JP2006321012A - Robot and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,体幹に対して上肢が揺動可能に連結されているロボットに関する。さらに詳細には,上肢の動作に起因する体幹の揺れを抑制し,動作の安定化を図るロボットに関するものである。 The present invention relates to a robot in which an upper limb is swingably connected to a trunk. More specifically, the present invention relates to a robot that suppresses the swinging of the trunk caused by the movement of the upper limb and stabilizes the movement.
従来から,上肢を動作させながら歩行する歩行ロボットが開示されている。この種のロボットでは,一般に各肢体の関節の動きを複数個のアクチュエータで実現している。ロボットの姿勢を変化させる方法としては,例えば,体幹,左足先,右足先,左手先,右手先の各位置を時系列に指示する歩容データを作成しておき,その歩容データに従って,体幹,両足,両腕の相対的姿勢を経時的に変化させることが行われている(例えば,特許文献1)。すなわち,あらかじめ記憶された足先および手先の軌跡に追従するように各アクチュエータを動作させる。 Conventionally, walking robots that walk while moving their upper limbs have been disclosed. In this type of robot, the movement of each limb is generally realized by a plurality of actuators. As a method for changing the posture of the robot, for example, gait data that indicates each position of the trunk, left toe, right toe, left hand, and right hand in time series is created, and according to the gait data, The relative postures of the trunk, both legs, and both arms are changed over time (for example, Patent Document 1). That is, each actuator is operated so as to follow the foot and hand trajectories stored in advance.
また,ロボットの体幹には,体幹の姿勢角や加速度を検出するセンサ群が備えられている。また,ロボットの各関節は,エンコーダ付きのモータを備えてられている。これらのセンサによってロボットの姿勢および上半身の重心位置を計測することが可能である。通常,上半身の重心位置が常に所定の範囲内(例えば,体幹の中心からの距離が10mm以内)に位置するような歩容データが作成され,その歩容データに従って各関節のアクチュエータを制御している。 The trunk of the robot is provided with a sensor group for detecting the posture angle and acceleration of the trunk. Each joint of the robot is equipped with a motor with an encoder. With these sensors, it is possible to measure the posture of the robot and the position of the center of gravity of the upper body. Usually, gait data is created so that the center of gravity of the upper body is always within a predetermined range (for example, the distance from the center of the trunk is within 10 mm), and the actuators of each joint are controlled according to the gait data. ing.
また,歩行ロボットは,歩容データに従って歩行動作を行ったとしても,路面上の障害等の外乱によって姿勢が不安定になることがある。そこで,例えば足平の絶対座標における傾斜角度から重心位置を推定し,重心位置が目標重心位置になるように各関節角を制御するロボットが開示されている(例えば,特許文献2)。
しかしながら,前記した従来のロボットでは,次のような問題があった。すなわち,ロボットの上肢の動作によっては上半身の重心が変位し,歩行が不安定になることがある。例えば,ロボットが一方の上肢で負荷物を把持すると,上半身の重心位置がその負荷物を把持した方の上肢側にずれる。また,ロボットが背負い鞄のようなもので負荷物を背負うと,上半身の重心位置が後方にずれる。そのため,上半身のバランスが崩れ,歩行動作が不安定となる。 However, the conventional robot described above has the following problems. In other words, depending on the movement of the upper limb of the robot, the center of gravity of the upper body may be displaced and walking may become unstable. For example, when the robot grips a load with one upper limb, the position of the center of gravity of the upper body shifts to the upper limb side that holds the load. Also, if the robot carries a load with a bag like a carrying bag, the center of gravity of the upper body shifts backward. For this reason, the balance of the upper body is lost and the walking motion becomes unstable.
さらに,上半身の動作に起因してバランスを崩した場合,足平の傾斜角度からは正確な重心位置を推定することができない。つまり,足平が水平状態で重心が変位することもありえるため,正確な重心位置が求まらない。 In addition, if the balance is lost due to the upper body movement, the exact center of gravity position cannot be estimated from the inclination angle of the foot. In other words, the center of gravity can be displaced when the foot is horizontal, so the exact center of gravity cannot be determined.
また,重心位置が一方の上肢側にずれた場合,ロボットの体幹を反対側に捩じる等,体幹を動作させることで重心を所定の位置に戻すことが考えられる。しかし,歩行動作中では,体幹を捩じると却って歩行動作が不安定となる。また,体幹を捩じる動作自体が複雑であり,制御が困難となる。 In addition, when the center of gravity shifts to one upper limb side, it is conceivable to return the center of gravity to a predetermined position by operating the trunk, such as twisting the trunk of the robot to the opposite side. However, during walking movement, if the trunk is twisted, walking movement becomes unstable. In addition, the operation of twisting the trunk itself is complicated and difficult to control.
本発明は,前記した従来のロボットが有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,シンプルな動作で上肢の動作に起因する体幹の揺れを抑制し,動作の安定化を図るロボットを提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional robot described above. That is, the problem is to provide a robot that stabilizes the motion by suppressing the trunk shake caused by the motion of the upper limb with a simple motion.
この課題の解決を目的としてなされたロボットは,一方の端部が体幹に連結された上肢を有するロボットであって,ロボットの体幹を含む上半身の重心位置を取得する重心位置取得部と,ロボットの上半身の重心位置の目標位置を記憶する目標位置記憶部と,目標位置記憶部にて記憶された目標位置と,重心位置取得部にて取得された重心位置とのずれ量を算出する重心ずれ量算出部と,重心ずれ量取得部にて算出されたずれ量が所定値以下となるように上肢を駆動する駆動部とを備えることを特徴としている。 The robot made for the purpose of solving this problem is a robot having an upper limb whose one end is connected to the trunk, and a center-of-gravity position acquisition unit that acquires the center-of-gravity position of the upper body including the trunk of the robot; A target position storage unit that stores a target position of the center of gravity of the upper body of the robot, a center of gravity that calculates a deviation amount between the target position stored in the target position storage unit and the center of gravity position acquired by the center of gravity position acquisition unit A deviation amount calculation unit and a drive unit that drives the upper limb so that the deviation amount calculated by the gravity center deviation amount acquisition unit is a predetermined value or less are provided.
すなわち,本発明のロボットは,重心位置取得部にてロボットの上半身の重心位置を取得し(重心位置取得ステップ),重心ずれ量取得部にて上半身の重心位置と目標重心位置とのずれ量を取得(重心ずれ量取得ステップ)している。ここでいう目標重心位置とは,例えば負荷物を把持せずに直立したときの重心位置が該当する。この他,ロボットの上半身について,良好なバランスが維持できる位置であれば適用可能である。この目標重心位置は,あらかじめ目標目標位置記憶部に記憶されている。上半身の重心位置は,上半身の各関節の関節角を基に算出することができる。あるいは,各関節部の関節角に対応する重心位置が記憶されたデータベースを用意し,各関節角や負荷物の重量をパラメータとしてそのデータベースから取得することもできる。 That is, the robot of the present invention acquires the center of gravity position of the upper body of the robot by the center of gravity position acquisition unit (center of gravity position acquisition step), and the amount of deviation between the center of gravity position of the upper body and the target center of gravity position by the center of gravity displacement acquisition unit. Acquisition (gravity center deviation acquisition step). The target center-of-gravity position here corresponds to, for example, the position of the center of gravity when standing upright without gripping a load. In addition, the robot can be applied to any position where a good balance can be maintained for the upper body of the robot. The target center-of-gravity position is stored in advance in the target target position storage unit. The position of the center of gravity of the upper body can be calculated based on the joint angle of each joint of the upper body. Alternatively, it is possible to prepare a database in which the position of the center of gravity corresponding to the joint angle of each joint portion is stored, and obtain each joint angle and the weight of the load from the database as parameters.
そして,駆動部にて,重心位置のずれ量が所定値以下となるように,上肢を駆動(駆動ステップ)している。すなわち,上肢を動かすことによってロボットの上半身の重心位置を移動させ,その重心位置を目標重心位置に近づける。上肢を駆動するために必要な各関節部の関節角は,重心位置のずれ量に応じて計算によって取得してもよいし,データベースから取得してもよい。これにより,上肢にて負荷物を把持したり躓く等の外乱が生じたとしても,上半身の重心位置を常に目標重心位置に置くことができる。そのため,動作が安定する。さらには,重心位置の制御を上肢の動作によってのみ行っている。つまり,上肢の姿勢を調節する簡易な動作によって動作の安定が図られる。 Then, the upper limb is driven (driving step) so that the shift amount of the center of gravity is equal to or less than a predetermined value by the driving unit. In other words, the center of gravity of the upper body of the robot is moved by moving the upper limb, and the center of gravity is moved closer to the target center of gravity. The joint angle of each joint necessary for driving the upper limb may be obtained by calculation according to the shift amount of the center of gravity, or may be obtained from a database. As a result, even if a disturbance such as gripping or scooping a load with the upper limb occurs, the center of gravity position of the upper body can always be placed at the target center of gravity position. Therefore, the operation is stable. Furthermore, the center of gravity is controlled only by the movement of the upper limbs. That is, the operation is stabilized by a simple operation for adjusting the posture of the upper limb.
また,本発明のロボットの上肢は,1つ以上の関節部を有し,駆動部は,その関節部を動かして重心位置を移動させることとするとよりよい。すなわち,上肢の関節部を動かすことで,重心位置の移動をより精密に定めることができる。 Further, the upper limb of the robot of the present invention preferably has one or more joints, and the drive unit may move the joints to move the position of the center of gravity. In other words, the movement of the center of gravity can be determined more precisely by moving the joint of the upper limb.
また,本発明のロボットは,2つ以上の上肢を有し,駆動部は,これらの上肢のうち,少なくとも1つの上肢を駆動して重心位置を移動させることとするとよりよい。すなわち,適切な上肢を選択的に動かすことで,重心位置の移動をより精密に定めることができる。 Further, the robot of the present invention preferably has two or more upper limbs, and the driving unit preferably drives at least one of the upper limbs to move the position of the center of gravity. That is, the movement of the center of gravity can be determined more precisely by selectively moving an appropriate upper limb.
また,本発明のロボットの上肢の他端は,負荷物を把持することが可能な構造を備えており,少なくとも1つの上肢で負荷物を把持した際に,負荷物を把持していない上肢を動作させることにより重心位置を移動させることとするとよりよい。 In addition, the other end of the upper limb of the robot of the present invention has a structure capable of gripping a load, and when the load is gripped by at least one upper limb, the upper limb not gripping the load is detected. It is better to move the position of the center of gravity by operating.
すなわち,負荷物を把持している上肢を動作させると,体幹の揺れが大きくなり,歩行動作に乱れが生じ易い。そこで,負荷物を把持していない側の上肢のみを動作させる。つまり,負荷物を把持していない上肢の動作だけでロボットのバランスをとる。これにより,より簡易な動作で,より確実に歩行動作の安定化を図ることができる。 That is, when the upper limb holding the load is moved, the trunk shakes greatly, and the walking movement is likely to be disturbed. Therefore, only the upper limb not holding the load is operated. In other words, the robot is balanced only by the movement of the upper limb not holding the load. As a result, the walking motion can be more reliably stabilized with a simpler motion.
本発明によれば,ロボットの上半身の重心位置が所定の目標重心位置からずれた場合に,上肢のみを動作させることでその重心位置を目標重心位置上に戻している。従って,シンプルな動作で上肢の動作に起因する体幹の揺れを抑制し,動作の安定化を図るロボットが実現されている。 According to the present invention, when the gravity center position of the upper body of the robot deviates from a predetermined target gravity center position, the gravity center position is returned to the target gravity center position by operating only the upper limbs. Therefore, a robot has been realized that stabilizes the movement by suppressing movement of the trunk caused by the movement of the upper limb with a simple movement.
以下,本発明に係るロボットを具体化した実施の形態について図面を基に説明する。本実施の形態は,上肢で負荷物を把持しつつ歩行することが可能な2足歩行ロボットに本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying a robot according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a biped walking robot capable of walking while holding a load with an upper limb.
本形態の歩行ロボットは,胴体(体幹)と,頭部と,2本の脚部(下肢)と,2本の腕部(上肢)とを備えた2足歩行ロボットである。図1は,本形態の歩行ロボット100における各関節の構成を示している。図1中,x軸は歩行ロボット100の前後方向(進行方向)を,y軸は歩行ロボット100の左右方向を,z軸は歩行ロボット100の上下方向(高さ方向)をそれぞれ意味している。歩行ロボット100は,左右の股関節にそれぞれ2軸,腰部に1軸,左右の膝関節にそれぞれ1軸,左右の足首関節にそれぞれ2軸,左右の肩関節にそれぞれ2軸,左右の肘関節にそれぞれ1軸の自由度を持っている。各関節は,エンコーダ付きのモータを備えており,関節角を計測するとともに関節角を調節することができる。
The walking robot of this embodiment is a biped walking robot including a trunk (trunk), a head, two legs (lower limbs), and two arms (upper limbs). FIG. 1 shows the configuration of each joint in the
具体的に,中央の関節17および左右の関節(股関節)1,2,6,7によって腰部を構成している。また,関節(膝関節)3が大腿リンクを介して関節2に,さらに関節(足首関節)4,5が下腿リンクを介して関節3にそれぞれ連結されて左脚部を構成し,関節4,5の下には足平部19が設けられている。また,関節(膝関節)8が大腿リンクを介して関節7に,さらに関節(足首関節)9,10が下腿リンクを介して関節8にそれぞれ連結されて右脚部を構成し,関節9,10の下には足平部20が設けられている。
Specifically, the waist is constituted by the
また,腰部中央の関節17がリンクを介して頭部18に連結されている。また,頭部18に連結するリンクに直交配置されるリンクに,関節(肩関節)11,12,14,15が連結されている。また,関節(肘関節)13が上腕リンクを介して関節11,12に,さらに関節13が前腕リンクを介して手部21にそれぞれ連結されて左腕部を構成している。また,関節(肘関節)16が上腕リンクを介して関節14,15に,さらに関節16が前腕リンクを介して手部22にそれぞれ連結されて右腕部を構成している。
The
また,腰部の中央には,胴体の加速度を検出する加速度センサや姿勢角(z軸方向に対する傾き)を検出するジャイロセンサからなる姿勢制御センサ群25が設けられている。
At the center of the waist, a posture
続いて,本形態の歩行ロボット100の動作制御について説明する。歩行ロボット100は,図2に示すようにロボットの動作(例えば,歩行動作,負荷物を把持する動作,さらにはその負荷物を高い位置に掲げる動作など)を指示する歩容データを作成する動作指示生成装置30と,各関節の関節角を調節する関節角群計算装置41と,算出された関節角に従って各関節を稼動するアクチュエータ制御装置42と,上半身の重心の微小変位量を算出する重心位置変位量算出装置44とを有している。
Next, the operation control of the walking
動作指示生成装置30は,動作の基本となる歩容データを作成する機能を有している。また,動作指示生成装置30は,足先位置指令値生成部31と,体幹位置指令値生成部32と,手先位置指令値生成部33と,歩容データ記憶部34とを備えている。動作指示生成装置30には,動作の選択信号や開始/停止信号が入力される。また,動作指示生成装置30からは,足先位置や手先位置に関する情報,すなわち歩容データが関節角群計算装置41に出力される。この出力情報を基にロボットの機械系が駆動される。
The motion
足先位置指令値生成部31には,足先の軌道が記憶されている。すなわち,両足先の3次元座標(x,y,z)と時間との関係を示す経時的な足先軌道データがあらかじめ記憶されている。そして,足先軌道データを基に,右足先の位置の指令値Rfs(t)と左足先の位置の指令値Lfs(t)とを作成する。指令値Rfs(t),Lfs(t)は,足先位置Rfs,Lfsと時間tとの関係を示すデータ,すなわち足先位置の経時的変化の内容が記憶されたデータである。指令値Rfs(t),Lfs(t)は,体幹位置指令値生成部32および歩容データ記憶部34に出力される。
The foot position command
体幹位置指令値生成部32では,足先の位置情報(指令値Rfs,Lfs)を基に,目標ZMP(ゼロ・モーメント・ポイント)位置を計算する。目標ZMP位置は,接地足の足平内に常にあるように計算される。目標ZMP位置は,2次元の座標(x,y)で表現され,z座標をゼロとする。そして,目標ZMP位置の経時的変化の内容が記憶されたZMP軌道データが作成される。そして,このZMP軌道データに従って歩容ロボット100が動作するように,体幹の基準位置の指令値W(t)を作成する。指令値W(t)は,体幹の基準位置Wと時間tとの関係を示すデータ,すなわち基準位置の経時的変化の内容が記憶されたデータである。指令値W(t)は,歩容データ記憶部34に出力される。
The trunk position command
なお,指令値W(t)を計算する手法の詳細については,本出願人によって出願された特願2003−171967号,あるいは特願2003−354866号に記載されている。 Details of the method for calculating the command value W (t) are described in Japanese Patent Application No. 2003-171967 or Japanese Patent Application No. 2003-354866 filed by the present applicant.
手先位置指令値生成部33には,手先の軌道が記憶されている。すなわち,両手先の3次元座標(x,y,z)と時間との関係を示す経時的な手先軌道データがあらかじめ記憶されている。そして,手先軌道データを基に,右手先の位置の指令値Rhs(t)と左手先の位置の指令値Lhs(t)とを作成する。指令値Rhs(t),Lhs(t)は,手先位置Rhs,Lhsと時間tとの関係を示すデータ,すなわち手先位置の経時的変化の内容が記憶されたデータである。指令値Rhs(t),Lhs(t)は,歩容データ記憶部34に出力される。
The hand position command
また,手先位置指令値生成部33には,後述する重心位置変位量算出部44から上肢の補正角がおよそ10ms周期で送られる。この上肢の補正角は,上半身の重心位置が目標重心位置からずれた際に,左右の腕部を動作させてその重心位置を元に戻すための補正データである。そして,指令値Rhs(t),Lhs(t)を作成する際,その補正角に従って手先の位置を修正する。例えば,一方の腕部で負荷物を把持し,それに伴って上半身の重心位置がその負荷物側にずれた際に,他方の腕部を上げ下げしてその重心位置を目標重心位置上に移動させる。このような動作が実現するように指令値Rhs(t),Lhs(t)を作成する。
In addition, a correction angle of the upper limb is sent to the hand position command
歩容データ記憶部34には,歩行ロボット100の姿勢を決定するのに十分なデータ群(歩容データ:Lfs(t),Rfs(t),Lhs(t),Rhs(t),W(t))が記憶されている。歩容データ記憶部34からは,歩容データがおよそ10ms周期で関節角群計算装置41に送られる。歩行ロボット100は,この歩容データに基づいて手足を動作させる。すなわち,歩容データを基に各関節が駆動される。
In the gait
関節角群計算装置41は,各部位の位置が記憶されている歩容データを基に,いわゆる逆キネマティクス演算を解いて各関節のモータに対する関節角を計算する。計算された関節角は,アクチュエータ制御装置42に送られる。アクチュエータ制御装置42は,計算された関節角に基づいて,各関節のアクチュエータ1〜17の駆動制御を行う。これにより,歩行ロボット100の関節角が調節され,歩行ロボット100の歩行動作が実現する。
The joint angle
また,重心位置変位量算出装置44には,左腕部および右腕部の各関節へのモータ指令角(関節角)が入力される。すなわち,負荷物を把持した場合には,負荷物を把持している腕(以下,「把持腕」とする)の関節角と,負荷物を把持していない腕(以下,「非把持腕」とする)の関節角とがそれぞれ入力される。
In addition, motor command angles (joint angles) to the respective joints of the left arm portion and the right arm portion are input to the center-of-gravity position displacement
重心変位量算出装置44は,重心位置を取得する機能と,重心位置のずれ量を算出する機能と,重心位置を補正する各関節の関節角(補正角)を算出する機能と,目標重心位置を記憶する記憶部(例えば,不揮発性メモリ)とを備えている。記憶部には,目標重心位置のほか,負荷物の重さや各パーツ(腕,首,足など)の慣性パラメータ(重量,重心位置,慣性モーメントなど)なども記憶されている。重心位置,重心位置のずれ量,および補正角は,入力された関節角や取得した重心位置などの情報を基に重心変位量算出装置44内の演算部(例えば,CPU)が算出する。なお,演算部は,各機能それぞれに設けてもよい。また,重心変位量算出装置44と動作指示生成部30とが一体の装置であれば,その装置内の1つのCPUであってもよい。
The center-of-gravity
そして,重心位置変位量算出装置44では,図3に示すような制御を行う。すなわち,左右の腕部の関節角および既知である負荷物の重さを基に上半身の重心位置を取得し,その重心位置の目標重心位置からのずれ量を算出する。目標重心位置は,あらかじめ重心位置変位量算出装置44に記憶されている。本形態での目標重心位置は,負荷物を把持せずに直立したときの重心位置とする。なお,目標重心位置は,本形態の位置に限るものではなく,良好なバランスを維持できる位置であればよい。また,上半身の重心位置は,上半身の各関節の関節角および負荷物の重さを基に算出してもよいし,各関節の関節角および負荷物の重量に対応する重心位置が記憶されたデータベースを用意し,そのデータベースから取得することとしてもよい。
The center-of-gravity position displacement
次に,取得した重心位置のずれ量を基に,重心位置の補正角を取得する。すなわち,上半身の重心位置が目標重心位置上となる関節角を取得する。この関節角も,計算によって取得してもよいし,データベースから取得してもよい。この補正角は,非把持腕の関節角に反映される。つまり,補正角によって非把持腕の関節角を調節する。この非把持腕の補正角を手先位置指令値生成部33に出力する。
Next, the correction angle of the center of gravity position is acquired based on the acquired shift amount of the center of gravity position. That is, the joint angle at which the center of gravity of the upper body is on the target center of gravity is acquired. This joint angle may also be acquired by calculation or may be acquired from a database. This correction angle is reflected in the joint angle of the non-gripping arm. That is, the joint angle of the non-gripping arm is adjusted by the correction angle. The correction angle of the non-gripping arm is output to the hand position command
続いて,歩行ロボット100の腕部を動作させて上体のバランスをとる,すなわち腕部の動作に従って上半身の重心位置を微小変位させる手順について,図4のフローチャートおよび図5の概念図を基に説明する。なお,負荷物の重量および歩行ロボットが負荷物を把持しない状態での重心位置,すなわち目標重心位置(図5(a))は,あらかじめ歩行ロボットに記憶されている。また,以下の説明では歩行ロボット100が既に一方の腕部で負荷物を把持している状態であることとする。
Subsequently, a procedure for moving the arm of the walking
まず,両腕部の関節角を取得する(S1)。すなわち,把持腕の関節角と非把持腕の関節角とをそれぞれ取得する。次に,それらの関節角から上半身の重心位置のずれ量を取得する(S2:図5(b))。具体的には,各パーツの関節の関節角を基に上半身の重心位置をリアルタイムに取得する。そして,その現在の重心位置とあらかじめ記憶されている目標重心位置との差分を算出する。この差分が重心位置のずれ量となる。 First, joint angles of both arms are acquired (S1). That is, the joint angle of the gripping arm and the joint angle of the non-gripping arm are acquired. Next, the shift amount of the center of gravity position of the upper body is acquired from these joint angles (S2: FIG. 5B). Specifically, the center-of-gravity position of the upper body is acquired in real time based on the joint angle of each part joint. Then, the difference between the current center of gravity position and the pre-stored target center of gravity position is calculated. This difference is the shift amount of the center of gravity.
次に,上半身の重心位置のずれ量を基に非把持腕の補正角を取得する(S3)。すなわち,上半身の重心位置と目標重心位置とのずれ量が所定値(例えば,10mm)以下となるような非把持腕の関節角を取得する。そして,非把持腕の関節を補正角に従って微小変位させる(S4:図5(b))。これを繰り返すことにより,常に上半身の重心位置を目標重心位置付近に維持することができ,一方の腕部によって負荷物を把持している状態であっても歩行動作が安定する。 Next, the correction angle of the non-gripping arm is acquired based on the shift amount of the center of gravity position of the upper body (S3). That is, the joint angle of the non-gripping arm is acquired such that the amount of deviation between the center of gravity position of the upper body and the target center of gravity position is a predetermined value (for example, 10 mm) or less. Then, the joint of the non-gripping arm is slightly displaced according to the correction angle (S4: FIG. 5B). By repeating this, the center of gravity position of the upper body can always be maintained near the target center of gravity position, and the walking motion is stabilized even when the load is held by one arm.
本処理は,歩行ロボット100が負荷物を把持していない状態であっても同様である。具体的な動作としては,例えば,右腕を前方に振り上げたとすると,反対側の左腕を下方に振り上げる動作をする。すなわち,右腕を動作させたときの重心位置を取得し,その重心位置と目標重心位置との差を求める。そして,その差を縮めるように左腕を動作させる。つまりは,変位する重心の位置をリアルタイムに取得しながら,上肢を動かすこことで重心を所定の位置に確保する動作を行う。
This process is the same even when the walking
以上詳細に説明したように本形態の歩行ロボット100では,上半身の重心位置のずれ量を取得することとしている。そして,この重心位置のずれ量を基に,重心位置のずれを修正する上肢の補正角を取得することとしている。そして,この補正角を手先位置の歩容データに反映させることにより,上肢を動作させて重心位置を目標重心位置上に移動させている。これにより,一方の腕部で負荷物を把持したとしても,他方の腕部の動作により重心位置を目標重心位置付近に維持することができる。そのため,一方の腕に負荷物を把持した状態であっても,歩行動作が安定する。また,安定化を図る動作についても,非把持腕を動作させるのみであり,極めてシンプルである。よって,シンプルな動作で上肢の動作に起因する体幹の揺れを抑制し,動作の安定化を図るロボットが実現している。
As described above in detail, the walking
例えば,ロボットが歩行動作とともに金管楽器を演奏するような動作を伴う場合,金管楽器を一方の手に把持しながら安定した歩行動作を行うことが望まれる。そこで,実施の形態のように,上半身が良好なバランスを維持することで金管楽器の位置が安定し,見栄えがよくなるとともに安定した演奏を行うことができる。 For example, when the robot is accompanied by an action of playing a brass instrument with a walking action, it is desirable to perform a stable walking action while holding the brass instrument in one hand. Therefore, as in the embodiment, maintaining a good balance of the upper body stabilizes the position of the brass instrument, improves the appearance, and allows a stable performance.
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,歩行ロボットの下肢は2本である必要はなく,3本以上であってもよい。また,本発明の適用範囲は,歩行ロボットに限るものではない。例えば,歩行を伴わないロボット(車輪によって移動するロボットやジャンプして移動するロボット等)にも適用可能である。 Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the number of lower limbs of the walking robot is not necessarily two, and may be three or more. The application range of the present invention is not limited to walking robots. For example, the present invention can be applied to a robot that does not involve walking (such as a robot that moves by wheels or a robot that moves by jumping).
また,本発明は,一方の上肢に負荷物を把持した際に適用されるのみではない。すなわち,上半身の重心位置にずれが生じるような場合であれば適用可能である。例えば,負荷物を背負う際にも適用可能である。 Further, the present invention is not only applied when a load is gripped on one upper limb. That is, the present invention can be applied to a case where the center of gravity of the upper body is displaced. For example, it can be applied when carrying a load.
1〜17 アクチュエータ
25 姿勢制御センサ群
30 動作指示生成装置
31 足先位置指令値生成部
32 体幹位置指令値生成部
33 手先位置指令値生成部
34 歩容データ記憶部
41 関節角群計算装置
42 アクチュエータ制御装置
44 重心位置変位量算出装置
100 歩行ロボット
1-17
Claims (6)
前記ロボットの体幹を含む上半身の重心位置を取得する重心位置取得部と,
前記ロボットの上半身の重心位置の目標位置を記憶する目標位置記憶部と,
前記目標位置記憶部にて記憶された目標位置と,前記重心位置取得部にて取得された重心位置とのずれ量を算出する重心ずれ量算出部と,
前記重心ずれ量取得部にて算出されたずれ量が所定値以下となるように前記上肢を駆動する駆動部とを備えることを特徴とするロボット。 In a robot with an upper limb with one end connected to the trunk,
A center-of-gravity position acquisition unit for acquiring a center-of-gravity position of the upper body including the trunk of the robot;
A target position storage unit for storing a target position of the center of gravity of the upper body of the robot;
A center-of-gravity deviation calculation unit that calculates a deviation between the target position stored in the target position storage unit and the center-of-gravity position acquired by the center-of-gravity position acquisition unit;
A robot comprising: a drive unit that drives the upper limb so that a deviation amount calculated by the gravity center deviation amount acquisition unit is a predetermined value or less.
前記上肢は,1つ以上の関節部を有し,
前記駆動部は,前記関節部を動かして前記重心位置を移動させることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 1, wherein
The upper limb has one or more joints;
The robot, wherein the drive unit moves the joint portion to move the position of the center of gravity.
前記上肢を2つ以上有し,
前記駆動部は,これらの上肢のうち,少なくとも1つの上肢を駆動して前記重心位置を移動させることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 1 or 2,
Having two or more upper limbs,
The said drive part drives the at least 1 upper limb among these upper limbs, and moves the said gravity center position, The robot characterized by the above-mentioned.
前記上肢の他端が負荷物を把持することが可能な構造を備えていることを特徴とするロボット。 The robot according to any one of claims 1 to 3, wherein
A robot having a structure in which the other end of the upper limb can hold a load.
前記ロボットの体幹を含む上半身の重心位置を取得する重心位置取得ステップと,
前記重心位置取得ステップにて取得された重心位置と,前記ロボットの上半身の重心位置の目標位置とのずれ量を算出する重心ずれ量算出ステップと,
前記重心ずれ量算出ステップにて算出されたずれ量が所定値以下となるように前記上肢を駆動する駆動ステップとを含むことを特徴とするロボットの制御方法。 In a control method for a robot having an upper limb with one end connected to the trunk,
A center-of-gravity position acquisition step of acquiring a center-of-gravity position of the upper body including the trunk of the robot;
A center-of-gravity deviation calculation step for calculating a deviation amount between the center-of-gravity position acquired in the center-of-gravity position acquisition step and the target position of the center of gravity of the upper body of the robot;
And a driving step of driving the upper limb so that the amount of deviation calculated in the center-of-gravity deviation amount calculating step is equal to or less than a predetermined value.
前記駆動ステップでは,少なくとも1つの上肢にて負荷物を把持した際に,負荷物を把持していない上肢を動作させることを特徴とするロボットの制御方法。 The robot control method according to claim 5,
In the driving step, when the load is grasped by at least one upper limb, the upper limb not grasping the load is operated.
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JP2005146773A JP2006321012A (en) | 2005-05-19 | 2005-05-19 | Robot and its control method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011523903A (en) * | 2008-05-21 | 2011-08-25 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | Force balance mobile robot system |
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2005
- 2005-05-19 JP JP2005146773A patent/JP2006321012A/en not_active Withdrawn
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