JP2006082201A - 脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】床反力を検出する力センサの異常を精度良く検知するようにした脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置を提供する。
【解決手段】脚式移動ロボットにおいて、ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なうようにロボットの動作を制御し（Ｓ１０４）、足踏み動作のときの力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定し（Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４）、その判定結果に基づいて力センサの異常を検知する（Ｓ１０２）。
【選択図】図７

Description

この発明は脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置に関する。

脚式移動ロボットは床反力を検出する力センサなど種々のセンサを備え、それらセンサの出力に基づいて動作が制御されることから、それらのセンサが異常か否か検知する必要がある。その従来技術としては、下記の特許文献１記載のものが知られている。特許文献１記載の技術にあっては、ロボットについて種々のエラー（異常）検知を行うと共に、その一環として力センサ、具体的には６軸力センサについてもその出力が所定範囲にないか否か判断することでエラー（異常）をチェックしている。
特開２００３−２１１３７９号公報（段落００７２）

脚式移動ロボットに作用する床反力はロボットの動作を制御するのに必要不可欠なパラメータであるため、それを検出する力センサの異常を的確に検出する必要がある。しかしながら、上記した特許文献１記載の技術にあっては単にセンサ出力が所定範囲にないか否かを判断することでセンサ異常を検知するに止まっていたため、センサ出力が一過的に所定範囲にあるときにセンサが異常ではないと誤認してしまうなど、検知精度の点で必ずしも満足できるものではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、足部に床反力を検出する力センサを備えた脚式移動ロボットにおいて、その力センサの異常を精度良く検知するようにした脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、基体と、前記基体に連結される複数本の脚部と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に連結される足部と、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足部が接地する床面から作用する床反力を示す出力を生じる力センサとを少なくとも備えてなる脚式移動ロボットにおいて、前記ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なうように前記ロボットの動作を制御するロボット動作制御手段と、前記足踏み動作のときの前記力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定するセンサ出力判定手段と、および前記センサ出力判定手段の判定結果に基づいて前記力センサの異常を検知するセンサ異常検知手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、前記足踏み動作が、前記ロボットの起立状態から前記複数本の脚部を交互に駆動して自重を支持させる動作を少なくとも含む如く構成した。

請求項３に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、前記力センサが、前記床反力の力成分とモーメント成分を含む複数種の出力を生じるセンサである如く構成した。

請求項４に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、前記センサ出力判定手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部が前記所定の範囲内にあるか否か判定する如く構成した。

請求項５に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、前記センサ異常検知手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部が前記所定の範囲内にないとき、前記力センサが異常と検知する如く構成した。

請求項６に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、前記センサ異常検知手段は、前記力センサの異常を検知するとき、その検知結果を出力する如く構成した。

請求項１に係る脚式移動ロボットにあっては、ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なせると共に、そのときの力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定し、その判定結果に基づいて力センサの異常を検知、即ち、足踏み動作を行なわせる間の力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定することでセンサの異常を検知する如く構成したので、判定時間が多岐にわたることでセンサ出力が一過的に所定の範囲内にあり続けることが困難となり、よって力センサの異常を精度良く検知することができる。

また、ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なわせることで力センサの異常を検知、換言すれば、ロボットが歩行などの動作を開始する前に力センサの異常を検知することで、異常が検知されたときに対応し易いと共に、外部から検知動作を視認できることで、検知動作が実行されたことを確認することができる。

請求項２に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、足踏み動作が、ロボットの起立状態から複数本の脚部を交互に駆動して自重を支持させる動作を少なくとも含む如く構成したので、上記した効果に加え、ロボットの姿勢の変更を通じて床反力を変化させ、それによって生じるべきセンサ出力が所定範囲内にあるか否か判定することでセンサ異常を検知することとなり、センサ異常を一層精度良く検知することができる。

請求項３に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、力センサが床反力の力成分とモーメント成分を含む複数種の出力を生じるセンサである如く構成したので、上記した効果に加え、そのような力センサの異常を精度良く検知することができる。

請求項４に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、複数種の出力の少なくとも一部が所定の範囲内にあるか否か判定する如く構成したので、上記した効果に加え、検知作業を簡略化しつつ、複数種の出力を生じるセンサの異常を精度良く検知することができる。

請求項５に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、複数種の出力の少なくとも一部が所定の範囲内にないとき、力センサが異常と検知する如く構成したので、上記した効果に加え、センサ出力をそのまま用いて判定することができ、検知作業を簡略化しつつ、複数種の出力を生じるセンサの異常を精度良く、かつ迅速に検知することができる。

請求項６に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置にあっては、力センサの異常を検知するとき、その検知結果を出力する如く構成したので、上記した効果に加え、外部からセンサ異常を認識することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置を実施するための最良の形態について説明する。

以下、添付図面を参照してこの発明の第１実施例に係る脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置を説明する。

図１は第１実施例に係る力センサ異常検知装置が対象とする脚式移動ロボットの正面図、図２はその側面図である。尚、脚式移動ロボットとしては、２個の脚部と２個の腕部を備えたヒューマノイド型（人間型）の脚式移動ロボットを例にとる。

図１に示すように、脚式移動ロボット（以下「ロボット」という）１は、複数個（本）、より具体的には２個（本）の脚部２を備えると共に、その上方には基体（上体）３が設けられる。基体３のさらに上方には頭部４が形成されると共に、基体３の両側には２個（本）の腕部５が連結される。また、図２に示すように、基体３の背部には格納部６が設けられ、その内部には電子制御ユニット（後述）およびバッテリなどが収容される。尚、図１および図２に示すロボット１は、内部構造を保護するためのカバーで被覆される。

図３はロボット１をスケルトンで示す説明図である。同図を参照してその内部構造を関節を中心に説明すると、図示の如く、ロボット１は、左右それぞれの脚部２および腕部５に、１１個の電動モータで動力化された６個の関節を備える。

即ち、ロボット１は、腰部（股部）の股関節に、脚部２を鉛直軸（Ｚ軸あるいは鉛直軸）まわりに回転させる関節を駆動する電動モータ１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。左右対称であることから、以下Ｒ，Ｌの表記を省略する）と、脚部２をピッチ（進行）方向（Ｙ軸まわり）に揺動させる関節を駆動する電動モータ１２と、脚部２をロール（左右）方向（Ｘ軸まわり）に回転させる関節を駆動する電動モータ１４を備えると共に、膝部に脚部２の下部をピッチ方向（Ｙ軸まわり）に回転させる膝関節を駆動する電動モータ１６を備え、さらに足首に脚部２の先端側をピッチ方向（Ｙ軸まわり）に回転させる足（足首）関節を駆動する電動モータ１８とロール方向（Ｘ軸まわり）に回転させる足（足首）関節を駆動する電動モータ２０を備える。

上記したように、図３において、関節はそれを駆動する電動モータ（あるいは電動モータに接続されてその動力を伝動するプーリなどの伝動要素）の回転軸線で示す。尚、脚部２の先端には足部（足平）２２が取着される。

このように、脚部２の股関節には電動モータ１０，１２，１４がそれらの回転軸線が直交するように配置されると共に、足関節（足首関節）には電動モータ１８，２０がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、股関節と膝関節は大腿リンク２４で、膝関節と足関節は下腿リンク２６で連結される。

脚部２は股関節を介して基体３に連結されるが、図３では基体３を基体リンク２８として簡略的に示す。前記したように、基体３には腕部５が連結される。

腕部５も、脚部２と同様に構成される。即ち、ロボット１は、肩部の肩関節に、腕部５をピッチ方向に回転させる関節を駆動する電動モータ３０とロール方向に回転させる関節を駆動する電動モータ３２を備えると共に、その自由端側を回転させる関節を駆動する電動モータ３４と、肘部にそれ以降の部位を回転させる関節を駆動する電動モータ３６を備え、さらにその先端側にそれを回転させる手首関節を駆動する電動モータ３８を備える。手首の先にはハンド（エンドエフェクタ）４０が取着される。

即ち、腕部５の肩関節には電動モータ３０，３２，３４がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、肩関節と肘関節とは上腕リンク４２で、肘関節と手首関節とは下腕リンク４４で連結される。

図示は省略するが、ハンド４０は５本のフィンガ（指）４０ａの駆動機構を備え、フィンガ４０ａで物を把持するなどの作業ができるように構成される。

また、頭部４は、鉛直軸まわりの電動モータ（首関節を構成）４６と、それと直交する軸まわりに頭部４を回転させる頭部揺動機構４８を介して基体３に連結される。図３に示す如く、頭部４の内部には２個のＣＣＤカメラ５０がステレオ視自在に配置されると共に、音声入出力装置５２が配置される。

上記の構成により、脚部２は左右の足について６個の関節を備えて合計１２の自由度を与えられ、６個の関節を適宜な角度で駆動（関節変位）することで、脚部２に所望の動きを与えることができ、ロボット１を任意に３次元空間において歩行させることができる。また、腕部５も左右の腕について５個の関節を備えて合計１０の自由度を与えられ、５個の関節を適宜な角度で駆動（関節変位）することで所望の作業を行わせることができる。さらに、頭部４は２つの自由度からなる関節あるいは揺動機構を与えられ、これらを適宜な角度で駆動することにより所望の方向に頭部４を向けることができる。

電動モータ１０などのそれぞれにはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、電動モータの回転軸の回転を通じて対応する関節の角度、角速度、および角加速度の少なくともいずれかを示す信号を出力する。尚、電動モータ１０などは具体的には、ＤＣサーボモータからなる。

足部２２には公知の６軸力センサ（以下「力センサ」という）５６が取着され、ロボットに作用する外力の内、接地面からロボット１に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。尚、力センサ５６は公知の如く、荷重を伝達する２つのフランジ部を連結すると共に、そこに複数のひずみ検出素子を取り付けてなり、それらの出力信号に基づいてセンサ基準点に作用する力やモーメントの各成分を算出して出力する構造を備える。

手首関節とハンド４０の間には同種の力センサ（６軸力センサ）５８が取着され、ロボット１に作用する床反力以外の外力、具体的にはハンド４０に対象物から作用する外力（対象物反力）の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。

基体３には傾斜センサ６０が設置され、鉛直軸に対する基体３の傾き（傾斜角度）とその角速度の少なくともいずれか、即ち、ロボット１の基体３の傾斜（姿勢）などの状態量を示す信号を出力する。

これら力センサ５６などの出力群は、格納部６に収容されたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electric Control Unit 。以下「ＥＣＵ」という）７０に送られる（図示の便宜のためロボット１の右側についてのみ、入出力を図示する）。ＥＣＵ７０はＣＰＵ、メモリおよび入出力インターフェースなどからなるマイクロコンピュータを備え、ロボット１が安定な姿勢で移動できるように、関節角変位指令を算出して各関節を構成する電動モータ１０などの駆動を制御する。格納部６には、電動モータ１０などの駆動回路（モータドライバ）７２が回路ユニットとして収容されると共に、無線系７４とバッテリ７６も収容される。

ＥＣＵ７０は、無線系７４を介して同様にマイクロコンピュータからなる操作用ＥＣＵ７８と通信自在に接続される。操作用ＥＣＵ７８は操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａを備え、ユーザ（操作者）が操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａから入力した緊急停止などのコマンドは、無線系７４を通じてＥＣＵ７０に送られる。

図４は、ＥＣＵ７０の構成を機能的に示す、より具体的にはそのＣＰＵの行う動作を示すブロック図である。

図示の如く、ＥＣＵ７０は、制御部７０ａと、センサ値判定部７０ｂと、行動計画部７０ｃと、メモリ７０ｄを備える。制御部７０ａは、脚制御部７０ａ１と、腕制御部７０ａ２と、頭制御部７０ａ３とからなる。図５は、脚制御部７０ａ１とセンサ値判定部７０ｂの構成をより具体的に示すブロック図である。図５に示す如く、脚制御部７０ａ１は歩容生成部７０ａ１１と歩行制御部７０ａ１２を備える。

図４および図５を参照して制御部７０ａの動作を脚制御部７０ａ１に焦点を置いて説明すると、脚制御部７０ａ１において歩容生成部７０ａ１１は、予め生成されてメモリ７０ｄに格納された歩容パラメータに基づき、力センサ５６と傾斜センサ６０から送られて同様にメモリ７０ｄに一旦格納されるセンサ出力に応じて歩容を生成し、メモリ７０ｄに格納する。

歩行制御部７０ａ１２は、格納された歩容を読み出してそれぞれの関節について関節角指令値を決定し、ロータリエンコーダの出力（図示せず）から検出された関節角との偏差が解消するように駆動回路７２を介して電動モータ１０などを駆動する。尚、駆動回路７２は、図３に示す如く、格納部６の内部に回路ユニットとして収容される。

また、腕制御部７０ａ２と頭制御部７０ａ３も、生成された歩容と力センサ５６などの出力に基づいて関節角指令値を算出し、駆動回路７２を介して該当する電動モータ３０などを駆動する。さらに、腕制御部７０ａ２は作業内容に従って腕部５を駆動制御すると共に、頭制御部７０ａ３は画像認識系の指示に従って電動モータ４６あるいは頭部揺動機構４８を駆動制御する。

歩容パラメータは、上体３と足部２２の位置および姿勢（向き）からなる運動パラメータと、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）で定義される床反力パラメータとから構成される。尚、「位置」はＸ，Ｙ，Ｚ座標系で、「姿勢」はＸ，Ｙ，Ｚ軸に対する角度で示される。従って、「傾斜」も、姿勢のパラメータの一部である。

ＺＭＰは、ロボット１の運動による慣性力と重力の合力のモーメントの水平成分の和が０となる、床上の作用点を意味する。尚、歩容は１歩（両脚支持期の初期から片脚支持期の終端）の間の運動軌跡（軌道）と床反力軌跡（軌道）からなり、一連の歩行は１歩の歩容が複数個つながったものとする。

尚、歩容パラメータおよび生成される歩容の詳細などは、先に本出願人が特開平５―３３７８４９号公報に記載されているので、これ以上の説明は省略する。

この実施例において特徴的な点は力センサ５６の異常を検知することにあるので、それについて説明すると、センサ値判定部７０ｂは、ロボット１を起動させるときに足踏み動作を行なうようにロボット１の動作を制御し、そのときの力センサ５６の出力が所定の範囲内にあるか否か判定し、その判定結果に基づいて力センサ５６の異常を検知する。

行動計画部７０ｃは、力センサ５６が異常と検知されたとき、ロボット１の歩行を中止し、無線系７４を介して操作用ＥＣＵ７６にその検知結果を出力し、ユーザ（操作者）に報知する。これにより、ユーザ（操作者）は、その異常を認識することができる。

図６は、その検知動作を含むロボット１の起動処理を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において電源ＯＮ、即ち、ユーザ（操作者）が操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａを介して入力した指令に応じて電源スイッチ（図示せず）がオンされ、格納部６に搭載されたバッテリ７６からＥＣＵ７０を構成するマイクロコンピュータなどへの電源供給が開始される。

次いで、Ｓ１２においてロボット１の姿勢原点チェックが行われ、Ｓ１４においてサーボＯＮ、即ち、電動モータ１０などのサーボモータが通電される。

次いで、Ｓ１６において、ロボット１が床面に起立（直立あるいは静立）するように、ロボット１の関節駆動制御が実行される。これは、図５を参照して脚制御部７０ａ１の動作として説明したような処理である。

次いで、Ｓ１８においてセンサチェック、即ち、力センサ５６の異常検知が実行される（後述）。尚、ロボット１は、足部２２の他、ハンド４０の付近にも同種の力センサ５８を備えるが、この実施例においては左右の足部２２に配置された左右２個の力センサ５６についてのみ行う。尚、Ｓ１２からＳ１８までの処理も、ユーザ（操作者）が操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａを介して入力した指令に応じて実行される。

次いでＳ２０に進み、センサチェック結果を判定（判断）し、正常と判定されるときはＳ２２に進み、起動完了として上記した歩行制御を開始すると共に、異常と判断されたときはＳ２４に進み、力センサ５６が異常と検知されたことを無線系７４と操作用ＥＣＵ７８を介してユーザ（操作者）に通知する。

次いでＳ２６に進み、センサチェックをリトライするか否か判断し、肯定されるときはＳ１８に進むと共に、否定されるときはプログラムをそのまま終了する。この結果、Ｓ２２の起動完了と判定されるステップを通らないことから、ロボット１の歩行は中止される。

図７は、図６のＳ１８のセンサチェック（異常検知）処理のサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１００において左右の足部２２に配置されている２個の力センサ５６の出力をメモリ７０ｄから読み出し、脚部２の双方に発生しているＦＺｄｂｌが値Ｗに等しいか否か判断する。

ここで、図７フロー・チャートに使用される用語を以下のように定義する。Ｗ：ロボット１の自重（具体的には５２ｋｇ）、Ｆ：力（荷重）、Ｍ：モーメント、α，β：係数である。前記した如く、Ｆ，Ｍはロボット１に作用する外力の内、接地面からロボット１に作用する床反力を意味し、力Ｆは３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚから、モーメントＭも３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚからなる（図３にそれらを図示する）。

Ｓ１００の処理は、具体的には２個の力センサ５６の出力を合算して得られるＺ方向の力成分ＦＺｄｂｌがロボット１の自重Ｗから適宜設定された上下限値の間にあるか否か判断することで行う。

Ｓ１００で否定されるときはＳ１０２に進み、２個の力センサ５６が異常、あるいは少なくとも２個の力センサ５６の一方が異常と判定（検知）する。即ち、図６のＳ１６の処理でロボット１は起立（直立）状態に制御されていることから、床反力としてはＦｚ成分のみが生じている筈であり、従って、２個の力センサ５６から得られる値ＦＺｄｂｌはロボット１の自重Ｗあるいはその近傍の値となるべきだからである。

Ｓ１００で肯定されるときはＳ１０４に進み、ロボット１の動作を制御して足踏みを開始させる。即ち、ロボット１を起動させるときに足踏み動作を行なうようにロボット１の動作を制御する。

図８はその動作制御を経時的に示す説明図である。図示の如く、ロボット１は、最初に起立（直立あるいは静立）させられ、次いで足踏み状態に制御させられ、次いで後述するように腰位置が前後に移動するように制御される。図９はその３種の動作制御をより詳細に示す説明図である。尚、図７フロー・チャートの処理は力センサ５６の出力の適否をチェックするものであることから、これらの制御には力センサ５６の出力に代え、予め用意された値を使用する。

起立状態で両脚についてＦｚ成分の判定（チェック）がなされた後、３歩の間、足踏み動作がなされ、その間に後述するように片脚ずつＦｚ，Ｆｙ，Ｍｘ成分の判定（チェック）がなされる。次いで、腰の位置を所定量、例えば３０ｍｍ前方に移動して（ロボット１の重心を前方に移動して）Ｍｙ成分の判定（チェック）がなされる。

尚、腰の位置は基体２の下部中央で股関節の直上位置付近の、ロボット１の重心（位置）の付近に設定される。このように、足踏み動作は、ロボット１の直立状態から２本の脚部２を交互に駆動して自重Ｗを支持させる動作を少なくとも含むように構成される。

図７フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１０６に進み、支持脚（片脚）に発生しているＦＺｓｇｌがロボット１の自重Ｗに等しいか否か判断する。この処理は、具体的には支持脚側の力センサ５６の出力から得られるＺ方向の力成分ＦＺｓｇｌがロボット１の自重Ｗ（あるいはさらに足部２２の底面積など）から適宜設定された上下限値の間にあるか否か判断することで行う。

尚、この処理は３歩の間行われる足踏み動作の中で左右の力センサ５６について交互に行われる。Ｓ１０６で否定されるときはＳ１０２に進み、Ｓ１００で否定される場合と同様の理由から、該当する力センサ５６が異常と判定（検知）する。

他方、Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進み、支持脚（片脚）に発生しているＦｙ、具体的には支持脚側の力センサ５６の出力から得られるＹ方向の力成分Ｆｙがロボット１の自重Ｗに係数αを乗じて得られる積より大きいか否か判断する。係数α（およびβ）は、足踏み時の腰の加減速によって力センサ５６に発生すべき力およびモーメントに基づいて実験を通じて適宜決定される値である。

尚、この処理も左右の力センサ５６について交互に行われると共に、Ｓ１０８で否定されるときはＳ１０２に進み、該当する力センサ５６が異常と判定（検知）する。即ち、足踏み時はロボット１は左右（ロール）方向（Ｙ軸方向）に揺れることから、その方向に所定以上の力が発生すべきであるにも関わらず、発生していないのは、力センサ５６が異常と考えられるからである。

他方、Ｓ１０８で肯定されるときはＳ１１０に進み、支持脚（片脚）に発生しているＭｘ、具体的には支持脚側の力センサ５６の出力から得られるＸ軸まわりのモーメント成分Ｍｘが、ロボット１の自重Ｗに係数βを乗じて得られる積より大きいか否か判断する。

尚、この処理も左右の力センサ５６について交互に行われると共に、Ｓ１１０で否定されるときはＳ１０２に進み、該当する力センサ５６が異常と判定（検知）する。即ち、ロール方向に所定以上のモーメントが発生すべきであるにも関わらず、発生していないのは、力センサ５６が異常と考えられるからである。

Ｓ１１０でも肯定されるときはＳ１１２に進み、前記した如く、腰が前方に移動して重心位置が前方に移動するようにロボット１の動作を制御する。

次いでＳ１１４に進み、発生したモーメントＭｙによって観測されるＺＭＰの移動量が、腰の移動量に等しいか否か判断する。この処理は、具体的には左右の力センサ５６の出力から得られるＹ軸方向のモーメント成分Ｍｙによって算出されるＺＭＰの移動量が、適宜設定される上、下限値の範囲にあるか否か判断することで行う。

Ｓ１１４で否定されるときはＳ１０２に進み、２個の力センサ５６が異常、あるいは少なくとも２個の力センサ５６の一方が異常と判定（検知）する。即ち、ＺＭＰは先に述べたようにロボット１の運動による慣性力と重力の合力のモーメントの水平成分の和が０となる床上の作用点を意味するが、腰の移動によってＹ軸まわりにモーメントが発生した筈であり、それによってＺＭＰも所定距離移動した筈にも関わらず、センサ値がその移動に対応する出力を示さないのは、力センサ５６が異常と考えられるからである。

尚、Ｓ１１４で肯定されるときはＳ１１６に進み、力センサ５６が正常と判定（検知）すると共に、腰の位置が元の起立状態のそれに戻るようにロボットの動作を制御してプログラムを終了する。

この後、図６フロー・チャートの処理において、正常と判定（検知）されたときは起動完了として上記した歩行が開始されると共に、異常と判定（検知）されたときは歩行を中止し、力センサ５６が異常と検知された旨をユーザ（操作者）に通知することは前記した通りである。

上記した如く、この実施例にあっては、基体３と、前記基体に連結される２本（複数本）の脚部２と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に連結される足部２２と、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足部が接地する床面から作用する床反力を示す出力を生じる力センサ５６とを少なくとも備えてなる脚式移動ロボットにおいて、前記ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なうように前記ロボットの動作を制御するロボット動作制御手段（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、Ｓ１０からＳ２６，Ｓ１０４）と、前記足踏み動作のときの前記力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定するセンサ出力判定手段（ＥＣＵ７０、センサ値判定部７０ｂ、Ｓ２０，Ｓ１００，Ｓ１０６からＳ１１４）と、および前記センサ出力判定手段の判定結果に基づいて前記力センサの異常を検知するセンサ異常検知手段（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、行動計画部７０ｃ、Ｓ１８，Ｓ１０２，Ｓ１１６）とを備える如く構成した。

このように、ロボット１を起動させるときに足踏み動作を行なせると共に、そのときの力センサ５６の出力が所定の範囲内にあるか否か判定し、その判定結果に基づいて力センサ５６の異常を検知、即ち、足踏み動作を行なわせる間の力センサ５６の種々の出力が該当する所定の範囲内にあるか否か判定することでセンサの異常を検知する如く構成したので、判定時間が長くなることでセンサ出力が一過的に所定の範囲内にあり続けることが困難となり、よって力センサ５６の異常を精度良く検知することができる。

また、ロボット１を起動させるときに足踏み動作を行なわせることで力センサ５６の異常を検知、換言すれば、ロボット１が歩行などの動作を開始する前に力センサ５６の異常を検知することで、異常が検知されたとき（歩行中に検知された場合に比せば）対応し易いと共に、外部から検知動作を視認できることで、検知動作が実行されたことを確認することができる。

また、前記足踏み動作が、前記ロボットの起立状態から前記複数本の脚部２を交互に駆動して自重Ｗを支持させる動作を少なくとも含む（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、ＳＳ２０，Ｓ１０６からＳ１１０）如く構成した。

このように、足踏み動作がロボット１の起立（直立）状態から２本の脚部を交互に駆動して自重を支持させる動作を少なくとも含む如く構成したので、上記した効果に加え、ロボット１の姿勢の変更を通じて床反力を変化させ、それによって生じるべきセンサ出力が所定範囲内にあるか否か判定することでセンサ異常を検知することとなり、センサ異常を一層精度良く検知することができる。

また、前記力センサ５６が、前記床反力の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを含む複数種の出力を生じるセンサである如く構成した。

このように、力センサ５６が床反力の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを含む複数種の出力を生じるセンサである如く構成したので、上記した効果に加え、そのような力センサの異常を精度良く検知することができる。

また、前記センサ出力判定手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部、より具体的にはその４種が前記所定の範囲内にあるか否か判定する（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、行動計画部７０ｃ、Ｓ２０，Ｓ１０６からＳ１１４）如く構成した。

このように、複数種の出力の少なくとも一部が所定の範囲内にあるか否か判定する如く構成したので、即ち、制御に与える影響の少ないセンサ出力Ｆｘ，Ｍｚについては判定を省略したので、上記した効果に加え、検知作業を簡略化しつつ、複数種の出力を生じる力センサ５６の異常を精度良く検知することができる。

また、前記センサ異常検知手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部が前記所定の範囲内にないとき、前記力センサが異常と検知する（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、行動計画部７０ｃ、Ｓ２０，Ｓ１０２）如く構成した。

このように、複数種の出力の少なくとも一部が所定の範囲内にないとき、力センサ５６が異常と検知する如く構成したので、上記した効果に加え、センサ出力をそのまま用いて判定することができ、検知作業を簡略化しつつ、複数種の出力を生じる力センサの異常を精度良く、かつ迅速に検知することができる。

また、前記センサ異常検知手段は、前記力センサの異常を検知するとき、その検知結果を出力する（ＥＣＵ７０、脚制御部７０ａ１、行動計画部７０ｃ、Ｓ２４）如く構成した。

さらに、力センサ５６の異常を検知するとき、その検知結果を出力する如く構成したので、上記した効果に加え、外部からセンサ異常を認識することができる。

尚、上記において、上記において力センサの例として６軸力センサを示したが、それに限られるものではなく、足部を介してロボットに作用する床反力を検出するものならば、どのようなものでも良い。

また、脚式移動ロボットとして２足ロボットを例示したが、それに限られるものではなく、３足以上のロボットであっても良い。

この発明の第１実施例に係る移動ロボットの力センサ異常検知装置が対象とする移動ロボット、具体的には脚式移動ロボットの正面図である。 図１に示すロボットの側面図である。 図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。 図３に示す制御ユニットの構成を機能的に示すブロック図である。 図４に示す、脚制御部などの構成をより具体的に示すブロック図である。 図３に示す制御ユニットが行う、検知動作を含むロボットの起動処理を示すフロー・チャートである。 図６フロー・チャートのセンサチェック（異常検知）処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図６フロー・チャートのセンサチェック（異常検知）におけるロボットの３種の動作制御を経時的に示す説明図である。 図８に示すその３種の動作制御をより詳細に示す説明図である。

符号の説明

１ 脚式移動ロボット（ロボット）
２ 脚部
３ 基体
１０など 電動モータ
２２ 足部
５６ ６軸力センサ（力センサ）
７０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７０ａ 制御部
７０ａ１ 脚制御部
７０ｂ センサ値判定部
７０ｃ 行動計画部
７４ 無線系
７８ 操作用制御ユニット（操作用ＥＣＵ）
７８ａ 操作用ユーザＩ／Ｆ

Claims (6)

1. 基体と、前記基体に連結される複数本の脚部と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に連結される足部と、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足部が接地する床面から作用する床反力を示す出力を生じる力センサとを少なくとも備えてなる脚式移動ロボットにおいて、前記ロボットを起動させるときに足踏み動作を行なうように前記ロボットの動作を制御するロボット動作制御手段と、前記足踏み動作のときの前記力センサの出力が所定の範囲内にあるか否か判定するセンサ出力判定手段と、および前記センサ出力判定手段の判定結果に基づいて前記力センサの異常を検知するセンサ異常検知手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。
2. 前記足踏み動作が、前記ロボットの起立状態から前記複数本の脚部を交互に駆動して自重を支持させる動作を少なくとも含むことを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。
3. 前記力センサが、前記床反力の力成分とモーメント成分を含む複数種の出力を生じるセンサであることを特徴とする請求項１または２記載の脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。
4. 前記センサ出力判定手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部が前記所定の範囲内にあるか否か判定することを特徴とする請求項３記載の脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。
5. 前記センサ異常検知手段は、前記複数種の出力の少なくとも一部が前記所定の範囲内にないとき、前記力センサが異常と検知することを特徴とする請求項３または４記載の脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。
6. 前記センサ異常検知手段は、前記力センサの異常を検知するとき、その検知結果を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脚式移動ロボットの力センサ異常検知装置。

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