JP2006167890A - 2足歩行移動体の床反力推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2足歩行移動体1の全体の角運動量の時間的変化率である全角運動量変化率と2足歩行移動体1に作用する全床反力とを関節変位センサの出力や加速度センサの出力、角速度センサの出力、剛体リンクモデル等を用いて求め、接地している各脚体に作用する床反力の所定軸(Y軸)に垂直な面上での成分ベクトルの総和によって2足歩行移動体の重心の廻りに発生するモーメントの向きが全角運動量変化率の所定軸(Y軸)廻りの成分の向きと同一になるように各脚体2に作用する床反力の所定軸(Y軸)に垂直な面上での成分ベクトルの向きを決定する。決定した向きと求めた全床反力とを基に、各脚体毎の床反力の所定軸(Y軸)に垂直な面上での成分ベクトルの推定値を求める。
【選択図】図12
Description
θ_下腿部=θ_大腿部+θ_膝 ……(3b)
θ_足平部=θ_下腿部−θ_足首−90° ……(3c)
尚、図7の例では、θ_股>0、θ_膝>0、θ_足首>0であり、θ_大腿部<0、θ_下腿部0>0、θ_足平部<0である。また、θ_大腿部、θ_下腿部、θ_足平部の算出は、各脚体部S2毎に各別に行われる。
U(J_膝/LC)=U(J_股/LC)
+(−L10×sin(θ_大腿部),0,−L10×cos(θ_大腿部))T
…(4b)
U(J_足首/LC)=U(J_膝/LC)
+(−L12×sin(θ_下腿部),0,−L12×cos(θ_大腿部))T
…(4c)
U(J_MP/LC)=U(J_足首/LC)
+(−L14×sin(θ_足平部),0,−L14×cos(θ_足平部))T
…(4d)
ここで、式(4b),(4c),(4d)中のL10,L12,L14はそれぞれ大腿部要素S10、下腿部要素S12、足平部要素S14の長さであり、前記した如く演算処理装置18のメモリにあらかじめ記憶保持されている。また、式(4b)〜(4d)のそれぞれの右辺第2項のベクトルは、股関節要素J9から見た膝関節要素J11の位置ベクトル、膝関節要素J11から見た足首関節要素J13の位置ベクトル、足首関節要素J13から見たMP関節要素J14aの位置ベクトルを意味している。なお、式(4a)〜(4d)により求められる位置ベクトルU(J_股/LC),U(J_膝/LC),U(J_足首/LC),U(J_MP/LC)のそれぞれのX軸成分およびZ軸成分の組が脚平面PL上での2次元的位置を表している。
R(C_大腿部→LC)×U(G_大腿部/C_大腿部)…(5a)
U(G_下腿部/LC)=U(J_足首/LC)+
R(C_下腿部→LC)×U(G_下腿部/C_下腿部)…(5b)
U(G_足平部/LC)=U(J_MP/LC)+
R(C_足平部→LC)×U(G_足平部/C_足平部)…(5c)
ここで、式(5a)〜(5c)のR(C_大腿部→LC)、R(C_下腿部→LC)、R(C_足平部→LC)は、それぞれ大腿部座標系C_大腿部(C10)から脚座標系LCへの変換テンソル、下腿部座標系C_下腿部(C12)から脚座標系LCへの変換テンソル、足平部座標系C_足平部(C14)から脚座標系LCへの変換テンソルであり、それぞれ先に算出したθ_大腿部、θ_下腿部、θ_足平部(式(3a)〜(3c)を参照)を用いて決定される。また、U(G_大腿部/C_大腿部)、U(G_下腿部/C_下腿部)、U(G_足平部/C_足平部)は、各剛体要素の要素座標系で表された該剛体要素の重心の位置ベクトルであり、前記した如くあらかじめ演算処理装置18のメモリに記憶保持されている。
さらに、身体座標系BCにおける左膝関節J11、左足首関節J13、左MP関節J14aのそれぞれの位置ベクトルU(J_左膝/BC)、U(J_左足首/BC)、U(J_左MP/BC)は、変換テンソルR(LC→BC)と、左脚体部S2に対応する脚座標系LC(左LC)での位置ベクトルU(J_左膝/LC)、U(J_左足首/LC)、U(J_左MP/LC)とを用いて次式(6b)〜(6d)により順番に求められる。
U(J_左足首/BC)=U(J_左股/BC)+R(LC→BC)×U(J_左足首/LC)
…(6c)
U(J_左MP/BC)=U(J_左股/BC)+R(LC→BC)×U(J_左MP/LC)
…(6d)
右脚体部S2の各関節要素の身体座標系BCでの位置ベクトルも上記と同様に求められる。
U(JU2/BC)=U(JU1/BC)+R(C_腹部→BC)×(0,0,L7)T ……(7b)
なお、式(7a)のL6bは、腰部要素S6の部分S6bの長さ、式(7b)のL7は腹部要素S7の長さであり、これらの長さは前述の通りあらかじめ演算処理装置18のメモリに記憶保持されている。
ここで、R(C_腰部→BC)は、腰部座標系C_腰部から身体座標系BCへの変換テンソルである。本実施形態では、C_腰部は身体座標系BCに等しいので、R(C_腰部→BC)は3次の単位行列で表される。従って、U(G_腰部/C_腰部)がそのままU(G_腰部/BC)として得られる。
……(9)
U(G_胸部/BC)=U(JU2/BC)+R(C_胸部→BC)・U(G_胸部/C_胸部)
……(10)
なお、U(JU1/BC)、U(JU2/BC)は、前記式(7a),(7b)により求められたものである。
ω(センサ/BC)=R(SC→BC)・ω(センサ/SC) ……(12)
ここで、変換テンソルR(SC→BC)はセンサ座標系SCと身体座標系BCとの相対的な姿勢関係(詳しくは、センサ座標系SCの各軸の身体座標系BCの各軸に対する傾き角)から求められる。例えば、センサ座標系SCの3軸(XYZ軸)が図8に示す如く身体座標系BCのY軸(図8の紙面に垂直な軸)廻りに角度θyだけ傾いている場合には、変換テンソルR(SC→BC)は前記式(2)の右辺と同じ形の行列で表される。この場合、加速度センサ16およびジャイロセンサ17は身体座標系BCを設けた腰部8に固定されているので、センサ座標系SCの各軸の身体座標系BCの各軸に対する傾き角は、加速度センサ16およびジャイロセンサ17の腰部8への取り付け時に実測されて判明しており、その傾き角を基にあらかじめ変換テンソルR(SC→BC)が求められて、演算処理装置18のメモリに記憶保持されている。補足すると、加速度センサ16やジャイロセンサ17を腰部6以外の部位(剛体リンクモデルS1のいずれかの剛体要素に対応する剛体相当部)に装着してもよい。この場合には、加速度ベクトルACC(センサ/BC)および角速度ベクトルω(センサ/BC)は、センサ座標系SCでの検出値を加速度センサ16やジャイロセンサ17を装着した剛体要素の要素座標系での値に変換した後、さらに変換テンソルによって身体座標系BCでの値に変換すればよい。この場合の変換テンソルは、加速度センサ16やジャイロセンサ17を装着した剛体要素と腰部要素S6との間にある関節要素の変位量(回転角)の検出値を基に決定される。
+U(G_腰部/BC)×m_腰部+U(G_右大腿部/BC)×m_右大腿部
+U(G_左大腿部/BC)×m_左大腿部+U(G_右下腿部/BC)×m_右下腿部
+U(G_左下腿部/BC)×m_左下腿部+U(G_右足平部/BC)×m_右足平部
+U(G_左足平部/BC)×m_左足平部}/全体重量 ……(14)
なお、m_胸部など、「m_○○」は○○の名称に対応する剛体要素の重量である。この式(14)の如く、全体重心の位置ベクトルU(G_全体/BC)は、剛体リンクモデルS1の各剛体要素の重心の身体座標系BCでの位置ベクトルとその剛体要素の重量との積の総和を、人間1の全体重量(=全ての剛体要素の重量の総和)で除算することで求められる。
:U(J_左MP/IC)x−U(J_左足首/IC)x
=U(左COP/IC)y−U(J_左足首/IC)y
:U(J_左MP/IC)y−U(J_左足首/IC)y ……(22)
また、床反力作用点の位置ベクトルU(左COP/IC)のZ軸成分は、左脚体2の足首関節13(足首要素J13)からあらかじめ定めた所定値H0(>0)だけ鉛直方向下方に離れた点のZ軸成分に等しいとする。すなわち、U(右COP/IC)z=U(J_左足首/IC)z−H0とする。ここで、所定値H0は、前記基準姿勢状態(より正確には足平部14の底面のほぼ全体を水平な床面上に接触させた状態)における床面から足首関節13の中心までの鉛直方向距離であり、あらかじめ実測されて演算処理装置18のメモリに記憶保持されている。所定値H0は左右の各脚体2毎に各別に実測してもよいが、いずれかの一方の脚体2について実測した値を左右の両脚体2で共通に使用してもよい。
+Σ(m_n×ΔU(G_n)
×ΔACC(G_n))y
……(40)
但し、ΔU(G_n)≡U(G_n)−U(G_全体)
ΔACC(G_n)≡ACC(G_n)−ACC(G_全体)
=U(G_n)''−U(G_全体)''
この式(40)において、「n」は各剛体要素に任意に割り当てた番数を意味し、I_nは番数nの剛体要素の慣性モーメント、θ''(n)は、番数nの剛体要素のその重心廻りの角加速度である。従って、式(40)の第1項のΣの演算は、各剛体要素の慣性モーメントI_nと角加速度θ''(n)のY軸成分との積(これは各剛体要素がその回転運動によって発生するモーメントのY軸成分である)を、全ての剛体要素について加算する演算である。また、m_nは番数nの剛体要素の重量、U(G_n)は、番数nの剛体要素の重心の身体座標系BCでの位置ベクトル、ACC(G_n)は、番数nの剛体要素の重心の加速度、ΔU(G_n)は、番数nの剛体要素の重心の、G_全体に対する位置ベクトル、ΔACC(G_n)は、番数nの剛体要素の重心の、G_全体に対する相対加速度である。従って、式(40)の第2項のΣの演算は、各剛体要素の重心のG_全体に対する位置ベクトルΔU(G_n)と、該剛体要素の重心の全体重心G_全体に対する相対加速度ΔACC(G_n)とのベクトル積に該剛体要素の重量を乗算したもの(これは各剛体要素がその重心の並進加速度運動によってG_全体廻りに発生するモーメントである)のY軸成分を、全ての剛体要素について加算する演算である。補足すると、番数nの剛体要素の重心を通ってΔACC(G_n)と同方向の直線とG_全体とのXZ平面上での距離をr(G_n)、番数nの剛体要素の重心の並進運動をG_全体の廻りの回転運動とみなしたときの該剛体要素の重心のY軸廻りの角加速度をθ(G_n)とおいたとき、ΔU(G_n)とΔACC(G_n)とのベクトル積のY軸成分(=(ΔU(G_n)×ΔACC(G_n))y)は、r(G_n)2×θ(G_n)に等しい。
……(41)
すなわち、全床反力のY軸に垂直な成分ベクトルFrf(全体)x,zは、身体座標系BCの原点BCOの加速度ACC(BCO/BC)と、G_全体の位置ベクトルU(G_全体/BC)の2階微分値U(G_全体/BC)''とを加算してなるベクトル(これはG_全体の加速度を意味する)のXZ平面上での成分に、人間1の全体重量を乗算することで求められる。
なお、本実施形態では、上記式(42)により求められるモーメントアーム長rは、全角運動量変化率のY軸廻り成分L'yの向き(符号)に応じて正負の値を採る。この場合、本実施形態では、L'yが前記図11および図12に示す矢印の向きであるとき、L'yの値が正の値であるとした。従って、モーメントアーム長rが正の値であるか負の値であるかによって、Frf(全体)x,zがG_全体廻りに発生するモーメント(Y軸廻りのモーメント)の向きが定まるようになっている。
この場合、ベクトルCGの絶対値は、前記床反力作用点推定手段34で求められた床反力作用点COPの位置ベクトルU(右COP/BC)と、前記全体重心位置算出手段33で求められたG_全体の位置ベクトルU(G_全体/BC)とから算出される。
Frf(右脚体)z+Frf(左脚体)z=Frf(全体)z ……(45)
Frf(右脚体)z=α(右脚体)×Frf(右脚体)x ……(46)
Frf(左脚体)z=α(左脚体)×Frf(左脚体)x ……(47)
式(44)、(45)は、各脚体2に作用する床反力の総和が全床反力に一致するということを表す式である。また、式(46)、(47)は、各脚体2に作用する床反力の方向によって、その床反力の成分値の比率が定まるということを示す式である。
−α(左脚体)×Frf(全体)x)/Δα ……(48)
Frf(右脚体)z=(α(右脚体)×Frf(全体)z
−α(右脚体)×α(左脚体)×Frf(全体)x)/Δα
……(49)
Frf(左脚体)x=(−Frf(全体)z
+α(右脚体)×Frf(全体)x)/Δα ……(50)
Frf(左脚体)z=(−α(左脚体)×Frf(全体)z
+α(右脚体)×α(左脚体)×Frf(全体)x)/Δα
……(51)
但し、Δα=α(右脚体)−α(左脚体)
従って、両脚支持状態であるときには、基本的には、上記式(48)〜(51)の右辺の演算によって、各脚体2に作用する床反力のX軸成分、Z軸成分、すなわち、Frf(脚体)x,zを算出することができる。
ここで、Wは重み係数であり、その値は、図14に示す如く定められたデータテーブルあるいは演算式により、足平間前後距離に応じて決定される。この場合、足平間前後距離としては、例えば両脚体2,2のそれぞれの床反力作用点COPの、身体座標系BCでのX軸方向の距離、すなわち|U(右COP/BC)x−U(左COP/BC)x|が使用される。なお、足平間前後距離として、例えば両脚体2,2のそれぞれのMP関節のX軸方向距離や、足首関節のX軸方向距離を使用するようにしてもよい。補足すると、重み係数W、(1−W)は、本発明における重み係数W1、W2に相当するものである。
ω(BCO/LC)=R(BC→LC)×ω(BCO/BC) ……(23b)
なお、加速度ベクトルACC(BCO/LC)および角速度ベクトルω(BCO/LC)は、それぞれ左脚体部S2に係わる脚座標系LCに対応するものと、右脚体部S2に係わる脚座標系LCに対応するものとが各別に求められる。
Frf(左脚体/左LC)=R(BC→左LC)×Frf(左脚体/BC) ……(23d)
さらに、接地している各脚体2に係わる床反力作用点COPの位置ベクトルU(COP/BC)に次式(23e)の如く、その接地している脚体2に対応する変換テンソルR(BC→LC)を乗算することにより、該脚体2に対応する脚座標系LCから見た床反力作用点COPの位置ベクトルU(COP/LC)が求められる。
なお、位置ベクトルU(COP/LC)は、接地している脚体2が1つであれば、その脚体2に対応するもののみが求められ、両脚体2が接地しているときには、左右のそれぞれの脚体2毎に求められる。
−Frf(脚体/LC) ……(24)
F(P_下腿部/LC)=m_下腿部×(ACC(BCO/LC)+U(G_下腿部/LC)'')
−F(D_下腿部/LC) ……(25)
F(P_大腿部/LC)=m_大腿部×(ACC(BCO/LC)+U(G_大腿部/LC)'')
−F(D_大腿部/LC) ……(26)
ここで、上記各式(24)〜(26)中に現れる2つのF(P_○○/BC)、F(D_○○/BC)は、その○○で表される名称の剛体要素の端部が、それに接触する物体から受ける反力(脚平面PL上での2次元並進力ベクトル)を意味している。このため、作用・反作用の法則によって、F(D_下腿部/BC)=−F(P_足平部/BC)、F(D_大腿部/BC)=−F(P_下腿部/BC)である。なお、足平部要素S14に係わる式(24)においては、該足平部要素S14の、腰部要素S6から遠い側の端部は、床反力作用点COPとみなされ、その端部(床反力作用点COP)に床から作用する反力として、前記脚平面投影手段36で求められた床反力Frf(脚体/LC)が用いられる。
−(U(COP/LC)−U(G_足平部/LC))×Frf(脚体/LC)
−(U(P_足平部/LC)−U(G_足平部/LC))
×F(P_足平部/LC) ……(27)
M(P_下腿部)=I_下腿部×(ω(下腿部)’+ω(BCO/LC)y’)
−(U(D_下腿部/LC)−U(G_下腿部/LC))×F(D_下腿部/LC)
−(U(P_下腿部/LC)−U(G_下腿部/LC))
×F(P_下腿部/LC)
−M(D_下腿部) ……(28)
M(P_大腿部)=I_大腿部×(ω(大腿部)’+ω(BCO/LC)y’)
−(U(D_大腿部/LC)−U(G_大腿部/LC))×F(D_大腿部/LC)
−{(U(P_大腿部/LC)−U(G_大腿部/LC))
×F(P_大腿部/LC)
−M(D_大腿部) ……(29)
ここで、上記各式(26)〜(28)中に現れるM(P_○○)、M(D_○○)は、その○○で表される名称の剛体要素の端部が、それぞれに接触する物体から受ける反力モーメント(脚平面PLに垂直な軸廻り(脚座標系LCのY軸に平行な軸廻り)のモーメント)を意味している(図14参照)。このため、作用・反作用の法則によって、M(D_下腿部)=−M(P_足平部)、M(D_大腿部)=−M(P_下腿部)である。また、I_足平部、I_下腿部、I_大腿部は、それぞれ足平部要素S14、下腿部要素S12、大腿部要素S10のそれぞれの重心廻りの慣性モーメントであり、これは、各剛体要素の重量などと同様、あらかじめ実測データ等に基づいて決定されて演算処理装置18のメモリに記憶保持されている。また、ω(足平部)’、ω(下腿部)’、ω(大腿部)’はそれぞれ、足平部要素S14、下腿部要素S12、大腿部要素S16の、脚座標系LCから見た相対角速度ω(足平部)、ω(下腿部)、ω(大腿部)(脚平面PLに垂直な軸廻りの相対角速度)の1階微分値、すなわち、相対角加速度を意味し、これらはそれぞれ、次式(29a)〜(29c)の如く、前記2次元脚姿勢・要素重心位置算出手段29で求めた足平部要素S14、下腿部要素S12、大腿部要素S10の傾斜角θ_足平部、θ_下腿部、θ_大腿部の2階微分値として与えられる。
ω(下腿部)’=θ_下腿部'' ……(29b)
ω(大腿部)’=θ_大腿部'' ……(29c)
そして、ω(BCO/LC)y’は、前記脚平面投影手段36で求めた身体座標系BCの原点BCOの実際の角速度ω(BCO/LC)yの1階微分値であり、この1階微分値ω(BCO/LC)y’にω(足平部)’、ω(下腿部)’、ω(大腿部)’をそれぞれ加算したものが、それぞれ足平部要素S14、下腿部要素S12、大腿部要素S14の実際の角加速度(脚平面PLに垂直な軸廻りの角加速度)を表すものとなる。
Claims (5)
- 2足歩行移動体の各脚体に作用する床反力を推定する方法であって、
前記2足歩行移動体の各脚体の股関節および膝関節を少なくとも含む所定の複数の関節の変位量を逐次計測する第1ステップと、
前記2足歩行移動体を複数の剛体要素および複数の関節要素の連結体として表現してなる剛体リンクモデルと前記第1ステップで計測した関節の変位量とを少なくとも用いて2足歩行移動体の重心の位置を逐次算出する第2ステップと、
前記第2ステップで算出した重心の位置と2足歩行移動体に装着した加速度センサの出力とを少なくとも用いて該2足歩行移動体の重心の加速度を逐次算出する第3ステップと、
前記第3ステップで算出した重心の加速度と2足歩行移動体の重量とから2足歩行移動体に作用する全ての床反力の総和である全床反力の、少なくとも一つのあらかじめ定めた所定軸に垂直な面上での成分ベクトルを逐次算出する第4ステップと、
前記剛体リンクモデルと前記第1ステップで計測した関節の変位量と前記第2ステップで算出した重心の位置と前記第3ステップで算出した重心の加速度と2足歩行移動体に装着した角速度センサの出力とを少なくとも用いて該2足歩行移動体の全体の角運動量の時間的変化率である全角運動量変化率の前記所定軸廻りの成分を逐次算出する第5ステップと、
前記2足歩行移動体の接地している各脚体に作用する床反力の作用点である床反力作用点を逐次把握する第6ステップと、
前記第2ステップで算出した重心の位置と前記第4ステップで算出した全床反力の成分ベクトルと前記第5ステップで算出した全角運動量変化率の成分と前記第6ステップで把握した床反力作用点とを用いて、接地している各脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの総和によって2足歩行移動体の重心の廻りに発生するモーメントの向きが前記全角運動量変化率の前記所定軸廻りの成分の向きと同一になるように、接地している各脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの向きを決定する第7ステップと、
該第7ステップで決定した床反力の成分ベクトルの向きと前記第4ステップで算出した全床反力の成分ベクトルとを用い、前記2足歩行移動体が両脚支持状態であるときには、両脚体にそれぞれ作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの向きを前記第7ステップで決定した向きに規定して、両脚体にそれぞれ作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの総和のベクトルが該全床反力の当該面上での成分ベクトルに等しくなるように、各脚体に作用する床反力の該所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの推定値を求め、前記2足歩行移動体が単脚支持状態であるときには、接地している脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの方向を前記第7ステップで決定した向きに規定して、該脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの大きさが該全床反力の当該面上での成分ベクトルの大きさに等しくなるように、該脚体に作用する床反力の該所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの推定値を求める第8ステップとを備えたことを特徴とする2足歩行移動体の床反力推定方法。 - 前記第7ステップは、前記第4ステップで算出した全床反力の成分ベクトルと前記第5ステップで算出した全角運動量変化率の成分とを用いて、該全床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルと該成分ベクトルによって2足歩行移動体の重心廻りに発生するモーメントとの関係を規定するモーメントアーム長を求めるステップと、その求めたモーメントアーム長と前記第2ステップで算出した重心の位置と前記第6ステップで把握した床反力作用点とを用いて、接地している各脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での作用線が、2足歩行移動体の重心を中心として前記モーメントアーム長に等しい半径を有する円に接し、且つ、接地している各脚体に作用する床反力の前記所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの総和によって2足歩行移動体の重心廻りに発生するモーメントの向きが、前記全角運動量変化率の該所定軸廻りの成分の向きに一致するように、接地している各脚体に作用する床反力の該所定軸に垂直な面上での成分ベクトルの向きを決定するステップとから成ることを特徴とする請求項1記載の2足歩行移動体の床反力推定方法。
- 前記所定軸は、少なくとも2足歩行移動体のほぼ左右方向に延びる軸を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の2足歩行移動体の床反力推定方法。
- 前記2足歩行移動体のほぼ左右方向に延びる軸をY軸、このY軸に垂直な平面をXZ平面としたとき、前記2足歩行移動体の両脚支持状態において、両脚体にそれぞれ作用する床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルが互いに同一であり、且つ、両脚体にそれぞれ作用する床反力の該XZ平面上での成分ベクトルの総和のベクトルの大きさが前記第4ステップで算出した全床反力のXZ平面上での成分ベクトルの大きさに一致し、且つ、その総和のベクトルの向きが、XZ平面上で両脚体の前記床反力作用点に応じて決定された作用点を通って前記円に接する直線の向きと同一になるように各脚体に作用する床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値を求める第9ステップを備え、少なくとも両脚支持状態における2足歩行移動体の前後方向での両脚体の足平部の間の距離である足平間前後距離があらかじめ定めた第1閾値よりも小さいときには、前記第8ステップで求められる推定値の代わりに、前記第9ステップで求められた推定値を各脚体に作用する床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値の真値として得るようにしたことを特徴とする請求項3記載の2足歩行移動体の床反力推定方法。
- 前記2足歩行移動体のほぼ左右方向に延びる軸をY軸、このY軸に垂直な平面をXZ平面としたとき、前記2足歩行移動体の両脚支持状態において、両脚体にそれぞれ作用する床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルが互いに同一であり、且つ、両脚体にそれぞれ作用する床反力の該XZ平面上での成分ベクトルの総和のベクトルの大きさが前記第4ステップで算出した全床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの大きさに一致し、且つ、その総和のベクトルの向きが、XZ平面上で両脚体の前記床反力作用点に応じて決定された作用点を通って前記円に接する直線の向きと同一になるように各脚体に作用する床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値を求める第9ステップと、前記第8ステップで求めた床反力のXZ平面上での成分ベクトルの推定値と前記第9ステップで求めた床反力のXZ平面上での成分ベクトルの推定値とにそれぞれ所定の重み係数W1,W2を乗算したものを加え合わせてなる重み付き平均値を各脚体毎に求め、その求めた各脚体に係る重み付き平均値を該脚体に作用する床反力の前記XZ平面上での成分の推定値の真値として得る第10ステップとを備え、
前記重み係数W1,W2は、両脚支持状態における2足歩行移動体の前後方向での両脚体の足平部の間の距離である足平間前後距離があらかじめ定めた第1閾値よりも小さいときには、前記第10ステップで得られる床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値の真値が前記第9ステップで求めた推定値と一致し、前記足平間前後距離が前記第1閾値よりも大きい値にあらかじめ定めた第2閾値よりも大きいときには、前記第10ステップで得られる床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値の真値が前記第8ステップで求めた推定値と一致し、前記足平間前後距離が第1閾値以上で第2閾値以下であるときには、前記第10ステップで得られる床反力の前記XZ平面上での成分ベクトルの推定値の真値が、前記足平間前後距離が大きくなるに伴い前記第9ステップで求めた推定値から前記第8ステップで求めた推定値に近づいていくように前記足平間前後距離に応じて設定されていることを特徴とする請求項3記載の足歩行移動体の床反力推定方法。
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