JP2005153056A - Walking control method for multi-leg robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、胴体に脚を4個以上備える多脚ロボットの歩行を制御する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling walking of a multi-legged robot having four or more legs on its body.
従来、歩行ロボットの一種として、胴体に脚を6個備える6足ロボットが知られている(特許文献1を参照)。6足ロボットは、一度に3本の足を上げて歩行することができ、安定性に優れている。 Conventionally, as a kind of walking robot, a six-legged robot having six legs on its body is known (see Patent Document 1). A six-legged robot can walk with three legs raised at a time, and is excellent in stability.
しかしながら、6足ロボットでは、歩行速度が遅くなる場合がある、という問題点があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、歩行速度を向上することができる多脚ロボットの歩行制御方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a walking control method for a multi-legged robot capable of improving walking speed.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る多脚ロボットの歩行制御方法は、
胴体に第1旋回関節により接合される大腿部と、前記大腿部に第2旋回関節により接合される脛部を有する脚を4個以上備えるとともに、各脚の前記第1旋回関節を旋回駆動する第1駆動手段と、各脚の前記第2旋回関節を旋回駆動する第2駆動手段と、各脚の前記脛部の下端である接地端の位置座標(x,z)を検出する接地端位置検出手段と、前記接地端が接地したことを検出する接地検出手段と、制御手段を備える多脚ロボットの前記4個以上の脚のうち、進行方向に対して最も前方となる最前脚と前記最前脚の後方に位置する2個の脚からなり前記胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である後方脚のいずれかの歩行を制御する方法であって、
前記制御手段は、
制御の対象となる後方脚である被制御脚を折り畳んだ状態である縮脚状態で前記脛部を旋回した場合の前記接地端の軌跡である第1可動限界と、前記被制御脚を略直線状に伸展した状態である伸脚状態で前記被制御脚全体を旋回した場合の前記接地端の軌跡である第2可動限界とによって挟まれる領域である接地端可動範囲の中で、歩行前の時点で前記接地端が存在する位置である第1後方脚位置の座標である第1後方脚位置座標(x1,z1)を前記接地端位置検出手段が検出した場合には、前記接地端を鉛直上方に上昇させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記縮脚状態で前記脛部の長手方向である脛軸方向が鉛直上下方向となるときの前記接地端の位置である第3後方脚位置の座標である第3後方脚位置座標(x3,z3)の鉛直座標である第3後方脚鉛直座標z3と等しい鉛直座標を有する位置座標(x1,z3)の位置である第2後方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を前記第3後方脚位置に向かって水平に横移動させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が前記第3後方脚位置に到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を鉛直下方に下降させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が接地したことを前記接地検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させるように制御すること
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a walking control method for a multi-legged robot according to
The leg has four or more legs having a thigh joined to the body by a first turning joint and a shin part joined to the thigh by a second turning joint, and the first turning joint of each leg is turned. First driving means for driving, second driving means for driving to turn the second turning joint of each leg, and grounding for detecting a position coordinate (x, z) of a grounding end which is a lower end of the shin part of each leg. An end position detecting means; a grounding detecting means for detecting that the grounding end is grounded; and a foremost leg that is the frontmost in the traveling direction among the four or more legs of the multi-legged robot including a control means; A method for controlling the walking of any of the rear legs that are non-supporting legs excluding the supporting legs that are the three legs that support the torso and that are composed of two legs located behind the foremost leg,
The control means includes
A first movable limit that is a locus of the ground contact end when the shin part is turned in a contracted leg state in which the controlled leg that is a rear leg to be controlled is folded, and the controlled leg is substantially straight. In the range of the ground contact end movable range that is sandwiched by the second movable limit that is the trajectory of the ground contact end when the entire controlled leg is turned in the extended leg state that is in a stretched state, When the grounding end position detecting means detects the first rear leg position coordinates (x 1 , z 1 ), which are the coordinates of the first rear leg position that is the position where the grounding end exists at the time, the grounding end The grounding end when the first driving means and the second driving means are actuated so as to raise vertically upward, and the shin axis direction, which is the longitudinal direction of the shin portion, becomes the vertical vertical direction in the contracted leg state. The third rear leg position coordinate which is the coordinate of the third rear leg position which is the position of x 3, z 3) of the ground terminal at which the second rear leg position location of a vertical coordinate third aft position coordinates having the vertical coordinate z 3 equal vertical coordinates (x 1, z 3) has reached When the grounding end position detecting means detects that, the first driving means and the second driving means are stopped,
Next, the first driving means and the second driving means are operated so as to horizontally move the grounding end toward the third rear leg position, and the grounding end reaches the third rear leg position. When the grounding end position detecting means detects that, the first driving means and the second driving means are stopped,
Next, the first drive means and the second drive means are operated so as to lower the ground end vertically downward, and the first drive means is detected when the ground detection means detects that the ground end is grounded. And controlling to stop the second driving means.
また、本発明の請求項2に係る多脚ロボットの歩行制御方法は、
胴体に第1旋回関節により接合される大腿部と、前記大腿部に第2旋回関節により接合される脛部を有する脚を4個以上備えるとともに、各脚の前記第1旋回関節を旋回駆動する第1駆動手段と、各脚の前記第2旋回関節を旋回駆動する第2駆動手段と、各脚の前記脛部の下端である接地端の位置座標(x,z)を検出する接地端位置検出手段と、前記接地端が接地したことを検出する接地検出手段と、制御手段を備える多脚ロボットの前記4個以上の脚のうち、進行方向に対して最も後方となる最後脚と前記最後脚の前方に位置する2個の脚からなり前記胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である
前方脚のいずれかの歩行を制御する方法であって、
前記制御手段は、
前記胴体と前記接地端の鉛直座標の差である接地端高さを前記4個以上の脚のそれぞれについて算出し、前記接地端高さの絶対値が最小となる最小接地端高さHminと前記接地端高さの絶対値が最大となる最大接地端高さHmaxを求め、次いでこれらの差(Hmax−Hmin)である地面最大凹凸値ΔHを算出し、制御の対象となる前方脚である被制御脚の歩行前の時点での位置である第1前方脚位置の座標である第1前方脚位置座標(x5,z5)を前記接地端位置検出手段が検出した場合には、前記接地端を鉛直上方に上昇させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記地面最大凹凸値ΔHに余裕値αを加えた値(ΔH+α)を前記第1前方脚位置座標の鉛直座標である第1前方脚鉛直座標z5に加えた値(z5+ΔH+α)と等しい鉛直座標を有する位置座標(x5,z5+ΔH+α)の位置である第2前方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を水平に横移動させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、歩幅値B3を前記第1前方脚位置座標の水平座標である第1前方脚水平座標x5に加えた値(x5+B3)と等しい水平座標を有する位置座標(x5+B3,z5+ΔH+α)の位置である第3前方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を鉛直下方に下降させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が接地したことを前記接地検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させるように制御すること
を特徴とする。
A walking control method for a multi-legged robot according to
The leg has four or more legs having a thigh joined to the body by a first turning joint and a shin part joined to the thigh by a second turning joint, and the first turning joint of each leg is turned. First driving means for driving, second driving means for driving to turn the second turning joint of each leg, and grounding for detecting a position coordinate (x, z) of a grounding end which is a lower end of the shin part of each leg. An end position detecting means; a grounding detecting means for detecting that the grounding end is grounded; and a last leg that is the rearmost in the traveling direction among the four or more legs of the multi-legged robot provided with the control means; A method for controlling the walking of any of the front legs that are non-supporting legs excluding the supporting legs that are the three legs that support the torso consisting of two legs positioned in front of the last leg,
The control means includes
The ground contact end height, which is the difference between the vertical coordinates of the body and the ground contact end, is calculated for each of the four or more legs, and the minimum ground contact end height H min that minimizes the absolute value of the ground contact end height is The maximum ground contact height H max at which the absolute value of the ground contact height is maximized is obtained, and then the ground maximum unevenness value ΔH, which is the difference (H max −H min ), is calculated, and the front to be controlled. When the grounding end position detecting means detects the first front leg position coordinates (x 5 , z 5 ) that are the coordinates of the first front leg position that is the position of the controlled leg that is the leg before walking. Operates the first driving means and the second driving means so as to raise the grounding end vertically upward, and obtains a value (ΔH + α) obtained by adding a margin value α to the maximum ground unevenness value ΔH (ΔH + α). A value (z 5 + ΔH + α) added to the first front leg vertical coordinate z 5 , which is the vertical coordinate of the leg position coordinate, and When the grounding end position detecting means detects that the grounding end has reached the second front leg position which is a position coordinate (x 5 , z 5 + ΔH + α) having equal vertical coordinates, Stopping the second drive means;
Next, the first driving means and the second driving means are actuated so as to horizontally move the ground contact edge, and the stride value B 3 is set to the first front leg horizontal coordinate which is the horizontal coordinate of the first front leg position coordinate. The fact that the ground contact has reached the third front leg position, which is the position coordinate (x 5 + B 3 , z 5 + ΔH + α) having a horizontal coordinate equal to the value (x 5 + B 3 ) added to the coordinate x 5 , Stopping the first driving means and the second driving means when the grounding end position detecting means detects,
Next, the first drive means and the second drive means are operated so as to lower the ground end vertically downward, and the first drive means is detected when the ground detection means detects that the ground end is grounded. And controlling to stop the second driving means.
本発明に係る多脚ロボットの歩行制御方法は、第1に、進行方向に対して最も前方となる最前脚と最前脚の後方に位置する2個の脚からなり胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である後方脚のいずれかの歩行を制御することとし、制御の対象となる後方脚である被制御脚を折り畳んだ状態である縮脚状態で脚の脛部を旋回した場合の接地端の軌跡である第1可動限界と、被制御脚を略直線状に伸展した状態である伸脚状態で被制御脚全体を旋回した場合の接地端の軌跡である第2可動限界とによって挟まれる領域である接地端可動範囲の中で、進行方向へ踏み出す歩幅が最大となるように制御するため、多脚ロボットの歩行速度を高速化することができる、という利点を有している。また、本発明に係る多脚ロボットの歩行制御方法は、第2に、進行方向に対して最も後方となる最後脚と最後脚の前方に位置する2個の脚からなり胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である前方脚のいずれかの歩行を制御することとし、胴体と接地端の鉛直座標の差である接地端高さを4個以上の脚のそれぞれについて算出し、接地端高さの絶対値の最小値である最小接地端高さHminと接地端高さの絶対値の最大値である最大接地端高さHmaxとの差(Hmax−Hmin)である地面最大凹凸値ΔHを算出し、制御の対象となる前方脚である被制御脚の歩行前の時点での位置である第1位置の座標である第1前方脚位置座標(x5,z5)を接地端位置検出手段が検出した場合には、接地端を鉛直上方に、地面最大凹凸値ΔHに余裕値αを加えた値(ΔH+α)まで上昇させるように制御するため、地面の凹凸の変化に追随して対応することができ、多脚ロボットの歩行速度を高速化することができる、という利点を有している。 In the walking control method for a multi-legged robot according to the present invention, firstly, three legs that support the body, consisting of the foremost leg that is foremost in the traveling direction and two legs that are located behind the foremost leg. The leg of the back leg, which is the non-supporting leg excluding the supporting leg, is controlled, and the leg shin is in the contracted leg state in which the controlled leg, which is the back leg to be controlled, is folded. Is a trajectory of the grounding end when the entire controlled leg is swung in the extended leg state in which the controlled leg is extended in a substantially straight line. The advantage is that the walking speed of the multi-legged robot can be increased because control is performed so that the stride to be stepped in the traveling direction is maximized within the movable range of the ground contact edge that is sandwiched between the second movable limits. have. Further, the walking control method for a multi-legged robot according to the present invention is secondly composed of the last leg that is the rearmost in the traveling direction and the two legs that are located in front of the last leg and that supports the body. The walking of one of the front legs, which are non-supporting legs, excluding the supporting leg, which is the leg of the leg, is controlled, and the height of the ground contact edge, which is the difference between the vertical coordinates of the trunk and the ground contact edge, is set for each of the four or more legs The difference between the minimum ground end height H min that is the minimum absolute value of the ground end height and the maximum ground end height H max that is the maximum absolute value of the ground end height (H max − H min ) is calculated as the maximum ground unevenness value ΔH, and the first front leg position coordinates (the coordinates of the first position, which is the position of the controlled leg, which is the front leg to be controlled, before walking) x 5 , z 5 ) is detected by the ground contact edge position detecting means, the ground contact is vertically upward and the ground maximum unevenness value ΔH is set. Since the control is performed so as to increase to a value (ΔH + α) to which the margin value α is added, it is possible to respond to changes in the unevenness of the ground and to increase the walking speed of the multi-legged robot. have.
以下に説明する実施例は、多脚ロボットのうち脚数が6個の場合の例を説明したものであり、従来の多脚ロボットと同様な機械機構には変更を加えず、歩行制御の論理(アルゴリズム)によって歩行速度の高速化を実現することができ、本発明を実現するための構成として最良の形態である。 In the embodiment described below, an example in which the number of legs is six among the multi-legged robot is described. The same mechanical mechanism as that of the conventional multi-legged robot is not changed, and the logic of the walking control is described. (Algorithm) makes it possible to increase the walking speed, and is the best mode for implementing the present invention.
以下、本発明の第1実施例について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施例である多脚ロボットの全体構成を示す斜視図である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a multi-legged robot that is a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、第1実施例の多脚ロボット101は、移動体1と演算処理装置2を備えた水中探査用ロボットである。移動体1は、水密な胴体3を有し、胴体3の側部に、6本の水密構造の脚4A及び4B及び4C及び4D及び4E及び4Fが設けられ、水中を移動可能な構成となっている。また、胴体3には、電動モータ(図示せず)等の駆動源により回転可能な頭部13aが設けられ、頭部13aには屈曲可能なカメラアーム13bが取り付けられ、カメラアーム13bの先端にはTVカメラ5が取り付けられている。TVカメラ5は、水密構造となっており、水中でのTV画像撮影が可能となっている。
As shown in FIG. 1, the
また、図1においては、図示してはいないが、胴体3には、傾斜センサが設けられている。この傾斜センサは、搭載されている胴体3が水平面からどれだけ傾いているかを計測して出力するセンサである。この傾斜センサには、公知の各種のものが使用可能である。傾斜センサとしては、例えば、サーボ傾斜計などが用いられる。サーボ傾斜計は、図示はしていないが、枠から振り子を吊しておき、枠と振り子のなす角度を測定する。この場合、枠にコイルを設けておき、振り子の先端に永久磁石を取り付けておき、コイルに電流を流すことにより、コイルに流れる電流の値に基づいて、振り子とコイルの間の間隙値が計測でき、これにより振り子の傾斜角度を求めることができるようになっている。そのほか、傾斜センサとしては、ポテンショメータ式傾斜センサ、トルクバランス式傾斜センサ、静電容量式傾斜センサなどが使用可能である。
Although not shown in FIG. 1, the
また、図1においては、図示してはいないが、胴体3には、方位角センサが設けられている。この方位角センサは、胴体3の移動している方向(方位角)を計測するセンサである。この方位角センサには、公知の各種のものが使用可能である。方位角センサとしては、例えば、地磁気を検出することにより、地球の磁気北極の方向を求める地磁気センサが用いられる。他の方位角センサとしては、ジャイロコンパスを応用したジャイロセンサも使用可能である。
Although not shown in FIG. 1, the
また、図1においては、図示してはいないが、胴体3には、水圧センサが設けられている。この水圧センサは、胴体3に作用する水圧を計測するセンサである。計測された水圧の値により、胴体3の海面からの深度を求めることができる。この水圧センサには、公知の各種の圧力センサが使用可能である。水圧センサとしては、例えば、ブルドン管式圧力センサ、ベローズ式圧力センサ、ダイヤフラム式圧力センサなどが使用可能である。
In addition, although not shown in FIG. 1, the
また、後述するが、6本の脚4A〜4Fの下端(以下、「接地端」という。)の下面には、接地センサが取り付けられている。接地センサは、接地端が地面に接触したことを検出するセンサである。
As will be described later, a ground sensor is attached to the lower surface of the lower ends (hereinafter referred to as “grounding ends”) of the six
また、上記した多脚ロボット101のうち、演算処理装置2は、コンピュータ本体10と、入力部7と、画像表示部8と、データ出力部9を有している。
Of the
コンピュータ本体10は、図2のブロック図に示すような構成を有している。図2に示すように、コンピュータ本体10は、CPU41と、ROM42と、RAM43と、入出力インターフェイス11を有している。
The computer
CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)41は、CPU41の内部での電流(信号)の授受を行うための信号線である内部バス(図示せず)を有しており、この内部バスに、演算部(図示せず)と、レジスタ(図示せず)と、クロック生成部(図示せず)と、命令処理部(図示せず)等が接続されている。CPU41内の演算部は、、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算(加算、減算、乗算、及び除算)を行い、又は論理演算(論理積、論理和、否定、排他的論理和など)を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタ等に格納される。クロック生成部は、CPU41の各部分の時間の同期をとるための刻時信号(クロック信号)を生成する。CPU41は、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する。また、CPU41は、クロック信号をもとに、送られてくるデータ又は演算した結果とその時刻をリアルタイムで検出し、RAM43等に一時記憶させる。CPU41は、特許請求の範囲における制御手段に相当している。
A CPU (Central Processing Unit) 41 has an internal bus (not shown) which is a signal line for sending and receiving current (signals) inside the
ROM(Read Only Memory:読出し専用メモリ)42は、CPU41を制御するための制御プログラムや、CPU41が用いる各種データ等を格納している。ROM42としては、半導体チップにより構成されるものと、ハードディスク装置等が用いられる。CPU41の制御プログラムには、OS(Operating System)等のCPU41の基本ソフトウェアのほか、各種の処理や分析演算等をCPU41に実行させるための命令等の処理手順が含まれる。
A ROM (Read Only Memory) 42 stores a control program for controlling the
また、RAM(Random Access Memory:随時書込み読出しメモリ)43は、CPU41により演算された途中のデータ等を一時記憶する。RAM43は、半導体チップ等により構成される。
A RAM (Random Access Memory) 43 temporarily stores data being calculated by the
CPU41によって生成されたディジタル電気信号、又はCPU41へ入力されるディジタル電気信号は、入出力インターフェイス11を経て外部と授受される。入出力インターフェイス11内には、ディジタル信号とアナログ信号の変換系であるA/Dコンバータ、D/Aコンバータが設けられている。コンピュータ本体10の操作や、コンピュータ本体10へのデータ入力等は、コンピュータ本体10に電気的に接続された入力部7、例えばキーボード7aやマウス7b等によって行われ、入力された操作指令信号やデータ信号は、入出力インターフェイス11を経てCPU41へ送られる。
A digital electrical signal generated by the
また、CPU41により演算された結果等は、入出力インターフェイス11を経て、ブラウン管や液晶表示器等からなる画像表示部8へ送られ画像や文字・数字等として画面に表示される。また、データは、データ出力部9へも送られて出力される。データ出力部9としては、例えば、紙に印刷して出力するプリンタ(図示せず)、磁気ディスクや光磁気ディスクなどの記録用ディスク12に記録するディスク装置などがある。
The result calculated by the
また、移動体1とコンピュータ本体10は、遠隔操縦用ケーブルで電気的に接続されており、移動体1のTVカメラ5、各種センサからの出力はリアルタイムでコンピュータ本体10のCPU41に送られ、画像表示部8に表示され、あるいは、移動体1の制御のためのデータとして演算、又は処理される。また、移動体1はコンピュータ本体10のCPU41からの指令信号によって制御されるようになっている。
The
図3は、本発明の第1実施例の多脚ロボットにおける脚の構成を示す斜視図である。図3は、6本の脚のうち、脚4Aの構成を示しているが、他の5本の脚4B〜4Fも、まったく同様な構成を有している。図3に示すように、脚4Aは、大腿部15と、脛部16と、水平回転関節14と、第1旋回関節17と、第2旋回関節18と、足部20を有している。脚4Aは、3個の関節と、各関節を駆動する手段を有し、CPU41の制御により自在に屈曲可能な可動リンク機構となっている。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the legs in the multi-legged robot of the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the configuration of the
脚4Aのうち、大腿部15は、胴体3に、第1旋回関節17と水平回転関節14を介して可動状態で接合されている。また、脛部16は、大腿部15に、第2旋回関節を介して可動状態で接合されている。
Of the legs 4 </ b> A, the
水平回転関節14は、DC(直流)モータ21Cを有しており、このDCモータ21Cは、胴体3に固定されている。DCモータ21Cは、直流で駆動される電動モータであり、制御応答性が良く、精密な回転制御が可能となっている。DCモータ21Cは、コンピュータ本体10のCPU41により駆動制御されるようになっている。
The horizontal rotary joint 14 has a DC (direct current) motor 21 </ b> C, and the DC motor 21 </ b> C is fixed to the
DCモータ21Cの回転駆動軸(図示せず)には、ハーモニックギア22Cの入力軸(図示せず)が取り付けられている。ハーモニックギア22Cは、図示はしていないが、中心部にあるウェーブジェネレータと、その外側に配置されるフレックススプラインと、さらにその外側に配置されるサーキュラスプラインと呼ばれる内歯歯車を有して構成される。ウェーブジェネレータは楕円形をしており、フレックススプラインはウェーブジェネレータの楕円形状により強制的に変形させられている。また、フレックススプラインは、中心角が180度だけ離れた2箇所でサーキュラスプラインとかみ合うようになっている。このハーモニックギア22Cにより、DCモータ21Cの回転は、ある減速比で減速される。 An input shaft (not shown) of the harmonic gear 22C is attached to a rotation drive shaft (not shown) of the DC motor 21C. Although not shown in the figure, the harmonic gear 22C includes a wave generator in the center, a flex spline disposed outside the center, and an internal gear called a circular spline disposed further outside. The The wave generator has an elliptical shape, and the flex spline is forcibly deformed by the elliptical shape of the wave generator. In addition, the flex spline is configured to engage with the circular spline at two locations whose central angles are separated by 180 degrees. By this harmonic gear 22C, the rotation of the DC motor 21C is decelerated at a certain reduction ratio.
ハーモニックギア22Cで減速される軸(出力軸)には、関節カバー14aが取り付けられている。関節カバー14aは、略箱状に構成され、先端には板状の取付部が設けられている。この板状の取付部には、従動かさ歯車26Aの軸が固定されている。
A
DCモータ21Cの後部には、DCモータ21Cの回転駆動軸の回転角度を計測するエンコーダ23Cが取り付けられている。エンコーダ23Cとしては、例えば、光学式のロータリーエンコーダが用いられる。
An
したがって、CPU41からの指令によりDCモータ21Cが回転すると、減速されて関節カバー14aが関節回転中心線29Cを回転の中心として回転する。このとき、DCモータ21Cの回転角度をエンコーダ23Cが計測し、CPU41に出力するようになっている。
Therefore, when the DC motor 21C rotates in response to a command from the
大腿部15は、中空筒状のケース15aの内部に、DCモータ21Aとハーモニックギア22Aとエンコーダ23Aが内蔵されている。また、大腿部15においては、ハーモニックギア22Aの側の端部が、第1旋回関節17に可動状態で接続している。
The
大腿部15の第1旋回関節17の側の端部には、駆動軸24Aが突出し、駆動軸24Aには、駆動かさ歯車25Aが取り付けられている。また、大腿部15のケース15aの第1旋回関節17の側の端部には、板状の関節カバー15bが設けられている。この大腿部15のケース15aの第1旋回関節17の側の端部の関節カバー15bは、従動かさ歯車26Aには固定されていない。また、この板状の関節カバー15bには、貫通孔(図示せず)が設けられており、従動かさ歯車26Aの軸が挿通されている。このため、関節カバー15bは、従動かさ歯車26Aの中心線(関節回転中心線)29Aを回転の中心として回転することができるようになっている。
A
従動かさ歯車26Aには、従動かさ歯車26Aの中心線29Aに対して直角となる駆動軸24Aに取り付けられた駆動かさ歯車25Aがかみ合わされている。駆動軸24Aには、ハーモニックギア22Aで減速される出力軸が結合されている。ハーモニックギア22Aは、ハーモニックギア22Cとまったく同様の構成と作用を有している。
The driven
また、ハーモニックギア22Aの入力軸には、DCモータ21Aの回転駆動軸(図示せず)が取り付けられている。DCモータ21Aは、大腿部15のケース15aに固定されており、DCモータ21Cとまったく同様の構成と作用を有している。
A rotary drive shaft (not shown) of the
DCモータ21Aの後部には、DCモータ21Aの回転駆動軸の回転角度を計測するエンコーダ23Aが取り付けられている。エンコーダ23Aは、エンコーダ23Cとまったく同様の構成と作用を有している。
An
したがって、CPU41からの指令によりDCモータ21Aが回転すると、ハーモニックギア22Aで減速されて駆動軸24Aが回転し、この回転により、駆動かさ歯車25Aが回転する。これにより、大腿部15全体が、関節回転中心線29Aのまわりを旋回するようになっている。また、このとき、DCモータ21Aの回転角度をエンコーダ23Aが計測し、CPU41に出力するようになっている。
Accordingly, when the
上記において、水平回転関節14に設けられた関節カバー14aと、関節カバー14aに軸が固定された従動かさ歯車26Aと、大腿部15のケース15aに内蔵され固定されたDCモータ21Aとハーモニックギア22Aと駆動軸24Aにより駆動される駆動かさ歯車25Aと、大腿部15のケース15aの一端に取り付けられるとともに従動かさ歯車26Aの軸のまわりを回転可能な関節カバー15bは、特許請求の範囲における第1旋回関節17を構成している。また、DCモータ21Aと、ハーモニックギア22Aと、駆動軸24Aと、駆動かさ歯車25Aは、特許請求の範囲における第1駆動手段を構成している。
In the above description, the
また、大腿部15のケース15aの第2旋回関節18の側(第1旋回関節17とは逆の側)の端部には、板状の関節カバー15cが設けられている。この板状の関節カバー15cには、従動かさ歯車26Bの軸が固定されている。
A plate-shaped
脛部16は、中空筒状のケース16aの内部に、DCモータ21Bとハーモニックギア22Bとエンコーダ23Bが内蔵されている。また、脛部16においては、ハーモニックギア22Bの側の端部が、第2旋回関節18に可動状態で接続している。
The
脛部16の第2旋回関節18の側の端部には、駆動軸24Bが突出し、駆動軸24Bには、駆動かさ歯車25Bが取り付けられている。また、脛部16のケース16aの第2旋回関節18の側の端部には、板状の関節カバー16bが設けられている。この脛部16のケース16aの第2旋回関節18の側の端部の関節カバー16bは、従動かさ歯車26Bには固定されていない。また、この板状の関節カバー16bには、貫通孔(図示せず)が設けられており、従動かさ歯車26Bの軸が挿通されている。このため、関節カバー16bは、従動かさ歯車26Bの中心線(関節回転中心線)29Bを回転の中心として回転することができるようになっている。
A
従動かさ歯車26Bには、従動かさ歯車26Bの中心線29Bに対して直角となる駆動軸24Bに取り付けられた駆動かさ歯車25Bがかみ合わされている。駆動軸24Bには、ハーモニックギア22Bで減速される出力軸が結合されている。ハーモニックギア22Bは、ハーモニックギア22Cとまったく同様の構成と作用を有している。
The driven
また、ハーモニックギア22Bの入力軸には、DCモータ21Bの回転駆動軸(図示せず)が取り付けられている。DCモータ21Bは、脛部16のケース16aに固定されており、DCモータ21Cとまったく同様の構成と作用を有している。
A rotary drive shaft (not shown) of the
DCモータ21Bの後部には、DCモータ21Bの回転駆動軸の回転角度を計測するエンコーダ23Bが取り付けられている。エンコーダ23Bは、エンコーダ23Cとまったく同様の構成と作用を有している。
An
したがって、CPU41からの指令によりDCモータ21Bが回転すると、ハーモニックギア22Bで減速されて駆動軸24Bが回転し、この回転により、駆動かさ歯車25Bが回転する。これにより、脛部16全体が、関節回転中心線29Bのまわりを旋回するようになっている。また、このとき、DCモータ21Bの回転角度をエンコーダ23Bが計測し、CPU41に出力するようになっている。
Accordingly, when the
上記において、大腿部15のケース15aに設けられた関節カバー15cと、関節カバー15cに軸が固定された従動かさ歯車26Bと、脛部16のケース16aに内蔵され固定されたDCモータ21Bとハーモニックギア22Bと駆動軸24Bにより駆動される駆動かさ歯車25Bと、脛部16のケース16aの一端に取り付けられるとともに従動かさ歯車26Bの軸のまわりを回転可能な関節カバー16bは、特許請求の範囲における第2旋回関節18を構成している。また、DCモータ21Bと、ハーモニックギア22Bと、駆動軸24Bと、駆動かさ歯車25Bは、特許請求の範囲における第2駆動手段を構成している。
In the above, the
また、脛部16のケース16aの第2旋回関節18とは逆の側の端部には、棒状のロッド部16dが設けられている。この棒状のロッド部16dの他端は、球状に形成された球状部16eとなっている。球状部16eは、円盤状の接地ぶざい27の上部に形成された球状の凹部27aに嵌合しており、球状部16eと球状凹部27aは、球面関節19を構成している。球面関節19は、いわゆるユニバーサルジョイントと同様な機能を有しており、接地部材27は、球面関節19の中心点を中心として、3次元空間内で自在な方向を向くことができるようになっている。
Further, a rod-shaped
上記したロッド部16dと、球状部16eと、接地部材27は、足部20を構成している。
The
また、接地部材27の下面には、接地センサ28が設けられている。接地センサ28としては、公知の力計測センサ、例えば、ひずみゲージ、ロードセルなどが用いられる。接地センサ28は、特許請求の範囲における接地検出手段に相当している。また、接地センサ28の下面(地面に接触する面)は、特許請求の範囲における接地端に相当している。
A
また、各脚4A〜4Fに設けられたエンコーダ23A、23B、及び23Cと、胴体3に設けられた傾斜センサ(図示せず)と、方位角センサ(図示せず)と、水圧センサ(図示せず)により、各脚4A〜4Fの脛部16の下端である接地端(接地センサ28の下面)の位置座標(x,z)を検出することができ、これらは、特許請求の範囲における接地端位置検出手段を構成している。
In addition, encoders 23A, 23B, and 23C provided on the
なお、上記したカメラアーム13bも、図示はしていないが、上記した脚4Aなどと同様に、関節と、関節を駆動する手段を有してCPU41の制御により自在に屈曲可能な可動リンク機構となっている。
The above-described
次に、第1実施例における歩行制御方法の内容について、図4、図5、及び図6を参照しつつ説明する。 Next, the content of the walking control method in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG.
図4は、第1実施例の多脚ロボット101の移動体1の前進歩行時の各脚の状態を示した上面図である。図4において、多脚ロボットの進行方向は、図中で矢印で図示しているように、図の右から左に向かう方向である。図4において棒状の部材で示す脚4A〜4Fのうち、黒色で図示したものは、接地端が地面に接地して胴体3にかかる自重等の荷重を支持している脚(以下、「支持脚」という。)を表し、白色で図示したものは、胴体3にかかる自重等の荷重を支持はしていない脚(以下、「非支持脚」という。)を表している。非支持脚には、接地端が地面に接地せず空中に存在する場合と、接地端が地面に接地していても胴体3にかかる自重等の荷重を支持はしていない場合が含まれる。
FIG. 4 is a top view showing the state of each leg when the moving
この第1実施例の場合は、図4における進行方向(図4の右から左に向かう方向。図5及び図6においても同様。)に対して最も前方となる脚4D(以下、「最前脚」という。)と、最前脚の後方に隣接する2つの脚4C及び4E(以下、「中前脚」という。)を除いた脚4B又は4F又は4A(以下、「後方脚」という。)のいずれかの歩行を制御する場合を取り扱う。この後方脚の例として、図5及び図6では、進行方向に対して最も後方となる脚4A(以下、「最後脚」という。)を制御の対象(以下、「被制御脚」という。)の脚とした例について説明する。また、最後脚の前方に隣接する2つの脚4B及び4Fは、以下、「中後脚」という。
In the case of the first embodiment, the
図4において、図4(A)では、中前脚4C及び4Eと、最後脚4Aの3本の脚によって胴体3が支持されている状態(黒色)を示している。次に、図4(B)では、中前脚4C及び4Eと最後脚4Aの3本の脚によって胴体3が支持された状態で、支持脚(黒色)の中前脚4C及び4Eと、支持脚(黒色)の最後脚4Aの、それぞれの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、胴体3を、図4における右から左へ向かう水平方向へ移動させた後の状態を示している。
4, FIG. 4 (A) shows a state (black) in which the
次に、図4(C)では、中前脚4C及び4Eと最後脚4Aの3本の脚によって胴体3が支持された状態で、支持脚(黒色)である中前脚4C及び4Eと最後脚4Aは動かさず、非支持脚(白色)の最前脚4Dと、非支持脚(白色)の中後脚4B及び4Fの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、非支持状態で、最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの足先(接地端)の位置を前方(図4の左方)へ移動させた後の状態を示している。
Next, in FIG. 4C, the middle
また、次の図4(D)では、図4(C)における足先(接地端)の位置は動かさず、非支持脚(白色)であった最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、これらの脚にも胴体3の荷重を支持させ、脚4A〜4Fの6本の脚のすべてで胴体3の荷重を支持している状態を示している。次に、図4(E)では、図4(D)における足先(接地端)の位置は動かさず、支持脚(黒色)であった中前脚4C及び4Eと最後脚4Dの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、これらの脚の足先(接地端)を地面から浮かせた非支持状態とさせたことを示している。上記した図4(C)の状態から図4(D)の状態を経て図4(E)の状態に至る過程では、支持脚が、中前脚4C及び4Eと最後脚4Aから、最前脚4Dと中後脚4B及び4Fに転換されている。これを、以下、「脚の踏み換え」という。
In FIG. 4D, the position of the foot tip (grounding end) in FIG. 4C is not moved, and the
次に、図4(F)では、最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの3本の脚によって胴体3が支持された状態で、支持脚(黒色)の最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの、それぞれの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、胴体3を、図4における右から左へ向かう水平方向へ移動させた後の状態を示している。
Next, in FIG. 4F, in the state where the
次に、図4(G)では、最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの3本の脚によって胴体3が支持された状態で、支持脚(黒色)である最前脚4Dと中後脚4B及び4Fは動かさず、非支持脚(白色)の中前脚4C及び4Eと最後脚4Aの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、非支持状態で、中前脚4C及び4Eと最後脚4Aの足先(接地端)の位置を前方(図4の左方)へ移動させた後の状態を示している。
Next, in FIG. 4G, in the state where the
また、次の図4(H)では、図4(G)における足先(接地端)の位置は動かさず、非支持脚(白色)であった中前脚4C及び4Eと最後脚4Aの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、これらの脚にも胴体3の荷重を支持させ、脚4A〜4Fの6本の脚のすべてで胴体3の荷重を支持している状態を示している。そして、次に、図4(A)に戻り、図4(H)における足先(接地端)の位置は動かさず、支持脚(黒色)であった最前脚4Dと中後脚4B及び4Fの大腿部と脛部の各角度を変化させることにより、これらの脚の足先(接地端)を地面から浮かせた非支持状態とさせたことを示している。上記した図4(G)の状態から図4(H)の状態を経て図4(A)の状態に至る過程では、支持脚が、最前脚4Dと中後脚4B及び4Fから、中前脚4C及び4Eと最後脚4Aに転換されている。これも、以下、「脚の踏み換え」という。
4H, the position of the foot tip (grounding end) in FIG. 4G is not moved, and the thighs of the middle
すなわち、図4に示す第1実施例の多脚ロボット101の移動体1の歩行時においては、以下のように制御される。すなわち、6本の脚4A〜4Fのうち、少なくとも3本の脚(支持脚)で胴体3が常に支持されており、まず、3個の支持脚の角度を変化させることにより胴体3の空間的位置を前方に水平移動させるようにし、その後、胴体3を支持していない残りの3個の脚(非支持脚)の足先を前方に踏み出させ、非支持脚の足先が前方に接地した後に、それまで支持状態であった脚を非支持状態にするとともに非支持状態であった脚を支持状態にするようにして「脚の踏み換え」を行う、というような制御を繰り返すことにより歩行が行われるようになっている。
That is, when the moving
次に、第1実施例の多脚ロボットにおける最後脚の歩行について、図4及び図5を参照しつつ説明する。図5は、第1実施例の多脚ロボット101における移動体1の最後脚4Aの歩行の基本手順を示す側面図である。
Next, walking of the last leg in the multi-legged robot of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a side view showing a basic procedure for walking the
まず、接地センサ28が計測して出力してきた圧力値が接地判別値以上となった場合には、コンピュータ本体10のCPU41は、「接地端(接地センサ28の下面)が地面S1に接地している。」と判別する。この位置P1を以下、第1初期位置という。この第1初期位置P1は、特許請求の範囲における第1後方脚位置に相当している。このとき、CPU41は、接地端E1の位置する第1初期位置P1の座標を、(xa,za)であると判別し、RAM42等に記録する。この座標(xa,za)は、特許請求の範囲における第1後方脚位置座標に相当している。ここに、横軸xの方向は、例えば、図5の左から右へ向かう水平方向であり、縦軸zの方向は、例えば、図5の下から上へ向かう鉛直方向である。上記の第1初期位置P1に接地している状態では、胴体3は、図4(D)に示すように、最後脚4A以外の少なくとも3個の脚によって支持されており、最後脚4Aの接地端(接地センサ28)を地面S1から容易に離すことができる。
First, when the pressure value measured and output by the
次に、CPU41は、最後脚4Aの水平回転関節14のDCモータ21Cは駆動させず、この状態で、最後脚4Aの第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aは所定の回転方向に所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15は所定の旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、最後脚4Aの第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bは所定の回転方向に所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16は所定の旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図5において、丸付き数字の1の符号で示すように、接地端E1は、鉛直上方に向かって上昇する軌跡を描くように動く。これにより、最後脚4Aは、移動体1の荷重を支持しなくなり、図4(E)に示す状態となる。
Next, the
この後、最後脚4Aのエンコーダ23Aが測定した駆動軸24Aの角度値はCPU41に出力され、最後脚4Aのエンコーダ23Bが測定した駆動軸24Bの角度値もCPU41に出力される。CPU41は、これらの値を監視し、駆動軸24Aの角度値が所定値に達し、かつ駆動軸24Bの角度値が所定値に達したことを判別した時点で、最後脚4Aの第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、最後脚4Aの第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E1は、図5における位置P2(以下、「第1上昇後位置」という。)に到達し、停止する。第1上昇後位置P2は、特許請求の範囲における第2後方脚位置に相当している。実際には、図5に示すように、第1上昇後位置P2付近での接地端E1の動きは曲線状になっているが、以下、第1上昇後位置P2付近では、直角に曲がることとして説明する。
Thereafter, the angle value of the
このとき、CPU41は、接地端E1の位置する第1上昇後位置P2の座標を、(xb,zb)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第1上昇後位置P2は、第1初期位置P1から鉛直上方に上昇した位置であるから、第1上昇後位置P2の水平座標xbは、第1初期位置P1の水平座標xaと等しい。この場合、第1上昇後位置P2と第1初期位置P1の鉛直座標の差(zb−za)の値は、第1初期位置P1を基準とした場合の第1上昇後位置P2の鉛直方向高さを表している。
At this time, the
次に、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aは、上記の上昇移動の場合とは異なる他の回転方向に他の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15は、上記とは異なる旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bは、上記の上昇移動の場合とは異なる他の回転方向に他の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16は、上記とは異なる旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図5において、丸付き数字の2の符号で示すように、接地端E1は、図5において右から左へ向かう水平方向へ横移動する軌跡を描くように動く。
Next, the
この後、エンコーダ23Aが測定した駆動軸24Aの角度値はCPU41に出力され、エンコーダ23Bが測定した駆動軸24Bの角度値もCPU41に出力される。CPU41は、これらの値を監視し、駆動軸24Aの角度値が他の所定値に達し、かつ駆動軸24Bの角度値が他の所定値に達したことを判別した時点で、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E1は、図5における位置P3(以下、「第1横移動後位置」という。)に到達し、停止する。実際には、図5に示すように、第1横移動後位置P3付近での接地端E1の動きは曲線状になっているが、以下、第1横移動後位置P3付近では、直角に曲がることとして説明する。
Thereafter, the angle value of the
このとき、CPU41は、接地端E1の位置する第1横移動後位置P3の座標を、(xc,zc)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第1横移動後位置P3は、第1上昇後位置P2から水平方向(図5の右から左へ向かう方向)に横移動した位置であるから、第1横移動後位置P3の鉛直座標zcは、第1上昇後位置P2の鉛直座標zbと等しい。この場合、第1横移動後位置P3と第1上昇後位置P2の水平座標の差(xc−xb)の絶対値は、第1初期位置P1を基準とした場合の第1横移動後位置P3の水平距離(歩幅B1)を表している。
At this time, the
次に、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aはさらに他の所定の回転方向にさらに他の所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15はさらに他の所定の旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bはさらに他の所定の回転方向にさらに他の所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16はさらに他の所定の旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図5において、丸付き数字の3の符号で示すように、接地端E1は、鉛直下方に向かって下降する軌跡を描くように動く。
Next, the
この後、CPU41は、接地センサ28が測定した圧力値を監視し、圧力値が接地判別値以上となった場合には、CPU41は、「接地端(接地センサ28の下面)が地面S1に接地した。」と判別する。この場合の接地判別値は、第1初期位置P1における接地判別値よりも小さい値でよく、地面S1に軽く接触すれば、「接地した」と判別してよい。この接地判別の時点で、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E1は、図5における位置P4(以下、「第1下降後位置」という。)に到達し、停止する。
Thereafter, the
このとき、CPU41は、接地端E1の位置する第1下降後位置P4の座標を、(xd,zd)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第1下降後位置P4は、第1横移動後位置P3から鉛直下方に下降した位置であるから、第1下降後位置P4の水平座標xdは、第1横移動後位置P3の水平座標xcと等しい。この場合、第1横移動後位置P3と第1下降後位置P4の鉛直座標の差(zd−zc)の絶対値は、第1横移動後位置P3を基準とした場合の第1下降後位置P4の鉛直方向高さを表している。
At this time, the
その後、CPU41は、他の脚、例えば、図4(E)に示す最前脚4Dと、中後脚4B及び4Fをそれぞれ個別に、かつ、同時に制御し、上記と同様に、第1旋回関節17のDCモータ21Aを、回転角度をエンコーダ23Aで監視しつつ作動させ、かつ、第2旋回関節18のDCモータ21Bを、回転角度をエンコーダ23Bで監視しつつ作動させる。これにより、胴体3は、図4における右から左へ向かう水平方向(図5における右から左へ向かう水平方向D1)へ移動し、図4(F)に示す状態となる。
Thereafter, the
上記したようなCPU41の制御と、第1旋回関節17のDCモータ21A及び第2旋回関節18のDCモータ21B等の駆動により、歩行の各段階(以下、「歩行ステップ」という。)を経て、最後脚4Aは、1歩の歩行を行う。図4に示す他の脚、最前脚4D、中前脚4C及び4E、中後脚4B及び4Fについても同様に、CPU41の制御と、第1旋回関節17のDCモータ21A及び第2旋回関節18のDCモータ21B等の駆動により、歩行の各段階(以下、「歩行ステップ」という。)を経て、各脚は、1歩の歩行を行う。また、図5において、第1初期位置P1と第1下降後位置P4の間の水平距離B1は、最後脚4Aの1歩の歩幅となっている。
Through the above-described control of the
次に、本発明の第1実施例の多脚ロボット101の特徴的な制御方法である最後脚4Aの歩行制御方法について、図6を参照しながら、詳細に説明する。図6における符号1は、第1実施例の多脚ロボット101の移動体1の側面図を示している。
Next, a walking control method for the
図6に示すように、被制御脚(制御の対象となる脚)である最後脚4Aを折り畳んだ状態(以下、「縮脚状態」という。)で、脛部16を旋回した場合に、接地端が描く軌跡T1を、以下「第1可動限界」という。縮脚状態では、被制御脚4Aの脛部16は、大腿部15に対して、限界(ある径や長さを有する関節リンク機構としての限界)まで近づけられている。図6では、最後脚4Aが縮脚状態の場合を図示している。また、図6では、最後脚4A以外の他の脚である脚4Dも縮脚状態で図示されているが、最後脚4A以外の他の脚は、偶然に縮脚状態となる可能性はあるが、最後脚4Aが縮脚状態のときに常に同時に縮脚状態である必要はない。
As shown in FIG. 6, when the
また、被制御脚4Aを略直線状に伸展した状態(以下、「伸脚状態」という。)で、被制御脚4A全体を旋回した場合の接地端の軌跡T2を、以下、「第2可動限界」という。伸脚状態では、被制御脚4Aの脛部16は、大腿部15に対して、一直線状となっている。したがって、脛部16の長手方向中心線は、大腿部15の長手方向中心線の延長上の直線となっており、脛部16の長手方向中心線と、大腿部15の長手方向中心線とがなす角度は、零度又は180度となっている。
Further, the trajectory T2 of the ground contact when the controlled
上記した第1可動限界T1と第2可動限界T2によって挟まれる領域Zを、以下、「接地端可動範囲」という。図6において、第1可動限界T1は、縮脚状態で、第2旋回関節18を回転の中心とし、脛部16を半径として図5の紙面上で回転させた場合に接地端が描く円弧線(円の一部)である。また、第2可動限界T2は、伸脚状態で、第1旋回関節17を回転の中心とし、大腿部15と脛部16が一直線状となるようにして構成した線分を図5の紙面上で半径として回転させた場合に接地端が描く円弧線(円の一部)である。したがって、接地端可動範囲Zは、円弧線T1と円弧線T2によって囲まれる平面領域となる。
Hereinafter, the region Z sandwiched between the first movable limit T1 and the second movable limit T2 is referred to as a “grounded end movable range”. In FIG. 6, the first movable limit T1 is an arc line drawn by the ground contact end when the second swivel joint 18 is rotated on the paper surface of FIG. (Part of a circle). Further, the second movable limit T2 is a line segment configured such that, in the extended leg state, the first turning joint 17 is the center of rotation and the
しかし、実際には、水平回転関節14をも同時に回転させることを許容すると、第1可動限界T1は、縮脚状態で、第2旋回関節18を回転の中心とし、脛部16を半径として3次元空間中で回転させた場合に接地端が描く球面の一部となる。また、第2可動限界T2は、伸脚状態で、第1旋回関節17を回転の中心とし、大腿部15と脛部16が一直線状となるようにして構成した線分を半径として3次元空間中で回転させた場合に接地端が描く球面の一部となる。したがって、この場合には、接地端可動範囲Zは、球面の一部T1と球面の一部T2によって囲まれる3次元空間領域となる。
However, in practice, if the horizontal rotation joint 14 is allowed to rotate at the same time, the first movable limit T1 is 3 with the second turning joint 18 as the center of rotation and the
次に、本発明の第1実施例の多脚ロボット101の被制御脚である最後脚4Aの歩行制御方法について、図6を参照しながら、詳細に説明する。
Next, a walking control method for the
第1実施例では、図5で説明した最後脚4Aの基本的な制御のうち、歩幅をどのように設定するか、に特徴がある。第1実施例では、接地端可動範囲Zの中で、進行方向へ踏み出す歩幅が最大となるように制御を行う。
The first embodiment is characterized in how the stride is set in the basic control of the
以下、図6において符号0で示される位置が、第1初期位置P1に相当し、最後脚4Aの歩行前の時点での接地端E1(接地センサ28の下面)が存在する位置(特許請求の範囲における第1後方脚位置)である例について説明を行う。この場合、位置Oの座標は、(x1,z1)となっており、この座標は、特許請求の範囲における第1後方脚位置座標に相当している。
Hereinafter, the position indicated by reference numeral 0 in FIG. 6 corresponds to the first initial position P1, and the position where the ground contact E1 (the lower surface of the ground sensor 28) exists at the time before the
第1実施例では、第1上昇後位置P2として、図6におけるGの位置まで接地端を上昇させる。Gの位置では、その鉛直座標が、位置Aでの鉛直座標と等しくなっている。位置Aは、縮脚状態で、脛部16の長手方向(以下、「脛軸方向」という。)が鉛直上下方向となるときの接地端の位置であり、その座標は(x3,z3)となっている。この位置Aは、特許請求の範囲における第3後方脚位置に相当し、その座標(x3,z3)は、第3後方脚位置座標に相当している。また、z3は、第3後方脚鉛直座標に相当している。また、第1上昇後位置P2は、特許請求の範囲における第2後方脚位置に相当し、その座標は、(x1,z3)となり、特許請求の範囲における第2後方脚位置座標に相当している。 In the first embodiment, the ground contact end is raised to the position G in FIG. 6 as the first raised position P2. At the position G, the vertical coordinate is equal to the vertical coordinate at the position A. The position A is the position of the ground contact when the longitudinal direction of the shin part 16 (hereinafter referred to as “shin axis direction”) is in the vertical vertical direction in the contracted leg state, and the coordinates thereof are (x 3 , z 3 ). This position A corresponds to the third rear leg position in the claims, and its coordinates (x 3 , z 3 ) correspond to the third rear leg position coordinates. Z 3 corresponds to the third rear leg vertical coordinate. The first ascending position P2 corresponds to the second rear leg position in the claims, and its coordinates are (x 1 , z 3 ), which corresponds to the second rear leg position coordinates in the claims. doing.
その後、接地端を、位置Gから水平方向(図の右から左へ向かう方向)に横移動させて第1横移動後位置P3に到達させる。この第1横移動後位置P3は、図6における位置Aである。このときの歩幅の値はB2となっている。さらにその後、接地端を、第3後方脚位置P3(位置A)から鉛直下方へ下降させる。そして、下降中のいずれかの時点で、地面に接触し、その位置で接地端E2を停止させることとなる。 Thereafter, the ground contact is moved laterally from the position G in the horizontal direction (the direction from the right to the left in the drawing) to reach the position P3 after the first lateral movement. The post-first lateral movement position P3 is the position A in FIG. Value of step length at this time is B 2. Thereafter, the ground contact end is lowered vertically downward from the third rear leg position P3 (position A). Then, at any point during the descent, the contact is made with the ground, and the ground contact E2 is stopped at that position.
第1実施例では、図6における接地端可動範囲Zの中の線分FGの上に第1初期位置P1がある場合には、位置Gを第1上昇後位置として直上に上昇させ、その後、位置Aまで水平横移動させた後に直下に下降させる。また、図6における接地端可動範囲Zの中の線分IJの上に第1初期位置P1がある場合には、位置Jを第1上昇後位置として直上に上昇させ、その後、位置Aまで水平横移動させた後に直下に下降させる。また、図6における接地端可動範囲Zの中の線分CDの上に第1初期位置P1がある場合には、位置Dを第1上昇後位置として直上に上昇させ、その後、位置Aまで水平横移動させた後に直下に下降させる。 In the first embodiment, when the first initial position P1 is above the line segment FG in the grounded end movable range Z in FIG. 6, the position G is raised immediately above as the first raised position, and then After moving horizontally to position A, it is lowered directly below. In addition, when the first initial position P1 is on the line segment IJ in the grounded end movable range Z in FIG. 6, the position J is raised immediately above the first ascended position, and then horizontally to the position A. After moving horizontally, move it down. When the first initial position P1 is on the line segment CD in the ground contact end movable range Z in FIG. 6, the position D is raised immediately above the first ascended position, and then horizontally to the position A. After moving horizontally, move it down.
従来のこの種の多脚ロボットの歩行制御においては、接地端可動範囲Zという概念はまったく無く、歩行前にあらかじめ設定又は選択(又はROM42に記憶)された歩幅値で1歩行を行うように制御していた。しかし、本発明の第1実施例では、上記したように、被制御脚4Aがとりうる接地端可動範囲Zの中で、進行方向へ踏み出す歩幅の値を、例えば図6の位置Oから出発した場合に歩幅値をB2とすることができる例からもわかるように、その位置における最大の歩幅値を得ることができる。したがって、多脚ロボット101の歩行速度を高速化することができる、という利点を有している。
In the conventional walking control of this type of multi-legged robot, there is no concept of the ground contact end movable range Z, and control is performed so that one walk is performed with a stride value set or selected in advance (or stored in the ROM 42) before walking. Was. However, in the first embodiment of the present invention, as described above, the step length value to be stepped in the traveling direction within the movable contact end movable range Z that the controlled
上記した第1実施例の多脚ロボット101の制御の内容を表現した制御プログラム(図示せず)は、コンピュータ本体10内のROM42に格納されており、この制御プログラムに基づいて、CPU41が制御を実行する。第1実施例においては、CPU41は、特許請求の範囲における制御手段に相当している。
A control program (not shown) expressing the contents of the control of the
次に、本発明の第2実施例について、図面を参照しながら説明する。第2実施例の多脚ロボット102が、第1実施例の多脚ロボット101と異なる点は、CPU41が行う脚の制御の内容(制御プログラム:図示せず)が第1実施例の場合と異なることである。第2実施例の制御プログラム(図示せず)は、コンピュータ本体10内のROM42に格納されており、この制御プログラムに基づいて、CPU41が制御を実行する。第2実施例においても、CPU41は、特許請求の範囲における制御手段に相当している。第2実施例の多脚ロボット102においては、制御プログラム以外の構成及び作用は、第1実施例の多脚ロボット101と全く同様であるので、その説明は省略する。図7は、第2実施例の多脚ロボットにおける移動体1の最前脚4Dの歩行の基本手順を示す側面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
まず、図7において、接地センサ28が計測して出力してきた圧力値が接地判別値以上となった場合には、コンピュータ本体10のCPU41は、「接地端(接地センサ28の下面)が地面S2に接地している。」と判別する。この位置Q1を以下、第2初期位置という。この第2初期位置Q1は、特許請求の範囲における第1前方脚位置に相当している。このとき、CPU41は、接地端E2の位置する第2初期位置Q1の座標を、(xe,ze)であると判別し、RAM42等に記録する。この座標(xe,ze)は、特許請求の範囲における第1前方脚位置座標に相当している。ここに、横軸xの方向は、例えば、図7の左から右へ向かう水平方向であり、縦軸zの方向は、例えば、図7の下から上へ向かう鉛直方向である。上記の第2初期位置Q1に接地している状態では、胴体3は、図4(H)に示すように、最前脚4D以外の少なくとも3個の脚によって支持されており、最前脚4Dの接地端(接地センサ28)を地面S2から容易に離すことができる。
First, in FIG. 7, when the pressure value measured and output by the
次に、CPU41は、最前脚4Dの水平回転関節14のDCモータ21Cは駆動させず、この状態で、最前脚4Dの第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aは所定の回転方向に所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15は所定の旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、最前脚4Dの第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bは所定の回転方向に所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16は所定の旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図7において、丸付き数字の1の符号で示すように、接地端E2は、鉛直上方に向かって上昇する軌跡を描くように動く。これにより、最前脚4Dは、移動体1の荷重を支持しなくなり、図4(A)に示す状態となる。
Next, the
この後、最前脚4Dのエンコーダ23Aが測定した駆動軸24Aの角度値はCPU41に出力され、最前脚4Dのエンコーダ23Bが測定した駆動軸24Bの角度値もCPU41に出力される。CPU41は、これらの値を監視し、駆動軸24Aの角度値が所定値に達し、かつ駆動軸24Bの角度値が所定値に達したことを判別した時点で、最前脚4Dの第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、最前脚4Dの第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E2は、図7における位置Q2(以下、「第2上昇後位置」という。)に到達し、停止する。第2上昇後位置Q2は、特許請求の範囲における第2前方脚位置に相当している。実際には、図7に示すように、第2上昇後位置Q2付近での接地端E2の動きは曲線状になっているが、以下、第2上昇後位置Q2付近では、直角に曲がることとして説明する。
Thereafter, the angle value of the
このとき、CPU41は、接地端E2の位置する第2上昇後位置Q2の座標を、(xf,zf)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第2上昇後位置Q2は、第2初期位置Q1から鉛直上方に上昇した位置であるから、第2上昇後位置Q2の水平座標xfは、第2初期位置Q1の水平座標xeと等しい。この場合、第2上昇後位置Q2と第2初期位置Q1の鉛直座標の差(zf−ze)の値は、第2初期位置Q1を基準とした場合の第2上昇後位置Q2の鉛直方向高さを表している。
At this time, the
次に、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aは、上記の上昇移動の場合とは異なる他の回転方向に他の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15は、上記とは異なる旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bは、上記の上昇移動の場合とは異なる他の回転方向に他の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16は、上記とは異なる旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図7において、丸付き数字の2の符号で示すように、接地端E2は、図7において右から左へ向かう水平方向へ横移動する軌跡を描くように動く。
Next, the
この後、エンコーダ23Aが測定した駆動軸24Aの角度値はCPU41に出力され、エンコーダ23Bが測定した駆動軸24Bの角度値もCPU41に出力される。CPU41は、これらの値を監視し、駆動軸24Aの角度値が他の所定値に達し、かつ駆動軸24Bの角度値が他の所定値に達したことを判別した時点で、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E2は、図7における位置Q3(以下、「第2横移動後位置」という。)に到達し、停止する。実際には、図7に示すように、第2横移動後位置Q3付近での接地端E2の動きは曲線状になっているが、以下、第2横移動後位置Q3付近では、直角に曲がることとして説明する。
Thereafter, the angle value of the
このとき、CPU41は、接地端E2の位置する第2横移動後位置Q3の座標を、(xg,zg)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第2横移動後位置Q3は、第2上昇後位置Q2から水平方向(図7の右から左へ向かう方向)に横移動した位置であるから、第2横移動後位置Q3の鉛直座標zgは、第2上昇後位置Q2の鉛直座標zfと等しい。この場合、第2横移動後位置Q3と第2上昇後位置Q2の水平座標の差(xg−xf)の絶対値は、第2初期位置Q1を基準とした場合の第2横移動後位置Q3の水平距離(歩幅B3)を表している。
At this time, the
次に、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節作動指令信号を出力する。これにより、第1旋回関節17のDCモータ21Aは、回転駆動を開始し、駆動軸24Aはさらに他の所定の回転方向にさらに他の所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い大腿部15はさらに他の所定の旋回方向に旋回を開始する。また、これと同時に、CPU41は、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節作動指令信号を出力する。これにより、第2旋回関節18のDCモータ21Bは、回転駆動を開始し、駆動軸24Bはさらに他の所定の回転方向にさらに他の所定の回転速度で回転を開始し、それに伴い脛部16はさらに他の所定の旋回方向に旋回を開始する。このような制御により、図7において、丸付き数字の3の符号で示すように、接地端E2は、鉛直下方に向かって下降する軌跡を描くように動く。
Next, the
この後、CPU41は、接地センサ28が測定した圧力値を監視し、圧力値が接地判別値以上となった場合には、CPU41は、「接地端(接地センサ28の下面)が地面S2に接地した。」と判別する。この場合の接地判別値は、第2初期位置Q1における接地判別値よりも小さい値でよく、地面S2に軽く接触すれば、「接地した」と判別してよい。この接地判別の時点で、CPU41は、第1旋回関節17のDCモータ21Aに第1関節停止指令信号を出力するとともに、第2旋回関節18のDCモータ21Bに第2関節停止指令信号を出力する。このような制御により、接地端E2は、図7における位置Q4(以下、「第2下降後位置」という。)に到達し、停止する。
Thereafter, the
このとき、CPU41は、接地端E2の位置する第2下降後位置Q4の座標を、(xh,zh)であると判別し、RAM42等に記録する。この場合、第2下降後位置Q4は、第2横移動後位置Q3から鉛直下方に下降した位置であるから、第2下降後位置Q4の水平座標xhは、第2横移動後位置Q3の水平座標xgと等しい。この場合、第2横移動後位置Q3と第2下降後位置Q4の鉛直座標の差(zh−zg)の絶対値は、第2横移動後位置Q3を基準とした場合の第2下降後位置Q4の鉛直方向高さを表している。
At this time, the
その後、CPU41は、他の脚、例えば、図4(A)に示す中前脚4C及び4Eと最後脚4Aをそれぞれ個別に、かつ、同時に制御し、上記と同様に、第1旋回関節17のDCモータ21Aを、回転角度をエンコーダ23Aで監視しつつ作動させ、かつ、第2旋回関節18のDCモータ21Bを、回転角度をエンコーダ23Bで監視しつつ作動させる。これにより、胴体3は、図4における右から左へ向かう水平方向(図7における右から左へ向かう水平方向D1)へ移動し、図4(B)に示す状態となる。
Thereafter, the
上記したようなCPU41の制御と、第1旋回関節17のDCモータ21A及び第2旋回関節18のDCモータ21B等の駆動により、歩行の各段階(以下、「歩行ステップ」という。)を経て、最前脚4Dは、1歩の歩行を行う。また、図7において、第2初期位置Q1と第2下降後位置Q4の間の水平距離B3は、最前脚4Dの1歩の歩幅となっている。
Through the above-described control of the
次に、本発明の第2実施例の多脚ロボット102の被制御脚である最前脚4Dの歩行制御方法について、図8を参照しながら、詳細に説明する。図8は、本発明の第2実施例の多脚ロボットにおける移動体の最前脚の歩行制御を説明する側面図である。
Next, a walking control method for the
第2実施例では、図7で説明した最前脚4Dの基本的な制御のうち、接地端E2を上昇させる高さをどのように設定するか、に特徴がある。第2実施例では、進行方向へ接地端E2を踏み出す場合に上昇させる高さを、その時点の凹凸に応じて、低すぎずかつ高すぎないような最も適切な値となるように制御を行う。
The second embodiment is characterized in how the height for raising the ground contact E2 is set in the basic control of the
以下、図8において符号Mで示される位置が、第2初期位置Q1に相当し、最前脚4Dの歩行前の時点での接地端E2(接地センサ28の下面)が存在する位置(特許請求の範囲における第1前方脚位置)である例について説明を行う。この場合、位置Mの座標は、(x5,z5)となっており、この座標は、特許請求の範囲における第1前方脚位置座標に相当し、z5は、第1前方脚鉛直座標に相当している。
Hereinafter, the position indicated by the symbol M in FIG. 8 corresponds to the second initial position Q1, and the position where the ground contact E2 (the lower surface of the ground sensor 28) exists at the time before the
第2実施例では、第2上昇後位置Q2として、図8におけるNの位置まで接地端を鉛直上方へ上昇させる。Nの位置は、特許請求の範囲における第2前方脚位置に相当し、その位置座標は、(x6,z6)となっており、その鉛直座標z6は、下式(1)
z6=z5+ΔH+α ……(1)
の値に設定される。
In the second embodiment, the grounding end is raised vertically upward to the position N in FIG. 8 as the second raised position Q2. The position of N corresponds to the position of the second front leg in the claims, and its position coordinate is (x 6 , z 6 ), and the vertical coordinate z 6 is expressed by the following equation (1)
z 6 = z 5 + ΔH + α (1)
Is set to the value of
上式(1)において、ΔHは、以下のようにして求める。まず、歩行前の時点(接地端E2が位置Mにあるとき)で、胴体3と、脚の接地端E2の鉛直座標との差である接地端高さを、6個の脚4A〜4Fのそれぞれについて算出する。次に、これら6個の接地端高さのうち、絶対値が最小となるものを選択し、これを最小接地端高さHminとする。また、同時に、これら6個の接地端高さのうち、絶対値が最大となるものを選択し、これを最大接地端高さHmaxとする。次に、最大接地端高さHmaxと最小接地端高さHminの差(Hmax−Hmin)を求め、この値をΔHとする。このΔHを、以下、「地面最大凹凸値」という。
In the above equation (1), ΔH is obtained as follows. First, at the time before walking (when the ground contact E2 is at the position M), the height of the ground contact, which is the difference between the
また、上式(1)において、αは、余裕値である。このαの値は、あらかじめROM42内に格納してある値を用いてもよいし、CPU41が適宜の方法で算出してもよい。例えば、ΔHに所定の比率を乗じて算出してもよい。この比率としては、例えば、ΔHに対し5〜30%などの値が挙げられる。あるいは、接地部材27の部材高さの値を用いてもよい。あるいは、その時点までに歩行した地面の凹凸値の過去データを記録しておき、そのデータ履歴に基づき、過去の最大の凹凸でも乗り越えられるように、余裕値αの値を設定するようにしてもよい。
In the above equation (1), α is a margin value. As the value of α, a value stored in the
位置Nは、位置Mの直上位置であるから、位置Nの水平座標x6は、位置Mの水平座標x5と等しい。したがって、位置Nの位置座標は、(x5,z5+ΔH+α)となる。 Since the position N is a position immediately above the position M, the horizontal coordinate x 6 of the position N is equal to the horizontal coordinate x 5 of the position M. Therefore, the position coordinates of the position N are (x 5 , z 5 + ΔH + α).
その後、接地端E2を、位置Nから水平方向(図8の右から左へ向かう方向)に横移動させるが、図8には図示していない。その後は、図7に図示した歩行ステップと同様である。すなわち、位置Nから水平横移動させて第2横移動後位置Q3(特許請求の範囲における第3前方脚位置)に相当する位置へ到達させる。このときの歩幅の値は、図7に示すように、B3となっている。したがって、第2横移動後位置Q3(特許請求の範囲における第3前方脚位置)に相当する位置の位置座標は、(x5+B3,z5+ΔH+α)となる。そして、その後、接地端E2を、第2横移動後位置Q3(特許請求の範囲における第3前方脚位置)に相当する位置から、鉛直下方へ下降させる。そして、下降中のいずれかの時点で、地面に接触し、その位置で接地端E2を停止させることとなる。 Thereafter, the ground contact E2 is laterally moved from the position N in the horizontal direction (the direction from right to left in FIG. 8), which is not shown in FIG. The subsequent steps are the same as the walking step illustrated in FIG. That is, it is moved horizontally from the position N to reach a position corresponding to the second post-lateral movement position Q3 (third front leg position in the claims). The stride value at this time is B 3 as shown in FIG. Therefore, the position coordinates of the position corresponding to the second post-lateral movement position Q3 (the third front leg position in the claims) is (x 5 + B 3 , z 5 + ΔH + α). Thereafter, the ground contact E2 is lowered vertically downward from a position corresponding to the second post-lateral movement position Q3 (the third front leg position in the claims). Then, at any point during the descent, the contact is made with the ground, and the ground contact E2 is stopped at that position.
第2実施例では、上記のように制御を行うことにより、被制御脚4Dが進行方向へ踏み出す場合の足の上昇値を、その時点の地面の凹凸に応じた最も適切な値とすることができる。したがって、地面の凹凸の変化に追随して対応することができ、多脚ロボット102の歩行速度を高速化することができる、という利点を有している。
In the second embodiment, by performing the control as described above, it is possible to set the rising value of the foot when the controlled
なお、本発明は、上記した各実施例に限定されるものではない。上記した各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 In addition, this invention is not limited to each above-mentioned Example. Each of the above-described embodiments is an exemplification, and has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same operational effects. Are also included in the technical scope of the present invention.
例えば、本発明に係る多脚ロボットは、脚の個数が6個の場合だけでなく、脚の個数が6個以上の場合、例えば、脚の個数が8個の場合、脚の個数が10個の場合、脚の個数が12個以上の偶数の場合などにも応用が可能である。また、脚の個数は、7個以上で、奇数であってもよい。また、脚の個数が6個より少ない場合であっても、少なくとも3本の脚が常に支持状態となるように制御されれば、それ以外の脚を非支持状態とし、上記の第1実施例又は第2実施例のように制御することが可能である。したがって、本発明に係る多脚ロボットは、脚の個数が4個の場合、脚の個数が5個の場合にも適用が可能である。 For example, the multi-legged robot according to the present invention is not limited to the case where the number of legs is six, but when the number of legs is six or more, for example, the number of legs is eight, the number of legs is ten. In this case, the present invention can be applied to the case where the number of legs is an even number of 12 or more. Further, the number of legs may be 7 or more and an odd number. In addition, even if the number of legs is less than 6, if the control is performed so that at least three legs are always in the support state, the other legs are set in the unsupported state, and the first embodiment described above. Alternatively, it can be controlled as in the second embodiment. Therefore, the multi-legged robot according to the present invention can be applied to the case where the number of legs is four and the number of legs is five.
また、上記した第1実施例においては、最後脚4Aが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御する例について説明したが、本発明の制御方法を用いれば、他の後方脚、例えば、中後脚4Bが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御することも可能である。また、本発明の制御方法を用いれば、他の後方脚、例えば、中後脚4Fが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御することも可能である。また、一般に、最前脚の後方に位置する2個の脚からなり胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である後方脚のいずれかを制御する場合に、本発明は適用可能である。
In the first embodiment described above, an example in which the
また、上記した第2実施例においては、最前脚4Dが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御する例について説明したが、本発明の制御方法を用いれば、他の前方脚、例えば、中前脚4Cが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御することも可能である。また、本発明の制御方法を用いれば、他の前方脚、例えば、中前脚4Eが非支持状態にある場合にこれを被制御脚として制御することも可能である。また、一般に、最後脚の後方に位置する2個の脚からなり胴体を支持する3個の脚である支持脚を除いた非支持脚である前方脚のいずれかを制御する場合に、本発明は適用可能である。
Further, in the second embodiment described above, an example in which the
また、本発明に係る多脚ロボットは、上記した第1、第2実施例のような水中探査用ロボットだけでなく、地上における各種探査用ロボット、災害救助用ロボット等として用いることも可能である。 The multi-legged robot according to the present invention can be used not only as an underwater exploration robot as in the first and second embodiments, but also as various exploration robots on the ground, disaster rescue robots, and the like. .
また、本発明における第1駆動手段、又は第2駆動手段としては、上記した実施例で説明したDCモータのほか、DD(ダイレクトドライブ)モータ、ステッピングモータなどを用いてもよい。 Further, as the first drive means or the second drive means in the present invention, a DD (direct drive) motor, a stepping motor, or the like may be used in addition to the DC motor described in the above embodiment.
また、上記各実施例のような球面関節19を持つ足部20は設けなくてもよく、脛部16のケース16aの下端を直接地面に接地させるように構成してもよい。
Further, the
上記各実施例では、位置座標を(x,z)とし、水平座標をxとしたが、水平座標はyとしてもよい。 In each of the above embodiments, the position coordinate is (x, z) and the horizontal coordinate is x, but the horizontal coordinate may be y.
また、胴体3等にGPS受信機を装備し、移動体1の地球座標上の位置座標を、リアルタイムで検出するように構成してもよい。
Further, the
また、胴体3の下部などに超音波センサを設け、胴体3と地面との間の距離を計測しながら歩行するように構成してもよい。
In addition, an ultrasonic sensor may be provided in the lower part of the
本発明は、多脚ロボットを用いて水中探査等を行う企業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。また、多脚ロボットは、機械、電気・電子機器等の製造業において製造することができ、これらの産業で利用可能である。 The present invention can be implemented in companies that perform underwater exploration using a multi-legged robot, and can be used in these industries. In addition, multi-legged robots can be manufactured in the manufacturing industry of machines, electrical / electronic devices, etc., and can be used in these industries.
1 移動体
2 演算処理装置
3 胴体
4A〜4F 脚
5 TVカメラ
6 遠隔操縦用ケーブル
7 入力部
7a キーボード
7b マウス
8 画像表示部
9 データ出力部
10 コンピュータ本体
11 入出力インターフェイス
12 記録用ディスク
13a 頭部
13b カメラアーム
14 水平回転関節
14a 関節カバー
15 大腿部
15a ケース
15b、15c 関節カバー
16 脛部
16a ケース
16b 関節カバー
16d ロッド部
16e 球状部
17 第1旋回関節
18 第2旋回関節
19 球面関節
20 足部
21A〜21C DCモータ
22A〜22C ハーモニックギア
23A〜23C エンコーダ
24A、24B 駆動軸
25A、25B 駆動かさ歯車
26A、26B 従動かさ歯車
27 接地部材
27a 球状凹部
28 接地センサ
29A〜29C 関節回転中心線
41 CPU
42 ROM
43 RAM
101、102 多脚ロボット
B1〜B3 歩幅
D1、D2 進行方向
E1、E2 接地端
P1 第1初期位置
P2 第1上昇後位置
P3 第1横移動後位置
P4 第1下降後位置
Q1 第2初期位置
Q2 第2上昇後位置
Q3 第2横移動後位置
Q4 第2下降後位置
S1、S2 地面
T1 第1可動限界
T2 第2可動限界
Z 接地端可動範囲
DESCRIPTION OF
42 ROM
43 RAM
101,102 multi-legged robot B 1 .about.B 3 stride D1, D2 traveling direction E1, E2 ground terminal P1 first initial position P2 first raised after position P3 first rear transverse movement after position P4 first lowered position Q1 second initial Position Q2 Position after second ascent Q3 Position after second lateral movement Q4 Position after second descending S1, S2 Ground T1 First movable limit T2 Second movable limit Z Grounding end movable range
Claims (2)
前記制御手段は、
制御の対象となる後方脚である被制御脚を折り畳んだ状態である縮脚状態で前記脛部を旋回した場合の前記接地端の軌跡である第1可動限界と、前記被制御脚を略直線状に伸展した状態である伸脚状態で前記被制御脚全体を旋回した場合の前記接地端の軌跡である第2可動限界とによって挟まれる領域である接地端可動範囲の中で、歩行前の時点で前記接地端が存在する位置である第1後方脚位置の座標である第1後方脚位置座標(x1,z1)を前記接地端位置検出手段が検出した場合には、前記接地端を鉛直上方に上昇させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記縮脚状態で前記脛部の長手方向である脛軸方向が鉛直上下方向となるときの前記接地端の位置である第3後方脚位置の座標である第3後方脚位置座標(x3,z3)の鉛直座標である第3後方脚鉛直座標z3と等しい鉛直座標を有する位置座標(x1,z3)の位置である第2後方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を前記第3後方脚位置に向かって水平に横移動させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が前記第3後方脚位置に到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を鉛直下方に下降させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が接地したことを前記接地検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させるように制御すること
を特徴とする多脚ロボットの歩行制御方法。 The leg has four or more legs having a thigh joined to the body by a first turning joint and a shin part joined to the thigh by a second turning joint, and the first turning joint of each leg is turned. First driving means for driving, second driving means for driving to turn the second turning joint of each leg, and grounding for detecting a position coordinate (x, z) of a grounding end which is a lower end of the shin part of each leg. An end position detecting means; a grounding detecting means for detecting that the grounding end is grounded; and a foremost leg that is the frontmost in the traveling direction among the four or more legs of the multi-legged robot including a control means; A method for controlling the walking of any of the rear legs that are non-supporting legs excluding the supporting legs that are the three legs that support the torso and that are composed of two legs located behind the foremost leg,
The control means includes
A first movable limit that is a locus of the ground contact end when the shin part is turned in a contracted leg state in which the controlled leg that is a rear leg to be controlled is folded, and the controlled leg is substantially straight. In the range of the ground contact end movable range that is sandwiched by the second movable limit that is the trajectory of the ground contact end when the entire controlled leg is turned in the extended leg state that is in a stretched state, When the grounding end position detecting means detects the first rear leg position coordinates (x 1 , z 1 ), which are the coordinates of the first rear leg position that is the position where the grounding end exists at the time, the grounding end The grounding end when the first driving means and the second driving means are actuated so as to raise vertically upward, and the shin axis direction, which is the longitudinal direction of the shin portion, becomes the vertical vertical direction in the contracted leg state. The third rear leg position coordinate which is the coordinate of the third rear leg position which is the position of x 3, z 3) of the ground terminal at which the second rear leg position location of a vertical coordinate third aft position coordinates having the vertical coordinate z 3 equal vertical coordinates (x 1, z 3) has reached When the grounding end position detecting means detects that, the first driving means and the second driving means are stopped,
Next, the first driving means and the second driving means are operated so as to horizontally move the grounding end toward the third rear leg position, and the grounding end reaches the third rear leg position. When the grounding end position detecting means detects that, the first driving means and the second driving means are stopped,
Next, the first drive means and the second drive means are operated so as to lower the ground end vertically downward, and the first drive means is detected when the ground detection means detects that the ground end is grounded. And a control method for walking the multi-legged robot, wherein the second drive means is controlled to stop.
前記制御手段は、
前記胴体と前記接地端の鉛直座標の差である接地端高さを前記4個以上の脚のそれぞれについて算出し、前記接地端高さの絶対値が最小となる最小接地端高さHminと前記接地端高さの絶対値が最大となる最大接地端高さHmaxを求め、次いでこれらの差(Hmax−Hmin)である地面最大凹凸値ΔHを算出し、制御の対象となる前方脚である被制御脚の歩行前の時点での位置である第1前方脚位置の座標である第1前方脚位置座標(x5,z5)を前記接地端位置検出手段が検出した場合には、前記接地端を鉛直上方に上昇させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記地面最大凹凸値ΔHに余裕値αを加えた値(ΔH+α)を前記第1前方脚位置座標の鉛直座標である第1前方脚鉛直座標z5に加えた値(z5+ΔH+α)と等しい鉛直座標を有する位置座標(x5,z5+ΔH+α)の位置である第2前方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を水平に横移動させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、歩幅値B3を前記第1前方脚位置座標の水平座標である第1前方脚水平座標x5に加えた値(x5+B3)と等しい水平座標を有する位置座標(x5+B3,z5+ΔH+α)の位置である第3前方脚位置に前記接地端が到達したことを前記接地端位置検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させ、
次に前記接地端を鉛直下方に下降させるように前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を作動させ、前記接地端が接地したことを前記接地検出手段が検出したときに前記第1駆動手段と前記第2駆動手段を停止させるように制御すること
を特徴とする多脚ロボットの歩行制御方法。 The leg has four or more legs having a thigh joined to the body by a first turning joint and a shin part joined to the thigh by a second turning joint, and the first turning joint of each leg is turned. First driving means for driving, second driving means for driving to turn the second turning joint of each leg, and grounding for detecting a position coordinate (x, z) of a grounding end which is a lower end of the shin part of each leg. An end position detecting means; a grounding detecting means for detecting that the grounding end is grounded; and a last leg that is the rearmost in the traveling direction among the four or more legs of the multi-legged robot provided with the control means; A method for controlling the walking of any of the front legs that are non-supporting legs excluding the supporting legs that are the three legs that support the torso consisting of two legs positioned in front of the last leg,
The control means includes
The ground contact end height, which is the difference between the vertical coordinates of the body and the ground contact end, is calculated for each of the four or more legs, and the minimum ground contact end height H min that minimizes the absolute value of the ground contact end height is The maximum ground contact height H max at which the absolute value of the ground contact height is maximized is obtained, and then the ground maximum unevenness value ΔH, which is the difference (H max −H min ), is calculated, and the front to be controlled. When the grounding end position detecting means detects the first front leg position coordinates (x 5 , z 5 ) that are the coordinates of the first front leg position that is the position of the controlled leg that is the leg before walking. Operates the first driving means and the second driving means so as to raise the grounding end vertically upward, and obtains a value (ΔH + α) obtained by adding a margin value α to the maximum ground unevenness value ΔH (ΔH + α). A value (z 5 + ΔH + α) added to the first front leg vertical coordinate z 5 , which is the vertical coordinate of the leg position coordinate, and When the grounding end position detecting means detects that the grounding end has reached the second front leg position which is a position coordinate (x 5 , z 5 + ΔH + α) having equal vertical coordinates, Stopping the second drive means;
Next, the first driving means and the second driving means are actuated so as to horizontally move the ground contact edge, and the stride value B 3 is set to the first front leg horizontal coordinate which is the horizontal coordinate of the first front leg position coordinate. The fact that the ground contact has reached the third front leg position, which is the position coordinate (x 5 + B 3 , z 5 + ΔH + α) having a horizontal coordinate equal to the value (x 5 + B 3 ) added to the coordinate x 5 , Stopping the first driving means and the second driving means when the grounding end position detecting means detects,
Next, the first drive means and the second drive means are operated so as to lower the ground end vertically downward, and the first drive means is detected when the ground detection means detects that the ground end is grounded. And a control method for walking the multi-legged robot, wherein the second drive means is controlled to stop.
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