CN1733434A - 控制机器人装置的操作的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制至少具有多个可移动单元的机器人装置的操作的设备，包括驱动可移动单元的驱动器；确定可移动单元的状态或者机器人装置的状态的确定器；多个异常状态检测器，检测异常状态并且基于由确定器确定的确定结果对该异常状态执行克服操作；以及异常状态控制器，使由多个异常状态检测器同时执行异常状态检测和克服操作。

Description

控制机器人装置的操作的设备和方法
技术领域
本发明涉及控制至少具有多个可移动部分的机器人装置的操作的设备和方法，尤其涉及控制要在各种预期环境中使用的机器人装置的操作的设备和方法。
尤其是，本发明涉及控制这样的机器人装置的操作的设备和方法，当在该机器人装置中检测到异常状态时，该机器人装置自主地和内部地克服该异常状态。尤其是，本发明涉及控制这样的机器人装置的操作的设备和方法，该机器人装置一致地自主克服合成和检测的异常状态。
背景技术
机器人是通过利用电和磁作用像人那样移动的机械设备。术语“机器人”据说是从斯拉夫语单词“ROBOTA”(奴隶机器)中导出。在我国，机器人的广泛应用始于1960年代末，它们中的许多是例如用于实现工厂中的自动生产操作而不用人在场的目的的工业机器人，诸如机械手和运输机器人等。
近些年来，在腿移动式机器人的研究和开发中已经取得了进步，该机器人被设计为使用诸如人或者猿之类、使用两只脚直立移动的动物的躯体的运动和机构作为模型(例如，参见日本未经审查的专利申请公开13-129775)。和例如使用四条或者六条腿爬行或者移动相比，以直立姿势的两足移动是不稳定的。因此，在这种情况下，难以控制姿势和行走。然而，以直立姿势两足移动是优秀的，因为其移动灵活。因此，能够这样移动的机器人能够例如沿着诸如具有障碍的表面的工作路径的粗糙行走表面移动，或者沿着不连续表面移动，诸如上下台阶或者梯子移动。
再现人的移动和躯体机构的腿移动式机器人被称作类人机器人。类人机器人在生活环境的情况中以及在日常生活的各种其它情况中，在生活中帮助人们，即在各种人类活动中帮助他们。
大部分人类的工作场所和生活空间依据使用双腿直立行走的人类的行为模式和躯体机构形成。对于使用轮子或者其它如移动器的驱动设备来移动当前机械系统来说，存在许多障碍。因此，最好是机器人的可移动范围和人类的可移动范围大致相同，以便机械系统，即机器人代替人执行各种人的任务，并且深入地渗透到人类的生活空间中。这是为什么存在有将腿移动式机器人投入实际使用的极大期望的原因。
经常通过利用ZMP(零力矩点)作为用于确定行走稳定性程度的标准，来实现腿移动式机器人的姿势稳定性控制。这里涉及的ZMP是地板表面上的点，在该点位置，当机器人行走时由地板的反作用力所引起的力矩为零。用于通过ZMP确定行走稳定性程度的标准基于达朗伯(D′Alembert)原理，其中从行走系统到地板表面的重力和惯性力以及它们的力矩与从地板表面到行走系统的地板反作用力和地板反作用力矩平衡。依据动力学的推论是，在由地板表面和脚底与地板的接触点定义的支撑多边形的侧边内存在有一点，即ZMP，在该位置俯仰轴力矩和摆动轴力矩为零(例如，参考MiomirVukobratovic所著的“Legged Locomotion Robots”，以及由Ichiro Kato及其他人所著的“Walking Robot and Artificial Leg”(Nikkann Kogyou Shinbun-sha))。
通过设计机器人的运动以便它每一瞬间都以动态平衡方式移动，成功地实现了实际机器人中的目标ZMP控制。依据基于ZMP的两足行走模式，能够预先设置脚底接触地板的点，以便，例如依据地板表面的形状容易地考虑在脚末端上的运动学约束。当ZMP用作确定稳定程度的标准时，轨迹而不是力被用作控制运动的目标值。因此，从技术上来说，增加了把ZMP投入实际使用的可能性。
这里，假定高腿移动式机器人用于各种环境而与地面是否平坦或者粗糙无关，以便该机器人可以用于许多情况，其中机器人躯体的控制系统偏离了保证的操作条件。因此，和其它机械设备相比，更有可能在这样的机器人中在意想不到的情况中出现异常状态。因此，机器人内部检测异常状态并自主地克服检测的异常状态是所期望的。可以组合出现两个或更多异常状态。必需让机器人一致地克服各个异常状态。
许多相关的机器人技术重视功能。因此，大多数相关的机器人技术没有相对于外界提供安全功能。例如，虽然工业机器人提供了许多安全措施，但是它们没有内部地具有安全功能，即主要在机器人的外面提供安全功能，诸如提供空间阈值以便人不会进入它的可移动部分，或者提供紧急停止止开关(参考，例如日本未经审查的专利申请公开2001-38661)。
如果假定诸如娱乐机器人之类的机器人将用于家庭，则让机器人进行动作以便不会受到诸如环境或者用户之类的外界的不利影响而且以便减少机器人本身的损害以及负载，将变得日益需要。换句话说，机器人需要内部检测任何异常状态并且快速和自主地克服该异常状态。
这里，如果以接触某些热的东西的人为示例，则机器人需要通过本能地撤回手来在早期克服异常状态的功能，而不是在理性地感觉那个东西是热的之后撤回手。
发明内容
期望提供控制可以在各种环境中执行自主或者独立操作的机器人装置的操作的优秀设备和方法。
还期望提供控制这样的机器人装置的操作的优秀设备和方法，该机器人装置可以当内部检测到异常状态时，内部和自主地克服该异常状态。
还期望提供控制这样的机器人装置的操作的优秀设备和方法，该机器人装置可以一致地自主克服组合的和检测的异常状态。
根据本发明的实施例，控制至少具有多个可移动单元的机器人装置的操作的设备包括：用于驱动可移动单元的驱动装置，用于确定可移动单元的状态或者机器人装置的状态的确定装置，多个用于检测异常状态、并且基于确定装置确定的确定结果对异常状态执行克服操作的异常状态检测装置，以及用于使多个异常状态检测装置同时执行异常状态检测和克服操作的异常状态控制装置。
为了让机器人装置变得广泛使用、代替人类执行各种人的工作、以及变得自主，存在让机器人装置内部地检测异常状态并且自主地克服所检测的异常状态的需要。然而，由于存在其中机器人的躯体的控制系统偏离保证操作条件的各种情况，与其他在意外情况中的机械设备相比，采用不稳定直立姿势并且在不考虑地面是平坦还是粗糙的环境中操作的腿移动式机器人等中更有可能出现异常状态。在这样的情况下，可以组合出现两个或更多异常状态，在该情况下必需一致地克服这些异常状态。
异常状态控制装置可以向多个异常状态检测装置分配优先级，并且基于优先级一致地同时操作异常状态检测装置。
异常状态控制装置可以动态地执行把每个异常状态检测装置的操作设置为处于有效或者无效的状态，并且分配优先级。
当机器人装置能够采用多个姿势时，异常状态控制装置可以依据该姿势注册任何被设置为处于有效状态的异常状态检测装置。例如，如果机器人装置是至少具有多条可移动腿的腿移动式机器人的话，则它采用站立姿势、坐姿势、和卧姿势，以便异常状态控制装置在相应的姿势中注册异常状态检测装置。例如，异常状态控制装置可以在站立姿势中注册与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、被抓预防、跌倒控制、以及跌倒预防控制相关的异常状态检测装置，而且可以在坐姿势和卧姿势的每一个中，除了与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、以及被抓预防相关的异常状态检测装置之外，还作为替代注册与摆动检测相关的异常状态检测装置，这是因为在这些姿势中它不会跌倒。
当机器人装置能够处于多个操作模式中时，异常状态控制装置可以依据操作模式注册任何被设置为处于有效状态的异常状态检测装置。
例如，在用于最大限度地利用机器人装置的性能的Pro模式中，异常状态控制装置可以仅仅注册最少数量的异常状态检测装置，包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些，用于防止对机器人装置的损害。在用于防止对装置躯体损害的装置躯体保护模式中，除了用于防止由装置躯体的操作产生的对机器人装置的损害的、包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的异常状态检测装置在内的最小数量异常状态检测装置之外，异常状态控制装置还可以注册与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测装置。在用于保持装置躯体和用户的安全性的操作模式中，除了用于防止由装置躯体的操作产生的对机器人装置的损害、包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的异常状态检测装置在内的最小数量异常状态检测装置，和用于保护装置躯体的、包括与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测装置在内的异常状态检测装置之外，异常状态控制装置可以注册用于提供用户安全性的、包括与被抓预防相关的异常状态检测装置在内的异常状态检测装置。
异常状态控制装置可以在每个预定控制周期中或者利用设置的频率，依据优先级连续地启动注册的异常状态检测装置，以便同时对它们进行操作。
每个异常状态检测装置可以执行多个操作，包括用于处理来自确定装置的确定结果的常规操作、用于确定该确定结果是否已经达到应该检测异常的水平的异常检测操作、用于启动该异常的克服操作的预处理、对该异常的克服操作、以及克服操作的后处理。在这种情况下，异常状态控制装置可以利用依据优先级的每个常规操作和异常检测操作，依据优先级交替地启动异常状态检测装置，以便同时执行这些操作。
异常状态控制装置可以在检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先极的异常状态执行克服操作。
异常状态控制装置可以把多个异常状态检测装置划分为两个或更多组。
异常状态控制装置可以在每个组中的检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先级的异常状态执行克服操作。
异常状态控制装置可以向各组分配优先级，并依据优先级连续地启动每个组中的注册的异常状态检测装置。
因此，依据本发明的不同形式，提供了控制这样的机器人装置的操作的优秀设备和方法，该机器人装置可以在内部检测到异常状态时、内部和自主地克服异常状态。
依据本发明的不同形式，提供了控制这样的机器人装置的操作的优秀设备和方法，该机器人装置可以一致地自主克服组合的和检测的异常状态。
依据本发明的不同形式，其中克服期望的异常状态的机器人装置的设计使得有可能容易地执行安装，而不用考虑其它异常状态。另外，恰当地向异常状态检测器分配优先级使得实现提供高安全级的机器人装置成为可能。
依据本发明不同形式的机器人装置具有多个异常状态检测器，其独立地进行操作，用于检测各种异常状态。通过机械地操纵异常状态检测器的有效/无效性以及它们的优先级，有可能依据不同的使用来改变在机器人装置的紧急情况下的异常状态克服能力。
根据下面参考附图对本发明实施例的详细说明，其它的目的、特征、和优点将变得明显。
附图说明
图1是依据本发明的实施例，处于直立状态的类人机器人装置100的前视图；
图2是依据本发明的实施例，处于直立状态的类人机器人装置100的后视图；
图3是由机器人装置100的关节提供的自由度的结构的示意图；
图4是机器人装置100的控制系统的结构的示意图；
图5为能够检测多个异常状态并克服这些异常状态的腿移动式机器人的操作控制系统的功能结构的示意图；
图6示出了其中依据在两足腿移动式机器人中的姿势注册预期的异常状态检测器的示例；
图7显示了其中依据在两足腿移动式机器人中的异常状态检测器的操作模式，注册期望异常状态检测器的示例；
图8为流程图，示出在每个预定控制周期内执行的、在异常状态控制部分16中的普通过程的步骤。
图9说明了由异常状态检测器执行的操作；
图10显示了其中对异常状态检测器进行分组的示例；
图11示出了当依据组分配优先级并且在每个组中同时执行异常状态克服操作的操作过程的示例；以及
图12示出了当依据异常状态检测器的优先级混合和注册各组、并同时执行异常状态克服操作时的操作过程的示例。
具体实施方式
将在下面参考附图对本发明的实施例进行详细描述。
在本发明中，假定机器人装置具有多个连接到躯体的关节，并且已经向相应的关节致动器(也就是，对应于关节驱动操作的设备)提供了目标命令值(诸如角度、扭矩、致动器增益)，这些值基于在机器人中每个控制期中的实时操作和静止运动的生成。
图1和2是依据本发明的实施例、处于直立姿势的类人机器人装置100的前和后视图。如图所示，机器人装置100具有躯体、头部、左右上肢、用于移动的双下肢或者左右腿。机器人装置的操作通常例如利用并入躯体的控制单元(未显示)进行控制。
左右下肢每只都具有大腿、膝关节、胫、踝、和脚。它们实质上通过相应的髋关节连接到躯干的底部。左右上肢具有相应的上臂、肘关节、和前臂。它们通过相应的肩关节连接到躯干的相应左右上侧边缘。头部实质上通过颈关节连接到躯干的最上端中心部分。
具有这样结构的机器人装置100可以由控制部分(未在图1和2中显示)进行控制使全身操作协调来执行两足行走。通常，通过重复行走周期来执行这样的两足行走，该周期被分成以下操作时段：
(1)单脚支承时段，其中抬起右脚并且左脚支持躯体，
(2)两脚支承时段，其中右脚已经和地板接触，
(3)单脚支承时段，其中抬起左脚并且右脚支持躯体，以及
(4)两脚支承时段，其中左脚已经和地板接触。
控制部分包括控制器(主控部分)和并入电源电路及其他外围设备的外壳。控制器控制构成机器人装置100的每个关节致动器的驱动并且处理例如来自传感器(稍后描述)的外部输入。控制部分还可以包括通信设备或者通信接口，用于远程控制操作。
通过先前计划下肢的目标路径并且在每一上述时段校正计划的路径来控制机器人装置100的行走。换句话说，在每个两脚支承时段，停止下肢路径的校正，并且相对于计划的路径，利用使用总校正量的常量，校正腰的高度。在每个单脚支承时段，产生校正的路径，以便在已经校正的腰和踝的相对位置之间的关系恢复到计划的路径关系。
机器人装置姿势的稳定性的控制，作为校正行走路径的典型情况，利用ZMP作为确定行走稳定性程度的标准。执行使用5级多项式的插值计算，以便使位置、速度、和加速度连续，以减少相对于ZMP的偏差。用于由ZMP确定行走稳定性程度的标准基于达朗伯(D′Alembert)原理，其中从行走系统到地板表面的重力和惯性力以及它们的力矩与从地板表面到行走系统的地板反作用力和地板反作用力矩平衡。依据关于这个原理的动力学的推论是，在由地板表面和脚底与地板接触点定义的支撑多边形(即，ZMP稳定区域)内，存在一个点，即ZMP，其中俯仰轴力矩和摆动(roll)轴力矩为零。
图3是由机器人装置100的关节提供的自由度的结构的示意图。如图3所示，机器人装置100具有头1、包括双臂的上肢、包括用于移动的双腿的下肢、以及连接上肢和下肢的躯干。
支承头部1的颈关节具有四个自由度，它们依据颈关节偏转(yaw)轴101、颈关节俯仰轴102A、头部俯仰轴102B、和颈关节摆动轴103提供。
每只手臂具有依据肩关节俯仰轴104、肩关节摆动轴105、上臂偏转轴106、肘关节俯仰轴107、腕关节偏转轴108、和手提供的自由度。每只手实际上是具有许多关节和自由度以及多只手指的结构。
躯干具有依据躯干俯仰轴109和躯干摆动轴110提供的两个自由度。
下肢的腿每只都包括髋关节偏转轴111、髋关节俯仰轴112、髋关节摆动轴113、膝关节俯仰轴114、踝关节俯仰轴115、踝关节摆动轴116、和脚22。
机器人装置100不需要具有全部上述的自由度。此外，机器人装置100的自由度不局限于上述自由度。因此，不用说，可以依据例如需求规格或者相对于设计/生产的约束的需要，按照需要增加或者减少自由度或者关节的数目。
上述机器人装置100的每个自由度实际上都通过使用它的相应旋转致动器提供。为了响应于例如通过从机器人的外表除去额外的凸出使机器人的形状接近人类的自然形状，以及控制执行两足行走的不稳定结构的姿势的各种要求，最好使用小且轻的关节致动器。
在该实施例中，使用直接连接到齿轮并且在马达单元中并入具有传感器系统、电源系统和伺服控制系统的电路的控制基板的小AC伺服致动器。马达单元中的传感器示例包括用于为伺服控制检测旋转位置或者关节位置的角度/位置传感器，用于执行姿势稳定性控制(例如，获得ZMP公式的参数)的加速度传感器或者陀螺传感器，以及用于检测异常状态的扭矩传感器或者电流检测传感器。通过使用低减速齿轮作为用于直接连接到致动器马达的齿轮，获得了在其中重要性被放在与人的物理交互上的机器人装置100中所需要的驱动系统本身的被动特征。在例如已经转让给申请人的日本未经审查的申请应用公开2004-181613和2000-299970中公开了这类AC伺服致动器。
图4是机器人装置100的控制系统的结构的示意视图。如图4所示，机器人装置100包括机械单元130、140、141、150R/L、和160R/L(用于提供人的四肢)以及用于执行适当的控制以便实现在每个机械单元之间的协调操作的控制单元180(R和L分别表示右和左。在下面将据此使用这些字母)。
整个机器人装置100的操作通常由控制单元180控制。控制单元180包括主控制部分181和外围电路182。主控制部分181包括诸如中央处理单元(CPU)和存储器之类的主电路部件(未显示)。外围电路182包括，例如，电源电路和接口(未显示任何一个)。接口向机器人装置100的每个结构部分发送数据和命令，并从机器人装置100的每个结构部分接收数据和命令。
外围电路182是指外部附加的外设，其通过电缆或者无线介质连接，以及用于也把充电站(未显示)或者其它外设连接到安装在机器人装置中的外设的接口连接器。
根据本发明的实现，不用特别地限制设置控制单元180的位置。虽然在图4中控制单元180安装到躯干单元140，但是它可以安装到头部单元130。做为选择，控制单元180可以布置在机器人装置100的外面，以通过电缆或者无线介质与机器人装置100的躯体进行通信。
由图3所示的机器人装置100中的相应关节提供的自由度由相应的致动器实现。更具体地说，在头部单元130处布置颈关节偏转轴致动器M1、颈关节俯仰轴致动器M2、颈关节摆动轴致动器M3，用于分别提供颈关节偏转轴101、颈关节俯仰轴102A、和颈关节摆动轴103。
在躯干单元140处布置躯干俯仰轴致动器M9和躯干摆动轴M10，用于提供躯干俯仰轴109和躯干摆动轴110。
臂部单元150R/L包括上臂部单元151R/L、髋关节单元152R/L、和前臂部单元153R/L。在每个臂部单元150R/L处布置肩关节俯仰轴致动器M4、肩关节摆动轴致动器M5、上臂偏转轴致动器M6、肘关节俯仰轴致动器M7、和腕关节偏转轴致动器M8，用于提供肩关节俯仰轴104、肩关节摆动轴105、上臂偏转轴106、肘关节俯仰轴107、和腕关节偏转轴108。
腿单元160R/L包括大腿单元161R/L、膝单元162R/L、和胫单元163R/L。在每个腿单元160R/L处布置髋关节偏转轴致动器M11、髋关节俯仰轴致动器M12、髋关节摆动轴致动器M13、膝关节俯仰轴致动器M14、踝关节俯仰轴致动器M15、和踝关节摆动轴致动器M16，用于实现髋关节偏转轴111、髋关节俯仰轴112、髋关节摆动轴113、膝关节俯仰轴114、踝关节俯仰轴115、和踝关节摆动轴116。
在相应关节处使用的致动器M1，M2，M3，...M16期望是小AC伺服致动器(如上所述)，其直接连接到齿轮并且在马达单元中并入形成为单芯片系统的伺服控制系统等。
分别在头部单元130、躯干单元140、臂部单元150、和腿单元160中布置用于控制致动器的驱动的子控制部分135、子控制部分145、子控制部分155、和子控制部分165。
在腰141处布置加速度传感器196和姿势传感器195。在X、Y、和Z轴方向布置加速度传感器196。通过在腰141处布置加速度传感器196，有可能把是具有大量操作量的部分的腰设置为控制对象点，并且直接在这个位置测量姿势和加速度，以便执行基于ZMP的姿势稳定性控制。加速度传感器96和姿势传感器95分别形成为图3中的加速度传感器A1和陀螺传感器G1。
地板接触确认传感器191和192以及加速度传感器193和194分别布置在右腿160R和左腿160L处。地板接触确认传感器191和192例如通过把压力传感器安装到相应的脚底形成，而且基于地板反作用力的存在或者不存在检测脚底是否已经和地板接触了。加速度传感器193和194至少布置在X和Y轴方向。通过分别在右脚和左脚布置加速度传感器193和194，有可能直接在最靠近ZMP位置的脚处形成ZMP公式。在图3中，分别在左踝和右踝处布置用于测量脚的加速度的传感器A2和A3以及用于测量脚的方向的陀螺传感器G2和G3。分别在左脚底和右脚底的四角布置用于确定地板接触和地板反作用力的力传感器F1到F4和力传感器F5到F8。
在该实施例中，在是接触地板表面部分的脚处布置用于直接确定ZMP和力的反作用力传感器系统(反作用力传感器，等)。此外，提供用于控制机器人装置的操作的局部坐标系统以及用于直接确定该坐标系统的加速度传感器。因此，直接在最靠近ZMP位置的脚处形成ZMP平衡方程，使得高速实现更精确的姿势稳定性控制成为可能。因此，即使例如在当向那里施加力或者扭矩时表面移动的长绒毛或者砾质地上，或者在因为不能提供足够的平移摩擦系数而使机器人装置倾向于滑动的家中瓷砖上，也有可能保证机器人装置的稳定行走(运动)。
主控制部分181可以响应于传感器A1到A3、G1到G3、以及F1到F3的输出，并且动态地校正控制目标。更具体地说，主控制部分181对每个子控制部分135、145、155R/L、和165R/L执行适当的控制操作，以便实现用于和谐地驱动机器人装置100的上肢、躯干、和下肢的整个躯体运动模式。
对于机器人装置100整个躯体的运动，设置了脚的运动、ZMP路径、躯干运动、上肢运动、腰的高度等。用于依据设置内容命令操作的命令被传输到子控制部分135、145、155R/L、和165R/L。子控制部分135、145、155R/L、和165R/L解释它们已经从主控制部分181接收的命令，并且向致动器M1、M2、M3、...M16输出驱动控制信号。这里涉及的ZMP是地板表面上的点，在该点位置，当机器人行走时由地板的反作用力所引起的力矩为零。这里的ZMP路径是其中例如当机器人装置100行走时，ZMP移动的路径。
腿移动式机器人可以使用ZMP作为确定行走稳定性程度的标准。根据ZMP确定稳定性程度的标准允许系统形成适当的ZMP空间。如果ZMP在支撑多边形之内，则不会在系统中出现旋转运动或者平移运动，使得不需要求解有关旋转或者平移运动的运动方程式。相反，如果ZMP不在支撑多边形内，或者当不存在相对于外界的支承应用点时，则必需求解运动方程式而不是ZMP方程式。当机器人装置的脚离开地板时，诸如当机器人装置跳跃或者从高的位置跳下来时，不存在支撑多边形，以致要求解运动方程式而不是ZMP方程式。
ZMP方程式提供了在目标ZMP处的力矩平衡。例如，当机器人装置由多个质点mi表示，而且这些个主要点mi被定义为控制对象点时，ZMP平衡方程形成为用于确定由控制点定义的路径的方程式，在该路径中，在所有控制对象点mi处产生的有关目标ZMP的全部力矩总和为零。ZMP平衡方程包括在目标ZMP处的地板反作用力力矩(力矩异常分量)T。通过把力矩异常减少到零或者容许范围内，来保持机器人装置姿势的稳定性。换句话说，校正机器人装置的运动(脚运动、躯体上部每一部分的路径)以便力矩异常为零或者等于或小于容许值，是基于用作确定稳定程度标准的ZMP执行姿势稳定性控制的实质。
依据本实施例的机器人装置100让它的重心设置在腰处。腰是用于执行姿势稳定性控制的重要控制对象点，并且形成了机器人装置100的主体。
这样的如上所述腿移动式机器人非常有趣，并且具有诸如流畅行走和执行各种工作的优秀可执行性。然而，腿移动式机器人可能经受各种异常状态。例如，它可能跌倒或者被某些东西抓住，或者可能由于增加的扭矩而向致动器施加过度的负载。此外，机器人可能经受组合的各种异常状态，或者取决于机器人的姿势可能改变要检测的异常状态。
因此，存在有对内部检测异常状态并且自主地克服检测的异常状态的机器人装置的需求。此外，当组合出现两个或更多异常状态时，必需一致地克服这些异常状态。
在该实施例中，机器人装置具有多个异常状态检测器，其同时并且独立地操作以便检测各种异常状态。当检测到异常状态时，自主地克服该异常状态，而不需要用于执行思考(thinking)控制操作和动作控制操作的高级控制系统，以便实现快速反应。当检测到异常状态时，停止来自高级控制系统的命令以便防止故障。通过预先向异常状态检测器分配优先级，即使组合出现两个或更多异常状态，也依据分配给异常状态的优先级一致地克服异常状态。
图5为能够检测多个异常状态并且克服异常状态的腿移动式机器人的操作控制系统的功能结构的示意图。
如图5所示，依据实施例的腿移动式机器人依据来自思考模块20(内部地布置在机器人躯体中并且控制自主操作)的命令和来自安装在机器人躯体外面的远程操作系统(远程操作设备等)30的命令，进行操作。
思考模块20实现在机器人躯体处的自主动作和操作。例如，已经转让给本申请人的日本未审查专利申请公开2003-334785公开了用于基于外部激励或者内部状态、执行预期动作控制或者取决于形势的动作控制的机器人动作控制系统。例如，虽然思考模块20包括这样一个动作控制系统，但是本发明的要旨不特别局限于此。
远程操作系统模块30具有例如诸如个人计算机(PC)之类拥有无线LAN功能的计算机系统，并且包括输入设备32和PC应用31。
输入设备32包括诸如控制杆、键盘、鼠标等的用户输入设备，并且通过用户的手工操作接收用于机器人的命令。
PC应用31经由无线LAN连接到机器人，并且与实际的机器人交换数据。PC应用31通常监控输入设备信号，把输入设备信号转换为机器人命令，向机器人传输机器人命令，并且从机器人接收响应或者异常通知。
网关19并入通信协议(诸如传输控制协议/网际协议(TCP/IP))，并且是用于与诸如远程操作模块30的外部计算机实现有线或者无线通信的机器人中的对象。
机器人资源控制和姿势转换控制模块11依据传输的命令，在诸如头部、躯体、臂、和腿之类的资源单元中分配操作。对于姿势转换，它确定一致性，并且把缺乏与命令一致性的姿势转换为具有一致性的姿势。
当机器人处于未知姿势时，恢复管理器12把机器人从该未知姿势恢复到最接近该未知方向的已知姿势，以便将机器人恢复到预定姿势转换模型。
代理组计划每个资源的操作，依据每个内容产生运动，并且例如，请求每个运动的再现。在说明的示例中，代理组包括，例如用于计划头部操作的头部代理13A，用于计划躯体操作的躯体代理13B、以及用于计划行走操作的行走代理13C。
运动力产生部分14是用于依据来自代理组的请求实时产生运动的对象。相对于产生结果，运动力产生部分14考虑姿势的稳定性、计算下肢的关节角度、并且产生到设备的命令值。
运动再现部分15依据从代理组请求的运动，改变相应关节角度的命令值。
异常状态控制部分16通常涉及相应设备的传感器值，并且监控异常状态的存在或者不存在。这里，异常状态可以是指与例如扭矩限制器、过电流检测、“被抓取”预防、跌倒、以及稳定性确定相关的那些异常状态。向异常性分配优先级，并且从较高优先级的那些开始检测和克服异常性。
在实施例中，异常状态控制部分16包括多个异常状态检测器，它们可以独立和同时进行操作。利用允许每个检测器彼此无关的设计形成每个异常状态检测器。在克服期望的异常状态的机器人装置的设计中，可以容易地安装每个异常状态检测器而不用考虑其它的异常状态检测器。通过恰当地向异常状态检测器分配优先级，实现了具有高安全级的机器人装置。例如，如果组合并且检测到多个异常状态，则机器人装置可以基于优先级一致地自主克服组合的异常状态。可以动态地操纵每个异常状态检测器的有效/无效以及异常状态检测器的优先级，以便依据使用改变处于紧急情况的机器人装置的克服能力。将在下面详细描述异常状态控制部分16。
在本实施例中，在运动力产生部分14和运动再现部分15中引入门17的概念。当门17打开时，运动力产生部分14和运动再现部分15接收来自客户机的命令。相反，当门17关闭时，它们拒绝命令。门17由异常状态控制部分16打开和关闭。当门17关闭时，门17可以处理来自异常状态控制部分16的任何命令，以便可以避免异常状态。
设备管理器18执行与机器人装置的设备(诸如致动器和传感器)的通信，以便传输命令值和接收测量值。
在图5所示的操作控制系统的基本操作中，远程操作系统30监控在PC应用31处的输入设备信号，并且把该输入设备信号转换为机器人命令。产生的命令经由无线LAN，通过机器人装置中的网关19，传输到机器人资源控制和姿势转换控制系统模块11。然后，类似地，将命令的响应传输到PC应用31。
当检测到异常状态时，由机器人装置的内部操作阻拦任何请求的命令，以便机器人装置不会不利地受到操作系统输入的影响。此外，因为已经出现的异常状态类型被发送给操作系统，所以可以执行到输入设备32的相应反馈操作。当要克服异常状态时，将此通知给操作系统，以便可以重新启动从远程操作系统输入的普通命令。
做为选择，当机器人装置自主动作时，可以从思考系统模块20而不是从远程操作系统30传输命令。当检测到异常状态时，由机器人装置的内部操作阻拦任何请求的命令。当要克服异常状态时，向操作系统给出这个通知，以便可以重新启动从远程操作系统输入的普通命令。即使出现了异常状态，思考模块20也可以用于例如依据异常状态的类型而表达任何情绪。
下面将更详细地描述操作控制系统的操作。
当要执行远程操作时，PC应用31基于通过输入设备32获得的输入信息、相对于机器人装置发出命令，而且该命令经由无线LAN传输到机器人装置。
当机器人资源控制和姿势转换控制模块11经由网关19从远程操作系统30接收命令时，适当代理13计划资源的操作，并且向运动力产生单元14或者运动再现部分15进行请求，以依据计划的内容实现操作。运动力生成部分14或者运动再现部分15调用设备管理器18，以便向机器人装置的各种设备传输命令值。
当基于命令值驱动机器人装置的各种设备时，检测到的传感器信息以与传输命令值的方向相反的方向，从机器人装置的各种设备传输到输入设备。
设备管理器18还向异常状态控制部分16通知传感器信息，这些信息是当基于来自远程操作系统30的命令值驱动各种设备时检测的信息。
基于传感器信息，异常状态控制部分16检测异常，诸如与扭矩限制器、过电流、“被抓取”预防、跌倒、以及稳定性确定相关的那些。当检测到装置躯体中的异常时，指示运动力产生部分14和运动再现部分15关闭门17，响应于门关闭命令，并且拒绝任何经由门17从客户机(远程操作系统30或者思考模块20)传输过来的命令。
依据用于关闭门17的命令，异常状态控制部分16向运动力产生部分14或者运动再现部分15发出命令，以便当检测到异常时请求装置躯体的操作。
当检测到异常时，异常状态控制部分16向机器人资源控制和姿势转换控制模块11通知该异常。机器人资源控制和姿势转换控制模块11经由网关19向远程操作系统30通知该异常的类型。还向思考模块20通知该异常的类型。
运动力产生部分14或者运动再现部分15依据来自异常状态控制部分16的命令执行异常克服操作，并且把从命令的执行产生的状态返回到异常状态控制部分16。
异常状态控制部分16基于来自机器人装置的各种设备的传感器信息，确定是否已经克服了异常。当克服了异常时，它指示运动力产生部分14和运动再现部分15打开门17。一旦门17打开，运动力产生部分14和运动再现部分15可以通过门17从客户机接收命令。
异常状态控制部分16还向机器人资源控制和姿势转换控制模块11通知该异常被克服了。机器人资源控制和姿势转换控制模块11经由网关19向远程操作系统30发送恢复完成通知，以及向思考模块20发出该通知。
在本实施例中，异常状态控制部分包括多个异常状态检测器，它们被给予适当的优先级、独立并且同时进行操作、并且一致地克服异常状态。这里，异常状态检测器包括与例如紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、“被抓取”预防、跌倒控制、和跌倒预防控制相关的那些。已经转让给本申请人的日本专利申请2003-403932公开了异常状态检测器的结构示例，该异常状态检测器检测诸如在机器人装置的关节驱动致动器中的过电流之类的异常状态，并且克服该异常状态。
通过在异常状态控制部分16动态地操纵异常状态检测器的优先级和有效/无效，有可能依据姿势、操作模式、或者使用来改变机器人装置处于紧急情况的克服能力。
图6示出了其中依据两足腿移动式机器人的姿势注册期望的异常状态检测器的示例。
在说明的示例中，设置了三种类型的姿势，站立、坐、和躺下。在所有姿势中，以此优先级次序注册“紧急停止”、“扭矩限制器检测”、“过电流保护”、和“被抓预防”。在站立姿势中，还注册了“跌倒控制”和“跌倒预防控制”。相反，在坐和躺下姿势中，机器人不会跌倒。因此，还注册了“摆动检测”而不是“跌倒控制”和“跌倒预防控制”。
当启动机器人时，相对于异常状态控制部分16执行每个异常状态检测器的注册。注册参数为：(1)检测优先级，(2)要实现的机器人姿势，以及(3)所需要的检测频率(执行检测的频率)。
设置检测频率使得就克服不是急迫到需要在每个控制期都进行调用的异常状态而言，减少处理器的计算负载成为可能。
在每个姿势中，如图6所示，向异常状态检测器分配优先级。异常状态控制部分16在预定控制期中依据优先级次序，连续启动每个注册的异常状态检测器，以便使异常状态检测器在每个控制期中独立且同时进行操作。
图7显示了其中依据在两足腿移动式机器人中的异常状态检测器的操作模式，注册期望的异常状态检测器的示例。在说明的示例中，定义了三种类型的操作模式，面向安全的模式、躯体保护模式、以及Pro(赞成)模式。
Pro模式是用于最大限度地利用机器人的性能而不使用各种安全设备的操作模式，其注册最小数量的异常状态检测器，诸如与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流相关的那些，或者使它们有效，以便防止对机器人装置的损害。通过限制要被操作的异常状态检测器的数量，有可能减少处理器的计算负载，或者利用在装置躯体的姿势稳定性控制或操作控制中的相应计算器资源。
躯体保护模式是用于防止对装置躯体的伤害的操作模式。当两足行走直立型机器人在跌倒时出乎意料地撞击地板或者另一个对象时，则它有可能承受致命的损害。为了防止这样的损害，除了诸如与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的异常状态检测器、用于防止由于机器人装置躯体的操作而对它的损害的最小数量异常状态检测器之外，还注册了与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测器，或者使它们有效。然而，在这个操作模式中，忽略了用户的安全，以致使任何用于提供用户安全的异常状态检测器，诸如与“被抓”预防相关的那个，变得无效。换句话说，躯体保护模式被定义为用于诸如当机器人装置示范某些东西时的、在人的手不接触机器人装置的工作环境中使用。
面向安全的模式是用于保持装置躯体和用户的安全性的操作模式，并且除了用于防止由于机器人装置的躯体操作而对它的损害的最小数量异常状态检测器，诸如与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些，以及用于保护装置躯体的异常状态检测器，诸如与跌倒检测和跌倒预防相关的那些之外，还使得用于提供用户安全的任何异常状态检测器有效，诸如与“被抓”预防相关的异常状态检测器。
在这些操作模式中，如图7所示，向异常状态检测器分配优先级。异常状态控制部分16在预定控制期中依据优先级次序，连续启动每个注册的异常状态检测器，以便使异常状态检测器在每个控制期中独立且同时进行操作。
图8为流程图，示出在每个预定控制期中执行的、用于异常状态控制部分16中的一般过程的步骤。
在步骤S1到S3，连续地调用在机器人的当前姿势中有效的、与异常状态检测器相关的常规操作。然后，在这个定时，在异常状态检测器处执行诸如传感器值的集成之类的常规操作。
接下来，在步骤S4，从具有较高注册优先级的异常状态检测器中开始调出它们。然后，在步骤S5，在异常状态检测器处调出常规操作。此后，在步骤S6，例如使用在传感器输出值和目标值之间的偏差，确定检测对象的状态是否处于需要检测的状态。
这里，如果检测到异常状态，则依据异常状态的检测结果如下所述实现条件转移。
如果在步骤S11，检测到之前没有检测到的异常，而且在先前时间期间执行了克服操作，则在步骤S12调出后处理。然后，在步骤S13，调出对已经出现的异常执行的预处理。此后，在步骤S14，随后调出已经出现的异常状态的克服操作。然后，在步骤S15，异常状态控制部分16等待下一个控制期。
当在步骤S11检测到和先前异常状态相同的异常状态时，则在步骤S14相对于异常状态检测器调出该异常状态的克服操作。当完成克服操作时，相对于该异常状态检测器调出后处理。然后，在步骤S15，异常状态控制部分16等待下一个控制期。
如果在步骤S5，没有任何异常状态检测器检测到异常而结束检测操作，并且在步骤S9存在在先前克服操作期间的异常处理，即直到前次操作为止已经检测到的异常状态不再被检测到，则在步骤S10调用相对于该异常状态检测器的后处理。然后，在步骤S15，异常状态控制部分16等待下一个控制期。
如果没有检测到异常状态，则在步骤S15，异常状态控制部分16等待下一个控制期而不用进行任何事情。
如果，在步骤S7检测到另一个异常状态，则异常状态控制部分16在门17(如上所述)处拒绝来自较高级控制系统(或者客户机)的命令，并且向较高级控制系统通知已经出现的异常的类型。当克服了已经存在的异常状态时，异常状态控制部分16重新启动从较高级控制系统接收命令，并且通知较高级控制系统已经克服了该异常状态。
接下来，将描述各个异常状态检测器的操作。在每个控制期或者利用设置的频率，从异常状态控制机构调出注册的异常状态检测器。每个异常状态检测器执行常规操作，检测异常状态，执行异常状态克服操作的预处理，克服该异常状态，并且执行异常状态克服操作的后处理。然而，异常状态检测器不需要执行所有上述操作。在下面将参考图9描述当调出异常状态检测器时要执行的操作。
常规操作
在这时候，执行需要在每个控制期执行的常规操作，诸如传感器值的集成。
错误状态检测操作
每个异常状态检测器确定机器人的当前状态是否已经变得异常，而且将结果返回到控制机构。
异常状态克服操作的预处理
启动异常状态的克服需要预处理，并且当已经检测到另一个异常状态时，在克服操作之前调出预处理。
异常状态克服操作
执行一个控制期的异常状态克服操作，以便防止或者克服其相关的异常状态检测器检测到的异常状态。因此，如果完成了异常状态克服操作，则向异常状态控制部分16通知该完成。
异常状态克服操作的后处理
执行后处理，诸如与直到这个时候已经执行的异常状态克服操作相关的内部资源释放。
当由于例如机器人躯体的关闭而结束软件时，调出异常状态控制部分16的结束操作。异常状态控制部分16在例如与直到这个时候为止已经使用的各个异常状态检测器相关的内部资源已经被释放了之后，结束它的操作。在机器人装置为了装置躯体的安全已经移到安全位置或者已经把它的姿势改变为安全姿势之后，调出结束操作。
如上所述，依据本实施例，在机器人装置中注册了多个异常检测器，或者同时使它们有效。通过向每个异常状态检测器分配优先级，异常状态控制部分16在预定控制期中依据优先级次序，连续启动每个注册的异常状态检测器，以便使异常状态检测器在每个控制期中独立且同时进行操作。
因此，基于哪个异常状态检测器对于实现机器人装置的安全机构是最重要的，由异常状态控制部分16设置异常状态检测器的优先级次序。例如，依据以下策略确定优先级次序。
(1)考虑到机器人和用户的安全，向需要执行的紧急异常状态克服操作分配较高优先级。
(2)如果有检测条件类似的异常状态，则向具有较窄条件的异常状态分配较高优先级。
(3)当正在克服异常状态A时，在不会出现异常状态B的条件下，通常向异常状态A分配比异常状态B高的优先级。
为了使异常状态控制部分16容易地控制异常状态检测器，可以引入分级方法或者将异常状态检测器分组的方法。
图10显示了其中分组异常状态检测器的示例。在说明的示例中，异常状态检测器被分成四组，紧急停止系统组、关节轴安全设计组、用户安全设计组、和躯体安全设计组。
紧急停止系统组是用于在当出现意外形势时的紧急情况下停止机器人的操作的组，并且执行紧急停止。
关节轴安全设计组是用于保护布置在相应关节处的关节驱动致动器的一组异常状态检测器，并且包括诸如与扭矩限制器检测和过电流检测相关的异常状态检测器的异常状态检测器。异常状态的克服操作包括，例如，当产生过大扭矩或者过电流时减少每个致动器的增益，以便防止对每个致动器的损坏。
用户安全设计组是用于当例如用户的手指被抓在机器人的连接机构中时，防止用户受伤的一组异常状态检测器，并且包括与“被抓”预防相关的异常状态检测器。当商业化机器人时，这个组对于安全设计是必需的。
躯体安全设计组是例如姿势不稳定并且因此需要姿势稳定性控制的两足行走直立型机器人所需要的组。该组包括例如这样的异常状态检测器，诸如与当机器人装置失去其平衡时用于停止机器人装置的操作的跌倒预防相关的异常状态检测器，与当检测到不可避免的点时用于使机器人装置被动地操作的跌倒控制检测相关的异常状态检测器，以及与当机器人装置躺下或者坐着时用于检测由外界因素引起的机器人装置的摆动的摆动检测相关的异常状态检测器。例如，这个组检测异常状态，并且通过减少关节驱动致动器的增益来克服/防止它们，以便防止对机器人装置的损害或者机械损坏。
在如图10所示分组异常状态检测器中，它们可以分组为，例如，检测不同时出现的异常状态的异常状态检测器或者具有相似检测条件的异常状态检测器。然而，理想的是，诸如紧急停止相关的检测器的重要异常状态检测器处于一个组中。
异常状态控制部分16在预定控制期中、依据优先级次序，连续启动每个注册的异常状态检测器，以便使异常状态检测器在每个控制期独立且同时进行操作。这里，当如图10所示分组异常状态检测器时，可以实现：通过向各组分配优先级来在各组单元中执行并行的克服操作的方法，或者通过分组异常状态检测器、混合异常状态检测器的组、并且注册它们，依据异常状态检测器的优先级次序执行并行的克服操作的方法。
图11显示了当依据组来分配优先级并且在组单元中执行克服操作时的操作过程的示例。这里，如图9所示，每个异常状态检测器执行常规操作，检测异常状态，执行异常状态克服操作的预处理，克服该异常状态，并且执行异常状态克服操作的后处理。
关于组的注册，在异常状态控制部分16处最初注册异常状态检测器，并且在异常状态控制部分16处执行屏蔽，以便依据组控制异常状态。
在说明的示例中，异常状态检测器被分成以这个次序分配了优先级的四个组A到D。依据优先级的次序布置每个组中的异常状态检测器。依据在每个控制期中的优先级设置次序，通过循环的方法调出各个组的操作以及每个组中的各个异常状态检测器的操作。当组中的一个异常状态检测器在某一控制期内检测到异常时，停止由同一组中具有较低优先级的另一个异常状态检测器的检测，以便因此，同一组中仅仅执行用于所检测的异常状态的克服操作(即，同一组中仅仅有一个异常状态检测器在操作)。
在组A中，在图11中，未在任何控制期中检测到异常状态。
在组B中，在时间(1)执行克服操作。然而，在说明的示例中，在此定时没有出现异常状态，但是在前一控制期之后出现异常状态。因此，这里不调出用于异常状态克服操作的预处理。在时间(2)，完成克服操作，以便执行后处理，其结果是机器人装置恢复到它的正常状态。
在组C中，在时间(3)，出现与异常状态检测器C-3相关的异常状态。因为，在这个异常状态已经被克服之前，在下一个控制期中的时间(4)处检测到与具有较高优先级的异常状态检测器C-2相关的异常状态，所以现在对与异常状态检测器C-2相关的异常状态执行克服操作。
在组D中，在时间(5)，出现与异常状态检测器D-2相关的异常状态。因为，在时间(6)不再检测到相似的异常状态，所以执行异常状态克服操作的后处理，以便在时间(7)把机器人装置恢复到它的正常状态。
图12示出了当依据异常状态检测器的优先级混合和注册组并且同时克服异常状态时的操作过程的示例。如图9所示，每个异常状态检测器执行常规操作，检测异常状态，执行异常状态克服操作的预处理，克服该异常状态，并且执行异常状态克服操作的后处理。
在说明的示例中，异常状态检测器被分组为四个组A到D。依据所分配的优先级来混合各组并且布置各个异常状态检测器。在每个控制期中，依据设置的优先级，通过循环方法调出混合的异常状态检测器的操作。
在这种情况下同样，当组中的一个异常状态检测器在某一控制期内检测到异常时，停止同一组中具有较低优先级的另一个异常状态检测器的检测，以便因此，仅仅执行同一组中检测的异常状态的克服操作(即，同一组中仅仅有一个异常状态检测器在操作)。
已经参考具体实施例详细地描述了本发明。然而，显然可以由本领域的任何技术人员在没有背离本发明要旨的范围内就该实施例进行修改和替换。
本发明的要旨不必限于称为“机器人”的产品。换句话说，本发明可以类似地应用于诸如玩具之类的其它工业领域的产品，只要该产品是通过利用电或者磁作用象人类那样移动的机械设备，或者任何其他普通的可移动设备。
在本说明书中，以本发明应用于腿移动式机器人装置的实施例为中心进行描述。本发明的要旨不局限于此，使得本发明可以应用于任何形式、任何类型的机器人机构。
简而言之，已经依据实施例描述了本发明，使得这不被理解为限制本发明的内容。应该参考权利要求以便确定本发明的要旨。
相关申请的交叉引用
本发明包含与在2004年8月11日在日本专利局提出的日本专利申请JP2004-234252相关的主题，这个专利申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims (29)

1、一种控制至少具有多个可移动单元的机器人装置的操作的设备，该设备包含：
用于驱动可移动单元的驱动装置；
用于确定可移动单元的状态或者机器人装置的状态的确定装置；
用于检测异常状态、并基于由确定装置确定的确定结果对该异常状态执行克服操作的多个异常状态检测装置；以及
用于使由多个异常状态检测装置同时执行异常状态检测和克服操作的异常状态控制装置。
2、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置向多个异常状态检测装置分配优先级，并且基于优先级同时操作异常状态检测装置。
3、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置动态地执行把每个异常状态检测装置的操作设置为有效或者无效的状态，并且分配优先级。
4、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，机器人装置能够采用多个姿势，而且异常状态控制装置依据该姿势注册要被设置为处于有效状态的任何异常状态检测装置。
5、如权利要求4所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，机器人装置是至少具有多条可移动腿的腿移动式机器人，并且至少采用站立姿势、坐姿势、和卧姿势，而且其中异常状态控制装置在站立姿势中注册与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、被抓预防、跌倒控制、以及跌倒预防控制相关的异常状态检测装置，并且在坐姿势和卧姿势的每一个中注册与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、被抓预防、和摆动检测相关的异常状态检测装置。
6、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，机器人装置能够处于多个操作模式中，而且异常状态控制装置依据该操作模式注册要被设置为处于有效状态中的任何异常状态检测装置。
7、如权利要求6所述的控制机器人装置的操作的设备，其中：
在用于最大限度地利用机器人装置的性能的Pro模式中，异常状态控制装置仅仅注册最少数量的异常状态检测装置，包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些，用于防止对机器人装置的损害，
在用于防止对装置躯体损害的装置躯体保护模式中，除了用于防止由装置躯体的操作而产生的对机器人装置的损害的、包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些异常状态检测装置的最小数量异常状态检测装置之外，异常状态控制装置还注册与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测装置，以及
在用于保持装置躯体和用户安全的操作模式中，除了用于防止由装置躯体的操作产生的对机器人装置的损害的，包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些异常状态检测装置的最小数量异常状态检测装置，和与用于保护装置躯体的包括跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测装置的异常状态检测装置之外，异常状态控制装置还注册与用于提供用户安全的、包括与被抓预防相关的异常状态检测装置在内的异常状态检测装置。
8、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置在每个预定控制周期中或者利用设置的频率，依据优先级连续地启动注册的异常状态检测装置。
9、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，每个异常状态检测装置执行用于处理来自确定装置的确定结果的常规操作、用于确定该确定结果是否已经达到应该检测异常的水平的异常检测操作、用于启动该异常的克服操作的预处理、对该异常的克服操作、以及克服操作的后处理。
10、如权利要求9所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置依据优先级交替地启动每个异常状态检测装置中的常规操作和异常检测操作。
11、如权利要求10所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置在检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先级的异常状态执行克服操作。
12、如权利要求1所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置把多个异常状态检测装置划分为两个或更多组。
13、如权利要求12所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置在每个组中检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先级的异常状态执行克服操作。
14、如权利要求12所述的控制机器人装置的操作的设备，其中，异常状态控制装置向各组分配优先级，而且依据优先级连续地启动每个组中的注册异常状态检测装置。
15、一种控制至少具有多个可移动单元的机器人装置的操作的方法，该方法包含步骤：
确定可移动单元的状态或者驱动可移动单元时机器人装置的状态；以及
控制其中同时执行多个异常状态检测操作以便检测异常状态的异常状态，并且基于在确定步骤获得的确定结果执行异常状态克服操作。
16、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以向多个异常状态检测操作分配优先级，并且基于该优先级同时执行异常状态检测操作。
17、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以便动态地把每个异常状态检测操作设置为处于有效或者无效状态，并且动态地分配优先级。
18、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，机器人装置能够采用多个姿势，而且执行异常状态控制步骤，以依据这些姿势注册任何要被设置为处于有效状态的异常状态检测装置。
19、如权利要求18所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，机器人装置是至少具有多条可移动腿的腿移动式机器人，并且至少采用站立姿势、坐姿势、和卧姿势，而且其中执行异常状态控制步骤，以在站立姿势中注册与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、被抓预防、跌倒控制、以及跌倒预防控制相关的异常状态检测操作，并且在坐姿势和卧姿势的每一个中注册与紧急停止、扭矩限制器检测、过电流保护、被抓预防、和摆动检测相关的异常状态检测操作。
20、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，机器人装置能够处于多个操作模式中，而且执行该异常状态控制步骤，以依据这些操作模式注册任何要被设置为处于有效状态的异常状态检测装置。
21、如权利要求20所述的控制机器人装置的操作的方法，其中：
在用于最大限度地利用机器人装置的性能的Pro模式中，执行异常状态控制步骤，以仅仅注册最少数量的异常状态检测操作，包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的那些，用于防止对机器人装置的损害，
在用于防止对装置躯体损害的装置躯体保护模式中，执行异常状态控制步骤，以除了用于防止由装置躯体的操作而产生的对机器人装置的损害的、包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的异常状态检测操作在内的最小数量异常状态检测操作之外，还注册与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测操作，以及
在用于保持装置躯体和用户的安全性的操作模式中，执行异常状态控制步骤，以除了用于防止由装置躯体的操作产生的对机器人装置的损害的，包括与紧急停止、扭矩限制器检测、和过电流检测相关的异常状态检测操作在内的最小数量异常状态检测操作，和用于保护装置躯体的、包括与跌倒检测和跌倒预防相关的异常状态检测操作在内的异常状态检测操作之外，注册用于提供用户安全的、包括与被抓预防相关的异常状态检测操作在内的异常状态检测操作。
22、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以在每个预定控制周期中或者利用设置的频率，依据优先级连续地启动注册的异常状态检测操作。
23、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，每个异常状态检测操作包括用于处理由确定步骤获得的确定结果的常规操作、用于确定该确定结果是否已经达到应该检测异常的水平的异常检测操作、用于启动该异常的克服操作的预处理、对该异常的克服操作、以及克服操作的后处理。
24、如权利要求16所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以依据优先级交替地启动每个异常状态检测操作中的常规操作和异常检测操作。
25、如权利要求24所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以在检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先级的异常状态执行克服操作。
26、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以把多个异常状态检测装置划分为两个或更多组。
27、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以在每个组中的检测到的异常状态当中，仅仅对最高优先级的异常状态执行克服操作。
28、如权利要求15所述的控制机器人装置的操作的方法，其中，执行异常状态控制步骤，以向各组分配优先级，并且依据这些优先级连续地启动每个组中的注册的异常状态检测操作。
29、一种控制至少具有多个可移动单元的机器人装置的操作的设备，该设备包含：
驱动可移动单元的驱动器；
确定可移动单元的状态或者机器人装置的状态的确定器；
多个异常状态检测器，检测异常状态，并且基于由确定器确定的确定结果对该异常状态执行克服操作；以及
异常状态控制器，使由多个异常状态检测器同时执行异常状态检测和克服操作。
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