延长救援机器人的电池寿命并且保护救援机器人的电气部分免受地面热量的影响，期望增大躯干垂直位置y。另一方面，为了钻过障碍物下面来救援受灾者，需要降低躯干垂直位置y以防止撞到障碍物。即，需要控制躯干垂直位置，以使头部102等低于障碍物的位置。这里，环境检测值是地面温度和障碍物的位置(高度)。基于地板表面的温度来确定躯干垂直位置下限值y_min，并基于障碍物的位置来确定躯干垂直位置上限值y_max。

或者，也可以根据路面的状态来设定阈值。例如，当地板表面冻结时，机器人容易打滑。由于机器人101容易跌到，因此也可以设定躯干垂直位置上限值y_max。由此，能够防止因跌到造成的故障。此外，当地板表面被水淹时，也可以设定躯干垂直位置下限值y_min，以防止机器人101的电气部分被弄湿。由此，能够防止机器人101故障。即，能够防止电池和马达等电气部件被弄湿，能够防止电气部件故障。

膝部绝对角控制器206使用躯干垂直位置指令r_y和姿态检测值计算式(11)的膝部线性部转矩T_k0，以使式(15)成立，并输出算出的膝部线性部转矩T_k0。

[方程式15]

\lim_{t &RightArrow; \infty} θ_{hk} = \cos^{- 1} (\frac{r_{y} - l_{g} \cos θ_{h}}{l_{n}}) - - - (15)

膝部转矩计算器207使用膝部线性部转矩T_k0、姿态检测值以及式(5)来计算膝部转矩T_k。计算并输出可使膝部马达208产生膝部转矩T_k的膝部马达驱动电流。

空闲腿角度控制器209基于姿态检测值来计算空闲腿角度指令。空闲腿角度指令是机器人机构212能够持续行走的空闲腿角度θ_i的目标值。也可以将空闲腿角度指令设为站立腿的大腿部角度的函数。而且，也可以将空闲腿角度指令设为将大腿部角度的符号取反的值。空闲腿角度控制器209计算空闲腿线性部转矩T_i0，以使空闲腿角度θ_i追随空闲腿角度指令。即，空闲腿角度控制器209计算式(9)的空闲腿线性部转矩T_i0，以使式(16)成立，并输出算出的空闲腿线性部转矩T_i0。

[方程式16]

\lim_{t &RightArrow; \infty} θ_{i} = - θ_{h} - - - (16)

空闲腿转矩计算器210使用空闲腿线性部转矩T_i0、姿态检测值以及式(6)来计算空闲腿转矩T_i。并且，空闲腿转矩计算器210计算并输出可使空闲腿马达211产生空闲腿转矩T_i的空闲腿马达驱动电流。

如此，基于围绕机器人的环境来设定躯干垂直位置y的目标范围(容许范围)。并且，对躯干垂直位置y和大腿部角速度dθ_h/dt进行反馈控制。当躯干垂直位置y处于目标范围内时，不控制躯干垂直位置y，能够减少耗电量并能够延长电池寿命。而且，能够使得机器人101不与周围的物或人冲撞地安全地动作。由此，能够将机器人101的故障和损坏抑制到最低限度。在上述的说明中，目标范围是上限值和下限值之间的范围，但也可以只设定下限值。即，可以将下限值以上设定为目标范围。

此外，在上述的控制中，躯干垂直位置y的目标值具有一幅度。即，执行反馈控制，以使躯干垂直位置y落入具有一定幅度的容许范围内。因此，上述的控制与现有技术那样的使得接近一个目标姿态的动作控制相比针对干扰更具鲁棒性。由此，也能够使机器人在粗糙的地面和/或活动的地面上行走。例如，当躯干垂直位置y由于干扰而超过了容许范围时，进行反馈控制以便迅速返回到容许范围内。由此能够提高可控性。

在上述的控制中，进行了着重不使机器人跌到的动作控制。因此，即使在地面非常粗糙时，也能够保持平衡。例如，即使站立腿着地的地方不稳定并且活动，从而脚踝上产生大的转矩干扰而无法前进，通过将空闲腿后移以便不跌到来达到平衡。

大腿部角速度控制器202中使用P控制、PI控制、I-P控制、PID控制等任意的线性控制、以及滑模控制等任意的非线性控制，也能够进行控制。

膝部绝对角控制器206、空闲腿角度控制器209中使用位置P速度P控制、位置P速度PI控制、位置P速度I-P控制、位置P控制、位置PI控制、位置I-P控制、位置PID控制等任意的线性控制、滑模控制等任意的非线性控制，也能够进行控制。

在本实施例中，示出了双脚行走的例子，但通过适当地改变表示改变空闲腿的动作的式(16)，也能够将上述的控制应用于具有任意多条腿的机器人的行走控制。例如，能够控制具有三条以上的腿部的机器人。

也可以将作为机器人101的大腿部角度与膝部角度之和的膝部绝对角的目标值设为膝部绝对角指令，将膝部绝对角指令设为机器人的大腿部角度的函数。

例如，求出从躯干垂直位置指令减去了机器人101的大腿部长度与大腿部角的余弦值之积的值。然后，用小腿长度除以减去后的值。然后，通过计算除法而得的值的反余弦值来求出膝部绝对值指令。

也可以将作为机器人的空闲腿角度的目标值的空闲腿角度指令设为机器人的大腿部角度的函数。也可以将空闲腿角度指令设为通过将所述大腿部角度的符号取反而得的值。

此外，本发明不需要将行走模式存储在存储器中，因此，可应用于只安装了廉价、小容量的存储器机器人的行走控制。

以下示出上述控制的仿真结果。

m＝30[kg]，m_k＝10[kg]，m_i＝10[kg]，l_n＝0.5[m]，l_g＝0.4[m]，l_i＝ 0.5[m]，g＝9.8[m/s^2]，J_t＝(m+mi)·l_g^2，J_hk＝(m_k+m+m_i)·l_n^2，J_i＝m_i·l_i^2，T＝10×10^-3[s]，K_vh＝10·(2π)[s^-1]，K_vjh＝K_vh·J_t[N·m·s/rad]，K_vhk＝10·(2π)[s^-1]，K_vjhk＝K_vhk·J_hk[N·m·s/rad]，K_phk＝10[s^-1]，K_vi＝10·(2π)[s^-1]，K_vji＝K_vi·J_i[N·m·s/rad]，K_pi＝10[s^-1]，A_wa＝0.318[N·m]，t_d＝0.5[s]，v_h＝-1.5/(l_g+l_n)[rad/s]，q_kmin＝-175·π/180[rad]，q_kmax＝-0.5·π/180[rad]，q_hmin＝-60·π/180[rad]，q_hmax＝90·π/180[rad]，q_imin＝q_hmin[rad]，q_imax＝q_hmax[rad]，y_min＝0.8·(lg+ln)[m]，y_max＝0.9·(l_g+l_n)[m]，q_hic＝50·π/180[rad]，v_hic＝v_h[rad/s]，q_kic＝-45·π/180[rad]，v_kic＝0[rad/s]，q_iic＝-q_hic[rad]，v_iic＝-v_hic[rad/s]。

其中，m是躯体质量，m_k是膝部质量，m_i是空闲腿质量，l_n是小腿长度，l_g是大腿部长度，l_i是空闲腿长度，J_t是躯体惯性转矩，J_hk是膝部惯性转矩，J_i是空闲腿惯性转矩，g是重力加速度，T是控制周期，K_vh是标准化大腿部角速度比例控制增益，K_vjh是大腿部角速度比例控制增益，K_vhk是标准化膝部角度速度比例控制增益，K_vjhk是膝部角度速度比例控制增益，K_phk是膝部角度比例控制增益，K_vi是标准化空闲腿角速度比例控制增益，K_vji是空闲腿角速度比例控制增益，K_pi是空闲腿角度比例控制增益，A_wa是转矩干扰幅值，t_d是转矩干扰时间，v_h是大腿部角速度指令，q_kmin是膝部角度下限值，q_kmax是膝部角度上限值，q_hmin是大腿部角度下限值，q_hmax是大腿部角度上限值，q_imin是空闲腿角度下限值，q_imax是空闲腿角度上限值，y_min是躯干垂直位置下限值，y_max是躯干垂直位置上限值，q_hic是大腿部角度初始值，v_hic是大腿部角速度初始值，q_kic是膝部角度初始值，v_kic是膝部角度速度初始值，q_iic是空闲腿角度初始值，v_iic是空闲腿角速度初始值。

在本仿真中，将大腿部角速度控制器202设为位置P控制，将膝部绝对角控制器206和空闲腿角度控制器209设为位置P速度P控制。为了示出本发明的动作控制相对于干扰的鲁棒性，在时间t_d，在逆时针方向上向脚踝施加具有幅值A_wa的冲击转矩干扰。本仿真的机器人的各关节的可动范围及其角度以及角速度的初始值使用了上述的值。

图4和图5是示出仿真结果的曲线。图4示出了躯干垂直位置y的时间变化。在图4中，实线表示躯干垂直位置y，虚线表示通过式(14)算出的躯干垂直位置指令ry，细直线表示躯干垂直位置下限值y_min和躯干垂直位置上限值y_max。图4的横轴表示时间，纵轴表示躯干垂直位置。可知在t_d＝0.25[s]，即使是假转矩干扰，躯干垂直位置y也被控制在被躯干垂直位置指令上限值y_max和躯干垂直位置指令下限值y_min包围的范围的附近。并且可知，在1/3的区间可以不控制躯干垂直位置y，从而能够将各马达的消费电力减少1/3。即，能够减少马达的驱动电流。

图5示出了躯干垂直水平位置的轨迹。在图5中，横轴示出了躯干水平位置，纵轴示出了躯干垂直位置。从图5中可知，即使身体姿态失去平衡，也重新恢复身体平衡并前进。

通过上述的控制，即使在有转矩干扰的情况下，也能够使机器人不跌倒地行走。并且能够减少耗电量。此外，能够在避开机器人101上方的障碍物并保护电气部免受地面热量的影响的情况下使机器人101行走。如此能够提高可控性。

在上述的控制中，不再需要预先生成包含各关节角度的指令值的行走数据。由此，能够抑制控制部141上安装的存储器容量。即使在机器人101只安装了容量少的存储器的情况下，也能够提高可控性。即，能够提高对周囲的人或物体的安全性，并能够减少耗电量。例如，即使在粗糙的地面上，即使被施加外力，也能够使机器人行走。因此，上述的控制装置以及控制方法适合于家政机器人、看护机器人、救援机器人、极限环境下的作业机器人等。即，上述的控制能够广泛应用于要求行走的鲁棒稳定性、长充电时间等的具有多条腿的机器人的行走控制。

该申请要求基于2009年4月22日申请的日本申请特愿2009-103917的优先权，并将其全部公开内容合并于此。

Claims

1.一种机器人控制装置，其通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，所述机器人控制装置包括：

环境检测器，所述环境检测器输出作为围绕机器人机构的环境的信息的环境检测值，其中，所述机器人机构包含机器人的多个关节以及使各关节动作的机构；

姿态检测器，所述姿态检测器输出表示所述机器人机构的姿态的姿态检测值；

大腿部角速度控制器，其控制所述机器人机构的大腿部角速度；

膝部绝对角控制器，其控制所述机器人机构的膝部绝对角；

空闲腿角度控制器，其控制所述机器人机构的空闲腿角度；

大腿部角速度指令生成器，其生成大腿部角速度指令；

躯干垂直位置指令生成器，其基于所述环境检测值和所述姿态检测值来生成躯干垂直位置指令，所述躯干垂直位置指令是所述机器人的躯干垂直位置的目标值；

所述机器人控制装置基于所述环境检测值来确定对于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，并且基于所述姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内，

为了使所述躯干垂直位置处于所述容许范围内，当基于所述姿态检测值算出的所述躯干垂直位置小于所述容许范围的下限值时，将作为所述机器人的躯干垂直位置的目标值的躯干垂直位置指令设为所述下限值，当所述躯干垂直位置大于所述容许范围的上限值时，将所述躯干垂直位置指令设为所述上限值。

2.如权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

还包括转矩计算器，所述转矩计算器计算用于控制所述机器人机构的线性部分的线性部转矩。

3.如权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述线性部转矩包括：控制所述机器人机构的大腿部角速度的脚踝线性部转矩、控制所述机器人机构的膝部绝对角的膝部线性部转矩、以及控制所述机器人机构的空闲腿角度的空闲腿线性部转矩。

4.一种机器人控制装置，其通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，所述机器人控制装置的特征在于，包括：

环境检测器，所述环境检测器输出作为围绕所述机器人的环境的信息的环境检测值；

姿态检测器，所述姿态检测器输出表示所述机器人的姿态的姿态检测值；

大腿部角速度控制器，其控制所述机器人的大腿部角速度；

膝部绝对角控制器，其控制所述机器人的膝部绝对角；

空闲腿角度控制器，其控制所述机器人的空闲腿角度；

大腿部角速度指令生成器，其生成大腿部角速度指令；

所述机器人的控制装置基于所述环境检测值来确定对于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，并且

基于所述姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内，

所述环境检测值包括所述机器人的上方的障碍的位置和地面温度。

5.如权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，

根据所述机器人的上方的障碍的位置来设定躯干垂直位置上限值，并且根据地面温度来设定躯干垂直位置下限值，所述躯干垂直位置上限值是所述躯干垂直位置的容许范围的上限值，所述躯干垂直位置下限值是所述躯干垂直位置的容许范围的下限值，

当所述躯干垂直位置小于所述躯干垂直位置下限值时，将作为所述机器人的躯干垂直位置的目标值的躯干垂直位置指令设为所述躯干垂直位置下限值，

当所述躯干垂直位置大于所述躯干垂直位置上限值时，将所述躯干垂直位置指令设为所述躯干垂直位置上限值，

当所述躯干垂直位置处于所述躯干垂直位置下限值和所述躯干垂直位置上限值之间时，将所述躯干垂直位置指令设为所述躯干垂直位置。

6.如权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述姿态检测值包括所述机器人机构的大腿部角度、膝部角度、以及空闲腿角度。

7.如权利要求6所述的机器人控制装置，其特征在于，

将膝部绝对角的目标值用作膝部绝对角指令，所述膝部绝对角指令是所述机器人机构的大腿部角度的函数，所述膝部绝对角是所述机器人机构的大腿部角度和膝部角度之和。

8.如权利要求7所述的机器人控制装置，其特征在于，

求出从所述躯干垂直位置指令减去所述机器人的大腿部长度和所述大腿部角度之积的值，

将所述减去后的值除以小腿长度，

将所述经除法而得的值的反余弦值用作所述膝部绝对角指令。

9.如权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

空闲腿角度指令是所述机器人机构的大腿部角度的函数，所述空闲腿角度指令是所述机器人机构的空闲腿角度的目标值。

10.如权利要求9所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述空闲腿角度指令是通过将所述大腿部角度的符号取反而得的。

11.一种腿式机器人，包括：

权利要求1至10中任一项所述的机器人控制装置；以及

多条腿。

12.一种机器人控制方法，通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，其中，

基于作为围绕机器人机构的环境的信息的环境检测值来确定对于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，其中，所述机器人机构包含机器人的多个关节以及使各关节动作的机构，并且

基于表示所述机器人机构的姿态的姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内，

13.如权利要求12所述的机器人控制方法，其中，

基于所述环境检测值和所述姿态检测值来生成躯干垂直位置指令，所述躯干垂直位置指令是所述机器人的躯干垂直位置的目标值。

14.如权利要求12或13所述的机器人控制方法，其特征在于，

计算用于控制所述机器人机构的线性部分的线性部转矩。

15.如权利要求14所述的机器人控制方法，其特征在于，

16.一种机器人控制方法，通过驱动具有多条腿的机器人的关节来使所述机器人行走，所述机器人控制方法的特征在于，

基于作为围绕所述机器人的环境的信息的环境检测值来确定对于所述机器人的躯干垂直位置的容许范围，并且

基于表示所述机器人的姿态的姿态检测值来使所述机器人行走，以使所述躯干垂直位置在所述容许范围内，

17.如权利要求16所述的机器人控制方法，其特征在于，

18.如权利要求12所述的机器人控制方法，其特征在于，

19.如权利要求18所述的机器人控制方法，其特征在于，

20.如权利要求19所述的机器人控制方法，其特征在于，

将所述减去后的值除以小腿长度，

21.如权利要求18所述的机器人控制方法，其特征在于，

22.如权利要求21所述的机器人控制方法，其特征在于，