JP2003145456A

JP2003145456A - 二脚歩行式人型ロボット

Info

Publication number: JP2003145456A
Application number: JP2001353502A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Furuta; 貴之古田; Hisashi Okumura; 悠奥村; Tetsuo Tawara; 哲雄田原; Hiroaki Kitano; 宏明北野
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-20
Also published as: TW200300383A; TW583057B; WO2003043788A1

Abstract

(57)【要約】【課題】動作制御装置の配線を簡略化して、円滑な動
作を可能にした二脚歩行式人型ロボットを提供する。【解決手段】各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段
と各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置４０
とを有し、動作制御装置４０が、胴体部に設けた主制御
部４１と、各駆動手段に隣接して分散配置した複数の副
制御部４２とから成る二脚歩行式人型ロボットであっ
て、各副制御部４２が、主制御部からの駆動制御信号に
基づいて少なくとも一つの対応する駆動手段のための制
御信号を演算するプロセッサ部と、プロセッサ部からの
制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動するドライ
バ部４６とを含むように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二脚歩行式人型ロ
ボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、所謂二脚歩行式人型ロボットは、
前もって設定された歩行パターン（以下、歩容という）
データを生成して、この歩容データに従って歩行制御を
行なって、所定の歩行パターンで脚部を動作させること
により二脚歩行を実現するようにしている。その際、歩
行姿勢を安定させるために、ロボットの足裏における床
反力と重力との合成モーメントがゼロとなる点（以下、
ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）とい
う。）を目標値に収束させる、所謂ＺＭＰ補償を行なう
ことによってＺＭＰ規範によりロボットの安定化を図る
ようにしている。

【０００３】ところで、二脚歩行式人型ロボットの関節
部が多くなるにつれて、このような歩行制御を行なう動
作制御装置は複数のＩ／Ｏと高速な演算能力を備えるこ
とが必要になってくる。しかしながら、このような機能
を単一のデバイスで実現しようとすると、システムが巨
大化してしまい、ロボットの構成を変更あるいは拡張す
る際に柔軟性に欠けることになると共に、各関節部の駆
動手段への配線が煩雑となり、メンテナンスが容易では
なくなってしまう。

【０００４】このため、従来、胴体部に設けられた主制
御部と各駆動手段に隣接して設けられた複数の副制御部
とから成る動作制御装置が使用されており、各副制御部
はそれぞれ主制御部に対してスター型に接続されてい
る。ここで、各副制御部は一軸モータドライバ専用回路
として構成されており、それぞれ各関節部における駆動
手段毎に設けられている。

【０００５】このような構成の動作制御装置によれば、
主制御部から駆動制御信号が各副制御部に出力されるこ
とにより、各副制御部がそれぞれ対応する駆動手段を駆
動制御することによって二脚歩行式人型ロボットの各関
節部が駆動され、二脚歩行式人型ロボットが歩行等の動
作を行なうようになっている。そして、演算処理を各副
制御部に分散させることによって、高速な演算処理を可
能にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな動作制御装置を備えた二脚歩行式人型ロボットにお
いては、各関節部の駆動手段毎にそれぞれ一つの副制御
部が必要となり、副制御部の必要数が多くなる。このた
め、スター型に接続されている副制御部と主制御部との
間の配線が冗長となってしまい、場合によっては関節部
の円滑な駆動を妨げてしまうことがあった。

【０００７】本発明は、以上の点にかんがみて、動作制
御装置の配線を簡略化して円滑な動作を可能にした二脚
歩行式人型ロボットを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間
に膝部，下端に足部を備えた脚部と、胴体部の上部両側
にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部
と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備えてお
り、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の
手部，下腕部及び上腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ
揺動させる複数個の駆動手段と、要求動作に対応する歩
容データに基づいて各駆動手段をそれぞれ駆動制御する
動作制御装置とを有しており、上記動作制御装置が、胴
体部に設けられた主制御部と各駆動手段に隣接して分散
配置された複数の副制御部とから構成されている二脚歩
行式人型ロボットであって、上記各副制御部が主制御部
に対してそれぞれＬＡＮ接続されていると共に、各副制
御部が、主制御部からの駆動制御信号に基づいて少なく
とも一つの対応する駆動手段のための制御信号を演算す
るプロセッサ部とプロセッサ部からの制御信号に基づい
て対応する駆動手段を駆動するドライバ部とを含んでい
ることを特徴とする二脚歩行式人型ロボットにより、達
成される。

【０００９】本発明による二脚歩行式人型ロボットは、
好ましくは、上記ドライバ部が、駆動手段を駆動する制
御モードとして、位置制御モード，トルク制御モード，
フリーモード及びブレーキモードを備えており、上記主
制御部が歩容データに基づいて制御モード選択信号及び
制御信号をドライバ部に出力する。

【００１０】本発明による二脚歩行式人型ロボットは、
好ましくは、上記各副制御部が、対応する駆動手段に対
してそれぞれ一つのドライバ部を備えている。

【００１１】本発明による二脚歩行式人型ロボットは、
好ましくは、上記各副制御部が主制御部に対してネット
ワーク接続されている。

【００１２】本発明による二脚歩行式人型ロボットは、
好ましくは、上記各副制御部のプロセッサ部が、対応す
る駆動手段から入力される角度位置及び制御モードの現
在値を主制御部に出力する。

【００１３】上記構成によれば、二脚歩行式人型ロボッ
トが全身運動を行なう際、動作制御装置の主制御部が、
要求動作に対応する歩容データに基づいて各駆動手段を
駆動制御信号を生成して、対応する駆動手段に関連付け
られた副制御部にＬＡＮを介して出力する。これによ
り、副制御部は、プロセッサ部によって主制御部からの
駆動制御信号に基づいて対応する各駆動手段毎に制御信
号を演算して、各駆動手段に対応するドライバ部に出力
する。そして、ドライバ部がプロセッサ部からの制御信
号に基づいて対応する駆動手段を駆動する。このように
して、各駆動手段が、それぞれ対応するドライバ部によ
り駆動されることによって各関節部が歩容データを実現
するために動作し、全体として二脚歩行式人型ロボット
が所望の全身運動を行なうことになる。

【００１４】この場合、動作制御装置の各副制御部がそ
れぞれ複数の関節部に対応して設けられていることか
ら、従来の各関節部に一つづつ副関節部が設けられてい
る場合に比較して、副制御部の数が低減される。従っ
て、主制御部と各副制御部との間の配線も少なくなり、
配線が簡略化されることになると共に、各関節部の駆動
が円滑に行なわれる。

【００１５】上記ドライバ部が、駆動手段を駆動する制
御モードとして、位置制御モード，トルク制御モード，
フリーモード及びブレーキモードを備えており、上記主
制御部が、歩容データに基づいて制御モード選択信号及
び制御信号をドライバ部に出力する場合には、上記制御
モードを適宜に切り換えて駆動手段を駆動することによ
って、位置制御モード及びトルク制御モードにおいて
は、この駆動手段により駆動される関節部が駆動関節と
して作用し、特に例えば通常動作時に突然の外部事象が
発生したときには、それに対処するためにトルク制御モ
ードにて一時的にトルクを増大させることにより急速に
駆動されて、俊敏な動作を得ることができる。これに対
して、フリーモードにおいては、当該関節部が受動関節
として作用して関節部が自由に動くことになり、またブ
レーキモードにおいては、当該関節部が現在の角度位置
を保持するように固定される。

【００１６】このようにして、同じ関節部が、適宜に各
制御モードにより駆動制御されることによって通常の駆
動または急激な駆動が行なわれ、あるいは固定保持され
たり自由に動き得るようになり、例えば物体が飛来した
ときや落下物を捉える等の二脚歩行式人型ロボットの多
彩な動作が可能になる。その際、通常は、位置制御モー
ドにより駆動手段がゆっくりと駆動されて消費電力が低
減されると共に、機構に加わる負荷が軽減され、またト
ルク制御モードにより駆動手段が急激に駆動されて素早
い動作が可能になる。

【００１７】上記各副制御部が、対応する駆動手段に対
してそれぞれ一つのドライバ部を備えている場合には、
一つの副制御部が複数のドライバ部を搭載することによ
って複数の駆動手段を駆動することが可能となり、従来
の駆動手段毎に副制御部が設けられる場合と比較して、
副制御部の数が少なくて済む。従って、部品点数が削減
され、部品コスト及び組立コストが低減される。

【００１８】上記各副制御部が、主制御部に対してネッ
トワーク接続されている場合には、例えばバス型の接続
により主制御部と各副制御部を連続的に接続することか
ら、主制御部と各副制御部とを接続するための配線が少
なくて済み、省配線化が実現されると共に、スター型の
接続により、従来の各駆動手段毎に副制御部が設けられ
ている場合と比較して副制御部が少なくて済むことか
ら、主制御部と各副制御部とを接続するための配線が少
なくて済み、省配線化が実現される。

【００１９】上記各副制御部のプロセッサ部が、対応す
る駆動手段から入力される角度位置及び制御モードの現
在値を主制御部に出力する場合には、主制御部は、各駆
動手段から副制御部のプロセッサ部を介して入力される
当該駆動手段の角度位置及び制御モードの現在値によっ
て、各関節部の角度及び制御モードを検出することがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいてこの発明を詳細に説明する。図１乃至図２は本発
明による二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の構成を
示している。図１において、二脚歩行式人型ロボット１
０は、胴体部１１と、胴体部１１の下部両側に取り付け
られた脚部１２Ｌ，１２Ｒと、胴体部の上部両側に取り
付けられた腕部１３Ｌ，１３Ｒと、胴体部の上端に取り
付けられた頭部１４とを含んでいる。

【００２１】上記胴体部１１は上方の胸部１１ａと下方
の腰部１１ｂとに分割されており、胸部１１ａが、前屈
部１１ｃにて腰部１１ｂに対して前後方向に揺動可能
に、特に前方に前屈可能に、そして左右方向に旋回可能
に支持されている。さらに、上記胴体部１１の胸部１１
ａには、後述する歩行制御装置５０が内蔵されている。
なお、上記前屈部１１ｃは、前後揺動用の関節部１１ｄ
及び左右旋回用の関節部１１ｅを備えており、各関節部
１１ｄ及び１１ｅは、それぞれ関節駆動用モータ（図２
参照）により構成されている。

【００２２】上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ大腿
部１５Ｌ，１５Ｒ，下腿部１６Ｌ，１６Ｒ及び足部１７
Ｌ，１７Ｒとから構成されている。ここで、上記脚部１
２Ｌ，１２Ｒは、図２に示すように、それぞれ六個の関
節部、即ち上方から順に、胴体部１１の腰部１１ｂに対
する脚部回旋用の関節部１８Ｌ，１８Ｒ、脚部のロール
方向（ｘ軸周り）の関節部１９Ｌ，１９Ｒ、脚部のピッ
チ方向（ｙ軸周り）の関節部２０Ｌ，２０Ｒ、大腿部１
５Ｌ，１５Ｒと下腿部１６Ｌ，１６Ｒの接続部分である
膝部２１Ｌ，２１Ｒのピッチ方向の関節部２２Ｌ，２２
Ｒ、足部１７Ｌ，１７Ｒに対する足首部のピッチ方向の
関節部２３Ｌ，２３Ｒ、足首部のロール方向の関節部２
４Ｌ，２４Ｒを備えている。なお、各関節部１８Ｌ，１
８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒは、それぞれ関節駆動用モータ
により構成されている。

【００２３】このようにして、腰関節は上記関節部１１
ｄ，１１ｅから構成され、股間節は上記関節部１８Ｌ，
１８Ｒ，１９Ｌ，１９Ｒ，２０Ｌ，２０Ｒから構成さ
れ、また足関節は関節部２３Ｌ，２３Ｒ，２４Ｌ，２４
Ｒから構成されることになる。これにより、二脚歩行式
人型ロボット１０の左右両側の脚部１２Ｌ，１２Ｒはそ
れぞれ６自由度を与えられることになり、各種動作中に
これらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータにて適宜
の角度に駆動制御することにより、脚部１２Ｌ，１２Ｒ
全体に所望の動作を与えて、例えば任意に三次元空間を
歩行することができるように構成されている。

【００２４】上記腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ上腕
部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７
Ｌ，２７Ｒと、から構成されている。ここで、上記腕部
１３Ｌ，１３Ｒの上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６
Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒは、上述した脚部１
２Ｌ，１２Ｒと同様にして、図２に示すように、それぞ
れ五個の関節部、即ち上方から順に、肩部にて、胴体部
１１に対する上腕部２５Ｌ，２５Ｒのピッチ方向の関節
部２８Ｌ，２８Ｒ、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９
Ｒ、そして左右方向の関節部３０Ｌ，３０Ｒ、上腕部２
５Ｌ，２５Ｒと下腕部２６Ｌ，２６Ｒの接続部分である
肘部３１Ｌ，３１Ｒにてピッチ方向の関節部３２Ｌ，３
２Ｒ、手首部にて下腕部２６Ｌ，２６Ｒに対する手部２
７Ｌ，２７Ｒのピッチ方向の関節部３３Ｌ，３３Ｒを備
えている。なお、各関節部２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，
３３Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されて
いる。

【００２５】このようにして、二脚歩行式人型ロボット
１０の左右両側の腕部１３Ｌ，１３Ｒはそれぞれ５自由
度を与えられることにより、各種動作中にこれらの１２
個の関節部をそれぞれ駆動モータにて適宜の角度に駆動
制御することにより、腕部１３Ｌ，１３Ｒ全体に所望の
動作を与えることができるように構成されている。ここ
で、上記肩部におけるピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８
Ｒは、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ及び左右方向
の関節部３０Ｌ，３０Ｒに対して回転軸が前方にずれて
配設されており、前方への腕部１３Ｌ，１３Ｒの振り角
度が大きく設定されている。

【００２６】上記頭部１４は胴体部１１の上部１１ａの
上端に取り付けられており、例えば視覚としてのカメラ
や聴覚としてのマイクが搭載されている。ここで、上記
頭部１４は、図２に示すように、首のピッチ方向の関節
部３５及び左右方向の関節部３６を備えている。なお、
各関節部３５，３６はそれぞれ関節駆動用モータにより
構成されている。

【００２７】このようにして、二脚歩行式人型ロボット
１０の頭部１４は、２自由度を与えられ、各種動作中に
これらの２個の関節部３５，３６をそれぞれ駆動モータ
で適宜の角度に駆動制御することにより、頭部１４を左
右方向または前後方向に動かすことができるように構成
されている。ここで、上記ピッチ方向の関節部３５は、
左右方向の関節部３６に対して回転軸が前方にずれて配
設されており、前方への頭部１４の揺動角度が大きく設
定されている。

【００２８】図３は図１及び図２に示した二脚歩行式人
型ロボット１０の電気的構成を示している。図３におい
て、二脚歩行式人型ロボット１０は、要求動作に対応し
て歩容データを生成する歩容生成部３７とこの歩容デー
タに基づいて駆動手段、即ち上述した各関節部１１ｄ，
１１ｅ，１８Ｌ，１８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ，３５，３
６、即ち関節駆動用モータＭを駆動制御する動作制御装
置４０を備えている。

【００２９】上記歩容生成部３７は、外部から入力され
る要求動作に対応して、二脚歩行式ロボット１０の歩行
等の動作に必要な各関節部１１ｄ，１１ｅ，１８Ｌ，１
８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ，３５，３６の関節駆動用モー
タの目標角度軌道，目標角速度，目標角加速度を含む歩
容データを生成するようになっている。

【００３０】上記動作制御装置４０は、主制御部４１と
複数個の副制御部４２とから構成されている。上記主制
御部４１は二脚歩行式人型ロボット１０の胴体部１１、
好ましくは上体１１ａに設けられており、角度計測ユニ
ット４３と補償部４４とから構成されている。

【００３１】上記角度計測ユニット４３は、各関節部１
１ｄ，１１ｅ，１８Ｌ，１８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ，３
５，３６の関節駆動用モータに備えられた例えばロータ
リエンコーダ等にて各関節駆動用モータの角度情報及び
制御モードが副制御部４２を介して入力されて、各関節
駆動用モータの角度位置を計測して補償部４４に出力す
るようになっている。

【００３２】上記補償部４４は、図示しない足裏に設け
られた力センサからの検出出力に基づいて床反力を演算
して、この床反力及び角度計測ユニット４３からの角度
位置に基づいて歩容生成部３７からの歩容データを修正
し、駆動制御信号として副制御部４２に出力する。

【００３３】上記副制御部４２は、二脚歩行式人型ロボ
ット１０の各部、例えば図示の場合には、胸部１１ａ，
腰部１１ｂの両側と、それぞれ左右の大腿部１５Ｌ，１
５Ｒ，下腿部１６Ｌ，１６Ｒ，上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，
下腕部２６Ｌ，２６Ｒに設けられている。そして、胸部
１１ａに設けられた副制御部４２が頚部の関節部３５，
３６，腰部の関節部１１ｄ，１１ｅ及び肩部の関節部２
８Ｌ，２８Ｒ，２９Ｌ，２９Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒを、腰
部１１ｂの両側に設けられた副制御部４２が股関節であ
る関節部１８Ｌ，１８Ｒ，１９Ｌ，１９Ｒ，２０Ｌ，２
０Ｒを、それぞれ担当するようになっている。また、大
腿部１５Ｌ，１５Ｒに設けられた副制御部４２が膝部の
関節部２２Ｌ，２２Ｒを、下腿部１６Ｌ，１６Ｒに設け
られた副制御部４２が足首部の関節部２３Ｌ，２３Ｒ，
２４Ｌ，２４Ｒを、上腕部２５Ｌ，２５Ｒに設けられた
副制御部４２が肘部の関節部３２Ｌ，３２Ｒを、下腕部
２６Ｌ，２６Ｒに設けられた副制御部４２が手首部の関
節部３３Ｌ，３３Ｒを、それぞれ担当するようになって
いる。

【００３４】各副制御部４２は、図４に示すように、一
つのプロセッサ部４５と少なくとも一つ（図示の場合、
二つ）のドライバ部４６とから構成されている。上記プ
ロセッサ部４５は、主制御部４１の補償部４４で修正さ
れた歩容データである駆動制御信号から各関節駆動用モ
ータの制御信号を生成して、ドライバ部４６に出力する
ようになっている。その際、プロセッサ部４５は、関節
駆動用モータの制御方法として四つの制御モード、即ち
位置制御モード，トルク制御モード，ブレーキモード及
びフリーモードを任意に切り換えることができる。ここ
で、位置制御モードは、与えられた目標角度に追従する
ように、Ｐ制御，ＰＤ制御またはＰＩＤ制御等を利用し
て、関節駆動用モータの制御を行なうものてある。ま
た、トルク制御モードは、与えられた目標電流値に達す
るように、関節駆動用モータの制御を行なうものであ
る。さらに、ブレーキモードは、現在の角度位置を保持
するように関節駆動用モータに対して指令を与えるもの
である。また、フリーモードは、関節駆動用モータが外
部の力によって自由回転し得るようにするものである。

【００３５】また、プロセッサ部４５は、主制御部４１
と通信するための入出力バス４５ａを備えている。この
入出力バス４５ａは、図示の場合、二つ設けられてお
り、主制御部４１または他の副制御部４２のプロセッサ
部４５の入出力バス４５ａに接続され得るようになって
いる。なお、入力バス４５ａにおける通信プロトコルは
任意の形式が可能である。さらに、入力バス４５ａを介
して通信は１対１に限定されることなく、１対多の通信
手段を使用することも可能である。

【００３６】これにより、プロセッサ部４５は、入出力
バス４５ａを介して、主制御部４１から直接にあるいは
他の副制御部４２を介して入力される制御信号により制
御モード，モータの目標角度，目標電流値，追従速度等
を設定する。また、プロセッサ部４５は、入出力バス４
５ａを介して、直接にあるいは他の副制御部４２を介し
て主制御部４１に対して現在の制御モード，現在の目標
位置，現在のモータ角度，現在の電流値等を出力する。

【００３７】さらに、プロセッサ部４５はセンサ入力部
４５を備えている。このセンサ入力部４５には、各種セ
ンサ、例えば傾斜計，速度計，角加速度計，圧力計，ポ
テンショメータ，エンコーダ等が接続され、これらのセ
ンサからセンサ入力部４５を介してアナログまたはデジ
タルの検出信号が入力される。これにより、プロセッサ
部４５は、これらの検出信号を入出力バス４５ａを介し
て主制御部４１に出力する。例えば、プロセッサ部４５
は、このセンサ入力部４５ａを介して、対応する関節部
の関節駆動用モータＭに備えられた、例えばロータリエ
ンコーダ等からの角度情報とモータの電流値が入力さ
れ、この角度情報及び電流値を入出力バス４５ａから主
制御部４１に出力するようになっている。

【００３８】上記ドライバ部４６は、担当する関節部の
各関節駆動用モータに対してそれぞれ一つづつ設けられ
ており、プロセッサ部４５からの制御信号に従って、対
応する関節駆動用モータを駆動するようになっている。

【００３９】なお、プロセッサ部４５はデジタル回路と
して構成されており、プロセッサ部４５から出力される
制御信号はデジタル信号である。そして、ドライバ部４
６は、プロセッサ部４５からのデジタル信号としての制
御信号を電流増幅することにより、アナログ信号である
モータ駆動信号を生成するようになっている。従って、
アナログ信号はドライバ部４６内のみに限定されること
になり、デジタル信号から分離されることになる。

【００４０】本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボ
ット１０は以上のように構成されており、以下のように
動作する。即ち、歩容生成部３７が要求動作に基づいて
歩容データを生成し、動作制御装置４０の主制御部４１
の補償部４４に出力する。また、双方の足部１４Ｌ，１
４Ｒに備えられた力センサ（図示せず）がそれぞれ力を
検出して補償部４４に出力すると共に、角度計測ユニッ
ト４３が各関節部の関節駆動用モータＭの角度位置を計
測して補償部４４に出力する。

【００４１】これにより、補償部４４が、力センサから
の検出出力に基づいて床反力を演算して、この床反力及
び角度計測ユニット４４からの各関節部の関節駆動用モ
ータＭの角度位置に基づいて歩容データを修正し、副制
御部４２に出力する。副制御部４２のプロセッサ部４５
は、この修正した歩容データに基づいて各関節駆動用モ
ータＭの制御信号を生成し、ドライバ部４６に出力す
る。そして、ドライバ部４６が、この制御信号に基づい
て各関節部の関節駆動用モータＭを駆動する。このよう
にして、二脚歩行式人型ロボット１０は、要求動作に対
応して歩行等の動作を行なうことになる。

【００４２】ここで、上記プロセッサ部４５は、図５の
フローチャートに示すコマンド処理及び図６のフローチ
ャートに示すモータ駆動処理にて、以下のように動作す
る。先ず、図５に示すコマンド処理において、ステップ
Ａ１にて、プロセッサ部４５は入出力バス４５ａを介し
て主制御部４４から外部コマンドとして制御信号を受信
する。これにより、ステップＡ２にて、プロセッサ部４
５はこの制御信号をコマンド解析し、どのコマンドであ
るかを判断する。そして、プロセッサ部４５は、ステッ
プＡ３にて、このコマンドが内部状態を外部に報告する
コマンドである場合には、ステップＡ４にて当該コマン
ドが指定する内部状態のデータを取得して、ステップＡ
５にて主制御部４４に転送する。

【００４３】また、上記ステップＡ３にて、このコマン
ドが内部状態を外部に報告するコマンドでない場合に
は、さらにステップＡ６にて、このコマンドが外部から
の設定コマンドである場合には、ステップＡ７にて、プ
ロセッサ部４５は当該コマンドが指定する内部状態を当
該コマンドが指定した値に設定した後、ステップＡ８に
てモータ駆動処理に設定更新の旨を通知し、さらにステ
ップＡ９にて設定更新の旨を主制御部４４に返答する。
なお、上記ステップＡ６にて、このコマンドが外部から
の設定コマンドでない場合には、プロセッサ部４５は、
このコマンドがプロセッサ部４５で認識できないもので
あるとして、ステップＡ１０にてその旨を主制御部４１
に返答する。

【００４４】次に、図６に示すモータ駆動処理において
は、ステップＢ１にて、プロセッサ部４５は現在の制御
モードを判断する。そして、現在の制御モードが位置制
御モードである場合には、プロセッサ部４５は、ステッ
プＢ２にて、与えられた目標角度に追従するように公知
のＰ制御，ＰＤ制御またはＰＩＤ制御等を利用して、角
度計測ユニット４１からの角度位置（測定誤差）に基づ
いて関節駆動用モータＭの制御信号をドライバ部４６に
出力し、ドライバ部４６は、この制御信号から例えばＰ
ＷＭ信号を生成して、ステップＢ３にて、対応する関節
駆動用モータＭに出力して当該モータＭを駆動する。そ
して、プロセッサ部４５は、ステップＢ４にて、当該関
節駆動用モータＭの現在の角度位置を角度計測ユニット
４１から取得してモータの角速度を計算する。

【００４５】また、現在の制御モードがトルク制御モー
ドである場合には、プロセッサ部４５は、同様にして、
ステップＢ５にて、与えられた目標電流値に追従するよ
うに公知のＰ制御，ＰＤ制御またはＰＩＤ制御等を利用
して、モータの現在の電流値に基づいて関節駆動用モー
タＭの制御信号をドライバ部４６に出力し、ドライバ部
４６はこの制御信号から例えばＰＷＭ信号を生成して、
ステップＢ６にて、対応する関節駆動用モータＭに出力
して当該モータＭを駆動する。そして、プロセッサ部４
５は、ステップＢ７にて、当該関節駆動用モータＭの現
在の電流値を取得する。

【００４６】さらに、現在の制御モードがブレーキモー
ドである場合には、プロセッサ部４５は、ステップＢ８
にてブレーキモードの設定を行ない、関節駆動用モータ
Ｍに対して現在の角度位置を保持するように指令を与え
る。また、現在の制御モードがフリーモードである場合
には、プロセッサ部４５は、ステップＢ９にてフリーモ
ードの設定を行ない、関節駆動用モータＭのためのドラ
イバ部４６への信号を遮断して、当該関節駆動用モータ
Ｍが外部の力によって自由回転し得るようにする。

【００４７】上述したコマンド処理及びモータ駆動処理
は、電源投入直後だけではなく任意の時間間隔で繰返し
行なわれることにより、そのときのロボットの状態に対
応して迅速に制御モードを切り換え、関節駆動用モータ
Ｍの駆動制御を行なうことによって、ロボットの多様な
動作を行なわせることが可能になる。

【００４８】例えば、二脚歩行式人型ロボット１０が、
図７（Ａ）に示すように、位置制御モードで、通常の動
作として机５０上にてカップ５１の物体把持操作を行な
っているときに、図７（Ｂ）に示すように、突然の外部
事象の発生により、同様に机５０上に載置されたボール
５２が落下した場合、二脚歩行式人型ロボット１０はこ
れに対処するためにトルク制御モードに切り換えて、図
７（Ｃ）に示すように素早く落下したボール５２を把持
することができる。その後は通常の位置制御モードに戻
すことにより、二脚歩行式人型ロボット１０は通常の動
作を行なう。

【００４９】これにより、通常は、位置制御モードに
て、比較的低い応答速度及びモータ制御のゲインによっ
て省電力を図ると共に、ロボット各部の機構に対する負
荷を軽減し、必要な場合にはトルク制御モードに切り換
えて、一時的にトルク制御モードに切り換えて、応答速
度やモータ制御のゲインを上げることによって素早い動
作を実現することができる。

【００５０】このようにして、本発明実施形態による二
脚歩行式人型ロボット１０によれば、動作制御装置を構
成する主制御部及び複数の副制御部のうち、各副制御部
がそれぞれ複数の関節部の関節駆動用モータに対応して
設けられている。従って、同じ個数の関節部に関して、
従来と比較して副制御部が少なくて済み、部品コスト及
び組立コストが低減されると共に、特に副制御部が主制
御部に対してバス型に接続される場合には、主制御部と
副制御部とを接続する配線の省配線化が可能になり、関
節部の円滑な駆動が保証され得る。また、副制御部４２
のプロセッサ部４５は、アナログ信号から分離されるこ
とにより、ノイズの影響が低減され確実に動作すること
になる。

【００５１】上述した実施形態においては、脚部１２
Ｌ，１２Ｒは６自由度を、そして腕部１３Ｌ，１３Ｒは
５自由度を、腰部は２自由度を、そして頚部は２自由度
を有しているが、これに限らず、より小さい自由度また
はより大きい自由度を有していてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、二
脚歩行式人型ロボットが全身運動を行なう際、動作制御
装置の主制御部が、要求動作に対応する歩容データに基
づいて各駆動手段を駆動制御信号を生成して、対応する
駆動手段に関連付けられた副制御部にＬＡＮを介して出
力する。これにより、副制御部は、プロセッサ部により
主制御部からの駆動制御信号に基づいて対応する各駆動
手段毎に制御信号を演算して、各駆動手段に対応するド
ライバ部に出力する。そして、ドライバ部がプロセッサ
部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動す
る。このようにして、各駆動手段が、それぞれ対応する
ドライバ部により駆動されることによって各関節部が歩
容データを実現するために動作し、全体として二脚歩行
式人型ロボットが所望の全身運動を行なうことになる。

【００５３】この場合、動作制御装置の各副制御部が、
それぞれ複数の関節部に対応して設けられていることか
ら、従来の各関節部に一つづつ副関節部が設けられてい
る場合に比較して、副制御部の数が低減されることにな
る。従って、主制御部と各副制御部との間の配線も少な
くなり、配線が簡略化され得ることになると共に、各関
節部の駆動が円滑に行なわれる。このようにして、本発
明によれば、動作制御装置の配線を簡略化して円滑な動
作を可能にした、極めて優れた二脚歩行式人型ロボット
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による二脚歩行式人型ロボットの一実施
形態の外観を示し、（Ａ）は概略正面図、（Ｂ）は概略
側面図である。

【図２】図１の二脚歩行式人型ロボットの機械的構成を
示す概略図である。

【図３】図１の二脚歩行式人型ロボットの電気的構成を
示すブロック図である。

【図４】図１の二脚歩行式人型ロボットにおける副制御
部の構成を示すブロック図である。

【図５】図１の二脚歩行式人型ロボットにおける動作制
御装置の副制御部コマンド処理を示すフローチャートで
ある。

【図６】図１の二脚歩行式人型ロボットにおける動作制
御装置の副制御部のモータ駆動処理を示すフローチャー
トである。

【図７】図１の二脚歩行式人型ロボットによる落下物の
把持動作を順次に示す概略図である。

【符号の説明】

１０二脚歩行式人型ロボット１１胴体部１１ａ上部１１ｂ下部１１ｃ前屈部１１ｄ，１１ｅ関節部（関節駆動用モータ）１２Ｌ，１２Ｒ脚部１３Ｌ，１３Ｒ腕部１４頭部１５Ｌ，１５Ｒ大腿部１６Ｌ，１６Ｒ下腿部１７Ｌ，１７Ｒ足部１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒ関節部（関節駆動
用モータ）２１Ｌ，２１Ｒ膝部２５Ｌ，２５Ｒ上腕部２６Ｌ，２６Ｒ下腕部２７Ｌ，２７Ｒ手部２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ関節部（関節駆
動用モータ）３１Ｌ，３１Ｒ肘部３５，３６関節部（関節駆動用モータ）３７歩容生成部４０動作制御装置４１主制御部４２副制御部４３角度計測ユニット４４補償部４５プロセッサ部４６ドライバ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北野宏明埼玉県川越市西小仙波町２−18−３Ｆターム(参考） 3C007 CS08 HS27 JS03 JS06 LT00 LU07 LV00 WA03 WA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可
能な中間に膝部，下端に足部を備えた脚部と、胴体部の
上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備え
た腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備
えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手
部，下腕部及び上腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺
動させる複数個の駆動手段と、要求動作に対応する歩容
データに基づいて各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動
作制御装置と、を有しており、上記動作制御装置が、胴体部に設けられた主制御部と、
各駆動手段に隣接して分散配置された複数の副制御部
と、から構成されている二脚歩行式人型ロボットであっ
て、上記各副制御部が主制御部に対してそれぞれＬＡＮ接続
されていると共に、各副制御部が、主制御部からの駆動制御信号に基づいて
少なくとも一つの対応する駆動手段のための制御信号を
演算するプロセッサ部と、プロセッサ部からの制御信号
に基づいて対応する駆動手段を駆動するドライバ部と、
を含んでいることを特徴とする、二脚歩行式人型ロボッ
ト。
【請求項２】前記ドライバ部が、駆動手段を駆動する
制御モードとして、位置制御モード，トルク制御モー
ド，フリーモード及びブレーキモードを備えており、前記主制御部が、歩容データに基づいて制御モード選択
信号及び制御信号をドライバ部に出力することを特徴と
する、請求項１に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項３】前記各副制御部が、対応する駆動手段に
対してそれぞれ一つのドライバ部を備えていることを特
徴とする、請求項１または２に記載の二脚歩行式人型ロ
ボット。
【請求項４】前記各副制御部が、主制御部に対してネ
ットワーク接続されていることを特徴とする、請求項１
から３の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項５】前記各副制御部のプロセッサ部が、対応
する駆動手段から入力される角度位置及び制御モードの
現在値を、主制御部に出力することを特徴とする、請求
項１から４の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。