JP2819323B2 - Joint control device for legged walking robot - Google Patents

Joint control device for legged walking robot

Info

Publication number
JP2819323B2
JP2819323B2 JP29719989A JP29719989A JP2819323B2 JP 2819323 B2 JP2819323 B2 JP 2819323B2 JP 29719989 A JP29719989 A JP 29719989A JP 29719989 A JP29719989 A JP 29719989A JP 2819323 B2 JP2819323 B2 JP 2819323B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
control device
walking robot
legged walking
moment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP29719989A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03161290A (en
Inventor
龍太郎 吉野
雅裕 山本
信明 小澤
正雄 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP29719989A priority Critical patent/JP2819323B2/en
Publication of JPH03161290A publication Critical patent/JPH03161290A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2819323B2 publication Critical patent/JP2819323B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は脚式歩行ロボットの関節制御装置に関し、よ
り具体的には2足歩行の移動ロボットにおいて着地時に
コンプライアンス制御を加えてその関節駆動を制御し、
路面の凹凸に良く馴染むと共に、着地時の衝撃も吸収す
る様にした脚式歩行ロボットの関節制御装置に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a joint control device for a legged walking robot, and more specifically, to a compliance control at the time of landing in a bipedal mobile robot to drive its joint. Control and
The present invention relates to a joint control device for a legged walking robot that adapts well to unevenness of a road surface and absorbs impact at the time of landing.

(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) より広範な移動環境を制覇するものに脚式の移動機械
があり、その中で、狭い作業環境でも自由に行動出来る
可能性のあるものに2足歩行式の移動機構(以下「2足
歩行ロボット」と呼ぶ)が考えられる。
(Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions) To overcome a wider moving environment, there is a legged moving machine. Among them, there is a possibility that the robot can freely operate even in a narrow working environment. A walking mechanism of a walking type (hereinafter, referred to as a “biped robot”) is conceivable.

斯る2足歩行ロボットを含めた複数の脚部を持つ移動
ロボットについて姿勢制御を考えると、2足歩行ロボッ
トは4足ロボットに比べて不安定なので、着地時の衝撃
を緩和するために足部とそれを駆動する足関節の駆動モ
ータとを適切に制御して路面に足底部を倣わせること
が、衝撃が少なくて安定した歩行を実現する上で望まし
い。衝撃の緩和には制御技術で対処する以外に足底部に
衝撃緩衝材を物理的に設けることも考えられるが、あら
ゆる路面を対象とするときには制御によって緩衝動作を
行わない限り足が路面と衝突する様な状態となって、そ
の反動で足が跳ね返される等により、安定性の確保が難
しい。特に、2足歩行ロボットでは重心が高く、かつ足
底部の接地面積が小さいので、着地時の安定性を確保す
ることは極めて重要である。
Considering posture control of a mobile robot having a plurality of legs including such a bipedal walking robot, the bipedal walking robot is more unstable than the quadrupedal robot. It is desirable that the sole of the foot be imitated on the road surface by appropriately controlling the driving motor of the ankle joint and the driving motor for driving the foot joint in order to realize stable walking with less impact. To alleviate the impact, it is also possible to physically provide an impact cushioning material on the sole of the foot in addition to using control technology, but when targeting all road surfaces, the foot collides with the road surface unless the buffer operation is performed by control In such a state, the foot is rebounded by the reaction, and it is difficult to secure the stability. In particular, since a bipedal walking robot has a high center of gravity and a small contact area at the sole, it is extremely important to ensure stability during landing.

その点から先に特開昭62−97005号公報において、2
足歩行ロボットの関節制御手法が提案されている。しか
しながら、この従来技術は、作業環境に応じて制御モー
ドを切り換えることを主眼としており、即ち遊脚期と立
脚期とを接地の有無から判別して位置フィードバックか
ら力フィードバックに切り換えることを提案するに止ま
り、力フィードバック制御の内容等については触れるも
のではなかった。更に倣い制御について具体的に開示す
る例としては論文、「ロボットアームの力フィードバッ
ク制御」(計測と制御、Vol.25.No.1、昭和61年1月)
を挙げることが出来る。この従来技術にあっては6自由
席のロボットハンドについて仮想のコンプライアンス機
構を設定して該ロボットハンドに作用する外力(力・モ
ーメント)を検出し、それに応じてハンドの作動速度を
設定し、サーボモータを速度制御してハンドが実際にそ
の速度をとる様に制御することにより、ロボットがあた
かも実際のコンプライアンス機構によって倣い動作する
のと同様の効果を得ることが出来る仮想のコンプライア
ンス制御を提案している。
From that point, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-97005, 2
A joint control method for a walking robot has been proposed. However, this prior art focuses on switching the control mode according to the work environment, that is, discriminating the swing phase and the stance phase from the presence or absence of the touchdown, and switching from the position feedback to the force feedback. It did not touch on the details of force feedback control. As an example to disclose the scanning control more specifically, see the paper, "Force Feedback Control of Robot Arm" (Measurement and Control, Vol.25, No.1, January 1986)
Can be mentioned. In this conventional technique, a virtual compliance mechanism is set for a robot hand having six free seats, an external force (force / moment) acting on the robot hand is detected, and the operating speed of the hand is set accordingly, and a servo is set. We propose a virtual compliance control that can achieve the same effect as a robot following by an actual compliance mechanism by controlling the speed of the motor so that the hand actually takes that speed. I have.

本発明の目的は上記した仮想のコンプライアンス制御
の考えを脚式歩行ロボットの着地制御に応用したもので
あり、着地時に関節駆動を制御することによって凹凸路
面であっても適正に倣わせて衝撃の少ない柔軟な着地を
可能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を提供する
ことにある。但し、上記従来技術においてはロボットア
ームを対象としている。ロボットアームの場合にはアー
ム本体が重量無限大のベースに取り付けてあるため、コ
ンプライアンス制御を行う関節アクチュエータの負荷は
ハンドのみにかかり、ハンドは物体に作用したとき発振
が生じ難い、一方、歩行ロボットの場合にはコンプライ
アンス制御を上体の運動に対して行うことになるが、足
部が路面に固定されていないため、足関節アクチュエー
タの負荷が軽量な足底部にかかる場合があり、発振が非
常に起こり易い。
An object of the present invention is to apply the concept of the virtual compliance control described above to the landing control of a legged walking robot. An object of the present invention is to provide a joint control device of a legged walking robot that enables a small and flexible landing. However, in the above-mentioned conventional technology, a robot arm is targeted. In the case of a robot arm, since the arm body is attached to an infinitely heavy base, the load of the joint actuator that performs compliance control is applied only to the hand, and the hand is unlikely to oscillate when acting on an object. In the case of, the compliance control is performed for the movement of the upper body, but since the foot is not fixed to the road surface, the load of the ankle joint actuator may be applied to the lightweight sole, and oscillation is extremely high. Easy to happen.

従って本発明の第2の目的は、上記仮想コンプライア
ンス制御において、発振を生じさせることなく柔軟な着
地動作を可能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を
提供することにある。
Accordingly, a second object of the present invention is to provide a joint control device for a legged walking robot that enables a flexible landing operation without causing oscillation in the virtual compliance control.

更には、着地動作は極めて短時間に終了するので、こ
の間に足の倣い動作を完結させるにはサーボモータの特
性を歩行条件に応じて最適に設定する必要がある。
Furthermore, since the landing operation is completed in a very short time, it is necessary to optimally set the characteristics of the servomotor in accordance with the walking conditions in order to complete the following operation during this time.

従って、本発明の第3の目的は、歩行条件に応じて適
宜選択されるべき種々の制御特性を備えた脚式歩行ロボ
ットの関節制御装置を提供することにある。
Accordingly, a third object of the present invention is to provide a joint control device for a legged walking robot having various control characteristics to be appropriately selected according to walking conditions.

(課題を解決するための手段) 例えば請求項1項に記載する如く、ロボットの関節を
目標位置に追従制御するサーボ機構を備え、該ロボット
に作用する外力に応じてその操作量を変えて倣い動作さ
せる関節制御装置において、前記関節は先端に足底部を
備えた脚式歩行ロボットの足関節を含む関節であり、該
足底部に作用する外力を検出して該外力が減少する様に
制御装置のゲインを調整し、該足底部を路面に倣わせつ
つ着地させる様に構成した。
(Means for Solving the Problems) For example, as set forth in claim 1, a servo mechanism for controlling a joint of a robot to follow a target position is provided, and the operation amount is changed according to an external force acting on the robot to copy the robot. In the joint control device to be operated, the joint is a joint including a foot joint of a legged walking robot having a sole at a tip, and the control device detects an external force acting on the sole and reduces the external force. In this configuration, the sole of the foot is adjusted while landing on the road surface.

(作用) 第1図の制御ブロック図に示す如く、着地時に足底部
に作用する外力を検出し、それを減少する様に構成した
ことから、路面反力を効果的に吸収することが出来、路
面に凹凸があって柔軟に着地させることが出来て衝撃の
少ない安定した着地を構成することが出来る。
(Operation) As shown in the control block diagram of FIG. 1, the external force acting on the sole at the time of landing is detected and reduced so that the road surface reaction force can be effectively absorbed. Since the road surface has irregularities, it can be landed flexibly and a stable landing with less impact can be constituted.

(実施例) 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第2図を参照して本発明に係る歩行ロボットの全体
を概略的に説明すると、この歩行ロボット1は図から明
らかな様に、その形態は人のそれに近く、下方から説明
すると、足部10、下腿部12、大腿部14及び胴体部16を備
え、各部はそれぞれ足関節18、膝関節20及び股関節22で
互いに結合される。各関節には直流型の電動モータ24,2
6,28,30,32,34が配置される。尚、この歩行ロボット1
は、足部も含めて各部材とも左右対称であるので、以下
の説明では一方についてのみ行う。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 2, the whole walking robot according to the present invention will be schematically described. As apparent from the drawing, this walking robot 1 has a form close to that of a human. The lower leg 12, the thigh 14, and the torso 16 are connected to each other by an ankle 18, a knee 20, and a hip 22, respectively. Each joint has a DC electric motor 24,2
6,28,30,32,34 are arranged. This walking robot 1
Is symmetrical with respect to each member including the foot, so only one of them will be described in the following description.

第3図は足部10の断面図(矢状面、この場合は直進方
向に平行な面で切断)であり、第4図はその一部破断正
面図である。第4図において足関節18にあっては、ベル
ト36が下腿部12に取着された第1の電動モータ24(図示
の便宜のため第2図においては足首位置に示したが、実
際は下腿部12の便宜位置に取着される)の出力を受けて
ハーモニック減速機38(商品名)の入力端に入力する。
該減速機において、モータ出力は周知の如く適宜な倍率
で減速して増加され、下腿部12に取着される固定部40と
その下部の回転部42とを軸線44を中心として歩行進行方
向に相対回転させる。該軸線44と直交する位置には第3
図に良く示す如く、第2の前記した電動モータ26が配置
され、その出力は第2のハーモニック減速機46に入力さ
れ、前記固定部40と回転部42とを第2の軸線48を中心と
して進行方向(ピッチ方向)に直交する左右方向(ロー
ル方向)に相対回転させる。
FIG. 3 is a cross-sectional view (sagittal plane, in this case, cut in a plane parallel to the straight running direction) of the foot 10, and FIG. 4 is a partially cutaway front view thereof. In FIG. 4, at the ankle 18, a first electric motor 24 having a belt 36 attached to the lower leg 12 (for convenience of illustration, it is shown at the ankle position in FIG. 2; (Attached to the convenient position of the thigh 12) and input to the input terminal of the harmonic reducer 38 (product name).
In the speed reducer, the motor output is reduced and increased at an appropriate magnification, as is well known, and the fixed portion 40 attached to the lower leg portion 12 and the rotating portion 42 below the fixed portion 40 are moved in the walking direction around the axis 44. Relative rotation. A third position perpendicular to the axis 44
As shown in the figure, the second electric motor 26 is disposed, and its output is input to a second harmonic reducer 46, and the fixed unit 40 and the rotating unit 42 are connected around a second axis 48. Relative rotation in the left-right direction (roll direction) perpendicular to the traveling direction (pitch direction).

回転部42の下方には公知の6軸力センサ50が取着さ
れ、力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分
Mx,My,Mzとを分離して測定し、足部の着地の有無乃至は
接地荷重等を検出する。6軸力センサ50の下部には船型
のフレーム52が固定される。フレーム52はアルミ材等の
軽量かつ剛性に優れた素材から構成され、その下面は足
底部(いわゆる足の裏)54を形成する。足底部54におい
て爪先部58と踵部60は適宜な曲率で湾曲せしめられて接
地時の転動を容易にすると共に、そこには着地時の衝撃
を吸収させ、また路面の凹凸に馴染ませるために均一な
厚みを備えたゴム材等からなる弾性体64,66が接着等の
適宜な手段で貼付される。尚、膝関節20を含む他の関節
も大略同様の構造を備えるので、説明は省略する。
A known six-axis force sensor 50 is attached below the rotating part 42, and three-directional components Fx, Fy, and Fz of force and three-directional components of moment are provided.
Mx, My, and Mz are measured separately, and the presence or absence of landing on the foot or the contact load is detected. A hull-shaped frame 52 is fixed below the six-axis force sensor 50. The frame 52 is made of a lightweight and highly rigid material such as an aluminum material, and its lower surface forms a sole portion (so-called sole) 54. The toe 58 and the heel 60 at the sole 54 are curved at an appropriate curvature to facilitate rolling when touching down, to absorb the impact of landing, and to adapt to the uneven road surface. Elastic bodies 64 and 66 made of a rubber material or the like having a uniform thickness are attached by appropriate means such as adhesion. Note that the other joints including the knee joint 20 have substantially the same structure, and a description thereof will be omitted.

次に制御装置部に関して説明すると、前記した胴体部
16にはエネルギ源が収納されて電動モータ24等に供給す
ると共に、そこにはマイクロ・コンピュータを備えた制
御ユニット70が収納されて、歩行動作を制御する。即
ち、6軸力センサ50の出力は信号線72を経て該制御ユニ
ット70に送られると共に、各電動モータにはその回転角
度を検出するロータリエンコーダ74,76(図示の簡略化
のため第2図には足関節のものだけを示す)が配置さ
れ、検出値を制御ユニット70に送出する。第5図はその
制御ユニットの構成を詳細に示す説明ブロック図である
が、6軸力センサ50の出力は増幅器78及びA/D変換回路8
0を経てマイクロ・コンピュータに入力され、CPU82はタ
イマ84の計数値に応じて所定時間毎に入力値をRAM86に
格納する。またロータリエンコーダ74等の出力パルスも
カウンタ88を介してRAM86に格納される。後で詳細に述
べる如く、CPU82は検出パラメータに応じてROM90に予め
格納された関節の角度目標値θitを検索し、検出された
実際角度との偏差から角度指令値θCOMMを求め、それに
基づいてモータの速度指令値Vcを演算してデジタル値で
出力する。その出力はD/A変換回路92でアナログ値に変
換されてサーボドライバ94に送出され、サーボドライバ
94において電流値に変換されて各関節の電動モータ24等
に供給される。またロータリエンコーダ出力値はF/V変
換回路96を介してサーボドライバ94にフィードバックさ
れ、サーボ系を構成している。
Next, the control unit will be described.
An energy source 16 is housed and supplied to the electric motor 24 and the like, and a control unit 70 having a microcomputer is housed therein to control the walking operation. That is, the output of the six-axis force sensor 50 is sent to the control unit 70 via a signal line 72, and each of the electric motors has a rotary encoder 74, 76 for detecting its rotation angle (FIG. Are shown, and the detected values are sent to the control unit 70. FIG. 5 is an explanatory block diagram showing the configuration of the control unit in detail. The output of the six-axis force sensor 50 is an amplifier 78 and an A / D conversion circuit 8.
The input value is input to the microcomputer via 0, and the CPU 82 stores the input value in the RAM 86 at predetermined time intervals according to the count value of the timer 84. Output pulses from the rotary encoder 74 and the like are also stored in the RAM 86 via the counter 88. As will be described in detail later, the CPU 82 searches for the joint angle target value θit stored in the ROM 90 in advance in accordance with the detection parameter, obtains an angle command value θCOMM from the deviation from the detected actual angle, and Is calculated and output as a digital value. The output is converted to an analog value by the D / A conversion circuit 92 and sent to the servo driver 94, where the servo driver
At 94, it is converted to a current value and supplied to the electric motor 24 of each joint. Further, the output value of the rotary encoder is fed back to the servo driver 94 via the F / V conversion circuit 96, and forms a servo system.

第6図はその動作を示すフロー・チャートである。同
図に即して説明すると、先ずS10において各部をイニシ
ャライズした後、S12で6軸力センサ50等の出力を入力
し、S14で歩行パターンを計算する。即ち、ROM90を参照
して左右脚部の12個の関節について前記した角度目標値
θitを検索する。ここで値θitはi番目の関節の時刻t
における目標角度を意味する。尚、パラメータの入力と
歩行パターンの演算は予めオフラインで行っておいてメ
モリに格納しておいても良い。具体的には検出した実際
角度θactを読み出して角度目標値θitとの偏差を求め
て角度指令値θCOMMを算出し、次いで該角度目標値を適
宜な手法で変換して電動モータの速度指令値Vcを算出し
て出力を開始する。斯くしてS16に示す様に歩行が開始
する。即ち、先ずS18で両足支持相に入り、両足支持相
の指令値が出力し終わると、次にS20に移って片足支
持、例えばこの例では右足支持(左足は遊脚)相に移
り、次々と指令値を実行していくことになる。この相の
指令値が実行し終えるまでにS22において前記した6軸
力センサ50の出力から遊脚の接地が検出されるが、それ
まで実行され続ける。而して、S22で遊脚(左足)の接
地が確認されるとS24に進み、遊脚(左足)のコンプラ
イアンス制御相に入る。
FIG. 6 is a flow chart showing the operation. Referring to the drawing, first, after initializing each part in S10, the outputs of the six-axis force sensor 50 and the like are input in S12, and the walking pattern is calculated in S14. That is, the angle target value θit described above is searched for the twelve joints of the left and right legs with reference to the ROM 90. Here, the value θit is the time t of the i-th joint.
Means the target angle. The input of the parameters and the calculation of the walking pattern may be performed in advance offline and stored in a memory. Specifically, the detected actual angle θact is read, the deviation from the angle target value θit is obtained to calculate the angle command value θCOMM, and then the angle target value is converted by an appropriate method to convert the speed command value Vc of the electric motor. Is calculated and output is started. Thus, walking starts as shown in S16. That is, first, the both-leg supporting phase is entered in S18, and when the command value of the both-leg supporting phase is output, the process then proceeds to S20, in which, for example, the right-leg supporting (in this example, the left leg is a free leg) phase, and the sequence proceeds one after another. The command value will be executed. Until the execution of the command value of this phase, the landing of the free leg is detected from the output of the six-axis force sensor 50 in S22, but the execution is continued until that time. When it is confirmed that the free leg (left foot) touches the ground in S22, the process proceeds to S24 and enters the compliance control phase of the free leg (left foot).

第7図はそのコンプライアンス制御を示すサブルーチ
ン・フロー・チャートである。以下説明すると、先ずS1
00において6軸力センサ50の出力値を読み出して足首に
作用しているx軸回り(進行方向に直角かつ水平な軸回
り)のモーメントを検出する。尚、足関節には既述の如
く、足部を進行方向(ピッチ方向)に振る自由度と左右
方向(ロール方向)に振る自由度とが設けられ、それぞ
れの自由度に対応して電動モータ24,26が個別に設けら
れる。従って、着地時に本質的にはこれら2方向の動作
を制御する必要があるが、以下の説明では理解の便宜の
ため進行方向の倣い動作のみ説明する。左右方向につい
ても全く同様である。
FIG. 7 is a subroutine flowchart showing the compliance control. To explain below, first, S1
At 00, the output value of the six-axis force sensor 50 is read to detect the moment acting on the ankle around the x-axis (around a horizontal axis perpendicular to the traveling direction). As described above, the ankle joint is provided with a degree of freedom for swinging the foot in the traveling direction (pitch direction) and a degree of freedom for swinging in the left-right direction (roll direction). 24 and 26 are provided individually. Therefore, it is essentially necessary to control these two directions at the time of landing, but in the following description, only the copying operation in the traveling direction will be described for convenience of understanding. The same applies to the left-right direction.

続いてS102に至り、仮想的な回転変位Δθを算出す
る。即ち、図示の如き力学モデルを想定し、足底部54の
全体が足関節18を中心にバネ定数KCOMPを持ったツル巻
バネで吊られているものとし、モーメントMxの大きさに
比例した回転変位Δθを行うと仮想する。比例定数KCO
MPは実験を通じて適宜設定するが、この値が結果的に倣
い動作を応答性を決定する。回転変位Δθは、モーメン
トMxから逆算して求める。
Subsequently, the process proceeds to S102, where a virtual rotational displacement Δθ is calculated. That is, assuming a dynamic model as shown in the figure, the entire sole 54 is assumed to be suspended around the ankle 18 by a vine winding spring having a spring constant KCOMP, and the rotational displacement is proportional to the magnitude of the moment Mx. It is assumed that Δθ is performed. Proportional constant KCO
The MP is appropriately set through experiments, and this value eventually determines the responsiveness of the copying operation. The rotational displacement Δθ is obtained by back calculation from the moment Mx.

続いてS104において回転変位Δθと前記した角度指令
値θCOMMとを合算して角度指令値θCOMMを補正する。制
御ユニットにおいてCPU82はこの値から新たにモータの
速度指令値Vcを算出し、D/A変換回路92に送出し、変換
されたアナログ値はサーボドライバ94を経て電動モータ
24に供給される。尚、このとき足関節の他の電動モータ
26、乃至は膝関節の電動モータ28等、他のモータについ
て適宜同様の制御を行っても良い。
Subsequently, in S104, the angle command value θCOMM is corrected by adding the rotational displacement Δθ and the above-described angle command value θCOMM. In the control unit, the CPU 82 newly calculates the motor speed command value Vc from this value and sends it to the D / A conversion circuit 92.The converted analog value is sent to the electric motor via the servo driver 94.
Supplied to 24. At this time, the other electric motor of the ankle joint
Similar control may be appropriately performed for other motors such as the electric motor 26 or the knee joint electric motor 28.

続いて、第6図メイン・フロー・チャートに戻り、S2
6において時刻T0に達するまで続けられ、その後にはS28
に進んで再び両足支持相に入る。コンプライアンス制御
を時刻T0で終了するのは、着地が本来衝突的な事象であ
り、長時間に亘って継続するものではないからである。
尚、両足支持相が終了するとS30以下に進んで今度は左
足支持(右足遊脚)相に入り、その後はS32〜36で同様
の制御がなされ、S38に至って再び両足支持相となる
と、歩行の1周期が終了したことになる。同様の動作が
S40で終了と判断されるまで継続される。
Then, returning to the main flow chart of FIG. 6, S2
The process is continued until the time T0 is reached at 6, and thereafter S28
To enter the support phase again. The reason that the compliance control is ended at the time T0 is that the landing is originally a collisional event and does not continue for a long time.
When the two-leg support phase ends, the process proceeds to S30 and below, and then enters the left-foot support (right leg swing) phase. Thereafter, the same control is performed in S32 to S36. One cycle is completed. Similar behavior
The process is continued until it is determined in S40 that the process has been completed.

本実施例において歩行開始時は所期の角度目標値に基
づいて歩行制御されるが、遊脚が接地して足関節にモー
メントMxが作用した時点で、そのモーメントで曲がるで
あろう仮想の変位角を想定し、それを所期の目標値に加
算して新たに指令値を求め、その値に基づいて制御する
ので、結果的にモーメントを減少させる方向に足部が駆
動され、接地時の衝撃を効果的に緩和しつつ路面に倣っ
て着地させることが出来る。
In the present embodiment, at the start of walking, walking control is performed based on the desired angle target value, but at the time when the free leg touches the ground and the moment Mx acts on the ankle joint, a virtual displacement that will bend at that moment. Assuming the angle, adding it to the intended target value to obtain a new command value, and controlling based on that value, the foot is driven in the direction to reduce the moment as a result, The landing can be imitated according to the road surface while effectively reducing the impact.

第8図は第6図のコンプライアンス制御の別の例を示
す本発明の第2実施例である。第1実施例に使用したバ
ネ定数KCOMPは、小さく設定すると、発生しているモー
メントに対して回転変位の値が大きくなって補正量が大
きくなり、馴染み易くなる。それに対してバネ定数を大
きく設定すると、馴染むのに時間がかかる。従って、歩
行の速度を速める必要があるときは着地動作時間も短縮
することからバネ定数KCOMPを小さく設定することにな
るが、その結果ループのゲインが大きくなって系が発振
することがある。逆に発振を嫌ってバネ定数KCOMPを大
きく設定すると、時間内に倣い動作が終了せず、路面反
力が残る。本実施例はその相矛盾する問題を解決するも
のであり、その要旨とするところは積分項を追加するこ
とにより、ループゲインを上げることなく足底部の倣い
動作の応答性を向上させたものである。
FIG. 8 is a second embodiment of the present invention showing another example of the compliance control of FIG. If the spring constant KCOMP used in the first embodiment is set to be small, the value of the rotational displacement becomes large with respect to the generated moment, the correction amount becomes large, and the familiarity becomes easy. On the other hand, if the spring constant is set to a large value, it takes time to adjust. Therefore, when it is necessary to increase the walking speed, the spring constant KCOMP is set small because the landing operation time is also shortened. As a result, the loop gain becomes large and the system may oscillate. Conversely, if the spring constant KCOMP is set large to avoid oscillation, the copying operation does not end in time and the road surface reaction force remains. This embodiment is to solve the contradictory problem. The gist of the present invention is to improve the response of the copying operation of the sole without increasing the loop gain by adding an integral term. is there.

第8図は第2実施例を示す第6図のサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、S200において第1実施例と同様
にモーメントMxを読み出した後、S202に進んで回転変位
Δθを算出する。即ち、先に述べた比例項にモーメント
Mxを時間で積分して新たな比例定数KCOMPIの逆数を乗
じた値を加算して算出する。第2の比例定数KCOMPIも
適宜設定すると共に、積分単位時間は微小に設定する。
次いで、S204で角度指令値を算出し、S206で速度指令値
に変換して出力する。
FIG. 8 is a subroutine flow chart of FIG. 6 showing the second embodiment. After reading the moment Mx in S200 as in the first embodiment, the process proceeds to S202 to calculate the rotational displacement Δθ. That is, the moment is added to the above-mentioned proportional term.
It is calculated by integrating Mx with time and adding a value obtained by multiplying the reciprocal of a new proportional constant KCOMPI. The second proportional constant KCOMPI is set as appropriate, and the integration unit time is set to a small value.
Next, an angle command value is calculated in S204, converted into a speed command value in S206, and output.

本実施例の場合には積分項を加えたことから、モーメ
ントが作用している時間が長くなるほど積分値が大きく
なって第1実施例に比して移動量が大となり、結果的に
はより短い時間で倣い動作を終了させることが出来る。
即ち、発振を回避すべく第1バネ定数KCOMPを比較的大
きく設定しても、ある微小時間経過すると積分項が共に
加算されていくので、移動量が増加し、結果的に倣い動
作時間を減少させることが出来る。
In the case of the present embodiment, since the integral term is added, the longer the time during which the moment is acting, the larger the integral value becomes, and the moving amount becomes larger than that of the first embodiment. The copying operation can be completed in a short time.
That is, even if the first spring constant KCOMP is set relatively large in order to avoid oscillation, the integral term is added together after a certain short period of time, so that the movement amount increases, and consequently the scanning operation time decreases. Can be done.

第9図及び第10図は第1、第2実施例に示す例の制御
結果であり、第9図は静特性の、第10図は時間の観念が
加わる動特性の結果を示す。第9図(a)からバネ定数
が減少するにつれて変位角が増加すること、及び(b)
の比例積分制御からゲインが略無限大となっているのが
見てとれる。また第10図(a)から第1実施例の場合に
はある時刻でモーメントと変位角とが釣り合ってしまっ
てオフセットが残るが、同図(b)の第2実施例からモ
ーメントが零に収束するのを理解することが出来る。
9 and 10 show the control results of the examples shown in the first and second embodiments. FIG. 9 shows the results of the static characteristics, and FIG. 10 shows the results of the dynamic characteristics to which the idea of time is added. 9 (a) that the displacement angle increases as the spring constant decreases, and (b)
It can be seen from the proportional integral control that the gain is almost infinite. Also, in the case of the first embodiment from FIG. 10 (a), the moment and the displacement angle are balanced at a certain time and an offset remains, but the moment converges to zero from the second embodiment of FIG. 10 (b). You can understand to do.

次に、更に歩行速度が上がって第2実施例での微小な
時間でも許容し得なくなった場合を考える。このときに
は倣い動作が不十分のまま次の動作に移行することとな
り、路面の凹凸が甚だしい場合には歩行の安定性を確保
し難い場合も生じ得る。以下に述べる第3の実施例は斯
る点に対処するために案出されたものであり、その要旨
とするところは発振現象を抑制するのにコンプライアン
スを行う方向(即ちモーメントMxの増加乃至減少方向)
を限定して足部が路面に着地する方向には柔らかく、逆
の方向には固くなる様に制御する点であり、更にはコン
プライアンス制御の操作量を最初からモータの速度指令
値として得る点であり、よって万一、モーメントが急激
に減少して倣い動作が遅くなる場合でも、あるいはモー
メントの増減によって系に発振が生じ易くなった場合に
おいても短時間のうちに倣い動作を終了することが出来
る如くするものである。即ち、その様な条件下において
も前記したバネ定数KCOMPを着地時の衝撃吸収に適した
値に設定自在とするものであるが、このバネ定数KCOMP
はこれまでの説明から明らかな如くサーボゲインであ
る。以下の第3実施例ではこのサーボゲインを使用して
論理構成しているが、説明の混乱を避けるために、以下
のサーボゲインでは大文字のKの代わりに小文字のkを
用いる。
Next, consider a case where the walking speed further increases and it becomes impossible to tolerate even a short time in the second embodiment. At this time, the next operation is performed while the copying operation is insufficient, and when the unevenness of the road surface is severe, there may be a case where it is difficult to secure walking stability. The third embodiment described below has been devised in order to deal with such a point. The gist of the third embodiment is that the direction in which compliance is performed to suppress the oscillation phenomenon (that is, the increase or decrease of the moment Mx). direction)
The point is to control the foot so that it is soft in the direction in which the foot lands on the road surface and stiff in the opposite direction, and in that the operation amount of compliance control is obtained as a motor speed command value from the beginning. Yes, the copying operation can be completed in a short time even if the moment is suddenly reduced and the copying operation is slowed down, or even if oscillation increases in the system due to the increase or decrease of the moment. It is as follows. That is, even under such conditions, the above-mentioned spring constant KCOMP can be freely set to a value suitable for absorbing impact at the time of landing.
Is the servo gain as is clear from the description so far. In the following third embodiment, a logical configuration is made using this servo gain. However, in order to avoid confusion of description, a small letter k is used instead of a capital K in the following servo gains.

第11図はその第3実施例を示すコンプライアンス制御
のサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 11 is a subroutine flow chart of compliance control showing the third embodiment.

先ずS300において先の実施例群と同様に足底部に作用
するモーメントを読み出し、次いでS302以下でモーメン
トの方向と量とを修正する。即ち、先ずS302で検出した
モーメントが所定値MTH(例えば“0"等と適宜設定)と
比較し、検出値が所定値より小さいと判断されるときは
S304に進んで修正モーメント(ここでMcと称する)を零
に設定する。而して、S302において検出値が所定値より
大きい、即ち正方向にあると判断されるときはS306に進
み、そこで第2の所定値M0αと比較する。この第2所定
値は1サイクル前に用いた修正モーメントMcをα倍、例
えば0.9倍した値である。S306において検出値が第2所
定値より大きいと判断されるときはS308において検出値
をそのまま修正モーメントすると共に、小さいと判断さ
れるときはS310において第2所定値を修正モーメントと
する。即ち、S302〜310を経ることにより、モーメント
を正方向に変化するものに限定することが出来、更に正
方向のものであっても急激に減少しているときはその減
衰率を制限することが出来る。
First, in S300, the moment acting on the sole is read out in the same manner as in the previous embodiment group, and then, in S302 and subsequent steps, the direction and amount of the moment are corrected. That is, first, the moment detected in S302 is compared with a predetermined value MTH (for example, appropriately set to “0” or the like), and when it is determined that the detected value is smaller than the predetermined value,
Proceeding to S304, the correction moment (herein referred to as Mc) is set to zero. If it is determined in S302 that the detected value is larger than the predetermined value, that is, it is determined that the detected value is in the forward direction, the process proceeds to S306, where it is compared with a second predetermined value M0α. The second predetermined value is a value obtained by multiplying the corrected moment Mc used one cycle before by α times, for example, 0.9 times. When it is determined in S306 that the detected value is larger than the second predetermined value, the detected value is corrected as it is in S308, and when it is determined that it is smaller, the second predetermined value is set as the corrected moment in S310. That is, by going through S302 to S310, the moment can be limited to the one that changes in the positive direction, and even if the moment is in the positive direction, the damping rate can be limited when it decreases rapidly. I can do it.

次いでS312において修正モーメントMcに適宜設定する
比例ゲインkp1を乗じてモータ速度指令値Vcl(力制御成
分)を算出する。次いでS314において次回の演算のため
に演算値をストアする。次いで、S316において関節の実
際角度θactと目標θitとの偏差に適宜設定する第2の
比例ゲインkp2を乗じて第2のモータ速度指令値Vc2(位
置制御成分)を算出し、S318において2つの速度値を合
成して出力する。上記において比例ゲインは例えば 接地後...kp1:kp2=10: 16 接地前...kp1:kp2= 0:512 等と設定する。これは、遊脚期にはモーメントが零であ
るからkp1=0は当然であり、またコンプライアンス制
御は不要であるので、足部が目標の軌道を正確に通るた
めにはゲインが高い方が良いからである。
Next, in S312, a motor speed command value Vcl (force control component) is calculated by multiplying the corrected moment Mc by a proportional gain kp1 appropriately set. Next, in S314, the operation value is stored for the next operation. Next, in S316, a second motor speed command value Vc2 (position control component) is calculated by multiplying the deviation between the actual angle θact of the joint and the target θit by a second proportional gain kp2 which is appropriately set. Combine the values and output. In the above, the proportional gain is set, for example, after grounding ... kp1: kp2 = 10: 16 before grounding ... kp1: kp2 = 0: 512. This is because kp1 = 0 is natural since the moment is zero during the swing phase, and since compliance control is not required, it is better that the gain is high in order for the foot to pass the target trajectory accurately. Because.

本実施例の場合、S302で検出されたモーメントが第1
所定値(零)より小さいと判断されるときは力制御成分
の速度指令値Vc1は零となるので、結果的にモーメント
が正方向にあるときにのみコンプライアンス制御を行う
様にすることが出来る。またS306でモーメントが急激に
減少したと判断されるときは前回のモーメントより僅か
に低い値に設定するので、モーメントが振動的な場合で
もモータを発振させることなく、所要の柔らかさをもっ
て着地させることが出来る。更に、モータの速度指令値
を操作量とするので、第1及び第2実施例の如くモータ
の角度指令値を操作量とするのに比して、制御速度を上
げることが出来、よって高速歩行時にも追随性良く倣い
動作を行なわせることが出来る。
In the case of this embodiment, the moment detected in S302 is the first moment.
When it is determined that the value is smaller than the predetermined value (zero), the speed command value Vc1 of the force control component becomes zero, so that the compliance control can be performed only when the moment is in the positive direction. When it is determined in S306 that the moment has sharply decreased, the value is set to a value slightly lower than the previous moment. Can be done. Further, since the speed command value of the motor is used as the operation amount, the control speed can be increased as compared with the case where the angle command value of the motor is used as the operation amount as in the first and second embodiments. Sometimes, the copying operation can be performed with good followability.

次に、本発明の第4実施例を説明する。歩行ロボット
の足関節をコンプライアンス制御することは本質的にそ
のトルク(モーメント)を検出して制御することであ
り、今まで述べた実施例では角度乃至はモータの速度指
令値を操作量とするため、トルクに変換するのに多少と
も時間が必要となる。前述の様に、あらゆる歩行速度の
中で、衝突に等しい短時間のうちに制御を確実に終了さ
せるためには、制御の応答性を更に向上させる必要があ
る。第4実施例はそれの解消を意図するものであり、そ
の意図するところはトルクに直接比例するモータの電流
値を直接出力して応答性を高めた点にある。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The compliance control of the ankle joint of the walking robot is essentially to detect and control the torque (moment) of the walking joint. In the embodiments described so far, the angle or the speed command value of the motor is used as the operation amount. It takes some time to convert to torque. As described above, in order to reliably end the control within a short period of time equal to the collision at all walking speeds, it is necessary to further improve the responsiveness of the control. The fourth embodiment is intended to solve the problem, and the intention is to directly output a motor current value which is directly proportional to the torque to enhance the responsiveness.

第12図を参照して説明すると、先ずS400においてモー
メントを読み出した後、S402において検出したモーメン
トに適宜設定する比例定数Cを乗じて電流目標値Ireを
算出する。この比例定数は適宜設定するが、後述する様
に設定値が大きいと動作が柔らかくなる特性を備える。
次いで、S404以下において第13図に示す関係から電流指
令値を算出する。本実施例においては第13図に示す如
く、前記した電流目標値が指令値に対して線型に設定さ
れると共に、電流指令値の上限は正方向においてIL+
以下に抑制されており、負方向においてもIL−以上に
制限されていて結果的に第3実施例と同様にコンプライ
アンス制御を行う範囲を略モーメントが正方向にあると
きに限定している。即ち、着地時のコンプライアンス制
御においては検出したモーメントが作用する方向に電動
モータを積極的に駆動して結果的にモーメントが零とな
る様にするものであるが、モータと関節軸との間には前
記した様にハーモニック減速機38,46等が介挿されてお
り、そのフリクション、乃至はモータ自身のフリクショ
ン、或いはその他の粘性抵抗等の抵抗が存在するので、
上記した電流指令値はそれらに抗し得る様に設定する。
Referring to FIG. 12, first, the moment is read out in S400, and then the current target value Ire is calculated by multiplying the moment detected in S402 by a proportional constant C appropriately set. This proportionality constant is appropriately set, but has a characteristic that the operation becomes softer when the set value is larger as described later.
Next, a current command value is calculated from S404 onward based on the relationship shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 13, the current target value is set linearly with respect to the command value, and the upper limit of the current command value is IL +
In the following, the range in which the compliance control is performed is limited to the time when the moment is substantially in the positive direction, similarly to the third embodiment. That is, in the compliance control at the time of landing, the electric motor is positively driven in a direction in which the detected moment acts, so that the moment becomes zero as a result. As described above, the harmonic reducers 38, 46 and the like are interposed, and the friction, or the friction of the motor itself, or other resistance such as viscous resistance exists,
The above-mentioned current command values are set so as to be able to resist them.

即ち、先ずS404において電流の目標値を指令値の上限
値と比較し、上限値を超えていればS406において上限値
に制限する。超えていなければ続いてS408で指令値の下
限値と比較し、下限値以上であればS410で目標値を指令
値とすると共に、下限値を下回ればS412で下限値に制限
する。その後にS414に進み、決定された電流指令値を出
力する。
That is, first, the target value of the current is compared with the upper limit value of the command value in S404, and if the current value exceeds the upper limit value, the current value is limited to the upper limit value in S406. If not, the command value is compared with the lower limit value of the command value in S408. If it is equal to or more than the lower limit value, the target value is set as the command value in S410. Thereafter, the process proceeds to S414, and the determined current command value is output.

第14図は第4実施例の制御ユニットの要部を示してお
り、従前に示したものと相違するのは電動モータ群の適
宜位置に設けられた電流センサ98を介して電流値がサー
ボアンプ100にフィードバックされている点である。
尚、この実施例の場合にはサーボアンプ100にエンコー
ダの出力パルスをフィードバックさせる必要がないの
で、F/V変換回路は省かれている。
FIG. 14 shows a main part of a control unit according to the fourth embodiment. The difference from the previous embodiment is that the current value is controlled by a servo amplifier via a current sensor 98 provided at an appropriate position of the electric motor group. The point is that it is fed back to 100.
In this embodiment, since it is not necessary to feed back the output pulse of the encoder to the servo amplifier 100, the F / V conversion circuit is omitted.

第4実施例によるときは直ちにモータの通電電流を操
作量とすることから、応答性を一段と向上させることが
出来る。また着地時にモーメントが作用する方向と同じ
方向にモータトルクを発生させ、足関節回りの慣性やフ
リクション・粘性抵抗等を補正することで目的を実現す
ることが出来る。またその補正量を変えることで、コン
プライアンスの柔らかさの程度を変えることが出来る。
補正量の変更は上記の比例定数Cを変えるか、電流の上
限値を変えることで達成することが出来る。比例定数を
大きく設定すると、発生したモーメントに対して多くの
電流を流すことになるので、足部はしなやかに着地する
ことになり、同時に応答性も向上する。これに対して上
限値を大きくすると、大きなモーメントにまで追随する
様になるが、応答性は向上しないので、実際の制御にお
いてはこの2つのパラメータを適切に選ぶことで種々の
着地特性に広く適応することが可能となる。尚、発振に
対しては前記した下限値を零に近い値に設定することで
コンプライアンスを行う方向を限定することが出来、そ
れを回避することが出来る。
In the case of the fourth embodiment, since the energizing current of the motor is immediately used as the operation amount, the responsiveness can be further improved. Further, the object can be realized by generating a motor torque in the same direction as the direction in which the moment acts upon landing and correcting inertia around the ankle joint, friction, viscous resistance, and the like. By changing the correction amount, the degree of softness of the compliance can be changed.
The correction amount can be changed by changing the proportional constant C or changing the upper limit of the current. If the proportionality constant is set to a large value, a large amount of current flows with respect to the generated moment, so that the foot lands flexibly, and the responsiveness is also improved. On the other hand, if the upper limit value is increased, the motor will follow a large moment, but the response will not be improved. Therefore, in actual control, by appropriately selecting these two parameters, it can be widely applied to various landing characteristics. It is possible to do. By setting the lower limit of the oscillation to a value close to zero, the direction in which compliance is performed can be limited, and this can be avoided.

上記した4つの実施例において第2実施例のみが比例
積分制御を開示したが、他の例においても適宜積分制御
を追加しても良い。
Although only the second embodiment discloses the proportional integral control in the above four embodiments, the integral control may be added as appropriate in other examples.

また2足歩行ロボットを例にとって説明して来たが、
3足以上のものであっても最下位関節軸の駆動モータに
路面反力をフィードバックすることで同様に静かに歩行
させることが出来る。また最初に説明した如く、進行方
向のモーメントのみではなく、左右方向のモーメントに
ついてもその自由度があれば同様に制御することが出来
る。
Also, the explanation has been given by taking a bipedal walking robot as an example,
Even if there are three or more legs, it is possible to walk quietly by feeding back the road surface reaction force to the drive motor of the lowest joint axis. Further, as described above, not only the moment in the traveling direction but also the moment in the left-right direction can be similarly controlled if the degree of freedom is provided.

(発明の効果) 請求項1項は、ロボットの関節を目標位置に追従制御
するサーボ機構を備え、該ロボットに作用する外力に応
じてその操作量を変えて倣い動作させる関節制御装置に
おいて、前記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボ
ットの足関節を含む関節であり、該足底部に作用する外
力を検出して該外力が減少する様に制御装置のゲインを
調整し、該足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構
成したので、脚式歩行ロボットにおいて路面の凹凸に柔
軟に馴染む様に着地させることが出来、着地時の衝撃を
効果的に緩和することから、歩行そのものを安定にする
ことが出来、かつ静かな歩行動作を実現することが出来
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a joint control apparatus comprising a servo mechanism for controlling a joint of a robot to follow a target position and performing a copying operation by changing an operation amount according to an external force acting on the robot. The joint is a joint including a foot joint of a legged walking robot having a sole at a tip, detects an external force acting on the sole, adjusts a gain of a control device so as to reduce the external force, and adjusts the Because the bottom is configured to land while following the road surface, the legged walking robot can land so as to flexibly adapt to the unevenness of the road surface, and since the impact at the time of landing is effectively reduced, the walking itself Can be stabilized, and a quiet walking operation can be realized.

請求項2項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて
制御装置の比例ゲインを調整する様に構成したので、足
底部に作用するモーメントの大きさに応じて上記した効
果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 2, wherein the proportional gain of the control device is adjusted in accordance with the moment acting on the sole of the foot, so that the magnitude of the moment acting on the sole of the foot is adjusted. Accordingly, the above-described effects can be achieved.

請求項3項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて
制御装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整する様に構
成したので、足底部の倣い動作の応答性を更に向上させ
ることが出来、歩行速度が上昇したときであっても上記
した効果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 3, wherein the proportional gain and the integral gain of the control device are adjusted in accordance with the moment acting on the sole when the landing is performed. The responsiveness of the motion can be further improved, and the above-described effect can be achieved even when the walking speed increases.

請求項4項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の回転角度である様に構
成したので、足部の軌道を正確に目標位置におきつつ上
記した効果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 4 is configured such that the operation amount of the control is the rotation angle of the joint. Can be achieved.

請求項5項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の回転速度である様に構
成したので、歩行速度が更に上昇したときであっても上
記した効果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 5 is configured such that the operation amount of the control is the rotation speed of the joint, so that the above-described effect is obtained even when the walking speed further increases. Can be achieved.

請求項6項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の駆動トルクである様に
構成したので、歩行速度が一層上昇したときであっても
上記した効果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 6 is configured such that the operation amount of the control is the driving torque of the joint, so that the above-described effect is obtained even when the walking speed further increases. Can be achieved.

請求項7項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが
前記モーメントの所定の変化方向に対応した値である様
に構成したので、コンプライアンス制御の対象とするモ
ーメントの変化方向を限定することとなってコンプライ
アンスを一層柔らかくしても発振を生じることなく上記
した効果を達成することが出来る。
The joint control device for a legged walking robot according to claim 7 is configured such that the torque generated by the actuator that drives the joint is a value corresponding to a predetermined change direction of the moment. By limiting the direction in which the moment changes, the above effect can be achieved without causing oscillation even if the compliance is further softened.

請求項8項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが
所定の率で減衰する様に構成したので、請求項7項で記
載した効果に加えて発振現象を一層効果的に抑制するこ
とが出来る。
In the joint control device for a legged walking robot according to the eighth aspect, the torque generated by the actuator for driving the joint is attenuated at a predetermined rate. The phenomenon can be suppressed more effectively.

請求項9項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記アクチュエータが動力伝達手段を介して前記関
節の回転軸に連結されてなると共に、前記減衰率が前記
動力伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決定される
様に構成したので、一層効果的に上記した効果を達成す
ることが出来る。
According to a ninth aspect of the present invention, in the joint control device for a legged walking robot, the actuator is connected to a rotation shaft of the joint via a power transmission unit, and the damping rate includes a frictional resistance of the power transmission unit. Since the configuration is determined based on the value, the above-described effects can be more effectively achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る脚式歩行ロボットの関節制御装置
を図式的に示すブロック図、第2図は本発明に係る脚式
歩行ロボットの全体を概略的に示す説明図、第3図はそ
の足部の矢状面断面図、第4図は第3図に示す足部の一
部破断正面図、第5図は第2図に示す脚式歩行ロボット
の関節駆動を制御する制御ユニットの詳細を示すブロッ
ク図、第6図はその動作を示すメイン・フロー・チャー
ト、第7図はその中のコンプライアンス制御を示すサブ
ルーチン・フロー・チャート、第8図は本発明の第2実
施例に係るコンプライアンス制御を示す第6図メインル
ーチンのサブルーチン・フロー・チャート、第9図
(a)(b)は第1、第2実施例の静特性を示す制御結
果データ、第10図(a)(b)は同様に動特性を示す制
御結果データ、第11図は本発明の第3実施例に係るコン
プライアンス制御を示す第6図メインルーチンのサブル
ーチン・フロー・チャート、第12図は本発明の第4実施
例に係るコンプライアンス制御を示す第6図メインルー
チンのサブルーチン・フロー・チャート、第13図は該制
御で使用する電流値の特性を説明する特性図及び第14図
は第4実施例で用いる制御ユニットの要部ブロック図で
ある。 1……脚式歩行ロボット、10……足部、12……下腿部、
14……大腿部、16……胴体部、18……足関節、20……膝
関節、22……股関節、24,26,28,30,32,34……電動モー
タ、36……ベルト、38,46……ハーモニック減速機、40
……固定部、42……回転部、44,48……軸線、50……6
軸力センサ、52……フレーム、54……足底部、58……爪
先部、60……踵部、64,66……弾性体、70……制御ユニ
ット、72……信号線、74,76……ロータリエンコーダ、7
8……増幅器、80……A/D変換回路、82……CPU、84……
タイマ、86……RAM、88……カウンタ、90……ROM、92…
…D/A変換回路、94……サーボドライバ、96……F/V変換
回路、98……電流センサ、100……サーボアンプ、
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a joint control device for a legged walking robot according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the whole legged walking robot according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a partially cutaway front view of the leg shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a control unit for controlling the joint drive of the legged walking robot shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing details, FIG. 6 is a main flow chart showing its operation, FIG. 7 is a subroutine flow chart showing compliance control therein, and FIG. 8 is related to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a subroutine flow chart of a main routine showing compliance control, FIGS. 9 (a) and 9 (b) show control result data showing static characteristics of the first and second embodiments, and FIGS. 10 (a) and (b) ) Is the control result data which similarly shows the dynamic characteristics, and FIG. FIG. 6 is a subroutine flowchart of a main routine showing compliance control according to a third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a subroutine of a main routine showing FIG. 6 showing compliance control according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a flow chart, FIG. 13 is a characteristic diagram for explaining characteristics of a current value used in the control, and FIG. 14 is a block diagram of a main part of a control unit used in the fourth embodiment. 1 ... legged walking robot, 10 ... foot, 12 ... lower leg,
14 ... thigh, 16 ... torso, 18 ... ankle, 20 ... knee, 22 ... hip, 24, 26, 28, 30, 32, 34 ... electric motor, 36 ... belt , 38,46 …… Harmonic reducer, 40
... fixed part, 42 ... rotating part, 44, 48 ... axis, 50 ... 6
Axial force sensor, 52… Frame, 54… Sole, 58… Toe, 60… Heel, 64,66… Elastic body, 70… Control unit, 72… Signal line, 74,76 ...... Rotary encoder, 7
8 …… Amplifier, 80 …… A / D conversion circuit, 82 …… CPU, 84 ……
Timer, 86… RAM, 88… Counter, 90… ROM, 92…
... D / A conversion circuit, 94 ... Servo driver, 96 ... F / V conversion circuit, 98 ... Current sensor, 100 ... Servo amplifier,

フロントページの続き (72)発明者 西川 正雄 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−133408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B25J 5/00 B62D 57/02Continuation of the front page (72) Inventor Masao Nishikawa 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Honda R & D Co., Ltd. (56) References JP-A-61-133408 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) B25J 5/00 B62D 57/02

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボットの関節を目標位置に追従制御する
サーボ機構を備え、該ロボットに作用する外力に応じて
その操作量を変えて倣い動作させる関節制御装置におい
て、前記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボット
の足関節を含む関節であり、該足底部に作用する外力を
検出して該外力が減少する様に制御装置のゲインを調整
し、該足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構成し
たことを特徴とする脚式歩行ロボットの関節制御装置。
1. A joint control device comprising a servo mechanism for controlling a joint of a robot to follow a target position and performing a copying operation by changing an operation amount according to an external force acting on the robot, wherein the joint has a sole at a tip thereof. A joint including the ankle joint of a legged walking robot having an external force acting on the sole, adjusting the gain of a control device such that the external force is reduced, and causing the sole to follow the road surface. A joint control device for a legged walking robot, wherein the joint control device is configured to land while landing.
【請求項2】前記足底部に着地時に作用するモーメント
に応じて制御装置の比例ゲインを調整する様にしたこと
を特徴とする請求項1項記載の脚式歩行ロボットの関節
制御装置。
2. The joint control device for a legged walking robot according to claim 1, wherein a proportional gain of the control device is adjusted according to a moment acting on the sole portion when landing.
【請求項3】前記足底部に着地時に作用するモーメント
に応じて制御装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整す
る様にしたことを特徴とする請求項1項記載の脚式歩行
ロボットの関節制御装置。
3. The joint control of a legged walking robot according to claim 1, wherein a proportional gain and an integral gain of a control device are adjusted in accordance with a moment acting on the sole portion when landing. apparatus.
【請求項4】該制御の操作量が前記関節の回転角度であ
ることを特徴とする請求項2項又は3項記載の脚式歩行
ロボットの関節制御装置。
4. The joint control device for a legged walking robot according to claim 2, wherein an operation amount of the control is a rotation angle of the joint.
【請求項5】該制御の操作量が前記関節の回転速度であ
ることを特徴とする請求項2項又は3項記載の脚式歩行
ロボットの関節制御装置。
5. The joint control device for a legged walking robot according to claim 2, wherein the operation amount of the control is a rotational speed of the joint.
【請求項6】該制御の操作量が前記関節の駆動トルクで
あることを特徴とする請求項2項又は3項記載の脚式歩
行ロボットの関節制御装置。
6. The joint control device for a legged walking robot according to claim 2, wherein an operation amount of the control is a driving torque of the joint.
【請求項7】前記関節を駆動するアクチュエータの発生
トルクが前記モーメントの所定の変化方向に対応した値
であることを特徴とする請求項2項乃至6項のいずれか
に記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置。
7. The legged walking robot according to claim 2, wherein the torque generated by the actuator driving the joint is a value corresponding to a predetermined change direction of the moment. Joint control device.
【請求項8】前記関節を駆動するアクチュエータの発生
トルクが所定の率で減衰することを特徴とする請求項2
項乃至7項のいずれかに記載の脚式歩行ロボットの関節
制御装置。
8. The system according to claim 2, wherein the torque generated by the actuator driving said joint is attenuated at a predetermined rate.
Item 8. The joint control device for a legged walking robot according to any one of items 7 to 7.
【請求項9】前記アクチュエータが動力伝達手段を介し
て前記関節の回転軸に連結されてなると共に、前記減衰
率が前記動力伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決
定されることを特徴とする請求項8項記載の脚式歩行ロ
ボットの関節制御装置。
9. The power transmission system according to claim 9, wherein the actuator is connected to a rotation shaft of the joint via power transmission means, and the damping rate is determined based on a value including a frictional resistance of the power transmission means. The joint control device for a legged walking robot according to claim 8.
JP29719989A 1989-11-15 1989-11-15 Joint control device for legged walking robot Expired - Lifetime JP2819323B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29719989A JP2819323B2 (en) 1989-11-15 1989-11-15 Joint control device for legged walking robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29719989A JP2819323B2 (en) 1989-11-15 1989-11-15 Joint control device for legged walking robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03161290A JPH03161290A (en) 1991-07-11
JP2819323B2 true JP2819323B2 (en) 1998-10-30

Family

ID=17843464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29719989A Expired - Lifetime JP2819323B2 (en) 1989-11-15 1989-11-15 Joint control device for legged walking robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2819323B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003011535A1 (en) * 2001-08-01 2003-02-13 Sony Corporation Legged mobile robot and method of controlling operation of the robot
US8554366B2 (en) 2007-04-20 2013-10-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Legged mobile robot and method of controlling the same

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2997036B2 (en) * 1990-11-30 2000-01-11 本田技研工業株式会社 Walking control device for legged mobile robot
JP3167404B2 (en) * 1992-02-26 2001-05-21 本田技研工業株式会社 Robot joint drive controller
JP3431548B2 (en) * 1999-02-10 2003-07-28 ソニー株式会社 Robot apparatus and control method therefor
JP2008126382A (en) * 2006-11-24 2008-06-05 Toyota Motor Corp Biped mobile robot and its control method
JP4770990B2 (en) * 2010-01-28 2011-09-14 ソニー株式会社 Legged mobile robot and control method thereof
JP6498597B2 (en) * 2015-12-14 2019-04-10 本田技研工業株式会社 Mobile robot controller
JP6483014B2 (en) * 2015-12-25 2019-03-13 本田技研工業株式会社 Mobile robot controller
CN105620579B (en) * 2016-02-19 2017-10-20 常州大学 Anthropomorphic robot four-freedom hybrid shock resistance machinery foot
CN105620577B (en) * 2016-02-19 2018-03-06 常州大学 Series-parallel connection shock resistance apery Three Degree Of Freedom machinery foot
JP2017159426A (en) 2016-03-11 2017-09-14 セイコーエプソン株式会社 Robot control device, robot, and robot system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003011535A1 (en) * 2001-08-01 2003-02-13 Sony Corporation Legged mobile robot and method of controlling operation of the robot
US7278501B2 (en) 2001-08-01 2007-10-09 Sony Corporation Legged walking robot and motion control method therefor
US8554366B2 (en) 2007-04-20 2013-10-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Legged mobile robot and method of controlling the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03161290A (en) 1991-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3078009B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
US9925665B2 (en) Robot system controlling method, robot system, and control apparatus for quadrupedal robot
JP2997036B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JP2819353B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JP2819323B2 (en) Joint control device for legged walking robot
JP3167404B2 (en) Robot joint drive controller
JP3148827B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JPH10277969A (en) Control device of leg type moving robot
EP1454719B1 (en) Bipedal moving device; and device and method for controlling walking of the bipedal moving device
KR101766755B1 (en) Walking robot and control method thereof
JPH05200682A (en) Walk controller of leg type mobile robot
US20090299523A1 (en) Walking robot and method of controlling the same
JP3270766B2 (en) Control device for legged mobile robot
JPH05305579A (en) Walking control device for leg type mobile robot
JP3148830B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JP3118777B2 (en) Leg structure of a legged walking robot
JP3629143B2 (en) Control device for legged mobile robot
JP3167406B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JPH05146978A (en) Control device for walking type mobile robot
JPH11300660A (en) Controller for leg-type mobile robot
JP3167407B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JP2997037B2 (en) Walking control device for legged mobile robot
JP4237130B2 (en) Control device for legged mobile robot
JPH06182679A (en) Control device for link type robot
JPH04201187A (en) Walk controller on leg type mobile robot

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080828

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 11

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090828

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100828

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100828