JP4506512B2 - 支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、前記演算装置が、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにすることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、前記演算装置では、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにすることが好ましい。
従って、本発明によれば、機械的リミットのキャリブレーションを行うような場合でも、機械加工精度を上げることなく補正量によって加工誤差などを補うようにしたため、コストをかけることなくキャリブレーションの精度を上げることができた。
本実施形態のオフセット調整システムは、図1に示すように2本の支持脚10をもつ2足歩行ロボット1に関し、その支持脚10の関節を構成するアクチュエータをキャリブレーションするためのものである。特に、2本の支持脚10には、各関節にアクチュエータとして軸モータが設けられ、足平20の足裏部分にかかる圧力を測定して軸モータに設けられたエンコーダのオフセット調節を行うようにしたものである。従って、本実施形態のオフセット調整システムでは、この2足歩行ロボット1は、それ自身を支える足平20にかかる圧力の分布を測定するための圧力センサ2上に起立するようにしている。
演算装置21は、例えばROM、RAMなどを内蔵するワンチップマイクロコンピュータから構成され、そのRAMに記憶されたデータやネットワーク3側において記憶されているデータに基づいて、支持脚10を構成する各関節の各軸モータ23を駆動させる指令値を生成するものである。また、本実施形態では、ネットワーク3を介して送信される圧力センサ2の計測データからオフセット調整のための補正量の算出や保存を行うよう構成されている。
2足歩行ロボット1は、左右の支持脚10が対称的に構成され、2本の支持脚10は、腰関節31を介して胴部30と連結されている。そして、支持脚10には、それぞれ腰関節31と大腿リンク28との間に股関節25が構成され、大腿リンク28と下腿リンク29との間には膝関節26が、更に下腿リンク26と足平20との間には足首関節27が構成されている。支持脚10は、各関節に軸モータ23による設けられ、それぞれ股関節25が3軸、膝関節26が1軸、そして足首関節27が2軸で構成されている。
更に、下腿リンク26と足平20との間の足首関節27は、X軸方向とY軸方向とに直交して配置された2個の軸モータ15,16によってX軸回転とY軸回転が可能になっている。すなわち、足首関節27の軸モータ15は、ロール軸(X軸)回りの自由度を生成する足首関節ロール軸モータであって、軸モータ16は、ピッチ軸(Y軸)回りの自由度を生成する足首関節ピッチ軸モータである。従って、足首関節26はX,Y軸のそれぞれについて自由度を持つ2軸関節である。
2足歩行ロボット1は、一般的には図5に示す運用フローに従って取り扱われる。すなわち、2足歩行ロボット1が組上がった場合(S101)、その直後に圧力センサ2を使用した各軸モータ11〜16について足平圧力による調整が行われ、オフセット調整のための補正量が算出される(S102)。そこでは、2足歩行ロボット1が初期姿勢の状態で、両支持脚10の足平20にかかる力が全体的に均等になるように各関節25〜27を構成する軸モータ11〜16の軸角度の調整が行われる(S102)。そして、その状態で各軸モータ11〜16に設けられたエンコーダの出力値が基準位置からの補正量として記憶される。こうして足平圧力による調整が終了した後は、日常の運用へと移ることになる(S103)。図6は、日常の運用におけるフローを示した図である。
メンテナンスが必要な場合には(S104:YES)、再び初期姿勢の2足歩行ロボット1を圧力センサ2の上に立たせ、支持脚10の関節に設けられた各軸モータの軸角度の調整が行われる(S102)。ここで、図7は、足平圧力による調整の手順を示したフロー図である。
そして、両方の支持脚10について足平20の圧力分布が均等になるように調整が行われると(S306:YES)、そのときの各軸モータ11〜16に設けられたエンコーダからの出力値が補正量として演算装置21に保存される(S306)。なお、こうした演算処理は、2足歩行ロボット1に内蔵された演算装置21で行う場合の他、接続されているネットワーク3上のコンピュータを使って行い、得られ補正量のデータもそこに保存するようにしてもよい。
そして、日常の運用ではメカ関節リミットを用いたキャリブレーションを行う場合、足平圧力による調整で得られた補正量によって高精度のキャリブレーションを行うことが出来るようになった。しかも、機械的リミットのキャリブレーションでありながら、機械加工精度を上げることなく補正量によって誤差を補うようにしたため、コストをかけることなくキャリブレーションの精度を上げることができた。
前記実施形態では支持脚をもつ歩行ロボットとしては、支持脚10を2本とした人間型の2足歩行ロボット1を例に挙げて説明したが、例えば支持脚を4本とした犬型ロボットであっても同様に実施できるものである。
2 圧力センサ
3 ネットワーク
10 支持脚
20 足平
21 演算装置
22 制御装置
23(11〜16) 軸モータ
25 股関節
26 膝関節
27 足首関節
28 大腿リンク
29 下腿リンク
Claims (8)
- 支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うためのものであって、
前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測するための圧力センサと、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置とを有し、
前記演算装置は、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム。 - 請求項1に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記圧力センサは、前記歩行ロボットを載せてその足平にかかる圧力を計測するものであり、その圧力センサと前記歩行ロボットの演算装置とが通信手段によって接続されたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。 - 請求項2に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記通信手段は、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記演算装置は、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。 - 支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うための方法であって、
圧力センサによって前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測し、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置が、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法。 - 請求項5に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記歩行ロボットの足平にかかる圧力の計測を台状の圧力センサに載せて計測し、その圧力センサで計測した計測データを通信手段を介して前記歩行ロボットの演算装置に送信するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。 - 請求項6に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。 - 請求項5乃至請求項7のいずれかに記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記演算装置では、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。
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