JP5286878B2 - Mobile robot movement control method and mobile robot - Google Patents

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本発明は、移動ロボットの移動制御方法および移動ロボットに関する。詳しくは、自律的に二脚歩行または走行する移動ロボットの移動制御方法および移動ロボットに関する。   The present invention relates to a mobile robot movement control method and a mobile robot. Specifically, the present invention relates to a movement control method and a mobile robot for a mobile robot that autonomously walks or travels on two legs.

自律的に二脚で歩行する人型の脚式ロボット(二足歩行型ロボット)の開発が進められている。このような脚式ロボットは、目標ZMPを姿勢の安定をはかる位置に設定しながら歩行軌道の生成を行い、この生成された軌道に基づいた歩行を行うべく各関節の動作制御を実行する。
ここで、脚式ロボットはクローラ式の移動体とは異なり、二本の脚がそれぞれ着床および離床動作を繰り返すことにより歩行移動が実現される。そのため、着床時には床面からの反力が衝撃として脚部およびロボット全体に対して印加されることになり、あまりに強い衝撃は関節を構成するアクチュエータやその他の構成部材の破損や故障を招来する。
Development of humanoid legged robots (bipedal walking robots) that autonomously walk on two legs is underway. Such a legged robot generates a walking trajectory while setting the target ZMP to a position that stabilizes the posture, and executes motion control of each joint to perform walking based on the generated trajectory.
Here, unlike a crawler-type moving body, a legged robot realizes walking movement by repeating landing and leaving movements of two legs. Therefore, the reaction force from the floor surface is applied as an impact to the legs and the entire robot at the time of landing, and the excessively strong impact causes damage and failure of the actuators and other components constituting the joint. .

そこで、着床時に床面から受ける衝撃を緩和する制御方法が特許文献1に開示されている。
特許文献1には、脚式移動ロボットが記載されている。この脚式移動ロボットは、インピーダンス可変のアクチュエータにより関節を構成し、脚が離床したときに関節アクチュエータのインピーダンスを低下させ、関節のインピーダンスを低くした状態で着床させる。すると、着床時には関節アクチュエータが緩衝材として機能し、着床時の衝撃が緩和される。そして、着床後、低下させたインピーダンスを元に戻す。
Therefore, Patent Document 1 discloses a control method for reducing the impact received from the floor surface when landing.
Patent Document 1 describes a legged mobile robot. In this legged mobile robot, a joint is constituted by an actuator with variable impedance, and when the leg leaves the floor, the impedance of the joint actuator is lowered, and the joint is landed with the joint impedance lowered. Then, at the time of landing, the joint actuator functions as a cushioning material, and the impact at the time of landing is reduced. Then, after landing, the reduced impedance is restored.

特開2001−138273号公報JP 2001-138273 A

しかしながら、脚が着床する際に関節アクチュエータのインピーダンスを下げてゲインを低くすると、着地衝撃吸収は確かにできるものの、関節のゲインが低い分だけ関節の駆動角に目標値からの偏差が生じやすくなる。たとえば、ロボット自体の重量を十分に支えきれずに重心が沈み過ぎたり、外乱に弱くなったりするため目標値からのずれ(偏差)が生じやすくなる。着床時に目標値からの偏差が発生した場合に、特許文献1のごとく着床検出に応答してアクチュエータのゲインを元に戻すと急激な姿勢変化が発生し、ロボットが不安定な状態になってしまう。   However, if the gain of the joint actuator is lowered by lowering the impedance of the joint actuator when landing on the leg, landing impact absorption can be surely made, but the joint drive angle tends to deviate from the target value due to the lower joint gain. Become. For example, the weight of the robot itself cannot be sufficiently supported and the center of gravity sinks too much, or the robot becomes weak against disturbance, so that a deviation (deviation) from the target value is likely to occur. If a deviation from the target value occurs when landing, if the actuator gain is returned to the original value in response to the landing detection as in Patent Document 1, a sudden posture change occurs and the robot becomes unstable. End up.

ここで、仮に、関節アクチュエータのインピーダンス(ゲイン)を戻すタイミングをゆっくりにして急激な姿勢変動を回避させるという考え方もある。
しかしながら、この場合、目標値からのずれ(偏差)が残った状態で次の一歩を振り出して着床させることになるため、目標値からのずれが累積して大きくなってしまう。そして、想定している床面と実際の床面とのずれが大きくなり過ぎると、脚を床面にぶつけてしまったり、転倒してしまうなどの問題が生じてしまう。
Here, there is also an idea that a timing of returning the impedance (gain) of the joint actuator is slowed to avoid a sudden posture change.
However, in this case, since the next step is drawn out and landed in a state where the deviation (deviation) from the target value remains, the deviation from the target value accumulates and becomes large. And if the shift | offset | difference of the assumed floor surface and an actual floor surface becomes large too much, problems, such as hitting a leg against a floor surface and falling down, will arise.

本発明の目的は、円滑な移動動作を安定して行う移動ロボットの移動制御方法および移動ロボットを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a mobile robot movement control method and a mobile robot that stably perform a smooth movement operation.

本発明の移動ロボットの移動制御方法は、遊脚と支持脚とを交互に交替して移動を自律的に実行する二脚式移動ロボットの移動動作を制御する移動ロボットの移動制御方法において、遊脚を離床させてから移動方向に振り出して着床させるまでの一歩分動作を実行させる移動動作実行工程と、前記移動動作実行工程による一歩分の動作を実行中に次の移動動作実行工程で遊脚の振り出しを行うまでの間に次の前記移動動作実行工程における動作の軌道を再計算する再計算工程と、を備え、前記再計算工程は、前記移動動作実行工程における一歩分の動作の後に目標とする重心位置と実際の重心位置との位置ずれを算出する重心位置ずれ算出工程と、目標とする重心位置を実際の重心位置に基づいて更新する重心位置更新工程と、前記重心位置更新工程にて更新された更新重心位置を基準にして次の移動動作実行工程において実行する移動動作の軌道を計算する軌道計算工程と、を備えることを特徴とする。   The movement control method for a mobile robot according to the present invention is a mobile robot movement control method for controlling a movement operation of a biped mobile robot that autonomously performs movement by alternately switching free legs and support legs. A moving operation execution step for executing an operation for one step from the time when the leg is released to the time when the leg is swung in the moving direction and the landing is performed, and the next movement operation executing step is performed while the operation for one step is performed by the moving operation execution step. A recalculation step of recalculating the trajectory of the movement in the next movement operation execution step until the leg is swung out, and the recalculation step is performed after one step of the movement in the movement operation execution step. A center-of-gravity position shift calculating step for calculating a position shift between the target center-of-gravity position and the actual center-of-gravity position; a center-of-gravity position update step for updating the target center-of-gravity position based on the actual center-of-gravity position; The updated updated centroid position in the new process, based on, characterized in that it comprises a trajectory calculation step of calculating the trajectory of the moving operation performed in the next movement operation execution step.

このような構成において、移動動作実行工程において移動動作を実行中に次の移動動作実行工程における動作の軌道を再計算工程によって再計算する。そして、次の一歩動作は、再計算された軌道に基づいて実行される。このように次の動作を無理なく円滑に進行可能な軌道の再計算を行うので、常に安定した移動動作を継続させることができる。   In such a configuration, the trajectory of the operation in the next moving operation execution step is recalculated by the recalculation step while the moving operation is being executed in the moving operation execution step. Then, the next one-step operation is executed based on the recalculated trajectory. In this way, the recalculation of the trajectory that allows the next operation to proceed smoothly and smoothly is performed, so that a stable moving operation can be always continued.

一歩動作を行って遊脚を着地させる際の自重や外乱の影響等によって着地位置が目標からずれたり、姿勢が傾いたりして動作が目標からずれてしまうことが起こりえる。
従来、このように目標からのずれが発生した場合には偏差に応じた補正指令を発して目標軌道に引き戻す制御が行われていた。この場合、偏差が大きい場合には偏差に応じて大きなトルクがかかり、急峻な動きが生じることがあった。そして、偏差が大きいと動きが急峻になってバランスを崩して倒れてしまったり、あるいは、目標軌道に戻しきれずに制御不能に陥ってその後の歩行動作が継続できなくなってしまうこともあった。
The landing position may be deviated from the target or the posture may be deviated from the target due to the influence of the dead weight or disturbance when landing the free leg by performing a one-step movement.
Conventionally, when a deviation from the target occurs in this way, a correction command corresponding to the deviation is issued to return to the target trajectory. In this case, when the deviation is large, a large torque is applied according to the deviation, and a steep movement may occur. If the deviation is large, the movement becomes steep and the balance may be lost and fall down, or it may not be able to return to the target trajectory and become uncontrollable, and the subsequent walking motion may not be continued.

この点、本発明では、一歩動作(移動動作実行工程)のあと、実際の重心位置を確認して新たに重心位置を更新し、次の一歩動作の軌道を計算するための条件を変更させる。すると、仮に外乱等によって重心軌道がずれた場合でも次の動作に連続的に滑らかに移行して安定した動作を継続する。その結果、急峻な動作や累積偏差のために制御不能に陥るといった事態を回避することができる。   In this regard, in the present invention, after the one-step operation (moving operation execution step), the actual center-of-gravity position is confirmed, the center-of-gravity position is newly updated, and the condition for calculating the trajectory of the next one-step operation is changed. Then, even if the center of gravity trajectory is shifted due to a disturbance or the like, the next operation is continuously and smoothly shifted to continue the stable operation. As a result, it is possible to avoid a situation in which control is lost due to a steep operation or a cumulative deviation.

本発明では、前記再計算工程は、目標とする関節角度に対して実際の関節角度がもつ関節角度ずれを算出する関節角度ずれ算出工程と、前記関節角度ずれが減少するように関節角度の目標値を変更する目標関節角度変更工程を備えることが好ましい。   In the present invention, the recalculation step includes a joint angle deviation calculating step of calculating an actual joint angle with respect to a target joint angle, and a joint angle target so that the joint angle deviation is reduced. It is preferable to provide a target joint angle changing step for changing the value.

このような構成において、関節角度ずれ算出工程にて目標からの角度ずれを算出し、目標関節角度変更工程にて関節角度のずれをある程度受け入れて目標値を変更する。
このように関節角度のずれ補正を行うことで着地位置のずれを補正し、次の動作に円滑に移行させることができる。
In such a configuration, the angle deviation from the target is calculated in the joint angle deviation calculating step, and the target value is changed by accepting the deviation of the joint angle to some extent in the target joint angle changing step.
Thus, by correcting the shift of the joint angle, it is possible to correct the shift of the landing position and smoothly shift to the next operation.

ここで、前記目標関節角度変更工程にて関節角度の目標値を変更した後、関節を構成するアクチュエータのゲインを上げて関節角度を目標値にすることが好ましい。
このような構成によれば、目標からのずれが無くなり、制御が安定する。
なお、ゲインを上げる速度は実際の角度と目標値とのずれの大きさに応じたものとすることが好ましい。例えば、偏差が大きい場合には緩やかにゲインを戻し(高め)、偏差が小さいときには速やかにゲインを戻して(高めて)もよい。
Here, after changing the target value of the joint angle in the target joint angle changing step, it is preferable to increase the gain of the actuator constituting the joint to set the joint angle to the target value.
According to such a configuration, the deviation from the target is eliminated and the control is stabilized.
Note that the speed at which the gain is increased is preferably set in accordance with the magnitude of the deviation between the actual angle and the target value. For example, when the deviation is large, the gain may be gradually returned (increased), and when the deviation is small, the gain may be promptly returned (increased).

ここで、関節角度の目標値を変更するにあたっては、角度偏差がある制限値を超えた場合に目標変更を行うこととして目標の変更を行わない偏差の制限値を設定しておくことが好ましい。
例えば、この偏差の制限値を2°に設定したとし、ある関節において角度の目標値が50°であったところ実際は48°になっており角度偏差が2°ある場合、角度偏差を減少させる目標値の設定変更は行わず、目標値は50°のままで維持する。
わずかなずれであれば通常の補正動作によって目標軌道に修正できるので、このような場合には当初の目標のまま維持して目標軌道にのせることとする。
また、一回で目標角度を変更する量の上限を設定しておくことが好ましい。
例えば、変更する上限量を5°に設定したとし、ある関節において角度の目標値が50°であったところ実際は40°になっており角度偏差が10°ある場合、角度偏差を減少させるように目標値の設定変更を行い、この例では目標値を45°にする。
すべての角度ずれを受け入れてしまって角度目標を変更してしまうと補正が過剰になってしまい、かえって外乱等に影響され過ぎて移動動作のバランスが維持できなってしまうという不都合を回避することができる。
Here, when changing the target value of the joint angle, it is preferable to set a deviation limit value in which the target is not changed by changing the target when the angle deviation exceeds a certain limit value.
For example, if the limit value of this deviation is set to 2 °, when the target value of the angle at a certain joint is 50 °, it is actually 48 °. The value setting is not changed, and the target value is maintained at 50 °.
If it is a slight deviation, it can be corrected to the target trajectory by a normal correction operation. In such a case, the original target is maintained and placed on the target trajectory.
In addition, it is preferable to set an upper limit for changing the target angle at a time.
For example, if the upper limit amount to be changed is set to 5 °, when the target angle value is 50 ° at a certain joint, it is actually 40 ° and the angle deviation is 10 °. The target value is changed and the target value is set to 45 ° in this example.
If all angle deviations are accepted and the angle target is changed, the correction becomes excessive, and the disadvantage of being too affected by disturbances and maintaining the balance of the movement is avoided. it can.

本発明では、前記移動動作実行工程は、遊脚を着床させる前に遊脚の関節のゲインを下げる遊脚関節ゲイン下げ工程を備えることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the moving operation execution step includes a free leg joint gain lowering step of lowering the gain of the joint of the free leg before landing the free leg.

このような構成において、着床前に遊脚のゲインを下げるので、着床時の衝撃を緩和することができる。
ここで、遊脚のゲインを下げて着床させてしまうと自分の重みによって沈み込み過ぎたり、外乱の影響を受けやすくなってしまうという問題が生じやすくなるが、本発明では再計算工程により再計算された軌道に基づいて次の一歩動作を行うので、自重による沈みや外乱の影響があっても円滑に移動動作を継続することができる。
これにより、着床の衝撃を緩和しつつも円滑な移動動作を実行することができるという画期的な効果を奏することができる。
In such a configuration, since the gain of the free leg is lowered before landing, the impact during landing can be mitigated.
Here, if the gain of the free leg is lowered and the robot is made to land, problems such as excessive sinking due to its own weight or being easily affected by disturbance are likely to occur. Since the next one-step operation is performed based on the calculated trajectory, the moving operation can be continued smoothly even if there is an influence of sinking or disturbance due to its own weight.
As a result, it is possible to achieve an epoch-making effect that a smooth movement operation can be performed while mitigating the impact of landing.

本発明では、前記軌道計算工程は、前記重心位置ずれ算出工程にて算出された重心位置ずれに応じて、重心の位置ずれ方向とは逆の方向に相対ZMPを設定更新する相対ZMP更新工程を備えることが好ましい。   In the present invention, the trajectory calculation step includes a relative ZMP update step of setting and updating a relative ZMP in a direction opposite to the center of gravity misalignment direction according to the center of gravity misalignment calculated in the center of gravity misalignment calculating step. It is preferable to provide.

このような構成において、重心ずれが生じる方向とは逆方向に相対ZMPをずらすことによって、移動動作時の重心ずれをより少なくし、目標とする軌道に沿った動作をすることができる。
その結果、移動動作のより一層の安定化を図ることができる。
相対ZMP軌道は、支持脚の足平の基準点に対する目標ZMPの位置の経時的データであって、接地相では支持脚の足平内にZMPが存在していればロボットは安定である。
ここで、たとえば、移動動作時に重心が目標より後ろ側にずれを生じる場合には、相対ZMPの位置を調整する(例えば前にずらす)ことにより重心ずれが起こらないようにし、移動動作をより一層安定させることができる。
In such a configuration, by shifting the relative ZMP in the direction opposite to the direction in which the center of gravity shift occurs, the center of gravity shift during the moving operation can be further reduced, and the operation along the target trajectory can be performed.
As a result, the movement operation can be further stabilized.
The relative ZMP trajectory is the time-dependent data of the position of the target ZMP with respect to the reference point of the foot of the supporting leg, and the robot is stable if the ZMP exists in the foot of the supporting leg in the ground contact phase.
Here, for example, when the center of gravity shifts behind the target during the moving operation, the relative ZMP position is adjusted (for example, shifted forward) so that the center of gravity shift does not occur, and the moving operation is further performed. It can be stabilized.

本発明では、前記軌道計算工程は、前記重心位置ずれ算出工程にて算出された重心位置ずれに応じて、重心の位置ずれ方向とは逆向きに上体姿勢を回転させる回転運動量を軌道計算に加える上体姿勢調整工程を備えることが好ましい。   In the present invention, in the trajectory calculation step, the rotational momentum for rotating the body posture in the direction opposite to the direction of the center of gravity misalignment according to the center of gravity misalignment calculated in the center of gravity misalignment calculating step is calculated. It is preferable to include an upper body posture adjustment step to be added.

このような構成によれば、上体姿勢を調整するので適正な姿勢で移動動作を継続することができる。
本発明では、重心位置のずれが生じた場合に実際の位置に応じて重心位置を更新することとしているため、そのままでは姿勢の傾斜を残すことになる。
この点、上体姿勢を適正に戻す回転運動量を軌道計算に組み込むことによって、姿勢の安定化も図ることができる。
According to such a configuration, since the body posture is adjusted, the moving operation can be continued with an appropriate posture.
In the present invention, when a shift in the center of gravity occurs, the position of the center of gravity is updated according to the actual position.
In this respect, the posture can be stabilized by incorporating the rotational momentum for properly returning the body posture into the trajectory calculation.

本発明では、前記軌道計算工程は、前記重心位置ずれ算出工程にて算出された重心位置ずれに応じて、重心の位置ずれ方向とは逆向きに足平を回動させる動きを軌道計算に加える足平角度調整工程を備えることが好ましい。   In the present invention, the trajectory calculation step adds to the trajectory calculation a motion for rotating the foot in the direction opposite to the direction of the center of gravity misalignment according to the center of gravity misalignment calculated in the center of gravity misalignment calculating step. It is preferable to provide a foot angle adjusting step.

このような構成によれば、足平を床面に倣わせることができ、ロボットをより一層安定化させることができる。   According to such a configuration, the foot can be made to follow the floor surface, and the robot can be further stabilized.

本発明の移動ロボットは、遊脚と支持脚とを交互に交替して移動を自律的に実行する二脚式移動ロボットであって、遊脚を離床させてから移動方向に振り出して着床させるまでの一歩分動作を実行させる移動動作実行部と、一歩分の動作の実行中に次の一歩における動作の軌道を再計算する再計算部と、を備え、前記再計算部は、一歩分の動作の後に目標とする重心位置と実際の重心位置との位置ずれを算出する重心位置ずれ算出部と、目標とする重心位置を実際の重心位置に基づいて更新する重心位置更新部と、前記重心位置更新部にて更新された更新重心位置を基準にして次の移動動作において実行する移動動作の軌道を計算する軌道計算部と、を備えることを特徴とする。   The mobile robot of the present invention is a two-legged mobile robot that autonomously performs the movement by alternately switching the free leg and the support leg, and after leaving the free leg, it swings out in the moving direction and is landed. And a recalculation unit that recalculates the trajectory of the motion in the next one step during execution of the one step operation, and the recalculation unit includes one step A center-of-gravity position shift calculating unit that calculates a position shift between the target center-of-gravity position and the actual center-of-gravity position after the operation; a center-of-gravity position update unit that updates the target center-of-gravity position based on the actual center-of-gravity position; A trajectory calculation unit that calculates a trajectory of a moving operation to be executed in the next moving operation on the basis of the updated barycentric position updated by the position updating unit.

このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、次の動作を無理なく円滑に進行可能な軌道計算を行うので、常に安定した移動動作を継続させることができる。   According to such a configuration, it is possible to achieve the same effects as the above-described invention. In other words, since the trajectory calculation that allows the next operation to proceed smoothly and smoothly is performed, a stable moving operation can always be continued.

本発明によれば、実際の重心位置を確認しつつ新たに重心位置を更新して次の一歩動作の軌道を計算するための条件を変更させるので、仮に外乱等によって重心軌道がずれた場合でも次の動作に連続的に滑らかに移行して安定した歩行を継続できる。   According to the present invention, since the condition for calculating the trajectory of the next one-step motion is changed by newly updating the center of gravity position while confirming the actual center of gravity position, even if the center of gravity trajectory is shifted due to a disturbance or the like, Stable walking can be continued by making a smooth transition to the next motion.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
本発明の移動ロボットの移動制御方法に係る第1実施形態について説明する。
図1は、移動ロボット100の外観を示す図である。
移動ロボット100は、体幹部110に左脚リンク200と右脚リンク300とが股関節部130を介して揺動可能に設けられている。
脚リンク200、300にも膝関節部410、足首関節部420、つま先関節部430をはじめとする関節部が設けられている。
移動ロボット100の各関節はアクチュエータ(不図示)を備え、各アクチュエータは体幹部110に内蔵された制御部120により駆動制御される。すなわち、制御部120は、後述する各工程をそれぞれ実行する機能部を格納し、本発明の移動制御方法を実現するものである。
移動ロボット100には、撮像カメラあるいはレーザー送受信手段によって構成されるセンサ手段(不図示)が設けられている。そして、センサ手段にて取得された情報に基づいて周囲の環境情報(環境地図)および自己位置情報が制御部にて同時認識される。
環境地図情報および自己位置情報に基づいて、制御部は自律的に移動動作を計画し、各アクチュエータに制御指令を与えて歩行動作(移動動作)を実現する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
A first embodiment of the mobile robot movement control method of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of the mobile robot 100.
In the mobile robot 100, a left leg link 200 and a right leg link 300 are provided on a trunk 110 so as to be swingable via a hip joint 130.
The leg links 200 and 300 are also provided with joint portions including a knee joint portion 410, an ankle joint portion 420, and a toe joint portion 430.
Each joint of the mobile robot 100 includes an actuator (not shown), and each actuator is driven and controlled by the control unit 120 built in the trunk 110. That is, the control unit 120 stores a function unit that executes each step described later, and realizes the movement control method of the present invention.
The mobile robot 100 is provided with sensor means (not shown) constituted by an imaging camera or laser transmission / reception means. Then, based on the information acquired by the sensor means, surrounding environment information (environment map) and self-location information are simultaneously recognized by the control unit.
Based on the environmental map information and the self-location information, the control unit autonomously plans a moving operation and gives a control command to each actuator to realize a walking operation (moving operation).

次に、フローチャートを参照して、本実施形態に係る移動ロボットの移動制御方法について説明する。
図2は、移動ロボットの移動制御方法の全体構成を示すフローチャートである。
まず、本実施形態に係る移動ロボットの移動制御方法は、初期設定工程(ST100)と、遊脚を離床させてから移動方向に振り出して着床させるまでの一歩分動作を実行させる歩行動作実行工程(移動動作実行工程)(ST200)と、次の歩行動作実行工程における動作の軌道を再計算する再計算工程(ST300)と、を備える。
以下、順に説明する。
Next, a mobile robot movement control method according to the present embodiment will be described with reference to a flowchart.
FIG. 2 is a flowchart showing the overall configuration of the mobile robot movement control method.
First, the mobile robot movement control method according to the present embodiment includes an initial setting step (ST100) and a walking motion execution step of performing a one-step motion from the time when the free leg is left to the time when it is swung out in the moving direction to be landed. (Moving motion execution step) (ST200) and a recalculation step (ST300) for recalculating the trajectory of the motion in the next walking motion execution step.
Hereinafter, it demonstrates in order.

図3は、初期設定工程(ST100)の手順を示すフローチャートである。
初期設定工程(ST100)では、まず、初期条件の読み込みを行う(ST110)。
これは、操作者によって予め入力された初期条件や初期設定を読み込む工程である。
操作者が与える初期条件としては、走行あるいは歩行などの移動の動作態様、移動速度、相対ZMP軌道、終了条件(継続時間あるいは移動距離)、などが例として挙げられる。
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the initial setting step (ST100).
In the initial setting step (ST100), first, initial conditions are read (ST110).
This is a step of reading initial conditions and initial settings input in advance by the operator.
Examples of initial conditions given by the operator include movement modes such as running or walking, movement speed, relative ZMP trajectory, end conditions (duration or movement distance), and the like.

動作態様を走行とすると、両脚がともに空中に浮く空中相が存在することになる。
動作態様を歩行とすると、遊脚と支持脚とが交互に右脚300と左脚200とで入れ替わり、その間に空中相を挟むことなく接地相の連続となる。本実施形態では歩行を例にして説明する。
When the operation mode is traveling, there is an aerial phase in which both legs float in the air.
When the operation mode is walking, the free leg and the support leg are alternately switched between the right leg 300 and the left leg 200, and the ground phase is continuous without interposing the aerial phase therebetween. In this embodiment, walking will be described as an example.

移動速度は、移動ロボット100の重心の水平方向速度として与えることができる。相対ZMP軌道は、支持脚の足平の基準点に対する目標ZMPの位置の経時的データである。例えば、相対ZMP軌道を支持脚の足平の中心に固定するように設定することができる。あるいは、支持脚の足平の内部において後方から前方へ移動するような軌道を設定してもよい。   The moving speed can be given as the horizontal speed of the center of gravity of the mobile robot 100. The relative ZMP trajectory is data with time of the position of the target ZMP with respect to the reference point of the foot of the support leg. For example, the relative ZMP trajectory can be set to be fixed at the center of the foot of the support leg. Alternatively, a trajectory that moves from the rear to the front inside the foot of the support leg may be set.

次に、初期軌道の計算が実行され、動作開始から数歩目(例えば二歩目)の着地までの重心の相対軌道が算出される(ST120)。重心の相対軌道は、初期条件として与えた重心の水平方向速度のもとで実際のZMPが目標ZMPの軌道に一致するように算出される。   Next, the calculation of the initial trajectory is executed, and the relative trajectory of the center of gravity from the start of the operation to the landing at the several steps (for example, the second step) is calculated (ST120). The relative trajectory of the center of gravity is calculated so that the actual ZMP matches the trajectory of the target ZMP under the horizontal speed of the center of gravity given as an initial condition.

次に、ST120にて算出された重心の相対軌道を実現する各関節の角度を算出する(ST130)。これは、重心の速度(q′)と各関節の速度(θ′)とを関係づけるヤコビ方程式を解くことによって求められる。
このようにして実現すべき動作(関節角度)が求められたところで初期設定工程(ST100)を終了し、次の歩行動作実行工程(ST200)に移行する。
Next, the angles of the joints that realize the relative trajectory of the center of gravity calculated in ST120 are calculated (ST130). This can be obtained by solving the Jacobian equation relating the velocity (q ′) of the center of gravity and the velocity (θ ′) of each joint.
When the motion (joint angle) to be realized is obtained in this way, the initial setting step (ST100) is terminated, and the process proceeds to the next walking motion execution step (ST200).

図4は、歩行動作実行工程(移動動作実行工程)(ST200)の手順を示すフローチャートである。
歩行動作実行工程(ST200)では、まず、実現すべき動作(関節角度)を読み込んで歩行動作を開始し(ST210)、遊脚に設定されている脚を離床させて持ち上げる(図5参照)。
なお、片脚による立脚状態になった段階では脚の関節を構成するアクチュエータのゲインを大きくして設定条件内の最大値にする。
ここでいう脚とは遊脚および立脚の両方であり、両脚の関節のゲインを最大化する。
この状態で遊脚を移動方向に振り出して着地位置に向けて駆動させる(ST220)(図6参照)。
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the walking motion execution step (moving motion execution step) (ST200).
In the walking motion execution step (ST200), first, the motion (joint angle) to be realized is read to start the walking motion (ST210), and the leg set as a free leg is lifted by leaving the floor (see FIG. 5).
In the stage where one leg is in the standing state, the gain of the actuator constituting the joint of the leg is increased to the maximum value within the setting conditions.
The legs here are both free legs and standing legs, and maximize the gain of the joints of both legs.
In this state, the swing leg is swung in the moving direction and driven toward the landing position (ST220) (see FIG. 6).

そして、遊脚が着地位置に着床する直前において遊脚の関節を構成するアクチュエータのゲインを下げる(ST230)。ゲインを下げる関節としては、遊脚の足首およびつま先部である末端部分の関節420、430だけでもよい。あるいは、末端部分の関節ではなく、膝関節410のゲインを下げてもよい。または、末端部分および膝関節を含めた遊脚の関節すべてのゲインを下げてもよい。下げるゲインの程度は姿勢制御が保たれる範囲内において適宜設定可能である。
例えば、最大値の20%から50%程度にすることが例として挙げられる。
Then, the gain of the actuator constituting the joint of the free leg is lowered immediately before the free leg reaches the landing position (ST230). The joints that lower the gain may be only the joints 420 and 430 at the end portions that are the ankles and toes of the free leg. Alternatively, the gain of the knee joint 410 may be lowered instead of the joint at the end portion. Alternatively, the gain of all joints of the free leg including the end portion and the knee joint may be lowered. The degree of gain to be lowered can be set as appropriate within a range in which attitude control is maintained.
For example, the maximum value is about 20% to 50%.

このように遊脚の関節のゲインを下げた状態で遊脚を着床させる(ST240)(図7参照)。すると、着床時の衝撃が緩和され、滑らかな歩行動作になるとともに脚200、300および体幹部110の損壊が防止される。そして、遊脚として着床した脚の足平内にZMPを移し、遊脚と支持脚とを交替させる(ST250)。
これで歩行動作の一歩が終了し、再計算工程(ST300)が開始する。
In this way, the free leg is landed with the joint gain of the free leg lowered (ST240) (see FIG. 7). Then, the impact at the time of landing is relieved, a smooth walking motion is achieved, and the legs 200 and 300 and the trunk 110 are prevented from being damaged. Then, the ZMP is moved into the foot of the leg that has landed as a free leg, and the free leg and the support leg are switched (ST250).
This completes one step of the walking motion and starts the recalculation step (ST300).

図8は再計算工程(ST300)の手順を示すフローチャートである。
再計算工程(ST300)にあっては、まず、現状データの取得を行う(ST310)。すなわち、各関節の実際の角度データを取得する。
本実施形態では、前述の歩行動作実行工程(ST200)において、遊脚を着床させる直前に遊脚の関節のゲインを下げる(ST230)。これにより着床時の衝撃は緩和されるが、同時にロボット自体の重量によって遊脚が沈みこみ過ぎたり、外乱に対する頑健さが低下してしまう。そのため目標とする関節角度に対して実際の関節角度がずれてしまうことが生じやすい。
例えば、前方から後方に向けての外乱が作用した場合、図9に示すように移動ロボット100が後ろ向きに傾斜してしまう。そこで、実際の関節角度を取得したうえで(ST310)、この現状データと目標関節角度とを対比して関節角度のずれを算出する(ST320)。
FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the recalculation step (ST300).
In the recalculation step (ST300), first, current data is acquired (ST310). That is, actual angle data of each joint is acquired.
In the present embodiment, in the above-described walking motion execution step (ST200), the joint gain of the free leg is lowered immediately before the free leg is landed (ST230). As a result, the impact at the time of landing is mitigated, but at the same time, the free leg sinks too much due to the weight of the robot itself, or the robustness to disturbance is reduced. For this reason, the actual joint angle is likely to deviate from the target joint angle.
For example, when a disturbance from the front to the rear acts, the mobile robot 100 tilts backward as shown in FIG. Therefore, after obtaining the actual joint angle (ST310), the present state data is compared with the target joint angle to calculate the shift of the joint angle (ST320).

このように関節角度のずれを求めたところで(ST320)、この関節角度のずれに応じて目標値の変更を行う(ST330)。
ST320において関節角度の目標値からの偏差(ずれ)を求めているところ、角度偏差を減少させるように関節角度の目標値を変更する(ST330)。
When the deviation of the joint angle is obtained in this way (ST320), the target value is changed according to the deviation of the joint angle (ST330).
When the deviation (deviation) from the target value of the joint angle is obtained in ST320, the target value of the joint angle is changed so as to reduce the angular deviation (ST330).

ここで、関節角度の目標値を変更するにあたっては、角度偏差がある制限値を超えた場合に目標変更を行うこととして目標の変更を行わない偏差の制限値を設定しておく。
例えば、この偏差の制限値を2°に設定したとし、ある関節において角度の目標値が50°であったところ実際は48°になっており角度偏差が2°ある場合、角度偏差を減少させる目標値の設定変更は行わず、目標値は50°のままで維持する。
一方、ある関節において関節角度の目標値が50°であったところ実際は46°になっており角度偏差が4°ある場合、角度偏差を減少させるように目標値の設定変更を行い、この例では目標値を46°にする。
Here, when the target value of the joint angle is changed, a deviation limit value that does not change the target is set so that the target is changed when the angle deviation exceeds a certain limit value.
For example, if the limit value of this deviation is set to 2 °, when the target value of the angle at a certain joint is 50 °, it is actually 48 °. The value setting is not changed, and the target value is maintained at 50 °.
On the other hand, when the target value of the joint angle at a certain joint is 50 °, it is actually 46 °, and when the angle deviation is 4 °, the setting of the target value is changed so as to reduce the angle deviation. Set the target value to 46 °.

また、一回で変更する量の上限を設定しておく。
例えば、変更する上限量を5°に設定したとし、ある関節において角度の目標値が50°であったところ実際は40°になっており角度偏差が10°ある場合、角度偏差を減少させるように目標値の設定変更を行い、この例では目標値を45°にする。
Moreover, the upper limit of the amount changed at once is set.
For example, if the upper limit amount to be changed is set to 5 °, when the target angle value is 50 ° at a certain joint, it is actually 40 ° and the angle deviation is 10 °. The target value is changed and the target value is set to 45 ° in this example.

そして、ST340において、支持脚のゲインを戻す。
これは、ST230において着床前に脚関節のゲインを下げていたところ、下げていたゲインを戻して新たに設定した関節角度の目標値に向けて駆動させる。
このとき、現状と目標値との差が小さい関節のゲインについては早く戻し、現状と目標との差が大きい関節のゲインはゆっくり戻すようにする。
例えば、先のST330にて関節角度の目標値を設定変更したところ、この変更量の大きさに応じてゲインを戻す速さを変化させる。
In ST340, the gain of the support leg is returned.
In ST230, when the gain of the leg joint is lowered before landing in ST230, the lowered gain is returned to drive toward the newly set joint angle target value.
At this time, the gain of the joint having a small difference between the current state and the target value is quickly returned, and the gain of the joint having a large difference between the current state and the target is slowly returned.
For example, when the target value of the joint angle is set and changed in ST330, the speed at which the gain is returned is changed in accordance with the amount of change.

次に、ST350において、重心ずれを算出する。すなわち、ST120において算出した重心の目標軌道に対して実際の重心位置がもつ偏差を求める。
関節角度としてはST330にて変更した関節角度の設定目標に基づいて移動ロボット100の状態を把握し、移動ロボット100の重心位置を求めるとともに目標軌道からのずれ(偏差)を算出する。
重心のずれは、脚末端の関節(例えばつま先の関節)を中心にした回転角Δθとして求める(図10参照)。そして、ST360において、実際の重心位置に基づいて重心位置を更新する。
ここで、重心位置を更新するにあたっては、目標重心位置と実際の重心位置とが一致するように目標重心位置を更新してもよく、あるいは重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新してもよい。たとえば、重心位置ずれが50%減少するように目標重心位置を設定更新してもよい。ある程度重心位置ずれを解消するようにすれば累積偏差が増大することもなく、また、目標重心位置を実際の位置に合わせ過ぎると外乱に影響されすぎて却って不安定になる場合もありうる。したがって、目標重心位置を実際の位置にどの程度まで合わせるかは適宜設定しておくことが望ましい。
Next, in ST350, the gravity center shift is calculated. That is, the deviation of the actual center of gravity position with respect to the target center of gravity center calculated in ST120 is obtained.
As the joint angle, the state of the mobile robot 100 is grasped based on the joint angle setting target changed in ST330, the center of gravity position of the mobile robot 100 is obtained, and the deviation (deviation) from the target trajectory is calculated.
The deviation of the center of gravity is obtained as a rotation angle Δθ centered on the joint at the end of the leg (for example, the joint at the toe) (see FIG. 10). In ST360, the gravity center position is updated based on the actual gravity center position.
Here, when updating the center of gravity position, the target center of gravity position may be updated so that the target center of gravity position and the actual center of gravity position coincide with each other, or the target center of gravity position is updated so as to reduce the center of gravity position deviation. May be. For example, the target centroid position may be set and updated so that the centroid position deviation is reduced by 50%. If the center-of-gravity position shift is eliminated to some extent, the accumulated deviation does not increase, and if the target center-of-gravity position is adjusted too much to the actual position, it may be influenced by disturbance and become unstable. Therefore, it is desirable to appropriately set how much the target barycentric position is adjusted to the actual position.

次に、ST370において、軌道計算を実行する。すなわち、ST360にて新たに更新された重心位置から出発して、次の一歩の歩行を実現するための重心軌道および脚の軌道を算出する。
軌道の再計算にあたって加味する点を含めて図11を参照して説明する。
Next, in ST370, trajectory calculation is executed. That is, starting from the newly updated center of gravity position in ST360, the center of gravity trajectory and the leg trajectory for realizing the next one-step walk are calculated.
A description will be given with reference to FIG. 11 including points to be taken into consideration in the recalculation of the trajectory.

図11は、軌道計算工程の手順を示すフローチャートである。
軌道の再計算にあたっては、まず、重心ずれと更新した重心位置の読み込みを行う(ST371)。そして、次に、軌道計算する際の相対ZMPを調整する(ST372)。相対ZMPは初期設定で入力しているところ、移動ロボット100の重心が予定の軌道からずれる場合には安定化を図るために相対ZMPの位置を調整する。
例えば、相対ZMPを足平の中心に固定したときに重心が後ろにずれる場合には、相対ZMPを前にずらす(図12中のPからPへ)。
このように重心ずれの方向とは逆方向に相対ZMPをずらすことによって安定化を実現するように相対ZMPを調整する。相対ZMPの位置変更量としては、急な変化は避け、たとえば、重心ずれの5%から10%を一歩の間に改善する程度の変更を加える。
FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the trajectory calculation process.
In the recalculation of the trajectory, first, the deviation of the center of gravity and the updated center of gravity position are read (ST371). Next, the relative ZMP for calculating the trajectory is adjusted (ST372). The relative ZMP is input by default, and when the center of gravity of the mobile robot 100 deviates from the planned trajectory, the relative ZMP position is adjusted in order to stabilize.
For example, if the center of gravity when fixing the relative ZMP at the center of the foot is shifted behind the shifted before the relative ZMP (from P 1 in FIG. 12 to P 2).
In this way, the relative ZMP is adjusted so as to realize stabilization by shifting the relative ZMP in the direction opposite to the direction of the center of gravity shift. As the relative ZMP position change amount, a sudden change is avoided, and for example, a change is made such that 5% to 10% of the deviation of the center of gravity is improved in one step.

次に、上体姿勢角の調整を行う(ST373)。
関節角度のずれに応じて関節角度の目標値を変更したところ(ST330)、このような変更により上体姿勢が目標値からずれることになってしまう。
脚のゲイン下げや外乱の影響で例えば重心のずれが後ろ方向に発生した場合、移動ロボット100の上体姿勢は直立よりも後ろに反った姿勢になってしまう。そこで、前回り方向の回転運動量を軌道計算に加味することで上体姿勢を目標値に近づける(図13参照)。すなわち、重心位置ずれに応じて、重心の位置ずれ方向とは逆向きに上体姿勢を回転させる回転運動量を軌道計算に加える。
加味する回転運動量は、一回でずれを全部直すのではなく、ずれ分の20%〜40%を一歩の間に改善する程度を加える。
移動ロボット100の目標ZMPが適切に制御されていれば、上体姿勢のずれが移動ロボット100の歩行安定性に与える影響は小さいが、関節の可動範囲の問題や見た目の印象の観点から上体姿勢の適正化を図ることが好ましい。
Next, the body posture angle is adjusted (ST373).
When the target value of the joint angle is changed according to the shift of the joint angle (ST330), the body posture is shifted from the target value due to such a change.
For example, when the shift of the center of gravity occurs in the backward direction due to the lowering of the leg gain or the influence of the disturbance, the upper body posture of the mobile robot 100 becomes a posture warped backward rather than upright. Therefore, the body posture is brought close to the target value by adding the rotational momentum in the forward direction to the trajectory calculation (see FIG. 13). That is, according to the center-of-gravity position shift, a rotational momentum that rotates the body posture in the direction opposite to the center-of-gravity position shift direction is added to the trajectory calculation.
The rotational momentum to be added does not correct all the deviations at once, but adds a degree to improve 20% to 40% of the deviation in one step.
If the target ZMP of the mobile robot 100 is properly controlled, the effect of the deviation of the body posture on the walking stability of the mobile robot 100 is small, but from the viewpoint of the joint movable range problem and the visual impression. It is preferable to optimize the posture.

次に、脚末端角度の調整を行う(ST374)。
これは、ST373にて上体姿勢の目標値からのずれ分を軌道計算に加えることとしたが、これとは別に上体姿勢が目標値からずれたずれ分を末端関節の目標角度に加味する。上体姿勢が目標値からずれた分だけ移動ロボット100が床面に対して傾斜していると見積もれるため、足平も床面に対して傾斜してしまっていることになる。そこで、上体姿勢の傾き分を足平の角度に加味することで足平を床面に倣わせることができる(図13参照)。すなわち、上体姿勢の傾き分は重心位置ずれに応じて求められるので、重心位置ずれに応じた量の角度分を脚末端関節の動きの軌道に加算することで足平の床面倣いを適切にすることができる。
脚末端関節としては、足首および/またはつま先の関節とすることで動きの反応が速くなり好ましい。
Next, the leg end angle is adjusted (ST374).
In ST373, the deviation from the target value of the body posture is added to the trajectory calculation. Separately, the deviation from the target value of the body posture is added to the target angle of the end joint. . Since it can be estimated that the mobile robot 100 is inclined with respect to the floor surface by the amount the body posture deviates from the target value, the foot is also inclined with respect to the floor surface. Therefore, the foot can be made to follow the floor by adding the inclination of the body posture to the foot angle (see FIG. 13). In other words, since the inclination of the body posture is determined according to the displacement of the center of gravity, the amount of the angle corresponding to the displacement of the center of gravity is added to the trajectory of the movement of the leg end joint to properly follow the foot floor surface. Can be.
As the leg end joint, an ankle and / or toe joint is preferable because the reaction of movement becomes fast.

以上のようにST372からST374の情報を加味して、ST375において軌道の再計算を実行する。これにより、新たな重心位置から次の一歩の着地までの軌道が計算される。   As described above, the recalculation of the trajectory is executed in ST375 in consideration of the information of ST372 to ST374. Thereby, the trajectory from the new center of gravity position to the landing of the next step is calculated.

軌道の再計算が終了したところで(ST375)、次にST380において、算出された軌道を実現する関節角度を算出する。そして、目標関節角度が算出されたところで再計算工程(ST300)が終了する。   When the recalculation of the trajectory is completed (ST375), next, in ST380, the joint angle that realizes the calculated trajectory is calculated. Then, when the target joint angle is calculated, the recalculation step (ST300) ends.

終了条件(ST400)が満たされていない場合には(ST400:NO)、歩行動作実行工程(ST200)に戻って歩行動作が実行される。
これにより、新たに計算された軌道に基づいて歩行動作が実行され、遊脚の振り出し(ST220)、着床前のゲイン下げ(ST230)および着床(ST240)によって移動ロボット100の歩行が進行される。
When the termination condition (ST400) is not satisfied (ST400: NO), the walking motion is executed by returning to the walking motion execution step (ST200).
As a result, the walking motion is executed based on the newly calculated trajectory, and the walking of the mobile robot 100 proceeds by swinging out the free leg (ST220), lowering the gain before landing (ST230), and landing (ST240). The

終了条件を満たす場合には(ST400:YES)、終了処理により移動ロボット100の移動制御を終了する。   If the end condition is satisfied (ST400: YES), the movement control of the mobile robot 100 is ended by the end process.

以上、このような制御構成を備える第1実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
(1)再計算工程(ST300)により、次の一歩動作は再計算された軌道に基づいて実行される。このように次の動作を無理なく円滑に進行可能な軌道計算を行うので、姿勢が傾いたりして動作が目標からずれてしまうことがあっても、常に安定した歩行動作を継続させることができる。
As mentioned above, according to 1st Embodiment provided with such a control structure, there can exist the following effects.
(1) By the recalculation step (ST300), the next one-step operation is executed based on the recalculated trajectory. In this way, the trajectory calculation that allows the next motion to proceed smoothly and smoothly is performed, so that even if the posture tilts and the motion deviates from the target, a stable walking motion can always be continued. .

(2)関節角度ずれ算出工程(ST320)にて目標からの角度ずれを算出し、目標関節角度変更工程(ST330)にて関節角度のずれをある程度受け入れて目標値を変更するので、着地位置のずれを補正して次の動作に円滑に移行させることができる。 (2) The angle deviation from the target is calculated in the joint angle deviation calculating step (ST320), and the target value is changed by accepting the joint angle deviation to some extent in the target joint angle changing step (ST330). It is possible to smoothly shift to the next operation by correcting the deviation.

(3)遊脚を着床させる前に遊脚の関節のゲインを下げる遊脚関節ゲイン下げ工程(ST230)を備えることにより、着床時の衝撃を緩和することができる。遊脚のゲインを下げて着床させてしまうと自分の重みによって沈み込み過ぎたり、外乱の影響を受けやすくなってしまうという問題が生じやすくなるが、本発明では再計算工程(ST300)により再計算された軌道に基づいて次の一歩動作を行うので、自重による沈みや外乱の影響があっても円滑に移動動作を継続することができる。 (3) By providing the free leg joint gain lowering step (ST230) for lowering the gain of the joint of the free leg before landing the free leg, the impact at the time of landing can be mitigated. If the gain of the swing leg is lowered and the robot is made to land, problems such as excessive sinking due to its own weight or being easily affected by disturbance are likely to occur. However, in the present invention, the recalculation step (ST300) causes a problem. Since the next one-step operation is performed based on the calculated trajectory, the moving operation can be continued smoothly even if there is an influence of sinking or disturbance due to its own weight.

(4)重心位置ずれと逆方向に相対ZMPを設定更新する相対ZMP更新工程(ST372)を備えるので、移動動作時における目標軌道からのずれを少なくすることができる。これにより、移動動作のより一層の安定化を図ることができる。 (4) Since the relative ZMP updating step (ST372) for setting and updating the relative ZMP in the direction opposite to the center of gravity position deviation is provided, the deviation from the target trajectory during the moving operation can be reduced. As a result, the movement operation can be further stabilized.

(5)重心の位置ずれ方向とは逆向きに上体姿勢を回転させる回転運動量を軌道計算に加える上体姿勢調整工程(ST373)を備えることにより、適正な姿勢で移動動作を継続することができる。 (5) By including a body posture adjustment step (ST373) that adds to the trajectory calculation a rotational momentum that rotates the body posture in the direction opposite to the direction of displacement of the center of gravity, the moving operation can be continued in an appropriate posture. it can.

(6)重心の位置ずれ方向とは逆向きに足平を回動させる動きを軌道計算に加える足平角度調整工程(ST374)を備えるので、足平を床面に倣わせることができ、ロボット100をより一層安定化させることができる。 (6) Since it includes a foot angle adjustment step (ST374) that adds to the trajectory calculation a motion that rotates the foot in the direction opposite to the direction of displacement of the center of gravity, the foot can be made to follow the floor surface, The robot 100 can be further stabilized.

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
相対ZMP更新工程および上体姿勢調整工程では、その調整量を判断するにあたり、重心ずれの累積値を計算しておき、その累積値に基づいて調整量を決定してもよい。毎回の軌道計算で前回のずれ分を全て解消しようとすると補正が利きすぎてしまって却って安定性を失う場合もあるところ、重心ずれの累積値の所定%ずつを調整していくことにより急激な補正を回避して安定性を保つことができる。
上記実施形態では歩行動作を例にして説明したが、空中相を間に挟む走行動作であっても本発明を適用できることはもちろんである。
移動ロボットが移動動作する際にすべての区間において本発明の制御方法を用いてもよいが、すべてを本発明の形態としなくても移動経路の一部の区間において本発明を採用してもよい。
上記実施形態においては説明の都合上、歩行動作実行工程ST200と再計算工程ST300との手順をシリアルに一つずつ説明したが、歩行動作を円滑に進行させるため、歩行動作実行工程ST200と再計算工程ST300とはパラレルに進行するものである。すなわち、現在の歩行動作実行工程ST200を実行中に次の歩行動作実行工程における軌道を再計算工程ST300にて計算する。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.
In the relative ZMP update step and the body posture adjustment step, when determining the adjustment amount, a cumulative value of the center of gravity deviation may be calculated, and the adjustment amount may be determined based on the cumulative value. If you try to eliminate all the previous deviations in each trajectory calculation, the correction will be too good and you may lose stability, but it will be abrupt by adjusting the predetermined percentage of the accumulated value of the deviation of the center of gravity. Correction can be avoided to maintain stability.
In the above embodiment, the walking motion has been described as an example. However, the present invention can be applied to a traveling motion with an aerial phase in between.
The control method of the present invention may be used in all sections when the mobile robot moves. However, the present invention may be employed in some sections of the movement path even if not all forms of the present invention. .
In the above embodiment, for the sake of explanation, the steps of the walking motion execution step ST200 and the recalculation step ST300 have been described serially one by one, but the walking motion execution step ST200 and the recalculation are performed in order to smoothly advance the walking motion. The process ST300 proceeds in parallel. That is, while executing the current walking motion execution step ST200, the trajectory in the next walking motion execution step is calculated in the recalculation step ST300.

移動ロボットの外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of a mobile robot. 移動ロボットの移動制御方法の全体構成を示すフローチャート。The flowchart which shows the whole structure of the movement control method of a mobile robot. 初期設定工程の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of an initial setting process. 歩行動作実行工程の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of a walking operation execution process. 歩行動作において遊脚を離床させた様子を示す図。The figure which shows a mode that the free leg left the floor in walking operation. 歩行動作において遊脚を振り出している様子を示す図。The figure which shows a mode that the swing leg is shaken out in walking operation. 歩行動作において遊脚を着床させた様子を示す図。The figure which shows a mode that the free leg was made to land in walking operation. 再計算工程の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of a recalculation process. 着床時に外乱の影響で後傾した様子を示す図。The figure which shows a mode that it leaned backward by the influence of the disturbance at the time of landing. 重心ずれの算出を説明するための図。The figure for demonstrating calculation of a gravity center shift | offset | difference. 軌道計算工程の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of a track | orbit calculation process. 相対ZMPをずらして歩行姿勢を安定させる様子を説明するための図。The figure for demonstrating a mode that a relative ZMP is shifted and a walking posture is stabilized. 上体姿勢および足平角度を調整する様子を説明するための図。The figure for demonstrating a mode that a body posture and a foot angle are adjusted.

符号の説明Explanation of symbols

100…移動ロボット、110…体幹部、120…制御部、130…股関節部、200…左脚リンク、300…右脚リンク、410…膝関節部、420…足首関節部、430…つま先関節部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Mobile robot, 110 ... Trunk part, 120 ... Control part, 130 ... Hip joint part, 200 ... Left leg link, 300 ... Right leg link, 410 ... Knee joint part, 420 ... Ankle joint part, 430 ... Toe joint part.

Claims (5)

遊脚と支持脚とを交互に交替して移動を自律的に実行する二脚式移動ロボットの移動動作を制御する移動ロボットの移動制御方法において、
軌道算出の計算を実行して目標の軌道を求め、
前記目標の軌道に従う一歩分の動作を実現する目標関節角度に従って遊脚を離床させ、移動方向に振り出し、遊脚を着床させる前に遊脚の関節のゲインを下げ、さらに遊脚を着床させて支持脚とし、
この着床後、目標関節角度に対して実際の関節角度がもつ関節角度ずれを算出し、
前記関節角度ずれが減少するように目標関節角度の値を変更し、
支持脚のゲインを上げて、関節の角度を変更後の新たな目標関節角度とし、
変更後の新たな目標関節角度に基づいた実際の重心位置と、目標軌道の重心位置と、の偏差である重心位置ずれを求め、
前記重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新し、
更新した目標重心位置から出発する次の一歩を実現する軌道を算出する
ことを特徴とする移動ロボットの移動制御方法。
In the mobile robot movement control method for controlling the movement of the biped mobile robot that autonomously performs the movement by alternately changing the free leg and the support leg,
Run the trajectory calculation to find the target trajectory,
The free leg is left in accordance with the target joint angle that realizes one step of movement according to the target trajectory, swings out in the moving direction, lowers the gain of the joint of the free leg before landing the free leg, and then the free leg is landed. Let it be a support leg,
After this landing, calculate the joint angle deviation of the actual joint angle with respect to the target joint angle,
Change the value of the target joint angle so that the joint angle deviation decreases,
Raise the gain of the support leg to the new target joint angle after changing the joint angle,
Find the center-of-gravity position deviation, which is the deviation between the actual center-of-gravity position based on the new target joint angle after the change and the center-of-gravity position of the target trajectory,
Update the target center of gravity position so that the center of gravity position deviation decreases,
A movement control method for a mobile robot, characterized in that a trajectory for realizing the next step starting from the updated target center-of-gravity position is calculated.
請求項1に記載の移動ロボットの移動制御方法において、
前記重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新する工程では、
重心の位置ずれ方向とは逆の方向に相対ZMPを設定更新する
ことを特徴とする移動ロボットの移動制御方法。
The mobile robot movement control method according to claim 1,
In the step of updating the target center-of-gravity position so that the center-of-gravity position shift decreases,
A movement control method for a mobile robot, wherein the relative ZMP is set and updated in a direction opposite to the direction of displacement of the center of gravity.
請求項1または請求項2に記載の移動ロボットの移動制御方法において、
前記重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新する工程では、
重心の位置ずれ方向とは逆向きに上体姿勢を回転させる回転運動量を軌道計算に加える
ことを特徴とする移動ロボットの移動制御方法。
In the movement control method of the mobile robot according to claim 1 or 2,
In the step of updating the target center-of-gravity position so that the center-of-gravity position shift decreases,
A movement control method for a mobile robot, characterized by adding to the trajectory calculation a rotational momentum that rotates the body posture in the direction opposite to the direction of displacement of the center of gravity.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の移動ロボットの移動制御方法において、
前記重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新する工程では、
重心の位置ずれ方向とは逆向きに足平を回動させる動きを軌道計算に加える
ことを特徴とする移動ロボットの移動制御方法。
In the movement control method of the mobile robot according to any one of claims 1 to 3,
In the step of updating the target center-of-gravity position so that the center-of-gravity position shift decreases,
A movement control method for a mobile robot, characterized in that a motion for rotating a foot in a direction opposite to the direction of displacement of the center of gravity is added to the trajectory calculation.
遊脚と支持脚とを交互に交替して移動を自律的に実行する二脚式移動ロボットあって、
軌道算出の計算を実行して目標の軌道を求め、
前記目標の軌道に従う一歩分の動作を実現する目標関節角度に従って遊脚を離床させ、移動方向に振り出し、遊脚を着床させる前に遊脚の関節のゲインを下げ、さらに遊脚を着床させて支持脚とし、
この着床後、目標関節角度に対して実際の関節角度がもつ関節角度ずれを算出し、
前記関節角度ずれが減少するように目標関節角度の値を変更し、
支持脚のゲインを上げて、関節の角度を変更後の新たな目標関節角度とし、
変更後の新たな目標関節角度に基づいた実際の重心位置と、目標軌道の重心位置と、の偏差である重心位置ずれを求め、
前記重心位置ずれが減少するように目標重心位置を更新し、
更新した目標重心位置から出発する次の一歩を実現する軌道を算出する
ことを特徴とする移動ロボット。
A biped type mobile robot to perform autonomously moving by alternating the free leg and supporting leg alternately,
Run the trajectory calculation to find the target trajectory,
The free leg is left in accordance with the target joint angle that realizes one step of movement according to the target trajectory, swings out in the moving direction, lowers the gain of the joint of the free leg before landing the free leg, and then the free leg is landed. Let it be a support leg,
After this landing, calculate the joint angle deviation of the actual joint angle with respect to the target joint angle,
Change the value of the target joint angle so that the joint angle deviation decreases,
Raise the gain of the support leg to the new target joint angle after changing the joint angle,
Find the center-of-gravity position deviation, which is the deviation between the actual center-of-gravity position based on the new target joint angle after the change and the center-of-gravity position of the target trajectory,
Update the target center of gravity position so that the center of gravity position deviation decreases,
Mobile robots and calculates a trajectory to achieve the following step starting from the updated target centroid position.
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