JP2011194539A - ロボット、及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様にかかるロボットは、ハンドを有する腕部と、脚部と、胴体部と、を有し、人201を誘導して移動するロボットであって、所定のロボット位置におけるハンドの目標位置とハンドの測定位置との偏差に応じて、ロボットに対する被誘導者の追従状態を推定する追従状態推定部136と、追従状態の推定結果に応じて、ロボットの移動速度を調整する歩行調整部137と、歩行調整部137によって調整された移動速度に応じて前記ロボットを移動させるよう、脚部を駆動する駆動制御部138と、を備えたものである。
【選択図】 図2
Description
以下に、図1を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる脚式移動型ロボット(以下、単にロボットという)について説明する。図1は、ロボットの全体構成を模式的に示す正面図である。本実施の形態にかかるロボットは、人の手を引いて誘導するヒューマノイド型ロボットである。すなわち、ロボット1が人を引っ張って歩行することで、人がロボットの後を追従する。
経路計画について、図4、及び図5を用いて説明する。図4は、移動経路に付いて模式的に示す図である。図5は、障害物を回避する移動経路を算出する方法について説明する図である。以下、経路算出部131による処理に付いて説明する。
手先位置の拘束制御について図6を用いて説明する。図6を移動経路に従って移動するロボット1と人201を示す上面図である。さらに、図6では、右足平26の足付き位置Trと左足平36の足付き位置Tlの軌跡が示されている。足付き位置とは、それぞれの足平が接地する位置を示し、歩容データに応じて算出することができるものである。右足平26の足付き位置Trは移動経路Rの右側にあり、左足平36の足付き位置Tlは移動経路Rの左側にある。まず、拘束制御しない場合の問題点について説明する。
手先位置のインピーダンス制御に付いて、図7及び図8を用いて説明する。図7は、手先位置のインピーダンス制御の説明を明確にするための座標系を示す上面図である。図8は、手先位置のインピーダンス制御を示す斜視図である。以下、インピーダンス制御部134による処理に付いて説明する。
進行方向に対して、人201を引っ張る力Frを提示できるようにインピーダンス制御する。具体的には、一定の軽い力(Fr:5〜10N程度)で人201を引っ張るような力を生じさせる。さらに、人201が逆向きに反力(5〜20N程度)を加えた場合は、逆向きにも追従できる程度の柔らかさで制御する。
人の反力に対して、ある程度倣う硬さにインピーダンス制御する。例えば、人201が反力(20N程度の荷重)を左ハンドに与えた場合、1〜2cm程度倣うようにインピーダンス制御する。すなわち、人201が20N程度の力で左ハンド61を引っ張った場合、左ハンド61が1〜2cm程度引っ張られる。
人の反力に対して、ある程度倣う硬さにインピーダンス制御する。例えば、人201が反力(10N程度の荷重)を左ハンドに与えた場合、3〜4cm程度倣うようにインピーダンス制御する。すなわち、人201が10N程度の力で左ハンド61を引っ張った場合、左ハンド61が3〜4cm程度引っ張られる。
ロボット1が旋回して、進行方向が変わった時にも、ある程度人の手に倣うような硬さにインピーダンス制御する。
非常に硬く制御して、ほとんど外力に倣わなくても良い。従って、Rx軸、及びRy軸については、インピーダンス制御しなくても良い。
追従状態が異常状態と判定された時の制御について、説明する。図9、及び図10は、追従異常となっている例を説明するための図である。図9に示すように、人201の手が左ハンド61から離れた場合、左ハンドセンサ部67のタッチセンサ、接触センサ、力センサでの反応がなくなる。従って、左ハンドセンサ部67からのセンサ信号によって、人201の手が離れたか否かを判定することができる。以下、接触状態判別部135、追従状態推定部136による処理に付いて説明する。
次に、推定された追従状態に応じて、歩行速度を調整する処理に付いて説明する。歩行調整部137では、追従状態推定部136で推定された追従状態によって、歩行速度を調整している。すなわち、ステップ107によって、歩幅や歩行周期を調整して、次の一歩を算出する。以下の処理では、歩行調整部において、歩幅を調整する処理について、図11を用いて説明する。
Sx=(1−(x−xd)/Xmin)×Srx ・・・(3)
Sy=(1−(x−xd)/Xmin)×Srx ・・・(4)
θ=(1−(x−xd)/Xmin)×θr ・・・(5)
(Sx,Sy,θ)=(0,0,0) ・・・(6)
本実施の形態は、歩幅調整の方法が実施の形態1と異なっている。なお、それ以外の処理とロボット構成については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。実施の形態1では、手先位置偏差に応じて歩幅を線形に調整している。しかしながら、図14に示すように、歩幅の調整量や移動経路の曲率に応じて、移動経路から大きくずれてしまうことになる。なお、図13では、現在の足付き位置Trと基準となる歩幅の足付き位置Trnに対して線形に調整した足付き位置を点線で示している。足付き位置が移動経路から大きくずれると、例えば、移動経路が長くなったり、他方の脚と干渉するおそれも生じたりしてしまう。そこで、本実施の形態に係る方法で、歩幅を調整すると、より厳密に歩幅を調整することができるようになる。
xr(n)=fx(n)+wsin(φ(n))、yr(n)=fy(n)−wcos(φ(n)) ・・・(8)
xl(n)=fx(n)−wsin(φ(n))、yl(n)=fy(n)+wcos(φ(n)) ・・・(9)
Sx=xr((1−(x−xd)/Xmin)×n') ・・・(10)
Sy=yr((1−(x−xd)/Xmin)×n')+w ・・・(11)
θ=φ((1−(x−xd)/Xmin)×n') ・・・(12)
(Sx,Sy,θ)=(0,0,0) ・・・(13)
Sx=xl((1−(x−xd)/Xmin)×n') ・・・(14)
Sy=yl((1−(x−xd)/Xmin)×n')−w ・・・(15)
θ=φ((1−(x−xd)/Xmin)×n') ・・・(16)
(Sx,Sy,θ)=(0,0,0) ・・・(17)
2 頭部
3 体幹
4 腰部
5 右腕
6 左腕
10 脚部
20 右脚
21 右股関節
22 右上腿
23 右膝関節、
24 右下腿
25 右足首関節
26 右足平
30 左脚
31 左股関節
32 左上腿
33 左膝関節
34 左下腿
35 左足首関節
36 左足平
51 右ハンド
52 右手首関節
53 右前腕
54 右肘関節
55 右上腕
56 右肩関節
57 右ハンドセンサ
61 左ハンド
62 左手首関節
63 左前腕
64 左肘関節
65 左上腕
66 左肩関節
67 左ハンドセンサ
131 経路算出部
132 歩容データ算出部
133 手先位置算出部
134 インピーダンス制御部
135 接触状態判別部
136 追従状態推定部
137 歩行調整部
138 駆動制御部
Claims (22)
- ハンドを有する腕部と、脚部と、胴体部と、を有し、被誘導者を誘導して移動するロボットであって、
移動始点から移動終点までの移動経路に応じて、歩容データを生成する歩容データ生成部と、
前記歩容データに基づいて、所定のロボット位置における前記ハンドの目標位置を算出するハンド位置算出部と、
前記所定のロボット位置における前記ハンドの前記目標位置と前記ハンドの測定位置との偏差に応じて、前記ロボットに対する前記被誘導者の追従状態を推定する追従状態推定部と、
前記追従状態推定部の推定結果に応じて、ロボットの移動速度を調整する調整部と、
調整部によって調整された移動速度で前記ロボットを移動させるよう、前記脚部を駆動する駆動制御部と、を備えたロボット。 - 前記ハンドの前記目標位置と前記測定位置との偏差に応じて、前記脚部の歩幅を変更することで、ロボットの移動速度を変化させる請求項1に記載のロボット。
- 前記歩幅を変更した後の足付き位置が、前記移動経路に沿って算出されている請求項は2に記載のロボット。
- 遊脚が基準歩幅で着地する時の仮想的な足付き位置を通る直線上に、前記歩幅を変更した後の足付き位置が決定される請求項2、又は3に記載のロボット。
- 前記歩幅が、前記偏差に応じて線形に変化することを特徴とする請求項4に記載のロボット。
- 前記手先位置偏差がしきい値より小さい場合に、前記歩幅を変更した後の足付き位置が、支持脚の足付き位置と揃うように歩幅を調整する請求項2乃至5のいずれか1項に記載のロボット。
- 前記ハンド位置算出部が、前記移動経路に対する前記ハンドの目標位置の横方向変動量が、前記移動経路に対する前記胴体部位置の横方向変動量よりも小さくなるように、前記ハンドの目標位置を算出する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のロボット。
- 前記ハンドに設けられたセンサ部からのセンサ信号と前記ハンドの目標位置とに応じて、前記ハンドの位置をインピーダンス制御するインピーダンス制御部と、をさらに備える請求項7にロボット。
- 前記インピーダンス制御が、前記移動経路に沿った進行方向に前記被誘導者を引き、かつ、前記進行方向が前記進行方向と直交する方向よりも柔らかくなるようにインピーダンス制御することを特徴とする請求項8に記載のロボット。
- 前記ハンドに設けられたセンサ部からのセンサ信号によって、前記誘導者とロボットとが非接触状態となっていることが検知された場合に、前記脚部による移動と停止する請求項1乃至9のいずれか1項に記載のロボット。
- 前記移動軌跡が、前記ロボットと前記被誘導者の幅の和を考慮して、決定されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のロボット。
- ハンドを有する腕部と、脚部と、胴体部と、を有し、被誘導者を誘導して移動するロボットの制御部であって、
移動始点から移動終点までの移動経路に応じて、歩容データを生成するステップと、
前記歩容データに基づいて、所定のロボット位置における前記ハンドの目標位置を算出するステップと、
前記所定のロボット位置における前記ハンドの前記目標位置と前記ハンドの測定位置との偏差に応じて、前記ロボットに対する前記被誘導者の追従状態を推定するステップと、
前記追従状態の推定結果に応じて、ロボットの移動速度を調整するステップと、
調整された前記移動速度で前記ロボットを移動させるよう、前記脚部を駆動するステップと、を備えたロボットの制御方法。 - 前記ハンドの前記目標位置と前記測定位置との偏差に応じて、前記脚部の歩幅を変更することで、ロボットの移動速度を変化させる請求項12に記載のロボットの制御方法。
- 前記歩幅を変更した後の足付き位置が、前記移動経路に沿って算出されている請求項13に記載のロボットの制御方法。
- 遊脚が基準歩幅で着地する時の仮想的な足付き位置を通る直線上に、前記歩幅を変更した後の足付き位置が決定される請求項13、又は14に記載のロボットの制御方法。
- 前記歩幅が、前記偏差に応じて線形に変化することを特徴とする請求項15に記載のロボットの制御方法。
- 前記手先位置偏差がしきい値より小さい場合に、前記歩幅を変更した後の足付き位置が、支持脚の足付き位置と揃うように歩幅を調整する請求項13乃至16のいずれか1項に記載のロボットの制御方法。
- 前記移動経路に対する前記ハンドの目標位置の横方向変動量が、前記移動経路に対する前記胴体部位置の横方向変動量よりも小さくなるように、前記ハンドの目標位置を算出する請求項12乃至17のいずれか1項に記載のロボットの制御方法。
- 前記ハンドに設けられたセンサ部からのセンサ信号と前記ハンドの目標位置とに応じて、前記ハンドの位置をインピーダンス制御するインピーダンス制御部と、をさらに備える請求項18にロボットの制御方法。
- 前記インピーダンス制御が、前記移動経路に沿った進行方向に前記被誘導者を引き、かつ、前記進行方向が前記進行方向と直交する方向よりも柔らかくなるようにインピーダンス制御することを特徴とする請求項19に記載のロボットの制御方法。
- 前記ハンドに設けられたセンサ部からのセンサ信号によって、前記誘導者とロボットとが非接触状態となっていることが検知された場合に、前記脚部による移動と停止する請求項12乃至20のいずれか1項に記載のロボットの制御方法。
- 前記移動軌跡が、前記ロボットと前記被誘導者の幅の和を考慮して、決定されていることを特徴とする請求項12乃至21のいずれか1項に記載のロボットの制御方法。
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