JP2009195999A - 脚式ロボット、その制御方法、その制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明にかかる脚式ロボット2は、関節角を変更して動作する脚式ロボット2であって、脚式ロボット2に指令する目標速度に応じて、脚式ロボット2の上体の姿勢角が変動しない脚式ロボット2の重心周りの回転運動量を計算する手段21と、計算された回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、脚式ロボット2の重心軌道を計算する手段30と、計算された重心軌道に基づいて、関節を回転する手段(40、50)とを備えるものである。
【選択図】図2
Description
本実施の形態1に係る脚式ロボットは、まず、指令する目標速度に応じて、脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない重心周りの回転運動量を計算する。次いで、脚式ロボットは、計算された回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、ロボットの重心軌道を計算する。そして、脚式ロボットは、計算された重心軌道に基づいて、関節角を変更して動作する。
上述した実施の形態1においては、回転運動量計算部21が、6質点モデルを用いて、上体の姿勢角が変動しない回転運動量を計算するものとしたが本発明はこれに限定されず、例えば、12関節、13リンクの力学系を用いて回転運動量を計算するようにしてもよい。
12 コントローラ、
21 回転運動量計算部、22 回転運動量記憶部、30 軌道計算部、
31 目標速度決定部、32 目標回転運動量決定部、33 仮重心軌道計算部、
34 ZMP補償計算部、35 重心軌道計算部、36 着地位置計算部、
37 遊脚軌道計算部、40 目標姿勢計算部、50 関節駆動部、
328 左膝関節、334 左股関節、344 右膝関節、350 右股関節、
320 左足平、322 左足首、324 左脛下半分、326 左脛上半分、
330 左腿下半分、332 左腿上半分、336 右足平、338 右足首、
340 右脛下半分、342 右脛上半分、346 右腿下半分、348 右腿上半分、
352 体幹下半分、354 体幹上半分
Claims (15)
- 関節角を変更して動作する脚式ロボットであって、
前記脚式ロボットに指令する目標速度に応じて、前記脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する手段と、
計算された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する手段と、
計算された前記重心軌道に基づいて、前記関節を回転する手段と
を備える脚式ロボット。 - 計算された前記回転運動量を記憶する手段を更に備え、
前記重心軌道を計算する手段は、
記憶された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項1記載の脚式ロボット。 - 前記回転運動量を計算する手段は、
所定の周期単位の前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算して、前記回転運動量を記憶する手段に記憶し、
前記重心軌道を計算する手段は、
前記目標速度に応じて、多項式補間処理により、記憶された前記所定の周期単位の回転運動量から前記周期間の回転運動量を計算して、
計算された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項2記載の脚式ロボット。 - 前記回転運動量を計算する手段は、
前記脚式ロボットに指令する目標速度と一歩の継続時間とに応じて、前記脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の脚式ロボット。 - 前記回転運動量を計算する手段は、
前記脚式ロボットに指令する目標速度と、一歩の継続時間と、前記脚式ロボットの状態が遷移する遷移時間とに応じて、前記脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の脚式ロボット。 - 前記回転運動量を計算する手段は、
前記脚式ロボットに指令する目標速度に応じた、前記脚式ロボットの、左足平位置と右足平位置と体幹姿勢を示すデータと、前記位置姿勢を実現する体幹位置を示すデータを入力して記憶する手段と、
前記データ群から、前記脚式ロボットをモデル化した「左膝位置と右膝位置と左足平近傍位置と右足平近傍位置に質量が集中して存在する力学系」を用いて、各質点の位置及び速度を計算して、前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する手段
を備えることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載の脚式ロボット。 - 前記重心軌道を生成する手段は、
鉛直方向軌道及び計算された前記回転運動量に基づいて計算される係数を持つ行列と、重心軌道の列と、目標ZMPの列との間に成立する連立方程式を解いて重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の脚式ロボット。 - 指令する目標速度に応じて、脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算するステップと、
計算された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算するステップと、
計算された前記重心軌道に基づいて、前記脚式ロボットの関節を回転するステップと
を備える脚式ロボットの制御方法。 - 前記重心軌道を計算するステップでは、
記憶された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項8記載の脚式ロボットの制御方法。 - 前記回転運動量を計算するステップでは、
所定の周期単位の前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算して、前記回転運動量を記憶し、
前記重心軌道を計算するステップでは、
前記目標速度に応じて、多項式補間処理により、記憶された前記所定の周期単位の回転運動量から前記周期間の回転運動量を計算して、
計算された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項9記載の脚式ロボットの制御方法。 - 前記回転運動量を計算するステップでは、
指令する目標速度と一歩の継続時間とに応じて、前記脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する
ことを特徴とする請求項8乃至10いずれか1項記載の脚式ロボットの制御方法。 - 前記回転運動量を計算するステップでは、
指令する目標速度と、一歩の継続時間と、前記脚式ロボットの状態が遷移する遷移時間とに応じて、前記脚式ロボットの上体の姿勢角が変動しない前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する
ことを特徴とする請求項8乃至11いずれか1項記載の脚式ロボットの制御方法。 - 前記回転運動量を計算するステップは、
前記脚式ロボットをモデル化した「左膝位置と右膝位置と左足平近傍位置と右足平近傍位置に質量が集中して存在する力学系」を用いて、各質点の位置及び速度を計算して、前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算するステップ
を備えることを特徴とする請求項8乃至12いずれか1項記載の脚式ロボットの制御方法。 - 前記重心軌道を生成するステップでは、
鉛直方向軌道及び計算された前記回転運動量に基づいて計算される係数を持つ行列と、重心軌道の列と、目標ZMPの列との間に成立する連立方程式を解いて重心軌道を計算する
ことを特徴とする請求項8乃至13いずれか1項記載の脚式ロボットの制御方法。 - 関節角を変更して動作する脚式ロボットの制御システムであって、
前記脚式ロボットに指令する目標速度に応じた、前記脚式ロボットの、左足平位置と右足平位置と体幹姿勢を示すデータと、前記位置姿勢を実現する体幹位置を示すデータを入力して記憶する入力データ記憶部と、
前記データ群から、前記脚式ロボットをモデル化した「左膝位置と右膝位置と左足平近傍位置と右足平近傍位置に質量が集中して存在する力学系」を用いて、各質点の位置及び速度を計算して、前記脚式ロボットの重心周りの回転運動量を計算する回転運動量計算部と、
計算された前記回転運動量を用いてZMP方程式を求解することで、前記脚式ロボットの重心軌道を計算する重心軌道計算部と、
計算された前記重心軌道に基づいて、前記関節を回転する関節駆動部と
を備える脚式ロボットの制御システム。
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