JP7179187B2 - mobile control system - Google Patents

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Description

本発明は、2つの脚を有する移動体の操縦システムに関する。 The present invention relates to a control system for a vehicle with two legs.

人型ロボット等の2つの脚を有する移動体(脚式移動体)の移動制御を行う技術としては、従来、例えば、特許文献1~5等に見られるものが従来より一般に知られている。これらの技術では、移動体の動力学モデルを用いて、ZMP(Zero Moment Point)等に関する動力学的な所要の条件を満たし得るように移動体の目標歩容が生成され、この目標歩容に従って移動体の移動動作を行われる。 2. Description of the Related Art Techniques for controlling the movement of a mobile body having two legs (legged mobile body) such as a humanoid robot are conventionally known, for example, in Patent Documents 1 to 5 and the like. In these techniques, a dynamics model of a mobile body is used to generate a desired gait of the mobile body so as to satisfy dynamical required conditions such as ZMP (Zero Moment Point). A movement operation of the moving object is performed.

また、人型ロボット等の脚式移動体の遠隔操縦を行う技術としては、従来、例えば特許文献6,7に見られる如き操縦装置が知られている。この操縦装置は、サドルに腰かけた操縦者の左右の足に装着する足平支持機構を有する。そして、該操縦装置では、操縦者が足平支持機構を歩行動作を行うように動かすことで、バイラテラル制御によって、移動体の両脚を動かす。これにより、移動体の歩行動作が行われる。また、操縦者が、例えばリモコンを操縦操作することで、移動体の移動を行わせる技術も従来より一般に知られている。 As a technology for remotely controlling a legged mobile body such as a humanoid robot, conventionally, a control device as seen in Patent Documents 6 and 7, for example, is known. This control device has foot support mechanisms attached to the left and right feet of the operator sitting on the saddle. In the operating device, the operator moves the foot support mechanism so as to perform a walking motion, thereby moving both legs of the moving body by bilateral control. Thereby, the walking motion of the moving object is performed. Also, conventionally, there has been generally known a technique in which a mobile object is moved by an operator operating a remote controller, for example.

特開平10-277969号公報JP-A-10-277969 特許第4246638号公報Japanese Patent No. 4246638 米国特許第6969965号明細書U.S. Pat. No. 6,969,965 特許第4126061号公報Japanese Patent No. 4126061 米国特許第8005573号明細書U.S. Pat. No. 8,005,573 特開平10-217159号公報JP-A-10-217159 米国特許第5841258号明細書U.S. Pat. No. 5,841,258

人型ロボットの如き、2つの脚を有する移動体を、遠隔操縦によって様々な環境で移動させる場合、該移動体は、特許文献1~5に見られる如き制御を行っても、床面の予期しない凹凸や、障害物との接触等の様々な外乱の影響で、姿勢を崩してしまう状況が発生しやすい。 When moving a mobile body having two legs, such as a humanoid robot, in various environments by remote control, the mobile body cannot predict the floor surface even if the control as seen in Patent Documents 1 to 5 is performed. Due to the influence of various disturbances such as unevenness and contact with obstacles, it is easy for the robot to lose its posture.

このため、該移動体の姿勢の崩れが発生した状況では、操縦者が適切な対応処置を実施することができるようにするために、当該状況(以降、姿勢崩れ状況ということがある)の発生を操縦者がリアルタイムで速やかに認識し得ることが望まれる。 Therefore, in a situation where the attitude of the moving object has collapsed, the occurrence of the situation (hereinafter sometimes referred to as an attitude collapse situation) is required so that the operator can take appropriate countermeasures. It is desired that the operator can quickly recognize the position in real time.

ここで、前記特許文献6,7に開示されている操縦装置では、バイラテラル制御によって、移動体の各足部に作用する床反力に応じた力が、操縦者の足部に作用し、また、移動体の上体の傾きに応じてサドルが傾くようになっている。 Here, in the control devices disclosed in Patent Documents 6 and 7, force corresponding to the floor reaction force acting on each foot of the moving body acts on the feet of the operator through bilateral control, Also, the saddle tilts according to the tilt of the upper body of the moving body.

しかるに、特許文献6,7に見られる操縦装置の如く、操縦者がサドルに腰かけた状態で、該操縦者の各足部に上記の如く力が作用したり、あるいは、サドルの傾きが発生しても、操縦者は、各足部に作用した力や、サドルの傾きが、移動体の姿勢崩れ状況の発生に起因するものであるのか否かを区別して素早く認識することは一般には困難である。 However, as in the steering devices disclosed in Patent Documents 6 and 7, when the operator is seated on the saddle, the above force acts on each leg of the operator, or the saddle tilts. However, it is generally difficult for the operator to distinguish and quickly recognize whether or not the forces acting on the feet and the inclination of the saddle are caused by the occurrence of the posture collapse of the moving body. be.

また、特許文献6,7に見られる操縦装置は、操縦者の足部に装着する足平支持機構を空間的に動かすための機構と多数のアクチュエータとを必要とするため、装置構成が複雑で大型のものとなると共に、高価なものとなりやすい。 In addition, the control devices disclosed in Patent Documents 6 and 7 require a mechanism for spatially moving the foot support mechanism attached to the operator's foot and a large number of actuators, so the configuration of the device is complicated. It tends to be large and expensive.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、移動体の姿勢の崩れが発生した場合に、操縦者がそのことを速やかに適切に認識することができる操縦システムを提供することを目的とする。また、かかる操縦システムを簡易な構成で実現し得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a control system that enables the operator to quickly and appropriately recognize when the posture of a mobile body collapses. do. Another object of the present invention is to realize such a control system with a simple configuration.

本発明の移動体の操縦システムは、上記の目的を達成するために、上体と該上体から延設された2つの脚とを有する脚式移動体であるスレーブ装置を移動させる操縦を行い得る操縦システムであって、
操縦者が移動するに伴い、該操縦者と共に移動し得るように該操縦者の上体に装着される上体支持部と、該上体支持部を横方向に移動させる並進力を該上体支持部に付与し得るように該上体支持部に取付けられた上体支持部駆動機構とを含むマスター装置と、
前記スレーブ装置の各脚の目標運動である目標スレーブ脚運動と前記スレーブ装置の上体の目標運動である目標スレーブ上体運動とを含むスレーブ側動作目標と、前記マスター装置の上体支持部駆動機構の動作目標であるマスター側動作目標とを決定する動作目標決定部と、
前記決定されたマスター側動作目標に応じて前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うマスター側制御部と、
前記決定されたスレーブ側動作目標に応じて前記スレーブ装置の作動制御を行うスレーブ側制御部とを備えており、
前記上体支持部、前記操縦者の上体、及び前記操縦者の重心のうちのいずれか1つの横方向位置をマスター側基準部横方向位置と定義し、前記スレーブ装置の上体及び重心のうちのいずれか1つの横方向位置をスレーブ側基準部横方向位置と定義したとき、
前記動作目標決定部は、
前記操縦者がその脚の運動によって移動するに伴い、前記スレーブ装置をその脚の運動によって移動させるように、少なくとも前記操縦者の各脚の運動状態の観測値を用いて前記目標スレーブ脚運動を決定する第1処理部と、
実際の前記マスター側基準部横方向位置と実際の前記スレーブ側基準部横方向位置との間の関係が所定の第1目標対応関係を満たす状態に近づき、且つ、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値を実際の前記スレーブ側基準部横方向位置に一致させ、又は近づけるように、前記マスター側基準部横方向位置及び前記スレーブ側基準部横方向位置のそれぞれの観測値を用いて前記目標スレーブ上体運動と前記マスター側動作目標とを決定する第2処理部とを含むように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
In order to achieve the above objects, the moving object control system of the present invention performs maneuvers to move a slave device which is a legged moving object having an upper body and two legs extending from the upper body. a steering system to obtain
an upper body support attached to the operator's upper body so as to move with the operator as the operator moves; an upper body support drive mechanism applicably attached to the support; and an upper body support drive mechanism;
a slave-side motion target including a target slave leg motion that is a target motion of each leg of the slave device and a target slave body motion that is a target motion of the upper body of the slave device; and upper body support driving of the master device. an operation target determination unit that determines a master-side operation target that is the operation target of the mechanism;
a master-side control unit that controls the operation of the upper body support unit drive mechanism according to the determined master-side operation target;
a slave-side control unit that controls the operation of the slave device according to the determined slave-side operation target,
The lateral position of any one of the upper body support, the operator's upper body, and the operator's center of gravity is defined as the master-side reference part lateral position, and the slave device's upper body and center of gravity of the slave device. When the lateral position of any one of them is defined as the lateral position of the slave side reference part,
The motion target determination unit
determining the target slave leg motion using observations of the state of motion of at least each leg of the operator, such that as the operator moves through the leg motion, the slave device is moved by the leg motion; A first processing unit that determines;
The relationship between the actual lateral position of the master-side reference part and the actual lateral position of the slave-side reference part approaches a state that satisfies a predetermined first target correspondence, and is defined by the slave-side operation target. The master-side reference portion lateral position and the slave-side reference portion lateral position are adjusted so that the target value of the slave-side reference portion lateral direction position to match or approach the actual slave side reference portion lateral position. and a second processing unit that determines the target slave upper body motion and the master motion target using the respective observed values (first invention).

なお、本明細書において、任意の物体の運動、力等の任意の状態量の「観測値」は、適宜の検出器もしくはセンサによる該状態量の検出値、あるいは、該状態量と一定の相関関係を有する他の1つ以上の状態量の検出値もしくは推定値から、該相関関係に基づいて推定してなる推定値、あるいは、該状態量の実際の値と一致もしくはほぼ一致するとみなし得る疑似的な推定値を意味する。
また、「上下方向」は、鉛直方向又は、ほぼ鉛直な方向を意味し、「横方向」は、水平方向又はほぼ水平な方向を意味する。
In this specification, the "observed value" of any state quantity such as the motion or force of any object means the value of the state quantity detected by an appropriate detector or sensor, or a constant correlation with the state quantity. An estimated value estimated based on the correlation from the detected value or estimated value of one or more other state quantities having a relationship, or a pseudo value that can be considered to match or nearly match the actual value of the state quantity means a reasonable estimate.
In addition, "vertical direction" means a vertical direction or a substantially vertical direction, and "horizontal direction" means a horizontal direction or a substantially horizontal direction.

上記第1発明によれば、操縦者が、前記上体支持部を自身の上体に装着した状態で、自身の脚の運動(例えば歩行動作)によって床面上を移動すると、これに応じて、スレーブ装置を、その脚の運動によって移動させるように、スレーブ側動作目標のうちの目標スレーブ脚運動が決定される。 According to the first aspect of the invention, when the operator moves on the floor by movement of his/her legs (for example, walking motion) while wearing the upper body support part on his/her upper body, , a target slave leg motion of the slave side motion targets is determined such that the slave device is moved by the motion of its leg.

また、実際のマスター側基準部横方向位置と実際のスレーブ側基準部横方向位置との間の関係が所定の第1目標対応関係を満たす状態に近づき、且つ、スレーブ側動作目標により規定されるスレーブ側基準部横方向位置の目標値を実際のスレーブ側基準部横方向位置に一致させ、又は近づけるように、スレーブ側動作目標のうちの目標スレーブ上体運動とマスター側動作目標とが決定される。 Further, the relationship between the actual lateral position of the master-side reference part and the actual lateral position of the slave-side reference part approaches a state that satisfies a predetermined first target correspondence relationship, and is defined by the slave-side operation target. Of the slave side motion targets, the desired slave upper body motion and the master side motion target are determined so that the target value of the slave side reference portion lateral position matches or approaches the actual slave side reference portion lateral position. be.

なお、前記第1目標対応関係としては、例えば、マスター側基準部横方向位置及びスレーブ側基準部横方向位置が互いに一致するという関係、あるいは、一方が他方に比例するという関係、あるいは、一方が他方の一次関数により表されるという関係等を採用し得る。 As the first target correspondence relationship, for example, the master-side reference portion lateral position and the slave-side reference portion lateral position match each other, or one is proportional to the other, or one is proportional to the other. A relationship of being represented by the other linear function or the like can be adopted.

そして、上記の如く決定された目標スレーブ脚運動及び目標スレーブ上体運動を含むスレーブ側動作目標に応じてスレーブ装置の作動制御が行われると共に、上記の如く決定されたマスター側動作目標に応じてマスター装置の作動制御が行われる。 Then, the operation control of the slave device is performed according to the slave side motion target including the target slave leg motion and the target slave body motion determined as described above, and according to the master side motion target determined as described above. Operation control of the master device is performed.

この場合、スレーブ装置は、基本的には、操縦者の移動に追従するような形態で移動する。ただし、操縦者が姿勢を崩すことなく通常の姿勢で移動している状態であっても、スレーブ装置の移動環境の床面の凹凸や、スレーブ装置と障害物との接触等の外乱の影響で、スレーブ装置がその姿勢を崩してしまう場合がある。ひいては、実際のスレーブ側基準部横方向位置が、実際のマスター側基準部横方向位置に対して第1目標対応関係を満たす状態からずれてしまう場合がある。 In this case, the slave device basically moves in such a manner as to follow the movement of the operator. However, even if the operator is moving in a normal posture without losing his posture, the impact of disturbances such as unevenness on the floor surface of the slave device's movement environment, contact between the slave device and obstacles, etc. , the slave device may lose its posture. As a result, the actual lateral position of the reference portion on the slave side may deviate from the state that satisfies the first target correspondence relationship with the actual lateral position of the reference portion on the master side.

このとき、目標スレーブ上体運動は、操縦者の上体や上体支持部の横方向の位置によらずに、スレーブ側基準部横方向位置の目標値を実際のスレーブ側基準部横方向位置に一致させ、又は近づけるように決定される。一方、マスター側動作目標は、実際のマスター側基準部横方向位置と実際のスレーブ側基準部横方向位置との関係を第1目標対応関係に近づけるように決定される。 At this time, the target slave body motion is set so that the target value of the lateral position of the slave side reference part is the actual lateral position of the slave side reference part regardless of the lateral position of the operator's upper body or the upper body support part. is determined to match or approximate to . On the other hand, the master-side operation target is determined so that the relationship between the actual master-side reference portion lateral position and the actual slave-side reference portion lateral position approaches the first target correspondence relationship.

このため、スレーブ装置の姿勢の崩れが発生した場合には、実際のマスター側基準部横方向位置を、姿勢を崩したスレーブ装置の実際のスレーブ側基準部横方向位置に対して第1目標関係を満たす位置に向かって変位させようとする横方向の並進力が上体支持部から操縦者に作用するように、マスター装置の作動制御が行われる。例えばスレーブ装置が、前のめり方向に姿勢を崩した場合には、操縦者の上体に上体支持部から前方方向への並進力が作用するようにマスター装置の作動制御が行われる。 Therefore, when the posture of the slave device is disturbed, the actual lateral position of the master-side reference portion is set in the first target relationship with respect to the actual lateral position of the slave-side reference portion of the slave device whose posture is disturbed. The operation of the master device is controlled such that a lateral translational force is exerted on the operator from the upper body support to displace the operator toward a position where .DELTA. For example, when the slave device loses its posture in the forward direction, the operation of the master device is controlled so that a forward translational force acts on the operator's upper body from the upper body support portion.

このため、操縦者の移動に伴うスレーブ装置の移動中に、スレーブ装置の姿勢の崩れが発生した場合には、操縦者は、その上体に、自身の姿勢を崩すような横方向の並進力を上体支持部から受ける。これにより、操縦者は、スレーブ装置が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置のどの向きに生じたのかを、適切かつ迅速に認識することが可能となる。よって、第1発明によれば、スレーブ装置(移動体)の姿勢の崩れが発生した場合に、操縦者がそのことを速やかに適切に認識することができる。 Therefore, if the posture of the slave device is disturbed while the slave device is moving along with the movement of the operator, the operator must apply a lateral translational force to the upper body of the slave device to break the posture of the slave device. from the upper body support. As a result, the operator can appropriately and quickly recognize that the slave device has lost its posture and in which direction the slave device has lost its posture. Therefore, according to the first invention, when the posture of the slave device (moving body) is disturbed, the operator can quickly and appropriately recognize it.

補足すると、目標スレーブ脚運動を決定する前記第1処理部の処理としては、例えば、操縦者の各脚の先端部(足部)の位置と、スレーブ装置の各脚(操縦者の脚に対応する脚)の先端部の位置との間の関係が、マスター側基準部横方向位置とスレーブ側基準部横方向位置との間の第1目標対応関係と同じ目標対応関係を満たすように、スレーブ装置の各脚の先端部の目標位置を、操縦者の脚の先端部の位置の観測値に応じて決定する処理を採用し得る。 Supplementally, as the processing of the first processing unit for determining the target slave leg motion, for example, the position of the tip (foot) of each leg of the operator and each leg of the slave device (corresponding to the leg of the operator) are determined. and the position of the tip of the slave leg) satisfies the same target correspondence as the first target correspondence between the lateral position of the reference part on the master side and the lateral position of the reference part on the slave side. A process may be employed to determine a target position for each leg tip of the device as a function of observations of the operator's leg tip position.

また、目標スレーブ脚運動のうちのスレーブ装置の各脚の先端部の姿勢に関しては、例えば、操縦者の各脚の先端部(足部)の姿勢と、スレーブ装置の各脚(操縦者の脚に対応する脚)の先端部の姿勢との間の関係が、所定の目標対応関係を満たすように、スレーブ装置の各脚の先端部の目標姿勢を、操縦者の脚の先端部の姿勢の観測値に応じて決定する処理を採用し得る。 Regarding the posture of the tip of each leg of the slave device in the target slave leg motion, for example, the posture of the tip of each leg (foot) of the operator and each leg of the slave device (leg of the operator) The target pose of each leg tip of the slave device is set to the pose of the tip of the leg of the operator so that the relationship between the pose of the tip of the leg and the pose of the leg tip of the operator satisfies a predetermined target correspondence relationship. A process of making decisions according to observations may be employed.

上記第1発明では、前記動作目標決定部が決定する前記マスター側動作目標は、前記上体支持部の目標横方向位置を含み、前記第2処理部は、前記上体支持部の目標横方向位置により規定される前記マスター側基準部横方向位置と、前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値との間の関係が前記第1目標対応関係を満たす状態になるように、該スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値を用いて前記上体支持部の目標横方向位置を決定する第201処理部を含むように構成され、前記マスター側制御部は、前記上体支持部の実際の横方向位置を前記決定された目標横方向位置に追従させるように前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うように構成されているという態様を採用し得る(第2発明)。 In the first aspect, the master-side motion target determined by the motion target determination unit includes a target lateral position of the upper body support unit, and the second processing unit controls the target lateral position of the upper body support unit. so that the relationship between the lateral position of the master-side reference portion defined by the position and the observed value or target value of the lateral position of the slave-side reference portion satisfies the first target correspondence relationship. a 201st processing unit that determines a target lateral position of the upper body support using an observed value or a target value of the lateral position of the reference portion on the slave side; It is possible to adopt a mode in which the operation control of the upper body support portion drive mechanism is performed so that the actual lateral position of the support portion follows the determined target lateral position (the second aspect of the present invention). ).

これによれば、上体支持部の横方向位置が、スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値に対して上記の如き決定される目標横方向位置に追従するように制御される。このため、スレーブ装置の姿勢の崩れに応じて、上体支持部から操縦者の上体に横方向の並進力を付与することを適切に実現できる。 According to this, the lateral position of the upper body supporting portion is controlled so as to follow the target lateral position determined as described above with respect to the observed value or the target value of the lateral position of the slave side reference portion. Therefore, it is possible to appropriately apply a lateral translational force from the upper body support section to the operator's upper body in accordance with the collapse of the posture of the slave device.

上記1発明又は第2発明では、前記第2処理部は、前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値を、該スレーブ側基準部横方向位置の観測値に一致させるように、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を該スレーブ側基準部横方向位置の観測値を用いて決定する第202処理部を含むように構成されているという態様を採用し得る(第3発明)。 In the first aspect or the second aspect, the second processing unit causes the target slave to match the target value of the lateral position of the reference portion on the slave side with the observed value of the lateral position of the reference portion on the slave side. A mode is adopted in which a processing unit 202 is configured to determine a target lateral position of the upper body of the slave device in body motion using an observed value of the lateral position of the slave-side reference part. obtain (third invention).

これによれば、スレーブ装置の上体の目標横方向位置は、実際のマスター側機基準部横方向位置に依存することなく、目標スレーブ側動作目標により規定されるスレーブ側基準部横方向位置の目標値が実際の位置に一致するように決定される。このため、スレーブ装置の姿勢の崩れによって、実際のスレーブ側基準部横方向位置とマスター側基準部横方向位置との間の関係が第1目標対応関係からずれると、スレーブ装置の姿勢の崩れを操縦者に認識させ得るように、上体支持部から操縦者の上体に横方向の並進力を付与することを速やかに実現できる。 According to this, the target lateral position of the upper body of the slave device is not dependent on the actual lateral position of the reference part of the master side machine, and the lateral position of the slave side reference part defined by the target slave side operation target. A target value is determined to match the actual position. For this reason, if the relationship between the actual lateral position of the reference part on the slave side and the lateral position of the reference part on the master side deviates from the first target correspondence relationship due to the deformation of the posture of the slave device, the deformation of the slave device will be prevented. In a manner that the operator can perceive, the application of lateral translational force from the upper body support to the operator's upper body can be realized quickly.

上記第1発明又は第2発明では、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ装置の動力学を表す第1の動力学モデルにおいて前記スレーブ装置に作用させる第1仮想外力を決定する第4処理部とを含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって該スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力及び前記決定された第1仮想外力の合力に前記第1の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の横方向の目標並進加速度を決定し、さらに該目標並進加速度を積分することにより、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を決定する第203処理部を含むように構成され、
前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第4処理部は、前記第1偏差をゼロに近づけるように、該第1偏差の算出値を用いて前記第1仮想外力を決定するように構成されているという態様を採用することもできる(第4発明)。
In the first invention or the second invention, the motion target determination unit defines the target slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device, as the floor reaction force acting on each leg of the operator. a third processing unit that determines using an observed value of the operator's floor reaction force; and a fourth processing that determines a first virtual external force acting on the slave device in a first dynamics model representing dynamics of the slave device. and
The second processing unit determines that a resultant force of an inertial force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side motion target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. determining a target lateral translational acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the resultant force of the floor reaction force and the determined first virtual external force on the first dynamic model; a target lateral position of the slave device's body in the target slave body motion by integrating
deviation between a target value of the slave-side reference lateral position defined by the slave-side motion target and an observed value of the slave-side reference lateral position, and the slave device defined by the slave-side motion target When any one of the deviations between the target value of the inclination of the upper body and the observed value of the inclination is defined as the first deviation, the fourth processing unit causes the first deviation to approach zero In addition, it is also possible to employ a mode in which the first imaginary external force is determined using the calculated value of the first deviation (fourth invention).

これによれば、前記第1仮想外力が、上記第1偏差をゼロに近づけるように決定される。また、スレーブ装置の上体の横方向の目標並進加速度は、スレーブ側動作目標により規定されるスレーブ装置の目標運動によって該スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、目標スレーブ床反力及び第1仮想外力の合力に第1の動力学モデル上で釣り合うように決定される、さらに、この目標並進加速度を積分することによりスレーブ装置の上体の目標横方向位置が決定される。 According to this, the first virtual external force is determined such that the first deviation approaches zero. Also, the target horizontal translational acceleration of the upper body of the slave device is the resultant force of the inertial force generated by the slave device due to the target motion of the slave device defined by the slave-side motion target and the gravitational force acting on the slave device. , is determined to balance the resultant force of the desired slave floor reaction force and the first virtual external force on the first dynamic model, and the desired lateral position of the upper body of the slave device by integrating this desired translational acceleration. is determined.

このため、スレーブ装置の姿勢の崩れの発生等に起因して上記第1偏差が発生すると、スレーブ装置の上体の実際の運動と目標スレーブ上体運動とが大きく乖離することを防止し得るように、スレーブ側動作目標を決定できる。ひいては、スレーブ装置の動作の急激な変化を抑制し得るように、スレーブ側動作目標を決定し得る。その結果、スレーブ装置の運動を滑らかに行うことが可能となる。 Therefore, if the first deviation occurs due to the occurrence of a collapse of the posture of the slave device, etc., it is possible to prevent the actual movement of the upper body of the slave device from deviating greatly from the target body motion of the slave device. In addition, the slave side operation target can be determined. As a result, the slave side operation target can be determined so as to suppress abrupt changes in the operation of the slave device. As a result, the movement of the slave device can be performed smoothly.

また、スレーブ装置の上体の目標横方向位置は、該目標横方向位置を含むスレーブ装置の目標運動が、第1の動力学モデル上で目標スレーブ床反力に加えて第1仮想外力を作用させたスレーブ装置において、動力学的に成立し得るように決定される。このため、例えばマスター装置とスレーブ装置との間の通信不良等により、操縦者の実際の運動状態に応じてスレーブ側動目標を決定することができない状態になっても、ある程度は、スレーブ装置の適切な動作を行い得るように、スレーブ側動作目標を決定することが可能となる。 Further, the desired lateral position of the upper body of the slave device is such that the desired motion of the slave device including the desired lateral position acts on the first dynamic model in addition to the desired slave floor reaction force and the first imaginary external force. It is determined so that it can be dynamically established in the slave device that has been set. Therefore, even if the slave side movement target cannot be determined in accordance with the actual motion state of the operator due to, for example, a communication failure between the master device and the slave device, the slave device can still be used to some extent. Slave-side action goals can be determined so that appropriate action can be taken.

補足すると、目標スレーブ床反力を決定する第3処理部の処理では、決定する目標スレーブ床反力は、スレーブ装置に作用する床反力のうちの一部の構成要素の目標値であってもよい。例えば、スレーブ装置に作用する全体の床反力の圧力中心点(COP)としての全床反力中心点の目標位置だけを第3処理で決定してもよい。このことは、後述する発明においても同様である。 Supplementally, in the process of the third processing unit for determining the target slave floor reaction force, the target slave floor reaction force to be determined is the target value of some of the constituent elements of the floor reaction force acting on the slave device. good too. For example, only the target position of the total floor reaction force center point (COP) as the total floor reaction force center point (COP) acting on the slave device may be determined in the third process. This also applies to the invention described later.

また、目標スレーブ床反力として、スレーブ装置の各脚に作用する床反力(並進力およびモーメントの両方又は一方)の目標値を決定する場合には、例えば、スレーブ装置の2つの脚のうちの第1脚に作用する床反力と操縦者の2つの脚のうちの第1脚(スレーブ装置の第1脚に対応する脚)に作用する床反力との比率、及び、スレーブ装置の2つの脚のうちの第2脚に作用する床反力と操縦者の2つの脚のうちの第2脚(スレーブ装置の第2脚に対応する脚)に作用する床反力との比率が、それぞれ所定値になるという関係を満たすように、目標スレーブ床反力のうち、スレーブ装置の各脚に作用する床反力の目標値を前記操縦者床反力の観測値を用いて決定し得る。この場合、上記比率に関する所定値としては、例えば、スレーブ装置の全体の質量と操縦者の全体の質量との比率を使用し得る。 Further, when determining the target value of the floor reaction force (both or one of the translational force and the moment) acting on each leg of the slave device as the target slave floor reaction force, for example, one of the two legs of the slave device The ratio of the floor reaction force acting on the first leg of the operator to the floor reaction force acting on the first leg of the two legs of the operator (the leg corresponding to the first leg of the slave device), and the The ratio of the floor reaction force acting on the second leg of the two legs to the floor reaction force acting on the second leg of the operator's two legs (the leg corresponding to the second leg of the slave device) is , are predetermined values, among the target slave floor reaction forces, the target values of the floor reaction forces acting on the legs of the slave device are determined using the observed values of the operator floor reaction force. obtain. In this case, for example, the ratio between the total mass of the slave device and the total mass of the operator can be used as the predetermined value for the ratio.

上記第1発明では、前記第2処理部は、前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と、実際の前記マスター側基準部横方向位置との間の関係が前記第1目標対応関係を満たす状態になるように、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を、前記マスター側基準部横方向位置の観測値を用いて決定する第204処理部と、前記マスター側基準部横方向位置の観測値と前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値との間の関係の、前記第1目標対応関係からのずれ度合いをゼロに近づけるように、該ずれ度合いの算出値を用いて前記マスター側動作目標を決定する第205処理部とを含むように構成されているという態様を採用することもできる(第5発明)。 In the first aspect, the second processing section is configured such that the relationship between the target value of the lateral position of the slave-side reference portion and the actual lateral position of the master-side reference portion satisfies the first target correspondence relationship. a processing unit 204 for determining a target lateral position of the slave device's body out of the target slave body motion to achieve a state using the observed master side reference lateral position; so that the degree of deviation of the relationship between the observed value of the master-side reference portion lateral position and the observed value or target value of the slave-side reference portion lateral position from the first target correspondence relationship approaches zero, and a 205th processing unit that determines the master-side operation target using the calculated value of the degree of deviation (a fifth aspect of the invention).

なお、上記「ずれ度合い」としては、例えば、前記マスター側基準部横方向位置の観測値に対して前記第1目標対応関係を満たすスレーブ側基準部横方向位置の値と、スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、あるいは、前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値に対して前記第1目標対応関係を満たすマスター側基準部横方向位置の値と、マスター側基準部横方向位置の観測値との偏差、あるいは、これらの偏差に対して単調に変化する関数値等を使用し得る。 The "degree of deviation" includes, for example, the value of the lateral position of the slave-side reference portion that satisfies the first target correspondence with respect to the observed value of the lateral position of the master-side reference portion, and the value of the lateral position of the slave-side reference portion. deviation from the observed value of the direction position, or the value of the lateral position of the master-side reference part that satisfies the first target correspondence relationship with the observed value of the lateral position of the slave-side reference part, and the lateral direction of the master-side reference part Deviations from position observations, or monotonically varying function values with respect to these deviations, etc. may be used.

上記第5発明によれば、前記ずれ度合いをゼロに近づけるように(換言すれば、実際のマスター側基準部横方向位置と実際のスレーブ側基準部横方向位置との関係を第1目標対応関係に近づけるように)、マスター側動作目標が決定される。このため、スレーブ装置の姿勢の崩れの発生によって、上記ずれ度合いが大きくなると、操縦者の上体に該ずれ度合いを低減する向きの横方向の並進力が上体支持部から作用するようにマスター装置の作動制御が行われる。これにより、操縦者はスレーブ装置の姿勢の崩れの発生を認識できる。 According to the fifth aspect, the relationship between the actual lateral position of the master-side reference portion and the actual lateral position of the slave-side reference portion is adjusted to the first target correspondence relationship so that the degree of deviation approaches zero. ), the master side motion goal is determined. For this reason, when the degree of displacement increases due to the occurrence of a collapse of the posture of the slave device, the master is arranged so that a lateral translational force in a direction to reduce the degree of displacement acts on the upper body of the operator from the upper body support portion. Operation control of the device is performed. As a result, the operator can recognize that the posture of the slave device has collapsed.

また、マスター装置の上記の作動制御によって、実際のマスター側基準部横方向位置は、結果的に、実際のスレーブ側基準部横方向位置に対して前記第1目標対応関係を満たす位置に近づくように操作される。そして、スレーブ装置の上体の目標横方向位置は、マスター側基準部横方向位置の観測値を用いて上記の如く決定される。このため、目標スレーブ上体運動は、結果的に、スレーブ側基準部横方向位置の目標値を実際のスレーブ側基準部横方向位置に近づけるように決定される。 Further, the above operation control of the master device results in the actual lateral position of the master-side reference portion approaching the position that satisfies the first target correspondence relationship with the actual lateral position of the slave-side reference portion. operated by Then, the target lateral position of the upper body of the slave device is determined as described above using the observed value of the lateral position of the master side datum. Therefore, the desired slave body motion is determined so that the target value of the slave-side reference portion lateral position is brought closer to the actual slave-side reference portion lateral position.

上記第5発明では、前記第205処理部は、前記操縦者が前記上体支持部から受ける横方向の反力の目標値である目標上体支持部横方向反力を前記マスター側動作目標として決定するように構成され、前記マスター側制御部は、前記操縦者が前記上体支持部から受ける実際の横方向の反力を、前記決定された目標上体支持部横方向反力に追従させるように前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うように構成されているという態様を採用し得る(第6発明)。 In the fifth aspect, the 205th processing unit sets a desired upper body support lateral reaction force, which is a target value of lateral reaction force received by the operator from the upper body support part, as the master side action target. The master-side control unit causes the actual lateral reaction force that the operator receives from the upper body support part to follow the determined desired upper body support part lateral reaction force. It is possible to employ a mode in which the operation control of the upper body support portion driving mechanism is performed as described above (sixth invention).

これによれば、前記ずれ度合いを低減するように、目標上体支持部反力を決定して、該目標上体支持部反力を発生するようにマスター装置の作動制御を行うことができる。ひいては、操縦者の上体に、前記ずれ度合いを低減させ得る横方向の並進力を上体支持部から作用させることを適切に実現できる。 According to this, it is possible to determine the desired upper body support reaction force so as to reduce the degree of deviation, and to control the operation of the master device so as to generate the desired upper body support reaction force. As a result, it is possible to appropriately realize that a horizontal translational force capable of reducing the degree of displacement is applied to the operator's upper body from the upper body support portion.

上記第1~第6発明では、前記第2処理部は、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置を、前記上体支持部もしくは前記操縦者の上体の実際の上下方向位置に対して所定の第2目標対応関係を満たすように、該上体支持部もしくは該操縦者の上体の上下方向位置の観測値を用いて前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置を決定し、又は、前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置をあらかじめ定めた所定値に決定する第206処理部を含むように構成されているという態様を採用し得る(第7発明)。 In the above first to sixth inventions, the second processing unit sets the target vertical position of the body of the slave device in the target slave body motion to the body support unit or the operator's body. The observed value of the upper body support or the operator's upper body vertical position is used to satisfy a predetermined second target correspondence with the actual vertical position of the upper body of the slave device. A mode may be employed in which a 206th processing unit is included that determines a target vertical position or determines a target vertical position of the upper body of the slave device to be a predetermined value. 7 invention).

これによれば、スレーブ装置の上体の実際の上下方向位置を、マスター装置の上体支持部もしくは操縦者の上体の実際の上下方向位置に対して所定の第2目標対応関係を満たすように制御することができる。 According to this, the actual vertical position of the upper body of the slave device satisfies the predetermined second target correspondence relationship with the upper body support section of the master device or the actual vertical position of the operator's upper body. can be controlled to

なお、前記第2目標対応関係としては、例えば、上体支持部もしくは操縦者の上体の上下方向位置とスレーブ装置の上体の上下方向位置とが互いに一致するという関係、あるいは、一方が他方の比例するという関係、あるいは、一方が他方の一次関数により表されるという関係等を採用し得る。 The second target correspondence relationship may be, for example, a relationship in which the vertical position of the upper body support section or the operator's upper body and the vertical position of the upper body of the slave device match each other, or one is the other. , or the relationship that one is represented by a linear function of the other, or the like can be adopted.

上記第1~第7発明では、前記第2処理部は、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を、前記操縦者の上体の実際の姿勢に対して所定の第3目標対応関係を満たすように、該操縦者の上体の姿勢の観測値を用いて前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第207処理部を含むように構成されているという態様を採用し得る(第8発明)。 In the above first to seventh inventions, the second processing unit sets the target posture of the body of the slave device among the target slave body movements to the actual posture of the upper body of the operator. A 207th processing unit that determines a target body posture of the slave device by using an observed value of the body posture of the operator so as to satisfy the third target correspondence relationship of Aspects can be adopted (eighth invention).

これによれば、スレーブ装置の上体の実際の姿勢を、マスター装置の上体支持部もしくは操縦者の上体の実際の姿勢に対して所定の第3目標対応関係を満たすように制御することができる。 According to this, the actual posture of the upper body of the slave device is controlled so as to satisfy a predetermined third target correspondence relationship with the upper body support portion of the master device or the actual posture of the operator's upper body. can be done.

なお、第8発明において、スレーブ装置の上体の姿勢は、該スレーブ装置のロール方向(該スレーブ装置の前後方向の軸周り方向)の姿勢と、ピッチ方向(スレーブ装置の左右方向の軸周り方向)の姿勢と、ヨー方向(上下方向の軸周り方向)の姿勢とのうちの全ての方向の姿勢でもよいが、これらの姿勢のうちの1つ又は2つの方向の姿勢だけであってもよい。このことは、操縦者の上体の姿勢についても同様である。また、このことは後述する他の発明についても同様である。 In the eighth invention, the posture of the upper body of the slave device is defined as the posture in the roll direction of the slave device (the direction around the longitudinal axis of the slave device) and the posture in the pitch direction (the direction around the axis in the lateral direction of the slave device). ) and the yaw direction (vertical direction around the axis), or only one or two of these postures. . This also applies to the posture of the operator's upper body. This also applies to other inventions described later.

また、前記第3目標対応関係としては、例えば、操縦者の上体の姿勢とスレーブ装置の上体の姿勢とが互いに一致するという関係、あるいは、一方が他方の比例するという関係、あるいは、一方が他方の一次関数により表されるという関係等を採用し得る。 Further, the third target correspondence relationship may be, for example, a relationship in which the posture of the body of the operator and the posture of the body of the slave device match each other, a relationship in which one is proportional to the other, or a relationship in which one is proportional to the other. is represented by the linear function of the other.

上記第1~第7発明では、前記上体支持部駆動機構は、前記上体支持部を横方向に移動させる並進力と、該上体支持部を回転させる回転力とを該上体支持部に付与し得るように構成されていると共に、前記上体支持部は、前記操縦者の上体に装着された状態で前記上体支持部駆動機構から付与される回転力が前記操縦者の上体の姿勢を変化させる力として該操縦者の上体に伝達し得るように構成され得る。 In the above first to seventh inventions, the upper body support section drive mechanism applies a translational force for laterally moving the upper body support section and a rotational force for rotating the upper body support section to the upper body support section. In addition, the upper body support section is configured to apply a rotational force applied from the upper body support section drive mechanism to the upper body of the operator in a state of being attached to the upper body of the operator. It may be configured to be transmitted to the operator's upper body as a force that changes body posture.

この場合、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部を含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって前記スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力に、前記スレーブ装置の動力学を表す第2の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の目標角加速度を決定し、さらに、該目標角加速度を積分することにより前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第208処理部と、前記スレーブ装置の上体の実際の姿勢と、前記操縦者の上体の実際の姿勢との間の関係が所定の第3目標対応関係を満たす状態になるように、前記上体支持部の回転動作に関する前記上体支持部駆動機構の動作目標である上体支持部回転動作目標を前記スレーブ装置の上体の姿勢の観測値又は前記決定された目標姿勢を用いて決定する第210処理部とを含むように構成されており、
前記マスター側制御部は、前記決定された上体支持部回転動作目標に応じて前記上体支持部を回転させる回転力を発生するように構成されているという態様を採用し得る(第9発明)。
In this case, the motion target determination unit observes the operator floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. configured to include a third processing unit that determines using the value;
The second processing unit determines that a resultant force of an inertia force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side operation target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. Determining a target angular acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the floor reaction force on a second dynamic model representing the dynamics of the slave device, and integrating the target angular acceleration A 208th processing unit for determining a target posture of the body of the slave device among the target slave body motions, an actual posture of the body of the slave device, and an actual posture of the body of the operator. The upper body support portion rotational movement target, which is the operation target of the upper body support portion drive mechanism related to the rotational movement of the upper body support portion, is set so that the relationship between a 210th processing unit that determines using the observed value of the body posture of the slave device or the determined target posture,
It is possible to employ a mode in which the master-side control section is configured to generate a rotational force for rotating the upper body support section in accordance with the determined upper body support section rotational movement target (the ninth aspect of the present invention). ).

これによれば、スレーブ装置の上体の目標角加速度は、スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって前記スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、操縦者床反力の観測値を用いて決定された目標スレーブ床反力に、前記スレーブ装置の動力学を表す第2の動力学モデル上で釣り合うように決定される。そして、この目標角加速度を積分することで、スレーブ装置の上体の目標姿勢が決定される。すなわち、スレーブ装置の上体の目標姿勢は、該目標姿勢を含むスレー装置の目標運動が、第2の動力学モデル上で目標スレーブ床反力を作用させたスレーブ装置において、動力学的に成立し得るように決定される。 According to this, the target angular acceleration of the upper body of the slave device is the resultant force of the inertial force generated by the slave device due to the target motion of the slave device defined by the slave-side motion target and the gravitational force acting on the slave device. is determined to match the target slave ground reaction force determined using the observed operator ground reaction force on a second dynamics model representing the dynamics of the slave device. By integrating this target angular acceleration, the target posture of the body of the slave device is determined. That is, the desired posture of the body of the slave device is dynamically established in the slave device where the desired motion of the sleigh device including the desired posture causes the desired slave floor reaction force to act on the second dynamic model. determined as possible.

そして、スレーブ装置の上体の実際の姿勢と、操縦者の上体の実際の姿勢との間の関係が所定の第3目標対応関係を満たす状態になるように、上体支持部回転動作目標がスレーブ装置の上体の姿勢の観測値又は目標姿勢を用いて決定される。さらに、この上体支持部回転動作目標に応じて上体支持部を回転させる回転力を発生するようにマスター装置の作動制御が行われる。 Then, the upper body support portion rotational movement target is set so that the relationship between the actual posture of the upper body of the slave device and the actual posture of the upper body of the operator satisfies a predetermined third target correspondence relationship. is determined using the observed or desired body pose of the slave device. Further, the operation of the master device is controlled so as to generate a rotational force for rotating the upper body support section in accordance with the upper body support section rotation target.

これにより、操縦者の上体には、スレーブ装置の上体の姿勢の変化に追従させて、操縦者の上体の姿勢を変化させるように回転力が作用する。このため、操縦者は、スレーブ装置の上体の姿勢の変化を体感的に認識することができる。 As a result, a rotational force acts on the operator's upper body so as to follow the change in the posture of the slave device's upper body and change the posture of the operator's upper body. Therefore, the operator can perceptually recognize the change in the posture of the upper body of the slave device.

補足すると、第9発明を前記第4発明と組み合わせる場合には、第4発明における第1の動力学モデルと、第9発明における第2の動力学モデルとは、同じ動力学モデルであってもよい。さらに、第4発明における第203処理部と第9発明における第208処理部とを統合し、その統合した処理部よって、スレーブ装置の上体の目標角加速度と、横方向の目標並進加速度との両方を、同じ動力学モデルを用いて決定し得るようにしてもよい。 Supplementally, when combining the ninth invention with the fourth invention, even if the first dynamics model in the fourth invention and the second dynamics model in the ninth invention are the same dynamics model good. Furthermore, the 203rd processing unit in the fourth invention and the 208th processing unit in the ninth invention are integrated, and by the integrated processing unit, the target angular acceleration of the upper body of the slave device and the target lateral translational acceleration are calculated. Both may be determined using the same kinetic model.

また、上記第1~第7発明では、前記上体支持部駆動機構を、前記第9発明と同様に構成した場合には、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ装置の動力学を表す第3の動力学モデルにおいて前記スレーブ装置に作用させる第2仮想外力を決定する第5処理部とを含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって該スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力及び前記決定された第2仮想外力の合力に前記第3の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の目標角加速度を決定し、さらに、該目標角加速度を積分することにより前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第209処理部と、前記スレーブ装置の上体の姿勢と、前記操縦者の上体の姿勢との間の関係が所定の第3目標対応関係を満たす状態になるように、前記上体支持部の回転動作に関する前記上体支持部駆動機構の動作目標である上体支持部回転動作目標を前記スレーブ装置の上体の実際の姿勢の観測値又は前記決定された目標姿勢を用いて決定する第210処理部とを含むように構成されており、
前記マスター側制御部は、前記決定された上体支持部回転動作目標に応じて前記上体支持部を回転させる回転力を発生するように構成されており、
前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第5処理部は、前記第1偏差をゼロに近づけるように、該第1偏差の算出値を用いて前記第2仮想外力を決定するように構成されているという態様を採用することもできる(第10発明)。
In addition, in the first to seventh inventions, when the upper body support portion drive mechanism is configured in the same manner as in the ninth invention, the motion target determining portion determines the floor reaction force to be applied to the slave device. represents the dynamics of the slave device, and a third processing unit that determines the target slave ground reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, using observed values of the operator floor reaction force a fifth processing unit that determines a second virtual external force acting on the slave device in a third dynamic model;
The second processing unit determines that a resultant force of an inertial force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side operation target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. determining a target angular acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the resultant force of the floor reaction force and the determined second virtual external force on the third dynamic model; and integrating the target angular acceleration. A 209th processing unit for determining a target posture of the body of the slave device out of the target slave body motion by performing a combination of the posture of the body of the slave device and the posture of the operator's body The upper body support part rotational movement target, which is the movement target of the upper body support part drive mechanism related to the rotational movement of the upper body support part, is set to the slave so that the relationship between the a 210th processing unit for determining using the observed value of the actual posture of the upper body of the device or the determined target posture,
The master-side control section is configured to generate a rotational force for rotating the upper body support section in accordance with the determined upper body support section rotational movement target,
deviation between a target value of the slave-side reference lateral position defined by the slave-side motion target and an observed value of the slave-side reference lateral position, and the slave device defined by the slave-side motion target When any one of the deviations between the target value of the inclination of the upper body and the observed value of the inclination is defined as the first deviation, the fifth processing unit causes the first deviation to approach zero. In addition, it is possible to employ a mode in which the calculated value of the first deviation is used to determine the second virtual external force (a tenth invention).

これによれば、スレーブ装置の上体の目標角加速度は、スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって前記スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、操縦者床反力の観測値を用いて決定された目標スレーブ床反力と前記第1偏差の算出値を用いて決定された第2仮想外力との合力に、前記スレーブ装置の動力学を表す第3の動力学モデル上で釣り合うように決定される。そして、この目標角加速度を積分することで、スレーブ装置の上体の目標姿勢が決定される。すなわち、スレーブ装置の上体の目標姿勢は、該目標姿勢を含むスレーブ装置の目標運動が、第3の動力学モデル上で目標スレーブ床反力に加えて第2仮想外力を作用させたスレーブ装置において、動力学的に成立し得るように決定される。 According to this, the target angular acceleration of the upper body of the slave device is the resultant force of the inertial force generated by the slave device due to the target motion of the slave device defined by the slave-side motion target and the gravitational force acting on the slave device. is the resultant force of the desired slave floor reaction force determined using the observed value of the pilot floor reaction force and the second virtual external force determined using the calculated value of the first deviation, the dynamics of the slave device is determined to be balanced on a third kinetic model representing By integrating this target angular acceleration, the target posture of the body of the slave device is determined. That is, the desired posture of the body of the slave device is the desired motion of the slave device including the desired posture. is determined to be kinetically feasible.

そして、第9発明と同様に上体支持部回転動作目標が決定され、さらに、この上体支持部回転動作目標に応じて上体支持部を回転させる回転力を発生するようにマスター装置の作動制御が行われる。 Then, similarly to the ninth invention, the target of the rotation of the upper body support is determined, and the master device is operated so as to generate a rotational force for rotating the upper body support in accordance with the target of the rotation of the upper body support. control is performed.

これにより、操縦者の上体には、スレーブ装置の上体の姿勢の変化に追従させて、操縦者の上体の姿勢を変化させるように回転力が作用する。このため、操縦者は、スレーブ装置の上体の姿勢の変化を体感的に認識することができる。 As a result, a rotational force acts on the operator's upper body so as to follow the change in the posture of the slave device's upper body and change the posture of the operator's upper body. Therefore, the operator can perceptually recognize the change in the posture of the upper body of the slave device.

また、前記第2仮想外力が、前記第1偏差をゼロに収束させるように決定されるので、スレーブ装置の上体の実際の運動と目標スレーブ上体運動とが大きく乖離することを防止し得るように、スレーブ側動作目標を決定できる。ひいては、スレーブ装置の動作の急激な変化を抑制し得るように、スレーブ側動作目標を決定し、スレーブ装置の運動を滑らかに行うことが可能となる。 In addition, since the second virtual external force is determined so as to converge the first deviation to zero, it is possible to prevent a large deviation between the actual movement of the body of the slave device and the target body movement of the slave device. As such, the slave side motion goals can be determined. As a result, it is possible to determine the slave-side motion target so as to suppress abrupt changes in the motion of the slave device, and to smoothly perform the motion of the slave device.

補足すると、第10発明を前記第4発明と組み合わせる場合には、第4発明における第1の動力学モデルと、第10発明における第3の動力学モデルとは、同じ動力学モデルであってもよい。さらに、第4発明における第203処理部と第10発明における第209処理部とを統合し、その統合した処理部よって、スレーブ装置の上体の目標角加速度と、横方向の目標並進加速度との両方を、同じ動力学モデルを用いて決定し得るようにしてもよい。 Supplementally, when combining the tenth invention with the fourth invention, even if the first dynamics model in the fourth invention and the third dynamics model in the tenth invention are the same dynamics model good. Further, the 203rd processing unit in the fourth invention and the 209th processing unit in the tenth invention are integrated, and the integrated processing unit calculates the target angular acceleration of the upper body of the slave device and the target lateral translational acceleration. Both may be determined using the same kinetic model.

上記第1~第10発明では、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部を含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を前記決定された目標スレーブ床反力に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第102処理部とを含み、該第102処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されているという態様を採用することもできる(第11発明)。
In the above first to tenth inventions, the motion target determining unit sets the target slave floor reaction force, which is a floor reaction force to be applied to the slave device, to the operator's legs. configured to include a third processing unit that determines using the observed value of the floor reaction force,
The first processing unit determines a basic desired slave leg position/posture, which is a basic desired value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from the observed values of the motion state of each leg of the operator. A processing unit 101 and a floor reaction force acting on each leg of the slave device for adjusting the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches the determined desired slave floor reaction force. a 102nd processing unit that corrects using the observed force values, and calculates a desired slave leg position/orientation, which is a target value of the position and orientation of the tip of each leg of the slave device after correction by the 102nd processing unit. It is also possible to adopt a mode in which it is configured to be determined as the target slave leg motion (the eleventh invention).

これによれば、操縦者の各脚の実際の運動状態に応じてスレーブ装置の各脚の運動を行わせつつ、スレーブ装置に実際に作用する床反力が目標スレーブ床反力から乖離しないように目標スレーブ脚運動を決定できる。ひいては、スレーブ装置の姿勢の安定性を高めることができる。 According to this, each leg of the slave device is caused to move according to the actual motion state of each leg of the operator, and the floor reaction force actually acting on the slave device does not deviate from the target slave floor reaction force. can determine the target slave leg motion. As a result, the stability of the posture of the slave device can be enhanced.

また、上記第1~第10発明では、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記マスター側基準部横方向位置の観測値と前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値との間の関係の前記第1目標対応関係からのずれ度合いと、前記操縦者が前記上体支持部から受ける反力である上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように、前記決定された目標スレーブ床反力に付加すべき床反力である補償床反力を、前記ずれ度合いの算出値と前記上体支持部反力の横方向並進力の観測値とのうちの少なくとも一方を用いて決定する第6処理部とを含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の実際の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を、前記目標スレーブ床反力に前記補償床反力を付加した目標値に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第103処理部とを含み、該第103処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されているという態様を採用することもできる(第12発明)。
In addition, in the first to tenth inventions, the motion target determination unit determines the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device, by the floor reaction force acting on each leg of the operator. a third processing unit that determines using a certain observed value of the operator floor reaction force; and so that at least one of the degree of deviation from the first target correspondence relationship and the lateral translational force of the reaction force of the upper body support portion, which is the reaction force that the operator receives from the upper body support portion, approaches zero, A compensating floor reaction force, which is a floor reaction force to be added to the determined desired slave floor reaction force, is calculated from the calculated value of the deviation degree and the observed value of the lateral translational force of the upper body support reaction force. A sixth processing unit that determines using at least one,
The first processing unit determines a basic target slave leg position/posture, which is a basic target value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from observed values of the actual motion state of each leg of the operator. and a 101st processing unit that adjusts the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches a desired value obtained by adding the compensating floor reaction force to the desired slave floor reaction force. and a 103rd processing unit that corrects using the observed value of the floor reaction force acting on each leg of the slave device, wherein the positions and postures of the tips of the legs of the slave device after correction by the 103rd processing unit. A desired slave leg position/orientation, which is a desired value of , is determined as the desired slave leg motion (a twelfth invention).

これによれば、操縦者の各脚の実際の運動状態に応じてスレーブ装置の各脚の運動を行わせつつ、操縦者床反力の観測値に応じて決定した目標スレーブ床反力に補償床反力を付加した床反力をスレーブ装置に作用させ得るように、目標スレーブ脚位置姿勢を決定できる。 According to this, each leg of the slave device is caused to move according to the actual motion state of each leg of the operator, and the target slave floor reaction force determined according to the observed value of the operator's floor reaction force is compensated. The desired slave leg position/orientation can be determined so that the floor reaction force added with the floor reaction force can act on the slave device.

この場合、補償床反力は、前記ずれ度合いと、上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように決定される。ここで、前記ずれ度合いをゼロに近づけるように補償床反力を決定した場合には、実際のマスター側基準部横方向位置と実際のスレーブ側基準部横方向位置との間の関係が第1目標関係から乖離するのを極力抑制し得るように(換言すれば、当該乖離を生ぜしめるスレーブ装置の姿勢の崩れを極力回避し得るように)、目標スレーブ脚位置姿勢を決定し、該目標スレーブ脚位置姿勢に応じてスレーブ装置の脚の運動を行わせることができる。 In this case, the compensating floor reaction force is determined so that at least one of the degree of deviation and the lateral translational force of the reaction force of the upper body supporting portion approaches zero. Here, when the compensating floor reaction force is determined so that the degree of deviation approaches zero, the relationship between the actual lateral position of the master-side reference portion and the actual lateral position of the slave-side reference portion is the first A desired slave leg position/posture is determined so as to minimize deviation from the target relationship (in other words, to avoid as much as possible the collapse of the posture of the slave device that causes the deviation). The leg of the slave device can be moved according to the leg position and posture.

また、上体支持部反力の横方向並進力をゼロに近づけるように、補償床反力を決定した場合には、スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の調整によって、スレーブ装置がその姿勢の崩れを回避し得る状況では、スレーブ装置の姿勢の崩れを操縦者に認識させ得る力が操縦者の上体に上体支持部から作用するのを抑制することができる。
従って、操縦者の上体に、スレーブ装置の姿勢の崩れを操縦者に認識させ得る力が必要以上に頻繁に作用するのを防止することができる。
Further, when the compensating floor reaction force is determined so that the lateral translational force of the body support reaction force approaches zero, the position and posture of the tip of each leg of the slave device are adjusted so that the slave device In a situation where the collapse of the posture can be avoided, it is possible to suppress the application of a force to the operator's upper body from the upper body support portion, which may cause the operator to recognize the collapse of the posture of the slave device.
Therefore, it is possible to prevent a force from acting on the upper body of the operator more frequently than necessary, which may cause the operator to recognize that the posture of the slave device has collapsed.

上記第1~第10発明では、前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第1偏差と、前記操縦者が前記上体支持部から受ける反力である上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように、前記決定された目標スレーブ床反力に付加すべき床反力である補償床反力を、前記第1偏差の算出値と前記上体支持部反力の横方向並進力の観測値とのうちの少なくとも一方を用いて決定する第7処理部とを含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の実際の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を、前記目標スレーブ床反力に前記補償床反力を付加した目標値に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第103処理部とを含み、該第103処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されているという態様を採用することもできる(第13発明)。
In the above first to tenth inventions, the motion target determination unit determines the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device, to the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator. a third processing unit that determines using an observed value of a person's floor reaction force; a target value of the lateral position of the reference part on the slave side defined by the target of movement on the slave side; and an observed value of the lateral position of the reference part on the slave side. and the deviation between the target value of the inclination of the upper body of the slave device defined by the slave side operation target and the observed value of the inclination is defined as the first deviation. and the horizontal translational force of the upper body supporting portion reaction force, which is the reaction force received by the operator from the upper body supporting portion, to approach zero. A compensating floor reaction force, which is a floor reaction force to be added to the desired slave floor reaction force, is at least one of the calculated value of the first deviation and the observed value of the lateral translational force of the upper body support reaction force. and a seventh processing unit that determines using
The first processing unit determines a basic target slave leg position/posture, which is a basic target value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from observed values of the actual motion state of each leg of the operator. and a 101st processing unit that adjusts the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches a desired value obtained by adding the compensating floor reaction force to the desired slave floor reaction force. and a 103rd processing unit that corrects using the observed value of the floor reaction force acting on each leg of the slave device, wherein the positions and postures of the tips of the legs of the slave device after correction by the 103rd processing unit. A desired slave leg position/orientation, which is a desired value of , is determined as the desired slave leg motion (a thirteenth invention).

これによれば、操縦者の各脚の実際の運動状態に応じてスレーブ装置の各脚の運動を行わせつつ、操縦者床反力の観測値に応じて決定した目標スレーブ床反力に補償床反力を付加した床反力をスレーブ装置に作用させ得るように、目標スレーブ脚位置姿勢を決定できる。 According to this, each leg of the slave device is caused to move according to the actual motion state of each leg of the operator, and the target slave floor reaction force determined according to the observed value of the operator's floor reaction force is compensated. The desired slave leg position/orientation can be determined so that the floor reaction force added with the floor reaction force can act on the slave device.

この場合、補償床反力は、前記第1偏差と、上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように決定される。ここで、前記第1偏差をゼロに近づけるように補償床反力を決定した場合には、実際のスレーブ側基準部横方向位置、あるいはスレーブ装置の上体の実際の傾きが目標値から乖離するのを極力抑制し得るように(換言すれば、当該乖離を生ぜしめるスレーブ装置の姿勢の崩れを極力回避し得るように)、目標スレーブ脚位置姿勢を決定し、該目標スレーブ脚位置姿勢に応じてスレーブ装置の脚の運動を行わせることができる。 In this case, the compensating floor reaction force is determined such that at least one of the first deviation and the lateral translational force of the upper body support reaction force approaches zero. Here, when the compensating floor reaction force is determined so that the first deviation approaches zero, the actual lateral position of the reference portion on the slave side or the actual inclination of the upper body of the slave device deviates from the target value. is determined as much as possible (in other words, as much as possible to avoid collapse of the attitude of the slave device that causes the divergence), and according to the desired slave leg position/orientation, can be used to move the legs of the slave device.

また、上体支持部反力の横方向並進力をゼロに近づけるように、補償床反力を決定した場合には、スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の調整によって、スレーブ装置がその姿勢の崩れを回避し得る状況では、スレーブ装置の姿勢の崩れを操縦者に認識させ得る力が操縦者の上体に上体支持部から作用するのを抑制することができる。 In addition, when the compensating floor reaction force is determined so that the lateral translational force of the body support reaction force approaches zero, the position and posture of the tip of each leg of the slave device are adjusted so that the slave device In a situation where the collapse of the posture can be avoided, it is possible to suppress the force from acting on the operator's upper body from the upper body support portion, which would cause the operator to recognize the collapse of the posture of the slave device.

従って、前記第12発明と同様に、操縦者の上体に、スレーブ装置の姿勢の崩れを操縦者に認識させ得る力が必要以上に頻繁に作用するのを防止することができる。 Therefore, as in the twelfth invention, it is possible to prevent a force from acting more frequently than necessary on the operator's upper body, which would cause the operator to recognize that the posture of the slave device has collapsed.

上記第1~第13発明では、前記上体支持部駆動機構は、前記操縦者が移動する床面上を移動し得るように構成された移動機構と、該床面に対する該移動機構の移動駆動力を発生可能な第1アクチュエータとを備えており、前記上体支持部は、前記移動機構と共に移動し得るように該移動機構に搭載されており、前記マスター側制御部は、前記マスター側動作目標に応じて前記第1アクチュエータの作動制御を行うことにより、前記移動機構の移動動作を制御するように構成されているという態様を採用し得る(第14発明)。 In the above first to thirteenth inventions, the upper body support drive mechanism includes a moving mechanism configured to move on the floor surface on which the operator moves, and a movement drive of the moving mechanism with respect to the floor surface. a first actuator capable of generating a force, wherein the upper body support section is mounted on the movement mechanism so as to move together with the movement mechanism, and the master side control section controls the movement of the master side. It is possible to employ a mode in which the moving operation of the moving mechanism is controlled by controlling the operation of the first actuator according to a target ( 14th invention).

これによれば、上体支持部駆動機構を、操縦者の移動に伴い移動させることができるので、操縦者の移動環境が広くても、上体支持部駆動機構の構成を小型なものとすることが可能となる。また、前記第1アクチュエータの制御によって、上体支持部に付与する横方向の並進力を制御するための上体支持部駆動機構の動作を適切に制御することが可能となる。 According to this, since the upper body support part drive mechanism can be moved along with the movement of the operator, the configuration of the upper body support part drive mechanism can be made small even if the operator's movement environment is wide. becomes possible. Further, by controlling the first actuator, it is possible to appropriately control the operation of the body support drive mechanism for controlling the lateral translational force applied to the body support.

また、第9発明又は第10発明(上体支持部を回転させる回転力を該上体支持部に付与し得るように上体支持部駆動機構が構成された発明)では、前記上体支持部駆動機構は、前記操縦者が移動する床面上を移動し得るように構成された移動機構と、該床面に対する該移動機構の移動駆動力を発生可能な第1アクチュエータと、前記上体支持部を回転させる回転力を発生可能な第2アクチュエータとを備えており、前記マスター側制御部は、前記マスター側動作目標に応じて前記第1アクチュエータの作動制御を行うと共に、前記上体支持部回転動作目標に応じて前記第2アクチュエータの作動制御を行うように構成されているという態様を採用し得る(第15発明)。 Further, in the ninth or tenth invention (an invention in which the upper body support part drive mechanism is configured to apply a rotational force to the upper body support part to rotate the upper body support part), the upper body support part The driving mechanism includes a moving mechanism configured to move on a floor on which the operator moves, a first actuator capable of generating a driving force for moving the moving mechanism with respect to the floor, and the upper body support. and a second actuator capable of generating a rotational force for rotating the upper body support section. It is possible to employ a mode in which the operation of the second actuator is controlled in accordance with the target of rotational movement ( 15th invention).

これによれば、第14発明と同様に、上体支持部駆動機構を、操縦者の移動に伴い移動させることができるので、操縦者の移動環境が広くても、上体支持部駆動機構の構成を小型なものとすることが可能となる。また、前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータの制御によって、上体支持部に付与する横方向の並進力、及び回転力の制御のための上体支持部駆動機構の動作を適切に制御することが可能となる。なお、第15発明は、前記第11~13発明と組み合わせてもよい。 According to this, as in the fourteenth invention, the upper body support drive mechanism can be moved along with the movement of the operator. It is possible to make the configuration small. Further, by controlling the first actuator and the second actuator, it is possible to appropriately control the operation of the body support driving mechanism for controlling the lateral translational force and the rotational force applied to the body support. It becomes possible. The fifteenth invention may be combined with the eleventh to thirteenth inventions.

上記第14発明又は第15発明では、前記上体支持部駆動機構は、前記移動機構に対して前記上体支持部を昇降させ得るように支持する昇降機構と、該上体支持部を前記移動機構に対して昇降させる駆動力を発生可能な第3アクチュエータとをさらに備えており、前記マスター側制御部は、さらに前記操縦者が前記上体支持部から受ける上下方向の並進力が所定値となるように該上下方向の並進力の観測値に応じて前記第3アクチュエータの作動制御を行うように構成されているという構成を採用し得る(第16発明)。なお、上記上下方向の並進力に関する「所定値」としては、例えばゼロ、あるいは、該並進力が上向きになるようにゼロからオフセットさせた値を採用し得る。 In the fourteenth or fifteenth invention, the upper body support drive mechanism includes an elevating mechanism that supports the upper body support so that the upper body support can be raised and lowered with respect to the moving mechanism; and a third actuator capable of generating a driving force for raising and lowering the mechanism, and the master-side control unit further controls the vertical translational force received by the operator from the upper body support unit to be a predetermined value. ( 16th aspect of the invention) . As the "predetermined value" for the translational force in the vertical direction, for example, zero or a value offset from zero so that the translational force is directed upward can be adopted.

これによれば、前記操縦者が前記上体支持部から受ける上下方向の並進力が所定値となるように該上下方向の並進力を制御することを、第3アクチュエータの制御によって適切に実現できる。 According to this, it is possible to appropriately control the vertical translational force received by the operator from the upper body support portion so that the vertical translational force is equal to a predetermined value by controlling the third actuator. .

上記第1~第15発明では、前記上体支持部は、上下方向に移動自在な状態になるように前記上体支持部駆動機構に取付けられているという態様を採用することもできる(第17発明)。 In the above first to fifteenth inventions, it is also possible to employ a mode in which the upper body support section is attached to the upper body support section drive mechanism so as to be vertically movable ( 17th invention).

これによれば、上体支持部を操縦者の上体に装着することで、該上体支持部を上下方向に駆動するアクチュエータを必要とすることなく、操縦者の上体の上下動に追従させて上体支持部を上下動させることができる。 According to this, by attaching the upper body support section to the upper body of the operator, the vertical movement of the upper body of the operator can be followed without requiring an actuator for driving the upper body support section in the vertical direction. to move the upper body support portion up and down.

上記第1~第15発明では、前記上体支持部は、上下方向に弾性的に移動し得るように前記上体支持部駆動機構に取付けられているという態様を採用することもできる(第18発明)。 In the first to fifteenth inventions, it is also possible to employ a mode in which the upper body support is attached to the upper body support drive mechanism so as to be able to move elastically in the vertical direction ( 18th invention). invention).

なお、「上下方向に弾性的に移動し得る」というのは、上体支持部の上下方向の基準の位置からの変位に応じて、該上体支持部を該基準の位置に戻す方向の付勢力を該上体支持部に作用させ得ることを意味する。 It should be noted that "capable of elastically moving in the vertical direction" means that the upper body supporting portion is provided with a direction to return the upper body supporting portion to the reference position in accordance with the displacement of the upper body supporting portion from the reference position in the vertical direction. It means that a force can be applied to the upper body support.

これによれば、上体支持部の重さが操縦者の上体に作用するのを軽減もしくは解消することが可能となる。あるいは、操縦者に作用する重力に対する該操縦者の脚の負担を軽減することも可能である。 According to this, it is possible to reduce or eliminate the weight of the upper body support portion acting on the operator's upper body. Alternatively, it is possible to reduce the burden on the operator's legs against the force of gravity acting on the operator.

上記第1~第8発明では、前記上体支持部は、前記操縦者のロール方向に、又は前記操縦者のピッチ方向に、又は該ロール方向とピッチ方向とに回転自在な状態となるように前記上体支持部駆動機構に取付けられているという態様を採用することもできる(第19発明)。なお、第19発明は、前記第11~第14発明、第16~第18発明と組み合わせることも可能である。 In the first to eighth inventions, the upper body support portion is rotatable in the roll direction of the operator, in the pitch direction of the operator, or in the roll direction and the pitch direction. It is also possible to employ a mode in which it is attached to the upper body support portion drive mechanism ( 19th invention). The 19th invention can be combined with the 11th to 14th inventions and the 16th to 18th inventions.

これによれば、操縦者は、その歩行時に上体をロール方向に傾けたり、あるいは、ピッチ方向に傾けたり、あるいは、ロール方向及びピッチ方向に傾けたりすることを、抵抗感なく、円滑に行うことが可能となる。ひいては、操縦者は歩行による移動を円滑に行うことが可能となる。 According to this, the operator can smoothly tilt the upper body in the roll direction, in the pitch direction, or in the roll and pitch directions during walking without feeling resistance. becomes possible. As a result, the operator can move smoothly by walking.

また、本発明の移動体の操縦システムは、上体と該上体から延設された2つの脚とを有する脚式移動体であるスレーブ装置を移動させる操縦を行い得る操縦システムであって、
操縦者が移動するに伴い、該操縦者と共に移動し得るように該操縦者の上体に装着される上体支持部と、該上体支持部を横方向に移動させる並進力を該上体支持部に付与し得るように該上体支持部に取付けられた上体支持部駆動機構とを含むマスター装置と、
前記スレーブ装置の動作目標であるスレーブ側動作目標と、前記マスター装置の上体支持部駆動機構の動作目標であるマスター側動作目標とを決定する動作目標決定部と、
前記決定されたマスター側動作目標に応じて前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うマスター側制御部と、
前記決定されたスレーブ側動作目標に応じて前記スレーブ装置の作動制御を行うスレーブ側制御部とを備えており、
前記上体支持部、前記操縦者の上体、及び前記操縦者の重心のうちのいずれか1つの横方向位置をマスター側基準部横方向位置と定義し、前記スレーブ装置の上体及び重心のうちのいずれか1つの横方向位置をスレーブ側基準部横方向位置と定義したとき、
前記動作目標決定部は、
前記操縦者の移動に伴い、前記スレーブ装置を移動させるように前記スレーブ側動作目標を決定すると共に、実際の前記マスター側基準部横方向位置と、実際の前記スレーブ側基準部横方向位置との間の関係の、所定の第1目標対応関係からのずれを低減させる向きの横方向の並進力を前記上体支持部から前記操縦者に作用させるように前記マスター側動作目標を決定するように構成されているという態様を採用し得る(第20発明)。
In addition, a moving body control system of the present invention is a control system capable of performing a control to move a slave device, which is a legged moving body having an upper body and two legs extending from the upper body,
an upper body support attached to the operator's upper body so as to move with the operator as the operator moves; an upper body support drive mechanism applicably attached to the support; and an upper body support drive mechanism;
a motion target determination unit that determines a slave-side motion target that is the motion target of the slave device and a master-side motion target that is the motion target of the upper body support portion driving mechanism of the master device;
a master-side control unit that controls the operation of the upper body support unit drive mechanism according to the determined master-side operation target;
a slave-side control unit that controls the operation of the slave device according to the determined slave-side operation target,
The lateral position of any one of the upper body support, the operator's upper body, and the operator's center of gravity is defined as the master-side reference part lateral position, and the slave device's upper body and center of gravity of the slave device. When the lateral position of any one of them is defined as the lateral position of the slave side reference part,
The motion goal determination unit
The slave side motion target is determined so as to move the slave device along with the movement of the operator, and the actual lateral position of the master side reference portion and the actual lateral position of the slave side reference portion are determined. determining the master-side motion goal to cause the upper body support to exert a lateral translational force on the operator in a direction that reduces the deviation of the relationship between It is possible to adopt the aspect of being configured (the twentieth invention).

かかる第20発明によれば。スレーブ装置の姿勢の崩れに起因して、実際の前記マスター側基準部横方向位置と、実際の前記スレーブ側基準部横方向位置との間の関係が、所定の第1目標対応関係からずれた場合に、それを低減させる向きの横方向の並進力が、上体支持部から前記操縦者に作用する。このため、操縦者は、スレーブ装置が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置のどの向きに生じたのかを、適切かつ迅速に認識することが可能となる。よって、第20発明によれば、スレーブ装置(移動体)の姿勢の崩れが発生した場合に、操縦者がそのことを速やかに適切に認識することができる。 According to the twentieth invention, The relationship between the actual lateral position of the master-side reference portion and the actual lateral position of the slave-side reference portion deviates from the predetermined first target correspondence relationship due to the collapse of the posture of the slave device. Lateral translational forces directed to reduce it are then acting on the operator from the upper body support. Therefore, the operator can appropriately and quickly recognize that the slave device has lost its posture and in which direction the slave device has lost its posture. Therefore, according to the twentieth aspect, when the posture of the slave device (moving body) has collapsed, the operator can quickly and appropriately recognize that fact.

本発明の実施形態における移動体としてのスレーブ装置の構成を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a slave device as a moving object according to the embodiment of the present invention; 第1実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the first embodiment; FIG. 第1~6実施形態におけるマスター装置の構成を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a master device according to first to sixth embodiments; 第1~6実施形態におけるマスター装置と操縦者とを示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a master device and an operator in first to sixth embodiments; 第1実施形態におけるマスター装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration related to operation control of the master device in the first embodiment; FIG. 図5に示すマスター制御部の処理を示すフローチャート。6 is a flowchart showing processing of a master control unit shown in FIG. 5; 図5に示すマスター制御部の処理に関する説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram relating to processing of the master control unit shown in FIG. 5; 図2に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 3 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 2; FIG. 第2実施形態におけるマスター装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of the master device in the second embodiment; 第2実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the second embodiment; 第3実施形態におけるマスター装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a master device according to the third embodiment; 第3実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device according to the third embodiment; 図12に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 13 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 12; FIG. 図13のSTEP18aで使用する動力学モデルの説明図。FIG. 14 is an explanatory diagram of a dynamics model used in STEP 18a of FIG. 13; 第4実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the fourth embodiment; 第5実施形態におけるマスター装置の動作制御に関する構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration related to the operation control of the master device in the fifth embodiment 図16に示すマスタ-制御部のの処理を示すフローチャート。17 is a flow chart showing the processing of the master-control unit shown in FIG. 16; 第5実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device according to the fifth embodiment; 図18に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 19 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 18; FIG. 第6実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the sixth embodiment; 図21Aは第7~第12実施形態におけるマスター装置の要部構成の平面図、図21Bは該要部構成の側面図。FIG. 21A is a plan view of the configuration of main parts of the master device in seventh to twelfth embodiments, and FIG. 21B is a side view of the configuration of the main parts. 第7~第12実施形態におけるマスター装置の動作制御に関する要部構成を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a main part relating to operation control of the master device in seventh to twelfth embodiments; 第7実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the seventh embodiment; 図23に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 24 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 23; FIG. 図24のSTEP19で使用する動力学モデルの説明図。FIG. 25 is an explanatory diagram of a dynamics model used in STEP19 of FIG. 24; 第8実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the eighth embodiment; 第9実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 21 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the ninth embodiment; 図27に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 28 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 27; FIG. 第10実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 21 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device according to the tenth embodiment; 第11実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 21 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the eleventh embodiment; 図30に示すスレーブ動作目標決定部の処理を示すフローチャート。FIG. 31 is a flowchart showing processing of a slave operation target determination unit shown in FIG. 30; FIG. 第12実施形態におけるスレーブ装置の動作制御に関する構成を示すブロック図。FIG. 21 is a block diagram showing a configuration related to operation control of a slave device in the twelfth embodiment; 第14実施形態における昇降機構の要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of the raising/lowering mechanism in 14th Embodiment. マスター装置の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of a master device. マスター装置の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of a master device.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1~図8を参照して以下に説明する。本実施形態では、図1に例示するスレーブ装置1を、図3及び図4に例示するマスター装置51により操縦する操縦システムを一例として説明する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. In this embodiment, a control system in which the slave device 1 illustrated in FIG. 1 is controlled by the master device 51 illustrated in FIGS. 3 and 4 will be described as an example.

[スレーブ装置の構成]
図1を参照して、本実施形態のスレーブ装置1は、例えば人型の脚式移動体であり、基体としての上体2と、上体2の下部から延設された左右一対の(2つの)脚3,3と、上体2の上部から延設された左右一対の(2つの)腕10,10と、上体2の上端部に取付けられた頭部17とを備える。なお、図1では、紙面に垂直な方向がスレーブ装置1の前後方向である。
[Slave device configuration]
Referring to FIG. 1, a slave device 1 of the present embodiment is, for example, a humanoid legged mobile object, and includes an upper body 2 as a base and a pair of left and right (2 a pair of left and right (two) arms 10, 10 extending from the upper part of the body 2; and a head 17 attached to the upper end of the body 2. Note that in FIG. 1, the direction perpendicular to the paper surface is the front-rear direction of the slave device 1 .

各脚3は、その構成要素のリンクとして大腿部4、下腿部5及び足部6を有し、該大腿部4、下腿部5及び足部6を、上体2側から順番に、股関節機構7、膝関節機構8、足首関節機構9を介して連結して構成されている。各脚3の関節機構7,8,9のそれぞれは、1つ又は複数の関節(図示省略)により構成される。 Each leg 3 has a thigh portion 4, a lower leg portion 5 and a foot portion 6 as its component links, and the thigh portion 4, the lower leg portion 5 and the foot portion 6 are sequentially connected from the upper body 2 side. , through a hip joint mechanism 7 , a knee joint mechanism 8 , and an ankle joint mechanism 9 . Each of the joint mechanisms 7, 8, 9 of each leg 3 is composed of one or more joints (not shown).

例えば、上記関節として、1軸の回転自由度を有する公知の構造の関節(1つの回転軸周りに互いに相対回転し得るように連結された2つの部材により構成される関節)を使用し得る。そして、各脚3の股関節機構7、膝関節機構8、及び足首関節機構9は、それぞれ、例えば3つの関節、1つの関節、2つの関節により構成される。これにより、各脚3は、その足部6が上体2に対して6自由度の運動自由度を有するように構成される。 For example, as the joint, a joint having a known structure having a rotational degree of freedom of one axis (a joint composed of two members connected so as to be relatively rotatable about one rotational axis) can be used. The hip joint mechanism 7, the knee joint mechanism 8, and the ankle joint mechanism 9 of each leg 3 are composed of, for example, three joints, one joint, and two joints, respectively. Thereby, each leg 3 is configured such that its foot 6 has six degrees of freedom of movement with respect to the upper body 2 .

各腕10は、その構成要素のリンクとして、上腕部11、前腕部12及びハンド部13を有し、該上腕部11、前腕部12及びハンド部13を、上体2側から順番に、肩関節機構14、肘関節機構15、手首関節機構16を介して連結して構成されている。各腕10の関節機構14,15,16のそれぞれは、1つ又は複数の関節(図示省略)により構成される。 Each arm 10 has an upper arm portion 11, a forearm portion 12 and a hand portion 13 as links of its constituent elements. The joint mechanism 14 , the elbow joint mechanism 15 , and the wrist joint mechanism 16 are connected to each other. Each of the joint mechanisms 14, 15, 16 of each arm 10 is composed of one or more joints (not shown).

例えば、各腕10の肩関節機構14、肘関節機構15、及び手首関節機構16は、各脚3と同様に、1軸の回転自由度を有する関節を使用して、それぞれ、3つの関節、1つの関節、2つの関節により構成され得る。これにより、各腕10は、そのハンド部13が上体2に対して6自由度の運動自由度を有するように構成される。 For example, the shoulder joint mechanism 14, the elbow joint mechanism 15, and the wrist joint mechanism 16 of each arm 10, like each leg 3, use joints with one axis of rotational freedom, each having three joints, It can consist of one joint or two joints. Thereby, each arm 10 is configured such that its hand portion 13 has 6 degrees of freedom of motion with respect to the upper body 2 .

また、各腕10のハンド部13は、物体の把持等、所用の作業を行い得るように構成される。例えば、各ハンド部13は、クランプ機構、あるいは、人の手指と同様の動作を行い得る複数の指機構、あるいは、工具等により構成され得る。 Also, the hand portion 13 of each arm 10 is configured to be able to perform a desired task such as gripping an object. For example, each hand unit 13 may be configured by a clamp mechanism, a plurality of finger mechanisms capable of performing operations similar to those of human fingers, tools, or the like.

頭部17は、上体2の上端部に首関節機構18を介して取り付けられている。首関節機構18は、例えば、1軸、2軸、又は3軸の回転自由度を有するように1つ以上の関節により構成され得る。あるいは、頭部17は、上体2の上端部に固定されていてもよい。 The head 17 is attached to the upper end of the upper body 2 via a neck joint mechanism 18 . The neck joint mechanism 18 may be configured with one or more joints to have, for example, one, two, or three rotational degrees of freedom. Alternatively, head 17 may be fixed to the upper end of upper body 2 .

上記の如く構成されたスレーブ装置1は、例えば人の歩行動作と同様に、各脚3の足部6の空中移動と床面への着地(接地)とを交互に行うように各脚3を動かすことで床面上を移動(歩行)することができる。なお、本明細書では、「床面」は、通常の意味での床面に限らず、地面もしくは路面等であってもよい。また、「床面」は平坦面に限らず、凹凸や段差等を有する面であってもよい。 The slave device 1 configured as described above moves each leg 3 so that the foot portion 6 of each leg 3 alternately moves in the air and lands on the floor (grounding) in the same way as a human being walks. By moving it, it can move (walk) on the floor. In this specification, the "floor surface" is not limited to the floor surface in the usual sense, and may be the ground surface, the road surface, or the like. Further, the "floor surface" is not limited to a flat surface, and may be a surface having irregularities, steps, or the like.

補足すると、スレーブ装置1の脚3及び腕10のそれぞれは、6自由度の運動自由度に限らず、例えば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、脚3及び腕10のそれぞれは、回転型の関節に限らず、直動型の関節を含んでいてもよい。また、スレーブ装置1は、2つの腕10,10を有する移動体に限らず、1つ又は3つ以上の腕を有する移動体、あるいは、腕を備えない移動体であってよい。また、スレーブ装置1は、頭部17を備えない移動体であってもよい。また、スレーブ装置1の上体2は、例えば、その上部と下部とが互いに相対変位し得るように、該上部と下部との間に1つ以上の関節を備えるように構成されていてもよい。 Supplementally, each of the legs 3 and arms 10 of the slave device 1 may be configured to have, for example, seven or more degrees of freedom of motion, instead of being limited to six degrees of freedom of motion. Moreover, each of the leg 3 and the arm 10 may include a direct-acting joint instead of a rotary joint. Also, the slave device 1 is not limited to a mobile body having two arms 10, 10, but may be a mobile body having one or three or more arms, or a mobile body having no arms. Also, the slave device 1 may be a moving body without the head 17 . Also, the upper body 2 of the slave device 1 may be configured, for example, to have one or more joints between the upper and lower parts so that the upper and lower parts can be displaced relative to each other. .

図2を参照して、スレーブ装置1はさらに、各関節を駆動する関節アクチュエータ21を備える。また、スレーブ装置1は、該スレーブ装置1の動作状態を検出するための検出器として、各関節の変位(本実施形態では回転角)を検出するための関節変位検出器22と、上体2の姿勢を検出するための上体姿勢検出器23と、各足部6が接地した床面から
受ける床反力を検出するための床反力検出器25とを備える。
Referring to FIG. 2, the slave device 1 further includes a joint actuator 21 that drives each joint. The slave device 1 also includes a joint displacement detector 22 for detecting the displacement (rotation angle in this embodiment) of each joint as detectors for detecting the operating state of the slave device 1, and the upper body 2 and a floor reaction force detector 25 for detecting the floor reaction force received from the floor on which each leg 6 touches the ground.

関節アクチュエータ21及び関節変位検出器22は、それぞれ、スレーブ装置1の各関節毎に備えられ、床反力検出器25は、各脚3毎に備えられている。ただし、図2では、関節アクチュエータ21、関節変位検出器22及び床反力検出器25のそれぞれの1つだけを代表的に図示している。 A joint actuator 21 and a joint displacement detector 22 are provided for each joint of the slave device 1 , and a floor reaction force detector 25 is provided for each leg 3 . However, in FIG. 2, only one of each of the joint actuator 21, the joint displacement detector 22, and the floor reaction force detector 25 is shown representatively.

なお、以降の説明では、位置、姿勢、力等の任意の状態量の検出値又は推定値を総称的に観測値ということがある。また、任意の状態量の名称の先頭に、「実」を付したものは、該状態量の実際の値又はその観測値を意味し、任意の状態量の名称の先頭に、「目標」を付したものは、該状態量の目標値を意味する。 In the following description, the detected value or estimated value of any state quantity such as position, orientation, force, etc. may be generically referred to as observed value. In addition, the name of any state quantity prefixed with "actual" means the actual value of the state quantity or its observed value, and the name of any state quantity prefixed with "target". What is attached means the target value of the state quantity.

各関節アクチュエータ21は、例えば電動モータにより構成され、駆動対象の関節を、図示しない減速機等の適宜の動力伝達機構を介して駆動するように、該関節に接続されている。なお、各関節アクチュエータ21は、電動モータに限らず、例えば、油圧アクチュエータにより構成されていてもよい。また、各関節アクチュエータ21は、回転型のアクチュエータに限らず、直動型のアクチュエータであってもよい。 Each joint actuator 21 is configured by, for example, an electric motor, and is connected to a joint to be driven so as to drive the joint via an appropriate power transmission mechanism such as a speed reducer (not shown). Note that each joint actuator 21 is not limited to an electric motor, and may be configured by, for example, a hydraulic actuator. Further, each joint actuator 21 is not limited to a rotary actuator, and may be a linear actuator.

各関節変位検出器22は、例えばロータリエンコーダ、レゾルバ、ポテンショメータ等により構成され、検出対象の関節の実際の変位(回転角)である実関節変位を検出し得るように、該関節(又は該関節の変位に連動して回転する回転部材)に接続されている。 Each joint displacement detector 22 is composed of, for example, a rotary encoder, a resolver, a potentiometer, or the like, and detects the joint (or is connected to a rotating member that rotates in conjunction with the displacement of the

上体姿勢検出器23は、例えば、3軸の加速度(3次元の並進加速度ベクトル)を検出可能な加速度センサ23aと、3軸の角速度(3次元の角速度ベクトル)を検出可能な角速度センサ23bとを含む慣性センサを有し、上体2に生じる加速度及び角速度を検出し得るように上体2に搭載されている。 The body posture detector 23 includes, for example, an acceleration sensor 23a capable of detecting triaxial acceleration (three-dimensional translational acceleration vector) and an angular velocity sensor 23b capable of detecting triaxial angular velocity (three-dimensional angular velocity vector). and is mounted on the body 2 so as to detect acceleration and angular velocity occurring in the body 2 .

この上体姿勢検出器23は、本実施形態では、加速度センサ23a及び角速度センサ23bのそれぞれで検出された加速度及び角速度から、上体2の実際の姿勢のうちの傾きである実上体傾きを推定する処理を実行する姿勢推定部23cを含む。該姿勢推定部23cは、例えばマイクロコンピュータもしくはプロセッサ、メモリ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。そして、姿勢推定部23cは、加速度及び角速度のそれぞれの観測値から、例えばストラップダウン方式等の公知に手法の演算処理により実上体傾きを推定し、その推定値(観測値)を出力する。 In this embodiment, the body posture detector 23 detects the actual body tilt, which is the tilt of the actual posture of the body 2, from the acceleration and angular velocity detected by the acceleration sensor 23a and the angular velocity sensor 23b. It includes a posture estimation unit 23c that executes estimation processing. The posture estimator 23c is composed of an electronic circuit unit including, for example, a microcomputer or processor, memory, an interface circuit, and the like. Then, the posture estimator 23c estimates the actual body inclination from the observed values of the acceleration and angular velocity by a known technique such as the strapdown method, and outputs the estimated value (observed value).

ここで、「姿勢」に関して補足すると、スレーブ装置1の上体2等、任意の物体の「姿勢」は、該物体の空間的な向きを意味する。また、物体の「姿勢」のうち、上下方向(鉛直方向又はほぼ鉛直な方向)の軸周りの方向(所謂、ヨー方向という)での物体の姿勢を、該物体の「向き」と称し、横方向(水平方向又はほぼ水平な方向)の軸周りの方向(例えば、ピッチ方向、もしくはロール方向)での物体の姿勢を、該物体の「傾き」と称する。これらの「向き」及び「傾き」は、例えばオイラー角を用いて表現される。 Here, supplementing the "attitude", the "attitude" of an arbitrary object such as the body 2 of the slave device 1 means the spatial orientation of the object. In addition, among the "postures" of an object, the posture of an object in a direction (so-called yaw direction) around an axis in the vertical direction (vertical direction or almost vertical direction) is referred to as the "orientation" of the object. The pose of an object in a direction (eg, pitch or roll) about an axis of direction (horizontal or near-horizontal) is called the "tilt" of the object. These "orientation" and "inclination" are expressed using, for example, Euler angles.

従って、上記上体姿勢検出器23の姿勢推定部23cが推定する実上体傾きは、換言すれば、横方向の軸周りの方向での上体2の実際の姿勢である。この場合、姿勢推定部23cが推定する実上体傾きは、より詳しくは、互いに直交する2つの横方向の軸(例えば後述するスレーブ側グローバル座標系CgsのX軸及びY軸)のそれぞれの軸周り方向での上体2の傾きの組である。 Therefore, the actual body inclination estimated by the posture estimator 23c of the body posture detector 23 is, in other words, the actual posture of the body 2 in the direction around the lateral axis. In this case, the actual body inclination estimated by the posture estimating unit 23c is, more specifically, two horizontal axes that are perpendicular to each other (for example, the X and Y axes of the slave-side global coordinate system Cgs, which will be described later). A set of inclinations of the upper body 2 in the circumferential direction.

補足すると、姿勢推定部23cは、加速度センサ23a及び角速度センサ23bの搭載位置から離れた位置でスレーブ装置1に搭載されていてもよい。また、姿勢推定部23c Supplementally, the attitude estimation unit 23c may be mounted on the slave device 1 at a position distant from the mounting positions of the acceleration sensor 23a and the angular velocity sensor 23b. Also, the attitude estimation unit 23c

は、後述するスレーブ制御部31に含まれていてもよい。また、姿勢推定部23cは、スレーブ装置1の上体2の傾きだけでなく、上体2の向きを含めた姿勢を推定し得るように構成することも可能である。また、上体姿勢検出器23は、例えば、カメラによるスレーブ装置1の撮影映像を使用して、公知のモーションキャプチャの処理により上体2の傾き(又は、向きを含めた上体2の姿勢)を推定し得るように構成されていてもよい。この他、上体2の傾き(又は向きを含めた姿勢)を推定する手法としては、任意の物体の自己位置及び姿勢を推定可能な公知の様々な手法を採用し得る。 may be included in the slave control unit 31 to be described later. Moreover, the posture estimation unit 23c can be configured to estimate the posture including not only the inclination of the body 2 of the slave device 1 but also the orientation of the body 2 . In addition, the body posture detector 23 detects the inclination of the body 2 (or the posture of the body 2 including its orientation) by known motion capture processing, for example, using the image captured by the slave device 1 with a camera. can be estimated. In addition, as a method of estimating the inclination (or posture including orientation) of the body 2, various known methods capable of estimating the self-position and posture of any object can be employed.

各床反力検出器25は、例えば3軸の並進力(3次元の並進力ベクトル)及び3軸のモーメント(3次元のモーメントベクトル)を検出可能な6軸力センサにより構成され、各脚3の足部6に実際に作用する床反力(並進力及びモーメント)である実足部床反力を検出し得るようにスレーブ装置1に取付けられている。例えば、図1に示す如く、各床反力検出器25は、各脚3の足部6と足首関節機構9との間に介装されている。なお、本明細書では、「モーメント」は、特にことわらない限り、「力のモーメント」を意味する。 Each floor reaction force detector 25 is composed of, for example, a 6-axis force sensor capable of detecting 3-axis translational force (3-dimensional translational force vector) and 3-axis moment (3-dimensional moment vector). is attached to the slave device 1 so as to detect the actual foot floor reaction force, which is the floor reaction force (translational force and moment) actually acting on the foot portion 6 of the foot. For example, as shown in FIG. 1, each floor reaction force detector 25 is interposed between the foot portion 6 of each leg 3 and the ankle joint mechanism 9 . In this specification, "moment" means "moment of force" unless otherwise specified.

スレーブ装置1は、さらに、スレーブ装置1の全体の動作目標の決定処理等を実行する機能を有するスレーブ制御部31と、各関節の作動を関節アクチュエータ21を介して制御する機能を有する関節制御部32と、後述するマスター制御部81との間で無線通信を行うための通信装置33とを備える。これらは、上体2等、スレーブ装置1の任意の適所に搭載される。 The slave device 1 further includes a slave control unit 31 having a function of executing a process for determining the motion target of the entire slave device 1, and a joint control unit having a function of controlling the operation of each joint via the joint actuator 21. 32, and a communication device 33 for performing wireless communication with a master control unit 81, which will be described later. These are mounted at arbitrary appropriate locations of the slave device 1, such as the upper body 2 and the like.

スレーブ制御部31及び関節制御部32のそれぞれは、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。スレーブ制御部31には、上体姿勢検出器23及び各床反力検出器25のそれぞれにより検出又は推定された観測データが入力されると共に、スレーブ装置1の動作に関する指令情報が後述するマスター制御部81から通信装置33を介して入力される。なお、スレーブ制御部31に入力される観測データや指令情報は、ローパスフィルタ等のフィルタリング処理を施したフィルタリング値であってもよい。 Each of the slave control unit 31 and the joint control unit 32 is configured by an electronic circuit unit including, for example, a microcomputer, a memory, an interface circuit, and the like. Observation data detected or estimated by each of the body posture detector 23 and each floor reaction force detector 25 is input to the slave control unit 31, and command information regarding the operation of the slave device 1 is sent to the master control unit 31, which will be described later. It is input from the unit 81 via the communication device 33 . Note that the observation data and command information input to the slave control unit 31 may be filtered values that have undergone filtering processing such as a low-pass filter.

そして、スレーブ制御部31は、実装されたハードウェア構成及びプログラム(ソフトウェア構成)の両方又は一方により実現される機能として、マスター制御部81から入力される指令情報等に基づいて、スレーブ装置1の基本の動作目標を決定するスレーブ動作目標決定部31aと、該基本の動作目標のうち、各脚3の運動に関する動作目標をコンプライアンス制御の処理を用いて適宜修正する複合コンプライアンス動作決定部31bと、スレーブ装置1の動作目標に応じて各関節の変位(回転角)の目標値である目標関節変位を決定する関節変位決定部31cと、スレーブ装置1の上体2の実際の横方向位置である実スレーブ上体横方向位置を推定する上体横方向位置推定部31dとを含む。 The slave control unit 31, as a function realized by either or both of the implemented hardware configuration and the program (software configuration), controls the slave device 1 based on command information and the like input from the master control unit 81. a slave motion goal determination unit 31a that determines a basic motion goal; a composite compliance motion determination unit 31b that appropriately modifies, among the basic motion goals, a motion target related to the motion of each leg 3 using compliance control processing; A joint displacement determination unit 31c that determines a target joint displacement, which is a target value of the displacement (rotation angle) of each joint, according to the movement target of the slave device 1, and an actual lateral position of the body 2 of the slave device 1 and a lateral body position estimator 31d for estimating the actual slave lateral body position.

本実施形態では、スレーブ動作目標決定部31aが決定する基本の動作目標には、上体2の目標運動である目標スレーブ上体運動と、各脚3の目標運動である目標スレーブ脚運動と,スレーブ装置1に床面から作用する床反力の目標値である目標スレーブ床反力とが含まれる。 In the present embodiment, the basic motion goals determined by the slave motion goal determining unit 31a include a desired slave body motion that is a desired motion of the body 2, a desired slave leg motion that is a desired motion of each leg 3, A target slave floor reaction force, which is a target value of the floor reaction force acting on the slave device 1 from the floor surface, is included.

この場合、目標スレーブ上体運動は、詳しくは、上体2の位置及び姿勢の組の目標値である目標上体位置姿勢の時系列により表され、目標スレーブ脚運動は、詳しくは、各脚3の足部6の位置及び姿勢の組の目標値である目標足部位置姿勢の時系列により表される。 In this case, the desired slave body motion is represented in detail by the time series of the desired body position/posture, which are the target values of the set of positions and postures of the body 2, and the desired slave leg motion is represented in detail by each leg 3 is represented by the time series of the desired foot position/posture, which is the desired value of the set of positions and postures of the foot 6 of No. 3.

ここで、本明細書では、スレーブ装置1の上体2等、任意の物体の「位置」は、該物体のあらかじめ設定(定義)された代表点の空間的な位置を意味する。そして、任意の物体の「位置姿勢」は、該物体の位置と姿勢との組を意味する。 Here, in this specification, the "position" of an arbitrary object such as the upper body 2 of the slave device 1 means the spatial position of a preset (defined) representative point of the object. The "position and orientation" of an arbitrary object means a set of the position and orientation of the object.

また、スレーブ装置1の上体2及び各足部6のそれぞれの目標位置及び目標姿勢は、特にことわらない限り、スレーブ装置1の動作環境に対して設計的に設定(定義)されるグローバル座標系(ワールド座標系)で見た位置及び姿勢のそれぞれの目標値として表現される。該グローバル座標系(以降、スレーブ側グローバル座標系Cgsという)としては、例えば図1に例示する如き3軸直交座標系Cgs(上下方向をZ軸方向、Z軸に直交し、且つ互いに直交する2つの横方向をX軸方向及びY軸方向とするXYZ座標系)が用いられる。なお、スレーブ側グローバル座標系Cgsの原点の位置や、X軸方向及びY軸方向の向きは、スレーブ装置1の移動に伴い、随時更新(再設定)され得る。 Further, unless otherwise specified, the target positions and target postures of the body 2 and each leg 6 of the slave device 1 are global coordinates that are set (defined) for the operating environment of the slave device 1 by design. It is expressed as target values of position and orientation as viewed in the system (world coordinate system). The global coordinate system (hereinafter referred to as the slave-side global coordinate system Cgs) is, for example, a three-axis orthogonal coordinate system Cgs (the vertical direction is the Z-axis direction, the Z-axis is orthogonal to the Z-axis, and two orthogonal coordinate systems are orthogonal to each other), as shown in FIG. An XYZ coordinate system, in which two horizontal directions are the X-axis direction and the Y-axis direction, is used. The position of the origin of the slave-side global coordinate system Cgs and the orientations of the X-axis direction and the Y-axis direction can be updated (reset) at any time as the slave device 1 moves.

この場合、スレーブ側グローバル座標系CgsのZ軸方向が上下方向、X軸方向及びY軸方向が横方向であるので、Z軸周りの方向(ヨー方向)での上体2の姿勢が、スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た上体2の向きを表し、X軸及びY軸のそれぞれの軸周りの方向での上体2の姿勢が、スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た上体2の傾きを表す。このことは、各足部6の姿勢(向き及び傾き)についても同様である。 In this case, the Z-axis direction of the slave-side global coordinate system Cgs is the vertical direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions. represents the orientation of the body 2 viewed in the slave side global coordinate system Cgs, and the posture of the body 2 in the directions around the X and Y axes is the orientation of the body 2 viewed in the slave side global coordinate system Cgs. Represents tilt. The same applies to the posture (orientation and inclination) of each leg 6 .

また。スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た、スレーブ装置1の上体2等の任意の物体の「横方向位置」は、該スレーブ側グローバル座標系Cgsの横方向の座標軸であるX軸及びY軸のそれぞれの座標軸方向の位置(X軸方向の位置及びY軸方向の位置)の組として表される。 Also. The "horizontal position" of an arbitrary object such as the body 2 of the slave device 1 as viewed in the slave-side global coordinate system Cgs is defined by the X-axis and the Y-axis, which are the horizontal coordinate axes of the slave-side global coordinate system Cgs. It is expressed as a set of positions in the respective coordinate axis directions (positions in the X-axis direction and positions in the Y-axis direction).

また、スレーブ動作目標決定部31aが決定する基本の動作目標のうちの目標スレーブ床反力は、本実施形態では、スレーブ装置1に床面から作用する全床反力の目標値である目標全床反力と、目標全床反力の圧力中心点(COP)の目標位置としての目標全床反力中心点と、スレーブ装置1の各足部6に床面から作用する床反力の目標値である目標足部床反力と、各足部6での目標足部床反力の圧力中心点(COP)の目標位置としての目標足部床反力中心点とのそれぞれの時系列により表される。なお、上記「全床反力」は、スレーブ装置1の2つの足部6,6のそれぞれに作用する床反力の合力である。また、スレーブ装置1が床以外から外力を受けない場合には、目標全床反力中心点は、ZMP(Zero Moment Point)の目標位置である。 In the present embodiment, the target slave floor reaction force among the basic motion targets determined by the slave motion target determining unit 31a is a target value of the total floor reaction force acting on the slave device 1 from the floor surface. A floor reaction force, a desired total floor reaction force center point as a desired position of the center of pressure (COP) of the desired total floor reaction force, and a target floor reaction force acting on each leg 6 of the slave device 1 from the floor surface. and the desired foot floor reaction force center point as the target position of the center of pressure (COP) of the desired foot floor reaction force at each foot 6. expressed. The "total floor reaction force" is the resultant force of the floor reaction forces acting on the two legs 6, 6 of the slave device 1, respectively. Further, when the slave device 1 receives no external force other than from the floor, the desired total floor reaction force central point is the desired position of ZMP (Zero Moment Point).

なお、図2での図示は省略したが、本実施形態のスレーブ装置1は、上体2に対して可動な腕10及び頭部17を備えることから、スレーブ動作目標決定部31aは、さらに、各腕10の目標運動である目標スレーブ腕運動と、頭部17の目標運動である目標スレーブ頭部運動とを決定する機能も含む。 Although not shown in FIG. 2, the slave device 1 of the present embodiment includes an arm 10 and a head 17 that are movable with respect to the upper body 2. Therefore, the slave motion goal determination unit 31a further includes: It also includes the ability to determine a desired slave arm motion, which is the desired motion of each arm 10 , and a desired slave head motion, which is the desired motion of the head 17 .

この場合、目標スレーブ腕運動は、例えば、各腕10のハンド部13の上体2に対する相対的な目標位置姿勢(上体2に対して設定されたローカル座標系で見た目標位置姿勢)の時系列により表される。同様に、目標スレーブ頭部運動は、例えば、頭部17の上体2に対する相対的な目標位置姿勢(上体2に対して設定されたローカル座標系で見た目標位置姿勢)の時系列により表される。 In this case, the target slave arm motion is, for example, when each arm 10 is a target position/posture relative to the body 2 of the hand unit 13 (an apparent target position/posture in the local coordinate system set for the body 2). Represented by a series. Similarly, the desired slave head motion is represented by, for example, a time series of the desired position and orientation of the head 17 relative to the body 2 (the apparent target position and orientation in the local coordinate system set for the body 2). be done.

あるいは、目標スレーブ腕運動は、例えば、各腕10の各関節の目標関節変位の時系列により構成されていてもよい、同様に、目標スレーブ頭部運動は、例えば、首関節機構18の各関節の目標関節変位の時系列により構成されていてもよい、 Alternatively, the target slave arm motion may comprise, for example, a time series of target joint displacements for each joint of each arm 10. Similarly, the target slave head motion may be configured, for example, for each joint of the neck joint mechanism 18. may be composed of a time series of target joint displacements of

関節制御部32には、各関節変位検出器22で検出された各関節の実関節変位(観測値)が入力されると共に、スレーブ制御部31で決定された各関節の目標関節変位が入力される。そして、関節制御部32は、実装されたハードウェア構成及びプログラム(ソフトウェア構成)により実現される機能によって、各関節毎に、実関節変位を目標関節変位に追従させるように各関節アクチュエータ21を制御する。 The joint controller 32 receives the actual joint displacement (observed value) of each joint detected by each joint displacement detector 22 and the target joint displacement of each joint determined by the slave controller 31 . be. Then, the joint control unit 32 controls each joint actuator 21 so that the actual joint displacement follows the target joint displacement for each joint by the function realized by the implemented hardware configuration and program (software configuration). do.

具体的には、関節制御部32は、各関節毎に、目標関節変位と、関節変位検出器22により検出された実関節変位との偏差を用いて、フィードバック制御則により該偏差をゼロに収束させるように関節アクチュエータ21の目標駆動力を決定する。そして、関節制御部32は、決定した目標駆動力を関節アクチュエータ21から出力させるように、該関節アクチュエータ21を制御する。この場合、フィードバック制御則としては、例えばP則(比例則)、PD則(比例・微分則)、PID則(比例・積分・微分則)等の公知のフィードバック制御則を使用し得る。 Specifically, the joint control unit 32 uses the deviation between the target joint displacement and the actual joint displacement detected by the joint displacement detector 22 for each joint, and converges the deviation to zero according to the feedback control law. A target driving force of the joint actuator 21 is determined so as to Then, the joint control unit 32 controls the joint actuator 21 so that the joint actuator 21 outputs the determined target driving force. In this case, as the feedback control law, a known feedback control law such as P law (proportional law), PD law (proportional/differential law), PID law (proportional/integral/differential law) can be used.

[マスター装置の構成]
次にマスター装置51の構成を図3~図5を参照して説明する。なお、以降の説明では、マスター装置51の「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」は、それぞれ、図3又は図4に例示する3軸直交座標系CmのXm軸方向、Ym軸方向、Zm軸方向である。該座標系Cmは、マスター装置51に対して設定(定義)されたローカル座標系であり、以降、マスター座標系Cmという。
[Configuration of master device]
Next, the configuration of the master device 51 will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. In the following description, the "front-rear direction", the "left-right direction", and the "vertical direction" of the master device 51 are respectively the Xm-axis direction and the Ym-axis of the three-axis orthogonal coordinate system Cm illustrated in FIG. 3 or FIG. direction, the Zm-axis direction. The coordinate system Cm is a local coordinate system set (defined) for the master device 51, and hereinafter referred to as the master coordinate system Cm.

図3及び図4を参照して、マスター装置51は、スレーブ装置1を操縦する操縦者P(図4に示す)の動作環境の床面上を移動し得る移動機構52と、操縦者Pの上体に装着される上体支持部65とを備える。なお、以降の説明では、操縦者PをオペレータPという。 3 and 4, the master device 51 includes a moving mechanism 52 capable of moving on the floor surface of the operation environment of the operator P (shown in FIG. 4) who operates the slave device 1, and an upper body support portion 65 to be mounted on the upper body. It should be noted that the operator P will be referred to as an operator P in the following description.

移動機構52は、基台53と、基台53に取付けられた複数の移動接地部54とを備え、基台53と床面との間に間隔を有する状態で、複数の移動接地部54が床面上に接地される。なお、基台53は、図示例では、上方から見た形状が、前方に向かって二股状に開いた形状(略U字形状)のものであるが、該基台53の形状は任意の形状でよい。
移動機構52は、複数の移動接地部54として、例えば4つの移動接地部54(1),5
4(2),54(3),54(4)を備える。そして、基台53の前部の左右の両側に2つの移動
接地部54(1),54(4)が取り付けられ、基台53の後部の左右の両側に2つの移動接地部54(2),54(3))が取り付けられている。
The moving mechanism 52 includes a base 53 and a plurality of moving ground portions 54 attached to the base 53. The plurality of moving ground portions 54 are arranged with a gap between the base 53 and the floor surface. grounded on the floor. In the illustrated example, the base 53 is bifurcated (substantially U-shaped) when viewed from above, but the shape of the base 53 may be any shape. OK.
The moving mechanism 52 includes, for example, four moving ground portions 54(1) and 54(1), 5
4(2), 54(3), 54(4). Two moving ground portions 54(1) and 54(4) are attached to the left and right sides of the front portion of the base 53, and two moving ground portions 54(2) are attached to the left and right sides of the rear portion of the base 53. , 54(3)) are attached.

各移動接地部54は、図3及び図4では簡略的に車輪状に記載されているが、詳しくは、床面に接地した状態で該床面上を全方向に移動し得るように構成されている。具体的には、各移動接地部54は、例えば特開2013-237329号公報に記載された主輪と同じ構造のものである。このため、本明細書での各移動接地部54及びその駆動機構の構成の詳細な説明は省略する。 3 and 4, each moving grounding portion 54 is simply illustrated as a wheel, but more specifically, it is constructed so as to be able to move in all directions on the floor surface while being in contact with the floor surface. ing. Specifically, each moving grounding portion 54 has the same structure as the main wheels described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-237329, for example. Therefore, a detailed description of the configuration of each moving grounding portion 54 and its driving mechanism is omitted in this specification.

かかる移動接地部54を備える移動機構52には、詳細な図示は省略するが、各移動接地部54毎に、その移動用の動力源としての2つの電動モータ55a,55b(図5に示す)を有する移動駆動機構55(図5に示す)が搭載されている。なお、図5では、1つの移動接地部54に対応する移動駆動機構55だけを代表的に図示している。 Although detailed illustration is omitted in the moving mechanism 52 having such a moving grounding portion 54, two electric motors 55a and 55b (shown in FIG. 5) as power sources for movement are provided for each moving grounding portion 54. A movement drive mechanism 55 (shown in FIG. 5) is mounted. Note that FIG. 5 representatively shows only the movement drive mechanism 55 corresponding to one movement grounding portion 54 .

各移動接地部54に対応する移動駆動機構55は、上記特開2013-237329号公報に記載されている如く、2つの電動モータ55a,55bから該移動接地部54への動力伝達を行うことで、該移動接地部54を全方向に移動させ得るように構成されている。 The movement driving mechanism 55 corresponding to each moving grounding portion 54, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-237329, transmits power from two electric motors 55a and 55b to the moving grounding portion 54. , the moving grounding portion 54 can be moved in all directions.

この場合、各移動接地部54は、その移動速度ベクトルのうち、マスター装置51の前後方向(Xm軸方向)の速度成分が2つの電動モータ55a,55bのそれぞれの回転速度の和に比例する速度になり、左右方向(Ym軸方向)の速度成分が2つの電動モータ55a,55bのそれぞれの回転速度の差に比例する速度になるように駆動される。 In this case, each moving contact portion 54 has a moving speed vector whose speed component in the longitudinal direction (Xm-axis direction) of the master device 51 is proportional to the sum of the rotational speeds of the two electric motors 55a and 55b. , and the two electric motors 55a and 55b are driven so that the speed component in the left-right direction (Ym-axis direction) becomes a speed proportional to the difference between the respective rotation speeds of the two electric motors 55a and 55b.

なお、全方向に移動可能な各移動接地部54の構成は、上記特開2013-237329号公報に記載されたものに限らず、オムニホイール(登録商標)等、他の構造のものであってもよい。また、移動機構52に備える移動接地部54の個数は、4個に限らず、例えば3個、あるいは5個以上であってもよい。また、各移動接地部54の動力源としては、電動モータ55a,55bに限らず、例えば油圧モータを使用することも可能である。 In addition, the configuration of each moving grounding portion 54 that can move in all directions is not limited to that described in JP-A-2013-237329. good too. Further, the number of moving grounding portions 54 provided in the moving mechanism 52 is not limited to four, and may be, for example, three or five or more. Further, the power source for each moving grounding portion 54 is not limited to the electric motors 55a and 55b, and a hydraulic motor, for example, can be used.

基台53には、昇降機構60を介して上体支持部65が取り付けられている。該昇降機構60は、基台53の後部の中央部(左右方向での中央部)から上方に向かって立設された支柱61と、該支柱61に対して上下方向に移動(昇降)し得るように組付けられたスライド部材62とを備える。 An upper body support portion 65 is attached to the base 53 via a lifting mechanism 60 . The elevating mechanism 60 has a post 61 erected upward from the central portion (the central portion in the left-right direction) of the rear portion of the base 53, and can move vertically (elevate) with respect to the post 61. and a slide member 62 assembled in such a manner.

支柱61に対するスライド部材62の移動を案内するガイド機構として、例えば上下方向に延在するガイドレール61aが支柱61の前面部に取り付けられている。そして、スライド部材62は、ガイドレール61aに沿って昇降し得るように該ガイドレール61aに係合されている。なお、ガイド機構は上記と異なるものであってもよい。 As a guide mechanism for guiding the movement of the slide member 62 with respect to the column 61, for example, a guide rail 61a extending in the vertical direction is attached to the front portion of the column 61. As shown in FIG. The slide member 62 is engaged with the guide rail 61a so as to move up and down along the guide rail 61a. Note that the guide mechanism may be different from that described above.

また、詳細な図示は省略するが、マスター装置51には、スライド部材62を支柱61に対して昇降させるためのアクチュエータであるスライド駆動アクチュエータ66(図5に示す)が搭載されている。該スライド駆動アクチュエータ66は、例えば、電動モータにより構成される。 Although detailed illustration is omitted, the master device 51 is equipped with a slide drive actuator 66 (shown in FIG. 5) that is an actuator for moving the slide member 62 up and down with respect to the column 61 . The slide drive actuator 66 is composed of, for example, an electric motor.

該スライド駆動アクチュエータ66は、スライド部材62を支柱61に対して昇降させる駆動力を、例えばボールネジ機構等の回転・直動変換機構(図示省略)を介してスライド部材62に付与することで、該スライド部材62を昇降させるように支柱61又はスライド部材62に取付けられている。なお、スライド駆動アクチュエータ66としては、電動モータに限らず、例えば、油圧モータ、あるいは、油圧シリンダを使用することも可能である。 The slide drive actuator 66 applies a driving force for moving the slide member 62 up and down with respect to the post 61 to the slide member 62 via a rotation/linear motion converting mechanism (not shown) such as a ball screw mechanism. It is attached to the post 61 or the slide member 62 so as to move the slide member 62 up and down. Note that the slide drive actuator 66 is not limited to an electric motor, and for example, a hydraulic motor or a hydraulic cylinder can also be used.

上体支持部65は、本実施形態では、オペレータPの上体の所定の部位、例えば腰部の外周に背面側から沿わせることができるように構成されている。例えば、上体支持部65は、概略半円弧形状(もしくはU字形状)に湾曲形成された板状部材により構成される。そして、該上体支持部65は、スライド部材62に、支軸63及び力検出器64を介して取り付けられている。 In the present embodiment, the upper body support portion 65 is configured to be able to follow a predetermined portion of the upper body of the operator P, for example, the outer periphery of the waist, from the back side. For example, the upper body support portion 65 is configured by a plate-like member curved into a substantially semi-arc shape (or U-shape). The upper body support portion 65 is attached to the slide member 62 via a support shaft 63 and a force detector 64 .

より詳しくは、支軸63は、その軸心を前後方向(Xm軸方向)に向けた状態で、スライド部材62に力検出器64を介して取り付けられている。該力検出器64(以降、上体力検出器64という)は、オペレータPの腰部が上体支持部65から実際に受ける反力(接触反力)である実上体支持部反力を検出するための検出器であり、スレーブ装置1の床反力検出器25と同様に、例えば6軸力センサにより構成される。 More specifically, the support shaft 63 is attached to the slide member 62 via the force detector 64 with its axis directed in the front-rear direction (Xm-axis direction). The force detector 64 (hereinafter referred to as the upper body strength detector 64) detects the actual body support reaction force, which is the reaction force (contact reaction force) that the waist of the operator P actually receives from the upper body support portion 65. , and like the floor reaction force detector 25 of the slave device 1, it is composed of, for example, a 6-axis force sensor.

そして、上体支持部65は、その両端間の中央部が支軸63に取付けられている。この場合、上体支持部65は、スライド部材62及び上体力検出器64に対して、支軸63の軸心周りに(換言すれば、ロール方向に)、フリー回転し得るように支軸63に支持されている。 The upper body support portion 65 is attached to the support shaft 63 at the central portion between both ends thereof. In this case, the upper body support part 65 is attached to the support shaft 63 so as to freely rotate about the axis of the support shaft 63 (in other words, in the roll direction) with respect to the slide member 62 and the upper body force detector 64 . supported by

かかる上体支持部65は、オペレータPがスレーブ装置1を操縦するとき、図4に示す如く、オペレータPの上体の腰部の外周に、その背面側から沿わせるように配置される。 When the operator P operates the slave device 1, the upper body support part 65 is arranged along the waist of the operator P's upper body from the back side, as shown in FIG.

そして、上体支持部65の両端部には、オペレータPの腰部の前面側の外周に沿わせるように配設される可撓性のベルト65x(図4に二点鎖線で示す)が連結される。 A flexible belt 65x (indicated by a chain double-dashed line in FIG. 4) is connected to both ends of the upper body support section 65 so as to extend along the front side circumference of the waist of the operator P. be.

これにより、上体支持部65とベルト65xとにより、オペレータPの上体の腰部の周囲を囲むようにして、上体支持部65がオペレータPの腰部にベルト65xを介して装着される。この場合、上体支持部65は、マスター装置51の前後方向(Xm軸方向)及び左右方向(Ym軸方向)のそれぞれがオペレータPの前後方向及び左右方向のそれぞれとほぼ同方向に向く状態で、オペレータPの腰部に装着される。 As a result, the upper body support part 65 is attached to the waist of the operator P via the belt 65x so that the upper waist of the operator P is surrounded by the upper body support part 65 and the belt 65x. In this case, the upper body support part 65 is arranged in a state in which the front-rear direction (Xm-axis direction) and the left-right direction (Ym-axis direction) of the master device 51 face substantially the same directions as the front-rear direction and the left-right direction of the operator P, respectively. , is attached to the waist of the operator P.

また、上体支持部65は、スライド部材62を適宜、上下に動かすことで、上体支持部65の高さ(上下方向の位置)を調整することが可能である。また、上体支持部65の内周面には、図示しないパッド等の弾性部材が取り付けられており、該弾性部材がオペレータPの腰部の周囲に当接される。 Further, the height (vertical position) of the body support part 65 can be adjusted by appropriately moving the slide member 62 up and down. An elastic member such as a pad (not shown) is attached to the inner peripheral surface of the upper body support portion 65, and the elastic member is brought into contact with the waist of the operator P. As shown in FIG.

このように上体支持部65をオペレータPの腰部に装着した状態では、オペレータPが、歩行動作(各足部の空中移動と床面への着地(接地)とを交互に行う動作)によって床面上を移動するに伴い、該オペレータPと共に上体支持部65及び移動機構52が移動し得る状態になる。この場合、オペレータPは、その上体を前後左右に傾けることが可能である。また、オペレータPの腰部が上体支持部65から受ける反力(実上体支持部反力)が上体力検出器64で検出される。 With the upper body support part 65 attached to the waist of the operator P in this way, the operator P can walk on the floor by walking (moving each leg in the air and landing (grounding) on the floor alternately). As it moves on the surface, the upper body support section 65 and the moving mechanism 52 are brought into a state of being able to move together with the operator P. In this case, the operator P can tilt his upper body forward, backward, leftward, and rightward. Further, the upper body force detector 64 detects the reaction force (actual body support reaction force) that the waist of the operator P receives from the upper body support portion 65 .

図5を参照して、マスター装置51は、前記上体力検出器64の他、さらに、各移動駆動機構55による各移動接地部54の駆動状態を検出するための検出器としてのモータ回転検出器56と、スライド部材62の変位(上下方向位置)を検出するためのスライド変位検出器67と、オペレータPの運動状態を検出するためのオペレータ運動検出器70と、オペレータPの各足部に床面から作用する床反力を検出するための床反力検出器75とを備える。 Referring to FIG. 5, the master device 51 includes, in addition to the upper body strength detector 64, a motor rotation detector as a detector for detecting the drive state of each movement grounding portion 54 by each movement drive mechanism 55. 56, a slide displacement detector 67 for detecting the displacement (vertical position) of the slide member 62, an operator movement detector 70 for detecting the movement state of the operator P, and a floor at each foot of the operator P. and a floor reaction force detector 75 for detecting the floor reaction force acting from the surface.

モータ回転検出器56は、例えば、各移動駆動機構55毎の電動モータ55a,55bのそれぞれの回転軸(またはこれに連動して回転する回転部材)の実際の回転角である実モータ回転角を、移動駆動機構55の駆動状態を示す状態量として検出する検出器である。 The motor rotation detector 56 detects, for example, the actual rotation angles of the rotation shafts (or rotating members that rotate in conjunction with the rotation shafts) of the electric motors 55a and 55b for each movement drive mechanism 55. , is a detector for detecting as a state quantity indicating the driving state of the movement driving mechanism 55 .

該モータ回転検出器56は、例えば、ロータリエンコーダ、レゾルバ、ポテンショメータ等により構成され、各移動駆動機構55毎の電動モータ55a,55bのそれぞれの回転軸(又はこれに連動して回転する回転部材)に接続されている。なお、モータ回転検出器56は、各移動駆動機構55の電動モータ55a,55bのそれぞれ毎に備えられているが、図5では、1つのモータ回転検出器56だけを代表的に図示している。 The motor rotation detector 56 is composed of, for example, a rotary encoder, a resolver, a potentiometer, and the like. It is connected to the. Although the motor rotation detector 56 is provided for each of the electric motors 55a and 55b of each movement drive mechanism 55, only one motor rotation detector 56 is representatively illustrated in FIG. .

スライド変位検出器67は、例えば公知の接触式あるいは非接触式の変位センサにより構成され、支柱61に対するスライド部材62の実際の相対的な変位である実スライド変位を検出し得るようにマスター装置51に搭載されている。なお、例えば、スライド部材62の変位が、スライド駆動アクチュエータ66の回転軸の回転角に比例するように、スライド駆動アクチュエータ66からスライド部材62への動力伝達機構が構成されている場合には、該スライド駆動アクチュエータ66の回転軸(又はこれに連動して回転する回転部材)の回転角を検出可能な検出器を、スライド変位検出器67として使用することも可能である。この場合、スライド変位検出器67は、前記モータ回転検出器56と同様の検出器でよい。 The slide displacement detector 67 is composed of, for example, a known contact-type or non-contact-type displacement sensor. installed in the For example, when the power transmission mechanism from the slide drive actuator 66 to the slide member 62 is configured such that the displacement of the slide member 62 is proportional to the rotation angle of the rotation shaft of the slide drive actuator 66, the A detector that can detect the rotation angle of the rotation shaft of the slide drive actuator 66 (or a rotating member that rotates in conjunction with this) can also be used as the slide displacement detector 67 . In this case, the slide displacement detector 67 may be a detector similar to the motor rotation detector 56 described above.

オペレータ運動検出器70は、本実施形態では、1つ以上のカメラ71を含む。該カメラ71は、例えば、図3及び図4に示す如く基台53に立設された支柱73に取付けられている。この場合、支柱73には、上体支持部65を腰部に装着したオペレータPの上体の動きと各脚の動きとを各々1つ以上のカメラ71により撮影し得るように複数のカメラ71が取り付けられている。なお、カメラ71の配置位置は、図1に示した位置に限らず、他の位置であってもよい。また、上体支持部65を装着したオペレータPの周囲の複数個所にカメラ71が配置されていてもよい。また、オペレータPの上体や各脚にマーカが付されていてもよい。 Operator motion detector 70 includes one or more cameras 71 in this embodiment. The camera 71 is mounted, for example, on a post 73 erected on the base 53 as shown in FIGS. In this case, a plurality of cameras 71 are mounted on the column 73 so that the movement of the upper body and the movement of each leg of the operator P who wears the upper body support section 65 on the waist can be photographed by one or more cameras 71 respectively. installed. Note that the arrangement position of the camera 71 is not limited to the position shown in FIG. 1, and may be another position. Further, the cameras 71 may be arranged at a plurality of locations around the operator P wearing the upper body support portion 65 . In addition, markers may be attached to the operator P's upper body and legs.

オペレータ運動検出器70は、カメラ71の撮影映像から、オペレータPの運動状態を推定する処理を実行する運動推定部72を含む。該運動推定部72は、例えば、マイクロコンピュータもしくはプロセッサ、メモリ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成され、基台53等、マスター装置51の任意の適所に搭載されている。なお、運動推定部72は、後述するマスター制御部81に含まれていてもよい。 The operator motion detector 70 includes a motion estimator 72 that executes processing for estimating the motion state of the operator P from the image captured by the camera 71 . The motion estimator 72 is composed of, for example, an electronic circuit unit including a microcomputer or processor, a memory, an interface circuit, etc., and is mounted at an arbitrary position of the master device 51 such as the base 53 . Note that the motion estimation unit 72 may be included in the master control unit 81, which will be described later.

この運動推定部72は、カメラ71から入力される撮影映像から、例えば公知のモーションキャプチャの処理を実行することで、オペレータPの運動状態を推定し、その推定した運動状態を示すデータを出力する。この場合、本実施形態では、運動推定部72が推定する運動状態は、オペレータPの上体の実際の姿勢である実オペレータ上体姿勢のうちの傾き(実オペレータ上体傾き)と、オペレータPの各足部の実際の位置姿勢である実オペレータ足部位置姿勢とを含む。 The motion estimating unit 72 estimates the motion state of the operator P by, for example, executing known motion capture processing from the captured image input from the camera 71, and outputs data indicating the estimated motion state. . In this case, in this embodiment, the motion state estimated by the motion estimating unit 72 is the inclination (actual operator body inclination) of the actual operator body posture, which is the actual posture of the operator P's body, and the operator P actual operator foot position and orientation, which is the actual position and orientation of each foot of the operator.

この場合、運動推定部72が推定する実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢は、オペレータPが移動する動作環境に対して設計的に設定(定義)されるグローバル座標系(ワールド座標系)で見た実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢である。 In this case, the actual operator's upper body inclination and the actual operator's foot position/posture estimated by the motion estimating unit 72 are in a global coordinate system (world coordinate system) set (defined) by design for the operating environment in which the operator P moves. ) are the actual operator's upper body inclination and the actual operator's foot position/posture.

該グローバル座標系(以降、マスター側グローバル座標系Cgmという)としては、例えば図3及び図4に例示する如き3軸直交座標系Cgm(上下方向をZ軸方向、Z軸に直交し、且つ互いに直交する2つの横方向をX軸方向及びY軸方向とするXYZ座標系)が用いられる。なお、スレーブ側グローバル座標系Cgsと同様に、マスター側グローバル座標系Cgmの原点の位置や、X軸方向及びY軸方向の向きは、上体支持部65を装着したオペレータPの移動に伴い、随時更新され得る。 The global coordinate system (hereinafter referred to as the master-side global coordinate system Cgm) is, for example, a three-axis orthogonal coordinate system Cgm (the vertical direction is the Z-axis direction, perpendicular to the Z-axis, and mutually An XYZ coordinate system in which two orthogonal horizontal directions are the X-axis direction and the Y-axis direction) is used. As with the slave-side global coordinate system Cgs, the position of the origin of the master-side global coordinate system Cgm and the directions in the X-axis direction and the Y-axis direction change as the operator P wearing the upper body support section 65 moves. May be updated at any time.

なお、運動推定部72は、実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢に加えて、マスター側グローバル座標系Cgmで見たオペレータPの上体の実際の向きである実オペレータ上体向きを推定し得るように構成することも可能である。 In addition to the actual operator's body inclination and the actual operator's foot position/orientation, the motion estimator 72 also calculates the actual operator's body orientation, which is the actual orientation of the operator's P's upper body as viewed in the master-side global coordinate system Cgm. It is also possible to configure it so that it can be estimated.

また、運動推定部72が推定する実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢は、例えば、マスター装置51に対して設定されるローカル座標系であるマスター座標系Cmで見た実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢であってもよい。この場合、マスター座標系Cmで見た実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢の観測値を、例えば、後述するマスター制御部81により推定される上体支持部65の実際の位置及び向き(マスター側グローバル座標系Cgmで見た位置及び向き)に応じて座標変換を行うことで、マスター側グローバル座標Cgmで見た実オペレータ上体傾き及び実オペレータ足部位置姿勢の推定値を求めることができる。 The actual operator body inclination and the actual operator foot position/posture estimated by the motion estimating unit 72 are, for example, the actual operator body inclination as viewed in the master coordinate system Cm, which is a local coordinate system set for the master device 51 . It may be tilt and actual operator foot position and posture. In this case, the observed values of the actual operator's upper body inclination and the actual operator's foot position/posture viewed in the master coordinate system Cm are used as the actual position and orientation of the upper body support section 65 estimated by the master control section 81, which will be described later. Estimated values of actual operator body inclination and actual operator foot position/posture viewed from master-side global coordinate system Cgm are obtained by performing coordinate transformation according to (position and orientation viewed from master-side global coordinate system Cgm). can be done.

補足すると、オペレータ運動検出器70によりオペレータPの上体及び各足部の運動状態を推定する手法は、カメラ71の撮影映像を使用するモーションキャプチャ以外の手法であってもよい。例えば、オペレータPの上体と各足部とに、各々、加速度センサ及び角速度センサを含む慣性センサを装着してもよい。そして、この慣性センサにより検出される加速度及び角速度から、ストラップダウン方式等の公知の手法により、オペレータPの上体及び各足部の運動状態(実オペレータ上体傾き、実オペレータ上体向き、及び実オペレータ足部位置姿勢)を推定することも可能である。この他、オペレータPの上体及び各足部の運動状態を推定する手法として、物体の自己位置及び姿勢の推定を行い得る様々な公知の手法を使用し得る。 Supplementally, the method for estimating the motion state of the upper body and each leg of the operator P by the operator motion detector 70 may be a method other than motion capture using images captured by the camera 71 . For example, inertial sensors including an acceleration sensor and an angular velocity sensor may be attached to the upper body and each leg of the operator P, respectively. Then, from the acceleration and angular velocity detected by this inertial sensor, the motion state of the operator's upper body and each leg (actual operator's upper body inclination, actual operator's upper body orientation, and It is also possible to estimate the actual operator foot position and posture. In addition, as a method of estimating the motion state of the upper body and each leg of the operator P, various known methods capable of estimating the self-position and posture of an object can be used.

また、例えばオペレータPの各脚の各関節(股関節、膝関節及び足首関節)のそれぞれの変位を検出可能な関節変位センサを各脚に装着してもよい。そして、各脚の関節の変位の検出値から、各脚の剛体リンクモデルを用いて、オペレータPの上体に対する各足部の相対的な位置姿勢を推定してもよい。そして、オペレータの各足部の相対的な位置姿勢の観測値と、モーションキャプチャ等の適宜の手法で推定したオペレータPの上体の実際の位置姿勢(実オペレータ上体位置姿勢)の観測値とから、実オペレータ足部位置姿勢を推定してもよい。 Also, for example, each leg may be equipped with a joint displacement sensor capable of detecting the displacement of each joint (hip joint, knee joint, and ankle joint) of each leg of the operator P. Then, the position and orientation of each leg relative to the upper body of the operator P may be estimated from the detected displacement values of the joints of each leg using the rigid body link model of each leg. Then, the observed values of the relative positions and orientations of the feet of the operator and the observed values of the actual positions and orientations of the upper body of the operator P (actual operator body positions and orientations) estimated by an appropriate method such as motion capture. , the actual operator's foot position and orientation may be estimated.

床反力検出器75は、スレーブ装置1の床反力検出器25と同様に、例えば6軸力センサにより構成される。そして、床反力検出器75は、オペレータPの各足部に作用する実際の床反力(並進力及びモーメント)である実オペレータ足部床反力を検出し得るように、オペレータPの各足部に取付けられる。例えば、各床反力検出器75は、図4に示す如く、オペレータPの各足部に装着する靴Shの底部に取付けられる。なお、図4及び図5では、オペレータPの一方の足部に対応する1つの床反力検出器75だけを代表的に図示している。 The floor reaction force detector 75, like the floor reaction force detector 25 of the slave device 1, is composed of, for example, a 6-axis force sensor. The floor reaction force detector 75 detects the actual floor reaction force (translational force and moment) acting on each foot of the operator P so that the actual operator P foot floor reaction force can be detected. Attached to the foot. For example, each floor reaction force detector 75 is attached to the bottom of a shoe Sh worn on each foot of the operator P, as shown in FIG. 4 and 5, only one floor reaction force detector 75 corresponding to one leg of the operator P is illustrated as a representative.

マスター装置51は、さらに、移動駆動機構55及び昇降機構60の作動制御を行う機能や、スレーブ装置1の動作に関する指令情報をスレーブ制御部31に出力(送信)する機能等を有するマスター制御部81と、前記スレーブ制御部31との間で無線通信を行うための通信装置83とを備える。これらは、基台53等、マスター装置51の任意の適所に搭載される。 The master device 51 further includes a master control unit 81 having a function of controlling the operation of the moving drive mechanism 55 and the lifting mechanism 60, a function of outputting (transmitting) command information regarding the operation of the slave device 1 to the slave control unit 31, and the like. and a communication device 83 for wireless communication with the slave control unit 31 . These are mounted at arbitrary suitable locations of the master device 51 such as the base 53 .

マスター制御部81は、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。該マスター制御部81には、上体力検出器64、各モータ回転検出器56、スライド変位検出器67、オペレータ運動検出器70、及び各床反力検出器75のそれぞれにより検出又は推定された観測データが入力されると共に、スレーブ制御部31から通信装置83を介して実スレーブ上体横方向位置の観測値が入力される。なお、マスター制御部81に入力される各観測データは、ローパスフィルタ等のフィルタリング処理を施したフィルタリング値であってもよい。 The master control unit 81 is configured by an electronic circuit unit including, for example, a microcomputer, memory, interface circuit, and the like. The master control unit 81 includes observations detected or estimated by the upper body strength detector 64, each motor rotation detector 56, the slide displacement detector 67, the operator movement detector 70, and each floor reaction force detector 75, respectively. Along with inputting data, an observed value of the actual slave lateral body position is input from the slave control unit 31 via the communication device 83 . Note that each observation data input to the master control unit 81 may be a filtered value subjected to filtering processing such as a low-pass filter.

そして、マスター制御部81は、実装されたハードウェア構成及びプログラム(ソフトウェア構成)の両方又は一方により実現される機能として、移動駆動機構55及び昇降機構60の作動制御を行うマスター移動制御部81aと、上体支持部65の目標運動である目標上体支持部運動を決定する目標上体支持部運動決定部81bとを含む。 The master control unit 81 includes a master movement control unit 81a that controls the operation of the movement drive mechanism 55 and the lifting mechanism 60 as functions realized by both or one of the implemented hardware configuration and program (software configuration). , and a desired upper body support motion determination unit 81 b that determines a desired upper body support motion, which is the desired motion of the upper body support member 65 .

ここで、目標上体支持部運動決定部81bが決定する目標上体支持部運動は、本実施形態では、上体支持部65の目標位置である目標上体支持部位置と、上体支持部65の目標向きである目標上体支持部向きとを含む。これらの目標上体支持部位置及び目標上体支持部向きは、マスター側グローバル座標系Cgmで見た目標位置及び目標向きである。 Here, in the present embodiment, the desired upper body support portion motion determined by the desired upper body support portion motion determining portion 81b is the desired upper body support portion position, which is the target position of the upper body support portion 65, and the desired upper body support portion position. and a target upper body support orientation, which is the target orientation of 65. These target body support position and target body support orientation are the target position and target orientation in the master side global coordinate system Cgm.

また、マスター制御部81は、スレーブ装置1の動作に関する指令情報として、オペレータPの上体の実際の姿勢である実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)と、上体支持部65の実際の高さ(上下方向位置)である実上体支持部高さ(又はオペレータPの上体の実際の高さ(上下方向位置)である実オペレータ上体高さ)と、オペレータPの各足部の実オペレータ足部位置姿勢と、オペレータPの各足部の実オペレータ足部床反力とのそれぞれの観測値を通信装置83を介してスレーブ制御部31に送信する機能を有する。 The master control unit 81 also provides the actual operator body posture (orientation and inclination), which is the actual posture of the upper body of the operator P, and the actual height of the body support unit 65 as command information regarding the operation of the slave device 1 . The actual height of the body support portion (or the actual height of operator P's upper body (vertical position)), which is the height (vertical position), and the actual height of each leg of operator P. It has a function of transmitting the observed values of the operator's foot position/orientation and the actual operator's foot floor reaction force of each foot of the operator P to the slave control unit 31 via the communication device 83 .

[制御処理及び作動]
次に、前記スレーブ制御部31及びマスター制御部81の制御処理の詳細と、スレーブ装置1及びマスター装置51の作動とを説明する。ここで、以降の説明における参照符号に関して補足すると、任意の状態量(位置、姿勢、力等)の実際の値、又はその観測値を示す参照符号として、「_act」という添え字を付加した参照符号を用い、任意の状態量の目標値を示す参照符号として、「_aim」という添え字を付加した参照符号を用いる。また、スレーブ制御部31の制御処理に関する座標軸(X軸、Y軸、Z軸)は特にことわらない限り、スレーブ側グローバル座標系Cgsの座標軸を意味する。同様に、マスター制御部81の制御処理に関する座標軸(X軸、Y軸、Z軸)は特にことわらない限り、マスター側グローバル座標系Cgmの座標軸を意味する。
[Control processing and operation]
Next, the details of the control processing of the slave control section 31 and the master control section 81 and the operations of the slave device 1 and the master device 51 will be described. Here, as a supplement to the reference signs in the following description, the actual value of any state quantity (position, orientation, force, etc.) or the reference sign indicating the observed value is a reference with the suffix "_act" added. As a reference code indicating the target value of an arbitrary state quantity, a reference code with a suffix "_aim" added is used. Further, the coordinate axes (X-axis, Y-axis, Z-axis) relating to the control processing of the slave control unit 31 mean the coordinate axes of the slave-side global coordinate system Cgs, unless otherwise specified. Similarly, the coordinate axes (X-axis, Y-axis, Z-axis) relating to the control processing of the master control unit 81 mean the coordinate axes of the master-side global coordinate system Cgm unless otherwise specified.

[マスター制御部の制御処理]
まず、マスター制御部81の制御処理を説明する。マスター制御部81は、所定の制御処理周期で図6のフローチャートに示す制御処理を逐次実行する。STEP1において、マスター制御部81は、目標上体支持部運動決定部81bにより、目標上体支持部運動(目標上体支持部位置及び目標上体支持部向き)を決定する。
[Control processing of master control unit]
First, control processing of the master control unit 81 will be described. The master control unit 81 sequentially executes the control processing shown in the flowchart of FIG. 6 at predetermined control processing cycles. In STEP 1, the master control unit 81 uses the desired upper body support motion determination unit 81b to determine the desired upper body support motion (desired upper body support position and desired upper body support orientation).

この場合、目標上体支持部運動決定部81bは、スレーブ装置1のスレーブ制御部31から、スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た実スレーブ上体横方向位置の観測値を通信装置83を介して取得(受信)する。そして、目標上体支持部運動決定部81bは、マスター側グローバル座標系Cgmにおいて、実上体支持部横方向位置(上体支持部65の実際の横方向位置)と実スレーブ上体横方向位置とが、次式(1a),(1b)により示される所定の関係を満たすことを目標として(該所定の関係を目標対応関係として)、スレーブ制御部31から取得した実スレーブ上体横方向位置の観測値に応じて、目標上体支持部位置のうちの横方向位置である目標上体支持部横方向位置を決定する。なお、本明細書では、乗算を表す算術記号として、「*」を使用する。
P_mb_x_act=Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb_x
……(1a)
P_mb_y_act=Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb_y
……(1b)
In this case, the desired body support motion determination unit 81b receives the observation value of the actual slave lateral body position viewed on the slave side global coordinate system Cgs from the slave control unit 31 of the slave device 1 via the communication device 83. Get (receive). Then, the desired body support portion motion determination unit 81b determines the actual lateral position of the body support portion (actual lateral position of the body support portion 65) and the actual slave lateral body position in the master-side global coordinate system Cgm. with the goal of satisfying a predetermined relationship represented by the following equations (1a) and (1b) (the predetermined relationship being the target correspondence relationship), the actual slave lateral body position obtained from the slave control unit 31 A desired upper body support lateral position, which is the lateral position of the desired upper body support positions, is determined according to the observed value of . In this specification, "*" is used as an arithmetic symbol representing multiplication.
P_mb_x_act = Kpmb * P_sb_x_act + Cpmb_x
...... (1a)
P_mb_y_act = Kpmb * P_sb_y_act + Cpmb_y
...... (1b)

ここで、式(1a),(1b)のKpmb、Cpmb_x,Cpmb_yは、あらかじめ設定された所定値の定数である。なお、Cpmb_x,Cpmb_yのそれぞれはゼロであってもよい。 Here, Kpmb, Cpmb_x, and Cpmb_y in formulas (1a) and (1b) are predetermined constants. Note that each of Cpmb_x and Cpmb_y may be zero.

また、P_mb_x_act、P_mb_y_actは、それぞれ、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実上体支持部横方向位置のうちのX軸方向位置、Y軸方向位置であり、P_sb_x_act、P_sb_y_actは、スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た実スレーブ上体横方向位置のX軸方向位置、Y軸方向位置である。 Also, P_mb_x_act and P_mb_y_act are the X-axis direction position and Y-axis direction position, respectively, of the lateral position of the actual body support portion viewed in the master side global coordinate system Cgm, and P_sb_x_act and P_sb_y_act are the slave side global coordinates. It is the X-axis direction position and the Y-axis direction position of the lateral body position of the actual slave as viewed by the system Cgs.

従って、目標上体支持部運動決定部81bは、スレーブ制御部31から取得した現在の実スレーブ上体横方向位置(P_sb_x_act、P_sb_y_act)の観測値から、次式(2a),(2b)により目標上体支持部横方向位置(P_mb_x_aim、P_mb_y_aim)を決定する。
P_mb_x_aim=Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb_x
……(2a)
P_mb_y_aim=Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb_y
……(2b)
Therefore, the desired body support portion motion determination unit 81b uses the following equations (2a) and (2b) to determine the desired values of the actual slave lateral body position (P_sb_x_act, P_sb_y_act) obtained from the slave control unit 31. Determine the upper body support lateral position (P_mb_x_aim, P_mb_y_aim).
P_mb_x_aim=Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb_x
...... (2a)
P_mb_y_aim=Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb_y
...... (2b)

ここで、P_mb_x_aim、P_mb_y_aimは、それぞれ、マスター側グローバル座標系Cgmで見た目標上体支持部横方向位置のうちのX軸方向位置、Y軸方向位置である。 Here, P_mb_x_aim and P_mb_y_aim are the X-axis direction position and Y-axis direction position, respectively, of the lateral position of the apparent base body support portion in the master-side global coordinate system Cgm.

なお、本実施形態では、マスター装置51によるスレーブ装置1の移動操縦の開始時や、その後の適宜のタイミングで、マスター装置51の前後方向に対するマスター側グローバル座標系CgmのX軸方向(又はY軸方向)のヨー方向での向きと、スレーブ装置1の前後方向に対するスレーブ側グローバル座標系CgsのX軸方向(又はY軸方向)のヨー方向での向きとが、互いに同じ向きになるように、各グローバル座標系Cgm,CgsのX軸方向(又はY軸方向)が設定される。例えば、マスター側グローバル座標系Cgm及びスレーブ側グローバル座標系CgsのそれぞれのX軸方向が、マスター装置51及びスレーブ装置1のそれぞれの前後方向に一致するように設定される。 In this embodiment, when the master device 51 starts moving the slave device 1 or at an appropriate timing thereafter, the X-axis direction (or the Y-axis direction) of the master-side global coordinate system Cgm relative to the front-rear direction of the master device 51 is changed. direction) in the yaw direction and the yaw direction of the X-axis direction (or Y-axis direction) of the slave-side global coordinate system Cgs with respect to the front-rear direction of the slave device 1 are the same. The X-axis direction (or Y-axis direction) of each global coordinate system Cgm, Cgs is set. For example, the X-axis directions of the master-side global coordinate system Cgm and the slave-side global coordinate system Cgs are set to match the front-rear directions of the master device 51 and the slave device 1, respectively.

ただし、マスター装置51の前後方向に対するマスター側グローバル座標系CgmのX軸方向(又はY軸方向)のヨー方向での向きと、スレーブ装置1の前後方向に対するスレーブ側グローバル座標系CgsのX軸方向(又はY軸方向)のヨー方向での向きとは異なっていてもよい。この場合には、これらの向きに基づいて、スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た実スレーブ上体横方向位置の観測値を、マスター側グローバル座標系Cgmで見た横方向位置に座標変換すればよい。 However, the direction in the yaw direction of the X-axis direction (or Y-axis direction) of the master-side global coordinate system Cgm with respect to the front-back direction of the master device 51 and the X-axis direction of the slave-side global coordinate system Cgs with respect to the front-back direction of the slave device 1 (or the Y-axis direction) may be different from the yaw direction. In this case, based on these orientations, if the observed value of the actual slave body lateral position seen in the slave side global coordinate system Cgs is coordinate-transformed to the lateral position seen in the master side global coordinate system Cgm good.

補足すると、上記式(2a),(2b)の右辺の演算により求められる横方向位置をオペレータPの上体の目標横方向位置である目標オペレータ上体横方向位置として決定し、該目標横方向位置に応じて目標上体支持部横方向位置を決定してもよい。 Supplementally, the lateral position obtained by the calculation of the right sides of the above equations (2a) and (2b) is determined as the target operator lateral body lateral position, which is the target lateral position of the operator P's body. A target upper body support lateral position may be determined according to the position.

この場合、上記式(2a),(2b)により目標上体支持部横方向位置を決定する処理は、換言すれば、式(2a),(2b)の右辺の演算により目標オペレータ上体横方向位置を決定し、その目標オペレータ上体横方向位置をそのまま、目標上体支持部横方向位置として決定する処理と言える。 In this case, the processing for determining the desired upper body support portion lateral position using the above equations (2a) and (2b) is, in other words, the calculation of the right side of the equations (2a) and (2b). It can be said that this is a process of determining a position and determining the desired operator lateral body position as it is as the desired lateral position of the upper body support portion.

一方、上体支持部65とオペレータPの上体との間に介在するパッド等の弾性部材が、上体支持部65とオペレータPの上体との間で作用する力に応じて弾性変形し、この弾性変形により、上体支持部65の横方向位置とオペレータPの上体の横方向位置とが相対変位する。 On the other hand, an elastic member such as a pad interposed between the upper body support portion 65 and the upper body of the operator P is elastically deformed according to the force acting between the upper body support portion 65 and the upper body of the operator P. Due to this elastic deformation, the lateral position of the upper body supporting portion 65 and the lateral position of the operator P's body are displaced relative to each other.

そこで、このことを考慮して、上記式(2a),(2b)の右辺の演算により決定した目標オペレータ上体横方向位置を、上体力検出器64により検出される実上体支持部反力のうちの横方向の並進力(X軸方向及びY軸方向の並進力)に応じて補正することで、目標上体支持部横方向位置を決定してもよい。
具体的には、例えば、次式(2a-1),(2b-1)により目標上体支持部横方向位置(P_mb_x_aim,P_mb_y_aim)を決定してもよい。
P_mb_x_aim
=P_opb_x_aim+kspring_fx*F_mb_x_act
= (Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb_x)+kspring_fx*F_mb_x_act
……(2a-1)
P_mb_y_aim
=P_opb_y_aim+kspring _fy*F_mb_y_act
=(Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb_y)+kspring _fy*F_mb_y_act
……(2b-1)
Therefore, taking this into consideration, the target operator body lateral position determined by the calculation of the right sides of the above equations (2a) and (2b) is calculated as the actual body support reaction force detected by the body strength detector 64. The desired upper body support portion lateral position may be determined by correcting according to the lateral translational force (translational force in the X-axis direction and the Y-axis direction).
Specifically, for example, the desired upper body support portion lateral position (P_mb_x_aim, P_mb_y_aim) may be determined by the following equations (2a-1) and (2b-1).
P_mb_x_aim
= P_opb_x_aim + kspring_fx * F_mb_x_act
= (Kpmb * P_sb_x_act + Cpmb_x) + kspring_fx * F_mb_x_act
...... (2a-1)
P_mb_y_aim
=P_opb_y_aim+kspring_fy*F_mb_y_act
= (Kpmb * P_sb_y_act + Cpmb_y) + kspring_fy * F_mb_y_act
...... (2b-1)

ここで、P_opb_x_aim,P_opb_y_aimは、それぞれ、オペレータPの上体の目標横方向位置のうちのX軸方向位置、Y軸方向位置、F_mb_x_act,F_mb_y_actは、それぞれ、上体力検出器64より検出される実上体支持部反力のうちのX軸方向の並進力、Y軸方向の並進力、kspring_fxは、オペレータPの上体と上体支持部65との間で発生するX軸方向の並進力に関するバネ定数(剛性)の逆数としてあらかじめ設定された値、kspring_fyは、オペレータPの上体と上体支持部65との間で発生するY軸方向の並進力に関するバネ定数(剛性)の逆数としてあらかじめ設定された値である。 Here, P_opb_x_aim and P_opb_y_aim are the X-axis and Y-axis positions of the target lateral position of the operator's upper body, and F_mb_x_act and F_mb_y_act are the actual positions detected by the upper body strength detector 64. The X-axis direction translational force, the Y-axis direction translational force, and kspring_fx among the upper body support reaction forces relate to the X-axis direction translational force generated between the upper body of the operator P and the body support portion 65. A value preset as the reciprocal of the spring constant (rigidity), kspring_fy, is preset as the reciprocal of the spring constant (rigidity) relating to the translational force in the Y-axis direction generated between the upper body of the operator P and the upper body support section 65. It is the set value.

また、目標上体支持部運動決定部81bは、本実施形態では、上体力検出器64により検出される実上体支持部反力のうちの上下方向(Z軸方向)の並進力である実上体支持部上下方向反力F_mb_z_actの観測値と、実上体支持部反力のうちのヨー方向(Z軸周りの方向)のモーメントである実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actの観測値とを取得する。 Further, in the present embodiment, the desired body support portion motion determination unit 81b is the actual body support portion reaction force detected by the upper body force detector 64, which is the translational force in the vertical direction (Z-axis direction). The observed value of the body support vertical reaction force F_mb_z_act, and the observed value of the actual body support yaw moment M_mb_z_act, which is the moment in the yaw direction (direction around the Z-axis) of the actual body support reaction force to get

そして、目標上体支持部運動決定部81bは、実上体支持部上下方向反力F_mb_z_actの観測値を用いて、目標上体支持部位置のうちの上下方向の位置(床面からの高さ)である目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定すると共に、実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actの観測値を用いて、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimを決定する。 Then, the desired body support motion determining unit 81b uses the observed value of the actual body support vertical reaction force F_mb_z_act to determine the vertical position (the height from the floor surface) of the desired body support position. ), and the observed value of the actual body support yaw moment M_mb_z_act is used to determine the desired body support orientation θ_mb_z_aim.

さらに詳細には、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定する処理では、目標上体支持部運動決定部81bは、実上体支持部上下方向反力F_mb_z_actが次式(3)の関係を満たすように(F_mb_z_actがCzに収束するように)、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定する。
F_mb_z_act-Cz=0……(3)
More specifically, in the process of determining the desired body support height P_mb_z_aim, the desired body support motion determining unit 81b determines that the actual body support vertical reaction force F_mb_z_act satisfies the following expression (3): Determine the desired upper body support height P_mb_z_aim so that F_mb_z_act converges to Cz.
F_mb_z_act - Cz = 0 (3)

ここで、Czは、オペレータPの脚の負荷を軽減するために上体支持部65からオペレータPに作用させる上向きの並進力の目標値(所定値)である。該目標値Czは、例えば、オペレータPに作用する重力の所定割合の大きさに設定され得る。ただし、該目標値Czはゼロでもよい。 Here, Cz is a target value (predetermined value) of an upward translational force exerted on the operator P from the upper body support section 65 in order to reduce the load on the operator's P legs. The target value Cz can be set, for example, to a predetermined proportion of the force of gravity acting on the operator P. However, the target value Cz may be zero.

具体的には、目標上体支持部運動決定部81bは、実上体支持部上下方向反力F_mb_z_actの観測値と、その目標値(=Cz)との偏差(式(3)の左辺の値)に応じて、フィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)により該偏差をゼロに収束させるように、上体支持部65の上下方向の目標並進速度V_mb_z_aimを決定する。 Specifically, the desired body support motion determination unit 81b determines the difference between the observed value of the actual body support vertical reaction force F_mb_z_act and its target value (=Cz) (value ), the target vertical translational velocity V_mb_z_aim of the body support portion 65 is determined so that the deviation converges to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.).

そして、目標上体支持部運動決定部81bは、決定した目標並進速度V_mb_z_aimを積分することにより、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定する。これにより、実上体支持部上下方向反力F_mb_z_actが、その目標値(=Cz)に収束するように、目標上体支持部高さP_mb_z_aimが決定される。 Then, the desired upper body support motion determination unit 81b determines the desired upper body support height P_mb_z_aim by integrating the determined desired translational velocity V_mb_z_aim. As a result, the desired body support height P_mb_z_aim is determined such that the actual body support vertical reaction force F_mb_z_act converges to its target value (=Cz).

また、目標上体支持部向きθ_mb_z_actを決定する処理では、目標上体支持部運動決定部81bは、実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actがゼロに収束するように目標上体支持部向きθ_mb_z_actを決定する。 In the process of determining the desired body support orientation θ_mb_z_act, the desired body support motion determination unit 81b determines the desired body support orientation θ_mb_z_act such that the actual body support yaw-direction moment M_mb_z_act converges to zero. decide.

この場合、目標上体支持部運動決定部81bは、実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actをフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)によりゼロに収束させるように、該実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actの観測値に応じて上体支持部65のヨー方向の目標角速度ω_mb_z_aimを決定する。 In this case, the desired body support portion motion determination unit 81b controls the actual body support portion yaw-direction moment M_mb_z_act to converge to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.). A target angular velocity ω_mb_z_aim of the body support 65 in the yaw direction is determined according to the observed value of the body support yaw moment M_mb_z_act.

そして、目標上体支持部運動決定部81bは、決定した目標角速度ω_mb_z_aimを積分することにより、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimを決定する。これにより、実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actがゼロに収束するように、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimが決定される。 Then, the desired body support motion determination unit 81b determines the desired body support orientation θ_mb_z_aim by integrating the determined target angular velocity ω_mb_z_aim. Thereby, the desired body support orientation θ_mb_z_aim is determined such that the actual body support yaw direction moment M_mb_z_act converges to zero.

STEP1では、以上の如く、目標上体支持部運動として、目標上体支持部位置(P_mb_x_aim,P_mb_y_aim,P_mb_z_aim)と、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとが決定される。 In STEP 1, as described above, the desired upper body support position (P_mb_x_aim, P_mb_y_aim, P_mb_z_aim) and the desired upper body support orientation θ_mb_z_aim are determined as the desired upper body support motion.

補足すると、目標上体支持部運動のうちの目標上体支持部向きθ_mb_z_aimの決定手法は、上記の手法に限られない。例えば、オペレータPを撮影するカメラや、オペレータPの上体等に装着した慣性センサを使用したモーションキャブチャの処理により、オペレータPの上体の実際の向き(マスター側グローバル座標系Cgmで見た向き)である実オペレータ上体向きを推定してもよい。そして、該実オペレータ上体向きの推定値を目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとして決定してもよい。なお、この場合、実オペレータ上体向きは、前記オペレータ運動検出器70で推定してもよい。 Supplementally, the method of determining the desired upper body support orientation θ_mb_z_aim in the desired upper body support motion is not limited to the above method. For example, the actual orientation of operator P's upper body (as viewed in the master-side global coordinate system Cgm orientation) may be estimated. Then, the estimated value of the actual operator body orientation may be determined as the desired upper body support orientation θ_mb_z_aim. In this case, the operator motion detector 70 may estimate the actual operator body direction.

また、目標上体支持部高さP_mb_z_aimの決定手法も上記の手法に限られない。例えば、オペレータPの各足部毎に床反力検出器75により検出される床反力のうちの上下方向の並進力に基づいて、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定してもよい。 Also, the method for determining the desired upper body support portion height P_mb_z_aim is not limited to the above method. For example, the desired upper body support height P_mb_z_aim may be determined based on the vertical translation force among the floor reaction forces detected by the floor reaction force detector 75 for each foot of the operator P.

具体的には、目標上体支持部運動決定部81bは、オペレータPの足部のそれぞれに作用する床反力の合力(以降、オペレータ全床反力という)の観測値を、オペレータPのそれぞれの足部の床反力検出器75により検出される床反力を基に求める。 Specifically, the desired upper body support motion determination unit 81b calculates the observed value of the resultant force of the floor reaction forces acting on each of the feet of the operator P (hereinafter referred to as the operator's total floor reaction force) as is obtained based on the floor reaction force detected by the floor reaction force detector 75 of the foot.

次いで、目標上体支持部運動決定部81bは、実際のオペレータ全床反力の上下方向並進力F_opf_total_z_actが次式(3-1)の関係を満たすように(F_opf_total_z_actがCtotalfzに収束するように)、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定する。
F_opf_total_z_act-Ctotalfz=0……(3-1)
Next, the desired upper body support portion motion determination unit 81b is configured so that the vertical translational force F_opf_total_z_act of the actual total floor reaction force of the operator satisfies the relationship of the following expression (3-1) (so that F_opf_total_z_act converges to Ctotalfz). , determine the desired upper body support height P_mb_z_aim.
F_opf_total_z_act-Ctotalfz=0 (3-1)

ここで、Ctotalfzは、床からオペレータPの脚に作用させる全床反力の上下方向並進力成分の目標値(所定値)である。該目標値Ctotalfzは、例えば、オペレータPに作用する重力の所定割合の大きさに設定され得る。 Here, Ctotalfz is the target value (predetermined value) of the vertical translation force component of the total floor reaction force acting on the legs of the operator P from the floor. The target value Ctotalfz can be set, for example, to a predetermined proportion of the force of gravity acting on the operator P.

具体的には、目標上体支持部運動決定部81bは、実オペレータ全床反力の上下方向並進力F_opf_total_z_actの観測値と、その目標値(=Ctotalfz)との偏差(式(3-1)の左辺の値)に応じて、フィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)により該偏差をゼロに収束させるように、上体支持部65の上下方向の目標並進速度V_mb_z_aimを決定する。 Specifically, the desired upper body support motion determination unit 81b determines the deviation (equation (3-1) (value on the left side of )), the target vertical translational velocity V_mb_z_aim of the upper body support 65 is determined so that the deviation converges to zero by a feedback control law (e.g., P law, PD law, PID law, etc.) do.

そして、目標上体支持部運動決定部81bは、決定した目標並進速度V_mb_z_aimを積分することにより、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを決定する。これにより、実オペレータ全床反力の上下方向並進力F_opf_total_z_actが、その目標値(=Ctotalfz)に収束するように、目標上体支持部高さP_mb_z_aimが決定される。 Then, the desired upper body support motion determination unit 81b determines the desired upper body support height P_mb_z_aim by integrating the determined desired translational velocity V_mb_z_aim. As a result, the desired upper body support height P_mb_z_aim is determined so that the vertical translational force F_opf_total_z_act of the actual operator total floor reaction force converges to its desired value (=Ctotalfz).

次に、マスター制御部81は、マスター移動制御部81aによりSTEP2~5の処理を実行する。STEP2では、マスター移動制御部81aは、モータ回転検出器56により検出される実モータ回転角と、スライド変位検出器67により検出される実スライド変位とを用いて、上体支持部65の実際の運動状態である実上体支持部運動を推定する。 Next, the master control section 81 executes the processing of STEP2 to STEP5 by the master movement control section 81a. In STEP 2, the master movement control section 81a uses the actual motor rotation angle detected by the motor rotation detector 56 and the actual slide displacement detected by the slide displacement detector 67 to determine the actual movement of the upper body support section 65. Estimate the real body support motion, which is the state of motion.

さらに詳細には、マスター移動制御部81aが推定する実上体支持部運動は、本実施形態では、マスター側グローバル座標系Cgmで見た上体支持部65の実際の位置である実上体支持部位置と、該上体支持部65の実際の向きである実上体支持部向きとを含む。 More specifically, in this embodiment, the real body support motion estimated by the master movement control unit 81a is the real body support motion, which is the actual position of the body support 65 as viewed in the master-side global coordinate system Cgm. and the actual body support orientation, which is the actual orientation of the body support 65 .

そして。マスター移動制御部81aは、まず、各移動駆動機構55毎に、電動モータ55a,55bのそれぞれの実モータ回転角の観測値の時間的変化率(微分値)を求める微分処理によって、該電動モータ55a,55bのそれぞれの回転軸の実際の回転速度(角速度)である実モータ回転速度を推定する。この場合、実モータ回転角の観測値の高周波ノイズ成分の影響を抑制するために、上記微分処理として、疑似微分(換言すれば、不完全微分)の処理を用いることが好ましい。 and. First, the master movement control unit 81a, for each movement drive mechanism 55, performs a differentiation process to determine the temporal change rate (differential value) of the observed value of the actual motor rotation angle of each of the electric motors 55a and 55b. The actual motor rotation speed, which is the actual rotation speed (angular speed) of each of the rotation shafts 55a and 55b, is estimated. In this case, in order to suppress the influence of high-frequency noise components in the observed value of the actual motor rotation angle, it is preferable to use pseudo differentiation (in other words, incomplete differentiation) as the differentiation processing.

以降の説明では、マスター装置51の4つの移動接地部54(n)(n=1,2,3,4)のそれぞれに対応する移動駆動機構55の電動モータ55a,55bのそれぞれの実モータ回転速度を表す参照符号として、それぞれ、ω_mw_mota_act(n),ω_mw_motb_act(n)(n=1,2,3,4)を用いる。 In the following description, the actual motor rotations of the electric motors 55a and 55b of the movement drive mechanism 55 corresponding to the four movement grounding portions 54(n) (n=1, 2, 3, 4) of the master device 51 will be described. ω_mw_mota_act(n) and ω_mw_motb_act(n) (n=1, 2, 3, 4) are used as reference codes representing the velocity, respectively.

さらに、マスター移動制御部81aは、各移動接地部54(n)毎に、図3及び図4に示したマスター座標系CmのXm軸方向(マスター装置51の前後方向)での移動接地部54(n)の実並進速度V_mw_local_x_act(n)と、該マスター座標系CmのYm軸方向(マスター装置51の前左右方向)での移動接地部4(n)の実並進速度V_mw_local_y_act(n)とを、電動モータ55a,55bのそれぞれの実モータ回転速度ω_mw_mota_act(n),ω_mw_motb_act(n)の観測値から、次式(4a),(4b)により算出する。
V_mw_local_x_act(n)
=Cmwx*(ω_mw_mota_act(n)+ω_mw_motb_act(n))
……(4a)
V_mw_local_y_act(n)
=Cmwy*(ω_mw_mota_act(n)-ω_mw_motb_act(n))
……(4b)
Further, the master movement control unit 81a controls the movement of each moving contact portion 54(n) in the Xm-axis direction of the master coordinate system Cm shown in FIGS. 3 and 4 (the longitudinal direction of the master device 51). The actual translational velocity V_mw_local_x_act(n) of (n) and the actual translational velocity V_mw_local_y_act(n) of the moving grounding portion 4(n) in the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm (the front and left direction of the master device 51) are , and the observed values of the actual motor rotational speeds ω_mw_mota_act(n) and ω_mw_motb_act(n) of the electric motors 55a and 55b, respectively, are calculated by the following equations (4a) and (4b).
V_mw_local_x_act(n)
= Cmwx * (ω_mw_mota_act(n) + ω_mw_motb_act(n))
...... (4a)
V_mw_local_y_act(n)
= Cmwy * (ω_mw_mota_act(n) - ω_mw_motb_act(n))
...... (4b)

なお、上記係数Cmwx,Cmwyはそれぞれ、移動駆動機構55の構造等に依存して規定される所定値の係数である。 Each of the coefficients Cmwx and Cmwy is a predetermined value defined depending on the structure of the moving drive mechanism 55 and the like.

そして、マスター移動制御部81aは、4つの移動接地部54(1)~54(4)のそれぞれのXm軸方向(前後方向)の実並進速度V_mw_local_x_act(1)~V_mw_local_x_act(4)と、4つの移動接地部4(1)~4(4)のそれぞれのYm軸方向の実並進速度V_mw_local_y_act(1)~V_mw_local_y_act(4)とを基に、マスター座標系CmのXm軸方向での上体支持部65の実並進速度V_mb_local_x_actとマスター座標系CmのYm軸方向での上体支持部65の実並進速度V_mb_local_y__actとを、それぞれ次式(5a),(5b)により推定する。
V_mb_local_x_act
=(-V_mw_local_x_act(1)*Lmwy(4)+V_mw_local_x_act(4)*Lmwy(1))
/(2*(Lmwy(1)-Lmwy(4)))
+(-V_mw_local_x_act(2)*Lmwy(3)+V_mw_local_x_act(3)*Lmwy(2))
/(2*(Lmwy(2)-Lmwy(3)))
……(5a)
V_mb_local_y_act
=(-V_mw_local_y_act(1)*Lmwx(2)+V_mw_local_y_act(2)*Lmwx(1))
/(2*(Lmwx(1)-Lmwx(2)))
+(-V_mw_local_y_act(4)*Lmwx(3)+V_mw_local_y_act(3)*Lmwx(4))
/(2*(Lmwx(4)-Lmwx(3)))
……(5b)
Then, the master movement control unit 81a controls the actual translational velocities V_mw_local_x_act(1) to V_mw_local_x_act(4) in the Xm-axis direction (front-rear direction) of the four movement grounding portions 54(1) to 54(4), respectively, and the four Based on the actual translational velocities V_mw_local_y_act(1) to V_mw_local_y_act(4) in the Ym-axis direction of each of the moving grounding parts 4(1) to 4(4), the body support part in the Xm-axis direction of the master coordinate system Cm The actual translational velocity V_mb_local_x_act of 65 and the actual translational velocity V_mb_local_y__act of the body support portion 65 in the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm are estimated by the following equations (5a) and (5b), respectively.
V_mb_local_x_act
= (-V_mw_local_x_act(1)*Lmwy(4)+V_mw_local_x_act(4)*Lmwy(1))
/(2*(Lmwy(1)-Lmwy(4)))
+ (-V_mw_local_x_act(2)*Lmwy(3)+V_mw_local_x_act(3)*Lmwy(2))
/(2*(Lmwy(2)-Lmwy(3)))
...... (5a)
V_mb_local_y_act
= (-V_mw_local_y_act(1)*Lmwx(2)+V_mw_local_y_act(2)*Lmwx(1))
/(2*(Lmwx(1)-Lmwx(2)))
+ (-V_mw_local_y_act(4)*Lmwx(3)+V_mw_local_y_act(3)*Lmwx(4))
/(2*(Lmwx(4)-Lmwx(3)))
...... (5b)

上記式(5a)のLmwy(1)、Lmwy(2),Lmwy(3),Lmwy(4)はそれぞれ、図7に示す如く、マスター装置51に対して設定された所定の基準点であるマスター基準点Qmと、基台53の左側前部の移動接地部4(1)、左側後部の移動接地部4(2)、右側後部の移動接地部4(3)、及び右側前部の移動接地部4(4)のそれぞれの接地部分との間のYm軸方向(左右方向)の距離である。なお、この場合、Lmwy(1),Lmwy(2),Lmwy(3),Lmwy(4) のそれぞれの正負の極性は、Lmwy(1)>0、Lmwy(2)>0,Lmwy(3)<0,Lmwy(4)<0と定義している。また、マスター基準点Qmは、例えば、前記支軸63の軸心上で、上体支持部65の左右の両側部の間の中間点(上体支持部65を装着したオペレータPの腰部の中心付近の点)に設定され得る。 Lmwy(1), Lmwy(2), Lmwy(3), and Lmwy(4) in the above equation (5a) are respectively predetermined reference points set for the master device 51 as shown in FIG. Reference point Qm, left front moving ground contact portion 4(1), left rear moving ground contact portion 4(2), right rear moving ground contact portion 4(3), and right front moving ground contact portion It is the distance in the Ym-axis direction (horizontal direction) between each grounding portion of the portion 4(4). In this case, Lmwy(1)>0, Lmwy(2)>0, Lmwy(3) <0, Lmwy(4)<0. The master reference point Qm is, for example, the middle point between the left and right sides of the upper body support section 65 on the axis of the support shaft 63 (the center of the waist of the operator P wearing the upper body support section 65). point in the vicinity).

上記式(5b)のLmwx(1)、Lmwx(2),Lmwx(3),Lmwx(4)はそれぞれ、図7に示す如く、前記マスター基準点Qmと、基台53の左側前部の移動接地部4(1)、左側後部の移動接地部4(2)、右側後部の移動接地部4(3)、及び右側前部の移動接地部4(4)のそれぞれの接地部分との間のXm軸方向(前後方向)の距離である。なお、この場合、Lmwx(1),Lmwx(2),Lmwx(3),Lmwx(4) のそれぞれの正負の極性は、Lmwx(1)>0、Lmwx(2)<0,Lmwx(3)<0,Lmwx(4)>0と定義している。 Lmwx(1), Lmwx(2), Lmwx(3), and Lmwx(4) in the above equation (5b) are, as shown in FIG. between the ground contact portion 4(1), the left rear moving ground contact portion 4(2), the right rear moving ground contact portion 4(3), and the right front moving ground contact portion 4(4). It is the distance in the Xm-axis direction (front-rear direction). In this case, the respective positive and negative polarities of Lmwx(1), Lmwx(2), Lmwx(3), and Lmwx(4) are Lmwx(1)>0, Lmwx(2)<0, Lmwx(3) It is defined as <0, Lmwx(4)>0.

また、マスター移動制御部81aは、マスター座標系CmのZm軸方向(上下方向)の軸周り方向(ヨー方向)での基台53の実角速度ω_mb_local__z_actを次式(6)により推定する。
ω_mb_local_z_act
=(V_mw_local_x_act(4)-V_mw_local_x_act(1))
/(2*(Lmwy(1)-Lmwy(4)))
+(V_mw_local_x_act(3)-V_mw_local_x_act(2))
/(2*(Lmwy(2)-Lmwy(3)))
……(6)
In addition, the master movement control unit 81a estimates the actual angular velocity ω_mb_local__z_act of the base 53 in the direction (yaw direction) around the Zm axis direction (vertical direction) of the master coordinate system Cm using the following equation (6).
ω_mb_local_z_act
= (V_mw_local_x_act(4) - V_mw_local_x_act(1))
/(2*(Lmwy(1)-Lmwy(4)))
+ (V_mw_local_x_act(3)-V_mw_local_x_act(2))
/(2*(Lmwy(2)-Lmwy(3)))
……(6)

ここで、本実施形態では、マスター側グローバル座標系CgmのZ軸方向は、マスター座標系CmのZm軸方向と同方向(上下方向)であるので、上記式(6)により算出される実角速度ω_mb_local_z_actの推定値は、マスター側グローバル座標系Cgmで見た上体支持部65のヨー方向の実際の角速度である実上体支持部ヨー方向角速度ω_mb_z_actに一致する。従って、式(6)により、実上体支持部ヨー方向角速度ω_mb_z_actの推定値が求められる。 Here, in this embodiment, the Z-axis direction of the master-side global coordinate system Cgm is the same direction (vertical direction) as the Zm-axis direction of the master coordinate system Cm. The estimated value of ω_mb_local_z_act matches the actual body support yaw direction angular velocity ω_mb_z_act, which is the actual angular velocity of the body support 65 in the yaw direction as viewed in the master-side global coordinate system Cgm. Therefore, the estimated value of the actual body support yaw angular velocity ω_mb_z_act is obtained from equation (6).

そして、マスター移動制御部81aは、上記の如く求めた実上体支持部ヨー方向角速度ω_mb_z_actを積分する処理によって、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実上体支持部向きθ_mb_z_actを推定する。 Then, the master movement control unit 81a estimates the actual body support orientation θ_mb_z_act viewed on the master side global coordinate system Cgm by integrating the actual body support yaw direction angular velocity ω_mb_z_act obtained as described above.

さらに、マスター移動制御部81aは、前記式(5a),(5b)により求めた並進速度V_mb_local_x_act,V_mb_local_y_actを2成分とするベクトル(マスター座標系CmのXmYm座標平面上での2次元ベクトル)を、上記の如く求めた実上体支持部向きθ_mb_z_actに一致する角度だけ、ヨー方向(Z軸周り方向)に回転変換することによって、マスター側グローバル座標系Cgmで見た上体支持部65の横方向の実際の並進速度である実上体支持部横方向速度V_mb_x_act,V_mb_y_actを推定する。ここで、V_mb_x_actは、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実上体支持部横方向速度のうちのX軸方向の成分、V_mb_y_actは、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実上体支持部横方向速度のうちのY軸方向の成分である。 Further, the master movement control unit 81a generates a vector (a two-dimensional vector on the XmYm coordinate plane of the master coordinate system Cm) having two components of the translational velocities V_mb_local_x_act and V_mb_local_y_act obtained by the above equations (5a) and (5b) as follows: By rotationally transforming in the yaw direction (direction around the Z-axis) by an angle that matches the direction of the actual body support portion θ_mb_z_act obtained as described above, the lateral direction of the body support portion 65 viewed in the master-side global coordinate system Cgm Estimate the actual body support lateral velocities V_mb_x_act, V_mb_y_act, which are the actual translational velocities of . Here, V_mb_x_act is the X-axis component of the lateral velocity of the actual body support viewed in the master-side global coordinate system Cgm, and V_mb_y_act is the lateral velocity of the actual body support viewed in the master-side global coordinate system Cgm. It is the Y-axis component of the directional velocity.

そして、マスター移動制御部81aは、実上体支持部横方向速度V_mb_x_act,V_mb_y_actのそれぞれを積分する処理によって、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実上体支持部位置のうちの横方向位置(実上体支持部横方向位置)のX軸方向の位置P_mb_x_actと、Y軸方向の位置P_mb_y_actとの組を推定する。 Then, the master movement control unit 81a integrates the actual body support lateral velocities V_mb_x_act and V_mb_y_act, respectively, so that the lateral position ( A set of a position P_mb_x_act in the X-axis direction and a position P_mb_y_act in the Y-axis direction of the actual body support portion lateral direction position) is estimated.

また、マスター移動制御部81aは、スライド変位検出器67により検出される実スライド変位の検出値から、実上体支持部位置のうちの上下方向(Z軸方向)の位置(換言すれば、床面からの高さ)である実上体支持部高さP_mb_z_actを推定する。具体的には、実スライド変位がゼロであるときの上体支持部65の高さ(所定値)に、実スライド変位の検出値を加算することで、実上体支持部高さP_mb_z_actが推定される。 In addition, the master movement control unit 81a determines the vertical (Z-axis) position (in other words, floor position) of the actual body support position from the actual slide displacement detected by the slide displacement detector 67. Estimate the actual body support height P_mb_z_act, which is the height from the plane). Specifically, by adding the detection value of the actual sliding displacement to the height (predetermined value) of the body supporting portion 65 when the actual sliding displacement is zero, the actual body supporting portion height P_mb_z_act is estimated. be done.

本実施形態では、以上説明したSTEP2の処理によって、実上体支持部運動(実上体支持部位置P_mb_x_act,P_mb_y_act,P_mb_z_act、及び実上体支持部向きθ_mb_z_act)が推定される。補足すると、実上体支持部位置P_mb_x_act,P_mb_y_act,P_mb_z_act、及び実上体支持部向きθ_mb_z_actは、積分誤差の蓄積等を防止するために、マスター装置51の周囲のランドマーク等の環境認識情報に基づいて、随時補正してもよい。また、例えば、上体支持部65を撮影可能なカメラや、上体支持部65に装着した慣性センサ等を使用して、モーションキャプチャの処理により、実上体支持部運動を推定してもよい。 In this embodiment, the actual body support portion motion (the actual body support portion positions P_mb_x_act, P_mb_y_act, P_mb_z_act, and the actual body support portion orientation θ_mb_z_act) is estimated by the processing of STEP 2 described above. Supplementally, the actual body support position P_mb_x_act, P_mb_y_act, P_mb_z_act, and the actual body support orientation θ_mb_z_act are based on environment recognition information such as landmarks around the master device 51 in order to prevent accumulation of integration errors. Based on this, correction may be made at any time. Further, for example, a camera capable of photographing the body support section 65, an inertial sensor attached to the body support section 65, or the like may be used to estimate the actual body support section motion through motion capture processing. .

次いで、STEP3において、マスター移動制御部81aは、目標上体支持部運動のうちの目標上体支持部横方向位置P_mb_x_aim,P_mb_y_aimと、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとを実現するように、移動機構52の各移動接地部54の目標並進速度を決定する。そして、マスター移動制御部81aは、その目標並進速度を実現するように、各移動接地部54に対応する電動モータ55a,55bを制御する。 Next, in STEP 3, the master movement control unit 81a controls the movement mechanism so as to realize the desired upper body support lateral positions P_mb_x_aim, P_mb_y_aim and the desired upper body support orientation θ_mb_z_aim of the desired upper body support motion. A target translational velocity for each moving ground 54 of 52 is determined. Then, the master movement control section 81a controls the electric motors 55a and 55b corresponding to the movement grounding sections 54 so as to achieve the target translation speed.

具体的には、マスター移動制御部81aは、実上体支持部横方向位置(P_mb_x_act,P_mb_y_actの観測値と、目標上体支持部横方向位置(P_mb_x_aim,P_mb_y_aim)とから、次式(7a),(7b)により上体支持部横方向位置偏差P_mb_x_err、P_mb_y_errを求める。
P_mb_x_err=P_mb_x_act-P_mb_x_aim ……(7a)
P_mb_y_err=P_mb_y_act-P_mb_y_aim ……(7b)
Specifically, the master movement control unit 81a calculates the following equation (7a) from the observed values of the actual body support portion lateral positions (P_mb_x_act, P_mb_y_act) and the desired body support portion lateral positions (P_mb_x_aim, P_mb_y_aim). , (7b) to obtain the upper body support lateral position deviations P_mb_x_err and P_mb_y_err.
P_mb_x_err = P_mb_x_act - P_mb_x_aim (7a)
P_mb_y_err = P_mb_y_act - P_mb_y_aim (7b)

そして、マスター移動制御部81aは、上記の如く決定した上体支持部横方向位置偏差P_mb_x_err,P_mb_y_errを、STEP2で推定された実上体支持部向きθ_mb_z_actの(-1)倍の角度(=-θ_mb_z_act)だけ、ヨー方向(Z軸周り方向)に回転変換することにより、マスター座標系CmのXm軸方向及びYm軸方向のそれぞれの軸方向における上体支持部横方向位置偏差P_mb_local_x_err,P_mb_local_y_errを求める。 Then, the master movement control section 81a converts the lateral position deviations P_mb_x_err and P_mb_y_err of the body support portion determined as described above to an angle (=- θ_mb_z_act) in the yaw direction (direction around the Z-axis) to obtain lateral position deviations P_mb_local_x_err and P_mb_local_y_err of the body support in the Xm-axis direction and the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm, respectively. .

次いで、マスター移動制御部81aは、マスター座標系CmのXm軸方向での上体支持部X方向位置偏差P_mb_local_x_errをフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように、該偏差P_mb_local_x_errの算出値に応じて、Xm軸方向での上体支持部65の目標並進速度である目標上体支持部横方向速度V_mb_local_x_aimを決定する。同様にマスター移動制御部81aは、マスター座標系CmのYm軸方向での上体支持部位置偏差P_mb_local_y_errをフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように、該偏差P_mb_local_y_errの算出値に応じて、Ym軸方向での目標上体支持部横方向速度V_mb_local_y_aim を決定する。 Next, the master movement control unit 81a adjusts the X-direction positional deviation P_mb_local_x_err of the body support part in the Xm-axis direction of the master coordinate system Cm so as to approach zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.). , determines a target upper body support lateral velocity V_mb_local_x_aim, which is a target translational velocity of the body support 65 in the Xm-axis direction, according to the calculated value of the deviation P_mb_local_x_err. Similarly, the master movement control unit 81a controls the body support portion position deviation P_mb_local_y_err in the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm so as to approach zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.). A desired upper body support lateral velocity V_mb_local_y_aim in the Ym-axis direction is determined according to the calculated value of the deviation P_mb_local_y_err.

また、マスター移動制御部81aは、実上体支持部向きθ_mb_z_actの観測値と、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとから、次式(8)により上体支持部向き偏差θ_mb_z_errを求める。
θ_mb_z_err=θ_mb_z_act-θ_mb_z_aim ……(8)
Further, the master movement control section 81a obtains the body support portion orientation deviation θ_mb_z_err from the observed value of the actual body support portion orientation θ_mb_z_act and the desired body support portion orientation θ_mb_z_aim using the following equation (8).
θ_mb_z_err = θ_mb_z_act - θ_mb_z_aim (8)

そして、マスター移動制御部81aは、上記上体支持部向き偏差θ_mb_z_errをフィードバック制御則(例えばP則、P則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように、該偏差θ_mb_z_errの算出値に応じて目標上体支持部ローカルヨー方向角速度ω_mb_local_z_aimを決定する。なお、STEP1で、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimを上体支持部65のヨー方向の目標角速度の積分により決定した場合には、STEP1で決定された目標角速度ω_mb_z_aimをそのまま、目標上体支持部ローカルヨー方向角速度ω_mb_local_z_aimとして決定してもよい。 Then, the master movement control unit 81a adjusts the calculated value of the deviation θ_mb_z_err so that the deviation θ_mb_z_err toward the upper body support portion approaches zero by a feedback control law (for example, P law, P law, PD law, PID law, etc.). Accordingly, the desired body support portion local yaw direction angular velocity ω_mb_local_z_aim is determined. When the desired body support portion orientation θ_mb_z_aim is determined by integration of the target angular velocity in the yaw direction of the body support portion 65 in STEP 1, the target angular velocity ω_mb_z_aim determined in STEP 1 is It may be determined as the yaw angular velocity ω_mb_local_z_aim.

そして、マスター移動制御部81aは、マスター座標系Cmで見た目標上体支持部横方向速度V_mb_local_x_aim,V_mb_local_y_aimと、目標上体支持部ローカルヨー方向角速度ω_mb_local_z_aimとを実現するように、次式(9a),(9b)により、マスター座標系Cmで見た各移動接地部54(n)(n=1,2,3,4)のXm軸方向の目標並進速度V_mw_local_x_aim(n)とYm軸方向の目標並進速度V_mw_local_y_aim(n)とを決定する。
V_mw_local_x_aim(n)
=V_mb_local_x_aim-Lmwy(n)*ω_mb_local_z_aim
……(9a)
V_mw_local_y_aim(n)
=V_mb_local_y_aim+Lmwx(n)*ω_mb_local_z_aim
……(9b)
Then, the master movement control unit 81a implements the following formula (9a) so as to realize the apparent target body support portion lateral velocities V_mb_local_x_aim, V_mb_local_y_aim and the desired body support portion local yaw direction angular velocity ω_mb_local_z_aim in the master coordinate system Cm. , (9b), the target translational velocity V_mw_local_x_aim(n) in the Xm-axis direction and the target Determine the translational velocity V_mw_local_y_aim(n).
V_mw_local_x_aim(n)
= V_mb_local_x_aim - Lmwy(n) * ω_mb_local_z_aim
...... (9a)
V_mw_local_y_aim(n)
= V_mb_local_y_aim + Lmwx(n) * ω_mb_local_z_aim
...... (9b)

さらに、マスター移動制御部81aは、各移動接地部54(n)毎に、上記目標並進速度V_mw_local_x_aim(n),V_mw_local_y_aim(n)を実現するための電動モータ55a,55bのそれぞれの回転速度の目標値である目標モータ回転速度ω_mw_mota_aim(n),ω_mw_motb_aim(n)を、前記式(4a),(4b)から得られる次式(10a),(10b)により算出する。
ω_mw_mota_aim(n)
=(Cmwy*V_mw_local_x_aim(n)
+Cmwx*V_mw_local_y_aim(n))/(2*Cmwx*Cmwy)
……(10a)
ω_mw_motb_aim(n)
=(Cmwy*V_mw_local_x_aim(n)
-Cmwx*V_mw_local_y_aim(n))/(2*Cmwx*Cmwy)
……(10b)
Further, the master movement control unit 81a controls the target rotational speeds of the electric motors 55a and 55b for achieving the target translational speeds V_mw_local_x_aim(n) and V_mw_local_y_aim(n) for each of the movement grounding portions 54(n). Target motor rotation speeds ω_mw_mota_aim(n) and ω_mw_motb_aim(n), which are values, are calculated by the following equations (10a) and (10b) obtained from the equations (4a) and (4b).
ω_mw_mota_aim(n)
= (Cmwy*V_mw_local_x_aim(n)
+Cmwx*V_mw_local_y_aim(n))/(2*Cmwx*Cmwy)
...... (10a)
ω_mw_motb_aim(n)
= (Cmwy*V_mw_local_x_aim(n)
-Cmwx*V_mw_local_y_aim(n))/(2*Cmwx*Cmwy)
...... (10b)

次いで、マスター移動制御部81aは、各移動接地部54(n)毎に、電動モータ55a,55bのそれぞれの実モータ回転速度ω_mw_mota_act(n),ω_mw_motb_act(n)を、目標モータ回転速度ω_mw_mota_aim(n),ω_mw_motb_aim(n)に追従させるための電動モータ55a,55bのそれぞれの駆動力(回転駆動力)の目標値である目標モータ駆動力Tq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)を、例えば、次式(11a),(11b)により決定する。これらの目標モータ駆動力Tq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)(n=1,2,3,4)が、図5に示す目標移動駆動力である。
Tq_mw_mota_aim(n)
=Kv_mw_mota*(ω_mw_mota_aim(n)-ω_mw_mota_act(n))
……(11a)
Tq_mw_motb_aim(n)
=Kv_mw_motb*(ω_mw_motb_aim(n)-ω_mw_motb_act(n))
……(11b)
Next, the master movement control unit 81a sets the actual motor rotational speeds ω_mw_mota_act(n) and ω_mw_motb_act(n) of the electric motors 55a and 55b to the target motor rotational speeds ω_mw_mota_aim(n) for each movement grounding portion 54(n). ), ω_mw_motb_aim(n), the target motor driving forces Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n), which are target values of the respective driving forces (rotational driving forces) of the electric motors 55a and 55b, are expressed by the following equations, for example: Determined by (11a) and (11b). These target motor drive forces Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n) (n=1, 2, 3, 4) are target movement drive forces shown in FIG.
Tq_mw_mota_aim(n)
=Kv_mw_mota*(ω_mw_mota_aim(n)-ω_mw_mota_act(n))
...... (11a)
Tq_mw_motb_aim(n)
=Kv_mw_motb*(ω_mw_motb_aim(n)-ω_mw_motb_act(n))
...... (11b)

なお、Kv_sw_mota、Kv_sw_motbは、所定値のゲインである。また、実モータ回転速度ω_mw_mota_act (n),ω_mw_motb_act(n)は、前記STEP2と同様に、実モータ回転角の検出値の微分処理により推定される。 Kv_sw_mota and Kv_sw_motb are gains of predetermined values. Further, the actual motor rotation speeds ω_mw_mota_act(n) and ω_mw_motb_act(n) are estimated by differentiating the detected values of the actual motor rotation angles, as in STEP2.

補足すると、式(11a),(11b)は、Tq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)を、フィードバック制御則の一例としてのP則(比例則)により決定する式であるが、他のフィードバック制御則(例えば、PD則、PID則等)によりTq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)を決定してもよい。 Supplementally, the equations (11a) and (11b) are equations for determining Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n) by the P-law (proportional law) as an example of the feedback control law. Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n) may be determined by (for example, PD law, PID law, etc.).

次いで、マスター移動制御部81aは、各移動接地部54(n)に対応する電動モータ55a,55bのそれぞれを、上記の如く決定した目標モータ駆動力Tq_mw_mota_aim (n),Tq_mw_motb_aim(n)を出力させるように作動させる。これにより、目標上体支持部横方向速度V_mb_x_aim,V_mb_y_aimと、目標上体支持部角速度ω_mb_z_aimとが実現されるように、移動機構52の移動制御が行われる。ひいては、実上体支持部横方向位置P_mb_x_act,P_mb_y_actと実上体支持部向きθ_mb_z_actとが、それぞれ、目標上体支持部横方向位置P_mb_x_aim,P_mb_y_aimと目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとのそれぞれに追従するように、移動機構52の移動制御が行われる。 Next, the master movement control section 81a causes the electric motors 55a and 55b corresponding to each movement grounding section 54(n) to output the target motor driving forces Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n) determined as described above. operate as As a result, movement control of the movement mechanism 52 is performed such that the desired body support portion lateral velocities V_mb_x_aim, V_mb_y_aim and the desired body support portion angular velocity ω_mb_z_aim are achieved. Consequently, the actual body support lateral positions P_mb_x_act, P_mb_y_act and the actual body support orientation θ_mb_z_act follow the desired body support lateral positions P_mb_x_aim, P_mb_y_aim and the desired body support orientation θ_mb_z_aim, respectively. Movement control of the movement mechanism 52 is performed so as to do so.

さらに、STEP4において、マスター移動制御部81aは、目標上体支持部高さP_mb_z_aimを実現するように、スライド駆動アクチュエータ66を制御する。具体的には、マスター移動制御部81aは、STEP1で決定された目標上体支持部高さP_mb_z_aimと、STEP2で求めた実上体支持部高さP_mb_z_actとの偏差から、フィードバック制御則(例えば、P則、PD則、PID則等)により、上体支持部65の上下方向(Z軸方向)の目標並進速度である目標上体支持部上下方向速度V_mb_z_aimを決定する。 Further, in STEP4, the master movement control unit 81a controls the slide drive actuator 66 so as to achieve the target upper body support height P_mb_z_aim. Specifically, the master movement control unit 81a uses a feedback control rule (for example, P-law, PD-law, PID-law, etc.) is used to determine a desired vertical velocity V_mb_z_aim of the body supporting part 65, which is a desired translational velocity of the body supporting part 65 in the vertical direction (Z-axis direction).

そして、マスター移動制御部81aは、上記の如く決定した目標上体支持部上下方向速度V_mb_z_aimと、STEP2で求めた実上体支持部高さP_mb_z_actを微分する処理により算出される上体支持部65の実際の上下方向の並進速度である実上体支持部上下方向速度V_mb_z_actとの偏差に応じて、フィードバック制御則(例えば、P則、PD則、PID則等)により該偏差をゼロに収束させるように、スライド駆動アクチュエータ66の目標駆動力を決定する。そして、マスター移動制御部81aは、この目標駆動力を発生させるようにスライド駆動アクチュエータ66を制御する。 Then, the master movement control unit 81a controls the body support part 65 calculated by differentiating the desired body support part vertical velocity V_mb_z_aim determined as described above and the actual body support part height P_mb_z_act obtained in STEP 2. According to the deviation from the vertical velocity V_mb_z_act of the actual body support, which is the actual vertical translational velocity of the actual body support, the deviation is converged to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.) , the target drive force of the slide drive actuator 66 is determined. Then, the master movement control section 81a controls the slide drive actuator 66 so as to generate this target drive force.

これにより、実上体支持部高さP_mb_z_actが、目標上体支持部高さP_mb_z_aimに追従するように、スライド駆動アクチュエータ66が制御される。 Thereby, the slide drive actuator 66 is controlled such that the actual body support height P_mb_z_act follows the desired body support height P_mb_z_aim.

次いで、STEP5において、マスター移動制御部81aは、実オペレータ上体向き(オペレータPの上体の実際の向き)を推定する。この処理では、マスター移動制御部81aは、例えば、STEP2で求めた実上体支持部向きθ_mb_z_actの推定値と、上体力検出器64により検出された実上体支持部反力のうちのヨー方向のモーメントM_mb_z_act(実上体支持部ヨー方向モーメント)とから、次式(12)により実オペレータ上体向きθ_opb_z_actを推定する。
θ_opb_z_act=θ_mb_z_act-kspring_mz*M_mb_z_act
……(12)
Next, in STEP 5, the master movement control unit 81a estimates the actual operator's body direction (actual direction of the operator's body). In this process, the master movement control unit 81a uses, for example, the estimated value of the actual body support portion orientation θ_mb_z_act obtained in STEP 2 and the yaw direction of the actual body support portion reaction force detected by the upper body strength detector 64. from the moment M_mb_z_act (actual body support portion yaw direction moment), the actual operator body direction θ_opb_z_act is estimated by the following equation (12).
θ_opb_z_act = θ_mb_z_act - kspring_mz * M_mb_z_act
……(12)

ここで、kspring_mzは、オペレータPの上体と上体支持部65との間で発生するヨー方向の回転力に関するバネ定数(剛性)の逆数としてあらかじめ設定された値である。補足すると、実オペレータ上体向きの推定手法は、上記の手法に限られず、他の手法を採用してもよい。例えば、オペレータPを撮影するカメラや、オペレータPの上体等に装着した慣性センサを使用したモーションキャブチャの処理により、実オペレータ上体向きを推定することも可能である。 Here, kspring_mz is a value set in advance as the reciprocal of the spring constant (rigidity) relating to the rotational force in the yaw direction generated between the upper body of the operator P and the upper body support section 65 . Supplementally, the method of estimating the real operator's upper body orientation is not limited to the above method, and other methods may be employed. For example, it is possible to estimate the real operator's upper body orientation by processing a motion capture using a camera that captures the operator P or an inertial sensor attached to the upper body of the operator P or the like.

あるいは、例えば、上体支持部65に対するオペレータPの上体のヨー方向での相対変位(相対回転角)を、上体支持部65等に備えた適宜の変位センサにより検出し、該相対変位の観測値を実上体支持部向きθ_mb_z_actに加算することで、実オペレータ上体向きを推定することも可能である。 Alternatively, for example, the relative displacement (relative rotation angle) of the operator P's upper body in the yaw direction with respect to the upper body support section 65 is detected by an appropriate displacement sensor provided in the upper body support section 65 or the like, and the relative displacement is detected. By adding the observed value to the actual body support orientation θ_mb_z_act, it is also possible to estimate the actual operator's body orientation.

あるいは、例えば、オペレータPの上体の複数個所までの距離を計測可能な測距装置を用い、該測距装置による距離の観測値を基に、実オペレータ上体向きを推定することも可能である。 Alternatively, for example, it is also possible to use a distance measuring device capable of measuring distances to a plurality of locations on the upper body of the operator P, and estimate the actual operator's upper body orientation based on the distance values observed by the distance measuring device. be.

なお、前記オペレータ運動検出器70が、マスター側グローバル座標系Cgmで見た実オペレータ上体向きを推定し得る検出器である場合には、STEP5の処理は省略し得る。 If the operator motion detector 70 is a detector capable of estimating the actual operator's upper body orientation as viewed in the master-side global coordinate system Cgm, the processing of STEP5 can be omitted.

マスター制御部81は、以上の如く、マスター移動制御部81aの処理(STEP2~5の処理)を実行した後、次にSTEP6において、スレーブ制御部31にスレーブ装置1の動作に関する指令情報を送信する。 As described above, the master control unit 81 executes the processing of the master movement control unit 81a (the processing of STEP2 to STEP5), and then, in STEP6, transmits command information regarding the operation of the slave device 1 to the slave control unit 31. .

具体的には、マスター制御部81は、前記STEP6で推定した実オペレータ上体向き(又はオペレータ運動検出器70により推定された実オペレータ上体向き)と、オペレータ運動検出器70により推定された実オペレータ上体傾きとの組としての実オペレータ上体姿勢と、オペレータ運動検出器70により推定された実オペレータ足部位置姿勢と、床反力検出器75により検出された実オペレータ足部床反力と、前記STEP2で推定した実上体支持部高さとを指令情報の構成要素としてスレーブ制御部31に送信する。 Specifically, the master control unit 81 controls the actual operator body orientation estimated in STEP 6 (or the actual operator body orientation estimated by the operator motion detector 70) and the actual operator body orientation estimated by the operator motion detector 70. The actual operator's body posture as a set with the inclination of the operator's body, the actual operator's foot position/posture estimated by the operator motion detector 70, and the actual operator's foot floor reaction force detected by the floor reaction force detector 75. , and the actual body support portion height estimated in STEP 2 are transmitted to the slave control unit 31 as components of the command information.

この場合、マスター制御部81からスレーブ制御部31に出力する各指令情報(実オペレータ上体姿勢、実オペレータ足部位置姿勢、実オペレータ足部床反力、及び実上体支持部高はのそれぞれの観測値)は、マスター側グローバル座標系Cgmで見た観測値である。 In this case, each command information output from the master control unit 81 to the slave control unit 31 (actual operator body posture, actual operator foot position/posture, actual operator foot floor reaction force, and actual body support height) (observed value) is an observed value seen in the master-side global coordinate system Cgm.

なお、マスター制御部81からスレーブ制御部31に出力(送信)する各指令情報(観測値)は、ローパスフィルタ等のフィルタリング処理を施したフィルタリング値であってもよい。 Note that each command information (observed value) output (transmitted) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 may be a filtering value that has undergone filtering processing such as a low-pass filter.

また、オペレータPの上体に装着した慣性センサの出力や、モーションキャプチャの手法等により、実オペレータ上体高さを推定し得る場合には、前記実上体支持部高さの代わりに、実オペレータ上体高さの観測値をスレーブ制御部31に送信してもよい。あるいは、実オペレータ上体高さP_opb_z_actを、STEP2で推定した実上体支持部高さP_mb_z_actと、上体力検出器64により検出された上体支持部反力のうちの上下方向の並進力F_mb_z_actとから例えば、次式(13)により推定し、該実オペレータ上体高さP_opb_z_actの推定値を実上体支持部高さの代わりにスレーブ制御部31に送信してもよい。
P_opb_z_act=P_mb_z_act-kspring_fz*F_mb_z_act ……(13)
In addition, when the actual operator's upper body height can be estimated by the output of an inertial sensor attached to the upper body of the operator P, a motion capture technique, etc., the actual operator's The observed value of the body height may be transmitted to the slave control unit 31 . Alternatively, the actual operator body height P_opb_z_act is obtained from the actual body support height P_mb_z_act estimated in STEP 2 and the vertical translational force F_mb_z_act of the body support reaction force detected by the body strength detector 64. For example, the estimated value of the actual operator upper body height P_opb_z_act may be estimated by the following equation (13) and transmitted to the slave control unit 31 instead of the actual body support height.
P_opb_z_act = P_mb_z_act - kspring_fz * F_mb_z_act ...... (13)

ここで、kspring_fzは、オペレータPの上体と上体支持部65との間で上下方向に発生する並進力に関するバネ定数(剛性)の逆数としてあらかじめ設定された値である。
本実施形態では、マスター制御部81の制御処理は以上の如く実行される。
Here, kspring_fz is a value set in advance as a reciprocal of a spring constant (rigidity) relating to the translational force generated between the upper body of the operator P and the upper body support section 65 in the vertical direction.
In this embodiment, the control processing of the master control unit 81 is executed as described above.

[スレーブ制御部の制御処理]
次に、スレーブ制御部31の制御処理を説明する。スレーブ制御部31は、前記した各機能部の処理を所定の制御処理周期で逐次実行する。なお、以降の説明では、スレーブ装置1、マスター装置51及びオペレータPのそれぞれの左右の構成要素及びそのそれぞれに関する状態量を区別するために、必要に応じて適宜、左側の構成要素及び該構成要素に関する状態量の参照符号と、右側の構成要素及び該構成要素に関する状態量の参照符号とにそれぞれ「L」、「R」を付加する。例えば、ある状態量Aが、スレーブ装置1の左側の構成要素に関する状態量である場合には、その参照符号を「A_L」というように表記し、右側の構成要素に関する状態量である場合には、その参照符号を「A_R」というように表記する。
[Control processing of the slave controller]
Next, control processing of the slave control unit 31 will be described. The slave control unit 31 sequentially executes the processing of each functional unit described above at a predetermined control processing cycle. In the following description, in order to distinguish between left and right constituent elements of the slave device 1, master device 51, and operator P, and state quantities related to each of them, the left constituent elements and the constituent elements will be described as needed. "L" and "R" are added to the reference numerals of the state quantity related to and the reference numerals of the state quantity related to the component on the right side and the component, respectively. For example, if a certain state quantity A is a state quantity related to the component on the left side of the slave device 1, the reference sign is written as "A_L", and if it is a state quantity related to the component on the right side, , and its reference code is written as "A_R".

また、位置、姿勢、床反力等の状態量を、マスター側グローバル座標系Cgmなどの座標系の3つの座標軸成分により構成される3次元のベクトルとして表現する場合に、該状態量の参照符号の先頭に、「↑」という符号を付加する。例えば、ある状態量Aを、マスター側グローバル座標系Cgm又はスレーブ側グローバル座標系Cgsで見た3次元のベクトルとして表現する場合に、「状態量↑A」というように表記する。この場合、「状態量↑A」は、座標系Cgm又はCgsのX軸方向の成分A_xと、Y軸方向の成分A_yと、Z軸方向の成分A_zとを3つの成分とするベクトルを意味する。 When state quantities such as position, orientation, and floor reaction force are expressed as three-dimensional vectors composed of three coordinate axis components of a coordinate system such as the master-side global coordinate system Cgm, the reference sign of the state quantity A sign "↑" is added to the beginning of the . For example, when expressing a state quantity A as a three-dimensional vector viewed from the master-side global coordinate system Cgm or the slave-side global coordinate system Cgs, it is expressed as "state quantity ↑ A". In this case, the "state quantity ↑A" means a vector having three components: a component A_x in the X-axis direction, a component A_y in the Y-axis direction, and a component A_z in the Z-axis direction of the coordinate system Cgm or Cgs. .

また、以降の説明では、スレーブ装置1に係る状態量の実際の値または目標値を表す場合に、「実」又は「目標」と、該状態量の名称との間に「スレーブ」を付加して表記する場合がある。例えば、スレーブ装置1の目標足部位置姿勢を目標スレーブ足部位置姿勢と表記する場合がある。 Further, in the following description, when representing the actual value or target value of the state quantity related to the slave device 1, "slave" is added between "actual" or "target" and the name of the state quantity. may be written as For example, the desired foot position/orientation of the slave device 1 may be referred to as the desired slave foot position/orientation.

[スレーブ動作目標決定部の処理]
まず、スレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31aの処理を説明する。スレーブ動作目標決定部31aには、図2に示すように、マスター制御部81から通信装置33を介して受信される実オペレータ上体姿勢(向き、傾き)、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢、及び実オペレータ足部床反力のそれぞれの観測値が逐次入力されると共に、上体横方向位置推定部31dにより後述する如く推定される実スレーブ上体横方向位置の観測値とが逐次入力される。
[Processing of Slave Operation Target Determining Unit]
First, the processing of the slave operation target determination unit 31a of the slave control unit 31 will be described. 2, the actual operator body posture (orientation, inclination) and the actual body support height (or Observed values of the actual operator's body height), the actual operator's foot position/orientation, and the actual operator's foot floor reaction force are sequentially input, and the actual values estimated by the lateral body position estimator 31d as described later. Observed values of the lateral body position of the slave are sequentially input.

そして、スレーブ動作目標決定部31aは、所定の制御処理周期で、図8のフローチャートに示す処理を実行する。STEP11において、スレーブ動作目標決定部31aは、オペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部位置姿勢と、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの実スレーブ足部位置姿勢とが、次式(21a)~(21d)により示される所定の関係を満たすことを目標として、マスター制御部81から受信したオペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部位置姿勢(観測値)に応じて、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部位置姿勢を決定する。 Then, the slave operation target determination unit 31a executes the process shown in the flowchart of FIG. 8 at a predetermined control process cycle. In STEP 11, the slave motion target determination unit 31a determines the actual operator foot position/orientation of the left and right feet of the operator P and the actual slave foot position/orientation of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, With the goal of satisfying the predetermined relationships represented by the following equations (21a) to (21d), according to the actual operator's foot position and orientation (observed values) of the left and right feet of the operator P received from the master control unit 81 Then, the target slave foot position and orientation of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1 are determined.

すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、オペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部位置姿勢の観測値から、次式(21a-1)~(21d-1)によりスレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部位置姿勢を決定する。
↑P_sf_act_L=Kpsf*↑P_opf_act_L+↑Cpsf
……(21a)
↑P_sf_act_R=Kpsf*↑P_opf_act_R+↑Cpsf
……(21b)
↑θ_sf_act_L=↑θ_opf_act_L ……(21c)
↑θ_sf_act_R=↑θ_opf_act_R ……(21d)

↑P_sf_aim_L=Kpsf*↑P_opf_act_L+↑Cpsf
……(21a-1)
↑P_sf_aim_R=Kpsf*↑P_opf_act_R+↑Cpsf
……(21b-1)
↑θ_sf_aim_L=↑θ_opf_act_L ……(21c-1)
↑θ_sf_aim_R=↑θ_opf_act_R ……(21d-1)
That is, the slave motion target determining unit 31a determines the left and right positions of the slave device 1 from the observed values of the actual operator's foot positions and orientations of the left and right feet of the operator P using the following equations (21a-1) to (21d-1). Determine the target slave foot position and orientation of each foot 6L, 6R.
↑P_sf_act_L = Kpsf * ↑P_opf_act_L + ↑Cpsf
...... (21a)
↑P_sf_act_R=Kpsf*↑P_opf_act_R+↑Cpsf
... (21b)
↑θ_sf_act_L = ↑θ_opf_act_L … (21c)
↑θ_sf_act_R = ↑θ_opf_act_R … (21d)

↑P_sf_aim_L=Kpsf*↑P_opf_act_L+↑Cpsf
... (21a-1)
↑P_sf_aim_R=Kpsf*↑P_opf_act_R+↑Cpsf
……(21b-1)
↑θ_sf_aim_L=↑θ_opf_act_L ……(21c-1)
↑θ_sf_aim_R = ↑θ_opf_act_R ……(21d-1)

ここで、↑P_sf_act_L,↑P_sf_act_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの実際の位置(実スレーブ足部位置)、↑θ_sf_act_L,↑θ_sf_act_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L.6Rの実際の姿勢(実スレーブ足部姿勢)、↑P_sf_aim_L,↑P_sf_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標位置(目標スレーブ足部位置)である。 Here, ↑P_sf_act_L and ↑P_sf_act_R are the actual positions of the left and right legs 6L and 6R of the slave device 1 (actual slave leg positions), respectively, and ↑θ_sf_act_L and ↑θ_sf_act_R are the slave device 1 on the left and right legs 6L. The actual posture of 6R (actual slave foot posture), ↑P_sf_aim_L and ↑P_sf_aim_R, are the target positions (target slave foot positions) of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively.

また、↑θ_sf_act_L,↑θ_sf_act_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L.6Rの実際の姿勢(実スレーブ足部姿勢)、↑θ_sf_aim_L,↑θ_sf_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L.6Rの目標姿勢(目標スレーブ足部姿勢)である。 Also, ↑θ_sf_act_L and ↑θ_sf_act_R are the left and right leg portions 6L . 6R's actual postures (actual slave foot postures), ↑θ_sf_aim_L and ↑θ_sf_aim_R, are the left and right feet of the slave device 1, respectively, 6L. 6R target posture (desired slave foot posture).

また、↑P_opf_act_L,↑P_opf_act_Rは、それぞれ、オペレータPの左側及び右側のそれぞれの足部の実際の位置(実オペレータ足部位置)、↑θ_opf_act_L,↑θ_opf_act_Rは、それぞれ、オペレータPの左側及び右側のそれぞれの足部の実際の姿勢(実オペレータ足部姿勢)である。 ↑P_opf_act_L and ↑P_opf_act_R are the actual positions of the operator P's left and right feet (actual operator's foot positions), respectively; It is the actual posture of each foot (actual operator foot posture).

また、Kpsfは、所定値の係数、又は、所定値の対角成分を有する対角行列、↑Cpsfは所定値の成分を有する定数ベクトルである。この↑Cpsfはゼロベクトルであってもよい。なお、↑θ_sf_aim_L,↑θ_sf_aim_Lのそれぞれと↑θ_opf_act_L,↑θ_opf_act_Rのそれぞれとの間の所定の関係は、例えば、式(21a)又は式(21b)と同様の形態の一次関数により表される関係であってもよい。 Kpsf is a coefficient of a predetermined value or a diagonal matrix having a diagonal component of a predetermined value, and ↑Cpsf is a constant vector having a component of a predetermined value. This ↑Cpsf may be a zero vector. Note that the predetermined relationship between each of ↑θ_sf_aim_L and ↑θ_sf_aim_L and each of ↑θ_opf_act_L and ↑θ_opf_act_R is, for example, a relationship expressed by a linear function similar to Equation (21a) or Equation (21b). There may be.

次にSTEP12において、スレーブ動作目標決定部31aは、オペレータPの左右の各足部の実足部床反力と、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの実スレーブ床反力とが、次式(22a)~(22d)により示される所定の関係を満たすことを目標として、マスター制御部81から受信したオペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部床反力(観測値)に応じて、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部位置姿勢を決定する。 Next, in STEP 12, the slave action target determination unit 31a determines that the actual foot floor reaction forces of the left and right feet of the operator P and the actual slave floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1 are , the actual operator foot floor reaction forces (observed values) of the left and right feet of the operator P received from the master control unit 81, with the goal of satisfying the predetermined relationships represented by the following equations (22a) to (22d): , the target slave foot position and orientation of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1 are determined.

すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、オペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部床反力の観測値から、次式(22a-1)~(22d-1)によりスレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力を決定する。
↑F_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_L
……(22a)
↑F_sf_act_R=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22b)
↑M_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22c)
↑F_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22d)

↑F_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_L
……(22a-1)
↑F_sf_aim_R=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22b-1)
↑M_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22c-1)
↑F_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22d-1)
That is, the slave motion target determination unit 31a determines the left and right motions of the slave device 1 from the observed values of the actual operator foot floor reaction forces of the left and right feet of the operator P according to the following equations (22a-1) to (22d-1). determine the target slave foot floor reaction force of each foot 6L, 6R.
↑F_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_L
...... (22a)
↑F_sf_act_R=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
...... (22b)
↑M_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
...... (22c)
↑F_sf_act_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
...... (22d)

↑F_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_L
... (22a-1)
↑F_sf_aim_R=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
……(22b-1)
↑M_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
...... (22c-1)
↑F_sf_aim_L=mtotal_ratio*↑F_opf_act_R
...... (22d-1)

ここで、↑F_sf_act_L,↑F_sf_act_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの実スレーブ足部床反力のうちの並進力(実スレーブ足部並進力)、↑F_sf_aim_L,↑F_sf_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力のうちの並進力(目標スレーブ足部並進力)である。 Here, ↑F_sf_act_L and ↑F_sf_act_R are the translational forces (actual slave foot translational forces) of the actual slave foot floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively. F_sf_aim_L and ↑F_sf_aim_R are the translational forces (target slave foot translational forces) of the desired slave foot floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively.

また、↑M_sf_act_L,↑M_sf_act_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの実スレーブ足部床反力のうちのモーメント(実スレーブ足部モーメント)、M_sf_aim_L,↑M_sf_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力のうちのモーメント(目標スレーブ足部モーメント)である。 Also, ↑M_sf_act_L and ↑M_sf_act_R are the moments (actual slave foot moment) of the actual slave foot floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively, M_sf_aim_L and ↑M_sf_aim_R are the moments (target slave foot moments) of the desired slave foot floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively.

また、↑F_opf_act_L,↑F_opf_act_Rは、それぞれ、オペレータPの左側及び右側のそれぞれの足部の実オペレータ足部床反力のうちの並進力(実オペレータ足部並進力)、↑M_opf_act_L,↑M_opf_act_Rは、それぞれ、オペレータPの左側及び右側のそれぞれの実オペレータ足部床反力のうちのモーメント(実オペレータ足部モーメント)である。 Also, ↑F_opf_act_L and ↑F_opf_act_R are the translational forces (actual operator foot translational forces) of the actual operator foot floor reaction forces of the left and right feet of the operator P, respectively, and ↑M_opf_act_L and ↑M_opf_act_R are , respectively, are the moments of the actual operator foot floor reaction forces on the left and right sides of the operator P (actual operator foot moments).

また、mtotal_ratioは、スレーブ装置1の全体の質量であるスレーブ全質量と、オペレータPの全体の質量であるオペレータ全質量との質量比率(=スレーブ全質量/オペレータ全質量)である。 Also, mtotal_ratio is the mass ratio (=slave total mass/operator total mass) between the slave total mass, which is the mass of the entire slave device 1, and the operator total mass, which is the mass of the operator P overall.

次に、スレーブ動作目標決定部31aは、STEP13~15のそれぞれにおいて、目標スレーブ床反力のうちの目標スレーブ足部床反力中心点、目標スレーブ全床反力、及び目標スレーブ全床反力中心点をそれぞれ決定する。 Next, in each of STEPs 13 to 15, the slave action target determination unit 31a determines the desired slave foot floor reaction force center point, the desired slave total floor reaction force, and the desired slave total floor reaction force, among the desired slave floor reaction forces. Determine each center point.

具体的には、STEP13では、スレーブ動作目標決定部31aは、STEP12で決定した目標スレーブ足部床反力(↑F_sf_aim_L,↑F_sf_aim_R,↑M_sf_aim_L,↑M_sf_aim_R)から、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力中心点の横方向位置を求める。この場合、各足部6の床反力中心点(COP)は、横方向(スレーブ側グローバル座標系CgsのX軸方向及びY軸方向)の軸周りのモーメントがゼロになる点である。従って、左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力中心点の横方向位置は、次式(23a)~(23d)により算出される。
COP_sf_x_aim_L=M_sf_y_aim_L/F_sf_z_aim_L
……(23a)
COP_sf_x_aim_R=M_sf_y_aim_R/F_sf_z_aim_R
……(23b)
COP_sf_y_aim_L=-M_sf_x_aim_L/F_sf_z_aim_L
……(23c)
COP_sf_y_aim_R=-M_sf_x_aim_R/F_sf_z_aim_R
……(23d)
Specifically, in STEP 13, the slave movement target determination unit 31a determines the left and right feet of the slave device 1 from the target slave foot floor reaction forces (↑F_sf_aim_L, ↑F_sf_aim_R, ↑M_sf_aim_L, ↑M_sf_aim_R) determined in STEP 12. The lateral position of the target slave foot floor reaction force central point of the parts 6L and 6R is obtained. In this case, the center point (COP) of the floor reaction force of each leg 6 is the point at which the moment about the lateral direction (the X-axis direction and the Y-axis direction of the slave-side global coordinate system Cgs) becomes zero. Therefore, the lateral position of the target slave foot floor reaction force center point of each of the left and right feet 6L, 6R is calculated by the following equations (23a) to (23d).
COP_sf_x_aim_L = M_sf_y_aim_L / F_sf_z_aim_L
...... (23a)
COP_sf_x_aim_R = M_sf_y_aim_R / F_sf_z_aim_R
... (23b)
COP_sf_y_aim_L = -M_sf_x_aim_L/F_sf_z_aim_L
...... (23c)
COP_sf_y_aim_R = -M_sf_x_aim_R/F_sf_z_aim_R
...... (23d)

ここで、COP_sf_x_aim_L,COP_sf_x_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力中心点のX軸方向の目標位置、COP_sf_y_aim_L,COP_sf_y_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力中心点のY軸方向の目標位置である。 Here, COP_sf_x_aim_L and COP_sf_x_aim_R are the target positions in the X-axis direction of the desired slave foot floor reaction force center points of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1 respectively, and COP_sf_y_aim_L and COP_sf_y_aim_R are respectively: This is the target position in the Y-axis direction of the target slave foot floor reaction force center point of the left and right foot portions 6L and 6R of the slave device 1, respectively.

また、Msf_y_aim_L,Msf_y_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部モーメント↑M_sf_aim_L,↑M_sf_aim_RのY軸周り方向の成分、Msf_x_aim_L,Msf_x_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部モーメント↑M_sf_aim_L,↑M_sf_aim_RのX軸周り方向の成分、F_s_z_aim_L,F_sf_z_aim_Rは、それぞれ、スレーブ装置1の左側及び右側のそれぞれの足部6L,6Rの目標スレーブ足部並進力↑F_sf_aim_L,↑F_sf_aim_RのZ軸方向(上下方向)の成分である。 Further, Msf_y_aim_L and Msf_y_aim_R are the target slave leg moments ↑M_sf_aim_L and ↑M_sf_aim_R of the left and right legs 6L and 6R of the slave device 1, respectively. Target slave foot moments ↑M_sf_aim_L and ↑M_sf_aim_R of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1, respectively, in the direction around the X axis, F_s_z_aim_L and F_sf_z_aim_R ↑F_sf_aim_L, ↑F_sf_aim_R of the target slave foot translational forces ↑F_sf_aim_L, ↑F_sf_aim_R of the feet 6L, 6R in the Z-axis direction (vertical direction).

STEP14では、スレーブ動作目標決定部31aは、STEP12で決定した目標スレーブ足部床反力(↑F_sf_aim_L,↑F_sf_aim_R,↑M_sf_aim_L,↑M_sf_aim_R)から、次式(24a),(24b)により、目標スレーブ全床反力(並進力↑F_sf_total_aim及びモーメント↑M_sf_total_aim)を求める。すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、左右の足部6L,6Rのそれぞれの目標スレーブ足部床反力の合力を目標スレーブ全床反力として求める。なお、↑F_sf_total_aim、↑M_sf_total_aimは、それぞれ、目標スレーブ全床反力並進力、モーメントである。
↑F_sf_total_aim=↑F_sf_aim_L+↑F_sf_aim_R
……(24a)
↑M_sf_total_aim=↑M_sf_aim_L+↑M_sf_aim_R
……(24b)
In STEP 14, the slave movement target determining unit 31a calculates the target slave foot floor reaction force (↑F_sf_aim_L, ↑F_sf_aim_R, ↑M_sf_aim_L, ↑M_sf_aim_R) determined in STEP 12 by the following equations (24a) and (24b). Obtain the total floor reaction force (translational force ↑F_sf_total_aim and moment ↑M_sf_total_aim). That is, the slave motion target determining unit 31a obtains the resultant force of the desired slave foot floor reaction forces of the left and right feet 6L and 6R as the desired slave total floor reaction force. Note that ↑F_sf_total_aim and ↑M_sf_total_aim are the translational force and moment of the desired slave total floor reaction force, respectively.
↑F_sf_total_aim = ↑F_sf_aim_L + ↑F_sf_aim_R
...... (24a)
↑M_sf_total_aim = ↑M_sf_aim_L + ↑M_sf_aim_R
...... (24b)

STEP15では、スレーブ動作目標決定部31aは、STEP14で求めた目標スレーブ全床反力(↑F_sf_total_aim,↑M_sf_total_aim)から、前記STEP13で使用した式(23a)~(23d)と同様の式である次式(25a),(25b)により、目標スレーブ全床反力中心点の横方向位置を求める。なお、COP_sf_total_x_aim,COP_sf_total_y_aimは、それぞれ、目標スレーブ全床反力中心点のX軸方向位置、Y軸方向位置である。
COP_sf_total_x_aim=M_sf_total_y_aim/F_sf_total_z_aim
……(25a)
COP_sf_total_y_aim=-M_sf_total_x_aim_L/F_sf_total_z_aim
……(25b)
In STEP 15, the slave movement target determining unit 31a calculates the same equations (23a) to (23d) used in STEP 13 from the target slave total floor reaction force (↑F_sf_total_aim, ↑M_sf_total_aim) obtained in STEP 14. The lateral position of the desired slave total floor reaction force center point is obtained from equations (25a) and (25b). COP_sf_total_x_aim and COP_sf_total_y_aim are the X-axis direction position and Y-axis direction position of the desired slave total floor reaction force center point, respectively.
COP_sf_total_x_aim = M_sf_total_y_aim/F_sf_total_z_aim
...... (25a)
COP_sf_total_y_aim=-M_sf_total_x_aim_L/F_sf_total_z_aim
...... (25b)

次に、STEP16において、スレーブ動作目標決定部31aは、実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)と、実スレーブ上体姿勢(向き及び傾き)とが、例えば次式(26)により示される所定の関係を満たすことを目標として、マスター制御部81から受信した実オペレータ上体姿勢(実オペレータ上体向き及び実オペレータ上体傾き)の観測値に応じて、目標スレーブ上体姿勢を決定する。
すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、実オペレータ上体姿勢の観測値から、例えば、次式(26-1)により目標スレーブ上体姿勢を決定する。
↑θ_sb_act=↑θ_opb_act ……(26)
↑θ_sb_aim=↑θ_opb_act ……(26-1)
Next, in STEP 16, the slave motion target determining unit 31a determines that the actual operator body posture (orientation and inclination) and the actual slave body posture (orientation and inclination) are given by, for example, the following equation (26). With the goal of satisfying the relationship, the target slave body posture is determined according to the observed values of the actual operator body posture (actual operator body orientation and actual operator body inclination) received from the master control unit 81 .
That is, the slave motion target determining unit 31a determines the desired slave body posture from the observed value of the actual operator body posture, for example, by the following equation (26-1).
↑θ_sb_act = ↑θ_opb_act … (26)
↑θ_sb_aim = ↑θ_opb_act … (26-1)

ここで、↑θ_sb_actは、実スレーブ上体姿勢、↑θ_sb_aimは、目標スレーブ上体姿勢、↑θ_opb_actは、実オペレータ上体姿勢である。この場合、↑θ_opb_actのX軸周り方向及びY軸周り方向の成分の値として、実オペレータ上体傾きの観測値が用いられ、↑θ_opb_actのZ軸周り方向(ヨー方向)の成分の値として、実オペレータ上体向きの観測値が用いられる。 Here, ↑θ_sb_act is the actual slave body posture, ↑θ_sb_aim is the target slave body posture, and ↑θ_opb_act is the actual operator body posture. In this case, the observed value of the actual operator's body inclination is used as the value of the component of ↑θ_opb_act around the X-axis and the Y-axis, and the value of the component of ↑θ_opb_act around the Z-axis (yaw direction) is: Real operator upside observations are used.

なお、↑θ_sb_actと、↑θ_opb_actとの間の所定の関係は、例えば、前記式(21a)又は式(21b)と同様の形態の一次関数により表される関係であってもよい。 Note that the predetermined relationship between ↑θ_sb_act and ↑θ_opb_act may be, for example, a relationship represented by a linear function in the same form as Equation (21a) or Equation (21b).

次に、STEP17において、スレーブ動作目標決定部31aは、マスター装置51の実上体支持部高さ(上体支持部65の実際の上下方向位置)と、実スレーブ状態高さ(スレーブ装置1の上体2の実際の上下方向位置)とが、例えば次式(27)により示される所定の関係を満たすことを目標として、マスター制御部81から受信した実上体支持部高さの観測値に応じて、目標スレーブ上体位置のうちの高さ(目標スレーブ上体高さ)を決定する。
すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、実上体支持部高さの観測値から次式(27-1)により目標スレーブ上体高さを決定する。
P_sb_z_act=Kpsb_z*P_mb_z_act+Cpsb_z
……(27)
P_sb_z_aim=Kpsb_z*P_mb_z_act+Cpsb_z
……(27-1)
Next, in STEP 17, the slave operation target determining unit 31a determines the actual height of the body support portion of the master device 51 (the actual vertical position of the body support portion 65) and the actual slave state height (the position of the slave device 1). The actual vertical position of the body 2) and the observed value of the actual body support height received from the master control unit 81, with the goal of satisfying a predetermined relationship represented by, for example, the following equation (27). Accordingly, the height (target slave body height) of the target slave body position is determined.
That is, the slave motion target determination unit 31a determines the target slave upper body height from the observed value of the actual body support height using the following equation (27-1).
P_sb_z_act = Kpsb_z * P_mb_z_act + Cpsb_z
……(27)
P_sb_z_aim = Kpsb_z * P_mb_z_act + Cpsb_z
……(27-1)

ここで、P_sb_z_actは、実スレーブ上体高さ、P_sb_z_aimは、目標スレーブ上体高さ、P_mb_z_ actは、実上体支持部高さ、Kpsb_z、Cpsb_zがあらかじめ設定された所定値の定数である。なお、Cpsb_zはゼロであってもよい。 Here, P_sb_z_act is the actual slave body height, P_sb_z_aim is the target slave body height, P_mb_z_act is the actual body support portion height, and Kpsb_z and Cpsb_z are preset constants. Note that Cpsb_z may be zero.

補足すると、マスター制御部81が、実オペレータ上体高さP_opb_z_actの観測値を取得し得る場合には、実オペレータ上体高さP_opb_z_actと、実スレーブ上体高さP_sb_z_actとが、例えば前記式(27)のP_mb_z_actをP_opb_z_actに置き換えた関係を満たすように、P_opb_z_act_の観測値に応じて目標スレーブ上体高さP_sb_z_aimを決定してもよい。すなわち、式(27-1)のP_mb_z_actをP_opb_z_actに置き換えた式により、目標スレーブ上体高さP_sb_z_aimを決定してもよい。 Supplementally, when the master control unit 81 can acquire the observed value of the actual operator body height P_opb_z_act, the actual operator body height P_opb_z_act and the actual slave body height P_sb_z_act are, for example, given by the above equation (27). The target slave upper body height P_sb_z_aim may be determined according to the observed value of P_opb_z_act_ so as to satisfy the relationship obtained by replacing P_mb_z_act with P_opb_z_act. That is, the target slave upper body height P_sb_z_aim may be determined by a formula in which P_mb_z_act in formula (27-1) is replaced with P_opb_z_act.

次に、STEP18において、スレーブ動作目標決定部31aは、上体横方向位置推定部31dにより後述する如く推定される実スレーブ上体横方向位置の最新値を、目標スレーブ上体位置の横方向位置である目標スレーブ上体横方向位置として決定する。すなわち、スレーブ動作目標決定部31aは、実スレーブ上体横方向位置の観測値(最新値)から、次式(28a),(28b)により、目標スレーブ上体横方向位置を決定する。
P_sb_x_aim=P_sb_x_act ……(28a)
P_sb_y_aim=P_sb_y_act ……(28b)
Next, in STEP 18, the slave motion target determining unit 31a updates the latest value of the actual slave lateral body position estimated by the lateral body position estimating unit 31d as will be described later to the lateral position of the target slave body position. is determined as the desired slave lateral body position. That is, the slave movement target determining unit 31a determines the desired slave lateral body position from the observed value (latest value) of the actual slave lateral body position using the following equations (28a) and (28b).
P_sb_x_aim = P_sb_x_act (28a)
P_sb_y_aim = P_sb_y_act (28b)

ここで、P_sb_x_aimは、目標スレーブ上体横方向位置のうちのX軸方向位置、P_sb_y_aimは、目標スレーブ上体横方向位置のうちのY軸方向位置、P_sb_x_actは、実スレーブ上体横方向位置のうちのX軸方向位置、P_sb_y_actは、実スレーブ上体横方向位置のうちのY軸方向位置である。 Here, P_sb_x_aim is the X-axis position of the desired slave lateral body position, P_sb_y_aim is the Y-axis position of the desired slave lateral body position, and P_sb_x_act is the actual slave lateral body position. Among them, the X-axis direction position, P_sb_y_act, is the Y-axis direction position of the real slave body lateral direction positions.

スレーブ動作目標決定部31aの処理は、以上の如く実行される。従って、本実施形態では、スレーブ装置1の左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部位置姿勢は、前記式(21a)~(21d)により示される一定の線形関係を目標として、実オペレータ足部位置姿勢の観測値に応じて決定される。 The processing of the slave operation target determination unit 31a is executed as described above. Therefore, in the present embodiment, the desired slave foot position/orientation of the left and right feet 6L and 6R of the slave device 1 is set to the real operator's It is determined according to the observed values of foot posture.

また、目標スレーブ上体姿勢及び目標スレーブ上体高さのそれぞれは、前記式(26),(27)により示される一定の線形関係を目標として、実オペレータ上体姿勢と、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)とのそれぞれの観測値に応じて決定される。 Further, the desired slave body posture and the desired slave body height are determined by the actual operator body posture and the actual body support height, respectively, with the constant linear relationship shown by the above equations (26) and (27) as targets. height (or actual operator torso height).

一方、目標スレーブ上体横方向位置については、オペレータPの上体や上体支持部65の実際の横方向位置によらずに、実スレーブ上体横方向位置がそのまま目標スレーブ上体横方向位置として決定される。 On the other hand, as for the target slave body lateral position, the actual slave body lateral position is the target slave body lateral position as it is, regardless of the actual lateral position of the operator P's body and the body support section 65 . is determined as

また、目標スレーブ床反力のうちの左右の各足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力(並進力及びモーメント)は、オペレータPの左右の各足部の実オペレータ足部床反力に、スレーブ装置1とオペレータPとの質量比率(=スレーブ全質量/オペレータ全質量)で比例するように決定される。そして、目標スレーブ足部床反力中心点、目標スレーブ全床反力、及び目標スレーブ全床反力中心点は、各足部6L,6Rの目標スレーブ足部床反力と所定の必要関係を満たすように決定される。 Further, among the target slave foot floor reaction forces, the desired slave foot floor reaction forces (translational force and moment) of the left and right feet 6L and 6R are the actual operator foot floor reaction forces of the operator P's left and right feet. is proportional to the mass ratio of the slave device 1 and the operator P (=total slave mass/total mass of operator). The desired slave foot floor reaction force central point, the desired slave total floor reaction force, and the desired slave total floor reaction force central point have a predetermined necessary relationship with the desired slave foot floor reaction forces of the feet 6L and 6R. determined to meet

従って、目標スレーブ上体横方向位置以外の目標スレーブ上体運動と、目標スレーブ脚運動と、目標スレーブ床反力とは、それぞれ、オペレータPの上体の実際の運動と、オペレータPの各足部の実際の運動と、オペレータPに作用する実際の床反力とのそれぞれと同じパターンで変化するように決定される。 Therefore, the desired slave body motion other than the desired slave body lateral position, the desired slave leg motion, and the desired slave floor reaction force are respectively the actual motion of operator P's upper body and each leg of operator P. It is determined so that the actual movement of the body and the actual floor reaction force acting on the operator P change in the same pattern.

補足すると、本実施形態では、目標スレーブ上体高さP_sb_z_aimを、実上体支持部高さP_mb_z_act(又は実オペレータ上体高さP_opb_z_act)の観測値に応じて決定した。ただし、目標スレーブ上体高さP_sb_z_aimを、例えば、実上体支持部高さP_mb_z_act(又は実オペレータ上体高さP_opb_z_act)によらずに、あらかじめ定めた所定値に設定してもよい。この場合には、実上体支持部高さP_mb_z_ act(又は実オペレータ上体高さP_opb_z_act)の観測値をマスター制御部81からスレーブ制御部31に出力(送信)することは不要である。 Supplementally, in the present embodiment, the target slave upper body height P_sb_z_aim is determined according to the observed value of the actual body support height P_mb_z_act (or the actual operator body height P_opb_z_act). However, the target slave body height P_sb_z_aim may be set to a predetermined value, for example, regardless of the actual body support height P_mb_z_act (or the actual operator body height P_opb_z_act). In this case, it is not necessary to output (transmit) the observed value of the actual body support height P_mb_z_act (or the actual operator body height P_opb_z_act) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 .

また、図8のフローチャートでの説明は省略したが、本実施形態では、スレーブ装置1は、上体2に対して可動な腕10及び頭部17を有するので、スレーブ動作目標決定部31aは、各腕10及び頭部17の目標運動も決定する。この場合、オペレータPの操縦によるスレーブ装置1の移動時には、各腕10及び頭部17の目標運動は、例えば、各腕10のハンド部13と頭部17とを上体2に対して一定の位置姿勢に保つように決定され得る。 Also, although the description in the flowchart of FIG. 8 is omitted, in the present embodiment, the slave device 1 has the arm 10 and the head 17 that are movable with respect to the body 2, so the slave motion target determination unit 31a A target motion for each arm 10 and head 17 is also determined. In this case, when the slave device 1 is moved by the operation of the operator P, the desired motion of each arm 10 and head 17 is, for example, the hand portion 13 and head portion 17 of each arm 10 are kept at a constant position relative to the upper body 2. It can be determined to keep the orientation.

ただし、例えば、各腕10を、脚3の運動に同期させて、上体2に対して前後に振る等の運動を行わせるように各腕10の目標運動を決定してもよい。また、頭部17を適宜、上体2に対して動かすように該頭部17の目標運動を決定してもよい。また、例えば、オペレータPの各腕や頭部の実際の運動を、オペレータ運動検出器70と同様の検出器により推定し、スレーブ装置1の各腕10や頭部17の目標運動(上体2に対する目標運動)を、オペレータPの各腕や頭部の実際の運動と同様の運動に決定してもよい。 However, for example, the target motion of each arm 10 may be determined such that each arm 10 is synchronized with the motion of the leg 3 and is swung back and forth with respect to the body 2 . Also, the desired motion of the head 17 may be determined so as to move the head 17 relative to the upper body 2 as appropriate. Further, for example, the actual motion of each arm and head of the operator P is estimated by a detector similar to the operator motion detector 70, and the target motion of each arm 10 and head 17 of the slave device 1 (upper body 2 ) may be determined to be similar to the actual movements of the operator P's arms and head.

[上体横方向位置推定部の処理]
次に、上体横方向位置推定部31dの処理を説明する。上体横方向位置推定部31dには、図2に示す如く、上体姿勢検出器23で検出された実上体傾きと、スレーブ動作目標決定部31aで決定された目標スレーブ上体位置姿勢のうちの傾き(目標上体傾き)と、横方向位置(目標上体横方向位置)とが逐次入力される。そして、上体横方向位置推定部31dは、これらの入力値を用いて実スレーブ上体横方向位置を推定する。
[Processing of Body Lateral Position Estimating Unit]
Next, the processing of the lateral body position estimator 31d will be described. As shown in FIG. 2, the lateral body position estimator 31d stores the actual body inclination detected by the body posture detector 23 and the target slave body position/posture determined by the slave motion target determiner 31a. The inclination (desired body inclination) and the lateral position (desired body lateral position) are sequentially input. Then, the lateral body position estimator 31d uses these input values to estimate the actual slave lateral body position.

ここで、スレーブ装置1は、基本的には、スレーブ動作目標決定部31aで決定される目標スレーブ上体位置姿勢及び目標スレーブ足部位置姿勢に概ね従うように動作するが、床面の凹凸状態や、後述するコンプライアンス制御によるも目標スレーブ足部位置姿勢の修正等に起因して、上体2の実際の姿勢のうちの傾きが、目標スレーブ上体傾きに対してずれを生じることがある。そして、上体2の傾きの当該ずれが生じると、上体2の実際の横方向位置が目標スレーブ上体横方向位置に対してずれを生じる。 Here, the slave device 1 basically operates so as to follow the desired slave body position/posture and the desired slave foot position/posture determined by the slave motion target determining unit 31a, but the uneven state of the floor surface Also, the inclination of the actual posture of the body 2 may deviate from the target slave body inclination due to correction of the desired slave foot position/posture by compliance control, which will be described later. Then, when the deviation of the inclination of the body 2 occurs, the actual lateral position of the body 2 deviates from the desired slave body lateral position.

そこで、上体横方向位置推定部31dは、例えば、次式(29a),(29b)により、実スレーブ上体横方向位置を推定する。
P_sb_x_act
=P_sb_x_aim+P_sb_z_act*sin(θ_sb_y_act-θ_sb_y_aim)
……(29a)
P_sb_y_act
=P_sb_y_aim-P_sb_z_act*sin(θ_sb_x_act-θ_sb_x_aim)
……(29b)
Therefore, the lateral body position estimating unit 31d estimates the actual slave lateral body position by, for example, the following equations (29a) and (29b).
P_sb_x_act
= P_sb_x_aim + P_sb_z_act * sin(θ_sb_y_act - θ_sb_y_aim)
... (29a)
P_sb_y_act
= P_sb_y_aim - P_sb_z_act * sin(θ_sb_x_act - θ_sb_x_aim)
... (29b)

ここで、P_sb_x_act,P_sb_y_actは、それぞれ、実スレーブ上体横方向位置のうちのX軸方向位置及びY軸方向位置の観測値、P_sb_x_aim,P_sb_y_aimは、それぞれ、目標スレーブ上体横方向位置のうちのX軸方向位置及びY軸方向位置、P_sb_z_actは、実スレーブ上体高さ、θ_sb_x_aim,θ_sb_y_aimは、それぞれ、目標スレーブ上体傾きのうちのX軸周り方向の傾き及びY軸周り方向の傾き、θ_sb_x_act,θ_sb_y_actは、それぞれ、実スレーブ上体傾きのうちのX軸周り方向の傾き及びY軸周り方向の傾きの観測値である。 Here, P_sb_x_act and P_sb_y_act are the observed values of the X-axis direction position and the Y-axis direction position of the actual slave lateral body position, respectively, X-axis position and Y-axis position, P_sb_z_act is the actual slave body height, θ_sb_x_aim, θ_sb_y_aim are the inclination around the X axis and the inclination around the Y axis, respectively, of the target slave body inclination, θ_sb_x_act, θ_sb_y_act is the observed value of the inclination around the X-axis and the inclination around the Y-axis among the real slave body inclinations.

この場合、目標スレーブ上体横方向位置P_sb_x_aim,P_sb_y_aimの値としては、上体横方向位置推定部31dの今回の制御処理の前の制御処理周期でスレーブ動作目標決定部31aにより決定された目標値が用いられる。また、実スレーブ上体傾きθ_sb_x_act,θ_sb_y_actの値としては、前記上体姿勢検出器23による推定値が用いられる。 In this case, as the values of the target slave lateral body positions P_sb_x_aim and P_sb_y_aim, the target values determined by the slave operation target determining unit 31a in the control processing cycle before the current control processing of the lateral body position estimating unit 31d are is used. Also, as the values of the actual slave body inclinations θ_sb_x_act and θ_sb_y_act, estimated values obtained by the body posture detector 23 are used.

また、実スレーブ上体高さP_sb_z_actの値としては、例えば、スレーブ装置1の左右の脚3L,3Rのうち、いずれかの接地状態の脚3の各関節の実関節変位の検出値から、運動学の演算により推定してなる推定値が用いられる。なお、両方の脚3L,3Rが接地状態である場合には、例えば、それぞれの脚3L,3R毎に運動学の演算により上体2の高さを推定してもよい。そして、それぞれの脚3L,3R毎の推定値の平均値を、実スレーブ上体高さP_sb_z_actの値として用いてもよい。あるいは、実スレーブ上体高さP_sb_z_actの代わりに、例えば、スレーブ動作目標決定部31aで決定された目標スレーブ上体高さP_sb_z_aimを用いてもよい。 Also, as the value of the actual slave body height P_sb_z_act, for example, from the detected value of the actual joint displacement of each joint of one of the left and right legs 3L and 3R of the slave device 1 in the grounded state, kinematics An estimated value estimated by the calculation of is used. When both legs 3L and 3R are in contact with the ground, for example, the height of body 2 may be estimated for each leg 3L and 3R by kinematic calculation. Then, the average value of the estimated values for each of the legs 3L and 3R may be used as the value of the actual slave body height P_sb_z_act. Alternatively, instead of the actual slave body height P_sb_z_act, for example, the target slave body height P_sb_z_aim determined by the slave movement target determination unit 31a may be used.

なお、目標スレーブ上体傾きと実スレーブ上体傾きとのY軸周り方向の偏差(=θ_sb_y_act-θ_sb_y_aim)又はX軸周り方向の偏差(=θ_sb_x_act-θ_sb_x_aim)の絶対値が十分に小さい場合には、sin(θ_sb_y_act-θ_sb_y_aim)≒θ_sb_y_act-θ_sb_y_aim、又はsin(θ_sb_x_act-θ_sb_x_aim)≒θ_sb_x_act-θ_sb_x_aimという近似関係を用いて、式(29a)又は式(29b)の右辺の演算を行ってもよい。 If the absolute value of the deviation around the Y-axis (=θ_sb_y_act-θ_sb_y_aim) or the deviation around the X-axis (=θ_sb_x_act-θ_sb_x_aim) between the target slave body inclination and the actual slave body inclination is sufficiently small, , sin(θ_sb_y_act−θ_sb_y_aim)≈θ_sb_y_act−θ_sb_y_aim, or sin(θ_sb_x_act−θ_sb_x_aim)≈θ_sb_x_act−θ_sb_x_aim may be used to calculate the right side of Equation (29a) or Equation (29b).

補足すると、実スレーブ上体横方向位置を推定する手法は、上記の手法に限られない。例えば、前記上体姿勢検出器23の加速度センサ23aにより検出される横方向の並進加速度を積分(2階積分)することにより、実スレーブ上体横方向位置を推定することも可能である。 Supplementally, the method of estimating the actual slave lateral body position is not limited to the above method. For example, it is possible to estimate the actual slave lateral body position by integrating lateral translational acceleration detected by the acceleration sensor 23a of the body posture detector 23 (second-order integration).

また、例えば、前記式(29a),(29b)による推定手法と、加速度センサ23aを使用した推定手法とをカルマンフィルタを用いて融合する処理により、実スレーブ上体横方向位置を推定することも可能である。この他、物体の自己位置推定を行い得る様々な公知の手法により、実スレーブ上体横方向位置を推定することが可能である。 Further, for example, it is also possible to estimate the actual slave lateral body position by combining the estimation method based on the above equations (29a) and (29b) and the estimation method using the acceleration sensor 23a using a Kalman filter. is. In addition, it is possible to estimate the real slave lateral body position by various known methods that can estimate the self-position of an object.

[複合コンプライアンス動作決定部の処理]
次に、複合コンプライアンス動作決定部31bの処理を説明する。複合コンプライアンス動作決定部31bには、図2に示す如く、スレーブ動作目標決定部31aで決定された目標スレーブ脚運動(目標スレーブ足部位置姿勢)と、目標スレーブ床反力(目標スレーブ足部床反力、目標スレーブ足部床反力中心点、目標スレーブ全床反力、目標スレーブ全床反力中心点)とが逐次入力される。そして、複合コンプライアンス動作決定部31bは、これらの入力値を用いて、コンプライアンス制御の処理により、目標スレーブ足部位置姿勢を修正することで、修正目標スレーブ脚運動(修正目標スレーブ足部位置姿勢)を決定する。
[Processing of Composite Compliance Operation Determination Unit]
Next, processing of the composite compliance operation determination unit 31b will be described. As shown in FIG. 2, the composite compliance motion determination unit 31b stores the desired slave leg motion (desired slave foot position/orientation) determined by the slave motion target determination unit 31a and the desired slave floor reaction force (desired slave foot floor reaction force, desired slave foot floor reaction force central point, desired slave total floor reaction force, desired slave total floor reaction force central point) are sequentially input. Then, the composite compliance motion determination unit 31b uses these input values to correct the desired slave foot position/posture through compliance control processing, thereby obtaining a corrected desired slave leg motion (corrected desired slave foot position/posture). to decide.

この複合、複合コンプライアンス動作決定部31bの処理(コンプライアンス制御の処理)は、それを一般化していえば、スレーブ装置1が移動する床面の予期しない凹凸や障害物等に起因して、各足部6に過大な床反力が作用したり、あるいは、スレーブ装置1の全体の姿勢が崩れるのを防止するために、スレーブ装置1に実際に作用する床反力である実スレーブ床反力に係る所要の状態量(所定方向の並進力、所定の軸周り方向のモーメント、各足部6の床反力中心点の位置、全床反力中心点の位置等)を、スレーブ動作目標決定部31aが決定した目標スレーブ床反力等により規定される所要の目標値に近づけるように、スレーブ装置1の全体の目標運動のうちの目標スレーブ足部位置姿勢を修正する処理である。 The processing (compliance control processing) of the composite and composite compliance operation determination unit 31b can be generalized as follows. In order to prevent an excessive floor reaction force from acting on the slave device 6 or to prevent the overall attitude of the slave device 1 from collapsing, the actual slave floor reaction force, which is the floor reaction force actually acting on the slave device 1, is controlled. Required state quantities (translational force in a predetermined direction, moment in a predetermined axial direction, position of the center point of the floor reaction force of each leg 6, position of the center point of all floor reaction forces, etc.) is a process of correcting the desired slave foot position/orientation of the overall desired motion of the slave device 1 so as to approach the required desired value defined by the determined desired slave floor reaction force and the like.

本実施形態では、かかる複合コンプライアンス動作決定部31bの処理として、例えば、特開平10-277969号公報の段落0123~0207に説明されている公知の制御処理が実行される。このため、本明細書での複合コンプライアンス動作決定部31bの処理の詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態の複合コンプライアンス動作決定部31bの処理では、特開平10-277969号公報に記載されている「補償全床反力モーメントMdmd」はゼロに設定される。 In this embodiment, known control processing described in paragraphs 0123 to 0207 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-277969, for example, is executed as the processing of the composite compliance operation determining section 31b. Therefore, detailed description of the processing of the composite compliance operation determination unit 31b is omitted in this specification. However, in the processing of the composite compliance operation determining section 31b of this embodiment, the "compensating total floor reaction force moment Mdmd" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-277969 is set to zero.

かかる複合コンプライアンス動作決定部31bの処理では、スレーブ装置1の両足部6L,6Rを、目標スレーブ全床反力中心点(換言すれば、目標ZMP)を中心として、X軸周り方向及びY軸周り方向に回転させる動作と、目標スレーブ全床反力中心点を中心として、各足部6L,6RをX軸周り方向及びY軸周り方向で、互いに逆向きに並進移動させる動作との複合動作によって、目標スレーブ全床反力中心点周りで発生する実際の床反力のモーメンント(X軸周り方向及びY軸周り方向のモーメント)をゼロに近づけるように、各足部6の目標スレーブ足部位置姿勢(スレーブ動作目標決定部31aにより決定された目標スレーブ足部位置姿勢)が修正される。これにより、各足部6の修正目標スレーブ足部位置姿勢が決定される。 In the processing of the composite compliance motion determination unit 31b, both legs 6L and 6R of the slave device 1 are moved around the X-axis and Y-axis around the desired slave total floor reaction force central point (in other words, desired ZMP). and a combined motion of moving the legs 6L and 6R around the X-axis and the Y-axis in directions opposite to each other around the target total floor reaction force center point of the slave. , the desired slave foot position of each foot 6 so that the moment of the actual floor reaction force generated around the desired slave total floor reaction force center point (the moment about the X-axis and the Y-axis) approaches zero. The posture (desired slave foot position/posture determined by the slave movement target determination unit 31a) is corrected. As a result, the corrected target slave foot position/orientation of each foot 6 is determined.

この場合、目標スレーブ足部位置姿勢の修正量は、床反力検出器25により検出される実スレーブ足部床反力の観測値と、スレーブ動作目標決定部31aにより決定された目標スレーブ床反力(目標スレーブ足部床反力、目標スレーブ足部床反力中心点、目標スレーブ全床反力、目標スレーブ全床反力中心点)とを用いて決定される。 In this case, the amount of correction of the desired slave foot position/orientation is the observed value of the actual slave foot floor reaction force detected by the floor reaction force detector 25 and the desired slave foot floor reaction force determined by the slave movement target determination unit 31a. force (desired slave foot ground reaction force, desired slave foot ground reaction force center point, desired slave total floor reaction force, desired slave total floor reaction force central point).

[関節変位決定部の処理]
次に、関節変位決定部31cの処理を説明する。関節変位決定部31cには、図2に示す如く、スレーブ動作目標決定部31aで決定された目標スレーブ上体運動(目標スレーブ上体位置姿勢)と、複合コンプライアンス動作決定部31bで決定された修正目標スレーブ脚運動(修正目標スレーブ足部位置姿勢)とが逐次入力される。そして、関節変位決定部31cは、目標スレーブ上体位置姿勢と、各足部6の目標スレーブ足部位置姿勢とから、逆運動学の演算により、スレーブ装置1の各脚3の各関節の目標関節変位を決定する。
[Processing of Joint Displacement Determination Unit]
Next, processing of the joint displacement determination unit 31c will be described. As shown in FIG. 2, the joint displacement determination unit 31c stores the desired slave body motion (desired slave body position/posture) determined by the slave motion target determination unit 31a and the correction determined by the composite compliance motion determination unit 31b. A desired slave leg motion (corrected desired slave foot position/posture) is sequentially input. Then, the joint displacement determination unit 31c calculates the target joints of the legs 3 of the slave device 1 from the target slave body position/posture and the target slave leg position/posture of each leg 6 by inverse kinematics calculation. Determine joint displacement.

また、図2での図示は省略しているが、本実施形態では、関節変位決定部31cには、さらに、スレーブ動作目標決定部31aで決定されたスレーブ装置1の各腕10の目標運動と、頭部17の目標運動とが入力される。そして、関節変位決定部31cは、各腕10の目標運動に応じて各腕10の各関節の目標関節変位を決定すると共に、頭部17の目標運動に応じて、首関節機構18の各関節の目標関節変位を決定する。 Although not shown in FIG. 2, in the present embodiment, the joint displacement determination unit 31c further includes the target motion of each arm 10 of the slave device 1 determined by the slave motion target determination unit 31a. , and the desired motion of the head 17 are input. Then, the joint displacement determination unit 31c determines the target joint displacement of each joint of each arm 10 according to the target motion of each arm 10, and each joint of the neck joint mechanism 18 according to the target motion of the head 17. Determine the target joint displacement of

この場合、各腕10の目標運動が、例えば各腕10のハンド部13の目標位置姿勢(上体2に対する相対的な目標位置姿勢)である場合には、逆運動学の演算処理により、各腕10の各関節の目標関節変位を決定し得る。また、各腕10の目標運動が、例えば各腕10の各関節の目標関節変位により構成される場合には、該目標関節変位がそのまま各関節の目標関節変位として決定される。このことは、頭部17についても同様である。 In this case, if the desired motion of each arm 10 is, for example, the desired position/posture of the hand portion 13 of each arm 10 (the desired position/posture relative to the body 2), each A target joint displacement for each joint of arm 10 may be determined. Further, when the desired motion of each arm 10 is composed of, for example, the desired joint displacement of each joint of each arm 10, the desired joint displacement is directly determined as the desired joint displacement of each joint. The same applies to the head 17 as well.

スレーブ制御部31の各機能部の制御処理は、以上の如く実行される。そして、スレーブ制御部31は、関節変位決定部31cで決定した各関節の目標関節変位を前記関節制御部32に出力する。また、スレーブ制御部31は、上体横方向位置推定部31dで推定された実スレーブ上体横方向位置を通信装置33を介してマスター制御部81に出力(送信)する。 Control processing of each functional unit of the slave control unit 31 is executed as described above. Then, the slave control section 31 outputs the target joint displacement of each joint determined by the joint displacement determination section 31 c to the joint control section 32 . The slave control unit 31 also outputs (transmits) the actual slave lateral body position estimated by the lateral body position estimation unit 31 d to the master control unit 81 via the communication device 33 .

なお、本実施形態では、目標スレーブ上体横方向位置は、実スレーブ上体横方向位置に一致するように決定されるので、実スレーブ上体横方向位置の観測値をマスター制御部81に出力(送信)する代わりに、目標スレーブ上体横方向位置をマスター制御部81に出力してもよい。 In the present embodiment, since the target slave lateral body position is determined so as to match the actual slave lateral body position, the observed value of the actual slave lateral body position is output to the master control unit 81. Instead of (transmitting), the target slave lateral body body position may be output to the master control unit 81 .

[発明との対応関係について]
ここで、以上説明した本実施形態と本願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、マスター装置51の移動機構52及び電動モータ55a,55bと、昇降機構60及びスライド駆動アクチュエータ66とにより、本発明における上体支持部駆動機構が構成される。この場合、電動モータ55a,55bが本発明における第1アクチュエータに相当し、スライド駆動アクチュエータ66が本発明における第3アクチュエータに相当する。
[Regarding the correspondence with the invention]
Here, the corresponding relationship between the present embodiment described above and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the movement mechanism 52 and the electric motors 55a and 55b of the master device 51, the lifting mechanism 60 and the slide drive actuator 66 constitute the upper body support section drive mechanism of the present invention. In this case, the electric motors 55a and 55b correspond to the first actuator of the invention, and the slide drive actuator 66 corresponds to the third actuator of the invention.

また、マスター制御部81の目標上体支持部運動決定部81bとスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a及び複合コンプライアンス動作決定部31bとにより、本発明における動作目標決定部が構成される。この場合、目標上体支持部運動決定部81bが決定する目標上体支持部運動(目標上体支持部位置及び目標上体支持部向き)が、本発明におけるマスター側動作目標に相当する。そして、目標上体支持部運動決定部81bが目標上体支持部横方向位置を決定する機能によって、本発明における第201処理部が実現される。 Further, the desired upper body support movement determination section 81b of the master control section 81 and the slave motion target determination section 31a and the composite compliance motion determination section 31b of the slave control section 31 constitute the motion target determination section of the present invention. In this case, the desired upper body support motion (the desired upper body support position and the desired upper body support orientation) determined by the desired upper body support motion determination unit 81b corresponds to the master-side motion target of the present invention. The 201st processing section of the present invention is implemented by the function of the desired upper body support portion motion determining section 81b determining the desired upper body support portion lateral position.

また、スレーブ動作目標決定部31aにより決定される目標スレーブ上体運動、目標スレーブ腕運動、目標スレーブ頭部運動、および目標スレーブ床反力目標スレーブと、複合コンプライアンス動作決定部31bにより決定される修正目標スレーブ脚運動との組が本発明におけるスレーブ側動作目標に相当する。 Also, the target slave body motion, target slave arm motion, target slave head motion, and target slave floor reaction force target slave determined by the slave motion goal determination unit 31a, and correction determined by the composite compliance motion determination unit 31b A set with the target slave leg motion corresponds to the slave side motion target in the present invention.

また、スレーブ装置1の上体2の横方向位置が本発明におけるスレーブ側基準部横方向位置に相当し、上体支持部65の横方向位置(又はオペレータPの上体の横方向位置)が本発明におけるマスター側基準部横方向位置に相当する。そして、上体支持部65の横方向位置がマスター側基準部横方向位置である場合、前記式(1a),(1b)により表される関係が本発明における第1目標対応関係に相当し、オペレータPの上体の横方向位置がマスター側基準部横方向位置である場合、、前記式(1a),(1b)の左辺をオペレータPの上体の横方向位置に置き換えた式により表される関係が本発明における第1目標対応関係に相当する。 Further, the lateral position of the body 2 of the slave device 1 corresponds to the lateral position of the slave-side reference part in the present invention, and the lateral position of the body support part 65 (or the lateral position of the operator's P body) is This corresponds to the horizontal position of the master-side reference portion in the present invention. When the lateral position of the upper body support portion 65 is the lateral position of the master-side reference portion, the relationship represented by the above formulas (1a) and (1b) corresponds to the first target correspondence relationship in the present invention, When the lateral position of the upper body of operator P is the lateral position of the master-side reference portion, the left sides of the above equations (1a) and (1b) are replaced with the lateral position of the upper body of operator P. corresponds to the first target correspondence in the present invention.

また、スレーブ動作目標決定部31aは、複合コンプライアンス動作決定部31bと併せて、本発明における第1処理部としての機能を有すると共に、目標上体支持部運動決定部81bと併せて、本発明における第2処理部としての機能を有する。さらに、スレーブ動作目標決定部31aは、本発明における第3処理部としての機能を有する。 In addition, the slave motion goal determination unit 31a functions as a first processing unit in the present invention together with the composite compliance motion determination unit 31b, and together with the desired upper body support motion determination unit 81b, functions as the first processing unit in the present invention. It has a function as a second processing unit. Furthermore, the slave operation target determination unit 31a has a function as a third processing unit in the present invention.

この場合、スレーブ動作目標決定部31aが、目標スレーブ足部位置姿勢を決定する処理が、本発明おける第1処理部のうちの第101処理部の処理に相当し、この処理により得られる目標スレーブ足部位置姿勢が本発明における基本目標スレーブ脚位置姿勢に相当する。また、複合コンプライアンス動作決定部31bの処理が、本発明における第1処理部のうちの第102処理部の処理に相当し、この処理により得られる修正目標足部位置姿勢が、本発明における修正後の目標スレーブ脚位置姿勢に相当する。 In this case, the process of determining the desired slave foot position/orientation by the slave movement target determination section 31a corresponds to the process of the 101st processing section of the first processing section of the present invention, and the target slave The foot position/posture corresponds to the basic desired slave leg position/posture in the present invention. In addition, the processing of the composite compliance motion determination unit 31b corresponds to the processing of the 102nd processing unit of the first processing unit in the present invention, and the corrected desired foot position/posture obtained by this processing is the corrected desired foot position/posture in the present invention. corresponds to the target slave leg position and orientation of .

また、スレーブ動作目標決定部31aが、目標スレーブ上体横方向位置(上体2の目標横方向位置)を決定する処理と、目標スレーブ上体高さ(上体2の目標上下方向位置)を決定する処理と、目標スレーブ上体姿勢(上体2の目標姿勢)を決定する処理とが、本発明における第202処理部の処理と、第206処理部の処理と、第207処理部の処理とに各々相当する。 In addition, the slave movement target determination unit 31a determines a target slave lateral body position (target lateral position of the body 2) and determines a target slave body height (target vertical position of the body 2). and the processing of determining the desired slave body posture (the target posture of the body 2) are the processing of the 202nd processing unit, the processing of the 206th processing unit, and the processing of the 207th processing unit in the present invention. correspond respectively to

この場合、前記式(27)により示される関係が本発明における第2目標対応関係に相当し、前記式(26)により示される関係が本発明における第3目標対応関係に相当する。また、スレーブ動作目標決定部31aが、目標スレーブ床反力を決定する処理が、本発明における第3処理部の処理に相当する。 In this case, the relationship represented by Equation (27) corresponds to the second target correspondence relationship in the present invention, and the relationship represented by Equation (26) corresponds to the third target correspondence relationship in the present invention. Further, the process of determining the desired slave floor reaction force by the slave movement target determination unit 31a corresponds to the process of the third processing unit in the present invention.

また、マスター制御部81のマスター移動制御部81aが本発明におけるマスター側制御部に相当し、スレーブ制御部31の関節制御部32が本発明におけるスレーブ側制御部に相当する。 Further, the master movement control section 81a of the master control section 81 corresponds to the master side control section of the present invention, and the joint control section 32 of the slave control section 31 corresponds to the slave side control section of the present invention.

[作用効果について]
以上説明した第1実施形態によれば、基本的には、オペレータPが歩行動作によって床面上を移動するに伴い、スレーブ装置1がオペレータPと同じような歩行動作によって床面上を移動する。この移動時に、スレーブ装置1が、床面の凹凸や障害物との接触等の外乱の影響を受けて、該スレーブ装置1の姿勢が崩れる場合がある。
[About actions and effects]
According to the first embodiment described above, basically, as the operator P moves on the floor by walking, the slave device 1 moves on the floor by walking like the operator P. . During this movement, the slave device 1 may lose its posture due to disturbances such as unevenness of the floor surface and contact with obstacles.

ここで、本実施形態では、目標上体支持部横方向位置は、実上体支持部横方向位置(又は実オペレータ上体横方向位置)と、実スレーブ上体横方向位置とが前記(1a),(1b)により表される関係(又は前記(1a),(1b)の左辺の実オペレータ横方向位置に置き換えた式により表される関係)を満たすことを目標として決定される。また、スレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31aの処理では、目標スレーブ上体横方向位置は、上体支持部65、あるいは、オペレータPの上体の横方向位置によらずに、実スレーブ上体横方向位置の観測値に一致するように決定される。 Here, in the present embodiment, the desired body support lateral position is defined by the combination of the actual body support lateral position (or actual operator lateral body position) and the actual slave lateral body lateral position (1a ) and (1b) (or the relationship represented by the equations in which the left sides of (1a) and (1b) are replaced by the actual operator lateral positions). In addition, in the processing of the slave movement target determination unit 31a of the slave control unit 31, the desired slave lateral body position is not based on the lateral position of the body of the upper body support unit 65 or the operator P. Determined to match observed values of lateral body position.

このため、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合、その崩れた姿勢での実スレーブ上体横方向位置に応じて、目標上体支持部横方向位置が決定される。ひいては、オペレータPの上体には、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力(オペレータPの姿勢をスレーブ装置1と同様に崩そうとする並進力)が上体支持部65から作用する。例えばスレーブ装置1が、前のめり方向に姿勢を崩した場合には、オペレータPの上体に上体支持部65から前方方向への並進力が作用する。 Therefore, when the posture of the slave device 1 collapses, the desired body support portion lateral position is determined according to the actual slave lateral body lateral position in the collapsed posture. As a result, the upper body of the operator P receives a lateral translational force (a translational force that tries to break the posture of the operator P in the same way as the slave device 1) in accordance with the collapse of the posture of the slave device 1. It works from For example, when the slave device 1 loses its posture in the forward direction, a forward translational force acts on the upper body of the operator P from the upper body support portion 65 .

これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、適切かつ迅速に体感的に認識することができる。
As a result, the operator P can appropriately and quickly bodily recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図9及び図10を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理だけが第1実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明では、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. The present embodiment differs from the first embodiment only in part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31. FIG. Therefore, in the description of this embodiment, the description of the same items as in the first embodiment will be omitted.

まず、図9を参照して、本実施形態では、マスター制御部81のマスター移動制御部81a2は、第1実施形態のマスター移動制御部81aの機能に加えて、オペレータPの上体の実際の横方向位置である実オペレータ上体横方向位置(マスター側グローバル座標系Cgmで見たX軸方向位置P_opb_x_act及びY軸方向位置P_opb_y_actの組)を推定する機能を有する。 First, referring to FIG. 9, in the present embodiment, a master movement control section 81a2 of the master control section 81, in addition to the functions of the master movement control section 81a of the first embodiment, actually moves the upper body of the operator P. It has a function of estimating the actual operator body lateral position (a pair of X-axis direction position P_opb_x_act and Y-axis direction position P_opb_y_act seen in the master-side global coordinate system Cgm), which is the lateral position.

この場合、マスター移動制御部81a2は、例えば、前記STEP2の処理により推定される実上体支持部横方向位置(X軸方向位置P_mb_x_act及びY軸方向位置P_mb_y_act)と、上体力検出器64により検出された実上体支持部反力のうちの横方向の並進力(X軸方向の並進力F_mb_x_act及びY軸方向の並進力F_mb_y_act)とから、次式(31a),(31b)により、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actを推定する。
P_opb_x_act=P_mb_x_act-kspring_fx*F_mb_x_act
……(31a)
P_opb_y_act=P_mb_y_act-kspring_fy*F_mb_y_act
……(31b)
In this case, the master movement control unit 81a2 detects, for example, the lateral position of the actual body support portion (the X-axis direction position P_mb_x_act and the Y-axis direction position P_mb_y_act) estimated by the processing of STEP 2, and the upper physical strength detector 64. The actual operator Body lateral positions P_opb_x_act, P_opb_y_act are estimated.
P_opb_x_act = P_mb_x_act - kspring_fx * F_mb_x_act
...... (31a)
P_opb_y_act = P_mb_y_act - kspring_fy * F_mb_y_act
... (31b)

ここで、kspring_fx,kspring_fyは前記式(1a-1),(1b-1)に示したものと同じ(バネ定数の逆数の設定魏)である。補足すると、実オペレータ上体横方向位置の推定手法は、上記の手法に限られず、他の手法を採用してもよい。例えば、オペレータPを撮影するカメラや、オペレータPの上体等に装着した慣性センサを使用したモーションキャブチャの処理により、実オペレータ上体横方向位置を推定することも可能である。 Here, kspring_fx and kspring_fy are the same as those shown in the above equations (1a-1) and (1b-1) (reciprocal setting values of spring constants). Supplementally, the method of estimating the actual operator lateral body position is not limited to the above method, and other methods may be employed. For example, it is possible to estimate the actual lateral position of the operator's body by processing a motion capture using a camera that captures the operator P or an inertia sensor attached to the operator's P upper body or the like.

あるいは、例えば、上体支持部65に対するオペレータPの上体のヨー方向での相対変位(相対回転角)を、上体支持部65等に備えた適宜の変位センサにより検出してもよい。そして、該相対変位の観測値を実上体支持部向きθ_mb_z_actに加算することで、実オペレータ上体向きを推定することも可能である。 Alternatively, for example, the relative displacement (relative rotation angle) of the operator P's upper body in the yaw direction with respect to the upper body support section 65 may be detected by an appropriate displacement sensor provided in the upper body support section 65 or the like. Then, by adding the observed value of the relative displacement to the actual body support portion orientation θ_mb_z_act, it is possible to estimate the actual operator's body orientation.

あるいは、例えば、オペレータPの上体の複数個所までの距離を計測可能な測距装置を用い、該測距装置による距離の観測値を基に、実オペレータ上体向きを推定することも可能である。なお、実オペレータ上体横方向位置を前記オペレータ運動検出器70で検出してもよい。 Alternatively, for example, it is also possible to use a distance measuring device capable of measuring distances to a plurality of locations on the upper body of the operator P, and estimate the actual operator's upper body orientation based on the distance values observed by the distance measuring device. be. The operator motion detector 70 may detect the actual lateral position of the operator's body.

本実施形態では、マスター制御部81は、上記の如く推定した実オペレータ上体横方向位置を、実オペレータ上体向き、実オペレータ足部位置姿勢、及び実オペレータ足部床反力と共に、指令情報としてスレーブ制御部31に出力(送信)する。 In this embodiment, the master control unit 81 combines the actual operator's body lateral position estimated as described above with the actual operator's body orientation, the actual operator's foot position/orientation, and the actual operator's foot floor reaction force as command information. , and is output (transmitted) to the slave control unit 31 .

次に図10を参照して、スレーブ制御部31は、本実施形態では、第1実施形態で説明した機能に加えて、補償床反力決定部31eを備える。該補償床反力決定部31eは、本実施形態では、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_act,P_sb_y_actが、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actに対して次式(32a),(32b)により示される所定の対応関係を満たす状態からずれた場合に、そのずれを低減し得るように、スレーブ装置1に付加的に作用させるべき床反力を決定する処理部である。
P_opb_x_act=Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb_x
……(32a)
P_opb_y_act=Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb_y
……(32b)
Next, referring to FIG. 10, in this embodiment, the slave control unit 31 includes a compensating floor reaction force determining unit 31e in addition to the functions described in the first embodiment. In the present embodiment, the compensating floor reaction force determination unit 31e determines that the actual slave lateral body positions P_sb_x_act and P_sb_y_act are obtained from the following equations (32a) and (32b) with respect to the actual operator lateral body positions P_opb_x_act and P_opb_y_act. It is a processing unit that determines a floor reaction force that should be additionally applied to the slave device 1 so as to reduce the deviation from the state that satisfies the indicated predetermined correspondence relationship.
P_opb_x_act = Kpmb * P_sb_x_act + Cpmb_x
...... (32a)
P_opb_y_act = Kpmb * P_sb_y_act + Cpmb_y
... (32b)

ここで、式(32a),(32b)のKpmb、Cpmb_x、Cpmb_yは、前記式(1a),(1b)に示した所定値の定数である。 Here, Kpmb, Cpmb_x, and Cpmb_y in equations (32a) and (32b) are constants of predetermined values shown in equations (1a) and (1b).

本実施形態では、スレーブ装置1に付加的に作用させるべき床反力は、例えば、目標全床反力中心点(換言すれば目標ZMP)周りで横方向の軸周り方向(X軸周り方向及びY軸周り方向)に発生させるモーメントである。以降、該モーメントを補償全床反力モーメントという。また、補償全床反力モーメントのX軸周り方向の成分をMdmd_x、Y軸周り方向の成分をMdmd_yと表記する。 In this embodiment, the floor reaction force to be additionally applied to the slave device 1 is, for example, around the desired total floor reaction force center point (in other words, the desired ZMP) in the horizontal direction around the axis (X-axis direction and Y-axis direction). Hereinafter, this moment will be referred to as a compensating total floor reaction force moment. Also, the component of the compensating total floor reaction force moment around the X-axis is denoted by Mdmd_x, and the component around the Y-axis is denoted by Mdmd_y.

補償床反力決定部31eには、マスター制御部81から受信された実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_actの観測値と、上体横方向位置推定部31dが推定した実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_actの観測値とが逐次入力される。 The compensating floor reaction force determining unit 31e receives the observed value of the actual operator lateral body position P_opb_x_act received from the master control unit 81 and the actual slave lateral body position P_sb_x_act estimated by the lateral body position estimating unit 31d. are input sequentially.

そして、補償床反力決定部31eは、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_actの観測値と、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_actの観測値との対応関係の,式(32a),(32b)により示される所定の関係からのずれ度合いを表す指標値としてのずれ量(X軸方向でのずれ量Err_xと、Y軸方向でのずれ量Err_yとの組)を、例えば次式(33a),(33b)により算出する。
Err_x=P_sb_x_act-(P_opb_x_act-Cpmb)/Kpmb
……(33a)
Err_y=P_sb_y_act-(P_opb_y_act-Cpmb)/Kpmb
……(33b)
Then, the compensating floor reaction force determining unit 31e determines the correspondence relationship between the observed value of the actual operator lateral body position P_opb_x_act and the observed value of the actual slave lateral body position P_sb_x_act, using equations (32a) and (32b): The amount of deviation (a set of the amount of deviation Err_x in the X-axis direction and the amount of deviation Err_y in the Y-axis direction) as an index value representing the degree of deviation from the given relationship shown is expressed by the following equation (33a), ( 33b).
Err_x = P_sb_x_act - (P_opb_x_act - Cpmb)/Kpmb
...... (33a)
Err_y=P_sb_y_act-(P_opb_y_act-Cpmb)/Kpmb
... (33b)

式(33a)の右辺の第2項は、X軸方向での実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_actの観測値に対して、式(1a)の関係を満たすために必要なスレーブ上体横方向位置のX軸方向位置(目標位置)を意味する。また、式(33b)の右辺の第2項は、Y軸方向での実オペレータ上体横方向位置P_opb_y_actの観測値に対して、式(21b)の関係を満たすために必要なスレーブ上体横方向位置のY軸方向位置(目標位置)を意味する。 The second term on the right side of equation (33a) is the slave lateral body position required to satisfy the relationship of equation (1a) for the observed value of the actual operator lateral body position P_opb_x_act in the X-axis direction. means the X-axis direction position (target position) of . The second term on the right side of equation (33b) is the observed value of the actual operator body lateral position P_opb_y_act in the Y-axis direction, and the slave body lateral position required to satisfy the relationship of equation (21b). It means the Y-axis direction position (target position) of the direction position.

従って、式(33a),(33b)により算出されるずれ量Err_x,Err_yは、換言すれば、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_act,P_sb_y_actの観測値と、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actの観測値に対して、前記式(32a),(32b)により示される所要の関係(目標対応関係)を満たし得る、スレーブ上体横方向位置の目標値との偏差である。 Therefore, the deviation amounts Err_x and Err_y calculated by the equations (33a) and (33b) are, in other words, the observed values of the actual slave lateral body positions P_sb_x_act and P_sb_y_act and the actual operator lateral body positions P_opb_x_act and P_opb_y_act is the deviation from the target value of the lateral body position of the slave that can satisfy the required relationships (target correspondence relationships) expressed by the above equations (32a) and (32b) with respect to the observed value of .

そして、補償床反力決定部31eは、上記ずれ量Err_x,Err_yをフィードバック制御則によりゼロに収束させるように、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定する。例えば補償床反力決定部31eは、PD則を用いて、次式(34a),(34b)により、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定する。
M_dmd_x=Kpdmd*Err_y+Kvdmd*dErr_y/dt
……(34a)
M_dmd_y=-Kpdmd*Err_x-Kvdmd*dErr_x/dt
……(34b)
Then, the compensating floor reaction force determination unit 31e determines the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y so that the deviation amounts Err_x and Err_y converge to zero according to the feedback control law. For example, the compensating floor reaction force determining unit 31e determines the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y using the PD rule and the following equations (34a) and (34b).
M_dmd_x=Kpdmd*Err_y+Kvdmd*dErr_y/dt
...... (34a)
M_dmd_y=-Kpdmd*Err_x-Kvdmd*dErr_x/dt
... (34b)

ここで、Kpdmd,Kvdmdは、あらかじめ定められた所定値のゲインであり、dErr_x/dt,dErr_y/dtはそれぞれ、Err_x,Err_yの微分値(時間的変化率)である。なお、PD則以外のフィードバック制御則(例えばP則、PID則)により補償全床反力モーメントを決定してもよい。 Here, Kpdmd and Kvdmd are gains of predetermined values, and dErr_x/dt and dErr_y/dt are differential values (temporal rate of change) of Err_x and Err_y, respectively. Note that the compensating total floor reaction force moment may be determined by a feedback control law other than the PD law (eg, P law, PID law).

また、ずれ量Err_x,Err_yは、前記式(33a),(33b)の代わりに、例えば次式(35a),(35b)により決定してもよい。
Err_x=(Kpmb*P_sb_x_act+Cpmb)-P_opb_x_act
……(35a)
Err_y=(Kpmb*P_sb_y_act+Cpmb)-P_opb_y_act
……(35b)
Also, the deviation amounts Err_x and Err_y may be determined by the following equations (35a) and (35b) instead of the equations (33a) and (33b).
Err_x = (Kpmb * P_sb_x_act + Cpmb) - P_opb_x_act
...... (35a)
Err_y = (Kpmb * P_sb_y_act + Cpmb) - P_opb_y_act
...... (35b)

この場合、式(35a)の右辺の第2項は、X軸方向での実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_actの観測値に対して、式(32a)の関係を満たすために必要なオペレータ上体横方向位置のX軸方向位置(目標位置)を意味する。また、式(35b)の右辺の第2項は、Y軸方向での実スレーブ上体横方向位置P_sb_y_actの観測値に対して、式(32b)の関係を満たすために必要なオペレータ上体横方向位置のY軸方向位置(目標位置)を意味する。 In this case, the second term on the right side of equation (35a) is the operator body It means the X-axis position (target position) of the lateral position. In addition, the second term on the right side of equation (35b) is the observed value of the actual slave body lateral position P_sb_y_act in the Y-axis direction, and the operator body lateral direction required to satisfy the relationship of equation (32b). It means the Y-axis direction position (target position) of the direction position.

従って、式(35a),(35b)により算出されるずれ量Err_x,Err_yは、換言すれば、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_act,P_sb_y_actの観測値に対して、前記式(32a),(32b)により示される所要の関係(目標対応関係)を満たし得るオペレータ上体横方向位置の目標値と、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actの観測値との偏差である。 Therefore, the deviation amounts Err_x and Err_y calculated by the equations (35a) and (35b) are, in other words, the observed values of the actual slave lateral body positions P_sb_x_act and P_sb_y_act, and the equations (32a) and (32b) ) and the observed values of the actual operator lateral body positions P_opb_x_act and P_opb_y_act.

本実施形態では、上記の如く補償床反力決定部31eが決定した補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yが複合コンプライアンス動作決定部31bに入力される。そして、複合コンプライアンス動作決定部31bでは、目標スレーブ全床反力中心点周りで発生する実際の床反力のモーメンント(X軸周り方向及びY軸周り方向のモーメント)を補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmdyに近づけるように、各足部6の目標スレーブ足部位置姿勢(スレーブ動作目標決定部31aにより決定された目標スレーブ足部位置姿勢)が修正される。 In this embodiment, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined by the compensating floor reaction force determining section 31e as described above are input to the composite compliance action determining section 31b. Then, in the composite compliance operation determination unit 31b, the moment of the actual floor reaction force generated around the center point of the desired slave total floor reaction force (the moment around the X-axis and the Y-axis) is calculated as a compensating total floor reaction force moment M_dmd_x. , M_dmdy.

本実施形態は、以上説明した事項以外は前記第1実施形態と同じである。ここで、本実施形態と本願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、補償床反力決定部31eが本発明における第6処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第1実施形態と本願発明の対応関係と同様である。 This embodiment is the same as the first embodiment except for the matters described above. Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the compensating floor reaction force determining section 31e corresponds to the sixth processing section of the present invention, and the composite compliance motion determining section 31b corresponds to the 103rd processing section of the present invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the first embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合に、第1実施形態と同様に、オペレータPの上体に、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力を上体支持部65から作用させることができる。これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、体感的に適切かつ迅速に認識することができる。 According to the present embodiment described above, when the posture of the slave device 1 is disturbed, as in the first embodiment, the upper body of the operator P is provided with a lateral direction corresponding to the deformation of the slave device 1 . can be applied from the upper body support portion 65 . As a result, the operator P can appropriately and quickly perceptually recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

また、前記ずれ量Err_x,Err_yをゼロに近づけるように決定した補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを、目標スレーブ全床反力中心点の周りに発生させるように、スレーブ装置1の各脚3の運動を行わせることができる。このため、スレーブ装置1は、各足部6の位置姿勢の調整によって、ある程度、自力で前記ずれ量Err_x,Err_yを低減し得るように動作することができる。そして、スレーブ装置1が、自力で前記ずれ量Err_x,Err_yを低減し得るように動作することができる状況(換言すれば、スレーブ装置1がその姿勢の崩れを自力で回復させ得る状況)では、オペレータPの上体に、上体支持部65から横方向の並進力が作用するのを抑制することができる。 In addition, each leg 3 of the slave device 1 generates compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined so as to bring the deviation amounts Err_x and Err_y closer to zero around the target slave total floor reaction force center point. exercise. Therefore, the slave device 1 can operate so as to reduce the deviation amounts Err_x and Err_y by itself to some extent by adjusting the positions and orientations of the legs 6 . In a situation where the slave device 1 can operate so as to reduce the deviation amounts Err_x and Err_y by itself (in other words, a situation where the slave device 1 can recover from its posture collapse by itself), It is possible to suppress the lateral translational force from acting on the upper body of the operator P from the upper body support portion 65 .

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を図11~図13を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理だけが第1実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明では、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 11 to 13. FIG. This embodiment differs from the first embodiment only in part of the control processing of the master control section 81 and the slave control section 31 . Therefore, in the description of this embodiment, the description of the same items as in the first embodiment will be omitted.

まず、図11を参照して、本実施形態では、マスター制御部81は、実スレーブ上体横方向位置の代わりに、スレーブ制御部31で決定されるスレーブ装置1の上体2の目標上体運動のうちの目標スレーブ上体横方向位置を通信装置83を介して受信する。なお、目標スレーブ上体位置姿勢は、第1実施形態と異なる処理(詳細は後述する)により決定される。 First, referring to FIG. 11, in the present embodiment, the master control unit 81 controls the target body position of the body 2 of the slave device 1 determined by the slave control unit 31 instead of the actual slave lateral body position. A target slave lateral body position of the motion is received via the communication device 83 . Note that the desired slave body position/posture is determined by a process (details will be described later) different from that of the first embodiment.

そして、マスター制御部81の目標上体支持部運動決定部81b3は、本実施形態では、目標上体支持部運動のうちの目標上体支持部横方向位置を、スレーブ制御部31から受信した目標スレーブ上体横方向位置に応じて決定する。具体的には、目標上体支持部運動決定部81b3は、目標上体支持部横方向位置が、目標スレーブ上体横方向位置に対して前記式(1a),(1b)と同じ関係を満たすように目標上体支持部横方向位置を決定する。すなわち、目標上体支持部運動決定部81b3は、次式(1a-2),(1b-2)により目標上体支持部横方向位置(P_mb_x_aim,P_mb_y_aim)を決定する。
P_mb_x_aim=Kpmb*P_sb_x_aim+Cpmb_x
……(1a-2)
P_mb_y_aim=Kpmb*P_sb_y_aim+Cpmb_y
……(1b-2)
Then, in the present embodiment, the desired upper body support part motion determination part 81 b 3 of the master control part 81 determines the desired upper body support part lateral position of the desired upper body support part motion as the target position received from the slave control part 31 . Determined according to the lateral position of the slave body. Specifically, the desired body support portion motion determination unit 81b3 determines that the desired body support portion lateral position satisfies the same relationship as the above equations (1a) and (1b) with respect to the desired slave body lateral position. Determine the target upper body support lateral position as follows: That is, the desired upper body support motion determination unit 81b3 determines the desired upper body support lateral position (P_mb_x_aim, P_mb_y_aim) by the following equations (1a-2) and (1b-2).
P_mb_x_aim=Kpmb*P_sb_x_aim+Cpmb_x
...... (1a-2)
P_mb_y_aim=Kpmb*P_sb_y_aim+Cpmb_y
...... (1b-2)

本実施形態では、マスター制御部81の制御処理は、以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。 In this embodiment, the control processing of the master control unit 81 is the same as in the first embodiment except for the items described above.

次に、図12を参照して、本実施形態では、スレーブ制御部31は、第1実施形態のスレーブ動作目標決定部31aと異なる処理(スレーブ装置1の動力学モデルを使用する処理)によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a3と、スレーブ動作目標決定部31a3で用いる動力学モデル上でスレーブ装置1に仮想的に作用させる仮想外力を決定する仮想外力決定部31fと、仮想外力決定部31fに対する入力を算出する演算部31gと、第1実施形態で説明した複合コンプライアンス動作決定部31b及び関節変位決定部31cとを備える。 Next, referring to FIG. 12, in the present embodiment, the slave control unit 31 performs slave control by different processing (processing using the dynamic model of the slave device 1) from the slave operation target determination unit 31a of the first embodiment. A slave motion goal determining unit 31a3 that determines the motion goals of the device 1 (desired slave upper body motion, desired slave leg motion, and desired slave floor reaction force); A virtual external force determination unit 31f that determines a virtual external force to be virtually acted on, a calculation unit 31g that calculates an input to the virtual external force determination unit 31f, a composite compliance operation determination unit 31b described in the first embodiment, and a joint displacement determination and a portion 31c.

そして、本実施形態では、スレーブ制御部31は、実スレーブ上体横方向位置の推定値の代わりに、スレーブ動作目標決定部31a3で決定される目標スレーブ上体運動のうちの目標スレーブ上体横方向位置を、通信装置33を介してマスター制御部81に送信する。このため、本実施形態のスレーブ制御部31では、第1実施形態で説明した上体横方向位置推定部31dが省略されている。 In this embodiment, instead of the estimated value of the actual slave lateral body position, the slave control unit 31 determines the desired slave lateral body motion among the desired slave body motions determined by the slave movement target determination unit 31a3. The directional position is transmitted to the master controller 81 via the communication device 33 . Therefore, in the slave controller 31 of the present embodiment, the lateral body position estimator 31d described in the first embodiment is omitted.

前記演算部31g、仮想外力決定部31f及びスレーブ動作目標決定部31a3の処理を以下に具体的に説明する。これらの処理は、所定の制御処理周期で次のように実行される。演算部31gには、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きと、スレーブ動作目標決定部31a3で決定された目標スレーブ上体運動のうちの目標スレーブ上体傾きとが入力される。そして、演算部31gは、実スレーブ上体傾きと目標スレーブ上体傾きとの偏差(=実スレーブ上体傾き-目標スレーブ上体傾き)である上体傾き偏差を算出する。該上体傾き偏差は、スレーブ側グローバル座標系CgsのX軸周り方向の傾き偏差と、Y軸周り方向の傾き偏差とから構成される。 The processing of the calculation section 31g, the virtual external force determination section 31f and the slave operation target determination section 31a3 will be specifically described below. These processes are executed at predetermined control processing cycles as follows. The actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 and the target slave body inclination of the target slave body motion determined by the slave motion target determination section 31a3 are input to the calculation section 31g. be. Then, the calculation unit 31g calculates a body inclination deviation, which is the deviation between the actual slave body inclination and the target slave body inclination (=actual slave body inclination-target slave body inclination). The body tilt deviation is composed of a tilt deviation about the X-axis and a tilt deviation about the Y-axis of the slave-side global coordinate system Cgs.

仮想外力決定部31fには、演算部31gで算出された上体傾き偏差が入力される。そして、仮想外力決定部31fは、入力された上体傾き偏差から、公知のフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)により、該上体傾き偏差をゼロに収束させるように仮想外力を決定する。 The body inclination deviation calculated by the calculation unit 31g is input to the virtual external force determination unit 31f. Then, the virtual external force determination unit 31f uses a known feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.) to converge the body tilt deviation to zero from the input body tilt deviation. Determine external force.

ここで、本実施形態では、上記仮想外力は、例えば目標スレーブ全床反力中心周りで横方向の軸周り方向(X軸周り方向及びY軸周り方向)に発生するモーメントであり、以降、仮想外力モーメントという。そして、仮想外力モーントのX軸周り方向の成分及びY軸周り方向の成分のそれぞれが、上体傾き偏差のX軸周り方向の成分及びY軸周り方向の成分のそれぞれからフィードバック制御則により決定される。 Here, in the present embodiment, the virtual external force is, for example, a moment generated around the center of the desired total floor reaction force of the slave in lateral directions (directions around the X-axis and Y-axis). It is called external force moment. Then, the components of the virtual external force moment around the X-axis and the components around the Y-axis are respectively determined from the components of the body inclination deviation around the X-axis and the components around the Y-axis by the feedback control rule. be.

スレーブ動作目標決定部31a3には、第1実施形態と同様に、スレーブ制御部31がマスター制御部81から受信した指令情報(実オペレータ上体姿勢(向き、傾き)、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢、及び実オペレータ足部床反力のそれぞれの観測値)が入力される。また、本実施形態では、スレーブ動作目標決定部31a3には、実スレーブ上体横方向位置の代わりに、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントが入力される。 As in the first embodiment, the slave movement target determination unit 31a3 receives command information (actual operator body posture (orientation, inclination), actual body support height) received by the slave control unit 31 from the master control unit 81. (or observed values of the actual operator's upper body height), the actual operator's foot position/orientation, and the actual operator's foot floor reaction force). Further, in the present embodiment, the virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f is input to the slave motion target determination unit 31a3 instead of the actual slave lateral body body position.

そして、スレーブ動作目標決定部31a3は、図13のフローチャートに示す処理を所定の制御処理周期で実行する。この場合、スレーブ動作目標決定部31a3は、STEP11~17で第1実施形態のスレーブ動作目標決定部31aと同じ処理を実行する。これにより、目標スレーブ上体横方向位置以外の目標スレーブ上体運動と、目標スレーブ脚運動と、目標スレーブ床反力とが決定される。 Then, the slave operation target determination unit 31a3 executes the processing shown in the flowchart of FIG. 13 at a predetermined control processing cycle. In this case, the slave operation target determination unit 31a3 executes the same processing as the slave operation target determination unit 31a of the first embodiment in STEP11-17. Thereby, a desired slave body motion other than the desired slave lateral body position, a desired slave leg motion, and a desired slave floor reaction force are determined.

次いで、STEP18aにおいて、スレーブ動作目標決定部31a3は、スレーブ装置1の動力学モデル上で、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)の周りに、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントを発生させるように、目標スレーブ上体横方向位置を決定する。 Next, in STEP 18a, the slave motion target determination unit 31a3 applies the virtual external force determined by the virtual external force determination unit 31f around the desired slave total floor reaction force central point (desired ZMP) on the dynamic model of the slave device 1. A target slave lateral body position is determined to generate a moment.

スレーブ装置1の動力学モデルとしては、例えば特許第4246638号の段落0128~0134及び図10に説明されている動力学モデル、あるいは、例えば特許第4126061号公報の段落0163~0168及び図12に説明されている動力学モデル、あるいは、これらに類似する動力学モデル等を使用し得る。図14は、本実施形態で使用する一例の動力学モデルを模式的に示している。なお、該動力学モデルは、特許第4246638号で説明されているものと同じである。 As the dynamic model of the slave device 1, for example, the dynamic model described in paragraphs 0128 to 0134 and FIG. 10 of Japanese Patent No. 4246638, or the dynamic model described in Japanese Patent No. 4126061, paragraphs 0163 to 0168 and FIG. A kinetic model similar to these or similar kinetic models may be used. FIG. 14 schematically shows an example dynamic model used in this embodiment. The dynamic model is the same as that described in Japanese Patent No. 4246638.

この動力学モデルは、スレーブ装置1の上体2の並進運動に応じて並進移動する質点である上体質点Q1と、各脚3の足部6の並進運動に応じて並進移動する質点である脚質点Q2と、スレーブ装置1のロール方向(前後方向の軸周り方向)での上体2の傾きの運動に応じてロール方向に回転するフライホイールFH1と、スレーブ装置1のピッチ方向(左右方向の軸周り方向)での上体2の傾きの運動に応じてピッチ方向に回転するフライホイールFH2とを有する。 This dynamic model includes a body mass point Q1, which is a mass point that translates according to the translational motion of the upper body 2 of the slave device 1, and a mass point that translates according to the translational motion of the foot 6 of each leg 3. A leg mass point Q2, a flywheel FH1 that rotates in the roll direction according to the tilting motion of the body 2 in the roll direction (the direction around the longitudinal axis) of the slave device 1, and the pitch direction (the lateral direction) of the slave device 1. and a flywheel FH2 that rotates in the pitch direction according to the tilting motion of the body 2 in the direction around the axis of the flywheel FH2.

上体質点Q1および各脚質点Q2には、質量があらかじめ定義され、フライホイールFH1,FH2には、イナーシャが定義されている。この場合、上体質点Q1の質量と、2つの脚質点Q2,Q2のそれぞれの質量とは、その総和の質量がスレーブ装置1の全体の質量に一致するように設定される。また、上体質点Q1の位置は、上体2の位置(又は位置及び姿勢)に応じて規定され、各脚質点Q2の位置は、各脚3の足部6の位置(又は位置及び姿勢)に応じて規定される。なお、フライホイールFH1,FH2は、質量を持たない。 A mass is defined in advance for the body mass point Q1 and each leg mass point Q2, and an inertia is defined for the flywheels FH1 and FH2. In this case, the mass of the body mass point Q1 and the masses of the two leg mass points Q2 and Q2 are set so that the total mass of them matches the mass of the slave device 1 as a whole. The position of the body mass point Q1 is defined according to the position (or position and posture) of the body 2, and the position of each leg mass point Q2 is defined according to the position (or position and posture) of the foot 6 of each leg 3. defined according to Note that the flywheels FH1 and FH2 have no mass.

この動力学モデルでのスレーブ装置1の動力学は、上体質点Q1及び各脚質点Q2のそれぞれの並進加速度に応じて発生する慣性力(並進慣性力)と、上体質点Q1及び各脚質点Q2のそれぞれに作用する重力との全体の合力(並進力)が、スレーブ装置1に作用する全床反力のうちの並進力に釣り合うという関係を表す方程式、並びに、上記合力と、フライホイールFH1,FH2のそれぞれの回転角加速度に応じて発生する慣性力モーメントとによって、任意の作用点(例えば目標スレーブ全床反力中心点等)の周りに発生する全体のモーメントが、スレーブ装置1に作用する全床反力によって、該作用点の周りに発生するモーメントに釣り合うという関係を表す方程式とにより表現される。 The dynamics of the slave device 1 in this dynamics model are the inertial force (translational inertial force) generated according to the translational acceleration of the body mass point Q1 and each leg mass point Q2, and the body mass point Q1 and each leg mass point An equation expressing the relationship that the total resultant force (translational force) with the gravity acting on each of Q2 is balanced with the translational force of the total floor reaction force acting on the slave device 1, and the resultant force and the flywheel FH1 , FH2, and the total moment generated around an arbitrary point of action (for example, the central point of the desired slave total floor reaction force) acts on the slave device 1. It is expressed by an equation that expresses the relationship that the moment generated around the point of action is balanced by the total floor reaction force.

この場合、STEP18aの処理は、例えば次のように実行され得る。なお、ここでの説明では、スレーブ側グローバル座標系Cgsは、説明の便宜上、例えばそのX軸方向がスレーブ装置1の前後方向と同方向もしくはほぼ同方向になるように(スレーブ側グローバル座標系CgsのX軸周り方向及びY軸周り方向が、それぞれ図14に示す如く、スレーブ装置1のロール方向、ピッチ方向になるように)、適宜、該X軸方向の向きが更新されているものとする。ただし、スレーブ側グローバル座標系Cgsと、スレーブ装置1の前後方向に座標軸方向を合わせた座標系との間の座標変換を適宜行うことも可能である。 In this case, the processing of STEP18a can be executed, for example, as follows. In the explanation here, for convenience of explanation, the slave-side global coordinate system Cgs is set such that its X-axis direction is the same or substantially the same as the front-rear direction of the slave device 1 (slave-side global coordinate system Cgs). The direction around the X-axis and the direction around the Y-axis are appropriately updated so that the direction around the X-axis and the direction around the Y-axis correspond to the roll direction and the pitch direction of the slave device 1, respectively, as shown in FIG. . However, coordinate conversion between the slave-side global coordinate system Cgs and a coordinate system whose coordinate axis direction is aligned with the front-rear direction of the slave device 1 can be appropriately performed.

目標スレーブ上体傾きの時系列に基づいて、動力学モデルのフライホイールFH1,FH2のそれぞれの回転角加速度が算出され、該回転角加速度に応じてフライホイールFH1,FH2が発生する慣性力モーメント(X軸周り方向及びY軸周り方向の慣性力モーメント)である上体傾き対応モーメントが算出される。 Based on the time series of the target slave body inclination, the rotational angular acceleration of each of the flywheels FH1 and FH2 of the dynamic model is calculated, and the moment of inertia ( A moment corresponding to the inclination of the body, which is the moment of inertia around the X-axis and the Y-axis, is calculated.

また、スレーブ装置1の各足部6の目標スレーブ足部位置姿勢の時系列に基づいて、動力学モデルの各脚質点Q2の並進加速度が算出され、該並進加速度に応じて各脚質点Q2が発生する慣性力と、各脚質点Q2に作用する重力との合力によって目標スレーブ全床反力中止点周りに発生するモーメントである脚運動対応モーメントが算出される。 Further, the translational acceleration of each leg mass point Q2 of the dynamic model is calculated based on the time series of the desired slave foot position/orientation of each leg 6 of the slave device 1, and each leg mass point Q2 is calculated according to the translational acceleration. A leg motion-corresponding moment, which is a moment generated around the desired slave total floor reaction force stop point by the resultant force of the generated inertial force and the gravitational force acting on each leg mass point Q2, is calculated.

また、目標スレーブ上体高さの時系列に基づいて、動力学モデルの上体質点Q1の上下方向(Z軸方向)の並進加速度が算出される。なお、上体質点Q1の上下方向の並進加速度は、例えば、該並進加速度に応じて上体質点Q1が発生する上下方向の慣性力と、目標スレーブ足部位置姿勢の時系列から算出される各脚質点Q2の上下方向の並進加速度に応じて各脚質点Q2が発生する上下方向の慣性力と、スレーブ装置1の全体重心に作用する重力との合力が、目標スレーブ全床反力の上下方向の並進力に釣り合うように算出してもよい。 Also, the translational acceleration in the vertical direction (Z-axis direction) of the body mass point Q1 of the dynamic model is calculated based on the time series of the target slave body height. The vertical translational acceleration of the body mass point Q1 is calculated from the vertical inertial force generated by the body mass point Q1 in accordance with the translational acceleration and the time series of the desired slave foot position/orientation. The resultant force of the vertical inertial force generated by each leg mass point Q2 in response to the vertical translational acceleration of the leg mass point Q2 and the gravitational force acting on the entire center of gravity of the slave device 1 is the desired slave total floor reaction force in the vertical direction. may be calculated so as to balance the translational force of

そして、上体質点Q1の横方向の並進加速度を未知数として、該上体質点の横方向の並進加速度と、該上体質点Q1の上下方向の並進加速度とに応じて発生する慣性力と、該上体質点Q1に作用する重力との合力とによって目標スレーブ全床反力中心点周りに発生するモーメントである上体運動対応モーメンントと、上記上体傾き対応モーメントと、上記脚運動対応モーメントとの合力モーメントのうちのX軸周り方向及びY軸周り方向の成分が、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントに一致するという条件を満たし得るように、上体質点Q1の横方向の並進加速度が算出される。 Then, with the lateral translational acceleration of the body mass point Q1 as an unknown, the inertial force generated in accordance with the lateral translational acceleration of the body mass point Q1 and the vertical translational acceleration of the body mass point Q1, and A moment corresponding to body motion, which is a moment generated around the center point of the desired total floor reaction force of the slave due to the resultant force with the gravity acting on the body mass point Q1, the moment corresponding to body inclination, and the moment corresponding to leg motion. Lateral translation of the body mass point Q1 so as to satisfy the condition that the components of the resultant force moment in the directions around the X axis and the direction around the Y axis match the virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f. Acceleration is calculated.

そして、上体質点Q1の横方向の並進加速度を積分(2階積分)することにより、上体質点の横方向位置が決定され、さらに該上体質点Q1の横方向位置から目標スレーブ上体横方向位置が決定される。 Then, by integrating (second-order integration) the lateral translational acceleration of the body mass point Q1, the lateral position of the body mass point is determined. A directional position is determined.

STEP18aでは、以上説明した処理により、動力学モデル上で、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)の周りで、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントが発生するように(詳しくは、スレーブ装置1の運動によって発生する慣性力とスレーブ装置1に作用する重力との合力によって、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)の周りに発生するモーメントが仮想外力モーメントに一致するように)、目標スレーブ上体横方向位置が決定される。 In STEP 18a, the processing described above is performed so that the virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f is generated around the desired slave total floor reaction force center point (desired ZMP) on the dynamic model (in detail , the resultant force of the inertial force generated by the motion of the slave device 1 and the gravitational force acting on the slave device 1 causes the moment generated around the desired slave total floor reaction force central point (desired ZMP) to match the virtual external force moment. ), a target slave lateral body position is determined.

本実施形態は、以上説明した事項以外は、前記第1実施形態と同じである。ここで、本実施形態と本願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、スレーブ制御部31の仮想外力決定部31fが本発明における第4処理部に相当し、該仮想外力決定部31fに入力される上体傾き偏差が本発明における第1偏差に相当し、該仮想外力決定部31fで決定される仮想外力モーメントが本発明における第1仮想外力に相当する。 This embodiment is the same as the first embodiment except for the matters described above. Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the virtual external force determination unit 31f of the slave control unit 31 corresponds to the fourth processing unit in the present invention, and the body inclination deviation input to the virtual external force determination unit 31f corresponds to the first deviation in the present invention. The virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f corresponds to the first virtual external force in the present invention.

また、スレーブ動作目標決定部31a3の処理のうち、目標スレーブ床反力を決定する処理が、本発明における第3処理部の処理に相当する。また、スレーブ動作目標決定部31a3の処理のうち、目標スレーブ上体横方向位置を決定する処理が、本発明における第203処理部の処理に相当し、この処理で使用する動力学モデル(図14に示した動力学モデル)が本発明における第1の動力学モデルに相当する。上記以外の対応関係は、前記第1実施形態と本願発明との対応関係と同様である。 Further, among the processes of the slave movement target determination section 31a3, the process of determining the desired slave floor reaction force corresponds to the process of the third processing section in the present invention. Among the processes of the slave movement target determination section 31a3, the process of determining the desired slave lateral body body position corresponds to the process of the 203rd processing section of the present invention, and the dynamic model (Fig. 14 ) corresponds to the first dynamic model in the present invention. Correspondences other than the above are the same as those between the first embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合に、第1実施形態と同様に、オペレータPの上体に、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力を上体支持部65から作用させることができる。これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、体感的に適切かつ迅速に認識することができる。 According to the present embodiment described above, when the posture of the slave device 1 is disturbed, as in the first embodiment, the upper body of the operator P is provided with a lateral direction corresponding to the deformation of the slave device 1 . can be applied from the upper body support portion 65 . As a result, the operator P can appropriately and quickly perceptually recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

また、本実施形態では、動力学モデルを用いて目標スレーブ上体運動を決定できるので、マスター制御部81とスレーブ制御部31との間の通信切断や通信不良等によって、スレーブ制御部31がマスター制御部81から指令情報を取得することができなくなっても、例えば、スレーブ装置1の移動を停止させるためのスレーブ装置1の目標運動を適切に(動力学的に成立し得るように)決定することが可能である。
In addition, in the present embodiment, since the target slave body motion can be determined using the dynamic model, the slave control unit 31 may become the master due to communication disconnection or communication failure between the master control unit 81 and the slave control unit 31. Even if command information cannot be acquired from the control unit 81, for example, the target motion of the slave device 1 for stopping the movement of the slave device 1 is appropriately determined (dynamically feasible). It is possible.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態を図15を参照して説明する。なお、本実施形態は、前記第3実施形態と、スレーブ制御部31の一部の制御処理だけが相違する。このため、本実施形態の説明では、第3実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. It should be noted that this embodiment differs from the third embodiment only in a part of the control processing of the slave control unit 31 . Therefore, in the description of this embodiment, the description of the same matters as those of the third embodiment will be omitted.

図15を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第3実施形態で説明した機能に加えて、補償床反力決定部31hを備える。この補償床反力決定部31hは、本実施形態では、上体姿勢検出器23により推定される実スレーブ上体傾きが、スレーブ動作目標決定部31a3で決定された目標スレーブ上体傾きからずれた場合に、そのずれを低減し得るように、スレーブ装置1に付加的に作用させるべき床反力を決定する処理部である。 Referring to FIG. 15, a slave control unit 31 of this embodiment includes a compensating floor reaction force determining unit 31h in addition to the functions described in the third embodiment. In this embodiment, the compensating floor reaction force determination unit 31h determines that the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 deviates from the target slave body inclination determined by the slave motion target determination unit 31a3. In this case, the processing unit determines the floor reaction force to be additionally applied to the slave device 1 so as to reduce the deviation.

本実施形態では、スレーブ装置1に付加的に作用させるべき床反力は、第2実施形態で説明した前記補償全床反力モーメントと同様に、目標全床反力中心点(目標ZMP)周りで横方向の軸周り方向(X軸周り方向及びY軸周り方向)に発生させるモーメントである。そこで、本実施形態においても、補償床反力決定部31hが決定する床反力を補償全床案力モーメントと称する。 In the present embodiment, the floor reaction force to be additionally applied to the slave device 1 is calculated around the desired total floor reaction force center point (desired ZMP) in the same manner as the compensating total floor reaction force moment described in the second embodiment. is the moment generated in the lateral direction around the axis (direction around the X-axis and direction around the Y-axis). Therefore, also in the present embodiment, the floor reaction force determined by the compensating floor reaction force determining section 31h is referred to as the compensating total floor force moment.

本実施形態の補償床反力決定部31hには、前記演算部31gで算出される上体傾き偏差が、スレーブ動作目標決定部31a3で決定された目標スレーブ上体傾きに対する実スレーブ上体傾きのずれ量として入力される。そして、補償床反力決定部31hは、入力された上体傾き偏差に応じて、フィードバック制御則により上体傾き偏差をゼロに収束させるように、補償全床反力モーメントを決定する。 The compensating floor reaction force determination unit 31h of the present embodiment stores the body inclination deviation calculated by the calculation unit 31g as the actual slave body inclination relative to the target slave body inclination determined by the slave movement target determination unit 31a3. Input as a deviation amount. Then, the compensating floor reaction force determining section 31h determines the compensating total floor reaction force moment according to the input body tilt deviation so that the body tilt deviation converges to zero by the feedback control rule.

例えば、前記第2実施形態の補償床反力決定部31eと同様に、PD則を用いて補償全床反力モーメントが決定される。この場合、前記式(34a),(34b)のErr_x,Err_yのそれぞれを、Y軸周り方向の上体傾き偏差θerr_yとX軸周り方向の上体傾き偏差の(-1)倍の値(=-θerr_x)とのそれぞれに置き換えた式によって、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定できる。なお、PD則以外のフィードバック制御則(例えばP則、PID則)により補償全床反力モーメントを決定してもよい。 For example, similarly to the compensating floor reaction force determining unit 31e of the second embodiment, the compensating total floor reaction force moment is determined using the PD rule. In this case, each of Err_x and Err_y in the above equations (34a) and (34b) is a value (-1) times (= −θerr_x), the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y can be determined. Note that the compensating total floor reaction force moment may be determined by a feedback control law other than the PD law (eg, P law, PID law).

上記の如く補償床反力決定部31hが決定した補償全床反力モーメントが複合コンプライアンス動作決定部31bに入力される。そして、複合コンプライアンス動作決定部31bでは、目標スレーブ全床反力中心点周りで発生する実際の床反力のモーメント(X軸周り方向及びY軸周り方向のモーメント)を補償全床反力モーメントに近づけるように、各足部6の目標スレーブ足部位置姿勢(スレーブ動作目標決定部31aにより決定された目標スレーブ足部位置姿勢)が修正される。 The compensating total floor reaction force moment determined by the compensating floor reaction force determining section 31h as described above is input to the composite compliance motion determining section 31b. Then, in the composite compliance operation determination unit 31b, the moment of the actual floor reaction force generated around the center point of the desired slave total floor reaction force (the moment around the X-axis and the Y-axis) is converted into the compensating total floor reaction force moment. The desired slave foot position/orientation of each foot 6 (the desired slave foot position/orientation determined by the slave movement target determination unit 31a) is corrected so as to bring them closer together.

本実施形態は、以上説明した事項以外は前記第3実施形態と同じである。ここで、本実施形態と本願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、補償床反力決定部31hが本発明における第7処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第3実施形態と本願発明の対応関係と同様である。 This embodiment is the same as the third embodiment except for the matters described above. Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the compensating floor reaction force determining section 31h corresponds to the seventh processing section of the present invention, and the composite compliance motion determining section 31b corresponds to the 103rd processing section of the present invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the third embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合に、第1実施形態と同様に、オペレータPの上体に、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力を上体支持部65から作用させることができる。これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、体感的に適切かつ迅速に認識することができる。 According to the present embodiment described above, when the posture of the slave device 1 is disturbed, as in the first embodiment, the upper body of the operator P is provided with a lateral direction corresponding to the deformation of the slave device 1 . can be applied from the upper body support portion 65 . As a result, the operator P can appropriately and quickly perceptually recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

また、前記上体傾き偏差をゼロに近づけるように決定した補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを、目標スレーブ全床反力中心点の周りに発生させるように、スレーブ装置1の各脚3の運動を行わせることができる。このため、スレーブ装置1は、各足部6の位置姿勢の調整によって、ある程度、自力で前記上体傾き偏差を低減し得るように動作することができる。そして、スレーブ装置1が、自力で前記上体傾き偏差を低減し得るように動作することができる状況(換言すれば、スレーブ装置1がその姿勢の崩れを自力で回復させ得る状況)では、オペレータPの上体に、上体支持部65から横方向の並進力が作用するのを抑制することができる。 In addition, each leg 3 of the slave device 1 is adjusted so as to generate compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined so as to bring the body inclination deviation closer to zero around the desired slave total floor reaction force center point. You can exercise. Therefore, the slave device 1 can operate so as to reduce the body inclination deviation by itself to some extent by adjusting the position and orientation of each leg 6 . Then, in a situation where the slave device 1 can operate so as to reduce the upper body inclination deviation by itself (in other words, a situation where the slave device 1 can recover its collapsed posture by itself), the operator It is possible to suppress the lateral translational force from acting on P's upper body from the upper body support portion 65 .

[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態を図16~図19を参照して説明する。なお、本実施形態は、前記第1実施形態と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理だけが相違する。このため、本実施形態の説明では、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16-19. This embodiment differs from the first embodiment only in part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31 . Therefore, in the description of this embodiment, the description of the same items as in the first embodiment will be omitted.

図16を参照して、本実施形態では、マスター制御部81は、前記目標上体支持部運動決定部81bの代わりに、オペレータPが上体支持部65から受ける反力(詳しくは並進力)の目標値である目標上体支持部反力を決定する機能を有する目標上体支持部反力決定部81cを備える。また、本実施形態では、マスター制御部81のマスター移動制御部81a5は、目標上体支持部反力決定部81cで決定された目標上体支持部反力を用いて各移動接地部54に対応する移動駆動機構55の電動モータ55a,55bと昇降機構60のスライド駆動アクチュエータ66とを制御するように構成されている。 Referring to FIG. 16, in the present embodiment, the master control unit 81 calculates the reaction force (specifically, the translational force) that the operator P receives from the upper body support portion 65 instead of the desired upper body support portion motion determination unit 81b. A desired upper body support reaction force determination unit 81c having a function of determining a desired upper body support reaction force, which is a target value of . Further, in the present embodiment, the master movement control section 81a5 of the master control section 81 corresponds to each movement contact portion 54 using the desired upper body support reaction force determined by the desired upper body support reaction force determination portion 81c. It is configured to control the electric motors 55 a and 55 b of the moving drive mechanism 55 and the slide drive actuator 66 of the lifting mechanism 60 .

これらのマスター移動制御部81a5及び目標上体支持部反力決定部81cを有する本実施形態のマスター制御部81は、所定の制御処理周期で図17のフローチャートに示す処理を実行する。STEP1aにおいて、マスター制御部81は、目標上体支持部反力決定部81cにより、目標上体支持部反力(横方向及び上下方向の並進力)を決定する。 The master control unit 81 of this embodiment, which has the master movement control unit 81a5 and the desired upper body support reaction force determination unit 81c, executes the process shown in the flowchart of FIG. 17 at a predetermined control process cycle. In STEP 1a, the master control unit 81 uses the desired body support reaction force determination unit 81c to determine the desired body support reaction force (lateral and vertical translational forces).

この場合、目標上体支持部反力決定部81cには、スレーブ制御部31からマスター制御部81に送信される実スレーブ上体横方向位置と、前回の制御処理周期でマスター移動制御部81a5の後述するSTEP5aの処理により推定された実オペレータ上体横方向位置とが入力される。 In this case, the desired body support reaction force determination unit 81c stores the actual slave body lateral position transmitted from the slave control unit 31 to the master control unit 81, and The actual operator's body lateral direction position estimated by the processing of STEP 5a, which will be described later, is input.

そして、目標上体支持部反力決定部81cは、実スレーブ上体横方向位置と実オペレータ上体横方向位置との関係を、前記第2実施形態で説明した前記式(32a),(32b)により示される所定の関係を満たす状態に収束させ得るように目標上体支持部反力のうちの横方向(X軸方向及びY軸方向)の並進力である目標上体支持部横方向並進力を決定する。 Then, the desired body support reaction force determination unit 81c determines the relationship between the actual slave body lateral position and the actual operator body lateral position using the formulas (32a) and (32b) described in the second embodiment. ), which is the translational force in the lateral direction (X-axis direction and Y-axis direction) of the desired body support reaction force so as to converge to a state that satisfies the predetermined relationship shown by determine power.

具体的には、目標上体支持部反力決定部81cは、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actの観測値と、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_act,P_sb_y_actの観測値との対応関係の,式(32a),(32b)により示される所定の関係からのずれ量(X軸方向でのずれ量Err_xと、Y軸方向でのずれ量Err_yとの組)を、例えば前記第2実施形態で説明した式(35a),(35b)により算出する。 Specifically, the desired body support reaction force determination unit 81c determines the correspondence relationship between the observed values of the actual operator lateral body positions P_opb_x_act and P_opb_y_act and the observed values of the actual slave lateral body positions P_sb_x_act and P_sb_y_act. , equations (32a) and (32b) (the set of the deviation amount Err_x in the X-axis direction and the deviation amount Err_y in the Y-axis direction) from the predetermined relationship, for example, in the second embodiment It is calculated by the formulas (35a) and (35b) described in .

なお、ずれ量Err_x、Err_yを前記式(33a),(33b)により算出してもよい。また、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_act,P_opb_y_actの観測値の代わりに、実上体支持部横方向位置P_mb_x_act,P_mb_y_actの観測値を用いて、式(35a),(35b)あるいは、式(33a),(33b)のP_opb_x_act,P_opb_y_actをそれぞれP_mb_x_act,P_mb_y_actに置き換えた式によって、ずれ量Err_x、Err_yを算出してもよい。 It should be noted that the deviation amounts Err_x and Err_y may be calculated by the formulas (33a) and (33b). Further, instead of the observed values of the actual operator body lateral positions P_opb_x_act and P_opb_y_act, the observed values of the actual body support portion lateral positions P_mb_x_act and P_mb_y_act are used to obtain equations (35a) and (35b) or equation (33a). ) and (33b) by replacing P_opb_x_act and P_opb_y_act with P_mb_x_act and P_mb_y_act, respectively, to calculate the deviation amounts Err_x and Err_y.

そして、目標上体支持部反力決定部81cは、上記ずれ量Err_x,Err_yをフィードバック制御則によりゼロに収束させるように、目標上体支持部横方向並進力(X軸方向の並進力F_mb_x_aim及びY軸方向の並進力F_mb_y_aimを決定する。例えば目標上体支持部反力決定部81cは、PD則を用いて、次式(40a),(40b)により、目標上体支持部横方向並進力F_mb_x_aim,F_mb_y_aimを決定する。
F_mb_x_aim=Kpfvir*Err_x+Kvfvir*dErr_x/dt
……(40a)
F_mb_y_aim=Kpfvir*Err_y+Kvfvir*dErr_y/dt
……(40b)
Then, the desired body support portion reaction force determination unit 81c controls the desired body support portion lateral translational force (X-axis direction translational force F_mb_x_aim and X-axis direction translational force F_mb_x_aim and The Y-axis direction translational force F_mb_y_aim is determined.For example, the desired body support reaction force determination unit 81c uses the PD rule to obtain the desired body support lateral translational force F_mb_y_aim using the following equations (40a) and (40b): Determine F_mb_x_aim, F_mb_y_aim.
F_mb_x_aim=Kpfvir*Err_x+Kvfvir*dErr_x/dt
...... (40a)
F_mb_y_aim=Kpfvir*Err_y+Kvfvir*dErr_y/dt
...... (40b)

ここで、Kpfvir,Kvfvirは、あらかじめ定められた所定値のゲインであり、dErr_x/dt,dErr_y/dtはそれぞれ、Err_x,Err_yの微分値(時間的変化率)である。なお、PD則以外のフィードバック制御則(例えばP則、PID則)により目標上体支持部横方向並進力を決定してもよい。 Here, Kpfvir and Kvfvir are gains of predetermined values, and dErr_x/dt and dErr_y/dt are differential values (temporal rate of change) of Err_x and Err_y, respectively. Note that the desired body support portion lateral translational force may be determined by a feedback control law other than the PD law (for example, the P law, the PID law).

また、目標上体支持部反力決定部81cは、目標上体支持部反力のうちの上下方向の並進力である目標上体支持部上下方向並進力F_mb_z_aimを、次式(41)に示す如く、所定値Czに設定する。Czは、前記式(3)に関して説明した如く、オペレータPの脚の負荷を軽減するために上体支持部65からオペレータPに作用させる上向きの並進力の目標値である。ただし、Czはゼロでもよい。
F_mb_z_aim=Cz ……(41)
Further, the desired body support reaction force determining unit 81c determines a desired body support vertical translational force F_mb_z_aim, which is the vertical translational force of the desired body support reaction force, as shown in the following equation (41). As shown, it is set to a predetermined value Cz. Cz is the target value of the upward translational force exerted on the operator P from the upper body support 65 in order to reduce the load on the operator P's legs, as described with respect to equation (3) above. However, Cz may be zero.
F_mb_z_aim=Cz ……(41)

STEP1aでは、目標上体支持部反力決定部81cは、さらに、目標上体支持部向きを決定する処理も実行する。この場合、目標上体支持部向きを決定する処理は、第1実施形態のSTEP1での処理と同じである。すなわち、上体力検出器64により検出される実上体支持部ヨー方向モーメントがゼロに収束するように目標上体支持部向きが決定される。あるいは、実オペレータ上体向きをモーションキャブチャ等の適宜の手法により推定し、その推定値を目標上体支持部向きとして決定してもよい。 In STEP 1a, the desired upper body support reaction force determination unit 81c also executes processing for determining the desired upper body support orientation. In this case, the processing for determining the desired upper body support portion orientation is the same as the processing in STEP 1 of the first embodiment. That is, the desired upper body support orientation is determined so that the actual body support yaw moment detected by the upper body strength detector 64 converges to zero. Alternatively, the actual operator body orientation may be estimated by an appropriate method such as motion cabcha, and the estimated value may be determined as the desired upper body support portion orientation.

STEP1aでは、以上の如く、目標上体支持部反力(F_mb_x_aim,F_mb_y_aim,F_mb_z_aim)と目標上体支持部向きとが決定される。 In STEP 1a, the desired upper body support reaction force (F_mb_x_aim, F_mb_y_aim, F_mb_z_aim) and the desired upper body support direction are determined as described above.

次に、マスター制御部81は、マスター移動制御部81a5によりSTEP2~5aの処理を実行する。STEP2では、マスター移動制御部81a5は、モータ回転検出器56により検出される実モータ回転角と、スライド変位検出器67により検出される実スライド変位とを用いて、実上体支持部運動(実上体支持部位置及び実上体支持部向き)を推定する。この処理は、第1実施形態と同じである。 Next, the master control section 81 executes the processing of STEP2 to STEP5a by the master movement control section 81a5. In STEP 2, the master movement control section 81a5 uses the actual motor rotation angle detected by the motor rotation detector 56 and the actual slide displacement detected by the slide displacement detector 67 to determine the actual body support portion motion (actual Estimate the body support position and actual body support orientation). This processing is the same as in the first embodiment.

次いで、STEP3aにおいて、マスター移動制御部81a5は、目標上体支持部反力の横方向並進力(目標上体支持部横方向並進力)と、目標上体支持部向きとを実現するように、各移動接地部54の目標並進速度を決定し、その目標並進速度を実現するように、各移動接地部54に対応する電動モータ55a,55bを制御する。 Next, in STEP 3a, the master movement control unit 81a5 realizes the lateral translational force of the desired body support reaction force (desired body support lateral translational force) and the desired body support orientation. A target translational speed of each moving grounding portion 54 is determined, and the electric motors 55a and 55b corresponding to each moving grounding portion 54 are controlled so as to achieve the target translational speed.

具体的には、マスター移動制御部81a5は、STEP1aで決定された目標上体支持部横方向並進力(X軸方向の並進力F_mb_x_aim及びY軸方向の並進力F_mb_y_aim)と、上体力検出器64で検出された実上体支持部反力のうちの横方向並進力である実上体支持部横方向並進力(X軸方向の並進力F_mb_x_act及びY軸方向の並進力F_mb_y_act)とを取得する。なお、実上体支持部横方向並進力F_mb_x_act,F_mb_y_actは、上体力検出器64に対して設定されたローカル座標系で見た並進力の検出値をマスター側グローバル座標系で見た値に座標変換することで得られる。 Specifically, the master movement control unit 81a5 controls the lateral direction translational force of the desired upper body support determined in STEP1a (the X-axis translational force F_mb_x_aim and the Y-axis translational force F_mb_y_aim), and the upper physical strength detector 64 Acquire the actual body support horizontal translational force (X-axis translational force F_mb_x_act and Y-axis translational force F_mb_y_act), which is the horizontal translational force of the actual body support reaction force detected in . Note that the horizontal translational forces F_mb_x_act and F_mb_y_act of the actual body support are obtained by converting the detection values of the translational force seen in the local coordinate system set for the upper physical strength detector 64 to the values seen in the master-side global coordinate system. obtained by conversion.

そして、マスター移動制御部81a5は、目標上体支持部横方向並進力F_mb_x_aim,F_mb_y_aimと、実上体支持部横方向並進力F_mb_x_act,F_mb_y_actとの偏差に応じて、フィードバック制御則により該偏差をゼロに収束させるように、上体支持部65の横方向の目標並進速度である目標上体支持部横方向速度(X軸方向の速度V_mb_x_aim及びY軸方向の速度V_mb_y_aim)を決定する。例えば、マスター移動制御部81a5は、P則を用いて、次式(42a),(42b)により、目標上体支持部横方向速度V_mb_x_aim,V_mb_y_aimを決定する。
V_mb_x_aim=Kpdr*(F_mb_x_aim-F_mb_x_act)
……(42a)
V_mb_y_aim=Kpdr*(F_mb_y_aim-F_mb_y_act)
……(42b)
Then, the master movement control unit 81a5 reduces the deviation to zero according to the feedback control rule according to the deviation between the desired body support portion lateral translational force F_mb_x_aim, F_mb_y_aim and the actual body support portion lateral translational force F_mb_x_act, F_mb_y_act. , a target body support lateral velocity (X-axis velocity V_mb_x_aim and Y-axis velocity V_mb_y_aim), which is a target lateral translational velocity of the body support part 65, is determined. For example, the master movement control section 81a5 determines the desired upper body support portion lateral velocities V_mb_x_aim and V_mb_y_aim by the following equations (42a) and (42b) using the P-law.
V_mb_x_aim = Kpdr * (F_mb_x_aim - F_mb_x_act)
...... (42a)
V_mb_y_aim = Kpdr * (F_mb_y_aim - F_mb_y_act)
... (42b)

ここで、Kpdrは所定値のゲインである。なお、P則以外のフィードバック制御則(例えばPD則、PID則等)により目標上体支持部横方向速度を決定してもよい。 Here, Kpdr is a gain of a predetermined value. Note that the desired upper body support portion lateral velocity may be determined by a feedback control law other than the P law (for example, PD law, PID law, etc.).

そして、マスター移動制御部81a5は、上記の如く決定した目標上体支持部横方向速度V_mb_x_aim,V_mb_y_aimを、STEP2で推定された実上体支持部向きθ_mb_z_actの(-1)倍の角度(=-θ_mb_z_act)だけ、ヨー方向(Z軸周り方向)に回転変換することにより、マスター座標系CmのXm軸方向及びYm軸方向のそれぞれの軸方向における目標上体支持部横方向速度V_mb_local_x_aim,V_mb_local_y_aimを求める。 Then, the master movement control unit 81a5 converts the desired body support lateral velocities V_mb_x_aim, V_mb_y_aim determined as described above to an angle (=- θ_mb_z_act) in the yaw direction (direction around the Z-axis) to obtain the desired upper body support lateral velocities V_mb_local_x_aim and V_mb_local_y_aim in the respective axial directions of the Xm-axis direction and the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm. .

また、マスター移動制御部81a5は、第1実施形態のSTEP3での処理と同様に、STEP1aで決定された目標上体支持部向きθ_mb_z_aimと、STEP2で求めた実上体支持部向きθ_mb_z_actの推定値との偏差に応じて、フィードバック制御則(例えば、P則、PD則、PID則等)により該偏差をゼロに収束させるように、上体支持部65のヨー方向の目標角速度である目標上体支持部ローカルヨー方向角速度ω_mb_local_z_aimを決定する。 Further, the master movement control unit 81a5, similarly to the processing in STEP3 of the first embodiment, estimates the desired body support portion orientation θ_mb_z_aim determined in STEP1a and the actual body support portion orientation θ_mb_z_act obtained in STEP2. , the target body, which is the target angular velocity in the yaw direction of the body support section 65, is adjusted so that the deviation converges to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.) Determine the support portion local yaw angular velocity ω_mb_local_z_aim.

なお例えば、上体力検出器64により検出される実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actをフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)によりゼロに収束させるように、実上体支持部ヨー方向モーメントM_mb_z_actの観測値に応じて目標上体支持部ローカルヨー方向角速度ω_mb_local_z_aimを決定してもよい。この場合には、STEP1aで目標上体支持部向きを決定する処理を省略し得る。 For example, the actual body support portion yaw moment M_mb_z_act detected by the upper physical strength detector 64 is converged to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.). A desired body support local yaw angular velocity ω_mb_local_z_aim may be determined according to the observed value of the yaw moment M_mb_z_act. In this case, the process of determining the desired orientation of the upper body support portion in STEP1a can be omitted.

以後は、マスター移動制御部81a5は、前記第1実施形態のSTEP3の処理と同様に、前記式(9a),(9b),(10a),(10b),(11a),(11b)の演算処理を経て、各移動接地部54(n)(n=1,2,3,4)に対応する電動モータ55a,55bのそれぞれの目標モータ駆動力Tq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)を決定する。
さらに、マスター移動制御部81a5は、各移動接地部54(n)に対応する電動モータ
After that, the master movement control unit 81a5 calculates the equations (9a), (9b), (10a), (10b), (11a), and (11b) in the same manner as in the processing of STEP 3 of the first embodiment. After processing, the target motor driving forces Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n) of the electric motors 55a and 55b corresponding to the respective moving ground contact portions 54(n) (n=1, 2, 3, 4) are determined. .
Further, the master movement control section 81a5 controls the electric motor corresponding to each movement grounding section 54(n).

55a,55bのそれぞれを、目標モータ駆動力Tq_mw_mota_aim(n),Tq_mw_motb_aim(n)を出力させるように作動させる。これにより、目標上体支持部横方向並進力F_mb_x_aim,F_mb_y_aimと、目標上体支持部向きθ_mb_z_aimとが実現されるように、移動機構52の移動制御が行われる。 Each of 55a and 55b is operated to output target motor drive forces Tq_mw_mota_aim(n) and Tq_mw_motb_aim(n). As a result, movement control of the moving mechanism 52 is performed so that the desired body support portion lateral translational forces F_mb_x_aim, F_mb_y_aim and the desired body support portion orientation θ_mb_z_aim are realized.

次に、STEP4aにおいて、マスター移動制御部81a5は、目標上体支持部反力のうちの上下方向並進力(実上体支持部上下方向並進力)を実現するように、スライド駆動アクチュエータ66を制御する。具体的には、マスター移動制御部81a5は、上体力検出器64により検出される実上体支持部上下方向並進力と、STEP1aで決定された目標上体支持部上下方向並進力(=Cz)との偏差に応じて、フィードバック制御則(例えば、P則、PD則、PID則等)により該偏差をゼロに収束させるように、上体支持部65の上下方向(Z軸方向)の目標並進速度である目標上体支持部上下方向速度V_mb_z_aimを決定する。 Next, in STEP 4a, the master movement control unit 81a5 controls the slide drive actuator 66 so as to achieve the vertical translational force (actual body support vertical translational force) of the target body support reaction force. do. Specifically, the master movement control section 81a5 determines the vertical translational force of the actual body support portion detected by the upper body strength detector 64 and the desired vertical translational force of the body support portion determined in STEP 1a (=Cz). , the desired translation in the vertical direction (Z-axis direction) of the body support part 65 so as to converge the deviation to zero by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.) A target upper body support vertical velocity V_mb_z_aim is determined.

そして、マスター移動制御部81a5は、上記の如く決定した目標上体支持部上下方向速度V_mb_z_aimと、STEP2で求めた実上体支持部高さP_mb_z_actの時間変化率を求める微分処理により算出される上体支持部65の実際の上下方向の並進速度である実上体支持部上下方向速度V_mb_z_actとの偏差に応じて、フィードバック制御則(例えば、P則、PD則、PID則等)により、該偏差をゼロに収束させるように、スライド駆動アクチュエータ66の目標駆動力を決定する。 Then, the master movement control unit 81a5 calculates the time rate of change of the desired body support portion vertical velocity V_mb_z_aim determined as described above and the actual body support portion height P_mb_z_act obtained in STEP 2 through differentiation processing. According to the deviation from the actual vertical translation speed of the body support portion 65, V_mb_z_act, the deviation is calculated by a feedback control law (for example, P law, PD law, PID law, etc.). is determined to converge to zero.

そして、マスター移動制御部81a5は、この目標駆動力を発生させるようにスライド駆動アクチュエータ66を制御する。これにより、目標上体支持部上下方向並進力が実現されるように、スライド駆動アクチュエータ66が制御される。 Then, the master movement control section 81a5 controls the slide drive actuator 66 so as to generate this target drive force. As a result, the slide drive actuator 66 is controlled such that the target upper body support portion up-down translational force is achieved.

次いで、STEP5aにおいて、マスター移動制御部81a5は、実オペレータ上体向きと、実オペレータ上体横方向位置とを推定する。この場合、実オペレータ上体向きを推定する処理は、第1実施形態のSTEP4の処理と同じである。すなわち、前記式(12)の演算により、実オペレータ上体向きが推定される。 Next, in STEP5a, the master movement control section 81a5 estimates the actual operator's body direction and the actual operator's body lateral direction position. In this case, the process of estimating the actual operator's body orientation is the same as the process of STEP4 in the first embodiment. That is, the actual operator's body orientation is estimated by the calculation of the above equation (12).

また、実オペレータ上体横方向位置を推定する処理は、前記第2実施形態で説明した処理と同じである。すなわち、前記式(31a),(31b)により、実オペレータ上体横方向位置が推定される。 Further, the process of estimating the actual operator's lateral body position is the same as the process described in the second embodiment. That is, the actual operator's body lateral position is estimated by the formulas (31a) and (31b).

マスター制御部81は、以上の如く、マスター移動制御部81a5の処理(STEP2~5aの処理)を実行した後、次にSTEP6aにおいて、スレーブ制御部31にスレーブ装置1の動作に関する指令情報を送信する。 As described above, the master control unit 81 executes the processing of the master movement control unit 81a5 (the processing of STEP2 to STEP5a), and then, in STEP6a, transmits command information regarding the operation of the slave device 1 to the slave control unit 31. .

具体的には、マスター制御部81は、第1実施形態のSTEP6の処理と同様に、実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)、実オペレータ足部位置姿勢、実オペレータ足部床反力、及び実上体支持部高さを指令情報の構成要素としてスレーブ制御部31に送信する。加えて、本実施形態では、マスター制御部81はさらに、STEP5aで推定した実オペレータ上体横方向位置の観測値も、指令情報の構成要素としてスレーブ制御部31に送信する。 Specifically, as in the processing of STEP 6 of the first embodiment, the master control unit 81 controls the actual operator body posture (orientation and inclination), the actual operator foot position and posture, the actual operator foot floor reaction force, and The actual body support portion height is transmitted to the slave control unit 31 as a component of the command information. In addition, in this embodiment, the master control unit 81 also transmits the observed value of the actual operator's lateral body position estimated in STEP 5a to the slave control unit 31 as a component of the command information.

なお、前記第1実施形態のSTEP6の処理に関して補足した如く、マスター制御部81からスレーブ制御部31に出力(送信)する指令情報(観測値)は、ローパスフィルタ等のフィルタリング処理を施したフィルタリング値であってもよい。また、実上体支持部高さの代わりに、実オペレータ上体高さの観測値をスレーブ制御部31に送信してもよい。
本実施形態では、マスター制御部81の制御処理は以上の如く実行される。
As supplemented with respect to the processing of STEP 6 of the first embodiment, the command information (observed value) output (transmitted) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is a filtered value obtained by filtering such as a low-pass filter. may be Also, an observed value of the actual operator's body height may be transmitted to the slave control unit 31 instead of the actual body support height.
In this embodiment, the control processing of the master control unit 81 is executed as described above.

次に、図18を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第1実施形態で説明した複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c及び上体横方向位置推定部31dを備える一方、第1実施形態のスレーブ動作目標決定部31aと一部の処理が異なるスレーブ動作目標決定部31a5を備える。 Next, referring to FIG. 18, the slave control unit 31 of the present embodiment includes a composite compliance motion determining unit 31b, a joint displacement determining unit 31c, and a lateral body position estimating unit 31d described in the first embodiment. On the other hand, there is provided a slave operation target determination unit 31a5 that partially differs from the slave operation target determination unit 31a of the first embodiment.

このスレーブ動作目標決定部31a5には、スレーブ制御部31がマスター制御部81から通信装置33を介して受信した実オペレータ上体姿勢(向き、傾き)、実オペレータ上体横方向位置、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢、及び実オペレータ足部床反力のそれぞれの観測値(検出値又は推定値)が入力される。 The slave operation target determination unit 31a5 stores the actual operator body posture (orientation, inclination), the actual operator body lateral position, the actual body position, and the actual operator body posture (orientation, inclination) received by the slave control unit 31 from the master control unit 81 via the communication device 33. Observed values (detected values or estimated values) of the support height (or the actual operator's upper body height), the actual operator's foot position/orientation, and the actual operator's foot floor reaction force are input.

ここで、本実施形態では、上体横方向位置推定部31dで推定される実スレーブ上体横方向位置は、スレーブ動作目標決定部31a5には入力されない。そして、スレーブ上体横方向位置の代わりの入力値として、実オペレータ上体横方向位置の観測値がスレーブ動作目標決定部31a5に入力される。 Here, in the present embodiment, the actual slave lateral body position estimated by the lateral body position estimator 31d is not input to the slave motion target determiner 31a5. Then, as an input value instead of the slave lateral body position, the observed value of the actual operator lateral body position is input to the slave motion target determination unit 31a5.

そして、スレーブ動作目標決定部31a5は、所定の制御処理周期で、図19のフローチャートに示す処理を実行する。この場合、スレーブ動作目標決定部31a5は、STEP11~17で第1実施形態と同じ処理を実行する。これにより、目標スレーブ上体横方向位置以外の目標スレーブ上体運動(目標スレーブ上体姿勢及び目標スレーブ上体高さ)と、目標スレーブ脚運動と、目標スレーブ床反力とが第1実施形態と同様に決定される。 Then, the slave operation target determination unit 31a5 executes the process shown in the flowchart of FIG. 19 at a predetermined control process cycle. In this case, the slave operation target determination unit 31a5 executes the same processing as in the first embodiment in STEP11-17. As a result, the desired slave body motion (desired slave body posture and desired slave body height) other than the desired slave lateral body position, the desired slave leg motion, and the desired slave floor reaction force are the same as in the first embodiment. determined in the same way.

次いで、STEP18bにおいて、スレーブ動作目標決定部31a5は、マスター制御部81から受信した実オペレータ上体横方向位置の観測値に応じて、目標スレーブ上体横方向位置を決定する。 Next, in STEP 18 b , the slave movement target determination unit 31 a 5 determines the target slave lateral body position according to the observed value of the actual operator lateral body position received from the master control unit 81 .

具体的には、スレーブ動作目標決定部31a5は、実オペレータ上体横方向位置と実スレーブ上体横方向位置とが、前記第2実施形態で説明した前記式(32a),(32b)により示される所定の関係を満たすことを目標として、実オペレータ上体横方向位置の観測値に応じて、目標スレーブ上体横方向位置を決定する。 Specifically, the slave motion target determination unit 31a5 determines that the actual operator body lateral direction position and the actual slave body lateral direction position are represented by the equations (32a) and (32b) described in the second embodiment. A target slave lateral body position is determined according to the observed value of the actual operator lateral body position, with the goal of satisfying a predetermined relationship given by the operator.

すなわち、スレーブ動作目標決定部31a5は、実オペレータ上体横方向位置のX軸方向位置P_opb_x_act及びY軸方向位置P_opb_y_actから、次式(50a),(50b)により、目標スレーブ上体横方向位置のX軸方向位置P_sb_x_aim及びY軸方向位置P_sb_y_aimを決定する。
P_sb_x_aim=(P_opb_x_act-Cpmb)/Kpmb
……(50a)
P_sb_y_aim=(P_opb_y_act-Cpmb)/Kpmb
……(50b)
That is, the slave motion target determining unit 31a5 calculates the desired slave lateral body position from the X-axis position P_opb_x_act and the Y-axis position P_opb_y_act of the actual operator lateral body position by the following equations (50a) and (50b). Determine the X-axis position P_sb_x_aim and the Y-axis position P_sb_y_aim.
P_sb_x_aim = (P_opb_x_act - Cpmb) / Kpmb
...... (50a)
P_sb_y_aim = (P_opb_y_act - Cpmb) / Kpmb
...... (50b)

本実施形態のスレーブ動作目標決定部31a5の処理は、以上の如く実行される。本実施形態は、以上説明した事項以外は、第1実施形態と同じである。ここで、本実施形態と本願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、スレーブ動作目標決定部31a5の処理のうち、目標スレーブ上体横方向位置を決定する処理が本発明における第204処理部の処理に相当し、マスター制御部81の目標上体支持部反力決定部81cが本発明における第205処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第1実施形態と本願発明との対応関係と同様である。 The processing of the slave operation target determination unit 31a5 of this embodiment is executed as described above. This embodiment is the same as the first embodiment except for the matters described above. Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In the present embodiment, among the processes of the slave movement target determination unit 31a5, the process of determining the desired slave body lateral position corresponds to the process of the 204th processing unit of the present invention. The internal reaction force determination unit 81c corresponds to the 205th processing unit in the present invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the first embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合に、第1実施形態と同様に、オペレータPの上体に、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力を上体支持部65から作用させることができる。これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、体感的に適切かつ迅速に認識することができる。
According to the present embodiment described above, when the posture of the slave device 1 is disturbed, as in the first embodiment, the upper body of the operator P is provided with a lateral direction corresponding to the deformation of the slave device 1 . can be applied from the upper body support portion 65 . As a result, the operator P can appropriately and quickly perceptually recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態を図20を参照して説明する。なお、本実施形態は、スレーブ制御部31の一部の制御処理だけが第5実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明では、第5実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. Note that this embodiment differs from the fifth embodiment only in part of the control processing of the slave control unit 31 . Therefore, in the description of this embodiment, the description of the same matters as those of the fifth embodiment will be omitted.

図20を参照して、本実施形態では、スレーブ制御部31は、第5実施形態のスレーブ制御部31の機能に加えて、前記第2実施形態で説明した補償床反力決定部31eを備えている。該補償床反力決定部31eは、第2実施形態で説明した通り、実オペレータ上体横方向位置P_opb_x_actの観測値と、実スレーブ上体横方向位置P_sb_x_actの観測値との対応関係の,前記式(32a),(32b)により示される所定の関係からのずれ量Err_x,Err_yに応じて、フィードバック制御則により(例えば前記式(34a),(34b)の演算により)補償全床反力モーメントを決定する。 Referring to FIG. 20, in this embodiment, a slave control unit 31 includes a compensating floor reaction force determination unit 31e described in the second embodiment in addition to the functions of the slave control unit 31 of the fifth embodiment. ing. As described in the second embodiment, the compensating floor reaction force determination unit 31e determines the correspondence relationship between the observed value of the actual operator lateral body position P_opb_x_act and the observed value of the actual slave lateral body position P_sb_x_act. According to the deviation amounts Err_x and Err_y from the predetermined relationship shown by the equations (32a) and (32b), the compensating total floor reaction force moment is calculated according to the feedback control rule (for example, by the calculation of the equations (34a) and (34b)). to decide.

そして、この補償全床反力モーメントを用いて、複合コンプライアンス動作決定部31bの処理が第2実施形態と同様に実行される。本実施形態は、以上説明した事項以外は、第5実施形態と同じである。 Then, using this compensating total floor reaction force moment, the processing of the composite compliance operation determination unit 31b is executed in the same manner as in the second embodiment. This embodiment is the same as the fifth embodiment except for the matters described above.

ここで、本実施形態と本願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、補償床反力決定部31eが本発明における第6処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第5実施形態と本願発明との対応関係と同じである。 Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the compensating floor reaction force determining section 31e corresponds to the sixth processing section of the present invention, and the composite compliance motion determining section 31b corresponds to the 103rd processing section of the present invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the fifth embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、スレーブ装置1の姿勢の崩れが発生した場合に、第1実施形態と同様に、オペレータPの上体に、スレーブ装置1の姿勢の崩れに応じた横方向の並進力を上体支持部65から作用させることができる。これにより、オペレータPは、スレーブ装置1が姿勢を崩したことや、その姿勢の崩れがスレーブ装置1のどの向きに生じたのかを、体感的に適切かつ迅速に認識することができる。 According to the present embodiment described above, when the posture of the slave device 1 is disturbed, as in the first embodiment, the upper body of the operator P is provided with a lateral direction corresponding to the deformation of the slave device 1 . can be applied from the upper body support portion 65 . As a result, the operator P can appropriately and quickly perceptually recognize that the slave device 1 has lost its posture and in which direction the slave device 1 has lost its posture.

また、前記ずれ量Err_x,Err_yをゼロに近づけるように決定した補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを、目標スレーブ全床反力中心点の周りに発生させるように、スレーブ装置1の各脚3の運動を行わせることができる。このため、前記第2実施形態と同様に、スレーブ装置1が、自力で前記上体傾き偏差を低減し得るように動作することができる状況(換言すれば、スレーブ装置1がその姿勢の崩れを自力で回復させ得る状況)では、オペレータPの上体に、上体支持部65から横方向の並進力が作用するのを抑制することができる。
In addition, each leg 3 of the slave device 1 generates compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined so as to bring the deviation amounts Err_x and Err_y closer to zero around the target slave total floor reaction force center point. exercise. Therefore, as in the second embodiment, the slave device 1 can operate to reduce the body tilt deviation by itself (in other words, the slave device 1 can prevent its posture from collapsing). In the situation where the operator P can recover by himself/herself, it is possible to suppress the lateral translational force acting on the upper body of the operator P from the upper body support portion 65 .

[第7実施形態]
次に、本発明の第7実施形態を図21A~図25を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが第1実施形態と相違するものであるので、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
A seventh embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 21A to 25. FIG. This embodiment differs from the first embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31. The description of the same matters as those in the above is omitted.

図21A及び図21Bを参照して、本実施形態では、マスター装置51は、前記第1実施形態の上体支持部65と異なる構造の上体支持部65’を備える。この上体支持部65’は、スライド部材62に対してロール方向(マスター座標系CmのXm軸周り方向)に回転し得るように該スライド部材62に取付けられた半円弧形状(又はU字形状)の外側部材65aと、該外側部材65aに対してピッチ方向(マスター座標系CmのYm軸周り方向)に回転し得るように該外側部材65aに取付けられた背もたれ部材65bと、外側部材65aをロール方向に回転駆動する第1アクチュエータ68と、背もたれ部材65bをピッチ方向に回転駆動する第2アクチュエータ69とを備える。 21A and 21B, in this embodiment, the master device 51 includes a body support section 65' having a structure different from that of the body support section 65 of the first embodiment. The upper body support portion 65′ is semicircular (or U-shaped) attached to the slide member 62 so as to be rotatable in the roll direction (the direction around the Xm axis of the master coordinate system Cm) with respect to the slide member 62. ), a backrest member 65b attached to the outer member 65a so as to be rotatable in the pitch direction (direction around the Ym axis of the master coordinate system Cm) with respect to the outer member 65a, and the outer member 65a. It has a first actuator 68 that rotates in the roll direction and a second actuator 69 that rotates the backrest member 65b in the pitch direction.

外側部材65aは、第1アクチュエータ68及び前記上体力検出器64を介してスライド部材62に取付けられいる。この場合、第1アクチュエータ68は、例えば電動モータにより構成され、その駆動軸68aの回転軸心をマスター装置51の前後方向(マスター座標系CmのXm軸方向)に向けた状態で、上体力検出器64を介してスライド部材62に取付けられている。そして、第1アクチュエータ68の駆動軸68aに外側部材65aの中央部が固定されている。これにより、外側部材65aは、第1アクチュエータ68の駆動力によりロール方向に回転駆動することが可能となっている。以降、第1アクチュエータ68を第1背もたれ駆動アクチュエータ68という。 The outer member 65 a is attached to the slide member 62 via the first actuator 68 and the upper force detector 64 . In this case, the first actuator 68 is configured by, for example, an electric motor, and the upper body strength detection is performed with the rotation axis of the drive shaft 68a directed in the front-rear direction of the master device 51 (the Xm-axis direction of the master coordinate system Cm). It is attached to the slide member 62 via the container 64 . A central portion of the outer member 65a is fixed to the drive shaft 68a of the first actuator 68. As shown in FIG. As a result, the outer member 65a can be rotationally driven in the roll direction by the driving force of the first actuator 68. As shown in FIG. The first actuator 68 is hereinafter referred to as a first backrest drive actuator 68 .

背もたれ部材65bは、その横断面が半円弧形状(又はU字形状)を有する半筒形状に形成されており、概ね上下方向に延在し、且つ、その内周面がマスター装置51の前方に向くようにして、外側部材65aの内側に配置されている。該背もたれ部材65bの内周面はオペレータPがその上体の背面を沿わせることが可能な面である。 The backrest member 65b is formed in a semi-cylindrical shape having a semi-arcuate (or U-shaped) transverse cross section, extends generally vertically, and has an inner peripheral surface facing forward of the master device 51. It is arranged inside the outer member 65a so as to face. The inner peripheral surface of the backrest member 65b is a surface on which the operator P can follow the back surface of the upper body.

そして、背もたれ部材65bの下部の左右の両端部のそれぞれが、マスター装置51の左右方向(マスター座標系CmのYm軸方向)の軸心を有する支軸65cを介して外側部材65aの各端部に軸支されている。これにより、背もたれ部材65bは、外側部材65aに対してピッチ方向に回転し得るようになっている。 Both left and right ends of the lower portion of the backrest member 65b are connected to respective ends of the outer member 65a via a support shaft 65c having an axial center in the left-right direction of the master device 51 (the Ym-axis direction of the master coordinate system Cm). pivoted on. This allows the backrest member 65b to rotate in the pitch direction with respect to the outer member 65a.

また、第2アクチュエータ69は、例えば電動モータにより構成される。そして、第2アクチュエータ69は、外側部材65aの一端部側の支軸65cの軸心上で外側部材65aに取付けられていると共に、その駆動軸(図示省略)が、背もたれ部材65bを支軸65cの軸心周りに(ピッチ方向に)回転駆動し得るように該背もたれ部材65bに接続されている。以降、第2アクチュエータ69を第2背もたれ駆動アクチュエータ69という。 Also, the second actuator 69 is configured by, for example, an electric motor. The second actuator 69 is attached to the outer member 65a on the axial center of the support shaft 65c on the one end side of the outer member 65a, and its drive shaft (not shown) connects the backrest member 65b to the support shaft 65c. is connected to the backrest member 65b so as to be rotatably driven (in the pitch direction) about its axis. The second actuator 69 is hereinafter referred to as a second backrest drive actuator 69 .

かかる構成の上体支持部65’では、背もたれ部材65bが、第1実施形態における上体支持部65に相当するものであり、オペレータPの上体(例えば腰部とその上側の部分)にその背面側から沿わせるようにして、図示しないベルト等を介して装着される。なお、背もたれ部材76bの内周面には、オペレータPの上体との間に介在させる図示しないパッド等の弾性部材が取り付けられている。 In the upper body support section 65′ having such a configuration, the backrest member 65b corresponds to the upper body support section 65 in the first embodiment, and the backrest member 65b is provided on the upper body of the operator P (for example, the waist and upper part thereof). It is attached via a belt or the like (not shown) so as to be along from the side. An elastic member such as a pad (not shown) interposed between the upper body of the operator P is attached to the inner peripheral surface of the backrest member 76b.

そして、オペレータPの上体に上体支持部65’を装着した状態では、第1背もたれ駆動アクチュエータ68から外側部材65a及び背もたれ部材65bを介してオペレータPの上体にロール方向の回転力(該上体を左右に傾ける方向の回転力)を付与することが可能である。また、第2背もたれ駆動アクチュエータ69から背もたれ部材65bを介してオペレータPの上体にピッチ方向の回転力(該上体を前後に傾ける方向の回転力)を付与することが可能である。 In a state where the upper body support portion 65' is attached to the upper body of the operator P, a rotational force in the roll direction is applied from the first backrest drive actuator 68 to the upper body of the operator P via the outer member 65a and the backrest member 65b. It is possible to apply a rotational force in the direction of tilting the upper body left and right. In addition, it is possible to apply a rotational force in the pitch direction (rotational force in the direction of tilting the upper body back and forth) to the upper body of the operator P from the second backrest drive actuator 69 via the backrest member 65b.

なお、第1背もたれ駆動アクチュエータ68から外側部材65aへの動力伝達と、第2背もたれ駆動アクチュエータ69から背もたれ部材65bへの動力伝達とは減速機等の任意の動力伝達機構を介して行うことも可能である。第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69としては、電動モータに限らず、油圧アクチュエータを使用することも可能である。 Power transmission from the first backrest drive actuator 68 to the outer member 65a and power transmission from the second backrest drive actuator 69 to the backrest member 65b can be performed via an arbitrary power transmission mechanism such as a reduction gear. is. The first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 are not limited to electric motors, and hydraulic actuators can also be used.

次に図22を参照して、本実施形態のマスター制御部81は、上体支持部65’の第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69の作動制御を行う背もたれ制御部81dと、オペレータPの上体の傾き(X軸周り方向及びY軸周り方向の傾き)の目標値である目標オペレータ上体傾きを決定する目標上体傾き決定部81eとを備える。また、図22での図示は省略したが、本実施形態のマスター制御部81は、第1実施形態と同じマスター移動制御部81a及び目標上体支持部運動決定部81bを備える。 Next, referring to FIG. 22, the master control unit 81 of the present embodiment includes a backrest control unit 81d that controls the operation of the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 of the upper body support part 65', A target body inclination determination unit 81e for determining a target operator body inclination, which is a target value of the operator P's upper body inclination (inclinations in the directions around the X-axis and the Y-axis). Although not shown in FIG. 22, the master control unit 81 of the present embodiment includes the same master movement control unit 81a and desired upper body support motion determination unit 81b as in the first embodiment.

そして、本実施形態では、マスター制御部81は、スレーブ制御部31から通信装置83を介して実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得る。また、マスター制御部81は、実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値をスレーブ制御部31に送信することを省略する。なお、図22では、マスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データの詳細な図示は省略しているが、実スレーブ上体傾き及び実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)のそれぞれの観測値以外の送受信データは、第1実施形態と同じである。 In this embodiment, the master control unit 81 can receive the observed value of the actual slave body inclination from the slave control unit 31 via the communication device 83 . Also, the master control unit 81 omits transmission of observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) to the slave control unit 31 . Although FIG. 22 omits detailed illustration of transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31, the actual slave body inclination and the actual operator body posture (orientation and inclination) The transmission/reception data other than the observed values of are the same as in the first embodiment.

本実施形態では、マスター制御部81は、前記目標上体支持部運動決定部81b及びマスター移動制御部81aの制御処理を第1実施形態と同様に実行することと並行して、目標上体傾き決定部81e及び背もたれ制御部81dの制御処理を所定の制御処理周期で実行する。 In the present embodiment, the master control section 81 executes the control processing of the desired upper body support portion exercise determination section 81b and the master movement control section 81a in the same manner as in the first embodiment, and simultaneously performs the desired body inclination. The control processing of the determination unit 81e and the backrest control unit 81d is executed at a predetermined control processing cycle.

この場合、目標上体傾き決定部81eには、マスター制御部81がスレーブ制御部31から受信した実スレーブ上体傾きの観測値が入力される。そして、目標上体傾き決定部81eは、実オペレータ上体傾きが、実スレーブ上体傾きに対して、前記第1実施形態で説明した前記式(26)により示される所定の関係(詳しくは、式(26)のうちの傾きの成分に関する関係)を満たす状態に収束するように、目標オペレータ上体傾きを決定する。すなわち、目標オペレータ上体傾き決定部81eは、入力された実スレーブ上体傾きのX軸周り方向の傾きθ_sb_x_act及びY軸周り方向の傾きθ_sb_y_actの観測値から、次式(55a),(55b)により、目標オペレータ上体傾きのX軸周り方向の傾きθ_opb_x_aim及びY軸周り方向の傾きθ_opb_y_aimを決定する。
θ_opb_x_aim=θ_sb_x_act ……(55a)
θ_opb_y_aim=θ_sb_y_act ……(55b)
In this case, the observed value of the actual slave body inclination received by the master control unit 81 from the slave control unit 31 is input to the desired body inclination determination unit 81e. Then, the desired body inclination determining unit 81e determines that the actual operator body inclination has a predetermined relationship (specifically, The target operator's body inclination is determined so as to converge to a state that satisfies the relation regarding the component of the inclination in Equation (26). That is, the target operator body inclination determination unit 81e calculates the following equations (55a) and (55b) from the observed values of the input real slave body inclination θ_sb_x_act in the direction around the X-axis and the inclination θ_sb_y_act in the direction around the Y-axis. Then, the inclination θ_opb_x_aim around the X-axis and the inclination θ_opb_y_aim around the Y-axis of the target operator's body inclination are determined.
θ_opb_x_aim = θ_sb_x_act (55a)
θ_opb_y_aim = θ_sb_y_act (55b)

なお、↑θ_sb_actと、↑θ_opb_actとの間の所定の関係は、例えば、前記式(1a)又は式(1b)と同様の形態の一次関数により表される関係であってもよい。その場合には、θ_opb_x_aim,θ_opb_y_aimは、それぞれ、θ_opb_x_act.θ_opb_x_actの一次関数により決定される。 Note that the predetermined relationship between ↑θ_sb_act and ↑θ_opb_act may be, for example, a relationship represented by a linear function in the same form as Equation (1a) or Equation (1b). In that case, θ_opb_x_aim and θ_opb_y_aim are respectively θ_opb_x_act. Determined by a linear function of θ_opb_x_act.

背もたれ制御部81dには、目標上体傾き決定部81eで決定された目標オペレータ上体傾きと、第1実施形態で説明したオペレータ運動検出器70で推定された実オペレータ上体傾きとが入力される。そして、背もたれ制御部81dは、マスター側グローバル座標系Cgmで見た目標オペレータ上体傾きと、実オペレータ上体傾きの観測値とを、マスター移動制御部81aで推定された実上体支持部向きに応じて、マスター座標系Cm(前記図3及び図4を参照)で見た値に座標変換する。 The backrest control unit 81d receives input of the target operator's body inclination determined by the target body inclination determination unit 81e and the actual operator's body inclination estimated by the operator movement detector 70 described in the first embodiment. be. Then, the backrest control unit 81d converts the reference operator's upper body inclination and the observed value of the actual operator's upper body inclination in the master-side global coordinate system Cgm to the actual body support part estimated by the master movement control unit 81a. Accordingly, the coordinates are transformed into values seen in the master coordinate system Cm (see FIGS. 3 and 4).

さらに、背もたれ制御部81dは、マスター座標系Cmで見た目標オペレータ上体傾きと、マスター座標系Cmで見た実オペレータ上体傾きとの偏差をフィードバック制御則(例えばP則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように、該偏差の算出値に応じて第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69のそれぞれの目標駆動力を決定する。 Furthermore, the backrest control unit 81d uses a feedback control rule (for example, P law, PD law, PID law) to calculate the deviation between the apparent operator's upper body inclination seen in the master coordinate system Cm and the actual operator upper body inclination seen in the master coordinate system Cm. etc.), the target driving force of each of the first backrest driving actuator 68 and the second backrest driving actuator 69 is determined according to the calculated value of the deviation so as to approach zero.

この場合、より詳しくは、マスター座標系CmのXm軸周り方向(ロール方向)での目標オペレータ上体傾きと実オペレータ上体傾きとの偏差に応じて、第1背もたれ駆動アクチュエータ68の目標駆動力が決定され、マスター座標系CmのYm軸周り方向(ピッチ方向)での目標オペレータ上体傾きと実オペレータ上体傾きとの偏差に応じて、第2背もたれ駆動アクチュエータ69の目標駆動力が決定される。 In this case, more specifically, the target driving force of the first backrest drive actuator 68 is determined according to the deviation between the target operator's body inclination and the actual operator's body inclination in the direction (roll direction) around the Xm axis of the master coordinate system Cm. is determined, and the target driving force of the second backrest drive actuator 69 is determined according to the deviation between the target operator's body inclination and the actual operator's body inclination in the direction (pitch direction) around the Ym axis of the master coordinate system Cm. be.

そして、背もたれ制御部81dは、第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69のそれぞれを、上記の如く決定した目標駆動力を出力させるように作動させる。これにより、上体支持部65’の背もたれ部材65bのロール方向及びピッチ方向の傾きは、実オペレータ上体傾きが、実スレーブ上体傾きに対応させて決定した目標オペレータ上体傾きに近づくように制御される。 Then, the backrest control unit 81d operates each of the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 so as to output the target driving force determined as described above. As a result, the inclinations of the backrest member 65b of the upper body support part 65' in the roll direction and the pitch direction are adjusted so that the actual operator's body inclination approaches the target operator's body inclination determined corresponding to the actual slave body inclination. controlled.

次に、図23を参照して。スレーブ制御部31は、第1実施形態と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c及び上体横方向位置推定部31dを備える一方、第1実施形態のスレーブ動作目標決定部31aの代わりに、これと異なる処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a7を備える。 Now refer to FIG. The slave control unit 31 includes a composite compliance motion determining unit 31b, a joint displacement determining unit 31c, and a body lateral position estimating unit 31d, which are the same as those in the first embodiment. Furthermore, there is provided a slave motion target determination unit 31a7 that determines motion targets (desired slave upper body motion, desired slave leg motion, and desired slave floor reaction force) of the slave device 1 by different processing.

そして、スレーブ制御部31は、上体横方向位置推定部31dにより推定された実スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。 Then, the slave control unit 31 transmits the actual slave lateral body position estimated by the lateral body position estimation unit 31 d and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81 . can be sent sequentially to

本実施形態のスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a7には、マスター制御部81から通信装置33を介して受信される実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢及び実オペレータ足部床反力のそれぞれの観測値が入力される共に、上体横方向位置推定部31dで推定される実スレーブ上体横方向位置が入力される。 The slave operation target determination unit 31a7 of the slave control unit 31 of the present embodiment receives the actual body support portion height (or actual operator body height) received from the master control unit 81 via the communication device 33, the actual operator Observed values of the foot position/orientation and the actual operator foot floor reaction force are input, and the actual slave lateral body position estimated by the lateral body position estimator 31d is also input.

そして、スレーブ動作目標決定部31a7の処理は、所定の制御処理周期で図24のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、スレーブ動作目標決定部31a7は、STEP11~15及びSTEP17において、第1実施形態と同じ処理を実行することで、目標スレーブ足部位置姿勢と目標スレーブ床反力と目標スレーブ上体高さとを決定する。なお、目標スレーブ上体高さは、例えば、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体支持部高さ)によらずに、あらかじめ定めた所定値に設定してもよい。 Then, the processing of the slave operation target determination unit 31a7 is executed as shown in the flowchart of FIG. 24 at a predetermined control processing cycle. Specifically, in STEP11 to STEP15 and STEP17, the slave movement target determination unit 31a7 performs the same processing as in the first embodiment, thereby determining the desired slave foot position/orientation, the desired slave floor reaction force, and the desired slave body height. determine the Note that the target slave upper body height may be set to a predetermined value, for example, regardless of the actual body support portion height (or the actual operator upper body support portion height).

次に、STEP19において、スレーブ動作目標決定部31a7は、スレーブ装置1の動力学モデル上で、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)の周りに発生する横方向モーメントがゼロになり、且つ、目標全床反力のうちの横方向並進力(X軸方向及びY軸方向の並進力)を実現し得るように、目標スレーブ上体横方向位置及び目標上体姿勢(傾き及び向き)を決定する。 Next, in STEP 19, the slave motion target determination unit 31a7 determines that the lateral moment generated around the desired slave total floor reaction force central point (desired ZMP) becomes zero on the dynamic model of the slave device 1, and , so that the lateral translational force (translational force in the X-axis direction and Y-axis direction) of the desired total floor reaction force can be realized, the desired slave body lateral position and desired body posture (inclination and orientation) are set to decide.

この場合、スレーブ装置1の動力学モデルとしては、例えば特許第4126061号公報の段落0163~0168及び図12に説明されている動力学モデル、あるいは、これに類似する動力学モデル等を使用し得る。 In this case, as the dynamic model of the slave device 1, for example, the dynamic model described in paragraphs 0163 to 0168 and FIG. 12 of Japanese Patent No. 4126061, or a similar dynamic model can be used. .

図25は、本実施形態で使用する一例の動力学モデルを模式的に示している。この動力学モデルは、前記第3実施形態で説明した動力学モデル(図14)と同様に、上体質点Q1、脚質点Q2、フライホイールFH1,FH2を有することに加えて、スレーブ装置1のヨー方向(上下方向の軸周り方向)での上体2の向きの回転運動に応じてヨー方向に回転するフライホイールFH3をさらに有し、該フライホイールFH3のイナーシャが定義されている。なお、フライホイールFH3は、フライホイールFH1,FH2と同様に、質量を持たない。 FIG. 25 schematically shows an example dynamic model used in this embodiment. This dynamics model has a body mass point Q1, a leg mass point Q2, flywheels FH1 and FH2, as well as the dynamics model (FIG. 14) described in the third embodiment. It further has a flywheel FH3 that rotates in the yaw direction according to the rotational motion of the body 2 in the yaw direction (the direction around the vertical axis), and the inertia of the flywheel FH3 is defined. The flywheel FH3 has no mass, like the flywheels FH1 and FH2.

この動力学モデルでのスレーブ装置1の動力学は、上体質点Q1及び各脚質点Q2のそれぞれの並進加速度に応じて発生する慣性力(並進慣性力)と、上体質点Q1及び各脚質点Q2のそれぞれに作用する重力との全体の合力(並進力)が、スレーブ装置1に作用する全床反力のうちの並進力に釣り合うという関係を表す方程式、並びに、上記合力と、フライホイールFH1,FH2,FH3のそれぞれの回転角加速度に応じて発生する慣性力モーメントとによって、任意の作用点(例えば目標全床反力中心点等)の周りに発生する全体のモーメントが、スレーブ装置1に作用する全床反力によって、該作用点の周りに発生するモーメントに釣り合うという関係を表す方程式とにより表現される。 The dynamics of the slave device 1 in this dynamics model are the inertial force (translational inertial force) generated according to the translational acceleration of the body mass point Q1 and each leg mass point Q2, and the body mass point Q1 and each leg mass point An equation expressing the relationship that the total resultant force (translational force) with the gravity acting on each of Q2 is balanced with the translational force of the total floor reaction force acting on the slave device 1, and the resultant force and the flywheel FH1 , FH2, and FH3, and the total moment generated around an arbitrary point of action (for example, the central point of the desired total floor reaction force) is applied to the slave device 1 by It is expressed by an equation that expresses the relationship that the total floor reaction force acting balances the moment generated around the point of action.

この場合、STEP19の処理は、例えば次のように実行され得る。なお、ここでの説明では、スレーブ側グローバル座標系Cgsは、説明の便宜上、例えばそのX軸方向がスレーブ装置1の前後方向と同方向もしくはほぼ同方向になるように(スレーブ側グローバル座標系CgsのX軸周り方向及びY軸周り方向が、それぞれ図25に示す如く、スレーブ装置1のロール方向、ピッチ方向になるように)、適宜、該X軸方向の向きが更新されているものとする。ただし、スレーブ側グローバル座標系Cgsと、スレーブ装置1の前後方向に座標軸方向を合わせた座標系との間の座標変換を適宜行うことも可能である。 In this case, the processing of STEP19 can be executed, for example, as follows. In the explanation here, for convenience of explanation, the slave-side global coordinate system Cgs is set such that its X-axis direction is the same or substantially the same as the front-rear direction of the slave device 1 (slave-side global coordinate system Cgs). The direction around the X-axis and the direction around the Y-axis are appropriately updated so that the direction around the X-axis and the direction around the Y-axis correspond to the roll direction and the pitch direction of the slave device 1, respectively, as shown in FIG. . However, coordinate conversion between the slave-side global coordinate system Cgs and a coordinate system whose coordinate axis direction is aligned with the front-rear direction of the slave device 1 can be appropriately performed.

STEP19の処理では、例えば、目標全床反力横方向並進力をスレーブ装置1の全体の質量で除算することにより、スレーブ装置1の全体重心の横方向の並進加速度である重心横方向加速度が算出され、さらに、この重心横方向加速度を積分(2階積分)することで、スレーブ装置1の全体重心の横方向位置が算出される。そして、この全体重心の横方向位置と、目標スレーブ足部位置姿勢により規定される動力学モデルの各脚質点Q2の横方向位置とから、動力学モデルの上体質点Q1の横方向位置が算出される。 In the processing of STEP 19, for example, by dividing the desired total floor reaction force lateral translational force by the mass of the entire slave device 1, the center of gravity lateral acceleration, which is the lateral translational acceleration of the entire center of gravity of the slave device 1, is calculated. Further, by integrating (second-order integration) this center-of-gravity lateral acceleration, the lateral position of the entire center-of-gravity of the slave device 1 is calculated. Then, the lateral position of the body mass point Q1 of the dynamic model is calculated from the lateral position of the overall center of gravity and the lateral position of each leg mass point Q2 of the dynamic model defined by the desired slave foot position/posture. be done.

さらに、目標スレーブ足部位置姿勢の時系列から算出される各脚質点Q2の並進加速度と目標スレーブ上体位置の時系列から算出される上体質点Q1の並進加速度とによって全質点(上体質点Q1及び2つの脚質点Q2の全体)が発生する慣性力と、全質点に作用する重力との合力によって、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)周りに発生するモーメントのうちの横方向モーメント(X軸周り方向及びY軸周り方向のモーメント)である全質点運動対応横方向モーメントが算出される。 Furthermore, the total mass point (body mass point Q1 and two leg mass points Q2) and the resultant force of gravity acting on all mass points, the lateral direction of the moment generated around the desired slave total floor reaction force center point (desired ZMP) A lateral moment corresponding to all mass point motion is calculated, which is a moment (moment around the X-axis and around the Y-axis).

そして、動力学モデルのフライホイールFH1,FH2の回転角加速度を未知数として、該回転角加速度に応じてフライホイールFH1,FH2のそれぞれが発生する慣性力モーメント(X軸周り方向及びY軸周り方向の慣性力モーメント)と、上記の如く算出される全質点運動対応横方向モーメントとの合力モーメントが、ゼロになるようにフライホイールFH1,FH2のそれぞれの回転角加速度が算出される。さらに該回転角加速度から、スレーブ装置1の上体2の傾きの目標角加速度(X軸周り方向及びY軸周り方向の目標角加速度)が算出される。そして、該目標角加速度を積分(2階積分)することで、目標スレーブ上体傾きが決定される。 Then, using the rotational angular acceleration of the flywheels FH1 and FH2 in the dynamic model as unknowns, the moment of inertia generated by each of the flywheels FH1 and FH2 in accordance with the rotational angular acceleration (in the direction around the X axis and the direction around the Y axis) The rotational angular acceleration of each of the flywheels FH1 and FH2 is calculated so that the resultant force moment of the moment of inertia) and the lateral moment corresponding to the total mass motion calculated as described above becomes zero. Further, from the rotational angular acceleration, the target angular acceleration of the inclination of the body 2 of the slave device 1 (the target angular acceleration in the direction around the X-axis and the direction around the Y-axis) is calculated. Then, the target slave body inclination is determined by integrating (second-order integration) the target angular acceleration.

また、上体質点Q1及び脚質点Q2のそれぞれの並進加速度によって全質点が発生する慣性力によって、スレーブ側グローバル座標系Cgsの原点周りでヨー方向に発生するモーメントである全質点運動対応ヨー方向モーメントが算出される。 Further, the yaw direction corresponding to all mass point motion, which is the moment generated in the yaw direction around the origin of the slave side global coordinate system Cgs by the inertia force generated by all the mass points due to the translational acceleration of the body mass point Q1 and the leg mass point Q2. is calculated.

そして、動力学モデルの前記フライホイールFH3の回転角加速度を未知数として、該回転角加速度に応じてフライホイールFH3が発生するヨー方向の慣性力モーメントと、上記全質点運動対応ヨー方向モーメントとの合力モーメントが、目標スレーブ全床反力のうちのヨー方向のモーメント(スレーブ側グローバル座標系Cgsの原点周りでのヨー方向のモーメント)と釣り合うという条件を満たし得るように、フライホイールFH3の回転角加速度が算出される。さらに該回転角加速度から、スレーブ装置1の上体2のヨー方向の目標角加速度が算出され、該目標角加速度を積分(2階積分)することで、目標スレーブ上体向きが決定される。また、上体質点Q1の横方向位置とフライホイールFH1,FH2,FH3の回転角に応じて、幾何学的関係により目標スレーブ上体横方向位置が決定される。 Then, using the rotational angular acceleration of the flywheel FH3 in the dynamic model as an unknown, the resultant force of the moment of inertia in the yaw direction generated by the flywheel FH3 in accordance with the rotational angular acceleration and the yaw direction moment corresponding to all-mass motion The rotational angular acceleration of the flywheel FH3 is adjusted so that the moment balances the moment in the yaw direction of the desired slave total floor reaction force (moment in the yaw direction about the origin of the slave-side global coordinate system Cgs). is calculated. Further, a target angular acceleration in the yaw direction of the body 2 of the slave device 1 is calculated from the rotational angular acceleration, and the target slave body orientation is determined by integrating (second-order integration) the target angular acceleration. Further, the target slave lateral body position is determined by a geometrical relationship according to the lateral position of the body mass point Q1 and the rotation angles of the flywheels FH1, FH2 and FH3.

なお、スレーブ装置1の左右の腕10L,10Rを、例えば人の歩行動作と同様に、左右の足部6L,6Rの動きに同期して、上体2に対して交互に前後に振るように各腕10の目標運動を決定する場合には、例えば前記特許第4126061号公報に記載されている動力学モデルの如く、左右の腕10L,10Rを交互に前後に振る運動(以降、前後振り運動という)に応じてヨー方向に回転するフライホイールを図25に示した動力学モデルにさらに付加してもよい。 Note that the left and right arms 10L and 10R of the slave device 1 are alternately swung back and forth with respect to the upper body 2 in synchronization with the movement of the left and right legs 6L and 6R, similar to human walking. When determining the target motion of each arm 10, the left and right arms 10L and 10R are alternately swung back and forth (hereinafter referred to as back and forth swing motion) as in the dynamic model described in Japanese Patent No. 4126061, for example. ) may be added to the dynamic model shown in FIG.

そして、この場合には、目標スレーブ上体向きを決定する処理では、上体2のヨー方向の回転に対応するフライホイールFH3の回転角加速度に応じてフライホイールFH3が発生するヨー方向の慣性力モーメントと、上記全質点運動対応ヨー方向モーメントと、左右の腕10L,10Rの前後振り運動に対応するフライホイールが、左右の腕10L,10目標の前後振り運動に応じて発生する慣性力モーメントとの合力モーメントが、目標スレーブ全床反力のうちのヨー方向のモーメントと釣り合うという条件を満たし得るように、フライホイールFH3の回転角加速度が算出してもよい。 In this case, in the process of determining the target slave body orientation, the inertial force in the yaw direction generated by the flywheel FH3 according to the rotation angular acceleration of the flywheel FH3 corresponding to the rotation of the body 2 in the yaw direction moment, the yaw direction moment corresponding to the all-mass motion, and the moment of inertia generated by the flywheel corresponding to the forward and backward swing motion of the left and right arms 10L, 10R in response to the forward and backward swing motion of the left and right arms 10L, 10 target. The rotational angular acceleration of the flywheel FH3 may be calculated so as to satisfy the condition that the resultant moment of force balances the moment in the yaw direction of the desired slave total floor reaction force.

STEP19では、以上説明した処理より、動力学モデル上で、目標スレーブ全床反力中心点(目標ZMP)の周りに発生する横方向モーメントがゼロになるという条件(詳しくは、スレーブ装置1の運動によって発生する慣性力とスレーブ装置1に作用する重力との合力によって、目標スレーブ全床反力中止点周りに発生するモーメントのうちのX軸周り方向及びY軸周り方向の成分がゼロになるという条件)と、目標全床反力のうちの横方向並進力(X軸方向及びY軸方向の並進力)を実現し得るという条件(詳しくは、スレーブ装置1の運動によって発生する横方向の慣性力が、目標全床反力のうちの横方向の並進力に釣り合うという条件)とを満たし得るように、目標スレーブ上体横方向位置と目標上体傾きとが決定される。 In STEP 19, from the processing described above, a condition (specifically, the motion and the gravity acting on the slave device 1, the components in the directions around the X-axis and the Y-axis of the moment around the desired slave total floor reaction force stop point become zero. and the condition that lateral translational force (translational force in the X-axis direction and Y-axis direction) of the desired total floor reaction force can be realized (specifically, the lateral inertia generated by the movement of the slave device 1 The desired slave lateral body position and desired body inclination are determined so as to satisfy the condition that the force balances the lateral translational force of the desired total floor reaction force.

加えて、目標全床反力のうちのヨー方向のモーメントを実現し得るという条件(詳しくは、スレーブ装置1の運動によって発生するヨー方向の慣性力モーメントが全床反力のうちのヨー方向のモーメントに釣り合うという条件)を満たし得るように、目標スレーブ上体向きが決定される。なお、目標スレーブ上体向きに関しては、第3実施形態と同様に、実オペレータ上体傾きの観測値の向きに応じて決定してもよい。 In addition, the condition that the yaw moment of the desired total floor reaction force can be realized The target slave body orientation is determined so as to satisfy the condition that the moment is balanced. Note that the target slave body orientation may be determined according to the observed value of the actual operator's body inclination, as in the third embodiment.

ここで、本実施形態では、STEP19で決定した目標スレーブ上体横方向位置は仮値であり、次のSTEP20において、改めて決定される。具体的には、STEP20において、目標スレーブ上体横方向位置は、上体横方向位置推定部31dに推定された実スレーブ上体横方向位置(最新値)に決定し直される。 Here, in the present embodiment, the target slave lateral body body position determined in STEP19 is a provisional value, and is determined again in the next STEP20. Specifically, in STEP 20, the target slave lateral body position is re-determined to be the actual slave lateral body position (latest value) estimated by the lateral body position estimator 31d.

本実施形態では、スレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a7の処理は以上の如く実行される。本実施形態は、以上説明した事項以外は、前記第1実施形態と同じである。 In this embodiment, the processing of the slave operation target determining section 31a7 of the slave control section 31 is executed as described above. This embodiment is the same as the first embodiment except for the matters described above.

ここで、本実施形態と本願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、スレーブ動作目標決定部31a7の処理のうち、目標スレーブ上体姿勢を決定する処理が本発明における第208処理部の処理に相当し、この処理で使用する動力学モデル(図25に示した動力学モデル)が本発明における第2の動力学モデルに相当する。 Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In the present embodiment, among the processes of the slave movement target determination section 31a7, the process of determining the desired slave body posture corresponds to the process of the 208th processing section of the present invention, and the dynamic model (Fig. 25 ) corresponds to the second dynamic model in the present invention.

また、マスター制御部81の目標上体傾き決定部81eが本発明における第2処理部の構成要素としての第210処理部に相当し、目標上体傾き決定部81eが決定する目標上体傾きが本発明における上体支持部回転動作目標に相当する。また、オペレータPの上体の傾きとスレーブ装置1の上体2の傾きとに関する前記式(55a),(55b)により示される関係が、本発明における第3目標対応関係に相当する。さらに、背もたれ制御部81dは、マスター移動制御部81aと併せて本発明におけるマスター側制御部を構成する。また、第1背もたれ駆動アクチュエータ68および第2背もたれ駆動アクチュエータ69が本発明における上体支持部駆動機構の構成要素としての第2アクチュエータに相当する。これら以外の対応関係は、前記第1実施形態と本願発明との対応関係と同様である。 Further, the desired body inclination determination section 81e of the master control section 81 corresponds to the 210th processing section as a component of the second processing section in the present invention, and the desired body inclination determined by the desired body inclination determination section 81e is It corresponds to the upper body support portion rotation target in the present invention. Also, the relationship between the inclination of the upper body of the operator P and the inclination of the upper body 2 of the slave device 1 represented by the above equations (55a) and (55b) corresponds to the third target correspondence relationship of the present invention. Further, the backrest control section 81d constitutes the master side control section in the present invention together with the master movement control section 81a. Also, the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 correspond to the second actuators as components of the upper body support part drive mechanism in the present invention. Correspondence other than these is the same as the correspondence between the first embodiment and the present invention.

以上説明した本実施形態によれば、前記第1実施形態と同様の効果をすることができる。加えて、本実施形態では、前記式(55a),(55b)により示される関係を目標として、オペレータPの上体の傾きが、スレーブ装置1の上体2の傾きに応じて制御される。このため、オペレータPは、スレーブ装置1の上体2がどのように傾いているのかや、その傾きがどのように変化しているのかを、リアルタイムで体感的に認識することができる。 According to the present embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, in the present embodiment, the inclination of the operator P's upper body is controlled according to the inclination of the upper body 2 of the slave device 1 with the relationships expressed by the above equations (55a) and (55b) as targets. Therefore, the operator P can perceptually recognize in real time how the body 2 of the slave device 1 is tilted and how the tilt is changing.

このため、オペレータPは、スレーブ装置1の姿勢が崩れそうな状況を早期に認識して、該スレーブ装置1の姿勢の崩れを予防し得るように移動することができる。
Therefore, the operator P can quickly recognize a situation in which the attitude of the slave device 1 is likely to collapse, and can move so as to prevent the slave device 1 from losing its attitude.

[第8実施形態]
次に、本発明の第8実施形態を図26を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが前記第2実施形態と相違するものであると共に、第7実施形態と一部の機構及び制御処理が同じである。このため、本実施形態では、第2実施形態又は第7実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Eighth embodiment]
An eighth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. This embodiment differs from the second embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31, and also differs from the seventh embodiment. The form and some mechanisms and control processes are the same. Therefore, in this embodiment, the description of the same matters as those in the second embodiment or the seventh embodiment will be omitted.

図示は省略するが、本実施形態のマスター装置51は、第7実施形態のマスター装置51と機構的な構成は同一であり、第2実施形態のマスター装置51の上体支持部65の代わりに、第7実施形態で説明した上体支持部65’を備える。また、図示は省略するが、本実施形態のマスター制御部81は、第2実施形態と同じマスター移動制御部81a2及び目標上体支持部運動決定部81b(図9を参照)と、前記第7実施形態で説明した背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81e(図22を参照)とを備える。 Although illustration is omitted, the master device 51 of this embodiment has the same mechanical configuration as the master device 51 of the seventh embodiment, and instead of the upper body support section 65 of the master device 51 of the second embodiment, , and the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment. Although not shown, the master control unit 81 of the present embodiment includes the same master movement control unit 81a2 and desired upper body support motion determination unit 81b (see FIG. 9) as in the second embodiment, and the seventh It includes the backrest control unit 81d and the desired body inclination determination unit 81e (see FIG. 22) described in the embodiment.

そして、マスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データについては、前記第7実施形態と同様に、マスター制御部81がスレーブ制御部31から実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得ると共に、マスター制御部81からスレーブ制御部31への実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値の送信が省略される。これ以外の送受信データは、第2実施形態と同じである。 As for transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31, the master control unit 81 receives the observed value of the actual slave body inclination from the slave control unit 31, as in the seventh embodiment. In addition, transmission of observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is omitted. Other transmission/reception data is the same as in the second embodiment.

かかる本実施形態のマスター制御部81のマスター移動制御部81a2及び目標上体支持部運動決定部81bの制御処理は、第2実施形態と同じであり、背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81eの制御処理は、第7実施形態と同じである。 The control processing of the master movement control section 81a2 and the desired upper body support movement determination section 81b of the master control section 81 of this embodiment is the same as that of the second embodiment, and the backrest control section 81d and the desired upper body inclination determination section are performed. The control processing of 81e is the same as in the seventh embodiment.

次に、図26を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第2実施形態のスレーブ制御部31と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、及び補償床反力決定部31eを備える一方、第2実施形態のスレーブ動作目標決定部31aの代わりに、前記第7実施形態で説明した処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a7を備える。 Next, referring to FIG. 26, the slave control unit 31 of the present embodiment includes a composite compliance motion determining unit 31b, a joint displacement determining unit 31c, and a compensating floor reaction force determining unit 31c, which are the same as the slave control unit 31 of the second embodiment. 31e, and instead of the slave motion target determination unit 31a of the second embodiment, the motion targets of the slave device 1 (desired slave upper body motion, desired slave leg motion, and and a slave motion target determination unit 31a7 that determines a target slave floor reaction force).

そして、スレーブ制御部31は、スレーブ動作目標決定部31a7により決定された目標スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。従って、本実施形態のスレーブ制御部31は、換言すれば、第7実施形態のスレーブ制御部31に、第2実施形態の補償床反力決定部31eを付加したものである。 Then, the slave control unit 31 sequentially sends the target slave lateral body position determined by the slave movement target determination unit 31a7 and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81. can send. Therefore, in other words, the slave control unit 31 of the present embodiment is obtained by adding the compensating floor reaction force determination unit 31e of the second embodiment to the slave control unit 31 of the seventh embodiment.

かかる本実施形態のスレーブ制御部31の複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、及び補償床反力決定部31eの処理は、第2実形態と同じであり、スレーブ動作目標決定部31a7の処理は、第7実施形態と同じである。本実施形態は、以上説明した事項以外は前記第2実施形態又は第7実施形態と同じである。 The processing of the composite compliance motion determining unit 31b, the joint displacement determining unit 31c, and the compensating floor reaction force determining unit 31e of the slave control unit 31 of this embodiment is the same as that of the second embodiment, and the target slave motion determining unit 31a7 is the same as in the seventh embodiment. This embodiment is the same as the second embodiment or the seventh embodiment except for the matters described above.

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、補償床反力決定部31eが本発明における第6処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第7実施形態と本願発明の対応関係と同様である。
以上説明した本実施形態によれば、前記第2実施形態と同様の効果をすることができることに加えて、前記第7実施形態と同様の効果を奏することができる。
Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the compensating floor reaction force determining section 31e corresponds to the sixth processing section of the invention, and the composite compliance motion determining section 31b corresponds to the 103rd processing section of the invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the seventh embodiment and the present invention.
According to the present embodiment described above, in addition to being able to achieve the same effect as the second embodiment, it is possible to achieve the same effect as the seventh embodiment.

[第9実施形態]
次に、本発明の第9実施形態を図27及び図28を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが前記第3実施形態と相違するものであると共に、第7実施形態と一部の機構及び制御処理が同じである。このため、本実施形態では、第3実施形態又は第7実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 27 and 28. FIG. This embodiment differs from the third embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31, and also differs from the seventh embodiment. The form and some mechanisms and control processes are the same. Therefore, in this embodiment, the description of the same items as those in the third embodiment or the seventh embodiment will be omitted.

図示は省略するが、本実施形態のマスター装置51は、第7実施形態のマスター装置51と機構的な構成は同一であり、第3実施形態のマスター装置51の上体支持部65の代わりに、第7実施形態で説明した上体支持部65’を備える。また、図示は省略するが、本実施形態のマスター制御部81は、第3実施形態と同じマスター移動制御部81a及び目標上体支持部運動決定部81b3(図11を参照)と、前記第7実施形態で説明した背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81e(図22を参照)とを備える。 Although illustration is omitted, the master device 51 of this embodiment has the same mechanical configuration as the master device 51 of the seventh embodiment, and instead of the upper body support section 65 of the master device 51 of the third embodiment, , and the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment. Although not shown, the master control unit 81 of the present embodiment includes the same master movement control unit 81a and desired upper body support motion determination unit 81b3 (see FIG. 11) as in the third embodiment, and the seventh It includes the backrest control unit 81d and the desired body inclination determination unit 81e (see FIG. 22) described in the embodiment.

そして、本実施形態でのマスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データについては、前記第7実施形態と同様に、マスター制御部81がスレーブ制御部31から実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得ると共に、マスター制御部81からスレーブ制御部31への実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値の送信が省略される。これ以外の送受信データは、第3実施形態と同じである。 As for transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31 in this embodiment, the master control unit 81 receives the actual slave body inclination from the slave control unit 31 as in the seventh embodiment. Observed values can be received, and transmission of the observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is omitted. Other transmission/reception data is the same as in the third embodiment.

かかる本実施形態のマスター制御部81のマスター移動制御部81a及び目標上体支持部運動決定部81b3の制御処理は、第3実施形態と同じであり、背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81eの制御処理は、第7実施形態と同じである。 The control processing of the master movement control section 81a and the desired upper body support movement determination section 81b3 of the master control section 81 of this embodiment is the same as that of the third embodiment, and the backrest control section 81d and the desired upper body inclination determination section are performed. The control processing of 81e is the same as in the seventh embodiment.

次に、図27を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第3実施形態と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、仮想外力決定部31f及び演算部31gを備える一方、第3実施形態のスレーブ動作目標決定部31a3の代わりに、これと異なる処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a9を備える。 Next, referring to FIG. 27, the slave control unit 31 of the present embodiment includes a composite compliance motion determination unit 31b, a joint displacement determination unit 31c, a virtual external force determination unit 31f, and a calculation unit 31g, which are the same as those in the third embodiment. On the other hand, instead of the slave motion target determination unit 31a3 of the third embodiment, the motion targets of the slave device 1 (desired slave body movement, desired slave leg motion, and desired slave floor reaction force) are determined by processing different from this. A slave operation target determination unit 31a9 is provided.

そして、スレーブ制御部31は、スレーブ動作目標決定部31a9により決定された目標スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。 Then, the slave control unit 31 sequentially sends the target slave lateral body position determined by the slave motion target determination unit 31a9 and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81. can send.

かかる本実施形態のスレーブ制御部31では、複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、仮想外力決定部31f及び演算部31gの処理は、第3実施形態と同じである。 In the slave control unit 31 of this embodiment, the processes of the composite compliance motion determination unit 31b, the joint displacement determination unit 31c, the virtual external force determination unit 31f, and the calculation unit 31g are the same as in the third embodiment.

一方、本実施形態のスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a9には、マスター制御部81から通信装置33を介して受信される実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢及び実オペレータ足部床反力のそれぞれの観測値が入力される共に、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントが入力される。 On the other hand, in the slave operation target determination unit 31a9 of the slave control unit 31 of the present embodiment, the actual body support portion height (or the actual operator body height) received from the master control unit 81 via the communication device 33, Observed values of the actual operator's foot position/orientation and the actual operator's foot floor reaction force are input, and the virtual external force moment determined by the virtual external force determining unit 31f is input.

そして、スレーブ動作目標決定部31a9の処理は、所定の制御処理周期で図28のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、スレーブ動作目標決定部31a9は、STEP11~15及びSTEP17において、第3実施形態と同じ処理を実行することで、目標スレーブ足部位置姿勢と目標スレーブ床反力と目標スレーブ上体高さとを決定する。なお、目標スレーブ上体高さは、例えば、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体支持部高さ)によらずに、あらかじめ定めた所定値に設定してもよい。 Then, the processing of the slave operation target determination unit 31a9 is executed as shown in the flowchart of FIG. 28 at a predetermined control processing cycle. Specifically, in STEP11 to STEP15 and STEP17, the slave movement target determination unit 31a9 performs the same processing as in the third embodiment, thereby determining the desired slave foot position/orientation, the desired slave floor reaction force, and the desired slave body height. determine the Note that the target slave upper body height may be set to a predetermined value, for example, regardless of the actual body support portion height (or the actual operator upper body support portion height).

次に、STEP19において、スレーブ動作目標決定部31a9は、第7実施形態と同じ処理を実行することで、目標スレーブ上体横方向位置及び目標上体姿勢(傾き及び向き)を決定する。次に、STEP19aにおいて、スレーブ動作目標決定部31a9は、仮想外力決定部31fで決定された仮想外力モーメントに相当する目標スレーブ上体横方向位置の補正量を求め、該補正量を上記目標スレーブ上体横方向位置に加えることで、最終的な目標スレーブ上体横方向位置を得る。 Next, in STEP 19, the slave motion target determining unit 31a9 determines the desired slave lateral body body position and desired body posture (inclination and orientation) by executing the same processing as in the seventh embodiment. Next, in STEP 19a, the slave motion target determination unit 31a9 obtains a correction amount for the desired slave lateral body position corresponding to the virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f, and calculates the correction amount on the target slave. Add to the lateral body position to get the final target slave lateral body position.

より具体的には、目標スレーブ上体横方向位置の補正量の加速度が次式(58a),(58b)によって求められ、該加速度を積分(2階積分)することで目標スレーブ上体横方向位置の補正量が求められる。そして、該補正量を上記目標スレーブ上体横方向位置に加えることで、最終的な目標スレーブ上体横方向位置が得られる。
X軸方向の目標スレーブ上体横方向位置の補正量の加速度
=Y軸周り方向の仮想外力モーメント
/(上体質点Q1の高さ*Q1質量)
……(58a)
Y軸方向の目標スレーブ上体横方向位置の補正量の加速度
=-(X軸周り方向の仮想外力モーメント)
/(上体質点Q1の高さ*Q1質量)
……(58b)
More specifically, the acceleration of the correction amount of the target slave lateral body position is obtained by the following equations (58a) and (58b), and the acceleration is integrated (second order integration) to obtain the desired slave lateral body position. A position correction amount is obtained. By adding the correction amount to the target slave lateral body position, the final target slave lateral body position is obtained.
Acceleration of correction amount of desired slave lateral body position in X-axis direction = virtual moment of external force in direction around Y-axis / (height of body mass point Q1 * mass of Q1)
...... (58a)
Acceleration of correction amount of desired slave lateral body position in Y-axis direction = - (virtual external force moment in direction around X-axis)
/ (Height of body mass point Q1 * Q1 mass)
...... (58b)

本実施形態のスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a9の処理は以上の如く実行される。本実施形態は、以上説明した事項以外は、前記第3実施形態又は第7実施形態と同じである。 The processing of the slave operation target determination unit 31a9 of the slave control unit 31 of this embodiment is executed as described above. This embodiment is the same as the third embodiment or the seventh embodiment except for the matters described above.

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、スレーブ制御部31の仮想外力決定部31fが本発明における第4処理部及び第5処理部に相当し、該仮想外力決定部31fに入力される上体傾き偏差が本発明における第1偏差に相当し、該仮想外力決定部31fで決定される仮想外力モーメントが本発明における第1仮想外力及び第2仮想外力に相当する。 Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the virtual external force determination unit 31f of the slave control unit 31 corresponds to the fourth processing unit and the fifth processing unit in the present invention, and the body inclination deviation input to the virtual external force determination unit 31f is the The virtual external force moment determined by the virtual external force determination unit 31f corresponds to the first deviation and corresponds to the first virtual external force and the second virtual external force in the present invention.

また、スレーブ動作目標決定部31a9の処理のうち、目標スレーブ上体横方向位置を決定する処理が、本発明における第203処理部の処理に相当し、目標スレーブ上体姿勢を決定する処理が、本発明における第209処理部の処理に相当し、これらの処理で使用する動力学モデル(図25に示した動力学モデル)が本発明における第1の動力学モデル及び第3の動力学モデルに相当する。上記以外の対応関係は、前記第7実施形態と本発明との対応関係と同様である。
以上説明した本実施形態によれば、前記第3実施形態と同様の効果をすることができることに加えて、前記第7実施形態と同様の効果を奏することができる。
Further, among the processes of the slave movement target determination unit 31a9, the process of determining the desired slave lateral body position corresponds to the process of the 203rd processing unit of the present invention, and the process of determining the desired slave body posture is It corresponds to the processing of the 209th processing unit in the present invention, and the dynamic model used in these processes (the dynamic model shown in FIG. 25) is the first dynamic model and the third dynamic model in the present invention. Equivalent to. Correspondences other than the above are the same as those between the seventh embodiment and the present invention.
According to the present embodiment described above, in addition to being able to achieve the same effect as the third embodiment, it is possible to achieve the same effect as the seventh embodiment.

[第10実施形態]
次に、本発明の第10実施形態を図29を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが前記第4実施形態と相違するものであると共に、第7実施形態と一部の機構及び制御処理が同じである。このため、本実施形態では、第4実施形態又は第7実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Tenth embodiment]
A tenth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. This embodiment differs from the fourth embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31, and also differs from the seventh embodiment. The form and some mechanisms and control processes are the same. Therefore, in this embodiment, the description of the same items as in the fourth embodiment or the seventh embodiment is omitted.

図示は省略するが、本実施形態のマスター装置51は、第7実施形態のマスター装置51と機構的な構成は同一であり、第4実施形態のマスター装置51の上体支持部65の代わりに、第7実施形態で説明した上体支持部65’を備える。また、図示は省略するが、本実施形態のマスター制御部81は、第3実施形態及び第4実施形態と同じマスター移動制御部81a及び目標上体支持部運動決定部81b3(図11を参照)と、前記第7実施形態で説明した背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81e(図22を参照)とを備える。 Although illustration is omitted, the master device 51 of this embodiment has the same mechanical configuration as the master device 51 of the seventh embodiment, and instead of the upper body support section 65 of the master device 51 of the fourth embodiment, , and the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment. Although not shown, the master control unit 81 of the present embodiment includes the same master movement control unit 81a and desired upper body support motion determination unit 81b3 as in the third and fourth embodiments (see FIG. 11). , and the backrest control section 81d and the desired body inclination determination section 81e (see FIG. 22) described in the seventh embodiment.

そして、本実施形態でのマスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データについては、前記第7実施形態と同様に、マスター制御部81がスレーブ制御部31から実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得ると共に、マスター制御部81からスレーブ制御部31への実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値の送信が省略される。これ以外の送受信データは、第4実施形態と同じである。 As for transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31 in this embodiment, the master control unit 81 receives the actual slave body inclination from the slave control unit 31 as in the seventh embodiment. Observed values can be received, and transmission of the observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is omitted. Other transmission/reception data is the same as in the fourth embodiment.

次に、図29を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第4実施形態と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、仮想外力決定部31f、演算部31g及び補償床反力決定部31hを備える一方、第4実施形態のスレーブ動作目標決定部31a3の代わりに、前記第9実施形態で説明した処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a9を備える。 Next, referring to FIG. 29, the slave control unit 31 of the present embodiment includes a composite compliance operation determination unit 31b, a joint displacement determination unit 31c, a virtual external force determination unit 31f, a calculation unit 31g and a compensation unit 31g, which are the same as those in the fourth embodiment. While the floor reaction force determination unit 31h is provided, the operation target of the slave device 1 (target slave body motion, target slave body motion, and a slave motion target determination unit 31a9 that determines leg motion and target slave floor reaction force).

そして、スレーブ制御部31は、スレーブ動作目標決定部31a9により決定された目標スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。従って、本実施形態のスレーブ制御部31は、換言すれば、第9実施形態のスレーブ制御部31に、第4実施形態の補償床反力決定部31hを付加したものである。 Then, the slave control unit 31 sequentially sends the target slave lateral body position determined by the slave movement target determination unit 31a9 and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81. can send. Therefore, in other words, the slave control unit 31 of the present embodiment is obtained by adding the compensating floor reaction force determining unit 31h of the fourth embodiment to the slave control unit 31 of the ninth embodiment.

かかる本実施形態のスレーブ制御部31の複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、仮想外力決定部31f、演算部31g及び補償床反力決定部31hの処理は、第4実形態と同じであり、スレーブ動作目標決定部31a9の処理は、第9実施形態と同じである。本実施形態は、以上説明した事項以外は前記第4実施形態と同じである。 The processes of the composite compliance motion determining unit 31b, the joint displacement determining unit 31c, the virtual external force determining unit 31f, the calculating unit 31g, and the compensating floor reaction force determining unit 31h of the slave control unit 31 of this embodiment are the same as those of the fourth embodiment. , and the processing of the slave operation target determination unit 31a9 is the same as that of the ninth embodiment. This embodiment is the same as the fourth embodiment except for the matters described above.

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、補償床反力決定部31hが本発明における第7処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第9実施形態と本願発明の対応関係と同様である。
以上説明した本実施形態によれば、前記第4実施形態と同様の効果をすることができることに加えて、前記第7実施形態と同様の効果を奏することができる。
Here, in this embodiment, which supplements the correspondence relationship between the present embodiment and the present invention, the compensating floor reaction force determination unit 31h corresponds to the seventh processing unit in the present invention, and the composite compliance operation determination unit 31b corresponds to the present invention. It corresponds to the 103rd processing unit in the invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the ninth embodiment and the present invention.
According to the present embodiment described above, in addition to being able to achieve the same effect as the fourth embodiment, it is possible to achieve the same effect as the seventh embodiment.

[第11実施形態]
次に、本発明の第11実施形態を図30及び図31を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが前記第5実施形態と相違するものであると共に、第7実施形態と一部の機構及び制御処理が同じである。このため、本実施形態では、第5実施形態又は第7実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Eleventh embodiment]
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 30 and 31. FIG. This embodiment differs from the fifth embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31, and also differs from the seventh embodiment. The form and some mechanisms and control processes are the same. Therefore, in this embodiment, descriptions of the same items as in the fifth embodiment or the seventh embodiment are omitted.

図示は省略するが、本実施形態のマスター装置51は、第7実施形態のマスター装置51と機構的な構成は同一であり、第5実施形態のマスター装置51の上体支持部65の代わりに、第7実施形態で説明した上体支持部65’を備える。また、図示は省略するが、本実施形態のマスター制御部81は、第5実施形態と同じマスター移動制御部81a5及び目標上体支持部反力決定部81c(図16を参照)と、前記第7実施形態で説明した背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81e(図22を参照)とを備える。 Although illustration is omitted, the master device 51 of this embodiment has the same mechanical configuration as the master device 51 of the seventh embodiment, and instead of the upper body support section 65 of the master device 51 of the fifth embodiment, , and the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment. Although illustration is omitted, the master control unit 81 of the present embodiment includes a master movement control unit 81a5 and a desired upper body support reaction force determination unit 81c (see FIG. 16), which are the same as those of the fifth embodiment. It includes the backrest control section 81d and the desired body inclination determination section 81e (see FIG. 22) described in the seventh embodiment.

そして、マスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データについては、前記第7実施形態と同様に、マスター制御部81がスレーブ制御部31から実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得ると共に、マスター制御部81からスレーブ制御部31への実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値の送信が省略される。これ以外の送受信データは、第5実施形態と同じである。 As for transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31, the master control unit 81 receives the observed value of the actual slave body inclination from the slave control unit 31, as in the seventh embodiment. In addition, transmission of observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is omitted. Other transmission/reception data is the same as in the fifth embodiment.

かかる本実施形態のマスター制御部81のマスター移動制御部81a5及び目標上体支持部反力決定部81cの制御処理は、第5実施形態と同じであり、背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81eの制御処理は、前記第7実施形態と同じである。 The control processing of the master movement control unit 81a5 and the desired upper body support reaction force determination unit 81c of the master control unit 81 of this embodiment is the same as in the fifth embodiment, and the backrest control unit 81d and the desired upper body inclination determination unit The control processing of the section 81e is the same as that of the seventh embodiment.

次に、図30を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第5実施形態と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、及び上体横方向位置推定部31dを備える一方、第5実施形態のスレーブ動作目標決定部31a5の代わりに、これと異なる処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a11を備える。 Next, referring to FIG. 30, the slave control unit 31 of the present embodiment includes a composite compliance motion determining unit 31b, a joint displacement determining unit 31c, and a lateral body position estimating unit 31d, which are the same as those in the fifth embodiment. On the other hand, instead of the slave motion target determination unit 31a5 of the fifth embodiment, the motion targets of the slave device 1 (desired slave body movement, desired slave leg motion, and desired slave floor reaction force) are determined by processing different from this. A slave operation target determination unit 31a11 is provided.

そして、スレーブ制御部31は、上体横方向位置推定部31dで推定された実スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。 Then, the slave control unit 31 transmits the actual slave lateral body position estimated by the body lateral position estimation unit 31d and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81. can be sent sequentially to

かかる本実施形態のスレーブ制御部31では、複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、及び上体横方向位置推定部31dの処理は、第5実施形態と同じである。 In the slave control unit 31 of this embodiment, the processing of the composite compliance motion determining unit 31b, the joint displacement determining unit 31c, and the body lateral position estimating unit 31d is the same as that of the fifth embodiment.

一方、本実施形態のスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a11には、マスター制御部81から通信装置33を介して受信される実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体高さ)、実オペレータ足部位置姿勢、実オペレータ足部床反力、及び実オペレータ上体横方向位置のそれぞれの観測値が入力される。 On the other hand, in the slave operation target determination unit 31a11 of the slave control unit 31 of the present embodiment, the actual body support portion height (or the actual operator body height) received from the master control unit 81 via the communication device 33, Observed values of the actual operator's foot position/posture, the actual operator's foot floor reaction force, and the actual operator's lateral body position are input.

そして、スレーブ動作目標決定部31a11の処理は、所定の制御処理周期で図31のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、スレーブ動作目標決定部31a11は、STEP11~15及びSTEP17において、第5実施形態と同じ処理を実行することで、目標スレーブ足部位置姿勢と目標スレーブ床反力と目標スレーブ上体高さとを決定する。なお、目標スレーブ上体高さは、例えば、実上体支持部高さ(又は実オペレータ上体支持部高さ)によらずに、あらかじめ定めた所定値に設定してもよい。 Then, the processing of the slave operation target determination unit 31a11 is executed as shown in the flowchart of FIG. 31 at a predetermined control processing cycle. Specifically, in STEP11 to STEP15 and STEP17, the slave movement target determining unit 31a11 performs the same processing as in the fifth embodiment, thereby determining the desired slave foot position/orientation, the desired slave floor reaction force, and the desired slave body height. determine the Note that the target slave upper body height may be set to a predetermined value, for example, regardless of the actual body support portion height (or the actual operator upper body support portion height).

さらに、STEP19において、前記第7実施形態のスレーブ動作目標決定部31a7と同じ処理を動力学モデルを用いて実行することで、目標スレーブ上体横方向位置と、目標スレーブ上体姿勢(傾き及び向き)を決定する。 Further, in STEP 19, the same processing as that of the slave motion target determining unit 31a7 of the seventh embodiment is executed using the dynamic model to obtain the desired slave body lateral position and the desired slave body posture (inclination and orientation). ).

ただし、本実施形態では、STEP19で決定した目標スレーブ上体横方向位置は仮値であり、次のSTEP20aにおいて、改めて決定される。具体的には、STEP20aにおいて、スレーブ動作目標決定部31a11は、目標スレーブ上体横方向位置を、マスター制御部81から受信された実オペレータ上体横方向位置の観測値(最新値)に応じて決定し直す。具体的には、スレーブ動作目標決定部31a11は、前記第5実施形態で説明した前記式(50a),(50b)により、目標スレーブ上体横方向位置P_sb_x_aim,P_sb_y_aimを改めて決定する。 However, in the present embodiment, the target slave lateral body position determined in STEP 19 is a provisional value, and is determined again in the next STEP 20a. Specifically, in STEP 20a, the slave movement target determination unit 31a11 determines the target slave lateral body position according to the observed value (latest value) of the actual operator lateral body position received from the master control unit 81. Decide again. Specifically, the slave movement target determination unit 31a11 again determines the target slave lateral body body positions P_sb_x_aim and P_sb_y_aim using the formulas (50a) and (50b) described in the fifth embodiment.

本実施形態のスレーブ制御部31のスレーブ動作目標決定部31a11の処理は以上の如く実行される。本実施形態は、以上説明した事項以外は、前記第5実施形態と同じである。 The processing of the slave operation target determination unit 31a11 of the slave control unit 31 of this embodiment is executed as described above. This embodiment is the same as the fifth embodiment except for the matters described above.

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、スレーブ動作目標決定部31a11の処理のうち、目標スレーブ上体横方向位置を決定する処理が本発明における第204処理部の処理に相当し、マスター制御部81の目標上体支持部反力決定部81cが本発明における第205処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第7実施形態と本願発明との対応関係と同様である。
以上説明した本実施形態によれば、前記第5実施形態と同様の効果をすることができることに加えて、前記第7実施形態と同様の効果を奏することができる。
Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In the present embodiment, among the processes of the slave movement target determination section 31a11, the process of determining the desired slave body lateral position corresponds to the process of the 204th processing section of the present invention. The internal reaction force determination unit 81c corresponds to the 205th processing unit in the present invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the seventh embodiment and the present invention.
According to the present embodiment described above, in addition to being able to achieve the same effect as the fifth embodiment, it is possible to achieve the same effect as the seventh embodiment.

[第12実施形態]
次に、本発明の第12実施形態を図32を参照して説明する。なお、本実施形態は、マスター装置51の一部の機構と、マスター制御部81及びスレーブ制御部31の一部の制御処理とが前記第6実施形態と相違するものであると共に、第7実施形態と一部の機構及び制御処理が同じである。このため、本実施形態では、第6実施形態又は第7実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Twelfth embodiment]
A twelfth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. This embodiment differs from the sixth embodiment in part of the mechanism of the master device 51 and part of the control processing of the master control unit 81 and the slave control unit 31, and also differs from the seventh embodiment. The form and some mechanisms and control processes are the same. Therefore, in this embodiment, the description of the same items as in the sixth or seventh embodiment is omitted.

図示は省略するが、本実施形態のマスター装置51は、第7実施形態のマスター装置51と機構的な構成は同一であり、第6実施形態のマスター装置51の上体支持部65の代わりに、第7実施形態で説明した上体支持部65’を備える。また、図示は省略するが、本実施形態のマスター制御部81は、第5実施形態及び第6実施形態と同じマスター移動制御部81a5及び目標上体支持部反力決定部81c(図16を参照)と、前記第7実施形態で説明した背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81e(図22を参照)とを備える。 Although illustration is omitted, the master device 51 of this embodiment has the same mechanical configuration as the master device 51 of the seventh embodiment, and instead of the upper body support section 65 of the master device 51 of the sixth embodiment, , and the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment. Although not shown, the master control unit 81 of this embodiment includes the same master movement control unit 81a5 and desired upper body support reaction force determination unit 81c (see FIG. 16) as in the fifth and sixth embodiments. ), and the backrest control section 81d and the desired body inclination determining section 81e (see FIG. 22) described in the seventh embodiment.

そして、本実施形態でのマスター制御部81とスレーブ制御部31との間の送受信データについては、前記第7実施形態と同様に、マスター制御部81がスレーブ制御部31から実スレーブ上体傾きの観測値を受信し得ると共に、マスター制御部81からスレーブ制御部31への実オペレータ上体姿勢(向き及び傾き)の観測値の送信が省略される。これ以外の送受信データは、第6実施形態と同じである。 As for transmission/reception data between the master control unit 81 and the slave control unit 31 in this embodiment, the master control unit 81 receives the actual slave body inclination from the slave control unit 31 as in the seventh embodiment. Observed values can be received, and transmission of the observed values of the actual operator's body posture (orientation and inclination) from the master control unit 81 to the slave control unit 31 is omitted. Other transmission/reception data is the same as in the sixth embodiment.

かかる本実施形態のマスター制御部81のマスター移動制御部81a5及び目標上体支持部反力決定部81cの制御処理は、第6実施形態と同じであり、背もたれ制御部81d及び目標上体傾き決定部81eの制御処理は、前記第7実施形態と同じである。 The control processing of the master movement control unit 81a5 and the desired upper body support reaction force determination unit 81c of the master control unit 81 of this embodiment is the same as in the sixth embodiment, and the backrest control unit 81d and the desired upper body inclination determination unit The control processing of the section 81e is the same as that of the seventh embodiment.

次に図32を参照して、本実施形態のスレーブ制御部31は、第6実施形態と同じ複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、上体横方向位置推定部31d及び補償床反力決定部31eを備える一方、第6実施形態のスレーブ動作目標決定部31a5代わりに、第11実施形態で説明した処理によりスレーブ装置1の動作目標(目標スレーブ上体運動、目標スレーブ脚運動、及び目標スレーブ床反力)を決定するスレーブ動作目標決定部31a11を備える。 Next, referring to FIG. 32, the slave control unit 31 of the present embodiment includes the same composite compliance operation determination unit 31b, joint displacement determination unit 31c, lateral body position estimation unit 31d, and compensating floor anti-floor motion determination unit 31d as in the sixth embodiment. While the force determination unit 31e is provided, the operation targets of the slave device 1 (desired slave upper body motion, desired slave leg motion, and A slave operation target determination unit 31a11 that determines a target slave floor reaction force) is provided.

そして、スレーブ制御部31は、上体横方向位置推定部31dで推定された実スレーブ上体横方向位置と、上体姿勢検出器23で推定された実スレーブ上体傾きとをマスター制御部81に逐次送信し得る。従って、本実施形態のスレーブ制御部31は、換言すれば、第11実施形態のスレーブ制御部31に、第6実施形態の補償床反力決定部31eを付加したものである。 Then, the slave control unit 31 transmits the actual slave lateral body position estimated by the body lateral position estimation unit 31d and the actual slave body inclination estimated by the body posture detector 23 to the master control unit 81. can be sent sequentially to Therefore, in other words, the slave control unit 31 of the present embodiment is obtained by adding the compensating floor reaction force determination unit 31e of the sixth embodiment to the slave control unit 31 of the eleventh embodiment.

かかる本実施形態のスレーブ制御部31の複合コンプライアンス動作決定部31b、関節変位決定部31c、上体横方向位置推定部31d及び補償床反力決定部31eの処理は、第6実形態と同じであり、スレーブ動作目標決定部31a9の処理は、第11実施形態と同じである。 The processes of the composite compliance motion determining unit 31b, the joint displacement determining unit 31c, the body lateral position estimating unit 31d, and the compensating floor reaction force determining unit 31e of the slave control unit 31 of this embodiment are the same as those of the sixth embodiment. Yes, and the processing of the slave operation target determination unit 31a9 is the same as in the eleventh embodiment.

本実施形態は、以上説明した事項以外は前記第4実施形態と同じである。ここで、本実施形態と本発明の対応関係について補足しておく。本実施形態では、補償床反力決定部31eが本発明における第6処理部に相当し、複合コンプライアンス動作決定部31bが本発明における第103処理部に相当する。これ以外の対応関係は、前記第11実施形態と本願発明との対応関係と同じである。
以上説明した本実施形態によれば、前記第6実施形態と同様の効果をすることができることに加えて、前記第7実施形態と同様の効果を奏することができる。
This embodiment is the same as the fourth embodiment except for the matters described above. Here, the corresponding relationship between the present embodiment and the present invention will be supplemented. In this embodiment, the compensating floor reaction force determining section 31e corresponds to the sixth processing section of the invention, and the composite compliance motion determining section 31b corresponds to the 103rd processing section of the invention. Correspondence other than this is the same as the correspondence between the eleventh embodiment and the present invention.
According to the present embodiment described above, in addition to being able to achieve the same effect as the sixth embodiment, it is possible to achieve the same effect as the seventh embodiment.

[第13実施形態]
次に、本発明の第13実施形態を説明する。本実施形態では、マスター装置51の一部の構成を前記第1~第12実施形態と異ならせる。例えば、本実施形態では、マスター装置51の昇降機構60のスライド駆動アクチュエータ66を省略し、スライド部材62が支柱61に対して所定の範囲内で上下方向に移動自在な状態になるように(フリーに移動し得るように)昇降機構60を構成する。
[Thirteenth Embodiment]
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a part of the configuration of the master device 51 is different from those in the first to twelfth embodiments. For example, in this embodiment, the slide drive actuator 66 of the elevating mechanism 60 of the master device 51 is omitted so that the slide member 62 can move vertically within a predetermined range with respect to the column 61 (free movement). The lifting mechanism 60 is configured so that it can move to

そして、目標上体支持部運動決定部81b,81b3では、目標上体支持部運動のうちの目標上体支持部高さを決定する処理を省略し、目標上体支持部反力決定部81cでは、目標上体支持部反力のうちの上下方向の並進力を決定する処理を省略する。また、マスター移動制御部81a,81a2,81a5では、スライド駆動アクチュエータ66の作動制御に関する処理を省略する。その他は、前記第1~第12実施形態のいずれかと同じでよい。 Then, the desired upper body support motion determination units 81b and 81b3 omit the process of determining the desired upper body support height of the desired upper body support motion, and the desired upper body support reaction force determination unit 81c , the process of determining the vertical translational force of the desired upper body support reaction force is omitted. Further, in the master movement control units 81a, 81a2, and 81a5, processing related to operation control of the slide drive actuator 66 is omitted. Others may be the same as any of the first to twelfth embodiments.

かかる本実施形態によれば、マスター装置51の上体支持部65が上下方向にフリーに移動し得るので、アクチュエータを必要とすることなく、操縦者Pの上体の上下動に追従させて上体支持部65を上下動させることができる。
According to this embodiment, since the upper body support part 65 of the master device 51 can move freely in the vertical direction, it is made to follow the vertical movement of the upper body of the operator P without requiring an actuator. The body support portion 65 can be moved up and down.

[第14実施形態]
次に、本発明の第14実施形態を図33を参照して説明する。本実施形態では、図33に示すように、マスター装置51の昇降機構60’は、スライド駆動アクチュエータ66の代わりにコイルスプリング等のバネ77を備え、このバネ77が支柱61に固定された台座部材61bと、スライド部材62との間に圧縮状態で介装されている。これにより、上体支持部65は、バネ77の弾性力により上方に付勢されると共に弾性的に上下動し得るようになっている。
[14th embodiment]
A fourteenth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 33, the elevating mechanism 60' of the master device 51 includes a spring 77 such as a coil spring instead of the slide drive actuator 66. 61b and the slide member 62 in a compressed state. As a result, the upper body support portion 65 is urged upward by the elastic force of the spring 77 and can elastically move up and down.

この場合、バネ77の弾性力は、例えば、上体支持部65をオペレータPの上体に装着した状態で、オペレータPの上体に、上体支持部65等に作用する重力に起因する下向きの力が上体支持部65からほとんど作用せず、あるいは、バネ77の弾性力によって上向きの付勢力が上体支持部65から作用するように設定される。その他は、前記第13実施形態と同じでよい。 In this case, the elastic force of the spring 77 is applied to the upper body of the operator P in a state where the upper body support section 65 is attached to the upper body of the operator P, for example. is set so that almost no force acts from the upper body supporting portion 65, or an upward biasing force acts from the upper body supporting portion 65 due to the elastic force of the spring 77. As shown in FIG. Others may be the same as those of the thirteenth embodiment.

かかる本実施形態によれば、上体支持部65を装着した操縦者Pの上体に、上体支持部65及びスライド部材62と、これら間に介在する部材との重さが作用するのを軽減もしくは解消することが可能となる。あるいは、操縦者Pに作用する重力に対する該操縦者Pの脚の負担を軽減する補助力(上向きの並進力)を上体支持部65から操縦者Pに作用させることが可能となる。 According to this embodiment, the upper body of the operator P wearing the upper body support part 65 is prevented from being subjected to the weight of the upper body support part 65, the slide member 62, and the members interposed therebetween. It can be reduced or eliminated. Alternatively, an assisting force (upward translational force) that reduces the burden on the legs of the operator P against the gravity acting on the operator P can be applied to the operator P from the upper body support section 65 .

なお、マスター装置51に上記の如きバネ77を備える代わりに、前記第1~第12実施形態のマスター装置51に備えたスライド駆動アクチュエータ66により、スライド部材62の上下方向の変位(換言すれば、上体支持部65の上下方向の変位)に応じて、バネ77の弾性力と同様の駆動力を発生するようにしてもよい。 Instead of providing the master device 51 with the spring 77 as described above, the slide drive actuator 66 provided in the master device 51 of the first to twelfth embodiments causes the slide member 62 to be vertically displaced (in other words, A driving force similar to the elastic force of the spring 77 may be generated according to the vertical displacement of the upper body support portion 65 .

[他の実施形態]
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに他の実施形態を採用することもできる。以下に、他の実施形態をいくつか説明する。
前記第1実施形態、第2実施形態、第7実施形態もしくは第8実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態では、マスター制御部81の目標上体支持部運動決定部81bにより目標上体支持部運動を決定する処理において、実スレーブ上体横方向位置の観測値(又はそのフィルタリング値)の代わりに、スレーブ制御部31で決定される目標スレーブ上体横方向位置を用いて、目標上体支持部運動を決定してよい。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and other embodiments can be employed. Several other embodiments are described below.
In the first, second, seventh or eighth embodiment, or in the thirteenth or fourteenth embodiment combined with these, the master controller 81 determines the desired upper body support motion. In the process of determining the desired upper body support motion by the unit 81b, the desired slave lateral body position determined by the slave control unit 31 is used instead of the observed value (or its filtered value) of the actual slave lateral body position. may be used to determine the desired upper body support motion.

同様に、前記第5実施形態、第6実施形態、第11実施形態もしくは第12実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態では、マスター制御部81の目標上体支持部反力決定部81cにより目標上体支持部反力を決定する処理において、実スレーブ上体横方向位置の観測値(又はそのフィルタリング値)の代わりに、スレーブ制御部31で決定される目標スレーブ上体横方向位置を用いて、目標上体支持部運動を決定してよい。 Similarly, in the fifth, sixth, eleventh or twelfth embodiment, or in the thirteenth or fourteenth embodiment combined with these, the desired upper body support of the master control unit 81 In the process of determining the desired body support reaction force by the internal reaction force determination unit 81c, instead of the observed value of the actual slave lateral body position (or its filtered value), the target slave determined by the slave control unit 31 The lateral body position may be used to determine a desired upper body support motion.

また、前記第3実施形態、第4実施形態、第9実施形態及び第10実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態では、マスター制御部81の目標上体支持部運動決定部81b3により目標上体支持部運動を決定する処理において、目標スレーブ上体横方向位置の代わりに、実スレーブ上体横方向位置の観測値(又はそのフィルタリング値)を使用してもよい。この場合、実スレーブ上体横方向位置は、第1実施形態等の上体横方向位置推定部31dと同じ処理により推定すればよい。 Further, in the third embodiment, fourth embodiment, ninth embodiment and tenth embodiment, or in the thirteenth embodiment or fourteenth embodiment combined with these, the target upper body support part of the master control part 81 In the process of determining the desired upper body support portion motion by the motion determining unit 81b3, instead of the desired slave lateral body lateral position, an observed value of the actual slave lateral lateral body position (or its filtered value) may be used. . In this case, the actual slave lateral body position may be estimated by the same processing as the lateral body position estimator 31d of the first embodiment.

なお、一般に、実スレーブ上体横方向位置よりも、目標スレーブ上体横方向位置の方が、高周波のノイズ成分が少ないので、目標スレーブ上体横方向位置に応じて目標上体支持部横方向位置を決定する方が、決定する目標スレーブ上体横方向位置の安定性を高める点で有利である。あるいは、実スレーブ上体横方向位置の観測値をローパスフィルタによりフィルタリングしてなるフィルタリング値を用いて目標上体支持部横方向位置を決定してもよい。 In general, the desired slave lateral body position has less high-frequency noise components than the actual slave lateral body position. Determining the position has the advantage of increasing the stability of the determined target slave lateral body position. Alternatively, the desired body support lateral position may be determined using a filtered value obtained by filtering the observed value of the actual slave lateral body lateral position with a low-pass filter.

また、前記第1~第14実施形態では、本発明におけるマスター側基準部横方向位置として、上体支持部65又は65’の横方向位置もしくはオペレータPの上体の横方向位置を使用し、本発明におけるスレーブ側基準部横方向位置として、スレーブ装置1の上体2の横方向位置を採用した場合について例示した。 Further, in the first to fourteenth embodiments, the lateral position of the upper body support part 65 or 65' or the lateral position of the upper body of the operator P is used as the lateral position of the master side reference part in the present invention, A case in which the lateral position of the body 2 of the slave device 1 is adopted as the lateral position of the slave-side reference portion in the present invention has been exemplified.

ただし、例えば、マスター側基準部横方向位置として、オペレータPの重心の横方向位置であるオペレータ重心横方向位置を採用し、また、スレーブ側基準部横方向位置として、スレーブ装置1の重心の横方向位置であるスレーブ重心横方向位置を採用してもよい。そして、実際のオペレータ重心横方向位置(X軸方向位置P_opcog_x_act及びY軸方向位置P_opcog_y_act)と、実際のスレーブ重心横方向位置(X軸方向位置P_sbcog_x_act及びY軸方向位置P_sbcog_x_act)との間の関係が、例えば前記式(1a),(1b)と同様の形態の次式(60a),(60b)の関係を満たすことを目標として、スレーブ重心横方向位置の観測値又は目標値に応じてマスター装置51の移動制御を行うようにしてもよい。
P_opcog_x_act=Kpmb*P_sbcog_x_act+Cpmb
……(60a)
P_opcog_y_act=Kpmb*P_sbcog_y_act+Cpmb
……(60b)
However, for example, the horizontal position of the center of gravity of the operator P, which is the horizontal position of the center of gravity of the operator P, is adopted as the horizontal position of the master side reference portion, and the horizontal position of the center of gravity of the slave device 1 is adopted as the horizontal position of the center of gravity of the slave device 1 . The directional position, slave centroid lateral position, may be employed. Then, the relationship between the actual operator center-of-gravity lateral position (X-axis position P_opcog_x_act and Y-axis position P_opcog_y_act) and the actual slave center-of-gravity lateral position (X-axis position P_sbcog_x_act and Y-axis position P_sbcog_x_act) is , for example, with the goal of satisfying the following equations (60a) and (60b) in the same form as the above equations (1a) and (1b), according to the observed value or target value of the lateral position of the slave center of gravity 51 movement control may be performed.
P_opcog_x_act = Kpmb * P_sbcog_x_act + Cpmb
...... (60a)
P_opcog_y_act = Kpmb * P_sbcog_y_act + Cpmb
...... (60b)

より具体的には、例えば、前記第1~第4実施形態及び第7~第10実施形態のいずれかの実施形態、あるいは、該実施形態と組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態における目標上体支持部運動決定部81b又は81b3の処理において、オペレータ重心横方向位置の目標値を、スレーブ重心横方向位置の観測値又は目標値から、上記式(60a),(60b)に基づいて決定し得る。そして、オペレータ重心横方向位置の目標値と観測値との偏差をゼロに近づけるように、フィードバック制御則により上体支持部65,65’の横方向の目標並進速度を決定し得る。さらに、該目標並進速度を積分することで、目標上体支持部運動のうちの目標上体支持部横方向位置を決定し得る。 More specifically, for example, any one of the first to fourth embodiments and the seventh to tenth embodiments, or the target in the thirteenth or fourteenth embodiment combined with the above embodiments In the process of the upper body support motion determination unit 81b or 81b3, the target value of the lateral center of gravity position of the operator is determined based on the above equations (60a) and (60b) from the observed value or the target value of the lateral center of gravity position of the slave. can. Then, the target lateral translational velocity of the upper body support sections 65, 65' can be determined by the feedback control law so that the difference between the target value and the observed value of the operator's lateral center of gravity position approaches zero. Further, by integrating the desired translational velocity, a desired upper body support lateral position of the desired upper body support motion can be determined.

この場合、実際のスレーブ重心横方向位置は、例えば、スレーブ装置1の上体2等のいずれかの部位の位置姿勢(スレーブ側グローバル座標系Cgsで見た位置姿勢)をモーションキャブチャ等の公知の手法により推定し、その推定した位置姿勢と、スレーブ装置1の各関節の実関節変位の観測値と、スレーブ装置1の剛体リンクモデルとを用いて推定することができる。また、スレーブ重心横方向位置の目標値は、例えば、目標スレーブ上体運動及び目標スレーブ脚運動を含むスレーブ装置1の全体の目標運動と、スレーブ装置1の剛体リンクモデルとを用いて算出することができる。 In this case, the actual slave center-of-gravity lateral position is obtained by, for example, the position and orientation of any part of the body 2 of the slave device 1 (the position and orientation as viewed in the slave-side global coordinate system Cgs). can be estimated using the estimated position and orientation, observed values of actual joint displacements of the joints of the slave device 1 , and the rigid body link model of the slave device 1 . Also, the target value of the lateral position of the slave's center of gravity can be calculated using, for example, the desired overall motion of the slave device 1 including the desired slave upper body motion and desired slave leg motion, and the rigid body link model of the slave device 1. can be done.

また、実際のオペレータ重心横方向位置は、例えば、オペレータPの上体等のいずれかの部位の位置姿勢(マスター側グローバル座標系Cgmで見た位置姿勢)と、各関節の曲げ角とをモーションキャブチャ等の公知の手法により推定し、その推定した位置姿勢及び曲げ角の観測値と、オペレータPの剛体リンクモデルとを用いて推定することができる。なお、オペレータPの各関節又は一部の関節の曲げ角は、オペレータPに装着した変位センサ又は慣性センサ(加速度センサ及び角速度センサ)により検出してもよい。 Also, the actual lateral position of the center of gravity of the operator can be obtained by combining the position and orientation of any part of the upper body of the operator P (the position and orientation as viewed in the master-side global coordinate system Cgm) and the bending angles of each joint. It can be estimated by a known method such as cabcha, and using the observed values of the estimated position and orientation and bending angle, and the operator P's rigid body link model. The bending angles of each joint or some of the joints of the operator P may be detected by a displacement sensor or an inertia sensor (acceleration sensor and angular velocity sensor) attached to the operator P.

また、例えば、前記第5実施形態、第6実施形態、第11実施形態及び第12実施形態のいずれかの実施形態、あるいは、該実施形態と組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態における目標上体支持部反力決定部81cの処理において、オペレータ重心横方向位置の観測値と、スレーブ重心横方向位置の観測値又は目標値との間の関係の、式(60a),(60b)により示される目標関係からのずれ量(X軸方向及びY軸方向のずれ量)を、第5実施形態と同様の演算処理により算出し得る。そして、このずれ量をゼロに近づけるように、フィードバック制御則により目標上体支持部反力のうちの横方向並進力を決定することもできる。 Further, for example, any one of the fifth, sixth, eleventh, and twelfth embodiments, or the target in the thirteenth or fourteenth embodiment combined with the above embodiments In the process of the body support reaction force determination unit 81c, the relation between the observed value of the lateral center of gravity position of the operator and the observed value or target value of the lateral position of the slave center of gravity is expressed by equations (60a) and (60b). The amount of deviation from the indicated target relationship (the amount of deviation in the X-axis direction and the Y-axis direction) can be calculated by the same arithmetic processing as in the fifth embodiment. Then, it is also possible to determine the lateral translational force of the desired upper body support reaction force by a feedback control rule so that this amount of deviation approaches zero.

また、前記補償床反力決定部31eを備える実施形態(第2実施形態、第6実施形態、第8実施形態、第12実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態)において、補償床反力決定部31eにより決定する補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yは、第2実施形態で説明したずれ量Err_x,Err_yをゼロに近づけることに加えて、例えば、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力をゼロに近づけるように決定してもよい。例えば、次式(61a),(61b)に示す如く、前記ずれ量Err_x,Err_yと、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力F_mb_x_act,F_mb_y_actの観測値とを線形結合してなる状態量をゼロに近づけるように、フィードバック制御則により補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。
M_dmd_x
=Ke*Err_y+Ked*dErr_y/dt+Kf*F_mb_y_act
……(61a)
M_dmd_y
=-Ke*Err_x-Ked*dErr_x/dt-Kf*F_mb_x_act
……(61b)
Further, an embodiment including the compensating floor reaction force determination unit 31e (second embodiment, sixth embodiment, eighth embodiment, twelfth embodiment, or thirteenth embodiment or fourteenth embodiment combined with these) ), the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined by the compensating floor reaction force determination unit 31e are set to, for example, the actual body The lateral translational force of the support floor reaction force may be determined to be close to zero. For example, as shown in the following equations (61a) and (61b), the deviation amounts Err_x and Err_y are linearly combined with the observed values of the horizontal translational forces F_mb_x_act and F_mb_y_act among the floor reaction forces of the body support part. The compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined according to the feedback control law so that the state quantity of is close to zero.
M_dmd_x
=Ke*Err_y+Ked*dErr_y/dt+Kf*F_mb_y_act
... (61a)
M_dmd_y
=-Ke*Err_x-Ked*dErr_x/dt-Kf*F_mb_x_act
... (61b)

なお、Ke,Ked,Kfは所定値のゲインである。また。式(61a),(61b)では、フィードバック制御則としてPD則を使用しているが、D則、PID則等の他のフィードバック制御則を用いてもよい。 Ke, Ked, and Kf are gains of predetermined values. Also. Although PD law is used as the feedback control law in equations (61a) and (61b), other feedback control law such as D law and PID law may be used.

さらに、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを、例えば、前記ずれ量Err_x,Err_yを用いずに、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力を、フィードバック制御則(P則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように決定してもよい。例えば、前記式(61a),(61b)のErr_x,Err_yをゼロとした式によって、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してよい。 Furthermore, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y are calculated by, for example, using the feedback control law (P law, PD law, PID law, etc.) may be determined so as to approach zero. For example, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined by the equations (61a) and (61b) with Err_x and Err_y set to zero.

上記の如く、ずれ量Err_x,Err_yと、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力とをゼロに近づけるようにM_dmd_x,M_dmd_yを決定し、あるいは、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力をゼロに近づけるようにM_dmd_x,M_dmd_yを決定した場合であっても、スレーブ装置1がその姿勢の崩れを自力で回復させ得る状況では、オペレータPの上体に、上体支持部65,65’から横方向の並進力が作用するのを抑制することができる。 As described above, M_dmd_x and M_dmd_y are determined so that the shift amounts Err_x and Err_y and the lateral translational force of the floor reaction force of the actual body support are close to zero, or the floor reaction force of the actual body support Even when M_dmd_x and M_dmd_y are determined so that the lateral translational force of the two is close to zero, in a situation where the slave device 1 can recover from its collapsed posture by itself, the upper body of the operator P is placed on the upper body. It is possible to suppress the lateral translational force acting from the body supporting portions 65, 65'.

なお、第2実施形態で説明したずれ量Err_x,Err_yの代わりに、例えば、、前記したオペレータ重心横方向位置の観測値と、スレーブ重心横方向位置の観測値との間の関係の、式(60a),(60b)により示される目標関係からのずれ量を用いて補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してよい。 Instead of the deviation amounts Err_x and Err_y described in the second embodiment, for example, the relationship between the observed value of the lateral center of gravity position of the operator and the observed value of the lateral position of the slave center of gravity can be expressed by the expression ( The amount of deviation from the target relationship indicated by 60a) and (60b) may be used to determine the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y.

また、前記補償床反力決定部31hを備える実施形態(第4実施形態、第10実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態)において、補償床反力決定部31hにより決定する補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yは、上記した補償床反力決定部31eの場合と同様に、前記上体傾き偏差をゼロに近づけることに加えて、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力をゼロに近づけるように決定してもよい。例えば、次式(62a),(62b)に示す如く、フィードバック制御則により補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。
M_dmd_x
=-Ke*θerr_x-Ked*dθrr_x/dt+Kf*F_mb_y_act
……(62a)
M_dmd_y
=-Ke*θerr_y-Ked*dθrr_y/dt-Kf*F_mb_x_act
……(62b)
Further, in the embodiment (fourth embodiment, tenth embodiment, or thirteenth embodiment or fourteenth embodiment combined with these) including the compensating floor reaction force determining section 31h, the compensating floor reaction force determining section 31h The compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y determined by the actual body support part floor reaction force The lateral translational force of the forces may be determined to be close to zero. For example, as shown in the following equations (62a) and (62b), the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined by a feedback control law.
M_dmd_x
=-Ke*θerr_x-Ked*dθrr_x/dt+Kf*F_mb_y_act
... (62a)
M_dmd_y
=-Ke*θerr_y-Ked*dθrr_y/dt-Kf*F_mb_x_act
... (62b)

なお、Ke,Ked,Kfは所定値のゲインである。また、式(62a),(62b)では、フィードバック制御則としてPD則を使用しているが、D則、PID則等の他のフィードバック制御則を用いてもよい。 Ke, Ked, and Kf are gains of predetermined values. Also, in equations (62a) and (62b), PD law is used as the feedback control law, but other feedback control law such as D law and PID law may be used.

また、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを、例えば、上体傾き偏差θerr_x,θerr_yを用いずに、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力を、フィードバック制御則(P則、PD則、PID則等)によりゼロに近づけるように決定してもよい。例えば、前記式(62a),(62b)のKe,Kedをゼロとした式によって、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してよい。 In addition, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y, for example, without using the body inclination deviations θerr_x and θerr_y, the lateral translational force of the floor reaction force of the actual body support is calculated by the feedback control law (P law , PD law, PID law, etc.). For example, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined by the formulas (62a) and (62b) with Ke and Ked set to zero.

上記の如く、上体傾き偏差と、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力とをゼロに近づけるようにM_dmd_x,M_dmd_yを決定し、あるいは、実上体支持部床反力のうちの横方向並進力をゼロに近づけるようにM_dmd_x,M_dmd_yを決定した場合であっても、スレーブ装置1がその姿勢の崩れを自力で回復させ得る状況では、オペレータPの上体に、上体支持部65,65’から横方向の並進力が作用するのを抑制することができる。 As described above, M_dmd_x and M_dmd_y are determined so that the body inclination deviation and the lateral translational force of the actual body support floor reaction force are close to zero, or Even if M_dmd_x and M_dmd_y are determined so that the horizontal translational force of the operator P approaches zero, in a situation where the slave device 1 can recover from its collapsed posture by itself, the upper body of the operator P is It is possible to suppress the lateral translational force acting from the support portions 65, 65'.

また、第4実施形態等に備えた補償床反力決定部31hでは、上体傾き偏差の代わりに、例えば、実スレーブ上体横方向位置の観測値と目標スレーブ上体横方向位置との偏差を用いて補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。さらに、実スレーブ上体横方向位置の観測値と目標スレーブ上体横方向位置との偏差をゼロに近づけることに加えて、上体支持部床反力のうちの横方向並進力ををゼロに近づけるように、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。 In addition, in the compensating floor reaction force determination unit 31h provided in the fourth embodiment and the like, instead of the body inclination deviation, for example, the deviation between the observed value of the actual slave lateral body position and the target slave lateral body position may be used to determine the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x, M_dmd_y. Furthermore, in addition to bringing the deviation between the actual slave lateral body lateral position observation value and the target slave lateral body lateral position closer to zero, the lateral translational force of the body support floor reaction force is reduced to zero. Compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined so as to approximate each other.

あるいは、上体傾き偏差の代わりに、例えば、スレーブ重心横方向位置の観測値と目標値との偏差を用いて補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。さらに、該重心の横方向位置の観測値と該重心の目標横方向位置との偏差をゼロに近づけることに加えて、上体支持部床反力のうちの横方向並進力ををゼロに近づけるように、補償全床反力モーメントM_dmd_x,M_dmd_yを決定してもよい。 Alternatively, the compensating total floor reaction force moments M_dmd_x and M_dmd_y may be determined using, for example, the deviation between the observed value and the target value of the lateral position of the slave's center of gravity instead of the body tilt deviation. Furthermore, in addition to bringing the deviation between the observed lateral position of the center of gravity and the target lateral position of the center of gravity closer to zero, the lateral translational force of the body support floor reaction force is brought closer to zero. Compensating total floor reaction force moments M_dmd_x, M_dmd_y may be determined as follows.

また、前記仮想外力決定部31fを備える実施形態(第3実施形態、第4実施形態、第9実施形態、第10実施形態、あるいは、これらと組み合わせた第13実施形態もしくは第14実施形態)において、上体傾き偏差の代わりに、例えば、実スレーブ上体横方向位置の観測値と目標スレーブ上体横方向位置との偏差を用いて仮想外力モーメントを決定してもよい。あるいは、上体姿勢偏差の代わりに、例えば、スレーブ重心横方向位置の観測値と目標値との偏差に応じて仮想外力モーメントを決定してもよい。 Further, in the embodiment (third embodiment, fourth embodiment, ninth embodiment, tenth embodiment, or thirteenth embodiment or fourteenth embodiment combined with these) having the virtual external force determination unit 31f , instead of the body inclination deviation, for example, the deviation between the observed value of the actual slave lateral body position and the target slave lateral body position may be used to determine the virtual external force moment. Alternatively, instead of the body posture deviation, for example, the virtual moment of external force may be determined according to the deviation between the observed value and the target value of the lateral position of the slave's center of gravity.

また、前記第7~第12実施形態に備えた上体支持部65’は、背もたれ部材65bを、第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69によりそれぞれロール方向、ピッチ方向に回転駆動し得るように構成されている。ただし、例えば、ロール方向、及びピッチ方向のいずれか一方にだけ、スレーブ装置1の上体2の傾きに応じて回転駆動し得るように構成されていてもよい。 Further, the upper body support part 65' provided in the seventh to twelfth embodiments rotates the backrest member 65b in the roll direction and the pitch direction by the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69, respectively. configured to obtain However, for example, it may be configured to be rotationally driven in either one of the roll direction and the pitch direction according to the inclination of the body 2 of the slave device 1 .

また、上体支持部65,65’は、マスター装置51のスライド部材62に対して、電動モータ等のアクチュエータによりヨー方向に回転駆動し得るように構成されていてもよい。この場合、例えばスレーブ装置1の上体2の向きの観測値又は目標値に応じて、上体支持部65をヨー方向に回転駆動することで、該上体支持部65,65’からオペレータPの上体にヨー方向の回転力が付与されるようにしてもよい。 Further, the upper body support portions 65 and 65' may be configured to be rotationally driven in the yaw direction with respect to the slide member 62 of the master device 51 by an actuator such as an electric motor. In this case, for example, according to the observed value or target value of the orientation of the upper body 2 of the slave device 1, the upper body support section 65 is rotationally driven in the yaw direction so that the operator P A rotational force in the yaw direction may be applied to the upper body.

例えば次のような制御処理を採用し得る。すなわち、例えば、オペレータPの各足部のオペレータ足部床反力の観測値に基づいて、オペレータPに作用する床反力のうちのヨー方向のモーメントを推定する。そして、該ヨー方向のモーメントに応じて目標スレーブ床反力のうちの目標ヨー方向モーメントを決定する。 For example, the following control processing can be adopted. That is, for example, the moment in the yaw direction of the floor reaction force acting on the operator P is estimated based on the observed values of the operator foot floor reaction force of each foot of the operator P. Then, the desired moment in the yaw direction of the desired slave floor reaction force is determined according to the moment in the yaw direction.

さらに、この目標ヨー方向モーメントを動力学的に実現し得るように動力学モデルを用いてスレーブ装置1の目標運動を決定する。そして、該目標運動のうちの上体2の向きの目標値に応じて、あるいは、該目標運動に応じて動作するスレーブ装置1の上体2の向きの観測値に応じて、所定の関係(上体支持部65の向きと上体2の向きとの間の所定の関係。例えば、前記式(26)により示される関係)を満たすように、目標上体支持部向きを決定し、該目標上体支持部向きを実現し得るように上体支持部65,65’に回転駆動力を付与する。 Furthermore, the target motion of the slave device 1 is determined using a dynamic model so that this target yaw direction moment can be dynamically realized. Then, a predetermined relationship ( A predetermined relationship between the orientation of the upper body support portion 65 and the orientation of the body 2 (for example, the relationship represented by the above equation (26)) is determined to satisfy the desired orientation of the upper body support portion, and the target A rotational driving force is applied to the upper body support portions 65, 65' so as to realize the orientation of the upper body support portions.

これにより、オペレータPは、自身の上体の実際の向きと、スレーブ装置1の上体2の実際の向きとの間の関係が上記所定の関係からずれた場合に、そのことを上体支持部65から受けるヨー方向の回転力より認識することができる。
なお、上体支持部65の,65’の向きを上記の如く制御することは、マスター装置51の移動機構52の移動制御により行うことも可能である。
As a result, when the relationship between the actual orientation of the upper body of the operator P and the actual orientation of the upper body 2 of the slave device 1 deviates from the predetermined relationship, the operator P can support the upper body. It can be recognized from the rotational force in the yaw direction received from the portion 65 .
It is also possible to control the orientation of the upper body support parts 65 and 65' as described above by controlling the movement of the movement mechanism 52 of the master device 51. FIG.

また、前記第1~第6実施形態のマスター装置51は、上体支持部65の代わりに、第7実施形態等の上体支持部65’を備えていてもよい。この場合、上体支持部65’の第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69を、上体支持部反力のうちのロール方向のモーメントとピッチ方向のモーメメントがゼロになるように制御してもよい。 Further, the master device 51 of the first to sixth embodiments may be provided with an upper body support section 65' such as that of the seventh embodiment instead of the upper body support section 65. In this case, the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 of the body support section 65' are controlled so that the moment in the roll direction and the moment in the pitch direction of the body support reaction force become zero. You may

あるいは、前記第1~第6実施形態のマスター装置51に備える上体支持部として、前記上体支持部65’を同様に背もたれ部材65bを有すると共に、該背もたれ部材65bがスライド部材62に対してロール方向およびピッチ方向にフリー回転し得るように構成された上体支持部(例えば前記上体支持部65’の第1背もたれ駆動アクチュエータ68及び第2背もたれ駆動アクチュエータ69を省略した構成の上体支持部)を採用してもよい。 Alternatively, as the upper body support portion provided in the master device 51 of the first to sixth embodiments, the upper body support portion 65' has a backrest member 65b in the same manner as the upper body support portion 65', and the backrest member 65b is attached to the slide member 62. An upper body support that is configured to be freely rotatable in roll and pitch directions (for example, an upper body support that omits the first backrest drive actuator 68 and the second backrest drive actuator 69 of the upper body support 65') part) may be adopted.

また、前記各実施形態では、本発明における上体支持部駆動機構として、オペレータPと共に床面上を移動し得る移動機構52と昇降機構60とを備えるものを例示した。ただし、本発明における上体支持部駆動機構は、例えば、図34に例示する構成のものであってもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, as the upper body support section drive mechanism of the present invention, the moving mechanism 52 capable of moving on the floor surface together with the operator P and the elevating mechanism 60 are provided. However, the upper body support part drive mechanism in the present invention may be configured as illustrated in FIG. 34, for example.

この例では、マスター装置51’は、第1実施形態のものと同様の構成の昇降機構60及び上体支持部65を備える共に、オペレータP(図示省略)が移動する環境の建物の天井部(図示省略)に設置された移動機構100とを備え、この移動機構100に昇降機構60の支柱61が支持されている(換言すれば、上体支持部65が昇降機構60を介して移動機構100に取付けられている)。 In this example, the master device 51' includes an elevating mechanism 60 and an upper body support section 65 having the same configuration as those of the first embodiment, and the ceiling section (not shown) of the building in the environment where the operator P (not shown) moves. The moving mechanism 100 is installed in the moving mechanism 100 (not shown), and the supporting column 61 of the lifting mechanism 60 is supported by the moving mechanism 100 (in other words, the upper body support portion 65 moves to the moving mechanism 100 via the lifting mechanism 60). ).

この場合、移動機構100は、天井に固定された一対の平行なレール機構101,101に沿って、図示しないアクチュエータの駆動力により前後方向(図示のマスター座標系CmのXm軸方向)に移動し得る一対の第1可動部102,102と、これらの第1可動部102,102と一体に移動し得るように第1可動部102,102の間に架け渡されたレール機構103と、レール機構103に沿って、図示しないアクチュエータの駆動力により左右方向(マスター座標系CmのYm軸方向)に移動し得る第2可動部104と、この第2可動部104から前方に延設された上側板状部材105と、該上側板状部材105の下側に配置され、該上側板状部材105に対して上下方向の軸心周りに(マスター座標系CmのZm軸周りの方向に)、アクチュエータ106(例えば電動モータ)により回転し得るように該アクチュエータ106を介して板状部材105に取付けられた下側板状部材107とを備える。 In this case, the moving mechanism 100 moves in the front-rear direction (the Xm-axis direction of the master coordinate system Cm shown) along a pair of parallel rail mechanisms 101, 101 fixed to the ceiling by the driving force of an actuator (not shown). a pair of first movable parts 102, 102, a rail mechanism 103 bridged between the first movable parts 102, 102 so as to move integrally with the first movable parts 102, 102, and a rail mechanism 103, a second movable portion 104 that can move in the left-right direction (Ym-axis direction of the master coordinate system Cm) by the driving force of an actuator (not shown), and an upper plate extending forward from the second movable portion 104. and an actuator 106 arranged below the upper plate-like member 105 around the axis in the vertical direction with respect to the upper plate-like member 105 (in the direction around the Zm axis of the master coordinate system Cm). a lower plate-like member 107 attached to the plate-like member 105 via the actuator 106 so as to be rotatable by (for example, an electric motor).

そして、上体支持部65の中心付近が、アクチュエータ106の回転軸心のほぼ直下に位置するようにして、昇降機構60の支柱61の上端部が下側板状部材107に固定されている。なお、本実施形態では、上記移動機構100と昇降機構60により本発明における上体支持部駆動機構が実現される。また、上体支持部は、前記第7実施形態で説明した上体支持部65’であってもよい。 The upper end of the pillar 61 of the lifting mechanism 60 is fixed to the lower plate-like member 107 so that the center of the body support portion 65 is positioned substantially directly below the axis of rotation of the actuator 106 . In this embodiment, the moving mechanism 100 and the lifting mechanism 60 realize the upper body support portion driving mechanism of the present invention. Also, the upper body support portion may be the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment.

かかるマスター装置51’では、昇降機構60の支柱61は、移動機構100の動作によって横方向(上下方向と直交する方向)に移動し得ると共に、アクチュエータ106の軸心周りに(ヨー方向)に回転し得る。このため、操縦者Pは、第1実施形態と同様に床面上を移動し得る。そして、移動機構100の図示しないアクチュエータと、アクチュエータ106との作動制御によって、前記第1~第6実施形態と同様に(又は第7~第12実施形態と同様に)、上体支持部65(又は65’)の移動と、上体支持部反力のうちの横方向並進力とヨー方向モーメントとを制御することが可能である。 In the master device 51', the pillar 61 of the lifting mechanism 60 can be moved in the horizontal direction (perpendicular to the vertical direction) by the operation of the moving mechanism 100, and can rotate about the axis of the actuator 106 (in the yaw direction). can. Therefore, the operator P can move on the floor similarly to the first embodiment. Then, by controlling the operation of the actuator (not shown) of the movement mechanism 100 and the actuator 106, the upper body support portion 65 ( or 65′) and the lateral translational force and yaw moment of the body support reaction forces.

また、本発明における上体支持部駆動機構は、例えば、図35に例示する構成のものを採用することもできる。この例では、マスター装置51’’は、前記第1実施形態と同じ構成の上体支持部65と、該上体支持部65を上体(腰部)に装着したオペレータPの移動環境の周囲に配置された複数の電動モータ110とを備える。各電動モータ110は、例えば、床面上に立設された支柱111上に取付けられている。 Further, the upper body support portion drive mechanism in the present invention may employ, for example, the structure illustrated in FIG. 35 . In this example, the master device 51'' includes an upper body support portion 65 having the same configuration as that of the first embodiment, and an operator P wearing the upper body support portion 65 on the upper body (waist). A plurality of electric motors 110 are arranged. Each electric motor 110 is mounted, for example, on a pillar 111 erected on the floor.

そして、各電動モータ110の回転軸には、該電動モータ110により回転駆動し得るプーリ112が装着されている。さらに、各電動モータ110に対応するプーリ112に巻回されたワイヤー113が該プーリ112から引き出され、その引き出されたワイヤー113の先端部が上体支持部65に連結されている。なお、上体支持部は、前記第7実施形態で説明した上体支持部65’であってもよい。 A pulley 112 that can be driven to rotate by the electric motor 110 is attached to the rotating shaft of each electric motor 110 . Further, a wire 113 wound around a pulley 112 corresponding to each electric motor 110 is pulled out from the pulley 112 , and the tip of the pulled out wire 113 is connected to the upper body support portion 65 . The upper body support portion may be the upper body support portion 65' described in the seventh embodiment.

かかるマスター装置51’’では、複数の電動モータ110とワイヤー113とにより本発明における上体支持部駆動が実現される。そして、このマスター装置51’’では、各電動モータ110の作動制御によって、オペレータPは床面上を移動し得ると共に、前記第1~第6実施形態と同様に(又は第7~第12実施形態と同様に)、上体支持部65(又は65’)の移動と、上体支持部反力のうちの横方向並進力とヨー方向モーメントとを制御することが可能である。
なお、電動モータ110の代わりに、油圧モータ等のアクチュエータを使用してもよい。
In such a master device 51'', a plurality of electric motors 110 and wires 113 realize driving of the upper body support portion of the present invention. In this master device 51'', the operator P can move on the floor surface by controlling the operation of each electric motor 110, and the operator P can move on the floor in the same manner as in the first to sixth embodiments (or in the seventh to twelfth embodiments). morphology), it is possible to control the movement of the body support 65 (or 65') and the lateral translational and yaw moments of the body support reaction forces.
An actuator such as a hydraulic motor may be used instead of the electric motor 110 .

また、前記各実施形態では、スレーブ制御部31及びマスター制御部81をスレーブ装置1及びマスター装置51に各々搭載したが、スレーブ制御部31及びマスター制御部81をスレーブ装置1及びマスター装置51のいずれか一方に搭載したり、あるいは、外部のサーバ等に備えるようにしてもよい。また、スレーブ制御部31の一部の機能をマスター制御部81にもたせてもよい。あるいは、マスター制御部81の一部の機能をスレーブ制御部31にもたせてもよい。 In each of the above embodiments, the slave control unit 31 and the master control unit 81 are installed in the slave device 1 and the master device 51 respectively. Either one of them may be installed, or an external server or the like may be provided. Also, the master control unit 81 may have a part of the functions of the slave control unit 31 . Alternatively, the slave control unit 31 may have a part of the functions of the master control unit 81 .

さらに、スレーブ制御部31及びマスター制御部81の組を、スレーブ装置1及びマスター装置51との両方に搭載し、スレーブ装置1でのスレーブ制御部31及びマスター制御部81の処理と、マスター装置51でのスレーブ制御部31及びマスター制御部81の処理とを、互いに同期して並列に実行するようにしてもよい。 Further, a set of the slave control unit 31 and the master control unit 81 is installed in both the slave device 1 and the master device 51, and the processing of the slave control unit 31 and the master control unit 81 in the slave device 1 and the processing of the master device 51 The processing of the slave control unit 31 and the processing of the master control unit 81 may be executed in parallel in synchronization with each other.

また、マスター装置51には、例えば、スレーブ装置1の各腕10を、オペレータPの各腕の動きにより操縦するためのマニピュレータが搭載されていてもよい。
Also, the master device 51 may be equipped with a manipulator for manipulating each arm 10 of the slave device 1 by moving each arm of the operator P, for example.

Claims (20)

上体と該上体から延設された2つの脚とを有する脚式移動体であるスレーブ装置を移動させる操縦を行い得る操縦システムであって、
操縦者が移動するに伴い、該操縦者と共に移動し得るように該操縦者の上体に装着される上体支持部と、該上体支持部を横方向に移動させる並進力を該上体支持部に付与し得るように該上体支持部に取付けられた上体支持部駆動機構とを含むマスター装置と、
前記スレーブ装置の各脚の目標運動である目標スレーブ脚運動と前記スレーブ装置の上体の目標運動である目標スレーブ上体運動とを含むスレーブ側動作目標と、前記マスター装置の上体支持部駆動機構の動作目標であるマスター側動作目標とを決定する動作目標決定部と、
前記決定されたマスター側動作目標に応じて前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うマスター側制御部と、
前記決定されたスレーブ側動作目標に応じて前記スレーブ装置の作動制御を行うスレーブ側制御部とを備えており、
前記上体支持部、前記操縦者の上体、及び前記操縦者の重心のうちのいずれか1つの横方向位置をマスター側基準部横方向位置と定義し、前記スレーブ装置の上体及び重心のうちのいずれか1つの横方向位置をスレーブ側基準部横方向位置と定義したとき、
前記動作目標決定部は、
前記操縦者がその脚の運動によって移動するに伴い、前記スレーブ装置をその脚の運動によって移動させるように、少なくとも前記操縦者の各脚の運動状態の観測値を用いて前記目標スレーブ脚運動を決定する第1処理部と、
実際の前記マスター側基準部横方向位置と実際の前記スレーブ側基準部横方向位置との間の関係が所定の第1目標対応関係を満たす状態に近づき、且つ、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値を実際の前記スレーブ側基準部横方向位置に一致させ、又は近づけるように、前記マスター側基準部横方向位置及び前記スレーブ側基準部横方向位置のそれぞれの観測値を用いて前記目標スレーブ上体運動と前記マスター側動作目標とを決定する第2処理部とを含むように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
A maneuvering system capable of maneuvering to move a slave device, which is a legged mobile body having an upper body and two legs extending from the upper body, comprising:
an upper body support attached to the operator's upper body so as to move with the operator as the operator moves; an upper body support drive mechanism operably attached to the support; and
a slave-side motion target including a target slave leg motion that is a target motion of each leg of the slave device and a target slave body motion that is a target motion of the upper body of the slave device; and upper body support driving of the master device. a motion target determination unit that determines a master-side motion target that is the motion target of the mechanism;
a master-side control unit that controls the operation of the upper body support unit drive mechanism according to the determined master-side operation target;
a slave-side control unit that controls the operation of the slave device according to the determined slave-side operation target,
The lateral position of any one of the upper body support, the operator's upper body, and the operator's center of gravity is defined as the master-side reference part lateral position, and the slave device's upper body and center of gravity of the slave device. When the lateral position of any one of them is defined as the lateral position of the slave side reference part,
The motion goal determination unit
determining the target slave leg motion using observations of the state of motion of at least each leg of the operator, such that as the operator moves through the leg motion, the slave device is moved by the leg motion; A first processing unit that determines;
The relationship between the actual lateral position of the master-side reference part and the actual lateral position of the slave-side reference part approaches a state that satisfies a predetermined first target correspondence, and is defined by the slave-side operation target. The master-side reference portion lateral position and the slave-side reference portion lateral position are adjusted so that the target value of the slave-side reference portion lateral direction position to match or approach the actual slave side reference portion lateral position. and a second processing unit that determines the target slave body motion and the master motion target using respective observed values.
請求項1記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記動作目標決定部が決定する前記マスター側動作目標は、前記上体支持部の目標横方向位置を含み、前記第2処理部は、前記上体支持部の目標横方向位置により規定される前記マスター側基準部横方向位置と、前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値との間の関係が前記第1目標対応関係を満たす状態になるように、該スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値を用いて前記上体支持部の目標横方向位置を決定する第201処理部を含むように構成され、
前記マスター側制御部は、前記上体支持部の実際の横方向位置を前記決定された目標横方向位置に追従させるように前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
The mobile body control system according to claim 1,
The master-side motion target determined by the motion target determination unit includes a target lateral position of the upper body support section, and the second processing section determines the target lateral position of the upper body support section. so that the relationship between the master side reference portion lateral position and the observed value or target value of the slave side reference portion lateral position satisfies the first target correspondence relationship, the slave side reference portion lateral direction configured to include a 201 processing unit for determining a target lateral position of the upper body support using an observed or target value of position;
The master-side control section is configured to control the operation of the upper body support drive mechanism so that the actual lateral position of the upper body support follows the determined target lateral position. A control system for a moving body characterized by:
請求項1又は2記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記第2処理部は、前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値を、該スレーブ側基準部横方向位置の観測値に一致させるように、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を該スレーブ側基準部横方向位置の観測値を用いて決定する第202処理部を含むように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
3. The mobile body control system according to claim 1 or 2,
The second processing unit adjusts the target value of the lateral position of the reference part on the slave side to match the observed value of the lateral position of the reference part on the slave side. 202. A control system for a moving object, comprising a processing unit 202 that determines a target lateral position of the upper body using an observed value of the lateral position of the slave-side reference part.
請求項1又は2記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ装置の動力学を表す第1の動力学モデルにおいて前記スレーブ装置に作用させる第1仮想外力を決定する第4処理部とを含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって該スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力及び前記決定された第1仮想外力の合力に前記第1の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の横方向の目標並進加速度を決定し、さらに該目標並進加速度を積分することにより、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を決定する第203処理部を含むように構成され、
前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第4処理部は、前記第1偏差をゼロに近づけるように、該第1偏差の算出値を用いて前記第1仮想外力を決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
3. In the mobile body control system according to claim 1 or 2,
The action target determination unit uses an observed value of the operator's floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. and a fourth processing unit for determining a first virtual external force acting on the slave device in a first dynamics model representing dynamics of the slave device,
The second processing unit determines that a resultant force of an inertial force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side operation target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. determining a target lateral translational acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the resultant force of the floor reaction force and the determined first virtual external force on the first dynamic model; a target lateral position of the slave device's body in the target slave body motion by integrating
deviation between a target value of the slave-side reference lateral position defined by the slave-side motion target and an observed value of the slave-side reference lateral position, and the slave device defined by the slave-side motion target When any one of the deviations between the target value of the inclination of the upper body and the observed value of the inclination is defined as the first deviation, the fourth processing unit causes the first deviation to approach zero (2) a control system for a moving object, wherein the calculated value of the first deviation is used to determine the first virtual external force;
請求項1記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記第2処理部は、前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と、実際の前記マスター側基準部横方向位置との間の関係が前記第1目標対応関係を満たす状態になるように、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標横方向位置を、前記マスター側基準部横方向位置の観測値を用いて決定する第204処理部と、前記マスター側基準部横方向位置の観測値と前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値又は目標値との間の関係の、前記第1目標対応関係からのずれ度合いをゼロに近づけるように、該ずれ度合いの算出値を用いて前記マスター側動作目標を決定する第205処理部とを含むように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
The mobile body control system according to claim 1,
The second processing unit performs the following steps so that the relationship between the target value of the lateral position of the slave-side reference portion and the actual lateral position of the master-side reference portion satisfies the first target correspondence relationship. a 204th processing unit for determining a target lateral position of the slave device's body in the target slave body motion using an observed value of the master side reference lateral position; A calculated value of the degree of deviation of the relationship between the observed value of the directional position and the observed value or target value of the lateral position of the slave-side reference portion from the first target correspondence relationship so as to approach zero. and a 205th processing unit that determines the master-side motion target using the .
請求項5記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記第205処理部は、前記操縦者が前記上体支持部から受ける横方向の反力の目標値である目標上体支持部横方向反力を前記マスター側動作目標として決定するように構成され、
前記マスター側制御部は、前記操縦者が前記上体支持部から受ける実際の横方向の反力を、前記決定された目標上体支持部横方向反力に追従させるように前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to claim 5,
The 205th processing unit is configured to determine a desired upper body support lateral reaction force, which is a target value of lateral reaction force received by the operator from the upper body support part, as the master-side action target. ,
The master-side control section controls the upper body support section so that the actual lateral reaction force that the operator receives from the upper body support section follows the determined desired upper body support section lateral reaction force. A control system for a moving object, characterized in that it is configured to control the operation of a drive mechanism.
請求項1~6のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記第2処理部は、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置を、前記上体支持部もしくは前記操縦者の上体の実際の上下方向位置に対して所定の第2目標対応関係を満たすように、該上体支持部もしくは該操縦者の上体の上下方向位置の観測値を用いて前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置を決定し、又は、前記スレーブ装置の上体の目標上下方向位置をあらかじめ定めた所定値に決定する第206処理部を含むように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 6,
The second processing unit converts a target vertical position of the body of the slave device out of the target slave body motion to an actual vertical position of the upper body of the upper body support unit or the operator. determining a target vertical position of the body of the slave device using an observed value of the vertical position of the upper body support or the operator's upper body so as to satisfy a predetermined second target correspondence; or 206. A control system for a moving object, comprising: a 206th processing unit for determining a target vertical position of the upper body of said slave device to a predetermined value.
請求項1~7のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記第2処理部は、前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を、前記操縦者の上体の実際の姿勢に対して所定の第3目標対応関係を満たすように、該操縦者の上体の姿勢の観測値を用いて前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第207処理部を含むように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 7,
The second processing unit sets the target posture of the body of the slave device among the target slave body motions so as to satisfy a predetermined third target correspondence relationship with the actual posture of the body of the operator. and a 207th processing unit that determines a target posture of the body of the slave device using an observed value of the posture of the operator's body. .
請求項1~7のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部駆動機構は、前記上体支持部を横方向に移動させる並進力と、該上体支持部を回転させる回転力とを該上体支持部に付与し得るように構成されていると共に、前記上体支持部は、前記操縦者の上体に装着された状態で前記上体支持部駆動機構から付与される回転力が前記操縦者の上体の姿勢を変化させる力として該操縦者の上体に伝達し得るように構成されており、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部を含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって前記スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力に、前記スレーブ装置の動力学を表す第2の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の目標角加速度を決定し、さらに、該目標角加速度を積分することにより前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第208処理部と、前記スレーブ装置の上体の実際の姿勢と、前記操縦者の上体の実際の姿勢との間の関係が所定の第3目標対応関係を満たす状態になるように、前記上体支持部の回転動作に関する前記上体支持部駆動機構の動作目標である上体支持部回転動作目標を前記スレーブ装置の上体の姿勢の観測値又は前記決定された目標姿勢を用いて決定する第210処理部とを含むように構成されており、
前記マスター側制御部は、前記決定された上体支持部回転動作目標に応じて前記上体支持部を回転させる回転力を発生するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 7,
The upper body support driving mechanism is configured to apply to the upper body support a translational force for laterally moving the upper body support and a rotational force for rotating the upper body support. In addition, the upper body support part is configured so that the rotational force applied from the upper body support part driving mechanism in a state of being attached to the upper body of the operator serves as a force for changing the posture of the upper body of the operator. It is configured so that it can be transmitted to the upper body of the operator,
The action target determination unit uses an observed value of the operator's floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. is configured to include a third processing unit that determines by
The second processing unit determines that a resultant force of an inertial force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side operation target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. Determining a target angular acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the floor reaction force on a second dynamic model representing the dynamics of the slave device, and integrating the target angular acceleration A 208th processing unit that determines a target posture of the body of the slave device among the target slave body motions, an actual posture of the body of the slave device, and an actual posture of the body of the operator. The upper body support portion rotational motion target, which is the motion target of the upper body support portion drive mechanism related to the rotational motion of the upper body support portion, is set so that the relationship between the a 210th processing unit that determines using the observed value of the body posture of the slave device or the determined target posture,
The control system for a moving object, wherein the master-side control unit is configured to generate a rotational force for rotating the upper body support according to the determined target for rotating the upper body support. .
請求項1~7のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部駆動機構は、前記上体支持部を横方向に移動させる並進力と、該上体支持部を回転させる回転力とを該上体支持部に付与し得るように構成されていると共に、前記上体支持部は、前記操縦者の上体に装着された状態で前記上体支持部駆動機構から付与される回転力が前記操縦者の上体の姿勢を変化させる力として該操縦者の上体に伝達し得るように構成されており、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ装置の動力学を表す第3の動力学モデルにおいて前記スレーブ装置に作用させる第2仮想外力を決定する第5処理部とを含むように構成され、
前記第2処理部は、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の目標運動によって該スレーブ装置が発生する慣性力と該スレーブ装置に作用する重力との合力が、前記決定された目標スレーブ床反力及び前記決定された第2仮想外力の合力に前記第3の動力学モデル上で釣り合うように、前記スレーブ装置の上体の目標角加速度を決定し、さらに、該目標角加速度を積分することにより前記目標スレーブ上体運動のうちの前記スレーブ装置の上体の目標姿勢を決定する第209処理部と、前記スレーブ装置の上体の姿勢と、前記操縦者の上体の姿勢との間の関係が所定の第3目標対応関係を満たす状態になるように、前記上体支持部の回転動作に関する前記上体支持部駆動機構の動作目標である上体支持部回転動作目標を前記スレーブ装置の上体の実際の姿勢の観測値又は前記決定された目標姿勢を用いて決定する第210処理部とを含むように構成されており、
前記マスター側制御部は、前記決定された上体支持部回転動作目標に応じて前記上体支持部を回転させる回転力を発生するように構成されており、
前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第5処理部は、前記第1偏差をゼロに近づけるように、該第1偏差の算出値を用いて前記第2仮想外力を決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 7,
The upper body support driving mechanism is configured to apply to the upper body support a translational force for laterally moving the upper body support and a rotational force for rotating the upper body support. In addition, the upper body support part is configured so that the rotational force applied from the upper body support part driving mechanism in a state of being attached to the upper body of the operator serves as a force for changing the posture of the upper body of the operator. It is configured so that it can be transmitted to the upper body of the operator,
The action target determination unit uses an observed value of the operator's floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. and a fifth processing unit for determining a second virtual external force acting on the slave device in a third dynamics model representing the dynamics of the slave device,
The second processing unit determines that a resultant force of an inertial force generated by the slave device due to a desired motion of the slave device defined by the slave-side operation target and a gravitational force acting on the slave device is equal to the determined target slave device. determining a target angular acceleration of the upper body of the slave device so as to balance the resultant force of the floor reaction force and the determined second virtual external force on the third dynamic model; and integrating the target angular acceleration. A 209th processing unit for determining a target posture of the body of the slave device out of the target slave body motion by performing a combination of the posture of the body of the slave device and the posture of the operator's body The upper body support part rotational movement target, which is the movement target of the upper body support part drive mechanism related to the rotational movement of the upper body support part, is set to the slave so that the relationship between the a 210th processing unit for determining using the observed value of the actual posture of the upper body of the device or the determined target posture,
The master-side control section is configured to generate a rotational force for rotating the upper body support section in accordance with the determined upper body support section rotational movement target,
deviation between a target value of the slave-side reference lateral position defined by the slave-side motion target and an observed value of the slave-side reference lateral position, and the slave device defined by the slave-side motion target When any one of the deviations between the target value of the inclination of the upper body and the observed value of the inclination is defined as the first deviation, the fifth processing unit causes the first deviation to approach zero. (2) a control system for a moving object, wherein the calculated value of the first deviation is used to determine the second virtual external force;
請求項1~10のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部を含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を前記決定された目標スレーブ床反力に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第102処理部とを含み、該第102処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 10,
The action target determination unit determines a desired slave floor reaction force, which is a floor reaction force to be applied to the slave device, using an observed value of the operator's floor reaction force, which is a floor reaction force acting on each leg of the operator. configured to include a third processing unit that determines,
The first processing unit determines a basic desired slave leg position/posture, which is a basic desired value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from the observed values of the motion state of each leg of the operator. A processing unit 101 and a floor reaction force acting on each leg of the slave device for adjusting the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches the determined desired slave floor reaction force. a 102nd processing unit that corrects using the observed force values, and calculates a desired slave leg position/orientation, which is a target value of the position and orientation of the tip of each leg of the slave device after correction by the 102nd processing unit. A vehicle steering system configured to determine the target slave leg motion.
請求項1~10のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記マスター側基準部横方向位置の観測値と前記スレーブ側基準部横方向位置の観測値との間の関係の前記第1目標対応関係からのずれ度合いと、前記操縦者が前記上体支持部から受ける反力である上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように、前記決定された目標スレーブ床反力に付加すべき床反力である補償床反力を、前記ずれ度合いの算出値と前記上体支持部反力の横方向並進力の観測値とのうちの少なくとも一方を用いて決定する第6処理部とを含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の実際の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を、前記目標スレーブ床反力に前記補償床反力を付加した目標値に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第103処理部とを含み、該第103処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 10,
The action target determination unit uses an observed value of the operator's floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. a degree of deviation of the relationship between the observed value of the master-side reference portion lateral position and the observed value of the slave-side reference portion lateral position from the first target correspondence relationship; adding to the determined target slave floor reaction force so that at least one of the reaction force received by the operator from the upper body support portion and the lateral translational force of the upper body support portion reaction force approaches zero; A sixth processing unit that determines a compensating floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied, using at least one of the calculated value of the degree of deviation and the observed value of the lateral translational force of the reaction force of the upper body support part configured to include and
The first processing unit determines a basic target slave leg position/posture, which is a basic target value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from observed values of the actual motion state of each leg of the operator. and a 101st processing unit that adjusts the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches a desired value obtained by adding the compensating floor reaction force to the desired slave floor reaction force. and a 103rd processing unit that corrects using the observed value of the floor reaction force acting on each leg of the slave device, wherein the positions and postures of the tips of the legs of the slave device after correction by the 103rd processing unit. as the desired slave leg motion.
請求項1~10のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記動作目標決定部は、前記スレーブ装置に作用させるべき床反力である目標スレーブ床反力を、前記操縦者の各脚に作用する床反力である操縦者床反力の観測値を用いて決定する第3処理部と、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ側基準部横方向位置の目標値と該スレーブ側基準部横方向位置の観測値との偏差、及び、前記スレーブ側動作目標により規定される前記スレーブ装置の上体の傾きの目標値と該傾きの観測値との偏差のうちのいずれか1つの偏差を第1偏差と定義したとき、前記第1偏差と、前記操縦者が前記上体支持部から受ける反力である上体支持部反力の横方向並進力とのうちの少なくとも一方をゼロに近づけるように、前記決定された目標スレーブ床反力に付加すべき床反力である補償床反力を、前記第1偏差の算出値と前記上体支持部反力の横方向並進力の観測値とのうちの少なくとも一方を用いて決定する第7処理部とを含むように構成され、
前記第1処理部は、前記操縦者の各脚の実際の運動状態の観測値から、前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の基本目標値である基本目標スレーブ脚位置姿勢を決定する第101処理部と、前記スレーブ装置に実際に作用する床反力を、前記目標スレーブ床反力に前記補償床反力を付加した目標値に近づけるように、前記基本目標スレーブ脚位置姿勢を前記スレーブ装置の各脚に作用する床反力の観測値を用いて修正する第103処理部とを含み、該第103処理部による修正後の前記スレーブ装置の各脚の先端部の位置及び姿勢の目標値である目標スレーブ脚位置姿勢を前記目標スレーブ脚運動として決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 10,
The action target determination unit uses an observed value of the operator's floor reaction force, which is the floor reaction force acting on each leg of the operator, to determine the desired slave floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied to the slave device. a deviation between a target value of the slave side reference portion lateral position defined by the slave side motion target and an observed value of the slave side reference portion lateral position; When any one of the deviations between the target value of the inclination of the upper body of the slave device defined by the motion target and the observed value of the inclination is defined as a first deviation, the first deviation and the Add to the determined target slave floor reaction force so that at least one of the reaction force received by the operator from the upper body support portion and the lateral translational force of the upper body support portion reaction force approaches zero. A seventh processing unit that determines a compensating floor reaction force, which is the floor reaction force to be applied, using at least one of the calculated value of the first deviation and the observed value of the lateral translational force of the reaction force of the upper body support part. configured to include and
The first processing unit determines a basic target slave leg position/posture, which is a basic target value of the position and posture of the tip of each leg of the slave device, from observed values of the actual motion state of each leg of the operator. and a 101st processing unit that adjusts the basic desired slave leg position/orientation so that the floor reaction force actually acting on the slave device approaches a desired value obtained by adding the compensating floor reaction force to the desired slave floor reaction force. and a 103rd processing unit that corrects using the observed value of the floor reaction force acting on each leg of the slave device, wherein the positions and postures of the tips of the legs of the slave device after correction by the 103rd processing unit. as the desired slave leg motion.
請求項1~13のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部駆動機構は、前記操縦者が移動する床面上を移動し得るように構成された移動機構と、該床面に対する該移動機構の移動駆動力を発生可能な第1アクチュエータとを備えており、
前記上体支持部は、前記移動機構と共に移動し得るように該移動機構に搭載されており、
前記マスター側制御部は、前記マスター側動作目標に応じて前記第1アクチュエータの作動制御を行うことにより、前記移動機構の移動動作を制御するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 13 ,
The upper body support driving mechanism includes a moving mechanism configured to move on the floor on which the operator moves, and a first actuator capable of generating a driving force for moving the moving mechanism with respect to the floor. and
The upper body support part is mounted on the moving mechanism so as to move together with the moving mechanism,
The moving body, wherein the master-side control unit is configured to control the moving operation of the moving mechanism by controlling the operation of the first actuator according to the master-side operation target. steering system.
請求項9又は10記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部駆動機構は、前記操縦者が移動する床面上を移動し得るように構成された移動機構と、該床面に対する該移動機構の移動駆動力を発生可能な第1アクチュエータと、前記上体支持部を回転させる回転力を発生可能な第2アクチュエータとを備えており、
前記マスター側制御部は、前記マスター側動作目標に応じて前記第1アクチュエータの作動制御を行うと共に、前記上体支持部回転動作目標に応じて前記第2アクチュエータの作動制御を行うように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
The mobile body control system according to claim 9 or 10,
The upper body support driving mechanism includes a moving mechanism configured to move on the floor on which the operator moves, and a first actuator capable of generating a driving force for moving the moving mechanism with respect to the floor. , and a second actuator capable of generating a rotational force for rotating the upper body support,
The master-side control section is configured to perform operation control of the first actuator according to the master-side operation target, and to perform operation control of the second actuator according to the upper body support portion rotational operation target. A control system for a moving body, characterized by:
請求項14又は15記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部駆動機構は、前記移動機構に対して前記上体支持部を昇降させ得るように支持する昇降機構と、該上体支持部を前記移動機構に対して昇降させる駆動力を発生可能な第3アクチュエータとをさらに備えており、
前記マスター側制御部は、さらに前記操縦者が前記上体支持部から受ける上下方向の並進力が所定値となるように該上下方向の並進力の観測値に応じて前記第3アクチュエータの作動制御を行うように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
The mobile body control system according to claim 14 or 15 ,
The upper body support drive mechanism includes an elevating mechanism that supports the upper body support so that it can be raised and lowered with respect to the moving mechanism, and a driving force that raises and lowers the upper body support with respect to the moving mechanism. and a possible third actuator,
The master-side control unit further controls the operation of the third actuator according to the observed value of the vertical translational force so that the vertical translational force that the operator receives from the upper body support unit becomes a predetermined value. A control system for a moving object, characterized in that it is configured to perform
請求項1~15のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部は、上下方向に移動自在な状態になるように前記上体支持部駆動機構に取付けられていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 15 ,
A control system for a moving body, wherein the upper body support section is attached to the upper body support section drive mechanism so as to be vertically movable.
請求項1~15のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部は、上下方向に弾性的に移動し得るように前記上体支持部駆動機構に取付けられていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 15 ,
A control system for a moving object, wherein the upper body support is attached to the upper body support drive mechanism so as to be elastically movable in the vertical direction.
請求項1~8のいずれか1項に記載の移動体の操縦システムにおいて、
前記上体支持部は、前記操縦者のロール方向に、又は前記操縦者のピッチ方向に、又は該ロール方向とピッチ方向とに回転自在な状態となるように前記上体支持部駆動機構に取付けられていることを特徴とする移動体の操縦システム。
In the mobile body control system according to any one of claims 1 to 8,
The upper body support is attached to the upper body support drive mechanism so as to be rotatable in the roll direction of the operator, in the pitch direction of the operator, or in both the roll and pitch directions. A control system for a moving object, characterized by:
上体と該上体から延設された2つの脚とを有する脚式移動体であるスレーブ装置を移動させる操縦を行い得る操縦システムであって、
操縦者が移動するに伴い、該操縦者と共に移動し得るように該操縦者の上体に装着される上体支持部と、該上体支持部を横方向に移動させる並進力を該上体支持部に付与し得るように該上体支持部に取付けられた上体支持部駆動機構とを含むマスター装置と、
前記スレーブ装置の動作目標であるスレーブ側動作目標と、前記マスター装置の上体支持部駆動機構の動作目標であるマスター側動作目標とを決定する動作目標決定部と、
前記決定されたマスター側動作目標に応じて前記上体支持部駆動機構の作動制御を行うマスター側制御部と、
前記決定されたスレーブ側動作目標に応じて前記スレーブ装置の作動制御を行うスレーブ側制御部とを備えており、
前記上体支持部、前記操縦者の上体、及び前記操縦者の重心のうちのいずれか1つの横方向位置をマスター側基準部横方向位置と定義し、前記スレーブ装置の上体及び重心のうちのいずれか1つの横方向位置をスレーブ側基準部横方向位置と定義したとき、
前記動作目標決定部は、
前記操縦者の移動に伴い、前記スレーブ装置を移動させるように前記スレーブ側動作目標を決定すると共に、実際の前記マスター側基準部横方向位置と、実際の前記スレーブ側基準部横方向位置との間の関係の、所定の第1目標対応関係からのずれを低減させる向きの横方向の並進力を前記上体支持部から前記操縦者に作用させるように前記マスター側動作目標を決定するように構成されていることを特徴とする移動体の操縦システム。
A maneuvering system capable of maneuvering to move a slave device, which is a legged mobile body having an upper body and two legs extending from the upper body, comprising:
an upper body support attached to the operator's upper body so as to move with the operator as the operator moves; an upper body support drive mechanism applicably attached to the support; and an upper body support drive mechanism;
a motion target determination unit that determines a slave-side motion target that is the motion target of the slave device and a master-side motion target that is the motion target of the upper body support portion driving mechanism of the master device;
a master-side control unit that controls the operation of the upper body support unit drive mechanism according to the determined master-side operation target;
a slave-side control unit that controls the operation of the slave device according to the determined slave-side operation target,
The lateral position of any one of the upper body support, the operator's upper body, and the operator's center of gravity is defined as the master-side reference part lateral position, and the slave device's upper body and center of gravity of the slave device. When the lateral position of any one of them is defined as the lateral position of the slave side reference part,
The motion target determination unit
The slave side motion target is determined so as to move the slave device along with the movement of the operator, and the actual lateral position of the master side reference portion and the actual lateral position of the slave side reference portion are determined. determining the master-side motion goal to cause the upper body support to exert a lateral translational force on the operator in a direction that reduces the deviation of the relationship between A control system for a moving object, comprising:
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