JPH04201186A - Walk controller on leg type mobile robot - Google Patents

Walk controller on leg type mobile robot

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JPH04201186A
JPH04201186A JP33641990A JP33641990A JPH04201186A JP H04201186 A JPH04201186 A JP H04201186A JP 33641990 A JP33641990 A JP 33641990A JP 33641990 A JP33641990 A JP 33641990A JP H04201186 A JPH04201186 A JP H04201186A
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control value
value
walking
robot
joint
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Toru Takenaka
透 竹中
Nobuaki Ozawa
小澤 信明
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To rapidly recover an attitude by providing a control value deciding means for deciding a driving control value of a joint so as to make it follow a target value set in advance on a leg part link, a predicting means for predicting a possibility of a fall of a robot, and a control value correcting means for correcting a control value of a supporting leg link according to the predicted possibility. CONSTITUTION:A control value deciding means for deciding a control value for driving a joint so as to have it follow a target value set in advance on a leg part link and a predicting means for predicting a possibility of a fall of a robot 1 are provided. Then, a control value of a supporting leg link is corrected by a control value correcting means according to the predicted possibility. According to this corrected control value, joints 10R, 10L, 12R, 12L, 14R, 14L, 16R, 16L, 18R, 18L, 20R and 20L are driven by an actuator, and stable walking is realized flexibly responding to unpredicted change in walking conditions.

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の歩行制御装置に関し、より
具体的には2足歩行等の脚式移動ロボットにおいて凹凸
のある路面を安定して歩行することができる様にした脚
式移動ロボットの歩行制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a walking control device for a legged mobile robot, and more specifically to a walking control device for a legged mobile robot such as a bipedal walking robot to stabilize uneven road surfaces. The present invention relates to a walking control device for a legged mobile robot that is capable of walking.

(従来の技術及び発明が解決しようとする課題斯る脚穴
ロボットの歩行のさせがたには従来より2つの手法があ
って、一つは特開昭62−97006号公報に示される
如く、予め脚関節の駆動データを大型計算機で別途計算
しておき、ロボットに搭載する計算機の記憶装置に格納
しておいて歩行時にそのデータを出力するものであり、
他方は例えば、「Legged Robots on 
Rough Terrai−n:  Experime
nts  in  Adjusting  5tep 
 Lengh:  TEEE1988+ By Jes
sica Hodgin3に提案される様に、ロボット
自体に高性能な計算機を搭載して歩行時にリアルタイム
に最適な関節角度を計算し、関節駆動モータに出力して
歩行させる手法である。
(Problems to be solved by the prior art and the invention) There are two conventional methods for making the robot with leg holes walk. The drive data for the leg joints is calculated separately in advance using a large computer, stored in the storage device of the computer installed in the robot, and the data is output when walking.
The other is, for example, “Legged Robots on
Rough Terrain: Experience
nts in Adjusting 5tep
Length: TEEE1988+ By Jes
As proposed by sica Hodgin3, this is a method in which the robot itself is equipped with a high-performance computer to calculate the optimal joint angles in real time during walking, and outputs the results to the joint drive motors to make the robot walk.

前者は搭載する計算機が低レベルのもので済む利点があ
る反面、前もって歩行データを算出しておくことから実
際の歩行時の条件が想定していたものと一致することが
前提条件となっていて、歩行状況に変化が起きた場合、
例えば予期しないうねりや凹凸のある路面に遭遇したと
きには、変化に対応する能力に欠ける欠点があった。即
ち、2足歩行ロボットは重心の位置が高く、かつ足部の
底面積が少ないことから物理的に不安定であり、ロボッ
トが安定して歩行するにはロボットの重心に働く重力と
慣性力との合力が支持脚の接地面積内に確保される必要
がある。重力は一定であるが、慣性力はロボットの運動
によって絶えず変化し、その変化の度合いはロボットの
外部条件が一定ならば、時空的に一定の周期をもって繰
り返す変動となる。また外部の条件変動としては路面の
傾き、うねり、凹凸等が時々刻々変化し、路面の硬さ等
の物性値も一定ではない。こうした変動が遊脚の着地時
にロボットの受ける路面反力を変化させて歩行を不安定
なものとする。また外部条件に比べれば比較的小さい変
動ではあるが、実際のロボットの内部条件も、例えば関
節各部の摩擦が暖機状態により異なり、機械部品の剛性
不足による撓みも関与する。予め算出されたデータでこ
れらの変動に対応することは不可能である。
The former has the advantage of requiring only a low-level computer, but since the walking data is calculated in advance, it is a prerequisite that the actual walking conditions match those expected. , if a change occurs in the walking situation,
For example, when encountering unexpected undulations or uneven road surfaces, they lack the ability to respond to changes. In other words, bipedal walking robots are physically unstable because their center of gravity is high and the bottom area of their feet is small.In order for a robot to walk stably, it is necessary to balance the forces of gravity and inertia that act on the robot's center of gravity. It is necessary to secure the resultant force within the ground contact area of the support leg. Although gravity is constant, inertial force constantly changes due to the movement of the robot, and if the external conditions of the robot are constant, the degree of change becomes a fluctuation that repeats with a constant period in space and time. In addition, external conditions such as the slope, undulation, and unevenness of the road surface change from time to time, and physical property values such as the hardness of the road surface are not constant. These fluctuations change the road reaction force that the robot receives when the free leg lands, making walking unstable. Although the fluctuations are relatively small compared to the external conditions, the actual internal conditions of the robot also include, for example, the friction of each joint varies depending on the warm-up state, and deflection due to lack of rigidity of mechanical parts also plays a role. It is impossible to accommodate these fluctuations with pre-calculated data.

また後者の手法では、高速処理能力を有する計算機を搭
載する必要があるため、消費電力が大きく、また計算機
そのものも大型で重量も重く且つ高価である等、移動ロ
ボットとして容認し難い多くの欠点があった。
In addition, the latter method requires a computer with high-speed processing capacity to be installed, which consumes a lot of power, and the computer itself is large, heavy, and expensive, and has many drawbacks that are unacceptable for mobile robots. there were.

従って、本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消
し、オフラインで予め算出されたデータに基づいて歩行
する前者の利点を継承しつつ、予期しない歩行条件の変
化にも柔軟に対応して安定した歩行を実現することがで
きる脚式移動ロボントの歩行制御装置を提供することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned prior art, inherit the advantages of the former method of walking based on data calculated in advance off-line, while flexibly responding to unexpected changes in walking conditions. An object of the present invention is to provide a walking control device for a legged mobile robot that can realize stable walking.

また路面状況の変化は前者のオフラインで算出したデー
タに基づいて歩行するものであると、後者のリアルタイ
ムで歩容を決定する手法によるものであるとを問わず、
等しく生じ得る。その際に後者の手法によるときも突発
的な歩行状況の変化に必ずしも迅速に即応できるとは限
らず、その意味ではこの問題は後者の手法によるときも
適用可能である。
In addition, changes in road surface conditions are determined regardless of whether the former is based on data calculated offline, or the latter is based on a method that determines gait in real time.
Equally possible. In this case, even when using the latter method, it is not always possible to respond quickly to sudden changes in walking conditions, and in that sense, this problem is also applicable when using the latter method.

従って、本発明の第2の目的は、いずれの手法によるも
のであるかを問わず、突発的な路面条件の変化にも良く
即応して安定して姿勢を保持することができる脚式移動
ロボットの歩行制御装置を提供することにある。
Therefore, the second object of the present invention is to provide a legged mobile robot that can quickly respond to sudden changes in road surface conditions and maintain a stable posture, regardless of the method used. The object of the present invention is to provide a walking control device.

更にはロボットの安定化制御手法として、近時、脚式移
動ロボットも含めてロボットのリンクの運動学的解析を
行い、現代制御理論で総称される種々の制御理論を用い
てロボットの挙動を多変数で捉えて数式化し、それを解
いて制御値を決定する試みも盛んである。しかしながら
、例えば現代制御理論を用いることは巧緻に制御値を決
定することができる反面、多くの行列式を解く必要があ
って、搭載する計算機の処理能力としても高度のものが
要求され、更にはそれでもリンクの剛性等を完全に把握
することができず、払うべき努力の大きさに比して現実
には未だ見るべき成果を挙げていない。
Furthermore, as a stabilization control method for robots, recently, kinematic analysis of the links of robots, including legged mobile robots, has been carried out, and various control theories collectively referred to as modern control theory have been used to control the behavior of robots. There are also many attempts to capture it in terms of variables, convert it into a mathematical formula, and solve it to determine the control value. However, while using modern control theory, for example, allows for the precise determination of control values, it also requires solving a large number of determinants, which requires a high level of processing power from the on-board computer. Even so, it is not possible to completely understand the rigidity of the link, and in reality, the results have not yet been achieved compared to the amount of effort that should be made.

従って、本発明の第3の目的は、予期しない歩行条件の
変化にも即応して筒易に姿勢の安定を回復することがで
き、また搭載計算機の処理能力としても比較的低レヘル
のもので足る様にした、実利性の高い脚式移動ロボット
の歩行制御装置を提供することにある。
Therefore, the third object of the present invention is to be able to quickly recover posture stability in response to unexpected changes in walking conditions, and to have a relatively low level of processing power onboard the onboard computer. To provide a highly practical walking control device for a legged mobile robot.

(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、基体と、それにそれぞれ結合され、少なく
とも1個の関節を備えてなる複数本の脚部リンクとから
なる脚式移動ロボ、トの歩行制御装置において、前記脚
部リンクについて予め設定された目標値に追従させるべ
く該関節を駆動する制御値を決定する制御値決定手段、
前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、予想
された可能性に応して支持脚リンクの前記制御値を修正
する制御値修正手段、及び修正された制御値に応じて前
記関節を駆動するアクチュエータを備える如く構成した
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes, for example, claim 1.
In the walking control device for a legged mobile robot comprising a base and a plurality of leg links each coupled to the base and each having at least one joint, the leg links are set in advance. control value determining means for determining a control value for driving the joint to follow the target value;
prediction means for predicting the possibility of the robot falling; control value modification means for modifying the control value of the support leg link according to the predicted possibility; and driving the joint according to the modified control value. The structure was such that it was equipped with an actuator.

(作用) ロボットの転倒の可能性を予想し、それに応じて支持す
る側の脚部リンクの関節を駆動してロボットの姿勢を修
正する如くしたので、予!tJ!′−ない歩行条件の変
化にも柔軟に対応して安定した歩行を実現することがで
きる。
(Function) The robot's posture is corrected by predicting the possibility of the robot falling and driving the joints of the supporting leg links accordingly. tJ! It is possible to flexibly respond to changes in walking conditions and achieve stable walking.

(実施例) 以下、脚式移動ロボントとして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)10R
,10L(右側をR1左側をLとする。以下間し)、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、膝部のピンチ方向の関
節(軸)16R,16L、足首部のピンチ方向の関節(
軸)18R,18L、同ロール方向の関節(軸)2OR
,2OLとなっており、その下部には足部22R,22
Lが取着されると共に、最上位には胴体部(基体)24
が設けられ、その内部には制御ユニット26が格納され
る。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking a bipedal walking robot as an example of a legged mobile robot. FIG. 1 is an explanatory skeleton diagram showing the entire robot 1, and each of the left and right legs has six joints (axes). The six joints (
From the top, the joints (axis) for rotation of the legs at the waist are 10R.
, 10L (the right side is R1, the left side is L, hereinafter), the joints (axes) in the pitch direction of the waist 12R, 12L, the joints (axes) in the roll direction 14R, 14L, the joints in the pinch direction of the knee ( axis) 16R, 16L, ankle joint in pinch direction (
Axis) 18R, 18L, joints in the same roll direction (axis) 2OR
, 2OL, and at the bottom there are foot parts 22R, 22
L is attached, and a body part (base body) 24 is attached to the top.
is provided, and a control unit 26 is housed therein.

上記において股関節は、関節(軸)IOR(L)、12
R(L)、14R(L)から構成され、それらの軸線は
全て1点で交差する様に構成される。また関節(軸)1
8R(L)、2OR(L)から構成される足関節も軸線
が互いに直交する様にされており、さらに前記した3本
のピンチ方向の関節(軸)12R(L)、16R(L)
、  18R(L)は相互に平行に配置され、その相対
位置関係は他の関節(軸)の挙動に関わらず、常に変わ
らない構成となっている。図示の如く、片側の脚につい
て6つの自由度を与えられ、胴体部24を固定しても足
部22R(L)を任意の位置で任意の方向に置くことが
できる構成とされる。即ち、歩行中にこれらの6X2=
12個の関V(軸)をそれぞれ適宜な角度に駆動するこ
とで、層全体に所望の動きを与えることができ、任意に
3次元空間を歩行することができる。尚、股関節と膝関
節との間は大腿リンク27R,27L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。
In the above, the hip joint is a joint (axis) IOR (L), 12
It is composed of R(L) and 14R(L), and their axes are all arranged to intersect at one point. Also joint (axis) 1
The ankle joints composed of 8R(L) and 2OR(L) are also arranged so that their axes are perpendicular to each other, and the three pinch direction joints (axes) 12R(L) and 16R(L) mentioned above
, 18R(L) are arranged parallel to each other, and their relative positional relationship always remains unchanged regardless of the behavior of other joints (axes). As shown in the figure, one leg is given six degrees of freedom, and even if the body part 24 is fixed, the foot part 22R(L) can be placed at any position and in any direction. That is, while walking, these 6X2=
By driving each of the 12 rails V (axes) at appropriate angles, the entire layer can be given a desired movement, allowing it to walk freely in three-dimensional space. The hip joint and knee joint are connected by thigh links 27R and 27L, and the knee joint and ankle joint are connected by lower leg links 28R and 28L.

これらの関節は主として電動モータとその出力を倍力す
る減速機とから構成される。以下に第2図及び第3図を
参照して膝関節以下の部位についてその詳細を説明する
が、腰関節も類似した構造である。尚、左右対象である
ため、以下の説明では右脚側について行う。第2図にお
いて大腿リンク27Rの中途位置に取着された電動モー
タ(図示せず)の出力が、ベルト82を介して膝関節(
軸)16Rに装着されたハーモニンク減速機84の入力
軸に入力される。また下腿リンク28Rの上端側にも凹
部87が形成され、そこに電動モータ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ハー
モニック減速機92に入力され、足部22R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2OR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
ためにハーモニック減速機94と、それに動力を供給す
る電動モータ96とが直結されて設けられる。各電動モ
ータにはロータリエンコーダが設けられ、モータ軸の回
転角度を検出する(図には電動モータ88用のロータリ
エンコーダ89のみ示す)。
These joints mainly consist of an electric motor and a reduction gear that boosts its output. The details of the parts below the knee joint will be explained below with reference to FIGS. 2 and 3, but the lumbar joint has a similar structure. It should be noted that since it is bilaterally symmetrical, the following explanation will be given for the right leg side. In FIG. 2, the output of an electric motor (not shown) attached to the midway position of the thigh link 27R is transmitted to the knee joint (
It is input to the input shaft of the Harmoninck reducer 84 mounted on the shaft) 16R. A recess 87 is also formed on the upper end side of the lower leg link 28R, and an electric motor 88 is housed therein.
The output is inputted via a belt 90 to a harmonic reducer 92 disposed at the ankle, and drives the foot 22R in the pitch direction about the axis 18R mentioned above. Further, the foot portion 22 is configured to be able to swing freely in the roll direction about the aforementioned axis 2OR which is perpendicular to the axis 18R, and therefore the harmonic reduction gear 94 and the electric motor 96 that supplies power thereto are directly connected. provided. Each electric motor is provided with a rotary encoder to detect the rotation angle of the motor shaft (only the rotary encoder 89 for the electric motor 88 is shown in the figure).

而して足首部には6軸カセンサ98が設けられ、足部を
介してロボットに伝達されるx、y。
A six-axis force sensor 98 is provided at the ankle, and x and y are transmitted to the robot via the foot.

Zの3方向成分とモーメントの3方向成分とを分離して
別々に測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わる力の
大きさと方向とを検出する。また略平坦に形成され、着
地時の衝撃を吸収するためにゴム等の弾性材220を備
えた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2図乃至第3図で図示
省略)。
The three directional components of Z and the three directional components of moment are separated and measured separately to detect whether or not the foot has landed and the magnitude and direction of the force applied to the supporting leg. Further, a known grounding switch 99 is provided at the four corners of the sole of the foot, which is formed substantially flat and is equipped with an elastic material 220 such as rubber to absorb the impact upon landing, to detect whether or not there is contact with the ground (second (Omitted in Figures 3 to 3).

更に、第1図に示す如(、胴体部24の適宜位置には、
一対の傾斜センサ100.102が設置され、x−z平
面内のZ軸に対する傾きとその角速度、同様にy−z平
面内のZ軸に対する傾きとその角速度を検出する。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。
Furthermore, as shown in FIG.
A pair of tilt sensors 100, 102 are installed to detect the tilt with respect to the Z axis in the xz plane and its angular velocity, as well as the tilt with respect to the Z axis in the yz plane and its angular velocity. These outputs are sent to the control unit 26 within the fuselage section 24 described above.

第4図は制御ユニット26の詳細を示すブロック図であ
り、マイクロ・コンピュータから構成される。そこにお
いて傾斜センサ100.102等の出力はA/D変換回
路104でデジタル値に変換され、その出力はハス10
6を介してRAM10日に送られる。またエンコーダ8
9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RAM108内に格納される
。制御ユニット内にはCPU114が設けられており、
CPUI 14は後述の如く、格納されている歩行デー
タを読み込んでカウンタ11Oから送出される実測値と
の偏差から速度指令値を算出し、D/A変換回路118
を介してサーボアンプ120に送出する。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
FIG. 4 is a block diagram showing details of the control unit 26, which is composed of a microcomputer. There, the outputs of the tilt sensors 100, 102, etc. are converted into digital values by the A/D conversion circuit 104, and the output is
6 to RAM10. Also encoder 8
The outputs of the grounding switches 99, etc. are inputted into the RAM 108 via the counter 110, and the outputs of the grounding switches 99, etc. are similarly stored in the RAM 108 via the waveform shaping circuit 112. A CPU 114 is provided in the control unit,
As will be described later, the CPU 14 reads the stored walking data, calculates a speed command value from the deviation from the actual measurement value sent from the counter 11O, and converts the speed command value to the D/A conversion circuit 118.
The signal is sent to the servo amplifier 120 via the servo amplifier 120. The control value is then converted into a current value and supplied to the electric motor of each joint.

また図示の如く、エンコーダ出力はF/V変換回路12
2を介してサーボアンプに送出されており、マイナール
ープとしての速度フィードハック制御が実現されている
。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は原点(直立)姿勢決定
用の原点スイッチを、符号132はオーバラン防止用の
リミy)スイッチを示す。
Also, as shown in the figure, the encoder output is output from the F/V conversion circuit 12.
2 to the servo amplifier, realizing speed feed hack control as a minor loop. Reference numeral 128 indicates a joystick for commanding gait changes such as course and stride length, numeral 130 indicates an origin switch for determining the origin (upright) posture, and numeral 132 indicates a limit switch for overrun prevention.

以下、第5図フロー・チャートを参照して本制御装置の
動作を説明する。尚、同図に示す制御アルゴリズムはイ
ンピーダンス制御を速度分解制御で実現した仮想コンプ
ライアンス制御を前提とする(「多自由度ロボットの仮
想コンプライアンス制御」 (計測自動制御学会論文集
、VOL、22.NO。
The operation of this control device will be explained below with reference to the flow chart in FIG. The control algorithm shown in the figure assumes virtual compliance control in which impedance control is realized by velocity resolution control ("Virtual compliance control of multi-degree-of-freedom robots", Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 22. No.

3、昭和61年3月)。3, March 1986).

先ずSIOで装置各部をイニシャライズした後、S12
で歩行パターンl θtを検索する。これはロボットが
理想的に平坦でかつ硬さも均一な路面を歩行するときの
各関節角の目標値を示す。
First, after initializing each part of the device with SIO, S12
The walking pattern l θt is searched for. This indicates the target value of each joint angle when the robot walks on an ideally flat road surface with uniform hardness.

ここで添字iは関節の番号を示し、添字は時刻りのとき
の角度を示す。関節の番号は下から順に、2OR=1.
20L=2.、、  とする。これらの時系列データは
予め大型コンピュータで算出しておき、前記した制御ユ
ニット内のマイクロ・コンピュータのROM116に格
納しておく。
Here, the subscript i indicates the number of the joint, and the subscript indicates the angle at the time of the clock. From the bottom, the joint numbers are 2OR=1.
20L=2. ,,. These time series data are calculated in advance by a large computer and stored in the ROM 116 of the microcomputer in the control unit.

続いてS14でパラメータKp、 Kv、、、を入力す
る。これらはフィードバック・ゲインであり、詳細は後
述する。続いて316でタイマ値t、カウンタ値c、U
NT及び関節番号(カウンタ)値を零にリセットし、3
18で歩行を開始し、S20で関節番号iをカウントす
るカウンタ値を1にセットする。次いでS22でセット
した関節番号に該当する関節角度i θt  (i=1
)等のパラメータをメモリから読み出す。ここでiθt
±1は現在の時刻(現在のプログラム起動時)tの次の
時刻、即ち次回のプログラム起動時の目標関節角度を示
す。ωDtは目標角速度(後述)を示す。Ft  (ω
W)は両足支持期、Ft  (ωS)は片足支持期、F
t(C)は衝撃吸収制御期を示すフラグであり、前記し
たマイクロ・コンピュータにオイテ6軸カセンサ等の出
力から判定され、当該期間にあるときそのビットが1に
セットされる。
Next, in S14, parameters Kp, Kv, . . . are input. These are feedback gains, details of which will be described later. Next, in 316, the timer value t, counter value c, U
Reset the NT and joint number (counter) values to zero, and
Walking is started at step S18, and a counter value for counting joint number i is set to one at step S20. Next, the joint angle i θt (i=1
) etc. are read from memory. Here iθt
±1 indicates the time next to the current time t (when the current program is started), that is, the target joint angle at the next time the program is started. ωDt indicates a target angular velocity (described later). Ft (ω
W) is the double-leg support phase, Ft (ωS) is the single-leg support phase, F
t(C) is a flag indicating the shock absorption control period, which is determined by the above-mentioned microcomputer based on the output of the 6-axis force sensor, etc., and the bit is set to 1 when the period is within that period.

次いで、S24において傾斜センサ等の検出値を読み込
む。ここでi θRはi番目(この例では回路22R)
の関節の実際の関節角度を、ωRは実際の傾斜角速度を
、Mは足部に加わる実際のモーメントを示す。次いで3
26において位置フィードバック制御値iV1を算出し
、328において速度フィードバック(フォワード)制
御値iV2を算出する。即ち、第6図に示す如く、本制
御においては関節角度の指令値iθtと実際の関節角度
i θRとの偏差Δθに比例ゲインkpを乗じた位置フ
ィードバック値と、時刻計のときの関節角度指令値i 
θtと時刻t、+1のときの関節角度指令値i θt 
+1 との偏差にゲインを乗したフィードフォワード値
を加えた速度指令値をサーボアンプ120に出力する。
Next, in S24, the detected values of the tilt sensor, etc. are read. Here, i θR is the i-th (circuit 22R in this example)
The actual joint angle of the joint, ωR represents the actual tilt angular velocity, and M represents the actual moment applied to the foot. then 3
At 26, a position feedback control value iV1 is calculated, and at 328, a velocity feedback (forward) control value iV2 is calculated. That is, as shown in FIG. 6, in this control, the position feedback value obtained by multiplying the deviation Δθ between the joint angle command value iθt and the actual joint angle iθR by the proportional gain kp, and the joint angle command when the timer is used. value i
Joint angle command value i θt when θt and time t are +1
A speed command value obtained by adding a feedforward value obtained by multiplying the deviation from +1 by a gain is output to the servo amplifier 120.

尚、第6図は足関節を除く関節についてのブロンク線図
であり、足関節は第7図ブロンク線図に示す様に傾斜角
速度信号等もフィードバンクされるが、それについては
後述する。
Incidentally, FIG. 6 is a Bronk diagram of joints other than the ankle joint, and the ankle joint is also fed a tilt angular velocity signal and the like as shown in the Bronk diagram of FIG. 7, which will be described later.

続いてS30において関節番号iが4以内か否か、即ち
足関節の制御値を算出中か否か判断し、この場合には当
然に肯定されて332以降に進んで傾斜角速度フィード
バック等を実施する。即ち、以下に述べる第3、第4フ
イードバツク制御値の算出は、足関節に限って行われる
。具体的には、先ずS32乃至はS34でフラグFt 
 (ω−)又はFt  (ωS)のピント・オン、即ち
両足支持期か片足支持期かを判断し、判断結果に基づい
てS36又は33Bで第7図に示す様に、目標傾斜角速
度ωDtと実際の傾斜角速度ωRとの偏差Δωにゲイン
にωを乗じて第3の速度フィードバンク制御値iV3を
算出する。
Next, in S30, it is determined whether the joint number i is within 4, that is, whether or not the control value of the ankle joint is being calculated. . That is, calculation of the third and fourth feedback control values described below is performed only for the ankle joint. Specifically, first, the flag Ft is set in S32 to S34.
(ω-) or Ft (ωS), that is, whether it is in the two-leg support phase or one-leg support phase is determined, and based on the determination result, the target inclination angular velocity ωDt and the actual The third velocity feed bank control value iV3 is calculated by multiplying the deviation Δω from the inclination angular velocity ωR by the gain.

これについて以下説明すると、本制御においては傾斜角
速度が目標値から逸脱したときはロボットが転倒する可
能性がありと判断し、その危険度に応じて、即ち傾斜角
速度の偏差に所定の係数(ゲインにω)を乗じて着地し
ている側の脚の足関節を駆動して接地反力を生ぜしめ、
ロボットの姿勢の崩れを修正する様にした。このゲイン
にωについては第8図及び第9図に示す両足支持期と、
第10図及び第11図に示す片足支持期とでは、図示の
様に約束するものとする。即ち、第8図(a)(b)に
はロボットを前後から見たときにロボットに働く傾斜角
速度偏差Δωの方向が示されるが、このときフィードバ
ックされるべき速度指令値の方向を図の様に定義するも
のと約束する。即ち、ロール方向の足関節2OR,Lに
ついて傾斜角速度偏差Δωの作用によって浮く方の足関
節のゲインにωは零とし、荷重が加わる方の足関節のゲ
インの方向を図示の様にとるものと約束する。また第9
図はロボットの側面図であって、同図(a)の如くロボ
ットを前に倒そうとする傾斜角速度が働(ときには前足
の踵が地面を蹴る方向に前足のピッチ方向の足関節18
R(L)のゲインをとり、同時に後足の足関節18L(
R)のゲインは爪先を上げる方向にとることとする。逆
にロボットを後側に倒そうとする傾斜角速度に対しては
、同図(b)の様に後足の爪先が地面を蹴る方向に足関
節18L(R)のゲインをとることにし、同時に前足の
足関節18R(L)のゲインは踵を持ち上げる方向にと
る。
To explain this below, in this control, if the tilt angular velocity deviates from the target value, it is determined that there is a possibility that the robot will fall, and depending on the degree of risk, a predetermined coefficient (gain) is applied to the deviation of the tilt angular velocity. is multiplied by ω) to drive the ankle joint of the landing leg to generate a ground reaction force,
Corrected the collapse of the robot's posture. Regarding this gain and ω, the two-leg support period shown in Figures 8 and 9,
In the one-leg support period shown in FIGS. 10 and 11, the commitment is made as shown. That is, FIGS. 8(a) and 8(b) show the direction of the tilt angular velocity deviation Δω acting on the robot when the robot is viewed from the front and back. At this time, the direction of the speed command value to be fed back is shown in the figure. We promise that it will be defined as: That is, regarding the ankle joints 2OR and L in the roll direction, ω is assumed to be zero in the gain of the ankle joint that floats due to the action of the tilt angular velocity deviation Δω, and the direction of the gain of the ankle joint to which the load is applied is set as shown in the figure. promise. Also the 9th
The figure is a side view of the robot, and as shown in figure (a), the tilting angular velocity acts to force the robot to fall forward (sometimes the ankle joint 18 in the pitch direction of the front foot is in the direction in which the heel of the front foot hits the ground).
Take the gain of R (L) and at the same time adjust the ankle joint 18L (
The gain of R) is set in the direction of raising the toe. On the other hand, for the tilting angular velocity that causes the robot to fall backwards, we decided to take the gain of the ankle joint 18L (R) in the direction in which the toe of the hind foot kicks the ground, as shown in Figure (b), and at the same time The gain of the ankle joint 18R (L) of the forefoot is set in the direction of lifting the heel.

一方、第10図には片足支持期のロボットを前後方向か
ら見た状態が示されており、このときには着地している
方の足関節2OLが図示の方向に調節駆動される様にゲ
インにωの符号を決める。このとき遊脚側の足関節の修
正は行っても行わなくても良い。また第11図は片足支
持期のロボットを側面から見た図であるが、この時も支
持脚の足関節18L(R)が図示の方向に駆動される様
にゲインにωをとるものとし、また遊脚側は修正しても
しなくても良い。
On the other hand, FIG. 10 shows the state in which the robot is seen from the front and back during the single leg support phase, and at this time, the gain ω is adjusted such that the ankle joint 2OL of the one that is landing is adjusted and driven in the direction shown in the figure. Determine the sign of At this time, the ankle joint on the free leg side may or may not be corrected. Further, FIG. 11 is a side view of the robot during the one-leg support phase, and at this time as well, the gain is set to ω so that the ankle joint 18L(R) of the support leg is driven in the direction shown in the figure. Also, the free leg side may or may not be modified.

第12図はゲインにωの特性を示す説明図である。図示
の例ではゲインにωの絶対値は同一であり、符号のみ上
記説明の様に変えているが、絶対値を同じにする必要は
な(、上記の各状態毎に変えても良い。但し、ゲインは
各関節とも共通とする。ここで同図から明らかな如く、
両足支持期から片足支持期に移行する際にはゲインの符
号がその前後で反転する。これは滑らかな歩行を実現す
る上で好ましくないので、その切り換えがスムーズに行
われる様に図示の如く、その切り換えの中途に一度ゲイ
ンが零になる短い時間を設けるか、または第13図に示
す様に前後のゲインを平滑に繋げる様にする。尚、傾斜
角速度偏差Δωに比例した速度を加えるときのタイミン
グは、遊脚期には基本的ににωをOとするが、着地の直
前の適宜時期から所定の大きさに設定して過渡的な現象
に十分追従することができる様にする。尚、第5図フロ
ー・チャートにおいて両足支持期にも片足支持期にもな
いと判断されるときは、S40で制御値を零とする。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the characteristics of ω in gain. In the illustrated example, the absolute value of ω is the same for the gain, and only the sign is changed as explained above, but it is not necessary to make the absolute value the same (although it may be changed for each of the above states. , the gain is the same for each joint.As is clear from the figure,
When transitioning from the two-legged supporting period to the one-legged supporting period, the sign of the gain is reversed before and after the transition. This is undesirable for achieving smooth walking, so in order to make the changeover smooth, a short period of time during which the gain becomes zero should be provided in the middle of the changeover, or as shown in Figure 13. So that the gains before and after are connected smoothly. The timing when applying the velocity proportional to the tilt angular velocity deviation Δω is basically set to O during the swing phase, but it can be set to a predetermined magnitude from an appropriate time immediately before landing to provide a transient be able to sufficiently follow such phenomena. Incidentally, when it is determined in the flow chart of FIG. 5 that neither the two-legged support period nor the one-legged support period is present, the control value is set to zero in S40.

続いて342以下で仮想コンプライアンス制御値を決定
する。即ち、第14図に示す様に、ロボ7)の遊脚が離
床して着床するまでの所定時間T COMPを衝撃吸収
制御期とし、342でその期間にあると判断されるとき
はS44に進み、そこでゲインkcをkc =kcom
pX r (count )と算出し、S46で検出し
たモーメントMに乗じて第4の速度フィードバンク値i
V4を算出しく第7図)、S48で着地が検出されると
350でカウンタ値をインクリメントする。即ち、衝撃
吸収のゲインはカウンタ値c、1lNTの関数として設
定され、第14図に示す様に着地と同時に経時的に逓減
され、ついには零となる様に設定する。尚、S42で衝
撃吸収制御期にないと判断されるときは352で制御値
iV4を零とし、S54でカウンタ値を零にリセットす
る。
Subsequently, a virtual compliance control value of 342 or less is determined. That is, as shown in FIG. 14, the predetermined time TCOMP from when the free leg of the robot 7) leaves the floor to when it lands on the floor is defined as the shock absorption control period, and when it is determined in 342 that the period is within that period, the process proceeds to S44. Then, the gain kc is kc = kcom
pX r (count), and multiplies it by the moment M detected in S46 to obtain the fourth speed feed bank value i.
V4 is calculated (Fig. 7), and when landing is detected in S48, the counter value is incremented in 350. That is, the impact absorption gain is set as a function of the counter values c and 11NT, and is set so that it gradually decreases over time at the same time as the landing, and finally reaches zero, as shown in FIG. If it is determined in S42 that the shock absorption control period is not in effect, the control value iV4 is set to zero in 352, and the counter value is reset to zero in S54.

続いて356で算出した全ての制御値を加算して総和i
 VCOMMを求めてサーボアンプ120に出力し、3
58で関節番号カウンタをインクリメントし、S60で
最終関節か否か判断し、否定されるときは362に進ん
で次の目標関節角度iθtを検索するためにタイマ値t
をインクリメントし、S64で歩行終了と判断されない
限り、各関節について連続的に制?Il値を決定する。
Next, add all the control values calculated in step 356 to get the total i
Find VCOMM and output it to the servo amplifier 120,
The joint number counter is incremented at step 58, and it is determined whether or not it is the last joint at step S60. If the result is negative, the process proceeds to step 362, where the timer value t is incremented to search for the next target joint angle iθt.
is incremented, and the control is continuously applied to each joint unless it is determined that the walking has ended in S64. Determine the Il value.

本実施例は上記の如く、ロボットが予め設定された正常
な歩行状態から外れて傾斜すると、その傾斜角速度の偏
差に応じて接地している足の足関節に、姿勢を立て直そ
うとする方向に地面を蹴る動作を生じさせる様に構成し
たので、外的条件乃至は内的条件の変化に関わらず、常
に安定した歩行を実現することができる。この演算は主
として幾何学的な簡単な式で行われるものであり、現代
制御理論に示される様に多くの複雑な行列式を用いるこ
ともないことから、特にオフラインで基本的な歩行パタ
ーンを算出する制御手法と併せて用いるとき、搭載コン
ピュータは比較的小型で低速度のもので良く、脚式移動
ロボットの実現性に寄与するところは大きい。即ち、ゲ
インを適切に選ぶだけでその後の処理が極めて簡単であ
るところから、比較的低レベルでエネルギ消費量も少な
いコンピュータで足りる。
As described above, in this embodiment, when the robot deviates from the preset normal walking state and tilts, the ankle joint of the foot that is in contact with the ground is moved to the ground in the direction to correct the posture according to the deviation of the tilt angular velocity. Since it is configured to produce a kicking motion, stable walking can always be achieved regardless of changes in external or internal conditions. This calculation is mainly performed using simple geometric equations and does not use many complex determinants as shown in modern control theory, so it is especially useful for calculating basic walking patterns off-line. When used in conjunction with a control method to control robots, the onboard computer can be relatively small and low-speed, which greatly contributes to the feasibility of legged mobile robots. That is, since the subsequent processing is extremely simple just by selecting an appropriate gain, a computer with a relatively low level and low energy consumption is sufficient.

第15図は本発明の第2の実施例を示しており、第5図
フロー・チャートの332〜s40において足関節18
R(L)の一方のみに修正を施す例を示す。即ち、第1
実施例では第9図に示す様に両方の足関節にフィードバ
ック制御値を与えていたが、この例では片側の足のみに
与える様にした。これによっても同種の効果を挙げるこ
とができる。
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention, in which the ankle joint 18 is
An example will be shown in which only one of R(L) is modified. That is, the first
In the embodiment, feedback control values were given to both ankle joints as shown in FIG. 9, but in this example, the feedback control values were given to only one foot. The same type of effect can also be achieved by this method.

第16図及び第17図は本発明の第3の実施例を示して
おり、足間wJ18R(L)に加えて膝関節16R(L
)についても先に示した要領で修正を加える例を示す。
FIGS. 16 and 17 show a third embodiment of the present invention, in which in addition to the interleg wJ18R(L), the knee joint 16R(L)
) is also modified in the same manner as shown above.

この例の場合には第16図(a)、第17図(a)に示
す様に、膝関節と足関節とでゲインの方向が相反するこ
とも生じ得る。またこの実施例によるときは第5図フロ
ー・チャー)(7)S30を” i≧6 (諸量!fl
i16L(7)ISHff番号)“と変更する。尚、こ
のとき膝関節のみに修正を施す様にしても良い。
In this example, as shown in FIGS. 16(a) and 17(a), the directions of gain may be opposite between the knee joint and the ankle joint. In addition, when using this embodiment, the flowchart in FIG. 5) (7) S30 is
i16L(7)ISHff number)". At this time, it is also possible to modify only the knee joint.

尚、上記した第1乃至第3実施例においてはロボットの
姿勢不安定状態を検出するのに、傾斜角速度の目標値と
実際値との偏差を使用したが、これに限る必要はなく、
その微分値たる角加速度を求めて判定しても良く、逆に
その積分値たる角度を求めて判定しても良い。或いは踵
が着地してから足裏部の全面が床に密着する迄の時間を
計測し、それを適宜設定する所定値と比較し、それより
短ければ前側に、長ければ後側に倒れそうであると、即
ち路面反力の作用点を算出し、その作用点の軌跡の運動
速度が正常時に比べて例えば踵相当部位から爪先相当部
位により早く移動する様であれば前側に転倒しそうであ
ると、逆であれば後ろ側に転倒しそうであると判定して
も良い。要約すれば、ロボットの姿勢が不安定であるこ
とを予想させる指標を求め、その値の大きさから支持し
ている脚部側に接地反力を生せしめる様に制御すれば良
い。
In addition, in the first to third embodiments described above, the deviation between the target value and the actual value of the tilt angular velocity is used to detect the unstable posture of the robot, but there is no need to limit it to this.
The determination may be made by determining the angular acceleration, which is the differential value, or alternatively, the angle, which is the integral value thereof, may be determined. Alternatively, measure the time from when the heel hits the ground until the entire surface of the sole is in contact with the floor, and compare it with a predetermined value that is set appropriately.If it is shorter than that, the foot is likely to fall forward, and if it is longer, the foot is likely to fall backward. In other words, if the point of action of the road reaction force is calculated, and the velocity of the locus of the point of action moves faster than normal, for example, from a region corresponding to the heel to a region corresponding to the toes, it is determined that the vehicle is likely to fall forward. , if it is the opposite, it may be determined that the user is likely to fall backwards. In summary, it is sufficient to obtain an index that predicts that the posture of the robot is unstable, and to control the index so as to generate a ground reaction force on the supporting leg side based on the magnitude of the index.

またゲインは各関節とも同一にしたが、適宜変えても良
い。
Also, although the gain is the same for each joint, it may be changed as appropriate.

また本実施例を仮想コンプライアンス制御と同時にする
場合を示したが、それに限るものではなく、単独に実施
することも可能である。但し、共に姿勢安定化に寄与す
るものであるので、併せて用いることにより、−層効果
的に安定歩行を実現することができる。
Further, although the present embodiment has been shown to be performed simultaneously with virtual compliance control, the present invention is not limited to this, and it is also possible to perform it independently. However, since both contribute to posture stabilization, by using them together, stable walking can be realized in a more effective manner.

更には本発明をオフラインで目標関節角度(及び目標角
速度)を算出しておく場合を例にとって説明したが、必
ずしもそれに限られるものではなく、同様にオフライン
で歩容データを算出する場合でも着地位置、重心位置等
の、より上位概念で設定する場合にも妥当するのみなら
ず、リアルタイムで歩容を決定する場合にも事情が許す
限り妥当するものである。
Furthermore, although the present invention has been explained using an example in which the target joint angles (and target angular velocities) are calculated off-line, the present invention is not necessarily limited to this. , center of gravity, etc., and is also valid when determining gait in real time, as far as circumstances allow.

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。
Furthermore, although the present invention has been described with respect to a legged mobile robot that walks on two legs, it is not limited thereto, and is also applicable to legged mobile robots with three or more legs.

(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、
脚部リンクついて予め設定された目標値に追従させるべ
く関節の駆動制御値を決定する制御値決定手段、ロボッ
トの転倒の可能性を予想する予想手段、予想された可能
性に応じて支持脚リンクの前記制御値を修正する制御値
修正手段及び修正された制御値に応じて前記関節を駆動
するアクチュエータを備える如く構成したので、予めオ
フラインで設定された歩行データに基づいて関節を駆動
するとき、歩行条件の変化が生じて姿勢が崩れる場合で
も迅速に立て直すことができて安定した歩行を実現する
ことができる。また基本的な歩行データは予めオフライ
ンで設定されていることから、制御装置をコンピュータ
で構成するときも比較的小型、廉価かつ低レベルのもの
で実現することができる。
(Effect of the invention) The walking control device for a legged mobile robot according to claim 1 has the following features:
Control value determining means for determining the drive control value of the joint to follow a preset target value for the leg link, prediction means for predicting the possibility of the robot falling, and supporting leg link in accordance with the predicted possibility. Since the configuration includes a control value modifying means for modifying the control value of and an actuator for driving the joint according to the modified control value, when the joint is driven based on walking data set offline in advance, Even if your posture collapses due to a change in walking conditions, you can quickly recover and achieve stable walking. Furthermore, since the basic walking data is set offline in advance, when the control device is constructed from a computer, it can be implemented with a relatively small, inexpensive, and low-level device.

請求項2項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
脚部リンクについて予め設定された目標位置に追従させ
るべく関節を駆動する速度制御値を決定する制御値決定
手段、ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、予
想された可能性に応して所定の係数を乗じて支持脚リン
クの前記制御値を修正する修正手段及び修正された制御
値に応じて前記関節を駆動するアクチュエータを備える
如く構成したので、前記した効果に加えて係数を適当に
設定するだけで制御値の演算処理が極めて簡単であり、
また制御装置としても極めて簡易なもので足り、それを
実現するコンピュータとしても更に低レベルのもので達
成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、前記脚部リンクの両脚支持期と片脚
支持期との切り換え時に前記係数を一度零にする様に構
成したので、前記した効果に加えて一層滑らかで安定し
た歩行を実現することができる。
A walking control device for a legged mobile robot according to claim 2,
A control value determining means for determining a speed control value for driving a joint to make the leg link follow a preset target position; an anticipating means for predicting the possibility of the robot falling; Since the configuration includes a correction means for correcting the control value of the support leg link by multiplying it by a predetermined coefficient and an actuator for driving the joint according to the corrected control value, in addition to the above-mentioned effects, it is possible to adjust the coefficient appropriately. Calculating control values is extremely easy just by setting them.
Further, the walking control device for a legged mobile robot according to claim 3, wherein an extremely simple control device is sufficient and a computer that realizes the same can be achieved by an even lower level computer. Since the coefficient is set to zero once when switching between the two-leg support period and the one-leg support period, smoother and more stable walking can be achieved in addition to the above-described effects.

請求項4項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
前記予想手段は、前記基体及び/又は脚部リンクの傾斜
角度のn次微分値から転倒の可能性を予想する様に構成
したので、簡易な構成でありながら、確実にロボットの
姿勢の不安定度を検出することができ、それにより迅速
に対応することができて安定した歩行を実現することが
できる。
The walking control device for a legged mobile robot according to claim 4 comprises:
The prediction means is configured to predict the possibility of falling from the n-th differential value of the inclination angle of the base body and/or the leg link, and therefore, although it has a simple configuration, it can reliably prevent the robot's posture from becoming unstable. This allows for rapid response and stable walking.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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図は第1図の膝関節以下の
部位を示す説明側面図、第3図はそのI−I[[線部分
断面図、第4図は制御ユニ。 トの説明ブロック図、第5図は本制御装置の動作を示す
フロー・チャート、第6図は足関節を除く関節について
第5図フロー・チャートに示される制御アルゴリズムを
説明するブロック線図、第7図は同様に足関節について
の制御アルゴリズムを説明するブロック線図、第8図(
a)(b)は第5図フロー・チャートで使用される両脚
支持期でのロボットの前後方向から見た安定化制御手法
を示す説明図、第9図(a)(b)は同様に左右方向か
ら見た手法を示す説明図、第10図(a)(b)は片脚
支持期での前後方向から見た同様の手法を示す説明図、
第11図(a)(b)は同様に左右方向から見た手法を
示す説明図、第12図はそこで使用されるゲインの両足
支持期と片足支持期との切り換え時における設定特性を
示す説明図、第13図は同様にゲインの別の設定特性を
示す説明図、第14図は第5図フロー・チャートでの仮
想コンプライアンス制御期とそこで使用されるゲインの
設定特性を示す説明図、第15図(a)(b)は本発明
の第2実施例で第9図(a)  (b)と類似する手法
を示す説明図、第16図(a)(b)は本発明の第3実
施例で第9図(a)  (b)と類似する手法を示す説
明図及び第17図(a)(b)は同様に第3実施例で第
11図(a)(b)と類似する手法を示す説明図である
。 1・・・脚式移動ロボット(2足歩行ロボ、ト)、IO
R,IOL・・・脚部回旋用の関節(軸)、12R,1
2L・・・股部のピッチ方向の関節(軸)、14R,1
4L・・・股部のロール方向の関節(軸)、16R,1
6L・・・膝部のピッチ方向の関節(軸)、18R,1
8L・・・足首部のピッチ方向の関節(軸)、2OR,
20L・・・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、2
8R,28L・・・下腿リンク、84,92.94・・
・ハーモニック減速機、82.90・・・ベルト、88
.96・・・電動モータ、89・・・ロータリエンコー
ダ、87・・・凹部、98・・・6軸力セン号、99・
・・接地スイッチ、100,102・・・傾斜センサ、
104・・・A/D変換回路、106・・・ハス、10
8・・・RAM、110・・・カウンタ、112・・・
波形整形回路、114・・・cpu、116・・・RO
M、118・・・D/A変換回路、120・・・サーボ
アンプ、122・・ F/V変換回路、128・・・ジ
ョイスティック、130・・・原点スイッチ、132・
・・リミットスイッチ、
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire walking control device for a legged mobile robot according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory side view showing the parts below the knee joint in FIG. 1, and FIG. 3 is an I- I [[ Line section sectional view, Figure 4 is the control unit. 5 is a flow chart showing the operation of this control device. FIG. 6 is a block diagram explaining the control algorithm shown in the flow chart of FIG. 5 for joints other than the ankle joint. Similarly, Figure 7 is a block diagram explaining the control algorithm for the ankle joint, and Figure 8 (
a) and (b) are explanatory diagrams showing the stabilization control method used in the flow chart in Fig. 5 when viewed from the front and rear directions of the robot during the two-leg support phase, and Fig. 9 (a) and (b) are similarly shown in the left and right directions. An explanatory diagram showing the method seen from the direction, FIGS. 10(a) and 10(b) are explanatory diagrams showing the same method seen from the front and back direction during the single leg support phase,
FIGS. 11(a) and 11(b) are explanatory diagrams showing the method similarly viewed from the left and right directions, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing the setting characteristics of the gain used there when switching between the two-leg support period and the one-leg support period. Similarly, FIG. 13 is an explanatory diagram showing another setting characteristic of the gain, and FIG. 14 is an explanatory diagram showing the virtual compliance control period in the flow chart of FIG. 5 and the gain setting characteristic used therein. 15(a) and (b) are explanatory diagrams showing a second embodiment of the present invention and a method similar to FIGS. 9(a) and (b), and FIG. Explanatory diagrams showing a method similar to FIGS. 9(a) and (b) in the embodiment and FIGS. 17(a) and (b) are similar to FIGS. 11(a) and (b) in the third embodiment. It is an explanatory diagram showing a method. 1... Legged mobile robot (bipedal walking robot, g), IO
R, IOL... Joint (axis) for leg rotation, 12R, 1
2L... Joint (axis) in the pitch direction of the crotch, 14R, 1
4L... Joint (axis) in the roll direction of the crotch, 16R, 1
6L... joint (axis) in the pitch direction of the knee, 18R, 1
8L...Ankle joint (axis) in pitch direction, 2OR,
20L... Joint (axis) in the roll direction of the ankle, 22R
. 22L...leg, 24...body, 26.・Control unit, 27R, 27L...thigh link, 2
8R, 28L...Lower leg link, 84,92.94...
・Harmonic reducer, 82.90...Belt, 88
.. 96... Electric motor, 89... Rotary encoder, 87... Recess, 98... 6-axis force sensor number, 99...
...Earth switch, 100,102...Inclination sensor,
104... A/D conversion circuit, 106... Lotus, 10
8...RAM, 110...Counter, 112...
Waveform shaping circuit, 114...cpu, 116...RO
M, 118... D/A conversion circuit, 120... Servo amplifier, 122... F/V conversion circuit, 128... Joystick, 130... Origin switch, 132...
··Limit switch,

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基体と、それにそれぞれ結合され、少なくとも1
個の関節を備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移
動ロボットの歩行制御装置において、a、前記脚部リン
クについて予め設定された目標値に追従させるべく該関
節を駆動する制御値を決定する制御値決定手段、 b、前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、 c、予想された可能性に応じて支持脚リンクの前記制御
値を修正する制御値修正手段、 及び d、修正された制御値に応じて前記関節を駆動するアク
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。
(1) a substrate and at least one
In a walking control device for a legged mobile robot comprising a plurality of leg links each having joints, a) a control value for driving the leg link to follow a preset target value; control value determining means for determining; b. predicting means for predicting the possibility of the robot falling; c; control value modifying means for modifying the control value of the support leg link in accordance with the predicted possibility; and d. A walking control device for a legged mobile robot, comprising: an actuator that drives the joint according to a corrected control value.
(2)基体と、それにそれぞれ結合され、少なくとも1
個の関節を備えた2本の脚部リンクとからなる脚式移動
ロボットの歩行制御装置において、a、前記脚部リンク
について予め設定された目標値に追従させるべく該関節
を駆動する速度制御値を決定する制御値決定手段、 b、前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、 c、予想された可能性に応じて所定の係数を乗じて支持
脚リンクの前記制御値を修正する制御値修正手段、 及び e、修正された制御値に応じて前記関節を駆動するアク
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) a substrate and at least one
In a walking control device for a legged mobile robot comprising two leg links each having two joints, a, a speed control value for driving the leg links to follow a preset target value; b. Prediction means for predicting the possibility of the robot falling; c. Control for correcting the control value of the support leg link by multiplying it by a predetermined coefficient according to the predicted possibility. A walking control device for a legged mobile robot, comprising: a value correcting means; and e, an actuator that drives the joint according to the corrected control value.
(3)前記脚部リンクの両脚支持期と片脚支持期との切
り換え時に、前記係数を一旦零にすることを特徴とする
請求項2項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置。
(3) The walking control device for a legged mobile robot according to claim 2, wherein the coefficient is temporarily set to zero when the leg link is switched between a double leg support period and a single leg support period.
(4)前記予想手段は、前記基体及び/又は脚部リンク
の傾斜角度のn次微分値から転倒の可能性を予想するこ
とを特徴とする請求項1項乃至3項のいずれかに記載の
脚式移動ロボットの歩行制御装置。
(4) The prediction means predicts the possibility of falling from the n-th differential value of the inclination angle of the base body and/or the leg link. Walking control device for legged mobile robots.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355064A (en) * 1992-03-04 1994-10-11 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control system for legged mobile robot
JP2019089200A (en) * 2014-08-25 2019-06-13 ボストン ダイナミクス,インコーポレイテッド Natural pitch and roll
CN106542018A (en) * 2017-01-19 2017-03-29 吉林大学 A kind of semi-passive double feet walking machine with bionical metatarsophalangeal joints

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