JPH04122586A - 脚式移動ロボット及びその歩行制御装置 - 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） 本発明は脚式移動ロボット及びその歩行制御装置に関し
、より具体的には２足歩行等の多足歩行ロボットにおい
て高速に方向転換することができる様にした制御装置及
びその高速な方向転換に適した足裏部を備えた脚式移動
ロボットに関する（従来の技術及び発明が解決しようと
する課題脚式移動ロボットの歩行制御装置としては特開
昭６２−９７００６号記載のものが知られている。斯る
歩行ロボットが任意の空間を高速に移動するためには、
方向転換を迅速に行う必要がある。しかしながら、従来
技術においては一歩ごとに少しずつ方向を変えるしかな
く、高速な方向転換をすることができなかった。

従って、本発明の目的は従来技術の上記した欠点を解消
し、肩代の歩行ロボットにおいて高速な方向転換を可能
とする脚式移動ロボットの歩行制御装置を提案すること
にある。

更に、前記した従来技術において歩行ロボットの足裏部
は略平坦な部材で構成されており、歩行に際してその足
裏部の接地面積を最適に調節し得るものではなく、例え
ば方向転換のとき等にも必ずしも満足のいくものではな
かった。

従って、本発明の第２の目的は上記した従来技術の欠点
を解消し、接地面積を最適に調節することができる脚式
移動ロボットを提案することにある。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために本発明は例えば請求項１
項において、基体リンクと、それに結合され先端に足裏
部を備えた複数本の脚部リンクとからなるリンク機構を
備えてなり、該基体リンクと足裏部との間に足裏部を基
体リンクに対して基体リンクの軸線回りに回動する関節
を有してなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において
、前記ロボットが方向転換を行うとき、該リンク機構の
重心位置を前記足裏部の着地位置の変更を妨げる位置に
設定して該リンク機構の姿勢角を決定する姿勢角決定手
段、該姿勢角決定手段の出力を入力して前記関節を駆動
する制御値を決定する制御値決定手段、及び該制御値決
定手段の出力を入力して該関節を駆動し、前記リンク機
構を方向転換させるアクチュエータを備える如く構成し
た。

（作用） ロボットのリンク機構の重心位置を足裏部の着地位置の
変更を妨げる位置におく様に姿勢角を決定し、その状態
で関節を駆動して脚部リンクと上体リンクとを回動させ
るので、結果的に着地位置から直ちに方向転換を行うこ
とができる。即ち一歩ずつ姿勢を変更するのではなく、
着地姿勢のままリンク機構を転換方向に回動させて方向
転換することができるので、方向転換に必要な時間を減
少させ、高速な方向転換が可能となる。

（実施例） 以下、脚式移動ロボットとして２足歩行ロボットを例に
とって本発明の詳細な説明する。第１図はそのロボット
１を全体的に示す説明スケルトン図であり、左右それぞ
れの脚部に６個の関節（軸）を備える。該６個の関節（
軸）は上から順に、腰の脚部回旋用の関節（軸）ＩＯＲ
，ｌ０Ｌ（右側をＲ１左側をＬとする。以下同じ）、腰
のピッチ方向の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方
向の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関
！ｉ（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部ノピッチ方向の関節
（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節（軸）２Ｏ
Ｒ，２ＯＬとなっており、その下部には足部２２Ｒ，２
２Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部（上体）２
４が設けられる。上記において股関節は、関節（軸）Ｉ
ＯＲ（Ｌ）、１２Ｒ（Ｌ）、１４Ｒ（Ｌ）から、足関節
は関節（軸）１８Ｒ（Ｌ）、２０Ｒ（Ｌ）から構成され
る。また股関節と膝関節との間は大腿リンク２７Ｒ，２
７Ｌで、膝関節と足首関節との間は下腿リンク２８Ｒ，
２８Ｌで連結される。

第２図及び第３図は第１図に概略的に示した腰の股関節
部を具体的に示す断面図である。胴体部２４は第２図に
示す様に、人の骨盤に相当する腰板３０にマウントされ
、腰板３０を介して左右の脚部は結合されてロボットの
移動手段を構成する。第１図に示した如く、股関節を含
む脚部は左右対称であるので、以下その内の右足側につ
いて説明する。

第２図において、腰板３０の内部には第１のハーモニッ
ク減速機（商品名）３２があって、その入力軸にはプー
リ３４が取着され、ベルト３５を介して第１の電動モー
タ３６から駆動力が伝達される。減速機３２の入力軸が
回されると周知の如く、そのフレックスリング３８と固
定リング４０及び出力リング４２との間に相対運動が生
じて第１電動モータ３６の回転が減速される。而して、
固定リング４０は腰板３０に、出力リング４２は出力部
材４４にボルト止めされているので、第１電動モータ３
６の回転に応じて腰板３０と出力部材４４とは、前記し
た関節軸線１０Ｒを中心として相対回転する。

出力部材４４にはその下部で第１のヨーク部材５０がボ
ルト止めされる。第１ヨーク部材の上部は空洞５１にな
っていて第２の電動モータ５２を横向きに収納する。第
２電動モータ５２の出力は、ベルト５４を介してその下
方に位置する第２のハーモニック減速機５６に入力され
、第２ハーモニック減速機５６は入力回転を減速して倍
力し、出力リング５８を駆動する。第２ハーモニック減
速機５６の固定リング６０は第１ヨーク部材５０の下部
左側にボルト止めされており、出力リング５８は第１ヨ
ーク部材５０の下位に位置する大腿リンク２７Ｒの上端
部に出力部材６２を介して固定されているので、第２電
動モータ５２の作動によって第１ヨーク部材５０と大腿
リンク２７Ｒとは相対回転し、図で大腿リンク２７Ｒを
前記したロール方向の関節軸線１４Ｒを中心として相対
回転させる。また第１ヨーク部材５０の下部は、その右
側で軸受部を構成してしており、大腿リンク２７Ｒを出
力部材６２と共働して支持する。

また第３図に明示する如く、大腿リンク２７Ｒの上部は
第２のヨーク部材７１を構成しており、そこにおいて左
右のヨークに架橋される形で第３のハーモニック減速機
７２とそれにトルクを入力する第３の電動モータ７４と
が横方向に直列して配置され、その出力は直ちに第３ハ
ーモニツク減速＄１７２に入力される。その固定リング
７６は前記した第２出力部材６２に結合されており、そ
の出力リング７８は第２ヨーク部材７１に結合されてい
ることから、第３電動モータ７４が駆動されると、出力
部材６２と第２ヨーク部材７１との間に相対回転が生じ
、図で大腿リンク２７Ｒをピッチ軸線１２Ｒを中心とし
て回転運動させる。ここで図示の如く、軸線１０Ｒ，１
２Ｒ，１４Ｒは、点Ａ（第３図）において相互に直交し
つつ交差し、その角度位置を直交座標系の変換で算出で
きる様に構成される。

更に、路側に向けて説明を続けると、第２図において大
腿リンク２７Ｒの上端側には凹部７９が形成され、そこ
に第４の電動モータ８０が収納され、その出力は下方の
膝関節に送られる。第４図及び第５図には膝関節以下の
部位が示されており、第４電動モータ８０の出力はベル
ト８２を介して膝関節（軸）１６Ｒに装着された第４の
ハーモニック減速機８４の入力軸に入力される。尚、膝
関節１６Ｒの内部には空洞８５が形成され、軽量化が図
られる。

また該膝関節（軸）１６Ｒと足首関節とは下腿リンク２
８Ｒで連結されており、その上端側にも凹部８７が形成
され、そこに第５の電動モータ８８が収納され、その出
力はベルト９０を介して足首部に配置された第５のハー
モニック減速機９２の入力され、足部２２を前記した軸
線１８Ｒを中心としてピッチ方向に駆動する。また軸線
１８Ｒと直交する前記した軸線２０Ｒを中心として足部
２２はロール方向に揺動自在に構成されており、そのた
めに第６のハーモニック減速機９４と、それに動力を供
給する第６の電動モータ９６とが直結されて設けられて
いる。

ここで、電動モータ３６，５２，７４，８０８８．９６
にはロークリエンコーダ３７．５３．７５，８１．８９
　（第６電動モータ用は図示省略）が設けられてモータ
軸の回転角度を検出する。また、足首部には６軸カセン
サ９８が設けられて印加荷重等を測定して支持脚か遊脚
か否かを判別可能とすると共に、足底部の四隅には公知
の接地スイッチ９９が設けられて、接地の有無を検出す
る（第４図乃至第８図で図示省略）。また第１図に示す
如く、胴体部２４の適宜位置には、一対の傾斜角センサ
１００，１０２が設置され、Ｘ２平面内の２軸に対する
傾きとその角速度、同様にｙ−ｚ平面内の２軸に対する
傾きとその角速度を検出する。ここで、ｘ−ｚ平面の運
動を前後（前記したピッチ）方向の運動と、ｙ−ｚ平面
の運動を左右（前記したロール）方向の運動と定義する
。これらの出力は前記した胴体部２４内の制御ユニット
２６に送られる。

尚、第６図及び第７図に示す如く、足部２２は平面大略
Ｃ字状の部材２２０と平面大略矩形状の部材２２２とか
らなり、Ｃ字状部材２２０と矩形状部材２２２とはロッ
ド２２４を介して連結される。即ち、ロッド２２４はＣ
字状部材２２０と矩形状部材２２２に穿設された孔内に
挿入され、Ｃ字状部材２２０とはピン２２６によって固
定される。他方、矩形状部材２２２内に穿設された孔の
内径はロッド２２４の外径より比較的大きく形成され、
矩形状部材２２２はロッド２２４を中心に回動自在に構
成される。矩形状部材２２２の中央位置付近には大径の
環状孔２２８が形成され、そこに６軸カセンサ９８が設
置され、その上部に足首関節が連結される。而して、ロ
ッド２２４と矩形状部材２２２との間にはバネ２２９が
装着され、矩形状部材２２２を上方（２軸）方向に付勢
する。従って、第８図に示す如く、足首部が軸線１８Ｒ
，Ｌを介して回動すると、矩形状部材はそれに追随して
路面から上昇する。この状態において足５１部は、Ｃ字
状部材２２０のみが路面に接触することとなる。即ち、
踵に相当する部位を上げて爪先立ちすることが可能とな
り、よって自重を支持しつつ路面との摩擦力を減少する
ことができる。

第９図は該制御ユニット２６の詳細を示すブロック図で
あり、傾斜センサ１００，１０１の出力はＡ／Ｄ変換回
路１０４でデジタル値に変換され、その出力はバス１０
６を介してＲＡＭＩＯ３に送られる。またエンコーダ３
７等の出力はカウンタ１１０を介してＲＡＭ１０８内に
入力されると共に、接地スイッチ９９等の出力は波形整
形回路１１２を経て同様にＲＡＭ　１０　Ｂ内に格納さ
れる。制御ユニット内にはＣＰＵからなる２個の演算装
置１１４．１１６が設けられており、演算装置１１４は
後述の如＜ＲＯＭ１２２に格納されている歩行データを
読み込むと共に、歩容変更指令があったときはそれを修
正し、関節角及びリンク角の指令値を算出してＲＡＭ　
１０　Ｂに出力する。また演算装置１１６は後述の如＜
ＲＡＭ１０８から関節角及びリンク角の指令値と検出さ
れた実測値とを読み込み、各関節に必要な制御値を算出
してＤ／Ａ変換回路１２４を介してサーボアンプ１２６
に送る。制御値はそこで電流値に変換されて各関節の電
動モータに供給される。尚、符号１２８は進路、歩幅等
の歩容変更指令用のジョイスティックを、符号１３０は
傾斜センサ補正用の原点スイッチを、符号１３２はフェ
ール用のリミットスイッチを示す。

以下、本制御装置の動作を説明する。尚、この例におい
ては歩行データとして位置等の関節角より上位概念のパ
ラメータを設定しておき、関節角は実際の歩行において
リアルタイムに算出し、それに基づいて関節駆動制？Ｉ
Ｉ値を決定し、歩行の中途での歩容を変更できる様にし
ている。

第１０図は本装置の動作を示すフロー・チャートである
。同図を参照して説明すると、先ずＳ１０で時刻ｔ（ｎ
）の歩行データを読み込む。歩行データとしては今述べ
た様に、重心位置、多足の位置、多足の向き、多足の傾
きが時系列データ又は時間の関数で記述されている。重
心値？＆Ｇは第１１図に示す如く絶対座標空間における
ｘ、　　ｙ、Ｚ軸上の値がＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚと予めオフ
ラインで算出され、前記ＲＯＭ内に設定されている。尚
、ｚ軸上の値は問わないものとする。各足部２２Ｒ１Ｌ
の位置Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ、Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚも第１２図
及び第１３図に示す如く、Ｘ−ｙ、　Ｘ−Ｚ、　７−２
空間における位置が予め設定されている（第１３図（ａ
）は歩行データが爪先位置のとき、第１３図（ｂ）は歩
行データが踵位置のときを示す。

尚、歩行データとしての各足部の位置は絶対座標空間に
設定されており、第１２図及び第１３図に示すのは、後
述する各関節角の算出のため座標変換が施された図であ
る）、各足部の向きθＲＺ、　　θＬＺも第１４図及び
第１５図に示す如＜ｘ−ｙ空間上で設定されており、各
足部の傾きθＲＸ、　　θＲＹ。

θＬＸ、　　θＬＹも第１６図（ｘ−ｚ空間を示す）に
示す如く設定されている。

次いで、Ｓ１２において進行方向、進路等の歩容の変更
があったときはその変更指令を入力し、Ｓ１４で設定さ
れている歩行データを変更指令に応じて修正し、Ｓ１６
で腰の位置を動かさない場合、即ち、現在の関節角を計
算する。

ここで本制御を再度概括すると、本制御において歩行デ
ータとしては関節角及びリンク角ではなく、それより上
位概念の位置情報を設定する。

従って、関節角及びリンク角は歩行中に時々刻々算出す
ることになるが、ある時刻のそれらを算出して指令値を
決定するためには、ロボットの姿勢を先ず決定する必要
がある。実施例に係る２足歩行ロボットは両足合計で１
２の自由度を持つため、その姿勢は、腰の位置、上体（
胴体部）の向き、上体の傾き、各足部の位置、各足部の
向き、各足部の傾きが決まれば、腰を基準として１２個
のパラメータが決定されるため、関節角及びリンク角を
求めるには必要十分である。本制御においては斯る如く
して関節角とリンク角とをリアルタイムに算出し、次い
で各関節の指令値を算出して制御するものである。

ここで腰の位置Ｃｚは第１７図に示す如く、股関節（軸
）ＩＯＲ，Ｌと胴体部２４との間の適宜位置に設定され
る。尚、同図で符号Ｌｎは大腿リンク２７Ｌ、Ｒ等の各
リンクの長さを示し、Ｒｎｘ、　ｎｙ、　ｎｚは右足側
の関節角を、Ｌ　ｎｘ、　ｎｙ、　ｎｚは左足側の関節
角を示す、また上体（胴体部）の向きθＣＺは第１４図
に示す如く、各足部の向きθＲＺ、　　θＬＺの平均値
とする。上体の傾きθＣＸ、　　θＣＹは前記した傾斜
角センサの出力値から第１８図に示す様に検出すること
ができる。尚、姿勢角を決定するに際しては上体の傾き
は左右、前後方向とも零とする。その結果、上体の絶対
角度と脚部リンク側のエンコーダの相対検出角度とから
、脚部側についても絶対座標での位置決めが可能となる
。また各足部の位置、向き、傾きは歩行データより決定
されている。

従って、Ｓ１６においては斯るパラメータを決定して関
節角を算出することになる。第１２図、第１３図及び第
１９図乃至第２１図にｘ−ｚ。

ｙ−ｚ空間でのその算出例を示す。図示の如く、座標変
換を行いつつ幾何学的手法で角度を算出する。尚、そこ
に示される様に、膝が伸びた場合（第１９図、第２１図
）と膝が曲がった場合（第２０図）で腰の位置が相違す
る。従って、この実施例において腰の上下方向の位置は
、左右何れかまたは双方の膝が伸びる様にして決定する
。第１６図を参照して具体的に説明すると、 Ｌ＝Ｌ３＋Ｌ４ ＬＲｘ＝ａＲｘ ＬＲｙ＝ａＬｙ ＬＬｘ＝ａＬｘ” ＬＬｙ＝ａＬｙ” Ｌ　Ｒｚ”＝　Ｌ”　−Ｌ　Ｒｘ”　−Ｌ　Ｒｙ”Ｌ　
Ｌｚ”＝　Ｌ”　−Ｌ　Ｌｘ”　−Ｌ　Ｌｙ”ＬＲｚ＝
ＬＬｚのとき 両膝が伸びる。

Ｃｚ　＝ａＲｚ　＋ＬＲｚ　十Ｌ２ ＝ａＬｚ　＋ＬＬｚ　＋Ｌ２ ＬＲｚ＜ＬＬｚのとき 右膝が伸びる。

Ｃｚ　＝ａ　Ｒｚ　十ＬＲｚ　＋Ｌ２ ＬＬｚ＜ＬＲｚのとき 左膝が伸びる。

Ｃｚ　＝ａ　Ｌｚ　＋ＬＬｚ　＋Ｌ２ 即ち、歩行中においては常に少なくともいずれかの膝が
伸びていると考えることができるので、上記の条件式の
いずれかを択一的に使用して腰の位置を決定することが
できる。

次いで、３１Ｂに至り腰の位置を動かさない場合の重心
位置を計算する。即ち、第２２図に示す状態から第２３
図に示す如く、Ｓ１２での歩容変更指令に応じて姿勢を
変更する必要が生じたとき、まず姿勢を決定する上で中
核となる腰の位置を現状のままとした状態での重心位置
を計算する。これはＳ１２で変更指令がなされなかった
場合も同様であり、歩行データ中の重心位置との偏差を
求める意味で本ステップで実際の重心位置を算出する。

尚、本例においては腰の位置と同様に、重心位置もＺ軸
上の値は問わないものとする。

而して、変更指令がなされていると仮定すると、それに
応じて新たな目標姿勢から目標重心位置を算出すること
ができるので、Ｓ２０においてその目標重心位置と現在
の重心位置との偏差を算出し、続いてＳ２２で偏差に所
定の係数を乗じて腰の位置の移動補正量を算出する。こ
の係数ｋｘ。

ｋｙは適宜設定するが、例えば歩行速度に応じてｋｘ　
＝１．１．　　ｋｙ　＝０．９等と可変に設定しても良
い。次いで、Ｓ２４で第２４図に示す如く現在位置に補
正量を合算して新たな腰の位置を算出し、Ｓ２６で斯く
決定された新たな姿勢に基づいて再度関節角を算出し、
３２８で３１６で算出された関節角との偏差を求めて該
偏差を減少すべく関節駆動制御値を決定して出力する。

次いで、方向転換制御について説明する。いまＳ３０に
おいて方向転換指令がなされたとすると、Ｓ３２に前記
と同様に歩行データを修正する。この点について第２５
図（ａ）乃至第２７図（ａ）を参照して説明すると、こ
れらの図は９０度の方向転換を行う過程を示している。

この例では重心位置が両足の爪先相当部位を結ぶ直線の
中点にあり、回転中は両足の爪先相当部位及び重心位置
を変えないで脚部リンク（及び上体リンク）を回転させ
て、高速に方向転換する様にしている。

即ち、第２５図（ａ）乃至第２７図（ａ）に示す様に、
右足の（爪先の位置）　Ｒｘ、Ｒｙ　、その間きθＲｚ
ｌ　、路面とのなす角度θＲＶ２　、左足の（爪先の位
置）　Ｌｘ、Ｌｙ　、その間きθＬｚｌ　％路面とのな
す角度θＬｚ２、上体の向きθｃｚ、重心位置Ｇｘ、Ｇ
ｙを設定する。ここで、足の向き等の特性は第２８図（
ａ）乃至（ｅ）に示す様に時間軸で設定する。尚、上体
の傾きは、前記の如く前後、左右とも零とし、路面は水
平とする。ここでＴ秒間で方向転換するとし、方向転換
開始後を秒経過したときの状態は、 Ｒｘ　　＝ＸＯ Ｒｙ　　＝ＹＯ とお（と、 Ｌｘ　＝ＸＯ−ｄ Ｌｙ　＝ＹＯ＋ｄ Ｇｘ　＝　（Ｒｘ　＋Ｌｘ　）　／２ Ｇｙ　＝　（Ｒｙ　＋Ｌｙ　）　／２ θＲｚｌ　＝θＬＺＩ　＝θｃｚ＝９０　Ｘ　（ｔ／Ｔ
）度 θＲｚ２−４５　Ｘ　（ｔ／Ｔ）度 θＬＺ２　＝４５−　（４５Ｘ　（ｔ／Ｔ）　）度と求
めることができる。従って、第２８図に示す特性に基づ
いて姿勢角を決定して関節角を求め、制御値を決定すれ
ば良い。即ち、Ｓ３４で先に述べた手順で重心位置に併
せて腰の位置を両足の中間に位置させる様に姿勢角を決
定し、Ｓ３６で関節角を決定し、３３８で制御値を決定
し、Ｓ４０でＴ秒経過して方向転換が終了した判断され
るまで繰り返すことになる。ここにおいて重心を両足間
に位置させるのは着地位置をずらすことなく方向転換を
行うためである。即ち、従来技術に見られた様に一歩ず
つ姿勢を変えて方向転換するのではなく、第２５図（ａ
）の姿勢をとらせた後、そのままで脚部リンクを回動さ
せて第２６図（ａ）の状態を経て第２７図（ａ）の状態
に移行して方向転換を終了する。而して、このとき制ａ
値は関節軸！ＯＲ，Ｌを含めた関節軸について所要の動
作をするように決定される。

ここで第２５図乃至第２７図の（ｂ）は（ａ）を方向０
．Ｐ、Ｑから見たものであるが、図示の如く、いずれか
又は双方の足の踵相当部位を上げており、即ち前記した
矩形状部材２２２を上げており、斯くすることによって
接地面積を減少させて路面との支持力を増加させている
。

本実施例は上記の如く構成したので、高速に方向転換を
行うことができて移動速度を上げることができる。また
歩行データとして関節角ではなく位置情報を設定してお
き、関節角は歩行の中途でリアルタイムに算出する様に
したので、歩行の中途で任意に歩容を変えることができ
る。

尚、第２８図に線型な特性を示したが、これに限られる
ものではなく、非線型なものであっても良い。また重心
を両足部を着地してその中間におく例を示したが、１本
足立ちした状態で重心をその足裏部におき、脚部リンク
（及び上体リンク°）を回動させて方向転換しても良い
。

また本発明を関節角を歩行データとして予め設定しない
例について説明したが、それに限られるものではなく、
オフラインで関節角を算出しておき、それに基づいて歩
行する場合であっても妥当することは言うまでもない。

また重心と腰の位置についてｚ軸方向の値を拘束しない
例を示したが、それに限られるものではなく、ｚ軸方向
も含めた３次元空間で値を設定しても良い。

更には本発明を２足歩行の脚式移動ロボットについて説
明したが、それに限られるものではなく、３足以上の脚
式移動ロボットにも妥当するものである。

（発明の効果） 請求項１項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
ロボットのリンク機構の重心位置を足裏部の着地位置の
変更を妨げる位置に設定して該リンク機構の姿勢角を決
定して関節を駆動する様にしたので、着地位置から直ち
に方向転換を行うことができて高速な方向転換を実現す
ることができるる。

請求項２項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
ロボットのリンク機構の重心位置を複数本の脚部の足裏
部荷重が均等となる位置に設定して関節を駆動する様に
したので、２本以上の脚部が着地するとき、その状態か
ら迅速に方向転換を行うことができて高速な方向転換を
実現することができる。

請求項３項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
方向転換のとき足裏部の接地面積を減少する様に構成し
たので、接地力を増すことができ、より高速な方向転換
を実現することができる請求項４項記載の脚式移動ロボ
ットは、ロボットの足裏部を互いに枢動自在に連結した
２個の部材から構成し、その一方の部材に前記脚部リン
クを固定する如くしたので、接地面積を最適に調節する
ことができ、例えば着地した状態で回動するとき、支持
力を増加させてより容易に回動動作を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る脚式移動ロボットの歩行制御装置
を全体的に示す概略図、第２図はその股関節の構造を詳
細に示す断面図、第３図は第２図■−■線断面図、第４
図は第１図の膝関節以下の部位を示す説明側面図、第５
図はその■−■線部分断面図、第６図は足裏部の説明横
断面図、第７図はその■−■線断面図、第８図は踵相当
部位を上げる状態を示す説明側面図、第９図は制御ユニ
ットの説明ブロック図、第１０図は本制御装置の動作を
示すフロー・チャート、第１１図は絶対座標空間上の重
心位置を示す説明図、第１２図はｘ−ｙ空間上で足部の
位置を示す説明図、第１３図（ａ）（ｂ）は同様にｘ−
ｚ空間上で足部の位置を示す説明図、第１４図はｘ−ｙ
空間上で上体と足部の向きを示す説明図、第１５図は同
様にＸ−ｙ空間上で足部の向きを示す説明図、第１６図
は同様にｘ−ｚ空間で足部の傾きを示す説明図、第１７
図は腰の位置等を示す説明図、第１８図は上体の傾き等
を示す説明図、第１９図はｘ−ｚ空間で膝が伸びた状態
で関節角を算出する手法を示す説明図、第２０図は同様
にｘ−ｚ空間で膝が曲がった状態で関節角を算出する手
法を示す説明図、第２１図はｙ−ｚ空間で膝が曲がった
状態で関節角を算出する手法を示す説明図、第２２図乃
至第２４図はＸ−７空間での腰と重心の移動経過を示す
説明図、第２５図Ｃａ）（ｂ）は方向転換前の着地位置
と重心位置を示すｘ　−ｙ平面説明図、第２６図（ａ）
（ｂ）は方向転換中のそれを示す説明図、第２７図（ａ
）（ｂ）は方向転換後のそれを示す説明図及び第２８図
（ａ）乃至（ｅ）は方向転換時の足部の向き等の特性を
示す説明図である。 ｌ・・・脚式移動ロボット（２足歩行ロボット）１０Ｒ
，ＩＯＬ・・・脚部回旋用の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ
・・・股部のピンチ方向の関節（軸）、１４Ｒ，１４Ｌ
・・・股部のロール方向の関節（軸）、１６Ｒ，１６Ｌ
・・・膝部のピッチ方向の関節（軸）、１８Ｒ，１８Ｌ
・・・足首部のピッチ方向の関節（軸）、２ＯＲ，２Ｏ
Ｌ・・・足首部のロール方向の関節（軸）、２２Ｒ。 ２２Ｌ・・・足部、２４・・・胴体部、２６・・・制御
ユニット、２７Ｒ，２７Ｌ・・・大腿リンク、２８Ｒ，
２８Ｌ・・・下腿リンク、３０・・・腰板、３２，５６
，７２．８４．９２．９４・・・ハーモニック減速機、
３４・・・プーリ、３５．５４，８２．９０・・・ベル
ト、３６，５２７４．８０．８８．９６・・・電動モー
タ、３７．５３，７５．８１．８９・・・ロークリエン
コーダ、３８・・・フレックスリング、４０．６０．７
６・・・固定リング、４２，５８．７８・・・出力リン
グ、４４．６２・・・出力部材、５０．７１・・・ヨー
ク部材、５１．８５・・・空洞、７９．８７・・・凹部
、９８・・・６軸カセンサ、９９・・・接地スイッチ、
１００，１０２・・・傾斜角センサ、１０４・・・Ａ／
Ｄ変換回路、１０６・・・バス、１０８・・・ＲＡＭ、
１１０・・・カウンタ、１１２・・・波形整形回路１１
４．１１６・・・演算装置（サブ・システム）、１２２
・・・ＲＯＭ、１２４・・・Ｄ／Ａ変換回路、１２６・
・・サーボアンプ、１２日・・・ジョイスティック、１
３０・・・原点スイッチ、１３２・・・リミットスイッ
チ、２２０・・・Ｃ字状部材、２２２・・・矩形状部材
、２２４・・・ロッド、２２６・・・ピン、２２８・・
・環状孔、２２９・・・バネ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体リンクと、それに結合され先端に足裏部を備
   えた複数本の脚部リンクとからなるリンク機構を備えて
   なり、該基体リンクと足裏部との間に足裏部を基体リン
   クに対して脚部リンクの軸線回りに回動する関節を有し
   てなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において、 ａ、前記ロボットが方向転換を行うとき、該リンク機構
   の重心位置を前記足裏部の着地位置の変更を妨げる位置
   に設定して該リンク機構のの姿勢角を決定する姿勢角決
   定手段、 ｂ、該姿勢角決定手段の出力を入力して前記関節を駆動
   する制御値を決定する制御値決定手段及び ｃ、該制御値決定手段の出力を入力して該関節を駆動し
   、前記リンク機構を方向転換させるアクチュエータ を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
   装置。
2. （２）基体リンクと、それに結合され先端に足裏部を備
   えた複数本の脚部リンクとからなるリンク機構を備えて
   なり、該基体リンクと足裏部との間に足裏部を基体リン
   クに対して脚部リンクの軸線回りに回動する関節を有し
   てなる脚式移動ロボットの歩行制御装置において、 ａ、前記ロボットが方向転換を行うとき、前記脚部リン
   クについて少なくともその２本以上の脚部リンクの足裏
   部の接地を検出し、該足裏部に加わる荷重が略均等とな
   る様に前記リンク機構の重心位置を設定して該リンク機
   構の姿勢角を決定する姿勢角決定手段、 ｂ、該姿勢角決定手段の出力を入力して前記関節を駆動
   する制御値を決定する制御値決定手段及び ｃ、該制御値決定手段の出力を入力して該関節を駆動し
   、前記リンク機構を方向転換させるアクチュエータ、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
   装置。
3. （３）前記足裏部がその接地面積を調節自在なものであ
   って、前記方向転換のとき接地面積を減少する様に構成
   したことを特徴とする請求項２項記載の脚式移動ロボッ
   トの歩行制御装置。
4. （４）基体リンクと、それに結合され先端に足裏部を備
   えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボットに
   おいて、該足裏部を互いに枢動自在に連結した２個の部
   材から構成すると共に、その一方の部材に前記脚部リン
   クを固定したことを特徴とする脚式移動ロボット。