JP2011079092A - 脚式移動ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩容の制限や関節を駆動するアクチュエータの負荷を緩和することが可能な脚式移動ロボットの制御装置を提供する。
【解決手段】脚式移動ロボットの足平２２Ｒ（Ｌ）は、前後方向に対して交差する鉛直面において曲率が連続する曲底面２７Ｒ（Ｌ）を底部外周面に有する。足平２２Ｒ（Ｌ）の着床から離床までに至る過程において、その足平２２Ｒ（Ｌ）を曲底面２７Ｒ（Ｌ）が接床する方向の軸回りに回転動作させることが可能である。
【選択図】図８

Description

本発明は、脚式移動ロボットの制御装置に関する。

上体と、上体から下方に延設された複数の脚体と、各脚体に対して回動可能な足平とを備える脚式移動ロボットが知られている。

一般的な脚式移動ロボットにおいては、足平の底面は平らに形成されている。そして、脚式移動ロボットを人間類似の歩容にて前後方向以外に移動させるとき、接床する足平を前後方向に回転させて離床させた後、当該足平を前後方向と交差する方向の軸回りに回転動作させている。

なお、特許文献１には、足平のつま先部底面を屈曲させて形成することが開示されている。この足平は前後方向断面が同一になるように形成されており、つま先立ち時における安定性を向上させている。

また、特許文献２には、底面が平らな足平を全面接床したまま回転させて方向転換を行うことが開示されている。

特開２００５−２７１１１０号公報 特開２００１−１５０３７１号公報

ところで、上記一般的な脚式移動ロボットや特許文献１に開示された脚式移動ロボットにおいては、離床前に足平を前後方向と交差する方向の軸回りに回転動作させると、当該足平の底面の角部で接床して、ロボットが不安定になる。そこで、離床後でなければ足平を前後方向と交差する方向の軸回りに回転動作しないように、抜き足動作時にはこのような回転動作を拘束していた。そのため、離床時における足平の進行方向は前後方向に限定され、離床後に足平を空中で回転動作させていた。従って、歩容が制限されるという問題、及び歩容周期内に目標歩容を実現させるために関節の回転角速度を増加させる必要が生じ、関節を駆動するアクチュエータの負荷が大きくなるという問題があった。

例えば、いわゆる花魁歩きのように前脚を迂回して後脚を前方向に移動させる場合や、外力が側方から作用したときなどのように前脚の前外側にクロスさせて後脚を移動させる場合には、後脚足平の離床後に、足平を外側斜め方向の軸回りに大きく回転動作させる必要があるので、両脚の膝同士の干渉が生じるか、あるいは急峻な関節動作を行うことになる。そのため、従来の脚式移動ロボットでは、このような歩容を実現することができなかった。

一方、特許文献２に開示された脚式移動ロボットにおいては、足平を全面接床したまま回転させて方向転換を行うため、人間類似の自然な歩容を実現できないという問題があった。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、歩容の制限を緩和し、あるいは関節を駆動するアクチュエータの負荷を緩和することが可能な脚式移動ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の脚式移動ロボットの制御装置は、かかる目的を達成するために、上体と、該上体から下方に延設された複数の脚体と、前後方向に対して交差する鉛直面において曲率が連続する部分を底部外周面に有し、且つ前記各脚体に対して回動可能な足平とを備え、該足平の着床（床面への着地）及び離床（床面からの離脱）を伴う前記各脚体の動作により移動する脚式移動ロボットの制御装置であって、前記足平の着床から離床までに至る過程において、当該足平を前記部分が接床する方向の軸回りに回転動作させることを特徴とする。

なお、本明細書では、「床」は、通常的な意味での床（屋内の床など）だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。

本発明によれば、各脚体に対して回動可能な足平は、前後方向に対して交差する鉛直面内において曲率が連続する部分を底部外周面に有する。そして、足平の着床から離床までに至る過程において、当該足平を前記部分が接床する方向の軸回りに回転動作させることが可能である。

そのため、離床前に足平を前後方向以外の前記方向に軸回転させることが可能となり、離床時の足平の姿勢が多様化するので、上記一般的な脚式移動ロボットや特許文献１に開示された脚式移動ロボットに比べて、歩容の制限や関節駆動するアクチュエータの負荷を緩和することが可能となる。さらに、足平の底部外周面が有する曲面の曲率が連続する部分が接床する方向の軸回りに、当該足平を回転動作させるので、当該足平の回転動作に伴い、前記部分が連続的に順次接床するので、ロボットの歩容が安定化する。

また、離床前に足平を前後方向以外の前記方向に軸回転させることが可能であるので、離床前に足平を水平面内でのみ軸回転可能な上記特許文献２に開示された脚式移動ロボットに比べて、人間類似の自然な歩容を実現することができる。

そして、本発明において、前記部分は、前記足平の水平底面から連続的に曲率が増加するように形成されていることが好ましい。この場合、離床前に足平を前後方向以外の前記方向に軸回転させるとき、当該軸回転の角速度と前記部分の接床部の移動速度との変化が少なくなるので、ロボットの歩容が安定化する。

また、本発明において、前記部分は、前記鉛直面において前記足平の水平底面の端点を始点としたクロソイド曲線となるように形成されていることが好ましい。この場合、離床前に足平を前後方向以外の前記方向に軸回転させるとき、当該軸回転の角速度と前記部分の接床部の移動速度との比が一定となるので、ロボットの歩容が安定化する。

また、本発明において、前記足平の底面の下方に弾性板体が配設されていることが好ましい。この場合、前記部分と床面との間に弾性板体が配設されているので、離床前に足平を前後方向以外の前記方向に軸回転させたとき、床面に弾性板体が当接して、弾性板体が存在しない場合と比べて、床面との接触部が増え、摩擦力が増加するので、スピンやスリップの発生を抑制することができる。

本発明の脚式移動ロボットの一実施形態である２足移動ロボットの概略構成を示す斜視図。 ロボットの足部の拡大断面図。 足部の足平プレートの斜視図。 （ａ）〜（ｃ）は、足平プレートの断面図。 ロボットが備える制御ユニットのハード構成を示すブロック図。 制御ユニットの機能的構成を示すブロック図。 ロボットの目標歩容を示す図。 ロボットの足平床反力中心点軌道の形態及び座標系を例示する図。 ロボットの目標歩容の瞬時形態を例示する図。 歩容生成装置が実行するメインルーチン処理を示すフローチャート。 図１０のＳ０２２のサブルーチン処理を示すフローチャート。 目標床反力鉛直成分軌道を例示するグラフ。 （ａ），（ｂ）は、目標各足平床反力中心点軌道（Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分）の例を示すグラフ。 各足平床反力分配率を例示するグラフ。 図１０のＳ０２４のサブルーチン処理を示すフローチャート。 ロボットの足平床反力中心点軌道の形態の変形例を示す図。 ロボットの足平床反力中心点軌道の形態の他の変形例を示す図。

以下、脚式移動ロボットとして２足移動ロボットを例にとって、本発明の一実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の２足移動ロボット１（以下、単にロボット１という）は、上体２４と、この上体２４から下方に延設された左右一対の脚体（脚部リンク）２Ｒ，２Ｌとを備える。

上体２４は、両脚体２Ｒ，２Ｌの基端部（上端部）に後述する股（腰）関節を介して連結されており、接床する脚体２Ｒ，２Ｌによって床面の上方に支持される。

両脚体２Ｒ，２Ｌは同一構造であり、それぞれ６個の関節を備える。その６個の関節は上体２４側から順に、股の回旋用（上体２４に対するヨー方向の回転用）の関節１０Ｒ，１０Ｌと、股のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転用の関節１２Ｒ，１２Ｌと、股のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転用の関節１４Ｒ，１４Ｌと、膝部のピッチ方向の回転用の関節１６Ｒ，１６Ｌと、足首部のピッチ方向の回転用の関節１８Ｒ，１８Ｌと、足首部のロール方向の回転用の関節２０Ｒ，２０Ｌとから構成される。

なお、本実施形態の説明では、符号Ｒ，Ｌはそれぞれ右側脚体、左側脚体に対応するものであることを意味する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、後述する支持脚座標系の３つの座標軸を意味する。この支持脚座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向は、水平面上で互いに直交する２軸方向であり、Ｘ軸方向はロボット１の前後方向（ロール軸方向）、Ｙ軸方向はロボット１の左右方向（ピッチ軸方向）に相当する。また、Ｚ軸方向は鉛直方向（重力方向）であり、ロボット１の上下方向（ヨー軸方向）に相当する。この場合、本実施形態では、Ｘ軸方向が、本発明における前後方向としての意味を持つ。

各脚体２Ｒ（Ｌ）の関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）によって３自由度の股関節が構成され、関節１６Ｒ（Ｌ）によって１自由度の膝関節が構成され、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）によって２自由度の足首関節が構成されている。

そして、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク３２Ｒ（Ｌ）で連結され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）で連結されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部に、各脚体２Ｒ（Ｌ）の先端部（下端部）を構成する足平２２Ｒ（Ｌ）が取着されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の上端部（基端部）が、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）を介して上体２４に連結されている。

上記した各関節は、例えば本願出願人が特開平３−１８４７８２号などにて提案した公知の構造のものでよい。この場合、各関節を回転駆動するアクチュエータは、減速機を備える電動モータ４２（図２参照）により構成される。

各脚体２Ｒ（Ｌ）の上記構成により、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足平２２Ｒ（Ｌ）は、上体２４に対して６自由度を有する。そして、ロボット１の移動に際して両脚体２Ｒ，２Ｌを合わせて６×２＝１２個の関節をそれぞれ適宜な角度に駆動することで、両足平２２Ｒ，２２Ｌの所望の運動を行うことができる。これにより、ロボット１は歩行動作や走行動作等、３次元空間を移動する運動を行うことが可能となっている。

なお、図示は省略するが、本実施形態では、上体２４の上部の両側部には左右一対の腕体が取り付けられると共に、上体２４の上端部には頭部が搭載される。そして、各腕体は、それに備える複数の関節（肩関節、肘関節、手首関節など）によって、該腕体を上体２４に対して前後に振る等の運動を行うことが可能となっている。ただし、これらの腕体及び頭部はなくてもよい。

上体２４の内部にはロボット１の動作制御を行う制御ユニット２６が格納されている。なお、図１では図示の便宜上、制御ユニット２６を上体２４の外部に記載している。

各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）と足平２２Ｒ（Ｌ）との間には６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）が介装されている。この６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）は、床から足平２２Ｒ（Ｌ）を介して各脚体２Ｒ（Ｌ）に伝達される床反力の３軸方向の並進力成分及び３軸まわりのモーメント成分を検出し、その検出信号を制御ユニット２６に出力する。

上体２４には、鉛直方向（重力方向）に対する上体２４の傾斜角（ロール方向及びピッチ方向の傾斜角）とその変化速度（角速度）とを計測するための傾斜センサ４０が搭載されている。この傾斜センサ４０は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット２６に出力する。そして、制御ユニット２６において、傾斜センサ４０の出力を基に、公知の手法によって鉛直方向に対する上体２４の傾斜角と角速度とが計測される。

また、各関節を回転駆動する電動モータ４２（図２参照）には、各関節の回転角を検出するためのエンコーダ（ロータリエンコーダ）４４（図２参照）が付設され、該エンコーダ４４の検出信号が制御ユニット２６に出力される。

次に、図２から図４を参照して、足平２２Ｒ（Ｌ）の構成について説明する。なお、足平２２Ｒ（Ｌ）は、左右対称であるため、ここでの説明では、符号Ｒ，Ｌを省略する。

足平２２は、金属等の剛性体からなり、図３に示すように、船底形状に形成された足平本体２３を備えている。該足平本体２３の底面は、卵状の水平面からなる平底面２５と、該平底面２５の外周を取り囲むように存在する曲底面２７とにより構成されている。曲底面２７は、原点Ｏよりつま先側（Ｘ軸正方向側）のつま先側曲底面２７ａと、原点Ｏよりかかと側（Ｘ軸負方向側）のかかと側曲底面２７ｂとからなり、両曲底面２７ａ，２７ｂは連続している。曲底面２７は、本発明における底部外周面に相当するものである。

なお、原点Ｏは、足平２２の平底面２５を全面に亘って接床（床面に接触）させた状態において、脚体２の足首中心から床面に延ばした垂線が床面と交わる点である。そして、原点Ｏを通る水平面をＸＹ平面としており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、それぞれ足平２２の前後方向、左右方向となる。

本実施形態では、曲底面２７は、前後方向（Ｘ軸方向）に対して交差する鉛直面を含めた任意の鉛直面において曲率が連続している。ここでは、図４（ａ）から図４（ｃ）に示した足平本体２３の断面図に示されるように、原点Ｏを中心とした径方向において、平底面２５（曲率は０）から連続的に曲率が増加するように、曲底面２７が形成されている。具体的には、曲底面２７は、原点Ｏを中心とした径方向の鉛直断面視において、平底面２５の端点を始点として緩和曲線の一つであるクロソイド曲線となるように形成されている。なお、図４（ｃ）は、図３のIVｃ−IVｃ線における断面図である。

そして、図２に示すように、足平２２と６軸力センサ３６との間には、バネ機構体２９が配置されている。このバネ機構体２９は、高剛性の金属材料から形成されたバネ機構体フレーム２９ａと、バネ機構体フレーム２９ａによって規定される空間内に収容された複数個のゴム製ブッシュ２９ｂと、ブッシュ２９ｂの上面に取り付けられ、高剛性の金属材料から形成されたバネ機構体プレート２９ｃとからなる。このバネ機構体プレート２９ｃの上部に６軸力センサ３６が取り付けられると共に、６軸力センサ３６の上部に足首関節１８，２０を介して脚部２の下腿リンク３４が連結されている。

さらに、足平本体２３の底面（平底面２５及び曲底面２７）の全面に亘って一定厚さの弾性板体、本実施形態ではゴムからなるソール３１が貼付けられている。

このように、足平２２にバネ機構体２９及びソール３１を設けることにより、ロボット１の足平２２の着床時の衝撃を緩和すると共に制御性を高めている。なお、その詳細な説明は、本願出願人が先に出願した特開平５−３０５５８４号公報に記載されているので、本明細書では省略する。

次に、図５を参照して、制御ユニット２６について説明する。制御ユニット２６は、マイクロコンピュータを有する電子回路ユニットにより構成されており、ＣＰＵからなる第１演算装置５０及び第２演算装置５２、Ａ／Ｄ変換器５４、カウンタ５６、Ｄ／Ａ変換器５８、ＲＡＭ６０、ＲＯＭ６２、並びにこれらの間のデータ授受を行うバスライン６４を備えている。

この制御ユニット２６では、前記６軸力センサ３６及び傾斜センサ４０の出力はＡ／Ｄ変換器５４でデジタル値に変換された後、バスライン６４を介してＲＡＭ６０に入力される。また、ロボット１の各関節のエンコーダ４４の出力はカウンタ５６を介してＲＡＭ６０に入力される。

第１の演算装置５０は、後述する目標歩容を生成すると共に、関節変位指令（各関節の回転角の目標値）を算出し、ＲＡＭ６０に送出する。また、第２の演算装置５２はＲＡＭ６０から関節変位指令と、エンコーダ４４の出力からカウンタ５６を介して計測された実関節変位（各関節の回転角の実測値）とを読み出し、該実関節変位を関節変位指令に追従させるために必要な各関節の電動モータ４２の駆動指令（電動モータ４２の出力トルクを規定する指令値）を算出する。

そして、第２の演算装置５２は、その算出した駆動指令をＤ／Ａ変換器５８を介して電動モータ４２の駆動用のサーボアンプ４６に出力する。このとき、サーボアンプ４６は、入力された駆動指令に応じて電動モータ４２を駆動する。これにより、各関節の実関節変位が関節変位指令に追従するように制御される。

次に、図６を参照して、本実施形態におけるロボット１の制御装置の動作の概要を説明する。図６中の「実ロボット」以外の部分が制御ユニット２６が実行する処理（主として第１の演算装置６０及び第２の演算装置６２の処理）によって実現される機能である。

図６では、便宜上、ロボット１に搭載された前記の各センサの出力から制御ユニット２６が認識する実測値（実関節変位など）が実ロボット１から出力されるものとして示している。また、以下の説明では、脚体２Ｒ，２Ｌの左右を特に区別する必要がないときは、符号Ｒ，Ｌを省略する。なお、制御ユニット２６の構成及び動作は、本願出願人が先に出願したＰＣＴ国際公開公報ＷＯ２００３／０６１９１や特開平５−３０５５８４号公報などに詳細に記載されているので、本明細書ではその詳細な説明は省略する。

制御ユニット２６は、ロボット１の動作（歩容）の目標である目標歩容を生成して出力する歩容生成装置１００を備える。この歩容生成装置１００が生成して出力する目標歩容は、本実施形態では、各足平２２の目標位置及び目標姿勢の軌道である目標足平位置姿勢軌道と、上体２４の目標位置及び目標姿勢の軌道である目標上体位置姿勢軌道と、各腕体の目標姿勢の軌道である目標腕姿勢軌道と、ロボット１に作用する全床反力の鉛直成分の目標の軌道である目標全床反力鉛直成分軌道と、ロボット１のＺＭＰ（Zero Moment Point）の目標位置の軌道である目標ＺＭＰ軌道とから構成される。なお、脚体２Ｒ，２Ｌや腕体以外に、上体２４に対して可動な部位を備える場合には、その可動部位の目標位置姿勢軌道が目標歩容に加えられる。

歩容生成装置１００には、ロボット１の運動形態に関する基本的な要求を表す要求パラメータが、ロボット１の外部の図示しない操縦装置やサーバ等から無線通信等により入力される。該要求パラメータは、例えば、ロボット１の運動種別（歩行、走行等）や、遊脚側の足平２２の目標とする着床位置姿勢（到達予定位置姿勢）、目標とする着床時刻（到達予定時刻）、あるいは、これらを決定するために必要なパラメータ（例えばロボット１の平均移動速度や移動方向等）により構成される。なお、このような要求パラメータは、ロボット１の図示しない記憶装置に事前に記憶保持しておき、それを歩容生成装置１００が所定のスケジュールで読み込むようにしてもよい。また、要求パラメータは、目標足平位置姿勢軌道等を直接的に指定するパラメータであってもよい。

そして、歩容生成装置１００は、上記要求パラメータを用いて所定のアルゴリズムにより目標歩容を生成する。より詳しく言えば、本実施形態では、歩容生成装置１００は、要求パラメータに応じて、目標歩容の目標足平位置姿勢軌道、目標床反力鉛直成分軌道等、目標歩容の一部の構成要素を規定するパラメータとしての歩容パラメータを決定した上で、目標歩容の瞬時値を逐次決定する。これにより、歩容生成装置１００は、目標歩容の軌道を生成する。

ここで、目標歩容における「軌道」は時間的変化のパターン（時系列パターン）を意味し、歩容生成装置１００の制御周期（演算処理周期）毎に算出される瞬時値の時系列により構成される。以下の説明では、「軌道」の代わりに「パターン」と称することもある。また、以下の説明では、誤解を生じるおそれがない場合には、しばしば「目標」を省略する。

上体２４の位置及び速度は、上体２４の予め定めた代表点（例えば左右の股関節の間の中央点等）の位置及びその移動速度を意味する。同様に、各足平２２の位置及び速度は、各足平２２の予め定めた代表点の位置及びその移動速度を意味する。各足平２２の代表点は、本実施形態では、各足平２２の底面上の点、各脚体２の足首関節の中心から各足平２２の底面への垂線が該底面と交わる原点Ｏに設定される。

また、「姿勢」は空間的な向きを意味する。例えば上体姿勢は鉛直方向に対するロール方向（Ｘ軸まわり）の上体２４の傾斜角（姿勢角）とピッチ方向（Ｙ軸まわり）の上体２４の傾斜角とで表され、足平姿勢は各足平２２に固定的に設定された２軸の空間的な方位角で表される。本明細書では、上体姿勢は上体姿勢角ということもある。なお、上体姿勢にヨー方向（Ｚ軸まわり）の上体２４の回転角を含めてもよい。

また、歩容のうちの、床反力に係わる要素（目標ＺＭＰ及び目標全床反力）以外の構成要素、すなわち足平位置姿勢、上体位置姿勢等、ロボット１の各部の運動に係わる歩容を総称的に「運動」という。

また、各足平２２に作用する床反力（並進力及びモーメントからなる床反力）を「各足平床反力」と呼び、ロボット１の全て（２つ）の足平２２Ｒ，２２Ｌについての「各足平床反力」の合力を「全床反力」という。ただし、以下の説明においては、特に断らない限り、「床反力」は「全床反力」と同義として扱う。

ＺＭＰは、ロボット１の運動によって発生する慣性力とロボット１に作用する重力との合力がその点まわりに作用するモーメントの水平成分（水平軸まわりのモーメント成分）が零になる床面上の点を意味する。

目標各足平床反力は、一般的には、作用点とその点に作用する並進力及びモーメントとにより表現される。作用点はどこに設定してもよいが、本実施形態では、各足平における目標ＺＭＰを目標床反力の作用点とする。目標ＺＭＰを作用点とする目標各足平床反力のモーメント成分は、鉛直成分（Ｚ軸まわりのモーメント成分）を除いて零になる。

歩容生成装置１００により生成される目標歩容のうち、目標上体位置姿勢軌道と目標腕姿勢軌道とは、ロボット幾何学モデル（キネマティクス演算部）１０２に入力される。

また、目標足平位置姿勢軌道、目標ＺＭＰ軌道（目標床反力中心点軌道）、及び目標各足平床反力軌道は、複合コンプライアンス動作決定部１０４と目標床反力分配器１０６とに入力される。

そして、目標床反力分配器１０６にて、目標床反力は各足平２２Ｒ，２２Ｌに分配され、目標各足平床反力中心点（各足平２２Ｒ，２２Ｌの床反力中心点の目標位置）と、目標各足平床反力（各足平２２Ｒ，２２Ｌの床反力中心点に作用させる目標床反力）とが決定される。この決定された目標各足平床反力中心点及び目標各足平床反力の軌道は複合コンプライアンス動作決定部１０４に入力される。

複合コンプライアンス動作決定部１０４では、目標足平位置姿勢を修正してなる機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢が求められ、この修正目標足平位置姿勢の軌道がロボット幾何学モデル１０２に入力される。

ロボット幾何学モデル１０２は、入力された目標上体位置姿勢と機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢とを満足する両脚体２Ｒ，２Ｌの各関節の関節変位指令を、ロボット１のキネマティクスモデル（剛体リンクモデル）に基づく逆キネマティクス演算によって算出し、その算出した関節変位指令を変位コントローラ１０８に出力する。さらに、ロボット幾何学モデル１０２は、目標腕姿勢を満足する各腕体の各関節の関節変位指令を算出し、その算出した関節変位指令を変位コントローラ１０８に出力する。

そして、変位コントローラ１０８は、ロボット幾何学モデル１０２で算出された関節変位指令を目標値として、ロボット１の両脚体２Ｒ，２Ｌ及び両腕体の各関節の回転角（実関節変位）を前記サーボアンプ４６を介して追従制御する。より詳しくは、変位コントローラ１０８は、エンコーダ４４の出力から計測される実関節変位（実測値）を関節変位指令に一致させるように、電動モータ４２の出力トルクを調整する。

上記のような追従制御によるロボット１の実際の運動によって該ロボット１の各足平２２Ｒ，２２Ｌに実際に作用する床反力である実各足平床反力が前記６軸力センサ３６の出力から計測され、その実各足平床反力の実測値が前記複合コンプライアンス動作決定部１０４に入力される。

また、ロボット１の上体２４の実際の姿勢角（鉛直方向に対する傾斜角）である実上体姿勢角が前記傾斜センサ４０の出力から計測され、その実上体姿勢角の実測値が姿勢安定化制御演算部１１２に入力される。さらに、姿勢安定化制御演算部１１２には、歩容生成装置１００が生成する目標上体位置姿勢のうちの目標上体姿勢角（鉛直方向に対する上体２４の姿勢角の目標値）等も入力される。目標上体姿勢角は、本実施形態では一定値（固定値）であり、例えば、ロボット１の上体２４の体幹軸が鉛直方向を向く姿勢での該上体２４の姿勢角（＝０）である。このように目標上体姿勢角が一定値（固定値）である場合には、姿勢安定化制御演算部１１２に目標上体姿勢角を入力することを省略してもよい。

そして、姿勢安定化制御演算部１１２は、入力される実上体姿勢角（実測値）と目標上体姿勢角との偏差である上体姿勢角偏差Δθを、これに所定値を乗じてなる後述の位置偏差ΔＸに変換する。

さらに、姿勢安定化制御演算部１１２は、この位置偏差ΔＸを“０”に収束させるための要求操作量（フィードバック要求操作量）として、目標ＺＭＰまわりでロボット１に付加的に作用させる床反力モーメントの要求値である補償全床反力モーメントを、算出した位置偏差ΔＸに応じてフィードバック制御則により算出する。

姿勢安定化制御演算部１１２で決定された補償全床反力モーメントは、補償全床反力モーメント分配器１１０を介してコンプライアンス制御用目標床反力モーメントとモデル操作床反力モーメントとに分配される。コンプライアンス制御用目標床反力モーメントは、上体姿勢角偏差Δθを“０”に近づけるために、実ロボット１に付加的に作用させる目標ＺＭＰまわりの摂動床反力モーメントである。モデル操作床反力モーメントは、歩容生成装置１００により決定された目標歩容の運動が目標ＺＭＰまわりに発生する摂動床反力モーメントである。

歩容生成装置１００にはモデル操作床反力モーメントが入力される。そして、歩容生成装置１００は、該歩容生成装置１００において決定される目標ＺＭＰまわりの床反力モーメントの水平成分がモデル操作床反力モーメントとなるように、動力学モデルを用いて目標歩容の運動（目標運動）を生成する。なお、歩容生成装置１００から複合コンプライアンス動作決定部１０４に対して出力される目標全床反力は、目標ＺＭＰまわりの床反力モーメントの水平成分が“０”になることを目標とするものとして出力される。

また、補償全床反力モーメント分配器１１０で決定されたコンプライアンス制御用目標床反力モーメントは、複合コンプライアンス動作決定部１０４に入力される。そして、複合コンプライアンス動作決定部１０４は、歩容生成装置１００が生成する目標歩容の運動にロボット１の運動を追従させつつ、目標ＺＭＰまわりの実床反力モーメントが補償全床反力モーメントに近づくように、目標足平位置姿勢を修正することにより、機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）を決定する。

この場合、ロボット１の足平位置姿勢及び床反力の全ての状態を目標に一致させることは事実上不可能であるので、これらの間にトレードオフ関係を与えて妥協的になるべく一致させる。すなわち、複合コンプライアンス動作決定部１０４は、各目標に対する制御偏差に重みを与えて、制御偏差（あるいは制御偏差の２乗）の重み付き平均が最小になるように機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）を決定する。

換言すれば、目標ＺＭＰまわりの実床反力モーメントと、ロボット１の実際の足平位置姿勢とがそれぞれ補償全床反力モーメント、目標足平位置姿勢にできるだけ近づくように機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）が決定される。そして、複合コンプライアンス動作決定部１０４は、この修正目標足平位置姿勢をロボット幾何学モデル１０２に足平位置姿勢の最終的な目標値として出力することで、ロボット１の動作を制御する。

以下、図７から図９の歩容を生成することを例にして、歩容生成装置１００の歩容生成処理を説明する。

なお、以降の説明では、「床反力鉛直成分」、「床反力水平成分」は、それぞれ、特に断らない限り、「並進床反力鉛直成分」、「並進床反力水平成分」を意味するものとする。

また、歩容における「両脚支持期」とは、両脚体２Ｒ，２Ｌでロボット１の自重を支持する期間、「片脚支持期」とはいずれか一方のみの脚体２Ｒ（Ｌ）でロボット１の自重を支持する期間を言う。また、片脚支持期においてロボット１の自重を支持する側の脚体２Ｒ（Ｌ）を「支持脚」、自重を支持しない側の脚体２Ｒ（Ｌ）を「遊脚」と呼ぶ。本実施形態で説明する歩容では、両脚支持期と片脚支持期とが交互に繰り返される。

歩容生成装置１００は、本実施形態では、両脚支持期の開始時点から片方の脚体２Ｒ（Ｌ）が離床・着床してから次の両脚支持期の開始時点となるまでの１歩分の歩容を単位として、目標歩容を順次に生成する。なお、目標歩容の歩容の区切りや単位歩容数などは、これに限定されるものではない。

歩容生成装置１００が目標歩容を生成するとき、歩容生成装置１００には、ロボット１の１歩先の遊脚側足平２２の到達予定位置姿勢、到達予定時刻を規定する要求パラメータが入力される（あるいは歩容生成装置１００が記憶装置から要求パラメータを読み込む）。そして、歩容生成装置１００は、これらの要求パラメータを用いて、目標上体位置姿勢軌道、目標足平位置姿勢軌道、目標ＺＭＰ軌道、目標床反力鉛直成分軌道、目標腕姿勢軌道等を生成する。

まず、図７から図９に示す歩容を説明すると、この歩容は、いわゆる花魁歩きと同様の歩容である。そして、ここでは、片脚支持期に右側脚体２Ｒが遊脚となり、左側脚体２Ｌは常に支持脚となる１歩分の歩容である。この歩容では、両脚体２Ｒ，２Ｌがロボット１の自重を支持する両脚支持期の後の片脚支持期において、遊脚である右側脚体２Ｒの足平２２Ｒが、支持脚である左側脚体２Ｌの右側を迂回するように空中を移動して、左脚足平２２Ｌの左斜め前方（外側斜め前方）に着床する。なお、図７中の丸付きの数字は、歩容の時系列的な順番を示している。また、図７中の白抜き矢印は、ロボット１の進行方向を示している。

図７の１番目の状態は、両脚支持期の開始（初期）の状態であり、右脚足平２２Ｒは平底面２５Ｒが全面に亘って接床し、左脚足平２２Ｌはかかとが着床してかかと側曲底面２７ｂＬの接床が開始した状態である。

続いて、右脚足平２２Ｒの後側（かかと側）が上がり、左脚足平２２Ｌの前側（つま先側）が下りて、図７の２番目に示すように、両脚支持期に続く片脚支持期の開始時（両脚支持期の終了時）の状態になる。この状態は、右脚足平２２Ｒはかかと側曲底面２７ｂＬの接床が終了して離床が開始され、左脚足平２２Ｌは平底面２５Ｌが全面に亘って接床する状態である。

続いて、右脚足平２２Ｒのつま先が離床して、図７の３番目に示すように、片脚支持期の中間時点の状態になる。この状態は、右脚足平２２Ｒは空中に在り、左脚足平２２Ｌは、２番目の状態に引き続き、平底面２５Ｌが全面に亘って接床する状態である。

そして、右脚足平２２Ｒがかかとから着床して、図７の４番目に示すように、片脚支持期の終了時（次の両脚支持期の開始時）の状態になる。この状態は、右脚足平２２Ｒはかかとが着床してかかと側曲底面２７ｂＲの接床が開始され、左脚足平２２Ｌは平底面２５Ｌが接床する状態が継続している。

なお、目標上体位置姿勢及び目標足平位置姿勢はグローバル座標系で記述される。グローバル座標系は床に固定された座標系であり、本実施形態では、以下に説明する支持脚座標系が用いられる。該支持脚座標系は、支持脚である左側脚体２Ｌの足平２２Ｌの平底面２５Ｌを全面に亘って床面に接触させた状態において、該左側脚体２Ｌの足首中心から床面に延ばした垂線が床面と交わる点を原点Ｏとし、その原点Ｏを通る水平面をＸＹ平面とする、床に固定された座標系である。この場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、それぞれ左脚足平２２Ｌの前後方向、左右方向である。また、支持脚座標系の原点は、必ずしも支持脚側足平２２の底面のほぼ全面を床面に接触させた状態での該足平２２の代表点に合致する必要はなく、該代表点と異なる床面上の点に設定してもよい。

次に、歩容生成装置１００の歩容生成処理を、図１０から図１５を参照して説明する。歩容生成装置１００は、図１０のフローチャート（構造化フローチャート）に示す歩容生成処理（メインルーチン処理）を実行することによって目標歩容を生成する。

まず、Ｓ０１０において時刻ｔを“０”に初期化するなど種々の初期化作業が行なわれる。この処理は、歩容生成装置１００の起動時等に行なわれる。

次いで、Ｓ０１２を経てＳ０１４に進み、歩容生成装置１００は、制御周期（図１０のフローチャートの演算処理周期）毎のタイマ割り込みを待つ。制御周期はΔｔである。

次いで、Ｓ０１６に進み、歩容生成装置１００は、歩容の切り替わり目であるか否かを判断する。このとき、歩容の切り替わり目である場合には、Ｓ０１８に進み、切り替わり目でない場合には、Ｓ０２４に進む。ここで、「歩容の切り替わり目」は、前回の目標歩容の生成が完了し、今回の目標歩容の生成を開始するタイミングを意味し、例えば前回の目標歩容の生成を完了した制御周期の次の制御周期が歩容の切り替わり目になる。

Ｓ０１８に進むときは、時刻ｔが“０”に初期化される。次いで、Ｓ０２０に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容周期を決定する。目標歩容周期は、前記要求パラメータに基づき決定される。すなわち、本実施形態では、歩容生成装置１００に入力される要求パラメータは、１歩先の右脚足平２２Ｒの到達予定位置姿勢と到達予定時刻とを規定する要求値を含んでいる。そして、この１歩目の要求値が、目標歩容に対応するものとして、目標歩容の生成開始時以前に歩容生成装置１００に与えられる。なお、これらの要求値は目標歩容の生成途中で変更し得るようにすることも可能である。

次いで、Ｓ０２２に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容の歩容パラメータを決定する。該歩容パラメータは、本実施形態では、目標歩容における目標足平位置姿勢軌道を規定する足平軌道パラメータ、目標上体姿勢軌道を規定する上体姿勢軌道パラメータ、目標腕姿勢軌道を規定する腕軌道パラメータ、目標全床反力鉛直成分軌道を規定する床反力鉛直成分軌道パラメータ、目標ＺＭＰ軌道を規定するＺＭＰ軌道パラメータを含む。

Ｓ０２２では、歩容生成装置１００は、図１１のフローチャートに示すサブルーチン処理を実行する。

まず、Ｓ１００において、歩容生成装置１００は、足平軌道パラメータを決定する。以下に具体的な決定方法を説明する。なお、以降の説明では、歩容の「初期」、「終端」はそれぞれ歩容の開始時刻、終了時刻、あるいは、それらの時刻における瞬時歩容を意味する。

足平軌道パラメータは、目標歩容の初期と終端とにおける足平２２Ｒ，２２Ｌの位置姿勢、目標歩容周期（各歩容の初期から終端までの時間）等から構成される。

図７から図９の目標歩容では、足平２２Ｒ，２２Ｌの位置姿勢は図８及び図９に示すように設定される。ただし、図９の膝間隔Ｄｉｓを確保するなど、実ロボット１の脚体２Ｒ，２Ｌが干渉しないように、目標歩容を設定することに留意する必要がある。

図７の１番目の状態である目標歩容初期においては、右脚足平２２Ｒは平底面２５Ｒが接床し、左脚足平２２Ｌはかかと側曲底面２７ｂＬの後端部Ｅが接床している。そして、目標歩容終端においては、右脚足平２２Ｒ及び左脚足平２２Ｌの位置姿勢は、目標歩容初期における両足平２２Ｒ，２２Ｌの位置姿勢から、前記要求パラメータにおける両足平２２Ｒ，２２Ｌの到達予定位置姿勢の要求値（目標歩容における両足平２２Ｒ，２２Ｌの到達予定位置姿勢の要求値）もしくは該要求値に対応する目標歩容終端における両足平２２Ｒ，２Ｌの位置姿勢に至る足平位置姿勢軌道を、目標歩容終端まで、例えば本願出願人が特許第３２３３４５０号にて提案した有限時間整定フィルタを用いて生成することにより求められる。

なお、図７の１番目から２番目の状態における目標歩容においては、右脚足平２２Ｒの位置姿勢は、平底面２５Ｒを接床させた水平姿勢から、つま先側曲底面２７ａＲを接床させて、かかとを持ち上げるように斜め方向（ピッチ方向及びヨー方向）に回転させた位置姿勢となるように、決定される。一方、左脚足平２２Ｌの位置姿勢は、かかと側曲底面２７ｂＬが接床した前上がり姿勢から、前側が下りて平底面２５Ｒを接床させて水平姿勢となるように、決定される。

次いで、図７の２番目から３番目の状態における目標歩容においては、右脚足平２２Ｒの位置姿勢は、かかと側曲底面２７ａＲの外端部から離床した斜め後上がり姿勢から、空中での水平姿勢、あるいはその類似姿勢となるように、決定される。一方、左脚足平２２Ｌの位置姿勢は、平底面２５Lが接床した水平姿勢を維持するように、決定される。

次いで、図７の３番目から４番目の状態における目標歩容においては、右脚足平２２Ｒの位置姿勢は、空中での水平姿勢、あるいはその類似姿勢からかかと側曲底面２７ｂＲの外端部が着床した斜め前上がり姿勢となるように、決定される。一方、左脚足平２２Ｌの位置姿勢は、平底面２５Lが接床した水平姿勢からつま先側曲底面２７ａＬの先端部が接床する前上がり姿勢となるように、決定される。なお、図７の４番目の状態における両足平２２Ｒ，２２Ｌが到達予定位置姿勢となるように、決定される。

次に、Ｓ１０２に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容における目標上体姿勢軌道を規定する上体姿勢軌道パラメータを決定する。

この場合、本実施形態では、目標歩容の上体姿勢軌道パラメータは、それより規定される目標上体姿勢軌道が予め定められた所定パターンの基準上体姿勢の軌道に一致するように決定される。この基準上体姿勢は、本実施形態では、経時的な変化のない一定姿勢（固定的な姿勢）に設定されている。その基準上体姿勢は、例えば上体２４の体幹軸が定常的に鉛直方向を向く姿勢（ロボット１の直立姿勢で起立した状態での上体姿勢）、すなわち、鉛直方向に対する上体姿勢角が定常的に“０”に保たれる姿勢である。そして、このような基準上体姿勢の軌道を規定するパタメータ（基準上体姿勢の一定の上体姿勢角の値等）が上体姿勢軌道パラメータとして決定される。なお、このように上体姿勢を一定姿勢とした場合には、必然的に上体姿勢角の角速度及び角加速度も定常的に“０”に保たれる。

ただし、上体姿勢は、一定姿勢である必要はない。

次に、Ｓ１０４に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容における腕姿勢軌道パラメータ、より詳しくは鉛直軸（あるいは上体２４の体幹軸）まわりの両腕体の角運動量変化に関すること以外の腕姿勢軌道パラメータを決定する。例えば、上体２４に対する腕体の手先の相対高さや腕体全体の相対重心位置などを規定するパラメータが腕姿勢軌道パラメータとして決定される。この場合、本実施形態では、腕体全体の相対重心位置は、上体２４に対して一定に維持されるように設定される。

次に、Ｓ１０６に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容における床反力鉛直成分軌道パラメータを決定する。具体的には、目標歩容の目標床反力鉛直成分軌道は、例えば図１２に示すようなパターンで設定される。このパターンでは、目標歩容において、目標床反力鉛直成分軌道は、両脚支持期では、床反力鉛直成分の減少側に凸（下に凸）の台形状に設定され、片脚支持期では床反力鉛直成分の増加側に凸（上に凸）の台形状に設定される。そして、このパターンの折れ点の時刻や、台形部分の高さ（ピーク値）が床反力鉛直成分軌道パラメータとして決定される。なお、目標床反力鉛直成分軌道は、実質的に連続になるように（値が不連続にならないように）設定することが好ましい。

この床反力鉛直成分軌道パラメータは、目標歩容における床反力鉛直成分の平均値をロボット１の自重と一致させるように決定される。すなわち、目標歩容の期間における床反力鉛直成分の平均値がロボット１の全体に作用する重力と同じ大きさで反対向きになるようにする。

次いで、Ｓ１０８に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容における目標ＺＭＰ軌道を規定するＺＭＰ軌道パラメータを決定する。

まず、歩容生成装置１００は、目標歩容における各足平床反力中心点軌道を設定する。この目標各足平床反力中心点軌道は、例えば図８及び図１３（ａ），（ｂ）に示すように設定される。なお、図１３（ａ）は目標各足平床反力中心点軌道のＸ軸方向位置（前後方向位置）を、図１３（ｂ）は目標各足平床反力中心点軌道のＹ軸方向位置（左右方向位置）を夫々示す。

図７から図９の歩容において、ロボット１は、図８に示すように、右脚足平２２Ｒのつま先側底面２７ａＲの外端部Ｂから離床し、右脚足平２２Ｒのかかと側底面２７ｂＲの外端部Ｃで着床する。そこで、目標右脚足平床反力中心点軌道の形状は、左脚足平２２Ｒの中心点Ｏ_Ｒを初期位置として、次に右脚足平２２Ｒの平底面２５Ｒ内を徐々に前方に移動して平底面２５Ｒの前端点Ａにまで至り、その後、右脚足平２２Ｒを斜めに回動させてつま先側曲底面２７ａＲの外端部Ｂに至って、右脚足平２２Ｒが離床するように設定される。そして、空中軌道を経て、右脚足平２２Ｒはかかと側曲底面２７ｂＲの外端部Ｃで再び接床し、その後、斜めに回動させて徐々に斜め前方に移動し平底面２５Ｒの後端点Ｄにまで至り、さらに、平底面２５内を徐々に前方向に移動して終端位置の中心点Ｏ_Ｒ’に至るように設定される。一方、目標左脚足平床反力中心点軌道は、左脚足平２２Ｌのつま先先端点Ｅを初期位置として、徐々に前方に移動して中心点Ｏに至るように設定される。

この例のように、目標各足平床反力中心点軌道は目標歩容の全期間において連続（実質的に連続）する軌道に設定される。

次に、歩容生成装置１００は、目標歩容における目標各足平床反力分配率を設定する。図７から図９の歩容において、ロボット１は、前記したように、両脚支持期と片脚支持期とを交互に繰り返す。片脚支持期では、支持脚である左側脚体２Ｌの足平２２Ｌに全ての目標合計足平床反力が分配される。一方、両脚支持期では、左右の各足平２２Ｒ，２２Ｌに目標合計足平床反力が分配される。目標各足平床反力分配率は、遊脚であった脚体２Ｒ（Ｌ）が接床時したときから徐々に増加し、再び離床するときに徐々に減少するように設定される。

そこで、目標各足平床反力分配率は、例えば図１４に示すように設定される。この例では、目標各足平床反力分配率のパターンが、両脚支持期において直線状となるに設定されている。なお、図１４においては、目標合計足平床反力が、右脚足平２２Ｒに全て分配されるときの割合を“０”、左脚足平２２Ｌに全て分配されるときの割合を“１”として示している。この例のように、目標各床反力分配率は目標歩容の全期間において連続（実質的に連続）する軌道に設定される
そして、歩容生成装置１００は、設定した目標各足平床反力中心点軌道及び目標各足平床反力分配率から目標ＺＭＰ軌道の形状を求め、その折れ点の位置や時刻を、目標ＺＭＰ軌道を規定する歩容パラメータ（目標ＺＭＰ軌道パラメータ）として決定する。

以上が、図１０のＳ０２２の処理の詳細である。

図１０の説明に戻って、Ｓ０２２の処理を行った後、あるいはＳ０１６の判断結果が否定的である場合には、次にＳ０２４において、歩容生成装置１００は、目標歩容瞬時値（現在の制御周期での目標足平位置姿勢等の瞬時値）を決定する。このＳ０２４では、前記姿勢安定化制御演算部１１２で決定されるモデル操作床反力モーメントが目標ＺＭＰまわりに発生するように目標歩容瞬時値が決定される。 具体的には、図１５のフローチャートに示すように、目標歩容瞬時値が決定される。

以下説明すると、まず、Ｓ２００において、歩容生成装置１００は、目標歩容パラメータ（より詳しくは床反力鉛直成分軌道パラメータ）を基に、目標床反力鉛直成分の現在時刻ｔ（現在の制御周期）での瞬時値を求める。

さらに、Ｓ２０２において、歩容生成装置１００は、目標歩容パラメータ（より詳しくはＺＭＰ軌道パラメータ）を基に、目標ＺＭＰの現在時刻ｔでの瞬時値を求める。

次いで、Ｓ２０４に進み、歩容生成装置１００は、目標歩容パラメータ（より詳しくは足平軌道パラメータ、上体姿勢軌道パラメータ、及び腕姿勢軌道パラメータ）を基に、目標足平位置姿勢（右脚足平２２Ｒの目標位置姿勢）、目標上体姿勢及び目標腕姿勢の現在時刻ｔでの瞬時値をそれぞれ求める。

次いで、Ｓ２０６に進み、歩容生成装置１００は、Ｓ３０６で求めた目標床反力鉛直成分を満足する（ロボット１の全体重心の鉛直方向の慣性力と重力との和を目標床反力鉛直成分に釣り合わせる）ように、現在時刻ｔでの上体鉛直位置を算出する。

次いで、Ｓ２０８に進み、歩容生成装置１００は、補償全床反力モーメント分配器１１０から与えられたモデル操作床反力モーメントが目標ＺＭＰまわりに発生するように、現在時刻ｔでの上体水平加速度を決定する。

言い換えると、ロボット１の慣性力と重力との合力が目標ＺＭＰまわりに発生するモーメントがモデル操作床反力モーメントの符号を反転したモーメントに一致するように、現在時刻ｔでの上体水平加速度が決定される。

次いで、Ｓ２１０に進み、歩容生成装置１００は、目標ＺＭＰを満足するように、現在時刻ｔでの上体水平加速度（上体２４の水平方向の加速度）を決定する。これにより、図１０のＳ０２４の処理が完了する。

次いで、Ｓ０２６に進み、歩容生成装置１００は、スピン力をキャンセルするための腕体の動作を決定する。具体的には、腕体を振らなかった場合の目標ＺＭＰにおける床反力モーメント鉛直成分軌道を求める。すなわち、Ｓ０２４の処理によって生成された目標歩容の運動の瞬時値に釣り合う目標ＺＭＰ回りの床反力モーメント鉛直成分の瞬時値を求める。そして、この床反力モーメント鉛直成分の瞬時値を、腕振り運動の等価慣性モーメントで割ることにより、スピン力キャンセルに必要な腕振り動作の角加速度を求める。

次に、歩容生成装置１００は、この角加速度を２階積分し、これを積分値が過大になるのを防ぐためのローカットフィルタに通して得た角度を腕振り動作角とする。

次いで、Ｓ０２８に進み、歩容生成装置１００は、時刻ｔに制御周期Δｔを加え、Ｓ０１４からの処理を再び実行する。

以上により、歩容の瞬時値が時系列的に生成されることとなる。

本実施形態では、足平２２は、前後方向に対して交差する鉛直面内において曲率が連続する曲底面２７（つま先側曲底面２７ａ及びかかと側曲底面２７ｂ）を有している。そして、足平２２の着床から離床までに至る過程において、当該足平２２を曲底面２７が接床する方向の軸回りに回転動作させることが可能である。

そのため、離床前に足平２２を前後方向以外の斜め方向に軸回転させることが可能となり、離床時の足平２２の姿勢が多様化するので、上記一般的な脚式移動ロボットや特許文献１に開示された脚式移動ロボットに比べて、歩容の制限を緩和、あるいは関節を駆動するアクチュエータの負荷を緩和することが可能となる。さらに、曲底面２７が接床する方向の軸回りに、足平２２を回転動作させることにより、曲底面２７が連続的に順次接床するので、ロボット１の歩容が安定化する。また、離床前に足平を水平面内でのみ軸回転可能な上記特許文献２に開示された脚式移動ロボットに比べて、人間類似の自然な歩容を実現することができる。

そして、本実施形態では、曲底面２７は、平底面２５から連続的に曲率が増加するように形成されているので、離床前に足平２２を前後方向以外の斜め方向に軸回転させるとき、当該軸回転の角速度と曲底面２７の接床部の移動速度との変化が少なくなるので、ロボット１の歩容が安定化する。さらに、曲底面２７は、原点Ｏを中心とした径方向の鉛直断面視において、平底面２５の端点を始点としてクロソイド曲線となるように形成されており、軸回転の角速度と曲底面２７の接床部の移動速度との比が一定となるので、足平２２の回転角速度が急峻に変化せず、ロボット１の歩容がさらに安定化する。

また、足平２２の底面（平底面２５及び曲底面２７）の下面にソール３１が貼付されているので、曲底面２７下方のソール３１が変形して、床面との接触が点接触または線接触から面接触になる。そのため、床面と足平２２の接触部が増加し、摩擦力が増すので、スピンやスリップの発生を抑制することができる。

なお、前記実施形態では、目標右脚足平床反力中心点軌道の形状は、図８に示されるように設定された。しかしながら、目標右脚足平床反力中心点軌道の形状は、これに限定されない。例えば、平底面２５Ｒの前端点Ａに至るまでに足平２２Ｒの回動動作を開始させるように、図１６に例示するように設定してもよい。また、原点Ｏで足平２２Ｒの回動動作を開始させるように、図１７に例示するように設定してもよい。

また、前記実施形態では、平底面２５の外周に位置する曲底面２７をつま先側曲底面２７ａとかかと側曲底面２７ｂとからなるものとした。しかしながら、本発明の曲底面はこれに限定されない。例えば、曲底面は、つま先側曲底面２７ａ、かかと側曲底面２７ｂのいずれか１つのみからなるものであってもよい。あるいは、曲底面は、平底面２５Ｒの左右両側や左右片側に存在しないものであってもよい。あるいは、曲底面は、平底面２５の四隅部、前隅部や後隅部に隣接する部分にのみ存在するものであってもよい。さらに、平底面２５や曲底面２７の形状も限定されず、例えば、ＸＹ断面が矩形、三角形、多角形、円形や楕円形などであってもよく、左右対称にも限定されない。

また、前記実施形態では、平底面２５は、水平面からなるものとした。しかしながら、本発明の平底面はこれに限定されない。例えば、平底面は、傾斜平面、緩曲面、多少の凹凸を有する面からなるものであってもよい。

また、本実施形態では、曲底面２７は、原点Ｏを中心とした径方向の鉛直面において、平底面２５から連続的に曲率が増加するように形成されるものとした。しかしながら、本発明の曲底面は、前後方向と交差する鉛直面において曲率が連続するものであれば、これに限定されない。例えば、曲底面は、前後方向と交差する鉛直面において曲率が一定の円の一部（円弧）となるように形成されてもよい。なお、曲底面は、足平２２の回動中心を中心とした径方向の鉛直面において、平底面２５から連続的に曲率が増加するように形成されることが好ましい。

また、本実施形態では、バネ機構体２９及びソール３１を設けた足平２２を例にとって説明した。しかし、バネ機構体２９、ソール３１あるいはこれらに類似の衝撃緩和機構を足平に設けないものであってもよい。

さらに、前記実施形態では、脚式移動ロボットとして、２足移動ロボット１を例にとって説明した。しかし、本発明を適用可能な脚式移動ロボットは、２足移動ロボットに限られるものではない。例えば、３つ以上の脚体を有する脚式移動ロボットについても本発明を適用できる。

１…２足移動ロボット（脚式移動ロボット）、２Ｒ，２Ｌ…脚体、２２Ｒ，２２Ｌ…足平、２４…上体、２５…平底面（水平底面）、２７ａ…つま先側曲底面（曲率が連続する部分）、２７ｂ…かかと側曲底面（曲率が連続する部分）、３１…ソール（弾性板体）。

Claims (4)

1. 上体と、該上体から下方に延設された複数の脚体と、前後方向に対して交差する鉛直面において曲率が連続する部分を底部外周面に有し、且つ前記各脚体に対して回動可能な足平とを備え、該足平の着床及び離床を伴う前記各脚体の動作により移動する脚式移動ロボットの制御装置であって、
   前記足平の着床から離床までに至る過程において、当該足平を前記部分が接床する方向の軸回りに回転動作させることを特徴とする脚式移動ロボットの制御装置。
2. 前記部分は、前記足平の水平底面から連続的に曲率が増加するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの制御装置。
3. 前記部分は、前記鉛直面において前記足平の水平底面の端点を始点としたクロソイド曲線となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの制御装置。
4. 前記足平の底面の下方に弾性板体が配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脚式移動ロボットの制御装置。

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