JP3672426B2 - Attitude control system of a legged mobile robot - Google Patents

Attitude control system of a legged mobile robot

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JP3672426B2
JP3672426B2 JP36441297A JP36441297A JP3672426B2 JP 3672426 B2 JP3672426 B2 JP 3672426B2 JP 36441297 A JP36441297 A JP 36441297A JP 36441297 A JP36441297 A JP 36441297A JP 3672426 B2 JP3672426 B2 JP 3672426B2
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JP36441297A
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JPH10230485A (en )
Inventor
隆志 松本
透 竹中
忠明 長谷川
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
この発明は、脚式移動ロボットの姿勢制御装置に関し、より詳しくは脚式移動ロボット、特に2足歩行の脚式移動ロボットにおいて予期せぬ対象物反力を受けても動的バランスをとって姿勢の安定性を保つことができるようにしたものに関し、特に腕を備える脚式移動ロボットの腕と脚の脚腕協調制御としての応用が有効である。 This invention relates to a posture control system of a legged mobile robot, more specifically even when subjected to unexpected object reaction force in the legged mobile robot of a legged mobile robot, particularly biped taking dynamic balance posture It relates that to be able to maintain the stability, in particular application as Ashiude cooperative control arms and legs of a legged mobile robot having an arm is valid.
【0002】 [0002]
尚、この明細書で『対象物反力』は作業対象を含む環境から受ける外力で、ロボットに接地面から作用する床反力を除いたものを指称する意味で使用する。 Incidentally, "object reaction force" in this specification by an external force received from the environment including the work object, using the minus the floor reaction force acting from the ground plane to the robot in the sense referred finger.
【0003】 [0003]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
脚式移動ロボット、特に2足歩行の脚式移動ロボットで腕を備えたものとしては、「上体運動により3軸モーメントを補償する2足歩行ロボットの開発」(日本ロボット学会誌11巻第4号、1993年5月)が知られている。 Legged mobile robot, as those with arms, especially in two-legged walking of the legged mobile robot, "the development of the two-legged walking robot to compensate for the three-axis moment by the upper body movement" (Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 11 No. 4 issue, May 1993) is known. このロボットは単純化された腕としての振り子を備え、これを振ることによって発生する重力と慣性力も含めて目標歩容を予め設計しておき、それに追従するように歩行制御する。 This robot comprises a pendulum as a simplified arms, gravity and inertial force generated by shaking it well in advance design a desired gait including, walking controlled to follow it.
【0004】 [0004]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、この従来技術においては腕は対象物反力を受けないことが前提となっている。 However, it has assumes that the arm is not subject to object reaction force in the prior art. 従って、そこで提案されている制御を歩行だけではなく、作業にも適用したとき、作業対象から予期せぬ反作用を受けると動バランスを崩し、姿勢が不安定になったり、最悪の場合には転倒する恐れがあった。 Therefore, where not only walking the proposed control, when it was also applied to work, when receiving a reaction to unexpected from the work object destroy the dynamic balance, posture becomes unstable, falling in the worst case there was a fear that is.
【0005】 [0005]
また、本出願人も特開平7−205069号公報で同種の脚式移動ロボットを提案しており、そこにおいては歩行時に摩擦力が低下したとき腕を振らせて安定な姿勢を回復するようにしている。 The present applicant has also proposed a same kind of a legged mobile robot Hei 7-205069 discloses, by swinging the arms when the frictional force is reduced while walking so as to recover a stable posture in which ing.
【0006】 [0006]
しかしながら、本出願人が提案した脚式移動ロボットにおいては、脚と腕が協調せずに独立して別々に制御されているため、腕を駆動すると、腕が発生する重力と慣性力、および作業対象からの反作用によってロボット全体の動バランスが崩れ、却ってロボットの姿勢が不安定になる場合があった。 However, in the legged mobile robot proposed by the present applicant, since the legs and arms are controlled independently and separately without coordination, driving the arms, gravity and inertial forces arm occurs, and work collapses dynamic balance of the entire robot by the reaction from the object, rather there is a case where the posture of the robot becomes unstable.
【0007】 [0007]
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消することにあり、脚式移動ロボットが予期できない対象物反力を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続できるようにした脚式移動ロボットの姿勢制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned above, even when subjected to object reaction force can not be expected legged mobile robot, the legged mobile you can continue a stable posture taking dynamic balance and to provide a posture control system of the robot.
【0008】 [0008]
この発明の第2の目的は、対象物反力が急変するときも、それに静的にバランスする位置にロボットの重心を移動させることにより、傾きや転倒を効果的に抑制するようにした脚式移動ロボットの姿勢制御装置を提供することにある。 Legged second object of the invention, also when the object reaction force is suddenly changed, it by moving the center of gravity of the robot statically balanced position, which is adapted to effectively suppress the inclination and fall and to provide a posture control system of a mobile robot.
【0009】 [0009]
この発明の第3の目的は、上記した対象物反力を受けたとき、ロボットの重心が移動する過渡期においても、重心位置や床反力を適正に変化させて動バランスを維持し続けられるようにした脚式移動ロボットの姿勢制御装置を提供することにある。 A third object of the present invention, when receiving the object reaction force described above, even in the transition period in which the center of gravity of the robot moves, continue to maintain the dynamic balance properly changing the center-of-gravity position and the floor reaction force and to provide a posture control system of a legged mobile robot which is adapted.
【0010】 [0010]
この発明の第4の目的は、脚式移動ロボットで腕を備えるものにおいて、予め想定していなかった動作パターンで腕を動かして作業をするときに腕に発生する重力、慣性力だけでなく、作業対象から予期せぬ反作用を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続できるようにした脚式移動ロボットの姿勢制御装置を提供することにある。 A fourth object of the present invention is a one provided with arms legged mobile robot, not only gravity, inertial force generated in the arm when working by moving the arm in operation pattern that was not previously assumed, even when subjected to reaction unexpected from work object is to provide a posture control system of a legged mobile robot to be able to continue a stable posture taking dynamic balance.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記の目的を達成するために、請求項1項にあっては、少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標軌跡を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標軌跡と、前記ロボットに作用する床反力以外の外力の目標軌跡とを少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段、前記床反力以外の外力を検出する外力検出手段、前記検出された外力と、前記目標軌跡で設定された床反力以外の外力の偏差を演算する外力偏差演算手段、前記床反力の摂動と前記ロボットの重心位置および基体の位置の少なくともいずれかの摂動の関係を表現するモデル、少なくとも前記演算された外力の偏差に基づいて To achieve the above object, in the one of claims, and at least the base body, in the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate, at least the base body of the robot a motion pattern including a target locus of the target trajectory of the floor reaction force acting on the robot, including at least a target trajectory of the external force other than the floor reaction force acting on the robot, setting the desired gait of the robot desired gait setting means, the external force detecting means for detecting an external force other than the floor reaction force, the detected external force and external force deviation calculating means for calculating a deviation between an external force other than the set floor reaction force in the target locus , model expressing at least one perturbation of the relationship between the position of the center of gravity position and groups of perturbation with the robot of the floor reaction force, based on the external force deviation which is at least the calculation 記モデルに入力すべきモデル入力量を演算するモデル入力量演算手段、前記演算されたモデル入力量を前記モデルに入力し、得られる前記重心位置および基の少なくともいずれかの摂動量に応じて前記基体の目標軌跡を修正する、基体目標軌跡修正量を演算する基体目標軌跡修正量演算手段、少なくとも前記演算されたモデル入力量に応じて前記床反力の目標軌跡を修正する、床反力目標軌跡修正量を演算する床反力目標軌跡修正量演算手段、および、少なくとも前記演算された基体目標軌跡修正量および床反力目標軌跡修正量に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段、を備える如く構成した。 Model input amount calculation means for calculating a model input amount to be inputted to the serial model, the model input amount of said operation input to the model, in at least one perturbation amount of the obtained gravity center position and base body depending corrects the target trajectory of the base body, the base target locus correction amount calculating means for calculating a base target trajectory correction amount, corrects the target trajectory of the floor reaction force in accordance with the model input amount which is at least the operational floor floor reaction force target locus correction amount calculating means for calculating a reaction force target locus correction amount, and, joints for displacing joints of the robot based on at least the computed substrate target trajectory correcting amount and the floor reaction force target trajectory correction amount displacement means, and as constituted comprising a.
【0012】 [0012]
ここで『位置』は、重心位置を除き、『位置および/または姿勢』を含む意味で使用する。 Where "position", except for the center-of-gravity position is used in its sense including "position and / or attitude." 尚、『姿勢』は後述の如く3次元空間における向きを意味する。 It should be noted that the "attitude" means the orientation in three-dimensional space, as described later.
【0013】 [0013]
ここで、『床反力の目標軌跡』とは、より具体的には、少なくとも床反力中心点の目標軌跡を含む意味で使用する。 Here, the "target locus of the floor reaction force", and more specifically, used in the sense of including the target trajectory of at least the floor reaction force central point. また『前記床反力の目標軌跡を修正する』とはより具体的には、床反力中心点まわりのモーメントを修正する意味で使用する。 Also more specifically the term "modifies the target locus of the floor reaction force" is used in the sense of modifying the moments about the floor reaction force central point.
【0014】 [0014]
ここで、『外力を検出する』とは、検出のみならず外乱オブザーバなどを使用して推定することも含む意味で使用する。 Here, "detecting the external force" is used in the sense also include be estimated using such not only detected disturbance observer.
【0015】 [0015]
請求項2項にあっては、前記モデル入力量演算手段は、前記外力に静的に平衡する平衡重心位置の摂動量を算出する平衡重心位置摂動量算出手段、を備え、前記算出された平衡重心位置に前記モデルが収束するように前記モデル入力量を演算する如く構成した。 Equilibrium In the claim 2, wherein said model input quantity calculation device, which includes a balanced center-of-gravity position perturbation amount calculator, which calculates the perturbation amount of equilibrium center of gravity position to balance statically to the external force, which is the calculated said model to the center of gravity position is composed as computing the model input amount to converge.
【0016】 [0016]
請求項3項にあっては、前記モデルが前記ロボットを倒立振子で近似するモデルである如く構成した。 In the claim 3, wherein, the model is composed as a model that approximates the robot inverted pendulum.
【0017】 [0017]
請求項4項にあっては、前記平衡重心位置摂動量算出手段は、前記算出された平衡重心位置の摂動量を所定の範囲に制限するリミッタ、を備える如く構成した。 In the claim 4 wherein the equilibrium center of gravity position perturbation amount calculator was composed as comprising a limiter for limiting the perturbation amount of the calculated equilibrium center of gravity position in a predetermined range.
【0018】 [0018]
請求項5項にあっては、前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、前記演算された床反力目標軌跡修正量を所定の範囲に制限するリミッタ、を備える如く構成した。 In the 5 claims, wherein the floor reaction force target locus correction amount calculating means, a limiter for limiting the calculated floor reaction force target locus correction amount in a predetermined range, and as constituted comprising a.
【0019】 [0019]
請求項6項にあっては、前記床反力の目標軌跡は、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含む如く構成した。 In the claim 6 wherein, the target trajectory of the floor reaction force, and including at least as constituting a locus of the target center point of the floor reaction force acting on the robot.
【0020】 [0020]
請求項7項にあっては、前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、前記床反力目標軌跡修正量が、前記モデル入力量から前記外力の偏差を減算した値と、前記床反力の目標中心点まわりに作用するモーメントに動力学的に釣り合うように、前記床反力目標軌跡修正量を演算する如く構成した。 In the claim 7 wherein said floor reaction force target locus correction amount calculating means, the floor reaction force target trajectory correction amount is a value obtained by subtracting the deviation of the external force from the model input amount, the floor reaction force of so as to balance the kinetically moment acting about the target center point, and as configured to calculate the floor reaction force target trajectory correction amount.
【0021】 [0021]
請求項8項にあっては、前記床反力以外の外力が、前記リンクを介して前記ロボットに作用する作業対象物からの反力である如く構成した。 In the 8 claims it is an external force other than the floor reaction force, and composed as a reaction force from the workpiece acting on the robot through the link.
【0022】 [0022]
請求項9項にあっては、前記ロボットが、前記基体に連結される2本の脚リンクと2本の腕リンクからなる脚式移動ロボットである如く構成した。 In the claim 9 wherein, the robot was composed as a two leg links and the legged mobile robot comprising a two arm link coupled to the substrate.
【0023】 [0023]
請求項10項にあっては、少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段、前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段、前記検出された対象物反力を前記目標中心点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段、前記変換された対象物反力モーメントに動力学的に釣り合うように、前記目標中心点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボット位置・姿勢修正手段、お In the claim 10 wherein, a motion pattern including at least a substrate, the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate, the target position of at least the base of the robot, at least the locus of the target center point of the floor reaction force acting on the robot, the desired gait setting means for setting a desired gait of the robot, acting on the robot through the link, anti from the work object object reaction force detecting means for detecting a force, object reaction force moment converting means for converting the detected object reaction force as a moment about the targets in mind points, the transformed object reaction force moment so as to balance the dynamic robot position and posture correcting means for correcting the position and orientation of the floor reaction force moment about the target center point robot, Contact び前記修正された目標中心点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段、を備える如く構成した。 Joint displacement means for displacing joints of the robot based on the position and orientation of the robot and the floor reaction force moment about the desired central point finely the modified and composed as comprising a.
【0024】 [0024]
請求項11項にあっては、少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンを設定する目標歩容設定手段、前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段、前記検出された対象物反力を所定の点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段、前記変換された対象物反力モーメントに動力学的につりあうように、前記所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボット位置・姿勢修正手段、および前記修正された所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボット In the claim 11, wherein, setting a motion pattern including at least a substrate, the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate, the target position of at least the base body of the robot desired gait setting means for, acting on the robot through the link, the object reaction force detecting means for detecting a reaction force from the workpiece, the moment around the detected object reaction force given point object reaction force moment converting means for converting the said as converted commensurate with object reaction force moment kinetically, the robot to correct the position and orientation of the floor reaction force moment about the predetermined point robot the robot based position and posture correcting means, and a floor reaction force moment about the modified predetermined point to the position and orientation of the robot 関節を変位させる関節変位手段、を備える如く構成した。 Joint displacement means for displacing the joint was composed as comprising a.
【0025】 [0025]
上記で、『脚式移動ロボット』は腕以外に対象物反力を受ける脚式移動ロボットを含む。 Above, "the legged mobile robot" includes a legged mobile robot that receives the object reaction force except arms. また、『腕リンク』に関しては、脚リンクであっても、それが作業対象物に作用するものであれば、腕リンクとみなすものとする。 With respect to "arm link" it may be a leg link, it as long as it functions in the work object, shall be deemed to arm link. 例えば、昆虫型の6脚ロボットにおいて、前の2脚を用いて物を持ち上げる場合には、その脚リンクは腕リンクとみなすこととする。 For example, the 6-legged robot Insect, when lifting the object by using the previous two legs, the leg link and be regarded as arm link.
【0026】 [0026]
【作用】 [Action]
請求項1項においては、脚式移動ロボットが予期できない外力、より具体的には作業対象物から反力を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続することができる。 In claim 1, wherein, the external force can not be expected legged mobile robot, more specifically even under a reaction force from the workpiece, it is possible to continue a stable posture taking dynamic balance. 更に、予め想定していなかった運動パターンでリンク、より具体的には腕を動かして作業をするときに腕に発生する重力、慣性力だけでなく、作業対象から予期せぬ反作用を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続することができる。 Further, link movement pattern that was not previously assumed, gravity generated in the arm when more work specifically move the arms, not only the inertial force, even under reaction unexpected from work object , it is possible to continue the stable posture to take a dynamic balance.
【0027】 [0027]
また、対象物反力が急変するときも、それに静的にバランスをとる位置にロボットの重心を移動させることにより、傾きや転倒を効果的に抑制することができる。 Further, even when the object reaction force is suddenly changed, it by moving the center of gravity of the robot statically Ru preparative balance position, it is possible to effectively suppress the inclination and fall. また、ロボットの重心が移動する過渡期においても、重心位置や床反力を適正に変化させて動バランスを維持し続けることができる。 Also in transition where the center of gravity of the robot moves, it can continue to maintain the dynamic balance properly changing the center-of-gravity position and the floor reaction force.
【0028】 [0028]
請求項2項ないし8項においても、請求項1項と同様の作用、効果を有する。 Even in claim 2, wherein to 8 wherein, with the same action as claimed in claim 1 wherein, the effect.
【0029】 [0029]
請求項9項にあっては、上記した作用、効果に加えて、脚式移動ロボットで腕を備えるものにおいても、予め想定していなかった動作パターンで腕を動かして作業をするときに腕に発生する重力、慣性力だけでなく、作業対象から予期せぬ反作用を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続することができる。 In the claim 9 wherein, the above-described effect, in addition to the effects, even those equipped with arms legged mobile robot, the arm when working by moving the arm in operation pattern which has not been previously assumed gravity that occurs, not only the inertial force, even if it receives a reaction which is not expected from the work object, it is possible to continue the stable posture to take a dynamic balance.
【0030】 [0030]
請求項10項ないし11項においても、請求項1項と同様の作用、効果を有する。 Even in claim 10, wherein to 11 wherein, with the same action as claimed in claim 1 wherein, the effect.
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、添付図面を参照してこの発明に係る脚式移動ロボットの姿勢制御装置を説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating a posture control system of a legged mobile robot according to the present invention. 尚、脚式移動ロボットとしては2足歩行ロボットを例にとる。 As the legged mobile robot take biped robot as an example.
【0031】 [0031]
図1はその脚式移動ロボットの姿勢制御装置を全体的に示す概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing an attitude control system of the legged mobile robot as a whole.
【0032】 [0032]
図示の如く、2足歩行ロボット1は左右それぞれの脚リンク2に6個の関節を備える(理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す)。 As shown, the biped walking robot 1 (shown by an electric motor for driving the respective joints for understanding convenience) having a respective leg link 2 in the six joints horizontally.
【0033】 [0033]
6個の関節は上から順に、腰部の脚回旋用の関節10R,10L(右側をR、左側をLとする。以下同じ)、腰部のロール軸(Y軸まわり)の関節12R,12L、同ピッチ軸(X軸まわり)の関節14R,14L、膝部のロール軸の関節16R,16L、足部のロール方向の関節18R,18L、および同ピッチ軸の関節20R,20Lから構成される。 Six joints in order from the top, waist leg rotation for joints 10R, 10L (the right side R, the left and L. Hereinafter the same), the waist of the roll shaft of (around Y axis) joints 12R, 12L, the joints 14R, 14L, the roll axis of joint 16R of knee, 16L, roll direction joints 18R foot, 18L, and the pitch axis of the joint 20R in the pitch axis (about the X axis), and a 20L. 足部には足平22R,22Lが取着される。 The foot foot 22R, 22L are attached.
【0034】 [0034]
上記において股関節(あるいは腰関節)は関節10R(L),12R(L),14R(L)から、足関節は関節18R(L),20R(L)から構成される。 Hip (or waist joint) joints 10R in the above (L), 12R (L), the 14R (L), ankle joints 18R (L), composed of 20R (L). また股関節と膝関節とは大腿リンク24R,24L、膝関節と足関節とは下腿リンク26R,26Lで連結される。 The hip and knee joint thigh link and 24R, 24L, and the knee joints and ankle joints are connected to the lower leg link 26R, at 26L.
【0035】 [0035]
更に、腰部の上位には上体(あるいは基体。リンクで示す)28が設けられると共に、その上端には左右それぞれの7個の関節からなる腕リンク3を備える(同様に、理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す)。 Further, the waist of the upper (indicated by or substratum. Link) upper body with 28 is provided, the arm link 3 each consisting of seven joints lateral comprises (similarly to the upper end, for ease of understanding It shows the joints in electric motor for driving it to).
【0036】 [0036]
7個の関節は上から順に、肩部のロール軸の関節30R,30L、同ピッチ軸の関節32R,32L、腕の回旋用の関節34R,34L、肘部のロール軸の関節36R,36L、手首回旋用の関節38R,38L、同ロール軸の関節40R,40L、および同ピッチ軸の関節42R,42Lから構成される。 Seven joints in order from the top, roll axis of the joint 30R of the shoulder portion, 30L, the pitch axis of the joint 32R, 32L, the arm of the rotation for the joint 34R, 34L, the roll axis of the elbow joint 36R, 36L, joints 38R for wrist rotation, 38L, the roll axis joints 40R, 40L, and the pitch axis of the joint 42R, consists of 42L. 手首の先にはハンド(エンドエフェクタ)44R,44Lが取着される。 The wrist of the previous hand (end effectors) 44R, 44L are attached.
【0037】 [0037]
上記において肩関節は関節30R(L),32R(L),34R(L)から、手首関節は関節38R(L),40R(L),42R(L)から構成される。 Shoulder joint joint 30R in the (L), 32R (L), composed of 34R (L), the wrist joint joints 38R (L), the 40R (L), 42R (L). また肩関節と肘関節とは上腕リンク46R,46L、肘関節と手首関節とは下腕リンク48R,48Lで連結される。 The shoulder joint and the elbow joint upper arm link and 46R, 46L, and the elbow joints and wrist joints are connected forearm link 48R, in 48L.
【0038】 [0038]
尚、上体(基体)28の内部には、図2に関して後述するマイクロコンピュータからなる制御ユニット50などが格納される。 Incidentally, inside the body (substrate) 28, a control unit 50 comprising a microcomputer to be described later with respect to FIG. 2 is stored.
【0039】 [0039]
上記の構成により、脚リンク2は左右の足についてそれぞれ6つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの6*2=12個の関節を適宜な角度で駆動することで、足全体に所望の動きを与えることができ、任意に3次元空間を歩行させることができる(この明細書で「*」は乗算を示す)。 With the above configuration, the leg links 2 is given each of the six degrees of freedom for the left and right foot, during walking by driving these 6 * 2 = 12 joints to appropriate angles, the desired throughout the foot can give motion, it is possible to walk optionally three-dimensional space ( "*" in this specification indicates the multiplication). 尚、前記の如く、ロボットの進行方向(ピッチ軸)をX軸、左右方向(ロール軸)をY軸、鉛直方向(重力軸)をZ軸とする。 Incidentally, the as, X-axis traveling direction of the robot (pitch axis), Y axis in the lateral direction (the roll axis), the vertical direction (gravity axis) and Z-axis.
【0040】 [0040]
また、腕リンク3は左右の腕についてそれぞれ7つの自由度を与えられ、これらの7*2=14個の関節を適宜な角度で駆動することで、後述する台車を押すなどの所望の作業を行うことができる。 Further, the arm link 3 given each of the seven degrees of freedom for the left and right arms, by driving these 7 * 2 = 14 joints to appropriate angles, the desired work such as pressing a carriage to be described later It can be carried out.
【0041】 [0041]
図1に示す如く、足関節の下方の足平22R(L)には公知の6軸力センサ56が取着され、ロボットに作用する外力の内、接地面からロボットに作用する床反力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzとを検出する。 As shown in FIG. 1, the foot 22R of the lower ankle joint (L) is attached is known six-axis force sensor 56, of the external forces acting on the robot, the floor reaction force acting on the robot from the ground plane three directional components Fx, Fy, three directional components of Fz and moment Mx, My, detects and Mz.
【0042】 [0042]
更に、手首関節とハンド44R(L)の間には同種の6軸力センサ58が取着され、ロボットに作用するそれ以外の外力、特に作業対象物から受ける前記した対象物反力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzとを検出する。 Furthermore, it is attached six-axis force sensor 58 of the same kind between the wrist joint and the hand 44R (L), 3 directions of the above-described object reaction force receiving other external forces acting on the robot, particularly the work object components Fx, Fy, 3 direction component of Fz and moment Mx, My, detects and Mz.
【0043】 [0043]
また、上体28には傾斜センサ60が設置され、Z軸(鉛直軸(重力軸))に対する傾きとその角速度を検出する。 Further, the upper body 28 is placed inclination sensor 60 detects the inclination and its angular velocity with respect to the Z-axis (vertical axis (gravity axis)). また各関節の電動モータはその出力を減速・増力する減速機(図示せず)を介して前記したリンク24,26R(L)などを相対変位させると共に、その回転量を検出するロータリエンコーダが設けられて変位検出器付の脚アクチュエータあるいは腕アクチュエータとして構成される。 The causes are electric motor relative displacement and reduction gear linked to said via (not shown) 24,26R (L) for deceleration and energizing the output of each joint, the rotary encoder is provided for detecting the amount of rotation is it configured as leg actuator or arm actuator with displacement detectors. これら6軸力センサ56などの出力は制御ユニット50に送られる(図示の便宜のためロボット1の右側についてのみ図示する)。 The output of such these six-axis force sensor 56 is sent to the control unit 50 (shown only for the right side of the robot 1 for ease of illustration).
【0044】 [0044]
図2は制御ユニット50の詳細を示すブロック図であり、マイクロ・コンピュータから構成される。 Figure 2 is a block diagram showing details of a control unit 50 composed of a microcomputer. そこにおいて傾斜センサ60などの出力はA/D変換器70でデジタル値に変換され、その出力はバス72を介してRAM74に送られる。 The output of such tilt sensor 60 in which are converted into digital values ​​by the A / D converter 70, whose output is sent to the RAM74 via the bus 72. また各アクチュエータにおいて電動モータに隣接して配置されるエンコーダの出力は、カウンタ76を介してRAM74内に入力される。 The output of the encoders disposed adjacent to the electric motor at each actuator is input into the RAM74 through the counter 76.
【0045】 [0045]
制御ユニット内にはCPUからなる演算装置80が設けられており、演算装置80は後述の如く、ROM84に格納されている歩容に基づいてロボットが安定な姿勢を継続することができるように、関節角変位指令(アクチュエータ変位指令)を算出し、RAM74に送出する。 The in the control unit and the arithmetic unit 80 is provided comprising a CPU, the arithmetic unit 80 as described later, so that the robot can continue a stable posture on the basis of the gait that is stored in ROM 84, calculated joint angle displacement command (the actuator displacement commands), and sends the RAM 74.
【0046】 [0046]
また演算装置80はRAM74からその指令と検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必要な制御値(操作量)を算出してD/A変換器86と各関節に設けられたアクチュエータ駆動装置(アンプ)88を介して各関節を駆動する脚アクチュエータと腕アクチュエータの電動モータに出力する。 The arithmetic unit 80 reads the actual value detected with the command from the RAM 74, an actuator provided required control value to the driving of each joint (operation amount) is calculated as D / A converter 86 into the joints via the drive unit (amplifier) ​​88 outputs to the electric motor of the leg actuators and arms actuator which drives each joint.
【0047】 [0047]
図3は、この発明に係る脚式移動ロボットの姿勢制御装置(主として前記した演算装置80に相当)の構成および動作を機能的に示すブロック図である。 Figure 3 is a block diagram functionally showing the configuration and operation of the posture control system of a legged mobile robot according to the present invention (mainly corresponding to the arithmetic unit 80 described above).
【0048】 [0048]
この装置は脚および腕の動作を統合的に制御する装置であり、各アクチュエータ駆動装置88に対する変位指令を出力する。 This device is a device for integrally controlling the operation of the leg and arm, and outputs a displacement command for each actuator driving device 88. 図示の如く、この装置は、目標作業パターン生成器、対象物反力平衡制御装置、脚メイン制御装置、および腕メイン制御装置から構成される。 As shown, the apparatus, the target work pattern generator, the object reaction force equilibrium controller, leg main controller, and a arm main controller.
【0049】 [0049]
以下に、理解の便宜のため、図4に示すロボット作業状況を例に挙げて、この装置の各構成要素の処理内容を説明する。 Hereinafter, for convenience of understanding, an example robots working situation shown in FIG. 4, for explaining the processing contents of the respective components of the apparatus. 図4では、ロボット1が台車100を押しているとき、台車から受ける実対象物反力の絶対値が目標作業パターンにおいて想定していた目標対象物反力よりも突然小さくなってしまったため、このずれによってロボット1はバランスを崩し、前に傾きかけている状況とする。 In Figure 4, when the robot 1 is pressing the carriage 100, because it has become suddenly smaller than the actual object reaction force absolute value assumed target object had reaction force in the target work pattern received from carriage, the deviation by the robot 1 is out of balance, a situation in which over slope before. この実施の形態に係る装置は、このような状況においても常に動バランスを維持するように制御するものである。 Apparatus according to this embodiment is adapted to control so as to always maintain the dynamic balance in such a situation.
【0050】 [0050]
目標作業パターン生成器は、ある想定条件下において動力学的平衡条件を満足する目標作業パターンを生成する。 Target working pattern generator generates a target working pattern satisfies the dynamic equilibrium condition at some assumed conditions. 目標作業パターンは、複数の変数の時間変化パターンによって表現される。 Target work pattern is represented by a temporal change pattern of a plurality of variables. この変数は、運動を表現する変数と環境から受ける反力を表現する変数から構成される。 This variable is composed of a variable representing the reaction force received from the variables and the environment that represent motion.
【0051】 [0051]
ここで、運動を表現する変数は、これによって各瞬間における姿勢が一義的に決定できる変数の組である。 Here, the variable representing the movement, whereby a set of variables that attitude at each instant can be determined uniquely. 具体的には、目標足平位置・姿勢、目標上体位置・姿勢、目標ハンド位置・姿勢から構成される。 More specifically, composed of the desired foot position and posture, the desired body position and posture, from the target hand position and posture.
【0052】 [0052]
また、環境から受ける反力を表現する変数は、目標全床反力中心点(位置)(目標ZMP(位置))、目標全床反力および目標対象物反力から構成される。 Further, the variable representing the reaction force received from the environment, the desired total floor reaction force central point (position) (the target ZMP (position)), and a desired total floor reaction force and a desired object reaction force.
【0053】 [0053]
これら各変数は、支持脚座標系で表される。 Each of these variables is represented by a supporting leg coordinate system. 支持脚座標系は、支持脚足首(関節18,20R(L)の交点)から足平22R(L)への垂直投影点を原点とする座標系であり、図5および図6に示すように、支持脚が接触している床に固定された座標系であり、支持脚足平の前向きをX軸の向き、左向きをY軸の向き、鉛直方向上向きをZ軸向きとする座標系である。 The supporting leg coordinate system is a coordinate system with its origin at the vertical projection point from the supporting leg ankle (the intersection of the joint 18,20R (L)) to the foot 22R (L), as shown in FIGS. 5 and 6 a coordinate system fixed to the floor where the support legs are in contact, there orientation of forward X-axis of the supporting leg foot, the left in a coordinate system to the orientation of the Y-axis, the vertical upward direction and Z axis direction .
【0054】 [0054]
以下に、これら各変数について詳細を説明する。 The following describes in detail each of these variables.
【0055】 [0055]
前記の如く、ロボットが環境から受ける外力の内で、各足平床反力を除いた外力を対象物反力と呼ぶとき、目標対象物反力はその目標値である。 Wherein as, among the external force receiving robot from the environment, when calling an external force other than the respective foot floor reaction force and the object reaction force, the desired object reaction force is the target value. 図4の例ではハンド44R(L)が対象物100から受ける反力のことである。 In the example of FIG. 4 is that of the reaction force the hand 44R (L) receives from the object 100.
【0056】 [0056]
目標作業パターン生成器が出力する目標対象物反力は、後述する目標全床反力中心点まわりに作用する力とモーメントによって表現される。 Desired object reaction force target working pattern generator outputs is expressed by force and moment acting about the desired total floor reaction force central point to be described later. ちなみに、姿勢安定化にとって重要なのは、このうちのモーメント成分である。 By the way, important for posture stabilization is the moment component of this.
【0057】 [0057]
目標全床反力と目標全床反力中心点(位置)について説明すると、作業中において各足平が床から受けるべき目標床反力の合力を、広義の目標全床反力と呼ぶ。 When the desired total floor reaction force and desired total floor reaction force central point for (position) will be explained, the resultant force of the desired floor reaction force to be received from the foot Xiaoping floor during working is called the broad sense of the desired total floor reaction force. 広義の目標全床反力は、目標全床反力中心点とその点における力とモーメントで表現される。 Broad desired total floor reaction force is expressed by force and moment desired total floor reaction force central point and at that point. 目標全床反力中心点は、目標全床反力をその点を作用点とする力とモーメントで表現したとき、X軸まわりモーメント成分とY軸まわりモーメント成分が0になる床面上の点である。 Desired total floor reaction force central point when the desired total floor reaction force is expressed by force and moment to the point that point, the point on the floor surface on which X-axis moment component and Y-axis moment component becomes 0 it is.
【0058】 [0058]
狭義の目標全床反力は、広義の目標全床反力を、目標全床反力中心点を作用点として、力とモーメントで表現した場合の力とモーメントを意味する。 Desired total floor reaction force in the narrow sense is a broad desired total floor reaction force, as a working point desired total floor reaction force central point is meant the forces and moments when expressed in forces and moments. 目標作業パターン生成器が出力する目標全床反力は、狭義の目標全床反力である。 Desired total floor reaction force target working pattern generator outputs is the desired total floor reaction force in the narrow sense.
【0059】 [0059]
以降は特に説明がない限り、目標全床反力は、狭義の目標全床反力を指す。 Thereafter unless otherwise noted, the desired total floor reaction force refers to the desired total floor reaction force in the narrow sense. 尚、平坦な床面を歩行する場合には、目標全床反力の作用点は、通常、その床面上に設定される。 In the case of walking a flat floor surface, the desired total floor reaction force acting point is normally set on the floor surface.
【0060】 [0060]
歩行制御の分野において従来から公知であるZMPの概念も、概念を次のように拡張する。 The concept of ZMP known conventional in the field of walking control also extends the concept as follows. 即ち、ロボットの運動によって生じる慣性力と重力と対象物反力の合力が、その点を作用点とする力とモーメントで表現されたとき、X軸まわりモーメント成分とY軸まわりモーメント成分が0になる床面上の点を、ZMPと呼ぶ。 That is, the resultant force of the inertial force and gravity and the object reaction force generated by the motion of the robot, when expressed in forces and moments to the point and the working point, the X-axis moment component and Y-axis moment component is 0 becomes a point on the floor surface, is called a ZMP. ロボットが目標の運動を行う時のZMPを目標ZMP(位置)と呼ぶ。 The ZMP when the robot makes a motion of a target is called a target ZMP (position).
【0061】 [0061]
目標作業パターンが動力学的平衡条件を満足すると言うことは、目標作業パターンによって生じる上記の慣性力と重力と対象物反力の合力と目標全床反力が、打ち消し合って0になることである。 To say that the target working pattern satisfies the dynamic equilibrium condition, by the resultant force and desired total floor reaction force of the inertial force generated by the target work pattern and the gravity and the object reaction force becomes zero cancel each other out is there. 従って、動力学的平衡条件を満足するためには、目標全床反力中心点と目標ZMPが一致しなければならない。 Therefore, in order to satisfy the dynamic equilibrium condition, the desired total floor reaction force central point and the desired ZMP must match.
【0062】 [0062]
目標作業パターン生成器では、動力学的平衡条件を満足する目標作業パターンを生成する。 The target work pattern generator generates a target working pattern satisfies the dynamic equilibrium condition. 従って、目標作業パターン生成器が生成する目標全床反力中心点(位置)は目標ZMP(位置)に一致する。 Accordingly, the desired total floor reaction force central point target working pattern generator generates (position) coincides with a target ZMP (position).
【0063】 [0063]
目標足平位置・姿勢、目標上体位置・姿勢、目標ハンド位置・姿勢は、前記した支持脚座標系で表現されたそれぞれの部位の位置と姿勢を表す。 Desired foot position and posture, the desired body position and posture, the target hand position and orientation represent the position and orientation of each site represented in the above-mentioned supporting leg coordinate system. 具体的にはこの明細書で、上体28の位置およびその速度は、上体28の重心位置などの代表点およびその(変位)速度を意味する。 Specifically in this specification, the position and velocity of the body 28, a representative point such as the center of gravity of the body 28 and means that (displacement) velocity. 更に、上体あるいは足平の姿勢は、X,Y,Z空間における『向き』を意味する。 Further, the posture of the body or foot means X, Y, the "direction" in Z space.
【0064】 [0064]
対象物反力平衡制御装置およびその制御はこの実施の形態の制御の中心をなすもので、対象物反力平衡制御装置は姿勢バランスをとるために動力学的平衡条件を考慮しながら制御を行う。 Object reaction force balance controller and its control are central to the control of this embodiment, the object reaction force balance controller executes control while considering the dynamic equilibrium condition in order to take a posture balance . そこで、対象物反力平衡制御装置の概要を説明する前に、動力学的平衡条件について以下に説明する。 Therefore, before describing the outline of the object reaction force balance controller will be described below dynamic equilibrium condition.
【0065】 [0065]
実際のロボットの姿勢傾きの挙動を決定する最も大きな要因は、目標全床反力中心点(即ち、目標ZMP)まわりでの実際の力のモーメントのバランスである。 The most significant factor in determining the actual behavior of the posture inclination of the robot, the desired total floor reaction force central point (i.e., the target ZMP) is the balance of moments of the actual force about.
【0066】 [0066]
目標全床反力中心点まわりに作用する力のモーメントを以下に列挙する。 Listed moment of force below acting about the desired total floor reaction force central point.
1)慣性力モーメント2)重力モーメント3)全床反力モーメント4)対象物反力モーメント【0067】 1) inertial force moment 2) gravity moment 3) total floor reaction force moment 4) object reaction force moment [0067]
以上のモーメントは先にも説明したが、改めて以下に定義する。 Or more of the moment has been described previously, defined anew below.
【0068】 [0068]
慣性力モーメントは、目標全床反力中心点まわりのロボットの角運動量の変化によって生じるモーメントである。 Inertia moment is a moment generated by the angular momentum of change of the desired total floor reaction force central point around the robot. この値はオイラー方程式によって求められ、具体的には目標全床反力中心点まわりのロボットの角運動量の1階微分値の符号を反転させたものである。 This value is determined by Euler equation, specifically those obtained by inverting the sign of the first derivative of the angular momentum of the robot about the desired total floor reaction force central point.
【0069】 [0069]
目標作業パターンの慣性力モーメントを、目標慣性力モーメントと呼ぶ。 The inertial force moment of the target work patterns, referred to as the target inertial force moment. 実際のロボットが作業しているときの慣性力モーメントを実慣性力モーメントと呼ぶ。 The inertial force moment of when the actual robot is working is called the actual inertial force moment.
【0070】 [0070]
重力モーメントは、ロボットの重心に作用する重力が目標全床反力中心点まわりに作用するモーメントである。 Gravitational moment is a moment of gravity acting on the center of gravity of the robot acts about the desired total floor reaction force central point.
【0071】 [0071]
各足平に作用する床反力の合力を、全床反力と呼ぶ。 The resultant force of the floor reaction force acting on each foot, called a total floor reaction force. 全床反力モーメントは、全床反力が目標全床反力中心点まわりに作用するモーメントである。 Total floor reaction force's moment is a moment of total floor reaction force acting about the desired total floor reaction force central point.
【0072】 [0072]
作業対象物から受ける反力を、対象物反力と呼ぶ。 The reaction force received from the work object, referred to as the object reaction force. 対象物反力モーメントは、作業対象物反力が目標全床反力中心点まわりに作用するモーメントである。 Object reaction force moment is a moment working object reaction force acting about the desired total floor reaction force central point.
【0073】 [0073]
さて、理想的な脚メイン制御装置によって、ロボット1が目標作業パターンの運動パターンに忠実に追従していたと仮定する。 Now, it is assumed by an ideal leg main controller, the robot 1 has been faithfully follow the movement pattern of the target work pattern. このときには実慣性力モーメントは目標慣性力モーメントに一致し、実重力モーメントは目標重力モーメントに一致する。 The actual inertial force moment at this time is equal to the target inertia moment, the real gravity moment is equal to the target gravity moment.
【0074】 [0074]
一方、動力学の法則(オイラー方程式)により、必ず実慣性力モーメントと実重力モーメントと実全床反力モーメントと実対象物反力モーメントの和は、0である。 On the other hand, the sum of the dynamics of the law by the (Euler equation), be sure the actual inertial force moment and the actual gravity moment and the actual total floor reaction force moment and the actual object reaction force moment is zero.
【0075】 [0075]
故に、ロボット1が忠実に目標作業パターンの運動パターン通りに動くためには、目標慣性力モーメントと目標重力モーメントと実全床反力モーメントと実対象物反力モーメントの和が0でなければならない。 Therefore, in order to the robot 1 moves to the motion pattern as faithfully target working pattern, the sum of the target inertia moment and the target gravity moment and the actual moment of total floor reaction force and the actual object reaction force moment must be zero . これを条件1とする。 This is referred to as Condition 1.
【0076】 [0076]
ところが、実際には、実対象物反力モーメントが目標対象物反力モーメントと一致せず差が生じる。 However, in practice, the difference actual object reaction force moment does not match the desired object reaction force moment occurs. 例えば、図4に関して述べたように、台車を押す作業を行っているときに台車(すなわち目標対象物)の実際のころがり摩擦力の絶対値が想定していた値よりも突然小さくなってしまった状況である。 For example, as discussed with respect to FIG. 4, it has become suddenly smaller than the actual rolling value the absolute value of the frictional force has been assumed in the truck (i.e. target object) when performing the task of pushing the dolly it is the situation.
【0077】 [0077]
この図の状況では、実対象物反力が目標全床反力中心点のY軸まわりに作用するモーメントは、目標対象物反力が目標全床反力中心点のY軸まわりに作用するモーメントよりも正の向きに大きくなって条件1を満たさなくなり、ロボット1は前傾する。 Moment this situation of figure moment actual object reaction force acting about the Y-axis of the desired total floor reaction force central point, the desired object reaction force acting about the Y-axis of the desired total floor reaction force central point It will not satisfy the condition 1 is larger in the positive direction than, the robot 1 is tilted forward. 尚、モーメントの向きは、座標軸の正方向に向いてロボット1を時計まわりに回転させるモーメントを正とする。 Incidentally, the direction of the moment, to a moment for rotating the robot 1 clockwise oriented in the positive direction of the coordinate axis as positive.
【0078】 [0078]
このような状況においても条件1を満足させるためには、次の2通りの手法が考えられる。 In order to satisfy Condition 1 even in such a situation, it is conceivable approach the following two.
【0079】 [0079]
手法1)上記偏差を打ち消すように、実全床反力モーメントを変える。 Method 1) so as to cancel the deviation, changing the actual total floor reaction force moment. 具体的には、目標全床反力中心点まわりに負の床反力モーメントを発生するように脚メイン制御装置に指令し、脚メイン制御装置において、この指令を受けて、足平22R(L)のつまさきを下げ、実全床反力モーメントを負の向きに増加させる。 Specifically, commands the leg main controller for generating a negative floor reaction force moment about desired total floor reaction force central point, the leg main controller, in response to this command, the foot 22R (L lowering the toe), increasing the actual total floor reaction force moment in the negative direction. 即ち、足で踏ん張るような姿勢をとらせる。 In other words, assume a posture, such as stand firm in the foot.
【0080】 [0080]
手法2)上記偏差を打ち消すように、目標作業パターンの運動パターンを修正することにより、目標慣性力モーメントと目標重力モーメントを修正する。 Method 2) so as to cancel the deviation by modifying the motion pattern of the target work pattern, it corrects the target inertia moment and the target gravitational moment. 具体的には、目標上体位置および/または姿勢を修正することによって、目標慣性力モーメントと目標重力モーメントを修正する。 Specifically, by modifying the desired body position and / or attitude, to correct the target inertia moment and the target gravitational moment. 即ち、上体を前に移動させる。 In other words, to move in front of the upper body.
【0081】 [0081]
この実施の形態に係る装置では両方の手法を同時に行い、短期的には手法1を主に使うことによって速い変化に対応し、長期的には手法2を主に使うことによって実全床反力モーメントを元の目標全床反力モーメントに収束させながら、常に動バランスを維持するようにした。 Thus both approaches the apparatus according to this embodiment simultaneously, in the short term response to rapid changes by using Method 1 mainly includes the actual total floor reaction force by using the method 2 primarily in the long term while converging the moment original desired total floor reaction force moment, always in order to maintain the dynamic balance.
【0082】 [0082]
実全床反力モーメントは、目標全床反力モーメントを変えるだけで脚メイン制御装置によってすばやく変化させることができるので、手法1は短期的な対応に向いている。 Actual total floor reaction force moment, since by changing the desired total floor reaction force's moment can be quickly changed by the leg main controller, method 1 is suitable for short-term response. 但し、実全床反力モーメントを大きく変化させると、足平22R(L)の接地圧分布が偏って接地感が減少し、最悪の場合には足平22R(L)の一部が浮いてしまう。 However, the actual moment of total floor reaction force is greatly changed, reduced ground sense contact pressure distribution is biased to the foot 22R (L), in the worst case floating part of the foot 22R (L) put away. 従って、長期的には、なるべく元の目標全床反力モーメントに戻すべきである。 Therefore, in the long term, it should as much as possible back to the original desired total floor reaction force moment.
【0083】 [0083]
実全床反力モーメントを元の目標全床反力モーメントに戻すためには、重心位置をずらし、目標重力モーメントによって上記偏差を打ち消すように、手法2によって目標作業パターンの運動パターンを修正すれば良い。 In order to return the actual moment of total floor reaction force based on the desired total floor reaction force moment, shifting the center of gravity position, so as to cancel the deviation by the target gravitational moment, if correcting the motion pattern of the target work pattern by a technique 2 good. 但し、重心位置を急激にずらすと、過大な目標慣性力モーメントが逆向きに発生するので、ゆっくりと重心位置をずらす必要がある。 However, when the rapidly shifting the center of gravity position, excessive goal inertial force moment is because it occurs in the opposite direction, it is necessary to shift slowly and center of gravity position. 従って、手法2は長期的な対応に向いている。 Thus, method 2 is directed to long-term response.
【0084】 [0084]
上記を前提として対象物反力平衡制御装置について説明する。 Is described object reaction force balance controller assumption above. 対象物反力平衡制御装置は、上記の制御機能を持った装置である。 Object reaction force balance controller is a device having the above-described control functions.
【0085】 [0085]
対象物反力平衡制御装置の入力は、目標上体位置・姿勢、目標全床反力中心点(位置)、目標対象物反力、6軸力センサ58の検出値、最終修正目標ハンド位置・姿勢、最終修正目標上体位置・姿勢、最終修正目標足平位置・姿勢である(尚、近似演算を用いる場合は、最終修正目標ハンド位置・姿勢、最終修正目標上体位置・姿勢、最終修正目標足平位置・姿勢は不要である)。 Input of the object reaction force equilibrium controller, the desired body position and posture, the desired total floor reaction force central point (position), the desired object reaction force, the detection value of the six-axis force sensor 58, the final corrected desired hand position and orientation, final corrected desired body position and posture, the final corrected desired foot position and posture (in the case of using the approximate calculation, the final corrected desired hand position and posture, the final corrected desired body position and posture, last modification target foot position and orientation is not required).
【0086】 [0086]
対象物反力平衡制御装置では、上記の制御機能を実現するために、目標対象物反力を実対象物反力の検出値に置き換え、それに動力学的に平衡するように目標上体位置・姿勢と目標全床反力を修正する。 In the object reaction force equilibrium controller, in order to implement the above control function, replacing the desired object reaction force on the detection value of the actual object reaction force, it desired body position and to equilibrate kinetically to correct the posture and the desired total floor reaction force. これにより修正された作業パターンが想定している対象物反力(即ち、修正された目標対象物反力)と実対象物反力が一致し、ロボットの動力学的平衡条件が満足される。 Target work pattern is assumed that thereby is corrected reaction force (i.e., the target object is modified reaction force) and the actual object reaction force matches, dynamic balance condition of the robot is satisfied.
【0087】 [0087]
対象物反力平衡制御装置の出力は、修正目標上体位置・姿勢と対象物反力平衡制御用補償全床反力である。 The output of the object reaction force balance controller is the corrected desired body position and posture and the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force.
【0088】 [0088]
修正目標上体位置・姿勢は、対象物反力平衡制御装置によって修正された目標上体位置・姿勢である。 The corrected desired body position and posture are desired body position and posture corrected by the object reaction force balance controller. 対象物反力平衡制御用補償全床反力は、目標全床反力中心点(位置)に、修正によって加えられる全床反力である。 Object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force, the desired total floor reaction force central point (position), the total floor reaction force exerted by the modification. 尚、対象物反力平衡制御用補償全床反力の成分の内で、姿勢安定化のための特に重要な成分は、X軸まわりモーメント成分とY軸まわりモーメント成分である。 Incidentally, among the components of the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force, particularly important components for posture stabilization is X-axis moment component and Y-axis moment component.
【0089】 [0089]
対象物反力平衡制御装置の出力の挙動だけを述べると、実対象物反力と目標対象物反力の偏差、より正確には両者のモーメントの偏差が急変、即ち、図7に示すようにステップ状に変化する場合には、動力学平衡条件を満足するために、最初は対象物反力平衡制御用の補償全床反力のモーメント成分が、この差に応じてすばやく応答する。 Describing only the behavior of the output of the object reaction force balance controller, the deviation of the actual object reaction force and a desired object reaction force, more precisely on the difference of both moment suddenly changes, i.e., as shown in FIG. 7 If the changes stepwise, in order to satisfy the dynamic equilibrium condition, first moment component of the compensating total floor reaction force of the object reaction force equilibrium control is, quickly responds in accordance with the difference.
【0090】 [0090]
その後しばらくすると、修正目標上体位置・姿勢が、この偏差に静的に釣り合う位置・姿勢に整定し、対象物反力平衡制御用補償全床反力のモーメント成分は0に収束する。 If it then while, the corrected desired body position and posture, and settle to the position and orientation commensurate statically on the deviation, the moment component of the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force converges to zero. 尚、対象物反力平衡制御装置の構成とアルゴリズム説明は後述する。 Note that the configuration and the algorithm description of the object reaction force balance controller will be described later.
【0091】 [0091]
図3において、脚メイン制御装置に入力される目標値は、修正目標上体位置・姿勢、目標足平位置・姿勢、目標全床反力中心点(位置)とその点に作用する目標全床反力と対象物反力平衡制御用補償全床反力である。 3, the target value inputted to the leg main controller, the corrected desired body position and posture, desired foot position and posture, the desired total floor acting desired total floor reaction force central point (position) to the point a reaction force and the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force.
【0092】 [0092]
脚メイン制御装置の機能は、簡単に言うならば、脚のアクチュエータ(関節10R(L)などの電動モータおよびエンコーダ)を操作し、目標姿勢に追従する姿勢安定化制御と目標床反力に追従する床反力制御を同時に行う装置である。 Function of the leg main controller, if brief, manipulate leg actuators (electric motors and encoders such as rheumatoid 10R (L)), following the posture stabilization control and the desired floor reaction force to follow the desired posture at the same time performing device floor reaction force control to. 尚、目標姿勢と目標床反力を同時に完全に満足させることは不可能であるので、適当な調整が行われ、長期的には両方を満足するように制御される。 Since making the target posture and the desired floor reaction force at the same time completely satisfied is impossible, it is performed appropriate adjustments are controlled so as to satisfy both the long term.
【0093】 [0093]
より詳しくは、傾斜センサ60によって検出された実上体位置・姿勢を修正目標上体位置・姿勢に復元させるために、目標全床反力中心点に発生させるべき復元全床反力を算出し、目標全床反力中心点に作用する実全床反力のモーメント成分が、この復元全床反力と目標全床反力と対象物反力平衡制御用補償全床反力の合力のモーメント成分に一致するように、足平22R(L)を回転あるいは上下動させるべく目標足平位置・姿勢を修正する。 More specifically, in order to restore the actual body position and posture detected by the inclination sensor 60 to the corrected desired body position and posture, it calculates the restoring total floor reaction force to be generated in the desired total floor reaction force central point , the desired total floor actual total floor reaction force moment component acting on the reaction force central point, the moment of the restoring force of total floor reaction force and desired total floor reaction force and the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force to match the components, correcting the desired foot position and posture to rotate or move up and down the foot 22R (L). 修正された目標足平位置・姿勢を最終修正目標足平位置・姿勢と呼ぶ。 Modified the desired foot position and posture is referred to as a final corrected desired foot position and posture.
【0094】 [0094]
従って、傾斜センサ60によって検出される実上体位置・姿勢とその変化率が、修正目標上体位置・姿勢とその変化率に一致しているならば、目標全床反力中心点位置に作用する実全床反力のモーメント成分が目標全床反力と対象物反力平衡制御用補償全床反力の合力のモーメント成分に一致するように目標足平位置・姿勢を修正する。 Thus, the actual body position and posture and its rate of change, which is detected by the inclination sensor 60, if coincides with the rate of change and the corrected desired body position and posture, acting on the desired total floor reaction force central point position moment component of the actual total floor reaction force to modify the desired foot position and posture to match the moment component of the resultant force of the desired total floor reaction force and the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force.
【0095】 [0095]
脚メイン制御装置は、さらに、修正目標上体位置・姿勢と修正目標足平位置・姿勢から決定される目標脚関節変位に実関節変位が追従するように脚アクチュエータを制御する。 Leg main controller further controls the leg actuators so that the actual joint displacements to follow the target leg joint displacements determined from the corrected desired foot position and posture and the corrected desired body position and posture.
【0096】 [0096]
脚メイン制御系は脚メイン制御装置、および前記した傾斜センサ60、足平22R(L)に設けた6軸力センサ56、アクチュエータ駆動装置88およびアクチュエータ(関節10R(L)ないし20R(L)用電動モータおよびエンコーダ)から構成される。 Leg main control system the leg main controller, and the above-mentioned inclination sensor 60, six-axis force sensor 56 provided in the foot 22R (L), actuator driving device 88 and the actuator (joint 10R (L) to 20R (L) composed of an electric motor and an encoder).
【0097】 [0097]
脚メイン制御装置で修正された目標足平位置・姿勢は、最終修正目標足平位置・姿勢として対象物反力平衡制御装置に送られる。 Desired foot position and posture are fixed in the leg main controller is sent to the object reaction force balance controller as a final corrected desired foot position and posture. 但し、対象物反力平衡制御装置において、目標足平位置・姿勢が修正されたことによるロボットの重心位置の変化が無視できるならば、最終修正目標足平位置・姿勢を対象物反力平衡制御装置に送る必要はない。 However, the object reaction force equilibrium controller, if the change in center of gravity of the robot due to the desired foot position and posture has been corrected is negligible, the object reaction force equilibrium control the final corrected desired foot position and posture it is not necessary to send to the device.
【0098】 [0098]
図3において、腕メイン制御装置に入力される目標値は、修正目標上体位置・姿勢、目標ハンド位置・姿勢および目標対象物反力である。 3, the target value inputted to the arm main controller is corrected desired body position and posture, a target hand position and posture and the desired object reaction force.
【0099】 [0099]
腕メイン制御装置の機能は簡単に言うならば、腕のアクチュエータ(関節30R(L)などの電動モータ、エンコーダ他)を操作して、目標姿勢に追従する姿勢制御と目標対象物反力に追従する対象物反力制御を同時に行うことである。 If the function of the arm main controller Briefly, (an electric motor such as rheumatoid 30R (L), the encoder other) arms of the actuator by operating the, attitude control and desired object reaction force to follow the desired posture tracking it is carried out the object reaction force control for simultaneously. 目標姿勢と目標対象物反力を同時に完全に満足させることは不可能であるので、適宜な手法、例えば、従来からマニピュレータのコンプライアンス制御、いわゆる仮想コンプライアンス制御として知られるものを用いる(機械工学便覧、エンジニアリング編、C4−100頁)。 Since to the target posture and the desired object reaction force at the same time completely satisfied is impossible, an appropriate technique, for example, conventionally manipulator compliance control, using what is known as a virtual compliance control (Mechanical Engineering Handbook, engineering, ed., pp. C4-100).
【0100】 [0100]
具体的な制御系構成とアルゴリズムを以下に説明すると、腕メイン制御系は腕メイン制御装置、および前記したハンド44(L)に設けた6軸力センサ58、アクチュエータ駆動装置88および腕アクチュエータ(関節30R(L)ないし42R(L)用電動モータおよびエンコーダ)から構成される。 When explaining a specific control system configuration and algorithm below, the arm main control system arm main controller, and the the hand 44 provided in the (L) 6-axis force sensor 58, actuator driving device 88 and the arm actuators (joints It 30R (L) not comprised 42R (L) for the electric motor and the encoder).
【0101】 [0101]
腕メイン制御装置は、6軸力センサ58によって検出される実対象物反力と目標対象物反力の差に応じて目標ハンド位置・姿勢を修正する。 Arm main controller corrects the target hand position and orientation in accordance with the difference between the actual object reaction force and a desired object reaction force detected by the force sensor 58. 修正された目標ハンド位置・姿勢を、最終修正目標ハンド位置・姿勢と呼ぶ。 The corrected desired hand position and posture, referred to as the final corrected desired hand position and posture. 腕メイン制御装置は、修正目標上体位置・姿勢と最終修正目標ハンド位置・姿勢から決定される目標腕関節変位に実関節変位が追従するように腕アクチュエータを制御する。 Arm main controller controls the arm actuator such that the actual joint displacements to follow the desired arm joint displacements determined from the corrected desired body position and posture and the final corrected desired hand position and posture.
【0102】 [0102]
ここで、対象物反力平衡制御装置の詳細を説明する。 Here, details of the object reaction force balance controller.
【0103】 [0103]
図8は対象物反力平衡制御装置の制御構成図の前半部分を、図9は対象物反力平衡制御装置の制御構成図の後半部分を示す機能ブロック図である。 Figure 8 is a first half of a control block diagram of the object reaction force balance controller, FIG. 9 is a functional block diagram showing the second half of the control block diagram of the object reaction force balance controller.
【0104】 [0104]
図8を参照して前半部分の処理から説明する。 Illustrating the process of the first half with reference to FIG.
【0105】 [0105]
先ず、実際のハンド44R(L)は、腕メイン制御装置によって、ほぼ、最終修正目標ハンド位置・姿勢にあると考えられるので、6軸力センサ58によって検出された実対象物反力を、修正目標ハンド位置・姿勢によって支持脚座標系の原点まわりの力とモーメントに変換する(実関節変位からキネマティクス演算によって、実ハンド位置・姿勢を求めて、これを用いて実対象物反力を変換しても良い)。 First, the actual hand 44R (L) is the arm main controller, generally, it is considered to be in the final corrected desired hand position and posture, the actual object reaction force detected by the force sensor 58, corrected the kinematics calculation from which the target hand position and posture converting the forces and moments about the origin of supporting leg coordinate system (actual joint displacement, seeking actual hand position and orientation, converts the actual object reaction force by using this it may be).
【0106】 [0106]
次に、変換された実対象物反力を、目標全床反力中心点まわりの力とモーメントに変換することにより、目標全床反力中心点まわりの実対象物反力モーメントを得る。 Then, the converted actual object reaction force has been, by converting the force and moment about the desired total floor reaction force central point to obtain the actual object reaction force moment about desired total floor reaction force central point. 最後に、これから目標全床反力中心点まわりの目標対象物反力モーメントを引くことにより、目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差を得る。 Finally, obtained therefrom by subtracting a desired object reaction force moment about desired total floor reaction force central point, the object reaction force moment error about the desired total floor reaction force central point.
【0107】 [0107]
次に図9を参照して対象物反力平衡制御装置の後半部分の処理を説明する。 Next will be described the process of the second half portion of the object reaction force balance controller with reference to FIG.
【0108】 [0108]
先ず、そこで用いる摂動動力学モデルについて説明する。 First, where used perturbation dynamic models will be described.
【0109】 [0109]
摂動動力学モデルは、目標作業パターンの運動(摂動)にある拘束条件を与えておいた場合の、目標全床反力モーメント摂動量と上体位置・姿勢摂動量との関係を表すモデルである。 Perturbation dynamic model is a model that represents the case that has been given the constraints on the movement of the target work pattern (perturbation), the relationship between the desired total floor reaction force moment perturbation amount and the body position and posture perturbation amount . 以下に、例として、図10に示すようにロボットの上体姿勢を目標上体姿勢に一致させたまま、上体の水平位置を摂動するモデルを説明する。 Hereinafter, as an example, while the body posture of the robot to match the desired body posture as shown in FIG. 10, illustrating the model perturbing the horizontal position of the body.
【0110】 [0110]
ここで、以下のように記号をとりきめる。 Here, we negotiate symbols as follows.
m:ロボット全質量g:重力加速度h:目標全床反力中心点からの重心高さΔxG:目標重心位置摂動量のX成分ΔyG:目標重心位置摂動量のY成分Δxb:目標上体位置摂動量のX成分Δyb:目標上体位置摂動量のY成分ΔMx:目標全床反力中心点まわりの目標全床反力モーメント摂動量のX成分ΔMy:目標全床反力中心点まわりの目標全床反力モーメント摂動量のY成分ΔMGx:目標全床反力中心点まわりの目標重力モーメント摂動量のX成分ΔMGy:目標全床反力中心点まわりの目標重力モーメント摂動量のY成分ΔLx:目標全床反力中心点まわりの目標角運動量の摂動量のX成分ΔLy:目標全床反力中心点まわりの目標角運動量の摂動量のY成分 m: Robot total mass g: acceleration of gravity h: the height of the center of gravity of the desired total floor reaction force central point? Xg: X component of the target barycentric position perturbation amount Yg: target barycentric position perturbation amount of the Y component? Xb: desired body position perturbation X components in the amounts? YB: desired body position perturbation amount of the Y component? Mx: desired total floor reaction force central point X component of the desired total floor reaction force moment perturbation amount about DerutaMy: target total about the desired total floor reaction force central point Y component of the floor reaction force moment perturbation amount DerutaMGx: desired total floor reaction force central point X component of the target gravitational moment perturbation amount about DerutaMGy: desired total floor reaction force Y component of the desired gravitational moment perturbation amount about the central point DerutaLx: target X component of the target angular momentum of the perturbation amount of about total floor reaction force central point DerutaLy: the desired total floor reaction force central point target angular momentum of the perturbation amount around the Y component
d(a) / dt:変数aの時間微分 d (a) / dt: the variable a time differential
d( d(a) / dt) /dt:変数aの時間2階微分【0111】 d (d (a) / dt) / dt: time second-order derivative of the variable a [0111]
重力モーメントの定義から、次式が導かれる。 From the definition of the gravitational moment, the following expression is derived.
【0112】 [0112]
ロボットの運動摂動に関する重心まわりの等価慣性モーメントが十分小さく無視できるならば、次式が導かれる。 If the equivalent moment of inertia about the center of gravity relating to robot motion perturbations can be ignored sufficiently small, the following expression is derived.
【0113】 [0113]
オイラー方程式により、次式が導かれる。 By Euler's equation, the following expression is derived.
【0114】 [0114]
式1、式2および式3より、摂動動力学モデルの運動方程式として、次式を得ることができる。 Formula 1, from equations 2 and 3, as the motion equation of the perturbation dynamic model, it is possible to obtain the following equation.
【0115】 [0115]
ところで、目標重心位置摂動量と目標上体位置摂動量は、ほぼ比例関係にあると考えられる。 Incidentally, the target barycentric position perturbation amount and the desired body position perturbation amount is considered to be substantially proportional. 従って、比例定数をkとすると、次式により目標上体位置摂動量が得られる。 Therefore, a proportionality constant is k, desired body position perturbation amount is obtained by the following equation.
【0116】 [0116]
以上から、摂動動力学モデルは、式4と式5を用い、目標重心位置摂動量と目標上体位置摂動量を算出する。 From the above, the perturbation dynamic model, using Equation 4 and Equation 5, and calculates the target centroid position perturbation amount and the desired body position perturbation amount. 詳しくはこの装置の如く、デジタル演算の場合には、式4は離散化して使用する。 For more information as the device, in the case of digital computing the formula 4 are used in discretization. ちなみに、式4は、図11に示す、高さh、質量mの倒立振子の運動方程式に一致する。 Incidentally, Equation 4, shown in FIG. 11, the height h, matching the motion equation of the inverted pendulum mass m.
【0117】 [0117]
図9に示す対象物反力平衡制御装置後半部において、前記した目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差は、最終到達目標重心摂動量算出部に入力される。 In the object reaction force balance controller half portion shown in FIG. 9, the object reaction force moment error about the desired total floor reaction force central point above is input to the ultimate target centroid perturbation amount calculator.
【0118】 [0118]
この目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差を長期的に打ち消してバランスをとるための重心摂動量を最終到達目標重心位置摂動量と呼ぶ。 The center of gravity perturbation amount for balancing counteracts long term the object reaction force moment error about the desired total floor reaction force central point called the ultimate target barycentric position perturbation amount. 最終到達目標重心位置摂動量算出部は、上記偏差から最終到達目標重心位置摂動量を算出する。 Ultimate target centroid position perturbation amount calculator calculates the final goals gravity position perturbation amount from the deviation.
【0119】 [0119]
ここで、 here,
ΔMox:対象物反力モーメント偏差のX成分ΔMoy:対象物反力モーメント偏差のY成分ΔMGox:最終到達目標重心位置摂動量によって発生する重力モーメントのX成分ΔMGoy:最終到達目標重心位置摂動量によって発生する重力モーメントのY成分ΔxGe:最終到達目標重心位置摂動量のX成分ΔyGe:最終到達目標重心位置摂動量のY成分とする。 DerutaMox: X component of the object reaction force moment error ΔMoy: Y component of the object reaction force moment error DerutaMGox: ultimate target barycentric position X component of the gravitational moment generated by the perturbation quantity DerutaMGoy: ultimate target centroid position caused by perturbation quantity Y component of the gravitational moment DerutaxGe: ultimate target barycentric position perturbation amount of the X component DerutayGe: the ultimate goal centroid position perturbation amount of the Y component.
【0120】 [0120]
対象物反力モーメント偏差を最終到達目標重心位置摂動量によって発生する重力モーメントによって打ち消すためには、次式を満足する必要がある。 To counteract the gravitational moment for generating the object reaction force moment error by ultimate target barycentric position perturbation amount, it is necessary to satisfy the following equation.
【0121】 [0121]
最終到達目標重心位置摂動量によって発生する重力モーメントは、次式のようになる。 Gravity moment generated by ultimate target barycentric position perturbation amount is expressed by the following equation.
【0122】 [0122]
式6、式7より次式を得る。 Equation 6, the following expression is obtained from the equation 7.
【0123】 [0123]
故に、最終到達目標重心位置摂動量は、式8によって算出すれば良い。 Thus, ultimate target barycentric position perturbation amount may be calculated by Equation 8.
【0124】 [0124]
対象物反力平衡制御装置のモデル制御則演算器について説明すると、最終到達目標重心位置摂動量と摂動動力学モデルが出力する目標重心位置摂動量との差を、重心変位偏差と呼ぶ。 Referring to the model control law calculator for object reaction force equilibrium controller, the difference between the target barycentric position perturbation amount perturbation dynamic model ultimate target barycentric position perturbation amount outputted, is called a centroid displacement deviation. モデル制御則演算器は、この重心変位偏差を0に収束させるための制御を行う。 Model control law calculator performs control for converging the centroid displacement deviation to zero. 出力は、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントである。 Output, the object reaction force equilibrium control compensation is the total floor reaction force moment.
【0125】 [0125]
具体的には、次式のような、PD制御則によって、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントを決定すれば良い。 Specifically, the following equation, by PD control law may be determined object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment.
ここで、Kpは比例ゲイン、Kdは微分ゲインである。 Here, Kp is a proportional gain, Kd is a differential gain.
【0126】 [0126]
モデル制御則演算器の出力直後の加算点について説明すると、モデル制御則演算器の出力直後の加算点によって、摂動動力学モデルには、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントと、目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差の和が、モデルのための目標全床反力モーメント摂動量(モデル入力量)として入力され、その入力に対応する目標上体位置・姿勢摂動量が算出される。 About summing point immediately after the output of the model control law calculator explained, by the addition point just after the output of the model control law calculator, the perturbation dynamic model, the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment, the sum of the object reaction force moment error about the desired total floor reaction force central point is input as a desired total floor reaction force moment perturbation amount for the model (model input amount), desired body position and corresponding to the input attitude perturbation amount is calculated. これが目標上体位置・姿勢に加算され、修正目標上体位置・姿勢が作られる。 This is added to the desired body position and posture, it is made to correct the desired body position and posture.
【0127】 [0127]
ところで、摂動動力学モデルは動力学的平衡条件を満たすので、モデル出力である目標上体位置・姿勢摂動量によって発生する目標慣性力モーメント摂動量および目標重力モーメント摂動量と、モデル入力との和は0である。 Incidentally, the sum of the perturbation dynamic model is so dynamic balance condition is satisfied, the target inertial force moment perturbation amount and the target gravitational moment perturbation amount generated by the target body position and posture perturbation amount is a model output, a model input it is 0.
【0128】 [0128]
故に、次式が成立する。 Therefore, the following equation is established.
【0129】 [0129]
一方、脚メイン制御装置には、目標全床反力中心点まわりに対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントを付加的に発生するように指令が送られる。 On the other hand, the leg main controller, the command is sent to generate an object reaction force equilibrium control compensating moment of total floor reaction force additionally about the desired total floor reaction force central point. 即ち、実全床反力モーメントに、実全床反力モーメント摂動量として、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントが加えられるように制御される。 That is, the actual moment of total floor reaction force, as the actual total floor reaction force moment perturbation amount, the object reaction force equilibrium control compensating moment of total floor reaction force is controlled to be added. その結果発生する、実全床反力モーメントを修正実全床反力モーメントと呼ぶ。 As a result occurs, it referred to as the actual correct the actual total floor reaction force moment of total floor reaction force moment.
【0130】 [0130]
故に、次式が成立する。 Therefore, the following equation is established.
【0131】 [0131]
式11と式12から、次式が得られる。 From Equation 11 and Equation 12, the following equation is obtained.
【0132】 [0132]
ところで、目標作業パターンは動力学的平衡条件を満足しているから、次式を満足する。 Meanwhile, since the target work pattern satisfies the dynamic equilibrium condition, satisfy the following equation.
【0133】 [0133]
各修正モーメントが元のモーメントにモーメント摂動量を加えたものであること、実対象物反力モーメントが目標対象物反力モーメントと対象物反力モーメント偏差の和であること、および式13と式14から、恒等式として次式が得られる。 It each modification moment is obtained by adding the moment perturbation amount to the original moment, that the actual object reaction force moment is the sum of the desired object reaction force moment and the object reaction force moment error, and Equation 13 and Equation from 14, the following formula as identity equation is obtained.
【0134】 [0134]
式15は、実対象物反力モーメントがいかに目標対象物反力モーメントからずれようとも、対象物反力平衡制御によって目標慣性力モーメント、目標重力モーメントおよび実全床反力モーメントが修正され、常に条件1を満たしていることを意味する。 Formula 15, even actual object reaction force moment will Zureyo from how the desired object reaction force moment, target inertia moment, the target gravitational moment and the actual moment of total floor reaction force is corrected by the object reaction force equilibrium control, always which means that it meets the conditions 1.
【0135】 [0135]
同一のことを式13を用いて言い換えると、対象物反力モーメント偏差が発生しても、対象物反力平衡制御によって、目標慣性力モーメント摂動量、目標重力モーメント摂動量および実全床反力モーメント摂動量が発生し、条件1を満足するように対象物反力モーメント偏差の影響を打ち消していると言える。 In other words using Equation 13 the same thing, even if generated object reaction force moment error, the object reaction force equilibrium control, target inertia moment perturbation amount, target gravitational moment perturbation amount and the actual total floor reaction force moment perturbation amount is generated, it can be said that cancel the effect of the object reaction force moment error to satisfy the condition 1.
【0136】 [0136]
図4の台車押し作業の状況に対する対象物反力平衡制御の挙動を、図7を再び参照して説明する。 The behavior of the object reaction force equilibrium control over the status of the truck press working of Figure 4 will be described with reference again to FIG.
【0137】 [0137]
台車を押す作業を行っているとき、台車(即ち、目標対象物)の実際のころがり摩擦力の絶対値が想定していた値よりも突然ステップ状に小さくなってしまった状況では、対象物反力モーメント偏差も、図のようにステップ状に変化する。 When performing the task of pushing the trolley, dolly (i.e., target object) in situations where the actual rolling absolute value of the frictional force has become smaller abruptly stepwise than the value assumes the object reaction force moment error also changes stepwise as shown in FIG.
【0138】 [0138]
これに対し、最終到達目標重心位置摂動量算出部が、最終到達目標重心位置摂動量を算出する。 In contrast, ultimate target centroid position perturbation amount calculator calculates the final goals centroid position perturbation amount. モデル制御則演算器により最終到達目標重心位置摂動量と目標重心位置摂動量の差に応じて、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントが算出される。 The model control law calculator according to a difference between ultimate target barycentric position perturbation amount and the desired center-of-gravity position perturbation amount, the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force's moment is calculated.
【0139】 [0139]
図7に示すように、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントは、目標重心位置摂動量が最終到達目標重心位置摂動量に漸近するにつれて0に漸近する。 As shown in FIG. 7, the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment, the target barycentric position perturbation amount gradually approaches 0 as it approaches the ultimate target barycentric position perturbation amount. 摂動動力学モデルには対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントと対象物反力モーメント偏差の和が入力され、目標重心位置摂動量と目標上体位置・姿勢摂動量が、摂動動力学モデルから出力される。 The sum of the perturbation dynamic model to the object reaction force equilibrium control compensating moment of total floor reaction force and the object reaction force moment error is inputted, the target barycentric position perturbation amount and the desired body position and posture perturbation amount, perturbation power is output from the academic model. 尚、この例では、姿勢を変えないことが拘束条件であるので、目標上体位置・姿勢摂動量は0である。 In this example, since it does not change the posture is constraints, desired body position and posture perturbation amount is zero.
【0140】 [0140]
ところで、摂動動力学モデルが動力学的平衡条件を満足することから、目標上体位置・姿勢摂動量によって発生する目標慣性力モーメント摂動量と目標重力モーメント摂動量の和に、摂動動力学モデルに入力されたモーメントを加えた総和は0である。 Incidentally, since the perturbation dynamic model satisfies a dynamic balance condition, the sum of the target inertia moment perturbation amount generated by the target body position and posture perturbation amount and the target gravitational moment perturbation amount, the perturbation dynamic model sum plus the input moment is zero.
【0141】 [0141]
即ち、目標慣性力モーメント摂動量、目標重力モーメント摂動量、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントと対象物反力モーメント偏差の和は0になる。 That is, the target inertial force moment perturbation amount, target gravitational moment perturbation amount, the sum of the object reaction force equilibrium control compensating moment of total floor reaction force and the object reaction force moment error becomes zero. この関係は、図7に示すように、常に成立する。 This relationship, as shown in FIG. 7, always satisfied. 目標重心位置摂動量は、モデル制御則演算器によって最終到達目標重心位置摂動量に漸近させられる。 Target barycentric position perturbation amount is caused to asymptotically to ultimate target barycentric position perturbation amount by the model control law calculator. 目標重心位置摂動量は、目標重力モーメント摂動量に比例あるいはほぼ比例して変化する。 Target barycentric position perturbation amount is varied in proportion or approximately in proportion to the target gravitational moment perturbation amount.
【0142】 [0142]
以上が、対象物反力平衡制御装置の挙動である。 The above is the behavior of the object reaction force balance controller. 尚、上記制御演算は、全て、制御周期毎に実行される。 The above control operation are all performed in each control cycle. 従って、実対象物反力モーメントがいつ変化しても、常に、動バランスは維持される。 Therefore, even if the actual object reaction force moment is when changes constantly, dynamic balance is maintained. 換言すれば、対象物反力モーメントが目標値からずれたとき、ロボット1は最初は全床反力モーメントを操作してつまさき(足平22R(L)の先端)を踏ん張るように姿勢制御されると共に、経時的に上体を前方に移動させて重力モーメントに頼るように切り換えられる。 In other words, when the object reaction force moment is shifted from the target value, the robot 1 is initially are attitude control so as to straddle the toes by operating the moment of total floor reaction force (the tip of the foot 22R (L)) Rutotomoni is switched to rely on gravitational moment over time moving the upper body forward.
【0143】 [0143]
図12はこの発明の第2の実施の形態を示し、リミッタ200を設け、最終到達目標重心位置摂動量に上限下限の制限値を設定してリミットをかけるようにしたものである。 Figure 12 shows a second embodiment of the present invention, a limiter 200 is provided, is obtained by so applying the limit to the ultimate target barycentric position perturbation amount by setting the limit value of the upper and lower limits.
【0144】 [0144]
上記した実施の形態において、実際には、最終到達目標重心位置摂動量をあまり大きくすると、ロボットの姿勢がとれなくなる場合が生じる。 In the above-described embodiment, in fact, when the ultimate desired center-of-gravity position perturbation amount is too large, it occurs when the posture of the robot can not get. 従って、これを防ぐために、式7によって得られた最終到達目標重心位置摂動量に、上限下限の制限値(範囲)を設定してリミットをかけるようにした。 Therefore, in order to prevent this, the ultimate target barycentric position perturbation amount obtained by Equation 7, and to place a limit set upper and lower limits of the limit value (range). 尚、その制限値(リミット値)は固定値でも良く、あるいは可変値としても良い。 Incidentally, the limit value (limit value) may be a fixed value, or may be a variable value.
【0145】 [0145]
更に、第2のリミッタ300を設け、モデル制御則演算器で演算された対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントにも上限下限の制限値(範囲)を設定し、リミットをかけるようにした。 Further, the second limiter 300 is provided to set the model control law object calculated by the arithmetic unit reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment to upper and lower limits of the limit value is also the (range), so as to apply a limit It was.
【0146】 [0146]
即ち、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントは実ロボットの足平22R(L)にも発生させるが、実ロボットの足平が発生できる全床反力モーメントには限度があり、限度を超えると、足平の接地性が損なわれたり、足平の一部が床から浮いたりする。 In other words, the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment is also cause to the foot 22R of the actual robot (L), the total floor reaction force moment which can feet Xiaoping generation of the actual robot is limited, it exceeds the limit, or impaired grounding of the foot part of the foot is or off the floor. それを防ぐためには、モデル制御則演算器が式10を用いて演算した対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントに上限下限の制限値を設定し、リミットをかけるようにした。 To prevent it, the model control law calculator sets the limit for the upper and lower limits to the object reaction force equilibrium control compensating moment of total floor reaction force computed using Equation 10, and to apply a limit. その制限値が固定でも可変でも良いことはリミッタ200の場合と同様である。 That the limit value may be fixed or variable is the same as that of the limiter 200.
【0147】 [0147]
図13はこの発明の第3の実施の形態を示し、リミッタ400を設けて最終到達目標重心位置摂動量算出部の入力に上限下限の制限値を設定してリミットをかけると共に、第2のリミッタ500を設け、第1のリミッタ400を超えた入力値で対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントを修正するようにした。 Figure 13 shows a third embodiment of the present invention, the applying the limit by setting the limit for the upper and lower limits of the limiter 400 provided to the input of the ultimate target centroid position perturbation amount calculator, the second limiter 500 provided, and to modify the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment in the input value exceeds a first limiter 400.
【0148】 [0148]
図12に示した第2の実施の形態においては、最終到達目標重心位置摂動量が過大になるのを防止するために、式7によって得られた最終到達目標重心位置摂動量に、上限下限の制限値(範囲)を設定してリミットをかけるようにしたが、制限値(リミット値)を超えた値がモデル制御則演算器の出力に加算点600(図12)において加算され、モデルに入力されることがあった。 Shown in FIG. 12 in the second embodiment, in order to finally reach the target barycentric position perturbation amount is prevented from becoming excessively large, the ultimate target barycentric position perturbation amount obtained by equation 7, the upper and lower limits Although limit value (range) was set to set put the limit, are summed at a summing point 600 (FIG. 12) to the output value exceeding limit value (limit value) of the model control law calculator, the input to the model there is a difference. このため、対象物反力モーメント偏差に抗して重心位置を摂動していたものが、対象物反力モーメント偏差が過大になり、リミッタが作動すると、重心位置を逆方向に揺動してしまうと言う不都合を生じることがあった。 Therefore, what was perturbed the center of gravity position against the object reaction force moment error is, the object reaction force moment error becomes excessively large, the limiter is activated, resulting in swinging the gravity center position in the opposite direction there may be caused an inconvenience to say.
【0149】 [0149]
第3の実施の形態は上記した不都合を解消するもので、第1のリミッタ400の制限値(リミット値)を超えた入力値を第2のリミッタ500を通して加減算点700に送り、そこでモデル制御則演算器の出力から減算、換言すれば極性を反転させて転倒させようとする力と逆向きの力を与えるように、対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントを修正するようにした。 Third embodiment intended to eliminate a disadvantage as described above, the limit input value exceeds the (limit value) of the first limiter 400 is sent to the subtraction point 700 through the second limiter 500, where the model control law subtracted from the output of the arithmetic unit, to provide a force of the force in the opposite direction to reverse the polarity in other words to try to fall in, and to modify the object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment . これによって、ロボットは制限値(リミット値)を超えた入力値(モーメント偏差)を足平22R(L)で支持するように姿勢制御される。 Thus, the robot is attitude control to support limit value (limit value) input values ​​beyond (moment error) at the foot 22R (L).
【0150】 [0150]
第2の実施の形態と異なり、リミット値を超えた値がモデル制御則演算器の出力に加算点710(図13)において加算されてモデルに入力されることがない。 Unlike the second embodiment, not inputted into the model are summed at summing point 710 to the output value model control law calculator exceeds the limit value (Figure 13). このため、前記したような対象物反力モーメント偏差が過大になってリミッタが作動し、重心位置を逆方向に揺動してしまうと言う不都合を解消することができる。 Therefore, the limiter is activated object reaction force moment error as described above becomes excessive, it is possible to eliminate a disadvantage say would swing the center of gravity position in the opposite direction. 尚、残余の構成は従前の実施の形態と異ならない。 Incidentally, the remainder of the configuration is not different from the form of conventional embodiment. 第1のリミッタ400の制限値(リミット値)が固定でも可変でも良いことも、従前の実施の形態と同様である。 Also limit value of the first limiter 400 (limit value) may be fixed or variable, the same as the form of the previous embodiments. さらに、モデル制御則演算器の後に、リミッタ400と同様のリミッタを追加しても良い。 Further, after the model control law calculator, it may be added to same limiter as the limiter 400.
【0151】 [0151]
図14はこの発明の第4の実施の形態を示し、対象物反力平衡制御装置において摂動動力学モデルの精度を高めるために、慣性力モーメントIを与えた倒立振子モデルを使用するようにした。 Figure 14 shows a fourth embodiment of the present invention, in order to increase the accuracy of the perturbation dynamic model in the object reaction force equilibrium controller, and to use the inverted pendulum model providing the inertial force moment I .
【0152】 [0152]
更に、摂動動力学モデルについて敷衍すると、重心高さがあまり変わらないならば、hは固定で良いが、作業によって重心高さが変わる場合には、最終修正目標上体位置・姿勢、最終修正目標足平位置・姿勢および最終修正目標ハンド位置・姿勢から求められるロボット姿勢から重心高さを求め、これに応じてhを変更しても良い。 In addition, when extends the perturbation dynamics model, if the height of the center of gravity does not change much, but h is good at a fixed, when the center of gravity height varies depending on the work, the final corrected desired body position and posture, the final corrected desired determine the height of the center of gravity from the robot posture obtained from the foot position and posture and the final corrected desired hand position and posture, it may be changed h in response to this.
【0153】 [0153]
また、摂動動力学モデルの精度をより高めるために、脚腕のリンクを持つロボットの多リンク幾何学モデルを備え、最終修正目標上体位置・姿勢、最終修正目標足平位置・姿勢および最終修正目標ハンド位置・姿勢から求められる重心位置と、最終修正目標上体位置・姿勢から上体位置の摂動量を差し引いた上体位置・姿勢、最終修正目標足平位置・姿勢および最終修正目標ハンド位置・姿勢から求められる重心位置との差を求めることにより、高精度な重心位置の摂動量と上体位置の摂動量との関係を求め、それを用いて重心位置の摂動量から上体位置の摂動量を求めても良い。 In order to enhance the accuracy of the perturbation dynamic model comprises a multi-link geometric model of the robot with a link Ashiude, final corrected desired body position and posture, the final corrected desired foot position and posture and the final corrected and the position of the center of gravity obtained from the target hand position and posture, the final corrected desired body position and posture which is obtained by subtracting the perturbation amount of from body position and posture body position, the final corrected desired foot position and posture and the final corrected desired hand position - by calculating the difference between the position of the center of gravity obtained from the posture, we determined the relation between the perturbation amount and the perturbation amount of body position of the precise position of the center of gravity of the body position from the perturbation amount of barycentric position therewith it may be obtained perturbation amount.
【0154】 [0154]
また、脚腕のリンクを持つロボットの多リンク動力学モデルであって、運動パターンにある拘束条件を与えておいて、目標床反力の摂動を入力として目標上体位置・姿勢摂動量と重心位置・姿勢摂動量を出力させるモデルを用いても良い。 Also, a multi-link dynamic model of the robot with a link Ashiude, keep giving constraints on the motion pattern, the desired body position and posture perturbation amount perturbations desired floor reaction force as an input and the center of gravity position and posture perturbation amount may be using the model to output.
【0155】 [0155]
ところで、腕を目標作業パターンから摂動させたときの腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量の影響を考慮した摂動動力学モデルを用いると、制御装置の負荷が大きくなる。 However, the use of arms inertia perturbation quantity and or perturbation dynamic model considering the influence of gravity perturbation amount when perturb the arm from the target work pattern, the load of the control device increases.
【0156】 [0156]
何故なら、腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量は、目標上体位置・姿勢摂動量に影響され、逆に目標上体位置・姿勢摂動量は、腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量に影響されるので、この相互作用を同時に考慮してモデル挙動を算出することは、非常に複雑な演算が必要となるからである。 Because, the arm of the inertial force perturbation amount and or gravity perturbation amount is affected by the desired body position and posture perturbation amount, the desired body position and posture perturbation amount to the contrary, the inertial force of arms perturbation amount and or gravity perturbation is affected to the amount, it is because a very complicated operation is required to calculate the model behavior in consideration of the interaction at the same time.
【0157】 [0157]
その問題を解決する手段として、以下の手法を用いても良い。 As a means for solving the problem may be using the following procedure.
【0158】 [0158]
即ち、摂動動力学モデルでは、腕を目標作業パターンから摂動させたときの腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量の影響を無視し、腕は目標動作パターン通りにしか動かないものと仮定する。 That is, it is assumed in the perturbation dynamic model, ignoring the effect of the inertial force perturbation quantity and or gravity perturbation amount of the arm when perturb the arm from the target work pattern, as the arm does not move only in the target operating patternwise . この仮定により、モデルは摂動動力学モデルの詳細説明に例として挙げた倒立振子モデルと同一形式に近似される。 This assumption, model is approximated to the inverted pendulum model and the same format as an example in the detailed description of the perturbation dynamic model. 従って、摂動動力学モデルの演算は極めて簡単になる。 Thus, operation of the perturbation dynamic model is very simple.
【0159】 [0159]
腕メイン制御装置において、目標ハンド位置・姿勢、目標上体位置、最終修正目標ハンド位置・姿勢および最終修正目標上体位置から、腕を目標姿勢から最終目標姿勢に摂動させたために生じた慣性力摂動量およびまたは重力摂動量を算出する。 In arm main controller, the target hand position and posture, the desired body position, from the final corrected desired hand position and posture and the final corrected desired body position, the inertial force generated because of perturb the arm from the target position to the final target attitude calculating a perturbation amount and or gravity perturbation amount. これは、従来からの手法である多リンクマニピュレータの動力学演算を行うことにより得られる。 This is obtained by carrying out the dynamics calculation of multi-link manipulator is a technique from the prior art. これは、最終修正目標ハンド位置・姿勢座標系で表す。 This represents the final corrected desired hand position and orientation coordinate system.
【0160】 [0160]
算出された慣性力摂動量およびまたは重力摂動量を、センサによって検出された実対象物反力に加え、対象物反力平衡制御装置に実対象物反力として出力する。 Calculated inertia force perturbation amount and or gravity perturbation amount, in addition to the actual object reaction force detected by the sensor, and outputs the actual object reaction force to the object reaction force balance controller. 以上の手段により、腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量の影響を、摂動動力学モデルにおいて無視した代わりに、作業対象物反力として考慮したこととなる。 By the above means, the influence of the inertial force perturbation quantity and or gravity perturbation amount of the arm, instead of ignoring the perturbation dynamic model, and thus taken into consideration as the working object reaction force. 腕の慣性力摂動量およびまたは重力摂動量の演算と摂動動力学モデルの演算が独立して行われるので、複雑な干渉演算が不要となり、演算量が小さくて済む。 Since operation of the arm operation and the perturbation dynamic model of the inertial force perturbation quantity and or gravity perturbation amount is performed independently, complex interference computation is not required, it requires the calculation amount is small.
【0161】 [0161]
上記の如く、第1ないし第4の実施の形態にあっては、少なくとも基体(上体28)と、前記基体に連結される複数本のリンク(脚リンク2および腕リンク3)からなる脚式移動ロボット(2足歩行ロボット1)の姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標軌跡を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標軌跡と、前記ロボットに作用する床反力以外の外力の目標軌跡とを少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段(目標作業パターン生成器)、前記床反力以外の外力を検出する外力検出手段(6軸力センサ58)、前記検出された外力と、前記目標軌跡で設定された床反力以外の外力の偏差(目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差)を演算する外力偏 As described above, in the first to fourth embodiments, at least the base body (body 28), consisting of a plurality of links that are connected to the base body (leg links 2 and arm links 3) legged in the attitude control system of a mobile robot (biped robot 1), a motion pattern including a target locus of at least the base of the robot, and a target trajectory of the floor reaction force acting on the robot, the floor reaction acting on the robot at least comprising a target trajectory of external force other than the force, the desired gait setting means for setting a desired gait of the robot (desired working pattern generator), the external force detecting means for detecting an external force other than the floor reaction force (six-axis the force sensor 58), and the detected external force, the external force polarized for calculating a deviation of an external force other than the set floor reaction force in the target locus (object reaction force moment error about the desired total floor reaction force central point) 演算手段(対象物反力平衡制御装置。より具体的には、図8の実対象物反力の座標変換およびその入出力)、前記床反力の摂動と前記ロボットの重心位置および/または基体の位置の摂動の関係を表現するモデル(摂動動力学モデル)、少なくとも前記演算された外力の偏差に基づいて前記モデルに入力すべきモデル入力量(モデルのための目標全床反力モーメント摂動量)を演算するモデル入力量演算手段(モデル制御則演算器およびその後の加算点での入出力)、前記演算されたモデル入力量を前記モデルに入力し、得られる前記重心位置および/または基体の摂動量に応じて前記基体の目標軌跡を修正する、基体目標軌跡修正量(修正目標上体位置・姿勢)を演算する基体目標軌跡修正量演算手段(対象物反力平衡制御装置。より具 Calculating means (the object reaction force balance controller More specifically., The coordinate transformation and the input and output of actual object reaction force of Fig. 8), the centroid position and / or substrate of the floor reaction force perturbation and the robot model representing the relationship between the perturbation position (perturbation dynamic model), the model input amount to be inputted to the model based on the external force deviation which is at least the operation (desired total floor reaction force moment perturbation amount for the model ) model input amount calculating means for calculating a (in the model control law calculator and subsequent summing point input), the computed model input quantity entered into the model, the center-of-gravity position and / or substrate obtained in correcting the target locus of the substrate in accordance with the amount of perturbation, the base target trajectory correction amount base target locus correction amount calculating means for calculating a (corrected desired body position and posture) (object reaction force balance controller. more ingredients 的には、摂動動力学モデル入力量を入力し、モデルの挙動を演算し、モデル出力から目標上体位置姿勢摂動量(修正量)を求める部分)、少なくとも前記演算されたモデル入力量に応じて前記床反力の目標軌跡を修正する、床反力目標軌跡修正量(対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメント)を演算する床反力目標軌跡修正量演算手段(モデル制御則演算器、より具体的にはモデル制御則の一部)、および少なくとも前記演算された基体目標軌跡修正量および床反力目標軌跡修正量に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段(脚メイン制御装置、アクチュエータ駆動装置88、脚アクチュエータなど)、を備える如く構成した。 Specifically, the type the perturbation dynamic model input amount, calculates the behavior of the model, the portion for obtaining the desired body position and posture perturbation amount from the model output (correction amount)), depending on the model input amount which is at least the calculation modify the target trajectory of the floor reaction force Te, the floor reaction force target trajectory correction amount (object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment) is calculated floor reaction force target locus correction amount calculating means (model control law calculator, and more specifically part of the model control law), and at least the computed substrate target trajectory correction amount and joint displacement means for displacing the floor reaction force target locus correction amount to a joint of the robot based (legs the main control unit, an actuator driving unit 88, etc. legs actuators) were composed as comprising a.
【0162】 [0162]
また、前記モデル入力量演算手段は、前記外力に静的に平衡する平衡重心位置の摂動量を算出する平衡重心位置摂動量算出手段(最終到達目標重心位置摂動量算出部)、を備え、前記算出された平衡重心位置に前記モデルが収束するように前記モデル入力量を演算する如く構成した。 Further, the model input amount calculating means, the equilibrium center of gravity position perturbation amount calculating means for calculating a perturbation amount of equilibrium center of gravity position to balance statically to the external force (ultimate target centroid position perturbation amount calculator), wherein the the model calculated equilibrium center of gravity position is composed as computing the model input amount to converge.
【0163】 [0163]
また、前記モデルが前記ロボットを倒立振子で近似するモデル(摂動動力学モデル)である如く構成した。 Moreover, the model is composed as a model (perturbation dynamic model) which approximates the robot by an inverted pendulum.
【0164】 [0164]
また、前記平衡重心位置摂動量算出手段は、前記算出された平衡重心位置の摂動量を所定の範囲に制限するリミッタ200,400を備える如く構成した。 Further, the balanced center-of-gravity position perturbation amount calculator was composed as comprising a limiter 200, 400 to limit the perturbation of the calculated equilibrium center of gravity position in a predetermined range.
【0165】 [0165]
また、前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、前記演算された床反力目標軌跡修正量を所定の範囲に制限するリミッタ300,500を備えるように構成した。 Further, the floor reaction force target locus correction amount calculating means is configured to include a limiter 300, 500 for limiting the calculated floor reaction force target locus correction amount in a predetermined range.
【0166】 [0166]
また、前記床反力の目標軌跡は、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含む如く構成した。 The target locus of the floor reaction force, and including at least as constituting a locus of the target center point of the floor reaction force acting on the robot.
【0167】 [0167]
また、前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、前記床反力目標軌跡修正量(対象物反力平衡制御補償用全床反力モーメント)が、前記モデル入力量(モデルのための目標全床反力モーメント摂動量)から前記外力の偏差(目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント偏差)を減算した値と、前記床反力の目標中心点まわりに作用するモーメントに動力学的に釣り合うように、前記床反力目標軌跡修正量を演算する如く構成した。 Further, the floor reaction force target locus correction amount calculating means, the floor reaction force target trajectory correction amount (object reaction force equilibrium control compensating total floor reaction force moment), the target for the model input amount (Model All a value obtained by subtracting the object reaction force moment error) around the floor reaction force moment perturbation amount) from the external force deviation (desired total floor reaction force central point, power to the moment acting about the target center point of the floor reaction force so as to balance the histological and as configured to calculate the floor reaction force target trajectory correction amount.
【0168】 [0168]
また、前記床反力以外の外力が、前記リンクを介して前記ロボットに作用する作業対象物(台車100)からの反力である如く構成した。 Further, the external force other than the floor reaction force, and composed as a reaction force from the workpiece acting on the robot through the link (carriage 100).
【0169】 [0169]
また、前記ロボットが、前記基体に連結される2本の脚リンク2と2本の腕リンク3からなる脚式移動ロボットである如く構成した。 Further, the robot was composed as a two leg links 2 and a legged mobile robot comprising two arms link 3 connected to the base body.
【0170】 [0170]
また、少なくとも基体(上体28)と、前記基体に連結される複数本のリンク(脚リンク2、腕リンク3)からなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段(目標作業パターン生成器)、前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段(6軸力センサ58)、前記検出された対象物反力を前記目標床反力中心点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段(対象物反力平衡制御装置)、前記変換された対象物反力モーメントに動力学的に釣り合うように、前記目標中 Further, at least the base body (body 28), a plurality of links (leg links 2 and arm links 3) connected to the base body in a posture control system of a legged mobile robot comprising a target of at least the base body of the robot a motion pattern including position, the robot including at least the locus of the target center point of the floor reaction force acting on, the desired gait setting means for setting a desired gait of the robot (target working pattern generator), the link acting on the robot through, the object reaction force detecting means for detecting a reaction force from the workpiece (6-axis force sensor 58), the detected object reaction force about the desired floor reaction force central point converting the moment the object reaction force moment converting means (the object reaction force balance controller), the so the transformed object reaction force moment balance kinetically, in the target 点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボット位置・姿勢修正手段(対象物反力平衡制御装置)、および前記修正された目標中心点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段(脚メイン制御装置、アクチュエータ駆動装置88、脚アクチュエータなど)、を備える如く構成した。 Robot position and posture modification means for modifying the floor reaction force moment about the point the position and orientation of said robot (object reaction force balance controller), and a floor reaction force moment and the robot around the corrected desired center point joint displacement means for displacing the joint of the robot based on the position and orientation of the (leg main controller, actuator drive device 88, such as leg actuators) were composed as comprising a.
【0171】 [0171]
また、少なくとも基体(上体28)と、前記基体に連結される複数本のリンク(脚リンク2、腕リンク3)からなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンを設定する目標歩容設定手段(目標作業パターン生成器)、前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段(6軸力センサ58)、前記検出された対象物反力を所定の点、より具体的には目標床反力中心点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段(対象物反力平衡制御装置)、前記変換された対象物反力モーメントに動力学的につりあうように、前記所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボ Further, at least the base body (body 28), a plurality of links (leg links 2 and arm links 3) connected to the base body in a posture control system of a legged mobile robot comprising a target of at least the base body of the robot desired gait setting means for setting a motion pattern including the position (target working pattern generator), acting on the robot through the link, the object reaction force detecting means for detecting a reaction force from the workpiece (6 axis force sensor 58), said predetermined point detected object reaction force, more specifically the object reaction force moment converting means for converting a moment about the desired floor reaction force central point (the object reaction force equilibrium control device), the so transformed commensurate with object reaction force moment kinetically, Robo to correct the position and orientation of the floor reaction force moment about the predetermined point robot ト位置・姿勢修正手段(対象物反力平衡制御装置)、および前記修正された所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段(脚メイン制御装置、アクチュエータ駆動装置88、脚アクチュエータなど)、を備える如く構成した。 DOO position and posture correcting means (the object reaction force balance controller), and the modified predetermined point around the floor reaction force moment and the joint displacement means for displacing the joint of the robot based on the position and orientation of the robot (the leg main controller, actuator drive device 88, such as leg actuators) were composed as comprising a.
【0172】 [0172]
尚、上記した第1ないし第4の実施の形態においては、上体リンクの曲げやひねりのためのアクチュエータを設けなかったが、それを追加するとき、上体アクチュエータ制御装置も必要となる。 In the first to fourth embodiments described above, although not provided an actuator for bending or twisting the body link, when adding it, the body actuator control system is also required. 但し、上体リンクの曲げやひねりは腕または脚の付け根側に関節を追加したことと等価であるので、概念上、腕または脚のアクチュエータとみなすことができる。 However, bending or twisting of the body link is because it is equivalent to adding the joint at the base side of the arm or leg can be regarded as actuators Conceptually, arm or leg. 即ち、上体アクチュエータ制御装置は、腕または脚の制御装置の一部として含まれると考えることができる。 That is, the body actuator control system can be considered to be included as part of the control device of the arm or leg.
【0173】 [0173]
上記した第1ないし第4の実施の形態では、先に特開平5−305586号公報で提案したコンプライアンス制御を用いているが、それ以外の手段を用いても良い。 In the first to fourth embodiments described above, but using the compliance control proposed in Japanese Patent Laid-Open 5-305586 discloses earlier, may be used means otherwise. 脚制御に、そのコンプライアンス制御以外の別の手段、たとえば、電動アクチュエータを電流指令型のアンプによって制御する手段を用いて関節トルクを制御し、その結果、間接的に床反力を制御する手段を用いれば、足平22R(L)に設けた6軸力センサ56は不要である。 The leg control, other means other than the compliance control, for example, by using a means for controlling the electric actuator by a current command type amplifier to control joint torques such that the means for indirectly controlling the floor reaction force the use, 6-axis force sensor provided on the foot 22R (L) 56 is not required.
【0174】 [0174]
更に、上記した第1ないし第4の実施の形態において、腕の制御に、仮想コンプライアンス制御以外の別の手段、たとえば、電動アクチュエータを電流指令型のアンプによって制御する手段を用いて関節トルクを制御し、その結果、間接的に対象物反力を制御しても良い。 Further, in the first to fourth embodiments described above, the control arm, another means other than the virtual compliance control, e.g., controls the joint torque using the means for controlling the electric actuator by a current command type amplifier and, as a result, indirectly it may control the object reaction force. その制御ではハンドの6軸力センサは不要であるが、対象物反力平衡制御装置のために、ハンドの6軸力センサは設けるのが良い。 Although the control is six-axis force sensor of the hand is not necessary, for the object reaction force balance controller, 6-axis force sensor of the hand is preferably provided.
【0175】 [0175]
更に、上記した第1ないし第4の実施の形態において、ハンドの6軸力センサの代わりに、関節トルクから実対象物反力を推定する推定器を腕制御装置に備えても良い。 Further, in the first to fourth embodiments described above, instead of the six-axis force sensor of the hand, it may comprise a estimator for estimating an actual object reaction force from the joint torque to the arm control device. この推定器は、従来技術である外乱オブザーバーを用いれば良い。 The estimator may be used disturbance observer is prior art.
【0176】 [0176]
更には、上記した第1ないし第4の実施の形態において、特開平5−305586号で提案したコンプライアンス制御に加えて、本出願人が特開平5−337849号公報で提案した制御を加えても良い。 Furthermore, in the first to fourth embodiments described above, in addition to compliance control proposed in JP-A-5-305586, the addition control proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 5-337849 good. 但し、その制御によって上体の位置や歩幅が修正されるので、腕制御においてハンドと作業対象物との相対位置関係が重要な場合には、その制御によって修正される上体の位置や歩幅の影響を考慮する必要がある。 However, since the position and stride of the body is corrected by the control, when the relative positional relationship between the hand and the work object in the arm control is important, the position and stride of the body that are fixed by the control impact it is necessary to consider.
【0177】 [0177]
更には、上記した第1ないし第4の実施の形態において、床が平面でない場合でも、本出願人が特開平5−318840号公報で提案した仮想平面を想定する技術を用いて目標全床反力中心点や目標ZMPを仮想平面上に求めても良い。 Furthermore, in the first to fourth embodiments described above, even if the floor is not flat, the desired total Yukahan using techniques assume a virtual plane by the present applicant proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-318840 the force central point and the desired ZMP may be obtained on the virtual plane.
【0178】 [0178]
更には、上記した第1ないし第4の実施の形態において、ロボット全体の姿勢が目標からずれて傾くと、ハンドの位置・姿勢が絶対空間においてずれる。 Furthermore, in the first to fourth embodiments described above, the posture of the entire robot is tilted deviates from the target, the position and orientation of the hand is shifted in the absolute space. この結果、対象物反力が目標対象物反力から大きくずれる場合がある。 As a result, there are cases where the object reaction force deviates significantly from the target object reaction force.
【0179】 [0179]
その問題点を解決するために、傾斜センサによって検出される実上体位置・姿勢と目標上体位置・姿勢のずれに応じて上記の修正された最終目標ハンド位置・姿勢をさらに補正することにより、ロボット全体の姿勢が傾いても、ハンドの位置・姿勢が絶対空間においてずれないようにするのが、より好ましい。 To solve the problems, by further correcting the final target hand position and orientation that is said corrected according to the deviation of the actual body position and posture and the desired body position and posture detected by the inclination sensor , even inclined posture of the entire robot, the position and orientation of the hand so as not to shift in the absolute space, more preferable.
【0180】 [0180]
更には、上記した第1ないし第4の実施の形態において、ブロック図は演算処理順序を変えるなど、種々の変形が可能である。 Furthermore, in the first to fourth embodiments described above, such as block diagrams changing the processing order, various modifications are possible.
【0181】 [0181]
更には、上記した第1ないし第4の実施の形態においてはPD制御則を用いたが、それ以外の制御則(たとえば、PID制御、状態フィードバック制御)などを用いても良い。 Furthermore, in the first to fourth embodiments described above we used the PD control law, but other control law (e.g., PID control, state feedback control) or the like may be used.
【0182】 [0182]
また、この発明を腕を備えた2足歩行の脚式移動ロボットについて説明したが、腕を備えない脚式移動ロボットにも有益であり、更に2足歩行ロボットに限らず、多脚ロボットにも応用することができる。 Although described legged mobile robot biped provided with arms the invention, it is also beneficial to the legged mobile robot having no arms, further not limited to the two-legged walking robot, to a multi-legged robot it can be applied.
【0183】 [0183]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
脚式移動ロボットが予期できない外力、より具体的には作業対象物から反力を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続することができる。 External force can not be expected legged mobile robot, more specifically even under a reaction force from the workpiece, it is possible to continue a stable posture taking dynamic balance. 更に、予め想定していなかった動作パターンでリンク、より具体的には腕を動かして作業をするときに腕に発生する重力、慣性力だけでなく、作業対象から予期せぬ反作用を受けても、動バランスをとって安定な姿勢を継続することができる。 Further, link operation pattern that was not previously assumed, gravity generated in the arm when more work specifically move the arms, not only the inertial force, even under reaction unexpected from work object , it is possible to continue the stable posture to take a dynamic balance.
【0184】 [0184]
また、対象物反力が急変するときも、それに静的にバランスをとる位置にロボットの重心を移動させることにより、傾きや転倒を効果的に抑制することができる。 Further, even when the object reaction force is suddenly changed, it by moving the center of gravity of the robot statically Ru preparative balance position, it is possible to effectively suppress the inclination and fall. また、ロボットの重心が移動する過渡期においても、重心位置や床反力を適正に変化させて動バランスを維持し続けることができる。 Also in transition where the center of gravity of the robot moves, it can continue to maintain the dynamic balance properly changing the center-of-gravity position and the floor reaction force.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】この発明に係る脚式移動ロボットの姿勢制御装置を全体的に示す説明図である。 1 is an explanatory view illustrating generally the attitude control system of a legged mobile robot according to the present invention.
【図2】図1に示す2足歩行ロボットの制御ユニットの詳細を示すブロック図である。 2 is a block diagram showing details of a control unit of the biped walking robot shown in FIG.
【図3】この発明に係る脚式移動ロボットの姿勢制御装置の構成および動作を機能的に示すブロック図である。 3 is a block diagram functionally showing the configuration and operation of the posture control system of a legged mobile robot according to the present invention.
【図4】図1に示す脚式移動ロボットが腕を使用して行う作業を示す説明図である。 [4] the legged mobile robot shown in FIG. 1 is an explanatory view showing an operation performed using the arms.
【図5】図3装置の目標作業パターン生成器が生成する歩容における支持脚座標系を示す説明図である。 5 is an explanatory diagram showing the supporting leg coordinate system in a gait target working pattern generator generates in Figure 3 apparatus.
【図6】図5と同様に、図3装置の目標作業パターン生成器が生成する歩容における支持脚座標系を示す説明図である。 Similar to FIG. 6 FIG. 5 is an explanatory view showing the supporting leg coordinate system in a gait generated by the target work pattern generator of Figure 3 apparatus.
【図7】図3に示す対象物反力平衡制御装置の動作を説明するタイミング・チャートである。 7 is a timing chart for explaining the operation of the object reaction force balance controller shown in FIG.
【図8】図3に示す対象物反力平衡制御装置の詳細な構成を示すブロック図の前半部である。 8 is a front half portion of the block diagram showing a detailed configuration of the object reaction force balance controller shown in FIG.
【図9】図3に示す対象物反力平衡制御装置の詳細な構成を示すブロック図の後半部である。 9 is a second half portion of the block diagram showing a detailed configuration of the object reaction force balance controller shown in FIG.
【図10】図9に示す対象物反力平衡制御装置の摂動動力学モデルを示す説明図である。 It is an explanatory view showing a perturbation dynamic model of the object reaction force balance controller shown in FIG. 10 FIG.
【図11】図10に示すモデルを倒立振子で近似した状態を示す説明図である。 [11] The model shown in FIG. 10 is an explanatory view showing a state that approximates an inverted pendulum.
【図12】図9に類似する、この発明の第2の実施の形態を示す対象物反力平衡制御装置の詳細な構成を示すブロック図の後半部である。 [12] similar to FIG. 9, a second half portion of the block diagram showing a detailed configuration of the object reaction force equilibrium control device, showing a second embodiment of the present invention.
【図13】図9に類似する、この発明の第3の実施の形態を示す対象物反力平衡制御装置の詳細な構成を示すブロック図の後半部である。 [13] similar to FIG. 9, a second half portion of the block diagram showing a detailed configuration of the object reaction force equilibrium control device, showing a third embodiment of the present invention.
【図14】図11に類似する、この発明の第4の実施の形態を示す倒立振子型摂動動力学モデルを示す説明図である。 [14] similar to FIG. 11 is an explanatory diagram showing a fourth inverted pendulum type perturbation dynamic model showing an embodiment of the present invention.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 2足歩行ロボット(脚式移動ロボット) 1 two-legged walking robot (legged mobile robot)
2 脚リンク3 腕リンク10,12,14R,L 腰関節16R,L 膝関節18,20R,L 足関節22R,L 足平28 上体30,32,34R,L 関節36R,L 肘関節38,40,42R,L 手首関節44R,L ハンド50 制御ユニット56,58 6軸力センサ60 傾斜センサ 2 leg link 3 arm link 10,12,14R, L hip joint 16R, L knee joint 18,20R, L ankle joint 22R, L foot 28 body 30,32,34R, L shoulder joint 36R, L elbow joint 38 , 40,42R, L wrist joints 44R, L hand 50 control unit 56, 58, six-axis force sensor 60 tilt sensor

Claims (11)

  1. 少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、 At least the base body, in the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate,
    a. a. 前記ロボットの少なくとも前記基体の目標軌跡を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標軌跡と、前記ロボットに作用する床反力以外の外力の目標軌跡とを少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段、 A motion pattern including a target locus of at least the base of the robot, and a target trajectory of the floor reaction force acting on the robot, including at least a target trajectory of the external force other than the floor reaction force acting on the robot, the robot the goal gait setting means for setting a target gait,
    b. b. 前記床反力以外の外力を検出する外力検出手段、 External force detecting means for detecting an external force other than the floor reaction force,
    c. c. 前記検出された外力と、前記目標軌跡で設定された床反力以外の外力の偏差を演算する外力偏差演算手段、 The detected external force and external force deviation calculating means for calculating a deviation between an external force other than the set floor reaction force in the target locus,
    d. d. 前記床反力の摂動と前記ロボットの重心位置および基体の位置の少なくともいずれかの摂動の関係を表現するモデル、 Model expressing at least one perturbation of the relationship between the position of the center of gravity position and groups of the floor reaction force perturbation and the robot,
    e. e. 少なくとも前記演算された外力の偏差に基づいて前記モデルに入力すべきモデル入力量を演算するモデル入力量演算手段、 Model input amount calculation means for calculating a model input amount to be inputted to the model based on a deviation of at least the computed external force,
    f. f. 前記演算されたモデル入力量を前記モデルに入力し、得られる前記重心位置および基の少なくともいずれかの摂動量に応じて前記基体の目標軌跡を修正する、基体目標軌跡修正量を演算する基体目標軌跡修正量演算手段、 Model input amount of said operation input to the model, according to at least one perturbation amount of the obtained gravity center position and base body to fix the target locus of the substrate, calculating the base target trajectory correction amount base target locus correcting amount calculating means for,
    g. g. 少なくとも前記演算されたモデル入力量に応じて前記床反力の目標軌跡を修正する、床反力目標軌跡修正量を演算する床反力目標軌跡修正量演算手段、 Modify the target trajectory of the floor reaction force in accordance with the model input amount which is at least the calculation, the floor reaction force target locus correction amount calculating means for calculating a floor reaction force target trajectory correction amount,
    およびh. And h. 少なくとも前記演算された基体目標軌跡修正量および床反力目標軌跡修正量に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段、 At least the computed substrate target trajectory correction amount and joint displacement means on the basis of the floor reaction force target trajectory correcting amount displacing joints of the robot,
    を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot, characterized by comprising a.
  2. 前記モデル入力量演算手段は、 The model input amount calculating means,
    j. j. 前記外力に静的に平衡する平衡重心位置の摂動量を算出する平衡重心位置摂動量算出手段、 Equilibrium center of gravity position perturbation amount calculating means for calculating a perturbation amount of equilibrium center of gravity position to balance statically to the external force,
    を備え、前記算出された平衡重心位置に前記モデルが収束するように前記モデル入力量を演算することを特徴とする請求項1項記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 The provided, the attitude control system of a legged mobile robot according to claim 1, wherein said model on the calculated equilibrium center of gravity, characterized in that computing the model input amount to converge.
  3. 前記モデルが前記ロボットを倒立振子で近似するモデルであることを特徴とする請求項1項または2項記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot according to claim 1, wherein or 2 wherein wherein the model is a model which approximates the robot by an inverted pendulum.
  4. 前記平衡重心位置摂動量算出手段は、 The balanced center of gravity position perturbation amount calculating means,
    k. k. 前記算出された平衡重心位置の摂動量を所定の範囲に制限するリミッタ、 Limiter for limiting the perturbation amount of the calculated equilibrium center of gravity position in a predetermined range,
    を備えることを特徴とする請求項2項または3項記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot according to claim 2 or Section 3 Claims, characterized in that it comprises a.
  5. 前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、 The floor reaction force target locus correction amount calculating means,
    l. l. 前記演算された床反力目標軌跡修正量を所定の範囲に制限するリミッタ、 Limiter for limiting the calculated floor reaction force target locus correction amount in a predetermined range,
    を備えることを特徴とする請求項1項から 4項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot according to any of the four of claims 1, wherein, characterized in that it comprises a.
  6. 前記床反力の目標軌跡は、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含むことを特徴とする請求項1項から 5項記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 The target locus of the floor reaction force, the posture control system of a legged mobile robot according 5 of Claims 1, wherein characterized in that it comprises at least the locus of the target center point of the floor reaction force acting on the robot.
  7. 前記床反力目標軌跡修正量演算手段は、前記床反力目標軌跡修正量が、前記モデル入力量から前記外力の偏差を減算した値と、前記床反力の目標中心点まわりに作用するモーメントに動力学的に釣り合うように、前記床反力目標軌跡修正量を演算することを特徴とする請求項6項記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Moment the floor reaction force target locus correction amount calculating means, the floor reaction force target trajectory correction amount is a value obtained by subtracting the deviation of the external force from the model input amount, acting about the desired central point of the floor reaction force in so as to balance kinetically, posture control system of a legged mobile robot according to claim 6 wherein, wherein the calculating the floor reaction force target trajectory correction amount.
  8. 前記床反力以外の外力が、前記リンクを介して前記ロボットに作用する作業対象物からの反力であることを特徴とする請求項1項から 7項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 External force other than the floor reaction force, a legged mobile robot according to claim 1 wherein 7 wherein, characterized in that via said link is a reaction force from the workpiece acting on the robot attitude control device.
  9. 前記ロボットが、前記基体に連結される2本の脚リンクと2本の腕リンクからなる脚式移動ロボットであることを特徴とする請求項1項から 7項のいずれかに記載の脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 The robot is a legged mobile according to claim 1, wherein the 7 wherein which is a two leg links and the legged mobile robot comprising two arms link that is connected to the base body attitude control system of the robot.
  10. 少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、 At least the base body, in the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate,
    a. a. 前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する床反力の目標中心点の軌跡を少なくとも含む、前記ロボットの目標歩容を設定する目標歩容設定手段、 Including at least, a desired gait setting means for setting a desired gait of the robot and motion pattern including a target position of at least the substrate, the trajectory of the target center point of the floor reaction force acting on the robot of the robot,
    b. b. 前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段、 Acting on the robot through the link, the object reaction force detecting means for detecting a reaction force from the workpiece,
    c. c. 前記検出された対象物反力を前記目標中心点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段、 Object reaction force moment converting means for converting the detected object reaction force as a moment about the targets in mind point,
    d. d. 前記変換された対象物反力モーメントに動力学的に釣り合うように、前記目標中心点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボット位置・姿勢修正手段、 The converted so as to balance the kinetically object reaction force moment, the robot position and posture correcting means for correcting the position and orientation of the floor reaction force moment about the target center point robot,
    およびe. And e. 前記修正された目標中心点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段、 Joint displacement means for displacing the joint of the robot based on the position and orientation of the floor reaction force moment about the desired central point which is the corrected robot,
    を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot, characterized by comprising a.
  11. 少なくとも基体と、前記基体に連結される複数本のリンクからなる脚式移動ロボットの姿勢制御装置において、 At least the base body, in the posture control system of a legged mobile robot comprising a plurality of links that are connected to the substrate,
    a. a. 前記ロボットの少なくとも前記基体の目標位置を含む運動パターンを設定する目標歩容設定手段、 Desired gait setting means for setting a motion pattern including the target position of at least the base of the robot,
    b. b. 前記リンクを介して前記ロボットに作用する、作業対象物からの反力を検出する対象物反力検出手段、 Acting on the robot through the link, the object reaction force detecting means for detecting a reaction force from the workpiece,
    c. c. 前記検出された対象物反力を所定の点まわりのモーメントとして変換する対象物反力モーメント変換手段、 Object reaction force moment converting means for converting the detected object reaction force as a moment about a predetermined point,
    d. d. 前記変換された対象物反力モーメントに動力学的につりあうように、前記所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置および姿勢を修正するロボット位置・姿勢修正手段、 The converted object so as to balance the dynamic reaction force moment, the robot position and posture correcting means for correcting the position and orientation of the floor reaction force moment about the predetermined point robot,
    およびe. And e. 前記修正された所定の点まわりの床反力モーメントと前記ロボットの位置・姿勢に基づいて前記ロボットの関節を変位させる関節変位手段、 Joint displacement means for displacing the joint of the robot based on the position and orientation of the floor reaction force moment about a predetermined point which is the corrected robot,
    を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの姿勢制御装置。 Posture control system of a legged mobile robot, characterized by comprising a.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103895016A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 现代自动车株式会社 Method for controlling gait of robot

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4481132B2 (en) * 1999-11-25 2010-06-16 ソニー株式会社 The robot apparatus and control method thereof
KR100837988B1 (en) * 2000-11-20 2008-06-13 소니 가부시끼 가이샤 Device and method for controlling operation of legged robot, and robot device
JP3790816B2 (en) 2002-02-12 2006-06-28 国立大学法人 東京大学 Method of exercise produce human type link system
JP4225968B2 (en) 2002-04-26 2009-02-18 本田技研工業株式会社 The legged mobile robot control system
JP3833567B2 (en) 2002-05-01 2006-10-11 本田技研工業株式会社 Attitude control system of a mobile robot
JP4168943B2 (en) 2004-01-28 2008-10-22 トヨタ自動車株式会社 Walking control method of the legged robot and legged robot
JP4485279B2 (en) * 2004-08-02 2010-06-16 本田技研工業株式会社 Gait generating device and a control device of a legged mobile robot
JP4828424B2 (en) * 2004-08-02 2011-11-30 本田技研工業株式会社 Control method of the legged mobile robot
JP4501601B2 (en) * 2004-09-03 2010-07-14 トヨタ自動車株式会社 Legged robot and creating a producing apparatus control method thereof as well as gait data
EP1825967B1 (en) * 2004-10-15 2010-06-02 HONDA MOTOR CO., Ltd. Gait generator of legged mobile robot
JP4531520B2 (en) 2004-10-15 2010-08-25 本田技研工業株式会社 The legged mobile robot control system
JP4384021B2 (en) 2004-12-14 2009-12-16 本田技研工業株式会社 The control device of the legged robot
JP4440761B2 (en) 2004-12-24 2010-03-24 本田技研工業株式会社 The legged mobile robot control system
US7835822B2 (en) * 2005-03-30 2010-11-16 Honda Motor Co., Ltd. Systems and methods for controlling a legged robot using a two-phase disturbance response strategy
JP4641252B2 (en) 2005-12-12 2011-03-02 本田技研工業株式会社 Gait generating device of a legged mobile robot
JP4914703B2 (en) * 2005-12-12 2012-04-11 本田技研工業株式会社 The legged mobile robot control system
JP5109573B2 (en) * 2007-10-19 2012-12-26 ソニー株式会社 Control system and method, and a robot apparatus
JP4780147B2 (en) * 2008-06-16 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 Walking control method of the legged robot and legged robot
JP2008229847A (en) * 2008-07-04 2008-10-02 Toyota Motor Corp Leg type robot and walking control method of leg type robot
CN102486648B (en) * 2010-12-03 2013-08-21 北京理工大学 Autonomic mobile robot platform
JP2014508658A (en) * 2011-03-23 2014-04-10 エスアールアイ インターナショナルSRI International High-performance remote manipulator system
JP5616290B2 (en) * 2011-05-25 2014-10-29 本田技研工業株式会社 The control device of the moving body
JP5560234B2 (en) * 2011-05-31 2014-07-23 トヨタテクニカルディベロップメント株式会社 Inverted wheel type traveling body that is controlled by the center of gravity angle estimation method and the method
JP5962020B2 (en) 2012-01-17 2016-08-03 セイコーエプソン株式会社 Robot controller, a robot system, the robot and robot control method
JP5966372B2 (en) 2012-01-17 2016-08-10 セイコーエプソン株式会社 Robot controller, a robot system, the robot control method and a robot
JP6149791B2 (en) * 2014-04-24 2017-06-21 トヨタ自動車株式会社 Centroid estimator, and the center of gravity estimation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103895016A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 现代自动车株式会社 Method for controlling gait of robot

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