JP2007007800A - Walking type robot, wheel type robot and absolute azimuth estimating method thereof - Google Patents

Walking type robot, wheel type robot and absolute azimuth estimating method thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately obtain the absolute azimuth (absolute angle) required for controlling and correcting the moving locus of a robot without an expensive azimuth sensor in a walking type robot walking by repeatedly moving the free leg to the standing leg to ground. <P>SOLUTION: This walking type robot includes: an absolute position detector for detecting the absolute position of the grounding foot; an absolute position storage means for storing the absolute position of the grounding foot; and an absolute azimuth computing device for computing the absolute azimuth of the grounding foot. The absolute azimuth computing device estimates the absolute azimuth θ of the grounding foot of the (k-1)th step and/or the k-th step based upon the absolute position (x<SB>k</SB>, y<SB>k</SB>) of the grounding foot of the k-th step, the absolute position (x<SB>k-1</SB>, y<SB>k-1</SB>) of the grounding foot of the (k-1)th step, and the relative movement command value (Δx<SB>k</SB>, Δx<SB>k</SB>, Δθ<SB>k</SB>) of the grounding foot of the k-th step to the grounding foot of the (k-1)th step. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、床を自由に移動することができる移動ロボット(例えば、歩行型ロボット、車輪型ロボット等)に関する。詳しくは、移動ロボットの絶対方位(例えば、移動ロボットが活動する空間の座標を定めるグローバル座標系(絶対座標系)における角度(以下、グローバル座標系における角度を絶対角度という))を推定するための技術に関する。   The present invention relates to a mobile robot (for example, a walking robot, a wheel robot, etc.) that can freely move on a floor. Specifically, for estimating the absolute orientation of the mobile robot (for example, the angle in the global coordinate system (absolute coordinate system) that defines the coordinates of the space in which the mobile robot is active (hereinafter, the angle in the global coordinate system is called the absolute angle)) Regarding technology.

歩行型ロボットや車輪型ロボットのように床を自由に移動することができる移動ロボットが開発されている。この種の移動ロボットは、通常、オペレータによって予め移動軌跡が指定(教示)され、ロボットは指定された軌跡を移動するようアクチュエータを駆動する。例えば、歩行型ロボットの場合、オペレータは各足の接地位置を時系列順に指定し、ロボットはその指定された接地位置に各足の足先を移動させる。これによって、ロボットは指定された軌跡上を移動する。
ロボットの機械系に撓みがなく、あるいは、ロボット(詳細には、ロボットの足裏又はロボットの車輪)と床との間にすべりが生じなければ、ロボットは指定された移動軌跡に沿って移動する。しかしながら、実際にはロボットの機械系に撓みが生じ、あるいはロボットと床との間にすべりが発生するため、ロボットの実際の移動軌跡はオペレータによって指定された移動軌跡からずれてしまうことがある。
このため、ロボットの実際の位置(絶対位置)及び/又は実際の方位(絶対角度)を検出し、実際位置と教示位置との偏差及び/又は実際方位と教示方位との偏差に基づいてその後の教示位置及び/又は教示方位を修正することで、ロボットに指定した移動軌跡上を移動させる制御方法が開発されている。かかる制御方法を効果的に行うためには、ロボットの絶対位置と絶対方位(絶対角度)を精度よく検出することが重要となる。
Mobile robots that can move freely on the floor, such as walking robots and wheel robots, have been developed. In this type of mobile robot, a movement trajectory is normally designated (teached) in advance by an operator, and the robot drives an actuator to move the designated trajectory. For example, in the case of a walking robot, the operator specifies the contact position of each foot in chronological order, and the robot moves the tip of each foot to the specified contact position. As a result, the robot moves on the designated locus.
If there is no bending in the robot's mechanical system, or if there is no slip between the robot (specifically, the sole of the robot or the robot wheel) and the floor, the robot moves along the specified trajectory. . However, in reality, the robot mechanical system is bent or a slip occurs between the robot and the floor, so that the actual movement locus of the robot may deviate from the movement locus designated by the operator.
For this reason, the actual position (absolute position) and / or the actual direction (absolute angle) of the robot is detected, and based on the deviation between the actual position and the taught position and / or the deviation between the actual direction and the taught direction, A control method has been developed in which a teaching position and / or teaching direction is corrected to move the robot on a movement locus designated. In order to effectively perform such a control method, it is important to accurately detect the absolute position and absolute azimuth (absolute angle) of the robot.

ロボットの絶対位置を検出する方法としては、従来から種々の方法が開発されている。例えば、ロボットにカメラを搭載し、そのカメラで位置が既知のマーカを撮影し、その撮影結果からカメラ位置(すなわち、ロボットの位置)を検出する方法が開発されている。あるいは、電波や超音波を利用することによってロボットの位置を検出する方法も開発されている。例えば、ロボットの活動範囲に飛来する電波をロボットで受信し、受信した電波を分析することによって受信機の位置(すなわち、ロボットの位置)を検出する方法が開発されている(人工衛星から発振される電波を受信して位置を検出するGPSと同様の技術)。これらの技術は、比較的安価に構成することができ、また、その検出精度も実用的に問題のないレベルとなっている。   Various methods have been developed for detecting the absolute position of the robot. For example, a method has been developed in which a camera is mounted on a robot, a marker whose position is known is photographed by the camera, and the camera position (that is, the position of the robot) is detected from the photographing result. Alternatively, a method for detecting the position of the robot by using radio waves or ultrasonic waves has been developed. For example, a method has been developed to detect the position of the receiver (ie, the position of the robot) by receiving radio waves flying into the robot's activity range and analyzing the received radio waves (oscillated from artificial satellites). Technology similar to GPS that receives radio waves and detects position). These techniques can be configured at a relatively low cost, and the detection accuracy is at a level that does not cause any practical problems.

一方、ロボットの絶対方位を検出する方法としては、ロボットに方位センサ(例えば、ジャイロセンサ)を搭載し、その方位センサの出力からロボットの絶対方位を検出することが行われている。例えば、歩行型ロボットの場合、ロボットの胴体に方位センサを搭載し、その方位センサによって胴体の絶対方位を検出する。そして、検出した胴体の絶対方位に胴体に対する足先の相対角を加算して、足先(接地足)の絶対方位を算出している。
上述した説明から明らかなように、従来のロボットの絶対方位を検出する方法では、その検出精度は方位センサの検出精度によって決まる。しかしながら、現在のところ安価で検出精度の高い方位センサはなく、検出精度を高くしようとすると高価な方位センサを用いなければならないという問題があった。
特公平7−4774号公報
On the other hand, as a method for detecting the absolute orientation of the robot, an orientation sensor (for example, a gyro sensor) is mounted on the robot, and the absolute orientation of the robot is detected from the output of the orientation sensor. For example, in the case of a walking robot, an orientation sensor is mounted on the body of the robot, and the absolute orientation of the body is detected by the orientation sensor. Then, the absolute azimuth of the toe (grounding foot) is calculated by adding the relative angle of the toe with respect to the torso to the detected absolute azimuth of the torso.
As apparent from the above description, in the conventional method for detecting the absolute direction of the robot, the detection accuracy is determined by the detection accuracy of the direction sensor. However, at present there is no low-priced azimuth sensor with high detection accuracy, and there has been a problem that an expensive azimuth sensor must be used to increase detection accuracy.
Japanese Patent Publication No. 7-4774

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットの移動軌跡を制御・修正するために必要となる「絶対方位(絶対角度」を、高価な方位センサを用いることなく精度よく推定することができる技術を提供することである。   The present invention has been made in view of the above situation, and its purpose is to use an expensive azimuth sensor for “absolute direction (absolute angle)” required for controlling and correcting the movement trajectory of the robot. It is to provide a technique that can be estimated with high accuracy.

本発明の第1のロボットは、立脚に対して遊脚を移動して接地することを繰り返すことで歩行する歩行型ロボットであって、接地足の絶対位置を検出する絶対位置検出装置と、検出された接地足の絶対位置を記憶する絶対位置記憶手段と、k歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値とを用いて、(k−1)歩目及び/又はk歩目の接地足の絶対方位を推定する絶対方位推定装置と、を備える。
このロボットでは、「絶対方位」を検出する方位センサを用いる代わりに、接地足の「絶対位置」を検出する検出装置を用い、その検出装置で検出された接地足の「絶対位置」を利用して接地足の「絶対方位」を推定する。既に説明したように、接地足の絶対位置を検出する検出装置は、方位センサと比較して、その検出精度が高い。このため、検出された接地足の「絶対位置」を利用して接地足の「絶対方位」を推定すると、その推定値は実際の接地足の「絶対方位」と略一致する。したがって、推定された接地足の「絶対方位」を用いてロボットの移動軌跡を修正すると、ロボットに指定した移動軌跡上を精度よく移動させることができる。
A first robot of the present invention is a walking type robot that walks by repeatedly moving a free leg with respect to a standing leg and grounding, an absolute position detecting device that detects an absolute position of a grounded foot, and a detection Absolute position storage means for storing the absolute position of the grounded foot, the absolute position of the grounded foot of the kth step, the absolute position of the grounded foot of the (k-1) th step, and the (k-1) th step And (k-1) an absolute azimuth estimating device that estimates the absolute azimuth of the grounded foot at the (k-1) th step and / or the kth step using the relative movement command value of the grounded foot at the kth step with respect to the grounded foot.
In this robot, instead of using an azimuth sensor that detects the “absolute direction”, a detection device that detects the “absolute position” of the ground foot is used, and the “absolute position” of the ground foot detected by the detection device is used. To estimate the “absolute direction” of the grounding foot. As already described, the detection device that detects the absolute position of the grounding foot has higher detection accuracy than the azimuth sensor. Therefore, when the “absolute direction” of the grounding foot is estimated using the detected “absolute position” of the grounding foot, the estimated value substantially matches the “absolute direction” of the actual grounding foot. Therefore, when the movement trajectory of the robot is corrected using the estimated “absolute direction” of the grounding foot, the movement trajectory designated for the robot can be accurately moved.

上記「k歩目」は、絶対方位を推定したい時点の接地足に応じて適宜設定することができる。例えば、現在の接地足の絶対方位(すなわち、立脚の足先(足平)の絶対方位)又は1歩前の接地足の絶対方位(すなわち、遊脚の足先(足平)が接地していた時のその足先の絶対方位)を推定したい場合は、「k歩目の接地足」を現在の接地足とし、「(k−1)歩目の接地足」を現在の接地足から1歩前の接地足とすればよい。
また、上記の絶対位置検出装置は、ロボットの足先の絶対位置を直接検出するものであってもよいし、あるいは、ロボットの頭部又は胴体の絶対位置を検出し、その検出した頭部又は胴体の絶対位置と、頭部又は胴体に対する足先の相対的位置関係(すなわち、ロボットの姿勢)に基づいて、演算によって算出するものであってもよい。
The “k step” can be appropriately set according to the ground contact point at the time when the absolute direction is desired to be estimated. For example, the absolute azimuth of the current grounding foot (that is, the absolute azimuth of the foot of the standing leg (foot)) or the absolute azimuth of the grounding foot one step before (that is, the foot of the free leg (foot)) is grounded. If the user wants to estimate the absolute bearing of the toe at the time of contact, the “ground contact foot at step k” is set as the current contact foot, and the “ground contact foot at step (k−1)” is 1 from the current contact foot. It may be a grounded foot before walking.
In addition, the absolute position detection device may directly detect the absolute position of the robot's toes, or may detect the absolute position of the robot's head or torso and detect the detected head or It may be calculated by calculation based on the absolute position of the torso and the relative positional relationship of the toes with respect to the head or the torso (that is, the posture of the robot).

ここで、k歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値とを用いて、(k−1)歩目及び/又はk歩目の接地足の絶対方位を推定できることを簡単に説明しておく。
図4は、(k−1)歩目の接地足の絶対位置とk歩目の接地足の絶対位置との幾何学的関係を模式的に示している。図中、(xk−1,yk−1)は(k−1)歩目の接地足の絶対位置を表し、(x,y)はk歩目の接地足の絶対位置を表している。また、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対指令値を(Δx,Δy,Δθ)で表している。さらに、Φk−1はk歩目の接地足に対する(k−1)歩目の接地足の絶対角を表し、τは(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対位置角を表している。
図4に示す幾何学的関係から明らかなように、(k−1)歩目の絶対方位θk−1は、絶対角Φk−1と相対位置角τを加算したものである。また、k歩目の絶対方位θは、(k−1)歩目の絶対方位θk−1に、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対角度指令値Δθを加算したものと推定することができる。相対角度指令値Δθは既知であることから、絶対角Φk−1と相対位置角τを算出することができれば、(k−1)歩目の接地足の絶対方位θk−1とk歩目の接地足の絶対方位θを推定することができる。
絶対角Φk−1は、(k−1)歩目の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)とk歩目の接地足の絶対位置(x,y)から算出することができる。すなわち、
Φk−1 = atan2(y−yk−1,x−xk−1
となる。
一方、相対位置角τは、相対移動指令値(Δx,Δy)は既知であることから、その相対移動指令値(Δx,Δy)を用いて推定することができる。すなわち、
τ =atan2(Δy,Δx
となる。
したがって、(k−1)歩目の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)とk歩目の接地足の絶対位置(x,y)を絶対位置検出装置によって検出すれば、(k−1)歩目の絶対方位θk−1とk歩目の絶対方位θを推定することができる。
Here, the absolute position of the k-th grounded foot, the absolute position of the (k-1) -th grounded foot, and the relative movement command of the k-th grounded foot with respect to the (k-1) -th grounded foot It will be briefly described that the absolute azimuth of the ground foot of the (k-1) step and / or the k step can be estimated using the value.
FIG. 4 schematically shows the geometric relationship between the absolute position of the grounded foot at the (k−1) th step and the absolute position of the grounded foot at the kth step. In the figure, (x k−1 , y k−1 ) represents the absolute position of the grounded foot at the (k−1) th step, and (x k , y k ) represents the absolute position of the grounded foot at the kth step. ing. Further, the relative command value of the k-th ground contact foot with respect to the (k−1) -th ground contact foot is represented by (Δx k , Δy k , Δθ k ). Further, Φ k-1 represents the absolute angle of the (k-1) -th grounded foot with respect to the k-th grounded foot, and τ k represents the k-th grounded foot with respect to the (k-1) -th grounded foot. Represents the relative position angle.
As is clear from the geometrical relationship shown in FIG. 4, the absolute azimuth θ k-1 of the (k−1) th step is obtained by adding the absolute angle Φ k-1 and the relative position angle τ k . The absolute azimuth θ k of the k-th step is the relative angle command value of the ground contact foot of the k-th step with respect to the ground foot of the (k-1) -th step in the absolute direction θ k-1 of the (k-1) -th step. It can be estimated that Δθ k is added. Since the relative angle command value Δθ k is known, if the absolute angle Φ k-1 and the relative position angle τ k can be calculated, the absolute azimuth θ k-1 of the ground contact foot at the (k-1) th step The absolute azimuth θ k of the k-th ground contact foot can be estimated.
The absolute angle Φ k−1 is calculated from the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the grounded foot at the (k−1) th step and the absolute position (x k , y k ) of the grounded foot at the kth step. Can be calculated. That is,
Φ k−1 = atan2 (y k −y k−1 , x k −x k−1 )
It becomes.
On the other hand, since the relative movement command value (Δx k , Δy k ) is known, the relative position angle τ k can be estimated using the relative movement command value (Δx k , Δy k ). That is,
τ k = atan2 (Δy k , Δx k )
It becomes.
Therefore, the absolute position detection device detects the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the grounding foot at the (k−1) th step and the absolute position (x k , y k ) of the grounding foot at the kth step. if it is possible to estimate the (k-1) th step of the absolute azimuth theta k-1 and k-th step of the absolute azimuth theta k.

上述の説明から明らかなように、絶対方位推定装置は、k歩目の接地足の絶対位置と(k−1)歩目の接地足の絶対位置とを用いて、k歩目の接地足に対する(k−1)歩目の接地足の絶対角を算出する手段と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値に基づいて、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対位置角を推定する手段と、得られた絶対角と相対位置角から(k−1)歩目の接地足の絶対方位を推定する手段と、を備えることができる。これによって、(k−1)歩目の接地足の絶対方位θk−1を推定することができる。
また、絶対方位推定装置は、推定された(k−1)歩目の接地足の絶対方位と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対角度指令値とに基づいて、k歩目の接地足の絶対方位を推定する手段をさらに備えることが好ましい。これによって、k歩目の接地足の絶対方位θを推定することができる。
As is apparent from the above description, the absolute azimuth estimation device uses the absolute position of the k-th ground contact foot and the absolute position of the (k-1) -th ground contact foot to the k-th ground contact foot. Based on (k-1) means for calculating the absolute angle of the grounded foot at the step and (k-1) the relative movement command value of the grounded foot at the kth step with respect to the grounded foot at the (k-1) th step, (k-1) Means for estimating the relative position angle of the k-th ground contact foot with respect to the ground contact foot of the step, and means for estimating the absolute azimuth of the ground foot of the (k-1) step from the obtained absolute angle and relative position angle; Can be provided. Thereby, the absolute azimuth θ k−1 of the contact foot at the (k−1) th step can be estimated.
Further, the absolute azimuth estimating device uses the estimated absolute azimuth of the ground foot of the (k−1) step and the relative angle command value of the ground foot of the k step with respect to the ground foot of the (k−1) step. Based on this, it is preferable to further include means for estimating the absolute bearing of the k-th ground contact foot. As a result, the absolute azimuth θ k of the k-th ground contact foot can be estimated.

また、本発明は歩行型ロボットの接地足の絶対方位を算出する新規な方法を提供する。
すなわち、本発明の第1の絶対方位算出方法は、立脚に対して遊脚を移動して接地することを繰り返すことで歩行する歩行型ロボットの接地足の絶対方位を推定する方法であって、(k−1)歩目の接地足の絶対位置を検出する工程と、k歩目の接地足の絶対位置を検出する工程と、検出されたk歩目の接地足の絶対位置と(k−1)歩目の接地足の絶対位置とを用いて、k歩目の接地足に対する(k−1)歩目の接地足の絶対角を算出する工程と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値に基づいて(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対位置角を推定する工程と、得られた絶対角と相対位置角から(k−1)歩目の接地足の絶対方位を推定する工程と、を備える。
この方法によると、高価な方位センサを用いなくても、歩行ロボットの接地足の絶対方位を精度よく推定することができる。
The present invention also provides a novel method for calculating the absolute orientation of the grounding foot of a walking robot.
That is, the first absolute azimuth calculation method of the present invention is a method for estimating the absolute azimuth of the grounding foot of a walking robot that walks by repeatedly moving the free leg with respect to the standing leg and grounding, (K-1) a step of detecting the absolute position of the grounded foot in the step, a step of detecting the absolute position of the grounded foot in the kth step, and the absolute position of the detected grounded foot in the kth step (k− 1) a step of calculating an absolute angle of the grounded foot of the (k-1) step with respect to the grounded foot of the kth step using the absolute position of the grounded foot of the step; and (k-1) the grounding of the step. Based on the relative movement command value of the k-th grounded foot with respect to the foot, (k-1) a step of estimating the relative position angle of the k-th grounded foot with respect to the grounded foot of the step, and the obtained absolute angle and relative And a step of estimating the absolute azimuth of the contact foot at the (k−1) th step from the position angle.
According to this method, the absolute azimuth of the grounding foot of the walking robot can be accurately estimated without using an expensive azimuth sensor.

本発明の第2のロボットは、車体と、車体に対し回転可能に取付けられた車輪と、車輪を駆動するアクチュエータと、を備え、アクチュエータで車輪を回転駆動することで走行する車輪型ロボットに関する。この車輪型ロボットは、車体の絶対位置を検出する絶対位置検出装置と、絶対位置検出装置で検出される車体の絶対位置を所定の時間間隔又は所定の移動間隔で順次記憶する絶対位置履歴記憶手段と、絶対位置履歴記憶手段に記憶されている絶対位置の履歴から車体の絶対方位を推定する絶対方位推定装置と、を備える。
車輪型ロボットでは、ロボットがその場で旋回する場合を除いて急激に向きを変えることはなく、その方位はロボットが床面上を走行するのに応じて徐々に変化する。このため、車体の絶対位置の履歴を記憶することで車体の走行軌跡が分かり、その走行軌跡(すなわち、走行軌跡の接線方向の角度)から車体(車輪型ロボット)の絶対方位(向き)を推定することができる。本発明の第2のロボットでは、車体の絶対位置を所定の時間間隔又は所定の移動間隔で検出し、その検出された車体の絶対位置の履歴から車体の絶対方位を推定する。車体の絶対位置は精度よく検出できることから、高価な方位センサを用いなくても、車体の絶対方位を精度よく推定することができる。精度よく推定された車体の絶対方位を用いてロボットの移動軌跡を制御・修正すると、ロボットに指定した移動軌跡上を精度よく移動させることができる。
The second robot of the present invention relates to a wheel type robot that includes a vehicle body, a wheel that is rotatably attached to the vehicle body, and an actuator that drives the wheel, and that travels by rotating the wheel with the actuator. This wheel type robot includes an absolute position detection device that detects the absolute position of the vehicle body, and an absolute position history storage unit that sequentially stores the absolute position of the vehicle body detected by the absolute position detection device at predetermined time intervals or predetermined movement intervals. And an absolute azimuth estimating device that estimates the absolute azimuth of the vehicle body from the absolute position history stored in the absolute position history storage means.
In the wheel type robot, the direction does not change abruptly except when the robot turns on the spot, and its direction gradually changes as the robot travels on the floor surface. Therefore, by storing the history of the absolute position of the vehicle body, the travel locus of the vehicle body is known, and the absolute azimuth (orientation) of the vehicle body (wheel type robot) is estimated from the travel locus (that is, the tangential angle of the travel locus). can do. In the second robot of the present invention, the absolute position of the vehicle body is detected at a predetermined time interval or a predetermined movement interval, and the absolute azimuth of the vehicle body is estimated from the history of the absolute position of the detected vehicle body. Since the absolute position of the vehicle body can be detected with high accuracy, the absolute direction of the vehicle body can be accurately estimated without using an expensive direction sensor. If the robot's movement trajectory is controlled / corrected using the accurately estimated absolute azimuth of the vehicle body, the robot can be moved on the movement trajectory designated for the robot with high accuracy.

上記の絶対方位推定装置は、絶対位置履歴記憶手段に記憶されている絶対位置の履歴から特定される2地点の車体の絶対位置に基づいて、車体の絶対方位を推定することができる。この場合に、前記の2地点の車体の絶対位置の少なくとも一方が、絶対位置履歴記憶手段に記憶されている複数地点の車体の絶対位置の移動平均であることが好ましい。複数地点の絶対位置の移動平均を用いることで、絶対方位の推定精度をより高めることができる。   The absolute azimuth estimation device described above can estimate the absolute azimuth of the vehicle body based on the absolute positions of the vehicle bodies at two points specified from the absolute position history stored in the absolute position history storage means. In this case, it is preferable that at least one of the absolute positions of the vehicle bodies at the two points is a moving average of the absolute positions of the vehicle bodies at a plurality of points stored in the absolute position history storage unit. By using a moving average of absolute positions at a plurality of points, it is possible to further improve the accuracy of estimation of the absolute direction.

また、本発明は車輪型ロボットの絶対方位を推定する新規な方法を提供する。すなわち、本発明の第2の絶対方位推定方法は、車体と、車体に対し回転可能に取付けられた車輪と、車輪を駆動するアクチュエータとを備え、アクチュエータで車輪を回転駆動することで走行する車輪型ロボットの絶対方位を推定する方法であって、所定の時間間隔又は所定の移動間隔で車体の絶対位置を検出する工程と、検出された絶対位置の履歴から特定される2地点における車体の絶対位置から車体の絶対方位を推定する工程と、を備える。
この方法によると、高価な方位センサを用いなくても、ロボットの絶対方位を精度よく推定することができる。
The present invention also provides a novel method for estimating the absolute orientation of a wheeled robot. That is, the second absolute azimuth estimation method of the present invention includes a vehicle body, a wheel rotatably attached to the vehicle body, and an actuator that drives the wheel, and a wheel that travels by rotating the wheel with the actuator. A method for estimating the absolute orientation of a robot, the step of detecting the absolute position of the vehicle body at a predetermined time interval or predetermined movement interval, and the absolute position of the vehicle body at two points specified from the history of the detected absolute position Estimating the absolute azimuth of the vehicle body from the position.
According to this method, the absolute direction of the robot can be accurately estimated without using an expensive direction sensor.

本発明を具現化した一実施形態に係る2足歩行ロボット10について図面を参照して説明する。まず、2足歩行ロボット10の機械的構成について図1を参照して説明する。図1に示すように、2足歩行ロボット10は、左脚リンク147と腰101と右脚リンク117から構成されている。
左脚リンク147は、左上腿148と左膝関節150と左下腿152と左足首関節158と左足先162を備える。左膝関節150はピッチ軸yの回りの関節角が可変であり、左足首関節158はピッチ軸yの回りの関節角とロール軸xの回りの関節角が可変である。図1では、図示の明瞭化のために、関節角を変えるアクチュエータによって関節が代表されている。例えば参照番号150は、膝関節と膝関節の関節角を変えるアクチュエータに共通的に用いられる。参照番号154は、足首関節158のピッチ軸yの回りの関節角を変えるアクチュエータであり、参照番号156は、足首関節158のロール軸xの回りの関節角を変えるアクチュエータである。
左足先162には、左足先162の絶対位置を検出する絶対位置検出装置160が取付けられている。絶対位置検出装置160には、電波や超音波を利用して絶対位置を検出する装置を用いることができる。例えば、ロボットの活動範囲に飛来する電波を受信機で受信し、受信した電波を分析することによって受信機の位置を検出する技術を用いることができる(人工衛星から発振される電波を受信して位置を検出するGPSと同様の技術が利用できる)。この技術を用いる場合、左足先162に電波を受信する受信機を取付ける。また、ロボットの活動範囲に向けて超音波を送信し、ロボットで受信した超音波の受信タイミングを分析することによって受信機の位置を検出する技術を用いることもできる。あるいは、電波レーダや超音波レーダを利用して位置を検出することもできる。
A biped robot 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the mechanical configuration of the biped robot 10 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the biped robot 10 includes a left leg link 147, a waist 101, and a right leg link 117.
The left leg link 147 includes a left upper leg 148, a left knee joint 150, a left lower leg 152, a left ankle joint 158, and a left foot tip 162. The left knee joint 150 has a variable joint angle around the pitch axis y, and the left ankle joint 158 has a variable joint angle around the pitch axis y and a joint angle around the roll axis x. In FIG. 1, a joint is represented by an actuator that changes the joint angle for the sake of clarity of illustration. For example, reference numeral 150 is commonly used for actuators that change the joint angles of the knee joint. Reference numeral 154 is an actuator that changes the joint angle of the ankle joint 158 around the pitch axis y, and reference numeral 156 is an actuator that changes the joint angle of the ankle joint 158 around the roll axis x.
An absolute position detection device 160 that detects the absolute position of the left foot tip 162 is attached to the left foot tip 162. As the absolute position detection device 160, a device that detects an absolute position using radio waves or ultrasonic waves can be used. For example, it is possible to use a technology that detects the position of the receiver by receiving radio waves flying into the robot's activity range and analyzing the received radio waves (receiving radio waves oscillated from artificial satellites) The same technology as GPS that detects the position can be used). When using this technique, a receiver for receiving radio waves is attached to the left foot tip 162. Further, it is also possible to use a technique for detecting the position of the receiver by transmitting ultrasonic waves toward the range of activity of the robot and analyzing the reception timing of the ultrasonic waves received by the robot. Alternatively, the position can be detected using a radio wave radar or an ultrasonic radar.

左右の脚リンク117,147は左右対称であり、右脚リンク117は、右上腿118と右膝関節120と右下腿122と右足首関節128と右足先132を備える。右膝関節120はピッチ軸yの回りの関節角が可変であり、右足首関節128はピッチ軸yの回りの関節角とロール軸xの回りの関節角が可変である。右足先132にも、絶対位置検出装置130が取付けられている。   The left and right leg links 117 and 147 are symmetrical, and the right leg link 117 includes an upper right thigh 118, a right knee joint 120, a right lower thigh 122, a right ankle joint 128, and a right foot tip 132. The right knee joint 120 has a variable joint angle around the pitch axis y, and the right ankle joint 128 has a variable joint angle around the pitch axis y and a joint angle around the roll axis x. An absolute position detection device 130 is also attached to the right foot tip 132.

腰101は、腰プレート108と腰柱104を備えており、両者の間には腰関節106が設けられている。腰柱104の頂点には頭部102が載置されている。腰柱104のピッチ軸yの回りの傾斜角とロール軸xの回りの傾斜角は、腰関節106が回転しても影響を受けない。   The waist 101 includes a waist plate 108 and a waist pillar 104, and a waist joint 106 is provided between them. A head 102 is placed on the apex of the waist pillar 104. The inclination angle of the lumbar column 104 around the pitch axis y and the inclination angle around the roll axis x are not affected even when the hip joint 106 rotates.

左脚リンク147と腰101は、左股関節146で接続されている。左股関節146は、重力線z軸の回りの関節角を変えるアクチュエータ140と、ピッチ軸yの回りの関節角を変えるアクチュエータ142と、ロール軸xの回りの関節角を変えるアクチュエータ144を備えている。右脚リンク117と腰101は、右股関節116で接続されている。右股関節116は、重力線z軸の回りの関節角を変えるアクチュエータ110と、ピッチ軸yの回りの関節角を変えるアクチュエータ112と、ロール軸xの回りの関節角を変えるアクチュエータ114を備えている。   The left leg link 147 and the waist 101 are connected by a left hip joint 146. The left hip joint 146 includes an actuator 140 that changes the joint angle around the gravity line z-axis, an actuator 142 that changes the joint angle around the pitch axis y, and an actuator 144 that changes the joint angle around the roll axis x. . The right leg link 117 and the waist 101 are connected by a right hip joint 116. The right hip joint 116 includes an actuator 110 that changes the joint angle around the gravity line z-axis, an actuator 112 that changes the joint angle around the pitch axis y, and an actuator 114 that changes the joint angle around the roll axis x. .

上述した機械系を利用して歩行する場合、結果として歩行した結果が得られるように、左脚リンク147と腰101と右脚リンク117の相対的姿勢を変化させなければならない。このために、本実施形態では、左足先162と腰101と右足先132の位置と姿勢を指定する歩容データが利用される。歩容データは、2足歩行ロボット10が活動する空間の座標を定めるグローバル座標系(絶対座標系)において、左足先162と腰101と右足先132の位置と姿勢を指定するデータである。
歩容データが作成されると、その歩容データは2足歩行ロボット10に与えられる。2足歩行ロボット10は、歩容データに従って各関節の関節角を調整し、左足先162と右足先132の位置を経時的に変化させる。これによって、左脚リンク147と右脚リンク117の相対的姿勢が経時的に変化し、2足歩行ロボット10は歩行する。
なお、左足先162と右足先132が床に接地したときの絶対位置(以下、単に接地足の絶対位置という)は、絶対位置検出装置160,130でそれぞれ検出される。また、接地足の方位は、次に説明する絶対方位算出装置によって算出される。そして、絶対位置検出装置160,130で検出された接地足の絶対位置と歩容データによって指定される絶対位置(教示位置)との偏差が0となるように歩容データが補正される。同様に、絶対方位算出装置で算出された接地足の絶対方位と歩容データによって指定される絶対方位(教示方位)との偏差が0となるように歩容データが補正される。これによって、2足歩行ロボット10は、歩容データで指定された歩行軌跡を忠実に歩行することができる。
When walking using the mechanical system described above, the relative postures of the left leg link 147, the waist 101, and the right leg link 117 must be changed so that the result of walking is obtained as a result. Therefore, in this embodiment, gait data that specifies the positions and postures of the left foot tip 162, the waist 101, and the right foot tip 132 is used. The gait data is data that designates the positions and postures of the left foot tip 162, the waist 101, and the right foot tip 132 in a global coordinate system (absolute coordinate system) that determines the coordinates of the space in which the biped robot 10 is active.
When the gait data is created, the gait data is given to the biped robot 10. The biped robot 10 adjusts the joint angle of each joint according to the gait data, and changes the positions of the left toe 162 and the right toe 132 over time. As a result, the relative posture of the left leg link 147 and the right leg link 117 changes with time, and the biped walking robot 10 walks.
Note that the absolute position when the left foot tip 162 and the right foot tip 132 are in contact with the floor (hereinafter simply referred to as the absolute position of the ground foot) is detected by the absolute position detectors 160 and 130, respectively. Further, the bearing foot orientation is calculated by an absolute orientation calculation device described below. The gait data is corrected so that the deviation between the absolute position of the contact foot detected by the absolute position detection devices 160 and 130 and the absolute position (teaching position) specified by the gait data becomes zero. Similarly, the gait data is corrected so that the deviation between the absolute azimuth of the contact foot calculated by the absolute azimuth calculating device and the absolute azimuth (teaching azimuth) specified by the gait data becomes zero. Thereby, the biped walking robot 10 can walk faithfully on the walking locus designated by the gait data.

次に、2足歩行ロボット10の足先132,162が接地したときの絶対方位(接地足の絶対角)を算出する装置について図2を参照して説明する。この絶対方位算出装置は、2足歩行ロボット10に搭載され、2足歩行ロボット10の立脚となっている足平の絶対角と、遊脚となっている足平が接地していたときの足平の絶対角を算出する。図2に示すように、絶対方位算出装置は、既に説明した絶対位置検出装置160,130と、足平位置記憶手段12と相対指令値入力手段28と演算装置20から構成されている。   Next, an apparatus for calculating the absolute direction (the absolute angle of the grounded foot) when the toes 132 and 162 of the biped walking robot 10 are grounded will be described with reference to FIG. This absolute azimuth calculating device is mounted on the biped walking robot 10 and the absolute angle of the foot that is the stance of the biped robot 10 and the foot when the foot that is the free leg is in contact with the ground. Calculate the absolute angle of the plane. As shown in FIG. 2, the absolute azimuth calculation device includes the absolute position detection devices 160 and 130 described above, the foot position storage unit 12, the relative command value input unit 28, and the arithmetic unit 20.

足平位置記憶手段12は、接地足の絶対位置(接地された足先(足平)の絶対位置)を記憶する。足平位置記憶手段12には、左足先162が接地したときに絶対位置検出装置160で検出された左足先162の絶対位置と、右足先132が接地したときに絶対位置検出装置130で検出された右足先132の絶対位置が入力される。足平位置記憶手段12は、絶対位置検出装置130から入力される接地足の絶対位置と、絶対位置検出装置160から入力される接地足の絶対位置を、時系列順に交互に記憶する。
なお、本実施形態の絶対方位算出装置は、立脚となっている足先(足平)の絶対角と、遊脚となっている足先が接地していたときの足先(足平)の絶対角を算出する。このため、足平位置記憶手段12に記憶する絶対位置は、立脚の接地足の絶対位置と遊脚の接地足(1歩前の接地足)の絶対位置だけでよい。
The foot position storage unit 12 stores the absolute position of the grounded foot (the absolute position of the grounded foot (foot)). The foot position storage means 12 detects the absolute position of the left toe 162 detected by the absolute position detecting device 160 when the left toe 162 contacts the ground and the absolute position detecting device 130 when the right toe 132 contacts the ground. The absolute position of the right foot tip 132 is input. The foot position storage means 12 alternately stores the absolute position of the grounded foot input from the absolute position detecting device 130 and the absolute position of the grounded foot input from the absolute position detecting device 160 in time series.
In addition, the absolute azimuth calculation apparatus of the present embodiment has the absolute angle of the toe (foot) that is a standing leg and the toe (foot) when the toe that is a free leg is in contact with the ground. Calculate the absolute angle. For this reason, the absolute position stored in the foot position storage means 12 is only the absolute position of the grounding foot of the standing leg and the absolute position of the grounding foot of the free leg (grounding foot one step before).

相対指令値入力手段26は、1歩前の接地足(現在の遊脚)に対する現在の接地足(現在の立脚)の相対指令値を演算装置20に入力する。相対指令値は、前述した歩容データに基づいて算出される。すなわち、歩容データは、左足先162と右足先132の位置と姿勢を指定するデータである。このため、歩容データに基づいて、1歩前の接地足(現在の遊脚)に対する現在の接地足(立脚)の相対指令値(Δx,Δy,Δθ)を算出することができる。
なお、前述したように、歩容データは、補正装置によって、実際の接地足の位置と教示位置との偏差が0となり、かつ、実際の接地足の絶対角度と教示角度との偏差が0となるように補正される。このため、相対指令値入力手段26から入力される相対指令値(Δx,Δy,Δθ)は、補正装置によって補正された歩容データに基づいて作成されている。
The relative command value input means 26 inputs the relative command value of the current grounding foot (current stance) with respect to the grounding foot (current free leg) one step before to the arithmetic unit 20. The relative command value is calculated based on the gait data described above. That is, the gait data is data that designates the positions and postures of the left toe 162 and the right toe 132. Therefore, based on the gait data, it is possible to calculate a relative command value (Δx, Δy, Δθ) of the current grounding foot (standing leg) with respect to the grounding foot (current free leg) one step before.
As described above, the gait data has a deviation between the actual contact foot position and the teaching position of 0 and the deviation between the actual absolute angle of the contact foot and the teaching angle is 0 by the correction device. It is corrected so that For this reason, the relative command values (Δx, Δy, Δθ) input from the relative command value input means 26 are created based on the gait data corrected by the correction device.

演算装置20は、足平位置記憶手段12に記憶されている立脚の接地足の絶対位置と、遊脚の接地足の絶対位置と、遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対指令値に基づいて、遊脚及び立脚の接地足の絶対角(絶対方位)を算出する。すなわち、既に説明した図4において(k−1)歩目の接地足が遊脚の接地足となり、k歩目の接地足が立脚の接地足となる場合である。したがって、演算装置20は、立脚の接地足に対する遊脚の接地足の絶対角Φk−1を算出し、有脚の接地足に対する立脚の接地足の相対位置角τを算出し、算出された絶対角Φk−1と相対位置角τから遊脚の接地足の絶対角θk−1を算出する。次いで、遊脚の接地足の絶対角θk−1と、遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対角度指令値とに基づいて、立脚の接地足の絶対角θを算出する。このために、演算装置20は、絶対角算出手段22と相対位置角算出手段24と遊脚足平絶対角算出手段26と立脚足平絶対角算出手段30を備える(図4参照)。
絶対角算出手段22は、足平位置記憶手段12に記憶されている立脚の接地足の絶対位置(x,y)と遊脚の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)から、立脚の接地足に対する遊脚の接地足の絶対角Φk−1を算出する。
相対位置角算出手段24は、相対指令値入力手段28から入力される相対指令値(Δx,Δy)を用いて、遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対位置角τを算出する。
遊脚足平絶対角算出手段26は、絶対角算出手段22で算出された絶対角Φk−1と相対位置角算出手段24で算出された相対位置角τを加算して、遊脚の接地足の絶対角θk−1を算出する。
立脚足平絶対角算出手段30は、有脚足平絶対角算出手段26で算出された遊脚の接地足の絶対角θk−1に遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対角度指令値Δθを加算して、立脚の接地足の絶対角θを算出する。立脚足平絶対角算出手段30で算出された立脚の接地足の絶対角θは補正装置に出力され、歩容データの補正に用いられる。
The arithmetic unit 20 uses the absolute position of the grounded foot of the standing leg, the absolute position of the grounded foot of the free leg, and the relative command value of the grounded foot of the standing leg with respect to the grounded foot of the free leg stored in the foot position storage means 12. Based on this, the absolute angle (absolute direction) of the contact leg of the free leg and the standing leg is calculated. That is, in FIG. 4 already described, the (k-1) -step grounding foot is a free-grounding foot, and the k-th grounding foot is a standing-grounding foot. Accordingly, the arithmetic unit 20 calculates the absolute angle Φ k−1 of the free-grounded foot with respect to the grounded foot of the standing leg, and calculates the relative position angle τ k of the grounded foot of the standing foot with respect to the grounded foot of the leg. The absolute angle θ k−1 of the contact leg of the free leg is calculated from the absolute angle Φ k−1 and the relative position angle τ k . Then, an absolute angle theta k-1 of the ground leg of the free leg, based on the relative angle command value of the ground leg stance to ground the foot of the free leg, and calculates the absolute angle theta k grounding leg stance. For this purpose, the computing device 20 includes an absolute angle calculating means 22, a relative position angle calculating means 24, a free leg foot absolute angle calculating means 26, and a standing foot absolute angle calculating means 30 (see FIG. 4).
The absolute angle calculation means 22 includes the absolute position (x k , y k ) of the grounded foot of the standing leg stored in the foot position storage means 12 and the absolute position (x k−1 , y k− ) of the grounded foot of the free leg. From 1 ), the absolute angle Φ k−1 of the contact leg of the free leg with respect to the contact leg of the standing leg is calculated.
The relative position angle calculating unit 24 calculates the relative position angle τ k of the grounded foot of the standing leg with respect to the grounded foot of the free leg using the relative command value (Δx k , Δy k ) input from the relative command value input unit 28. To do.
The free leg foot absolute angle calculating means 26 adds the absolute angle Φ k−1 calculated by the absolute angle calculating means 22 and the relative position angle τ k calculated by the relative position angle calculating means 24 to add the free leg foot absolute angle calculating means 26. The absolute angle θ k−1 of the grounding foot is calculated.
The stance leg absolute angle calculation means 30 is a relative angle command of the ground contact leg of the stance leg with respect to the contact leg of the free leg to the absolute angle θ k−1 of the contact leg of the free leg calculated by the absolute foot angle calculation means 26 of the leg. The value Δθ k is added to calculate the absolute angle θ k of the ground contact leg of the standing leg. The absolute angle θ k of the grounding foot of the stance calculated by the stance foot absolute angle calculating means 30 is output to the correction device and used for correcting the gait data.

上述した絶対方位算出装置が立脚の接地足の絶対方位(絶対角)を算出する手順について図3及び図4を参照して説明する。なお、立脚の接地足の絶対方位(絶対角)を算出する処理は、一方の足先162又は132が床に接地し、その足先162又は132の位置が動かなくなるタイミングで行われる。
図3に示すように、絶対方位算出装置は、まず、立脚の接地足の絶対位置(x,y)を検出すると共に、その検出した絶対位置(x,y)を足平位置記憶手段12に記憶する(S10)。次に、足平位置記憶手段12に記憶されている遊脚(1歩前)の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)を読み出す(S12)。
次いで、ステップS10で検出した立脚の接地足の絶対位置(x,y)とステップS12で読み出した遊脚の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)に基づいて、立脚の接地足に対する遊脚の接地足の絶対角Φk−1を算出する(S14)。立脚の接地足の絶対位置(x,y)と遊脚の接地足の絶対位置(xk−1,yk−1)から絶対角Φk−1を算出する計算式は、既に説明している。
次に、遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対指令値((Δx,Δy,Δθ)を読み出す(S16)。すなわち、相対指令値入力手段28から演算装置20に相対指令値(Δx,Δy,Δθ)を入力する。
演算装置20に相対指令値(Δx,Δy,Δθ)が入力されると、演算装置20は相対指令値Δx,Δyに基づいて遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対位置角τを算出する(S18)。相対指令値Δx,Δyに基づいて相対位置角τを算出する計算式についても、既に説明している。
ステップS20に進むと、演算装置20は、ステップS14で算出した絶対角Φk−1とステップS18で算出した相対位置角τを加算して、遊脚の接地足の絶対角θk−1を算出する。
遊脚の接地足の絶対角θk−1を算出すると、その算出した絶対角θk−1とステップS16で読み出した相対指令値Δθとを加算して、立脚の接地足の絶対角θを算出する(S22)。算出された立脚の接地足の絶対角θは補正装置へ出力される(S24)。補正装置は、入力された絶対角θを用いて歩容データを補正する処理を行う。
A procedure by which the absolute azimuth calculating apparatus described above calculates the absolute azimuth (absolute angle) of the grounded foot of the standing leg will be described with reference to FIGS. Note that the process of calculating the absolute azimuth (absolute angle) of the grounding foot of the standing leg is performed at a timing when one foot tip 162 or 132 touches the floor and the position of the foot tip 162 or 132 stops moving.
As shown in FIG. 3, the absolute azimuth calculation device first detects the absolute position (x k , y k ) of the grounding foot of the standing leg and uses the detected absolute position (x k , y k ) as the foot position. It memorize | stores in the memory | storage means 12 (S10). Next, the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the contact leg of the free leg (one step before) stored in the foot position storage means 12 is read (S12).
Next, based on the absolute position (x k , y k ) of the grounded foot of the stance detected in step S10 and the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the grounded foot of the free leg read in step S12, The absolute angle Φ k−1 of the free-grounding foot with respect to the standing-grounded foot is calculated (S14). The calculation formula for calculating the absolute angle Φ k-1 from the absolute position (x k , y k ) of the ground contact leg of the standing leg and the absolute position (x k-1 , y k-1 ) of the contact leg of the free leg has already been described. is doing.
Next, a relative command value ((Δx k , Δy k , Δθ k ) of the grounded foot of the standing leg with respect to the grounded foot of the free leg is read (S 16). (Δx k , Δy k , Δθ k ) are input.
When the relative command values (Δx k , Δy k , Δθ k ) are input to the computing device 20, the computing device 20 determines the relative position of the grounded foot of the standing leg to the grounded foot of the free leg based on the relative command values Δx k , Δy k. The position angle τ k is calculated (S18). The calculation formula for calculating the relative position angle τ k based on the relative command values Δx k and Δy k has already been described.
In step S20, the arithmetic unit 20 adds the absolute angle Φ k−1 calculated in step S14 and the relative position angle τ k calculated in step S18 to add the absolute angle θ k−1 of the contact leg of the free leg. Is calculated.
When the absolute angle θ k−1 of the contact leg of the free leg is calculated, the calculated absolute angle θ k−1 and the relative command value Δθ k read in step S16 are added, and the absolute angle θ of the contact leg of the stance leg is calculated. k is calculated (S22). Absolute angle theta k grounding leg stance calculated is outputted to the correction device (S24). Correction apparatus performs processing for correcting the gait data using the absolute angle theta k input.

上述した説明から明らかなように2足歩行ロボット10は、遊脚の接地足の絶対位置と、立脚の接地足の絶対位置と、遊脚の接地足に対する立脚の接地足の相対指令値に基づいて、遊脚の接地足及び立脚の接地足の絶対角(絶対方位)を演算する。各足先の絶対位置は精度よく検出することができるため、方位センサを用いなくても接地足の絶対角度(絶対方位)を精度よく算出(検出)することができる。
また、方位センサを用いなくてもよいため、コスト低減や、ロボットの重量低減、配置スペースの問題の解消、コントローラ(CPU)の負荷低減、電力消費量の低減等を図ることができる。
As is apparent from the above description, the biped robot 10 is based on the absolute position of the grounded foot of the free leg, the absolute position of the grounded foot of the standing leg, and the relative command value of the grounded foot of the standing leg with respect to the grounded foot of the free leg. Then, the absolute angle (absolute direction) of the contact leg of the free leg and the contact leg of the standing leg is calculated. Since the absolute position of each foot tip can be detected with high accuracy, the absolute angle (absolute azimuth) of the grounding foot can be calculated (detected) with high accuracy without using an azimuth sensor.
In addition, since it is not necessary to use an azimuth sensor, it is possible to reduce costs, reduce the weight of the robot, solve the problem of arrangement space, reduce the load on the controller (CPU), reduce the power consumption, and the like.

なお、上述した2足歩行ロボット10では、各足先132,162に絶対位置検出装置130,160を搭載していたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、2足歩行ロボットの頭部又は胴体に絶対位置検出装置を設け、その検出装置によって頭部又は胴体の絶対位置を検出し、その絶対位置をロボットの各関節の角度情報から足先132,162の位置に変換するようにしてもよい。
また、ロボットの絶対位置を検出する装置は、上述したものの他、カメラによって既知のマーカを撮影し、撮影されたマーカの画面内の位置とロボットの姿勢とに基づいて接地足の位置を計算するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、2足歩行ロボット10に方位センサが搭載されていなかったが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、2足歩行ロボットに方位センサを搭載し、その方位センサで検出された絶対角と、本発明の絶対角算出装置で算出される絶対角とを用いて、接地足の絶対角を推定するようにしてもよい。
In the biped walking robot 10 described above, the absolute position detection devices 130 and 160 are mounted on the respective toes 132 and 162, but the present invention is not limited to such a form. For example, an absolute position detection device is provided on the head or torso of a biped robot, the absolute position of the head or torso is detected by the detection device, and the absolute position is detected from the angle information of each joint of the robot. You may make it convert into the position of 162.
In addition to the above-described device, the apparatus for detecting the absolute position of the robot captures a known marker by the camera, and calculates the position of the grounding foot based on the position of the captured marker on the screen and the posture of the robot. You may do it.
In the embodiment described above, the azimuth sensor is not mounted on the biped walking robot 10, but the present invention is not limited to such a form. For example, an orientation sensor is mounted on a biped walking robot, and the absolute angle of the grounded foot is estimated using the absolute angle detected by the orientation sensor and the absolute angle calculated by the absolute angle calculation device of the present invention. You may do it.

さらに、上述した実施形態では、立脚(k歩目)の接地足の絶対角を算出し、その算出した立脚の接地足の絶対角を用いて歩容データの補正を行うようにした。しかしながら、本発明はこのような形態に限られず、例えば、遊脚((k−1)歩目)の接地足の絶対角を用いて歩容データを補正するようにしてもよい。上述した説明から明らかなように、(k−1)歩目の接地足の絶対角は、(k−1)歩目が立脚となっているときに算出され、また、(k−1)歩目が遊脚となっているときに算出される。このため、算出された2つの絶対角の平均値を用いて歩容データを補正するようにしてもよい。2回にわたって算出された絶対角の平均値を用いることで、歩容データの補正の精度を向上することができる。
かかる構成を採用する場合の絶対方位算出装置の一例を図10に示す。図10に示すように、まず、(k−1)歩目が立脚となっているときに算出手段30で算出された立脚の接地足の絶対角は記憶手段34に記憶される。次の周期((k−1)歩目が遊脚となっている周期)では、算出手段26が遊脚の接地足の絶対角度を算出する。平均値算出手段36は、算出手段26で算出された接地足の絶対角と記憶手段30に記憶されている接地足の絶対角の平均値を算出し、その平均値を補正装置に出力する。これによって、2回算出された接地足の絶対角を用いて歩容データを補正するため、その補正精度を高めることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the absolute angle of the contact leg of the stance (k step) is calculated, and the gait data is corrected using the calculated absolute angle of the contact leg of the stance. However, the present invention is not limited to such a form, and for example, the gait data may be corrected using the absolute angle of the contact leg of the free leg ((k-1) step). As is clear from the above description, the absolute angle of the contact foot at the (k-1) th step is calculated when the (k-1) th step is a stance, and the (k-1) th step. Calculated when the eye is a free leg. Therefore, the gait data may be corrected using the calculated average value of the two absolute angles. By using the average value of the absolute angles calculated twice, the accuracy of gait data correction can be improved.
An example of an absolute azimuth calculating apparatus when such a configuration is adopted is shown in FIG. As shown in FIG. 10, first, the absolute angle of the ground contact leg of the stance calculated by the calculation means 30 when the (k−1) step is a stance is stored in the storage means 34. In the next cycle (cycle in which the (k-1) step is a free leg), the calculation means 26 calculates the absolute angle of the contact leg of the free leg. The average value calculation means 36 calculates the average value of the absolute angle of the contact foot calculated by the calculation means 26 and the absolute angle of the contact foot stored in the storage means 30, and outputs the average value to the correction device. Thus, since the gait data is corrected using the absolute angle of the contact foot calculated twice, the correction accuracy can be improved.

(第2実施形態) 本発明の第2実施形態に係る台車ロボット40について図面を参照して説明する。まず、台車ロボット40の機械的構成について説明する。図5は台車ロボット40の機械的構成を示している。
図5に示すように、車体44の下部には車輪56,46が配設されている。両車輪56,46の回転軸54,48は同一軸線上に配され、この軸線に対して直交する方向に車体44が傾動可能となっている。右車輪56にはモータ52が接続されており、左車輪46にはモータ50が接続されている。モータ52が回転すると右車輪56が回転し、モータ50が回転すると左車輪46も回転する。モータ50,52は車体44の下面に固定されている。
車体44上には、車体44の絶対位置を検出する絶対位置検出装置42が取付けられている。絶対位置検出装置42には、第1実施形態の2足歩行ロボット10に用いることができる種々のものを使用することができる。すなわち、電波や超音波を利用して絶対位置を検出する装置や、カメラを利用して絶対位置を検出する装置を使用することができる。
(2nd Embodiment) The cart robot 40 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings. First, the mechanical configuration of the cart robot 40 will be described. FIG. 5 shows the mechanical configuration of the cart robot 40.
As shown in FIG. 5, wheels 56 and 46 are disposed at the lower portion of the vehicle body 44. The rotating shafts 54 and 48 of both wheels 56 and 46 are arranged on the same axis, and the vehicle body 44 can tilt in a direction orthogonal to the axis. A motor 52 is connected to the right wheel 56, and a motor 50 is connected to the left wheel 46. When the motor 52 rotates, the right wheel 56 rotates, and when the motor 50 rotates, the left wheel 46 also rotates. The motors 50 and 52 are fixed to the lower surface of the vehicle body 44.
On the vehicle body 44, an absolute position detection device 42 for detecting the absolute position of the vehicle body 44 is attached. Various devices that can be used for the biped robot 10 of the first embodiment can be used as the absolute position detection device 42. That is, a device that detects an absolute position using radio waves or ultrasonic waves, or a device that detects an absolute position using a camera can be used.

台車ロボット40が床面を走行(移動)するには、モータ52によって右車輪56を回転駆動し、モータ50によって左車輪46を回転駆動する。台車ロボット40を真直ぐに走行させる場合は、両車輪46,56を同一回転速度で同一方向に回転させる。一方、台車ロボット40を旋回させる場合は、右車輪56と左車輪46の回転速度を変えることで旋回することができる。すなわち、右車輪56の回転速度を左車輪46の回転速度より大きくすると車体44は左側に旋回し、左車輪46の回転速度を右車輪56の回転速度より大きくすると車体44は右側に旋回する。台車ロボット40は、両車輪46,56の回転速度差によって車体44の向きが変わり、台車ロボット40の移動に伴って車体44の向きが徐々に変化する。
また、台車ロボット40は、倒立振子型の台車であるため、車体44が倒立状態を維持するための倒立制御と、車体44の位置及び向き(絶対角)が指定された位置及び向きとなるように制御する位置制御の両者が行われる。倒立制御については、従来公知の種々の制御手法(倒立振子制御等)を用いることができる。一方、車体44の位置及び向きは、予め台車ロボット40の走行軌跡を指示する走行軌跡データが与えられ、その走行軌跡データに従ってモータ50,52を駆動することで制御される。
ただし、車輪46,56と床面との間にすべりが生じると、台車ロボット40の走行軌跡が走行軌跡データによって予め指定された走行軌跡からずれることとなる。このため、絶対位置検出装置42で検出された車体44の位置と走行軌跡データによって指定される車体33の位置(教示位置)との偏差が0となるように走行軌跡データが補正され、また、次に説明する絶対方位算出装置によって算出される車体44の絶対方位(絶対角)と走行軌跡データによって指定される車体33の絶対方位(教示方位)との偏差が0となるように走行軌跡データが補正される。これによって、台車ロボット40は、指定された走行軌跡からずれることなく、指定された走行軌跡上を走行することとなる。
In order for the cart robot 40 to travel (move) on the floor surface, the motor 52 rotates the right wheel 56 and the motor 50 rotates the left wheel 46. When the cart robot 40 travels straight, both wheels 46 and 56 are rotated in the same direction at the same rotational speed. On the other hand, when the bogie robot 40 is turned, it can be turned by changing the rotational speeds of the right wheel 56 and the left wheel 46. That is, when the rotational speed of the right wheel 56 is greater than the rotational speed of the left wheel 46, the vehicle body 44 turns to the left, and when the rotational speed of the left wheel 46 is greater than the rotational speed of the right wheel 56, the vehicle body 44 turns to the right. The direction of the vehicle body 44 of the carriage robot 40 changes due to the difference in rotational speed between the wheels 46 and 56, and the direction of the vehicle body 44 gradually changes as the carriage robot 40 moves.
Further, since the cart robot 40 is an inverted pendulum type cart, the vehicle body 44 has an inverted control for maintaining the inverted state, and the position and orientation (absolute angle) of the vehicle body 44 are set to the designated position and orientation. Both of the position controls to be controlled are performed. For the inverted control, various conventionally known control methods (inverted pendulum control, etc.) can be used. On the other hand, the position and orientation of the vehicle body 44 is controlled by driving the motors 50 and 52 according to the travel locus data given in advance with the travel locus data instructing the travel locus of the cart robot 40.
However, if a slip occurs between the wheels 46 and 56 and the floor surface, the traveling locus of the cart robot 40 deviates from the traveling locus designated in advance by the traveling locus data. Therefore, the travel locus data is corrected so that the deviation between the position of the vehicle body 44 detected by the absolute position detection device 42 and the position of the vehicle body 33 specified by the travel locus data (teaching position) becomes zero. The travel locus data is set such that the deviation between the absolute orientation (absolute angle) of the vehicle body 44 calculated by the absolute orientation calculation device described below and the absolute orientation (teaching orientation) of the vehicle body 33 specified by the travel locus data becomes zero. Is corrected. As a result, the cart robot 40 travels on the designated travel locus without deviating from the designated travel locus.

なお、台車ロボット40は、右車輪56と左車輪46を同一回転速度で、互いに異なる方向に回転させることで、その場で旋回することもできる。ただし、以下の説明では、台車ロボット40がその場で旋回する場合については考慮せず、台車ロボット40が床面を前方に走行しながら旋回を行う場合に限定して説明を行う。   The cart robot 40 can also turn on the spot by rotating the right wheel 56 and the left wheel 46 at different rotational directions at the same rotational speed. However, in the following description, the case where the cart robot 40 turns on the spot is not considered, and the description is limited to the case where the cart robot 40 turns while traveling forward on the floor surface.

次に、台車ロボット40(車体44)の絶対方位(絶対角)を算出する装置について図6を参照して説明する。図6に示すように、絶対方位算出装置は、既に説明した絶対位置検出装置42と絶対位置履歴記憶手段62と絶対角算出手段58で構成されている。
絶対位置履歴記憶手段62は、絶対位置検出装置42で検出される台車ロボット40(車体44)の絶対位置を所定の時間間隔(Δt)で時系列順に記憶する。すなわち、絶対位置履歴記憶手段62には、台車ロボット40の実際の走行軌跡が所定の時間間隔(Δt)で記憶される。
Next, an apparatus for calculating the absolute azimuth (absolute angle) of the cart robot 40 (vehicle body 44) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the absolute azimuth calculating device is composed of the absolute position detecting device 42, the absolute position history storing unit 62, and the absolute angle calculating unit 58 already described.
The absolute position history storage means 62 stores the absolute position of the cart robot 40 (vehicle body 44) detected by the absolute position detector 42 in chronological order at a predetermined time interval (Δt). That is, the absolute position history storage means 62 stores the actual travel locus of the cart robot 40 at a predetermined time interval (Δt).

絶対角算出手段58は、絶対位置履歴記憶手段62に記憶される台車ロボット40(車体44)の走行軌跡から車体44の絶対方位(絶対角)を算出する。
既に説明したように、台車ロボット40は、両車輪46,56の回転速度差によって旋回し、台車ロボット40(車体44)の絶対角は、台車ロボット40が走行(移動)するのに伴って徐々に変化する。このため、台車ロボット40のある時点の絶対角は、その時点における台車ロボット40の走行軌跡の接線方向の角度と同一となる。したがって、図8に示すように、台車ロボット40の時間tk−1における絶対位置(xk−1,yk−1)が検出され、時間t(=tk−1+Δt)における絶対位置(x,y)が検出されたときに、時間間隔Δtが充分に小さければ、時間tk−1における絶対角θk−1をatan2(y−yk−1,x−xk−1)で求めることができることとなる。絶対角算出手段58は、絶対位置履歴記憶手段62に記憶されている車体44の絶対位置の履歴から車体44の2地点の絶対位置の座標を特定し、その2地点の座標から車体の絶対角θを算出する。
The absolute angle calculation means 58 calculates the absolute azimuth (absolute angle) of the vehicle body 44 from the travel locus of the cart robot 40 (vehicle body 44) stored in the absolute position history storage means 62.
As already described, the cart robot 40 turns by the difference in rotational speed between the wheels 46 and 56, and the absolute angle of the cart robot 40 (vehicle body 44) gradually increases as the cart robot 40 travels (moves). To change. For this reason, the absolute angle at a certain point in time of the cart robot 40 is the same as the angle in the tangential direction of the traveling locus of the cart robot 40 at that point. Therefore, as shown in FIG. 8, the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the cart robot 40 at time t k−1 is detected, and the absolute position at time t k (= t k−1 + Δt). If (x k , y k ) is detected and the time interval Δt is sufficiently small, the absolute angle θ k-1 at time t k−1 is set to atan2 (y k −y k−1 , x k −x k-1 ). The absolute angle calculation means 58 specifies the absolute position coordinates of two points of the vehicle body 44 from the absolute position history of the vehicle body 44 stored in the absolute position history storage means 62, and the absolute angle of the vehicle body is determined from the coordinates of the two points. θ is calculated.

上述した絶対方位算出装置が台車ロボット40の絶対方位(絶対角)を算出する処理手順について図7及び図8を参照して説明する。なお、台車ロボット40(車体44)の絶対角を算出する処理は、車体44の絶対位置を検出する処理を行う毎に実施される。
図7に示すように、絶対角算出装置は、まず、絶対位置検出装置42により車体44の絶対位置(x,y)を検出し(S30)、その検出した絶対位置(x,y)を絶対位置履歴記憶手段62に記憶する(S32)。
次いで、前回の処理において絶対位置履歴記憶手段62に記憶した車体44の絶対位置(xk−1,yk−1)の座標を読出す(S34)。
ステップS36に進むと、ステップS30で検出した車体44の絶対位置(すなわち、現在の台車ロボット40の位置(x,y))とステップS34で読出した車体44の絶対位置(すなわち、現在よりΔt前の台車ロボット40の位置(xk−1,yk−1))とに基づいて、現在よりΔt前の台車ロボット40の絶対角θk−1を算出する。具体的には、絶対角θk−1をatan2(y−yk−1,x−xk−1)で求める(図8参照)。
ステップS36で絶対角θk−1が算出されると、その算出した台車ロボット40の絶対角θk−1を補正装置に出力する(S38)。補正装置は、絶対方位算出装置から入力する台車ロボット40の絶対角θk−1に基づいて、走行軌跡データを補正することとなる。
A processing procedure in which the absolute azimuth calculating apparatus described above calculates the absolute azimuth (absolute angle) of the cart robot 40 will be described with reference to FIGS. Note that the process of calculating the absolute angle of the cart robot 40 (vehicle body 44) is performed every time the process of detecting the absolute position of the vehicle body 44 is performed.
As shown in FIG. 7, the absolute angle calculation device first detects the absolute position (x k , y k ) of the vehicle body 44 by the absolute position detection device 42 (S30), and detects the detected absolute position (x k , y k ) is stored in the absolute position history storage means 62 (S32).
Next, the coordinates of the absolute position (x k−1 , y k−1 ) of the vehicle body 44 stored in the absolute position history storage means 62 in the previous process are read (S34).
In step S36, the absolute position of the vehicle body 44 detected in step S30 (that is, the current position (x k , y k ) of the cart robot 40) and the absolute position of the vehicle body 44 read in step S34 (that is, from the current position). Based on the position (x k−1 , y k−1 ) of the cart robot 40 before Δt, the absolute angle θ k−1 of the cart robot 40 before Δt is calculated. Specifically, the absolute angle θ k−1 is obtained by atan2 (y k −y k−1 , x k −x k−1 ) (see FIG. 8).
The absolute angle theta k-1 at step S36 is calculated, and outputs the absolute angle theta k-1 of the bogie robot 40 that the calculated correction device (S38). The correction device corrects the travel locus data based on the absolute angle θ k−1 of the cart robot 40 input from the absolute bearing calculation device.

上述した説明から明らかなように台車ロボット40は、車体44の絶対位置を所定の時間間隔(Δt)でを記憶し、その記憶した走行軌跡から台車ロボット40(車体44)の絶対角を算出する。車体44の絶対位置を精度よく検出できることから、台車ロボット40の絶対角を精度よく算出することができる。   As is clear from the above description, the cart robot 40 stores the absolute position of the vehicle body 44 at a predetermined time interval (Δt), and calculates the absolute angle of the cart robot 40 (vehicle body 44) from the stored travel locus. . Since the absolute position of the vehicle body 44 can be detected with high accuracy, the absolute angle of the cart robot 40 can be calculated with high accuracy.

なお、上述した説明は、台車ロボット40が同一場所で旋回することがないとの前提で行った。台車ロボット40が同一場所で旋回することがある場合は、与えられた走行軌跡データから台車ロボット40が同一場所で旋回しているか否かを判断し、同一場所で旋回していないときに限り、上記絶対方位算出装置を用いて台車ロボット40の絶対角を算出すればよい。一方、台車ロボット40が同一場所で旋回している場合は、台車ロボット40に別途搭載した方位センサ(例えば、ジャイロセンサ)によって、台車ロボット40の絶対角を検出することができる。あるいは、方位センサ(ジャイロセンサ)を用いなくても、左右の車輪のエンコーダ値を積算することで台車ロボット40の旋回角度を算出し、この旋回角度から台車ロボット40の絶対角を求めることもできる。これによって、台車ロボット40が同一場所で旋回している期間が含まれる場合にも対応することができる。
なお、上記の構成を採用する場合、台車ロボット40には方位センサが搭載されることとなるが、台車ロボット40が同一場所で旋回している期間だけ方位センサによって絶対角を検出することとなり、方位センサにより絶対角を算出する期間が限定されているため、方位センサに高価なものを用いなくても、台車ロボット40の絶対角を精度よく算出することができる。
The above description has been made on the assumption that the cart robot 40 does not turn at the same place. When the cart robot 40 may turn at the same place, it is determined whether or not the cart robot 40 is turning at the same location from the given travel locus data, and only when the cart robot 40 is not turning at the same location. What is necessary is just to calculate the absolute angle of the cart robot 40 using the said absolute direction calculation apparatus. On the other hand, when the cart robot 40 is turning at the same place, the absolute angle of the cart robot 40 can be detected by an orientation sensor (for example, a gyro sensor) separately mounted on the cart robot 40. Alternatively, without using an azimuth sensor (gyro sensor), the turning angle of the cart robot 40 can be calculated by integrating the encoder values of the left and right wheels, and the absolute angle of the cart robot 40 can be obtained from the turning angle. . Accordingly, it is possible to cope with a case where the period in which the cart robot 40 is turning at the same place is included.
When the above configuration is adopted, an azimuth sensor is mounted on the cart robot 40, but the absolute angle is detected by the azimuth sensor only during a period when the cart robot 40 is turning at the same place. Since the period for calculating the absolute angle by the azimuth sensor is limited, the absolute angle of the cart robot 40 can be accurately calculated without using an expensive azimuth sensor.

また、上述した台車ロボット40では、所定の時間間隔で車体44の絶対位置を検出するようにしたが、本発明はこのような形態に限られず、例えば、台車ロボット40が所定の距離を移動する毎に車体44の絶対位置を検出するようにしてもよい。
さらに、上述した台車ロボット40は、現在の処理周期で検出された車体44の絶対位置(x,y)と、一つ前の周期で検出された車体44の絶対位置(xk−1,yk−1)とに基づいて、台車ロボット40(車体44)の絶対角を算出した(図8参照)。しかしながら、図9に示すように、絶対角の算出に必要となる2地点の絶対位置に、絶対位置検出装置42で検出された複数の絶対位置の移動平均を用いることができる。これによって、絶対角の推定精度を向上することができる。
Further, in the above-described cart robot 40, the absolute position of the vehicle body 44 is detected at a predetermined time interval. However, the present invention is not limited to such a form. For example, the cart robot 40 moves a predetermined distance. The absolute position of the vehicle body 44 may be detected every time.
Further, the cart robot 40 described above has the absolute position (x k , y k ) of the vehicle body 44 detected in the current processing cycle and the absolute position (x k−1 ) of the vehicle body 44 detected in the previous cycle. , Y k-1 ), the absolute angle of the cart robot 40 (vehicle body 44) was calculated (see FIG. 8). However, as shown in FIG. 9, a moving average of a plurality of absolute positions detected by the absolute position detection device 42 can be used for the absolute positions of two points necessary for calculating the absolute angle. As a result, the absolute angle estimation accuracy can be improved.

以上、本発明の好適ないくつかの実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, these are merely examples, and the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. it can.
It should be noted that the technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

本実施形態に係る2足歩行ロボットの機械構成を示す図。The figure which shows the machine structure of the biped walking robot which concerns on this embodiment. 2足歩行ロボットの接地足の絶対方位を算出する絶対方位算出装置の機能ブロック図。The functional block diagram of the absolute direction calculation apparatus which calculates the absolute direction of the grounding leg of a biped walking robot. 図2に示す絶対方位算出装置の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the absolute azimuth | direction calculation apparatus shown in FIG. (k−1)歩目の接地足の絶対位置とk歩目の接地足の絶対位置との幾何学的関係を模式的に示す図。(K-1) The figure which shows typically the geometric relationship of the absolute position of the ground-contact leg of the step and the absolute position of the ground-foot of the k step. 台車ロボットの機械構成を示す図。The figure which shows the machine structure of a cart robot. 台車ロボットの絶対方位を算出する絶対方位算出装置の機能ブロック図。The functional block diagram of the absolute direction calculation apparatus which calculates the absolute direction of a cart robot. 図6に示す絶対方位算出装置の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the absolute direction calculation apparatus shown in FIG. 台車ロボットの2地点の絶対位置と、台車ロボットの絶対方位(絶対角)との関係を模式的に示す図。The figure which shows typically the relationship between the absolute position of two places of a trolley robot, and the absolute azimuth | direction (absolute angle) of a trolley robot. 台車ロボットの絶対方位を算出する他の方法を説明するための図。The figure for demonstrating the other method of calculating the absolute azimuth | direction of a cart robot. 図2に示す絶対方位算出装置の変形例に係る機能ブロック図。The functional block diagram which concerns on the modification of the absolute direction calculation apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:2足歩行ロボット
12:足平位置記憶手段
20:演算装置
22:絶対角算出手段
24:相対位置角算出手段
26:遊脚足平絶対角算出手段
28:相対指令値入力手段
30:立脚足平絶対角算出手段
40:台車ロボット
42:絶対位置検出装置
44:車体
46,56:車輪
50,52:モータ
10: Biped walking robot 12: Foot position storage means 20: Computing device 22: Absolute angle calculation means 24: Relative position angle calculation means 26: Swing leg absolute angle calculation means 28: Relative command value input means 30: Standing leg Foot absolute angle calculating means 40: cart robot 42: absolute position detector 44: vehicle body 46, 56: wheels 50, 52: motor

Claims (8)

立脚に対して遊脚を移動して接地することを繰り返すことで歩行する歩行型ロボットであって、
接地足の絶対位置を検出する絶対位置検出装置と、
検出された接地足の絶対位置を記憶する絶対位置記憶手段と、
k歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足の絶対位置と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値とを用いて、(k−1)歩目及び/又はk歩目の接地足の絶対方位を推定する絶対方位推定装置と、を備えた歩行型ロボット。
It is a walking robot that walks by repeatedly moving the free leg with respect to the standing leg and grounding,
An absolute position detector for detecting the absolute position of the grounding foot;
Absolute position storage means for storing the absolute position of the detected grounding foot;
The absolute position of the k-th grounded foot, the absolute position of the (k-1) -th grounded foot, and the relative movement command value of the k-th grounded foot with respect to the (k-1) -th grounded foot. A walking robot comprising: (k-1) an absolute azimuth estimating device that estimates an absolute azimuth of a grounding foot at the (k-1) th step and / or the kth step.
絶対方位推定装置は、k歩目の接地足の絶対位置と(k−1)歩目の接地足の絶対位置とを用いて、k歩目の接地足に対する(k−1)歩目の接地足の絶対角を算出する手段と、
(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値を用いて、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対位置角を推定する手段と、
得られた絶対角と相対位置角から(k−1)歩目の接地足の絶対方位を推定する手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の歩行型ロボット。
The absolute azimuth estimation device uses the absolute position of the ground foot of the kth step and the absolute position of the ground foot of the (k-1) th step, and touches the ground foot of the (k-1) th step with respect to the ground foot of the kth step. Means for calculating the absolute angle of the foot;
(K-1) The relative position angle of the k-th grounded foot with respect to the (k-1) -th grounded foot is estimated using the relative movement command value of the k-th grounded foot with respect to the grounded foot of the step. Means,
The walking robot according to claim 1, further comprising means for estimating an absolute azimuth of the contact foot at the (k−1) th step from the obtained absolute angle and relative position angle.
絶対方位推定装置は、推定された(k−1)歩目の接地足の絶対方位と、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対角度指令値とを用いて、k歩目の接地足の絶対方位を推定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の歩行型ロボット。   The absolute azimuth estimation device uses the estimated absolute azimuth of the ground foot of the (k-1) th step and the relative angle command value of the ground foot of the kth step with respect to the ground foot of the (k-1) step. The walking robot according to claim 2, further comprising means for estimating an absolute azimuth of the k-th ground contact foot. 立脚に対して遊脚を移動して接地することを繰り返すことで歩行する歩行型ロボットの接地足の絶対方位を推定する方法であって、
(k−1)歩目の接地足の絶対位置を検出する工程と、
k歩目の接地足の絶対位置を検出する工程と、
検出されたk歩目の接地足の絶対位置と(k−1)歩目の接地足の絶対位置とを用いて、k歩目の接地足に対する(k−1)歩目の接地足の絶対角を算出する工程と、
(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対移動指令値を用いて、(k−1)歩目の接地足に対するk歩目の接地足の相対位置角を推定する工程と、
得られた絶対角と相対位置角から(k−1)歩目の接地足の絶対方位を推定する工程と、を備える絶対方位推定方法。
A method for estimating the absolute orientation of the grounding foot of a walking robot that walks by repeatedly moving the swinging leg with respect to the standing leg and grounding,
(K-1) detecting the absolute position of the ground contact foot at the step;
detecting the absolute position of the k-th ground contact foot;
Using the detected absolute position of the grounded foot at the kth step and the absolute position of the grounded foot at the (k-1) th step, the absolute position of the grounded foot at the (k-1) th step with respect to the grounded foot at the kth step Calculating a corner;
(K-1) The relative position angle of the k-th grounded foot with respect to the (k-1) -th grounded foot is estimated using the relative movement command value of the k-th grounded foot with respect to the grounded foot of the step. Process,
An absolute azimuth estimation method comprising: estimating an absolute azimuth of the contact foot at the (k-1) th step from the obtained absolute angle and relative position angle.
車体と、車体に対し回転可能に取付けられた車輪と、車輪を駆動するアクチュエータとを備え、アクチュエータで車輪を回転駆動することで走行する車輪型ロボットであって、
車体の絶対位置を検出する絶対位置検出装置と、
絶対位置検出装置で検出される車体の絶対位置を所定の時間間隔又は所定の移動間隔で順次記憶する絶対位置履歴記憶手段と、
絶対位置履歴記憶手段に記憶されている絶対位置の履歴から車体の絶対方位を推定する絶対方位推定装置と、を備える車輪型ロボット。
A wheel-type robot that includes a vehicle body, a wheel that is rotatably attached to the vehicle body, and an actuator that drives the wheel, and that travels by rotating the wheel with the actuator,
An absolute position detection device for detecting the absolute position of the vehicle body;
Absolute position history storage means for sequentially storing the absolute position of the vehicle body detected by the absolute position detection device at predetermined time intervals or predetermined movement intervals;
A wheel type robot comprising: an absolute azimuth estimation device that estimates an absolute azimuth of a vehicle body from an absolute position history stored in an absolute position history storage unit.
絶対方位推定装置は、絶対位置履歴記憶手段に記憶されている絶対位置の履歴から特定される2地点の車体の絶対位置を用いて、車体の絶対方位を推定することを特徴とする請求項5に記載の車輪型ロボット。   6. The absolute azimuth estimating apparatus estimates the absolute azimuth of the vehicle body using the absolute positions of the two vehicle bodies identified from the absolute position history stored in the absolute position history storage means. The wheel type robot described in 1. 前記の2地点の車体の絶対位置の少なくとも一方が、絶対位置履歴記憶手段に記憶されている複数地点の車体の絶対位置の移動平均であることを特徴とする請求項6に記載の車輪型ロボット。   7. The wheeled robot according to claim 6, wherein at least one of the absolute positions of the vehicle bodies at the two points is a moving average of the absolute positions of the vehicle bodies at a plurality of points stored in the absolute position history storage means. . 車体と、車体に対し回転可能に取付けられた車輪と、車輪を駆動するアクチュエータとを備え、アクチュエータで車輪を回転駆動することで走行する車輪型ロボットの絶対方位を推定する方法であって、
所定の時間間隔又は所定の移動間隔で車体の絶対位置を検出する工程と、
検出された絶対位置の履歴から特定される2地点における車体の絶対位置から車体の絶対方位を推定する工程と、を備える絶対方位算出方法。
A method of estimating an absolute direction of a wheeled robot that includes a vehicle body, a wheel rotatably attached to the vehicle body, and an actuator that drives the wheel, and that travels by rotating the wheel with the actuator,
Detecting the absolute position of the vehicle body at a predetermined time interval or a predetermined movement interval;
An absolute azimuth calculation method comprising: estimating an absolute azimuth of a vehicle body from absolute positions of the vehicle body at two points specified from a history of detected absolute positions.
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