JP2008126333A - Biped mobile robot, and method of its walking plan - Google Patents

Biped mobile robot, and method of its walking plan Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biped mobile robot which can land a sole to an appropriate position when the biped mobile robot walks on a road surface having steps, and further to provide a method of making its walking plan. <P>SOLUTION: First, a candidate position on a floor surface to be landed by the bottom surface of a sole 131 is determined. Next, the central portion of the floor surface facing the central portion Fc of the grounding region of the bottom surface of the sole 131 is obtained when the bottom surface of the sole 131 is landed on the determined candidate position. Then, it is judged whether or not a recessed step with respect to a reference plane including the central portion of the floor surface exists within the region on the floor surface corresponding to the grounding region. When the existence of the recessed step has been judged, the candidate position to land the bottom surface of the sole 131 is corrected such that the area occupied by the recessed step within the corresponding region on the floor surface becomes smaller than a required area. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、体幹部に接続された複数の脚リンクを有し、複数の脚リンクを用いた歩行動作により移動可能なロボット(以下、脚式移動ロボットと呼ぶ)の歩行計画方法に関する。特に、本発明は、脚式移動ロボットが移動する歩行面の段差の状態に応じた着地位置の決定方法に関する。   The present invention relates to a walking planning method for a robot having a plurality of leg links connected to a trunk and capable of moving by a walking motion using the plurality of leg links (hereinafter referred to as a legged mobile robot). In particular, the present invention relates to a method for determining a landing position according to the level difference of a walking surface on which a legged mobile robot moves.

脚式移動ロボットの歩行計画を行う装置及び方法が従来から提案されている。例えば、特許文献1には、ロボットが位置している基準面と当該基準面と略平行な平面からなる平面群を入力画像から検出し、さらに、平面群を構成する各平面に存在する障害物を認識することによって、検出された平面群を構成する各平面についての障害物情報を有する環境地図群を作成する環境認識装置が開示されている。さらに、特許文献1には、当該環境認識装置によって得られた環境地図群を参照して、ロボットが現在位置から目的位置まで移動するための移動経路を決定する経路計画装置が開示されている。具体的には、当該経路計画装置は、ロボットが位置している基準平面に障害物が存在する場合に、この基準平面上で障害物を回避する移動経路のみを考慮するのではなく、基準平面と平行な他の平面(例えば基準平面に存在する障害物の上面を含む平面)を用いる移動経路も経路候補に加えて経路計画を行う。これによって、例えば、階段の上り下り等によって高さの異なる平面を経由して目的位置に到達する移動経路を計画することができる。
特開2005−92820号公報
An apparatus and a method for making a walking plan for a legged mobile robot have been proposed. For example, in Patent Document 1, a plane group consisting of a reference plane on which a robot is located and a plane substantially parallel to the reference plane is detected from an input image, and an obstacle present on each plane constituting the plane group. An environment recognizing apparatus is disclosed that creates an environment map group having obstacle information for each plane constituting the detected plane group by recognizing. Further, Patent Document 1 discloses a path planning apparatus that determines a movement path for a robot to move from a current position to a target position with reference to an environment map group obtained by the environment recognition apparatus. Specifically, when there is an obstacle on the reference plane on which the robot is located, the route planning apparatus does not consider only the movement path that avoids the obstacle on the reference plane, but the reference plane. In addition to route candidates, a route plan is also made for a movement route using another plane parallel to the plane (for example, a plane including the upper surface of an obstacle existing in the reference plane). As a result, for example, it is possible to plan a movement route that reaches the target position via planes having different heights by going up and down stairs or the like.
JP 2005-92820 A

上述したように、ステレオ画像及び距離画像などの入力画像をもとに脚式移動ロボットが歩行を行う歩行面に存在する段差を検出し、検出された段差の上り下りを伴う移動経路を決定する歩行計画装置及び歩行計画方法が従来存在している。しかしながら、これらの従来技術では、脚式移動ロボットの脚リンクの適切な着地位置の決定方法が不十分であり、脚式移動ロボットに段差が存在する歩行面を移動させる場合に、本来移動可能な平面を移動不可能と判断してしまうおそれがある。   As described above, a step existing on the walking surface on which the legged mobile robot walks is detected based on input images such as a stereo image and a distance image, and a moving path involving the detected step is determined. 2. Description of the Related Art Conventionally, a walking planning device and a walking planning method exist. However, in these prior arts, a method for determining an appropriate landing position of the leg link of the legged mobile robot is insufficient, and the legged mobile robot is inherently movable when moving a walking surface on which a step exists. There is a risk of determining that the plane is not movable.

上述した特許文献1には、ロボットが位置している現在の平面から、現在の平面と高さが異なる他の平面に移動可能か否かを判断する際に、他の平面がロボットが移動できるほど広くない場合には、当該他の平面に移動可能と判断しないようすべきであるとの記載がされている。しかしながら、検出した平面の広さが具体的にどのような条件である場合にロボットが移動可能と判断するのかについて具体的な開示はない。例えば、脚リンクの先端に設けられる足平の面積より広い平面のみを移動可能な平面と判断すれば、安全な移動経路を決定できる可能性が高い。しかしながら、足平の下に段差が存在しても安定した着地が可能である場合が想定されるため、このような安全性の高い移動経路が目標位置に速やかに到達するために適切な経路であるとは限らない。   In Patent Document 1 described above, when it is determined whether or not it is possible to move from the current plane where the robot is located to another plane having a height different from the current plane, the other plane can move the robot. If it is not so wide, it is described that it should not be determined that it can move to another plane. However, there is no specific disclosure regarding what conditions the detected plane area is specifically determined to be able to move. For example, if only a plane wider than the area of the foot provided at the tip of the leg link is determined as a movable plane, there is a high possibility that a safe movement path can be determined. However, since it is assumed that stable landing is possible even if there is a step under the foot, it is necessary to use an appropriate route so that such a highly safe moving route can quickly reach the target position. Not always.

本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、脚式移動ロボットに段差が存在する歩行面を移動させる場合に、脚式移動ロボットの脚リンクの先端に設けられた足平を妥当な位置に着地させることが可能な歩行計画方法及び脚式移動ロボットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and when moving a walking surface on which a step exists in the legged mobile robot, the foot provided at the tip of the leg link of the legged mobile robot is appropriate. It is an object of the present invention to provide a walking planning method and a legged mobile robot that can land at various positions.

本発明の第1の態様にかかる歩行計画方法は、複数の脚部を備え、該複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して足平部が設けられており、前記足平部の底面を床面上に接地させる動作を繰り返すことで床面上を歩行する脚式移動ロボットの歩行計画方法である。本方法では、まず、前記床面上において、前記底面を接地させる候補位置を決定する。次に、前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求める。続いて、前記接地領域に対応する前記床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凹段差が存在するか否かを判定する。そして、前記凹段差が存在すると判定した場合には、前記対応領域において前記凹段差が占める面積を所定の面積以下とするように前記候補位置を修正する。   The walking planning method according to the first aspect of the present invention includes a plurality of legs, and a foot is provided at the lower end of each of the legs via an ankle joint. This is a walking planning method for a legged mobile robot that walks on the floor surface by repeating the operation of grounding the bottom surface on the floor surface. In this method, first, candidate positions for grounding the bottom surface are determined on the floor surface. Next, when landing the bottom surface based on the candidate position, a corresponding center portion on the floor surface facing the center portion of the ground contact area of the bottom surface is obtained. Subsequently, it is determined whether or not there is a concave step with respect to a reference plane including the corresponding central portion in the corresponding region on the floor surface corresponding to the ground contact region. And when it determines with the said concave step existing, the said candidate position is corrected so that the area which the said concave step occupies in the said corresponding area may be below a predetermined area.

このような方法によって、足平を着地させようとする候補位置において凹段差の存在が検出された場合には、凹段差の上への足平のはみ出しを許容して着地位置を決定することができる。これにより、足平底面の接地領域全体の面積より広い領域のみを足平が着地可能な領域に選択する厳格な方法に比べて、足平の着地位置として選択可能な領域を拡大できる。つまり、足平着地位置の妥当な決定を行うことができる。   By such a method, when the presence of a concave step is detected at a candidate position where the foot is to be landed, the landing position can be determined by allowing the foot to protrude above the concave step. it can. Thereby, the area | region which can be selected as a landing position of a foot can be expanded compared with the strict method which selects only the area | region larger than the area of the whole contact | abutting area | region of a foot bottom as the area | region where a foot can land. That is, it is possible to appropriately determine the foot landing position.

また、前記第1の態様にかかる歩行計画方法は前記対応領域中に、前記対応中心部を含む平面に対して凸段差が存在するか否かをさらに判定し、前記凸段差が存在すると判定した場合には、前記凸段差を避け、かつ、前記凸段差と前記足平部の間に所定の隙間を設けた位置に前記候補位置を修正することが望ましい。このように、凸段差との間で所定の隙間を設けて足平を着地させることにより、脚式移動ロボットの歩行時に足平を持ち上げる際に足平と凸段差との間に間隔が生じるため、足平の凸段差へのひっかかりを防止することができる。   The walking planning method according to the first aspect further determines whether or not a convex step exists in the corresponding region with respect to the plane including the corresponding central portion, and determines that the convex step exists. In this case, it is desirable to avoid the convex step and to correct the candidate position at a position where a predetermined gap is provided between the convex step and the foot portion. As described above, since a predetermined gap is provided between the convex step and the foot is landed, an interval is generated between the foot and the convex step when the leg is lifted when the legged mobile robot is walking. It is possible to prevent the foot from being caught on the convex step.

また、前記第1の態様にかかる歩行計画方法における前記凸段差又は前記凹段差の存在判定を、前記床面に存在する複数の平面を認識することによって作成された環境地図データを参照し、法線ベクトルが互いに異なる複数の平面が前記対応領域に存在するか否かに基づいて行うことが望ましい。このように異なる平面が存在するか否かを判定することで、段差の探索速度を向上させることができる。つまり、異なる平面が存在しなければ段差が存在しないことを速やかに判定できる。   Further, in the walking planning method according to the first aspect, the presence determination of the convex step or the concave step is referred to environmental map data created by recognizing a plurality of planes existing on the floor surface. It is desirable to perform the determination based on whether or not a plurality of planes having different line vectors exist in the corresponding region. By determining whether or not there are different planes in this way, the step search speed can be improved. That is, if there is no different plane, it can be quickly determined that there is no step.

本発明の第2の態様にかかる歩行計画方法は、複数の脚部を備え、該複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して足平部が設けられており、前記足平部の底面を床面上に接地させる動作を繰り返すことで床面上を歩行する脚式移動ロボットの歩行計画方法であって、本方法は、以下の(1)〜(9)の処理を行うことを特徴とする。
(1)歩幅候補値を初期歩幅に設定する。
(2)前記底面を着地させる候補位置を、前記歩幅候補値を用いて算出する。
(3)前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求める。
(4)前記接地領域に対応する床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凸段差又は凹段差が存在するか否かを判定する。
(5)前記対応領域において前記対応中心部より前方に前記凸段差が存在すると判定した場合は、前記凸段差の境界と前記足平部との隙間が少なくとも第1の値となる位置まで前記歩幅候補値を縮小する。
(6)前記対応領域において前記対応中心部より前方に前記凹段差が存在すると判定した場合は、前記凹段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第2の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小する。
(7)前記対応領域において前記対応中心部より後方に前記凸段差が存在すると判定した場合は、前記凸段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第3の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小する。
(8)前記対応領域において前記対応中心部より後方に前記凹段差が存在すると判定した場合は、前記凹段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第4の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小する。
(9)前記対応領域において凸段差及び凹段差が検出されなくなるまで、(2)〜(8)の処理を繰り返すことによりより得られる歩幅候補値に基づいて、前記足平部の着地位置を決定する。
The walking planning method according to the second aspect of the present invention comprises a plurality of legs, each of which has a foot part provided through an ankle joint at the lower end of each of the leg parts. This is a walking planning method for a legged mobile robot that walks on the floor surface by repeating the operation of grounding the bottom surface on the floor surface, and this method performs the following processes (1) to (9): Features.
(1) The step length candidate value is set as the initial step length.
(2) A candidate position for landing the bottom surface is calculated using the step candidate value.
(3) When the bottom surface is landed based on the candidate position, a corresponding center portion on the floor surface facing the center portion of the ground contact area of the bottom surface is obtained.
(4) It is determined whether or not there is a convex step or a concave step with respect to a reference plane including the corresponding central portion in the corresponding region on the floor corresponding to the ground contact region.
(5) If it is determined that the convex step is present in front of the corresponding central portion in the corresponding region, the step length to a position where a gap between the boundary of the convex step and the foot portion is at least a first value. Reduce the candidate value.
(6) When it is determined that the concave step exists in front of the corresponding central portion in the corresponding region, the protruding amount of the bottom surface from the boundary of the concave step to the front side is a second value or less. The step candidate value is reduced.
(7) When it is determined that the convex step is present behind the corresponding central portion in the corresponding region, the protrusion amount of the bottom surface from the boundary of the convex step to the front side is a third value or less. The step candidate value is reduced.
(8) When it is determined that the concave step exists behind the corresponding central portion in the corresponding region, the protruding amount of the bottom surface from the boundary of the concave step to the front side is a value equal to or less than a fourth value. The step candidate value is reduced.
(9) The landing position of the foot is determined based on the step candidate value obtained by repeating the processes (2) to (8) until no convex step or concave step is detected in the corresponding region. To do.

つまり前記第2の態様にかかる方法では、歩行面に存在する段差を検出し、検出された段差のタイプを4つのパターンに分類し、検出された段差の分類結果に応じて足平の着地位置を修正することとした。このようなアルゴリズムを採用することによって、足平の着地位置の決定処理を体系的に行うことができ、足平の着地位置の計画を速やかに実行することができる。   In other words, in the method according to the second aspect, a step existing on the walking surface is detected, the detected step type is classified into four patterns, and the foot landing position is determined according to the detected step classification result. Was decided to be corrected. By adopting such an algorithm, the foot landing position determination process can be systematically performed, and the foot landing position can be quickly planned.

本発明の第3の態様にかかる脚式移動ロボットは、床面上を歩行する脚式移動ロボットであって、体幹部と、前記体幹部に連結される複数の脚部と、前記複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して設けられる複数の足平部と、前記歩行面を視覚的に認識する視覚センサと、前記視覚センサによる取得情報に基づいて、前記床面の3次元地図データを作成する地図作成部と、前記3次元地図データを用いて前記複数の足平部の着地位置を決定する歩行計画部とを備える。さらに、前記歩行計画部は、前記床面上において、前記足平部の底面を着地させる候補位置を決定し、前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求め、前記接地領域に対応する床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凹段差が存在するか否かを、前記3次元地図データを参照して判定し、前記凹段差が存在すると判定した場合には、前記対応領域において前記凹段差が占める面積を所定の面積以下とするように前記候補位置を修正することを特徴とする。   A legged mobile robot according to a third aspect of the present invention is a legged mobile robot that walks on a floor surface, and includes a trunk, a plurality of legs connected to the trunk, and the plurality of legs. A three-dimensional map of the floor surface based on a plurality of foot portions provided at the lower ends of the respective portions via an ankle joint, a visual sensor for visually recognizing the walking surface, and information acquired by the visual sensor A map creation unit that creates data; and a walking plan unit that determines landing positions of the plurality of foot portions using the three-dimensional map data. Further, the walking planning unit determines a candidate position for landing the bottom surface of the foot portion on the floor surface, and when the bottom surface is landed based on the candidate position, a center of the ground contact area of the bottom surface A corresponding center portion on the floor surface opposite to the portion is obtained, and whether or not there is a concave step with respect to a reference plane including the corresponding center portion in the corresponding region on the floor surface corresponding to the ground contact region. When the determination is made with reference to the three-dimensional map data and it is determined that the concave step exists, the candidate position is corrected so that the area occupied by the concave step in the corresponding region is equal to or less than a predetermined area. It is characterized by that.

このような構成によって、足平を着地させようとする候補位置において凹段差の存在が検出された場合には、凹段差の上への足平のはみ出しを許容して着地位置を決定することができる。これにより、足平底面の接地領域全体の面積より広い領域のみを足平が着地可能な領域に選択する厳格な方法に比べて、足平の着地位置として選択可能な領域を拡大できる。つまり、足平着地位置の妥当な決定を行うことができる。   With such a configuration, when the presence of a concave step is detected at a candidate position where the foot is to be landed, the landing position can be determined by allowing the foot to protrude above the concave step. it can. Thereby, the area | region which can be selected as a landing position of a foot can be expanded compared with the strict method which selects only the area | region larger than the area of the whole contact | abutting area | region of a foot bottom as the area | region where a foot can land. That is, it is possible to appropriately determine the foot landing position.

本発明により、脚式移動ロボットに段差が存在する歩行面を移動させる場合に、足平を妥当な位置に着地させることが可能な歩行計画方法及び脚式移動ロボットを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a walking planning method and a legged mobile robot capable of landing a foot at an appropriate position when a legged mobile robot moves a walking surface where a step exists.

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as necessary for the sake of clarity.

発明の実施の形態1.
本実施の形態にかかるロボット100は、2つの脚リンクを有する脚式移動ロボットである。さらに、ロボット100は歩行計画装置1を有する。歩行計画装置1は、ロボットが歩行する歩行面の3次元情報を含む環境地図データを参照して、ロボット100の2つの脚リンクそれぞれの先端に設けられた足平の着地位置を決定する装置である。ロボット100は、歩行計画装置1によって決定された足平着地位置を実現する動作データを生成し、生成された動作データをもとにロボット100の関節群をアクチュエータによって駆動することで歩行する。
Embodiment 1 of the Invention
The robot 100 according to the present embodiment is a legged mobile robot having two leg links. Further, the robot 100 has a walking planning device 1. The walking planning device 1 is a device that determines the landing position of the foot provided at the tip of each of the two leg links of the robot 100 with reference to environmental map data including three-dimensional information of the walking surface on which the robot walks. is there. The robot 100 generates motion data that realizes the foot landing position determined by the walking planning device 1, and walks by driving a joint group of the robot 100 with an actuator based on the generated motion data.

まず始めに図1を参照してロボット100の関節自由度について説明する。図1は、ロボット100を関節と関節間を繋ぐリンクによって示したモデル図である。ロボット100は、頭部101、2本の脚リンクLR及びLL、2本の腕リンクAR及びAL、並びに、これらが連結される体幹部BDにより構成されている。   First, the joint degrees of freedom of the robot 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a model diagram showing the robot 100 by a link connecting the joints. The robot 100 includes a head 101, two leg links LR and LL, two arm links AR and AL, and a trunk BD to which these are connected.

ロボット100の頭部101には、外界の3次元の点群データ、つまり距離画像データを取得する視覚センサ101が設けられている。頭部101を支持する首関節は、ロール方向の関節102、ピッチ方向の関節103及びヨー方向の関節103を有する。右腕リンクARは、肩のピッチ方向の関節105、肩のロール方向の関節106、上腕のヨー方向の関節107、肘のピッチ方向の関節108、手首のヨー方向の関節109を有し、右腕リンクARの末端には手部141Rが設けられている。なお、手部141Rの機構は、保持する物体の形状、種別等によっては決定すればよく、例えば、複数本の指を有する多関節かつ多自由度を有する構造としてもよい。   The head 101 of the robot 100 is provided with a visual sensor 101 that acquires external three-dimensional point group data, that is, distance image data. The neck joint that supports the head 101 includes a joint 102 in the roll direction, a joint 103 in the pitch direction, and a joint 103 in the yaw direction. The right arm link AR has a joint 105 in the shoulder pitch direction, a joint 106 in the shoulder roll direction, a joint 107 in the upper arm yaw direction, a joint 108 in the pitch direction of the elbow, and a joint 109 in the yaw direction of the wrist. A hand 141R is provided at the end of the AR. Note that the mechanism of the hand portion 141R may be determined depending on the shape, type, and the like of the object to be held. For example, it may be a multi-joint structure having a plurality of fingers and a structure having multiple degrees of freedom.

左腕リンクALは、右腕リンクARと同様の構造を有する。具体的には、左腕リンクALは、5つの関節110乃至114を有し、その末端に手部141Lを有する。   The left arm link AL has the same structure as the right arm link AR. Specifically, the left arm link AL has five joints 110 to 114, and has a hand portion 141L at the end thereof.

右脚リンクLRは、腰のヨー方向の関節118、腰のピッチ方向の関節119、腰のロール方向の関節120、膝のピッチ方向の関節121、足首のピッチ方向の関節122、足首のロール方向の関節123を有する。足首の関節123の下部には、歩行面と接する足平131Rが設けられている。   The right leg link LR includes a hip yaw joint 118, a hip pitch joint 119, a waist roll joint 120, a knee pitch joint 121, an ankle pitch joint 122, and an ankle roll direction. Joint 123. A foot 131 </ b> R that is in contact with the walking surface is provided below the ankle joint 123.

左脚リンクLLは、右脚リンクLRと同様の構造を有する。具体的には、左脚リンクLLは、6個の関節124乃至129を有し、その末端に足平131Lを有する。   The left leg link LL has the same structure as the right leg link LR. Specifically, the left leg link LL has six joints 124 to 129, and has a foot 131L at the end thereof.

体幹部143は、ヨー方向の関節115、ロール方向の関節116及びピッチ方向の関節117を有する。   The trunk 143 includes a joint 115 in the yaw direction, a joint 116 in the roll direction, and a joint 117 in the pitch direction.

続いて以下では、ロボット100を歩行させるための制御系について説明する。ロボット100の制御系の構成を図2に示す。図2において、視覚センサ10は、上述したように、ロボット100の外界の距離画像データを取得する。具体的には、レーザレンジファインダ等のアクティブ距離センサによって距離画像データを取得する。なお、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子を備えた複数のカメラを備え、これら複数のカメラによって撮影した画像データを用いて距離画像データを生成してもよい。具体的には、複数のカメラによって撮影した画像データから対応点を検出し、ステレオ視によって対応点の3次元位置を復元する。ここで、複数の撮影画像における対応点の探索は、複数の撮影画像に対する時空間微分の拘束式を用いた勾配法や相関法等の公知の手法を適用して行えばよい。   Subsequently, a control system for walking the robot 100 will be described below. The configuration of the control system of the robot 100 is shown in FIG. In FIG. 2, the visual sensor 10 acquires the distance image data of the outside world of the robot 100 as described above. Specifically, distance image data is acquired by an active distance sensor such as a laser range finder. It has a plurality of cameras equipped with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, and generates distance image data using image data captured by these cameras. May be. Specifically, corresponding points are detected from image data captured by a plurality of cameras, and the three-dimensional positions of the corresponding points are restored by stereo viewing. Here, the search for corresponding points in a plurality of captured images may be performed by applying a known method such as a gradient method or a correlation method using a time-space differential constraint formula for the plurality of captured images.

歩行計画装置1は、環境地図生成部11及び歩行計画部12を有する。環境地図生成部11は、距離画像データから平面を検出し、複数の平面の集合としての環境地図を生成する。さらに具体的に述べると、本実施の形態の環境地図は、2次元平面(xy平面とする)を格子状に分割したグリッドデータとして生成される。環境地図の各グリッドに対応するデータとして、各グリッドのxy平面に垂直なz軸方向の高さ、各グリッドが属する平面を一意に識別可能な平面ID、及び、各グリッドが属する平面の法線ベクトルが保持される。環境地図生成部11は、ほぼ同じ高さの隣接するグリッドの集合を1つの平面と認識し、認識した1つの平面に対して一意な平面IDを付与する。   The walking plan apparatus 1 includes an environment map generation unit 11 and a walking plan unit 12. The environment map generation unit 11 detects a plane from the distance image data and generates an environment map as a set of a plurality of planes. More specifically, the environment map of the present embodiment is generated as grid data obtained by dividing a two-dimensional plane (referred to as an xy plane) into a grid. As data corresponding to each grid of the environmental map, the height in the z-axis direction perpendicular to the xy plane of each grid, the plane ID that can uniquely identify the plane to which each grid belongs, and the normal of the plane to which each grid belongs Vector is retained. The environment map generation unit 11 recognizes a set of adjacent grids having substantially the same height as one plane, and assigns a unique plane ID to the recognized plane.

例えば、図3(a)に示す歩行面160をロボット100が歩行する場合、平面P1〜P8が環境地図生成部11によって検出され、図3(b)に示すような環境地図20が生成される。環境地図20の各グリッドのデータとして、平面P1〜P8のそれぞれを一意に識別可能な平面ID、各グリッドのz軸方向の高さ、及び法線ベクトル(na,nb,nc)が保持される。なお、後述するように、隣接するグリッド間の平面IDの違い及びz軸方向の高さの違いによって足平131R及びLの着地位置における路面の凹凸を検出するため、環境地図20を構成する各グリッドの面積は、足平131R及びLの底面の面積より十分に小さくなるよう選択するとよい。   For example, when the robot 100 walks on the walking surface 160 illustrated in FIG. 3A, the planes P1 to P8 are detected by the environment map generation unit 11, and the environment map 20 as illustrated in FIG. 3B is generated. . As the data of each grid of the environmental map 20, the plane ID that can uniquely identify each of the planes P1 to P8, the height of each grid in the z-axis direction, and the normal vector (na, nb, nc) are held. . As will be described later, in order to detect road surface unevenness at the landing positions of the feet 131R and L based on the difference in the plane ID between adjacent grids and the difference in the height in the z-axis direction, The area of the grid may be selected to be sufficiently smaller than the areas of the bottom surfaces of the feet 131R and L.

広範囲にわたる環境地図を生成する場合には、視覚センサ10、つまり頭部101を動かすことによって複数の異なる視点における距離画像データを取得し、複数視点での距離画像データを統合した後の距離画像データをもとに環境地図を生成する。ここで、複数視点で得られた距離画像データの統合は、視覚センサ10による距離画像データ取得時の首関節の角度に基づいて複数の距離画像データを位置合わせすることにより行う。または、複数の距離画像データから対応点を求めることによって、距離画像データ相互の位置合わせを行ってもよい。   When generating a wide-range environmental map, the distance image data after acquiring the distance image data at a plurality of different viewpoints by moving the visual sensor 10, that is, the head 101, and integrating the distance image data at the plurality of viewpoints. Generate an environment map based on Here, the integration of the distance image data obtained from a plurality of viewpoints is performed by aligning the plurality of distance image data based on the angle of the neck joint when the distance image data is acquired by the visual sensor 10. Alternatively, the distance image data may be aligned with each other by obtaining corresponding points from a plurality of distance image data.

歩行計画部12は、環境地図生成部11によって作成された環境地図を参照して目標位置を決定し、決定した目標位置に到達するための足平131R及びLの着地位置を算出する。なお、歩行計画部12による足平着地位置の決定方法の詳細は後述する。   The walking plan unit 12 determines a target position with reference to the environment map created by the environment map generation unit 11, and calculates the landing positions of the feet 131R and L for reaching the determined target position. In addition, the detail of the determination method of the foot landing position by the walk plan part 12 is mentioned later.

動作生成部13は、歩行計画装置1によって生成された足平131R及びLの着地位置を実現するための動作データを生成する。ここで、動作データとは、ロボット100のZMP位置、重心位置、足平131R及びLの位置及び姿勢、並びに、体幹部BDの位置及び姿勢を含む。   The motion generation unit 13 generates motion data for realizing the landing positions of the feet 131R and L generated by the walking planning device 1. Here, the motion data includes the ZMP position, the center of gravity position of the robot 100, the positions and postures of the feet 131R and L, and the position and posture of the trunk BD.

制御部14は、動作生成部13によって生成された動作データを入力し、逆運動学演算によって各関節の目標関節角度を算出する。さらに、制御部14は、算出した目標関節角度とエンコーダ16によって計測した現在の関節角度をもとに各関節を駆動するためのトルク制御値を算出する。制御部14によって算出されたトルク制御値に従って各関節を駆動するためのアクチュエータ15を動作させることにより、ロボット100の歩行が行われる。   The control unit 14 receives the motion data generated by the motion generation unit 13 and calculates a target joint angle of each joint by inverse kinematics calculation. Further, the control unit 14 calculates a torque control value for driving each joint based on the calculated target joint angle and the current joint angle measured by the encoder 16. The robot 100 is walked by operating the actuator 15 for driving each joint according to the torque control value calculated by the control unit 14.

なお、ロボット100が一歩前進するたびに、歩行計画装置1による足平131の着地位置の決定を繰り返してもよいし、複数歩単位で足平131R及びLの着地位置を決定しておき、これに基づいて歩行動作を行ってもよい。   Each time the robot 100 advances one step, the determination of the landing position of the foot 131 by the walking planning device 1 may be repeated, or the landing positions of the feet 131R and L may be determined in units of a plurality of steps. The walking motion may be performed based on the above.

続いて以下では、歩行計画部12における足平131R及びLの着地位置の決定手順について、図4及び5に示すフローチャートを用いて説明する。始めにステップS101では、足平131を一歩踏み出す際の歩幅Wを基準歩幅Wrに設定する。なお、この後の説明において単に足平1130と示した場合は、2つの足平131R及びLのいずれか、具合的には、着地位置の決定対象とすべき遊脚の足平を示すものとする。   Subsequently, the procedure for determining the landing positions of the feet 131R and L in the walking plan unit 12 will be described below with reference to the flowcharts shown in FIGS. First, in step S101, the stride W when stepping on the foot 131 is set to the reference stride Wr. In the following description, when it is simply indicated as the foot 1130, one of the two feet 131R and L, specifically, the foot of the free leg to be determined as the landing position is indicated. To do.

ステップS102では、歩幅Wで遊脚の足平131を踏み出したと仮定した場合に、足平拡大領域Ra内において歩行面の凹凸を探索する。ここで、足平拡大領域Raとは、図6(a)に示すように、足平131の接地領域と、足平131の前後方向にそれぞれ幅Laだけ拡大した領域とを合わせた領域である。   In step S102, when it is assumed that the foot 131 of the free leg has been stepped on with the stride W, the unevenness of the walking surface is searched for in the foot enlarged region Ra. Here, the foot enlargement region Ra is a region obtained by combining the ground contact region of the foot 131 and the region enlarged by the width La in the front-rear direction of the foot 131, as shown in FIG. .

具体的な歩行面の凹凸探索は、例えば、以下のように行うことができる。まず、環境地図を参照することによって、足平拡大領域Raと接する歩行面に平面IDが異なる2つの平面が存在するか否かを判定する。このように平面IDの比較を始めに行うことにより、凹凸探索の速度を向上させることができる。つまり、平面IDが同一であれば、凹凸が存在しないことを速やかに判定できる。また、平面IDの違いによって凹凸が存在する可能性がある領域を速やかに判定することがきる。   A specific walking surface unevenness search can be performed, for example, as follows. First, by referring to the environment map, it is determined whether or not there are two planes having different plane IDs on the walking plane in contact with the foot enlargement area Ra. Thus, by performing the comparison of the plane IDs first, the unevenness search speed can be improved. That is, if the plane ID is the same, it can be quickly determined that there is no unevenness. In addition, it is possible to quickly determine an area where there is a possibility of unevenness due to the difference in the plane ID.

足平拡大領域Raと接する歩行面に異なる2つの平面が存在する場合には、足平中心Fcが接する平面に足平131が着地されると仮定したときの足平131の高さziと、足平中心Fcが接する平面と異なるもう一方の平面の高さzpとの差分を所定の閾値Hsと比較する。このときの高さziと高さzpの差分の絶対値が閾値Hsより大きくなる場合には、足平中心Fcが接する平面から見て凸段差又は凹段差となる平面が存在すると判定される。ここで、足平中心Fcとは、足首関節122及び123又は128及び129の中心位置を意味する。すなわち、zp−ziが閾値Hsより大きければ、足平中心Fcから見て凸段差となる平面が存在することを判定できる。一方、zi−zpが閾値Hsより大きければ、足平中心Fcから見て凹段差となる平面が存在することを判定できる。なお以下では、足平中心Fcから見て凸段差となる平面を単に"凸段差"と呼び、足平中心Fcから見て凹段差となる平面を単に"凹段差"と呼ぶ。   When there are two different planes on the walking surface in contact with the foot enlargement area Ra, the height zi of the foot 131 when assuming that the foot 131 is landed on the plane in contact with the foot center Fc, The difference between the height zp of the other plane different from the plane in contact with the foot center Fc is compared with a predetermined threshold value Hs. If the absolute value of the difference between the height zi and the height zp at this time is larger than the threshold value Hs, it is determined that there is a plane that is a convex step or a concave step when viewed from the plane that the foot center Fc contacts. Here, the foot center Fc means the center position of the ankle joints 122 and 123 or 128 and 129. That is, if zp-zi is greater than the threshold value Hs, it can be determined that there is a plane that has a convex step when viewed from the foot center Fc. On the other hand, if zi-zp is larger than the threshold value Hs, it can be determined that there is a plane that is a concave step when viewed from the foot center Fc. In the following, a plane that is a convex step when viewed from the foot center Fc is simply referred to as a “convex step”, and a plane that is a concave step when viewed from the foot center Fc is simply referred to as a “concave step”.

例えば、図2の歩行面160において平面P7に足平中心Fcが位置している図7(a)の例、及び、平面P4に足平中心Fcが位置している図7(b)の例では、足平中心Fcより前方側でzi−zpが閾値Hsより大きくなった場合に、足平中心Fcより前方側に凹段差の存在が検出される。   For example, in the walking surface 160 of FIG. 2, the example of FIG. 7A in which the foot center Fc is located on the plane P7 and the example of FIG. 7B in which the foot center Fc is located on the plane P4. Then, when zi-zp is larger than the threshold value Hs on the front side of the foot center Fc, the presence of a concave step is detected on the front side of the foot center Fc.

上述したステップS102の探索において足平拡大領域Ra内に凸段差が存在することが検出された場合、ステップS104〜S109の処理を実行する(ステップS103)。ステップS104では、凸段差として検出された平面の前端が足平中心Fcより後方に位置するかどうかを判定する。ステップS104の判定が成立する場合は、検出された凸段差が、パターンA〜Dの4種類の段差の存在パターンのうちのパターンCに該当する段差であると判定する(ステップS105)。   When it is detected in the above-described search in step S102 that there is a convex step in the foot enlargement area Ra, the processes in steps S104 to S109 are executed (step S103). In step S104, it is determined whether or not the front end of the plane detected as the convex step is located behind the foot center Fc. When the determination in step S104 is established, it is determined that the detected convex step is a step corresponding to the pattern C among the four types of patterns of steps A to D (step S105).

パターンCに区分される段差は、図8に示すように、足平中心Fcより後方に凸段差が存在する形態である。パターンCに区分される凸段差が存在する場所に足平131を着地することは、ロボット100の転倒といった不安定な挙動を招く可能性が高い。このため、凸段差として検出された平面の前端からはみ出し量Lbを余した位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS105)。このときの歩幅Wの縮小幅Sは、図9(c)に示すように、
S=f1−Lb+d
によって算出することができる。ここで、f1は、足平中心Fcと足平131の前端との距離である。また、距離dは、足平中心Fcと凸段差の前端との距離である。図3(a)に示すようなx軸に垂直な段差を仮定すると、距離dは、足平中心Fcのx座標xcと凸段差の前端のx座標xmaxとの差によって算出できる。
As shown in FIG. 8, the step divided into the pattern C is a form in which a convex step exists behind the foot center Fc. Landing the foot 131 in a place where there is a convex step divided into the pattern C is likely to cause unstable behavior such as the robot 100 falling. For this reason, the stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is located at a position where the protrusion amount Lb is left behind from the front end of the plane detected as the convex step (step S105). The reduction width S of the stride W at this time is as shown in FIG.
S = f1-Lb + d
Can be calculated. Here, f1 is the distance between the foot center Fc and the front end of the foot 131. The distance d is a distance between the foot center Fc and the front end of the convex step. Assuming a step perpendicular to the x-axis as shown in FIG. 3A, the distance d can be calculated by the difference between the x coordinate xc of the foot center Fc and the x coordinate xmax of the front end of the convex step.

一方、凸段差として検出された平面の前端及び後端が共に足平中心Fcより前方に位置すると判定される場合は、検出された凸段差が、パターンA〜Dの4種類の段差の存在パターンのうちのパターンAに該当する段差であると判定する(ステップS106及びS107)。   On the other hand, when it is determined that both the front end and the rear end of the plane detected as the convex step are located in front of the foot center Fc, the detected convex step is the presence pattern of the four types of steps A to D. Is determined to be a step corresponding to the pattern A (steps S106 and S107).

パターンAに区分される段差は、図8に示すように、足平中心Fcより前方に凸段差が存在する形態である。パターンAに区分される凸段差が存在する場所に足平131を着地すると、足平131の着地場所に凸段差が存在することでロボット100が転倒したり、足平131の前端と凸段差との隙間が不十分であるために、足平131を再び遊脚として蹴り出す際に凸段差につまずいたりする可能性が高い。このため、凸段差として検出された平面の後端と隙間Laを生じる位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS107)。このときの歩幅Wの縮小幅Sは、図9(a)に示すように、
S=f1+La−d
によって算出することができる。ここで、f1は、足平中心Fcと足平131の前端との距離である。また、距離dは、凸段差の後端と足平中心Fcとの距離である。図3(a)に示すようなx軸に垂直な段差を仮定すると、距離dは、凸段差の後端のx座標xminと足平中心Fcのx座標xcとの差によって算出できる。
As shown in FIG. 8, the step divided into the pattern A is a form in which a convex step exists ahead of the foot center Fc. When the foot 131 is landed at the place where the convex step classified into the pattern A exists, the robot 100 falls down due to the presence of the convex step at the landing place of the foot 131, or the front end of the foot 131 and the convex step Therefore, there is a high possibility that the foot 131 will trip over a convex step when kicking the foot 131 again as a free leg. For this reason, the stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is positioned at the position where the rear end of the plane detected as the convex step and the gap La is generated (step S107). The reduction width S of the stride W at this time is as shown in FIG.
S = f1 + La-d
Can be calculated. Here, f1 is the distance between the foot center Fc and the front end of the foot 131. The distance d is a distance between the rear end of the convex step and the foot center Fc. Assuming a step perpendicular to the x-axis as shown in FIG. 3A, the distance d can be calculated by the difference between the x-coordinate xmin of the rear end of the convex step and the x-coordinate xc of the foot center Fc.

検出された凸段差が、上述したパターンA及びCのいずれにも区分されない場合には、このような凸段差の上に着地することを回避するため、凸段差の後端と隙間Laが生じる位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS108)。   When the detected convex step is not classified into any of the patterns A and C described above, the position where the rear end of the convex step and the gap La are generated in order to avoid landing on such a convex step. The stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is positioned at step S108.

ステップS109では、縮小された歩幅Wがゼロ以上であるかを判定し、歩幅Wがゼロ以上である場合はステップS102に戻って処理を繰り返す。一方、歩幅Wがゼロより小さくなった場合は、図5に示すステップS117に分岐して歩幅Wをゼロとし、これを確定した歩幅として出力する(ステップS118)。   In step S109, it is determined whether the reduced stride W is equal to or greater than zero. If the stride W is equal to or greater than zero, the process returns to step S102 and the process is repeated. On the other hand, if the stride W is smaller than zero, the process branches to step S117 shown in FIG. 5 to set the stride W to zero, and outputs this as a confirmed stride (step S118).

次に、上述したステップS103にて足平拡大領域Ra内に凸段差が検出されなかった場合に実行されるステップS110からS116の処理内容について、図5を参照して説明する。ステップS110では、上述したステップS102の探索の結果によって、足平縮小領域Rb内に凹段差が存在するかを判定する。ここで、足平縮小領域Rbとは、足平拡大領域Ra及び足平131の接地領域の部分領域であって、図6(b)に示すように、足平131の接地領域のうち、足平131の前端及び後端からそれぞれ幅Lbだけ縮小した領域である。   Next, the processing contents of steps S110 to S116 that are executed when no convex step is detected in the foot enlargement area Ra in step S103 described above will be described with reference to FIG. In step S110, it is determined whether or not there is a concave step in the foot reduction region Rb based on the result of the search in step S102 described above. Here, the foot reduction region Rb is a partial region of the ground expansion region Ra and the ground contact region of the foot 131. As shown in FIG. This is a region reduced from the front end and the rear end of the flat 131 by a width Lb.

ステップS110にて足平縮小領域Rbに凹段差が存在すると判定された場合、ステップS111〜S116の処理を実行する。ステップS111では、凹段差として検出された平面の前端が足平中心Fcより後方に位置するかどうかを判定する。ステップS111の判定が成立する場合は、検出された凹段差が、パターンA〜Dの4種類の段差の存在パターンのうちのパターンDに該当する段差であると判定する(ステップS112)。   If it is determined in step S110 that there is a concave step in the foot reduction region Rb, the processing in steps S111 to S116 is executed. In step S111, it is determined whether or not the front end of the plane detected as the concave step is located behind the foot center Fc. If the determination in step S111 is true, it is determined that the detected concave step is a step corresponding to the pattern D among the four types of stepped patterns of patterns A to D (step S112).

パターンDに区分される段差は、図8に示すように、足平縮小領域Rb内であって足平中心Fcより後方に凹段差が存在する形態である。パターンDに区分される凹段差が存在する場所に足平131を着地することは、遊脚の着地時に段差を踏み外すことによってロボット100が転倒するなどの不安定な挙動を招く可能性が高い。このため、凹段差として検出された平面の前端からはみ出し量Lbを余した位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS112)。このときの歩幅Wの縮小幅Sは、図9(d)に示すように、
S=f1−Lb+d
によって算出することができる。ここで、f1は、足平中心Fcと足平131の前端との距離である。また、距離dは、足平中心Fcと凹段差の前端との距離である。図3(a)に示すようなx軸に垂直な段差を仮定すると、距離dは、足平中心Fcのx座標xcと凹段差の前端のx座標xmaxとの差によって算出できる。
As shown in FIG. 8, the step divided into the pattern D is a form in which there is a concave step behind the foot center Fc in the foot reduction region Rb. Landing the foot 131 at a place where there is a concave step divided into the pattern D is likely to cause unstable behavior such as the robot 100 falling over by stepping off the step when the free leg lands. For this reason, the stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is located at a position where the protrusion amount Lb is left behind from the front end of the plane detected as the concave step (step S112). The reduction width S of the stride W at this time is as shown in FIG.
S = f1-Lb + d
Can be calculated. Here, f1 is the distance between the foot center Fc and the front end of the foot 131. The distance d is the distance between the foot center Fc and the front end of the concave step. Assuming a step perpendicular to the x-axis as shown in FIG. 3A, the distance d can be calculated by the difference between the x coordinate xc of the foot center Fc and the x coordinate xmax of the front end of the concave step.

一方、凹段差として検出された平面の前端及び後端が共に足平中心Fcより前方に位置すると判定される場合は、検出された凹段差が、パターンA〜Dの4種類の段差の存在パターンのうちのパターンBに該当する段差であると判定する(ステップS113及びS114)。   On the other hand, when it is determined that both the front end and the rear end of the plane detected as the concave step are located in front of the foot center Fc, the detected concave step is the presence pattern of the four types of steps of patterns A to D. Is determined to be a step corresponding to the pattern B (steps S113 and S114).

パターンBに区分される段差は、図8に示すように、足平縮小領域Rb内であって足平中心Fcより前方に凹段差が存在する形態である。パターンBに区分される凹段差が存在する場所に足平131を着地することは、遊脚の着地時に段差を踏み外すことによってロボット100が転倒するなどの不安定な挙動を招く可能性が高い。このため、凹段差として検出された平面の後端からはみ出し量Lbを余した位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS114)。このときの歩幅Wの縮小幅Sは、図9(b)に示すように、
S=f1−Lb−d
によって算出することができる。ここで、f1は、足平中心Fcと足平131の前端との距離である。また、距離dは、凹段差の後端と足平中心Fcとの距離である。図3(a)に示すようなx軸に垂直な段差を仮定すると、距離dは、凹段差の後端のx座標xminと足平中心Fcのx座標xcとの差によって算出できる。
As shown in FIG. 8, the step divided into the pattern B is a form in which there is a concave step in front of the foot center Fc in the foot reduction region Rb. Landing the foot 131 in a place where there is a concave step divided into the pattern B is likely to cause unstable behavior such as the robot 100 falling down by stepping off the step when the free leg lands. For this reason, the stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is located at the position where the protrusion amount Lb is left behind from the rear end of the plane detected as the concave step (step S114). The reduced width S of the stride W at this time is as shown in FIG.
S = f1-Lb-d
Can be calculated. Here, f1 is the distance between the foot center Fc and the front end of the foot 131. The distance d is a distance between the rear end of the concave step and the foot center Fc. Assuming a step perpendicular to the x-axis as shown in FIG. 3A, the distance d can be calculated by the difference between the x-coordinate xmin of the rear end of the concave step and the x-coordinate xc of the foot center Fc.

検出された凹段差が、上述したパターンB及びDのいずれにも区分されない場合には、このような凹段差の上に着地することを回避するため、凹段差の後端から隙間Lbを余した位置に足平131の前端が位置するように歩幅Wを縮小する(ステップS115)。   When the detected concave step is not classified into any of the patterns B and D described above, a gap Lb is left from the rear end of the concave step to avoid landing on the concave step. The stride W is reduced so that the front end of the foot 131 is positioned at the position (step S115).

ステップS116では、縮小された歩幅Wがゼロ以上であるかを判定し、歩幅Wがゼロ以上である場合はステップS102に戻って処理を繰り返す。一方、歩幅Wがゼロより小さくなった場合は、ステップS117に分岐して歩幅Wをゼロとし、これを確定した歩幅として出力する(ステップS118)。   In step S116, it is determined whether the reduced stride W is equal to or greater than zero. If the stride W is equal to or greater than zero, the process returns to step S102 and the process is repeated. On the other hand, if the stride W is smaller than zero, the process branches to step S117, the stride W is set to zero, and this is output as a confirmed stride (step S118).

上述した凸段差及び凹段差の検出に応じた歩幅補正処理を繰り返した結果、足平拡大領域内Ra内の凸段差及び足平縮量領域Rbの凹段差のいずれもが検出されない場合には、このときの歩幅を確定した歩幅として出力する(ステップS110及びS118)。   As a result of repeating the step correction processing according to the detection of the convex step and the concave step described above, when neither the convex step in the foot enlargement region Ra nor the concave step in the foot contraction region Rb is detected, The stride at this time is output as a confirmed stride (steps S110 and S118).

以上に説明したように、検出された段差をパターンA〜Dのいずれかに分類しながら歩幅の補正を繰り返すことによって、ロボット100が移動する歩行面に存在する様々な形状の段差に対応することができる。例えば、足平131の仮定の着地位置が、図10の上段に示すような斜度変化が存在する平面P3とP4の境界位置となる場合は、始めの処理ループにおいてパターンCの凸段差と判定され、平面P4の後端からはみ出し量Lbを余して歩幅が縮小される。次に、この歩幅の縮小を行った後の着地位置は、図10の中段に示すように、次の処理ループにおいてパターンAの凸段差と判定される。このため、図10の下段に示すように平面P3の前端と隙間Laを生じる位置まで歩幅が縮小される。   As described above, it is possible to cope with steps of various shapes existing on the walking surface on which the robot 100 moves by repeating the correction of the stride while classifying the detected steps into any of the patterns A to D. Can do. For example, when the assumed landing position of the foot 131 is the boundary position between the planes P3 and P4 where the change in the slope exists as shown in the upper part of FIG. 10, it is determined as the convex step of the pattern C in the first processing loop. As a result, the stride length is reduced with the protrusion amount Lb from the rear end of the plane P4. Next, the landing position after the reduction of the stride is determined as a convex step of the pattern A in the next processing loop as shown in the middle stage of FIG. For this reason, as shown in the lower part of FIG. 10, the stride is reduced to the position where the front end of the plane P3 and the gap La are generated.

また、例えば、足平131の仮定の着地位置が、図11の上段に示すような階段状の段差が存在する平面P1とP2の境界位置となる場合は、始めの処理ループにおいてパターンDの凹段差と判定され、平面P2の後端からはみ出し量Lbを余して歩幅が縮小される。次に、この歩幅の縮小を行った後の着地位置は、図11の中段に示すように、次の処理ループにおいてパターンAの凸段差と判定される。このため、図11の下段に示すように平面P1の前端と隙間Laを生じる位置まで歩幅が縮小される。   Further, for example, when the assumed landing position of the foot 131 is the boundary position between the planes P1 and P2 where the stepped step as shown in the upper part of FIG. 11 exists, the concave portion of the pattern D is formed in the first processing loop. The step is determined to be a step, and the stride is reduced by leaving the amount of protrusion Lb from the rear end of the plane P2. Next, the landing position after the reduction of the stride is determined as a convex step of the pattern A in the next processing loop as shown in the middle part of FIG. For this reason, as shown in the lower part of FIG. 11, the stride is reduced to the position where the front end of the plane P1 and the gap La are generated.

上述したように、歩行計画装置1は、足平131を着地させようとする候補位置において凹段差の存在が検出された場合には、凹段差の上への足平131のはみ出しを許容して着地位置を決定する。これにより、足平131の底面全体の面積より広い領域のみを足平が着地可能な領域に選択する厳格な方法に比べて、足平131の着地位置として選択可能な領域を拡大できる。つまり、足平着地位置の妥当な決定を行うことができる。   As described above, when the presence of a concave step is detected at a candidate position where the foot 131 is to be landed, the walking planning device 1 allows the foot 131 to protrude beyond the concave step. Determine the landing position. Thereby, the area | region which can be selected as a landing position of the foot 131 can be expanded compared with the strict method which selects only the area | region larger than the area of the whole bottom face of the foot 131 as the area | region where a foot can land. That is, it is possible to appropriately determine the foot landing position.

さらに、歩行計画装置1は、足平131を着地させようとする候補位置において、凸段差の存在が検出された場合には、凸段差との間に所定の隙間Laを設けて足平131の着地位置を決定する。このように、凸段差との間で所定の隙間を設けて足平131を着地させることにより、ロボット100歩行時に足平131を持ち上げる際に、足平131と凸段差の間に間隔が生じるため、足平131の凸段差へのひっかかりを防止することができる。   Furthermore, when the presence of a convex step is detected at the candidate position where the foot 131 is to land, the walking plan device 1 provides a predetermined gap La between the convex step and the foot 131. Determine the landing position. As described above, since the foot 131 is landed with a predetermined gap between the convex step and the foot 131 is lifted when the robot 100 is walking, an interval is generated between the foot 131 and the convex step. Further, it is possible to prevent the foot 131 from being caught on the convex step.

さらに、歩行計画装置1は、歩行面に存在する段差を検出し、検出された段差のタイプを上述したパターンA〜Dの4つのパターンに分類し、検出された段差の分類結果に応じて足平131の着地位置を調整することにした。このようなアルゴリズムを採用することによって、足平131の着地位置の決定処理を体系的に行うことができるため、足平131の着地位置の計画を速やかに実行することができる。   Furthermore, the walking planning device 1 detects the level difference existing on the walking surface, classifies the detected level types into the four patterns A to D described above, and sets the step according to the detected level classification result. I decided to adjust the landing position of the flat 131. By adopting such an algorithm, the determination process of the landing position of the foot 131 can be systematically performed, so that the planning of the landing position of the foot 131 can be executed promptly.

発明の実施の形態2.
発明の実施の形態1おいては、歩行計画装置1が、環境地図を1つの2次元グリッドデータとして作成するものとして説明した。この場合、図4に示したステップS102において必要となる足平131の高さziの計算を、足平拡大領域Raの段差探索の都度行う必要がある。足平131の底面の任意の点(xi,yi,zi)の高さziは、足平中心Fcが接する平面の法線ベクトル(na,nb,nc)及び足平中心Fcの位置(xc,yc,zc)によって定まる平面の方程式に、演算対象の探索点のxy座標(xi,yi)を代入することによって求めることができる。
Embodiment 2 of the Invention
In Embodiment 1 of the invention, the walking planning device 1 has been described as creating an environment map as one two-dimensional grid data. In this case, it is necessary to calculate the height zi of the foot 131 required in step S102 shown in FIG. 4 every time the step search of the foot enlargement region Ra is performed. The height zi of an arbitrary point (xi, yi, zi) on the bottom surface of the foot 131 is determined by the plane normal vector (na, nb, nc) and the position (xc, This can be obtained by substituting the xy coordinates (xi, yi) of the search point to be calculated into a plane equation determined by yc, zc).

本実施の形態にかかる歩行計画装置2は、歩行計画装置1が有する環境地図生成部11に代えて環境地図生成部21を有し、歩行計画部12に代えて歩行計画部22を有する。環境地図生成部21は、環境地図生成部11と同様に平面の検出を行い、検出された平面ごとに2次元グリッドデータを生成し、複数の2次元グリッドデータの集合として環境地図を生成する。このとき、1つの平面に対応するグリッドデータには、各グリッドに対応してz軸方向の"現実の高さ"又は"仮の高さ"が保持される。ここで、"現実の高さ"とは現実の歩行面の高さであって、歩行面が現実に存在する領域のグリッドに保持される値である。これに対して"仮の高さ"とは、現実には歩行面が存在しない領域のグリッドに保持される値であって、検出された平面を歩行面が現実には存在しない領域にまで延長したと仮定した場合に算出される平面の高さである。   The walking planning device 2 according to the present embodiment includes an environmental map generating unit 21 instead of the environmental map generating unit 11 included in the walking planning device 1, and includes a walking planning unit 22 instead of the walking plan unit 12. The environment map generation unit 21 detects a plane in the same manner as the environment map generation unit 11, generates 2D grid data for each detected plane, and generates an environment map as a set of a plurality of 2D grid data. At this time, the “real height” or “temporary height” in the z-axis direction is held in the grid data corresponding to one plane corresponding to each grid. Here, the “real height” is the actual height of the walking surface, and is a value held in the grid of the region where the walking surface actually exists. On the other hand, the “temporary height” is a value held in a grid in a region where the walking surface does not actually exist, and extends the detected plane to a region where the walking surface does not actually exist. This is the height of the plane calculated when it is assumed.

例えば、図12に示す歩行面260を認識する場合、環境地図生成部21によって3つの平面P11〜P13が検出される。さらに、環境地図生成部21によって、検出された3つの平面に対応して、3つの2次元グリッドデータ31〜32を含む環境地図30が生成される。平面P11に対応するグリッドデータ31は、現実の高さが保持されるグリッド群311(図13の空白で示すグリッド)と仮の高さが保持されるグリッド群312(図13の斜線で示すグリッド)を含む。同様に、平面P12に対応するグリッドデータ32は、現実の高さが保持されるグリッド群321と仮の高さが保持されるグリッド群322を含む。同様に、平面P13に対応するグリッドデータ33は、現実の高さが保持されるグリッド群331と仮の高さが保持されるグリッド群332を含む。   For example, when recognizing the walking surface 260 shown in FIG. 12, the environment map generation unit 21 detects three planes P <b> 11 to P <b> 13. Further, the environment map generation unit 21 generates an environment map 30 including three two-dimensional grid data 31 to 32 corresponding to the detected three planes. Grid data 31 corresponding to the plane P11 includes a grid group 311 that holds the actual height (a grid indicated by a blank in FIG. 13) and a grid group 312 that holds a temporary height (a grid indicated by diagonal lines in FIG. 13). )including. Similarly, the grid data 32 corresponding to the plane P12 includes a grid group 321 that holds the actual height and a grid group 322 that holds the temporary height. Similarly, the grid data 33 corresponding to the plane P13 includes a grid group 331 that holds the actual height and a grid group 332 that holds the temporary height.

歩行計画部22は、発明の実施の形態1の歩行計画部11と同様の足平131の着地位置の計画を行うが、図4に示したステップS102において必要な足平131の高さziを、環境地図として保持された"現実の高さ"又は"仮の高さ"を読み出すことによって取得する。   The walking plan unit 22 plans the landing position of the foot 131 similar to the walking plan unit 11 of the first embodiment of the invention, but determines the height zi of the foot 131 necessary in step S102 shown in FIG. This is obtained by reading out the “real height” or “temporary height” held as an environmental map.

本実施の形態では、環境地図生成部21が、検出された平面毎に2次元グリッドデータを生成するため、発明の実施の形態1の場合に比べて、環境地図を保持するために必要なメモリ量は増大する。しかしながら、歩行計画部22は、足平拡大領域Ra内に存在する段差を探索する際に、探索点を変更するたびに足平131の高さziの計算を行う必要がないため、足平131の着地位置の計画を行う際の処理速度を向上させることが可能となる。   In the present embodiment, since the environment map generation unit 21 generates two-dimensional grid data for each detected plane, the memory required to hold the environment map compared to the first embodiment of the invention. The amount increases. However, the walking plan unit 22 does not need to calculate the height zi of the foot 131 every time the search point is changed when searching for a step existing in the foot enlarged region Ra. It is possible to improve the processing speed when planning the landing position.

その他の実施の形態.
上述した発明の実施の形態1では、説明を簡略化するため、足平131の左右方向に沿って段差の境界線が存在する場合に適応する歩行計画装置1の処理について説明した。しかしながら、足平131の前後方向に沿って段差の境界線が存在する場合に対して、上述した歩行計画装置1の処理を拡張することは容易である。
Other embodiments.
In the first embodiment of the present invention described above, the processing of the walking planning apparatus 1 that is adapted to a case where a step boundary exists along the left-right direction of the foot 131 has been described for the sake of simplicity. However, it is easy to extend the processing of the above-described walking planning device 1 in the case where there is a step boundary along the front-rear direction of the foot 131.

具体的には、足平拡大領域Raは、足平131の左右方向にも拡大させればよい。また、足平縮小領域Rbは、足平131の接地領域に比べて足平131の左右方向にも縮小させればよい。また、歩行計画部22は、足平131の前後方向に沿って凹段差の境界線が存在する場合に、所定のはみ出し量Lb´だけ足平131が凹段差上にはみ出すことを許容して着地位置を決定すればよい。さらに、歩行計画部22は、足平131の前後方向に沿って凸段差の境界線が存在する場合に、凸段差と足平131との間に所定の隙間La´を設けて着地させるよう着地位置を決定してもよい。   Specifically, the foot enlargement area Ra may be enlarged also in the left-right direction of the foot 131. Further, the foot reduction region Rb may be reduced in the left-right direction of the foot 131 as compared with the ground contact region of the foot 131. Further, the walking plan unit 22 allows the foot 131 to protrude on the concave step by a predetermined protrusion amount Lb ′ when there is a boundary line of the concave step along the front-rear direction of the foot 131. What is necessary is just to determine a position. Furthermore, the walking plan unit 22 lands so as to land with a predetermined gap La ′ between the convex step and the foot 131 when there is a boundary line of the convex step along the front-rear direction of the foot 131. The position may be determined.

つまり、歩行計画装置1は、歩行面上の候補位置に足平131を着地させると仮定したときに、足平中心Fcと対向する平面を基準面として、足平131の底面に対向する歩行面上の対応領域中に基準面より高さが低い凹段差となる領域が存在する場合には、歩行面上の対応領域において凹段差が占める面積が所定の面積以下になるように、足平131を着地させる位置を決定するとよい。ここで、所定の面積は、ロボット100を支持できる範囲内で適宜設定すればよい。例えば、発明の実施の形態1では、足平の底面の面積より小さい足平縮小領域Rbを定義し、歩行面上の対応領域のうちで足平縮小領域Rbに対応する部分領域に凹段差が含まれないように足平131の着地位置を決定している。   That is, when the walking planning device 1 assumes that the foot 131 is landed at the candidate position on the walking surface, the walking surface facing the bottom surface of the foot 131 with the plane facing the foot center Fc as a reference surface. When there is a region having a concave step that is lower than the reference surface in the upper corresponding region, the foot 131 is set so that the area occupied by the concave step in the corresponding region on the walking surface is equal to or less than a predetermined area. It is better to determine the position where the landing is made. Here, the predetermined area may be appropriately set within a range in which the robot 100 can be supported. For example, in Embodiment 1 of the invention, a foot reduction region Rb smaller than the area of the bottom surface of the foot is defined, and a concave step is formed in a partial region corresponding to the foot reduction region Rb among the corresponding regions on the walking surface. The landing position of the foot 131 is determined so as not to be included.

また、歩行計画装置1は、歩行面上の候補位置に足平131を着地させると仮定したときに、足平中心Fcと対向する平面を基準面として、足平131の底面に対向する歩行面上の対応領域中に基準面より高さが高い凸段差となる領域が存在する場合には、検出された凸段差を回避でき、かつ凸段差と足平131の間に所定の隙間を有する位置に足平131の着地位置を修正するとよい。このような拡張によって、足平131の進行方向に対してどのような角度で凸段差又は凹段差の境界線が存在する場合にも、足平131の着地位置の妥当な決定が可能である。   In addition, when the walking planning device 1 assumes that the foot 131 is to be landed at a candidate position on the walking surface, the walking surface facing the bottom surface of the foot 131 with a plane facing the foot center Fc as a reference surface. A position having a predetermined gap between the protruding step and the foot 131 when the protruding step having a height higher than the reference surface is present in the corresponding region above. In addition, the landing position of the foot 131 may be corrected. By such an extension, the landing position of the foot 131 can be appropriately determined regardless of the angle of the convex step or the concave step with respect to the traveling direction of the foot 131.

また、発明の実施の形態1では、歩行面の凸段差及び凹段差の両方を検出し、これらを回避するように足平131の着地位置を修正することとしたが、凸段差及び凹段差のいずれか一方の検出と回避動作のみを行うよう構成することも可能である。少なくとも凹段差の検出と回避処理を実行することにより、足平131の着地位置として選択可能な領域を拡大でき、足平着地位置の妥当な決定を行うことができる。   In Embodiment 1 of the invention, both the convex and concave steps of the walking surface are detected and the landing position of the foot 131 is corrected so as to avoid them. It is also possible to configure to perform only one of the detection and avoidance operations. By executing at least the detection and avoidance process of the concave step, the area that can be selected as the landing position of the foot 131 can be enlarged, and the foot landing position can be appropriately determined.

また、発明の実施の形態1では、隙間La及びはみ出し量Lbを、足平131の前方側と後方側とで共通の値としたが、これらは異なる値でもよい。   In the first embodiment of the invention, the gap La and the protruding amount Lb are common values on the front side and the rear side of the foot 131, but these values may be different.

また、発明の実施の形態1では、自律移動を行う脚式移動ロボット100に本発明を適用する場合を説明した。しかしながら、例えば、搭乗者の操縦に従って移動する脚式移動ロボットにも本発明を適用することができる。この場合には、歩行計画部12が、搭乗者による操縦桿等の操作によって入力された方向に目標位置を設定し、目標位置に向けて足平131の着地位置を順次決定するよう構成すればよい。   In the first embodiment of the invention, the case where the present invention is applied to the legged mobile robot 100 that performs autonomous movement has been described. However, for example, the present invention can be applied to a legged mobile robot that moves according to the operation of the passenger. In this case, if the walking plan unit 12 is configured to set the target position in the direction input by the operation of the control stick or the like by the passenger and sequentially determine the landing position of the foot 131 toward the target position. Good.

また、発明の実施の形態1の歩行計画装置1は、最初に最大歩幅Wrを初期歩幅に設定し、凸段差又は凹段差が検出された場合には、歩幅を順次縮小させていくこととした。しかしながら、初期歩幅をロボット100の最大歩幅より小さい値に設定し、凸段差又は凹段差が検出された場合には、歩幅を広げることで段差を回避する構成としてもよい。例えば、足平131の全長に隙間Laを加えた長さだけ最大歩幅より小さい値を初期歩幅に設定し、上述したパターンBの凹段差又はパターンCの凸段差を検出した場合には、段差の境界から隙間Laだけ前方に歩幅を広げた位置を足平の着地位置とすることが可能である。   In addition, the walking planning apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention initially sets the maximum stride Wr as the initial stride, and sequentially reduces the stride when a convex step or a concave step is detected. . However, the initial stride may be set to a value smaller than the maximum stride of the robot 100, and when a convex step or a concave step is detected, the step may be avoided by widening the stride. For example, when the initial step length is set to a value smaller than the maximum step length by the length obtained by adding the gap La to the entire length of the foot 131 and the above-described concave step of the pattern B or the convex step of the pattern C is detected, A position where the stride is widened forward by the gap La from the boundary can be set as the landing position of the foot.

また、発明の実施の形態1のロボット100が有する足平131R及びLは、関節を有していないものとして説明した。しかしながら、例えば、足平131R及びLの先端に関節を介して爪先部を設ける構成としてもよい。このように構成された脚式移動ロボットでは、支持脚であった脚リンクが遊脚となって足平が床面を離れる際に、爪先部のみが接地する姿勢となる場合がある。このため、爪先部のみが接地する姿勢においても凹段差を踏み外すことがないように、はみ出し量Lbが爪先部の長さより小さくなるよう設定すればよい。又は、凹段差上への足平131のはみ出しを許容した場合には、爪先部のみが接地する姿勢を禁止して動作データを作成してもよい。   Further, the feet 131R and L included in the robot 100 according to the first embodiment of the invention have been described as having no joints. However, for example, the toes may be provided at the tips of the feet 131R and L via joints. In the legged mobile robot configured as described above, when the foot link that is the supporting leg becomes a free leg and the foot leaves the floor surface, only the toe portion may come into contact with the ground. For this reason, what is necessary is just to set so that the protrusion amount Lb may become smaller than the length of a toe part so that a concave level | step difference may not be stepped off also in the attitude | position which only a toe part grounds. Alternatively, when the protrusion of the foot 131 on the concave step is permitted, the operation data may be created by prohibiting the posture in which only the toe portion contacts the ground.

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention described above.

本発明にかかる脚式移動ロボットのモデル図である。It is a model diagram of a legged mobile robot according to the present invention. 本発明にかかる歩行計画装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the walking plan apparatus concerning this invention. 本発明にかかる脚式移動ロボットが移動する歩行面の一例及び環境地図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the walking surface to which the legged mobile robot concerning this invention moves, and an example of an environmental map. 本発明にかかる歩行計画装置の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the walking plan apparatus concerning this invention. 本発明にかかる歩行計画装置の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the walking plan apparatus concerning this invention. 足平拡大領域及び足平縮小領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a foot expansion area | region and a foot reduction area | region. 本発明にかかる歩行計画装置が行う段差検出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the level | step difference detection process which the walk planning apparatus concerning this invention performs. 本発明にかかる歩行計画装置が行う段差検出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the level | step difference detection process which the walk planning apparatus concerning this invention performs. 本発明にかかる歩行計画装置が行う段差検出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the level | step difference detection process which the walk planning apparatus concerning this invention performs. 本発明にかかる歩行計画装置が行う段差検出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the level | step difference detection process which the walk planning apparatus concerning this invention performs. 本発明にかかる歩行計画装置が行う段差検出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the level | step difference detection process which the walk planning apparatus concerning this invention performs. 本発明にかかる脚式移動ロボットが移動する歩行面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the walk surface to which the leg type mobile robot concerning this invention moves. 本発明にかかる脚式移動ロボットによって生成される環境地図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the environmental map produced | generated by the leg type mobile robot concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 歩行計画装置
10 視覚センサ
11、21 環境地図生成部
12、22 歩行計画部
13 動作生成部
14 制御部
15 アクチュエータ
16 エンコーダ
20、30 環境地図
100 脚式移動ロボット
101 頭部
102〜129 関節
131R、131L 足平
141R、141L 手部
160、260 歩行面
LR 右脚リンク
LL 左脚リンク
AR 右腕リンク
AL 左腕リンク
BD 体幹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Walking plan apparatus 10 Visual sensor 11, 21 Environmental map production | generation part 12, 22 Walk planning part 13 Operation | movement production | generation part 14 Control part 15 Actuator 16 Encoder 20, 30 Environmental map 100 Legged mobile robot 101 Head 102-129 Joint 131R, 131L Foot 141R, 141L Hand 160, 260 Walking surface LR Right leg link LL Left leg link AR Right arm link AL Left arm link BD Trunk

Claims (13)

複数の脚部を備え、該複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して足平部が設けられており、前記足平部の底面を床面上に接地させる動作を繰り返すことで床面上を歩行する脚式移動ロボットの歩行計画方法であって、
前記床面上において、前記底面を接地させる候補位置を決定し、
前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求め、
前記接地領域に対応する前記床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凹段差が存在するか否かを判定し、
前記凹段差が存在すると判定した場合には、前記対応領域において前記凹段差が占める面積を所定の面積以下とするように前記候補位置を修正する、
ことを特徴とする歩行計画方法。
A plurality of legs are provided, and a foot portion is provided at each lower end of each of the plurality of leg portions via an ankle joint, and the operation of grounding the bottom surface of the foot portion on the floor surface is repeated. A walking planning method for a legged mobile robot walking on a surface,
On the floor surface, determine a candidate position for grounding the bottom surface,
When landing the bottom surface based on the candidate position, obtain a corresponding center portion on the floor surface facing the center portion of the ground contact area of the bottom surface,
In the corresponding region on the floor corresponding to the grounding region, it is determined whether there is a concave step with respect to a reference plane including the corresponding central portion,
When it is determined that the concave step exists, the candidate position is corrected so that the area occupied by the concave step in the corresponding region is equal to or less than a predetermined area.
A walking planning method characterized by that.
前記候補位置の修正は、前記底面の接地領域のうちで前記中心部を含む部分領域に対応する前記対応領域中の対応部分領域内に前記凹段差が含まれないように前記候補位置を決定することにより行う請求項1に記載の歩行計画方法。   In the correction of the candidate position, the candidate position is determined so that the concave step is not included in the corresponding partial area in the corresponding area corresponding to the partial area including the central portion of the ground contact area on the bottom surface. The walking planning method according to claim 1, wherein the walking planning method is performed. 前記凹段差の存在を、前記基準平面に前記底面を接地させると仮定したときに、前記接地領域の高さと前記対応領域の高さとの差分が予め定めた閾値より大きいか否かによって判定する請求項1に記載の歩行計画方法。   The presence of the concave step is determined based on whether or not the difference between the height of the grounding area and the height of the corresponding area is greater than a predetermined threshold when the bottom surface is grounded to the reference plane. Item 2. The walking planning method according to item 1. 前記対応領域中に、前記対応中心部を含む平面に対して凸段差が存在するか否かをさらに判定し、
前記凸段差が存在すると判定した場合には、前記凸段差を避け、かつ、前記凸段差と前記足平部の間に所定の隙間を設けた位置に前記候補位置を修正する請求項1に記載の歩行計画方法。
In the corresponding region, further determine whether or not there is a convex step with respect to the plane including the corresponding central portion,
The said candidate position is corrected to the position which provided the predetermined clearance gap between the said convex step and the said foot part, when it determines with the said convex step existing. Gait planning method.
前記凸段差の存在を、前記基準平面に前記底面を接地させると仮定したときに、前記接地領域からみた前記対応領域の高さが予め定めた閾値より大きいか否かによって判定する請求項4に記載の歩行計画方法。   The presence of the convex step is determined based on whether or not the height of the corresponding region viewed from the grounding region is larger than a predetermined threshold when it is assumed that the bottom surface is grounded to the reference plane. The gait planning method described. 前記中心部は、前記足首関節の位置を前記底面に投影した位置である請求項1乃至5のいずれかに記載の歩行計画方法。   The walking planning method according to claim 1, wherein the central portion is a position obtained by projecting the position of the ankle joint on the bottom surface. 前記凸段差又は前記凹段差の存在判定を、前記床面に存在する複数の平面を認識することによって作成された環境地図データを参照し、法線ベクトルが互いに異なる複数の平面が前記対応領域に存在するか否かに基づいて行う請求項1又は4に記載の歩行計画方法。   The presence determination of the convex step or the concave step is referred to environmental map data created by recognizing a plurality of planes existing on the floor surface, and a plurality of planes having different normal vectors are used as the corresponding region. The gait planning method according to claim 1 or 4 performed based on whether or not it exists. 前記環境地図データは、前記床面に存在する平面毎に作成された2次元グリッドデータの集合であって、前記2次元グリッドデータの各々は、前記床面に存在する平面を仮想的に延長した場合の当該平面の仮想的な高さを保持しており、
前記2次元グリッドデータを参照して得た前記仮想的な高さを用いて、前記凸段差又は前記凹段差の存在判定を行う請求項7に記載の歩行計画方法。
The environmental map data is a set of two-dimensional grid data created for each plane existing on the floor surface, and each of the two-dimensional grid data virtually extends a plane existing on the floor surface. Holding the virtual height of the plane in the case,
The gait planning method according to claim 7, wherein presence determination of the convex step or the concave step is performed using the virtual height obtained by referring to the two-dimensional grid data.
複数の脚部を備え、該複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して足平部が設けられており、前記足平部の底面を床面上に接地させる動作を繰り返すことで床面上を歩行する脚式移動ロボットの歩行計画方法であって、
歩幅候補値を初期歩幅に設定し、
前記底面を着地させる候補位置を、前記歩幅候補値を用いて算出し、
前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求め、
前記接地領域に対応する床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凸段差又は凹段差が存在するか否かを判定し、
前記対応領域において前記対応中心部より前方に前記凸段差が存在すると判定した場合は、前記凸段差の境界と前記足平部との隙間が少なくとも第1の値となる位置まで前記歩幅候補値を縮小し、
前記対応領域において前記対応中心部より前方に前記凹段差が存在すると判定した場合は、前記凹段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第2の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小し、
前記対応領域において前記対応中心部より後方に前記凸段差が存在すると判定した場合は、前記凸段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第3の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小し、
前記対応領域において前記対応中心部より後方に前記凹段差が存在すると判定した場合は、前記凹段差の境界から前方側への前記底面のはみ出し量が第4の値以下となる位置まで前記歩幅候補値を縮小し、
前記対応領域において凸段差及び凹段差が検出されなくなるまで、前記候補位置の算出処理、前記凸段差及び凹段差の存在判定処理、及び前記歩幅候補値の縮小処理を繰り返すことにより得られる歩幅候補値に基づいて、前記足平部の着地位置を決定する歩幅計画方法。
A plurality of legs are provided, and a foot portion is provided at each lower end of each of the plurality of leg portions via an ankle joint, and the operation of grounding the bottom surface of the foot portion on the floor surface is repeated. A walking planning method for a legged mobile robot walking on a surface,
Set the stride candidate value to the initial stride,
A candidate position for landing the bottom surface is calculated using the stride candidate value,
When landing the bottom surface based on the candidate position, obtain a corresponding center portion on the floor surface facing the center portion of the ground contact area of the bottom surface,
In the corresponding region on the floor corresponding to the ground contact region, it is determined whether there is a convex step or a concave step with respect to a reference plane including the corresponding central portion,
If it is determined that the convex step exists ahead of the corresponding central portion in the corresponding region, the step candidate value is set to a position where a gap between the boundary of the convex step and the foot portion is at least a first value. Shrink,
If it is determined that the concave step exists in front of the corresponding central portion in the corresponding region, the step candidate until a position where the protruding amount of the bottom surface from the boundary of the concave step to the front side is equal to or less than a second value Reduce the value,
If it is determined that the convex step exists behind the corresponding central portion in the corresponding region, the step candidate until the position where the protruding amount of the bottom surface from the boundary of the convex step to the front side is equal to or less than a third value Reduce the value,
If it is determined that the concave step exists behind the corresponding central portion in the corresponding region, the step candidate until a position where the amount of protrusion of the bottom surface from the boundary of the concave step to the front side becomes a fourth value or less Reduce the value,
Step candidate values obtained by repeating the candidate position calculation processing, the convex step and concave step existence determination processing, and the step candidate reduction processing until no convex step and concave step are detected in the corresponding region. A stride planning method for determining a landing position of the foot portion based on the step.
床面上を歩行する脚式移動ロボットであって、
体幹部と、
前記体幹部に連結される複数の脚部と、
前記複数の脚部の各々の下端に足首関節を介して設けられる複数の足平部と、
前記床面を視覚的に認識する視覚センサと、
前記視覚センサによる取得情報に基づいて、前記床面の3次元地図データを作成する地図作成部と、
前記3次元地図データを用いて前記複数の足平部の着地位置を決定する歩行計画部とを備え、
前記歩行計画部は、
前記床面上において、前記足平部の底面を着地させる候補位置を決定し、
前記候補位置に基づいて前記底面を着地させる場合に、前記底面の接地領域の中心部と対向する前記床面上の対応中心部を求め、
前記接地領域に対応する前記床面上の対応領域中に、前記対応中心部を含む基準平面に対して凹段差が存在するか否かを、前記3次元地図データを参照して判定し、
前記凹段差が存在すると判定した場合には、前記対応領域において前記凹段差が占める面積を所定の面積以下とするように前記候補位置を修正することを特徴とする脚式移動ロボット。
A legged mobile robot walking on the floor,
The trunk,
A plurality of legs connected to the trunk;
A plurality of foot portions provided via an ankle joint at the lower end of each of the plurality of leg portions;
A visual sensor for visually recognizing the floor;
A map creation unit that creates three-dimensional map data of the floor surface based on information acquired by the visual sensor;
A walking planning unit that determines landing positions of the plurality of foot portions using the three-dimensional map data;
The walking plan section
On the floor surface, determine a candidate position for landing the bottom surface of the foot,
When landing the bottom surface based on the candidate position, obtain a corresponding center portion on the floor surface facing the center portion of the ground contact area of the bottom surface,
In the corresponding region on the floor corresponding to the ground contact region, it is determined with reference to the three-dimensional map data whether there is a concave step with respect to a reference plane including the corresponding central portion,
When it is determined that the concave step is present, the legged mobile robot is configured to correct the candidate position so that an area occupied by the concave step in the corresponding region is equal to or less than a predetermined area.
前記歩行計画部は、前記基準平面に前記底面を接地させると仮定したときに、前記接地領域の高さと前記対応領域の高さとの差分が予め定めた閾値より大きいか否かによって前記凹段差の存在を判定する請求項10に記載の脚式移動ロボット。   When the walking plan section assumes that the bottom surface is grounded to the reference plane, whether the difference in height between the ground contact area and the corresponding area is greater than a predetermined threshold or not. The legged mobile robot according to claim 10, wherein presence is determined. 前記歩行計画部は前記対応領域中に、前記対応中心部を含む平面に対して凸段差が存在するか否かをさらに判定し、前記凸段差が存在すると判定した場合には、前記凸段差を避け、かつ、前記凸段差と前記足平部の間に所定の隙間を設けた位置に前記候補位置を修正する請求項10に記載の脚式移動ロボット。   The gait planning unit further determines whether or not a convex step exists in the corresponding region with respect to the plane including the corresponding central portion, and determines that the convex step exists, The legged mobile robot according to claim 10, wherein the candidate position is corrected to a position where a predetermined gap is provided between the convex step and the foot portion. 前記歩行計画部は、前記基準平面に前記底面を接地させると仮定したときに、前記接地領域からみた前記対応領域の高さが予め定めた閾値より大きいか否かによって前記凸段差の存在を判定する請求項12に記載の脚式移動ロボット。   When the walking plan unit assumes that the bottom surface is grounded to the reference plane, the presence of the convex step is determined based on whether or not the height of the corresponding region viewed from the grounding region is larger than a predetermined threshold. The legged mobile robot according to claim 12.
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