JP2003136439A - ロボット装置及びロボット装置の歩行制御方法並びにロボット装置の歩行制御プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バランスを保ちつつ滑らか、かつ速やかに歩
行パターンを切り換えることができるロボット装置を提
供する。 【解決手段】 ロボット装置１は、歩行パターンを切り
換えて多様な歩行動作を実現するときのつなぎ動作を、
サーボモータの駆動に基づく脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの
動きと、胴体部ユニット２の動きを制御して実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボット装置に関
し、例えば４足で多様な歩行動作を実現するために歩行
パターンを切り換えるロボット装置及びその歩行制御方
法並びにロボット装置の歩行制御プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的又は磁気的な作用を用いて人間
（生物）の動作に似た運動を行う機械装置を「ロボッ
ト」という。我が国において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・無人化等を目的としたマニピ
ュレータや搬送ロボット等の産業用ロボット（Industri
al Robot）であった。

【０００３】最近では、人間のパートナーとして生活を
支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な
場面における人的活動を支援する実用ロボットの開発が
進められている。このような実用ロボットは、産業用ロ
ボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面におい
て、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適
応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、
猫のように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作
を模した「ペット型」ロボット、或いは、２足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザ
インされた「人間型」又は「人間形」ロボット（Humano
id Robot）等の脚式移動ロボットは、既に実用化されつ
つある。

【０００４】これらの脚式移動ロボットは、産業用ロボ
ットと比較して、エンターテインメント性を重視した様
々な動作を行うことができるため、エンターテインメン
トロボットと呼称される場合もある。

【０００５】例えば、４足歩行のエンターテインメント
ロボットは、動作生成プログラムにしたがって生成され
る、複数の歩行パターンを切り換えて多様は歩行動作を
実現している。ここで、異なる歩行パターンの間の切り
換えのためには、つなぎ動作が必要になる。

【０００６】つなぎ動作については以下のように定義す
る。すなわち、つなぎ動作を必要とする時点でのロボッ
トの姿勢を、つなぎ動作の初期姿勢とし、次に行おうと
する歩行の所定の初期姿勢を、つなぎ動作の目的姿勢と
するとき、つなぎ動作の初期姿勢からつなぎ動作の目的
姿勢まで移行する動作のことである。

【０００７】このつなぎ動作は、ロボットの安定性を保
ちつつ、関節を動作させて行われることが望まれる。ま
た、つなぎ動作は、本来ロボットが目的とする次の歩行
動作のための準備動作であるから、なるべく余分な動作
を含まずに、すみやかに終了することが望まれる。

【０００８】つなぎ動作を実現する方法としては、以下
の二つの方法が考えられている。第１の方法は、初期姿
勢から終了姿勢に向かって関節角度あるいは足先位置な
どを単調に変化させる方法である。第２の方法は、予め
すべての可能性についてつなぎ動作のデータあるいはそ
れを生成するプログラムを用意しておいて、必要なとき
適当なものを選択して使用する方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、つなぎ動作
を実現する前記第１の方法は、足を地面につけたまま強
引に移動することがあり、駆動装置に余計な負担を加え
る上、ロボットの安定性を保てないという問題があっ
た。

【００１０】また、前記第２の方法は、直前の歩行パタ
ーンとその位相、直後の歩行パターンとその位相のすべ
ての可能な組み合わせに対して、つなぎ動作を予め用意
しておくことになる。これを単純に実施すると、そのデ
ータ又はプログラムの量は、歩行パターンの増加にした
がってＮの２乗オーダーで増加するため、演算に時間を
要し、現実的な方法ではない。

【００１１】また、前記第２の方法として、先ず初期姿
勢から特定の姿勢または歩行パターンへ移行し（前半の
動作）、その後に終了姿勢へ移行する（後半の動作）、
という２段階の動作にすることで、すべての可能な歩行
パターンとその位相に関して、前半の動作と後半の動作
をそれぞれ用意すれば、データ又はプログラムの量を歩
行パターンのＮのオーダーにすることができるが、途中
でかならず特定の姿勢又は歩行パターンを経由するた
め、一般に余分な動作を含み、すみやかに終了できない
問題があった。

【００１２】本発明は、前記課題に鑑みてなされたもの
であり、バランスを保ちつつ滑らか、かつ速やかに歩行
パターンを切り換えることができるロボット装置及びそ
の歩行制御方法の提供を目的とする。また、ロボット装
置にて実行され、ロボット装置のバランスを保ちつつ滑
らか、かつ速やかに歩行パターンを切り換えることので
きる歩行制御プログラムの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボット装
置は、前記課題を解決するために、多数の脚をそれぞれ
自在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動する歩
行動作を行うロボット装置において、前記歩行動作の基
になる歩行パターンを切り換えるときに、初期姿勢から
目的姿勢につなぐ動作を各脚の踏み換えを制御して行う
制御手段を備え、前記制御手段は、前記多数の脚の内の
一つの脚位置を重ね、残りの脚について所定の評価関数
により踏み換え手順を決める。

【００１４】本発明に係るロボット装置の歩行制御方法
は、前記課題を解決するために、多数の脚をそれぞれ自
在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動する歩行
動作の基になる歩行パターンを切り換えるために、初期
姿勢から目的姿勢につなぐ動作を各脚の踏み換えにより
行うロボット装置の歩行制御方法において、前記多数の
脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初期姿勢を規
定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的姿勢を規定
するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動して、踏み換え
手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候補列挙工程
と、前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換
え手順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評価工
程と、前記評価工程により得られた評価結果に基づいて
踏み換え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、前記
踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手順を
実行する踏み換え実行工程とを備える。

【００１５】本発明に係るロボット装置の歩行制御プロ
グラムは、前記課題を解決するために、多数の脚をそれ
ぞれ自在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動す
る歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるため
に、初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作を各脚の踏み換
えにより行うロボット装置が実行するロボット装置の歩
行制御プログラムにおいて、前記多数の脚の内の一つの
脚位置を重ねながら、前記初期姿勢を規定するための座
標軸ｘ−ｙに対して前記目的姿勢を規定するための座標
軸ｘ’−ｙ’を平行移動して、踏み換え手順の候補を全
て列挙する踏み換え手順候補列挙工程と、前記踏み換え
手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手順候補を所定
の評価関数に基づいて評価する評価工程と、前記評価工
程により得られた評価結果に基づいて踏み換え手順を選
択する踏み換え手順選択工程と、前記踏み換え手順選択
工程により決定された踏み換え手順を実行する踏み換え
実行工程とを備えてなる。

【００１６】本発明に係るロボット装置は、前記課題を
解決するために、多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
ット装置において、前記歩行動作の基になる歩行パター
ンを切り換えるときに、接地面に接地している支持脚が
形成する支持多角形内に胴体部に基づいた重心を移動さ
せてゆく制御手段を備え、前記制御手段は、初期姿勢か
ら目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期間の
中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で制御
するために定義された制御点を用いて前記重心移動軌跡
を適当な補間関数により補間して滑らかな曲線を生成す
る。

【００１７】本発明に係るロボット装置の歩行制御方法
は、前記課題を解決するために、多数の脚をそれぞれ自
在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動する歩行
動作を行うロボット装置の歩行制御方法において、前記
歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるときに、
胴体部に基づく重心の位置を計算する重心位置計算工程
と、前記重心位置計算工程にて計算した重心の位置が、
接地面に接地している支持脚が形成する支持多角形内に
入っているか否かを判断する重心位置判断工程と、前記
重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿勢か
ら目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期間の
中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で制御
するために定義された制御点を用いて適当な補間関数に
より補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生成す
る曲線生成工程とを有し、前記曲線生成工程で生成され
た曲線に沿って重心位置を移動しながら前記歩行パター
ンを切り換える。

【００１８】本発明に係るロボット装置の歩行制御プロ
グラムは、前記課題を解決するために、多数の脚をそれ
ぞれ自在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動す
る歩行動作を行うロボット装置が実行するロボット装置
の歩行制御プログラムにおいて、前記歩行動作の基にな
る歩行パターンを切り換えるときに、胴体部に基づく重
心の位置を計算する重心位置計算工程と、前記重心位置
計算工程にて計算した重心の位置が、接地面に接地して
いる支持脚が形成する支持多角形内に入っているか否か
を判断する重心位置判断工程と、前記重心位置判断工程
による判断結果に基づいて初期姿勢から目的姿勢につな
ぐ動作のための各脚の踏み換え期間の中間の時点にて前
記重心の位置を重心移動軌跡上で制御するために定義さ
れた制御点を用いて適当な補間関数により補間して滑ら
かな重心移動軌跡による曲線を生成する曲線生成工程と
を有し、前記曲線生成工程で生成された曲線に沿って重
心位置を移動しながら前記歩行パターンを切り換える。

【００１９】本発明に係るロボット装置は、前記課題を
解決するために、多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
ット装置において、前記歩行動作の基になる歩行パター
ンを切り換えるときに、初期姿勢から目的姿勢につなぐ
動作を各脚の踏み換えを接地面に接地している支持脚が
形成する支持多角形内に胴体部に基づいた重心を移動さ
せながら複数の脚に行わせる制御手段を備え、前記制御
手段は、前記多数の脚の内の一つの脚位置を重ね、残り
の脚について所定の評価関数により踏み換え手順を決
め、かつ初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作のための各
脚の踏み換え期間の中間の時点にて前記重心の位置を重
心移動軌跡上で制御するために定義された制御点を用い
て前記重心移動軌跡を適当な補間関数により補間して滑
らかな曲線を生成する。

【００２０】本発明に係るロボット装置の歩行制御方法
は、前記課題を解決するために、多数の脚をそれぞれ自
在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動する歩行
動作を行うロボット装置の歩行制御方法において、前記
多数の脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初期姿
勢を規定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的姿勢
を規定するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動して、踏
み換え手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候補列挙
工程と、前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏
み換え手順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評
価工程と、前記評価工程により得られた評価結果に基づ
いて踏み換え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、
前記踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手
順を実行するときの、胴体部に基づく重心の位置を計算
する重心位置計算工程と、前記重心位置計算工程にて計
算した重心の位置が、接地面に接地している支持脚が形
成する支持多角形内に入っているか否かを判断する重心
位置判断工程と、前記重心位置判断工程による判断結果
に基づいて初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作のための
各脚の踏み換え期間の中間の時点にて前記重心の位置を
重心移動軌跡上で制御するために定義された制御点を用
いて適当な補間関数により補間して滑らかな重心移動軌
跡による曲線を生成する曲線生成工程とを有し、前記曲
線生成工程で生成された曲線に沿って重心位置を移動し
ながら前記歩行パターンを切り換える。

【００２１】本発明に係るロボット装置の歩行制御プロ
グラムは、前記課題を解決するために、多数の脚をそれ
ぞれ自在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動す
る歩行動作を行うロボット装置が実行するロボット装置
の歩行制御プログラムにおいて、前記多数の脚の内の一
つの脚位置を重ねながら、前記初期姿勢を規定するため
の座標軸ｘ−ｙに対して前記目的姿勢を規定するための
座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動して、踏み換え手順の候補
を全て列挙する踏み換え手順候補列挙工程と、前記踏み
換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手順候補を
所定の評価関数に基づいて評価する評価工程と、前記評
価工程により得られた評価結果に基づいて踏み換え手順
を選択する踏み換え手順選択工程と、前記踏み換え手順
選択工程により決定された踏み換え手順を実行するとき
の、胴体部に基づく重心の位置を計算する重心位置計算
工程と、前記重心位置計算工程にて計算した重心の位置
が、接地面に接地している支持脚が形成する支持多角形
内に入っているか否かを判断する重心位置判断工程と、
前記重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿
勢から目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期
間の中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で
制御するために定義された制御点を用いて適当な補間関
数により補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生
成する曲線生成工程とを有し、前記曲線生成工程で生成
された曲線に沿って重心位置を移動しながら前記歩行パ
ターンを切り換える。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、周
囲環境（或いは外部刺激）や内部状態に応じて自律行動
をする自律型のロボット装置であり、特に４脚をそれぞ
れ自在に駆動しながら接地面に対して胴体部を移動する
歩行動作を自律して行う。

【００２３】このロボット装置は、後述するＣＰＵ（Ce
ntral Processing Unit）によって実行される歩行制御
プログラムによって、歩行動作の基になる複数の歩行パ
ターンを生成する。また、ロボット装置は、歩行パター
ンを切り換えて多様な歩行動作を実現するときに、歩行
制御プログラムに基づいて、脚部や、胴体部の状態に応
じたつなぎ動作を行う。このつなぎ動作については後述
する。

【００２４】先ず、ロボット装置の構成について説明す
る。図１に示すように、本実施の形態によるロボット装
置１は、４足歩行の脚式移動ロボットであり、胴体部ユ
ニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２
の前端部に頭部ユニット４が連結されて構成されてい
る。

【００２５】胴体部ユニット２には、図２に示すよう
に、ＣＰＵ１０、ＤＲＡＭ（DynamicRandom Access Mem
ory）１１、フラッシュＲＯＭ（Read ０nly Memory）１
２、ＰＣ（Personal Computer）カードインターフェー
ス回路１３及び信号処理回路１４が内部バス１５を介し
て相互に接続されることにより形成されたコントロール
部１６と、このロボット装置１の動力源としてのバッテ
リ１７とが収納されている。また、胴体部ユニット２に
は、ロボット装置１の向きや動きの加速度を検出するた
めの角速度センサ１８及び加速度センサ１９なども収納
されている。

【００２６】また、頭部ユニット４には、外部の状況を
撮像するとともに、周囲の明るさを検出するためのＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device）カメラ２０と、前後に倒
すといった使用者からの物理的な働きかけを検出するた
めのタッチセンサ２１と、前方に位置する物体までの距
離を測定するための距離センサ２２と、外部音を集音す
るためのマイクロホン２３と、各種音声を出力するため
のスピーカ２４と、頭部ユニット４内に格納可能とされ
たヘッドライト２５と、ロボット装置１の「目」に相当
するＬＥＤ（Light Emitting Diode）（図示せず）など
がそれぞれ所定位置に配置されている。なお、ロボット
装置１においては、タッチセンサ２１以外にも、胴体部
ユニット２及び頭部ユニット４の所定位置に複数のタッ
チセンサが配置されている。

【００２７】さらに、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節
部分や各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体部ユニット２
の各連結部分、並びに頭部ユニット４及び胴体部ユニッ
ト２の連結部分などにはそれぞれ自由度数分のアクチュ
エータ２６_１〜２６_ｎ及びポテンショメータ２７_１〜２
７_ｎが配設されている。例えば、アクチュエータ２６ _１
〜２６_ｎはサーボモータを構成として有している。サー
ボモータの駆動により、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが制御
されて、目標の姿勢或いは動作に遷移する。もちろん、
歩行動作もサーボモータの駆動により制御された脚部ユ
ニット３Ａ〜３Ｄの接地面に対する自在な動きにより成
される。特に、このロボット装置１では、歩行パターン
を切り換えて多様な歩行動作を実現するときのつなぎ動
作を、サーボモータの駆動に基づく脚部ユニット３Ａ〜
３Ｄの動きと、胴体部ユニット２の動きを制御して実行
する。

【００２８】そして、これら角速度センサ１８、加速度
センサ１９、タッチセンサ２１、距離センサ２２、マイ
クロホン２３、スピーカ２４、及び各ポテンショメータ
２７ _１〜２７_ｎなどの各種センサ並びにヘッドライト２
５、ＬＥＤ及び各アクチュエータ２６_１ 〜２６_ｎは、
それぞれ対応するハブ２８_１〜２８_ｎを介してコントロ
ール部１６の信号処理回路１４と接続され、ＣＣＤカメ
ラ２０及びバッテリ１７は、それぞれ信号処理回路１４
と直接接続されている。

【００２９】信号処理回路ｌ４は、上述の各センサから
供給されるセンサデータや画像データ及び音声データを
順次取り込み、これらをそれぞれ内部バス１５を介して
ＤＲＡＭ１１内の所定位置に順次格納する。また信号処
理回路１４は、これと共にバッテリ１７から供給される
バッテリ残量を表すバッテリ残量データを順次取り込
み、これをＤＲＡＭ１１内の所定位置に格納する。

【００３０】このようにしてＤＲＡＭ１１に格納された
各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ
残量データは、この後ＣＰＵ１０がこのロボット装置１
の動作制御を行う際に利用される。

【００３１】実際上ＣＰＵ１０は、ロボット装置１の電
源が投入された初期時、胴体部ユニット２の図示しない
ＰＣカードスロットに装填されたメモリカード２９又は
フラッシュＲＯＭ１２に格納された制御プログラムをＰ
Ｃカードインターフェース回路１３を介して又は直接読
み出し、これをＤＲＡＭ１１に格納する。この制御プロ
グラムの一部に、本発明の歩行制御プログラムが含まれ
ることになる。

【００３２】また、ＣＰＵ１０は、この後上述のように
信号処理回路１４よりＤＲＡＭ１１に順次格納される各
センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残
量データに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者から
の指示及び働きかけの有無などを判断する。

【００３３】さらに、ＣＰＵ１０は、この判断結果及び
ＤＲＡＭ１１に格納した、歩行制御プログラムを含む制
御プログラムに基づいて続く行動を決定すると共に、当
該決定結果に基づいて必要なアクチュエータ２６_１〜２
６_ｎを駆動させることにより、頭部ユニット４を上下左
右に振らせたり、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを駆動させ
て歩行させるなどの行動を行わせる。また、歩行パター
ンを切り換えて多様な歩行動作を実現するときのつなぎ
動作を行わせる。

【００３４】また、この際ＣＰＵ１０は、必要に応じて
音声データを生成し、これを信号処理回路１４を介して
音声信号としてスピーカ２４に与えることにより当該音
声信号に基づく音声を外部に出力させたり、上述のＬＥ
Ｄを点灯、消灯又は点滅させる。また、ＣＰＵ１０は、
後述するように、ＣＣＤカメラ２０を用いて周囲の明る
さを検出させ、その検出結果に応じてヘッドライト２５
を点灯させる。

【００３５】このようにしてこのロボット装置１におい
ては、自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働
きかけに応じて自律的に行動し得るようになされてい
る。

【００３６】次に、前記歩行制御プログラムを含めた制
御プログラムのソフトウェア構成について説明する。ロ
ボット装置１における上述の制御プログラムのソフトウ
ェア構成は、図３に示すようになる。この図３におい
て、デバイス・ドライバ・レイヤ３０は、この制御プロ
グラムの最下位層に位置し、複数のデバイス・ドライバ
からなるデバイス・ドライバ・セット３１から構成され
ている。この場合、各デバイス・ドライバは、ＣＣＤカ
メラ２０（図２）やタイマ等の通常のコンピュータで用
いられるハードウェアに直接アクセスすることを許され
たオブジェクトであり、対応するハードウェアからの割
り込みを受けて処理を行う。

【００３７】また、ロボティック・サーバ・オブジェク
ト３２は、デバイス・ドライバ・レイヤ３０の最下位層
に位置し、例えば上述の各種センサやアクチュエータ２
５_１〜２５_ｎ等のハードウェアにアクセスするためのイ
ンターフェースを提供するソフトウェア群でなるバーチ
ャル・ロボット３３と、電源の切換えなどを管理するソ
フトウェア群でなるバワーマネージャ３４と、他の種々
のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア群でなる
デバイス・ドライバ・マネージャ３５と、ロボット装置
１の機構を管理するソフトウェア群でなるデザインド・
ロボット３６とから構成されている。

【００３８】マネージャ・オブジェクト３７は、オブジ
ェクト・マネージャ３８及びサービス・マネージャ３９
から構成されている。オブジェクト・マネージャ３８
は、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２、ミドル
・ウェア・レイヤ４０、及びアプリケーション・レイヤ
４１に含まれる各ソフトウェア群の起動や終了を管理す
るソフトウェア群であり、サービス・マネージャ３９
は、メモリカード２９（図２）に格納されたコネクショ
ンファイルに記述されている各オブジェクト間の接続情
報に基づいて各オブジェクトの接続を管理するソフトウ
ェア群である。

【００３９】ミドル・ウェア・レイヤ４０は、ロボティ
ック・サーバ・オブジェクト３２の上位層に位置し、画
像処理や音声処理などのこのロボット装置１の基本的な
機能を提供するソフトウェア群から構成されている。本
発明の歩行制御プログラムは、このミドル・ウェア・レ
イヤ４０に属している。

【００４０】また、アプリケーション・レイヤ４１は、
ミドル・ウェア・レイヤ４０の上位層に位置し、当該ミ
ドル・ウェア・レイヤ４０を構成する各ソフトウェア群
によって処理された処理結果に基づいてロボット装置１
の行動を決定するためのソフトウェア群から構成されて
いる。

【００４１】なお、ミドル・ウェア・レイヤ４０及びア
プリケーション・レイヤ４１の具体なソフトウェア構成
をそれぞれ図４に示す。

【００４２】ミドル・ウェア・レイヤ４０は、図４に示
すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、音
階認識用、距離検出用、姿勢検出用、タッチセンサ用、
動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール５０〜
５８並びに入力セマンティクスコンバータモジュール５
９などを有する認識系６０と、出力セマンティクスコン
バータモジュール６８並びに姿勢管理用、トラッキング
用、モーション再生用、歩行用、転倒復帰用、ライト点
灯用及び音再生用の各信号処理モジュール６１〜６７な
どを有する出力系６９とから構成されている。

【００４３】認識系６０の各信号処理モジュール５０〜
５８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２のバ
ーチャル・ロボット３３によりＤＲＡＭ１１（図２）か
ら読み出される各センサデータや画像データ及び音声デ
ータのうちの対応するデータを取り込み、当該データに
基づいて所定の処理を施して、処理結果を入力セマンテ
ィクスコンバータモジュール５９に与える。ここで、例
えば、バーチャル・ロボット３３は、所定の通信規約に
よって、信号の授受或いは変換をする部分として構成さ
れている。

【００４４】入力セマンティクスコンバータモジュール
５９は、これら各信号処理モジュール５０〜５８から与
えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑
い」、「明るい」、「ボールを検出した」、「転倒を検
出した」、「撫でられた」、「叩かれた」、「ドミソの
音階が聞こえた」、「動く物体を検出した」又は「障害
物を検出した」などの自己及び周囲の状況や、使用者か
らの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケー
ション・レイヤ４１（図２）に出力する。

【００４５】アプリケーション・レイヤ４ｌは、図５に
示すように、行動モデルライブラリ７０、行動切換モジ
ュール７１、学習モジュール７２、感情モデル７３及び
本能モデル７４の５つのモジュールから構成されてい
る。

【００４６】行動モデルライブラリ７０には、図６に示
すように、「バッテリ残量が少なくなった場合」、「転
倒復帰する」、「障害物を回避する場合」、「感情を表
現する場合」、「ボールを検出した場合」などの予め選
択されたいくつかの条件項目にそれぞれ対応させて、そ
れぞれ独立した行動モデル７０_１〜７０_ｎが設けられて
いる。

【００４７】そして、これら行動モデル７０_１〜７０_ｎ
は、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール
５９から認識結果が与えられたときや、最後の認識結果
が与えられてから一定時間が経過したときなどに、必要
に応じて後述のように感情モデル７３に保持されている
対応する情動のパラメータ値や、本能モデル７４に保持
されている対応する欲求のパラメータ値を参照しながら
続く行動をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュ
ール７１に出力する。

【００４８】なお、この実施の形態の場合、各行動モデ
ル７０_１〜７０_ｎは、次の行動を決定する手法として、
図７に示すような１つのノード（状態）ＮＯＤＥ_０〜Ｎ
ＯＤＥ_ｎから他のどのノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに
遷移するかを各ノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに間を接
続するアークＡＲＣ_１〜ＡＲＣ_ｎに対してそれぞれ設定
された遷移確率Ｐ_１〜Ｐ_ｎに基づいて確率的に決定する
有限確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用い
る。

【００４９】具体的に、各行動モデル７０_１〜７０
_ｎは、それぞれ自己の行動モデル７０_１〜７０_ｎを形成
するノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎにそれぞれ対応させ
て、これらノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎごとに図８に
示すような状態遷移表８０を有している。

【００５０】この状態遷移表８０では、そのノードＮＯ
ＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎにおいて遷移条件とする入力イベン
ト（認識結果）が「入力イベント名」の列に優先順に列
記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「デー
タ名」及び「データ範囲」の列における対応する行に記
述されている。

【００５１】したがって、図８の状態遷移表８０で表さ
れるノードＮＯＤＥ_１００では、「ボールを検出（ＢＡ
ＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識
結果と共に与えられるそのボールの「大きさ（ＳＩＺ
Ｅ）」が「0から1000」の範囲であることや、「障害物
を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識結果が与えら
れた場合に、当該認識結果と共に与えられるその障害物
までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が「0から100」の
範囲であることが他のノードに遷移するための条件とな
っている。

【００５２】また、このノードＮＯＤＥ_１００では、認
識結果の入力がない場合においても、行動モデル７０_１
〜７０_ｎが周期的に参照する感情モデル７３及び本能モ
デル７４にそれぞれ保持された各情動及び各欲求のパラ
メータ値のうち、感情モデル７３に保持された「喜び
（ＪＯＹ）」、「驚き（ＳＵＲＰＲＩＳＥ）」若しくは
「悲しみ（ＳＵＤＮＥＳＳ）」のいずれかのパラメータ
値が「50から100」の範囲であるときには他のノードに
遷移することができるようになっている。

【００５３】また、状態遷移表８０では、「他のノード
ヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の行にそ
のノードＮＯＤＥ_０〜 ＮＯＤＥ_ｎから遷移できるノー
ド名が列記されていると共に、「入力イベント名」、
「データ値」及び「データの範囲」の列に記述された全
ての条件が揃ったときに遷移できる他の各ノードＮＯＤ
Ｅ_０〜ＮＯＤＥ_ｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷移
確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、その
ノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに遷移する際に出力すべ
き行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における「出
力行動」の行に記述されている。なお、「他のノードヘ
の遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００
［％］となっている。

【００５４】したがって、図８の状態遷移表８０で表さ
れるノードＮＯＤＥ_１００では、例えば「ボールを検出
（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大き
さ）」が「0から1000」の範囲であるという認識結果が
与えられた場合には、「30［％］」の確率で「ノードＮ
ＯＤＥ_１２０（node 120）」に遷移でき、そのとき「Ａ
ＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとなる。

【００５５】各行動モデル７０_１〜７０_ｎは、それぞれ
このような状態遷移表８０として記述されたノードＮＯ
ＤＥ_０〜 ＮＯＤＥ_ｎがいくつも繋がるようにして構成
されており、入力セマンティクスコンバータモジュール
５９から認識結果が与えられたときなどに、対応するノ
ードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎの状態遷移表を利用して確
率的に次の行動を決定し、決定結果を行動切換モジュー
ル７１に出力するようになされている。

【００５６】図５に示す行動切換モジュール７１は、行
動モデルライブラリ７０の各行動モデル７０_１〜７０_ｎ
からそれぞれ出力される行動のうち、予め定められた優
先順位の高い行動モデル７０_１〜７０_ｎから出力された
行動を選択し、当該行動を実行すべき旨のコマンド（以
下、これを行動コマンドという。）をミドル・ウェア・
レイヤ４０の出力セマンティクスコンバータモジュール
６８に送出する。なお、この実施の形態においては、図
６において下側に表記された行動モデル７０_１〜７０_ｎ
ほど優先順位が高く設定されている。

【００５７】また、行動切換モジュール７１は、行動完
了後に出力セマンティクスコンバータモジュール６８か
ら与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が完了
したことを学習モジュール７２、感情モデル７３及び本
能モデル７４に通知する。

【００５８】一方、学習モジュール７２は、入力セマン
ティクスコンバータモジュール５９から与えられる認識
結果のうち、「叩かれた」や「撫でられた」など、使用
者からの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力す
る。

【００５９】そして、学習モジュール７２は、この認識
結果及び行動切換モジュール７１からの通知に基づい
て、「叩かれた（叱られた）」ときにはその行動の発現
確率を低下させ、「撫でられた（誉められた）」ときに
はその行動の発現確率を上昇させるように、行動モデル
ライブラリ７０における対応する行動モデル７０_１〜７
０_ｎの対応する遷移確率を変更する。

【００６０】他方、感情モデル７３は、「喜び（jo
y）」、「悲しみ（sadness）」、「怒り（anger）」、
「驚き（surprise）」、「嫌悪（disgust）」及び「恐
れ（fear）」の合計６つの情動について、各情動ごとに
その情動の強さを表すパラメータを保持している。そし
て、感情モデル７３は、これら各情動のパラメータ値
を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール
５９から与えられる「叩かれた」及び「撫でられた」な
どの特定の認識結果と、経過時間及び行動切換モジュー
ル７１からの通知などに基づいて周期的に更新する。

【００６１】具体的には、感情モデル７３は、入力セマ
ンティクスコンバータモジュール５９から与えられる認
識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前回更
新してからの経過時間などに基づいて所定の演算式によ
り算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ
［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、そ
の情動の感度を表す係数をｋ_ｅとして、（１）式によっ
て次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋
１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ
［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値
を更新する。また、感情モデル７３は、これと同様にし
て全ての情動のパラメータ値を更新する。

【００６２】

【数１】

【００６３】なお、各認識結果や出力セマンティクスコ
ンバータモジュール６８からの通知が各情動のパラメー
タ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるかは
予め決められており、例えば「叩かれた」といった認識
結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与え、「撫でられた」といった認
識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。

【００６４】ここで、出力セマンティクスコンバータモ
ジュール６８からの通知とは、いわゆる行動のフィード
バック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果の
情報であり、感情モデル７３は、このような情報によっ
ても感情を変化させる。これは、例えば、「吠える」と
いった行動により怒りの感情レベルが下がるといったよ
うなことである。なお、出力セマンティクスコンバータ
モジュール６８からの通知は、上述した学習モジュール
７２にも入力されており、学習モジュール７２は、その
通知に基づいて行動モデル７０_１〜７０_ｎの対応する遷
移確率を変更する。

【００６５】なお、行動結果のフィードバックは、行動
切換モジュレータ７１の出力（感情が付加された行動）
によりなされるものであってもよい。

【００６６】一方、本能モデル７４は、「運動欲（exer
cise）」、「愛情欲（affection）」、「食欲（appetit
e）」及び「好奇心（curiosity）」の互いに独立した４
つの欲求について、これら欲求ごとにその欲求の強さを
表すパラメータを保持している。そして、本能モデル７
４は、これらの欲求のパラメータ値を、それぞれ入力セ
マンティクスコンバータモジュール５９から与えられる
認識結果や、経過時間及び行動切換モジュール７１から
の通知などに基づいて周期的に更新する。

【００６７】具体的には、本能モデル７４は、「運動
欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結
果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュ
ール６８からの通知などに基づいて所定の演算式により
算出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ［ｋ］、
現在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、その欲求の
感度を表す係数ｋ_ｉとして、所定周期で（２）式を用い
て次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ＋
１］を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメ
ータ値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求のパラ
メータ値を更新する。また、本能モデル７４は、これと
同様にして「食欲」を除く各欲求のパラメータ値を更新
する。

【００６８】

【数２】

【００６９】なお、認識結果及び出力セマンティクスコ
ンバータモジュール６８からの通知などが各欲求のパラ
メータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与える
かは予め決められており、例えば出力セマンティクスコ
ンバータモジュール６８からの通知は、「疲れ」のパラ
メータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与えるよう
になっている。

【００７０】なお、本実施の形態においては、各情動及
び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ0から100ま
での範囲で変動するように規制されており、また係数ｋ
_ｅ、ｋ_ｉの値も各情動及び各欲求ごとに個別に設定され
ている。

【００７１】一方、ミドル・ウェア・レイヤ４０の出力
セマンティクスコンバータモジュール６８は、図４に示
すように、上述のようにしてアプリケーション・レイヤ
４１の行動切換モジュール７１から与えられる「前
進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボール
を追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力
系６９の対応する信号処理モジュール６１〜６７に与え
る。

【００７２】そしてこれら信号処理モジュール６１〜６
７は、行動コマンドが与えられると当該行動コマンドに
基づいて、その行動を行うために対応するアクチュエー
タ２５_１〜２５_ｎ（図２）に与えるべきサーボ指令値
や、スピーカ２４（図２）から出力する音の音声データ
及び又は「目」のＬＥＤに与える駆動データを生成し、
これらのデータをロボティック・サーバ・オブジェクト
３２のバーチャル・ロボット３３及び信号処理回路１４
（図２）を順次介して対応するアクチュエータ２５_１〜
２５_ｎ又はスピーカ２４又はＬＥＤに順次送出する。

【００７３】本実施の形態のロボット装置１がＣＰＵ１
０によって実行する歩行制御プログラムは、ミドル・ウ
ェア・レイヤ４０の認識系６０及び出力系６９の各信号
処理モジュールと関連している。特に、出力系６９の姿
勢管理用信号処理モジュール６１、歩行用信号処理モジ
ュール６４と深い関連がある。

【００７４】例えば、ロボット装置１が直進歩行状態か
らユーザの呼ぶ方向に左旋回するときのミドル・ウェア
・レイヤ４０の処理を説明する。既に直進歩行している
ロボット装置１が、使用者の「こちらに来て」という声
を認識する処理は、ロボティック・サーバ・オブジェク
ト３２のバーチャル・ロボット３３を介して得られたセ
ンサーデータやＤＲＡＭ１１から読み出された音声デー
タを認識系６０の該当する信号処理モジュールが処理
し、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュー
ル５９に送ることにより成される。入力セマンティクス
コンバータモジュール５９は、使用者が呼んでいるとい
う認識結果をアプリケーション・レイヤ４１に出力す
る。

【００７５】アプリケーション・レイヤ４１は、前述し
たように、行動モデルライブラリ７０、行動切換モジュ
ール７１、学習モジュール７２、感情モジュール７３及
び本能モジュール７４を機能させて「左旋回」という抽
象的な行動コマンドを出力系６９の姿勢管理用信号処理
モジュール６１と歩行用信号処理モジュール６４に与え
る。

【００７６】すると、姿勢管理用信号処理モジュール６
１は、つなぎ動作に基づくアクチュエータへのサーボ指
令値を生成してから、各アクチュエータを駆動させるこ
とによりロボット装置１に脚部や、胴体部を動かさせた
つなぎ動作を行わせる。その後、歩行用信号処理モジュ
ール６４は、左旋回コマンドに基づくアクチュエータへ
のサーボ指令値を生成し、このサーボ指令値にしたがっ
てアクチュエータを駆動させて、ロボット装置１に脚部
を動かさせた左旋回歩行を行わせる。

【００７７】このようにしてロボット装置１は、直進か
ら左旋回へ歩行パターンを切り換えて多様な歩行動作を
実現するときに、歩行制御プログラムに基づいて、脚部
や、胴体部の状態に応じたつなぎ動作を行う。

【００７８】歩行パターンには、前進、後退、左旋回、
右旋回等があり、一連の歩行動作はこれら歩行パターン
の組み合わせによってなされる。よって、複数の歩行パ
ターンをつなぎ動作を介して切り換えることにより多様
な歩行動作を実現できる。

【００７９】つなぎ動作は、つなぎ動作を必要とする時
点でのロボットの姿勢をつなぎ動作の初期姿勢とし、次
に行おうとする歩行の所定の初期姿勢をつなぎ動作の目
的姿勢とするとき、初期姿勢から目的姿勢につなぐ移行
動作のことである。

【００８０】図１に外観を示した４脚のロボット装置
は、本発明の歩行制御方法にしたがった歩行制御プログ
ラムの実行に基づいたつなぎ動作により、バランスを保
ちつつ滑らか、かつ速やかに歩行パターンを切り換え
る。

【００８１】以下に、歩行制御プログラムの詳細につい
て図９〜図１２のフローチャートを用いて説明する。

【００８２】この歩行制御プログラムは、図９に示すつ
なぎ動作生成の事前処理と、図１２に示すつなぎ動作生
成処理からなる。つなぎ動作生成の事前処理にて、つな
ぎ動作生成処理を計画した後、つなぎ動作生成処理にて
前記計画された処理を実行する。これは、前記ミドル・
ウェア・レイヤ４０の出力系６９内の姿勢管理用信号処
理モジュール６１の機能に含まれるものである。

【００８３】つなぎ動作生成の事前処理は、図９に示す
ように、ステップＳ１の踏み換え手順を計画する処理
と、ステップＳ２の胴体の水平方向への揺動を計画する
処理と、ステップＳ３の胴体の高さと傾きの遷移動作を
計画する処理からなる。

【００８４】つなぎ動作は、脚を一つずつ置きなおして
着地位置を変更する踏み換え動作と、それに伴いバラン
スを保つため胴体を水平方向へ揺動させる揺動動作と、
胴体の高さと傾きを初期姿勢から目的姿勢へ遷移させる
遷移動作の３つを同時に並行して実施するものであり、
これらを初期姿勢の情報と目的姿勢の情報を用いて生成
し、合成する。よって、前記ステップＳ１〜ステップＳ
３の各処理が必要となっている。

【００８５】先ず、踏み換え動作の基になる踏み換え手
順を計画する処理（ステップＳ１）について説明する。
踏み換え手順を計画する処理は、ロボット装置に踏み換
え動作を行わせるための処理計画である。この踏み換え
手順を計画する処理は、図１０に示すように、踏み換え
手順の候補を全て列挙するステップＳ１１と、全ての候
補を適当な評価関数を用いて評価するステップＳ１２
と、最も評価の高い踏み換え手順を選択するステップＳ
１３からなる。

【００８６】図１３には重心ＣＧｓの位置が胴体部ＢＯ
ｓの移動にのみ基づいて変化するロボット装置を単純化
モデルとしたときに、その初期姿勢における４脚の着地
位置を示す。図１３の（ａ）の斜視図と、図１３の
（ｂ）の平面図には、左前脚ＬＦ-leg_s、右前脚ＲＦ-l
eg_s、左後脚ＬＲ-leg_s、右後脚ＲＲ-leg_sの接地面上
の着地位置に基づいた仮想的な基準座標系（ｘ−ｙ座標
系）を示す。

【００８７】ｘ−ｙ座標系の定義は、以下のとおりであ
る。歩行動作中においてロボット装置の胴体部は一般に
揺動と回転を伴うことがあるので、姿勢を表す座標系の
基準として、胴体ではなく接地面上に仮想的な基準座標
系を設定するのが好ましい。特に、この座標系は、４脚
の着地位置に基づいて定められる。この座標系の原点
は、その真上へ重心を移動した姿勢が、適当な評価方法
において、転倒に対して最も安定であると考えられるよ
うな点とする。したがって、この座標系の原点の真上を
中心として、重心を水平方向の適切な方向へ揺動させれ
ば、どの脚も平均的に安定に踏み換えることができる。

【００８８】図１４には前記単純化モデルの目的姿勢に
おける４脚の着地位置を示す。図１４の（ａ）の斜視図
と、図１４の（ｂ）の平面図には、左前脚ＬＦ-leg_e、
右前脚ＲＦ-leg_e、左後脚ＬＲ-leg_e、右後脚ＲＲ-leg
_eの接地面上の着地位置に基づいた仮想的な座標系
（ｘ’−ｙ’座標系）を示す。

【００８９】図１３に示した初期姿勢における４脚の接
地面に対する接地位置と、図１４に示した目的姿勢にお
ける４脚の接地位置は、ｘ−ｙ座標系とｘ’−ｙ’座標
系とを一致させると図１５の（ａ）に示すように、それ
ぞれ異なっている。

【００９０】そこで、本発明では、図１５の（ｂ）に示
すように、ｘ’−ｙ’座標系の軸を平行移動する。その
際、４つの脚のうち一つの脚を適当に選択し、その初期
姿勢における位置と目的姿勢における位置を重ねる。図
１５の（ｂ）では、ＬＲ-leg_seと示すように、例えば
左後脚を選択して重ねる。これにより踏み換えが必要な
脚の数を３つに減らすことができる。この一つの脚を選
択する処理は、後述する評価関数に基づいて成される。
また、ｘ−ｙ座標系とｘ’−ｙ’座標系の距離が最も近
くなるように、一つの脚を選択してもよい。

【００９１】すると、踏み換え手順の選択肢の数は、４
つの脚から３つの脚を手順つきで選択する順列の数で表
せるので、４×３×２×１＝２４通りとなる。これが、
前記ステップＳ１１の踏み換え手順の候補を全て列挙す
る処理である。

【００９２】次に、このそれぞれについて適当な評価関
数を用いて評価を行う。これは、前記ステップＳ１２と
した全ての候補を評価関数で評価する処理である。

【００９３】踏み換え手順を評価するための評価関数
は、目的に応じて任意のものを適用可能である。本実施
の形態では、以下の３つに挙げる評価基準にしたがった
評価関数を用いる。１．つなぎ動作の直前に接地面から
離れていた脚（遊脚）をつなぎ動作の最初に踏み換える
手順は、バランスを崩しやすいので評価値を下げる。
２．つなぎ動作の直後に遊脚とする予定の脚をつなぎ動
作の最後に踏み換える手順は、バランスを崩しやすいの
で評価値を下げる。３．踏み換え前または踏み換え後に
追加の重心移動を必要とする手順は、バランスを保てな
いので評価値を下げる。脚を持ち上げるためには、脚を
持ち上げる直前に既に重心がその脚から離れた方向に移
動していないとバランスを崩してしまうので、重心の移
動が余分に必要となってしまう。このような踏み換え手
順は避けた方がよい、という主旨からの基準である。

【００９４】そして、最も評価の高い踏み換え手順を選
択する。これが前記ステップＳ１３の処理である。

【００９５】次に、図９に示した胴体の水平方向への揺
動を計画する処理（ステップＳ２）の原理について説明
する。前記踏み換え動作を行っている間、ロボット装置
のバランスを保つため、胴体を水平方向へ適切に移動さ
せて、重心の接地面上への投影点が各時点での支持脚が
地面上に作る多角形（支持多角形）の内側に入るように
する。

【００９６】踏み換え動作は３つの脚に対して順に行わ
れるから、各脚の踏み換えの期間において、胴体を持ち
上げる脚のちょうど対称位置方向側、あるいは反対側
（たとえば、右前脚に対しては左後脚方向、左前脚に対
しては右後脚方向）に適当な振幅によって中央からシフ
トした位置（安定な胴体位置）へ平行移動していれば、
バランスを保つことができる。この際の振幅はロボット
装置に合わせて適当に決められる定数である。ただし、
滑らかな動作をさせる目的のため平行移動の起動は連続
で滑らかな曲線であることが望ましい。

【００９７】そこで、本発明では、初期姿勢から目的姿
勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期間の中間の時
点にて前記重心の位置を、重心移動軌跡上で制御するた
めに定義された制御点を用い、適当な補間関数により補
間して滑らかな曲線を生成する。つまり、各脚の踏み換
え期間の中間の時点において、安定な胴体位置を、軌道
の制御点として定義し、この制御点を用いて適当な補間
関数によって滑らかな曲線を生成する。

【００９８】以下、揺動動作の二つの具体例について説
明する。

【００９９】先ず、図１６及び図１７を用いて、最初の
脚の踏み換え時点及び最後の脚の踏み換え時点で重心が
支持多角形内に入っている場合の揺動動作について説明
する。この具体例は、図１６の（ａ）に示すタイミング
チャートにおいて、時間ｔａ〜時間ｔｄまでにつなぎ動
作（図中、Transition Motionと示す）が行われる場合
の揺動動作である。

【０１００】なお、前記踏み換え手順の計画処理によ
り、既に図１６の（ａ）に示す時間ｔａにおける初期姿
勢（図１６の（ｂ））から、右前脚ＲＦ-leg_s、左前脚
ＬＦ-leg_s、右後脚ＲＲ-leg_sという順番で踏み換える
ことと、左後脚ＲＲ-leg_sを重ねることは決定されてい
るとする。そして、目的姿勢において前記４脚は、右前
脚ＲＦ-leg_e、左前脚ＬＦ-leg_e、右後脚ＲＲ-leg_e、
左後脚ＬＲ-leg_eとして図１６の（ｃ）に示す位置に踏
み換えられる。

【０１０１】図１６の（ａ）のタイミングチャートにお
いて、時間ｔａから時間ｔｂの右前脚ＲＦ-leg_sの踏み
換え期間にあっては、右前脚ＲＦ-leg_sと対称位置方向
にある踏み換え期間の中間時点における、図７に示す制
御点Ｐｃ_LRを用いた適当な補間関数によって重心の滑
らかな移動軌跡（曲線）を生成する。

【０１０２】ここで、図１７はｘ−ｙ座標系とｘ’−
ｙ’座標系における重心ＣＧの時間変化に対する軌跡を
示している。初期姿勢の重心ＧＣ_ｓの位置はＰＯ_ｓ、
目的姿勢の重心ＧＣ_ｅの位置はＰＯ_ｅである。また、
×印で示す前記制御点Ｐｃ_LRや、後述の他の制御点Ｐ
ｃ_RR、Ｐｃ_LFは、歩行に際して重心が揺動する基準と
なる矩形Ａｗの各頂点に位置する。この実施の形態では
矩形Ａｗは正方形であるが、胴体部等の形状や、重量等
によっては長方形であったり、他の形状となることもあ
る。

【０１０３】図１６の（ａ）の時間ｔｂから時間ｔｃの
左前脚ＬＦ-leg_sの踏み換え期間にあっては、左前脚Ｌ
Ｆ-leg_sと対称位置方向にある前記踏み換え期間の中間
時点における図１７の制御点Ｐｃ_RRを用いた適当な補
間関数によって滑らかな曲線を生成する。

【０１０４】時間ｔｃから時間ｔｄの右後脚ＲＲ-leg_s
の踏み換え期間にあっては、右後脚ＲＲ-leg_sと対称位
置方向にある前記踏み換え期間の中間時点における図１
７の制御点Ｐｃ_LFを用いた適当な補間関数によって滑
らかな曲線を生成する。

【０１０５】このように最初の脚の踏み換え時点及び最
後の脚の踏み換え時点で重心が支持多角形内に入ってい
る場合の揺動動作では、図１７に示すような各時刻ｔ
ａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄにおける重心が位置する曲線を前
記各制御点を用いて滑らかに生成することができる。

【０１０６】次に、図１８及び図１９を用いて、最初の
脚の踏み換え時点で重心が支持多角形内に入っていない
場合の揺動動作について説明する。この具体例は、図１
８の（ａ）に示すタイミングチャートにおいて、時間ｔ
ｅ〜時間ｔｉまでにつなぎ動作（図中、Transition Mot
ionと示す）を行うときの揺動動作である。ここでは、
時間ｔｅから時間ｔｆまでの期間Ｔｅｍ_ｍは、踏み換
え前の重心移動を行うステップ（図中にはhorizontal b
ody movement before stepeと示す）に費やす。重心を
水平方向に平行移動するだけの期間だけ実際の踏み換え
を待つことになる。

【０１０７】なお、踏み換え手順の計画処理により、既
に図１８の（ａ）に示す時間ｔｅにおける重心移動前の
初期姿勢（図１６の（ｂ））の後、重心移動を待って
（図１６の（ｃ））、左前脚ＬＦ-leg_s、右前脚ＲＦ-l
eg_s、右後脚ＲＲ-leg_sという順番で踏み換えること
と、左後脚ＬＲ-leg_sを重ねることは決定されていると
する。そして、目的姿勢においては前記４脚は、右前脚
ＲＦ-leg_e、左前脚ＬＦ-leg_e、右後脚ＲＲ-leg_e、左
後脚ＬＲ-leg_eとして図１８の（ｄ）に示す位置に踏み
換えられる。

【０１０８】図１８の（ａ）のタイミングチャートにお
ける、踏み換え前の重心移動ステップが必要な初期姿勢
（時間ｔｅ）では、図１８の（ｂ）に示すように、始め
に遊脚とする左前脚LF-leg_sを除いた支持多角形（三角
形）の内部に、重心ＣＧ_sが入っていない。このまま左
前脚ＬＦ-leg_sを遊脚にすればロボット装置は転倒して
しまう。そこで、時間ｔｅから時間ｔｆまでの期間Ｔｅ
ｍ_ｍにて踏み換え前の重心移動を行う。図１８の
（ｃ）にはこの重心移動によって胴体をＢＯ_ｓからＢ
Ｏ_ｓ’に平行移動することによって前記支持多角形内
に入れられた重心ＣＧ_s’を示す。

【０１０９】この様子について図１９を用いて以下に説
明する。なお、図１９も図１７と同様にｘ−ｙ座標系と
ｘ’−ｙ’座標系における重心ＣＧの時間変化を示して
いる。初期姿勢の重心ＧＣ_ｓの位置ＰＯ_ｓ、目的姿勢
の重心ＧＣ_ｅの位置ＰＯ_ｅや、×印で示す各制御点も
同様のものである。また、揺動の基準範囲を示す矩形Ａ
ｗも同じように定義できるものである。

【０１１０】先ず、時間ｔｅにおける重心ＣＧ_ｓの位
置ＰＯ_ｓは、前述したように支持多角形に入っていな
いので時間ｔｆまでの期間Ｔｅｍ_ｍにて、左前脚ＬＦ-
lef_sの対称位置にある制御点Ｐｃ_RR方向の中間位置
（intermediate position）ＰＯ_ｉｎｔに重心ＧＣ_ｓ
を動かす。これが図１８の（ｃ）に示した状態である。

【０１１１】その後、時間ｔｆから時間ｔｇの左前脚Ｌ
Ｆ-leg_sの踏み換え期間にあっては左前脚ＬＦ-leg_sと
対称位置方向にある図１９の制御点Ｐｃ_RRを用いた適
当な補間関数によって滑らかな曲線を生成する。

【０１１２】時間ｔｇから時間ｔｈの右前脚ＲＦ-leg_s
の踏み換え期間にあっては右前脚ＲＦ-leg_sと対称位置
方向にある図１８の制御点Ｐｃ_LRを用いた適当な補間
関数によって滑らかな曲線を生成する。

【０１１３】時間ｔｈから時間ｔｉの右後脚ＲＲ-leg_s
の踏み換え期間にあっては右後脚ＲＲ-leg_sと対称位置
方向にある図１８の制御点Ｐｃ_LFを用いた適当な補間
関数によって滑らかな曲線を生成する。

【０１１４】このように最初の脚の踏み換え時点で重心
が支持多角形内に入っていない場合のつなぎ動作におけ
る揺動動作では、時間ｔｅから時間ｔｆまでの期間Ｔｅ
ｍ_ｍにて踏み換え前の重心移動ステップを行い、その
後に、時間ｔｆ，ｔｇ，ｔｈ，ｔｉにおける重心が位置
する曲線を前記各制御点を用いて滑らかに生成する。

【０１１５】同様に、終了姿勢と踏み換え手順の組み合
わせによっては、最後の踏み換え時点で重心が安定な支
持多角形の内側にないことがあり、その場合は、最後の
踏み換えのあとに、重心を水平方向へ平行移動するだけ
の期間を追加する。

【０１１６】ここまで説明した揺動動作の原理に基づい
た揺動の事前処理計画について以下に説明する。踏み換
え動作を３歩で行うことを前提とした揺動の事前の具体
的な処理例を図１１に示す。踏み換え前の重心移動が必
要であるか否かをステップＳ２１にて判断し、必要であ
るとき（ＹＥＳ）にはステップＳ２２に進み、不要であ
る（ＮＯ）ときにはステップＳ２３に進む。このステッ
プＳ２１の判断処理は、図１８の（ｂ）に示したよう
に、始めに遊脚とする左前脚LF-leg_sを除いた支持多角
形（三角形）の内部に重心ＣＧ_sが入っていないとき
に、そのままにしていたのではロボット装置が転倒して
しまうのを避けるために必要とされる。

【０１１７】このステップＳ２１の判断処理は、歩行動
作の基になる歩行パターンを切り換えるときに、胴体部
に基づく重心の位置が重心位置計算工程にて計算されて
いることが前提となって行われる。重心位置計算工程に
て計算された重心の位置が前記支持多角形の内部に入っ
ているか否かによって、踏み換え前の重心移動が必要か
不要かを判断することになる。

【０１１８】ステップＳ２２は、ステップＳ２１にて踏
み換え前の重心移動が必要である（ＹＥＳ）と判断され
た後に行われる処理であり、１歩目の踏み換えと、踏み
換え前の重心移動を計画する処理である。ここでは、踏
み換え前に重心移動を計画し、重心を前記支持多角形の
内部に入れてから１歩目の踏み換えを行っている。すな
わち、重心を水平方向に平行移動するだけの期間だけ実
際の踏み換えを待ってから１歩目の踏み換えを行う。１
歩目の踏み換え期間にあっては、遊脚と対称位置方向に
ある前記制御点を用いた適当な補間関数によって滑らか
な曲線を計画により生成するものである。

【０１１９】ステップＳ２３は、ステップＳ２１にて踏
み換え前の重心移動が不要である（ＮＯ）と判断された
後に行われる処理であり、１歩目の踏み換え中の重心移
動を計画する。

【０１２０】次に、ステップＳ２４では、２歩目の踏み
換え中の重心移動を計画する。ここでも、遊脚と対称位
置方向にある前記制御点を用いた適当な補間関数によっ
て滑らかな曲線を計算により生成するものである。

【０１２１】この後、ステップＳ２５に進んで、３歩目
の踏み換え後の重心移動が必要であるか否かを判断す
る。３歩目の踏み換え後の重心移動が必要である（ＹＥ
Ｓ）と判断すればステップＳ２６に進み、３歩目の踏み
換え後の重心移動が不要である（ＮＯ）と判断すればス
テップＳ２７に進む。このステップＳ２５の処理は、３
歩目の重心の位置が前記支持多角形の内部に入っている
か否かによって、踏み換え後の重心移動が必要か不要か
を判断することになる。

【０１２２】ステップＳ２６は、ステップＳ２５での判
断にて踏み換え後の重心移動が必要である（ＹＥＳ）と
判断された後に行われる処理であり、３歩目の踏み換え
時の重心の移動と、踏み換え後の重心移動を計算する処
理である。ここでは、３歩目の踏み換え後の重心を前記
制御点を用いて計算した後に、それを支持多角形の内部
に移動する処理である。

【０１２３】ステップＳ２７では、ステップＳ２５での
判断にて踏み換え後の重心移動が不要である（ＹＥＳ）
と判断された後に行われる処理であり、３歩目の踏み換
え時の重心の位置を前記制御点を用いて計算する。

【０１２４】胴体の高さと傾きの遷移動作を計画する処
理は、初期姿勢における胴体の高さ、傾きを目的姿勢に
おける胴体の高さ、傾きへ向かって単調に遷移させるた
めの事前処理である。

【０１２５】以上に説明したつなぎ動作生成の事前処理
の後に、図１２に示すつなぎ動作生成処理が行われる。
先ず、ステップＳ３１にて踏み換え前の動作が必要か否
かを判断する。これはステップＳ２１において事前に計
画された処理である。踏み換え前の動作が必要である
（ＹＥＳ）と判断すれば、ステップＳ３２に進んで、ス
テップＳ２２にて事前に計画した処理に基づいて踏み換
え前の動作を生成する。また、踏み換え前の動作が不要
である（ＮＯ）と判断すれば、ステップＳ３３に直接進
んで１歩目の踏み換えの動作を生成する。ステップＳ３
１後に直接行われるのであれば前記ステップＳ２３にて
事前に計画された曲線にしたがって、１歩目の踏み換え
動作を生成する。

【０１２６】次に、ステップＳ３４にて２歩目の踏み換
え動作を、ステップＳ２４にて計画された重心移動の曲
線にしたがって生成する。また、ステップＳ３５では３
歩目の踏み換え動作を既に計画により求められた曲線に
したがって生成する。

【０１２７】そして、ステップＳ３６にて３歩目の踏み
換え後の動作が、前記ステップＳ２５の判断に基づいて
必要か否かを判断し、必要であれば（ＹＥＳ）ステップ
Ｓ３７に進んでステップＳ２６にて事前に計画された通
りに重心移動を行って踏み換え後の動作を生成する。ス
テップＳ３６にて３歩目の踏み換え後の動作が不要であ
れば（ＮＯ）つなぎ動作生成処理を終了する。

【０１２８】そして、ロボット装置１は、胴体の高さ、
傾きを遷移させる動作を、初期姿勢におけるそれらから
目的姿勢におけるそれらへ単調に遷移する。

【０１２９】以上に説明したつなぎ動作生成の事前処理
と、つなぎ動作生成処理を、ロボット装置が実行すると
により、ロボット装置は、脚を一つずつ置きなおして着
地位置を変更する踏み換え動作と、それに伴いバランス
を保つため胴体を水平方向へ揺動させる揺動動作と、胴
体の高さと傾きを初期姿勢から目的姿勢へ遷移させる遷
移動作の３つを同時に並行して実施し、つなぎ動作によ
り、バランスを保ちつつ滑らか、かつ速やかに複数の歩
行パターンを切り換える。

【０１３０】なお、上述したようなロボット装置１を制
御する歩行制御プログラムを含んだ制御プログラムは、
予めフラッシュＲＯＭ１２に格納されているものとして
説明したが、ロボット装置が読取可能な形式で記録媒体
に記録して提供してもよい。制御プログラムを記録する
記録媒体としては、磁気読取方式の記録媒体（例えば、
磁気テープ、磁気ディスク、磁気カード）、光学読取方
式の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＣＤ−
Ｒ、ＤＶＤ）等が考えられる。記録媒体には、半導体メ
モリ（（矩形型、正方形型等の形状は問わない。）、Ｉ
Ｃカード）等の記憶媒体も含まれる。また、制御プログ
ラムは、いわゆるインターネット等の情報ネットワーク
を介して提供されてもよい。なお、本発明は、上述した
実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であるこ
とは勿論である。本実施の形態では、４足歩行の脚式移
動ロボットに関して説明したが、ロボット装置は、３、
５、６、７・・・等の多足にて歩行動作するものであれ
ば適用可能である。

【０１３１】

【発明の効果】本発明によれば、バランスを保ちつつ滑
らか、かつ速やかに歩行パターンを切り換えることがで
きるロボット装置及びその歩行制御方法を提供できる。
また、ロボット装置にて実行され、ロボット装置のバラ
ンスを保ちつつ滑らか、かつ速やかに歩行パターンを切
り換えることのできる歩行制御プログラムを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるロボット装置の外
観構成を示す斜視図である。

【図２】同ロボット装置の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図３】同ロボット装置のソフトウェア構成を示すブロ
ック図である。

【図４】同ロボット装置のソフトウェア構成におけるミ
ドル・ウェア・レイヤの構成を示すブロック図である。

【図５】同ロボット装置のソフトウェア構成におけるア
プリケーション・レイヤの構成を示すブロック図であ
る。

【図６】同アプリケーション・レイヤの行動モデルライ
ブラリの構成を示すブロック図である。

【図７】同ロボット装置の行動決定のための情報となる
有限確率オートマトンを説明するために使用した図であ
る。

【図８】有限確率オートマトンの各ノードに用意された
状態遷移表を示す図である。

【図９】つなぎ動作生成の事前処理を示すフローチャー
トである。

【図１０】踏み換え手順を計画する処理を示すフローチ
ャートである。

【図１１】胴体の水平方向への揺動の計算処理を示すフ
ローチャートである。

【図１２】つなぎ動作生成処理を示すフローチャートで
ある。

【図１３】初期姿勢における４脚の接地面に対する接地
位置を示す図である。

【図１４】目的姿勢における４脚の接地面に対する接地
位置を示す図である。

【図１５】ｘ−ｙ座標系、ｘ’−ｙ’座標系に対する初
期姿勢及び目的姿勢における４脚の接地位置を示す図で
ある。

【図１６】最初の脚の踏み換え時点及び最後の脚の踏み
換え時点で重心が支持多角形内に入っている場合の揺動
動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図１７】最初の脚の踏み換え時点及び最後の脚の踏み
換え時点で重心が支持多角形内に入っている場合の重心
の移動を説明するための図である。

【図１８】最初の脚の踏み換え時点で重心が支持多角形
内に入っていない場合の揺動動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。

【図１９】最初の脚の踏み換え時点で重心が支持多角形
内に入っていない場合の重心の移動を説明するための図
である。

【符号の説明】

１ ロボット装置、２ 胴体部ユニット、３Ａ〜３Ｄ
脚部ユニット、１０ＣＰＵ、１１ ＤＲＡＭ、１２ フ
ラッシュＲＯＭ、４０ ミドル・ウェア・レイヤ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C150 CA02 DA05 DA24 DA26 DA27 DA28 EB01 EC03 ED10 ED42 ED52 EF07 EF16 EF17 EF22 EF23 EF33 EF36 3C007 AS36 CS08 HS09 HS27 KS21 KS24 KS31 KS36 KS39 KT01 MT14 WA04 WA14 WB03 WB05 WB19 WC13

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しながら
   接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボッ
   ト装置において、 前記歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるとき
   に、初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作を各脚の踏み換
   えを制御して行う制御手段を備え、 前記制御手段は、前記多数の脚の内の一つの脚位置を重
   ね、残りの脚について所定の評価関数により踏み換え手
   順を決めることを特徴とするロボット装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記踏み換え手順に基
   づいた残りの各脚の各踏み換え位置に応じて前記胴体部
   に基づいた重心を踏み換え脚と対称位置方向にその都度
   移動することを特徴とする請求項１記載のロボット装
   置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記胴体部に基づいた
   重心を、接地面に接地している支持脚が形成する支持多
   角形内に移動することを特徴とする請求項２記載のロボ
   ット装置。
4. 【請求項４】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しながら
   接地面に対して胴体部を移動する歩行動作の基になる歩
   行パターンを切り換えるために、初期姿勢から目的姿勢
   につなぐ動作を各脚の踏み換えにより行うロボット装置
   の歩行制御方法において、 前記多数の脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初
   期姿勢を規定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的
   姿勢を規定するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動し
   て、踏み換え手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候
   補列挙工程と、 前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手
   順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評価工程
   と、 前記評価工程により得られた評価結果に基づいて踏み換
   え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、 前記踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手
   順を実行する踏み換え実行工程とを備えることを特徴と
   するロボット装置の歩行制御方法。
5. 【請求項５】 前記踏み換え実行工程は、前記踏み換え
   手順選択工程で選択された踏み換え手順に基づいた各踏
   み換え位置に応じて前記胴体部に基づいた重心を踏み換
   え脚と対称位置方向にその都度移動する重心移動工程を
   備えてなり、この重心移動工程で重心を移動しながら脚
   を踏み換えることを特徴とする請求項４記載のロボット
   装置の歩行制御方法。
6. 【請求項６】 前記重心移動工程は、前記胴体部に基づ
   いた重心を、接地面に接地している脚が形成する支持多
   角形内に移動することを特徴とする請求項５記載のロボ
   ット装置の歩行制御方法。
7. 【請求項７】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しながら
   接地面に対して胴体部を移動する歩行動作の基になる歩
   行パターンを切り換えるために、初期姿勢から目的姿勢
   につなぐ動作を各脚の踏み換えにより行うロボット装置
   が実行するロボット装置の歩行制御プログラムにおい
   て、 前記多数の脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初
   期姿勢を規定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的
   姿勢を規定するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動し
   て、踏み換え手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候
   補列挙工程と、 前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手
   順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評価工程
   と、 前記評価工程により得られた評価結果に基づいて踏み換
   え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、 前記踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手
   順を実行する踏み換え実行工程とを備えてなることを特
   徴とするロボット装置の歩行制御プログラム。
8. 【請求項８】 前記踏み換え実行工程は、前記踏み換え
   手順選択工程で選択された踏み換え手順に基づいた各脚
   の各踏み換え位置に応じて前記胴体部に基づいた重心を
   踏み換え脚と対称位置方向にその都度移動する重心移動
   工程を備えてなり、この重心移動工程で重心を移動しな
   がら脚を踏み換えることを特徴とする請求項７記載のロ
   ボット装置の歩行制御プログラム。
9. 【請求項９】 前記重心移動工程は、前記胴体部に基づ
   いた重心を、接地面に接地している脚が形成する支持多
   角形内に移動することを特徴とする請求項８記載のロボ
   ット装置の歩行制御プログラム。
10. 【請求項１０】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置において、 前記歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるとき
    に、接地面に接地している支持脚が形成する支持多角形
    内に胴体部に基づいた重心を移動させてゆく制御手段を
    備え、 前記制御手段は、初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作の
    ための各脚の踏み換え期間の中間の時点にて前記重心の
    位置を重心移動軌跡上で制御するために定義された制御
    点を用いて前記重心移動軌跡を適当な補間関数により補
    間して滑らかな曲線を生成することを特徴とするロボッ
    ト装置。
11. 【請求項１１】 前記制御手段は、前記多数の脚の内の
    一つの脚位置を重ね、残りの脚について所定の評価関数
    により踏み換え手順を決めてから、前記初期姿勢から目
    的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換えを行わせる
    ことを特徴とする請求項１０記載のロボット装置。
12. 【請求項１２】 前記脚の最初の踏み換え時点で重心が
    前記支持多角形内に無いとき、前記制御手段は最初の踏
    み換え前に、重心を水平方向に平行移動することを特徴
    とする請求項１０記載のロボット装置。
13. 【請求項１３】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置の歩行制御方法において、 前記歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるとき
    に、胴体部に基づく重心の位置が、接地面に接地してい
    る支持脚が形成する支持多角形内に入っているか否かを
    判断する重心位置判断工程と、 前記重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿
    勢から目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期
    間の中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で
    制御するために定義された制御点を用いて適当な補間関
    数により補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生
    成する曲線生成工程とを有し、 前記曲線生成工程で生成された曲線に沿って重心位置を
    移動しながら前記歩行パターンを切り換えることを特徴
    とするロボット装置の歩行制御方法。
14. 【請求項１４】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置が実行するロボット装置の歩行制御プログラム
    において、 前記歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるとき
    に、胴体部に基づく重心の位置が、接地面に接地してい
    る支持脚が形成する支持多角形内に入っているか否かを
    判断する重心位置判断工程と、 前記重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿
    勢から目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期
    間の中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で
    制御するために定義された制御点を用いて適当な補間関
    数により補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生
    成する曲線生成工程とを有し、 前記曲線生成工程で生成された曲線に沿って重心位置を
    移動しながら前記歩行パターンを切り換えることを特徴
    とするロボット装置の歩行制御プログラム。
15. 【請求項１５】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置において、 前記歩行動作の基になる歩行パターンを切り換えるとき
    に、初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作を各脚の踏み換
    えを接地面に接地している支持脚が形成する支持多角形
    内に胴体部に基づいた重心を移動させながら複数の脚に
    行わせる制御手段を備え、 前記制御手段は、前記多数の脚の内の一つの脚位置を重
    ね、残りの脚について所定の評価関数により踏み換え手
    順を決め、かつ初期姿勢から目的姿勢につなぐ動作のた
    めの各脚の踏み換え期間の中間の時点にて前記重心の位
    置を重心移動軌跡上で制御するために定義された制御点
    を用いて前記重心移動軌跡を適当な補間関数により補間
    して滑らかな曲線を生成することを特徴とするロボット
    装置。
16. 【請求項１６】 前記脚の最初の踏み換え時点で重心が
    前記支持多角形内に無いとき、前記制御手段は最初の踏
    み換え前に、重心を水平方向に平行移動するだけの期間
    を待つことを特徴とする請求項１５記載のロボット装
    置。
17. 【請求項１７】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置の歩行制御方法において、 前記多数の脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初
    期姿勢を規定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的
    姿勢を規定するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動し
    て、踏み換え手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候
    補列挙工程と、 前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手
    順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評価工程
    と、 前記評価工程により得られた評価結果に基づいて踏み換
    え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、 前記踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手
    順を実行するときの、胴体部に基づく重心の位置が、接
    地面に接地している支持脚が形成する支持多角形内に入
    っているか否かを判断する重心位置判断工程と、 前記重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿
    勢から目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期
    間の中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で
    制御するために定義された制御点を用いて適当な補間関
    数により補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生
    成する曲線生成工程とを有し、 前記曲線生成工程で生成された曲線に沿って重心位置を
    移動しながら前記歩行パターンを切り換えることを特徴
    とするロボット装置の歩行制御方法。
18. 【請求項１８】 多数の脚をそれぞれ自在に駆動しなが
    ら接地面に対して胴体部を移動する歩行動作を行うロボ
    ット装置が実行するロボット装置の歩行制御プログラム
    において、 前記多数の脚の内の一つの脚位置を重ねながら、前記初
    期姿勢を規定するための座標軸ｘ−ｙに対して前記目的
    姿勢を規定するための座標軸ｘ’−ｙ’を平行移動し
    て、踏み換え手順の候補を全て列挙する踏み換え手順候
    補列挙工程と、 前記踏み換え手順候補列挙工程にて列挙した踏み換え手
    順候補を所定の評価関数に基づいて評価する評価工程
    と、 前記評価工程により得られた評価結果に基づいて踏み換
    え手順を選択する踏み換え手順選択工程と、 前記踏み換え手順選択工程により決定された踏み換え手
    順を実行するときの、胴体部に基づく重心の位置が、接
    地面に接地している支持脚が形成する支持多角形内に入
    っているか否かを判断する重心位置判断工程と、 前記重心位置判断工程による判断結果に基づいて初期姿
    勢から目的姿勢につなぐ動作のための各脚の踏み換え期
    間の中間の時点にて前記重心の位置を重心移動軌跡上で
    制御するために定義された制御点を用いて適当な補間関
    数により補間して滑らかな重心移動軌跡による曲線を生
    成する曲線生成工程とを有し、 前記曲線生成工程で生成された曲線に沿って重心位置を
    移動しながら前記歩行パターンを切り換えることを特徴
    とするロボット装置の歩行制御プログラム。