JP5836565B2 - モーションキャプチャデータを模倣するロボットの追跡及びバランス維持システム及び方法 - Google Patents
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Description
u=K(xref−x) (8)
ここで、Kは一定の利得行列であり、xrefは代表的には基準動作から計算される基準状態である。
コスト関数が最小化されるように状態帰還利得Kを決定する。
Z=Zs+Zq+Zc+Zt+Zf (17)
であり、5つの項の各々は以下の段落で詳細に説明される。
Zs=ecop+et (18)
y=−A−1b (29)
を有する。
Q=diag{1.0×107 1.0×108 1.0×102 1.0×103}
R=1.0
であり、これらはCOPが大きな衝撃に対して接触域から出ないように選択された。オブザーバ利得は、推定状態が閉ループの極に比較して十分に速く収斂されるように選択した。関節及び接触リンク追跡のための帰還利得は、他に言及しない限り、kp=4.0及びkd=4.0とした。コスト関数に対して選択されたすべての加重は、Wt及びWcを除いて、すべての対角要素が1とした。Wtの対角要素はデフォルトにより0に設定され、関節トルクが限界値を超えたとき、対応する値が1に変化した。Wcの対角要素は垂直力及び他の力に対してそれぞれ1.0×10-9及び1×10-7に設定した。
xk+1=Axk+Buk (35)
が得られる。ここで、xkは状態であり、ukはサンプリング時刻kにおける入力である。バランスコントローラ201(11)と異なり、ここでは実測値は使用されないためコントローラモデル(35)はオブザーバを含まない。従って、ukは基準動作のCOM軌道を含むのみである。COP位置が出力として選択され、その結果出力方程式は:
Yk=Cxk (36)
と規定される。
yref=hb+(1−h)c
により得る。ここで、h=hmax(N−n)/Nであり、hmaxはユーザ指定の定数である。b及びc間のこの補間により、yrefはnが大きくなるにつれてcに近づき、これはCOMを短期間で変化させることがより困難になるという観察に基づく。
Claims (18)
- 機械的な人工エージェントであって、
複数の関節を介して結合された複数の可動部と、
前記複数の可動部の動作を制御するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラは、
簡易モデルの現在状態を、基準動作データから取得した基準状態情報と、前記簡易モデルから取得した測定出力とに基づいて推定し、推定状態と計算された簡易モデルへの入力を含むバランス制御信号を供給するように構成されたバランスコントローラであって、前記機械的な人工エージェントの動力学を表す簡易モデルに対して設計されたバランスコントローラと、
前記バランス制御信号と、前記機械的な人工エージェントから取得した前記機械的な人工エージェントの現在関節位置及び速度と、前記基準動作データから取得した基準関節位置、速度及び加速度とに基づいて、バランスを維持しながら前記基準動作データが示す基準動作を追跡するように設定された、関節及び接触リンクの所望の加速度についての動作命令を生成するように構成されたトラッキングコントローラであって、前記機械的な人工エージェントの個々の関節に対するトラッキングコントローラとを備え、
前記複数の関節の各々が前記動作命令を使用でき、前記基準動作の追跡及びバランスの維持をもたらし、
前記動作命令は関節トルクを含み、前記関節の速度が限界値に近づくと前記速度を下げるために強い減衰トルクが付加され、
前記バランスの維持は、少なくとも、前記簡易モデルへの所望の入力からの誤差に対処する項、前記関節の所望の加速度からの誤差に対処する項、前記接触リンクの所望の加速度からの誤差に対処する項、前記関節トルクからの減衰項及び接触力からの減衰項のうちの1つを含むコスト関数を最適化し、前記簡易モデルから全身モデルへのマッピングを行うことによって実現される、機械的な人工エージェント。 - 前記機械的な人工エージェントはヒューマノイドロボットである、請求項1記載の機械的な人工エージェント。
- 前記複数の可動部は1つ以上の可動下半身部分を有する本体部分を備え、前記バランス制御信号は前記全身モデルと整合している、請求項2記載の機械的な人工エージェント。
- 前記基準動作データはモーションキャプチャシステムから得られる1つ以上のデータ入力を更に含む、請求項1記載の機械的な人工エージェント。
- 前記基準動作は1つ以上の足踏み動作を更に含む、請求項4記載の機械的な人工エージェント。
- 前記コントローラの前段には、前記基準動作に対応する入力データを前処理する運動学的マッピングモジュールと動力学的マッピングモジュールとを備える、請求項3記載の機械的な人工エージェント。
- 前記運動学的マッピングモジュールは、前記機械的な人工エージェントの1つ以上の現在接触位置を用いて、1つ以上の接触位置と前記機械的な人工エージェントの本体との間の運動学的関係が前記基準動作を追跡するように、1つ以上の体幹軌道及び1つ以上の関節軌道を修正するように構成されている、請求項6記載の機械的な人工エージェント。
- 前記動力学的マッピングモジュールは、前記基準動作を追跡しながら圧力中心を前記機械的な人工エージェントの接触凸包内に維持するように前記機械的な人工エージェントの基準重心を修正するように構成されている、請求項6記載の機械的な人工エージェント。
- 機械的な人工エージェントの動力学を表す簡易モデルに対して設計されたバランスコントローラによって、簡易モデルの現在状態を、基準動作データから取得した基準状態情報と、前記簡易モデルから取得した測定出力とに基づいて推定し、複数の関節で結合された複数の可動部を有する前記機械的な人工エージェントのトラッキングコントローラに、推定状態と計算された簡易モデルへの入力を含むバランス制御信号を供給するステップと、
前記機械的な人工エージェントの個々の関節に対する前記トラッキングコントローラによって、前記バランス制御信号と、前記機械的な人工エージェントから取得した前記機械的な人工エージェントの現在関節位置及び速度と、前記基準動作データから取得した基準関節位置、速度及び加速度とに基づいて、バランスを維持しながら前記基準動作データが示す基準動作を追跡するように設定された、関節及び接触リンクの所望の加速度についての動作命令を含むトラッキング制御信号を供給するステップとを備え、
前記複数の関節の各々が前記動作命令を使用でき、前記基準動作の追跡及びバランスの維持をもたらし、
前記動作命令は関節トルクを含み、前記関節の速度が限界値に近づくと前記速度を下げるために強い減衰トルクが付加され、
前記バランスの維持は、少なくとも、前記簡易モデルへの所望の入力からの誤差に対処する項、前記関節の所望の加速度からの誤差に対処する項、前記接触リンクの所望の加速度からの誤差に対処する項、前記関節トルクからの減衰項及び接触力からの減衰項のうちの1つを含むコスト関数を最適化し、前記簡易モデルから全身モデルへのマッピングを行うことによって実現される、方法。 - 前記機械的な人工エージェントはヒューマノイドロボットである、請求項9記載の方法。
- 前記複数の可動部は1つ以上の可動下半身部分を有する本体部分を備え、前記バランス制御信号は前記全身モデルと整合している、請求項10記載の方法。
- 前記基準動作データはモーションキャプチャシステムから得られる1つ以上のデータ入力を更に含む、請求項9記載の方法。
- 前記基準動作は1つ以上の足踏み動作を更に含む、請求項12記載の方法。
- 運動学的マッピングモジュール及び動力学的マッピングモジュールを用いて前記基準動作に対応する入力データを前処理するステップを更に備える、請求項9記載の方法。
- 前記運動学的マッピングモジュールを用いて、1つ以上の接触位置と前記機械的な人工
エージェントの本体との間の運動学的関係が前記基準動作を追跡するように1つ以上の体幹軌道及び1つ以上の関節軌道を修正するステップを更に備える、請求項14記載の方法。 - 前記動力学的マッピングモジュールを用いて、前記基準動作を追跡しながら圧力中心を前記機械的な人工エージェントの接触凸包内に維持するように前記機械的な人工エージェントの基準重心を修正するステップを更に備える、請求項14記載の方法。
- 1つ以上のプロセッサと、
複数の関節で結合された複数の可動部を有する機械的な人工エージェントの動作を制御するように構成された、前記1つ以上のプロセッサにより実行可能なコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを有するプログラム記憶装置とを備え、該プログラム記憶装置は、
簡易モデルの現在状態を、基準動作データから取得した基準状態情報と、前記簡易モデルから取得した測定出力とに基づいて推定し、推定状態と計算された簡易モデルへの入力を含むバランス制御信号を供給するように設定されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードであって、前記機械的な人工エージェントの動力学を表す簡易モデルに対して設計されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
前記バランス制御信号と、前記機械的な人工エージェントから取得した前記機械的な人工エージェントの現在関節位置及び速度と、前記基準動作データから取得した基準関節位置、速度及び加速度とに基づいて、バランスを維持しながら前記基準動作データが示す基準動作を追跡するように設定された、関節及び接触リンクの所望の加速度についての動作命令を生成するように構成されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードであって、前記機械的な人工エージェントの個々の関節に対するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードとを含み、
前記複数の関節の各々が前記動作命令を使用でき、前記基準動作の追跡及びバランスの維持をもたらし、
前記動作命令は関節トルクを含み、前記関節の速度が限界値に近づくと前記速度を下げるために強い減衰トルクが付加され、
前記バランスの維持は、少なくとも、前記簡易モデルへの所望の入力からの誤差に対処する項、前記関節の所望の加速度からの誤差に対処する項、前記接触リンクの所望の加速度からの誤差に対処する項、前記関節トルクからの減衰項及び接触力からの減衰項のうちの1つを含むコスト関数を最適化し、前記簡易モデルから全身モデルへのマッピングを行うことによって実現される、装置。 - 複数の関節で結合された複数の可動部を有する機械的な人工エージェントの動作を制御するように構成された、1つ以上のプロセッサにより実行可能なコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを有するプログラム記憶装置において、
簡易モデルの現在状態を、基準動作データから取得した基準状態情報と、前記簡易モデルから取得した測定出力とに基づいて推定し、推定状態と計算された簡易モデルへの入力を含むバランス制御信号を供給するように設定されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードであって、前記機械的な人工エージェントの動力学を表す簡易モデルに対して設計されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
前記バランス制御信号と、前記機械的な人工エージェントから取得した前記機械的な人工エージェントの現在関節位置及び速度と、前記基準動作データから取得した基準関節位置、速度及び加速度とに基づいて、バランスを維持しながら前記基準動作データが示す基準動作を追跡するように設定された、関節及び接触リンクの所望の加速度についての動作命令を生成するように構成されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードであって、前記機械的な人工エージェントの個々の関節に対するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードとを含み、
前記複数の関節の各々が前記動作命令を使用でき、前記基準動作の追跡及びバランスの維持をもたらし、
前記動作命令は関節トルクを含み、前記関節の速度が限界値に近づくと前記速度を下げるために強い減衰トルクが付加され、
前記バランスの維持は、少なくとも、前記簡易モデルへの所望の入力からの誤差に対処する項、前記関節の所望の加速度からの誤差に対処する項、前記接触リンクの所望の加速度からの誤差に対処する項、前記関節トルクからの減衰項及び接触力からの減衰項のうちの1つを含むコスト関数を最適化し、前記簡易モデルから全身モデルへのマッピングを行うことによって実現される、プログラム記憶装置。
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