JP4788976B2 - 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 - Google Patents
脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4788976B2 JP4788976B2 JP2008230504A JP2008230504A JP4788976B2 JP 4788976 B2 JP4788976 B2 JP 4788976B2 JP 2008230504 A JP2008230504 A JP 2008230504A JP 2008230504 A JP2008230504 A JP 2008230504A JP 4788976 B2 JP4788976 B2 JP 4788976B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- robot
- floor
- motion
- legged
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
ところが、ロボットの姿勢の安定化制御は、ロボットの姿勢から得られる情報だけでは、脚式ロボットが立っている不整地や脚式ロボットが歩行している不整地等の状態により、例えば、脚式ロボットが片脚を踏み出そうした場合において、不整地の状態等が原因して上記床起因転倒力が大きく作用すると、脚式ロボットは容易に転倒を起こす問題がある。また、人間や環境等の外部から脚式ロボットに作用する力の状態により、例えば、脚式ロボットが人間と協調してテーブルを搬送しようとした場合において、人間が加えた不用意な力等が原因して上記外部起因転倒力が大きく作用すると、やはり脚式ロボットは容易に転倒を起こす問題がある。
しかしながら、この足裏力センサのフィードバック制御により外部起因転倒力を補償する解決方法では、常に平地上にある脚式ロボットには有効であるものの、例えば、不整地等の予期せぬ段差や傾斜した床面上にある状態の脚式ロボットにおいては、床起因転倒力までもがフィードバックされるため、より一層転倒を起こし易くなる問題がある。
しかしながら、足裏力センサのフィードバック制御により床起因転倒力を補償する解決方法では、常に単体で動作を行っている脚式ロボットには有効であるものの、例えば、人間との協調作業や、環境との接触を伴う作業を行っている脚式ロボットにおいては、これら外部から脚式ロボットに作用して転倒させようとする外部起因転倒力までもがフィードバックされるため、より一層転倒を起こし易くなる問題がある。
また、脚式ロボットの後ろから、人間や環境等により脚式ロボットに作用し転倒させようとする外部力Cが作用すると、この場合には、逆方向の転倒モーメントDとして作用するため、これに対応するためには、つまり、この転倒モーメントDを補償するには、つま先を下げるようにして対応しなければならない。
前記のように、床起因転倒力(転倒モーメントB)に対して脚式ロボットが対応しなければならない挙動と、外部起因転倒力(転倒モーメントD)に対して脚式ロボットが対応しなければならない挙動は、相反する挙動であるため、足裏力センサのフィードバック制御によって床起因転倒力もしくは外部起因転倒力のどちらかを補償する制御系では、床起因転倒力と外部起因転倒力の両者が脚式ロボットに作用する場合、相反する挙動によって、より一層転倒を起こし易くなる問題が発生する。
上記本発明の具体的な実施形態によれば、上記慣性力検出装置で検出される力と、動作生成装置で作り出そうとしている力の加減算により、脚式ロボットに作用する転倒合力が検出される。
このような本発明の方法及び外乱検出装置によれば、動作生成装置と動作補償装置と慣性力検出装置により、脚式ロボットに作用し転倒させようとする転倒合力を検出し、補償することが可能となる。
<1.脚式ロボットの基本構成及び床起因転倒力や外部起因転倒力の分離検出>
図1は、本発明に基づいて床起因転倒力と外部起因転倒力とを分離して検出する装置等を備えた脚式ロボットの構成を原理的に示すものである。
この脚式ロボットは、胴体7に慣性力検出装置5を備え、その胴体7を支える脚リンク6a,6bの下端の足部に足裏力検出装置4及び力分離装置1を設け、上記脚リンク6a,6b及び足部を、アクチュエータ8a,8b,8cを介して相互に連結したものである。
これらの足裏力検出装置4及び力分離装置1に関しては、それぞれ任意の機構を採用することができるが、以下に説明するように、それらが一体化された装置とすることができる。この一体化された装置は、本発明者らが先に低剛性力検出装置(特願2002−10018)として提案しているものである。
このような力分離装置1は、3軸の並進力と3軸のモーメントを含む足裏力から特定軸の力のみを検出できるものであり、しかも、足裏力検出装置4の機能をも備え、また、低剛性部材3により衝撃吸収機能をも兼備するものである。
この足裏力検出装置では、4組の低剛性部材3内の検出器において検出した検出信号に基づき、簡単に特定軸の力あるいはトルクを算出することができる。
更に、高剛性方向であるX軸方向及びY軸方向に働く水平力や、高剛性回転成分である鉛直軸(Z軸)の回りのトルクは、例えば、ストッパー31に歪ゲージを貼り付けて計測することが可能である。
このような力分離装置1を足部と床面との間に介設することにより、以下に示す制御系の実施例に示すごとく、床起因転倒力と外部起因転倒力を分離して検出することが可能となる。
図3は、本発明の原理に基づいて床起因転倒力の検出を行なう第1の制御系の構成を示すものである。
同図は、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置11と、アクチュエータ8a,8b,8cによって構成される力発生装置12と、脚式ロボットが床面から受ける足裏力によって変位する力分離装置1と、足裏から受ける3軸の並進力と3軸の回転モーメントの少なくとも1軸を検出する足裏力検出装置4との間の信号の授受関係を示すもので、具体的には、足裏力検出装置4と動作生成装置11からの信号の加減算に基づき床起因転倒力を検出する態様を示している。
(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
=(床からロボットを押す力)+(ロボットが基板2aを引き上げようとする力)により発生している。
(床からロボットを押す力)
=(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
−(ロボットが基板2aを引き上げようとする力)
=(足裏力検出装置4で検出される足裏力)
−(動作生成装置11で発生しようとしている足裏力)
により、床からロボットを押す力(床起因転倒力)のみを検出することができる。
すなわち、図3のようなアルゴリズムで、床からロボットを押す力(床起因転倒力)のみを検出することができる。
なお、図3においてフィルター13を図示しているが、これは足裏力検出装置4の出力にノイズが激しくのっている場合に介設するものであり、ノイズが激しくない場合はフィルター13を取り外しても良い。これは以下に説明する各制御系において備えているフィルター13についても同様である。
図4について説明すると、この脚式ロボットの制御系では、足裏から受ける3軸の並進力と3軸の回転モーメントのうちの少なくとも1軸を検出する足裏力検出装置4と、ロボットの動作を生成する動作生成装置11と、動作生成装置からの指令を補正する動作補償装置14と、前記アクチュエータ8a〜8cによって構成される力発生装置12と、ロボットが床面から受ける足裏力によって変位する力分離装置1とを備えている。
この制御系でも、図3の原理と同じく、足裏力検出装置4で検出される足裏力と、動作補償装置14で発生しようとしている足裏力との加減算から、床起因転倒力の検出・補償値のみを検出し、この検出・補償値を他のセンサ情報(フィードバック信号)15と共に動作生成装置にフィードバックして、動作生成装置の指令を動作補償装置14にて補正すると同時に、床起因転倒力の補償が行なわれる。
この制御系では、図4とほぼ同様の構成を備えているが、床起因転倒力の検出アルゴリズムと床起因転倒力の補償アルゴリズムに違いがある。図4の第2の制御系の床起因転倒力の検出アルゴリズムは、図3と同様のアルゴリズムで直接的に床起因転倒力を検出し、検出した床起因転倒力を用いて前向き補償的に動作生成装置を補正することにより床起因転倒力を補償している。一方、図5の第3の制御系の床起因転倒力の検出アルゴリズムは、先ず動作生成装置からの指令を他のセンサ情報を用いて補正する動作補償装置14aを設け、次に床起因転倒力を閉ループ補償的に補償するために動作補償装置14aの出力を再補正する動作補償装置14bを設けて、床起因転倒力を補償し、床起因転倒力の補償信号である再補正値から間接的に床起因転倒力を検出している。
(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
=(床からロボットを押す力)
+(動作生成装置11により基板2aを引き上げようとする力)
+(他のセンサフィードバック信号15により基板2aを引き上げようとする力)
+(動作補償装置14aを再補正する信号により基板2aを引き上げようとする力)
により発生している。
(足裏力検出装置4で検出される力)
=(床からロボットを押す力)
+(動作補償装置14aにより基板2aを引き上げようとする力)
+(動作補償装置14aを再補正する信号により基板2aを引き上げようとする力)
なる関係が、この制御系では常に成立している。
(床からロボットを押す力)
=−(動作補償装置14aを再補正する信号により基板2aを引き上げようとする力)
なる関係が、この制御系では常に成立していることになり、動作補償装置14aの出力に加減算される再補正信号によって、床起因転倒力が検出することが出きることが分かる。
図6は、本発明の原理に基づいて床面状況の検出を行なう第1の制御系の構成を示したものである。
図6について説明すると、この制御系では、足裏から受ける3軸の並進力と3軸の回転モーメントのうちの少なくとも1軸を検出する足裏力検出装置4と、ロボットの動作を生成する動作生成装置11と、脚式ロボットが床面から受ける足裏力によって変位する力分離装置1と、アクチュエータ8a,8b,8cによって力分離装置1の基板2aを位置制御する基板2a制御装置を備え、先ず動作生成装置11で作り出される足裏位置と力分離装置1の剛性モデルとの積から動作生成装置11で作り出そうとしている床面への操作力を求め、次にその積である床面への操作力と足裏力検出装置4の出力との加減算値から脚式ロボットが立っている不整地等の予期せぬ段差や傾斜からロボットを転倒させようとしている力(床起因転倒力)を求めた後、その検出した床起因転倒力と力分離装置1のコンプライアンスモデルとの積から床面状況を検出している。
なお、図6において力分離装置1剛性を図示しているが、これは基板2a位置制御装置17による足裏での動作や床面の段差や傾斜角によって、ロボットの足裏と床面の間に発生する力を表現するため、力分離装置1の一部を抽出して図示しているものである。これは、以下に説明する各制御系においても同様である。
(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
=(床からロボットを押す力)+(ロボットが基板2aを引き上げようとする力)
により発生している。
ここで、左辺は足裏力検出装置4が介設されていれば検出可能であり、右辺第2項もロボットの動作生成装置11で作り出される足裏位置と力分離装置1の剛性モデルとの積から知ることができるため、図示のようなアルゴリズムで、床からロボットを押す力(床起因転倒力)のみを検出することができる。
(床起因転倒力)=(力分離装置1の剛性)×(床面の予期せぬ段差や傾斜角)
により発生している。
ここで、右辺第1項の力分離装置1の剛性は、力分離装置1を構成している低剛性部材3の弾性係数を予め測定しておけば、力分離装置1の弾性を知ることができる。具体的には、例えば低剛性部材3がn個、同心円上に等間隔に配置されている力分離装置1では、その力分離装置1の平進及び回転の剛性は、それぞれ、
(力分離装置1の平進剛性)=n×(低剛性部材3の平進剛性)
(力分離装置1の回転剛性)=(n/2)×(低剛性部材3の平進剛性)
×(低剛性部材3の配置半径)2
により求めることができ、また力分離装置1のコンプライアンスは、
(力分離装置1の平進コンプライアンス)=(力分離装置1の平進剛性)−1
(力分離装置1の回転コンプライアンス)=(力分離装置1の回転剛性)−1
により求めることができる。そのため、図示のようなアルゴリズムで、床面(基板2b)の段差や傾斜などの床面状況のみを検出することができる。
図7について説明すると、この制御系は、上記図6と同様の構成を備えているが、図6では前記のように床起因転倒力を一旦検出してから床面状況を検出しているのに対し、図7では力分離装置1のコンプライアンスモデルのみを用いて直接的に床面状況を検出している点で相違している。
(低剛性部材3の分離装置1の圧縮力)
=(低剛性部材3の弾性)×(両基板2a,2bの歪量)
により発生している。
ここで、左辺は足裏力検出装置4が介設されていれば検出可能であり、右辺第1項も低剛性部材3の弾性係数を予め測定しておけばその弾性を知ることができるため、両基板2a,2b間の歪量を検出することができる。さらには、両基板2a,2b間の歪量は、
(両基板2a,2bの歪量)
=(基板2bの位置)−(基板2aの位置)
であり、右辺第二項は動作生成装置11で発生しようとしている足裏(基板2a)の位置から知ることができるため、図示のようなアルゴリズムで、足裏の基板2bの位置、すなわち、床面の段差や傾斜などの床面状況のみを検出することができる。
図8の検出・補償及び装置について説明すると、この制御系は、図6の制御系において出力される床面の段差や傾斜などの床面状況を、他のセンサ情報(フィードバック信号)15と共に動作生成装置11にフィードバックするようにしたものであり、このフィードバックにより、図4の場合と同様にフィードバック制御されるので、それらの説明を援用してここでは詳細な説明を省略する。
この制御系は、図7の制御系において出力される床面の段差や傾斜などの床面状況を、他のセンサ情報(フィードバック信号)15と共に動作生成装置11にフィードバックするようにしたものであり、このフィードバックにより、図4の場合と同様にフィードバック制御されるので、それらの説明を援用してここでは詳細な説明を省略する。
この制御系は、図5の制御系を床面状況の検出・補償に適用したものであり、ゲイン16において出力される床面の段差や傾斜角などの床面状況を動作補償装置14aにフィードバックするようにし、また、上記床面状況の検出・補償への適用に伴って、制御系内に力分離装置1の剛性モデルの介装を行なっている。
なお、この制御系の基本的構成は図5の制御系と原理的に共通性があるので、それらの点に関しては図5の制御系の説明を援用し、ここでは詳細な説明を省略する。
この制御系は、図5の制御系を床面状況の検出・補償に適用したものであり、足裏力検出装置4で検出される力と力分離装置1のコンプライアンスモデルの積により求まる力分離装置の歪量(両基板2a,2bの歪量)と、動作補償装置14aで発生しようとしている足裏の位置(基板2aの位置)とを加減算し、その加減算値がゼロとなるように動作補償装置14aの出力を動作補償装置14bにて再補正することにより、その床面状況による転倒を補償すると同時に、動作補償装置14aの出力を再補正する値から脚式ロボットが立っている不整地等の予期せぬ段差や傾斜の床面状況を検出するようにしている。
なお、この制御系も基本的構成が図5の制御系と原理的に共通性があるので、それらの点に関しては図5の制御系の説明を援用し、ここでは詳細な説明を省略する。
図12は、本発明の外部起因転倒力検出を行なう第1の制御系の構成を示したものである。
図12について説明すると、この制御系では、足裏力検出装置4と、3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボット速度若しくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボット位置を検出する慣性力検出装置5と、脚式ロボットが床面から受ける足裏力によって変位する力分離装置1を備え、上記足裏力検出装置4と慣性力検出装置5の出力から、外部から脚式ロボットに作用して転倒させようとする外部起因転倒力を検出し、更に具体的には、上記慣性力検出装置5で検出される力と、足裏力検出装置4で検出される力の加減算により、外部起因転倒力を検出するようにしている。
(ロボットの慣性)×(ロボットの加速度)
=(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
+(ロボットの胴体7に印加される外部起因力)
なる(6次元の)運動方程式で記述される運動を行なう。
ここで、左辺はロボットの胴体7に慣性力検出装置5が介設されていれば検出可能であり、右辺第1項も足裏力検出装置4が介設されていれば検出可能であることから、右辺第2項に関して整理した式:
(ロボットの胴体7に印加される外部起因力)
=(ロボットの慣性)×(ロボットの加速度)
−(低剛性部材3を備える力分離装置1の圧縮力)
=(慣性力検出装置5で検出される慣性力)
−(足裏力検出装置4で検出される足裏力)
により、ロボットに印加される外部起因力(外部起因転倒力)のみを検出することができる。
すなわち、図12のような制御系のアルゴリズムで、ロボットに印加される外部起因力(外部起因転倒力)を検出することができる。
この制御系について詳しい説明は、図4の制御系において図3の制御系にフィードバック系を付したのと同様に、図12の制御系にフィードバック系を付したものであり、そのため、それらの説明を援用してここでは説明を省略する。
図14は、本発明に基づいて床起因転倒力と外乱起因転倒力を個々に検出し、これら外乱を補償する制御系についての構成図である。
この制御系は、本発明に基づいて床起因転倒力の検出・補償を行なう第2の制御系(図4)と、本発明に基づいて外部起因転倒力の検出・補償を行なう第2の制御系(図13)を統合したものである。従って、床起因転倒力と外部起因転倒力を分離して個別に検出し、補償をすることができる。
個々の外乱の検出・補償の原理に関しては、図4と図13の制御系の場合と全く同じ原理であり、その説明を援用してここでは説明を省略する。
なお、図5と図13、図8と図13、図9と図13、図10と図13、図11と図13等のような組み合わせでも、脚式ロボットの転倒の一要因である床起因外乱と他の転倒の要因である外部起因外乱を分離して検出・補償した制御系を構成することができる。この点に関しては、説明の重複になるので、ここでは更なる詳細な説明は省略する。
図15は、本発明の床起因転倒力と外部起因転倒力の合力である転倒合力の検出を行なう第1の制御系の構成を示したものである。
この制御系では、ロボットの動作を生成する動作生成装置11と、3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボット速度若しくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボット位置を検出する慣性力検出装置5とを備え、動作生成装置11と慣性力検出装置5から、脚式ロボットが立っている不整地等の予期せぬ床面がロボットを転倒させようとする床起因転倒力と、外部から脚式ロボットに作用し転倒させようとする外部起因転倒力との合力である転倒合力を検出するようにしている。更に具体的には、上記慣性力検出装置5で検出される力と、動作生成装置11で作り出そうとしている力の加減算により、脚式ロボットに作用する転倒合力を検出するようにしている。
(ロボットの慣性)×(ロボットの加速度)
=(ロボットが基板2aを引き上げようとする力)+(床からロボットを押す力)
+(ロボットの胴体7に印加される外部起因力)
なる(6次元の)運動方程式で記述される運動を行なう。
ここで、左辺はロボットの胴体7に慣性力検出装置5が介設されていれば検出可能であり、右辺第1項もロボットの動作生成装置11で発生しようとしている足裏力から知ることができる。一方、右辺第2項と右辺第3項の和はロボットに作用する転倒合力であり、右辺第2項と右辺第3項に関して整理した式:
(床からロボットを押す力)+(ロボットの胴体7に印加される外部起因力)
=(ロボットの慣性)×(ロボットの加速度)
−(ロボットが基板2aを引き上げようとする力)
∴(ロボットに作用する転倒合力)
=(慣性力検出装置5で検出される慣性力)
−(動作生成装置11で作り出そうとしている力)
により、ロボットに作用する転倒合力を検出することができる。
すなわち、図15の制御系のようなアルゴリズムで、脚式ロボットに作用し転倒させようとする転倒合力、即ち上記床起因転倒力と外部起因転倒力の合力を検出することができる。
この制御系について詳しい説明は、図4の制御系において図3の制御系にフィードバック系を付したのと同様に、図15の制御系にフィードバック系を付したものであり、そのため、それらの説明を援用してここでは説明を省略する。
この制御系は、図5の制御系を転倒合力の検出・補償に適用したものであり、ゲイン16において出力される転倒合力を用いて動作補償装置14aの出力を動作補償装置14bにて再補正することにより、脚式ロボットに作用し転倒させようとする転倒合力、即ち上記床起因転倒力と外部起因転倒力の合力を補償すると同時に、その再補正値により転倒合力の検出を行っている。
なお、この制御系の基本的構成は図5の制御系と原理的に共通性があるので、それらの点に関しては図5の制御系の説明を援用し、ここでは詳細な説明を省略する。
図18は、本発明の各脚外乱検出方法及び装置の第1の制御系を示したもので、特に、n本の脚から構成される多脚ロボットの第1足に作用する床起因転倒力の検出を行なう制御系を示すものである。
この装置における力分配装置21aは、脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令を各脚に分配し、各脚の足裏で発生させようとする指令を算出するものである。この力配分装置21aにより作り出される第i番目(1≦i≦n)の足裏で発生しようとしている力と、第i番目の足裏に介設された足裏力検出装置で検出される力とを加減算することから、第i番目の脚に作用する床起因転倒力が検出される。この力分配装置21aにより分配された「各脚の足裏で発生させようとしている指令」の総和は、言うまでもなく、脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令となるように力分配装置21aは構成されている。
また、図18の場合と同じように、力分配装置21aを介設し、図6や図7に示した制御系の原理に従って制御を行なえば、第1足の足裏の床面状況を検出することができる。
この点に関しては、説明の重複になるので、ここでは更なる詳細な説明は省略する。
この装置における力分配装置21bは、慣性力検出装置5で検出されたロボットの慣性力を各脚に分配し、各脚毎が作り出したロボットの慣性力を算出するものである。等価的に算出された「各脚毎が作り出したロボットの慣性力」の総和は、言うまでもなく、脚式ロボット全体に作用している慣性力となるように力分配装置21bは構成されている。
なお、この図19の制御系において、第1足に等価的に作用する外部起因転倒力の検出方法及び装置の原理は、図12の制御系の場合と実質的に同じであるから、その説明を援用してここでは説明を省略する。
この図20の制御系は、第1足に作用する床起因転倒力の検出・補償を行なう図18の制御系に、図4と同じフィードバック系を付加したものであるから、ここではそれらの説明を援用して説明を省略する。
なお、図20の力分配装置21aは、図18の力分配装置21aと同じで、脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令を、各脚の足裏で発生させようとする指令に分配するものである。各脚の足裏で発生させようとしている指令の総和は、脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令である。
図21の制御系は、図19の制御系にフィードバック系を付加したもので、この制御系における力分配装置21bは、図19の力分配装置21bと同じであり、慣性力検出装置5で検出されたロボットの慣性力を各脚に分配し、各脚毎が作り出したロボットの慣性力を算出するものである。等価的に算出された「各脚毎が作り出したロボットの慣性力」の総和は、脚式ロボット全体に作用している慣性力である。
図21において、第1足に等価的に作用する外部起因転倒力の検出・補償の原理は、図13の制御系の場合と実質的に同じであるから、その説明を援用してここでは説明を省略する。
図22は、本発明の検出外乱誤差低減検出方法及び装置の第1の制御系の構成を示したもので、特に、n本の脚から構成される多脚ロボットの第1足に作用する床起因転倒力検出時にその誤差を低減する検出外乱低減検出を行なう制御系を示している。
検出誤差低減装置22aの一つの具体的実施例は、動作生成装置11により脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令により、足裏が床面から浮かないように、その指令の上下にリミットで指令を飽和させるように構成される。しかしながら、足裏を浮かないように指令を飽和させておいても、外部起因転倒力等により、脚式ロボットが床面から浮いてしまう場合がある。その際、誤検出をしない働きをするのが、検出誤差低減装置22bである。
検出誤差低減装置22bの一つの具体的実施例は、第i番目(1≦i≦n)の足裏に介設された足裏力検出装置4から、脚式ロボットの第i番目の足裏が浮いてしまったか判断し、第i番目の足裏が浮いてしまった場合には、検出装置の入力信号である「第i番目の足裏で発生させようとする指令」を強制的に零にする。これにより、誤検出を防止することができる。
この制御系により、脚式ロボットは床面から浮き難くなると同時に、例え床面から浮いてしまう場合においても誤検出を避けることができるため、検出外乱誤差の低減が可能となる。
検出誤差低減装置22aの二つ目の具体的実施例は、上記検出誤差低減装置22bの動作内容自身を、この検出誤差低減装置22aに持たせる方法である。
これにより、脚式ロボットは床面から浮き難くなると同時に、例え床面から浮いてしまった場合においても誤検出を避けることができ、空中でのロボットの余計な動作を停止することができ、検出外乱誤差の低減が可能となる。
また、図22と同じように、誤差検出低減装置22を介設し、図6や図7の原理に従って制御すれば、第1足の足裏の床面状況検出誤差を低減して検出することができる。
図23の検出誤差低減装置23は、検出外乱の誤差を低減する働きのある装置で、具体的には図22に関連して説明した検出誤差低減装置22aの二つ目の具体的実施例として構成できるものであり、他のセンサ情報15により動作生成装置11を補正した動作補償装置14が算出する「脚式ロボットの足裏全体で発生させようとしている指令」によって足裏が床面から浮かないように、その指令の上下にリミットで指令を飽和させると同時に、足裏力検出装置4から足裏が床面から浮いたと判断された場合にはその指令をゼロにする装置である。
これにより、脚式ロボットは床面から浮き難くなると同時に、例え床面から浮いてしまった場合においても誤検出を避けることができ、空中でのロボットの余計な動作を停止することができ、検出外乱誤差の低減が可能となる。
また、第1足に作用する床起因転倒力の検出誤差を低減し、第1足に作用する床起因転倒力の検出・補償の他の原理として、図23以外にも、図5と同じ原理が考えられるが、説明の重複になるのでここでは説明を省略する。
また、図23と同じように、検出誤差低減装置23を介設し、図8〜図11の原理に従
えば、第1足の足裏の床面状況検出誤差を低減して検出し、補償することができる。
4 足裏力検出装置
5 慣性力検出装置
7 胴体
11 動作生成装置
12 力発生装置
13 フィルター
14 動作補償装置
16 ゲイン
21,21a,21b 力分配装置
Claims (6)
- 脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成するとともに、生成した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作生成装置
を備えた脚式ロボットにおいて、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、上記動作生成装置で発生しようとしている足裏力の加減算から、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を検出する
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法。 - 請求項1に記載の方法を実施するための装置であって、
脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成するとともに、生成した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作生成装置
を備え、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、上記動作生成装置で発生しようとしている足裏力の加減算から、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を検出する
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出装置。 - 脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成する動作生成装置と、
上記動作生成装置からの指令を補正するとともに、補正により修正した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作補償装置
を備えた脚式ロボットにおいて、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、上記動作補償装置で発生しようとしている足裏力の加減算から、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を検出すると同時に、
その検出した転倒合力を他のセンサ情報と共にフィードバックし、動作生成装置の指令を動作補償装置にて補正し、転倒合力を補償する
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法。 - 請求項3に記載の方法を実施するための装置であって、
脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成する動作生成装置と、
上記動作生成装置からの指令を補正するとともに、補正により修正した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作補償装置
を備え、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、上記動作補償装置で発生しようとしている足裏力の加減算から、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を検出すると同時に、
その検出した転倒合力を他のセンサ情報と共にフィードバックし、動作生成装置の指令を動作補償装置にて補正し、転倒合力を補償する
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出装置。 - 脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成する動作生成装置と、
上記動作生成装置からの指令を補正するとともに、補正により修正した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作補償装置
を備えた脚式ロボットにおいて、
動作補償装置は、上記動作生成装置からの指令を他のセンサ情報を用いて補正する第一動作補償装置と、第一動作補償装置の出力を再補正する第二動作補償装置からなり、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、第一動作補償装置で発生しようとしている足裏力の加減算を行い、その加減算値に基づき、第一動作補償装置の出力を第二動作補償装置で再補正することによって、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を補償すると同時に、
その第一動作補償装置の出力を再補正する値から、転倒合力を検出する、
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法。 - 請求項5に記載の方法を実施するための装置であって、
脚式ロボットの脚が接続された脚式ロボットの胴体に関する3軸の並進加速度と3軸の回転角加速度のうちの少なくとも1軸についてのロボット慣性力、あるいはそのロボット慣性力を等価的に算出できる3軸の並進速度と3軸の回転角速度のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体速度もしくは3軸の並進位置と3軸の回転姿勢のうちの少なくとも1軸のロボットの胴体位置を検出する慣性力検出装置と、
想定する床面に対してロボットが転倒しない動作を生成する動作生成装置と、
上記動作生成装置からの指令を補正するとともに、補正により修正した動作で発生しようとしている足裏力を出力する動作補償装置
を備え、
上記動作補償装置は、上記動作生成装置からの指令を他のセンサ情報を用いて補正する第一動作補償装置と、第一動作補償装置の出力を再補正する第二動作補償装置からなり、
上記慣性力検出装置で検出される慣性力と、第一動作補償装置で発生しようとしている足裏力の加減算を行い、その加減算値に基づき、第一動作補償装置の出力を第二動作補償装置で再補正することによって、
上記動作生成装置が想定していた床面と脚式ロボットが実際に立脚している床面の誤差を起因として、脚式ロボットの床面に接地している足裏を介して床面が脚式ロボットを転倒させようとする力である床起因転倒力と、脚式ロボットの胴体に作用する力の内、足裏を介して胴体に作用する力を除き、外部から胴体に作用する力である外部起因転倒力との合力である転倒合力を補償すると同時に、
その第一動作補償装置の出力を再補正する値から、転倒合力を検出する、
ことを特徴とする脚式ロボットの動作制御のための外乱検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008230504A JP4788976B2 (ja) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008230504A JP4788976B2 (ja) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003354492A Division JP4336774B2 (ja) | 2003-10-15 | 2003-10-15 | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008290247A JP2008290247A (ja) | 2008-12-04 |
JP4788976B2 true JP4788976B2 (ja) | 2011-10-05 |
Family
ID=40165490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008230504A Expired - Fee Related JP4788976B2 (ja) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4788976B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3148827B2 (ja) * | 1992-04-30 | 2001-03-26 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
JP3629133B2 (ja) * | 1997-01-31 | 2005-03-16 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
JP3726058B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2005-12-14 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置 |
JP4109456B2 (ja) * | 2002-01-18 | 2008-07-02 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 低剛性力検出装置 |
-
2008
- 2008-09-09 JP JP2008230504A patent/JP4788976B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008290247A (ja) | 2008-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101112501B1 (ko) | 이동체의 제어장치 | |
US6289265B1 (en) | Controller for legged mobile robot | |
US5404086A (en) | System for controlling locomotion of legged mobile robot and correcting inclinometer's output thereof | |
US6963185B2 (en) | System for estimating attitude of leg type moving robot itself | |
US6505096B2 (en) | Posture control system of legged mobile robot | |
US5402050A (en) | Locomotion control system for mobile robot | |
US6920374B2 (en) | Floor shape estimation system of legged mobile robot | |
US7112938B2 (en) | Attitude control device of mobile robot | |
US7379789B2 (en) | Gait generating device of legged mobile robot and legged mobile robot controller | |
EP1514777B1 (en) | Control system of legged mobile robot | |
US6922609B2 (en) | Floor shape estimation system of legged mobile robot | |
JP3148827B2 (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
JP3148829B2 (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
WO2006025135A1 (ja) | 脚式移動ロボット | |
JP3148828B2 (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
JP3148830B2 (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
JP4336774B2 (ja) | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 | |
JP4788976B2 (ja) | 脚式ロボットの動作制御のための外乱検出方法及びその装置 | |
JP2008119763A (ja) | 二足歩行ロボットの制御装置 | |
JP5040693B2 (ja) | 脚式ロボット、及びその制御方法 | |
JPH0631658A (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
JP3024027B2 (ja) | 脚式移動ロボット用傾斜センサの出力補正装置 | |
JP4237130B2 (ja) | 脚式移動ロボットの制御装置 | |
JP2009101497A (ja) | 脚式ロボット、及びその制御方法 | |
JP4946566B2 (ja) | 歩行ロボット及び歩行制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080911 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110301 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110425 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110524 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110705 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110706 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140729 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4788976 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140729 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |