JP7469282B2 - 動的バランスを使用する脚ロボットに対する全身マニピュレーション - Google Patents
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Description
[0018] ロボットは、地面上でロボットのバランスをとるか地面に沿ってロボットを移動するように動作可能な複数の脚を含むことができる。ロボットは、ロボットが物体を操作するか荷重を支持することを可能にする1つまたは複数のエンドエフェクタをも含むことができる。1つの手法によれば、ロボットは、仕事を実行するためにエンドエフェクタを位置決めできるようになる前に、まず、位置制御を維持し、静的バランスを確立するために、その脚を動作させなければならない。たとえば、ロボットは、当初に、位置決め中およびエンドエフェクタの動作中にロボットの質量中心がその上で維持される静的な支持多角形を形成するように脚を動作させることができる。この手法によれば、脚およびエンドエフェクタは、全身として働くために同時に操作はされない。
[0028] 図1は、本明細書で説明される実施態様に関連して使用され得るロボット・システムの例の構成を示す。ロボット・システム100は、自律的に、半自律的に、および/またはユーザ(1つまたは複数)によって供給される指示を使用して動作するように構成され得る。ロボット・システム100は、二足ロボット、四足ロボット、またはなんらかの他の配置など、様々な形で実施され得る。さらに、ロボット・システム100は、他の指定の中で、ロボット、ロボット・デバイス、またはモバイル・ロボットと呼ばれる場合もある。
[0061] 図4Aは、下側本体セクション408a、上側本体セクション408b、および中間本体セクション408cによって画定される本体408を含む例の二足ロボット400を示す。下側本体セクション408aおよび上側本体セクション408bは、中間本体セクション408cに結合される。下側本体セクション408aは、全体的に中間本体セクション408cから表面(たとえば、地面)に向かって下向きに延びる2つの脚404および406を含む。ロボット300の脚304および306と同様に、各脚404、406は、関節によって接続され、お互いに関して様々な自由度で動作するように構成された、1つまたは複数の部材を含むことができる。たとえば、図4Aに示されているように、脚404は、少なくとも部材404a1~a2および関節404b1~b2を含み、脚406は、少なくとも部材406a1~a2および関節406b1~b2を含む。
[0073] 図4Bを参照すると、ロボット400は、脚404のみによって表面上で支持されている。ロボット400の重量すなわち重力Fgrは、足410を介して負のz方向で表面に印加される。重力Fgrは、効果的に、本体408の質量中心(COM)で負のz方向に作用する。反力Fr1の成分が、重力Fgrと等しい大きさを伴って、足410で正のz方向に印加される。したがって、重力Fgrは、反力Fr1のz成分によってバランスをとられる。
[0079] 上で説明したように、上側本体制御システム417bは、それぞれの仕事を実行するために各エンドエフェクタ422、424を動作させることができる。異なる仕事を実行するために、上側本体制御システム417bは、物体に達し、これを移動し、荷重に作用するなどのために、腕418、420を用いてエンドエフェクタ422、424を異なる位置に移動することができる。
[0104] 下側本体制御システム417aは、所望の歩行に従ってロボット400を移動するために反力Fr1、Fr2をさらに制御することができる。たとえば、図4Bに示されているようにロボット400のバランスをとるために脚404だけを制御するのではなく、下側本体制御システム417aは、表面上に足412を置くために脚406を動作させることもできる。結果として生じる反力Fr2は、重力Fgrによって作られるモーメントMgrとバランスをとるために対向するモーメントMr2を作ることができる。したがって、モーメントMgrとバランスをとるために表面上に足412を置くことは、歩行の1ステップを構成することができる。
[0109] 前述に鑑みて、ロボットは、そのエンドエフェクタを動作させながら、表面上でそれ自体のバランスを動的にとるためにその脚を動作させることができる。脚が表面(たとえば、地面)に接触する時に、脚は、表面に力を印加し、表面からの反力を経験する。ロボットは、ロボットがエンドエフェクタの動作をサポートするバランスを維持することを反力が可能にするようにするために、脚を動的に制御することができる。
Claims (20)
- ロボット・システムであって、
可動エンドエフェクタを含む上側本体セクションと、
複数の脚を含む下側本体セクションであって、前記複数の脚のうちの各脚は、表面に接触するように構成される、下側本体セクションと、
前記上側本体セクションおよび前記下側本体セクションを結合する中間本体セクションと
を含む本体と、
プロセッサを用いて実施される制御システムとを含み、
前記制御システムは、
物体を操作するように前記可動エンドエフェクタを動作させるように構成され、前記可動エンドエフェクタは、前記物体の前記操作に基づく第1の力を経験し、前記中間本体セクションは、前記第1の力に基づく第2の力を経験し、
前記制御システムは、
前記中間本体セクションに対する前記複数の脚のうちの1つまたは複数の脚の方向付けを調整するように構成され、前記1つまたは複数の脚は、前記表面からのそれぞれの第3の力を経験し、前記中間本体セクションは、前記それぞれの第3の力に基づく第4の力を経験し、前記1つまたは複数の脚の前記方向付けの調整に基づいて前記第2の力を前記第4の力に対して均衡させる、
ロボット・システム。 - 前記制御システムは、上側本体制御システムを含み、前記上側本体制御システムは、前記物体を操作するように前記可動エンドエフェクタを動作させるように構成される、請求項1に記載のロボット・システム。
- 前記制御システムは、下側本体制御システムを含み、前記下側本体制御システムは、前記第2の力に関する情報を前記上側本体制御システムから受信し、かつ、前記上側本体制御システムによる前記可動エンドエフェクタの前記動作に基づいて前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整するように構成される、請求項2に記載のロボット・システム。
- 前記上側本体制御システムは、前記中間本体セクションに結合された仮想リンクとして前記下側本体セクションを処理するように構成され、前記可動エンドエフェクタを動作させることは、前記仮想リンクの動作に基づく、請求項2に記載のロボット・システム。
- 前記制御システムは、前記1つまたは複数の脚の前記方向付けに基づく1つまたは複数の第1の自由度に従って前記中間本体セクションを位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システムは、前記可動エンドエフェクタの動作に基づく1つまたは複数の第2の自由度に従って前記中間本体セクションを位置決めするようにさらに構成され、前記上側本体制御システムは、前記1つまたは複数の第1の自由度に従って前記中間本体セクションの位置決めを制約される、請求項2に記載のロボット・システム。
- 下側本体制御システムは、前記中間本体セクションに対する前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整するように前記1つまたは複数の脚を動作させる、請求項1に記載のロボット・システム。
- 前記複数の脚のうちの各脚は、前記表面に接触するように構成されたそれぞれの足を含み、
各足の所与の位置に関して、前記制御システムは、前記制御システムがそれぞれの第4の力を前記第2の力に均衡させることができるかどうかを判定するように構成され、
前記制御システムが前記それぞれの第4の力を前記第2の力に均衡させることができないとの判定に応答して、前記制御システムは、前記表面上で前記足のうちの少なくとも1つを再位置決めする、請求項1に記載のロボット・システム。 - 前記制御システムは、歩行に従って前記表面上で前記足のうちの前記少なくとも1つを再位置決めする、請求項7に記載のロボット・システム。
- 前記制御システムは、前記1つまたは複数の脚が歩行に従って移動している間に、前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整する、請求項1に記載のロボット・システム。
- 前記第2の力は、第1の中間本体直線力および第1の中間本体モーメントを含み、
前記第4の力は、第2の中間本体直線力および第2の中間本体モーメントを含み、
前記制御システムは、前記第1の中間本体直線力に対する前記第2の中間本体直線力を均衡させ、かつ、前記第1の中間本体モーメントに対する前記第2の中間本体モーメントを均衡させる、請求項1に記載のロボット・システム。 - ロボット・システムを制御する方法であって、前記ロボット・システムは、
前記ロボット・システムの制御システムによって、物体を操作するように前記ロボット・システムの上側本体セクションの前記ロボット・システムの可動エンドエフェクタを動作させることであって、前記物体の前記操作は、前記可動エンドエフェクタに第1の力を経験させ、かつ前記ロボット・システムの中間本体セクションに第2の力を経験させ、前記中間本体セクションは、前記上側本体セクションを前記ロボット・システムの下側本体セクションに結合させ、前記下側本体セクションは、複数の脚を含み、前記複数の脚のうちの各脚は、表面に接触するように構成され、前記表面への前記接触は、前記複数の脚のうちの1つまたは複数の脚に、前記表面からのそれぞれの第3の力を経験させ、かつ、前記中間本体セクションに、第4の力を経験させる、前記可動エンドエフェクタを動作させることと、
前記制御システムによって、前記複数の脚のうちの1つまたは複数の脚の方向付けを調整して、前記第4の力を前記第2の力に均衡させることとを含む、
方法。 - 前記制御システムは、上側本体制御システムを含み、前記上側本体制御システムは、前記物体を操作するように前記可動エンドエフェクタを動作させるように構成される、請求項11に記載の方法。
- 前記制御システムは、下側本体制御システムを含み、前記下側本体制御システムは、前記第2の力に関する情報を前記上側本体制御システムから受信し、かつ、前記上側本体制御システムによる前記可動エンドエフェクタの前記動作に基づいて前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整するように構成される、請求項12に記載の方法。
- 前記上側本体制御システムは、前記中間本体セクションに結合された仮想リンクとして前記下側本体セクションを識別するように構成され、前記可動エンドエフェクタを動作させることは、前記仮想リンクの動作に基づく請求項12に記載の方法。
- 前記制御システムは、前記1つまたは複数の脚の前記方向付けに基づく1つまたは複数の第1の自由度に従って前記中間本体セクションを位置決めするようにさらに構成され、
前記上側本体制御システムは、前記可動エンドエフェクタの動作に基づく1つまたは複数の第2の自由度に従って前記中間本体セクションを位置決めするようにさらに構成され、
前記上側本体制御システムは、前記1つまたは複数の第1の自由度に従って前記中間本体セクションの位置決めを制約される、請求項12に記載の方法。 - 下側本体制御システムは、前記中間本体セクションに対する前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整するように前記1つまたは複数の脚を動作させる、請求項11に記載の方法。
- 前記複数の脚のうちの各脚は、前記表面に接触するように構成されたそれぞれの足を含み、
各足の所与の位置に関して、前記制御システムは、前記制御システムがそれぞれの第4の力を前記第2の力に均衡させることができるかどうかを判定するように構成され、
前記制御システムが前記それぞれの第4の力を前記第2の力に均衡させることができないとの判定に応答して、前記制御システムは、前記表面上で前記足のうちの少なくとも1つを再位置決めする、請求項11に記載の方法。 - 前記制御システムは、歩行に従って前記表面上で前記足のうちの前記少なくとも1つを再位置決めする、請求項17に記載の方法。
- 前記制御システムは、歩行に従って前記1つまたは複数の脚が移動している間に、前記1つまたは複数の脚の前記方向付けを調整する、請求項11に記載の方法。
- 前記第2の力は、第1の中間本体直線力および第1の中間本体モーメントを含み、
前記第4の力は、第2の中間本体直線力および第2の中間本体モーメントを含み、
前記制御システムは、前記第1の中間本体直線力に対する前記第2の中間本体直線力を均衡させ、かつ、前記第1の中間本体モーメントに対する前記第2の中間本体モーメントを均衡させる、請求項11に記載の方法。
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