JP4126064B2 - 移動体の制御装置 - Google Patents
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Description
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義したとき、
各ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値としての目標ノード床反力を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する手段と、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つノードである第Cノードのそれぞれに対し、少なくとも該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係と該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力の間の相対関係とを基に、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正量を該第Cノード毎に決定すると共に、その決定した修正量をすべての第Cノードについて合成してなる修正量を基に、前記目標歩容の目標運動に、各第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定した修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードのそれぞれに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義したとき、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つ中間ノードである所定の第Cノードに対し、
少なくとも前記第Cノードの各子ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
少なくとも前記第Cノードの各子ノードのノード床反力の目標値としての目標ノード床反力を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する手段と、
少なくとも該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係と該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力の間の相対関係とを基に、前記目標歩容の目標運動に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定された修正目標運動を満足するするように前記関節を動作させるノード動作制御手段を備えたことを特徴とするものである。
前記ノード動作制御手段が、各第Cノードのうちの任意の一つのノードのみに対して、該一つのノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標歩容の目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該一つのノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持される(第3発明)。
前記ノード動作制御手段が、前記第Cノードのみに対して、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該第Cノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持される(第4発明)。
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義し、さらに前記第Bノードのノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点を第Bノードのノード床反力中心点と定義したとき、
各ノードのノード床反力中心点の目標位置である目標ノード床反力中心点を前記目標歩容の目標運動と目標床反力とのうちの少なくともいずれか一方に応じて決定する手段と、
各ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つノードである第Cノードのそれぞれに対し、
前記第Cノードの実ノード床反力が該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントである実モーメント(Mc_act)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_act−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実モーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメント(Mc_f)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_f−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔP)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔPf)とのうちのいずれかを制御量として、該制御量に応じて、該制御量が0に近づくように、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正量を該第Cノード毎に決定すると共に、その決定した修正量をすべての第Cノードについて合成してなる修正量を基に、前記目標歩容の目標運動に、各第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定した修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードのそれぞれに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義し、さらに前記第Bノードのノード床反力のモーメントの、水平成分または床面平行成分が0となる点を第Bノードのノード床反力中心点と定義したとき、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つ中間ノードである所定の第Cノードに対し、
少なくとも前記第Cノードのノード床反力中心点の目標位置である目標ノード床反力中心点を少なくとも前記目標歩容に応じて決定する手段と、
少なくとも前記第Cノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
前記第Cノードの実ノード床反力が該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントである実モーメント(Mc_act)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_act−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実モーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメント(Mc_f)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_f−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔP)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔPf)とのうちのいずれかを制御量として、該制御量に応じて、該制御量が0に近づくように、前記目標歩容の目標運動に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定された修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段を備えたことを特徴とするものである。
前記ノード動作制御手段が、各第Cノードのうちの任意の一つのノードのみに対して、該一つのノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該一つのノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持される(第7発明)。
前記ノード動作制御手段が、前記第Cノードのみに対して、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該第Cノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持される(第8発明)。
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記実姿勢傾斜と前記目標歩容の目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差を0に近づけるように、該偏差に応じた前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第15発明)。
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードの前記目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値と、該第Cノードの前記目標ノード床反力中心点とのうちの少なくともいずれかを、前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように修正する手段を備え、前記修正されたモーメントの目標値または目標ノード床反力中心点を、その修正前のモーメントの目標値または目標ノード床反力中心点の代わりに用いて前記制御量を決定するようにしてもよい(第16発明)。
前記ツリー構造における子ノードを有するノードである第Eノードのそれぞれに対し、該第Eノード床反力の目標値である目標ノード床反力が該第Eノードの前記目標ノード床反力中心点に作用するモーメントの水平成分または床面平行成分が0になるように、該第Eノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段を有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第17発明)。
前記ツリー構造において親ノードを有するノードである第Eノードのそれぞれに対し、該第Eノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、第Eノードの親ノードの目標ノード床反力の並進力成分に第Eノードの前記重みを乗じた値になるように、第Eノードの目標ノード床反力の並進力成分を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段を有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第18発明)。
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの目標ノード床反力中心点を修正する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、該第Cノードの前記修正された目標ノード床反力中心点に作用する目標ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0になるように少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記修正された第Cノードの目標ノード床反力中心点をその修正前の目標ノード床反力中心点の代わりに用いて前記制御量を決定すると共に、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第19発明)。
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの目標床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値を決定する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、該第Cノードの前記目標ノード床反力中心点に作用する目標ノード床反力のモーメントが前記決定された目標値になるように少なくとも前記目標歩容の床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記決定された第Cノードのモーメントの目標値を用いて前記制御量を決定すると共に、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第20発明)。
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードの重みを修正する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、各子孫ノードの親ノードの目標ノード床反力の並進力成分に該子孫ノードの前記修正された重みを乗じた値になるように、少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第21発明)。
前記ツリー構造における各葉ノードに高さ、床反力などの所定の種類の状態量を対応づけたときに、子ノードを持つ各ノードの状態量を、該ノードの全ての子ノードの状態量の、前記重みを用いた重み付き平均値とし、根ノードを除く各ノードに対し、該ノードの状態量から該ノードの親ノードの状態量を減算してなる値を該ノードのノード相対状態量として決定すると共に0を根ノードの相対状態量として決定する処理を、当該所定の種類の状態量を各ノードについて階層相対化する処理として定義し、
前記葉ノードである接地部位のそれぞれに作用する床反力Fn(n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対床反力Fn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに子ノードを持つ任意のノードである第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対床反力を要素とするベクトル(Fa1_rel,Fa2_rel,…,Far_rel)を、第nノードのすべての子ノードの重みを要素とするベクトル(Wa1,Wa2,…,War)にそれぞれ直交する所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r−1)の線形結合で表したときの該線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張床反力モーメントMn_expと定義し、
また、前記葉ノードである接地部位のそれぞれの高さZn (n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対高さZn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに前記第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対高さを要素とするベクトル(Za1_rel, Za2_rel,…,Zar_rel)を、前記所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…r-1)の線形結合で表したときの線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張傾斜角θnと定義したとき、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードの前記ノード拡張床反力モーメントMn_exp(n=C)またはノード拡張傾斜角θn(n=C)を用いて該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定するようにしてもよい(第36発明)。
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードに属する各接地部位の目標床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの目標値である目標ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記第Cノードに属する各接地部位の実床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの実際値である実ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記実ノード拡張モーメントと前記目標ノード拡張モーメントとに応じて、前記第Cノードの前記ノード拡張傾斜角の操作量を決定する手段とを備え、前記決定したノード拡張傾斜角の操作量を基に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定する(第37発明)。
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記床形状パラメータの推定値に応じた、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第3の修正をさらに付加して前記修正目標運動を決定することが好ましい(第38発明)。
前記床形状推定手段は、前記床形状パラメータの推定値の過去値と、前記修正目標運動と前記目標運動との差と、前記修正運動と、前記移動体の各関節の変位量である実関節変位の検出値もしくは推定値とのうちの少なくともいずれかと、前記実姿勢傾斜と、少なくとも前記第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係とに基づき、前記床形状パラメータを逐次更新しつつ推定することが好ましい(第39発明)。
該基体と前記第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を検出または推定する変形量検出手段を備え、
前記床形状推定手段は、前記床形状パラメータの推定値の過去値と、前記修正目標運動と前記目標運動との差と、前記修正運動と、前記移動体の各関節の変位量である実関節変位の検出値もしくは推定値とのうちの少なくともいずれかと、前記実姿勢傾斜と、少なくとも前記第Cノードに属する各接地部位に対応する前記変形量とに基づき、前記床形状パラメータを逐次更新しつつ推定することが好ましい(第40発明)。
前記床形状推定手段が推定する前記床形状パラメータは、前記第Cノードの複数の各子ノードの接地面の高さの間の相対関係を規定するパラメータであることが好ましい(第42発明)。
前記ツリー構造における各葉ノードに高さ、床反力などの所定の種類の状態量を対応づけたときに、子ノードを持つ各ノードの状態量を、該ノードの全ての子ノードの状態量の、前記重みを用いた重み付き平均値とし、根ノードを除く各ノードに対し、該ノードの状態量から該ノードの親ノードの状態量を減算してなる値を該ノードのノード相対状態量として決定すると共に0を根ノードの相対状態量として決定する処理を、当該所定の種類の状態量を各ノードについて階層相対化する処理として定義し、
前記葉ノードである接地部位のそれぞれに作用する床反力Fn(n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対床反力Fn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに子ノードを持つ任意のノードである第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対床反力を要素とするベクトル(Fa1_rel,Fa2_rel,…,Far_rel)を、第nノードのすべての子ノードの重みを要素とするベクトル(Wa1,Wa2,…,War)にそれぞれ直交する所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r−1)の線形結合で表したときの該線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張床反力モーメントMn_expと定義し、
また、前記葉ノードである接地部位のそれぞれの接地面の高さZn (n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対高さZn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに前記第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対高さを要素とするベクトル(Za1_rel, Za2_rel,…,Zar_rel)を、前記所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r-1)の線形結合で表したときの線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張傾斜角θnと定義したとき、
前記床形状推定手段は、少なくとも前記第Cノードの前記ノード拡張床反力モーメントMn_exp(n=C)またはノード拡張傾斜角θn(n=C)を用いて前記床形状パラメータを推定するようにしてもよい(第45発明)。
前記床形状パラメータに、前記第Cノードの各子ノードの接地面の相対高さを前記ノード拡張傾斜角を用いて表したパラメータが含まれることが好ましい(第46発明)。
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードに属する各接地部位の目標床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの目標値である目標ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記第Cノードに属する各接地部位の実床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの実際値である実ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記実ノード拡張モーメントと前記目標ノード拡張モーメントと応じて、前記第Cノードの前記ノード拡張傾斜角の操作量を決定する手段とを備え、前記決定したノード拡張傾斜角の操作量を基に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定することが好ましい(第47発明)。
[第1実施形態]
図1は、第1および第2実施形態に係る一般的な多脚の移動ロボット(脚式移動ロボット)の外観図である。ただし、図1では、ロボット1は、第1脚#1〜第6脚#6までの6個の脚(脚体)を有するものとして図示しているが、第1実施形態においては、第5脚#5および第6脚#6は無いものとする。すなわち、第1実施形態では、ロボット1は、第1脚#1〜第4脚#4の4個の脚(脚体)を有する4脚ロボットであるとする。図1では、第2実施形態に係るロボット1の構成要素については、括弧付きの参照符号を付している。
Q14=Q1*W1+Q4*W4 , W1+W4=1 …式1
Q23=Q2*W2+Q3*W3 , W2+W3=1 …式2
P=Q14*W14+Q23*W23 ,W14+W23=1 …式3
Wn(n=1,2,3,4,14,23)が1以下の非負の値であることから、上式1,2,3の右辺におけるQn(n=1,2,3,4,14,23)の係数(重み)は、すべて非負の値となる。
目標第nノード床反力
=第nノード重み
*第nノードのすべての先祖ノードの重みの積
*目標全床反力 …式4a
目標第nノード床反力
=第nノード重み
*第nノードのすべての先祖ノード(根ノードを除く)の重みの積
*目標全床反力 …式4b
あるいは、葉ノードでない任意の第nノードの目標床反力が、第nノードのすべての子ノードの目標床反力の和(合力)に一致し、かつ、根ノードの目標床反力が目標全床反力に一致するように、目標各ノード床反力が決定される。この関係を示したものが図8である。
A)各葉ノードの目標ノード床反力中心点Qn(n=1,2,3,4)は、該葉ノードに対応する接地部位10の中心点に一致する。より一般的には、Qn(n=1,2,3,4)は、目標歩容(目標接地部位軌道などの目標運動)に応じて決定される。補足すると、例えば各接地部位10の目標床反力中心点を歩容生成装置100で決定するようにしてもよく、その場合には、歩容生成装置100が決定する目標床反力を基に、目標ノード床反力中心点Qn(n=1,2,3,4)を決定すればよい。
B)根ノードの目標ノード床反力中心点は、目標全床反力中心点Pに一致する。
C)根ノードを除く各ノードの目標ノード床反力中心点Qn(n=1,2,3,4,14,23)と重みWn(n=1,2,3,4,14,23)とは、前記式1〜3の関係式を満たす。換言すれば、子ノードを持つ任意の第nノード(n=14,23,1423)の目標ノード床反力中心点Qnは、その第nノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の重み付き平均の点となる。
D)子ノードを持つ任意の第nノード(n=14,23,1423)の目標ノード床反力Fnは、該第nノードのすべての子ノードの目標ノード床反力の和(合力)に一致し、且つ、根ノード(第1423ノード)の目標ノード床反力F1423は目標全床反力Ftotalrefに一致する。換言すれば、第nノード(n=1,2,3,4,14,23,1423)の目標床反力Fnおよび重みWnが図8中の関係式を満たす。
E)接地していない接地部位10に対応する葉ノードの目標ノード床反力は0となる。
F)Qn,Wn,Fn(n=1,2,3,4,14,23,1423)は連続的に変化する。
G)非接地状態の接地部位10に対応する葉ノードの重み、または、その葉ノードの祖先ノードのいずれか1つの重みは0とされる。
Mdmdx=−Kthx*θberrx−Kwx*(dθberrx/dt) …式5
Mdmdy=−Kthy*θberry−Kwy*(dθberry/dt) …式6
ここで、Kthx,Kthy,KwxおよびKwyは、所定のゲインである。また、(dθberrx/dt),(dθberry/dt)は、それぞれ上体姿勢傾斜偏差θberrx、θberryの時間微分値である。
要求1)ロボット1の位置姿勢を安定化するために、実全床反力を姿勢安定化制御演算部104が出力する補償全床反力(モーメントMdmd)と目標全床反力との合力に追従させる。なお、第1実施形態ではロボット1の上体24の姿勢傾斜(鉛直方向に対する傾き)を安定化するため、目標全床反力中心点まわりの実全床反力モーメントの水平成分を補償全床反力モーメントMdmdの水平成分Mdmdx,Mdmdyに追従させる。補足すると、目標全床反力中心点まわりの目標全床反力モーメントの水平成分は0であるので、これとMdmdとの合力は、Mdmdに一致する。
要求2)接地しているべき複数の接地部位10に対し、その一部の接地部位10に実床反力が集中し、それ以外のある一部の接地部位10の実床反力が減少し過ぎ、その実床反力が減少した接地部位10の接地性が極端に低下しないように、できる限り葉ノードでない各ノードの目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントの絶対値を小さくする。なお、第1実施形態では、第14ノード、第23ノード、第1423ノードの目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントの絶対値をできる限り小さくする。
要求3)接地しているべき各接地部位10の接地性を確保するように、すなわち各接地部位10におけるローカルな接地圧分布(実床反力の分布)が偏って、該接地部位10の局所的な接地性が低下しないように、できるかぎり各接地部位10(各葉ノード)の目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントの絶対値を小さくする。但し、第1実施形態のロボット1では、各接地部位10の目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントは常に0となるので、この要求3)は考慮する必要はない。
特性1)葉ノードでないノードの目標床反力中心点まわりの補償角だけを操作して各接地部位10の目標接地部位位置を移動させると、下がった接地部位10の実床反力の並進力成分が増加し、上がった接地部位10の実床反力の並進力成分が減少する。このとき、各接地部位10(各葉ノード)の修正された目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントは、ほとんど変化しない。
特性2)第n接地部位補償角だけを操作して第n接地部位の目標姿勢を回転させると、第n接地部位の目標床反力中心点に作用する実床反力のモーメント成分が変化し、並進力成分はあまり変化しない。
特性3)葉ノードでないノードの目標床反力中心点まわりの補償角と第n接地部位補償角を同時に操作すると、各接地部位10の実床反力の変化量は、それぞれを単独に操作したときの変化量の和になる。
M1423dmd=(Pmdfd−P)*Ftotalref …式7
M14dmd=(Q14mdfd−Q14)*F14ref …式8
M23dmd=(Q23mdfd−Q23)*F23ref …式9
なお、式7中の(Pmdfd−P)など、2つの点の差は、それらの点の位置ベクトルの差を意味する。また、Ftotalref、F14ref、F23refは図10に示したように、それぞれ第1423ノード、第14ノード、第23ノードの目標ノード床反力の並進力成分である。
修正ノード存在位置条件1)
Pmdfdは、全床反力中心点Pから線分Q14Q23の端点に近づき過ぎず、かつ、線分Q14Q23上にあること。このように、修正目標第1423ノード床反力中心点(修正目標全床反力中心点)Pmdfdが存在すべき範囲を、修正目標第1423ノード床反力中心点(修正目標全床反力中心点)の存在許容範囲と呼ぶ。
修正ノード存在位置条件2)
Q14mdfdは、目標第14ノード床反力中心点Q14から線分Q1Q4の端点に近づき過ぎず、かつ、線分Q1Q4上にあること。このように、修正目標第14ノード床反力中心点Q14mdfdが存在すべき範囲を、修正目標第14ノード床反力中心点の存在許容範囲と呼ぶ。
修正ノード存在位置条件3)
Q23mdfdは、目標第23ノード床反力中心点Q23から線分Q2Q3の端点に近づき過ぎず、かつ、線分Q2Q3上にあること。このように、修正目標第23ノード床反力中心点Q23mdfdが存在すべき範囲を、修正目標第23ノード床反力中心点の存在許容範囲と呼ぶ。
一方、ロボット1に実際に発生する姿勢復元力(上体24の傾きの、目標上体姿勢の傾きへの復元力)を適切にするためには、第1423ノード補償床反力モーメントM1423dmd、第14ノード補償床反力モーメントM14dmdおよび第23ノード補償床反力モーメントM23dmdの合力が、補償全床反力モーメントMdmdに略一致すべきである。すなわち、以下の式10を略満足すべきである。
Mdmd=M1423dmd+M14dmd+M23dmd …式10
そこで、本実施形態では、第1423ノード補償床反力モーメントM1423dmd、第14ノード補償床反力モーメントM14dmdおよび第23ノード補償床反力モーメントM23dmdは、それらと前記式7、式8、式9とによって定まる修正目標ノード床反力中心点Pmdfd,Q14mdfd,Q23mdfdの位置が前記修正ノード存在位置条件1)、2)および3)を満足している限りは、次式11〜13によって決定される。
M1423dmd=Mat1423*Mdmd*V1423 …式11
M14dmd=Mat14*Mdmd*V14 …式12
M23dmd=Mat23*Mdmd*V23 …式13
ただし、Mat1423、Mat14、Mat23はゲイン行列(第3要素が0である1行3列の行列)であり、これらは、式11、式12および式13よって求められるM1423dmd、M14dmd、M23dmdが、式10を満足するように設定される。
M1423act=P_Q14*(F1act+F4act)+P_Q23*(F2act+F3act)
…式14
ここで、P_Q14は始点がP、終点がQ14のベクトル、P_Q23は始点がP、終点がQ23のベクトルである。
M1423act=P_Q1*F1act+P_Q2*F2act
+P_Q3*F3act+P_Q4*F4act
…式15
式15の右辺は、第1〜第4ノード(各葉ノード)の実床反力の並進力成分Fn_act(n=1,2,3,4)から目標全床反力中心点Pまわりに作用する実全床反力モーメントMtotalactを算出する式になっている。補足すると、式14は、目標全床反力中心点Pまわりに作用する実全床反力モーメントMtotalactから、目標第14ノード床反力中心点Q14まわりに作用する実床反力モーメントと目標第23ノード床反力中心点Q23まわりに作用する実床反力モーメントとを減じたものになっている。
m∈{第nノードの子ノードの番号の集合}とすると
Mn_act=Σ(Qn_Qm*Fm_act) …式16
m∈{第nノードの子孫である葉ノードの番号の集合}であるとすると
Mn_act=Σ(Qn_Qm*Fm_act+Mm_act) …式17
なお、式16、17中のΣは、mについての総和を意味する。補足すると、第1実施形態では、葉ノード(各接地部位)の目標床反力中心点まわりの実床反力モーメントが0となることから、前記式15の右辺では、式17のMm_actの成分が含まれていない。接地部位の姿勢を制御可能なロボットでは、一般には、式17のMm_actは0にならない。
M1423actv=M1423act・V1423 …式18
以上のようにM1423actvを算出する処理が図19の参照符号114kを付した演算部により実行される。
θ1423=K1423*M1423errv …式19
すなわち、偏差モーメントV1423方向成分M1423errvに制御ゲインK1423を乗じることにより、第1423ノード補償角θ1423を得る。
M14act=Q14_Q1*F1act+Q14_Q4*F4act …式20
ここで、Q14_Q1は始点がQ14、終点がQ1のベクトル、Q14_Q4は始点がQ14、終点がQ4のベクトルである。
M14act=Q14_Q1*F1act+Q14_Q4*F4act+M1act+M4act
…式21
だたし、M1actは、実第1ノード床反力モーメント、M4actは、実第4ノード床反力モーメントである。なお、第1実施形態では各脚#1〜#4の先端部にフリージョイント(球関節12)を備えているので、M1act、M4actは0である。
M14actv=M14act・V14 …式22
以上のようにM14actvを算出する処理が図20の参照符号114k’を付した演算部により実行される。
θ14=K14*M14errv …式23
図17の補償角決定部(θ23決定部)114dの処理は、第14ノード補償角θ14決定部114cの処理と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。その処理の概要は、次の通りである。第23ノードの子ノードの実床反力によって目標第23ノード床反力中心点Q23のまわりに発生するモーメントM23actのベクトルV23方向の成分M23actvが前記式16または17に基づいて算出される。そして、そのM23actvをローパスフィルタに通したものM23actvfiltを、前記第23ノード補償床反力モーメントM23dmdのV23方向の成分M23dmdvを補償フィルタに通したものM23dmdvfiltから減じてなる偏差モーメントV23方向成分M23errvからフィードバック制御則(比例制御則)の演算によって、前記第23ノード補償角θ23が算出される。
T*ΔM=diag(a,b)*T*θberr …式24
これらの関係を満足しない場合には、ロボットの姿勢が傾いた状態から戻る時に、直線的に傾き角偏差θberrが0に収束せずに、味噌擂り運動を起こすおそれがある。例えば、ロボットの上体が前に傾いた状態では、後ろに戻す復元力以外に、横方向への転倒力(復元力)が余計に作用し、傾き角偏差θberrが直線的に0に戻らずに、後ろ横方向に復元力が働いて、傾き角偏差θberrが渦巻き状に0に収束していく。
T*ΔM_d=diag(e,f)*T*dθberr/dt …式25
一般的に、ロボットの各脚に独立にコンプライアンス制御を掛けると、これらの関係を満たさず、味噌擂り運動を起こすおそれがある。第1実施形態に示した階層型コンプライアンス制御においては、前記式24,25の関係を満足することができるので、ロボットの姿勢制御の収束性が高く、また、発振や振動を防止することができる。
前記第1実施形態においては、目標接地部位位置を、各接地部位の姿勢を変えずに(姿勢を制御せずに)、各ノード床反力中心点まわりに回転移動させるように補正(修正)動作を行うことで、各接地部位10の間の相対高さを目標接地部位位置の間の相対高さから修正した。但し、目標接地部位位置を鉛直方向にだけ移動させるようにして、各接地部位10の高さだけを修正するようにしても良い。具体的には、以下の手順によって目標接地部位位置を修正する。
Z14=−PQ14*θ1423 …式26
Z23=PQ23*θ1423 …式27
但し、ここで、θ1423には前記式19で求められる値を代入する。
Z1=−Q14Q1*θ14+Z14 …式28
Z4=Q14Q4*θ14+Z14 …式29
Z2=−Q23Q2*θ23+Z23 …式30
Z3=Q23Q3*θ23+Z23 …式31
但し、ここで、θ14には、前記式23で求められる値を代入し、θ23には、θ14と同様にして求められる値を代入する。
[第2実施形態]
以下に前記図1並びに図24〜図34を参照しつつ、本発明の第2実施形態を説明する。図1を参照して、第2実施形態のロボット1が第1実施形態のロボットと異なる点を中心に説明すると、第2実施形態のロボット1は、第1〜第4脚#1〜#4に加えて、これらの脚#1〜#4と同じ構造の第5脚#5および第6脚#6を備える。すなわち、第2実施形態のロボット1は6脚ロボットである。第5脚#5は、第3脚#3の後側でロボット1の上体24の右側部から延設され、第6脚#6は、第4脚#4の後側でロボット1の上体24の左側部から延設されている。これ以外のロボット1の機構的構造は、第1実施形態と同一であるので、第1実施形態と同一の参照符号を付して説明を省略する。
A’)各葉ノードの目標ノード床反力中心点Qn(n=1,2,3,4,5,6)は、該葉ノードに対応する接地部位10の中心点に一致する。より一般的には、Qn(n=1,2,3,4,5,6)は、目標歩容(目標接地部位軌道などの目標運動)に応じて決定される。なお、例えば各接地部位10の目標床反力中心点を歩容生成装置100で決定した場合には、歩容生成装置100が決定する目標床反力を基に、目標ノード床反力中心点Qn(n=1,2,3,4,5,6)を決定すればよい。
B’)根ノードの目標ノード床反力中心点は、目標全床反力中心点Pに一致する。
C’)子ノードを持つ任意の第nノード(n=145,236,145236)の目標ノード床反力中心点Qnは、その第nノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の重み付き平均の点となる。より具体的には、第145ノードの目標ノード床反力中心点Q145は、その子ノード(葉ノード)である第1、4、5ノードの目標ノード床反力中心点Q1,Q4,Q5を頂点とする三角形の内分点(三角形の境界の点を含む)となり、第236ノードの目標ノード床反力中心点Q236は、その子ノード(葉ノード)である第2、3、6ノードの目標ノード床反力中心点Q2,Q3,Q6を頂点とする三角形の内分点(三角形の境界の点を含む)となる。また、第145236ノード(根ノード)の目標ノード床反力中心点Q145236(=目標全床反力中心点P)は、その子ノード(中間ノード)である第145、236ノードの目標ノード床反力中心点Q145,Q236を結ぶ線分の内分点となる。
D’)子ノードを持つ任意の第nノード(n=145,236,145236)の目標ノード床反力Fnは、該第nノードのすべての子ノードの目標ノード床反力の和(合力)に一致し、且つ、根ノード(第145236ノード)の目標ノード床反力F145236は目標全床反力Ftotalrefに一致する。あるいは、各ノードの目標ノード床反力Fn(n=1,2,3,4,5,6,145,236,145236)は、各ノードの重みと前記式4aまたは4bの関係を有する。
E’)接地していない接地部位10に対応する葉ノードの目標ノード床反力は0となる。
F’)各ノード(第nノード(n=1,2,3,4,145,236,145236))の目標ノード床反力中心点、重み、目標ノード床反力は連続的に変化する。
G’)非接地状態の接地部位10に対応する葉ノードの重み、または、その葉ノードの祖先ノードのいずれか1つの重みは0とされる。
11)第145ノード、第236ノード、第145236ノードに対して、前記第1実施形態で定義した如く、次式7a〜9aの関係式を満たす修正目標ノード床反力中心点Q145mdfd、Q236mdfd、Pmdfd(=Q145236mdfd)を導入したとき、これらのQ145mdfd、Q236mdfd、Pmdfdは、それぞれの所定の存在許容範囲内に在る。
M145236dmd=(Pmdfd−P)*Ftotalref …式7a
M145dmd=(Q145mdfd−Q145)*F145ref …式8a
M236dmd=(Q236mdfd−Q236)*F236ref …式9a
Q145mdfd、Q236mdfd、Pmdfdの存在可能範囲は、例えば第2実施形態のロボット1の全ての接地部位10が接地している状態では、図29(a)に示す如く設定される。すなわち、Q145mdfdの存在許容範囲は、図中の太線の三角形上の領域(その三角形の辺および内部の領域)であり、これは、第145ノードの子ノードの目標ノード床反力中心点Q1,Q4,Q5を頂点する三角形の内部で、該三角形Q1Q4Q5の境界に近づき過ぎないように設定された領域である。Q236mdfdの存在許容範囲も同様である。また、Pmdfdの存在許容範囲は、図中の太線の線分上の領域であり、これは、第145236ノード(根ノード)の子ノードの目標床反力中心点Q145,Q236を結ぶ線分Q145Q236上で、該線分Q145Q236の端点に近づきすぎないように設定された領域である。
12)Mdmd=M145236dmd+M145dmd+M236dmdをほぼ満足する。
また、本実施形態では、根ノード(第145236ノード)の子ノードが2つであることから、M145236dmdは、前記第1実施形態における各ノード補償床反力モーメントと同様に、線分Q145Q236に直交する水平な単位ベクトル(これをV145236で表す)と同方向のベクトルに制限される。そこで、本実施形態では、次の条件13)を満たすようにM145236dmd,M145dmd,M236dmdを決定する。
13)M145236dmd+M145dmd+M236dmdの、ベクトルV145236方向の成分は、可能な限り、MdmdのベクトルV145236方向の成分に近い値とする。
これらの条件11)〜13)を満たすM145236dmd、M145dmd、M236dmdは、例えば次のように決定される。まず、M145236dmdをMdmdのV145236方向の成分に決定する。ただし、前記式7aにより定まる修正目標ノード床反力中心点Pmdfdがその存在許容範囲に収まらない場合には、Pmdfdがその存在許容範囲の境界の点になるように、M145236dmdを修正する。次いで、Mdmdから上記の如く決定したM145236dmdを差し引いたベクトルが、Mdmd145とMdmd236との和にほぼ一致し、且つ、Mdmd145+Mdmd23のV145236方向の成分がMdmd−Mdmd145236のV145236成分にできるだけ近いものとなり、且つ前記条件11)を満たすように、Mdmd145,Mdmd236を決定する。なお、この場合、Mdmd145,Mdmd236は、互いに平行なベクトルとする。
[第3実施形態]
次に、第2実施形態のロボット1(6脚ロボット)に床形状推定機能とその推定結果に応じたロボット1の動作補正機能とを付加した第3実施形態について説明する。なお、本実施形態では、主に、第2実施形態で示した6脚ロボットを中心として説明するが、4脚ロボットについても補足的に説明を付加する場合がある。また、本実施形態の理解の便宜上、2脚ロボットについても言及する場合がある。
定義:
すべての目標接地部位の高さと傾斜を、それぞれ対応する実床面の高さと傾斜に一致させ、かつ、任意のノードの目標床反力中心点をそのすべての子ノードの目標床反力中心点の所定の重み付き平均(すなわち所定の内分比による内分点)で表したときに、任意の第nノードに対し、第nノードの目標床反力中心点の高さ(鉛直方向位置)から第nノードの親ノードの目標床反力中心点の高さ(鉛直方向位置)を減じた高さを「実第nノード相対床高さ」と呼ぶ。
定義:
すべての目標接地部位の高さと傾斜を、それぞれ対応する想定床面の高さと傾斜に一致させ、かつ、任意のノードの目標床反力中心点をそのすべての子ノードの目標床反力中心点の所定の重み付き平均(すなわち所定の内分比による内分点)で表したときに、任意の第nノードに対し、第nノードの目標床反力中心点の高さ(鉛直方向位置)から第nノードの親ノードの目標床反力中心点の高さ(鉛直方向位置)を減じた高さを「想定第nノード相対床高さ」と呼ぶ。
定義:
すべての目標接地部位の高さと姿勢を、それぞれ対応する接地部位床高さ偏差と接地部位床傾斜偏差に一致させ、かつ、任意のノードの目標床反力中心点をそのすべての子ノードの目標床反力中心点の所定の重み付き平均(すなわち所定の内分比による内分点)で表したときに、任意の第nノードに対し、第nノードの目標床反力中心点高さから第nノードの親ノードの目標床反力中心点高さを減じた高さを「第nノード相対床高さ偏差」と呼ぶ。
1)各目標床反力中心点(目標全床反力中心点P、目標第n接地部位床反力中心点Qn(n=1,2,3,4,5,6))。
2)想定床面形状(想定第n床接点の座標、想定第n接地部位床傾斜)。
3)最終的に実ロボットが追従すべき目標姿勢(機構変形補償入り修正目標接地部位位置姿勢)または実関節変位またはこれらの周波数重み付き平均(周波数特性を持つ重みによる重み付き平均)。
4)上体姿勢傾斜偏差。
5)実床反力(実第n接地部位床反力の並進力成分とモーメント成分)。
第nノードが葉ノードである場合、
Zn_with_bias=Zfn
第nノードが葉ノードでない場合、
Zn_with_bias=Σ(Zj_with_bias*Wj)
ただし、Σはj∈{第nノードの子ノード番号の集合}であるjについての総和。
…式32
Zn_rel=Zn_with_bias−Zh_with_bias …式33
以上のルールに従って、すべてのノードに対してノード相対床高さZn_rel(nは各ノードの番号)を求める。ただし、根ノードに対するのード相対高さZk_rel(kは根ノードの番号)は0とする。図42に第1実施形態で示した4脚ロボットのノード相対高さの算出例を示し、図43に本実施形態における6脚ロボットのノード相対高さの算出例を示す。
第nノードが葉ノードであるならば、
Zn_with_bias=Zfn
第nノードが葉ノードでないならば、
Zn_with_bias=Σ(Zj_with_bias*Wj')
ただし、Σはj∈{ノードnの子孫の葉ノード番号の集合}であるj
についての総和。
…式34
を求める。
Zn_inc_cand=(Zn_rel'−Zn_rel_estm_p)
*ΔT/(Testm+ΔT)
…式35
ここで、式35中のTestmは第nノード床高さ偏差の推定(更新)における時定数(一次遅れの時定数)であり、ΔTは制御装置50の制御周期である。
Fn_act_z>Fn_min …式36
Zn_rel'<Zn_rel_estm_p …式37
ここで、Fn_act_zは、実第n接地部位床反力(n=1,2,…,最終葉ノード番号)の並進力鉛直成分である。
推定許可条件とは、第nノード相対床高さ偏差を推定しても(床形状偏差を推定しても)、その推定値が発散しない条件である。ここで発散とは、後述するごとく推定された推定第n床高さ偏差Zfn_estm(床形状偏差の推定値)を用いて、実際の第n床高さ偏差の影響を打ち消すように修正目標接地部位位置姿勢を修正する補正動作を行った場合に、推定第n床高さ偏差Zfn_estmが増加し続け、第n接地部位が床から離れて行く(床からさらに浮いていく)状況を意味する。
第nノード要求モードが準備完了モードであり、かつ、推定許可条件を満足するならば、第nノードモードを準備完了モードとする。
第nノード要求モードが準備完了モードであり、かつ、推定許可条件を満足しないならば、第nノードモードをホールドモードとする。
第nノード要求モードがホールドモードであるならば、第nノードモードをホールドモードとする。
第nノード要求モードがリセットモードであるならば、第nノードモードをリセットモードとする。
従って、第nノードのモードは、要求モードが準備完了モードであり、且つ、推定許可条件を満足する場合に限って、最終的に準備完了モードの決定される。
次いで、この実施の形態における床形状推定器130の特徴を説明する。
1)床形状偏差が大きくても制御が破綻し難い。これは、階層型コンプライアンス制御は微小な補償角に限定した近似を行っていないからである。
2)床形状偏差の推定精度が高い。
3)ロボットの姿勢安定化制御との干渉による発振が生じにくいので、推定処理の時定数を短くすることができる。それによって、床形状偏差が床反力に及ぼす影響を打ち消すための脚の補償動作の応答性を高めることができるので、床形状偏差が床反力に及ぼす過渡的な影響が短時間で解消される。
本実施形態(第3実施形態)は上記の如く構成したので、従来技術では困難であった多くの接地部位を持つロボットにおいても、床形状の推定、具体的には、各接地部位に対応する床高さ偏差を同時に、換言すれば複合的に、精度良く推定することができる。さらに、ロボットの接地部位をその姿勢を制御可能に設け、床形状の推定処理において床高さ偏差だけでなく、床傾斜偏差も推定する場合には、床傾斜偏差も含めて同時に、精度良く推定することができる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る移動ロボットの制御装置(特に床形状推定装置)を説明する。第4実施形態においては、それを簡単に説明すれば、前記第3実施形態の図40に示した床形状推定器130のブロック線図を等価変換したものである。すなわち、直前に推定した床形状の推定値(前回制御周期での推定値などの該推定値の過去値)と、最終的に修正され決定された目標歩容(詳しくはコンプライアンス動作を含む機構変形補償入り修正目標接地部位位置姿勢)(もしくは実関節変位)と、実上体姿勢傾斜偏差θberrとを基に、各ノードの床反力を推定し、その推定値と各ノードの実床反力との差を基に、この差を0に近づけるように床形状の推定値の補正量候補値を決定し、床形状の推定が発散しないと判断されるならば、床形状の推定値の補正量候補値を基に、直前に推定した床形状の推定値を補正するようにした。この処理は、本出願人が先に提案した特開平10−277969号公報において、2足移動ロボットの各脚の足平の床反力中心点まわりの想定されるモーメントと実モーメントとの差が0に近づくように各足平に係る床傾斜を推定する手段、ならびに、全床反力中心点まわりの想定されるモーメントと実モーメントとの差が0に近づくように両脚間の干渉角を推定する手段を発展させた階層型の床形状推定手段に相当するものである。
[第5実施形態]
前記第1〜第4実施形態では、子ノードを持つノードの、該子ノードの総数が、3個以下の場合を例にとって説明したが、子ノードの数が4つ以上の場合にも、重み付き平均の概念を持ち込むことによって、以下に示すようにモーメントおよび傾斜角の概念を拡張できる。
第n接地部位の床反力の組Fn(n=1,2,...,最終葉ノード番号)を階層相対化して、第nノード相対床反力Fn_rel(n=1,2,...,最終ノード番号)を求める。
ベクトルUWnに直交する(すなわちベクトルUWnとの内積が0となる)r−1個の互いに独立なベクトルをR(1),R(2),…,R(r−1)とする。R(j) (j=1,2,…,r−1)は、r行1列の列ベクトルである。なお、R(j) (j=1,2,…,r−1)は、演算の容易さと制御精度を考慮すると、互いに直交することが望ましい。R(j)を第j列(j=1,2,…,r−1)とする行列をHnとする。Hnは、r行r−1列の行列である。
すなわち、次式39により、Fn_rel_cを定義する。
Fn_rel_cは、r行1列の列ベクトルである。
Fn_rel_c = Hn*Mn_exp …式40
Mn_expは、r−1行1列の列ベクトルである。
すなわち、次式41によりZn_rel_cを定義する。
次式42を満足する列ベクトルθn_expを第nノード拡張床反力傾斜角と呼ぶ。
Zn_rel_c = Hn*θn_exp …式42
θn_expは、r−1行1列の列ベクトルである。
[補償全床反力モーメント分配器の処理の拡張について]
例えば、階層型コンプライアンス動作決定部の中の補償全床反力モーメント分配器の処理は、次のように拡張される。
Mn_dmd=Cn_mech * Mn_exp_dmd …式43
一方、前記式10を一般化すると次式44になる。
Mdmd=ΣMn_dmd …式44
なお、Σは、全ての第nノードについての総和を意味する。
[補償角決定部(θn決定部)の処理の拡張について]
第5実施形態における各第nノードの補償角決定部の処理は、例えば第3実施形態のθ145決定部(図25および図33を参照)の処理において、M145actを求めるまでの処理を、各接地部位の実床反力を基に前記の実第nノード拡張床反力モーメントMn_exp_actを求める処理に置き換え、145をnに置き換え、図33中の補償フィルタ、ローパスフィルタおよびゲインKnの次元を第nノードの子ノード数から1を減じた数に拡張すれば良い。上記の置き換えを行なった処理によって、第nノードの補償角θnを求めることができる。
[拡張床反力モーメントを用いた床形状推定ついて]
以下のように、床形状推定器の処理の一部に拡張床反力モーメントの概念を用いた手法を組み込んでも良い。
θn_inc_cand = Kn_cmpl*Mn_exp_estm_err …式45
なお、Kn_cmplは、対角行列とは限らない。
Zn_inc_cand = Hn*θn_inc_cand …式46
以上のごとく、第nノード床反力推定誤差Fn_estm_errから第nノード相対床高さ偏差補正量候補値Zn_inc_candを求めるまでの処理を図56のものから図57のものに置き換えればよい。
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態に係る移動ロボットの制御装置を図58〜図65を参照して説明する。図58および図59は、第6実施形態に係る脚式移動ロボット51(本実施形態では2足移動ロボットとする)が後述する膝関節56の部位を床に付けた状況(ひざまずいた状況)を側面示で示している。なお、図58ではロボット51を線状のリンクの連結体として模式化して示している。
1)接地部位の床への接触面(接地面)に垂直な方向の並進力だけを検出するセンサ
2)接地部位の床への接触面(接地面)に垂直な方向の並進力だけでなく該接触面に垂直な方向以外の方向の並進力も検出するセンサ
3)分布圧センサ
4)並進力以外にモーメントも検出するセンサ(例えば6軸力センサ)
また、荷重を直接的に検出するものでなくとも、前記柔軟な部材94の変形(ひずみ)を検出する変位センサを用いても良い。
Zkneediffmdfd
= 機構変形補償入り修正目標第4接地部位位置
−目標第4接地部位位置
−機構変形補償入り修正目標第3接地部位位置
+ 目標第3接地部位位置
…式47
Zkneesummdfd
= 機構変形補償入り修正目標第4接地部位位置
−目標第4接地部位位置
+ 機構変形補償入り修正目標第3接地部位位置
−目標第3接地部位位置
…式48
Zfootdiffmdfd
= 機構変形補償入り修正目標第2接地部位位置
−目標第2接地部位位置
−機構変形補償入り修正目標第1接地部位位置
+ 目標第1接地部位位置
…式49
なお、式47〜49の「部位位置」はより正確には、その「部位位置」の高さ成分(鉛直方向成分)である。
Xbkneediffmdfd=Kxkneediff*Zkneediffmdfd
θbkneediffmdfd=Kthkneediff*Zkneediffmdfd
…式50
これ以外にも、あらかじめ、いくつかの代表的なロボット51の目標姿勢に対して、左右の膝の高さの差の修正量(あるいは第34ノード補償角θ34)と上体位置姿勢の修正量との関係を求めておいて、これをマップあるいは関数として記憶し、これと左右の膝の高さの差の修正量Zkneediffmdfdを基にXbkneediffmdfdおよびθbkneediffmdfdを求めても良い。なお、本実施形態では、左右の膝の高さの差の修正量に対して、上体53をその体幹軸まわり回転させて上体姿勢を修正するので、膝高さ差用上体位置修正量Xbkneediffmdfdは0で良い。
Xbfootdiffmdfd=Kxfootdiff*Zfootdiffmdfd
θbfootdiffmdfd=Kthfootdiff*Zfootdiffmdfd
…式51
なお、本実施形態では、左右の足平58,58の高さの差の修正量に対して、上体53をその体幹軸まわり回転させて上体姿勢を修正するので、足平高さ差用上体位置修正量Xbfootdiffmdfdは0で良い。
[第7実施形態]
次いで、本発明の第7実施形態に係る移動ロボットの制御装置を説明する。
L1234_hip_r=0、 L1234_hip_l=0、 L1234_knee_r=1、
L1234_knee_l=1、 L12_hip_r=0、 L12_hip_l=0
L12_knee_r=a12、 L12_knee_l=−a12、 L34_hip_r=a34
L34_hip_l=−a34、 L34_knee_r=0、 L34_knee_l=0
…式52
ただし、a12、a34は所定の定数である。
θknee_r=L1234_knee_r*θ1234+L12_knee_r*θ12
+L34_knee_r*θ34
…式53
θknee_l=L1234_knee_l*θ1234+L12_knee_l*θ12
+L34_knee_l*θ34
…式54
θhip_r=L1234_hip_r*θ1234+L12_hip_r*θ12
+L34_hip_r*θ34
…式55
θhip_l=L1234_hip_l*θ1234+L12_hip_l*θ12
+L34_hip_l*θ34
…式56
なお、他の関節変位修正量も同様に求めるが、説明を容易にするために、ここでは省略する。
[第8実施形態]
図69は本実施形態のロボットの要部の構成を示している。このロボット71は、臀部72の底面部の左右にそれぞれ床反力を検出する床反力センサ73,73(荷重センサ。例えば6軸力センサ)を備える。なお、左右に床反力センサ73,73を設ける代わりに、臀部72の底面部の左右に加わる力の合力を検出する1つの床反力センサを備えるようにしてもよい。
=(目標歩容の全体重心加速度+重力加速度)*全体質量
−実第nノード外床反力 …式57
上体などに加速度センサを備えている場合には、加速度センサの検出値と、目標歩容および実関節変位のうちの少なくともいずれか一方によりロボット全体の重心加速度(以降、推定全体重心加速度と呼ぶ)を推定し、次式58によって、実第nノード床反力の推定値である推定第nノード床反力を求めても良い。
推定第nノード床反力
=(推定全体重心加速度+重力加速度)*全体質量
−実第nノード外床反力 …式58
例えば、前記第6実施形態において、膝の床反力を検知する床反力センサが備わっていない場合、あるいは、膝の床反力を検知する床反力センサが故障した場合には、推定第34ノード床反力を次式59によって求める。
推定第34ノード床反力
=(目標歩容の全体重心加速度+重力加速度)*全体質量
−実第34ノード外床反力
=目標歩容の全体重心加速度*全体質量
−(実第12ノード床反力+実第56ノード床反力)
…式59
さらに、推定第34ノード床反力を実第34ノード床反力の代わりに用いて、コンプライアンス動作処理によって第1234ノード補償角θ1234を決定し、また床形状推定処理によって推定第1234ノード相対床高さ偏差Z1234rel_estmを推定する。
床形状を相対的に推定するだけでなく、グローバルに推定(グローバル座標系での床形状の推定)したい場合には、次のようにしてもよい。
1)ロボットの上体のグローバル座標系での高さ(以下、グローバル高さという)を検知できる場合における床のグローバル高さの推定:
上体などロボットのある所定部位のグローバル高さを検出する検出器(加速度センサを用いた上体高さ推定装置(例えば本願出願人によるPCT/JP03/05448号に記載されている推定装置)あるいは視覚センサ等の外界センサなど)を用いる。推定された上体のグローバル高さと、関節変位(実関節変位あるいは目標関節変位)、実上体姿勢傾斜の検出値および実床反力の検出値を基に、推定床高さ偏差のグローバル座標系での値を求める。従って、根ノードの推定床高さ偏差は、すべての接地部位のグローバルな推定床高さ偏差の重み付き平均値としての意味を持つこととなる。
2)上体のグローバル高さがわからない状況での床のグローバル高さの推定:
ある推定第n床高さ偏差のグローバル値(グループ内相対値ではなくグローバル座標系における偏差)がわかっているならば、それと推定各相対床高さ偏差を基に、すべての点(接地部位)の推定床高さ偏差のグローバル値を求める。ロボットの移動のスタート点での推定第n床高さ偏差のグローバル値がわかっていれば、ロボットの移動を続けることで、逐次新しく接地した接地部位の床高さ偏差のグローバル値を求められるので、これを記憶することにより、ロボットの移動軌跡上での床高さのマップを作成できる。
産業上の利用可能性
以上の如く、本発明は、床反力を適切に制御して、高い安定性で円滑な動作を可能とする脚式移動ロボットなどの移動体を提供し得るものとして有用である。
Claims (47)
- 互いの相対高さを操作可能に複数の関節を介して連結された3つ以上の接地部位を有する移動ロボット等の移動体の目標運動と目標床反力とから構成される目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、前記接地部位のそれぞれに作用する実床反力を検出または推定する床反力検出手段とを備え、前記移動体の歩容を目標歩容に追従させるように該移動体の動作制御を行う移動体の制御装置において、
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義したとき、
各ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値としての目標ノード床反力を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する手段と、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つノードである第Cノードのそれぞれに対し、少なくとも該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係と該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力の間の相対関係とを基に、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正量を該第Cノード毎に決定すると共に、その決定した修正量をすべての第Cノードについて合成してなる修正量を基に、前記目標歩容の目標運動に、各第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定した修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段とを備えたことを特徴とする移動体の制御装置。 - 互いの相対高さを操作可能に複数の関節を介して連結された3つ以上の接地部位を有する移動ロボット等の移動体の目標運動と目標床反力とから構成される目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、前記接地部位のそれぞれに作用する実床反力を検出または推定する床反力検出手段とを備え、前記移動体の歩容を目標歩容に追従させるように該移動体の動作制御を行う移動体の制御装置において、
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードのそれぞれに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義したとき、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つ中間ノードである所定の第Cノードに対し、
少なくとも前記第Cノードの各子ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
少なくとも前記第Cノードの各子ノードのノード床反力の目標値としての目標ノード床反力を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する手段と、
少なくとも該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係と該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力の間の相対関係とを基に、前記目標歩容の目標運動に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定された修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段を備えたことを特徴とする移動体の制御装置。 - 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、該ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の高さを第Bノードの高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を該第Bノードの高さとして定義したとき、
前記ノード動作制御手段が、各第Cノードのうちの任意の一つのノードのみに対して、該一つのノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標歩容の目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該一つのノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持されることを特徴とする請求項1記載の移動体の制御装置。 - 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、該ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の高さを第Bノードの高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を該第Bノードの高さとして定義したとき、
前記ノード動作制御手段が、前記第Cノードのみに対して、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該第Cノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持されることを特徴とする請求項2記載の移動体の制御装置。 - 互いの相対高さを操作可能に複数の関節を介して連結された3つ以上の接地部位を有する移動ロボット等の移動体の目標運動と目標床反力とから構成される目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、前記接地部位のそれぞれに作用する実床反力を検出または推定する床反力検出手段とを備え、前記移動体の歩容を目標歩容に追従させるように該移動体の動作制御を行う移動体の制御装置において、
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義し、さらに前記第Bノードのノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点を第Bノードのノード床反力中心点と定義したとき、
各ノードのノード床反力中心点の目標位置である目標ノード床反力中心点を前記目標歩容の目標運動と目標床反力とのうちの少なくともいずれか一方に応じて決定する手段と、
各ノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つノードである第Cノードのそれぞれに対し、
前記第Cノードの実ノード床反力が該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントである実モーメント(Mc_act)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_act−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実モーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメント(Mc_f)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_f−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔP)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔPf)とのうちのいずれかを制御量として、該制御量に応じて、該制御量が0に近づくように、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正量を該第Cノード毎に決定すると共に、その決定した修正量をすべての第Cノードについて合成してなる修正量を基に、前記目標歩容の目標運動に、各第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定した修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段とを備えたことを特徴とする移動体の制御装置。 - 互いの相対高さを操作可能に複数の関節を介して連結された3つ以上の接地部位を有する移動ロボット等の移動体の目標運動と目標床反力とから構成される目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、前記接地部位のそれぞれに作用する実床反力を検出または推定する床反力検出手段とを備え、前記移動体の歩容を目標歩容に追従させるように該移動体の動作制御を行う移動体の制御装置において、
前記接地部位のそれぞれが葉ノードとなり、且つ、該葉ノードと該葉ノードのすべてを子孫ノードとして持つ根ノードとの間に中間ノードが存在するように前記接地部位をツリー構造状に分類すると共に、
前記ツリー構造における各ノードである第Bノードのそれぞれに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位に作用する床反力を第Bノードのノード床反力と定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードのノード床反力の合力を第Bノードのノード床反力と定義し、さらに前記第Bノードのノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点を第Bノードのノード床反力中心点と定義したとき、
複数の接地部位を子孫ノードとして持つ中間ノードである所定の第Cノードに対し、
少なくとも前記第Cノードのノード床反力中心点の目標位置である目標ノード床反力中心点を少なくとも前記目標歩容に応じて決定する手段と、
少なくとも前記第Cノードのノード床反力の実際値としての実ノード床反力を前記検出または推定された各接地部位の実床反力から決定する手段と、
前記第Cノードの実ノード床反力が該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントである実モーメント(Mc_act)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_act−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実モーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメント(Mc_f)と該第Cノードの目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値(Mc_dmd)との差(Mc_f−Mc_dmd)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔP)と、
前記第Cノードの実ノード床反力のモーメント(Mc_act)から該第Cノードの各子ノードの実ノード床反力が該子ノードの目標ノード床反力中心点に作用するモーメントを減じてなるモーメントの水平成分または床面平行成分が0となる点の位置と該第Cノードの目標ノード床反力中心点の位置との差の値(ΔPf)とのうちのいずれかを制御量として、該制御量に応じて、該制御量が0に近づくように、前記目標歩容の目標運動に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を少なくとも付加した修正目標運動を決定し、その決定された修正目標運動を満足するように前記関節を動作させるノード動作制御手段を備えたことを特徴とする移動体の制御装置。 - 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、該ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の高さを第Bノードの高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を該第Bノードの高さとして定義したとき、
前記ノード動作制御手段が、各第Cノードのうちの任意の一つのノードのみに対して、該一つのノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該一つのノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持されることを特徴とする請求項5記載の移動体の制御装置。 - 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、該ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の高さを第Bノードの高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を該第Bノードの高さとして定義したとき、
前記ノード動作制御手段が、前記第Cノードのみに対して、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加して前記修正目標運動を決定したとき、該修正目標運動における該第Cノードの目標高さは前記目標運動における目標高さに維持されることを特徴とする請求項6記載の移動体の制御装置。 - 前記目標ノード床反力中心点を決定する手段は、前記第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の位置の、前記重みを用いた重み付き平均値が該第Cノードの目標ノード床反力中心点となるように、該第Cノードおよびその子孫ノードのそれぞれの目標ノード床反力中心点と重みとを決定することを特徴とする請求項7または8記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記各第Cノード毎に、該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点を、少なくとも前記制御量に応じて決定した回転量だけ該第Cノードの目標ノード床反力中心点のまわりに回転させたときの該Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の移動量に応じて、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正量を決定することを特徴とする請求項5記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点を、少なくとも前記制御量に応じて決定した回転量だけ該第Cノードの目標ノード床反力中心点のまわりに回転させたときの該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の移動量に応じて、該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項6記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点を、少なくとも前記制御量に応じて決定した回転量だけ該第Cノードの目標ノード床反力中心点のまわりに回転させたときの該第Cノードの各子ノードの目標ノード床反力中心点の移動量に応じて、該第Cノードの子ノードの相互の相対高さを操作することによって、第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した修正目標運動を決定することを特徴とする請求項7記載の移動体の制御装置。
- 前記ツリー構造において子ノードを持つ各ノードに対し、該各ノードの全ての子ノードの重みは、その全ての子ノードの重みの総和が1となるように設定されていることを特徴とする請求項3、4、7、8のいずれかに記載の移動体の制御装置。
- 前記各ノードの重みを可変的に設定する手段を備え、非接地状態である各接地部位にそれぞれ対応する葉ノードを第Dノードとしたとき、前記重みを設定する手段は、各第Dノードの重み、または該第Dノードの祖先ノードのうちの少なくともいずれか1つのノードの重みを0に設定することを特徴とする請求項3、4、7、8のいずれかに記載の移動体の制御装置。
- 前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段を備え、
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記実姿勢傾斜と前記目標歩容の目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差を0に近づけるように、該偏差に応じた前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項1、2、5、6のいずれかに記載の移動体の制御装置。 - 前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段を備え、
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードの前記目標ノード床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値と、該第Cノードの前記目標ノード床反力中心点とのうちの少なくともいずれかを、前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように修正する手段を備え、前記修正されたモーメントの目標値または目標ノード床反力中心点を、その修正前のモーメントの目標値または目標ノード床反力中心点の代わりに用いて前記制御量を決定することを特徴とする請求項5または6記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
前記ツリー構造における子ノードを有するノードである第Eノードのそれぞれに対し、該第Eノード床反力の目標値である目標ノード床反力が該第Eノードの前記目標ノード床反力中心点に作用するモーメントの水平成分または床面平行成分が0になるように、該第Eノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段を有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項5または6記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
前記ツリー構造において親ノードを有するノードである第Eノードのそれぞれに対し、該第Eノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、第Eノードの親ノードの目標ノード床反力の並進力成分に第Eノードの前記重みを乗じた値になるように、第Eノードの目標ノード床反力の並進力成分を少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段を有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項3、4、7、8のいずれかに記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの目標ノード床反力中心点を修正する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、該第Cノードの前記修正された目標ノード床反力中心点に作用する目標ノード床反力のモーメントの水平成分または床面平行成分が0になるように少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記修正された第Cノードの目標ノード床反力中心点をその修正前の目標ノード床反力中心点の代わりに用いて前記制御量を決定すると共に、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項5または6記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢傾斜との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの目標床反力中心点に作用すべきモーメントの目標値を決定する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、該第Cノードの前記目標ノード床反力中心点に作用する目標ノード床反力のモーメントが前記決定された目標値になるように少なくとも前記目標歩容の床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記決定された第Cノードのモーメントの目標値を用いて前記制御量を決定すると共に、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項5または6記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
前記移動体の基体などの所定の部位の実姿勢傾斜を検出または推定する実姿勢傾斜検出手段と、
前記実姿勢傾斜と前記目標運動における前記所定の部位の目標姿勢との偏差である姿勢傾斜偏差に応じて、該姿勢傾斜偏差を0に近づけるように少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードの重みを修正する手段と、
各ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力のうち、少なくとも前記第Cノードの各子孫ノードのノード床反力の目標値である目標ノード床反力の並進力成分を、各子孫ノードの親ノードの目標ノード床反力の並進力成分に該子孫ノードの前記修正された重みを乗じた値になるように、少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき決定する目標ノード床反力分配手段とを有し、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードに属する各葉ノードの目標ノード床反力の並進力成分を基に、該目標ノード床反力の並進力成分が該第Cノードに属する各接地部位に作用したときに前記基体と該第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を推定する手段を備え、前記修正目標運動を決定するとき、前記推定した変形量を打ち消すための、前記第Cノードに属する複数の接地部位のそれぞれの目標高さの第2の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項3、4、7、8のいずれかに記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結されており、
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記第Cノードに属する各接地部位の床面上でのこじりなどの滑りを抑制するための、前記基体の目標姿勢の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項 1または5記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結されており、
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記第Cノードに属する各接地部位の床面上でのこじりなどの滑りを抑制するための、前記基体の目標姿勢の修正を前記目標運動にさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項2または6記載の移動体の制御装置。 - 前記ノード動作制御手段は、前記目標歩容の目標床反力により定まる前記移動体の目標全床反力中心点と、前記修正目標運動における前記移動体の全体重心または該移動体の基体の所定の代表点とを結ぶ線分の向きが、前記目標歩容における当該線分の向きとほぼ同じになるように前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項22記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記目標歩容の目標床反力により定まる前記移動体の目標全床反力中心点と、前記修正目標運動における前記移動体の全体重心または該移動体の基体の所定の代表点とを結ぶ線分の向きが、前記目標歩容における当該線分の向きとほぼ同じになるように前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項23記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動における前記移動体の全体重心の水平位置または該移動体の基体の所定の代表点の水平位置が前記目標運動における当該水平位置とほぼ同じになるように前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項22記載の移動体の制御装置。
- 前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動における前記移動体の全体重心の水平位置または該移動体の基体の所定の代表点の水平位置が前記目標運動における当該水平位置とほぼ同じになるように前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項23記載の移動体の制御装置。
- 前記移動体は、その基体から延設された複数のリンク機構を備えるロボットであり、該複数のリンク機構のうちの少なくとも1つのリンク機構は、少なくともその先端部と基体側の端部との間の中間部位に関節が設けられていると共に、該中間部位が前記接地部位となっていることを特徴とする請求項22記載の移動体の制御装置。
- 前記移動体は、その基体から延設された複数のリンク機構を備えるロボットであり、該複数のリンク機構のうちの少なくとも1つのリンク機構は、少なくともその先端部と基体側の端部との間の中間部位に関節が設けられていると共に、該中間部位が前記第Cノードに属する接地部位となっていることを特徴とする請求項23記載の移動体の制御装置。
- 前記中間部位には、その接地時に弾性変形する弾性体が設けられていることを特徴とする請求項28記載の移動体の制御装置。
- 前記中間部位には、その接地時に弾性変形する弾性体が設けられていることを特徴とする請求項29記載の移動体の制御装置。
- 前記移動体は、その基体から延設されて1つ以上の関節をそれぞれ有する複数のリンク機構を備えると共に、前記リンク機構のうちの少なくともいずれか1つのリンク機構と前記基体とに接地部位が設けられており、前記第Cノードのうちの少なくともいずれか1つに属する接地部位には、少なくとも前記基体の接地部位と、前記複数のリンク機構のうちの1つ以上のリンク機構の接地部位とが含まれることを特徴とする請求項22記載の移動体の制御装置。
- 前記移動体は、その基体から延設されて1つ以上の関節をそれぞれ有する複数のリンク機構を備えると共に、前記リンク機構のうちの少なくともいずれか1つのリンク機構と前記基体とに接地部位が設けられており、前記第Cノードに属する接地部位には、少なくとも前記基体の接地部位と、前記複数のリンク機構のうちの1つ以上のリンク機構の接地部位とが含まれることを特徴とする請求項23記載の移動体の制御装置。
- 前記基体の接地部位には、その接地時に弾性変形する弾性体が設けられていることを特徴とする請求項32記載の移動体の制御装置。
- 前記基体の接地部位には、その接地時に弾性変形する弾性体が設けられていることを特徴とする請求項33記載の移動体の制御装置。
- 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、
前記ツリー構造における各葉ノードに高さ、床反力などの所定の種類の状態量を対応づけたときに、子ノードを持つ各ノードの状態量を、該ノードの全ての子ノードの状態量の、前記重みを用いた重み付き平均値とし、根ノードを除く各ノードに対し、該ノードの状態量から該ノードの親ノードの状態量を減算してなる値を該ノードのノード相対状態量として決定すると共に0を根ノードの相対状態量として決定する処理を、当該所定の種類の状態量を各ノードについて階層相対化する処理として定義し、
前記葉ノードである接地部位のそれぞれに作用する床反力Fn(n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対床反力Fn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに子ノードを持つ任意のノードである第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対床反力を要素とするベクトル(Fa1_rel,Fa2_rel,…,Far_rel)を、第nノードのすべての子ノードの重みを要素とするベクトル(Wa1,Wa2,…,War)にそれぞれ直交する所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r−1)の線形結合で表したときの該線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張床反力モーメントMn_expと定義し、
また、前記葉ノードである接地部位のそれぞれの高さZn (n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対高さZn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに前記第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対高さを要素とするベクトル(Za1_rel, Za2_rel,…,Zar_rel)を、前記所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…r-1)の線形結合で表したときの線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張傾斜角θnと定義したとき、
前記ノード動作制御手段は、少なくとも前記第Cノードの前記ノード拡張床反力モーメントMn_expまたはノード拡張傾斜角θnを用いて該第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項1、2、5、6のいずれかに記載の移動体の制御装置。 - 少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき、少なくとも前記第Cノードに属する各接地部位に作用すべき目標床反力を決定する手段を備え、
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードに属する各接地部位の目標床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの目標値である目標ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記第Cノードに属する各接地部位の実床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの実際値である実ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記実ノード拡張モーメントと前記目標ノード拡張モーメントと応じて、前記第Cノードの前記ノード拡張傾斜角の操作量を決定する手段とを備え、前記決定したノード拡張傾斜角の操作量を基に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項36記載の移動体の制御装置。 - 少なくとも前記第Cノードに属する複数の接地部位の接地面の間の相対高さを規定するパラメータを床形状を表す床形状パラメータとして推定する床形状推定手段を備え、
前記ノード動作制御手段は、前記修正目標運動を決定するとき、前記床形状パラメータの推定値に応じた、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第3の修正をさらに付加して前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項1、2、5、6のいずれかに記載の移動体の制御装置。 - 少なくとも前記第Cノードの各子ノードのノード床反力の実際値である実ノード床反力を該第Cノードに属する各接地部位の実床反力から決定する手段を備え、
前記床形状推定手段は、前記床形状パラメータの推定値の過去値と、前記修正目標運動と前記目標運動との差と、前記修正運動と、前記移動体の各関節の変位量である実関節変位の検出値もしくは推定値とのうちの少なくともいずれかと、前記実姿勢傾斜と、少なくとも前記第Cノードの各子ノードの実ノード床反力の間の相対関係とに基づき、前記床形状パラメータを逐次更新しつつ推定することを特徴とする請求項38記載の移動体の制御装置。 - 前記各接地部位は、前記移動体の基体に対して移動可能に該基体に連結機構を介して連結され、
該基体と前記第Cノードに属する各接地部位との間の連結機構および該接地部位で発生する変形量を検出または推定する変形量検出手段を備え、
前記床形状推定手段は、前記床形状パラメータの推定値の過去値と、前記修正目標運動と前記目標運動との差と、前記修正運動と、前記移動体の各関節の変位量である実関節変位の検出値もしくは推定値とのうちの少なくともいずれかと、前記実姿勢傾斜と、少なくとも前記第Cノードに属する各接地部位に対応する前記変形量とに基づき、前記床形状パラメータを逐次更新しつつ推定することを特徴とする請求項38記載の移動体の制御装置。 - 前記変形量検出手段は、各接地部位の実床反力に基づき前記変形量を推定することを特徴とする請求項40記載の移動体の制御装置。
- 前記ツリー構造における各ノードの重みが設定されており、該ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の接地面の高さを第Bノードの接地面の高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの接地面の高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を第Bノードの接地面の高さとして定義したとき、
前記床形状推定手段が推定する前記床形状パラメータは、前記第Cノードの複数の各子ノードの接地面の高さの間の相対関係を規定するパラメータであることを特徴とする請求項38記載の移動体の制御装置。 - 前記床形状推定手段は、前記第Cノードの各子ノードのうちの少なくとも1つが浮きそうな状態であるときに、その浮きそうな子ノードの接地面の相対高さを一定値に保持しつつ、前記複数の子ノードの接地面の高さの相対関係を規定する前記床形状パラメータを推定することを特徴とする請求項42記載の移動体の制御装置。
- 前記床形状推定手段は、前記床形状パラメータの変動を緩和するようにローパスフィルタを用いて該床形状パラメータを推定することを特徴とする請求項38記載の移動体の制御装置。
- 前記ツリー構造における各ノードに重みが設定されており、
前記ツリー構造における各葉ノードに高さ、床反力などの所定の種類の状態量を対応づけたときに、子ノードを持つ各ノードの状態量を、該ノードの全ての子ノードの状態量の、前記重みを用いた重み付き平均値とし、根ノードを除く各ノードに対し、該ノードの状態量から該ノードの親ノードの状態量を減算してなる値を該ノードのノード相対状態量として決定すると共に0を根ノードの相対状態量として決定する処理を、当該所定の種類の状態量を各ノードについて階層相対化する処理として定義し、
前記葉ノードである接地部位のそれぞれに作用する床反力Fn(n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対床反力Fn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに子ノードを持つ任意のノードである第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対床反力を要素とするベクトル(Fa1_rel,Fa2_rel,…,Far_rel)を、第nノードのすべての子ノードの重みを要素とするベクトル(Wa1,Wa2,…,War)にそれぞれ直交する所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r−1)の線形結合で表したときの該線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張床反力モーメントMn_expと定義し、
また、前記葉ノードである接地部位のそれぞれの接地面の高さZn (n=1,2,…)を基に、各ノードについて階層相対化したノード相対高さZn_rel(n=1,2,…)を求め、さらに前記第nノードのすべての子ノードaj (j=1,2,…,r。rは第nノードの子ノードの総数)のノード相対高さを要素とするベクトル(Za1_rel, Za2_rel,…,Zar_rel)を、前記所定の互いに独立な複数のベクトルR(j) (j=1,2,…,r-1)の線形結合で表したときの線形結合の係数を要素とするベクトルを、第nノードのノード拡張傾斜角θnと定義したとき、
前記床形状推定手段は、少なくとも前記第Cノードの前記ノード拡張床反力モーメントMn_expまたはノード拡張傾斜角θnを用いて前記床形状パラメータを推定することを特徴とする請求項38記載の移動体の制御装置。 - 前記ツリー構造における各ノードである第Bノードに対し、該第Bノードが前記葉ノードである場合には、該葉ノードである接地部位の接地面の高さを第Bノードの接地面の高さと定義し、且つ、第Bノードが子ノードを持つ場合には、該第Bノードのすべての子ノードの接地面の高さの、前記重みを用いた重み付き平均値を第Bノードの接地面の高さとして定義したとき、
前記床形状パラメータに、前記第Cノードの各子ノードの接地面の相対高さを前記ノード拡張傾斜角を用いて表したパラメータが含まれることを特徴とする請求項45記載の移動体の制御装置。 - 少なくとも前記目標歩容の目標床反力に基づき、少なくとも前記第Cノードに属する各接地部位に作用すべき目標床反力を決定する手段を備え、
前記ノード動作制御手段は、前記第Cノードに属する各接地部位の目標床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの目標値である目標ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記第Cノードに属する各接地部位の実床反力を基に該第Cノードの前記ノード拡張モーメントの実際値である実ノード拡張モーメントを決定する手段と、前記実ノード拡張モーメントと前記目標ノード拡張モーメントとに応じて、前記第Cノードの前記ノード拡張傾斜角の操作量を決定する手段とを備え、前記決定したノード拡張傾斜角の操作量を基に、前記第Cノードに属する複数の接地部位の間の目標相対高さの第1の修正を前記目標運動に付加した前記修正目標運動を決定することを特徴とする請求項45記載の移動体の制御装置
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