JP3148830B2 - Walking control device for legged mobile robot - Google Patents

Walking control device for legged mobile robot

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JP3148830B2
JP3148830B2 JP13788692A JP13788692A JP3148830B2 JP 3148830 B2 JP3148830 B2 JP 3148830B2 JP 13788692 A JP13788692 A JP 13788692A JP 13788692 A JP13788692 A JP 13788692A JP 3148830 B2 JP3148830 B2 JP 3148830B2
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robot
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zmp
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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、より具体的には予期しない凹凸があ
っても安定に歩行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 walking control device capable of walking stably even when there is unexpected unevenness.

【0002】[0002]

【従来の技術】脚式移動ロボットとしては例えば、特開
昭62−97006号公報記載の2足歩行のものが知ら
れている。
2. Description of the Related Art As a legged mobile robot, for example, a bipedal walking robot disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-97006 is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】脚式移動ロボットは、
車輪式、クローラ式などの他の形態のロボットに比較し
て支持多角形の変化が大きいことから、姿勢が不安定に
なりやすく、特に2足歩行ロボットの場合にはそれが顕
著となる。
A legged mobile robot is
Since the supporting polygon changes greatly as compared with other types of robots such as wheel-type and crawler-type robots, the posture is likely to be unstable, particularly in the case of a bipedal walking robot.

【0004】従って、この発明の第1の目的は、脚式移
動ロボットにおいて歩行する床に予期しない凹凸、傾斜
があっても、その影響を受けることなく、常に安定した
姿勢を保って歩行す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, it is a first object of the present invention to provide a legged mobile robot that always walks in a stable posture without being affected by unexpected irregularities or inclinations on the floor on which it walks. It is an object of the present invention to provide a walking control device for a legged mobile robot which can perform the following.

【0005】また、この様な脚式移動ロボットが安定に
歩行するためには、所定の力学的な安定条件を満足しな
ければならない。従って、ロボットはリアルタイムにそ
の力学問題を解きながら歩行するか、あるいは予め解い
ておいて歩行することになる。そのときに使用されるロ
ボットのモデルが、実際のロボットを十分に精度良く近
似していれば良いが、実際にはモデル化の困難な要素が
多く含まれていたり、種々の制約、例えば演算処理時間
の短縮やモデル製作労力の軽減などから、近似モデルが
使用されることが多い。
Further, in order for such a legged mobile robot to walk stably, it must satisfy predetermined mechanical stability conditions. Therefore, the robot walks while solving the dynamics problem in real time, or walks after solving the problem in advance. It is sufficient that the robot model used at that time approximates the actual robot with sufficient accuracy, but in reality it contains many elements that are difficult to model, and there are various restrictions such as arithmetic processing. Approximate models are often used in order to reduce the time and labor required for model production.

【0006】従って、この発明の第2の目的は、ロボッ
トの姿勢復元力を可能な限り一定に保たせてロボットを
常にある一定の復元力をもった倒立振子で近似すること
ができる様にして、制御系の線形化を図る様にした脚式
移動ロボットの歩行制御装置を提供することにある。
Accordingly, a second object of the present invention is to keep the posture restoring force of the robot as constant as possible so that the robot can always be approximated by an inverted pendulum having a certain restoring force. Another object of the present invention is to provide a walking control device for a legged mobile robot, which aims to linearize a control system.

【0007】更には、この様な脚式移動ロボットにおい
ては、床から受ける反力とロボット側から床に作用する
重力と慣性力との合力とをバランスさせて歩行すること
になるが、その着地時の衝撃力が大きいと、姿勢を崩す
一因となり、安定した歩行を期待することができない。
Further, in such a legged mobile robot, the robot walks while balancing the reaction force received from the floor with the resultant force of gravity and inertia acting on the floor from the robot side. If the impact force at the time is large, it becomes a cause of losing posture, and stable walking cannot be expected.

【0008】従って、この発明の第3の目的は、ロボッ
トが受ける着地衝撃を可能な限り低減して安定した姿勢
で歩行す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, a third object of the present invention is to provide a walking control device of a legged mobile robot capable of walking with a stable posture by minimizing a landing impact received by the robot. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項1項に示す如く、上体
と、それに関節を介して連結されると共に、少なくとも
1個の関節を有する複数本の脚部を備える脚式移動ロボ
ットの歩行制御装置において、前記脚部の関節と前記脚
部の先端を連結する衝撃吸収機構、ロボットの目標姿勢
を生成する目標歩容生成手段、前記ロボットに作用する
床反力を測定してその作用点たるZMP実測位置を検出
する検出手段、前記検出されたZMP実測位置を目標と
するZMP位置と比較し、その偏差を求める偏差算出手
段、および前記求められた偏差に応じて前記目標姿勢を
修正する目標姿勢修正手段、を備えると共に、前記目標
姿勢修正手段は、前記修正した目標姿勢に前記ロボット
の関節変位を追従させ、よって前記求められた偏差が減
少するように、前記衝撃吸収機構の変形による応力を生
じさせように構成した。
The invention to solve the problems described above, there is provided a means for solving] is as shown in item 1 example claims, the body
And connected to it via a joint, at least
In a walking control device of a legged mobile robot having a plurality of legs having one joint, a joint of the leg and the leg
Absorbing mechanism connecting the tip of the part, target posture of the robot
Gait generating means for generating a gait, acting on the robot
Measures floor reaction force and detects ZMP actual measurement position
Detecting means for detecting the measured ZMP measured position as a target.
To calculate the deviation by comparing with the ZMP position
Step, and the target posture according to the obtained deviation.
Rutotomoni comprising a target posture correcting means for correcting the target
The posture correcting means is configured to adjust the robot to the corrected target posture.
To follow the joint displacement of
To reduce the stress caused by the deformation of the shock absorbing mechanism.
It was constructed as Ru to time difference.

【0010】[0010]

【作用】衝撃吸収機構を備えると共に、ZMP実測位置
がZMP目標位置よりずれたときは、その偏差に応じて
衝撃吸収機構の変形による応力を生じさせることから、
予期せぬ凹凸を踏んだときも迅速に姿勢の崩れを極力抑
えることができると共に、偏差に応じて行うことから、
ロボットの復元力を一定にする、即ち、ロボットを常に
ある一定の復元力をもった倒立振子で近似することがで
きて、線形な制御特性を得ることができる。その結果、
この安定化制御のみならず、他の種の安定化制御をも容
易に採り入れることができる。また常に設計値通りの姿
勢を保持することから、着地衝撃も効果的に減少するこ
とができる。
[Function] Equipped with a shock absorbing mechanism and ZMP measurement position
Is shifted from the ZMP target position,
Because it generates stress due to the deformation of the shock absorbing mechanism,
Even when stepping on unexpected irregularities, the collapse of the posture can be suppressed as quickly as possible, and since it is performed according to the deviation,
The restoring force of the robot can be made constant, that is, the robot can always be approximated by an inverted pendulum having a certain restoring force, and a linear control characteristic can be obtained. as a result,
Not only this stabilization control but also other types of stabilization control can be easily adopted. In addition, since the posture is always maintained as designed, the landing impact can be effectively reduced.

【0011】[0011]

【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個の関節を備える
(理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モー
タで示す)。該6個の関節は上から順に、腰の脚部回旋
用の関節10R,10L(右側をR、左側をLとする。
以下同じ)、腰のロール方向(x軸まわり)の関節12
R,12L、同ピッチ方向(y軸まわり)の関節14
R,14L、膝部のピッチ方向の関節16R,16L、
足首部のピッチ方向の関節18R,18L、同ロール方
向の関節20R,20Lとなっており、その下部には足
平22R,22Lが取着されると共に、最上位には上体
(筐体)24が設けられ、その内部には制御ユニット2
6が格納される。
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.
Is an explanatory skeleton diagram showing the robot 1 as a whole, and has six joints on each of the left and right leg links 2 (for the sake of convenience of understanding, each joint is shown by an electric motor that drives it). The six joints are, in order from the top, joints 10R and 10L for turning the hip leg (R is the right side and L is the left side).
The same applies hereinafter), joint 12 in the roll direction of the waist (around the x axis)
R, 12L, joint 14 in the same pitch direction (around the y axis)
R, 14L, knee joints 16R, 16L in the pitch direction,
The joints 18R and 18L in the pitch direction of the ankle part and the joints 20R and 20L in the same roll direction are attached below the feet 22R and 22L, and the uppermost part is the upper body (housing). 24, in which the control unit 2
6 is stored.

【0012】上記において腰関節は関節10R(L),
12R(L),14R(L)から構成され、また足関節
は、関節18R(L),20R(L)から構成される。
また、腰関節と膝関節との間は大腿リンク32R,32
Lで、膝関節と足関節との間は下腿リンク34R,34
Lで連結される。ここで、脚部リンク2は左右の足につ
いてそれぞれ6つの自由度を与えられ、歩行中にこれら
の6×2=12個の関節(軸)をそれぞれ適宜な角度に
駆動することで、足全体に所望の動きを与えることがで
き、任意に3次元空間を歩行することができる様に構成
される。先に述べた様に、上記した関節は電動モータか
らなり、更にはその出力を倍力する減速機などを備える
が、その詳細は先に本出願人が提案した出願(特願平1
−324218号、特開平3−184782号)などに
述べられており、それ自体はこの発明の要旨とするとこ
ろではないので、これ以上の説明は省略する。
In the above description, the hip joint is joint 10R (L),
12R (L) and 14R (L), and the ankle joint is composed of joints 18R (L) and 20R (L).
In addition, the thigh links 32R, 32 between the waist joint and the knee joint.
L, the lower leg links 34R, 34 between the knee joint and the ankle joint.
L connected. Here, the leg link 2 is given six degrees of freedom for each of the left and right feet, and by driving these 6 × 2 = 12 joints (axes) to appropriate angles during walking, the entire foot To a desired motion, and can be arbitrarily walked in a three-dimensional space. As described above, the above-mentioned joint is formed of an electric motor, and further includes a speed reducer for boosting the output thereof. Details of the joint are described in the application proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No.
No. 324218, Japanese Patent Laid-Open No. 3-184787), and the like, which is not the subject of the present invention, and therefore, further description is omitted.

【0013】図1に示すロボット1において、足首部に
は公知の6軸力センサ36が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるx,y,z方向の力成分Fx,F
y,Fzとその方向まわりのモーメント成分Mx,M
y,Mzとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わ
る力の大きさと方向とを検出する。また足平22R
(L)の四隅には静電容量型の接地スイッチ38(図1
で図示省略)が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、上体24には傾斜センサ40が設置され、x
−z平面内の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。更に、図1では省
略するが、ロボット1の適宜な位置には傾斜センサ40
の出力を補正するための原点スイッチ42と、フェール
対策用のリミットスイッチ44が設けられる。これらの
出力は前記した上体24内の制御ユニット26に送られ
る。
In the robot 1 shown in FIG. 1, a known six-axis force sensor 36 is provided at the ankle, and force components Fx, F in the x, y, and z directions transmitted to the robot through the foot.
y, Fz and moment components Mx, M around the direction
By measuring y and Mz, the presence or absence of landing on the foot and the magnitude and direction of the force applied to the supporting leg are detected. In addition, foot 22R
At the four corners of (L), a capacitance type ground switch 38 (FIG. 1)
(Not shown) is provided to detect the presence / absence of the touchdown of the foot. Further, a tilt sensor 40 is provided on the upper body 24, and x
The tilt with respect to the z-axis in the -z plane and its angular velocity, similarly y
-Detect the inclination with respect to the z-axis in the z-plane and its angular velocity. The electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation. Further, although omitted in FIG. 1, an inclination sensor 40 is provided at an appropriate position of the robot 1.
Are provided with an origin switch 42 for correcting the output and a limit switch 44 for fail countermeasures. These outputs are sent to the control unit 26 in the body 24 described above.

【0014】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などの出力はA/D変
換器50でデジタル値に変換され、その出力はバス52
を介してRAM54に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ56を介
してRAM54内に入力されると共に、接地スイッチ3
8などの出力は波形整形回路58を経て同様にRAM5
4内に格納される。制御ユニット内にはCPUからなる
第1、第2の演算装置60,62が設けられており、第
1の演算装置60は後述の如くROM64に格納されて
いる腰の姿勢の軌跡の特徴などを表すパラメータを読み
だして基準歩容を生成し、次いでそれから目標関節角度
(関節駆動パターン)を算出してRAM54に送出す
る。また第2の演算装置62は後述の如くRAM54か
らその目標値と検出された実測値とを読み出し、各関節
の駆動に必要な制御値を算出して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。
FIG. 2 is a block diagram showing details of the control unit 26, which is constituted by a microcomputer. The output of the tilt sensor 40 and the like is converted into a digital value by the A / D converter 50, and the output is
Via the RAM 54. The output of an encoder disposed adjacent to each electric motor is input to the RAM 54 via a counter 56, and the ground switch 3
Outputs of the RAM 8 and the like are similarly sent to the RAM 5
4 is stored. In the control unit, there are provided first and second arithmetic units 60 and 62 each composed of a CPU. The first arithmetic unit 60 stores the characteristics of the trajectory of the waist posture stored in the ROM 64 as described later. The reference gait is generated by reading the parameters to be expressed, and then the target joint angle (joint drive pattern) is calculated and sent to the RAM 54. Further, the second arithmetic unit 62 reads out 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 outputs the control value via the D / A converter 66 and the servo amplifier. Output to the electric motor that drives each joint.

【0015】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.

【0016】図3はその動作を示す構造化フロー・チャ
ート(PAD図)である。同図を参照して説明すると、
先ずS10において腰の軌跡の特徴を表すパラメータか
ら腰の姿勢(即ち、腰の傾きと向き)を算出する。次い
でS12においてZMP軌道の特徴を表すパラメータか
ら運動方程式により導かれるZMP目標位置を算出する
(ZMP軌道が折れ線表現で表されているときは、特徴
を表すパラメータも折点座標で与えられる。尚、ここで
「ZMP」は、床反力によるモーメントが零となる床面
上の点を意味する)。次いでS14において足平軌道の
特徴を表すパラメータ、例えば着地位置、片脚支持期時
間から両足平の位置、姿勢を算出し、次いでS16にお
いて無理な姿勢にならない腰の高さを求め、S18にお
いてZMPが目標位置になるように腰の水平加速度、水
平位置を求める。このように、S10からS18は基準
歩容を作成する作業を示しており、この実施例の場合に
は前述の如く、腰の姿勢の軌跡の特徴などを表すパラメ
ータが一歩ごとのデータとして予め設定されており、そ
れから腰、ZMP、足平の位置・姿勢などの軌道を算出
して基準歩容とする。尚、後で述べる如く、この基準歩
容から各関節の目標角度が具体的に算出される。
FIG. 3 is a structured flow chart (PAD diagram) showing the operation. Referring to FIG.
First, in S10, the waist posture (that is, the inclination and direction of the waist) is calculated from the parameters representing the characteristics of the waist locus . Next, in S12, a ZMP target position derived from the equation of motion is calculated from the parameters representing the characteristics of the ZMP trajectory. (When the ZMP trajectory is represented by a polygonal line expression, the parameters representing the characteristics are also given by the folding point coordinates. Here, “ZMP” means a point on the floor where the moment due to the floor reaction force becomes zero. Next, in S14, the positions and postures of both feet are calculated from parameters representing the characteristics of the foot trajectory, for example, the landing position and the one-leg support period, and then in S16, the waist height that does not cause an unreasonable posture is determined. Then, the horizontal acceleration and the horizontal position of the waist are determined so that the ZMP becomes the target position . As described above , S10 to S18 show the work of creating the reference gait. In this embodiment, as described above, the parameters representing the characteristics of the trajectory of the waist posture are set in advance as data for each step. Then, the trajectories such as the waist, the ZMP, and the position / posture of the foot are calculated and used as a reference gait. As described later, the target angle of each joint is specifically calculated from the reference gait.

【0017】次いで、S20に進んで脚コンプライアン
ス制御値の演算を行う。図4はその作業を示すサブルー
チン・フロー・チャートである。
Then, the program proceeds to S20, where a leg compliance control value is calculated. FIG. 4 is a subroutine flowchart showing the operation.

【0018】図4に従って説明を開始する前に、図5を
参照してこの実施例で言うコンプライアンスについて説
明する。
Before starting the description with reference to FIG. 4, the compliance referred to in this embodiment will be described with reference to FIG.

【0019】先にも述べた様に、ロボットから床に作用
する力(ロボットの重力と慣性力の合力)と床からロボ
ットに作用する床反力とが釣り合っていれば、ロボット
は安定に歩行する。これを集中荷重系におきかえて説明
すると、ZMP実測位置(実測床反力の中心点)が前記
したZMP目標位置(設計値で想定した床反力の中心
点)に一致していれば、ロボットは設計値通りの姿勢を
保って歩行する。従って、この発明においては最初の実
施例において、両脚に取りつけた6軸力センサ36か
ら、後側の足にかかる床反力と前側の足にかかる床反力
を測定し、これらの合力である総合の実測床反力を求
め、その作用点であるZMP実測位置を求めてZMP目
標位置と比較する。そして、図6に示す様に、ZMP実
測位置が前側にずれていたら(この場合、ZMP目標位
置のまわりに図示の如くモーメントが生じてロボットを
後傾させる)、そのずれ量に応じて前側の足平を垂直に
持ち上げる(あるいは、そのずれ量に応じて後側の足平
を垂直に下げるか、前側の足平を垂直に持ち上げつつ後
側の足平を垂直に下げる)。この動作により、前側の足
にかかる床反力が、後側の足にかかる床反力に比べて相
対的に減少するので、ZMP実測位置は後退してZMP
目標位置に近づく。かかる制御をこの明細書では『脚コ
ンプライアンス制御』と呼ぶ。即ち、この明細書では脚
コンプライアンス制御は、ZMP目標位置とZMP実測
位置とのずれを解消する制御を意味する。あるいは、Z
MP目標位置まわりに発生したモーメントを解消する制
御と言うこともできる。
As described above, if the force acting on the floor from the robot (the combined force of the gravity and the inertial force of the robot) and the floor reaction force acting on the robot from the floor are balanced, the robot can walk stably. I do. If this is replaced with a concentrated load system, if the ZMP actual measurement position (the center point of the actual floor reaction force) matches the ZMP target position (the center point of the floor reaction force assumed by design values), the robot Walks while maintaining the posture as designed. Therefore, in the present invention, in the first embodiment, the floor reaction force applied to the rear foot and the floor reaction force applied to the front foot are measured from the six-axis force sensors 36 attached to both legs, and the resultant is the resultant force. A total measured floor reaction force is determined, and a ZMP measured position, which is the point of action, is determined and compared with a ZMP target position. Then, as shown in FIG. 6, if the measured ZMP position is shifted to the front (in this case, a moment is generated around the ZMP target position to tilt the robot backward) as shown in FIG. Lift the foot vertically (or lower the rear foot vertically depending on the amount of displacement, or lower the rear foot vertically while lifting the front foot vertically). By this operation, the floor reaction force applied to the front foot is relatively reduced as compared with the floor reaction force applied to the rear foot, so that the ZMP actual measurement position moves backward and the ZMP
Approach the target position. This control is referred to as “leg compliance control” in this specification. That is, in this specification, the leg compliance control means control for eliminating a deviation between the ZMP target position and the ZMP actual measurement position. Or Z
It can also be said that the control cancels the moment generated around the MP target position.

【0020】即ち、動力学計算に基づく理想的な歩容に
従ってロボットを歩行させるとき、両脚支持期に予期せ
ぬ凹凸に遭遇するなどしてロボットがわずかに前傾した
とする。この明細書で言う脚コンプライアンス制御を行
わないとすると、ロボットは後側の足平が浮き上がり、
全荷重が前側の足にかかり、その結果、床反力作用点
(ZMP実測位置)は、前側の足裏に移る。つまり、ロ
ボットの傾斜に対してほとんど2値的にZMPが変化す
る(図7)。これに対し、脚コンプライアンス制御を行
った場合には、実測床反力中心(ZMP実測位置)が設
計床反力中心(ZMP目標位置)よりも前にずれたと
き、前側の足平を持ち上げることにより、上体が前傾し
たまま両脚が接地した姿勢になる。このときのZMP実
測位置とZMP目標位置のずれは足平の持ち上げ高さに
比例し、足平の持ち上げ高さは上体の傾斜角に比例する
ので、ZMP実測位置とZMP目標位置のずれと、上体
の傾斜角も比例する。尚、後で述べる様に、比例勾配は
脚コンプライアンスの大きさに反比例し、脚コンプライ
アンスの量が大きいほどロボットの傾斜角に対する比例
領域が拡大する(図8)。
That is, when the robot walks in accordance with the ideal gait based on the dynamics calculation, it is assumed that the robot slightly leans forward due to encountering unexpected irregularities during the period of supporting both legs. If the leg compliance control described in this specification is not performed, the robot lifts its rear foot,
The entire load is applied to the front foot, and as a result, the floor reaction force action point (ZMP actual measurement position) shifts to the front foot sole. That is, the ZMP changes almost binaryly with respect to the inclination of the robot (FIG. 7). On the other hand, when the leg compliance control is performed, when the actually measured floor reaction force center (ZMP actual measurement position) is shifted forward from the designed floor reaction force center (ZMP target position), the front foot is lifted. Accordingly, the posture is such that both legs touch the ground while the upper body is tilted forward. At this time, the deviation between the measured ZMP position and the ZMP target position is proportional to the lifting height of the foot, and the lifting height of the foot is proportional to the inclination angle of the body. , The inclination angle of the upper body is also proportional. As will be described later, the proportional gradient is inversely proportional to the magnitude of the leg compliance, and the larger the amount of the leg compliance, the larger the proportional region with respect to the inclination angle of the robot (FIG. 8).

【0021】尚、この脚コンプライアンス制御は両脚支
持期に限って行うものではなく、片脚支持期にも行って
良い。また、脚コンプライアンス制御の発振を防ぎ、か
つ荷重変動の高周波成分を機械的に吸収させるため、図
9に示す様に、足関節18,20R(L)下部にばねや
ゴムなどの衝撃吸収機構を挿入しておくのが望ましい。
The leg compliance control is not limited to the two-leg supporting period, but may be performed during the one-leg supporting period. Also, as shown in FIG. 9, a shock absorbing mechanism such as a spring or rubber is provided below the ankle joint 18, 20R (L) to prevent oscillation of the leg compliance control and mechanically absorb the high frequency component of the load variation. It is desirable to insert it.

【0022】以上を前提として図4を参照して脚コンプ
ライアンス制御値の演算について説明すると、先ずS1
00で6軸力センサ36の検出値を取り込む。次いで、
S102においてZMP実測位置を求める。図10を参
照してその手法を説明すると、任意の原点まわりのモー
メントM→を求め、次いで力F→を求め、次いでM→=
F→×L→となる距離ベクトルL→を求めて、その距離
Lだけ平行移動させて床との交点を求めて終わる。
The calculation of the leg compliance control value will be described with reference to FIG.
At 00, the detection value of the six-axis force sensor 36 is fetched. Then
In S102, a ZMP actual measurement position is obtained. Referring to FIG. 10, the method will be described. A moment M → around an arbitrary origin is obtained, a force F → is obtained, and then M → =
The distance vector L → which is F → × L → is obtained, the object is translated in parallel by the distance L, and the intersection with the floor is obtained.

【0023】次いで、S104に進んでZMP実測位置
とZMP目標位置とを比較し、ずれ方向、即ち、ZMP
実測位置がZMP目標位置よりずれているときは、前側
にずれているか、後側にずれているかを判別すると共
に、その差(ずれ量)xを距離で算出する。続いてS1
06に進んで算出された差xに所定のゲインKfと実測
床反力F(ないしはその上下方向(z方向)成分Fz)
を乗じて足平の姿勢補正量を求める(床反力に乗じない
手法でも良い)。即ち、先に述べた様に、ZMP実測位
置がZMP目標位置より前にずれていれば、図6に示す
様に設計床反力中心(ZMP目標位置)まわりに発生し
たモーメントがロボットを後傾させるが、前側の足の足
平を垂直に上げるか、後側の足の足平を垂直に下げる
か、あるいは前側の足の足平を垂直に上げると共に、後
側の足平を垂直に下げる様に足平の姿勢補正量を求めて
S108で姿勢補正量に応じて足平の位置補正を行うこ
とにより、逆方向のモーメントを生じさせる、即ち、Z
MP実測位置をZMP目標位置に近づけることができて
姿勢のバランスを回復させることができ、ロボットを設
計値通りの姿勢で歩行させることができる。尚、このと
き姿勢修正量(足平の持ち上げ高さ)は図8に示す様
に、ずれ量xに応じて決定され、ずれ量xは上体の傾斜
角に比例することから姿勢修正量は上体の傾斜角に比例
する。即ち、ロボットの姿勢復元力と上体の傾斜角との
比をロボットの姿勢復元力係数とすると、上体の傾斜角
に応じて姿勢修正量を決定することにより、ロボットの
姿勢復元力係数を可能な限り一定の値とすることができ
る。即ち、ロボットを常にある一定の復元力係数を持っ
た倒立振子で近似することができ、線形な制御特性を得
ることができる。尚、姿勢の修正方向は、実測ZMPが
設計ZMPより後側にずれてロボットに前方向のモーメ
ントが作用しているときは足平の駆動方向を逆にし、後
側の足の足平を上げるか、前側の足の足平を下げるか、
ないしはその両方を行う様に足平の姿勢補正量を求める
ことになる。
Then, the program proceeds to S104, in which the measured ZMP position and the ZMP target position are compared, and the deviation direction, that is, ZMP
If the measured position is shifted from the ZMP target position, it is determined whether the measured position is shifted to the front side or to the rear side, and the difference (shift amount) x is calculated by the distance. Then S1
A predetermined gain Kf and a measured floor reaction force F (or a vertical component (z direction) component Fz thereof) are added to the difference x calculated in step 06.
To obtain the foot posture correction amount (a method that does not multiply the floor reaction force may be used). That is, as described above, if the measured ZMP position is shifted before the ZMP target position, the moment generated around the designed floor reaction force center (ZMP target position) tilts the robot backward as shown in FIG. Raise the anterior foot vertically, lower the posterior foot vertically, or raise the anterior foot vertically and lower the posterior foot vertically As described above, the foot posture correction amount is obtained, and the foot position is corrected according to the posture correction amount in S108, so that a moment in the opposite direction is generated.
The measured MP position can be brought closer to the ZMP target position, the balance of the posture can be restored, and the robot can walk in the posture as designed. At this time, as shown in FIG. 8, the posture correction amount (the height at which the foot is lifted) is determined according to the deviation amount x, and since the deviation amount x is proportional to the inclination angle of the body, the posture correction amount is It is proportional to the angle of inclination of the upper body. That is, assuming that the ratio between the robot's posture restoring force and the body's tilt angle is the robot's posture restoring force coefficient, by determining the amount of posture correction according to the body's tilt angle, the robot's posture restoring force coefficient is calculated. It can be as constant as possible. That is, the robot can always be approximated by an inverted pendulum having a constant restoring force coefficient, and a linear control characteristic can be obtained. Note that the posture correction direction is such that when the measured ZMP is shifted rearward from the design ZMP and a forward moment is acting on the robot, the driving direction of the foot is reversed and the foot of the rear foot is raised. Or lower the foot on the front foot,
Or, the posture correction amount of the foot is determined so as to perform both.

【0024】再び図3フロー・チャートに戻り、続いて
S22に進んで足平の位置・姿勢と腰の位置・姿勢とか
ら全12個の関節についてその目標角度を求める。尚、
S20の脚コンプライアンス制御値演算において図4フ
ロー・チャートによって足平の姿勢が補正されたとき
は、補正された姿勢に基づいて目標角度を求める。続い
てS24に進んで前記した傾斜センサ40の出力からロ
ボットの傾き(実姿勢傾斜角および実姿勢傾斜角速度)
を検出し、指令値との偏差を求めてその偏差が減少する
ように目標姿勢を修正する。尚、この修正についての
細な説明は省略する。続いてS26に進んで関節を目標
角度に追従制御する。これは、図2に示した第2の演算
装置62において制御するものであるが、この制御
の発明の要旨には関係しないので、詳細な説明は省略す
る。
Returning again to the flowchart of FIG. 3, the program proceeds to S22, in which the target angles of the twelve joints are obtained from the position and posture of the foot and the position and posture of the waist. still,
When the posture of the foot is corrected according to the flowchart of FIG. 4 in the calculation of the leg compliance control value in S20, the target angle is obtained based on the corrected posture. Then, the process proceeds to S24, where the inclination of the robot (the actual posture inclination angle and the actual posture inclination angular velocity) is determined from the output of the inclination sensor 40 described above.
Is detected, the deviation from the command value is calculated, and the deviation decreases .
To modify the target attitude so. A detailed description of this correction will be omitted. Then, the process proceeds to S26, in which the joint is controlled to follow the target angle. This is controlled by the second arithmetic unit 62 shown in FIG. 2, but since this control is not related to the gist of the present invention, detailed description is omitted.

【0025】この実施例は上記の如く構成したので、
正した目標姿勢に前記ロボットの関節変位を追従させ、
よって前記求められた偏差が減少するように、前記衝撃
吸収機構(図9に示す)の変形による応力を生じさせる
こととなり、床に予期しない凹凸があってZMP実測位
置がZMP目標位置からずれることがあっても、その差
を効果的に解消し、ZMP目標位置まわりにロボットを
転倒させようとするモーメントが生じても、それを打ち
消すことができる。即ち、ロボットを常にある一定の復
元力を持った倒立振子で近似することができるようにし
たので、制御特性を線形にすることができて制御系の設
計が容易となり、他の姿勢安定化制御などの組み合わせ
が容易となると共に、床に予期しない凹凸があっても安
定して歩行することができる。またZMP実測位置をZ
MP目標位置に一致させるように制御することから、着
地衝撃も低減する(ここで着地衝撃は、床反力のうちの
大きなものを言う)。
[0025] Since this embodiment is configured as described above, Osamu
Make the joint displacement of the robot follow the corrected target posture,
Therefore, the impact is determined so that the determined deviation is reduced.
Generates stress due to deformation of the absorption mechanism (shown in FIG. 9)
As a result, even if there are unexpected irregularities on the floor and the measured ZMP position may deviate from the ZMP target position, the difference is effectively eliminated, and a moment is generated to turn the robot around the ZMP target position. But you can negate it . That is, since to be able to be approximated by an inverted pendulum having a constant restoring force is always the robot, the control characteristic can be linearly becomes easy to design the control system, and other posture stabilization control This facilitates the combination and facilitates stable walking even when unexpected irregularities are present on the floor. In addition, ZMP actual measurement position is Z
Since control is performed so as to match the MP target position, landing impact is also reduced (here, landing impact is a large floor reaction force).

【0026】図11はこの発明の第2の実施例を示す、
図4と同様の脚コンプライアンス制御値演算サブルーチ
ン・フロー・チャートである。第1実施例と相違する点
に焦点をおいて説明すると、ずれ方向とずれ量xを求め
た後(S200〜S204)、S206に進んで図6末
尾に示す様に、床と足平の関係を一定に保ったまま床を
傾斜させたと仮想したときの座標回転角を図示の如く求
め、S208に進んで両足平の位置・姿勢をZMP目標
位置まわりに上記回転角だけ回転させる様に、姿勢を修
正する。ここで、床の傾斜角θは、θ=ずれ量x・ゲイ
ンKf、で決定する。
FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention.
5 is a flowchart showing a leg compliance control value calculation subroutine similar to FIG. 4. Explaining focusing on the differences from the first embodiment, the shift direction and the shift amount x are obtained (S200 to S204), and then the process proceeds to S206, as shown at the end of FIG. As shown in the figure, the coordinate rotation angle when assuming that the floor is tilted while keeping the constant is obtained as shown in the figure, and the process proceeds to S208, and the position and posture of both feet are rotated around the ZMP target position by the rotation angle described above. To correct. Here, the floor inclination angle θ is determined by θ = shift amount x gain Kf.

【0027】この実施例の場合、図6末尾に示す様に実
測ZMP位置が前にずれている場合には、後側の足平が
実際の床(実線で示す)を強く蹴ることとなって床反力
を生じさせ、ZMP実測位置をZMP目標位置に近づけ
ることができる。即ち、この場合も図6上部に示したモ
ーメントと逆方向のモーメントを生じさせることができ
て、姿勢の崩れを防ぐことができる。また、この実施例
においても、ずれ量に比例した復元力を与えることがで
きる。即ち、復元力係数を一定にして線形な制御特性を
得ることができる。
In the case of this embodiment, when the measured ZMP position is shifted forward as shown at the end of FIG. 6, the foot on the rear side strongly kicks the actual floor (shown by the solid line). A floor reaction force is generated, and the measured ZMP position can be brought closer to the ZMP target position. That is, also in this case, a moment in the opposite direction to the moment shown in the upper part of FIG. 6 can be generated, and the posture can be prevented from being collapsed. Also in this embodiment, a restoring force proportional to the amount of displacement can be provided. That is, a linear control characteristic can be obtained with a constant restoring force coefficient.

【0028】図12はこの発明の第3実施例を示す、先
の図3と同様のフロー・チャートである。第1実施例
(ないしは第2実施例)と相違する点に焦点をおいて説
明すると、この実施例においてはS300〜S306で
脚コンプライアンス制御値を演算した後、S308に進
んで無理な姿勢にならない腰の上下方向(z方向)高さ
を求め、次いでS310に進んで脚コンプライアンス制
御を行って足平位置・姿勢を修正してもZMPが目標位
置になる様に、腰の水平加速度と水平位置とを求め、S
312に進んで足平位置・姿勢および腰の位置・姿勢
(S306のサブルーチンにおいて修正されたときはそ
の修正値)に基づいて目標関節角度を求める。尚、以後
のS314,S316を含む残余の構成は第1実施例
(ないしは第2実施例)と異ならない。
FIG. 12 is a flow chart similar to FIG. 3 but showing a third embodiment of the present invention. The following description focuses on the differences from the first embodiment (or the second embodiment). In this embodiment, after calculating the leg compliance control values in S300 to S306, the process proceeds to S308, and the posture is not excessive. The height of the waist in the vertical direction (z direction) is obtained, and then the process proceeds to S310, where the leg compliance control is performed to correct the foot position and posture, so that the horizontal acceleration and the horizontal position of the waist are set so that the ZMP is at the target position. And S
Proceeding to 312, a target joint angle is determined based on the foot position / posture and the waist position / posture (correction values when corrected in the subroutine of S306). The remaining configuration including S314 and S316 is not different from the first embodiment (or the second embodiment).

【0029】即ち、脚コンプライアンス制御は、床の凹
凸や傾斜などによる外乱があっても、ZMP実測位置が
ZMP目標位置からずれない様にすることが主目的であ
るので、脚コンプライアンス制御を行ってもZMP目標
位置自体は、ずれないことが望ましい。即ち、脚コンプ
ライアンス制御によって足平の姿勢を修正するのみでZ
MP実測位置をZMP目標位置に戻すことができるが、
その結果、上体の姿勢が変化してZMP目標位置自体が
所期の位置からずれることも起こり得る。ここで、脚の
質量、特に先端の質量が上体に比べて十分に小さけれ
ば、設計ZMP位置のずれは無視することができるの
で、上体の水平位置は基準歩容のままで良い。図1に示
した構成において足平22の質量は上体24に比して十
分に小さいとは言い難いが、第1実施例(ないしは第2
実施例)の場合には脚コンプライアンス制御を行うこと
による上体への影響は実質的には非常に小さいと考え
て、無視した。それに対して第3実施例では図示した如
く、上体の水平方向の位置、加速度を修正したものであ
る。よって、第1実施例(ないしは第2実施例)の効果
に加えて、姿勢安定化を一層精緻に行うことができる効
果を有する。尚、第3実施例において、S308の腰の
上下方向高さの修正は行わなくても良い。
That is, the leg compliance control is intended to prevent the actual measured ZMP position from deviating from the ZMP target position even if there is disturbance due to unevenness or inclination of the floor. It is also desirable that the ZMP target position itself does not shift. That is, only by correcting the foot posture by leg compliance control, Z
The MP measurement position can be returned to the ZMP target position,
As a result, the posture of the body may change, and the ZMP target position itself may deviate from the expected position. Here, if the mass of the legs, especially the mass of the tip, is sufficiently smaller than that of the upper body, the deviation of the design ZMP position can be ignored, and the horizontal position of the upper body can be the same as the reference gait. In the configuration shown in FIG. 1, it is difficult to say that the mass of the foot 22 is sufficiently smaller than that of the upper body 24, but the first embodiment (or the second embodiment)
In the case of Example), the effect on the upper body caused by performing the leg compliance control was considered to be substantially very small, and was ignored. On the other hand, in the third embodiment, as shown, the horizontal position and acceleration of the body are corrected. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment (or the second embodiment), there is an effect that the posture can be stabilized more precisely. In the third embodiment, the correction of the waist height in the vertical direction in S308 may not be performed.

【0030】尚、脚コンプライアンス動作が小さけれ
ば、脚コンプライアンス制御値演算サブルーチンを歩容
生成2の途中またはその後に移しても良い。そうする
ときは、歩容生成部1と歩容生成部2の演算を予めオフ
ラインで行っておくことができるので、演算能力の低い
コンピュータを用いるとき好都合である。
[0030] Incidentally, the smaller the leg compliance operation, may be transferred to the leg compliance control value calculation subroutine gait generator 2 during or subsequently. In doing so, the calculations of the gait generator 1 and the gait generator 2 can be performed off-line in advance, which is convenient when using a computer with low computational power.

【0031】図13はこの発明の第4実施例を示す、先
の図4(第1実施例)、図11(第2実施例)と同様
な、脚コンプライアンス制御値演算に関するサブルーチ
ン・フロー・チャートである。同図を参照して説明する
と、S400において6軸力センサ検出値を取り込んだ
後、S402に進んでZMP目標位置まわりに実際に発
生しているモーメントを求め、S404に進んで実モー
メントとモーメント指令値(通常は零に設定)との差を
求め、S406,S408に進んで第2実施例と同様に
偏差にゲインを乗じて座標回転角を求め、それに応じて
両足平の位置・姿勢修正量を求める様にした。
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention. Similar to FIGS. 4 (first embodiment) and FIG. 11 (second embodiment), a subroutine flow chart relating to leg compliance control value calculation is shown. It is. Referring to the figure, after the values detected by the six-axis force sensor are taken in S400, the flow proceeds to S402 to obtain the moment actually generated around the ZMP target position, and proceeds to S404 to obtain the actual moment and the moment command. The difference from the value (usually set to zero) is obtained, and the process proceeds to S406 and S408, where the deviation is multiplied by the gain as in the second embodiment to obtain the coordinate rotation angle. I asked for.

【0032】第4実施例は実測の床反力の分解のしかた
において従前の実施例と異なる。即ち、従前の実施例に
おいてはモーメントなしの力だけのベクトルで床反力を
分解したときの作用点位置に着目したのに対し、第4実
施例においてはZMP目標位置にかかる値を力とモーメ
ントに分解したときのモーメントに着目したものであ
り、その意味では従前の検出手法と本質的には相違な
い。
The fourth embodiment differs from the previous embodiment in the method of decomposing the measured floor reaction force. That is, while the previous embodiment focuses on the action point position when the floor reaction force is decomposed by a vector of only a force without a moment, in the fourth embodiment, the value applied to the ZMP target position is defined as the force and moment. It focuses on the moment when it is decomposed into, and in that sense, it is not essentially different from the conventional detection method.

【0033】尚、第4実施例において図13サブルーチ
ン・フロー・チャートに従って脚コンプライアンス制御
値を演算した後、目標関節角度を算出することになる
が、その際には第1実施例の図3に示す様に上体の位置
・姿勢を修正しない様にしても良く、あるいは第3実施
例の図12に示す様に上体の水平方向の位置・加速度を
修正しても良い。第4実施例の効果としてはZMP目標
位置まわりにモーメントを直接的に検出して脚コンプラ
イアンス制御値を決定することから、従前の実施例に比
して一層線形で安定した姿勢制御を実現することができ
る。
After calculating the leg compliance control value in accordance with the subroutine flowchart of FIG. 13 in the fourth embodiment, the target joint angle is calculated. In that case, FIG. 3 of the first embodiment is used. As shown, the position / posture of the body may not be corrected, or the position / acceleration of the body in the horizontal direction may be corrected as shown in FIG. 12 of the third embodiment. As an effect of the fourth embodiment, since the leg compliance control value is determined by directly detecting the moment around the ZMP target position, a more linear and stable posture control is realized as compared with the previous embodiment. Can be.

【0034】この第4実施例を図14のブロック線図に
基づいて平地歩容について説明する(基準歩容が勾配θ
1の斜面の歩容なら、下記説明においてΔθおよびΔθ
commをθ1+Δθおよびθ1+Δθcommに置き
換えれば良い)。図において、設定された位置・姿勢か
ら各関節の変位を求める、いわゆる逆キネマティクス演
算部では、基準歩容において床をΔθcomm傾けたと
きの姿勢を計算する。変位コントローラによって、図1
に示したロボットの関節変位が、逆キネマティクス演算
部から出される姿勢指令に追従する。図1に示したロボ
ットを完全剛体であると想定し、実関節変位から得られ
る姿勢にいて、ロボットと足平接地面接線(図中のA
Aダッシュ線)とがなす相対角度をΔθとする。変位コ
ントローラの追従性が十分高ければ、ΔθはΔθcom
mに一致する。このとき、ロボットと床の相対角度か
ら、ZMP目標位置まわりの床反力実モーメントMまで
の伝達関数Gは、数1に示すようになる。
The fourth embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.
If the gait is on the slope of 1, the following description will show Δθ and Δθ
comm may be replaced by θ1 + Δθ and θ1 + Δθcomm). In the figure, a so-called reverse kinematics calculation unit that calculates the displacement of each joint from the set position and posture calculates the posture when the floor is inclined by Δθcomm in the reference gait. Fig. 1
The robot joint displacement shown in (1) follows the posture command issued from the inverse kinematics calculation unit. The robot illustrated in FIG. 1 assumes that perfect rigid body, and have One the attitude obtained from the actual joint displacement, robots and foot ground surface tangent (A in FIG.
(A dash line) is defined as Δθ. Is sufficiently high follow-up performance of the displacement controller, is Δθ Δ θ com
matches m. In this case, the transfer function G from the robot and the relative angle of the floor, to a floor reaction force actual moment M about the ZMP target position is as shown in Equation 1.

【0035】[0035]

【数1】 (Equation 1)

【0036】これは、図15に示す如く、バネ定数1/
(1/Kleg+Kf)の曲げバネと等価である。
This is because, as shown in FIG.
It is equivalent to a bending spring of (1 / Kleg + Kf).

【0037】この第4実施例においては、ロボットが予
期しない凹凸を踏むなどして目標ZMP位置まわりにモ
ーメントが生じたとき、それを直接的に検出してそのモ
ーメントの大きさに比例する座標回転角を仮想的に求
め、その仮想的な角度だけ足平の位置・姿勢を目標ZM
P位置まわりに回転させる様に修正する、即ち、目標Z
MP位置まわりに生ずるモーメントを直接的に検出し、
それを打ち消す様に同一位置まわりに逆方向のモーメン
トを生じさせる様にしたので、第1ないし第3実施例の
場合に比して、前にも述べた如く、一層制御特性の線形
化と姿勢の安定化制御を実現することができる。更に、
上体についても図12に示したと同様に水平方向の位置
・加速度を修正するときは、なお一層的確に制御特性の
線形化と姿勢の安定化を図ることができる。
In the fourth embodiment, when a moment is generated around the target ZMP position due to the robot stepping on unexpected irregularities or the like, the moment is directly detected, and the coordinate rotation is proportional to the magnitude of the moment. The angle is virtually obtained, and the position / posture of the foot is set to the target ZM by the virtual angle.
Correct to rotate around P position, ie, target Z
Directly detecting the moment generated around the MP position,
Since a moment in the opposite direction is generated around the same position so as to cancel this, as described above, the linearization of the control characteristic and the posture are further achieved as compared with the first to third embodiments. Can be realized. Furthermore,
When correcting the position / acceleration of the upper body in the horizontal direction in the same manner as shown in FIG. 12, the linearization of the control characteristics and the stabilization of the posture can be achieved even more accurately.

【0038】尚、ZMP目標位置は連続的にまたは断続
的に移動することから、急激にZMP目標位置が移動す
る歩容に対しては、モーメント計算中心や脚コンプライ
アンス動作の回転中心をZMP目標位置にとると、急激
な挙動変化が発生しやすくなって、跳ねるなどして安定
して歩行することができなくなる恐れがある。従って、
この様な歩容に対してはモーメント計算中心や脚コンプ
ライアンス動作の回転中心を、ZMP目標位置に近い
が、それよりも穏やかに移動する点、例えばZMP目標
位置にフィルタをかけてスムーズィングした点において
も良い。
Since the ZMP target position moves continuously or intermittently, for a gait in which the ZMP target position moves rapidly, the center of moment calculation and the rotation center of the leg compliance operation are set to the ZMP target position. In such a case, a sudden change in the behavior is likely to occur, and there is a possibility that the user cannot stably walk due to bouncing or the like. Therefore,
For such a gait, the moment calculation center and the rotation center of the leg compliance operation are close to the ZMP target position but move more gently, for example, a point where the ZMP target position is filtered and smoothed. Is good.

【0039】図16はこの発明の第5実施例を示す、第
4実施例の図13と同様の脚コンプライアンス制御値演
算サブルーチン・フロー・チャートであって、第4実施
例と相違する点は、ZMP目標位置に代えて、基準点、
例えば支持脚のくるぶし(図1において足関節18,2
0R(L)の交点)の床面への投影点まわりのモーメン
トを求め、その点まわりに回転させるものである(S5
02,S508)。他のステップを含む残余の構成は第
4実施例と同様であり、上体の修正の有無も第4実施例
と同様である。床反力モーメントを求めるのが若干容易
となる反面、第4実施例に比して若干制御値が劣るのを
除けば、効果も第4実施例と同様である。尚、基準点は
移動する点であっても良い。
FIG. 16 is a flowchart showing a leg compliance control value calculation subroutine similar to that of FIG. 13 of the fourth embodiment, showing a fifth embodiment of the present invention. Instead of the ZMP target position, a reference point,
For example, ankles of supporting legs (ankle joints 18, 2 in FIG. 1)
The moment around the point of projection of 0R (L) on the floor is determined, and the moment is rotated around that point (S5).
02, S508). The rest of the configuration including the other steps is the same as in the fourth embodiment, and whether or not the body is modified is also the same as in the fourth embodiment. The floor reaction force moment is slightly easier to obtain, but the effect is the same as that of the fourth embodiment except that the control value is slightly inferior to that of the fourth embodiment. Note that the reference point may be a moving point.

【0040】図17は第6実施例を示しており、従前の
実施例と相違する点は、ZMP目標位置から遠い側の足
平を激しく移動させると脚が発振する恐れがあることか
ら、図18に示す様に、遠い側の足平の回転座標上の移
動角度θ1を、近い側の足平のそれθ2に比し、小さく
した。尚、足平の駆動手法を第2実施例に従ったが、第
1実施例の上下動についても妥当するものであり、また
上体についても修正してもしなくても良い。
FIG. 17 shows the sixth embodiment. The difference from the previous embodiment is that the legs may oscillate if the foot far from the ZMP target position is moved sharply. As shown in FIG. 18, the movement angle θ1 of the foot on the far side on the rotational coordinate is smaller than that of the foot on the near side θ2. Although the driving method of the foot is in accordance with the second embodiment, the vertical movement of the first embodiment is also appropriate, and the upper body may or may not be modified.

【0041】図19はこの発明の第7実施例を示してお
り、進行方向に向かって横への転倒力がかかる場合に対
処するものである。即ち、従前の実施例は進行方向、即
ち、y軸まわりに作用するモーメントMyを検出して制
御値を演算するものであったが、この実施例の場合、横
方向(x軸まわり)のモーメントMxも検出して制御値
を演算する様にした(S700〜S708)。尚、第2
実施例に準処して説明したが、この手法は他の実施例に
も妥当する。またモーメントを用いたが、横方向の力F
yを用いても良い。
FIG. 19 shows a seventh embodiment of the present invention, which deals with a case where a lateral overturning force is applied in the traveling direction. That is, in the previous embodiment, the control value was calculated by detecting the traveling direction, that is, the moment My acting around the y-axis, but in this embodiment, the moment in the lateral direction (around the x-axis) was calculated. Mx is also detected to calculate the control value (S700 to S708). The second
Although described according to the embodiment, this technique is also applicable to other embodiments. Although the moment was used, the lateral force F
y may be used.

【0042】図20はこの発明の第8実施例を示してお
り、第4実施例に関して示した図14のブロック線図に
おいて、ロボット本体と床との間にフィルタ80を介挿
したものである。例えばこのフィルタの伝達関数を1/
(1+TS)(ただし、Tは時定数)とする。変位コン
トローラの追従性が十分高いとすると、ΔθはΔθco
mmに一致する。従って、ロボットと床との間の相対角
度からZMP目標位置まわりの床反力実モーメントMま
での伝達関数Gは、数2に示す様になる。
FIG. 20 shows an eighth embodiment of the present invention. In the block diagram of FIG. 14 showing the fourth embodiment, a filter 80 is interposed between the robot main body and the floor. . For example, the transfer function of this filter is 1 /
(1 + TS) (where T is a time constant). Assuming that the followability of the displacement controller is sufficiently high, Δθ is Δθco
mm. Accordingly, the transfer function G from the relative angle between the robot and the floor to the actual floor reaction force moment M around the ZMP target position is as shown in Expression 2.

【0043】[0043]

【数2】 (Equation 2)

【0044】脚剛性Klegが十分高ければ、1/Kl
egは無視することができ、同式は数3の様になる。
If the leg rigidity Kleg is sufficiently high, 1 / Kl
eg can be ignored, and the equation becomes as shown in Equation 3.

【0045】[0045]

【数3】 (Equation 3)

【0046】これは、図21に示す様に、ネジリバネと
ネジリダンパを並列に組んだ機構と等価である。即ち、
ロボット本体と床との間にメカニカルダンパを挿入した
のと等価なダンピング効果を得ることができ、遊脚が着
地したときの跳びはねを防ぐことができる。また、かか
るローパスフィルタをコンプライアンス制御のフィード
バックループに挿入するため、副次的な効果として、高
周波に対するループゲインを下げることができ、コンプ
ライアンス制御系の安定度が高まり、発振を防ぐことが
できる。また6軸力センサ36から進入する高周波ノイ
ズを除去することもできる。
This is equivalent to a mechanism in which a torsion spring and a torsion damper are assembled in parallel as shown in FIG. That is,
A damping effect equivalent to inserting a mechanical damper between the robot body and the floor can be obtained, and jumping when the free leg lands can be prevented. Further, since such a low-pass filter is inserted into the feedback loop of the compliance control, as a secondary effect, the loop gain for high frequencies can be reduced, the stability of the compliance control system can be increased, and oscillation can be prevented. In addition, high frequency noise entering from the six-axis force sensor 36 can be removed.

【0047】図22ないし図28はこの発明の第9実施
例を示す。
FIGS. 22 to 28 show a ninth embodiment of the present invention.

【0048】脚式移動ロボットにおいて、関節を変位制
御で駆動する場合、上に述べた脚コンプライアンス制御
を行わないとき、歩行中の両脚支持期に姿勢が少しでも
前に傾くと、後側の足平が床から離れて全荷重が前側の
足平に乗るため、後ろに戻そうとする極めて大きな復元
力が発生する。即ち、前記した復元力係数が、両脚支持
期では極めて大きくなる。従って、この様な状態でさら
に上体の傾きあるいは重心のずれを両脚の動きにフィー
ドバックする姿勢安定化制御を行うと、復元力係数がさ
らに大きくなり、それに見合った十分なダンピング効果
を与えることができなくなる。この結果、かえって姿勢
を不安定にしてしまう。従って、この実施例では、上に
述べた脚コンプライアンス制御を行いつつ、上体の傾き
に応じて姿勢安定化制御を行う様にした。尚、上に述べ
た脚コンプライアンスを行う代わりに、関節をトルク制
御で駆動することによっても脚にコンプライアンスを与
えることができるが、ロボットと床との相対位置に対応
するコンプライアンス特性は、姿勢によって大きく変化
するため、床の凹凸・傾斜などに対する外乱抑制特性が
一致しない。
In the legged mobile robot, when the joint is driven by displacement control, if the above-described leg compliance control is not performed, and if the posture is slightly inclined forward during the support period of both legs while walking, the rear leg is moved. Since the flat is off the floor and the entire load is on the front foot, an extremely large restoring force is generated to return to the rear. That is, the above-mentioned restoring force coefficient becomes extremely large during the two-leg supporting period. Therefore, if the posture stabilization control that feeds back the inclination of the body or the shift of the center of gravity to the movement of the two legs in such a state is further performed, the restoring force coefficient is further increased, and a sufficient damping effect corresponding thereto can be provided. become unable. As a result, the posture becomes rather unstable. Therefore, in this embodiment, the posture stabilization control is performed according to the inclination of the body while performing the leg compliance control described above. In addition, instead of performing the leg compliance described above, compliance can be given to the leg by driving the joint by torque control.However, the compliance characteristic corresponding to the relative position between the robot and the floor greatly depends on the posture. Therefore, the disturbance suppression characteristics for unevenness and inclination of the floor do not match.

【0049】以下、図22ないし図23フロー・チャー
トを参照して第9実施例を説明する。
The ninth embodiment will be described below with reference to the flow charts of FIGS.

【0050】図22は第3実施例に関して説明した図1
2と同様のメインルーチン・フロー・チャートであっ
て、相違する点は、そのS810において脚コンプライ
アンス制御値のみならず、安定化制御値も演算する点で
ある。図23はその演算を示すサブルーチン・フロー・
チャートであり、実モーメントと指令値との差を求めた
後(S900〜S904)、S906において図示の如
く、上体の実傾斜角度と傾斜角速度と指令値との偏差
(前記した第2の偏差)に所定のゲインを乗じて安定化
制御値を求め、脚コンプライアンス制御値に合算して座
標回転角を求め、S908においてその値に修正する
にした。このように、安定化制御値と脚コンプライア
ンス制御値で同一の関節を対象とするようにしたこと
で、制御を簡易にしている。
FIG. 22 is an illustration of FIG. 1 for the third embodiment.
2 is the same main routine flow chart as that of FIG. 2 except that in S810, not only the leg compliance control value but also the stabilization control value is calculated. FIG. 23 is a subroutine flow diagram showing the operation.
After the difference between the actual moment and the command value is obtained (S900 to S904), the deviation between the actual tilt angle, the tilt angular velocity and the command value of the body is determined in S906 as shown in the figure.
(Second deviation described above) is multiplied by a predetermined gain to obtain a stabilization control value, which is added to the leg compliance control value to obtain a coordinate rotation angle, which is corrected to that value in S908 .
It was in the jar. In this way, it has to be directed to the same joints stabilization control value and the leg compliance control value, and controls the easily.

【0051】図24はそれを示すブロック線図であり、
図示の如く、PD制御を用いて上体の姿勢安定化制御を
行っている。ここで、前記した様に、ΔθがΔθcom
mに一致し、ZMP実測位置がZMP目標位置に一致す
ると仮定すると、図24は図25の様に変形することが
できる。図25から明らかな様に、ロボットと制御系と
を合わせてトータルなシステムは線形であり、従って、
姿勢傾斜安定化制御には、古典制御理論、最適制御理
論、ロバスト制御理論などの様々な線形制御理論を適用
することができる。図26に状態フィードバック制御を
用いた例を示す。
FIG. 24 is a block diagram showing this.
As shown, the posture stabilization control of the upper body is performed using PD control. Here, as described above, Δθ is Δθcom
m, and assuming that the measured ZMP position matches the ZMP target position, FIG. 24 can be modified as shown in FIG. As is clear from FIG. 25, the total system including the robot and the control system is linear, and
Various linear control theories such as classical control theory, optimal control theory, and robust control theory can be applied to the attitude tilt stabilization control. FIG. 26 shows an example using the state feedback control.

【0052】第9実施例は上記の如く構成したので、
正した目標姿勢(より詳しくは、検出された床反力モー
メントと目標とする床反力モーメントとの偏差(あるい
は検出されたZMP実測位置と目標とするZMP位置と
の偏差)および前記した第2の偏差に応じて修正した目
標姿勢)に前記ロボットの関節変位を追従させ、よって
前記求められた偏差が減少するように、前記衝撃吸収機
構(図9に示す)の変形による応力を生じさせることと
なり、関節部の摩耗や慣性の影響によって実用化が困難
な関節トルク制御を導入することなく、姿勢安定化制御
を実現することができる。即ち、両足平の変位を設計値
から故意にずらすと、脚コンプライアンス制御により、
ずらし量に応じた姿勢復元力が発生する。従って、上体
傾斜フィードバックによる姿勢安定化制御において、復
元力を発生するための操作量には、足平の変位ずらし量
を用いることができる。また片脚支持期、両脚支持期の
如何にかかわらずロボットの姿勢復元力係数をほぼ一定
に保たせることができるので、ロボットを常にある一定
の復元力を持った倒立振子に近似できる。その結果、制
御系が線形近似でき、姿勢安定化制御則が容易に設計で
きる。また床に予期しない凹凸・傾斜があっても、その
影響をあまり受けずに、鉛直方向に対する上体の傾きを
ほぼ設計値通りに維持されたまま、歩行させることがで
きる。
[0052] Since the ninth embodiment constructed as described above, Osamu
Corrected target posture (more specifically, the detected floor reaction force mode
Deviation from the desired floor reaction force moment (or
Is the detected ZMP actual measurement position and the target ZMP position.
Deviation corrected according to the above-mentioned second deviation)
Target posture) to follow the joint displacement of the robot.
The shock absorber so that the determined deviation is reduced.
Causing stress due to deformation of the structure (shown in FIG. 9)
Therefore, the posture stabilization control can be realized without introducing the joint torque control which is difficult to be put into practical use due to the influence of the wear and inertia of the joint. That is, if the displacement of both feet is deliberately shifted from the design value, the leg compliance control
A posture restoring force corresponding to the shift amount is generated. Therefore, in the posture stabilization control based on the body inclination feedback, the amount of displacement of the foot can be used as the operation amount for generating the restoring force. In addition, since the posture restoring force coefficient of the robot can be kept substantially constant regardless of the one-leg supporting period or the two-leg supporting period, the robot can be approximated to an inverted pendulum having a constant restoring force at all times. As a result, the control system can be linearly approximated, and the attitude stabilization control law can be easily designed. Even if there is unexpected unevenness or inclination on the floor, it is possible to walk while maintaining the inclination of the upper body with respect to the vertical direction almost as designed, without being affected so much.

【0053】ここで、図25に示すフィルタ800には
後で述べる様に第8実施例で述べたと同じ構成が適用可
能であるが、ここでは別の例としてフィルタの伝達特性
を1にして更に検討を加える。即ち、制御系の動特性に
着目するために、床反力モーメント指令を0とみなして
コンプライアンス制御をまとめると、図25は図27の
様に変形することができる。図27は、図28に示すバ
ネとアクチュエータとを持つ倒立振子と等価である。こ
の様に単純化すると、様々な線形制御理論の適用が可能
となるだけでなく、単純モデルの挙動からロボットの姿
勢制御を類推することができるので、応答性や各種外乱
に対する抑制特性など種々な特性の最適な組み合わせ
が、実験やシミュレーションを多く重ねなくても、容易
に見つけだすことができる。尚、フィルタ800には図
20と同じ様に、メカニカルダンパと等価なダンピング
効果を与えて良いことは言うまでもない。即ち、上体の
傾き角をフィードバックする姿勢制御において、図23
で示した様に、安定性を高めるために上体の傾き角速度
(または接地点と重心とを結ぶ直線の傾き角速度)もフ
ィードバックするが、リンク系の剛性不足や歩容の滑ら
か不足などで上体が高い周波数で振動すると、傾き角速
度に大きな高周波変動が発生するため、傾き角速度フィ
ードバックゲインを大きくすると、脚が振動または発振
してしまう恐れがある。そこで、第8実施例で用いたの
と同じフィルタを用いると、傾き角速度フィードバック
を補って姿勢制御系の安定度を高めることができるの
で、傾き角速度フィードバックゲインを小さめに設定し
ても、十分な安定性を確保することができる。尚、遊脚
が着地したときの跳びはねを防止するなどの効果は第8
実施例と同様である。
Here, the same configuration as that described in the eighth embodiment can be applied to the filter 800 shown in FIG. 25, as will be described later. Add consideration. That is, if attention is paid to the dynamic characteristics of the control system and the compliance control is summarized by regarding the floor reaction force moment command as 0, FIG. 25 can be modified as shown in FIG. FIG. 27 is equivalent to the inverted pendulum having the spring and the actuator shown in FIG. This simplification enables not only the application of various linear control theories, but also the inference of robot attitude control from the behavior of a simple model. The best combination of properties can be easily found without much experimentation and simulation. Needless to say, the filter 800 may have a damping effect equivalent to a mechanical damper, as in FIG. That is, in the posture control for feeding back the inclination angle of the body, FIG.
As shown in, the inclination angle velocity of the body (or the inclination angle of the straight line connecting the ground point and the center of gravity) is also fed back in order to enhance stability. However, due to insufficient link system rigidity and insufficient gait, etc. When the body vibrates at a high frequency, a large high-frequency fluctuation occurs in the tilt angular velocity. Therefore, when the tilt angular velocity feedback gain is increased, the legs may vibrate or oscillate. Therefore, if the same filter as that used in the eighth embodiment is used, the stability of the attitude control system can be increased by supplementing the tilt angular velocity feedback. Stability can be ensured. The effect of preventing jumping when the free leg lands is the eighth effect.
This is the same as the embodiment.

【0054】尚、上記実施例において種々の例を示した
が、変形例はこれに止まるものではない。即ち、この制
御においては、整理すると、 1.検出対象 a.ZMP目標位置とZMP実測位置とのずれ量 b.ZMP目標位置まわりの床反力によって発生する力
のモーメント c.基準点まわりの床反力によって発生する力のモーメ
ント 2.足平の動作 a.片足の上下 b.両足の上下 c.足平の回転 d.ZMP目標位置から遠い側の足平の動作量を他の足
平のそれに対して小さくする 3.上体の水平方向の動作 a.基準歩容保持 b.水平方向について位置、加速度を修正 4.上体の上下方向の動作 a.基準歩容保持 b.腰高さを再計算 5.上体の姿勢安定化制御 a.行わない b.行う となるが、これらは全て組み合わせ可能であり、実施例
に示したのはその一例に過ぎない。
Although various examples have been shown in the above embodiment, the modifications are not limited thereto. That is, in this control, the following are arranged. Detection target a. Amount of deviation between ZMP target position and ZMP actual measurement position b. Moment of force generated by floor reaction force around ZMP target position c. 1. Moment of force generated by floor reaction force around reference point Foot movement a. Up and down one leg b. Upper and lower legs c. Foot rotation d. 2. Reduce the amount of movement of the foot farther from the ZMP target position than that of the other foot. Horizontal movement of upper body a. Maintain reference gait b. 3. Correct position and acceleration in the horizontal direction. Vertical movement of upper body a. Maintain reference gait b. 4. Recalculate waist height Upper body posture stabilization control a. No b. However, all of these can be combined, and the examples are only examples.

【0055】また上記において、歩行データを予め設定
しておく場合に適用する例を示したが、それに限られる
ものではなく、歩行のときリアルタイムに求める様にし
た技術に適用させても良い。
In the above description, an example in which the present invention is applied to the case where the walking data is set in advance has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention may be applied to a technique in which walking data is obtained in real time.

【0056】また上記において、2足歩行の脚式移動ロ
ボットを例にとって説明してきたが、それに限られるも
のではなく、3足以上の脚式移動ロボットにも妥当する
ものである。
In the above description, a legged mobile robot that walks on two legs has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to a legged mobile robot having three or more legs.

【0057】[0057]

【発明の効果】請求項1項にあっては、上体24と、そ
れに関節(10〜14R,L)を介して連結されると共
に、少なくとも1個の関節(16〜20R,L)を有す
複数本の脚部(脚部リンク2)を備える脚式移動ロボ
ットの歩行制御装置において、前記脚部の関節と前記
脚部の先端を連結する衝撃吸収機構(図9に示すばねま
たはゴム)、ロボットの目標姿勢を生成する目標歩容生
成手段(制御ユニット26、S10〜S18、S300
〜S304、S308、S310)、前記ロボットに作
用する床反力を測定してその作用点たるZMP実測位置
を検出する検出手段(6軸力センサ36、制御ユニット
26、S20、S306、S100、S102、S20
0、S202)、前記検出されたZMP実測位置を目標
とするZMP位置と比較し、その偏差(ずれ方向、ずれ
量X)を求める偏差算出手段(制御ユニット26、S2
0、S306、S106、S108、S206、S20
8)、および前記求められた偏差に応じて前記目標姿勢
を修正する目標姿勢修正手段(制御ユニット26、S2
0、S306、S106、S108、S206、S20
8)、を備えると共に、前記目標姿勢修正手段は、前記
修正した目標姿勢に前記ロボットの関節変位を追従さ
せ、よって前記求められた偏差が減少するように、前記
衝撃吸収機構の変形による応力を生じさせ(電動モー
タ、制御ユニット26、S22〜S26、S312〜S
316)ように構成したので、予期しない凹凸に遭遇し
たときも姿勢の崩れを極力抑えることができると共に、
偏差に応じて目標姿勢を修正するところから、姿勢の復
元力を一定にすることができてロボットを倒立振子で近
似することができ、線形な制御特性を得ることができ、
また着地時の衝撃も吸収することができる。
According to the first aspect, the upper body 24 and the upper body 24 are provided.
And connected via joints (10-14R, L)
Has at least one joint (16-20R, L)
In the walking control device of the legged mobile robot 1 having a plurality of legs (leg links 2) , the joint of the leg and the leg
A shock absorbing mechanism for connecting the ends of the legs (the spring
Or rubber), the desired gait to generate the desired posture of the robot
Means (control unit 26, S10 to S18, S300
To S304, S308, S310),
Measure the floor reaction force to be used and measure the ZMP actual measurement position
(6-axis force sensor 36, control unit
26, S20, S306, S100, S102, S20
0, S202), target the detected ZMP actual measurement position
And the deviation (shift direction, shift)
Deviation calculating means (control unit 26, S2
0, S306, S106, S108, S206, S20
8) and the target posture according to the obtained deviation.
Posture correcting means (control unit 26, S2
0, S306, S106, S108, S206, S20
8), includes a Rutotomoni, the target posture correcting means, wherein
The joint displacement of the robot follows the corrected target posture.
So that the determined deviation is reduced.
Ru cause stress due to the deformation of the shock absorbing mechanism (electric motor
Data, control unit 26, S22 to S26, S312 to S
316), the posture can be minimized even when unexpected irregularities are encountered,
Since the target posture is corrected according to the deviation, the restoring force of the posture can be made constant, the robot can be approximated with an inverted pendulum, and linear control characteristics can be obtained.
In addition, the impact at the time of landing can be absorbed.

【0058】請求項2項にあっては、上体24と、それ
に関節(10〜14R,L)を介して連結されると共
に、少なくとも1個の関節(16〜20R,L)を有す
る複数本の脚部(脚部リンク)を備える脚式移動ロボッ
ト1の歩行制御装置において、前記脚部の関節と前記脚
部の先端を連結する衝撃吸収機構(図9に示すばねまた
はゴム)、前記ロボットの目標姿勢を生成する目標歩容
生成手段(制御ユニット26、S10〜S18、S30
0〜S304、S308、S310、S800〜S80
8)、前記ロボットに作用する、所定の基準点まわりの
床反力モーメントを検出する床反力モーメント検出手段
(6軸力センサ36、制御ユニット26、S20、S3
06、S400、S402、S500、S502、S6
00、S602、S700、S702、S810、S9
00、S902)、前記検出された床反力モーメントを
目標とする床反力モーメントと比較し、その偏差を求め
る偏差算出手段(制御ユニット26、S20、S30
6、S404、S504、S604、S704、S81
0、S904)、および前記求められた偏差に応じて前
記目標姿勢を修正する目標姿勢修正手段(制御ユニット
26、S20、S306、S406、S408、S50
6、S508、S606、S608、S706、S70
8、S810、S908)、を備えると共に、前記目標
姿勢修正手段は、前記修正した目標姿勢に前記ロボット
の関節変位を追従させ、よって前記求められた偏差が減
少するように、前記衝撃吸収機構の変形による応力を生
じさせ(電動モータ、制御ユニット26、S22〜S
26、S312〜S316、S812〜S816)よう
に構成したので、同様に常に安定した姿勢を確保するこ
とができると共に、線形な制御特性を得ることができ、
着地時の衝撃の吸収することができる。
[0058] In the second aspect, wherein, the body 24, it
When connected to joints via joints (10-14R, L)
Has at least one joint (16-20R, L)
Legged mobile robot with multiple legs (leg links)
In the walking control device of 1, the joint of the leg and the leg
Shock absorbing mechanism connecting the ends of the parts (springs and
Is rubber), the desired gait to generate the desired posture of the robot
Generation means (control unit 26, S10 to S18, S30
0 to S304, S308, S310, S800 to S80
8), around a predetermined reference point acting on the robot
Floor reaction force moment detection means for detecting floor reaction force moment
(6-axis force sensor 36, control unit 26, S20, S3
06, S400, S402, S500, S502, S6
00, S602, S700, S702, S810, S9
00, S902), the detected floor reaction force moment
Compare with the desired floor reaction force moment and calculate the deviation
Deviation calculating means (control unit 26, S20, S30
6, S404, S504, S604, S704, S81
0, S904), and according to the obtained deviation,
Target posture correcting means (control unit for correcting the target posture)
26, S20, S306, S406, S408, S50
6, S508, S606, S608, S706, S70
8, S810, S908), and the target
The posture correcting means is configured to adjust the robot to the corrected target posture.
To follow the joint displacement of
To reduce the stress caused by the deformation of the shock absorbing mechanism.
Ru was time difference (electric motor, the control unit 26, S22~S
26, S312 to S316, S812 to S816), so that a stable posture can be ensured at all times.
And a linear control characteristic can be obtained,
Can it to absorb the shock of landing.

【0059】請求項3項にあっては、前記所定の基準点
が目標とするZMP位であように構成したので、脚
部を駆動した結果ZMP目標位置が移動したときも良く
修正することができ、一層的確に前記した効果を得るこ
とができる。請求項4項にあっては、さらに、前記上体
の傾斜角度および/または傾斜角速度を検出する検出手
段(制御ユニット26、傾斜センサ40)、前記検出さ
れた上体の傾斜角度および/または傾斜角速度を指令値
と比較し、その偏差を第2の偏差として求める傾斜偏差
算出手段(制御ユニット26、S24、S314、S8
10、S814、S906)、を備えると共に、前記目
標姿勢修正手段は、前記偏差算出手段によって求められ
た偏差および傾斜偏差算出手段によって求められた第2
の偏差に応じて前記目標姿勢を修正する(制御ユニット
26、S24、S314、S810、S814、S90
6、S908)ように構成したので、上体傾斜フィード
バックによる姿勢安定化制御において復元力を発生させ
るために操作量には脚部関節の変位ずらし量を用いるこ
とができ、関節部の磨耗や慣性の影響によって実用化が
困難な関節トルク制御を導入することなく、制御系を線
形近似することができ、姿勢安定化制御を容易に実現す
ることができる。
[0059] In the claim 3, wherein said predetermined reference point
Since There was configured Ru ZM P position location der a target, can be modified even better when you move the results ZMP target position and drives the legs, it is possible to obtain the effects described above even more accurately. According to claim 4, further comprising the upper body
Detecting means for detecting the tilt angle and / or tilt angular velocity of the vehicle
Step (control unit 26, tilt sensor 40),
Command the tilt angle and / or tilt angular velocity of the upper body
And the deviation is determined as the second deviation.
Calculation means (control unit 26, S24, S314, S8
10, S814, S906), and the eye
The target posture correcting means is obtained by the deviation calculating means.
Calculated by the deviation and inclination deviation calculating means.
Correcting the target attitude according to the deviation of the control unit (control unit
26, S24, S314, S810, S814, S90
6, S908), the upper body tilt feed
Generates restoring force in attitude stabilization control by back
Therefore, the displacement of the leg joint should be used as the operation amount.
Practical use due to the effects of joint wear and inertia
Wire the control system without introducing difficult joint torque control
Shape stabilization control can be easily realized.
Can be

【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】図2に示す制御ユニットの動作を示すメイン・
フロー・チャートである。
FIG. 3 is a main diagram showing the operation of the control unit shown in FIG. 2;
It is a flow chart.

【図4】図3フロー・チャートの中の脚コンプライアン
ス制御値演算サブルーチンを示すフロー・チャートであ
る。
4 is a flowchart showing a leg compliance control value calculation subroutine in the flowchart of FIG. 3;

【図5】図4の脚コンプライアンス制御を説明する説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating leg compliance control of FIG. 4;

【図6】図4の脚コンプライアンス制御を説明するもの
で、脚部の駆動手法を示す説明図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the leg compliance control of FIG. 4 and is an explanatory diagram showing a driving method of the leg.

【図7】図4の脚コンプライアンス制御のZMP目標位
置とZMP実測位置とのずれ量とロボットの傾斜角との
関係を示すグラフ図である。
7 is a graph showing a relationship between a deviation amount between a ZMP target position and a ZMP actual measurement position in the leg compliance control of FIG. 4 and a tilt angle of the robot.

【図8】図4の脚コンプライアンス制御のZMP目標位
置とZMP実測位置のずれ量と脚コンプライアンス制御
値の大小の関係を示すグラフ図である。
8 is a graph showing a relationship between a deviation amount between a ZMP target position and a ZMP actual measurement position in the leg compliance control of FIG. 4 and a magnitude of a leg compliance control value.

【図9】図4の脚コンプライアンス制御に適したロボッ
トの足部構造を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a foot structure of a robot suitable for the leg compliance control of FIG. 4;

【図10】図4の脚コンプライアンス制御のZMP実測
位置の検出手法を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a method of detecting a ZMP actually measured position in the leg compliance control of FIG. 4;

【図11】この発明の第2実施例を示す脚コンプライア
ンス制御値演算の別の例を示すフロー・チャートであ
る。
FIG. 11 is a flowchart showing another example of leg compliance control value calculation according to the second embodiment of the present invention.

【図12】この発明の第3実施例を示す脚コンプライア
ンス制御と併せて上体位置の再修正を行う例を示すフロ
ー・チャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing an example in which the body position is re-corrected together with leg compliance control according to the third embodiment of the present invention.

【図13】この発明の第4実施例を示す脚コンプライア
ンス制御値演算の別の例を示すフロー・チャートであ
る。
FIG. 13 is a flowchart showing another example of leg compliance control value calculation according to the fourth embodiment of the present invention.

【図14】第4実施例を説明するブロック線図である。FIG. 14 is a block diagram illustrating a fourth embodiment.

【図15】図14に示すロボットを簡略にモデル化した
説明図である。
FIG. 15 is a diagram schematically illustrating the robot shown in FIG. 14;

【図16】この発明の第5実施例を示す脚コンプライア
ンス制御値演算の別の例を示すフロー・チャートであ
る。
FIG. 16 is a flowchart showing another example of leg compliance control value calculation according to the fifth embodiment of the present invention.

【図17】この発明の第6実施例を示す脚コンプライア
ンス制御値演算の別の例を示すフロー・チャートであ
る。
FIG. 17 is a flowchart showing another example of leg compliance control value calculation according to the sixth embodiment of the present invention.

【図18】第6実施例の制御を説明する説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating control of a sixth embodiment.

【図19】この発明の第7実施例を示す脚コンプライア
ンス制御値演算の別の例を示すフロー・チャートであ
る。
FIG. 19 is a flowchart showing another example of leg compliance control value calculation according to the seventh embodiment of the present invention.

【図20】この発明の第8実施例を示す制御ループにフ
ィルタを介挿した状態を示すブロック線図である。
FIG. 20 is a block diagram showing a state where a filter is interposed in a control loop according to an eighth embodiment of the present invention.

【図21】図20のフィルタの特性を機械的に説明する
説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram for mechanically explaining the characteristics of the filter of FIG. 20;

【図22】この発明の第9実施例を示す脚コンプライア
ンス制御に別の安定化制御を組み合わせた制御を示すフ
ロー・チャートである。
FIG. 22 is a flowchart showing control in which another stabilization control is combined with leg compliance control according to a ninth embodiment of the present invention.

【図23】図22フロー・チャートの脚コンプライアン
ス制御と安定化制御の制御値演算サブルーチンを示すフ
ロー・チャートである。
FIG. 23 is a flow chart showing a control value calculation subroutine of leg compliance control and stabilization control in the flow chart of FIG. 22;

【図24】第9実施例を説明するブロック線図である。FIG. 24 is a block diagram illustrating a ninth embodiment.

【図25】図24のブロック線図を簡略的に変形して示
すブロック線図である。
FIG. 25 is a block diagram showing a simplified modification of the block diagram of FIG. 24;

【図26】第9実施例を状態フィードバック制御手法で
実現した例を示すブロック線図である。
FIG. 26 is a block diagram showing an example in which the ninth embodiment is implemented by a state feedback control method.

【図27】図25のブロック線図をフィルタの伝達特性
を1にして変形した例を示すブロック線図である。
27 is a block diagram showing an example in which the block diagram of FIG. 25 is modified by setting the transfer characteristic of the filter to 1;

【図28】図27を機械的構成に置き換えて示す説明図
である。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing FIG. 27 by replacing it with a mechanical configuration.

【符号の説明】 1 脚式移動ロボット(2足歩行ロボ
ット) 2 脚部リンク 10R,10L 脚部回旋用の関節 12R,12L 股部のロール方向の関節 14R,14L 股部のピッチ方向の関節 16R,16L 膝部のピッチ方向の関節 18R,18L 足首部のピッチ方向の関節 20R,20L 足首部のロール方向の関節 22R,22L 足平 24 上体 26 制御ユニット 36 6軸力センサ 80,800 フィルタ
[Description of Signs] 1 Legged mobile robot (biped robot) 2 Leg link 10R, 10L Leg rotation joint 12R, 12L Crotch roll direction joint 14R, 14L Crotch pitch direction joint 16R , 16L Joints in the pitch direction of the knee 18R, 18L Joints in the pitch direction of the ankle 20R, 20L Joints in the roll direction of the ankle 22R, 22L Foot 24 Upper body 26 Control unit 36 6-axis force sensor 80, 800 Filter

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−161290(JP,A) 特開 昭61−211177(JP,A) 特公 昭48−39425(JP,B1) Miomir Vukobratov ic著,加藤一郎訳,“歩行ロボットと 人工の足”,日刊工業新聞社,昭和50年 3月31日,p.156−178 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 5/00 B25J 13/00,13/08 Continuation of the front page (56) References JP-A-3-161290 (JP, A) JP-A-61-211177 (JP, A) JP-B-48-39425 (JP, B1) Miomir Vukobratovic, translated by Ichiro Kato , "Walking Robots and Artificial Feet", Nikkan Kogyo Shimbun, March 31, 1975, p. 156-178 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 5/00 B25J 13/00, 13/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上体と、それに関節を介して連結される
と共に、少なくとも1個の関節を有する複数本の脚部を
備える脚式移動ロボットの歩行制御装置において、前記脚部の関節と前記脚部の先端を連結する衝撃吸
収機構、 ロボットの目標姿勢を生成する目標歩容生成手段、 前記ロボットに作用する床反力を測定してその作用
たるZMP実測位置を 検出する検出手段、 前記検出されたZMP実測位置を目標とするZMP
位置と比較し、その偏差 を求める偏差算出手段、 および 前記求められた偏差に応じて前記目標姿勢を修正す
る目標姿勢修正手段、を備えると共に、前記目標姿勢修
正手段は、前記修正した目標姿勢に前記ロボットの関節
変位を追従させ、よって前記求められた偏差が減少する
ように、前記衝撃吸収機構の変形による応力を生じさせ
ことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御装置。
1. An upper body connected to the upper body via a joint.
And a walking control device for a legged mobile robot having a plurality of legs having at least one joint , comprising: a . Shock absorbing connecting the joint of the leg and the tip of the leg
Collection mechanism, b . A desired gait generator for generating a desired posture of the robot; c . Detecting means for measuring a floor reaction force acting on the robot and detecting a ZMP actual measurement position as an action point thereof ; d . ZMP targeting the detected ZMP actual measurement position
A deviation calculating means for comparing the position with the position to determine the deviation, and e . Correcting the target posture according to the obtained deviation.
That target attitude correction means, equipped with a Rutotomoni, the target posture Osamu
The corrective means includes the joint of the robot in the corrected target posture.
Follow the displacement, thus reducing the determined deviation
As described above, the stress caused by the deformation of the shock absorbing mechanism is generated.
Walk controller of a legged mobile robot, characterized in that that.
【請求項2】 上体と、それに関節を介して連結される
と共に、少なくとも1個の関節を有する複数本の脚部を
備える脚式移動ロボットの歩行制御装置において、 前記脚部の関節と前記脚部の先端を連結する衝撃吸
収機構、 前記ロボットの目標姿勢を生成する目標歩容生成手
段、 前記ロボットに作用する、所定の基準点まわりの床
反力モーメントを検出す る床反力モーメント検出手段、 前記検出された床反力モーメントを目標とする床反
力モーメントと比較し、 その偏差を求める偏差算出手
段、 および 前記求められた偏差に応じて前記目標姿勢を修正す
る目標姿勢修正手段、を備えると共に、前記目標姿勢修
正手段は、前記修正した目標姿勢に前記ロボットの関節
変位を追従させ、よって前記求められた偏差が減少する
ように、前記衝 撃吸収機構の変形による応力を生じさせ
ことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御装置。
2. The upper body is connected to the upper body via a joint.
Together with a plurality of legs having at least one joint
A walking control device for a legged mobile robot comprising: a . Shock absorbing connecting the joint of the leg and the tip of the leg
Collection mechanism, b . A desired gait generator for generating a desired posture of the robot
Steps, c . Floor around a predetermined reference point acting on the robot
You detect a reaction force moment floor reaction force moment detection means, d. The floor reaction force which is the target of the detected floor reaction force moment.
Deviation calculator for calculating the deviation by comparing with the force moment
Steps, and e . Correcting the target posture according to the obtained deviation.
Means for correcting the desired posture.
The corrective means includes the joint of the robot in the corrected target posture.
Follow the displacement, thus reducing the determined deviation
Let so, cause stress due to the deformation of the shock absorbing mechanism
Walk controller of a legged mobile robot, characterized in that that.
【請求項3】 前記所定の基準点が目標とするZMP位
であることを特徴とする請求項項記載の脚式移動ロ
ボットの歩行制御装置。
Wherein the predetermined walk controller of a legged mobile robot according to claim 2 wherein wherein the reference point is ZM P position <br/> location of a target.
【請求項4】 さらに、 前記上体の傾斜角度および/または傾斜角速度を検
出する検出手段、 前記検出された上体の傾斜角度および/または傾斜
角速度を指令値と比較し 、その偏差を第2の偏差として
求める傾斜偏差算出手段、 を備えると共に、前記目標姿勢修正手段は、前記偏差算
出手段によって求められた偏差および傾斜偏差算出手段
によって求められた第2の偏差に応じて前記目標姿勢を
修正することを特徴とする請求項1項から3項のいずれ
かに記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置。
4. The method of claim 1, further comprising: f . Detecting the tilt angle and / or tilt angular velocity of the body
Outgoing detection means, g . The detected tilt angle and / or tilt of the upper body
Compare the angular velocity with the command value and use the deviation as the second deviation
Calculating means for calculating the inclination deviation, and the target posture correcting means includes a calculating means for calculating the deviation.
Calculating means for calculating the deviation and inclination deviation obtained by the output means
The target posture according to the second deviation obtained by
4. The method according to claim 1, wherein the correction is performed.
A walking control device for a legged mobile robot according to any of the first to third aspects.
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