JP2003136440A - Brake control device of mobile robot - Google Patents

Brake control device of mobile robot

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JP2003136440A
JP2003136440A JP2001329422A JP2001329422A JP2003136440A JP 2003136440 A JP2003136440 A JP 2003136440A JP 2001329422 A JP2001329422 A JP 2001329422A JP 2001329422 A JP2001329422 A JP 2001329422A JP 2003136440 A JP2003136440 A JP 2003136440A
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joint
braking
robot
control device
mobile robot
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Masao Nishikawa
正雄 西川
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Tokai University
Original Assignee
Tokai University
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To save the energy consumption in achieving the mission by optimizing the use of the friction force in a mobile robot having articulates capable of generating the friction force. SOLUTION: The mobile robot having at least one articulate which couples two links of a first link and a second link with each other in a relatively movable manner by a motor comprises a friction braking means capable of bridging the two links to generate the braking force in the relative motion, and a control means capable of selectively controlling the friction braking means in a braked condition or a released condition.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、移動ロボットの関
節装置に係り、特にロボットが移動停止しているとき、
又は歩行中においても脚部関節部を所望の姿勢に保持す
るとき、或いは階段を下りるときのように関節部の運動
方向が重力の作用する方向と一致するときに必要な消費
エネルギーを節約できるロボットの制動制御装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joint device for a mobile robot, and more particularly, when the robot stops moving.
A robot that can save energy consumption when the leg joints are held in a desired posture even while walking, or when the motion direction of the joints matches the direction in which gravity acts, such as when descending stairs Related to the braking control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】複数の関節を持つ脚式の移動ロボット
は、静止している間でも自分の体重を支えるのに少なか
らずエネルギーを消費するという動物に似た特徴を持っ
ている。この移動ロボットは、車輪式の移動ロボットの
ように静止している間はエネルギーを消費しないのに比
べて、上記特徴は大きな欠点であり、段階や段差があっ
ても移動できる脚式の利点はあるものの、その実用化を
阻む原因の一つになっている。そもそも静止状態のロボ
ットは外部にしている仕事はゼロであることから、これ
らのエネルギーは本来消費する必要がないものであり、
何らかの改善が求められていた。
2. Description of the Related Art A legged mobile robot having a plurality of joints has a characteristic similar to an animal in that it consumes a considerable amount of energy to support its own weight while stationary. This mobile robot does not consume energy while stationary like a mobile robot of the wheel type, but the above-mentioned characteristics are a major drawback, and the advantages of the leg type that can move even if there are steps or steps are However, it is one of the causes that prevent its practical application. In the first place, a stationary robot does not have to do any external work, so it is not necessary to consume these energies.
Some kind of improvement was required.

【0003】ここで、脚式の移動ロボットが平地を歩い
ている場合を考えてみる。
Consider a case where a legged mobile robot is walking on a flat ground.

【0004】遊脚期を終えた脚が着地をして立脚期に移
る場合には、エネルギー消費の観点から考えると、体重
を支える合理的な膝関節の角度は大腿リンクとスネリン
クとが概ね一直線になるような角度とされる。これは膝
が曲がる度合いが大きくなるにつれ、体重による膝関節
の負荷トルクも増え、関節を制御するモータトルクも大
きな量が必要になるためである。もし、着地の前後で膝
関節を実質的に一直線に固定する制動力を膝関節に作用
させることができれば、着地衝撃力及び体重による膝関
節の負荷トルクは、この制動力で賄えることになり、モ
ータトルクを必要としないか、必要としても極めて僅か
なトルクで済むことになる。
When the leg that has completed the swing phase lands and shifts to the stance phase, from the viewpoint of energy consumption, a reasonable knee joint angle that supports weight is a straight line between the thigh link and the snee link. The angle is such that This is because as the degree of bending of the knee increases, the load torque of the knee joint due to the weight increases and the motor torque for controlling the joint also needs to be large. If the braking force that fixes the knee joint in a substantially straight line before and after landing can be applied to the knee joint, the load torque of the knee joint due to the landing impact force and the weight can be covered by this braking force. No motor torque is required, or very little if required.

【0005】図12は、人が自然に歩行している場合の
膝関節の時間軸に対する角度変化を示すものである。図
12に示すように、爪先が離床した直後から膝関節は大
きく曲がり始め、脚を前に振り出すと、今度は膝を伸ば
し始めて伸びきったときに着地する。この着地の直後に
着地衝撃を和らげるために膝を幾分曲げるが、再度伸ば
して体重を支えた後、再度離床に移る。
FIG. 12 shows changes in the angle of the knee joint with respect to the time axis when a person walks naturally. As shown in FIG. 12, the knee joint begins to bend greatly immediately after the toes have left the bed, and if the legs are swung forward, the knees start to extend and land when the knees reach the end. Immediately after this landing, the knees are slightly bent to reduce the impact of the landing, but they are re-extended to support the weight and then moved to bed again.

【0006】以上は自然歩行のときの時間に対する関節
角度の関係を示すデータである。一方、軍隊が行進する
ときのように歩調をとって歩くときには、着地のときで
も膝関節を伸ばしきって筋肉に頼らずメカニカルな係止
手段(ストッパー)によって体重を支えていることが分
かる。
The above is the data showing the relationship between the joint angle and the time during natural walking. On the other hand, when the army walks in steps, such as when marching, it can be seen that even when landing, the knee joints are fully extended and the weight is supported by mechanical locking means (stoppers) without relying on muscles.

【0007】このような歩き方の脚式ロボットはある
が、位置制御方式のロボットにおいて、ストッパーに当
てて位置を保持する方法を適用するには位置制御との相
性が悪く、ストッパーに当てて歩かせる方式は採用され
るに至っていないのが現状であり、これに代わる手段が
求められていた。
Although there are legged robots that walk in this way, in a position control type robot, the method of holding a position by hitting a stopper is not compatible with position control, and therefore, a robot that hits a stopper is used. In the present situation, the method of changing the color is not yet adopted, and an alternative method has been required.

【0008】次に脚式の移動ロボットが階段を降りる場
合について考えてみる。
Next, let us consider a case where a legged mobile robot descends stairs.

【0009】地面に付いている方の脚関節は体重を支え
つつ重力が作用する方向に運動しているが、このときモ
ータは体重に抗したトルクを発生しつつトルクとは逆向
きに回転している。従来の移動ロボットでは、人間の場
合と同じように階段を下りるときも、昇るときに劣らな
い量のエネルギーを消費していた。
The leg joint attached to the ground moves in the direction in which gravity acts while supporting the weight. At this time, the motor rotates in the direction opposite to the torque while generating torque against the weight. ing. As in the case of humans, conventional mobile robots consume a considerable amount of energy when climbing down stairs.

【0010】さらに、脚式のロボットは、方向転換を司
る関節部を持っているのが普通であるが、通常の移動で
はこの関節部を使うような場面は殆ど存在せず、移動中
の殆どの時間はこの関節にサーボロックをかけて固定し
ている。しかし、このサーボブックはそれ自体が大きな
エネルギーを消費するので、無駄である。
Further, legged robots usually have joints that control the direction change, but in normal movement, there are almost no scenes where these joints are used, and most of them are moving. During this time, a servo lock is applied to this joint to fix it. However, this servo book is useless because it consumes a lot of energy by itself.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来のロボットにおい
て、関節部に制動装置を設ける構成については既に知ら
れている。この制動装置は、例えば予期しない停電時に
重量物を掴んだアームに制動を掛けて重量物の落下を阻
止し、人身災害を防止する目的で設けられたものであ
る。その原理は電磁クラッチによるもので、通常はばね
をブレーキがかかる方向に設け、電磁力をばね力に対抗
させてクラッチを開放するものである。
In a conventional robot, a structure in which a braking device is provided at a joint is already known. This braking device is provided for the purpose of, for example, braking an arm that holds a heavy object to prevent the heavy object from falling when an unexpected power failure occurs, thereby preventing personal injury. The principle is based on an electromagnetic clutch. Usually, a spring is provided in the direction in which the brake is applied, and the electromagnetic force opposes the spring force to open the clutch.

【0012】しかし、このような制動装置は、電磁力を
発生するコイルや鋼板等の部材から構成されるため、重
量が嵩み、関節部にかかる負担が大きくなる。
However, since such a braking device is made up of a member such as a coil or a steel plate that generates an electromagnetic force, it is heavy and the load on the joints is large.

【0013】ところで、移動ロボットの代表例として
は、2足歩行ロボットがある。この歩行ロボットの関節
構成に関しては、例えば特許公報第2592340号公
報に開示の構造がある。この関節には電動モータとその
出力を減速増力できる減速機とが組み合わせて使われて
いる。
By the way, a bipedal walking robot is a typical example of the mobile robot. Regarding the joint configuration of this walking robot, for example, there is a structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 2592340. This joint uses an electric motor in combination with a speed reducer that can increase the speed of its output.

【0014】このような構成では、ロボットが静止状態
を維持するときは自分の体重を支えるべく脚関節のモー
タに電流を流し続ける所謂サーボロックをかけておく必
要がある。これは体重が絶えず脚関節を曲げる方向に働
いているからである。
In such a configuration, when the robot maintains a stationary state, it is necessary to apply a so-called servo lock in which current is continuously supplied to the motor of the leg joint to support the weight of the robot. This is because the weight constantly works to bend the leg joints.

【0015】このような問題に鑑み、本出願人は先にロ
ボットが静止姿勢にあるときに関節部が任意の位置で機
械的にロックされるような関節の制動装置について、特
願2001−195004号として既に出願している。
この先願の制動装置によれば、体重による関節部の負荷
トルクは制動装置が負担するので、サーボロックをかけ
なくても、ロボットはそのときの姿勢を保つことができ
る。つまり、モータへの電流の供給を停止又は減少させ
ても、ロボットは立つことができる。
In view of such a problem, the applicant of the present invention has previously filed Japanese Patent Application No. 2001-195004 for a joint braking device in which the joint portion is mechanically locked at an arbitrary position when the robot is in a stationary posture. I have already applied for the issue.
According to the braking device of this prior application, the load torque of the joint portion due to the weight is borne by the braking device, so that the robot can maintain the posture at that time without the servo lock. That is, the robot can stand even if the supply of electric current to the motor is stopped or reduced.

【0016】他の例として肘を曲げて荷物を持った姿勢
を維持する腕関節の場合がある。また、ロボットが中腰
の姿勢を保つ脚関節の場合にも同様である。
As another example, there is an arm joint in which the elbow is bent to maintain a posture with a load. The same applies to the case where the robot has a leg joint that maintains a middle waist posture.

【0017】ここで、移動ロボットが使命を遂行してい
るときの動作態様について検討すると次の通りである。
Here, the operation mode when the mobile robot is performing its mission will be examined as follows.

【0018】まず、ロボットが平地を歩行している場合
を考えてみる。
First, consider the case where the robot is walking on a flat ground.

【0019】前述したように軍人が行進している歩容
(ロボットが歩いているときの姿・形)では、膝は着地
の前後で伸びきったままであり、特別に着地衝撃の吸収
を行うことなく歩行している。この場合、着地衝撃は確
かに大きくなるものの、歩行が困難になることはない。
この行進モードでロボットが歩く場合には、着地直前の
膝が伸びきった状態のときに膝関節を制動装置によって
制動をかけておくことで、モータが着地衝撃による関節
の負荷モーメントを全て負担する必要がなく、少ないモ
ータトルクで歩くことができるので、歩行時の消費エネ
ルギーを節約することができる。
As described above, in the gait (figure and shape when the robot is walking) in which the military personnel are marching, the knees remain fully extended before and after landing, and the impact of landing is specifically absorbed. I am walking without. In this case, the landing impact is certainly large, but walking is not difficult.
When the robot walks in this marching mode, when the knee just before landing is in a fully extended state, the knee joint is braked by the braking device so that the motor bears all the load moment of the joint due to the landing impact. Since there is no need to walk with less motor torque, it is possible to save energy consumption during walking.

【0020】遊脚が未だ着地していないときには、詳細
を後述する関節の指令角度と実角度との差分も小さいこ
とから、着地衝撃が加わった時においてもその差分が維
持できるならば、着地時のモータ電流値も小さくなる。
When the free leg has not landed yet, the difference between the commanded angle and the actual angle of the joint, which will be described in detail later, is small. Therefore, if the difference can be maintained even when a landing impact is applied, the time of landing The motor current value of is also small.

【0021】次にロボットが階段を降りているときの膝
関節について考えてみる。
Next, consider the knee joint when the robot is descending stairs.

【0022】例えば立脚期にある脚の膝関節を考える
と、関節は大きく折れ曲がり、体重の中心から降ろした
鉛直線から膝関節の回転中心までの距離が最も大きく離
れている。この距離に体重を乗じた値が関節をさらに屈
曲させようとするモーメントであることから、膝関節は
この大きなモーメントに対抗できるトルクを発生させつ
つ膝を次第に曲げていく必要がある。
Considering, for example, a knee joint of a leg in the stance phase, the joint is largely bent, and the distance from the vertical line lowered from the center of weight to the center of rotation of the knee joint is the largest. Since the value obtained by multiplying this distance by the weight is the moment to further bend the joint, the knee joint needs to gradually bend the knee while generating a torque capable of counteracting this large moment.

【0023】従って、この状態のとき膝関節のモータに
は、最も大きな電流が流れることになるので、エネルギ
ー消費も最大になる。もし、このとき膝関節を制動装置
によって制動をかけることができれば、体重による関節
トルクの多くの部分を摩擦力によって負担できるので、
その分関節部のモータが負担するトルク、換言すればモ
ータ供給電流を小さくでき、消費エネルギーを節約する
ことができる。
Therefore, in this state, the largest current flows through the motor of the knee joint, and the energy consumption is maximized. If, at this time, the knee joint can be braked by the braking device, a large part of the joint torque due to the weight can be borne by the frictional force.
The torque that the motor of the joint part bears, in other words, the motor supply current can be reduced accordingly, and energy consumption can be saved.

【0024】この場合、体重が作るモーメントは膝関節
の折れ曲がり角度に応じて増えるので、望ましくはこの
摩擦力も関節角度に応じて可変できる構成とすべきであ
る。
In this case, since the moment created by the weight increases in accordance with the bending angle of the knee joint, it is desirable that the frictional force should be variable according to the joint angle.

【0025】同様のことが脛リンクと足部リンクとを結
ぶ足関節についても言える。
The same applies to the ankle joint connecting the shin link and the foot link.

【0026】上記では歩行ロボットが階段を降りる場合
であるが、着座しようとするときも同様のことが言え
る。
In the above, the walking robot goes down the stairs, but the same can be said when trying to sit down.

【0027】このような摩擦力を可変に発生させる装置
も、先願の特願2001−195004号に詳細に開示
されている。
A device for variably generating such a frictional force is also disclosed in detail in Japanese Patent Application No. 2001-195004 of the prior application.

【0028】さらに、従来では、方向転換が可能な脚式
ロボットの関節部でも、平地であれ、階段の昇降であ
れ、直進歩行をしている場合には関節をサーボロックし
ている。このようなロボットに対しても、方向転換を必
要としない歩行のとき、サーボロックに代えて摩擦力を
使用できれば、エネルギーの消費を伴うことなくその関
節を固定でき、また方向転換が必要になった時点で当該
摩擦力を解除して関節の運動制御を行えば、方向転換の
目的は達成できる筈である。
Further, conventionally, even in the joint portion of a legged robot capable of changing direction, the joint is servo-locked when making a straight advance, whether on a level ground or when climbing stairs. Even for such a robot, if the robot can use a frictional force instead of the servo lock when walking without changing the direction, the joint can be fixed without energy consumption, and the direction needs to be changed. At this point, if the frictional force is released and joint movement is controlled, the purpose of direction change should be achieved.

【0029】本発明は上記のような点に着目してなされ
たもので、移動ロボットの関節部に制動力を発生できる
摩擦制動手段を設け、この摩擦制動手段を移動ロボット
が使命を遂行するとき適宜作動させることにより、移動
ロボットの使命遂行中の消費エネルギーを削減すること
ができる移動ロボットの制動制御装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made by paying attention to the above points, and when a frictional braking means capable of generating a braking force is provided at the joint portion of the mobile robot and the frictional braking means performs the mission. An object of the present invention is to provide a braking control device for a mobile robot, which can reduce energy consumption during the mission of the mobile robot by operating it appropriately.

【0030】ここで、歩行中のロボットの関節で起きて
いるエネルギーの使われ方について簡潔に述べる。
Here, a brief description will be given of how the energy generated in the joints of the walking robot is used.

【0031】現在の関節制御技術は、目標関節角度と現
在の関節角度の差分を計算し、その差分に一定の比例定
数Kを乗じて操作量とし、その比例定数Kを最大の負荷
が加わる場合にも良好な追従性を保証するように大きめ
に設定していた。
In the current joint control technique, when the difference between the target joint angle and the current joint angle is calculated, the difference is multiplied by a constant proportional constant K to obtain an operation amount, and the proportional constant K is applied with a maximum load. Even so, it was set to a large size to ensure good followability.

【0032】通常、目標関節角度と現在の関節角度とは
一致することはなく、静止している場合でも両者には僅
かな差分が生じており、この差分に相当する電流をモー
タに供給して関節にモーメントを発生させ、重力による
倒れモーメントに対抗させている。外部の負荷モーメン
トが増大して、目標関節角度と現在の関節角度の差分が
増えれば、それだけ操作量も増大し、その操作量に応じ
てモータの電流を増やすことにより、増大した負荷モー
メントに応じたモータトルクを発生させている。つま
り、物理的に外部の負荷モーメントとモータが発生する
モータトルクとが常に等しく、両者は釣合っている。従
って、比例定数Kが一定ならば、モータの消費電流値は
目標関節角度と実関節角度との差分に比例する。
Normally, the target joint angle and the current joint angle do not coincide with each other, and there is a slight difference between the two even when the joint is stationary. A current corresponding to this difference is supplied to the motor. A moment is generated in the joint to counter the falling moment due to gravity. If the external load moment increases and the difference between the target joint angle and the current joint angle increases, the amount of operation also increases, and by increasing the motor current according to the amount of operation, it is possible to respond to the increased load moment. Generating motor torque. That is, the external load moment and the motor torque generated by the motor are physically equal at all times, and the two are balanced. Therefore, if the proportional constant K is constant, the current consumption value of the motor is proportional to the difference between the target joint angle and the actual joint angle.

【0033】ここで、もし関節部に摩擦力が存在する
と、摩擦力も関節にモーメントを発生させるので、この
摩擦力がどちらの方向に作用するかで、これら3つのモ
ーメントの釣合い式が変わってくる。
Here, if a frictional force exists in the joint, the frictional force also generates a moment in the joint. Therefore, the balance equation of these three moments changes depending on which direction the frictional force acts. .

【0034】摩擦力によるモーメントが負荷モーメント
と同じ方向に逆らう方向の場合には、モータは前記負荷
モーメントと摩擦力のモーメントの和に等しいトルクを
発生する必要がある。つまり、この場合の摩擦力は無い
方がモータの消費するエネルギーは少なくて済む。
If the moment due to the frictional force is in the opposite direction to the load moment, the motor must generate a torque equal to the sum of the load moment and the moment of the frictional force. In other words, the energy consumed by the motor is smaller when there is no frictional force in this case.

【0035】一方、摩擦力によるモーメントが負荷モー
メントに対抗する方向の場合には、摩擦力のモーメント
とモータトルクの和が前記負荷モーメントと釣合う筈な
ので、モータトルクは負荷モーメントから摩擦力のモー
メントを差し引いた小さな量でよいことになり、省エネ
が図られる。特にロボットが静止している場合を考える
と、摩擦力のモーメントが負荷モーメントに等しいか、
又は大きい場合にはモータに電流を供給しなくても、ロ
ボットは静止状態を維持できる。つまり、ロボットが立
ったままの状態や屈み込んだ状態の姿勢を保つときも同
様である。
On the other hand, when the moment due to the frictional force opposes the load moment, the sum of the moment of the frictional force and the motor torque should be balanced with the load moment, so that the motor torque changes from the load moment to the moment of the frictional force. Energy savings can be achieved by subtracting the small amount. Especially when the robot is stationary, is the moment of friction equal to the load moment?
Alternatively, if large, the robot can remain stationary without supplying current to the motor. In other words, the same is true when the robot keeps its standing or bent posture.

【0036】また、負荷モーメントが小さいときほど、
目標関節角度と実関節角度との差分が小さいので、歩行
中の遊脚期で、且つ加減速がある程度収まったときに、
目標関節角度と実関節角度との差分は最小となる。この
状態で制動をかけておけば、次に着地によって負荷モー
メントが増大しても、上記の差分の増大を抑えることが
できる。
Also, the smaller the load moment,
Since the difference between the target joint angle and the actual joint angle is small, during the swing phase during walking, and when acceleration / deceleration has subsided to some extent,
The difference between the target joint angle and the actual joint angle is the minimum. If braking is applied in this state, the increase in the difference can be suppressed even if the load moment increases due to landing next.

【0037】さらに、階段を降りている場合には、実関
節角度の方が先行しており、これを目標関節角度が後追
いする形で制御が実行されている。このような状況で、
関節に制動力が発生すると、実関節角度の先行する量が
少なくなるので、実関節角度と目標関節角度との差分が
小さくなり、消費エネルギーが節約できる。
Further, when the user is descending stairs, the actual joint angle is ahead, and the control is executed so that the target joint angle follows this. In this situation,
When the braking force is generated in the joint, the amount of advance of the actual joint angle decreases, so the difference between the actual joint angle and the target joint angle becomes small, and energy consumption can be saved.

【0038】上記では歩行ロボットが階段を降りる場合
であるが、着座しようとするときも同様である。
In the above, the walking robot goes down the stairs, but the same applies when trying to sit down.

【0039】そこで、本発明は摩擦力を発生して制動可
能な関節部を備えた移動ロボットにおいて、その摩擦力
の利用を上記のように最適化することにより、ロボット
が使命遂行中の消費エネルギーを節約しようとするもの
である。
Therefore, according to the present invention, in a mobile robot having joints capable of generating a frictional force and braking, the utilization of the frictional force is optimized as described above, so that the robot consumes energy during the mission. Is to save money.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により移動ロボットの制動
制御装置を構成する。
In order to achieve the above object, the present invention constitutes a braking control device for a mobile robot by the following means.

【0041】請求項1に対応する発明は、第1のリンク
と第2のリンクの2つのリンクをモータにより相対運動
可能に結合した関節部を少なくとも一つ有する移動ロボ
ットにおいて、前記2つのリンク間を架橋して前記相対
運動に制動力を発生し得る摩擦制動手段と、この摩擦制
動手段を制動状態または解除状態に選択的に制御し得る
制御手段とを備える。
The invention according to claim 1 is a mobile robot having at least one joint part in which two links, a first link and a second link, are coupled by a motor so that they can move relative to each other. And a friction braking means capable of generating a braking force in the relative motion by bridging and a control means capable of selectively controlling the friction braking means to a braking state or a releasing state.

【0042】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の移動ロボットの制動制御装置において、前
記制御手段は、2つのリンク間に相対運動が予定されて
いないときに前記摩擦制動手段を制動状態に制御するよ
うに構成される。
According to a second aspect of the present invention, in the braking control device for a mobile robot according to the first aspect of the invention, the control means performs the friction braking when relative movement is not scheduled between two links. It is configured to control the means to a braking state.

【0043】請求項3に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の移動ロボットの制動制御装置において、前
記制御手段は、2つのリンクの相対運動方向がモータト
ルクによる運動方向と逆のときに前記摩擦制動手段を制
動状態に制御するように構成される。
The invention according to claim 3 is the braking control device for a mobile robot according to claim 1, wherein the control means is arranged such that when the relative movement direction of the two links is opposite to the movement direction due to the motor torque. And is configured to control the friction braking means to a braking state.

【0044】請求項4に対応する発明は、請求項3に対
応する発明の移動ロボットの制動制御装置において、前
記制御手段は、前記摩擦制動手段の制動力を可変に制御
できるように構成される。
The invention according to claim 4 is the braking control device for a mobile robot according to claim 3, wherein the control means is configured to variably control the braking force of the friction braking means. .

【0045】請求項5に対応する発明は、第1のリンク
と第2のリンクの2つのリンクをモータにより相対運動
可能に結合した関節部を少なくとも一つ有する移動ロボ
ットにおいて、前記2つのリンク間を架橋可能に設けら
れ当該リンクの相対運動に制御可能な相対運動制約力を
与える摩擦制動手段と、前記移動ロボットの関節を所望
の関節角度に保持するに必要な時期に前記摩擦制動手段
を制御動作させて前記相対運動制約力を発生させる制御
手段とを備える。
According to a fifth aspect of the present invention, in a mobile robot having at least one joint part in which two links, a first link and a second link, are connected by a motor so that they can move relative to each other, the two parts between the two links are And a friction braking means for providing a controllable relative movement restraining force to the relative movement of the link, and the friction braking means is controlled at a time necessary to hold the joint of the mobile robot at a desired joint angle. And a control unit that operates to generate the relative motion restriction force.

【0046】請求項6に対応する発明は、モータにより
交互に動かすことで移動を行う少なくとも2本の脚と方
向転換を行うための関節を持つ移動ロボットにおいて、
前記関節に対応する部位に設けられ該関節の動きを抑え
るような摩擦力を発生する摩擦制動手段と、前記ロボッ
トが直進歩行状態にあるときに少なくとも1歩は前記関
節に制動を加えるように前記摩擦制動手段を制御する制
御手段とを備える。
According to a sixth aspect of the invention, there is provided a mobile robot having at least two legs that are moved by being alternately moved by a motor and a joint that is used to change the direction,
Friction braking means that is provided at a portion corresponding to the joint and that generates a frictional force that suppresses the movement of the joint, and that applies braking to the joint for at least one step when the robot is in a straight advancement state. And a control means for controlling the friction braking means.

【0047】請求項7に対応する発明は、請求項2、請
求項5、請求項6のいずれかの項に記載の移動ロボット
の制動制御装置において、前記摩擦制動手段が制動状態
にあるとき、前記モータに供給されるエネルギーを減少
又は停止させるエネルギー供給制御手段を備える。
The invention corresponding to claim 7 is the braking control device for a mobile robot according to any one of claims 2, 5, and 6, wherein the friction braking means is in a braking state. An energy supply control means for reducing or stopping the energy supplied to the motor is provided.

【0048】請求項8に対応する発明は、請求項7記載
の移動ロボットの制動制御装置において、前記エネルギ
ー供給制御手段は、前記制御手段により前記制動手段が
制動制御された後、前記モータへのエネルギー供給を減
少又は停止制御するように構成される。
The invention corresponding to claim 8 is the braking control device for a mobile robot according to claim 7, wherein the energy supply control means applies a braking control to the motor after the braking means is controlled by the control means. It is configured to reduce or stop the energy supply.

【0049】請求項9に対応する発明は、第1のリンク
と第2のリンクの2つのリンクをモータにより相対運動
可能に結合した関節部を少なくとも一つ有する歩行ロボ
ットにおいて、前記2つのリンク間を架橋可能に設けら
れ当該リンクの相対運動に制御可能な相対運動制約力を
与える摩擦制動手段と、前記歩行ロボットの歩行の1周
期(1本の脚が離床した後着地し、再度離床するまでの
期間)の中に少なくとも1回は前記相対運動制約力を発
生させるように前記摩擦制動手段を制御する制御手段と
を備える。
The invention corresponding to claim 9 is a walking robot having at least one joint part in which two links of a first link and a second link are coupled by a motor so that they can move relative to each other. And a friction braking means which is provided so as to be capable of cross-linking and provides a relative movement restraining force that can control the relative movement of the link, and one cycle of walking of the walking robot (until one leg lands after landing, and then one floor lands again) During the period), the control means controls the friction braking means so as to generate the relative motion restriction force at least once.

【0050】請求項10に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の歩行ロボットの制動制御装置において、
前記歩行ロボットは、股関節と膝関節及び足関節の順に
直列にリンクで結合された3関節からなる脚を少なくと
も1本有しており、前記足関節の下端に足部リンクを結
合するものであって、前記関節部が当該3関節の内の膝
関節及び足関節の少なくとも一方である。
The invention according to claim 10 is the braking control device for a walking robot according to the invention according to claim 9,
The walking robot has at least one leg composed of three joints connected in series in the order of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint, and connects a foot link to the lower end of the ankle joint. The joint portion is at least one of a knee joint and an ankle joint of the three joints.

【0051】請求項11に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の歩行ロボットの制動制御装置において、
前記歩行ロボットは、人間と同じように股関節部、膝関
節部、足関節部の3関節部と、これらを結ぶ大腿リン
ク、脛リンクとを含む構造の脚を少なくとも2本備え、
且つこれら脚を交互に動かして歩行するものであり、前
記制御手段は、前記一つの脚が遊脚期から立脚期に移る
着地時に当該脚の3関節部のうち少なくとも1つの関節
部に設けた前記摩擦制動手段に前記相対運動制約力を発
生させるように制御するものである。
The invention corresponding to claim 11 is the braking control device for a walking robot according to the invention according to claim 9,
The walking robot includes at least two legs having a structure including a hip joint portion, a knee joint portion, and an ankle joint portion, and a thigh link and a shin link connecting these joints, like a human.
Moreover, these legs are alternately moved to walk, and the control means is provided in at least one joint part of the three joint parts of the leg at the time of landing when the one leg shifts from the swing phase to the stance phase. The friction braking means is controlled so as to generate the relative motion restriction force.

【0052】請求項12に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の歩行ロボットの制動制御装置において、
前記歩行ロボットは、人間と同じように股関節部、膝関
節部、足関節部の3関節部と、これらを結ぶ大腿リン
ク、脛リンクとを含む構造の脚を少なくとも2本備え、
且つこれら脚を交互に動かして歩行するものであり、前
記制御手段は、前記ロボットが階段を降りるときに立脚
期にある脚の3関節部のうち少なくとも1つの関節部に
設けた前記摩擦制動手段に前記相対運動制約力を発生さ
せるように制御するものである。
The invention according to claim 12 is the braking control device for a walking robot according to the invention according to claim 9,
The walking robot includes at least two legs having a structure including a hip joint portion, a knee joint portion, and an ankle joint portion, and a thigh link and a shin link connecting these joints, like a human.
Moreover, these legs are alternately moved to walk, and the control means is the friction braking means provided at at least one joint part of the three joint parts of the leg in the stance phase when the robot descends the stairs. Is controlled so as to generate the relative motion restriction force.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0054】図1は本発明を適用した2足歩行ロボット
の骨格を示す斜視図である。なお、歩行ロボットは左、
右の脚が鏡像の関係にあり、対称形状になっているの
で、図では各部の符号にL,Rの添え字を付して示す。
FIG. 1 is a perspective view showing the skeleton of a bipedal walking robot to which the present invention is applied. The walking robot is on the left,
Since the right leg is in a mirror image relationship and has a symmetrical shape, the symbols of the respective parts are shown with suffixes L and R in the figure.

【0055】図1において、歩行ロボットは左、右の脚
に6個の関節軸を備えている。これら6個の関節軸は、
上から順に、脚部回転用の関節軸10、股関節のピッチ
方向の関節軸12、同ロール方向の関節軸14、膝関節
のピッチ方向の関節軸16、足関節のピッチ方向の関節
軸18、同ロール方向の関節軸20となっており、その
下部には6軸力センサ22を介して足部(足部リンク)
24が備えられている。
In FIG. 1, the walking robot has six joint axes on its left and right legs. These six joint axes are
From top to bottom, a joint shaft 10 for rotating a leg, a joint shaft 12 in the pitch direction of the hip joint, a joint shaft 14 in the same roll direction, a joint shaft 16 in the pitch direction of the knee joint, a joint shaft 18 in the pitch direction of the ankle joint, It is the joint axis 20 in the same roll direction, and the lower part of the joint axis 20 has a 6-axis force sensor 22 on it.
24 are provided.

【0056】また、最上部には人体の骨盤に相当する腰
板リンク26が設けられている。この腰板リンク26に
は関節の制御に必要な電源やアンプ(増幅器)及び歩行
空間に対するロボットの傾斜を検知して電気信号として
出力する傾斜計28などが図示しない手段で搭載されて
いる。
A waist plate link 26 corresponding to the pelvis of the human body is provided at the uppermost portion. The waist plate link 26 is equipped with a power source and an amplifier (amplifier) necessary for joint control, and an inclinometer 28 for detecting the inclination of the robot with respect to the walking space and outputting it as an electric signal by means not shown.

【0057】股関節は図示のように3つの関節軸10,
12,14から構成され、股関節と膝関節とは大腿リン
ク30によって結合され、また足関節も図示するように
2つの関節軸18,20から構成され、足関節と膝関節
とは脛リンク32により結合されている。
As shown, the hip joint has three joint axes 10,
12 and 14, the hip joint and the knee joint are connected by a thigh link 30, and the ankle joint is also composed of two joint shafts 18 and 20, as shown in the drawing, and the ankle joint and the knee joint are connected by a tibial link 32. Are combined.

【0058】足関節と足部24との間には、床反力Fの
垂直方向成分Fz、進行方向成分Fx、横方向成分F
y、及び床反力によって生ずるモーメントNの垂直方向
成分Nz、進行方向成分Nx、横方向成分Nyを各々独
立に分離して検出できる6軸センサ22が設けられる。
Between the ankle joint and the foot portion 24, a vertical component Fz, a traveling component Fx, and a lateral component F of the floor reaction force F.
A 6-axis sensor 22 is provided which can separately detect y, the vertical direction component Nz, the traveling direction component Nx, and the lateral direction component Ny of the moment N generated by the floor reaction force.

【0059】この6軸力センサは公知であり、またこれ
を足部と足関節との間に装着することも公知であるの
で、ここではその説明を省略する。
This 6-axis force sensor is publicly known, and it is also publicly known that it is mounted between the foot portion and the ankle joint, and therefore its explanation is omitted here.

【0060】図2は先願の特願2001−195004
号に記載されている関節制動装置の1つとして膝関節の
ピッチ方向の関節軸16に設けられた制動装置を模式的
に示す図であり、ここではその動作原理について簡潔に
述べる。
FIG. 2 shows the prior application No. 2001-195004.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a braking device provided on the joint shaft 16 in the pitch direction of the knee joint as one of the joint braking devices described in No. 6, and the operating principle thereof will be briefly described here.

【0061】図2において、大腿リンク30側に結合さ
れたシリンダー207内に空気圧縮源226から適切な
レベルの空気圧が制御弁などを通して導入されると、シ
リンダー207内に摺動自在に挿入されたピストン22
2が脛リンク32側に結合された回転円盤224に向か
って(図示右方に)押し出される。すると、大腿リンク
30と脛リンク32との間には摩擦力が発生して、両者
の相対運動を抑えようとするモーメントが生じ、制動が
かかる。
In FIG. 2, when an appropriate level of air pressure is introduced from the air compression source 226 into the cylinder 207 connected to the side of the thigh link 30, it is slidably inserted into the cylinder 207. Piston 22
2 is pushed (to the right in the drawing) toward the rotary disk 224 connected to the side of the shin link 32. Then, a frictional force is generated between the thigh link 30 and the shin link 32, a moment for suppressing relative movement between the two is generated, and braking is applied.

【0062】この制動装置は、図1に示したロボットに
存する12個の関節のそれぞれに備えられている。
This braking device is provided for each of the 12 joints existing in the robot shown in FIG.

【0063】図3は各関節に備えられた制動装置に圧縮
空気を送るための空気圧制御系統図である。
FIG. 3 is a pneumatic pressure control system diagram for sending compressed air to a braking device provided in each joint.

【0064】図3において、コンプレッサ200は直流
モータ201によって駆動され、逆止弁202を経てサ
ージタンク204に圧力の形でエネルギーを蓄える。こ
れらモータやコンプレッサ、サージタンクなどは、ロボ
ットの腰板リンクに固定されている。
In FIG. 3, the compressor 200 is driven by a DC motor 201 and stores energy in the form of pressure in a surge tank 204 via a check valve 202. These motor, compressor, surge tank, etc. are fixed to the waist plate link of the robot.

【0065】前述した制動装置のシリンダーとピストン
は、各関節にセットされている。すなわち、右脚につい
ては6個の関節があるので、6組の制動装置が設けられ
ている。そのうち、股関節の3組の制動装置は図示点線
210で囲まれて示されている。
The cylinder and piston of the braking device described above are set in each joint. That is, since the right leg has six joints, six sets of braking devices are provided. The three braking devices of the hip joint are shown surrounded by a dotted line 210 in the drawing.

【0066】この図示点線210内には3個の制動装置
207−1R,207−2R,207−3Rを含み、ま
た別の図示点線212で囲まれた制動装置207−5
R,207−6Rは足関節のものであり、図示下方の制
動装置207−4Rは膝関節のものである。
The broken line 210 in the drawing includes three braking devices 207-1R, 207-2R, 207-3R, and is surrounded by another broken line 212 in the drawing.
R and 207-6R are for the ankle joint, and the braking device 207-4R on the lower side of the drawing is for the knee joint.

【0067】上記股関節と足関節の制動装置の空気圧室
にはサージタンク204から共通の電磁弁205−Rを
介して圧縮空気が導かれ、また膝関節部の空気圧室には
サージタンク204からサーボ型の電磁弁206−Rを
介して圧縮空気が導かれるようになっている。上記何れ
の電磁弁も消磁しているときは制動装置の空気圧室を大
気に開放し、励磁しているときはサージタンク204に
接続されるようになっている。
Compressed air is introduced from the surge tank 204 into the air pressure chamber of the above-mentioned hip joint and ankle joint braking device via a common solenoid valve 205-R, and from the surge tank 204 to the air pressure chamber of the knee joint portion, servo control is performed. The compressed air is introduced through a solenoid valve 206-R of the mold. When any of the above solenoid valves is demagnetized, the pneumatic chamber of the braking device is opened to the atmosphere, and when excited, it is connected to the surge tank 204.

【0068】このような電磁弁は公知、公用のものなの
で、ここではその説明を省略する。
Since such a solenoid valve is publicly known and used for public use, its explanation is omitted here.

【0069】以上は右脚側の各関節部に設けられている
制動装置であるが、左脚側の各関節部に設けられている
制動装置ついても上記と同じ空気圧制御系統が形成され
ている。
The above is the braking device provided at each joint on the right leg side, but the same pneumatic control system as the above is formed for the braking device provided at each joint on the left leg side. .

【0070】図4は本発明による移動ロボットの制動制
御装置の第1の実施の形態を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a first embodiment of a braking control device for a mobile robot according to the present invention.

【0071】図4において、制動装置の制御に必要な処
理を実行する中央演算回路(CPU)302は、コマン
ド装置304からの指令信号を受けると、そのときの歩
行に適した歩容データをメモリ306から読取る。この
メモリ306には、歩容データ(角度指令値)Θ
(t)と制動制御信号E(t)とが時系列データのベクト
ルである関数指令値J(t)として格納されている。
ここで、歩容とは、ロボットが歩いているときの姿・形
であるが、これは数学的には各関節の角度の時系列デー
タΘ(t)として表現できる。従って、ロボットの脚構
造は12個の関節を持っているので、歩容はΘ (t)=[θ1L(t),θ2L(t),θ3L(t),θ4L(t),θ
5L(t),θ6L(t),θ1R(t),θ2R(t),θ3R(t),θ4R(t),θ5R
(t),θ6R(t)] なるベクトルであらわすことができる。このベクトルの
各要素は時間の関数である。
In FIG. 4, when receiving a command signal from the command device 304, a central processing circuit (CPU) 302 for executing processing necessary for controlling the braking device stores gait data suitable for walking at that time. Read from 306. The memory 306 stores gait data (angle command value) D Θ
(t) and the braking control signal P E (t) are stored as a function command value D J (t) which is a vector of time series data.
Here, the gait is the figure / shape of the robot walking, which can be mathematically expressed as time series data Θ (t) of the angle of each joint. Therefore, since the leg structure of the robot has 12 joints, the gait is Θ (t) = [θ 1L (t), θ 2L (t), θ 3L (t), θ 4L (t), θ
5L (t), θ 6L (t), θ 1R (t), θ 2R (t), θ 3R (t), θ 4R (t), θ 5R
(t), θ 6R (t)] T vector. Each element of this vector is a function of time.

【0072】なお、ベクトルの右肩に示した記号Tは置
換記号であり、上記のように横ベクトルにこの記号を付
けると縦ベクトルに変換され、逆に縦ベクトルにこの記
号を付けると横ベクトルに変換される。
The symbol T shown on the right side of the vector is a permutation symbol, and when this symbol is added to a horizontal vector as described above, it is converted into a vertical vector. Conversely, when this symbol is added to a vertical vector, the horizontal vector is added. Is converted to.

【0073】また、CPU302には各関節部の駆動モ
ータと同軸に設けられたエンコーダ308より実角度情
Θ(t)が帰還入力される。但し、この実施の形態
ではエンコーダ308は回転に応じて単にパルス信号を
出力するインクリメンタル型を使用しているので、その
パルス数を数えて角度情報に変換するカウンター310
がエンコーダ308とCPU302との間に設けられて
いる。
Further, the real angle information R Θ (t) is fed back to the CPU 302 from the encoder 308 provided coaxially with the drive motor of each joint. However, in this embodiment, since the encoder 308 uses an incremental type that simply outputs a pulse signal in response to rotation, a counter 310 that counts the number of pulses and converts it into angle information.
Are provided between the encoder 308 and the CPU 302.

【0074】CPU302はメモリ306から読取った
角度指令値Θ(t)と実角度情報 Θ(t)との差分を
計算して、その差分に比例定数Kを乗じた量を改めて速
度指令値Ω(t)として関節の第1の増幅器312に
出力する。この第1の増幅器312はカウンター310
から入力される信号Θ(t)を微分して実角速度情報
Ω(t)を作る。そして、速度指令値Ω(t)と実角
速度情報Ω(t)の差分を計算してその差分に比例定
数Kを乗じた量を電流指令値I(t)としてモータ31
4に出力する。すると、モータ314はトルクT(t)
を発生して関節316を駆動し、その結果エンコーダ3
08にパルス変化が生じる。
CPU 302 reads from memory 306
Angle command valueDΘ (t) and real angle information RThe difference from Θ (t)
Calculate and multiply the difference by the proportional constant K to obtain the speed again.
Command valueDΩ (t) to the first amplifier 312 of the joint
Output. This first amplifier 312 has a counter 310
Signal input fromRReal angular velocity information by differentiating Θ (t)
RMake Ω (t). And the speed command valueDΩ (t) and real angle
Speed informationRCalculate the difference of Ω (t) and set proportional to the difference
The motor 31 is set as the current command value I (t) by multiplying the number K by
Output to 4. Then, the motor 314 generates the torque T (t).
To drive the joint 316, resulting in encoder 3
A pulse change occurs at 08.

【0075】上記第1の増幅器312としては、速度制
御型のものが使用され、この操作量はモータ314の速
度指令値であり、制御ループの内側に更に速度のフィー
ドバックループを構成することで良好な追従性を実現し
ている。
As the first amplifier 312, a speed control type is used, and this manipulated variable is the speed command value of the motor 314, and it is preferable to form a speed feedback loop inside the control loop. Achieves excellent followability.

【0076】さて、CPU302が読取った関節指令値
には電磁弁322に関する指令情報 E(t)が含まれ
ている。CPU302はこれらの電磁弁指令値
(t)を第2の増幅器320に入力して電磁弁322を励
磁または消磁する。膝関節の電磁弁は加えられた電圧に
応じてその空気圧レベルを変えることができるサーボ型
を使っているので、膝関節の電磁弁に与える電磁弁指令
E(t)は単なるオンオフの信号(1か0かの信
号)ではなく、グレースケールの信号である。つまり、
0と1の他に少なくとも0.5などの中間段階の信号を
含んでいるものとする。これに対して他の関節用の電磁
弁はオンオフ制御であるため、E(t)は1か0かの
オンオフ信号となっているものとする。
Now, the joint command value read by the CPU 302
Command information regarding the solenoid valve 322 DContains E (t)
ing. CPU 302 uses these solenoid valve command valuesDE
(t) is input to the second amplifier 320 to excite the solenoid valve 322.
Magnetize or degauss. The solenoid valve of the knee joint is applied to the applied voltage
Servo type that can change its air pressure level according to
Is used, so the solenoid valve command given to the solenoid valve of the knee joint
valueDE (t) is a simple on / off signal (signal of 1 or 0)
No.), but a grayscale signal. That is,
In addition to 0 and 1, at least an intermediate signal such as 0.5
It shall be included. On the other hand, electromagnetic waves for other joints
Since the valve is on / off control,DE (t) is 1 or 0
It shall be an on-off signal.

【0077】また、本実施の形態では使用されていない
が、CPU302に前述した傾斜計28の出力信号であ
るロボットの傾き角度αとβ、γが入力され、左右足首
に装着した6軸力センサ22L,22Rからの力情報
,F及びモーメント情報N,Nも入
力されている。
Although not used in this embodiment, the tilt angles α, β, and γ of the robot, which are the output signals of the inclinometer 28 described above, are input to the CPU 302, and the 6-axis force sensor attached to the left and right ankles is input. 22L, the force from the 22R information F R, F L and moment information N R, also N L is input.

【0078】ここで、メモリ306に格納されている関
節指令値J(t)の形態の一例を図5により説明す
る。関節指令値J(t)は関節角度の指令値である
Θ(t)と、電磁弁指令値E(t)とが縦ベクトルの形
で表現されている。さらに関節角度指令値Θ(t)は
各関節の角度指令値θ(t)が縦に並んだ縦ベクトルと
なつており、電磁弁指令値E(t)もそれぞれの電磁
弁に与えるべき電圧レベルe(t)が縦に並んだ縦ベク
トルとなっている。
Here, an example of the form of the joint command value D J (t) stored in the memory 306 will be described with reference to FIG. The joint command value D J (t) is a command value of the joint angle D
Θ (t) and the solenoid valve command value D E (t) are expressed in the form of a vertical vector. Further, the joint angle command value D Θ (t) is a vertical vector in which the angle command values θ I (t) of each joint are arranged vertically, and the solenoid valve command value D E (t) is also given to each solenoid valve. The power level e I (t) is a vertical vector that is vertically aligned.

【0079】ベクトルの各要素はいずれも時間の関数で
あるが、コンピュータはデジタル信号処理で行うため
に、離散数として表現しなければならない。図6は離散
数として表現した関節指令値J(t)を示すものであ
る。
Although each element of the vector is a function of time, it must be expressed as a discrete number because the computer performs digital signal processing. FIG. 6 shows the joint command value D J (t) expressed as a discrete number.

【0080】即ち、J(t)のt=1のときの情報は
J(1)で与えられ、t=2のときの情報は
(2)で与えられる。これらが順番に並んでいる一連の情
報は、結局マトリックス(行列)の形をとる。例えば平
地歩行の場合を例にとると、まず起立状態から加速のた
めの歩容データが必要である。従って、J(1)の中
身は、関節角度指令値Θ(t)の全ての要素(角度)
は0であり(起立姿勢であり)、電磁弁指令値
(t)の要素(電圧レベル)も0である。要素が0のベク
トルを数学上はベクトル0と書き表すことができる。
従って、J(1)=[0,0である。
That is, the information of D J (t) when t = 1 is
It is given by D J (1) and the information when t = 2 is D J
It is given in (2). A series of information in which these are arranged in order eventually takes the form of a matrix. For example, in the case of walking on a flat ground, first, gait data for acceleration from the standing state is required. Therefore, the contents of D J (1), all the elements of the joint angle command value D theta (t) (angle)
Is 0 (in the standing posture), and the solenoid valve command value D E
The element (voltage level) of (t) is also zero. A vector with zero elements can be written mathematically as a vector 0.
Therefore, D J (1) = [0 T , 0 T ] T.

【0081】次に定常歩行のための歩容データが必要で
ある。最後には減速して停止する(起立姿勢で終わると
する)までの歩容データが必要である。従って、最後の
関節指令値J(n)もまた、J(n)=[0
である。因みに、定常歩行では、決められた
歩数だけ(正確には一歩毎に左右のデータを入れ換えて
用いる)、同じ歩容データを繰り返し使うことになる。
Next, gait data for steady walking is required. Finally, gait data until decelerating and stopping (finishing in a standing posture) is required. Therefore, the final joint command value D J (n) is also D J (n) = [0 T ,
0 T ] T. By the way, in the normal walking, the same gait data is repeatedly used for a predetermined number of steps (to be exact, the left and right data are interchanged for each step).

【0082】本発明は平地歩行の他に階段を昇降すると
きの歩行にも適用できる。どこを歩くかで当然歩容デー
タは異なっており、これらを区別するために関節指令値
J(t)の後に添え字を付けて区別している。即ち、
J(t)は平地を歩くときの歩容を、J(t)
SUは階段を昇るときの歩容を、またJ(t)SD
階段を降りるときの歩容をそれぞれ示しているものとす
る。
The present invention can be applied to walking when going up and down stairs as well as level ground walking. The gait data is naturally different depending on where you walk, and joint command values are used to distinguish these.
A suffix is added after DJ (t) to distinguish them. That is,
D J (t) W is the gait when walking on a level ground, D J (t)
SU is the gait when ascending stairs and D J (t) SD is assumed to show a gait when descending the stairs respectively.

【0083】次に上記のように構成されたロボットの制
動制御装置の作用を図7及び図8に示す制御アルゴリズ
ムを参照しながら説明する。
Next, the operation of the braking control device for the robot configured as described above will be described with reference to the control algorithms shown in FIGS. 7 and 8.

【0084】CPU302は、一定時間毎に起動して処
理を行うが、ここでは2msec(0.002秒)毎に起動する
ものとする。
The CPU 302 is activated at regular intervals to perform processing, but here it is assumed to be activated every 2 msec (0.002 seconds).

【0085】また、最初にロボットを立たせて起動する
ような場合には、図示していないが初期設定で、後述す
る全てのFlagのビットを0にしておく。
Further, when the robot is first made to stand up and to be activated, although not shown in the figure, all the Flag bits to be described later are set to 0 by initialization.

【0086】図7において、最初は未だ階段を昇るコマ
ンド信号が入力されていないので、ステップS410、
ステップS421の判定はNoであり、また階段を降り
るコマンド信号も入力されていないので、ステップS4
40の判定もNoであり、さらに歩いていないので、ス
テップS446の判定もNoである。そして、立ってい
るときを識別するFlagも立っていないので、ステップ4
50の判定もNoである。
In FIG. 7, since the command signal for climbing the stairs is not yet inputted at the beginning, step S410,
The determination in step S421 is No, and since the command signal for descending the stairs has not been input, step S4 is performed.
The determination of 40 is also No, and since the person is not walking further, the determination of Step S446 is also No. Then, since the flag for identifying when standing is not standing, step 4
The determination of 50 is also No.

【0087】しかし、実際にはロボットは起立している
から、ステップS451でFlag-standのビットを1にす
る。続いて、ステップS452に進み、制動を行うため
のタイマーをCBR=200に設定する。このタイマー
設定は、1起動時間毎にタイマーから1を減じていく
と、200回目にタイマーはCBR=0となる。つま
り、200回目ということは、2msec毎に起動すること
から、400msec、即ち0.4秒かかることを意味す
る。
However, since the robot is actually standing up, the bit of Flag-stand is set to 1 in step S451. Succeedingly, in a step S452, a timer for braking is set to C BR = 200. With this timer setting, if 1 is subtracted from the timer at each activation time, the timer becomes C BR = 0 at the 200th time. That is, the 200th time means that it takes 400 msec, that is, 0.4 seconds since it is activated every 2 msec.

【0088】次にステップS453に進み、タイマーが
作動したことを意味するFlag-timerのビットが1にな
る。次いでステップS454では、起立姿勢をとってい
ることから、Θ(t)の値を0に設定し、ステップ
S455で比例定数Kを平地歩行に適した値Kに設定
する。
Next, proceeding to step S453, the flag-timer bit, which means that the timer has been activated, becomes 1. Next, in step S454, since the body is in the standing posture, the value of D Θ (t) is set to 0, and the proportional constant K is set to a value K W suitable for level ground walking in step S455.

【0089】次にステップS456に進んで関節角度の
追従制御フローを実行する。即ち、実関節角度Θ
(t)を読み取り、ステップS457では決められた計算
式に基づいて関節角速度の指令値Ω(t)を算出
し、ステップS458でこの関節角速度指令値Ω
(t)を第1の増幅器312に入力する。この場合、関
節の数は12であるから、当然関節角速度指令値Ω
(t)の要素ω(t)の数も12あって、出力する相手の
増幅器の数も12個ある。最後にステップS459で時
間の指標を1だけ進めて、CPUの基本フローに戻る。
Next, in step S456, a joint angle follow-up control flow is executed. That is, the actual joint angle R Θ
(t) is read, and in step S457, the joint angular velocity command value D Ω (t) is calculated based on the determined calculation formula, and in step S458, the joint angular velocity command value D Ω is calculated.
(T) is input to the first amplifier 312. In this case, since the number of joints is 12, naturally the joint angular velocity command value D Ω
The number of elements ω j (t) in (t) is 12 and the number of output amplifiers is 12. Finally, in step S459, the time index is advanced by 1, and the process returns to the basic flow of the CPU.

【0090】次回に起動されるときは、ステップS45
0での判定はYesなので、ステップS461に進み、
Flag−Freezeが立っているか否かを判定する。最初なの
で、当然Flag−Freezeは0であり、判定はNoなのでス
テップS462に進んでタイマーから1だけ減ずる作業
を行う。その後、ステップS463でCBRが100よ
り小さくなったか否かを判定する。最初のうちCBR
100より大きいので、その判定はNoであり、ステッ
プS464に進んでCBRが0になったかどうかを判定
する。この結果も当然Noとなるから、ステップS45
5に戻り、これから先は前述同様の処理が実行される。
When it is started next time, step S45
Since the determination at 0 is Yes, the process proceeds to step S461,
It is determined whether Flag-Freeze is standing. Since it is the first time, of course, Flag-Freeze is 0, and the determination is No, so the flow advances to step S462 to perform the work of subtracting 1 from the timer. Then, in step S463, it is determined whether C BR has become smaller than 100. Since C BR is larger than 100 at the beginning, the determination is No, and the process proceeds to step S464 to determine whether C BR has become 0 or not. Since this result is of course also No, step S45
Returning to step 5, the processing similar to the above is executed from now on.

【0091】このサイクルを繰り返すと、やがてステッ
プS463の判定結果がYesとなり、このときはステ
ップS465に進んでE(t)の値をに固定
する。このの値は股関節と足関節の制動装置に
関しては励磁信号が1であり、膝関節に関しては、比較
的強い制動力を発揮するような信号であるものとする。
この励磁信号を受ければ、全ての関節は固定され、電力
の供給が例えなくてもロボットは起立姿勢を保つことが
できるレベルにあるものとする。
When this cycle is repeated, the determination result in step S463 becomes Yes, and in this case, the process proceeds to step S465 and the value of D E (t) is fixed to D E 0 . It is assumed that the value of D E 0 is such a signal that the excitation signal is 1 for the braking device for the hip joint and the ankle joint, and that the knee joint has a relatively strong braking force.
When this excitation signal is received, all joints are fixed, and the robot is at a level where it can maintain its standing posture even if power is not supplied.

【0092】次にステップS466に進んで、第2の増
幅器320にこの新しく設定した電磁弁制御信号
(t)を与える。その後、ステップS464に戻ってタイ
マーが0になっているかどうかを検定する。当初は当然
Noの判定なので、ステップS455に戻って追従制御
のフローを実行する。しかし、その後100回の起動を
繰り返すと、ステップS464の判定はYesとなり、
ステップS467に進む。このステップS467では、
比例定数を極めて小さいKFZに設定する。このKFZ
の値は理想的には0である。
Next, in step S466, the newly set solenoid valve control signal D E is set in the second amplifier 320.
give (t). Then, it returns to step S464 and it is verified whether the timer is 0. Since the determination is No at first in the beginning, the process returns to step S455 to execute the follow-up control flow. However, if the activation is repeated 100 times thereafter, the determination in step S464 becomes Yes,
It proceeds to step S467. In this step S467,
Set the proportionality constant to a very small K FZ . This K FZ
The value of is ideally 0.

【0093】このように小さな比例定数とすることで、
関節角度指令値Θ(t)と実関節角度Θ(t)との差
分があるにもかかわらず、モータに与えられる関節角速
度指令値Ω(t)は極めて小さな量になり、省エネ
態勢が作られる。これでタイマーの役目が終わったの
で、ステップS468に進んで、Flag-timerを0にし、
ステップS469にて全身が制動中であることを示すFl
ag-Freezeのビットを1にしておき、関節の追従制御フ
ローを実行する。
By making the proportional constant small in this way,
Although there is a difference between the joint angle command value D Θ (t) and the actual joint angle R Θ (t), the joint angular velocity command value D Ω (t) given to the motor becomes an extremely small amount, and the energy saving system is ready. Is made. Now that the timer has finished its role, go to step S468 to set Flag-timer to 0,
Fl indicating that the whole body is braking in step S469
The bit of ag-Freeze is set to 1 and the joint follow-up control flow is executed.

【0094】その次の起動サイクルでは、ステップS4
61での判定がyesとなるので、ステップS456に
進み、第2の増幅器320には前に決めた電磁弁制御信
E(t)を出力して追従制御フローに進む。これか
ら先は、次の新しいコマンド信号が入力されるまで、ロ
ボットは起立状態で固定される。
In the next startup cycle, step S4
Since the determination in 61 is yes, the flow proceeds to step S456, the previously determined solenoid valve control signal D E (t) is output to the second amplifier 320, and the flow proceeds to the follow-up control flow. From now on, the robot is fixed in the standing state until the next new command signal is input.

【0095】このような状態にあるとき、階段を昇るコ
マンド信号がCPUに入力されたものとする。ここでは
説明を簡単にするため、コマンド信号が1度だけ発せら
れるものとする。
In such a state, it is assumed that a command signal for climbing the stairs is input to the CPU. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the command signal is issued only once.

【0096】ステップS410で階段を昇るコマンド信
号が入力されたか否かを判定し、このときの判定はYe
sなので、図8の(イ)に進み、ステップS411によ
り比例定数Kの値を階段を昇るのに適した値KSUに設
定する。続いてステップS412に進み、Flag-Freeze
のビットを0にすると共に、Flag-SUのビットに1を立
てる。Flag-SUのビットが1のときは階段を昇っている
最中であることを示す。
In step S410, it is determined whether or not a command signal for climbing the stairs has been input. The determination at this time is Yes.
Since it is s, the process proceeds to (a) in FIG. 8 and the value of the proportional constant K is set to a value K SU suitable for climbing stairs in step S411. Then, in Step S412, Flag-Freeze
The bit of is set to 0 and the bit of Flag-SU is set to 1. When the Flag-SU bit is 1, it indicates that the stairs are being climbed.

【0097】次にステップS413に進み、時間指標を
1に設定する。続いて、ステップS414に進み、関数
指令値として階段を昇るときに使う指令値J(t)
SUを選び、これを読取ってステップS415に進む。
ステップS415では、関節指令値J(t)SUの中
から関節角度の指令値Θ(t)SUを分離して、これ
をその後の式で使う角度指令値Θ(t)に置き換え
る。同時にJ(t)SUの中の電磁弁指令値
(t)SUを分離して改めて電磁弁指令値E(t)とし
ておく。
Next, in step S413, the time index is set to 1. Succeedingly, in a step S414, a command value D J (t) used when going up the stairs as a function command value
Select SU , read it, and proceed to step S415.
In step S415, the joint angle command value D Θ (t) SU is separated from the joint command value D J (t) SU and replaced with the angle command value D Θ (t) used in the subsequent equation. At the same time, the solenoid valve command value D E in D J (t) SU
(t) The SU is separated and set again as the solenoid valve command value D E (t).

【0098】階段を昇る最中に関節に制動をかけるとエ
ネルギー消費は基本的に増えるので、このときは原則的
E(t)SU=0とする。
When the joint is braked while climbing the stairs, energy consumption basically increases, so that in this case, D E (t) SU = 0 is set in principle.

【0099】ここで、Θ(t)の値をtが小さな最初
のうち(例えば最初の0.15秒)を0(起立姿勢)
にしておく。Θこれは制動装置の作動遅れが多少あるか
らであり、このようにすることで起立姿勢のときに制動
をかけた関節が完全に制動解除になる。その後、ステッ
プS416に進み、電磁弁指令値E(t)を第2の増
幅器322に与えて電磁弁を消磁させる。この場合の出
力先は4個の増幅器があるので、その各々に出力するこ
とは言うまでもない。
Here, the value of D Θ (t) is set to 0 (the standing posture) when the first t is small (for example, the first 0.15 seconds).
Leave. [Theta] This is because there is a slight delay in the operation of the braking device, and by doing so, the joint that has been braked in the upright posture is completely released. After that, the process proceeds to step S416, and the electromagnetic valve command value D E (t) is given to the second amplifier 322 to demagnetize the electromagnetic valve. In this case, since there are four amplifiers as the output destinations, it goes without saying that they are output to each of them.

【0100】次にステップS417に進み、歩容データ
が終了したか否かを判定する。例えばこの判定方法はt
=t+1のデータがあるかどうかを調べることで、今の
歩容データが最終のデータかどうかが分かる。始めのう
ちは当然Noであるから図7の(ト)よりステップS4
56に進んで関節角度の追従制御フローを実行する。即
ち、実関節角度Θ(t)を読み取り、ステップS45
7では決められた計算式に基づいて関節角速度の指令値
Ω(t)を算出し、ステップS458でこの関節角速
度指令値Ω(t)を第1の増幅器312に与える。最
後にステップS459で時間の指標を1だけ進めて、C
PUの基本フローに戻る。
Next, in step S417, it is determined whether the gait data has ended. For example, this determination method is t
By checking whether or not there is data of = t + 1, it is possible to know whether or not the current gait data is the final data. Since it is No at first in the beginning, step S4 from FIG.
In step 56, the joint angle follow-up control flow is executed. That is, the actual joint angle R Θ (t) is read and step S45
In 7, the command value of the joint angular velocity is calculated based on the determined calculation formula.
D Ω (t) is calculated, and this joint angular velocity command value D Ω (t) is given to the first amplifier 312 in step S458. Finally, in step S459, the time index is advanced by 1, and C
Return to the basic flow of PU.

【0101】次の起動時間のとき、図7のステップS4
10ではもう指令信号が消えているので、Noと判定さ
れてステップS421に進む。このステップS421で
はflag-SUのビットが1になっているので、図8の
(ロ)に進み、ステップS414によりt=2のときの
J(t)SUを読み込む。これから先は図7の(ト)
より前述した処理フローを経て再びステップS456に
進み、追従制御フローを実行する。このような処理を繰
り返していくと、何時かは図8のステップS417によ
Θ(t)が静止起立姿勢となって階段を昇る使命を
終えたと判定し、ステップS418に進む。
At the next starting time, step S4 in FIG.
In 10, the command signal has already disappeared, so it is determined as No and the process proceeds to step S421. Since the bit of flag-SU is 1 in this step S421, the process proceeds to (b) of FIG. 8 and, in step S414, when t = 2,
Read DJ (t) SU . From now on, (g) of FIG. 7
After going through the above-described processing flow, the process proceeds to step S456 again, and the follow-up control flow is executed. When such a process is repeated, it is determined that D Θ (t) has reached the stationary standing posture and the mission to climb the stairs is completed at some point in step S417 of FIG. 8, and the process proceeds to step S418.

【0102】ステップS418では、全てのFlagのビッ
トを0にして、ステップS419で平地歩行に適した比
例定数Kを選び、これを改めて比例定数にしておく。
その後は図7の(ト)より追従制御フローを実行して、
CPUの基本フローに戻る。
In step S418, all Flag bits are set to 0, and in step S419, a proportional constant K w suitable for walking on a level ground is selected, and this is set again as a proportional constant.
After that, execute the follow-up control flow from (g) of FIG.
Return to the basic flow of the CPU.

【0103】次に起立中に階段を降りるコマンドが入力
した場合について述べる。このときもコマンドはただ1
度だけCPUに入力されるものとする。
Next, the case where a command to go down the stairs is input while standing up will be described. Also at this time, the command is only 1
It is supposed to be input to the CPU only once.

【0104】図7のステップS430での判定結果がY
esとなるので、図8の(ハ)よりステップS431に
進み、階段を降りるのに適した比例定数KSDを新しい
比例定数Kに選び、ステップS432でFlag-Freezeの
ビットを0にすると共に、階段を降りている最中である
ことを示すFlag-SDのビットを1にする。ステップS4
33で時間指標をt=1としておき、ステップS434
で階段を降りるのに適した関節指令値J(t)SD
メモリから読み込んで、ステップS435に進む。この
ステップS435では、J(t)SDの中からΘ
(t)SDを読取り、これを改めてΘ(t)に決める。
同時にJ(t)SDの中の電磁弁指令値E(t)
SDを読み取り、これを改めて電磁弁指令値E(t)
としておく。この場合も上記の例と同じくtが小さな最
初のうちはE(t)=0にすると共に、静止姿勢を
続ける歩容をΘ(t)SDとしておく。後はステップ
S416に進んで第2の増幅器320に電磁弁指令値
E(t)を出力するフロー以降は、先の階段を昇る場合
のフローと同じであるから、ここではその説明を省略す
る。
The determination result in step S430 in FIG. 7 is Y.
Since it becomes es, the process proceeds from step (c) of FIG. 8 to step S431, a proportional constant K SD suitable for descending the stairs is selected as a new proportional constant K, and the bit of Flag-Freeze is set to 0 in step S432. Set the Flag-SD bit to 1 to indicate that you are descending the stairs. Step S4
33, the time index is set to t = 1, and step S434
At, the joint command value D J (t) SD suitable for getting down the stairs is read from the memory, and the process proceeds to step S435. In step S435, D theta from the D J (t) SD
(t) SD is read, and this is determined again as D Θ (t).
At the same time, the solenoid valve command value D E (t) in D J (t) SD
The SD is read, and this is read anew and the solenoid valve command value D E (t)
I will keep it. Also in this case, as in the above example, D E (t) = 0 is set at the beginning when t is small, and the gait for continuing the static posture is set as D Θ (t) SD . After that, the process proceeds to step S416, and the second valve 320 is controlled by the solenoid valve command value D.
Since the flow after outputting E (t) is the same as the flow for climbing the previous stairs, its description is omitted here.

【0105】次の起動サイクルのときは、図7のステッ
プS430ではNoと判定されるが、ステップS436
でYesと判定されるので、図8の(ニ)に進み、上記
と同じフローに沿った処理が実行できる。そして、階段
を降り終わったらステップS417の判定結果はYes
になるので、ステップS418を経由して起立制御のフ
ローに切り替わる。
At the time of the next startup cycle, No is determined in step S430 of FIG. 7, but step S436.
Since it is determined to be Yes, the process proceeds to (d) in FIG. 8 and the process according to the same flow as above can be executed. When the stairs are finished, the determination result of step S417 is Yes.
Therefore, the flow is switched to the stand-up control flow via step S418.

【0106】ここで、重要なことは、電磁弁指令値
E(t)SDのパターンである。図5に示したように
E(t)の要素は4つある。この内、2L(t)と
2R(t)とが左右の膝関節の制動を決める指令値とす
る。一方、Θ(t)の要素で膝関節に相当するものを
θ4L(t)やθ4R(t)とする。電磁弁指令値
2L(t)や2R(t)との間に次の関連を持たせる。
即ち、着地している側の脚については、電磁弁指令値を
関節角度指令値に応じて変化する値とする。例えば左の
脚が体重を支えている方の脚であるとすると、2L
(t)は原則的にθ4L(t)が増大すると大きくなるよ
うに設定する。このようにすることにより、膝関節が折
れ曲がって行くにつれて増大する重力による膝関節のモ
ーメントに対抗する摩擦モーメントも大きくでき、その
分モータが負担するモーメント(モータトルク)も小さ
くなり、省エネ効果が高まる。その関連の度合いは、本
実施の形態のように予めマップとして持つようにしてお
けば、マップの値を自由に変えることができるので、最
適化がし易くなる。
Here, the important thing is that the solenoid valve command valueD
E (t)SDPattern. As shown in Figure 5D
There are four elements of E (t). Of this,De2L(t) andD
e2R(t) is the command value that determines the braking of the left and right knee joints.
It on the other hand,DThe element of Θ (t) that corresponds to the knee joint
Dθ4L(t) andDθ4R(t). Solenoid valve command valueDe
2L(t) andDe2RThe following relation is established with (t).
That is, for the landing leg, the solenoid valve command value
The value changes according to the joint angle command value. For example on the left
If the leg is the one supporting the weight,De2L
(t) is in principleDθ4LIt increases as (t) increases.
To set. By doing this, the knee joint will break.
The knee joint model due to gravity increases as it bends.
You can also increase the friction moment against the
The moment the motor bears (motor torque) is small
Energy saving effect. The degree of association is the book
As in the embodiment, it is held as a map in advance.
, You can change the map values freely, so
Optimized easily.

【0107】当然、右足が着地した直後には右足に体重
が負担されるので、左脚の膝関節の負荷モーメントは激
減するから、着地と同時に2L(t)の値を0または
小さな量に変更する必要がある(現実には空気圧シリン
ダーでは時間遅れがあるので、その遅れの分を見込んで
2L(t)のマップ値を決めておく必要がある)が、
いつ着地するかという情報も、歩容データに予め入れて
おくことが必要である。
Of course, since the right foot bears the weight immediately after landing on the right foot, the load moment of the knee joint of the left leg is drastically reduced. Therefore, at the same time as landing, the value of D e 2L (t) is set to 0 or a small value It is necessary to change to (In reality, there is a time delay in pneumatic cylinders, so please allow for that delay.
It is necessary to decide the map value of D e 2L (t)),
Information on when to land is also required to be included in the gait data in advance.

【0108】今度は階段を降りる場合でなく、平地歩行
の指令が発せられた場合を述べる。
Next, the case where a command to walk on a level ground is issued, not the case of going down the stairs, will be described.

【0109】このときは、図7のステップS440では
Yesと判定するので、図8の(ホ)に進み、ステップ
S441によって平地を歩くときに最適化された比例定
数K を改めて比例定数Kに選ぶ。そして、これから平
地歩行のモードに入るので、ステップS442でFlag-F
reezeのビットを0にすると共に、Flag-walkのビットを
1に設定する。
At this time, in step S440 of FIG.
Since it is determined to be Yes, proceed to (e) of FIG.
Proportional constant optimized when walking on flat ground by S441
Number K WIs selected again as the proportional constant K. And from now on
Since the mode of ground walking is entered, Flag-F is entered in step S442.
Set the reeze bit to 0 and the Flag-walk bit.
Set to 1.

【0110】次にステップS443で時間指標をt=1
に設定して、ステップS444で平地歩行の関節指令値
データJ(t)をメモリから読み出す。この
(t) のデータもtが小さなうちはE(t)=0に
すると共にΘ(t)も静止起立姿勢時のベクトルとし
ておく。
Next, in step S443, the time index is t = 1.
To the joint command value for level ground walking in step S444.
dataDJ (t)WIs read from memory. thisDJ
(t) WThe data of is as long as t is smallDE (t) = 0
WithDΘ (t) is also a vector in the static standing posture
Keep it.

【0111】ステップS445ではこのデータの中から
関節角度指令値Θ(t)を抜き出してこれを改めて
目標関節角度Θ(t)にし、同時にE(t)を抜
き出してこれを改めて電磁弁指令値E(t)にする。
ステップS416では電磁弁指令値E(t)を第2の
増幅器320に出力し、ステップS417で歩容が終わ
っているかどうかを検定する。最初だから当然その判定
結果はNoであり、その後は図7の(ト)より関節角度
の追従制御のフローの流れに沿ってステップS458ま
で進み、ステップS459で時間指標を1だけ進めて元
の基本フローに戻る。
In step S445, the joint angle command value D Θ (t) W is extracted from this data and is set again as the target joint angle D Θ (t). At the same time, D E (t) W is extracted and this is re-established. Set the solenoid valve command value D E (t).
In step S416, the solenoid valve command value D E (t) is output to the second amplifier 320, and in step S417, it is verified whether the gait has ended. Since it is the first time, the result of the determination is No. After that, from step (g) of FIG. 7, the process proceeds to step S458 along the flow of the joint angle tracking control, and at step S459, the time index is advanced by 1 and the original basic Return to flow.

【0112】次の起動時間がくると、今度は図7のステ
ップS440の判定結果はNoになるが、次のステップ
S446での判定決がYesになるので、再び図8の
(ヘ)より歩行モードのフローに戻り、上述と同様のこ
とを繰り返す。このような繰り返しをしている内に歩容
データが最後のデータになると、ステップS417の判
定結果がYesになり、ステップS418に進んで全て
のFlagを0にして最後の関節角度の追従制御を行った
後、起立姿勢モードに入る。
When the next activation time comes, the result of the determination in step S440 of FIG. 7 is No, but the determination in the next step S446 is Yes. Returning to the flow of the mode, the same as the above is repeated. If the gait data becomes the last data during such repetition, the determination result of step S417 becomes Yes, the process proceeds to step S418, all Flags are set to 0, and the last joint angle follow-up control is performed. After going, enter the standing posture mode.

【0113】ここで、重要なことは、電磁弁指令値
E(t)のパターンである。平地歩容の作成にあたっ
て脚が離床した後、膝関節を大きく曲げて前に振出し、
膝関節を伸ばしていく。膝が伸びきったところで、膝を
曲げることなく着地を終了して、体重を支えるフェーズ
に進むように歩容を設計しておくと、膝に加わる曲げモ
ーメントを比較的小さくできる(当然着地の衝撃は大き
くなるが、それは膝に圧縮力として作用するが、曲げモ
ーメントの増大にはならない)。この事実に着目して膝
が伸びきった後で、膝関節の制動装置を働かせ、遊脚中
に膝を固定しておく。
Here, the important thing is that the solenoid valve command value D
It is a pattern of E (t) W. In creating a flat ground gait, after the legs have left the bed, bend the knee joint greatly and swing forward,
Extend your knee joint. If the gait is designed so that when the knee is fully extended, the landing is completed without bending the knee and the weight-bearing phase is advanced, the bending moment applied to the knee can be made relatively small. Is larger, it acts as a compressive force on the knee, but does not increase the bending moment). Focusing on this fact, after the knee is fully stretched, the braking device for the knee joint is activated to fix the knee during the swing leg.

【0114】この考え方を実現するために電磁弁指令値
E(t)の中の膝関節制動に関する要素のパターン
を離床するときは0にしておき、膝関節の角度指令値が
0になった時期に比較的高めの一定値に設計し、次の離
床の直前に0に戻すように設計しておく。このような角
度指令値J(t)を作ることで、体重を支えるとき
の膝関節モーメントの殆どを摩擦力が負担するようにな
り、膝関節のモータトルクを実質的に0に抑えることが
でき、省エネが達成できる。
In order to realize this idea, the solenoid valve command value
The pattern of the element related to the knee joint braking in D E (t) W is set to 0 when leaving the bed, and is designed to be a relatively high constant value when the knee joint angle command value becomes 0. It is designed to return to 0 immediately before leaving the bed. By creating such an angle command value D J (t) W , most of the knee joint moment when supporting the weight is carried by the frictional force, and the motor torque of the knee joint is suppressed to substantially zero. Energy saving can be achieved.

【0115】次に本発明による移動ロボットの制動制御
装置の第2の実施の形態を図面に基づいて説明する。
Next, a second embodiment of the braking control device for a mobile robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0116】第2の実施の形態において、2足歩行ロボ
ット及び膝関節の制動装置については図1及び図2と同
様なので、ここではその説明を省略する。
In the second embodiment, the bipedal walking robot and the knee joint braking device are the same as those in FIGS. 1 and 2, and therefore their explanations are omitted here.

【0117】図9は、本実施の形態で用いられる図3に
相当する空気圧制御回路を示すものである。図9におい
て、方向転換を司る関節に設けられた摩擦制動装置50
7−1L,507−1Rにはそれぞれオンオフ制御型の
電磁弁505−L,505−Rが用いられ、単独に制動
力が得られるようになっている。その他の関節の摩擦制
動装置は、左右は独立であるが、一対の電磁弁506−
L,506−Rにより制御可能に構成されている。即
ち、点線510で囲まれた制動装置は股関節のものであ
り、点線512で囲まれた制動装置は足関節のものであ
る。右脚について言えば、電磁弁505−Rを励磁する
ことにより方向転換用の関節は摩擦力により固定され
る。
FIG. 9 shows an air pressure control circuit corresponding to FIG. 3 used in this embodiment. In FIG. 9, a friction braking device 50 provided at the joint that controls the direction change
On-off control type solenoid valves 505-L and 505-R are used for 7-1L and 507-1R, respectively, so that braking force can be obtained independently. The friction braking devices for other joints are independent on the left and right, but a pair of solenoid valves 506-
It is configured to be controllable by L and 506-R. That is, the braking device surrounded by the dotted line 510 is for the hip joint, and the braking device surrounded by the dotted line 512 is for the ankle joint. As for the right leg, by exciting the solenoid valve 505-R, the joint for direction change is fixed by frictional force.

【0118】このような構成の空気圧制御回路の制御ブ
ロック図は、概ね図4と同じであり、その電磁弁322
が全てオンオフ型である点と、その繋ぎ方が図9に示す
ように変更されているだけである。また、関節指令値の
ベクトル表示も第1の実施の形態(図5)と同じであ
り、さらに関節指令値のマトリックス表示も第1の実施
の形態と同じである。
The control block diagram of the pneumatic control circuit having such a configuration is almost the same as that shown in FIG.
Is all on / off type, and the way of connecting them is only changed as shown in FIG. The vector display of the joint command values is also the same as that in the first embodiment (FIG. 5), and the matrix display of the joint command values is also the same as that in the first embodiment.

【0119】ここで、制御アルゴリズムに用いる比例定
数Kについて、図10により説明する。比例定数は各関
節毎に異なる値を設定できるように、図10にはK
なるマトリックス(行列)の形で定義してある。最初の
6行6列には左脚の6個の関節に適した比例定数が対角
行列として記されている。従って、全体としては12行
12列の対角行列となる。従来技術では、このK
従って12関節を制御している。
The proportional constant K used in the control algorithm will be described with reference to FIG. The constant of proportionality to allow setting a different value for each joint in FIG. 10 K W
It is defined in the form of a matrix. In the first 6 rows and 6 columns, the proportional constants suitable for the 6 joints of the left leg are described as a diagonal matrix. Therefore, the diagonal matrix has 12 rows and 12 columns as a whole. In the prior art, 12 joints are controlled according to this K W.

【0120】図10の下側には直進歩行に適した別の比
例定数マトリックスKW−STR が示されている。
とKW−STRTとの違いは、第一行第一列及
び第七行第七列の値とが違うだけで、それ以外は同じで
ある(*印付してある値が異なる)。このKFZの値は
充分小さいか0の値であるものとする。
On the lower side of FIG. 10, another proportional constant matrix K W-STR T suitable for a straight ahead row is shown.
The difference between K W and K W-STRT is, only the value in the first row the first row and the seventh row seventh column is different, except it is the same (* mark given by Aru values are different) . The value of K FZ is sufficiently small or 0.

【0121】次に上記のように構成されたロボットの制
動制御装置の作用を図11に示す制御アルゴリズムに従
って説明する。なお、図では説明を簡潔に行うため、発
明の要旨となる部分のみを示してある。
Next, the operation of the braking control device for the robot configured as described above will be described according to the control algorithm shown in FIG. It should be noted that, in the drawings, for the sake of brevity, only the portions that are the gist of the invention are shown.

【0122】図11において、ステップS601でタイ
マー割り込みが起きると、ステップS610で平地出発
信号が入力されたか否かを判定する。もしその判定結果
がYesのときは、ステップS611に進み、Flag-Fre
ezeのビットを0にすると共に、Flag-Walkのビットを1
にする。そして、ステップS612では時間指標tを1
に設定しておく。
In FIG. 11, when a timer interrupt occurs in step S601, it is determined in step S610 whether a flatland departure signal has been input. If the determination result is Yes, the process proceeds to step S611, and Flag-Fre
Set eze bit to 0 and Flag-Walk bit to 1
To Then, in step S612, the time index t is set to 1
Set to.

【0123】次にステップS613で関節指令値
(t)を読み込み、ステップS614では関節指令値の
中の関節角度指令値を分離してこれを改めて関節角度の
目標値Θ(t)とする。次にステップS615に進
み、関節指令値の中の関節角度指令値を分離して、これ
を改めて電磁弁指令値E(t)とする。
Next, at step S613, the joint command value D J
(t) W is read, and in step S614, the joint angle command value is separated from the joint command values, and this is again set as the target value D Θ (t) of the joint angle. Next, proceeding to step S615, the joint angle command value in the joint command values is separated, and this is again set as the electromagnetic valve command value D E (t).

【0124】ステップS616でこの電磁弁指令値
E(t)を第2の増幅器320に出力し、次にステップ
S617に進んで、時間指標のtが図6のiとkの間に
あるかどうかを判定する。この判定結果は当然最初なの
でNoであり、ステップS619に進む。このステップ
S619では比例定数としては図10のKの方を選
びステップS620で歩容データが終わったかどうかを
判定するが、これも当然最初であるからNoと判定し、
その後は第1の実施の形態と同じく関節の追従制御のフ
ローを実行する。即ち、ステップS622では実関節角
度を読み取り、ステップS623では関節角度の目標値
Θ(t)と実関節角度Θ(t)との差分を計算し
て、これに行列Kをかけ、その結果を各関節の目標角
速度指令値Ω(t)とする。
In step S616, the solenoid valve command value D
E (t) is output to the second amplifier 320, and the process proceeds to step S617 to determine whether the time index t is between i and k in FIG. Since the result of this determination is, of course, the first, it is No and the process proceeds to step S619. In this step S619, K W in FIG. 10 is selected as the proportional constant, and it is determined in step S620 whether or not the gait data has ended.
After that, the joint follow-up control flow is executed as in the first embodiment. That is, the actual joint angle is read in step S622, and the target value of the joint angle is read in step S623.
The difference between D Θ (t) and the actual joint angle R Θ (t) is calculated, this is multiplied by the matrix K, and the result is set as the target angular velocity command value D Ω (t) of each joint.

【0125】この計算はベクトルと行列の掛け算である
から、その積Ω(t)は数学の公式により計算でき、
次のようなベクトルとなる。
Since this calculation is a multiplication of a vector and a matrix, the product D Ω (t) can be calculated by a mathematical formula,
It becomes the following vector.

【0126】[0126]

【数1】 [Equation 1]

【0127】次の起動時間がくると、今度はステップS
630でFlag-walkが1になっているので、判定結果は
Yesとなり、以下t=2のデータについて同じことを
繰り返す。これを何回か繰り返すとステップS617の
判定結果がYesになる。この間に方向転換用の関節は
ロックが完了しているので、ステップS618では方向
転換用の関節の比例定数が小さくなったK
W−STRTを改めて比例定数Kに選ぶ。
When the next activation time comes, this time step S
Since Flag-walk is 1 in 630, the determination result is Yes, and the same is repeated for the data of t = 2. If this is repeated several times, the determination result of step S617 becomes Yes. During this period, the joint for direction change is completely locked, so that the proportional constant of the joint for direction change becomes small in step S618.
W-STRT is again selected as the proportional constant K.

【0128】以下同じことを繰り返すが、何度か繰り返
すと、今度はステップS617の判定結果がNoとな
る。歩行が減速モードになり、何れ停止するので、ステ
ップS619で再び比例定数Kを元のKに戻す。
その後はステップS622以降同じ処理を繰り返す。最
後に歩容データが終わりになると、ステップS620の
判定結果がYesとなるので、ステップS621に進
み、Flag-walkを0にして最後の追従制御わ行い、CP
Uの基本フローに戻る。
The same operation is repeated thereafter, but if it is repeated several times, the result of the determination in step S617 is No. Since the walking enters the deceleration mode and eventually stops, the proportional constant K is returned to the original K W again in step S619.
After that, the same processing is repeated after step S622. Finally, when the gait data is over, the determination result in step S620 is Yes, so the process proceeds to step S621, the flag-walk is set to 0, and the final follow-up control is performed.
Return to the basic flow of U.

【0129】その次の起動時間がきたときに、歩けの指
令信号が入力されなければ、ステップS640に進み、
第1の実施の形態で示した静止モード(本実施の形態で
は休息時のフローと表示)に進み、各関節を摩擦制動装
置を働かせて固定する。
If the walking command signal is not input when the next starting time comes, the process proceeds to step S640.
Proceeding to the stationary mode shown in the first embodiment (in this embodiment, a flow at rest is indicated), each joint is fixed by operating the friction braking device.

【0130】このように第2の実施の形態によれば、方
向転換用の関節を通常は摩擦制動装置によって固定して
おけるので、その関節の比例定数を小さくまたは0に変
更して、エネルギーの無駄な消費を避けることができ
る。また、階段の昇降でも直線で移動する場合にも同様
に応用できる。
As described above, according to the second embodiment, since the joint for direction change can be usually fixed by the friction braking device, the proportional constant of the joint is decreased or changed to 0 to reduce the energy consumption. It is possible to avoid wasteful consumption. Further, it can be similarly applied to the case of moving up and down the stairs.

【0131】本発明は上記し且つ図面に示す実施の形態
に限定されるものではなく、次のような構成としても前
述同様に実施できるものである。
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, but can be carried out in the same manner as above with the following configurations.

【0132】(1)例示の電磁弁は励磁したときに制動
力が発生するものを示したが、接続構成を逆にして消磁
したときに制動力が発生するようにしてもよい。また膝
の制動力を連続的に変えられるサーボ型の電磁弁を用い
た場合について述べたが、例えば段階的に変えることが
できる電磁弁を用いてもよい。さらに、空気圧による制
動力の発生装置を用いた場合について述べたが、ワイヤ
ー等の駆動による制動装置を用いてもよい。要は制動装
置の形式の如何に問わず、制御可能なものであれば、適
用することができる。
(1) The illustrated solenoid valve is shown to generate a braking force when excited, but the connection structure may be reversed so that the braking force is generated when demagnetized. Further, the case where the servo-type solenoid valve that can continuously change the braking force of the knee is used has been described, but, for example, a solenoid valve that can be changed stepwise may be used. Further, although the case where the device for generating the braking force by air pressure is used is described, a braking device by driving a wire or the like may be used. In short, regardless of the type of the braking device, any controllable device can be applied.

【0133】(2)上記各実施の形態では、歩容データ
を作るのに、予め作成されたデータをメモリに蓄えてお
き、これを歩行ロボット毎にメモリから読み出して歩行
を行う場合を例示したが、ロボットの歩行のさせ方に
は、状況に応じてリアルタイムで歩容を生成する方法も
あり、このような方法であっても本発明を前述同様に適
用実施できるものである。即ち、ロボットのコンピュー
タはその時々の歩容から各関節に加わる重力モーメント
を容易に算出することができるとともに、そのときに制
動をかけることが省エネにつながるかどうかも容易に判
定を行うことができる(例え判断が難しくても、実験に
より簡単に判断できる)ので、歩行中に特定の関節(例
えば膝関節)に加わる重力によるモーメントを考慮し
て、このモーメントが大きく且つ制動をかけることが省
エネになる場合に関節制動を行うことにより、初期の目
的を達成することができる。
(2) In each of the above-mentioned embodiments, in order to create gait data, the data created in advance is stored in the memory, and this is read from the memory for each walking robot to perform walking. However, there is also a method of generating a gait in real time according to the situation as a method of causing a robot to walk, and even with such a method, the present invention can be applied and implemented as described above. That is, the computer of the robot can easily calculate the gravitational moment applied to each joint from the gait at that time, and can easily determine whether braking at that time leads to energy saving. (Even if it is difficult to make a judgment, it can be easily judged by experiment.) Therefore, considering the moment due to gravity applied to a specific joint (eg, knee joint) during walking, it is energy-saving to have a large moment and braking. If the joint braking is performed in such a case, the initial purpose can be achieved.

【0134】(3)前述した実施の形態では、階段の昇
降や平地歩行のときに制動をかける対象の関節を膝関節
や方向転換用の関節として説明したが、これに限定され
るものではなく、例えば足関節の前後方向駆動の関節
(ピッチ方向関節)が離床するときにこの関節を摩擦に
よって固定して、次の立脚期で体重を支えるようにして
もよい。
(3) In the above-described embodiment, the joints to be braked when going up and down stairs or walking on level ground are explained as knee joints and joints for changing direction, but the present invention is not limited to this. For example, when the ankle joint is driven in the front-rear direction (pitch direction joint), the joint may be fixed by friction when leaving the bed to support the weight in the next stance phase.

【0135】また、前述した実施の形態では、静止姿勢
を起立した姿勢として説明したが、これに限定されるも
のではなく、両足を左右に開いて安定性を増した姿勢で
あっもよく、さらに低い場所にある計測器などを監視、
若しくは読取るような作業を中腰の姿勢で行わせる場合
であっても静止姿勢としての制動制御が可能である。
Further, in the above-described embodiment, the stationary posture is explained as the standing posture, but the present invention is not limited to this, and the posture may be one in which both legs are opened left and right to increase the stability. Monitor instruments in low places,
Alternatively, even when the reading work is performed in the middle waist posture, the braking control can be performed in the stationary posture.

【0136】(4)第2の実施の形態では、方向転換用
の関節を摩擦力で固定すると同時に、モータへの供給電
流値を減少するものを例示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、方向転換用の関節に負荷が少なく
なる時期(例えば遊脚期で且つ脚を回転させる勢いが小
さな時期)を狙えば、このときの関節角度は指令値と実
際の値との間の差分が極めて小さいので、この時期に制
動をかければ特別にモータへの供給電流値を低く制御し
なくても、結果はエネルギーの消費を少なくすることが
できる。この原理に従えば、全ての関節についても、外
部負荷が小さいときを狙って制動力を作用させれば、特
別にモータへの供給電流値を低く制御しなくてもよい。
(4) In the second embodiment, the joint for direction change is fixed by frictional force, and at the same time, the value of the current supplied to the motor is reduced, but the present invention is not limited to this. If not aiming at a time when the load on the joint for direction change becomes small (for example, a swing phase and a momentum when the leg is rotated is small), the joint angle at this time is between the command value and the actual value. Since the difference between the two is extremely small, if the braking is applied at this time, the energy consumption can be reduced as a result even if the supply current value to the motor is not particularly controlled to be low. According to this principle, it is not necessary to control the value of the current supplied to the motor to be low even if the braking force is applied to all joints, aiming at the time when the external load is small.

【0137】(5)本実施の形態では、歩行形態として
2足ロボットを例にしたが、2足以外の脚式ロボットの
全てに本発明を適用実施できるものである。
(5) In the present embodiment, the biped robot is taken as an example of the walking form, but the present invention can be applied to all legged robots other than biped.

【0138】[0138]

【発明の効果】以上述べたように本発明による移動ロボ
ットの制動制御装置によれば、ロボットの関節部に制御
可能な制動力を発生できる制動装置を設け、移動ロボッ
トの関節を所望の関節角度に保持するに必要な時期に制
動装置に制動指令を与えて制動力を制御するようにした
ので、ロボットが歩行を行うときに消費するエネルギー
を節減することができる。
As described above, according to the braking control device for a mobile robot of the present invention, a braking device capable of generating a controllable braking force is provided at the joint portion of the robot, and the joint of the mobile robot is connected to a desired joint angle. Since the braking force is controlled by giving a braking command to the braking device at a time required to hold the robot, it is possible to save energy consumed when the robot walks.

【0139】特に、脚式ロボットが静止状態にあるとき
は、各関節に制動をかけて固定し、モータへの供給電流
を著しく低下、若しくは停止できるので、立っている時
間の長いロボットの場合には実用上の省エネ効果が顕著
である。
In particular, when the legged robot is stationary, each joint can be braked and fixed to significantly reduce or stop the current supplied to the motor. Has a remarkable practical energy-saving effect.

【0140】また、脚式ロボットの関節のうち少なくと
も1つが静止状態にあるときは、その関節に制動をかけ
て固定し、当該関節の駆動モータへの供給電流を著しく
低下、若しくは停止できるので、当該関節で消費される
エネルギーを節約することができる。特に方向転換用の
関節のように比較的長時間静止していることが予想され
る関節がある場合には、この関節に本発明を適用するこ
とができ、歩行中のエネルギーの消費を節約することが
できる。
When at least one of the joints of the legged robot is in a stationary state, the joints can be braked and fixed to significantly reduce or stop the current supplied to the drive motor of the joints. The energy consumed at the joint can be saved. Especially when there is a joint that is expected to be stationary for a relatively long time, such as a joint for turning direction, the present invention can be applied to this joint to save energy consumption during walking. be able to.

【0141】さらに、階段を降りている場合には、例え
ば負担の大きい時の膝関節に、この膝関節の負荷モーメ
ントに応じた制動力をかけることで、歩行に使われるエ
ネルギーを軽減することができる。
Further, when going down the stairs, for example, by applying a braking force according to the load moment of the knee joint to the knee joint when the load is heavy, the energy used for walking can be reduced. it can.

【0142】さらにまた、平地歩行の場合でも関節角度
をある期間一定に維持しても歩けるような関節がある場
合には、当該期間その関節に制動力をかけることで、無
駄なモータ電力を節約できる。
Furthermore, even in the case of walking on a level ground, if there is a joint that can walk even if the joint angle is kept constant for a certain period of time, a braking force is applied to the joint during that period to save unnecessary motor power. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した2足歩行ロボットの骨格を示
す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a skeleton of a bipedal robot to which the present invention is applied.

【図2】同2足歩行ロボットの膝関節の制動装置を模式
的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a braking device for a knee joint of the bipedal walking robot.

【図3】各関節に備えられた制動装置に圧縮空気を送る
ための空気圧制御系統図。
FIG. 3 is a pneumatic control system diagram for sending compressed air to a braking device provided in each joint.

【図4】本発明による移動ロボットの制動制御装置の第
1の実施の形態を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a first embodiment of a braking control device for a mobile robot according to the present invention.

【図5】同実施の形態で、関節指令値をベクトルの形で
表現した一例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which a joint command value is expressed in the form of a vector in the same embodiment.

【図6】同じく関節指令値をコンピュータに適用可能な
ように離散数の形に表現した一例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a joint command value is expressed in the form of a discrete number so that it can be applied to a computer.

【図7】同実施の形態の作用を説明するための制御アル
ゴリズムを示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a control algorithm for explaining the operation of the embodiment.

【図8】同じく図7に続く制御アルゴリズムを示す図。FIG. 8 is a diagram showing a control algorithm similarly to FIG. 7.

【図9】本発明の第2の実施の形態における制動装置に
圧縮空気を送るための空気圧制御系統図。
FIG. 9 is a pneumatic control system diagram for sending compressed air to a braking device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】同実施の形態の比例定数を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a proportional constant of the same embodiment.

【図11】同実施の形態の作用を説明するための制御ア
ルゴリズムを示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a control algorithm for explaining the operation of the embodiment.

【図12】人間の歩行時における膝関節の時間軸に対す
る角度変化を示す曲線図。
FIG. 12 is a curve diagram showing an angle change of a knee joint with respect to a time axis when a human is walking.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,12,14,16,18,20:関節軸 22:6軸力センサ 24:足部 26:腰板リンク 30:大腿リンク 32:脛リンク 207:シリンダー 222:ピストン 224:回転円盤 226:空気圧縮源 302:CPU 304:コマンド 306:メモリ 308:エンコーダ 310:カウンター 312:第1の増幅器 314:モータ 316:関節 320:第2の増幅器 322:電磁弁 10, 12, 14, 16, 18, 20: Joint axis 22: 6-axis force sensor 24: foot 26: Waist board link 30: Thigh link 32: shin link 207: Cylinder 222: piston 224: rotating disk 226: Air compression source 302: CPU 304: Command 306: memory 308: Encoder 310: Counter 312: First amplifier 314: Motor 316: joint 320: Second amplifier 322: Solenoid valve

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1のリンクと第2のリンクの2つのリ
ンクをモータにより相対運動可能に結合した関節部を少
なくとも一つ有する移動ロボットにおいて、 前記2つのリンク間を架橋して前記相対運動に制動力を
発生し得る摩擦制動手段と、この摩擦制動手段を制動状
態または解除状態に選択的に制御し得る制御手段とを備
えたことを特徴とする移動ロボットの制動制御装置。
1. A mobile robot having at least one joint part in which two links, a first link and a second link, are connected by a motor so that they can move relative to each other. A braking control device for a mobile robot, comprising: friction braking means capable of generating a braking force; and control means capable of selectively controlling the friction braking means in a braking state or a released state.
【請求項2】 請求項1記載の移動ロボットの制動制御
装置において、 前記制御手段は、2つのリンク間に相対運動が予定され
ていないときに前記摩擦制動手段を制動状態に制御する
ように構成されたことを特徴とする移動ロボットの制動
制御装置。
2. The braking control device for a mobile robot according to claim 1, wherein the control means is configured to control the friction braking means to a braking state when no relative movement is planned between the two links. A braking control device for a mobile robot, characterized in that
【請求項3】 請求項1記載の移動ロボットの制動制御
装置において、 前記制御手段は、2つのリンクの相対運動方向がモータ
トルクによる運動方向と逆のときに前記摩擦制動手段を
制動状態に制御するように構成されたことを特徴とする
移動ロボットの制動制御装置。
3. The braking control device for a mobile robot according to claim 1, wherein the control means controls the friction braking means to a braking state when the relative movement direction of the two links is opposite to the movement direction due to the motor torque. A braking control device for a mobile robot, which is configured to:
【請求項4】 請求項3記載の移動ロボットの制動制御
装置において、 前記制御手段は、前記摩擦制動手段の制動力を可変に制
御できるように構成されたことを特徴とする移動ロボッ
トの制動制御装置。
4. The braking control device for a mobile robot according to claim 3, wherein the control means is configured to variably control the braking force of the friction braking means. apparatus.
【請求項5】 第1のリンクと第2のリンクの2つのリ
ンクをモータにより相対運動可能に結合した関節部を少
なくとも一つ有する移動ロボットにおいて、 前記2つのリンク間を架橋可能に設けられ当該リンクの
相対運動に制御可能な相対運動制約力を与える摩擦制動
手段と、 前記移動ロボットの関節を所望の関節角度に保持するに
必要な時期に前記摩擦制動手段を制御動作させて前記相
対運動制約力を発生させる制御手段とを備えたことを特
徴とする移動ロボットの制動制御装置。
5. A mobile robot having at least one joint part in which two links, a first link and a second link, are coupled by a motor so that they can move relative to each other, wherein the two links are provided so as to be bridgeable. Friction braking means for applying a controllable relative movement restriction force to the relative movement of the link, and the relative movement restriction by controlling the friction braking means at a time required to hold the joint of the mobile robot at a desired joint angle. A braking control device for a mobile robot, comprising: a control unit that generates force.
【請求項6】 モータにより交互に動かすことで移動を
行う少なくとも2本の脚と方向転換を行うための関節を
持つ移動ロボットにおいて、 前記関節に対応する部位に設けられ該関節の動きを抑え
るような摩擦力を発生する摩擦制動手段と、 前記ロボットが直進歩行状態にあるときに少なくとも1
歩は前記関節に制動を加えるように前記摩擦制動手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする移動ロボ
ットの制動制御装置。
6. A mobile robot having at least two legs that move by being alternately moved by a motor and a joint for changing direction, the movement robot being provided at a portion corresponding to the joint so as to suppress the movement of the joint. Braking means for generating various frictional forces, and at least 1 when the robot is in a straight ahead state.
A step is a braking control device for a mobile robot, comprising: a control unit that controls the friction braking unit to apply a brake to the joint.
【請求項7】 請求項2、請求項5、請求項6のいずれ
かの項に記載の移動ロボットの制動制御装置において、 前記摩擦制動手段が制動状態にあるとき、前記モータに
供給されるエネルギーを減少又は停止させるエネルギー
供給制御手段を備えたことを特徴とする移動ロボットの
制動制御装置。
7. The braking control device for a mobile robot according to claim 2, 5, or 6, wherein the energy supplied to the motor when the friction braking means is in a braking state. A braking control device for a mobile robot, comprising: an energy supply control means for reducing or stopping the operation.
【請求項8】 請求項7記載の移動ロボットの制動制御
装置において、 前記エネルギー供給制御手段は、前記制御手段により前
記制動手段が制動制御された後、前記モータへのエネル
ギー供給を減少又は停止制御するように構成されたこと
を特徴とする移動ロボットの制動制御装置。
8. The braking control device for a mobile robot according to claim 7, wherein the energy supply control means reduces or stops the energy supply to the motor after the braking means is controlled by the control means. A braking control device for a mobile robot, which is configured to:
【請求項9】 第1のリンクと第2のリンクの2つのリ
ンクをモータにより相対運動可能に結合した関節部を少
なくとも一つ有する歩行ロボットにおいて、 前記2つのリンク間を架橋可能に設けられ当該リンクの
相対運動に制御可能な相対運動制約力を与える摩擦制動
手段と、前記歩行ロボットの歩行の1周期(1本の脚が
離床した後着地し、再度離床するまでの期間)の中に少
なくとも1回は前記相対運動制約力を発生させるように
前記摩擦制動手段を制御する制御手段とを備えたことを
特徴とする歩行ロボットの制動制御装置。
9. A walking robot having at least one joint part in which two links, a first link and a second link, are connected by a motor so that they can move relative to each other, wherein the two links are provided so as to be bridgeable. At least one period of the walking of the walking robot (the period from the landing of one leg to the landing to the landing to the landing again) of at least one friction braking means for giving a controllable relative motion restriction force to the relative motion of the link A braking control device for a walking robot, comprising: a control unit that controls the friction braking unit to generate the relative motion restriction force once.
【請求項10】 請求項9記載の歩行ロボットの制動制
御装置において、 前記歩行ロボットは、股関節と膝関節及び足関節の順に
直列にリンクで結合された3関節からなる脚を少なくと
も1本有しており、前記足関節の下端に足部リンクを結
合するものであって、前記関節部が当該3関節の内の膝
関節及び足関節の少なくとも一方であることを特徴とす
る歩行ロボットの制動制御装置。
10. The braking control device for a walking robot according to claim 9, wherein the walking robot has at least one leg consisting of three joints connected in series in the order of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint. And a foot link linking to a lower end of the ankle joint, wherein the joint portion is at least one of a knee joint and ankle joint of the three joints. apparatus.
【請求項11】 請求項9記載の歩行ロボットの制動制
御装置において、 前記歩行ロボットは、人間と同じように股関節部、膝関
節部、足関節部の3関節部と、これらを結ぶ大腿リン
ク、脛リンクとを含む構造の脚を少なくとも2本備え、
且つこれら脚を交互に動かして歩行するものであり、 前記制御手段は、前記一つの脚が遊脚期から立脚期に移
る着地時に当該脚の3関節部のうち少なくとも1つの関
節部に設けた前記摩擦制動手段に前記相対運動制約力を
発生させるように制御することを特徴とする歩行ロボッ
トの制動制御装置。
11. The braking control device for a walking robot according to claim 9, wherein the walking robot has three joints of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint, and a thigh link connecting these joints, like a human. At least two legs having a structure including a shin link,
Moreover, these legs are alternately moved to walk, and the control means is provided in at least one joint part of the three joint parts of the leg at the time of landing when the one leg shifts from the swing phase to the stance phase. A braking control device for a walking robot, characterized in that the frictional braking means is controlled so as to generate the relative motion restriction force.
【請求項12】 請求項9記載の歩行ロボットの制動制
御装置において、 前記歩行ロボットは、人間と同じように股関節部、膝関
節部、足関節部の3関節部と、これらを結ぶ大腿リン
ク、脛リンクとを含む構造の脚を少なくとも2本備え、
且つこれら脚を交互に動かして歩行するものであり、 前記制御手段は、前記ロボットが階段を降りるときに立
脚期にある脚の3関節部のうち少なくとも1つの関節部
に設けた前記摩擦制動手段に前記相対運動制約力を発生
させるように制御することを特徴とする歩行ロボットの
制動制御装置。
12. The braking control device for a walking robot according to claim 9, wherein the walking robot has three joints, a hip joint, a knee joint, and an ankle joint, and a thigh link that connects these joints, like a human. At least two legs having a structure including a shin link,
Further, the robot walks by alternately moving these legs, and the control means is provided with at least one joint part of the three joint parts of the leg in the stance phase when the robot descends the stairs. A braking control device for a walking robot, characterized in that the control is performed so as to generate the relative motion restriction force.
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