JP5329337B2 - Auxiliary device for bipedal moving body - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は2足移動体の補助装置に関し、具体的には2足移動体が姿勢を崩したときに2足移動体を上方から支持するリフタからなる補助装置に関する。 The present invention relates to an auxiliary device for a biped moving body, and more particularly to an auxiliary device including a lifter that supports the biped moving body from above when the biped moving body loses its posture.
従来の2足移動体の補助装置にあっては、下記特許文献1記載のように、リフタ(14)を2足移動体の両肩近傍にロープ状の接続部材を介して接続することにより、前記2足移動体が姿勢を崩したときに前記2足移動体が転倒することがないように上方から支持するようにしている。
In the conventional auxiliary device for the biped moving body, as described in
ロープ状の接続部材は2足移動体が姿勢を崩さずに自立して歩行する場合、歩行動作に影響を与えないように緩んだ状態にあると共に、その緩み量は2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させるべく、なるべく少量であることが望ましい。 The rope-shaped connecting member is in a relaxed state so that it does not affect the walking motion when the bipedal mobile body stands on its own without losing its posture, and the amount of looseness of the bipedal mobile body assumes the posture. When it collapses and falls, it is desirable that the amount be as small as possible so as to reduce the impact when supporting the load.
特許文献1記載の2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体をトレッドミル(10)上で歩行させて所定範囲内に位置するようにしているため、リフタ(14)自体はトレッドミルの脇に固定される。
In the auxiliary device for the bipedal moving body described in
しかしながら、トレッドミル上で歩行させる場合であっても2足移動体は歩行中、上下左右および前後方向においても少なからず移動するため、ロープ状の接続部材の緩み量をある程度確保する必要があった。即ち、特許文献1記載の2足移動体の補助装置にあっては、接続部材の緩み量が多いため、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃が増大してしまうといった問題があった。また、トレッドミル上ではなく通常の床面を歩行させる場合、自らリフタを引き寄せるか、第三者(人)が2足移動体の傍らについてリフタを追従操作する必要があった。
However, even when walking on a treadmill, the bipedal moving body moves not only in the up / down / left / right and front / rear directions, but it is necessary to secure a certain amount of looseness of the rope-shaped connecting member. . That is, in the auxiliary device for the bipedal moving body described in
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、リフタを自動かつ高精度に2足移動体に追従させることで、ロープ状の接続部材の緩み量をできるだけ少なくし、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させるようにした2足移動体あるいは2足移動ロボットの補助装置を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and by making the lifter follow the bipedal moving body automatically and with high accuracy, the amount of looseness of the rope-like connecting member is reduced as much as possible, and the bipedal moving body is in the posture. It is an object of the present invention to provide a bipedal mobile body or an auxiliary device for a bipedal mobile robot that can reduce the impact when supporting the load when it falls over.
上記の目的を達成するために、請求項1にあっては、2足移動体にロープ状の接続部材を介して接続されると共に、前記2足移動体が姿勢を崩したときに前記2足移動体を上方から支持するリフタからなる2足移動体の補助装置において、前記リフタを3次元空間において移動自在なリフタ移動手段と、前記リフタ移動手段の動作を制御するリフタ移動手段制御手段と、前記3次元空間における前記2足移動体の位置を検出する検出手段と、前記2足移動体が歩行自在なベルトと、前記ベルトを駆動させるベルト駆動手段と、前記ベルト駆動手段の動作を制御するベルト駆動手段制御手段と、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段とを備えると共に、前記リフタ移動手段制御手段と前記ベルト駆動手段制御手段は相互に通信自在に接続され、前記ベルト駆動手段制御手段は、前記検出された位置に基づいて前記2足移動体が前記3次元空間の所定範囲に位置するように前記ベルト駆動手段の動作を制御する一方、前記リフタ移動手段制御手段は、前記検出された位置と前記ベルト駆動手段制御手段によって制御される前記ベルト駆動手段の動作に基づいて前記リフタが前記2足移動体に追従するように前記リフタ移動手段の動作を制御する如く構成した。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the two-legged moving body is connected to the two-legged moving body via a rope-shaped connecting member, and the two-legged moving body loses its posture. In an auxiliary device for a bipedal moving body composed of a lifter that supports the moving body from above, a lifter moving means that can move the lifter in a three-dimensional space; a lifter moving means control means that controls the operation of the lifter moving means; Controls the operation of the detecting means for detecting the position of the biped moving body in the three-dimensional space, a belt on which the biped moving body can walk, a belt driving means for driving the belt, and the belt driving means. a belt drive unit control means, with the biped mobile body and a fall determining means for determining whether there is a risk of overturning destroy the attitude, driving the belt and the lifter moving means control means Means control means are connected to each other so that they can communicate with each other, and the belt driving means control means is configured to cause the biped moving body to be positioned within a predetermined range of the three-dimensional space based on the detected position. The lifter moving means control means controls the lifter to follow the biped moving body based on the detected position and the operation of the belt driving means controlled by the belt driving means control means. In this manner, the operation of the lifter moving means is controlled.
また、請求項2に係る2足移動体の補助装置にあっては、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段と、前記リフタに作用する前記2足移動体の荷重を検出する荷重センサとを備えると共に、前記転倒判断手段は、前記検出された荷重が所定荷重以上であるとき、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する如く構成した。 In addition, in the auxiliary device for the biped moving body according to claim 2, the fall determining means for determining whether or not the biped moving body is likely to fall over its posture and acts on the lifter. A load sensor that detects a load of the biped mobile body, and the fall determination means may cause the biped mobile body to fall over its posture when the detected load is equal to or greater than a predetermined load. It was configured to judge that there was.
また、請求項3に係る2足移動体の補助装置にあっては、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段と、前記2足移動体が歩行自在なベルトの周囲に複数のリミットセンサとを備え、前記転倒判断手段は、前記リミットセンサからの出力に基づき、前記2足移動体が歩行すべき所定エリア内に位置するか否か判断すると共に、前記2足移動体が前記所定エリア内に位置しないと判断される場合、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する如く構成した。 Further, in the auxiliary device for the biped moving body according to claim 3, the fall determining means for judging whether or not the biped moving body is likely to fall over its posture, and the biped moving body. Comprises a plurality of limit sensors around a belt that can be walked, and the fall determination means determines whether or not the biped moving body is located within a predetermined area to be walked based on an output from the limit sensor. At the same time, when it is determined that the bipedal moving body is not located within the predetermined area, it is determined that the bipedal moving body may collapse and fall over .
また、請求項4に係る2足移動体の補助装置にあっては、前記リフタ移動手段制御手段は、前記転倒判断手段によって前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断される場合、前記リフタを鉛直方向上方に最大速度で移動させる如く構成した。 In the auxiliary device for the biped moving body according to claim 4 , the lifter moving means control means determines that the fall judging means may cause the biped moving body to fall in a posture and fall. If it was constructed as Before moving at a maximum speed of the lifter upward in the vertical direction.
また、請求項5に係る2足移動体の補助装置にあっては、前記2足移動体が所定の歩行計画に従って歩行する2足移動ロボットからなり、前記リフタ移動手段制御手段は、前記所定の歩行計画に基づいて前記リフタの動作計画を作成すると共に、前記検出された位置に基づいて前記リフタが前記2足移動ロボットに追従するように前記リフタの動作計画を補正し、よって前記リフタ移動手段の動作を制御する如く構成した。また、請求項6に係る2足移動体の補助装置にあっては、前記リフタの位置を検出するリフタ位置検出手段を備え、前記リフタ移動手段制御手段は、前記検出手段によって検出された前記2足移動体の位置と前記リフタ位置検出手段によって検出された前記リフタの位置の差を算出すると共に、前記算出された差が所定値未満であるとき、前記リフタ移動手段の移動速度を規定する速度ゲイン値を第1の値に設定する一方、前記算出された差が所定値以上であるとき、前記速度ゲイン値を前記第1の値よりも大きい第2の値に設定する如く構成した。 Moreover, in the bipedal mobile body auxiliary device according to claim 5, the bipedal mobile body comprises a bipedal mobile robot that walks according to a predetermined walking plan, and the lifter moving means control means includes The lifter motion plan is created based on the walking plan, and the lifter motion plan is corrected based on the detected position so that the lifter follows the biped mobile robot, thus the lifter moving means The operation was controlled. The auxiliary device for a bipedal moving body according to claim 6 further comprises lifter position detecting means for detecting the position of the lifter, and the lifter moving means control means is configured to detect the 2 detected by the detecting means. A speed that calculates the difference between the position of the foot moving body and the position of the lifter detected by the lifter position detecting means, and that defines the moving speed of the lifter moving means when the calculated difference is less than a predetermined value. While the gain value is set to the first value, the speed gain value is set to a second value larger than the first value when the calculated difference is equal to or greater than a predetermined value.
請求項1に係る2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体にロープ状の接続部材を介して接続されると共に、2足移動体が姿勢を崩したときに2足移動体を上方から支持するリフタを3次元空間において移動自在なリフタ移動手段と、リフタ移動手段の動作を制御するリフタ移動手段制御手段と、3次元空間における2足移動体の位置を検出する検出手段と、2足移動体が歩行自在なベルトと、ベルトを駆動させるベルト駆動手段と、ベルト駆動手段の動作を制御するベルト駆動手段制御手段とを備えると共に、リフタ移動手段制御手段とベルト駆動手段制御手段は相互に通信自在に接続され、検出された2足移動体の位置に基づいて2足移動体が3次元空間の所定範囲に位置するようにベルト駆動手段の動作を制御する一方、検出された2足移動体の位置とベルト駆動手段制御手段によって制御されるベルト駆動手段の動作に基づいてリフタが2足移動体に追従するようにリフタ移動手段の動作を制御する如く構成したので、ロープ状の接続部材の緩み量を少なくでき、よって2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。さらに、2足移動体を追従するためのリフタ移動量を減少させることができ、よってリフタ移動手段が大型化するのを防止することができる。また、2足移動体を補助するに要するスペースを抑制することができる。
In the auxiliary device for a bipedal moving body according to
請求項2に係る2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段と、リフタに作用する2足移動体の荷重を検出する荷重センサとを備えると共に、検出された荷重が所定荷重以上であるとき、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する如く構成したので、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。 In the auxiliary device for a bipedal moving body according to claim 2, a fall determining means for determining whether or not the bipedal moving body is likely to fall over its posture and a bipedal moving body acting on a lifter together and a load sensor for detecting a load of, when the detected load is equal to or more than a predetermined load, so bipedal mobile body is composed as to determine that there is a risk of overturning break the posture biped mobile If There was about to fall to break the posture can Rukoto impact was more relaxed when supporting the load.
請求項3に係る2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段と、2足移動体が歩行自在なベルトの周囲に複数のリミットセンサとを備え、リミットセンサからの出力に基づき、2足移動体が歩行すべき所定エリア内に位置するか否か判断すると共に、2足移動体が所定エリア内に位置しないと判断される場合、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する如く構成したので、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。 In the auxiliary device for the biped moving body according to claim 3, the fall determining means for judging whether or not the biped moving body may fall over its posture and the biped moving body is walkable. A plurality of limit sensors are provided around the belt, and based on the output from the limit sensor, it is determined whether or not the biped moving body is located within a predetermined area to be walked, and the biped moving body is within the predetermined area. When it is judged that it is not positioned, it is configured to judge that the bipedal moving body may collapse and fall, so when the bipedal moving body collapses and falls and supports its load Can be further mitigated.
請求項4に係る2足移動ロボットの補助装置にあっては、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断される場合、リフタを鉛直方向上方に最大速度で移動させる如く構成した。 In the assisting device of bipedal mobile robot according to claim 4, when bipedal mobile body is judged that there is a risk of overturning destroy the orientation, as Before moving at maximum speed lifter upward in the vertical direction Configured .
請求項5に係る2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体が所定の歩行計画に従って歩行する2足移動ロボットからなり、所定の歩行計画に基づいてリフタの動作計画を作成すると共に、検出された位置に基づいてリフタが2足移動ロボットに追従するようにリフタの動作計画を補正し、よってリフタ移動手段の動作を制御する如く構成したので、ロープ状の接続部材の緩み量を少なくでき、よって2足移動ロボットが姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。
また、請求項6に係る2足移動体の補助装置にあっては、リフタの位置を検出するリフタ位置検出手段を備え、検出された2足移動体の位置とリフタ位置検出手段によって検出されたリフタの位置の差を算出すると共に、算出された差が所定値未満であるとき、リフタ移動手段の移動速度を規定する速度ゲイン値を第1の値に設定する一方、算出された差が所定値以上であるとき、速度ゲイン値を第1の値よりも大きい第2の値に設定する如く構成した。
In the bipedal mobile auxiliary device according to claim 5, the bipedal mobile body is composed of a bipedal mobile robot that walks according to a predetermined walking plan, and creates a lifter motion plan based on the predetermined walking plan. At the same time, since the lifter operation plan is corrected so that the lifter follows the biped robot based on the detected position, and thus the operation of the lifter moving means is controlled, the amount of looseness of the rope-shaped connecting member the can be reduced, thus if the bipedal mobile robot was about to fall to break the posture can Rukoto impact is the relaxation time for supporting the load.
The auxiliary device for a bipedal moving body according to claim 6 includes lifter position detecting means for detecting the position of the lifter, and is detected by the detected position of the bipedal moving body and the lifter position detecting means. When the difference between the lifter positions is calculated and the calculated difference is less than a predetermined value, the speed gain value that defines the moving speed of the lifter moving means is set to the first value, while the calculated difference is When the value is equal to or greater than the value, the speed gain value is set to a second value larger than the first value.
以下、添付図面に即してこの発明に係る2足移動体の補助装置を実施するための形態について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment for implementing an auxiliary device for a bipedal moving body according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の第1実施例に係る2足移動体の補助装置を全体的に示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an auxiliary device for a bipedal moving body according to a first embodiment of the present invention.
図1において、符号10はこの発明の第1実施例に係る2足移動体の補助装置を示す。補助装置10は、2足移動体12を上方から支持するリフタ14からなる。リフタ14と2足移動体12は、ハンガ16とロープ状の接続部材(ハンガベルト)18とを介して接続される。ハンガベルト18は、具体的には、2足移動体12の両肩付近に設置されるブラケット(図示なし)に接続される。
In FIG. 1,
尚、図において2足移動体12の前後方向をX方向、左右方向をY方向、重力方向をZ方向と定める。X、Y、Z方向は互いに直交する。
In the figure, the front-rear direction of the biped moving
また、ここでは2足移動体12として2足移動ロボットを例にとって説明する。尚、2足移動体12は人であっても良い。
Here, a bipedal mobile robot will be described as an example of the
2足移動ロボット12は基体12aと、基体12aの上部から左右に延設された一対の腕部12bと、基体12aの下部から延設された左右一対の脚部12cと、基体12aの上面側に設けられた頭部12dと、それらの動作を制御するロボット制御部12eを備えると共に、左右の脚部12cのそれぞれの離床および着床を伴う動きにより、2足移動可能な機能を有する。ロボット制御部12eは、CPU、ROM、メモリおよび入出力回路などを備えるマイクロ・コンピュータからなる。詳しくは特開2006−015433号公報に記載されるので、ここでの説明は省略する。
The biped
リフタ14は2足移動ロボット12の上方において可動自在に設置されると共に、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、2足移動ロボット12を上方から支持する。
The
ハンガベルト18は2足移動ロボット12が姿勢を崩さずに自立して歩行する場合、歩行動作に影響を与えないように緩んだ状態(張力0の状態)にある。
The
リフタ14はその上方側でリフタZ軸ガイドフレーム20に接続される。具体的には、リフタZ軸ガイドフレーム20にはボールネジ20aが備えられ、リフタ14はボールネジ20aに適宜な接続部材を介して接続される。リフタZ軸ガイドフレーム20の上端にはZ軸電動モータ22が設置される。Z軸電動モータ22でボールネジ20aを回転させることにより、リフタ14はリフタZ軸ガイドフレーム20に対してZ方向に移動させられる。
The
リフタZ軸ガイドフレーム20はその上方側でリフタY軸ガイドフレーム24に接続される。具体的には、リフタY軸ガイドフレーム24にはボールネジ(図示せず)が備えられ、リフタZ軸ガイドフレーム20はボールネジに適宜な接続部材を介して接続される。リフタY軸ガイドフレーム24の端部にはY軸電動モータ26が設置される。Y軸電動モータ26でボールネジを回転させることにより、リフタZ軸ガイドフレーム20(およびリフタ14)はリフタY軸ガイドフレーム24に対してY方向に移動させられる。
The lifter Z-
リフタY軸ガイドフレーム24はその上方側でリフタX軸ガイドフレーム28に摺動自在に接続される。リフタX軸ガイドフレーム28の下面部にはラック&ピニオン駆動方式のラック28aが備えられる。リフタY軸ガイドフレーム24の上面部にはX軸電動モータ30が設置される。X軸電動モータ30でラック28aに係合するピニオン(図示なし)を回転させることにより、リフタY軸ガイドフレーム24(およびリフタZ軸ガイドフレーム20およびリフタ14)はリフタX軸ガイドフレーム28に対してX方向に移動させられる。尚、リフタX軸ガイドフレーム28自体は適宜な支柱に固定される。以上より、リフタ14は3次元空間において3次元方向に移動自在とされる。
The lifter Y-
補助装置10は、2足移動ロボット12のX方向とY方向における位置を検出するXY平面センサ32を備える。XY平面センサ32は2足移動ロボット12が歩行する床面などの適宜な位置に設置されると共に、レーザ光を2足移動ロボット12に照射し、2足移動ロボット12から反射される反射光に基づいて2足移動ロボット12のX方向とY方向における位置(X座標、Y座標)に応じた信号を出力する。
The
また、補助装置10は2足移動ロボット12のZ方向おける位置を検出するZ方向センサ34を備える。Z方向センサ34は2足移動ロボット12の腰位置に設けられると共に、レーザ光を床面に照射し、床面から反射される反射光に基づいて2足移動ロボット12のZ方向における位置(Z座標)に応じた信号を出力する。
The
さらに、補助装置10は2足移動ロボット12の荷重を検出する荷重センサ36を備える。荷重センサ36はリフタ14とハンガ16の間に設置されると共に、ハンガ16より下部にかかる荷重、特に2足移動ロボット12から受ける荷重に応じた信号を出力する。
Furthermore, the
XY平面センサ32とZ方向センサ34と荷重センサ36の出力信号は信号線を介してリフタ制御部38に入力される。また、前記した3個の電動モータ22、26、30も信号線を介してリフタ制御部38に接続される。
Output signals from the
リフタ制御部38はCPU、ROM、メモリおよび入出力回路などを備えるマイクロ・コンピュータからなると共に、入力される各センサの出力信号に基づいて3個の電動モータ22、26、30の駆動を制御する。
The
図2は、その制御を説明するフロー・チャートである。図示のプログラムは補助装置10の電源(図示なし)がオンされたとき、リフタ制御部38において実行される。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the control. The illustrated program is executed by the
S10において、このプログラムの制御ルーチンに用いられるカウンタnを0にリセットする。 In S10, the counter n used in the control routine of this program is reset to zero.
次いでS12に進み、リフタ14と2足移動ロボット12の初期位置(リフタ14のX、Y、Z座標Xlift_0、Ylift_0、Zlift_0と2足移動ロボット12のX、Y、Z座標Xrobot_0、Yrobot_0、Zrobot_0)を検出する。リフタ14のX、Y、Z座標Xlift_0、Ylift_0、Zlift_0は、3個の電動モータ22、26、30それぞれに付随するロータリエンコーダの出力信号に基づいて検出される。2足移動ロボット12の初期位置は、前記したXY平面センサ32とZ方向センサ34の出力信号に基づいて検出される。
Next, in S12, the initial positions of the
リフタ14と2足移動ロボット12の初期位置は、前記したハンガベルト18の緩み量が最小となるように設定される。また、図示のように、リフタ14と2足移動ロボット12の初期位置の偏差Δx、Δy、Δzが算出される。
The initial positions of the
次いでS14に進み、2足移動ロボット12のX座標Xrobot_nとリフタ14のX座標Xlift_nの差の絶対値が所定値σ未満であるか否か、あるいは2足移動ロボット12のX方向の歩行速度Vrobotx_nの絶対値が所定速度τ未満であるか否か判断する。2足移動ロボット12のX方向の歩行速度Vrobotx_nはプログラムループにおける前回のX座標Xrobot_n-1と今回のX座標Xrobot_nの差から算出する。
Next, in S14, whether or not the absolute value of the difference between the X coordinate Xrobot_n of the biped
S14において肯定される場合、S16に進んでリフタ14のX方向の速度ゲインKβを小さい値(Low)に設定する。一方、S14において否定される場合、S18に進んでリフタのX方向の速度ゲインKβを大きい値(High)に設定する。
When the result in S14 is affirmative, the program proceeds to S16, in which the speed gain Kβ in the X direction of the
次いでS20に進み、2足移動ロボット12のY座標Yrobot_nとリフタ14のY座標Ylift_nの差の絶対値が所定値θ未満であるか否か、あるいは2足移動ロボット12のY方向の歩行速度Vroboty_nの絶対値が所定速度ρ未満であるか否か判断する。2足移動ロボット12のY方向の歩行速度Vroboty_nはプログラムループにおける前回のY座標Yrobot_n-1と今回のY座標Yrobot_nの差から算出する。
Next, in S20, whether or not the absolute value of the difference between the Y coordinate Yrobot_n of the biped
S20において肯定される場合、S22に進んでリフタ14のY方向の速度ゲインKγをLowに設定する。一方、S20において否定される場合、S24に進んでリフタ14のY方向の速度ゲインKγをHighに設定する。
When the result in S20 is affirmative, the program proceeds to S22, in which the speed gain Kγ in the Y direction of the
S14やS20において否定されるとき、リフタ14の速度ゲインKβ、KγをHighに設定するのは、2足移動ロボット12とリフタ14の位置が離れている場合、あるいは2足移動ロボット12の移動速度が大きい場合には、リフタ14を2足移動ロボット12に応答性良く追従させるべく、リフタ14の移動速度も大きく変更する必要があるためである。
When the result in S14 or S20 is negative, the speed gains Kβ and Kγ of the
次いでS26に進み、リフタ14のX、Y、Z方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nを算出する。リフタ14のX方向の移動速度Vliftx_nは、具体的には、プログラムループにおける前回のX方向の移動速度Vliftx_n-1に、X方向の2足移動ロボット12の位置Xrobot_nからリフタ14の位置Xlift_nと初期位置の偏差Δxを減算した値に速度ゲインKβを乗じたものを加算することによって算出される。リフタ14のY方向の移動速度Vlifty_nおよびZ方向の移動速度Vliftz_nについても同様に算出される。
Next, in S26, the movement speeds Vliftx_n, Vlifty_n and Vliftz_n of the
リフタ制御部38は、リフタ14が移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nで移動するように3個の電動モータ22、26、30それぞれに駆動指令値を送出する。
The
次いでS28に進み、2足移動ロボット12が所定エリア内に位置するか否か判断する。これは、図1の安全柵40に近接スイッチなどを設け、そのスイッチのオン・オフから判断する。S28で肯定される場合、S30に進んで荷重センサ36によって検出された荷重が所定荷重α未満であるか否か判断する。
Next, in S28, it is determined whether or not the biped
S30で肯定される場合にはS32に進んで、補助装置10の電源がオンされているか否か判断する。肯定される場合、S34に進んでカウンタnを1つインクリメントする。
If the result in S30 is affirmative, the program proceeds to S32, in which it is determined whether the
次いでS36に進み、リフタ14と2足移動ロボット12の位置(リフタ14のX、Y、Z座標Xlift_n、Ylift_n、Zlift_nと2足移動ロボット12のX、Y、Z座標Xrobot_n、Yrobot_n、Zrobot_n)を再度検出し、S14に進む。
Next, in S36, the positions of the
S28、S30およびS32において否定されない限り、S14からS36の処理が繰り返される。即ち、リフタ14のX、Y、Z方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nがリフタ14と2足移動ロボット12の位置の偏差に基づいて算出され続ける結果、リフタ14は2足移動ロボット12に追従するように移動することになる。
Unless the result is negative in S28, S30, and S32, the processes from S14 to S36 are repeated. That is, the
S30において否定される場合、S38に進んでX方向とY方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_nを0に設定すると共に、Z方向の移動速度Vliftz_nを最大速度Vz_Maxに設定し、プログラムを終了する。即ち、S30において否定される場合、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかける状況にあると判断し、リフタ14のX方向とY方向の移動を停止させると共に、リフタ14を上方に移動させることで2足移動ロボット12を上方から支持するようにした。また、S28で否定される場合もS38に進んで同様の処理を実行するようにした。これは、移動ロボット12が所定エリア内に位置しない場合、即ち移動ロボット12が安全柵40に衝突する場合にはその後に転倒する可能性が高く、転倒を事前に回避するためである。尚、Z方向の移動速度Vliftz_nは所定時間経過後に0とする。
When the result in S30 is negative, the program proceeds to S38, in which the moving speeds Vliftx_n and Vlifty_n in the X and Y directions are set to 0, the moving speed Vliftz_n in the Z direction is set to the maximum speed Vz_Max, and the program ends. That is, when the result in S30 is negative, it is determined that the bipedal
S32において否定される場合、S40に進んで速度ゲインKβ、Kγを0にリセットし、プログラムを終了する。 When the result in S32 is negative, the program proceeds to S40, in which the speed gains Kβ and Kγ are reset to 0, and the program ends.
以上のように、この発明の第1実施例にあっては、2足移動体12にハンガベルト18を介して接続されると共に、2足移動体12が姿勢を崩したときに2足移動体12を上方から支持するリフタ14を3次元空間において移動自在なリフタ移動手段(リフタZ軸ガイドフレーム20、Z軸電動モータ22、リフタY軸ガイドフレーム24、Y軸電動モータ26、リフタX軸ガイドフレーム28、X軸電動モータ30)と、リフタ移動手段の動作を制御するリフタ制御部38と、3次元空間における2足移動体12の位置を検出する検出手段(XY平面センサ32、Z方向センサ34)とを備えると共に、検出された2足移動体12の位置に基づいてリフタ14が2足移動体12に追従するようにリフタ移動手段の動作を制御する(S26)如く構成したので、ハンガベルト18の緩み量を少なくでき、よって2足移動体12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the biped
また、リフタ14に作用する2足移動体12の荷重を検出する荷重センサ36を備えると共に、検出された荷重が所定荷重α以上であるとき、リフタ14を上方に移動させるようにリフタ移動手段の動作を制御する(S30、S38)如く構成したので、2足移動体12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。また、リフタ14の位置を検出するリフタ位置検出手段(電動モータ22、26,30にそれぞれ付随するロータリエンコーダ)を備え、検出された2足移動体12の位置とリフタ14の位置の差(Xrobot_n−Xlift_n、Yrobot_n−Ylift_n)を算出するSと共に、算出された差(Xrobot_n−Xlift_n、Yrobot_n−Ylift_n)が所定値(σ、θ)未満であるとき(S14、S20)、電動モータ22、26の移動速度(Vliftx_n、Vlifty_n)を規定する速度ゲイン値(Kβ、Kγ)を第1の値(Low)に設定する(S16、S22)一方、算出された差(Xrobot_n−Xlift_n、Yrobot_n−Ylift_n)が所定値(σ、θ)以上であるとき(S14、S20)、速度ゲイン値(Kβ、Kγ)を第1の値よりも大きい第2の値(High)に設定する(S18、S24)如く構成した。
In addition, a
図3は、この発明の第2実施例に係る2足移動体の補助装置を全体的に示す概略図である。第1実施例と同一の構成については同一の符号を付すと共に、説明を省略する。 FIG. 3 is a schematic view generally showing an auxiliary device for a bipedal moving body according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
第2実施例に係る2足移動体の補助装置にあっては、2足移動体12をトレッドミル42の上で歩行させると共に、トレッドミル42を介してリフタ14の動作を制御するようにした。第2実施例においても、2足移動体12として2足移動ロボットを例にとって説明する。尚、2足移動体12は人であっても良い。
In the auxiliary device for the biped moving body according to the second embodiment, the
トレッドミル42は、2足移動ロボット12が歩行自在なエンドレスベルト42aと、エンドレスベルト42aを駆動する電動モータ42bと、電動モータ42bの動作を制御するベルト制御部42cとからなる。
The
エンドレスベルト42aは、トレッドミル42の両端部に設けられる2個のローラ42d、42eに掛け渡され、電動モータ42bはその内のローラ42dを回転させることによってエンドレスベルト42aを移動させる。
The
トレッドミル42の前部と後部には2個のX軸リミットセンサ42f、42gが配置される。X軸リミットセンサ42f、42gはそれぞれエンドレスベルト42aの対岸に設置される反射体42h、42iに向けてレーザ光を照射し、反射体42h、42iからの反射光を検知する。
Two
また、トレッドミルの前部左右には2個のY軸リミットセンサ42j、42kが配置される。Y軸リミットセンサ42j、42kはそれぞれトレッドミル42の後部に設置される反射体42l、42mに向けてレーザ光を照射し、反射体42l、42mからの反射光を検知する。
Two Y-
X軸リミットセンサ42f、42gおよびY軸リミットセンサ42j、42kの出力信号はベルト制御部42cに入力される。また、XY平面センサ32とZ方向センサ34と荷重センサ36の出力信号もベルト制御部42cに入力される。
Output signals from the
ベルト制御部42cは、CPU、ROM、メモリおよび入出力回路などを備えるマイクロ・コンピュータからなると共に、入力される各センサの出力信号に基づいて電動モータ42bの駆動を制御する。また、図示のように、ベルト制御部42cとリフタ制御部38は互いに通信自在に接続されると共に、リフタ制御部38はベルト制御部42cを介して送信される各種情報に基づいて前記した3個の電動モータ22、26、30の駆動を制御する。
The
図4は、それら制御を説明するフロー・チャートである。左側のフロー・チャートがベルト制御部42cにおいて実行されるプログラムであり、右側のフロー・チャートがリフタ制御部38において実行されるプログラムである。これらのプログラムは、補助装置10の電源(図示なし)がオンされたとき、ベルト制御部42cとリフタ制御部38においてそれぞれ並行して実行される。
FIG. 4 is a flowchart for explaining these controls. The left flow chart is a program executed in the
まず左側のベルト制御部42cにおいて実行されるプログラムについて説明すると、S100において、2足移動ロボット12のX方向の目標位置Xaを設定する。この目標位置Xaは、2足移動ロボット12をエンドレスベルト42a上でX方向において定位置で歩行させるに際して定められる目標位置である。
First, the program executed in the left
次いでS102に進み、このプログラムの制御ルーチンに用いられるカウンタnを0にリセットする。 Next, in S102, the counter n used in the control routine of this program is reset to zero.
次いでS104に進み、2足移動ロボット12の初期位置(X、Y、Z座標Xrobot_0、Yrobot_0、Zrobot_0)を検出する。検出された2足移動ロボット12の初期位置に関する情報はリフタ制御部38に送信される。
Next, in S104, the initial position (X, Y, Z coordinates Xrobot_0, Yrobot_0, Zrobot_0) of the biped
次いでS106に進み、2足移動ロボット12が歩行開始(歩き出し)したか否か判断する。具体的には、2足移動ロボット12のX方向の位置についてプログラムループにおける前回値と今回値を比較し、2値が異なる場合、2足移動ロボット12が歩行開始したと判断する。
Next, in S106, it is determined whether or not the bipedal
次いでS108に進み、エンドレスベルト42aのX方向の速度ゲインKαをHighに設定する。ここで速度ゲインKαをHighに設定するのは、2足移動ロボット12の歩き出しに合わせてエンドレスベルト42aを速く移動させるためである。
Next, in S108, the speed gain Kα in the X direction of the
次いでS110に進み、検出された2足移動ロボット12のX方向の位置Xrobot_nが目標位置Xaに対して±100mmの範囲内にあるか否か判断する。否定される場合、S112に進んでエンドレスベルト42aの速度ゲインKαをHighに設定する。
Next, in S110, it is determined whether or not the detected position Xrobot_n in the X direction of the biped
一方、S110において肯定される場合、S114に進んで検出された2足移動ロボット12のX方向の位置Xrobot_nが目標位置Xaに対して±100mmの範囲内にある状態が1sec以上維持されたか否か判断する。否定される場合、S112に進んでエンドレスベルト42aの速度ゲインKαをHighに設定する。
On the other hand, if the result in S110 is affirmative, whether or not the position Xrobot_n in the X direction of the biped
一方、S114において肯定される場合、S116に進んでエンドレスベルト42aの速度ゲインKαをLowに設定する。エンドレスベルト42aの速度ゲインKαに関する情報はリフタ制御部38に送信される。
On the other hand, when the result in S114 is affirmative, the program proceeds to S116, in which the speed gain Kα of the
次いでS118に進み、エンドレスベルト42aのX方向の移動速度Vbelt_nを算出する。エンドレスベルト42aのX方向の移動速度Vbelt_nは、具体的には、プログラムループにおける前回の移動速度Vbelt_n-1に、目標位置XaからX方向の2足移動ロボットの位置Xrobot_nを減算した値に速度ゲインKαを乗じたものを加算することによって算出される。
Next, in S118, the moving speed Vbelt_n in the X direction of the
ベルト制御部42cは、エンドレスベルト42aが移動速度Vbelt_nで移動するように電動モータ42bに駆動指令値を送出する。
The
次いでS120に進み、2足移動ロボット12が所定エリア内に位置するか否か判断する。これは、X軸リミットセンサ42f、42gとY軸リミットセンサ42j、42kの出力信号に基づいて判断する。S120で肯定される場合、S122に進んで荷重センサ36によって検出された荷重が所定荷重α未満であるか否か判断する。S120やS122の判断結果に関する情報もリフタ制御部38に送信される。
Next, in S120, it is determined whether or not the biped
S122において肯定される場合、S124に進んで補助装置10の電源がオンされているか否か判断する。この判断結果もリフタ制御部38に送信される。S124において肯定される場合、S126に進んでカウンタnを1つインクリメントする。
If the determination in S122 is affirmative, the process proceeds to S124 to determine whether or not the
次いでS128に進み、2足移動ロボット12の位置(X、Y、Z座標Xrobot_n、Yrobot_n、Zrobot_n)を再度検出し、S110に進む。S128で検出された2足移動ロボット12の位置に関する情報もリフタ制御部38に送信される。
Next, in S128, the position (X, Y, Z coordinates Xrobot_n, Yrobot_n, Zrobot_n) of the biped
S120、S122およびS124において否定されない限り、S110からS128の処理が繰り返される。即ち、エンドレスベルト42aのX方向の移動速度Vbelt_nが目標位置Xaと2足移動ロボット12の位置Xrobot_nの偏差に基づいて算出され続ける結果、2足移動ロボット12が3次元空間において目標位置Xaを含む所定範囲に位置するようにエンドレスベルト42aの動作が制御されることになる。
Unless it is denied in S120, S122, and S124, the processing from S110 to S128 is repeated. That is, as a result of continuing to calculate the moving speed Vbelt_n in the X direction of the
S122において否定される場合、S130に進んでエンドレスベルト42aのX方向の移動速度Vbelt_nを0に設定し、プログラムを終了する。即ち、S122において否定される場合、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかける状況にあると判断し、エンドレスベルト42aの移動を停止させるようにした。また、S120で否定される場合もS130に進んで同様の処理を実行するようにした。これは、移動ロボット12が所定エリア内に位置しない場合、即ち移動ロボット12がエンドレスベルト42aから逸脱する場合にはその後に転倒する可能性が高いためである。
When the result in S122 is negative, the program proceeds to S130, in which the moving speed Vbelt_n in the X direction of the
S124において否定される場合、S132に進んで速度ゲインKαを0にリセットし、プログラムを終了する。 When the result in S124 is negative, the program proceeds to S132 where the speed gain Kα is reset to 0 and the program is terminated.
次いで、右側のリフタ制御部38において実行されるプログラムについて説明すると、S200において、このプログラムの制御ルーチンに用いられるカウンタnを0にリセットする。
Next, the program executed in the right-side
次いでS202に進み、リフタ14の初期位置(X、Y、Z座標Xlift_0、Ylift_0、Zlift_0)を検出する。また、図示のように、ベルト制御部42cから送信される2足移動ロボット12の初期位置(X、Y、Z座標Xrobot_0、Yrobot_0、Zrobot_0)との偏差Δx、Δy、Δzを算出する。
Next, in S202, the initial position (X, Y, Z coordinates Xlift_0, Ylift_0, Zlift_0) of the
次いでS204に進み、リフタ14のX方向の速度ゲインKβをHighに設定する。ここで速度ゲインKβをHighに設定するのは、2足移動ロボット12の歩き出しに備えてリフタ14を速く移動させるためである。
Next, in S204, the speed gain Kβ in the X direction of the
次いでS206に進み、ベルト制御部42cから送信されるエンドレスベルト42aの速度ゲインKαに関する情報に基づいてその速度ゲインKαがHighであるかLowであるか判断する。エンドレスベルト42aの速度ゲインKαがLowである場合、S208に進んでリフタ14のX方向の速度ゲインKβもLowに設定する。一方、エンドレスベルト42aの速度ゲインKαがHighである場合、S210に進んでリフタ14のX方向の速度ゲインKβもHighに設定する。エンドレスベルト42aの速度ゲインKαに合わせてリフタ14の速度ゲインKβを変更するのは、エンドレスベルト42aの移動速度を大きく変更する必要がある場合は、2足移動ロボット12が大きく移動する場合であるから、リフタ14の移動速度も大きく変更する必要があるためである。
Next, in S206, based on the information regarding the speed gain Kα of the
次いでS212に進み、ベルト制御部42cから送信された2足移動ロボット12のY座標Yrobot_nとリフタ14のY座標Ylift_nの差の絶対値が所定値θ未満であるか否か、あるいは2足移動ロボット12のY方向の歩行速度Vroboty_nの絶対値が所定速度ρ未満であるか否か判断する。2足移動ロボット12のY方向の歩行速度Vroboty_nは、プログラムループにおける前回のY座標Yrobot_n-1と今回のY座標Yrobot_nの差から算出する。
Next, in S212, whether or not the absolute value of the difference between the Y coordinate Yrobot_n of the biped
S212において肯定される場合、S214に進んでリフタ14のY方向の速度ゲインKγをLowに設定する。一方、S212において否定される場合、S216に進んでリフタ14のY方向の速度ゲインKγをHighに設定する。ここで速度ゲインKγをHighに設定するのは、2足移動ロボット12とリフタ14の位置が離れている場合、あるいは2足移動ロボット12の移動速度が大きい場合には、リフタ14を2足移動ロボット12に応答性良く追従させるべく、リフタ14の移動速度も大きく変更する必要があるためである。
When the result in S212 is affirmative, the program proceeds to S214, in which the speed gain Kγ in the Y direction of the
次いでS218に進み、リフタ14のX、Y、Z方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nを算出する。リフタ14のX方向の移動速度Vliftx_nは、具体的には、プログラムループにおける前回の移動速度Vliftx_n-1に、ベルト制御部42cから送信されるX方向の2足移動ロボット12の位置Xrobot_nからリフタ14の位置Xlift_nと初期位置の偏差Δxを減算した値に速度ゲインKβを乗じたものを加算することによって算出される。リフタ14のY方向の移動速度Vlifty_nやZ方向の移動速度Vliftz_nについても同様に算出される。
Next, in S218, the movement speeds Vliftx_n, Vlifty_n, and Vliftz_n of the
リフタ制御部38は、リフタ14が移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nで移動するように3個の電動モータ22、26、30それぞれに駆動指令値を送出する。
The
次いでS220に進み、2足移動ロボット12が所定エリア内に位置するか否か判断する。ここでは、ベルト制御部42cから送信されるS120の判断結果に基づいて判断する。肯定される場合、S222に進んで荷重センサ36によって検出された荷重が所定荷重α未満であるか否か判断する。ここでの判断も、ベルト制御部42cから送信されるS122の判断結果に基づいて行う。
Next, in S220, it is determined whether or not the biped
S222で肯定される場合、S224に進んで補助装置10の電源がオンされているか否か判断する。ここでの判断も、ベルト制御部42cから送信されるS124の判断結果に基づいて行う。S224で肯定される場合、S226に進んでカウンタnを1つインクリメントする。
If the result in S222 is affirmative, the program proceeds to S224, in which it is determined whether the
次いでS228に進み、リフタ14の位置(X、Y、Z座標Xlift_n、Ylift_n、Zlift_n)を再度検出し、S206に進む。 Next, the process proceeds to S228, where the position of the lifter 14 (X, Y, Z coordinates Xlift_n, Ylift_n, Zlift_n) is detected again, and the process proceeds to S206.
S220、S222およびS224において否定されない限り、S206からS228の処理が繰り返される。即ち、リフタ14のX、Y、Z方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nがリフタ14と2足移動ロボット12の位置の偏差に基づいて算出され続ける結果、リフタ14は2足移動ロボット12に追従するように移動することになる。
Unless the result is negative in S220, S222, and S224, the processing from S206 to S228 is repeated. That is, the
S222において否定される場合、S230に進んでX方向とY方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_nを0に設定すると共に、Z方向の移動速度Vliftz_nを最大速度Vz_Maxに設定し、プログラムを終了する。即ち、S222において否定される場合、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかける状況にあると判断し、リフタ14のX方向とY方向の移動を停止させると共に、リフタ14を上方に移動させることで2足移動ロボット12を上方から支持するようにした。また、S220で否定される場合もS230に進んで同様の処理を実行するようにした。これは、移動ロボット12が所定エリア内に位置しない場合、即ち移動ロボット12がエンドレスベルト42aから逸脱する場合にはその後に転倒する可能性が高く、転倒を事前に回避するためである。尚、Z方向の移動速度Vliftz_nは所定時間経過後に0とする。
When the result in S222 is negative, the program proceeds to S230, in which the moving speeds Vliftx_n and Vlifty_n in the X and Y directions are set to 0, the moving speed Vliftz_n in the Z direction is set to the maximum speed Vz_Max, and the program ends. In other words, when the result in S222 is negative, it is determined that the bipedal
S224において否定される場合、S232に進んで速度ゲインKβ、Kγを0にリセットし、プログラムを終了する。 When the result in S224 is negative, the program proceeds to S232 where the speed gains Kβ and Kγ are reset to 0 and the program is terminated.
以上のように、この発明の第2実施例にあっては、2足移動体12にハンガベルト18を介して接続されると共に、2足移動体12が姿勢を崩したときに2足移動体12を上方から支持するリフタ14を3次元空間において移動自在なリフタ移動手段(リフタZ軸ガイドフレーム20、Z軸電動モータ22、リフタY軸ガイドフレーム24、Y軸電動モータ26、リフタX軸ガイドフレーム28、X軸電動モータ30)と、リフタ移動手段の動作を制御するリフタ制御部38と、3次元空間における2足移動体12の位置を検出する検出手段(XY平面センサ32、Z方向センサ34)と、2足移動体が歩行自在なエンドレスベルト42aと、エンドレスベルト42aを駆動させる電動モータ42bと、電動モータ42bの動作を制御するベルト制御部42cとを備えると共に、リフタ制御部38とベルト駆動手段制御手段は相互に通信自在に接続され、検出された2足移動体12の位置とに基づいて2足移動体12が3次元空間の所定範囲に位置するように電動モータ42bの動作を制御する(S118)一方、検出された2足移動体12の位置とベルト制御部42cによって制御される電動モータ42bの動作に基づいてリフタ14が2足移動体12に追従するようにリフタ移動手段の動作を制御する(S218)如く構成したので、ハンガベルト18の緩み量を少なくでき、よって2足移動体12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。さらに、2足移動体12を追従するためのリフタ移動量を減少させることができ、よってリフタ移動手段が大型化するのを防止することができる。また、2足移動体12を補助するに要するスペースを抑制することができる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the bipedal
また、2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段(リフタ制御部38、ベルト制御部42c)と、リフタ14に作用する2足移動体12の荷重を検出する荷重センサ36とを備えると共に、検出された荷重が所定荷重α以上であるとき、2足移動体12が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する(S122、S222)如く構成したので、2足移動体12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。
Further, a fall determination means (
また、2足移動体12が歩行自在なエンドレスベルト42aの周囲に複数のリミットセンサ(X軸リミットセンサ42f、42g、Y軸リミットセンサ42j、42k)を備え、リミットセンサからの出力に基づき、2足移動体12が歩行すべき所定エリア内に位置するか否か判断すると共に、2足移動体12が所定エリア内に位置しないと判断される場合、2足移動体12が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する(S120、S220)如く構成したので、2足移動体12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。また、2足移動体12が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断される場合(S120、S122、S220、S222)、リフタ14をZ方向に最大速度Vz_Maxで移動させる(S230)如く構成した。また、リフタ14の位置を検出するリフタ位置検出手段(電動モータ22、26,30にそれぞれ付随するロータリエンコーダ)を備え、検出された2足移動体12の位置とリフタ14の位置の差(Yrobot_n−Ylift_n)を算出すると共に、算出された差(Yrobot_n−Ylift_n)が所定値(θ)未満であるとき(S212)、電動モータ26の移動速度(Vlifty_n)を規定する速度ゲイン値(Kγ)を第1の値(Low)に設定する(S214)一方、算出された差(Yrobot_n−Ylift_n)が所定値(θ)以上であるとき、速度ゲイン値(Kγ)を第1の値よりも大きい第2の値(High)に設定する(S216)如く構成した。
Further, the bipedal moving
図5は、この発明の第3実施例に係る2足移動体の補助装置の動作を説明するフロー・チャートである。 FIG. 5 is a flow chart for explaining the operation of the auxiliary device for the bipedal moving body according to the third embodiment of the present invention.
第3実施例に係る2足移動体の補助装置にあっては、第2実施例に対してXY平面センサ32、Z方向センサ34および荷重センサ36を排除すると共に、所定の歩行計画に従って歩行する2足移動ロボット12から送信される各種情報に基づいてエンドレスベルト42aおよびリフタ14の動作を制御するようにした。
In the auxiliary device for the biped moving body according to the third embodiment, the
図5は、それら制御を説明するフロー・チャートである。左側のフロー・チャートがベルト制御部42cにおいて実行されるプログラムであり、右側のフロー・チャートがリフタ制御部38において実行されるプログラムである。これらのプログラムは、補助装置10の電源(図示なし)がオンされたとき、ベルト制御部42cとリフタ制御部38においてそれぞれ並行して実行される。
FIG. 5 is a flowchart for explaining these controls. The left flow chart is a program executed in the
図の中央に示すロボット制御部12eには、2足移動ロボット12の歩行計画が予め登録されると共に、2足移動ロボット12が有するジャイロセンサの出力信号に基づいて算出された2足移動ロボット12の現在座標(3次元座標)が入力される。また、2足移動ロボット12が有する傾斜センサや力センサなどの出力信号に基づいて算出された2足移動ロボット12の状態パラメータStatus_robotも入力される。
In the
ロボット制御部12eにおける2足移動ロボット12の歩行計画、現在座標および状態パラメータStatus_robotは公知の送受信手段を用いてベルト制御部42cおよびリフタ制御部38に送信される。
The walking plan, the current coordinates, and the status parameter Status_robot of the biped
まず左側のベルト制御部42cにおいて実行されるプログラムについて説明すると、S300において、2足移動ロボット12のX方向の目標位置Xaを設定する。この目標位置Xaは、2足移動ロボット12をエンドレスベルト42a上でX方向において定位置で歩行させるに際して定められる目標位置である。
First, the program executed in the left
次いでS302に進み、このプログラムの制御ルーチンに用いられるカウンタnを0にリセットする。 Next, in S302, the counter n used in the control routine of this program is reset to zero.
次いでS304に進み、ロボット制御部12eから送信される2足移動ロボット12の歩行計画に基づいてエンドレスベルト42aの動作計画を作成する。エンドレスベルト42aの動作計画とは、エンドレスベルト42aの移動速度Vbelt_nの時間的推移のことである。即ち、歩行計画に基づいて2足移動ロボット12が目標位置Xaを含む所定範囲に位置するようにエンドレスベルト42aの移動速度推移が作成される。作成されたエンドレスベルト42aの動作計画はリフタ制御部38に送信される。
Next, in S304, an operation plan of the
次いでS306に進み、ロボット制御部12eから送信される2足移動ロボット12の現在位置に基づいてエンドレスベルト42aの動作計画を補正する。具体的には、2足移動ロボット12の現在位置に基づいて2足移動ロボット12が目標位置Xaを含む所定範囲に位置するようにエンドレスベルト42aの動作計画を補正する。
Next, in S306, the operation plan of the
次いでS308に進み、補正されたエンドレスベルト42aの動作計画に従ってエンドレスベルト42aの動作を制御する。具体的には、補正されたエンドレスベルト42aの動作計画に従って電動モータ42bに駆動指令値を送出する。エンドレスベルト42aの動作状況に関する情報もリフタ制御部38に送信される。
Next, in S308, the operation of the
次いでS310に進み、ロボット制御部12eから送信される状態パラメータStatus_robotが異常(Err)であるか否か判断する。状態パラメータStatus_robotが異常(Err)であることは、2足移動ロボット12に何らかの異常が生じていることを示す。S310において否定される場合、S312に進む。
Next, in S310, it is determined whether or not the status parameter Status_robot transmitted from the
S312においては、ロボット制御部12eから送信される状態パラメータStatus_robotが停止(Stop)であるか否か判断する。状態パラメータStatus_robotが停止(Stop)であることは、2足移動ロボット12が歩行を停止していることを示す。S312において否定される場合、S314に進んでカウンタnを1つインクリメントし、S306に進む。
In S312, it is determined whether or not the status parameter Status_robot transmitted from the
S310およびS312において肯定されない限り、S306からS314の処理が繰り返される。即ち、2足移動ロボット12が3次元空間において目標位置Xaを含む所定範囲に位置するようにエンドレスベルト42aの動作が制御されることになる。
Unless the result in S310 and S312 is positive, the processes from S306 to S314 are repeated. That is, the operation of the
S310において肯定される場合、S316に進んでエンドレスベルト42aのX方向の移動速度Vbelt_nを0に設定し、プログラムを終了する。即ち、S310において肯定される場合、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかける状況にあると判断し、エンドレスベルト42aの移動を停止させるようにした。
When the result in S310 is affirmative, the program proceeds to S316, in which the moving speed Vbelt_n in the X direction of the
S312において肯定される場合、S318に進んでエンドレスベルト42aの動作を停止し、プログラムを終了する。
If the result in S312 is affirmative, the program proceeds to S318, where the operation of the
次いで、右側のリフタ制御部38において実行されるプログラムについて説明すると、S400において、このプログラムの制御ルーチンに用いられるカウンタnを0にリセットする。
Next, the program executed in the right
次いでS402に進み、ロボット制御部12eから送信される2足移動ロボット12の歩行計画とベルト制御部42cから送信されるエンドレスベルト42aの動作計画に基づいてリフタ14の動作計画を作成する。リフタ14の動作計画とは、リフタ14の移動速度Vliftx_n、Vlifty_n、Vliftz_nの時間的推移のことである。即ち、2足移動ロボット12の歩行計画とエンドレスベルト42aの動作計画に基づいてリフタ14が2足移動ロボット12に追従するようにリフタ14の移動速度推移が作成される。
Next, in S402, an operation plan of the
次いでS404に進み、ロボット制御部12eから送信される2足移動ロボット12の現在位置とベルト制御部42cから送信されるエンドレスベルト42aの動作状況に基づいてリフタ14の動作計画を補正する。具体的には、2足移動ロボット12の現在位置とエンドレスベルト42aの動作状況に基づいてリフタ14が2足移動ロボット12に追従するようにリフタ14の動作計画を補正する。
Next, in S404, the operation plan of the
次いでS406に進み、補正されたリフタ14の動作計画に従ってリフタ14の動作を制御する。具体的には、補正されたリフタ14の動作計画に従って3個の電動モータ22、26、30に駆動指令値を送出する。
Next, in S406, the operation of the
次いでS408に進み、ロボット制御部12eから送信される状態パラメータStatus_robotが異常(Err)であるか否か判断する。否定される場合、S410に進む。
Next, in S408, it is determined whether or not the status parameter Status_robot transmitted from the
S410においては、ロボット制御部12eから送信される状態パラメータStatus_robotが停止(Stop)であるか否か判断する。否定される場合、S412に進んでカウンタnを1つインクリメントし、S404に進む。
In S410, it is determined whether or not the status parameter Status_robot transmitted from the
S408およびS410において肯定されない限り、S404からS412の処理が繰り返される。即ち、リフタ14は2足移動ロボット12に追従するように移動制御されることになる。
Unless the determination in S408 and S410 is affirmative, the processing from S404 to S412 is repeated. That is, the
S408において肯定される場合、S414に進んでX方向とY方向の移動速度Vliftx_n、Vlifty_nを0に設定すると共に、Z方向の移動速度Vliftz_nを最大速度Vz_Maxに設定し、プログラムを終了する。即ち、S408において肯定される場合、2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかける状況にあると判断し、リフタ14のX方向とY方向の移動を停止させると共に、リフタ14を上方に移動させるようにした。尚、Z方向の移動速度Vliftz_nは所定時間経過後に0とする。
When the result in S408 is affirmative, the program proceeds to S414, in which the moving speeds Vliftx_n and Vlifty_n in the X direction and the Y direction are set to 0, the moving speed Vliftz_n in the Z direction is set to the maximum speed Vz_Max, and the program ends. In other words, if the result in S408 is affirmative, it is determined that the bipedal
S410において肯定される場合、S416に進んでリフタの動作を停止し、プログラムを終了する。 When the result in S410 is affirmative, the program proceeds to S416, the lifter operation is stopped, and the program is terminated.
以上のように、この発明の第3実施例にあっては、2足移動体12が所定の歩行計画に従って歩行する2足移動ロボット12からなり、所定の歩行計画に基づいてリフタ14の動作計画を作成する(S402)と共に、検出された2足移動ロボット12の位置に基づいてリフタ14が2足移動ロボット12に追従するようにリフタの動作計画を補正し(S404)、よってリフタ移動手段の動作を制御する(S406)如く構成したので、ハンガベルト18の緩み量を少なくでき、よって2足移動ロボット12が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。
As described above, in the third embodiment of the present invention, the biped
また、リフタ制御部38とベルト制御部42cは相互に通信自在に接続され、ベルト制御部42cによって制御される電動モータ42bの動作に基づいてリフタ移動手段の動作を制御する(S406)如く構成した。
Further, the
上記した如く、第2実施例および第3実施例にあっては、2足移動体(2足移動ロボット12)にロープ状の接続部材(ハンガベルト18)を介して接続されると共に、前記2足移動体が姿勢を崩したときに前記2足移動体を上方から支持するリフタ(14)からなる2足移動体の補助装置において、前記リフタを3次元空間において移動自在なリフタ移動手段(リフタZ軸ガイドフレーム20、Z軸電動モータ22、リフタY軸ガイドフレーム24、Y軸電動モータ26、リフタX軸ガイドフレーム28、X軸電動モータ30)と、前記リフタ移動手段の動作を制御するリフタ移動手段制御手段(リフタ制御部38)と、前記3次元空間における前記2足移動体の位置を検出する検出手段(XY平面センサ32、Z方向センサ34、ジャイロセンサ)と、前記2足移動体が歩行自在なベルト(エンドレスベルト42a)と、前記ベルトを駆動させるベルト駆動手段(電動モータ42b)と、前記ベルト駆動手段の動作を制御するベルト駆動手段制御手段(ベルト制御部42c)とを備えると共に、前記リフタ移動制御手段と前記ベルト移動制御手段は相互に通信自在に接続され、前記ベルト駆動手段制御手段は、前記検出された位置に基づいて前記2足移動体が前記3次元空間の所定範囲に位置するように前記ベルト駆動手段の動作を制御する(S118、S308)一方、前記リフタ移動手段制御手段は、前記検出された位置と前記ベルト駆動手段制御手段によって制御される前記ベルト駆動手段の動作に基づいて前記リフタが前記2足移動体に追従するように前記リフタ移動手段の動作を制御する(S26、S218、S406)如く構成した。
As described above, in the second and third embodiments, the bipedal mobile body (bipedal mobile robot 12) is connected via the rope-shaped connecting member (hanger belt 18), and the 2 In a two-legged moving body auxiliary device comprising a lifter (14) for supporting the biped moving body from above when the leg moving body loses its posture, the lifter can be moved in a three-dimensional space. Z-
それにより、ロープ状の接続部材(ハンガベルト18)の緩み量を少なくでき、よって2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。また、2足移動体を追従するためのリフタ移動量を減少させることができ、よってリフタ移動手段が大型化するのを防止することができる。また、2足移動体を補助するに要するスペースを抑制することができる。 As a result, the amount of looseness of the rope-shaped connecting member (hanger belt 18) can be reduced, and therefore, when the bipedal moving body collapses and falls over, the impact when supporting the load can be reduced. Further, the lifter moving amount for following the bipedal moving body can be reduced, and hence the lifter moving means can be prevented from being enlarged. Moreover, the space required to assist the bipedal moving body can be suppressed.
また、第1実施例および第2実施例にあっては、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあるか否かを判断する転倒判断手段(リフタ制御部38、ベルト制御部42c)と、前記リフタ14に作用する前記2足移動体(2足移動ロボット12)の荷重を検出する荷重センサ(36)とを備えると共に、前記転倒判断手段は、前記検出された荷重が所定荷重(α)以上であるとき、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する(S30、S122、S222)如く構成した。
Further, in the first and second embodiments, the fall determination means (
それにより、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。 Thus, if the two-legged mobile is about to fall to break the posture can Rukoto impact was more relaxed when supporting the load.
また、前記2足移動体12が歩行自在なベルト(エンドレスベルト42a)の周囲に複数のリミットセンサ(X軸リミットセンサ42f、42g、Y軸リミットセンサ42j、42k)を備え、前記転倒判断手段は、前記リミットセンサからの出力に基づき、前記2足移動体が歩行すべき所定エリア内に位置するか否か判断すると共に、前記2足移動体が前記所定エリア内に位置しないと判断される場合、前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断する(S30、S120、S220)如く構成した。
The bipedal moving
それにより、2足移動体が姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を一層緩和させることができる。 Thereby, when the bipedal moving body breaks down and falls over, the impact when supporting the load can be further alleviated.
また、前記リフタ14の位置を検出するリフタ位置検出手段(電動モータ22、26,30にそれぞれ付随するロータリエンコーダ)を備え、前記リフタ移動手段制御手段は、前記検出手段によって検出された前記2足移体12の位置と前記リフタ位置検出手段によって検出された前記リフタの位置の差(Xrobot_n−Xlift_n、Yrobot_n−Ylift_n)を算出すると共に、前記算出された差が所定値(σ、θ)未満であるとき(S14、S20、S212)、前記リフタ移動手段(電動モータ22、26)の移動速度(Vliftx_n、Vlifty_n)を規定する速度ゲイン値(Kβ、Kγ)を第1の値(Low)に設定する(S16、S22、S214)一方、前記算出された差が所定値以上であるとき、前記速度ゲイン値を前記第1の値よりも大きい第2の値(High)に設定する(S18、S24、S216)如く構成した。
The lifter position detecting means for detecting the position of the lifter 14 (a rotary encoder associated with each of the
また、第3実施例にあっては、前記2足移動体が所定の歩行計画に従って歩行する2足移動ロボット(12)からなり、前記リフタ移動手段制御手段は、前記所定の歩行計画に基づいて前記リフタの動作計画を作成する(S402)と共に、前記検出された位置に基づいて前記リフタが前記2足移動ロボットに追従するように前記リフタの動作計画を補正し(S404)、よって前記リフタ移動手段の動作を制御する(S406)如く構成した。 Further, in the third embodiment, the bipedal mobile body comprises a bipedal mobile robot (12) that walks according to a predetermined walking plan, and the lifter moving means control means is based on the predetermined walking plan. The lifter motion plan is created (S402), and the lifter motion plan is corrected so that the lifter follows the biped robot based on the detected position (S404). The operation of the means is controlled (S406) .
それにより、ロープ状の接続部材の緩み量を少なくでき、よって2足移動ロボットが姿勢を崩して転倒しかけた場合、その荷重を支持するときの衝撃を緩和させることができる。 As a result, the amount of looseness of the rope-like connecting member can be reduced, so that when the biped mobile robot breaks down and falls over, the impact when supporting the load can be reduced .
また、第1実施例から第3実施例にあっては、前記リフタ移動手段制御手段は、前記転倒判断手段によって前記2足移動体が姿勢を崩して転倒するおそれがあると判断される場合(S28、S30、S120、S122、S220、S222、S310、S408)、前記リフタを鉛直方向(Z方向)上方に最大速度Vz_Maxで移動させる(S38、S230、S414)如く構成した。 In the first to third embodiments, the lifter moving means control means determines that the fall determining means may cause the biped moving body to fall out of posture and fall. S28, S30, S120, S122, S220, S222, S310, S408), and the lifter is configured to move vertically (Z direction) at the maximum speed Vz_Max (S38, S230, S414) .
尚、上記の第1実施例および第2実施例にあっては、2足移動体として2足移動ロボットを例に挙げて説明したが、人であっても良い。即ち、この発明の第1実施例および第2実施例に係る2足移動体の補助装置は、人の歩行リハビリテーションに活用することができる。 In the first and second embodiments described above, a bipedal mobile robot has been described as an example of a bipedal moving body. However, a human may be used. That is, the bipedal mobile auxiliary device according to the first and second embodiments of the present invention can be used for human walking rehabilitation.
10 2足移動体の補助装置、12 2足移動ロボット(2足移動体)、14 リフタ、18 ハンガベルト(ロープ状の接続部材)、20 リフタZ軸ガイドフレーム、22 Z軸電動モータ、24 リフタY軸ガイドフレーム、26 Y軸電動モータ、28 リフタX軸ガイドフレーム、30 X軸電動モータ、32 XY平面センサ、34 Z方向センサ、36 荷重センサ、38 リフタ制御部、42a エンドレスベルト、42b 電動モータ、42c ベルト制御部
10 Biped moving body assisting device, 12 Biped moving robot (biped moving body), 14 Lifter, 18 Hanger belt (rope connection member), 20 Lifter Z-axis guide frame, 22 Z-axis electric motor, 24 Lifter Y-axis guide frame, 26 Y-axis electric motor, 28 Lifter X-axis guide frame, 30 X-axis electric motor, 32 XY plane sensor, 34 Z direction sensor, 36 Load sensor, 38 Lifter control unit, 42a Endless belt,
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