JP2016112656A - Posture stabilization control device for bipedal walking robot - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置に関する。 The present invention relates to a posture stabilization control device for a biped robot.
2足歩行ロボットにおいて、歩行時に外乱を受けたときに、転倒防止のために姿勢を安定化させることは重要である。姿勢安定化技術として、2足歩行ロボットの重心を移動させて姿勢を安定させる方法、遊脚の足の着地位置を変更して姿勢を安定化させる方法等が提案されている。 In a biped robot, it is important to stabilize the posture in order to prevent falling when it receives disturbance during walking. As posture stabilization technology, a method of stabilizing the posture by moving the center of gravity of the biped walking robot, a method of stabilizing the posture by changing the landing position of the leg of the free leg, and the like have been proposed.
本出願人は、遊脚の着地位置ではなく、遊脚の慣性(質量・加速度)に着目して、姿勢を安定化する方法を研究し、ここに発明するに至った。
この発明の目的は、歩行中において予期しない外力が2足歩行ロボットに加えられたときに、新規な方法により姿勢安定化が図れる2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置を提供することにある。
The present applicant has studied the method of stabilizing the posture by focusing on the inertia (mass / acceleration) of the free leg, not the landing position of the free leg, and has come up with the invention here.
An object of the present invention is to provide a posture stabilization control device for a biped robot that can stabilize posture by a novel method when an unexpected external force is applied to the biped robot during walking.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、左右一対の脚部(2L,2R)を含み、目標歩容データに基いて歩行制御される2足歩行ロボット(1)の姿勢安定化制御装置であって、歩行中において予期しない外力が前記2足歩行ロボットに加えられたときに、前記外力によって前記2足歩行ロボットに与えられる加速度である外力加速度を演算する外力加速度演算手段(61,62,65A)と、前記外力加速度演算手段によって演算される外力加速度に基いて、前記外力を低減するための反作用力を、前記2足歩行ロボットの遊脚に発生させるための遊脚制御手段(65B,65C,66)とを含む、2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a pair of left and right legs (2L, 2R), and stabilizes the posture of a biped robot (1) that is controlled for walking based on target gait data. An external force acceleration calculating means for calculating an external force acceleration that is an acceleration given to the biped walking robot by the external force when an unexpected external force is applied to the biped walking robot during walking. 61, 62, 65A) and free leg control for causing the free leg of the biped robot to generate a reaction force for reducing the external force based on the external force acceleration calculated by the external force acceleration calculating means. And a posture stabilization control device for a biped robot, including means (65B, 65C, 66). In addition, although the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiments. The same applies hereinafter.
この構成では、歩行中において予期しない外力が2足歩行ロボットに加えられたときに、当該外力を低減するための反作用力を遊脚によって発生させることができる。これにより、姿勢安定化が図れる。
請求項2記載の発明は、前記目標歩容データに基いて、予期しない外力が発生していない場合の前記遊脚の目標加速度を演算する遊脚目標加速度演算手段(61)をさらに含み、前記遊脚制御手段は、前記外力加速度演算手段によって演算される外力加速度に基いて、前記反作用力を前記遊脚によって発生させるために必要な外力低減用加速度を演算する外力低減用加速度演算手段(65B)と、前記遊脚目標加速度演算手段によって演算される遊脚目標加速度に、前記外力低減用加速度演算手段によって演算される外力低減用加速度を加えた加速度を、前記遊脚に発生させるための遊脚加速度制御手段(65C,66)とを含む、請求項1に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置である。
In this configuration, when an unexpected external force is applied to the biped walking robot during walking, a reaction force for reducing the external force can be generated by the free leg. Thereby, posture stabilization can be achieved.
The invention according to claim 2 further includes free leg target acceleration calculating means (61) for calculating a target acceleration of the free leg when no unexpected external force is generated based on the target gait data, The free leg control means calculates external force reduction acceleration calculation means (65B) for calculating the external force reduction acceleration necessary for generating the reaction force by the free leg based on the external force acceleration calculated by the external force acceleration calculation means. ) And the free leg target acceleration calculated by the free leg target acceleration calculating means plus the external force reducing acceleration calculated by the external force reducing acceleration calculating means. The biped walking robot posture stabilization control apparatus according to claim 1, further comprising leg acceleration control means (65C, 66).
請求項3記載の発明は、前記目標歩容データが前記遊脚の目標位置である目標遊脚位置データを含んでおり、前記遊脚加速度制御手段は、前記遊脚目標加速度に前記外力低減用加速度を加えた加速度が前記遊脚に発生するように、前記目標遊脚位置データを補正するように構成されている、請求項2に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置である。 According to a third aspect of the present invention, the target gait data includes target free leg position data that is a target position of the free leg, and the free leg acceleration control means uses the free leg target acceleration to reduce the external force. 3. The posture stabilization control device for a biped robot according to claim 2, configured to correct the target swing leg position data so that an acceleration including an acceleration is generated in the swing leg. 4.
請求項4記載の発明は、前記外力加速度演算手段は、前記目標歩容データに基いて、前記2足歩行ロボットの重心の目標加速度を演算する重心目標加速度演算手段(61)と、前記2足歩行ロボットの重心の実加速度を演算する重心実加速度演算手段(62)と、前記重心目標加速度演算手段によって演算される重心目標加速度と、前記重心実加速度演算手段によって演算される重心実加速度とに基いて、外力加速度を演算する手段(65A)とを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置である。
The invention according to
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る2足歩行ロボットの関節構成を示す構成図である。図1においては、2足歩行ロボット1の前後方向、左右方向および高さ方向を、それぞれx軸方向、y軸方向およびz軸方向と定めている。
図1の2足歩行ロボット1(以下、単に「ロボット1」という。)は、上半身を有しない下半身のみのモデルであり、左右一対の脚部リンク2L,2Rと、脚部リンク2L,2Rの下端部(先端部)に取り付けられた足平3L,3Rと、脚部リンク2L,2Rの上方に設けられた腰部(筐体)4とを含んでいる。脚部リンク2L,2Rの上端は、連結リンク5によって互いに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a joint configuration of a biped robot according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the front-rear direction, the left-right direction, and the height direction of the biped walking robot 1 are defined as an x-axis direction, a y-axis direction, and a z-axis direction, respectively.
A biped walking robot 1 (hereinafter simply referred to as “robot 1”) in FIG. 1 is a model having only a lower body that does not have an upper body, and includes a pair of left and
各脚部リンク2L,2Rは、股関節(腰関節)7L,7Rと、膝関節8L,8Rと、足首関節9L,9Rとを備えている。各脚部リンク2L,2Rは、股関節7L,7Rと膝関節8L,8Rとを連結する大腿リンク11L,11Rと、膝関節8L,8Rと足首関節9L,9Rとを連結する下腿リンク12L,12Rと、足首関節9L,9Rと足平3L,3Rとを連結する足首リンク13L,13Rとを含む。
Each
股関節7L,7Rは、腰部4に対して大腿リンク11L,11Rを鉛直軸(z軸)まわりに回転させる電動モータ21L,21Rを含む。股関節7L,7Rは、さらに、腰部4に対して大腿リンク11L,11Rをロール方向(x軸まわり)に回転させる電動モータ22L,22Rと、腰部4に対して大腿リンク11L,11Rをピッチ方向(y軸まわり)に回転させる電動モータ23L,23Rとを含む。
The
膝関節8L,8Rは、大腿リンク11L,11Rに対して下腿リンク12L,12Rをy軸まわりに回転させる電動モータ24L,24Rを含む。足首関節9L,9Rは、下腿リンク12L,12Rに対して足首リンク13L,13Rをy軸まわりに回転させる電動モータ25L,25Rと、下腿リンク12L,12Rに対して足首リンク13L,13Rをx軸まわりに回転させる電動モータ26L,26Rとを含む。各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rは、この実施形態では、サーボモータからなる。この実施形態では、各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rに対して、モータドライバ(サーボアンプ)31L〜36L,31R〜36R(図2参照)がそれぞれ設けられている。
The
以上のように、脚部リンク2L,2Rは、それぞれ6個の電動モータ21L〜26L,21R〜26Rを備えており、合計12の自由度を持つ。12個の電動モータ21L〜26L,21R〜26Rを駆動制御することにより、脚部リンク2L,2Rに所望の動きを与えることができ、ロボット1を任意に歩行させることができる。
各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rには、それらの回転角度を検出するための回転角センサ41L〜46L,41R〜46R(図2参照)が設けられている。これらの回転角センサ41L〜46L,41R〜46Rの出力信号は、対応するモータドライバ31L〜36L,31R〜36Rに与えられる。腰部4には、ロボット1の重心の前後、左右および上下方向の加速度を検出するための加速度センサ47が設けられている。腰部4には、各モータドライバ31L〜36L,31R〜36Rを制御するためのECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)50が設けられている。
As described above, each of the
The
図2は、ECU50の構成を示すブロック図である。
ECU50には、加速度センサ47が接続されている。ECU50には、各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rのモータドライバ31L〜36L,31R〜36Rが接続されている。各回転角センサ41L〜46L,41R〜46Rの出力信号は、モータドライバ31L〜36L,31R〜36Rを介してECU50に入力される。ECU50は、マイクロコンピュータから構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
An
ECU50は、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部には、歩容生成部51と、姿勢安定化制御部52と、モータ指令値演算部53とを含む。
歩容生成部51は、ロボット1を歩行制御するための目標歩容データ(歩行パターンデータ)を生成する。この実施形態では、目標歩容データは、目標腰位置データ、目標支持脚位置データおよび目標遊脚位置データからなる。目標腰位置データ、目標支持脚位置データおよび目標遊脚位置データは、所定の演算周期毎の時系列データである。目標腰位置は、腰部4の目標位置であり、ロボット1の重心の目標位置である。目標支持脚位置は、支持脚(支持脚の重心)の目標位置である。支持脚とは、床面に接地している脚をいう。目標遊脚位置は、遊脚(遊脚の重心)の目標位置である。遊脚とは床面から離れている脚をいう。これらの目標歩容データは、予め設定された歩幅、脚の上げ量等に基いて、ロボット1の重心が常に安定位置に位置するように生成される。
The
The
歩容生成部51には、回転角センサ41L〜46L,41R〜46Rの出力信号が入力している。この実施形態では、歩容生成部51は、両脚部リンク2L,2Rが床面に着いたタイミング毎に、目標歩容データを再計算する。
姿勢安定化制御部52は、ロボット1が歩行中に外乱を受けて姿勢が不安定になったときに、ロボット1の転倒を防止するための姿勢安定化制御を行う。姿勢安定化制御部52は、目標加速度演算部61と、重心実加速度演算部62と、第1安定化制御部63と、第1加算部64と、第2安定化制御部65と、第2加算部66とを含む。
The
The posture
目標加速度演算部61は、歩容生成部51によって生成される目標歩容データに基いて、ロボット1の重心の目標加速度(以下、「重心目標加速度aT」という。)と、ロボット1の遊脚の目標加速度(以下、「遊脚目標加速度αT」という。)とを演算する。aT,αTは加速度ベクトルを表す。具体的には、目標加速度演算部61は、目標腰位置データに基いて、外乱が発生していないときの重心目標加速度aTを演算する。また、目標加速度演算部61は、目標遊脚位置データに基いて、外乱が発生していないときの遊脚目標加速度αTを演算する。
Based on the target gait data generated by the
重心実加速度演算部62は、加速度センサ47の出力信号に基いて、ロボット1の重心付近の実加速度(以下、「重心実加速度aS」という。)を演算する。aSは加速度ベクトルを表す。
第1安定化制御部63は、よく知られているように、ロボット1に予期しない外力(外乱)が加えられたときに、ロボット1の支持脚および腰位置を制御して、ロボット1の重心位置を支持脚上に移動させることにより、ロボット1の姿勢を安定化させる。つまり、第1安定化制御部63は、ロボット1の重心位置を制御することにより、ロボット1の姿勢を安定化させる。第1安定化制御部63は、支持脚および腰位置を変化させて、重心位置を移動させ、姿勢の安定化を図る一般的な制御を行う。第1加算部64は、第1安定化制御部63によって演算された腰位置補正量を、歩容生成部51によって生成された目標腰位置データに加算する。これにより、目標腰位置データが補正される。
Based on the output signal of the
As is well known, the first
第2安定化制御部65は、ロボット1に予期しない外力(外乱)が加えられたときに、ロボット1の遊脚の加速度を制御することにより、ロボット1の姿勢を安定化させる。
まず、第2安定化制御部65による姿勢安定化制御の基本的な考え方について説明する。
ロボット1の遊脚を動かした場合、遊脚を動かすための力に対して、反対方向の力(反作用の力)が腰部4に働く。反作用の力は、遊脚の加速度に依存する。例えば、片足立脚で静止している状態から緩やかに遊脚を動作させた場合には反作用は小さく、遊脚を急激に動作させた場合には反作用は大きくなる。したがって、ロボット1に外力が加えられたときに、ロボット1の遊脚の加速度を制御することにより、外力を低減させることが可能となる。
The second
First, the basic concept of attitude stabilization control by the second
When the free leg of the robot 1 is moved, a force in the opposite direction (reaction force) acts on the
図3Aに示すように、ロボット1の重心に対して外力F(ベクトル)が加えられたとする。ロボット1の重心の質量をM、外力Fによってロボット1の重心に与えられる加速度(ベクトル)をaとすると、外力Fは、F=M・aとなる。図3Bに示すように、ロボット1の遊脚を動作させるための力をf(ベクトル)、遊脚の質量をm、遊脚の加速度(ベクトル)をαとすると、遊脚を動作させるための力fは、f=m・αとなる。反作用の力は、遊脚を動作させるための力fと逆向きに腰部4に働く。つまり、反作用の力は、−fとなる。したがって、図3Cに示すように、外力Fと反対方向の反作用力(−f)を遊脚によって発生させることによって、外力Fを低減させることができる。
As shown in FIG. 3A, it is assumed that an external force F (vector) is applied to the center of gravity of the robot 1. When the mass of the center of gravity of the robot 1 is M and the acceleration (vector) given to the center of gravity of the robot 1 by the external force F is a, the external force F is F = M · a. As shown in FIG. 3B, when the force for operating the free leg of the robot 1 is f (vector), the mass of the free leg is m, and the acceleration (vector) of the free leg is α, The force f is f = m · α. The reaction force acts on the
外力Fと同じ大きさの反作用力を遊脚によって発生させると、外力Fが反作用力(−f)によって相殺される。しかしながら、遊脚に与えることができる加速度には制限があるとともに、極端に大きな加速度は電動モータや機械の故障の原因にもなりかねないため、外力と同じ大きさの反作用力を遊脚によって発生させることが難しい場合もある。
そこで、外力を低減させるために、次式(1)を満たすような、反作用力(−f)を遊脚によって発生させる。
When a reaction force having the same magnitude as the external force F is generated by the free leg, the external force F is canceled by the reaction force (−f). However, there is a limit to the acceleration that can be applied to the free leg, and extremely large acceleration may cause failure of the electric motor or machine, so the free leg generates a reaction force as large as the external force. It can be difficult to do.
Therefore, in order to reduce the external force, a reaction force (−f) that satisfies the following expression (1) is generated by the free leg.
F+(−f)≦δ …(1)
δ(>0)は、予め設定された閾値である。前記式(1)から、次式(2)が得られる。
F−f=M・a−m・α≦δ …(2)
したがって、外力Fを低減するために遊脚に発生させるべき加速度αは、次式(3)で表される。
F + (− f) ≦ δ (1)
δ (> 0) is a preset threshold value. From the formula (1), the following formula (2) is obtained.
F−f = M · a−m · α ≦ δ (2)
Therefore, the acceleration α to be generated on the free leg in order to reduce the external force F is expressed by the following equation (3).
α=(M・a−δ)/m …(3)
前記式(3)のaを予期しない外力によってロボット1の重心に与えられる加速度とすると、前記式(3)によって、予期しない外力を低減するために遊脚に発生させるべき加速度αを演算することができる。予期しない外力によってロボット1の重心に与えられる加速度aは、目標加速度演算部61によって演算された重心目標加速度aTと重心実加速度演算部62によって演算された重心実加速度aSとを用い、次式(4)に基いて演算することができる。
α = (M · a−δ) / m (3)
If a in equation (3) is an acceleration given to the center of gravity of the robot 1 by an unexpected external force, the acceleration α to be generated in the free leg to reduce the unexpected external force is calculated by the equation (3). Can do. Acceleration a applied to the center of gravity of the robot 1 due to an unexpected external force, using the target acceleration centroid target acceleration calculated by the calculating unit 61 a T and the center of gravity actual
a=aT−aS …(4)
図2に戻り、第2安定化制御部65は、外力加速度演算部65Aと、外力低減用加速度演算部65Bと、遊脚位置補正量演算部65Cとを含む。
外力加速度演算部65Aは、前記式(4)に基いて、予期しない外力によってロボット1に加えられる加速度(以下、「外力加速度a」という。)を演算する。外力低減用加速度演算部65Bは、外力加速度aと前記式(3)とを用いて、予期しない外力を低減させるための加速度(以下、「外力低減用加速度α」という。)を演算する。遊脚位置補正量演算部65Cは、予期しない外力(外乱)が発生していないときの遊脚目標加速度αTに外力低減用加速度α加えた加速度を、遊脚に発生させるための遊脚位置補正量を演算する。
a = a T −a S (4)
Returning to FIG. 2, the
The external force
第2加算部66は、第2安定化制御部65によって演算された遊脚位置補正量を、歩容生成部51によって生成された目標遊脚位置データに加算する。これにより、目標遊脚位置データが補正される。
目標加速度演算部61、重心実加速度演算部62および第2安定化制御部65内の外力加速度演算部65Aは、本発明の外力加速度演算手段を構成している。第2安定化制御部65内の外力低減用加速度演算部65Bおよび遊脚位置補正量演算部65Cと、第2加算部66とは、本発明の遊脚制御手段を構成している。外力低減用加速度演算部65Bは、本発明の外力低減用加速度演算手段を構成している。遊脚位置補正量演算部65Cと第2加算部66とは、本発明の遊脚加速度制御手段を構成している。
The second adder 66 adds the free leg position correction amount calculated by the
The target
モータ指令値演算部53は、補正後の目標腰位置データと、目標支持脚位置データと、補正後の目標遊脚位置データとに基いて、各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rの回転角指令値を演算する。そして、モータ指令値演算部53は、各電動モータ21L〜26L,21R〜26Rの回転角指令値に応じた制御信号を、対応するモータドライバ31L〜36L,31R〜36Rに与える。これにより、各モータドライバ31L〜36L,31R〜36Rは、対応する回転角センサ41L〜46L,41R〜46Rによって検出される電動モータ21L〜26L,21R〜26Rの実回転角が、対応する回転角指令値に一致するように、対応する電動モータを駆動する。
The motor
以上のような動作によって、ロボット1は、基本的には、歩容生成部51によって生成された目標歩容データに応じた歩行動作を行う。そして、歩行中に予期しない外力がロボット1に加えられた場合には、姿勢安定化制御部52による姿勢安定化制御が行われる。具体的には、第1安定化制御部63による重心位置制御に基づく姿勢安定化制御と、第2安定化制御部65による遊脚加速度制御に基づく姿勢安定化制御とが行われる。これにより、歩行中に予期しない外力がロボット1に加えられたとしても、ロボット1の転倒を効果的に防止することができる。
Through the above operation, the robot 1 basically performs a walking operation according to the target gait data generated by the
図4は、姿勢安定化制御部52の動作を示すフローチャートである。図4の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
目標加速度演算部61は、歩容生成部51によって生成される目標腰位置データに基いて重心目標加速度aTを演算するとともに、歩容生成部51によって生成される目標遊脚位置データに基いて遊脚目標加速度αTを演算する(ステップS1)。重心実加速度演算部62は、加速度センサ47の出力信号に基いて、重心実加速度aSを演算する(ステップS2)。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the posture
Target
外力加速度演算部65Aは、重心目標加速度aTと重心実加速度aSとを用いて、前記式(4)に基いて、外力加速度aを演算する(ステップS3)。外力加速度演算部65Aは、外力加速度aの大きさが所定の閾値η(η>0)以上であるか否かを判別する(ステップS4)。外力加速度aの大きさが所定の閾値η未満である場合には(ステップS4:NO)、姿勢安定化制御部52は、今演算周期の処理を終了する。この場合には、第1安定化制御部63および第2安定化制御部65によって補正量は演算されないので、目標腰位置データおよび目標遊脚位置データは補正されない。
前記ステップS4において、外力加速度aの大きさが所定の閾値η以上であると判別された場合には(ステップS4:YES)、外力低減用加速度演算部65Bは、前記式(3)に基いて、外力低減用加速度αを演算する(ステップS5)。そして、遊脚位置補正量演算部65Cは、遊脚目標加速度αTに外力低減用加速度αを加えた加速度を、遊脚に発生させるための遊脚位置補正量を演算する(ステップS6)。第2加算部66は、遊脚位置補正量を、歩容生成部51によって生成された目標遊脚位置データに加算する(ステップS7)。これにより、目標遊脚位置データが補正される。 If it is determined in step S4 that the magnitude of the external force acceleration a is greater than or equal to the predetermined threshold η (step S4: YES), the external force reduction acceleration calculation unit 65B is based on the equation (3). Then, the external force reducing acceleration α is calculated (step S5). The free leg position correction amount calculating unit 65C is the acceleration of external force reduction acceleration alpha to swing target acceleration alpha T, it calculates the free leg position correction amount for generating the swing (step S6). The second adder 66 adds the free leg position correction amount to the target free leg position data generated by the gait generator 51 (step S7). Thereby, the target free leg position data is corrected.
この後、第1安定化制御部63は、重心目標加速度aTと重心実加速度aSとに基いて、腰位置補正量を演算する(ステップS8)。第1加算部64は、腰位置補正量を、歩容生成部51によって生成された目標腰位置データに加算する(ステップS9)。これにより、目標腰位置データが補正される。そして、姿勢安定化制御部52は、今回の演算周期の処理を終了する。
Thereafter, the first
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することができる。前述の実施形態では、腰部4内に設けた加速度センサ47によってロボット1の重心の加速度を検出している。しかしながら、各足平3L,3Rに、ZMP(Zero Moment Point)を検出可能な力センサを設け、これらの力センサの出力信号に基いて、ロボット1の重心の加速度を演算するようにしてもよい。具体的には、支持脚に設けられている力センサから、支持脚のZMPを求める。そして、支持脚のZMPと、ロボットの重心位置と、テーブル・台車モデル(非特許文献1のP140−P141参照)を用いて、ロボット1の重心の加速度を演算する。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can be implemented with another form. In the above-described embodiment, the acceleration at the center of gravity of the robot 1 is detected by the
また、前記実施形態では、この発明を下半身のみからなる2足歩行ロボットに適用した場合について説明したが、この発明は下半身および上半身を備えた2足歩行ロボットにも適用することができる。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Moreover, although the case where this invention was applied to the biped walking robot which consists only of a lower half body was demonstrated in the said embodiment, this invention is applicable also to the bipedal walking robot provided with the lower half body and the upper half body.
The present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.
1…2足歩行ロボット、2L,2R…脚部リンク、4…腰部(筐体)、7L,7R…股関節(腰関節)、8L,8R…膝関節、9L,9R…足首関節、21L〜26L,21R〜26R…電動モータ、31L〜36L,31R〜36R…モータドライバ(サーボアンプ)、41L〜46L,41R〜46R…回転角センサ、47…加速度センサ、50…ECU、51…歩容生成部、52…姿勢安定化制御部、53…モータ指令値演算部、61…目標加速度演算部、62…重心実加速度演算部、63…第1安定化制御部、64…第1加算部、65…第2安定化制御部、65A…外力加速度演算部、65B…外力低減用加速度演算部、65C…遊脚位置補正量演算部、66…第2加算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biped walking robot, 2L, 2R ... Leg link, 4 ... Lumbar part (casing), 7L, 7R ... Hip joint (lumbar joint), 8L, 8R ... Knee joint, 9L, 9R ... Ankle joint, 21L-26L , 21R to 26R ... electric motor, 31L to 36L, 31R to 36R ... motor driver (servo amplifier), 41L to 46L, 41R to 46R ... rotation angle sensor, 47 ... acceleration sensor, 50 ... ECU, 51 ...
Claims (4)
歩行中において予期しない外力が前記2足歩行ロボットに加えられたときに、前記外力によって前記2足歩行ロボットに与えられる加速度である外力加速度を演算する外力加速度演算手段と、
前記外力加速度演算手段によって演算される外力加速度に基いて、前記外力を低減するための反作用力を、前記2足歩行ロボットの遊脚に発生させるための遊脚制御手段とを含む、2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置。 An apparatus for stabilizing the posture of a biped robot including a pair of left and right legs and controlled for walking based on target gait data,
An external force acceleration calculating means for calculating an external force acceleration which is an acceleration given to the biped walking robot by the external force when an unexpected external force is applied to the biped walking robot during walking;
Biped walking including a free leg control means for causing the free leg of the biped robot to generate a reaction force for reducing the external force based on the external force acceleration calculated by the external force acceleration calculating means. Robot posture stabilization control device.
前記遊脚制御手段は、
前記外力加速度演算手段によって演算される外力加速度に基いて、前記反作用力を前記遊脚によって発生させるために必要な外力低減用加速度を演算する外力低減用加速度演算手段と、
前記遊脚目標加速度演算手段によって演算される遊脚目標加速度に、前記外力低減用加速度演算手段によって演算される外力低減用加速度を加えた加速度を、前記遊脚に発生させるための遊脚加速度制御手段とを含む、請求項1に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置。 Based on the target gait data, further includes a free leg target acceleration calculating means for calculating a target acceleration of the free leg when no unexpected external force is generated,
The swing leg control means includes:
An external force reduction acceleration calculation means for calculating an external force reduction acceleration necessary for generating the reaction force by the free leg based on the external force acceleration calculated by the external force acceleration calculation means;
Free leg acceleration control for causing the free leg to generate an acceleration obtained by adding the external force reduction acceleration calculated by the external force reduction acceleration calculation means to the free leg target acceleration calculated by the free leg target acceleration calculation means The posture stabilization control device for a biped robot according to claim 1, further comprising: means.
前記遊脚加速度制御手段は、前記遊脚目標加速度に前記外力低減用加速度を加えた加速度が前記遊脚に発生するように、前記目標遊脚位置データを補正するように構成されている、請求項2に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置。 The target gait data includes target swing leg position data that is a target position of the swing leg,
The free leg acceleration control means is configured to correct the target free leg position data so that an acceleration obtained by adding the external force reduction acceleration to the free leg target acceleration is generated in the free leg. Item 3. A posture stabilization control device for a biped robot according to Item 2.
前記目標歩容データに基いて、前記2足歩行ロボットの重心の目標加速度を演算する重心目標加速度演算手段と、
前記2足歩行ロボットの重心の実加速度を演算する重心実加速度演算手段と、
前記重心目標加速度演算手段によって演算される重心目標加速度と、前記重心実加速度演算手段によって演算される重心実加速度とに基いて、外力加速度を演算する手段とを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の2足歩行ロボットの姿勢安定化制御装置。 The external force acceleration calculating means includes
A center-of-gravity target acceleration calculating means for calculating a target acceleration of the center of gravity of the biped robot based on the target gait data;
Centroid actual acceleration calculating means for calculating the actual acceleration of the centroid of the biped walking robot;
The center of gravity target acceleration calculated by the center of gravity target acceleration calculating means and the means for calculating external force acceleration based on the center of gravity actual acceleration calculated by the center of gravity actual acceleration calculating means. The posture stabilization control device for a biped robot according to claim 1.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20220040857A1 (en) * | 2020-08-06 | 2022-02-10 | Ubtech Robotics Corp Ltd | Humanoid robot and its balance control method and computer readable storage medium |
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2014
- 2014-12-16 JP JP2014254377A patent/JP2016112656A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20220040857A1 (en) * | 2020-08-06 | 2022-02-10 | Ubtech Robotics Corp Ltd | Humanoid robot and its balance control method and computer readable storage medium |
US11642786B2 (en) * | 2020-08-06 | 2023-05-09 | Ubtech Robotics Corp Ltd | Humanoid robot and its balance control method and computer readable storage medium |
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