JP3330710B2 - 移動ロボットの位置検知および制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は移動ロボットの位置検
知および制御装置に関し、より具体的には移動体の作業
空間における相対的な位置ないし方角を簡易に検知する
ことができる様にしたものに関する。また、移動ロボッ
トのうち脚式移動ロボットについて、階段など着地位置
に制約を受ける環境においても安定かつ高速に移動でき
る様に制御するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】今までに移動ロボットとしては車輪式、
クローラ式、脚式など種々の形態のものが提案されてい
るが、その様な移動ロボットが作業空間で、あるタスク
を実行するときは、作業空間上に作業対象があって、そ
の対象に向かって作業することが求められる。しかしな
がら、移動ロボットは、移動中に自己位置の計測誤差や
移動機構と路面との間の滑りなど、不確実な要素が介在
するために、移動した後に作業対象に正しく相対してい
るかどうか定かではない。こうした理由のために、移動
ロボットは、移動終了後に自己が作業対象に対してどの
位置にいてどの方向を向いているのかを正しく認識する
必要がある。

【０００３】無論、移動中に、接近しつつある作業対象
と自己の位置関係を実時間で計測し続けることができれ
ば問題はないが、このような手法は膨大な情報処理を必
要とし、少なくとも現時点では現実的ではない。情報処
理の量を減少させる目的で、移動空間に人工的な補助手
段（例えばテープ）を移動経路に沿って敷設すること
は、特開昭５９−３２００９号、特開昭５９−１２１５
０６号、特開昭５５−９７６０９号などで提案されてい
る。また、電磁誘導線などを埋設することも公知であ
る。

【０００４】しかし、これら手法によるときは、作業空
間側に必要な施設を設ける必要があって煩瑣であると共
に、電磁誘導線などを埋設するには多大なコストを必要
とする。更に、作業空間が例えば原子力施設である様な
場合は、大規模な環境の変更が事実上できないことが多
い。

【０００５】また、作業対象に対する自己の位置・方角
を認識するには、カメラなどの視覚情報を用いて、撮像
した画像と予め記憶した画像との間でパターンマッチン
グ手法などを利用して行うことも知られている。この手
法では通常、処理すべき情報量を低減するために、画像
の一部をウィンドウ処理して探索時間を短縮している。
移動ロボットの作業が機器の点検であるような場合に
は、点検対象である機器、例えば圧力計などを撮像した
画像を自己位置同定に用いるならば、まだしも作業時間
を短縮できるが、通常は圧力計などより一層明瞭な特徴
を備える他の機器、あるいは建築構造物が自己位置同定
に用いられ、自己位置が同定できてから更に点検対象物
を探索するのが普通であるから、作業速度は遅い。作業
速度は、搭載するコンピュータの性能を増すことで、ア
ップすることができるが、コスト面では低性能のコンピ
ュータを使用するのが望ましく、また自律型のロボット
の場合、コンピュータの性能は、重量、消費エネルギな
どから自ずと制約される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこの様な事
情に鑑みてなされたもので、作業空間にわずかのランド
マーカを付すのみで、移動を伴う作業ロボットが作業位
置に正しく到達したかどうかを、比較的低性能のコンピ
ュータを用いて実時間で精度良く検知することができる
移動ロボットの位置検知装置を提案することにある。

【０００７】更に、移動ロボットの中で、脚式移動ロボ
ットの様に着地位置が離散的なものが、着地位置に制約
を受ける環境を移動するとき、例えば階段などを昇降す
るときは、着地位置を細心に制御する必要がある。即
ち、図３３に示す様に脚式移動ロボットが階段を昇る際
に、ロボットと階段との相対位置が後ろ過ぎると安定性
を保つために活用できる接地面積が小さくなって姿勢が
不安定となり、逆に相対位置が前過ぎると、次の段に移
動するとき遊脚が干渉して同様に姿勢の安定を崩す。こ
の様に、階段など着地位置が制約を受ける環境を移動す
るときは、ロボットと階段との相対位置を制御する必要
がある。

【０００８】そこで、本願出願人は先に特願平４−２４
１，３５１号において、脚式移動ロボットが階段など移
動に制約を受ける環境を安定した姿勢で高速に移動でき
る様にした脚式移動ロボットの制御装置を提案してい
る。しかしながら、その提案においては位置検出手段と
して接触式センサを足裏に装着していたため、耐久性が
必ずしも十分ではなかった。

【０００９】従って、この発明の第２の目的は、その先
に提案した発明の改良にあり、より具体的には、作業空
間内にわずかのランドマーカを付すのみで、移動を伴う
作業ロボットが作業位置に正しく到達したかどうかを、
比較的低性能のコンピュータを用いて実時間で精度良く
検知することができると共に、非接触式センサを用いて
耐久性を向上させ、更に自己位置同定精度を向上させる
ようにした脚式移動ロボットの制御装置を提供すること
にある。

【００１０】

【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項に示す如く構成し
た。後述する実施例の表現を付記して説明すると、請求
項１項にあっては、移動ロボット１、１００が移動する
空間を、円弧および直線の少なくともいずれかによって
属性の異なる少なくとも２つの面領域に区分する区分手
段（ランドマーカ８０）、および前記属性の相違に応じ
て異なる信号を出力するアレイ状に連続して配置された
ｎ（ｎ＞１）個のセンサ素子からなり、前記移動ロボッ
ト１、１００の接地部位付近に配列されたセンサアレイ
３８２、とを備え、前記区分手段（ランドマーカ８０）
の幅を前記ｎ個のセンサ素子によって規定される前記セ
ンサアレイ３８２の幅と同一あるいはほぼ同一の値に設
定すると共に、前記センサアレイ３８２を構成するｎ個
のセンサ素子のうちの連続するｍ（ｍ＜ｎ）個の出力信
号（例えばオン信号）と、残りのｎ−ｍ個の出力信号
（例えばオフ信号）の相違に基づいて前記移動ロボット
１、１００と前記区分手段（ランドマーカ８０）との相
対位置を検知するように構成した。

【００１１】

【作用】区分手段に対する相対位置ないし角度を容易に
検知することができ、よって移動空間における移動ロボ
ット（作業ロボット）の位置を容易に検知することがで
きる。また構成として簡易であるので、比較的低レベル
のコンピュータをもって実現することができる。

【００１２】

【実施例】以下、移動ロボットとして２足歩行の脚式移
動ロボットと車輪式の移動ロボットとを例にとってこの
発明の実施例を説明する。

【００１３】図１は脚式移動ロボットのロボット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，１０
Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッ
チ方向（ｘ軸まわりに回転）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同
ロール方向（ｙ軸まわりに回転）の関節１４Ｒ，１４
Ｌ、膝部のロール方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首部の
ロール方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ、同ピッチ方向の関節
２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足平（足
部）２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最上位には筐
体（基体）２４が設けられ、その内部には制御ユニット
２６が格納される。

【００１４】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、さら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。

【００１５】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）の裏面には位置検出手段として、先に提案した技
術で使用した接触式の分布加重センサに代えて、非接触
型の反射式光センサ３８が装着される（図１で図示省
略）。

【００１６】さらに、筐体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。さら
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４
２が設けられる。これらの出力は前記した筐体２４内の
制御ユニット２６に送られる。

【００１７】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、原点スイッチな
どの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５４内
に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる第
１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第１
の演算装置６０は後述の如くＲＯＭ６４に格納されてい
る歩容パラメータ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。また、ＲＯＭ６４には作業空
間についての環境地図情報が格納される。

【００１８】ここで、図３および図４を参照して先に述
べた光センサ３８について説明すると、光センサ３８を
検出部３８２とセンサ本体３８４とから構成すると共
に、検出部３８２を足平２２Ｒ（Ｌ）の両側にそれぞれ
５個づつ１列にアレイ状に配置し、発光部から床面に発
せられた光の反射光量を検出する。そして検出部３８２
を光ファイバケーブル３８６でセンサ本体３８４と接続
し、それを介して光信号（反射光）を伝達させる。セン
サ本体３８４は、光信号を電気信号（デジタル）に変換
する。光センサ３８は片足で１０個使用しているので、
多数の光ファイバケーブルや電気信号用ケーブルを可動
部分の多い脚部リンク２を経由して筐体２４に収納した
制御ユニット２６まで配線することは、配線の取回しが
困難で配線重量も増加する。そこで、光センサ本体３８
４をできるだけ検出部位に近い位置に装着することと
し、より具体的には下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）の内部に装
着した。

【００１９】更に、左右の下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）の内
部にはそれぞれ、センサ本体群の付近にＤ／Ａ変換器３
９を１個配置し、計１０個のセンサ出力を５個分づつ１
つのアナログ信号に変換し、多芯ケーブル７２を介して
制御ユニット２６内のＡ／Ｄ変換器５０に送出し、そこ
でアナログ信号を数値処理可能なデジタル信号に変換す
る。第１の演算装置６０はバス５２を介してＡ／Ｄ変換
器５０から必要なデータを読み出し、適当な処理を行っ
て足平２２Ｒ（Ｌ）の外側、内側それぞれ５個、左右の
脚部を合わせて合計２０個の光センサ３８０の出力状態
（オン／オフ）を検知する。この出力状態は、光センサ
に反射光があるときをオンとする。

【００２０】ここで、各列５個のセンサ検出部３８２の
中心間の間隔は、５ｍｍとする。尚、足平２２Ｒ（Ｌ）
の幅は、図５に示す様に、２００ｍｍとする。片側の５
個のセンサアレイで検出できる範囲を考えると、全部の
センサがオンまたはオフの状態では相対位置が分からな
いので、図５に示す如く、例えば階段などのエッジを検
出する場合には同図に示す如く、全ての出力がオンまた
はオフであると検出できないため、オンの数が１〜４個
に対応する１５ｍｍの範囲となる。検出範囲が１５ｍｍ
とすると、着地制御などの相対位置誤差はそれ以下にし
なければならないが、実際問題として検出範囲が１５ｍ
ｍでは小さすぎることから、ランドマーカを利用して検
出範囲を拡大する。即ち、図６に示す様に、ランドマー
カ８０の幅をセンサアレイの幅とほぼ等しい値、即ち、
検出部間隔を前述の如く５ｍｍとすると、センサアレイ
の幅は実質的に約２０ｍｍとなるので、ランドマーカ８
０の幅もそれと同等の２０ｍｍとする（図面では理解の
便宜のため誇張して示す）。これによって、最も効果的
に検出範囲の幅を拡大、実施例の場合には±２０ｍｍ
（４０ｍｍ）と２倍以上に拡大することができる。

【００２１】このランドマーカ８０について更に説明す
ると、ランドマーカ８０は図７に示す様に、作業空間８
２において点検対象（実施例の場合は配管のフランジ
部）８４の前方の床面の適宜位置に黒色ペイントなど光
を良く吸収する塗料で描いた直線からなる所定幅の面領
域で構成する。この様に、ランドマーカ８０を設けて作
業空間８２の床面を明度において属性の異なる２つの面
領域に区分する。光センサ出力は、ランドマーカ８０上
にあるとき、および離床しているとき、オフとなる。

【００２２】ここで、ロボット１は図３（および図１）
に示す様に、筐体２４の上部に点検システム９０が設け
られる。点検システム９０は、水平方向（ｘ−ｙ平面）
に回転自在なテーブル９２（雲台）と、その上面から突
設するポスト９４に上下方向（ｘ−ｚ平面）に回動自在
に取り付けられたカメラ９６とからなる。テーブル９２
とカメラ９６とは適宜な手段（図示せず）を介して駆動
される。即ち、ロボット１は、点検対象付近まで歩行
し、点検対象を撮像できる様にテーブル９２とカメラ９
６とを移動し、画像認識処理を通じて異常の有無を確認
する。尚、この発明の目的は位置の検知ないしは歩行制
御にあるので、テーブルなどの駆動制御および画像処理
による点検作業については図２で図示を省略すると共
に、その説明を省略する。

【００２３】上記の構成において、ロボット１が点検対
象８４に向かって歩行し、足平２２Ｒ（Ｌ）がランドマ
ーカ８０上に着地することで、この作業空間内における
ランドマーカ８０に対する相対的な現在位置を同定する
ことができる。更に、光センサ３８が左右の足平２２Ｒ
（Ｌ）に一対ずつ設けられていることから、対になって
いるセンサ出力を比較することで、ランドマーカ８０に
対する足平２２Ｒ（Ｌ）の角度、即ち、脚部リンク２の
角度を検出することができ、ランドマーカ８０に対する
相対的な方角を検知することができる。従って、それか
ら環境地図情報およびカメラ９６を通じて得られる視覚
情報に基づいて確実に点検対象に接近してテーブル９２
上のカメラ９６を駆動して点検作業を行うことができ
る。

【００２４】ここで、前後の相対位置ずれ（偏差）は足
平２２Ｒ（Ｌ）の外側と内側のずれの平均とする。足平
２２Ｒ（Ｌ）の角度ずれは、図８に示す様に、足平の外
側のセンサ検出部と内側のセンサ検出部で検出されたず
れの差を足平の幅で除算して逆正接を求めて算出する。
本実施例では角度ずれを得るために、センサを２列に配
置したが、これを足平の両端に配置して間隔を可能な限
り大きくして角度ずれ検出の分解能を向上させた。

【００２５】この実施例は上記の様に検出したので、作
業空間におけるランドマーカに対する相対的な位置およ
び方角を容易に認識することができ、それから環境地図
情報を利用するなどして点検対象に容易に到達すること
ができる。しかも、構成として簡易であって、制御ユニ
ット２６を構成するマイクロコンピュータとして比較的
低レベルのもので足りる。

【００２６】図９はこの発明の第２の実施例を示してお
り、ランドマーカ８０を複数本設けた場合を示す。この
場合は、検出したランドマーカ８０のいずれかから、環
境地図情報を基に、点検対象８４に対する相対的な方角
および位置を検知することができる。

【００２７】上記の第１、第２実施例において、ランド
マーカ８０に対する足平２２Ｒ（Ｌ）の角度は、一方の
足平でも検出することはできるが、実施例では双方の足
平にセンサアレイが装着されているので、ランドマーカ
８０付近で着地するときに、両脚を揃えて着地するので
はなく、少しずらして着地すると、ランドマーカ８０に
着地する確率が高くなる。

【００２８】即ち、上記第１、第２実施例において、ロ
ボットがランドマーカ８０付近に到達したとき、静止ま
たはその直前における歩幅がランドマーカ８０の進行方
向長さの実質的に２倍ないしそれ以下の値となる様に、
脚部を駆動制御するものとする。その結果、光センサア
レイがランドマーカ８０上に確実に位置することとなっ
て、誤りなく検出することが可能となる。

【００２９】従って、遠方から内界センサ（歩容パラメ
ータの歩幅×歩数で求められる情報など）によるデッド
レコニングで最終の点検位置まで移動でき、デッドレコ
ニングの適用距離を拡大することができる。デッドレコ
ニングの距離を延ばすことは、カメラ９６などの外界セ
ンサを使う頻度を減少させるから、外界センサにありが
ちな情報処理の複雑さに起因する処理時間の増大を防止
でき、一層移動速度が高まってより実用的になる。

【００３０】図１０はこの発明の第３の実施例を示す説
明図であり、この第３実施例の場合には車輪式の移動ロ
ボット１００を用い、車体の両側に床面に近接して、光
センサ３８の検出部３８２をアレイ状に装着した（図１
０では片側のみ示す）。また同図および図１１に示す様
に、第３実施例の場合、ランドマーカ８０は点検対象８
４の鉛直線上に位置する点Ｃを中心とする円弧からなる
面領域で表現される。前記した第１、第２実施例の場合
にはランドマーカ８０が直線であったため、ロボットが
ランドマーカ８０のどこに位置するのか検知することが
できず、点検システムのカメラ９６を空間上のある仮想
線に沿ってスキャンしなければならない不都合があった
が、第３実施例の場合、ランドマーカ８０が円弧である
ことから、図１１に示す様に、両側のセンサアレイを結
ぶ線の中点から垂線を延ばすことで円弧の中心Ｃ（点検
対象）に対するロボットの絶対的な位置と方角とを一度
に正しく認識することができる。尚、第３実施例でもラ
ンドマーカ８０を複数本設けても良い。

【００３１】第１から第３実施例のいずれの場合も、点
検対象付近に到達した後に自己の位置を迅速に同定でき
るから、計算された点検対象の方向に点検システム９０
を正確に向けることができ、点検対象８４を探索するの
にロボットの位置と向きとを試行錯誤的に変える必要が
なく、自立ロボットの最重要関心事たるエネルギ消費を
著しく低減することができる。

【００３２】尚、第１から第３実施例において、ロボッ
トがランドマーカ上に着地することを前提に説明した
が、デッドレコニングの精度ミスで位置しない場合もあ
り得る。しかし、その様なケースは稀であり、万一生じ
たら、カメラ９６を使用して自己の位置とランドマーカ
に対するズレを確認すれば良い。その場合でもランドマ
ーカが特徴点として機能するから、環境の中の構造物か
らある特徴を抽出して自己位置を同定する従来手法より
容易であり、コンピュータの負担も少ない。

【００３３】図１２はこの発明の第４実施例を示すフロ
ー・チャートであり、この発明に係る移動制御装置の動
作を示すフロー・チャートである。第４実施例は第１実
施例で示した脚式移動ロボットが階段を昇降する場合の
歩行制御に関する。図１３に示す如く、階段の手前およ
び各段にはランドマーカ８０が敷設される。

【００３４】尚、第４実施例は、本出願人が先に提案し
た出願（特願平４−２４１，３５１号）の改良である。
改良点の１つは位置検出手段で、先に用いた接触式の分
布荷重センサでは歩行時に大きな荷重や着地衝撃が足裏
に作用するため、耐久性が悪化する不都合があったこと
から、光センサ３８を使用したことにある。それについ
ては、先に述べた。改良点の２つは、階段昇降時の位置
検知の精度向上である。以下、説明するが、詳細は先に
提案した出願に述べられているので、説明は簡単に止め
る。

【００３５】この制御は前提として、ロボットと階段の
相対位置の制御をしなくても数段の昇降が可能な場合、
言い換えれば、ロボットと階段の相対位置に歩行可能な
範囲が存在し、１段の昇降で発生する相対位置ずれが小
さい場合を考える。現実的にはこの様な場合が多いと考
えられるので、この制御では遊脚を目標位置に正確に着
地させるための制御は行わず、任意の１段で相対位置ず
れが発生することは許容するが、この相対位置ずれが累
積することを防止する制御を行ない、ロボットと階段の
相対位置を前記した歩行可能な範囲内に制御することに
よって、階段を連続的に昇降できる様にした。

【００３６】図１４は、この制御の詳細を示す制御ブロ
ック図である。図で、Ｓ（ｚ）は目標着地位置（目標
値）、Ｕ（ｚ）は歩幅指令値（操作量）、Ｙ（ｚ）は実
着地位置（制御量）、Ｅ（ｚ）は相対位置ずれ（制御偏
差）、Δ（ｚ）は外乱、Ｉ（ｚ）は積分要素、（１／
ｚ）は１サンプリング遅れ要素、Ｋ（ｚ）は制御装置、
Ｇ（ｚ）はロボット（制御対象）の歩幅指令値から実歩
幅までのパルス伝達関数を表している。これらの関係
は、数１、数２に示す様になる。

【００３７】

【数１】

【００３８】

【数２】

【００３９】仮に、簡略化のために、Ｇ（ｚ）をゲイン
ｇ、制御装置Ｋ（ｚ）をゲインｋとすれば、安定条件は
数３に示す様になる。

【００４０】

【数３】

【００４１】また、階段の長さがＬ（図１５に示す）で
一定ならば、目標位置はステップ状に変化するので、こ
れに対する定常偏差は、数４に示す様になり、ｋ，ｇ，
Ｌに応じて一定値に収束する。

【００４２】

【数４】

【００４３】同様に、大きさＤのインパルス状の外乱お
よびステップ状の外乱に対する定常偏差は数５、数６に
示す様になり、０またはｋ，ｇ，Ｄに応じて一定値に収
束する。

【００４４】

【数５】

【００４５】

【数６】

【００４６】ゲインｋは外乱などによって発生した相対
位置ずれが速やかに収束し、かつ、定常偏差が許容範囲
内に収まる様に決定すれば良い。更に、制御装置Ｋ
（ｚ）を積分要素を含む様に構成すれば、ステップ状目
標値、ステップ状外乱に対する定常偏差を０にすること
ができる。

【００４７】ここで、まずＧ（ｚ）をゲインｇとして同
定した。図１６はｘ（ｎ）／ｕ（ｎ）をヒストグラムに
表したものである。本来は、外乱の影響を含まないＧ
（ｚ）、即ち、ｇを同定したいところであるが、ｗ
（ｎ）の検出が困難であるために、ｘ（ｎ）／ｕ（ｎ）
から同定した。裾が広くなっていることの要因は、外乱
によるものが大きいと推定されるので、Ｇ（ｚ）をゲイ
ンとしても大きな問題にはならない。分布の中心が１．
０２であるので、ｇ＝１．０２としても良いと思われる
が、安全側に評価するため、ｇ＝１．０６とした。制御
装置Ｋ（ｚ）をゲインｋとする。このときの制御系が安
定になるための条件は数３式より、０＜ｋ＜１．８９
（≒２／ｇ）となる。数４式などよりｋが大きい方が定
常偏差は小さくなるが、制御系の特性が振動的になるの
を回避し、ゲインに余裕を持たせるために、ｋ＝０．５
ないしは０．７５とした。

【００４８】また、比較のために、この制御を行わなか
った場合の結果を図１７に示す。図１８および図１９は
この制御を行った場合の結果であり、うち図１８はｋ＝
０．５の場合、図１９はｋ＝０．７５の場合である。ど
れも昇降した階段の長さは、２８０ｍｍである。図１７
から明らかな様に、この制御を行わない場合は、ほぼ直
線的に相対位置ずれが増加し、３から４段目で２０ｍｍ
を超えてしまう。これに対してこの制御を行った結果
は、図１８および図１９に示した様に相対位置ずれは発
散せず、ほぼ一定値に収束していることが分かる。相対
位置ずれはｋ＝０．５の場合が１０ｍｍ程度に、ｋ＝
０．７５の場合が７．５ｍｍ程度に収束している。ｇ＝
１．０２として数４式によれば、ｋ＝０．５のときには
１１ｍｍ，ｋ＝０．７５のときには７ｍｍとなるので、
この制御の結果が理論的に見て妥当であることが分か
る。

【００４９】以上を前提として、図１２フロー・チャー
トを参照してこの制御装置の動作を説明する。

【００５０】まず、Ｓ１０で装置各部をイニシャライズ
してＳ１２に進み、そこで歩容パラメータを前記したＲ
ＯＭ６４からロードする。ここで、ロボットの歩容は力
学的安定条件を考慮して予め設計され、歩容パラメータ
としてＲＯＭ６４に記憶されているものとする。この歩
容パラメータは遊脚目標着地位置などで表現される。続
いてＳ１４に進んでスタート信号を待機し、スタート信
号が生じるとＳ１６に進んでカウンタをインクリメント
し、Ｓ１８に進んで歩容修正タイミングか否か判断す
る。これについては後述する。

【００５１】Ｓ１８で否定されるとき、次いでＳ２０に
進んで姿勢パラメータを計算する。これは前記した歩容
パラメータの中に補間演算を必要とするものがあるた
め、ここでそれを求め、Ｓ１６のカウンタで指定される
時刻の姿勢パラメータを計算する。続いてＳ２２に進ん
でそれから１２個の関節の角度を計算し、Ｓ２４に進ん
で同期信号を待機し、同期が取れたところでＳ２６に進
んで算出した関節角度を出力し、Ｓ２８に進んで歩行終
了と判断されない限り、Ｓ１６に戻って同様の作業を繰
り返すと共に、終了と判断されるときはＳ３０に進んで
カウンタをリセットして終わる。即ち、Ｓ１６のカウン
タの単位時間（例えば２０ｍｓ）ごとにＳ１６からＳ２
８をループする。またＳ２６で出力された関節角度に基
づき、その関節角度となる様に前記した第２の演算装置
６２においては図２０に示すフロー・チャートに従って
サーボ制御が並行的に行われるが、この作業は公知であ
るので、説明は省略する。

【００５２】ここまでの手順で、ロボットは予め設計さ
れた力学的に安定な歩容を再現し、歩行する。また、外
乱に対抗して歩行の安定性を維持するための制御も同時
に行われている。しかし、ここでは安定化制御について
の説明は省略する。以上までに述べた従来手法で、ロボ
ットは相対位置ずれが累積され、相対位置が歩行可能な
範囲から外れるまでは階段を昇降することができる。こ
の制御では、長さが２８０ｍｍの一般的な階段を昇降し
た場合、前記した相対位置ずれの歩行可能な範囲は±６
０ｍｍ、また環境や外乱に左右されるが、平均的には、
階段１段の昇降当たりに発生する相対位置ずれは５から
１０ｍｍ程度なので、１０段前後まで連続して昇降でき
た。

【００５３】ここで、図１２フロー・チャートにおいて
はＳ１８で歩容修正タイミングであるか否か判断される
が、この制御においては脚が離床した時点を歩容修正タ
イミングとした。相対位置ずれを検知するタイミングを
離床のときとしたのは、離床以前に相対位置ずれを検知
し、目標着地位置にフィードバックすれば遊脚軌道を遊
脚期間全体を使って修正できるので、急激ではなく、滑
らかな変更が可能となり、歩容の安定性の低下を最小限
に抑えることができると共に、時間的に最新の相対位置
ずれを制御に使用できるからである。

【００５４】そしてＳ１８で離床時と判断されるときは
Ｓ３２に進み、ロボットが階段を昇降しているときには
１段ごとに、足平２２Ｒ（Ｌ）に配置された光センサ３
８で階段のエッジを検出し、歩容パラメータ中に記載さ
れているエッジの目標位置と比較して階段との相対位置
ずれを検知する。続いてＳ３４に進み、検出した相対位
置および角度のずれに応じてそれが累積しない様に適当
な目標歩幅修正量を決定し、続いてＳ３６に進んで歩容
パラメータ中に記載されている目標着地位置を書き換え
る。

【００５５】目標着地位置が更新されると、ロボットの
歩容は予め設計された歩容から、具体的には歩幅が変更
される。例えば、任意の段での相対位置ずれが＋２０ｍ
ｍでゲインｋが０．５とすると、図１５から明らかな如
く、次の１歩の歩幅は、２８０ｍｍ（階段の長さ）−
（２０ｍｍ×０．５）＝２７０ｍｍとする。そして足平
２２Ｒ（Ｌ）の着地位置はｘ，ｙ，ｚ方向とそれらの軸
まわりの回転で決定されるので、変更した歩幅となる様
に、それらの全てまたは一部を修正する。以上の手順を
階段昇降中に１歩ごとに繰り返せば、相対位置ずれの累
積を防止することができ、連続して何段でも昇降するこ
とができる。

【００５６】この実施例は上記の様に構成したので、階
段など着地位置に制約を受ける環境においても安定かつ
高速に移動することができる。更に、図１３に示した如
く、階段の手前のエッジのない平坦な場所でも相対位置
を検出することができるため、最初の一歩から修正動作
が可能となると共に、図２１に示す様に、ロボットの足
裏の荷重分布に偏りがあっても相対位置を検出すること
ができる。また、光センサ３８は非接触式なので、耐久
性も向上する。

【００５７】図２２はこの発明の第５実施例を示す説明
図である。この場合には、光センサ３８の検出部３８２
を足平２２Ｒ（Ｌ）の前後端にアレイ状に配置すると共
に、ランドマーカ８０をロボット進行方向と平行になる
様に設置した。これにより、同一の原理で左右方向の位
置と角度を検出することができる。更に、当然の如く、
センサ検出部を足平の前後、左右に配置すれば、ロボッ
トの前後方向の位置、左右方向の位置、回転角度の全て
を検出することができる。尚、その他の構成および効果
は、先に示した内容と異ならない。

【００５８】図２３はこの発明の第６実施例を示す説明
図である。この例の場合、階段の左右エッジ付近に位置
するランドマーカ８０の両端に切り欠き部８０ａを形成
した。その結果、図２４に示す様に、明度において属性
の異なる３つの面領域が連続的に構成されてセンサ出力
が切り欠き部８０ａで相違するので、足平２２Ｒがそこ
に位置した、即ち、階段の左右エッジ付近に着地したこ
とを検出することができ、安全な階段の中央位置付近に
進路を変更することができる。

【００５９】図２５はこの発明の第７実施例を示す説明
図であり、らせん階段を昇降するときの制御を示す。ら
せん階段が図２６に示す如く、中心Ｃｓに対して同一の
曲率を有する場合、その歩行コースは中心Ｃｓに対する
距離が大きくなるにつれて増加する筈である。この実施
例はその点に着目してなされた。

【００６０】以下、図２５フロー・チャートに沿って説
明すると、Ｓ１０からスタートしてＳ１８まで進み、歩
容修正タイミングと判断されてＳ３２に進んでずれを検
出する。ここまでは第４実施例と同様である。

【００６１】第７実施例においては続いてＳ３２０に進
み、目標歩幅Ｌｏ（図２６に示す。前記歩幅Ｗｎと同
じ）と実際の歩幅とのずれΔＬを所定値ＬTHと比較す
る。所定値ＬTHは、これを超えればらせん階段の計画歩
行コースから外れた確率が高く、コース修正を必要とす
る判断基準である。図２６において計画コース（破線）
で予定される距離である。Ｓ３２０で、ずれΔＬが所定
値ＬTHを超えないと判断されるときはＳ３２２，Ｓ３２
４に進み、必要に応じて修正量を決定して歩容パラメー
タを修正し歩幅を補正する。

【００６２】Ｓ３２０で、ずれΔＬが所定値ＬTHを超え
たと判断されるときはＳ３２６に進み、ずれΔＬが同一
符号であることを確認してカウンタの値をインクリメン
トし、Ｓ３２８に進んでカウンタ値が２以上になったか
否か判断し、否定されるときはＳ３２２に進む。他方、
Ｓ３２８でカウンタ値が２以上になったと判断されると
きは、例えば図２６に示す様にコースが実際には計画の
ものから逸れていると推定できるので、Ｓ３３０におい
て歩容パラメータを修正してコースを補正する。続いて
Ｓ３３２に進んでカウンタ値をリセットし、Ｓ２０以下
に進んで第４実施例と同様の処理を行う。尚、本実施例
においても第４実施例と同様、らせん階段の手前および
各段にランドマーカを敷設することは言うまでもない。

【００６３】第７実施例は上記の如く構成したので、ら
せん階段を昇降するときも常に所期の軌跡に従って安定
して歩行することができる。

【００６４】図２７はこの発明の第８実施例を示す説明
図で、図１２フロー・チャートのＳ３４の修正量の決定
に際し、図１４ブロック図に示したＰ制御則に代えて、
ＰＩＤ制御則を用いて目標値を修正する例を示す。残余
の構成は、先に示した内容ないし第４、第７実施例と異
ならない。

【００６５】図２８はこの発明の第９実施例を示す説明
図で、ＰＩＤ制御則に適応制御則を組み合わせた例を示
す。

【００６６】図２９はこの発明の第１０実施例を示す説
明図で、ニューラルネットを用い、路面と足平の滑り、
経年変化、リンクの撓みなどをその学習機能によって感
知する。また、そのとき、階段の長さを吸収できる不感
帯を設ける。尚、図２９において○印で示すニューロン
間の結合の強さは、ＢＰ則により更新される。

【００６７】上記した第１ないし第１０実施例において
は、平坦路面でもランドマーカを設置すれば相対位置の
検出が可能になるため、階段以外にも正確に自己位置を
検出する必要がある場所にも応用することができる。例
えば、図３０に示す様に障害物を跨いで越えるとき（か
かる場合には前後方向の位置が重要となる）、図３１に
示す様に狭い通路を通過するとき（左右方向の位置が重
要となる）、図３２に示す様に角を曲がるとき（前後、
左右方向の位置、回転角度、共に重要となる）などであ
る。更に、枕木ないしはレールの上を歩行する場合、目
標地点ないし通過地点に定められた時刻に到着ないし通
過する場合など、制御したいパラメータが離散的であれ
ば、位置であると角度であるとを問わず、広く適用する
ことができる。

【００６８】図３０は例えば移動経路の途中で進路を変
更すべき場合にも応用可能であり、その方向転換の場所
にランドマーカを描いておくだけで、安定かつ高速に移
動することができる。この手法で所望の移動経路を案内
すれば、経路全体にわたって誘導線を塗布する場合に比
べてペイントの塗布作業が著しく減少し、かつその従来
技術では知り得なかった方角まで正確に認識することが
できる。

【００６９】上記第１ないし第１０実施例において、移
動ロボットの例として脚式と車輪式の２種類を挙げた
が、両者の間には移動メカニズムにより次の様な差があ
る。車輪式のものにおいては、センサ自体が連続的に路
面を移動するので、デッドレコニングの精度が多少悪く
てもセンサアレイの最初のセンサの出力だけ注目してい
れば、出力信号が変わった時点をもって所望地点に到達
したことを推定し得る。この意味で本発明は車輪式の移
動ロボットに使用する方が、実用性は高い。

【００７０】一方で脚式移動ロボットでは、原理的に着
地位置が離散的であり、ランドマーカを跨いでしまう恐
れがない訳ではない。しかし、ランドマーカの幅を広く
することと、ないしは前述の如く、その付近に接近した
とき歩幅を狭くするなど歩容の改善で対応することがで
きる。また、それとは別に、基本的な歩容においても遊
脚の軌道は可能な限り路面に近くなる様に設定するのが
望ましい。尚、脚式移動ロボットは第４、第７実施例に
示した様な階段歩行では圧倒的に優位にあるので、移動
経路に階段が含まれているときは、本発明は脚式移動ロ
ボットに使用するのが有用である。

【００７１】尚、上記第１ないし第１０実施例におい
て、脚式および車輪式の移動ロボットの例を示したが、
その他クローラ式のロボットにも妥当することは言うま
でもない。

【００７２】

【発明の効果】請求項１項にあっては、区分手段に対す
る相対位置ないし角度を容易に検知することができ、よ
って移動空間における移動ロボット（作業ロボット）と
対象物との相対位置を容易に検知することができる。ま
た構成として簡易であるので、比較的低レベルのコンピ
ュータをもって実現することができる。

【００７３】請求項２項にあっては、請求項１項と同様
に区分手段に対する相対位置ないし角度を容易に検知す
ることができ、よって移動空間における移動ロボット
（作業ロボット）と対象物との相対の位置および相対角
度を容易に検知することができる。また比較的低レベル
のコンピュータをもって実現することができる。

【００７４】請求項３項にあっては、区分手段に対する
絶対的な位置ないし角度を容易に検知することができ、
よって移動空間における移動ロボット（作業ロボット）
と対象物との相対の位置および相対角度を位置をより容
易に検知することができる。また比較的低レベルのコン
ピュータをもって実現することができる。

【００７５】請求項４項にあっては、作業対象に対する
相対的な方角を容易に検知することができる。

【００７６】請求項５項にあっては、作業対象に対する
進行方向の位置、方角を容易に検知することができる。

【００７７】請求項６項にあっては、移動空間における
位置および角度を検知することができると共に、脚部先
端の裏面で分布荷重が小さい領域についても検出できて
検知精度を向上させることができる。更に、装置の耐久
性を向上させることができる。

【００７８】請求項７項にあっては、請求項６項と同様
に、移動空間における位置および角度を検知することが
できると共に、足平の裏面で分布荷重が小さい領域につ
いても検出できて検知精度を向上させることができる。
更に、装置の耐久性を向上させることができる。

【００７９】請求項８項にあっては、階段を昇降する手
前のエッジのない平坦な位置でも位置および角度を検知
することができ、階段昇降時の最初の一歩から、修正動
作が可能となる。また、階段の昇降以外にも、正確な位
置ないしは角度を検知する必要がある場所を歩行する際
にも応用することができる。

【００８０】請求項９項にあっては、最も効果的に検知
範囲を拡大することができる。

【００８１】請求項１０項にあっては、検出角度の分解
能を向上させることができ、検出精度を向上させること
ができる。

【００８２】請求項１１項にあっては、耐久性を向上さ
せることができる。

【００８３】請求項１２項にあっては、階段を安全に昇
降することができる。

【００８４】請求項１３項にあっては、らせん階段を昇
降するときも常に所期の軌跡に従って安定して歩行する
ことができる。

【００８５】請求項１４項にあっては、ランドマーカの
位置を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動ロボットの位置検知および制御装置を２足
歩行の脚式移動ロボットを例にとって全体的に示す概略
図である。

【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。

【図３】図１の脚式移動ロボットを位置検出手段（光セ
ンサ）の配置を中心に示す説明側面図である。

【図４】図３の脚式移動ロボットの足平への光センサの
取り付け状態を示す説明図である。

【図５】図３の構成で環境側にランドマーカを設けない
場合の光センサの検出範囲を示す説明図である。

【図６】図３の構成でランドマーカを設けた場合の光セ
ンサの検出範囲を示す説明図である。

【図７】この発明の第１実施例を示す、作業空間におけ
る点検対象付近とランドマーカを示す説明図である。

【図８】図３の構成でずれ（方角）を検出する例を示す
説明図である。

【図９】この発明の第２実施例を示す、作業空間におけ
る点検対象付近とランドマーカを示す説明図である。

【図１０】この発明の第３実施例で、移動ロボットとし
て車輪式を用い、またランドマーカとして円弧を用いる
と共に、その中心を点検対象の鉛直線上においた場合を
示す説明図である。

【図１１】第３実施例における円弧の中心（点検対象）
の検出を示す説明図である。

【図１２】この発明の第４実施例を示すフロー・チャー
トである。

【図１３】第４実施例における移動空間（階段）および
ランドマーカを示す説明図である。

【図１４】図１２フロー・チャートの制御のうちの着地
位置補正制御を示すブロック図である。

【図１５】図１４で予定する階段の昇降動作を示す説明
図である。

【図１６】ロボットの階段昇降時の目標着地位置に対す
る実際着地位置のずれ特性を示すヒストグラムである。

【図１７】図１６に示す特性を持つロボットがこの制御
を行わずに階段を昇降したときの目標着地位置と実際着
地位置とのずれを示す実験データ図である。

【図１８】図１６に示す特性を持つロボットがこの制御
を行って階段を昇降したときの目標着地位置と実際着地
位置とのずれを示す実験データ図である。

【図１９】図１６に示す特性を持つロボットがこの制御
を行って階段を昇降したときの目標着地位置と実際着地
位置とのずれを示す別の実験データ図である。

【図２０】図１２フロー・チャートで決定され、出力さ
れる関節角度を目標値にサーボ制御する作業を示すフロ
ー・チャートである。

【図２１】図３の構成で分布荷重が小さい領域で検出で
きる状態を示す説明図である。

【図２２】この発明の第５実施例を示す、階段にロボッ
ト進行方向に平行となる様に設けて左右方向の位置およ
び角度を検出できる様にした例を示す説明図である。

【図２３】この発明の第６実施例を示す説明図である。

【図２４】第６実施例での検出動作を示す説明図であ
る。

【図２５】この発明の第７実施例を示すフロー・チャー
トである。

【図２６】第７実施例での検出動作を示す説明図であ
る。

【図２７】この発明の第８実施例を示す制御ブロック図
である。

【図２８】この発明の第９実施例を示す制御ブロック図
である。

【図２９】この発明の第１０実施例を示す制御ブロック
図である。

【図３０】脚式移動ロボットが障害物を跨ぐ状態を示す
説明図である。

【図３１】脚式移動ロボットが狭い通路を通過する状態
を示す説明図である。

【図３２】脚式移動ロボットが角を曲がる状態を示す説
明図である。

【図３３】脚式移動ロボットが階段を昇る状態を示す説
明図である。

【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 腰部のピッチ方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 腰部のロール方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のロール方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平（足部） ２４ 筐体（基体） ２６ 制御ユニット ３８ 光センサ ８０ ランドマーカ ８２ 作業空間 ８４ 点検対象 ９０ 点検システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−100126（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−250990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−129808（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−318340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−186304（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−40508（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−93778（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 19/02 B25J 5/00 G01B 11/00 G05D 1/02

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ．移動ロボットが移動する空間を、円弧
   および直線の少なくともいずれかによって属性の異なる
   少なくとも２つの面領域に区分する区分手段、 および ｂ．前記属性の相違に応じて異なる信号を出力するアレ
   イ状に連続して配置され たｎ（ｎ＞１）個のセンサ素子
   からなり、前記移動ロボットの接地部位付近に配列され
   たセンサアレイ、 とを備え、前記区分手段の幅を前記ｎ個のセンサ素子に
   よって規定される前記センサアレイの幅と同一あるいは
   ほぼ同一の値に設定すると共に、前記センサアレイを構
   成するｎ個のセンサ素子のうちの連続するｍ（ｍ＜ｎ）
   個の出力信号と、残りのｎ−ｍ個の出力信号の相違に基
   づいて前記移動ロボットと前記区分手段との相対位置を
   検知することを特徴とする移動ロボットの位置検知装
   置。
2. 【請求項２】ａ．移動ロボットが移動する空間を、円弧
   および直線の少なくともいずれかによって属性の異なる
   少なくとも２つの面領域に区分する区分手段、 および ｂ．前記属性の相違に応じて異なる信号を出力するアレ
   イ状に連続して配置され た複数個のセンサ素子からな
   り、前記移動ロボットの接地部位付近の両端に配列され
   た２列のセンサアレイ、 とを備え、前記区分手段の幅を前記複数個のセンサ素子
   によって規定される前記センサアレイの幅と同一あるい
   はほぼ同一の値に設定すると共に、前記２列の一方に配
   列されたセンサアレイを構成する複数個のセンサ素子の
   出力信号群と、他方に配列されたセンサアレイを構成す
   る複数個のセンサ素子の出力信号群の相違に基づいて前
   記移動ロボットと前記区分手段との相対位置および相対
   角度の少なくともいずれかを検知することを特徴とする
   移動ロボットの位置検知装置。
3. 【請求項３】ａ．移動ロボットが移動する空間を、円弧
   によって属性の異なる少なくとも２つの面領域に区分す
   る区分手段、 および ｂ．前記属性の相違に応じて異なる信号を出力するアレ
   イ状に連続して配置され た複数個のセンサ素子からな
   り、前記移動ロボットの接地部位付近の両端に配列され
   た２列のセンサアレイ、 とを備え、前記区分手段の幅を前記複数個のセンサ素子
   によって規定される前記センサアレイの幅と同一あるい
   はほぼ同一の値に設定すると共に、前記２列の一方に配
   列されたセンサアレイを構成する複数個のセンサ素子の
   出力信号群と、他方に配列されたセンサアレイを構成す
   る複数個のセンサ素子の出力信号群の相違に基づいて前
   記移動ロボットと前記区分手段を構成する円弧の中心点
   との相対位置および相対角度の少なくともいずれかを検
   知することを特徴とする移動ロボットの位置検知装置。
4. 【請求項４】 前記移動ロボットが作業ロボットであっ
   て、作業対象ないしはその鉛直線上に前記円弧の中心点
   を位置させたことを特徴とする請求項３項記載の移動ロ
   ボットの位置検知装置。
5. 【請求項５】 前記センサアレイがロボットの進行方向
   に平行して配列されることを特徴とする請求項１項から
   ４項のいずれかに記載の移動ロボットの位置検知装置。
6. 【請求項６】ａ．移動空間における脚式移動ロボットの
   位置および角度の少なくともいずれかを検出する検出手
   段、 および ｂ．前記検出された位置および角度と目標位置との偏差
   を求め、それに応じて歩容または歩容に関する目標値の
   少なくともいずれかを修正する修正手段、 とを有する脚式移動ロボットの制御装置であって、前記
   検出手段としてアレイ状に連続して配置された複数個の
   非接触式センサ素子からなり、前記移動ロボットの足部
   の両端に配列された少なくとも２列のセンサアレイを備
   えると共に、前記２列の一方に配列されたセンサアレイ
   を構成する複数個のセンサ素子の出力信号群と、他方に
   配列されたセンサアレイを構成する複数個のセンサ素子
   の出力信号群の相違に基づいて前記移動ロボットの位置
   および角度の少なくともいずれかを 検出することを特徴
   とする脚式移動ロボットの制御装置。
7. 【請求項７】ａ．移動空間における脚式移動ロボットの
   位置および角度の少なくともいずれかを検出する検出手
   段、 および ｂ．前記検出された位置および角度と目標位置との偏差
   を求め、前記偏差が累積しないように歩容または歩容に
   関する目標値の少なくともいずれかを修正する修正手
   段、 とを有する脚式移動ロボットの制御装置であって、前記
   検出手段としてアレイ状に連続して配置された複数個の
   非接触式センサ素子からなり、前記移動ロボットの足部
   の両端に配列された少なくとも２列のセンサアレイを備
   えると共に、前記２列の一方に配列されたセンサアレイ
   を構成する複数個のセンサ素子の出力信号群と、他方に
   配列されたセンサアレイを構成する複数個のセンサ素子
   の出力信号群の相違に基づいて前記移動ロボットの位置
   および角度の少なくともいずれかを検出することを特徴
   とする脚式移動ロボットの制御装置。
8. 【請求項８】 前記移動空間にそれを属性の異なる少な
   くとも２つの面領域に区分する区分手段を設けると共
   に、前記センサ素子が前記属性の相違によって異なる信
   号を出力するものであることを特徴とする請求項６項ま
   たは７項記載の脚式移動ロボットの制御装置。
9. 【請求項９】 前記区分手段の幅を前記複数個のセンサ
   素子によって規定される前記センサアレイの幅と同一あ
   るいはほぼ同一の値に設定することを特徴とする請求項
   ６項から８項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの制
   御装置。
10. 【請求項１０】 前記少なくとも２列のセンサアレイ
    が、前記ロボットの進行方向に平行する足部の左右両端
    および進行方向に直交する足部の前後両端の少なくとも
    いずれかに配置されることを特徴とする請求項６項から
    ９項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
11. 【請求項１１】 前記非接触式センサ素子が、光学式セ
    ンサ素子であることを特徴とする請求項６項から１０項
    のいずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記脚式移動ロボットが移動する空間
    が階段であり、前記区分手段に階段面の左右端部付近に
    おいて、前記端部を代表する属性が設けられていること
    を特徴とする請求項８項から１１項のいずれかに記載の
    脚式移動ロボットの制御装置。
13. 【請求項１３】 脚式移動ロボットの制御装置におい
    て、 ａ．らせん階段における前記ロボットの任意の歩行コー
    スに関する目標値を決定または修正する第１の手段、 および ｂ．前記ロボットとらせん階段との相対位置および相対
    角度を検出する第２の手段、 を備え、前記第２の手段は、アレイ状に連続して配置さ
    れた複数個の非接触式センサ素子からなり、前記移動ロ
    ボットの足部の両端に配列された少なくとも２列のセン
    サアレイを備えると共に、前記２列の一方に配列された
    センサアレイを構成する複数個のセンサ素子の出力信号
    群と、他方に配列されたセンサアレイを構成する複数個
    のセンサ素子の出力信号群の相違に基づいて前記移動ロ
    ボットと前記らせん階段との相対位置および相対角度の
    少なくともいずれかを検出し、前記第１の手段は、前記
    第２の手段が任意のｎ回目までの前記目標値に対応して
    検出した前記相対位置および相対角度に基づいて次のｎ
    ＋１回目の前記目標値を決定または修正するものである
    ことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装置。
14. 【請求項１４】 少なくとも前記区分手段の付近におい
    て、前記脚式移動ロボットの脚部を、その歩幅が前記区
    分手段の進行方向長さの実質的に２倍以下の長さとなる
    ように、駆動制御することを特徴とする請求項８項から
    １２項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装
    置。