JPH03161290A - 脚式歩行ロボットの関節制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は脚式歩行ロボットの関節制御装置に関し、より
具体的には２足歩行の移動ロボットにおいて着地時にコ
ンブライアンス制御を加えてその関節駆動を制御し、路
面の凹凸に良く馴染むと共に、着地時の衝撃も吸収する
様にした脚式歩行ロボットの関節制御装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）より広
範な移動環境を制覇するものに脚式の移動機械があり、
その中で、狭い作業環境でも自由に行動出来る可能性の
あるものに２足歩行式の移動機械（以下「２足歩行ロボ
ット」と呼ぶ）が考えられる。

断る２足歩行ロボットを含めた複数の脚部を持つ移動ロ
ポットについて姿勢制御を考えると、２足歩行ロボント
は４足ロボットに比べて不安定なので、着地時の衝撃を
緩和するために足部とそれを駆動する足関節の駆動モー
タとを適切に制御して路面に足底部を倣わせることが、
衝撃が少なくて安定した歩行を実現する上で望ましい。

衝撃の緩和には制御技術で対処する以外に足底部に衝撃
緩衝材を物理的に設けることも考えられるが、あらゆる
路面を対象とするときには制御によって緩衝動作を行わ
ない限り足が路面と衝突する様な状態となって、その反
動で足が跳ね返される等により、安定性の確保が難しい
。特に、２足歩行ロボットでは重心が高く、かつ足底部
の接地面積が小さいので、着地時の安定性を確保するこ
とは極めて重要である。

その点から先に特開昭６２−９７００５号公報において
、２足歩行ロボットの関節制御手法が提案されている。

しかしながら、この従来技術は、作業環境に応じて制御
モードを切り換えることを主眼としており、即ち遊脚期
と立脚期とを接地の有無から判別して位置フィードバッ
クからカフィードバックに切り換えることを提案するに
止まり、カフィードバック制御の内容等については触れ
るものではなかった。更に倣い制御について具体的に開
示する例としては論文、「ロボットアームのカフィード
バック制御」（計測と制御、Ｖｏｌ．２５．ＮＯ．１　
、昭和６１年１月）を挙げることが出来る。この従来技
術にあっては６自由度のロボットハンドについて仮想の
コンブライアンス機構を設定して該ロボットハンドに作
用する外力（力・モーメント）を検出し、それに応じて
ハンドの作動速度を設定し、サーボモー夕を速度制御し
てハンドが実際にその速度をとる様に制御することによ
り、ロボットがあたかも実際のコンブライアンス機構に
よって倣い動作するのと同様の効果を得ることが出来る
仮想のコンブライアンス制御を提案している。

本発明の目的は上記した仮想のコンブライアンス制御の
考えを脚式歩行ロボットの着地制御に応用したものであ
り、着地時に関節駆動を制御することによって凹凸路面
であっても適正に倣わせて衝撃の少ない柔軟な着地を可
能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を提供するこ
とにある。

但し、上記従来技術においてはロボットアームを対象と
している。ロボントアームの場合にはアーム本体が重量
無限大のベースに取り付けてあるため、コンブライアン
ス制御を行う関節アクチュエータの負荷はハンドのみに
かかり、ハンドは物体に作用したとき発振が生じ難い。

一方、歩行ロポットの場合にはコンブライアンス制御を
上体の運動に対して行うことになるが、足部が路面に固
定されていないため、足関節アクチュエータの負荷が軽
量な足底部にかかる場合があり、発振が非常に起こり易
い。

従って本発明の第２の目的は、上記仮想コンブライアン
ス制御において、発振を生じさせることなく柔軟な着地
動作を可能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を提
供することにある。

更には、着地動作は極めて短時間に終了するので、この
間に足の倣い動作を完結させるにはサーボモータの特性
を歩行条件に応じて最適に設定する必要がある。

従って、本発明の第３の目的は、歩行条件に応じて適宜
選択されるべき種々の制御特性を備えた脚式歩行ロボッ
トの関節制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 例えば請求項１項に記載する如く、ロボットの関節を目
標位置に追従制御するサーボ機構を備え、該ロボットに
作用する外力に応じてその操作量を変えて倣い動作させ
る関節制御装置において、前記関節は先端に足底部を備
えた脚式歩行ロボットの足関節を含む関節であり、該足
底部に作用する外力を検出して該外力が減少する様に制
御装置のゲインを調整し、該足底部を路面に倣わせつつ
着地させる様に構或した。

（作用） 第１図の制御ブロック図に示す如く、着地時に足底部に
作用する外力を検出し、それを減少する様に構成したこ
とから、路面反力を効果的に吸収することが出来、路面
に凹凸があっても柔軟に着地させることが出来て衝撃の
少ない安定した着地を達戒することが出来る。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第２図を参照して本発明に係る歩行ロボットの全体を概
略的に説明すると、この歩行ロボット１は図から明らか
な様に、その形態は人のそれに近く、下方から説明する
と、足部１０、下腿部ｌ２、大腿部１４及び胴体部ｌ６
を備え、各部はそれぞれ足関節１８、膝関節２０及び股
関節２２で互いに結合される。各関節には直流型の電動
モータ２４，２６．２Ｂ．３０，３２．３４が配置され
る。尚、この歩行ロボット１は、足部も含めて各部材と
も左右対称であるので、以下の説明では一方についての
み行う。

第３図は足部１０の断面図（矢状面、この場合は直進方
向に平行な面で切断）であり、第４図はその一部破断正
面図である。第４図において足関１ｆｆｌ８にあっては
、ベルト３６が下腿部１２に取着された第１の電動モー
タ２４（図示の便宜のため第２図においては足首位置に
示したが、実際は下腿部１２の適宜位置に取着される）
の出力を受けてハーモニック減速機３８（商品名）の入
力端に入力する。該減速機において、モータ出力は周知
の如く適宜な倍率で減速して増力され、下腿部ｌ２に取
着される固定部４０とその下部の回転部４２とを軸線４
４を中心として歩行進行方向に相対回転させる。該軸線
４４と直交する位置には第３図に良く示す如く、第２の
前記した電動モータ２６が配置され、その出力は第２の
ハーモニック減速機４６に入力され、′前記固定部４０
と回転部４２とを第２の軸線４日を中心として進行方向
（ピッチ方向）に直交する左右方向（ロール方向）に相
対回転させる。

回転部４４の下方には公知の６軸カセンサ５０が取着さ
れ、力の３方向戒分ＦＸ，Ｆ３１，ＦＺとモーメントの
３方向或分Ｍｘ．Ｍｙ，Ｍｚとを分離して測定し、足部
の着地の有無乃至は接地荷重等を検出する。６軸カセン
サ５０の下部には船型のフレーム５２が固定される。フ
レーム５２はアル逅材等の軽量かつ剛性に優れた素材か
ら構戊され、その下面は足底部（いわゆる足の裏）５４
を形或する。足底部５４において爪先部５８と踵部６０
は適宜な曲率で湾曲せしめられて接地時の転勤を容易に
すると共に、そこには着地時の衝撃を吸収させ、また路
面の凹凸に馴染ませるために均一な厚みを備えたゴム材
等からなる弾性体６４．６６が接着等の適宜な手段で貼
付される。尚、膝関節２０を含む他の関節も大略同様の
構造を備えるので、説明は省略する。

次に制御装置部に関して説明すると、前記した胴体部１
６にはエネルギ源が収納されて電動モータ２４等に供給
すると共に、そこにはマイクロ・コンピュータを備えた
制御ユニット７０が収納されて、歩行動作を制御する。

即ち、６軸カセンサ５０の出力は信号線７２を経て該制
御ユニット７０に送られると共に、各電動モータにはそ
の回転角度を検出するロークリエンコーダ７４．７６（
図示の簡略化のため第２図には足関節のものだけを示す
）が配置され、検出値を制御ユニット７０に送出する。

第５図はその制御ユニントの構戒を詳細に示す説明ブロ
ック図であるが、６軸カセンサ５０の出力は増幅器７８
及びＡ／Ｄ変換回路８０を経てマイクロ・コンピュータ
に入力され、ＣＰＵ８２はタイマ８４の計数値に応じて
所定時間毎に人力値をＲＡＭ８６に格納する。またロー
タリエンコーダ７４等の出力パルスもカウンタ８８を介
してＲＡＭ８６に格納される。後で詳細に述べる如く、
ＣＰＵ８　２は検出パラメータに応じてＲＯＭ９　０に
予め格納された関節の角度冒標値θｉｔを検索し、検出
された実際角度との偏差から角度指令値θＣＯＭＭを求
め、それに基づいてモータの速度指令値Ｖｃを演算して
デジタル値で出力する。その出力はＤ／Ａ変換回路９２
でアナログ値に変換されてサーボドライバ９４に送出さ
れ、サーボドライバ９４において電流値に変換されて各
関節の電動モータ２４等に供給される。またロータリエ
ンコーダ出力値はＦ／Ｖ変換回路９６を介してサーボド
ライバ９４にフィードバックされ、サーボ系を構成して
いる。

第６図はその動作を示すフロー・チャートである。同図
に即して説明すると、先ずＳＩＯにおいて各部をイニシ
ャライズした後、３１２で６軸カセンサ５０等の出力を
入力し、３　１　．４で歩行パターンを計算する。即ち
、ＲＯＭ９　０を参照して左右脚部の１２個の関節につ
いて前記した角度目標値θｉｔを検索する。ここで値θ
ｉｔはｉ番目の関節の時刻ｔにおける目標角度を意味す
る。尚、パラメータの入力と歩行パターンの演算は予め
オフラインで行っておいてメモリに格納しておいても良
い。具体的には検出した実際角度θａｃｔを読み出して
角度目標値θｉｔとの偏差を求めて角度指令値θＣＯＭ
Ｍを算出し、次いで該角度目標値を適宜な手法で変換し
て電動モータの速度指令値Ｖｃを算出して出力を開始す
る。斯くしてＳ１６に示す様に歩行が開妬する。即ち、
先ずＳ１８で両足支持相に入り、両足支持相の指令値が
出力し終わると、次に３２０に移って片足支持、例えば
この例では右足支持（左足は遊脚）相に移り、次々と指
令値を実行していくことになる。この相の指令値が実行
し終えるまでに３２２において前記した６軸カセンサ５
０の出力から遊脚の接地が検出されるが、それまで実行
され続ける。而して、Ｓ２２で遊脚（左足）の接地が確
認されると３２４に進み、遊脚（左足）のコンブライア
ンス制御相に入る第７図はそのコンブライアンス制御を
示すサブルーチン・フロー・チャートである。以下説明
すると、先ずＳ１００において６軸カセンサ５０の出力
値を読み出して足首に作用しているＸ軸回り（進行方向
に直角かつ水平な軸回り）のモーメントを検出する。尚
、足関節には既述の如く、足部を進行方向（ピッチ方向
）に振る自由度と左右方向（ロール方向）に振る自由度
とが設けられ、それぞれの自由度に対応して電動モータ
２４．２６が個別に設けられる。従って、着地時に本質
的にはこれら２方向の動作を制御する必要があるが、以
下の説明では理解の便宜のため進行方向の倣い動作のみ
説明する。左右方向についても全く同様である。

続いてＳ１０２に至り、仮想的な回転変位Δθを算出す
る。即ち、図示の如き力学モデルを想定し、足底部５４
の全体が足関節１８を中心にバネ定数Ｋ　ＧＯＭＰを持
ったツル巻バネで吊られているものとし、モーメントＭ
ｘの大きさに比例した回転変位Δθを行うと仮想する。

比例定数ＫＣＯＭＰは実験を通じて適宜設定するが、こ
の値が結果的に倣い動作の応答性を決定する。回転変位
Δθは、モーメントＭｘから逆算して求める。

続いてＳ１０４において回転変位Δθと前記した角度指
令値θＣＯ？ＩＭとを合算して角度指令値θＣＯＭＭを
補正する。制御ユニットにおいてＣＰＵ８２はこの値か
ら新たにモータの速度指令値Ｖｃを算出し、Ｄ／Ａ変換
回路９２に送出し、変換されたアナログ値はサーボドラ
イバ９４を経て電動モータ２４に供給される。尚、この
とき足関節の他の電動モータ２６、乃至は膝関節の電動
モータ２８等、他のモータについて適宣同様の制御を行
っても良い。

続いて、第６図メイン・フロー・チャートに戻り、Ｓ２
６において時刻Ｔｏに達するまで続けられ、その後には
３２Ｂに進んで再び両足支持相に入る。コンブライアン
ス制御を時刻ＴＯで終了するのは、着地が本来衝突的な
事象であり、長時間に亘って継続するものではないから
である。尚、両足支持相が終了すると３３０以下に進ん
で今度は左足支持（右足遊脚）相に入り、その後はＳ３
２〜３６で同様の制御がなされ、３３Ｂに至って再び両
足支持相となると、歩行の１周期が終了したことになる
。同様の動作がＳ４ｏで終了と判断されるまで継続され
る。

本実施例において歩行開始時は所期の角度目標値に基づ
いて歩行制御されるが、遊脚が接地して足関節にモーメ
ントＭｘが作用した時点で、そのモーメントで曲がるで
あろう仮想の変位角を想定し、それを所期の目標値に加
算して新たに指令値を求め、その値に基づいて制御する
ので、結果的にモーメントを減少させる方向に足部が駆
動され、接地時の衝撃を効果的に緩和しつつ路面に倣っ
て着地させることが出来る。

第８図は第６図のコンブライアンス制御の別の例を示す
本発明の第２実施例である。第１実施例に使用したバネ
定数Ｋ　ＣＯＭＰは、小さく設定すると、発生している
モーメントに対して回転変位の値が大きくなって補正量
が大きくなり、馴染み易くなる。それに対してバネ定数
を大きく設定すると、馴染むのに時間がかかる。従って
、歩行の速度を速める必要があるときは着地動作時間も
短縮することからバネ定数Ｋ　ＣＯＭＰを小さく設定す
ることになるが、その結果ループのゲインが大きくなっ
て系が発振することがある。逆に発振を嫌ってバネ定数
Ｋ　ＣＯＭＰを大きく設定すると、時間内に倣い動作が
終了せず、路面反力が残る。本実施例はその相矛盾する
問題を解決するものであり、その要旨とするところは積
分項を追加することにより、ループゲインを上げること
なく足底部の倣い動作の応答性を向上させたものである
。

第８図は第２実施例を示す第６図のサブルーチン・フロ
ー・チャートであり、３２００において第１実施例と同
様にモーメン｝Ｍｘを読み出した後、Ｓ２０２に進んで
回転変位Δθを算出する。即ち、先に述べた比例項にモ
ーメントＭｘを時間で積分して新たな比例定数ＫＣＯＭ
ＰＩの逆数を乗じた値を加算して算出する。第２の比例
定数ＫＣＯＭＰＩ　も適宜設定すると共に、積分単位時
間は微小に設定する。次いで、Ｓ２０４で角度指令値を
算出し、Ｓ２０６で速度指令値に変換して出力する本実
施例の場合には積分項を加えたことから、モーメントが
作用している時間が長くなるほど積分値が大きくなって
第１実施例に比して移動量が大となり、結果的にはより
短い時間で倣い動作を終了させることが出来る。即ち、
発振を回避すべく第１バネ定数Ｋ　ＣＯＭＰを比較的大
きく設定しても、ある微小時間経過すると積分項が共に
加算されていくので、移動量が増加し、結果的に倣い動
作時間を減少させることが出来る。

第９図及び第１０図は第１、第２実施例に示す例の制御
結果であり、第９図は静特性の、第１０図は時間の観念
が加わる動特性の結果を示す。

第９図（ａ）からバネ定数が減少するにつれて変位角が
増加すること、及び（ｂ）の比例積分制御からゲインが
略無限大となっているのが見てとれる。また第１０図（
ａ）から第１実施例の場合にはある時刻でモーメントと
変位角とが釣り合ってしまってオフセットが残るが、同
図（ｂ）の第２実施例からモーメントが零に収束するの
を理解することが出来る。

次に、更に歩行速度が上がって第２実施例での微小な時
間でも許容し得なくなった場合を考える。このときには
倣い動作が不十分のまま次の動作に移行することとなり
、路面の凹凸が甚だしい場合には歩行の安定性を確保し
難い場合も生じ得る。以下に述べる第３の実施例は斯る
点に対処するために案出されたものであり、その要旨と
するところは発振現象を抑制するのにコンブライアンス
を行う方向（即ちモーメン｝Ｍｘの増加乃至減少方向）
を限定して足部が路面に着地する方向には柔らかく、逆
の方向には固くなる様に制御する点であり、更にはコン
ブライアンス制御の操作量を最初からモータの速度指令
値として得る点であり、よって万一、モーメントが急激
に減少して倣い動作が遅くなる場合でも、あるいはモー
メントの増減によって系に発振が生じ易くなった場合に
おいても短時間のうちに倣い動作を終了することが出来
る如くするものである。即ち、その様な条件下において
も前記したバネ定数Ｋ　ＣＯＭＰを着地時の衝撃吸収に
適した値に設定自在とするものであるが、このバネ定数
Ｋ　ＣＯＭＰはこれまでの説明から明らかな如くサーボ
ゲインである。以下の第３実施例ではこのサーボゲイン
を使用して論理構或しているが、説明の混乱を避けるた
めに、以下のサーボゲインでは大文字のＫの代わりに小
文字のｋを用いる。

第１１図はその第３実施例を示すコンブライアンス制御
のサブルーチン・フロー・チャートである。

先ずＳ３００において先の実施例群と同様に足底部に作
用するモーメントを読み出し、次いで３３０２以下でモ
ーメントの方向と量とを修正する。即ち、先ずＳ３０２
で検出したモーメントが所定値ＭＴ｝Ｉ（例えば“゜Ｏ
′゛等と適宜設定）と比較し、検出値が所定値より小さ
いと判断されるときはＳ３０４に進んで修正モーメント
（ここでＭｃと称する）を零に設定する。而して、Ｓ３
０２において検出値が所定値より大きい、即ち正方向に
あると判断されるときはＳ３０６に進み、そこで第２の
所定値ＭＯαと比較する。この第２所定値は１サイクル
前に用いた修正モーメントＭｅをα倍、例えば０．９倍
した値である。３３０６において検出値が第２所定値よ
り大きいと判断されるときはＳ３０８において検出値を
そのまま修正モーメントとすると共に、小さいと判断さ
れるときは３３１０において第２所定値を修正モーメン
トとする。即ち、３３０２〜３１０を経ることにより、
モーメントを正方向に変化するものに限定することが出
来、更に正方向のものであっても急激に減少していると
きはその減衰率を制限することが出来る。

次いでＳ３１２において修正モーメントＭｅに適宜設定
する比例ゲインｋｐｌを乗じてモータ速度指令値ＶＣ１
（力制御或分）を算出する。次いでＳ３１４において次
回の演算のために演算値をストアする。次いで、Ｓ３１
６において関節の実際角度θａｃｔと目標θｉｔとの偏
差に適宜設定する第２の比例ゲインｋｐ２を乗じて第２
のモータ速度指令値Ｖｃ２（位置制′４Ｂ戒分）を算出
し、３３１８において２つの速度値を合威して出力する
。上記において比例ゲインは例えば 接地後，．，ｋｐｌ：ｋｐ２＝１０：　　１６接地前，
，，ｋｐｌ：ｋｐ２＝　　０　：５１２等と設定する。

これは、遊脚期にはモーメントが零であるからｋｐｌ＝
ｏは当然であり、またコンブライアンス制御は不要であ
るので、足部が目標の軌道を正確に通るためにはゲイン
が高い方が良いからである。

本実施例の場合、Ｓ３０２で検出されたモーメントが第
１所定値（零）より小さいと判断されるときは力制御戒
分の速度指令｛ｔｒＶｃｌは零となるので、結果的にモ
ーメントが正方向にあるときにのみコンブライアンス制
御を行う様にすることが出来る。また３３０６でモーメ
ントが急激に減少したと判断されるときは前回のモーメ
ントより僅かに低い値に設定するので、モーメントが振
動的な場合でもモータを発振させることなく、所要の柔
らかさをもって着地させることが出来る。更に、モータ
の速度指令値を操作量とするので、第１及び第２実施例
の如くモータの角度指令値を操作量とするのに比して、
制御速度を上げることが出来、よって高速歩行時にも追
随性良く倣い動作を行なわせることが出来る。

次に、本発明の第４実施例を説明する。歩行ロボットの
足関節をコンブライアンス制御することは本質的にその
トルク（モーメント）を検出して制御することであり、
今まで述べた実施例では角度乃至はモータの速度指令値
を操作量とするため、トルクに変換するのに多少とも時
間が必要となる。前述の様に、あらゆる歩行速度の中で
、衝突に等しい短時間のうちに制御を確実に終了させる
ためには、制御の応答性を更に向上させる必要がある。

第４実施例はそれの解消を意図するものであり、その意
図するところはトルクに直接比例するモータの電流値を
直接出力して応答性を高めた点にある。

第ｌ２図を参照して説明すると、先ずＳ４００において
モーメントを読み出した後、Ｓ４０２において検出した
モーメントに適宜設定する比例定数Ｃを乗じて電流目標
値Ｉｒｅを算出する。この比例定数は適宜設定するが、
後述する様に設定値が大きいと動作が柔らかくなる特性
を備える。次いで、８４０４以下において第１３図に示
す関係から電流指令値を算出する。本実施例においては
第１３図に示す如く、前記した電流目標値が指令値に対
して線型に設定されると共に、電流指令値の上限は正方
向においてＩＬ十以下に抑制されており、負方向におい
てもＩＬ一に制限されていて結果的に第３実施例と同様
にコンブライアンス制御を行う範囲を略モーメントが正
方向にあるときに限定している。即ち、着地時のコンブ
ライアンス制御においては検出したモーメントが作用す
る方向に電動モータを積極的に駆動して結果的にモーメ
ントが零となる様にするものであるが、モータと関節軸
との間には前記した様にハーモニック減速機３８．４６
等が介挿されており、そのフリクション、乃至はモータ
自身のフリクション、或いはその他の粘性抵抗等の抵抗
が存在するので、上記した電流指令値はそれらに抗し得
る様に設定する。

即ち、先ずＳ４０４において電流の目標値を指令値の上
限値と比較し、上限値を超えていれば３４０６において
上限値に制限する。超えていなければ続いて３４０８で
指令値の下限値と比較し、下限値以上であればＳ４１０
で目標値を指令値とすると共に、下限値を下回ればＳ４
１２で下限値に制限する。その後に３４１４に進み、決
定された電流指令値を出力する。

第１４図は第４実施例の制御ユニットの要部を示してお
り、従前に示したものと相違するのは電動モータ群の適
宜位置に設けられた電流センサ９８を介して電流値がサ
ーボアンプ１００にフィードバックされている点である
。尚、この実施例の場合にはサーボアンブ１００にエン
コーダの出力パルスをフィードバックさせる必要がない
ので、Ｆ／Ｖ変換回路は省かれている。

第４実施例によるときは直ちにモータの通電電流を操作
量とすることから、応答性を一段と向上させることが出
来る。また着地時にモーメントが作用する方向と同じ方
向にモータトルクを発生させ、足関節回りの慣性やフリ
クション・粘性抵抗等を補正することで目的を実現する
ことが出来る。またその補正量を変えることで、コンブ
ライアンスの柔らかさの程度を変えることが出来る。

補正量の変更は上記の比例定数Ｃを変えるか、電流の上
限値を変えることで達或することが出来る。比例定数を
大きく設定すると、発生したモーメントに対して多くの
電流を流すことになるので、足部はしなやかに着地する
ことになり、同時に応答性も向上する。これに対して上
限値を大きくすると、大きなモーメントにまで追随する
様になるが、応答性は向上しないので、実際の制御にお
いてはこの２つのパラメータを適切に選ぶことで種々の
着地特性に広く適応することが可能となる。

尚、発振に対しては前記した下限値を零に近い値に設定
することでコンブライアンスを行う方向を限定すること
が出来、それを回避することが出来る。

上記した４つの実施例において第２実施例のみが比例積
分制御を開示したが、他の例においても適宜積分制御を
追加しても良い。

また２足歩行ロボットを例にとって説明して来たが、３
足以上のものであっても最下位関節軸の駆動モータに路
面反力をフィードバックすることで同様に静かに歩行さ
せることが出来る。また最初に説明した如く、進行方向
のモーメントのみではなく、左右方向のモーメントにつ
いてもその自由度があれば同様に制御することが出来る
。

（発明の効果） 請求項１項は、ロボットの関節を目標位置に追従制御す
るサーボ機構を備え、該ロボットに作用する外力に応じ
てその操作量を変えて倣い動作させる関節制御装置にお
いて、前記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボッ
トの足関節を含む関節であり、該足底部に作用する外力
を検出して該外力が減少する様に制御装置のゲインを調
整し、該足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構成
したので、脚式歩行ロボットにおいて路面の凹凸に柔軟
に馴染む様に着地させることが出来、着地時の衝撃を効
果的に緩和することから、歩行そのものを安定にするこ
とが出来、かつ静かな歩行動作を実現することが出来る
。

請求項２項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて制御
装置の比例ゲインを調整する様に構成したので、足底部
に作用するモーメントの大きさに応じて上記した効果を
達或することが出来る。

請求項３項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて制御
装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整する様にｆｌ或
したので、足底部の倣い動作の応答性を更に向上させる
ことが出来、歩行速度が上昇したときであっても上記し
た効果を達或することが出来る。

請求項４項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
該制御の操作量が前記関節の回転角度である様に構成し
たので、足部の軌道を正確に目標位置におきつつ上記し
た効果を達戒することが出来る。

請求項５項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
該制御の操作量が前記関節の回転速度である様に構成し
たので、歩行速度が更に上昇したときであっても上記し
た効果を達戒することが出来る。

請求項６項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
該制御の操作量が前記関節の駆動トルクである様に構成
したので、歩行速度が一層上昇したときであっても上記
した効果を達戒することが出来る。

請求項７項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが前記
モーメントの所定の変化方向に対応した値である様に構
成したので、コンブライアンス制御の対象とするモーメ
ントの変化方向を限定することとなってコンブライアン
スを一層柔らかくしても発振を生じることなく上記した
効果を達或することが出来る。

請求項８項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが所定
の率で減衰する様に構或したので、請求項７項で記載し
た効果に加えて発振現象を一層効果的に抑制することが
出来る。

請求項９項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置は、
前記アクチュエータが動力伝達手段を介して前記関節の
回転軸に連結されてなると共に、前記減衰率が前記動力
伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決定される様に
構成したので、一層効果的に上記した効果を達戒するこ
とが出来る

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明に係る脚式歩行ロボットの関節制御装置
を図式的に示すブロック図、第２図は本発明に係る脚式
歩行ロボットの全体を概略的に示す説明図、第３図はそ
の足部の矢状面断面図、第４図は第３図に示す足部の一
部破断正面図、第５図は第２図に示す脚式歩行ロボット
の関節駆動を制御する制御ユニットの詳細を示すブロッ
ク図、第６図はその動作を示すメイン・フロー・チャー
ト、第７図はその中のコンブライアンス制御を示すサブ
ルーチン・フロー・チャート、第８図は本発明の第２実
施例に係るコンブライアンス制御を示す第６図メインル
ーチンのサブルーチン・フロー・チャート、第９図（ａ
）（ｂ）は第１、第２実施例の静特性を示す制御結果デ
ータ、第１０図（ａ）（ｂ）は同様に動特性を示す制御
結果データ、第１１図は本発明の第３実施例に係るコン
ブライアンス制御を示す第６図メインルーチンのサブル
ーチン・フロー・チャート、第１２図は本発明の第４実
施例に係るコンブライアンス制御を示す第６図メインル
ーチンのサブルーチン・フロー・チャート、第１３図は
該制御で使用する電流値の特性を説明する特性図及び第
１４図は第４実施例で用いる制御ユニットの要部ブロッ
ク図である。 １・・・脚式歩行ロボット、１０・・・足部、１２・・
・下腿部、１４・・・大腿部、ｌ６・・・胴体部、１８
・・・足関節、２０・・・膝関節、２２・・・股関節、
２４，２６，２８，３０，３２．３４・・・電動モータ
、３６・・・ベルト、３８．４６・・・ハーモニック減
速機、４０・・・固定部、４２・・・回転部、４４．４
８・・・軸線、５０・・・６軸カセンサ、５２・・・フ
レーム、５４・・・足底部、５８・・・爪先部、６０・
・・踵部、６４．６６・・・弾性体、７０・・・制御ユ
ニット、７２・・・信号線、７４．７６・・・ロークリ
エンコーダ、７８・・・増幅器８０・・・Ａ／Ｄ変換回
路、８２・・・ＣＰＵ８４・・・タイマ、８６・・・Ｒ
ＡＭ，８８・・・カウンタ、９０・・・ＲＯＭ、９２・
・・Ｄ／Ａ変換回路、９４・・・サーボドライバ、９６
・・・Ｆ／Ｖ変換回路、９８・・・電流センサ、１００
・・・サーボアンプ、

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットの間接を目標位置に追従制御するサーボ
   機構を備え、該ロボットに作用する外力に応じてその操
   作量を変えて倣い動作させる関節制御装置において、前
   記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボットの足関
   節を含む関節であり、該足底部に作用する外力を検出し
   て該外力が減少する様に制御装置のゲインを調整し、該
   足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構成したこと
   を特徴とする脚式歩行ロボットの関節制御装置。
2. （２）前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じ
   て制御装置の比例ゲインを調整する様にしたことを特徴
   とする請求項１項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装
   置。
3. （３）前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じ
   て制御装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整する様に
   したことを特徴とする請求項１項記載の脚式歩行ロボッ
   トの関節制御装置。
4. （４）該制御の操作量が前記関節の回転角度であること
   を特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩行ロボッ
   トの関節制御装置。
5. （５）該制御の操作量が前記関節の回転速度であること
   を特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩行ロボッ
   トの関節制御装置。
6. （６）該制御の操作量が前記関節の駆動トルクであるこ
   とを特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩行ロボ
   ットの関節制御装置。
7. （７）前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルク
   が前記モーメントの所定の変化方向に対応した値である
   ことを特徴とする請求項２項乃至６項のいずれかに記載
   の脚式歩行ロボットの関節制御装置。
8. （８）前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルク
   が所定の率で減衰することを特徴とする請求項２項乃至
   ７項のいずれかに記載の脚式歩行ロボットの関節制御装
   置。
9. （９）前記アクチュエータが動力伝達手段を介して前記
   関節の回転軸に連結されてなると共に、前記減衰率が前
   記動力伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決定され
   ることを特徴とする請求項８項記載の脚式歩行ロボット
   の関節制御装置。