JP3522741B2 - Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and robot device - Google Patents

Motion control device and motion control method for legged mobile robot, and robot device

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JP3522741B2
JP3522741B2 JP2003072843A JP2003072843A JP3522741B2 JP 3522741 B2 JP3522741 B2 JP 3522741B2 JP 2003072843 A JP2003072843 A JP 2003072843A JP 2003072843 A JP2003072843 A JP 2003072843A JP 3522741 B2 JP3522741 B2 JP 3522741B2
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posture
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legged mobile
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の関節自由度
を持つ脚式移動ロボットの動作制御装置及び動作制御方
法、並びにロボット装置に係り、特に、複数の可動脚を
備えて基本的な立ち姿勢を持つ脚式移動ロボットの動作
制御装置及び動作制御方法、並びにロボット装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operation control apparatus and an operation control method for a legged mobile robot having a large number of joint degrees of freedom, and a robot apparatus, and more particularly, to a basic standing state having a plurality of movable legs. The present invention relates to a motion control device and a motion control method for a legged mobile robot having a posture, and a robot device.

【0002】さらに詳しくは、本発明は、ZMP(Zero
Moment Point)を姿勢安定度判別規範に用いて運動中
の機体の姿勢を安定化制御する脚式移動ロボットのため
の動作制御装置及び動作制御方法に係り、特に、転倒・
落下の途上における機体全体の運動制御によりロボット
が被る損害を限りなく軽減するとともに、比較的少ない
トルクで安定した動作により仰向けやうつ伏せなどの床
上姿勢から立ち姿勢を回復する脚式移動ロボットの動作
制御装置及び動作制御方法、並びにロボット装置に関す
る。
More specifically, the present invention relates to ZMP (Zero).
Moment Point) is used as a posture stability determination criterion to stabilize and control the posture of a moving aircraft, and particularly to a motion control device and a motion control method for a legged mobile robot.
Motion control of the entire robot body while in the process of falling reduces damage to the robot as much as possible, and motion control of a legged mobile robot that recovers the standing posture from the floor posture such as supine or prone by stable movement with relatively little torque The present invention relates to a device, an operation control method, and a robot device.

【0003】[0003]

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行なう機械装置のことを「ロボ
ット」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROB
OTA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが
国では、ロボットが普及し始めたのは1960年代末か
らであるが、その多くは、工場における生産作業の自動
化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボ
ットなどの産業用ロボット(industrial robot)であっ
た。
2. Description of the Related Art A mechanical device that uses an electrical or magnetic action to perform a motion similar to a human motion is called a "robot". The origin of the word robot is the Slavic word "ROB".
It is said that it is derived from "OTA (slave machine)." In Japan, robots began to be popular since the end of the 1960s, but most of them were aimed at automating and unmanning production work in factories. It was an industrial robot such as a manipulator and a transfer robot.

【0004】最近では、イヌやネコのように4足歩行の
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような2足直立歩行を行なう動
物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされ
た「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット
(humanoid robot)など、脚式移動ロボットに関する研
究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。
Recently, a model of the body mechanism and motion of a pet robot that imitates the body mechanism and motion of a four-legged animal such as a dog or cat, or an animal that performs two-leg upright walking such as a human. Research and development on legged mobile robots such as "humanoids" or "humanoids" designed in accordance with the above have progressed, and expectations for their practical application are increasing.

【0005】人間形若しくは人間型と呼ばれる2足直立
歩行の脚式移動ロボットを研究・開発する意義を、例え
ば以下の2つの視点から把握することができよう。
It is possible to understand the significance of researching and developing a legged mobile robot which is called a humanoid or a humanoid and which stands upright on two legs from the following two viewpoints, for example.

【0006】1つは、人間科学的な視点である。すなわ
ち、人間の下肢及び/又は上肢に似た構造のロボットを
作り、その制御方法を考案して、人間の歩行動作をシミ
ュレートするというプロセスを通じて、歩行を始めとす
る人間の自然な動作のメカニズムを工学的に解明するこ
とができる。このような研究成果は、人間工学、リハビ
リテーション工学、あるいはスポーツ科学など、人間の
運動メカニズムを扱う他のさまざまな研究分野の進展に
大いに還元することができるであろう。
[0006] One is a human science point of view. That is, a mechanism of a human's natural motion including walking is created through a process of creating a robot having a structure similar to that of a human lower limb and / or an upper limb, devising a control method thereof, and simulating a human walking motion. Can be elucidated by engineering. Such research results can be greatly contributed to the progress of various other research fields dealing with human movement mechanisms, such as ergonomics, rehabilitation engineering, and sports science.

【0007】もう1つは、人間のパートナーとして生活
を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々
な場面における人的活動の支援を行なう実用ロボットの
開発である。この種のロボットは、人間の生活環境のさ
まざまな局面において、人間から教わりながら個々に個
性の相違する人間又は環境への適応方法を学習し、機能
面でさらに成長していく必要がある。このとき、ロボッ
トが「人間形」すなわち人間と同じ形又は同じ構造をし
ている方が、人間とロボットとの円滑なコミュニケーシ
ョンを行なう上で有効に機能するものと考えられる。
The other is the development of a practical robot that supports life as a human partner, that is, supports human activities in various situations in daily life such as living environment. In various aspects of human living environments, this kind of robot needs to learn from humans how to adapt to humans or environments with different personalities, and to further grow in terms of functions. At this time, it is considered that the robot having the “human shape”, that is, the same shape or the same structure as that of the human functions effectively in performing smooth communication between the human and the robot.

【0008】例えば、踏んではならない障害物を避けな
がら部屋を通り抜ける方法を実地においてロボットに教
示するような場合、クローラ式や4足式ロボットのよう
に教える相手が自分と全く違う構造をしているよりも、
同じような格好をしている2足歩行ロボットの方が、ユ
ーザ(作業員)ははるかに教え易く、またロボットにと
っても教わり易い筈である(例えば、高西著「2足歩行
ロボットのコントロール」(自動車技術会関東支部<高
塑>No.25, 1996 APRIL)を参照のこと)。
For example, in the case of teaching a robot how to pass through a room while avoiding obstacles that should not be stepped on, the person to be taught, such as a crawler type or four-legged type robot, has a completely different structure from oneself. than,
A bipedal robot having the same appearance should be much easier for the user (worker) to teach and also for the robot (for example, "Control of a bipedal robot" by Takanishi). (See Automotive Engineering Society Kanto Branch <High Plastics> No.25, 1996 APRIL).

【0009】2足歩行による脚式移動を行なうタイプの
ロボットに関する姿勢制御や安定歩行に関する技術は既
に数多提案されている。ここで言う安定な「歩行」と
は、「転倒することなく、脚を使って移動すること」と
定義することができる。
A number of techniques have already been proposed for posture control and stable walking for a robot of the type that performs legged movement by bipedal walking. Stable “walking” can be defined as “moving with legs without falling”.

【0010】ロボットの姿勢安定制御は、ロボットの転
倒を回避する上で非常に重要である。何故ならば、転倒
は、ロボットが実行中の作業を中断することを意味し、
且つ、転倒状態から起き上がって作業を再開するために
相当の労力や時間が払われるからである。また、何より
も、転倒によって、ロボット本体自体、あるいは転倒す
るロボットと衝突する相手側の物体にも、致命的な損傷
を与えてしまう危険があるからである。したがって、脚
式移動ロボットの設計・開発において、歩行やその他の
脚式作業時における姿勢安定制御は最も重要な技術的課
題の1つである。
The posture stability control of the robot is very important for avoiding the fall of the robot. Because a fall means that the robot interrupts the work it is doing,
In addition, considerable effort and time are required to get up from the fall state and restart the work. Above all, there is a risk that the fall may cause fatal damage to the robot body itself or an object on the other side that collides with the falling robot. Therefore, in designing and developing a legged mobile robot, posture stability control during walking or other legged work is one of the most important technical issues.

【0011】歩行時には、重力と歩行運動に伴なって生
じる加速度によって、歩行系から路面には重力と慣性
力、並びにこれらのモーメントが作用する。いわゆる
「ダランベールの原理」によると、それらは路面から歩
行系への反作用としての床反力、床反力モーメントとバ
ランスする。力学的推論の帰結として、足底接地点と路
面の形成する支持多角形の辺上あるいはその内側にピッ
チ及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわち
「ZMP(Zero Moment Point)」が存在する。
At the time of walking, gravity, an inertial force, and these moments act on the road surface from the walking system due to gravity and acceleration generated by the walking motion. According to the so-called "D'Alembert's principle", they balance the floor reaction force and floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. As a result of the mechanical reasoning, there is a point where the pitch and roll axial moment are zero, that is, "ZMP (Zero Moment Point)" on or inside the side of the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface.

【0012】脚式移動ロボットの姿勢安定制御や歩行時
の転倒防止に関する提案の多くは、このZMPを歩行の
安定度判別の規範として用いたものである。ZMP規範
に基づく2足歩行パターン生成は、足底着地点をあらか
じめ設定することができ、路面形状に応じた足先の運動
学的拘束条件を考慮し易いなどの利点がある。また、Z
MPを安定度判別規範とすることは、力ではなく軌道を
運動制御上の目標値として扱うことを意味するので、技
術的に実現可能性が高まる。なお、ZMPの概念並びに
ZMPを歩行ロボットの安定度判別規範に適用する点に
ついては、Miomir Vukobratovic著"LEGGED LOCOMOTION
ROBOTS"(加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』
(日刊工業新聞社))に記載されている。
Most of the proposals regarding the posture stability control of a legged mobile robot and the fall prevention during walking use this ZMP as a criterion for determining the stability of walking. The bipedal walking pattern generation based on the ZMP standard has an advantage that the sole landing point can be set in advance, and it is easy to consider the kinematic constraint condition of the toes according to the road surface shape. Also, Z
The use of MP as the stability determination criterion means that the trajectory is treated as the target value for motion control, not the force, and therefore technical feasibility is enhanced. Regarding the concept of ZMP and the point that ZMP is applied to the stability criterion for walking robots, see "LEGGED LOCOMOTION" by Miomir Vukobratovic.
ROBOTS "(" Walking Robot and Artificial Feet "by Ichiro Kato.
(Nikkan Kogyo Shimbun)).

【0013】一般には、4足歩行よりもヒューマノイド
のような2足歩行のロボットの方が、重心位置が高く、
且つ、歩行時のZMP安定領域が狭い。したがって、こ
のような路面状態の変化に伴う姿勢変動の問題は、2足
歩行ロボットにおいてとりわけ重要となる。
In general, a biped robot such as a humanoid has a higher center of gravity position than a quadruped locomotion.
Moreover, the ZMP stable region during walking is narrow. Therefore, such a problem of posture variation due to a change in road surface condition is particularly important in a bipedal walking robot.

【0014】2足歩行ロボットの姿勢安定度判別規範に
ZMPを用いた提案は既に幾つかある。
There are already some proposals using ZMP as a posture stability determination criterion of a bipedal walking robot.

【0015】例えば、特開平5−305579号公報に
記載の脚式移動ロボットは、ZMPがゼロとなる床面上
の点を目標値に一致させるようにして安定歩行を行なう
ようになっている。
For example, the legged mobile robot described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-305579 is designed to perform stable walking by matching a point on the floor where ZMP becomes zero with a target value.

【0016】また、特開平5−305581号公報に記
載の脚式移動ロボットは、ZMPが支持多面体(多角
形)内部、又は、着地、離床時にZMPが支持多角形の
端部から少なくとも所定の余裕を有する位置にあるよう
に構成した。この場合、外乱などを受けても所定距離だ
けZMPの余裕があり、歩行時の機体の安定性が向上す
る。
In the legged mobile robot described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-305581, the ZMP has at least a predetermined margin from the end of the supporting polygon inside the supporting polyhedron (polygon) or when landing or leaving the floor. It is configured to be in a position having. In this case, the ZMP has a margin for a predetermined distance even when subjected to a disturbance or the like, and the stability of the airframe during walking is improved.

【0017】また、特開平5−305583号公報に
は、脚式移動ロボットの歩き速度をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、あら
かじめ設定された歩行パターン・データを用い、ZMP
を目標位置に一致させるように脚部関節を駆動するとと
もに、上体の傾斜を検出してその検出値に応じて設定さ
れた歩行パターン・データの吐き出し速度を変更する。
未知の凹凸を踏んでロボットが例えば前傾するときは、
吐き出し速度を速めることで姿勢を回復することができ
る。またZMPを目標位置に制御するので、両脚支持期
で吐き出し速度を変更しても支障がない。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-305583 discloses that the walking speed of a legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, using the walking pattern data set in advance, ZMP
The leg joint is driven so as to match the target position, the inclination of the upper body is detected, and the discharge speed of the walking pattern data set according to the detected value is changed.
For example, when the robot leans forward by stepping on an unknown unevenness,
The posture can be recovered by increasing the discharge speed. Further, since the ZMP is controlled to the target position, there is no problem even if the discharge speed is changed during the both-leg supporting period.

【0018】また、特開平5−305585号公報に
は、脚式移動ロボットの着地位置をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置と実測
位置とのずれを検出し、それを解消するように脚部の一
方又は双方を駆動するか、又はZMP目標位置まわりに
モーメントを検出してそれが零になる様に脚部を駆動す
ることで、安定歩行を実現する。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305585 discloses that the landing position of the legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, the legged mobile robot described in the publication detects a deviation between the ZMP target position and the actual measurement position and drives one or both of the legs so as to eliminate it, or a moment around the ZMP target position. Is detected and the legs are driven so that it becomes zero, achieving stable walking.

【0019】また、特開平5−305586号公報に
は、脚式移動ロボットの傾斜姿勢をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、ZM
P目標位置まわりのモーメントを検出し、モーメントが
生じたときは、それが零になるように脚部を駆動するこ
とで安定歩行を行なう。
Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-305586 discloses that the tilted posture of the legged mobile robot is controlled by the ZMP target position. That is, ZM
A moment around the P target position is detected, and when a moment is generated, the legs are driven so that the moment becomes zero, so that stable walking is performed.

【0020】ZMPを安定度判別規範に用いたロボット
の姿勢安定度制御は、基本的には足底接地点と路面の形
成する支持多角形の辺上あるいはその内側にモーメント
がゼロとなる点を探索することにある。
Basically, the posture stability control of a robot using ZMP as a criterion for stability determination is based on the point where the moment is zero on or inside the side of the supporting polygon formed by the foot contact point and the road surface. To explore.

【0021】上述したように、脚式移動ロボットにおい
ては、ZMPを姿勢安定度規範として導入するなどし
て、歩行やその他の動作パターン実行中にロボットが転
倒しないようにするための最大限の努力が注がれてい
る。
As described above, in legged mobile robots, ZMP is introduced as a posture stability criterion, and the maximum effort is made to prevent the robot from falling during walking or other motion pattern execution. Is being poured.

【0022】言うまでもなく、転倒という状態はロボッ
トが実行中の作業を中断することを意味し、且つ、転倒
状態から起き上がって作業を再開するために相当の労力
や時間が払われる。また、何よりも、転倒によって、ロ
ボット本体自体、あるいは転倒するロボットと衝突する
相手側の物体にも、致命的な損傷を与えてしまう危険が
ある。
Needless to say, the state of falling means that the robot suspends the work in progress, and that much labor and time are required to get up from the overturned state and restart the work. Above all, there is a risk that the fall may cause fatal damage to the robot body itself or the object on the other side that collides with the falling robot.

【0023】転倒しないように最大限の姿勢安定制御を
行なうにも拘らず、制御の不備、あるいは予期できない
外的要因(例えば不測の物体との衝突や、床面上の突起
や窪みなどの路面状況、障害物の出現など)などによ
り、姿勢の安定を失って可動脚のみでは支えきれなくな
り、ロボットが転倒してしまうことがある。
Despite the maximum posture stability control so as not to fall, the control is inadequate or an unexpected external factor (for example, collision with an unexpected object, road surface such as protrusions or depressions on the floor surface). Depending on the situation, appearance of obstacles, etc., the posture may become unstable and the movable legs alone cannot support it, and the robot may fall.

【0024】特に、人間型など2足による脚式移動を行
なうロボットの場合、重心位置が高く、そもそも直立し
た静止状態自体が不安定であるため、転倒を生じ易い。
ロボットが転倒すると、ロボット自体、あるいは転倒に
より衝突する相手側にも致命的な損傷を与えてしまう危
険がある。
Particularly, in the case of a humanoid robot such as a humanoid that moves on two legs, the center of gravity is high, and the upright stationary state itself is unstable.
If the robot falls, there is a danger that the robot itself or the other party colliding due to the fall may be fatally damaged.

【0025】例えば、特開平11−48170号公報に
は、脚式移動ロボットが転倒しそうな状況で、その転倒
によりロボットが受ける損傷や、その転倒時にロボット
が衝突する相手側の物体の損傷を可能な限り軽減するこ
とができる脚式移動ロボットの制御装置について開示さ
れている。
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-48170, a legged mobile robot is likely to fall, and the fall causes damage to the robot and damage to the object on the other side with which the robot collides during the fall. A control device for a legged mobile robot that can be reduced as much as possible is disclosed.

【0026】しかしながら、同公報は、転倒に伴なう着
床時に単にロボットの重心を下げるように制御すること
を提案するのみであり、実際に転倒してしまったとき
に、損傷を最小限に抑えるために、脚部だけでなく胴体
及び腕部を含め機体全体として如何に動作させるべきか
といった議論はなされていない。
However, this publication only proposes to control the robot so that the center of gravity of the robot is lowered at the time of landing accompanying a fall, and when the robot actually falls, damage is minimized. In order to suppress it, there is no discussion about how to operate the entire body including not only the legs but also the body and arms.

【0027】また、直立歩行型の脚式移動ロボットの場
合、歩行などの機体運動を考慮した場合における基準と
なる姿勢は、2足で立ち上がった立ち姿勢である。例え
ば、立ち姿勢の中では最も安定した状態(すなわち不安
定性の極小点)を基本立ち姿勢として位置付けることが
できる。
Further, in the case of an upright walking type legged mobile robot, the reference posture in consideration of the body movement such as walking is a standing posture in which two legs stand up. For example, the most stable state (that is, the minimum point of instability) among the standing postures can be positioned as the basic standing posture.

【0028】このような基本立ち姿勢は、その姿勢を安
定に維持するためには、姿勢安定制御の実行、制御指示
による脚部などの関節軸モータのトルク生成が必要であ
る。言い換えれば、無電源状態では立ち姿勢は決して安
定ではないことから、ロボットは、仰向けやうつ伏せな
どの物理的に最も安定した床上姿勢から起動を開始する
ことが好ましいと思料される。
In such a basic standing posture, in order to maintain the posture in a stable manner, it is necessary to execute posture stabilization control and generate torque of the joint shaft motor of the leg or the like according to the control instruction. In other words, since the standing posture is never stable in the non-power-supply state, it is considered preferable that the robot starts the physically physically most stable posture on the floor such as on the back or on the prone position.

【0029】しかしながら、これら床上姿勢のロボット
の電源を投入しても、ロボットが自律的に起き上がるこ
とができなければ、オペレータが手を貸して機体を持ち
上げるなどの作業を施してあげなければならず、煩わし
い。
However, if the robot cannot stand up autonomously even when the power of the robots on the floor is turned on, the operator must lend a hand to lift the machine. ,troublesome.

【0030】また、ロボットが一旦立ち姿勢となり、歩
行やその他の自律的な脚式作業を行なう場合、基本的に
は転倒することなく、脚を使って移動するように努力す
るが、敢え無く転倒してしまうこともある。さまざまな
障害物や不測の事態を包含する人間の住環境下でロボッ
トが動作する上で、「転倒」は不可避である。そもそも
人間自体が転倒する。このような場合も、オペレータが
手を貸して機体を持ち上げなければならないのでは、や
はり煩わしい。
When the robot once stands and walks or performs other autonomous leg work, basically, it is necessary to use the legs to move without falling, but dare to do so. You may fall. A "fall" is unavoidable when a robot operates in a human living environment that includes various obstacles and unexpected situations. In the first place, human beings fall down. Even in such a case, it is troublesome for the operator to lend a hand to lift the machine body.

【0031】ロボットが床上姿勢になる度に、ロボット
が自分で起き上がることができなければ、結局のところ
無人環境でロボットが作業できない、すなわち作業に自
己完結性がないということになり、完全に自立化された
環境に置くことはできない。
If the robot cannot stand up by itself each time the robot takes a posture on the floor, it means that the robot cannot work in an unmanned environment after all, that is, the work is not self-sufficient. It cannot be placed in a computerized environment.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、転倒
・落下の途上における脚部だけでなく胴体及び腕部を含
め機体全体の運動制御によりロボットが被る損害を限り
なく軽減することができる、優れた脚式移動ロボット及
び脚式移動ロボットの転倒時動作制御方法を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce damages to a robot infinitely by controlling motion of the entire body including not only legs but also body and arms when falling or falling. An object of the present invention is to provide an excellent legged mobile robot and a motion control method of the legged mobile robot during a fall.

【0033】本発明のさらなる目的は、仰向けやうつ伏
せなどの床上姿勢から自律的に立ち姿勢を回復すること
ができる、優れた脚式移動ロボットの動作制御装置及び
動作制御方法、並びにロボット装置を提供することにあ
る。
It is a further object of the present invention to provide an excellent legged mobile robot operation control device and operation control method and a robot device capable of autonomously recovering the standing posture from a posture on the floor such as a supine or prone position. To do.

【0034】本発明のさらなる目的は、比較的少ないト
ルクで安定した動作により仰向けやうつ伏せなどの床上
姿勢から立ち姿勢を回復することができる、優れた脚式
移動ロボットの動作制御装置及び動作制御方法、並びに
ロボット装置を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide an excellent legged mobile robot motion control apparatus and motion control method capable of recovering a standing posture from a floor posture such as a supine or prone position by a stable operation with a relatively small torque. And to provide a robot apparatus.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、可動脚を備え立位姿勢において脚式作業を行なう脚
式移動ロボットの動作制御装置又は動作制御方法であっ
て、前記脚式移動ロボットは複数の姿勢又は状態を持
ち、機体の接地点と路面の形成する支持多角形の面積S
を算出する第1の手段又はステップと、前記支持多角形
の面積Sの時間Δt当たりの変化ΔS/Δtを算出する
第2の手段又はステップと、前記支持多角形の面積S又
はその変化速度ΔS/Δtに基づいて、姿勢又は状態を
遷移するときの機体の動作を決定する第3の手段又はス
テップと、を具備することを特徴とする脚式移動ロボッ
トの動作制御装置又は動作制御方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems. A first side surface of the present invention is equipped with movable legs and is capable of performing legged work in a standing posture. A robot motion control apparatus or motion control method, wherein the legged mobile robot has a plurality of postures or states, and an area S of a support polygon formed by a ground point of the airframe and a road surface.
And a second means or step for calculating the change ΔS / Δt of the area S of the supporting polygon per time Δt, and the area S of the supporting polygon or its changing speed ΔS. / Δt, and a third means or step for determining the motion of the machine body when the posture or state is transited, and a motion control device or motion control method for a legged mobile robot. .

【0036】多くの脚式移動ロボットにおいては、ZM
Pを安定度判別規範に利用することによって、歩行など
特定の脚式作業の期間における機体の姿勢安定性を維持
するようになされている。本発明の第1の側面に係る足
式移動ロボットの動作制御装置又は動作制御方法によれ
ば、さらに、歩行中や直立中のロボットが転倒したり、
あるいは転倒後やその他の寝姿勢から起き上がるなど、
ロボットが姿勢や状態を遷移させるようなときに、機体
の接地点と路面の形成する支持多角形の面積Sやその変
化速度ΔS/Δtに基づいて、機体の動作パターンを順
次決定していくことで、より効率的で負荷の少なくなる
ように、転倒動作や起き上がり動作を実現することがで
きる。
In many legged mobile robots, ZM
By using P as the stability determination criterion, the posture stability of the machine body is maintained during a period of a specific legged work such as walking. According to the motion control device or the motion control method for a foot-type mobile robot according to the first aspect of the present invention, a robot that is walking or standing upright may fall over,
Or, after falling down or getting up from other sleeping postures,
When the robot transits its posture or state, it sequentially determines the motion pattern of the airframe based on the area S of the support polygon formed by the grounding point of the airframe and the road surface and its change speed ΔS / Δt. Thus, the falling motion and the rising motion can be realized so as to be more efficient and reduce the load.

【0037】ここで、前記第3の手段又はステップは、
転倒時において、機体の接地点と路面の形成する支持多
角形の面積Sの時間Δt当たりの変化に基づいて着床部
位を探索する着床部位探索手段又はステップと、機体の
接地点と路面の形成する支持多角形の面積Sの時間Δt
当たりの変化ΔS/Δtが最小となるように、前記着床
部位探索手段又はステップにより選択された部位が着床
すべき目標着床点を設定する目標着床点設定手段又はス
テップと、前記着床部位探索手段又はステップにより選
択された部位を前記目標着床点設定手段又はステップに
より設定された目標着床点に着床させる部位着床手段
と、を備えていてもよい。
Here, the third means or step is
At the time of a fall, a landing site searching means or step for searching a landing site based on a change in the area S of the supporting polygon formed by the airframe and the road surface per time Δt, and the grounding point of the airframe and the road surface Time Δt of the area S of the supporting polygon to be formed
Target landing point setting means or step for setting a target landing point at which the part selected by the landing part searching means or step should land so that the change ΔS / Δt per hit is minimized; There may be provided a part landing means for landing the part selected by the floor part searching means or step onto the target landing point set by the target landing point setting means or step.

【0038】脚式移動ロボットは、立位姿勢において脚
式作業を行っている間、足底に配設した床反力センサや
加速度センサ、あるいは胴体の腰位置に配設した加速度
センサなどにより、機体に印加される外力を検出してい
る。そして、これら検出された外力を基に、ZMP釣合
い方程式を立てて、足底接地点と路面の形成する支持多
角形の辺上あるいはその内側に機体に印加されるモーメ
ントが釣り合うZMPを配置するように、常にZMP軌
道を計画することによって、機体の姿勢安定制御を行な
っている。
The legged mobile robot uses a floor reaction force sensor or an acceleration sensor provided on the sole of the foot or an acceleration sensor provided at the waist position of the torso while performing legged work in a standing posture. The external force applied to the aircraft is detected. Then, based on these detected external forces, a ZMP equilibrium equation is established, and a ZMP that balances the moment applied to the aircraft is placed on or inside the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface. In addition, the attitude stability control of the airframe is performed by always planning the ZMP trajectory.

【0039】ところが、機体に印加された外力が過大で
あったり、あるいは路面の状況が好ましくないなどの事
情により、ZMP釣合い方程式上のモーメント・エラー
をキャンセルすることができず、ZMP軌道計画により
支持多角形内でのZMPの配置が困難又は不可能となる
場合がある。このような場合、本発明に係る脚式移動ロ
ボットは、機体の姿勢安定制御を諦めて、所定の転倒動
作を実行することによって、床面への落下時における機
体の損傷を最小限に抑えるようになっている。
However, the moment error in the ZMP balance equation cannot be canceled because the external force applied to the airframe is excessive or the condition of the road surface is unfavorable. Placement of the ZMP within the polygon may be difficult or impossible. In such a case, the legged mobile robot according to the present invention gives up the attitude stabilization control of the machine body and executes a predetermined overturning operation to minimize damage to the machine body when it falls to the floor surface. It has become.

【0040】すなわち、転倒時において、機体の接地点
と路面の形成する支持多角形の面積Sの時間Δt当たり
の変化ΔS/Δtが最小となる部位を探索するととも
に、機体の接地点と路面の形成する支持多角形の面積S
の時間Δt当たりの変化ΔS/Δtが最小となるよう
に、選択された部位が着床すべき目標着床点を設定し
て、該部位を着床する。そして、着床させることにより
新たに形成された支持多角形をさらに拡大していく。
That is, at the time of a fall, a search is made for a portion where the change ΔS / Δt of the area S of the supporting polygon formed by the ground plane of the airframe and the road surface per unit time Δt is minimum, and the ground plane of the airframe and the road surface are Area S of supporting polygon to be formed
The target landing point at which the selected site should land is set so that the change ΔS / Δt per time Δt of Δ is minimized, and the site is landed. Then, the support polygon newly formed by landing is further expanded.

【0041】そして、機体の位置エネルギが最小とな
り、転倒動作が終了するまでの間、ΔS/Δtが最小と
なる部位を探索するとともに該部位をΔS/Δtが最小
となる目標着床点に着床する動作や、新たに形成された
支持多角形を拡大していく動作を繰り返し実行する。
Then, until the tipping motion is minimized and the potential energy of the airframe is minimized, a part where ΔS / Δt is minimized is searched for, and the part is landed on the target landing point where ΔS / Δt is minimized. The operation of flooring and the operation of expanding the newly formed support polygon are repeatedly executed.

【0042】このように、支持多角形の面積Sの時間t
当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするとともに、床面
落下時における支持多角形が最大となるようにすること
により、落下時に床面から受ける衝撃を全身に分散させ
て、ダメージを最小限に抑えることができる。脚式移動
ロボットを略平行な関節自由度を持つ複数の関節軸を長
さ方向に連結したリンク構造体と見た場合、離床リンク
数が最大になるリンクがある部位を目標に設定すること
で、衝撃力の緩和を図ることができる。
Thus, the time t of the area S of the supporting polygon is
By minimizing the amount of change ΔS / Δt per hit and maximizing the support polygon when the floor surface falls, the impact received from the floor surface during the fall is dispersed throughout the body, and damage is minimized. Can be suppressed. When the legged mobile robot is viewed as a link structure in which a plurality of joint axes having substantially parallel joint degrees of freedom are connected in the lengthwise direction, it is possible to set a target as a part having a link that maximizes the number of wakeup links. It is possible to reduce the impact force.

【0043】また、脚式移動ロボットは、例えば、略平
行な関節自由度を持つ複数の関節軸を長さ方向に連結し
たリンク構造体からなり、前記第3の手段又はステップ
は、前記脚式移動ロボットの転倒状態からの復帰時にお
いて、機体の重心となる重心リンクを含む2以上のリン
クが接床した床上姿勢において、接床リンクが形成する
接地多角形内において最も少ないリンク数で形成される
最も狭い支持多角形を探索する手段又はステップと、接
地多角形中の前記探索された支持多角形以外の接床リン
クを離床させる手段又はステップと、2以上の連続する
離床リンクを屈曲させ、そのリンク端の端部を接床させ
て、より狭い接地多角形を形成する手段又はステップ
と、支持多角形が充分狭くなったことに応答して、前記
リンク構造体の一端側から第1の所定数以上のリンクを
離床して機体を直立させる手段又はステップと、を備え
ていてもよい。
The legged mobile robot comprises, for example, a link structure in which a plurality of joint axes having substantially parallel joint degrees of freedom are connected in the longitudinal direction, and the third means or step is the legged mobile robot. When the mobile robot returns from a fall state, it is formed with the smallest number of links in the ground contact polygon formed by the floor contact link in the on-floor posture in which two or more links including the center of gravity link that is the center of gravity of the aircraft touch the floor. Means or step for searching for the narrowest supporting polygon, a means or step for leaving the floor contact link other than the searched supporting polygon in the ground contact polygon, and bending two or more continuous leaving links. Means or steps for landing the ends of the link ends to form a narrower grounding polygon and one end of the link structure in response to the supporting polygon becoming sufficiently narrow. From a means or step is upright first aircraft off the floor and a predetermined number or more links may be provided with a.

【0044】ここで、前記リンク構造体は、少なくとも
肩関節ピッチ軸、体幹ピッチ軸、股関節ピッチ軸、膝ピ
ッチ軸が機体の高さ方向に連結されてなる。勿論、脚式
移動ロボットの機体は、これら以外の関節ピッチ軸を備
えていてもよいし、また、各関節部位において、ピッチ
軸以外のロール軸並びにヨー軸回りの回転自由度を備え
ていてもよい。
Here, at least the shoulder joint pitch axis, the trunk pitch axis, the hip joint pitch axis, and the knee pitch axis are connected to the link structure in the height direction of the machine body. Of course, the body of the legged mobile robot may be provided with a joint pitch axis other than these, and each joint part may be provided with a rotational degree of freedom around the roll axis and the yaw axis other than the pitch axis. Good.

【0045】また、床面と接床する複数の機体の端部が
形成する多角形のことを接地多角形という。また、ZM
Pが存在する接地多角形のことを支持多角形という。Z
MPの安定領域は、支持多角形内においてロボットの姿
勢などを安定に制御可能な領域である。
A polygon formed by the ends of a plurality of aircraft contacting the floor is called a grounded polygon. Also, ZM
A grounded polygon in which P exists is called a support polygon. Z
The stable region of MP is a region in which the posture of the robot can be stably controlled within the support polygon.

【0046】脚式移動ロボットは、仰向け又はうつ伏せ
などの基本的な床上姿勢においては、これら関節ピッチ
軸、体幹ピッチ軸、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸を連結
するすべてのリンクは接床している。また、基本的な立
ち姿勢や歩行姿勢においては、これら関節ピッチ軸、体
幹ピッチ軸、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸を連結するす
べてのリンクは離床し、略鉛直方向に整列している。
In a legged mobile robot, in a basic on-floor posture such as supine or prone, all the links connecting these joint pitch axes, trunk pitch axes, hip joint pitch axes, and knee pitch axes are in contact with the floor. There is. Further, in a basic standing posture or walking posture, all the links connecting the joint pitch axis, the trunk pitch axis, the hip joint pitch axis, and the knee pitch axis are out of bed and aligned in a substantially vertical direction.

【0047】床上姿勢から立ち姿勢に移行する起き上が
りの際には、通常の立ち姿勢を維持したり歩行動作を行
なう場合に比し、関係する関節アクチュエータには高い
トルク出力が必要とされる。本発明によれば、ZMP支
持多角形が最小となる姿勢を利用して起き上がり動作を
行なうことによって、より少ない駆動トルクで起き上が
り動作を実現する。
At the time of getting up from the floor posture to the standing posture, a higher torque output is required for the related joint actuators as compared with the case where the normal standing posture is maintained or the walking motion is performed. According to the present invention, the rising motion is performed by using a posture in which the ZMP supporting polygon is minimized, thereby realizing the rising motion with less driving torque.

【0048】まず、ほとんどすべてのリンクが接床して
いる床上姿勢において、接床リンクが形成する接地多角
形内で、最も狭い支持多角形を探索する。このとき、機
体の一端側から少なくとも2以上のリンクを離床させた
ときの、ZMPが計画可能かどうかを判定する。
First, in the on-floor posture in which almost all links are in contact with the floor, the narrowest support polygon is searched for in the ground contact polygon formed by the floor contact links. At this time, it is determined whether ZMP can be planned when at least two or more links are taken off the floor from one end side of the airframe.

【0049】例えば、体幹ピッチ軸及び股関節ピッチ軸
を連結するリンクを重心リンクとして接床状態に保った
ままで、より狭い支持多角形を探索する。ZMPの計画
可能性は、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各
関節アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速
度などを考慮して判断することができる。そして、肩関
節ピッチ軸を含む一端側から連続する2以上のリンクを
離床させることを試みる。
For example, a narrower supporting polygon is searched for with the link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis used as the center-of-gravity link in the ground contact state. The ZMP planning possibility can be determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Then, an attempt is made to leave two or more links that are continuous from one end side including the shoulder joint pitch axis.

【0050】次いで、支持多角形となる接床リンクを残
し、接地多角形の一端側から2以上の連続するリンクを
離床する。そして、一端側から1以上の離床リンクを屈
曲させてリンク端の端部を着床させて、より狭い接地多
角形を形成する。
Next, leaving the floor-contacting links that form the supporting polygons, two or more continuous links are separated from one end of the grounded polygon. Then, one or more leaving links are bent from one end side and the ends of the link ends are landed to form a narrower ground contact polygon.

【0051】例えば、リンク構造体の一端側から肩関節
を含む2以上のリンクを支持多角形に関与しないリンク
として離床する。そして、肩関節を含む2以上のリンク
が離床している状態で、肩関節ピッチ軸で屈曲させて、
そのリンク端の端部である手先を接床させる。そして、
手先を機体重心位置である体幹ピッチ軸側に徐々に近づ
けていくことによって、元の床上姿勢よりも狭い接地多
角形を形成する。
For example, two or more links including a shoulder joint are separated from one end side of the link structure as links that do not participate in the support polygon. Then, while two or more links including the shoulder joint are out of bed, bend at the shoulder joint pitch axis,
The hand, which is the end of the link end, is brought into contact with the floor. And
By gradually approaching the tip of the hand to the trunk pitch axis side, which is the body weight center position, a ground contact polygon that is narrower than the original posture on the floor is formed.

【0052】さらに、この接地多角形において、最も狭
い支持多角形を探索する。今度は他端から少なくとも2
以上のリンクを離床させて、ZMPが計画可能かどうか
を判定する。ZMPの計画可能性は、リンク構造体の可
動角、リンクを接続する各関節アクチュエータのトル
ク、関節力、角速度、角加速度などを考慮して判断す
る。
Further, in this ground contact polygon, the narrowest supporting polygon is searched. Now at least 2 from the other end
It is determined whether ZMP can be planned by leaving the above-mentioned links. The planning possibility of ZMP is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0053】例えば、体幹ピッチ軸及び股関節ピッチ軸
を連結する重心リンクを接床状態に保ったままで、膝関
節ピッチ軸を含む他端側から連続する2以上のリンクを
離床させることを試みる。
For example, with the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis kept in the floor contact state, it is attempted to leave two or more continuous links from the other end side including the knee joint pitch axis.

【0054】次いで、支持多角形となる接床リンクを残
し、接地多角形の他端側から2以上の連続するリンクを
離床する。そして、他端側から1以上の離床リンクを屈
曲させてリンク端の端部を着床させて、より狭い接地多
角形を形成する。
Then, leaving the floor-contacting link which becomes the support polygon, two or more continuous links are separated from the other end of the ground contact polygon. Then, one or more leaving links are bent from the other end side and the ends of the link ends are landed to form a narrower ground contact polygon.

【0055】例えば、膝関節を含む2以上のリンクが離
床している状態で、膝関節ピッチ軸で屈曲させて、その
リンク端の端部である足底を接床させる。そして、足底
を機体重心位置である股関節ピッチ軸側に徐々に近づけ
ていくことによって、元の床上姿勢よりも狭い接地多角
形を形成する。
For example, in a state where two or more links including the knee joint are out of bed, the knee joint pitch axis is bent to bring the sole of the link end into contact with the floor. Then, by gradually approaching the sole to the hip joint pitch axis side, which is the center of gravity of the body weight, a ground contact polygon that is narrower than the original floor posture is formed.

【0056】次いで、接地多角形の両リンク端の端部を
接床した状態で前記重心リンクを離床可能か否かによっ
て、支持多角形が充分狭くなったか否かを判断する。重
心リンクを離床可能か否かは、リンク構造体の可動角、
リンクを接続する各関節アクチュエータのトルク、関節
力、角速度、角加速度などを考慮して判断する。
Then, it is determined whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow depending on whether or not the center-of-gravity link can leave the floor while both ends of the link of the grounded polygon are in contact with each other. Whether or not the center-of-gravity link can leave the bed depends on the movable angle of the link structure,
Judgment is made in consideration of torque, joint force, angular velocity, angular acceleration, etc. of each joint actuator connecting the links.

【0057】例えば、接地多角形の両リンク端の端部と
しての手先及び足底を接床した状態で、体幹ピッチ軸及
び股関節ピッチ軸を連結した前記重心リンクを離床可能
か否かによって支持多角形が充分狭くなったか否かを判
断する。
For example, in the state where the hands and soles as the end portions of both link ends of the grounded polygon are in contact with the floor, the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis is supported depending on whether it is possible to leave the floor. Determine if the polygon is narrow enough.

【0058】そして、機体の支持多角形が充分に狭くな
ったことに応答して、支持多角形の両リンク端の端部を
接床した状態で前記重心リンクを離床し、両リンク端の
着床リンクによって形成される支持多角形内にZMPを
維持しながら、支持多角形の両リンク端の端部の間隔を
縮めて、ZMPを前記リンク構造体の他端側に移動させ
る。このとき、ZMPを他端側に移動させることができ
るか否かは、リンク構造体の可動角、リンクを接続する
各関節アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加
速度などを考慮して判断する。
Then, in response to the support polygon of the machine body becoming sufficiently narrow, the center of gravity link is separated from the floor while both ends of the link of the support polygon are in contact with the floor, and both ends of the link are attached. While maintaining the ZMP within the support polygon formed by the floor links, the ZMP is moved to the other end of the link structure by reducing the spacing between the ends of both link ends of the support polygon. At this time, whether or not the ZMP can be moved to the other end side is determined by considering the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. .

【0059】例えば、接地多角形の両リンク端の端部と
しての手先及び足底を接床した状態で体幹ピッチ軸及び
股関節ピッチ軸を連結した前記重心リンクを離床し、手
先及び足底の間隔を徐々に縮めていき、ZMPを足底に
向かって移動させていく。
For example, the center of gravity link that connects the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis is released from the floor while the hands and soles as the ends of both link ends of the grounded polygon are in contact with the floor, and The ZMP is gradually reduced and the ZMP is moved toward the sole.

【0060】そして、前記リンク構造体の他端から第2
の所定数以下の接床リンクのみで形成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま前記リンク構造体の一端側から
第1の所定数以上のリンクを離床して、該離床リンクを
長さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完
結させる。
Then, from the other end of the link structure to the second
In response to the ZMP plunging into the grounding polygon formed only by the grounding links of not more than the predetermined number, the first to the ZMP are accommodated in the grounding polygon from one end side of the link structure. The wake-up operation is completed by leaving a predetermined number or more of the links and extending the leave-links in the length direction.

【0061】例えば、前記足底で構成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま、前記肩ピッチ軸から前記膝ピ
ッチ軸に至までのリンクを離床して、該離床リンクを長
さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完結
させることができる。
For example, in response to the ZMP plunging into the ground contact polygon constituted by the sole, the ZMP is accommodated in the ground contact polygon while the ZMP is moved from the shoulder pitch axis to the knee pitch axis. It is possible to complete the standing-up motion by removing the links up to and extending the leaving links in the length direction.

【0062】起き上がりの最終段階である、離床リンク
を長さ方向に伸展する際には、質量操作量のより大きな
膝関節ピッチ軸を積極的に使用して動作することが、機
体動作上の効率がよい。
At the final stage of getting up, when extending the leaving link in the longitudinal direction, it is effective in terms of operating the aircraft to actively use the knee joint pitch axis having a larger mass operation amount. Is good.

【0063】なお、より狭い接地多角形を形成するため
に、離床リンクを肩関節ピッチ軸で屈曲させてそのリン
ク端の端部である手先を接床させる際に、以下の式を満
たすように腕部を動作させてもよい。但し、上腕の長さ
をl1、前腕の長さをl2、肩ロール角をα、肘ピッチ角
をベータ、肩から手先までの長さをl12、肩から手先を
結ぶ線のなす角をγ、肩の高さをhとおく。
In order to form a narrower ground contact polygon, the following formula should be satisfied when the leaving link is bent at the shoulder joint pitch axis to bring the end of the link end into contact with the floor. The arm may be operated. However, the length of the upper arm is l 1 , the length of the forearm is l 2 , the shoulder roll angle is α, the elbow pitch angle is beta, the length from the shoulder to the hand is l 12 , the angle formed by the line connecting the shoulder to the hand is Is γ and the shoulder height is h.

【0064】[0064]

【数3】 [Equation 3]

【0065】すなわち、肩ロール軸を動作させる代わり
に肘ピッチ軸を屈曲させることによて、より小さな使用
体積で左右の手先を胴体後方で着床することができる。
That is, by bending the elbow pitch axis instead of operating the shoulder roll axis, it is possible to land the left and right hands on the rear of the body with a smaller use volume.

【0066】また、前記のより狭い接地多角形を生成す
る手段又はステップは、最も小さい支持多角形に関与し
ないリンクの2つ以上を離床可能かどうかに応じて、手
部又は足部における踏み替え動作又は床面との引き摺り
動作のいずれかを選択的に利用して、より狭い接地多角
形を形成するようにしてもよい。
Further, the means or step for generating the narrower ground contact polygon may be stepped on the hand or foot depending on whether or not two or more links not related to the smallest support polygon can be released from the floor. Either a motion or a dragging motion with the floor may be selectively utilized to form a narrower grounded polygon.

【0067】より小さな接地多角形を順次形成していく
過程において、手部や足部の踏み替え動作のみを利用す
る場合、踏み替え動作を実現するためには、手部又は足
部が離床する必要があり、支持多角形に関与しない2以
上のリンクがなければならず、機体の姿勢によっては踏
み替え動作を行なえない場合があり、この場合は起き上
がり動作そのものが破綻してしまう。これに対し、さら
に手部や足部の引き摺り動作を利用することにより、起
き上がり動作が破綻してしまう機会を少なくすることが
できる。
In the process of successively forming smaller ground contact polygons, when only the stepping action of the hand or foot is used, the hand or the foot is out of bed in order to realize the stepping action. It is necessary to have two or more links that are not involved in the supporting polygon, and it may not be possible to perform a stepping motion depending on the attitude of the aircraft, in which case the rising motion itself will fail. On the other hand, by further utilizing the dragging motion of the hand or foot, it is possible to reduce the chance that the rising motion will fail.

【0068】また、本発明の第2の側面は、可動脚を備
え立位姿勢において脚式作業を行なう脚式移動ロボット
の動作制御装置又は動作制御方法であって、転倒時の各
段階において機体に印加される衝撃モーメントを算出す
る手段又はステップと、転倒時の各段階において機体が
床面から受ける衝撃力を算出する手段又はステップと、
機体の接地点と路面の形成する支持多角形の面積Sを算
出する手段又はステップと、前記支持多角形の面積Sが
最小又は一定となるように次の着床部位を選択する第1
の着床部位探索手段又はステップと、前記支持多角形の
面積Sが増大するように次の着床部位を選択する第2の
着床部位探索手段又はステップと、を具備することを特
徴とする脚式移動ロボットの動作制御装置又は動作制御
方法である。
A second aspect of the present invention is an operation control device or an operation control method for a legged mobile robot having movable legs and performing legged work in a standing posture, wherein the machine body is in each stage during a fall. Means or steps for calculating the impact moment applied to the vehicle, and means or steps for calculating the impact force that the aircraft receives from the floor surface at each stage of the fall,
Means or steps for calculating the area S of the supporting polygon formed by the ground point of the airframe and the road surface, and first selecting the next landing site so that the area S of the supporting polygon becomes minimum or constant.
And a second landing site searching means or step for selecting the next landing site so that the area S of the supporting polygon is increased. An operation control device or an operation control method for a legged mobile robot.

【0069】このような場合、第1の着床部位探索手段
により支持多角形の面積Sが最小又は一定となるように
することで、機体に印加される衝撃モーメントを受け流
すことができる。この場合、機体が全点又は後退するな
どして、支持面自体は移動しても良い。一方、第2の着
床部位探索手段により支持多角形の面積Sが急激に増大
するように着床部位を選択することで、転倒時に機体が
床面から受ける衝撃力を緩和することができる。したが
って、機体が床面から受ける衝撃力が所定の許容値内で
あれば前記第2の着床部位探索手段又はステップにより
機体の転倒動作を行ない、許容値外であれば前記第1の
着床部位探索手段又はステップにより機体の転倒動作を
行なうようにすればよい。
In such a case, by making the area S of the supporting polygon to be the minimum or constant by the first landing site searching means, the impact moment applied to the airframe can be received. In this case, the support surface itself may move as the machine body moves at all points or retracts. On the other hand, by selecting the landing site so that the area S of the supporting polygon is rapidly increased by the second landing site searching means, it is possible to mitigate the impact force that the aircraft receives from the floor surface during a fall. Therefore, if the impact force received from the floor surface by the aircraft is within a predetermined allowable value, the second landing site searching means or step causes the aircraft to fall, and if it is outside the allowable value, the first landing is performed. The overturning motion of the machine body may be performed by the part searching means or step.

【0070】また、本発明の第3の側面は、可動脚を備
え立位姿勢において脚式作業を行なう脚式移動ロボット
における機体の転倒及び起き上がりに関する一連の動作
を制御する動作制御装置又は動作制御方法であって、前
記脚式移動ロボットは略平行な関節自由度を持つ複数の
関節軸を長さ方向に連結したリンク構造体からなり、転
倒時において、機体の重心となる重心リンクを含む2以
上のリンクが接床した床上姿勢において、接床リンクが
形成する接地多角形内において最も少ないリンク数で形
成される最も狭い支持多角形を探索する手段又はステッ
プと、前記最小となる支持多角形に関与しないリンク数
が最大となる部位にZMPを設定して転倒動作を行なう
手段又はステップと、機体の転倒姿勢において離床可能
なリンクを探索する手段又はステップと、離床可能なリ
ンクをすべて離床させて起き上がり動作を行なう手段又
はステップと、を具備することを特徴とする脚式移動ロ
ボットの動作制御装置又は動作制御方法である。
Further, a third aspect of the present invention is a motion control device or motion control for controlling a series of motions related to falling and rising of a body in a legged mobile robot having movable legs and performing legged work in a standing posture. In the method, the legged mobile robot comprises a link structure in which a plurality of joint axes having substantially parallel joint degrees of freedom are connected in a longitudinal direction, and includes a center-of-gravity link which becomes a center of gravity of the machine body at the time of fall. Means or steps for searching for the narrowest support polygon formed by the smallest number of links in the ground contact polygon formed by the floor contact links in the above-mentioned floor posture in which the links contact the floor, and the minimum support polygon. A means or step for performing a fall motion by setting a ZMP in a part where the number of links not related to the maximum is set, and a link capable of leaving the bed in the fall posture of the aircraft is searched. A means or step, are all the ambulation possible links ambulation is allowed to get up means performs operations or steps and the operation controller or the operation control method for a legged mobile robot, characterized by comprising.

【0071】機体の重心が腰部に存在する場合、最も小
さくなる支持多角形に関与しないリンク数が最大となる
部位にZMPを設定することができる。このような転倒
・着床動作の後、離床可能なリンクをすべて離床させ
る、すなわち下肢と体幹の双方を浮き上がらせて、上体
と下肢を同時に離床し、足部、手部などを着床させるこ
とで、より小さい接地多角形を少ないステップで形成で
きるので、より高速で効率的な起き上がり動作を実現す
ることができる。
When the center of gravity of the airframe is present in the waist, the ZMP can be set in a portion where the number of links that does not contribute to the smallest supporting polygon is maximum. After such a fall / implantation motion, all the links that can be separated from the floor are separated from the bed, that is, both the lower limbs and the trunk are raised, and the upper body and the lower limbs are separated from the floor at the same time, and the feet and hands are landed. By doing so, it is possible to form a smaller ground contact polygon in a smaller number of steps, and thus it is possible to realize a higher-speed and efficient rising operation.

【0072】また、本発明の第4の側面は、体幹部と、
前記体幹部に接続される脚部及び前記体幹部に接続され
る腕部を有するロボット装置において、前記脚部、前記
体幹部、及び/又は前記腕部が床面と接床する複数の端
部から形成される第1の支持多角形を検出する支持多角
形検出手段と、前記脚部を前記体幹部方向へ屈曲させる
ことにより、前記第1の支持多角形の面積を減少させる
支持多角形変更手段と、前記変更された第1の支持多角
形内にあるZMPを、前記脚部の足底面で形成する接地
多角形へ、前記ZMPを移動できるか否かを判断するZ
MP移動制御手段と、前記ZMP移動制御手段が前記Z
MPを移動できると判断した際に、前記ZMPを前記第
1の支持多角形内から、前記足底面が形成する前記接地
多角形内に維持しながら転倒姿勢から基本姿勢へ前記ロ
ボット装置を遷移させる制御手段と、を具備することを
特徴とするロボット装置である。
The fourth aspect of the present invention is to provide a trunk and
In a robot apparatus having a leg connected to the trunk and an arm connected to the trunk, a plurality of end portions in which the leg, the trunk, and / or the arm come into contact with a floor surface Supporting polygon detecting means for detecting a first supporting polygon formed by: and a supporting polygon changing means for reducing the area of the first supporting polygon by bending the legs toward the trunk Means for determining whether or not the ZMP located in the modified first support polygon can be moved to the grounded polygon formed by the bottom of the foot.
The MP movement control means and the ZMP movement control means
When it is determined that the MP can be moved, the ZMP is moved from the first supporting polygon to the basic posture while maintaining the ZMP within the ground contact polygon formed by the sole of the foot. A control unit and a robot apparatus.

【0073】また、本発明の第5の側面は、少なくとも
胴体と、前記胴体の上方に第1の関節(肩)を介して連
結される1つ以上の腕リンクと前記胴体の下方に第2の
関節(股関節)を介して連結される第1の脚リンクと、
前記第2の脚リンクの先端に第3の関節(膝)を介して
連結される第2の脚リンクとを備えた脚式移動ロボット
において、前記腕リンクの先端と前記第2の脚リンク先
端の足部を接床させて第1の支持多角形を形成する手段
と、前記腕リンクの先端と前記足部を接床させたまま、
第2の関節を第3の関節よりも接床面法線方向上方に移
動させたのち、前記第1の支持多角形の面積を減少さ
せ、さらに前記足部により形成される接地多角形内にZ
MPを移動させる手段と、前記足部により形成される接
地多角形内にZMPを維持しながら、機体を直立させる
手段と、を具備することを特徴とする脚式移動ロボット
である。
Further, the fifth aspect of the present invention is to provide at least a body, one or more arm links connected to the upper side of the body via a first joint (shoulder), and a second body located below the body. A first leg link connected through the joint (hip joint) of
In a legged mobile robot comprising a second leg link connected to a tip end of the second leg link via a third joint (knee), a tip end of the arm link and a tip end of the second leg link. Means for bringing the foot portion of the arm into contact with the floor to form a first supporting polygon, and while keeping the tip of the arm link and the foot portion in contact with the floor,
After the second joint is moved above the third joint in the direction normal to the floor surface, the area of the first supporting polygon is reduced, and the second supporting joint is placed within the ground contact polygon formed by the foot portion. Z
A legged mobile robot comprising: means for moving the MP; and means for erecting the body while maintaining the ZMP within a grounded polygon formed by the legs.

【0074】本発明に係るロボット装置によれば、支持
多角形の面積を小さくしながら転倒姿勢から立位姿勢に
復帰するので、脚部などの関節アクチュエータは比較的
禎トルクで起き上がり動作を実現することができる。
According to the robot apparatus of the present invention, the area of the supporting polygon is reduced and the posture of the joint such as the leg is restored to the standing posture while the area of the supporting polygon is reduced. be able to.

【0075】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
Further objects, features and advantages of the present invention are as follows.
It will be apparent from the embodiments of the present invention described later and the more detailed description based on the accompanying drawings.

【0076】[0076]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0077】A.脚式移動ロボットの機械的構成 図1及び図2には本発明の実施に供される「人間形」又
は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している
様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット100は、胴体部
と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行なう左右2
足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている
制御部(図示しない)により機体の動作を統括的にコン
トロールするようになっている。
A. Mechanical Configuration of Legged Mobile Robot FIG. 1 and FIG. 2 show front and rear views of a “humanoid” or “humanoid” legged mobile robot 100 used for carrying out the present invention. It shows the view from above. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 includes a body, a head, left and right upper limbs, and left and right 2 which perform legged movement.
It is composed of the lower limbs of the foot, and for example, the operation of the machine body is comprehensively controlled by a control unit (not shown) built in the body.

【0078】左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、
脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体
幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節
によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されてい
る。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中
央に連結されている。
The left and right lower limbs have a thigh, a knee joint, and
It is composed of a shin, an ankle, and a foot, and is connected by a hip joint at approximately the lowermost end of the trunk. Each of the left and right upper limbs is composed of an upper arm, an elbow joint, and a forearm, and is connected by shoulder joints at the left and right side edges above the trunk. The head is connected to the center of the uppermost end of the trunk by a neck joint.

【0079】制御部は、この脚式移動ロボットを構成す
る各関節アクチュエータの駆動制御や各センサ(後述)
などからの外部入力を処理するコントローラ(主制御
部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体で
ある。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフ
ェースや通信装置を含んでいてもよい。
The control unit controls the drive of each joint actuator and each sensor (which will be described later) constituting the legged mobile robot.
It is a housing that mounts a controller (main control unit) that processes external input from devices such as a power supply circuit and other peripheral devices. The control unit may also include a communication interface and a communication device for remote operation.

【0080】このように構成された脚式移動ロボット
は、制御部による全身協調的な動作制御により、2足歩
行を実現することができる。かかる2足歩行は、一般
に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り
返すことによって行なわれる。すなわち、
The legged mobile robot thus configured can realize bipedal locomotion by the whole-body coordinated motion control by the control unit. Such bipedal walking is generally performed by repeating a walking cycle divided into the following operation periods. That is,

【0081】(1)右脚を持ち上げた、左脚による単脚
支持期 (2)右足が接地した両脚支持期 (3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期 (4)左足が接地した両脚支持期
(1) Single leg support period with left leg with right leg lifted (2) Double leg support period with right foot grounded (3) Single leg support period with right leg lifted (4) Left leg supported Grounded both legs support period

【0082】脚式移動ロボット100における歩行制御
は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間
において計画軌道の修正を行なうことによって実現され
る。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止
して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一
定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた
脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させる
ように修正軌道を生成する。
The walking control in the legged mobile robot 100 is realized by planning the target trajectory of the lower limb in advance and correcting the planned trajectory in each of the above periods. That is, in the two-leg support period, the correction of the lower limb trajectory is stopped, and the hip height is corrected to a constant value using the total correction amount for the planned trajectory. In the single-leg support period, a corrected trajectory is generated so that the corrected relative positional relationship between the ankle and the waist of the leg is returned to the planned trajectory.

【0083】歩行動作の軌道修正を始めとして、機体の
姿勢安定制御には、一般に、ZMPに対する偏差を小さ
くするための位置、速度、及び加速度が連続となるよう
に、5次多項式を用いた補間計算により行なう。ZMP
(Zero Moment Point)を歩行の安定度判別の規範とし
て用いている。ZMPによる安定度判別規範は、歩行系
から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメント
が路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反
力モーメントとバランスするという「ダランベールの原
理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と
路面の形成する支持多角形(すなわちZMP安定領域)
の辺上あるいはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメ
ントがゼロとなる点、すなわち「ZMP(Zero Moment
Point)」が存在する。
In order to control the attitude stability of the airframe including the trajectory correction of the walking motion, generally, interpolation using a quintic polynomial is performed so that the position, velocity, and acceleration are continuous in order to reduce the deviation with respect to ZMP. Perform by calculation. ZMP
(Zero Moment Point) is used as a criterion for determining the walking stability. The stability discrimination criterion by ZMP is "Durhamber's principle" that gravity and inertial force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force and floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. based on. As a result of mechanical reasoning, the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface (ie, ZMP stable region)
On the side of or inside the point where the pitch axis and roll axis moments are zero, that is, "ZMP (Zero Moment
Point) ”exists.

【0084】図3には、この脚式移動ロボット100が
具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に
示すように、脚式移動ロボット100は、2本の腕部と
頭部1を含む上肢と、移動動作を実現する2本の脚部か
らなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成
された、複数の肢を備えた構造体である。
FIG. 3 schematically shows the joint degree-of-freedom structure of the legged mobile robot 100. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 connects an upper limb including two arms and a head 1, a lower limb composed of two legs for realizing a moving motion, and an upper limb and a lower limb. It is a structure having a plurality of limbs, which is composed of a trunk.

【0085】頭部を支持する首関節(Neck)は、首
関節ヨー軸1と、第1及び第2の首関節ピッチ軸2A及
び2Bと、首関節ロール軸3という4自由度を有してい
る。
The neck joint (Neck) that supports the head has four degrees of freedom: the neck joint yaw axis 1, the first and second neck joint pitch axes 2A and 2B, and the neck joint roll axis 3. There is.

【0086】また、各腕部は、その自由度として、肩
(Shoulder)における肩関節ピッチ軸4と、肩
関節ロール軸5と、上腕ヨー軸6、肘(Elbow)に
おける肘関節ピッチ軸7と、手首(Wrist)におけ
る手首関節ヨー軸8と、手部とで構成される。手部は、
実際には、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体で
ある。
The degrees of freedom of each arm are a shoulder joint pitch axis 4 at the shoulder (Shoulder), a shoulder joint roll axis 5, an upper arm yaw axis 6, and an elbow joint pitch axis 7 at the elbow (Elbow). , A wrist joint yaw axis 8 in the wrist (Wrist) and a hand portion. The hand is
In reality, it is a multi-joint, multi-degree-of-freedom structure including a plurality of fingers.

【0087】また、体幹部(Trunk)は、体幹ピッ
チ軸9と、体幹ロール軸10という2自由度を有する。
The trunk portion (Trunk) has two degrees of freedom: the trunk pitch axis 9 and the trunk roll axis 10.

【0088】また、下肢を構成する各々の脚部は、股関
節(Hip)における股関節ヨー軸11と、股関節ピッ
チ軸12と、股関節ロール軸13と、膝(Knee)に
おける膝関節ピッチ軸14と、足首(Ankle)にお
ける足首関節ピッチ軸15と、足首関節ロール軸16
と、足部とで構成される。
Further, each leg constituting the lower limb has a hip joint yaw axis 11 in a hip joint (Hip), a hip joint pitch axis 12, a hip joint roll axis 13, and a knee joint pitch axis 14 in a knee (Knee). Ankle joint pitch axis 15 and ankle joint roll axis 16 in the ankle
And a foot part.

【0089】但し、エンターティンメント向けの脚式移
動ロボット100が上述したすべての自由度を装備しな
ければならない訳でも、あるいはこれに限定される訳で
もない。設計・製作上の制約条件や要求仕様などに応じ
て、自由度すなわち関節数を適宜増減することができる
ことは言うまでもない。
However, the legged mobile robot 100 for entertainment need not be equipped with all the above-mentioned degrees of freedom, or is not limited to this. It goes without saying that the degree of freedom, that is, the number of joints, can be appropriately increased or decreased in accordance with design / manufacturing constraints, required specifications, and the like.

【0090】上述したような脚式移動ロボット100が
持つ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装
される。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形
状に近似させること、2足歩行という不安定構造体に対
して姿勢制御を行なうことなどの要請から、アクチュエ
ータは小型且つ軽量であることが好ましい。本実施形態
では、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化し
てモータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ
・アクチュエータを搭載することとした(この種のAC
サーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に
既に譲渡されている特開2000−299970号公報
に開示されている)。本実施形態では、直結ギアとして
低減速ギアを採用することにより、人間との物理的イン
タラクションを重視するタイプのロボットに求められて
いる駆動系自身の受動的特性を得ている。
Each degree of freedom of the legged mobile robot 100 as described above is actually implemented by using an actuator. It is preferable that the actuator be small and lightweight in view of demands such as eliminating extra bulges in appearance to approximate a natural human body shape and performing posture control for an unstable structure of bipedal walking. . In this embodiment, a small AC servo actuator of a gear direct connection type and a servo control system integrated into one chip and incorporated in a motor unit is mounted (this type of AC is used).
The servo actuator is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299970, which has been assigned to the present applicant). In the present embodiment, by adopting the reduction speed gear as the direct connection gear, the passive characteristic of the drive system itself required for the robot of the type that emphasizes physical interaction with humans is obtained.

【0091】B.脚式移動ロボットの制御システム構成 図4には、脚式移動ロボット100の制御システム構成
を模式的に示している。同図に示すように、脚式移動ロ
ボット100は、ヒトの四肢を表現した各機構ユニット
30,40,50R/L,60R/Lと、各機構ユニッ
ト間の協調動作を実現するための適応制御を行なう制御
ユニット80とで構成される(但し、R及びLの各々
は、右及び左の各々を示す接尾辞である。以下同様)。
B. Control System Configuration of Legged Mobile Robot FIG. 4 schematically shows the control system configuration of the legged mobile robot 100. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 is an adaptive control for realizing the coordinated operation between the mechanical units 30, 40, 50R / L, 60R / L representing the human limbs and the mechanical units. (Wherein R and L are suffixes indicating right and left respectively, and so on).

【0092】脚式移動ロボット100全体の動作は、制
御ユニット80によって統括的に制御される。制御ユニ
ット80は、CPU(Central Processing Unit)やメ
モリ等の主要回路コンポーネント(図示しない)で構成
される主制御部81と、電源回路やロボット100の各
構成要素とのデータやコマンドの授受を行なうインター
フェース(いずれも図示しない)などを含んだ周辺回路
82とで構成される。
The operation of the entire legged mobile robot 100 is totally controlled by the control unit 80. The control unit 80 sends and receives data and commands to and from a main control unit 81 including main circuit components (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and a power supply circuit and each component of the robot 100. A peripheral circuit 82 including an interface (neither of which is shown) and the like.

【0093】本発明を実現する上で、この制御ユニット
80の設置場所は特に限定されない。図4では体幹部ユ
ニット40に搭載されているが、頭部ユニット30に搭
載してもよい。あるいは、脚式移動ロボット100外に
制御ユニット80を配備して、脚式移動ロボット100
の機体とは有線若しくは無線で交信するようにしてもよ
い。
In implementing the present invention, the installation place of the control unit 80 is not particularly limited. Although it is mounted on the trunk unit 40 in FIG. 4, it may be mounted on the head unit 30. Alternatively, the control unit 80 may be provided outside the legged mobile robot 100 to allow the legged mobile robot 100 to operate.
It may be possible to communicate with the body of the vehicle by wire or wirelessly.

【0094】図3に示した脚式移動ロボット100内の
各関節自由度は、それぞれに対応するアクチュエータに
よって実現される。すなわち、頭部ユニット30には、
首関節ヨー軸1、第1及び第2の首関節ピッチ軸2A及
び2B、首関節ロール軸3の各々を表現する首関節ヨー
軸アクチュエータA1、第1及び第2の首関節ピッチ軸
アクチュエータA2A、A2B、首関節ロール軸アクチュエ
ータA3がそれぞれ配設されている。
The degree of freedom of each joint in the legged mobile robot 100 shown in FIG. 3 is realized by an actuator corresponding to each joint. That is, in the head unit 30,
A neck joint yaw axis actuator A 1 , a first and a second neck joint pitch axis actuator A that respectively represent the neck joint yaw axis 1, the first and second neck joint pitch axes 2A and 2B, and the neck joint roll axis 3. 2A , A 2B and a neck joint roll axis actuator A 3 are provided respectively.

【0095】また、体幹部ユニット40には、体幹ピッ
チ軸9、体幹ロール軸10の各々を表現する体幹ピッチ
軸アクチュエータA9、体幹ロール軸アクチュエータA
10が配備されている。
Further, the trunk unit 40 includes a trunk pitch axis actuator A 9 and a trunk roll axis actuator A which respectively represent the trunk pitch axis 9 and the trunk roll axis 10.
10 have been deployed.

【0096】また、腕部ユニット50R/Lは、上腕ユ
ニット51R/Lと、肘関節ユニット52R/Lと、前
腕ユニット53R/Lに細分化されるが、肩関節ピッチ
軸4、肩関節ロール軸5、上腕ヨー軸6、肘関節ピッチ
軸7、手首関節ヨー軸8の各々を表現する肩関節ピッチ
軸アクチュエータA4、肩関節ロール軸アクチュエータ
5、上腕ヨー軸アクチュエータA6、肘関節ピッチ軸ア
クチュエータA7、手首関節ヨー軸アクチュエータA8
配備されている。
The arm unit 50R / L is subdivided into an upper arm unit 51R / L, an elbow joint unit 52R / L, and a forearm unit 53R / L, but the shoulder joint pitch axis 4 and the shoulder joint roll axis are included. 5, a shoulder joint pitch axis actuator A 4 , a shoulder joint roll axis actuator A 5 , an upper arm yaw axis actuator A 6 , an elbow joint pitch axis which respectively represent the upper arm yaw axis 6, the elbow joint pitch axis 7, and the wrist joint yaw axis 8. An actuator A 7 and a wrist joint yaw axis actuator A 8 are provided.

【0097】また、脚部ユニット60R/Lは、大腿部
ユニット61R/Lと、膝ユニット62R/Lと、脛部
ユニット63R/Lに細分化されるが、股関節ヨー軸1
1、股関節ピッチ軸12、股関節ロール軸13、膝関節
ピッチ軸14、足首関節ピッチ軸15、足首関節ロール
軸16の各々を表現する股関節ヨー軸アクチュエータA
11、股関節ピッチ軸アクチュエータA12、股関節ロール
軸アクチュエータA13、膝関節ピッチ軸アクチュエータ
14、足首関節ピッチ軸アクチュエータA15、足首関節
ロール軸アクチュエータA16が配備されている。
The leg unit 60R / L is subdivided into a thigh unit 61R / L, a knee unit 62R / L, and a tibial unit 63R / L.
1. Hip joint yaw axis actuator A representing each of hip joint pitch axis 12, hip joint roll axis 13, knee joint pitch axis 14, ankle joint pitch axis 15, and ankle joint roll axis 16.
11 , a hip joint pitch axis actuator A 12 , a hip joint roll axis actuator A 13 , a knee joint pitch axis actuator A 14 , an ankle joint pitch axis actuator A 15 , and an ankle joint roll axis actuator A 16 .

【0098】各関節に用いられるアクチュエータA1
2,A3…は、より好ましくは、ギア直結型で且つサー
ボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニット内に搭載
したタイプの小型ACサーボ・アクチュエータ(前述)
で構成することができる。
Actuators A 1 used for each joint,
More preferably, A 2 , A 3 ... Are small-sized AC servo actuators of the type that are directly connected to the gears and the servo control system is made into one chip and mounted in the motor unit (described above).
Can be composed of

【0099】頭部ユニット30、体幹部ユニット40、
腕部ユニット50、各脚部ユニット60などの各機構ユ
ニット毎に、アクチュエータ駆動制御用の副制御部3
5,45,55,65が配備されている。
Head unit 30, trunk unit 40,
For each mechanism unit such as the arm unit 50 and each leg unit 60, the sub-control unit 3 for actuator drive control is provided.
5,45,55,65 are deployed.

【0100】機体の体幹部40には、加速度センサ95
と姿勢センサ96が配設されている。加速度センサ95
は、X,Y,Z各軸方向に配置する。機体の腰部に加速
度センサ95を配設することによって、質量操作量が大
きな部位である腰部を制御目標点として設定して、その
位置における姿勢や加速度を直接計測して、ZMPに基
づく姿勢安定制御を行なうことができる。
An acceleration sensor 95 is attached to the trunk 40 of the fuselage.
And an attitude sensor 96 are provided. Acceleration sensor 95
Are arranged in the X-, Y-, and Z-axis directions. By arranging the acceleration sensor 95 on the waist of the machine body, the waist, which is a region where the amount of mass operation is large, is set as the control target point, and the posture and acceleration at that position are directly measured to perform posture stability control based on ZMP. Can be done.

【0101】また、各脚部60R,Lには、接地確認セ
ンサ91及び92と、加速度センサ93,94がそれぞ
れ配設されている。接地確認センサ91及び92は、例
えば足底に圧力センサを装着することにより構成され、
床反力の有無により足底が着床したか否かを検出するこ
とができる。また、加速度センサ93,94は、少なく
ともX及びYの各軸方向に配置する。左右の足部に加速
度センサ93,94を配設することにより、ZMP位置
に最も近い足部で直接ZMP方程式を組み立てることが
できる。
Further, grounding confirmation sensors 91 and 92 and acceleration sensors 93 and 94 are arranged on each of the legs 60R and 60L. The ground contact confirmation sensors 91 and 92 are configured, for example, by mounting a pressure sensor on the sole of the foot,
Whether or not the sole of the foot has landed can be detected by the presence or absence of the floor reaction force. Further, the acceleration sensors 93, 94 are arranged at least in the X and Y axis directions. By disposing the acceleration sensors 93 and 94 on the left and right feet, it is possible to assemble the ZMP equation directly on the feet closest to the ZMP position.

【0102】質量操作量が大きな部位である腰部にのみ
加速度センサを配置した場合、腰部のみが制御目標点に
設定され、足部の状態は、この制御目標点の計算結果を
基に相対的に算出しなければならず、足部と路面との間
では以下の条件を満たすことが、前提となってしまう。
When the acceleration sensor is arranged only in the waist, which is a region where the mass operation amount is large, only the waist is set as the control target point, and the state of the foot is relatively determined based on the calculation result of the control target point. It must be calculated, and it is assumed that the following conditions are satisfied between the foot and the road surface.

【0103】(1)路面はどんな力やトルクが作用して
も動くことがない。 (2)路面での並進に対する摩擦係数は充分に大きく、
滑りが生じない。
(1) The road surface does not move under any force or torque. (2) The friction coefficient for translation on the road surface is sufficiently large,
No slippage occurs.

【0104】これに対し、本実施形態では、路面との接
触部位である足部にZMPと力を直接する反力センサ・
システム(床反力センサなど)を配備するとともに、制
御に用いるローカル座標とその座標を直接的に計測する
ための加速度センサを配設する。この結果、ZMP位置
に最も近い足部で直接ZMP方程式を組み立てることが
でき、上述したような前提条件に依存しない、より厳密
な姿勢安定制御を高速で実現することができる。この結
果、力やトルクが作用すると路面が動いてしまう砂利上
や毛足の長い絨毯上や、並進の摩擦係数が充分に確保で
きずに滑りが生じ易い住居のタイルなどであっても、機
体の安定歩行(運動)を保証することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the reaction force sensor for directly applying the ZMP force to the foot which is the contact portion with the road surface.
A system (floor reaction force sensor, etc.) is installed, and local coordinates used for control and an acceleration sensor for directly measuring the coordinates are installed. As a result, the ZMP equation can be directly assembled with the foot portion closest to the ZMP position, and more strict posture stability control that does not depend on the above-described prerequisites can be realized at high speed. As a result, even if the road surface moves when a force or torque is applied, such as on gravel or a carpet with long fluff, or even the tiles of a dwelling house where the friction coefficient of translation cannot be sufficiently secured and slipping easily occurs, It is possible to guarantee stable walking (exercise).

【0105】主制御部80は、各センサ91〜96の出
力に応答して制御目標をダイナミックに補正することが
できる。より具体的には、副制御部35,45,55,
65の各々に対して適応的な制御を行い、脚式移動ロボ
ット100の上肢、体幹、及び下肢が協調して駆動する
全身運動パターンを実現する。
The main controller 80 can dynamically correct the control target in response to the outputs of the sensors 91 to 96. More specifically, the sub-control units 35, 45, 55,
Adaptive control is performed on each of the 65 to realize a whole-body movement pattern in which the upper limbs, the trunk, and the lower limbs of the legged mobile robot 100 are cooperatively driven.

【0106】ロボット100の機体上での全身運動は、
足部運動、ZMP(Zero Moment Point)軌道、体幹運
動、上肢運動、腰部高さなどを設定するとともに、これ
らの設定内容に従った動作を指示するコマンドを各副制
御部35,45,55,65に転送する。そして、各々
の副制御部35,45…では、主制御部81からの受信
コマンドを解釈して、各アクチュエータA1,A2,A3
…に対して駆動制御信号を出力する。ここで言う「ZM
P」とは、歩行中の床反力によるモーメントがゼロとな
る床面上の点のことであり、また、「ZMP軌道」と
は、例えばロボット100の歩行動作期間中にZMPが
動く軌跡を意味する。
The whole body motion of the robot 100 on the body is
The foot movement, ZMP (Zero Moment Point) trajectory, trunk movement, upper limb movement, waist height, etc. are set, and commands for instructing movements according to these setting contents are issued to the sub-control units 35, 45, 55. , 65. The sub-control units 35, 45, ... Interpret the received command from the main control unit 81, and each of the actuators A 1 , A 2 , A 3
The drive control signal is output to. Say "ZM
“P” refers to a point on the floor where the moment due to the floor reaction force during walking becomes zero, and “ZMP trajectory” refers to a locus of movement of ZMP during the walking motion of the robot 100, for example. means.

【0107】C.脚式移動ロボットの運動系基本状態遷
本実施形態に係る脚式移動ロボット100の制御システ
ムは、複数の基本姿勢を定義する。各々の基本姿勢は、
機体の安定性や、消費エネルギ、次の状態への遷移を考
慮して定義されており、基本姿勢間の遷移という形態に
より機体運動を効率的に制御することができる。
C. Basic state transition of motion system of legged mobile robot
The control system of the legged mobile robot 100 according to the transfer this embodiment, defines a plurality of basic position. The basic posture of each is
It is defined in consideration of stability of the airframe, energy consumption, and transition to the next state, and the motion of the airframe can be efficiently controlled by the form of transition between basic postures.

【0108】図5には、本実施形態に係る脚式移動ロボ
ット100の運動系が持つ基本状態遷移を示している。
同図に示すように、脚式移動ロボットは、基本仰向け姿
勢、基本立ち姿勢、基本歩行姿勢、基本座り姿勢、基本
うつ伏せ姿勢がそれぞれ仰向け時、立脚時、歩行準備
時、着席時、及びうつ伏せ時における機体の安定性や、
消費エネルギ、次の状態への遷移を考慮して定義されて
いる。
FIG. 5 shows the basic state transition of the motion system of the legged mobile robot 100 according to this embodiment.
As shown in the figure, the legged mobile robot has a basic supine posture, a basic standing posture, a basic walking posture, a basic sitting posture, and a basic prone posture when lying on its back, standing up, preparing to walk, sitting down, and prone. The stability of the aircraft in
It is defined in consideration of energy consumption and transition to the next state.

【0109】これら基本姿勢は、機体の動作制御プログ
ラムのプラットフォームに位置付けられる。また、脚式
移動ロボットは、立ち姿勢などにおいて、歩行や跳躍、
ダンスなど全身動作を利用した各種のパフォーマンスを
行なうが、その装置制御プログラムは、プラットフォー
ム上で動作するアプリケーションとして位置付けられ
る。これらアプリケーション・プログラムは、外部記憶
から随時ロードされ、主制御部81によって実行され
る。
These basic postures are positioned on the platform of the motion control program of the machine. In addition, legged mobile robots can walk, jump,
Various performances using whole body motions such as dance are performed, and the device control program is positioned as an application running on the platform. These application programs are loaded from the external storage at any time and executed by the main control unit 81.

【0110】図6には、脚式移動ロボット100の基本
仰向け姿勢を示している。本実施形態では、機体への電
源投入時には基本仰向け姿勢をとり、転倒などの心配が
なく機械運動的に最も安定した状態からの起動を行なう
ことができる。また、脚式移動ロボットは、起動時だけ
でなくシステム動作の終了時も基本仰向け姿勢に復帰す
るようになっている。したがって、機械運動学的に機体
が最も安定した状態で作業を開始するとともに、最も安
定した状態で作業を終了することから、脚式移動ロボッ
トの動作オペレーションは自己完結的となる。
FIG. 6 shows the basic supine posture of the legged mobile robot 100. In the present embodiment, when the power of the machine is turned on, the body is placed in the basic supine posture, and it is possible to start from the most stable state in terms of mechanical movement without fear of falling. In addition, the legged mobile robot returns to the basic supine posture not only at the time of starting but also at the end of the system operation. Therefore, since the work is mechanically kinematically started in the most stable state and the work is finished in the most stable state, the operation operation of the legged mobile robot is self-contained.

【0111】勿論、機体の転倒時においても、床上での
所定のモーションを経て一旦基本仰向け姿勢に戻った後
に、規定の立ち上がり動作を実行することにより、基本
立ち姿勢を介して、作業中断時の元の姿勢を回復するこ
とができる。
Of course, even when the machine body is overturned, after returning to the basic supine posture once after a predetermined motion on the floor, the prescribed standing motion is executed, so that when the work is suspended through the basic standing posture. The original posture can be restored.

【0112】また、本実施形態に係る脚式移動ロボット
100は、床上での基本姿勢として、基本仰向け姿勢の
他に、図7に示したような基本うつ伏せ姿勢を備えてい
る。この基本うつ伏せ姿勢は、基本仰向け姿勢と同様
に、機械運動学的に機体が最も安定した状態であり、電
源が遮断された脱力状態においても姿勢安定性を維持す
ることができる。例えば、脚式作業において不測の外力
などにより機体が転倒した場合、仰向け又はうつ伏せの
いずれの状態で落下するか不明なので、本実施形態で
は、このように2通りの床上基本姿勢を規定している。
The legged mobile robot 100 according to the present embodiment has a basic prone posture as shown in FIG. 7 in addition to the basic supine posture as the basic posture on the floor. Like the basic supine posture, this basic prone posture is the state in which the machine body is the most stable in terms of mechanical kinematics, and the posture stability can be maintained even in a weakened state in which the power is cut off. For example, in a legged work, when the aircraft falls due to an unexpected external force or the like, it is not known whether the aircraft falls on its back or on its stomach. Therefore, this embodiment defines two basic postures on the floor in this way. .

【0113】基本仰向け姿勢と基本うつ伏せ姿勢の間
は、各種の床上姿勢を経て可逆的に遷移することができ
る。逆に言えば、これら基本仰向け姿勢と基本うつ伏せ
姿勢を基準にして各種の床上姿勢へ円滑に状態遷移する
ことができる。
Between the basic supine posture and the basic prone posture, it is possible to reversibly transit through various postures on the floor. Conversely speaking, the state can be smoothly changed to various postures on the floor based on the basic supine posture and the basic prone posture.

【0114】基本仰向け姿勢は、機械運動学的には最も
安定した基本姿勢であるが、脚式作業を考慮した場合、
円滑な状態遷移を行なうことはできない。そこで、図8
に示すような基本立ち姿勢が定義されている。基本立ち
姿勢を定義することで、その後の脚式作業へ滞りなく移
行することができる。
The basic supine posture is the most stable basic posture in terms of mechanical kinematics, but when considering leg work,
A smooth state transition cannot be performed. Therefore, FIG.
The basic standing posture shown in is defined. By defining the basic standing posture, it is possible to smoothly shift to the subsequent leg work.

【0115】基本立ち姿勢は、立ち状態で最も安定した
状態であり、姿勢安定制御のための計算機負荷や消費電
力が最小又は極小となるような姿勢であり、膝を伸展さ
せることにより直立状態を保つためのモータ・トルクを
最小限に抑えている。この基本立ち姿勢から各種の立ち
姿勢へ円滑に状態遷移して、たとえば上肢を利用したダ
ンス・パフォーマンスなどを実演することができる。
The basic standing posture is the most stable state in the standing state, and is a posture in which the computer load and power consumption for posture stabilization control are minimized or minimized. Minimizes motor torque to maintain. It is possible to smoothly perform a state transition from this basic standing posture to various standing postures, and to perform, for example, a dance performance using the upper limbs.

【0116】他方、基本立ち姿勢は、姿勢安定性に優れ
ているがこのまま歩行など脚式作業に移行するためには
最適化されていない。そこで、本実施形態に係る脚式移
動ロボットは、立脚状態の他の基本姿勢として、図9に
示すような基本歩行姿勢を定義している。
On the other hand, the basic standing posture is excellent in posture stability, but is not optimized for shifting to leg work such as walking. Therefore, the legged mobile robot according to the present embodiment defines a basic walking posture as shown in FIG. 9 as another basic posture in the standing state.

【0117】基本立ち姿勢において、股関節、膝関節、
並びに足首関節の各ピッチ軸12、14、15を駆動し
て、機体の重心位置を少し落とす格好にすることによっ
て、基本歩行姿勢に遷移する。基本歩行姿勢では、通常
の歩行動作を始めとして各種の脚式動作への遷移を円滑
に行なうことができる。但し、膝を屈曲させた分だけ、
この姿勢を維持するためのトルクが余分に必要とならこ
とから、基本歩行姿勢は、基本立ち姿勢に比し消費電力
は増大する。
In the basic standing posture, the hip joint, knee joint,
Further, the pitch axes 12, 14, 15 of the ankle joint are driven to make the position of the center of gravity of the body slightly lowered, thereby transitioning to the basic walking posture. In the basic walking posture, it is possible to smoothly transition to various legged movements including normal walking movements. However, only by bending the knee,
Since extra torque is required to maintain this posture, the basic walking posture consumes more power than the basic standing posture.

【0118】基本立ち姿勢は、機体のZMP位置はZM
P安定領域の中心付近にあり、膝の曲げ角が小さくエネ
ルギ消費量が低い姿勢である。これに対し、基本歩行姿
勢では、ZMP位置が安定領域の中心付近にあるが、高
い路面適応性、高い外力適応性を確保するために膝の曲
げ角を比較的大きくとっている。
As for the basic standing posture, the ZMP position of the machine is ZM.
It is in the vicinity of the center of the P stable region and has a posture in which the bending angle of the knee is small and the energy consumption is low. On the other hand, in the basic walking posture, the ZMP position is near the center of the stable region, but the knee bending angle is set relatively large in order to ensure high road surface adaptability and high external force adaptability.

【0119】また、本実施形態に係る脚式移動ロボット
100では、さらに基本座り姿勢が定義されている。こ
の基本座り姿勢(図示しない)では、所定の椅子に腰掛
けたときに、姿勢安定制御のための計算機負荷や消費電
力が最小又は極小となるような姿勢である。前述した、
基本仰向け姿勢、基本うつ伏せ姿勢、並びに基本立ち姿
勢からは、可逆的に基本姿勢へ遷移することができる。
また、基本座り姿勢並びに基本立ち姿勢からは、各種の
座り姿勢へと円滑に移行することができ、座り姿勢で例
えば状態のみを用いた各種のパフォーマンスを実演する
ことができる。
In the legged mobile robot 100 according to this embodiment, the basic sitting posture is further defined. In this basic sitting posture (not shown), the posture is such that the computer load and power consumption for posture stabilization control are minimized or minimized when sitting on a predetermined chair. As mentioned above,
It is possible to reversibly transition from the basic supine posture, the basic prone posture, and the basic standing posture to the basic posture.
Further, it is possible to smoothly shift from the basic sitting posture and the basic standing posture to various sitting postures, and it is possible to demonstrate various performances using only the state in the sitting posture.

【0120】D.脚式移動ロボットの姿勢安定制御 次いで、本実施形態に係る脚式移動ロボット100にお
ける、脚式作業時における姿勢安定化処理、すなわち足
部、腰、体幹、下肢運動などからなる全身協調運動実行
時における姿勢の安定化処理の手順について説明する。
D. Posture Stabilization Control of Legged Mobile Robot Next, in the legged mobile robot 100 according to the present embodiment, posture stabilization processing at the time of legged work, that is, execution of whole body coordinated movement including foot, waist, trunk, and lower limb movements. The procedure of the posture stabilization process at the time will be described.

【0121】本実施形態に係る姿勢安定制御は、ZMP
を姿勢安定制御に用いる。ZMPを安定度判別規範に用
いたロボットの姿勢安定度制御は、基本的には足底接地
点と路面の形成する支持多角形の辺上あるいはその内側
にモーメントがゼロとなる点を探索することにある。す
なわち、ロボットの機体に印加される各モーメントの釣
合い関係を記述したZMP方程式を導出して、このZM
P方程式上で現れるモーメント・エラーを打ち消すよう
に機体の目標軌道を修正する。
The posture stabilization control according to this embodiment is performed by ZMP
Is used for attitude stabilization control. The posture stability control of a robot using ZMP as a stability determination criterion is basically to search for a point where the moment is zero on or inside the side of the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface. It is in. That is, the ZMP equation describing the balance relationship of each moment applied to the robot body is derived, and this ZM equation is derived.
Modify the target trajectory of the airframe to cancel the moment error that appears on the P equation.

【0122】本実施形態では、ロボットの機体上の制御
目標点として質量操作量が最大となる部位、例えば腰部
をローカル座標原点に設定する。そして、この制御目標
点に加速度センサなどの計測手段を配置して、その位置
における姿勢や加速度を直接計測して、ZMPに基づく
姿勢安定制御を行なう。さらに路面との接触部位である
足部に加速度センサを配備することにより、制御に用い
るローカル座標とその座標を直接的に計測して、ZMP
位置に最も近い足部で直接ZMP方程式を組み立てる。
In this embodiment, a region where the amount of mass operation is maximum, for example, a waist, is set as the local coordinate origin as a control target point on the robot body. Then, a measuring means such as an acceleration sensor is arranged at this control target point, and the posture and acceleration at that position are directly measured to perform posture stable control based on ZMP. Furthermore, by arranging an acceleration sensor on the foot which is a contact point with the road surface, the local coordinates used for control and the coordinates are directly measured, and the ZMP
Assemble the ZMP equation directly on the foot closest to the position.

【0123】D−1.ZMP方程式の導入 本実施形態に係る脚式移動ロボット100は、無限すな
わち連続的な質点の集合体である。但し、ここでは有限
数で離散的な質点からなる近似モデルに置き換えること
によって、安定化処理のための計算量を削減するように
している。より具体的には物理的には図3に示す多関節
自由度構成を具備する脚式移動ロボット100を、図1
0に示すように多質点近似モデルに置き換えて取り扱
う。図示の近似モデルは、線形且つ非干渉の多質点近似
モデルである。
D-1. Introduction of ZMP Equation The legged mobile robot 100 according to the present embodiment is an infinite or continuous collection of mass points. However, here, the calculation amount for the stabilization process is reduced by replacing the approximation model with a finite number of discrete mass points. More specifically, physically, a legged mobile robot 100 having the multi-joint degree of freedom configuration shown in FIG.
As shown in 0, it is replaced with a multi-mass point approximation model. The illustrated approximation model is a linear and non-interference multi-mass point approximation model.

【0124】図10において、O−XYZ座標系は絶対
座標系におけるロール、ピッチ、ヨー各軸を表し、ま
た、O'−X'Y'Z'座標系はロボット100とともに動
く運動座標系におけるロール、ピッチ、ヨー各軸を表し
ている。但し、図中におけるパラメータの意味は以下の
通りである。また、ダッシュ(´)付きの記号は運動座
標系を記述するものと理解されたい。
In FIG. 10, the O-XYZ coordinate system represents the roll, pitch, and yaw axes in the absolute coordinate system, and the O'-X'Y'Z 'coordinate system is the roll in the motion coordinate system that moves together with the robot 100. , Pitch and yaw axes. However, the meaning of the parameters in the figure is as follows. Also, it should be understood that the symbol with a dash (') describes the motion coordinate system.

【0125】[0125]

【数4】 [Equation 4]

【0126】同図に示す多質点モデルでは、iはi番目
に与えられた質点を表す添え字であり、miはi番目の
質点の質量、ri'はi番目の質点の位置ベクトル(但し
運動座標系)を表すものとする。本実施形態に係る脚式
移動ロボット100の機体重心は腰部付近に存在する。
すなわち、腰部は、質量操作量が最大となる質点であ
り、図10では、その質量はmh、その位置ベクトル
(但し運動座標系)はr'h(r'hx,r'hy,r'hz)と
する。また、機体のZMPの位置ベクトル(但し運動座
標系)をr'zmp(r'zmpx,r'zmpy,r'zmpz)とす
る。
In the multi-mass model shown in the same figure, i is a subscript representing the i-th given mass point, m i is the mass of the i-th mass point, and r i 'is the position vector of the i-th mass point ( However, it represents the motion coordinate system). The center of gravity of the legged mobile robot 100 according to the present embodiment exists near the waist.
That is, the waist is a mass point at which the amount of mass operation is the maximum, and in FIG. 10, its mass is m h , and its position vector (however, motion coordinate system) is r ′ h (r ′ hx , r ′ hy , r ′). hz ). Further, the ZMP position vector of the airframe (however, the motion coordinate system) is r'zmp ( r'zmpx , r'zmpy , r'zmpz ).

【0127】世界座標系O−XYZは絶対座標系であ
り、不変である。本実施形態に係る脚式移動ロボット1
00は、腰部と両脚の足部にそれぞれ加速度センサ9
3、94、96が配置されており、これらセンサ出力に
より腰部並びに立脚それぞれと世界座標系の相対位置ベ
クトルrqが直接検出される。これに対し、運動座標系
すなわち機体のローカル座標系はO−X’Y’Z’は、
ロボットともに動く。
The world coordinate system O-XYZ is an absolute coordinate system and is invariant. Legged mobile robot 1 according to the present embodiment
00 is the acceleration sensor 9 on the waist and the legs of both legs.
3, 94 and 96 are arranged, and the waist and standing legs and the relative position vector rq of the world coordinate system are directly detected by the outputs of these sensors. On the other hand, in the motion coordinate system, that is, the local coordinate system of the aircraft, O-X'Y'Z 'is
The robot moves together.

【0128】多質点モデルは、言わば、ワイヤフレーム
・モデルの形態でロボットを表現したものである。図1
0を見ても判るように、多質点近似モデルは、両肩、両
肘、両手首、体幹、腰部、及び、両足首の各々を質点と
して設定される。図示の非厳密の多質点近似モデルにお
いては、モーメント式は線形方程式の形式で記述され、
該モーメント式はピッチ軸及びロール軸に関して干渉し
ない。多質点近似モデルは、概ね以下の処理手順により
生成することができる。
The multi-mass model is, so to speak, a representation of a robot in the form of a wireframe model. Figure 1
As can be seen from 0, the multi-mass point approximation model is set with mass points on each of the shoulders, elbows, wrists, trunk, waist, and both ankles. In the inexact multi-mass approximation model shown, the moment equation is written in the form of a linear equation,
The moment equation does not interfere with the pitch and roll axes. The multi-mass point approximation model can be generally generated by the following processing procedure.

【0129】(1)ロボット100全体の質量分布を求
める。 (2)質点を設定する。質点の設定方法は、設計者のマ
ニュアル入力であっても、所定の規則に従った自動生成
のいずれでも構わない。 (3)各領域i毎に、重心を求め、その重心位置と質量
iを該当する質点に付与する。 (4)各質点miを、質点位置riを中心とし、その質量
に比例した半径に持つ球体として表示する。 (5)現実に連結関係のある質点すなわち球体同士を連
結する。
(1) Obtain the mass distribution of the entire robot 100. (2) Set the mass point. The method of setting the mass point may be either manual input by the designer or automatic generation according to a predetermined rule. (3) The center of gravity is calculated for each region i, and the position of the center of gravity and the mass m i are assigned to the corresponding mass point. (4) Each mass point m i is displayed as a sphere centered at the mass point position r i and having a radius proportional to its mass. (5) Connect mass points, that is, spheres, which are actually connected.

【0130】なお、図10に示す多質点モデルの腰部情
報における各回転角(θhx,θhy,θhz)は、脚式移動
ロボット100における腰部の姿勢すなわちロール、ピ
ッチ、ヨー軸の回転を規定するものである(図11に
は、多質点モデルの腰部周辺の拡大図を示しているの
で、確認されたい)。
The rotation angles (θ hx , θ hy , θ hz ) in the waist information of the multi-mass model shown in FIG. 10 represent the posture of the waist of the legged mobile robot 100, that is, the rotation of the roll, pitch, and yaw axes. It is specified (see FIG. 11 for an enlarged view around the waist of the multi-mass model, so check it).

【0131】機体のZMP方程式は、制御目標点におい
て印加される各モーメントの釣合い関係を記述したもの
である。図5に示したように、機体を多数の質点mi
表わし、これらを制御目標点とした場合、すべての制御
目標点miにおいて印加されるモーメントの総和を求め
る式がZMP方程式である。
The ZMP equation of the airframe describes the equilibrium relation of each moment applied at the control target point. As shown in FIG. 5 represent the body in a number of mass points m i, when the these control target points, obtaining the sum of the moments applied at all the control target point m i Formula is ZMP equation.

【0132】世界座標系(O−XYZ)で記述された機
体のZMP方程式、並びに機体のローカル座標系(O−
X’Y’Z’)はそれぞれ以下の通りとなる。
The ZMP equation of the airframe described in the world coordinate system (O-XYZ) and the local coordinate system of the airframe (O-
X'Y'Z ') are as follows.

【0133】[0133]

【数5】 [Equation 5]

【0134】上式は、各質点miにおいて印加された加
速度成分により生成されるZMP回り(半径ri
zmp)のモーメントの総和と、各質点miに印加された
外力モーメントMiの総和と、外力Fkにより生成される
ZMP回り(k番目の外力Fkの作用点をskとする)の
モーメントの総和が釣り合うということを記述してい
る。
The above equation expresses the ZMP rotation (radius r i −) generated by the acceleration component applied at each mass point m i .
the sum of the moments of r ZMP), the sum of external force moment M i applied to the mass points mi, ZMP around produced by an external force F k of (a point of action of k-th external force F k and s k) It describes that the sum of moments is balanced.

【0135】このZMP釣合い方程式は、総モーメント
補償量すなわちモーメント・エラー成分Tを含んでい
る。このモーメント・エラーをゼロ又は所定の許容範囲
内に抑えることによって、機体の姿勢安定性が維持され
る。言い換えれば、モーメント・エラーをゼロ又は許容
値以下となるように機体運動(足部運動や上半身の各部
位の軌道)を修正することが、ZMPを安定度判別規範
とした姿勢安定制御の本質である。
This ZMP balance equation includes the total moment compensation amount, that is, the moment error component T. By suppressing this moment error to zero or within a predetermined allowable range, the attitude stability of the airframe is maintained. In other words, it is the essence of posture stability control that uses ZMP as the stability criterion to correct the body motion (foot motion and trajectory of each part of the upper body) so that the moment error becomes zero or less than the allowable value. is there.

【0136】本実施形態では、腰部と左右の足部にそれ
ぞれ加速度センサ96,93及び94が配設されている
ので、これらの制御目標点における加速度計測結果を用
いて直接的に且つ高精度に上記のZMP釣合い方程式を
導出することができる。この結果、高速でより厳密な姿
勢安定制御を実現することができる。
In this embodiment, since the acceleration sensors 96, 93 and 94 are provided on the waist and the left and right feet respectively, the acceleration measurement results at these control target points are used directly and with high accuracy. The above ZMP balance equation can be derived. As a result, high-speed and more strict posture stability control can be realized.

【0137】D−2.全身協調型の姿勢安定制御 図12には、脚式移動ロボット100において、ZMP
を安定度判別規範に用いて安定歩行可能な機体運動を生
成するための処理手順をフローチャートの形式で示して
いる。但し、以下の説明では、図10及び図11に示す
ような線形・非干渉多質点近似モデルを用いて脚式移動
ロボット100の各関節位置や動作を記述するものとす
る。
D-2. Posture stabilization control of whole body cooperation type In FIG.
The flowchart shows a processing procedure for generating a body motion capable of stable walking by using the above as a stability determination criterion. However, in the following description, each joint position and motion of the legged mobile robot 100 will be described using a linear / non-interfering multi-mass point approximation model as shown in FIGS.

【0138】まず、足部運動の設定を行なう(ステップ
S1)。足部運動は、2以上の機体のポーズを時系列的
に連結されてなるモーション・データである。
First, the foot movement is set (step S1). The foot movement is motion data in which poses of two or more bodies are connected in time series.

【0139】モーション・データは、例えば、足部の各
関節角の変位を表わした関節空間情報と、関節位置を表
わしたデカルト空間情報で構成される。モーション・デ
ータは、コンソール画面上での手付け入力や、機体への
ダイレクト・ティーチング(直接教示)例えばモーショ
ン編集用のオーサリング・システム上で構築したりする
ことができる。
The motion data is composed of, for example, joint space information representing the displacement of each joint angle of the foot and Cartesian space information representing the joint position. The motion data can be manually input on the console screen, or can be constructed by direct teaching (direct teaching) to the machine, for example, on an authoring system for motion editing.

【0140】次いで、設定された足部運動を基にZMP
安定領域を算出する(ステップS2)。ZMPは、機体
に印加されるモーメントがゼロとなる点であり、基本的
には足底接地点と路面の形成する支持多角形の辺上ある
いはその内側に存在する。ZMP安定領域は、この支持
多角形のさらに内側に設定された領域であり、該領域に
ZMPを収容させることによって機体を高度に安定した
状態にすることができる。
Next, ZMP is performed based on the set foot movement.
A stable region is calculated (step S2). ZMP is a point at which the moment applied to the airframe becomes zero, and is basically present on or inside the side of the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface. The ZMP stable area is an area set further inside the supporting polygon, and by accommodating the ZMP in the area, the airframe can be made highly stable.

【0141】そして、足部運動とZMP安定領域を基
に、足部運動中におけるZMP軌道を設定する(ステッ
プS3)。
Then, the ZMP trajectory during the foot movement is set based on the foot movement and the ZMP stable region (step S3).

【0142】また、機体の上半身(股関節より上側)の
各部位については、腰部、体幹部、上肢、頭部などのよ
うにグループ設定する(ステップS11)。
Further, each part of the upper half of the body (above the hip joint) is set in groups such as the waist, the trunk, the upper limbs, and the head (step S11).

【0143】そして、各部位グループ毎に希望軌道を設
定する(ステップS12)。上半身の希望起動の設定
は、足部の場合と同様に、コンソール画面上での手付け
入力や、機体へのダイレクト・ティーチング(直接教
示)例えばモーション編集用のオーサリング・システム
上で構築したりすることができる。
Then, a desired trajectory is set for each region group (step S12). As with the case of the feet, the desired activation of the upper body can be set manually on the console screen or by direct teaching (direct teaching) to the machine, for example, on the authoring system for motion editing. You can

【0144】次いで、各部位のグループ設定の調整(再
グルーピング)を行ない(ステップS13)、さらにこ
れらグループに対して優先順位を与える(ステップS1
4)。ここで言う優先順位とは、機体の姿勢安定制御を
行なうための処理演算に投入する順位のことであり、例
えば質量操作量に応じて割り振られる。この結果、機体
上半身についての各部位についての優先順位付き希望軌
道群が出来上がる。
Next, adjustment (regrouping) of group settings of each part is performed (step S13), and priority is given to these groups (step S1).
4). The priority order referred to here is the order to be put into the processing calculation for performing the attitude stabilization control of the machine body, and is assigned according to the mass operation amount, for example. As a result, a desired orbital group with priorities for each part of the upper body of the fuselage is completed.

【0145】また、機体上半身の各部位グループ毎に、
モーメント補償に利用できる質量を算出しておく(ステ
ップS15)。
Further, for each body part group of the upper body of the body,
A mass that can be used for moment compensation is calculated (step S15).

【0146】そして、足部運動とZMP軌道、並びに上
半身の各部位グループ毎の希望起動群を基に、ステップ
S14により設定された優先順位に従って、各部位グル
ープの運動パターンを姿勢安定化処理に投入する。
Then, based on the foot movement, the ZMP trajectory, and the desired activation group for each body group of the upper body, the movement pattern of each body group is input to the posture stabilization process in accordance with the priority order set in step S14. To do.

【0147】この姿勢安定化処理では、まず、処理変数
iに初期値1を代入する(ステップS20)。そして、
優先順位が先頭からi番目までの部位グループについて
の目標軌道設定時における、目標ZMP上でのモーメン
ト量すなわち総モーメント補償量を算出する(ステップ
S21)。目標軌道が算出されていない部位について
は、希望軌道を用いる。
In this posture stabilizing process, first, the initial value 1 is substituted into the process variable i (step S20). And
The moment amount on the target ZMP, that is, the total moment compensation amount at the time of setting the target trajectory for the region groups from the top to the i-th priority group is calculated (step S21). The desired trajectory is used for the part for which the target trajectory has not been calculated.

【0148】次いで、ステップS15において算出され
た当該部位のモーメント補償に利用できる質量を用い
て、そのモーメント補償量を設定して(ステップS2
2)、モーメント補償量を算出する(ステップS2
3)。
Then, the amount of moment compensation is set using the mass calculated in step S15 and available for the moment compensation of the part (step S2).
2) Calculate the moment compensation amount (step S2)
3).

【0149】次いで、算出されたi番目の部位のモーメ
ント補償量を用いて、i番目の部位についてのZMP方
程式を導出して(ステップS24)、当該部位のモーメ
ント補償運動を算出することにより(ステップS2
5)、優先順位が先頭からi番目までの部位についての
目標軌道を得ることができる。
Next, by using the calculated moment compensation amount of the i-th part, the ZMP equation for the i-th part is derived (step S24), and the moment compensation motion of the part is calculated (step S24). S2
5) It is possible to obtain target trajectories for the parts from the top to the i-th priority.

【0150】このような処理をすべての部位グループに
ついて行なうことにより、安定運動(例えば歩行)が可
能な全身運動パターンが生成される。
By carrying out such processing for all the site groups, a whole-body movement pattern capable of stable movement (eg, walking) is generated.

【0151】腰部と左右の足部にそれぞれ加速度センサ
96,93及び94が配設されているので、これらの制
御目標点における加速度計測結果を用いて直接的に且つ
高精度に上記のZMP釣合い方程式を導出することがで
きる。この結果、図12に示すような処理手順に従って
ZMP安定度判別規範に基づく姿勢安定制御を高速でよ
り厳密に実行することができる。
Since the acceleration sensors 96, 93 and 94 are provided on the waist and the left and right feet respectively, the above ZMP balance equation is directly and highly accurately used by using the acceleration measurement results at these control target points. Can be derived. As a result, the posture stabilization control based on the ZMP stability determination criterion can be executed at high speed and more strictly according to the processing procedure as shown in FIG.

【0152】E.脚式移動ロボットの転倒オペレーショ
前項Dで説明したように、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100は、基本的には、ZMP安定度判別規範に
基づいて、歩行時やその他の立脚作業時における姿勢安
定制御を行ない、機体の転倒という事態の発生を最小限
に抑えるようにしている。
E. Fall operation of a legged mobile robot
As described in the previous section D, the legged mobile robot 100 according to the present embodiment basically performs posture stability control during walking or other standing work based on the ZMP stability determination standard. We are trying to minimize the occurrence of situations where the aircraft falls.

【0153】しかしながら、万一転倒を避けられなくな
った場合には、機体へのダメージを極力防止するような
動作パターンからなる転倒動作を行なうことにする。例
えば、前述したZMP釣合い方程式において、過大な外
力F又は外力モーメントMが機体に印加された場合、機
体動作のみによってモーメント・エラー成分Tをキャン
セルことができなくなり、姿勢の安定性を維持できなく
なる。
However, if a fall cannot be avoided, a fall motion having an operation pattern for preventing damage to the machine body is performed. For example, in the above ZMP balance equation, when an excessive external force F or external moment M is applied to the machine body, the moment error component T cannot be canceled only by the machine body motion, and the stability of the posture cannot be maintained.

【0154】図13には、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100における脚式作業中の機体の動作制御の概
略的な処理手順をフローチャートの形式で示している。
FIG. 13 shows, in the form of a flowchart, a schematic processing procedure of motion control of the machine body during legged work in the legged mobile robot 100 according to this embodiment.

【0155】機体動作中は、左右の足部に配設した接地
確認(床反力)センサ91及び92、加速度センサ93
及び94、腰部に配設した加速度センサ96のセンサ出
力を用いて、ZMP釣合い方程式(前述)を立てて、腰
部、下肢軌道を常に計算する(ステップS31)。
During the operation of the machine, the ground contact confirmation (floor reaction force) sensors 91 and 92 and the acceleration sensor 93, which are arranged on the left and right feet, are provided.
94 and 94, the ZMP balance equation (described above) is established by using the sensor output of the acceleration sensor 96 arranged in the waist, and the waist and lower limb trajectories are constantly calculated (step S31).

【0156】例えば、機体に外力が印加されたとき、次
の腰部、下肢軌道を計画することができるかどうか、す
なわち足部の行動計画によって外力によるモーメント・
エラーを解消することができるかどうかを判別する(ス
テップS32)。腰部、下肢軌道を計画することができ
るかどうかは、脚部の各関節の可動角、各関節アクチュ
エータのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考慮
して判断する。勿論、外力が加わったときに、次の一歩
だけでなく、数歩にまたがる脚式動作によりモーメント
・エラーを解消するようにしてもよい。
For example, when an external force is applied to the body, whether or not the next waist and lower limb trajectories can be planned, that is, the moment due to the external force according to the action plan of the foot
It is determined whether the error can be resolved (step S32). Whether or not the waist or lower limb trajectory can be planned is determined in consideration of the movable angle of each joint of the leg, the torque of each joint actuator, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Of course, when an external force is applied, the moment error may be eliminated not only by the next step, but also by a legged motion that extends over several steps.

【0157】このとき、足部の計画が可能であれば、歩
行やその他の脚式動作を継続する(ステップS33)。
At this time, if the foot can be planned, walking or other leg-type motion is continued (step S33).

【0158】他方、過大な外力又は外力モーメントが機
体に印加されたために、足部の計画が不可能になった場
合には、脚式移動ロボット100は転倒動作を開始する
(ステップS34)。
On the other hand, when it becomes impossible to plan the legs due to the application of an excessive external force or external moment to the machine body, the legged mobile robot 100 starts the overturning motion (step S34).

【0159】図1〜図2に示すような直立歩行型の脚式
ロボットの場合、重心位置が高いことから、転倒時に不
用意に床面に落下すると、ロボット自体、あるいは転倒
により衝突する相手側にも致命的な損傷を与えてしまう
危険がある。
In the case of the legged robot of the upright walking type as shown in FIGS. 1 and 2, if the center of gravity is high, if the robot is accidentally dropped on the floor during a fall, the robot itself or the other side colliding with the fall. Even there is a danger of causing fatal damage.

【0160】そこで、本実施形態では、転倒前に計画さ
れている機体の軌道からZMP支持多角形が最小となる
ような姿勢に組み替えて、所定の転倒動作を実行する。
基本的には、以下に示す2つの方針を基に転倒動作を探
索していく。
Therefore, in this embodiment, the predetermined orbital motion is executed by changing the planned trajectory of the machine body before the overturning to a posture in which the ZMP supporting polygon is minimized.
Basically, the fall motion is searched based on the following two policies.

【0161】(1)機体の支持多角形の面積Sの時間t
当たりの変化量ΔS/Δtを最小にする。 (2)床面落下時における支持多角形が最大となるよう
にする。
(1) Time t of the area S of the supporting polygon of the machine body
The amount of change ΔS / Δt per hit is minimized. (2) The supporting polygon should be maximized when it falls on the floor.

【0162】ここで、変化量ΔS/Δtを最小にすると
は、転倒時の支持面積を維持する(あるいは減少させ
る)ことに相当する(但し、減少させる場合、駆動力が
必要な場合がある)。機体の転倒時に支持面積を維持す
ることで、機体に印加される衝撃モーメントを受け流す
ことができる。図14には、機体の転倒時に支持面積を
維持する原理を図解している。同図に示すように、丁度
球体が転がる具合で、支持面は面積最小であることを維
持しながら、衝撃モーメントを受け流している。図示の
通り、支持面が移動しても同様の効果が得られる。例え
ば、着床時に床から受ける衝撃力を求め、これが許容値
を越えるような場合には、支持多角形の面積を一定に保
つように機体が転がる転倒方法が好ましい。
Here, minimizing the amount of change ΔS / Δt corresponds to maintaining (or decreasing) the supporting area at the time of tipping (however, in the case of decreasing, a driving force may be required). . By maintaining the support area when the machine body falls, it is possible to carry away the impact moment applied to the machine body. FIG. 14 illustrates the principle of maintaining the support area when the machine body falls. As shown in the same figure, just like the sphere rolling, the supporting surface keeps the area minimum, and receives the impact moment. As shown, the same effect can be obtained even if the support surface moves. For example, when the impact force received from the floor at the time of landing is obtained and this exceeds an allowable value, the overturning method in which the machine rolls so as to keep the area of the supporting polygon constant is preferable.

【0163】また、床面落下時における支持多角形が最
大となるとは、図15に示すように、より広い支持多角
形で受け止めることにより衝撃力を干渉することに相当
する。例えば、着床時に床から受ける衝撃力を求め、こ
れが許容値以内となる場合には、支持多角形の面積を一
定に保つように機体が転がる転倒方法が好ましい。
The fact that the supporting polygon becomes maximum when the floor is dropped corresponds to that the impact force is interfered by receiving with the wider supporting polygon as shown in FIG. For example, when the impact force received from the floor at the time of landing is obtained, and this is within the allowable value, the overturning method in which the machine rolls so as to keep the area of the supporting polygon constant is preferable.

【0164】図16及び図17には、脚式移動ロボット
100が後方すなわち仰向け姿勢に向かって転倒する場
合に、支持多角形の変化量ΔS/Δtを最小すなわち転
倒時の支持面積を維持する動作を実現した例を示してい
る。これは、柔道やその他の格闘技における受身動作に
類似する類似する動作であり、転倒時の衝撃力モーメン
トを好適に受け流すことができる。図17に示すよう
に、足部を離床させることにより、支持多角形の変化量
ΔS/Δtを最小にしている。機体の重心が腰部に存在
する場合、最も小さくなる支持多角形に関与しないリン
ク数が最大となる部位にZMPを設定することができ
る。このような転倒・着床動作の後、離床可能なリンク
をすべて離床させる、すなわち図示の例では下肢と体幹
の双方を浮き上がらせて、上体と下肢を同時に離床し、
足部、手部などを着床させることで、より小さい接地多
角形を少ないステップで形成できるので、より高速で効
率的な起き上がり動作を実現することができる。
16 and 17, when the legged mobile robot 100 falls backward, that is, in the supine posture, the operation of maintaining the change amount ΔS / Δt of the support polygon to the minimum, that is, maintaining the support area at the time of the fall. It shows an example of realizing. This is a motion similar to the passive motion in judo and other martial arts, and the impact moment at the time of falling can be favorably dissipated. As shown in FIG. 17, the amount of change ΔS / Δt of the supporting polygon is minimized by moving the foot off the floor. When the center of gravity of the airframe is present in the waist, the ZMP can be set in a portion where the number of links that does not contribute to the smallest supporting polygon is maximum. After such a fall / landing operation, all the links that can be released from the bed are released from the bed, that is, in the example shown, both the lower limbs and the trunk are raised, and the upper body and the lower limbs are simultaneously released from the bed
By landing the feet, hands, etc., a smaller ground contact polygon can be formed in a smaller number of steps, so that a higher-speed and efficient standing-up motion can be realized.

【0165】図18及び図19には、脚式移動ロボット
100が前方すなわちうつ伏せ姿勢に向かって転倒する
場合に、支持多角形の変化量ΔS/Δtを最小すなわち
転倒時の支持面積を維持する動作を実現した例をそれぞ
れ側面並びに右斜め前方から眺めた様子を示している。
これは、機械体操などにおける前転動作に類似する類似
する動作であり、転倒時の衝撃力モーメントを好適に受
け流すことができる。各図に示すように、足部を離床さ
せることにより、支持多角形の変化量ΔS/Δtを最小
にしている。
18 and 19, when the legged mobile robot 100 falls forward, that is, in the prone posture, the operation of maintaining the change amount ΔS / Δt of the support polygon at the minimum, that is, maintaining the support area at the time of the fall. Examples of realizing the above are shown as viewed from the side and diagonally forward right.
This is a motion similar to the forward motion in mechanical exercises and the like, and the impact moment at the time of falling can be favorably dissipated. As shown in each figure, the amount of change ΔS / Δt of the support polygon is minimized by moving the foot off the floor.

【0166】上述したような転倒方法をとることによ
り、落下時に床面から受ける衝撃を全身に分散させるこ
とにより、ダメージを最小限に抑えることができる。
By adopting the falling method as described above, it is possible to minimize the damage by dispersing the shock received from the floor surface at the time of dropping to the whole body.

【0167】図20には、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100が足部の計画不能により転倒動作を行なう
ための処理手順をフローチャートの形式で示している。
転倒動作は、上述した基本方針に従って、高さ方向に連
結された肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピ
ッチ軸12、膝関節ピッチ軸14を同期協調的に駆動さ
せることによって実現される。このような処理手順は、
実際には主制御部81において所定の機体動作制御プロ
グラムを実行して、各部を駆動制御することによって実
現される。
FIG. 20 shows, in the form of a flowchart, a processing procedure for the legged mobile robot 100 according to the present embodiment to perform a fall motion due to unplanned feet.
The fall motion is realized by synchronously and cooperatively driving the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 connected in the height direction according to the above-described basic policy. It Such a processing procedure is
Actually, it is realized by executing a predetermined machine body operation control program in the main control unit 81 and drivingly controlling each unit.

【0168】まず、機体の支持多角形の面積Sの時間t
当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクを探索す
る(ステップS41)。
First, the time t of the area S of the supporting polygon of the machine body
A link that minimizes the change amount ΔS / Δt per hit is searched for (step S41).

【0169】次いで、ステップS41により選択された
リンクで変化量ΔS/Δtを最小にする該リンクの目標
着床点を探索する(ステップS42)。機体の床面に対
する支持面積を最小に維持することにより、衝撃モーメ
ントを受け流すことができる(前述及び図14を参照の
こと)。
Then, the target landing point of the link that minimizes the change amount ΔS / Δt is searched for in the link selected in step S41 (step S42). By keeping the support area of the airframe to the floor surface to a minimum, it is possible to carry the impact moment (see above and FIG. 14).

【0170】次いで、先行ステップにより選択されたリ
ンクを該目標着床点に着床することが、機体ハードウェ
アの制約上(各関節の可動角、各関節アクチュエータの
トルク、関節力、角速度、角加速度など)、実行可能か
どうかを、衝撃力モーメントを主に判別する(ステップ
S43)。
Next, it is necessary to land the link selected in the preceding step at the target landing point due to the constraints of the machine hardware (movable angle of each joint, torque of each joint actuator, joint force, angular velocity, angular Acceleration, etc.) and whether or not they can be executed are mainly determined by the impact force moment (step S43).

【0171】先行ステップにより選択されたリンクを該
目標着床点に着床することが不可能であると判定された
場合には、時間の変化量Δtを所定値だけ増分してから
(ステップS44)、ステップS41に戻って、リンク
の再選択、並びに該リンクの目標着床点の再設定を行な
う。
If it is determined that the link selected in the preceding step cannot land on the target landing point, the time change amount Δt is incremented by a predetermined value (step S44). ), And returns to step S41 to reselect the link and reset the target landing point of the link.

【0172】一方、先行ステップにより選択されたリン
クを該目標着床点に着床することが可能である場合に
は、選択されたリンクを該目標着床点に着床する(ステ
ップS45)。
On the other hand, if the link selected in the preceding step can be landed on the target landing point, the selected link is landed on the target landing point (step S45).

【0173】次いで、機体の位置エネルギが最小かどう
か、すなわち転倒動作が完了したかどうかを判別する
(ステップS46)。
Next, it is judged whether or not the potential energy of the machine body is minimum, that is, whether or not the overturning motion is completed (step S46).

【0174】機体の位置エネルギがまだ最小ではない場
合には、時間の変化量Δtをさらに所定値だけ増分して
(ステップS47)、支持多角形を拡大するように次の
目標着床点を設定する(ステップS48)。支持多角形
を拡大することにより、着床時に機体に加わる衝撃力を
軽減することができる(前述及び図15を参照のこ
と)。
If the potential energy of the airframe is not yet the minimum, the time change amount Δt is further incremented by a predetermined value (step S47), and the next target landing point is set so as to enlarge the support polygon. Yes (step S48). By enlarging the supporting polygon, it is possible to reduce the impact force applied to the airframe when landing (see the above and FIG. 15).

【0175】次いで、選択されたリンクを該目標着床点
に着床することが、機体ハードウェアの制約上(各関節
の可動角、各関節アクチュエータのトルク、関節力、角
速度、角加速度など)、実行可能かどうかを、衝撃力を
主に判別する(ステップS49)。 先行ステップによ
り選択されたリンクを該目標着床点に着床することが不
可能であると判定された場合には、ステップS41に戻
って、リンクの再選択、並びに該リンクの目標着床点の
再設定を行なう。
Next, it is necessary to land the selected link at the target landing point due to the constraints of the machine hardware (movable angle of each joint, torque of each joint actuator, joint force, angular velocity, angular acceleration, etc.). The impact force is mainly discriminated as to whether or not it can be executed (step S49). When it is determined that it is impossible to land the link selected in the preceding step on the target landing point, the process returns to step S41 to reselect the link and the target landing point on the link. Reset.

【0176】一方、先行ステップにより選択されたリン
クを該目標着床点に着床することが可能である場合に
は、ステップS45に進んで、選択されたリンクを該目
標着床点に着床する。
On the other hand, if the link selected in the preceding step can be landed on the target landing point, the process proceeds to step S45 to land the selected link on the target landing point. To do.

【0177】そして、機体の位置エネルギが最小になる
と(ステップS46)、機体の床面への着床が完了した
ことになるので、本処理ルーチン全体を終了する。
When the potential energy of the machine body is minimized (step S46), it means that the landing on the floor surface of the machine body is completed, so that the entire processing routine is ended.

【0178】次いで、実機動作を参照しながら、脚式移
動ロボット100の転倒動作について説明する。
Next, the falling operation of the legged mobile robot 100 will be described with reference to the actual operation.

【0179】図21には、脚式移動ロボット100が肩
関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ軸1
2、膝関節ピッチ軸14などの高さ方向に連結された略
平行な複数の関節軸からなるリンク構造体としてモデル
化して、各関節ピッチ軸を同期強調的に駆動させて仰向
け姿勢に向かって転倒していく動作を示している。基本
的に、離床リンク数が最大になるリンクがある部位を目
標に設定することで、床面から受ける衝撃力を減少する
ようになっている。
In FIG. 21, the legged mobile robot 100 has a shoulder joint pitch axis 4, a trunk pitch axis 9, and a hip joint pitch axis 1.
2. Modeled as a link structure composed of a plurality of substantially parallel joint axes connected in the height direction such as the knee joint pitch axis 14 and driving each joint pitch axis in a synchronously emphasized manner toward a supine posture. It shows the motion of falling. Basically, the impact force received from the floor surface is reduced by setting the target portion at the link where the number of leaving links is maximum.

【0180】ロボットは、リンク構造体のリンク端であ
る足底のみで立位しているとする(図21(1))。
It is assumed that the robot stands upright only at the soles of the links, which are the link ends of the link structure (FIG. 21 (1)).

【0181】このとき、外力又は外力モーメントの印加
により、ZMP釣合い方程式のモーメント・エラー項T
をキャンセルできなくなり、足底のみで形成するZMP
安定領域の外にZMPが逸脱したことに応答して、ZM
Pを支持多角形に維持したまま転倒動作を開始する。
At this time, the application of the external force or the external force moment causes the moment error term T of the ZMP balance equation.
ZMP that can not be canceled and is formed only by the sole of the foot
In response to the ZMP deviating outside the stable region, ZM
The falling motion is started while P is maintained in the supporting polygon.

【0182】転倒動作では、まず、機体の支持多角形の
面積Sの時間t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にする
リンクを探索するとともに、手先を含むリンクで変化量
ΔS/Δtを最小にするような手先の目標着床点を探索
する。そして、選択されたリンクを目標着床点に着床す
ることが機体ハードウェアの制約上(各関節の可動角、
各関節アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加
速度など)、実行可能かどうかを判別する。
In the overturning motion, first, a link that minimizes the amount of change ΔS / Δt in the area S of the support polygon of the machine body per unit time t is searched for, and the amount of change ΔS / Δt is minimized in the links including the hand. Search for the target landing point of the hand. Then, it is necessary to land the selected link on the target landing point due to the constraints of the aircraft hardware (movable angle of each joint,
The torque of each joint actuator, joint force, angular velocity, angular acceleration, etc.) and whether or not they can be executed are determined.

【0183】機体ハードウェア上実行可能である場合に
は、既に着床している足底リンクに加え、他のリンクが
着床する。そして、これら着床リンクで形成される最小
支持多角形内にZMPを移動する(図21(2))。
If it is feasible on the machine hardware, other links land in addition to the foot links that have already landed. Then, the ZMP is moved into the minimum support polygon formed by these landing links (FIG. 21 (2)).

【0184】次いで、機体ハードウェアが許容する限
り、着床点を移動して、支持多角形を拡大していく(図
21(3))。
Then, as long as the machine hardware allows, the landing point is moved to expand the support polygon (FIG. 21 (3)).

【0185】そして、各関節の可動角、各関節アクチュ
エータのトルク、関節力、角速度、角加速度など機体ハ
ードウェアの制約から、もはや着床点を移動することが
できなくなると、今度は、着床中のリンクに挟まれてい
る離床リンクを着床することができるかどうかを判別す
る。
Then, when it is no longer possible to move the landing point due to the constraints of the aircraft hardware such as the movable angle of each joint, the torque of each joint actuator, the joint force, the angular velocity, and the angular acceleration, this time, the landing point can be moved. It is determined whether the leaving link sandwiched between the inside links can be landed.

【0186】機体ハードウェア上、着床リンク間の離床
リンクを着床することが可能である場合には、これらを
着床して、着床リンク数を増やす(図21(4))。
When it is possible to land the leaving links between the landing links on the machine hardware, these are landed to increase the number of landing links (FIG. 21 (4)).

【0187】さらに、機体ハードウェアが許容する限
り、着床点を移動して、支持多角形を拡大していく(図
21(5))。
Further, as long as the machine hardware permits, the landing point is moved to expand the support polygon (FIG. 21 (5)).

【0188】そして最後に、高さ方向に連結された略平
行な複数の関節軸からなるリンク構造体の一端側から1
以上のリンクと、他端がわから2以上のリンクを離床さ
せて、且つ、それらの中間に位置するリンクを1以上着
床させ、さらに足部を着床させた状態で、ZMPを支持
多角形内に維持しながら、支持多角形が最大となる姿勢
を形成する。この姿勢において、機体の位置エネルギが
最小であれば、転倒動作は完了である。
Finally, from the one end side of the link structure consisting of a plurality of substantially parallel joint axes connected in the height direction,
The ZMP supporting polygon with the above links and two or more links apart from the other end separated from each other, and one or more links located in the middle between them landed and the feet further landed While maintaining inside, the posture that maximizes the support polygon is formed. In this posture, if the potential energy of the machine body is minimum, the overturning motion is complete.

【0189】図22〜図38、並びに図39〜図55に
は、実機が立位姿勢から仰向け姿勢に転倒していく様子
を示している。
22 to 38 and FIGS. 39 to 55 show how the actual machine falls from the standing posture to the supine posture.

【0190】この場合、機体の支持多角形の面積Sの時
間t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクとし
て、股関節ピッチ軸を含む胴体リンクを選択するととも
に、目標着床点を探索して、機体の後方に倒れ込む(図
22〜図31、並びに図39〜図48を参照のこと)。
膝関節を折り畳んだ姿勢にして、着床時の支持多角形の
変化量を最小、すなわち、ΔS/Δtを最小にする。
In this case, the body link including the hip joint pitch axis is selected as the link that minimizes the change amount ΔS / Δt of the area S of the support polygon of the machine body per time t, and the target landing point is searched. And falls to the rear of the body (see FIGS. 22 to 31 and FIGS. 39 to 48).
With the knee joint folded, the amount of change in the support polygon at the time of landing is minimized, that is, ΔS / Δt is minimized.

【0191】次いで、機体の支持多角形の面積Sの時間
t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクとし
て、体幹ピッチ軸9と肩関節ピッチ軸4を含む胴体リン
クを選択するとともに、その目標着床点を探索して、さ
らに機体の後方に深く倒れる。このとき、既に股関節ピ
ッチ軸12が着床していることから、これを回転中心と
して体幹ピッチ軸9と肩関節ピッチ軸4を含む胴体リン
クは着床する(図32〜図33、及び図49〜図50を
参照のこと)。
Then, as the link that minimizes the amount of change ΔS / Δt in the area S of the support polygon of the machine body per time t, a trunk link including the trunk pitch axis 9 and the shoulder joint pitch axis 4 is selected, and Search for the target landing point, and further fall deeply behind the aircraft. At this time, since the hip joint pitch axis 12 has already landed, the body link including the trunk pitch axis 9 and the shoulder joint pitch axis 4 is landed with this as the center of rotation (FIGS. 32 to 33, and FIG. 49 to 50).

【0192】次いで、機体の支持多角形の面積Sの時間
t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクとし
て、首関節ピッチ軸2で連結されている頭部リンクを選
択するとともに、その目標着床点を探索して、さらに機
体の後方に深く倒れる。このとき、既に首関節ピッチ軸
2が着床していることから、これを回転中心として頭部
は着床する(図34〜図38、及び図51〜図55を参
照のこと)。この姿勢において、機体の位置エネルギが
最小であるから、転倒動作は完了である。
Next, a head link connected by the neck joint pitch axis 2 is selected as a link that minimizes the amount of change ΔS / Δt of the area S of the supporting polygon of the machine body per time t, and its target is selected. Searching for a landing point, and further deeply falling behind the aircraft. At this time, since the neck joint pitch axis 2 has already landed, the head is landed around this center of rotation (see FIGS. 34 to 38 and FIGS. 51 to 55). In this posture, since the potential energy of the machine body is the minimum, the overturning motion is completed.

【0193】また、図56には、脚式移動ロボット10
0が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ
軸12、膝関節ピッチ軸14などの高さ方向に連結され
た略平行な複数の関節軸からなるリンク構造体としてモ
デル化して、各関節ピッチ軸を同期強調的に駆動させて
うつ伏せ姿勢に向かって転倒していく動作を示してい
る。
Further, FIG. 56 shows a legged mobile robot 10.
0 is modeled as a link structure consisting of a plurality of substantially parallel joint axes connected in the height direction, such as a shoulder joint pitch axis 4, a trunk pitch axis 9, a hip joint pitch axis 12, and a knee joint pitch axis 14, The figure shows an operation in which each joint pitch axis is driven in a synchronously emphasized manner and falls toward a prone position.

【0194】ロボットは、リンク構造体のリンク端であ
る足底のみで立位しているとする(図56(1))。
It is assumed that the robot is standing only on the soles of the links, which are the link ends of the link structure (FIG. 56 (1)).

【0195】このとき、外力又は外力モーメントの印加
により、ZMP釣合い方程式のモーメント・エラー項T
をキャンセルできなくなり、足底のみで形成するZMP
安定領域の外にZMPが逸脱したことに応答して、ZM
Pを支持多角形に維持したまま転倒動作を開始する。
At this time, the application of the external force or the external force moment causes the moment error term T of the ZMP balance equation.
ZMP that can not be canceled and is formed only by the sole of the foot
In response to the ZMP deviating outside the stable region, ZM
The falling motion is started while P is maintained in the supporting polygon.

【0196】転倒動作では、まず、機体の支持多角形の
面積Sの時間t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にする
リンクを探索するとともに、手先を含むリンクで変化量
ΔS/Δtを最小にするような手先の目標着床点を探索
する。そして、選択されたリンクを目標着床点に着床す
ることが機体ハードウェアの制約上(各関節の可動角、
各関節アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加
速度など)、実行可能かどうかを判別する。
In the overturning motion, first, a link that minimizes the amount of change ΔS / Δt in the area S of the support polygon of the machine body per unit time t is searched for, and the amount of change ΔS / Δt is minimized in the links including the hand. Search for the target landing point of the hand. Then, it is necessary to land the selected link on the target landing point due to the constraints of the aircraft hardware (movable angle of each joint,
The torque of each joint actuator, joint force, angular velocity, angular acceleration, etc.) and whether or not they can be executed are determined.

【0197】機体ハードウェア上実行可能である場合に
は、既に着床している足底リンクに加え、他のリンクが
着床する。そして、これら着床リンクで形成される最小
支持多角形内にZMPを移動する(図56(2))。
When it is feasible on the machine hardware, other links are landed in addition to the foot links already landed. Then, the ZMP is moved into the minimum support polygon formed by these landing links (FIG. 56 (2)).

【0198】次いで、機体ハードウェアが許容する限
り、着床点を移動して、支持多角形を拡大していく(図
56(3))。
Next, as long as the machine hardware allows, the landing point is moved to expand the support polygon (FIG. 56 (3)).

【0199】そして、各関節の可動角、各関節アクチュ
エータのトルク、関節力、角速度、角加速度など機体ハ
ードウェアの制約から、もはや着床点を移動することが
できなくなると、今度は、着床中のリンクに挟まれてい
る離床リンクを着床することができるかどうかを判別す
る。
Then, when it is no longer possible to move the landing point due to the constraints of the machine hardware such as the movable angle of each joint, the torque of each joint actuator, the joint force, the angular velocity, and the angular acceleration, this time, the landing point can be moved. It is determined whether the leaving link sandwiched between the inside links can be landed.

【0200】機体ハードウェア上、着床リンク間の離床
リンクを着床することが可能である場合には、これらを
着床して、着床リンク数を増やす(図56(4))。
If it is possible to land the landing links between the landing links on the machine hardware, these are landed to increase the number of landing links (FIG. 56 (4)).

【0201】さらに、機体ハードウェアが許容する限
り、着床点を移動して、支持多角形を拡大していく(図
56(5))。
Further, as long as the machine hardware permits, the landing point is moved to expand the support polygon (FIG. 56 (5)).

【0202】そして最後に、高さ方向に連結された略平
行な複数の関節軸からなるリンク構造体の一端側から1
以上のリンクと、他端がわから2以上のリンクを離床さ
せて、且つ、それらの中間に位置するリンクを1以上着
床させ、さらに足部を着床させた状態で、ZMPを支持
多角形内に維持しながら、支持多角形が最大となる姿勢
を形成する。この姿勢において、機体の位置エネルギが
最小であれば、転倒動作は完了である。
Finally, from the one end side of the link structure consisting of a plurality of substantially parallel joint axes connected in the height direction,
The ZMP supporting polygon with the above links and two or more links apart from the other end separated from each other, and one or more links located in the middle between them landed and the feet further landed While maintaining inside, the posture that maximizes the support polygon is formed. In this posture, if the potential energy of the machine body is minimum, the overturning motion is complete.

【0203】図57〜図73、並びに図74〜図90に
は、実機が立位姿勢から仰向け姿勢に転倒していく様子
を示している。
FIGS. 57 to 73 and FIGS. 74 to 90 show how the actual machine falls from the standing posture to the supine posture.

【0204】この場合、機体の支持多角形の面積Sの時
間t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクとし
て、肩関節ピッチ軸4を含む腕リンクの手先を選択する
とともに、目標着床点を探索して、機体の前方に倒れ込
む(図57〜図70、並びに図74〜図87を参照のこ
と)。
In this case, the arm tip including the shoulder joint pitch axis 4 is selected as the link that minimizes the amount of change ΔS / Δt in the area S of the support polygon of the machine body per time t, and the target landing is performed. Search for a point and fall forward of the aircraft (see FIGS. 57-70 and 74-87).

【0205】このとき、最短の時間増分Δtにおいて、
着床時の支持多角形の変化量ΔSを最小にするために、
膝関節ピッチ軸14を折り畳んだ姿勢にして、手先が着
床する場所をより足底に近い位置に設定する。
At this time, at the shortest time increment Δt,
In order to minimize the change amount ΔS of the supporting polygon at the time of landing,
The knee joint pitch axis 14 is in a folded posture, and the place where the hands land is set to a position closer to the sole.

【0206】次いで、機体の支持多角形の面積Sの時間
t当たりの変化量ΔS/Δtを最小にするリンクとし
て、膝関節ピッチ軸14を含む脚部リンクを選択すると
ともに、その目標着床点を探索して、さらに機体の前方
に深く倒れる。このとき、既に足部が着床していること
から、足首ピッチ軸を回転中心として下腿部が旋回し
て、膝が着床する(図70〜図71、及び図88〜図8
9を参照のこと)。
Next, a leg link including the knee joint pitch axis 14 is selected as a link that minimizes the amount of change ΔS / Δt of the area S of the support polygon of the machine body per time t, and its target landing point is selected. Search for and further fall deep in front of the aircraft. At this time, since the foot has already landed, the lower leg rotates around the ankle pitch axis as the center of rotation and the knee lands (FIGS. 70 to 71 and 88 to 8).
9).

【0207】さらに、着床点としての手先と膝を足底か
ら離すように移動して、機体ハードウェアが許容する限
り、支持多角形を拡大する(図72、及び図89を参照
のこと)。この結果、手先と膝に続いて胴体リンクも着
床する(図73、及び図90を参照のこと)。この姿勢
において、機体の位置エネルギが最小であるから、転倒
動作は完了である。
Further, the hands and knees as the landing points are moved away from the sole of the foot, and the support polygon is enlarged as long as the machine hardware allows (see FIGS. 72 and 89). . As a result, the torso link is also landed following the hands and knees (see FIGS. 73 and 90). In this posture, since the potential energy of the machine body is the minimum, the overturning motion is completed.

【0208】F.床上姿勢からの起き上がりオペレーシ
ョン 仰向け姿勢やうつ伏せ姿勢などの床上姿勢からの起動を
行なうため、あるいは、転倒時に自立的に起き上がって
作業を再開するという作業の自己完結性のために、脚式
移動ロボット100は、起き上がりオペレーションを実
現することが必要である。
F. Getting up from the position on the floor
The legged mobile robot 100 is used to perform a standing-up operation in order to perform activation from a supine position such as a supine position or a prone position, or for self-sufficiency of the work of standing up and resuming work independently when a fall occurs. It is necessary to realize.

【0209】ところが、無計画的な軌道により起き上が
ろうとすると、過大な外力モーメントが印加されてしま
い、関節アクチュエータが高出力トルクを必要とする。
この結果、モータの大型化が必要となり、その分駆動消
費電力が増大してしまう。また、機体の重量が増すとと
もに製造コストが高騰してしまう。重量の増大によりさ
らに起き上がり動作が困難になる。あるいは、起き上が
り動作の過程で発生する外力モーメントにより姿勢の安
定性を維持することができず、そもそも起き上がること
ができない、という事態もあり得る。
However, when trying to get up due to an unplanned trajectory, an excessive moment of external force is applied, and the joint actuator requires high output torque.
As a result, it is necessary to increase the size of the motor and drive power consumption increases accordingly. In addition, the weight of the machine increases and the manufacturing cost increases. The increased weight makes it more difficult to get up and move. Alternatively, there may be a situation in which the stability of the posture cannot be maintained by the external force moment generated in the process of getting up and the user cannot get up in the first place.

【0210】そこで、本実施形態では、脚式移動ロボッ
ト100は、外力モーメントが最小となる動作パターン
よりなる起き上がり動作を行なうこととした。これは、
ZMP支持多角形が最小となるような姿勢を時系列的に
組み合わせることによって、実現することができる。
Therefore, in the present embodiment, the legged mobile robot 100 is supposed to perform the rising motion having the motion pattern that minimizes the external force moment. this is,
This can be realized by time-sequentially combining the postures that minimize the ZMP supporting polygon.

【0211】また、本実施形態に係る脚式移動ロボット
100は、肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節
ピッチ軸12、膝関節ピッチ軸14のように(図3を参
照のこと)、高さ方向に複数のピッチ軸が直列的(但し
横方向から眺めた場合)に連結されたリンク構造体であ
る。そこで、これら複数の関節ピッチ軸4〜14を所定
のシーケンスで同期協調的に駆動して、ZMP支持多角
形が最小となるような動作パターンによる起き上がり動
作を実現することとした。
Further, the legged mobile robot 100 according to this embodiment has the same structure as the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 (see FIG. 3). A link structure in which a plurality of pitch axes are connected in series in the height direction (however, when viewed from the lateral direction). Therefore, the plurality of joint pitch axes 4 to 14 are synchronously and cooperatively driven in a predetermined sequence to realize a rising motion according to a motion pattern that minimizes the ZMP supporting polygon.

【0212】F−1.基本仰向け姿勢からの起き上がり
オペレーション 図91には、本実施形態に係る脚式移動ロボット100
が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ軸
12、膝関節ピッチ軸14を同期強調的に駆動させて起
き上がり動作を行なうための処理手順をフローチャート
の形式で示している。このような処理手順は、実際には
主制御部81において所定の機体動作制御プログラムを
実行して、各部を駆動制御することによって実現され
る。
F-1. Getting up from a basic supine position
Operation FIG. 91 shows a legged mobile robot 100 according to this embodiment.
Shows a processing procedure for driving the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 in a synchronously emphasized manner to perform a rising motion in the form of a flowchart. Such a processing procedure is actually realized by the main control unit 81 executing a predetermined machine body operation control program to drive and control each unit.

【0213】また、図92には、本実施形態に係る脚式
移動ロボット100が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸
9、股関節ピッチ軸12、膝関節ピッチ軸14を同期強
調的に駆動させて仰向け姿勢から起き上がり動作を行な
う様子を、関節リンク・モデルで示している。なお、本
実施形態に係る脚式移動ロボット100は体幹ピッチ軸
9を備えているが、体幹ピッチ軸を備えていないタイプ
の脚式移動ロボットにおいて複数の関節ピッチ軸の同期
駆動により仰向け姿勢から起き上がり動作を行なう様子
を図93に示しておく。但し、図示のリンク構造体にお
いて、体幹関節と股関節を連結するリンクに機体全体の
重心位置が設定されており、このリンクを以下では「重
心リンク」と呼ぶことにする。なお、「重心リンク」は
狭義には上記のような定義で用いるが、広義には機体全
体の重心位置が存在するリンクであればよい。例えば、
体幹軸を持たないような機体においては、機体全体の重
心が位置する体幹先端等を含むリンクがこれに該当す
る。
In FIG. 92, the legged mobile robot 100 according to the present embodiment drives the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 in a synchronously emphasized manner. The articulated link model shows how to move up from the supine posture. Although the legged mobile robot 100 according to the present embodiment includes the trunk pitch axis 9, the legged mobile robot of the type that does not include the trunk pitch axis has a supine posture due to synchronous drive of a plurality of joint pitch axes. FIG. 93 shows how to perform the rising operation from the start. However, in the illustrated link structure, the position of the center of gravity of the entire body is set to the link connecting the trunk joint and the hip joint, and this link will be referred to as the “center of gravity link” below. The “centroid link” is used in the narrow sense with the above definition, but in a broad sense, it may be a link in which the position of the center of gravity of the entire body exists. For example,
In an aircraft having no trunk axis, this corresponds to a link including the tip of the trunk where the center of gravity of the entire aircraft is located.

【0214】以下、図91に示したフローチャートを参
照しながら、基本仰向け姿勢からの機体の起き上がりオ
ペレーションについて説明する。
The operation of raising the body from the basic supine posture will be described below with reference to the flow chart shown in FIG.

【0215】まず、床上姿勢において、位置エネルギの
最も小さい姿勢を探索する(ステップS1)。これは、
基本仰向け姿勢に相当し、図92(1)並びに図93
(1)に示すように、起き上がり動作に使用する肩関節
ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ軸12、膝
関節ピッチ軸14をそれぞれ連結するリンクはすべて接
床している。このときの実機の状態を図94及び図11
2に示している。位置エネルギの最も小さい姿勢をとる
ことにより、路面の傾斜や形状を計測して、起き上がり
動作が可能かどうかを確認することができる。
First, in the on-floor posture, the posture with the smallest potential energy is searched for (step S1). this is,
This is equivalent to the basic supine posture, and is shown in FIG. 92 (1) and FIG.
As shown in (1), all the links connecting the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 used for the rising motion are all in contact with the floor. The state of the actual machine at this time is shown in FIGS.
2 shows. By taking the posture with the smallest potential energy, it is possible to measure the inclination and shape of the road surface and confirm whether or not the standing motion is possible.

【0216】この基本仰向け姿勢において、接床リンク
が形成する接地多角形内で、最も狭い支持多角形を探索
する(ステップS52)。このとき、機体の一端側から
少なくとも2以上のリンクを離床させたときの、ZMP
軌道が計画可能かどうかを判定する。ZMPの計画可能
性は、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節
アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度な
どを考慮して判断することができる。
In this basic supine posture, the narrowest supporting polygon is searched for in the ground contact polygon formed by the floor contacting link (step S52). At this time, when at least two or more links are separated from one end of the airframe, ZMP
Determine if the trajectory can be planned. The ZMP planning possibility can be determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0217】次いで、接地多角形のうち、最も狭い支持
多角形に関与しない2以上のリンクを離床する(ステッ
プS53)。
Next, of the ground contact polygons, two or more links that do not participate in the narrowest support polygon are released (step S53).

【0218】ステップS53は、図92(2)及び図9
3(2)に相当する。実機上では、体幹関節と股関節を
連結する重心リンクを含む下半身側が支持多角形として
抽出され、それ以外の肩関節から体幹関節に至る2以上
のリンクを支持多角形に関与しないリンクとして離床す
る。
Step S53 corresponds to FIG. 92 (2) and FIG.
This corresponds to 3 (2). On the actual machine, the lower body side including the center of gravity link connecting the trunk joint and the hip joint is extracted as a support polygon, and two or more other links from the shoulder joint to the trunk joint are taken out as links that do not participate in the support polygon. To do.

【0219】このときの実機の動作を図95〜図96、
並びに図113〜図114に示している。図示の例で
は、まず、左右の両腕部を持ち上げてから、体幹関節ピ
ッチ軸アクチュエータA9の駆動により、上体起こしを
行なっている。腕部を先に持ち上げておくことにより、
モーメントを小さくして、必要な最大トルクを低減する
ことができる。
The operation of the actual machine at this time is shown in FIGS.
And FIGS. 113 to 114. In the illustrated example, first, the left and right arms are lifted, and then the trunk joint pitch axis actuator A 9 is driven to raise the upper body. By lifting the arm first,
The moment can be reduced to reduce the required maximum torque.

【0220】次いで、一端側から1以上の離床リンクを
屈曲させてリンク端の端部を着床させて、より狭い接地
多角形を形成する(ステップS54)。
Next, one or more leaving links are bent from one end to land the ends of the link ends to form a narrower ground polygon (step S54).

【0221】ステップS54は、図92(3)及び図9
3(3)に相当する。実機上では、肩関節を含む2以上
のリンクが離床している状態で、肩関節ピッチ軸で屈曲
させて、そのリンク端の端部である手先を接床させる。
そして、手先を機体重心位置である体幹ピッチ軸側に徐
々に近づけていくことによって、元の床上姿勢よりも狭
い接地多角形を形成する。
Step S54 corresponds to FIG. 92 (3) and FIG.
Equivalent to 3 (3). On an actual machine, in a state where two or more links including a shoulder joint are out of bed, the link is bent at the shoulder joint pitch axis to bring the end of the link end into contact with the floor.
Then, by gradually approaching the tip of the hand to the trunk pitch axis side which is the center of gravity of the body weight, a ground contact polygon narrower than the original posture on the floor is formed.

【0222】このときの実機の動作を図97〜図10
1、並びに図115〜図119に示している。図示の例
では、左右の肩関節ロール軸A5の駆動により、左右の
腕部を真横に広げた後、上腕ヨー軸A6の駆動により腕
部の向きを一旦180度回転させてから(図98〜図9
9、図116〜図117)、肩関節ピッチ軸A4の駆動
により、腕部を徐々に降下させていく。そして、手先を
着床することによって、より狭い接地多角形を形成する
(図101及び図119)。
The operation of the actual machine at this time is shown in FIGS.
1 and FIGS. 115 to 119. In the example shown in the figure, the left and right arm joints are spread laterally by driving the left and right shoulder joint roll axes A 5 , and then the arm portions are once rotated 180 degrees by driving the upper arm yaw axis A 6 (see FIG. 98-FIG. 9
9, FIG. 116 to FIG. 117), the arm portion is gradually lowered by driving the shoulder joint pitch axis A 4 . Then, by landing the hands, a narrower ground contact polygon is formed (FIGS. 101 and 119).

【0223】このように新しい接地多角形を形成する
と、接地多角形にZMPを設定することができるかどう
かをチェックする(ステップS55)。これは、リンク
構造体の可動角、リンクを接続する各関節アクチュエー
タのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考慮して
判断する。そして、ZMPを接地多角形に移動して、新
たな支持多角形を形成する(ステップS56)。
When the new ground polygon is formed in this way, it is checked whether ZMP can be set in the ground polygon (step S55). This is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Then, the ZMP is moved to the grounded polygon to form a new support polygon (step S56).

【0224】ここで、支持多角形が充分狭くなったか否
かを判断する(ステップS57)。この判断は、体幹ピ
ッチ軸と股関節ピッチ軸を連結する重心リンクを離床可
能であるか、若しくは足部だけで形成できるZMP安定
領域内にZMPを移動させることができるかどうかを、
リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節アクチ
ュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考
慮して判断する。支持多角形が充分狭くなったかどうか
を判断する詳細な手順については後述に譲る。
Here, it is determined whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow (step S57). This judgment determines whether the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis can be released from the bed, or whether the ZMP can be moved into the ZMP stable region that can be formed only by the foot.
The judgment is made in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. The detailed procedure for determining whether the supporting polygon has become sufficiently narrow will be given later.

【0225】図101及び図119に示す実機の姿勢で
は、まだ支持多角形が充分狭いとは言えない。そこで、
着床点を移動して支持多角形を小さくした後(ステップ
S50)、ステップS52に戻って、より狭い支持多角
形の形成を再試行する。
In the posture of the actual machine shown in FIGS. 101 and 119, the supporting polygon cannot be said to be sufficiently narrow. Therefore,
After moving the landing point to reduce the support polygon (step S50), the process returns to step S52 to retry the formation of a narrower support polygon.

【0226】図101及び図119に姿勢において、接
床リンクが形成する接地多角形内で、最も狭い支持多角
形を探索する(ステップS52)。今度は、機体の他端
側から少なくとも2以上のリンクを離床させたときの、
ZMPが計画可能かどうかを判定する。ZMPの計画可
能性は、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関
節アクチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度
などを考慮して判断することができる。
In the postures shown in FIGS. 101 and 119, the narrowest support polygon is searched for in the ground contact polygon formed by the floor contacting link (step S52). This time, when at least two or more links are taken off the floor from the other end of the aircraft,
Determine if ZMP can be planned. The ZMP planning possibility can be determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0227】次いで、接床多角形のうち、最も狭い支持
多角形に関与しない2以上のリンクを離床する(ステッ
プS53)。これは、図92(4)〜(5)及び図93
(4)〜(5)に相当する。実機上では、膝関節ピッチ
軸を含む他端側から連続する2以上のリンクを支持多角
形に関与しないリンクとして離床する。
Next, among the floor contact polygons, two or more links that do not participate in the narrowest support polygon are left (step S53). This is shown in FIGS. 92 (4) to (5) and FIG.
It corresponds to (4) to (5). On the actual machine, two or more links continuous from the other end side including the knee joint pitch axis are separated from the bed as links that do not participate in the support polygon.

【0228】そして、一端側から1以上の離床リンクを
屈曲させてリンク端の端部を着床させて、より狭い接地
多角形を形成する(ステップS54)。
Then, one or more leaving links are bent from one end side and the ends of the link ends are landed to form a narrower ground contact polygon (step S54).

【0229】このときの実機の動作を図102〜図10
5、並びに図120〜図123に示している。図示の例
では、まず、右脚の股関節ピッチ軸A12の駆動により右
脚を持ち上げてから、その膝関節アクチュエータA14
駆動により右脚を屈曲させて、その足底を着床する。次
いで、脚の股関節ピッチ軸A12の駆動により右脚を持ち
上げてから、その膝関節アクチュエータA14の駆動によ
り左脚を屈曲させて、その足底を着床する。このように
して、足底を機体重心位置である股関節ピッチ軸12側
に徐々に近づけていくことによって、元の床上姿勢より
も狭い接地多角形を形成することができる。
The operation of the actual machine at this time will be described with reference to FIGS.
5 and 120 to 123. In the illustrated example, first, the hip joint pitch axis A 12 of the right leg is driven to lift the right leg, and then the knee joint actuator A 14 is driven to bend the right leg to land the sole of the foot. Next, the hip joint pitch axis A 12 of the leg is driven to lift the right leg, and the knee joint actuator A 14 is driven to bend the left leg to land the sole of the foot. In this way, by gradually approaching the sole to the hip joint pitch axis 12 side which is the center of gravity of the body weight, it is possible to form a ground contact polygon that is narrower than the original posture on the floor.

【0230】このように新しい接地多角形を形成する
と、接地多角形にZMPを設定することができるかどう
かをチェックする(ステップS55)。これは、リンク
構造体の可動角、リンクを接続する各関節アクチュエー
タのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考慮して
判断する。そして、ZMPを接地多角形に移動して、新
たな支持多角形を形成する(ステップS56)。
When a new ground polygon is formed in this way, it is checked whether ZMP can be set in the ground polygon (step S55). This is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Then, the ZMP is moved to the grounded polygon to form a new support polygon (step S56).

【0231】ここで、支持多角形が充分狭くなったか否
かを再び判断する(ステップS57)。この判断は、体
幹ピッチ軸と股関節ピッチ軸を連結する重心リンクを離
床可能であるか、若しくは足部だけで形成できるZMP
安定領域内にZMPを移動させることができるかどうか
を、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節ア
クチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度など
を考慮して判断する。図105及び図123に示す実機
の姿勢では、充分狭い支持多角形が形成されていると判
断される。支持多角形を縮小する際の腕の角度に関して
は、肩の軸から床面方向に下ろした垂線と腕の中心軸が
なす角度は、トルク量に基づく所定角度内であることが
望ましい。
Here, it is again determined whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow (step S57). This determination is based on whether the center-of-gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis can leave the floor or can be formed only by the foot.
Whether or not the ZMP can be moved within the stable region is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. In the posture of the actual machine shown in FIGS. 105 and 123, it is determined that a sufficiently narrow support polygon is formed. Regarding the angle of the arm when the supporting polygon is reduced, it is desirable that the angle formed by the perpendicular line drawn from the shoulder axis to the floor surface and the central axis of the arm is within a predetermined angle based on the torque amount.

【0232】そして、機体の支持多角形が充分に狭くな
ったことに応答して、支持多角形の両リンク端の端部を
接床した状態で前記重心リンクを離床し、両リンク端の
着床リンクによって形成される支持多角形内にZMPを
維持しながら、支持多角形を形成する両リンク端の端部
の間隔を縮めて、ZMPを前記リンク構造体の他端側に
移動させていく(ステップS58)。これは、図92
(6)〜(7)、並びに図93(6)〜(7)に相当す
る。
Then, in response to the support polygon of the airframe becoming sufficiently narrow, the center of gravity link is separated from the floor while both ends of the link of the support polygon are in contact with each other, and both link ends are attached. While maintaining the ZMP within the support polygon formed by the floor link, the ZMP is moved to the other end side of the link structure by reducing the distance between the ends of both link ends forming the support polygon. (Step S58). This is shown in FIG.
This corresponds to (6) to (7) and FIGS. 93 (6) to (7).

【0233】実機上では、接地多角形の両リンク端の端
部としての手先及び足底を接床した状態で体幹ピッチ軸
及び股関節ピッチ軸を連結した前記重心リンクを離床
し、さらに、手先及び足底の間隔を徐々に縮めていき、
ZMPを足底に向かって移動させていく。また、このと
きの実機の動作を図106〜図109、並びに図124
〜図127に示している。
On the actual machine, the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis was left in the state where the hands and soles as the ends of both link ends of the grounded polygon were in contact with the floor, and the hands were further separated. And gradually reduce the space between the soles,
Move the ZMP towards the sole. Further, the operation of the actual machine at this time will be described with reference to FIGS.
~ Shown in FIG. 127.

【0234】そして、前記リンク構造体の他端から第2
の所定数以下の接床リンクのみで形成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま前記リンク構造体の一端側から
第1の所定数以上のリンクを離床して、該離床リンクを
長さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完
結させる(ステップS59)。これは、図92(8)、
並びに図93(8)に相当する。
From the other end of the link structure to the second
In response to the ZMP plunging into the grounding polygon formed only by the grounding links of not more than the predetermined number, the first to the ZMP are accommodated in the grounding polygon from one end side of the link structure. A predetermined number or more of links are separated from the bed, and the separation links are extended in the lengthwise direction to complete the rising motion (step S59). This is shown in FIG.
And corresponds to FIG. 93 (8).

【0235】実機上では、足底で構成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま、肩ピッチ軸4から膝ピッチ軸
14に至までのリンクを離床して、離床リンクを長さ方
向に伸展することによって、起き上がり動作を完結させ
る。また、このときの実機の動作を図110〜図11
1、並びに図128〜図129に示している。
On the actual machine, in response to the ZMP plunging into the grounding polygon composed of the soles, the ZMP is accommodated in the grounding polygon while the shoulder pitch shaft 4 moves to the knee pitch shaft 14. The wake-up motion is completed by removing the links from the farthest and extending the wake-up links in the longitudinal direction. In addition, the operation of the actual machine at this time is shown in FIGS.
1 and 128 to 129.

【0236】起き上がりの最終段階である、離床リンク
を長さ方向に伸展する際には、質量操作量のより大きな
膝関節ピッチ軸を積極的に使用して動作することが、機
体動作上の効率がよい。
At the final stage of getting up, that is, when extending the leaving link in the longitudinal direction, it is effective in terms of aircraft operation to actively use the knee joint pitch axis having a larger mass operation amount. Is good.

【0237】なお、ステップS53において、最も小さ
い支持多角形に関与しない2以上のリンクを離床するこ
とができない場合には、最大の支持多角形より内側の2
以上の着床リンクを離床することを試みる(ステップS
61)。
If, in step S53, two or more links that do not participate in the smallest supporting polygon cannot be released from the floor, the innermost two supporting polygons are used.
Attempt to leave the landing link above (step S
61).

【0238】ステップS61を実行できない場合には、
起き上がり動作を中止する(ステップS64)。また、
ステップS61を成功裏に実行することができる場合に
は、さらに、着床点を移動させて、支持多角形をさらに
小さくする(ステップS62)。
If step S61 cannot be executed,
The rising operation is stopped (step S64). Also,
If step S61 can be executed successfully, the landing point is further moved to further reduce the support polygon (step S62).

【0239】ステップS62を実行できない場合には、
起き上がり動作を中止する(ステップS64)。また、
ステップS62を成功裏に実行することができる場合に
は、足部で形成できる安定領域にZMPを移動すること
ができるかどうかをチェックする(ステップS63)。
支持多角形が充分狭くなったかどうかを判断する詳細な
手順については後述に譲る。この安定領域内にZMPを
移動することができない場合には、ステップS61に戻
って、支持多角形を小さくするための同様の処理を繰り
返し実行する。また、この安定領域内にZMPを移動さ
せることができた場合には、ステップS58に進んで、
基本姿勢への復帰動作を行なう。
If step S62 cannot be executed,
The rising operation is stopped (step S64). Also,
If step S62 can be successfully executed, it is checked whether the ZMP can be moved to a stable area that can be formed by the foot (step S63).
The detailed procedure for determining whether the supporting polygon has become sufficiently narrow will be given later. If the ZMP cannot be moved within this stable region, the process returns to step S61 and the same processing for reducing the support polygon is repeatedly executed. If the ZMP can be moved into this stable region, the process proceeds to step S58,
Performs a return motion to the basic posture.

【0240】ところで、ステップS53〜S54におい
て、左右の手先を胴体後方で着床してより狭い接地多角
形を形成するために、図97〜図98並びに図115〜
図116に示すように、肩ロール軸を用いて左右の腕部
を真横に広げるという動作を経ている。これは、脚式移
動ロボット100が起き上がり作業を行なうための使用
体積をいたずらに増大させてしまっている。そこで、図
96〜図101並びに図113〜図119に示す一連の
動作を、肩ロール軸を動作させず、代わりに肘ピッチ軸
を屈曲させるという図130及び図131に示す動作に
置き換えて、より小さな使用体積で左右の手先を胴体後
方で着床するようにしてもよい。
By the way, in steps S53 to S54, in order to land the left and right hands behind the body to form a narrower ground contact polygon, FIGS.
As shown in FIG. 116, the operation of spreading the left and right arm parts right next to each other using the shoulder roll shaft is performed. This unnecessarily increases the volume used for the legged mobile robot 100 to get up and perform work. Therefore, the series of operations shown in FIGS. 96 to 101 and FIGS. 113 to 119 are replaced with the operations shown in FIGS. 130 and 131 in which the shoulder roll shaft is not operated and the elbow pitch shaft is bent instead, and The left and right hands may be landed behind the body with a small volume.

【0241】上述した起き上がり動作手順では、ステッ
プS57及びS63において、支持多角形が充分狭くな
ったかどうかを判断する必要がある。図173には、支
持多角形が充分狭くなったかどうかを判断するための処
理手順をフローチャートの形式で示している。
In the above-mentioned rising operation procedure, it is necessary to judge in steps S57 and S63 whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow. FIG. 173 shows, in the form of a flowchart, a processing procedure for determining whether or not the support polygon has become sufficiently narrow.

【0242】まず、ZMP偏差ε(εx,εy,εz)、
すなわち足部が形成できる安定領域の中心位置(x0
0,z0)と現在のZMP位置(x,y,z)との差分
を求める(ステップS71)。
First, the ZMP deviation ε (ε x , ε y , ε z ),
That is, the center position (x 0 ,
The difference between y 0 , z 0 ) and the current ZMP position (x, y, z) is obtained (step S71).

【0243】次いで、このZMP偏差ε(εx,εy,ε
z)に所定のゲインG(Gx,Gy,Gz)を掛算したもの
を現在の腰の位置r(rhx(t),rhy(t),rhz(t))に
加えて、次の時刻t=t+Δtにおける目標腰位置r
(rhx(t+Δt),rhy(t+Δt),rhz(t+Δt))(=r
(rhx(t),rhy(t),rhz(t))+G(Gx,Gy,Gz
×ε(εx,εy,εz))にする(ステップS72)。
Next, this ZMP deviation ε (ε x , ε y , ε
z ) multiplied by a predetermined gain G (G x , G y , G z ) is added to the current waist position r (r hx (t) , r hy (t) , r hz (t) ) , The target waist position r at the next time t = t + Δt
(R hx (t + Δt) , r hy (t + Δt) , r hz (t + Δt) ) (= r
(R hx (t) , r hy (t) , r hz (t) ) + G (G x , G y , G z )
X ε (ε x , ε y , ε z )) (step S72).

【0244】そして、次の目標腰位置で現在の支持多角
形を形成することができるかどうかを判別する(ステッ
プS73)。この判別は、着床リンクの着床点を維持し
ながら、次の目標腰位置を計算することによって行なわ
れる。すなわち、腰位置と着床点から逆運動学計算を行
ない、可動角度以内で且つ関節アクチュエータの許容ト
ルク以内であれば実現可能と判断される。
Then, it is determined whether or not the current support polygon can be formed at the next target waist position (step S73). This determination is performed by calculating the next target waist position while maintaining the landing point of the landing link. That is, the inverse kinematics calculation is performed from the waist position and the landing point, and it is determined that it is feasible if it is within the movable angle and within the allowable torque of the joint actuator.

【0245】次の目標腰位置で現在の支持多角形を形成
することができなければ、足部が形成できる安定領域内
にZMPを移動することが不可能であるとして、本処理
ルーチン全体を終了する。
If the current support polygon cannot be formed at the next target waist position, it is impossible to move the ZMP into the stable region where the foot can be formed, and the entire processing routine is ended. To do.

【0246】他方、次の目標腰位置で現在の支持多角形
を形成することができるならば、さらに、次の目標腰位
置に腰を移動した場合の(すなわち次の)ZMPを算出
する(ステップS74)。
On the other hand, if the current support polygon can be formed at the next target waist position, the ZMP when the waist is moved to the next target waist position (that is, the next) is further calculated (step). S74).

【0247】次いで、足部が形成できる安定領域内にZ
MPが存在するかどうかを判別する(ステップS7
5)。判別結果が肯定的であれば、足部が形成できる安
定領域内にZMPを移動することができると判断して
(ステップS76)、本処理ルーチン全体を終了する。
他方、判別結果が否定的であれば、次の腰位置を現在の
腰位置に、次のZMPを現在のZMPにした後、ステッ
プS71に戻って同様の処理を繰り返し実行する。
Next, in the stable region where the foot can be formed, Z
It is determined whether MP exists (step S7).
5). If the determination result is affirmative, it is determined that the ZMP can be moved into the stable region where the foot can be formed (step S76), and the entire processing routine is ended.
On the other hand, if the determination result is negative, the next waist position is set to the current waist position, the next ZMP is set to the current ZMP, and the process returns to step S71 to repeat the same processing.

【0248】なお、図130及び図131に示す動作例
では、上腕の長さをl1、前腕の長さをl2、肩ロール角
をα、肘ピッチ角をベータ、肩から手先までの長さをl
12、肩から手先を結ぶ線のなす角をγ、肩の高さをhと
置くと(図132)、左右の手先を胴体後方で着床する
動作期間中は、以下の式を満たすように肘ピッチ軸7を
動作させることにより、手先が床面と衝突することはな
い。
In the operation examples shown in FIGS. 130 and 131, the length of the upper arm is l 1 , the length of the forearm is l 2 , the shoulder roll angle is α, the elbow pitch angle is β, and the length from the shoulder to the hand is long. Sa
12. If the angle formed by the line connecting the shoulders to the hands is γ and the height of the shoulders is h (Fig. 132), the following formulas should be satisfied during the operation period of landing the left and right hands behind the trunk. By operating the elbow pitch shaft 7, the hand does not collide with the floor surface.

【0249】[0249]

【数6】 [Equation 6]

【0250】また、図92に示す起き上がり動作パター
ンは、脚式移動ロボットの機体が肩関節ピッチ軸、体幹
ピッチ軸、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸が機体の高さ方
向に連結されてなるリンク構造体にモデル化して起き上
がり動作を示している。図133には、脚式移動ロボッ
トを略平行な関節自由度を持つ複数の関節軸を長さ方向
に連結したリンク構造体に一般化して、起き上がり動作
を示している。
In addition, the standing up motion pattern shown in FIG. 92 is a link in which the body of the legged mobile robot is connected with the shoulder joint pitch axis, the trunk pitch axis, the hip joint pitch axis, and the knee pitch axis in the height direction of the body. The model shows a rising motion by modeling the structure. In FIG. 133, the legged mobile robot is generalized to a link structure in which a plurality of joint axes having substantially parallel joint degrees of freedom are connected in the longitudinal direction, and a standing up motion is shown.

【0251】同図に示すリンク構造体は、略平行な関節
自由度を持つ複数の関節軸を長さ方向に連結して構成さ
れる。すべてのリンクが接床している床上姿勢からの起
き上がり動作を、リンクA、リンクB、リンクC、リン
クD、リンクE、並びにリンクFを用いて実現する。
The link structure shown in the figure is constructed by connecting a plurality of joint axes having substantially parallel joint degrees of freedom in the longitudinal direction. A rising motion from the on-floor posture in which all the links are in contact with the floor is realized by using link A, link B, link C, link D, link E, and link F.

【0252】但し、リンクA〜Fは、それぞれ単一のリ
ンクである必要はなく、実際には複数のリンクが関節軸
を介して連結されているが、起き上がり動作の期間中は
関節軸が作動せずリンク間の真直性が保たれて、あたか
も単一のリンクであるように振る舞う場合も含むものと
する。例えば、リンクAはリンク端からh番目までのリ
ンクを含み、リンクBはh番目以降i番目までのリンク
を含み、リンクCは、i番目以降j番目までのリンクを
含み、リンクDはj番目以降k番目までのリンクを含
み、リンクEはk番目以降l番目までのリンクを含み、
リンクFはl番目以降m番目(若しくはリンクの他端)
までのリンクを含んである。
However, each of the links A to F does not have to be a single link, and in reality, a plurality of links are connected through the joint shaft, but the joint shaft operates during the rising motion. Without including the straightness between links, it also includes the case where it behaves as if it were a single link. For example, the link A includes links from the link end to the h-th link, the link B includes links from the h-th to i-th links, the link C includes the i-th to j-th links, and the link D includes the j-th link. The link E includes the links up to the kth, the link E includes the links from the kth up to the lth,
The link F is the l-th to the m-th (or the other end of the link)
Including a link up to.

【0253】まず、F番目リンクとA番目リンクの間に
接地多角形を形成して、この接地多角形内にZMPを設
定する(図133(1))。
First, a ground polygon is formed between the Fth link and the Ath link, and ZMP is set in this ground polygon (FIG. 133 (1)).

【0254】次いで、E番目リンクとA番目リンクの間
の接地多角形内にZMPを設定する(図133
(2))。このとき、リンク端から2以上のリンクを離
床させるなどF番目リンクの運動を用いてもよい。
Then, ZMP is set in the grounded polygon between the Eth link and the Ath link (FIG. 133).
(2)). At this time, the movement of the F-th link may be used such as leaving two or more links from the link end.

【0255】次いで、F番目リンクとA番目リンクの間
により狭い接地多角形を新たに形成して、この接地多角
形内にZMPを設定する(図133(3))。例えば離
床中のF番目リンクを屈曲させてその端部を着床させ
て、新しい接地多角形を形成する。
Next, a narrower grounding polygon is newly formed between the Fth link and the Ath link, and ZMP is set in this grounding polygon (FIG. 133 (3)). For example, a new grounding polygon is formed by bending the F-th link during leaving the floor and landing the end thereof.

【0256】次いで、F番目リンクとD番目またはC番
目リンクの間で接地多角形を新たに形成して、この接地
多角形内にZMPを設定する(図133(4))。この
とき、他方のリンク端から2以上のリンクを離床させる
などA番目リンクの運動を用いてもよい。
Next, a grounding polygon is newly formed between the Fth link and the Dth or Cth link, and ZMP is set in this grounding polygon (FIG. 133 (4)). At this time, the movement of the A-th link may be used such as leaving two or more links from the other link end.

【0257】次いで、D番目リンクを接地させて、F番
目リンク及びA番目リンクで接地多角形を新たに形成し
て、この接地多角形内にZMPを設定する(図133
(5))。例えば離床中のA番目リンクを屈曲させてそ
の端部を着床させて、新しい接地多角形を形成する。
Next, the Dth link is grounded, a grounding polygon is newly formed by the Fth link and the Ath link, and ZMP is set in this grounding polygon (FIG. 133).
(5)). For example, a new grounding polygon is formed by bending the A-th link while leaving the floor and landing its end.

【0258】次いで、F番目リンクとA番目リンクで接
地多角形を新たに形成して、この接地多角形内にZMP
を設定する(図133(6))。例えば、両方のリンク
端の端点を着床したままで、着床中のD番目リンクを離
床させる。
Next, a grounding polygon is newly formed by the Fth link and the Ath link, and the ZMP is formed in this grounding polygon.
Is set (FIG. 133 (6)). For example, with the end points of both link ends still landing, the D-th link being landed is left.

【0259】次いで、両方のリンク端F及びAの端点を
一致させることにより、A番目のリンクのみが形成する
支持多角形内にZMPを移動させる(図133
(7))。
Then, by making the end points of both link ends F and A coincide with each other, the ZMP is moved into the support polygon formed only by the A-th link (FIG. 133).
(7)).

【0260】そして最後に、A番目リンクのみが形成す
る支持多角形内にZMPを設定しながら、各リンクを基
本立ち姿勢へ移動させる(図133(8))。
Finally, while setting ZMP in the support polygon formed only by the A-th link, each link is moved to the basic standing posture (FIG. 133 (8)).

【0261】F−2.基本うつ伏せ姿勢からの起き上が
りオペレーション 図134には、本実施形態に係る脚式移動ロボット10
0が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ
軸12、膝関節ピッチ軸14を同期強調的に駆動させて
起き上がり動作を行なう様子を、関節リンク・モデルで
示している。
F-2. Getting up from the basic prone position
Operation FIG. 134 shows the legged mobile robot 10 according to the present embodiment.
A joint link model shows that 0 causes the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 to synchronously emphasize and perform a rising motion.

【0262】本実施形態に係る脚式移動ロボット100
は、基本的には、仰向け姿勢から起き上がる場合と同様
に、図91にフローチャートの形式で示した処理手順に
従って、うつ伏せ姿勢からも起き上がることができる。
以下、図91に示したフローチャートを参照しながら、
基本うつ伏せ姿勢からの機体の起き上がりオペレーショ
ンについて説明する。
The legged mobile robot 100 according to the present embodiment.
Basically, similarly to the case of rising from the supine position, the user can also get up from the prone position by following the processing procedure shown in the form of a flowchart in FIG.
Hereinafter, referring to the flowchart shown in FIG. 91,
The operation of raising the aircraft from the basic prone position will be explained.

【0263】まず、床上姿勢において、位置エネルギの
最も小さい姿勢をとる(ステップS51)。これは、基
本うつ伏せ姿勢に相当し、図134(1)に示すよう
に、起き上がり動作に使用する肩関節ピッチ軸4、体幹
ピッチ軸9、股関節ピッチ軸12、膝関節ピッチ軸14
をそれぞれ連結するリンクはすべて接床している。この
ときの実機の状態を図135及び図154に示してい
る。
First, the posture on the floor has the smallest potential energy (step S51). This corresponds to the basic prone position, and as shown in FIG. 134 (1), the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 are used for the rising motion.
All the links connecting the two are in contact with each other. The state of the actual machine at this time is shown in FIGS. 135 and 154.

【0264】この基本うつ伏せ姿勢において、接床リン
クが形成する接地多角形内で、最も狭い支持多角形を探
索する(ステップS52)。このとき、機体の一端側か
ら少なくとも2以上のリンクを離床させたときの、ZM
Pが計画可能かどうかを判定する。ZMPの計画可能性
は、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節ア
クチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度など
を考慮して判断することができる。
In this basic prone posture, the narrowest support polygon is searched for in the ground contact polygon formed by the floor contacting link (step S52). At this time, when at least two links are taken off the floor from one end of the machine, ZM
Determine if P is planable. The ZMP planning possibility can be determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0265】次いで、接地多角形のうち、最も狭い支持
多角形に関与しない2以上のリンクを離床する(ステッ
プS53)。ステップS53は、図134(2)に相当
する。実機上では、体幹関節と股関節を連結する重心リ
ンクを含む下半身側が支持多角形として抽出され、それ
以外の肩関節から体幹関節に至る2以上のリンクを支持
多角形に関与しないリンクとして離床する。
Next, of the ground contact polygons, two or more links that do not participate in the narrowest support polygon are released (step S53). Step S53 corresponds to FIG. 134 (2). On the actual machine, the lower body side including the center of gravity link connecting the trunk joint and the hip joint is extracted as a support polygon, and two or more other links from the shoulder joint to the trunk joint are taken out as links that do not participate in the support polygon. To do.

【0266】このときの実機の動作を図136〜図14
4、並びに図155〜図163に示している。図示の例
では、まず、左右の両腕部の肩ロール軸アクチュエータ
5を作動させて、床面に摺って肩ロール軸回りに略9
0度だけ旋回させて(図136〜図137、並びに図1
55〜図156)、次いで、上腕ヨー軸アクチュエータ
6を作動させて、各腕部を上腕ヨー軸回りに略180
度だけ回転させる(図138並びに図157)。そし
て、さらに肩ロール軸アクチュエータA5を作動させ
て、摺って肩ロール軸回りに略90度だけ旋回させて、
各腕部を頭部の側面まで移動する(図138〜図14
1、並びに図157〜図160)。
The operation of the actual machine at this time will be described with reference to FIGS.
4 and FIGS. 155 to 163. In the illustrated example, first, the shoulder roll shaft actuators A 5 of the left and right arms are actuated to slide on the floor surface to move the shoulder roll shaft actuators approximately 9 degrees.
Rotate only 0 degrees (see FIGS. 136-137 and FIG.
55-FIG. 156), and then actuating the upper arm yaw axis actuator A 6 to move each arm about 180 degrees around the upper arm yaw axis.
It is rotated by a degree (FIGS. 138 and 157). Then, the shoulder roll shaft actuator A 5 is further actuated to slide and swivel about the shoulder roll shaft by about 90 degrees,
Move each arm to the side of the head (FIGS. 138 to 14)
1, and FIGS. 157 to 160).

【0267】図136〜図141、並びに図165〜図
170に示す一連の動作では、左右の腕部は床面上で半
円を描く格好となっている。このとき、機体周辺の路面
において障害物の有無を検出したりして、起き上がり動
作に必要な安全な作業領域の確保を行なうことができ
る。
In a series of operations shown in FIGS. 136 to 141 and FIGS. 165 to 170, the left and right arms are in a shape of drawing a semicircle on the floor surface. At this time, the presence or absence of obstacles on the road surface around the machine body can be detected to secure a safe work area required for the standing up motion.

【0268】次いで、一端側から1以上の離床リンクを
屈曲させてリンク端の端部を着床させて、より狭い接地
多角形を形成する(ステップS54)。ステップS54
は、図134(3)に相当する。
Next, one or more leaving links are bent from one end side to land the end portions of the link ends to form a narrower ground polygon (step S54). Step S54
Corresponds to FIG. 134 (3).

【0269】そして、新しい接地多角形を形成すると、
接地多角形にZMPを設定することができるかどうかを
チェックする(ステップS55)。これは、リンク構造
体の可動角、リンクを接続する各関節アクチュエータの
トルク、関節力、角速度、角加速度などを考慮して判断
する。そして、ZMPを接地多角形に移動して、新たな
支持多角形を形成する(ステップS56)。
When a new ground polygon is formed,
It is checked whether ZMP can be set for the grounded polygon (step S55). This is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Then, the ZMP is moved to the grounded polygon to form a new support polygon (step S56).

【0270】実機上では、肘ピッチ軸7を固定させて、
左右の腕部を真直ぐ伸ばしたままの状態で、今度は肩ピ
ッチ軸アクチュエータA4、体幹ピッチ軸アクチュエー
タA9、股関節ピッチ軸A12、並びに膝関節ピッチ軸ア
クチュエータA14を作動させて、手先と左右の両膝が接
地した閉リンク姿勢からなる支持多角形を形成する(図
142〜図144、並びに図161〜図163)。
On the actual machine, with the elbow pitch shaft 7 fixed,
With the left and right arms straightened out, this time operate the shoulder pitch axis actuator A 4 , the trunk pitch axis actuator A 9 , the hip joint pitch axis A 12 , and the knee joint pitch axis actuator A 14 to move the fingers. And a supporting polygon having a closed link posture in which both left and right knees are in contact with each other (FIGS. 142 to 144, and FIGS. 161 to 163).

【0271】図144及び図153に示す実機の姿勢で
は、まだ支持多角形が充分狭いとは言えない。そこで、
着床点を移動して支持多角形を小さくする(ステップS
60)。支持多角形を縮小する際の腕の角度に関して
は、肩の軸から床面方向に下ろした垂線と腕の中心軸が
なす角度は、トルク量に基づく所定角度内であることが
望ましい。
In the posture of the actual machine shown in FIGS. 144 and 153, the support polygon cannot be said to be sufficiently narrow. Therefore,
Move the landing point to reduce the support polygon (step S
60). Regarding the angle of the arm when the supporting polygon is reduced, it is desirable that the angle formed by the perpendicular line drawn from the shoulder axis to the floor surface and the central axis of the arm is within a predetermined angle based on the torque amount.

【0272】実機上では、左右の腕部をまっすぐに保っ
たまま、手先を他方の着床点である足底側に徐々に近づ
けていくことによって、より狭い支持多角形を形成して
いく(図145〜図148、並びに図164〜図16
7)。
On the actual machine, with the left and right arms kept straight, the hands are gradually brought closer to the other sole, the sole side, to form the narrower supporting polygon ( 145 to 148, and 164 to 16
7).

【0273】ここで、支持多角形が充分狭くなったか否
かを判断する(ステップS57)。この判断は、体幹ピ
ッチ軸と股関節ピッチ軸を連結する重心リンクを離床可
能であるか、若しくは足部だけで形成できるZMP安定
領域内にZMPを移動させることができるかどうかを、
リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節アクチ
ュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考
慮して判断する。図148及び図165に示す実機の姿
勢では、充分狭い支持多角形が形成されていると判断さ
れる。
Here, it is determined whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow (step S57). This judgment determines whether the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis can be released from the bed, or whether the ZMP can be moved into the ZMP stable region that can be formed only by the foot.
The judgment is made in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. In the posture of the actual machine shown in FIGS. 148 and 165, it is judged that a sufficiently narrow support polygon is formed.

【0274】そして、機体の支持多角形が充分に狭くな
ったことに応答して両リンク端の着床リンクによって形
成される支持多角形内にZMPを維持しながら、支持多
角形を形成する両リンク端の端部の間隔を縮めて、ZM
Pを前記リンク構造体の他端側に移動させていく(ステ
ップS58)。これは、図134(6)〜(7)に相当
する。
Then, in response to the support polygon of the fuselage becoming sufficiently narrow, the support polygon formed while maintaining the ZMP in the support polygon formed by the landing links at both link ends. Reduce the distance between the ends of the links to
P is moved to the other end of the link structure (step S58). This corresponds to FIGS. 134 (6) to 134 (7).

【0275】実機上では、接地多角形の両リンク端の端
部としての手先及び足底を接床した状態で、さらに手先
及び足底の間隔を徐々に縮めていき、ZMPを足底に向
かって移動させていく。また、このときの実機の動作を
図149〜図150、並びに図168〜図169に示し
ている。
On the actual machine, with the hands and soles as the ends of both link ends of the grounded polygon in contact with the floor, the distance between the hands and soles was gradually reduced, and the ZMP was moved toward the soles. Move it. Further, the operation of the actual machine at this time is shown in FIGS. 149 to 150 and 168 to 169.

【0276】そして、前記リンク構造体の他端から第2
の所定数以下の接床リンクのみで形成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま前記リンク構造体の一端側から
第1の所定数以上のリンクを離床して、該離床リンクを
長さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完
結させる(ステップS59)。これは、図134(8)
に相当する。
Then, from the other end of the link structure to the second
In response to the ZMP plunging into the grounding polygon formed only by the grounding links of not more than the predetermined number, the first to the ZMP are accommodated in the grounding polygon from one end side of the link structure. A predetermined number or more of links are separated from the bed, and the separation links are extended in the lengthwise direction to complete the rising motion (step S59). This is shown in Figure 134 (8).
Equivalent to.

【0277】実機上では、足底で構成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま、肩ピッチ軸4から膝ピッチ軸
14に至までのリンクを離床して、離床リンクを長さ方
向に伸展することによって、起き上がり動作を完結させ
る。また、このときの実機の動作を図151〜図15
3、並びに図170〜図172に示している。
On the actual machine, in response to the ZMP plunging into the grounding polygon composed of the soles, the ZMP is accommodated in the grounding polygon while the shoulder pitch shaft 4 moves to the knee pitch shaft 14. The wake-up motion is completed by removing the links from the farthest and extending the wake-up links in the longitudinal direction. Also, the operation of the actual machine at this time will be described with reference to FIGS.
3 and 170 to 172.

【0278】起き上がりの最終段階である、離床リンク
を長さ方向に伸展する際には、質量操作量のより大きな
膝関節ピッチ軸を積極的に使用して動作することが、機
体動作上の効率がよい。
At the final stage of getting up, that is, when extending the wake-up link in the longitudinal direction, it is effective in terms of operating the aircraft to actively use the knee joint pitch axis having a larger mass operation amount. Is good.

【0279】F−3.他の起き上がりオペレーションの
図91で示した起き上がりオペレーションでは、ZMP
支持多角形が最小となるような姿勢を時系列的に組み合
わせることによって、外力モーメントが最小となる動作
パターンよりなる起き上がり動作を行なうこととした。
この動作では、より小さな支持多角形を順次形成してい
く過程において、手部や足部の踏み替え動作を利用して
いた。しかしながら、踏み替え動作を実現するために
は、手部又は足部が離床する必要があり、支持多角形に
関与しない2以上のリンクがなければならず、機体の姿
勢によっては踏み替え動作を行なえない場合があり、こ
の場合は起き上がり動作そのものが破綻してしまう(図
91のステップS64)。
F-3. Of other uprising operations
Example In the rising operation shown in Fig. 91, ZMP
By combining the postures that minimize the support polygon in a time series, we decided to perform a rising motion consisting of a motion pattern that minimizes the external force moment.
In this operation, the stepping operation of the hand or foot is used in the process of successively forming smaller supporting polygons. However, in order to realize the stepping motion, it is necessary for the hand or foot to leave the floor, there must be two or more links that do not participate in the supporting polygon, and the stepping motion may be performed depending on the attitude of the aircraft. In some cases, there is no case, and in this case, the rising motion itself fails (step S64 in FIG. 91).

【0280】これに対し、より小さな支持多角形を順次
形成していく過程において、手部や足部の踏み替え動作
を実現できない場合には、手部や足部の引き摺り動作を
利用することにより、起き上がり動作が破綻してしまう
機会を少なくすることができる。以下では、より小さな
支持多角形を順次形成していく過程において、手部や足
部の踏み替え動作と引き摺り動作を利用した起き上がり
オペレーションについて説明する。
On the other hand, in the process of successively forming smaller supporting polygons, when the stepping operation of the hand or foot cannot be realized, the dragging operation of the hand or foot is used. , It is possible to reduce the chance that the rising motion will fail. In the following, a standing up operation using a stepping movement of a hand or a foot and a dragging movement will be described in the process of successively forming smaller supporting polygons.

【0281】図174には、手部や足部の踏み替え動作
と引き摺り動作を利用した起き上がりオペレーションを
フローチャートの形式で示している。以下、この起き上
がり動作手順について説明する。図175〜図191に
は、基本うつ伏せ姿勢から手部又は足部の踏み替え動作
又は引き摺り動作を利用しながら機体が起き上がりを行
なう様子を順に示している。以下では、各図を適宜参照
する。
FIG. 174 shows a stand-up operation in the form of a flow chart using the stepping operation of the hand or foot and the dragging operation. Hereinafter, this rising operation procedure will be described. FIG. 175 to FIG. 191 sequentially show how the body rises while using the stepping motion or the drag motion of the hand or foot from the basic prone position. In the following, each drawing will be referred to as appropriate.

【0282】まず、床上姿勢において、位置エネルギの
最も小さい姿勢をとる(ステップS81)。これは、基
本うつ伏せ姿勢に相当し、このときの実機の状態を図1
75に示している。
First, the posture on the floor has the smallest potential energy (step S81). This corresponds to the basic prone position, and the state of the actual machine at this time is shown in Fig. 1.
75.

【0283】但し、転倒動作と連続して起き上がり行な
う場合は、ステップS81を省略することにより、短時
間で起き上がり動作を完了させることができる(後
述)。
However, in the case where the rising motion is performed continuously after the falling motion, the rising motion can be completed in a short time by omitting step S81 (described later).

【0284】この基本うつ伏せ姿勢において、接床リン
クが形成する接地多角形内で、最も狭い支持多角形を探
索する(ステップS82)。このとき、機体の一端側か
ら少なくとも2以上のリンクを離床させたときの、ZM
Pが計画可能かどうかを判定する。ZMPの計画可能性
は、リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節ア
クチュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度など
を考慮して判断することができる。
In this basic prone posture, the narrowest support polygon is searched for in the ground contact polygon formed by the floor contacting link (step S82). At this time, when at least two links are taken off the floor from one end of the machine, ZM
Determine if P is planable. The ZMP planning possibility can be determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0285】ここで、最も小さい支持多角形に関与しな
いリンクの2つ以上を離床することができるかどうかを
判断する(ステップS83)。最小の支持多角形に関与
しない2以上のリンクを離床することができる場合に
は、次ステップS84へ進み、手部又は足部の踏み替え
動作によるより小さい接地多角形の形成を行なう。一
方、離床することができない場合には、ステップS91
へ進み、手部又は足部の引き摺り動作を利用してより小
さい接地多角形の形成を行なう。
Here, it is determined whether or not two or more links that are not involved in the smallest supporting polygon can be left (step S83). If two or more links that are not involved in the smallest supporting polygon can be released from the bed, the process proceeds to the next step S84, and a smaller ground contact polygon is formed by the stepping operation of the hand or foot. On the other hand, if it is not possible to get out of bed, step S91
Then, the smaller ground contact polygon is formed by utilizing the dragging operation of the hand or foot.

【0286】ステップS84では、最も小さい支持多角
形に関与しないリンクの2つ以上を離床させ、さらに、
離床リンクを屈曲及び着床させて、より小さい接地多角
形を形成する(ステップS85)。
In step S84, two or more links that are not involved in the smallest supporting polygon are separated from the floor, and further,
The leaving link is bent and landed to form a smaller ground contact polygon (step S85).

【0287】例えば、図179〜図181、並びに図1
84〜図186において、両手両足を接地して起き上が
り途上のロボットが、左足と右足を踏み替えながら、図
175、図182〜図183、図185、図187に示
すように離床リンクを屈曲及び着床させて、より小さい
接地多角形の形成を試みている。
For example, FIGS. 179 to 181, and FIG.
In FIG. 84 to FIG. 186, a robot in the process of getting up by grounding both hands and feet bends and wears the leaving link as shown in FIGS. 175, 182 to 183, 185, and 187 while stepping between the left and right feet. We are trying to form a smaller grounding polygon by flooring.

【0288】そして、新しい接地多角形を形成すると、
接地多角形にZMPを設定することができるかどうかを
チェックする(ステップS86)。これは、リンク構造
体の可動角、リンクを接続する各関節アクチュエータの
トルク、関節力、角速度、角加速度などを考慮して判断
する。そして、ZMPを接地多角形に移動して、新たな
支持多角形を形成する(ステップS87)。接地多角形
にZMPを設定することができない場合には、ステップ
S83に戻り、手部や足部の踏み替え動作又は引き摺り
動作のいずれを実行すべきかを改めてチェックする。
When a new ground polygon is formed,
It is checked whether ZMP can be set for the grounded polygon (step S86). This is determined in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like. Then, the ZMP is moved to the grounded polygon to form a new support polygon (step S87). If the ZMP cannot be set for the grounded polygon, the process returns to step S83 to check again whether the stepping operation of the hand or foot or the dragging operation should be executed.

【0289】ここで、支持多角形が充分狭くなったか否
かを判断する(ステップS88)。この判断は、体幹ピ
ッチ軸と股関節ピッチ軸を連結する重心リンクを離床可
能であるか、若しくは足部だけで形成できるZMP安定
領域内にZMPを移動させることができるかどうかを、
リンク構造体の可動角、リンクを接続する各関節アクチ
ュエータのトルク、関節力、角速度、角加速度などを考
慮して判断する。
Here, it is determined whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow (step S88). This judgment determines whether the center of gravity link connecting the trunk pitch axis and the hip joint pitch axis can be released from the bed, or whether the ZMP can be moved into the ZMP stable region that can be formed only by the foot.
The judgment is made in consideration of the movable angle of the link structure, the torque of each joint actuator connecting the links, the joint force, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0290】そして、機体の支持多角形が充分に狭くな
ったことに応答して両リンク端の着床リンクによって形
成される支持多角形内にZMPを維持しながら、支持多
角形を形成する両リンク端の端部の間隔を縮めて、ZM
Pを前記リンク構造体の他端側に移動させていく(ステ
ップS89)。
Then, in response to the support polygon of the airframe being sufficiently narrowed, the support polygon formed while maintaining the ZMP in the support polygon formed by the landing links at both link ends. Reduce the distance between the ends of the links to
P is moved to the other end of the link structure (step S89).

【0291】実機上では、接地多角形の両リンク端の端
部としての手先及び足底を接床した状態で、さらに手先
及び足底の間隔を徐々に縮めていき、ZMPを足底に向
かって移動させていく。また、このときの実機の動作を
図188〜図189に示している。
On the actual machine, with the hands and soles as the ends of both link ends of the grounded polygon in contact with the floor, the distance between the hands and soles was gradually reduced, and the ZMP was directed toward the soles. Move it. The operation of the actual machine at this time is shown in FIGS. 188 to 189.

【0292】そして、前記リンク構造体の他端から第2
の所定数以下の接床リンクのみで形成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま前記リンク構造体の一端側から
第1の所定数以上のリンクを離床して、該離床リンクを
長さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完
結させる(ステップS90)。
From the other end of the link structure to the second
In response to the ZMP plunging into the grounding polygon formed only by the grounding links of not more than the predetermined number, the first to the ZMP are accommodated in the grounding polygon from one end side of the link structure. A predetermined number or more of links are separated from the bed, and the separation links are extended in the lengthwise direction to complete the rising motion (step S90).

【0293】実機上では、足底で構成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま、肩ピッチ軸4から膝ピッチ軸
14に至までのリンクを離床して、離床リンクを長さ方
向に伸展することによって、起き上がり動作を完結させ
る。また、このときの実機の動作を図190〜図191
に示している。
On the actual machine, in response to the ZMP plunging into the grounded polygon composed of the sole of the foot, the ZMP is accommodated in the grounded polygon while the shoulder pitch axis 4 moves to the knee pitch axis 14. The wake-up motion is completed by removing the links from the farthest and extending the wake-up links in the longitudinal direction. Also, the operation of the actual machine at this time will be described with reference to FIGS.
Is shown in.

【0294】起き上がりの最終段階である、離床リンク
を長さ方向に伸展する際には、質量操作量のより大きな
膝関節ピッチ軸を積極的に使用して動作することが、機
体動作上の効率がよい。
At the final stage of getting up, when extending the bed leaving link in the longitudinal direction, it is effective in terms of machine operation to actively operate by using the knee joint pitch axis having a larger mass operation amount. Is good.

【0295】一方、ステップS83において、最も小さ
い支持多角形に関与しないリンクの2つ以上を離床する
ことができないと判断された場合には、手部又は足部の
引き摺り動作を行なうべく、最大の支持多角形より内の
着床中のリンクを2つ以上離床することができるかどう
かをチェックする(ステップS91)。
On the other hand, if it is determined in step S83 that two or more of the links that are not involved in the smallest supporting polygon cannot be released from the floor, the maximum movement is performed in order to perform the drag operation of the hand or foot. It is checked whether or not two or more landing links within the support polygon can be released (step S91).

【0296】ここで、最大の支持多角形より内の着床中
のリンクを2つ以上離床することができない場合には、
さらに着床点を移動させて支持多角形を小さくすること
ができるかどうかを判断する。支持多角形を小さくする
ことができない場合には、起き上がり動作を中止する
(ステップS95)。すなわち、起き上がり動作は破綻
する。
Here, when it is not possible to leave two or more landing links within the maximum supporting polygon,
Further, it is determined whether the landing point can be moved to reduce the supporting polygon. If the supporting polygon cannot be made smaller, the rising operation is stopped (step S95). That is, the rising motion fails.

【0297】一方、最大の支持多角形より内の着床中の
リンクを2つ以上離床することができる場合には、最大
の支持多角形より内の着床中のリンクを2つ以上離床し
て(ステップS92)、手部又は足部の引き摺り動作を
利用して、着床点を移動させ、支持多角形を小さくする
(ステップS93)。
On the other hand, if it is possible to leave two or more lands on the floor that are within the maximum supporting polygon, remove two or more lands on the floor that are within the maximum supporting polygon. (Step S92), the landing point is moved by using the dragging operation of the hand or foot to reduce the support polygon (step S93).

【0298】例えば、図176〜図178、並びに図1
87〜図188に示すように、両手両足を接地して起き
上がり途上のロボットが、両手を着床させたまま足に向
かって引き摺ることにより支持多角形を徐々に小さくし
ていく。
For example, FIGS. 176 to 178 and FIG.
As shown in FIGS. 87 to 188, a robot in the process of getting up with both hands and both feet touching the ground gradually reduces the support polygon by dragging toward the feet while keeping both hands on the floor.

【0299】その後、支持多角形が充分狭くなったか否
かを判断する(ステップS88)。そして、機体の支持
多角形が充分に狭くなったことに応答して両リンク端の
着床リンクによって形成される支持多角形内にZMPを
維持しながら、支持多角形を形成する両リンク端の端部
の間隔を縮めて、ZMPを前記リンク構造体の他端側に
移動させていく(ステップS89)。
Thereafter, it is judged whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow (step S88). Then, in response to the support polygon of the airframe being sufficiently narrowed, the ZMP is maintained within the support polygon formed by the landing links at both link ends, while the ZMP of the both link ends forming the support polygon is maintained. The ZMP is moved toward the other end of the link structure by reducing the distance between the ends (step S89).

【0300】そして、前記リンク構造体の他端から第2
の所定数以下の接床リンクのみで形成される接地多角形
内にZMPが突入したことに応答して、ZMPを該接地
多角形内に収容したまま前記リンク構造体の一端側から
第1の所定数以上のリンクを離床して、該離床リンクを
長さ方向に伸展することによって、起き上がり動作を完
結させる(ステップS90)。
Then, from the other end of the link structure to the second
In response to the ZMP plunging into the grounding polygon formed only by the grounding links of not more than the predetermined number, the first to the ZMP are accommodated in the grounding polygon from one end side of the link structure. A predetermined number or more of links are separated from the bed, and the separation links are extended in the lengthwise direction to complete the rising motion (step S90).

【0301】図199には、ステップS83において、
最も小さい支持多角形に関与しないリンク数が最大とな
るリンクとその部位を探索するための詳細な処理手順を
フローチャートの形式で示している。
In FIG. 199, in step S83,
A detailed processing procedure for searching for a link and its part that maximize the number of links that are not involved in the smallest supporting polygon is shown in the form of a flowchart.

【0302】まず、ステップS101及びS102にお
いて、変数i、j並びに配列型変数Mを初期化する。次
いで、i番目のリンクのj番目の部位にZMPを設定す
る(ステップS103)。
First, in steps S101 and S102, the variables i and j and the array type variable M are initialized. Then, ZMP is set to the j-th part of the i-th link (step S103).

【0303】ここで、ZMP空間が安定かどうかを判別
する(ステップS104)。ZMP空間が安定である場
合には、最も小さい支持多角形に関与しないリンク数を
計算して(ステップS105)、i番目のリンクのj番
目の部位における離床叶リンク数をLに代入する。そし
て、LがMよりも大きければ(ステップS106)、M
(A,B)にL(i,j)を代入する(ステップS10
7)。
Here, it is determined whether the ZMP space is stable (step S104). If the ZMP space is stable, the number of links not involved in the smallest supporting polygon is calculated (step S105), and the number of leaving-bed leaves at the j-th site of the i-th link is substituted into L. If L is larger than M (step S106), M
Substituting L (i, j) into (A, B) (step S10)
7).

【0304】一方、ZMP空間が安定でない場合、Lが
Mよりも大きくない場合、あるいはM(A,B)にL
(i,j)を代入した後、jを1だけ増分して(ステッ
プS108)、jが総部位数Jを越えたかどうかを判別
する(ステップS109)。jがまだ総部位数Jに達し
ていない場合には、ステップS103に戻って、上述と
同様の処理を繰り返し実行する。
On the other hand, when the ZMP space is not stable, when L is not larger than M, or when L is set to M (A, B).
After substituting (i, j), j is incremented by 1 (step S108), and it is determined whether or not j exceeds the total number of parts J (step S109). If j has not reached the total number J of parts, the process returns to step S103 and the same process as described above is repeatedly executed.

【0305】次いで、iを1だけ増分して(ステップS
110)、iが総リンク数Iを越えたかどうかを判別す
る(ステップS111)。iが総リンク数に達していな
い場合には、ステップS102に戻って、上述と同様の
処理を繰り返し実行する。
Then, i is incremented by 1 (step S
110), it is determined whether i exceeds the total number of links I (step S111). If i has not reached the total number of links, the process returns to step S102 and the same processing as described above is repeatedly executed.

【0306】iが総リンク数Iを越えた場合には、Aに
リンク、Bに部位を代入し、本処理ルーチンを終了す
る。
If i exceeds the total number of links I, the link is assigned to A and the site is assigned to B, and this processing routine is terminated.

【0307】前述したように、転倒動作と連続して起き
上がり行なう場合は、ステップS81を省略することに
より、短時間で起き上がり動作を完了させることができ
る。
[0307] As described above, in the case where the rising motion is continuously performed, the rising motion can be completed in a short time by omitting step S81.

【0308】例えば、機体の重心が腰部に存在する場
合、最も小さくなる支持多角形に関与しないリンク数が
最大となる部位にZMPを設定することができる。この
ような転倒・着床動作の後、離床可能なリンクをすべて
離床させる、すなわち下肢と体幹の双方を浮き上がらせ
て、上体と下肢を同時に離床し、足部、手部などを着床
させることで、より小さい接地多角形を少ないステップ
で形成することができるので、より高速で効率的な起き
上がり動作を実現することができる。
For example, when the center of gravity of the airframe is present in the waist, ZMP can be set in a portion where the number of links that does not contribute to the smallest supporting polygon is the maximum. After such a fall / implantation motion, all the links that can be separated from the floor are separated from the bed, that is, both the lower limbs and the trunk are raised, and the upper body and the lower limbs are separated from the floor at the same time, and the feet and hands are landed. By doing so, it is possible to form a smaller ground contact polygon in a smaller number of steps, so that it is possible to realize a higher-speed and efficient rising operation.

【0309】図192〜図198には、転倒動作と連続
して起き上がり動作を行なう場合の機体の一連の動作を
示している。
FIGS. 192 to 198 show a series of operations of the machine body in the case where the standing motion and the rising motion are continuously performed.

【0310】図192に示す立位姿勢から、図192〜
図193に示すように機体後方に向かって転倒動作を開
始し、図194に示すように機体重心が存在する腰部に
おいて着床する。
From the standing posture shown in FIG. 192 to FIG.
As shown in FIG. 193, the fall motion is started toward the rear of the machine, and as shown in FIG. 194, the person falls on the waist where the body center of gravity exists.

【0311】図194に示す例では、最も小さい支持多
角形に関与しないリンク数が最大になる胴体部にZMP
が設定されている。また、特徴的なことは、図23〜図
38、及び図39〜図55を参照しながら説明した例と
は相違し、基本仰向けではなく、脚部が離床した状態で
転倒動作が終了している点にある。
In the example shown in FIG. 194, the ZMP is applied to the body portion that maximizes the number of links that are not involved in the smallest supporting polygon.
Is set. In addition, the characteristic feature is different from the example described with reference to FIGS. 23 to 38 and 39 to 55, and the fall motion is finished in a state in which the legs are out of bed instead of the basic supine position. There is a point.

【0312】続く起き上がり動作では、図195に示す
ように、離床可能なリンクすなわち脚部と胴体部をすべ
て離床させて、起き上がり動作を開始する。ここで、股
関節及び/又は体幹のピッチ軸アクチュエータの駆動に
より、図196〜図197に示すように上体が起き上が
る。そして、右脚の股関節ピッチ軸A12の駆動により右
脚を持ち上げてから、その膝関節アクチュエータA14
駆動により右脚を屈曲させて、その足底を着床する。次
いで、脚の股関節ピッチ軸A12の駆動により右脚を持ち
上げてから、その膝関節アクチュエータA14の駆動によ
り左脚を屈曲させて、その足底を着床する。このように
して、足底を機体重心位置である股関節ピッチ軸12側
に徐々に近づけていくことによって、図198に示すよ
うに、元の床上姿勢よりも狭い接地多角形を形成するこ
とができる。
In the subsequent standing up motion, as shown in FIG. 195, all the links, that is, the legs and the body, capable of leaving the floor are lifted up, and the standing up motion is started. Here, the upper body rises up as shown in FIGS. 196 to 197 by driving the pitch axis actuators of the hip joint and / or the trunk. Then, the hip joint pitch A 12 of the right leg is driven to lift the right leg, and the knee joint actuator A 14 is driven to bend the right leg to land the sole of the foot. Next, the hip joint pitch axis A 12 of the leg is driven to lift the right leg, and the knee joint actuator A 14 is driven to bend the left leg to land the sole of the foot. In this way, by gradually approaching the sole to the hip joint pitch axis 12 side, which is the body-centered position, as shown in FIG. 198, it is possible to form a ground contact polygon that is narrower than the original posture on the floor. .

【0313】転倒動作と連続して起き上がり動作を行な
う場合、図23〜図38、及び図39〜図55を参照し
ながら説明した例に比べて、より小さい接地多角形を少
ないステップで形成することができる。すなわち、この
実施形態によればより効率的に狭い接地多角形を形成す
ることができる、起き上がり動作が高速化されるという
点を充分理解されたい。
When the rising motion is performed continuously with the falling motion, a smaller ground contact polygon should be formed in a smaller number of steps as compared with the examples described with reference to FIGS. 23 to 38 and 39 to 55. You can That is, it should be fully understood that according to this embodiment, a narrow grounding polygon can be formed more efficiently, and the rising operation is accelerated.

【0314】[追補]以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。
[Supplement] The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiments without departing from the scope of the present invention.

【0315】本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と
称される製品には限定されない。すなわち、電気的若し
くは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行
なう機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の
産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用
することができる。
The subject matter of the present invention is not necessarily limited to products called “robots”. In other words, the present invention similarly applies to a mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electrical or magnetic action, even if the product belongs to another industrial field such as a toy. Can be applied.

【0316】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、
冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきであ
る。
In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in this specification should not be construed in a limited manner. To determine the gist of the present invention,
The claims section mentioned at the beginning should be taken into consideration.

【0317】[0317]

【発明の効果】本発明によれば、転倒・落下の途上にお
ける脚部だけでなく胴体及び腕部を含め機体全体の運動
制御によりロボットが被る損害を限りなく軽減すること
ができる、優れた脚式移動ロボット及び脚式移動ロボッ
トの転倒時動作制御方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to reduce damage to a robot to an unlimited extent by controlling the movement of the entire body including not only the legs but also the torso and arms when falling or falling. It is possible to provide a motion control method for a fall type mobile robot and a leg type mobile robot during a fall.

【0318】また、本発明によれば、仰向けやうつ伏せ
などの床上姿勢から自律的に立ち姿勢を回復することが
できる、優れた脚式移動ロボットの動作制御装置及び動
作制御方法、並びにロボット装置を提供することができ
る。
Further, according to the present invention, an excellent legged mobile robot operation control apparatus and operation control method and a robot apparatus capable of autonomously recovering a standing posture from a posture on the floor such as a supine or prone position are provided. Can be provided.

【0319】また、本発明によれば、比較的少ないトル
クで安定した動作により仰向けやうつ伏せなどの床上姿
勢から立ち姿勢を回復することができる、優れた脚式移
動ロボットの動作制御装置及び動作制御方法、並びにロ
ボット装置を提供するができる。
Further, according to the present invention, an excellent legged mobile robot operation control device and operation control capable of recovering a standing posture from a floor posture such as a supine or prone position by a stable operation with a relatively small torque. Methods and robotic devices can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直
立している様子を前方から眺望した様子を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a legged mobile robot used for implementing the present invention is upright as viewed from the front.

【図2】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直
立している様子を後方から眺望した様子を示した図であ
る。
FIG. 2 is a view showing a state in which a legged mobile robot used for implementing the present invention is upright, as viewed from the rear.

【図3】脚式移動ロボットが具備する関節自由度構成を
模式的に示した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a joint degree of freedom configuration of a legged mobile robot.

【図4】脚式移動ロボット100の制御システム構成を
模式的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a control system configuration of the legged mobile robot 100.

【図5】脚式移動ロボット100の運動系が持つ基本状
態遷移を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing basic state transitions of the motion system of the legged mobile robot 100.

【図6】脚式移動ロボット100の基本仰向け姿勢を示
した図である。
6 is a diagram showing a basic supine posture of the legged mobile robot 100. FIG.

【図7】脚式移動ロボット100の基本うつ伏せ姿勢を
示した図である。
7 is a diagram showing a basic prone posture of the legged mobile robot 100. FIG.

【図8】脚式移動ロボット100の基本立ち姿勢を示し
た図である。
8 is a diagram showing a basic standing posture of the legged mobile robot 100. FIG.

【図9】脚式移動ロボット100の基本歩行姿勢を示し
た図である。
9 is a diagram showing a basic walking posture of the legged mobile robot 100. FIG.

【図10】脚式移動ロボット100の多質点近似モデル
を示した図である。
10 is a diagram showing a multi-mass point approximation model of the legged mobile robot 100. FIG.

【図11】多質点モデルの腰部周辺の拡大図を示した図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an enlarged view around the waist of the multi-mass model.

【図12】脚式移動ロボット100において安定歩行可
能な機体運動を生成するための処理手順を示したフロー
チャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure for generating a body movement capable of stable walking in the legged mobile robot 100.

【図13】脚式移動ロボット100における脚式作業中
の機体の動作制御の概略的な処理手順を示したフローチ
ャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing a schematic processing procedure of motion control of a machine body during legged work in the legged mobile robot 100.

【図14】機体の転倒時に支持面積を維持する原理を説
明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of maintaining a support area when the machine body falls.

【図15】機体の床面落下時における支持多角形が最大
となる原理を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of maximizing the supporting polygon when the airframe falls on the floor.

【図16】脚式移動ロボット100が後方すなわち仰向
け姿勢に向かって転倒する場合に、転倒時の支持面積を
維持する動作を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining an operation of maintaining a supporting area at the time of a fall when the legged mobile robot 100 falls backward, that is, toward the back posture.

【図17】脚式移動ロボット100が後方すなわち仰向
け姿勢に向かって転倒する場合に、転倒時の支持面積を
維持する動作を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining an operation of maintaining a supporting area at the time of a fall when the legged mobile robot 100 falls backward, that is, in a supine posture.

【図18】脚式移動ロボット100が前方すなわちうつ
伏せ姿勢に向かって転倒する場合に、転倒時の支持面積
を維持する動作を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining an operation of maintaining a supporting area at the time of a fall when the legged mobile robot 100 falls forward, that is, in a prone posture.

【図19】脚式移動ロボット100が前方すなわちうつ
伏せ姿勢に向かって転倒する場合に、転倒時の支持面積
を維持する動作を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining an operation of maintaining a supporting area at the time of a fall when the legged mobile robot 100 falls forward, that is, in a prone posture.

【図20】本実施形態に係る脚式移動ロボット100が
足部の計画不能のために転倒動作を行なうための処理手
順を示したフローチャートである。
FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure for the legged mobile robot 100 according to the present embodiment to perform a fall motion due to unplanned feet.

【図21】脚式移動ロボット100が肩関節ピッチ軸
4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ軸12、膝関節ピッ
チ軸14などの高さ方向に連結された略平行な複数の関
節軸からなるリンク構造体としてモデル化して、各関節
ピッチ軸を同期強調的に駆動させて仰向け姿勢に向かっ
て転倒していく動作を示した図である。
FIG. 21 shows a legged mobile robot 100 including a plurality of substantially parallel joint axes connected in the height direction, such as a shoulder joint pitch axis 4, a trunk pitch axis 9, a hip joint pitch axis 12, and a knee joint pitch axis 14. It is a figure which modeled as a link structure and showed the operation which drives each joint pitch axis synchronously and emphasizes, and falls toward the posture of the back.

【図22】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 22 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図23】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 23 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図24】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 24 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図25】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 25 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図26】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 26 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図27】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 27 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図28】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 28 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図29】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 29 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図30】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 30 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図31】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 31 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図32】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 32 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図33】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 33 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図34】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 34 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図35】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 35 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図36】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 36 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図37】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 37 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図38】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 38 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図39】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 39 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図40】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 40 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図41】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 41 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図42】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
42 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture. FIG.

【図43】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
43 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture. FIG.

【図44】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 44 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図45】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 45 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図46】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 46 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図47】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 47 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図48】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 48 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図49】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 49 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図50】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 50 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図51】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 51 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図52】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 52 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図53】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 53 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図54】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 54 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図55】脚式移動ロボット100が立位姿勢から仰向
け姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 55 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a supine posture.

【図56】脚式移動ロボット100が肩関節ピッチ軸
4、体幹ピッチ軸9、股関節ピッチ軸12、膝関節ピッ
チ軸14などの高さ方向に連結された略平行な複数の関
節軸からなるリンク構造体としてモデル化して、各関節
ピッチ軸を同期強調的に駆動させてうつ伏せ姿勢に向か
って転倒していく動作を示した図である。
FIG. 56 shows a legged mobile robot 100 including a plurality of substantially parallel joint axes such as a shoulder joint pitch axis 4, a trunk pitch axis 9, a hip joint pitch axis 12, and a knee joint pitch axis 14, which are connected in the height direction. It is a figure which modeled as a link structure, and showed the operation which falls down toward a prone posture by driving each joint pitch axis in synchronous emphasis.

【図57】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 57 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図58】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 58 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図59】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 59 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図60】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 60 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図61】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 61 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図62】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 62 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図63】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 63 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図64】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 64 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図65】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 65 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図66】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
66 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture. FIG.

【図67】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 67 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図68】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
68 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture. FIG.

【図69】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 69 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図70】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 70 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図71】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 71 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図72】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 72 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図73】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した側面図である。
FIG. 73 is a side view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図74】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 74 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図75】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 75 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図76】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 76 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図77】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
77 is a perspective view showing the legged mobile robot 100 falling from a standing posture to a prone posture. FIG.

【図78】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 78 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図79】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 79 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図80】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 80 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図81】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 81 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図82】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 82 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図83】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 83 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図84】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 84 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図85】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 85 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図86】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 86 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図87】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 87 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図88】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 88 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図89】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 89 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図90】脚式移動ロボット100が立位姿勢からうつ
伏せ姿勢に転倒していく様子を示した斜視図である。
FIG. 90 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 falls from a standing posture to a prone posture.

【図91】本発明の一実施形態に係る脚式移動ロボット
100が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピ
ッチ軸12、膝関節ピッチ軸14を同期強調的に駆動さ
せて起き上がり動作を行なうための処理手順を示したフ
ローチャートである。
[FIG. 91] A legged mobile robot 100 according to an embodiment of the present invention drives the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 in a synchronously emphasized manner to get up. 6 is a flowchart showing a processing procedure for performing.

【図92】本発明の一実施形態に係る脚式移動ロボット
100が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節ピ
ッチ軸12、膝関節ピッチ軸14を同期強調的に駆動さ
せて仰向け姿勢から起き上がり動作を行なう様子を、関
節リンク・モデルで示した図である。
92 is a supine posture in which the legged mobile robot 100 according to one embodiment of the present invention drives the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 in a synchronously emphasized manner. It is the figure which showed a mode that a standing up motion is performed from a joint link model.

【図93】体幹ピッチ軸を備えていないタイプの脚式移
動ロボットにおいて複数の関節ピッチ軸の同期駆動によ
り仰向け姿勢から起き上がり動作を行なう様子を示した
図である。
FIG. 93 is a diagram showing a manner in which a legged mobile robot of a type not provided with a trunk pitch axis performs a rising motion from a supine posture by synchronously driving a plurality of joint pitch axes.

【図94】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 94 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図95】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 95 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図96】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
96 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture. FIG.

【図97】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 97 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図98】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 98 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図99】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢か
ら起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 99 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図100】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 100 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic supine posture.

【図101】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
101 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture. FIG.

【図102】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 102 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図103】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 103 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図104】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 104 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図105】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 105 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図106】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 106 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図107】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 107 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図108】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 108 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図109】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 109 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図110】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 110 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図111】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 111 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図112】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 112 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図113】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 113 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図114】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 114 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図115】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 115 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図116】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 116 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図117】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 117 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図118】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 118 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図119】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 119 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図120】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 120 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図121】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 121 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図122】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 122 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図123】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 123 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図124】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 124 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図125】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 125 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図126】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 126 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図127】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 127 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図128】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 128 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図129】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 129 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図130】左右の手先を胴体後方で着床する一連の動
作の変形例を示した図である。
FIG. 130 is a diagram showing a modified example of a series of operations for landing the left and right hands on the rear side of the body.

【図131】左右の手先を胴体後方で着床する一連の動
作の変形例を示した図である。
FIG. 131 is a diagram showing a modified example of a series of operations for landing the left and right hands behind the body.

【図132】図130及び図131に示した腕の動作を
説明するための図である。
132 is a diagram for explaining the operation of the arm shown in FIGS. 130 and 131; FIG.

【図133】図92に示した脚式移動ロボットをリンク
構造体に置き換えて一般化して示した図である。
FIG. 133 is a diagram showing the legged mobile robot shown in FIG. 92 by replacing it with a link structure and generalizing it.

【図134】本発明の一実施形態に係る脚式移動ロボッ
ト100が肩関節ピッチ軸4、体幹ピッチ軸9、股関節
ピッチ軸12、膝関節ピッチ軸14を同期強調的に駆動
させてうつ伏せ姿勢から起き上がり動作を行なう様子
を、関節リンク・モデルで示した図である。
FIG. 134 is a prone posture in which the legged mobile robot 100 according to one embodiment of the present invention drives the shoulder joint pitch axis 4, the trunk pitch axis 9, the hip joint pitch axis 12, and the knee joint pitch axis 14 in a synchronously emphasized manner. It is the figure which showed a mode that a standing up motion is performed from a joint link model.

【図135】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 135 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図136】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 136 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図137】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 137 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図138】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 138 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図139】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 139 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図140】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 140 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図141】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 141 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図142】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 142 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図143】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 143 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from the basic supine posture.

【図144】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 144 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図145】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 145 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図146】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 146 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図147】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 147 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図148】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 148 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図149】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 149 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図150】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 150 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図151】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 151 is a side view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic supine posture.

【図152】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 152 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図153】脚式移動ロボット100が基本仰向け姿勢
から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 153 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from the basic supine posture.

【図154】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 154 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図155】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 155 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図156】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 156 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図157】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 157 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図158】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 158 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図159】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 159 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図160】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 160 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図161】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 161 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図162】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
162 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position. FIG.

【図163】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 163 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図164】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 164 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図165】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 165 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図166】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 166 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図167】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 167 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図168】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 168 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図169】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 169 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図170】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 170 is a perspective view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position.

【図171】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 171 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図172】脚式移動ロボット100が基本うつ伏せ姿
勢から起き上がる様子を示した斜視図である。
FIG. 172 is a perspective view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position.

【図173】支持多角形が充分狭くなったかどうかを判
断するための処理手順を示したフローチャートである。
FIG. 173 is a flowchart showing a processing procedure for determining whether or not the supporting polygon has become sufficiently narrow.

【図174】手部や足部の踏み替え動作と引き摺り動作
を利用した起き上がりオペレーションを示したフローチ
ャートである。
[FIG. 174] FIG. 174 is a flowchart showing a stand-up operation using a stepping operation of a hand or a foot and a dragging operation.

【図175】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
[FIG. 175] FIG. 175 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図176】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 176 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone posture while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図177】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 177 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone posture while utilizing a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図178】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
[FIG. 178] FIG. 178 is a side view showing how the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position while utilizing a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図179】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 179 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図180】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 180 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図181】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 181 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図182】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 182 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone posture while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図183】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 183 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone posture while utilizing a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図184】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
184] FIG. 184 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot. [FIG.

【図185】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 185 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while utilizing a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図186】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 186 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone position while utilizing a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図187】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 187 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図188】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 188 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone posture while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図189】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 189 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図190】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 190 is a side view showing a state in which the legged mobile robot 100 gets up from a basic prone posture while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or a foot.

【図191】脚式移動ロボット100が手部や足部の踏
み替え動作と引き摺り動作を利用しながら基本うつ伏せ
姿勢から起き上がる様子を示した側面図である。
FIG. 191 is a side view showing a state where the legged mobile robot 100 stands up from a basic prone position while using a stepping operation and a dragging operation of a hand or foot.

【図192】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
192] FIG. 192 is a diagram showing a series of operations of the machine body in a case where the user continues to get up after the falling operation.

【図193】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
FIG. 193 is a diagram showing a series of operations of the aircraft in the case where the user keeps rising up continuously with the overturning operation.

【図194】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
194] FIG. 194 is a diagram showing a series of operations of the machine body in the case where the operator keeps rising up continuously with the falling operation.

【図195】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
195] FIG. 195 is a diagram showing a series of operations of the aircraft in the case where the user keeps rising up continuously with the overturning operation.

【図196】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
196] FIG. 196 is a diagram showing a series of operations of the machine body when the user continues to get up and to fall up.

【図197】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
FIG. 197 is a diagram showing a series of operations of the aircraft in the case where the user continues to get up after the falling operation.

【図198】転倒動作と連続して起き上がり行なう場合
における機体の一連の動作を示した図である。
FIG. 198 is a diagram showing a series of operations of the aircraft in a case where the user keeps rising up continuously with the overturning operation.

【図199】最も小さい支持多角形に関与しないリンク
数が最大となるリンクとその部位を探索するための処理
手順を示したフローチャートである。
FIG. 199 is a flowchart showing a processing procedure for searching for a link having the largest number of links not involved in the smallest supporting polygon and its portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…首関節ヨー軸 2A…第1の首関節ピッチ軸 2B…第2の首関節(頭)ピッチ軸 3…首関節ロール軸 4…肩関節ピッチ軸 5…肩関節ロール軸 6…上腕ヨー軸 7…肘関節ピッチ軸 8…手首関節ヨー軸 9…体幹ピッチ軸 10…体幹ロール軸 11…股関節ヨー軸 12…股関節ピッチ軸 13…股関節ロール軸 14…膝関節ピッチ軸 15…足首関節ピッチ軸 16…足首関節ロール軸 30…頭部ユニット,40…体幹部ユニット 50…腕部ユニット,51…上腕ユニット 52…肘関節ユニット,53…前腕ユニット 60…脚部ユニット,61…大腿部ユニット 62…膝関節ユニット,63…脛部ユニット 80…制御ユニット,81…主制御部 82…周辺回路 91,92…接地確認センサ 93,94…加速度センサ 95…姿勢センサ 96…加速度センサ 100…脚式移動ロボット 1 ... Neck joint yaw axis 2A ... 1st neck joint pitch axis 2B ... Second neck joint (head) pitch axis 3 ... Neck joint roll axis 4 ... Shoulder joint pitch axis 5 ... Shoulder joint roll axis 6 ... Upper arm yaw axis 7 ... Elbow joint pitch axis 8 ... Wrist joint yaw axis 9 ... Trunk pitch axis 10 ... Trunk roll axis 11 ... Hip joint yaw axis 12 ... Hip joint pitch axis 13 ... Hip roll axis 14 ... Knee joint pitch axis 15 ... Ankle joint pitch axis 16 ... Ankle joint roll axis 30 ... Head unit, 40 ... Trunk unit 50 ... Arm unit, 51 ... Upper arm unit 52 ... Elbow joint unit, 53 ... Forearm unit 60 ... Leg unit, 61 ... Thigh unit 62 ... knee joint unit, 63 ... shin unit 80 ... Control unit, 81 ... Main control unit 82 ... Peripheral circuit 91, 92 ... Grounding confirmation sensor 93, 94 ... Acceleration sensor 95 ... Attitude sensor 96 ... Acceleration sensor 100 ... Legged mobile robot

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // G05B 11/36 G05B 11/36 F (72)発明者 宮本 敦史 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開2000−61872(JP,A) 特開2001−150370(JP,A) 特開 平10−202562(JP,A) 特開 平11−48170(JP,A) 特開 平5−305583(JP,A) 特開2001−277158(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 5/00 B25J 13/08 G05D 1/08 G05B 11/36 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI // G05B 11/36 G05B 11/36 F (72) Inventor Atsushi Miyamoto 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Incorporated (56) Reference JP 2000-61872 (JP, A) JP 2001-150370 (JP, A) JP 10-202562 (JP, A) JP 11-48170 (JP, A) JP-A-5-305583 (JP, A) JP-A-2001-277158 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B25J 5/00 B25J 13/08 G05D 1/08 G05B 11/36

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部及
び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット装
置において、 前記移動ロボット装置の前記脚部及び前記腕部を制御す
る制御手段と、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成される支持
多角形の面積を算出する手段と、 前記支持多角形の面積に基づいて、衝撃力又は衝撃モー
メントが軽減され、又は負荷が軽減されるように部位が
着床する前記移動ロボット装置の動作を決定する手段と
を備え、 前記制御手段は、前記決定された動作に基いて、前記移
動ロボット装置の脚部又は前記腕部を制御する、 ことを特徴とする移動ロボット装置。
1. A mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk and an arm connected to the trunk, wherein the leg and the arm of the mobile robot are controlled. Control means, means for calculating the area of the supporting polygon formed by the grounding point of the mobile robot device and the road surface, and based on the area of the supporting polygon, the impact force or impact moment is reduced or the load is reduced. And a means for deciding an operation of the mobile robot apparatus in which a part is landed so as to be reduced, the control means, based on the decided operation, the leg portion or the arm portion of the mobile robot apparatus. A mobile robot device characterized by controlling.
【請求項2】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部及
び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット装
置において、 前記移動ロボット装置の前記脚部及び前記腕部を制御す
る制御手段と、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出する手
段と、 前記支持多角形の面積の変化速度に基づいて、衝撃力又
は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が軽減されるよ
うに部位が着床する前記移動ロボット装置の動作を決定
する手段とを備え、 前記制御手段は、前記決定された動作に基いて、前記移
動ロボット装置の脚部又は前記腕部を制御する、 ことを特徴とする移動ロボット装置。
2. A mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, wherein the leg and the arm of the mobile robot are controlled. Control means, means for calculating a change in the area of the supporting polygon over time, and an impact force or an impact moment is reduced or a load is reduced based on the changing speed of the area of the supporting polygon. And a means for deciding an operation of the mobile robot apparatus on which the site is landed, wherein the control means controls the leg portion or the arm portion of the mobile robot apparatus based on the decided movement. A mobile robot device characterized by.
【請求項3】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部及
び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット装
置であって、 前記移動ロボット装置の前記脚部及び前記腕部を制御す
る制御手段と、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成される支持
多角形の面積を算出する第1の手段と、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出する第
2の手段と、 前記支持多角形の面積及び前記面積の変化速度に基づい
て、衝撃力又は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が
軽減されるように部位が着床する前記移動ロボット装置
の動作を決定する第3の手段とを備え、 前記制御手段は、前記決定された動作に基いて、前記移
動ロボット装置の脚部又は前記腕部を制御する、 ことを特徴とする移動ロボット装置。
3. A mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, wherein the leg and the arm of the mobile robot are connected to each other. Control means for controlling; first means for calculating an area of a supporting polygon formed by a grounding point of the mobile robot device and a road surface; and second means for calculating a change in the area of the supporting polygon over time. And means for deciding the operation of the mobile robot apparatus on which the part is landed so that the impact force or the impact moment is reduced or the load is reduced based on the area of the supporting polygon and the changing speed of the area. A mobile robot apparatus comprising: a third means, wherein the control means controls a leg portion or an arm portion of the mobile robot apparatus based on the determined motion.
【請求項4】前記第3の手段は、転倒時において、 前記移動ロボット装置の接地点と路面の形成する支持多
角形の面積の時間当たりの変化が最小となり又は該変化
量が低下するように、前記移動ロボット装置の床面に着
床する目標着床点を設定する目標着床点設定手段を備
え、 前記制御手段は、前記設定された目標着床点を着床させ
るように前記移動ロボット装置を制御する、 ことを特徴とする請求項3に記載の移動ロボット装置。
4. The third means is configured such that, at the time of tipping over, the change in the area of the support polygon formed by the ground contact point of the mobile robot device and the road surface per hour is minimized or the change amount is reduced. And a target landing point setting unit that sets a target landing point for landing on the floor surface of the mobile robot apparatus, wherein the control unit causes the mobile robot to land the set target landing point. The mobile robot apparatus according to claim 3, wherein the mobile robot apparatus controls the apparatus.
【請求項5】前記第3の手段は、転倒時において、 前記移動ロボット装置の接地点と路面の形成する支持多
角形の面積の時間当たりの変化に基づいて、床面に前記
移動ロボット装置が着床する着床部位を探索する着床部
位探索手段と、 前記移動ロボット装置の接地点と路面の形成する支持多
角形の面積の時間当たりの変化が最小となり又は変化量
が低下するように、前記着床部位探索手段により選択さ
れた部位における床面に着床する目標着床点を設定する
目標着床点設定手段を備え、 前記制御手段は、前記設定された目標着床点を着床させ
るように前記移動ロボット装置を制御する、 ことを特徴とする請求項3に記載の移動ロボット装置。
5. The third means is characterized in that, at the time of a fall, the mobile robot device is placed on the floor based on the change in the area of the supporting polygon formed by the ground contact point and the road surface of the mobile robot device per hour. A landing site searching means for searching a landing site to land on, so that the change per hour of the area of the support polygon formed by the grounding point and the road surface of the mobile robot device is minimized or the amount of change is reduced, A target landing point setting unit for setting a target landing point for landing on the floor surface in the site selected by the landing site searching unit; and the control unit landing the set target landing point. The mobile robot apparatus according to claim 3, wherein the mobile robot apparatus is controlled so as to cause the mobile robot apparatus to operate.
【請求項6】前記移動ロボット装置の前記目標着床点を
着床させることで、新たに形成された支持多角形をさら
に拡大するように着床部位を移動させる支持多角形拡大
手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項5に記載
の移動ロボット装置。
6. A support polygon enlarging means for moving a landing portion so as to further expand a newly formed support polygon by landing the target landing point of the mobile robot device. The mobile robot apparatus according to claim 5, wherein:
【請求項7】前記移動ロボット装置の位置エネルギが最
小又は転倒動作が終了するまでの間、前記着床部位探索
手段及び目標着床点設定手段による部位の着床動作、又
は、前記支持多角形拡大手段による支持多角形の拡大動
作を繰り返し行なう、 ことを特徴とする請求項6に記載の移動ロボット装置。
7. The landing operation of the part by the landing part searching means and the target landing point setting means, or the supporting polygon until the potential energy of the mobile robot device is minimum or the tipping motion is completed. The mobile robot apparatus according to claim 6, wherein the enlarging operation of the supporting polygon is repeatedly performed by the enlarging means.
【請求項8】前記移動ロボット装置は複数のリンクを長
さ方向に連結したリンク構造体からなり、 前記目標着床点設定手段は、離床することができる離床
リンクの数を最大にする目標着床点を設定する、 ことを特徴とする請求項4に記載の移動ロボット装置。
8. The mobile robot apparatus comprises a link structure in which a plurality of links are connected in a lengthwise direction, and the target landing point setting means maximizes the number of landing links that can leave the floor. The mobile robot apparatus according to claim 4, wherein a floor point is set.
【請求項9】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部及
び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット装
置の制御方法であって、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成され前記移
動ロボット装置の支持多角形の面積を算出するステップ
と、 前記支持多角形の面積に基づいて、衝撃力又は衝撃モー
メントが軽減され、又は負荷が軽減されるように部位が
着床する前記移動ロボット装置の動作を決定するステッ
プと、を具備することを特徴とする移動ロボット装置の
制御方法。
9. A method for controlling a mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, the method comprising: a ground point and a road surface of the mobile robot. Calculating the area of the supporting polygon of the mobile robot device formed, and landing the part such that the impact force or the impact moment is reduced or the load is reduced based on the area of the supporting polygon. A step of determining an operation of the mobile robot apparatus, the control method of the mobile robot apparatus.
【請求項10】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部
及び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット
装置の制御方法であって、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出するス
テップと、 前記支持多角形の面積の変化速度に基づいて、衝撃力又
は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が軽減されるよ
うに部位が着床する前記移動ロボット装置の動作を決定
するステップと、 を具備することを特徴とする移動ロボット装置の制御方
法。
10. A method of controlling a mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, the method comprising: Calculating a change, and determining an operation of the mobile robot apparatus in which a site is landed so that an impact force or an impact moment is reduced or a load is reduced based on a change speed of the area of the supporting polygon. A method of controlling a mobile robot apparatus, comprising:
【請求項11】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部
及び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット
装置の制御方法であって、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成され前記移
動ロボット装置の支持多角形の面積を算出する第1のス
テップと、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出する第
2のステップと、 前記支持多角形の面積及びその変化速度に基づいて、衝
撃力又は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が軽減さ
れるように部位が着床する前記移動ロボット装置の動作
を決定する第3のステップと、 を具備することを特徴とする移動ロボット装置の制御方
法。
11. A method for controlling a mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, the method comprising: a ground point and a road surface of the mobile robot. A first step of calculating the area of the formed supporting polygon of the mobile robot apparatus; a second step of calculating the change of the area of the supporting polygon over time; and an area of the supporting polygon and its change. A third step of determining an operation of the mobile robot apparatus on which the part is landed so that the impact force or the impact moment is reduced or the load is reduced based on the speed; Control method for mobile robot device.
【請求項12】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部
及び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット
装置の運動パターン生成方法であって、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成される支持
多角形の面積を算出する第1のステップと、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出する第
2のステップと、 前記支持多角形の面積及びその変化速度に基づいて、衝
撃力又は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が軽減さ
れるように部位が着床する前記移動ロボット装置の動作
を決定する第3のステップと、 により運動パターンを得る、 ことを特徴とする移動ロボット装置の運動パターン生成
方法。
12. A method for generating a motion pattern of a mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, the method comprising: a ground point of the mobile robot. The first step of calculating the area of the supporting polygon formed on the road surface, the second step of calculating the change in the area of the supporting polygon over time, and the area of the supporting polygon and the changing speed thereof. Based on the third step, the motion pattern is obtained by the third step of determining the operation of the mobile robot apparatus in which the site is landed so that the impact force or the impact moment is reduced or the load is reduced. Method for generating motion pattern of mobile robot device.
【請求項13】体幹部と、前記体幹部に接続される脚部
及び前記体幹部に接続される腕部を有する移動ロボット
装置の動作を制御するための運動制御プログラムであっ
て、 前記移動ロボット装置の接地点と路面で形成される支持
多角形の面積を算出する第1のステップと、 前記支持多角形の面積の時間当たりの変化を算出する第
2のステップと、 前記支持多角形の面積及びその変化速度に基づいて、衝
撃力又は衝撃モーメントが軽減され、又は負荷が軽減さ
れるように部位が着床する前記移動ロボット装置の動作
を決定する第3のステップと、 により生成されたことを特徴とする移動ロボット装置の
運動制御プログラム。
13. A motion control program for controlling an operation of a mobile robot apparatus having a trunk, a leg connected to the trunk, and an arm connected to the trunk, the mobile robot comprising: A first step of calculating an area of a supporting polygon formed by a ground point of the device and a road surface, a second step of calculating a change of the area of the supporting polygon over time, and an area of the supporting polygon And a third step of determining an operation of the mobile robot apparatus on which the part is to be landed so that the impact force or the impact moment is reduced or the load is reduced based on the change speed thereof. A motion control program for a mobile robot device characterized by:
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