JP6311153B2 - ２足走行ロボットの移動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、２足走行ロボットの移動制御システムに係り、更に詳しくは、人間の走行運動や跳躍運動を模擬した自律移動を可能にするための２足走行ロボットの移動制御システムに関する。

従来、２足の脚式ロボットの走行制御に適用されるモデルとして、１つの質点と１つの減衰のないばねによるＳＬＩＰ（Ｓｐｒｉｎｇ Ｌｏａｄｅｄ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ）モデルが知られている（非特許文献１参照）。また、このＳＬＩＰモデルを用いた走行制御として、走行過程で左右両側の脚部が共に地面から離れる跳躍期に、脚部の支点に相当する股関節部分を稼働させ、着地位置を変更することで走行速度を制御する手法も知られている（非特許文献２参照）。更に、特許文献１には、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）を利用し、脚部の姿勢を決定する上で腰部の運動パターンを生成する歩行制御方法が開示されている。

特開２００３−１１７８５８号公報

Ｒ．Ｂｌｉｃｋｈａｎ著，「Ｔｈｅ Ｓｐｒｉｎｇ−ｍａｓｓ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｈｏｐｐｉｎｇ」 Ｊ.Ｂｉｏｍｅｃｈ．，Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ１１，１９８９年，ｐｐ．１２１７−１２２７ Ｍ．Ｈ．Ｒａｉｂｅｒｔ著，「Ｌｅｇｇｅｄ ｒｏｂｏｔｓ ｔｈａｔ ｂａｌａｎｃｅ」， Ｍａｓｓ．：ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ，１９８６年

前記非特許文献１のＳＬＩＰモデルにあっては、走行時の人間の重心運動と脚部のみを考慮した床反力との関係に基づいてシンプルに構成されたものであり、高速走行させる場合には、アクチュエータにより、地面を蹴り出す大きな力を脚部伸長方向に付与しなければならず、既存のアクチュエータでは限界がある。また、前記非特許文献２の走行制御手法にあっては、前記非特許文献１と同様にＳＬＩＰモデルを用いて、跳躍中に次の着地位置を変更することによってロボットを加速させているが、左右何れか一方の脚部が地面に接触している立脚期に、股関節を能動的に回転させることによる地面の蹴り出しを利用していないという問題がある。すなわち、前記ＳＬＩＰモデルが立脚期において、重心に回転モーメントを発生させないために、股関節を受動的に動くようにし、地面から脚に発生する床反力が重心を貫くように、ロボットの重心と股関節部分とが前後高さ方向において同じ位置に設定されている。しかし、ロボットをより加速するために、股関節部分を伸展させて脚部を拡げ、脚部で地面を強く蹴ろうとする程、その股関節を回転させるトルクが重心を回転させるモーメントになってしまうため、ロボットの上体が回転しロボットが転倒し易くなってしまう。更に、前記特許文献１の歩行制御方法にあっては、ロボットの腰部をヨー方向に回転させるものの、当該回転はヨー方向のみで、腰部の高さを一定にすることが前提であるため、人間の高速走行状態に相当するまで加速するには限界がある。

本発明は、以上のような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、既存の２足走行ロボットよりも高速となる走行運動や、人間の跳躍運動を模擬した運動を可能にするための２足走行ロボットの移動制御システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、主として、左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺を可能に設けられ、前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部を備える、という構成を採っている。

なお、本明細書及び本特許請求の範囲で用いられる語句のうち、次の語句については、特に明記しない限り、以下に説明する意味として用いられ、以降、詳細な説明を省略する。

位置若しくは方向を示す「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、２足走行ロボットを正面から見た状態における「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を意味する。

また、「ロール方向」とは、図１に示されるように、前後方向に延びるｘ軸（ロール軸）回りの回転方向を意味し、「ピッチ方向」とは、左右方向に延びるｙ軸（ピッチ軸）回りの回転方向を意味し、「ヨー方向」とは、上下方向に延びるｚ軸（ヨー軸）回りの回転方向を意味する。

更に、「走行」とは、人間における歩行の状態をも含む概念として用いられる。

本発明によれば、２足走行ロボットの移動過程において、脚部のみならず、骨盤部のロール方向の回転である骨盤動揺を行わせるため、脚部が地面を蹴る力を向上させ、従来よりも加速した走行運動が可能になる。また、跳躍運動にも適用でき、従来よりも高い跳躍をロボットにさせることが可能になる。すなわち、従来よりも高速となる走行運動のみならず、より瞬発力のある運動をも２足走行ロボットにさせることが可能になる。また、骨盤回旋をも行うことで、加速のために大きな股関節伸展トルクを発生させても、ロボットを安定的に保持でき、ロボットを不安定にならずに加速させることが可能になる。

本実施形態に係る２足走行ロボットの移動制御システムを概念的に表した構成図。 アクチュエータ及び制御装置の構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態における２足走行ロボットの移動制御システムを概念的に表した構成図が示されている。この図において、前記移動制御システム１０は、２足走行可能な脚式ロボットの一部として構成されており、当該ロボットの走行運動を可能にするためのシステムである。この移動制御システム１０は、ロボットの脚として機能する左右一対の脚部１２，１２と、当該脚部１２，１２を動作可能に支持する骨盤部１４と、ロボットの走行時に脚部１２，１２及び骨盤部１４を動作させるアクチュエータ１５と、アクチュエータ１５の駆動を制御することで、前記ロボットの走行制御を行う制御装置１６とを備えている。

前記脚部１２は、左右両側で相互に同一の構成に設けられており、上下方向に延びる脚本体１８と、脚本体１８の途中に設けられた弾性体としてのばね部材２０と、脚本体１８の自由端側（下端側）に設けられた足先部２１とを左右それぞれに備えている。

前記各脚本体１８は、その延出方向に伸縮自在となる構造を有し、基端側（上端側）が、骨盤部１４の左右両端側を支点として回転可能となるように、骨盤部１４に支持されている。すなわち、各脚本体１８は、骨盤部１４に対してロール方向、ピッチ方向及びヨー方向の３方向それぞれに回転運動が可能となるように支持されている。

各脚部１２は、アクチュエータ１５の駆動によって、脚本体１８の延出方向に伸縮可能になっているとともに、前記３方向に独立して回転可能になっている。なお、以下において、骨盤部１４と各脚本体１８，１８との接続部分を股関節部分２３，２３と称する。

前記ばね部材２０は、脚本体１８の延出方向に伸縮可能に配置され、左右の脚部１２，１２において同一の弾性を有している。なお、同様の作用を奏する限りにおいて、ばね部材２０を他の弾性体や弾性機構に代替することも可能である。

前記骨盤部１４は、その中央（前後及び左右方向の中央）を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、前記中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられており、アクチュエータ１５の駆動によって、骨盤動揺と骨盤回旋とを独立して行えるようになっている。

前記アクチュエータ１５は、複数のモータ等により構成されており、骨盤部１４に対して脚部１２，１２を動作させる脚用アクチュエータ２５と、骨盤部１４を動作させる骨盤用アクチュエータ２６からなる。

前記脚用アクチュエータ２５は、左右両側の脚本体１８，１８を伸縮させるための脚伸縮用駆動手段２８，２８と、左右両側の脚部１２，１２を骨盤部１４に対してロール方向（左右方向）に動揺させるための脚ロール方向駆動手段２９，２９と、同ピッチ方向（前後方向）に動揺させるための脚ピッチ方向駆動手段３０，３０と、同ヨー方向に動揺、すなわち、地面に沿って脚部１２，１２を回旋させるための脚ヨー方向駆動手段３１，３１とを備えている。

前記骨盤用アクチュエータ２６は、骨盤部１４をロール方向に回転して前記骨盤動揺させるための骨盤動揺用駆動手段３２と、骨盤部１４をヨー方向に回転して前記骨盤回旋させるための骨盤回旋用駆動手段３３とを備えている。

なお、本実施形態では、以上の各駆動手段２８〜３３に関し、各動作毎に単一のモータで構成しているが、特別な機構等を採用する等、本実施形態と同様の動作を可能にする限りにおいて、本発明を構成するアクチュエータの数は限定されるものではない。

前記制御装置１６は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。

この制御装置１６は、図２に示されるように、左右それぞれの脚部１２，１２の足先部２１，２１が地面に接触しているか否かを一定時間毎に判定する立脚遊脚判定手段３５と、立脚遊脚判定手段３５の判定結果に応じて、脚用アクチュエータ２５と骨盤用アクチュエータ２６の駆動を制御することで、脚部１２，１２及び骨盤部１４の動作制御をするアクチュエータ駆動制御手段３６とを備えている。

前記立脚遊脚判定手段３５では、左右両側の足先部２１，２１に付設された感圧センサ（図示省略）の値から、これら足先部２１，２１が地面に接触しているか否かが一定時間毎に判定される。そして、当該判定に基づき、前記感圧センサの各計測時点において、左右何れか一方の足先部２１が地面に接触した状態である立脚期と、左右両方の足先部２１，２１が地面から離れた状態である跳躍期との何れかであるかが特定される。更に、立脚期である場合には、左右の脚部１２，１２のうち、どちらが、足先部２１が接地している立脚側で、どちらが、足先部２１から離れている遊脚側かも特定される。また、図示しないタイマーで、各立脚期の経過時間である立脚時間と、同一側の脚部１２について、立脚期に入ってから次の立脚期に入るまでの走行周期と、左右何れか一方の脚部１２が接地してからの経過時間等とが計時され、制御装置１６内に記憶される。なお、前述した立脚期と跳躍期の判定手法は、本発明の本質的要素ではなく、他の手法によって行っても良い。

前記アクチュエータ駆動制御手段３６は、脚伸縮用駆動手段２８の駆動を制御する脚伸縮制御部３８と、脚ロール方向駆動手段２９の駆動を制御する脚左右動作制御部３９と、脚ピッチ方向駆動手段３０の駆動を制御する脚前後動作制御部４０と、脚ヨー方向駆動手段３１の駆動を制御する脚回旋動作制御部４１と、骨盤動揺用駆動手段３２の駆動を制御する骨盤動揺制御部４２と、骨盤回旋用駆動手段３３の駆動を制御する骨盤回旋制御部４３とを備えている。

次に、本実施形態における移動制御システム１０の走行制御の内容について具体的に説明する。

前記移動制御システム１０を備えた２足走行ロボットは、制御装置１６によるアクチュエータ１５の駆動制御によって、次のように動作する。すなわち、左右何れか一方の脚部１２の立脚期において、当該脚部１２は、足先部２１が接地している立脚側となっており、他方の脚部１２は、足先部２１が地面から離れた遊脚側となっている。この状態から、走行を推進するために、立脚側の足先部２１が接地した後、その足先部２１で地面が蹴り出される。すると、左右両側の足先部２１，２１が地面から一瞬離れる跳躍期に移行する。その後、先の立脚期で遊脚側となっていた脚部１２の立脚期に入り、当該脚部１２について、先程の立脚期と同様の動作がなされ、再び、前記跳躍期に移行し、上記の動作が左右交互に繰り返し行われる。

そこで、先ず、２足走行ロボットが前記立脚期に入った場合には、次の制御がなされる。

前記骨盤動揺制御部４２では、予め記憶された関係式による骨盤部１４の動揺角度（骨盤動揺角度）が経時的に得られるように、骨盤動揺用駆動手段３２の駆動が制御され、前記骨盤動揺が行われる。ここでの骨盤動揺の関係式は、次式（１）に示されるように、前記立脚時間と前記骨盤動揺角度との関係を表す正弦関数となっている。

上式において、θ_１（ｔ_１）は、目標とする骨盤部１４のロール方向の回転角度すなわち骨盤動揺角度である。また、ｔ_１は、前記立脚時間であり、左右何れか一方の脚部１２が接地してからの時間になる。更に、ωは、系の固有振動数であり、ｋは、ばね部材２０について予め設定されたばね定数、ｍは、予め特定されたロボット全体の重量である。また、Ａ_１は、骨盤部１４のロール方向の最大振幅であり、φは、骨盤動揺の周期の初期状態を変更するための定数である。換言すると、Ａ_１とφは、脚部１２の蹴り出しの力、すなわち、ロボットの跳躍高さの調整を行うために予め任意に設定された定数であるが、ロボット操作者等の要求に応じて、任意の値に都度変更可能にしても良い。

前記脚左右動作制御部３９では、左右両側の脚部１２，１２が、骨盤動揺角度θ_１（ｔ_１）に対し、同一の角度変位で骨盤動揺と逆向きのロール方向に回転するように、脚ロール方向駆動手段２９の駆動を制御し、骨盤動揺が与える脚部１２，１２の影響をキャンセルするようになっている。すなわち、骨盤動揺がされても、左右両側の足先部２１，２１が正しい姿勢で地面に向くように、脚ロール方向駆動手段２９の駆動が制御される。

前記脚伸縮制御部３８では、骨盤動揺角度の大きさに拘らず、前記立脚遊脚判定手段３５で判定された遊脚側となる脚部１２の脚本体１８のみ、所定の初期状態から予め設定された変位量で短縮するように、当該遊脚側の脚本体１８を動作させる脚伸縮用駆動手段２８の駆動が制御される。一方、立脚側と判定された脚部１２の脚本体１８は、前記初期状態から変位（伸縮）しないように維持される。

前記骨盤回旋制御部４３では、予め記憶された関係式による骨盤部１４の回旋角度（骨盤回旋角度）が経時的に得られるように、骨盤回旋用駆動手段３３の駆動が制御される。ここでの骨盤回旋の関係式は、次式（２）に示されるように、左右何れか一方の脚部１２が接地してからの経過時間と前記骨盤回旋角度との関係を表す正弦関数となっている。

上式において、θ_２（ｔ_２）は、目標とする骨盤部１４のヨー方向の回転角度（骨盤回旋角度）であり、ｔ_２は、立脚側の脚部１２が着地してからの時間である。Ｔ_１は、同一の脚部１２における前回の立脚期から次回の立脚期までの時間となる走行周期である。この走行周期Ｔ_１は、予め任意に設定、若しくは、都度指定した値を用いても良いし、前回から今回までの走行周期を計測して、その計測値を用いても良い。更に、Ａ_２は、骨盤回旋の最大振幅であり、ψは、骨盤回旋の周期の初期状態を変更するための変数である。換言すると、Ａ_２とψは、走行速度の調整を行うために予め任意に設定された定数であるが、ロボット操作者等の要求に応じて、任意の値に都度変更可能にしても良い。

前記脚回旋動作制御部４１では、左右両側の脚部１２，１２が、骨盤回旋角度θ_２（ｔ_２）に対し、同一の角度変位で骨盤回旋と逆向きのヨー方向に回転するように、脚ヨー方向駆動手段３１の駆動を制御し、骨盤回旋が与える脚部１２，１２の影響をキャンセルするようになっている。すなわち、骨盤回旋がされても、左右両側の足先部２１，２１が正しい姿勢で地面に向くように、脚ヨー方向駆動手段３１の駆動が制御される。

前記脚前後動作制御部４０では、骨盤回旋によって生じた前記ロボットのピッチ方向の回転モーメントによる重心の前傾を補償するように、立脚側となる脚部１２の動作制御を行うようになっている。換言すると、ここでは、立脚側の脚部１２の床反力の方向をロボットの重心近傍に近づけ、骨盤回旋によって不安定になる走行運動を安定化させるために、脚部１２のピッチ方向の回転トルクが制御される。すなわち、立脚側の脚部１２をピッチ方向に動揺させる脚ピッチ方向駆動手段３０の駆動について、脚部１２によって前記股関節部分２３を伸展させる際のトルクである股関節伸展トルクが、予め記憶された以下の関係式（３）で得られる値になるように制御される。

上式において、Ｔは、股関節伸展トルクであり、Ｆ_ｓは、立脚側の脚部１２の接地面に対する反力（床反力）のうち、脚部１２の延出方向の成分の反力であり、ｌ_ｌは、立脚側のばね部材２０の変形を考慮した脚部１２の全体長さすなわち脚長である。ここで、ばね部材２０の長さは、図示しないワイヤエンコーダ等のセンサによって逐次計測されており、当該センサの計測値によって、反力Ｆ_ｓや脚長ｌ_ｌが演算によって求められるが、これに限定されるものではなく、力センサ等を用いて反力Ｆ_ｓを直接測定したり、他のセンサで脚長ｌ_ｌを直接求めることも可能である。
また、θ_２（ｔ_２）は、上式（２）で求めた骨盤回旋角度であり、θ_３は、股関節部分２３から鉛直に延びる基準線に対して立脚側の脚部１２がなす角度であり、図示しないエンコーダ等のセンサで測定される。
る。
更に、ｌ_ｐは、水平面におけるロボットの重心Ｇ（図１参照）から各股関節部分２３，２３までの長さとなる骨盤幅であり、予め設定された既値である。ｌ_ｓは、股関節部分２３と重心Ｇとの間の上下方向の距離すなわち高さである。なお、骨盤幅ｌ_ｐ、高さｌ_ｓは、左右の股関節部分２５，２５の何れに対しても同一となっている。ｒは、矢状面（側面）における各股関節部分２５から重心Ｇまでの距離を表している。

以上の脚前後動作制御部４０でのトルク制御により、骨盤部１４の回旋運動を伴っても、走行運動時の重心を安定化させることができる。すなわち、骨盤回旋は、脚部１２の接地後の当該立脚側の股関節部分２３をロボットの重心に対して後方に位置させてしまい、床反力のベクトルが前記重心から離れ、重心を前傾させるように発生するモーメントが大きくなるために、走行が不安定になる。ところが、本実施形態では、当該モーメントの影響を補償するために股関節伸展トルクＴを付与することで、床反力のベクトルが前記重心に向かうことになり、走行速度を増すために骨盤回旋を行っても、安定した走行運動が可能になる。

次に、２足走行ロボットが前記跳躍期に入った場合には、次の制御がなされる。

前記骨盤動揺制御部４２では、骨盤動揺をさせずに、骨盤部１４がほぼ水平状態になる所定の初期状態に維持される。

そして、この跳躍期では、骨盤動揺しないため、前記脚左右動作制御部３９では、骨盤部１４に対して左右両側の脚部１２，１２をロール方向に動かさずに、当該脚部１２，１２が左右方向に傾いていない所定の初期状態に維持される。

前記脚伸縮制御部３８では、跳躍期を２分した前半時間と後半時間で、次のように、脚伸縮用駆動手段２８の駆動が制御される。

跳躍期の前半時間では、前の立脚期と同一の制御がなされる。すなわち、直前の立脚期で立脚側となっていた脚部１２については、脚本体１８を前記初期状態から伸縮させない一方で、直前の立脚期で遊脚側となっていた脚部１２については、脚本体１８が前記初期状態から予め設定された変位量で短縮するように、脚伸縮用駆動手段２８の駆動が制御される。

一方、跳躍期の後半時間では、前半時間と反対の制御がなされ、直前の立脚期で遊脚側となっていた脚部１２が、次の立脚期では立脚側となるため、その準備が行われる。すなわち、直前の立脚期で立脚側となっていた脚部１２については、脚本体１８が前記変位量で短縮するように脚伸縮用駆動手段２８の駆動が制御される一方、直前の立脚期で遊脚側となっていた脚部１２については、脚本体１８を前記初期状態に戻すように、脚伸縮用駆動手段２８の駆動が制御される。

前記骨盤回旋制御部４２では、骨盤部１４が上式（２）の骨盤回旋角度θ_２（ｔ_２）になるように、前の立脚期から継続して骨盤回旋用駆動手段３３の駆動が制御される。

前記脚回旋動作制御部４１では、前の立脚期と同一の制御がなされ、左右両側の脚部１２，１２が骨盤回旋角度と同一の角度変位で逆向きに回旋するように、脚ヨー方向駆動手段３１の駆動が制御される。

前記脚前後動作制御部４０では、次の立脚期で接地する脚部１２の到達位置を予測しながら、この到達位置に当該脚部１２が接地できるように、脚ピッチ方向駆動手段３０の駆動制御がなされる。すなわち、次の立脚期で接地する脚部１２の足先部２１が、予め記憶された以下の関係式（４）で定まる到達位置に到達するように、脚ピッチ方向駆動手段３０の駆動が制御され、次の立脚側の脚部１２を動揺させる。

ここで、ｘ_ｆは、現時点のロボットの重心Ｇから、次の立脚期における立脚側の脚部１２の足先部２１の到達位置までの前後方向の距離である。ｖは、現在のロボットの走行速度であり、図示しない加速度センサ等のセンサを使って測定された直前の値が用いられる。ｖ_ｒは、次の立脚期におけるロボットの目標走行速度であり、予め任意に設定される。Ｔ_２は、１回の立脚期に要する時間である。この時間Ｔ_２は、予め任意に設定、若しくは、都度指定した値を用いても良いし、前回の立脚期までの時間をセンサ等で計測して、その計測値、或いは、当該計測値を用いて演算した値を用いても良い。Ｋは、予め任意に設定されたゲインである。

以上の立脚期と跳躍期におけるアクチュエータ１５の制御が交互に繰り返し行われ、ロボットの走行動作がなされる。すなわち、ロボットの走行動作に際しては、一方の脚部１２が立脚側となる立脚期となる場合に、前述の立脚期での制御が行われ、その後、前述の跳躍期での制御がなされ、更に、他方の脚部１２が立脚側となる立脚期に入った際に、前述の立脚期での制御が行われ、再び、前述の跳躍期での制御がなされ、これら制御が繰り返し行われる。

なお、前記脚部１２については、前述の構成に限定されず、脚本体１８を、前後方向に相対回転運動可能に接続された上側部位と下側部位により構成し、これら上側部位と下側部位には、それらの延出方向に伸縮可能なばね部材２０が少なくとも一方に配置され、前記相対回転運動を他のアクチュエータで行っても良い。この場合、上側部位と下側部位の相対回転運動を制御することで、前記実施形態の脚伸縮制御部２８での制御の結果と同様に、股関節部分２３から足先部２１までの直線距離が調節される。

また、前記実施形態では、２足走行ロボットの走行制御を行う場合を図示説明したが、本発明はこれに限らず、２足走行ロボットの跳躍運動の動作制御を行う場合に適用してもよい。この場合、前述した各種の定数を調整することで、前記ロボットを走行運動から跳躍運動に変えることができる。

更に、骨盤回旋を行う機能及び制御と、当該骨盤回旋の影響をキャンセルする脚回旋動作を行う機能及び制御を省略することもできるが、これらを備えた前記実施形態の構成にすると、走行運動時の安定性をより確保することができ、より高速な走行運動やより高い跳躍運動が可能となる。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

１０ 移動制御システム
１２ 脚部
１４ 骨盤部
１５ アクチュエータ
１６ 制御装置
２５ 脚用アクチュエータ
２６ 骨盤用アクチュエータ
３９ 脚左右動作制御部
４０ 脚前後動作制御部
４１ 脚回旋動作制御部
４２ 骨盤動揺制御部
４３ 骨盤回旋制御部

Claims (10)

1. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺を可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部を備え、
   前記骨盤動揺制御部では、前記２足走行ロボットの走行過程で何れか一方の前記脚部の先端側が地面に接触した状態である立脚期に、前記骨盤動揺の関係式に基づいて前記骨盤動揺角度を経時的に変化させる一方で、左右両方の前記各脚部の先端側が地面から離れた状態である跳躍期に、前記骨盤動揺角度を所定の初期状態に維持するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行うことを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
2. 前記制御装置では、前記骨盤部の回転状態に対応して、前記脚用アクチュエータの駆動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の２足走行ロボットの移動制御システム。
3. 前記骨盤動揺の関係式は、前記立脚期の経過時間と前記骨盤動揺角度との関係を表す正弦関数であることを特徴とする請求項１記載の２足走行ロボットの移動制御システム。
4. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺を可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、前記骨盤部に対する前記各脚部のロール方向の回転動作を制御する脚左右動作制御部とを備え、
   前記脚左右動作制御部は、前記各脚部が、前記骨盤動揺の回転方向と逆向きに、前記骨盤動揺角度と同一の角度変位で回転するように、前記骨盤部の回転状態に対応して、前記脚用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
5. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、その中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、予め記憶された骨盤回旋の関係式に基づいて、前記骨盤部のヨー方向の回転角度である骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤回旋制御部とを備え、
   前記骨盤回旋制御部では、前記２足走行ロボットの走行過程で何れか一方の前記脚部の先端側が地面に接触した状態である立脚期と、左右両方の前記各脚部の先端側が地面から離れた状態である跳躍期とを通じて、前記骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行うことを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
6. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、その中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、予め記憶された骨盤回旋の関係式に基づいて、前記骨盤部のヨー方向の回転角度である骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤回旋制御部とを備え、
   
   前記骨盤回旋の関係式は、左右何れか一方の前記脚部が接地してからの経過時間と前記骨盤回旋角度との関係を表す正弦関数であることを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
7. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、その中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、予め記憶された骨盤回旋の関係式に基づいて、前記骨盤部のヨー方向の回転角度である骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤回旋制御部と、前記骨盤部に対する前記各脚部のヨー方向の回転動作を制御する脚回旋動作制御部を備え、
   前記脚回旋動作制御部は、前記各脚部が、前記骨盤回旋の回転方向と逆向きに、前記骨盤回旋角度と同一の角度変位で回転するように、前記脚用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
8. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、その中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、予め記憶された骨盤回旋の関係式に基づいて、前記骨盤部のヨー方向の回転角度である骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤回旋制御部と、前記骨盤部に対する前記各脚部のピッチ方向の回転動作を制御する脚前後動作制御部とを備え、
   前記脚前後動作制御部では、前記骨盤回旋によって生じた前記２足走行ロボットのピッチ方向の回転モーメントによる重心の前傾を補償する前記各脚部の動作を可能にするように、前記脚用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
9. 左右両側の脚部を動作させながら２足走行ロボットの移動を制御するシステムにおいて、
   前記各脚部を回転可能に支持するとともに、自ら回転可能に設けられた骨盤部と、前記２足走行ロボットを移動させる際に、前記各脚部及び前記骨盤部を動作可能に駆動するアクチュエータと、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記骨盤部は、その中央を回転中心としてロール方向に回転する骨盤動揺と、その中央を回転中心としてヨー方向に回転する骨盤回旋とを可能に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記骨盤部に対して前記各脚部を動作させる脚用アクチュエータと、前記骨盤部を動作させる骨盤用アクチュエータとからなり、
   前記制御装置は、前記２足走行ロボットの移動過程において、予め記憶された前記骨盤動揺の関係式に基づいて、前記骨盤部のロール方向の回転角度である骨盤動揺角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤動揺制御部と、予め記憶された骨盤回旋の関係式に基づいて、前記骨盤部のヨー方向の回転角度である骨盤回旋角度が経時的に変化するように、前記骨盤用アクチュエータの駆動制御を行う骨盤回旋制御部と、前記骨盤部に対する前記各脚部のピッチ方向の回転動作を制御する脚前後動作制御部とを備え、
   前記脚前後動作制御部では、前記２足走行ロボットの走行過程で何れか一方の前記脚部の先端側が地面に接触した状態である立脚期に、当該接地している立脚側の前記脚部の床反力の方向を前記２足走行ロボットの重心近傍に近づける前記各脚部の動作を可能にするように、前記脚用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする２足走行ロボットの移動制御システム。
10. 前記脚前後動作制御部では、左右両方の前記各脚部の先端側が地面から離れた状態である跳躍期に、次の前記立脚期で接地する左右何れか他方の前記脚部の到達位置を予測しながら、当該到達位置に前記脚部が接地できるように、前記脚部のピッチ方向の回転動作を制御することを特徴とする請求項９記載の２足走行ロボットの移動制御システム。
    

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