JPH05237776A

JPH05237776A - ロボットの関節駆動制御装置

Info

Publication number: JPH05237776A
Application number: JP4075518A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ozawa; 信明小澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-09-17
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: US5426586A; JP3167404B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】２足歩行ロボットなどのロボットに６軸力セ
ンサ３６を取り付け、路面反力を検出し、その作用する
方向に重心位置や腰の位置を移動補正して衝撃を吸収緩
和する。【効果】路面反力が作用する重心位置やそれと等価な
腰の位置を移動補正することから衝撃を効果的に吸収緩
和することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はロボットの関節駆動制
御装置に関し、より具体的には２足歩行などの脚式移動
ロボットにおいて、着地時の衝撃を緩和する様にその関
節駆動を制御する様にしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット、特に自律型の２足歩行などの
脚式移動ロボットは、足が路面と接地していれば、図１
９に示す様に常に路面から力の作用を受けている。この
外力を以下、路面反力と呼ぶ。また歩行中の脚式移動ロ
ボットが受ける路面反力のうち、遊脚が着地した瞬間か
ら所定の短い期間内に作用する衝撃的かつ振動的な路面
反力を以下、着地衝撃と呼ぶ。着地衝撃が大きいと、そ
れが外乱となってロボットの歩行は不安定になりやす
く、最悪のときは転倒する恐れがある。

【０００３】その意図から本出願人は先に特願平１─２
９７１９９号（特開平３─１６１２９０号）において、
路面反力に応じて足関節を駆動制御して着地衝撃を緩和
する技術を提案している。着地衝撃の吸収緩和能力が向
上すれば、更に安定な歩行が可能になることが容易に推
察でき、更にまた、凹凸が大きな路面上を歩行する場合
や歩行速度が速い場合などの着地衝撃が増加することが
予想される場面においても、安定な歩行が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、着地衝撃は
ロボットの重心に作用する力であると考えることができ
るが、上記した従来技術においては図２０に示す様に足
関節（ハッチングで示す）のみを使用して着地衝撃を緩
和したところから、重心の移動量を大きく取ることがで
きず、着地衝撃の吸収量が十分ではなかった。また上記
した従来技術においては、足平全体が接地している状態
では吸収動作を行うことができなかった。

【０００５】脚式移動ロボットの歩行が着地衝撃の増加
に伴って不安定になることは既に述べたが、ここで着地
衝撃が大きいと言うことは、その最大値が大きく、かつ
作用している期間が長いと言うことである。またその最
大値が大きいときは作用期間も長くなる傾向が強いの
で、着地衝撃の力積の大きさも最大値を小さく抑えるこ
とで達成できることになる。特に、脚式移動ロボットの
歩行の安定性と着地衝撃の最大値との間には密接な関係
が認められるので、結局、脚式移動ロボットの歩行を安
定にする課題の一つは、着地衝撃の最大値を小さく抑え
れば良いことになる。また、着地衝撃は先に述べた通
り、ロボットの重心に作用する力とみなすことができる
から、その歩行を安定化するには、重心の移動加速度の
最大値を小さく抑えれば良いことになる。

【０００６】従って、この発明の目的は、この様な外力
を受けたときに、重心などの所定部位を予め設定されて
いる位置からその衝撃を緩和する方向に積極的に移動さ
せる様にしたロボットの関節駆動制御装置を提供するこ
とにある。

【０００７】更には、その衝撃の緩和を所定の期間にわ
たって行って衝撃をその期間内に分散させる様にしたロ
ボットの関節駆動制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、基体
と、それに第１の関節を介して連結されると共に、第２
の関節を介して相互に連結される少なくとも２つのリン
クからなる少なくとも１つのリンク機構とを有してなる
ロボットの関節駆動を制御するものにおいて、前記ロボ
ットに作用する外力を検出する検出手段、検出された外
力を吸収すべく前記ロボットの所定部位を移動させる補
正量を求める補正量算出手段、及び求めた補正量より前
記第１、第２の関節の駆動制御値を決定する制御値決定
手段、を備える如く構成した。

【０００９】

【作用】ロボットに作用する外力を吸収すべく前記ロボ
ットの所定部位を移動させる補正量を求め、それにより
関節の駆動制御値を決定する如くしたので、ロボットに
作用する着地衝撃力などを十分に吸収緩和することがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、ロボットとして２足歩行脚式移動ロボ
ットを例にとってこの発明の実施例を説明する。図１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
（理解の便宜のために各関節（軸）をそれを駆動する電
動モータで例示する）。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Ｒ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッチ方向
（ｘ方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方向
（ｙ方向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ
方向の関節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向
の関節（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節
（軸）２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足平
２２Ｒ，２２Ｌ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２
６が格納される。

【００１１】上記において股関節は関節（軸）１０Ｒ
（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、ま
た足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）か
ら構成されると共に、脚部リンクは左右の足についてそ
れぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの６×
２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動す
ることで、足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様に構成され
る。尚、股関節と膝関節との間は大腿リンク２８Ｒ，２
８Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３０Ｒ，３
０Ｌで連結される。これらの関節は主として先に述べた
様に電動モータと、その出力を倍力する減速機とから構
成されるが、その詳細は先に本出願人が提案した出願
（特願平１−３２４２１８号、特開平３−１８４７８２
号）などに述べられており、それ自体はこの発明の要旨
とするところではないので、これ以上の説明は省略す
る。

【００１２】ここで、図１に示すロボット１において、
足首部には公知の６軸力センサ３６が設けられ、足部を
介してロボットに伝達されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の力成分Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚとその方向回りのモーメント成分Ｍｘ，
Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、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。また足平（足裏）
の四隅には公知の接地スイッチ３８が設けられて、接地
の有無を検出する。更に、胴体部２４の上部には、一対
の傾斜センサ４０，４２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。これらセンサ
３６など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。

【００１３】図２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４０，４２などの出力はＡ
／Ｄ変換回路５０でデジタル値に変換され、その出力は
バス５２を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モ
ータに隣接して配置されるエンコーダ５６，５８などの
出力はカウンタ６０を介してＲＡＭ５４内に入力される
と共に、接地スイッチ３８等の出力は波形整形回路６２
を経て同様にＲＡＭ５４内に格納される。制御ユニット
内にはＣＰＵ６４が設けられており、ＲＯＭ６６に格納
されている歩行データを読み込んでカウンタ６０から送
出される実測値との偏差から電動モータの速度指令値を
算出し、Ｄ／Ａ変換回路６８を介してサーボアンプ７０
に送出する。また図示の如く、エンコーダ出力はＦ／Ｖ
変換回路７２を介してサーボアンプに送出されており、
図３ブロック線図に示す様にマイナーループとしての速
度フィードバック制御が実現されている。尚、符号７６
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７８は原点（直立）姿勢決定用の原点スイッチ
を、符号８０はオーバラン防止用のリミットスイッチを
示す。尚、着地衝撃緩和制御に加えて、前記した傾斜セ
ンサ４０，４２の出力から、傾斜角度、傾斜角速度をフ
ィードバックした安定化制御も行うが、これはこの発明
の要旨には直接関係しないので、詳細な説明は省略す
る。

【００１４】続いて、図４フロー・チャート以下を参照
して本制御装置の動作を説明する。図４は基準歩容の設
計手順を示しており、これは予めオフラインで設計して
おくものである。以下簡単に説明する。

【００１５】先ずＳ１において脚式移動ロボット１の歩
行速度を設定し、Ｓ２においてその歩行速度となるべ
く、１２個の拘束条件（式）の時系列データを設定す
る。この拘束条件は関節角度ではなく、重心、足先など
の座標位置などで決定する。続いて、Ｓ３で制御フラグ
データＣｆ（ｔ）を設定する（ここで”ｔ”は時刻を示
す）。これは着地衝撃制御時期などを決定するフラグで
ある。尚、この制御において着地衝撃制御時期は図５に
示す様に、遊脚の足平２２Ｒ（Ｌ）のカカト相当部位が
接地する時刻（同図に”ｔ−ＨＣ”で示す）の直前から
爪先相当部位まで含めた足平全体が接地する時刻（同図
に”ｔ−ＴＣ”で示す）の後の適宜な時間までとする。
続いてＳ４において前記拘束条件（式）から公知のニュ
ートン（・ラプソン）法による収束逆計算を用いて脚式
移動ロボット１の１２個の関節角度の時系列データθｃ
ｏｍ（ｔ，ｉ）（以下「基準関節角度」と称する）に変
換する（ここで”ｔ”は時刻を、”ｉ”は関節を示
す）。最後に、Ｓ５において変換した関節角の時系列デ
ータと設定した制御フラグとを脚式移動ロボット１の制
御ユニット内のＲＯＭ６６に格納して終わる。

【００１６】この予め設定された時系列データに基づ
き、図６フロー・チャートに従って歩行制御がリアルタ
イムに行われる（制御周期は例えば５ｍｓとする）。以
下説明すると、先ずＳ１０において格納されたデータを
ロードし、Ｓ１２で歩行開始を確認した後、Ｓ１４でタ
イマｔの値を零にイニシャライズする。続いてＳ１６に
進んで前記したフラグＣｆ（ｔ）のビットから衝撃吸収
制御を行うべきか否か、判断する。

【００１７】Ｓ１６において衝撃吸収制御時期と判断さ
れるときは図７フロー・チャートのＳ１８に進み、重心
座標Ｇなどの拘束条件データを読み出す。尚、重心座標
Ｇは図８に示す様に、鉛直上方をＺ方向、進行方向をＸ
方向、それらにそれぞれ直交する方向をＹ方向とする３
次元空間の絶対座標上の位置、Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚで示さ
れる。

【００１８】続いてＳ２０においてロボット１に加わる
路面反力（着地衝撃力）Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを求める。図
８を参照して説明すると、これは、６軸力センサ３６が
検出した力Ｆ_x1,2，Ｆ_y1,2,Ｆ_z1,2と３軸方向の回転角
度Θ_1, ₂(Ｙ軸回り），Φ_1, ₂(Ｘ軸回り）_,Ｐ_1,2（Ｚ軸
回り）とから以下の式に従って幾何学的に算出する。こ
こで、添字_1,2は図２、図８に示す様に左右の足につい
ての値を示す。６軸力センサ３６はロボット１の姿勢に
よって回転するので、その出力は図示の如くになる。
尚、図示の例ではΦ_1,Ｐ_1,Φ_2,Ｐ₂の値は全て零となっ
ている。Ｆｘ＝ｆｘ（Θ_1,Φ_1,Ｐ_1,Ｆ_x1,Ｆ_y1,Ｆ_z1)
＋ｆｘ（Θ_2,Φ_2,Ｐ_2,Ｆ_x2,Ｆ_y2,Ｆ_z2) Ｆｙ＝ｆｙ（Θ_1,Φ_1,Ｐ_1,Ｆ_x1,Ｆ_y1,Ｆ_z1）＋ｆｙ
（Θ_2,Φ_2,Ｐ_2,Ｆ_x2,Ｆ_y2,Ｆ_z2）Ｆｚ＝ｆｚ（Θ_1,Φ_1,Ｐ_1,Ｆ_x1,Ｆ_y1,Ｆ_z1）＋ｆｚ
（Θ_2,Φ_2,Ｐ_2,Ｆ_x2,Ｆ_y2,Ｆ_z2）

【００１９】次いでＳ２２に進んで姿勢補正量（重心移
動量）ΔＧを算出する。これは以下の式に従って算出す
る。 ΔＧｘ＝fg（Ｆｘ）・ｋ ΔＧｙ＝fg（Ｆｙ）・ｋ ΔＧｚ＝fg（Ｆｚ）・ｋ即ち、図９に示す様に前ステップで求めた路面反力（着
地衝撃力）Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚについて設定された１次関
数からΔＧを求め、次いでそれに例えば図５に示す様に
時間に対して可変に設定された係数ｋを乗じて求める。
即ち、路面反力が作用する方向に重心位置を移動させる
べく補正量を決定すると共に、その値を経時的に減衰さ
せる様にした。また図９に示す様に、ΔＧの値には上下
限値ｌｍｔを設ける。これは補正量を路面反力に応じて
余り大きくすると、却って姿勢を崩す恐れがあるからで
ある。

【００２０】続いてＳ２４に進んで、予め設定されてい
る重心座標Ｇに補正量ΔＧを加算し、Ｓ２６に進んでそ
の修正された拘束条件（重心座標を除く他の拘束条件は
同一）の下で１２個の関節角について修正する必要があ
るものをリアルタイムに再計算する。

【００２１】即ち、この実施例においては図１０に示す
様に、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間においてロボット１が修
正された拘束条件下で決定される姿勢となる様に、関節
１０，１２などの１２個の関節のうち、修正が必要とな
る関節について修正関節角度θ■ｃｏｍ（ｔ，ｉ）を再
計算する。尚、この算出は先に図４フロー・チャートの
Ｓ４で述べたオフラインでの作業と同様にニュートン
（・ラプソン）法を使用して収束逆計算で求める。この
場合には１１個の拘束条件から関節角度を算出するの
で、マトリクス演算は１２次となる。続いてＳ２８に進
んで修正関節角度を基準関節角度に置き換える。

【００２２】次いで図６フロー・チャートに戻り、Ｓ３
０に進んで関節番号を計数するカウントの値をｉ＝０に
初期化し、Ｓ３２で実際の関節角θａｃｔ（ｉ）を検出
し、Ｓ３４で図３に示す様に目標値θｃｏｍ（ｔ，ｉ）
と実際値との偏差にゲインｋｐを乗じて電動モータの速
度指令値Ｖｃｏｍ（ｔ，ｉ）を決定し、Ｓ３６で決定値
を出力し、Ｓ３８で関節番号カウンタ値をインクリメン
トし、Ｓ４０でカウンタ値が１２に達したと判断される
まで繰り返し、１２に達したと判断されたときはＳ４２
に進んでタイマｔをインクリメントし、Ｓ４４で歩行終
了と判断されない限り、Ｓ１６に戻って次の時刻ｔ＋１
でも同様の作業を繰り返す。

【００２３】この実施例は上記の如く、１２個の関節の
全てを使用して路面反力が作用する方向に重心位置を移
動すべくロボットの姿勢が変化する様にロボットの状態
量にフィードバックして着地衝撃の吸収緩和動作を行う
ので、図１０と図２０とを対比すれば明らかな如く、従
来技術の足関節のみを使用した場合に比較して重心位置
の移動量をはるかに大きく取ることができて衝撃吸収量
を増大させることができる。また、足平全体が路面に接
地しているときも、例えば膝の屈伸運動などによって着
地衝撃を吸収緩和させることができる。またその際に関
節全てを制御することから関節間で干渉が生ずることが
ない。

【００２４】図１１はこの発明の第２の実施例を示して
おり、第１実施例と相違する点は、図７フロー・チャー
トのＳ２６に対応する同図Ｓ２６ａの修正関節角度計算
において、ロボット１の３次元空間内の姿勢を、図１０
中に示すＸＺ平面、ＹＺ平面に投影された姿勢に分割、
即ち２次元モデル化して行うことである。即ち、上下な
らびに前後方向の着地衝撃の吸収動作はＸＺ平面に投影
された姿勢（ＸＺモデル、図１２）から決定される関節
角度で、左右方向の着地衝撃はＹＺ平面に投影された姿
勢（ＹＺモデル、図１３）から決定される関節角度で制
御する。こうすることによって拘束条件から関節角度を
算出する際のマトリクス演算がＸＺモデルについては６
次、ＹＺモデルについては４次となるので（＝６＋
４）、第１実施例と比較して演算時間を短縮することが
できる。第２実施例でも第１実施例とほぼ同等の重心移
動量が得られるので、第１実施例と同じレベルで着地衝
撃吸収量の増大と衝撃吸収期間の非限定化が達成され
る。尚、ロボットの３次元空間内の姿勢を２次元モデル
化したことによって、関節間に干渉が発生することがあ
るが、それは実質的には無視して支障ないほどの大きさ
である。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。

【００２５】図１４はこの発明の第３の実施例を示して
おり、第１、第２実施例と相違する点は、同図のＳ２６
ｂに示す如く、左右方向の衝撃吸収制御を中止して修正
関節角の計算を更に簡略にしたことにある。これは左右
方向の着地衝撃量は前後方向のそれに比して小さいた
め、左右方向の衝撃吸収を行わなくても歩行を不安定に
することが実質的にはないと言う理由による。従って、
第３実施例では第２実施例と同様に２次元モデル化を行
うと共に、ＸＺモデルを使用しての衝撃吸収動作のみを
考慮する。具体的にはＸ方向に駆動する関節１２，１
６，１８のみの制御値を修正する。その結果、関節角度
算出のためのマトリクス演算は６次となるので、第２実
施例に比しても更に演算時間を短縮することができる。
第３実施例でも第１、第２実施例とほぼ同等の重心移動
量を取ることができるので、所期の目的を達成すること
ができる。尚、残余の構成は第１実施例と同様である。

【００２６】図１５はこの発明の第４の実施例を示して
おり、同図を参照して説明すると、従前の実施例と相違
する点は、基準歩容のパラメータとして重心位置に代え
て腰の位置を用いると共に、着地衝撃力のフィードバッ
ク先を重心位置ではなく、腰の位置Ｈとした（ここで腰
の位置Ｈは、胴体部２４の中心断面線上の位置で、かつ
胴体部２４の下部とした。図１０に示す）。即ち、基準
歩容における腰の位置Ｈを、着地衝撃力（路面反力）Ｆ
の大きさによって、それを吸収緩和する方向にΔＨだけ
移動させる様にした。フィードバック先を腰の位置とし
たのは、図１０で示したロボット１の場合には歩行中に
取られる全ての姿勢において重心位置が大きく変化する
ことはなく、およそ腰の位置にあるので、腰の位置を移
動させることによっても着地衝撃吸収量の増大を図ると
言う所期の目的が実質的に達成できるからである。更
に、腰の位置を移動させる様に構成することによって得
られる利点としては１つには比較的演算量の多い重心位
置計算が不要となることでことである。図１６に２リン
クのモデルにおいて第２リンクの先端の座標（Ｘ，Ｙ）
を求める場合と、リンク全体の重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）
を求める場合とを対比して示す。これから力学的な計算
が必要となる重心位置の算出の方が、単に幾何学計算の
みで足る腰の位置の算出よりはるかに計算量が多く、実
施例で示す１３リンクのモデル（ロボット１）となれば
その格差が極めて大きくなることが理解できよう。また
他の利点としては姿勢によって変化しない固定的な位置
を基準とすることから、左右の足を独立に扱うことがで
きて更に演算量が減少することである（後述）。

【００２７】以下、第４実施例を従前の実施例と相違す
る点を中心に説明すると、図４フロー・チャートのＳ２
において重心位置に代えて腰の位置を拘束条件に含めて
おき、Ｓ４，Ｓ５で時系列データ（基準関節角度）を予
め設定しておいた後、図１５フロー・チャートのＳ１０
０で腰の位置の座標Ｈを含む拘束条件を読み出し、Ｓ１
０２で路面反力を第１実施例と同様に検出した後、Ｓ１
０４で腰の位置の補正量を算出する。これは第１実施例
と同様に、例えばＸ方向について言えば、ΔＨｘ＝fh
（Ｆｘ）・ｋなどと算出する（図９）。次いでＳ１０６
に至って基準位置Ｈに補正量ΔＨを加算し、Ｓ１０８で
第１実施例と同様にＸ，Ｙ，Ｚの３次元空間において１
２個の関節のうち補正が必要なものについて修正角度を
再計算する。先に述べた様に力学的な計算が不要、即ち
幾何学計算のみで算出可能な腰の位置を基準とするこ
と、さらに左右の足を独立に扱うことができることよ
り、腰と足平の相対的位置ならびに回転角度の関係は独
立に考慮することができるので、拘束条件から関節角度
を算出する際のマトリクス演算が６次＋６次となるの
で、第１実施例と比較して演算量を大幅に減少すること
ができ、演算時間を短縮することができる。更に、重心
位置と腰の位置との離間距離は僅少であるので、着地衝
撃力に応じてその作用する方向に腰の位置を移動させる
ことによって第１実施例とほぼ同様の目的を達成するこ
とができる。また足平全体が接地していても着地衝撃を
吸収緩和できることと、１２関節全てを制御することか
ら関節間の干渉が生じないことなどを含む残余の構成
は、第１実施例と同様である。

【００２８】図１７はこの発明の第５実施例を示してお
り、図１５フロー・チャートのＳ１０８に対応する同図
のＳ１０８ａにおいて、先の第２実施例と同様に、２次
元モデル化して関節角度を算出する様にした。第２実施
例と同様に、マトリクス演算が左右の足でそれぞれＸＺ
平面に投影された姿勢に関しては３次、ＹＺ平面に投影
された姿勢に関しては２次となって（３＋２）＋（３＋
２）となって演算量が減少する。更に、重心位置ではな
く腰の位置を使用することから、演算は一層簡略となっ
ている。尚、残余の構成は第４実施例と変わらない。

【００２９】図１８はこの発明の第６実施例を示してお
り、同図Ｓ１０８ｂに示す如く、先の第３実施例と同様
に２次元モデル化して関節角度を算出すると共に、左右
方向の衝撃吸収制御を行わない様にした。腰の位置を移
動させる点を除けば、その効果は第３実施例と同様であ
る。尚、残余の構成は第４実施例と同様である。

【００３０】尚、上記の第４実施例、第５実施例及び第
６実施例においては、腰の位置を胴体部２４の中心断面
線上の位置で、かつ胴体部２４の下部としているが、も
ちろんこれに限られるものではない。重心位置の如くロ
ボットの姿勢により変化し、従ってその算出に力学的な
計算が必要となり演算量が比較的大量になる様な位置で
なく、即ち、単に幾何学計算により算出可能な位置で、
かつ重心位置付近の位置であれば、上記実施例と同様な
効果を達成することができる。

【００３１】更には、外力として路面反力（着地衝撃
力）のみを挙げたが、基体に加わる外力や内部部材の移
動による力などを検出して補正しても良い。

【００３２】更には、着地衝撃制御時期を図５に示した
様に設定したが、任意に変えても良い。

【００３３】更には、この発明を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、この発明は産業用ロボットと総称される据え付け型
のロボットや自律移動型のロボットにも妥当すると共
に、脚式移動ロボットの中でも３足以上のものであって
も妥当するものである。

【００３４】

【発明の効果】請求項１項にあっては基体と、それに第
１の関節を介して連結されると共に、第２の関節を介し
て相互に連結される少なくとも２つのリンクからなる少
なくとも１つのリンク機構とを有してなるロボットの関
節駆動を制御するものにおいて、前記ロボットに作用す
る外力を検出する手段、検出された外力を吸収すべく前
記ロボットの所定部位を移動させる補正量を求める補正
量算出手段、及び、求めた補正量より前記第１、第２の
関節の駆動制御値を決定する制御値決定手段を備える如
く構成したので、路面反力などの外力を受けたときも十
分に吸収緩和することができる。

【００３５】請求項２項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記制御値決定手段は、求めた補正量
より、ロボットが３次元空間において所要の姿勢となる
べく、前記関節の駆動制御値を決定する如く構成したの
で、外力を吸収緩和するための所望の姿勢を構成するた
めの関節角度を正確に構成することができ、また関節間
の干渉を生じることもない。

【００３６】請求項３項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記制御値決定手段は、求めた補正量
より、ロボットの任意の直交する２平面に投影された姿
勢がそれぞれ所要の姿勢となるべく、前記関節の駆動制
御値を決定する如く構成したので、外力を吸収緩和する
ための所望の姿勢を構成するための関節角度を比較的簡
単な演算で求めることができる。

【００３７】請求項４項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記制御値決定手段は、求めた補正量
より、ロボットの任意の１平面に投影された姿勢が所要
の姿勢となるべく、前記関節の駆動制御値を決定する如
く構成したので、外力を吸収緩和するための所望の姿勢
を構成するための関節角度を更に簡単な演算で求めるこ
とができる。

【００３８】請求項５項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記ロボットの所定部位が、前記ロボ
ットについて力学的演算で特定可能な位置である如く構
成したので、路面反力の如く接地面から生じる外力の作
用点そのものを移動させて衝撃を吸収緩和することか
ら、一層効果的に外力を吸収することができる。

【００３９】請求項６項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記ロボットの所定部位が、前記ロボ
ットについて幾何学的演算で特定可能な位置である如く
構成したので、その位置を適宜に特定することによって
請求項５項とほぼ同様な効果を得ることができると共
に、演算量を大幅に減少することができる。

【００４０】請求項７項記載のロボットの関節駆動制御
装置にあっては、前記制御値決定手段は、所定期間にわ
たって前記関節の駆動制御値を決定する如く構成したの
で、その所定期間を適宜に設定することによって例えば
路面反力の様な外力が作用したときにその衝撃を十分に
吸収緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るロボットの関節駆動制御装置を
全体的に示す概略図である。

【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。

【図３】図２に示す制御ユニットの制御手法を示すブロ
ック線図である。

【図４】この発明の動作を示すフロー・チャートで、基
準歩容の設計手順を示すフロー・チャートである。

【図５】図４フロー・チャートの中の着地衝撃制御時期
を示すタイミング・チャートである。

【図６】この発明の動作を示すフロー・チャートであっ
て、基準歩容に従って動作するときの手順を示すフロー
・チャートである。

【図７】図５フロー・チャートの一部を構成するフロー
・チャートである。

【図８】図６フロー・チャートで路面反力の算出を示す
説明図である。

【図９】図６フロー・チャートで重心位置の補正特性を
示す説明図である。

【図１０】この発明の第１実施例におけるＸ，Ｙ，Ｚの
３次元空間における関節計算を示す説明図である。

【図１１】この発明の第２実施例を示す要部フロー・チ
ャートである。

【図１２】図１０におけるＸ，Ｙ，Ｚ空間における姿勢
をＸＺ平面に投影したものを示す説明図である。

【図１３】図１０におけるＸ，Ｙ，Ｚ空間における姿勢
をＹＺ平面に投影したものを示す説明図である。

【図１４】この発明の第３実施例を示す要部フロー・チ
ャートである。

【図１５】この発明の第４実施例を示す図７と同様なフ
ロー・チャートである。

【図１６】第４実施例を説明するための２リンクモデル
の重心位置計算と他の位置計算の難易を示す説明図であ
る。

【図１７】この発明の第５実施例を示す要部フロー・チ
ャートである。

【図１８】この発明の第６実施例を示す要部フロー・チ
ャートである。

【図１９】脚式移動ロボットに作用する路面反力を示す
説明図である。

【図２０】従来技術における路面反力の衝撃吸収動作を
示す説明図である。

【符号の説明】

１脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット）１０Ｒ，１０Ｌ脚部回旋用の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ股部のピッチ方向の関節（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）２０Ｒ，２０Ｌ足首部のロール方向の関節（軸）２２Ｒ，２２Ｌ足平２４胴体部２６制御ユニット３６６軸力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体と、それに第１の関節を介して連結
されると共に、第２の関節を介して相互に連結される少
なくとも２つのリンクからなる少なくとも１つのリンク
機構とを有してなるロボットの関節駆動を制御するもの
において、ａ．前記ロボットに作用する外力を検出する検出手段、ｂ．検出された外力を吸収すべく前記ロボットの所定部
位を移動させる補正量を求める補正量算出手段、及びｃ．求めた補正量より前記第１、第２の関節の駆動制御
値を決定する制御値決定手段、を備えたことを特徴とす
るロボットの関節駆動制御装置。
【請求項２】前記制御値決定手段は、求めた補正量よ
り、ロボットが３次元空間において所要の姿勢となるべ
く、前記関節の駆動制御値を決定することを特徴とする
請求項１項記載のロボットの関節駆動制御装置。
【請求項３】前記制御値決定手段は、求めた補正量よ
り、ロボットの任意の直交する２平面に投影された姿勢
がそれぞれ所要の姿勢となるべく、前記関節の駆動制御
値を決定することを特徴とする請求項１項記載のロボッ
トの関節駆動制御装置。
【請求項４】前記制御値決定手段は、求めた補正量よ
り、ロボットの任意の１平面に投影された姿勢が所要の
姿勢となるべく、前記関節の駆動制御値を決定すること
を特徴とする請求項１項記載のロボットの関節駆動制御
装置。
【請求項５】前記ロボットの所定部位が、前記ロボッ
トについて力学的演算で特定可能な位置であることを特
徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載のロボ
ットの関節駆動制御装置。
【請求項６】前記ロボットの所定部位が、前記ロボッ
トについて幾何学的演算で特定可能な位置であることを
特徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載のロ
ボットの関節駆動制御装置。
【請求項７】前記制御値決定手段は、所定期間にわた
って前記関節の駆動制御値を決定することを特徴とする
請求項１項ないし６項のいずれかに記載のロボットの関
節駆動制御装置。