JP5616290B2 - Control device for moving body - Google Patents

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Description

本発明は、脚リンク等の複数の可動リンクを備える移動体の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a moving body including a plurality of movable links such as leg links.

基体に連結された複数の脚リンクの運動(各脚リンクの着床及び離床を繰り返す運動)によって床面上を移動する脚式移動ロボット等の移動体の動作制御では、基本的には、移動体の目標運動に実際の運動を追従させるように各脚リンクの関節が駆動される。   In motion control of a moving body such as a legged mobile robot that moves on the floor surface by movement of multiple leg links connected to the base (movement that repeats landing and leaving of each leg link), basically the movement The joints of the leg links are driven so that the actual movement follows the target movement of the body.

上記目標運動は、一般に、実際の床面を表すものとして設定された想定床面上で動力学的な必要要件(ZMPが支持多角形内に存在する等の要件)を満足するように生成されるものの、目標運動を生成するために使用した想定床面の実際の床面に対する形状誤差等に起因して、移動体の実際の運動が目標運動からずれる場合がある。そして、このような場合には、移動体の姿勢が崩れやすい。   The above target motion is generally generated so as to satisfy the dynamic requirements (requirements such as the presence of the ZMP in the support polygon) on the assumed floor surface set to represent the actual floor surface. However, the actual motion of the moving body may deviate from the target motion due to a shape error of the assumed floor surface used to generate the target motion with respect to the actual floor surface. In such a case, the posture of the moving body tends to collapse.

これを防止するための技術として、従来、例えば特許文献1にて本願出願人が提案したコンプライアンス制御の技術が知られている。このコンプライアンス制御の技術では、2足歩行ロボットに実際に作用する床反力を観測しつつ、目標全床反力中心点周りに発生する実際の床反力モーメントを、2足歩行ロボットの上体の姿勢を目標姿勢に復元させるための目標モーメントに追従させるように、各脚リンクの先端部(足平部)の目標位置及び姿勢が修正され、その修正後の目標位置及び姿勢に応じて該脚リンクの関節の変位量が制御される。   As a technique for preventing this, conventionally, for example, a compliance control technique proposed by the present applicant in Patent Document 1 is known. In this compliance control technology, the actual floor reaction force moment generated around the center point of the total floor reaction force is observed while observing the floor reaction force that actually acts on the biped walking robot. The target position and posture of the tip portion (foot portion) of each leg link are corrected so as to follow the target moment for restoring the posture to the target posture, and depending on the corrected target position and posture, The displacement amount of the joint of the leg link is controlled.

特許第3629133号Patent No. 3629133

脚式移動ロボット等の移動体に種々様々な作業を行なわせるためには、移動体を単に床上で移動させるだけでなく、移動体の動作環境(外界)に存在する複数の接触対象面(例えば床面と壁面)のそれぞれに移動体の脚リンクもしくは腕リンク等の1つ以上の可動リンクを接触させながら、移動体の所要の運動を行なわせることが要求される場合もある。   In order to cause a moving body such as a legged mobile robot to perform a variety of operations, not only the moving body is moved on the floor but also a plurality of contact target surfaces (for example, the external environment) of the moving body (for example, In some cases, it is required to perform the required movement of the moving body while bringing one or more movable links such as leg links or arm links of the moving body into contact with each of the floor surface and the wall surface.

このような場合には、移動体を単に床上で移動させる場合と異なり、移動体は各接触対象面から移動体に外力が作用することとなる。   In such a case, unlike the case where the moving body is simply moved on the floor, an external force acts on the moving body from each contact target surface.

そして、移動体の動作を安定して行なう上では、上記のように複数の接触対象面に移動体を接触させる状況においても、各接触対象面から移動体に実際に作用する接触力(反力)を所要の目標接触力に追従させるように移動体の関節の変位量を適宜調整することが望ましいと考えられる。   For stable operation of the moving body, contact force (reaction force) that actually acts on the moving body from each contact target surface even in a situation where the moving body is in contact with a plurality of contact target surfaces as described above. It is considered desirable to appropriately adjust the displacement amount of the joint of the moving body so as to follow the required target contact force.

この場合、各接触対象面から移動体に実際に作用する接触力を制御するために、特許文献1に見られる如きコンプライアンス制御の技術を用いることが考えられる。   In this case, in order to control the contact force that actually acts on the moving body from each contact target surface, it is conceivable to use a compliance control technique as disclosed in Patent Document 1.

しかるに、特許文献1に見られるコンプライアンス制御の技術では、接触対象面として床面から移動体(脚式移動ロボット)に作用する実際の床反力モーメントを、目標モーメントに追従させるための各脚リンクの先端部(足平部)の目標位置及び姿勢の修正は、両脚リンクの先端部の上下方向の位置を互いに逆向きに変化させる修正(以降、本欄では第1の修正という)と、各脚リンクの先端部の姿勢を変化させる修正(以降、本欄では第2の修正という)とを合成したものとされる。   However, in the compliance control technique found in Patent Document 1, each leg link for causing the actual floor reaction force moment acting on the moving body (legged mobile robot) from the floor surface as the contact target surface to follow the target moment. The correction of the target position and posture of the distal end portion (foot portion) of each leg is made by changing the vertical positions of the distal end portions of both leg links in opposite directions (hereinafter referred to as the first correction in this section), It is assumed that the correction (hereinafter referred to as the second correction in this column) that changes the posture of the distal end portion of the leg link is combined.

この場合、第1の修正における各脚リンクの先端部の位置の修正量と、第2の修正における各脚リンクの先端部の姿勢の修正量とは各別に決定される。   In this case, the correction amount of the position of the tip portion of each leg link in the first correction and the correction amount of the posture of the tip portion of each leg link in the second correction are determined separately.

このため、かかる従来のコンプライアンス制御の技術では、第1の修正に起因して生じる床反力の変化と、第2の修正に起因する床反力の変化とが相互に干渉しやすい。このため、第1の修正と第2の修正とを合成してなる各脚リンクの先端部の位置及び姿勢の修正によって実際に生じる床反力モーメントとの変化が、目標モーメントに対して過不足を生じやすいという不都合がある。   For this reason, in the conventional compliance control technique, the change in the floor reaction force caused by the first correction and the change in the floor reaction force caused by the second correction tend to interfere with each other. For this reason, the change in the floor reaction force moment actually caused by the correction of the position and posture of the tip portion of each leg link formed by combining the first correction and the second correction is excessive or insufficient with respect to the target moment. There is an inconvenience that it is easy to produce.

また、その過不足の発生を極力抑制するためには、第1の修正による各脚リンクの先端部の位置の修正量を決定するためのゲイン(第1の修正によって発生させようとする床反力モーメントの目標モーメントに対する度合いを規定するゲイン)と、第2の修正による各脚リンクの先端部の姿勢の修正量を決定するためのゲイン(第2の修正によって発生させようとする床反力モーメントの目標モーメントに対する度合いを規定するゲイン)とを適切に調整しておく必要がある。そして、その調整作業には、一般に多大な工数を必要とするという不都合がある。   Further, in order to suppress the occurrence of the excess or deficiency as much as possible, a gain for determining the correction amount of the position of the tip portion of each leg link by the first correction (the floor reaction to be generated by the first correction). A gain that defines the degree of the force moment with respect to the target moment) and a gain for determining the correction amount of the posture of each leg link by the second correction (the floor reaction force to be generated by the second correction) It is necessary to appropriately adjust the gain that defines the degree of the moment with respect to the target moment. The adjustment work generally has the disadvantage of requiring a large number of man-hours.

本発明にかかる背景に鑑みてなされたものであり、複数の接触対象面に接触する動作を行なう移動体に各接触対象面から実際に作用する全接触力を目標値に追従させるように該移動体の運動を制御することを、該移動体の各接触対象面に対する各接触部の位置や姿勢の目標運動からの修正量をそれぞれ決定する処理を必要とせずに適切に行うことができる移動体の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the background of the present invention, and moves the moving body that performs an operation to contact a plurality of contact target surfaces so that the total contact force that actually acts from each contact target surface follows the target value. A moving body capable of appropriately controlling the body movement without requiring a process for determining a correction amount from the target movement of the position and posture of each contact portion with respect to each contact target surface of the moving body. An object of the present invention is to provide a control device.

まず、本発明の基礎となる技術事項を、以下に一般化して説明する。   First, technical matters that form the basis of the present invention will be generalized and described below.

図1に示す如く、基体102に複数の可動リンク103が連結された移動体101を想定する。この移動体101の各可動リンク103は、複数の関節を備えており、これらの関節の変位によって、空間的な運動が可能である。なお、各関節は、回転型又は直動型の関節である。   As shown in FIG. 1, a moving body 101 in which a plurality of movable links 103 are connected to a base body 102 is assumed. Each movable link 103 of the moving body 101 includes a plurality of joints, and spatial movement is possible by displacement of these joints. Each joint is a rotary or direct acting joint.

そして、移動体101のある運動状態において、移動体101の可動リンク103のうちの、m(i)個(m(i)≧1)の可動リンク103(103_1〜103_m(i))の先端部が、移動体101の動作環境に存在するある1つの接触対象面である第i接触対象面に接触し、これらの可動リンク103_1〜103_m(i)を介して移動体101が第i接触対象面から反力としての接触力を受ける場合と想定する。以降の説明では、可動リンク103_1〜103_m(i)のそれぞれを総称的に第j可動リンク103_j(j=1,2,…,m(i))、又は、可動リンク103_jという。   Then, in a certain motion state of the moving body 101, m (i) (m (i) ≧ 1) movable links 103 (103_1 to 103_m (i)) of the movable links 103 of the moving body 101 have their distal ends. Comes into contact with the i-th contact target surface, which is one contact target surface existing in the operating environment of the mobile object 101, and the mobile object 101 is in contact with the i-th contact target surface via these movable links 103_1-103_m (i). It is assumed that a contact force as a reaction force is received from the. In the following description, each of the movable links 103_1 to 103_m (i) is collectively referred to as a jth movable link 103_j (j = 1, 2,..., M (i)) or a movable link 103_j.

このとき、第i接触対象面から移動体101に作用するトータルの接触力である全接触力(ベクトル)を↑FMt(i)、この↑FMt(i)のうちの並進力ベクトルである全並進接触力を↑Ft(i)、↑FMt(i)のうちのモーメントベクトルである全接触力モーメントを↑Mti(i)と表記する。   At this time, the total contact force (vector) that is the total contact force acting on the moving body 101 from the i-th contact target surface is ↑ FMt (i), and the total translation force that is the translational force vector of the ↑ FMt (i). The contact force is expressed as ↑ Mt (i), and the total contact force moment which is a moment vector among ↑ Ft (i) and ↑ FMt (i).

これらの全並進接触力↑Ft(i)及び全接触力モーメント↑Mt(i)は、それぞれ慣性座標系(移動体101の動作環境の床や壁等に対して固定された座標系)で見た3成分の縦ベクトルとして表現されるものとする。そして、第i全接触力↑FMt(i)は、↑Ft(i)及び↑Mt(i)の各成分を並べた6成分の縦ベクトル(=[↑Ft(i),↑Mt(i)]T)として表現されるものとする。また、全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)は第i接触面上の点とする。 These total translational contact forces ↑ Ft (i) and total contact force moments ↑ Mt (i) are respectively seen in an inertial coordinate system (a coordinate system fixed to the floor or wall of the operating environment of the moving body 101). It is assumed that it is expressed as a three-component vertical vector. The i-th total contact force ↑ FMt (i) is a six-component vertical vector (= [↑ Ft (i), ↑ Mt (i)) in which the components ↑ Ft (i) and ↑ Mt (i) are arranged. ] T ). Further, the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) is a point on the i-th contact surface.

なお、本明細書では、“↑”は、ベクトル(縦ベクトル)を表現する記号として用いる。また、上付き添え字“T”は、転置を意味する。また、本明細書では、理解の便宜上、並進力、モーメント、位置、姿勢等を表現する慣性座標系としては、例えば移動体101の前後方向の水平軸をX軸、鉛直方向をZ軸、これらのX軸及びZ軸に直交する方向(移動体101の左右方向)をY軸とする3軸直交座標系が用いられるものとする。   In this specification, “↑” is used as a symbol representing a vector (vertical vector). The superscript “T” means transposition. Further, in this specification, for convenience of understanding, as an inertial coordinate system that expresses translational force, moment, position, posture, etc., for example, the horizontal axis in the front-rear direction of the moving body 101 is the X axis, and the vertical direction is the Z axis. It is assumed that a three-axis orthogonal coordinate system in which the direction perpendicular to the X axis and the Z axis (the horizontal direction of the moving body 101) is the Y axis is used.

また、第j可動リンク103_j(j=1,2,…,N)に第i接触対象面から作用する接触力(以下、可動リンク接触力という)を↑FM(i)_j、この↑FM(i)_jのうちの並進力ベクトルである並進接触力を↑F(i)_j、↑FM(i)_jのうちのモーメントベクトルである接触力モーメントを↑M(i)_jと表記する。   Further, a contact force (hereinafter referred to as a movable link contact force) acting on the j-th movable link 103_j (j = 1, 2,..., N) from the i-th contact target surface is represented by ↑ FM (i) _j, ↑ FM ( A translational contact force that is a translational force vector in i) _j is denoted as ↑ F (i) _j, and a contact force moment that is a moment vector in ↑ FM (i) _j is denoted as ↑ M (i) _j.

これらの並進接触力↑F(i)_j及び接触力モーメント↑M(i)_jは、第i全接触力↑FMt(i)の場合と同様に、それぞれ慣性座標系で見た3成分の縦ベクトルとして表現されるものとする。そして、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jは、↑F(i)_j及び↑M(i)_jの各成分を並べた6成分の縦ベクトル(=[↑F(i)_j,↑M(i)_j]T)として表現されるものとする。また、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_jは、第j可動リンク103_jと第i接触対象面との接触面内における第i接触対象面上の点とする。 These translational contact forces ↑ F (i) _j and contact force moments ↑ M (i) _j are the same as the i-th total contact force ↑ FMt (i). It shall be expressed as a vector. The j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j is a six-component vertical vector (= [↑ F (i) _j, ↑ F (i) _j, ↑ F (i) _j, ↑ M (i) _j] T ). Further, the action point P (i) _j of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j is a point on the i-th contact target surface within the contact surface between the j-th movable link 103_j and the i-th contact target surface. To do.

このとき、全接触力↑FMt(i)(以降、第i全接触力↑FMt(i)ということがある)と可動リンク接触力↑FM(i)_j(j=1,2,…,m(i))との間の関係は一般的に、次式(1)により表される。   At this time, the total contact force ↑ FMt (i) (hereinafter, sometimes referred to as i-th total contact force ↑ FMt (i)) and the movable link contact force ↑ FM (i) _j (j = 1, 2,..., M The relationship between (i)) is generally expressed by the following equation (1).

Figure 0005616290

なお、式(1)のただし書きにおいて、行列AA(i)_jの成分“I”、“0”はそれぞれ、単位行列、零行列である。また、“×”は外積(ベクトル積)を表す算術符号である。
Figure 0005616290

In the proviso of equation (1), the components “I” and “0” of the matrix AA (i) _j are a unit matrix and a zero matrix, respectively. “×” is an arithmetic code representing an outer product (vector product).

ここで、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_jに摂動分の接触力↑ΔFM(i)_j(=[↑ΔF(i)_j,↑ΔM(i)_j]T)を付加し、それによって、第i全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)に摂動分の接触力↑ΔFMt(i)(=[↑ΔFt(i),↑ΔMt(i)]T)を付加することを想定する。なお、作用点P(i)_jに摂動分の接触力↑ΔFM(i)_jを付加するということは、作用点P(i)_jに作用する接触力を↑FM(i)_jから↑FM(i)_j+↑ΔFM(i)_jに変更することを意味する。同様に、作用点Pt(i)に摂動分の接触力↑ΔFMt(i)を付加するということは、作用点Pt(i)に作用する全接触力を↑FMt(i)から↑FMt(i)+↑ΔFMt(i)に変更することを意味する。 Here, perturbation contact force ↑ ΔFM (i) _j (= [↑ ΔF (i) _j, ↑ ΔM (i)) at the action point P (i) _j of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j. _j] T ), so that the perturbation contact force ↑ ΔFMt (i) (= [↑ ΔFt (i), ↑ ΔMt) is applied to the point of action Pt (i) of the i-th total contact force ↑ FMt (i). (i)] Assume that T ) is added. Note that adding the contact force ↑ ΔFM (i) _j for the perturbation to the action point P (i) _j means that the contact force acting on the action point P (i) _j is increased from ↑ FM (i) _j to ↑ FM. (i) _j + ↑ means change to ΔFM (i) _j. Similarly, adding the contact force ↑ ΔFMt (i) for the perturbation to the action point Pt (i) means that the total contact force acting on the action point Pt (i) is increased from ↑ FMt (i) to ↑ FMt (i). ) + ↑ means change to ΔFMt (i).

以降、↑ΔFM(i)_jを第j可動リンク摂動接触力、↑ΔFM(i)_jのうちの並進力ベクトル↑ΔF(i)_j及びモーメントベクトル↑ΔM(i)_jをそれぞれ、第j可動リンク摂動並進接触力、第j可動リンク摂動接触力モーメントという。また、↑ΔFMt(i)を第i摂動全接触力(又は摂動全接触力)、↑ΔFMt(i)のうちの並進力ベクトル↑ΔFt及びモーメントベクトル↑ΔMtをそれぞれ、第i摂動全並進接触力(又は摂動全並進接触力)、第i摂動全接触力モーメント(又は摂動全接触力モーメント)という。   Thereafter, ↑ ΔFM (i) _j is the j-th movable link perturbation contact force, and the translational force vector ↑ ΔF (i) _j and the moment vector ↑ ΔM (i) _j of the ↑ ΔFM (i) _j are respectively the j-th movable It is called a link perturbation translational contact force and a j-th movable link perturbation contact force moment. Also, ↑ ΔFMt (i) is the i-th perturbation total contact force (or perturbation total contact force), and the translation force vector ↑ ΔFt and moment vector ↑ ΔMt of ↑ ΔFMt (i) are respectively the i-th perturbation total translation contact force. (Or perturbation total translational contact force), i-th perturbation total contact force moment (or perturbation total contact force moment).

上記摂動全接触力↑ΔFMt(i)と、第j可動リンク摂動接触力↑ΔFM(i)_j(j=1,2,…,m(i))との間の関係は、上記式(1)に基づいて、次式(2)により与えられる。   The relationship between the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) and the j-th movable link perturbation contact force ↑ ΔFM (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) ) Is given by the following equation (2).

Figure 0005616290

この式(2)におけるAA(i)_j(j=1,2,…,m(i))は、式(1)のただし書きで定義したものと同じである。
Figure 0005616290

AA (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) in this equation (2) is the same as that defined in the proviso of equation (1).

また、第j可動リンク摂動接触力↑ΔFM(i)_jが、第j可動リンク103_jと第i接触対象面との接触面(以降、第j可動リンク接触面又は可動リンク接触面という)の位置及び姿勢のばね性変位によって発生するものと仮定する。より詳しくは、第j可動リンク接触面の位置のばね性変位(並進変位)によって、第j可動リンク摂動並進接触力↑ΔF(i)_jが発生し、第j可動リンク接触面の姿勢のばね性変位(回転変位)によって、第j可動リンク摂動接触力モーメント↑M(i)_jが発生するものと仮定する。なお、第j可動リンク接触面の位置及び姿勢のばね性変位は、第j可動リンク接触面での第i接触対象面の形成部材の弾性変形又は第j可動リンク103_jの接触部の弾性変形による並進変位及び回転変位にそれぞれ相当する。   Further, the j-th movable link perturbation contact force ↑ ΔFM (i) _j is the position of the contact surface between the j-th movable link 103_j and the i-th contact target surface (hereinafter referred to as the j-th movable link contact surface or the movable link contact surface). And assumed to be caused by a springy displacement of the posture. More specifically, the spring-like displacement (translational displacement) of the position of the jth movable link contact surface generates a jth movable link perturbation translational contact force ↑ ΔF (i) _j, and the spring of the posture of the jth movable link contact surface It is assumed that the j-th movable link perturbation contact force moment ↑ M (i) _j is generated by the directional displacement (rotational displacement). Note that the spring-like displacement of the position and posture of the j-th movable link contact surface is caused by the elastic deformation of the forming member of the i-th contact target surface at the j-th movable link contact surface or the elastic deformation of the contact portion of the j-th movable link 103_j. It corresponds to translational displacement and rotational displacement, respectively.

このばね性変位による第j可動リンク接触面の位置の変位量(第j可動リンク接触面の3軸方向の並進変位量のベクトル。以降、ばね性並進変位量という)と姿勢の変位量(第i可動リンク接触面の3軸周りの回転変位量のベクトル。以降、ばね性回転変位量という)とをそれぞれ↑Xorg(i)_j、↑Xrot(i)_jと表記する。このとき、↑Xorg(i)_jと↑ΔF(i)_jとの間の関係、及び↑Xrot(i)_jと↑ΔM(i)_jとの間の関係は、それぞれ、次式(3)、(4)により表されることとなる。   The displacement amount of the position of the j-th movable link contact surface due to this spring displacement (vector of the translational displacement amount in the triaxial direction of the j-th movable link contact surface, hereinafter referred to as the spring-like translational displacement amount) and the displacement amount of the posture (the first i is a vector of rotational displacement amounts around the three axes of the movable link contact surface (hereinafter referred to as spring-like rotational displacement amount), and are denoted as ↑ Xorg (i) _j and ↑ Xrot (i) _j, respectively. At this time, the relationship between ↑ Xorg (i) _j and ↑ ΔF (i) _j and the relationship between ↑ Xrot (i) _j and ↑ ΔM (i) _j are respectively expressed by the following equations (3). , (4).


↑ΔF(i)_j=Korg(i)_j・↑Xorg(i)_j ……(3)
↑ΔM(i)_j=Krot(i)_j・↑Xrot(i)_j ……(4)

式(3)のKorg(i)_jは、第j可動リンク接触面のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jの各成分毎のばね定数を対角成分として構成される3次の対角行列(以下、並進ばね定数行列Korg(i)_jという)、式(4)のKrot(i)_jは、第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jの各成分毎のばね定数を対角成分として構成される3次の対角行列(以下、回転ばね定数行列Krot(i)_jという)である。

↑ ΔF (i) _j = Korg (i) _j ・ ↑ Xorg (i) _j (3)
↑ ΔM (i) _j = Krot (i) _j ・ ↑ Xrot (i) _j (4)

Korg (i) _j in equation (3) is a third-order diagonal composed of the spring constant of each component of the springy translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of the jth movable link contact surface as a diagonal component. Matrix (hereinafter referred to as translational spring constant matrix Korg (i) _j), Krot (i) _j in equation (4) is the amount of springy rotational displacement ↑ Xrot (i) _j of the jth movable link contact surface Is a cubic diagonal matrix (hereinafter referred to as a rotational spring constant matrix Krot (i) _j).

また、移動体101と第i接触対象面との全ての接触面(第i接触対象面に接触している全ての可動リンク103(i)_1〜103(i)_m(i)の接触面)を代表する単一の仮想的な接触面としての第i代表接触面を想定し、この第i代表接触面にて第i全接触力↑FMt(i)が移動体101に作用するものとする。該第i代表接触面は、第i接触対象面上での所謂支持多角形に相当するものである。   Further, all contact surfaces between the moving body 101 and the i-th contact target surface (contact surfaces of all the movable links 103 (i) _1 to 103 (i) _m (i) in contact with the i-th contact target surface). Assuming an i-th representative contact surface as a single virtual contact surface that represents i, the i-th total contact force ↑ FMt (i) acts on the moving body 101 at this i-th representative contact surface. . The i-th representative contact surface corresponds to a so-called support polygon on the i-th contact target surface.

そして、第j可動リンク接触面の場合と同様の考え方によって、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)が、第i代表接触面の位置及び姿勢のばね性変位によって発生するものと仮定する。より詳しくは、第i代表接触面の位置のばね性変位(並進変位)によって、摂動全並進接触力↑ΔFt(i)が発生し、第i代表接触面の姿勢のばね性変位(回転変位)によって、摂動全接触力モーメント↑ΔMt(i)が発生するものと仮定する。   Then, it is assumed that the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is generated by the spring displacement of the position and posture of the i-th representative contact surface in the same way as the case of the j-th movable link contact surface. More specifically, the perturbation total translational contact force ↑ ΔFt (i) is generated by the spring-like displacement (translational displacement) of the position of the i-th representative contact surface, and the spring-like displacement (rotational displacement) of the posture of the i-th representative contact surface. Suppose that a perturbed total contact force moment ↑ ΔMt (i) is generated by

従って、第i代表接触面の位置のばね性並進変位量(ばね性変位による3軸方向の並進変位量のベクトル)と姿勢のばね性回転変位量(ばね性変位による3軸周りの回転変位量のベクトル)とをそれぞれ↑Xc_org(i)、↑Xc_rot(i)とすると、↑Xc_org(i)と↑ΔFt(i)との間の関係、及び↑Xc_rot(i)と↑ΔMt(i)との間の関係は、それぞれ、次式(5)、(6)により表されることとなる。   Accordingly, the amount of spring translational displacement at the position of the i-th representative contact surface (vector of translational displacement in three axes due to the spring displacement) and the amount of posture rotational displacement (rotational displacement about the three axes due to the spring displacement). ↑ Xc_org (i) and ↑ Xc_rot (i) respectively, and the relationship between ↑ Xc_org (i) and ↑ ΔFt (i), and ↑ Xc_rot (i) and ↑ ΔMt (i) The relationship between is expressed by the following equations (5) and (6), respectively.


↑ΔFt(i)=Kc_org(i)・↑Xc_org(i) ……(5)
↑ΔMt(i)=Kc_rot(i)・↑Xc_rot(i) ……(6)

式(5)のKc_org(i)は、第i代表接触面のばね性並進変位量↑Xc_org(i)の各成分毎のばね定数を対角成分として構成される3次の対角行列(以下、並進ばね定数行列Kc_org(i)という)、式(6)のKc_rot(i)は、第i代表接触面のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)の各成分毎のばね定数を対角成分として構成される3次の対角行列(以下、回転ばね定数行列Kc_rot(i)という)である。

↑ ΔFt (i) = Kc_org (i) ・ ↑ Xc_org (i) (5)
↑ ΔMt (i) = Kc_rot (i) ・ ↑ Xc_rot (i) (6)

In equation (5), Kc_org (i) is a cubic diagonal matrix (hereinafter referred to as the spring constant for each component of the springy translational displacement amount ↑ Xc_org (i) of the i-th representative contact surface). , Translational spring constant matrix Kc_org (i)), and Kc_rot (i) in equation (6) is the diagonal component of the spring constant for each component of the i-th representative contact surface spring displacement ↑ Xc_rot (i) Is a cubic diagonal matrix (hereinafter referred to as a rotational spring constant matrix Kc_rot (i)).

補足すると、上記第i代表接触面は、移動体101の単一の可動リンク103_jだけが第i接触対象面に接触している状態では、第i代表接触面は、その単一の可動リンク103_jの第i接触対象面との接触面(第j可動リンク接触面)に一致するものとされる。そして、この状態では、第i代表接触面の位置及び姿勢のばね性変位は、第j可動リンク接触面の位置及び姿勢のばね性変位と同じであり、第j可動リンク接触面での第i接触対象面の形成部材の弾性変形又は第j可動リンク103_jの接触部の弾性変形による並進変位及び回転変位にそれぞれ相当する。   Supplementally, the i-th representative contact surface is the single movable link 103_j when only the single movable link 103_j of the moving body 101 is in contact with the i-th contact target surface. The contact surface with the i th contact target surface (jth movable link contact surface). In this state, the spring displacement of the position and posture of the i-th representative contact surface is the same as the spring displacement of the position and posture of the j-th movable link contact surface, and the i-th contact at the j-th movable link contact surface. This corresponds to a translational displacement and a rotational displacement due to elastic deformation of the member forming the contact target surface or elastic deformation of the contact portion of the j-th movable link 103_j, respectively.

また、移動体101の2つ以上の可動リンク103が第i接触対象面に接触している状態では、上記第i代表接触面は、第i接触対象面に接触している全ての可動リンク103の接触部分をひとまとめにした単一の仮想的な接触部の第i接触対象面との接触面としての意味を持つ。そして、この状態での第i代表接触面の位置及び姿勢のばね性変位は、当該仮想的な接触部の接触面での第i接触対象面の形成部材の弾性変形あるいは当該仮想的な接触部の弾性変形による並進変位及び回転変位にそれぞれ相当する。   Further, in a state where two or more movable links 103 of the moving body 101 are in contact with the i-th contact target surface, the i-th representative contact surface is all the movable links 103 in contact with the i-th contact target surface. It has the meaning as a contact surface with the i-th contact object surface of the single virtual contact part which put together the contact part. The spring displacement of the position and orientation of the i-th representative contact surface in this state is caused by the elastic deformation of the forming member of the i-th contact target surface at the contact surface of the virtual contact portion or the virtual contact portion. This corresponds to the translational displacement and rotational displacement caused by the elastic deformation.

前記式(2)において、第j可動リンク接触力↑FM(i)_j(j=1,2,…,m(i))の作用点P(i)_jにそれぞれ付加する第j可動リンク摂動並進接触力↑ΔF(i)_jによって全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)に付加される摂動全並進接触力↑ΔFt(i)に着目すると、次式(7)が得られる。   In the above equation (2), the j-th movable link perturbation added to the action point P (i) _j of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)). Focusing on the perturbation total translational contact force ↑ ΔFt (i) added to the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) by the translational contact force ↑ ΔF (i) _j, the following equation (7) is obtained. It is done.


↑ΔFt(i)=↑ΔF(i)_1+↑ΔF(i)_2+……+↑ΔF(i)_m(i) ……(7)

この式(7)と、前記式(3),(5)とから次式(8)が得られる。

↑ ΔFt (i) = ↑ ΔF (i) _1 + ↑ ΔF (i) _2 + …… + ↑ ΔF (i) _m (i) (7)

From this equation (7) and the above equations (3) and (5), the following equation (8) is obtained.


Kc_org(i)・↑Xc_org(i)=Korg(i)_1・↑Xorg(i)_1+Korg(i)_2・↑Xorg(i)_2
+……+Korg(i)_m(i)・↑Xorg(i)_m(i) ……(8)

一方、摂動全接触力↑ΔFMt(i)の付加前の全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)を、全接触力中心点とし、第j可動リンク摂動接触力↑ΔFM(i)_jの付加前の第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_jを第j可動リンク接触面の接触力中心点としたとき、任意の基準点に対する作用点Pt(i)の位置ベクトル(これを↑Pt(i)と表記する)と、作用点P(i)_j(j=1,2,…,m(i))のそれぞれの位置ベクトル(これを↑P(i)_jと表記する)との間の関係は、次式(9)により与えられる。

Kc_org (i) ・ ↑ Xc_org (i) = Korg (i) _1 ・ ↑ Xorg (i) _1 + Korg (i) _2 ・ ↑ Xorg (i) _2
+ …… + Korg (i) _m (i) ・ ↑ Xorg (i) _m (i) …… (8)

On the other hand, the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) before the addition of the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is the total contact force center point, and the jth movable link perturbation contact force ↑ ΔFM (i ) _j before application of the jth movable link contact force ↑ FM (i) _j, where the point of action P (i) _j is the contact force center point of the jth movable link contact surface, the point of action Pt with respect to an arbitrary reference point The position vector of (i) (this is expressed as ↑ Pt (i)) and each position vector (this is ↑) of the action point P (i) _j (j = 1, 2,..., m (i)). P (i) _j) is given by the following equation (9).

なお、全接触力中心点は、全接触力↑FMt(i)の作用点であって、その点周りの全接触力モーメント↑Mt(i)の第i接触対象面に平行な成分がゼロとなるような点である。同様に、第j可動リンク接触面の接触力中心点は、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点であって、その点周りの接触力モーメント↑M(i)_jの第i接触対象面に平行な成分がゼロとなるような点である。   The center point of the total contact force is the point of action of the total contact force ↑ FMt (i), and the component parallel to the i-th contact target surface of the total contact force moment ↑ Mt (i) around that point is zero. It is such a point. Similarly, the contact force center point of the j-th movable link contact surface is the point of action of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j, and the contact force moment ↑ M (i) _j around that point This is a point where the component parallel to the i-contact target surface is zero.


↑Pt(i)=r(i)_1・↑P(i)_1+r(i)_2・↑P(i)_2
+……+r(i)_m(i)・↑P(i)_m(i) ……(9)

この式(9)におけるr(i)_j(j=1,2,…,m(i))は、r(i)_j≡Fn(i)_j/Fnt(i)により定義される重み係数である。ここで、Fn(i)_j(j=1,2,…,m(i))は、第j可動リンク並進接触力↑F(i)_jのうちの第i接触対象面に垂直な垂直抗力成分の絶対値(以降、接触面垂直抗力成分という)、Fnt(i)は全並進接触力↑Ft(i)のうちの第i接触対象面に垂直な垂直抗力成分の絶対値(接触面垂直抗力成分)であり、Fnt(i)=Fn(i)_1+Fn(i)_2+……+Fn(i)_m(i)である。従って、重み係数r(i)_jは、全並進接触力↑Ft(i)の接触面垂直抗力成分Fnt(i)に対する、第j可動リンク接触力↑F(i)_jの接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの比率であり、その値は、0≦r(i)_j≦1の範囲内の値である。

↑ Pt (i) = r (i) _1 ・ ↑ P (i) _1 + r (i) _2 ・ ↑ P (i) _2
+ …… + r (i) _m (i) ・ ↑ P (i) _m (i) …… (9)

In this equation (9), r (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) is a weighting coefficient defined by r (i) _j≡Fn (i) _j / Fnt (i). is there. Here, Fn (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) is a vertical drag perpendicular to the i-th contact target surface of the j-th movable link translational contact force ↑ F (i) _j. The absolute value of the component (hereinafter referred to as contact surface normal force component), Fnt (i) is the absolute value of the normal force component perpendicular to the i-th contact surface of the total translational contact force ↑ Ft (i) (contact surface vertical) Drag component), and Fnt (i) = Fn (i) _1 + Fn (i) _2 +... + Fn (i) _m (i). Therefore, the weight coefficient r (i) _j is the contact surface normal force component of the j-th movable link contact force ↑ F (i) _j with respect to the contact surface normal force component Fnt (i) of the total translational contact force ↑ Ft (i). This is the ratio of Fn (i) _j, and its value is a value within the range of 0 ≦ r (i) _j ≦ 1.

そして、この式(9)と同様の関係が、第i代表接触面の位置のばね性並進変位量↑Xc_org(i)と、第j可動リンク接触面の位置のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jとの間にも成立するものと仮定する。すなわち、次式(10)が成立するものと仮定する。   The relationship similar to this equation (9) is that the springy translational displacement amount ↑ Xc_org (i) at the position of the i-th representative contact surface and the springy translational displacement amount ↑ Xorg (at the position of the j-th movable link contact surface. i) Assume that it holds also between _j. That is, it is assumed that the following formula (10) holds.


↑Xc_org(i)=r(i)_1・↑Xorg(i)_1+r(i)_2・↑Xorg(i)_2
+……+r_m(i)・↑Xorg(i)_m(i) ……(10)

このとき、この式(10)と前記式(8)とから、次式(11)が得られる。

↑ Xc_org (i) = r (i) _1 ・ ↑ Xorg (i) _1 + r (i) _2 ・ ↑ Xorg (i) _2
+ …… + r_m (i) ・ ↑ Xorg (i) _m (i) …… (10)

At this time, the following expression (11) is obtained from the expression (10) and the expression (8).


Korg(i)_j=r(i)_j・Kc_org(i) ……(11)

本発明では、上記式(10)が、第i代表接触面のばね性並進変位量↑Xc_org(i)と第j可動リンク接触面(j=1,2,…,m(i))のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jとの間の関係を表す基本式、式(11)が、第i代表接触面の並進ばね定数行列Kc_org(i)と第j可動リンク接触面(j=1,2,…,m(i))の並進ばね定数行列Korg(i)_jとの関係を表す基本式とされる。

Korg (i) _j = r (i) _j · Kc_org (i) (11)

In the present invention, the above equation (10) is obtained by converting the spring-like translational displacement amount ↑ Xc_org (i) of the i-th representative contact surface and the spring of the j-th movable link contact surface (j = 1, 2,..., M (i)). The basic equation representing the relationship between the directional translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j and the equation (11) is obtained by converting the translation spring constant matrix Kc_org (i) of the i-th representative contact surface and the j-th movable link contact surface (j = 1, 2,..., M (i)) is a basic expression representing the relationship with the translation spring constant matrix Korg (i) _j.

従って、第j可動リンク接触面の並進ばね定数行列Korg(i)_jの各対角成分(3軸方向のそれぞれの並進変位に関するばね定数)は、重み係数r(i)_jに比例し、重み係数r(i)_jの値が大きいほど(“1”に近いほど)、すなわち、全並進接触力↑Ft(i)の接触面垂直抗力成分Fnt(i)に対する第j可動リンク並進接触力↑F(i)_jの接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの比率が大きいほど、大きくなるものとされる。換言すれば、Fnt(i)に対するFn(i)_jの比率が大きいほど、要求される第j可動リンク摂動並進接触力に対する第j可動リンク接触面のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jの変化の感度が高くなるものとされる。   Accordingly, each diagonal component of the translation spring constant matrix Korg (i) _j of the j-th movable link contact surface (spring constant relating to each translational displacement in the three axial directions) is proportional to the weight coefficient r (i) _j, and the weight The larger the value of the coefficient r (i) _j (closer to “1”), that is, the jth movable link translational contact force ↑ with respect to the contact surface normal force component Fnt (i) of the total translational contact force ↑ Ft (i) ↑ The larger the ratio of the contact surface normal force component Fn (i) _j of F (i) _j is, the larger it is. In other words, the greater the ratio of Fn (i) _j to Fnt (i), the greater the required spring translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of the jth movable link contact surface with respect to the required jth movable link perturbation translational contact force. It is assumed that the sensitivity of the change of is increased.

また、単一の第j可動脚リンク103_jだけが第i接触対象面に接触している場合(r(i)_j=1となる場合)には、第j可動リンク接触面と第i代表接触面とが一致することに対応して、第j可動リンク接触面の並進ばね定数行列Korg(i)_jと、第i代表接触面の並進ばね定数行列Kc_org(i)とが互いに一致する。さらにこの場合、↑ΔF(i)_j=↑ΔFt(i)となるので、第j可動リンク接触面のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jと、第i代表接触面のばね性並進変位量↑Xc_org(i)とが互いに一致することとなる。   In addition, when only the single j-th movable leg link 103_j is in contact with the i-th contact target surface (when r (i) _j = 1), the j-th movable link contact surface and the i-th representative contact. Corresponding to the coincidence with the surface, the translation spring constant matrix Korg (i) _j of the j-th movable link contact surface and the translation spring constant matrix Kc_org (i) of the i-th representative contact surface coincide with each other. Further, in this case, since ↑ ΔF (i) _j = ↑ ΔFt (i), the spring-like translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of the j-th movable link contact surface and the spring-like translational displacement of the i-th representative contact surface The quantity ↑ Xc_org (i) matches each other.

そして、2つ以上の可動リンク103が第i接触対象面に接触している場合には、第i代表接触面のばね性並進変位量↑Xc_org(i)は、第i接触対象面に接触している各可動リンク103_jに対応する第j可動リンク接触面のばね性並進変位量↑Xorg(i)_jの重み付き平均値(r(i)_jを重み係数とする重み付き平均値)となる。   When two or more movable links 103 are in contact with the i th contact target surface, the springy translational displacement amount ↑ Xc_org (i) of the i th representative contact surface is in contact with the i th contact target surface. The weighted average value of the spring-like translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of the jth movable link contact surface corresponding to each movable link 103_j (weighted average value using r (i) _j as a weighting factor). .

次に、前記式(2)において、第1〜第m(i)可動リンク接触力↑FM(i)_1〜↑FM(i)_m(i)のそれぞれの並進接触力↑F(i)_1〜↑F(i)_m(i)を一定に保持した状態で、第j可動リンク接触力↑FM(i)_j(j=1,2,…,m(i))の作用点P(i)_jに第j可動リンク摂動接触力モーメント↑ΔM(i)_jを付加することによって全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)に付加される摂動全接触力モーメント↑ΔMt(i)に着目すると、次式(12)が得られる。   Next, in the above formula (2), the translational contact forces ↑ F (i) _1 of the first to m (i) movable link contact forces ↑ FM (i) _1 to ↑ FM (i) _m (i) ~ ↑ F (i) _m (i) is held constant, and the point P (i) of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)). ) _j is added to the operating point Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) by adding the j-th movable link perturbation contact force moment ↑ ΔM (i) _j to ↑ _j. ), The following equation (12) is obtained.


↑ΔMt(i)=↑ΔM(i)_1+↑ΔM(i)_2+……+↑ΔM(i)_m(i) ……(12)

そして、この式(12)と、前記式(4),(6)とから次式(13)が得られる。

↑ ΔMt (i) = ↑ ΔM (i) _1 + ↑ ΔM (i) _2 + …… + ↑ ΔM (i) _m (i) (12)

Then, the following equation (13) is obtained from the equation (12) and the equations (4) and (6).


Kc_rot(i)・↑Xc_rot(i)=Krot(i)_1・↑Xrot(i)_1+Krot(i)_2・↑Xrot(i)_2
+……+Krot(i)_m(i)・↑Xrot(i)_m(i)
……(13)

一方、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_jを第j可動リンク接触面の接触力中心点としたとき、第1〜第m(i)可動リンク接触力↑FM(i)_1〜↑FM(i)_m(i)のそれぞれの並進接触力↑F_1〜↑F_Nを一定に保持した状態で、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_j(接触力中心点)に第j脚摂動接触力モーメント↑ΔM(i)_jを付加するということは、第j可動リンク接触面での接触力中心点の位置を、第i接触対象面上で点P(i)_jからずらすことと等価である。同様に、全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)を全接触力中心点としたとき、全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)に摂動全接触力モーメント↑ΔMt(i)が付加されるということは、全接触力中心点の位置が第i接触対象面上で点Pt(i)からずれることと等価である。

Kc_rot (i) ・ ↑ Xc_rot (i) = Krot (i) _1 ・ ↑ Xrot (i) _1 + Krot (i) _2 ・ ↑ Xrot (i) _2
+ …… + Krot (i) _m (i) ・ ↑ Xrot (i) _m (i)
(13)

On the other hand, when the action point P (i) _j of the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j is the contact force center point of the j-th movable link contact surface, the first to m-th (i) movable link contact forces. Action point of jth movable link contact force ↑ FM (i) _j with the translational contact forces ↑ F_1 to ↑ F_N of ↑ FM (i) _1 to ↑ FM (i) _m (i) kept constant Adding the j-th perturbation contact force moment ↑ ΔM (i) _j to P (i) _j (contact force center point) means that the position of the contact force center point on the j-th movable link contact surface is i This is equivalent to shifting from the point P (i) _j on the contact target surface. Similarly, when the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) is the center point of the total contact force, the perturbation total contact force moment ↑ is applied to the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i). The addition of ΔMt (i) is equivalent to the shift of the position of the center point of all contact forces from the point Pt (i) on the i-th contact target surface.

この場合、第j可動リンク接触面での接触力中心点の位置の第i接触対象面に平行な方向での変位量(2成分の変位量ベクトル)を↑ΔRpt(i)_j、全接触力中心点の位置の第i接触対象面に平行な方向での変位量(2成分の変位量ベクトル)を↑ΔRptt(i)とすると、↑ΔRptt(i)・Fnt(i)=↑ΔMt(i)の第i接触対象面に平行な軸軸周り成分、↑ΔRpt(i)_j・Fn(i)_j=↑ΔM(i)_jの第i接触対象面に平行な軸周り成分となる。このため、上記式(12)から、次式(14)が得られる。   In this case, the displacement amount (two-component displacement amount vector) in the direction parallel to the i-th contact target surface at the position of the contact force center point on the j-th movable link contact surface is ↑ ΔRpt (i) _j, the total contact force Assuming that the displacement in the direction parallel to the i-th contact target surface at the center point (two-component displacement vector) is ↑ ΔRptt (i), ↑ ΔRptt (i) · Fnt (i) = ↑ ΔMt (i ) Is a component around the axis parallel to the i-th contact target surface, and ↑ ΔRpt (i) _j · Fn (i) _j = ↑ ΔM (i) _j is a component around the axis parallel to the i-th contact target surface. Therefore, the following equation (14) is obtained from the above equation (12).


↑ΔRptt(i)=r(i)_1・↑ΔRpt(i)_1+r(i)_2・↑ΔRpt(i)_2
+……+r(i)_m(i)・↑ΔRpt(i)_m(i) ……(14)

なお、式(14)のr(i)_j(j=1,2,…,m(i))は、前記した重み係数r(i)_j(≡Fn(i)_j/Fnt(i))である。

↑ ΔRptt (i) = r (i) _1 ・ ↑ ΔRpt (i) _1 + r (i) _2 ・ ↑ ΔRpt (i) _2
+ …… + r (i) _m (i) ・ ↑ ΔRpt (i) _m (i) (14)

Note that r (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) in the equation (14) is the above-described weight coefficient r (i) _j (≡Fn (i) _j / Fnt (i)). It is.

また、第1〜第m(i)可動リンク接触面は、共通の接触対象面(第i接触対象面)上の部分であるから、第1〜第m(i)可動リンク接触面のそれぞれに作用する垂直抗力Fn(i)_jが互いに同じである場合、第j可動リンク接触面の接触力中心点の位置の第j接触対象面に平行な方向での変位量↑ΔRpt(i)_jに対応する摂動接触力モーメント(=↑ΔRpt(i)_j・Fn(i)_j)と、第j可動リンク接触面のばね性変位による回転変位量↑Xrot(i)_jの第i接触対象面に平行な軸周り成分との間の関係は、いずれの第j可動リンク接触面についても同じになると考ええられる。   In addition, since the first to m (i) movable link contact surfaces are portions on a common contact target surface (i-th contact target surface), each of the first to m (i) movable link contact surfaces. When the acting vertical drags Fn (i) _j are the same, the displacement amount ↑ ΔRpt (i) _j in the direction parallel to the j-th contact target surface at the position of the contact force center point of the j-th movable link contact surface The corresponding perturbation contact force moment (= ↑ ΔRpt (i) _j · Fn (i) _j) and the i th contact surface of the rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j due to the spring displacement of the j th movable link contact surface It can be considered that the relationship between the components around the parallel axis is the same for any j-th movable link contact surface.

そこで、第1〜第m(i)可動リンク接触面のそれぞれに作用する接触面垂直抗力成分Fn(i)_jが互いに同じ値(これをFna(i)とおく)である場合、次式(15)が成立すると考えられる。   Therefore, when the contact surface normal force components Fn (i) _j acting on each of the first to m (i) movable link contact surfaces have the same value (this is referred to as Fna (i)), 15) is considered to hold.


↑ΔRpt(i)_j・Fna(i)=Krot(i)・↑Xrot(i)_j_ab ……(15)

なお、↑Xrot(i)_j_abは、第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jの、第i接触対象面に平行な2軸周り成分であり、Krot(i)は、2次の対角行列(第i接触対象面に平行な2軸周りの回転に関するばね定数行列)である。

↑ ΔRpt (i) _j ・ Fna (i) = Krot (i) ・ ↑ Xrot (i) _j_ab (15)

↑ Xrot (i) _j_ab is a biaxial component of the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j of the jth movable link contact surface parallel to the i-th contact target surface, and Krot (i) is It is a quadratic diagonal matrix (a spring constant matrix related to rotation about two axes parallel to the i-th contact target surface).

そして、上記式(15)が、第i代表接触面についても同様に成立するものと仮定すると、次式(16)が得られる。   Assuming that the above equation (15) holds true for the i-th representative contact surface, the following equation (16) is obtained.


↑ΔRptt(i)・Fna(i)=Krot(i)・↑Xc_rot(i)_ab ……(16)

なお、↑Xc_rot(i)_abは、第i代表接触面のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)の、第i接触対象面に平行な2軸周り成分である。

↑ ΔRptt (i) ・ Fna (i) = Krot (i) ・ ↑ Xc_rot (i) _ab (16)

↑ Xc_rot (i) _ab is a biaxial component around the i-th contact target surface of the spring-like rotational displacement amount ↑ Xc_rot (i) of the i-th representative contact surface.

上記式(14)〜(16)により、次式(17)が得られる。   The following formula (17) is obtained from the above formulas (14) to (16).


Krot(i)・↑Xc_rot(i)_ab
=r(i)_1・Krot(i)・↑Xrot(i)_1_ab+r(i)_2・Krot(i)・↑Xrot(i)_2_ab
+……+r(i)_m(i)・Krot(i)・↑Xrot(i)_m(i)_ab ……(17)

さらに、この式(17)から次式(18)が得られる。

Krot (i) ・ ↑ Xc_rot (i) _ab
= r (i) _1 ・ Krot (i) ・ ↑ Xrot (i) _1_ab + r (i) _2 ・ Krot (i) ・ ↑ Xrot (i) _2_ab
+ …… + r (i) _m (i) ・ Krot (i) ・ ↑ Xrot (i) _m (i) _ab …… (17)

Furthermore, the following equation (18) is obtained from this equation (17).


↑Xc_rot(i)_ab=r(i)_1・↑Xrot(i)_1_ab+r(i)_2・↑Xrot(i)_2_ab
+……+r(i)_m(i)・↑Xrot(i)_m(i)_ab ……(18)

そこで、本実施形態では、第i代表接触面のばね性回転変位量↑Xc_org(i)と、第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xorg(i)_jとの間に、それらの全ての成分(3成分)について、上記式(18)と同じ関係が成立するものと仮定する。すなわち、次式(19)が成立するものと仮定する。

↑ Xc_rot (i) _ab = r (i) _1 ・ ↑ Xrot (i) _1_ab + r (i) _2 ・ ↑ Xrot (i) _2_ab
+ …… + r (i) _m (i) ・ ↑ Xrot (i) _m (i) _ab …… (18)

Therefore, in this embodiment, between the spring-like rotational displacement amount ↑ Xc_org (i) of the i-th representative contact surface and the spring-like rotational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of the j-th movable link contact surface, It is assumed that the same relationship as the above equation (18) holds for all components (three components). That is, it is assumed that the following formula (19) is established.


↑Xc_rot(i)=r(i)_1・↑Xrot(i)_1+r(i)_2・↑Xrot(i)_2
+……+r(i)_m(i)・↑Xrot(i)_m(i) ……(19)

このとき、この式(19)と前記式(13)とから、次式(20)が得られる。

↑ Xc_rot (i) = r (i) _1 ・ ↑ Xrot (i) _1 + r (i) _2 ・ ↑ Xrot (i) _2
+ …… + r (i) _m (i) ・ ↑ Xrot (i) _m (i) …… (19)

At this time, the following equation (20) is obtained from the equation (19) and the equation (13).


Krot(i)_j=r(i)_i・Kc_rot(i) ……(20)

本実施形態では、上記式(19)が、代表接触面(第i代表接触面)のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)と第j可動リンク接触面(j=1,2,…,m(i))のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jとの間の関係を表す基本式、式(20)が、代表接触面の回転ばね定数行列Kc_rot(i)と第j可動リンク接触面(j=1,2,…,m(i))の回転ばね定数行列Krot(i)_jとの関係を表す基本式とされる。

Krot (i) _j = r (i) _i ・ Kc_rot (i) (20)

In the present embodiment, the above equation (19) is obtained from the spring-like rotational displacement amount ↑ Xc_rot (i) of the representative contact surface (i-th representative contact surface) and the j-th movable link contact surface (j = 1, 2,..., M (i)) spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j is a basic expression that represents the relationship between the rotational spring constant matrix Kc_rot (i) of the representative contact surface and the j-th movable link contact. This is a basic expression representing the relationship between the surface (j = 1, 2,..., M (i)) and the rotational spring constant matrix Krot (i) _j.

従って、第j可動リンク接触面の回転ばね定数行列Krot(i)_jの各対角成分(3軸周りのそれぞれの回転変位に関するばね定数)は、重み係数r(i)_jに比例し、重み係数r(i)_jの値が大きいほど(“1”に近いほど)、すなわち、全並進接触力↑Ft(i)の接触面垂直抗力成分Fnt(i)に対する第j可動リンク並進接触力↑F(i)_jの接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの比率が大きいほど、大きくなるものとされる。換言すれば、Fnt(i)に対するFn(i)_jの比率が大きいほど、要求される第j可動リンク摂動接触力モーメントに対する第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jの変化の感度が高くなるものとされる。   Accordingly, each diagonal component of the rotational spring constant matrix Krot (i) _j of the j-th movable link contact surface (spring constant related to each rotational displacement around the three axes) is proportional to the weight coefficient r (i) _j, and the weight The larger the value of the coefficient r (i) _j (closer to “1”), that is, the jth movable link translational contact force ↑ with respect to the contact surface normal force component Fnt (i) of the total translational contact force ↑ Ft (i) ↑ The larger the ratio of the contact surface normal force component Fn (i) _j of F (i) _j is, the larger it is. In other words, the greater the ratio of Fn (i) _j to Fnt (i), the springy rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j of the jth movable link contact surface with respect to the required jth movable link perturbation contact force moment. It is assumed that the sensitivity of the change of is increased.

また、単一の第j可動リンク100_jだけが第i接触対象面に接触している場合(r(i)_j=1となる場合)には、第j可動リンク接触面と第i代表接触面とが一致することに対応して、第j可動リンク接触面の回転ばね定数行列Krot(i)_jと、第i代表接触面の回転ばね定数行列Kc_rot(i)とが互いに一致する。さらにこの場合、↑ΔM(i)_j=↑ΔMt(i)となるので、第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jと、第i代表接触面のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)とが互いに一致することとなる。   In addition, when only the single j-th movable link 100_j is in contact with the i-th contact target surface (when r (i) _j = 1), the j-th movable link contact surface and the i-th representative contact surface. Corresponds to the rotation spring constant matrix Krot (i) _j of the j-th movable link contact surface and the rotation spring constant matrix Kc_rot (i) of the i-th representative contact surface. Further, in this case, ↑ ΔM (i) _j = ↑ ΔMt (i), so that the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j of the j-th movable link contact surface and the spring-like rotational displacement of the i-th representative contact surface The quantity ↑ Xc_rot (i) will match each other.

そして、2つ以上の可動リンク103が第i接触対象面に接触している場合には、代表接触面のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)は、第i接触対象面に接触している各可動リンク103_jに対応する第j可動リンク接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jの重み付き平均値(r(i)_jを重み係数とする重み付き平均値)となる。   When two or more movable links 103 are in contact with the i-th contact target surface, the spring-like rotational displacement amount ↑ Xc_rot (i) of the representative contact surface is in contact with the i-th contact target surface. This is the weighted average value (weighted average value using r (i) _j as a weighting factor) of the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j of the jth movable link contact surface corresponding to each movable link 103_j.

次に、前記式(2)に式(3)〜(6)を適用し、さらに、式(11),(20)を適用することによって、次式(21)が得られる。   Next, the following formula (21) is obtained by applying the formulas (3) to (6) to the formula (2) and further applying the formulas (11) and (20).

Figure 0005616290
Figure 0005616290

なお、前記式(11)、(20)は、全接触力↑FMt(i)の作用点Pt(i)が全接触力中心点、第j可動リンク接触力↑FM(i)_jの作用点P(i)_jが第j可動リンク接触面の接触力中心点であることを前提としているので、式(21)におけるVV(i)_j(j=1,2,…,m(i))は、全接触力中心点としての作用点Pt(i)に対する第j可動リンク接触面の接触力中心点の位置ベクトルを改めて↑V(i)_jとしたとき、次のように定義される行列である。   The above formulas (11) and (20) indicate that the point of action Pt (i) of the total contact force ↑ FMt (i) is the center point of the total contact force and the point of action of the jth movable link contact force ↑ FM (i) _j. Since it is assumed that P (i) _j is the contact force center point of the j-th movable link contact surface, VV (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) in equation (21). Is a matrix defined as follows when the position vector of the contact force center point of the jth movable link contact surface with respect to the action point Pt (i) as the total contact force center point is again ↑ V (i) _j. It is.


VV(i)_j: VV(i)_j・↑F(i)_j=V(i)_j×↑F(i)_jとなる行列
ただし、↑V(i)_j:全接触力中心点に対する第j可動リンク接触面の接触力中心点の位置ベクトル

なお、この場合、上記全接触力中心点は、より詳しくは、摂動全接触力↑ΔFMt(i)が付加される前の全接触力↑FMt(i)に対応する全接触力中心点であり、第j可動リンク接触面の接触力中心点は、第j可動リンク摂動接触力↑ΔFM(i)_jが付加される前の第j可動リンク接触力↑FM(i)_jに対応する接触力中心点である。

VV (i) _j: VV (i) _j · ↑ F (i) _j = V (i) _j × ↑ F (i) _j matrix where ↑ V (i) _j is j Position vector of contact force center point of movable link contact surface

In this case, the total contact force center point is more specifically the total contact force center point corresponding to the total contact force ↑ FMt (i) before the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is added. The contact force central point of the j-th movable link contact surface is the contact force corresponding to the j-th movable link contact force ↑ FM (i) _j before the j-th movable link perturbation contact force ↑ ΔFM (i) _j is added. The central point.

さらに、上記式(21)から、次式(22)が得られる。   Further, the following equation (22) is obtained from the above equation (21).

Figure 0005616290
Figure 0005616290

ここで、移動体101の基体102の位置(3軸方向の位置)及び姿勢(3軸周りの姿勢角)と移動体101の各関節の変位量とを成分として構成される一般化変数ベクトルを↑q、代表接触面(第i代表接触面)の位置のばね性並進変位量↑Xc_org(i)及び姿勢のばね性回転変位量↑Xc_rot(i)から成る変位量ベクトル(=[↑Xc_org(i),↑Xc_rot(i)]T)を↑Xc(i)、第j可動リンク接触面の位置のばね性並進変位量↑Xorg(i)_j及び姿勢のばね性回転変位量↑Xrot(i)_jから成る変位量ベクトル(=[↑Xorg(i)_j,↑Xrot(i)_j]T)を↑X(i)_jと表記する。以降、↑Xc(i)を代表接触面のばね性並進・回転変位量、↑X(i)_jを第j可動リンク接触面のばね性並進・回転変位量という。なお、上記一般化変数ベクトル↑qは、より詳しくは、基体102の位置及び姿勢の6個の成分と、移動体101の各関節の変位量とを並べた縦ベクトルである。 Here, a generalized variable vector configured with the position (position in the three-axis direction) and posture (posture angle around three axes) of the moving body 101 and the displacement amount of each joint of the moving body 101 as components is represented. ↑ q, displacement vector (= [↑ Xc_org () consisting of springy translational displacement amount ↑ Xc_org (i) at the position of the representative contact surface (i-th representative contact surface) and springy rotational displacement amount ↑ Xc_rot (i) of the posture i), ↑ Xc_rot (i)] T ) is ↑ Xc (i), the spring-like translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j at the position of the j-th movable link contact surface and the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i ) _j's displacement vector (= [↑ Xorg (i) _j, ↑ Xrot (i) _j] T ) is expressed as ↑ X (i) _j. Hereinafter, ↑ Xc (i) is referred to as the springiness translation / rotation displacement amount of the representative contact surface, and ↑ X (i) _j is referred to as the springiness translation / rotation displacement amount of the jth movable link contact surface. More specifically, the generalized variable vector ↑ q is a vertical vector in which six components of the position and orientation of the base body 102 and the displacement amount of each joint of the moving body 101 are arranged.

この場合、代表接触面(第i代表接触面)のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)を代表接触面の位置及び姿勢の単位時間あたりの変位量(時間的変化率)とみなすと、代表接触面の位置及び姿勢の単位時間あたりの変位量と、一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量(時間的変化率)↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列は、↑Xc(i)と↑Δqとの間の関係を次式(23)により表す行列Jc(i)として表現される。なお、↑Δqは、一般化変数ベクトル↑qの各成分の単位時間当たりの変化量を並べた縦ベクトルである。   In this case, if the amount of springy translational / rotational displacement ↑ Xc (i) of the representative contact surface (i-th representative contact surface) is regarded as the displacement per unit time (time change rate) of the position and orientation of the representative contact surface. The Jacobian matrix expressing the relationship between the displacement per unit time of the position and orientation of the representative contact surface and the variation per unit time (temporal rate of change) ↑ Δq of the generalized variable vector ↑ q is The relationship between ↑ Xc (i) and ↑ Δq is expressed as a matrix Jc (i) expressed by the following equation (23). Note that ↑ Δq is a vertical vector in which the amount of change per unit time of each component of the generalized variable vector ↑ q is arranged.


↑Xc(i)=Jc(i)・↑Δq ……(23)

同様に、第j可動リンク接触面のばね性並進・回転変位量↑X(i)_jを第j可動リンク接触面の位置及び姿勢の単位時間あたりの変位量(時間的変化率)とみなすと、第j可動リンク接触面の位置及び姿勢の単位時間あたりの変位量と、一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量(時間的変化率)↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列は、↑X(i)_jと↑Δqとの間の関係を次式(24)により表す行列J(i)_jとして表現される。

↑ Xc (i) = Jc (i) ・ ↑ Δq (23)

Similarly, if the springy translational / rotational displacement amount ↑ X (i) _j of the jth movable link contact surface is regarded as the displacement amount (time change rate) of the position and posture of the jth movable link contact surface per unit time. The Jacobian expressing the relationship between the displacement amount per unit time of the position and orientation of the jth movable link contact surface and the change amount (time change rate) ↑ Δq of the generalized variable vector ↑ q per unit time The matrix is expressed as a matrix J (i) _j that represents the relationship between ↑ X (i) _j and ↑ Δq by the following equation (24).


↑X(i)_j=J(i)_j・↑Δq ……(24)

補足すると、第i代表接触面の位置の単位時間当たりの変位量と↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列(↑Xc_org(i)と↑Δqとの間の関係を次式(25a)により表現する行列)をJc_org(i)、第i代表接触面の姿勢の単位時間当たりの変位量と↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列(↑Xc_rotと↑Δqとの間の関係を次式(25b)により表現する行列)をJc_rot(i)と表記すると、式(25c)に示す如くJc(i)=[Jc_org(i),Jc_rot(i)]Tとなる。

↑ X (i) _j = J (i) _j ・ ↑ Δq (24)

Supplementally, a Jacobian matrix (↑ Xc_org (i) and ↑ Δq between the displacements per unit time of the position of the i-th representative contact surface and ↑ Δq is expressed by the following equation (25a) Jc_org (i) and the Jacobian matrix (↑ Xc_rot and ↑ Δq) representing the relationship between the displacement per unit time of the posture of the i-th representative contact surface and ↑ Δq. When a matrix expressed by the following equation (25b) is expressed as Jc_rot (i), Jc (i) = [Jc_org (i), Jc_rot (i)] T as shown in equation (25c).


↑Xc_org(i)=Jc_org(i)・↑Δq ……(25a)
↑Xc_rot(i)=Jc_rot(i)・↑Δq ……(25b)
Jc(i)=[Jc_org(i),Jc_rot(i)]T ……(25c)

同様に、第j可動リンク接触面の位置の単位時間当たりの変位量と↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列(↑Xorg(i)_jと↑Δqとの間の関係を次式(26a)により表す行列)をJorg(i)_j、第j可動リンク接触面の姿勢の単位時間当たりの変位量と↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列(↑Xrot(i)_jと↑Δqとの間の関係を次式(26b)により表す行列)をJrot(i)_jと表記すると、式(26c)に示す如くJ(i)_j=[Jorg(i)_j,Jrot(i)_j]Tとなる。

↑ Xc_org (i) = Jc_org (i) ・ ↑ Δq (25a)
↑ Xc_rot (i) = Jc_rot (i) ・ ↑ Δq ...... (25b)
Jc (i) = [Jc_org (i), Jc_rot (i)] T (25c)

Similarly, a Jacobian matrix (↑ Xorg (i) _j and ↑ Δq between the displacement amount per unit time of the position of the jth movable link contact surface and ↑ Δq is expressed by the following formula ( Jorg (i) _j, a Jacobian matrix (↑ Xrot (i) _j and ↑) that expresses the relationship between the displacement amount per unit time of the posture of the jth movable link contact surface and ↑ Δq If the relationship between Δq and the matrix expressed by the following equation (26b) is expressed as Jrot (i) _j, J (i) _j = [Jorg (i) _j, Jrot (i) as shown in equation (26c). _j] T


↑Xorg(i)_j=Jorg(i)_j・↑Δq ……(26a)
↑Xrot(i)_j=Jrot(i)_j・↑Δq ……(26b)
J(i)_j=[Jorg(i)_j,Jrot(i)_j]T ……(26c)

前記式(22)の両辺を微分し、前記式(23)、(24)を適用することで、次式(27)が得られる。

↑ Xorg (i) _j = Jorg (i) _j ・ ↑ Δq (26a)
↑ Xrot (i) _j = Jrot (i) _j ↑ Δq (26b)
J (i) _j = [Jorg (i) _j, Jrot (i) _j] T (26c)

The following equation (27) is obtained by differentiating both sides of the equation (22) and applying the equations (23) and (24).

Figure 0005616290

従って、第i代表接触面の位置及び姿勢の変位に関するヤコビアン行列Jc(i)(以降、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)又は代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)という)は、第i接触対象面における各可動リンク接触面の位置及び姿勢の変位に関するヤコビアン行列J(i)_j(j=1,2,…,m(i))から、上記の式(27)に基づいて決定できることとなる。
Figure 0005616290

Therefore, the Jacobian matrix Jc (i) (hereinafter referred to as the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) or the representative contact surface Jacobian matrix Jc (i)) regarding the displacement of the position and orientation of the i-th representative contact surface is It can be determined based on the above equation (27) from the Jacobian matrix J (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) regarding the displacement and position of each movable link contact surface on the contact target surface. It becomes.

この場合、第j可動リンク接触面の位置及び姿勢は、第j可動リンク103_jの先端部の位置及び姿勢であるから、ヤコビアン行列J(i)_j(以降、可動リンクヤコビアン行列J(i)_jという)は、換言すれば、第j可動リンク103_jの先端部の位置及び姿勢の単位時間当たりの変化量と、↑Δqとの間の関係を表現するヤコビアン行列である。そして、このようなヤコビアン行列J(i)_jは、移動体101の各関節の実際の変位量の観測値及びその時間的変化率を基に特定できる。   In this case, since the position and orientation of the j-th movable link contact surface are the position and orientation of the tip of the j-th movable link 103_j, the Jacobian matrix J (i) _j (hereinafter, the movable link Jacobian matrix J (i) _j In other words, is a Jacobian matrix expressing the relationship between the amount of change per unit time in the position and orientation of the tip of the j-th movable link 103_j and ↑ Δq. Such a Jacobian matrix J (i) _j can be specified based on the observed value of the actual displacement amount of each joint of the moving body 101 and its temporal change rate.

そして、このように各脚リンクヤコビアン行列J_i(i=1,2,…,N)を特定すれば、それらのJ_iを用いて、上記式(27)により、代表接触面ヤコビンア行列Jcを決定できることとなる。   Then, if each leg link Jacobian matrix J_i (i = 1, 2,..., N) is specified in this way, the representative contact surface Jacobian matrix Jc can be determined by the above equation (27) using those J_i. It becomes.

ここで、移動体101の動作環境にN個(N≧2)の互いに異なる接触対象面(第1〜第N接触対象面)が存在し、移動体101のある運動状態において、それらの第1〜第N接触対象面のそれぞれに、移動体1の1つ以上の可動リンク103が接触する場合を想定する。   Here, there are N (N ≧ 2) different contact target surfaces (first to Nth contact target surfaces) in the operating environment of the moving body 101, and the first of these in the motion state of the moving body 101. Assume that one or more movable links 103 of the moving body 1 are in contact with each of the Nth contact target surfaces.

この場合、第i接触対象面に関する上記の事項は、第1〜第N接触対象面のそれぞれの接触対象面毎に成立する事項である。   In this case, said matter regarding the i-th contact target surface is a matter established for each of the first to N-th contact target surfaces.

このようにN個の接触対象面のそれぞれに移動体101の可動リンク103が接触する状態において、移動体101の所要の状態を実現するための要求操作量として、第i接触対象面(i=1,2,…,N)に関するある値の摂動全接触力↑ΔFMt(i)が与えられたとき、この↑ΔFMt(i)は前記式(5),(6)に基づいて、第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)(=[↑Xc_org(i),↑Xc_rot(i)]T)の要求値に変換できることとなる。この変換は、次式(28)により与えられる。 Thus, in the state where the movable link 103 of the moving body 101 is in contact with each of the N contact target surfaces, the i th contact target surface (i = When a perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) with respect to 1, 2,..., N) is given, this ↑ ΔFMt (i) is the i-th representative based on the equations (5) and (6). It can be converted into the required value of the spring-like translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i) (= [↑ Xc_org (i), ↑ Xc_rot (i)] T ) of the contact surface. This conversion is given by the following equation (28).

Figure 0005616290

さらに、第1〜第N接触対象面のそれぞれに対応する第i代表接触面(i=1,2,…,N)のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)を並べたベクトル(縦ベクトル)を、総合ばね性並進・回転変位量↑Xc(≡[↑Xc(1),↑Xc(2),……,↑Xc(N)]T)、第1〜第N接触対象面のそれぞれに対応する第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)を縦に並べて構成される行列を、総合ヤコビアン行列Jc(≡[Jc(1),Jc(2),……,Jc(N)]Tとおくと、↑Xcと、一般化変数ベクトル↑qの時間的変化率↑Δqとの間の関係は、次式(29)により与えられる。
Figure 0005616290

Furthermore, a vector (vertical) in which the springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i) of the i-th representative contact surface (i = 1, 2,..., N) corresponding to each of the first to N-th contact target surfaces is arranged. Vector) is the total springiness translational / rotational displacement amount ↑ Xc (≡ [↑ Xc (1), ↑ Xc (2), ..., ↑ Xc (N)] T ), A matrix constituted by vertically arranging i-th representative contact surface Jacobian matrices Jc (i) (i = 1, 2,..., N) corresponding to the respective i-th representative contact surfaces Jc (i), Jc (≡ [Jc (1), Jc ( 2), ..., Jc (N)] T , the relationship between ↑ Xc and the temporal change rate ↑ Δq of the generalized variable vector ↑ q is given by the following equation (29).

Figure 0005616290

そして、総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列をJc-1とおくと、第1〜第N接触対象面のそれぞれに対応する第i代表接触面(i=1,2,…,N)のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)の要求値を並べてなる総合ばね性並進・回転変位量↑Xcの要求値から、次式(30)により、第1〜第N接触対象面の摂動全接触力↑ΔFMt(i)(i=1,2,…,N)の要求値を実現するための、移動体101の各関節の変位量の修正量を決定できることとなる。
Figure 0005616290

When the pseudo inverse matrix of the general Jacobian matrix Jc is Jc −1 , the spring property of the i-th representative contact surface (i = 1, 2,..., N) corresponding to each of the first to N-th contact target surfaces. From the required value of the total springiness translational / rotational displacement amount ↑ Xc obtained by arranging the required values of the translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i), perturbation total contact of the first to Nth contact target surfaces according to the following equation (30) The correction amount of the displacement amount of each joint of the moving body 101 for realizing the required value of the force ↑ ΔFMt (i) (i = 1, 2,..., N) can be determined.


↑Δq=Jc-1・↑Xc ……式(30)

そこで、移動体101の任意の運動状態において、第i接触対象面から移動体101に作用する全接触力を制御するための要求操作量として、摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値が与えられたとき、前記式(27)に基づいて第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)を求めると共に、このJc(i)(i=1,2,…,N)から構成される総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を決定する。さらに、前記式(28)に基づいて、↑ΔFMt(i)の要求値に対応する第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)を求める。そして、この↑Xc(i)から構成される代表接触面総合ばね性並進・回転変位量↑Xcと、Jc-1とから式(29b)によって、摂動全接触力↑ΔFMt(i)(i=1,2,…,N)の全ての要求値を実現するための各関節の変位量の修正量を一括して決定できることとなる。

↑ Δq = Jc −1・ ↑ Xc …… Formula (30)

Therefore, the required value of the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is a required operation amount for controlling the total contact force acting on the mobile body 101 from the i-th contact target surface in an arbitrary motion state of the mobile body 101. When given, the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) is obtained based on the equation (27), and the total Jacobian composed of Jc (i) (i = 1, 2,..., N) is obtained. A pseudo inverse matrix Jc −1 of the matrix Jc is determined. Further, based on the equation (28), the springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i) of the i-th representative contact surface corresponding to the required value of ↑ ΔFMt (i) is obtained. Then, the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) (i =) from the representative contact surface total spring translational / rotational displacement amount ↑ Xc composed of this ↑ Xc (i) and Jc −1 according to the equation (29b). The correction amount of the displacement amount of each joint for realizing all the required values of 1, 2, ..., N) can be determined collectively.

ひいては、各可動リンク103_jの先端部の位置及び姿勢の修正量自体をそれぞれ決定することなく、一括的に、各関節の変位量を決定できることとなる。   As a result, the displacement amount of each joint can be determined collectively without determining the correction amount itself of the position and orientation of the tip of each movable link 103_j.

以上が、本発明の基礎とする技術事項である。   The above is the technical matter on which the present invention is based.

以上説明したことを基礎として、以下に本発明を説明する。   The present invention will be described below on the basis of what has been described above.

本発明は、基体と、基体に連結された複数の可動リンクと、各可動リンクの関節を駆動する関節アクチュエータとを備えた移動体の動作を、該移動体の動作環境に存在する互いに異なる複数の接触対象面である第1〜第N接触対象面(N:2以上の整数)のそれぞれに1つ以上の可動リンクを接触させつつ該移動体の運動を行なわせるための目標運動と、該目標運動を実現するために該移動体に前記第1〜第N接触対象面のそれぞれから作用させるべき全接触力の目標値である目標全接触力とに応じて制御する制御装置であって、
前記第1〜第N接触対象面のそれぞれである第i接触対象面(i=1,2,…,N)から前記移動体に実際に作用する全接触力の観測値と、該第i接触対象面に対応する前記目標全接触力との偏差をゼロに近づけるために該第i接触対象面から該移動体に付加的に作用させるべき全接触力の要求修正量である第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを前記偏差に応じて決定する全接触力要求修正量決定手段と、
前記第i全接触力要求修正量が前記移動体と第i接触対象面との全ての接触面を代表する単一の仮想的な接触面としての第i代表接触面の位置及び姿勢のばね性変位によって発生するものと仮定して、前記決定された第i全接触力要求修正量と該第i接触対象面に対応してあらかじめ定められた第i代表接触面のばね定数とから、第i代表接触面(i=1,2,…,N)のそれぞれの位置及び姿勢の要求変位量を算出する代表接触面位置姿勢変位量算出手段と、
前記第i代表接触面の位置及び姿勢の時間的変化率と、前記基体の位置及び姿勢と前記移動体の各関節の変位量とを成分として構成される一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列である第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)のそれぞれを、該第i接触対象面に接触している可動リンクのグループである第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置の時間的変化率又は該第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置及び姿勢の時間的変化率と前記一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列である各可動リンクヤコビアン行列J(i)_jと、前記第i代表接触面のばね定数と、前記移動体に該第i接触対象面から実際に作用する全接触力の作用点としての全接触力中心点に対する第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の実際の接触力中心点の相対位置と、第i接触可動リンクグループの各可動リンクに実際に作用する接触力の値とから前記式(27)により算出する代表接触面ヤコビアン行列算出手段と、
前記算出された第1〜第N代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を並べてなる総合要求変位量↑Xcに、前記算出された第1〜第N代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)を並べてなる総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を乗じることにより前記第1〜第N代表接触面のそれぞれの位置及び姿勢の要求変位量を実現するための前記移動体の各関節の変位量の修正量である関節変位修正量を決定する関節変位修正量決定手段と、
前記移動体の目標運動により規定される該移動体の各関節の変位量である目標関節変位量を、前記決定された関節変位修正量により修正してなる修正後目標関節変位量に応じて前記関節アクチュエータを制御する関節変位制御手段とを備えることを特徴とする(第1発明)。
The present invention relates to the operation of a moving body including a base body, a plurality of movable links connected to the base body, and a joint actuator for driving a joint of each movable link. A target motion for causing the moving body to move while contacting one or more movable links with each of the first to Nth contact target surfaces (N: an integer of 2 or more), A control device that controls the moving body according to a target total contact force that is a target value of a total contact force to be applied to the movable body from each of the first to Nth contact target surfaces;
An observed value of the total contact force actually acting on the moving body from the i-th contact target surface (i = 1, 2,..., N), which is each of the first to N-th contact target surfaces, and the i-th contact The i-th total contact force, which is a required correction amount of the total contact force to be additionally applied to the moving body from the i-th contact target surface in order to bring the deviation from the target total contact force corresponding to the target surface close to zero. A total contact force required correction amount determining means for determining each of the required correction amounts (i = 1, 2,..., N) according to the deviation;
The i-th total contact force required correction amount is a spring property of the position and posture of the i-th representative contact surface as a single virtual contact surface that represents all the contact surfaces of the movable body and the i-th contact target surface. Assuming that this occurs due to displacement, the i-th total contact force required correction amount and the spring constant of the i-th representative contact surface determined in advance corresponding to the i-th contact target surface, Representative contact surface position / posture displacement amount calculating means for calculating a required displacement amount of each position and posture of the representative contact surface (i = 1, 2,..., N);
A temporal change rate of the position and orientation of the i-th representative contact surface, a temporal change rate of a generalized variable vector composed of the position and orientation of the base body and the displacement amount of each joint of the movable body as components; Of the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i = 1, 2,..., N), which is a Jacobian matrix representing the relationship between the i-th contact surface and the movable link in contact with the i-th contact target surface. The temporal change rate of the position of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group which is a group or the temporal change rate of the position and posture of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group Each movable link Jacobian matrix J (i) _j, which is a Jacobian matrix representing the relationship between the temporal change rate of the activation variable vector, the spring constant of the i-th representative contact surface, and the i-th contact with the movable body Total contact force actually acting from the target surface The relative position of the actual contact force center point of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group with respect to the total contact force center point as the action point, and actually acts on each movable link of the i-th contact movable link group Representative contact surface Jacobian matrix calculating means for calculating from the contact force value according to the equation (27);
The calculated first to Nth representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) () is added to the total required displacement amount ↑ Xc obtained by arranging the calculated required displacement amounts of the first to Nth representative contact surfaces. The required displacement amounts of the respective positions and orientations of the first to Nth representative contact surfaces are realized by multiplying the pseudo inverse matrix Jc −1 of the general Jacobian matrix Jc formed by arranging i = 1, 2,..., N). A joint displacement correction amount determining means for determining a joint displacement correction amount that is a correction amount of a displacement amount of each joint of the moving body for
The target joint displacement amount, which is the displacement amount of each joint of the mobile body defined by the target motion of the mobile body, is corrected according to the corrected target joint displacement amount obtained by correcting the determined joint displacement correction amount. And a joint displacement control means for controlling the joint actuator (first invention).

ここで、前記式(27)と、この式(27)の変数の意味とを改めて記載すると、次の通りである。   Here, the expression (27) and the meaning of the variable of the expression (27) are described again as follows.

Figure 0005616290

なお、本発明において、前記移動体の動作環境に存在する互いに異なる複数の接触対象面というのは、その複数の接触対象面に含まれる任意の2つの接触対象面(又はその2つの接触対象面をそれぞれ包含する平面)が互いに交差するか、又は、互いに間隔を存して平行もしくはほぼ平行に対向するような複数の接触対象面を意味する。この場合、各接触対象面は、それに接触させる可動リンクの部位に比して広い面積を有する面(例えば、通常の床面の如き面)である必要はなく、例えば、該部位と同程度又はそれよりも小さい面積を有する局所的な面であってもよい。
Figure 0005616290

In the present invention, the plurality of different contact target surfaces existing in the operating environment of the moving body refers to any two contact target surfaces (or the two contact target surfaces included in the plurality of contact target surfaces). Means a plurality of contact target surfaces that cross each other or face each other in parallel or almost in parallel with a space therebetween. In this case, each contact target surface does not need to be a surface (for example, a surface such as a normal floor surface) having a larger area than the portion of the movable link to be contacted with the contact target surface. It may be a local surface having a smaller area.

上記第1発明によれば、第i接触対象面(i=1,2,…,N)から前記移動体に実際に作用する全接触力(以降、実全接触力ということがある)の観測値と、該第i接触対象面に対応する前記目標全接触力との偏差をゼロに近づけるための第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれが前記全接触力要求修正量決定手段により決定される。すなわち、各接触対象面毎に、実全接触力を目標全接触力に追従させるためのフィードバック操作量(制御入力)として、前記第i全接触力要求修正量が決定される。この第i全接触力要求修正量は、第i接触対象面に対応する前記摂動全接触力↑ΔFMt(i)(i=1,2,…,N)の要求値に相当するものである。   According to the first aspect of the present invention, observation of the total contact force that actually acts on the moving body from the i-th contact target surface (i = 1, 2,..., N) (hereinafter sometimes referred to as actual total contact force). Each of the i-th total contact force request correction amounts (i = 1, 2,..., N) for making the deviation between the value and the target total contact force corresponding to the i-th contact target surface approach zero. It is determined by the contact force request correction amount determining means. That is, for each contact target surface, the i-th total contact force request correction amount is determined as a feedback operation amount (control input) for causing the actual total contact force to follow the target total contact force. This i-th total contact force request correction amount corresponds to the required value of the perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) (i = 1, 2,..., N) corresponding to the i-th contact target surface.

なお、第i接触対象面(i=1,2,…,N)から前記移動体に作用する全接触力は、該第i接触対象面に移動体の1つ以上の可動リンクが接触することによって、該第i接触対象面から移動体が受けるトータルの反力を意味する。   Note that the total contact force that acts on the moving body from the i-th contact target surface (i = 1, 2,..., N) is that one or more movable links of the moving body come into contact with the i-th contact target surface. Means the total reaction force received by the moving body from the i th contact target surface.

また、本発明における前記目標全接触力は、例えば、実際の各接触対象面のモデルとしての想定接触対象面から前記移動体に作用する接触力(反力)の目標値として設定されるものである。この場合、各接触対象面の目標全接触力としては、例えば、それらの合力が、前記移動体の目標運動に対して適宜の動力学モデルの動力学的関係(該目標全接触力の合力が、移動体に作用する重力と、移動体の目標運動によって発生する慣性力との合力に釣り合う等の動力学的関係)が成立するように作成されたものを採用できる。あるいは、移動体の目標運動に対して上記動力学的関係が成立するように作成した各接触対象面の基準の全接触力を、移動体の運動に関する所定の状態量(移動体の全体重心点の位置、全体重心点周りの各運動量、又はそれらの変化速度等の状態量)の目標値と実際の値との偏差に応じて、該偏差をゼロに近づけるように補正したものであってもよい。   Further, the target total contact force in the present invention is set as a target value of a contact force (reaction force) acting on the moving body from an assumed contact target surface as a model of each actual contact target surface, for example. is there. In this case, as the target total contact force of each contact target surface, for example, the resultant force is a dynamic relationship of an appropriate dynamic model with respect to the target motion of the moving body (the resultant total contact force is It is possible to employ one created so as to establish a dynamic relationship (e.g., balanced with the resultant force of gravity acting on the moving body and the inertial force generated by the target motion of the moving body). Alternatively, the reference total contact force of each contact target surface created so that the above dynamic relationship is established with respect to the target motion of the mobile object is expressed as a predetermined state quantity (the overall center of gravity of the mobile object). Even if the deviation is corrected to be close to zero according to the deviation between the target value and the actual value of each position, the amount of momentum around the center of gravity, or the state quantity such as the rate of change thereof) Good.

前記目標全接触力は、基本的には、移動体の目標運動を動力学的に実現可能な形態で設定されておれば、どのような仕方で設定されていてもよい。   Basically, the target total contact force may be set in any manner as long as the target motion of the moving body is set in a form that can be dynamically realized.

そして、本発明では、決定された第i全接触力要求修正量に対応する第i代表接触面(i=1,2,…,N)の位置及び姿勢の要求変位量が代表接触面位置姿勢変位量算出手段により算出される。   In the present invention, the required displacement amount of the position and orientation of the i-th representative contact surface (i = 1, 2,..., N) corresponding to the determined i-th total contact force required correction amount is the representative contact surface position / posture. It is calculated by the displacement amount calculation means.

これにより、各接触対象面毎に、実全接触力を目標全接触力に追従させるためのフィードバック操作量(制御入力)としての第i全接触力要求修正量が、第i接触対象面に対応する単一の仮想面たる第i代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量に変換される。   As a result, for each contact target surface, the i-th total contact force request correction amount as a feedback operation amount (control input) for causing the actual total contact force to follow the target total contact force corresponds to the i-th contact target surface. To the required displacement amount of the position and orientation of the i-th representative contact surface which is a single virtual surface.

ここで、第i代表接触面の位置及び姿勢の変位量は、前記ばね性並進・回転変位量↑Xc(i)に相当するものであり、前記一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量↑Δqに対して、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)によって表現される前記式(23)の関係を有する。   Here, the displacement amount of the position and orientation of the i-th representative contact surface corresponds to the spring translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i), and the change per unit time of the generalized variable vector ↑ q. With respect to the quantity ↑ Δq, there is a relationship of the above equation (23) expressed by the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i).

そして、第1〜第N代表接触面のそれぞれの位置及び姿勢の変位量(ばね性並進・回転変位量↑Xc(i))を並べてなる総合ばね性並進・回転変位量↑Xcは、前記一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量↑Δqに対して、代表接触面ヤコビアン行列Jc(1)〜Jc(N)を並べた総合ヤコビン行列Jcによって表現される前記式(29)の関係を有する。   The total springiness translation / rotation displacement amount ↑ Xc obtained by arranging the displacement amounts (springiness translation / rotation displacement amount ↑ Xc (i)) of the respective positions and orientations of the first to Nth representative contact surfaces is the above general The relationship of the above formula (29) expressed by the general Jacobin matrix Jc in which the representative contact surface Jacobian matrices Jc (1) to Jc (N) are arranged with respect to the change amount ↑ Δq of the generalized variable vector ↑ q per unit time Have

従って、第1〜第N全接触力要求修正量にそれぞれ対応する第i代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を並べてなる総合要求変位量(総合ばね性並進・回転変位量↑Xcの要求値)に、総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を乗じることによって(すなわち、前記式(30)によって)、当該総合要求変位量の全体を実現するための(ひいては、第1〜第N全接触力要求修正量を実現するための)移動体の関節変位修正量を決定できることとなる。 Therefore, the total required displacement amount (required total springiness translational / rotational displacement amount ↑ Xc) in which the required displacement amounts of the position and orientation of the i-th representative contact surface respectively corresponding to the first to Nth total contact force required correction amounts are arranged. Value) is multiplied by the pseudo inverse matrix Jc −1 of the overall Jacobian matrix Jc (that is, according to the above equation (30)) to realize the entire total required displacement amount (and hence the first to Nth). The joint displacement correction amount of the moving body (for realizing the total contact force request correction amount) can be determined.

そこで、本発明では、前記代表接触面ヤコビアン行列算出手段によって、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)のそれぞれを算出する。この場合、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)は、第i接触対象面に接触している可動リンクのグループである第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置の時間的変化率又は第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置及び姿勢の時間的変化率と前記一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列である各可動リンクヤコビアン行列J(i)_jと、前記第i代表接触面のばね定数と、前記移動体に実際に作用する全接触力の作用点としての全接触力中心点に対する第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の実際の接触力中心点の相対位置と、第i接触可動リンクグループの各可動リンクに実際に作用する接触力の値とから、前記式(27)によって算出される。   Therefore, in the present invention, each of the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i = 1, 2,..., N) is calculated by the representative contact surface Jacobian matrix calculating means. In this case, the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) is the temporal position of the contact portion of each movable link in the i-th contact movable link group, which is a group of movable links in contact with the i-th contact target surface. Each movable link which is a Jacobian matrix representing a relationship between a change rate or a temporal change rate of the position and orientation of the contact portion of each movable link of the i-th movable link group and a temporal change rate of the generalized variable vector A Jacobian matrix J (i) _j, a spring constant of the i-th representative contact surface, and each of the i-th contact movable link group with respect to a total contact force center point as an action point of the total contact force actually acting on the movable body It is calculated by the equation (27) from the relative position of the actual contact force center point of the contact portion of the movable link and the value of the contact force actually acting on each movable link of the i-th contact movable link group.

ここで、第i接触対象面における上記全接触力中心点は、第i接触対象面から移動体に作用する全接触力によって、その点周りに発生するモーメント(接触力モーメント)の第i接触対象面に平行な軸周りの成分がゼロとなるような点を意味する。また、第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の接触力中心点は、第i接触対象面から該可動リンクに作用する接触力によって、その点周りに発生するモーメント(接触力モーメント)の第i接触対象面に平行な軸周りの成分がゼロとなるような点を意味する。   Here, the total contact force center point on the i-th contact target surface is the i-th contact target of the moment (contact force moment) generated around the point by the total contact force acting on the moving body from the i-th contact target surface. It means a point where the component around the axis parallel to the surface becomes zero. Further, the contact force central point of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group is a moment (contact force moment) generated around the point by the contact force acting on the movable link from the i-th contact target surface. This means that the component around the axis parallel to the i-th contact target surface is zero.

なお、式(27)の演算を行なうために用いる各可動リンクに実際に作用する接触力の値や、その接触力作用点の位置、全接触力作用点の位置は、移動体に搭載した力センサ等により計測した観測値でよいことはもちろんであるが、実際の値を精度よく近似し得るものであれば、前記目標接触力や適当なモデル等を基に、近似的に推定もしくは予測した値であってもよい。   It should be noted that the value of the contact force actually acting on each movable link used for the calculation of Expression (27), the position of the contact force action point, and the position of all contact force action points are the forces mounted on the moving body. Obviously, the observed value measured by a sensor or the like may be used. However, if the actual value can be approximated accurately, the estimated value is approximately estimated or predicted based on the target contact force or an appropriate model. It may be a value.

また、上記可動リンクヤコビアン行列J(i)_jに関して補足すると、本発明では、各可動リンクは、接触対象面への接触部に作用する接触力モーメントを変化させることができる構造の可動リンク(例えば、接触対象面への接触部の接触状態が面接触状態となり、その接触部の姿勢をアクチュエータにより変化させることができるように構成され可動リンク)と、該接触部位に作用する接触力モーメントを変化させることができない構造の可動リンク(例えば該接触部と接触対象面との接触状態が点状となる可動リンク)とのいずれの構造の可動リンクであってもよい。   Further, supplementing with respect to the movable link Jacobian matrix J (i) _j, in the present invention, each movable link is a movable link having a structure capable of changing the contact force moment acting on the contact portion to the contact target surface (for example, The contact state of the contact portion with the contact target surface becomes a surface contact state, and the posture of the contact portion can be changed by an actuator. The movable link) and the contact force moment acting on the contact portion are changed. The movable link may have any structure such as a movable link having a structure that cannot be made (for example, a movable link in which the contact state between the contact portion and the contact target surface is a dot).

この場合、各可動リンクが、その接触部での接触力モーメントを変化させることができる構造のものである場合には、可動リンクヤコビアン行列は、該可動リンクの接触部の位置及び姿勢の時間的変化率と前記一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列となる。また、各可動リンクが、その接触部での接触力モーメントを変化させることができない構造のものである場合には、可動リンクヤコビアン行列は、該可動リンクの接触部の位置の時間的変化率と前記一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列となる。   In this case, when each movable link has a structure capable of changing the contact force moment at the contact portion, the movable link Jacobian matrix is temporally related to the position and orientation of the contact portion of the movable link. This is a Jacobian matrix that represents the relationship between the rate of change and the temporal rate of change of the generalized variable vector. In addition, when each movable link has a structure in which the contact force moment at the contact portion cannot be changed, the movable link Jacobian matrix is expressed as a rate of change with time of the position of the contact portion of the movable link. This is a Jacobian matrix that represents the relationship between the temporal change rate of the generalized variable vector.

これらの可動リンクヤコビアン行列は、移動体の各関節の実際の変位量の観測値を基に、公知の手法によって求めることができる。   These movable link Jacobian matrices can be obtained by a known method on the basis of observation values of actual displacement amounts of the joints of the moving body.

そして、本発明においては、前記関節変位修正量決定手段が、上記の如く算出された第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)を並べてなる総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を、第i代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を並べてなる総合要求変位量に乗じることによって、前記関節変位修正量が決定される。これにより、結果的に、第1〜第N全接触力要求修正量を実現するための関節変位修正量が決定されることとなる。 In the present invention, the joint displacement correction amount determining means determines the pseudo inverse matrix Jc −1 of the total Jacobian matrix Jc obtained by arranging the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) calculated as described above. The joint displacement correction amount is determined by multiplying the total required displacement amount obtained by arranging the required displacement amounts of the i representative contact surface and the posture. As a result, the joint displacement correction amount for realizing the first to Nth total contact force request correction amounts is determined.

さらに、前記関節変位制御手段が、前記移動体の目標運動により規定される該移動体の各関節の変位量である目標関節変位量を、上記の如く決定された関節変位修正量により修正してなる修正後目標関節変位量に応じて前記関節アクチュエータを制御する。   Further, the joint displacement control means corrects the target joint displacement amount, which is the displacement amount of each joint of the moving body, defined by the target motion of the moving body, using the joint displacement correction amount determined as described above. The joint actuator is controlled in accordance with the corrected target joint displacement amount.

これにより、移動体が複数の接触対象面に接触する運動状態において、各接触対象面の実全接触力を目標全接触力に追従させるように、移動体の各関節の変位量の制御が行われ、全ての接触対象面(第1〜第N接触対象面)についての所謂、コンプライアンス制御が実現される。   This allows the displacement of each joint of the moving body to be controlled so that the actual total contact force of each contact target surface follows the target total contact force in a moving state where the moving body contacts a plurality of contact target surfaces. In other words, so-called compliance control for all contact target surfaces (first to Nth contact target surfaces) is realized.

かかる第1発明によれば、各接触対象面毎の第i全接触力要求修正量を該接触対象面に対応する第i代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量に変換し、これらの要求変位量を並べた総合要求変位量から前記総合ヤコビアン行列の擬似逆行列Jc-1によって、移動体の各関節の関節変位修正量を求めることにより、個々の接触対象面での可動リンクの接触部の位置や姿勢の修正と実全接触力の変化との関係やそれらの相互の関係を考慮して各接触対象面に対する可動リンクの接触部の位置や姿勢の修正量を決定するような処理を実行することなく、全ての接触対象面についての実全接触力を目標全接触力に追従させるための移動体の各関節の変位量の修正量(関節変位修正量)を一括的に決定できる。そのため、関節変位修正量を決定する処理を効率よく短時間で行なうことができる。 According to the first invention, the i-th total contact force required correction amount for each contact target surface is converted into the required displacement amount of the position and orientation of the i-th representative contact surface corresponding to the contact target surface, and these requests are made. By calculating the joint displacement correction amount of each joint of the moving body from the total required displacement amount in which the displacement amounts are arranged by the pseudo inverse matrix Jc −1 of the total Jacobian matrix, the contact portion of the movable link on each contact target surface Processing that determines the correction amount of the position and orientation of the contact part of the movable link with respect to each contact target surface in consideration of the relationship between the correction of the position and orientation of the robot and the change in the actual total contact force and their mutual relationship Without executing, it is possible to collectively determine the correction amount (joint displacement correction amount) of the displacement amount of each joint of the moving body for causing the actual total contact force for all the contact target surfaces to follow the target total contact force. Therefore, the process for determining the joint displacement correction amount can be performed efficiently and in a short time.

この場合、前記式(27)における各可動リンク(第i接触可動リンクグループの各可動リンク)の重み係数r(i)_jは、接触力の接触面垂直抗力成分が相対的に大きい可動リンクほど、より大きい値(“1”に近い値)に設定されることとなるため、第i全接触力要求修正量に対する第i接触可動リンクグループの各可動リンクの負担分は、結果的に、接触面垂直抗力成分が相対的に大きい可動リンクほど、大きくなる。従って、接触面垂直抗力成分が相対的に小さい可動リンクの接触部の位置や姿勢を不必要に修正したりすることなく、第1〜第N全接触力要求修正量を確実に実現し得るような関節変位修正量を決定できる。   In this case, the weight coefficient r (i) _j of each movable link (each movable link of the i-th contact movable link group) in the equation (27) indicates that the movable link has a relatively large contact surface normal force component of the contact force. Therefore, the share of each movable link of the i-th movable movable link group with respect to the i-th total contact force required correction amount is consequently a contact. A movable link having a relatively large surface normal force component becomes larger. Accordingly, the first to Nth total contact force required correction amounts can be reliably realized without unnecessarily correcting the position and posture of the contact portion of the movable link having a relatively small contact surface normal force component. A correct joint displacement correction amount can be determined.

また、第i接触可動リンクグループの各可動リンクの重み係数r(i)_jは連続的に変化するので、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)が、不連続的な変化を生じることがない。このため、移動体の各関節の変位量を滑らかに連続的に変化させることができる。ひいては、移動体の運動を滑らかに行なうことができる。   Moreover, since the weight coefficient r (i) _j of each movable link of the i-th contact movable link group changes continuously, the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) may cause a discontinuous change. Absent. For this reason, the displacement amount of each joint of the moving body can be changed smoothly and continuously. As a result, the movement of the moving body can be performed smoothly.

よって、第1発明によれば、複数の接触対象面に接触する動作を行なう移動体に各接触対象面から実際に作用する全接触力を目標値に追従させるように該移動体の運動を制御することを、該移動体の各接触対象面に対する各接触部の位置や姿勢の目標運動からの修正量をそれぞれ決定する処理を必要とせずに適切に行うことができる。   Therefore, according to the first aspect of the invention, the movement of the moving body is controlled so that the moving body that performs the operation of contacting the plurality of contact target surfaces causes the total contact force that actually acts from each contact target surface to follow the target value. This can be appropriately performed without requiring a process for determining a correction amount from the target motion of the position or posture of each contact portion with respect to each contact target surface of the moving body.

上記第1発明においては、前記全接触力要求修正量決定手段は、前記第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを、例えば第i接触対象面における前記偏差を積分することにより決定する(第2発明)。   In the first aspect of the invention, the total contact force request correction amount determination means calculates each of the i th total contact force request correction amount (i = 1, 2,..., N), for example, on the i th contact target surface. It is determined by integrating the deviation (second invention).

そして、より好ましくは、前記全接触力要求修正量決定手段は、前記第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを、少なくとも第i接触対象面における前記偏差に比例する比例項と、該偏差を積分してなる積分項とを合成することにより決定する(第3発明)。   More preferably, the total contact force request correction amount determining means determines each of the i th total contact force request correction amounts (i = 1, 2,..., N) at least on the deviation on the i th contact target surface. Is determined by synthesizing a proportional term proportional to the integral term and an integral term obtained by integrating the deviation (third invention).

すなわち、各接触対象面から前記移動体に実際に作用する全接触力(実全接触力)の観測値と、前記目標全接触力との偏差には、目標運動の作成に際して想定されている想定接触対象面に対する実際の接触対象面の全体的な位置及び姿勢の定常的なずれに起因する定常的な偏差と、想定接触対象面で想定されていない実際の接触対象面の局所的な凹凸等に起因する一時的な偏差とがある。   That is, the difference between the observed value of the total contact force (actual total contact force) actually acting on the moving body from each contact target surface and the target total contact force is assumed when the target motion is created. Steady deviation resulting from steady displacement of the actual position and orientation of the actual contact target surface relative to the contact target surface, local irregularities of the actual contact target surface that are not assumed by the assumed contact target surface, etc. There are temporary deviations due to

そして、第2発明によれば、前者の偏差を補償することができる。また、第3発明によれば、前者の偏差を前記積分項により補償することができると共に、後者の偏差を前記比例項により補償することができる。   According to the second invention, the former deviation can be compensated. According to the third aspect of the invention, the former deviation can be compensated by the integral term, and the latter deviation can be compensated by the proportional term.

上記第2発明又は第3発明において、第i接触対象面(i=1,2,…,N)において、実全接触力の観測値と、目標全接触力との偏差を積分したもの(以降、これを↑ΔFMt(i)_intと表記する)は、第i接触対象面に対応して移動体の目標運動で想定されている想定接触対象面である想定第i接触対象面の位置及び姿勢と、実際の第i接触対象面の位置及び姿勢との定常的な差分に応じたものとなる。このため、当該偏差の積分値↑ΔFMt(i)_intを、前記式(28)により変換することで算出される↑Xc(i)、すなわち、↑ΔFMt(i)_intから、次式(28−1)により算出される↑Xc(i)_intは、想定第i接触対象面の位置及び姿勢と、実際の第i接触対象面の位置及び姿勢との定常的な誤差分に相当するものとなると考えられる。   In the second invention or the third invention, in the i th contact target surface (i = 1, 2,..., N), the difference between the observed value of the actual total contact force and the target total contact force is integrated (hereinafter, , This is expressed as ↑ ΔFMt (i) _int) is the position and posture of the assumed i-th contact target surface that is the assumed contact target surface assumed in the target motion of the mobile object corresponding to the i-th contact target surface. And a steady difference between the actual position and orientation of the i-th contact target surface. For this reason, the integral value ↑ ΔFMt (i) _int of the deviation is calculated from the above equation (28) by ↑ Xc (i), that is, ↑ ΔFMt (i) _int. ↑ Xc (i) _int calculated by 1) corresponds to a steady error between the position and orientation of the assumed i th contact target surface and the actual position and orientation of the i th contact target surface. Conceivable.

Figure 0005616290

なお、式(28−1)においては、↑Xc(i)_intのうちの並進変位量の成分、回転変位量の成分をそれぞれ↑Xc_org(i)_int、↑Xc_rot(i)_intと表記し、↑ΔFMt(i)_intのうちの並進力成分、モーメント成分をそれぞれ↑ΔFt(i)_int、↑ΔMt(i)_intと表記している。
Figure 0005616290

In Equation (28-1), the translational displacement component and the rotational displacement component of ↑ Xc (i) _int are represented as ↑ Xc_org (i) _int and ↑ Xc_rot (i) _int, respectively. The translational force component and moment component of ↑ ΔFMt (i) _int are respectively expressed as ↑ ΔFt (i) _int and ↑ ΔMt (i) _int.

従って、想定第i接触対象面の位置及び姿勢を上記↑Xc(i)_intにより補正することで、実際の第i接触対象面の位置及び姿勢を推定できることとなる。   Therefore, the actual position and orientation of the i-th contact target surface can be estimated by correcting the position and orientation of the assumed i-th contact target surface with the above-mentioned ↑ Xc (i) _int.

そこで、前記第2発明においては、前記第1〜第N接触対象面のうちのあらかじめ定められた特定の接触対象面である第h接触対象面に対応して前記目標運動で想定されている接触対象面である想定第h接触対象面の位置及び姿勢を、前記代表接触面位置姿勢変位量算出手段により算出された第h代表接触面の前記要求変位量に応じて補正することにより実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定する接触対象面推定手段をさらに備えるようにしてもよい(第4発明)。   Therefore, in the second aspect of the invention, the contact assumed in the target motion corresponding to the h-th contact target surface that is a predetermined specific contact target surface among the first to N-th contact target surfaces. By correcting the position and orientation of the assumed h-th contact target surface, which is the target surface, according to the required displacement amount of the h-th representative contact surface calculated by the representative contact surface position / posture displacement amount calculation means, h A contact target surface estimation means for estimating the position and orientation of the contact target surface may be further provided (fourth invention).

また、前記第3発明においては、前記第1〜第N接触対象面のうちのあらかじめ定められた特定の接触対象面である第h接触対象面に対応して前記目標運動で想定されている接触対象面である想定第h接触対象面の位置及び姿勢を補正することにより、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定する接触対象面推定手段をさらに備えており、該接触対象面推定手段は、第h接触対象面に対応する前記第h全接触力要求修正量を組成する前記積分項と該第h接触対象面に対応する前記第h代表接触面のばね定数とから、該積分項に対応する第h代表接触面の位置及び姿勢の変位量である第h代表接触面定常変位量を算出し、該第h代表接触面定常変位量に応じて前記想定第h接触対象面の位置及び姿勢を補正することにより実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定するようにしてもよい(第5発明)。   Moreover, in the said 3rd invention, the contact assumed by the said target motion corresponding to the hth contact target surface which is a predetermined specific contact target surface among the said 1st-Nth contact target surfaces. It further comprises contact target surface estimation means for estimating the actual position and orientation of the h-th contact target surface by correcting the position and orientation of the assumed h-th contact target surface, which is the target surface. The means includes the integral from the integral term that composes the h-th total contact force required correction amount corresponding to the h-th contact target surface and the spring constant of the h-th representative contact surface corresponding to the h-th contact target surface. The h-th representative contact surface steady displacement amount that is the displacement amount of the position and orientation of the h-th representative contact surface corresponding to the term is calculated, and the assumed h-th contact surface of the target contact surface is calculated according to the h-th representative contact surface steady displacement amount. The actual h-th contact pair by correcting the position and orientation It may be estimated the position and attitude of the surface (fifth aspect).

なお、第4発明及び第5発明において、第h接触対象面は、第1〜第N接触対象面のうちの1つ又は一部の接触対象面で良いことはもちろんであるが、第1〜第N接触対象面の全てであってもよい。   In the fourth and fifth aspects of the invention, the h-th contact target surface may be one or a part of the first to N-th contact target surfaces. It may be all of the Nth contact target surface.

前記第4発明においては、移動体のコンプライアンス制御が前記した如く行われている状態において、第1〜第n接触対象面のうちの任意の1つの第h接触対対象面に関し、前記全接触力要求修正量決定手段により決定される第h全接触力要求修正量は、第h接触対象面での実全接触力の観測値と、目標全接触力との偏差を積分してなる値(積分項)であるから、該第h全接触力要求修正量と前記第h代表接触面のばね定数とから、前記代表接触面位置姿勢変位量算出手段により算出される第h代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量は、前記目標運動で想定されている第h接触対象面である想定第h接触対象面の位置及び姿勢と、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢と間の定常的な差分に相当するものとなる。すなわち、該要求変位量は、前記式(28−1)における↑Xc(k)_intに相当するものである。   In the fourth aspect of the invention, in the state where the compliance control of the moving body is performed as described above, the total contact force is related to any one of the first to n-th contact target surfaces, the h-th contact pair target surface. The h-th total contact force required correction amount determined by the required correction amount determination means is a value obtained by integrating the deviation between the observed value of the actual total contact force on the h-th contact target surface and the target total contact force (integral Therefore, the position of the h-th representative contact surface calculated by the representative contact surface position / posture displacement amount calculation means from the h-th total contact force required correction amount and the spring constant of the h-th representative contact surface, and The required displacement amount of the posture is constant between the position and posture of the assumed h-th contact target surface that is the h-th contact target surface assumed in the target motion and the actual position and posture of the h-th contact target surface. This is equivalent to a large difference. That is, the required displacement amount corresponds to ↑ Xc (k) _int in the equation (28-1).

従って、第4発明においては、想定第h接触対象面の位置及び姿勢を、前記代表接触面位置姿勢変位量算出手段により算出された第h代表接触面の前記要求変位量に応じて補正することにより、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定できることとなる。   Therefore, in the fourth invention, the position and orientation of the assumed h-th contact target surface are corrected according to the required displacement amount of the h-th representative contact surface calculated by the representative contact surface position / posture displacement amount calculating means. Thus, the actual position and orientation of the h-th contact target surface can be estimated.

また、前記第5発明においては、移動体のコンプライアンス制御が前記した如く行われている状態において、任意の1つの第h接触対対象面に関して前記全接触力要求修正量決定手段により決定される第h全接触力要求修正量のうちの積分項と前記第h代表接触面のばね定数とから、前記代表接触面位置姿勢変位量算出手段と同様の演算によって算出される第h代表接触面の位置及び姿勢の変位量(第h全接触力要求修正量の代わりに前記積分項を用いて算出される第h代表接触面の位置及び姿勢の変位量)は、前記想定第h接触対象面の位置及び姿勢と、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢と間の定常的な差分に相当するもの、すなわち、前記式(28−1)における↑Xc(k)_intに相当するものとなる。   In the fifth aspect of the invention, in the state in which the compliance control of the moving body is performed as described above, the total contact force request correction amount determining unit determines any one of the h-th contact pair target surface. The position of the hth representative contact surface calculated by the same calculation as the representative contact surface position / posture displacement amount calculating means from the integral term of the total contact force request correction amount and the spring constant of the hth representative contact surface. And the displacement amount of the posture (the position of the h-th representative contact surface and the displacement amount of the posture calculated using the integral term instead of the h-th total contact force request correction amount) are the position of the assumed h-th contact target surface. And a position corresponding to a steady difference between the position and the actual position and position of the h-th contact target surface, that is, corresponding to ↑ Xc (k) _int in the equation (28-1).

従って、第5発明においては、第h全接触力要求修正量に対応する前記積分項と前記第h代表接触面のばね定数とから、該積分項に対応する第h代表接触面定常変位量を算出し、想定第h接触対象面の位置及び姿勢を、前記第h代表接触面定常変位量に応じて補正することにより、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定できることとなる。   Therefore, in the fifth aspect of the invention, the h-th representative contact surface steady displacement amount corresponding to the integral term is calculated from the integral term corresponding to the h-th total contact force required correction amount and the spring constant of the h-th representative contact surface. By calculating and correcting the position and orientation of the assumed h-th contact target surface according to the h-th representative contact surface steady displacement amount, the actual position and orientation of the h-th contact target surface can be estimated.

この場合、前記のコンプライアンス制御によって、前記第h全接触力要求修正量を確実に実現し得るような関節変位修正量を決定して、前記移動体の動作を制御できることから、第4発明における第h全接触力要求操作量、又は第5発明における第h代表接触面定常変位量は、想定第h接触対象面の位置及び姿勢と、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢と間の定常的な差分に相当するものとしての信頼性が高いものとなる。従って、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を精度よく推定することができることとなる。   In this case, the compliance control can determine the joint displacement correction amount that can surely realize the h-th total contact force required correction amount and control the operation of the moving body. The h total contact force required operation amount or the h-th representative contact surface steady displacement amount in the fifth invention is a steady state between the position and posture of the assumed h-th contact target surface and the actual position and posture of the h-th contact target surface. As a result, the reliability corresponding to the difference is high. Therefore, the actual position and orientation of the h-th contact target surface can be accurately estimated.

上記第1〜第5発明において、前記総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1は、公知の適宜の手法により算出することができる。 In the first to fifth inventions, the pseudo inverse matrix Jc −1 of the general Jacobian matrix Jc can be calculated by a known appropriate method.

ただし、前記算出された総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1は、あらかじめ設定された重み行列Wと前記算出された総合ヤコビアン行列Jcとから次式(31)により算出される行列であると共に、該式(31)におけるkの値を、次式(32)により表される行列式DETが所定の正の閾値以上の値になるように決定する擬似逆行列演算用パラメータ決定手段を備えており、

Jc-1=W-1・JcT・(Jc・W-1・JcT+k・I)-1 ……(31)
DET=det(Jc・W-1・JcT+k・I) ……(32)
ただし、W:あらかじめ定められた重み行列(対角行列)

前記擬似逆行列演算用パラメータ決定手段は、kの暫定値を所定の初期値から段階的に増加させていくように設定することと、設定した各暫定値を用いて前記行列式DETの値を算出することと、算出した行列式DETの絶対値が前記所定の閾値以上の値であるか否かを判断することとを繰り返し、該判断結果が肯定的となったときのkの暫定値を、前記式(31)により擬似逆行列を算出するために用いるkの値として決定する手段であると共に、前記判断結果が否定的である場合のkの暫定値の増加量を、その増加前の暫定値を用いて算出した行列式DETの絶対値と前記所定の閾値との偏差の絶対値のn乗根(n:Jc・W-1・JcTの次数)に比例する値に設定することが好ましい(第6発明)。
However, the pseudo inverse matrix Jc −1 of the calculated total Jacobian matrix Jc is a matrix calculated by the following equation (31) from the preset weight matrix W and the calculated total Jacobian matrix Jc. Quasi-inverse matrix calculation parameter determining means for determining the value of k in the equation (31) so that the determinant DET represented by the following equation (32) is equal to or greater than a predetermined positive threshold value. And

Jc -1 = W -1 · Jc T · (Jc · W -1 · Jc T + k · I) -1 ...... (31)
DET = det (Jc ・ W −1・ Jc T + k ・ I) (32)
W: Predetermined weight matrix (diagonal matrix)

The pseudo inverse matrix calculation parameter determining means sets the provisional value of k so as to increase stepwise from a predetermined initial value, and uses the set provisional values to determine the value of the determinant DET. Repeatedly calculating and determining whether or not the absolute value of the calculated determinant DET is equal to or greater than the predetermined threshold, and the provisional value of k when the determination result is affirmative , A means for determining the value of k used for calculating the pseudo inverse matrix by the equation (31), and the increase amount of the provisional value of k when the determination result is negative, Set to a value proportional to the nth root of the absolute value of the deviation between the absolute value of the determinant DET calculated using the provisional value and the predetermined threshold (n: the order of Jc · W −1 · Jc T ). Is preferred (sixth invention).

なお、式(31)において、Iは単位行列である。また、重み係数行列Wは、各関節の変位量の変化に対する代表接触面の位置及び姿勢の変化の応答性等を考慮し、代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を実現するための各関節の変位量の修正度合いを各関節毎に調整するものである。なお、重み係数行列Wは単位行列であってもよい。   In Equation (31), I is a unit matrix. In addition, the weighting coefficient matrix W takes into account the responsiveness of the change in the position and posture of the representative contact surface with respect to the change in the displacement amount of each joint, and the like to realize the required displacement amount of the position and posture of the representative contact surface. The degree of correction of the joint displacement amount is adjusted for each joint. The weight coefficient matrix W may be a unit matrix.

また、kは、式(31)の右辺の括弧内の行列の行列式、すなわち、式(32)に示される行列式DETの大きさが小さくなり過ぎるのを防止するための調整パラメータであり、ゼロ以上の実数値である。この調整パラメータkについて補足すると、擬似逆行列Jc-1は、基本的には、k=0とした場合の上記の式(31)によって算出することができる。 Further, k is an adjustment parameter for preventing the determinant of the matrix in parentheses on the right side of Expression (31), that is, the determinant DET shown in Expression (32) from becoming too small. A real value greater than or equal to zero. Supplementing the adjustment parameter k, the pseudo inverse matrix Jc −1 can be basically calculated by the above equation (31) when k = 0.

ただし、この場合、上記行列式DETの大きさが小さくなり過ぎる(ゼロに近い値となる)場合がある。そして、このような場合には、式(31)の右辺の括弧内の行列の逆行列が発散し、適切な擬似逆行列Jc-1を決定することができなくなる。これを防止するために、式(31)では、右辺の括弧内の第1項に、単位行列Iのk倍の行列を付加するようにしている。 In this case, however, the determinant DET may be too small (a value close to zero). In such a case, the inverse matrix of the matrix in the parenthesis on the right side of Equation (31) diverges, making it impossible to determine an appropriate pseudo inverse matrix Jc- 1 . In order to prevent this, in Equation (31), a matrix of k times the unit matrix I is added to the first term in the parenthesis on the right side.

一方、前記行列式DETの大きさが小さくなり過ぎないようにするための適切な調整パラメータkの値はJcに応じて変化する。また、行列式DETの大きさは、kの値の変化に対して非線形な変化を呈する。   On the other hand, an appropriate value of the adjustment parameter k for preventing the determinant DET from becoming too small varies depending on Jc. Further, the magnitude of the determinant DET exhibits a non-linear change with respect to a change in the value of k.

このため、第3発明では、上記行列式DETの絶対値が前記所定の閾値以上となる(過小にならない)kの値を、前記擬似逆行列演算パラメータ決定手段により探索的に決定する。   For this reason, in the third aspect of the invention, the pseudo-inverse matrix operation parameter determining means exploratively determines the value of k at which the absolute value of the determinant DET is equal to or greater than the predetermined threshold (does not become too small).

具体的には、kの暫定値を所定の初期値から段階的に増加させていくように設定することと、設定した各暫定値を用いて前記行列式DETの値を算出することと、算出した行列式DETの絶対値が前記所定の閾値以上の値であるか否かを判断することとを繰り返し、該判断結果が肯定的となったときのkの暫定値を、前記式(31)により擬似逆行列を算出するために用いるkの値として決定する。   Specifically, the provisional value of k is set so as to increase stepwise from a predetermined initial value, the value of the determinant DET is calculated using each set provisional value, It is repeatedly determined whether or not the absolute value of the determinant DET is equal to or greater than the predetermined threshold value, and the provisional value of k when the determination result is affirmative is expressed as the equation (31). To determine the value of k used to calculate the pseudo inverse matrix.

この場合、この処理において、kの暫定値の増加量が一定であると、kの値が最終的に決定されるまでに時間がかかりすぎたり、あるいは、移動体の制御装置の制御処理周期毎に決定されるkの値が頻繁に変動し、ひいては、算出される擬似逆行列Jc-1の不連続的な変動が生じやすい。 In this case, if the increase amount of the provisional value of k is constant in this processing, it takes too much time until the value of k is finally determined, or every control processing cycle of the control device of the mobile unit The value of k determined in (1) frequently fluctuates, and as a result, discontinuous fluctuations in the calculated pseudo inverse matrix Jc −1 tend to occur.

一方、本願発明者の知見によれば、Jc・W-1・JcTの次数をnとしたとき、行列式DETの値は、kの値のn乗に比例して変化する。 On the other hand, according to the knowledge of the present inventor, when the order of Jc · W −1 · Jc T is n, the value of the determinant DET changes in proportion to the value n of the k value.

そこで、第6発明では、前記擬似逆行列演算パラメータ決定手段の処理において、前記判断結果が否定的である場合のkの暫定値の増加量を、その増加前の暫定値を用いて算出した行列式DETの絶対値と前記所定の閾値との偏差の絶対値のn乗根(n:Jc・W-1・JcTの次数)に比例する値に設定することとした。 Accordingly, in the sixth aspect of the present invention, in the processing of the pseudo inverse matrix calculation parameter determining means, a matrix obtained by calculating the increase amount of the provisional value of k when the determination result is negative using the provisional value before the increase. The absolute value of the deviation between the formula DET and the predetermined threshold is set to a value proportional to the nth root of the absolute value (n: the order of Jc · W −1 · Jc T ).

これにより、第6発明によれば、移動体の制御装置の制御処理周期毎に、擬似逆行列Jc-1を算出するために用いる適切なkの値(DETの絶対値が所定の閾値以上となるkの値)を効率よく短時間で決定できると共に、擬似逆行列Jc-1が滑らかに変化していくようにすることができる。ひいては、移動体の各関節の変位量を滑らかに変化させるように、関節変位修正量を決定できることとなる。 Thus, according to the sixth aspect of the present invention, an appropriate value of k used for calculating the pseudo inverse matrix Jc −1 (the absolute value of DET is equal to or greater than a predetermined threshold value) for each control processing cycle of the control device of the moving body. Can be determined efficiently and in a short time, and the pseudo inverse matrix Jc -1 can be changed smoothly. Eventually, the joint displacement correction amount can be determined so as to smoothly change the displacement amount of each joint of the moving body.

また、第6発明によれば、前記重み係数行列Wによって、各関節の変位量の変化に対する代表接触面の位置及び姿勢の変化の応答性等を考慮して、代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を実現するための各関節の変位量の修正度合いを各関節毎に調整することができる。   According to the sixth aspect of the invention, the weight coefficient matrix W takes into account the responsiveness of the change in the position and posture of the representative contact surface with respect to the change in the displacement amount of each joint, and the like. The degree of correction of the displacement amount of each joint for realizing the required displacement amount can be adjusted for each joint.

本発明を説明するための移動体と、これに作用する床反力とを一般化して模式的に示す図。The figure which generalizes and shows the moving body for demonstrating this invention, and the floor reaction force which acts on this. 本発明の一実施形態における移動体の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the moving body in one Embodiment of this invention. 図2の移動体の各可動リンクの構造を示す図。The figure which shows the structure of each movable link of the moving body of FIG. 図2の移動体の制御に関する構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure regarding control of the moving body of FIG. 図2に示す制御装置の機能を示すブロック図。The block diagram which shows the function of the control apparatus shown in FIG. 図2に示す移動体の動作例を示す図。The figure which shows the operation example of the moving body shown in FIG. 図5に示す関節変位修正量決定部に関する処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process regarding the joint displacement correction amount determination part shown in FIG. 本発明を適用する移動体の他の構成形態の例を示す図。The figure which shows the example of the other structure form of the moving body to which this invention is applied. 本発明を適用する移動体の他の構成形態の例を示す図。The figure which shows the example of the other structure form of the moving body to which this invention is applied.

本発明の一実施形態を図2〜図7を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2を参照して、本実施形態で例示する移動体1は、基体2と、該基体2から延設された複数の可動リンク3a〜3d(以降、総称的に可動リンク3ということがある)とを備える移動ロボットである。本実施形態の例では、可動リンク3の個数は4個である。   Referring to FIG. 2, a moving body 1 exemplified in the present embodiment includes a base 2 and a plurality of movable links 3 a to 3 d (hereinafter collectively referred to as a movable link 3) extending from the base 2. ). In the example of this embodiment, the number of movable links 3 is four.

各可動リンク3は、移動体1の脚又は腕として機能し得るリンク機構である。各可動リンク3は、複数の要素リンク4a〜4c(以降、総称的に要素リンク4ということがある)と、これらの要素リンク4を基体2側から順番に連接する複数の関節部5a〜5c(以降、総称的に関節部5ということがある)とから構成されている。   Each movable link 3 is a link mechanism that can function as a leg or an arm of the moving body 1. Each movable link 3 includes a plurality of element links 4a to 4c (hereinafter, generically referred to as element links 4), and a plurality of joint portions 5a to 5c that sequentially connect these element links 4 from the base 2 side. (Hereinafter, collectively referred to as joint part 5).

本実施形態の例では、各可動リンク3を構成する要素リンク4及び関節部5のそれぞれの個数は3個である。そして、3個の要素リンク4a〜4cのうちの要素リンク4aが関節部5aを介して基体2に連結され、要素リンク4bが関節部5bを介して要素リンク4aに連結され、要素リンク4cが関節部5cを介して要素リンク4bに連結されている。   In the example of the present embodiment, the number of the element links 4 and the joint portions 5 constituting each movable link 3 is three. Of the three element links 4a to 4c, the element link 4a is connected to the base body 2 via the joint part 5a, the element link 4b is connected to the element link 4a via the joint part 5b, and the element link 4c is It is connected to the element link 4b via the joint portion 5c.

要素リンク4a〜4cのうち、可動リンク3の先端部を構成する要素リンク4cは、移動体1の運動時に、該移動体1の動作環境に存在する床面や壁面等の接触対象面に接触させる部分(すなわち、足平部又は手平部に相当する部分)である。この要素リンク4c(以下、可動リンク3の先端部4cということがある)は、本実施形態の例では、概略板状に形成されており、該要素リンク4cの床面や壁面等に接触させる接触面が平坦面となっている。そして、要素リンク4cの接触面には、ゴム等から成る弾性部材10が取り付けられている。このため、要素リンク4cが、該弾性部材6を介して床面や壁面等の接触対象面に接触するようになっている。   Of the element links 4a to 4c, the element link 4c constituting the distal end portion of the movable link 3 contacts a contact target surface such as a floor surface or a wall surface existing in the operating environment of the moving body 1 when the moving body 1 moves. It is a part to be made (that is, a part corresponding to a foot part or a palm part). The element link 4c (hereinafter sometimes referred to as the distal end portion 4c of the movable link 3) is formed in a substantially plate shape in the example of the present embodiment, and is brought into contact with the floor surface or wall surface of the element link 4c. The contact surface is a flat surface. An elastic member 10 made of rubber or the like is attached to the contact surface of the element link 4c. For this reason, the element link 4 c comes into contact with a contact target surface such as a floor surface or a wall surface via the elastic member 6.

関節部5a〜5cのそれぞれは、例えば図3に示す如く、1つ又は複数の関節により構成されている。具体的には、関節部5aは、例えば3つの関節7a,7b,7cにより構成され、3軸周りの回転自由度を有するものとされている。また、関節部5bは、例えば1つの関節7dにより構成され、1軸周りの回転自由度を有するものとされている。また、関節部5cは、例えば2つの関節7e,7fにより構成され、2軸周りの回転自由度を有するものとされている。従って、各可動リンク3は、トータル6自由度の運動自由度を有するように構成されている。これにより、各可動リンク3は、空間的な運動を行なうことが可能となっている。   Each of the joint portions 5a to 5c is configured by one or a plurality of joints, for example, as shown in FIG. Specifically, the joint portion 5a includes, for example, three joints 7a, 7b, and 7c, and has a degree of freedom of rotation around three axes. Further, the joint portion 5b is constituted by, for example, one joint 7d and has a degree of freedom of rotation around one axis. Further, the joint portion 5c is constituted by, for example, two joints 7e and 7f, and has a degree of freedom of rotation around two axes. Accordingly, each movable link 3 is configured to have a total of 6 degrees of freedom of motion. Thereby, each movable link 3 can perform a spatial motion.

なお、各可動リンク3の構成は、上記の構成に限られるものではない。例えば、可動リンク3は、回転型の関節以外に直動型の関節を含んでいてもよい。また、各可動リンクは7自由度以上の運動自由度を有するように構成されていてもよい。また、各可動リンク3の構造(要素リンク4のサイズや個数、関節11の構造や個数)は、全ての可動リンク3で同じである必要はない。例えば可動リンク3a,3bを主に脚として使用し、可動リンク3c,3dを主に腕として使用するような場合には、可動リンク3a,3bと、可動リンク3c,3dとが互いに異なる構造のものであってもよい。   In addition, the structure of each movable link 3 is not restricted to said structure. For example, the movable link 3 may include a direct acting joint in addition to the rotating joint. Each movable link may be configured to have a degree of freedom of movement of 7 degrees or more. Further, the structure of each movable link 3 (the size and number of element links 4 and the structure and number of joints 11) need not be the same for all the movable links 3. For example, when the movable links 3a and 3b are mainly used as legs and the movable links 3c and 3d are mainly used as arms, the movable links 3a and 3b and the movable links 3c and 3d have different structures. It may be a thing.

図2及び図3では図示を省略するが、移動体1には、上記した各関節7a〜7f(以降、総称的に関節7ということがある)をそれぞれ駆動する関節アクチュエータとしての複数の電動モータ8(図4に示す)が搭載されている。各電動モータ8は、それぞれに対応する関節7に、減速機を含む動力伝達機構(図示省略)を介して駆動力(回転駆動力)を伝達するように接続されている。   Although not shown in FIGS. 2 and 3, the movable body 1 includes a plurality of electric motors as joint actuators that respectively drive the joints 7 a to 7 f (hereinafter, collectively referred to as joints 7). 8 (shown in FIG. 4) is mounted. Each electric motor 8 is connected to a corresponding joint 7 so as to transmit a driving force (rotational driving force) via a power transmission mechanism (not shown) including a speed reducer.

なお、関節アクチュエータは、電動モータ以外のアクチュエータ、例えば油圧式のアクチュエータであってもよい。   The joint actuator may be an actuator other than the electric motor, for example, a hydraulic actuator.

以上の構成を有する移動体1は、各可動リンク3の各関節7を電動モータ8により駆動することによって、各可動リンク3の空間的な運動が行なわれる。この運動によって移動体1の運動(移動を含む)を行なうことが可能となっている。例えば、可動リンク3a〜3dのうちの2つの可動リンク3a,3bを脚リンクとし、人の歩行動作と同様の形態(歩容)で可動リンク3a,3bを運動させることによって、移動体1の歩行動作を行なうことが可能である。また、可動リンク3c,3dを腕リンクとして動かすことによって、壁面を押す等の作業を行なうことが可能である。あるいは、4つの可動リンク3a〜3dを脚リンクとし、これらの可動リンク3a〜3dを4足動物と同様の形態で動かすことによって、床面上を移動するようにすることも可能である。   In the mobile body 1 having the above configuration, each movable link 3 is spatially moved by driving each joint 7 of each movable link 3 by an electric motor 8. By this movement, the movement (including movement) of the moving body 1 can be performed. For example, two movable links 3a and 3b among the movable links 3a to 3d are leg links, and the movable links 3a and 3b are exercised in the same form (gait) as a human walking motion. A walking motion can be performed. Further, by moving the movable links 3c and 3d as arm links, it is possible to perform an operation such as pushing a wall surface. Alternatively, the four movable links 3a to 3d may be leg links, and the movable links 3a to 3d may be moved on the floor surface by moving in the same manner as a quadruped animal.

補足すると、移動体1の基体2には、可動リンク3以外に、頭部等が連結されていてもよい。また、例えば、基体2を2つの半体で構成し、これらの半体を関節を介して連結してもよい。   Supplementally, in addition to the movable link 3, a head or the like may be connected to the base body 2 of the moving body 1. Further, for example, the base 2 may be constituted by two halves, and these halves may be connected via a joint.

本実施形態では、以上の構造を有する移動体1の動作制御を行なうために、CPU、RAM、ROM等を含む電子回路ユニットにより構成された制御装置50と、各種のセンサとが備えられている。   In the present embodiment, in order to control the operation of the moving body 1 having the above structure, a control device 50 configured by an electronic circuit unit including a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and various sensors are provided. .

この場合、センサとしては、図4に示すように、移動体1の基体2の姿勢角(鉛直方向に対する傾斜角度やヨー軸周りの方位角)やその時間的変化率(角速度)等を計測するために該基体2に搭載された姿勢センサ51と、各可動リンク3の先端部4cが外部の接触対象面に接触した状態で該接触対象面から受ける接触力(反力)を計測するために各可動リンク3の関節部5cと先端部(要素リンク)4cとの間に介装された力センサ52とが備えられている。   In this case, as shown in FIG. 4, the sensor measures the attitude angle (inclination angle with respect to the vertical direction or the azimuth angle around the yaw axis) of the moving body 1 and its temporal change rate (angular velocity). Therefore, in order to measure the contact force (reaction force) received from the contact target surface in a state where the posture sensor 51 mounted on the base body 2 and the distal end portion 4c of each movable link 3 are in contact with the external contact target surface. A force sensor 52 interposed between the joint 5c and the tip (element link) 4c of each movable link 3 is provided.

上記姿勢センサ51は、例えば3軸周りの角速度を検出するジャイロセンサと3軸方向の加速度を検出する加速度センサとから構成される。また、各力センサ52は、例えば3軸方向の並進力及び3軸周りのモーメントを検出する6軸力センサにより構成される。   The posture sensor 51 is composed of, for example, a gyro sensor that detects angular velocities around three axes and an acceleration sensor that detects accelerations in three axis directions. Each force sensor 52 is constituted by a six-axis force sensor that detects, for example, a translational force in the three-axis direction and a moment around the three axes.

また、図2及び図3では図示を省略したが、移動体1には、各関節7の変位量(回転角度)を検出するセンサとして、例えばロータリーエンコーダ53(図4に示す)が備えられている。なお、各関節7の変位量(回転角度)を検出するセンサとしては、ポテンショメータ等の他のセンサを用いてもよい。   Although not shown in FIGS. 2 and 3, the moving body 1 is provided with, for example, a rotary encoder 53 (shown in FIG. 4) as a sensor for detecting the displacement amount (rotation angle) of each joint 7. Yes. In addition, as a sensor which detects the displacement amount (rotation angle) of each joint 7, you may use other sensors, such as a potentiometer.

制御装置50には、上記の各センサ51,52,53の出力が入力される。そして、制御装置50は、これらの入力値から認識される移動体1の動作状態の観測値(基体2の姿勢角やその時間的変化率(角速度)の計測値、基体2の移動速度の計測値、各可動リンク3の先端部4cに作用する接触力の計測値、各関節7の変位量やその時間的変化率の計測値など)を使用して、移動体1に目標とする運動を行なわせるための各関節7の変位量の目標値(以下、関節変位指令という)を決定すると共に、この関節変位指令に応じて、各関節7の実際の変位量(実変位量)を電動モータ8を介して制御する。   The output of each of the sensors 51, 52, 53 is input to the control device 50. Then, the control device 50 measures the observed values of the operating state of the moving body 1 recognized from these input values (measured values of the attitude angle of the base 2 and its temporal change rate (angular velocity), the moving speed of the base 2). Value, measured value of contact force acting on the distal end portion 4c of each movable link 3, and measured value of displacement of each joint 7 and its temporal change rate). A target value (hereinafter referred to as a joint displacement command) of the displacement amount of each joint 7 to be performed is determined, and an actual displacement amount (actual displacement amount) of each joint 7 is determined according to the joint displacement command. 8 to control.

かかる制御処理を実行する制御装置50は、実装されるプログラムにより実現される主要な機能として、図5に示す如く、基準歩容生成部61、姿勢安定化補償力決定部62、目標全接触力決定部63、全接触力要求修正量決定部64、代表接触面並進・回転変位量算出部65、代表接触面ヤコビアン行列算出部66、目標関節変位量決定部67、関節変位修正量決定部68、関節変位制御部69、接触対象面推定部70を備える。   As shown in FIG. 5, the control device 50 that executes such control processing includes, as shown in FIG. 5, a reference gait generation unit 61, a posture stabilization compensation force determination unit 62, a target total contact force. Determination unit 63, total contact force request correction amount determination unit 64, representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65, representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66, target joint displacement amount determination unit 67, joint displacement correction amount determination unit 68 A joint displacement control unit 69 and a contact target surface estimation unit 70.

そして、制御装置50は、上記基準歩容生成部61、姿勢安定化補償力決定部62、目標全接触力決定部63、全接触力要求修正量決定部64、代表接触面並進・回転変位量算出部65、代表接触面ヤコビアン行列算出部66、目標関節変位量決定部67、関節変位修正量決定部68及び関節変位制御部69の処理を所定の演算処理周期で逐次実行することにより、各関節の関節変位指令を逐次決定し、この関節変位指令に応じて、図示しないモータ駆動回路を介して電動モータ8を制御する。   Then, the control device 50 includes the reference gait generator 61, the posture stabilization compensation force determination unit 62, the target total contact force determination unit 63, the total contact force request correction amount determination unit 64, the representative contact surface translation / rotation displacement amount. By sequentially executing the processing of the calculation unit 65, the representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66, the target joint displacement amount determination unit 67, the joint displacement correction amount determination unit 68, and the joint displacement control unit 69, a predetermined calculation processing cycle is performed. A joint displacement command for the joint is sequentially determined, and the electric motor 8 is controlled via a motor drive circuit (not shown) in accordance with the joint displacement command.

さらに、制御装置50は、上記の制御処理と並行して、接触対象面推定部70の処理を実行することにより、移動体1の動作環境に存在する実際の接触対象面のうちの特定の接触対象面の位置及び姿勢を推定する。   Further, the control device 50 executes the process of the contact target surface estimation unit 70 in parallel with the control process described above, so that a specific contact among the actual contact target surfaces existing in the operating environment of the moving body 1 is obtained. Estimate the position and orientation of the target surface.

以下に、移動体1に図6に示すような運動を行なわせる場合を一例として、上記各機能部の詳細な処理を含めて制御装置50の処理を説明する。   Below, the process of the control apparatus 50 including the detailed process of each said function part is demonstrated by making into an example the case where the mobile body 1 performs exercise | movement as shown in FIG.

[基準歩容生成部61の処理]
本実施形態では、制御装置50は、基準歩容生成部61により、移動体1の基準の目標歩容としての基準歩容を生成する。
[Process of Reference Gait Generation Unit 61]
In the present embodiment, the control device 50 uses the reference gait generator 61 to generate a reference gait as a reference target gait of the moving body 1.

この基準歩容は、移動体1の各部の目標とする空間的な位置及び空間的な姿勢(空間的な向き)の軌道を規定する(ひいては移動体1の各関節の目標とする変位量の軌道を規定する)目標運動と、この目標運動を実現するために移動体1に接触対象面から作用させるべきトータルの外力である総外力の軌道を規定する目標総外力とから構成される。なお、「軌道」は、瞬時値の時系列を意味する。   This reference gait defines the target spatial position and spatial trajectory (spatial orientation) of each part of the mobile body 1 (and consequently the target displacement amount of each joint of the mobile body 1). The target motion (which defines the trajectory) and the target total external force which defines the trajectory of the total external force, which is the total external force to be applied to the moving body 1 from the contact target surface in order to realize the target motion. “Orbit” means a time series of instantaneous values.

基本歩容生成部61が生成する基準歩容のうちの目標運動は、本実施形態では、床面等を含む複数の接触対象面が存在する動作環境で移動体1を移動させる目標運動である。この目標運動には、複数の接触対象面のそれぞれに1つ以上の可動リンク3を接触させ、それにより、複数の接触対象面から反力としての接触力を移動体1が受けることとなる運動状態が含まれる。   In the present embodiment, the target motion of the reference gait generated by the basic gait generator 61 is a target motion for moving the moving body 1 in an operating environment in which there are a plurality of contact target surfaces including the floor surface. . In this target motion, one or more movable links 3 are brought into contact with each of a plurality of contact target surfaces, whereby the mobile body 1 receives a contact force as a reaction force from the plurality of contact target surfaces. State is included.

このような目標運動の一例として、本実施形態では、図6に示すような動作を移動体1に行なわせる目標運動を例示する。   As an example of such a target exercise, the present embodiment exemplifies a target exercise that causes the moving body 1 to perform an operation as shown in FIG.

この目標運動では、移動体1は、基本的には、その動作環境に存在する1つの接触対象面としての床面FL上で2つの可動リンク3a,3bを脚として動かす歩行動作を行なうことによって、破線Aで示す如き移動経路で床面FL上を移動する。   In this target motion, the moving body 1 basically performs a walking motion in which the two movable links 3a and 3b are moved as legs on the floor surface FL as one contact target surface existing in the operating environment. Then, it moves on the floor surface FL along a movement route as indicated by a broken line A.

この場合、移動経路Aは、押し開き可能なドアDが取り付けられた壁WLの開口WLaを通過する経路とされている。そして、上記目標運動では、移動体1は、開口WLaを通過する際に、ドアDを押し開く動作を行なう。この動作では移動体1は、ドアDに近接して対面した状態で可動リンク3c,3dのうちの一方、例えば可動リンク3dの先端部4cをドアDの表面Da(以下、ドア表面Daという)に接触させ、この接触状態で、可動リンク3dによりドアDを押すことによって、該ドアDを開く。このようにドアDを開いた後に、移動体1は、開口WLaを通って移動する。   In this case, the movement path A is a path that passes through the opening WLa of the wall WL to which the door D that can be pushed open is attached. And in the said target exercise | movement, the mobile body 1 performs the operation | movement which pushes and opens the door D, when passing the opening WLa. In this operation, the moving body 1 faces one of the movable links 3c, 3d, for example, the front end portion 4c of the movable link 3d in a state of facing the door D in the state of facing the door D. In this contact state, the door D is opened by pushing the door D by the movable link 3d. Thus, after opening the door D, the moving body 1 moves through the opening WLa.

このような目標運動では、ドアDを押し開く時に、移動体1は、互いに異なる2つの接触対象面としての床面FLと、ドア表面Daとに接触して、これらの床面FL及びドア表面Daから反力としての接触力を受けることとなる。   In such a target motion, when the door D is pushed open, the moving body 1 comes into contact with the floor surface FL as two different contact surfaces and the door surface Da, and these floor surface FL and the door surface. A contact force as a reaction force is received from Da.

上記の如き動作を移動体1に行なわせる目標運動は、移動体1の動作環境に存在する実際の床面等の接触対象面の形状(接触対象面の各所の位置及び姿勢)に合致するものとしてあらかじめ位置及び姿勢が定められた接触対象面モデルである想定接触対象面に移動体1の可動リンク3を接触させるように生成されるものである。なお、本実施形態では、目標運動を作成するために使用する想定接触対象面は、接触対象面推定部70で実際の接触対象面を表すものとして推定された接触対象面(推定接触対象面)に応じて定期的に(例えば移動体1の移動時に1歩毎又は複数歩毎に、あるいは、所定時間毎に)更新される。   The target motion that causes the moving body 1 to perform the above-described motion matches the shape of the surface to be touched such as the actual floor surface existing in the operating environment of the moving body 1 (the position and posture of each part of the surface to be touched). Are generated so that the movable link 3 of the moving body 1 is brought into contact with an assumed contact target surface which is a contact target surface model whose position and orientation are determined in advance. In the present embodiment, the assumed contact target surface used for creating the target motion is a contact target surface (estimated contact target surface) estimated by the contact target surface estimation unit 70 as representing an actual contact target surface. In accordance with the frequency (for example, every one step or a plurality of steps when the moving body 1 moves, or every predetermined time).

この目標運動は、本実施形態の移動体1では、各可動リンク3の先端部(要素リンク)4cの目標位置及び目標姿勢の軌道である目標可動リンク位置姿勢軌道と、基体2の目標位置及び目標姿勢の軌道である目標基体位置姿勢軌道と、移動体1の全体重心の目標位置の軌道である目標重心位置軌道と、移動体1の全体重心の周りの角運動量の目標値の軌道である目標角運動量軌道とから構成される。   In the moving body 1 of the present embodiment, this target motion includes the target movable link position / posture trajectory which is the trajectory of the target position and target posture of the tip (element link) 4c of each movable link 3, the target position of the base 2 and The target body position / posture trajectory, which is the trajectory of the target posture, the target center-of-gravity position trajectory, which is the trajectory of the target position of the entire center of gravity of the moving body 1, and the trajectory of the target value of the angular momentum around the entire center of gravity of the moving body 1. It consists of a target angular momentum trajectory.

なお、可動リンク3の先端部(要素リンク)4cの「位置」は、該先端部4cの空間的な位置を代表的に示すものとして任意に定められた該先端部4cの代表点の位置(例えば先端部4cの接触面の特定の位置の点)の位置を意味する。基体2の「位置」についても同様である。また、可動リンク3の先端部4cの「姿勢」は、該先端部4cの空間的な向きを意味する。基体2の「姿勢」についても同様である。   It should be noted that the “position” of the distal end portion (element link) 4c of the movable link 3 is the position of the representative point of the distal end portion 4c arbitrarily determined as representatively showing the spatial position of the distal end portion 4c ( For example, it means the position of a specific position on the contact surface of the tip 4c. The same applies to the “position” of the substrate 2. Further, the “posture” of the distal end portion 4 c of the movable link 3 means the spatial orientation of the distal end portion 4 c. The same applies to the “posture” of the base 2.

また、上記の目標可動リンク位置姿勢及び目標基体位置姿勢は、移動体1の動作環境の床面等の任意の静止物に対して固定された慣性座標系としてのグローバル座標系で見た位置及び姿勢として表される。このグローバル座標系としては、例えば移動体1の支持脚(移動体1の重量を床に支える脚)としての1つの可動リンク3の接地面(床面との接触面)内の点を原点とし、該可動リンク3の先端部(要素リンク)4cの前後方向の水平軸をX軸、鉛直方向の軸をZ軸、これらに直交する方向の水平軸をY軸とする支持脚座標系が用いられる。   The target movable link position / posture and the target base body position / posture described above are the positions viewed in the global coordinate system as an inertial coordinate system fixed to an arbitrary stationary object such as a floor surface of the operating environment of the moving body 1 and Expressed as posture. As this global coordinate system, for example, a point on the grounding surface (contact surface with the floor surface) of one movable link 3 as a support leg of the mobile body 1 (a leg that supports the weight of the mobile body 1 on the floor) is used as an origin. A support leg coordinate system is used in which the front-rear horizontal axis of the movable link 3 (element link) 4c is the X-axis, the vertical axis is the Z-axis, and the horizontal axis perpendicular to these is the Y-axis. It is done.

この場合、移動体1の歩行動作においては、支持脚が切替わる毎に、グローバル座標系の原点の位置とX軸及びY軸の方向とが更新されることとなる。ただし、グローバル座標系は、床面等の任意の静止物に対して定常的に固定された座標系であってもよい。なお、以降の説明では、説明の便宜上、X軸、Y軸、Z軸は特にことわらない限り、上記支持脚座標系の3軸を意味するものとする。   In this case, in the walking motion of the moving body 1, every time the support leg is switched, the position of the origin of the global coordinate system and the directions of the X axis and the Y axis are updated. However, the global coordinate system may be a coordinate system that is constantly fixed with respect to an arbitrary stationary object such as a floor surface. In the following description, for convenience of description, the X axis, the Y axis, and the Z axis mean the three axes of the support leg coordinate system unless otherwise specified.

補足すると、前記目標重心位置軌道及び目標角運動量軌道は、各可動リンク3の目標可動リンク位置姿勢軌道と、目標基体位置姿勢軌道とに応じて従属的に決まるものであり、移動体1の各関節7の変位量を直接的に規定するものではない。従って、これらの目標重心位置軌道及び目標角運動量軌道は、必ずしも、基準歩容生成部61で生成する基本歩容の目標運動の構成要素とする必要はない。本実施形態において、基準歩容生成部61で目標重心位置軌道及び目標角運動量軌道を生成するのは、これらの目標重心位置軌道及び目標角運動量軌道を後述する姿勢安定化補償力決定部62の処理で使用するためである。   Supplementally, the target center-of-gravity position trajectory and the target angular momentum trajectory are subordinately determined according to the target movable link position / posture trajectory of each movable link 3 and the target base body position / posture trajectory. The amount of displacement of the joint 7 is not directly specified. Therefore, the target center-of-gravity position trajectory and the target angular momentum trajectory do not necessarily have to be components of the target motion of the basic gait generated by the reference gait generator 61. In the present embodiment, the reference gait generation unit 61 generates the target center-of-gravity position trajectory and the target angular momentum trajectory by the posture stabilization compensation force determination unit 62 described later. This is for use in processing.

本実施形態では、基準歩容生成部61は、図6に示したような形態で移動体1を動作させるための基準歩容の目標運動を例えば次のように生成する。   In the present embodiment, the reference gait generator 61 generates a target motion of the reference gait for operating the moving body 1 in the form as shown in FIG. 6, for example, as follows.

ドアDを押し開く動作の前後において移動体1の歩行動作を行なうための目標運動の生成処理では、可動リンク3c,3dに関する目標可動リンク位置姿勢軌道は、例えば基体2に対する可動リンク3c,3dの全体の相対的な姿勢を定常的に一定に保つように決定される。そして、脚としての可動リンク3a,3bに関する目標可動リンク位置姿勢軌道と、目標基体位置姿勢軌道とは、例えば、本願出願人が特許第3726081号等に提案した手法と同様の手法で生成される。   In the target motion generation process for performing the walking motion of the moving body 1 before and after the door D is opened, the target movable link position / posture trajectory with respect to the movable links 3c and 3d is, for example, that of the movable links 3c and 3d with respect to the base body 2. The overall relative posture is determined so as to be constantly kept constant. The target movable link position / posture trajectory and the target base body position / posture trajectory relating to the movable links 3a and 3b as legs are generated by a method similar to the method proposed by the present applicant in Japanese Patent No. 3726081, for example. .

この場合の可動リンク3a,3bの目標可動リンク位置姿勢軌道及び目標基体位置姿勢軌道の生成処理を概略的に説明すると、可動リンク3a,3bの足平部に相当する先端部4cの想定床面(床面に対応する想定接触対象面)に対する着床予定位置及び着床予定時刻等、目標可動リンク位置姿勢軌道を規定するパラメータが、移動体1の外部から制御装置50に与えられる移動体1の移動方向や移動速度の要求、あるいは移動計画等に応じて決定される。なお、上記パラメータを制御装置50に外部から入力し、あるいは、あらかじめ制御装置50の記憶装置に記憶保持しておいてもよい。   The generation processing of the target movable link position / posture trajectory and the target base body position / posture trajectory of the movable links 3a, 3b in this case will be schematically described. Assumed floor surface of the distal end portion 4c corresponding to the foot portion of the movable links 3a, 3b. Parameters that define the target movable link position / posture trajectory, such as a planned landing position and a planned landing time with respect to the assumed contact target surface corresponding to the floor surface, are given to the control device 50 from the outside of the moving body 1. This is determined according to the request for the moving direction and the moving speed, or the moving plan. The parameters may be input to the control device 50 from the outside, or may be stored in advance in the storage device of the control device 50.

そして、このパラメータにより規定される可動リンク3a,3bの目標可動リンク位置姿勢軌道に応じて、ZMP(Zero Moment Point)の目標位置である目標ZMPの軌道が決定される。目標ZMP軌道は、目標ZMPが可動リンク3a,3bの目標可動リンク位置姿勢軌道に応じて規定される想定床面上の支持多角形内の概ね中央付近の位置に極力収まり、且つ、滑らかに(ステップ状の変化を生じることなく)変位していくように決定される。   The trajectory of the target ZMP, which is the target position of the ZMP (Zero Moment Point), is determined according to the target movable link position / posture trajectory of the movable links 3a and 3b defined by this parameter. The target ZMP trajectory fits as much as possible in a position near the center of the support polygon on the assumed floor where the target ZMP is defined according to the target movable link position / posture trajectory of the movable links 3a and 3b, and is as smooth as possible ( It is determined to move (without step change).

さらに、移動体1の動力学(外力としての床反力と移動体1の運動との間の関係)を表現する適宜の動力学モデルを用いて、目標ZMPを満足するように(移動体1の運動によって発生する慣性力と移動体1に作用する重力との合力が目標ZMP周りに発生するモーメントの水平成分(X軸周り及びY軸周りの成分)がゼロになるように)目標基体位置姿勢軌道が決定される。   Furthermore, using an appropriate dynamic model expressing the dynamics of the moving body 1 (the relationship between the floor reaction force as an external force and the movement of the moving body 1), the target ZMP is satisfied (the moving body 1). Target body position so that the horizontal component of the moment generated around the target ZMP (the components around the X axis and the Y axis) is zero) The attitude trajectory is determined.

さらに、各可動リンク3の目標可動リンク位置姿勢軌道と目標基体位置姿勢軌道とから移動体1の幾何学モデル(剛体リンクモデル)を用いて、移動体1の目標重心位置軌道と目標重心位置の周りの目標角運動量軌道とが算出される。なお、移動体1の剛体リンクモデルは、その各要素リンクに質量やイナーシャが設定されたモデルである。   Furthermore, using the geometric model (rigid link model) of the moving body 1 from the target movable link position / posture trajectory and the target base body position / posture trajectory of each movable link 3, A surrounding target angular momentum trajectory is calculated. The rigid body link model of the moving body 1 is a model in which mass and inertia are set for each element link.

また、ドアDを押し開く動作を行なうための目標運動の生成処理では、脚としての可動リンク3a,3bに関する目標可動リンク位置姿勢軌道は、例えば可動リンク3a,3bのそれぞれの先端部4cが、ドアDの手前で想定床面に接触(接地)して静止した状態に保たれるように決定される。さらに、目標ZMPが想定床面上の支持多角形内の概ね中央付近の位置に収まるように、目標ZMP軌道が決定される。   Further, in the target motion generation process for performing the operation of pushing the door D open, the target movable link position / posture trajectory related to the movable links 3a and 3b as the legs is, for example, the tip portions 4c of the movable links 3a and 3b, It is determined so as to be kept stationary by contacting (grounding) the assumed floor surface before the door D. Further, the target ZMP trajectory is determined such that the target ZMP is within a position near the center of the support polygon on the assumed floor surface.

また、可動リンク3cに関する目標可動リンク位置姿勢軌道は、例えば基体2に対する可動リンク3cの全体の相対的な姿勢を定常的に一定に保つように決定される。   Further, the target movable link position / posture trajectory with respect to the movable link 3c is determined, for example, so as to keep the relative posture of the entire movable link 3c with respect to the base 2 constant.

そして、ドアDを押し開くための可動リンク3dに関する目標可動リンク位置姿勢軌道は、該可動リンク3dの先端部4cをドア表面Dの所定の箇所に接触させ、続いて、あらかじめ定められた開動作パターンでのドアDの開動作(ヒンジ周りの回転運動)に追従して可動リンク3dの先端部4cを動かすように決定される。   Then, the target movable link position / posture trajectory related to the movable link 3d for pushing the door D open is such that the tip 4c of the movable link 3d is brought into contact with a predetermined portion of the door surface D, and then a predetermined opening operation is performed. Following the opening operation of the door D in the pattern (rotational motion around the hinge), the tip 4c of the movable link 3d is determined to move.

さらに、ドアDの開動作とドア表面Daに作用する外力(又はドア表面Daから移動体1が受ける反力)との間の関係を表現する適宜の動力学モデルを用いて、ドアDの開動作時に移動体1が受ける反力(接触力)の推定値が求められる。   Furthermore, the door D is opened using an appropriate dynamic model that expresses the relationship between the opening operation of the door D and the external force acting on the door surface Da (or the reaction force received by the moving body 1 from the door surface Da). An estimated value of the reaction force (contact force) received by the moving body 1 during operation is obtained.

そして、移動体1の動力学(接触対象面としての床面FLとドア表面Daとから移動体1に作用する接触力(反力)と、移動体1の運動との間の関係)を表現する適宜の動力学モデルを用いて、目標ZMPを満足するように(移動体1の運動によって発生する慣性力と移動体1に作用する重力とドア表面Daから移動体1が受ける接触力との合力が目標ZMP周りに発生するモーメントの水平成分(X軸周り及びY軸周りの成分)がゼロになるように)目標基体位置姿勢軌道が決定される。   Then, the dynamics of the moving body 1 (relationship between the contact force (reaction force) acting on the moving body 1 from the floor surface FL as a contact target surface and the door surface Da and the movement of the moving body 1) are expressed. By using an appropriate dynamic model, the target ZMP is satisfied (the inertial force generated by the movement of the moving body 1, the gravity acting on the moving body 1, and the contact force received by the moving body 1 from the door surface Da). The target substrate position / posture trajectory is determined so that the horizontal component of the moment that the resultant force is generated around the target ZMP (the component around the X axis and the Y axis) becomes zero.

さらに、移動体1の歩行動作の場合と同様に、各可動リンク3の目標可動リンク位置姿勢軌道と目標基体位置姿勢軌道とから移動体1の幾何学モデル(剛体リンクモデル)を用いて、移動体1の目標重心位置軌道と目標重心位置の周りの目標角運動量軌道とが算出される。   Further, as in the case of the walking motion of the moving body 1, the moving body 1 is moved from the target movable link position / posture trajectory and the target base body position / posture trajectory using the geometric model (rigid body link model) of the moving body 1. A target center-of-gravity position trajectory of the body 1 and a target angular momentum trajectory around the target center-of-gravity position are calculated.

補足すると、移動体1の目標運動を生成する手法は、上記の如き手法に限られるものではなく、想定接触対象面を設定した動作環境で移動体1が実現可能な目標運動を生成し得るものであれば、他のどのような手法によって生成してもよい。   Supplementally, the method for generating the target motion of the moving body 1 is not limited to the above-described method, but can generate a target motion that can be realized by the moving body 1 in an operating environment in which an assumed contact target surface is set. Any other method may be used.

また、移動体2の歩行動作時において、基体2に対する可動リンク3c,3dの相対的な姿勢を、必要に応じて所望の形態で変化させるように決定するようにしてもよい。例えば両可動リンク3c,3dを移動体1の歩行動作に合せて前後に振るようにしてもよい。その場合、可動リンク3c,3dの基体2に対する相対的な姿勢の変化に伴う移動体1の全体重心の位置の変化や、該全体重心の周りの角運動量の変化を考慮した動力学モデルを用いて目標基体位置姿勢軌道を生成するようにしてもよい。   Further, during the walking motion of the moving body 2, the relative posture of the movable links 3c and 3d with respect to the base body 2 may be determined so as to be changed in a desired form as necessary. For example, both movable links 3c and 3d may be swung back and forth in accordance with the walking motion of the moving body 1. In that case, a dynamic model is used in consideration of the change in the position of the overall center of gravity of the movable body 1 due to the change in the relative posture of the movable links 3c and 3d with respect to the base 2, and the change in angular momentum around the overall center of gravity. Thus, the target substrate position / posture trajectory may be generated.

また、ドアDの開動作時においては、例えばドアDの開動作に伴い、脚としての可動リンク3a,3bをドアDに近づけていくように可動リンク3a,3bの目標可動リンク位置姿勢軌道を決定するようにしてもよい。さらに、可動リンク3c,3dの両方をドア表面Daに接触させてドアDの開動作を行なうように目標運動を決定するようにしてもよい。   Further, when the door D is opened, the target movable link position / posture trajectory of the movable links 3a and 3b is set so that the movable links 3a and 3b as legs approach the door D, for example, with the opening operation of the door D. It may be determined. Furthermore, the target motion may be determined so that both the movable links 3c and 3d are brought into contact with the door surface Da and the door D is opened.

また、目標運動の構成要素は、上記のものに限られるものではない。例えば可動リンク3以外に、上体2に対して可動な部位(頭部等)が移動体1に備えられている場合には、その部位の目標位置や目標姿勢の軌道も目標運動の構成要素して付加される。また、例えば、各可動リンク3が7自由度以上の自由度を有する場合には、目標可動リンク位置姿勢軌道に加えて、例えば各可動リンク3の中間部の部位の目標位置姿勢軌道を目標運動の構成要素として付加してもよい。   Further, the constituent elements of the target exercise are not limited to the above. For example, when the movable body 1 is provided with a movable part (head or the like) relative to the upper body 2 in addition to the movable link 3, the trajectory of the target position and target posture of the part is also a component of the target motion. Added. For example, when each movable link 3 has a degree of freedom of 7 degrees or more, in addition to the target movable link position / posture trajectory, for example, the target position / posture trajectory of the intermediate portion of each movable link 3 is moved to the target motion. You may add as a component of.

目標運動の構成要素は、それによって移動体1の各関節の変位量の軌道を規定し得るものであればよく、移動体1の構造等に応じて適宜定めればよい。   The constituent elements of the target motion are not particularly limited as long as they can define the trajectory of the displacement amount of each joint of the moving body 1 and may be appropriately determined according to the structure of the moving body 1 and the like.

基準歩容のうちの目標総外力は、移動体1を目標運動に従って運動させるために、動力学的に移動体1に作用させることが必要となるトータルの外力(重力を除く)の軌道を規定するものである。その目標総外力は、移動体1に作用させるトータルの並進力の目標値である目標総並進外力と、移動体1に作用させるトータルのモーメントの目標値である目標総モーメント外力とから構成される。なお、目標総モーメント外力は、より詳しくは、慣性座標系の任意の基準点(例えば前記支持脚座標系の原点)周りのモーメントとして表現されるものである。   The target total external force in the standard gait defines the trajectory of the total external force (excluding gravity) that must be dynamically applied to the moving body 1 in order to move the moving body 1 according to the target motion. To do. The target total external force is composed of a target total translational external force that is a target value of the total translational force applied to the moving body 1 and a target total moment external force that is a target value of the total moment applied to the mobile body 1. . More specifically, the target total moment external force is expressed as a moment around an arbitrary reference point in the inertial coordinate system (for example, the origin of the support leg coordinate system).

以降の説明では、基準歩容の目標総外力のうちの目標総並進外力(ベクトル)を↑Ft_cmd0、目標総モーメント外力(ベクトル)を↑Mt_cmd0と表記する。本実施形態では、↑Ft_cmd0,↑Mt_cmd0は、それぞれ、X軸成分、Y軸成分、及びZ軸成分の3成分からなる縦ベクトルである。また、↑Ft_cmd0と↑Mt_cmd0とから構成される目標総外力を↑FMt_cmd0と表記する。この場合、↑FMt_cmd0は、↑Ft_cmd0,↑Mt_cmd0の各成分を並べた縦ベクトル(6成分の縦ベクトル)であるとする。すなわち、↑FMt_cmd0=[↑Ft_cmd0,↑Mt_cmd0]Tであるとする。 In the following description, the target total translational external force (vector) of the target total external force of the standard gait is expressed as ↑ Ft_cmd0, and the target total moment external force (vector) is expressed as ↑ Mt_cmd0. In this embodiment, ↑ Ft_cmd0 and ↑ Mt_cmd0 are vertical vectors composed of three components, an X-axis component, a Y-axis component, and a Z-axis component, respectively. Further, the target total external force composed of ↑ Ft_cmd0 and ↑ Mt_cmd0 is denoted as ↑ FMt_cmd0. In this case, ↑ FMt_cmd0 is a vertical vector (six-component vertical vector) in which the components ↑ Ft_cmd0 and ↑ Mt_cmd0 are arranged. That is, ↑ FMt_cmd0 = [↑ Ft_cmd0, ↑ Mt_cmd0] T.

基本歩容のうちの目標総外力↑FMt_cmd0のうちの目標総並進外力↑Ft_cmd0は、移動体1の全体重心に作用する重力(移動体1の全体質量と、重力加速度ベクトルとの積)と、移動体1の全体重心の運動(並進運動)によって発生する慣性力(移動体1の全体重心の並進加速度ベクトルと、全体質量との積の符号を反転させたもの)との合力に釣り合う並進力(当該合力の符号を反転させた並進力)として決定される。この場合、上記慣性力は、移動体1の目標重心位置軌道と、移動体1の全体質量の値とを用いて算出される。   The target total external force ↑ Ft_cmd0 of the target total external force ↑ FMt_cmd0 in the basic gait is the gravity acting on the overall center of gravity of the moving body 1 (the product of the overall mass of the moving body 1 and the gravitational acceleration vector), Translational force that balances the resultant force of the inertial force generated by the movement (translational movement) of the entire center of gravity of the moving body 1 (reversed the sign of the product of the translational acceleration vector of the entire center of gravity of the moving body 1 and the entire mass). (Translation force obtained by reversing the sign of the resultant force). In this case, the inertial force is calculated using the target center-of-gravity position trajectory of the moving body 1 and the value of the total mass of the moving body 1.

また、目標総外力↑FMt_cmd0のうちの目標総モーメント外力↑Mt_cmd0は、移動体1の全体重心の並進運動によって慣性座標系の基準点周りに発生する慣性力モーメントと、移動体1の目標運動によって該移動体1の全体重心周りに発生する慣性力モーメントとの合成モーメントに釣り合う釣り合うモーメント(当該合成モーメントの符号を反転させたモーメント)として決定される。   The target total moment external force ↑ Mt_cmd0 of the target total external force ↑ FMt_cmd0 is determined by the inertial force moment generated around the reference point of the inertial coordinate system by the translational motion of the entire center of gravity of the moving body 1 and the target motion of the moving body 1. It is determined as a balanced moment (a moment obtained by inverting the sign of the combined moment) that balances the combined moment with the inertial moment generated around the entire center of gravity of the moving body 1.

この場合、移動体1の全体重心の並進運動によって基準点周りに発生する慣性力モーメントは、基準点に対する移動体1の目標重心位置の位置ベクトルと、移動体1の全体質量の値とを用いて算出される。また、移動体1の目標運動によって該移動体1の全体重心周りに発生する慣性力モーメントは、移動体1の目標運動と、移動体1の剛体リンクモデル(各要素リンクに質量やイナーシャを持つモデル)とを用いて算出される。   In this case, the inertial moment generated around the reference point by the translational movement of the entire center of gravity of the moving body 1 uses the position vector of the target center of gravity position of the moving body 1 relative to the reference point and the value of the entire mass of the moving body 1. Is calculated. In addition, the inertial moment generated around the entire center of gravity of the moving body 1 by the target motion of the moving body 1 includes the target motion of the moving body 1 and the rigid body link model (each element link has mass and inertia). Model).

以上が、基準歩容生成部61の処理である。補足すると、前記基準歩容は、移動体1の移動動作中に生成する必要はなく、該移動体1の移動開始前に事前に作成しておき、それを制御装置50の記憶装置に事前に記憶保持したり、外部から制御装置50に適宜、無線通信によって入力するようにしてもよい。このようにした場合、制御装置50に基準歩容生成部61を備える必要はない。   The above is the process of the reference gait generator 61. Supplementally, the reference gait does not need to be generated during the moving operation of the moving body 1, but is created in advance before the moving body 1 starts moving, and is stored in advance in the storage device of the control device 50. You may make it memorize | store and hold | maintain or input to the control apparatus 50 from the outside suitably by radio | wireless communication. In this case, the control device 50 does not need to include the reference gait generator 61.

[目標関節変位量決定部67の処理]
制御装置50は、前記の如く生成された基準歩容のうちの目標運動(より詳しくは、目標運動のうちの、各可動リンク3の目標可動リンク位置姿勢軌道、及び目標基体位置姿勢軌道)を、目標関節変位量決定部67に入力し、該目標関節変位量決定部67の処理を実行する。この目標関節変位量決定部67は、基準歩容の目標運動によって規定される移動体1の各関節の変位量である基準の目標変位量を算出する機能部である。この場合、目標関節変位量決定部67は、入力された目標運動から、逆運動学の演算処理によって移動体1の各関節の目標変位量を算出する。
[Process of Target Joint Displacement Determining Unit 67]
The control device 50 calculates the target motion (more specifically, the target movable link position / posture trajectory and target base body position / posture trajectory of each movable link 3 in the target motion) of the reference gait generated as described above. The target joint displacement amount determination unit 67 is input, and the target joint displacement amount determination unit 67 performs processing. The target joint displacement amount determination unit 67 is a functional unit that calculates a reference target displacement amount that is a displacement amount of each joint of the moving body 1 defined by the target motion of the reference gait. In this case, the target joint displacement amount determination unit 67 calculates the target displacement amount of each joint of the moving body 1 from the input target motion by inverse kinematics calculation processing.

なお、基準歩容を事前に作成しておく場合には、この基準歩容の目標運動に対応する各関節の目標変位量も事前に作成しておいてもよい。その場合には、制御装置50に目標関節変位量決定部67を備える必要はない。   When the reference gait is created in advance, the target displacement amount of each joint corresponding to the target motion of the reference gait may be created in advance. In this case, the control device 50 does not need to include the target joint displacement amount determination unit 67.

[姿勢安定化補償力決定部62の処理]
制御装置50は、目標関節変位量決定部67の処理と並行して(又は該処理の前もしくは後に)、姿勢安定化補償力決定部62、目標全接触力決定部63、全接触力要求修正量決定部64、代表接触面並進・回転変位量算出部65、代表接触面ヤコビアン行列算出部66及び関節変位修正量決定部68の処理を実行する。これらの処理は、コンプライアンス制御のための操作量(制御入力)を決定するための処理であり、以降、コンプライアンス操作量決定処理という。そして、制御装置50は、このコンプライアンス操作量決定処理によって、前記基準歩容に対応する各関節の基準の目標変位量を修正するための関節変位修正量を決定する。
[Processing of Posture Stabilization Compensation Force Determination Unit 62]
In parallel with the processing of the target joint displacement amount determination unit 67 (or before or after the processing), the control device 50 corrects the posture stabilization compensation force determination unit 62, the target total contact force determination unit 63, and the total contact force request correction. The amount determination unit 64, the representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65, the representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66, and the joint displacement correction amount determination unit 68 are executed. These processes are processes for determining an operation amount (control input) for compliance control, and are hereinafter referred to as a compliance operation amount determination process. And the control apparatus 50 determines the joint displacement correction amount for correcting the reference | standard target displacement amount of each joint corresponding to the said reference gait by this compliance operation amount determination process.

このコンプライアンス操作量決定処理では、制御装置50は、まず、姿勢安定化補償力決定部62の処理を実行する。この姿勢安定化補償力決定部62は、移動体1の目標運動における所要の運動状態量の目標値と、実際の運動状態量の値との偏差をゼロに近づけるために、移動体1に付加的に作用させるべき外力である姿勢安定化補償力を基準歩容の目標総外力↑FMt_cmd0を修正するための修正量として決定する機能部である。   In this compliance operation amount determination process, the control device 50 first executes the process of the posture stabilization compensation force determination unit 62. This posture stabilization compensation force determination unit 62 is added to the moving body 1 in order to bring the deviation between the target value of the required movement state quantity in the target movement of the moving body 1 and the value of the actual movement state quantity close to zero. This is a functional unit that determines the posture stabilization compensation force, which is an external force to be applied, as a correction amount for correcting the target total external force ↑ FMt_cmd0 of the reference gait.

上記運動状態量は、移動体1の姿勢を安定化するために重要なものとしてあらかじめ定められた種類の状態量である。その運動状態量としては、本実施形態では、移動体1の全体重心の位置と、移動体1の全体重心の周りの角運動量とを採用した。そして、姿勢安定化補償力決定部62は、基準歩容における目標重心位置と、移動体1の実際の重心位置(実重心位置)の観測値との偏差をゼロに近づけるために移動体1に付加的に作用させるべき並進外力↑Fg_dmd(以降、補償並進外力↑Fg_dmdという)と、基準歩容における目標角運動量と移動体1の実際の重心周りの角運動量の観測値との偏差をゼロに近づけるために移動体1に付加的に作用させるべきモーメント外力↑Mg_dmd(以下、補償モーメント外力↑Mg_dmdという)との組を、姿勢安定化補償力として決定する。以降の説明では、補償並進外力↑Fg_dmdと補償モーメント外力↑Mg_dmdとを並べたベクトルを↑FMg_dmd(=[↑Fg_dmd,↑Mg_dmd]T)と表記し、これを姿勢安定化補償力と呼ぶ。 The movement state quantity is a kind of state quantity that is predetermined as important for stabilizing the posture of the moving body 1. In this embodiment, the position of the entire center of gravity of the moving body 1 and the angular momentum around the entire center of gravity of the moving body 1 are adopted as the amount of motion state. Then, the posture stabilization compensation force determination unit 62 applies to the moving body 1 in order to bring the deviation between the target centroid position in the reference gait and the observed value of the actual centroid position (actual centroid position) of the moving body 1 close to zero. The deviation between the translational external force ↑ Fg_dmd to be additionally applied (hereinafter referred to as the compensated translational external force ↑ Fg_dmd) and the observed value of the angular momentum around the actual center of gravity of the moving body 1 in the reference gait is zero. A pair of moment external force ↑ Mg_dmd (hereinafter referred to as compensation moment external force ↑ Mg_dmd) to be additionally applied to the moving body 1 in order to approach is determined as the posture stabilization compensation force. In the following description, a vector in which the compensated translational external force ↑ Fg_dmd and the compensation moment external force ↑ Mg_dmd are arranged is denoted as ↑ FMg_dmd (= [↑ Fg_dmd, ↑ Mg_dmd] T ), and this is referred to as posture stabilization compensation force.

上記姿勢安定化補償力↑FMg_dmdのうちの補償並進外力↑Fg_dmdは、基準歩容における目標重心位置と、移動体1の実際の重心位置(実重心位置)の観測値との偏差から所定のフィードバック制御則により決定される。そのフィードバック制御則としては、本実施形態では、例えばPD則が用いられる。   The compensation translational external force ↑ Fg_dmd of the posture stabilization compensation force ↑ FMg_dmd is a predetermined feedback from the deviation between the target centroid position in the reference gait and the observed value of the actual centroid position (actual centroid position) of the moving body 1. Determined by the control law. As the feedback control law, for example, a PD law is used in the present embodiment.

すなわち、本実施形態では、次式(33)で示す如く、基準歩容生成部61で生成された基準歩容の目標重心位置↑Pg_cmdと移動体1の実重心位置↑Pg_actの観測値との偏差に所定値のゲインKpを乗じた比例項と、目標重心位置↑Pg_cmdの時間的変化率↑Pg'_cmdと移動体1の実重心位置↑Pg_actの時間的変化率↑Pg'_actの観測値(=↑Pg_actの観測値の時間的変化率)との偏差に所定値のゲインKvを乗じた微分項とを加え合わせることにより補償並進外力↑Fg_cmdが決定される。   That is, in the present embodiment, as shown by the following equation (33), the target centroid position ↑ Pg_cmd of the reference gait generated by the reference gait generator 61 and the observed value of the actual centroid position ↑ Pg_act of the moving body 1 Observed value of the proportional term obtained by multiplying the deviation by a predetermined gain Kp, and the temporal change rate of the target center of gravity position ↑ Pg_cmd ↑ Pg'_cmd and the actual center of gravity position of the moving body 1 ↑ Pg_act ↑ Pg'_act The compensated translational external force ↑ Fg_cmd is determined by adding the differential term obtained by multiplying the deviation from (= ↑ the temporal change rate of the observed value of Pg_act) by a predetermined value gain Kv.


↑Fg_dmd=Kp・(↑Pg_cmd−↑Pg_act)+Kv・(↑Pg'_cmd−↑Pg'_act)
……(33)

なお、↑Fg_cmd,↑Pg_cmd,↑Pg_act,↑Pg'_cmd,↑Pg'_actは、いずれの3成分(3軸方向成分)のベクトルである。また、実重心位置↑Pg_actの観測値及びその時間的変化率は、前記ロータリーエンコーダ53の出力により示される各関節7の実際の変位量(実変位量)の計測値と、移動体1の幾何学モデル(剛体リンクモデル)とを用いて算出される。

↑ Fg_dmd = Kp ・ (↑ Pg_cmd− ↑ Pg_act) + Kv ・ (↑ Pg'_cmd− ↑ Pg'_act)
(33)

Note that ↑ Fg_cmd, ↑ Pg_cmd, ↑ Pg_act, ↑ Pg′_cmd, and ↑ Pg′_act are vectors of any three components (components in three axial directions). Further, the observed value of the actual center of gravity position ↑ Pg_act and the temporal change rate thereof are the measured value of the actual displacement amount (actual displacement amount) of each joint 7 indicated by the output of the rotary encoder 53, and the geometry of the moving body 1. It is calculated using an academic model (rigid link model).

また、姿勢安定化補償力↑FMg_dmdのうちの補償モーメント外力↑Mg_dmdは、基準歩容における目標角運動量と、移動体1の実重心位置の周りの角運動量の観測値との偏差から所定のフィードバック制御則により決定される。そのフィードバック制御則としては、本実施形態では、例えば比例則が用いられる。   The compensation moment external force ↑ Mg_dmd of the posture stabilization compensation force ↑ FMg_dmd is a predetermined feedback based on the deviation between the target angular momentum in the standard gait and the observed angular momentum around the actual center of gravity of the moving body 1. Determined by the control law. As the feedback control law, for example, a proportional law is used in this embodiment.

すなわち、本実施形態では、次式(34)で示す如く、基準歩容生成部61で生成された基準歩容の目標角運動量↑Lg_cmdと、移動体1の実重心位置の周りの実際の角運動量(実角運動量)↑Lg_actの観測値との偏差に所定値のゲインKLを乗じることにより、補償モーメント外力↑Mg_dmdが決定される。   That is, in the present embodiment, as shown by the following equation (34), the target angular momentum ↑ Lg_cmd of the reference gait generated by the reference gait generator 61 and the actual angle around the actual center of gravity position of the moving body 1 The compensation moment external force ↑ Mg_dmd is determined by multiplying the deviation of the momentum (actual angular momentum) ↑ Lg_act from the observed value by a predetermined gain KL.


↑Mg_dmd=KL・(↑Lg_cmd−↑Lg_act) ……(34)

なお、↑Mg_cmd,↑Lg_cmd,↑Lg_actはいずれも3成分(3軸周り成分)のベクトルである。また、実角運動量↑Lg_actの観測値は、前記ロータリーエンコーダ53の出力により示される各関節7の実変位量の計測値と、移動体1の幾何学モデル(剛体リンクモデル)とを用いて算出される。

↑ Mg_dmd = KL ・ (↑ Lg_cmd− ↑ Lg_act) …… (34)

Note that ↑ Mg_cmd, ↑ Lg_cmd, and ↑ Lg_act are all vectors of three components (components around three axes). The observed value of the actual angular momentum ↑ Lg_act is calculated by using the measured value of the actual displacement amount of each joint 7 indicated by the output of the rotary encoder 53 and the geometric model (rigid link model) of the moving body 1. Is done.

補足すると、補償並進外力↑Fg_dmdは、PD則以外のフィードバック制御則(例えば比例則)により決定するようにしてもよい。また、補償モーメント外力↑Mg_dmdは、比例則以外のフィードバック制御則(例えば、PD則)により決定するようにしてもよい。   Supplementally, the compensated translational external force ↑ Fg_dmd may be determined by a feedback control law (for example, a proportional law) other than the PD law. Further, the compensation moment external force ↑ Mg_dmd may be determined by a feedback control law (for example, PD law) other than the proportional law.

また、本実施形態では、姿勢安定化補償力決定部62に基準歩容生成部61から目標重心位置↑Pg_cmdと目標角運動量↑Lg_cmdとを与えるようにしたが、これらの目標重心位置↑Pg_cmdと目標角運動量↑Lg_cmdとを姿勢安定化補償力決定部62で、基準歩容の目標運動から算出するようにしてもよい。   In the present embodiment, the target centroid position ↑ Pg_cmd and the target angular momentum ↑ Lg_cmd are given to the posture stabilization compensation force determination unit 62 from the reference gait generator 61, but these target centroid positions ↑ Pg_cmd and The target angular momentum ↑ Lg_cmd may be calculated by the posture stabilization compensation force determination unit 62 from the target motion of the reference gait.

[目標全接触力決定部63の処理]
次いで、制御装置50は、目標全接触力決定部63の処理を実行する。この目標全接触力決定部63は、上記の如く決定した姿勢安定化補償力↑FMg_dmdにより基準歩容の目標総外力↑FMt_cmd0を補正し、その補正後の目標総外力(以降、修正後目標総外力↑FMt_cmd1という)を実現するために、移動体1が接触するN個(N≧1)の接触対象面のそれぞれから移動体1に作用させるべき目標全接触力↑FMt(i)_cmd1(i=1,2,…,N)を決定する機能部である。
[Process of Target Total Contact Force Determination Unit 63]
Next, the control device 50 executes processing of the target total contact force determination unit 63. The target total contact force determination unit 63 corrects the target total external force ↑ FMt_cmd0 of the standard gait by the posture stabilization compensation force ↑ FMg_dmd determined as described above, and corrects the target total external force after the correction (hereinafter, the corrected target total force). In order to realize the external force ↑ FMt_cmd1), the target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 (i) to be applied to the moving body 1 from each of N (N ≧ 1) contact target surfaces with which the moving body 1 contacts. = 1, 2,..., N).

具体的には、目標全接触力決定部63は、基準歩容生成部61で生成された目標総外力↑FMt_cmd0に、姿勢安定化補償力決定部62で決定された姿勢安定化補償力↑FMg_dmdを加え合せることによって、修正後目標総外力↑FMt_cmd1を決定する。すなわち、↑FMt_cmd0+↑FMg_dmdを↑FMt_cmd1として決定する。   Specifically, the target total contact force determination unit 63 adds the posture stabilization compensation force ↑ FMg_dmd determined by the posture stabilization compensation force determination unit 62 to the target total external force ↑ FMt_cmd0 generated by the reference gait generation unit 61. Is added to determine the corrected target total external force ↑ FMt_cmd1. That is, ↑ FMt_cmd0 + ↑ FMg_dmd is determined as ↑ FMt_cmd1.

この場合、修正後目標総外力↑FMt_cmd1は、並進外力↑Ft_cmd1とモーメント外力↑Mt_cmd1とから構成されるベクトル(=[↑Ft_cmd1,↑Mt_cmd1]T)である。そして、↑Ft_cmd1(以降、修正後目標総並進外力という)は、基準歩容の目標総並進外力↑Ft_cmd0と補償並進外力↑Fg_dmdとを加え合わせたもの(=↑Ft_cmd0+↑Fg_dmd)であり、↑Mt_cmd1(以降、修正後目標総モーメント外力という)は、基準歩容の目標総モーメント外力↑Mt_cmd0と、補償モーメント外力↑Mg_dmdとを加え合わせたもの(=↑Mt_cmd0+↑Mg_dmd)である。 In this case, the corrected target total external force ↑ FMt_cmd1 is a vector (= [↑ Ft_cmd1, ↑ Mt_cmd1] T ) composed of a translational external force ↑ Ft_cmd1 and a moment external force ↑ Mt_cmd1. Then, ↑ Ft_cmd1 (hereinafter referred to as the corrected target total translational external force) is the sum of the target total translational external force ↑ Ft_cmd0 and the compensation translational external force ↑ Fg_dmd of the standard gait (= ↑ Ft_cmd0 + ↑ Fg_dmd), ↑ Mt_cmd1 (hereinafter referred to as corrected target total moment external force) is the sum of the target total moment external force ↑ Mt_cmd0 of the standard gait and the compensation moment external force ↑ Mg_dmd (= ↑ Mt_cmd0 + ↑ Mg_dmd).

そして、目標全接触力決定部63は、修正後目標総外力↑FMt_cmd1を、移動体1が現在接触している全ての接触対象面(第1〜第N接触対象面)に、あらかじめ定められた規則に従って分配し、各接触対象面(第i接触対象面)から移動体1に作用させるべき目標全接触力↑FMt(i)_cmd1(第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1)(i=1,2,…,N)をそれぞれ決定する。   Then, the target total contact force determination unit 63 sets the corrected target total external force ↑ FMt_cmd1 in advance to all contact target surfaces (first to Nth contact target surfaces) with which the mobile body 1 is currently in contact. Target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 (i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1) (i) to be distributed according to the rules and applied to the moving body 1 from each contact target surface (i-th contact target surface) = 1, 2,..., N), respectively.

ここで、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1は、より詳しくは、第i接触対象面のモデルとしての想定第i接触対象面(その空間的な位置及び姿勢が、実際の第i接触対象面に一致もしくは近似するものとしてあらかじめ定められた接触対象面)から移動体1に作用する接触力の目標値として決定されるものである。この第i目標全接触力↑FM(i)_cmd1は、想定第i接触対象面上のある作用点から移動体1に作用する並進力(全接触力の並進力成分)の目標値である目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1と、その作用点周りで移動体1に作用するモーメント(全接触力のモーメント成分)の目標値である目標全接触力モーメント↑Mt(i)_cmd1とから構成されるベクトル(=[↑Ft(i)_cmd1,↑Mt(i)_cmd1]T)である。 Here, in detail, the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is an assumed i-th contact target surface as a model of the i-th contact target surface (its spatial position and orientation is the actual i-th contact). It is determined as a target value of the contact force acting on the moving body 1 from a contact target surface that is predetermined or similar to the contact target surface. This i-th target total contact force ↑ FM (i) _cmd1 is a target that is a target value of the translational force (translational force component of the total contact force) acting on the moving body 1 from a certain point on the assumed i-th contact target surface. From the total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 and the target total contact force moment ↑ Mt (i) _cmd1 that is the target value of the moment (moment component of the total contact force) acting on the moving body 1 around the point of action This is a constructed vector (= [↑ Ft (i) _cmd1, ↑ Mt (i) _cmd1] T ).

そして、本実施形態では、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1の作用点は、第i接触対象面から移動体1に作用する全接触力に関する全接触力中心点(その点周りの全接触力モーメントのうちの第i接触対象面に平行な軸周りの成分がゼロとなるような全接触力の作用点)の目標位置として、想定第i接触対象面上に設定される第i目標全接触力中心点である。   In this embodiment, the action point of the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is the total contact force center point (about the point around that point) related to the total contact force acting on the moving body 1 from the i-th contact target surface. The target position of the contact point of the total contact force such that the component around the axis parallel to the i-th contact target surface of the total contact force moment is zero, which is set on the assumed i-th contact target surface. The target total contact force center point.

従って、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1は、第i目標全接触力モーメント↑Mt(i)_cmd1のうちの想定第i接触対象面に平行な軸周りの接触力モーメントがゼロとなるような全接触力である。そして、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1(i=1,2,…,N)のそれぞれの決定処理においては、想定第i接触対象面のそれぞれにおける目標全接触力中心点(第i目標全接触力中心点)の決定も併せて行なわれる。   Therefore, the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is zero when the contact force moment about the axis parallel to the assumed i-th contact surface of the i-th target total contact force moment ↑ Mt (i) _cmd1 is zero. The total contact force. In each determination process of the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 (i = 1, 2,..., N), the target total contact force center point (the first point) on each of the assumed i-th contact target surfaces. i target total contact force central point) is also determined.

第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1の決定処理(修正後目標総外力↑FMt_cmd1の分配処理)は、本実施形態では、例えば次のように行なわれる。すなわち、移動体1の現在の接触対象面が1つである場合(N=1である場合)には、修正後目標総並進外力↑Ft_cmd1がそのまま、当該1つの接触対象面に対応する目標全接触力↑FMt(i)_cmd1の目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1として決定される。   The first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are determined (modified target total external force ↑ FMt_cmd1 is distributed) in the present embodiment, for example, as follows. It is. That is, when the current contact target surface of the mobile body 1 is one (when N = 1), the corrected target total translational external force ↑ Ft_cmd1 remains as it is, and the target total corresponding to the one contact target surface remains unchanged. The target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 of the contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is determined.

さらに、この目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1が当該1つの接触対象面に対応する想定接触対象面上の目標全接触力中心点に作用したときに、前記基準点周りに発生するモーメント(=基準点に対する目標全床反力中心点の位置ベクトルと、目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1とのベクトル積)のうち、該想定接触対象面に平行な軸周り成分が、修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1のうちの該想定接触対象面に平行な軸周りの成分に一致するように、目標全接触力中心点が該想定対象接触面上に決定される。   Further, when this target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 acts on the target total contact force center point on the assumed contact target surface corresponding to the one contact target surface, the moment generated around the reference point (= Vector product of the position vector of the target total floor reaction force center point with respect to the reference point and the target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1) The target total contact force center point is determined on the assumed target contact surface so as to coincide with the component around the axis parallel to the assumed contact target surface in the rear target total moment external force ↑ Mt_cmd1.

そして、目標全接触力↑FMt(i)_cmd1の目標全接触力モーメント↑Mt(i)_cmd1は、↑Mt(i)_cmd1のうちの上記想定接触対象面に水平な軸周り成分がゼロとなり、且つ、↑Mt(i)_cmd1のうちの該想定接触対象面に垂直な軸周り成分と、修正後目標総並進外力↑Ft_cmd1のうちの該想定接触対象面に平行な軸周り成分とによって前記基準点周りに発生するモーメントが、修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1のうちの該想定接触対象面に垂直な軸周りの成分に一致するように決定される。   The target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 of the target total contact force moment ↑ Mt (i) _cmd1 is zero in the component around the axis that is horizontal to the assumed contact target surface of ↑ Mt (i) _cmd1, In addition, the above-mentioned reference is determined by the component around the axis perpendicular to the assumed contact target surface in ↑ Mt (i) _cmd1 and the component around the axis parallel to the assumed contact target surface in the corrected target total translational external force ↑ Ft_cmd1. The moment generated around the point is determined so as to coincide with the component around the axis perpendicular to the assumed contact target surface in the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1.

また、移動体1の現在の接触対象面が2つ以上である場合(N≧2である場合)には、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1は例えば次のように決定される。   Further, when there are two or more current contact target surfaces of the moving body 1 (when N ≧ 2), the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) For example, _cmd1 is determined as follows.

すなわち、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれの接触面垂直抗力成分(それぞれに対応する想定第i接触対象面に垂直な並進力成分)の総和の並進力ベクトルが、修正後目標総並進外力↑Ft_cmd1のうちの、想定第i接触対象面(i=1,2,…,N)の全てに平行な成分を除く成分に一致するように、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれの接触面垂直抗力成分が決定される。   That is, the contact surface normal force component of each of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 (translation force component perpendicular to the assumed i-th contact target surface corresponding to each) So that the total translational force vector is equal to the component of the corrected target total translational external force ↑ Ft_cmd1 excluding the component parallel to all of the assumed i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N). The contact surface normal force components of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are determined.

さらに、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれの摩擦力成分(それぞれに対応する想定第i接触対象面に平行な並進力成分)の総和の並進力ベクトルが、修正後目標総並進外力↑Ft_cmd1のうちの、想定第i接触対象面(i=1,2,…,N)の全てに平行な成分に一致するように、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれの摩擦力成分が決定される。   Further, the sum of the frictional force components (translational force components parallel to the assumed i-th contact surface corresponding to each) of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 Of the corrected target total translational external force ↑ Ft_cmd1 so as to coincide with the components parallel to all of the assumed i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N). The frictional force components of the Nth target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are determined.

なお、この場合、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれの摩擦力成分は、接触面垂直抗力成分の大きさが相対的に小さい第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1の摩擦力成分の大きさが相対的に小さくなるように決定される。   In this case, the frictional force components of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are the i-th in which the magnitude of the contact surface normal force component is relatively small. The frictional force component of the target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is determined to be relatively small.

例えば、第1目標全接触力↑FMt(1)_cmd1の接触面垂直抗力成分の大きさが、第2目標全接触力↑FMt(2)_cmd1の接触面垂直抗力成分の大きさよりも小さい場合には、第1目標全接触力↑FMt(1)_cmd1の摩擦力成分の大きさが、第2目標全接触力↑FMt(2)_cmd1の摩擦力成分の大きさよりも小さくなるように、それらの摩擦力成分が決定される。   For example, when the contact surface normal force component of the first target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 is smaller than the contact surface normal force component of the second target total contact force ↑ FMt (2) _cmd1 Are such that the magnitude of the friction force component of the first target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 is smaller than the magnitude of the friction force component of the second target total contact force ↑ FMt (2) _cmd1. A frictional force component is determined.

そして、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1(i=1,2,…,N)の第i目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1が、それぞれの接触面垂直抗力成分と摩擦力成分との合成並進力として決定される。   Then, the i-th target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 of the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 (i = 1, 2,..., N) It is determined as the combined translational force with the force component.

さらに、上記の如く決定した第i目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1(i=1,2,…,N)のそれぞれが、対応する想定第i接触対象面上の目標全接触力中心点(第i目標全接触力中心点)に作用したときに、前記基準点周りに発生する総和のモーメント(=基準点に対する第i目標全床反力中心点の位置ベクトルと、第i目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1とのベクトル積の総和のモーメントベクトル)が、修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1にほぼ一致するか、もしくは極力近い値になるように、第1〜第N目標全接触力中心点が決定される。   Furthermore, each of the i-th target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 (i = 1, 2,..., N) determined as described above is the target total contact force center on the corresponding assumed i-th contact target surface. When acting on a point (i-th target total contact force central point), the total moment generated around the reference point (= position vector of the i-th target total floor reaction force central point with respect to the reference point and the i-th target total contact force) The first to Nth targets so that the translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 is the total moment vector) is almost equal to the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1 or as close as possible. The center point of all contact forces is determined.

このような第1〜第N目標全接触中心点は、例えば次のように決定できる。すなわち、想定第i接触対象面(i=1,2,…,N)のそれぞれに対して、第i目標全接触力中心点の暫定値を決定し、その暫定の第i目標全接触中心点に第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1をそれぞれ作用させた場合に、前記基準点周りに発生する総和のモーメントを算出する。そして、この総和のモーメントと、前記修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1との偏差を誤差モーメントとして算出する。   Such first to Nth target total contact center points can be determined as follows, for example. That is, a provisional value of the i-th target total contact force center point is determined for each of the assumed i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N), and the provisional i-th target all contact center point is determined. When the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is applied, the total moment generated around the reference point is calculated. Then, the deviation between the total moment and the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1 is calculated as an error moment.

さらに、第i目標全接触力中心点のそれぞれの位置の変化(暫定値からの変化)に対する前記基準点周りのモーメントの変化の感度を表すヤコビアン行列を算出し、このヤコビアン行列の擬似逆行列を上記誤差モーメントに乗じることによって、第i目標全接触力中心点のそれぞれの位置の修正量を決定する。   Further, a Jacobian matrix representing the sensitivity of the change in moment about the reference point with respect to the change in position of each of the i-th target total contact force central points (change from the provisional value) is calculated, and a pseudo inverse matrix of the Jacobian matrix is calculated. By multiplying the error moment, the correction amount of each position of the i-th target total contact force central point is determined.

そして、この決定した修正量によって、第i目標全接触力中心点のそれぞれの位置を暫定値から修正することによって、第1〜第N目標全接触力中心点をそれぞれ決定する。   Then, the first to Nth target total contact force center points are respectively determined by correcting the respective positions of the i-th target total contact force center points from the provisional values based on the determined correction amount.

さらに、第i目標全接触モーメントの、想定第i接触対象面に垂直な軸周りの接触力モーメントがそれぞれ決定される。この場合、上記の如く決定した第i目標全接触力中心点(i=1,2,…,N)にそれぞれ第i目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1を作用させた場合に前記基準点周りに発生する総和のモーメントと、想定第i接触対象面(i=1,2,…,N)に垂直な軸周りの接触力モーメントとの合成モーメントが修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致するように、想定第i接触対象面のそれぞれに垂直な軸周りの接触力モーメント(以降、これをねじり力モーメントという)が決定される。   Further, the contact force moments about the axis perpendicular to the assumed i-th contact target surface of the i-th target total contact moment are determined. In this case, when the i-th target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 is applied to the i-th target total contact force central point (i = 1, 2,..., N) determined as described above, the reference The combined moment of the total moment generated around the point and the contact force moment around the axis perpendicular to the assumed i th contact target surface (i = 1, 2,..., N) is the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1 A contact force moment around an axis perpendicular to each of the assumed i th contact target surfaces (hereinafter referred to as torsional force moment) is determined so as to match.

そして、第i目標全接触力モーメントMt(i)_cmd1(i=1,2,…,N)のそれぞれは、上記の如く決定したねじり力モーメントに一致するモーメント(想定第i接触対象面に平行な軸周りの成分はゼロとなるモーメント)として決定される。   Each of the i-th target total contact force moment Mt (i) _cmd1 (i = 1, 2,..., N) is a moment (parallel to the assumed i-th contact target surface) that matches the torsional force moment determined as described above. The component around the correct axis is determined as a moment that becomes zero).

なお、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1によって前記基準点周りに発生する総和のモーメントを修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致させるために上記のようにねじり力モーメントを決定する代わりに、第1〜第N目標全並進接触力Ft(i)_cmd1のうちの摩擦力成分の総和を、修正後目標総並進外力↑Ft_cmd1のうちの、想定第i接触対象面(i=1,2,…,N)の全てに平行な成分に一致する値から変化させないように、2つ以上の第i目標全並進接触力Ft(i)_cmd1の摩擦力成分の修正量を決定するようにしてもよい。この場合は、第i目標全接触力中心点(i=1,2,…,N)にそれぞれ当該修正後における第i目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1を作用させた場合に前記基準点周りに発生する総和のモーメントが修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致するように、2つ以上の第i目標全並進接触力Ft(i)_cmd1の摩擦力成分の修正量を決定すればよい。   The first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are used in order to match the total moment generated around the reference point with the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1. Instead of determining the torsional force moment, the sum of the friction force components of the first to Nth target total translational contact forces Ft (i) _cmd1 is assumed to be the corrected target total translational external force ↑ Ft_cmd1 Friction of two or more i-th target total translational contact forces Ft (i) _cmd1 so as not to change from values corresponding to components parallel to all i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N). The correction amount of the force component may be determined. In this case, when the corrected i-th target total translational contact force ↑ Ft (i) _cmd1 is applied to the i-th target total contact force central point (i = 1, 2,..., N), respectively, the reference If the correction amount of the friction force component of two or more i-th target total translational contact forces Ft (i) _cmd1 is determined so that the total moment generated around the point matches the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1 Good.

あるいは、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1によって前記基準点周りに発生する総和のモーメントを修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致させるために、第i目標全接触力FMt(i)_cmd1の上記ねじり力モーメント(=↑Mt(i)_cmd1)と2つ以上の第i目標全並進接触力Ft(i)_cmd1の摩擦力成分の修正量との両方を決定するようにしてもよい。   Alternatively, in order to make the total moment generated around the reference point by the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 coincide with the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1. The torsional force moment of the i-th target total contact force FMt (i) _cmd1 (= ↑ Mt (i) _cmd1) and the correction amount of the friction force component of two or more i-th target total translational contact forces Ft (i) _cmd1 Both of them may be determined.

本実施形態では、以上のようにして、第1〜第N目標全並進接触力↑Ft(i)_cmd1の総和の並進力が、修正後総並進外力↑Ft_cmd1に一致し、且つ、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1によって前記基準点周りに発生する総和のモーメントが修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致するように、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1が第1〜第N目標全接触中心点と共に決定される。   In the present embodiment, as described above, the total translation force of the first to Nth target total translational contact forces ↑ Ft (i) _cmd1 matches the corrected total translational external force ↑ Ft_cmd1, and Nth target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 so that the total moment generated around the reference point matches the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1 Target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are determined together with the first to Nth target total contact center points.

なお、この場合、第i目標全接触力中心点(i=1,2,…,N)のそれぞれは、想定第i接触対象面における移動体1の全ての接触面を連接した領域(所謂、支持多角形に相当する領域)内で決定される。   In this case, each of the i-th target total contact force central points (i = 1, 2,..., N) is an area (so-called “so-called”) in which all the contact surfaces of the moving body 1 are connected to the assumed i-th contact target surface. Determined in the region corresponding to the support polygon).

以上が本実施形態における目標全接触力決定部63の具体的な処理である。   The above is the specific processing of the target total contact force determination unit 63 in the present embodiment.

ここで、図6に示したような形態で移動体1の移動を行なう場合について例示的に説明すると、移動体1によりドアDを押し開く動作の前後における歩行動作時においては、接触対象面は床面FL(以降、これを第1接触対象面とする)だけである。そして、この状況では、目標全床反力に相当する第1目標全接触力↑FMt(1)__cmd1が上記の処理によって決定される。なお、この場合、第1目標全接触力中心点は、目標全床反力中心点であり、想定第1接触対象面(想定床面)上の支持多角形内に設定される。その支持多角形は、脚としての可動リンク3a,3bのうちの一方だけが接地する状態(片脚支持状態)では、その一方の可動リンク3a又は3bの先端部4cと想定第1接触対象面との接触面の領域である。また、可動リンク3a,3bの両方が接地する状態(両脚支持状態)では、可動リンク3a,3bのそれぞれの先端部4cと想定第1接触対象面との接触面を連接した領域である。   Here, the case where the moving body 1 is moved in the form shown in FIG. 6 will be described as an example. In the walking operation before and after the opening operation of the door D by the moving body 1, the contact target surface is Only the floor surface FL (hereinafter referred to as a first contact target surface). In this situation, the first target total contact force ↑ FMt (1) __ cmd1 corresponding to the target total floor reaction force is determined by the above processing. In this case, the first target total contact force center point is the target total floor reaction force center point, and is set within the support polygon on the assumed first contact target surface (assumed floor surface). In the state where only one of the movable links 3a and 3b serving as the legs is grounded (one-leg supported state), the support polygon is assumed to be the tip portion 4c of the one movable link 3a or 3b and the assumed first contact target surface. It is the area of the contact surface. Further, in a state where both the movable links 3a and 3b are grounded (supporting both legs), this is a region where the contact surfaces of the respective distal end portions 4c of the movable links 3a and 3b and the assumed first contact target surface are connected.

また、ドアDを押し開く動作時においては、接触対象面は、床面FL(第1接触対象面)と、ドア表面Da(以降、これを第2接触対象面とする)との2つの接触対象面である。そして、この状況では、第1目標全接触力↑FMt(1)_cmd1(目標全床反力)と、第2目標全接触力↑FMt(2)_cmd1(ドア表面Daからの目標全接触力)とが上記の処理によって決定される。   Further, in the operation of pushing the door D open, the contact target surfaces are two contacts of the floor surface FL (first contact target surface) and the door surface Da (hereinafter referred to as the second contact target surface). It is a target surface. In this situation, the first target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 (target total floor reaction force) and the second target total contact force ↑ FMt (2) _cmd1 (target total contact force from the door surface Da) Are determined by the above processing.

なお、この場合、目標全床反力中心点に相当する第1目標全接触力中心点は、想定第1接触対象面(想定床面)上の支持多角形の領域内に設定される。また、第2目標全接触中心点は、可動リンク3dの先端部4cとドア表面Daに対応する想定第2接触対象面との接触面の領域内に設定される。この場合、想定第2接触対象面は、ドアDのあらかじめ定めれた開動作パターンでドアDのヒンジの周りに回転する面(位置及び姿勢が経時的に変化する接触対象面)である。   In this case, the first target total contact force center point corresponding to the target total floor reaction force center point is set in the region of the support polygon on the assumed first contact target surface (assumed floor surface). Further, the second target total contact center point is set in the area of the contact surface between the tip end portion 4c of the movable link 3d and the assumed second contact target surface corresponding to the door surface Da. In this case, the assumed second contact target surface is a surface that rotates around the hinge of the door D in a predetermined opening operation pattern of the door D (a contact target surface whose position and posture change with time).

補足すると、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定するための上記の手法は、本願出願人が先に特願2010−44712号にて提案した手法を適用したものであり、その詳細は、特願2010−44712号にて詳細に説明されている。そして、本発明は、各目標全接触力↑FMt(i)_cmd1の決定の仕方を本質とするものではない。このため、冗長な記載を避けるために、本明細書では第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1の決定処理に関する説明は簡略的な説明に留めた。   Supplementally, the above-mentioned method for determining the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 was previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2010-44712. The details are described in Japanese Patent Application No. 2010-44712. The present invention is not essentially based on how to determine each target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1. For this reason, in order to avoid redundant description, in this specification, the description of the determination process of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 is only a brief description. .

ここで、移動体1が接触するN個の接触対象面に関する第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定する手法は、第1〜第N目標全並進接触力Ft(i)_cmd1の総和の並進力が、修正後総並進外力↑Ft_cmd1に一致(もしくはほぼ一致)し、且つ、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1によって前記基準点周りに発生する総和のモーメントが修正後目標総モーメント外力↑Mt_cmd1に一致(もしくはほぼ一致)し、また、各接触対象面毎の目標全接触力↑FMt(i)_cmd1が連続的に(滑らかに)変化するように第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定する手法であれば、特願2010−44712号にて本願出願人が提案した手法に限らず、どのような手法で第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定するようにしてもよい。   Here, the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 related to the N contact target surfaces with which the moving body 1 is in contact are the first to Nth targets. The total translational force of the total translational contact force Ft (i) _cmd1 is equal to (or almost coincides with) the total translational external force after correction ↑ Ft_cmd1, and the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 ~ ↑ The total moment generated around the reference point by FMt (N) _cmd1 matches (or almost matches) the corrected target total moment external force ↑ Mt_cmd1, and the target total contact force ↑ FMt ( i) The first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 are determined as long as _cmd1 changes continuously (smoothly). The first to Nth target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 may be determined.

[全接触力要求修正量決定部64の処理]
次いで、制御装置50は、全接触力要求修正量決定部64の処理を実行する。この全接触力要求修正量決定部64は、上記の如く決定した第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1のそれぞれに、第i接触対象面(i=1,2,…,N)から移動体1に作用する実際の全接触力(第i全接触力)の観測値を追従させるように第i全接触力の要求修正量をそれぞれ決定する機能部である。
[Process of Total Contact Force Request Correction Amount Determination Unit 64]
Next, the control device 50 executes processing of the total contact force request correction amount determination unit 64. The total contact force request correction amount determination unit 64 applies the i th contact target surface (i) to each of the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 determined as described above. = 1, 2,..., N) a function for determining the required correction amount for the i-th total contact force so as to follow the observed value of the actual total contact force (i-th total contact force) acting on the moving body 1 Part.

第i全接触力の要求修正量は、前記式(2)の第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値に相当するものであり、第i全接触力のうちの並進接触力の要求修正量(3成分の縦ベクトル)としての第i摂動全並進接触力↑ΔFt(i)の要求値と、第i目標全接触力中心点周りの全接触力モーメントの要求修正量(3成分の縦ベクトル)としての摂動全接触力モーメント↑ΔMt(i)の要求値とから構成される。以降の説明では、第i摂動全並進接触力↑ΔFt(i)の要求値を↑ΔFt(i)_dmd、第i摂動全接触力モーメント↑ΔMt(i)の要求値を↑ΔMt(i)_dmdと表記し、これらを合わせた6成分の縦ベクトルとしての第i摂動全床反力↑ΔFMt(i)の要求値を↑ΔFMt(i)_dmd(=[↑ΔFt(i)_dmd,↑ΔMt(i)_dmd]T)と表記する。 The required correction amount of the i-th total contact force corresponds to the required value of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) of the equation (2), and the translational contact force of the i-th total contact force is Required value of i-th perturbation total translational contact force ↑ ΔFt (i) as required correction amount (3-component longitudinal vector) and required correction amount of total contact force moment around i-th target total contact force center point (3 components) Perturbation total contact force moment ↑ ΔMt (i) as a vertical vector). In the following description, the required value of i-th perturbation total translational contact force ↑ ΔFt (i) is ↑ ΔFt (i) _dmd, and the required value of i-th perturbation total contact force moment ↑ ΔMt (i) is ↑ ΔMt (i) _dmd. The required value of the i-th perturbation total floor reaction force ↑ ΔFMt (i) as a six-component vertical vector that combines these is expressed as ↑ ΔFMt (i) _dmd (= [↑ ΔFt (i) _dmd, ↑ ΔMt ( i) _dmd] T ).

また、第i接触対象面から移動体1に作用する実際の全接触力(実全接触力)のうちの並進接触力の観測値(3成分の縦ベクトル)を↑Ft(i)_act、実全接触力(第i実全接触力)のうちの接触力モーメントの観測値(3成分の縦ベクトル)を↑Mt(i)_actと表記し、さらに、これらの↑Ft(i)_act,↑Mt(i)_actを合わせた6成分の縦ベクトルとしての第i実全接触力の観測値を↑FMt(i)_act(=[↑Ft(i)_act,↑Mt(i)_act]T)と表記する。 Further, the observed translational contact value (vertical vector of three components) of the actual total contact force (actual total contact force) acting on the moving body 1 from the i-th contact target surface is represented by ↑ Ft (i) _act, actual Of the total contact force (i-th actual total contact force), the observed value (three-component vertical vector) of the contact force moment is expressed as ↑ Mt (i) _act, and these ↑ Ft (i) _act, ↑ ↑ FMt (i) _act (= [↑ Ft (i) _act, ↑ Mt (i) _act] T ) is the observed value of the i th real total contact force as a vertical vector of 6 components combined with Mt (i) _act. Is written.

全接触力要求修正量決定部64は、以下に説明する処理によって、上記第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmd(i=1,2,…,N)をそれぞれ決定する。   The total contact force request correction amount determination unit 64 performs a process described below to obtain the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd (i = 1, 2,..., N) of the i th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i). Respectively.

すなわち、全接触力要求修正量決定部64は、まず、第i接触対象面(i=1,2,…,N)のそれぞれに関し、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1と、第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actとの偏差↑Dfmt(i)(=↑FMt(i)_cmd1−↑FMt(i)_act)を算出する。この場合、第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actは、第i接触対象面に接触している可動リンク3のグループである第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の前記力センサ52の出力により示される該可動リンク3の接触力(6軸力)の観測値を、第i目標全接触力中心点を作用点として合成することにより算出される。   That is, the total contact force request correction amount determination unit 64 first sets the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 and the i-th target contact surface (i = 1, 2,..., N), i The deviation ↑ Dfmt (i) (= ↑ FMt (i) _cmd1− ↑ FMt (i) _act) from the observed value ↑ FMt (i) _act of the actual total contact force is calculated. In this case, the observed value ↑ FMt (i) _act of the i-th actual total contact force is the value of each movable link 3 of the i-th contact movable link group that is a group of the movable links 3 in contact with the i-th contact target surface. The observed value of the contact force (six-axis force) of the movable link 3 indicated by the output of the force sensor 52 is calculated by synthesizing the i-th target total contact force center point as an action point.

ただし、本実施形態では、偏差↑Dfmtが過剰に変動するのを防止するために、全接触力要求修正量決定部64は、第i接触可動リンクグループのそれぞれについて、前記力センサ52の出力により示される各可動リンク3の接触力(6軸力)の観測値を合成してなる第i実全接触力の値に、ローパス特性のフィルタリング処理を施すことによって、第i目標全接触力中心点に作用する第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actを算出する。なお、この場合、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の接触力(6軸力)の観測値に、それぞれローパス特性のフィルタリング処理を施したものを合成することによって第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actを算出するようにしてもよい。   However, in this embodiment, in order to prevent the deviation ↑ Dfmt from fluctuating excessively, the total contact force request correction amount determination unit 64 determines the output of the force sensor 52 for each of the i-th contact movable link groups. By applying a low pass characteristic filtering process to the value of the i th actual total contact force obtained by synthesizing the observed values of the contact forces (six axis forces) of the movable links 3 shown, the i th target total contact force center point The observed value ↑ FMt (i) _act of the i-th actual total contact force acting on is calculated. In this case, the i-th actual total contact force is obtained by combining the observation values of the contact forces (six-axis forces) of the movable links 3 of the i-th contact movable link group, which are respectively subjected to low-pass filtering. The observed value ↑ FMt (i) _act may be calculated.

次いで、全接触力要求修正量決定部64は、第i接触可動リンクグループのそれぞれについて、次式(41)に示す如く、上記偏差↑Dfmt(i)に応じて決定した比例項(式(41)の右辺の第1項)と積分項(式(41)の右辺の第2項)と加え合わせることによって、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdを決定する。   Next, the total contact force request correction amount determination unit 64 determines, for each of the i-th contact movable link groups, the proportional term (formula (41) determined according to the deviation ↑ Dfmt (i) as shown in the following formula (41). ) And the integral term (the second term on the right side of equation (41)) are added together to obtain the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i). decide.

上記比例項は、偏差↑Dfmt(i)に所定値のゲインKcmpを乗じたものである。また、上記積分項は、偏差↑Dfmt(i)にローパス特性のフィルタリング処理を施してなる値↑Dfmt(i)_filtに所定値のゲインKestmを乗じてなる値を積分したものである。ここで、↑Dfmt(i)_filtを得るためのローパス特性のフィルタリング処理は、その高周波側のカットオフ周波数が、前記偏差↑Dfmt(i)を算出するときに用いたローパス特性のフィルタリング処理の高周波側のカットオフ周波数よりも低周波数となる特性のフィルタリング処理である。   The proportional term is obtained by multiplying the deviation ↑ Dfmt (i) by a predetermined gain Kcmp. The integral term is obtained by integrating a value ↑ Dfmt (i) _filt obtained by subjecting the deviation ↑ Dfmt (i) to low-pass filtering and a value obtained by multiplying the predetermined value gain Kestm. Here, the filtering process of the low-pass characteristic for obtaining ↑ Dfmt (i) _filt is the high-frequency of the low-pass characteristic filtering process used when the cutoff frequency on the high-frequency side calculates the deviation ↑ Dfmt (i). This is a filtering process with a characteristic that the frequency becomes lower than the cutoff frequency on the side.


↑ΔFMt(i)_dmd=Kcmp・↑Dfmt(i)+∫(Kestm・↑Dfmt(i)_filt)
……(41)

なお、ゲインKcmp,Kestmは、スカラーでもよいが、対角行列であってもよい。

↑ ΔFMt (i) _dmd = Kcmp ・ ↑ Dfmt (i) + ∫ (Kestm ・ ↑ Dfmt (i) _filt)
...... (41)

The gains Kcmp and Kestm may be scalars, but may be diagonal matrices.

ここで、式(41)の積分項は、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1と、第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actとの定常偏差に相当し、これは、実際の第i接触対象面に対する想定第i接触対象面の位置及び姿勢の誤差分に相当するものである。   Here, the integral term in the equation (41) corresponds to a steady deviation between the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 and the observed value ↑ FMt (i) _act of the i-th actual total contact force. Corresponds to an error in the position and orientation of the assumed i th contact target surface relative to the actual i th contact target surface.

なお、本実施形態では、上記式(41)により第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdを算出したが、比例項を省略して要求値↑ΔFMt(i)_dmdを算出するようにしてもよい。また、積分項の演算では、↑ΔDfmt(i)_filtの代わりに、↑Dfmt(i)をそのまま用いるようにしてもよい。   In the present embodiment, the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is calculated by the above equation (41), but the proportional term is omitted and the required value ↑ ΔFMt (i ) _dmd may be calculated. Also, in the calculation of the integral term, ↑ Dfmt (i) may be used as it is instead of ↑ ΔDfmt (i) _filt.

以上が、本実施形態における全接触力要求修正量決定部64の処理である。   The above is the processing of the total contact force request correction amount determination unit 64 in the present embodiment.

ここで、図6に示したような形態で移動体1の移動を行なう場合について例示的に説明すると、移動体1によりドアDを押し開く動作の前後における歩行動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に関する第1摂動全接触力↑ΔFMt(1)の要求値↑ΔFMt(1)_dmdが、上記式(41)により算出される。   Here, the case where the moving body 1 is moved in the form shown in FIG. 6 will be described as an example. In the walking operation before and after the opening operation of the door D by the moving body 1, the floor surface FL ( The required value ↑ ΔFMt (1) _dmd of the first perturbation total contact force ↑ ΔFMt (1) regarding the first contact target surface) is calculated by the above equation (41).

また、ドアDを押し開く動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に関する第1摂動全接触力↑ΔFMt(1)の要求値↑ΔFMt(1)_dmdと、ドア表面Da(第2接触対象面)に関する第2摂動全接触力↑FMt(2)の要求値↑ΔFMt(2)_dmdとがそれぞれ上記式(41)により算出される。   Further, during the operation of pushing the door D open, the required value ↑ ΔFMt (1) _dmd of the first perturbation total contact force ↑ ΔFMt (1) related to the floor surface FL (first contact target surface) and the door surface Da (first) The required value ↑ ΔFMt (2) _dmd of the second perturbation total contact force ↑ FMt (2) for the two contact target surface) is calculated by the above equation (41).

[代表接触面並進・回転変位量算出部65の処理]
以上の如く全接触力要求修正量決定部64の処理を実行した後、制御装置50は、代表接触面並進・回転変位量算出部65の処理を実行する。この代表接触面並進・回転変位量算出部65は、上記の如く決定された第i摂動全床反力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmd(i=1,2,…,N)のそれぞれを、前記式(28)によって、第i接触対象面に対応する仮想的な第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)(=[↑Xc(i)_org,↑Xc(i)_rot]T)に変換する機能部である。
[Processing of representative contact surface translation / rotation displacement calculation unit 65]
After executing the processing of the total contact force request correction amount determination unit 64 as described above, the control device 50 executes the processing of the representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65. The representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65 calculates the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd (i = 1, 2,..., I-th perturbation total floor reaction force ↑ ΔFMt (i) determined as described above. N) is converted into a springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i) (= [↑ Xc (i)) of a virtual i-th representative contact surface corresponding to the i-th contact target surface according to the equation (28). _org, ↑ Xc (i) _rot] T ).

この場合、本実施形態では、第i接触対象面(i=1,2,…,N)のそれぞれに対する移動体1の接触面を代表する第i代表接触面の並進ばね定数行列Kc_org(i)の各対角成分(第i代表接触面の3軸方向の並進変位に関する各成分のばね定数)と、該第i代表接触面の回転ばね定数行列Kc_rot(i)の各対角成分(第i代表接触面の3軸周りの回転変位に関する各成分のばね定数)とは、第i接触対象面(i=1,2,…,N)のそれぞれ毎に、あらかじめ定められた定数値とされている。   In this case, in this embodiment, the translation spring constant matrix Kc_org (i) of the i-th representative contact surface representing the contact surface of the moving body 1 with respect to each of the i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N). Each diagonal component (spring constant of each component relating to translational displacement of the i-th representative contact surface in the three-axis direction) and each diagonal component (rotation coefficient i) of the rotational spring constant matrix Kc_rot (i) of the i-th representative contact surface. The spring constant of each component relating to the rotational displacement around the three axes of the representative contact surface is a constant value determined in advance for each i-th contact target surface (i = 1, 2,..., N). Yes.

そして、代表接触面並進・回転変位量算出部65は、これらのばね定数行列Kc_org(i),Kc_rot(i)を用いて、前記式(28)に基づいて、第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)を算出する。具体的には、式(28)の右辺の↑ΔFMt(i)に↑ΔFMt(i)_dmdを代入してなる次式(42)により、第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)をそれぞれ算出する。   Then, the representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65 uses these spring constant matrices Kc_org (i) and Kc_rot (i) to determine the spring property of the i-th representative contact surface based on the equation (28). The translational / rotational displacement amount ↑ Xc (i) is calculated. Specifically, according to the following equation (42) obtained by substituting ↑ ΔFMt (i) _dmd for ↑ ΔFMt (i) on the right side of equation (28), the springy translational / rotational displacement amount ↑ of the i-th representative contact surface ↑ Xc (i) is calculated respectively.

Figure 0005616290

この式(42)におけるKc_org(i)-1は、並進ばね定数行列Kc_org(i)の逆行列(Kc_org(i)の各対角成分の逆数値を対角成分とする行列)、Kc_rot(i)-1は、回転ばね定数行列Kc_rot(i)の逆行列(Kc_rot(i)の各対角成分の逆数値を対角成分とする行列)である。これらのKc_org(i)-1,Kc_rot(i)-1は、それぞれ、制御装置50で並進ばね定数行列Kc_org(i)、回転ばね定数行列Kc_rot(i)から算出するようにしてもよいが、Kc_org(i)-1,Kc_rot(i)-1をあらかじめ制御装置50の記憶装置に記憶保持しておくようにしてもよい。
Figure 0005616290

In this equation (42), Kc_org (i) −1 is an inverse matrix of the translational spring constant matrix Kc_org (i) (a matrix in which the inverse value of each diagonal component of Kc_org (i) is a diagonal component), Kc_rot (i -1 is an inverse matrix of the rotation spring constant matrix Kc_rot (i) (a matrix having the inverse value of each diagonal component of Kc_rot (i) as a diagonal component). These Kc_org (i) −1 and Kc_rot (i) −1 may be calculated from the translation spring constant matrix Kc_org (i) and the rotation spring constant matrix Kc_rot (i) by the control device 50, respectively. Kc_org (i) −1 and Kc_rot (i) −1 may be stored in the storage device of the control device 50 in advance.

以上が、本実施形態における代表接触面並進・回転変位量算出部65の処理である。   The above is the processing of the representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65 in the present embodiment.

ここで、図6に示したような形態で移動体1の移動を行なう場合について例示的に説明すると、移動体1によりドアDを押し開く動作の前後における歩行動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に対応する第1代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(1)が、上記式(42)により算出される。   Here, the case where the moving body 1 is moved in the form shown in FIG. 6 will be described as an example. In the walking operation before and after the opening operation of the door D by the moving body 1, the floor surface FL ( The springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (1) of the first representative contact surface corresponding to the first contact target surface) is calculated by the above equation (42).

また、ドアDを押し開く動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に対応する第1代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(1)と、ドア表面Da(第2接触対象面)に対応する第2代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(2)とがそれぞれ上記式(42)により算出される。   Further, during the operation of pushing the door D open, the springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (1) of the first representative contact surface corresponding to the floor surface FL (first contact target surface) and the door surface Da (first surface) The springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (2) of the second representative contact surface corresponding to (2 contact target surface) is calculated by the above equation (42).

[代表接触面ヤコビアン行列算出部66の処理]
コンプライアンス操作量決定処理では、制御装置50は、上記の如く第1〜第N代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(1)〜↑Xc(N)を算出するのと並行して(又は↑Xc(1)〜↑Xc(N)の算出処理の前もしくは後に)、代表接触面ヤコビアン行列算出部66の処理を実行する。
[Processing of Representative Contact Surface Jacobian Matrix Calculation Unit 66]
In the compliance operation amount determination process, the controller 50 calculates the spring-like translational / rotational displacement amounts ↑ Xc (1) to ↑ Xc (N) of the first to Nth representative contact surfaces as described above. The processing of the representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66 is executed (or before or after the calculation processing of ↑ Xc (1) to ↑ Xc (N)).

この代表接触面ヤコビアン行列算出部66は、前記式(23)の関係を表現する第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)をそれぞれ算出する機能部である。なお、本実施形態における一般化変数ベクトル↑qは、より詳しくは、基体2の位置及び姿勢の6個の成分と、移動体1の各関節7の変位量とを並べた縦ベクトルである。そして、この↑qの各成分の単位時間当たりの変化量を並べた縦ベクトルが、式(23)の↑Δqである。   The representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66 is a functional unit that calculates the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i = 1, 2,..., N) that expresses the relationship of the equation (23). is there. More specifically, the generalized variable vector ↑ q in the present embodiment is a vertical vector in which six components of the position and posture of the base body 2 and the displacement amount of each joint 7 of the moving body 1 are arranged. A vertical vector in which the amount of change per unit time of each component of ↑ q is arranged is ↑ Δq in Expression (23).

代表接触面ヤコビアン行列算出部66は、前記式(27)により、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)をそれぞれ算出する。ここで、前記式(27)と、この式(27)の主な変数の意味とを改めて記載すると次の通りである。   The representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66 calculates the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) according to the equation (27). Here, the expression (27) and the meanings of the main variables of the expression (27) are described again as follows.

Figure 0005616290

この場合、式(27)の右辺の演算に必要な変数値は、次のように決定される。
Figure 0005616290

In this case, the variable value necessary for the calculation of the right side of Expression (27) is determined as follows.

第i接触対象面に関する重み係数r(i)_jに関し、ロータリエンコーダ53の出力により示される各関節7の実際の変位量(実関節変位量)の観測値(計測値)に基づいて、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の先端部4cの現在の実姿勢の観測値が決定される。さらに、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3(第1〜第m(i)可動リンク3のそれぞれ)の先端部4cの実姿勢の観測値と、前記力センサ52の出力とを基に、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の現在の実際の接触面垂直抗力成分Fn(i)_j(実接触面垂直抗力成分Fn(i)_j)(j=1,2,…,m(i))の観測値が求められる。そして、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の実接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの観測値から、式(27−1)により示される定義式に従って、重み係数r(i)_j(j=1,2,…,m(i))が決定される。なお、この場合、重み係数r(i)_jの値が頻繁に変動するのを防止するために、Fn(i)_jのそれぞれの観測値にローパスフィルタ等のフィルタリング処理を施してもよい。   Based on the observed value (measured value) of the actual displacement amount (actual joint displacement amount) of each joint 7 indicated by the output of the rotary encoder 53 with respect to the weight coefficient r (i) _j related to the i-th contact target surface. The observation value of the current actual posture of the tip portion 4c of each movable link 3 of the contact movable link group is determined. Further, based on the observed value of the actual posture of the tip end portion 4c of each movable link 3 (each of the first to m (i) th movable links 3) of the i-th contact movable link group and the output of the force sensor 52. , Current actual contact surface normal force component Fn (i) _j (actual contact surface normal force component Fn (i) _j) (j = 1, 2,..., M of each movable link 3 of the i-th contact movable link group. The observed value of (i)) is obtained. Then, from the observed value of the actual contact surface normal force component Fn (i) _j of each movable link 3 of the i-th contact movable link group, the weighting factor r (i) _j is determined according to the definition formula shown by the formula (27-1). (J = 1, 2,..., M (i)) is determined. In this case, in order to prevent the value of the weight coefficient r (i) _j from fluctuating frequently, a filtering process such as a low-pass filter may be applied to each observed value of Fn (i) _j.

補足すると、重み係数r(i)_jは、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の各可動リンク3の実接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの観測値に基づいて決定することが望ましいが、該観測値の代わりに、実接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの近似的な推定値もしくは予測値を使用して、重み係数r(i)_jを決定するようにしてもよい。例えば第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の目標接触力を設定するようにした場合で、且つ、各可動リンク3の実接触力が目標接触力に近似的に一致すると考えられる場合には、実接触面垂直抗力成分Fn(i)_jの観測値の代わりに目標値を使用して、重み係数r(i)_jを決定するようにしてもよい。   Supplementally, the weight coefficient r (i) _j may be determined based on the observed value of the actual contact surface normal force component Fn (i) _j of each movable link 3 of each movable link 3 of the i-th movable movable link group. Preferably, the weight coefficient r (i) _j may be determined using an approximate estimated value or predicted value of the actual contact surface normal force component Fn (i) _j instead of the observed value. . For example, when the target contact force of each movable link 3 of the i-th contact movable link group is set, and the actual contact force of each movable link 3 is considered to approximately match the target contact force. The weight coefficient r (i) _j may be determined using the target value instead of the observed value of the actual contact surface normal force component Fn (i) _j.

また、第i接触対象面に関する行列A(i)_j(j=1,2,…,m(i))に関する係数行列Rk(i)は、第i代表接触面に関してあらかじめ定められた並進ばね定数行列Kc_org(i)と、回転ばね定数行列Kc_rot(i)(又はその逆行列Kc_rot(i)-1)とから上記式(27−3)に従って決定される。なお、係数行列Rk(i)は、制御装置50の記憶装置にあらかじめ記憶保持しておいてもよい。 The coefficient matrix Rk (i) related to the matrix A (i) _j (j = 1, 2,..., M (i)) related to the i-th contact target surface is a translation spring constant determined in advance for the i-th representative contact surface. It is determined from the matrix Kc_org (i) and the rotational spring constant matrix Kc_rot (i) (or its inverse matrix Kc_rot (i) −1 ) according to the above equation (27-3). The coefficient matrix Rk (i) may be stored in advance in the storage device of the control device 50.

また、行列A(i)_jに関する行列VV(i)_jを決定するために必要となる位置ベクトル↑V(i)_jは、例えば、次のように決定される。   Further, the position vector ↑ V (i) _j necessary for determining the matrix VV (i) _j related to the matrix A (i) _j is determined as follows, for example.

ロータリエンコーダ53の出力により示される各関節7の現在の実変位量の観測値(計測値)と、前記力センサ52の出力とを基に、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3の接触面(第i接触対象面との接触面)における現在の実際の接触力中心点(実接触力中心点)の位置ベクトル(以降、これを↑Va(i)_jと表記する)が特定される。なお、この位置ベクトルの基準点は任意の点でよい。   Based on the observation value (measured value) of the current actual displacement amount of each joint 7 indicated by the output of the rotary encoder 53 and the output of the force sensor 52, the contact of each movable link 3 of the i-th contact movable link group. A position vector (hereinafter referred to as ↑ Va (i) _j) of the current actual contact force center point (actual contact force center point) on the surface (contact surface with the i-th contact target surface) is specified. . The reference point of this position vector may be an arbitrary point.

次いで、第i接触可動リンクグループの各可動リンク3に対応する実接触力中心点の、前記重み係数r(i)_jの応じた重み付き平均の点の位置ベクトル↑Vc(i)(=r(i)_1・↑Va(i)_1+r(i)_2・↑Va(i)_2+……+r(i)_m(i)・↑Va(i)_m(i))を、第i実全接触力中心点の位置ベクトルとして算出する。   Next, the position vector ↑ Vc (i) (= r) of the weighted average point corresponding to the weight coefficient r (i) _j of the actual contact force central point corresponding to each movable link 3 of the i-th movable movable link group. (i) _1 ・ ↑ Va (i) _1 + r (i) _2 ・ ↑ Va (i) _2 + …… + r (i) _m (i) ・ ↑ Va (i) _m (i)) Calculated as the position vector of the force center point.

そして、↑V(i)_j=↑Va(i)_j−↑Vc(i)(j=1,2,…,m(i))により、第i実全接触力中心点に対する第i接触可動リンクグループの各可動リンク3(第j可動リンク3)の接触面の実接触力中心点の位置ベクトル↑V(i)_jがそれぞれ決定される。   Then, by ↑ V (i) _j = ↑ Va (i) _j− ↑ Vc (i) (j = 1, 2,..., M (i)), the i-th contact movable with respect to the i-th actual total contact force center point. The position vector ↑ V (i) _j of the actual contact force center point of the contact surface of each movable link 3 (jth movable link 3) of the link group is determined.

そして、行列A(i)_jに関する行列VV(i)_jは、定義に従って、VV(i)_j・↑F(i)_j=↑V(i)_j×↑F(i)_jとなるように決定される。   The matrix VV (i) _j related to the matrix A (i) _j is VV (i) _j · ↑ F (i) _j = ↑ V (i) _j × ↑ F (i) _j according to the definition. It is determined.

式(27)の右辺の演算に必要な変数値のうち、第i接触可動リンクグループの第j可動リンク3に関する可動リンクヤコビアン行列J(i)_jは、次のように決定される。可動リンクヤコビアン行列J(i)_jは、第j可動リンク接触面(第j可動リンク3と第i接触対象面との接触面)のばね性並進・回転変位量↑X(i)_j(=[↑Xorg(i)_j,↑Xrot(i)_j]Tと、一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量↑Δqとの間の関係を前記式(24)により表現する行列である。 Of the variable values necessary for the calculation of the right side of Expression (27), the movable link Jacobian matrix J (i) _j related to the jth movable link 3 of the i th contact movable link group is determined as follows. The movable link Jacobian matrix J (i) _j is the amount of springy translational / rotational displacement ↑ X (i) _j of the jth movable link contact surface (the contact surface between the jth movable link 3 and the i th contact target surface) ↑ X (i) _j (= [↑ Xorg (i) _j, ↑ Xrot (i) _j] This is a matrix that expresses the relationship between T and the amount of change ↑ Δq per unit time of the generalized variable vector ↑ q by the above equation (24). .

ここで、↑X(i)_jのうちのばね性並進変位量↑Xorg(i)_jは、第j可動リンク接触面の単位時間当たりの並進変位量であるとみなすと、第j脚リンク3の先端部4cの現在の接触部分の位置の時間的変化率(並進速度)に一致すると考えてよい。また、↑X(i)_jのうちのばね性回転変位量↑Xrot(i)_jは、第j可動リンク接触面の単位時間当たりの回転変位量であるとみなすと、第j可動リンク3の先端部4cの現在の姿勢の時間的変化率(角速度)に一致すると考えてよい。   Here, the spring-like translational displacement amount ↑ Xorg (i) _j of ↑ X (i) _j is regarded as the translational displacement amount per unit time of the j-th movable link contact surface. It may be considered that it coincides with the temporal change rate (translation speed) of the position of the current contact portion of the front end portion 4c. Further, the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j of ↑ X (i) _j is the rotational displacement amount per unit time of the jth movable link contact surface. It may be considered that it coincides with the temporal change rate (angular velocity) of the current posture of the tip portion 4c.

そこで、本実施形態では、第j可動リンク3の先端部4cの現在の接触部分の位置及び該先端部4cの姿勢(より詳しく当該位置及び姿勢を成分とする縦ベクトル)の単位時間当たりの変化量(時間的変化率)が、前記式(24)の左辺の↑X(i)_jに一致するものとして、第i接触可動リンクグループの第j可動リンク3に関する脚リンクヤコビアン行列J(i)_jを決定する。なお、第j可動リンク3の先端部4cの現在の接触部分の位置としては、例えば、該第j可動リンク3の接触面(第j可動リンク接触面)の実接触力中心点に相当する該先端部4cの点の位置が用いられる。   Therefore, in this embodiment, the change per unit time of the position of the current contact portion of the tip portion 4c of the j-th movable link 3 and the posture of the tip portion 4c (more specifically, a vertical vector having the position and posture as components). Assuming that the amount (time change rate) coincides with ↑ X (i) _j on the left side of the equation (24), the leg link Jacobian matrix J (i) for the jth movable link 3 of the i th contact movable link group. Determine _j. The position of the current contact portion of the tip portion 4c of the jth movable link 3 is, for example, the actual contact force center point of the contact surface of the jth movable link 3 (jth movable link contact surface). The position of the point of the tip 4c is used.

この場合、可動リンクヤコビアン行列J(i)_jは、移動体1の現在の動作状態(これは各関節7の現在の実変位量の計測値により特定される)を↑qの微小変化(摂動)の起点として、公知の手法によって決定される。例えば、移動体1の幾何学モデル(剛体リンクモデル)を用いて、あるいは、解析的な演算によって、一般化変数ベクトル↑qの各成分の微小変化(現在状態からの微小変化)に対する第j可動リンク3の先端部4cの接触部分の位置の変化と該先端部4cの姿勢の変化とを算出することで、可動リンクヤコビアン行列J(i)_jが決定される。   In this case, the movable link Jacobian matrix J (i) _j indicates the current operating state of the moving body 1 (which is specified by the measured value of the current actual displacement amount of each joint 7) as a minute change of ↑ q (perturbation). ) Is determined by a known method. For example, using the geometric model (rigid link model) of the moving body 1 or by analytical calculation, the j-th movable with respect to a minute change (a minute change from the current state) of each component of the generalized variable vector ↑ q The movable link Jacobian matrix J (i) _j is determined by calculating the change in the position of the contact portion of the tip 4c of the link 3 and the change in the posture of the tip 4c.

なお、この場合、第i接触可動リンクグループの第j可動リンク3の先端部4cの接触部分の現在の位置は、第j可動リンク3の第i接触対象面との接触面の現在の実接触力中心点の位置の観測値に一致するものとされる。そして、この点の位置の変化(↑qの各成分の微小変化に対する変化)が、第j可動リンク3の先端部4cの接触部分の位置の変化として算出される。   In this case, the current position of the contact portion of the tip 4c of the j-th movable link 3 of the i-th movable link group is the current actual contact of the contact surface with the i-th contact target surface of the j-th movable link 3. It is assumed to coincide with the observed value of the position of the force center point. Then, a change in the position of this point (change with respect to a minute change in each component of ↑ q) is calculated as a change in the position of the contact portion of the tip end portion 4c of the jth movable link 3.

また、第j可動リンク3の先端部4cの現在の姿勢は、ロータリエンコーダ53の出力が示す各関節の実変位量の観測値(計測値)を基に算出される該第j可動リンク3の先端部4cの現在の実姿勢の観測値に一致するものとされて、該先端部4cの姿勢の変化(↑qの各成分の微小変化に対する変化)が算出される。   Further, the current posture of the distal end portion 4 c of the j-th movable link 3 is calculated based on the observed value (measured value) of the actual displacement amount of each joint indicated by the output of the rotary encoder 53. It is assumed that the measured value of the current actual posture of the tip portion 4c coincides with it, and the change in the posture of the tip portion 4c (change with respect to a minute change of each component of ↑ q) is calculated.

本実施形態では、代表接触面ヤコビアン行列算出部66は、移動体1が接触する第i接触対象面(i=1,2,…,N)にそれぞれに関して、以上の如く決定した重み係数r(i)_j(j=1,2,…,m(i))、行列VV(i)_j、及び可動リンクヤコビアン行列J(i)_jを用いて、前記式(27)の右辺の演算を行なうことで、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)をそれぞれ算出する。   In the present embodiment, the representative contact surface Jacobian matrix calculator 66 calculates the weight coefficient r () determined as described above for each of the i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N) with which the moving body 1 contacts. i) _j (j = 1, 2,..., m (i)), matrix VV (i) _j, and movable link Jacobian matrix J (i) _j are used to calculate the right side of equation (27). Thus, the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) is calculated.

以上が、本実施形態における代表接触面ヤコビアン行列算出部66の処理である。   The above is the processing of the representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66 in the present embodiment.

ここで、図6に示したような形態で移動体1の移動を行なう場合について例示的に説明すると、移動体1によりドアDを押し開く動作の前後における歩行動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に対応する第1代表接触面ヤコビアン行列Jc(1)が、前記式(27)により算出される。   Here, the case where the moving body 1 is moved in the form shown in FIG. 6 will be described as an example. In the walking operation before and after the opening operation of the door D by the moving body 1, the floor surface FL ( A first representative contact surface Jacobian matrix Jc (1) corresponding to the first contact target surface) is calculated by the equation (27).

この場合、移動体1の可動リンク3a,3bの一方だけが床面FLに接触している状態では、式(27)におけるm(1)は、m(1)=1であり、可動リンクヤコビアン行列J(1)_1は、床面FLに接触している可動リンク3a又は3bに関する可動リンクヤコビアン行列である。   In this case, in the state where only one of the movable links 3a and 3b of the moving body 1 is in contact with the floor surface FL, m (1) in the equation (27) is m (1) = 1, and the movable link Jacobian. The matrix J (1) _1 is a movable link Jacobian matrix related to the movable link 3a or 3b in contact with the floor surface FL.

また、可動リンク3a,3bの両方が床面FLに接触している状態では、式(27)におけるm(1)は、m(1)=2であり、可動リンクヤコビン行列J(1)_1,J(1)_2の一方が可動リンク3aに関する可動リンクヤコビアン行列、他方が可動リンク3bに関する可動リンクヤコビアン行列となる。   When both the movable links 3a and 3b are in contact with the floor surface FL, m (1) in Expression (27) is m (1) = 2, and the movable link Jacobin matrix J (1) One of _1 and J (1) _2 is a movable link Jacobian matrix related to the movable link 3a, and the other is a movable link Jacobian matrix related to the movable link 3b.

また、ドアDを押し開く動作時においては、床面FL(第1接触対象面)に対応する第1代表接触面ヤコビアン行列Jc(1)と、ドア表面Da(第2接触対象面)に対応する第2代表接触面ヤコビアン行列Jc(2)とがそれぞれ前記式(27)により算出される。   Further, when the door D is pushed open, it corresponds to the first representative contact surface Jacobian matrix Jc (1) corresponding to the floor surface FL (first contact target surface) and the door surface Da (second contact target surface). The second representative contact surface Jacobian matrix Jc (2) is calculated by the equation (27).

この場合、Jc(1)は、歩行動作時に可動リンク3a,3bの両方が床面FLに接触している場合と同様に算出される。また、Jc(2)の算出においては、式(27)におけるm(2)は、m(2)=1であり、可動リンクヤコビアン行列J(2)_1は、ドア表面Daに接触している可動リンク3dに関する可動リンクヤコビアン行列である。   In this case, Jc (1) is calculated in the same manner as when both the movable links 3a and 3b are in contact with the floor surface FL during the walking motion. In calculating Jc (2), m (2) in equation (27) is m (2) = 1, and the movable link Jacobian matrix J (2) _1 is in contact with the door surface Da. It is a movable link Jacobian matrix regarding the movable link 3d.

[関節変位修正量決定部68の処理]
コンプライアンス操作量決定処理では、制御装置50は、以上の如く、第i接触対象面(i=1,2,…,N)のそれぞれに関する第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)と、代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)とを算出した後、関節変位修正量決定部68の処理を実行する。
[Processing of Joint Displacement Correction Amount Determination Unit 68]
In the compliance operation amount determination process, as described above, the controller 50 determines the amount of springy translation / rotation displacement ↑ Xc of the i-th representative contact surface for each of the i-th contact target surfaces (i = 1, 2,..., N). After calculating (i) and the representative contact surface Jacobian matrix Jc (i), the process of the joint displacement correction amount determining unit 68 is executed.

この関節変位修正量決定部68は、第1〜第N代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(1)〜↑Xc(N)の全てに対応する各関節の変位量の修正量(基準歩容の目標運動に対応する目標関節変位量からの修正量)である関節変位修正量を決定する機能部である。   This joint displacement correction amount determining unit 68 is a correction amount of each joint displacement amount corresponding to all of the spring-like translational / rotational displacement amounts ↑ Xc (1) to ↑ Xc (N) of the first to Nth representative contact surfaces. It is a functional unit that determines a joint displacement correction amount that is (a correction amount from a target joint displacement amount corresponding to the target motion of the reference gait).

この関節変位修正量決定部68の処理では、まず、第1〜第N代表接触面ヤコビアン行列Jc(1)〜Jc(N)を並べて構成される総合ヤコビアン行列Jc(≡[Jc(1),Jc(2),……,Jc(N)]T)の擬似逆行列Jc-1が算出される。ここで、総合ヤコビアン行列Jcは、一般には正方行列ではないので、Jcの逆行列は存在しない。このため、関節変位修正量決定部68は、総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を算出する。 In the process of the joint displacement correction amount determination unit 68, first, a general Jacobian matrix Jc (≡ [Jc (1), Jc (1), Jc (1), Jc (1), Jc (1), Jc (N)] is arranged. Jc (2), ......, pseudo inverse matrix Jc -1 of Jc (N)] T) is calculated. Here, since the general Jacobian matrix Jc is generally not a square matrix, there is no inverse matrix of Jc. For this reason, the joint displacement correction amount determination unit 68 calculates a pseudo inverse matrix Jc −1 of the general Jacobian matrix Jc.

そして、関節変位修正量決定部68は、前記式(30)で示す如く、この擬似逆行列Jc-1を、第1〜第N代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(1)〜↑Xc(N)を並べたベクトル(縦ベクトル)である総合ばね性並進・回転変位量↑Xc(=[↑Xc(1),↑Xc(2),……,↑Xc(N)]T)に乗じることによって、前記一般化変数ベクトル↑qの各成分の要求修正量(要求摂動量)を構成要素とする一般化変数要求修正量ベクトル↑Δq_dmdを算出する。そして、この一般化変数要求修正量ベクトル↑Δq_dmdの成分のうち、各関節の変位量の要求修正量を示す成分が、関節変位修正量として決定される。 Then, the joint displacement correction amount determining unit 68 converts the pseudo inverse matrix Jc −1 to the springy translational / rotational displacement amount ↑ Xc (1) of the first to Nth representative contact surfaces, as shown in the equation (30). 〜 ↑ Xc (= [↑ Xc (1), ↑ Xc (2), ..., ↑ Xc (N)] By multiplying T ), a generalized variable required correction amount vector ↑ Δq_dmd having the required correction amount (required perturbation amount) of each component of the generalized variable vector ↑ q as a component is calculated. Of the components of the generalized variable required correction amount vector ↑ Δq_dmd, a component indicating the required correction amount of the displacement amount of each joint is determined as the joint displacement correction amount.

この場合、関節変位修正量決定部68は、前記擬似逆行列Jc-1を前記式(31)により算出する。 In this case, the joint displacement correction amount determination unit 68 calculates the pseudo inverse matrix Jc −1 by the equation (31).

すなわち、本実施形態では、擬似逆行列Jc-1は、重み付きの擬似逆行列(重み付きのSR−Inverse)として算出される。 That is, in the present embodiment, the pseudo inverse matrix Jc −1 is calculated as a weighted pseudo inverse matrix (weighted SR-Inverse).

具体的には、擬似逆行列Jc-1を算出する処理は、前記調整パラメータkの値の決定処理を含めて、図7のフローチャートに示す如く実行される。 Specifically, the process of calculating the pseudo inverse matrix Jc −1 is executed as shown in the flowchart of FIG. 7 including the process of determining the value of the adjustment parameter k.

まずSTEP1において、総合ヤコビアン行列Jcの転置行列JcTと、重み係数行列Wの逆行列W-1とが算出される。なお、重み係数行列Wは、本実施形態ではその各対角成分(重み係数)の値があらかじめ定められた行列である。ただし、移動体1の動作状態に応じて適宜、重み係数行列Wの各対角成分の値を変化させるようにしてもよい。 First, in STEP 1, a transposed matrix Jc T of the general Jacobian matrix Jc and an inverse matrix W −1 of the weight coefficient matrix W are calculated. In the present embodiment, the weighting coefficient matrix W is a matrix in which the value of each diagonal component (weighting coefficient) is determined in advance. However, the value of each diagonal component of the weighting coefficient matrix W may be changed as appropriate according to the operating state of the moving body 1.

次いで、STEP2において、調整パラメタータkの候補値の初期値として、kの値の標準値であるゼロが設定される。   Next, in STEP 2, zero that is the standard value of k is set as the initial value of the candidate value of the adjustment parameter data k.

次いで、STEP3において、調整パラメタータkの現在の候補値を用いて、前記式(32)により行列式DETの値が算出される。   Next, in STEP 3, using the current candidate value of the adjustment parameter data k, the value of the determinant DET is calculated by the equation (32).

次いで、STEP4において、この行列式DETの大きさ(絶対値)が、あらかじめ定められた所定の下限閾値DET_L(>0)よりも小さいか否か(DETの大きさが過小であるか否か)が判断される。   Next, in STEP 4, whether or not the magnitude (absolute value) of this determinant DET is smaller than a predetermined lower limit threshold DET_L (> 0) (whether the magnitude of DET is too small). Is judged.

このSTEP4の判断結果が否定的である場合(DETの大きさが過小でない適切な大きさである場合)には、STEP10の処理が実行される。この処理では、kの現在の候補値が調整パラメタータkの値として確定され、この調整パラメータkの値を用いて、前記式(31)の演算により、擬似逆行列Jc-1が算出される。 When the determination result of STEP 4 is negative (when the size of DET is an appropriate size that is not too small), the processing of STEP 10 is executed. In this process, the current candidate value of k is determined as the value of the adjustment parameter data k, and the pseudo inverse matrix Jc −1 is calculated by the calculation of the equation (31) using the value of the adjustment parameter k.

一方、STEP4の判断結果が肯定的である場合(DETの大きさが過小である場合)には、STEP5〜8の処理(詳細は後述する)によって調整パラメータkの候補値の増加量Δk(>0)が決定される。そして、STEP9において、調整パラメータkの候補値が、現在値から上記増加量Δkだけ増加させた値に更新される。以降、STEP4の判断結果が否定的となるまで、STEP3〜9の処理が繰り返される。これにより、行列式DETの大きさが所定の下限閾値DET_L以上の適切な大きさとなるような調整パラメータkの値が探索的に決定される。   On the other hand, if the determination result in STEP 4 is affirmative (when the magnitude of DET is too small), the amount of increase Δk (> 0) is determined. In STEP 9, the candidate value of the adjustment parameter k is updated to a value that is increased from the current value by the increase amount Δk. Thereafter, the processing of STEP 3 to 9 is repeated until the determination result of STEP 4 becomes negative. As a result, the value of the adjustment parameter k is determined in an exploratory manner so that the determinant DET has an appropriate size equal to or greater than the predetermined lower threshold DET_L.

ここで、上記増加量Δkの決定処理を以下に説明する。行列式DETの大きさが所定の下限閾値DET_L以上の適切な大きさとなるような調整パラメータkの値を探索的に決定する処理では、例えば、調整パラメータkの候補値の増加量Δkをあらかじめ定めた一定値として、調整パラメータkの候補値を更新することが一般的に考えられる。   Here, the determination process of the increase amount Δk will be described below. In the process of exploringly determining the value of the adjustment parameter k such that the determinant DET has an appropriate size equal to or greater than a predetermined lower threshold DET_L, for example, an increase amount Δk of the adjustment parameter k candidate value is determined in advance. It is generally considered to update the candidate value of the adjustment parameter k as a constant value.

ただし、その場合、増加量Δkを大きめの値に設定しておくと、k=0として算出した前記行列式DETの大きさが過小となる状況で、制御装置50の各演算処理周期で逐次決定されるkの値が、Δkの整数倍の刻み幅の離散的な値となるために、DET≧DET_Lとなるような最小のkの値に対して必要以上に過大な値となりやすい。このため、制御装置50の各演算処理周期で逐次決定されるkの値に対応する行列式DETの大きさと前記下限閾値DET_Lとの差のばらつきを生じやすい。ひいては、前記式(30)により決定した擬似逆行列Jc-1を用いて前記式(29)により関節変位修正量を決定した場合に、その関節変位修正量の不連続的な変動が生じやすい。その結果、移動体1の運動の滑らかさが損なわれることがある。 However, in this case, if the increase amount Δk is set to a larger value, the determinant DET calculated as k = 0 is too small, and is sequentially determined at each calculation processing cycle of the control device 50. Since the k value is a discrete value with a step size that is an integral multiple of Δk, it tends to be excessively larger than necessary for the minimum k value such that DET ≧ DET_L. For this reason, it is easy to produce the dispersion | variation in the difference of the magnitude | size of the determinant DET corresponding to the value of k sequentially determined by each arithmetic processing period of the control apparatus 50, and the said lower limit threshold value DET_L. As a result, when the joint displacement correction amount is determined by the equation (29) using the pseudo inverse matrix Jc −1 determined by the equation (30), the joint displacement correction amount is likely to vary discontinuously. As a result, the smoothness of the movement of the moving body 1 may be impaired.

一方、増加量Δkを十分に小さい値に設定することで、上記の不都合を解消することができる。ただし、その場合、前記STEP4の判断結果が否定的となる適切な調整パラメータkの値が決定されるまでに要する時間が長くなりやすい。このため、制御装置50の各演算処理周期の時間内で適切な調整パラメータkの値を決定できない場合が生じる恐れがある。   On the other hand, by setting the increase amount Δk to a sufficiently small value, the above inconvenience can be solved. However, in that case, it takes a long time to determine an appropriate value of the adjustment parameter k for which the determination result in STEP 4 is negative. For this reason, there is a possibility that an appropriate value of the adjustment parameter k cannot be determined within the time of each calculation processing cycle of the control device 50.

そこで、本実施形態では、STEP5〜8の処理において、調整パラメータkの候補値の増加量Δkを、STEP3で算出した行列式DETの大きさと、前記下限閾値DET_Lとの偏差の大きさに応じて、可変的に設定するようにした。   Therefore, in the present embodiment, in the processes of STEPs 5 to 8, the increase amount Δk of the adjustment parameter k candidate value is determined according to the magnitude of the deviation between the determinant DET calculated in STEP 3 and the lower limit threshold DET_L. It was set to be variable.

具体的には、STEP5において、次式(43)により算出される値が、調整パラメータkの増加量Δkの暫定値Δkpとして設定される。   Specifically, in STEP 5, the value calculated by the following equation (43) is set as the provisional value Δkp of the increase amount Δk of the adjustment parameter k.


Δkp=G・(DET_L−|DET|)1/n ……(43)

すなわち、前記下限閾値DET_Lから行列式DETの絶対値を差し引いてなる偏差(=DET_L−|DET|)のn乗根に、所定値のゲインG(>0)を乗じてなる値(偏差(=DET_L−|DET|)のn乗根に比例する値)が増加量Δkの暫定値Δkpとして設定される。なお、nは行列(Jc・W-1・Jc-1)の次数である。また、ゲインGの値は、あらかじめ定めれられた定数値である。

Δkp = G · (DET_L− | DET |) 1 / n (43)

That is, a value obtained by multiplying the nth root of the deviation (= DET_L− | DET |) by subtracting the absolute value of the determinant DET from the lower limit threshold DET_L (deviation (= DET_L− | DET |) is set as the provisional value Δkp of the increase amount Δk. Note that n is the order of the matrix (Jc · W −1 · Jc −1 ). The value of the gain G is a predetermined constant value.

このように増加量Δkの暫定値Δkpを決定するのは、次の理由による。行列式det(Jc・W-1・JcT)の値(k=0の場合のDETの値)と、行列式DET(=det(Jc・W-1・JcT+k・I))の値との差分は、kのn次関数(kn+a・kn-1+……という形の関数)となるので、kの値の変化に対する行列式DETの値の変化は、ほぼkn(kのn乗)に比例すると考えられる。そこで、本実施形態では、上記(43)により算出される値を、増加量Δkの暫定値Δkpとして設定する。 The provisional value Δkp of the increase amount Δk is thus determined for the following reason. The value of the determinant det (Jc · W −1 · Jc T ) (the value of DET when k = 0) and the value of the determinant DET (= det (Jc · W −1 · Jc T + k · I)) Is an n-order function of k (a function of the form k n + a · k n-1 +...), And therefore, the change in the value of the determinant DET with respect to the change in the value of k is approximately k n ( It is considered that it is proportional to k raised to the nth power. Therefore, in the present embodiment, the value calculated by the above (43) is set as the provisional value Δkp of the increase amount Δk.

そして、STEP6〜8において、増加量Δkが過剰に小さい値になるのを防止するためのリミット処理が暫定値Δkpに対して施され、これにより増加量Δkが確定される。具体的には、STEP6において、増加量Δkの暫定値Δkpと所定の下限値Δkmin(>0)とが比較され、Δkp≧Δkminである場合には、STEP7において、暫定値Δkpがそのまま増加量Δkとして決定される。また、Δkp<Δkminである場合には、STEP8において、Δkminが増加量Δkとして決定される。   In STEPs 6 to 8, limit processing for preventing the increase amount Δk from becoming excessively small is applied to the provisional value Δkp, thereby determining the increase amount Δk. Specifically, in STEP 6, the provisional value Δkp of the increase amount Δk is compared with a predetermined lower limit value Δkmin (> 0). If Δkp ≧ Δkmin, the provisional value Δkp is used as it is in the increment Δk As determined. If Δkp <Δkmin, Δkmin is determined as the increase amount Δk in STEP8.

これにより、増加量Δkは、Δkminを下限値として、行列式DETの大きさと、前記下限閾値DET_Lとの偏差の大きさに応じて前記式(43)により算出される値に決定されることとなる。   Thereby, the increase amount Δk is determined to be a value calculated by the equation (43) according to the magnitude of the deviation between the magnitude of the determinant DET and the lower limit threshold value DET_L, with Δkmin being the lower limit value. Become.

関節変位修正量決定部68は、以上説明した如く算出した擬似逆行列Jc-1を用いて、前記式(30)の右辺の演算を行なうことで、一般化変数要求修正量ベクトル↑Δq_dmdを算出する。そして、関節変位修正量決定部68は、この一般化変数要求修正量ベクトル↑Δq_dmdの成分のうち、各関節の変位量の要求修正量を示す成分を、関節変位修正量として決定する。このようにして決定される関節変位修正量が、第1〜第N接触対象面のそれぞれについての第i実全接触力(i=1,2,…,N)を第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1に近づけるための各関節の変位量の要求修正量としてのコンプライアンス操作量である。 The joint displacement correction amount determination unit 68 calculates the generalized variable request correction amount vector ↑ Δq_dmd by performing the calculation of the right side of the equation (30) using the pseudo inverse matrix Jc −1 calculated as described above. To do. Then, the joint displacement correction amount determination unit 68 determines, as a joint displacement correction amount, a component indicating the required correction amount of the displacement amount of each joint among the components of the generalized variable request correction amount vector ↑ Δq_dmd. The joint displacement correction amount determined in this way is the i-th actual total contact force (i = 1, 2,..., N) for each of the first to N-th contact target surfaces. This is a compliance operation amount as a required correction amount of the displacement amount of each joint to approach FMt (i) _cmd1.

[関節変位制御部69の処理]
以上説明したコンプラインス操作量決定処理(姿勢安定化補償力決定部62、目標全接触力決定部63、全接触力要求修正量決定部64、代表接触面並進・回転変位量算出部65、代表接触面ヤコビアン行列算出部66及び関節変位修正量決定部68の処理)とを実行した後、次に、制御装置50は、関節変位制御部69の処理を実行する。
[Processing of Joint Displacement Control Unit 69]
The compliance operation amount determination process described above (posture stabilization compensation force determination unit 62, target total contact force determination unit 63, total contact force request correction amount determination unit 64, representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65, representative After executing the processing of the contact surface Jacobian matrix calculation unit 66 and the joint displacement correction amount determination unit 68), the control device 50 next executes the processing of the joint displacement control unit 69.

この関節変位制御部69は、目標関節変位量決定部67で決定した各関節の目標関節変位量(基準歩容の目標運動に対応する目標関節変位量)に、目標関節変位量修正部68で決定した関節変位修正量を加え合わせることにより、各関節の最終的な関節変位指令としての修正後目標関節変位量を決定する。   This joint displacement control unit 69 uses the target joint displacement amount correction unit 68 to set the target joint displacement amount (target joint displacement amount corresponding to the target motion of the reference gait) determined by the target joint displacement amount determination unit 67. By adding the determined joint displacement correction amount, the corrected target joint displacement amount as the final joint displacement command for each joint is determined.

そして、関節変位制御部69は、上記の如く決定した修正後目標関節変位量に各関節の実変位量を一致させるように、電動モータ41(関節アクチュエータ)を図示しないサーボアンプ等のモータ駆動回路を介して制御する。   Then, the joint displacement control unit 69 sets the electric motor 41 (joint actuator) to a motor drive circuit such as a servo amplifier (not shown) so that the actual displacement amount of each joint matches the corrected target joint displacement amount determined as described above. Control through.

[接触対象面推定部70の処理]
制御装置50は、移動体1の各関節の駆動制御と並行して、接触対象面推定部70の処理を実行する。この接触対象面推定部70は、移動体1が接触する実際の各接触対象面(実接触対象面)の位置及び姿勢の推定値である接触対象面推定値を算出する機能部である。
[Process of Contact Target Surface Estimator 70]
The control device 50 executes the process of the contact target surface estimation unit 70 in parallel with the drive control of each joint of the moving body 1. The contact target surface estimation unit 70 is a functional unit that calculates a contact target surface estimated value that is an estimated value of the position and orientation of each actual contact target surface (actual contact target surface) with which the mobile body 1 contacts.

この処理のために接触対象面推定部70には、前記全接触力要求修正量決定部64から、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmd(i=1,2,…,N)の組成成分である前記式(41)の右辺の積分項(第2項)の値、すなわち、第i目標全接触力↑FMt_cmd1と、第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_actとの偏差↑Dfmt(i)(=↑FMt(i)_cmd1−↑FMt(i)_act)にローパス特性のフィルタリング処理を施してなる値↑Dfmt(i)_filtに、所定値のゲインKestm(スカラー又は対角行列)を乗じてなる値を積分したもの(=∫(Kestm・↑Dfmt(i)_filt))が入力される。以降、この積分項の値を次式(44)で示す如く、ΔFMt(i)_intと表記する。   For this processing, the contact target surface estimation unit 70 receives the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd (i = 1) of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) from the total contact force request correction amount determination unit 64. , 2,..., N), the value of the integral term (second term) on the right side of the equation (41), that is, the i th target total contact force ↑ FMt_cmd1 and the i th actual total contact force. Deviation from value ↑ FMt (i) _act ↑ Dfmt (i) (= ↑ FMt (i) _cmd1− ↑ FMt (i) _act) is subjected to low-pass filtering, and value ↑ Dfmt (i) _filt An integrated value obtained by multiplying a predetermined value gain Kestm (scalar or diagonal matrix) (= 入 力 (Kestm · ↑ Dfmt (i) _filt)) is input. Hereinafter, the value of this integral term is expressed as ΔFMt (i) _int as shown in the following equation (44).


↑ΔFMt(i)_int≡∫(Kestm・↑Dfmt(i)_filt) ……(44)

ここで、前記した移動体1の各関節の駆動制御によって、各関節の変位量は、第i実全接触力の観測値↑FMt(i)_act(i=1,2,…,N)をそれぞれ第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1に追従させるように(上記偏差↑Dfmt(i)をゼロに近づけるように)制御されるので、上記積分項の値↑ΔFMt(i)_intは、基準歩容の作成のために使用された想定第i接触対象面の位置及び姿勢の、第i実接触対象面に対する定常的な誤差に起因して発生するものとなる。

↑ ΔFMt (i) _int≡∫ (Kestm ・ ↑ Dfmt (i) _filt) …… (44)

Here, due to the drive control of each joint of the moving body 1 described above, the displacement amount of each joint is the observed value ↑ FMt (i) _act (i = 1, 2,..., N) of the i th actual total contact force. Since each i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 is controlled so that the deviation ↑ Dfmt (i) approaches zero, the integral term value ↑ ΔFMt (i) _int is This occurs due to a steady error of the position and orientation of the assumed i-th contact target surface used for creating the reference gait with respect to the i-th actual contact target surface.

従って、この↑ΔFMt(i)_intに対応する第i代表接触面のばね性並進・回転変位量が基準歩容の目標運動の作成のために使用された想定第i接触対象面の位置及び姿勢の、実際の第i接触対象面(第i実接触対象面)に対する定常的な誤差分に相当するものと考えられる。   Therefore, the springy translational / rotational displacement amount of the i-th representative contact surface corresponding to this ↑ ΔFMt (i) _int is the position and posture of the assumed i-th contact target surface used for creating the target motion of the standard gait. This is considered to correspond to a steady error with respect to the actual i th contact target surface (i th actual contact target surface).

そこで、接触対象面推定部70は、第i接触対象面に関して与えられた積分項の値↑ΔFMt(i)_intを、前記式(28−1)により、ばね性並進・回転変位量に変換したものを、想定第i接触対象面の位置及び姿勢の誤差分↑Xc(i)_intとして得る。この場合、より詳しくは、積分項の値↑ΔFMt(i)_intのうちの並進力成分↑ΔFt(i)_intに、第i代表接触面の並進ばね定数行列Kc_org(i)の逆行列Kc_org(i)-1を乗じたもの(=Kc_org(i)-1・↑ΔFt(i)_int)が想定第i接触対象面の位置の誤差分↑Xc_org(i)_intとされる。また、積分項の値↑ΔFMt(i)_intのうちのモーメント成分↑ΔMt(i)_intに、第i代表接触面の回転ばね定数行列Kc_rot(i)の逆行列Kc_rot(i)-1を乗じたもの(=Kc_rot(i)-1・↑ΔMt(i)_int)が想定第i接触対象面の姿勢の誤差分↑Xc_rot(i)_intとされる。 Therefore, the contact target surface estimation unit 70 converts the integral term value ↑ ΔFMt (i) _int given with respect to the i-th contact target surface into a springy translational / rotational displacement amount by the above equation (28-1). Is obtained as an error ↑ Xc (i) _int of the position and orientation of the assumed i-th contact target surface. In this case, more specifically, the translational force component ↑ ΔFt (i) _int of the integral term value ↑ ΔFMt (i) _int is added to the inverse matrix Kc_org () of the translational spring constant matrix Kc_org (i) of the i-th representative contact surface. i) Multiplying −1 (= Kc_org (i) −1 · ↑ ΔFt (i) _int) is assumed to be an error ↑ Xc_org (i) _int of the position of the assumed i th contact target surface. The moment component ↑ ΔMt (i) _int of the integral term value ↑ ΔFMt (i) _int is multiplied by the inverse matrix Kc_rot (i) −1 of the rotation spring constant matrix Kc_rot (i) of the i-th representative contact surface. (= Kc_rot (i) −1 · ↑ ΔMt (i) _int) is assumed as an error ↑ Xc_rot (i) _int of the posture of the assumed i th contact target surface.

そして、接触対象面推定部70は、上記の如く算出した誤差分↑Xc(i)_intに応じて想定第i接触対象面の位置及び姿勢を補正することにより、第i実接触対象面の位置及び姿勢の推定値としての第i接触対象面推定値(i=1,2,…,N)をそれぞれ決定する。   Then, the contact target surface estimation unit 70 corrects the position and orientation of the assumed i-th contact target surface according to the error ↑ Xc (i) _int calculated as described above, thereby correcting the position of the i-th actual contact target surface. And an i-th contact target surface estimated value (i = 1, 2,..., N) as estimated values of the posture are determined.

このように接触対象面推定部70により決定された第i接触対象面推定値(i=1,2,…,N)は、本実施形態では、それぞれ前記基準歩容生成処理部61に与えられる。そして、基準歩容生成処理部61では、第i接触対象面推定値に応じて、基準歩容を作成するために使用する想定第i接触対象面を定期的に(例えば、移動体1の歩行動作時の1歩毎、又は複数歩毎に)更新する。   In this embodiment, the i-th contact target surface estimated values (i = 1, 2,..., N) determined by the touch target surface estimation unit 70 are respectively given to the reference gait generation processing unit 61 in this embodiment. . Then, in the reference gait generation processing unit 61, the assumed i-th contact target surface used for creating the reference gait is periodically (eg, walking of the moving body 1) according to the i-th contact target surface estimated value. Update every step or every step during operation).

なお、基準歩容の作成に使用する想定第i接触対象面は、第i接触対象面推定値だけに応じて決定する必要はない。例えば、移動体1に搭載した視覚センサや、外部から与えられる各接触対象面の情報に基づいて、第i実接触対象面の位置及び姿勢を推定できるような場合には、その推定された第i接触対象面の位置及び姿勢の信頼性の評価や補完的な修正のために、上記第i接触対象面推定値を使用するようにしてもよい。   Note that the assumed i-th contact target surface used for creating the reference gait does not need to be determined only according to the i-th contact target surface estimated value. For example, when the position and orientation of the i th actual contact target surface can be estimated based on the visual sensor mounted on the moving body 1 or information on each contact target surface given from the outside, the estimated first The i-th contact target surface estimated value may be used for evaluating the reliability and complementary correction of the position and orientation of the i-contact target surface.

以上が、本実施形態における制御装置50の処理の詳細である。   The above is the details of the processing of the control device 50 in the present embodiment.

ここで、本実施形態と本発明との対応関係について補足しておく。本実施形態では、全接触力要求修正量決定部64によって、本発明における全接触力要求修正量決定手段が実現される。この場合において、本実施形態では、目標全接触力決定部63で決定する第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1が、本発明における第i接触対象面に対応する目標全接触力に相当する。   Here, a supplementary description will be given of the correspondence between the present embodiment and the present invention. In the present embodiment, the total contact force request correction amount determination unit 64 implements the total contact force request correction amount determination means in the present invention. In this case, in this embodiment, the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 determined by the target total contact force determination unit 63 corresponds to the target total contact force corresponding to the i-th contact target surface in the present invention. To do.

また、代表接触面並進・回転変位量算出部65、代表接触面ヤコビアン行列算出部66、関節変位修正量決定部68、関節変位制御部69によって、それぞれ、本発明における代表接触面位置姿勢変位量算出手段、代表接触面ヤコビアン行列算出手段、関節変位修正量決定手段、関節変位制御手段が実現される。   The representative contact surface translation / rotation displacement amount calculation unit 65, the representative contact surface Jacobian matrix calculation unit 66, the joint displacement correction amount determination unit 68, and the joint displacement control unit 69 respectively represent the representative contact surface position / posture displacement amount in the present invention. A calculation means, a representative contact surface Jacobian matrix calculation means, a joint displacement correction amount determination means, and a joint displacement control means are realized.

また、関節変位修正量決定部68において実行される処理のうち、図5のSTEP2〜9の処理によって、本発明における擬似逆行列演算用パラメータ決定手段が実現される。   Of the processes executed in the joint displacement correction amount determining unit 68, the process of STEP 2 to 9 in FIG. 5 realizes the pseudo inverse matrix operation parameter determining means in the present invention.

また、接触対象面推定部70によって、本発明(前記第5発明)における接触対象面推定手段が実現される。この場合、該接触対象面推定部70が、各接触対象面について、前記積分項の値↑ΔFMt(i)_intから、前記式(28−1)により算出する誤差分↑Xc(i)_intが、本発明における代表接触面定常変位量に相当する。なお、本実施形態では、第1〜第N接触対象面のそれぞれが、本発明における第h接触対象面に相当する。   Further, the contact target surface estimation unit 70 implements the contact target surface estimation means in the present invention (the fifth invention). In this case, the error target ↑ Xc (i) _int calculated by the equation (28-1) from the integral term value ↑ ΔFMt (i) _int is calculated by the contact target surface estimation unit 70 for each contact target surface. This corresponds to the representative contact surface steady displacement amount in the present invention. In the present embodiment, each of the first to Nth contact target surfaces corresponds to the hth contact target surface in the present invention.

以上説明した実施形態によれば、制御装置50は、各制御処理周期において、第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1(i=1,2,…,N)のそれぞれに、第i実全接触力を追従させるための操作量(制御入力)たる第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdを、第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑Xc(i)に変換する。   According to the embodiment described above, the control device 50 determines the i th actual total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 (i = 1, 2,..., N) in each control processing cycle. The required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i), which is the operation amount (control input) for following the total contact force, is the amount of spring translation / rotation displacement of the i-th representative contact surface. ↑ Convert to Xc (i).

さらに、制御装置50は、この↑Xc(i)(i=1,2,…,N)を並べたベクトル(縦ベクトル)としての総合ばね性並進・回転変位量↑Xc(=[↑Xc(1),↑Xc(2),……,↑Xc(N)]T)に、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)を並べた総合ヤコビン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を乗じることによって、↑Xc(i)(i=1,2,…,N)の全てを実現すための(ひいては各接触対象面の第i実全接触力をそれぞれ第i目標全床反力↑FMt(i)_cmd1に追従させるための)コンプライアンス操作量である移動体1の各関節の関節変位修正量を決定する。そして、制御装置50は、基準歩容の目標運動に対応する各関節の目標関節変位量を、関節変位修正量により修正してなる修正後目標関節変位量に応じて各関節の変位量を電動モータ8(関節アクチュエータ)を介して制御する。 Further, the controller 50 determines the total springiness translation / rotation displacement amount ↑ Xc (= [↑ Xc () as a vector (vertical vector) in which the ↑ Xc (i) (i = 1, 2,..., N) are arranged. 1), ↑ Xc (2), ..., ↑ Xc (N)] T ) is multiplied by the pseudo inverse matrix Jc -1 of the general Jacobin matrix Jc in which the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) is arranged To realize all of ↑ Xc (i) (i = 1, 2,..., N) (and thus the i-th actual total contact force of each contact target surface is the i-th target total floor reaction force ↑ FMt ( i) Determine a joint displacement correction amount of each joint of the moving body 1 which is a compliance operation amount (to follow _cmd1). Then, the control device 50 electrically drives the displacement amount of each joint according to the corrected target joint displacement amount obtained by correcting the target joint displacement amount of each joint corresponding to the target motion of the reference gait with the joint displacement correction amount. Control is performed via a motor 8 (joint actuator).

これにより、本実施形態によれば、各接触対象面に接触する個々の可動リンク3の先端部(要素リンク)4cの位置や姿勢の修正と、各接触対象面の実全接触力の変化との関係やそれらの相互の関係を考慮して各可動リンク3の先端部の位置や姿勢の修正量を決定するような処理を実行することなく、第i実全床反力をそれぞれ第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1に追従させるための各関節の関節変位修正量を一括的に決定できる。そのため、コンプライアンス制御用の関節変位修正量を決定する処理を効率よく短時間で行なうことができる。   Thereby, according to this embodiment, correction of the position and posture of the tip part (element link) 4c of each movable link 3 that contacts each contact target surface, and the change of the actual total contact force of each contact target surface The i-th total floor reaction force is set to the i-th target without executing the process of determining the correction amount of the position and orientation of the tip of each movable link 3 in consideration of the relationship between them and their mutual relationship. The joint displacement correction amount of each joint for following the total contact force ↑ FMt (i) _cmd1 can be determined collectively. Therefore, the process of determining the joint displacement correction amount for compliance control can be efficiently performed in a short time.

この場合、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)を算出するための前記式(27)における第i接触可動リンクグループの各可動リンク3(第j可動リンク3)の重み係数r(i)_jは、接触面垂直抗力成分Fn(i)_jが相対的に大きい可動リンク3ほど、より大きい値(“1”に近い値)に設定されることとなる。   In this case, each movable link 3 (j-th j) of the i-th movable movable link group in the equation (27) for calculating the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i = 1, 2,..., N). The weight coefficient r (i) _j of the movable link 3) is set to a larger value (a value closer to “1”) as the movable link 3 has a relatively large contact surface normal force component Fn (i) _j. It becomes.

このため、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdに対する第i可動リンクグループの各可動リンク3の負担分は、結果的に、接触面垂直抗力成分Fn(i)_jが相対的に大きい可動リンク3ほど、大きくなる。換言すれば、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdが、できるだけ、接触面垂直抗力成分Fn(i)_jが相対的に大きい可動リンク3の先端部4cの位置や姿勢の修正によって実現することができるように第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)が決定される。   For this reason, the share of each movable link 3 in the i-th movable link group with respect to the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) results in the contact surface normal force component Fn ( i) The movable link 3 having a relatively large _j becomes larger. In other words, the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) is as large as possible in the tip 4c of the movable link 3 where the contact surface normal force component Fn (i) _j is relatively large. The i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) is determined so that it can be realized by correcting the position and orientation of.

従って、接触面垂直抗力成分Fn(i)_jが相対的に小さい可動リンク3の先端部4cの位置や姿勢を不必要に修正したりすることなく、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdを確実に実現し得るような関節変位修正量、すなわち、第i実全床反力(i=1,2,…,N)をそれぞれ第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1に追従させる上で適切な関節変位修正量を決定できる。   Therefore, the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i) without unnecessarily correcting the position and posture of the tip portion 4c of the movable link 3 having a relatively small contact surface normal force component Fn (i) _j. Required displacement value ↑ ΔFMt (i) _dmd can be reliably realized, that is, the i-th actual total floor reaction force (i = 1, 2,..., N) is expressed as the i-th target total contact force, respectively. ↑ An appropriate joint displacement correction amount can be determined for following FMt (i) _cmd1.

また、第i接触可動リンクグループ(i=1,2,…,N)の各可動リンク3の重み係数r(i)_jは連続的に変化するので、第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)が、不連続的な変化を生じることがない。このため、移動体1の各関節の変位量を滑らかに連続的に変化させることができる。ひいては、移動体1の運動を滑らかに行なうことができる。   Further, since the weight coefficient r (i) _j of each movable link 3 of the i-th contact movable link group (i = 1, 2,..., N) changes continuously, the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i ) Does not cause discontinuous changes. For this reason, the displacement amount of each joint of the moving body 1 can be changed smoothly and continuously. As a result, the movement of the moving body 1 can be performed smoothly.

また、前記実施形態では、関節変位修正量決定部68で、前記行列式DETの値が過小になるのを防止するための調整パラメータkの値を探索する処理(図7のSTEP2〜9の処理)において、調整パラメータkの増加量Δkを、下限閾値DET_Lから行列式DETの絶対値を差し引いてなる偏差(=DET_L−|DET|)のn乗根に比例する値に設定する。   In the embodiment, the joint displacement correction amount determining unit 68 searches for the value of the adjustment parameter k for preventing the value of the determinant DET from becoming too small (the processes in STEP 2 to 9 in FIG. 7). ), The increase amount Δk of the adjustment parameter k is set to a value proportional to the n-th root of the deviation (= DET_L− | DET |) obtained by subtracting the absolute value of the determinant DET from the lower threshold DET_L.

これにより、制御装置50の各制御処理周期において、|DET|≧DET_Lとなるようにするための適切な調整パラメータkの値を、該kの値の不連続な変動が生じないようにしつつ、効率よく短時間で決定できる。このため、総合ばね性並進・回転変位量↑Xcから関節変位修正量を決定するための擬似逆行列Jc-1を滑らかに変化させていくようにすることができる。ひいては、移動体1の各関節の変位量を滑らかに変化させるように、関節変位修正量を決定できる。 Thus, in each control processing cycle of the control device 50, an appropriate adjustment parameter k value for satisfying | DET | ≧ DET_L is set so that discontinuous fluctuation of the k value does not occur. It can be determined efficiently and in a short time. Therefore, it is possible to smoothly change the pseudo inverse matrix Jc −1 for determining the joint displacement correction amount from the total springiness translational / rotational displacement amount ↑ Xc. As a result, the joint displacement correction amount can be determined so that the displacement amount of each joint of the moving body 1 is smoothly changed.

また、上記の如く第i実全接触力をそれぞれ第i目標全接触力↑FMt(i)_cmd1に追従させるように、移動体1の各関節の駆動制御を行いつつ、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdの構成要素である前記積分項の値↑ΔFMt(i)_intに対応する第i代表接触面の並進・回転変位量↑Xc(i)_intを前記式(28−1)により算出することによって、想定第i接触対象面の位置及び姿勢の実際の第i接触対象面に対する定常的な誤差分としての↑Xc(i)_intを高い信頼性で求めることができる。このため、実際の各接触対象面の位置及び姿勢の推定を精度よく行なうことができる。   Further, as described above, the i-th perturbation total contact force is controlled while driving the joints of the mobile body 1 so that the i-th actual total contact force follows the i-th target total contact force ↑ FMt (i) _cmd1. ↑ Required value of ΔFMt (i) ↑ Translation / rotational displacement amount of i-th representative contact surface corresponding to the value of the integral term ↑ ΔFMt (i) _int which is a component of ΔFMt (i) _dmd ↑ Xc (i) _int ↑ Xc (i) _int as a steady error with respect to the actual i-th contact target surface with respect to the position and orientation of the assumed i-th contact target surface is calculated with high reliability. Can be obtained. For this reason, it is possible to accurately estimate the actual position and orientation of each contact target surface.

次に、以上説明した実施形態の変形態様をいくつか説明する。   Next, some modifications of the embodiment described above will be described.

前記実施形態では、移動体1として、4つの可動リンク3を備えた移動体を例示したが、5つ以上、又は3つの可動リンクを備えた移動体であってもよい。   In the above-described embodiment, the moving body 1 includes the moving body including the four movable links 3. However, the moving body may include five or more or three movable links.

また、前記実施形態の移動体1の各可動リンク3の先端部4cは、これに接触対象面から作用する接触力モーメントを変化させる(接触力中心点を該先端部の接触面で変化させる)ことができる要素リンク4cにより構成されたものであるが、各可動リンクの先端部は、接触力モーメントを変化させることができない構造のものであってもよい。   Moreover, the front-end | tip part 4c of each movable link 3 of the mobile body 1 of the said embodiment changes the contact-force moment which acts on this from a contact object surface (it changes a contact-force center point with the contact surface of this front-end | tip part). However, the tip of each movable link may have a structure in which the contact force moment cannot be changed.

例えば、図8に示す如く、任意の第i接触対象面に接触する第i接触可動リンクグループのm(i)個の可動リンク103(i)_j(j=1,2,…,m(i))の先端部が球体状のもの(より一般的には、第i接触対象面との接触面が実質的に点状になるもの(該接触面が微小面積となるものを含む))であってもよい。   For example, as shown in FIG. 8, m (i) movable links 103 (i) _j (j = 1, 2,..., M (i) of the i-th contact movable link group that contacts any i-th contact target surface. )) Having a spherical tip (more generally, the contact surface with the i-th contact target surface is substantially point-like (including the contact surface having a very small area)). There may be.

この場合には、第i接触可動リンクグループの各可動リンク103(i)_jの第i接触対象面との点状の接触面(接触点)が接触力中心点に合致することとなるので、該可動リンク103(i)_jに接触力モーメントを作用させること(ひいては変化させること)が実質的にできない。そして、この場合には、該可動リンク103(i)_jに付加し得る摂動接触力モーメント↑M(i)_jは常にゼロであるから、該可動リンク103(i)_jの接触面のばね性回転変位量↑Xrot(i)_j(=Krot(i)_j・↑M(i)_j)も常にゼロとなる。ひいては、このばね性回転変位量↑Xrot(i)_jと、一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量↑Δqとの間の関係を表すヤコビアン行列Jrot(i)_jも常にゼロ行列となる。   In this case, the point-like contact surface (contact point) with the i-th contact target surface of each movable link 103 (i) _j of the i-th contact movable link group matches the contact force center point. It is substantially impossible to apply a contact force moment to the movable link 103 (i) _j (and to change it). In this case, since the perturbation contact force moment ↑ M (i) _j that can be added to the movable link 103 (i) _j is always zero, the spring property of the contact surface of the movable link 103 (i) _j The rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j (= Krot (i) _j · ↑ M (i) _j) is always zero. As a result, the Jacobian matrix Jrot (i) _j representing the relationship between the spring-like rotational displacement amount ↑ Xrot (i) _j and the variation amount ↑ Δq of the generalized variable vector ↑ q per unit time is always a zero matrix. Become.

従って、この場合の可動リンクヤコビアン行列J(i)_jは、前記式(26c)によって、J(i)_j=[Jorg(i)_j,0]Tとなる。このため、前記式(27)により第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)を算出する処理は、次式(27a)によりJcを算出する処理と等価である。 Therefore, the movable link Jacobian matrix J (i) _j in this case becomes J (i) _j = [Jorg (i) _j, 0] T by the above equation (26c). For this reason, the process of calculating the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) by the equation (27) is equivalent to the process of calculating Jc by the following equation (27a).

Figure 0005616290

この式(27a)におけるr(i)_j、Rk(i)、VV(i)_jは、それぞれ、前記式(22)に示したものと同じある。また、Jorg(i)_jは、前記式(26a)に示したヤコビアン行列、すなわち、第j可動リンク接触面のばね性並進変位量↑Xorg_iと、一般化変数ベクトル↑qの単位時間当たりの変化量↑Δqとの間の関係を表すヤコビアン行列である。
Figure 0005616290

In this equation (27a), r (i) _j, Rk (i), and VV (i) _j are the same as those shown in the equation (22). Jorg (i) _j is the Jacobian matrix shown in the above formula (26a), that is, the change per unit time of the springy translational displacement amount ↑ Xorg_i of the jth movable link contact surface and the generalized variable vector ↑ q. It is a Jacobian matrix representing the relationship between the quantity ↑ Δq.

そして、この式(27a)の演算を行なうためのr(i)_j、Rk(i)、VV(i)_jの値は、前記実施形態と同様の仕方で決定できる。また、J(i)_j=[Jorg(i)_j,0]Tであるから、前記実施形態で可動リンクヤコビアン行列J(i)_jを算出する場合と同様の仕方でJorg(i)_jを算出することができる。 The values of r (i) _j, Rk (i), and VV (i) _j for performing the calculation of the equation (27a) can be determined in the same manner as in the above embodiment. Since J (i) _j = [Jorg (i) _j, 0] T , Jorg (i) _j is set in the same manner as in the case of calculating the movable link Jacobian matrix J (i) _j in the above embodiment. Can be calculated.

また、移動体は、例えば図9に示す如く、任意の第i接触対象面に接触する第i接触可動リンクグループのm(i)個の可動リンク103(i)_j(j=1,2,…,m(i))の先端部に車輪を備える構造の移動体であってもよい。   Further, for example, as shown in FIG. 9, the moving body has m (i) movable links 103 (i) _j (j = 1, 2, j in the i-th contact movable link group that contacts an arbitrary i-th contact target surface. .., M (i)) may be a moving body having a wheel at the tip.

また、本実施形態では、移動体1の姿勢の安定性を高めるために、基準歩容の目標総外力↑FMt_cmd0を修正した上で、第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定するようにしたが、基準歩容の目標総外力↑FMt_cmd0をそのまま用いて第1〜第N目標全接触力↑FMt(1)_cmd1〜↑FMt(N)_cmd1を決定するようにしてもよい。   In this embodiment, in order to improve the stability of the posture of the moving body 1, the target total external force ↑ FMt_cmd0 of the reference gait is corrected and the first to Nth target total contact force ↑ FMt (1) _cmd1 ↑ FMt (N) _cmd1 is determined, but the target total external force ↑ FMt_cmd0 of the standard gait is used as it is, and the first to Nth target total contact forces ↑ FMt (1) _cmd1 to ↑ FMt (N) _cmd1 May be determined.

また、前記実施形態では、第i目標接触力↑FMt(i)_cmd1と、第i実全接触力↑FMt(i)_actの観測値との偏差↑Dfmt(i)(=↑FMt(i)_cmd1−↑FMt(i)_act)に応じた比例項と積分項とを合成する(加え合わせる)ことによって、第i摂動全床反力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdを決定するようにしたが、積分項(=↑ΔFMt(i)_int)をそのまま、第i摂動全接触力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdとして決定するようにしてもよい。   In the embodiment, the deviation ↑ Dfmt (i) (= ↑ FMt (i) between the i-th target contact force ↑ FMt (i) _cmd1 and the observed value of the i-th actual total contact force ↑ FMt (i) _act The required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total floor reaction force ↑ ΔFMt (i) is obtained by synthesizing (adding together) the proportional term and the integral term corresponding to _cmd1- ↑ FMt (i) _act). However, the integral term (= ↑ ΔFMt (i) _int) may be determined as it is as the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total contact force ↑ ΔFMt (i).

このようにした場合には、前記代表接触面並進・回転変位量算出部65により↑ΔFMt(i)_dmdから算出される第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑ΔXc(i)が、想定第i接触対象面の位置及び姿勢の実際の第i接触対象面に対する定常的な誤差分↑Xc(i)_intに相当するものとなる。   In such a case, the springiness translational / rotational displacement amount ↑ ΔXc (i) of the i-th representative contact surface calculated from ↑ ΔFMt (i) _dmd by the representative contact surface translational / rotational displacement amount calculating unit 65 is obtained. This corresponds to the steady error ↑ Xc (i) _int of the position and orientation of the assumed i-th contact target surface with respect to the actual i-th contact target surface.

従って、この場合には、接触対象面推定部70においては、前記式(28−1)により↑Xc(i)_intを改めて算出する必要はなく、前記代表接触面並進・回転変位量算出部65により算出された第i代表接触面のばね性並進・回転変位量↑ΔXc(i)に応じて、想定第i接触対象面の位置及び姿勢を修正することで、第i接触対象面推定値を決定するようにすればよい。このようにすることで、前記第2発明及び第4発明発明の一実施形態が構築されることとなる。   Therefore, in this case, the contact target surface estimation unit 70 does not need to calculate ↑ Xc (i) _int again by the equation (28-1), and the representative contact surface translational / rotational displacement amount calculation unit 65. By correcting the position and orientation of the assumed i th contact target surface according to the springiness translational / rotational displacement amount ↑ ΔXc (i) of the i th representative contact surface calculated by It may be determined. By doing in this way, one Embodiment of the said 2nd invention and the 4th invention will be constructed | assembled.

また、前記実施形態では、第1〜第N接触対象面の全てについて、実際の位置及び姿勢を推定するようにしたが、特定の接触対象面(第h接触対象面)についてのみ、その実際の位置及び姿勢を推定するようにしてもよい。例えば図6に示した移動体1の動作を行なう場合に、床面FL(第1接触対象面)についてのみ、その実際の位置及び姿勢を接触対象面推定部70で推定するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the actual position and attitude | position were estimated about all of the 1st-Nth contact target surface, only about the specific contact target surface (hth contact target surface), the actual The position and orientation may be estimated. For example, when the operation of the moving body 1 shown in FIG. 6 is performed, the actual position and orientation of the floor surface FL (first contact target surface) may be estimated by the contact target surface estimation unit 70. .

また、前記実施形態では、接触対象面推定部70を備えるようにしたが、これを省略してもよい。その場合においては、第i目標接触力↑FMt(i)_cmd1と、第i実全接触力↑FMt(i)_actの観測値との偏差↑Dfmt(i)(=↑FMt(i)_cmd1−↑FMt(i)_act)に応じた比例項を、第i摂動全床反力↑ΔFMt(i)の要求値↑ΔFMt(i)_dmdとして決定するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the contact target surface estimation part 70 was provided, this may be abbreviate | omitted. In that case, the deviation ↑ Dfmt (i) (= ↑ FMt (i) _cmd1− between the i-th target contact force ↑ FMt (i) _cmd1 and the observed value of the i-th actual total contact force ↑ FMt (i) _act The proportional term corresponding to ↑ FMt (i) _act) may be determined as the required value ↑ ΔFMt (i) _dmd of the i-th perturbation total floor reaction force ↑ ΔFMt (i).

また、前記実施形態では、2つの接触対象面に移動体1が接触する場合と例にとって説明したが、3つ以上の接触対象面に移動体1が接触するような場合でも、本発明を適用できることはもちろんである。さらに、移動体1を接触させる複数の接触対象面は、そのうちの2つの接触対象面が、互いにほぼ平行なものとなるような接触対象面であってもよい。   In the above embodiment, the case where the moving body 1 contacts two contact target surfaces has been described as an example. However, the present invention is also applied to the case where the moving body 1 contacts three or more contact target surfaces. Of course you can. Further, the plurality of contact target surfaces with which the mobile body 1 is brought into contact may be contact target surfaces in which two contact target surfaces are substantially parallel to each other.

1,101…移動体、2,102…基体、3,103…可動リンク、50…制御装置、64…全接触力要求修正量決定部(全接触力要求修正量決定手段)、65…代表接触面並進・回転変位量算出部(代表接触面位置姿勢変位量算出手段)、66…代表接触面ヤコビアン行列算出部(代表接触面ヤコビアン行列算出手段)、68…関節変位修正量決定部(関節変位修正量決定手段)、69…関節変位制御部(関節変位制御手段、70…接触対象面推定部(接触対象面推定手段)、STEP2〜9…擬似逆行列演算用パラメータ決定手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Moving body, 2,102 ... Base | substrate, 3,103 ... Movable link, 50 ... Control apparatus, 64 ... Total contact force request | requirement correction amount determination part (total contact force request | requirement correction amount determination means), 65 ... Representative contact Surface translation / rotation displacement amount calculation unit (representative contact surface position / posture displacement amount calculation unit), 66 ... representative contact surface Jacobian matrix calculation unit (representative contact surface Jacobian matrix calculation unit), 68 ... joint displacement correction amount determination unit (joint displacement) Correction amount determination means), 69 ... joint displacement control section (joint displacement control means, 70 ... contact target surface estimation section (contact target surface estimation means), STEP 2 to 9 ... pseudo inverse matrix calculation parameter determination means.

Claims (6)

基体と、基体に連結された複数の可動リンクと、各可動リンクの関節を駆動する関節アクチュエータとを備えた移動体の動作を、該移動体の動作環境に存在する互いに異なる複数の接触対象面である第1〜第N接触対象面(N:2以上の整数)のそれぞれに1つ以上の可動リンクを接触させつつ該移動体の運動を行なわせるための目標運動と、該目標運動を実現するために該移動体に前記第1〜第N接触対象面のそれぞれから作用させるべき全接触力の目標値である目標全接触力とに応じて制御する制御装置であって、
前記第1〜第N接触対象面のそれぞれである第i接触対象面(i=1,2,…,N)から前記移動体に実際に作用する全接触力の観測値と、該第i接触対象面に対応する前記目標全接触力との偏差をゼロに近づけるために該第i接触対象面から該移動体に付加的に作用させるべき全接触力の要求修正量である第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを前記偏差に応じて決定する全接触力要求修正量決定手段と、
前記第i全接触力要求修正量が前記移動体と第i接触対象面との全ての接触面を代表する単一の仮想的な接触面としての第i代表接触面の位置及び姿勢のばね性変位によって発生するものと仮定して、前記決定された第i全接触力要求修正量と該第i接触対象面に対応してあらかじめ定められた第i代表接触面のばね定数とから、第i代表接触面(i=1,2,…,N)のそれぞれの位置及び姿勢の要求変位量を算出する代表接触面位置姿勢変位量算出手段と、
前記第i代表接触面の位置及び姿勢の時間的変化率と、前記基体の位置及び姿勢と前記移動体の各関節の変位量とを成分として構成される一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列である第i代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)のそれぞれを、該第i接触対象面に接触している可動リンクのグループである第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置の時間的変化率又は該第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の位置及び姿勢の時間的変化率と前記一般化変数ベクトルの時間的変化率との間の関係を表すヤコビアン行列である各可動リンクヤコビアン行列J(i)_jと、前記第i代表接触面のばね定数と、前記移動体に該第i接触対象面から実際に作用する全接触力の作用点としての全接触力中心点に対する第i接触可動リンクグループの各可動リンクの接触部の実際の接触力中心点の相対位置と、第i接触可動リンクグループの各可動リンクに実際に作用する接触力の値とから次式(27)により算出する代表接触面ヤコビアン行列算出手段と、
前記算出された第1〜第N代表接触面の位置及び姿勢の要求変位量を並べてなる総合要求変位量に、前記算出された第1〜第N代表接触面ヤコビアン行列Jc(i)(i=1,2,…,N)を並べてなる総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1を乗じることにより前記第1〜第N代表接触面のそれぞれの位置及び姿勢の要求変位量を実現するための前記移動体の各関節の変位量の修正量である関節変位修正量を決定する関節変位修正量決定手段と、
前記移動体の目標運動により規定される該移動体の各関節の変位量である目標関節変位量を、前記決定された関節変位修正量により修正してなる修正後目標関節変位量に応じて前記関節アクチュエータを制御する関節変位制御手段とを備えることを特徴とする移動体の制御装置。
Figure 0005616290
A plurality of different contact target surfaces existing in an operating environment of the mobile body are provided with a base body, a plurality of movable links connected to the base body, and a joint actuator that drives a joint of each movable link. A target motion for causing the moving body to move while bringing one or more movable links into contact with each of the first to Nth contact target surfaces (N: an integer of 2 or more), and realizing the target motion A control device that controls the moving body according to a target total contact force that is a target value of a total contact force to be applied from each of the first to Nth contact target surfaces;
An observed value of the total contact force actually acting on the moving body from the i-th contact target surface (i = 1, 2,..., N), which is each of the first to N-th contact target surfaces, and the i-th contact The i-th total contact force, which is a required correction amount of the total contact force to be additionally applied to the moving body from the i-th contact target surface in order to bring the deviation from the target total contact force corresponding to the target surface close to zero. A total contact force required correction amount determining means for determining each of the required correction amounts (i = 1, 2,..., N) according to the deviation;
The i-th total contact force required correction amount is a spring property of the position and posture of the i-th representative contact surface as a single virtual contact surface that represents all the contact surfaces of the movable body and the i-th contact target surface. Assuming that this occurs due to displacement, the i-th total contact force required correction amount and the spring constant of the i-th representative contact surface determined in advance corresponding to the i-th contact target surface, Representative contact surface position / posture displacement amount calculating means for calculating a required displacement amount of each position and posture of the representative contact surface (i = 1, 2,..., N);
A temporal change rate of the position and orientation of the i-th representative contact surface, a temporal change rate of a generalized variable vector composed of the position and orientation of the base body and the displacement amount of each joint of the movable body as components; Of the i-th representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i = 1, 2,..., N), which is a Jacobian matrix representing the relationship between the i-th contact surface and the movable link in contact with the i-th contact target surface. The temporal change rate of the position of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group which is a group or the temporal change rate of the position and posture of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group Each movable link Jacobian matrix J (i) _j, which is a Jacobian matrix representing the relationship between the temporal change rate of the activation variable vector, the spring constant of the i-th representative contact surface, and the i-th contact with the movable body Total contact force actually acting from the target surface The relative position of the actual contact force center point of the contact portion of each movable link of the i-th contact movable link group with respect to the total contact force center point as the action point, and actually acts on each movable link of the i-th contact movable link group Representative contact surface Jacobian matrix calculating means for calculating from the contact force value according to the following equation (27):
The calculated first to Nth representative contact surface Jacobian matrix Jc (i) (i =) is added to the total required displacement amount obtained by arranging the calculated first and Nth representative contact surface position and orientation required displacement amounts. 1,..., N) are multiplied by a pseudo inverse matrix Jc −1 of a general Jacobian matrix Jc, and the required displacement amounts of the respective positions and orientations of the first to Nth representative contact surfaces are realized. A joint displacement correction amount determining means for determining a joint displacement correction amount that is a correction amount of a displacement amount of each joint of the mobile body;
The target joint displacement amount, which is the displacement amount of each joint of the mobile body defined by the target motion of the mobile body, is corrected according to the corrected target joint displacement amount obtained by correcting the determined joint displacement correction amount. A moving body control device comprising: a joint displacement control means for controlling a joint actuator.
Figure 0005616290
請求項1記載の移動体の制御装置において、
前記全接触力要求修正量決定手段は、前記第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを、第i接触対象面における前記偏差を積分することにより決定することを特徴とする移動体の制御装置。
In the moving body control device according to claim 1,
The total contact force required correction amount determining means determines each of the i th total contact force required correction amount (i = 1, 2,..., N) by integrating the deviation on the i th contact target surface. A control device for a moving body.
請求項1記載の移動体の制御装置において、
前記全接触力要求修正量決定手段は、前記第i全接触力要求修正量(i=1,2,…,N)のそれぞれを、少なくとも第i接触対象面における前記偏差に比例する比例項と、該偏差を積分してなる積分項とを合成することにより決定することを特徴とする移動体の制御装置。
In the moving body control device according to claim 1,
The total contact force request correction amount determination means includes a proportional term in which each of the i-th total contact force request correction amount (i = 1, 2,..., N) is proportional to at least the deviation on the i-th contact target surface. A control apparatus for a moving body, characterized in that it is determined by combining an integral term obtained by integrating the deviation.
請求項2記載の移動体の制御装置において、
前記第1〜第N接触対象面のうちのあらかじめ定められた特定の接触対象面である第h接触対象面に対応して前記目標運動で想定されている接触対象面である想定第h接触対象面の位置及び姿勢を、前記代表接触面位置姿勢変位量算出手段により算出された第h代表接触面の前記要求変位量に応じて補正することにより実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定する接触対象面推定手段をさらに備えることを特徴とする移動体の制御装置。
In the control apparatus of the moving body of Claim 2,
An assumed hth contact object that is a contact object surface assumed in the target motion corresponding to an hth contact object surface that is a predetermined specific contact object surface among the first to Nth contact object surfaces. The actual position and orientation of the h-th contact target surface are corrected by correcting the position and orientation of the surface in accordance with the required displacement amount of the h-th representative contact surface calculated by the representative contact surface position / posture displacement amount calculation unit. A moving body control device, further comprising a contact target surface estimating means for estimating.
請求項3記載の移動体の制御装置において、
前記第1〜第N接触対象面のうちのあらかじめ定められた特定の接触対象面である第h接触対象面に対応して前記目標運動で想定されている接触対象面である想定第h接触対象面の位置及び姿勢を補正することにより、実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定する接触対象面推定手段をさらに備えており、
該接触対象面推定手段は、第h接触対象面に対応する前記第h全接触力要求修正量を組成する前記積分項と該第h接触対象面に対応する前記第h代表接触面のばね定数とから、該積分項に対応する第h代表接触面の位置及び姿勢の変位量である第h代表接触面定常変位量を算出し、該第h代表接触面定常変位量に応じて前記想定第h接触対象面の位置及び姿勢を補正することにより実際の第h接触対象面の位置及び姿勢を推定することを特徴とする移動体の制御装置。
In the control apparatus of the moving body of Claim 3,
An assumed hth contact object that is a contact object surface assumed in the target motion corresponding to an hth contact object surface that is a predetermined specific contact object surface among the first to Nth contact object surfaces. Contact surface estimation means for estimating the actual position and orientation of the h-th contact target surface by correcting the position and orientation of the surface;
The contact target surface estimation means includes the integral term that composes the h-th total contact force required correction amount corresponding to the h-th contact target surface and the spring constant of the h-th representative contact surface corresponding to the h-th contact target surface. The h-th representative contact surface steady displacement amount, which is a displacement amount of the position and orientation of the h-th representative contact surface corresponding to the integral term, is calculated, and the assumption is made according to the h-th representative contact surface steady-state displacement amount. An apparatus for controlling a moving body, wherein the position and orientation of an actual h-th contact target surface are estimated by correcting the position and orientation of the h-contact target surface.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の移動体の制御装置において、
前記算出された総合ヤコビアン行列Jcの擬似逆行列Jc-1は、あらかじめ設定された重み行列Wと前記算出された総合ヤコビアン行列Jcとから次式(31)により算出される行列であると共に、該式(31)におけるkの値を、次式(32)により表される行列式DETが所定の正の閾値以上の値になるように決定する擬似逆行列演算用パラメータ決定手段を備えており、

Jc-1=W-1・JcT・(Jc・W-1・JcT+k・I)-1 ……(31)
DET=det(Jc・W-1・JcT+k・I) ……(32)
ただし、W:あらかじめ定められた重み行列(対角行列)

前記擬似逆行列演算用パラメータ決定手段は、kの暫定値を所定の初期値から段階的に増加させていくように設定することと、設定した各暫定値を用いて前記行列式DETの値を算出することと、算出した行列式DETの絶対値が前記所定の閾値以上の値であるか否かを判断することとを繰り返し、該判断結果が肯定的となったときのkの暫定値を、前記式(31)により擬似逆行列を算出するために用いるkの値として決定する手段であると共に、前記判断結果が否定的である場合のkの暫定値の増加量を、その増加前の暫定値を用いて算出した行列式DETの絶対値と前記所定の閾値との偏差の絶対値のn乗根(n:Jc・W-1・JcTの次数)に比例する値に設定することを特徴とする移動体の制御装置。
In the control apparatus of the moving body of any one of Claims 1-5,
The pseudo inverse matrix Jc −1 of the calculated total Jacobian matrix Jc is a matrix calculated by the following equation (31) from a preset weight matrix W and the calculated total Jacobian matrix Jc. Pseudo-inverse matrix operation parameter determination means for determining the value of k in the expression (31) so that the determinant DET represented by the following expression (32) is equal to or greater than a predetermined positive threshold value;

Jc -1 = W -1 · Jc T · (Jc · W -1 · Jc T + k · I) -1 ...... (31)
DET = det (Jc ・ W −1・ Jc T + k ・ I) (32)
W: Predetermined weight matrix (diagonal matrix)

The pseudo inverse matrix calculation parameter determining means sets the provisional value of k so as to increase stepwise from a predetermined initial value, and uses the set provisional values to determine the value of the determinant DET. Repeatedly calculating and determining whether or not the absolute value of the calculated determinant DET is equal to or greater than the predetermined threshold, and the provisional value of k when the determination result is affirmative , A means for determining the value of k used for calculating the pseudo inverse matrix by the equation (31), and the increase amount of the provisional value of k when the determination result is negative, Set to a value proportional to the nth root of the absolute value of the deviation between the absolute value of the determinant DET calculated using the provisional value and the predetermined threshold (n: the order of Jc · W −1 · Jc T ). A control device for a moving body.
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