JP2004351551A - ロボットの制御装置およびロボットの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができるロボットの制御装置およびロボットの制御方法を提供する。
【解決手段】多関節形のロボットのそれぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数の各サーボコントローラに対して、各関節の動作を指示する制御データを、メインコントローラから共通バスを介して送信するロボットの制御において、各サーボコントローラは、自己に対する制御データの受信のみに基づいて、担当する各関節の駆動制御を完結可能に構成され、ロボット内の各関節の状態を検出し（Ｓ２１、Ｓ３１）、検出された各関節の状態に基づいて、各関節の次の動作のための目標を設定し、設定された目標に基づいて制御データを導出し（Ｓ２２，Ｓ３２）、導出された制御データを共通バスを介して送信することを特徴とする。
【選択図】 図１４
【解決手段】多関節形のロボットのそれぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数の各サーボコントローラに対して、各関節の動作を指示する制御データを、メインコントローラから共通バスを介して送信するロボットの制御において、各サーボコントローラは、自己に対する制御データの受信のみに基づいて、担当する各関節の駆動制御を完結可能に構成され、ロボット内の各関節の状態を検出し（Ｓ２１、Ｓ３１）、検出された各関節の状態に基づいて、各関節の次の動作のための目標を設定し、設定された目標に基づいて制御データを導出し（Ｓ２２，Ｓ３２）、導出された制御データを共通バスを介して送信することを特徴とする。
【選択図】 図１４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人間形（ヒューマノイド）の脚式歩行（２足歩行）ロボット等の多関節形のロボットの制御装置およびロボットの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のロボットの制御においても、１つのプロセッサ（コントローラ）による制御では負荷が過大となりすぎる場合に対応して、他の分野の高度な情報処理等と同様に、複数のプロセッサで負荷を分担して制御するいわゆるマルチプロセッサ化が図られている。この場合、複数のプロセッサのうちのいずれか１のプロセッサをメインプロセッサとし、各関節等を担当する他のプロセッサをサブプロセッサ（スレーブプロセッサ）として、メインプロセッサが、予めスケジュールされたプログラムに従って、各サブプロセッサに動作（処理）の指示を与え、次の処理に必要なサブプロセッサからの処理結果が揃うのを待ってから、次の処理に移行する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８３１１０号公報（図１３等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のロボットの制御では、基本的には他の高度な情報処理分野におけるマルチプロセッサ化の技術を真似ているため、高機能化・高速化には向いているものの、それに適した高機能ではあるが高価なプロセッサやプロセッサ間通信が用いられるので、低価格化の要請には対応できない。かといって、低速（小さな通信容量や低い通信速度）の例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用して、同様のマルチプロセッサの手法を採用したのでは、低価格化は図れても、例えば人間形ロボット等の実時間（リアルタイム）制御には、低速すぎて実用に耐えないものとなる。
【０００５】
本発明は、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができるロボットの制御装置およびロボットの制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、多関節形のロボットの複数の関節に対応して、それぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラと、前記複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、共通バスを介して送信するメインコントローラと、前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出手段と、を備えたロボットの制御装置であって、前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、前記メインコントローラは、検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定手段と、設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成手段と、生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の制御方法は、多関節形のロボットの複数の関節に対応してそれぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、メインコントローラから共通バスを介して送信するロボットの制御方法であって、前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出工程と、検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定工程と、設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成工程と、生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この制御装置および制御方法では、各関節の制御を担当する各サーボコントローラに対して、メインコントローラから共通バスを介して制御データを送信し、その制御データのみに基づいて各関節の制御を行う。この場合、各サーボコントローラは、それぞれ単一の関節の制御のみを担当するため、自己に対する制御データの受信のみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成されている。このため、制御の種類等を指示するコマンド等をメインコントローラから改めて受信する必要がなく、共通バスを利用した通信を最小限に押さえることができ、これにより、低速ではあっても低価格な例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用し易くなる。また、各関節の状態は検出されているので、メインコントローラでは、各サーボコントローラによる処理結果を待つための待ち合わせ処理等を行う必要がなく、目標設定その他の処理に専念できるので、全体として処理を高速化でき、リアルタイム制御にも適したものになる。すなわち、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る脚式歩行ロボットについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。この脚式歩行ロボットは、２足歩行の小型ロボット（身長３０ｃｍ程度）であり、歩行動作において、いわゆる静的歩行を行うように設計されている。
【００１０】
図１に示すように、この脚式歩行ロボット（以下単に「ロボット」）１は、頭部Ｈ１、胴部１０、一対の腕部（右腕部Ｒ６１、左腕部Ｌ６１）および一対の支持脚部（以下単に「脚部」：右脚部Ｒ１１、左脚部Ｌ１１）を備えている。また、図２に示すように、制御系の中枢となるメインコントローラ２０を胴部１０に内蔵し、頭部Ｈ１、右腕部Ｒ６１および左腕部Ｌ６１の各制御部、並びに、右脚部Ｒ１１および左脚部Ｌ１１の各制御部（右脚制御部Ｒ２１、左脚制御部Ｌ２１）と、ＵＳＢ等のバス（シリアルバス）Ｈ１Ｂ並びに２１Ｂを介して、接続されている。このロボット１は、ロボット中心点Ｐを考慮しながら、一対の脚部である右脚部Ｒ１１と左脚部Ｌ１１を交互に踏み出し動作して２足歩行するものである。このため、説明の都合上、以下では、胴部１０および脚部１１（右脚部Ｒ１１、左脚部Ｌ１１）を中心に説明し、頭部Ｈ１、右腕部Ｒ６１および左腕部Ｌ６１についての説明は適宜省略する。
【００１１】
なお、上述の「ロボット中心点」は、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ ：床圧力によるモーメントがゼロになる床面上の点）の意味を含むものとする。また、参照符号の「Ｒ〜」および「Ｌ〜」は、それぞれ「右」および「左」を示すが、以下、左右共通の事項に関しては、これらを代表して「Ｒ」や「Ｌ」を省略して説明する。例えば上記の一対の脚部は、個別には「右脚部Ｒ１１」や「左脚部Ｌ１１」であるが、左右共通の事項に関しては、「脚部１１」のように説明する。また、姿勢の３自由度の軸を、図４（ａ）に示すように、ロール軸（Ｒ軸）、ピッチ軸（Ｐ軸）、ヨー軸（Ｙ軸）とする。また、同図（ｂ）のように実際の構造体（機構構成要素）の形態によって複数の軸を兼ねる様子を示すこともあるが、本実施形態では、実際の形態（構造）に拘わらず、同図（ｃ）に示すように、各軸の要素（機構構成要素）を単一の軸要素によって示し、参照符号を「〜Ｒ」（ロール軸）、「〜Ｐ」（ピッチ軸）、「〜Ｙ」（ヨー軸）とする。
【００１２】
まず、図１〜図３に示すように、脚部１１は、股関節部（股関節駆動ユニット）１２と、大腿部１３と、膝関節部（膝関節駆動ユニット）１４と、頸部１５と、足首関節部（足首関節駆動ユニット）１６と、足部（足平部、足部本体）１７と、を備えている。
【００１３】
股関節部１２は、図１〜図３および図５に示すように、股関節ヨー軸１２Ｙと、股関節ロール軸１２Ｒと、股関節ピッチ軸１２Ｐと、これらの駆動と各回転角の検出を行う股関節駆動・検出部３２と、これらの制御のための股関節制御部４２と、動力を大腿部１３に伝達する図外の動力伝達機構（以下同様に「動力伝達機構」は図示省略）と、を備えている。
【００１４】
股関節駆動・検出部３２は、股関節ヨー軸１２Ｙを中心に大腿部１３を正逆回動（動作）させるためにその回転角（ヨー角）を制御可能に駆動する股関節ヨー角モータ２ＹＭと、駆動された実際のヨー角を検出する股関節ヨー角センサ（例えばポテンショメータ）２ＹＳと、同様に、股関節ロール軸１２Ｒの回転角（ロール角）を制御可能に駆動する股関節ロール角モータ２ＲＭと、そのロール角を検出する股関節ロール角センサ２ＲＳと、股関節ピッチ軸１２Ｐの回転角（ピッチ角）を制御可能に駆動する股関節ピッチ角モータ２ＰＭと、そのピッチ角を検出する股関節ピッチ角センサ２ＰＳと、を備えている。
【００１５】
股関節制御部４２は、図外のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等をそれぞれ有するサーボコントローラ２ＹＢ、２ＲＢおよび２ＰＢと、同様の構成のセンシングコントローラ２ＹＣ、２ＲＣおよび２ＰＣと、を備え、バス２１Ｂを介して胴部１０のメインコントローラ２０と接続され、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携（連動）しつつ、股関節部１２内各部を制御している。ここで、各サーボコントローラ２ＹＢ、２ＲＢおよび２ＰＢは、それぞれメインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいて、各モータ２ＹＭ、２ＲＭおよび２ＰＭの駆動を制御し、各センシングコントローラ２ＹＣ、２ＲＣおよび２ＰＣは、各センサ２ＹＳ、２ＲＳおよび２ＰＳからの検出信号を、それぞれメインコントローラ２０に検出制御データとして出力（報告）する。
【００１６】
膝関節部１４は、図１〜図３および図６に示すように、膝関節ピッチ軸１４Ｐと、その駆動と回転角の検出を行う膝関節駆動・検出部３４と、これらの制御のための膝関節制御部４４と、動力を頸部１５に伝達する動力伝達機構と、を備えている。膝関節駆動・検出部３４は、膝関節ピッチ軸１４Ｐを中心に脛部１５を正逆回動（動作）させるためのピッチ角を制御可能に駆動する膝関節ピッチ角モータ４ＰＭと、そのピッチ角を検出する膝関節ピッチ角センサ４ＰＳと、を備えている。
【００１７】
膝関節制御部４４は、上述の股関節制御部４２と同様に、バス２１Ｂを介してメインコントローラ２０と接続され、メインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいてモータ４ＰＭの駆動を制御する上述同様のサーボコントローラ４ＰＢと、同様にセンサ４ＰＳからの検出信号をメインコントローラ２０に検出制御データとして出力するセンシングコントローラ４ＰＣと、を備え、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携して、膝関節部１４内各部を制御している。
【００１８】
足首関節部１６は、図１〜図３および図７に示すように、足首関節ピッチ軸１６Ｐと、足首関節ロール軸１６Ｒと、これらの駆動と各回転角の検出を行う足首関節駆動・検出部３６と、これらの制御のための足首関節制御部４６と、動力を足平部１７に伝達する動力伝達機構と、を備えている。足首関節駆動・検出部３６は、足首関節ピッチ軸１６Ｐを中心に足平部１７を正逆回動（動作）させるためのピッチ角を制御可能に駆動する足首関節ピッチ角モータ６ＰＭと、そのピッチ角を検出する足首関節ピッチ角センサ６ＰＳと、同様に、足首関節ロール軸１６Ｒのロール角を制御可能に駆動する足首関節ロール角モータ６ＲＭと、そのロール角を検出する足首関節ロール角センサ６ＲＳと、を備えている。
【００１９】
足首関節制御部４６は、上述の股関節制御部４２等と同様に、バス２１Ｂを介してメインコントローラ２０と接続され、メインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいて各モータ６ＰＭおよび６ＲＭの駆動を制御する上述同様のサーボコントローラ６ＰＢおよび６ＲＢと、同様に各センサ６ＰＳおよび６ＲＳからの検出信号をメインコントローラ２０に検出制御データとして出力するセンシングコントローラ６ＰＣおよび６ＲＣと、を備え、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携して、足首関節部１６内各部を制御している。
【００２０】
足平部１７は、図１〜図３および図８〜図１１に示すように、足平部１７の下側に固定され下面の平面形状に対応して略方形に形成された足裏プレート１７Ｓと、足裏プレート１７Ｓの状態を検出する足裏検出部（足裏センサ部）３７と、検出結果に基づく制御を行うための足裏制御部４７と、を備えている。
【００２１】
足裏検出部３７は、それぞれ気体センサから成りそれぞれ進行方向（歩行方向：図示の太い矢印（←）の方向）に向かって足裏プレート１７Ｓの左前（ＬＦ）、右前（ＲＦ）、左後（ＬＢ）および右後（ＲＢ）の接地圧力を検出する４つの圧力センサ７ＬＦＳ、７ＲＦＳ、７ＬＢＳおよび７ＲＢＳ（以下、各センサを区別無く総称するときには「圧力センサ７Ｓ」という）と、４つの各圧力センサ７Ｓの収容ケースを兼ねる箱状のセンサホルダ５１と、を備えている。そして、４つの圧力センサ７Ｓは、相互に離間するように、平面視略方形に形成された足裏検出部３７の４隅にそれぞれ配設されている。
【００２２】
なお、実施形態における４つの（気体）圧力センサ７Ｓは、足裏プレート１７Ｓの中心線に対し左右対称であって、相互の中心軸を結ぶ線が長方形を為すように配設されているが、これを、台形を為すように配設してもよい。また、これに代えて、足裏プレート１７Ｓの中心線に対し左右対称であって、相互の中心軸を結ぶ線が２等辺三角形を為すように配設した、３つの圧力センサ７Ｓで構成してもよい。
【００２３】
センサホルダ５１は、ケース状のホルダ本体５２と、ホルダ本体５２の上側に設けたトッププレート５３と、ホルダ本体５１の下側に設けたボトムプレート５４とから成り、ホルダ本体５２には、４つの圧力センサ７Ｓを収容する４つのセンサ収容部５２ａが形成されている。トッププレート５３の下面には、４つのセンサ収容部５２ａから外れるように４つのボス部５３ａが突出しており、このボス部５３ａに、足裏検出部３７を固定するためのねじが上側から螺合するようになっている。また、ボトムプレート５４には、４つの圧力センサ７Ｓの検出子７４が貫通する４つのガイド孔（貫通孔）５４ａが形成されている。
【００２４】
各圧力センサ７Ｓは、センサ本体７１と、センサ本体７１の下側に連なる圧力室７２と、圧力室７２の下部開放端を気密に封止する封止膜体７３と、封止膜体７３に下側から当接してこれを押圧変形させる検出子７４とを有している。また、封止膜体７３の上側に位置して、変形した封止膜体７３を基準姿勢に復帰付勢する復帰ばね（コイルばね）５５ａおよび当て板５５ｂから成る復帰部材５５を有している。
【００２５】
検出子７４の圧力（足着反力）が作用すると、検出子７４が上動し、復帰部材５５のばね力に抗して封止膜体７３を押圧変形させる。この変形により、圧力室７２が収縮し内部圧力が高まりこの圧力をセンサ本体７１が検出するようになっている。この状態から、検出子７４に加わる圧力が減少すると、復帰ばね５５ａにより当て板５５ｂが押され、封止膜体７３および検出子７４が元の基準姿勢に復帰（復元）する。
【００２６】
センサ本体７１は、シリコン７５ａをダイアフラム構造に加工し、これにピエゾ抵抗等に基づくゲージセンサ７５ｂを作り込んだチップ７５を、圧力室７２に連なるガラス基板のパッケージ７６に収容したものである。そして、連通孔７６ａを形成したパッケージ７６の突出部分７６ｂを、圧力室７２に連なる開口に嵌合（気密に接着）して、圧力室７２に臨ませるようにしている。
【００２７】
圧力室７２は、主要部が上記のセンサ収容部５２ａで構成されており、天面に形成した下向きの上環状溝５５ｃに上記の復帰ばね５５ａが収容されている。また、円形に形成された当て板５５ｂの上面には、復帰ばね５５ａを受ける上向きの下環状溝５５ｄが形成されている。すなわち、復帰ばね５５ａは、上環状溝５５ｃを受けとして下環状溝５５ｄを介して当て板５５ｂを下方に付勢している。封止膜体７３は、シリコンゴム等で構成された円形の膜体であり、圧力室７２の下部開放端を閉塞するようにホルダ本体５２の下面に気密に接着されている。
【００２８】
検出子７４は、封止膜体７３に接触する円形板部７４ａと、円形板部７４ａから下方に延びる軸部７４ｂとから成り、断面略「Ｔ」字状に形成されている。軸部７４ｂは、上記のボトムプレート５４の貫通孔５４ａに対し上下方向にスライド自在に係合しており、貫通孔５４ａの縁部に相当するボトムプレート５４の上面が検出子７４の下動端位置を位置規制している。すなわち、封止膜体７３が水平な基準姿勢に復帰した状態で、検出子７４がボトムプレート５４の上面に当接するようになっている。軸部７４ｂの下端は半球状に形成され、この下端で検出子７４が足裏プレート１７Ｓに接着或いはねじ止め固定されている（図示のものは「ねじ止め」）。
【００２９】
足裏プレート１７Ｓは、厚手の樹脂板または金属板で構成されており、図示では省略したが、その足裏面となる下面には滑止め用のシートが貼着され、或いは滑止め用の加工が施されている。そして、足裏プレート１７Ｓの下面の４隅には円形の浅溝１７Ｓａが形成され、この各浅溝１７Ｓａの中心位置に、各圧力センサ７Ｓの検出子７４に螺合する固定ねじ１７Ｓｂが設けられている。すなわち、足裏プレート１７Ｓは、４つの圧力センサ７Ｓを相互に連結するように設けられている。
【００３０】
このように、足平部１７の裏面に設けた４つの圧力センサ７Ｓを足裏プレート１７Ｓで連結するようにしているため、足着の際の床面からの反力（接地圧力）を４つの圧力センサ７Ｓの圧力値の総和として検出することができるとともに、４つの圧力センサ７Ｓの圧力値を比較することにより、体躯の傾きなども検出することができる。また、両方の足平部１７の各４つの圧力センサ７Ｓの検出結果から、水平面内における重心位置（ロボット中心点）Ｐも検出できる。
【００３１】
なお、本実施形態では、足裏検出部３７と足裏プレート１７Ｓとを分けて構成しているが、一体化して足裏プレート１７Ｓを省略することも可能である。かかる場合には、上記検出子７４の下端を平板状とし、各検出子７４の接地面積を大きくすることが好ましい。さらに、実施形態では、圧力センサ７Ｓとして気体センサを用いたが、足裏反力（接地圧力）を検出可能なものであればセンサの種類は限定されるものではない。
【００３２】
次に、図１〜図３に示すように、腕部６１（右腕部Ｒ６１、左腕部Ｌ６１）は、胴部１０に対し腕部６１をロール方向に回動させるための肩関節ロール軸６１Ｒと、ヨー方向に回動させるための肩関節ヨー軸６１Ｙと、これらを駆動する図外の（肩関節ロール駆動機構と肩関節ヨー駆動機構と各回転角のセンサ等を有する）腕駆動・検出部と、バスＨ１Ｂを介して接続された胴部１０のメインコントローラ２０と連携して腕部６１内各部を制御するための図外の腕制御部と、腕部６１内各部を作動させるための動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３３】
また、頭部Ｈ１は、人間が頭部に有する目、鼻、口等の各機能を擬似的に実現するための光（画像）や音（振動）などについての各種センサや各種ドライバ（図示省略）と、バスＨ１Ｂを介して接続されたメインコントローラ２０と連携して頭部Ｈ１内各部を制御するための図外の頭制御部と、頭部Ｈ１内各部（目、口等）に動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３４】
また、胴部１０には、メインコントローラ２０と、図外の電源ユニットと、胴部１０内各部に動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３５】
メインコントローラ２０は、ＣＰＵ２１０と、ＲＯＭ２２０と、ＲＡＭ２３０と、周辺制御回路（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ：以下「Ｐ−ＣＯＮ」）２４０と、を備え、互いに内部バス２０Ｂにより接続されている。ＲＯＭ２２０は、ＣＰＵ２１０で処理する制御プログラムを記憶する制御プログラム領域２２１と、各部制御の基礎（基準）となる仕様データや基準データ等の制御データを記憶する制御データ領域２２２を有している。
【００３６】
ＲＡＭ２３０は、制御テーブル領域２３１と、情報テーブル領域２３２と、を有し、各種処理の作業領域として使用される。制御テーブル領域２３１には、ロボット１内各制御部のサーボコントローラ（例えば図５で前述のサーボコントローラＲ２ＹＢ等：以下、各サーボコントローラＲ〜Ｂ、Ｌ〜Ｂなどを区別無く総称するときには「サーボコントローラＳＢＣ」という）に送出（指令）する駆動制御データの元になる制御テーブルが記憶される。また、情報テーブル領域２３２には、ロボット１内各制御部のセンシングコントローラ（例えば図５で前述のセンシングコントローラＲ２ＹＣ等：以下、各センシングコントローラＲ〜Ｃ、Ｌ〜Ｃなどを区別無く総称するときには「センシングコントローラＳＳＣ」という）から入力（報告）された検出制御データに基づく現在状態の情報テーブル（現状テーブル：リードテーブル：現状データ）や、それに基づいて（演算やテーブル参照によって）導出された次の目標状態の情報テーブル（目標テーブル：ムーブテーブル：目標データ）、などの情報テーブルが記憶される。
【００３７】
Ｐ−ＣＯＮ２４０には、ＣＰＵ２１０の機能を補うとともにロボット１内各制御部とのインタフェース（バスインタフェース）を行うための論理回路や種々の計時を行うタイマー等の機能回路などが、ゲートアレイやカスタムＬＳＩなどにより構成されて組み込まれている。このため、Ｐ−ＣＯＮ２４０は、各部のセンシングコントローラＳＳＣからの検出制御データをそのままあるいは加工して内部バス２０Ｂに取り込むとともに、ＣＰＵ２１０と連動して、ＣＰＵ２１０等から内部バス２０Ｂに出力された駆動制御データを、そのままあるいは加工して、各部のサーボコントローラＳＢＣに出力する。
【００３８】
そして、ＣＰＵ２１０は、上記の構成により、ＲＯＭ２２０内の制御プログラムや制御データに基づいて、Ｐ−ＣＯＮ２４０を介して各部からの検出制御データを入力し、それらが示す現状値から目標値やそのための制御値を導出して、ＲＡＭ２３０内の制御テーブルや情報テーブルを書き換えるなど、各種データ等を処理し、Ｐ−ＣＯＮ２４０を介して各部に駆動制御データを出力することにより、ロボット１全体を制御している。
【００３９】
次に、ロボット１の制御全体の処理フローについて、図１２を参照して説明する。なお、本処理および以下で説明する各種処理の処理フローは、ソフトウェア（プログラム：ファームウェアを含む）のみばかりでなく、その一部または全部をハードウェア（論理回路、機能回路等）によって実行するものも含むものとする。
【００４０】
同図に示すように、電源オン等により処理（Ｓ０）が開始すると、まず、適宜所定の初期設定を行い（Ｓ１）、次に、各種規定の優先順位によって規制された各種割込を許可し（Ｓ２）、何らかの割込が発生するまでは、そのままの状態を維持し（Ｓ３：Ｎｏ）、何らかの割込が発生すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、それぞれの割込処理に移行して（Ｓ４）、その割込処理が終了すると、再度、その状態を維持する（Ｓ３：Ｎｏ）。
【００４１】
例えば図１３に示すように、現在「静止」中のロボット１に対し、頭部Ｈ１に対する「前進」等の発声による音声認識やリモコン操作あるいは所定のスイッチ等の操作により、（前進）歩行が指示されると、（前進）歩行指示割込が発生して、（前進）歩行処理（Ｓ１０）が起動され、（前進）歩行プログラムに移行して（Ｓ１１）、処理（Ｓ１０）を終了する（Ｓ１２）。
【００４２】
この場合、例えばそれまでの静止処理等の制御プログラム等に代えて、歩行処理用の制御プログラム（歩行プログラム）をロードしても良いし、歩行プログラムのアドレスを指定するように（例えば歩行モードのセット（オン）等により）処理モードの切替等を行っても良い。これらにより、全体として各種割込に対するロボット１の処理（対応）が、「歩行」に適合したものとなる。また、この歩行プログラム実行中の状態遷移（制御モードあるいは制御対象期間の遷移）は、同図（ｂ）に示すようになる（詳細は後述）。
【００４３】
なお、上記の前進歩行処理の例のほか、後進歩行処理その他、起動可能な種々の処理の例を考え得る。例えばレーザ光等により目前の障害物等を検出（監視）可能なセンサなどを頭部Ｈ１の目の機能等として備えておき、障害物検出による割込発生によって静止処理（静止プログラム）を起動したり、その後、その静止中に周囲（左右等）を確認して、その確認検出結果（による割込）に応じて、方向転換処理を起動したり、その方向転換処理後には、それを確認後、再度、歩行処理を起動するなど、起動可能な制御プログラムの種類やその起動方法としては、種々のものが考慮でき、且つ実現可能である。
【００４４】
また、ロボット１では、例えば図１４に示すように、クロック信号の分周信号などに基づく制御用の同期トリガ（ロボット１のように小型の場合、１ｍｓ程度以下の周期が望ましい）により、周期制御割込が発生すると、状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）が起動され、まず、全センサ検出結果を取得するため、全てのセンシングコントローラＳＳＣから検出制御データを入力し、ＲＡＭ２３０内の前述の現状テーブルを書き換え（Ｓ２１）、書き換えられた現状テーブルと、そのときの制御プログラム（例えば上述の歩行プログラム）に基づいて、演算やテーブル参照によって次の目標値を導出して、目標テーブルを書き換え（目標値設定）、現状テーブルの現状値と目標テーブルの目標値とから、目標値に一致させるための制御値を導出して、制御テーブルの書き換え（制御値導出）を行う（Ｓ２２）。
【００４５】
次いで、全サーボ（全関節）制御値を出力（指示）するため、その制御テーブルの値（制御値）を示す駆動制御データを、全てのサーボコントローラＳＢＣに出力して（Ｓ２３）、処理（Ｓ２０）を終了する（Ｓ２４）。
【００４６】
なお、上述の処理（Ｓ２０）の例は、定期的な制御処理を行う例、すなわちクロック等に同期して定期的（周期的）にメインコントローラ２０と各サーボコントローラＳＢＣや各センシングコントローラＳＳＣとの間の通信（以下「コントローラ間通信」）を行うことによってロボット１全体を制御する例、であるが、不定期（非同期）に制御処理を行うこともできる。
【００４７】
この場合、例えば図示の処理（Ｓ３０）のように、ロボット１内各部のセンサにより変化が検出され、そのセンサ毎に個別の個別検出割込が発生すると、個別検出・目標設定処理（Ｓ３０）が起動され、その割込要因となったセンサによる検出結果を取得するため、そのセンサを担当するセンシングコントローラＳＳＣから検出制御データを入力して、前述の現状テーブルを書き換え（Ｓ３１）、同様にそのときの制御プログラムに基づいて、目標値設定（目標テーブル書換）や制御値導出（制御テーブル書換）を行う（Ｓ３２：Ｓ２２と同じ）。
【００４８】
また、上述では、全サーボ（全関節）制御値出力（Ｓ２３）を行ったが、点線で図示のように、一旦、現状テーブルの現状値と目標テーブルの目標値と間で差があるもの、言い換えると現状と異なる状態に変化（動作）させる必要のあるもの、のみを抽出し（Ｓ３３）、その分の制御テーブルの値（制御値）を示す駆動制御データのみを、それに対応するサーボコントローラＳＢＣのみに出力（Ｓ３４）しても良く、これにより、差分があるものが少ない場合等において、コントローラ間通信を効率化・短縮化できる。
【００４９】
ところで、上述の目標値設定・制御値導出処理（Ｓ２２またはＳ３３）では、例えば図１５に示すように、処理（Ｓ４０：Ｓ２２やＳ３２のためのサブルーチン）が起動されると、まず、足裏圧平均化（導出）処理を行う（Ｓ４１）。
【００５０】
なお、例えばこの「足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）」で導出された制御値に従って処理（制御）を実行すれば、「足裏圧平均化」を行うことができるが、本処理（Ｓ４０）では、目標値設定や制御値導出までを行うので、以下に説明する全ての処理は導出処理となる（この意味で「導出」と括弧書きしている）。
【００５１】
また、以下では、説明の都合（効率化）上、左足平部Ｌ１７の足裏左前センサＬ７ＬＦＳ、足裏右前センサＬ７ＢＦＳ、足裏左後センサＬ７ＬＢＳおよび足裏右後センサＬ７ＢＦＳを、センサ▲１▼、▲２▼、▲３▼および▲４▼とし、同様に右足平部Ｒ１７についてのセンサＲ７ＬＦＳ〜Ｒ７ＢＦＳを、センサ▲５▼〜▲８▼とする（図１７等参照）。また、左足平部Ｌ１７単独で検出された接地圧力（床反力）のみから求められる重心（床面に投影した重心：以下同じ）を左足重心（左足重心点）ＬＰとし、左足重心ＬＰの目標点を左足目標点（左足中心点、左足重心目標点）ＬＤとし、同様に右足平部Ｒ１７についての重心を右足重心（右足重心点）ＲＰ、目標点を右足目標点（右足中心点、右足重心目標点）ＲＤとし、さらにロボット１全体としての重心を前述のロボット中心点（重心、重心点）Ｐ、その目標点を目標点（重心目標点）Ｄとする。
【００５２】
ここで、例えば図１６に示すように、左足のセンサ▲１▼の出力値（検出値：圧力値）が１００（単位は省略：以下「▲１▼＝１００」のように示す）、同様に▲２▼＝２００、▲３▼＝２００、▲４▼＝４００の場合、総和は（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＝）９００であり、現状では概ね図示の▲１▼▲４▼を結ぶ対角線上の▲４▼に近い位置に左足重心点ＬＰがあるが、▲１▼〜▲４▼の各検出値の全てが平均値２２５と一致したときに、左足目標点ＬＤに一致するので、この場合、上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）では、左足目標点ＬＤを目標値として、現状値である左足重心点ＬＰを図示の矢印の方向に移動させて左足目標点ＬＤに一致させるための制御値を、演算またはテーブル参照等によって求める（導出する）。
【００５３】
より具体的には、前後の差分だけ、すなわち▲１▼と▲２▼の和と▲３▼と▲４▼の和との差（（▲１▼＋▲２▼）−（▲３▼＋▲４▼））を解消（相殺）する分だけ、足首関節ピッチ軸Ｌ１６Ｐを回転させるための制御値を導出する。この値は、サーボコントローラＬ６ＰＢを介して足首関節ピッチ角モータＬ６ＰＭを駆動するための駆動制御データの元値となる。同様に、左右の差分（（▲１▼＋▲３▼）−（▲２▼＋▲４▼）に相当する分）の相殺分だけ足首関節ピッチ軸Ｌ１６Ｒを回転させるための制御値を導出し、サーボコントローラＬ６ＲＢを介して足首関節ロール角モータＬ６ＲＭを駆動するための駆動制御データの元値とする。
【００５４】
そして、上述と同様のことを右足のセンサ▲５▼〜▲８▼に対して行うことで、右平足Ｒ１７について、右足目標点ＲＤに右足重心点ＲＰを一致させるための制御値を導出する。
【００５５】
上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）が終了すると、図１５に示すように、次に、静止時（すなわち現在処理中の制御プログラムが静止プログラムである場合あるいは処理モードが静止モードである場合等）か否かを判別し（Ｓ４２）、静止時であるときには（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、次に、姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００５６】
ここで、例えば図１７に示すように、左足平部Ｌ１７の下面の略四角の各点をａ〜ｄ、右足平部Ｒ１７の各点をｅ〜ｈとし、図示のように左足が前の場合、外側の角ａ、ｂ、ｆ、ｈ、ｇ、ｃを結ぶ多角形（ａ−ｂ−ｆ−ｈ−ｇ−ｃを結ぶ多角形：足裏部分＋斜線部分）の仮想領域Ａ内に、全体の重心点（ロボット中心点）Ｐがあれば転倒しないが、姿勢として最も安定した場合の重心点（すなわち理想の重心点）は、概ね図示の左足重心点ＬＰと右足重心点ＲＰとを結ぶ線Ｎの中央（中心）に相当する点となるので、この点を目標点（重心目標点）Ｄとする。なお、右足が前の場合等においても同様である（図２０等参照）。
【００５７】
そこで、上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）によって、左足平部Ｌ１７および右足平部Ｒ１７のそれぞれの重心点が、図１７に図示の左足重心点ＬＰと右足重心点ＲＰにあるものとすると、仮に、左足のセンサ▲１▼〜▲４▼の出力の総和（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＝）９００、右足のセンサ▲５▼〜▲８▼の総和（▲５▼＋▲６▼＋▲７▼＋▲８▼＝）１８００の場合、ロボット中心点Ｐは、概ね同図（ｂ）に図示のように線Ｎ上の右足側に片寄った（約１／３の）位置にあるので、この場合、上述の姿勢安定化（導出）処理（Ｓ４３）では、重心目標点Ｄを目標値として現状値であるロボット中心点Ｐを一致させ（Ｐを矢印の方向に移動させてＤに一致させ）、同図（ｂ）のようにするための制御値を導出する。この値は、ロボット１内各部（特に脚部１１内各部）の各関節を制御する各サーボコントローラＳＢＣに指示する駆動制御データの元値となる。
【００５８】
また、図１５に示すように、静止時でないときには（Ｓ４２：Ｎｏ）、次に、前進歩行時（すなわち現在処理中の制御プログラムが前進歩行プログラムである場合あるいは処理モードが前進歩行モードである場合等）か否かを判別し（Ｓ４５）、前進歩行時でないときには（Ｓ４５：Ｎｏ）、そのときの制御プログラムや処理モードに従った他の処理（他の処理モードにおける目標値設定・制御値導出処理など）を行った後（Ｓ４６）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００５９】
また、前進歩行時であるときには（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、両足安定期（図１３の（ｔ１）または（ｔ４）の状態：すなわち歩行時ではあるが、その時点から両足による安定状態に移行しようとしている期間：図１７または図２０参照）か否かを判別し（Ｓ５１）、両足安定期であるときには（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、上述の静止時と同様に、姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６０】
また、前進歩行時ではあるが（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、両足安定期ではないときには（Ｓ５１：Ｎｏ）、次に、重心移行期（図１３の（ｔ２）または（ｔ５）の状態：すなわち重心のない方の足を前に踏み出すために他方の足を軸足としてその足に重心を移行する期間であり、静歩行のための重心移行期間）か否かを判別し（Ｓ５２）、重心移行期であるときには（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、次に、左足重心（すなわち左足を軸足とするために左足に重心を移行する）か否かを判別し（Ｓ５３）、左足重心（（ｔ２）の状態）であるときには（Ｓ５３：Ｙｅｓ）、左足重心移行（導出）処理を行ってから（Ｓ５４）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６１】
この左足重心移行（導出）処理（Ｓ５４）では、例えば図１８に示すように、左足重心点ＬＰを重心目標点Ｄとする。すなわち、例えば反対側の右足を踏み出す場合等において、静的にも転倒しないためには、左足に全体重を乗せてその足裏の範囲（図示では左足平部Ｌ１７の下面の略四角ａ−ｂ−ｃ−ｄで囲む範囲）に重心（ロボット中心点）Ｐがあれば倒れないが、姿勢として最も安定する理想重心点は、左足重心点ＬＰとなるので、この点を重心目標点Ｄとして、ロボット中心点Ｐを矢印の方向に移動させて重心目標点Ｄ（左足重心点ＬＰ）に一致させるための制御値を導出し、脚部１１内各部等の各関節を制御する各サーボコントローラＳＢＣへの駆動制御データの元値とする。
【００６２】
また、図１５に示すように、左足重心でないとき（図１３の（ｔ５）の状態）には（Ｓ５３：Ｎｏ）、上述の左足重心移行（導出）処理（Ｓ５４）と同様ではあるが、右足を重心とする右足重心移行（導出）処理を行ってから（Ｓ５５）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６３】
また、重心移行期でないときには（Ｓ５２：Ｎｏ）、片足踏出期（図１３の（ｔ３）または（ｔ６）の状態）であると判別し、次に、左足重心（すなわち左足を軸足として右足を踏み出す）か否かを判別し（Ｓ５６）、左足重心であるとき（図１３の（ｔ３）の状態）には（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、右足踏出（導出）処理を行ってから（Ｓ５７）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６４】
この右足踏出（導出）処理（Ｓ５７）では、例えば図１９に示すように、左足重心点ＬＰを重心目標点Ｄとして一致させたまま、反対側の右足を踏み出すために、右足目標点ＲＤのみを前方に移行させ、ロボット中心点Ｐを重心目標点Ｄ（左足重心点ＬＰ）に一致させたまま、右足重心点ＲＰを矢印の方向に移動させて右足目標点ＲＤに一致させるための制御値を導出し、各部の各関節を制御する駆動制御データの元値とする。
【００６５】
また、図１５に示すように、左足重心でないとき（図１３の（ｔ６）の状態）には（Ｓ５６：Ｎｏ）、上述の右足踏出（導出）処理（Ｓ５４）と同様ではあるが、右足を重心（軸足）として左足を踏み出す左足踏出（導出）処理を行ってから（Ｓ５８）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６６】
そして、例えば図１９で上述の右足踏出（導出）処理が終了した時点（図１３の（ｔ３）の状態が終了した時点）で、両足安定期（（ｔ４）の状態）に移行し、図１５で前述のように、両足安定期となったときには（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、例えば図２０に示すように、前述同様の姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。もちろん、この状態（（ｔ３）の状態）から後には、図１８〜図２０で上述した処理と同様の処理を反対の足について行うことにより（（ｔ４）〜（ｔ１）の状態遷移により）、２足の静歩行の処理が行われる。
【００６７】
ところで、足部が接地（足着）する床面は一様に平坦ではない。例えば、ドアの足摺部や階段等では、足裏面の一部が接地状態で他の一部が非接地状態となる場合が生じる。例えば図２１に示すように、左足平部Ｌ１７の断面において、位置Ｐ１および位置Ｐ２に各１つのセンサ７Ｓが設けられている場合、仮に足裏プレート１７Ｓが無くて各圧力センサ７Ｓが独立していると、他の位置、例えば図示の位置Ｐ３に対応する床面にある突起物Ｔを踏みつけても、それが各圧力センサ７Ｓに接触しない限り、それを検出することはできない。
【００６８】
これに対し、ロボット１では、足裏プレート１７Ｓを備えて複数の圧力センサ７Ｓが相互に連結されているので、突起物Ｔを踏んだときには、各圧力センサ７Ｓによりその突起物Ｔの位置Ｐ３からの距離Ｌ１および距離Ｌ２に反比例した圧力が検出できる。このため、床面の凹凸等（例えば足摺部や階段）により、一部の圧力センサ７Ｓが誤検出（非検出も含む）となることがない。
【００６９】
また、この場合、図１５で前述した足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）により検出値を平均化して、位置Ｐ１と位置Ｐ２の双方から等距離の左足目標点ＬＤに、図１６で前述と同様に左足重心点ＬＰを一致させると、実際の重心点は、左足目標点ＬＤ（左足重心点ＬＰ）ではなく、図示の位置Ｐ３と位置Ｐ２の双方から等距離の仮重心点Ｑに一致する。この場合、突起物Ｔと床面に接地する一点とを含む多角形が一時的な足裏となり、仮重心点Ｑが左足目標点ＬＤより安定する点となるので、上記の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）が、あたかも理想の仮重心点Ｑに実際の重心点を一致させて安定化する処理（の代用）になる。このため、床面の突起物Ｔ等による影響を受けにくく、転倒のない適切な２足歩行を確保できる。
【００７０】
上述のように、ロボット１では、静止時（立ち動作）において、両足部の足裏面同士を外形線で結ぶ仮想領域Ａから、ロボット中心点（重心）Ｐが外れないように姿勢を制御し、且つ歩行時（歩行動作）において、軸足となる足部の足裏面から、ロボット中心点Ｐが外れないように姿勢を制御するようにしているため、転倒することなく適切な２足歩行が可能であり、しかも、制御が容易なため、応答性が良好となり、歩行速度をアップすることができる。また、各足部（足平部）１７における複数の圧力センサ７Ｓの圧力値が略均等になるように体躯の姿勢を制御するので、床面に凹凸や傾斜があっても、２足歩行を安定に行うことができる。
【００７１】
ところで、ロボット１では、サーボコントローラＳＢＣやセンシングコントローラＳＳＣへの処理の負荷分担を工夫し、メインコントローラ２０とのコントローラ間通信を最小限に押さえることによって、低価格ではあるが低速の（通信容量や通信速度が低い）例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を利用しても、メインコントローラ２０の負荷を軽減することができ、かつ、それによってロボット１全体の処理能力（動作速度等）を向上できるようにしているので、以下、この点について説明する。
【００７２】
まず、ロボット１におけるコントローラ間通信のための初期設定について説明する。一般に、いわゆる「ホスト」となるメインコントローラ２０と、いわゆる「クライアント」となるサーボコントローラＳＢＣやセンシングコントローラＳＳＣと、の間でのコントローラ間通信を、共用（共通）バスを介して行うためには、各コントローラを区別する個別のＩＤが必要となる。ここでは、共通バス（バスＨ１Ｂやバス２１Ｂ）としてＵＳＢを採用すると、ＩＤはＵＳＢアドレスであり、このＵＳＢアドレスの割当も、ホスト（メインコントローラ２０）が、各クライアント（サーボコントローラＳＢＣ、センシングコントローラＳＳＣ）に対して行う。
【００７３】
なお、一般のＵＳＢの規格（仕様：プロトコル等を含む）によれば、ホストは、転送開始を伝えるパケットであるトークンを、バスを介してブロードキャストで発行する。これに対して、Ｈｕｂ等を含む各周辺機器（クライアント）は、トークンに含まれるアドレスが自己を示しているときには以降の転送データ等を受信し、自己を示していないときにはそれを無視する。ここで、各クライアントは、ＵＳＢに接続された時点でアドレス（以下「ＵＳＢアドレス」）を割り当てられるが、固有のＵＳＢアドレスが割り当てられるまではデフォルトアドレス［００ｈ］（１６進の「００」：以下同様に［〜ｈ］で１６進を示す）に反応する。
【００７４】
この点、ロボット１では、一般公開のＵＳＢ規格（仕様）に完全一致させる必要もないので、各クライアントに対するハードウェア的な手法による設定（以下「ハード的に設定」）、例えば各クライアントが有するＣＰＵのＩ／Ｏポート等を（クランプする等により）利用して設定、あるいはＲＯＭ等（フラッシュＲＯＭ等）に記憶させて設定、などにより、各クライアントに最初から個別のＵＳＢアドレスを割り当てておくこともできる。ただし、この場合、ホストの都合等に応じた各ＵＳＢアドレス等の変更が困難になる。
【００７５】
かといって、各クライアントにＵＳＢアドレスを設定しないまま電源オンを行って、その直後にデフォルトアドレス［００ｈ］を呼び出せば、各クライアントが同時に反応してバス内での衝突が生じ、正常に初期設定等を行うことはできない。また、これに対して、Ｈｕｂのダウンストリームポートを順番に有効化する方法（ＵＳＢのＥｎｕｍｅｒａｔｉｏｎ ）等を真似るには、全部または要所となる一部のクライアントにＨｕｂ的な機能を必要とする。
【００７６】
そこで、ロボット１では、Ｈｕｂ的な機能を要することなく初期設定（ＵＳＢアドレス設定）を適切に行うため、個別のＵＳＢアドレスではなく、後述の応答タイマーの時間設定のための数値（以下「仮アドレス」）を、ハード的に個別に設定しておく。また、図１２で前述の電源オンの直後には、ＩＤ（ＵＳＢアドレス）は未設定とする。このため、初期設定（Ｓ１）では、ホスト（２０）が、各クライアント（ＳＢＣ、ＳＳＣ）に対して、ＩＤ（ＵＳＢアドレス）を設定することから開始する必要があるが、この設定のためのコントローラ間通信にもＩＤが必要となるので、一般的なＵＳＢ仕様と同様に、各クライアントのＵＳＢアドレスはデフォルトアドレス［００ｈ］としておく。
【００７７】
図２２および図２３に示すように、電源オン後の最初のデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲１▼）に対して、全クライアントが反応するのを回避するため、最初にアドレス設定するクライアント１以外のクライアント（例えばクライアント２）では、応答マスク期間Ｔｍ（例えばＴｍ２）を設ける。この場合、各クライアントでは、初期設定（Ｓ１）において、各クライアント個別初期設定処理（Ｓ６０）が起動され、まず、自己に対して予めハード的に設定された「仮アドレス」を読み込み（Ｓ６１）、その仮アドレスに従って、応答マスクタイマーの時間（応答マスク期間）Ｔｍを設定し、例えばクライアント２では応答マスク期間Ｔｍ２を設定して、その応答マスクタイマーを起動し（Ｓ６２）、タイマータイムアップ（Ｓ６３：Ｙｅｓ）となるまで、呼出Ｑａ（図示の▲１▼）に対する応答Ａａ（図示の▲２▼）をマスクする（Ｓ６３：Ｎｏ）。
【００７８】
続いて、例えば応答マスク期間Ｔｍ２が経過して、クライアント２のタイマータイムアップとなると（Ｓ６３：Ｙｅｓ）、今度は自分（クライアント２）の順番なので、メインからのデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａを待ち（Ｓ６４：Ｎｏ）、メインからの呼出Ｑａ（図示の▲４▼）が発行されると（Ｓ６５）、それに応じて（Ｓ６４：Ｙｅｓ）、応答Ａａ（図示の▲５▼）を送信して、データ（設定するＵＳＢアドレス）Ｄａを受信して、格納する（Ｓ６６〜Ｓ６７）。なお、クライアント１では、クライアント１の仮アドレスに対応する応答マスク期間Ｔｍ１＝０とすることで、本処理（Ｓ６０）を利用できる。
【００７９】
そして、上述の状態（Ｓ６７）に移行後、各クライアントでは、概念的に同図に図示のクライアント定常処理（Ｓ６８：図２４で後述のＳ７０と同意の処理）が可能となり、個別のＵＳＢアドレスに対する呼出Ｑｂを待ち（Ｓ７１：Ｎｏ）、メインからの呼出Ｑｂに対して（Ｓ７２〜Ｓ７１：Ｙｅｓ）、自己に対する呼出か否かを判別し（Ｓ７３）、自己に対するものであれば（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、応答Ａｂの送信および各種データＤｂの受信・格納を行ってから（Ｓ７４〜Ｓ７５）、さらに次のループ処理（Ｓ７１〜Ｓ７５）に移行し、自己に対するものでなければ（Ｓ７３：Ｎｏ）、そのまま、次の呼出Ｑｂを待つループ処理（Ｓ７１〜Ｓ７５）に移行する。
【００８０】
なお、実際には、各クライアントにおいても、図１２で前述の処理（Ｓ０）が行われ、初期設定（Ｓ１）において、上述のクライアント個別初期設定処理（Ｓ６０）により個別のＵＳＢアドレスを格納した後（Ｓ６７）、一旦、処理（Ｓ６０）を終了する（Ｓ６９）。そして、その他も含む全ての初期設定が終了した後（図１２のＳ１）、次に、各種規定の優先順位によって規制された各種割込を許可し（Ｓ２）、何らかの割込が発生するまでは、そのままの状態を維持し（Ｓ３：Ｎｏ）、何らかの割込が発生すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、それぞれの割込処理に移行して（Ｓ４）、その割込処理が終了すると、再度、その状態を維持する（Ｓ３：Ｎｏ）。
【００８１】
このため、クライアント定常処理（Ｓ７０）も、実際には、図２４に示すように、メインからの個別のＵＳＢアドレスに対する呼出Ｑｂによる割込発生に応じて起動され、自己に対する呼出Ｑｂか否かを判別し（Ｓ７３）、自己に対するものであれば（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、応答Ａｂの送信および各種データＤｂの受信・格納を行って（Ｓ７４〜Ｓ７５）、処理（Ｓ７０）を終了し（Ｓ７６）、自己に対するものでなければ（Ｓ７３：Ｎｏ）、そのまま、処理（Ｓ７０）を終了する（Ｓ７６）。
【００８２】
なお、各クライアントでは、自己に対する呼出か否かの判断時間（処理能力）等の要請から、自己に対するものか否かに拘わらず、一旦、データＤａ、Ｄｂ等を受信しておき、自己に対するものか否かを判断後、自己に対するものでなければそのデータＤＡ、Ｄｂ等を破棄（無視）し、自己に対するものであるときに正規の格納領域等に格納するようにすれば、比較的低速ではあるが低価格のＣＰＵ等を使用可能となるので、ロボット１では、この方法を採用する。このため、図２３や図２４で上述の処理（Ｓ６０、Ｓ７０）では、応答Ａａ、Ａｂの送信＆データＤａ、Ｄｂの受信をまとめた処理（Ｓ６６、Ｓ７４）の後、データＤａ、Ｄｂの格納を行う処理（Ｓ６７、Ｓ７５）を行うようにしている（同趣旨を図２６等でも後述する）。
【００８３】
次に、ホスト（メインコントローラ２０）側では、図１２で前述の電源オン後の初期設定（Ｓ１）において、図２５に示すように、メイン初期設定処理（Ｓ８０）が起動され、まず、変数Ｎに１を設定（Ｎ←１）し、必要に応じて定数としてクライアント数ｎを設定する（Ｓ８１）。
【００８４】
次に、図２２および図２５に示すように、Ｎ番目（例えばＮ＝１番目）のクライアント呼出のための遅延タイマーに遅延時間ＴＮ（例えば遅延時間Ｔ１）を設定して、その遅延タイマーを起動し（Ｓ８２）、タイマータイムアップとなるまで待つ（Ｓ８３：Ｎｏ）。続いて、設定された遅延時間Ｔ１分だけ時間が経過して、タイマータイムアップになると（Ｓ８３：Ｙｅｓ）、最初のデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲１▼）とともに、そのクライアント（ここではクライアント１）に設定するＵＳＢアドレスをデータＤａとして送出する（Ｓ８４）。
【００８５】
これに対し、前述のように、クライアント１では、呼出Ｑａ（図示の▲１▼）とともにデータＤａを受信しておき、呼出Ｑａが自己への呼出と判別された後に、応答Ａａ（図示の▲２▼）をホストに送出し、データＤａを正規に格納する（このため▲３▼の位置に図示）。
【００８６】
データＤａの送出まで終了すると（Ｓ８４）、次に、全クライアントにＵＳＢアドレスを送出したか否かを判別し、具体的にはＮ←Ｎ＋１として、Ｎ＞ｎか否かを判別し（Ｓ８５）、ここでは、Ｎ←１＋１によりＮ＝２≦ｎとすると（Ｓ８５：Ｎｏ）、次に、Ｎ（ここではＮ＝２）番目の遅延時間Ｔ２を設定して、その遅延タイマーを起動し（Ｓ８２）、タイマータイムアップとなるまで待つ（Ｓ８３：Ｎｏ）。続いて、遅延時間Ｔ２分だけ時間が経過して、タイマータイムアップになると（Ｓ８３：Ｙｅｓ）、デフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲４▼）とともに、クライアント２に設定するＵＳＢアドレスをデータＤａとして送出する（Ｓ８４）。
【００８７】
これに対し、前述のように、クライアント２では、呼出Ｑａ（図示の▲４▼）とともにデータＤａを受信し、呼出Ｑａが自己への呼出と判別された後に、応答Ａａ（図示の▲５▼）をホストに送出し、データＤａを正規に格納する（図示の▲６▼）。
【００８８】
同様にして、ｎ番目のクライアントｎまでのデータＤａの送出まで終了すると（Ｓ８４）、全クライアントにＵＳＢアドレスを送出したことになり、Ｎ＝ｎ＋１＞ｎとなるので（Ｓ８５：Ｙｅｓ）、処理（Ｓ８０）を終了する（Ｓ８６）。なお、Ｎ＝１〜ｎ番目のクライアント呼出のための遅延時間は、上述のように相互間の遅延時間（Ｔ１、Ｔ２、……）で設定する他、個別にタイマーを設けて最初からの経過時間（図２２のｔ１、ｔ２、……）等で設定しても良い。
【００８９】
そして、上述の状態（Ｓ８５：Ｙｅｓ）になったことで、以降、各クライアントに対して、各個別のＩＤ（ＵＳＢアドレス）を使用した制御が可能になり、例えば概念的に同図に図示のメイン定常処理（Ｓ８７）が可能となり、定期タイミングを待ち（Ｓ８７１：Ｎｏ）、定期タイミングに発生する周期トリガに応じて（Ｓ８７２〜Ｓ８７１：Ｙｅｓ）、ホスト（メインコントローラ２０）における定期的な処理その他を行い（Ｓ８７３）、続いて、次の定期タイミング（周期トリガ）を待つループ処理（Ｓ８７１〜Ｓ８７３）に移行する。
【００９０】
もちろん、上述のメイン定常処理（Ｓ８７）も、図１３や図１４等で前述の各種の割込発生に応じて起動される各種割込処理を概念的且つ総括的に示したものであり、例えば全体として歩行処理等を行っている場合（図１３参照）、実際のメイン定期処理としては、図１４で前述の状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）を主に行うことになる。
【００９１】
そこで、次に、初期設定終了後の定常状態におけるホスト（メインコントローラ２０）と各クライアントの双方の処理を含めた全体的且つ概念的な処理フローを、定期的処理である全体制御（Ｓ９０）として説明する。
【００９２】
図２６に示すように、この全体制御（Ｓ９０）では、まず、変数Ｎに１を設定（Ｎ←１）し、必要に応じて定数としてクライアント数ｎを設定し（Ｓ９１）、続いて、Ｎ番目のクライアントに送出するためにそのクライアントを指定する呼出（トークン）Ｑｂ＆データＤｂのブロードキャストを行う（Ｓ９２）。すなわち、ここでは、Ｎ番目のクライアントがサーボコントローラＳＢＣ（以下「サーボ系」）の場合、Ｎ番目のクライアントのＵＳＢアドレスを含む呼出Ｑｂ（トークン）とサーボ制御用のデータＤｂを送出する（図２７の上段および図２８参照）。ただし、クライアントがセンシングコントローラＳＳＣ（以下「センサ系」）の場合、ＵＳＢアドレス以外はドントケア（ｄｏｎ’ｔ ｃａｒｅ）値となる。
【００９３】
呼出Ｑｂ＆データＤｂのブロードキャストが終了すると（Ｓ９２）、全ての各クライアントのそれぞれが、データＤｂの仮受信を行う（Ｓ９３）。すなわち、例えば図２７および図２８に示す「目標位置」「目標速度」「サーボ定数」（＝「ゲインＰ」＋「ゲインｉ」＋「ゲインｄ」）等から成るデータＤｂを、個別ＩＤ（ＵＳＢアドレス）に拘わらず、全てのクライアントが仮に受信する。
【００９４】
続いて、対応クライアント（Ｎ番目のクライアント）が、応答Ａｂを返信するとともに、データＤｂの本受信を行う（Ｓ９４）。すなわち、呼出ＱｂのＵＳＢアドレスに対して自己のＵＳＢアドレスが一致するＮ番目のクライアントだけが、ホスト（メインコントローラ２０）に応答する。ここで、Ｎ番目のクライアントがサーボ系の場合には、例えば図２７の下段に示すように、「現在位置」や「現在速度」を含めて（付帯して）応答し、センサ系の場合には、「センシング値」（センサ値：センサによる検出値）を付帯して応答する。
【００９５】
以上の処理（Ｓ９２〜Ｓ９４）を、例えばＮ＝１について終了後、次に、全クライアントに対応する処理を終了したか否か、具体的にはＮ←Ｎ＋１として、Ｎ＞ｎか否かを判別し（Ｓ９５）、ここでは、全終了ではないので（Ｓ９５：Ｎｏ）、Ｎ＝２〜ｎについても同様にして処理（Ｓ９２〜Ｓ９４）を行った後（Ｓ９５：Ｙｅｓ）、処理（Ｓ９０）を終了する（Ｓ９６）。
【００９６】
なお、上述の全体制御（Ｓ９０）は、前述のように定期的な処理であり、その内容から、ホスト（メインコントローラ２０）の処理としては、ほぼ図１４の状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）に該当する。ここで、例えばセンサ系を、Ｎが小さい値の方のクライアントとし、Ｎが大きな方にサーボ系を並べれば、図２６の全体制御（Ｓ９０）では、Ｎが小さいセンサ系を先に処理することによって、図１４の全センサ検出結果取得（Ｓ２１）の処理を先に終了させることができ、例えば図２８に示すような目標テーブルの書き換え（目標値設定）〜制御値導出までの処理（Ｓ２２）と可能な限り並行処理して（制御値が算出され次第、順次）、その後の全サーボ系に対する制御値出力（Ｓ２３）を処理でき、その並列（処理）化によって周期トリガの周期を短縮化して高速化が図れる。
【００９７】
上述のように、ロボット１では、各関節の制御を担当する各サーボコントローラＳＢＣ（サーボ系）に対して、メインコントローラ２０から共通（ＵＳＢ）バスであるバスＨ１やバス２１Ｂを介して、制御データ（データＤｂ）を送信し、その制御データのみに基づいて各関節の制御を行う。この場合、図５〜図７等で前述のように、各サーボコントローラＳＢＣは、それぞれ単一の関節の制御のみを担当するため（本実施形態では単一の軸の回転角制御等に絞るためさらに簡単に）、例えば図２７および図２８に示す「目標位置」「目標速度」「サーボ定数」等から成る自己に対する制御データＤｂの受信のみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成されている。
【００９８】
言い換えると、複雑な複数の処理の組合せによる制御の場合、個々の時点で処理する制御の種類等を指示するコマンド等をメインコントローラ２０から受信したり、他のコントローラとのタイミング合わせ等のための通信が必要となるが、ロボット１のサーボ系では、これらを必要とせず、比較的単純な構成の制御データＤｂの受信のみで制御動作可能なので、共通バスを利用した通信を最小限に押さえることができる。例えば図２７のデータフォーマットで、クライアント数ｎ＝２０とした場合、１制御周期当たり、２５バイト×２０＝５００バイトなので、制御周期を１ｍｓとしても４Ｍｂｐｓの転送レートで済む。すなわち、これにより、低速ではあっても低価格な例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用し易くなる。
【００９９】
一方、メインコントローラ２０側においても、各サーボコントローラＳＢＣによる処理結果を待つための待ち合わせ処理等を行う必要がなく、図１４等で前述のセンサの検出結果に基づいて目標値設定〜制御値出力等の処理に専念できるので、コントローラ間通信に伴う負荷を軽減して、全体として処理を高速化でき、リアルタイム制御にも適したものになる。すなわち、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる。
【０１００】
なお、図２６で前述の全体制御（Ｓ９０）では、Ｎ＝１〜ｎの全てのクライアントに対して呼出＆データの送出を行ったが、図１４で前述のように差分のみを抽出し（Ｓ３３）、それに対応するクライアントのみに出力（Ｓ３４）しても良く、これにより、平均的に、コントローラ間通信を効率化・短縮化できる。
【０１０１】
また、上述の例では、各種関節の各軸に対してサーボ系（サーボコントローラＳＢＣ）とセンサ系（センシングコントローラＳＳＣ）とを個別に設けたが、これらをまとめて、各軸毎に１つのコントローラとしたり、各関節毎に１つのコントローラとすることもでき、クライアント数を絞る（情報の送受信をまとめる）ことによって、共通バスの通信量を抑えることができる。
【０１０２】
また、上述の例では、各センサ系（センシングコントローラＳＳＣ）をも、共通バス（ＵＳＢバス）におけるクライアントとして扱ったが、センサ値の抽出（報告）に共通バス以外の別の経路を利用することもでき、この場合、共通バスはサーボ系にのみ利用することになるので、さらに共通バスの通信量を抑えることができ、低速の共通バス等を利用しつつもさらにその通信の簡単化・高速化が図れる。もちろん、その他、要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更も可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
上述のように、本発明のロボットの制御装置およびロボットの制御方法によれば、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る脚式歩行ロボットの全体斜視図である。
【図２】図１のロボットの制御系を示す概略ブロック図である。
【図３】図１のロボットの自由度構成モデルの模式図である。
【図４】図３の自由度構成モデルの前提の説明図である。
【図５】図２のロボットの股関節部の詳細ブロック図である。
【図６】膝関節部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図７】足首関節部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図８】足平部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図９】図１のロボットの足平部および足裏プレートを示す構造図である。
【図１０】図９の足平部および足裏プレートの分解斜視図である。
【図１１】図９の足平部の圧力センサ廻りの拡大断面図である。
【図１２】図１のロボットの制御全体の概略処理を示すフローチャートである。
【図１３】（前進）歩行処理のフローチャートおよびその起動下における状態遷移の説明図である。
【図１４】定期的な周期制御割込による状態検出・目標設定処理および不定期の個別検出割込による個別検出・目標設定処理のフローチャートである。
【図１５】図１４の目標値設定・制御値導出処理のフローチャートである。
【図１６】図１５の足裏圧平均化導出処理の原理を模式的に示す説明図である。
【図１７】静止時または図１３の前進歩行時における状態遷移が左足前の両足安定期のときの、図１５の姿勢安定化導出処理の原理を模式的に示す説明図である。
【図１８】図１５の左足重心移行導出処理についての、図１７と同様の説明図である。
【図１９】図１５の右足踏出導出処理についての、図１７と同様の説明図である。
【図２０】右足踏出後、状態遷移が右足前の両足安定期のときの、図１７と同様の説明図である。
【図２１】足裏プレートにより複数の圧力センサを連結した利点を示す説明図である。
【図２２】初期設定において、各クライアントのＩＤであるＵＳＢアドレスの設定を行うためのコントローラ間通信のイメージを示す説明図である。
【図２３】クライアント個別初期設定処理のフローチャートである。
【図２４】クライアント定常処理のフローチャートである。
【図２５】メイン初期設定処理のフローチャートである。
【図２６】全体的な定期的処理を概念的に示す全体制御のフローチャートである。
【図２７】共通バスを使用したコントローラ間通信におけるデータフォーマットの一例を示す説明図である。
【図２８】サーボコントローラのための制御データおよび目標テーブルや現在テーブルとして記憶する項目の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ロボット（脚式歩行ロボット）
１０ 胴体
１１（Ｒ１１、Ｌ１１） …… 脚部（右脚部、左脚部）
１２（Ｒ１２、Ｌ１２） …… 股関節部（右〜、左〜）
１３（Ｒ１３、Ｌ１３） …… 大腿部（右〜、左〜）
１４（Ｒ１４、Ｌ１４） …… 膝関節部（右〜、左〜）
１５（Ｒ１５、Ｌ１５） …… 頸部（右〜、左〜）
１６（Ｒ１６、Ｌ１６） …… 足首関節部（右〜、左〜）
１７（Ｒ１７、Ｌ１７） …… 足平部（右〜、左〜）
１７Ｓ（Ｒ１７Ｓ、Ｌ１７Ｓ） …… 足裏プレート（右〜、左〜）
２０ メインコントローラ
２０Ｂ、２１Ｂ、Ｈ１Ｂ …… バス
２１（Ｒ２１、Ｌ２１） …… 脚制御部（右〜、左〜）
５１ センサホルダ
５４ ボトムプレート（規制部材）
５５ 復帰部材
６１（Ｒ６１、Ｌ６１） …… 腕部（右〜、左〜）
▲１▼〜▲８▼、７Ｓ、Ｒ７〜Ｓ、Ｌ７〜Ｂ …… （足裏）圧力センサ
７１ センサ本体
７２ 圧力室
７３ 封止膜体
７４ 検出子
Ａ 仮想領域
Ｄ（ＲＤ、ＬＤ） …… 重心目標点（右足〜、左足〜）
Ｈ１ 頭部
Ｐ ロボット中心点
ＲＰ、ＬＰ …… 右足重心点、左足重心点
Ｒ〜Ｐ、Ｌ〜Ｐ …… ピッチ軸
Ｒ〜ＰＭ、Ｌ〜ＰＭ …… ピッチ角モータ
Ｒ〜ＰＳ、Ｌ〜ＰＳ …… ピッチ角センサ
Ｒ〜Ｒ、Ｌ〜Ｒ …… ロール軸
Ｒ〜ＲＭ、Ｌ〜ＲＭ …… ロール角モータ
Ｒ〜ＲＳ、Ｌ〜ＲＳ …… ロール角センサ
Ｒ〜Ｙ、Ｌ〜Ｙ …… ヨー軸
Ｒ〜ＹＭ、Ｌ〜ＹＭ …… ヨー角モータ
Ｒ〜ＹＳ、Ｌ〜ＹＳ …… ヨー角センサ
ＳＢＣ、Ｒ〜Ｂ、Ｌ〜Ｂ …… サーボコントローラ
ＳＳＣ、Ｒ〜Ｃ、Ｌ〜Ｃ …… センシングコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人間形（ヒューマノイド）の脚式歩行（２足歩行）ロボット等の多関節形のロボットの制御装置およびロボットの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のロボットの制御においても、１つのプロセッサ（コントローラ）による制御では負荷が過大となりすぎる場合に対応して、他の分野の高度な情報処理等と同様に、複数のプロセッサで負荷を分担して制御するいわゆるマルチプロセッサ化が図られている。この場合、複数のプロセッサのうちのいずれか１のプロセッサをメインプロセッサとし、各関節等を担当する他のプロセッサをサブプロセッサ（スレーブプロセッサ）として、メインプロセッサが、予めスケジュールされたプログラムに従って、各サブプロセッサに動作（処理）の指示を与え、次の処理に必要なサブプロセッサからの処理結果が揃うのを待ってから、次の処理に移行する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８３１１０号公報（図１３等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のロボットの制御では、基本的には他の高度な情報処理分野におけるマルチプロセッサ化の技術を真似ているため、高機能化・高速化には向いているものの、それに適した高機能ではあるが高価なプロセッサやプロセッサ間通信が用いられるので、低価格化の要請には対応できない。かといって、低速（小さな通信容量や低い通信速度）の例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用して、同様のマルチプロセッサの手法を採用したのでは、低価格化は図れても、例えば人間形ロボット等の実時間（リアルタイム）制御には、低速すぎて実用に耐えないものとなる。
【０００５】
本発明は、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができるロボットの制御装置およびロボットの制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、多関節形のロボットの複数の関節に対応して、それぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラと、前記複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、共通バスを介して送信するメインコントローラと、前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出手段と、を備えたロボットの制御装置であって、前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、前記メインコントローラは、検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定手段と、設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成手段と、生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の制御方法は、多関節形のロボットの複数の関節に対応してそれぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、メインコントローラから共通バスを介して送信するロボットの制御方法であって、前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出工程と、検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定工程と、設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成工程と、生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この制御装置および制御方法では、各関節の制御を担当する各サーボコントローラに対して、メインコントローラから共通バスを介して制御データを送信し、その制御データのみに基づいて各関節の制御を行う。この場合、各サーボコントローラは、それぞれ単一の関節の制御のみを担当するため、自己に対する制御データの受信のみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成されている。このため、制御の種類等を指示するコマンド等をメインコントローラから改めて受信する必要がなく、共通バスを利用した通信を最小限に押さえることができ、これにより、低速ではあっても低価格な例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用し易くなる。また、各関節の状態は検出されているので、メインコントローラでは、各サーボコントローラによる処理結果を待つための待ち合わせ処理等を行う必要がなく、目標設定その他の処理に専念できるので、全体として処理を高速化でき、リアルタイム制御にも適したものになる。すなわち、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る脚式歩行ロボットについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。この脚式歩行ロボットは、２足歩行の小型ロボット（身長３０ｃｍ程度）であり、歩行動作において、いわゆる静的歩行を行うように設計されている。
【００１０】
図１に示すように、この脚式歩行ロボット（以下単に「ロボット」）１は、頭部Ｈ１、胴部１０、一対の腕部（右腕部Ｒ６１、左腕部Ｌ６１）および一対の支持脚部（以下単に「脚部」：右脚部Ｒ１１、左脚部Ｌ１１）を備えている。また、図２に示すように、制御系の中枢となるメインコントローラ２０を胴部１０に内蔵し、頭部Ｈ１、右腕部Ｒ６１および左腕部Ｌ６１の各制御部、並びに、右脚部Ｒ１１および左脚部Ｌ１１の各制御部（右脚制御部Ｒ２１、左脚制御部Ｌ２１）と、ＵＳＢ等のバス（シリアルバス）Ｈ１Ｂ並びに２１Ｂを介して、接続されている。このロボット１は、ロボット中心点Ｐを考慮しながら、一対の脚部である右脚部Ｒ１１と左脚部Ｌ１１を交互に踏み出し動作して２足歩行するものである。このため、説明の都合上、以下では、胴部１０および脚部１１（右脚部Ｒ１１、左脚部Ｌ１１）を中心に説明し、頭部Ｈ１、右腕部Ｒ６１および左腕部Ｌ６１についての説明は適宜省略する。
【００１１】
なお、上述の「ロボット中心点」は、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ ：床圧力によるモーメントがゼロになる床面上の点）の意味を含むものとする。また、参照符号の「Ｒ〜」および「Ｌ〜」は、それぞれ「右」および「左」を示すが、以下、左右共通の事項に関しては、これらを代表して「Ｒ」や「Ｌ」を省略して説明する。例えば上記の一対の脚部は、個別には「右脚部Ｒ１１」や「左脚部Ｌ１１」であるが、左右共通の事項に関しては、「脚部１１」のように説明する。また、姿勢の３自由度の軸を、図４（ａ）に示すように、ロール軸（Ｒ軸）、ピッチ軸（Ｐ軸）、ヨー軸（Ｙ軸）とする。また、同図（ｂ）のように実際の構造体（機構構成要素）の形態によって複数の軸を兼ねる様子を示すこともあるが、本実施形態では、実際の形態（構造）に拘わらず、同図（ｃ）に示すように、各軸の要素（機構構成要素）を単一の軸要素によって示し、参照符号を「〜Ｒ」（ロール軸）、「〜Ｐ」（ピッチ軸）、「〜Ｙ」（ヨー軸）とする。
【００１２】
まず、図１〜図３に示すように、脚部１１は、股関節部（股関節駆動ユニット）１２と、大腿部１３と、膝関節部（膝関節駆動ユニット）１４と、頸部１５と、足首関節部（足首関節駆動ユニット）１６と、足部（足平部、足部本体）１７と、を備えている。
【００１３】
股関節部１２は、図１〜図３および図５に示すように、股関節ヨー軸１２Ｙと、股関節ロール軸１２Ｒと、股関節ピッチ軸１２Ｐと、これらの駆動と各回転角の検出を行う股関節駆動・検出部３２と、これらの制御のための股関節制御部４２と、動力を大腿部１３に伝達する図外の動力伝達機構（以下同様に「動力伝達機構」は図示省略）と、を備えている。
【００１４】
股関節駆動・検出部３２は、股関節ヨー軸１２Ｙを中心に大腿部１３を正逆回動（動作）させるためにその回転角（ヨー角）を制御可能に駆動する股関節ヨー角モータ２ＹＭと、駆動された実際のヨー角を検出する股関節ヨー角センサ（例えばポテンショメータ）２ＹＳと、同様に、股関節ロール軸１２Ｒの回転角（ロール角）を制御可能に駆動する股関節ロール角モータ２ＲＭと、そのロール角を検出する股関節ロール角センサ２ＲＳと、股関節ピッチ軸１２Ｐの回転角（ピッチ角）を制御可能に駆動する股関節ピッチ角モータ２ＰＭと、そのピッチ角を検出する股関節ピッチ角センサ２ＰＳと、を備えている。
【００１５】
股関節制御部４２は、図外のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等をそれぞれ有するサーボコントローラ２ＹＢ、２ＲＢおよび２ＰＢと、同様の構成のセンシングコントローラ２ＹＣ、２ＲＣおよび２ＰＣと、を備え、バス２１Ｂを介して胴部１０のメインコントローラ２０と接続され、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携（連動）しつつ、股関節部１２内各部を制御している。ここで、各サーボコントローラ２ＹＢ、２ＲＢおよび２ＰＢは、それぞれメインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいて、各モータ２ＹＭ、２ＲＭおよび２ＰＭの駆動を制御し、各センシングコントローラ２ＹＣ、２ＲＣおよび２ＰＣは、各センサ２ＹＳ、２ＲＳおよび２ＰＳからの検出信号を、それぞれメインコントローラ２０に検出制御データとして出力（報告）する。
【００１６】
膝関節部１４は、図１〜図３および図６に示すように、膝関節ピッチ軸１４Ｐと、その駆動と回転角の検出を行う膝関節駆動・検出部３４と、これらの制御のための膝関節制御部４４と、動力を頸部１５に伝達する動力伝達機構と、を備えている。膝関節駆動・検出部３４は、膝関節ピッチ軸１４Ｐを中心に脛部１５を正逆回動（動作）させるためのピッチ角を制御可能に駆動する膝関節ピッチ角モータ４ＰＭと、そのピッチ角を検出する膝関節ピッチ角センサ４ＰＳと、を備えている。
【００１７】
膝関節制御部４４は、上述の股関節制御部４２と同様に、バス２１Ｂを介してメインコントローラ２０と接続され、メインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいてモータ４ＰＭの駆動を制御する上述同様のサーボコントローラ４ＰＢと、同様にセンサ４ＰＳからの検出信号をメインコントローラ２０に検出制御データとして出力するセンシングコントローラ４ＰＣと、を備え、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携して、膝関節部１４内各部を制御している。
【００１８】
足首関節部１６は、図１〜図３および図７に示すように、足首関節ピッチ軸１６Ｐと、足首関節ロール軸１６Ｒと、これらの駆動と各回転角の検出を行う足首関節駆動・検出部３６と、これらの制御のための足首関節制御部４６と、動力を足平部１７に伝達する動力伝達機構と、を備えている。足首関節駆動・検出部３６は、足首関節ピッチ軸１６Ｐを中心に足平部１７を正逆回動（動作）させるためのピッチ角を制御可能に駆動する足首関節ピッチ角モータ６ＰＭと、そのピッチ角を検出する足首関節ピッチ角センサ６ＰＳと、同様に、足首関節ロール軸１６Ｒのロール角を制御可能に駆動する足首関節ロール角モータ６ＲＭと、そのロール角を検出する足首関節ロール角センサ６ＲＳと、を備えている。
【００１９】
足首関節制御部４６は、上述の股関節制御部４２等と同様に、バス２１Ｂを介してメインコントローラ２０と接続され、メインコントローラ２０からの駆動制御データに基づいて各モータ６ＰＭおよび６ＲＭの駆動を制御する上述同様のサーボコントローラ６ＰＢおよび６ＲＢと、同様に各センサ６ＰＳおよび６ＲＳからの検出信号をメインコントローラ２０に検出制御データとして出力するセンシングコントローラ６ＰＣおよび６ＲＣと、を備え、脚制御部２１の一部として、メインコントローラ２０と連携して、足首関節部１６内各部を制御している。
【００２０】
足平部１７は、図１〜図３および図８〜図１１に示すように、足平部１７の下側に固定され下面の平面形状に対応して略方形に形成された足裏プレート１７Ｓと、足裏プレート１７Ｓの状態を検出する足裏検出部（足裏センサ部）３７と、検出結果に基づく制御を行うための足裏制御部４７と、を備えている。
【００２１】
足裏検出部３７は、それぞれ気体センサから成りそれぞれ進行方向（歩行方向：図示の太い矢印（←）の方向）に向かって足裏プレート１７Ｓの左前（ＬＦ）、右前（ＲＦ）、左後（ＬＢ）および右後（ＲＢ）の接地圧力を検出する４つの圧力センサ７ＬＦＳ、７ＲＦＳ、７ＬＢＳおよび７ＲＢＳ（以下、各センサを区別無く総称するときには「圧力センサ７Ｓ」という）と、４つの各圧力センサ７Ｓの収容ケースを兼ねる箱状のセンサホルダ５１と、を備えている。そして、４つの圧力センサ７Ｓは、相互に離間するように、平面視略方形に形成された足裏検出部３７の４隅にそれぞれ配設されている。
【００２２】
なお、実施形態における４つの（気体）圧力センサ７Ｓは、足裏プレート１７Ｓの中心線に対し左右対称であって、相互の中心軸を結ぶ線が長方形を為すように配設されているが、これを、台形を為すように配設してもよい。また、これに代えて、足裏プレート１７Ｓの中心線に対し左右対称であって、相互の中心軸を結ぶ線が２等辺三角形を為すように配設した、３つの圧力センサ７Ｓで構成してもよい。
【００２３】
センサホルダ５１は、ケース状のホルダ本体５２と、ホルダ本体５２の上側に設けたトッププレート５３と、ホルダ本体５１の下側に設けたボトムプレート５４とから成り、ホルダ本体５２には、４つの圧力センサ７Ｓを収容する４つのセンサ収容部５２ａが形成されている。トッププレート５３の下面には、４つのセンサ収容部５２ａから外れるように４つのボス部５３ａが突出しており、このボス部５３ａに、足裏検出部３７を固定するためのねじが上側から螺合するようになっている。また、ボトムプレート５４には、４つの圧力センサ７Ｓの検出子７４が貫通する４つのガイド孔（貫通孔）５４ａが形成されている。
【００２４】
各圧力センサ７Ｓは、センサ本体７１と、センサ本体７１の下側に連なる圧力室７２と、圧力室７２の下部開放端を気密に封止する封止膜体７３と、封止膜体７３に下側から当接してこれを押圧変形させる検出子７４とを有している。また、封止膜体７３の上側に位置して、変形した封止膜体７３を基準姿勢に復帰付勢する復帰ばね（コイルばね）５５ａおよび当て板５５ｂから成る復帰部材５５を有している。
【００２５】
検出子７４の圧力（足着反力）が作用すると、検出子７４が上動し、復帰部材５５のばね力に抗して封止膜体７３を押圧変形させる。この変形により、圧力室７２が収縮し内部圧力が高まりこの圧力をセンサ本体７１が検出するようになっている。この状態から、検出子７４に加わる圧力が減少すると、復帰ばね５５ａにより当て板５５ｂが押され、封止膜体７３および検出子７４が元の基準姿勢に復帰（復元）する。
【００２６】
センサ本体７１は、シリコン７５ａをダイアフラム構造に加工し、これにピエゾ抵抗等に基づくゲージセンサ７５ｂを作り込んだチップ７５を、圧力室７２に連なるガラス基板のパッケージ７６に収容したものである。そして、連通孔７６ａを形成したパッケージ７６の突出部分７６ｂを、圧力室７２に連なる開口に嵌合（気密に接着）して、圧力室７２に臨ませるようにしている。
【００２７】
圧力室７２は、主要部が上記のセンサ収容部５２ａで構成されており、天面に形成した下向きの上環状溝５５ｃに上記の復帰ばね５５ａが収容されている。また、円形に形成された当て板５５ｂの上面には、復帰ばね５５ａを受ける上向きの下環状溝５５ｄが形成されている。すなわち、復帰ばね５５ａは、上環状溝５５ｃを受けとして下環状溝５５ｄを介して当て板５５ｂを下方に付勢している。封止膜体７３は、シリコンゴム等で構成された円形の膜体であり、圧力室７２の下部開放端を閉塞するようにホルダ本体５２の下面に気密に接着されている。
【００２８】
検出子７４は、封止膜体７３に接触する円形板部７４ａと、円形板部７４ａから下方に延びる軸部７４ｂとから成り、断面略「Ｔ」字状に形成されている。軸部７４ｂは、上記のボトムプレート５４の貫通孔５４ａに対し上下方向にスライド自在に係合しており、貫通孔５４ａの縁部に相当するボトムプレート５４の上面が検出子７４の下動端位置を位置規制している。すなわち、封止膜体７３が水平な基準姿勢に復帰した状態で、検出子７４がボトムプレート５４の上面に当接するようになっている。軸部７４ｂの下端は半球状に形成され、この下端で検出子７４が足裏プレート１７Ｓに接着或いはねじ止め固定されている（図示のものは「ねじ止め」）。
【００２９】
足裏プレート１７Ｓは、厚手の樹脂板または金属板で構成されており、図示では省略したが、その足裏面となる下面には滑止め用のシートが貼着され、或いは滑止め用の加工が施されている。そして、足裏プレート１７Ｓの下面の４隅には円形の浅溝１７Ｓａが形成され、この各浅溝１７Ｓａの中心位置に、各圧力センサ７Ｓの検出子７４に螺合する固定ねじ１７Ｓｂが設けられている。すなわち、足裏プレート１７Ｓは、４つの圧力センサ７Ｓを相互に連結するように設けられている。
【００３０】
このように、足平部１７の裏面に設けた４つの圧力センサ７Ｓを足裏プレート１７Ｓで連結するようにしているため、足着の際の床面からの反力（接地圧力）を４つの圧力センサ７Ｓの圧力値の総和として検出することができるとともに、４つの圧力センサ７Ｓの圧力値を比較することにより、体躯の傾きなども検出することができる。また、両方の足平部１７の各４つの圧力センサ７Ｓの検出結果から、水平面内における重心位置（ロボット中心点）Ｐも検出できる。
【００３１】
なお、本実施形態では、足裏検出部３７と足裏プレート１７Ｓとを分けて構成しているが、一体化して足裏プレート１７Ｓを省略することも可能である。かかる場合には、上記検出子７４の下端を平板状とし、各検出子７４の接地面積を大きくすることが好ましい。さらに、実施形態では、圧力センサ７Ｓとして気体センサを用いたが、足裏反力（接地圧力）を検出可能なものであればセンサの種類は限定されるものではない。
【００３２】
次に、図１〜図３に示すように、腕部６１（右腕部Ｒ６１、左腕部Ｌ６１）は、胴部１０に対し腕部６１をロール方向に回動させるための肩関節ロール軸６１Ｒと、ヨー方向に回動させるための肩関節ヨー軸６１Ｙと、これらを駆動する図外の（肩関節ロール駆動機構と肩関節ヨー駆動機構と各回転角のセンサ等を有する）腕駆動・検出部と、バスＨ１Ｂを介して接続された胴部１０のメインコントローラ２０と連携して腕部６１内各部を制御するための図外の腕制御部と、腕部６１内各部を作動させるための動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３３】
また、頭部Ｈ１は、人間が頭部に有する目、鼻、口等の各機能を擬似的に実現するための光（画像）や音（振動）などについての各種センサや各種ドライバ（図示省略）と、バスＨ１Ｂを介して接続されたメインコントローラ２０と連携して頭部Ｈ１内各部を制御するための図外の頭制御部と、頭部Ｈ１内各部（目、口等）に動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３４】
また、胴部１０には、メインコントローラ２０と、図外の電源ユニットと、胴部１０内各部に動力を伝達する図外の動力伝達機構と、を備えている。
【００３５】
メインコントローラ２０は、ＣＰＵ２１０と、ＲＯＭ２２０と、ＲＡＭ２３０と、周辺制御回路（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ：以下「Ｐ−ＣＯＮ」）２４０と、を備え、互いに内部バス２０Ｂにより接続されている。ＲＯＭ２２０は、ＣＰＵ２１０で処理する制御プログラムを記憶する制御プログラム領域２２１と、各部制御の基礎（基準）となる仕様データや基準データ等の制御データを記憶する制御データ領域２２２を有している。
【００３６】
ＲＡＭ２３０は、制御テーブル領域２３１と、情報テーブル領域２３２と、を有し、各種処理の作業領域として使用される。制御テーブル領域２３１には、ロボット１内各制御部のサーボコントローラ（例えば図５で前述のサーボコントローラＲ２ＹＢ等：以下、各サーボコントローラＲ〜Ｂ、Ｌ〜Ｂなどを区別無く総称するときには「サーボコントローラＳＢＣ」という）に送出（指令）する駆動制御データの元になる制御テーブルが記憶される。また、情報テーブル領域２３２には、ロボット１内各制御部のセンシングコントローラ（例えば図５で前述のセンシングコントローラＲ２ＹＣ等：以下、各センシングコントローラＲ〜Ｃ、Ｌ〜Ｃなどを区別無く総称するときには「センシングコントローラＳＳＣ」という）から入力（報告）された検出制御データに基づく現在状態の情報テーブル（現状テーブル：リードテーブル：現状データ）や、それに基づいて（演算やテーブル参照によって）導出された次の目標状態の情報テーブル（目標テーブル：ムーブテーブル：目標データ）、などの情報テーブルが記憶される。
【００３７】
Ｐ−ＣＯＮ２４０には、ＣＰＵ２１０の機能を補うとともにロボット１内各制御部とのインタフェース（バスインタフェース）を行うための論理回路や種々の計時を行うタイマー等の機能回路などが、ゲートアレイやカスタムＬＳＩなどにより構成されて組み込まれている。このため、Ｐ−ＣＯＮ２４０は、各部のセンシングコントローラＳＳＣからの検出制御データをそのままあるいは加工して内部バス２０Ｂに取り込むとともに、ＣＰＵ２１０と連動して、ＣＰＵ２１０等から内部バス２０Ｂに出力された駆動制御データを、そのままあるいは加工して、各部のサーボコントローラＳＢＣに出力する。
【００３８】
そして、ＣＰＵ２１０は、上記の構成により、ＲＯＭ２２０内の制御プログラムや制御データに基づいて、Ｐ−ＣＯＮ２４０を介して各部からの検出制御データを入力し、それらが示す現状値から目標値やそのための制御値を導出して、ＲＡＭ２３０内の制御テーブルや情報テーブルを書き換えるなど、各種データ等を処理し、Ｐ−ＣＯＮ２４０を介して各部に駆動制御データを出力することにより、ロボット１全体を制御している。
【００３９】
次に、ロボット１の制御全体の処理フローについて、図１２を参照して説明する。なお、本処理および以下で説明する各種処理の処理フローは、ソフトウェア（プログラム：ファームウェアを含む）のみばかりでなく、その一部または全部をハードウェア（論理回路、機能回路等）によって実行するものも含むものとする。
【００４０】
同図に示すように、電源オン等により処理（Ｓ０）が開始すると、まず、適宜所定の初期設定を行い（Ｓ１）、次に、各種規定の優先順位によって規制された各種割込を許可し（Ｓ２）、何らかの割込が発生するまでは、そのままの状態を維持し（Ｓ３：Ｎｏ）、何らかの割込が発生すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、それぞれの割込処理に移行して（Ｓ４）、その割込処理が終了すると、再度、その状態を維持する（Ｓ３：Ｎｏ）。
【００４１】
例えば図１３に示すように、現在「静止」中のロボット１に対し、頭部Ｈ１に対する「前進」等の発声による音声認識やリモコン操作あるいは所定のスイッチ等の操作により、（前進）歩行が指示されると、（前進）歩行指示割込が発生して、（前進）歩行処理（Ｓ１０）が起動され、（前進）歩行プログラムに移行して（Ｓ１１）、処理（Ｓ１０）を終了する（Ｓ１２）。
【００４２】
この場合、例えばそれまでの静止処理等の制御プログラム等に代えて、歩行処理用の制御プログラム（歩行プログラム）をロードしても良いし、歩行プログラムのアドレスを指定するように（例えば歩行モードのセット（オン）等により）処理モードの切替等を行っても良い。これらにより、全体として各種割込に対するロボット１の処理（対応）が、「歩行」に適合したものとなる。また、この歩行プログラム実行中の状態遷移（制御モードあるいは制御対象期間の遷移）は、同図（ｂ）に示すようになる（詳細は後述）。
【００４３】
なお、上記の前進歩行処理の例のほか、後進歩行処理その他、起動可能な種々の処理の例を考え得る。例えばレーザ光等により目前の障害物等を検出（監視）可能なセンサなどを頭部Ｈ１の目の機能等として備えておき、障害物検出による割込発生によって静止処理（静止プログラム）を起動したり、その後、その静止中に周囲（左右等）を確認して、その確認検出結果（による割込）に応じて、方向転換処理を起動したり、その方向転換処理後には、それを確認後、再度、歩行処理を起動するなど、起動可能な制御プログラムの種類やその起動方法としては、種々のものが考慮でき、且つ実現可能である。
【００４４】
また、ロボット１では、例えば図１４に示すように、クロック信号の分周信号などに基づく制御用の同期トリガ（ロボット１のように小型の場合、１ｍｓ程度以下の周期が望ましい）により、周期制御割込が発生すると、状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）が起動され、まず、全センサ検出結果を取得するため、全てのセンシングコントローラＳＳＣから検出制御データを入力し、ＲＡＭ２３０内の前述の現状テーブルを書き換え（Ｓ２１）、書き換えられた現状テーブルと、そのときの制御プログラム（例えば上述の歩行プログラム）に基づいて、演算やテーブル参照によって次の目標値を導出して、目標テーブルを書き換え（目標値設定）、現状テーブルの現状値と目標テーブルの目標値とから、目標値に一致させるための制御値を導出して、制御テーブルの書き換え（制御値導出）を行う（Ｓ２２）。
【００４５】
次いで、全サーボ（全関節）制御値を出力（指示）するため、その制御テーブルの値（制御値）を示す駆動制御データを、全てのサーボコントローラＳＢＣに出力して（Ｓ２３）、処理（Ｓ２０）を終了する（Ｓ２４）。
【００４６】
なお、上述の処理（Ｓ２０）の例は、定期的な制御処理を行う例、すなわちクロック等に同期して定期的（周期的）にメインコントローラ２０と各サーボコントローラＳＢＣや各センシングコントローラＳＳＣとの間の通信（以下「コントローラ間通信」）を行うことによってロボット１全体を制御する例、であるが、不定期（非同期）に制御処理を行うこともできる。
【００４７】
この場合、例えば図示の処理（Ｓ３０）のように、ロボット１内各部のセンサにより変化が検出され、そのセンサ毎に個別の個別検出割込が発生すると、個別検出・目標設定処理（Ｓ３０）が起動され、その割込要因となったセンサによる検出結果を取得するため、そのセンサを担当するセンシングコントローラＳＳＣから検出制御データを入力して、前述の現状テーブルを書き換え（Ｓ３１）、同様にそのときの制御プログラムに基づいて、目標値設定（目標テーブル書換）や制御値導出（制御テーブル書換）を行う（Ｓ３２：Ｓ２２と同じ）。
【００４８】
また、上述では、全サーボ（全関節）制御値出力（Ｓ２３）を行ったが、点線で図示のように、一旦、現状テーブルの現状値と目標テーブルの目標値と間で差があるもの、言い換えると現状と異なる状態に変化（動作）させる必要のあるもの、のみを抽出し（Ｓ３３）、その分の制御テーブルの値（制御値）を示す駆動制御データのみを、それに対応するサーボコントローラＳＢＣのみに出力（Ｓ３４）しても良く、これにより、差分があるものが少ない場合等において、コントローラ間通信を効率化・短縮化できる。
【００４９】
ところで、上述の目標値設定・制御値導出処理（Ｓ２２またはＳ３３）では、例えば図１５に示すように、処理（Ｓ４０：Ｓ２２やＳ３２のためのサブルーチン）が起動されると、まず、足裏圧平均化（導出）処理を行う（Ｓ４１）。
【００５０】
なお、例えばこの「足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）」で導出された制御値に従って処理（制御）を実行すれば、「足裏圧平均化」を行うことができるが、本処理（Ｓ４０）では、目標値設定や制御値導出までを行うので、以下に説明する全ての処理は導出処理となる（この意味で「導出」と括弧書きしている）。
【００５１】
また、以下では、説明の都合（効率化）上、左足平部Ｌ１７の足裏左前センサＬ７ＬＦＳ、足裏右前センサＬ７ＢＦＳ、足裏左後センサＬ７ＬＢＳおよび足裏右後センサＬ７ＢＦＳを、センサ▲１▼、▲２▼、▲３▼および▲４▼とし、同様に右足平部Ｒ１７についてのセンサＲ７ＬＦＳ〜Ｒ７ＢＦＳを、センサ▲５▼〜▲８▼とする（図１７等参照）。また、左足平部Ｌ１７単独で検出された接地圧力（床反力）のみから求められる重心（床面に投影した重心：以下同じ）を左足重心（左足重心点）ＬＰとし、左足重心ＬＰの目標点を左足目標点（左足中心点、左足重心目標点）ＬＤとし、同様に右足平部Ｒ１７についての重心を右足重心（右足重心点）ＲＰ、目標点を右足目標点（右足中心点、右足重心目標点）ＲＤとし、さらにロボット１全体としての重心を前述のロボット中心点（重心、重心点）Ｐ、その目標点を目標点（重心目標点）Ｄとする。
【００５２】
ここで、例えば図１６に示すように、左足のセンサ▲１▼の出力値（検出値：圧力値）が１００（単位は省略：以下「▲１▼＝１００」のように示す）、同様に▲２▼＝２００、▲３▼＝２００、▲４▼＝４００の場合、総和は（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＝）９００であり、現状では概ね図示の▲１▼▲４▼を結ぶ対角線上の▲４▼に近い位置に左足重心点ＬＰがあるが、▲１▼〜▲４▼の各検出値の全てが平均値２２５と一致したときに、左足目標点ＬＤに一致するので、この場合、上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）では、左足目標点ＬＤを目標値として、現状値である左足重心点ＬＰを図示の矢印の方向に移動させて左足目標点ＬＤに一致させるための制御値を、演算またはテーブル参照等によって求める（導出する）。
【００５３】
より具体的には、前後の差分だけ、すなわち▲１▼と▲２▼の和と▲３▼と▲４▼の和との差（（▲１▼＋▲２▼）−（▲３▼＋▲４▼））を解消（相殺）する分だけ、足首関節ピッチ軸Ｌ１６Ｐを回転させるための制御値を導出する。この値は、サーボコントローラＬ６ＰＢを介して足首関節ピッチ角モータＬ６ＰＭを駆動するための駆動制御データの元値となる。同様に、左右の差分（（▲１▼＋▲３▼）−（▲２▼＋▲４▼）に相当する分）の相殺分だけ足首関節ピッチ軸Ｌ１６Ｒを回転させるための制御値を導出し、サーボコントローラＬ６ＲＢを介して足首関節ロール角モータＬ６ＲＭを駆動するための駆動制御データの元値とする。
【００５４】
そして、上述と同様のことを右足のセンサ▲５▼〜▲８▼に対して行うことで、右平足Ｒ１７について、右足目標点ＲＤに右足重心点ＲＰを一致させるための制御値を導出する。
【００５５】
上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）が終了すると、図１５に示すように、次に、静止時（すなわち現在処理中の制御プログラムが静止プログラムである場合あるいは処理モードが静止モードである場合等）か否かを判別し（Ｓ４２）、静止時であるときには（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、次に、姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００５６】
ここで、例えば図１７に示すように、左足平部Ｌ１７の下面の略四角の各点をａ〜ｄ、右足平部Ｒ１７の各点をｅ〜ｈとし、図示のように左足が前の場合、外側の角ａ、ｂ、ｆ、ｈ、ｇ、ｃを結ぶ多角形（ａ−ｂ−ｆ−ｈ−ｇ−ｃを結ぶ多角形：足裏部分＋斜線部分）の仮想領域Ａ内に、全体の重心点（ロボット中心点）Ｐがあれば転倒しないが、姿勢として最も安定した場合の重心点（すなわち理想の重心点）は、概ね図示の左足重心点ＬＰと右足重心点ＲＰとを結ぶ線Ｎの中央（中心）に相当する点となるので、この点を目標点（重心目標点）Ｄとする。なお、右足が前の場合等においても同様である（図２０等参照）。
【００５７】
そこで、上述の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）によって、左足平部Ｌ１７および右足平部Ｒ１７のそれぞれの重心点が、図１７に図示の左足重心点ＬＰと右足重心点ＲＰにあるものとすると、仮に、左足のセンサ▲１▼〜▲４▼の出力の総和（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＝）９００、右足のセンサ▲５▼〜▲８▼の総和（▲５▼＋▲６▼＋▲７▼＋▲８▼＝）１８００の場合、ロボット中心点Ｐは、概ね同図（ｂ）に図示のように線Ｎ上の右足側に片寄った（約１／３の）位置にあるので、この場合、上述の姿勢安定化（導出）処理（Ｓ４３）では、重心目標点Ｄを目標値として現状値であるロボット中心点Ｐを一致させ（Ｐを矢印の方向に移動させてＤに一致させ）、同図（ｂ）のようにするための制御値を導出する。この値は、ロボット１内各部（特に脚部１１内各部）の各関節を制御する各サーボコントローラＳＢＣに指示する駆動制御データの元値となる。
【００５８】
また、図１５に示すように、静止時でないときには（Ｓ４２：Ｎｏ）、次に、前進歩行時（すなわち現在処理中の制御プログラムが前進歩行プログラムである場合あるいは処理モードが前進歩行モードである場合等）か否かを判別し（Ｓ４５）、前進歩行時でないときには（Ｓ４５：Ｎｏ）、そのときの制御プログラムや処理モードに従った他の処理（他の処理モードにおける目標値設定・制御値導出処理など）を行った後（Ｓ４６）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００５９】
また、前進歩行時であるときには（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、両足安定期（図１３の（ｔ１）または（ｔ４）の状態：すなわち歩行時ではあるが、その時点から両足による安定状態に移行しようとしている期間：図１７または図２０参照）か否かを判別し（Ｓ５１）、両足安定期であるときには（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、上述の静止時と同様に、姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６０】
また、前進歩行時ではあるが（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、両足安定期ではないときには（Ｓ５１：Ｎｏ）、次に、重心移行期（図１３の（ｔ２）または（ｔ５）の状態：すなわち重心のない方の足を前に踏み出すために他方の足を軸足としてその足に重心を移行する期間であり、静歩行のための重心移行期間）か否かを判別し（Ｓ５２）、重心移行期であるときには（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、次に、左足重心（すなわち左足を軸足とするために左足に重心を移行する）か否かを判別し（Ｓ５３）、左足重心（（ｔ２）の状態）であるときには（Ｓ５３：Ｙｅｓ）、左足重心移行（導出）処理を行ってから（Ｓ５４）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６１】
この左足重心移行（導出）処理（Ｓ５４）では、例えば図１８に示すように、左足重心点ＬＰを重心目標点Ｄとする。すなわち、例えば反対側の右足を踏み出す場合等において、静的にも転倒しないためには、左足に全体重を乗せてその足裏の範囲（図示では左足平部Ｌ１７の下面の略四角ａ−ｂ−ｃ−ｄで囲む範囲）に重心（ロボット中心点）Ｐがあれば倒れないが、姿勢として最も安定する理想重心点は、左足重心点ＬＰとなるので、この点を重心目標点Ｄとして、ロボット中心点Ｐを矢印の方向に移動させて重心目標点Ｄ（左足重心点ＬＰ）に一致させるための制御値を導出し、脚部１１内各部等の各関節を制御する各サーボコントローラＳＢＣへの駆動制御データの元値とする。
【００６２】
また、図１５に示すように、左足重心でないとき（図１３の（ｔ５）の状態）には（Ｓ５３：Ｎｏ）、上述の左足重心移行（導出）処理（Ｓ５４）と同様ではあるが、右足を重心とする右足重心移行（導出）処理を行ってから（Ｓ５５）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６３】
また、重心移行期でないときには（Ｓ５２：Ｎｏ）、片足踏出期（図１３の（ｔ３）または（ｔ６）の状態）であると判別し、次に、左足重心（すなわち左足を軸足として右足を踏み出す）か否かを判別し（Ｓ５６）、左足重心であるとき（図１３の（ｔ３）の状態）には（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、右足踏出（導出）処理を行ってから（Ｓ５７）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６４】
この右足踏出（導出）処理（Ｓ５７）では、例えば図１９に示すように、左足重心点ＬＰを重心目標点Ｄとして一致させたまま、反対側の右足を踏み出すために、右足目標点ＲＤのみを前方に移行させ、ロボット中心点Ｐを重心目標点Ｄ（左足重心点ＬＰ）に一致させたまま、右足重心点ＲＰを矢印の方向に移動させて右足目標点ＲＤに一致させるための制御値を導出し、各部の各関節を制御する駆動制御データの元値とする。
【００６５】
また、図１５に示すように、左足重心でないとき（図１３の（ｔ６）の状態）には（Ｓ５６：Ｎｏ）、上述の右足踏出（導出）処理（Ｓ５４）と同様ではあるが、右足を重心（軸足）として左足を踏み出す左足踏出（導出）処理を行ってから（Ｓ５８）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。
【００６６】
そして、例えば図１９で上述の右足踏出（導出）処理が終了した時点（図１３の（ｔ３）の状態が終了した時点）で、両足安定期（（ｔ４）の状態）に移行し、図１５で前述のように、両足安定期となったときには（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、例えば図２０に示すように、前述同様の姿勢安定化（導出）処理を行ってから（Ｓ４３）、処理（Ｓ４０）を終了する（Ｓ４４）。もちろん、この状態（（ｔ３）の状態）から後には、図１８〜図２０で上述した処理と同様の処理を反対の足について行うことにより（（ｔ４）〜（ｔ１）の状態遷移により）、２足の静歩行の処理が行われる。
【００６７】
ところで、足部が接地（足着）する床面は一様に平坦ではない。例えば、ドアの足摺部や階段等では、足裏面の一部が接地状態で他の一部が非接地状態となる場合が生じる。例えば図２１に示すように、左足平部Ｌ１７の断面において、位置Ｐ１および位置Ｐ２に各１つのセンサ７Ｓが設けられている場合、仮に足裏プレート１７Ｓが無くて各圧力センサ７Ｓが独立していると、他の位置、例えば図示の位置Ｐ３に対応する床面にある突起物Ｔを踏みつけても、それが各圧力センサ７Ｓに接触しない限り、それを検出することはできない。
【００６８】
これに対し、ロボット１では、足裏プレート１７Ｓを備えて複数の圧力センサ７Ｓが相互に連結されているので、突起物Ｔを踏んだときには、各圧力センサ７Ｓによりその突起物Ｔの位置Ｐ３からの距離Ｌ１および距離Ｌ２に反比例した圧力が検出できる。このため、床面の凹凸等（例えば足摺部や階段）により、一部の圧力センサ７Ｓが誤検出（非検出も含む）となることがない。
【００６９】
また、この場合、図１５で前述した足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）により検出値を平均化して、位置Ｐ１と位置Ｐ２の双方から等距離の左足目標点ＬＤに、図１６で前述と同様に左足重心点ＬＰを一致させると、実際の重心点は、左足目標点ＬＤ（左足重心点ＬＰ）ではなく、図示の位置Ｐ３と位置Ｐ２の双方から等距離の仮重心点Ｑに一致する。この場合、突起物Ｔと床面に接地する一点とを含む多角形が一時的な足裏となり、仮重心点Ｑが左足目標点ＬＤより安定する点となるので、上記の足裏圧平均化（導出）処理（Ｓ４１）が、あたかも理想の仮重心点Ｑに実際の重心点を一致させて安定化する処理（の代用）になる。このため、床面の突起物Ｔ等による影響を受けにくく、転倒のない適切な２足歩行を確保できる。
【００７０】
上述のように、ロボット１では、静止時（立ち動作）において、両足部の足裏面同士を外形線で結ぶ仮想領域Ａから、ロボット中心点（重心）Ｐが外れないように姿勢を制御し、且つ歩行時（歩行動作）において、軸足となる足部の足裏面から、ロボット中心点Ｐが外れないように姿勢を制御するようにしているため、転倒することなく適切な２足歩行が可能であり、しかも、制御が容易なため、応答性が良好となり、歩行速度をアップすることができる。また、各足部（足平部）１７における複数の圧力センサ７Ｓの圧力値が略均等になるように体躯の姿勢を制御するので、床面に凹凸や傾斜があっても、２足歩行を安定に行うことができる。
【００７１】
ところで、ロボット１では、サーボコントローラＳＢＣやセンシングコントローラＳＳＣへの処理の負荷分担を工夫し、メインコントローラ２０とのコントローラ間通信を最小限に押さえることによって、低価格ではあるが低速の（通信容量や通信速度が低い）例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を利用しても、メインコントローラ２０の負荷を軽減することができ、かつ、それによってロボット１全体の処理能力（動作速度等）を向上できるようにしているので、以下、この点について説明する。
【００７２】
まず、ロボット１におけるコントローラ間通信のための初期設定について説明する。一般に、いわゆる「ホスト」となるメインコントローラ２０と、いわゆる「クライアント」となるサーボコントローラＳＢＣやセンシングコントローラＳＳＣと、の間でのコントローラ間通信を、共用（共通）バスを介して行うためには、各コントローラを区別する個別のＩＤが必要となる。ここでは、共通バス（バスＨ１Ｂやバス２１Ｂ）としてＵＳＢを採用すると、ＩＤはＵＳＢアドレスであり、このＵＳＢアドレスの割当も、ホスト（メインコントローラ２０）が、各クライアント（サーボコントローラＳＢＣ、センシングコントローラＳＳＣ）に対して行う。
【００７３】
なお、一般のＵＳＢの規格（仕様：プロトコル等を含む）によれば、ホストは、転送開始を伝えるパケットであるトークンを、バスを介してブロードキャストで発行する。これに対して、Ｈｕｂ等を含む各周辺機器（クライアント）は、トークンに含まれるアドレスが自己を示しているときには以降の転送データ等を受信し、自己を示していないときにはそれを無視する。ここで、各クライアントは、ＵＳＢに接続された時点でアドレス（以下「ＵＳＢアドレス」）を割り当てられるが、固有のＵＳＢアドレスが割り当てられるまではデフォルトアドレス［００ｈ］（１６進の「００」：以下同様に［〜ｈ］で１６進を示す）に反応する。
【００７４】
この点、ロボット１では、一般公開のＵＳＢ規格（仕様）に完全一致させる必要もないので、各クライアントに対するハードウェア的な手法による設定（以下「ハード的に設定」）、例えば各クライアントが有するＣＰＵのＩ／Ｏポート等を（クランプする等により）利用して設定、あるいはＲＯＭ等（フラッシュＲＯＭ等）に記憶させて設定、などにより、各クライアントに最初から個別のＵＳＢアドレスを割り当てておくこともできる。ただし、この場合、ホストの都合等に応じた各ＵＳＢアドレス等の変更が困難になる。
【００７５】
かといって、各クライアントにＵＳＢアドレスを設定しないまま電源オンを行って、その直後にデフォルトアドレス［００ｈ］を呼び出せば、各クライアントが同時に反応してバス内での衝突が生じ、正常に初期設定等を行うことはできない。また、これに対して、Ｈｕｂのダウンストリームポートを順番に有効化する方法（ＵＳＢのＥｎｕｍｅｒａｔｉｏｎ ）等を真似るには、全部または要所となる一部のクライアントにＨｕｂ的な機能を必要とする。
【００７６】
そこで、ロボット１では、Ｈｕｂ的な機能を要することなく初期設定（ＵＳＢアドレス設定）を適切に行うため、個別のＵＳＢアドレスではなく、後述の応答タイマーの時間設定のための数値（以下「仮アドレス」）を、ハード的に個別に設定しておく。また、図１２で前述の電源オンの直後には、ＩＤ（ＵＳＢアドレス）は未設定とする。このため、初期設定（Ｓ１）では、ホスト（２０）が、各クライアント（ＳＢＣ、ＳＳＣ）に対して、ＩＤ（ＵＳＢアドレス）を設定することから開始する必要があるが、この設定のためのコントローラ間通信にもＩＤが必要となるので、一般的なＵＳＢ仕様と同様に、各クライアントのＵＳＢアドレスはデフォルトアドレス［００ｈ］としておく。
【００７７】
図２２および図２３に示すように、電源オン後の最初のデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲１▼）に対して、全クライアントが反応するのを回避するため、最初にアドレス設定するクライアント１以外のクライアント（例えばクライアント２）では、応答マスク期間Ｔｍ（例えばＴｍ２）を設ける。この場合、各クライアントでは、初期設定（Ｓ１）において、各クライアント個別初期設定処理（Ｓ６０）が起動され、まず、自己に対して予めハード的に設定された「仮アドレス」を読み込み（Ｓ６１）、その仮アドレスに従って、応答マスクタイマーの時間（応答マスク期間）Ｔｍを設定し、例えばクライアント２では応答マスク期間Ｔｍ２を設定して、その応答マスクタイマーを起動し（Ｓ６２）、タイマータイムアップ（Ｓ６３：Ｙｅｓ）となるまで、呼出Ｑａ（図示の▲１▼）に対する応答Ａａ（図示の▲２▼）をマスクする（Ｓ６３：Ｎｏ）。
【００７８】
続いて、例えば応答マスク期間Ｔｍ２が経過して、クライアント２のタイマータイムアップとなると（Ｓ６３：Ｙｅｓ）、今度は自分（クライアント２）の順番なので、メインからのデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａを待ち（Ｓ６４：Ｎｏ）、メインからの呼出Ｑａ（図示の▲４▼）が発行されると（Ｓ６５）、それに応じて（Ｓ６４：Ｙｅｓ）、応答Ａａ（図示の▲５▼）を送信して、データ（設定するＵＳＢアドレス）Ｄａを受信して、格納する（Ｓ６６〜Ｓ６７）。なお、クライアント１では、クライアント１の仮アドレスに対応する応答マスク期間Ｔｍ１＝０とすることで、本処理（Ｓ６０）を利用できる。
【００７９】
そして、上述の状態（Ｓ６７）に移行後、各クライアントでは、概念的に同図に図示のクライアント定常処理（Ｓ６８：図２４で後述のＳ７０と同意の処理）が可能となり、個別のＵＳＢアドレスに対する呼出Ｑｂを待ち（Ｓ７１：Ｎｏ）、メインからの呼出Ｑｂに対して（Ｓ７２〜Ｓ７１：Ｙｅｓ）、自己に対する呼出か否かを判別し（Ｓ７３）、自己に対するものであれば（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、応答Ａｂの送信および各種データＤｂの受信・格納を行ってから（Ｓ７４〜Ｓ７５）、さらに次のループ処理（Ｓ７１〜Ｓ７５）に移行し、自己に対するものでなければ（Ｓ７３：Ｎｏ）、そのまま、次の呼出Ｑｂを待つループ処理（Ｓ７１〜Ｓ７５）に移行する。
【００８０】
なお、実際には、各クライアントにおいても、図１２で前述の処理（Ｓ０）が行われ、初期設定（Ｓ１）において、上述のクライアント個別初期設定処理（Ｓ６０）により個別のＵＳＢアドレスを格納した後（Ｓ６７）、一旦、処理（Ｓ６０）を終了する（Ｓ６９）。そして、その他も含む全ての初期設定が終了した後（図１２のＳ１）、次に、各種規定の優先順位によって規制された各種割込を許可し（Ｓ２）、何らかの割込が発生するまでは、そのままの状態を維持し（Ｓ３：Ｎｏ）、何らかの割込が発生すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、それぞれの割込処理に移行して（Ｓ４）、その割込処理が終了すると、再度、その状態を維持する（Ｓ３：Ｎｏ）。
【００８１】
このため、クライアント定常処理（Ｓ７０）も、実際には、図２４に示すように、メインからの個別のＵＳＢアドレスに対する呼出Ｑｂによる割込発生に応じて起動され、自己に対する呼出Ｑｂか否かを判別し（Ｓ７３）、自己に対するものであれば（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、応答Ａｂの送信および各種データＤｂの受信・格納を行って（Ｓ７４〜Ｓ７５）、処理（Ｓ７０）を終了し（Ｓ７６）、自己に対するものでなければ（Ｓ７３：Ｎｏ）、そのまま、処理（Ｓ７０）を終了する（Ｓ７６）。
【００８２】
なお、各クライアントでは、自己に対する呼出か否かの判断時間（処理能力）等の要請から、自己に対するものか否かに拘わらず、一旦、データＤａ、Ｄｂ等を受信しておき、自己に対するものか否かを判断後、自己に対するものでなければそのデータＤＡ、Ｄｂ等を破棄（無視）し、自己に対するものであるときに正規の格納領域等に格納するようにすれば、比較的低速ではあるが低価格のＣＰＵ等を使用可能となるので、ロボット１では、この方法を採用する。このため、図２３や図２４で上述の処理（Ｓ６０、Ｓ７０）では、応答Ａａ、Ａｂの送信＆データＤａ、Ｄｂの受信をまとめた処理（Ｓ６６、Ｓ７４）の後、データＤａ、Ｄｂの格納を行う処理（Ｓ６７、Ｓ７５）を行うようにしている（同趣旨を図２６等でも後述する）。
【００８３】
次に、ホスト（メインコントローラ２０）側では、図１２で前述の電源オン後の初期設定（Ｓ１）において、図２５に示すように、メイン初期設定処理（Ｓ８０）が起動され、まず、変数Ｎに１を設定（Ｎ←１）し、必要に応じて定数としてクライアント数ｎを設定する（Ｓ８１）。
【００８４】
次に、図２２および図２５に示すように、Ｎ番目（例えばＮ＝１番目）のクライアント呼出のための遅延タイマーに遅延時間ＴＮ（例えば遅延時間Ｔ１）を設定して、その遅延タイマーを起動し（Ｓ８２）、タイマータイムアップとなるまで待つ（Ｓ８３：Ｎｏ）。続いて、設定された遅延時間Ｔ１分だけ時間が経過して、タイマータイムアップになると（Ｓ８３：Ｙｅｓ）、最初のデフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲１▼）とともに、そのクライアント（ここではクライアント１）に設定するＵＳＢアドレスをデータＤａとして送出する（Ｓ８４）。
【００８５】
これに対し、前述のように、クライアント１では、呼出Ｑａ（図示の▲１▼）とともにデータＤａを受信しておき、呼出Ｑａが自己への呼出と判別された後に、応答Ａａ（図示の▲２▼）をホストに送出し、データＤａを正規に格納する（このため▲３▼の位置に図示）。
【００８６】
データＤａの送出まで終了すると（Ｓ８４）、次に、全クライアントにＵＳＢアドレスを送出したか否かを判別し、具体的にはＮ←Ｎ＋１として、Ｎ＞ｎか否かを判別し（Ｓ８５）、ここでは、Ｎ←１＋１によりＮ＝２≦ｎとすると（Ｓ８５：Ｎｏ）、次に、Ｎ（ここではＮ＝２）番目の遅延時間Ｔ２を設定して、その遅延タイマーを起動し（Ｓ８２）、タイマータイムアップとなるまで待つ（Ｓ８３：Ｎｏ）。続いて、遅延時間Ｔ２分だけ時間が経過して、タイマータイムアップになると（Ｓ８３：Ｙｅｓ）、デフォルトアドレス［００ｈ］への呼出Ｑａ（図示の▲４▼）とともに、クライアント２に設定するＵＳＢアドレスをデータＤａとして送出する（Ｓ８４）。
【００８７】
これに対し、前述のように、クライアント２では、呼出Ｑａ（図示の▲４▼）とともにデータＤａを受信し、呼出Ｑａが自己への呼出と判別された後に、応答Ａａ（図示の▲５▼）をホストに送出し、データＤａを正規に格納する（図示の▲６▼）。
【００８８】
同様にして、ｎ番目のクライアントｎまでのデータＤａの送出まで終了すると（Ｓ８４）、全クライアントにＵＳＢアドレスを送出したことになり、Ｎ＝ｎ＋１＞ｎとなるので（Ｓ８５：Ｙｅｓ）、処理（Ｓ８０）を終了する（Ｓ８６）。なお、Ｎ＝１〜ｎ番目のクライアント呼出のための遅延時間は、上述のように相互間の遅延時間（Ｔ１、Ｔ２、……）で設定する他、個別にタイマーを設けて最初からの経過時間（図２２のｔ１、ｔ２、……）等で設定しても良い。
【００８９】
そして、上述の状態（Ｓ８５：Ｙｅｓ）になったことで、以降、各クライアントに対して、各個別のＩＤ（ＵＳＢアドレス）を使用した制御が可能になり、例えば概念的に同図に図示のメイン定常処理（Ｓ８７）が可能となり、定期タイミングを待ち（Ｓ８７１：Ｎｏ）、定期タイミングに発生する周期トリガに応じて（Ｓ８７２〜Ｓ８７１：Ｙｅｓ）、ホスト（メインコントローラ２０）における定期的な処理その他を行い（Ｓ８７３）、続いて、次の定期タイミング（周期トリガ）を待つループ処理（Ｓ８７１〜Ｓ８７３）に移行する。
【００９０】
もちろん、上述のメイン定常処理（Ｓ８７）も、図１３や図１４等で前述の各種の割込発生に応じて起動される各種割込処理を概念的且つ総括的に示したものであり、例えば全体として歩行処理等を行っている場合（図１３参照）、実際のメイン定期処理としては、図１４で前述の状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）を主に行うことになる。
【００９１】
そこで、次に、初期設定終了後の定常状態におけるホスト（メインコントローラ２０）と各クライアントの双方の処理を含めた全体的且つ概念的な処理フローを、定期的処理である全体制御（Ｓ９０）として説明する。
【００９２】
図２６に示すように、この全体制御（Ｓ９０）では、まず、変数Ｎに１を設定（Ｎ←１）し、必要に応じて定数としてクライアント数ｎを設定し（Ｓ９１）、続いて、Ｎ番目のクライアントに送出するためにそのクライアントを指定する呼出（トークン）Ｑｂ＆データＤｂのブロードキャストを行う（Ｓ９２）。すなわち、ここでは、Ｎ番目のクライアントがサーボコントローラＳＢＣ（以下「サーボ系」）の場合、Ｎ番目のクライアントのＵＳＢアドレスを含む呼出Ｑｂ（トークン）とサーボ制御用のデータＤｂを送出する（図２７の上段および図２８参照）。ただし、クライアントがセンシングコントローラＳＳＣ（以下「センサ系」）の場合、ＵＳＢアドレス以外はドントケア（ｄｏｎ’ｔ ｃａｒｅ）値となる。
【００９３】
呼出Ｑｂ＆データＤｂのブロードキャストが終了すると（Ｓ９２）、全ての各クライアントのそれぞれが、データＤｂの仮受信を行う（Ｓ９３）。すなわち、例えば図２７および図２８に示す「目標位置」「目標速度」「サーボ定数」（＝「ゲインＰ」＋「ゲインｉ」＋「ゲインｄ」）等から成るデータＤｂを、個別ＩＤ（ＵＳＢアドレス）に拘わらず、全てのクライアントが仮に受信する。
【００９４】
続いて、対応クライアント（Ｎ番目のクライアント）が、応答Ａｂを返信するとともに、データＤｂの本受信を行う（Ｓ９４）。すなわち、呼出ＱｂのＵＳＢアドレスに対して自己のＵＳＢアドレスが一致するＮ番目のクライアントだけが、ホスト（メインコントローラ２０）に応答する。ここで、Ｎ番目のクライアントがサーボ系の場合には、例えば図２７の下段に示すように、「現在位置」や「現在速度」を含めて（付帯して）応答し、センサ系の場合には、「センシング値」（センサ値：センサによる検出値）を付帯して応答する。
【００９５】
以上の処理（Ｓ９２〜Ｓ９４）を、例えばＮ＝１について終了後、次に、全クライアントに対応する処理を終了したか否か、具体的にはＮ←Ｎ＋１として、Ｎ＞ｎか否かを判別し（Ｓ９５）、ここでは、全終了ではないので（Ｓ９５：Ｎｏ）、Ｎ＝２〜ｎについても同様にして処理（Ｓ９２〜Ｓ９４）を行った後（Ｓ９５：Ｙｅｓ）、処理（Ｓ９０）を終了する（Ｓ９６）。
【００９６】
なお、上述の全体制御（Ｓ９０）は、前述のように定期的な処理であり、その内容から、ホスト（メインコントローラ２０）の処理としては、ほぼ図１４の状態検出・目標設定処理（Ｓ２０）に該当する。ここで、例えばセンサ系を、Ｎが小さい値の方のクライアントとし、Ｎが大きな方にサーボ系を並べれば、図２６の全体制御（Ｓ９０）では、Ｎが小さいセンサ系を先に処理することによって、図１４の全センサ検出結果取得（Ｓ２１）の処理を先に終了させることができ、例えば図２８に示すような目標テーブルの書き換え（目標値設定）〜制御値導出までの処理（Ｓ２２）と可能な限り並行処理して（制御値が算出され次第、順次）、その後の全サーボ系に対する制御値出力（Ｓ２３）を処理でき、その並列（処理）化によって周期トリガの周期を短縮化して高速化が図れる。
【００９７】
上述のように、ロボット１では、各関節の制御を担当する各サーボコントローラＳＢＣ（サーボ系）に対して、メインコントローラ２０から共通（ＵＳＢ）バスであるバスＨ１やバス２１Ｂを介して、制御データ（データＤｂ）を送信し、その制御データのみに基づいて各関節の制御を行う。この場合、図５〜図７等で前述のように、各サーボコントローラＳＢＣは、それぞれ単一の関節の制御のみを担当するため（本実施形態では単一の軸の回転角制御等に絞るためさらに簡単に）、例えば図２７および図２８に示す「目標位置」「目標速度」「サーボ定数」等から成る自己に対する制御データＤｂの受信のみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成されている。
【００９８】
言い換えると、複雑な複数の処理の組合せによる制御の場合、個々の時点で処理する制御の種類等を指示するコマンド等をメインコントローラ２０から受信したり、他のコントローラとのタイミング合わせ等のための通信が必要となるが、ロボット１のサーボ系では、これらを必要とせず、比較的単純な構成の制御データＤｂの受信のみで制御動作可能なので、共通バスを利用した通信を最小限に押さえることができる。例えば図２７のデータフォーマットで、クライアント数ｎ＝２０とした場合、１制御周期当たり、２５バイト×２０＝５００バイトなので、制御周期を１ｍｓとしても４Ｍｂｐｓの転送レートで済む。すなわち、これにより、低速ではあっても低価格な例えばＵＳＢ等のシリアルバス等を共通バスとして利用し易くなる。
【００９９】
一方、メインコントローラ２０側においても、各サーボコントローラＳＢＣによる処理結果を待つための待ち合わせ処理等を行う必要がなく、図１４等で前述のセンサの検出結果に基づいて目標値設定〜制御値出力等の処理に専念できるので、コントローラ間通信に伴う負荷を軽減して、全体として処理を高速化でき、リアルタイム制御にも適したものになる。すなわち、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる。
【０１００】
なお、図２６で前述の全体制御（Ｓ９０）では、Ｎ＝１〜ｎの全てのクライアントに対して呼出＆データの送出を行ったが、図１４で前述のように差分のみを抽出し（Ｓ３３）、それに対応するクライアントのみに出力（Ｓ３４）しても良く、これにより、平均的に、コントローラ間通信を効率化・短縮化できる。
【０１０１】
また、上述の例では、各種関節の各軸に対してサーボ系（サーボコントローラＳＢＣ）とセンサ系（センシングコントローラＳＳＣ）とを個別に設けたが、これらをまとめて、各軸毎に１つのコントローラとしたり、各関節毎に１つのコントローラとすることもでき、クライアント数を絞る（情報の送受信をまとめる）ことによって、共通バスの通信量を抑えることができる。
【０１０２】
また、上述の例では、各センサ系（センシングコントローラＳＳＣ）をも、共通バス（ＵＳＢバス）におけるクライアントとして扱ったが、センサ値の抽出（報告）に共通バス以外の別の経路を利用することもでき、この場合、共通バスはサーボ系にのみ利用することになるので、さらに共通バスの通信量を抑えることができ、低速の共通バス等を利用しつつもさらにその通信の簡単化・高速化が図れる。もちろん、その他、要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更も可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
上述のように、本発明のロボットの制御装置およびロボットの制御方法によれば、低速の共通バス等を利用しつつそれを介した通信を最小限に押さえることによって、低価格化と高速化とを同時に図ることができる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る脚式歩行ロボットの全体斜視図である。
【図２】図１のロボットの制御系を示す概略ブロック図である。
【図３】図１のロボットの自由度構成モデルの模式図である。
【図４】図３の自由度構成モデルの前提の説明図である。
【図５】図２のロボットの股関節部の詳細ブロック図である。
【図６】膝関節部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図７】足首関節部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図８】足平部の、図５と同様の詳細ブロック図である。
【図９】図１のロボットの足平部および足裏プレートを示す構造図である。
【図１０】図９の足平部および足裏プレートの分解斜視図である。
【図１１】図９の足平部の圧力センサ廻りの拡大断面図である。
【図１２】図１のロボットの制御全体の概略処理を示すフローチャートである。
【図１３】（前進）歩行処理のフローチャートおよびその起動下における状態遷移の説明図である。
【図１４】定期的な周期制御割込による状態検出・目標設定処理および不定期の個別検出割込による個別検出・目標設定処理のフローチャートである。
【図１５】図１４の目標値設定・制御値導出処理のフローチャートである。
【図１６】図１５の足裏圧平均化導出処理の原理を模式的に示す説明図である。
【図１７】静止時または図１３の前進歩行時における状態遷移が左足前の両足安定期のときの、図１５の姿勢安定化導出処理の原理を模式的に示す説明図である。
【図１８】図１５の左足重心移行導出処理についての、図１７と同様の説明図である。
【図１９】図１５の右足踏出導出処理についての、図１７と同様の説明図である。
【図２０】右足踏出後、状態遷移が右足前の両足安定期のときの、図１７と同様の説明図である。
【図２１】足裏プレートにより複数の圧力センサを連結した利点を示す説明図である。
【図２２】初期設定において、各クライアントのＩＤであるＵＳＢアドレスの設定を行うためのコントローラ間通信のイメージを示す説明図である。
【図２３】クライアント個別初期設定処理のフローチャートである。
【図２４】クライアント定常処理のフローチャートである。
【図２５】メイン初期設定処理のフローチャートである。
【図２６】全体的な定期的処理を概念的に示す全体制御のフローチャートである。
【図２７】共通バスを使用したコントローラ間通信におけるデータフォーマットの一例を示す説明図である。
【図２８】サーボコントローラのための制御データおよび目標テーブルや現在テーブルとして記憶する項目の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ロボット（脚式歩行ロボット）
１０ 胴体
１１（Ｒ１１、Ｌ１１） …… 脚部（右脚部、左脚部）
１２（Ｒ１２、Ｌ１２） …… 股関節部（右〜、左〜）
１３（Ｒ１３、Ｌ１３） …… 大腿部（右〜、左〜）
１４（Ｒ１４、Ｌ１４） …… 膝関節部（右〜、左〜）
１５（Ｒ１５、Ｌ１５） …… 頸部（右〜、左〜）
１６（Ｒ１６、Ｌ１６） …… 足首関節部（右〜、左〜）
１７（Ｒ１７、Ｌ１７） …… 足平部（右〜、左〜）
１７Ｓ（Ｒ１７Ｓ、Ｌ１７Ｓ） …… 足裏プレート（右〜、左〜）
２０ メインコントローラ
２０Ｂ、２１Ｂ、Ｈ１Ｂ …… バス
２１（Ｒ２１、Ｌ２１） …… 脚制御部（右〜、左〜）
５１ センサホルダ
５４ ボトムプレート（規制部材）
５５ 復帰部材
６１（Ｒ６１、Ｌ６１） …… 腕部（右〜、左〜）
▲１▼〜▲８▼、７Ｓ、Ｒ７〜Ｓ、Ｌ７〜Ｂ …… （足裏）圧力センサ
７１ センサ本体
７２ 圧力室
７３ 封止膜体
７４ 検出子
Ａ 仮想領域
Ｄ（ＲＤ、ＬＤ） …… 重心目標点（右足〜、左足〜）
Ｈ１ 頭部
Ｐ ロボット中心点
ＲＰ、ＬＰ …… 右足重心点、左足重心点
Ｒ〜Ｐ、Ｌ〜Ｐ …… ピッチ軸
Ｒ〜ＰＭ、Ｌ〜ＰＭ …… ピッチ角モータ
Ｒ〜ＰＳ、Ｌ〜ＰＳ …… ピッチ角センサ
Ｒ〜Ｒ、Ｌ〜Ｒ …… ロール軸
Ｒ〜ＲＭ、Ｌ〜ＲＭ …… ロール角モータ
Ｒ〜ＲＳ、Ｌ〜ＲＳ …… ロール角センサ
Ｒ〜Ｙ、Ｌ〜Ｙ …… ヨー軸
Ｒ〜ＹＭ、Ｌ〜ＹＭ …… ヨー角モータ
Ｒ〜ＹＳ、Ｌ〜ＹＳ …… ヨー角センサ
ＳＢＣ、Ｒ〜Ｂ、Ｌ〜Ｂ …… サーボコントローラ
ＳＳＣ、Ｒ〜Ｃ、Ｌ〜Ｃ …… センシングコントローラ
Claims (2)
- 多関節形のロボットの複数の関節に対応して、それぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラと、
前記複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、共通バスを介して送信するメインコントローラと、
前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出手段と、
を備えたロボットの制御装置であって、
前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、
前記メインコントローラは、
検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定手段と、
設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成手段と、
生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信手段と、
を有することを特徴とするロボットの制御装置。 - 多関節形のロボットの複数の関節に対応してそれぞれ単一の関節の制御のみを担当する複数のサーボコントローラに対して、それぞれが担当する各関節の動作を指示する個別の制御データを、メインコントローラから共通バスを介して送信するロボットの制御方法であって、
前記各サーボコントローラは、前記共通バスを介しての自己に対する前記制御データのみに基づいて、担当する各関節の制御動作を完結可能に構成され、
前記ロボットの各関節の状態を検出する状態検出工程と、
検出された前記各関節の状態に基づいて、前記各関節の次の動作のための目標を設定する目標設定工程と、
設定された前記目標に基づいて前記制御データを生成する制御データ生成工程と、
生成された前記制御データを前記共通バスを介して送信する送信工程と、
を有することを特徴とするロボットの制御方法。
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