JP2002049408A - 姿勢制御のためのファジイ制御システム - Google Patents

姿勢制御のためのファジイ制御システム

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JP2002049408A
JP2002049408A JP2001169161A JP2001169161A JP2002049408A JP 2002049408 A JP2002049408 A JP 2002049408A JP 2001169161 A JP2001169161 A JP 2001169161A JP 2001169161 A JP2001169161 A JP 2001169161A JP 2002049408 A JP2002049408 A JP 2002049408A
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control system
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foot
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Behzad Dariush
ベザード・ダリウシュ
Kikuo Fujimura
希久雄 藤村
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットまたは人工の人間補助装置が人間の
姿勢ダイナミクスに従って動作することを可能にするシ
ステムを提供する。 【解決手段】 ファジイ論理制御装置が、人間の姿勢ダ
イナミクスに従ってロボットまたは人間補助装置の運動
を制御する。ファジイ制御システムは、少なくともその
一端に備えられる一対のアクチュエータによって動かさ
れる部分を有するロボットまたは人間補助装置を含む物
体の姿勢を制御する。システムは、前記部分の調整誤差
を検出するためのシステムダイナミックス・ユニットを
含む。この調整誤差は、所望の位置に対する前記部分の
位置誤差である。また、このシステムは、調整誤差およ
び調整誤差レートに応答してファジイ推論プロセスを実
行し、前記対のアクチュエータを駆動する出力を提供す
るファジイコントローラを備えている。アクチュエータ
の対は、前記物体を調整された姿勢にするための前記部
分に拮抗筋/作動筋を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はロボットまたは人
間補助装置に関し、より具体的には人間の姿勢ダイナミ
クスに従ってロボットまたは人間補助装置の運動を制御
するためのファジイ論理制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】人間の姿勢バランスの背景となるメカニ
ズムはエンジニア、生物学者、生理学者、医学の専門家
および数学者にとって挑戦的な問題である。これについ
ては、K. Barinの「人間の姿勢ダイナミクスの一般化さ
れたモデルの評価および矢状平面での制御(Evaluation
of a generalized model of human postural dynamicsa
nd control in the sagittal plane)」Biological Cybe
rnetics、61:37-35、1989、 H. Hemami、F. C. Weime
r、C.Robinson、C. StockwellおよびV.S. Cvetkovicの
「前庭モデルによる二足動物安定度考察(Biped stabili
ty consideration with vestibular models)」IEEE Tra
nsaction on Automatic Control 23：1074-1079、197
8、 およびL. M. NanshnerおよびG. McCollumの「人間
の姿勢の動きの構成(The organization of human postu
ral movements): 形式的基準および実験的な合成(A for
mal basis and experimental synthesis))Behav. Brain
Sci. 8:135-172、 1985に記述されている。
【０００３】姿勢制御を研究する重要な実際的な理由
は、障害者の歩行機能を回復することへの応用、および
より小さい努力で人間が仕事をすることができるように
する外的な補助装置の開発への応用である。これについ
ては、B. Dariush、M. ParnianpourおよびH. Hemamiの
「FESでのアプリケーションによるマルチリンク筋骨系
モデルの安定度および制御ストラテジー(Stability and
a control strategy of amulti-link musculoskeletal
model with applications in FES)」IEEE Transaction
s on Biomedical Engineering、45:3-14、1998に記述さ
れている。
【０００４】人間姿勢制御システムによって実行される
最も明らかなタスクは、直立した二足スタンスを維持す
ることである。このタスクは、本質的には、重力の影響
に反対に作用するため、筋骨系の関節の周りに力のモー
メントを発生する一連の筋肉の収縮を生成するうちの1
つである。これらの筋肉の収縮は仮想的には連続的であ
り、進化するにつれて、これらの「反重力」または「姿
勢」筋は、効率的に働くように生理学的適合を経たこと
がよく知られている。
【０００５】本出願人に譲渡された米国特許5,432,417
号「Locomotion Control System forLegged Mobile Rob
ot」は、2足歩行ロボットのための歩行制御システムを
記述している。歩行パターンは、大地の反作用によって
生成されるロボットに働く水平モーメント、すなわちボ
ディの姿勢の直交切線、がゼロであるＺＭＰ（ゼロ・モ
ーメント・ポイント）を用いて予め設定される。歩くと
き、実際の大地の反作用は実際のZMP位置を判定するた
めに検出される。そして、実際のZMP位置は、ZMP直交切
線によって判定されるターゲットZMP位置と比較され
る。システムは、実際のZMPがターゲットZMPに達するよ
うに、ロボットの足、腿および胴体の動きを制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】今まで、人間の姿勢ダ
イナミクスは、ロボットまたは例えば義肢を含む人間補
助装置のような人工的な装置によって実行されるにはあ
まりに複雑であった。したがって、ロボットまたは人工
の人間補助装置が人間の姿勢ダイナミクスに従って動作
することを可能にするシステムに対する必要性が存在す
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のファジイ論理
制御装置は、人間の姿勢ダイナミクスに従ってロボット
または人間補助装置の運動を制御する。従来の量的手法
にとってあまりに複雑な筋肉反応が必要とされるとき、
ファジイ論理制御装置は有利である。ファジイコントロ
ーラは、不正確、不完全または信頼性の低い情報でプロ
セスを制御するための理由の使用において人間の能力と
並ぶ。
【０００８】発明の1つの側面によると、ファジイ制御
システムは、少なくともその一端に備えられるアクチュ
エータ対によって動かされる部分を有するロボットまた
は人間補助装置を含む物体の姿勢を制御する。システム
は、前記部分の調整エラーを検出するためのシステムダ
イナミックス・ユニットを含む。この調整エラーは、所
望の位置に対する前記部分の位置エラーである。また、
このシステムは、調整エラーおよび調整エラーレートに
応答してファジイ推論プロセスを実行し、前記対のアク
チュエータを駆動する出力を提供するファジイコントロ
ーラを備えている。アクチュエータ対は、前記物体を調
整された姿勢にするため前記部分に拮抗筋/作動筋を提
供する。
【０００９】発明の特定の側面によると、システムダイ
ナミックス・ユニットは、物体の姿勢を制御するコント
ローラを備え、前記部分は、義肢であり、前記アクチュ
エータの対は、この足を動かす筋肉として作用する。一
実施例では、物体は2足歩行ロボットである。
【００１０】発明の別の側面によると、ファジイコント
ローラはファジイ化インタフェースと、どのようにシス
テムを制御するべきかに関する一組の制御ルールを含む
知識ベースと、前記一組の制御ルールのうちどの制御ル
ールが現時点で関係するかを評価し出力を提供するため
の推論メカニズムと、推論メカニズムの出力をシステム
ダイナミックスへの入力に変換するためのファジイ分離
インタフェースとを備える。
【００１１】発明の更なる側面に従うと、ファジイコン
トローラはそれぞれ基準化された(scaled)調整エラーお
よび調整エラーレートに対応する2つの入力を有し、前
記対のアクチュエータのための筋力を発生する神経刺激
レート入力を生成するために基準化されることになる出
力を有する。知識ベースは、条件文のテーブルを含み、
基準化された調整エラーおよび調整エラーが条件文のif
部であり、出力が条件文のthen部である。ファジイ分離
インタフェースは、推論メカニズムからの出力に応答し
て、重心ファジイ分離法を使用して一つのはっきりした
数を生成する。
【００１２】発明の別の側面によると、足、腿および胴
体を有する2足歩行ロボットの姿勢を制御するためのフ
ァジイ制御システムが提供される。足、腿および胴体は
少なくともその一端に備えられるアクチュエータ対によ
ってそれぞれ動かされる。このシステムは、足の調整エ
ラーを検出するための筋骨系ユニットを含む。この調整
エラーは、所望の位置に対する足の位置のエラーであ
る。このシステムは、また調整エラーおよび調整エラー
レートに応答してファジイ推論プロセスを実行し、前記
対のアクチュエータを駆動する出力を提供するセグメン
ト・ファジイコントローラを備える。アクチュエータの
対は、ロボットを調整された姿勢にするために足に拮抗
筋/作動筋力を提供する。
【００１３】1つの実施例では、筋骨系ユニットは腿の
調整エラーを検出する。この調整エラーは、所望の位置
に対する腿の位置のエラーである。システムは、腿の調
整エラーおよび調整エラーレートに応答して、腿を動か
す出力を提供するためファジイ推論プロセスを実行する
腿セグメント・ファジイコントローラをさらに備える。
【００１４】別の実施例では、筋骨系ユニットは胴体の
調整エラーを検出する。この調整エラーは、所望の位置
に対する胴体の位置のエラーである。システムは、調整
エラーおよび調整エラーレートに応答して、胴体を駆動
す出力を提供するためファジイ推論プロセスを実行する
胴体セグメント・ファジイコントローラをさらに備えて
いる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、足、腿および
胴体をモデル化する平らな3セグメントの矢状システム
が示される。9つの主要な筋肉群をもつ筋肉組織が示さ
れている。形式を単純にしておくために、単関節筋（一
つの関節にまたがる筋肉）だけが使われる。これらの筋
肉は、足背屈筋(dor)、ひらめ筋、広筋(vasti)、大腿二
頭筋(bfs)、腰筋および臀筋(gluteals, glu)を含む。双
関節筋は複数の関節に影響し、その特性はより挑戦的で
ある。
【００１６】1つの実施例では、この発明は、前記の米
国特許5,432,417で記述される２足歩行ロボットで使わ
れる。
【００１７】筋骨格系のダイナミクスを支配する等式
は、数１で表される。
【００１８】
【数１】 量JおよびGは、それぞれ正の有限慣性マトリックスおよ
び重力ベクトルである。
【００１９】
【数２】
【００２０】数２は、コリオリおよび求心力トルクの影
響を記述する。数lの右側は、筋肉アクチュエータによ
って生成される入力トルクを記述する。Fは筋力ベクト
ルであり、数３はモーメント・アーム・マトリクスであ
る。
【００２１】
【数３】
【００２２】正の仕事が筋肉によってされるので、それ
らが同心円状に縮むとき、負の符号が必要である。
【００２３】
【数４】
【００２４】数４のベクトルは、足首、ひざおよび腰関
節での関節角度にそれぞれ対応する。これらの角度は、
垂直から時計回りに正符号で計られている。次の数５
は、選ばれた筋肉のモーメント・アーム・マトリックス
の構造を表す。
【００２５】
【数５】
【００２６】普遍性を損なうことなく、上記のマトリッ
クスの要素は、便宜上、１であるとしている。モーメン
ト・アームの正確な値は大いに生成された筋力に影響を
及ぼすが、ここでは、ファジイ制御システムの方法論に
焦点をあてる。モーメント・アーム・マトリックスのよ
り正確な値については前掲のDariushほかの文献を参照
されたい。
【００２７】ファジイ姿勢制御 ファジイ制御は、発見的情報の使用を通して非線形コン
トローラを構成するための便利な方法を提供する。発見
的な情報は、あるプロセスについて「ループ中の人間(h
uman-in-the-loop)」コントローラとして行動したオペ
レータからえることができる。ファジイ制御は、不正
確、不完全、または信頼性の低い情報で、プロセスを制
御する人間の推論能力と並ぶものである。さらに、ファ
ジイ論理制御は、伝送遅延、非線形筋肉ダイナミクス、
作動の冗長性、物理的および生理的制約に起因する非線
形性に対処することができる。ファジイコントローラの
相対的な効力は、このように種々の目標を満たす能力に
関してテストされることができる。これらの目標は、質
量中心の安定および直立調整、筋肉アクチュエータの生
理的制限の満足、および伝送遅延に対する許容差を含
む。
【００２８】逆振り子モデル 複合連結系は、互いに積み重ねられた一連の結合された
逆振り子として見ることができる。そのような系のファ
ジイ制御のメカニズムは、逆振り子の制御を考え、その
結果を足、腿および胴体から成る3リンク系に拡張する
ことにより直観的に理解することができる。簡潔さのた
めに、セグメント間の結合効果は、ここでは考慮しな
い。
【００２９】図2に示すシステムは、一対の力によって
動かされる逆振り子を表す。人間の屈筋/伸筋対による
矢状アームの制御に相当する。このシステムは、ベース
で制約され、振り子（アーム）が2つの力FlおよびF2に
よって時計回りにまたは反時計回りに回転制御される。
角度θは、垂直線から計られる。システムの物理的なパ
ラメーターは、その質量m、ピボットから加えられた力
（モーメント・アーム）の位置までの距離d、およびピ
ボットから振り子の質量の中心までの距離kである。
【００３０】ファジイ制御システム 図３は、逆振り子のためのファジイコントローラのブロ
ック図である。ファジイコントローラ19は、ファジイ制
御ユニット20、利得コントローラ16、18および利得コン
トローラ21、22を含む。シミュレーションにおいて、こ
のサブシステムは、図4のブロック図で示すように3リン
ク系に拡張される。図4のファジイコントローラは、図
３のファジイコントローラ19に対応する足セグメント31
のためのファジイコントローラ、腿セグメント32のため
のファジイコントローラ、および胴体セグメント33のた
めのファジイコントローラを含む。
【００３１】簡潔さのために、図3のシステムで、コン
トロール・システムが高レベルのCNS（中央神経系）か
ら所望の状態ベクトルΘ0 = 0を受け取るとする。すな
わち、足すなわち逆振り子の所望の位置が正確に垂直で
あるとする。システムは、それを予測された状態Θと比
較し、CNSからの筋肉への同時に作動される（共活性）
感覚モータコマンドを生成する。これにしたがって、筋
力F1およびF2が生成される。
【００３２】具体的には、コンパレータ12によって判定
される調整エラーe 、微分器14で調整エラーを微分して
得られる調整エラーレートde/dtがファジイ盛業ユニッ
トに入力され、出力μ1およびμ2が生成される。利得コ
ントローラ21、22でこの出力に利得係数gr1およびgr2が
それぞれかけられ、筋力F1およびF2が生成される。
【００３３】筋肉対の共活性を通して、関節での剛性を
調節することが可能である。一つの姿勢から他の姿勢へ
の遷移は、対抗する筋肉のそれぞれに加えられる神経信
号の相対的な強さを調節し、それらの相互作用によって
定義される均衡点が手足の屈曲または伸長のどちらかに
動くようにすることによって達成される。
【００３４】図8は、以上の仮定のもとで逆振り子に加
えられる筋力F1およびF2を示す。筋力F1およびF2は、後
に述べるルールテーブル1に従って生成される。
【００３５】図５は、ファジイ制御ユニットにおける異
なるモジュールを示す。知識ベース41は、システムの制
御方法に関する一組の規則を含んでいる。推論メカニズ
ム（または決定ブロック45）は、どの制御ルールが現時
点で関係するかについて評価し、システムへの入力がど
うあるべきかについて決定する。ファジイ化インタフェ
ース43は、入力が解読されルールベースにおけるルール
と比較されることができるように入力を修正する。最後
に、ファジイ分離インタフェース47は、推論メカニズム
によって得られた結論をシステムへの入力に変換する。
【００３６】ファジイ制御ユニット40は、基準化された
調整エラーおよび調整エラーレートに対応する2つの入
力e’およびde/dt’をもつ。コントローラの出力は信号
μ1およびμ2であり、これらはそれぞれ利得gr1およびg
r2をかけられて、筋力F1およびF2を生成する神経刺激レ
ート入力となる。制御利得kp、kv、gr1およびgr2は、所
望の性能仕様を満足するために調節することができる設
計パラメータである。
【００３７】ファジイコントローラを開発する第１ステ
ップは、入力をとり、メンバシップ関数を介してそれら
が適切なファジイ集合のそれぞれに属する程度を判定す
ることである。入力は、調整エラーおよびエラーレート
に分類されるはっきりした数値であって、次の値を有す
るファジイ集合に割り当てられる。
【００３８】
【表１】
【００３９】図６は、それぞれの入力変数について使わ
れるメンバーシップ関数を示す。この特定のフォーマッ
トで関数を選ぶための理由は、たくさんあるが、一番大
きな理由は、ファジイ集合の数を制限しながら、システ
ムの正常な操作領域で線形写像を得ることである。各入
力変数の飽和点は、システムについての物理的な知識を
使って設定され、シミュレーション試験を使って最適化
された。使用された含意方法は、出力ファジイ集合の上
端を切る従来のAND=minimum法である。AND=minimum法は
G. KlirおよびB.Yuanの「Fuzzy Sets and Fuzzy Logic:
Theory and Applications (ファジイ集合およびファジ
イ論理： 理論およびアプリケーション)」Prentice Hal
l, Englewood Cliffs, N.J. 1995に述べられている。
【００４０】図７は、拮抗筋/作動筋の対によって生成
される力に対応する出力のためのメンバシップ関数を示
す。出力は、次の値を割り当てられている。
【００４１】
【表２】
【００４２】知識ベース ルールベースは、生理系の活性化メカニズムについての
問題および実験的な観測からの知識および直感に基づい
て造られる。AおよびBがそれぞれ、範囲xおよびy上での
ファジイ集合によって定義される言語上の値であるとす
る。ルール・テーブルはｉｆーｔｈｅｎルールの条件文
から成り、 (if)x1がA1でありx2がA2であるならば、(th
en)y1がBlであり、y2がB2である、という形をとる。
【００４３】表３に示すテーブル1は、前提／結果情報
を含む25のルールのセットを含んでいる。テーブル1
は、アクチュエータのような一対の筋肉によって動かさ
れる一つの逆振り子のためのルール・テーブルである。
テーブルに含まれる数値は、ルールの言語から数値への
変換を表す。例えば、最後の行、最後の列は、次のよう
に解読される。
【００４４】エラー（垂直線からの角度）が正で大であ
り(Positive Large、PL)、エラーレートが正で大である
(PL)ならば、力F1が最大(5)であり、力F2が最小(1)であ
る。このテーブルでの言語表現NL、NSにおけるNは負(Ne
gative)、Lは大(Large)、Pは正(Positive)、Sは小(Smal
l)を示す。言語表現NZは、ほぼゼロ(Nearly Zero)を示
す。
【００４５】
【表３】
【００４６】系を直立した姿勢に復帰させるために、大
きな筋肉の緊張F1が必要とされる。人間において観察さ
れるように、筋力F2は最小程度の共活性を達成するため
に筋力F2が起動される。
【００４７】E. H. MamdaniおよびS. Assilianの「ファ
ジイ論理制御装置による言語の合成の実験(An experime
nt in linguistic synthesis with a fuzzy logic cont
roller)」、International Journal of Man Machine St
udies、7(1):1-13、1975に記述されるように、ここで使
われる推論法はMamdaniによって開発されたものであ
る。 Mamdaniスタイルの推論は、出力メンバシップ関数
がファジイ集合であることを期待する。集約演算プロセ
スの後、各出力変数についてファジイ分離を必要とする
ファジイ集合がある。ファジイ分離プロセスの入力はフ
ァジイ集合であり、出力は、重心ファジイ分離法を使用
して得られる一つのはっきりした数である。
【００４８】図9、10および11は、「And=minimum」法、
含意切捨て法、および集約演算法の例を示し、π/16の
エラー入力および1.5のエラーレート入力に応答して筋
力F1が生成される。図9を参照すると、エラー入力π/16
は、メンバシップ関数NZおよびPSとそれぞれ0.25および
0.75で交差し、1.5のエラーレート入力は、メンバシッ
プ関数PLおよびPSをそれぞれ0.75および0.25で交差す
る。図9(a)および10(a)は、テーブル１に従って「エラ
ーがNZであり、エラーレートがPLであるならば、F1出力
は5である」というルールに対応する。NZおよびPLの交
差ポイント値の最小のもの、この例では0.25が、筋力F1
のメンバシップ関数5の先端を切るために使われる。図9
および10の（b）（c）および(d)に示されるように、同
じ演算が他のルールについても実行される。
【００４９】図10の右側に示す複数の先端を切られた含
意出力は、集約され（ORされ）、図11に示す形を生成す
る。集約された出力の重心が、一つの数値出力を生成す
るために計算される。この一つの数が、筋力出力F1を生
成するために使われる。同じ手続きが、筋力出力F2を生
成するために適用される。
【００５０】シミュレーション 逆振り子コントローラの結果を3セグメント・システム
に拡張する。コントローラの構成は、図4に示される。3
つの関節角度（垂直線から計った）は、θ1、θ2および
θ3である。
【００５１】システムは、次の数６で示す初期位置（ラ
ジアン）から解放され直立スタンスに戻ることができ
る。
【００５２】
【数６】
【００５３】ファジイ論理コントローラを使う3セグメ
ント・システムのエラー（関節角度）およびエラーレー
トが、それぞれ図12、図13に示される。姿勢回復のため
の応答挙動および応答時間は、基準化利得gr1、gr2、kp
およびkvを調節することによって制御することができ、
それは実質的にはメンバシップ関数の水平軸を基準化す
ることである。
【００５４】エラーについての入力メンバシップ関数を
考慮すると、基準化利得は、次の効果を有する。 ・ kp = 1ならば、メンバシップ関数に影響がない。 ・ kp < 1ならば、メンバシップ関数は一様に「広げら
れる」。これは言語の意味を変更し、例えば、“正で大
(Positive Large)”は、より大きい数を表すメンバシッ
プ関数によって特徴づけられるようになる。 ・ kp > 1ならば、メンバシップ関数は一様に「引き締
められる」。これは言語の意味を変更し、例えば、“正
で大”は、より小さい数を表すメンバシップ関数によっ
て特徴づけられるようになる。
【００５５】全ての他のメンバシップ関数およびそれら
に関連した言語値について類似した記述をすることがで
きる。図14-16はそれぞれ、くるぶし関節、膝関節およ
び腰関節での筋力を示す。セグメントの動きおよび関節
の剛性は、各筋肉の筋肉を同時に活性化することによっ
て調整される。コントローラでの利得は、関節での剛性
を変えるよう調節することができる。
【００５６】以上に人間の姿勢バランスを数量化解析す
るためのファジイ論理に基づくモデルを提案した。ここ
で提示されるファジイ論理法は、設計およびエンジニア
リングにおいてデジタル人間のモデリングのために使わ
れるより精巧なモデルの開発に向けて相当な含意を有す
る。例えば、現在の衝突テストで使用されるダミーは、
人間が衝突前の状況で遭遇する反射作用、予測、および
剛性の変化を考慮していない。モータ制御挙動を取り入
れる理論モデルは、モータリスト（ドライバー）の安全
性を改善することにおいて、エンジニアおよび科学者に
正確で強力なツールを提供する。
【００５７】このモデルは、次のような機能を含む。 ・人間モデルの物理的なパラメーターについての知識が
必要とされない。 ・モデルは、複雑な非線形筋肉モデルおよび遠心性およ
び求心性の進路における伝送遅延を取り入れるよう容易
に拡張することができる。 ・関節インピーダンスは、筋肉対の共働によって調整す
ることができる。
【００５８】現在のモデルは、以下のようにして改善さ
れることができる。 ・ 将来の研究では、複数リンクシステムでの連続した
リンク間の結合を研究し取り入れなければならない。 ・ 実験的な観測に基づいて所望のパフォーマンスを達
成するようコントローラを調整することは、厄介であ
る。コントローラおよび知識ベースにおけるパラメータ
ーが先のデータから自動的に学習されるよう、学習メカ
ニズムを開発することができる。 ・ルールベースはデータ駆動であるべきであり、たとえ
ば、活性化シーケンスは、共活性化のレベルでなされる
生の仮定に基づくのではなく、観察されたEMG（筋電図
描画法）パターンに基づくべきである。2種類のEMG測定
がある。第1は、関心ある筋肉上の皮膚にテープで付け
られるボタン電極を利用する表面筋電図描画法である。
第２は、細素線電極を取り入れた細素線筋電図描画法で
ある。
【００５９】以上にこの発明を具体的な実施例について
記述したが、この発明はこのような実施例に限定される
ものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】足、腿および胴体を矢状平面にモデル化する下
部の筋骨系を示す。
【図２】アクチュエータ対F1およびF2によって制御され
る平らな逆振り子を示す。
【図３】逆振り子のファジイ制御のブロック図である。
【図４】3セグメント矢状システムのファジイ論理ベー
スの制御を示すブロック図である。
【図５】ファジイ制御ユニットのコンポーネントを示す
ブロック図。
【図６】エラーeおよびエラーレートde/dtに対応するメ
ンバシップ関数を示す。
【図７】拮抗筋、作動筋対における筋力のメンバシップ
関数を示す。
【図８】目標位置が垂直であるとしたとき、ルール・テ
ーブルに従って逆振り子に加えられる一対の力F1、F2を
示す。
【図９】ファジイ演算「And=minimum」法の例を示す。
【図１０】含意切捨て法の例を示す。
【図１１】集約演算法の例を示すチャートである。
【図１２】ロボットが時間ゼロで初期位置から解放され
たときの関節角度（エラー）の遷移を示す。
【図１３】ロボットが時間ゼロで初期位置から解放され
たときの関節角速度（エラーレート）の遷移を示す。
【図１４】ロボットが時間ゼロで初期位置から解放され
たときのくるぶし関節における筋力の遷移に明らかにす
る。
【図１５】ロボットが時間ゼロで初期位置から解放され
たときの膝関節における筋力の遷移を示す。
【図１６】ロボットが時間ゼロで初期位置から解放され
たときの腰関節における筋力の遷移を示す。
【符号の説明】
１１ システムダイナミックス ２０ ファジイ制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H004 GA26 GB16 HA10 HB07 HB10 KD03 KD51 MA36

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アクチュエータ対によって駆動される部分
    を有する物体の姿勢を制御するためのファジイ制御シス
    テムであって、 前記部分の位置と所望の位置と差である調整エラーを検
    出するためのシステムダイナミックス・ユニットと、 前記調整エラーおよび調整エラーレートに応じてファジ
    イ推論プロセスを実行して上記アクチュエータ対を駆動
    する出力を提供するファジイコントローラと、を備え、 前記アクチュエータ対が、前記物体を調整された姿勢に
    するための拮抗筋/作動筋を前記部分に提供する、ファ
    ジイ制御システム。
  2. 【請求項２】前記システムダイナミックス・システムが
    前記物体の姿勢を制御するためのコントローラを含み、
    前記部分が人工的な足であり、前記アクチュエータ対が
    該足を動かすための筋肉の働きをする、請求項１に記載
    のファジイ制御システム。
  3. 【請求項３】前記物体が2足歩行ロボットである請求項
    ２に記載のファジイ制御システム。
  4. 【請求項４】前記ファジイコントローラが、 ファジイ化インタフェースと、 システムを制御する方法についての制御ルールの集合を
    含む知識ベースと、 前記制御ルールの集合のうちどの制御ルールが現在関係
    するかを評価して出力を提供する推論メカニズムと、 推論メカニズムの出力をシステムダイナミックスへの入
    力に変換するためのファジイ分離インタフェースと、 を備える請求項２に記載のファジイ制御システム。
  5. 【請求項５】前記ファジイコントローラは、基準化した
    調整エラーおよび調整エラーレートに対応する2つの入
    力を有し、基準化されて、前記アクチュエータ対のため
    の筋力を生成する神経系刺激レート入力を生成する出力
    を有する、請求項４に記載のファジイ制御システム。
  6. 【請求項６】前記知識ベースが条件文のルール・テーブ
    ルを含み、前記基準化された調整エラーおよび前記調整
    エラーレートが条件文のif部であり、前記出力が条件文
    のthen部である、請求項５に記載のファジイ制御システ
    ム。
  7. 【請求項７】前記ファジイ分離インタフェースは、推論
    メカニズムからの出力に応答し、重心ファジイ分離法を
    使用して一つのはっきりした数を生成する、請求項４に
    記載のファジイ制御システム。
  8. 【請求項８】足、腿および胴体を有する2足歩行ロボッ
    トの姿勢を制御するためのファジイ制御システムであっ
    て、足はその一端に設けられたアクチュエータ対によっ
    て動かされ、 前記足の所望の位置に対する位置エラーである、足の調
    整エラーを検出するための筋骨系ユニットと、 前記調整エラーおよび調整エラーレートに応答してファ
    ジイ推論プロセスを実行し、前記対のアクチュエータを
    駆動する出力を提供する足セグメント・ファジイコント
    ローラとを備え、前記アクチュエータ対は、ロボットを
    調整された姿勢にするための拮抗筋/作動筋を足に提供
    する、ファジイ制御システム。
  9. 【請求項９】前記筋骨系ユニットが腿の所望の位置に対
    する腿の位置エラーである腿の調整エラーを検出し、前
    記システムは、該腿の調整エラーおよび調整エラーレー
    トに応答してファジイ推論プロセスを実行し、前記腿を
    駆動する出力を提供する、腿セグメント・ファジイコン
    トローラをさらに備える請求項８に記載のファジイ制御
    システム。
  10. 【請求項１０】前記筋骨系ユニットが胴体の所望の位置
    に対する胴体の位置エラーである胴体の調整エラーを検
    出し、前記システムは、前記胴体の調整エラーおよび調
    整エラーレートに応答してファジイ推論プロセスを実行
    し、胴体を駆動する出力を提供する胴体セグメント・フ
    ァジイコントローラをさらに備える、請求項９に記載の
    ファジイ制御システム。
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