JP3073306B2 - 脚式移動ロボットの歩行制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの歩行制御装置Info
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- JP3073306B2 JP3073306B2 JP04088112A JP8811292A JP3073306B2 JP 3073306 B2 JP3073306 B2 JP 3073306B2 JP 04088112 A JP04088112 A JP 04088112A JP 8811292 A JP8811292 A JP 8811292A JP 3073306 B2 JP3073306 B2 JP 3073306B2
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Description
【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進行方向など
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。
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進行方向など
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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項から３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
ロボットの重心と足部の目標位置情報を含む時系列デー
タを直進歩行について予め設定する設定手段（制御ユニ
ット２６，Ｓ１６）、前記直進歩行を変更すべき旨の指
令を入力する入力手段（ジョイスティック７０，制御ユ
ニット２６，Ｓ１８）、前記指令が入力されたとき、前
記時系列データを修正する時系列データ修正手段（制御
ユニット２６，Ｓ２０）、時刻ｔでの重心位置を算出
し、前記修正された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
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）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，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補正量に基
づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部位の目標
位置を算出する目標位置算出手段（制御ユニット２６，
Ｓ３０）、少なくとも前記算出された所定部位の目標位
置と前記修正された時系列データの足部の目標位置情報
に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した
姿勢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，Ｓ３２）、及び前記
算出された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２６，Ｓ３４）を備える如く構成し
た。請求項２項にあっては、基体２４と、それに関節１
０，１２，１４Ｒ，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
も前記ロボットの重心と足部の目標位置情報を含む時系
列データを直進歩行について予め設定する設定手段（制
御ユニット２６，Ｓ１６）、前記時系列データを変更す
べき旨の指令を入力する入力手段（ジ ョイスティック７
０，制御ユニット２６，Ｓ１８）、前記指令が入力され
たとき、前記時系列データを修正する時系列データ修正
手段（制御ユニット２６，Ｓ２０）、時刻ｔでの重心位
置を算出し、前記修正された時系列データの時刻ｔ＋Δ
ｔ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）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，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補
正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部
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，Ｓ３０）、少なくとも前記算出された所定部位
の目標位置と前記修正された時系列データの足部の目標
位置情報に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記
算出した姿勢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，Ｓ３２）、
及び前記算出された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２６，Ｓ３４）を備える如
く構成した。 請求項３項にあっては、基体２４と、それ
に関節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重心と足部の目標位置情報を
含む時系列データを直進歩行について予め設定する設定
手段（制御ユニット２６，Ｓ１６）、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）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２
６，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補正量に基づ
いて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部位の目標位
置を算出する目標位置算出手段（制御ユニット２６，Ｓ
３０）、少なくとも前記算出された所定部位の目標位置
と前記時系列データの足部の目標位置情報に基づいて前
記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した姿勢に基づい
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，Ｓ３２）、前記関節の修正目標角
度の指令を入力する入力手段（ジョイスティック７０，
制御ユニット２６）、前記指令が入力されたとき、前記
目標角度を修 正する修正手段（制御ユニット２６，Ｓ２
００）、及び前記修正された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２６，Ｓ３４）を
備える如く構成した。 尚、上記において、入力手段はジ
ョイスティック７０を含む外部入力手段および画像認識
結果などを全て含む意味で使用する。
ためにこの発明は請求項１項から３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
ロボットの重心と足部の目標位置情報を含む時系列デー
タを直進歩行について予め設定する設定手段（制御ユニ
ット２６，Ｓ１６）、前記直進歩行を変更すべき旨の指
令を入力する入力手段（ジョイスティック７０，制御ユ
ニット２６，Ｓ１８）、前記指令が入力されたとき、前
記時系列データを修正する時系列データ修正手段（制御
ユニット２６，Ｓ２０）、時刻ｔでの重心位置を算出
し、前記修正された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
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）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，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補正量に基
づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部位の目標
位置を算出する目標位置算出手段（制御ユニット２６，
Ｓ３０）、少なくとも前記算出された所定部位の目標位
置と前記修正された時系列データの足部の目標位置情報
に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した
姿勢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，Ｓ３２）、及び前記
算出された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２６，Ｓ３４）を備える如く構成し
た。請求項２項にあっては、基体２４と、それに関節１
０，１２，１４Ｒ，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
も前記ロボットの重心と足部の目標位置情報を含む時系
列データを直進歩行について予め設定する設定手段（制
御ユニット２６，Ｓ１６）、前記時系列データを変更す
べき旨の指令を入力する入力手段（ジ ョイスティック７
０，制御ユニット２６，Ｓ１８）、前記指令が入力され
たとき、前記時系列データを修正する時系列データ修正
手段（制御ユニット２６，Ｓ２０）、時刻ｔでの重心位
置を算出し、前記修正された時系列データの時刻ｔ＋Δ
ｔ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）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，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補
正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部
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，Ｓ３０）、少なくとも前記算出された所定部位
の目標位置と前記修正された時系列データの足部の目標
位置情報に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記
算出した姿勢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，Ｓ３２）、
及び前記算出された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２６，Ｓ３４）を備える如
く構成した。 請求項３項にあっては、基体２４と、それ
に関節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重心と足部の目標位置情報を
含む時系列データを直進歩行について予め設定する設定
手段（制御ユニット２６，Ｓ１６）、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）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２
６，Ｓ２４からＳ２８）、前記算出された補正量に基づ
いて時刻ｔ＋Δｔでの前記基体付近の所定部位の目標位
置を算出する目標位置算出手段（制御ユニット２６，Ｓ
３０）、少なくとも前記算出された所定部位の目標位置
と前記時系列データの足部の目標位置情報に基づいて前
記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した姿勢に基づい
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，Ｓ３２）、前記関節の修正目標角
度の指令を入力する入力手段（ジョイスティック７０，
制御ユニット２６）、前記指令が入力されたとき、前記
目標角度を修 正する修正手段（制御ユニット２６，Ｓ２
００）、及び前記修正された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２６，Ｓ３４）を
備える如く構成した。 尚、上記において、入力手段はジ
ョイスティック７０を含む外部入力手段および画像認識
結果などを全て含む意味で使用する。
【０００６】
【作用】指令に応じて時系列データを修正し、修正され
た時系列データなどに基づいて所定部位の目標位置を算
出すると共に、少なくとも算出された所定部位の目標位
置と時系列データの足部の目標位置情報に基づいて、ロ
ボットの姿勢、さらには目標関節角度を算出するように
したので、直進歩行の途中において任意に歩容を変更
し、旋回などを行うことができる。また、予め時系列デ
ータを設定しておくことから、軽量、小型のコンピュー
タを用いても、この制御を容易に実現することができ
る。
た時系列データなどに基づいて所定部位の目標位置を算
出すると共に、少なくとも算出された所定部位の目標位
置と時系列データの足部の目標位置情報に基づいて、ロ
ボットの姿勢、さらには目標関節角度を算出するように
したので、直進歩行の途中において任意に歩容を変更
し、旋回などを行うことができる。また、予め時系列デ
ータを設定しておくことから、軽量、小型のコンピュー
タを用いても、この制御を容易に実現することができ
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１１】続いて、この制御装置の動作を説明する。
【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
ンとしては直進歩行を前提とし、そのときの重心位置、
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。重心位置Ｇは図４に
示す如く絶対座標空間におけるｘ，ｙ，ｚ軸上の値がＧ
x,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、この明細書では理解の便宜のた
めｚ軸上の値は問わないものとした。各足部２２Ｒ，Ｌ
の位置Ｒx,Ｒy,Ｒz,Ｌx,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θRZ, θLZも図７と図８に示す如く
ｘ−ｙ平面上で設定されており、各足部の傾きθRX, θ
RY, θLX, θLYも図６などに個別に示す如く設定されて
いる。次いでＳ１８に進み、進行方向、進路などを入力
し、Ｓ２０に進んで歩行パターンの修正がなされたとき
は、修正する。尚、これについては後述する。続いて、
Ｓ２２に進み、現在の時刻ｔ（ｎ）、即ち腰の位置を動
かさない場合の関節角を計算する。
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
ンとしては直進歩行を前提とし、そのときの重心位置、
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。重心位置Ｇは図４に
示す如く絶対座標空間におけるｘ，ｙ，ｚ軸上の値がＧ
x,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、この明細書では理解の便宜のた
めｚ軸上の値は問わないものとした。各足部２２Ｒ，Ｌ
の位置Ｒx,Ｒy,Ｒz,Ｌx,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θRZ, θLZも図７と図８に示す如く
ｘ−ｙ平面上で設定されており、各足部の傾きθRX, θ
RY, θLX, θLYも図６などに個別に示す如く設定されて
いる。次いでＳ１８に進み、進行方向、進路などを入力
し、Ｓ２０に進んで歩行パターンの修正がなされたとき
は、修正する。尚、これについては後述する。続いて、
Ｓ２２に進み、現在の時刻ｔ（ｎ）、即ち腰の位置を動
かさない場合の関節角を計算する。
【００１３】ここでこの制御を概括すると、この制御に
おいては今述べた様に、歩行パターンは関節角やリンク
角ではなく、それより上位概念の位置情報で設定されて
いる。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。
おいては今述べた様に、歩行パターンは関節角やリンク
角ではなく、それより上位概念の位置情報で設定されて
いる。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。
【００１４】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４０，４２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、前後方向と
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。
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４０，４２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、前後方向と
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。
【００１５】従って、Ｓ２２においては斯るパラメータ
を決定し、現在時刻ｔ（ｎ）における関節角を算出す
る。図１２などにｘ−ｚ，ｙ−ｚ平面におけるその算出
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１
３）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。
を決定し、現在時刻ｔ（ｎ）における関節角を算出す
る。図１２などにｘ−ｚ，ｙ−ｚ平面におけるその算出
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１
３）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。
【００１６】図３フロー・チャートに戻ると、次いでＳ
２４に進んで現在時刻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
在の時刻に図１５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在の状態と
したままで、その重心位置Ｇｘａ，Ｇｙａを計算し、Ｓ
２６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，Ｇｙａとの偏差ｄＧｘ，ｄＧｙを図１６に示
す様に計算し、Ｓ２８に進んでその偏差に所定の係数ｋ
ｘ，ｋｙを乗じて腰の位置の移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙ
を計算する。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。続いて、Ｓ３０に進んで現在の時刻
ｔ（ｎ）の腰の位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）にＳ２８で
算出した移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙを加算して次の時刻
ｔ（ｎ＋１）の腰の位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃｙ（ｎ＋
１）を計算する。尚、姿勢を決定する上で中核となる腰
の位置がこの様に決定したことから、足部などの残余の
位置は歩行パターン中の設定データをそのまま乃至は適
宜修正することで容易に決定することができる。
２４に進んで現在時刻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
在の時刻に図１５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在の状態と
したままで、その重心位置Ｇｘａ，Ｇｙａを計算し、Ｓ
２６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，Ｇｙａとの偏差ｄＧｘ，ｄＧｙを図１６に示
す様に計算し、Ｓ２８に進んでその偏差に所定の係数ｋ
ｘ，ｋｙを乗じて腰の位置の移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙ
を計算する。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。続いて、Ｓ３０に進んで現在の時刻
ｔ（ｎ）の腰の位置Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ）にＳ２８で
算出した移動補正量ｄＣｘ，ｄＣｙを加算して次の時刻
ｔ（ｎ＋１）の腰の位置Ｃｘ（ｎ＋１），Ｃｙ（ｎ＋
１）を計算する。尚、姿勢を決定する上で中核となる腰
の位置がこの様に決定したことから、足部などの残余の
位置は歩行パターン中の設定データをそのまま乃至は適
宜修正することで容易に決定することができる。
【００１７】続いてＳ３２に進み、決定された姿勢に基
づいて関節角を算出し、Ｓ３４で算出値に基づいて関節
角指令値を決定してＲＡＭ５４に送出し、Ｓ３６で時刻
ｔをΔｔ更新して次の時刻ｔ（ｎ＋１）とし、Ｓ１２に
戻ってそこ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Ｓ１６に進んで更新された次の時
刻ｔ（ｎ＋１）について今述べたと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Ｓ３８に
進んで必要な後処理をしてプログラムを終了する。
づいて関節角を算出し、Ｓ３４で算出値に基づいて関節
角指令値を決定してＲＡＭ５４に送出し、Ｓ３６で時刻
ｔをΔｔ更新して次の時刻ｔ（ｎ＋１）とし、Ｓ１２に
戻ってそこ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Ｓ１６に進んで更新された次の時
刻ｔ（ｎ＋１）について今述べたと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Ｓ３８に
進んで必要な後処理をしてプログラムを終了する。
【００１８】ここでＳ２０で歩行パターンの修正が指令
されたとする。この実施例において、歩行パターンの修
正は、前記したジョイスティック７０を通じて、図１８
に示す様に半径ｒで左（右）に曲がる様に指令すること
で行う。そして、その様な指令がなされたとすると、前
記したマイクロ・コンピュータにおいて第１の演算装置
６０は、Ｓ１６で読み込んだ歩行パターンに基づき、図
１８の下部に示す様な座標変換を行って歩行パターンを
修正する（図においてダッシュを付したものは座標変換
後の位置、即ち修正後の位置を示す。尚、ダッシュを付
したものが座標変換後の値を示すのは、他の図において
も同じ）。次いで、Ｓ２２以下に進んで先に述べた手順
で修正された歩行パターンに従って、関節角を計算して
その指令値をＲＡＭ５４に送出する。
されたとする。この実施例において、歩行パターンの修
正は、前記したジョイスティック７０を通じて、図１８
に示す様に半径ｒで左（右）に曲がる様に指令すること
で行う。そして、その様な指令がなされたとすると、前
記したマイクロ・コンピュータにおいて第１の演算装置
６０は、Ｓ１６で読み込んだ歩行パターンに基づき、図
１８の下部に示す様な座標変換を行って歩行パターンを
修正する（図においてダッシュを付したものは座標変換
後の位置、即ち修正後の位置を示す。尚、ダッシュを付
したものが座標変換後の値を示すのは、他の図において
も同じ）。次いで、Ｓ２２以下に進んで先に述べた手順
で修正された歩行パターンに従って、関節角を計算して
その指令値をＲＡＭ５４に送出する。
【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１９フロー・チャートを参照して説明
する。
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１９フロー・チャートを参照して説明
する。
【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。
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。
【００２１】この実施例は上記の如く構成したので、例
えば予め設定された直進歩行の中途で、半径ｒで左に曲
がる様に指示して、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直進歩行を前提として重
心位置、足部の位置などを設定しておき、歩行の状態に
応じて姿勢を決定しつつ関節角をリアルタイムに算出し
て関節を駆動する様にしたので、小型、軽量のコンピュ
ータを用いて歩容を必要に応じて任意に変更することが
できる。
えば予め設定された直進歩行の中途で、半径ｒで左に曲
がる様に指示して、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直進歩行を前提として重
心位置、足部の位置などを設定しておき、歩行の状態に
応じて姿勢を決定しつつ関節角をリアルタイムに算出し
て関節を駆動する様にしたので、小型、軽量のコンピュ
ータを用いて歩容を必要に応じて任意に変更することが
できる。
【００２２】図２０はこの発明の第２の実施例を示す説
明図である（先に図１０で説明した左足側の腰関節角の
ｚ軸回りの成分Ｌ1zを、図２０においてはθＬ1zと表
す）。この例の場合には進行方向を変更するのではな
く、同図に示す様に片脚（左脚）の位置を距離Ａだけ左
方に横移動させる様にした。図示の場合には左の足部の
位置ＬｙにΔｙだけ加算して行う。具体的にはΔｙの特
性を図２１に示す様に設定し、左脚支持期から両足支持
期を経て右脚支持期に至る間に経時的に図２２に示す特
性に従って角度を徐々に修正する。残余の部位の位置は
そのままとする。尚、図２１（図２２）に示したΔｙ
（Δθｘ）の特性は予め設定しておいても良く、あるい
は歩容変更時にリアルタイムに算出しても良い。またこ
れらの特性を図示の如く３次関数で示したが、２次関数
などを用いても良い。
明図である（先に図１０で説明した左足側の腰関節角の
ｚ軸回りの成分Ｌ1zを、図２０においてはθＬ1zと表
す）。この例の場合には進行方向を変更するのではな
く、同図に示す様に片脚（左脚）の位置を距離Ａだけ左
方に横移動させる様にした。図示の場合には左の足部の
位置ＬｙにΔｙだけ加算して行う。具体的にはΔｙの特
性を図２１に示す様に設定し、左脚支持期から両足支持
期を経て右脚支持期に至る間に経時的に図２２に示す特
性に従って角度を徐々に修正する。残余の部位の位置は
そのままとする。尚、図２１（図２２）に示したΔｙ
（Δθｘ）の特性は予め設定しておいても良く、あるい
は歩容変更時にリアルタイムに算出しても良い。またこ
れらの特性を図示の如く３次関数で示したが、２次関数
などを用いても良い。
【００２３】図２３ないし図２５はこの発明の第３の実
施例を示しており、位置に代えて角度を用いて修正する
様にした。即ち図２３の要部フロー・チャートに示す様
に、図３フロー・チャートのＳ３２の後にＳ２００を挿
入し、そこで関節角を修正する様にした。即ち、この実
施例においては図２４に示す様に、ジョイステック７０
を通じて曲がる方向と角度θとを入力し、支持している
側の脚部リンクを回旋する関節１０（図示例の場合は１
０Ｌ）のみを角度θだけ指示された方向に駆動する。図
示のとおり、これによりロボットは指示された方向に角
度θだけ向きを変える（図中、θRZは曲がる前の足部の
向き、θRZ′は曲がった後の足部の向きを表す）。具体
的には、図２５に示す特性に従って、関節１０Ｌの関節
角を微小量Δθづつ経時的に駆動する様にした（尚、前
述の図２０におけると同じく、本図においても先に図１
０で説明した左足側の腰関節角のｚ軸回りの成分Ｌ1z
を、図２５においてはθＬ1zと表す）。
施例を示しており、位置に代えて角度を用いて修正する
様にした。即ち図２３の要部フロー・チャートに示す様
に、図３フロー・チャートのＳ３２の後にＳ２００を挿
入し、そこで関節角を修正する様にした。即ち、この実
施例においては図２４に示す様に、ジョイステック７０
を通じて曲がる方向と角度θとを入力し、支持している
側の脚部リンクを回旋する関節１０（図示例の場合は１
０Ｌ）のみを角度θだけ指示された方向に駆動する。図
示のとおり、これによりロボットは指示された方向に角
度θだけ向きを変える（図中、θRZは曲がる前の足部の
向き、θRZ′は曲がった後の足部の向きを表す）。具体
的には、図２５に示す特性に従って、関節１０Ｌの関節
角を微小量Δθづつ経時的に駆動する様にした（尚、前
述の図２０におけると同じく、本図においても先に図１
０で説明した左足側の腰関節角のｚ軸回りの成分Ｌ1z
を、図２５においてはθＬ1zと表す）。
【００２４】この第３実施例においては、修正する関節
が１０Ｒ（Ｌ）のみであるので、第１実施例に比較して
簡略に進路を変更することができる。また、この第３実
施例においては関節角を修正することから、歩行パター
ンを関節角で設定する手法にも応用可能である。尚、図
２５に示すΔθの特性については第２実施例で述べたと
同様のことが妥当する。
が１０Ｒ（Ｌ）のみであるので、第１実施例に比較して
簡略に進路を変更することができる。また、この第３実
施例においては関節角を修正することから、歩行パター
ンを関節角で設定する手法にも応用可能である。尚、図
２５に示すΔθの特性については第２実施例で述べたと
同様のことが妥当する。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
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。
【００２７】
【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重心と足部の目標位置情報を含む
時系列データを直進歩行について予め設定する設定手
段、前記直進歩行を変更すべき旨の指令を入力する入力
手段、前記指令が入力されたとき、前記時系列データを
修正する時系列データ修正手段、時刻ｔでの重心位置を
算出し、前記修正された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）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での前記基体付近の所定部位の目
標位置を算出する目標位置算出手段、少なくとも前記算
出された所定部位の目標位置と前記修正された時系列デ
ータの足部の目標位置情報に基づいて前記ロボットの姿
勢を算出し、前記算出した姿勢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、及び前記算出
された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。また、請求項２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重心と足部の目標
位置情報を含む時系列データを直進歩行について予め設
定する設定手段、前記時系列データを変更すべき旨の指
令を入力する入力手段、前記指令が入力されたとき、前
記時系列データを修正する時系列データ修正手段、時刻
ｔでの重心位置を算出し、前記修正された時系列データ
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）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での前記基体付
近の所定部位の目標位置を算出する目標位置算出手段、
少なくとも前記算出された所定部位の目標位置と前記修
正された時系列データの足部の目標位 置情報に基づいて
前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した姿勢に基づ
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、及び前記算出された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。 また、請求項
３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
重心と足部の目標位置情報を含む時系列データを直進歩
行について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）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での前記基体付近の所定部位の目標位置を
算出する目標位置算出手段、少なくとも前記算出された
所定部位の目標位置と前記時系列データの足部の目標位
置情報に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算
出した姿勢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、前記関節の修正目標角度の指令を
入力する入力手段、前記指令が入力されたとき、前記目
標角度を修正する修正手段、及び前記修正された目標角
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。
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重心と足部の目標位置情報を含む
時系列データを直進歩行について予め設定する設定手
段、前記直進歩行を変更すべき旨の指令を入力する入力
手段、前記指令が入力されたとき、前記時系列データを
修正する時系列データ修正手段、時刻ｔでの重心位置を
算出し、前記修正された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）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での前記基体付近の所定部位の目
標位置を算出する目標位置算出手段、少なくとも前記算
出された所定部位の目標位置と前記修正された時系列デ
ータの足部の目標位置情報に基づいて前記ロボットの姿
勢を算出し、前記算出した姿勢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、及び前記算出
された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。また、請求項２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重心と足部の目標
位置情報を含む時系列データを直進歩行について予め設
定する設定手段、前記時系列データを変更すべき旨の指
令を入力する入力手段、前記指令が入力されたとき、前
記時系列データを修正する時系列データ修正手段、時刻
ｔでの重心位置を算出し、前記修正された時系列データ
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）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での前記基体付
近の所定部位の目標位置を算出する目標位置算出手段、
少なくとも前記算出された所定部位の目標位置と前記修
正された時系列データの足部の目標位 置情報に基づいて
前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出した姿勢に基づ
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、及び前記算出された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。 また、請求項
３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
重心と足部の目標位置情報を含む時系列データを直進歩
行について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）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での前記基体付近の所定部位の目標位置を
算出する目標位置算出手段、少なくとも前記算出された
所定部位の目標位置と前記時系列データの足部の目標位
置情報に基づいて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算
出した姿勢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、前記関節の修正目標角度の指令を
入力する入力手段、前記指令が入力されたとき、前記目
標角度を修正する修正手段、及び前記修正された目標角
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。
【００２８】上記の如く構成したので、小型、軽量のコ
ンピュータを用いて容易に実現することができる。ま
た、歩行パターンが関節角で設定されているものであ
れ、その上位概念の位置などで設定されているものであ
れ、歩行の中途で任意に歩容を変更して所望の方向に曲
がるように制御することができる。
ンピュータを用いて容易に実現することができる。ま
た、歩行パターンが関節角で設定されているものであ
れ、その上位概念の位置などで設定されているものであ
れ、歩行の中途で任意に歩容を変更して所望の方向に曲
がるように制御することができる。
【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。
置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。
る。
【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。
業を示すフロー・チャートである。
【図４】絶対座標空間上の重心位置を示す説明図であ
る。
る。
【図５】ｘ−ｙ平面上で足部の位置を示す説明図であ
る。
る。
【図６】ｘ−ｚ，ｙ−ｚ平面上で足部の位置を示す説明
図である。
図である。
【図７】ｘ−ｙ平面上で上体と足部の向きを示す説明図
である。
である。
【図８】同様にｘ−ｙ平面上で足部の向きを示す説明図
である。
である。
【図９】同様にｘ−ｚ空間で足部の傾きを示す説明図で
ある。
ある。
【図１０】腰の位置等を示す説明図である。
【図１１】上体の傾き等を示す説明図である。
【図１２】ｘ−ｚ平面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。
する手法を示す説明図である。
【図１３】同様にｘ−ｚ平面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。
角を算出する手法を示す説明図である。
【図１４】ｙ−ｚ平面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。
する手法を示す説明図である。
【図１５】ｘ−ｙ平面での腰と重心の移動経過を示す説
明図である。
明図である。
【図１６】図１５と同様にｘ−ｙ平面での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
動経過を示す説明図である。
【図１７】図１５と同様にｘ−ｙ平面での腰と重心の移
動経過を示す説明図である。
動経過を示す説明図である。
【図１８】直進歩行時に半径ｒで左に曲がる状態を示す
説明図である。
説明図である。
【図１９】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。
作業を示すフロー・チャートである。
【図２０】この発明の第２の実施例を示し、直進歩行時
に片側の足部の位置を横方向に移動させる歩容の変更例
を示す説明図である。
に片側の足部の位置を横方向に移動させる歩容の変更例
を示す説明図である。
【図２１】図２０の歩容の変更例における位置修正単位
量Δｙの特性を示す説明図である。
量Δｙの特性を示す説明図である。
【図２２】図２０の歩容の変更例における角度修正単位
量Δθの特性を示す説明図である。
量Δθの特性を示す説明図である。
【図２３】この発明の第３の実施例を示す図３フロー・
チャートに類似する要部フロー・チャートである。
チャートに類似する要部フロー・チャートである。
【図２４】第３の実施例の歩容の変更例を示す説明図で
ある。
ある。
【図２５】図２３の歩容の変更例における角度修正単位
量Δθの特性を示す説明図である。
量Δθの特性を示す説明図である。
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
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−32582（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−294190（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−122585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150176（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 5/00 B25J 9/10 G05D 3/12 305
Claims (3)
- 【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重心と足部の目標位置情
報を含む時系列データを直進歩行について予め設定する
設定手段、 ｂ．前記直進歩行を変更すべき旨の指令を入力する入力
手段、 ｃ．前記指令が入力されたとき、前記時系列データを修
正する時系列データ修正 手段、 ｄ．時刻ｔでの重心位置を算出し、前記修正された時系
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基体付近の所 定部位の位
置の補正量を算出する補正量算出手段、 ｅ．前記算出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの
前記基体付近の所定部位 の目標位置を算出する目標位置
算出手段、 ｆ ．少なくとも前記算出された所定部位の目標位置と前
記修正された時系列デー タの足部の目標位置情報に基づ
いて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出 した姿勢に
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ｇ ．前記算出された目標角度となるべく前記関節を駆動
する駆動手段、 を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。 - 【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、 ａ．少なくとも前記ロボットの重心と足部の目標位置情
報を含む時系列データを 直進歩行について予め設定する
設定手段、 ｂ．前記時系列データを変更すべき旨の指令を入力する
入力手段、 ｃ ．前記指令が入力されたとき、前記時系列データを修
正する時系列データ修正 手段、 ｄ ．時刻ｔでの重心位置を算出し、前記修正された時系
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基体付近の所 定部位の位
置の補正量を算出する補正量算出手段、 ｅ ．前記算出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの
前記基体付近の所定部位 の目標位置を算出する目標位置
算出手段、 ｆ ．少なくとも前記算出された所定部位の目標位置と前
記修正された時系列デー タの足部の目標位置情報に基づ
いて前記ロボットの姿勢を算出し、前記算出 した姿勢に
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ｇ ．前記算出された目標角度となるべく前記関節を駆動
する駆動手段、 を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。 - 【請求項３】 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重心と足部の目標位置情
報を含む時系列データを 直進歩行について予め設定する
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基体付近の所定部位の位 置の補正量
を算出する補正量算出手段、 ｃ ．前記算出された補正量に基づいて時刻ｔ＋Δｔでの
前記基体付近の所定部位 の目標位置を算出する目標位置
算出手段、 ｄ ．少なくとも前記算出された所定部位の目標位置と前
記時系列データの足部の 目標位置情報に基づいて前記ロ
ボットの姿勢を算出し、前記算出した姿勢に 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、 ｅ ．前記関節の修正目標角度の指令を入力する入力手
段、 ｆ ．前記指令が入力されたとき、前記目標角度を修正す
る修正手段、 及び ｇ ．前記修正された目標角度となるべく前記関節を駆動
する駆動手段、 を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04088112A JP3073306B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
| US08/029,451 US5337235A (en) | 1992-03-12 | 1993-03-11 | Locomotion control system for legged mobiled robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04088112A JP3073306B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05253868A JPH05253868A (ja) | 1993-10-05 |
| JP3073306B2 true JP3073306B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=13933805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04088112A Expired - Lifetime JP3073306B2 (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3073306B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100709556B1 (ko) * | 2005-10-19 | 2007-04-20 | 한국과학기술연구원 | 인간형 로봇의 보행 제어 방법 |
| JP2013230524A (ja) * | 2012-04-27 | 2013-11-14 | Vstone Kk | 二足歩行ロボット |
-
1992
- 1992-03-12 JP JP04088112A patent/JP3073306B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05253868A (ja) | 1993-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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