JP2013180384A - 重心高さ軌道生成装置、その生成方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】重心高さ軌道生成装置1は、脚式ロボット100の膝関節が伸びきらない範囲で重心高さをより高くするための重心高さに対する第1制約条件と、脚式ロボット100における鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定する条件設定手段と、条件設定手段により設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成する軌道生成手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
この一態様において、前記条件設定手段は、所定のサンプリング周期で離散化を行い、前記第1及び第2制約条件を、夫々、前記全サンプリング点に対応させて、第3制約条件を設定してもよい。
この一態様において、前記軌道生成手段は、ZMP偏差を0に近づけるための評価式を前記所定のサンプリング周期に対応させた第1評価関数と、前記重心高さをより高くするため評価式を前記所定のサンプリング周期に対応させた第2評価関数と、を所定の比率で合成し第3評価関数を生成してもよい。
この一態様において、前記所定の比率は、前記ZMP偏差を減少させる量と、前記膝関節を伸ばす量と、に基づいて、設定されてもよい。
この一態様において、前記所定の比率を決める重み行列及び重みベクトルを変更する変更手段を更に備えていてもよい。
この一態様において、前記軌道生成手段は、前記条件設定手段により設定された前記第3制約条件と、前記生成した第3評価関数と、に基づいて、凸2次計画問題を構成し最適解を求め、該求めた最適解に基づいて、前記重心高さ軌道を生成してもよい。
この一態様において、前記軌道生成手段は、前記所定のサンプリング周期毎に、前記凸2次計画問題を構成し最適解を求め、該求めた最適解に基づいて、前記重心高さ軌道を更新してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、脚式ロボットにおける重心高さ軌道を生成する重心高さ軌道生成装置の生成方法であって、前記脚式ロボットの膝関節が伸びきらない範囲で前記重心高さをより高くするための前記重心高さに対する第1制約条件と、前記脚式ロボットにおける鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定するステップと、前記設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成するステップと、を含む、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置の生成方法であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、脚式ロボットにおける重心高さ軌道を生成する重心高さ軌道生成装置のプログラムであって、前記脚式ロボットの膝関節が伸びきらない範囲で前記重心高さをより高くするための前記重心高さに対する第1制約条件と、前記脚式ロボットにおける鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定する処理と、前記設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置のプログラムであってもよい。
zg→max (3)式
zg≦zu (4)式
Wpk+1=Gp1zk+Gp2Uk (20)式
まず、初期化処理として、以下(ステップS101)から(ステップS104)の処理を行う。所定のサンプリング周期Δt、基準重心高さh、鉛直重心加速度の上限制限値(zuの2階微分値)、及び鉛直重心加速度の下限制限値(zlの2階微分値)を夫々設定する(ステップS101)。離散システムにおけるシステム行列ベクトルA、b、cp、ca、csの計算を行う(ステップS102)。第3評価関数の比率を決める重み行列Q、及び重みベクトルrの設定を行う(ステップS103)。出力値系列の係数Gp1、Gp2、Ga1、Ga2、Gs1、Gs2を計算する(ステップS104)。
2 条件設定部
3 軌道生成部
100 脚式ロボット
Claims (9)
- 脚式ロボットにおける重心高さ軌道を生成する重心高さ軌道生成装置であって、
前記脚式ロボットの膝関節が伸びきらない範囲で前記重心高さをより高くするための前記重心高さに対する第1制約条件と、前記脚式ロボットにおける鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定する条件設定手段と、
前記条件設定手段により設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成する軌道生成手段と、
を備える、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項1記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記条件設定手段は、所定のサンプリング周期で離散化を行い、前記第1及び第2制約条件を、夫々、前記全サンプリング点に対応させて、第3制約条件を設定する、
ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項2記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記軌道生成手段は、ZMP偏差を0に近づけるための評価式を前記所定のサンプリング周期に対応させた第1評価関数と、前記重心高さをより高くするため評価式を前記所定のサンプリング周期に対応させた第2評価関数と、を所定の比率で合成し第3評価関数を生成する、
ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項3記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記所定の比率は、前記ZMP偏差を減少させる量と、前記膝関節を伸ばす量と、に基づいて、設定される、
ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項4記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記所定の比率を決める重み行列及び重みベクトルを変更する変更手段を更に備える、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項3乃至5のうちいずれか1項記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記軌道生成手段は、前記条件設定手段により設定された前記第3制約条件と、前記生成した第3評価関数と、に基づいて、凸2次計画問題を構成し最適解を求め、該求めた最適解に基づいて、前記重心高さ軌道を生成する、
ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 請求項6記載の重心高さ軌道生成装置であって、
前記軌道生成手段は、前記所定のサンプリング周期毎に、前記凸2次計画問題を構成し最適解を求め、該求めた最適解に基づいて、前記重心高さ軌道を更新する、
ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置。 - 脚式ロボットにおける重心高さ軌道を生成する重心高さ軌道生成装置の生成方法であって、
前記脚式ロボットの膝関節が伸びきらない範囲で前記重心高さをより高くするための前記重心高さに対する第1制約条件と、前記脚式ロボットにおける鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定するステップと、
前記設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成するステップと、
を含む、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置の生成方法。 - 脚式ロボットにおける重心高さ軌道を生成する重心高さ軌道生成装置のプログラムであって、
前記脚式ロボットの膝関節が伸びきらない範囲で前記重心高さをより高くするための前記重心高さに対する第1制約条件と、前記脚式ロボットにおける鉛直方向の重心加速度に対する、垂直床反力に基づいた上限値及び前記膝関節負荷に基づいた下限値の第2制約条件と、を設定する処理と、
前記設定された第1及び第2制約条件を満たしつつ、かつ、重心高さを一定とする線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、重心高さを変化させる非線形倒立振子モデルのZMP方程式に基づいたZMPと、のZMP偏差を0に近づけることで、前記重心高さ軌道を生成する処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする重心高さ軌道生成装置のプログラム。
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JP2012047736A JP5692122B2 (ja) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | 重心高さ軌道生成装置、その生成方法及びプログラム |
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---|---|---|---|---|
CN106041884A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-26 | 成都润惠科技有限公司 | 一种用于重负载外骨骼系统的平衡控制方法 |
CN104331081B (zh) * | 2014-10-10 | 2017-11-07 | 北京理工大学 | 一种双足机器人斜面行走的步态规划方法 |
CN107656500A (zh) * | 2017-10-16 | 2018-02-02 | 广东智爱机器人科技有限公司 | 基于数值加速度控制的全方位移动机器人轨迹跟踪方法 |
JP2022551218A (ja) * | 2019-10-14 | 2022-12-08 | ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド | 動的計画コントローラ |
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2012
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