JP3024027B2 - 脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボット用傾
斜センサの出力補正装置に関し、より具体的には既知の
床面において床面に対するロボットの相対的な姿勢を推
定してロボットの姿勢傾きを推定し、傾斜センサのドリ
フトを補正する様にしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動ロボット、特に脚式移動ロボットと
しては、特開昭６２−９７００５号、特開昭６３−１５
０１７６号公報記載のものなどが知られている。また脚
式移動ロボットを含むロボットについては、「ロボット
工学ハンドブック」（日本ロボット学会編、１９９０年
１０月２０日）に詳しい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、脚式移動ロ
ボットには、通常、姿勢制御を行うために傾斜センサが
備えられている。傾斜センサには、傾斜角速度検出器の
出力を積分することによって傾斜角度を推定するもの、
重力方向を検知するもの、あるいはそれらを併用したも
のなどが用いられる。しかし、傾斜角速度検出器出力を
積分するものでは検出器のドリフトにより推定値の偏差
が発散する不都合があり、また重力方向検知型のもので
は、偏差が発散することはないが、温度ドリフトが発生
したり、ロボットの加減速運動による慣性力の影響を受
けて検出値の誤差が変動したりする。併用型のものは、
これらの欠点を補い合うものであって、検出値が発散す
ることはなく、ロボットの加減速運動による慣性力の影
響をかなり減らすことができるが、重力方向検知器の温
度ドリフトの影響は、重力方向検知型単体と比べて全く
改善されない。

【０００４】従って、この発明の目的は上記した欠点を
解消し、既知の床面において床面に対するロボットの相
対的な姿勢を推定することによってロボットの姿勢傾き
を推定し、上記した傾斜センサのドリフトを正確に補正
する様にした脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、上体と
複数本の脚部とを備えたリンク式の脚式移動ロボット用
傾斜センサの出力補正装置であって、前記ロボットを剛
体リンクでモデル化し、歩行を予定する床面を想定して
該想定床面の上を歩行するための目標歩容を設定する第
１の手段、前記ロボットが実際に歩行するときの姿勢傾
きを検出する第２の手段、少なくとも検出した姿勢傾き
から、前記ロボットに与えたコンプライアンスによる挙
動または変形がないと仮定して前記ロボットの姿勢を求
め、求めた姿勢と前記想定床面との相対的な位置関係を
求める第３の手段、求めた相対的な位置関係から、前記
ロボットに与えたコンプライアンスによって前記脚部が
前記想定床面に接地すれば生じるであろう床反力および
／またはモーメントを予め設定した特性に従って推定す
る第４の手段、前記ロボットの実際の床反力および／ま
たはモーメントを求める第５の手段、および推定した床
反力および／またはモーメントと実際の床反力および／
またはモーメントの偏差を求め、求めた偏差に基づいて
前記姿勢傾き検出値を補正する第６の手段を備える様に
構成した。

【０００６】

【作用】

【０００７】ロボットの関節変位と実床反力から実床面
に対するロボットの相対的な姿勢傾きが定量化できるこ
とに着目し、その概念を用いて既知床面の上を歩行する
ときのロボットの絶対的な姿勢を推定し、それから傾斜
センサの検出値を補正する様にしたので、傾斜センサに
ドリフトが生じても、それを良く補正することができ
る。

【０００８】

【実施例】以下、移動ロボットとして２足歩行の脚式移
動ロボットを例にとって、この発明の実施例を説明す
る。図１はそのロボット１を全体的に示す説明スケルト
ン図であり、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節
を備える（理解の便宜のために各関節をそれを駆動する
電動モータで示す）。該６個の関節は上から順に、腰の
脚部回旋用（ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側
をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のロール方向
（ｘ軸まわり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向
（ｙ軸まわり）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方
向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向の関節１
８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとな
っており、その下部には足平２２Ｒ，２２Ｌが取着され
ると共に、最上位には上体（筐体２４）が設けられ、そ
の内部には制御ユニット２６が格納される。

【０００９】上記において腰関節は関節１０Ｒ（Ｌ），
１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、また足関節
は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。
また、腰関節と膝関節との間は大腿リンク３２Ｒ，３２
Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３４Ｒ，３４
Ｌで連結される。ここで、脚部リンク２は左右の足につ
いてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれら
の６×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に
駆動することで、足全体に所望の動きを与えることがで
き、任意に３次元空間を歩行することができる様に構成
される。先に述べた様に、上記した関節は電動モータか
らなり、更にはその出力を倍力する減速機などを備える
が、その詳細は先に本出願人が提案した更に別の出願
（特願平１−３２４２１８号、特開平３−１８４７８２
号）などに述べられており、それ自体はこの発明の要旨
とするところではないので、これ以上の説明は省略す
る。

【００１０】図１に示すロボット１において、足首部に
は公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わ
る力の大きさと方向とを検出する。また足平２２Ｒ
（Ｌ）の四隅には静電容量型の接地スイッチ３８（図１
で図示省略）が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、上体２４には傾斜センサ４０が設置され、ｘ
−ｚ平面内とｙ−ｚ平面内のｚ軸に対する、即ち、重力
（鉛直）方向に対する傾斜角度と傾斜角速度を検出す
る。また各関節の電動モータには、その回転量を検出す
るロータリエンコーダが設けられる。更に、図１では省
略するが、ロボット１の適宜な位置には傾斜センサ４０
の出力を補正するための原点スイッチ４２と、フェール
対策用のリミットスイッチ４４が設けられる。これらの
出力は前記した上体２４内の制御ユニット２６に送られ
る。

【００１１】図２は制御ユニット２６の詳細を示すブロ
ック図であって、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ４０などの出力はＡ／Ｄ変
換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバス５２
を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０は後で述べる様に傾斜センサ４０のド
リフトを補正しつつ目標関節角度を算出してＲＡＭ５４
に送出する。また第２の演算装置６２はＲＡＭ５４から
その目標値と検出された実測値とを読み出し、各関節の
駆動に必要な制御値を算出し、Ｄ／Ａ変換器６６とサー
ボアンプを介して各関節を駆動する電動モータに出力す
る。

【００１２】続いて、この制御装置の動作を説明する。
尚、この発明の要旨は、傾斜センサのドリフト補正にあ
るので、以下その点に焦点をおいて説明する。

【００１３】図３はその動作を示すブロック図であり、
図４はその動作を示すフロー・チャートである。

【００１４】概括すれば、この制御では、傾斜センサ出
力と関節変位とからロボットの姿勢を推定し、目標歩容
で想定した床面（以降、『想定床面』と呼ぶ）と接触す
れば生ずるであろう床反力を求めると共に、それを実床
反力を比較し、その偏差に応じて傾斜センサ出力を補正
する様にした。即ち、想定床面は既知であって実床面と
の間に形状偏差が本来的にないことを前提とし、少なく
とも傾斜センサの検出値を用いて床反力を推定したとき
に、実床反力と一致しない場合には推定の基となる傾斜
センサ出力そのものが正しくなかったと判断し、センサ
出力を補正する様にした。

【００１５】より具体的には、姿勢傾き検出値（センサ
出力）に姿勢傾き推定偏差（後述）を加えてロボットの
姿勢傾き推定値を求め、それと関節変位とからロボット
にコンプライアンスによる挙動または変形がないと想定
して求められる姿勢の接地部位（通常は足平２２Ｒ
（Ｌ））の全てないしはその一部を含む仮想的な平面
（以降、『仮想平面』と呼ぶ）を求め、その仮想平面と
想定床面とがなす角度（以降、『干渉角』と呼ぶ。図５
にそれを示す。）を推定する。そして、その干渉角から
推定される床反力が実床反力に一致する様に姿勢傾き推
定偏差を補正することにより、より正確な姿勢傾き推定
値を得てセンサ出力を補正する様にした。この姿勢傾き
推定偏差が、センサ出力補正値である。尚、この明細書
で『傾き』または『傾斜』は、傾斜角度の意味で使用す
る。

【００１６】その意図から、今述べたロボットの姿勢傾
きと関節変位からロボットにコンプライアンスによる挙
動がないと想定して求められる姿勢（仮想平面）と想定
床面（または実床面）との間の干渉角と、その姿勢（仮
想平面）をコンプライアンスによる挙動によって想定床
面（または実床面）に接地する様に変形させたときの床
反力の関係を表すモデル（以降、『コンプライアンスモ
デル』と呼ぶ）を備える。そのモデルの構成は、具体的
には次の様に簡略化されている。

【００１７】１．モデルの入力には干渉角を用いる。 ２．モデルの出力である床反力は、一般的にはある作用
点に働く力とモーメントによって表されるが、基準作用
点を目標歩容の目標ＺＭＰまたはその付近に設定すれ
ば、床反力の力成分が変化してもロボットの姿勢傾きは
殆ど変化しないので、床反力の力成分は無視しても構わ
ない。そこで、本実施例におけるコンプライアンスモデ
ルは、基準作用点まわりの床反力のモーメント成分のみ
算出させる様にする。

【００１８】以下、図４フロー・チャートに従って説明
すると、Ｓ１０においてロボットの姿勢傾き推定値（後
述。初期値はセンサ出力）と関節変位検出値からキネマ
ティクス演算を通じて接地予定部位を含む前記した仮想
平面を求め、即ち、ロボットの関節変位検出値と姿勢傾
き推定値に基づいて実測のロボットの姿勢を求めて鉛直
方向が座標軸の一つに一致する絶対座標系における接地
予定部位（足平２２Ｒ（Ｌ）の全てまたは一部）を含む
前記した仮想平面を求め、求めた仮想平面と想定床面と
の差をとることにより、推定干渉角を求める。続いてＳ
１２に進んで求めた推定干渉角から、前記コンプライア
ンスモデルを基に、基準作用点（例えば目標ＺＭＰ）ま
わりの推定床反力モーメントを求める。

【００１９】これについて図６ないし図８を参照して説
明すると、図６は本出願人が先に（特願平４−１３７，
８８１号）で提案した足首に機械的なコンプライアンス
機構１００を設けたロボットの側面図である。コンプラ
イアンスによる挙動がないものとすると、支持脚接地部
位から仮想平面が図示の様に求められ、実床面との間で
干渉角が図示の様に求められる。そして、コンプライア
ンス機構１００が作動するとき、図７に示す様に、コン
プライアンス機構１００が干渉角だけ撓み（変形し）、
床反力モーメントが発生する。このことは、図８に示す
様に、床反力モーメントを測定すれば、干渉角を推定で
きることを意味する。この発明はこの様な知見に着目し
て成立したものであり、コンプライアンスによる挙動が
ないと仮定したとき接地するであろう部位を含む仮想平
面と床面（想定床面と実床面）との形状偏差を干渉角な
る概念で表現し、それを床反力モーメントから定量的に
推定できると考えたことから成立した。従って、実験を
通じて図８に示す特性を予め用意しておき、Ｓ１２では
その特性に従って推定干渉角から床反力モーメントを推
定する。

【００２０】尚、『コンプライアンス』なる語は、ISO/
TR 8373:1988で定義される様に" ロボットまたはそれに
付随する工具の外力に対する柔軟な挙動（The flexible
behaviour of a robot or any associated tools in re
sponse to externalforces "を意味し、その意味で『コ
ンプライアンス』には、前述した先に本出願人が特願平
４−１３７，８８１号で提案し、図６（図７）に示した
機構によるものと、特願平４−１３７，８８４号などで
提案した制御によるものとが含まれる。しかし、この明
細書ではそれに限らず、『コンプライアンス』には図示
したロボットのリンク３２，３４Ｒ（Ｌ）などの変形
（撓み）によるものも含めた意味で使用する。従って、
この明細書で言う『コンプライアンス』は、通常よりも
広い意味で使用する。尚、第１実施例では関節変位検出
値を用いて仮想平面の推定傾斜を求めることから、ここ
での『コンプライアンス』は、図６（図７）で示した如
き機構またはリンクの変形によるものを意味する。

【００２１】続いてＳ１４に進み、６軸力センサ３６で
検出された値から、同一作用点まわりの実床反力モーメ
ントを求める。続いてＳ１６に進み、実床反力モーメン
トと推定床反力モーメントとの差から図示の補正則によ
って、実姿勢傾きと姿勢傾き検出値（傾斜センサ４０の
出力）の偏差の推定値である姿勢傾き推定偏差を求め
（前回値があるときは補正し）、続いて姿勢傾き検出値
に加算して姿勢傾き推定値を求める。尚、補正則はロー
パスフィルタ型でも良いが、定常の推定誤差を小さくす
るためには、純粋積分を含むのが望ましい。実施例の場
合、補正則の伝達関数は、Ｋ／Ｓとした（但し、Ｋは積
分定数）。

【００２２】続いてＳ１８以下に進んで、ロボットの姿
勢傾き推定値と目標姿勢傾きの差の影響を打ち消しつ
つ、目標床反力が発生する様に目標歩容の姿勢を修正す
る。

【００２３】即ち、先ずＳ１８に進み、目標床反力モー
メントから逆コンプライアンスモデルによって、理想状
態での干渉角を求める。この逆コンプライアンスモデル
は図３に示す如きものであって、先のコンプライアンス
モデルと伝達関数が逆となる特性を備える。即ち、この
実施例ではロボットに先の出願で提案したコンプライア
ンス特性を与えることを前提としていることから、目標
歩容で予定する床反力を発生させるためには、コンプラ
イアンスによる挙動またはリンク変形分を予め加算して
おく必要がある。そこで、図示の如き逆コンプライアン
スモデルを設定して理想状態での干渉角を求める様にし
た。

【００２４】続いてＳ２０に進み、求めた理想状態での
干渉角に、姿勢傾きの推定値と目標姿勢傾きの差を減算
して干渉角指令を決定する。これは上体が傾いている分
だけモーメントが生じることから、それをキャンセルす
るためである。続いてＳ２２に進んで目標歩容の想定床
面に対する干渉角が干渉角指令に修正された修正姿勢を
求め、Ｓ２４に進んで修正姿勢の関節変位を関節変位指
令として実ロボットの関節変位を追従させる。

【００２５】尚、Ｓ１６で求めた姿勢傾き推定値は、図
４フロー・チャートの次のループのときにＳ１０で用い
られて推定干渉角が求められ、その求められた値からＳ
１６で姿勢傾き推定偏差が前回値を補正する形で修正さ
れ、その修正された姿勢傾き推定偏差を用いて姿勢傾き
推定値が再び修正される。この様に一方が他方を前提と
しつつ修正を繰り返すことにより、姿勢傾き推定値は真
の姿勢傾きに収束する。尚、図４フロー・チャートの最
初のループでは姿勢傾き推定偏差は適宜な初期値、例え
ば、零に設定しておく。

【００２６】尚、Ｓ１８ないしＳ２２において姿勢の修
正を行ったが、これは姿勢傾き検出値の補正とは直接に
関係がなく、実床反力を目標床反力に一致させるための
ものであって、この発明の要旨とは直接の関係を有しな
いものである。

【００２７】この実施例は上記の如く構成したので、既
知の床面において傾斜センサ４０にドリフトが生じて
も、それを良く補正することができる。ビルなどの建造
物の床面は細かな応答はあっても広範囲の平均傾斜はほ
とんど水平であるので、この様な場所に特に適してい
る。

【００２８】図９はこの発明の第２実施例を示すブロッ
ク図であり、図１０はその動作を示すフロー・チャート
である。図示の如く、第２実施例では、モデルに入力す
る推定干渉角を干渉角指令とした点（図１０フロー・チ
ャートのＳ１００）が、第１実施例と相違する。尚、第
２実施例では推定干渉角を求めるのに関節角変位検出値
ではなく干渉角指令を用いることから、第２実施例にお
ける『コンプライアンス』は、機構またはリンクの変形
によるものと制御によるものとの両者を含む。残余の構
成および効果は、第１実施例と異ならない。

【００２９】図１１はこの発明の第３実施例を示すブロ
ック図であり、図１２はその動作を示すフロー・チャー
トである。第３実施例では図示の如く、ロボットの姿勢
傾き推定値と、関節変位検出値と関節変位指令（値）の
重み付き平均（値）とから仮想平面の推定傾斜を求めて
想定床面との差をとって干渉角を推定している点（図１
２フロー・チャートのＳ２００）で第１実施例と相違す
る。重みの係数は、ある関節の関節変位検出値のそれを
Ｗ（Ｓ）とすると、関節変位指令（値）のそれは（１−
Ｗ（Ｓ））となるが、このときコンプライアンス動作へ
の寄与度を勘案し、寄与度の大きい関節は関節変位検出
値の重みを大きくすると共に、小さい関節は小さくする
と、寄与度の小さい関節は関節変位指令値をほとんどそ
のまま使用することができてキネマティクス演算での演
算量を低減させることも可能となる。それ以外にも、関
節変位の挙動の周波数を考慮しても良い。関節変位検出
値には高周波ノイズが含まれているので、Ｗ（Ｓ）にロ
ーパスフィルタ特性を与えると一層良い。尚、第３実施
例は図示の如く、第１実施例と第２実施例の構成を混用
しているので、ここでの『コンプライアンス』は、制御
によるものの一部と機構あるいはリンクの変形によるも
のとを含む。残余の構成および効果は第１実施例と異な
らない。

【００３０】図１３はこの発明の第４実施例を示すブロ
ック図であり、図１４はその動作を示すフロー・チャー
トである。第４実施例の特徴は図示の如く、従前の実施
例とは逆に、床反力モーメントから干渉角を求めて姿勢
傾き推定偏差を得る様にしたことにある。即ち、６軸力
センサとその処理演算器の次段に、先に図３などに示し
た逆コンプライアンスモデルを接続し、検出した床反力
モーメントからロボットの姿勢を求めて干渉角（第１と
する）を推定する様にした。他方、接地予定部位を含む
仮想平面の推定傾斜と想定床面傾斜との差から従前通り
推定干渉角（第２とする）を求め、それらの推定干渉角
の偏差に応じて姿勢傾き推定偏差を求める様にした。
尚、より詳しくは、第２の推定干渉角については同一次
元で第１の推定干渉角と比較するために、図３の構成で
言えばコンプライアンスモデルの次段に逆コンプライア
ンスモデルを接続することになるが、そのとき両モデル
の伝達関数の積が１となるため、結果として両者は相殺
されることになる。

【００３１】上記構成の差異により、図１４フロー・チ
ャートにおいては、第１実施例の図３フロー・チャート
と比較すると、Ｓ３０２からＳ３０６までが相違する。
尚、残余の構成は第１実施例と相違しない。また、床反
力モーメントに代えて干渉角を用いてセンサ出力を補正
する例を第１実施例を変形した場合のみ示したが、これ
に限られるものではなく、開示は省略するが、第２実施
例または第３実施例を変形することによっても可能なこ
とは言うまでもない。

【００３２】尚、前記した第１から第４実施例の構成に
おいて、片脚支持期においては、干渉角指令と目標歩容
から関節変位指令を求める際に、支持脚足首の関節変位
指令だけを修正しても良い。そのときは、逆キネマティ
クス演算が不要となるので、演算量が大幅に減少する。

【００３３】また、前記構成においては、床反力モーメ
ントに関して推定値と検出値との比較を行うことで、床
形状を推定している。一般に、床反力は力とモーメント
と作用点とで、あるいはＺＭＰとＺＭＰに作用する力と
床法線方向のモーメントとで表される。いずれの表現で
あっても、全ての成分が姿勢制御に関わる訳ではないの
で、必要な要素だけ求めれば良い。モデルも必要なもの
だけ出力するもので良い。目標歩容の目標ＺＭＰを基準
作用点として床反力を表現すると、力成分は姿勢傾きの
挙動に対してほとんど関与しないので、省略しても良い
であろう。モデルの出力は、モデルの床反力のＺＭＰ位
置と目標ＺＭＰとのズレ量であっても良い。また基準作
用点はロボットのある部位、例えば足首（足関節１８，
２０Ｒ（Ｌ）の交点）においても良い。即ち、実施例で
の床反力モーメントの代わりに、足首モーメントを用い
れば、足首モーメントの制御が実現される。

【００３４】また、前記構成において、『傾き』および
『傾斜』は傾斜角度を意味するものとしたが、傾斜角度
に代えて傾斜角速度、あるいは両者を線形結合した値を
用いても良い。

【００３５】また、片脚支持期では、足平接地面の大き
さと垂直床反力とによって床反力モーメントの発生でき
る限界が決まっており、図３以下のコンプライアンスモ
デルに示した様な非線形な特性を持つ。逆コンプライア
ンス特性も当然非線形であり、目標床反力が大きくなる
と、出力である干渉角は急激に大きくなる。実ロボット
の干渉角があまり大きくなることは好ましくないので、
目標床反力が大きくなり過ぎても、干渉角が大きくなら
ない様に、逆コンプライアンスモデルに干渉角のリミッ
タを設けておいた方が良い。あるいは、逆コンプライア
ンスモデルの特性を線形化して、干渉角が急激に大きく
なるのを防ぐだけでも良い。

【００３６】また、片脚支持期や両脚支持期など歩行の
周期によってコンプライアンス特性が変化するので、前
記した構成におけるコンプライアンスモデルも、歩行の
時期によって変化させると、姿勢傾き推定値の推定精度
が高くなる。

【００３７】また、前記した構成に示したコンプライア
ンスモデルはバネ特性のみ与えており、ダンピング特性
を考慮していないが、ダンパ特性を備えたロボットに対
しては、ダンピング特性を考慮したモデルを設定しても
良い。

【００３８】また、姿勢傾き推定偏差の推定において、
補正則によって推定偏差が収束してからは床反力が変動
しても推定偏差は変動しない筈であるが、コンプライア
ンスモデルが実ロボットのコンプライアンスと異なる場
合には、床反力が変動すると推定偏差の補正が誤動作
し、推定偏差も変動する。補正則は積分やローパスフィ
ルタ要素で構成されているので、姿勢傾き推定値を用い
て姿勢安定化制御を行おうとすると、この誤動作により
遅れが発生し、最悪の場合には発振することも考えられ
る。それを防ぐためには、実ロボットのコンプライアン
スを同定しながらコンプライアンスモデルを同定値に合
わせる適応制御を行えば良い。適応制御では、通常、実
床反力が変動したときのコンプライアンスモデルから出
力される推定床反力の変動を観察し、その変動量が、実
ロボットの変動量に一致する様に同定される。

【００３９】更に、上記において２足歩行の脚式移動ロ
ボットを例にとって説明してきたが、それに限られるも
のではなく、この発明は３足以上の脚式移動ロボットに
も妥当し、更には脚式に限らず、車輪型やクローラ型な
ど他の形態の移動ロボットに妥当するものである。

【００４０】

【発明の効果】請求項１項にあっては、上体と複数本の
脚部とを備えたリンク式の脚式移動ロボット用傾斜セン
サの出力補正装置であって、前記ロボットを剛体リンク
でモデル化し、歩行を予定する床面を想定して該想定床
面の上を歩行するための目標歩容を設定する第１の手
段、前記ロボットが実際に歩行するときの姿勢傾きを検
出する第２の手段、少なくとも検出した姿勢傾きから、
前記ロボットに与えたコンプライアンスによる挙動また
は変形がないと仮定して前記ロボットの姿勢を求め、求
めた姿勢と前記想定床面との相対的な位置関係を求める
第３の手段、求めた相対的な位置関係から、前記ロボッ
トに与えたコンプライアンスによって前記脚部が前記想
定床面に接地すれば生じるであろう床反力および／また
はモーメントを予め設定した特性に従って推定する第４
の手段、前記ロボットの実際の床反力および／またはモ
ーメントを求める第５の手段、および推定した床反力お
よび／またはモーメントと実際の床反力および／または
モーメントの偏差を求め、求めた偏差に基づいて前記姿
勢傾きを補正する第６の手段を備える様に構成したの
で、傾斜センサにドリフトが生じても、それを精度良く
補正することができる。

【００４１】請求項２項にあっては、上体と複数本の脚
部とを備えたリンク式の脚式移動ロボット用傾斜センサ
の出力補正装置であって、前記ロボットを剛体リンクで
モデル化し、歩行を予定する床面を想定して該想定床面
の上を歩行するための目標歩容を設定する第１の手段、
前記ロボットが実際に歩行するときの姿勢傾きを検出す
る第２の手段、少なくとも検出した姿勢傾きから前記ロ
ボットの姿勢を求め、求めた姿勢と前記想定床面との第
１の相対的な位置関係を求める第３の手段、前記ロボッ
トの実際の床反力および／またはモーメントを求める第
４の手段、求めた実際の床反力および／またはモーメン
トから前記ロボットの姿勢と前記想定床面との第２の相
対的な位置関係を予め設定した特性に従って求める第５
の手段、および前記第１、第２の相対的な位置関係の偏
差を求め、求めた偏差に基づいて前記姿勢傾き検出値を
補正する第６の手段を備える様に構成したので、傾斜セ
ンサにドリフトが生じても、それを精度良く補正するこ
とができる。

【００４２】請求項３項にあっては、前記第３の手段
は、前記検出した姿勢傾きと、前記ロボットのリンクの
関節変位検出値とから前記姿勢を求める様に構成したの
で、傾斜センサにドリフトが生じても、それを良く補正
することができる。

【００４３】請求項４項にあっては、前記第３の手段
は、前記検出した姿勢傾きと、前記ロボットのリンクの
関節変位指令値とから前記姿勢を求める様に構成したの
で、簡易な構成でありながら、傾斜センサにドリフトが
生じても、それを良く補正することができる。

【００４４】請求項５項にあっては、前記第３の手段
は、前記検出した姿勢傾きと、前記ロボットのリンクの
関節変位検出値と関節変位指令値との重み付き平均値と
から前記姿勢を求める様に構成したので、例えばコンプ
ライアンス動作への寄与度が低い関節の指令値をそのま
ま使用することなどが可能となって、演算量を低減させ
つつ、前記した効果を挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明に係る移動ロボット用傾斜セン
サの出力補正装置を全体的に示す説明図である。

【図２】図１の中の制御ユニットの詳細を示すブロック
図である。

【図３】この発明の第１実施例を示すブロック図であ
る。

【図４】第１実施例の動作を示すフロー・チャートであ
る。

【図５】図３および図４に示す干渉角を示す説明図であ
る。

【図６】本出願人が先に提案した機械的なコンプライア
ンス機構の動作を干渉角と関連して示す説明図である。

【図７】図６に示す機構が干渉角だけ撓んだ状態を示す
説明図である。

【図８】図６と図７とから求められる、この発明をなす
基となった床反力モーメントと干渉角との関係を示す説
明図である。

【図９】この発明の第２実施例を示すブロック図であ
る。

【図１０】第２実施例の動作を示すフロー・チャートで
ある。

【図１１】この発明の第３実施例を示すブロック図であ
る。

【図１２】第３実施例の動作を示すフロー・チャートで
ある。

【図１３】この発明の第４実施例を示すブロック図であ
る。

【図１４】第４実施例の動作を示すフロー・チャートで
ある。

【符号の説明】

１ 脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節 １２Ｒ，１２Ｌ 腰部のロール方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 腰部のピッチ方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平 ２４ 上体 ２６ 制御ユニット ３６ ６軸力センサ １００ 機械的コンプライアンス機構

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 13/08 B25J 5/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上体と複数本の脚部とを備えたリンク式
   の脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置であっ
   て、 ａ．前記ロボットを剛体リンクでモデル化し、歩行を予
   定する床面を想定して該想定床面の上を歩行するための
   目標歩容を設定する第１の手段、 ｂ．前記ロボットが実際に歩行するときの姿勢傾きを検
   出する第２の手段、 ｃ．少なくとも検出した姿勢傾きから、前記ロボットに
   与えたコンプライアンスによる挙動または変形がないと
   仮定して前記ロボットの姿勢を求め、求めた姿勢と前記
   想定床面との相対的な位置関係を求める第３の手段、 ｄ．求めた相対的な位置関係から、前記ロボットに与え
   たコンプライアンスによって前記脚部が前記想定床面に
   接地すれば生じるであろう床反力および／またはモーメ
   ントを予め設定した特性に従って推定する第４の手段、 ｅ．前記ロボットの実際の床反力および／またはモーメ
   ントを求める第５の手段、 および ｆ．推定した床反力および／またはモーメントと実際の
   床反力および／またはモーメントの偏差を求め、求めた
   偏差に基づいて前記姿勢傾き検出値を補正する第６の手
   段、を備えたことを特徴とする脚式移動ロボット用傾斜
   センサの出力補正装置。
2. 【請求項２】 上体と複数本の脚部とを備えたリンク式
   の脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置であっ
   て、 ａ．前記ロボットを剛体リンクでモデル化し、歩行を予
   定する床面を想定して該想定床面の上を歩行するための
   目標歩容を設定する第１の手段、 ｂ．前記ロボットが実際に歩行するときの姿勢傾きを検
   出する第２の手段、 ｃ．少なくとも検出した姿勢傾きから前記ロボットの姿
   勢を求め、求めた姿勢と前記想定床面との第１の相対的
   な位置関係を求める第３の手段、 ｄ．前記ロボットの実際の床反力および／またはモーメ
   ントを求める第４の手段、 ｅ．求めた実際の床反力および／またはモーメントから
   前記ロボットの姿勢と前記想定床面との第２の相対的な
   位置関係を予め設定した特性に従って求める第５の手
   段、 および ｆ．前記第１、第２の相対的な位置関係の偏差を求め、
   求めた偏差に基づいて前記姿勢傾き検出値を補正する第
   ６の手段、を備えたことを特徴とする脚式移動ロボット
   用傾斜センサの出力補正装置。
3. 【請求項３】 前記第３の手段は、前記検出した姿勢傾
   きと、前記ロボットのリンクの関節変位検出値から前記
   姿勢を求めることを特徴とする請求項１項または２項記
   載の脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置。
4. 【請求項４】 前記第３の手段は、前記検出した姿勢傾
   きと、前記ロボットのリンクの関節変位指令値から前記
   姿勢を求めることを特徴とする請求項１項または２項記
   載の脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置。
5. 【請求項５】 前記第３の手段は、前記検出した姿勢傾
   きと、前記ロボットのリンクの関節変位検出値と関節変
   位指令値の重み付き平均値とから前記姿勢を求めること
   を特徴とする請求項１項または２項記載の脚式移動ロボ
   ット用傾斜センサの出力補正装置。