JP7199259B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットが前方又は後方に転倒する際の姿勢を制御するロボットの制御装置に関する。

従来、ロボットの制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、人型ロボットが前方に転倒する際のダメージを低減するために、３点支持転倒制御が実行される。この３点支持転倒制御では、足を前方に踏み出す動作と、人型ロボットの上半身を前方に屈曲させる動作とが同時に実行されるように、関節アクチュエータの動作状態が制御される。それにより、ロボットは、両足と手が歩行面に接触した姿勢になり、これらによって３点支持された状態となることによって、前方転倒時のダメージが低減される。

特開２０１４－１８０７４８号公報

上記従来の制御装置によれば、転倒時、ロボット上半身のモーメントに起因する運動エネルギが歩行面を介して腕側に作用する関係上、ダメージの低減度合が十分ではないという課題がある。また、人型ロボットが前方に転倒する際の制御しか考慮されておらず、人型ロボットが後方に転倒する際の制御を考慮すべきであるという課題もある。これに加えて、人型ロボット以外のロボット、例えば、人間であるユーザの歩行動作を支援するためにユーザに装着される歩行アシストロボットなどには適用できないという課題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ロボットが前後方向に転倒する際のダメージを低減でき、アシストロボットにも適用可能なロボットの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、尻部を含む基体３と、基体３から股関節部（股関節機構１４）を介して延設され、膝関節部（膝関節機構１５）を含む可動リンク（脚リンク４）を有する下肢部と、股関節駆動部（関節アクチュエータ２５）と、膝関節駆動部（関節アクチュエータ２５）とを備え、股関節駆動部及び膝関節駆動部によって股関節部及び膝関節部がそれぞれ駆動されることにより、歩行面上を歩行するための歩行動作を実行可能なロボット２の制御装置１であって、基体３及び下肢部の動作状態を取得する動作状態取得部（足圧センサ２１、動作センサ２２、関節角度センサ２３）と、動作状態取得部による動作状態の取得結果に基づき、ロボット２が前後方向の一方向に向かって転倒し始める転倒開始状態にあるか否かを判定する判定部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ１０～２０）と、ロボット２が一方向への転倒開始状態にあると判定された場合、膝関節部及び尻部のうちの一方向側の部位が歩行面に接触するように、膝関節駆動部を介して膝関節部の関節角度である膝関節角度を制御する膝関節制御を実行する膝関節制御部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ４５，６３）と、膝関節制御の開始以降、基体３を含む、基体３よりも上側の上側部の重心（上半身の重心ＧＣ＿ｕ）が一方向と反対方向に移動するように、股関節駆動部を介して股関節部の関節角度である股関節角度を制御する股関節制御を実行する股関節制御部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ４６，６４）と、を備え、股関節制御部は、股関節制御の実行中、上側部の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内の位置になるように、股関節角度を制御することを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、ロボットが前後方向の一方向に向かって転倒し始める転倒開始状態にあると判定された場合、膝関節部及び尻部のうちの一方向側の部位が歩行面に接触するように、膝関節駆動部を介して膝関節部の関節角度である膝関節角度を制御する股関節制御が実行される。股関節制御の開始以降、基体を含む、基体よりも上側の上側部の重心が一方向と反対方向に移動するように、股関節駆動部を介して股関節部の関節角度である股関節角度を制御する股関節制御が実行される。

それにより、ロボットが前後方向の一方に転倒する際、膝関節部又は尻部が歩行面に接触することで、従来のような手で歩行面に接触する場合と比べて、モーメントアームの長さを短縮でき、接触時の運動エネルギを低減することができる。その結果、転倒する際のダメージを低減することができる。これに加えて、股関節制御の開始以降、上側部の重心が一方向と反対方向に移動することによって、一方向側の部位が歩行面に接触した以降、安定した姿勢を確保することができる。さらに、股関節制御の実行中、上側部の重心の鉛直投影位置がロボットの支持基底面内の位置になるように、股関節角度が制御されるので、一方向側の部位が歩行面に接触した以降、上側部の転倒方向への移動量を低減でき、安定した姿勢を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のロボット２の制御装置１において、動作状態取得部は、一方向側の部位の歩行面からの高さ（膝高さ、尻高さ）を動作状態として取得し、歩行面からの高さに応じて、膝関節制御の開始時点から一方向側の部位が歩行面に接触するまでの時間を接触時間（膝つき時間、尻もち時間）として推定する接触時間推定部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ４３，８１）をさらに備え、膝関節制御部は、膝関節制御の開始以降、接触時間が経過する前に、膝関節角度が第１所定角度（所定の膝つき角度）になるように、膝関節角度を制御することを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、一方向側の部位の歩行面からの高さに応じて、股関節制御の開始時点から一方向側の部位が歩行面に接触するまでの時間が接触時間として推定される。そして、股関節制御の開始以降、接触時間が経過する前に、膝関節角度が第１所定角度になるように、膝関節角度が制御されるので、膝関節部を、膝関節角度が第１所定角度の状態で歩行面に接触させることができる。それにより、この第１所定角度を適切に設定することによって、一方向側の部位が歩行面に接触した以降、安定した姿勢を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のロボット２の制御装置１において、ロボット２が後方への転倒開始状態にあることによって膝関節制御が開始された以降において予め設定された制御実行条件が成立している場合には、膝関節角度が増大するように、膝関節駆動部を介して膝関節角度を制御する第２膝関節制御を実行する第２膝関節制御部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ６７）をさらに備えることを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、股関節制御が開始された以降において予め設定された制御実行条件が成立している場合には、膝関節角度が増大するように、膝関節駆動部を介して膝関節角度を制御する第２膝関節制御が実行される。それにより、この制御実行条件を適切に設定することによって、尻部が歩行面に接触したタイミングで、安定した姿勢を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３記載のロボット２の制御装置１において、制御実行条件は、上側部と膝関節部とが互いに干渉する可能性があるという第１条件、及び、股関節角度が第２所定角度（所定下限角度）未満であるという第２条件の一方であることを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、上側部と膝部とが互いに干渉する可能性があるという第１条件、及び、股関節角度が第２所定角度未満であるという第２条件の一方が成立しているときに、膝関節角度が増大するように、第２膝関節制御が実行される。このように第１条件が成立している状態で、膝関節角度が増大するように、第２膝関節制御を実行した場合には、上側部と膝部とが互いに干渉するのを回避できる。さらに、第２条件が成立している状態で、膝関節角度が増大するように、第２膝関節制御を実行した場合には、股関節角度を第２所定角度以上にすることができる。それにより、この第２所定角度を股関節部の可動範囲内の下限角度に設定することで、股関節部のダメージを低減することができる。

請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載のロボット２の制御装置１において、第２膝関節制御の実行中、上側部の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面から外れている場合には、上側部の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、股関節駆動部を介して股関節角度を制御する第２股関節制御を実行する第２股関節制御部（コントローラ２０、ＳＴＥＰ６７）をさらに備えることを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、第２膝関節制御の実行中、上側部の重心の鉛直投影位置がロボットの支持基底面から外れている場合には、上側部の重心の鉛直投影位置がロボットの支持基底面内に位置するように、股関節駆動部を介して股関節角度を制御する第２股関節制御が実行される。それにより、尻部が歩行面に接触したタイミングで、上側部の重心をロボットの支持基底面内に位置させることができ、上側部の安定した姿勢を確保することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のロボット２の制御装置１において、ロボット２は、上側部が人体の尻部以上の上半身部に相当する人型ロボット２であることを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、人型ロボットにおいて、前述したような作用効果を奏することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか記載のロボット５０の制御装置において、ロボット５０は、基体５１がユーザＭの腰部に装着され、ユーザＭの歩行動作をアシストするアシストロボット５０であることを特徴とする。

このロボットの制御装置によれば、ユーザの歩行動作をアシストするアシストロボットにおいて、前述したような作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を適用したロボットの構成を模式的に示す図である。 制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 動作制御処理を示すフローチャートである。 転倒開始判定処理を示すフローチャートである。 膝つき動作制御処理を示すフローチャートである。 尻もち動作制御処理を示すフローチャートである。 各種データ算出処理を示すフローチャートである。 ロボットが両脚支持の立位姿勢から前方への転倒を開始した際に膝つき動作制御処理を実行したときの姿勢の推移を示す図である。 ロボットが前方への歩行中において、片脚支持の姿勢から前方への転倒を開始した際に膝つき動作制御処理を実行したときの姿勢の推移を示す図である。 ロボットが両脚支持の立位姿勢から後方への転倒を開始した際に尻もち動作制御処理を実行したときの姿勢の推移を示す図である。 尻もち動作制御処理の実行中、最終姿勢制御処理を実行したときの姿勢の推移を示す図である。 ロボットが前方への歩行動作中、外力などの要因によって重心が後方に移動した際の姿勢の推移を示す図である。 ロボットが後方への歩行中において、片脚支持の姿勢から後方への転倒を開始するまでの姿勢の推移を示す図である。 アシストロボットを装着したユーザが両脚支持の立位姿勢から後方への転倒を開始した際に尻もち動作制御処理を実行したときの姿勢の推移を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るロボットの制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１は、人型のロボット２に適用されたものであり、まず、このロボット２について説明する。

このロボット２は、基体３、左右一対の脚リンク４Ｌ，４Ｒ、左右一対の腕リンク５Ｌ，５Ｒ及び頭部６を備えている。なお、以降の説明では、適宜、左右の脚リンク４Ｌ，４Ｒをまとめて脚リンク４（可動リンク）と表記し、左右の腕リンク５Ｌ，５Ｒをまとめて腕リンク５と表記する。

基体３は、ロボット２の尻部以上の上半身（上側部）を構成しており、頭部６は、基体３の上端部に首関節機構を介して取り付けられているとともに、各脚リンク４は、基体３の下部から延設されている。

各脚リンク４は、大腿部１１、下腿部１２、足部１３にそれぞれ相当する要素リンクを、基体３側から下側に向かって順に、股関節機構１４、膝関節機構１５、足首関節機構１６を介して連結することによって、構成されている。なお、本実施形態では、股関節機構１４が股関節部に相当し、膝関節機構１５が膝関節部に相当する。

本実施形態の場合、各脚リンク４は、その足部１３と基体３との間の関節機構１４，１５，１６により、例えば６自由度の運動自由度を有するように構成されている。

例えば、股関節機構１４は、総計３軸の回転自由度を有するように３つの関節（図示せず）により構成される。膝関節機構１５は、１軸の回転自由度を有するように単一の関節（図示せず）により構成される。足首関節機構１６は、総計２軸の回転自由度を有するように２つの関節（図示せず）により構成される。

また、各腕リンク５は、基体３の上部から延設されている。各腕リンク５は、上腕部、前腕部、ハンド部にそれぞれ相当する要素リンクを、基体３側から順番に、肩関節機構、肘関節機構、手首関節機構を介して連結して構成されている。

一方、図２に示すように、制御装置１は、コントローラ２０、左右の足圧センサ２１，２１、複数の動作センサ２２、複数の関節角度センサ２３、複数の力センサ２４及び複数の関節アクチュエータ２５などを備えている。

なお、本実施形態では、コントローラ２０が、判定部、膝関節制御部、股関節制御部、接触時間推定部、第２膝関節制御部及び第２股関節制御部に相当する。さらに、足圧センサ２１、動作センサ２２及び関節角度センサ２３が動作状態取得部に相当し、関節アクチュエータ２５が股関節駆動部及び膝関節駆動部に相当する。

左右の足圧センサ２１，２１はそれぞれ、左右の足部１３，１３の底部に内蔵されており、左右の足部１３，１３の底部に作用する圧力を検出して、それらを表す検出信号をコントローラ２０に出力する。

また、複数の動作センサ２２の各々は、左右の足部１３，１３の足平部、腰部（基体３の下側の部位）及び頭部６などを含む複数の箇所に設けられている。各動作センサ２２は、慣性計測ユニット（inertial measurement unit）タイプのもので構成されており、設置箇所の３軸（ｘｙｚ軸）方向の加速度、３軸方向の回転角及び３軸方向の地磁気を検出して、それらを表す検出信号をコントローラ２０に出力する。

さらに、複数の関節角度センサ２３の各々は、前述した関節機構１４～１６を含む関節機構に設けられている。各関節角度センサ２３は、例えばエンコーダなどで構成され、関節機構の角度である関節角度を検出して、それを表す検出信号をコントローラ２０に出力する。

一方、複数の力センサ２４の各々は、例えば６軸力センサにより構成され、関節機構などに設けられている。各力センサ２４は、脚リンク４及び腕リンク５の各々の先端部に作用する接触反力として、３次元の並進力ベクトルと３次元のモーメントベクトルとの組合せを検出して、それらを表す検出信号をコントローラ２０に出力する。

また、複数の関節アクチュエータ２５の各々は、関節機構毎に備えられており、例えば電動モータ及び駆動機構を組み合わせて構成されている。この場合、股関節機構１４に設けられた関節アクチュエータ２５によって、股関節機構１４の角度すなわち股関節角度が変更され、膝関節機構１５に設けられた関節アクチュエータ２５によって、膝関節機構１５の角度すなわち膝関節角度が変更される。

さらに、コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース回路等などを含む電子回路ユニットによって構成されており、ロボット２の基体３に内蔵されている。コントローラ２０は、前述した各種センサ２１～２４の検出信号に基づき、以下に述べるように、動作制御処理を実行する。

以下、図３を参照しながら、動作制御処理について説明する。この動作制御処理は、前述した各種センサ２１～２４の検出信号に基づき、ロボット２の動作を制御するものであり、コントローラ２０によって所定の制御周期ΔＴで実行される。

図３に示すように、この動作制御処理の場合、まず、転倒開始判定処理を実行する（図３／ＳＴＥＰ１）。この転倒開始判定処理は、ロボット２が前方又は後方への転倒を開始するような状態（姿勢）にあるか否かを判定するものであり、具体的には、図４に示すように実行される。

同図に示すように、まず、ロボット２の転倒兆候があるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１０）。この判定は、前述した各種センサ２１～２４の検出信号に基づき、所定の推定手法によってロボット２の姿勢を推定し、その推定結果に基づいて実施される。

この判定が否定であるとき（図４／ＳＴＥＰ１０…ＮＯ）には、ロボット２が転倒開始状態にないと判定して、それを表すために、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆ及び後方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｒをいずれも「０」に設定して（図４／ＳＴＥＰ２０）、本処理を終了する。

一方、上述した判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ１０…ＹＥＳ）、ロボット２の転倒兆候があるときには、支持脚判定処理を実行する。この支持脚判定処理は、ロボット２の支持脚が両脚であるか、又は左右脚の一方による片脚支持であるかを判定するものであり、左右の足部１３，１３の動作センサ２２の検出信号に基づいて実行される。

具体的には、左右の足部１３，１３のＺ軸方向の位置（以下「Ｚ軸位置」という）に基づき、左足部１３のＺ軸位置の方が右足部１３よりも高いときには、右脚支持であると判定され、右足部１３のＺ軸位置の方が左足部１３よりも高いときには、左脚支持であると判定されるとともに、それ以外のときには、両脚支持であると判定される。

以上のように、支持脚判定処理を実行した後、支持脚の判定結果及び前述したセンサ２２，２３の検出信号に基づき、ロボット２の総重心位置ＧＣ＿ｔを算出する（図４／ＳＴＥＰ１２）。この総重心位置ＧＣ＿ｔは、ロボット２全体の重心位置に相当する。

次いで、下式（１）により、ロボット２の総重心位置の変化速度ＤＧＣ＿ｔを算出する（図４／ＳＴＥＰ１３）。
ＤＧＣ＿ｔ（ｋ）＝｛ＧＣ＿ｔ（ｋ）－ＧＣ＿ｔ（ｋ－１）｝／ΔＴ ……（１）

この式（１）における記号（ｋ）付きの各離散データは、所定周期ΔＴに同期して算出されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は各離散データの算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の算出タイミングで算出された今回値であることを、記号ｋ－１は前回の算出タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。

次に、予想重心位置ＧＣ＿ｆを算出する（図４／ＳＴＥＰ１４）。この予想重心位置ＧＣ＿ｆは、今回の制御タイミングからＮ回の制御周期ΔＴが経過したときの未来の制御タイミングにおけるロボット２全体の重心の予測位置であり、下式（２）により算出される。
ＧＣ＿ｆ（ｋ）＝ＧＣ＿ｔ（ｋ）＋ΔＴ・Ｎ・ＤＧＣ＿ｔ（ｋ） ……（２）

この式（２）の値Ｎは、ロボット２のバランスに関する制御の応答性に基づいて予め設定される。

次いで、ロボット２の支持基底面を算出する（図４／ＳＴＥＰ１５）。この支持基底面は、支持脚の判定結果及び前述したセンサ２２，２３の検出信号に基づいて算出される。

次いで、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置しているか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１６）。この場合、「予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置している」ということは、具体的には、予想重心位置ＧＣ＿ｆの鉛直投影位置が支持基底面の外側に位置していることを意味する。

この判定が否定で（図４／ＳＴＥＰ１６…ＮＯ）、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面内に位置しているときには、前述したように、２つのフラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆ，Ｆ＿ＦＡＬＬ＿Ｒをいずれも「０」に設定して（図４／ＳＴＥＰ２０）、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ１６…ＹＥＳ）、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置しているときには、ＤＧＣ＿ｔ＞０が成立しているか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１７）。

この判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ１７…ＹＥＳ）、ＤＧＣ＿ｔ＞０が成立しているときには、ロボット２が前方への転倒開始状態にあると判定して、それを表すために、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆを「１」に設定するとともに、後方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｒを「０」に設定する（図４／ＳＴＥＰ１８）。その後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が否定であるとき（図４／ＳＴＥＰ１７…ＮＯ）には、ロボット２が後方への転倒開始状態にあると判定して、それを表すために、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆを「０」に設定するとともに、後方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｒを「１」に設定する（図４／ＳＴＥＰ１９）。その後、本処理を終了する。

図３に戻り、転倒開始判定処理（図３／ＳＴＥＰ１）を以上のように実行した後、上述した前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆが「１」であるか否かを判定する（図３／ＳＴＥＰ２）。

この判定が肯定で（図３／ＳＴＥＰ２…ＹＥＳ）、ロボット２が前方への転倒開始状態にあるときには、膝つき動作制御処理（図３／ＳＴＥＰ３）を実行して、本処理を終了する。この膝つき動作制御処理は、ロボット２が膝をつくように、その動作を制御するものであり、その詳細については後述する。

一方、上記の判定が否定で（図３／ＳＴＥＰ２…ＮＯ）、ロボット２が前方への転倒開始状態にないときには、前述した後方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｒが「１」であるか否かを判定する（図３／ＳＴＥＰ４）。

この判定が肯定で（図３／ＳＴＥＰ４…ＹＥＳ）、ロボット２が後方への転倒開始状態にあるときには、尻もち動作制御処理（図３／ＳＴＥＰ５）を実行して、本処理を終了する。この尻もち動作制御処理は、ロボット２が尻もちをつくように、その動作を制御するものであり、その詳細については後述する。

一方、上記の判定が否定で（図３／ＳＴＥＰ４…ＮＯ）、ロボット２が前方及び後方への転倒開始状態にないときには、通常動作制御処理（図３／ＳＴＥＰ６）を実行して、本処理を終了する。この通常動作制御処理では、例えば、図示しない無線通信装置を介して、無線指令信号がコントローラ２０に入力された場合、その無線指令信号に応じて、複数の関節アクチュエータ２５が駆動されることにより、ロボット２の動作が制御される。

次に、図５を参照しながら、上述した膝つき動作制御処理（図３／ＳＴＥＰ３）について説明する。同図に示すように、まず、膝つき動作制御中フラグＦ＿ＫＮＥＥＬが「１」であるか否かを判定する（図５／ＳＴＥＰ４０）。

この判定が肯定であるとき（図５／ＳＴＥＰ４０…ＹＥＳ）、すなわち前回以前の制御タイミングにおいて、膝つき動作制御処理が実行されていたときには、後述する膝関節制御処理（図５／ＳＴＥＰ４６）に進む。

一方、この判定が否定であるとき（図５／ＳＴＥＰ４０…ＮＯ）、すなわち今回の制御タイミングが膝つき動作制御処理の１回目の制御タイミングであるときには、前述した支持脚の判定結果及びセンサ２２，２３の検出信号に基づき、ロボット２の腰高さを算出する（図５／ＳＴＥＰ４１）。この腰高さは、床面（すなわちロボット２の足部１３のつま先）からロボット２の腰部まで高さに相当する。

次いで、前述した支持脚の判定結果及びセンサ２２，２３の検出信号に基づき、ロボット２の膝高さを算出する（図５／ＳＴＥＰ４２）。この膝高さは、床面からロボット２の膝関節機構１５までの高さに相当する。

次に、膝つき時間を算出する（図５／ＳＴＥＰ４３）。この膝つき時間（接触時間）は、現時点からロボット２の膝関節機構１５の先端部が床面に当接するまでの時間の推定値であり、ロボット２の膝高さ及び膝高さの変化速度に基づいて算出される。

その後、膝つき動作制御処理が実行中であることを表すために、膝つき動作制御中フラグＦ＿ＫＮＥＥＬを「１」に設定する（図５／ＳＴＥＰ４４）。

このように、膝つき動作制御中フラグＦ＿ＫＮＥＥＬを「１」に設定したとき、又は前述した判定が肯定で（図５／ＳＴＥＰ４０…ＹＥＳ）、前回以前の制御タイミングにおいて、膝つき動作制御処理が実行されていたときには、それ続けて、膝関節制御処理を実行する（図５／ＳＴＥＰ４５）。

この膝関節制御処理では、両脚が支持脚の場合には、前述した膝つき時間及び現時点の支持脚の膝関節角度に基づき、膝つき時間が経過するまでの間に、膝関節角度が所定の膝つき角度になるように、関節アクチュエータ２５の動作状態が制御される。この所定の膝つき角度（第１所定角度）は、コントローラ２０のＲＯＭ内に記憶されており、ロボット２が膝をつく際すなわち膝関節機構１５の先端部が床面に当接する際の最適な角度（鋭角）に予め設定されている。

また、片脚が支持脚の場合には、支持脚側の膝関節機構１５を駆動する関節アクチュエータ２５の動作状態が、上記と同様に制御される。これと同時に、遊脚側の膝関節角度が指示脚側の関節角度に追従して変化するように、遊脚側の膝関節機構１５を駆動する関節アクチュエータ２５が制御される。

次いで、股関節制御処理を実行する（図５／ＳＴＥＰ４６）。この股関節制御処理では、膝つき動作制御処理の実行中、ロボット２の上半身（基体３及び頭部６）の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、２つの股関節機構１４，１４をそれぞれ駆動する２つの関節アクチュエータ２５，２５の動作状態が制御される。

次に、膝つき動作制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する（図５／ＳＴＥＰ４７）。この場合、ロボット２の支持脚の膝関節機構１５の先端部が床面に当接し、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態になり、かつロボット２の総重心位置の変化速度ＤＧＣ＿ｔの絶対値が所定しきい値以下になったときに、膝つき動作制御処理の終了条件が成立したと判定され、それ以外のときには、膝つき動作制御処理の終了条件が不成立であると判定される。

この判定が否定で（図５／ＳＴＥＰ４７…ＮＯ）で、膝つき動作制御処理の終了条件が不成立のときには、そのまま本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定で（図５／ＳＴＥＰ４７…ＹＥＳ）、膝つき動作制御処理の終了条件が成立しているときには、それを表すために、前述した２つのＦ＿ＫＮＥＥＬ，Ｆ＿ＦＡＬＬ＿Ｆをいずれも「０」に設定して（図５／ＳＴＥＰ４８）、本処理を終了する。

次に、図６～７を参照しながら、前述した尻もち動作制御処理について説明する。同図に示すように、まず、最終姿勢制御中フラグＦ＿ＦＩＮＡＬが「１」であるか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ６０）。

この判定が肯定であるとき（図６／ＳＴＥＰ６０…ＹＥＳ）、すなわち前回以前の制御タイミングにおいて、後述する最終姿勢制御処理が実行されていたときには、最終姿勢制御処理（図６／ＳＴＥＰ６７）に進む。

一方、この判定が否定であるとき（図６／ＳＴＥＰ６０…ＮＯ）には、尻もち動作制御中フラグＦ＿ＢＡＣＫＳＩＤＥが「１」であるか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ６１）。

この判定が肯定であるとき（図６／ＳＴＥＰ６１…ＹＥＳ）、すなわち前回以前の制御タイミングにおいて、尻もち動作制御処理が実行されていたときには、後述する膝関節制御処理（図６／ＳＴＥＰ６３）に進む。

一方、この判定が否定であるとき（図６／ＳＴＥＰ６１…ＮＯ）、すなわち今回の制御タイミングが尻もち動作制御処理の１回目の制御タイミングであるときには、各種データ算出処理を実行する（図６／ＳＴＥＰ６２）。この各種データ算出処理は、以下に述べるように、各種データを算出するものであり、図７に示すように実行される。

この各種データ算出処理の場合、同図に示すように、まず、前述した支持脚の判定結果及びセンサ２２，２３の検出信号に基づき、ロボット２の尻高さを算出する（図７／ＳＴＥＰ８０）。この尻高さは、床面（すなわちロボット２のかかと）からロボット２の尻部までの高さに相当する。

次いで、尻もち時間を算出する（図７／ＳＴＥＰ８１）。この尻もち時間（接触時間）は、現時点からロボット２の尻部の先端部が床面に当接するまでの時間の推定値であり、ロボット２の尻高さと、尻高さの変化速度とに基づいて算出される。

その後、尻もち動作制御処理の実行中であることを表すために、尻もち動作制御中フラグＦ＿ＢＡＣＫＳＩＤＥを「１」に設定して（図７／ＳＴＥＰ８２）、本処理を終了する。

図６に戻り、各種データ算出処理を以上のように実行したとき、又は前述した判定が肯定で（図６／ＳＴＥＰ６１…ＹＥＳ）、前回以前の制御タイミングにおいて、尻もち動作制御処理が実行されていたときには、それ続けて、膝関節制御処理が実行される（図６／ＳＴＥＰ６３）。

この膝関節制御処理では、両脚が支持脚の場合には、前述した尻もち時間及び現時点の支持脚の膝関節角度に基づき、尻もち時間が経過するまでの間に、膝関節角度が所定の尻もち動作角度になるように、関節アクチュエータ２５の動作状態が制御される。この所定の尻もち動作角度は、コントローラ２０のＲＯＭ内に記憶されており、ロボット２が尻もちをつく際すなわち尻部の先端部が床面に当接する際の最適な角度に予め設定されている。

また、片脚が支持脚の場合には、支持脚側の膝関節機構１５を駆動する関節アクチュエータ２５の動作状態が、上記と同様に制御される。これと同時に、遊脚側の膝関節角度が指示脚側の関節角度に追従して変化するように、遊脚側の膝関節機構１５を駆動する関節アクチュエータ２５が制御される。

次いで、股関節制御処理を実行する（図６／ＳＴＥＰ６４）。この股関節制御処理では、尻もち動作制御処理の実行中、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内になるように、２つの股関節機構１４，１４をそれぞれ駆動する２つの関節アクチュエータ２５，２５の動作状態が制御される。

次に、最終姿勢制御処理の実行条件が成立しているか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ６５）。この判定処理では、前述したセンサ２２，２３の検出信号に基づき、以下の２つの条件（ｆ１）～（ｆ２）の一方が成立しているときに、最終姿勢制御処理の実行条件が成立していると判定され、それ以外のときには、最終姿勢制御処理の実行条件が不成立であると判定される。

（ｆ１）ロボット２の上半身と膝関節機構１５の先端部とが互いに干渉する可能性があること。
（ｆ２）股関節角度が所定下限角度未満であること。この所定下限角度（第２所定角度）は、股関節機構１４の可動範囲内における股関節角度の下限値に相当する。

この判定が否定で（図６／ＳＴＥＰ６５…ＮＯ）、最終姿勢制御処理の実行条件が不成立であるときには、尻もち動作制御処理の終了条件の成立を判定する処理（図６／ＳＴＥＰ６８）に進む。

一方、この判定が肯定で（図６／ＳＴＥＰ６５…ＹＥＳ）、最終姿勢制御処理の実行条件が成立しているとき、又は前述した判定が肯定（図６／ＳＴＥＰ６０…ＹＥＳ）で、前回以前の制御タイミングにおいて、最終姿勢制御処理が実行されていたときには、それに続けて、最終姿勢制御処理を実行する（図６／ＳＴＥＰ６７）。

この最終姿勢制御処理では、ロボット２の尻部が床面に着地するまでの間に、ロボット２の膝関節角度が増大するように、関節アクチュエータ２５の動作状態が制御される。また、この最終姿勢制御処理の実行中、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面から外れている場合には、これが支持基底面内に入るように、２つの関節アクチュエータ２５，２５の動作状態が制御される。なお、本実施形態では、最終姿勢制御処理が第２膝関節制御及び第２股関節制御に相当する。

最終姿勢制御処理を以上のように実行したとき、又は前述した判定が否定で（図６／ＳＴＥＰ６５…ＮＯ）、最終姿勢制御処理の実行条件が不成立であるときには、それに続けて、尻もち動作制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ６８）。

この場合、ロボット２の尻部の先端部が床面に当接し、かつロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態になり、かつロボット２の総重心位置の変化速度ＤＧＣ＿ｔの絶対値が所定しきい値以下になったときに、尻もち動作制御処理の終了条件が成立したと判定され、それ以外のときには、尻もち動作制御処理の終了条件が不成立であると判定される。

この判定が否定で（図６／ＳＴＥＰ６８…ＮＯ）で、尻もち動作制御処理の終了条件が不成立のときには、そのまま本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定で（図６／ＳＴＥＰ６８…ＹＥＳ）、尻もち動作制御処理の終了条件が成立しているときには、それを表すために、前述した３つのＦ＿ＦＩＮＡＬ，Ｆ＿Ｆ＿ＢＡＣＫＳＩＤＥ，ＦＡＬＬ＿Ｒをいずれも「０」に設定して（図６／ＳＴＥＰ６９）、本処理を終了する。

次に、膝つき動作制御処理及び尻もち動作制御処理を以上のように実行したときのロボット２の動作例について説明する。まず、図８及び図９を参照しながら、ロボット２が前方への転倒開始状態になることで、膝つき動作制御処理が実行された場合の動作例について説明する。

なお、図８においては、理解の容易化のために、ロボット２の各構成要素の符号が適宜、省略されている。また、図中のＬは、支持基底面のＸ軸方向の長さを表している。これらの点は、以下に述べる図９などにおいても同様である。

図８に示すように、ロボット２の姿勢が、両脚支持の立位姿勢Ａ１から外力などに起因して姿勢Ａ２～Ａ５の順で前屈みになった場合、ロボット２が姿勢Ａ５になったタイミングで、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置している状態となる。それにより、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＡＬＬ＿Ｆが「１」に設定されることで、膝つき動作制御処理が開始される。

この膝つき動作制御処理の開始後、ロボット２は、膝関節制御処理の実行に伴い、同図の姿勢Ａ６～Ａ８に示すように、膝関節角度が所定の膝つき角度になるように変化する。これと同時、股関節制御処理の実行に伴い、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、上半身が股関節機構１４を中心として後方（図中の時計回りの方向）に回動する。

そして、姿勢Ａ１０に示すように、ロボット２の膝関節機構１５の先端部が床面に当接した状態では、膝関節角度が所定の膝つき角度になっているとともに、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態となる。それにより、ロボット２が姿勢Ａ１０になったタイミングで、膝つき動作制御処理が終了する。

一方、図９に示すように、ロボット２のが前方への歩行中において、片脚支持の姿勢Ｂ１から姿勢Ｂ２～Ｂ５の順に前屈みになった場合、ロボット２が姿勢Ｂ５になったタイミングで、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置している状態となり、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＢＬＬ＿Ｆが「１」に設定される。それにより、膝つき動作制御処理が開始される。

この膝つき動作制御処理の開始後、ロボット２は、膝関節制御処理の実行に伴い、同図の姿勢Ｂ６～Ｂ８に示すように、膝関節角度が所定の膝つき角度になるように変化する。これと同時、股関節制御処理の実行に伴い、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、上半身が股関節機構１４を中心として後方（図中の時計回りの方向）に回動する。

そして、姿勢Ｂ８に示すように、ロボット２の支持脚側の膝関節機構１５の先端部が床面に当接した状態では、膝関節角度が所定の膝つき角度になっているとともに、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態となる。それにより、ロボット２が姿勢Ｂ８になったタイミングで、膝つき動作制御処理が終了する。

次に、ロボット２が後方への転倒開始状態になることで、尻もち動作制御処理が実行された場合の動作例について説明する。まず、図１０に示すように、ロボット２の姿勢が、両脚支持の立位姿勢Ｃ１から外力などに起因して姿勢Ｃ２～Ｃ３の順で後方への転倒開始状態に変化した場合、ロボット２が姿勢Ｃ３になったタイミングで、予想重心位置ＧＣ＿ｆが支持基底面の外側に位置している状態となる。それにより、前方転倒開始状態フラグＦ＿ＦＣＬＬ＿Ｆが「１」に設定されることで、尻もち動作制御処理が開始される。

この尻もち動作制御処理の開始後、ロボット２は、膝関節制御処理の実行に伴い、同図の姿勢Ｃ４～Ｃ８に示すように、膝関節角度が所定の尻もち角度になるように変化する。これと同時、股関節制御処理の実行に伴い、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、上半身が股関節機構１４を中心として前方（図中の反時計回りの方向）に回動する。

そして、姿勢Ｃ９に示すように、ロボット２の基体３における尻部の先端部が床面に当接した状態では、膝関節角度が所定の尻もち角度になっているとともに、ロボット２の上半身の重心ＧＣ＿ｕの鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態となる。それにより、ロボット２が姿勢Ｃ９になったタイミングで、尻もち動作制御処理が終了する。

また、例えば、尻もち動作制御処理の実行中、ロボット２が姿勢Ｃ７にある状態で、前述した最終姿勢制御処理の実行条件（ｆ１），（ｆ２）の一方が成立した場合、最終姿勢制御処理が開始される。それに伴い、ロボット２は、図１１に示す姿勢Ｃ１０から尻部が床面に着地する姿勢１１までの間において、膝関節角度が増大するように制御される。

これと同時に、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面から外れている場合には、これが支持基底面内に入るように制御される。そして、ロボット２が姿勢Ｃ１０になったタイミングで、最終姿勢制御処理及び尻もち動作制御処理が終了する。

さらに、図１２に示すように、ロボット２が前方への歩行中、外力などに起因して全身の総重心位置が後方に移動し、姿勢Ｄ１から姿勢Ｄ２に変化した場合、この姿勢Ｄ２からさらに図１０の姿勢Ｃ３に変化することがある。その場合には、上述したように、尻もち動作制御処理が実行されることで、ロボット２の姿勢が姿勢Ｃ４から姿勢Ｃ８まで変化する。

これに加えて、図１３に示すように、ロボット２が両脚支持の立位姿勢Ｅ１から後方へ歩行を開始し、その姿勢が姿勢Ｅ２から姿勢Ｅ５まで変化した場合、この姿勢Ｅ５からさらに前述した図１０の姿勢Ｃ３に変化することがある。その場合にも、上述したように、尻もち動作制御処理が実行されることで、ロボット２の姿勢が姿勢Ｃ４から姿勢Ｃ８まで変化する。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、図３の動作制御処理において、ロボット２が前方への転倒開始状態にある場合には、膝つき動作制御処理（図５）が実行される。この膝つき動作制御処理では、制御開始タイミングから支持脚の膝関節機構１５の先端部が床面に接触するまでの時間として、膝つき時間が算出される。

そして、膝つき動作制御処理のうちの膝関節制御処理（ＳＴＥＰ４５）において、膝つき時間及び現時点の支持脚の膝関節角度に基づき、支持脚の膝関節角度が膝つき時間が経過するまでの間に所定の膝つき角度になるように、関節アクチュエータ２５の動作状態が制御される。それにより、ロボット２が前方に転倒する際、支持脚の膝関節角度が所定の膝つき角度になることで、図８～９に示すように、ロボット２は、膝をつきながら、支持脚の膝関節機構１５の先端部で床面に当接する状態となる。

さらに、膝つき動作制御処理のうちの股関節制御処理（ＳＴＥＰ４６）では、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、２つの関節アクチュエータ２５，２５の動作状態が制御される。それにより、ロボット２の上半身が股関節機構１４を中心として後方に回動する。

以上の制御処理により、ロボット２は、支持脚の膝関節角度が所定の膝つき角度になった状態で床面に膝をつく状態となる。それにより、従来のような手で床面に当接する場合と比べて、モーメントアームの長さを短縮でき、接触時の運動エネルギを低減することができる。その結果、転倒する際のダメージを低減することができる。また、ロボット２は、上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態で床面に膝をつくので、それ以降、安定した姿勢を確保することができる。

一方、ロボット２が後方への転倒開始状態にある場合には、尻もち動作制御処理（図６）が実行される。この尻もち動作制御処理では、制御開始タイミングから基体３の尻部の先端部が床面に接触するまでの時間として、尻もち時間が算出される。そして、尻もち動作制御処理のうちの膝関節制御処理（ＳＴＥＰ６３）において、尻もち時間及び現時点の支持脚の膝関節角度に基づき、支持脚の膝関節角度が尻もち時間が経過するまでの間に所定の尻もち角度になるように、関節アクチュエータ２５の動作状態が制御される。

さらに、尻もち動作制御処理のうちの股関節制御処理（ＳＴＥＰ６４）では、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置するように、２つの関節アクチュエータ２５，２５の動作状態が制御される。それにより、ロボット２の上半身が股関節機構１４を中心として前方に回動する。

以上の制御処理により、ロボット２は、後方に転倒する際、支持脚の膝関節角度が所定の尻もち角度になるとともに、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態で、基体３の尻部の先端部で床面に尻もちをつく状態となる。それにより、従来のような手で床面に当接する場合と比べて、モーメントアームの長さを短縮でき、接触時の運動エネルギを低減することができる。その結果、転倒する際のダメージを低減することができる。

また、ロボット２は、上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面内に位置する状態で床面に尻もちをつくので、それ以降、安定した姿勢を確保することができる。

これに加えて、尻もち動作制御処理の実行中、ロボット２の上半身と膝関節機構１５の先端部とが互いに干渉する可能性があるとき、又は、股関節角度が所定の下限角度未満であるときには、最終姿勢制御処理（ＳＴＥＰ６７）が実行される。この最終姿勢制御処理では、膝関節角度が増大するように、関節アクチュエータ２５の駆動状態が制御されるとともに、ロボット２の上半身の重心の鉛直投影位置がロボット２の支持基底面から外れている場合には、これが支持基底面内に入るように制御される。

したがって、ロボット２の上半身と膝関節機構１５の先端部とが互いに干渉する可能性がある場合には、それを回避することができる。一方、股関節角度が所定の下限角度未満になっている場合には、股関節機構１４のダメージを低減することができる。

なお、実施形態は、本発明の制御装置１を人型のロボット２に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、尻部を含む基体と、基体から股関節部を介して延設され、膝関節部を含む可動リンクを有する下肢部と、股関節駆動部と、膝関節駆動部とを備え、股関節駆動部及び膝関節駆動部によって股関節部及び膝関節部がそれぞれ駆動されることにより、歩行面上を歩行するための歩行動作を実行可能なロボットであればよい。

例えば、本発明の制御装置を図１４に示すアシストロボット５０に適用してもよい。同図に示すように、このアシストロボット５０は、ユーザＭに装着され、ユーザＭの歩行動作をアシストするタイプのものである。このアシストロボット５０は、基体５１、股関節機構５２、太ももリンク部材５３、膝関節機構５４、すねリンク部材５５、足首関節機構５６及び接地部材５７を備えている。

この基体５１は、ユーザＭの腰部に固定され、ユーザＭの臀部をカバーする尻部を有しているとともに、股関節機構５２を介して、太ももリンク部材５３との角度すなわち股関節角度が変更可能に構成されている。また、このアシストロボット５０には、図示しない関節アクチュエータが設けられており、この関節アクチュエータが股関節機構を駆動することによって、股関節角度が変更される。

このように股関節角度が変更された場合、すなわち太ももリンク部材５３に対する基体５１の角度が変更された場合、基体５１がユーザＭの腰部に固定されていることによって、ユーザＭの上半身の角度が太ももリンク部材５３に対して変更される。

また、太ももリンク部材５３は、膝関節機構５４を介して、すねリンク部材５５との角度すなわち膝関節角度が変更可能に構成されている。さらに、アシストロボット５０には、図示しない関節アクチュエータが設けられており、この関節アクチュエータが膝関節機構を駆動することによって、膝関節角度が変更される。

さらに、アシストロボット５０には、前述したコントローラ２０と同様のコントローラ及び、前述した各種センサ２１～２４と同様の各種センサが設けられている。

以上のように構成されたアシストロボット５０の制御装置によれば、コントローラによって、前述した図３と同様の動作制御処理が実行される。それにより、ユーザＭ及びアシストロボット５０が前方への転倒開始状態にあるときには、図５と同様の膝つき動作制御処理が実行される。

一方、ユーザＭ及びアシストロボット５０が後方への転倒開始状態にあるときには、図６と同様の尻もち動作制御処理が実行される。それにより、例えば、図１４に示すように、ユーザＭ及びアシストロボット５０が両脚支持の立位姿勢Ｆ１から例えば外力に起因して後方への転倒開始状態に移行した場合、尻もち動作制御処理が開始される。

それにより、尻もち動作制御処理の開始以降、アシストロボット５０は、同図の姿勢Ｆ２に示すように、膝関節角度が所定の尻もち角度になるように変化する。これと同時に、ユーザＭの上半身とアシストロボット５０の基体５１とを併せた上半身部の重心の鉛直投影位置が、アシストロボット５０を装着したユーザＭの支持基底面内に位置するように、基体５１が股関節機構を中心として前方（図中の反時計回りの方向）に回動する。

そして、姿勢Ｆ３に示すように、アシストロボット５０の基体５１における尻部の先端部が床面に当接した状態では、膝関節角度が所定の尻もち角度になっているとともに、上半身部の重心の鉛直投影位置がアシストロボット５０を装着したユーザＭの支持基底面内に位置する状態となる。

以上のように構成されたアシストロボット５０の制御装置によれば、実施形態の制御装置１と同様の作用効果を奏することができる。

また、実施形態は、動作状態取得部として、足圧センサ２１、動作センサ２２及び関節角度センサ２３を用いた例であるが、本発明の動作状態取得部は、これらに限らず、ロボットの基体及び下肢部の動作状態を取得できるものであればよい。例えば、動作状態取得部として、力センサ、ジャイロセンサ及び加速度センサを用いてもよく、これらと上記センサ２１～２３を組み合わせて用いてもよい。

さらに、実施形態は、股関節部駆動部又は膝関節駆動部として、関節アクチュエータ２５を用いた例であるが、本発明の股関節部駆動部又は膝関節駆動部は、これに限らず、股関節部又は膝関節部を駆動するものであればよい。例えば、股関節部駆動部又は膝関節駆動部として、油圧アクチュエータを用いてもよい。

１ 制御装置
２ ロボット
３ 基体
４ 脚リンク（可動リンク）
１４ 股関節機構（股関節部）
１５ 膝関節機構（膝関節部）
２０ コントローラ（判定部、膝関節制御部、股関節制御部、接触時間推定部、第２膝 関節制御部、第２股関節制御部）
２１ 足圧センサ（動作状態取得部）
２２ 動作センサ（動作状態取得部）
２３ 関節角度センサ（動作状態取得部）
２５ 関節アクチュエータ（股関節駆動部、膝関節駆動部）
GC_u ロボットの上半身の重心（上側部の重心）
５０ アシストロボット
５１ 基体
Ｍ ユーザ

Claims (7)

1. 尻部を含む基体と、当該基体から股関節部を介して延設され、膝関節部を含む可動リンクを有する下肢部と、股関節駆動部と、膝関節駆動部とを備え、当該股関節駆動部及び当該膝関節駆動部によって前記股関節部及び前記膝関節部がそれぞれ駆動されることにより、歩行面上を歩行するための歩行動作を実行可能なロボットの制御装置であって、
   前記基体及び前記下肢部の動作状態を取得する動作状態取得部と、
   当該動作状態取得部による前記動作状態の取得結果に基づき、前記ロボットが前後方向の一方向に向かって転倒し始める転倒開始状態にあるか否かを判定する判定部と、
   前記ロボットが前記一方向への転倒開始状態にあると判定された場合、前記膝関節部及び前記尻部のうちの前記一方向側の部位が前記歩行面に接触するように、前記膝関節駆動部を介して前記膝関節部の関節角度である膝関節角度を制御する膝関節制御を実行する膝関節制御部と、
   当該膝関節制御の開始以降、前記基体を含む、当該基体よりも上側の上側部の重心が前記一方向と反対方向に移動するように、前記股関節駆動部を介して前記股関節部の関節角度である股関節角度を制御する股関節制御を実行する股関節制御部と、
   を備え、
   前記股関節制御部は、前記股関節制御の実行中、前記上側部の重心の鉛直投影位置が前記ロボットの支持基底面内の位置になるように、前記股関節角度を制御することを特徴とするロボットの制御装置。
2. 請求項１に記載のロボットの制御装置において、
   前記動作状態取得部は、前記一方向側の部位の前記歩行面からの高さを前記動作状態として取得し、
   前記歩行面からの前記高さに応じて、前記膝関節制御の開始時点から前記一方向側の部位が前記歩行面に接触するまでの時間を接触時間として推定する接触時間推定部をさらに備え、
   前記膝関節制御部は、前記膝関節制御の開始以降、前記接触時間が経過する前に、前記膝関節角度が第１所定角度になるように、前記膝関節角度を制御することを特徴とするロボットの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のロボットの制御装置において、
   前記ロボットが後方への転倒開始状態にあることによって前記膝関節制御が開始された以降において予め設定された制御実行条件が成立している場合には、前記膝関節角度が増大するように、前記膝関節駆動部を介して前記膝関節角度を制御する第２膝関節制御を実行する第２膝関節制御部をさらに備えることを特徴とするロボットの制御装置。
4. 請求項３に記載のロボットの制御装置において、
   前記制御実行条件は、前記上側部と前記膝関節部とが互いに干渉する可能性があるという第１条件、及び、前記股関節角度が第２所定角度未満であるという第２条件の一方であることを特徴とするロボットの制御装置。
5. 請求項３又は４に記載のロボットの制御装置において、
   前記第２膝関節制御の実行中、前記上側部の重心の鉛直投影位置が前記ロボットの支持基底面から外れている場合には、前記上側部の重心の鉛直投影位置が前記ロボットの支持基底面内に位置するように、前記股関節駆動部を介して前記股関節角度を制御する第２股関節制御を実行する第２股関節制御部をさらに備えることを特徴とするロボットの制御装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のロボットの制御装置において、
   前記ロボットは、前記上側部が人体の尻部以上の上半身部に相当する人型ロボットであることを特徴とするロボットの制御装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか記載のロボットの制御装置において、
   前記ロボットは、前記基体がユーザの腰部に装着され、当該ユーザの歩行動作をアシストするアシストロボットであることを特徴とするロボットの制御装置。

Images