JP3148810B2 - 脚式移動ロボットの制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの制御装置Info
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- JP3148810B2 JP3148810B2 JP33782391A JP33782391A JP3148810B2 JP 3148810 B2 JP3148810 B2 JP 3148810B2 JP 33782391 A JP33782391 A JP 33782391A JP 33782391 A JP33782391 A JP 33782391A JP 3148810 B2 JP3148810 B2 JP 3148810B2
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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の制
御装置に関し、より具体的には２足歩行などの脚式移動
ロボットの脚部リンク機構の関節に変速機構を設け、負
荷に応じてその変速比を制御する様にしたものに関す
る。
御装置に関し、より具体的には２足歩行などの脚式移動
ロボットの脚部リンク機構の関節に変速機構を設け、負
荷に応じてその変速比を制御する様にしたものに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ロボット、特に自律型の２足歩行などの
脚式移動ロボットは特開昭６２─９７００５号公報など
において提案されており、本出願人も先に特開平３─１
８４７８２号（特願平１─３２４２１８号）公報などに
おいて同種のものを提案している。
脚式移動ロボットは特開昭６２─９７００５号公報など
において提案されており、本出願人も先に特開平３─１
８４７８２号（特願平１─３２４２１８号）公報などに
おいて同種のものを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ロボット、
特に上記した２足歩行の脚式移動ロボットにおいては基
体と２本の脚部リンク機構とを備え、歩行の際には電動
モータないしは油圧モータなどの駆動手段で関節を駆動
しつつ２本の脚部リンク機構を交互に前方に駆動し、交
互に自重を支持させつつ歩行することになる。この歩行
の状態は目的に応じて種々であり、例えば速く歩行す
る、荷物を積載して歩行する、階段を昇降する、斜面を
歩行することなどが予定される。この様なときには負荷
に応じて駆動手段の駆動速度を変えれば良いが、移動型
のロボットにあっては積載する駆動手段の容量から限界
がある。また移動速度を上げるためには例えば遊脚と支
持脚とで進行方向の駆動速度を変えることが考えられる
が、それとても駆動手段自体で対処することには限界が
ある。
特に上記した２足歩行の脚式移動ロボットにおいては基
体と２本の脚部リンク機構とを備え、歩行の際には電動
モータないしは油圧モータなどの駆動手段で関節を駆動
しつつ２本の脚部リンク機構を交互に前方に駆動し、交
互に自重を支持させつつ歩行することになる。この歩行
の状態は目的に応じて種々であり、例えば速く歩行す
る、荷物を積載して歩行する、階段を昇降する、斜面を
歩行することなどが予定される。この様なときには負荷
に応じて駆動手段の駆動速度を変えれば良いが、移動型
のロボットにあっては積載する駆動手段の容量から限界
がある。また移動速度を上げるためには例えば遊脚と支
持脚とで進行方向の駆動速度を変えることが考えられる
が、それとても駆動手段自体で対処することには限界が
ある。
【０００４】従って、この発明の目的は上記した課題を
解決することにあり、ロボットの関節駆動手段の出力を
任意に変速することができる様にした脚式移動ロボット
を提供することを目的とする。
解決することにあり、ロボットの関節駆動手段の出力を
任意に変速することができる様にした脚式移動ロボット
を提供することを目的とする。
【０００５】更には、ロボットの関節駆動手段の出力を
任意に変速することができる様にすると共に、その変速
比を負荷に応じて制御する様にした脚式移動ロボットの
制御装置を提供することを目的とする。
任意に変速することができる様にすると共に、その変速
比を負荷に応じて制御する様にした脚式移動ロボットの
制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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項に示す如く、基体と、それ
に関節を介して連結される脚部リンク機構とを有してな
る脚式移動ロボットの制御装置において、前記ロボット
の関節を駆動する駆動手段、前記駆動手段の出力を変速
する変速手段、前記脚部リンク機構が遊脚状態にあるか
否かに応じて前記脚部リンク機構に加わる負荷を判定す
る負荷判定手段、及び前記判定された負荷に応じて前記
変速手段の変速比を決定する変速比決定手段、を備える
如く構成した。
ためにこの発明は請求項１項に示す如く、基体と、それ
に関節を介して連結される脚部リンク機構とを有してな
る脚式移動ロボットの制御装置において、前記ロボット
の関節を駆動する駆動手段、前記駆動手段の出力を変速
する変速手段、前記脚部リンク機構が遊脚状態にあるか
否かに応じて前記脚部リンク機構に加わる負荷を判定す
る負荷判定手段、及び前記判定された負荷に応じて前記
変速手段の変速比を決定する変速比決定手段、を備える
如く構成した。
【０００７】
【作用】ロボットの関節を駆動する駆動手段の出力を変
速する変速手段を設け、脚部リンク機構が遊脚状態にあ
るか否かに応じて変速比を変える如く構成したことか
ら、ロボットの駆動手段の出力を任意に変速することが
できると共に、ロボットの負荷状態に応じた歩行が可能
になる。
速する変速手段を設け、脚部リンク機構が遊脚状態にあ
るか否かに応じて変速比を変える如く構成したことか
ら、ロボットの駆動手段の出力を任意に変速することが
できると共に、ロボットの負荷状態に応じた歩行が可能
になる。
【０００８】
【実施例】以下、２足歩行の脚式移動ロボットを例にと
って、この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置の実
施例を説明する。図１はその全体概略図であり、ロボッ
ト１は左右それぞれの脚部に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）、腰の進行方向（Ｘ
方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同左右方向（Ｙ方
向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部の進行方向の関
節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部の進行方向の関節
（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同左右方向の関節（軸）２０
Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部２２Ｒ，２
２Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部（基体）２
４が設けられ、その内部には制御ユニット２６が格納さ
れる。
って、この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置の実
施例を説明する。図１はその全体概略図であり、ロボッ
ト１は左右それぞれの脚部に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）、腰の進行方向（Ｘ
方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同左右方向（Ｙ方
向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部の進行方向の関
節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部の進行方向の関節
（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同左右方向の関節（軸）２０
Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部２２Ｒ，２
２Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部（基体）２
４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】上記において股関節は関節（軸）１０Ｒ
（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、ま
た足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）か
ら構成されると共に、脚部リンク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。尚、股関節と膝関節との間は大腿リンク２８Ｒ，２
８Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３０Ｒ，３
０Ｌで連結される。また、足首部には公知の６軸力セン
サ３６が設けられ、足部を介してロボットに伝達される
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力成分Ｆｘ，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（足裏）の四隅には公知の接地スイッ
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。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。
（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、ま
た足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）か
ら構成されると共に、脚部リンク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。尚、股関節と膝関節との間は大腿リンク２８Ｒ，２
８Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３０Ｒ，３
０Ｌで連結される。また、足首部には公知の６軸力セン
サ３６が設けられ、足部を介してロボットに伝達される
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力成分Ｆｘ，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（足裏）の四隅には公知の接地スイッ
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。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１に示すロボット１において特徴的なこ
とは膝関節１６Ｒ，Ｌに変速機構４４が配置され、制御
ユニット２６の指令に応じて変速比を可変にしたことで
あり、以下図２ないし図６を参照してその変速機構４４
を説明する（尚、脚部リンク機構は左右対称であるた
め、以下の説明ではＲ，Ｌを省く）。
とは膝関節１６Ｒ，Ｌに変速機構４４が配置され、制御
ユニット２６の指令に応じて変速比を可変にしたことで
あり、以下図２ないし図６を参照してその変速機構４４
を説明する（尚、脚部リンク機構は左右対称であるた
め、以下の説明ではＲ，Ｌを省く）。
【００１１】図２は大腿リンク２８と下腿リンク３０
（下部に破線で示す）とを連結する膝関節１６を全体的
に示す説明断面図である。変速機構４４は変速機４６と
ボールネジ機構４８と駆動モータ５０とで構成される。
大腿リンク２８の上部に配置された電動モータ５２の出
力は変速機４６で２種の変速比（電動モータ出力：変速
機出力＝１：１または１：０．５）のいずれかに変速さ
れ、その出力はプーリ５４とベルト５６とを介して下方
の膝関節１６に送られる。膝関節１６において送られた
変速機出力は公知のハーモニック減速機（商品名）５８
に入力され、その出力の一方は大腿リンク２８に伝えら
れると共に、他方は下腿リンク３０に伝えられ、膝関節
（軸）１６を中心に大腿リンク２８と下腿リンク３０と
を同図において紙面の前後方向に相対的に回動させる。
また電動モータ５２の回転量は、エンコーダ６０で検出
される。ここで電動モータ５２を大腿リンク２８の上
部、即ち、胴体部（基体）２４に接近する位置に配置し
たのは、膝関節以下の脚部リンク機構の慣性質量を低減
させるためである。
（下部に破線で示す）とを連結する膝関節１６を全体的
に示す説明断面図である。変速機構４４は変速機４６と
ボールネジ機構４８と駆動モータ５０とで構成される。
大腿リンク２８の上部に配置された電動モータ５２の出
力は変速機４６で２種の変速比（電動モータ出力：変速
機出力＝１：１または１：０．５）のいずれかに変速さ
れ、その出力はプーリ５４とベルト５６とを介して下方
の膝関節１６に送られる。膝関節１６において送られた
変速機出力は公知のハーモニック減速機（商品名）５８
に入力され、その出力の一方は大腿リンク２８に伝えら
れると共に、他方は下腿リンク３０に伝えられ、膝関節
（軸）１６を中心に大腿リンク２８と下腿リンク３０と
を同図において紙面の前後方向に相対的に回動させる。
また電動モータ５２の回転量は、エンコーダ６０で検出
される。ここで電動モータ５２を大腿リンク２８の上
部、即ち、胴体部（基体）２４に接近する位置に配置し
たのは、膝関節以下の脚部リンク機構の慣性質量を低減
させるためである。
【００１２】図３は変速機４６を詳細に示す図２の要部
拡大図である。電動モータ５２の出力軸６２にはボルト
６４を介してドライブギヤ６６が取着される。ドライブ
ギヤ６６には第１のギヤ列６６ａと第２のギヤ列６６ｂ
とが一体的に形成される。また電動モータ出力軸６２と
平行に変速機出力軸７０が配置されており、その軸上に
は第１のドリブンギヤ７２と、第２のドリブンギヤ７４
とが独立にかつ軸７０に対してそれぞれ回転自在に配置
される。第１のドリブンギヤ７２には第３のギヤ列７２
ａが一体的に形成されており、第３のギヤ列７２ａは前
記第１のギヤ列６６ａと同一の歯数を備え、それと噛合
する。また第２のドリブンギヤ７４には第４のギヤ列７
４ａが一体的に形成されており、第４のギヤ列７４ａは
前記第２のギヤ列６６ｂの２倍の歯数を備え、それと噛
合する。
拡大図である。電動モータ５２の出力軸６２にはボルト
６４を介してドライブギヤ６６が取着される。ドライブ
ギヤ６６には第１のギヤ列６６ａと第２のギヤ列６６ｂ
とが一体的に形成される。また電動モータ出力軸６２と
平行に変速機出力軸７０が配置されており、その軸上に
は第１のドリブンギヤ７２と、第２のドリブンギヤ７４
とが独立にかつ軸７０に対してそれぞれ回転自在に配置
される。第１のドリブンギヤ７２には第３のギヤ列７２
ａが一体的に形成されており、第３のギヤ列７２ａは前
記第１のギヤ列６６ａと同一の歯数を備え、それと噛合
する。また第２のドリブンギヤ７４には第４のギヤ列７
４ａが一体的に形成されており、第４のギヤ列７４ａは
前記第２のギヤ列６６ｂの２倍の歯数を備え、それと噛
合する。
【００１３】図４に良く示す如く、変速機出力軸７０の
内部は空洞にされると共に、その左端（図において）近
くにおいて長孔７０ａが穿設され、そこにキー７６が直
交する様に介挿される。また第１、第２のドリブンギヤ
７２，７４においてキー７６と対向する面には、キー７
６を収容するキー溝７２ｂが穿設される（図には第１の
ドリブンギヤ７２のキー溝７２ｂのみを示す）。そして
変速機出力軸７０の内部においてキー７６の左端側には
スプリング８０が配置されていてキー７６を右方に付勢
すると共に、図において右端側には変速棒８２が挿入さ
れ、変速棒８２は押し込まれたとき、キー７６を左方に
付勢する。従って、変速棒８２が図において左方に押し
込まれたとき、電動モータ出力は変速機出力軸７０か
ら、ドライブギヤ６６、第１ドリブンギヤ７２、キー７
６を通じて変速なし（変速比＝１：１）として取り出さ
れ、変速棒８２が右方に後退したときは、ドライブギヤ
６６、第２ドリブンギヤ７４、キー７６を通じて半減速
（変速比＝１：０．５）されて取り出される。ここで、
変速棒８２には前記の如く公知のボールネジ機構４８が
接続されており、ボールネジ機構４８は変速ユニット２
６の指令を受けて駆動する駆動モータ５０の出力を得て
変速棒８２を進退させ、変速比を上記したいずれかに制
御する。変速された出力は前記の如くプーリ５４、ベル
ト５６を通じて膝関節１６に送られる。
内部は空洞にされると共に、その左端（図において）近
くにおいて長孔７０ａが穿設され、そこにキー７６が直
交する様に介挿される。また第１、第２のドリブンギヤ
７２，７４においてキー７６と対向する面には、キー７
６を収容するキー溝７２ｂが穿設される（図には第１の
ドリブンギヤ７２のキー溝７２ｂのみを示す）。そして
変速機出力軸７０の内部においてキー７６の左端側には
スプリング８０が配置されていてキー７６を右方に付勢
すると共に、図において右端側には変速棒８２が挿入さ
れ、変速棒８２は押し込まれたとき、キー７６を左方に
付勢する。従って、変速棒８２が図において左方に押し
込まれたとき、電動モータ出力は変速機出力軸７０か
ら、ドライブギヤ６６、第１ドリブンギヤ７２、キー７
６を通じて変速なし（変速比＝１：１）として取り出さ
れ、変速棒８２が右方に後退したときは、ドライブギヤ
６６、第２ドリブンギヤ７４、キー７６を通じて半減速
（変速比＝１：０．５）されて取り出される。ここで、
変速棒８２には前記の如く公知のボールネジ機構４８が
接続されており、ボールネジ機構４８は変速ユニット２
６の指令を受けて駆動する駆動モータ５０の出力を得て
変速棒８２を進退させ、変速比を上記したいずれかに制
御する。変速された出力は前記の如くプーリ５４、ベル
ト５６を通じて膝関節１６に送られる。
【００１４】図５は膝関節１６を詳細に示す図２の要部
断面図であり、プーリ５４とベルト５６を通じて送られ
た変速機出力はハーモニック減速機５８の入力軸に入力
され、その出力は一方では固定リング５８ａを介してそ
れと一体に固定された大腿リンク２８に伝えられると共
に、他方では出力リング５８ｂを通じてそれと一体に固
定された下腿リンク３０に伝えられ、膝関節（軸）１６
を中心として両リンクを相対変位させる。尚、図におい
て符号８４は軽量化のために形成された凹部を示す。
断面図であり、プーリ５４とベルト５６を通じて送られ
た変速機出力はハーモニック減速機５８の入力軸に入力
され、その出力は一方では固定リング５８ａを介してそ
れと一体に固定された大腿リンク２８に伝えられると共
に、他方では出力リング５８ｂを通じてそれと一体に固
定された下腿リンク３０に伝えられ、膝関節（軸）１６
を中心として両リンクを相対変位させる。尚、図におい
て符号８４は軽量化のために形成された凹部を示す。
【００１５】尚、図１に示したロボット１の脚部リンク
機構のうち、膝関節についてのみ説明したが、他の関節
も電動モータとハーモニック減速機とモータ回転量を検
出するエンコーダとを備え、モータ出力をハーモニック
減速機で受けてリンクの相対変位を行う点では同様であ
る。ただし、その詳細は前記した本出願人の先願に記載
されていてこの発明の要旨とするところではないので、
説明は省略する。
機構のうち、膝関節についてのみ説明したが、他の関節
も電動モータとハーモニック減速機とモータ回転量を検
出するエンコーダとを備え、モータ出力をハーモニック
減速機で受けてリンクの相対変位を行う点では同様であ
る。ただし、その詳細は前記した本出願人の先願に記載
されていてこの発明の要旨とするところではないので、
説明は省略する。
【００１６】図６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変換回路１００でデジタル値に変換され、その出力
はバス１０２を介してＲＡＭ１０４に送られる。また膝
関節用の電動モータ５２に隣接して配置されるエンコー
ダ６０などの各関節モータ用のエンコーダ出力は、カウ
ンタ１０６を介してＲＡＭ１０４内に入力されると共
に、接地スイッチ３８等の出力は波形整形回路１０８を
経て同様にＲＡＭ１０４内に格納される。制御ユニット
内にはＣＰＵ１１０が設けられており、ＲＯＭ１１２に
格納されている歩行パターンを読み込んでカウンタ１０
６から送出される実測値との偏差から電動モータの速度
指令値を算出し、Ｄ／Ａ変換回路１１４を介してサーボ
アンプ１１６に送出する。また図示の如く、エンコーダ
出力はＦ／Ｖ変換回路１１８を介してサーボアンプに送
出されており、マイナーループとしての速度フィードバ
ック制御が実現されている。またＣＰＵ１１０は後述の
如く変速比を決定し、第２のＤ／Ａ変換回路１２０を通
じて駆動モータ５０、ボールネジ機構４８、変速機４６
からなる変速機構４４の動作を制御する。尚、符号１２
４は進路、歩幅等の歩容変更指令用のジョイスティック
を、符号１２６は原点（直立）姿勢決定用の原点スイッ
チを、符号１２８はオーバラン防止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変換回路１００でデジタル値に変換され、その出力
はバス１０２を介してＲＡＭ１０４に送られる。また膝
関節用の電動モータ５２に隣接して配置されるエンコー
ダ６０などの各関節モータ用のエンコーダ出力は、カウ
ンタ１０６を介してＲＡＭ１０４内に入力されると共
に、接地スイッチ３８等の出力は波形整形回路１０８を
経て同様にＲＡＭ１０４内に格納される。制御ユニット
内にはＣＰＵ１１０が設けられており、ＲＯＭ１１２に
格納されている歩行パターンを読み込んでカウンタ１０
６から送出される実測値との偏差から電動モータの速度
指令値を算出し、Ｄ／Ａ変換回路１１４を介してサーボ
アンプ１１６に送出する。また図示の如く、エンコーダ
出力はＦ／Ｖ変換回路１１８を介してサーボアンプに送
出されており、マイナーループとしての速度フィードバ
ック制御が実現されている。またＣＰＵ１１０は後述の
如く変速比を決定し、第２のＤ／Ａ変換回路１２０を通
じて駆動モータ５０、ボールネジ機構４８、変速機４６
からなる変速機構４４の動作を制御する。尚、符号１２
４は進路、歩幅等の歩容変更指令用のジョイスティック
を、符号１２６は原点（直立）姿勢決定用の原点スイッ
チを、符号１２８はオーバラン防止用のリミットスイッ
チを示す。
【００１７】続いて、図７フロー・チャートを参照して
本制御装置の動作を説明する。
本制御装置の動作を説明する。
【００１８】先ずＳ１０において装置各部をイニシャラ
イズした後、Ｓ１２でタイマｔの値を零にイニシャライ
ズし、Ｓ１４で歩行パターンｉθｔを検索する。ここ
で”ｉθｔ”は時刻ｔにおけるｉ番目の関節の目標角度
θを意味し、かかる目標値を予めオフラインで作成して
前記の如く制御ユニット２６のＲＯＭ１１２内に格納し
ておくものとする。尚、関節番号ｉは、関節１０Ｒ＝
０、関節１２Ｒ＝１，．．２０Ｌ＝１１とする。次いで
Ｓ１６で関節番号ｉをカウントするカウンタの値を零に
リセットする。
イズした後、Ｓ１２でタイマｔの値を零にイニシャライ
ズし、Ｓ１４で歩行パターンｉθｔを検索する。ここ
で”ｉθｔ”は時刻ｔにおけるｉ番目の関節の目標角度
θを意味し、かかる目標値を予めオフラインで作成して
前記の如く制御ユニット２６のＲＯＭ１１２内に格納し
ておくものとする。尚、関節番号ｉは、関節１０Ｒ＝
０、関節１２Ｒ＝１，．．２０Ｌ＝１１とする。次いで
Ｓ１６で関節番号ｉをカウントするカウンタの値を零に
リセットする。
【００１９】次いでＳ１８に進み、関節番号が”３”ま
たは”９”、即ち、膝関節１６か否か判断する。最初の
ループ時は当然否定されてＳ２０に進み、そこで変速比
を１：０．５（半減速）に決定し、Ｓ２２に進んでそれ
に応じて変速機４６において変速棒８２を後退させる様
に駆動モータ５０の制御値を決定して出力する。次いで
Ｓ２４に進んでその関節の実際の角度ｉθｒを検出し、
Ｓ２６に進んで目標値との偏差に所定のゲインｋｐを乗
じて当該関節の電動モータの電圧制御値Ｖｃｏｍを決定
し、Ｓ２８で出力する。次いでＳ３０に進んで関節番号
カウンタをインクリメントし、Ｓ３２でカウンタ値が１
１を超えた、即ち１２個の関節の全てについて制御値を
決定したと判断されるまで繰り返す。
たは”９”、即ち、膝関節１６か否か判断する。最初の
ループ時は当然否定されてＳ２０に進み、そこで変速比
を１：０．５（半減速）に決定し、Ｓ２２に進んでそれ
に応じて変速機４６において変速棒８２を後退させる様
に駆動モータ５０の制御値を決定して出力する。次いで
Ｓ２４に進んでその関節の実際の角度ｉθｒを検出し、
Ｓ２６に進んで目標値との偏差に所定のゲインｋｐを乗
じて当該関節の電動モータの電圧制御値Ｖｃｏｍを決定
し、Ｓ２８で出力する。次いでＳ３０に進んで関節番号
カウンタをインクリメントし、Ｓ３２でカウンタ値が１
１を超えた、即ち１２個の関節の全てについて制御値を
決定したと判断されるまで繰り返す。
【００２０】そして幾度目かのループにおいてＳ１８で
ｉ＝３または９（膝関節１６Ｒ，Ｌ）と判断されるとき
はＳ３４に進み、そこで遊脚側であるか否か判断し、肯
定されるときはＳ３６に進んで変速比を同速（１：１）
に決定し、Ｓ３８で出力する。即ち、遊脚側にあるとき
は負荷が少ないことから変速比を小さくして駆動速度を
上げ、歩行速度を上げるようにする。次いでＳ４０で膝
関節１６Ｒ，Ｌについて実際角度ｉθｒを検出し、Ｓ４
２で目標値との偏差にゲインｋｐ′を乗じて電動モータ
５２の制御値Ｖ′ｃｏｍを決定する。
ｉ＝３または９（膝関節１６Ｒ，Ｌ）と判断されるとき
はＳ３４に進み、そこで遊脚側であるか否か判断し、肯
定されるときはＳ３６に進んで変速比を同速（１：１）
に決定し、Ｓ３８で出力する。即ち、遊脚側にあるとき
は負荷が少ないことから変速比を小さくして駆動速度を
上げ、歩行速度を上げるようにする。次いでＳ４０で膝
関節１６Ｒ，Ｌについて実際角度ｉθｒを検出し、Ｓ４
２で目標値との偏差にゲインｋｐ′を乗じて電動モータ
５２の制御値Ｖ′ｃｏｍを決定する。
【００２１】そしてＳ３２で当該時刻に関して全ての関
節について制御値を決定し終わったと判断されるときは
Ｓ４４に進んでタイマ値ｔをインクリメントし、Ｓ４６
で歩行終了と判断されるまでＳ１４に戻ってインクリメ
ントされた時刻ｔ＋１の歩行パターンを検索し、以後同
様の手順を繰り返す。
節について制御値を決定し終わったと判断されるときは
Ｓ４４に進んでタイマ値ｔをインクリメントし、Ｓ４６
で歩行終了と判断されるまでＳ１４に戻ってインクリメ
ントされた時刻ｔ＋１の歩行パターンを検索し、以後同
様の手順を繰り返す。
【００２２】本実施例は上記の如く、２足歩行の脚式移
動ロボットの膝関節を駆動する電動モータに変速機構を
接続し、負荷が小さい遊脚時には変速比を小さくすると
共に、負荷が大きい支持脚時には変速比を大きくする様
に構成したので、遊脚の駆動速度を上げることができて
高速歩行を実現することができる。
動ロボットの膝関節を駆動する電動モータに変速機構を
接続し、負荷が小さい遊脚時には変速比を小さくすると
共に、負荷が大きい支持脚時には変速比を大きくする様
に構成したので、遊脚の駆動速度を上げることができて
高速歩行を実現することができる。
【００２３】図８はこの発明の第２の実施例を示す要部
フロー・チャートである。第１実施例と相違する点を中
心に説明すると、Ｓ１８で膝関節か否か判断し、否定さ
れるときはＳ２０ａに進んで変速比を同速とする。また
Ｓ１８で膝関節と判断されてＳ３４ａに進んだとき、そ
こで負荷が所定値以上か否か判断する。これは前記した
６軸力センサ３６の出力から判断し、例えばロボット１
が階段を昇るときなど、負荷が所定値以上と判断され
る。そしてＳ３４ａで負荷が所定値以上と判断されると
きはＳ３６ａで変速比を半減速に決定する。即ち、この
実施例の場合には膝関節１６に加わる負荷が所定値未満
のときは変速比を小さくして歩行速度を上げると共に、
膝関節１６に加わる負荷が所定値以上のときは変速比を
大きくして上下方向の屈伸動作をアシストする様にし
た。換言すれば負荷が比較的低い状況では高速歩行を実
現すると共に、階段を昇るとき、荷物を運搬するときな
ど負荷が増加するときは歩行速度を低下させる代わりに
上下方向の屈伸力を増強する様にした。これによって負
荷状況に応じて最適に歩行させることができる。
フロー・チャートである。第１実施例と相違する点を中
心に説明すると、Ｓ１８で膝関節か否か判断し、否定さ
れるときはＳ２０ａに進んで変速比を同速とする。また
Ｓ１８で膝関節と判断されてＳ３４ａに進んだとき、そ
こで負荷が所定値以上か否か判断する。これは前記した
６軸力センサ３６の出力から判断し、例えばロボット１
が階段を昇るときなど、負荷が所定値以上と判断され
る。そしてＳ３４ａで負荷が所定値以上と判断されると
きはＳ３６ａで変速比を半減速に決定する。即ち、この
実施例の場合には膝関節１６に加わる負荷が所定値未満
のときは変速比を小さくして歩行速度を上げると共に、
膝関節１６に加わる負荷が所定値以上のときは変速比を
大きくして上下方向の屈伸動作をアシストする様にし
た。換言すれば負荷が比較的低い状況では高速歩行を実
現すると共に、階段を昇るとき、荷物を運搬するときな
ど負荷が増加するときは歩行速度を低下させる代わりに
上下方向の屈伸力を増強する様にした。これによって負
荷状況に応じて最適に歩行させることができる。
【００２４】上記した第１、第２実施例において膝関節
に変速機構を設ける例を示したが、それに限られるもの
ではなく、腰関節ないしは足関節など任意な位置に配置
することが可能である。
に変速機構を設ける例を示したが、それに限られるもの
ではなく、腰関節ないしは足関節など任意な位置に配置
することが可能である。
【００２５】更には、この発明を２足歩行の脚式移動ロ
ボットについて説明したが、それに限られるものではな
く、１足あるいは３足以上のものであっても妥当するこ
とは言うまでもない。
ボットについて説明したが、それに限られるものではな
く、１足あるいは３足以上のものであっても妥当するこ
とは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】この発明にあっては、基体２４と、それ
に関節（１０〜１４Ｒ，Ｌ）を介して連結される脚部リ
ンク機構（大腿リンク２８Ｒ，Ｌ，下腿リンク３０Ｒ，
Ｌ）とを有してなる脚式移動ロボット１の制御装置にお
いて、前記ロボットの関節を駆動する駆動手段（電動モ
ータ，制御ユニット２６，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ４２）、
前記駆動手段の出力を変速する変速手段（変速機構４
４）、前記脚部リンク機構が遊脚状態にあるか否かに応
じて前記脚部リンク機構に加わる負荷を判定する負荷判
定手段（制御ユニット２６，Ｓ１８，Ｓ３４）、及び前
記判定された負荷に応じて前記変速手段の変速比を決定
する変速比決定手段（制御ユニット２６，Ｓ２０，Ｓ２
２，Ｓ３６，Ｓ３８）、を備える如く構成したので、歩
行状態、具体的には脚部リンク機構の負荷状態、より具
体的には脚部リンク機構が支持脚状態にあるか否かに応
じて変速比を変えることが可能となり、さらには、高速
歩行を実現することなどが可能になる。
に関節（１０〜１４Ｒ，Ｌ）を介して連結される脚部リ
ンク機構（大腿リンク２８Ｒ，Ｌ，下腿リンク３０Ｒ，
Ｌ）とを有してなる脚式移動ロボット１の制御装置にお
いて、前記ロボットの関節を駆動する駆動手段（電動モ
ータ，制御ユニット２６，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ４２）、
前記駆動手段の出力を変速する変速手段（変速機構４
４）、前記脚部リンク機構が遊脚状態にあるか否かに応
じて前記脚部リンク機構に加わる負荷を判定する負荷判
定手段（制御ユニット２６，Ｓ１８，Ｓ３４）、及び前
記判定された負荷に応じて前記変速手段の変速比を決定
する変速比決定手段（制御ユニット２６，Ｓ２０，Ｓ２
２，Ｓ３６，Ｓ３８）、を備える如く構成したので、歩
行状態、具体的には脚部リンク機構の負荷状態、より具
体的には脚部リンク機構が支持脚状態にあるか否かに応
じて変速比を変えることが可能となり、さらには、高速
歩行を実現することなどが可能になる。
【００２７】
【図１】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す概略図である。
全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す大腿リンクと下腿リンクとを連結す
る膝関節の全体を詳細に示す説明断面図である。
る膝関節の全体を詳細に示す説明断面図である。
【図３】図２に示す膝関節全体図のうちの変速機構を示
す要部説明断面図である。
す要部説明断面図である。
【図４】図３の変速機構の動作を示す要部拡大説明断面
図である。
図である。
【図５】図２に示す膝関節全体図のうちの膝関節要部を
示す要部説明断面図である。
示す要部説明断面図である。
【図６】図１に示す制御ユニットの詳細を示す説明ブロ
ック図である。
ック図である。
【図７】図６の制御ユニットの動作を示すフロー・チャ
ートである。
ートである。
【図８】この発明の第２実施例を示す制御ユニットの動
作のフロー・チャートである。
作のフロー・チャートである。
１ 脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット） 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（基体） ２６ 制御ユニット ３６ ６軸力センサ ４４ 変速機構 ４６ 変速機 ４８ ボールネジ機構 ５０ 駆動モータ ５２ 電動モータ（膝関節用）
ット） 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（基体） ２６ 制御ユニット ３６ ６軸力センサ ４４ 変速機構 ４６ 変速機 ４８ ボールネジ機構 ５０ 駆動モータ ５２ 電動モータ（膝関節用）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 忠伸 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 (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 平３−32584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−308255（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 5/00 B25J 13/00
Claims (1)
- 【請求項１】 基体と、それに関節を介して連結される
脚部リンク機構とを有してなる脚式移動ロボットの制御
装置において、ａ ．前記ロボットの関節を駆動する駆動手段、 ｂ ．前記駆動手段の出力を変速する変速手段、ｃ．前記脚部リンク機構が遊脚状態にあるか否かに応じ
て前記脚部リンク機構に 加わる負荷を判定する負荷判定
手段、 及びｄ ．前記判定された負荷に応じて前記変速手段の変速比
を決定する変速比決定手段、を 備えることを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33782391A JP3148810B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33782391A JP3148810B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05146978A JPH05146978A (ja) | 1993-06-15 |
| JP3148810B2 true JP3148810B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=18312299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33782391A Expired - Lifetime JP3148810B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3148810B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4423719B2 (ja) | 1999-10-28 | 2010-03-03 | 株式会社安川電機 | ロボットおよびロボットの制御方法 |
| JP2013136136A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-11 | Atsuo Morikawa | ロボットアーム駆動減速装置用変速装置 |
| CN104181924B (zh) * | 2014-09-03 | 2016-09-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 汽车自动驾驶装置 |
| CN109455246B (zh) * | 2018-12-12 | 2024-04-30 | 常州机电职业技术学院 | 一种仿人机器人行走装置 |
| US20220323242A1 (en) * | 2019-08-29 | 2022-10-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Joint device |
| CA3186901A1 (en) * | 2020-06-12 | 2021-12-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Joint device |
| WO2022186081A1 (ja) * | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 本田技研工業株式会社 | 継手装置 |
| WO2023113001A1 (ja) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 本田技研工業株式会社 | 動力伝達装置 |
| WO2023112999A1 (ja) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 本田技研工業株式会社 | 断続装置及び継手装置 |
| WO2024053688A1 (ja) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | 本田技研工業株式会社 | 継手装置、膝継手装置、継手装置の制御方法、継手装置の制御プログラム、及び、該制御プログラムを記憶した記憶媒体 |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP33782391A patent/JP3148810B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05146978A (ja) | 1993-06-15 |
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