JP3649861B2 - 二足歩行型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、二足歩行型ロボットの遠隔制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットの遠隔制御システムにあっては、ロボットの動作をジョイスティック等の操作子の操作によりロボットに指令するものが従来より知られている。
【０００３】
この種のシステムでは、例えば二足歩行型ロボットを前進側に歩行させる際には、オペレータがジョイスティック等の操作子をロボットの前進側に対応する向きに操作し、このとき、例えば該操作子の操作量によって、ロボットの歩幅や歩行速度等を指令する。
【０００４】
しかしながら、このようなシステムでは、二足歩行型ロボットの歩行時の各脚体の動作（両脚の着床、離床を交互に繰り返す動作）と、その動作に対応した操作子の操作とは全く異なる形態をとるため、オペレータにとっては、ロボットの脚体の実際の動きが感覚的に判りづらい。例えば、操作子の操作量によって、二足歩行型ロボットの歩幅を指令する場合、ロボットの歩幅が、オペレータが想定した歩幅よりも大きかったり、小さかったりしても、それを操作子の操作量から感覚的にオペレータが知ることは難しい。
【０００５】
このため、上記のようなシステムでは、オペレータが意図したロボットの脚体の動作形態と、操作子の操作形態との間にずれを生じやすく、オペレータが意図したロボットの動作を確実にロボットに行わしめるためには、操作子の操作に熟練を要するものとなっていた。
【０００６】
また、ロボットの遠隔制御システムでは、オペレータがその全身にマスター装置を装着して、例えば、ロボットを歩行させようとする場合に、オペレータ自身が実際に歩行し、その歩行動作をマスター装置からロボットに指令するようにしたものが知られている。
【０００７】
しかしながら、このようなシステムでは、ロボットの移動環境と同じような広さの設備をマスター装置側に設けておかなければならず、その結果、設備上の制約等を受けて、ロボットを広範囲にわたって移動させることが困難なものとなっていた。
【０００８】
【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、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作を行わしめるに際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作を行わしめることができると共に、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる二足歩行型ロボットの遠隔制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの二足歩行型ロボットの遠隔制御システムは、オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって 、オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平を載せる回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記球体の回転量及び回転方向を検出する球体回転検出手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第１態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第２態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第３態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、前記二足歩行型ロボットを移動させる場合には、前記上体支持機構のシートに着座したオペレータ自身が、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作で移動するかのようにして、該オペレータの一方の足平を一旦持ち上げて前記球体から離反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前記球体上に再び接地させる。さらに、本発明の第１態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上げ側の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部の位置関係に対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の姿勢関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の姿勢関係に対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。さらに、本発明の第３態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係及び姿勢関係のそれぞれを、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置関係及び姿勢関係のそれぞれに対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。例えば前記ロボットに所望の歩幅で前進歩行を行わせる場合には、オペレータがその両足平を前記球体に対して交互に上げ下げし、この際、球体上に接地させている足平を持ち上げ側の足平（球体から離反させている側の足平）に対して後方に移動させるように球体を回転させると共に、この時の球体の回転量をロボットに行わせようとする歩行形態での歩幅に合わせる（歩幅が大きい程、球体の回転量を多くする）。また、例えば、ロボットの前進側への歩行に際してロボットの遊脚側の脚体の足平部を着床側の脚体の足平部に対して斜めに着床させてロボットの移動方向を変更させるような場合には、オペレータは、その持ち上げ側の足平を球体上に接地させる際に、その足平に対して、球体上に接地させている他方の足平が斜めに向くようにして該球体を斜め方向に回転させる。
【００１１】
このような操作をオペレータが行っているとき、本発明の第１態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。さらに本発明の第３態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。このとき、前記球体の回転量や回転方向は、前述の如くオペレータが意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置及び姿勢関係のうち一方又は両方に対応するものであるので、該球体の回転量及び回転方向のうち一方又は両方に応じた脚体の着床位置及び姿勢のうち一方又は両方が含まれる指令をロボットに与えることで、ロボットの脚体は、オペレータの球体上での足運びの形態と同じような形態で動作することとなる。
【００１２】
従って、本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、オペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚体が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の動きをロボットの脚体の動作として認識することができる。また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構に支持した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移動させることができるため、広範な操縦設備を必要とすることなく、ロボットを広い範囲で移動させることができる。よって、本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作させるとき、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作させることができるとともに、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる。
【００１３】
また、本発明の第１態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第１態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第２態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。また、本発明の第３態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置、及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第３態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置と、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床位置とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。
【００１４】
なお、かかる本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムでは、前記足平接地／離反検出手段は、例えば前記オペレータの各足平に装着するシューズに備えることで、オペレータの足平の球体に対する接地や離反を接点スイッチ等を用いて簡単に検出することができる。また、前記球体の回転量や回転方向は、例えばパソコンの画面上のカーソルを動かすためのトラックボールと同様の手法によって検出することが可能である。
【００１５】
前記課題を解決するための本発明の第４、第５及び第６のそれぞれの二足歩行型ロボットの遠隔制御システムは、オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平が載せられる足平載架体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置を検出する足平位置／姿勢検出手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第４態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第５態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第６態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置と、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムによれば、前記二足歩行型ロボットを移動させる場合には、前記第１、第２及び第３態様の遠隔制御システムと同様に、前記上体支持機構のシートに着座したオペレータ自身が、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作で移動するかのようにして、該オペレータの一方の足平を一旦持ち上げて前記足平載架体から離反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前記足平載架体上に再び接地させる。さらに、本発明の第４態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上げ側の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部の位置関係に対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。また、本発明の第５態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の姿勢関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の姿勢関係に対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。さらに、本発明の第６態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係及び姿勢関係のそれぞれを、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置関係及び姿勢関係のそれぞれに対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。
【００１７】
このような操作をオペレータが行っているとき、本発明の第４態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。本発明の第５態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。本発明の第６態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置、及び該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。このとき、オペレータの両足平の相対的な位置や姿勢は前述の如くオペレータが意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置や姿勢関係に対応するものであるので、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢のうち一方又は両方に応じた該脚体の着床位置及び姿勢のうち一方又は両方をロボットに指令することで、ロボットの脚体は、オペレータの足平載架体上での足運びの形態と同じような形態で動作することとなる。
【００１８】
従って、本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムのそれぞれによっても、オペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚体が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の動きをロボットの脚体の動作として認識することができ、また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構のシートに着座した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移動させることができるため、広範な操縦設備を必要とすることなく、ロボットを広い範囲で移動させることができる。
【００１９】
よって、本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムのそれぞれによれば、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作させるに際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作を行わしめることができるとともに、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる。
【００２０】
本発明の第４態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置を検出する。本発明の第５態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な姿勢を検出する。本発明の第６態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢を検出する。
【００２１】
すなわち、前記分布型接触センサは、接触の有無あるいは接触圧を検出するセンサ素子を例えばマトリクス状に配置したものであり、このような分布型接触センサを足平載架体の状面部に設けておくことで、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの足平が足平載架体上のどの位置にどのような向きで接触しているかが判る。これにより、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかの検出と、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢のうち一方又は両方の検出との両者の検出を容易に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の二足歩行型ロボットの遠隔制御システムの第１の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。
【００２３】
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二足歩行型ロボットと、このロボットの操縦装置とを示している。
【００２４】
図１を参照して、本実施形態の二足歩行型ロボットＲは、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。
【００２５】
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。
【００２６】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（型関節部分）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。
【００２７】
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の傾斜状態を図示しない加速度センサやレートジャイロを用いて検出する傾斜検出器１２が備えられている。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。
【００２８】
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の上体を支持する上体支持機構として、オペレータＯＰが着座するシート１４を備え、また、シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの脚体２を操縦するために該オペレータＯＰの両足平を載せる球体１５を備えている。尚、ロボット操縦装置Ｓは、さらにロボットＲの各腕体４を操縦するための装置も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。
【００２９】
シート１４の座部１４ａの前側下方には、球体１５を支持するために座部１４ａにブラケット１６を介して固設された球体支持用固定基台１７が配置され、この固定基台１７上に、球体１５を保持する球体保持用回転基台１８が図２のＺ軸（上下方向の軸）回りに回転自在に設けられている。この回転基台１８は、図３に示すようにその下面部の中心部から固定基台１７の内部に向かって下方に突設された軸１８ａがベアリング１７ａを介して固定基台１７に回転自在に支承され、これにより、固定基台１７上で、Ｚ軸回りに回転自在とされている。そして、球体１５は、その下半部が回転基台１８内に収容されて、該回転基台１８と一体的にＺ軸回りに左右方向に回転自在で、且つ図２及び図３のＸ軸（前後方向の軸）及びＹ軸（左右方向の軸）回りに回転自在なように回転基台１７に保持されている。
【００３０】
図３に示すように回転基台１８の内部には、球体１５の側面部（Ｙ軸方向の面部）に外周面を圧接させて回転自在に設けられた回転ローラ１９と、この回転ローラ１９の回転量により球体１５のＸ軸回りの回転量（回転角）を検出するロータリエンコーダ２０と、球体１５の後面部（Ｘ軸方向の面部）に外周面を圧接させて回転自在に設けられた回転ローラ２１と、この回転ローラ２１の回転量により球体１５のＹ軸回りの回転量（回転角）を検出するロータリエンコーダ２２とが備えられている。さらに、前記固定基台１７の内部には、球体１５のＺ軸回りの回転量（回転角）を検出すべく、該球体１５と一体的にＺ軸回りに回転する回転基台１８の軸１８ａの下端部に取り付けられたロータリエンコーダ２３が備えられている。これらのロータリエンコーダ２０，２２，２３は、本発明における球体回転検出手段２４を構成するものである。
【００３１】
また、本実施形態のシステムにおけるロボット操縦装置Ｓでは、シート１４に着座したオペレータＯＰがその各足平に装着する一対のシューズ２５（図では説明の便宜上、一つのシューズのみを示す）を備えており、オペレータＯＰはロボットＲの操縦に際して該シューズ２５を履いた上で、自身の足平を球体１５の上面部（回転基台１８から露出した部分）に載せるようになっている。この場合、各シューズ２５の足底には、接点スイッチ等により構成された接地センサ２６（足平接地／離反検出手段）が備えられており、該接地センサ２６は、オペレータＯＰの足平の装着したシューズ２５が球体１５上に接地されているか球体１５から離反されているかに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【００３２】
尚、シート１４は、その座部１４ａが、前後方向の軸心２７回りにアクチュエータ２８により左右に傾動し（座部１４ａの左右の両側部が上下する）、さらに、左右方向の軸心２９回りにアクチュエータ３０により座部１４ａの前端部が上下する方向に傾動するように基台３１上に支持されている。そして、シート１４の背もたれ部１４ｂは、左右方向の軸心３２回りにアクチュエータ３３により前後に傾動するように座部１４ａの後端部から起立され、この背もたれ部１４ｂにオペレータＯＰの上体が図示しないバンド等により固定されるようになっている。このようなシート１４の構造は、ロボットＲの上体（胴体２）の傾斜姿勢を、オペレータＯＰが自身の上体の傾斜姿勢によりロボットＲに指示したり、ロボットＲの上体の姿勢の不安定さに応じて座部１４ａを傾動させたりするためのものであり、これについては、本願出願人が先に特願平８−３４３９２２号にて詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３３】
一方、本実施形態のシステムでは、前述のロボットＲの動作制御を行うために、図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００３４】
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３４と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１と、これらの制御ユニット３４，１１間での通信を行うための通信装置３５とから構成されている。以下、制御ユニット３４をマスター側制御ユニット３４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３５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。
【００３５】
マスター側制御ユニット３４は、ロボットＲの脚体３の動作指令をロボット側制御ユニット１１に与えるためにマスター演算処理装置３６を備え、このマスター演算処理装置３６に前記各シューズ２５の接地センサ２６の検知信号（シューズ２５の球体１５への接地や球体１５からの離反を示すＯＮ／ＯＦＦ信号）と、前記ロータリエンコーダ２０，２２，２３による球体１５の回転角の検出値とが与えられる。
【００３６】
そして、このマスター演算処理装置３６は、脚体動作指令手段を構成するものであり、各シューズ２５の接地センサ２６の検知信号に基づき、ロボットＲの各脚体３の離床・着床を行わせるタイミングを規定する指令データ（以下、離床／着床指令という）を生成すると共に、ロータリエンコーダ２０，２２，２３による球体１５の回転角の検出値に基づき、ロボットＲの遊脚側（離床側）の脚体３の足平部７の着床に際しての位置／姿勢を規定する指令データ（以下、着床足平位置／姿勢指令という）を生成し（詳細は後述する）、それらの指令データをロボットＲの脚体動作指令として通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００３７】
尚、マスター側制御ユニット３４には、前記マスター演算処理装置３６の他、シート１４の動作に関する制御装置等（図示しない）も備えており、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾斜姿勢に応じてロボットＲの上体を傾斜させるための上体姿勢指令（ロボットＲの上体の傾斜角を規定する指令データ）をロボット側制御ユニット１１に与えたりするのであるが、これについては前記特願平８−３４３９２２号にて本願出願人が詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３８】
前記ロボット側制御ユニット１１は、ロボットＲの脚用アクチュエータ５の動作制御を行うために、ロボット脚主制御部３７と脚用アクチュエータ変位制御部３８とを備えている。
【００３９】
ロボット脚主制御部３７は、詳細は後述するが、マスター側制御ユニット３４から与えられる前記脚体動作指令（離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令）や、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾斜に応じた上体姿勢指令、前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体（胴体２）の姿勢（傾斜）の検出値、前記６軸力センサ６により検出されるロボットＲの足平部７への床からの作用力の検出値に基づいて、ロボットＲの各脚用アクチュエータ５の目標変位を決定し、それを脚用アクチュエータ変位制御部３８に指令する。
【００４０】
脚用アクチュエータ変位制御部３８は、ロボット脚主制御部３７から指令された各脚用アクチュエータ５の目標変位と前記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の変位の検出値とに基づき、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。
【００４１】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００４２】
本実施形態のシステムでは、ロボットＲを操縦するためにシート１４に着座したオペレータＯＰがその各足平をこれに装着したシューズ２５を介して球体１５上に接地させる際には、例えば図５（ａ）に示すように球体１５の上面部の中央付近（球体１５の頂上付近）の所定の定位置に各シューズ２５を前後方向に向けて載せる。この場合、右足平側のシューズ２５を載せる定位置（以下、右足平接地基準位置という）は、球体１５の上面部中央の右側の箇所で、左足平側のシューズ２５を載せる定位置（以下、左足平接地基準位置という）は、球体１５の上面部中央の左側の箇所である。
【００４３】
そして、オペレータＯＰは、ロボットＲをその脚体３の動作によって移動させようとする場合には、該オペレータＯＰ自身が通常的に移動する場合と同様にして、一方の脚側（遊脚側）の足平を持ち上げてその足平のシューズ２５を球体１５から一旦離反させ、さらに、その足平を球体１５上に向かって降ろして該足平のシューズ２５を球体１５上の接地基準位置に前後方向に向けて接地させる（遊脚側の足平の離床・着床動作を行う）。また、オペレータＯＰの他方の脚側（支持脚側）の足平については、遊脚側の足平のシューズ２５を球体１５の接地基準位置に接地させる際における遊脚側の足平と支持脚側の足平との相対的な位置関係や姿勢関係（向き関係）が、ロボットＲに行わせようとする移動形態でオペレータＯＰ自身が実際に移動する場合における遊脚側の足平の着床時の両足平の相対的な位置関係や姿勢関係と同じような関係になるように、球体１５にシューズ２５を介して接地させている足平を、その接地状態を維持したまま動かして、その動きにより該球体１５を回転させる。
【００４４】
具体的には、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際してロボットＲの左側の脚体３を前進側に一歩、踏み出させようとする場合には、オペレータＯＰは、その左足平を球体１５上から持ち上げて、該左足平を球体１５上の左足平接地基準位置に前後方向に向けて降ろし、この際、該左足平を球体１５から離反させている間に、右足平のシューズ２５を球体１５に接地させたまま、該右足平を例えば図５（ｂ）に示すような位置に手前側（シート１４の近づく側）に動かして、球体１５を回転させる。すなわち、オペレータＯＰ自身が実際に前進歩行する場合に、その支持脚側の足平が遊脚側の足平に対して後方に移動するのと同じようにして、球体１５上にシューズ２５を介して接地させている足平を動かして球体１５を回転させる。この場合、球体１５上に接地させている足平の前記接地基準位置からの移動量は、ロボットＲに行わせようとする移動形態（歩行形態）での歩幅に対応させ、その歩幅が大きい程、球体１５上に接地させている足平の移動量を大きくする（球体１５の回転量を大きくする）。
【００４５】
また、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合には、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向き関係）と合わせるようにして、球体１５上にシューズ２５を介して接地させているオペレータＯＰの足平を動かして球体１５を回転させる。例えばロボットＲの左側の脚体３を遊脚側として該脚体３の足平部７を右側の脚体３（支持脚側の脚体３）の足平部７の向きに対して左斜め向きに着床させようとする場合には、その着床時における右側の脚体３の足平部７の向きは、左側の脚体３の足平部７の向きに対して右斜め向きとなるので、オペレータＯＰは、図５（ｂ）に示すように該オペレータＯＰの左足平のシューズ２５を球体１５上の左足平接地基準位置に前後方向に向けて接地させる際に、右足平のシューズ２５が右斜めに向くように球体１５を該足平の動きにより回転させる（この回転は球体１５のＺ軸回りの回転によりなされる）。
【００４６】
尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みをさせるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を前記球体１５の接地基準位置に対して交互に上下させればよい。
【００４７】
このようにして、オペレータＯＰがロボットＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足平を動かしつつ球体１５を回転させている際に、オペレータＯＰの各足平の球体１５上への接地及び該球体１５からの離反が、各足平のシューズ２５の前記接地センサ２６によって各足平毎に検知され、それが前記マスター側制御ユニット３４のマスター演算処理装置３６に与えられる。
【００４８】
このとき、マスター演算処理装置３６は、球体１５からの離反が接地センサ２６により検知されたオペレータＯＰの足平に対応する側のロボットＲの脚体３を離床させるべき脚体３として決定して、該オペレータＯＰの足平の球体１５からの離反の検知及びその後の球体１５上への接地の検知に応じて該足平に対応するロボットＲの脚体３の前記離床／着床指令を生成し、それを前記通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００４９】
また、このとき、マスター演算処理装置３６は、図６のフローチャートに示す演算処理を所定の制御サイクルで行う。
【００５０】
すなわち、マスター演算処理装置３６は、まず、オペレータＯＰの足平の動作モードを判別する（ＳＴＥＰ６−１）。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、オペレータＯＰがその両足平をシューズ２５を介して球体１５上に継続的に接地させている状態を示すモード、空中モードは、オペレータＯＰがその一方の足平を持ち上げて該足平のシューズ２５を球体１５から離反させた状態を示すモード、降下モードは、オペレータＯＰが、持ち上げた足平のシューズ２５を球体１５上に接地させた際の状態を示すモードである。この場合、ロボットＲの操縦の開始時には、オペレータＯＰはその両足平のシューズ２５を前記図５（ａ）に示したように球体１５上に接地させておくので、該動作モードの初期モードは接地モードである。
【００５１】
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、マスター演算処理装置３６は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ６−２）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，２３により検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体１５の回転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−３）。
【００５２】
ここで、オペレータＯＰの両足平が球体１５上に接地されている接地モードで球体１５の回転角を積算するのは次のような理由による。すなわち、本実施形態では、オペレータＯＰがその各足平を球体１５上に接地させる際には、図５（ａ）に示した接地基準位置で前後方向に向けて各足平を球体１５上に接地させることを基本とし、その接地基準位置からの接地側の足平（ロボットＲの支持脚側の脚体３に対応する足平）の移動量及び移動方向に応じて、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の足平部７に対する着床位置や姿勢（向き）をロボットＲに指令する（前記着床足平位置／姿勢指令）。このため、オペレータＯＰがその両足平のシューズ２５を球体１５上に接地させている際に、オペレータＯＰが不用意にその両足平を動かして球体１５を回転させてしまうと、その後に一方の足平を持ち上げて、他方の接地側の足平により球体１５を前述の如く回転させた場合に、該一方の足平を持ち上げてから該足平を球体１５上の接地基準位置に接地させるまでの球体１５の接地側の足平による回転角を把握しただけでは、その回転角から、前記のような接地基準位置からの接地側の足平の移動量及び移動方向を正しく把握することができない。このために、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ６−３において、接地モードにおける球体１５のＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りの回転角を積算しておく。
【００５３】
尚、オペレータＯＰ自身が一方の足平を球体１５から離反させる際の他方の足平の位置や向きを認識しておき、それによって、該オペレータＯＰ自身が球体１５上に接地させている足平の移動量や移動方向を調整するような場合には、前記ＳＴＥＰ６−３の処理を省略するようにしてもよい。
【００５４】
次いで、マスター演算処理装置３６は、前記ＳＴＥＰ６−２で保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信した後（ＳＴＥＰ６−４）、前記シューズ２５の接地センサ２６の検知信号によって、オペレータＯＰのいずれか一方の足平のシューズ２５が球体１５から離反されたかを判断する（ＳＴＥＰ６−５）。そして、この判断で、オペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５上に接地している場合（ＳＴＥＰ６−５でＮＯ）には、接地モードに対応する今回の制御サイクルの処理を終了する。また、ＳＴＥＰ６−５の判断結果がＹＥＳである場合には、球体１５から離反されたオペレータＯＰの足平が左右いずれの足平であるかを示す左右判定結果（これは左右いずれの側のシューズ２５の接地センサ２６によって足平の球体１５からの離反が検知されたかによって認識される）を図示しないメモリに記憶し（ＳＴＥＰ６−６）、さらに動作モードを空中モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−７）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００５５】
次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が空中モードである場合（これは前記接地モードでＳＴＥＰ６−７の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置３６は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ６−８）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，２３により検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体１５の回転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−９）。この積算は、前記接地モードから継続的に行われる。
【００５６】
そして、マスター演算処理装置３６は、ＳＴＥＰ６−８で保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信した後（ＳＴＥＰ６−１０）、オペレータＯＰの各足平のシューズ２５の接地センサ２６の検知信号によって、オペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５上に接地されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ６−１１）。この判断結果がＮＯである場合、すなわち、オペレータＯＰの持ち上げた一方の足平がまだ球体１５上に降ろされていない場合には、今回の制御サイクルの処理を終了し、また、上記判断結果がＹＥＳである場合、すなわち、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平のシューズ２５を球体１５上に接地させた場合には、動作モードを降下モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１２）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００５７】
次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が降下モードである場合（これは前記空中モードでＳＴＥＰ６−１２の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置３６は、前記接地モードから空中モードにかけて前記ＳＴＥＰ６−３及び６−９で求められた球体１５の各軸回りの回転角の積算値と、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶された左右判定結果とを基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の脚体３の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を決定する（ＳＴＥＰ６−１３）。
【００５８】
さらに詳細には、例えば図５（ｂ）に示したように球体１５が回転された場合（オペレータＯＰが左足平を持ち上げて右足平により球体１５を手前側に回転させた場合）において、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶される左右判定結果は左であり（接地モードでオペレータＯＰの左足平が球体１５から離反される）、このときマスター演算処理装置３６は、前記Ｘ軸及びＹ軸回りの球体１５の回転角の積算値から所定の演算式によって、オペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置からのＸ軸方向（前後方向）の移動量Δｘ（図５（ｂ）ではΔｘ＜０）及びＹ軸方向（左右方向）の移動量Δｙ（図５（ｂ）ではΔｙ＜０）を算出する。また、マスター演算処理装置３６は、Ｚ軸回りの球体１５の回転角の積算値をオペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置からのＺ軸回り（鉛直軸回り）の回転角Δθ（図５（ｂ）ではΔθ＜０）として得る。
そして、マスター演算処理装置３６は、上記移動量Δｘ，Δｙ及び回転角Δθから、ロボットＲの遊脚側の脚体３（図５（ｂ）の場合、左側の脚体３）の足平部７の支持脚側の脚体３（図５（ｂ）の場合、右側の脚体３）の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を次のように決定する。すなわち、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における着床位置を、前記Ｘ軸方向の移動量Δｘに所定の負のゲイン定数（−ｋ1 ）を乗算した値−ｋ1 ・Δｘだけ、遊脚側の足平部７の前後方向で支持脚側の脚体３の足平部７に対して前方に移動させた位置として決定する。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）における着床位置を、前記Ｙ軸方向の移動量Δｙに所定の負のゲイン定数（−ｋ2 ）を乗算した値−ｋ2 ・Δｙに所定のオフセット値ａを加算してなる値（−ｋ2 ・Δｙ＋ａ）だけ、遊脚側の足平部７の左右方向で支持脚側の脚体３の足平部７に対して左方に移動させた位置として決定する。ここで、上記オフセット値ａは、Δｙ＝０のとき（例えばロボットＲの直進歩行時）におけるロボットＲの両足平部７，７の左右方向の間隔を規定するものである。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床姿勢を、前記Ｚ軸回りの回転角Δθに所定の負のゲイン定数（−ｋ3 ）を乗算した値−ｋ3 ・Δθだけ、支持脚側の脚体３の足平部７の向きに対して鉛直軸回りに左方向に回転させた向きとして決定する。
【００５９】
尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、左足平により球体１５を回転させた場合にも同様に行われる。この場合には、ロボットＲの左側の脚体３の足平部７に対する右側の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿勢指令が決定される。
【００６０】
このようにしてロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を球体１５の接地基準位置に接地させた際の両足平の相対的な位置／姿勢関係に対応したものに決定される。
【００６１】
尚、本実施形態では、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床／位置姿勢指令を遊脚側の足平部７を基準とした座標系で決定してしているが、該着床／位置姿勢指令をロボットＲの支持脚側の足平部７を基準とした座標系に変換した上で、ロボットＲに与えるようにしてもよい。
【００６２】
図６に戻って、マスター演算処理装置３６は、次に、球体１５の各軸回りの回転角の積算値をクリア（積算値を「０」にリセットする）した後（ＳＴＥＰ６−１４）、前記ＳＴＥＰ６−１３で決定した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ６−１５）、さらに、動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１６）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００６３】
一方、前述のようなロボット操縦装置Ｓ側での動作や制御処理が行われたとき、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部３７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。
【００６４】
すなわち、ロボット脚主制御部３７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３４から通信装置３５を介して与えられる前述の脚体動作指令（離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令）や、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾動に基づく上体姿勢指令を受信する（ＳＴＥＰ７−２）。
【００６５】
次いで、ロボット脚主制御部３７は、前記離床／着床指令によって、いずれか一方の脚体３についての着床要求が有るか否かを判断し（ＳＴＥＰ７−３）、着床要求が有る場合には、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（胴体２）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、ロボットＲの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特徴を記述するパラメータにより構成され、これらのパラメータを前記着床要求を受けた脚体３について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。また、該目標歩容における遊脚側の脚体３の着床の際の目標足平位置／姿勢は、前記着床足平位置／姿勢指令に従って生成する。
【００６６】
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。
【００６７】
次いで、ロボット脚主制御部３７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）。
【００６８】
この姿勢安定化制御では、ロボット脚主制御部３７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の上体の姿勢や位置を修正する。
【００６９】
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。
【００７０】
次いで、ロボット脚主制御部３７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３８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３８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。
【００７１】
そして、この後、ロボット脚主制御部３７は、ロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部１４ａの傾動のため等に必要なロボットＲの動作情報を通信装置３５を介してマスター側制御ユニット３４に送信して（ＳＴＥＰ７−９）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００７２】
以上のようなロボットＲ側での作動によって、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同じような形態で脚体３を動かす。尚、この時のロボットＲの脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一歩分遅れて行われる。
【００７３】
このようなロボットＲの遠隔制御システムによれば、オペレータＯＰがその足平を球体１５に対して上下させる際における該オペレータＯＰの遊脚側の足平に対する支持脚側の足平（球体１５に接地させている足平）の移動量や移動方向によって、ロボットＲの移動時の歩幅や移動方向が規定されるため、オペレータＯＰは自身の足平の動きを、ロボットＲの脚体３の動きとして感覚的に認識することができ、確実にロボットＲの脚体３の所望の動作を行わしめることができる。また、オペレータＯＰは、シート１４に着座したまま足平を動かすことで、ロボットＲを移動させることができるので、ロボット操縦装置Ｓ側に広範な設備を設けずとも、ロボットＲを広い範囲で移動させることができる。
【００７４】
尚、本実施形態では、ロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定するための球体１５の回転角をロータリエンコーダ２０，２２，２３を用いて検出するようにしたが、例えば非接触の速度センサを用いて球体１５の各軸回りの回転速度を検出し、それを積分することで球体１５の回転角を求めるようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、オペレータＯＰの球体１５上への接地や球体１５からの離反をシューズ２５に設けた接地センサ２６により検出するようにしたが、荷重センサや光学的なセンサあるいは電磁的なセンサを用いてオペレータＯＰの足平の接地や離反を検出するようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施形態において、ロボット側制御ユニット１１からマスター側制御ユニット３４にロボットＲの脚体３の動作情報を送信するようにし、それに応じて、ロボットＲの脚体３の過剰な動き等を防止するために、球体１５の回転や着床足平位置／姿勢指令の決定値を制限するようにしてもよい。尚、球体１５の回転量を制限するためには、例えばロータリエンコーダ２０，２２，２３と同軸にアクチュエータ（モータ）やブレーキ装置を備えればよい。
【００７７】
次に、本発明の第２実施形態の遠隔制御システムを図８乃至図１１を参照して説明する。尚、本実施形態のシステムでは、ロボットの構成（ロボット側制御ユニットを含む）は前記第１実施形態のものと同一で、ロボット操縦装置やマスター側制御ユニットの一部のみが第１実施形態と相違しているので、同一構成部分については、第１実施形態と同じ図面及び参照符号を用いて説明する。
【００７８】
図８は、前記図１に示したロボットＲを操縦するための本実施形態のロボット操縦装置Ｓ’を示すものであり、この操縦装置Ｓ’では、前記第１実施形態のものと同一構造のシート１４の前側下方に、シート１４に着座したオペレータＯＰがその両足平をそのそれぞれに装着したシューズ４０を介して載せる平板状の足平載架体４１を備え、該足平載架体４１がブラケット４１ｘを介してシート１４の座部１４ａに固設されている。この場合、各シューズ４０の足底には、例えば図９に示すような形状の突起５２が設けられており、この突起４２は、足底の踵部分に存する円形部４２ａと、足底の長手方向に延在する長尺部４２ｂとにより構成されている。尚、シューズ４０の突起４２は足平載架体４１上を滑らせることができるような部材（足平載架体４１の上面部との間の摩擦係数が小さな部材）により形成されている。また、円形部４２ａの形状は円形に限らず、例えば四角形や三角形であってもよい。
【００７９】
前記足平載架体４１の上面部は、例えば接触の有無を検出する小さな接触センサ（図示しない）をマトリクス状に配列してなる分布型接触センサ４１ａにより構成され、該分布型接触センサ４１ａは、これに何らかの物が接触したとき、その接触面の位置や形状を示すデータを出力する。
【００８０】
また、図１０を参照して、本実施形態でロボットＲの動作制御を行うための制御システムは、前記第１実施形態と同様にロボット側制御ユニット１１、マスター側制御ユニット３４及び通信装置３５により構成され、マスター側制御ユニット３４には、前記分布型接触センサ４１ａの検出データを与えるマスター演算処理装置４３が備えられている。
【００８１】
このマスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａと併せて足平接地／離反検出手段４４としての機能を有し、オペレータＯＰの各足平に装着したシューズ４０の突起４２に対応する接触面が分布型接触センサ４１ａにより検出されるか否かでオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１上への接地及び該足平載架体４１からの離反を認識する。例えば、足平載架体４１上の二カ所に突起４２との接触面が分布型接触センサ４１ａにより検出される場合には、両足平の足平載架体４１上への接地状態が認識され、この状態から例えば右側の突起４２との接触面が検出されなくなった場合には、オペレータＯＰの右足平の足平載架体４１からの離反が認識される。尚、オペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の検出に際しての左右の区別は、例えば突起４２の形状あるいは大きさを左右で異なるものとして、それらの突起４２と足平載架体４１との接触面の相違に基づいて行うようにしてもよい。
【００８２】
また、マスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａと併せて、オペレータＯＰの両足平の足平載架体４１上への接地時における両足平の相対的な位置／姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段４５としての機能を有し、分布型接触センサ４１ａの出力データから足平載架体４１上での各足平の突起４２の円形部４２ａの位置（足平載架体４１に固定された平面座標系での位置）を認識し、その認識した各突起４２の円形部４２ａの位置から、足平載架体４１上における一方の足平側の前記突起４２の円形部４２ａに対する他方の足平側の前記突起４２の円形部４２ａの位置を両足平の相対的な位置として認識する。さらに、マスタ演算処理装置４３の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能は、分布型接触センサ４１ａの出力データから足平載架体４１上での各足平の突起４２の長尺部４２ｂの向きを認識し、その認識した各突起４２の長尺部４２ｂの向きから、足平載架体４１上における一方の足平側の前記突起４２の長尺部４２ｂの向きに対する他方の足平側の前記突起４２の長尺部４２ｂの向きを両足平の相対的な姿勢として認識する。
【００８３】
より具体的には、例えば図１１に示すように両足平のシューズ４０の突起４２が足平載架体４１上に接地された場合において、マスター演算処理装置４３の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能は、例えば右足平側の突起４２の円形部４２ａに対する左足平側の突起４２の円形部４２ｂの、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの長手方向（図１１のＸ軸方向）及びこれと直交する方向（図１１のＹ軸方向）における変位両Δｘ，Δｙを両足平の相対的位置を示すものとして認識し、また、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方向）に対する左足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方位角Δθを両足平の相対的姿勢を示すものとして認識する。
【００８４】
また、マスター演算処理装置４３は、脚体動作指令手段４６としての機能も有し、この機能では、前述のように足平接地／離反検出手段４４により把握されるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反や、足平位置／姿勢検出手段４５により把握されるオペレータＯＰの両足平の相対的な位置／姿勢に基づき、前記第１実施形態で説明した前記離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令を決定し（詳細は後述する）、これらの指令を脚体動作指令として通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００８５】
以上説明した以外の他の構成は、前記第１の実施形態と同一である。
【００８６】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００８７】
本実施形態のシステムでは、オペレータＯＰは、ロボットＲをその脚体３の動作によって移動させようとする場合には、該オペレータＯＰ自身が通常的に移動する場合と同様にして、両足平を足平載架体４１上に載せた状態から、遊脚側の足平を持ち上げてその足平のシューズ４０を足平載架体４１から一旦離反させ、さらに、該遊脚側の足平をロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を動かそうとする方向に向かって移動させつつ、支持脚側の足平を、これに装着したシューズ４０を介して足平載架体４１上に接触させたまま該足平載架体４１上を滑らせるようにして、遊脚側の足平と逆向きに移動させる。そして、最終的に、持ち上げた足平を足平載架体４１上に降ろし、この際、オペレータＯＰの両足平の相対的な位置／姿勢関係が、ロボットＲに行わせようとする脚体３の動作形態での遊脚側の脚体３の着床時の両足平部７の相対的な位置／姿勢関係と同じような関係になるように、オペレータＯＰの両足平を動かす。
【００８８】
例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際してロボットＲの左側の脚体３を前進側に一歩、踏み出させようとする場合には、オペレータＯＰは、その左足平を足平載架体４１上から持ち上げて前方側に移動させると同時に、右足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させたまま後方（シート１４に近づく方向）に足平載架体４１上を摺動させる。そして、図１１に示すように、左足平を足平載架体４１上に降ろすに際して、該左足平の接地時の両足平の前後方向の間隔が、ロボットＲに行わせようとする歩行形態での該ロボットＲの歩幅に対応する間隔となるような両足平の位置関係で左足平を足平載架体４１上に降ろす。
【００８９】
また、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合には、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向き関係）と合わせるようにして、両足平を動かす。例えばロボットＲの左側の脚体３を遊脚側として該脚体３の足平部７を右側の脚体３（支持脚側の脚体３）の足平部７の向きに対して左斜め向きに着床させようとする場合には、オペレータＯＰは、図１１に示すように、該オペレータＯＰの左足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させる際に、右足平のシューズ４０の向き（突起４２の長尺部４２ｂの向き）に対して左足平のシューズ４０の向きが左斜めに向くように両足平を動かす。
【００９０】
尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みさせるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を足平載架体４１上の同じ場所で上下させればよい。
【００９１】
このようにして、オペレータＯＰがロボットＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足平を動かしている際に、オペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反が、前記マスター演算処理装置４３の足平接地／離反検出手段４４としての機能によって、前述の如く分布型接触センサ４１ａの出力データに基づいて把握される。
【００９２】
このとき、マスター演算処理装置４３は、足平載架体４１からの離反が把握されたオペレータＯＰの足平に対応する側のロボットＲの脚体３を離床させるべき脚体３として決定して、該オペレータＯＰの足平の足平載架体４１からの離反及びその後の足平載架体４１上への接地に応じて該足平に対応するロボットＲの脚体３の前記離床／着床指令を生成し、それを前記通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００９３】
また、このとき、マスター演算処理装置４３は、図１２のフローチャートに示す演算処理を所定の制御サイクルで行う。
【００９４】
すなわち、マスター演算処理装置４３は、まず、前記第１実施形態と同様、オペレータＯＰの足平の動作モード（接地モード、空中モード及び降下モードの３種類）を判別する（ＳＴＥＰ１２−１）。この場合、ロボットＲの操縦開始時の初期モードは接地モードである。
【００９５】
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（オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地されている場合）には、マスター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−２）、その保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１２−３）。
【００９６】
次いで、マスター演算処理装置４３は、その足平接地／離反検出手段４４としての機能によるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の把握に基づいて、オペレータＯＰのいずれか一方の足平のシューズ４０が足平載架体４１から離反されたかを判断する（ＳＴＥＰ１２−４）。そして、この判断で、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地している場合（ＳＴＥＰ１２−４でＮＯ）には、今回の制御サイクルの処理を終了する。また、上記の判断結果がＹＥＳである場合には、足平載架体４１から離反されたオペレータＯＰの足平が左右のいすれの足平であるかを示す左右判定結果（これは足平接地／離反検出手段４４により把握される）を図示しないメモリに記憶し（ＳＴＥＰ１２−５）、さらに、動作モードを空中モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−６）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００９７】
次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が空中モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−６の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−７）、その保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１２−８）。さらに、マスター演算処理装置４３は、足平接地／離反検出手段４４としての機能によるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の把握に基づいて、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−９）。この判断結果がＮＯである場合、すなわち、オペレータＯＰの持ち上げた一方の足平がその持ち上げ状態のままである場合には、今回の制御サイクルの処理を終了する。また、上記判断結果がＹＥＳである場合、すなわちオペレータＯＰが持ち上げた一方の足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させた場合には、動作モードを降下モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−１０）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００９８】
次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が降下モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−１０の処理が行われた後の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａの検出データと前記ＳＴＥＰ１２−５で記憶された左右判定結果とを基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の脚体３の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を決定する（ＳＴＥＰ１２−１１）。
【００９９】
さらに詳細には、例えばオペレータＯＰがその左足平を持ち上げて、該左足平を前方側に動かすと共に足平載架体４１上に接地させている右足平を後方側に動かし、最終的に前記図１１に示したような両足平のシューズ４０の位置／姿勢関係で左足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させた場合において、前記ＳＴＥＰ１２−５で記憶される左右判定結果は左である（接地モードでオペレータＯＰの左足平のシューズ４０が足平載架体４１から離反される）。このとき、マスター演算処理装置４３は、その足平位置／姿勢検出手段４５としての機能によって、現在の右足平のシューズ４０の突起４２を基準として、その右足平側の突起４２の円形部４２ａに対する左足平側の突起４２の円形部４２ａの、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの長手方向（図１１のＸ軸方向）及びこれと直交する方向（図１１のＹ軸方向）における変位量Δｘ，Δｙと、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方向）に対する左足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方位角Δθとを分布型接触センサ４１ａの出力データから算出する。
【０１００】
そして、マスター演算処理装置４３は、その脚体動作指令手段４６によって、上記変位量Δｘ，Δｙ及び方位角Δθから、ロボットＲの遊脚側の脚体３（図１１の場合、左側の脚体３）の足平部７の支持脚側の脚体３（図１１の場合、右側の脚体３）の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を次のように決定する。すなわち、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における着床位置を、前記変位量Δｘに所定の正のゲイン定数ｋａを乗算してなる値ｋａ・Δｘだけ、支持脚側の脚体３の足平部７に対して前方向に移動させた位置として決定する。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）における着床位置を、前記変位量Δｙに所定の正のゲイン定数ｋｂを乗算してなる値ｋｂ・Δｙに所定のオフセット値ａを加算してなる値（ｋｂ・Δｙ＋ａ）だけ、支持脚側の脚体３の足平部７に対して左方向に移動させた位置として決定する。ここで、上記オフセット値ａは、Δｙ＝０のとき（例えばロボットＲの直進歩行時）におけるロボットＲの脚体３の足平部７，７の左右方向の間隔を規定するものである。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床姿勢を、前記方位角Δθに所定の正のゲイン係数ｋｃを乗算してなる値ｋｃ・Δθだけ、支持脚側の脚体３の足平部７の向きに対して鉛直軸回りに左方向に回転させた向きとして決定する。
【０１０１】
尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、両足平を移動させた場合にも同様に行われる。この場合には、ロボットＲの左側の脚体３の足平部７に対する右側の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿勢指令が決定される。
【０１０２】
このようにしてロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を足平載架体４１上に接地された際の両足平の相対的な位置／姿勢関係に対応したものに決定される。
【０１０３】
図１２に戻って、マスター演算処理装置４３は、次に、前記ＳＴＥＰ１２−１１で決定した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ１２−１２）、さらに、動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−１３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【０１０４】
尚、マスター演算処理装置４３から前述の如く離床／着床指令や着床足平位置／姿勢指令が与えられるロボット側制御ユニット１１の処理は、前記第１実施形態と全く同一で（図７参照）、この処理によって、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同じような形態で脚体３を動かす。この時のロボットＲの脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一歩分遅れて行われる。
【０１０５】
このようなロボットＲの遠隔制御システムによれば、オペレータＯＰがシート１４に着座したまま歩行するかのようにして、その足平を足平載架体４１に対して上下させながら動かすことで、持ち上げ側の足平の足平載架体４１上への接地時における両足平の相対的な位置／姿勢によってロボットＲの移動時の歩幅や移動方向が規定されるため、前記第１実施形態と同様に、オペレータＯＰは自身の足平の動きを、ロボットＲの脚体３の動きとして感覚的に認識することができ、確実にロボットＲの脚体３の所望の動作を行わしめることができる。また、オペレータＯＰは、シート１４に着座したまま足平を動かすことで、ロボットＲを移動させることができるので、ロボット操縦装置Ｓ’側に広範な設備を設けずとも、ロボットＲを広い範囲で移動させることができる。
【０１０６】
尚、本実施形態では、足平載架体４１上の両足平の相対的な位置／姿勢を検出するために、各足平に装着するシューズ４０に設けた前述の形状の突起４２を用いたが、例えば図１３に示すように、二つの突起５０，５１を各シューズ４０の足底に該シューズ４０の長手方向に間隔を存して設けておき、これらの突起５０，５１のうち、例えば突起５０の相対的な位置によって、両足平の相対的な位置を把握すると共に、各シューズ４０毎に突起５０に対する突起５１の位置によって各シューズ４０を装着した各足平の向きを把握して、それによって、両足平の相対的な姿勢（向き）を認識するようにしてもよい。さらには、各足平と足平載架体との接触面の形状からパターン認識的な手法によって、両足平の相対的な位置や姿勢関係を把握するようにしてもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、オペレータＯＰの足平の足平載架体４１に対する接地・離反や、両足平の接地時の相対的な位置／姿勢を分布型接触センサ４１ａの出力データに基づいて検出するようにしたが、それらの検出を例えば分布型荷重センサを用いて行うようにしてもよく、あるいは、接地・離反の検出は、前記第１実施形態で用いたような接地センサを用いて行うようにしてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態では、例えばロボットＲの支持脚側の足平部７に対する上体（胴体２）の向きを、該支持脚側の足平部７に対応するオペレータＯＰの足平に対する足平載架体４１の向きに応じて決定するようにすることも可能である。
【０１０９】
また、前記第１及び第２の各実施形態では、上体支持機構としてシート１４を用いたが、これに限らず、オペレータＯＰの上体を支持できるものであれば、他の構造のものを使用してもよい。
【０１１０】
また、前記各実施形態では、ロボットＲは、ある程度、その姿勢を自律的に安定化するための構成を備えたものを示したが、そのような構成を具備していないものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態で遠隔制御を行う二足歩行型ロボットを示す側面図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるロボット操縦装置を示す側面図。
【図３】図２のロボット操縦装置の要部の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における制御システムを示すブロック図。
【図５】図２のロボット操縦装置の操作方法及び図４の制御システムの作動を説明するための図。
【図６】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】本発明の第２実施形態におけるロボット操縦装置を示す側面図。
【図９】図８のロボット操縦装置で使用するシューズの足底を示す平面図。
【図１０】本発明の第２実施形態における制御システムを示すブロック図。
【図１１】図８のロボット操縦装置の操作方法及び図１０の制御システムの作動を説明するための図。
【図１２】図１０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１３】図８のロボット操縦装置で使用するシューズの他の形態の足底を示す平面図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、二足歩行型ロボットの遠隔制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットの遠隔制御システムにあっては、ロボットの動作をジョイスティック等の操作子の操作によりロボットに指令するものが従来より知られている。
【０００３】
この種のシステムでは、例えば二足歩行型ロボットを前進側に歩行させる際には、オペレータがジョイスティック等の操作子をロボットの前進側に対応する向きに操作し、このとき、例えば該操作子の操作量によって、ロボットの歩幅や歩行速度等を指令する。
【０００４】
しかしながら、このようなシステムでは、二足歩行型ロボットの歩行時の各脚体の動作（両脚の着床、離床を交互に繰り返す動作）と、その動作に対応した操作子の操作とは全く異なる形態をとるため、オペレータにとっては、ロボットの脚体の実際の動きが感覚的に判りづらい。例えば、操作子の操作量によって、二足歩行型ロボットの歩幅を指令する場合、ロボットの歩幅が、オペレータが想定した歩幅よりも大きかったり、小さかったりしても、それを操作子の操作量から感覚的にオペレータが知ることは難しい。
【０００５】
このため、上記のようなシステムでは、オペレータが意図したロボットの脚体の動作形態と、操作子の操作形態との間にずれを生じやすく、オペレータが意図したロボットの動作を確実にロボットに行わしめるためには、操作子の操作に熟練を要するものとなっていた。
【０００６】
また、ロボットの遠隔制御システムでは、オペレータがその全身にマスター装置を装着して、例えば、ロボットを歩行させようとする場合に、オペレータ自身が実際に歩行し、その歩行動作をマスター装置からロボットに指令するようにしたものが知られている。
【０００７】
しかしながら、このようなシステムでは、ロボットの移動環境と同じような広さの設備をマスター装置側に設けておかなければならず、その結果、設備上の制約等を受けて、ロボットを広範囲にわたって移動させることが困難なものとなっていた。
【０００８】
【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、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作を行わしめるに際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作を行わしめることができると共に、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる二足歩行型ロボットの遠隔制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの二足歩行型ロボットの遠隔制御システムは、オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって 、オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平を載せる回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記球体の回転量及び回転方向を検出する球体回転検出手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第１態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第２態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第３態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、前記二足歩行型ロボットを移動させる場合には、前記上体支持機構のシートに着座したオペレータ自身が、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作で移動するかのようにして、該オペレータの一方の足平を一旦持ち上げて前記球体から離反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前記球体上に再び接地させる。さらに、本発明の第１態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上げ側の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部の位置関係に対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の姿勢関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の姿勢関係に対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。さらに、本発明の第３態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係及び姿勢関係のそれぞれを、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置関係及び姿勢関係のそれぞれに対応させるようにして、前記球体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させる。例えば前記ロボットに所望の歩幅で前進歩行を行わせる場合には、オペレータがその両足平を前記球体に対して交互に上げ下げし、この際、球体上に接地させている足平を持ち上げ側の足平（球体から離反させている側の足平）に対して後方に移動させるように球体を回転させると共に、この時の球体の回転量をロボットに行わせようとする歩行形態での歩幅に合わせる（歩幅が大きい程、球体の回転量を多くする）。また、例えば、ロボットの前進側への歩行に際してロボットの遊脚側の脚体の足平部を着床側の脚体の足平部に対して斜めに着床させてロボットの移動方向を変更させるような場合には、オペレータは、その持ち上げ側の足平を球体上に接地させる際に、その足平に対して、球体上に接地させている他方の足平が斜めに向くようにして該球体を斜め方向に回転させる。
【００１１】
このような操作をオペレータが行っているとき、本発明の第１態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。さらに本発明の第３態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。このとき、前記球体の回転量や回転方向は、前述の如くオペレータが意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置及び姿勢関係のうち一方又は両方に対応するものであるので、該球体の回転量及び回転方向のうち一方又は両方に応じた脚体の着床位置及び姿勢のうち一方又は両方が含まれる指令をロボットに与えることで、ロボットの脚体は、オペレータの球体上での足運びの形態と同じような形態で動作することとなる。
【００１２】
従って、本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、オペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚体が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の動きをロボットの脚体の動作として認識することができる。また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構に支持した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移動させることができるため、広範な操縦設備を必要とすることなく、ロボットを広い範囲で移動させることができる。よって、本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムによれば、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作させるとき、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作させることができるとともに、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる。
【００１３】
また、本発明の第１態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第１態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。また、本発明の第２態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第２態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。また、本発明の第３態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置、及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。さらに、本発明の第３態様の遠隔制御システムは、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置と、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床位置とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする。
【００１４】
なお、かかる本発明の第１、第２及び第３態様のそれぞれの遠隔制御システムでは、前記足平接地／離反検出手段は、例えば前記オペレータの各足平に装着するシューズに備えることで、オペレータの足平の球体に対する接地や離反を接点スイッチ等を用いて簡単に検出することができる。また、前記球体の回転量や回転方向は、例えばパソコンの画面上のカーソルを動かすためのトラックボールと同様の手法によって検出することが可能である。
【００１５】
前記課題を解決するための本発明の第４、第５及び第６のそれぞれの二足歩行型ロボットの遠隔制御システムは、オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平が載せられる足平載架体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置を検出する足平位置／姿勢検出手段とを備えていることを特徴とする。本発明の第４態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第５態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。本発明の第６態様の遠隔制御システムは、さらに前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置と、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムによれば、前記二足歩行型ロボットを移動させる場合には、前記第１、第２及び第３態様の遠隔制御システムと同様に、前記上体支持機構のシートに着座したオペレータ自身が、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作で移動するかのようにして、該オペレータの一方の足平を一旦持ち上げて前記足平載架体から離反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前記足平載架体上に再び接地させる。さらに、本発明の第４態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上げ側の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部の位置関係に対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。また、本発明の第５態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の姿勢関係を、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の姿勢関係に対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。さらに、本発明の第６態様の遠隔制御システムによれば、その持ち上げた足平を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置関係及び姿勢関係のそれぞれを、該ロボットに行わせようとする該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置関係及び姿勢関係のそれぞれに対応させるようにして、前記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平を移動させる。
【００１７】
このような操作をオペレータが行っているとき、本発明の第４態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。本発明の第５態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。本発明の第６態様の遠隔制御システムによれば、前記脚体動作指令手段が、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置、及び該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える。このとき、オペレータの両足平の相対的な位置や姿勢は前述の如くオペレータが意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置や姿勢関係に対応するものであるので、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢のうち一方又は両方に応じた該脚体の着床位置及び姿勢のうち一方又は両方をロボットに指令することで、ロボットの脚体は、オペレータの足平載架体上での足運びの形態と同じような形態で動作することとなる。
【００１８】
従って、本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムのそれぞれによっても、オペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚体が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の動きをロボットの脚体の動作として認識することができ、また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構のシートに着座した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移動させることができるため、広範な操縦設備を必要とすることなく、ロボットを広い範囲で移動させることができる。
【００１９】
よって、本発明の第４、第５及び第６態様の遠隔制御システムのそれぞれによれば、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作させるに際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚体の所望の動作を行わしめることができるとともに、ロボットを広範囲にわたって移動させることができる。
【００２０】
本発明の第４態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置を検出する。本発明の第５態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な姿勢を検出する。本発明の第６態様の遠隔制御システムでは、前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢を検出する。
【００２１】
すなわち、前記分布型接触センサは、接触の有無あるいは接触圧を検出するセンサ素子を例えばマトリクス状に配置したものであり、このような分布型接触センサを足平載架体の状面部に設けておくことで、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの足平が足平載架体上のどの位置にどのような向きで接触しているかが判る。これにより、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかの検出と、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢のうち一方又は両方の検出との両者の検出を容易に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の二足歩行型ロボットの遠隔制御システムの第１の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。
【００２３】
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二足歩行型ロボットと、このロボットの操縦装置とを示している。
【００２４】
図１を参照して、本実施形態の二足歩行型ロボットＲは、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。
【００２５】
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。
【００２６】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（型関節部分）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。
【００２７】
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の傾斜状態を図示しない加速度センサやレートジャイロを用いて検出する傾斜検出器１２が備えられている。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。
【００２８】
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の上体を支持する上体支持機構として、オペレータＯＰが着座するシート１４を備え、また、シート１４に着座したオペレータＯＰがロボットＲの脚体２を操縦するために該オペレータＯＰの両足平を載せる球体１５を備えている。尚、ロボット操縦装置Ｓは、さらにロボットＲの各腕体４を操縦するための装置も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。
【００２９】
シート１４の座部１４ａの前側下方には、球体１５を支持するために座部１４ａにブラケット１６を介して固設された球体支持用固定基台１７が配置され、この固定基台１７上に、球体１５を保持する球体保持用回転基台１８が図２のＺ軸（上下方向の軸）回りに回転自在に設けられている。この回転基台１８は、図３に示すようにその下面部の中心部から固定基台１７の内部に向かって下方に突設された軸１８ａがベアリング１７ａを介して固定基台１７に回転自在に支承され、これにより、固定基台１７上で、Ｚ軸回りに回転自在とされている。そして、球体１５は、その下半部が回転基台１８内に収容されて、該回転基台１８と一体的にＺ軸回りに左右方向に回転自在で、且つ図２及び図３のＸ軸（前後方向の軸）及びＹ軸（左右方向の軸）回りに回転自在なように回転基台１７に保持されている。
【００３０】
図３に示すように回転基台１８の内部には、球体１５の側面部（Ｙ軸方向の面部）に外周面を圧接させて回転自在に設けられた回転ローラ１９と、この回転ローラ１９の回転量により球体１５のＸ軸回りの回転量（回転角）を検出するロータリエンコーダ２０と、球体１５の後面部（Ｘ軸方向の面部）に外周面を圧接させて回転自在に設けられた回転ローラ２１と、この回転ローラ２１の回転量により球体１５のＹ軸回りの回転量（回転角）を検出するロータリエンコーダ２２とが備えられている。さらに、前記固定基台１７の内部には、球体１５のＺ軸回りの回転量（回転角）を検出すべく、該球体１５と一体的にＺ軸回りに回転する回転基台１８の軸１８ａの下端部に取り付けられたロータリエンコーダ２３が備えられている。これらのロータリエンコーダ２０，２２，２３は、本発明における球体回転検出手段２４を構成するものである。
【００３１】
また、本実施形態のシステムにおけるロボット操縦装置Ｓでは、シート１４に着座したオペレータＯＰがその各足平に装着する一対のシューズ２５（図では説明の便宜上、一つのシューズのみを示す）を備えており、オペレータＯＰはロボットＲの操縦に際して該シューズ２５を履いた上で、自身の足平を球体１５の上面部（回転基台１８から露出した部分）に載せるようになっている。この場合、各シューズ２５の足底には、接点スイッチ等により構成された接地センサ２６（足平接地／離反検出手段）が備えられており、該接地センサ２６は、オペレータＯＰの足平の装着したシューズ２５が球体１５上に接地されているか球体１５から離反されているかに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【００３２】
尚、シート１４は、その座部１４ａが、前後方向の軸心２７回りにアクチュエータ２８により左右に傾動し（座部１４ａの左右の両側部が上下する）、さらに、左右方向の軸心２９回りにアクチュエータ３０により座部１４ａの前端部が上下する方向に傾動するように基台３１上に支持されている。そして、シート１４の背もたれ部１４ｂは、左右方向の軸心３２回りにアクチュエータ３３により前後に傾動するように座部１４ａの後端部から起立され、この背もたれ部１４ｂにオペレータＯＰの上体が図示しないバンド等により固定されるようになっている。このようなシート１４の構造は、ロボットＲの上体（胴体２）の傾斜姿勢を、オペレータＯＰが自身の上体の傾斜姿勢によりロボットＲに指示したり、ロボットＲの上体の姿勢の不安定さに応じて座部１４ａを傾動させたりするためのものであり、これについては、本願出願人が先に特願平８−３４３９２２号にて詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３３】
一方、本実施形態のシステムでは、前述のロボットＲの動作制御を行うために、図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００３４】
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３４と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１と、これらの制御ユニット３４，１１間での通信を行うための通信装置３５とから構成されている。以下、制御ユニット３４をマスター側制御ユニット３４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３５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。
【００３５】
マスター側制御ユニット３４は、ロボットＲの脚体３の動作指令をロボット側制御ユニット１１に与えるためにマスター演算処理装置３６を備え、このマスター演算処理装置３６に前記各シューズ２５の接地センサ２６の検知信号（シューズ２５の球体１５への接地や球体１５からの離反を示すＯＮ／ＯＦＦ信号）と、前記ロータリエンコーダ２０，２２，２３による球体１５の回転角の検出値とが与えられる。
【００３６】
そして、このマスター演算処理装置３６は、脚体動作指令手段を構成するものであり、各シューズ２５の接地センサ２６の検知信号に基づき、ロボットＲの各脚体３の離床・着床を行わせるタイミングを規定する指令データ（以下、離床／着床指令という）を生成すると共に、ロータリエンコーダ２０，２２，２３による球体１５の回転角の検出値に基づき、ロボットＲの遊脚側（離床側）の脚体３の足平部７の着床に際しての位置／姿勢を規定する指令データ（以下、着床足平位置／姿勢指令という）を生成し（詳細は後述する）、それらの指令データをロボットＲの脚体動作指令として通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００３７】
尚、マスター側制御ユニット３４には、前記マスター演算処理装置３６の他、シート１４の動作に関する制御装置等（図示しない）も備えており、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾斜姿勢に応じてロボットＲの上体を傾斜させるための上体姿勢指令（ロボットＲの上体の傾斜角を規定する指令データ）をロボット側制御ユニット１１に与えたりするのであるが、これについては前記特願平８−３４３９２２号にて本願出願人が詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３８】
前記ロボット側制御ユニット１１は、ロボットＲの脚用アクチュエータ５の動作制御を行うために、ロボット脚主制御部３７と脚用アクチュエータ変位制御部３８とを備えている。
【００３９】
ロボット脚主制御部３７は、詳細は後述するが、マスター側制御ユニット３４から与えられる前記脚体動作指令（離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令）や、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾斜に応じた上体姿勢指令、前記傾斜検出器１２によるロボットＲの上体（胴体２）の姿勢（傾斜）の検出値、前記６軸力センサ６により検出されるロボットＲの足平部７への床からの作用力の検出値に基づいて、ロボットＲの各脚用アクチュエータ５の目標変位を決定し、それを脚用アクチュエータ変位制御部３８に指令する。
【００４０】
脚用アクチュエータ変位制御部３８は、ロボット脚主制御部３７から指令された各脚用アクチュエータ５の目標変位と前記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の変位の検出値とに基づき、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。
【００４１】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００４２】
本実施形態のシステムでは、ロボットＲを操縦するためにシート１４に着座したオペレータＯＰがその各足平をこれに装着したシューズ２５を介して球体１５上に接地させる際には、例えば図５（ａ）に示すように球体１５の上面部の中央付近（球体１５の頂上付近）の所定の定位置に各シューズ２５を前後方向に向けて載せる。この場合、右足平側のシューズ２５を載せる定位置（以下、右足平接地基準位置という）は、球体１５の上面部中央の右側の箇所で、左足平側のシューズ２５を載せる定位置（以下、左足平接地基準位置という）は、球体１５の上面部中央の左側の箇所である。
【００４３】
そして、オペレータＯＰは、ロボットＲをその脚体３の動作によって移動させようとする場合には、該オペレータＯＰ自身が通常的に移動する場合と同様にして、一方の脚側（遊脚側）の足平を持ち上げてその足平のシューズ２５を球体１５から一旦離反させ、さらに、その足平を球体１５上に向かって降ろして該足平のシューズ２５を球体１５上の接地基準位置に前後方向に向けて接地させる（遊脚側の足平の離床・着床動作を行う）。また、オペレータＯＰの他方の脚側（支持脚側）の足平については、遊脚側の足平のシューズ２５を球体１５の接地基準位置に接地させる際における遊脚側の足平と支持脚側の足平との相対的な位置関係や姿勢関係（向き関係）が、ロボットＲに行わせようとする移動形態でオペレータＯＰ自身が実際に移動する場合における遊脚側の足平の着床時の両足平の相対的な位置関係や姿勢関係と同じような関係になるように、球体１５にシューズ２５を介して接地させている足平を、その接地状態を維持したまま動かして、その動きにより該球体１５を回転させる。
【００４４】
具体的には、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際してロボットＲの左側の脚体３を前進側に一歩、踏み出させようとする場合には、オペレータＯＰは、その左足平を球体１５上から持ち上げて、該左足平を球体１５上の左足平接地基準位置に前後方向に向けて降ろし、この際、該左足平を球体１５から離反させている間に、右足平のシューズ２５を球体１５に接地させたまま、該右足平を例えば図５（ｂ）に示すような位置に手前側（シート１４の近づく側）に動かして、球体１５を回転させる。すなわち、オペレータＯＰ自身が実際に前進歩行する場合に、その支持脚側の足平が遊脚側の足平に対して後方に移動するのと同じようにして、球体１５上にシューズ２５を介して接地させている足平を動かして球体１５を回転させる。この場合、球体１５上に接地させている足平の前記接地基準位置からの移動量は、ロボットＲに行わせようとする移動形態（歩行形態）での歩幅に対応させ、その歩幅が大きい程、球体１５上に接地させている足平の移動量を大きくする（球体１５の回転量を大きくする）。
【００４５】
また、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合には、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向き関係）と合わせるようにして、球体１５上にシューズ２５を介して接地させているオペレータＯＰの足平を動かして球体１５を回転させる。例えばロボットＲの左側の脚体３を遊脚側として該脚体３の足平部７を右側の脚体３（支持脚側の脚体３）の足平部７の向きに対して左斜め向きに着床させようとする場合には、その着床時における右側の脚体３の足平部７の向きは、左側の脚体３の足平部７の向きに対して右斜め向きとなるので、オペレータＯＰは、図５（ｂ）に示すように該オペレータＯＰの左足平のシューズ２５を球体１５上の左足平接地基準位置に前後方向に向けて接地させる際に、右足平のシューズ２５が右斜めに向くように球体１５を該足平の動きにより回転させる（この回転は球体１５のＺ軸回りの回転によりなされる）。
【００４６】
尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みをさせるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を前記球体１５の接地基準位置に対して交互に上下させればよい。
【００４７】
このようにして、オペレータＯＰがロボットＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足平を動かしつつ球体１５を回転させている際に、オペレータＯＰの各足平の球体１５上への接地及び該球体１５からの離反が、各足平のシューズ２５の前記接地センサ２６によって各足平毎に検知され、それが前記マスター側制御ユニット３４のマスター演算処理装置３６に与えられる。
【００４８】
このとき、マスター演算処理装置３６は、球体１５からの離反が接地センサ２６により検知されたオペレータＯＰの足平に対応する側のロボットＲの脚体３を離床させるべき脚体３として決定して、該オペレータＯＰの足平の球体１５からの離反の検知及びその後の球体１５上への接地の検知に応じて該足平に対応するロボットＲの脚体３の前記離床／着床指令を生成し、それを前記通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００４９】
また、このとき、マスター演算処理装置３６は、図６のフローチャートに示す演算処理を所定の制御サイクルで行う。
【００５０】
すなわち、マスター演算処理装置３６は、まず、オペレータＯＰの足平の動作モードを判別する（ＳＴＥＰ６−１）。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、オペレータＯＰがその両足平をシューズ２５を介して球体１５上に継続的に接地させている状態を示すモード、空中モードは、オペレータＯＰがその一方の足平を持ち上げて該足平のシューズ２５を球体１５から離反させた状態を示すモード、降下モードは、オペレータＯＰが、持ち上げた足平のシューズ２５を球体１５上に接地させた際の状態を示すモードである。この場合、ロボットＲの操縦の開始時には、オペレータＯＰはその両足平のシューズ２５を前記図５（ａ）に示したように球体１５上に接地させておくので、該動作モードの初期モードは接地モードである。
【００５１】
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、マスター演算処理装置３６は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ６−２）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，２３により検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体１５の回転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−３）。
【００５２】
ここで、オペレータＯＰの両足平が球体１５上に接地されている接地モードで球体１５の回転角を積算するのは次のような理由による。すなわち、本実施形態では、オペレータＯＰがその各足平を球体１５上に接地させる際には、図５（ａ）に示した接地基準位置で前後方向に向けて各足平を球体１５上に接地させることを基本とし、その接地基準位置からの接地側の足平（ロボットＲの支持脚側の脚体３に対応する足平）の移動量及び移動方向に応じて、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の足平部７に対する着床位置や姿勢（向き）をロボットＲに指令する（前記着床足平位置／姿勢指令）。このため、オペレータＯＰがその両足平のシューズ２５を球体１５上に接地させている際に、オペレータＯＰが不用意にその両足平を動かして球体１５を回転させてしまうと、その後に一方の足平を持ち上げて、他方の接地側の足平により球体１５を前述の如く回転させた場合に、該一方の足平を持ち上げてから該足平を球体１５上の接地基準位置に接地させるまでの球体１５の接地側の足平による回転角を把握しただけでは、その回転角から、前記のような接地基準位置からの接地側の足平の移動量及び移動方向を正しく把握することができない。このために、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ６−３において、接地モードにおける球体１５のＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りの回転角を積算しておく。
【００５３】
尚、オペレータＯＰ自身が一方の足平を球体１５から離反させる際の他方の足平の位置や向きを認識しておき、それによって、該オペレータＯＰ自身が球体１５上に接地させている足平の移動量や移動方向を調整するような場合には、前記ＳＴＥＰ６−３の処理を省略するようにしてもよい。
【００５４】
次いで、マスター演算処理装置３６は、前記ＳＴＥＰ６−２で保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信した後（ＳＴＥＰ６−４）、前記シューズ２５の接地センサ２６の検知信号によって、オペレータＯＰのいずれか一方の足平のシューズ２５が球体１５から離反されたかを判断する（ＳＴＥＰ６−５）。そして、この判断で、オペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５上に接地している場合（ＳＴＥＰ６−５でＮＯ）には、接地モードに対応する今回の制御サイクルの処理を終了する。また、ＳＴＥＰ６−５の判断結果がＹＥＳである場合には、球体１５から離反されたオペレータＯＰの足平が左右いずれの足平であるかを示す左右判定結果（これは左右いずれの側のシューズ２５の接地センサ２６によって足平の球体１５からの離反が検知されたかによって認識される）を図示しないメモリに記憶し（ＳＴＥＰ６−６）、さらに動作モードを空中モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−７）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００５５】
次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が空中モードである場合（これは前記接地モードでＳＴＥＰ６−７の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置３６は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ６−８）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，２３により検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体１５の回転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−９）。この積算は、前記接地モードから継続的に行われる。
【００５６】
そして、マスター演算処理装置３６は、ＳＴＥＰ６−８で保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信した後（ＳＴＥＰ６−１０）、オペレータＯＰの各足平のシューズ２５の接地センサ２６の検知信号によって、オペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５上に接地されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ６−１１）。この判断結果がＮＯである場合、すなわち、オペレータＯＰの持ち上げた一方の足平がまだ球体１５上に降ろされていない場合には、今回の制御サイクルの処理を終了し、また、上記判断結果がＹＥＳである場合、すなわち、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平のシューズ２５を球体１５上に接地させた場合には、動作モードを降下モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１２）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００５７】
次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が降下モードである場合（これは前記空中モードでＳＴＥＰ６−１２の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置３６は、前記接地モードから空中モードにかけて前記ＳＴＥＰ６−３及び６−９で求められた球体１５の各軸回りの回転角の積算値と、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶された左右判定結果とを基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の脚体３の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を決定する（ＳＴＥＰ６−１３）。
【００５８】
さらに詳細には、例えば図５（ｂ）に示したように球体１５が回転された場合（オペレータＯＰが左足平を持ち上げて右足平により球体１５を手前側に回転させた場合）において、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶される左右判定結果は左であり（接地モードでオペレータＯＰの左足平が球体１５から離反される）、このときマスター演算処理装置３６は、前記Ｘ軸及びＹ軸回りの球体１５の回転角の積算値から所定の演算式によって、オペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置からのＸ軸方向（前後方向）の移動量Δｘ（図５（ｂ）ではΔｘ＜０）及びＹ軸方向（左右方向）の移動量Δｙ（図５（ｂ）ではΔｙ＜０）を算出する。また、マスター演算処理装置３６は、Ｚ軸回りの球体１５の回転角の積算値をオペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置からのＺ軸回り（鉛直軸回り）の回転角Δθ（図５（ｂ）ではΔθ＜０）として得る。
そして、マスター演算処理装置３６は、上記移動量Δｘ，Δｙ及び回転角Δθから、ロボットＲの遊脚側の脚体３（図５（ｂ）の場合、左側の脚体３）の足平部７の支持脚側の脚体３（図５（ｂ）の場合、右側の脚体３）の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を次のように決定する。すなわち、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における着床位置を、前記Ｘ軸方向の移動量Δｘに所定の負のゲイン定数（−ｋ1 ）を乗算した値−ｋ1 ・Δｘだけ、遊脚側の足平部７の前後方向で支持脚側の脚体３の足平部７に対して前方に移動させた位置として決定する。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）における着床位置を、前記Ｙ軸方向の移動量Δｙに所定の負のゲイン定数（−ｋ2 ）を乗算した値−ｋ2 ・Δｙに所定のオフセット値ａを加算してなる値（−ｋ2 ・Δｙ＋ａ）だけ、遊脚側の足平部７の左右方向で支持脚側の脚体３の足平部７に対して左方に移動させた位置として決定する。ここで、上記オフセット値ａは、Δｙ＝０のとき（例えばロボットＲの直進歩行時）におけるロボットＲの両足平部７，７の左右方向の間隔を規定するものである。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床姿勢を、前記Ｚ軸回りの回転角Δθに所定の負のゲイン定数（−ｋ3 ）を乗算した値−ｋ3 ・Δθだけ、支持脚側の脚体３の足平部７の向きに対して鉛直軸回りに左方向に回転させた向きとして決定する。
【００５９】
尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、左足平により球体１５を回転させた場合にも同様に行われる。この場合には、ロボットＲの左側の脚体３の足平部７に対する右側の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿勢指令が決定される。
【００６０】
このようにしてロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を球体１５の接地基準位置に接地させた際の両足平の相対的な位置／姿勢関係に対応したものに決定される。
【００６１】
尚、本実施形態では、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床／位置姿勢指令を遊脚側の足平部７を基準とした座標系で決定してしているが、該着床／位置姿勢指令をロボットＲの支持脚側の足平部７を基準とした座標系に変換した上で、ロボットＲに与えるようにしてもよい。
【００６２】
図６に戻って、マスター演算処理装置３６は、次に、球体１５の各軸回りの回転角の積算値をクリア（積算値を「０」にリセットする）した後（ＳＴＥＰ６−１４）、前記ＳＴＥＰ６−１３で決定した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ６−１５）、さらに、動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１６）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００６３】
一方、前述のようなロボット操縦装置Ｓ側での動作や制御処理が行われたとき、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部３７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。
【００６４】
すなわち、ロボット脚主制御部３７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３４から通信装置３５を介して与えられる前述の脚体動作指令（離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令）や、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾動に基づく上体姿勢指令を受信する（ＳＴＥＰ７−２）。
【００６５】
次いで、ロボット脚主制御部３７は、前記離床／着床指令によって、いずれか一方の脚体３についての着床要求が有るか否かを判断し（ＳＴＥＰ７−３）、着床要求が有る場合には、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（胴体２）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、ロボットＲの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特徴を記述するパラメータにより構成され、これらのパラメータを前記着床要求を受けた脚体３について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。また、該目標歩容における遊脚側の脚体３の着床の際の目標足平位置／姿勢は、前記着床足平位置／姿勢指令に従って生成する。
【００６６】
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。
【００６７】
次いで、ロボット脚主制御部３７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）。
【００６８】
この姿勢安定化制御では、ロボット脚主制御部３７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の上体の姿勢や位置を修正する。
【００６９】
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。
【００７０】
次いで、ロボット脚主制御部３７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３８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３８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。
【００７１】
そして、この後、ロボット脚主制御部３７は、ロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部１４ａの傾動のため等に必要なロボットＲの動作情報を通信装置３５を介してマスター側制御ユニット３４に送信して（ＳＴＥＰ７−９）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００７２】
以上のようなロボットＲ側での作動によって、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同じような形態で脚体３を動かす。尚、この時のロボットＲの脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一歩分遅れて行われる。
【００７３】
このようなロボットＲの遠隔制御システムによれば、オペレータＯＰがその足平を球体１５に対して上下させる際における該オペレータＯＰの遊脚側の足平に対する支持脚側の足平（球体１５に接地させている足平）の移動量や移動方向によって、ロボットＲの移動時の歩幅や移動方向が規定されるため、オペレータＯＰは自身の足平の動きを、ロボットＲの脚体３の動きとして感覚的に認識することができ、確実にロボットＲの脚体３の所望の動作を行わしめることができる。また、オペレータＯＰは、シート１４に着座したまま足平を動かすことで、ロボットＲを移動させることができるので、ロボット操縦装置Ｓ側に広範な設備を設けずとも、ロボットＲを広い範囲で移動させることができる。
【００７４】
尚、本実施形態では、ロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定するための球体１５の回転角をロータリエンコーダ２０，２２，２３を用いて検出するようにしたが、例えば非接触の速度センサを用いて球体１５の各軸回りの回転速度を検出し、それを積分することで球体１５の回転角を求めるようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、オペレータＯＰの球体１５上への接地や球体１５からの離反をシューズ２５に設けた接地センサ２６により検出するようにしたが、荷重センサや光学的なセンサあるいは電磁的なセンサを用いてオペレータＯＰの足平の接地や離反を検出するようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施形態において、ロボット側制御ユニット１１からマスター側制御ユニット３４にロボットＲの脚体３の動作情報を送信するようにし、それに応じて、ロボットＲの脚体３の過剰な動き等を防止するために、球体１５の回転や着床足平位置／姿勢指令の決定値を制限するようにしてもよい。尚、球体１５の回転量を制限するためには、例えばロータリエンコーダ２０，２２，２３と同軸にアクチュエータ（モータ）やブレーキ装置を備えればよい。
【００７７】
次に、本発明の第２実施形態の遠隔制御システムを図８乃至図１１を参照して説明する。尚、本実施形態のシステムでは、ロボットの構成（ロボット側制御ユニットを含む）は前記第１実施形態のものと同一で、ロボット操縦装置やマスター側制御ユニットの一部のみが第１実施形態と相違しているので、同一構成部分については、第１実施形態と同じ図面及び参照符号を用いて説明する。
【００７８】
図８は、前記図１に示したロボットＲを操縦するための本実施形態のロボット操縦装置Ｓ’を示すものであり、この操縦装置Ｓ’では、前記第１実施形態のものと同一構造のシート１４の前側下方に、シート１４に着座したオペレータＯＰがその両足平をそのそれぞれに装着したシューズ４０を介して載せる平板状の足平載架体４１を備え、該足平載架体４１がブラケット４１ｘを介してシート１４の座部１４ａに固設されている。この場合、各シューズ４０の足底には、例えば図９に示すような形状の突起５２が設けられており、この突起４２は、足底の踵部分に存する円形部４２ａと、足底の長手方向に延在する長尺部４２ｂとにより構成されている。尚、シューズ４０の突起４２は足平載架体４１上を滑らせることができるような部材（足平載架体４１の上面部との間の摩擦係数が小さな部材）により形成されている。また、円形部４２ａの形状は円形に限らず、例えば四角形や三角形であってもよい。
【００７９】
前記足平載架体４１の上面部は、例えば接触の有無を検出する小さな接触センサ（図示しない）をマトリクス状に配列してなる分布型接触センサ４１ａにより構成され、該分布型接触センサ４１ａは、これに何らかの物が接触したとき、その接触面の位置や形状を示すデータを出力する。
【００８０】
また、図１０を参照して、本実施形態でロボットＲの動作制御を行うための制御システムは、前記第１実施形態と同様にロボット側制御ユニット１１、マスター側制御ユニット３４及び通信装置３５により構成され、マスター側制御ユニット３４には、前記分布型接触センサ４１ａの検出データを与えるマスター演算処理装置４３が備えられている。
【００８１】
このマスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａと併せて足平接地／離反検出手段４４としての機能を有し、オペレータＯＰの各足平に装着したシューズ４０の突起４２に対応する接触面が分布型接触センサ４１ａにより検出されるか否かでオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１上への接地及び該足平載架体４１からの離反を認識する。例えば、足平載架体４１上の二カ所に突起４２との接触面が分布型接触センサ４１ａにより検出される場合には、両足平の足平載架体４１上への接地状態が認識され、この状態から例えば右側の突起４２との接触面が検出されなくなった場合には、オペレータＯＰの右足平の足平載架体４１からの離反が認識される。尚、オペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の検出に際しての左右の区別は、例えば突起４２の形状あるいは大きさを左右で異なるものとして、それらの突起４２と足平載架体４１との接触面の相違に基づいて行うようにしてもよい。
【００８２】
また、マスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａと併せて、オペレータＯＰの両足平の足平載架体４１上への接地時における両足平の相対的な位置／姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段４５としての機能を有し、分布型接触センサ４１ａの出力データから足平載架体４１上での各足平の突起４２の円形部４２ａの位置（足平載架体４１に固定された平面座標系での位置）を認識し、その認識した各突起４２の円形部４２ａの位置から、足平載架体４１上における一方の足平側の前記突起４２の円形部４２ａに対する他方の足平側の前記突起４２の円形部４２ａの位置を両足平の相対的な位置として認識する。さらに、マスタ演算処理装置４３の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能は、分布型接触センサ４１ａの出力データから足平載架体４１上での各足平の突起４２の長尺部４２ｂの向きを認識し、その認識した各突起４２の長尺部４２ｂの向きから、足平載架体４１上における一方の足平側の前記突起４２の長尺部４２ｂの向きに対する他方の足平側の前記突起４２の長尺部４２ｂの向きを両足平の相対的な姿勢として認識する。
【００８３】
より具体的には、例えば図１１に示すように両足平のシューズ４０の突起４２が足平載架体４１上に接地された場合において、マスター演算処理装置４３の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能は、例えば右足平側の突起４２の円形部４２ａに対する左足平側の突起４２の円形部４２ｂの、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの長手方向（図１１のＸ軸方向）及びこれと直交する方向（図１１のＹ軸方向）における変位両Δｘ，Δｙを両足平の相対的位置を示すものとして認識し、また、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方向）に対する左足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方位角Δθを両足平の相対的姿勢を示すものとして認識する。
【００８４】
また、マスター演算処理装置４３は、脚体動作指令手段４６としての機能も有し、この機能では、前述のように足平接地／離反検出手段４４により把握されるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反や、足平位置／姿勢検出手段４５により把握されるオペレータＯＰの両足平の相対的な位置／姿勢に基づき、前記第１実施形態で説明した前記離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令を決定し（詳細は後述する）、これらの指令を脚体動作指令として通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００８５】
以上説明した以外の他の構成は、前記第１の実施形態と同一である。
【００８６】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００８７】
本実施形態のシステムでは、オペレータＯＰは、ロボットＲをその脚体３の動作によって移動させようとする場合には、該オペレータＯＰ自身が通常的に移動する場合と同様にして、両足平を足平載架体４１上に載せた状態から、遊脚側の足平を持ち上げてその足平のシューズ４０を足平載架体４１から一旦離反させ、さらに、該遊脚側の足平をロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を動かそうとする方向に向かって移動させつつ、支持脚側の足平を、これに装着したシューズ４０を介して足平載架体４１上に接触させたまま該足平載架体４１上を滑らせるようにして、遊脚側の足平と逆向きに移動させる。そして、最終的に、持ち上げた足平を足平載架体４１上に降ろし、この際、オペレータＯＰの両足平の相対的な位置／姿勢関係が、ロボットＲに行わせようとする脚体３の動作形態での遊脚側の脚体３の着床時の両足平部７の相対的な位置／姿勢関係と同じような関係になるように、オペレータＯＰの両足平を動かす。
【００８８】
例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際してロボットＲの左側の脚体３を前進側に一歩、踏み出させようとする場合には、オペレータＯＰは、その左足平を足平載架体４１上から持ち上げて前方側に移動させると同時に、右足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させたまま後方（シート１４に近づく方向）に足平載架体４１上を摺動させる。そして、図１１に示すように、左足平を足平載架体４１上に降ろすに際して、該左足平の接地時の両足平の前後方向の間隔が、ロボットＲに行わせようとする歩行形態での該ロボットＲの歩幅に対応する間隔となるような両足平の位置関係で左足平を足平載架体４１上に降ろす。
【００８９】
また、例えばロボットＲを前進側に歩行させるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合には、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向き関係）と合わせるようにして、両足平を動かす。例えばロボットＲの左側の脚体３を遊脚側として該脚体３の足平部７を右側の脚体３（支持脚側の脚体３）の足平部７の向きに対して左斜め向きに着床させようとする場合には、オペレータＯＰは、図１１に示すように、該オペレータＯＰの左足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させる際に、右足平のシューズ４０の向き（突起４２の長尺部４２ｂの向き）に対して左足平のシューズ４０の向きが左斜めに向くように両足平を動かす。
【００９０】
尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みさせるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を足平載架体４１上の同じ場所で上下させればよい。
【００９１】
このようにして、オペレータＯＰがロボットＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足平を動かしている際に、オペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反が、前記マスター演算処理装置４３の足平接地／離反検出手段４４としての機能によって、前述の如く分布型接触センサ４１ａの出力データに基づいて把握される。
【００９２】
このとき、マスター演算処理装置４３は、足平載架体４１からの離反が把握されたオペレータＯＰの足平に対応する側のロボットＲの脚体３を離床させるべき脚体３として決定して、該オペレータＯＰの足平の足平載架体４１からの離反及びその後の足平載架体４１上への接地に応じて該足平に対応するロボットＲの脚体３の前記離床／着床指令を生成し、それを前記通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。
【００９３】
また、このとき、マスター演算処理装置４３は、図１２のフローチャートに示す演算処理を所定の制御サイクルで行う。
【００９４】
すなわち、マスター演算処理装置４３は、まず、前記第１実施形態と同様、オペレータＯＰの足平の動作モード（接地モード、空中モード及び降下モードの３種類）を判別する（ＳＴＥＰ１２−１）。この場合、ロボットＲの操縦開始時の初期モードは接地モードである。
【００９５】
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（オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地されている場合）には、マスター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−２）、その保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１２−３）。
【００９６】
次いで、マスター演算処理装置４３は、その足平接地／離反検出手段４４としての機能によるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の把握に基づいて、オペレータＯＰのいずれか一方の足平のシューズ４０が足平載架体４１から離反されたかを判断する（ＳＴＥＰ１２−４）。そして、この判断で、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地している場合（ＳＴＥＰ１２−４でＮＯ）には、今回の制御サイクルの処理を終了する。また、上記の判断結果がＹＥＳである場合には、足平載架体４１から離反されたオペレータＯＰの足平が左右のいすれの足平であるかを示す左右判定結果（これは足平接地／離反検出手段４４により把握される）を図示しないメモリに記憶し（ＳＴＥＰ１２−５）、さらに、動作モードを空中モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−６）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００９７】
次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が空中モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−６の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−７）、その保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１２−８）。さらに、マスター演算処理装置４３は、足平接地／離反検出手段４４としての機能によるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の把握に基づいて、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架体４１上に接地されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−９）。この判断結果がＮＯである場合、すなわち、オペレータＯＰの持ち上げた一方の足平がその持ち上げ状態のままである場合には、今回の制御サイクルの処理を終了する。また、上記判断結果がＹＥＳである場合、すなわちオペレータＯＰが持ち上げた一方の足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させた場合には、動作モードを降下モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−１０）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００９８】
次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が降下モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−１０の処理が行われた後の制御サイクルで生じる）には、マスター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１ａの検出データと前記ＳＴＥＰ１２−５で記憶された左右判定結果とを基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚側の脚体３の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を決定する（ＳＴＥＰ１２−１１）。
【００９９】
さらに詳細には、例えばオペレータＯＰがその左足平を持ち上げて、該左足平を前方側に動かすと共に足平載架体４１上に接地させている右足平を後方側に動かし、最終的に前記図１１に示したような両足平のシューズ４０の位置／姿勢関係で左足平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させた場合において、前記ＳＴＥＰ１２−５で記憶される左右判定結果は左である（接地モードでオペレータＯＰの左足平のシューズ４０が足平載架体４１から離反される）。このとき、マスター演算処理装置４３は、その足平位置／姿勢検出手段４５としての機能によって、現在の右足平のシューズ４０の突起４２を基準として、その右足平側の突起４２の円形部４２ａに対する左足平側の突起４２の円形部４２ａの、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの長手方向（図１１のＸ軸方向）及びこれと直交する方向（図１１のＹ軸方向）における変位量Δｘ，Δｙと、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方向）に対する左足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方位角Δθとを分布型接触センサ４１ａの出力データから算出する。
【０１００】
そして、マスター演算処理装置４３は、その脚体動作指令手段４６によって、上記変位量Δｘ，Δｙ及び方位角Δθから、ロボットＲの遊脚側の脚体３（図１１の場合、左側の脚体３）の足平部７の支持脚側の脚体３（図１１の場合、右側の脚体３）の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令を次のように決定する。すなわち、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における着床位置を、前記変位量Δｘに所定の正のゲイン定数ｋａを乗算してなる値ｋａ・Δｘだけ、支持脚側の脚体３の足平部７に対して前方向に移動させた位置として決定する。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）における着床位置を、前記変位量Δｙに所定の正のゲイン定数ｋｂを乗算してなる値ｋｂ・Δｙに所定のオフセット値ａを加算してなる値（ｋｂ・Δｙ＋ａ）だけ、支持脚側の脚体３の足平部７に対して左方向に移動させた位置として決定する。ここで、上記オフセット値ａは、Δｙ＝０のとき（例えばロボットＲの直進歩行時）におけるロボットＲの脚体３の足平部７，７の左右方向の間隔を規定するものである。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床姿勢を、前記方位角Δθに所定の正のゲイン係数ｋｃを乗算してなる値ｋｃ・Δθだけ、支持脚側の脚体３の足平部７の向きに対して鉛直軸回りに左方向に回転させた向きとして決定する。
【０１０１】
尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、両足平を移動させた場合にも同様に行われる。この場合には、ロボットＲの左側の脚体３の足平部７に対する右側の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿勢指令が決定される。
【０１０２】
このようにしてロボットＲの着床足平位置／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を足平載架体４１上に接地された際の両足平の相対的な位置／姿勢関係に対応したものに決定される。
【０１０３】
図１２に戻って、マスター演算処理装置４３は、次に、前記ＳＴＥＰ１２−１１で決定した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ１２−１２）、さらに、動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−１３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【０１０４】
尚、マスター演算処理装置４３から前述の如く離床／着床指令や着床足平位置／姿勢指令が与えられるロボット側制御ユニット１１の処理は、前記第１実施形態と全く同一で（図７参照）、この処理によって、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同じような形態で脚体３を動かす。この時のロボットＲの脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一歩分遅れて行われる。
【０１０５】
このようなロボットＲの遠隔制御システムによれば、オペレータＯＰがシート１４に着座したまま歩行するかのようにして、その足平を足平載架体４１に対して上下させながら動かすことで、持ち上げ側の足平の足平載架体４１上への接地時における両足平の相対的な位置／姿勢によってロボットＲの移動時の歩幅や移動方向が規定されるため、前記第１実施形態と同様に、オペレータＯＰは自身の足平の動きを、ロボットＲの脚体３の動きとして感覚的に認識することができ、確実にロボットＲの脚体３の所望の動作を行わしめることができる。また、オペレータＯＰは、シート１４に着座したまま足平を動かすことで、ロボットＲを移動させることができるので、ロボット操縦装置Ｓ’側に広範な設備を設けずとも、ロボットＲを広い範囲で移動させることができる。
【０１０６】
尚、本実施形態では、足平載架体４１上の両足平の相対的な位置／姿勢を検出するために、各足平に装着するシューズ４０に設けた前述の形状の突起４２を用いたが、例えば図１３に示すように、二つの突起５０，５１を各シューズ４０の足底に該シューズ４０の長手方向に間隔を存して設けておき、これらの突起５０，５１のうち、例えば突起５０の相対的な位置によって、両足平の相対的な位置を把握すると共に、各シューズ４０毎に突起５０に対する突起５１の位置によって各シューズ４０を装着した各足平の向きを把握して、それによって、両足平の相対的な姿勢（向き）を認識するようにしてもよい。さらには、各足平と足平載架体との接触面の形状からパターン認識的な手法によって、両足平の相対的な位置や姿勢関係を把握するようにしてもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、オペレータＯＰの足平の足平載架体４１に対する接地・離反や、両足平の接地時の相対的な位置／姿勢を分布型接触センサ４１ａの出力データに基づいて検出するようにしたが、それらの検出を例えば分布型荷重センサを用いて行うようにしてもよく、あるいは、接地・離反の検出は、前記第１実施形態で用いたような接地センサを用いて行うようにしてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態では、例えばロボットＲの支持脚側の足平部７に対する上体（胴体２）の向きを、該支持脚側の足平部７に対応するオペレータＯＰの足平に対する足平載架体４１の向きに応じて決定するようにすることも可能である。
【０１０９】
また、前記第１及び第２の各実施形態では、上体支持機構としてシート１４を用いたが、これに限らず、オペレータＯＰの上体を支持できるものであれば、他の構造のものを使用してもよい。
【０１１０】
また、前記各実施形態では、ロボットＲは、ある程度、その姿勢を自律的に安定化するための構成を備えたものを示したが、そのような構成を具備していないものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態で遠隔制御を行う二足歩行型ロボットを示す側面図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるロボット操縦装置を示す側面図。
【図３】図２のロボット操縦装置の要部の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における制御システムを示すブロック図。
【図５】図２のロボット操縦装置の操作方法及び図４の制御システムの作動を説明するための図。
【図６】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】本発明の第２実施形態におけるロボット操縦装置を示す側面図。
【図９】図８のロボット操縦装置で使用するシューズの足底を示す平面図。
【図１０】本発明の第２実施形態における制御システムを示すブロック図。
【図１１】図８のロボット操縦装置の操作方法及び図１０の制御システムの作動を説明するための図。
【図１２】図１０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１３】図８のロボット操縦装置で使用するシューズの他の形態の足底を示す平面図。
Claims (16)
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって 、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平を載せる回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記球体の回転量及び回転方向を検出する球体回転検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求項１記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- 前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求項１記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平を載せる回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記球体の回転量及び回転方向を検出する球体回転検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前 記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求項４記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- 前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求項４記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって 、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平を載せる回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、前記球体の回転量及び回転方向を検出する球体回転検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記脚体動作指令手段が、オペレータの両方の足平が接地している間に前記球体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び回転方向と、オペレータの両方の足平が接地している状態からオペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体の回転量及び回転方向とに応じた前記遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置、及び着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求項７記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- 前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＸ軸（左右方向の軸）及びＹ軸（前後方向の軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの位置を基準とするＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの相対的な着床位置と、前記脚体動作指令手段が、オペレータの一方の足平が前記球体から離反されてから該球体上に再び接地されるまでの間に前記球体回転検出手段により検出された、オペレータの他方の足平による前記球体のＺ軸（鉛直軸）回りのそれぞれの回転量及び回転方向に応じた該遊脚側の脚体の足平部の、着床側の脚体の足平部のＺ軸回りの姿勢を基準とするＺ軸回りの相対的な着床位置とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与えることを特徴とする請求７記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- 前記足平接地／離反検出手段は、前記オペレータの各足平に装着するシューズに備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、
該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平が載せられる足平載架体と、
オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、
前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置を検出する足平位置／姿勢検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置を検出することを特徴とする請求項１１記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、
該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平が載せられる足平載架体と、
オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、
前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢が含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な姿勢を検出することを特徴とする請求項１３記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
- オペレータの足平の動作に応じた指令に応じて足平部が動くように自律的に姿勢を安定化しながら２本の脚体を動作させて歩行可能な二足歩行型ロボットの遠隔制御システムであって、
オペレータが着座するシートを備えた上体支持機構と、
該上体支持機構のシートに着座したオペレータの両足平が載せられる足平載架体と、
オペレータの各足平が前記球体に接地しているか該球体から離反しているかを検出する足平接地／離反検出手段と、
前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置を検出する足平位置／姿勢検出手段と、
前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を遊脚側の脚体として、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の位置を基準とする相対的な着床位置と、該足平が該足平載架体上に接地されたときに前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な姿勢に応じた該遊脚側の脚体の足平部の着床側の脚体の足平部の姿勢を基準とする相対的な着床姿勢とが含まれる前記指令を前記二足歩行型ロボットに与える脚体動作指令手段とを備えていることを特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。 - 前記足平載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置及び姿勢を検出することを特徴とする請求項１５記載の二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
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