JP4840649B2 - 脚式ロボットの歩行制御方法 - Google Patents
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梶田:"ゼロモーメントポイント(ZMP)と歩行制御",日本ロボット学会誌,Vol.20,No.3,pp.229−232,2002. 高西:"上体の運動によりモーメントを補償する2足歩行ロボット",日本ロボット学会誌,Vol.11,No.3,pp348−353,1993.
脚式ロボットの歩行における運動は,(a)歩行方向に進むために生じる前後方向の体幹の動きと,(b)支持脚側に重心を移動させ,遊脚が自由に動けるように地面から持ち上げることによって生じる左右方向の体幹の横揺れ,という2種類の動きから構成されている.脚式ロボットの歩行を制御する際,これら2つの動きをSagittal面,Lateral面と呼ばれる2つの直交する鉛直平面に分離して制御する手法が知られている.その際,Sagittal面には前記(a)の動きを抽出し,Lateral面には前記(b)の動きを抽出する.従来の技術においては,Sagittal面は脚式ロボットが現在歩行している方向に沿った鉛直面として設定され,またLateral面はそれと直交する鉛直面として設定される.もしくはロボットの胴体を前後,左右に分割する鉛直面(前頭面,矢状面)をSagital面,Lateral面とする.このような平面設定を行うことで脚式ロボットの左右方向の構造的な対称性が利用できるため,制御が容易になるという利点がある.
(a)脚式ロボットの特定点の加速制御,
(b)脚式ロボットの特定点の減速制御,
(c)脚式ロボットの特定点の横揺れ制御
(体幹が横揺れに伴う特定点の横揺れの制御),
(d)脚式ロボットの特定点の高さ制御,
のために必要な力を個別に求め,これらの力を加算することにより支持脚の伸長力を決定する.その際,それぞれの制御を行うのに適した空間的な領域を設定し,その上で脚式ロボットの特定点の現在の位置がそれらの領域のうちどの領域にどの程度属しているかの度合いに応じて,前記(a)〜(d)のために個別に求めた力を加算する割合を加減して,支持脚の伸長力を決定する.以上を請求項4として記載した.
(e)上記(a)の制御のために用いる空間的な領域を目標の歩行方向(前方向)に,
(f)上記(b)の制御のために用いる空間的な領域を目標の歩行方向と逆方向(後方向)に,
(g)上記(c)の制御のために用いる空間的な領域を目標の歩行方向及び鉛直方向の両方に直交する方向(左右方向)に,
(h)上記(d)の制御のために用いる空間的な領域を鉛直上向き方向に,
それぞれ設定する.その上で脚式ロボットの特定点の現在の位置が上記4つの領域のうちどの領域にどの程度属しているかの度合いに応じて,前記(a)〜(d)のために個別に求めた力を加算する割合を加減して,支持脚の伸長力を決定する.ただし(g)の領域は左右方向となっているが,これは支持脚が右脚のときは目標の歩行方向に向かって左側にある領域を,支持脚が左脚のときは目標の歩行方向に向かって右側にある領域を用いる.以上を請求項5として記載した.
(ア)脚式ロボットの特定点のx座標
(イ)脚式ロボットの特定点の現在の速度のx成分
(ウ)脚式ロボットの特定点の現在の速度のx成分と目標歩行速度ベクトルの大きさとの偏差
具体的には上記の値をもとにP制御,PD制御,PID制御,ファジイ制御,ニューラルネットワーク制御のうちの一つ以上の手法を用いて決定する.以上を請求項6として記載した.
(エ)脚式ロボットの特定点のy座標
(オ)脚式ロボットの特定点の現在の速度のy成分
具体的には,(オ)の値に制御ゲインを乗じた値と(エ)の値とを加算した値を用いる方法,または(エ)の値と(オ)の値を入力とするファジイ制御を用いた方法,または(エ)の値と(オ)の値を入力とするニューラルネットワーク制御を用いた方法の3つのうちの一つ以上を用いて遊脚の着地目標位置のy座標を決定する.これを請求項7として記載した.
梶田,谷:"凹凸路面における動的2足歩行の制御について",計測自動制御学会論文集,Vol.27,No.2,pp.177−184,1991.
条件1.右脚支持の状態で,かつ次式を満たす場合
(A)数7で求まる力Fを支持脚の伸長力としてリニアアクチュエータを用いて出力する.
(B)センサを用いて脚式ロボットの状態を監視し,切換え条件が成立した場合は脚の切換え動作を開始する.その際遊脚の着地目標位置は数13及び数14により得られる値を用いる.
2,3,4 モータ
5 リニアアクチュエータ
6,7,8,9,10 モータ
11 リニアアクチュエータ
12,13 モータ
Claims (4)
- 脚式ロボットの歩行制御において,目標とする歩行方向と速度を表す水平方向のベクトル(以下,目標歩行速度ベクトルと呼ぶ)に平行な鉛直面(平面Aとする)と,平面Aと直交する鉛直面(平面Bとする)に歩行運動を分離し,平面Aを用いて目標の歩行方向への歩行速度に関する制御を行い,平面Bを用いて,遊脚を持ち上げることによって生じる脚式ロボットの体幹(胴体)の横方向の揺れ(以下,この振動を「体幹の横揺れ」と呼ぶ)を制御する工程を有することを特徴とする脚式ロボットの歩行制御方法.
- 脚式ロボットの全体または一部分の重心点,または脚式ロボット内の特定の点,(以下,これらの点を「脚式ロボットの特定点」と呼ぶ)を前記平面Aに射影し(この射影点を射影点aとする),平面Aにおける射影点aの現在の速度の水平成分と目標の歩行速度との偏差をもとに,支持脚の伸長力(支持脚を伸ばす力)を決定する工程を有することを特徴とする請求項1記載の脚式ロボットの歩行制御方法.
- 脚式ロボットの特定点を前記平面Bに射影し(この射影点を射影点bとする),平面Bにおける射影点bの現在の速度の水平成分と,体幹の横揺れに伴う前記特定点の横揺れに関する目標速度との偏差をもとに,支持脚の伸長力を決定する工程を有することを特徴とする請求項1記載の脚式ロボットの歩行制御方法.
- 脚式ロボットが歩行するために必要な力を支持脚の伸長によって得る際,脚式ロボットの特定点の加速制御,減速制御,横揺れ制御(体幹の横揺れに伴う前記特定点の横揺れの制御),高さ制御,のために必要な力を個別に求め,これらの力を加算することにより支持脚の伸長力を決定するが,その際,それぞれの制御を行うのに適した空間的な領域を設定し,その上で脚式ロボットの特定点の現在の位置がそれらの領域のうちどの領域にどの程度属しているかの度合いに応じて,前記加速制御,減速制御,横揺れ制御,高さ制御のために個別に求めた力を加算する割合を加減して,支持脚の伸長力を決定する工程を備えたことを特徴とする請求項1記載の脚式ロボットの歩行制御方法.
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