JP3183557B2 - Walking control device for legged mobile robot - Google Patents

Walking control device for legged mobile robot

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JP3183557B2
JP3183557B2 JP13625792A JP13625792A JP3183557B2 JP 3183557 B2 JP3183557 B2 JP 3183557B2 JP 13625792 A JP13625792 A JP 13625792A JP 13625792 A JP13625792 A JP 13625792A JP 3183557 B2 JP3183557 B2 JP 3183557B2
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robot
absolute
gravity
angular velocity
joint
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龍太郎 吉野
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Honda Motor Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの歩
行制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking control device for a legged mobile robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、移動ロボットに関する技術として
は車輪式、クローラ式、脚式などのロボットが提案され
ている。その中で、脚式移動ロボットの制御技術に関す
るものとして、1脚のロボットに関する技術(Raibert,
M.H., Brown, Jr.H.B.,"Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine", ASME, J of DSM
C,vol.106, pp.75-81 (1984)), 2脚のロボットに関す
る技術(日本ロボット学会誌vol.l, no.3, pp.167-203,
1983)、4脚のロボットに関する技術(日本ロボット学
会誌vol.9, no.5, pp.638-643, 1991)、6脚のロボット
に関する技術(Fischeti, M.A.,"Robot Do the Dirty W
ork,"IEEE, spectrum, vol.22. no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; TheAdaptive Suspension Vehicle", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
が多数提案されている。更には、比較的低自由度のロボ
ットでリアルタイムに力学的に安定な移動(歩行)パタ
ーンを生成する技術(下山、”竹馬型2足歩行ロボット
の動的歩行”、日本機械学会論文集 C篇、第48巻、第 4
33号、pp.1445-1454, 1982. および"Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) や、比較的多自
由度のロボットでオフラインで安定な移動(歩行)パタ
ーンを生成する技術(特開昭62-97006号、特開昭63-150
176 号)も提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, wheel-type, crawler-type and leg-type robots have been proposed as technologies relating to mobile robots. Among them, as for the control technology of a legged mobile robot, the technology related to a one-legged robot (Raibert,
MH, Brown, Jr. HB, "Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine ", ASME, J of DSM
C, vol. 106, pp. 75-81 (1984)), Technology on biped robots (Journal of the Robotics Society of Japan vol.l, no.3, pp.167-203,
1983) Technology related to four-legged robots (Journal of the Robotics Society of Japan vol.9, no.5, pp.638-643, 1991), technology related to six-legged robots (Fischeti, MA, "Robot Do the Dirty W"
ork, "IEEE, spectrum, vol.22.no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; The Adaptive Suspension Vehicle ", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
Many have been proposed. Furthermore, a technology to generate a dynamic and stable movement (walking) pattern in real time with a relatively low degree of freedom robot (Shimoyama, "Dynamic walking of a stilt-type biped walking robot", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers C) , Vol. 48, No. 4
Issue 33, pp. 1445-1454, 1982. and "Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h ", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) and a technique for generating a stable movement (walking) pattern offline with a robot having relatively many degrees of freedom (JP-A-62-97006, JP-A-63-150)
No. 176) has also been proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したオ
フラインで安定な移動パターンを生成するものにおい
て、平坦路をロボットに歩行させる場合、足平は水平と
し、力学的に安定な関節角軌道(歩行パターン)に追従
する様に関節角を制御することにより実現できる。例え
ば、静歩行であれば常に足平内に重心軌道がある様に制
御すれば、安定に歩行することができる。また動歩行で
はzmpが足平内にある様に重心軌道を制御すれば良
い。しかし、脚式移動ロボットが移動する路面は厳密に
設計値通りであることは少なく、歩行パターンで予期し
ていない凹凸や傾斜が現実に存在することが多い。その
様な凹凸、傾斜に遭遇すると、脚式移動ロボットは支持
脚足平角度が傾斜し、その結果重心軌道が目標軌道から
ずれるため、姿勢が不安定になる恐れがある。これは上
記したリアルタイムに移動パターンを生成して歩行する
手法を用いるものでも同様であって、この様な外乱は、
姿勢を崩す一因となる。
By the way, in the above-described method for generating a stable off-line movement pattern, when the robot walks on a flat road, the foot is horizontal and the joint angle trajectory (walking) is stable mechanically. This can be realized by controlling the joint angle so as to follow the pattern). For example, if the user walks quietly, it is possible to stably walk by controlling the center of gravity trajectory to always be within the foot. In dynamic walking, the center of gravity trajectory may be controlled so that zmp is within the foot. However, the road surface on which the legged mobile robot moves is rarely strictly as designed, and irregularities and inclinations that are unexpected in a walking pattern often actually exist. When encountering such unevenness and inclination, the leg-type mobile robot may have an unstable posture because the foot angle of the supporting leg is inclined, and as a result, the center of gravity trajectory deviates from the target trajectory. The same is true for the method using the above-described method of generating a movement pattern in real time and walking, and such a disturbance is
This will cause you to lose your posture.

【0004】従って、この発明の目的は、予期しない路
面の凹凸や傾斜などに遭遇しても姿勢を崩すことがな
く、常に安定して歩行することができて移動環境におけ
る踏破性を高め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。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve stability in a mobile environment by always walking stably without losing posture even when unexpected road surface irregularities or slopes are encountered. To provide a walking control device for a legged mobile robot.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は以下の如く構成した。後述する符合を
付して説明すると、請求項1項にあっては上体(筐
体)24と複数本の脚部(脚部リンク2)とを有する脚
式移動ロボットの歩行制御装置であって、予め設定さ
れた前記ロボットの所定部位の目標位置(目標軌道)
に、前記所定部位が一致するように前記ロボットの関節
(10R(L)など)を駆動制御するものにおいて、前
記ロボットの上体の重力方向に対する絶対角度ψx,ψ
及び/又は絶対角速度ψドットx,ψドットy検出
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絶対角度及び/又は絶対角速度に
基づき、前記ロボットの接地部位(足平22R(L))
の重力方向に対する絶対角度qx,qy及び/又は絶対
角速度を推定する推定手段(制御ユニット26、ブロッ
クB1)前記推定された接地部位の絶対角度及び/又
は絶対角速度に基づき、前記目標位置を変更する目標位
置変更手段(制御ユニット26,ブロックB3)、及
び、前記変更された目標位置に応じて前記関節の駆動制
御値を算出する駆動制御値算出手段(制御ユニット2
6,ブロックB4)、を備えるように構成した。また、
請求項2項にあっては、前記所定部位が重心位置(C
x,Cy,Cz)であるように構成した。 また、請求項
3項にあっては、前記検出された上体の絶対角度及び/
又は絶対角速度に基づき、前記接地部位に最も近い関節
(足関節18,20R(L))の駆動制御値を併せて補
正する(制御ユニット26,ブロックB6)ように構成
した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention has the following constitution. The sign to be described later
When subjected will be described, with the one of claims, the body (housing
Body) 24 and a walking control device of the legged mobile robot 1 having a plurality of legs (leg links 2).
Target position (target trajectory) of the specified part of the robot
The joints of the robot so that the predetermined portions match.
(10R (L)), the absolute angle of the upper body of the robot with respect to the direction of gravity {x, ψ
y and / or absolute angular velocity ψ dot x, ψ dot y detected
To that detection means (control unit 26, the inclination sensor 40),
The absolute angle and / or absolute angular velocity of the detected upper body
Based on the contact area of the robot (foot 22R (L))
Absolute angle qx, qy and / or absolute angle of
Estimating means for estimating angular velocity (control unit 26, block
Click B1), the absolute angle of the estimated ground site and / or
Is the target position for changing the target position based on the absolute angular velocity.
Position changing means (control unit 26, block B3) , and drive control of the joint according to the changed target position.
Drive control value calculating means (control unit 2) for calculating the control value
6, block B4), was configured with. Also,
In the second aspect, the predetermined portion is located at the center of gravity (C
x, Cy, Cz). Claims
In item 3, the absolute angle of the detected upper body and / or
Or, based on the absolute angular velocity, the joint closest to the contact area
(Ankle joint 18, 20R (L))
Correction (control unit 26, block B6)
did.

【0006】[0006]

【作用】予期しない路面の凹凸や傾斜に遭遇すると、ロ
ボットの接地部位の重力方向に対する絶対角(速)度は
所期の値と異なったものとなり、所定部位、例えば重心
軌道の実際値も目標値から逸脱する。それを推定して目
標値に一致する様に関節を駆動制御するので、迅速に姿
勢を回復することができ、常に安定した歩行を行うこと
ができて移動環境での踏破性が向上する。
When an unexpected irregularity or inclination of the road surface is encountered, the absolute angle (speed) of the robot's ground contact area with respect to the direction of gravity differs from the expected value, and the actual value of a predetermined part, for example, the center of gravity trajectory, is also set to the target value. Deviate from the value. Since the joint is estimated and controlled so as to coincide with the target value, the posture can be quickly recovered, the stable walking can be always performed, and the stepping ability in the moving environment is improved.

【0007】[0007]

【実施例】以下、脚式移動ロボットとして2足歩行のロ
ボットを例にとって、この発明の実施例を説明する。図
1はそのロボット1を全体的に示す説明スケルトン図で
あり、左右それぞれの脚部リンク2に6個の関節を備え
る(理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モ
ータで示す)。該6個の関節は上から順に、腰の脚部回
旋用(z軸まわり)の関節10R,10L(右側をR、
左側をLとする。以下同じ)、腰のロール方向(x軸ま
わり)の関節12R,12L、同ピッチ方向(y軸まわ
り)の関節14R,14L、膝部のピッチ方向の関節1
6R,16L、足首部のピッチ方向の関節18R,18
L、同ロール方向の関節20R,20Lとなっており、
その下部には後で述べるバネ機構を備えた足平22R,
22Lが取着されると共に、最上位には筐体(上体)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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below, taking a bipedal walking robot as an example of a legged mobile robot. FIG. 1 is an explanatory skeleton diagram showing the robot 1 as a whole. The left and right leg links 2 are provided with six joints (for 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, 10L (R on the right side, R,
Let L be the left side. Joints 12R and 12L in the roll direction of the hip (around the x axis), the joints 14R and 14L in the same pitch direction (around the y axis), and the joint 1 in the pitch direction of the knee.
6R, 16L, ankle pitch joints 18R, 18
L, joints 20R and 20L in the same roll direction,
Below that is a foot 22R provided with a spring mechanism described later,
22L is attached, and a casing (upper body) 2
The control unit 26 is stored in the control unit 4.

【0008】上記において股関節は関節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, 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.

【0009】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、筐体24には傾斜センサ40が設置され、x
−z平面内とy−z平面内のz軸に対する、即ち、重力
方向に対する傾斜角速度を検出する。また各関節の電動
モータには、その回転量を検出するロータリエンコーダ
が設けられる。更に、図1では省略するが、ロボット1
の適宜な位置には傾斜センサ40の出力を補正するため
の原点スイッチ42と、フェール対策用のリミットスイ
ッチ44が設けられる。これらの出力は前記した筐体2
4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 in the housing 24, and x
The tilt angular velocity with respect to the z-axis in the -z plane and the yz plane, that is, with respect to the direction of gravity is detected. The electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation. Further, although omitted in FIG.
At an appropriate position, an origin switch 42 for correcting the output of the inclination sensor 40 and a limit switch 44 for fail countermeasures are provided. These outputs are output from the housing 2 described above.
4 is sent to the control unit 26.

【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ROM64に格納されている重心軌
道などの予め設定された歩行パターンを読み出して目標
関節角度を算出してRAM54に送出する。また第2の
演算装置62は後述の如く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、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 the details of the control unit 26, which comprises 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. The control unit includes first and second arithmetic units 60 and 62 each including a CPU. The first arithmetic unit 60 reads a predetermined walking pattern such as a center of gravity trajectory stored in the ROM 64. Then, the target joint angle is calculated and transmitted to the RAM 54. Further, the second arithmetic unit 62 reads the target value and the detected actual value from the RAM 54 as described later, calculates a control value necessary for driving each joint, and outputs the control value via the D / A converter 66 and the servo amplifier. Output to the electric motor that drives each joint.

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

【0012】図3は、ロボット1が前後方向に傾いたと
きの制御を示すブロック図である。図示はしないが、以
下に説明する制御は、左右方向についても全く同様であ
る。傾斜角が十分小さければ、3次元の傾斜を前後左右
の傾斜角に分離することができ、大きければ3次元の座
標変換を用いることになる。ここでは簡単のため、傾斜
角が十分小さい場合について説明する。図3において路
面に固定された絶対座標をX−Y−Z座標とし、足平2
2R(L)の裏面に固定された座標を内部座標x−y−
z座標とおく。尚、予め設定された歩行パラメータ(軌
道パラメータ)は、重心位置、重心速度、足平位置、足
平速度とする。
FIG. 3 is a block diagram showing control when the robot 1 is tilted in the front-rear direction. Although not shown, the control described below is exactly the same in the left-right direction. If the inclination angle is sufficiently small, it is possible to separate the three-dimensional tilts toward the tilt angles of the right and left front and rear, it will be used to coordinate transformation of a large listen lever 3D. Here, for the sake of simplicity, a case where the inclination angle is sufficiently small will be described. In FIG. 3, the absolute coordinates fixed to the road surface are defined as XYZ coordinates,
The coordinates fixed to the back surface of 2R (L) are represented by the internal coordinates xy-
Let it be the z coordinate. The preset walking parameters (trajectory parameters) are the position of the center of gravity, the speed of the center of gravity, the foot position, and the foot speed.

【0013】いまロボット1の足平、例えば右の足平2
2Rが斜面あるいは凹凸を踏んだことにより、図3に実
線で示す様に傾いたとする(破線は目標姿勢を示す)。
このとき、例えば静歩行であれば、重心軌道が足平22
R内から外れ、転倒する恐れがある。しかし、もし路面
に固定された絶対座標X−Y−Zに対し、重心位置が破
線で示す目標位置にあれば転倒することはない。
Now, the foot of the robot 1, for example, the right foot 2
It is assumed that the 2R is inclined as shown by a solid line in FIG. 3 due to stepping on a slope or unevenness (a broken line indicates a target posture).
At this time, for example, in the case of quiet walking, the center of gravity trajectory is
There is a risk of falling out of R and falling. However, if the position of the center of gravity is at the target position indicated by the broken line with respect to the absolute coordinates XYZ that are fixed on the road surface, the vehicle will not fall.

【0014】そこでこの制御においては、ブロックB1
で足平22Rの角度qx,qyを推定する。即ち、前記
した傾斜センサ40を通じて筐体24の傾斜角速度ψド
ットx,ψドットy(重力方向に対する絶対角度。添字
は方向を示す。以下同じ)を検出し、検出値を積分して
傾斜角度ψx,ψyを求め、求めた傾斜角度とロータリ
エンコーダを通じて検出した関節角度θn(リンク間の
相対角度)とから、図示の如く足平22Rの角度qx,
qy(重力方向に対する絶対角度。添字は方向を示す)
を推定する。尚、関節角度θは図1に示した12個の関
節の角度であって添字nが、対応する関節を示す。
Therefore, in this control, the block B1
Is used to estimate the angles qx, qy of the foot 22R. That is, the inclination angle velocities ψdot x and ψdot y (absolute angles with respect to the direction of gravity; suffixes indicate directions; the same applies hereinafter) of the housing 24 are detected through the above-described inclination sensor 40, and the detected values are integrated to obtain the inclination angle 傾斜 x. , Ψy, and from the obtained inclination angle and the joint angle θn (relative angle between the links) detected through the rotary encoder, the angle qx,
qy (absolute angle to the direction of gravity; the subscript indicates the direction)
Is estimated. The joint angle θ is the angle of the twelve joints shown in FIG. 1, and the subscript n indicates the corresponding joint.

【0015】次に、ブロックB2では、この推定値に高
周波の振動があると、ロボットがフィードバック・ルー
プによりハンチングを生じるため、ローパス・フィルタ
を設けて足平角度qx,qyの低周波成分のみを検出す
る。
Next, in block B2, if the estimated value has a high-frequency vibration, the robot causes hunting due to a feedback loop. Therefore, a low-pass filter is provided to remove only the low-frequency components of the foot angles qx and qy. To detect.

【0016】次に、ブロックB3では、この足平角度q
x,qyを用い、図示の如く、絶対座標X−Y−Zに対
する重心位置を、ロボットに固定された内部座標x−y
−zに変換する。即ち、絶対座標系での重心軌道を、ロ
ボットに固定された内部座標系から見た場合の重心軌道
に換算する。
Next, in block B3, the foot angle q
Using x and qy, as shown in the figure, the position of the center of gravity with respect to the absolute coordinates XYZ is determined by the internal coordinates xy fixed to the robot.
Convert to -z. That is, the center-of-gravity trajectory in the absolute coordinate system is converted into the center-of-gravity trajectory as viewed from the internal coordinate system fixed to the robot.

【0017】次に、ブロックB4では、換算された重心
軌道に基づき、図示の様にいわゆる逆運動学の問題を解
いて12個の関節の角度を算出する。
Next, in block B4, based on the converted center-of-gravity trajectory, the so-called inverse kinematics problem is solved as shown to calculate the angles of the twelve joints.

【0018】次に、ブロックB5では、図2に関して先
に説明した如く、関節角を制御する位置サーボ系に出力
し、ロボット1を破線で示す所期の姿勢まで回復する様
に、重心軌道を制御する。
Next, in block B5, as described above with reference to FIG. 2, the center-of-gravity trajectory is output to the position servo system for controlling the joint angle so that the robot 1 recovers to the desired posture indicated by the broken line. Control.

【0019】また、ブロックB6では、検出された傾斜
角速度を重心速度と近似し、足関節18,20R(L)
のみにフィードバック制御を行って安定性を向上させ
る。即ち、本来的には重心位置のみならず、重心速度も
制御するのが望ましいが、演算を簡略にするために、こ
の様な傾斜フィードバック制御を局部的に行っている。
尚、この傾斜フィードバック制御は具体的には、検出し
た傾斜角速度ψドットx,ψドットyにゲインKx,K
yを乗じて得た値を足関節18,20R(L)の角度
(ブロックB4で算出)に加算して行う。
In block B6, the detected inclination angular velocity is approximated to the center of gravity velocity, and the ankles 18, 20R (L)
Only feedback control is performed to improve stability. That is, it is originally desirable to control not only the position of the center of gravity but also the velocity of the center of gravity, but such tilt feedback control is locally performed to simplify the calculation.
Note that this tilt feedback control is performed by adding the gains Kx, K to the detected tilt angular velocity ψdot x, ψdot y.
The value obtained by multiplying y is added to the angle of the ankle joint 18, 20R (L) (calculated in block B4).

【0020】この実施例においては上記の如く、足平角
度が平坦路の場合(角度零)から予期しない斜面、凹凸
を踏んで傾斜を生じても、筐体に取り付けられた傾斜セ
ンサから足平角度を推定し、推定された足平角度を用い
て座標変換を行い、重心軌道が路面に固定された絶対座
標からずれない様に関節角を制御する様にしたので、重
心を所期の軌道に保って安定な姿勢を保持することがで
きる。
In this embodiment, as described above, when the foot angle is a flat road (zero angle), even if an unexpected inclination occurs due to stepping on a slope or unevenness, the foot sensor is attached to the housing. The angle is estimated, coordinate transformation is performed using the estimated foot angle, and the joint angle is controlled so that the center of gravity trajectory does not deviate from the absolute coordinates fixed on the road surface. And a stable posture can be maintained.

【0021】尚、上記において、12個の関節全てを制
御する例を示したが、関節の個数を低減して演算負荷を
軽減しても良い。
Although an example in which all twelve joints are controlled has been described above, the number of joints may be reduced to reduce the calculation load.

【0022】また、上記において、予め設定された軌道
パラメータである重心位置、重心速度、足平位置、足平
速度のうち、足平傾斜角度に応じて重心位置(重心軌
道)のみ目標値に制御する例を示したが、第1実施例の
末尾で述べた通り、重心速度も制御しても良く、更には
足平位置、速度も制御しても良い。更には、それに限ら
ず、腰の位置など重心位置に比べて容易に求められる位
置を用いても良い。
In the above, among the predetermined trajectory parameters of the center of gravity position, the center of gravity speed, the foot position, and the foot speed, only the center of gravity position (center of gravity trajectory) is controlled to a target value in accordance with the foot inclination angle. Although an example is shown, as described at the end of the first embodiment, the center of gravity speed may be controlled, and further, the foot position and speed may be controlled. Further, the position is not limited thereto, and a position such as a waist position that is easily obtained as compared with the center of gravity position may be used.

【0023】また、上記において、足平の傾斜角度を推
定する様にしたが、傾斜角速度を推定しても良い。
In the above description, the inclination angle of the foot is estimated, but the inclination angular velocity may be estimated.

【0024】また、ブロックB6で併せて足関節へのフ
ィードバック制御を行う例を示したが、歩行速度が低速
の場合には、省略しても良い。
Further, an example has been shown in which the feedback control to the ankle joint is also performed in the block B6, but may be omitted when the walking speed is low.

【0025】更に、上記において、歩行パターン(軌道
パラメータ)を予め設定しておく場合を例にとったが、
それに限られるものではなく、歩行のときリアルタイム
に歩行パラメータを求める技術に適用させても良い。
Further, in the above description, the case where the walking pattern (trajectory parameter) is set in advance is taken as an example.
The present invention is not limited to this, and may be applied to a technique for obtaining a walking parameter in real time during walking.

【0026】更に、上記において、2足歩行の脚式移動
ロボットを例にとって説明してきたが、それに限られる
ものではなく、3足以上の脚式移動ロボットにも妥当す
るものである。
Further, in the above description, a bipedal walking legged mobile robot 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.

【0027】[0027]

【発明の効果】請求項1項にあっては、上体と複数本の
脚部とを有する脚式移動ロボットの歩行制御装置であっ
て、予め設定された前記ロボットの所定部位の目標位置
に、前記所定部位が一致するように前記ロボットの関節
を駆動制御するものにおいて、前記ロボットの上体の重
力方向に対する絶対角度及び/又は絶対角速度を検出す
検出手段、前記検出された上体の絶対角度及び/又は
絶対角速度に基づき、前記ロボットの接地部位の重力方
向に対する絶対角度及び/又は絶対角速度を推定する
手段、前記推定された接地部位の絶対角度及び/又は
絶対角速度に基づき、前記目標位置を変更する目標位置
変更手段、及び、前記変更された目標位置に応じて前記
関節の駆動制御値を算出する駆動制御値算出手段、を備
える如く構成したので、予期しない傾斜や凹凸に遭遇し
てロボットの姿勢が傾いても迅速に所期の姿勢に回復さ
せることができ、安定に歩行することができて移動環境
での踏破性を向上することができる。
[Effect of the Invention] According to claim 1, wherein, met walk controller of a legged mobile robot having a body and a plurality of legs
A predetermined target position of a predetermined part of the robot.
The joints of the robot so that the predetermined portions match.
In which drives and controls the absolute angle and / or <br/> Ru detecting means to detect an absolute angular velocity with respect to the direction of gravity of the upper body of the robot, the absolute angle of the detected upper body and / or
Based on the absolute angular velocity, the gravity
Estimation of estimating the absolute angle and / or absolute angular rate with respect to direction
Constant means, the absolute angle of the estimated ground site and / or
A target position for changing the target position based on an absolute angular velocity
Changing means, and changing the target position according to the changed target position.
Since it is configured to include a drive control value calculating means for calculating a drive control value of the joint, it is possible to quickly recover to the expected posture even if the robot tilts due to encountering unexpected inclination or unevenness, It is possible to walk stably and improve torpedo in a moving environment.

【0028】請求項2項の装置にあっては、前記所定部
位が重心位置である様に構成したので、姿勢制御の中核
となる位置を制御量とすることによって一層的確に姿勢
の安定を回復することができる。
In the apparatus according to the second aspect, since the predetermined portion is located at the position of the center of gravity, the stability of the posture can be recovered more accurately by setting the position that is the core of the posture control as the control amount. can do.

【0029】請求項3項の装置にあっては、前記検出さ
れた上体の絶対角度及び/又は絶対角速度に基づき、
記接地部位に最も近い関節の駆動制御値を併せて補正す
ように構成したので、演算を簡略にしながら、前記所
定部位の変位速度、例えば重心速度をも併せて制御量と
したのと略等価となって、一層滑らかに姿勢の安定を回
復することができる。
[0029] In the apparatus according to the third aspect, the detection is performed.
Based on the obtained absolute angle and / or absolute angular velocity of the upper body, the drive control value of the joint closest to the ground contact portion is configured to be corrected together. Therefore, while simplifying the calculation, the displacement speed of the predetermined portion, For example, the control amount is substantially equivalent to the control amount together with the center-of-gravity velocity, and the posture stability can be more smoothly restored.

【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の中の制御ユニットの詳細を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing details of a control unit in FIG. 1;

【図3】図2の制御ユニットの動作を示すブロック図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an operation of the control unit in FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 脚式移動ロボット(2足歩行ロボ
ット) 2 脚部リンク 10R,10L 脚部回旋用の関節 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 筐体 26 制御ユニット 40 傾斜センサ
Reference Signs List 1 legged mobile robot (bipedal walking robot) 2 leg link 10R, 10L leg rotation joint 12R, 12L crotch roll direction joint 14R, 14L crotch pitch direction joint 16R, 16L knee joint Joints in the pitch direction 18R, 18L Joints in the pitch direction of the ankle 20R, 20L Joints in the roll direction of the ankle 22R, 22L Foot 24 Housing 26 Control unit 40 Tilt sensor

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上体と複数本の脚部とを有する脚式移動
ロボットの歩行制御装置であって、予め設定された前記
ロボットの所定部位の目標位置に、前記所定部位が一致
するように前記ロボットの関節を駆動制御するものにお
いて、 a.前記ロボットの上体の重力方向に対する絶対角度及
び/又は絶対角速度を 出す検出手段、 b.前記検出された上体の絶対角度及び/又は絶対角速
度に基づき、前記ロボッ トの接地部位の重力方向に対す
る絶対角度及び/又は絶対角速度を推定する推定手段、 c.前記推定された接地部位の絶対角度及び/又は絶対
角速度に基づき、前記目 標位置を変更する目標位置変更
手段、 及び、d.前記変更された目標位置に応じて前記関節の駆動制
御値を算出する駆動制御 値算出手段、 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。
1. A walking control device for a legged mobile robot having an upper body and a plurality of legs , wherein
The predetermined part matches the target position of the predetermined part of the robot.
For driving and controlling the joints of the robot such that: a. Absolute angle and / or the detection means that issues detects the absolute angular velocity with respect to the direction of gravity of the upper body of the robot, b. Absolute angle and / or absolute angular velocity of the detected upper body
Based on time, against the direction of gravity of the ground portion of the robot
Estimating means for estimating an absolute angle and / or an absolute angular velocity , c. Absolute angle and / or the absolute of the estimated ground site
Based on the angular velocity, the target position changing <br/> means for changing the targets position, and, d. Drive control of the joint according to the changed target position
A walking control device for a legged mobile robot , comprising: drive control value calculation means for calculating a control value .
【請求項2】 前記所定部位が重心位置であることを特
徴とする請求項1項記載の脚式移動ロボットの歩行制御
装置。
2. The walking control device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein the predetermined portion is a position of a center of gravity.
【請求項3】 前記検出された上体の絶対角度及び/又
は絶対角速度に基づき、前記接地部位に最も近い関節の
駆動制御値を併せて補正することを特徴とする請求項1
項または2項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置。
3. The detected absolute angle of the upper body and / or
And correcting the drive control value of the joint closest to the ground contact portion based on the absolute angular velocity.
Item 3. The walking control device for a legged mobile robot according to item 2.
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