JP3071028B2 - Walking control device for legged mobile robot - Google Patents

Walking control device for legged mobile robot

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JP3071028B2
JP3071028B2 JP4088111A JP8811192A JP3071028B2 JP 3071028 B2 JP3071028 B2 JP 3071028B2 JP 4088111 A JP4088111 A JP 4088111A JP 8811192 A JP8811192 A JP 8811192A JP 3071028 B2 JP3071028 B2 JP 3071028B2
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gravity
joint
center
target
calculating
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英男 高橋
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの歩
行制御装置に関し、より具体的には予め設定された位置
情報に基づく歩行パターンに従って自律歩行する脚式移
動ロボットにおいて、歩行の途中において歩幅などの歩
容を任意に変えることができる様にしたものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking control device for a legged mobile robot, and more particularly, to a legged mobile robot that walks autonomously in accordance with a walking pattern based on preset position information. It relates to a gait that can be changed arbitrarily.

【0002】[0002]

【従来の技術】脚式移動ロボットを安定に歩行させる技
術として、リアルタイムに歩容を算出するものが提案さ
れている(Legged Robots on Rough Terrain; Experime
nts inAdjusting Step Length, by Jessica Hodgins. I
EEE, 1988)。しかしこの手法によるときは演算量が膨大
となり、現状では移動ロボットに搭載可能な程度の小型
軽量なコンピュータで、かかる多自由度のロボットを制
御することは困難である。他方、脚式移動ロボットの歩
行を実現する手法として、予め歩容を計算しておいてロ
ボットに搭載したコンピュータのメモリに記憶させてお
き、歩行に際しては簡単なデータ処理のみを行って歩行
を実現する技術が提案されており、その例としては、例
えば特開昭62─97006号公報記載の技術を挙げる
ことができる。
2. Description of the Related Art A technique for calculating a gait in real time has been proposed as a technique for stably walking a legged mobile robot (Legged Robots on Rough Terrain; Experime).
nts inAdjusting Step Length, by Jessica Hodgins. I
EEE, 1988). However, this method requires an enormous amount of calculation, and at present, it is difficult to control such a multi-degree-of-freedom robot with a small and lightweight computer that can be mounted on a mobile robot. On the other hand, as a method to realize walking of a legged mobile robot, gaits are calculated in advance and stored in the memory of a computer mounted on the robot, and walking is performed by performing only simple data processing when walking. For example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-97006 can be cited.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】後者の技術によるとき
は、移動ロボットに搭載可能な小型軽量のコンピュータ
で多自由度のロボットを制御することが可能となるが、
予め設定された歩容に基づいて歩行する以外になく、歩
行の途中においてリアルタイムに進路、進行方向、歩
幅、歩行速度などの歩容を変えることができなかった。
According to the latter technique, it is possible to control a multi-degree-of-freedom robot with a small and lightweight computer which can be mounted on a mobile robot.
In addition to walking based on a preset gait, it was not possible to change the gait such as the course, the traveling direction, the stride, and the walking speed in real time during the walking.

【0004】従って、この発明の目的は、小型軽量のコ
ンピュータを用いて予め設計しておいた歩行パターンに
基づいて歩行制御すると共に、歩行の途中においてもリ
アルタイムに歩容を任意に変えることができる様にした
脚式移動ロボットの歩行制御装置を提供することにあ
る。
Accordingly, an object of the present invention is to control walking based on a walking pattern designed in advance using a small and lightweight computer, and to change the gait arbitrarily in real time during walking. It is another object of the present invention to provide a walking control device for a legged mobile robot.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は請求項1項及び2項に示す如く構成し
た。後述する実施例の表現を付記して説明すると請求
項1項にあっては、基体24と、それに関節10,1
2,14R,Lを介して連結されると共に、それぞれ先
端に関節18,20R,Lを介して連結される足部22
R,Lを備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移
動ロボットの歩行制御装置において、少なくとも前記
ロボットの基体付近の所定部位(具体的には腰、より具
体的には股関節(軸)10R,Lと基体24との間の適
宜位置)と重心の目標位置情報を含む時系列データを予
め設定する設定手段(制御ユニット26,S16からS
20)時刻tでの重心位置を算出し、前記時系列デー
タの時刻t+Δtでの重心位置との差分を求め、前記求
めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第1の補正量
を算出する第1の補正量算出手段(制御ユニット26,
S22からS28)前記ロボットに接地面から作用す
る路面反力(具体的には足荷重、より具体的には荷重お
よび/またはモーメント)を検出する路面反力検出手段
(6軸力センサ36,制御ユニット26,S30)、前
記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定する重
心位置推定手段(制御ユニット26,S32)、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第2の補正量を算出する第2の補正量算出手段
(制御ユニット26,S34からS36)前記算出さ
れた第1の補正量と第2の補正量に基づいて時刻t+Δ
tでの前記所定部位の目標位置を算出する目標位置算出
手段(制御ユニット26,S38)、前記算出された目
標位置に基づいて前記関節の目標角度を算出する目標関
節角度算出手段(制御ユニット26,S40)、及び
標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段(制
御ユニット26,S42)を備えた如く構成した。
た、請求項2項にあっては、基体24と、それに連結さ
れる関節10,12,14R,Lを介して連結されると
共に、それぞれ先端に関節18,20R,Lを介して連
結される足部22R,Lを備えた複数本の脚部リンク2
とからなる脚式移動ロボット1の歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近 の所定部位(具
体的には腰、より具体的には股関節(軸)10R,Lと
基体24との間の適宜位置)と重心の目標位置情報を含
む時系列データを予め設定する設定手段(制御ユニット
26,S206からS210)、前記ロボットに接地面
から作用する路面反力(具体的には足荷重、より具体的
には荷重および/またはモーメント)を検出する路面反
力検出手段(6軸力センサ36,制御ユニット26,S
212)、前記検出された路面反力に基づいて重心位置
を推定する重心位置推定手段(制御ユニット26,S2
14)、前記推定された重心位置と前記時系列データの
目標重心位置の差分を求め、前記求めた差分に基づいて
前記所定部位の位置の補正量を算出する補正量算出手段
(制御ユニット26,S216からS218)、前記算
出された補正量に基づいて時刻t+Δtでの前記所定部
位の目標位置を算出する目標位置算出手段(制御ユニッ
ト26,S220)、前記算出された目標位置に基づい
て前記関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段
(制御ユニット26,S222)、及び前記目標角度と
なるべく前記関節を駆動する駆動手段(制御ユニット2
6,S224)を備えたように構成した。 尚、上記にお
いて「位置」は、「位置」「(変位)速度」および
「(変位)加速度」も含む意味で使用する。
Means for Solving the Problems] The present invention to solve the problems described above is configured as shown in item 1 and item 2 Motomeko
Was. By way it is indicated by the representation of the embodiment described later, according
In item 1, the base 24 and the joints 10, 1
2,14R, L
Foot 22 connected to the end via joints 18, 20R, L
In the walking control device of the legged mobile robot 1 including a plurality of leg links 2 provided with R and L , at least a predetermined portion (specifically, a waist, a twister) near the base of the robot.
Physically, there is no proper fit between the hip joints (axis) 10R, L and the base 24.
Setting means (control unit 26, S16 to S16 ) for presetting time-series data including target position information of the center of gravity and target position information of the center of gravity.
20) calculating the position of the center of gravity at time t,
Of the center of gravity at time t + Δt.
A first correction amount of the position of the predetermined part based on the obtained difference
Correction amount calculating means (control unit 26,
S22 to S28) , and acts on the robot from the ground contact surface.
Road reaction force (specifically, foot load, more specifically load and
And / or moment) road surface reaction force detection means
(6-axis force sensor 36, control unit 26, S30), front
Weight to estimate the position of the center of gravity based on the detected road surface reaction force
Heart position estimating means (control unit 26, S32);
Between the determined center of gravity position and the target center of gravity position of the time-series data
A difference is obtained, and the predetermined portion is determined based on the obtained difference.
Second correction amount calculating means for calculating a second correction amount of the position
(From the control unit 26, S34 S36), the calculation of
Time t + Δ based on the obtained first correction amount and the second correction amount.
target position calculation for calculating a target position of the predetermined portion at t
Means (control unit 26, S38), the target joint angle calculating means for calculating a goal Angle of the joint based on the calculated target position (control unit 26, S40), and before
Serial goals angle degree of possible drive means for driving the joint (control
Control unit 26, S42) was composed as example Bei the. Ma
According to the second aspect, the base 24 and the base 24 are connected to the base 24.
Connected via the joints 10, 12, 14R, L
Both are connected to the tip via joints 18, 20R and L, respectively.
A plurality of leg links 2 having legs 22R, L to be tied
The walking control device of the legged mobile robot 1 comprising
And at least a predetermined portion (tool) near the base of the robot.
Physically hips, more specifically hip joints (axes) 10R, L
(Appropriate position between the base 24) and target position information of the center of gravity.
Setting means (control unit) for setting time-series data in advance
26, S206 to S210), the robot is grounded
Road reaction force (specifically, foot load, more specific
To detect the load and / or moment)
Force detecting means (6-axis force sensor 36, control unit 26, S
212), the center of gravity based on the detected road surface reaction force
Centroid position estimating means (control unit 26, S2
14) The position of the estimated center of gravity and the time-series data
The difference between the target centroid positions is obtained, and based on the obtained difference,
Correction amount calculating means for calculating a correction amount of the position of the predetermined portion
(Control unit 26, S216 to S218),
The predetermined portion at time t + Δt based on the issued correction amount
Position calculation means (control unit) for calculating the target position
26, S220), based on the calculated target position.
Joint angle calculating means for calculating a target angle of the joint by using
(Control unit 26, S222), and the target angle
Drive means (control unit 2) for driving the joints as much as possible
6, S224). In addition,
"Position" means "Position", "(Displacement) speed" and
The term “(displacement) acceleration” is used to include the meaning.

【0006】[0006]

【作用】少なくともロボットの所定部位と重心目標
置情報を含む時系列データを予め設定しておき歩行制御
時にリアルタイムに目標関節角度を決定することから、
必要に応じて任意に歩容を変更することができる。ま
た、算出された重心位置と目標重心位置との差分により
算出された補正量、および/またはロボットに接地面か
ら作用する路面反力(具体的には足荷重、より具体的に
は荷重および/またはモーメント)に基づいて推定され
た重心位置と目標重心位置との差分により算出された補
正量に基づいて所定部位(具体的には腰、より具体的に
は股関節と基体との間の適宜位置)の目標位置を算出
し、さらにそれに基づいて目標関節角度を算出すること
から、正確に目標関節角度を求めて的確に制御すること
ができる。
The time series data including at least the target position information of the predetermined part of the robot and the center of gravity is set in advance, and the target joint angle is determined in real time during walking control.
The gait can be arbitrarily changed as needed. In addition, the difference between the calculated center of gravity position and the target center of gravity position
The calculated correction amount and / or whether the robot is on the ground
Road reaction force (specifically, foot load, more specifically
Is estimated based on the load and / or moment)
Calculated by the difference between the calculated center of gravity and the target center of gravity.
Based on the positive amount, a predetermined part (specifically, waist, more specifically
Is the desired position between the hip joint and the body)
And calculate the target joint angle based on it.
From can be accurately controlled by accurately determine the target joint angle.

【0007】[0007]

【実施例】以下、脚式移動ロボットとして2足歩行のロ
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(軸)を
備える(理解の便宜のために各関節(軸)をそれを駆動
する電動モータで例示する)。該6個の関節(軸)は上
から順に、腰の脚部回旋用の関節(軸)10R,10L
(右側をR、左側をLとする。以下同じ)、腰のピッチ
方向(x方向)の関節(軸)12R,12L、同ロール
方向(y方向)の関節(軸)14R,14L、膝部のピ
ッチ方向の関節(軸)16R,16L、足首部のピッチ
方向の関節(軸)18R,18L、同ロール方向の関節
(軸)20R,20Lとなっており、その下部には足部
(足平)22R,22Lが取着されると共に、最上位に
は胴体部(基体)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。上記において腰関節は関節
(軸)10R(L),12R(L),14R(L)から
構成され、また足関節は、関節(軸)18R(L),2
0R(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28R,28Lで、膝関節と足関節との
間は下腿リンク30R,30Lで連結される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below by taking a bipedal walking robot as an example of a legged mobile robot. FIG.
FIG. 1 is an explanatory skeleton diagram showing the robot 1 as a whole, and includes six joints (axes) in each of left and right leg links 2 (for convenience of understanding, each joint (axis) is electrically driven to drive it). Motors). The six joints (shafts) are, in order from the top, joints (shafts) 10R and 10L for hip rotation.
(R is the right side, L is the left side; the same applies hereinafter), joints (axis) 12R, 12L in the waist pitch direction (x direction), joints (axis) 14R, 14L in the same roll direction (y direction), knee The joints (axes) 16R, 16L in the pitch direction of the joints, the joints (axes) 18R, 18L in the pitch direction of the ankles, and the joints (axes) 20R, 20L in the same roll direction, and the foot (foot) Flats 22R and 22L are attached, and a body (base) 24 is provided at the top, and a control unit 26 is housed inside. In the above description, the hip joint is composed of joints (axis) 10R (L), 12R (L), 14R (L), and the ankle joint is joints (axis) 18R (L), 2R.
0R (L). The thigh links 28R and 28L are connected between the waist joint and the knee joint, and the crus links 30R and 30L are connected between the knee joint and the ankle joint.

【0008】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出願(特願平1−3
24218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。
Here, the leg link 2 is provided with six degrees of freedom for each of the left and right feet,
× 2 = 12 joints (axes) can be driven at appropriate angles to give desired movement to the entire foot,
It is configured so that it can walk in a three-dimensional space arbitrarily. As described above, the above-mentioned joint is formed of an electric motor, and further includes a speed reducer that boosts the output thereof,
For details, refer to the application proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No.
No. 24218, Japanese Patent Laid-Open No. 3-184772) and the like are not the subject of the present invention, and therefore, further description is omitted.

【0009】ここで、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F
x,Fy,Fzとその方向回りのモーメント成分Mx,
My,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。また足平の四隅に
は公知の静電容量型の接地スイッチ38が設けられて、
接地の有無を検出する。更に、胴体部24の上部には、
一対の傾斜センサ40,42が設置され、x−z平面内
のz軸に対する傾きとその角速度、同様にy−z平面内
のz軸に対する傾きとその角速度を検出する。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(図1において足関節の電動モ
ータ用のもののみを示す)。これらセンサ36などの出
力は前記した胴体部24内の制御ユニット26に送られ
る。
Here, in the robot 1 shown in FIG.
A known six-axis force sensor 36 is provided at the ankle, and a force component F in the x, y, and z directions transmitted to the robot via the foot.
x, Fy, Fz and moment components Mx,
My and Mz are measured, and the presence or absence of landing on the foot and the magnitude and direction of the force applied to the support leg are detected. A well-known capacitance-type ground switch 38 is provided at each of the four corners of the foot.
Detects the presence or absence of grounding. Furthermore, on the upper part of the body part 24,
A pair of inclination sensors 40 and 42 are provided to detect the inclination with respect to the z-axis in the xz plane and its angular velocity, as well as the inclination with respect to the z-axis in the yz plane and its angular velocity. The electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation (only the electric motor for an ankle joint is shown in FIG. 1). The outputs of these sensors 36 and the like are sent to the control unit 26 in the body 24 described above.

【0010】図2は制御ユニット26の詳細を示すブロ
ック図であり、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40,42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5
6を介してRAM54内に入力されると共に、接地スイ
ッチ38などの出力は波形整形回路58を経て同様にR
AM54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は後述の如くROM64に格納
されている歩行パターンを読み込むと共に、歩容変更指
令があったときはそれを修正し、関節角及びリンク角に
ついての目標値を算出してRAM54に送出する(ここ
でリンク角はリンクの重力方向に対する絶対角度を、関
節角はリンク間の相対角度を意味する)。また第2の演
算装置62は後述の如くRAM54から前記目標値と検
出された実測値とを読み込み、各関節の駆動に必要な制
御値を算出して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。尚、図にお
いて、符号70は進路、歩幅などの歩容変更指令用のジ
ョイスティックを、符号72は傾斜センサ出力補正用の
原点スイッチを、符号74はフェール用のリミットスイ
ッチを示す。
FIG. 2 is a block diagram showing the details of the control unit 26, which comprises a microcomputer. The output of the inclination sensors 40 and 42 is A
The digital value is converted by the / D converter 50, and the output is sent to the RAM 54 via the bus 52. The output of the encoder arranged adjacent to each electric motor is
6 and the output of the ground switch 38 and the like via the waveform shaping circuit 58.
Stored in the AM 54. The control unit includes first and second arithmetic units 60 and 62 each including a CPU. The first arithmetic unit 60 reads a walking pattern stored in a ROM 64 and changes a gait as described later. When a command is issued, it is corrected, the target values for the joint angle and the link angle are calculated and sent to the RAM 54 (where the link angle is the absolute angle of the link with respect to the direction of gravity, and the joint angle is the relative angle between the links). Angle). Further, the second arithmetic unit 62 reads the target value and the detected actual value from the RAM 54 as described later, calculates a control value necessary for driving each joint, and transmits the control value via the D / A converter 66 and the servo amplifier. Output to the electric motor that drives each joint. In the drawing, reference numeral 70 denotes a joystick for commanding a gait change such as a course and a stride, reference numeral 72 denotes an origin switch for correcting the inclination sensor output, and reference numeral 74 denotes a limit switch for failure.

【0011】続いて、この制御装置の動作を説明する。Next, the operation of the control device will be described.

【0012】図3はこの制御装置の動作のうち、第1の
演算装置60が行う関節角指令値決定作業を示すフロー
・チャートである。同図を参照して説明すると、先ずS
10で装置各部を初期設定し、S12で歩行終了ではな
いことを確認した後、S14に進んでタイマ割り込みを
待機する。尚、この割り込みはΔt毎、例えば5ms毎
に行われる。タイマ割り込みが行われるとS16に進ん
で現在の時刻t(n)の歩行パターンを読み込む。歩行
パターンとしては重心位置、各足の位置、各足の向き、
各足の傾きが時系列データ又は時間の関数で記述されて
いる。この重心位置Gは図4に示す如く、その絶対座標
空間におけるx,y,z軸上の値がGx,Gy,Gz と予め
オフラインで算出され、前記ROM内に設定されてい
る。尚、ここでは理解の便宜のためz軸上の値は問わな
いものとする。各足部22R,Lの位置Rx,Ry,Rz,L
x,Ly,Lz も図5及び図6に示す如く、x−y,x−
z,y−z空間における位置が予め設定されている(図
6の左方は歩行パターンが爪先位置のとき、図6の右方
は歩行パターンが踵位置のときを示す。尚、歩行パター
ンとしての各足部の位置は絶対座標空間に設定されてお
り、図5と図6に示すのは、後述する各関節角の算出の
ため座標変換が施された図である)。各足部の向きθR
Z, θLZも図7と図8に示す如くx−y空間上で設定さ
れており、各足部の傾きθRX, θRY, θLX, θLYも図6
などに個別に示す如く設定されている。
FIG. 3 is a flow chart showing a joint angle command value determining operation performed by the first arithmetic unit 60 in the operation of the control device. Referring to FIG.
At 10, each part of the apparatus is initialized, and after confirming that the walking is not completed at S12, the process proceeds to S14 to wait for a timer interrupt. This interruption is performed every Δt, for example, every 5 ms. When the timer interruption is performed, the process proceeds to S16, and the walking pattern at the current time t (n) is read. The walking pattern includes the center of gravity position, the position of each foot, the direction of each foot,
The inclination of each foot is described by time-series data or a function of time. As shown in FIG. 4, the position of the center of gravity G on the x-, y-, and z-axes in the absolute coordinate space is calculated offline in advance as Gx, Gy, Gz and set in the ROM. Here, for convenience of understanding, it is assumed that the value on the z-axis does not matter. Position Rx, Ry, Rz, L of each foot 22R, L
As shown in FIGS. 5 and 6, x, Ly, and Lz are also xy, x-
The position in the z, yz space is set in advance (the left side of FIG. 6 shows the case where the walking pattern is the toe position, and the right side of FIG. 6 shows the case where the walking pattern is the heel position. Are set in the absolute coordinate space, and FIGS. 5 and 6 are diagrams in which coordinate conversion has been performed for calculating each joint angle described later.) Direction θR of each foot
Z and θLZ are also set on the xy space as shown in FIGS. 7 and 8, and the inclination θRX, θRY, θLX, and θLY of each foot are also shown in FIG.
Etc. are individually set as shown.

【0013】次いで、S18において進行方向、進路等
を入力し、S20において歩行パターンの修正があった
とき設定されている歩行パターンを修正し、S22で現
在の時刻t(n)の、即ち腰の位置を動かさない場合の
関節角を計算する。
Next, in step S18, the traveling direction, course, etc. are input, and in step S20, the walking pattern set when the walking pattern is corrected is corrected. In step S22, the current time t (n), ie, the waist position, is corrected. Calculate the joint angle when the position is not moved.

【0014】ここでこの制御を概括すると、この制御に
おいて歩行パターンとしては関節角及びリンク角ではな
く、それより上位概念の位置情報で設定する。従って、
関節角及びリンク角は歩行中に時々刻々算出することに
なるが、ある時刻のそれらを算出して指令値を決定する
ためには、ロボットの姿勢を先ず決定する必要がある。
実施例に係る2足歩行ロボットは両足合計で12の自由
度を持つため、その姿勢は、腰の位置、上体(胴体部)
の向き、上体の傾き、各足部の位置、各足部の向き、各
足部の傾きが決まれば、腰の位置を基準として12個の
パラメータが決定されるため、関節角及びリンク角を求
めるには必要十分である。この制御においては斯る如く
して関節角とリンク角とをリアルタイムに算出し、次い
で各関節の指令値を算出して制御する。
Here, this control will be summarized. In this control, the walking pattern is set not by the joint angle and the link angle but by the position information of a higher concept. Therefore,
The joint angle and the link angle are calculated every moment during walking, but in order to calculate them at a certain time and determine the command value, it is necessary to first determine the posture of the robot.
Since the bipedal walking robot according to the embodiment has a total of 12 degrees of freedom in total with both legs, its posture is the waist position, the upper body (the torso).
If the orientation of the body, the inclination of the upper body, the position of each foot, the orientation of each foot, and the inclination of each foot are determined, the twelve parameters are determined based on the waist position. Is necessary and sufficient. In this control, the joint angle and the link angle are calculated in real time in this way, and then the command value of each joint is calculated and controlled.

【0015】ここで腰の位置Cz は図10に示す如く、
股関節(軸)10R,Lと胴体部24との間の適宜位置
に設定される。尚、同図で符号Lnは大腿リンク28
L,Rなどの各リンクの長さを示し、Rnx,Rny,Rnz
は右足側の関節角を、Lnx,Lny,Lnzは左足側の関節
角を示す。また胴体部の向きθCZは図7に示す如く、各
足部の向きθRZ, θLZの平均値とする。胴体部の傾きθ
CX, θCYは前記した傾斜角センサの出力値から図11に
示す様に検出することができる。尚、姿勢角を決定する
に際しては胴体部の傾きは左右(x軸回り)、前後方向
(y軸回り)とも零とする。その結果、胴体部の絶対角
度と脚部リンク側のエンコーダの相対検出角度とから、
脚部リンク側についても絶対座標での位置決めが可能と
なる。また各足部の位置、向き、傾きは歩行データより
決定されている。
Here, the waist position Cz is, as shown in FIG.
It is set at an appropriate position between the hip joints (axes) 10R and 10L and the body 24. Note that in FIG.
Indicates the length of each link such as L, R, etc., and Rnx, Rny, Rnz
Indicates a joint angle on the right foot side, and Lnx, Lny, and Lnz indicate joint angles on the left foot side. Also, as shown in FIG. 7, the direction θCZ of the body is an average value of the directions θRZ and θLZ of each foot. Body tilt θ
CX and θCY can be detected from the output value of the inclination angle sensor as shown in FIG. In determining the posture angle, the inclination of the body is set to zero in both the left and right directions (around the x axis) and the front and rear directions (around the y axis). As a result, from the absolute angle of the body and the relative detection angle of the encoder on the leg link side,
Positioning in absolute coordinates is also possible on the leg link side. The position, direction, and inclination of each foot are determined from the walking data.

【0016】従って、S22においては斯るパラメータ
を決定して現在時刻t(n)における関節角を算出する
ことになる。図12などにx−z,y−z空間における
その算出例を示す。図示の如く、座標変換を行いつつ幾
何学的手法で角度を算出する。尚、そこに示される様
に、膝が伸びた場合(図12、図14)と膝が曲がった
場合(図13)で腰の位置が相違する。従って、この実
施例において腰の上下方向の位置は、左右何れかまたは
双方の膝が伸びる様にして決定する。図9を参照して具
体的に説明する。尚、図9は右足についてx′,y′,
z′座標を用いて表したが、左足についてもx″,
y″,z″座標を用いて図9と同様に表すことができ
る。 L=L3+L4(図10参照) LRx =aRx ′ LRy =aRy ′ LLx =aLx ″ LLy=aLy″ LRz2=L2 −LRx2−LRy2 LLz2=L2 −LLx2−LLy2 LRz =LLz のとき両膝が伸びる。 Cz =aRz +LRz +L2 =aLz +LLz +L2 LRz <LLz のとき右膝が伸びる。 Cz =aRz +LRz +L2 LLz <LRz のとき左膝が伸びる。 Cz =aLz +LLz +L2 即ち、歩行中においては常に少なくともいずれかの膝が
伸びていると考えることができるので、上記の条件式の
いずれかを択一的に使用して腰の位置を決定することが
できる。
Therefore, in S22, such parameters are determined and the joint angle at the current time t (n) is calculated. FIG. 12 shows an example of the calculation in the xz, yz space. As illustrated, an angle is calculated by a geometrical method while performing coordinate transformation. As shown therein, the waist position is different between the case where the knee is extended (FIGS. 12 and 14) and the case where the knee is bent (FIG. 13). Therefore, in this embodiment, the vertical position of the waist is determined such that either or both knees extend. This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 9 shows x ', y',
It is expressed using the z ′ coordinate, but x ″,
It can be expressed in the same manner as in FIG. 9 using the y ″, z ″ coordinates. L = L3 + L4 (see FIG. 10) LRx = aRx 'LRy = aRy' LLx = aLx "LLy = aLy" LRz 2 = a L 2 -LRx 2 -LRy 2 LLz 2 = L 2 -LLx 2 -LLy 2 LRz = LLz Sometimes both knees extend. When Cz = aRz + LRz + L2 = aLz + LLz + L2LRz <LLz, the right knee extends. When Cz = aRz + LRz + L2LLz <LRz, the left knee extends. Cz = aLz + LLz + L2 That is, since at least one of the knees can always be considered to be extended during walking, the position of the waist is determined by using one of the above conditional expressions. Can be.

【0017】次いで、S24に至り、現在時刻t
(n)、即ち腰の位置を動かさない場合の重心位置を計
算する。即ち、腰の位置Cが現在の時刻t(n)に図1
5に示す位置Cx(n),Cy(n)にあり、次の時刻
t(n+1)に図17に示す位置Cx(n+1),Cy
(n+1)に移行するとすると、まず姿勢を決定する上
で中核となる腰の位置を現状の状態としたままで、その
重心位置Gxa,Gyaを計算し、S26に進んで次の
時刻t(n+1)で目標とする重心位置Gxc(n+
1),Gyc(n+1)と現在の重心位置Gxa,Gy
aとの偏差dGx,dGyを図16に示す様に算出し、
続いてS28に進んでその偏差に所定の係数kx,ky
を乗じて腰の位置の移動補正量dCx,dCyを算出す
る。この係数kx,kyは適宜設定するが、例えば歩行
速度によってkx=0.1,ky=0.9等と可変にし
ても良い。
Next, at S24, the current time t
(N), that is, the position of the center of gravity when the position of the waist is not moved is calculated. That is, the waist position C is set at the current time t (n) in FIG.
5 at positions Cx (n) and Cy (n), and at the next time t (n + 1), positions Cx (n + 1) and Cy shown in FIG.
When shifting to (n + 1), the center of gravity, Gxa, Gya, is calculated while keeping the waist position, which is the core in determining the posture, as it is, and the process proceeds to S26 to proceed to the next time t (n + 1). ), The target center of gravity position Gxc (n +
1), Gyc (n + 1) and the current center of gravity position Gxa, Gy
The deviations dGx and dGy from a are calculated as shown in FIG.
Then, the process proceeds to S28, wherein the deviation is set to a predetermined coefficient kx, ky.
To calculate the movement correction amounts dCx and dCy of the waist position. The coefficients kx and ky are set as appropriate, but may be varied as kx = 0.1, ky = 0.9, etc., for example, depending on the walking speed.

【0018】続いてS30に進んで足荷重Fz-R,Fz
-Lを入力し、S32に進んで入力値から実際の重心位置
Gx-s,Gy-sを推定する。即ち、図18(ロボット1
を進行方向側面から見た図)と図19(ロボット1を進
行方向から見た図)に示す如く、ロボット1には路面反
力(z方向の外力Fz)が作用する。これはロボット1
の重心位置に作用する荷重であるから、逆にこの荷重を
検出することによって図20に示すロボット1の実際の
重心位置を推定することができる。そこで、S32に示
す如く、前記した6軸力センサ36を通じて検出した左
右の脚部リンクに作用する荷重と所定位置からの左右の
脚部リンクの接地点までの距離Lx(Rx),Ly(R
y)を乗じてx−y平面での実際の重心位置の推定値G
x-s,Gy-sを求める。続いて、S34に進んで目標重
心位置Gxc(n+1),Gyc(n+1)との差dG
x-s,dGy-sを計算し、S36に進んで計算した差に
係数kx-s,ky-s(S28で用いたものに類似する係
数)を再度使用して腰の位置の移動補正量dCx-s,d
Cy-sを再計算する。続いて、S38に進んで現在の腰
の位置Cx(n),Cy(n)に、S28で得た腰の位
置の移動補正量重心位置の差dCx,dCyとS36で
得た補正量dCx-s,dCy-sとの単純平均値を加算し
て次の時刻t(n+1)の腰の位置Cx(n+1),C
y(n+1)を計算する(図21は現在の時刻と次の時
刻との間の腰の位置を示す)。続いてS40に進んで斯
く決定された新たな姿勢に基づいて関節角を算出し、S
42で算出値に基づいて関節角指令値を決定して前記し
た如くRAM54に出力し、S44で時刻tをΔt更新
して次の時刻t(n+1)とし、S12で歩行終了と判
断されない限り、S14のタイマ割り込みを待ってS1
6に進んで更新されて次の時刻t+Δtについて同様の
作業を繰り返す。またS12で歩行終了と判断されたと
きはS46に進んで必要な後処理をしてプログラムを終
了する。
Subsequently, the program proceeds to S30, in which the foot loads Fz-R, Fz
-L is input, and the program proceeds to S32, where the actual barycentric positions Gx-s and Gy-s are estimated from the input values. That is, FIG. 18 (Robot 1
As shown in FIG. 19 when viewed from the side in the traveling direction and FIG. 19 (view when the robot 1 is viewed from the traveling direction), a road surface reaction force (external force Fz in the z direction) acts on the robot 1. This is Robot 1
Since the load acts on the position of the center of gravity of the robot 1, the actual position of the center of gravity of the robot 1 shown in FIG. 20 can be estimated by detecting this load. Then, as shown in S32, the loads acting on the left and right leg links detected through the above-described six-axis force sensor 36 and the distances Lx (Rx), Ly (R) from the predetermined positions to the grounding points of the left and right leg links.
y) multiplied by the estimated value G of the actual center of gravity position in the xy plane
Find x-s and Gy-s. Subsequently, the process proceeds to S34, in which the difference dG from the target center of gravity position Gxc (n + 1), Gyc (n + 1) is determined.
x-s and dGy-s are calculated, and the process proceeds to step S36. The coefficients kx-s and ky-s (coefficients similar to those used in step S28) are used again for the calculated difference, and the waist position movement correction amount is used. dCx-s, d
Recalculate Cy-s. Then, the process proceeds to S38, in which the difference dCx, dCy between the current waist position Cx (n), Cy (n) and the movement correction amount centroid position of the waist position obtained in S28 and the correction amount dCx− obtained in S36. s, dCy-s and the simple average value are added, and the waist position Cx (n + 1), C at the next time t (n + 1) is added.
Calculate y (n + 1) (FIG. 21 shows the waist position between the current time and the next time). Then, the process proceeds to S40, in which the joint angle is calculated based on the new posture thus determined, and
At 42, the joint angle command value is determined based on the calculated value and output to the RAM 54 as described above. At S44, the time t is updated by Δt to the next time t (n + 1). After waiting for the timer interrupt of S14,
The same operation is repeated for the next time t + Δt, which is updated after proceeding to No. 6. If it is determined in step S12 that the walking has been completed, the process advances to step S46 to perform necessary post-processing and terminate the program.

【0019】続いて、決定された関節角指令値に基づい
て前記した第2の演算装置62が行うサーボ制御値決定
作業について、図22フロー・チャートを参照して説明
する。
Next, a servo control value determining operation performed by the second arithmetic unit 62 based on the determined joint angle command value will be described with reference to a flowchart of FIG.

【0020】先ず、S100で初期設定を行ない、S1
02に進んで歩行終了ではないことを確認してS104
に進み、タイマ割り込みを待機する。そしてタイマ割り
込みが行われるとS106に進んでRAM54から関節
角指令値を読み出し、S108に進んで前記したセンサ
群の出力からロボットの状態を検出する。続いてS11
0に進み、指令値と検出値(実測値)とから各関節の駆
動に必要なサーボ制御値を計算し、S112に進んでD
/A変換器66を介してサーボアンプに制御値を出力す
る。またS102で歩行終了と判断されるときは、S1
14で必要な後処理を行ってプログラムを終了する。
First, initial settings are made in S100, and S1
Proceeding to 02 and confirming that walking is not completed, S104
To wait for a timer interrupt. Then, when a timer interrupt is performed, the process proceeds to S106 to read out the joint angle command value from the RAM 54, and proceeds to S108 to detect the state of the robot from the output of the sensor group. Then S11
0, calculate a servo control value necessary for driving each joint from the command value and the detected value (actually measured value), and then proceed to S112 to calculate D
The control value is output to the servo amplifier via the / A converter 66. If it is determined in step S102 that walking has ended, the process proceeds to step S1.
At 14, necessary post-processing is performed, and the program ends.

【0021】この実施例は、例えば歩行の中途で着地位
置を10cm先に変更したいと言う要請がなされたと
き、その変更着地位置に応じた目標重心位置と現在の重
心位置との偏差を求め、それから姿勢を決定するときの
中核パラメータたる腰の位置の補正移動量を概算して姿
勢を決めて関節角を算出する様にしたので、歩行の中途
において任意に歩容を変更することができる。即ち、歩
行データとしては重心位置、着地位置などを予め設定し
ておき、歩行の状態に応じて適宜姿勢を決めて関節角を
算出し、それに基づいて関節を駆動する様にした。また
その関節角の計算も図示した如く幾何学的手法で簡略に
求める様に構成したことから、小型軽量の制御装置で容
易に実現することができる。また腰の位置の決定に際し
ても上下(z軸)方向を拘束しない様にしたので、更に
姿勢決定と関節角の算出が簡略となる。また絶対座標で
の位置決めを可能としたことから、ロボットの姿勢角を
正確に検出することができ、安定した歩行を実現するこ
とができる。
In this embodiment, for example, when a request to change the landing position to 10 cm ahead is made in the middle of walking, a deviation between the target center of gravity position corresponding to the changed landing position and the current center of gravity position is obtained. Then, when the posture is determined, the corrected movement amount of the waist position, which is a core parameter, is estimated to determine the posture and the joint angle is calculated, so that the gait can be arbitrarily changed during walking. That is, as the walking data, the center of gravity position, the landing position, and the like are set in advance, the posture is appropriately determined according to the walking state, the joint angle is calculated, and the joint is driven based on the calculated joint angle. Also, the calculation of the joint angle is configured to be simply obtained by a geometric method as shown in the figure, so that it can be easily realized by a small and lightweight control device. Also, when the waist position is determined, the vertical (z-axis) direction is not restricted, so that the posture determination and the calculation of the joint angle are further simplified. In addition, since positioning in absolute coordinates is enabled, the posture angle of the robot can be accurately detected, and stable walking can be realized.

【0022】また、腰の位置の移動補正量を算出する際
に、設計値から算出した値(S28)と実際の検出値か
ら算出した値(S36)との単純平均値によって求める
様にしたので、実際の姿勢が外乱、積載荷重の多寡など
によって設定値からずれることがあっても良く補正する
ことができ、腰の位置を正確に求めて目標関節角を的確
に検出することができる。尚、単純平均に代えて、加重
平均などを用いても良い。
Also, when calculating the movement correction amount of the waist position, the movement correction amount is obtained by a simple average value of the value calculated from the design value (S28) and the value calculated from the actual detected value (S36). Even if the actual posture deviates from the set value due to disturbance, the amount of the load, or the like, it can be corrected well, and the target joint angle can be accurately detected by accurately obtaining the waist position. Note that a weighted average or the like may be used instead of the simple average.

【0023】図23は関節角指令値決定作業について、
この発明の第2の実施例を示すフロー・チャートであ
る。第1実施例と相違する点のみを説明すると、S20
0からS210を経て歩行パターンを修正(修正する必
要があるときのみ)した後、S212で足荷重を入力
し、S214で重心位置を推定し、S216で目標重心
位置との差を計算し、S218以降でそれに基づいて腰
の位置を計算し、関節角を計算する様にした。即ち、こ
の実施例の場合には検出値のみから重心位置を推定して
腰の位置を補正する様にした。尚、残余のステップを含
む構成は第1実施例と同様である。演算が簡略化された
点を除き、効果については第1実施例と同様である。
FIG. 23 shows the operation of determining the joint angle command value.
6 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention. Explaining only the differences from the first embodiment, S20
After correcting the walking pattern from 0 to S210 (only when it is necessary to correct), the foot load is input in S212, the position of the center of gravity is estimated in S214, the difference from the target position of the center of gravity is calculated in S216, and S218 is performed. In the following, the waist position is calculated based on it, and the joint angle is calculated. That is, in the case of this embodiment, the position of the center of gravity is estimated from only the detected values, and the position of the waist is corrected. The configuration including the remaining steps is the same as in the first embodiment. The effect is the same as that of the first embodiment except that the calculation is simplified.

【0024】尚、上記において重心位置を使用したが、
重心速度または重心加速度ないしはそれらの組み合わせ
を用いても良い。また路面反力として外力Fzを使用し
たが、モーメントを使用しても良い。
Although the position of the center of gravity is used in the above,
The center of gravity speed, the center of gravity acceleration, or a combination thereof may be used. Although the external force Fz is used as the road surface reaction force, a moment may be used.

【0025】尚、この発明を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、3足以上の脚式移動ロボットにも妥当するもの
である。
Although the present invention has been described by taking a bipedal legged mobile robot as an example, the present invention is not limited to this and is applicable to a legged mobile robot having three or more legs.

【0026】[0026]

【発明の効果】請求項1項にあっては、基体と、それに
関節を介して連結されると共に、それぞれ先端に関節を
介して連結される足部を備えた複数本の脚部リンクとか
らなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において、少な
くとも前記ロボットの基体付近の所定部位(具体的には
腰、より具体的には股関節(軸)と基体との間の適宜位
置)と重心の目標位置情報を含む時系列データを予め設
定する設定手段、時刻tでの重心位置を算出し、前記時
系列データの時刻t+Δtでの重心位置との差分を求
め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の位置の第
1の補正量を算出する第1の補正量算出手段前記ロボ
ットに接地面から作用する路面反力(具体的には足荷
重、より具体的には荷重および/またはモーメント)を
検出する路面反力検出手段、前記検出された路面反力に
基づいて重心位置を推定する重心位置推定手段、前記推
定された重心位置と前記時系列データの目標重心位置の
差分を求め、前記求めた差分に基づいて前記所定部位の
位置の第2の補正量を算出する第2の補正量算出手段
前記算出された第1の補正量と第2の補正量に基づいて
時刻t+Δtでの前記所定部位の目標位置を算出する目
標位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前
関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及
前記標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段
を備える如く構成したので、歩行制御の途中で任意に歩
容を変更することができると共に、目標関節角度も正確
に決定して的確に制御することができる。
According to the first aspect of the present invention, the substrate and the
Connected via joints
In walking legged mobile robot control system comprising a plurality of legs link with a foot portion connected through, small
At least a predetermined site near the base of the robot (specifically,
The waist, more specifically, the appropriate position between the hip joint (axis) and the base
Setting means for presetting the time-series data including a target position information of the location) centroid, calculates the center-of-gravity position at time t, the time
Find the difference from the position of the center of gravity at time t + Δt of the series data
The position of the predetermined part based on the obtained difference.
First correction amount calculating means for calculating a first correction amount, the Robo
Surface reaction force acting on the ground from the ground (specifically,
Weight, more specifically, load and / or moment)
Road surface reaction force detecting means for detecting the road surface reaction force
Centroid position estimating means for estimating the centroid position based on the
Between the determined center of gravity position and the target center of gravity position of the time-series data
A difference is obtained, and the predetermined portion is determined based on the obtained difference.
Second correction amount calculating means for calculating a second correction amount of the position ,
Based on the calculated first correction amount and second correction amount
An eye for calculating a target position of the predetermined part at time t + Δt
Target position calculating means, the target joint angle calculating means for calculating a goal Angle of the joint on the basis of the calculated target position, and the goals Angle and possible driving means for driving the joint
Owing to this arrangement comprises, it is possible to modify any gait during the walking control, the target joint angle can also be accurately controlled by accurately determined.

【0027】請求項2項にあっては、基体と、それに連
結される関節を介して連結されると共に、それぞれ先端
に関節を介して連結される足部を備えた複数本の脚部リ
ンクとからなる脚式移動ロボットの歩行制御装置におい
て、少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位(具
体的には腰、より具体的には股関節(軸)と基体との間
の適宜位置)と重心の目標位置情報を含む時系列データ
を予め設定する設定手段、前記ロボットに接地面から作
用する路面反力(具体的には足荷重、より具体的には荷
重および/またはモーメント)を検出する路面反力検出
手段、前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推
定する重心位置推定手段、前記推定された重心位置と前
記時系列データの目標重心位置の差分を求め、前記求め
た差分に基づいて前記所定部位の位置の補正量を算出す
る補正量算出手段、前記算出された補正量に基づいて時
刻t+Δtでの前記所定部位の目標位置を算出する目標
位置算出手段、前記算出された目標位置に基づいて前記
関節の目標角度を算出する目標関節角度算出手段、及び
前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手段を
備える如く構成したので、前記した効果に加えて、演算
を簡略にすることができる。
[0027] In the second aspect, the base and the base are connected to each other.
Connected via the joints to be connected
Legs with feet connected to the
Walking control device for legged mobile robots
And at least a predetermined portion (tool) near the base of the robot.
Physically waist, more specifically between the hip joint (axis) and the base
Time-series data including target position information of the center of gravity and the center of gravity
Setting means for setting in advance, the robot is operated from the ground surface.
Road reaction force to be used (specifically, foot load, more specifically load
Road reaction force detection to detect the weight and / or moment)
Means for estimating the position of the center of gravity based on the detected road surface reaction force.
Means for estimating the position of the center of gravity,
The difference between the target centroid position of the time-series data is obtained,
And calculating a correction amount of the position of the predetermined portion based on the difference.
Correction amount calculating means, based on the calculated correction amount,
A target for calculating a target position of the predetermined part at an instant t + Δt
Position calculating means, based on the calculated target position,
Target joint angle calculation means for calculating a target angle of the joint; and
Driving means for driving the joint so as to reach the target angle
Since the configuration is provided so as to provide, the calculation can be simplified in addition to the effects described above.

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

【図1】この発明に係る脚式移動ロボットの歩行制御装
置を全体的に示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing the entire walking control device of a legged mobile robot according to the present invention.

【図2】図1に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory block diagram of a control unit shown in FIG.

【図3】本制御装置の動作のうち、関節角指令値決定作
業を示すフロー・チャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a joint angle command value determination operation in the operation of the control device.

【図4】絶対座標空間上の重心位置を示す説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the position of the center of gravity in the absolute coordinate space.

【図5】x−y空間上で足部の位置を示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a position of a foot in an xy space.

【図6】x−z空間上で足部の位置を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a position of a foot in an xz space.

【図7】x−y空間上で上体と足部の向きを示す説明図
である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing directions of a body and a foot in an xy space.

【図8】同様にx−y空間上で足部の向きを示す説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory view showing the direction of a foot in an xy space in the same manner.

【図9】同様にx−z空間で足部の傾きを示す説明図で
ある。
FIG. 9 is an explanatory view showing the inclination of the foot in the xz space.

【図10】腰の位置等を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a waist position and the like.

【図11】上体の傾き等を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the inclination of the body and the like.

【図12】x−z空間で膝が伸びた状態で関節角を算出
する手法を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a method of calculating a joint angle in a state where a knee is extended in an xz space.

【図13】同様にx−z空間で膝が曲がった状態で関節
角を算出する手法を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method of calculating a joint angle in a state where a knee is bent in an xz space.

【図14】y−z空間で膝が曲がった状態で関節角を算
出する手法を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a method of calculating a joint angle in a state where a knee is bent in a yz space.

【図15】x−y空間での腰と重心の移動経過を示す説
明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the movement of the waist and the center of gravity in the xy space.

【図16】図15と同様にx−y空間での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the movement of the waist and the center of gravity in the xy space as in FIG. 15;

【図17】図15と同様にx−y空間での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the movement of the waist and the center of gravity in the xy space as in FIG. 15;

【図18】図1に示したロボット1の側面図で路面反力
が作用している状態を示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory view showing a state where a road surface reaction force is acting in the side view of the robot 1 shown in FIG. 1;

【図19】図1に示したロボット1の正面図で路面反力
が作用している状態を示す説明図である。
19 is an explanatory view showing a state in which a road surface reaction force is acting in the front view of the robot 1 shown in FIG. 1. FIG.

【図20】図18,図19の状態を平面的に示す説明図
である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a plan view of the state of FIGS. 18 and 19;

【図21】現在の時刻と次の時刻との間の腰の位置の移
動を平面的に示す説明図である。
FIG. 21 is a plan view illustrating movement of the waist position between the current time and the next time.

【図22】本制御装置の動作のうち、サーボ制御値決定
作業を示すフロー・チャートである。
FIG. 22 is a flowchart showing a servo control value determination operation in the operation of the control device.

【図23】この発明の第2実施例を示すフロー・チャー
トである。
FIG. 23 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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(軸) 12R,12L 股部のピッチ方向の関節(軸) 14R,14L 股部のロール方向の関節(軸) 16R,16L 膝部のピッチ方向の関節(軸) 18R,18L 足首部のピッチ方向の関節(軸) 20R,20L 足首部のロール方向の関節(軸) 22R,22L 足部 24 胴体部 26 制御ユニット 36 6軸力センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Legged mobile robot (biped robot) 2 Leg link 10R, 10L Leg rotation joint (axis) 12R, 12L Crotch pitch direction joint (axis) 14R, 14L Crotch roll direction joint (Axis) 16R, 16L Joint in the pitch direction of the knee (axis) 18R, 18L Joint in the pitch direction of the ankle (axis) 20R, 20L Joint in the roll direction of the ankle (axis) 22R, 22L Foot 24 Body 26 control unit 36 6-axis force sensor

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 5/00 B25J 9/10 G05D 3/12 305 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 5/00 B25J 9/10 G05D 3/12 305

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基体と、それに関節を介して連結される
と共に、それぞれ先端に関節を介して連結される足部を
備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボット
の歩行制御装置において、 a.少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位と重
の目標位置情報を含む時系列データを予め設定する設
定手段、 b.時刻tでの重心位置を算出し、前記時系列データの
時刻t+Δtでの重心位 置との差分を求め、前記求めた
差分に基づいて前記所定部位の位置の第1の 補正量を算
出する第1の補正量算出手段、 c.前記ロボットに接地面から作用する路面反力を検出
する路面反力検出手段、 d.前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定
する重心位置推定手段、 e.前記推定された重心位置と前記時系列データの目標
重心位置の差分を求め、 前記求めた差分に基づいて前記
所定部位の位置の第2の補正量を算出する第 2の補正量
算出手段、 f.前記算出された第1の補正量と第2の補正量に基づ
いて時刻t+Δtでの前 記所定部位の目標位置を算出す
る目標位置算出手段 .前記算出された目標位置に基づいて前記関節の目
度を算出する目標関節角度算出手段、 及び前記標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手
段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。
1. A base and connected to the base via a joint.
At the same time, the foot connected to the tip via a joint
A walking control device for a legged mobile robot comprising a plurality of leg links provided with : a. Predetermined site and heavy near the base of at least the robot
Setting means for presetting time-series data including target position information of the heart ; b. The position of the center of gravity at time t is calculated, and the time-series data
Obtains a difference between the center of gravity position location at time t + Δt, said demand
Calculating a first correction amount for the position of the predetermined part based on the difference;
First correction amount calculating means to be issued; c. Detects road surface reaction force acting on the robot from the ground contact surface
Road surface reaction force detecting means , d. Estimating the center of gravity based on the detected road surface reaction force
Center of gravity position estimating means to be executed , e. The estimated position of the center of gravity and the target of the time-series data
The difference of the position of the center of gravity is obtained, and based on the obtained difference,
A second correction amount for calculating a second correction amount at the position of the predetermined part
Calculating means , f. Based on the calculated first correction amount and second correction amount
To calculate the target position of the previous Symbol predetermined portion of the at time t + Δt to have
Target position calculating means , g . Goal of the joint on the basis of the calculated target position
Target joint angle calculating means for calculating angles, and h. Walk controller of a legged mobile robot is characterized in that example Bei a driving means for driving as much as possible the joint and the goals Angle.
【請求項2】 基体と、それに関節を介して連結される
と共に、それぞれ先端に関節を介して連結される足部を
備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボット
の歩行制御装置において、 少なくとも前記ロボットの基体付近の所定部位と重
心の目標位置情報を含む 時系列データを予め設定する設
定手段、 前記ロボットに接地面から作用する路面反力を検出
する路面反力検出手段前記検出された路面反力に基づいて重心位置を推定
する重心位置推定手段前記推定された重心位置と前記時系列データの目標
重心位置の差分を求め、 前記求めた差分に基づいて前記
所定部位の位置の補正量を算出する補正量算 出手段前記算出された補正量に基づいて時刻t+Δtでの
前記所定部位の目標位置 を算出する目標位置算出手段前記算出された目標位置に基づいて前記関節の目標
角度を算出する目標関節 角度算出手段、 及び 前記目標角度となるべく前記関節を駆動する駆動手
段、 を備えた ことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。
2. A base and connected to the base via a joint.
At the same time, the foot connected to the tip via a joint
Legged mobile robot with multiple leg links
In the walking control device of a . At least a predetermined part near the base of the robot
Setting to set in advance the time series data including the target position information of the heart
Setting means, b . Detects road surface reaction force acting on the robot from the ground contact surface
Road surface reaction force detecting means , c . Estimating the center of gravity based on the detected road surface reaction force
A center of gravity position estimating means for performing d . The estimated position of the center of gravity and the target of the time-series data
The difference of the position of the center of gravity is obtained, and based on the obtained difference,
Correction amount calculation detecting means for calculating a correction amount of the position of a given site, e. At time t + Δt based on the calculated correction amount,
Target position calculating means for calculating a target position of the predetermined part ; f . The target of the joint based on the calculated target position
Target joint angle calculating means for calculating an angle, and g . A driving hand for driving the joint to reach the target angle
Stage walk controller of a legged mobile robot comprising the.
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