JP4905041B2 - Robot controller - Google Patents

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この発明は、ロボットの歩行を制御するロボット制御装置に関し、特に、歩行環境の変化を検出してロボットを環境変化に対応させることができるロボット制御装置に関するものである。   The present invention relates to a robot control device that controls walking of a robot, and more particularly to a robot control device that can detect a change in a walking environment and make the robot respond to the environmental change.

近年、ヒューマノイドロボット、特にヒューマノイドロボットの歩行は数多くの研究者の注意を引いている。このヒューマノイドロボットの歩行に関する研究の大部分は、ZMP(Zero Moment Point)規範を用いている。このZMP規範は、支持多角形の内部にZMPを留めるように制御する。このアプローチでは、ヒューマノイドロボットやロボットの周囲環境を正確にモデリングし、微分方程式を解くことになる。ところが、このモデリングはアンノウンな要素がある場合には難しくなる。さらに、微分方程式を解くのに時間がかかるため、リアルタイム制御は困難なものとなる。   In recent years, the walking of humanoid robots, especially humanoid robots, has attracted the attention of many researchers. Most of the research on the walking of this humanoid robot uses the ZMP (Zero Moment Point) norm. This ZMP norm controls to keep the ZMP inside the support polygon. In this approach, the humanoid robot and the surrounding environment of the robot are accurately modeled and the differential equation is solved. However, this modeling becomes difficult when there are unknown elements. Furthermore, since it takes time to solve the differential equation, real-time control becomes difficult.

ひとつのアプローチとして、ZMP規範を用いない方法がある。たとえば、ロボットの可動部の周期運動を利用して、ロボットの姿勢が安定するよう周期運動の位相を調節する従来技術がある(特許文献1を参照)。ここで、可動部とは、ロボットの脚や腕である。   One approach is to not use the ZMP norm. For example, there is a conventional technique that uses the periodic motion of a movable part of a robot to adjust the phase of the periodic motion so that the posture of the robot is stabilized (see Patent Document 1). Here, the movable part is a leg or arm of the robot.

また、ヒューマノイドロボットやロボットの周囲環境のモデリングを不要としつつ、ヒューマノイドロボットがさまざまな運動を安定して行うことができるよう効率的に制御することができる技術が特願2005−376459に記載されている。   Japanese Patent Application No. 2005-37659 describes a technique that allows a humanoid robot to efficiently perform various motions while eliminating the need for modeling the humanoid robot and the surrounding environment of the robot. Yes.

特開2005−96068号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-96068

しかしながら、かかる従来技術には、歩行面に障害物が置かれている場合や歩行面に段差がある場合など歩行環境に変化がある場合に、ヒューマノイドロボットは周期運動を継続することが不可能となるため、ヒューマノイドロボットを制御下に置くことができないという問題がある。   However, in this conventional technology, when there is a change in the walking environment, such as when an obstacle is placed on the walking surface or there is a step on the walking surface, the humanoid robot cannot continue the periodic motion. Therefore, there is a problem that the humanoid robot cannot be placed under control.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、歩行環境の変化を検出してロボットを環境変化に対応させることができるロボット制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and it is an object of the present invention to provide a robot control device capable of detecting a change in a walking environment and adapting the robot to the environmental change. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、発明は、ロボットの歩行を制御するロボット制御装置であって、ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御する歩行動作制御手段と、前記予め定められた歩行動作の継続を不可能とする歩行環境の変化を検出し、該検出した変化に対応して前記歩行動作制御手段による歩行動作の制御を修正する反射制御手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a robot control apparatus that controls walking of a robot, and includes a plurality of different time points including at least a reference posture in which the robot stands alone without falling down. Control information is generated based on the posture of the robot, and a walking motion control means for controlling the robot to perform a predetermined walking motion, and a change in the walking environment that makes the continuation of the predetermined walking motion impossible. Reflection control means for detecting and correcting control of walking motion by the walking motion control means in response to the detected change.

発明によれば、ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御し、予め定められた歩行動作の継続を不可能とする歩行環境の変化を検出し、検出した変化に対応して歩行動作の制御を修正するよう構成したので、歩行環境の変化に対応した制御を行うことができる。 According to the present invention, control information is generated based on postures at a plurality of different times including at least a reference posture where the robot stands alone without falling, and control is performed so that the robot performs a predetermined walking motion. Since it is configured to detect a change in the walking environment that makes it impossible to continue the predetermined walking motion, and to correct the control of the walking motion in response to the detected change, the control corresponding to the change in the walking environment It can be performed.

また、発明において、前記反射制御手段は、ロボットの脚が着地する場所に置かれた障害物の存在を検出すると、支持脚へのローリング動作とスイングした脚をスイング前の位置に戻す動作を行うように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする。 In the present invention, when the reflection control means detects the presence of an obstacle placed at the place where the robot's leg lands, the reflection control means performs a rolling operation to the support leg and an operation to return the swinging leg to the position before the swing. The walking motion control means is instructed to carry out.

発明によれば、ロボットの脚が着地する場所に置かれた障害物の存在を検出すると、支持脚へのローリング動作とスイングした脚をスイング前の位置に戻す動作を行うように制御することとしたので、障害物に対応した制御を行うことができる。 According to the present invention, when the presence of an obstacle placed at the place where the robot leg lands is detected, control is performed so as to perform a rolling operation to the support leg and an operation to return the swinging leg to the position before the swing. Therefore, control corresponding to the obstacle can be performed.

また、発明において、前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が低くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地動作を継続するように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする。 In the present invention, when the reflection control means detects that the walking surface on which the robot walks is lowered, the reflection control means instructs the walking action control means to extend the walking action time and continue the landing action. Features.

発明によれば、ロボットが歩行する歩行面が低くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地動作を継続するように制御することとしたので、歩行面の低下に対応した制御を行うことができる。 According to the present invention, when it is detected that the walking surface on which the robot walks is low, the walking operation time is lengthened and the landing operation is controlled so that the control corresponding to the decrease in the walking surface is performed. It can be carried out.

また、発明において、前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が高くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地する脚を高く上げるように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする。 Further, in the present invention, when the reflection control means detects that the walking surface on which the robot walks is high, the reflection control means instructs the walking movement control means to lengthen the walking movement time and raise the landing leg. It is characterized by.

発明によれば、ロボットが歩行する歩行面が高くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地する脚を高く上げるように制御することとしたので、歩行面の上りの段差に対応した制御を行うことができる。 According to the present invention, when it is detected that the walking surface on which the robot walks is high, the walking operation time is lengthened and control is performed to raise the landing leg. Control can be performed.

また、発明において、前記反射制御手段は、ロボットが保持していた荷物の重さが突然変化したとき、ジャイロフィードバック制御のゲインを所定の値まで減少し、足首および腰を回転させるように歩行動作制御手段に指示することを特徴とする。 In the present invention, the reflection control means may be configured to reduce the gain of the gyro feedback control to a predetermined value and rotate the ankle and waist when the weight of the load held by the robot suddenly changes. The operation control means is instructed.

発明によれば、ロボットが保持していた荷物の重さが突然変化したとき、ジャイロフィードバック制御のゲインを所定の値まで減少し、足首および腰を回転させるよう制御することとしたので、荷物の落下に対応した制御を行うことができる。 According to the present invention, when the weight of the load held by the robot suddenly changes, the gain of the gyro feedback control is reduced to a predetermined value and the ankle and the waist are controlled to rotate. It is possible to perform control corresponding to the fall of the

本発明によれば、歩行環境の変化に対応した制御を行うので、ロボットを歩行環境の変化に対応させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, since the control corresponding to the change of the walking environment is performed, there is an effect that the robot can be adapted to the change of the walking environment.

また、本発明によれば、障害物に対応した制御を行うので、ロボットを障害物に対応させることができるという効果を奏する。   In addition, according to the present invention, since control corresponding to an obstacle is performed, there is an effect that the robot can correspond to the obstacle.

また、本発明によれば、歩行面の低下に対応した制御を行うので、ロボットを歩行面の低下に対応させることができるという効果を奏する。   Further, according to the present invention, since control corresponding to a decrease in the walking surface is performed, there is an effect that the robot can be adapted to the decrease in the walking surface.

また、本発明によれば、歩行面の上りの段差に対応した制御を行うので、ロボットを歩行面の上りの段差に対応させることができるという効果を奏する。   Further, according to the present invention, the control corresponding to the up step on the walking surface is performed, so that the robot can be made to correspond to the up step on the walking surface.

また、本発明によれば、荷物の落下に対応した制御を行うので、ロボットを荷物の落下に対応させることができるという効果を奏する。   Further, according to the present invention, since control corresponding to the fall of the load is performed, there is an effect that the robot can respond to the fall of the load.

以下に添付図面を参照して、この発明に係るロボット制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、ここでは、2本脚のヒューマノイドロボットをロボットの例として取り上げるが、4本脚のロボットなど、その他のロボットに対して本発明を適用することとしてもよい。   Exemplary embodiments of a robot control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Here, a two-legged humanoid robot is taken as an example of a robot, but the present invention may be applied to other robots such as a four-legged robot.

図1は、本実施例に係るロボット歩行を説明する図である。ここで、ロボットの右脚は実線で、ロボットの左脚は点線で表されている。ここでは、あらかじめロボットの歩行運動中のさまざまな姿勢を定義する複数のフレームPiがロボット制御装置に設定される。正確には、フレームはロボットの関節の角度などのパラメータを定義する。   FIG. 1 is a diagram illustrating robot walking according to the present embodiment. Here, the right leg of the robot is represented by a solid line, and the left leg of the robot is represented by a dotted line. Here, a plurality of frames Pi defining various postures during the walking motion of the robot are set in advance in the robot control device. To be precise, the frame defines parameters such as the angle of the joints of the robot.

図1では、P0からP11までの12のフレームが設定されている。ただし、このフレーム数は任意である。フレームP0は、ロボットが倒れることなく単独で立っている歩行前の姿勢を表している。フレームP1,P6,P11は、ロボットが倒れることなく単独で立って、動かないでいる姿勢である。   In FIG. 1, 12 frames from P0 to P11 are set. However, the number of frames is arbitrary. The frame P0 represents the posture before walking where the robot stands alone without falling down. Frames P1, P6, and P11 are postures in which the robot stands alone and does not move without falling down.

たとえば、フレームP6では、ロボットのリニア速度は0であり、ロボットは左脚のみで立っており、歩幅は0である。フレームP1とフレームP11のロボットの状態は同じである。すなわち、これらのフレームP1,P11においては、ロボットのリニア速度は0であり、ロボットは右脚のみで立っており、歩幅は0となっている。歩幅が0とは、ロボットの両脚が揃っていることを意味する。フレームP1,P6,P11においては、ロボットは単独で立っており、また、歩幅は0であるので、これらのフレームをリファレンスフレームと呼ぶこととする。   For example, in frame P6, the linear velocity of the robot is 0, the robot stands only with the left leg, and the stride is 0. The robot states of the frame P1 and the frame P11 are the same. That is, in these frames P1 and P11, the linear velocity of the robot is 0, the robot stands only with the right leg, and the stride is 0. A stride of 0 means that both legs of the robot are aligned. In the frames P1, P6, and P11, the robot stands alone and the stride is 0, so these frames are referred to as reference frames.

あるフレームから別のフレームへの切り替えは、すべての介在するフレームの姿勢を補間することにより行われる。また、リファレンスフレーム以外のフレームにおける各姿勢は大まかに定義されたものであり、これらの各姿勢は歩行が安定的に行われるように適宜修正される。   Switching from one frame to another is performed by interpolating the postures of all intervening frames. In addition, the postures in the frames other than the reference frame are roughly defined, and these postures are appropriately corrected so that walking is performed stably.

図2は、各フレームP0〜P11の状態遷移図である。ロボットの状態は、フレームP0からリファレンスフレームP1(リファレンスフレームP11と同じ)あるいはリファレンスフレームP6に遷移する。また、ロボットの状態は、リファレンスフレームP1あるいはリファレンスフレームP6からフレームP0に遷移することもできる。図1の例では、まず、フレームP0からリファレンスフレームP1にロボットの状態が遷移する。その後、ロボットの状態は、リファレンスフレームP2からリファレンスフレームP10を経由してリファレンスフレームP11に遷移する。   FIG. 2 is a state transition diagram of each of the frames P0 to P11. The state of the robot transitions from the frame P0 to the reference frame P1 (same as the reference frame P11) or the reference frame P6. Further, the state of the robot can also transition from the reference frame P1 or the reference frame P6 to the frame P0. In the example of FIG. 1, first, the state of the robot transitions from the frame P0 to the reference frame P1. Thereafter, the state of the robot transitions from the reference frame P2 to the reference frame P11 via the reference frame P10.

このように、ロボットが転倒することなく単独で立っているリファレンスフレームP1,P6,P11を含むフレーム情報を取得し、ロボットの動作がリファレンスフレームP1,P6,P11の姿勢となるようフレームP0〜P11の間で姿勢を補間することにより、ロボットの状態が制御される。その結果、たとえロボットの姿勢が不安定になった場合でも、リファレンスフレームでは姿勢が安定な状態となる。すなわち、ロボットは歩行運動を安定して継続することができる。   As described above, the frame information including the reference frames P1, P6, and P11 where the robot stands alone without falling down is acquired, and the frames P0 to P11 are set so that the robot operation becomes the posture of the reference frames P1, P6, and P11. The state of the robot is controlled by interpolating the posture between the two. As a result, even if the posture of the robot becomes unstable, the posture is stable in the reference frame. That is, the robot can continue the walking motion stably.

また、リファレンスフレームP6,P11では、ロボットは歩行を停止し、安定して立っている状態なので、それ以降の歩行の歩幅を変更したり、歩行する方向を変更したり、あるいは、歩行以外の運動を開始したりすることが容易にできる。   Further, in the reference frames P6 and P11, the robot stops walking and is standing in a stable state. Therefore, the walking step after that, the walking direction is changed, or the movement other than walking is performed. Can be easily started.

図3は、本実施例に係るロボットの概略図である。このロボットは、胴体20、胴体に備えられたジャイロセンサ60、右脚30Rおよび左脚30Lの2本の脚を有する。また、各脚は6つの関節を有する。すなわち、各脚の自由度は6である。なお、関節の数は任意である。   FIG. 3 is a schematic diagram of the robot according to the present embodiment. This robot has two legs: a body 20, a gyro sensor 60 provided on the body, a right leg 30R, and a left leg 30L. Each leg has six joints. That is, the degree of freedom of each leg is 6. The number of joints is arbitrary.

関節は、ピッチ腰関節10、右ヨー股関節11R、左ヨー股関節11L、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ピッチ股関節13R、左ピッチ股関節13L、右ピッチ膝関節14R、左ピッチ膝関節14L、右ピッチ足首関節15R、左ピッチ足首関節15L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lを含む。各関節には、モータ(図示せず)が組み込まれている。各関節のモータは、それぞれの関節の動きを制御する。また、各関節には位置センサ(図示せず)が組み込まれている。各関節の位置センサは、それぞれの関節の動き、具体的には回転角度を検出する。   The joints are pitch hip joint 10, right yaw hip joint 11R, left yaw hip joint 11L, right roll hip joint 12R, left roll hip joint 12L, right pitch hip joint 13R, left pitch hip joint 13L, right pitch knee joint 14R, left pitch knee joint 14L, It includes a right pitch ankle joint 15R, a left pitch ankle joint 15L, a right roll ankle joint 16R, and a left roll ankle joint 16L. A motor (not shown) is incorporated in each joint. The motor of each joint controls the movement of each joint. Each joint has a position sensor (not shown) incorporated therein. The position sensor of each joint detects the movement of each joint, specifically, the rotation angle.

ピッチ腰関節10は、胴体20の前後の動き(ピッチング)を制御する。右ヨー股関節11Rおよび左ヨー股関節11Lは、それぞれの脚の付け根部分におけるロボットの左右に回転する動き(ヨーイング)を生じさせる。   The pitch hip joint 10 controls the back-and-forth movement (pitching) of the body 20. The right yaw hip joint 11R and the left yaw hip joint 11L cause a movement (yawing) that rotates to the left and right of the robot at the base of each leg.

右ロール股関節12Rおよび左ロール股関節12Lは、それぞれの脚の付け根部分におけるロボットの横向きの回転(ローリング)を生じさせる。右ピッチ股関節13Rおよび左ピッチ股関節13Lは、それぞれの脚の付け根部分におけるロボットの前後の回転(ピッチング)を生じさせる。   The right roll hip joint 12R and the left roll hip joint 12L cause horizontal rotation (rolling) of the robot at the base of each leg. The right pitch hip joint 13R and the left pitch hip joint 13L cause forward and backward rotation (pitching) of the robot at the base of each leg.

また、右ピッチ膝関節14Rおよび左ピッチ膝関節14Lは、それぞれの膝部分におけるロボットの前後の動き(ピッチング)を生じさせる。右ピッチ足首関節15Rおよび左ピッチ足首関節15Lは、それぞれの足首部分におけるロボットの前後の動き(ピッチング)を生じさせる。右ロール足首関節16Rおよび左ロール足首関節16Lは、それぞれの足首部分におけるロボットの横向きの動き(ローリング)を生じさせる。   Further, the right pitch knee joint 14R and the left pitch knee joint 14L cause the robot to move back and forth (pitching) in the respective knee portions. The right pitch ankle joint 15R and the left pitch ankle joint 15L cause the robot to move back and forth (pitching) at each ankle portion. The right roll ankle joint 16R and the left roll ankle joint 16L cause a lateral movement (rolling) of the robot in the respective ankle portions.

また、それぞれの脚には、足裏が取り付けられている。図3には、左脚30Lに取り付けられた足裏40が示されている。それぞれの足裏には、4つの力センサが組み込まれている。なお、力センサの数は任意である。図3には、足裏40に備えられた力センサ50a〜50dが示されている。これらの力センサは、足裏40が床面から受ける反力を測定する。力センサにより測定された反力は、ロボットの動きのコンプライアンス制御およびフィードバック制御に用いられる。   In addition, a sole is attached to each leg. FIG. 3 shows a sole 40 attached to the left leg 30L. Four force sensors are incorporated in each sole. The number of force sensors is arbitrary. FIG. 3 shows force sensors 50 a to 50 d provided on the sole 40. These force sensors measure the reaction force that the sole 40 receives from the floor surface. The reaction force measured by the force sensor is used for compliance control and feedback control of the robot motion.

ジャイロセンサ60は、横向き(ローリング)方向および前後(ピッチング)方向の胴体20の回転角度を測定する。ジャイロセンサ60により測定された回転角度は、ロボットの動きのフィードバック制御に用いられる。   The gyro sensor 60 measures the rotation angle of the body 20 in the lateral (rolling) direction and the front-rear (pitching) direction. The rotation angle measured by the gyro sensor 60 is used for feedback control of the robot movement.

図4は、ロボットの歩行運動を説明するタイムチャートである。時間t0で、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lは、左脚を持ち上げるため、両脚をロボットの右側に傾けるローリングの動作を行う。この動作を行う場合、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lの動きは、ギアバックラッシュ補償の分だけわずかに異なるものとなる。   FIG. 4 is a time chart for explaining the walking motion of the robot. At time t0, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L perform a rolling operation to tilt both legs to the right side of the robot in order to lift the left leg. When this operation is performed, the movements of the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L are slightly different by the gear backlash compensation.

ローリング動作の振幅は、試行錯誤により決定される。あるいは、ローリング動作の振幅は、胴体20のローリング角の評価関数が最小となるようにフィードバック制御を行うことにより決定される。   The amplitude of the rolling motion is determined by trial and error. Alternatively, the amplitude of the rolling operation is determined by performing feedback control so that the evaluation function of the rolling angle of the body 20 is minimized.

時間t1では、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lはローリングの動作を停止する。そして、左脚を持ち上げるため、すなわち、左脚のリフティング操作を行うため、左ピッチ膝関節14Lは、左脚を縮めるように回転し、左ピッチ足首関節15Lは、左足首を縮めるように回転する。   At time t1, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L stop rolling. In order to lift the left leg, that is, to perform the lifting operation of the left leg, the left pitch knee joint 14L rotates to contract the left leg, and the left pitch ankle joint 15L rotates to contract the left ankle. .

時間t2では、左ピッチ膝関節14Lおよび左ピッチ足首関節15Lはリフティングの動作を停止する。そして、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは回転して、胴体20が前方に移動するようピッチングの動作を行う。   At time t2, the left pitch knee joint 14L and the left pitch ankle joint 15L stop the lifting operation. The right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R rotate to perform a pitching operation so that the body 20 moves forward.

時間t2と時間t3の間では、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは、ピッチングの動作を停止する。   Between time t2 and time t3, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R stop the pitching motion.

時間t3では、左ピッチ膝関節14Lは、左脚を床面に着地させるため、左脚を伸ばすように回転し、左ピッチ足首関節15Lは、左足首を伸ばすように回転する。   At time t3, the left pitch knee joint 14L rotates to extend the left leg to land the left leg on the floor, and the left pitch ankle joint 15L rotates to extend the left ankle.

時間t4では、左脚が床面に着地する。加えて、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lは、右脚を持ち上げるため、両脚をロボットの左側に傾けるローリングの動作を行う。さらに、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは、元の状態、すなわち、時間t2における状態に戻るように回転する。さらに、右脚を前方に振り出すため、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは回転して、胴体20が前方に移動するようピッチングの動作を行う。   At time t4, the left leg lands on the floor. In addition, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L perform a rolling operation to tilt both legs to the left side of the robot in order to lift the right leg. Further, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R rotate so as to return to the original state, that is, the state at time t2. Further, in order to swing the right leg forward, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L rotate to perform a pitching operation so that the body 20 moves forward.

時間t4と時間t5の間では、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは元の状態に戻るとともに、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lはピッチングの動作を停止する。   Between time t4 and time t5, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R return to the original state, and the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L stop the pitching operation.

そして、時間t5では、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lはローリングの動作を停止する。さらに、右脚を持ち上げるため、すなわち、右脚のリフティング操作を行うため、右ピッチ膝関節14Rは、右脚を縮めるように回転し、右ピッチ足首関節15Rは、右足首を縮めるように回転する。   At time t5, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L stop rolling. Further, in order to lift the right leg, that is, to perform the lifting operation of the right leg, the right pitch knee joint 14R rotates to contract the right leg, and the right pitch ankle joint 15R rotates to contract the right ankle. .

時間t6では、右ピッチ膝関節14Rおよび右ピッチ足首関節15Rはリフティングの動作を停止する。さらに、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは、元の状態、すなわち、時間t4における状態に戻るように回転する。その結果、ロボットの姿勢が、リファレンスフレームP6で定義される姿勢に設定される。   At time t6, the right pitch knee joint 14R and the right pitch ankle joint 15R stop the lifting operation. Further, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L rotate so as to return to the original state, that is, the state at time t4. As a result, the posture of the robot is set to the posture defined by the reference frame P6.

時間t6と時間t7の間では、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは元の状態に復帰する。その結果、ロボットの姿勢が、リファレンスフレームP6で定義される姿勢に設定される。すなわち、ロボットのリニア速度は0であり、ロボットは左脚のみで立っており、歩幅は0となる。   Between time t6 and time t7, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L return to the original state. As a result, the posture of the robot is set to the posture defined by the reference frame P6. That is, the linear velocity of the robot is 0, the robot stands only with the left leg, and the stride is 0.

時間t7では、右脚を前方に振り出すため、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは回転して、胴体20が前方に移動するようピッチングの動作を行う。   At time t7, in order to swing the right leg forward, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L rotate and perform a pitching operation so that the body 20 moves forward.

時間t7と時間t8の間では、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは、ピッチングの動作を停止する。時間t8では、右脚を床面に着地させるため、右ピッチ膝関節14Rは、右脚を伸ばすように回転し、右ピッチ足首関節15Rは、右足首を伸ばすように回転する。   Between time t7 and time t8, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L stop the pitching motion. At time t8, in order to land the right leg on the floor, the right pitch knee joint 14R rotates to extend the right leg, and the right pitch ankle joint 15R rotates to extend the right ankle.

時間t9では、右脚が床面に着地する。加えて、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lは、左脚を持ち上げるため、両脚をロボットの右側に傾けるローリングの動作を行う。さらに、左脚を前方に振り出すため、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは回転して、胴体20が前方に移動するようピッチングの動作を行う。さらに、左ピッチ股関節13Lおよび左ピッチ足首関節15Lは、元の状態、すなわち、時間t7における状態に戻るように回転する。   At time t9, the right leg lands on the floor. In addition, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L perform a rolling operation to tilt both legs to the right side of the robot in order to lift the left leg. Further, in order to swing the left leg forward, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R rotate to perform a pitching operation so that the body 20 moves forward. Further, the left pitch hip joint 13L and the left pitch ankle joint 15L rotate so as to return to the original state, that is, the state at time t7.

時間t10では、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lはローリングの動作を停止する。さらに、左脚を持ち上げるため、すなわち、左脚のリフティング操作を行うため、左ピッチ膝関節14Lは、左脚を縮めるように回転し、左ピッチ足首関節15Lは、左足首を縮めるように回転する。   At time t10, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L stop rolling. Further, in order to lift the left leg, that is, to perform the lifting operation of the left leg, the left pitch knee joint 14L rotates to contract the left leg, and the left pitch ankle joint 15L rotates to contract the left ankle. .

時間t11では、左ピッチ膝関節14Lおよび左ピッチ足首関節15Lはリフティングの動作を停止する。さらに、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは、元の状態、すなわち、時間t9における状態に戻るように回転する。その結果、ロボットの姿勢が、リファレンスフレームP11で定義される姿勢に設定される。   At time t11, the left pitch knee joint 14L and the left pitch ankle joint 15L stop the lifting operation. Further, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R rotate to return to the original state, that is, the state at time t9. As a result, the posture of the robot is set to the posture defined by the reference frame P11.

時間t11以後、右ピッチ股関節13Rおよび右ピッチ足首関節15Rは元の状態に復帰する。その結果、ロボットの姿勢が、リファレンスフレームP11で定義される姿勢に設定される。すなわち、ロボットのリニア速度は0であり、ロボットは右脚のみで立っており、歩幅は0となる。このような動きを繰り返すことにより、ロボットの歩行運動が実現される。   After time t11, the right pitch hip joint 13R and the right pitch ankle joint 15R return to the original state. As a result, the posture of the robot is set to the posture defined by the reference frame P11. That is, the linear velocity of the robot is 0, the robot stands only with the right leg, and the stride is 0. By repeating such a movement, the robot's walking movement is realized.

図5は、本実施例に係るロボット制御システムの機能ブロック図である。このロボット制御システムは、外部端末装置100とロボット110とを含む。   FIG. 5 is a functional block diagram of the robot control system according to the present embodiment. This robot control system includes an external terminal device 100 and a robot 110.

外部端末装置100は、ロボットの動作を管理するオペレータにより操作されるパーソナルコンピュータなどである。この外部端末装置100は、ロボット110との間で通信を行う。この通信は、さまざまな種類の情報の授受を含むものである。   The external terminal device 100 is a personal computer operated by an operator who manages the operation of the robot. The external terminal device 100 communicates with the robot 110. This communication includes the exchange of various types of information.

この外部端末装置100は、あらかじめ設定したロボット110のフレーム情報および/またはロボット110への指令情報などをロボット110に送信したり、ロボット110からロボット110の状態(姿勢や速度など)に係る情報などを受信する。ロボット110から得られた情報は、表示装置(図示せず)に表示される。   The external terminal device 100 transmits frame information of the robot 110 and / or command information to the robot 110 set in advance to the robot 110, information on the state (posture, speed, etc.) of the robot 110 from the robot 110, and the like. Receive. Information obtained from the robot 110 is displayed on a display device (not shown).

ロボット110は、たとえば2本脚のヒューマノイドロボットである。このロボット110は、ジャイロセンサ111、ジャイロセンサ制御部112、関節1131〜113n、関節制御部1141〜114n(nは自然数)、力センサ1151〜115m(mは自然数)、力センサ制御部1161〜116m、位置センサ1171〜117n、位置センサ制御部1181〜118n、距離センサ1191〜1192、距離センサ制御部1201〜1202、通信インターフェース121、メモリ122、中央制御部123を有する。 The robot 110 is, for example, a two-legged humanoid robot. The robot 110 includes a gyro sensor 111, a gyro sensor control unit 112, joints 113 1 to 113 n , joint control units 114 1 to 114 n (n is a natural number), force sensors 115 1 to 115 m (m is a natural number), force Sensor control units 116 1 to 116 m , position sensors 117 1 to 117 n , position sensor control units 118 1 to 118 n , distance sensors 119 1 to 119 2 , distance sensor control units 120 1 to 120 2 , communication interface 121, memory 122 and a central control unit 123.

ジャイロセンサ111は、図3に示したジャイロセンサ60と同様の機能を有する。このジャイロセンサ111は、ロボット110の胴体20に備えられ、横向き(ローリング)方向および前後(ピッチング)方向の胴体20の回転角度を測定する。ジャイロセンサ制御部112は、ジャイロセンサ111の機能を制御するとともに、ジャイロセンサ111により測定された回転角度の情報を中央制御部123に送信する。   The gyro sensor 111 has the same function as the gyro sensor 60 shown in FIG. The gyro sensor 111 is provided in the body 20 of the robot 110 and measures the rotation angle of the body 20 in the lateral (rolling) direction and the front-rear (pitching) direction. The gyro sensor control unit 112 controls the function of the gyro sensor 111 and transmits information on the rotation angle measured by the gyro sensor 111 to the central control unit 123.

関節1131〜113nは、ロボット110のさまざまな関節を動かすものである。モータ(図示せず)がこれらの関節を駆動させる。関節には、図3で説明したピッチ腰関節10、右ヨー股関節11R、左ヨー股関節11L、右ロール股関節12R、左ロール股関節12L、右ピッチ股関節13R、左ピッチ股関節13L、右ピッチ膝関節14R、左ピッチ膝関節14L、右ピッチ足首関節15R、左ピッチ足首関節15L、右ロール足首関節16R、左ロール足首関節16Lが含まれる。 The joints 113 1 to 113 n are for moving various joints of the robot 110. A motor (not shown) drives these joints. The joints include the pitch hip joint 10 described in FIG. 3, the right yaw hip joint 11R, the left yaw hip joint 11L, the right roll hip joint 12R, the left roll hip joint 12L, the right pitch hip joint 13R, the left pitch hip joint 13L, the right pitch knee joint 14R, The left pitch knee joint 14L, the right pitch ankle joint 15R, the left pitch ankle joint 15L, the right roll ankle joint 16R, and the left roll ankle joint 16L are included.

関節制御部1141〜114nは、各関節1131〜113nの動作を制御する。特に、関節制御部1141〜114nは、関節1131〜113nが所定の時間に、所定の角速度で所定の角度だけ回転するよう制御する。この角度、角速度、時間は中央制御部123により指定される。 The joint control units 114 1 to 114 n control the operations of the joints 113 1 to 113 n . In particular, the joint control units 114 1 to 114 n control the joints 113 1 to 113 n to rotate at a predetermined angular velocity at a predetermined angle at a predetermined time. The angle, angular velocity, and time are designated by the central control unit 123.

力センサ1151〜115mは、ロボット110の右脚および左脚の足裏に設けられる。この力センサ1151〜115mは、床面からの反力を測定する。また、この力センサ1151〜115mは、図3で説明した力センサ50a〜50dと同様の機能を有する。力センサ制御部1161〜116mは、力センサ1151〜115mの機能を制御するとともに、力センサ1151〜115mにより測定された反力の情報を中央制御部123に送信する。 The force sensors 115 1 to 115 m are provided on the soles of the right leg and the left leg of the robot 110. These force sensors 115 1 to 115 m measure the reaction force from the floor surface. Further, the force sensors 115 1 to 115 m have the same functions as the force sensors 50 a to 50 d described with reference to FIG. The force sensor control unit 116 1 -116 m controls the function of the force sensor 115 1 to 115 m, and transmits the information of the reaction force measured by the force sensor 115 1 to 115 m to the central control unit 123.

位置センサ1171〜117nは、各関節1131〜113nに取り付けられ、各関節1131〜113nの位置を検出するセンサであり、具体的には各関節1131〜113nの回転角度を検出する。位置センサ制御部1181〜118nは、各位置センサ1171〜117nの動作を制御するとともに、位置センサ1171〜117nにより測定された位置情報を中央制御部123に送信する。 Position sensors 117 1 ~117 n is attached to each of the joints 113 1 to 113 n, a sensor for detecting the position of the joints 113 1 to 113 n, in particular the rotation angles of the joints 113 1 to 113 n Is detected. Position sensor control unit 118 1 - 118 n controls the operation of the position sensors 117 1 ~117 n, transmits the position information measured by the position sensor 117 1 ~117 n to the central control unit 123.

距離センサ1191〜1192は、歩行面が高くなる段差を検出するセンサであり、右脚および左脚の前方に設けられる。距離センサ制御部1201〜1202は、各距離センサ1191〜1192の動作を制御するとともに、距離センサ1191〜1192により歩行面が高くなる場合に、その情報を中央制御部123に送信する。 The distance sensors 119 1 to 119 2 are sensors for detecting a step where the walking surface becomes higher, and are provided in front of the right leg and the left leg. The distance sensor control units 120 1 to 120 2 control the operation of each of the distance sensors 119 1 to 119 2 , and when the walking surface becomes higher by the distance sensors 119 1 to 119 2 , the information is sent to the central control unit 123. Send.

通信インターフェース121は、外部端末装置100との間で通信を行う。この通信インターフェース121は、外部端末装置100との間で無線通信および/または有線通信を行う。   The communication interface 121 communicates with the external terminal device 100. The communication interface 121 performs wireless communication and / or wired communication with the external terminal device 100.

メモリ122は、さまざまな情報を記憶する。たとえば、メモリ122は、外部端末装置100から受信した情報および/または外部端末装置100に送信される情報を記憶するとともに、中央制御部123によりなされた種々の演算の結果に係る情報を記憶する。   The memory 122 stores various information. For example, the memory 122 stores information received from the external terminal device 100 and / or information transmitted to the external terminal device 100, and stores information related to the results of various calculations performed by the central control unit 123.

中央制御部123は、ロボット110を全体制御する。この中央制御部123は、たとえば、外部端末装置100から受信したフレーム情報を基にして、ロボット110が動作する際の各関節1131〜113nの回転開始時間、角速度、回転角などを算出し、その結果を関節制御部1141〜114nに送信する。 The central control unit 123 controls the robot 110 as a whole. For example, the central control unit 123 calculates the rotation start time, angular velocity, rotation angle, and the like of each joint 113 1 to 113 n when the robot 110 operates based on the frame information received from the external terminal device 100. The result is transmitted to the joint control units 114 1 to 114 n .

また、中央制御部123は、外部端末装置100から通信インターフェース121を介してロボット110の動作制御要求を受け付ける。動作制御要求とは、歩幅の変更要求や歩行方向の変更要求、あるいは歩行以外の動作の実行要求を含むものである。   Further, the central control unit 123 receives an operation control request for the robot 110 from the external terminal device 100 via the communication interface 121. The motion control request includes a step change request, a walking direction change request, or an execution request for an operation other than walking.

中央制御部123は、リファレンスフレームP1,P6,P11の姿勢が実現された後にのみ、上記要求を実行する。要求を実行する際には、中央制御部123は、要求された動作に対応する関節1131〜113nの回転開始時間、角速度、回転角などの情報を関節制御部1141〜114nに送信する。リファレンスフレームP1,P6,P11においては、ロボット110は、片足で安定して立っているので、ロボット110がリファレンスフレームP1,P6,P11に対応する姿勢で立っている場合に上記要求を実行することは都合がよいことである。 The central control unit 123 executes the request only after the postures of the reference frames P1, P6, and P11 are realized. When executing the request, the central control unit 123 transmits information such as the rotation start time, angular velocity, and rotation angle of the joints 113 1 to 113 n corresponding to the requested motion to the joint control units 114 1 to 114 n . To do. In the reference frames P1, P6, and P11, the robot 110 stands stably on one foot, so that the above request is executed when the robot 110 stands in a posture corresponding to the reference frames P1, P6, and P11. Is convenient.

なお、ここでは、中央制御部123がさまざまなパラメータを算出することとしているが、外部端末装置100がそれらを算出し、ロボットを制御する構成を採用することとしてもよい。このような構成を採用する場合には、外部端末装置100は、回転開始時間、角速度、回転角などの算出に必要な情報をロボット110から受信し、受信した情報に基づいて各パラメータを算出する。関節制御部1141〜114nは、外部端末装置100から算出結果の情報を受信し、受信した情報に基づいてロボット110の動作制御を行う。 Although the central control unit 123 calculates various parameters here, a configuration in which the external terminal device 100 calculates them and controls the robot may be adopted. When such a configuration is adopted, the external terminal device 100 receives information necessary for calculating the rotation start time, angular velocity, rotation angle, and the like from the robot 110, and calculates each parameter based on the received information. . The joint control units 114 1 to 114 n receive calculation result information from the external terminal device 100 and perform operation control of the robot 110 based on the received information.

以下に、中央制御部123が行うロボット制御処理について詳細に説明する。図6は、中央制御部123の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この中央制御部123は、動作生成部123aと、コンプライアンス制御部123bと、フィードバック制御部123cと、反射制御部123dと、補正部123eとを有する。   Hereinafter, the robot control process performed by the central control unit 123 will be described in detail. FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the central control unit 123. As shown in the figure, the central control unit 123 includes an operation generation unit 123a, a compliance control unit 123b, a feedback control unit 123c, a reflection control unit 123d, and a correction unit 123e.

動作生成部123aは、外部端末装置100から通信インターフェース121を介して受信したフレーム情報を基にして、ロボット110が動作する際の各関節1131〜113nの回転開始時間、角速度、回転角などを算出し、補正部123eに出力する処理部である。また、この動作生成部123aは、ロボット110がローリングフェーズ、リフティングフェーズ、着地(ランディング)フェーズうちのどのフェーズにあるかのフェーズ情報をコンプライアンス制御部123bおよびフィードバック制御部123cに渡す。 Based on the frame information received from the external terminal device 100 via the communication interface 121, the motion generation unit 123a performs the rotation start time, angular velocity, rotation angle, etc. of each joint 113 1 to 113 n when the robot 110 operates. Is a processing unit that calculates and outputs to the correction unit 123e. In addition, the motion generation unit 123a passes phase information indicating which phase the robot 110 is in among the rolling phase, the lifting phase, and the landing (landing) phase to the compliance control unit 123b and the feedback control unit 123c.

コンプライアンス制御部123bは、力センサ1151〜115mによって測定された力センサデータおよび動作生成部123aからのフェーズ情報に基づいて着地動作などのコンプライアンス制御を行う処理部であり、コンプライアンス制御量を算出して補正部123eに出力する。 The compliance control unit 123b is a processing unit that performs compliance control such as landing motion based on the force sensor data measured by the force sensors 115 1 to 115 m and the phase information from the motion generation unit 123a, and calculates a compliance control amount. And output to the correction unit 123e.

フィードバック制御部123cは、ジャイロセンサ111によって測定されたジャイロセンサデータに基づくジャイロフィードバック制御および力センサ1151〜115mによって測定された力センサデータに基づくZMPフィードバック制御を行う処理部であり、フィードバック制御量を算出して補正部123eに出力する。 The feedback control unit 123c is a processing unit that performs gyro feedback control based on the gyro sensor data measured by the gyro sensor 111 and ZMP feedback control based on the force sensor data measured by the force sensors 115 1 to 115 m . The amount is calculated and output to the correction unit 123e.

反射制御部123dは、周期的な歩行動作に対して発生する想定外の事象を検出し、反射制御を行う処理部であり、力センサ1151〜115mによって測定された力センサデータ、位置センサ1171〜117nによって測定された位置センサデータ、距離センサ1191〜1192によって測定された距離センサデータ、ジャイロセンサ111によって測定されたジャイロセンサデータを用いてロボット110に対する外乱、スイングした脚の着地点に置かれた障害物、歩行面の上下段差、ロボット110が保持する荷物の落下を想定外の事象として検出する。 The reflection control unit 123d is a processing unit that detects an unexpected event that occurs with respect to a periodic walking motion and performs reflection control, and includes force sensor data and position sensors measured by the force sensors 115 1 to 115 m . The position sensor data measured by 117 1 to 117 n , the distance sensor data measured by the distance sensors 119 1 to 119 2 , the disturbance to the robot 110 using the gyro sensor data measured by the gyro sensor 111, and the swinging leg Obstacles placed at the landing point, the upper and lower steps of the walking surface, and the fall of the load held by the robot 110 are detected as unexpected events.

図7は、反射制御部123dによる反射制御の考え方を説明するための説明図である。同図に示すように、この反射制御部123dは、ロボット110の状態が各フレームに対応する状態を遷移するときに、想定外の事象を検出すると、想定外の状態jに一端遷移し、想定外の状態jから通常の状態に戻るように制御する。このとき、反射制御部123dは、ロボット110の慣性変化を最小にするような想定外の状態jに遷移する。このように、ロボット110の慣性変化を最小にするような想定外の状態jに遷移することによって、安定した反射制御を行うことができる。   FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the concept of reflection control by the reflection control unit 123d. As shown in the figure, when the reflection control unit 123d detects an unexpected event when the state of the robot 110 changes the state corresponding to each frame, the reflection control unit 123d makes a transition to an unexpected state j. Control is performed to return from the outside state j to the normal state. At this time, the reflection control unit 123d makes a transition to an unexpected state j that minimizes the inertia change of the robot 110. Thus, stable reflection control can be performed by making a transition to an unexpected state j that minimizes the inertia change of the robot 110.

補正部123eは、動作生成部123aが各関節1131〜113nに対して算出した回転開始時間、角速度、回転角などをコンプライアンス制御部123b、フィードバック制御部123cおよび反射制御部123dの出力で補正し、各関節1131〜113nのモータに対するコマンドを出力する処理部である。 The correction unit 123e corrects the rotation start time, angular velocity, rotation angle, and the like calculated by the motion generation unit 123a for each joint 113 1 to 113 n with the outputs of the compliance control unit 123b, the feedback control unit 123c, and the reflection control unit 123d. And a processing unit that outputs commands to the motors of the joints 113 1 to 113 n .

次に、反射制御部123dによる反射制御の詳細について、ロボット110に対する大きな外乱、スイングした脚の着地点に置かれた障害物、歩行面の上下段差、ロボット110が保持する荷物の重さが突然変化したときを想定外の事象として順に説明する。   Next, regarding the details of the reflection control by the reflection control unit 123d, a large disturbance to the robot 110, an obstacle placed at the landing point of the swinging leg, the upper and lower steps of the walking surface, and the weight of the luggage held by the robot 110 suddenly The change will be described in order as an unexpected event.

図8は、大きな外乱に対する反射制御を説明するための説明図である。ここで、大きな外乱とは、ロボット110が外部から押されるなどによって受ける大きな力のことである。また、図8では、ロボット110が歩行中に右脚で片脚立ちをしている場合の通常のZMPの軌跡を太い矢印で示している。   FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining reflection control for a large disturbance. Here, the large disturbance is a large force received by the robot 110 being pressed from the outside. In FIG. 8, a normal ZMP trajectory when the robot 110 is standing on one leg with the right leg while walking is indicated by a thick arrow.

ロボット110が歩行中に外乱を受けると、外乱を受けた方向によって、ZMPは通常の軌跡からはずれるが、反射制御部123dは、ZMPが図8に示すa、b、c、dのいずれの領域に移動したかを判定し、ZMPの移動したa、b、c、dの各領域に予め対応付けられたフレームの状態にロボット110の状態が遷移するように制御する。例えば、ロボット110が右後方から押されるとZMPはaの領域に移動し、反射制御部123dは、aの領域に予め対応付けられたフレームの状態にロボット110の状態が遷移するように制御する。なお、各領域とフレームの対応付けは学習によって行われる。   When the robot 110 receives a disturbance during walking, the ZMP deviates from the normal trajectory depending on the direction of the disturbance. However, the reflection control unit 123d has any of the areas a, b, c, and d shown in FIG. The robot 110 is controlled so that the state of the robot 110 transitions to the state of the frame previously associated with each of the areas a, b, c, and d to which the ZMP has moved. For example, when the robot 110 is pushed from the right rear, the ZMP moves to the area a, and the reflection control unit 123d performs control so that the state of the robot 110 transitions to a frame state previously associated with the area a. . The association between each region and the frame is performed by learning.

また、反射制御部123dは、ZMPが図8に示すa、b、c、dのいずれの領域に移動したかを判定するために、力センサデータを用いてZMPを計算する。図9は、反射制御部123dによるZMPの計算法を示す図である。同図に示すように、反射制御部123dは、4つの力センサデータF1〜F4および力センサが取り付けられた座標を用いてZMP(xm,ym)を計算する。 Further, the reflection control unit 123d calculates the ZMP using the force sensor data in order to determine whether the ZMP has moved to any of a, b, c, and d shown in FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a ZMP calculation method by the reflection control unit 123d. As shown in the figure, the reflection control unit 123d calculates ZMP (x m , y m ) using the four force sensor data F 1 to F 4 and the coordinates to which the force sensor is attached.

図10は、大きな外乱に対する歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この歩行制御処理では、中央制御部123は、ロボット110が片脚立ちの時のZMPを記録し(ステップS101)、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さいか否かを判定する(ステップS102)。その結果、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さい場合には、大きな外乱が発生していないので、通常の歩行制御を行う(ステップS103)。   FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the walking control process for a large disturbance. As shown in the figure, in this walking control process, the central control unit 123 records the ZMP when the robot 110 is standing on one leg (step S101), and the | measurement value | of the gyro sensor is smaller than a predetermined threshold value. Whether or not (step S102). As a result, when the | measured value | of the gyro sensor is smaller than a predetermined threshold, since a large disturbance has not occurred, normal walking control is performed (step S103).

一方、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さくない場合には、大きな外乱が発生した場合なので、反射制御部123dは、ロボット110の歩行動作を停止し(ステップS104)、ZMPの移動位置が図8に示したa〜dのいずれの領域であるかを特定する(ステップS105)。   On the other hand, if the | measured value | of the gyro sensor is not smaller than the predetermined threshold value, a large disturbance has occurred, so the reflection control unit 123d stops the walking motion of the robot 110 (step S104) and moves the ZMP. It is specified which region is a to d shown in FIG. 8 (step S105).

そして、反射制御部123dは、特定した領域に対応するフレームを特定し(ステップS106)、位置センサが測定した現在位置から、特定したフレームに移行するように動作を生成して補正部123eに出力する(ステップS107)。そして、中央制御部123は、コンプライアンス制御およびフィードバック制御を起動する(ステップS108)。   Then, the reflection control unit 123d specifies a frame corresponding to the specified region (step S106), generates an operation so as to shift to the specified frame from the current position measured by the position sensor, and outputs the operation to the correction unit 123e. (Step S107). Then, the central control unit 123 activates compliance control and feedback control (step S108).

このように、反射制御部123dが、大きな外乱が発生した場合に、ロボット110の歩行動作を停止し、ZMPの移動位置に基づいて特定したフレームに移行するロボット110の動作を生成することによって、大きな外乱が発生した場合にもロボット110を対応させることができる。   As described above, the reflection control unit 123d generates a motion of the robot 110 that stops the walking motion of the robot 110 and shifts to the frame specified based on the movement position of the ZMP when a large disturbance occurs. Even when a large disturbance occurs, the robot 110 can be made to respond.

図11は、大きな外乱に対する反射制御例を示す図である。同図(1)は、ロボット110が右片脚立ちのときに斜め前方へ押され、ZMPが領域aに移動した場合の例を示す。同図(2)は、ロボット110が右片脚立ちのときに後方へ押され、ZMPが領域bに移動した場合の例を示す。同図(3)は、ロボット110が右片脚立ちのときに斜め後方へ押され、ZMPが領域bとdの間に移動した場合の例を示す。同図(3)では、反射制御部123dは、領域bに対応するフレームと領域dに対応するフレームを補間するフレームを生成し、生成したフレームにロボット110が移行するように制御する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of reflection control for a large disturbance. FIG. 2A shows an example in which the robot 110 is pushed diagonally forward while standing on the right leg and the ZMP moves to the region a. FIG. 2B shows an example in which the robot 110 is pushed backward when the right leg is standing and the ZMP moves to the region b. FIG. 3 (3) shows an example where the robot 110 is pushed diagonally backward while standing on the right leg and the ZMP moves between the regions b and d. In FIG. 3C, the reflection control unit 123d generates a frame that interpolates a frame corresponding to the region b and a frame corresponding to the region d, and controls the robot 110 to shift to the generated frame.

図12および図13は、スイングした脚の着地点に置かれた障害物に対する反射制御を説明するための説明図である。図12に示すようにスイング脚の力センサで障害物が検出されると、反射制御部123dは、スイング脚を元の位置に戻すように制御する。したがって、ZMPは、図13に示すように、スイング脚から支持脚に戻る。なお、スイング脚の力サンサで障害物を検出するために、コンプライアンス制御のゲインは大きく設定される。   FIG. 12 and FIG. 13 are explanatory diagrams for explaining the reflection control for the obstacle placed at the landing point of the swinging leg. As shown in FIG. 12, when the obstacle is detected by the swing leg force sensor, the reflection control unit 123d controls the swing leg to return to the original position. Therefore, the ZMP returns from the swing leg to the support leg as shown in FIG. In order to detect an obstacle with the force sensor of the swing leg, the gain for compliance control is set large.

図14は、着地点に置かれた障害物に対する歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この歩行制御処理では、中央制御部123は、コンプライアンス制御のゲインを大きく設定し(ステップS201)、障害物を検出しない間は(ステップS202、否定)、通常の歩行制御を行う(ステップS203)。   FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure of walking control processing for an obstacle placed at a landing point. As shown in the figure, in this walking control process, the central control unit 123 sets a large gain for compliance control (step S201), and normal walking control is performed while no obstacle is detected (No in step S202). Is performed (step S203).

一方、中央制御部123が障害物を検出すると(ステップS202、肯定)、反射制御部123dは、動作生成部123aに指示して、腰を支持脚に戻すとともに、他の関節の動きをスムーズに停止する(ステップS204)。   On the other hand, when the central control unit 123 detects an obstacle (Yes in step S202), the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to return the waist to the support leg and smoothly move other joints. Stop (step S204).

そして、反射制御部123dは、動作生成部123aに指示して、ゲート時間(歩行動作時間)を増加し、スイング脚を元に戻す(ステップS205)。その後、中央制御部123は、上位制御に従って動作を継続する(ステップS206)。なお、ステップS204およびステップS205の動作中、コンプライアンス制御およびフィードバック制御は起動された状態にある。   Then, the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to increase the gate time (walking motion time), and return the swing leg (step S205). Thereafter, the central control unit 123 continues the operation according to the host control (step S206). Note that during the operations in steps S204 and S205, the compliance control and the feedback control are in an activated state.

このように、スイングした脚の着地点に障害物がある場合に、反射制御部123dが、動作生成部123aに指示して、腰を支持脚に戻すとともに、他の関節の動きをスムーズに停止し、また、ゲート時間を増加し、スイング脚を元に戻すことによって、ロボット110を障害物に対応させることができる。   As described above, when there is an obstacle at the landing point of the swinging leg, the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to return the waist to the support leg and smoothly stop the movement of other joints. In addition, by increasing the gate time and returning the swing leg, the robot 110 can be made to respond to an obstacle.

図15は、障害物に対する反射制御例を示す図である。同図に示すように、スイングした左脚が着地の際に障害物に接触し、元の位置に戻されている。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of reflection control for an obstacle. As shown in the figure, the swinging left leg is in contact with an obstacle when landing and is returned to its original position.

図16は、歩行面が低くなる場合の反射制御を説明するための説明図である。同図に示すように、歩行面が低くなる場合には、高さの低下に対応するために追加動作が必要となる。具体的には、ゲート時間を延長し、着地動作をハードウェアの限界まで継続する必要がある。   FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the reflection control when the walking surface is lowered. As shown in the figure, when the walking surface is lowered, an additional operation is required to cope with the decrease in height. Specifically, it is necessary to extend the gate time and continue the landing operation to the limit of hardware.

図17は、歩行面が低くなる場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この歩行制御処理では、中央制御部123は、コンプライアンス制御のゲインを大きく設定し(ステップS301)、予定時間に着地する間は(ステップS302、肯定)、通常の歩行制御を行う(ステップS303)。   FIG. 17 is a flowchart showing a processing procedure of walking control processing when the walking surface is lowered. As shown in the figure, in this walking control process, the central control unit 123 sets a large gain for compliance control (step S301) and normal walking control while landing at the scheduled time (step S302, positive). Is performed (step S303).

一方、中央制御部123が予定時間に着地が行われなかったことを検出すると(ステップS302、否定)、反射制御部123dは、着地動作の継続およびゲート時間の延長を動作生成部123aに指示し(ステップS304)、ハードウェアの限界内で足裏面が床に触れるか否かを判定する(ステップS305)。   On the other hand, when the central control unit 123 detects that the landing has not been performed at the scheduled time (No at Step S302), the reflection control unit 123d instructs the operation generation unit 123a to continue the landing operation and extend the gate time. (Step S304), it is determined whether or not the sole of the foot touches the floor within the hardware limit (Step S305).

その結果、ハードウェアの限界内で足裏面が床に触れた場合には、ステップ303に進んで中央制御部123は通常の歩行制御を行い、ハードウェアの限界内で足裏面が床に触れない場合には、反射制御部123dは、スイング脚を元に戻すように動作生成部123aに指示する(ステップS306)。その後、中央制御部123は、上位制御に従って動作を継続する(ステップS307)。なお、ステップS304〜ステップS306の動作中、コンプライアンス制御およびフィードバック制御は起動された状態にある。   As a result, if the sole of the foot touches the floor within the hardware limit, the process proceeds to step 303 where the central control unit 123 performs normal walking control, and the sole of the foot does not touch the floor within the hardware limit. In this case, the reflection control unit 123d instructs the action generation unit 123a to return the swing leg (step S306). Thereafter, the central control unit 123 continues the operation according to the upper control (step S307). Note that the compliance control and the feedback control are in an activated state during the operations in steps S304 to S306.

このように、歩行面が低くなる場合に、反射制御部123dが、着地動作の継続およびゲート時間の延長を動作生成部123aに指示することによって、歩行面の低下にロボット110を対応させることができる。   As described above, when the walking surface becomes low, the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to continue the landing motion and extend the gate time, thereby causing the robot 110 to respond to the decrease in the walking surface. it can.

図18は、歩行面が低くなる場合の関節の角度を示す図である。同図において、aは左ピッチ膝関節14Lの角度を示し、bは左ピッチ足首関節15Lの角度を示し、cは左ピッチ股関節13Lの角度を示している。また、dは支持脚関節の追加動作を示している。   FIG. 18 is a diagram illustrating joint angles when the walking surface is lowered. In the figure, a indicates the angle of the left pitch knee joint 14L, b indicates the angle of the left pitch ankle joint 15L, and c indicates the angle of the left pitch hip joint 13L. Further, d indicates an additional operation of the supporting leg joint.

図19は、歩行面が低くなる場合の反射制御例を示す図である。同図に示すように、歩行面が低くなる場合にも、ロボット110は、着地動作を継続することによって、安定して歩行することができる。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of reflection control when the walking surface is lowered. As shown in the figure, even when the walking surface is lowered, the robot 110 can stably walk by continuing the landing motion.

図20は、歩行面が高くなる場合の反射制御を説明するための説明図である。同図に示すように、歩行面が高くなる場合には、高さの増加に対応するために脚の持ち上げを増加する必要がある。   FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the reflection control when the walking surface is high. As shown in the figure, when the walking surface becomes high, it is necessary to increase the lifting of the legs to cope with the increase in height.

図21は、歩行面が高くなる場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この歩行制御処理では、中央制御部123は、コンプライアンス制御のゲインを大きく設定し(ステップS401)、距離センサが歩行面の上りを検出しない間は(ステップS402、否定)、通常の歩行制御を行う(ステップS403)。   FIG. 21 is a flowchart showing a processing procedure of walking control processing when the walking surface becomes high. As shown in the figure, in this walking control process, the central control unit 123 sets a large gain for compliance control (step S401), and while the distance sensor does not detect ascending of the walking surface (No at step S402). Then, normal walking control is performed (step S403).

一方、距離センサが歩行面の上りを検出すると(ステップS402、肯定)、反射制御部123dは、動作生成部123aに指示して、脚の持ち上げを増加し、ゲート時間を延長する(ステップS404)。そして、足裏面に床が触れると(ステップS405、肯定)、動作生成部123aに指示して、ストライドを増加する(ステップS406)。そして、中央制御部123は、ステップS403に戻って通常の歩行制御を行う。   On the other hand, when the distance sensor detects the ascending of the walking surface (Yes at Step S402), the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to increase the leg lift and extend the gate time (Step S404). . Then, when the floor touches the sole of the foot (Yes at Step S405), the motion generation unit 123a is instructed to increase the stride (Step S406). Then, the central control unit 123 returns to step S403 to perform normal walking control.

なお、反射制御部123dは、足裏面が床に触れない間は、脚の持ち上げをハードウェアの限界内で増加し、ハードウェアの限界まで脚を持ち上げても足裏が床に触れない場合には、スイング脚を元に戻すように動作生成部123aに指示する。   The reflection control unit 123d increases the lifting of the leg within the hardware limit while the back of the foot does not touch the floor, and the sole does not touch the floor even if the leg is lifted to the hardware limit. Instructs the motion generator 123a to return the swing leg.

このように、歩行面が高くなる場合に、反射制御部123dが、脚の持ち上げを増加し、ゲート時間を延長するように動作生成部123aに指示することによって、歩行面の上りの段差にロボット110を対応させることができる。   As described above, when the walking surface becomes high, the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to increase the lifting of the leg and extend the gate time. 110 can be made to correspond.

図22は、ロボット110が荷物を落とした場合の反射制御を説明するための説明図である。同図に示すように、ロボット110が運んでいた荷物を落とすと、図22(b)に示すように、ロボット110に後回転のモーメントが発生する。したがって、反射制御では、腰および足首に後回転のモーメントを打ち消す動きを生成する。   FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the reflection control when the robot 110 drops a load. As shown in FIG. 22, when the load carried by the robot 110 is dropped, a moment of backward rotation is generated in the robot 110 as shown in FIG. Therefore, in the reflection control, a motion that cancels the moment of back rotation is generated on the waist and ankle.

図23は、ロボット110が荷物を落とした場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この歩行制御処理では、中央制御部123は、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さいか否かを判定する(ステップS501)。その結果、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さい場合には、ロボット110は荷物を落としていないので、通常の歩行制御を行う(ステップS502)。   FIG. 23 is a flowchart illustrating a processing procedure of the walking control process when the robot 110 drops a load. As shown in the figure, in this walking control process, the central control unit 123 determines whether or not | measured value | of the gyro sensor is smaller than a predetermined threshold value (step S501). As a result, when the | measured value | of the gyro sensor is smaller than the predetermined threshold value, the robot 110 does not drop the load, and thus performs normal walking control (step S502).

一方、ジャイロセンサの|測定値|が所定の閾値より小さくない場合には、ロボット110が荷物を落とした場合なので、反射制御部123dは、ジャイロフィードバック制御のゲインを減少し、足首と腰に図24に示す動きを生成するように動作生成部123aに指示する(ステップS503)。図24において、θwは反射制御によって生成されるピッチ腰関節10の動きを示し、θaは反射制御によるピッチ足首関節の動きを示す。 On the other hand, if the | measured value | of the gyro sensor is not smaller than a predetermined threshold value, the robot 110 has dropped the load, so the reflection control unit 123d reduces the gain of the gyro feedback control and displays it on the ankle and waist. The motion generation unit 123a is instructed to generate the motion shown in FIG. 24 (step S503). In FIG. 24, θ w indicates the movement of the pitch hip joint 10 generated by the reflection control, and θ a indicates the movement of the pitch ankle joint by the reflection control.

そして、反射制御部123dは、ジャイロフィードバック制御のゲインを元に戻し(ステップS504)、通常の歩行制または停止を動作生成部123aに指示する(ステップS505)。   Then, the reflection control unit 123d restores the gain of the gyro feedback control (Step S504), and instructs the motion generation unit 123a to perform normal walking control or stop (Step S505).

このように、ロボット110が荷物を落とした場合に、反射制御部123dが、ZMPフィードバック制御のゲインを減少し、足首と腰に図24に示す動きを生成するように動作生成部123aに指示することによって、ロボット110を制御下に置くことができる。   As described above, when the robot 110 drops the load, the reflection control unit 123d instructs the motion generation unit 123a to reduce the gain of the ZMP feedback control and generate the movement shown in FIG. 24 at the ankle and the waist. Thus, the robot 110 can be put under control.

図25は、ロボット110が荷物を落とした場合の反射制御例を示す図である。同図に示すように、反射制御によって、ロボット110は荷物を落としても安定した状態を保つことができる。図26は、ロボット110が荷物を落とした場合の関節の角度を示す図である。同図において、VZMPはピッチ腰関節10のZMPフィードバックを示し、UZMPはピッチ足首関節のZMPフィードバックを示す。 FIG. 25 is a diagram illustrating an example of reflection control when the robot 110 drops a load. As shown in the figure, by the reflection control, the robot 110 can maintain a stable state even when a load is dropped. FIG. 26 is a diagram illustrating joint angles when the robot 110 drops a load. In the figure, V ZMP indicates the ZMP feedback of the pitch hip joint 10 and U ZMP indicates the ZMP feedback of the pitch ankle joint.

上述してきたように、本実施例では、中央制御部123がロボット110の歩行制御中に、大きな外乱、障害物、歩行面の上下段差、運搬荷物の落下など想定外の事象を検出した場合に、反射制御部123dが事象に対応してロボット110の慣性変化が最小になるように動作指示を動作生成部123aに出し、動作生成部123aが修正動作を生成する、あるいは、反射制御部123dが修正動作を直接生成して補正部123eに出力することとしたので、ロボット110を歩行環境の変化に対応させることができる。   As described above, in this embodiment, when the central control unit 123 detects an unexpected event such as a large disturbance, an obstacle, a vertical step on the walking surface, or a fall of the transported bag during the walking control of the robot 110. The reflection control unit 123d issues an operation instruction to the operation generation unit 123a so that the change in inertia of the robot 110 is minimized in response to the event, and the operation generation unit 123a generates a correction operation, or the reflection control unit 123d Since the correction operation is directly generated and output to the correction unit 123e, the robot 110 can be made to respond to a change in the walking environment.

なお、本実施例では、ロボット制御装置について説明したが、ロボット制御装置が有する構成をソフトウェアによって実現することで、同様の機能を有するロボット制御プログラムを得ることができる。そこで、このロボット制御プログラムを実行するコンピュータについて説明する。   Although the robot control apparatus has been described in the present embodiment, a robot control program having the same function can be obtained by realizing the configuration of the robot control apparatus with software. A computer that executes this robot control program will be described.

図27は、本実施例に係るロボット制御プログラムを実行するコンピュータの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このコンピュータ200は、RAM210と、CPU220と、フラッシュメモリ230と、USBインターフェース240と、COMインターフェース250とを有する。   FIG. 27 is a functional block diagram illustrating a configuration of a computer that executes the robot control program according to the present embodiment. As shown in the figure, the computer 200 includes a RAM 210, a CPU 220, a flash memory 230, a USB interface 240, and a COM interface 250.

RAM210は、プログラムやプログラムの実行途中結果などを記憶するメモリであり、図5に示したメモリ122に対応する。CPU220は、RAM210からプログラムを読み出して実行する中央処理装置である。フラッシュメモリ230は、プログラムやデータを格納する不揮発性メモリであり、USBインターフェース240は、コンピュータ200を関節やセンサに接続するためのインターフェースである。COMインターフェース250は、外部端末装置100と通信するためのインターフェースであり、図5に示した通信インターフェース121に対応するものである。そして、このコンピュータ200において実行されるロボット制御プログラム231は、フラッシュメモリ230から読み出されてCPU220によって実行される。   The RAM 210 is a memory that stores a program, a program execution result, and the like, and corresponds to the memory 122 shown in FIG. The CPU 220 is a central processing unit that reads a program from the RAM 210 and executes the program. The flash memory 230 is a non-volatile memory that stores programs and data, and the USB interface 240 is an interface for connecting the computer 200 to joints and sensors. The COM interface 250 is an interface for communicating with the external terminal device 100, and corresponds to the communication interface 121 shown in FIG. The robot control program 231 executed in the computer 200 is read from the flash memory 230 and executed by the CPU 220.

(付記1)ロボットの歩行を制御するロボット制御装置であって、
ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御する歩行動作制御手段と、
前記予め定められた歩行動作の継続を不可能とする歩行環境の変化を検出し、該検出した変化に対応して前記歩行動作制御手段による歩行動作の制御を修正する反射制御手段と、
を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
(Supplementary note 1) A robot control device that controls walking of a robot,
A walking motion control means for generating control information based on postures at a plurality of different times including at least a reference posture where the robot stands alone without falling, and controlling the robot to perform a predetermined walking motion; ,
A reflection control means for detecting a change in the walking environment that makes the continuation of the predetermined walking motion impossible, and correcting the control of the walking motion by the walking motion control means in response to the detected change;
A robot control device comprising:

(付記2)前記反射制御手段は、ロボットの脚が着地する場所に置かれた障害物の存在を検出すると、支持脚へのローリング動作とスイングした脚をスイング前の位置に戻す動作を行うように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする付記1に記載のロボット制御装置。 (Appendix 2) The reflection control means, when detecting the presence of an obstacle placed at the place where the robot leg lands, performs a rolling operation to the support leg and an operation to return the swinging leg to the position before the swing. The robot control apparatus according to appendix 1, characterized in that the walking motion control means is instructed.

(付記3)前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が低くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地動作を継続するように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする付記1に記載のロボット制御装置。 (Appendix 3) When the reflection control means detects that the walking surface on which the robot walks is lowered, the reflection control means instructs the walking action control means to extend the walking action time and continue the landing action. The robot control apparatus according to appendix 1.

(付記4)前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が高くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地する脚を高く上げるように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする付記1に記載のロボット制御装置。 (Supplementary Note 4) When the reflection control means detects that the walking surface on which the robot walks becomes high, the reflection control means instructs the walking movement control means to lengthen the walking movement time and raise the landing leg. The robot control apparatus according to Supplementary Note 1.

(付記5)前記反射制御手段は、ロボットが保持していた荷物の重さが突然変化したとき、ジャイロフィードバック制御のゲインを所定の値まで減少し、足首および腰を回転させるように歩行動作制御手段に指示することを特徴とする付記1に記載のロボット制御装置。 (Supplementary Note 5) When the weight of the load held by the robot suddenly changes, the reflection control means reduces the gain of the gyro feedback control to a predetermined value and controls the walking motion so as to rotate the ankle and the waist. The robot control apparatus according to appendix 1, wherein the robot control apparatus instructs the means.

(付記6)前記反射制御手段は、ロボットが保持していた荷物の落下をロボットの胴体部に取り付けられたジャイロセンサの測定値に基づいて検出することを特徴とする付記5に記載のロボット制御装置。 (Supplementary note 6) The robot control according to supplementary note 5, wherein the reflection control means detects a fall of a load held by the robot based on a measurement value of a gyro sensor attached to a body portion of the robot. apparatus.

(付記7)前記反射制御手段は、ロボットを押す力を検出すると、歩行動作を停止し、押す力の方向に対して予め定められた姿勢に移行するように制御を修正することを特徴とする付記1に記載のロボット制御装置。 (Appendix 7) The reflection control means corrects the control so as to stop the walking motion and shift to a predetermined posture with respect to the direction of the pressing force when detecting the pressing force of the robot. The robot control apparatus according to appendix 1.

(付記8)前記反射制御手段は、前記予め定められた歩行動作を行うように制御する場合と比較してコンプライアンス制御のゲインを大きくして歩行環境の変化を検出することを特徴とする付記2、3または4に記載のロボット制御装置。 (Additional remark 8) The said reflection control means detects the change of a walking environment by enlarging the gain of a compliance control compared with the case where it controls so that the said predetermined walking action may be performed. 3. The robot control device according to 3 or 4.

(付記9)ロボットの歩行を制御するロボット制御方法であって、
ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御する歩行動作制御ステップと、
前記予め定められた歩行動作の継続を不可能とする歩行環境の変化を検出し、該検出した変化に対応して前記歩行動作制御ステップによる歩行動作の制御を修正する反射制御ステップと、
を含んだことを特徴とするロボット制御方法。
(Supplementary note 9) A robot control method for controlling walking of a robot,
A walking motion control step for generating control information based on postures at a plurality of different times including at least a reference posture where the robot stands alone without falling down, and controlling the robot to perform a predetermined walking motion; ,
A reflection control step of detecting a change in a walking environment that makes it impossible to continue the predetermined walking motion, and correcting the control of the walking motion by the walking motion control step in response to the detected change;
The robot control method characterized by including.

(付記10)ロボットの歩行を制御するロボット制御プログラムであって、
ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御する歩行動作制御手順と、
前記予め定められた歩行動作の継続を不可能とする歩行環境の変化を検出し、該検出した変化に対応して前記歩行動作制御手順による歩行動作の制御を修正する反射制御手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするロボット制御プログラム。
(Supplementary Note 10) A robot control program for controlling walking of a robot,
A walking motion control procedure for generating control information based on postures at a plurality of different time points including at least a reference posture where the robot stands alone without falling, and controlling the robot to perform a predetermined walking motion; ,
A reflection control procedure that detects a change in the walking environment that makes the predetermined walking motion impossible to continue, and corrects the control of the walking motion by the walking motion control procedure in response to the detected change;
A robot control program for causing a computer to execute.

以上のように、本発明に係るロボット制御装置は、ロボットの歩行制御に有用であり、特に、変化する環境下でロボットを歩行させる場合に適している。   As described above, the robot control apparatus according to the present invention is useful for robot walking control, and is particularly suitable for a robot walking in a changing environment.

本実施例に係るロボット歩行を説明する図である。It is a figure explaining the robot walking which concerns on a present Example. 各フレームP0〜P11の状態遷移図である。It is a state transition diagram of each frame P0-P11. 本実施例に係るロボットの概略図である。It is the schematic of the robot which concerns on a present Example. ロボットの歩行運動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the walking movement of a robot. 本実施例に係るロボット制御システムの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the robot control system according to the present embodiment. 中央制御部の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of a central control part. 反射制御部による反射制御の考え方を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the view of reflection control by a reflection control part. 大きな外乱に対する反射制御を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the reflection control with respect to a big disturbance. 反射制御部によるZMPの計算法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method of ZMP by a reflection control part. 大きな外乱に対する歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the walk control process with respect to a big disturbance. 大きな外乱に対する反射制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of reflection control with respect to a big disturbance. スイングした脚の着地点に置かれた障害物を示す図である。It is a figure which shows the obstruction placed in the landing point of the leg which swung. 支持脚へのZMPの戻りを示す図である。It is a figure which shows the return of ZMP to a support leg. 着地点に置かれた障害物に対する歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the walk control process with respect to the obstruction placed at the landing point. 障害物に対する反射制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of reflection control with respect to an obstruction. 歩行面が低くなる場合の反射制御を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating reflection control in case a walking surface becomes low. 歩行面が低くなる場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the walk control process in case a walking surface becomes low. 歩行面が低くなる場合の関節の角度を示す図である。It is a figure which shows the angle of a joint in case a walking surface becomes low. 歩行面が低くなる場合の反射制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of reflection control in case a walking surface becomes low. 歩行面が高くなる場合の反射制御を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating reflection control in case a walking surface becomes high. 歩行面が高くなる場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the walk control process in case a walk surface becomes high. ロボットが荷物を落とした場合の反射制御を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating reflection control when a robot drops a load. ロボットが荷物を落とした場合の歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the walk control process when a robot drops a load. 足首と腰に生成される動きを示す図である。It is a figure which shows the motion produced | generated by the ankle and the waist. ロボットが荷物を落とした場合の反射制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of reflection control when a robot drops a load. ロボットが荷物を落とした場合の関節の角度を示す図である。It is a figure which shows the angle of the joint when a robot drops a load. 本実施例に係るロボット制御プログラムを実行するコンピュータの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the computer which performs the robot control program which concerns on a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 ピッチ腰関節
11R 右ヨー股関節
11L 左ヨー股関節
12R 右ロール股関節
12L 左ロール股関節
13R 右ピッチ股関節
13L 左ピッチ股関節
14R 右ピッチ膝関節
14L 左ピッチ膝関節
15R 右ピッチ足首関節
15L 左ピッチ足首関節
16R 右ロール足首関節
16L 左ロール足首関節
20 胴体
30R 右脚
30L 左脚
40 足裏
50a〜50d,1151〜115m 力センサ
60,111 ジャイロセンサ
100 外部端末装置
110 ロボット
112 ジャイロセンサ制御部
1131〜113n 関節
1141〜114n 関節制御部
1161〜116m 力センサ制御部
1171〜117n 位置センサ
1181〜118n 位置センサ制御部
1191〜1192 距離センサ
1201〜1202 距離センサ制御部
121 通信インターフェース
122 メモリ
123 中央制御部
123a 動作生成部
123b コンプライアンス制御部
123c フィードバック制御部
123d 反射制御部
123e 補正部
200 コンピュータ
210 RAM
220 CPU
230 フラッシュメモリ
231 ロボット制御プログラム
240 USBインターフェース
250 COMインターフェース
10 pitch hip joint 11R right yaw hip joint 11L left yaw hip joint 12R right roll hip joint 12L left roll hip joint 13R right pitch hip joint 13L left pitch hip joint 14R right pitch knee joint 14L left pitch knee joint 15R right pitch ankle joint 15L left pitch ankle joint 16R right roll ankle joint 16L left roll ankle joint 20 body 30R right leg 30L left leg 40 feet back 50a~50d, 115 1 ~115 m force sensor 60,111 gyro sensor 100 external terminal device 110 robot 112 gyro sensor control unit 113 1 to 113 n joints 114 1 to 114 n joint control units 116 1 to 116 m force sensor control units 117 1 to 117 n position sensors 118 1 to 118 n position sensor control units 119 1 to 119 2 distance sensors 120 1 to 120 2 distance sensor control Part 121 communication interface Face 122 memory 123 central control unit 123a operates generating unit 123b compliance control unit 123c feedback controller 123d reflection control unit 123e correction section 200 computer 210 RAM
220 CPU
230 Flash memory 231 Robot control program 240 USB interface 250 COM interface

Claims (5)

ロボットの歩行を制御するロボット制御装置であって、
ロボットが転倒することなく単独で立っている参照姿勢を少なくとも含む複数の異なる時点の姿勢に基づいて制御情報を生成し、ロボットが予め定められた歩行動作を行うように制御する歩行動作制御手段と、
前記ロボットに作用する慣性力及び重力の合成ベクトルと、足裏面とが交差する点から算出される値が前記予め定められた値から外れた場合、前記算出される値に予め対応付けられた、慣性変化を最小にする姿勢に遷移させてから、前記予め定められた歩行動作の継続が可能な姿勢に戻るように前記歩行動作制御手段による歩行動作の制御を修正する反射制御手段と、
を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
A robot control device for controlling walking of a robot,
A walking motion control means for generating control information based on postures at a plurality of different times including at least a reference posture where the robot stands alone without falling, and controlling the robot to perform a predetermined walking motion; ,
When a value calculated from a point where a combined vector of inertial force and gravity acting on the robot intersects with the sole of the foot deviates from the predetermined value, the value is associated in advance with the calculated value. A reflection control means for correcting the control of the walking motion by the walking motion control means so as to return to the posture in which the predetermined walking motion can be continued after the transition to the posture that minimizes the inertia change ;
A robot control device comprising:
前記反射制御手段は、ロボットの脚が着地する場所に置かれた障害物の存在を検出すると、支持脚へのローリング動作とスイングした脚をスイング前の位置に戻す動作を行うように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。   The reflection control means, when detecting the presence of an obstacle placed at a place where the robot's leg lands, performs the walking operation so as to perform a rolling operation to the support leg and an operation to return the swinging leg to the position before the swing. 2. The robot control apparatus according to claim 1, wherein the controller is instructed. 前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が低くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地動作を継続するように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。   2. The reflection control means, when detecting that the walking surface on which the robot walks is lowered, instructs the walking movement control means to extend the walking movement time and continue the landing movement. The robot control device described in 1. 前記反射制御手段は、ロボットが歩行する歩行面が高くなることを検出すると、歩行動作時間を長くするとともに着地する脚を高く上げるように前記歩行動作制御手段に指示することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。   The reflection control means, when detecting that the walking surface on which the robot walks becomes high, instructs the walking movement control means to lengthen the walking movement time and raise the landing leg. The robot control apparatus according to 1. 前記反射制御手段は、ロボットが保持していた荷物の重さが突然変化したとき、ジャイロフィードバック制御のゲインを所定の値まで減少し、足首および腰を回転させるように歩行動作制御手段に指示することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。   The reflection control means instructs the walking movement control means to reduce the gain of the gyro feedback control to a predetermined value and rotate the ankle and the waist when the weight of the load held by the robot suddenly changes. The robot control apparatus according to claim 1.
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