JP2022020784A - 動的バランスを使用する脚ロボットに対する全身マニピュレーション - Google Patents
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Abstract
Description
[0018] ロボットは、地面上でロボットのバランスをとるか地面に沿ってロボットを移動するように動作可能な複数の脚を含むことができる。ロボットは、ロボットが物体を操作するか荷重を支持することを可能にする1つまたは複数のエンドエフェクタをも含むことができる。1つの手法によれば、ロボットは、仕事を実行するためにエンドエフェクタを位置決めできるようになる前に、まず、位置制御を維持し、静的バランスを確立するために、その脚を動作させなければならない。たとえば、ロボットは、当初に、位置決め中およびエンドエフェクタの動作中にロボットの質量中心がその上で維持される静的な支持多角形を形成するように脚を動作させることができる。この手法によれば、脚およびエンドエフェクタは、全身として働くために同時に操作はされない。
[0028] 図1は、本明細書で説明される実施態様に関連して使用され得るロボット・システムの例の構成を示す。ロボット・システム100は、自律的に、半自律的に、および/またはユーザ(1つまたは複数)によって供給される指示を使用して動作するように構成され得る。ロボット・システム100は、二足ロボット、四足ロボット、またはなんらかの他の配置など、様々な形で実施され得る。さらに、ロボット・システム100は、他の指定の中で、ロボット、ロボット・デバイス、またはモバイル・ロボットと呼ばれる場合もある。
[0061] 図4Aは、下側本体セクション408a、上側本体セクション408b、および中間本体セクション408cによって画定される本体408を含む例の二足ロボット400を示す。下側本体セクション408aおよび上側本体セクション408bは、中間本体セクション408cに結合される。下側本体セクション408aは、全体的に中間本体セクション408cから表面(たとえば、地面)に向かって下向きに延びる2つの脚404および406を含む。ロボット300の脚304および306と同様に、各脚404、406は、関節によって接続され、お互いに関して様々な自由度で動作するように構成された、1つまたは複数の部材を含むことができる。たとえば、図4Aに示されているように、脚404は、少なくとも部材404a1~a2および関節404b1~b2を含み、脚406は、少なくとも部材406a1~a2および関節406b1~b2を含む。
[0073] 図4Bを参照すると、ロボット400は、脚404のみによって表面上で支持されている。ロボット400の重量すなわち重力Fgrは、足410を介して負のz方向で表面に印加される。重力Fgrは、効果的に、本体408の質量中心(COM)で負のz方向に作用する。反力Fr1の成分が、重力Fgrと等しい大きさを伴って、足410で正のz方向に印加される。したがって、重力Fgrは、反力Fr1のz成分によってバランスをとられる。
[0079] 上で説明したように、上側本体制御システム417bは、それぞれの仕事を実行するために各エンドエフェクタ422、424を動作させることができる。異なる仕事を実行するために、上側本体制御システム417bは、物体に達し、これを移動し、荷重に作用するなどのために、腕418、420を用いてエンドエフェクタ422、424を異なる位置に移動することができる。
[0104] 下側本体制御システム417aは、所望の歩行に従ってロボット400を移動するために反力Fr1、Fr2をさらに制御することができる。たとえば、図4Bに示されているようにロボット400のバランスをとるために脚404だけを制御するのではなく、下側本体制御システム417aは、表面上に足412を置くために脚406を動作させることもできる。結果として生じる反力Fr2は、重力Fgrによって作られるモーメントMgrとバランスをとるために対向するモーメントMr2を作ることができる。したがって、モーメントMgrとバランスをとるために表面上に足412を置くことは、歩行の1ステップを構成することができる。
[0109] 前述に鑑みて、ロボットは、そのエンドエフェクタを動作させながら、表面上でそれ自体のバランスを動的にとるためにその脚を動作させることができる。脚が表面(たとえば、地面)に接触する時に、脚は、表面に力を印加し、表面からの反力を経験する。ロボットは、ロボットがエンドエフェクタの動作をサポートするバランスを維持することを反力が可能にするようにするために、脚を動的に制御することができる。
Claims (23)
- 本体(408)であって、
1つまたは複数の可動エンドエフェクタ(422、424)を含む上側本体セクション(408b)と、
表面に接触するように構成された1つまたは複数の脚(404、406)を含む下側本体セクション(408a)と、
前記上側本体セクション(408b)および下側本体(408)セクションを結合する中間本体セクション(408c)と
を含む本体(408)と、
1つまたは複数のプロセッサを用いて実施される制御システム(417)であって、前記制御システム(417)は
前記エンドエフェクタ(422、424)のうちの少なくとも1つを動作させるように構成された上側本体制御システム(417b)であって、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)は、前記上側本体制御システム(417b)による前記動作に基づくエンドエフェクタ力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記エンドエフェクタ力に基づく第1の中間本体直線力または第1の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、上側本体制御システム(417b)と、
前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に応答して前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させるように構成された下側本体制御システム(417a)であって、前記1つまたは複数の脚(404、406)は、前記下側本体制御システム(417a)による前記動作に基づく前記表面からのそれぞれの反力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記反力に基づく第2の中間本体直線力または第2の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、下側本体制御システム(417a)と
を含む、制御システム(417)と
を含み、前記下側本体制御システム(417a)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとり、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとるようにするために、前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる
ロボット・システム(400)。 - 前記上側本体制御システム(417b)は、前記第1の中間本体直線力および前記第1の中間本体モーメントに関する情報を前記下側本体制御システム(417a)に通信する、請求項1に記載のロボット・システム(400)。
- 前記上側本体制御システム(417b)は、前記中間本体(408)セクションに結合された仮想リンクとして前記下側本体セクション(408a)を処理する、請求項1または請求項2に記載のロボット・システム(400)。
- 前記下側本体制御システム(417a)は、前記1つまたは複数の脚(404、406)の前記動作に基づく自由度の第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システム(417b)は、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に基づく自由度の第2のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システム(417b)は、自由度の前記第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)の位置決めを制約される、請求項1から請求項3のいずれかに記載のロボット・システム(400)。
- 前記中間本体セクション(408c)を位置決めするための自由度の前記第1のセットは、第1の軸および第2の軸に沿った並進を含み、前記中間本体セクション(408c)を位置決めするための自由度の前記第2のセットは、3つの軸の回りの回転および第3の軸に沿った並進を含む、請求項4に記載のロボット・システム(400)。
- 前記下側本体セクション(408a)は、2つの脚(404、406)からなり、各脚(404、406)は、前記表面に直接に接触するように構成された足(410、412)を含み、
前記足(410、412)の所与の位置に関して、前記制御システム(417)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができ、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができるかどうかを判定し、
前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができない、または前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができないとの判定に応答して、前記下側本体制御システム(417a)は、前記表面上で前記足(410、412)のうちの少なくとも1つを再位置決めする
請求項1から請求項5のいずれかに記載のロボット・システム(400)。 - 前記下側本体制御システム(417a)は、歩行に従って前記足(410、412)のうちの前記少なくとも1つの前記再位置決めを調整する、請求項6に記載のロボット・システム(400)。
- 前記下側本体制御システム(417a)は、前記1つまたは複数の脚(404、406)が歩行に従って移動している間に、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に応答して前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる、請求項1から請求項7のいずれかに記載のロボット・システム(400)。
- ロボット・システム(400)を制御する方法(500)であって、前記ロボット・システム(400)は、本体(408)を含み、前記本体(408)は、
1つまたは複数の可動エンドエフェクタ(422、424)を含む上側本体セクション(408b)と、
表面に接触するように構成された1つまたは複数の脚(404、406)を含む下側本体セクション(408a)と、
前記上側本体セクション(408b)および前記下側本体セクション(408a)を結合する中間本体セクション(408c)と、
1つまたは複数のプロセッサを用いて実施される制御システム(417)であって、前記制御システム(417)は、下側本体制御システム(417a)および上側制御システム(417)を含む、制御システム(417)と
を含み、前記方法(500)は、
上側本体制御システム(417b)を用いて、前記エンドエフェクタ(422、424)のうちの少なくとも1つを動作させることであって、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)は、前記上側本体制御システム(417b)による前記動作に基づくエンドエフェクタ力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記エンドエフェクタ力に基づく第1の中間本体直線力または第1の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、動作させることと、
前記下側本体制御システム(417a)を用いて、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に応答して前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させることであって、前記1つまたは複数の脚(404、406)は、前記下側本体制御システム(417a)による前記動作に基づく前記表面からのそれぞれの反力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記反力に基づく第2の中間本体直線力または第2の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、動作させることと
を含み、前記下側本体制御システム(417a)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとり、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスとをとるようにするために、前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる
方法(500)。 - 前記第1の中間本体直線力および前記第1の中間本体モーメントに関する情報を前記上側本体制御システム(417b)から前記下側本体制御システム(417a)に通信することをさらに含む、請求項9に記載の方法(500)。
- 前記上側本体制御システム(417b)を用いて、前記中間本体(408)セクションに結合された仮想リンクとして前記下側本体セクション(408a)を抽象化することをさらに含む、請求項9または請求項10に記載の方法(500)。
- 前記下側本体制御システム(417a)を用いて、前記1つまたは複数の脚(404、406)の前記動作に基づく自由度の第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めすることと、
前記上側本体制御システム(417b)を用いて、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に基づく自由度の第2のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めすることと
をさらに含み、前記上側本体制御システム(417b)は、自由度の前記第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)の位置決めを制約される、請求項9から請求項11のいずれかに記載の方法(500)。 - 前記中間本体セクション(408c)を位置決めするための自由度の前記第1のセットは、第1の軸および第2の軸に沿った並進を含み、前記中間本体セクション(408c)を位置決めするための自由度の前記第2のセットは、3つの軸の回りの回転および第3の軸に沿った並進を含む、請求項12に記載の方法(500)。
- 前記下側本体セクション(408a)は、2つの脚(404、406)からなり、各脚(404、406)は、前記表面に直接に接触するように構成された足(410、412)を含み、前記方法(500)は、
前記足(410、412)の所与の位置に関して、前記制御システム(417)を用いて、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができ、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができるかどうかを判定することと、
前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができない、または前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができないとの判定に応答して、前記下側本体制御システム(417a)を用いて、前記表面上で前記足(410、412)のうちの少なくとも1つを再位置決めすることと
をさらに含む、請求項9から請求項13のいずれかに記載の方法(500)。 - 前記下側本体制御システム(417a)を用いて、歩行に従って前記表面上で前記足(410、412)のうちの前記少なくとも1つの前記再位置決めを調整することをさらに含む、請求項14に記載の方法(500)。
- 歩行に従って前記1つまたは複数の脚(404、406)を移動することをさらに含み、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に応答する前記1つまたは複数の脚(404、406)の動作は、前記歩行中に発生する、請求項9から請求項15のいずれかに記載の方法(500)。
- 本体(408)であって、
1つまたは複数の可動エンドエフェクタ(422、424)を含む上側本体セクション(408b)と、
表面に接触するように構成された1つまたは複数の脚(404、406)を含む下側本体セクション(408a)と、
前記上側本体セクション(408b)および下側本体(408)セクションを結合する中間本体セクション(408c)と
を含む本体(408)と、
1つまたは複数のプロセッサを用いて実施される制御システム(417)であって、前記制御システム(417)は、
前記エンドエフェクタ(422、424)のうちの少なくとも1つを動作させるように構成された上側本体制御システム(417b)であって、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)は、前記上側本体制御システム(417b)による前記動作に基づくエンドエフェクタ力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、少なくとも1つのエンドエフェクタ力に基づく第1の中間本体直線力または第1の中間本体モーメントを経験する、上側本体制御システム(417b)と、
前記第1の中間本体直線力または前記第1の中間本体モーメントに基づいて前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させるように構成された下側本体制御システム(417a)であって、前記1つまたは複数の脚(404、406)は、前記下側本体制御システム(417a)による前記動作に基づく前記表面からのそれぞれの反力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記反力に基づく第2の中間本体直線力または第2の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、下側本体制御システム(417a)と
を含み、
前記下側本体制御システム(417a)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとり、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとるようにするために前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させ、
前記上側本体制御システム(417b)は、中間本体(408)セクションに結合された仮想リンクとして前記下側本体セクション(408a)を処理し、
前記下側本体制御システム(417a)は、前記1つまたは複数の脚(404、406)の前記動作に基づく自由度の第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システム(417b)は、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)の前記動作に基づく自由度の第2のセットに従って前記中間本体セクション(408c)を位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システム(417b)は、自由度の前記第1のセットに従って前記中間本体セクション(408c)の位置決めを制約される
ロボット・システム(400)。 - 前記上側本体制御システム(417b)は、前記第1の中間本体直線力および前記第1の中間本体モーメントに関する情報を前記下側本体制御システム(417a)に通信する、請求項17に記載のロボット・システム(400)。
- 前記下側本体セクション(408a)は、2つの脚(404、406)からなり、各脚(404、406)は、前記表面に直接に接触するように構成された足(410、412)を含み、
前記足(410、412)の所与の位置に関して、前記制御システム(417)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができ、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができるかどうかを判定し、
前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとることができない、または前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとることができないとの判定に応答して、前記下側本体制御システム(417a)は、前記表面上で前記足(410、412)のうちの少なくとも1つを再位置決めする
請求項18に記載のロボット・システム(400)。 - 本体(408)であって、
上側本体(408)セクションと、
表面に接触するように構成された1つまたは複数の脚(404、406)を含む下側本体セクション(408a)と、
前記上側本体セクション(408b)および下側本体(408)セクションを結合する中間本体セクション(408c)と
を含む本体(408)と、
1つまたは複数のプロセッサを用いて実施される制御システム(417)であって、前記制御システム(417)は、
上側本体(408)セクションを動作させるように構成された上側本体制御システム(417b)であって、前記上側本体セクション(408b)は、前記上側本体制御システム(417b)による前記動作に応答して上側本体(408)力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記上側本体(408)力に基づく第1の中間本体直線力または第1の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、上側本体制御システム(417b)と、
前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させるように構成された下側本体制御システム(417a)であって、前記1つまたは複数の脚(404、406)は、前記下側本体制御システム(417a)による前記動作に基づく前記表面からのそれぞれの反力を経験し、前記中間本体セクション(408c)は、前記反力に基づく第2の中間本体直線力または第2の中間本体モーメントのうちの少なくとも1つを経験する、下側本体制御システム(417a)と
を含む、制御システム(417)と
を含み、
前記下側本体制御システム(417a)は、前記第2の中間本体直線力が前記第1の中間本体直線力とバランスをとり、前記第2の中間本体モーメントが前記第1の中間本体モーメントとバランスをとるようにするために前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる
ロボット・システム(400)。 - 前記上側本体セクション(408b)は、1つもしくは複数の可動エンドエフェクタ(422、424)または1つもしくは複数の可動腕(418、420)を含み、前記上側本体制御システム(417b)は、前記1つもしくは複数のエンドエフェクタ(422、424)または前記1つもしくは複数の腕(418、420)を移動することによって上側本体(408)を動作させるように構成され、前記1つもしくは複数のエンドエフェクタ(422、424)または前記1つもしくは複数の腕(418、420)の移動は、上側本体セクション(408)力をもたらす、請求項20に記載のロボット・システム(400)。
- 前記上側本体制御システム(417b)は、上側本体(408)セクションを動作させる前に、上側本体(408)力、前記第1の中間本体直線力、および前記第1の中間本体モーメントを判定し、前記下側本体制御システム(417a)は、上側本体(408)セクションを動作させる前に判定された前記第1の中間本体直線力および前記第1の中間本体モーメントに基づいて前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる、請求項20または請求項21に記載のロボット・システム(400)。
- 前記上側本体セクション(408b)は、1つまたは複数の可動エンドエフェクタ(422、424)を含み、前記上側本体制御システム(417b)は、前記エンドエフェクタ(422、424)のうちの少なくとも1つを動作させることによって上側本体(408)を動作させるように構成され、上側本体(408)力は、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)に作用するエンドエフェクタ力を含み、前記上側本体制御システム(417b)は、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)を動作させる前に前記エンドエフェクタ力を判定し、前記下側本体制御システム(417a)は、前記少なくとも1つのエンドエフェクタ(422、424)を動作させる前に判定された前記エンドエフェクタ力に基づいて前記1つまたは複数の脚(404、406)を動作させる、請求項22に記載のロボット・システム(400)。
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