JP3628826B2 - 脚式移動ロボットの遠隔制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットの遠隔制御システムに関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二足歩行型ロボット等、脚式移動ロボットにあっては、オペレータがシートに座ってジョイスティック等を備えたロボット操縦装置を操作することで、ロボットに所望の動作指令（歩く、止まる、かがむ、物品を持つ等の動作指令）を与え、その動作指令によって、該ロボットの動作を遠隔制御するようにしたシステムが一般に知られている。そして、このような遠隔制御システムでは、ロボット自身が与えられた動作指令に基づいて、自己の目標姿勢等を決定して姿勢制御を行い、さらに、例えばオペレータの誤操作等によって、該ロボットの姿勢が必要以上に傾いて転倒してしまうような事態が生じるのを防止するために、該ロボット自身に、その姿勢を安定化する機能をもたせたものも知られている。
【０００３】
このようなシステムでは、上記のようにロボット自身に自己の姿勢を安定化する機能をもたせることで、基本的には該ロボットの姿勢が安定に保たれるのであるが、該ロボットに重い物品を持たせる場合や、該ロボットが何らかの物体に当たって、予期しない外力が該ロボットに付与された場合には、ロボットの姿勢が不安定となって転倒しそうになるのを避けられないことも多々ある。
【０００４】
このため、従来の前述のような遠隔制御システムでは、上記のようにロボットが予期しない外力等により不安定な姿勢となる事態が生じた場合には、そのことをオペレータに的確に認識させ、該オペレータが速やかにロボットの姿勢を修正する等の処置を施すことができる手法を講じることが望まれていた。
【０００５】
尚、例えばオペレータが、ロボット操縦装置としてのマスター装置を装着して、該マスター装置によりオペレータの動作をスレーブ装置としてのロボットに伝えると共に、ロボットの動作もオペレータ側のマスター装置に伝え、所謂バイラテラルマスタースレーブ方式の制御によって、オペレータの動作とロボットの動作とが同じになるように制御する遠隔制御システムも知られている。しかしながら、このようなバイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、オペレータの動作とロボットの動作とが同じになるように制御することを基本的前提とするため、ロボット自身に自己の姿勢の安定性を保たせる機能をもたせることは行われていない。そして、該バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、ロボットの姿勢変化はオペレータに伝わるものの、その姿勢変化がロボットの不安定さを招くものであっても、オペレータ自身にとって安定なものであれば、ロボットの姿勢の不安定さを的確に認識することができない場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、ロボット自身が自己の姿勢を安定化しつつオペレータのロボット操縦装置の操作による動作指令によって動作する脚式移動ロボットにおいて、該ロボットへの予期しない外力等による該ロボットの姿勢の不安定さが生じた場合に、それを的確且つ確実にオペレータに認識させることができる脚式移動ロボットの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムはかかる目的を達成するために、シートに着座したオペレータの操作に応じて脚式移動ロボットの上体姿勢指令を含む動作指令を決定し、その決定した動作指令を該ロボットに与えるロボット操縦装置を備えると共に、前記脚式移動ロボットに、前記動作指令に応じて該ロボットの基本の目標歩容を生成する手段と、該ロボットの上体姿勢を検出する姿勢検出手段と、該ロボットの姿勢を安定化するために、前記基本の目標歩容における該ロボットの上体の目標姿勢と前記姿勢検出手段による上体姿勢の検出値との偏差に応じて、該上体の目標姿勢を含む前記基本の目標歩容を修正しつつ、その修正後の目標歩容に応じて該ロボットの動作を制御する手段とを備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムであって、少なくとも前記シートの背もたれ部又は座部を傾動可能に設け、前記姿勢検出手段による前記ロボットの上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位に応じて前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行なわしめる傾動手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
かかる本発明によれば、オペレータが前記シートに着座して、前記ロボット操縦装置により前記脚式移動ロボットの動作を遠隔制御している際に、該ロボットに予期しない外力等が作用して、前記姿勢検出手段によって検出される該ロボットの上体姿勢が、ロボットの前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対して偏位を生じると、それに応じて前記シートの背もたれ部又は座部が前記傾動手段によって傾動される。このため、この傾動によって、オペレータは、ロボットの姿勢の不安定さを直ちに体感的に認識し、これにより、オペレータはロボットの姿勢の不安定さを解消するように前記ロボット操縦装置を操作することができる。
【０００９】
従って、本発明によれば、ロボットへの予期しない外力等による該ロボットの姿勢の不安定さが生じた場合に、それを確実にオペレータに認識させることができる。
【００１０】
かかる本発明では、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の大きさに応じた量だけ、前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行わしめる。このようにすることで、ロボットの姿勢の不安定さの程度が、前記シートの背もたれ部又は座部の傾動量によって、オペレータに伝達されることとなるため、該オペレータはその背もたれ部又は座部の傾動量によって、ロボットの姿勢の不安定さの程度を認識することができ、その認識をより的確に行うことができる。
【００１１】
さらに本発明では、前記座部がその前端部が上下する方向に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記座部をその前端部が下降する方向に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記座部をその前端部が上昇する方向に傾動させる。また、前記座部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記座部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記座部を左方向に傾動させる。
【００１２】
あるいは、前記背もたれ部が前後に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記背もれ部を前方に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記背もたれ部を後方に傾動させる。また、前記背もたれ部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記背もたれ部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記背もたれ部を左方向に傾動させる。
【００１３】
このように、シートの座部や背もたれ部を、ロボットの前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きに適合した向きに傾動させることで、オペレータは、ロボットの姿勢がどの方向に不安定な状態となっているかを認識することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記座部を前述のように傾動させる場合に、前記背もたれ部に前記オペレータの上体が固定されると共に、該背もたれ部が該オペレータの上体と共に前記シートの座部に対して傾動可能に設けられ、前記ロボット操縦装置は、該背もたれ部の座部に対する傾動角に応じて前記ロボットの上体姿勢指令を決定し、その決定した上体姿勢指令を前記ロボットに与える。
【００１５】
これによれば、オペレータの上体の傾動に追従して前記ロボットの姿勢が傾き、このとき、ロボットの姿勢がその傾き方向に不安定なものとなると、その方向に適合した方向に前記座部が傾動するため、オペレータはロボットと一体感をもって、該ロボットの不安定さを効果的に認識することができる。
【００１６】
このように背もたれ部の座部に対する傾動角に応じて前記ロボットの上体姿勢指令を決定し、その決定した上体姿勢指令を前記ロボットに与える場合、前記座部の傾動による前記オペレータの上体姿勢の変化に伴う前記背もたれ部の該座部に対する傾動角の変化を抑制する手段を備えることが好ましい。すなわち、座部が傾動したとき、オペレータの上体姿勢がオペレータの意図に反して変化してしまう場合があり、このとき、該オペレータの上体と共に前記背もたれ部が座部に対して傾動すると、オペレータの意図に反したロボットの上体の傾動動作が行われてしまう。そこで、前記座部の傾動による前記オペレータの上体姿勢の変化に伴う前記背もたれ部の該座部に対する傾動角の変化を抑制する手段を備えることで上記のような不都合事態を回避することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００１９】
まず、図１及び図２はそれぞれ本実施形態のシステムにおけるロボットと、このロボットの操縦装置とを示している。
【００２０】
図１を参照して、本実施形態でのロボットＲは二足歩行型の脚式移動ロボットであり、頭部１を上端部に支持する胴体２下部から一対の脚体３（図では便宜上、一本の脚体３のみを示す）が下方に延設され、また、胴体２上部の左右両側部から一対の腕体４（図では便宜上、一本の腕体４のみを示す）が延設されている。
【００２１】
各脚体３は、その胴体２との連結箇所（股関節部分）と膝関節部分と足首関節部分とにそれぞれ股関節アクチュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及び足首関節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関節アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６を介して脚体３の接地部分である足平部７が取着されている。この場合、本実施形態では、股関節アクチュエータ５ａはロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、膝関節アクチュエータ５ｂは、左右方向の１軸回りの回転動作、足首関節アクチュエータ５ｃは前後及び左右方向の２軸回りの回転動作を行うものであり、これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動することで、人間の脚とほぼ同様の脚体３の動作を行うことができるようになっている。尚、前記６軸力センサ６は、足平部７への作用力（ロボットＲの前後、左右及び上下の３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するものである。
【００２２】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（肩関節部分）と肘関節部分と手首関節部分とにそれぞれ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節アクチュエータ８ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを備え、該手首関節アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９を介してハンド１０が取着されている。この場合、肩関節アクチュエータ８ａは、ロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、肘関節アクチュエータ８ｂは、ロボットＲの左右方向の１軸回りの回転動作、手首関節アクチュエータ８ｃは前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作を行うものである。
【００２３】
また、胴体２には、前述の各アクチュエータ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動・制御する制御ユニット１１や、ロボットＲの上体姿勢を示す胴体２の傾斜状態を検出する傾斜検出器１２（姿勢検出手段）が備えられている（これらの詳細は後述する）。さらに、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの箇所にはそれらの変位（各軸回りの回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃが備えられ、同様に、各腕体４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇所にもアクチュエータ変位検出器（図示を省略する）が備えられている。以下、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚用アクチュエータ５と総称し、また、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃをアクチュエータ変位検出器１３と総称する。
【００２４】
図２を参照して、ロボット操縦装置Ｓは、同図に仮想線で示すオペレータＯＰが着座するシート１４と、このシート１４を支持する基台１５とを備え、また本実施形態では、ロボットＲの各脚体３をマスタースレーブ方式で動作させるためにオペレータＯＰがその脚に装備する一対のマスター脚体１６（図では便宜上、一本のマスター脚体３のみを示す）を備えている。尚、本実施形態では、さらにロボットＲの各腕体４をマスタースレーブ方式で動作させるためのマスター腕体を備えているのであるが、これについては、ここでは図示及び説明を省略する。
【００２５】
シート１４は、略水平姿勢で配置されたシート座本体１７と、このシート座本体１７の後部から起立された背もたれ本体１８とを備え、背もたれ本体１８は、シート座本体１７の後部に、シート１４の左右方向の軸心１９回りに背もたれ用アクチュエータ２０により傾動可能（前後方向の傾動）に取り付けられている。そして、シート座本体１７上には、オペレータＯＰが着座する座部２１がシート座本体１７との間に座部用荷重センサ２２を介在させて取着され、また、背もたれ本体１８の前面部には、オペレータＯＰが背中を当接させる背もたれ部２３が背もたれ本体１８との間に背もたれ用荷重センサ２４を介在させて取着されている。各荷重センサ２２，２４は、シート１４に着座したオペレータＯＰから前記座部２１及び背もたれ部２３がそれぞれ受ける荷重を検出する。尚、シート１４に着座したオペレータＯＰの胴体は図示しないベルト等により背もたれ部２３と一体的に動くようにシート１４に固定される。また、前記背もたれ用アクチュエータ２０には、その変位（背もたれ部２３の傾動角）を検出するアクチュエータ変位検出器２５が備えられている。また、前記座部用荷重センサ２２は、後述の第２の実施形態で使用するものであり、本実施形態では該座部用荷重センサ２２を省略し、座部２１をシート座本体１７と一体的に構成してもよい。
【００２６】
シート１４を支持する基台１５の上部には、シート１４の前後方向の軸心２６回りに第１座部用アクチュエータ２７ａにより回動可能な回動軸体２８が設けられ、この回動軸体２８に、シート座本体１７の後部の下面部に固設されたブラケット１７ａが、シート１４の左右方向の軸心３０回りに第２座部用アクチュエータ２７ｂにより回動可能に枢着されている。これにより、シート１４の座部２１は、第１座部用アクチュエータ２７ａの作動により軸心２６を傾動中心として左右方向に傾動可能とされ、さらに、第２座部用アクチュエータ２７ｂに作動により軸心３０を傾動中心として座部２１の前端部が上下する方向に傾動可能とされている。尚、各座部用アクチュエータ２７ａ，２７ｂには、その変位（座部２１の左右方向への傾動角及び上下方向への傾動角）を検出するアクチュエータ変位検出器２８ａ，２８ｂがそれぞれ備えられている。以下、各座部用アクチュエータ２７ａ，２７ｂを必要に応じて座部用アクチュエータ２７と総称し、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器２８ａ，２８ｂを必要に応じてアクチュエータ変位検出器２８と総称する。
【００２７】
マスター脚体１６は、シート１４の座部２１に着座したオペレータＯＰが足平を載せる足平架台２９と、この足平架台２９をシート座本体１７の前部の下面部に固設されたブラケット１７ｂに連結するリンク機構状の可動脚３１とを具備し、足平架台２９は可動脚３１の先端部に６軸力センサ３２を介して取着されている。尚、足平架台２９に載せたオペレータＯＰの足平は図示しないバンド等により足平架台２９に固定される。また、６軸力センサ３２は、オペレータＯＰの足平から足平架台２９が受ける作用力（３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するものである。
【００２８】
可動脚３１は、そのつけ根部分（可動脚３１とブラケット１７ｂとの連結箇所）と、中間部分と、先端部分とにそれぞれ関節３１ａ，３１ｂ，３１ｃを備えており、その各関節３１ａ，３１ｂ，３１ｃにこれを駆動するマスター脚アクチュエータ３３が設けられている。この場合、関節３１ａのマスター脚アクチュエータ３３は、前後、左右及び上下の３軸回りの回転動作、関節３１ｂのマスター脚アクチュエータ３３は、左右方向の１軸回りの回転動作、関節３１ｃのマスター脚アクチュエータ３３は、前後及び左右方向の２軸回りの回転動作が行われるようになっている。そして、これらの各マスタ脚アクチュエータ３３の作動により、オペレータＯＰの足平の動きに合わせて足平架台２９がオペレータＯＰの足平と一体的に動く（６自由度の動き）ようになっている。尚、各マスター脚アクチュエータ３３には、その変位を検出するアクチュエータ変位検出器３４が備えられている。
【００２９】
一方、本実施形態では、前述のロボットＲやロボット操縦装置Ｓの動作制御を行うために、図３及び図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００３０】
この制御システムは、その構成を大別すると、ロボット操縦装置Ｓ側に設けた制御ユニット３５（図３）と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１（図４）と、これらの制御ユニット３５，１１間での通信を行うための通信装置３６とから構成されている。以下、制御ユニット３５をマスター側制御ユニット３５と称し、制御ユニット１１をロボット側制御ユニット１１と称する。尚、通信装置３６の通信方式は有線及び無線のいずれの方式を使用してもよい。
【００３１】
図３に示したマスター側制御ユニット３５は、シート１４の座部２１の傾動に関する制御を行う座部用制御部３７と、背もたれ部２３の傾動に関する制御を行う背もたれ用制御部３８と、マスター脚体１６の動作に関する制御を行うマスター脚用制御部３９とを具備する。尚、マスター側制御ユニット３５は、これらの制御部３７〜３９の他、図示しないマスター腕体の動作に関する制御部等も備えているのであるが、これらについては図示及び説明を省略する。
【００３２】
座部用制御部３７は、ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して与えられる後述のデータに基づき座部２１の目標姿勢（上下及び左右方向の傾動角）を決定する目標座部姿勢決定部４０と、その決定された目標姿勢から各座部用アクチュエータ２７の目標変位を算出する目標アクチュエータ変位算出部４１と、この算出された目標変位と前記各アクチュエータ変位検出器２８により検出される各座部用アクチュエータ２７の変位の検出値とから該座部用アクチュエータ２７の変位を目標変位にフィードバック制御する座部用アクチュエータ変位制御部４２とから構成されている。
【００３３】
尚、この座部用制御部３７は、各座部用アクチュエータ２７や各アクチュエータ変位検出器２８と併せて、本発明の構成に対応して、傾動手段３７’を構成するものである。
【００３４】
背もたれ用制御部３８は、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちシート１４に着座したオペレータＯＰによってその背中から背もたれ部２３に付与される荷重（軸心１９回りのモーメント）に基づき背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位（背もたれ部２３の目標傾動角）を決定する背もたれ主制御部４３と、その決定された目標傾斜角と前記アクチュエータ変位検出器２５により検出される背もたれ用アクチュエータ２０の変位の検出値（背もたれ部２３の傾斜角の検出値）とから背もたれ用アクチュエータ２０の変位を目標傾斜角相当の目標変位にフィードバック制御する背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４と、背もたれ主制御部４３により決定された背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位により定まる背もたれ部２３の姿勢からこれに対応したロボットＲの上体姿勢を決定し、それを通信装置３６を介してロボット側制御ユニット１１に指令するロボット上体姿勢決定指令部４５とから構成されている。
【００３５】
マスター脚用制御部３９は、マスター脚体１６の６軸力センサ３２の検出値、すなわちオペレータＯＰの足平動作により足平架台２９が受ける作用力とロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して与えられるロボットＲの各脚体３の動作情報（各脚体３の着地情報や、各脚体３の足平の胴体２に対する位置／姿勢情報）とに基づき、各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位を決定するマスター脚主制御部４６と、その決定された目標変位と前記アクチュエータ変位検出器３４により検出される各マスター脚アクチュエータ３３の変位の検出値とから各マスター脚アクチュエータ３３の変位を目標変位にフィードバック制御するマスター脚アクチュエータ変位制御部４７とから構成されている。尚、マスター脚主制御部４６は、オペレータＯＰによる足平架台２９の動作に応じてロボット側制御ユニット１１にロボットＲの各脚体３の足平部７の着床／離床の指令や、着床の際の足平部７の位置／姿勢の指令等の脚体動作指令を通信装置３６を介して与える。
【００３６】
また、図４に示したロボット側制御ユニット１１は、前記ロボット上体姿勢決定指令部４５から与えられる上体姿勢指令や、前記マスター脚主制御部４６から与えられる脚体動作指令、ロボットＲに備えた前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体（胴体２）の傾斜状態の検出値、各脚体３の６軸力センサ６による足平部７への作用力の検出値等に基づきロボットＲの姿勢の安定化を図りつつ各脚体３の各脚用アクチュエータ５の目標変位を決定するロボット脚主制御部４８と、その決定された目標変位と前記各アクチュエータ変位検出器１３により検出される各脚用アクチュエータ５の変位の検出値とから各脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する脚用アクチュエータ変位制御部４９とを備えている。
【００３７】
尚、ロボット脚主制御部４８は、マスター側制御ユニット３５の前記上体姿勢決定指令部４５から通信装置４５を介して与えられる上体姿勢指令等を基に生成されるロボットＲの目標歩容（これについては後述する）における上体の目標姿勢（目標傾斜状態）と前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体の傾斜状態の検出値（上体姿勢の検出値）との偏差（上体姿勢偏差）をロボットＲの上体姿勢の目標姿勢に対する偏位を示すデータとして通信装置３６を介して前記マスター側制御ユニット３５の目標座部姿勢決定部４０に与え、さらに、各脚体３の着地情報（各脚体３の足平部７が着床しているか否かを示す情報）や、各脚体３の足平部７の胴体２に対する位置／姿勢情報をロボットＲの脚体動作情報として通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５のマスター脚主制御部４６に与える。
【００３８】
また前記傾斜検出器１２は、ロボットＲの上体加速度を検出する加速度センサ５０と、ロボットＲの上体ヨーレートを検出するレートジャイロ５１と、これらの加速度センサ５０及びレートジャイロ５１の検出値からロボットＲの上体の傾斜状態（胴体２の傾斜角）を算出・推定する傾斜状態推定部５２とから構成され、該傾斜状態推定部５２により推定されたロボットＲの上体の傾斜状態を上体姿勢の検出値としてロボット脚主制御部４８に与える。
【００３９】
尚、ロボット側制御ユニット１１には、ロボットＲの腕体４を制御するための構成も備えられているのであるが、ここでは図示及び説明を省略する。
【００４０】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００４１】
まず、ロボット操縦装置Ｓの操作による該ロボット操縦装置Ｓの基本的動作とそれに応じたロボットＲの基本的動作を説明する。
【００４２】
シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの歩行を行わしめようとするときには、オペレータＯＰは、ロボットＲに行わせようとする歩行形態で、各足平架台２９に載せて固定した自身の足平を動かす。すなわち、オペレータＯＰは踏み込み側の足平を持ち上げ、次いで、該足平を着床を行おうとする位置及び姿勢に向かって下降させる動作を各脚について繰り返す。
【００４３】
このとき、マスター側制御ユニット３５のマスター脚主制御部４６は、各マスター脚体１６について所定の制御サイクルで図５のフローチャートに示す処理を行う。
【００４４】
すなわち、マスター脚主制御部４６は、まず、ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して前記脚体動作情報（着地情報、足平位置／姿勢情報）等のロボットＲの動作情報を受信した後（ＳＴＥＰ５−０）、各マスター脚体１６の動作モードを判別する（ＳＴＥＰ５−１）。ここで、動作モードは接地モードと空中モードと降下モードとがあり、接地モードは歩行時の支持脚（着床側の脚）の動作に対応するモード、空中モードは歩行時の遊脚（離床側の脚）の持ち上げ動作に対応するモード、降下モードは該遊脚を着床しようとする動作に対応するモードである。この場合、この動作モードの初期モード（ロボットＲの操縦を開始する際のモード）は接地モードとされている。
【００４５】
そして、上記の判別で動作モードが接地モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、前記ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部４８から通信装置３６から与えられるロボットＲの現在の各脚体３の足平部７の胴体２（詳しくは胴体２の腰部）に対する位置／姿勢情報に応じて、それに対応した足平架台２９の目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−２）。さらに、マスター脚主制御部４６は、前記６軸力センサ３２により上向きの作用力が検出されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−３）、上向きの作用力が検出された場合、すなわち、オペレータＯＰが足平を持ち上げた場合には、前記動作モードを空中モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−４）、後述のＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−３で上向きの作用力が検出されない場合には、そのまま後述のＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４６】
ＳＴＥＰ５−１の判別結果が空中モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、６軸力センサ３２により検出される作用力の大きさが減少する方向に現在の足平架台２９の目標位置／姿勢を変化させて、新たな目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−５）。換言すれば、足平架台２９に載せられたオペレータＯＰの足平の動きに追従させるように足平架台２９の目標位置／姿勢を決定する。そして、マスター脚主制御部４６は、足平架台２９の目標位置／姿勢の下降速度が所定の設定値を超えたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−６）、下降速度＞設定値となった場合には、動作モードを降下モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−７）、ＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−６で下降速度≦設定値である場合には、そのままＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４７】
ＳＴＥＰ５−１の判別結果が降下モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、６軸力センサ３２により検出される下向きの作用力の大きさが減少する方向に現在の足平架台２９の目標位置／姿勢を変化させて、新たな目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−８）。さらに、マスター脚主制御部４６は、現在の降下モードの足平架台２９の目標位置／姿勢と他方の足平架台２９（接地モードの足平架台２９）との相対的位置関係に基づき、降下モードの足平架台２９に対応するロボットＲの脚体３の足平部７の着床の際の位置／姿勢指令を決定し（ＳＴＥＰ５−９）、その位置／姿勢指令を通信装置３６を介してロボット脚主制御部４８に送信する（ＳＴＥＰ５−１０）。そして、マスター脚主制御部４６は、ロボットＲのロボット脚主制御部４８から降下モードの足平架台２９に対応するロボットＲの脚体３が着床した旨の情報が与えられた否かを判断し（ＳＴＥＰ５−１１）、その着床情報が与えられた場合には、動作モードを接地モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−１２）、ＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−１２で着床情報が与えられていない場合には、そのままＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４８】
次いで、マスター脚主制御部４６は、前記ＳＴＥＰ５−１３において現在の動作モードをロボットＲの足平部７の着床／離床指令として通信装置３６を介してロボット脚主制御部４８に送信した後、各足平架台２９の現在の目標位置／姿勢に対応した各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位を決定し（ＳＴＥＰ５−１４）、さらに、その目標変位をマスター脚アクチュエータ変位制御部４７に与えた後（ＳＴＥＰ５−１５）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００４９】
このようにして、マスター脚主制御部４６から各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位が与えられたマスター脚アクチュエータ変位制御部４７は、その目標変位に従って各マスター脚アクチュエータ３３をフィードバック制御する。
【００５０】
以上のようなマスター側制御ユニット３５における制御処理により、足平架台２９は支持脚側では、ロボットＲの上体（腰位置）に対する足平部７の相対的位置／姿勢に対応した位置／姿勢に制御され、また、遊脚側では、オペレータＯＰの足平の動きに合わせて足平架台２９が動く。
【００５１】
尚、本実施形態では、足平架台２９の動作モードは、前述の３種類のモードの他、図示しない操縦開始スイッチがＯＦＦ状態とされたロックモードがあり、このロックモードでは、足平架台２９は動かないように固定される。
【００５２】
また、シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの上体を前後に傾けようとする場合には、オペレータＯＰは所望の傾斜角度でシート１４の背もたれ部２３に当接させた上体を前後に傾ける。
【００５３】
このとき、マスター側制御ユニット３５の背もたれ用制御部３８は、図６のブロック線図で示す制御を行う。
【００５４】
すなわち、背もたれ用制御部３８の背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちオペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与された荷重（背もたれ部２３の傾動軸心１９回りのモーメント）と、所定のオフセット設定値との差を減算処理部５３により算出する。ここで、上記オフセット設定値は、ロボットＲの上体傾斜を行わない平衡状態において、オペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与される荷重とバランスさせるための設定値である。
【００５５】
次いで、背もたれ主制御部４３は減算処理部５３の出力を所定のゲインＫ１をもたせた積分処理部５４により積分し（積分処理部５４の「ｓ」はラプラス演算子を示す）、さらにその積分出力をリミッタ５５を通して、該積分出力の上下限を制限することで、背もたれ部２３の目標傾動角を示す背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位を求め、これを背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４に出力する。
【００５６】
そして、背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４では、上記目標変位とアクチュエータ変位検出器２５による背もたれ用アクチュエータ２０の変位検出値（背もたれ部２３の傾動角検出値）との差を減算処理部５６に算出し、これをアンプ５７により所定のゲインで増幅したものを背もたれ用アクチュエータ２０にその駆動指令として与えることで、背もたれ用アクチュエータ２０を前記目標変位にフィードバック制御する。
【００５７】
以上のような背もたれ用制御部３８の制御処理によって、オペレータＯＰの上体の前後への姿勢傾斜に応じたシート１４の背もたれ部２３の前後方向の傾動が行われる。
【００５８】
尚、背もたれ用制御部３８は、上記のように得られる背もたれ部２３の目標傾動角（背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位）からそれに応じたロボットＲの上体姿勢を上体姿勢決定指令部４５により決定し、それを通信装置３６を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００５９】
一方、前述のようなロボット操縦装置Ｓ側での動作が行われたとき、ロボットＲ側では、ロボット脚主制御部４８は、所定の制御サイクルで図７のフローチャートに示す処理を行う。
【００６０】
すなわち、ロボット脚主制御部４８は、ロボットＲに備えられた前記傾斜検出器１２や６軸力センサ６等のセンサの出力を読み込み（ＳＴＥＰ７−１）、さらにマスター側制御ユニット３５から通信装置３６を介して与えられる前述の脚体動作指令（着床／離床指令（各マスター脚体１６の足平架台２９の動作モード）や着床の際の足平位置／姿勢指令）や上体姿勢指令を受信する（ＳＴＥＰ７−２）。
【００６１】
次いで、ロボット脚主制御部４８は、いずれか一方のマスター脚体１６の足平架台２９の動作モードが前記空中モードから降下モードに切り替わった状態であるか否か（着床要求が有るか否か）を判断し（ＳＴＥＰ７−３）、降下モードへの切り替わりの状態である場合には、ロボットＲの脚体３の足運びの形態やロボットＲの上体の姿勢を規定する基本の目標歩容を前記着床の際の足平位置／姿勢指令や上体姿勢指令に従って生成する（ＳＴＥＰ７−４）。ここで、目標歩容は、ロボットＲの上体の目標姿勢（上体の目標傾斜角）や遊脚側の脚体３の着床の際の目標足平位置／姿勢指令、歩行に際して支持脚側の脚体３の足平部７が床から受ける床反力の中心の目標軌道等のパラメータにより構成され、これらのパラメータを例えば脚体３の一歩分について生成する。この場合、足平部７が受ける床反力中心の目標軌道は、足平部７の接地面、あるいは両足平部７の接地面を含む最小面積の多角形（これは一般に支持多角形と言われる）内に存するように生成する。
【００６２】
尚、このような目標歩容の生成は、本願出願人が例えば特開平５−３１８３４０号公報に詳細に開示しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。 次いで、ロボット脚主制御部４８は、前述の如く生成された基本の目標歩容から、現在の制御サイクルにおける目標歩容の瞬時値を算出した後（ＳＴＥＰ７−５）、さらに、ロボットＲの姿勢が転倒しやすい不安定な姿勢となるのを排除するために、該ロボットＲの姿勢を安定化する制御を行って、ＳＴＥＰ７−５で算出された目標歩容の瞬時値を修正する（ＳＴＥＰ７−６）。
【００６３】
この姿勢安定化制御では、ロボット脚主制御部４８は、所謂コンプライアンス制御によって、予期せぬ床の凹凸や傾斜により足平部７が受ける床反力の影響を該足平部７により吸収するように前記６軸力センサ６の検出値に応じて基本の目標歩容における目標足平位置／姿勢を修正し、また、ロボットＲの上体姿勢の復元方向に足平部７に床反力が作用するように基本の目標歩容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜検出器１２の検出値との偏差に応じて該目標足平位置／姿勢を修正する。さらに、ロボットＲの上体姿勢の復元方向にロボットＲの上体の慣性力が生じるように、基本の目標歩容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜検出器１２の検出値との偏差に応じてロボットＲの上体の目標姿勢を修正する。
【００６４】
尚、このような姿勢安定化制御は本願出願人が例えば特開平５−３３７８４９号公報に詳細に開示しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【００６５】
次いで、ロボット脚主制御部４８は、上記のように修正した目標歩容の瞬時値からそれに対応した今回の制御サイクルにおける各脚体３の各脚用アクチュエータ５の目標変位を算出し（ＳＴＥＰ７−７）、それを脚用アクチュエータ変位制御部４９に指令する（ＳＴＥＰ７−８）。このとき、脚用アクチュエータ変位制御部４９は指令された目標変位に従って各脚用アクチュエータ５の変位を該目標変位にフィードバック制御する。
【００６６】
そして、この後、ロボット脚主制御部４８は、ロボットＲの脚体３の現在の足平位置／姿勢（ロボットＲの胴体２の腰部に対する相対的な足平位置／姿勢）等の脚体動作情報や、ロボットＲの上体の現在の目標姿勢と傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値との偏差（上体姿勢偏差）を通信回路３６を介してマスター側制御ユニット３５に送信して（ＳＴＥＰ７−９）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００６７】
以上のようなロボットＲ側での作動により、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータＯＰの操作によるロボット操縦装置Ｓの作動に応じた上体姿勢指令や歩行動作の指令に従って動作する。
【００６８】
次に、前述のようなロボットＲを操縦する際の基本動作を前提として、ロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部２１の傾動動作について説明する。
前述の如くロボットＲの姿勢安定化制御が行われることで、ロボットＲの姿勢は基本的には安定な姿勢に保たれるのであるが、該ロボットＲに何らかの物体が当たった場合や、ロボットＲに持たせようとした物体が重いものであった場合等、該ロボットＲに予期しない外力が作用すると、ロボットＲの姿勢が崩れ、その姿勢が不安定なものとなることがある。
【００６９】
そして、このようにロボットＲの姿勢が不安定なものとなると、前述のような制御により決定されるロボットＲの上体の安定な目標姿勢（上体の目標傾斜角）に対して、前記傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値の偏差を生じ、その偏差（上体姿勢偏差）がロボット脚主制御部４８から通信回路３６を介して前記マスタ側制御ユニット３５の座部用制御部３７に与えられる。
【００７０】
このとき、座部用制御部３７は、まず、目標座部姿勢決定装置４０により、例えば次式（１）に従ってシート１４の座部２１の目標姿勢、すなわち座部２１の目標傾動角を決定する。
【００７１】
目標傾動角＝傾斜帰還率・上体姿勢偏差＋オフセット設定値……（１）
ここで、上記傾斜帰還率はロボットＲの上体姿勢偏差に対する座部２１の傾動量を規定する所定のゲイン値であり、オフセット設定値は、ロボットＲの上体姿勢偏差が「０」である場合、すなわちロボットＲの姿勢が安定している状態での座部２１の傾動位置を規定する所定値である。
【００７２】
また、ロボットＲの前記上体姿勢偏差は本実施形態ではその大きさと方向とを含むベクトル量であり、ロボットＲの上体の前傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１の前端部が前記傾動軸心３０回りに下降する方向への目標傾動角であり、ロボットＲの上体の後傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１の前端部が前記傾動軸心３０回りに上昇する方向への目標傾動角である。さらに、ロボットＲの上体の前方に向かって右傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１が前記傾動軸心２６回りに右側に傾く（座部２１の右端部が下降する）方向での目標傾動角であり、ロボットＲの上体の左傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１が前記傾動軸心２６回りに左側に傾く（座部２１の左端部が下降する）方向での目標傾動角である。
【００７３】
次いで、座部用制御部３７は、目標アクチュエータ変位算出部４１により、前述の如く求められた座部２１の目標傾動角（目標姿勢）に応じて、それに対応した各座部用アクチュエータ２７の目標変位を算出し、これを座部用アクチュエータ変位制御部４２に与える。そして、このとき、座部用アクチュエータ変位制御部４２は、与えられた各座部用アクチュエータ２７の目標変位に従って各座部用アクチュエータ２７を該目標変位にフィードバック制御する。
【００７４】
このような制御により、例えば図８（ａ）に示すようにオペレータＯＰ（図８では図示せず）がロボットＲの前傾を行うべくシート１４（図８では便宜上、シート１４を模式化して記載している）の背もたれ部２３を前傾させ、これに合わせてロボットＲが図８（ｂ）に示すような安定な姿勢でその上体を前傾させている状態において、図８（ｄ）に示すようにロボットＲが予期しない外力により上体の安定な目標姿勢に対してさらに前傾して前記上体姿勢偏差が生じると、図８（ｃ）に示すようにその上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１がその前端を下降させる方向に座部用アクチュエータ２７ｂの作動により傾動される。また、このとき、座部２１の傾動に伴いシート１４の背もたれ部２３も座部２１の傾動量と同じ傾動量だけ前方に傾動する。
【００７５】
このため、シート１４に着座しているオペレータＯＰは自身の上体が前のめり側に傾き、同時に背もたれ部２３のさらなる前傾によって自身の上体の前のめり状態が強調されるため、ロボットＲの上体の姿勢が前傾側に不安定なものとなっていることを確実に認識することができる。そして、この認識によりオペレータＯＰは、背もたれ部２３の傾斜を後ろ方向側に修正し、あるいは例えば足平を前に一歩踏み出す指令を出すことで、ロボットＲの不安定姿勢を速やかに解消することができる。
【００７６】
同様に、ロボットＲの上体が外力により安定な目標姿勢に対して後方に傾くと、その時の上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１がその前端を上昇させる方向に傾動され、しかもこれに追従して背もたれ部２３も後方に傾くため、オペレータＯＰはロボットＲの上体の姿勢が前傾側に不安定なものとなっていることを確実に認識して、該ロボットＲの不安定さを解消する処置を速やかにとることができる。
【００７７】
さらに同様に、ロボットＲの上体が外力により安定な目標姿勢に対して左右いずれかの側に傾くと、その時の上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１が背もたれ部２３と共にロボットＲの傾き側と同じ左側あるいは右側に傾くため、オペレータＯＰはロボットＲの上体の姿勢が左右方向で不安定なものとなっていることを確実に認識して、例えば足平をロボットＲの傾き側に一歩踏み出す指令を出す等、該ロボットＲの不安定さを解消する処置を速やかにとることができる。
【００７８】
このように本実施形態のシステムによれば、ロボットＲの上体姿勢が予期しない外力によって前後左右に不安定なものとなると、それに応じてロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部２１や背もたれ部２３がロボットＲの上体姿勢と同方向に傾動し、しかも座部２１及び背もたれ部２３の両者が傾動するため、シート１４に着座したオペレータＯＰは確実且つ的確にロボットＲの姿勢の不安定さを認識して、それに対するロボットＲの操縦操作を的確に行うことができる。
【００７９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９を参照して説明する。尚、本実施形態は前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００８０】
本実施形態では、前記マスター側制御ユニット３５に備えた背もたれ用制御部３８の背もたれ主制御部４３は、図９のブロック線図で示す制御を行う。
【００８１】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちオペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与された荷重（背もたれ部２３の傾動軸心１９回りのモーメント）と、前記座部用荷重センサ２２（図２参照）により検出される座部２１への荷重（座部２１に作用するモーメント）に乗算部５８により所定の補正ゲイン値Ｋ２を乗算してなる値との差を減算処理部５９により算出し、その算出値を前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与える。その後の処理は前記第１の実施形態と全く同一である。
【００８２】
このようにすることで、次のような効果が得られる。すなわち、座部２１はロボットＲの上体姿勢偏差に応じて傾動するため、例えば該座部２１がその前端が下降する方向に傾動すると、オペレータＯＰがシート１４の背もたれ部２３を押す力が減少する傾向があるため、前記第１の実施形態では、オペレータＯＰが背もたれ部２３の傾斜角度を変更する意思がないのに、該傾斜角度が変わってしまうことがある。これに対して、本実施形態では、上記のような処理を行うことで、例えば座部２１がその前端が下降する方向に傾動して、前記座部用荷重センサ２２により検出される座部２１への荷重が減少すると、このとき、背もたれ用荷重センサ２４の検出値が減少しても、前記減算処理部５９の算出値の変化は抑制される。従って、この減算処理部５９の算出値を減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与えて前記第１の実施形態で説明した処理を行うことで、背もたれ部２３のオペレータＯＰの意図に反した傾動を抑制することができる。
【００８３】
尚、このような効果は、座部２１がその前端部が上昇する方向に傾動する場合についても同様である。
【００８４】
また、本実施形態では、座部２１の傾動による背もたれ部２３への荷重の変化を補償するために、座部用荷重センサ２２の検出値を用いたが、これに代えて、座部２１の目標傾動角（目標姿勢）や、前記アクチュエータ変位検出器２８ｂにより得られる座部用アクチュエータ２７ｂの変位検出値を用いてもよい。
【００８５】
次に、本発明の第３の実施形態を図１０を参照して説明する。尚、本実施形態も前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００８６】
本実施形態では、前記ロボット操縦装置Ｓの背もたれ部２３の傾斜に応じてロボットＲの上体が傾斜する際にロボットＲの腰（胴体２と脚体３との連結箇所）に作用するモーメントを検出するモーメントセンサ（図示せず）をあらかじめロボットＲに備えておく。そして、前記ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部４８によって、前述の如く求められる目標歩容と前記傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値とから動力学的な演算により、ロボットＲの上体自身がその重力や慣性力によってロボットＲの腰回りに与えるモーメントを算出し、これを前記モーメントセンサの検出値から差し引くことで、外力による腰回りのモーメント（以下、腰回り外力モーメントという）を求め、これを前記通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５の背もたれ主制御部４３に与える。
【００８７】
そして、背もたれ主制御部４３では、図１０のブロック線図で示す制御を行う。
【００８８】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値と、ロボット側制御ユニット１１から与えられる前記腰回り外力モーメントに乗算部６０により所定の帰還率（ゲイン）を乗算してなる値との差を減算処理部６１により算出し、その算出値を前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与える。その後の処理は前記第１の実施形態と全く同一である。
【００８９】
このようにすることで、次のような効果が得られる。すなわち、例えばオペレータＯＰがロボット操縦装置Ｓのシート１４の背もたれ部２３を傾斜させてロボットＲの前傾を行わしめる場合において、ロボットＲの上体がその前方の何らかの障害物にあたって、オペレータＯＰが意図したようにはロボットＲの前傾を行うことができない場合がある（このときロボットＲの腰のその前傾を妨げる腰回り外力モーメントが作用する）。このような場合に、図１０の制御を行って前記腰回り外力モーメントを前記減算処理部６１に与えることで、該腰回り外力モーメントが、背もたれ主制御部４３により求める背もたれ部の目標傾動角を減少させる方向に作用するため、ロボットＲの上体がこれ以上傾斜することができない状態でのオペレータＯＰによる背もたれ部２３の過度な傾動操作が阻止される。
【００９０】
そして、このようにオペレータＯＰによる背もたれ部２３の過度な傾動操作が阻止されることで、ロボットＲの脚用アクチュエータ５等に過負荷が作用するような事態を回避することができる。
【００９１】
次に、前記第３の実施形態と同様の効果を奏する本発明の第４の実施形態を図１１を参照して説明する。尚、本実施形態も前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、ロボットＲの上体の前傾等の傾斜動作に際して障害物等により、これ以上、傾斜動作を行うことができなくなった場合に、それを前記ロボット側制御ユニット１１で認識し、このことを示す傾斜動作限界信号を該ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５の背もたれ主制御部４３に与える。
【００９３】
そして、背もたれ主制御部４３では、図１１のブロック線図で示す制御を行う。
【００９４】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３の出力を背もたれ傾動停止処理部６２を介して前記積分処理部５４に与える。そして、このとき傾動停止処理部６２は、ロボット側制御ユニット１１から前記傾斜動作限界信号が与えられている状態では、減算処理部５３の出力にかかわらず、「０」出力を積分処理部５４に出力し、該傾斜動作限界信号が与えられていない状態では減算処理部５３の出力をそのまま積分処理部５４に出力する。
【００９５】
このようにすることで、ロボットＲの上体が障害物等によりこれ以上傾斜することができなくなった状態では、背もたれ部２３の目標傾動角の変化が停止するため、オペレータＯＰによる該背もたれ部２３の傾動が前記第３の実施形態と同様に阻止される。
【００９６】
これにより、上記のような状態でロボットＲの脚用アクチュエータ５等に過負荷が作用するような事態を回避することができる。
【００９７】
尚、前記第３及び第４の実施形態で説明したような背もたれ部２３の制御は、前記第２の実施形態で説明したような背もたれ部２３の制御と併せて行うようにしてもよい。
【００９８】
以上説明した各実施形態では、背もたれ部２３のオペレータＯＰによる前後方向の傾動操作により、ロボットＲの状態の前後方向の姿勢傾斜のみを行うようにしたが、例えば図１２に示すように、背もたれ部２３を前記傾動軸心１９回りの前後方向の傾動に加えて、アクチュエータ６３により前後方向の軸心６４回りに左右に傾動可能としたり、さらにはアクチュエータ６５により上下方向の軸心６６回りにひねり方向の傾動を可能とするようにし、それらの各方向の背もたれ部２３の傾動をロボットＲ側に指令して、ロボットＲの上体の左右方向の姿勢傾斜や上体のひねり動作を行うようにしてもよい。尚、この場合には、背もたれ用荷重センサ２４は、各軸心１９，６４，６６回りのモーメントを検出し得るもの（例えば６軸力センサ）を使用する。
【００９９】
また、前記各実施形態では、オペレータＯＰの上体の姿勢に応じたシート１４の背もたれ部２３の傾動をアクチュエータを用いて行うようにしたが、アクチュエータを備えずに、例えば背もたれ部２３をバネ機構等により所要の平衡姿勢に付勢しておき、オペレータＯＰ自身の力だけで背もたれ部２３の傾動を行わしめると共に、その傾動角を角度検出器等を用いて検出し、その検出値に従って、ロボットＲ側にその上体の姿勢の傾斜を指示するようにしてもよい。
【０１００】
また、前記各実施形態ではロボットＲの上体姿勢の不安定さに応じたシート１４の座部２１の傾動と共に背もたれ部２３も傾動するようにしたが、座部２１のみを傾動させるようにしてもよく、さらには、ロボットＲの上体の姿勢傾斜を例えばジョイスティック等の別途の操作器によりロボットＲ側に指示する場合には、ロボットＲの上体姿勢の不安定さに応じてシート１４の背もたれ部２３のみを傾動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のシステムにおけるロボットを示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態のシステムにおけるロボット操縦装置を示す図。
【図３】図２のロボット操縦装置側の制御システムを示す図。
【図４】図１のロボット側の制御システムを示す図。
【図５】図３の制御システムを作動を説明するためのフローチャート。
【図６】図３の制御システムを作動を説明するためのブロック線図。
【図７】図４の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図８】第１の実施形態におけるロボット操縦装置のシートとロボットとの動作を説明するための図。
【図９】本発明の第２の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１０】本発明の第３の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１１】本発明の第４の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１２】本発明のシステムのロボット操縦装置のシートの他の実施形態を説明するための図。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｓ…ロボット操縦装置、ＯＰ…オペレータ、１４…シート、２１…座部、２３…背もたれ部、３７’…傾動手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットの遠隔制御システムに関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二足歩行型ロボット等、脚式移動ロボットにあっては、オペレータがシートに座ってジョイスティック等を備えたロボット操縦装置を操作することで、ロボットに所望の動作指令（歩く、止まる、かがむ、物品を持つ等の動作指令）を与え、その動作指令によって、該ロボットの動作を遠隔制御するようにしたシステムが一般に知られている。そして、このような遠隔制御システムでは、ロボット自身が与えられた動作指令に基づいて、自己の目標姿勢等を決定して姿勢制御を行い、さらに、例えばオペレータの誤操作等によって、該ロボットの姿勢が必要以上に傾いて転倒してしまうような事態が生じるのを防止するために、該ロボット自身に、その姿勢を安定化する機能をもたせたものも知られている。
【０００３】
このようなシステムでは、上記のようにロボット自身に自己の姿勢を安定化する機能をもたせることで、基本的には該ロボットの姿勢が安定に保たれるのであるが、該ロボットに重い物品を持たせる場合や、該ロボットが何らかの物体に当たって、予期しない外力が該ロボットに付与された場合には、ロボットの姿勢が不安定となって転倒しそうになるのを避けられないことも多々ある。
【０００４】
このため、従来の前述のような遠隔制御システムでは、上記のようにロボットが予期しない外力等により不安定な姿勢となる事態が生じた場合には、そのことをオペレータに的確に認識させ、該オペレータが速やかにロボットの姿勢を修正する等の処置を施すことができる手法を講じることが望まれていた。
【０００５】
尚、例えばオペレータが、ロボット操縦装置としてのマスター装置を装着して、該マスター装置によりオペレータの動作をスレーブ装置としてのロボットに伝えると共に、ロボットの動作もオペレータ側のマスター装置に伝え、所謂バイラテラルマスタースレーブ方式の制御によって、オペレータの動作とロボットの動作とが同じになるように制御する遠隔制御システムも知られている。しかしながら、このようなバイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、オペレータの動作とロボットの動作とが同じになるように制御することを基本的前提とするため、ロボット自身に自己の姿勢の安定性を保たせる機能をもたせることは行われていない。そして、該バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、ロボットの姿勢変化はオペレータに伝わるものの、その姿勢変化がロボットの不安定さを招くものであっても、オペレータ自身にとって安定なものであれば、ロボットの姿勢の不安定さを的確に認識することができない場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、ロボット自身が自己の姿勢を安定化しつつオペレータのロボット操縦装置の操作による動作指令によって動作する脚式移動ロボットにおいて、該ロボットへの予期しない外力等による該ロボットの姿勢の不安定さが生じた場合に、それを的確且つ確実にオペレータに認識させることができる脚式移動ロボットの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムはかかる目的を達成するために、シートに着座したオペレータの操作に応じて脚式移動ロボットの上体姿勢指令を含む動作指令を決定し、その決定した動作指令を該ロボットに与えるロボット操縦装置を備えると共に、前記脚式移動ロボットに、前記動作指令に応じて該ロボットの基本の目標歩容を生成する手段と、該ロボットの上体姿勢を検出する姿勢検出手段と、該ロボットの姿勢を安定化するために、前記基本の目標歩容における該ロボットの上体の目標姿勢と前記姿勢検出手段による上体姿勢の検出値との偏差に応じて、該上体の目標姿勢を含む前記基本の目標歩容を修正しつつ、その修正後の目標歩容に応じて該ロボットの動作を制御する手段とを備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムであって、少なくとも前記シートの背もたれ部又は座部を傾動可能に設け、前記姿勢検出手段による前記ロボットの上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位に応じて前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行なわしめる傾動手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
かかる本発明によれば、オペレータが前記シートに着座して、前記ロボット操縦装置により前記脚式移動ロボットの動作を遠隔制御している際に、該ロボットに予期しない外力等が作用して、前記姿勢検出手段によって検出される該ロボットの上体姿勢が、ロボットの前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対して偏位を生じると、それに応じて前記シートの背もたれ部又は座部が前記傾動手段によって傾動される。このため、この傾動によって、オペレータは、ロボットの姿勢の不安定さを直ちに体感的に認識し、これにより、オペレータはロボットの姿勢の不安定さを解消するように前記ロボット操縦装置を操作することができる。
【０００９】
従って、本発明によれば、ロボットへの予期しない外力等による該ロボットの姿勢の不安定さが生じた場合に、それを確実にオペレータに認識させることができる。
【００１０】
かかる本発明では、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の大きさに応じた量だけ、前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行わしめる。このようにすることで、ロボットの姿勢の不安定さの程度が、前記シートの背もたれ部又は座部の傾動量によって、オペレータに伝達されることとなるため、該オペレータはその背もたれ部又は座部の傾動量によって、ロボットの姿勢の不安定さの程度を認識することができ、その認識をより的確に行うことができる。
【００１１】
さらに本発明では、前記座部がその前端部が上下する方向に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記座部をその前端部が下降する方向に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記座部をその前端部が上昇する方向に傾動させる。また、前記座部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記座部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記座部を左方向に傾動させる。
【００１２】
あるいは、前記背もたれ部が前後に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記背もれ部を前方に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記背もたれ部を後方に傾動させる。また、前記背もたれ部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記背もたれ部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記背もたれ部を左方向に傾動させる。
【００１３】
このように、シートの座部や背もたれ部を、ロボットの前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きに適合した向きに傾動させることで、オペレータは、ロボットの姿勢がどの方向に不安定な状態となっているかを認識することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記座部を前述のように傾動させる場合に、前記背もたれ部に前記オペレータの上体が固定されると共に、該背もたれ部が該オペレータの上体と共に前記シートの座部に対して傾動可能に設けられ、前記ロボット操縦装置は、該背もたれ部の座部に対する傾動角に応じて前記ロボットの上体姿勢指令を決定し、その決定した上体姿勢指令を前記ロボットに与える。
【００１５】
これによれば、オペレータの上体の傾動に追従して前記ロボットの姿勢が傾き、このとき、ロボットの姿勢がその傾き方向に不安定なものとなると、その方向に適合した方向に前記座部が傾動するため、オペレータはロボットと一体感をもって、該ロボットの不安定さを効果的に認識することができる。
【００１６】
このように背もたれ部の座部に対する傾動角に応じて前記ロボットの上体姿勢指令を決定し、その決定した上体姿勢指令を前記ロボットに与える場合、前記座部の傾動による前記オペレータの上体姿勢の変化に伴う前記背もたれ部の該座部に対する傾動角の変化を抑制する手段を備えることが好ましい。すなわち、座部が傾動したとき、オペレータの上体姿勢がオペレータの意図に反して変化してしまう場合があり、このとき、該オペレータの上体と共に前記背もたれ部が座部に対して傾動すると、オペレータの意図に反したロボットの上体の傾動動作が行われてしまう。そこで、前記座部の傾動による前記オペレータの上体姿勢の変化に伴う前記背もたれ部の該座部に対する傾動角の変化を抑制する手段を備えることで上記のような不都合事態を回避することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００１９】
まず、図１及び図２はそれぞれ本実施形態のシステムにおけるロボットと、このロボットの操縦装置とを示している。
【００２０】
図１を参照して、本実施形態でのロボットＲは二足歩行型の脚式移動ロボットであり、頭部１を上端部に支持する胴体２下部から一対の脚体３（図では便宜上、一本の脚体３のみを示す）が下方に延設され、また、胴体２上部の左右両側部から一対の腕体４（図では便宜上、一本の腕体４のみを示す）が延設されている。
【００２１】
各脚体３は、その胴体２との連結箇所（股関節部分）と膝関節部分と足首関節部分とにそれぞれ股関節アクチュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及び足首関節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関節アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６を介して脚体３の接地部分である足平部７が取着されている。この場合、本実施形態では、股関節アクチュエータ５ａはロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、膝関節アクチュエータ５ｂは、左右方向の１軸回りの回転動作、足首関節アクチュエータ５ｃは前後及び左右方向の２軸回りの回転動作を行うものであり、これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動することで、人間の脚とほぼ同様の脚体３の動作を行うことができるようになっている。尚、前記６軸力センサ６は、足平部７への作用力（ロボットＲの前後、左右及び上下の３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するものである。
【００２２】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（肩関節部分）と肘関節部分と手首関節部分とにそれぞれ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節アクチュエータ８ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを備え、該手首関節アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９を介してハンド１０が取着されている。この場合、肩関節アクチュエータ８ａは、ロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、肘関節アクチュエータ８ｂは、ロボットＲの左右方向の１軸回りの回転動作、手首関節アクチュエータ８ｃは前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作を行うものである。
【００２３】
また、胴体２には、前述の各アクチュエータ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動・制御する制御ユニット１１や、ロボットＲの上体姿勢を示す胴体２の傾斜状態を検出する傾斜検出器１２（姿勢検出手段）が備えられている（これらの詳細は後述する）。さらに、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの箇所にはそれらの変位（各軸回りの回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃが備えられ、同様に、各腕体４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇所にもアクチュエータ変位検出器（図示を省略する）が備えられている。以下、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚用アクチュエータ５と総称し、また、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃをアクチュエータ変位検出器１３と総称する。
【００２４】
図２を参照して、ロボット操縦装置Ｓは、同図に仮想線で示すオペレータＯＰが着座するシート１４と、このシート１４を支持する基台１５とを備え、また本実施形態では、ロボットＲの各脚体３をマスタースレーブ方式で動作させるためにオペレータＯＰがその脚に装備する一対のマスター脚体１６（図では便宜上、一本のマスター脚体３のみを示す）を備えている。尚、本実施形態では、さらにロボットＲの各腕体４をマスタースレーブ方式で動作させるためのマスター腕体を備えているのであるが、これについては、ここでは図示及び説明を省略する。
【００２５】
シート１４は、略水平姿勢で配置されたシート座本体１７と、このシート座本体１７の後部から起立された背もたれ本体１８とを備え、背もたれ本体１８は、シート座本体１７の後部に、シート１４の左右方向の軸心１９回りに背もたれ用アクチュエータ２０により傾動可能（前後方向の傾動）に取り付けられている。そして、シート座本体１７上には、オペレータＯＰが着座する座部２１がシート座本体１７との間に座部用荷重センサ２２を介在させて取着され、また、背もたれ本体１８の前面部には、オペレータＯＰが背中を当接させる背もたれ部２３が背もたれ本体１８との間に背もたれ用荷重センサ２４を介在させて取着されている。各荷重センサ２２，２４は、シート１４に着座したオペレータＯＰから前記座部２１及び背もたれ部２３がそれぞれ受ける荷重を検出する。尚、シート１４に着座したオペレータＯＰの胴体は図示しないベルト等により背もたれ部２３と一体的に動くようにシート１４に固定される。また、前記背もたれ用アクチュエータ２０には、その変位（背もたれ部２３の傾動角）を検出するアクチュエータ変位検出器２５が備えられている。また、前記座部用荷重センサ２２は、後述の第２の実施形態で使用するものであり、本実施形態では該座部用荷重センサ２２を省略し、座部２１をシート座本体１７と一体的に構成してもよい。
【００２６】
シート１４を支持する基台１５の上部には、シート１４の前後方向の軸心２６回りに第１座部用アクチュエータ２７ａにより回動可能な回動軸体２８が設けられ、この回動軸体２８に、シート座本体１７の後部の下面部に固設されたブラケット１７ａが、シート１４の左右方向の軸心３０回りに第２座部用アクチュエータ２７ｂにより回動可能に枢着されている。これにより、シート１４の座部２１は、第１座部用アクチュエータ２７ａの作動により軸心２６を傾動中心として左右方向に傾動可能とされ、さらに、第２座部用アクチュエータ２７ｂに作動により軸心３０を傾動中心として座部２１の前端部が上下する方向に傾動可能とされている。尚、各座部用アクチュエータ２７ａ，２７ｂには、その変位（座部２１の左右方向への傾動角及び上下方向への傾動角）を検出するアクチュエータ変位検出器２８ａ，２８ｂがそれぞれ備えられている。以下、各座部用アクチュエータ２７ａ，２７ｂを必要に応じて座部用アクチュエータ２７と総称し、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器２８ａ，２８ｂを必要に応じてアクチュエータ変位検出器２８と総称する。
【００２７】
マスター脚体１６は、シート１４の座部２１に着座したオペレータＯＰが足平を載せる足平架台２９と、この足平架台２９をシート座本体１７の前部の下面部に固設されたブラケット１７ｂに連結するリンク機構状の可動脚３１とを具備し、足平架台２９は可動脚３１の先端部に６軸力センサ３２を介して取着されている。尚、足平架台２９に載せたオペレータＯＰの足平は図示しないバンド等により足平架台２９に固定される。また、６軸力センサ３２は、オペレータＯＰの足平から足平架台２９が受ける作用力（３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するものである。
【００２８】
可動脚３１は、そのつけ根部分（可動脚３１とブラケット１７ｂとの連結箇所）と、中間部分と、先端部分とにそれぞれ関節３１ａ，３１ｂ，３１ｃを備えており、その各関節３１ａ，３１ｂ，３１ｃにこれを駆動するマスター脚アクチュエータ３３が設けられている。この場合、関節３１ａのマスター脚アクチュエータ３３は、前後、左右及び上下の３軸回りの回転動作、関節３１ｂのマスター脚アクチュエータ３３は、左右方向の１軸回りの回転動作、関節３１ｃのマスター脚アクチュエータ３３は、前後及び左右方向の２軸回りの回転動作が行われるようになっている。そして、これらの各マスタ脚アクチュエータ３３の作動により、オペレータＯＰの足平の動きに合わせて足平架台２９がオペレータＯＰの足平と一体的に動く（６自由度の動き）ようになっている。尚、各マスター脚アクチュエータ３３には、その変位を検出するアクチュエータ変位検出器３４が備えられている。
【００２９】
一方、本実施形態では、前述のロボットＲやロボット操縦装置Ｓの動作制御を行うために、図３及び図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００３０】
この制御システムは、その構成を大別すると、ロボット操縦装置Ｓ側に設けた制御ユニット３５（図３）と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１（図４）と、これらの制御ユニット３５，１１間での通信を行うための通信装置３６とから構成されている。以下、制御ユニット３５をマスター側制御ユニット３５と称し、制御ユニット１１をロボット側制御ユニット１１と称する。尚、通信装置３６の通信方式は有線及び無線のいずれの方式を使用してもよい。
【００３１】
図３に示したマスター側制御ユニット３５は、シート１４の座部２１の傾動に関する制御を行う座部用制御部３７と、背もたれ部２３の傾動に関する制御を行う背もたれ用制御部３８と、マスター脚体１６の動作に関する制御を行うマスター脚用制御部３９とを具備する。尚、マスター側制御ユニット３５は、これらの制御部３７〜３９の他、図示しないマスター腕体の動作に関する制御部等も備えているのであるが、これらについては図示及び説明を省略する。
【００３２】
座部用制御部３７は、ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して与えられる後述のデータに基づき座部２１の目標姿勢（上下及び左右方向の傾動角）を決定する目標座部姿勢決定部４０と、その決定された目標姿勢から各座部用アクチュエータ２７の目標変位を算出する目標アクチュエータ変位算出部４１と、この算出された目標変位と前記各アクチュエータ変位検出器２８により検出される各座部用アクチュエータ２７の変位の検出値とから該座部用アクチュエータ２７の変位を目標変位にフィードバック制御する座部用アクチュエータ変位制御部４２とから構成されている。
【００３３】
尚、この座部用制御部３７は、各座部用アクチュエータ２７や各アクチュエータ変位検出器２８と併せて、本発明の構成に対応して、傾動手段３７’を構成するものである。
【００３４】
背もたれ用制御部３８は、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちシート１４に着座したオペレータＯＰによってその背中から背もたれ部２３に付与される荷重（軸心１９回りのモーメント）に基づき背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位（背もたれ部２３の目標傾動角）を決定する背もたれ主制御部４３と、その決定された目標傾斜角と前記アクチュエータ変位検出器２５により検出される背もたれ用アクチュエータ２０の変位の検出値（背もたれ部２３の傾斜角の検出値）とから背もたれ用アクチュエータ２０の変位を目標傾斜角相当の目標変位にフィードバック制御する背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４と、背もたれ主制御部４３により決定された背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位により定まる背もたれ部２３の姿勢からこれに対応したロボットＲの上体姿勢を決定し、それを通信装置３６を介してロボット側制御ユニット１１に指令するロボット上体姿勢決定指令部４５とから構成されている。
【００３５】
マスター脚用制御部３９は、マスター脚体１６の６軸力センサ３２の検出値、すなわちオペレータＯＰの足平動作により足平架台２９が受ける作用力とロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して与えられるロボットＲの各脚体３の動作情報（各脚体３の着地情報や、各脚体３の足平の胴体２に対する位置／姿勢情報）とに基づき、各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位を決定するマスター脚主制御部４６と、その決定された目標変位と前記アクチュエータ変位検出器３４により検出される各マスター脚アクチュエータ３３の変位の検出値とから各マスター脚アクチュエータ３３の変位を目標変位にフィードバック制御するマスター脚アクチュエータ変位制御部４７とから構成されている。尚、マスター脚主制御部４６は、オペレータＯＰによる足平架台２９の動作に応じてロボット側制御ユニット１１にロボットＲの各脚体３の足平部７の着床／離床の指令や、着床の際の足平部７の位置／姿勢の指令等の脚体動作指令を通信装置３６を介して与える。
【００３６】
また、図４に示したロボット側制御ユニット１１は、前記ロボット上体姿勢決定指令部４５から与えられる上体姿勢指令や、前記マスター脚主制御部４６から与えられる脚体動作指令、ロボットＲに備えた前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体（胴体２）の傾斜状態の検出値、各脚体３の６軸力センサ６による足平部７への作用力の検出値等に基づきロボットＲの姿勢の安定化を図りつつ各脚体３の各脚用アクチュエータ５の目標変位を決定するロボット脚主制御部４８と、その決定された目標変位と前記各アクチュエータ変位検出器１３により検出される各脚用アクチュエータ５の変位の検出値とから各脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する脚用アクチュエータ変位制御部４９とを備えている。
【００３７】
尚、ロボット脚主制御部４８は、マスター側制御ユニット３５の前記上体姿勢決定指令部４５から通信装置４５を介して与えられる上体姿勢指令等を基に生成されるロボットＲの目標歩容（これについては後述する）における上体の目標姿勢（目標傾斜状態）と前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体の傾斜状態の検出値（上体姿勢の検出値）との偏差（上体姿勢偏差）をロボットＲの上体姿勢の目標姿勢に対する偏位を示すデータとして通信装置３６を介して前記マスター側制御ユニット３５の目標座部姿勢決定部４０に与え、さらに、各脚体３の着地情報（各脚体３の足平部７が着床しているか否かを示す情報）や、各脚体３の足平部７の胴体２に対する位置／姿勢情報をロボットＲの脚体動作情報として通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５のマスター脚主制御部４６に与える。
【００３８】
また前記傾斜検出器１２は、ロボットＲの上体加速度を検出する加速度センサ５０と、ロボットＲの上体ヨーレートを検出するレートジャイロ５１と、これらの加速度センサ５０及びレートジャイロ５１の検出値からロボットＲの上体の傾斜状態（胴体２の傾斜角）を算出・推定する傾斜状態推定部５２とから構成され、該傾斜状態推定部５２により推定されたロボットＲの上体の傾斜状態を上体姿勢の検出値としてロボット脚主制御部４８に与える。
【００３９】
尚、ロボット側制御ユニット１１には、ロボットＲの腕体４を制御するための構成も備えられているのであるが、ここでは図示及び説明を省略する。
【００４０】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００４１】
まず、ロボット操縦装置Ｓの操作による該ロボット操縦装置Ｓの基本的動作とそれに応じたロボットＲの基本的動作を説明する。
【００４２】
シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの歩行を行わしめようとするときには、オペレータＯＰは、ロボットＲに行わせようとする歩行形態で、各足平架台２９に載せて固定した自身の足平を動かす。すなわち、オペレータＯＰは踏み込み側の足平を持ち上げ、次いで、該足平を着床を行おうとする位置及び姿勢に向かって下降させる動作を各脚について繰り返す。
【００４３】
このとき、マスター側制御ユニット３５のマスター脚主制御部４６は、各マスター脚体１６について所定の制御サイクルで図５のフローチャートに示す処理を行う。
【００４４】
すなわち、マスター脚主制御部４６は、まず、ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介して前記脚体動作情報（着地情報、足平位置／姿勢情報）等のロボットＲの動作情報を受信した後（ＳＴＥＰ５−０）、各マスター脚体１６の動作モードを判別する（ＳＴＥＰ５−１）。ここで、動作モードは接地モードと空中モードと降下モードとがあり、接地モードは歩行時の支持脚（着床側の脚）の動作に対応するモード、空中モードは歩行時の遊脚（離床側の脚）の持ち上げ動作に対応するモード、降下モードは該遊脚を着床しようとする動作に対応するモードである。この場合、この動作モードの初期モード（ロボットＲの操縦を開始する際のモード）は接地モードとされている。
【００４５】
そして、上記の判別で動作モードが接地モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、前記ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部４８から通信装置３６から与えられるロボットＲの現在の各脚体３の足平部７の胴体２（詳しくは胴体２の腰部）に対する位置／姿勢情報に応じて、それに対応した足平架台２９の目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−２）。さらに、マスター脚主制御部４６は、前記６軸力センサ３２により上向きの作用力が検出されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−３）、上向きの作用力が検出された場合、すなわち、オペレータＯＰが足平を持ち上げた場合には、前記動作モードを空中モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−４）、後述のＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−３で上向きの作用力が検出されない場合には、そのまま後述のＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４６】
ＳＴＥＰ５−１の判別結果が空中モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、６軸力センサ３２により検出される作用力の大きさが減少する方向に現在の足平架台２９の目標位置／姿勢を変化させて、新たな目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−５）。換言すれば、足平架台２９に載せられたオペレータＯＰの足平の動きに追従させるように足平架台２９の目標位置／姿勢を決定する。そして、マスター脚主制御部４６は、足平架台２９の目標位置／姿勢の下降速度が所定の設定値を超えたか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−６）、下降速度＞設定値となった場合には、動作モードを降下モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−７）、ＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−６で下降速度≦設定値である場合には、そのままＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４７】
ＳＴＥＰ５−１の判別結果が降下モードである場合には、マスター脚主制御部４６は、６軸力センサ３２により検出される下向きの作用力の大きさが減少する方向に現在の足平架台２９の目標位置／姿勢を変化させて、新たな目標位置／姿勢を決定する（ＳＴＥＰ５−８）。さらに、マスター脚主制御部４６は、現在の降下モードの足平架台２９の目標位置／姿勢と他方の足平架台２９（接地モードの足平架台２９）との相対的位置関係に基づき、降下モードの足平架台２９に対応するロボットＲの脚体３の足平部７の着床の際の位置／姿勢指令を決定し（ＳＴＥＰ５−９）、その位置／姿勢指令を通信装置３６を介してロボット脚主制御部４８に送信する（ＳＴＥＰ５−１０）。そして、マスター脚主制御部４６は、ロボットＲのロボット脚主制御部４８から降下モードの足平架台２９に対応するロボットＲの脚体３が着床した旨の情報が与えられた否かを判断し（ＳＴＥＰ５−１１）、その着床情報が与えられた場合には、動作モードを接地モードに更新した後（ＳＴＥＰ５−１２）、ＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。また、ＳＴＥＰ５−１２で着床情報が与えられていない場合には、そのままＳＴＥＰ５−１３の処理に移行する。
【００４８】
次いで、マスター脚主制御部４６は、前記ＳＴＥＰ５−１３において現在の動作モードをロボットＲの足平部７の着床／離床指令として通信装置３６を介してロボット脚主制御部４８に送信した後、各足平架台２９の現在の目標位置／姿勢に対応した各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位を決定し（ＳＴＥＰ５−１４）、さらに、その目標変位をマスター脚アクチュエータ変位制御部４７に与えた後（ＳＴＥＰ５−１５）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００４９】
このようにして、マスター脚主制御部４６から各マスター脚アクチュエータ３３の目標変位が与えられたマスター脚アクチュエータ変位制御部４７は、その目標変位に従って各マスター脚アクチュエータ３３をフィードバック制御する。
【００５０】
以上のようなマスター側制御ユニット３５における制御処理により、足平架台２９は支持脚側では、ロボットＲの上体（腰位置）に対する足平部７の相対的位置／姿勢に対応した位置／姿勢に制御され、また、遊脚側では、オペレータＯＰの足平の動きに合わせて足平架台２９が動く。
【００５１】
尚、本実施形態では、足平架台２９の動作モードは、前述の３種類のモードの他、図示しない操縦開始スイッチがＯＦＦ状態とされたロックモードがあり、このロックモードでは、足平架台２９は動かないように固定される。
【００５２】
また、シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの上体を前後に傾けようとする場合には、オペレータＯＰは所望の傾斜角度でシート１４の背もたれ部２３に当接させた上体を前後に傾ける。
【００５３】
このとき、マスター側制御ユニット３５の背もたれ用制御部３８は、図６のブロック線図で示す制御を行う。
【００５４】
すなわち、背もたれ用制御部３８の背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちオペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与された荷重（背もたれ部２３の傾動軸心１９回りのモーメント）と、所定のオフセット設定値との差を減算処理部５３により算出する。ここで、上記オフセット設定値は、ロボットＲの上体傾斜を行わない平衡状態において、オペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与される荷重とバランスさせるための設定値である。
【００５５】
次いで、背もたれ主制御部４３は減算処理部５３の出力を所定のゲインＫ１をもたせた積分処理部５４により積分し（積分処理部５４の「ｓ」はラプラス演算子を示す）、さらにその積分出力をリミッタ５５を通して、該積分出力の上下限を制限することで、背もたれ部２３の目標傾動角を示す背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位を求め、これを背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４に出力する。
【００５６】
そして、背もたれ用アクチュエータ変位制御部４４では、上記目標変位とアクチュエータ変位検出器２５による背もたれ用アクチュエータ２０の変位検出値（背もたれ部２３の傾動角検出値）との差を減算処理部５６に算出し、これをアンプ５７により所定のゲインで増幅したものを背もたれ用アクチュエータ２０にその駆動指令として与えることで、背もたれ用アクチュエータ２０を前記目標変位にフィードバック制御する。
【００５７】
以上のような背もたれ用制御部３８の制御処理によって、オペレータＯＰの上体の前後への姿勢傾斜に応じたシート１４の背もたれ部２３の前後方向の傾動が行われる。
【００５８】
尚、背もたれ用制御部３８は、上記のように得られる背もたれ部２３の目標傾動角（背もたれ用アクチュエータ２０の目標変位）からそれに応じたロボットＲの上体姿勢を上体姿勢決定指令部４５により決定し、それを通信装置３６を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００５９】
一方、前述のようなロボット操縦装置Ｓ側での動作が行われたとき、ロボットＲ側では、ロボット脚主制御部４８は、所定の制御サイクルで図７のフローチャートに示す処理を行う。
【００６０】
すなわち、ロボット脚主制御部４８は、ロボットＲに備えられた前記傾斜検出器１２や６軸力センサ６等のセンサの出力を読み込み（ＳＴＥＰ７−１）、さらにマスター側制御ユニット３５から通信装置３６を介して与えられる前述の脚体動作指令（着床／離床指令（各マスター脚体１６の足平架台２９の動作モード）や着床の際の足平位置／姿勢指令）や上体姿勢指令を受信する（ＳＴＥＰ７−２）。
【００６１】
次いで、ロボット脚主制御部４８は、いずれか一方のマスター脚体１６の足平架台２９の動作モードが前記空中モードから降下モードに切り替わった状態であるか否か（着床要求が有るか否か）を判断し（ＳＴＥＰ７−３）、降下モードへの切り替わりの状態である場合には、ロボットＲの脚体３の足運びの形態やロボットＲの上体の姿勢を規定する基本の目標歩容を前記着床の際の足平位置／姿勢指令や上体姿勢指令に従って生成する（ＳＴＥＰ７−４）。ここで、目標歩容は、ロボットＲの上体の目標姿勢（上体の目標傾斜角）や遊脚側の脚体３の着床の際の目標足平位置／姿勢指令、歩行に際して支持脚側の脚体３の足平部７が床から受ける床反力の中心の目標軌道等のパラメータにより構成され、これらのパラメータを例えば脚体３の一歩分について生成する。この場合、足平部７が受ける床反力中心の目標軌道は、足平部７の接地面、あるいは両足平部７の接地面を含む最小面積の多角形（これは一般に支持多角形と言われる）内に存するように生成する。
【００６２】
尚、このような目標歩容の生成は、本願出願人が例えば特開平５−３１８３４０号公報に詳細に開示しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。 次いで、ロボット脚主制御部４８は、前述の如く生成された基本の目標歩容から、現在の制御サイクルにおける目標歩容の瞬時値を算出した後（ＳＴＥＰ７−５）、さらに、ロボットＲの姿勢が転倒しやすい不安定な姿勢となるのを排除するために、該ロボットＲの姿勢を安定化する制御を行って、ＳＴＥＰ７−５で算出された目標歩容の瞬時値を修正する（ＳＴＥＰ７−６）。
【００６３】
この姿勢安定化制御では、ロボット脚主制御部４８は、所謂コンプライアンス制御によって、予期せぬ床の凹凸や傾斜により足平部７が受ける床反力の影響を該足平部７により吸収するように前記６軸力センサ６の検出値に応じて基本の目標歩容における目標足平位置／姿勢を修正し、また、ロボットＲの上体姿勢の復元方向に足平部７に床反力が作用するように基本の目標歩容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜検出器１２の検出値との偏差に応じて該目標足平位置／姿勢を修正する。さらに、ロボットＲの上体姿勢の復元方向にロボットＲの上体の慣性力が生じるように、基本の目標歩容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜検出器１２の検出値との偏差に応じてロボットＲの上体の目標姿勢を修正する。
【００６４】
尚、このような姿勢安定化制御は本願出願人が例えば特開平５−３３７８４９号公報に詳細に開示しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【００６５】
次いで、ロボット脚主制御部４８は、上記のように修正した目標歩容の瞬時値からそれに対応した今回の制御サイクルにおける各脚体３の各脚用アクチュエータ５の目標変位を算出し（ＳＴＥＰ７−７）、それを脚用アクチュエータ変位制御部４９に指令する（ＳＴＥＰ７−８）。このとき、脚用アクチュエータ変位制御部４９は指令された目標変位に従って各脚用アクチュエータ５の変位を該目標変位にフィードバック制御する。
【００６６】
そして、この後、ロボット脚主制御部４８は、ロボットＲの脚体３の現在の足平位置／姿勢（ロボットＲの胴体２の腰部に対する相対的な足平位置／姿勢）等の脚体動作情報や、ロボットＲの上体の現在の目標姿勢と傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値との偏差（上体姿勢偏差）を通信回路３６を介してマスター側制御ユニット３５に送信して（ＳＴＥＰ７−９）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００６７】
以上のようなロボットＲ側での作動により、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータＯＰの操作によるロボット操縦装置Ｓの作動に応じた上体姿勢指令や歩行動作の指令に従って動作する。
【００６８】
次に、前述のようなロボットＲを操縦する際の基本動作を前提として、ロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部２１の傾動動作について説明する。
前述の如くロボットＲの姿勢安定化制御が行われることで、ロボットＲの姿勢は基本的には安定な姿勢に保たれるのであるが、該ロボットＲに何らかの物体が当たった場合や、ロボットＲに持たせようとした物体が重いものであった場合等、該ロボットＲに予期しない外力が作用すると、ロボットＲの姿勢が崩れ、その姿勢が不安定なものとなることがある。
【００６９】
そして、このようにロボットＲの姿勢が不安定なものとなると、前述のような制御により決定されるロボットＲの上体の安定な目標姿勢（上体の目標傾斜角）に対して、前記傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値の偏差を生じ、その偏差（上体姿勢偏差）がロボット脚主制御部４８から通信回路３６を介して前記マスタ側制御ユニット３５の座部用制御部３７に与えられる。
【００７０】
このとき、座部用制御部３７は、まず、目標座部姿勢決定装置４０により、例えば次式（１）に従ってシート１４の座部２１の目標姿勢、すなわち座部２１の目標傾動角を決定する。
【００７１】
目標傾動角＝傾斜帰還率・上体姿勢偏差＋オフセット設定値……（１）
ここで、上記傾斜帰還率はロボットＲの上体姿勢偏差に対する座部２１の傾動量を規定する所定のゲイン値であり、オフセット設定値は、ロボットＲの上体姿勢偏差が「０」である場合、すなわちロボットＲの姿勢が安定している状態での座部２１の傾動位置を規定する所定値である。
【００７２】
また、ロボットＲの前記上体姿勢偏差は本実施形態ではその大きさと方向とを含むベクトル量であり、ロボットＲの上体の前傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１の前端部が前記傾動軸心３０回りに下降する方向への目標傾動角であり、ロボットＲの上体の後傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１の前端部が前記傾動軸心３０回りに上昇する方向への目標傾動角である。さらに、ロボットＲの上体の前方に向かって右傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１が前記傾動軸心２６回りに右側に傾く（座部２１の右端部が下降する）方向での目標傾動角であり、ロボットＲの上体の左傾側への上体姿勢偏差の成分による座部２１の目標傾動角は座部２１が前記傾動軸心２６回りに左側に傾く（座部２１の左端部が下降する）方向での目標傾動角である。
【００７３】
次いで、座部用制御部３７は、目標アクチュエータ変位算出部４１により、前述の如く求められた座部２１の目標傾動角（目標姿勢）に応じて、それに対応した各座部用アクチュエータ２７の目標変位を算出し、これを座部用アクチュエータ変位制御部４２に与える。そして、このとき、座部用アクチュエータ変位制御部４２は、与えられた各座部用アクチュエータ２７の目標変位に従って各座部用アクチュエータ２７を該目標変位にフィードバック制御する。
【００７４】
このような制御により、例えば図８（ａ）に示すようにオペレータＯＰ（図８では図示せず）がロボットＲの前傾を行うべくシート１４（図８では便宜上、シート１４を模式化して記載している）の背もたれ部２３を前傾させ、これに合わせてロボットＲが図８（ｂ）に示すような安定な姿勢でその上体を前傾させている状態において、図８（ｄ）に示すようにロボットＲが予期しない外力により上体の安定な目標姿勢に対してさらに前傾して前記上体姿勢偏差が生じると、図８（ｃ）に示すようにその上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１がその前端を下降させる方向に座部用アクチュエータ２７ｂの作動により傾動される。また、このとき、座部２１の傾動に伴いシート１４の背もたれ部２３も座部２１の傾動量と同じ傾動量だけ前方に傾動する。
【００７５】
このため、シート１４に着座しているオペレータＯＰは自身の上体が前のめり側に傾き、同時に背もたれ部２３のさらなる前傾によって自身の上体の前のめり状態が強調されるため、ロボットＲの上体の姿勢が前傾側に不安定なものとなっていることを確実に認識することができる。そして、この認識によりオペレータＯＰは、背もたれ部２３の傾斜を後ろ方向側に修正し、あるいは例えば足平を前に一歩踏み出す指令を出すことで、ロボットＲの不安定姿勢を速やかに解消することができる。
【００７６】
同様に、ロボットＲの上体が外力により安定な目標姿勢に対して後方に傾くと、その時の上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１がその前端を上昇させる方向に傾動され、しかもこれに追従して背もたれ部２３も後方に傾くため、オペレータＯＰはロボットＲの上体の姿勢が前傾側に不安定なものとなっていることを確実に認識して、該ロボットＲの不安定さを解消する処置を速やかにとることができる。
【００７７】
さらに同様に、ロボットＲの上体が外力により安定な目標姿勢に対して左右いずれかの側に傾くと、その時の上体姿勢偏差に応じた量だけ座部２１が背もたれ部２３と共にロボットＲの傾き側と同じ左側あるいは右側に傾くため、オペレータＯＰはロボットＲの上体の姿勢が左右方向で不安定なものとなっていることを確実に認識して、例えば足平をロボットＲの傾き側に一歩踏み出す指令を出す等、該ロボットＲの不安定さを解消する処置を速やかにとることができる。
【００７８】
このように本実施形態のシステムによれば、ロボットＲの上体姿勢が予期しない外力によって前後左右に不安定なものとなると、それに応じてロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部２１や背もたれ部２３がロボットＲの上体姿勢と同方向に傾動し、しかも座部２１及び背もたれ部２３の両者が傾動するため、シート１４に着座したオペレータＯＰは確実且つ的確にロボットＲの姿勢の不安定さを認識して、それに対するロボットＲの操縦操作を的確に行うことができる。
【００７９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９を参照して説明する。尚、本実施形態は前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００８０】
本実施形態では、前記マスター側制御ユニット３５に備えた背もたれ用制御部３８の背もたれ主制御部４３は、図９のブロック線図で示す制御を行う。
【００８１】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値、すなわちオペレータＯＰによりシート１４の背もたれ部２３に付与された荷重（背もたれ部２３の傾動軸心１９回りのモーメント）と、前記座部用荷重センサ２２（図２参照）により検出される座部２１への荷重（座部２１に作用するモーメント）に乗算部５８により所定の補正ゲイン値Ｋ２を乗算してなる値との差を減算処理部５９により算出し、その算出値を前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与える。その後の処理は前記第１の実施形態と全く同一である。
【００８２】
このようにすることで、次のような効果が得られる。すなわち、座部２１はロボットＲの上体姿勢偏差に応じて傾動するため、例えば該座部２１がその前端が下降する方向に傾動すると、オペレータＯＰがシート１４の背もたれ部２３を押す力が減少する傾向があるため、前記第１の実施形態では、オペレータＯＰが背もたれ部２３の傾斜角度を変更する意思がないのに、該傾斜角度が変わってしまうことがある。これに対して、本実施形態では、上記のような処理を行うことで、例えば座部２１がその前端が下降する方向に傾動して、前記座部用荷重センサ２２により検出される座部２１への荷重が減少すると、このとき、背もたれ用荷重センサ２４の検出値が減少しても、前記減算処理部５９の算出値の変化は抑制される。従って、この減算処理部５９の算出値を減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与えて前記第１の実施形態で説明した処理を行うことで、背もたれ部２３のオペレータＯＰの意図に反した傾動を抑制することができる。
【００８３】
尚、このような効果は、座部２１がその前端部が上昇する方向に傾動する場合についても同様である。
【００８４】
また、本実施形態では、座部２１の傾動による背もたれ部２３への荷重の変化を補償するために、座部用荷重センサ２２の検出値を用いたが、これに代えて、座部２１の目標傾動角（目標姿勢）や、前記アクチュエータ変位検出器２８ｂにより得られる座部用アクチュエータ２７ｂの変位検出値を用いてもよい。
【００８５】
次に、本発明の第３の実施形態を図１０を参照して説明する。尚、本実施形態も前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００８６】
本実施形態では、前記ロボット操縦装置Ｓの背もたれ部２３の傾斜に応じてロボットＲの上体が傾斜する際にロボットＲの腰（胴体２と脚体３との連結箇所）に作用するモーメントを検出するモーメントセンサ（図示せず）をあらかじめロボットＲに備えておく。そして、前記ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部４８によって、前述の如く求められる目標歩容と前記傾斜検出器１２による上体姿勢の検出値とから動力学的な演算により、ロボットＲの上体自身がその重力や慣性力によってロボットＲの腰回りに与えるモーメントを算出し、これを前記モーメントセンサの検出値から差し引くことで、外力による腰回りのモーメント（以下、腰回り外力モーメントという）を求め、これを前記通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５の背もたれ主制御部４３に与える。
【００８７】
そして、背もたれ主制御部４３では、図１０のブロック線図で示す制御を行う。
【００８８】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、まず、前記背もたれ用荷重センサ２４の検出値と、ロボット側制御ユニット１１から与えられる前記腰回り外力モーメントに乗算部６０により所定の帰還率（ゲイン）を乗算してなる値との差を減算処理部６１により算出し、その算出値を前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３（図６参照）に前記オフセット設定値と共に与える。その後の処理は前記第１の実施形態と全く同一である。
【００８９】
このようにすることで、次のような効果が得られる。すなわち、例えばオペレータＯＰがロボット操縦装置Ｓのシート１４の背もたれ部２３を傾斜させてロボットＲの前傾を行わしめる場合において、ロボットＲの上体がその前方の何らかの障害物にあたって、オペレータＯＰが意図したようにはロボットＲの前傾を行うことができない場合がある（このときロボットＲの腰のその前傾を妨げる腰回り外力モーメントが作用する）。このような場合に、図１０の制御を行って前記腰回り外力モーメントを前記減算処理部６１に与えることで、該腰回り外力モーメントが、背もたれ主制御部４３により求める背もたれ部の目標傾動角を減少させる方向に作用するため、ロボットＲの上体がこれ以上傾斜することができない状態でのオペレータＯＰによる背もたれ部２３の過度な傾動操作が阻止される。
【００９０】
そして、このようにオペレータＯＰによる背もたれ部２３の過度な傾動操作が阻止されることで、ロボットＲの脚用アクチュエータ５等に過負荷が作用するような事態を回避することができる。
【００９１】
次に、前記第３の実施形態と同様の効果を奏する本発明の第４の実施形態を図１１を参照して説明する。尚、本実施形態も前記第１の実施形態とロボット操縦装置のシートの背もたれ部の制御形態のみが相違しているので、同一構成部分については前記第１の実施形態のものと同一の参照符号を使用して説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、ロボットＲの上体の前傾等の傾斜動作に際して障害物等により、これ以上、傾斜動作を行うことができなくなった場合に、それを前記ロボット側制御ユニット１１で認識し、このことを示す傾斜動作限界信号を該ロボット側制御ユニット１１から通信装置３６を介してマスター側制御ユニット３５の背もたれ主制御部４３に与える。
【００９３】
そして、背もたれ主制御部４３では、図１１のブロック線図で示す制御を行う。
【００９４】
すなわち、背もたれ主制御部４３は、前記第１の実施形態で説明した減算処理部５３の出力を背もたれ傾動停止処理部６２を介して前記積分処理部５４に与える。そして、このとき傾動停止処理部６２は、ロボット側制御ユニット１１から前記傾斜動作限界信号が与えられている状態では、減算処理部５３の出力にかかわらず、「０」出力を積分処理部５４に出力し、該傾斜動作限界信号が与えられていない状態では減算処理部５３の出力をそのまま積分処理部５４に出力する。
【００９５】
このようにすることで、ロボットＲの上体が障害物等によりこれ以上傾斜することができなくなった状態では、背もたれ部２３の目標傾動角の変化が停止するため、オペレータＯＰによる該背もたれ部２３の傾動が前記第３の実施形態と同様に阻止される。
【００９６】
これにより、上記のような状態でロボットＲの脚用アクチュエータ５等に過負荷が作用するような事態を回避することができる。
【００９７】
尚、前記第３及び第４の実施形態で説明したような背もたれ部２３の制御は、前記第２の実施形態で説明したような背もたれ部２３の制御と併せて行うようにしてもよい。
【００９８】
以上説明した各実施形態では、背もたれ部２３のオペレータＯＰによる前後方向の傾動操作により、ロボットＲの状態の前後方向の姿勢傾斜のみを行うようにしたが、例えば図１２に示すように、背もたれ部２３を前記傾動軸心１９回りの前後方向の傾動に加えて、アクチュエータ６３により前後方向の軸心６４回りに左右に傾動可能としたり、さらにはアクチュエータ６５により上下方向の軸心６６回りにひねり方向の傾動を可能とするようにし、それらの各方向の背もたれ部２３の傾動をロボットＲ側に指令して、ロボットＲの上体の左右方向の姿勢傾斜や上体のひねり動作を行うようにしてもよい。尚、この場合には、背もたれ用荷重センサ２４は、各軸心１９，６４，６６回りのモーメントを検出し得るもの（例えば６軸力センサ）を使用する。
【００９９】
また、前記各実施形態では、オペレータＯＰの上体の姿勢に応じたシート１４の背もたれ部２３の傾動をアクチュエータを用いて行うようにしたが、アクチュエータを備えずに、例えば背もたれ部２３をバネ機構等により所要の平衡姿勢に付勢しておき、オペレータＯＰ自身の力だけで背もたれ部２３の傾動を行わしめると共に、その傾動角を角度検出器等を用いて検出し、その検出値に従って、ロボットＲ側にその上体の姿勢の傾斜を指示するようにしてもよい。
【０１００】
また、前記各実施形態ではロボットＲの上体姿勢の不安定さに応じたシート１４の座部２１の傾動と共に背もたれ部２３も傾動するようにしたが、座部２１のみを傾動させるようにしてもよく、さらには、ロボットＲの上体の姿勢傾斜を例えばジョイスティック等の別途の操作器によりロボットＲ側に指示する場合には、ロボットＲの上体姿勢の不安定さに応じてシート１４の背もたれ部２３のみを傾動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のシステムにおけるロボットを示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態のシステムにおけるロボット操縦装置を示す図。
【図３】図２のロボット操縦装置側の制御システムを示す図。
【図４】図１のロボット側の制御システムを示す図。
【図５】図３の制御システムを作動を説明するためのフローチャート。
【図６】図３の制御システムを作動を説明するためのブロック線図。
【図７】図４の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図８】第１の実施形態におけるロボット操縦装置のシートとロボットとの動作を説明するための図。
【図９】本発明の第２の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１０】本発明の第３の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１１】本発明の第４の実施形態を説明するためのブロック線図。
【図１２】本発明のシステムのロボット操縦装置のシートの他の実施形態を説明するための図。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｓ…ロボット操縦装置、ＯＰ…オペレータ、１４…シート、２１…座部、２３…背もたれ部、３７’…傾動手段。
Claims (8)
- シートに着座したオペレータの操作に応じて脚式移動ロボットの上体姿勢指令を含む動作指令を決定し、その決定した動作指令を該ロボットに与えるロボット操縦装置を備えると共に、前記脚式移動ロボットに、前記動作指令に応じて該ロボットの基本の目標歩容を生成する手段と、該ロボットの上体姿勢を検出する姿勢検出手段と、該ロボットの姿勢を安定化するために、前記基本の目標歩容における該ロボットの上体の目標姿勢と前記姿勢検出手段による上体姿勢の検出値との偏差に応じて、該上体の目標姿勢を含む前記基本の目標歩容を修正しつつ、その修正後の目標歩容に応じて該ロボットの動作を制御する手段とを備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムであって、
少なくとも前記シートの背もたれ部又は座部を傾動可能に設け、
前記姿勢検出手段による前記ロボットの上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位に応じて前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行なわしめる傾動手段を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの遠隔制御システム。 - 前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の大きさに応じた量だけ、前記シートの背もたれ部又は座部の傾動を行わしめることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記座部がその前端部が上下する方向に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記座部をその前端部が下降する方向に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記座部をその前端部が上昇する方向に傾動させることを特徴とする請求項１又は２記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記座部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記座部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記座部を左方向に傾動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記背もたれ部が前後に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの前傾側であるとき、前記背もれ部を前方に傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの後傾側であるとき、前記背もたれ部を後方に傾動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記背もたれ部が左右に傾動可能に設けられ、前記傾動手段は、前記上体姿勢の検出値の、前記修正後の目標歩容における上体の目標姿勢に対する偏位の向きが前記ロボットの右傾側であるとき、前記背もたれ部を右方向傾動させ、且つ、該偏位の向きが該ロボットの左傾側であるとき、前記背もたれ部を左方向に傾動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記背もたれ部に前記オペレータの上体が固定されると共に、該背もたれ部が該オペレータの上体と共に前記シートの座部に対して傾動可能に設けられ、前記ロボット操縦装置は、該背もたれ部の座部に対する傾動角に応じて前記ロボットの上体姿勢指令を決定し、その決定した上体姿勢指令を前記ロボットに与えることを特徴とする請求項３又は４記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記座部の傾動による前記オペレータの上体姿勢の変化に伴う前記背もたれ部の該座部に対する傾動角の変化を抑制する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
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