JPH05245780A - Controller of leg type mobile robot - Google Patents

Controller of leg type mobile robot

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JPH05245780A
JPH05245780A JP4081381A JP8138192A JPH05245780A JP H05245780 A JPH05245780 A JP H05245780A JP 4081381 A JP4081381 A JP 4081381A JP 8138192 A JP8138192 A JP 8138192A JP H05245780 A JPH05245780 A JP H05245780A
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leg
angle
mobile robot
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Ryutaro Yoshino
龍太郎 吉野
Hideo Takahashi
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To maintain a stable position at all times even at the time of walking a road surface on which unexpected roughness is found, by installing an operational means, operating a second manipulated variable in order to compensate a detected variation according to it, adding the second manipulated variable operated into this specified manipulated variable, and giving it to a servomotor. CONSTITUTION:An actual angle, a desired angle and a deviation in a leg part link 2 are detected each with an absolute angle to the gravitational direction by a detecting means 36. According to this detected deviation, a second manipulated variable is operated in order to compensate it by an operational means 26. Next, a value added with the second manipulated variable operated into the specified manipulated variable is given to a servomotor, through which a stable walk is secured even on a road surface where unexpected roughness is found, in a biped mobile robot.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの制
御装置に関し、特に2足歩行の移動ロボットにおいて予
期しない凹凸がある路面でも安定して歩行できる様にし
たものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system for a legged mobile robot, and more particularly to a bipedal mobile robot capable of stably walking even on a road surface having unexpected irregularities.

【0002】[0002]

【従来の技術】基体と、それに連結される2本の脚部リ
ンクとからなり、その2本の脚部リンクを交互に前方に
振り出して着地させつつ歩行する人間型の2足歩行ロボ
ットの場合、一般には平坦路を前提とする歩行パターン
を予め設計しておき、それを関節角軌道に変換してその
軌道に遅れなく追従する様にロボットの関節角を制御し
て歩行を実現している。既知の階段、斜面についても同
様である。その例としては、例えば特開昭62─970
06号公報記載の技術を挙げることができる。
2. Description of the Related Art In the case of a humanoid bipedal robot consisting of a base and two leg links connected to the base, the two leg links are alternately swung forward and landed while walking. Generally, a walking pattern that assumes a flat road is designed in advance, and the walking is realized by converting the joint pattern into a joint angle trajectory and controlling the robot joint angle so as to follow the trajectory without delay. .. The same applies to known stairs and slopes. An example thereof is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-970.
The technique described in Japanese Patent Publication No. 06-06 can be mentioned.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法では路面に予期しない未知の凹凸がある場合、支持脚
の足平(足部)の角度が、既知の路面を歩行するときの
様に一定しないため、既知の路面を前提に設計した歩行
パターンに従っては安定して歩行することができない場
合が生じ、甚だしい場合には転倒してしまう。そこで未
知の凹凸がある路面でも倒れずに安定して歩行させる手
法の一つとして、歩行パターンで足平から上の姿勢を設
計しておき、それに実際の姿勢を追従制御させることが
考えられる。即ち、ロボットの関節角を制御するのでは
なく、支持脚の足平から上の各リンクの絶対角、換言す
ればロボットの重力方向に対する姿勢を制御することが
考えられる。何故ならば、支持脚の足平がどのような角
度であろうとも、それから上の姿勢が目標姿勢(倒れな
い姿勢)であれば、安定した歩行を確保することができ
るからである。その考え方を利用したものを本出願人は
先に、特願平2─259839号(平成2年9月28日
出願)で提案している。
However, in this method, when the road surface has unexpected irregularities, the angle of the foot (foot) of the supporting leg is not constant as when walking on a known road surface. Therefore, there may be a case where a person cannot walk stably according to a walking pattern designed on the basis of a known road surface, and in the worst case, the vehicle falls. Therefore, as one of the methods to make a person walk stably without falling even on a road surface with unknown irregularities, it is possible to design a posture above the foot with a walking pattern and control the actual posture to follow it. That is, instead of controlling the joint angle of the robot, it is conceivable to control the absolute angle of each link above the foot of the supporting leg, in other words, the posture of the robot in the direction of gravity. This is because, regardless of the angle of the foot of the support leg, if the posture above it is the target posture (the posture that does not fall), stable walking can be secured. The applicant of the present invention has previously proposed in Japanese Patent Application No. 2-259839 (filed on Sep. 28, 1990) using this idea.

【0004】しかしながら、本出願人が提案した技術は
ロボットの運動を線形モデルで近似しているため、支持
脚の膝相当部位の関節が極端に動く歩行パターンや歩幅
が大きく線形性が損なわれる如き歩行パターンにおいて
も滑らかな歩行を実現するためには、マニピュレータで
一般的に行われている様に、非線形性を補償する必要が
あった。しかし、非線形性を補償するにはロボットの制
御装置に高速のコンピュータを搭載しなければならず、
その様な高速のコンピュータは大型で重量も大きくなる
ことから、その搭載は移動型のロボットにとって好まし
いものではない。
However, since the technique proposed by the present applicant approximates the motion of the robot by a linear model, the walking pattern or the stride of the joint of the supporting leg corresponding to the knee moves extremely and the linearity is impaired. In order to realize smooth walking even in walking patterns, it was necessary to compensate for non-linearity, as is commonly done with manipulators. However, to compensate for the non-linearity, a high-speed computer must be installed in the robot controller,
Since such a high speed computer is large and heavy, it is not preferable to mount it on a mobile robot.

【0005】従って、この発明の目的は、予め設計して
おいた歩行パターンに基づいてロボットの姿勢を制御し
つつ、前記した線形性を損なう様な歩行パターンについ
ても高速コンピュータを用いた非線形補償を行うことな
く滑らかな歩行を実現すると共に、予期せぬ凹凸に遭遇
しても常に安定した姿勢を確保することができる様にし
た脚式移動ロボットの制御装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to control the posture of a robot on the basis of a walking pattern designed in advance, and to perform nonlinear compensation using a high-speed computer for the walking pattern that impairs the linearity. It is an object of the present invention to provide a control device for a legged mobile robot that realizes a smooth walking without performing and can always ensure a stable posture even when unexpected bumps are encountered.

【0006】[0006]

【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、脚式移
動ロボットの脚部リンクの各関節に配したサーボモータ
に所定の操作量を与え、各関節の角度を予め設定した目
標角度に追従制御する制御装置において、前記脚部リン
クの実角度と目標角度との偏差を重力方向に対する絶対
角度で検出する検出手段、及び検出した偏差に応じ、そ
れを補正すべく第2の操作量を演算する演算手段、とを
備え、前記制御装置は、前記所定の操作量に演算された
第2の操作量を加算して前記サーボモータに与える様に
構成した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a servomotor arranged at each joint of a leg link of a legged mobile robot with a predetermined operation amount as shown in claim 1, for example. In the control device for controlling the angle of each joint to follow the preset target angle, the detecting means for detecting the deviation between the actual angle of the leg link and the target angle by the absolute angle with respect to the gravity direction, and the detected deviation According to the above, the control device calculates a second manipulated variable to correct it, and the control device adds the calculated second manipulated variable to the predetermined manipulated variable and adds the calculated second manipulated variable to the servo motor. Configured to give.

【0007】[0007]

【作用】脚部リンクの実角度と目標角度との偏差を絶対
角度で求め、それに応じて第2の操作量を演算して関節
角サーボ系の操作量に足し込む様にしたので、凹凸のあ
る路面を歩行するときも常に安定した歩行を確保するこ
とができる。また平坦路を歩行するときも含めて常に滑
らかな姿勢制御を実現することができる。
[Function] Since the deviation between the actual angle of the leg link and the target angle is obtained as an absolute angle and the second operation amount is calculated and added to the operation amount of the joint angle servo system, the unevenness of the unevenness is obtained. Even when walking on a certain road surface, it is possible to always ensure stable walking. Further, it is possible to always realize smooth posture control even when walking on a flat road.

【0008】[0008]

【実施例】以下、脚式移動ロボットとして2足歩行のロ
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リンク2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
(足部)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26が格納される。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),2
0R(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28R,28Lで、膝関節と足関節との
間は下腿リンク30R,30Lで連結される。
Embodiments of the present invention will be described below by taking a bipedal robot as an example of a legged mobile robot. Figure 1
Is an explanatory skeleton diagram showing the robot 1 as a whole, and each of the left and right leg links 2 has six joints (axes) (for convenience of understanding, each joint (axis) is driven by an electric motor). Motor is illustrated). The six joints (axes) are, in order from the top, joints (axes) 10R and 10L for rotating the legs of the waist.
(R on the right side and L on the left side. The same applies hereinafter.) Joints (axes) 12R and 12L in the waist pitch direction (x direction), joints (axes) 14R and 14L in the roll direction (y direction), and knees. Pitch direction joints (axes) 16R and 16L, ankle pitch direction joints (axes) 18R and 18L, and roll direction joints (axes) 20R and 20L. 22R and 22L are attached, and a body portion (base body) 24 is provided at the uppermost position, and a control unit 26 is housed inside the body portion. In the above, the hip joint is composed of joints (axes) 10R (L), 12R (L), 14R (L), and the ankle joints are joints (axes) 18R (L), 2
It consists of 0R (L). Further, the hip joint and the knee joint are connected by thigh links 28R and 28L, and the knee joint and the ankle joint are connected by lower leg links 30R and 30L.

【0009】ここで、脚部リンク2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。先に述べた様に、上記した関節は電動モータからな
り、更にはその出力を倍力する減速機などを備えるが、
その詳細は先に本出願人が別途提案した出願(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。
Here, the leg link 2 is provided with 6 degrees of freedom for each of the left and right legs, and these 6 degrees of freedom are provided during walking.
By driving each of the x2 = 12 joints (axes) to an appropriate angle, the desired movement can be given to the entire foot,
It is configured so that it can walk in a three-dimensional space arbitrarily. As mentioned above, the above-mentioned joint is composed of an electric motor, and is further provided with a speed reducer that boosts the output of the electric motor.
For details, refer to the application previously proposed by the applicant (Japanese Patent Application No.
No. 324218, Japanese Patent Laid-Open No. 3-184782) and the like, which are not the gist of the present invention, so further description will be omitted.

【0010】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、足平を
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。また、各関節の電動モ
ータには、その回転量を検出するロータリエンコーダが
設けられる(図1において足関節の電動モータ用のもの
のみを示す)。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。
Here, in the robot 1 shown in FIG.
A well-known 6-axis force sensor 36 is provided on the ankle portion, and a force component F in the x, y, z directions is transmitted to the robot via the foot.
x, Fy, Fz and the moment component Mx around that direction,
By measuring My and Mz, the presence or absence of landing of the foot and the magnitude and direction of the force applied to the supporting leg are detected. Further, known grounding switches 38 are provided at the four corners of the foot to detect the presence or absence of grounding. Further, a pair of inclination sensors 40 and 42 are installed on the upper part of the body portion 24, and the inclination with respect to the z axis in the xz plane and its angular velocity, as well as the inclination with respect to the z axis in the yz plane and its angular velocity. To detect. Further, the electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation thereof (only an electric motor for the ankle joint is shown in FIG. 1). Outputs of the sensors 36 and the like are sent to the control unit 26 in the body portion 24 described above.

【0011】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変換器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の出力は可逆カウン
タ56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演算装
置64が設けられており、ROM66に格納されている
歩行パターンを読み込んで可逆カウンタ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変換器68を介してサーボアンプに送出す
る。また図示の如く、エンコーダ出力はF/V変換回路
を介してサーボアンプに送出されており、図3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。
FIG. 2 is a block diagram showing the details of the control unit 26, which is composed of a microcomputer. The outputs of the tilt sensors 40 and 42 are A
It is converted into a digital value by the / D converter 50, and its output is sent to the RAM 54 via the bus 52. The output of the encoder arranged adjacent to each electric motor is input into the RAM 54 via the reversible counter 56, and the outputs of the grounding switch 38 and the like are also stored in the RAM 54 via the waveform shaping circuit 62. .. An arithmetic unit 64 is provided in the control unit, reads the walking pattern stored in the ROM 66, calculates the speed command value of the electric motor from the deviation from the actual measurement value sent from the reversible counter 60, and calculates D / It is sent to the servo amplifier via the A converter 68. Further, as shown in the figure, the encoder output is sent to the servo amplifier via the F / V conversion circuit, and the speed feedback control as a minor loop is realized as shown in FIG.

【0012】続いて、本制御装置の動作を説明する。Next, the operation of this control device will be described.

【0013】図3は図1に示したロボット1について、
公知の関節角サーボ系を構成した場合を示すブロック図
である。予めオフラインで設計しておいた平坦路を前提
とする歩行パターンを12個の関節の角度qr、角速度
qrドットの時系列データ、即ち、関節軌道に変換し、
それを各関節のサーボアンプに指令値として一定間隔で
出力する。その結果、各関節角は指令値通りにほとんど
遅れなく追従し、ロボット1は設計された歩行パターン
通りに駆動されて歩行する。これによって平坦路は支障
なく歩行するが、予期しない凹凸路面に遭遇したときは
先に述べた如く、支持脚の足平の角度が一定ではないこ
とから、必ずしも安定した歩行を確保することはできな
い。
FIG. 3 shows the robot 1 shown in FIG.
It is a block diagram showing the case where a known joint angle servo system is constituted. Converting a walking pattern, which is designed off-line in advance on the premise of a flat road, into time series data of 12 joint angles qr and angular velocities qr dots, that is, a joint trajectory,
It is output to the servo amplifier of each joint as a command value at regular intervals. As a result, each joint angle follows the command value with almost no delay, and the robot 1 walks while being driven according to the designed walking pattern. As a result, walking on a flat road will not hinder, but when an unexpected bumpy road surface is encountered, it is not always possible to secure stable walking because the angle of the foot of the supporting leg is not constant, as described above. ..

【0014】そこでこの発明においては図4に示す様
に、図3に示した関節角サーボ系に、後で述べる操作量
uを加えて凹凸路面に対する安定化を試みた。以下、こ
の操作量uの算出とそれによる歩行安定化について説明
する。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 4, an attempt is made to stabilize the uneven road surface by adding an operation amount u described later to the joint angle servo system shown in FIG. Hereinafter, the calculation of the manipulated variable u and the resulting stabilization of walking will be described.

【0015】先ず、図3の関節角サーボ系を備えたロボ
ット1について数式モデルを作成する。その際に次に示
す仮定を設ける。 〔仮定1〕ロボット1の前後方向の運動と左右方向の運
動とは相互干渉が安定化制御により十分小さく、分離す
ることができる。(図5に前後方向の、図6に左右方向
の運動を示す。) 〔仮定2〕2本の脚部リンクのうちのどちらかの足平2
2は、路面に完全に接地しているものとする。また、足
平が完全に路面に接地している方の脚を支持脚とする。 〔仮定3〕支持脚の足平は、路面に対して動かない(滑
らない)ものとする。(一般に歩行パターンは、片足支
持期において支持脚の足平が路面に対して動かない様に
設計する。例えば、いわゆるZMP(zero moment poin
t)の概念を用いて、足平が路面から離れない様にZMP
の軌道を決めて設計される。また倒立振り子の概念を用
いた歩行パターンにおいても、足首回りで回転する場合
には足平は物理的に路面から離れない。滑りに対して
は、足裏にゴムを貼るなど適宜処理することにより滑ら
ない様にすることは可能である。)
First, a mathematical model is created for the robot 1 having the joint angle servo system shown in FIG. At that time, the following assumptions are made. [Assumption 1] Mutual interference between the front-back movement and the left-right movement of the robot 1 is sufficiently small and can be separated by the stabilization control. (FIG. 5 shows the movement in the front-back direction and FIG. 6 shows the movement in the left-right direction.) [Assumption 2] One foot 2 of the two leg links
No. 2 is completely grounded on the road surface. Also, the leg whose foot is completely in contact with the road surface shall be the supporting leg. [Assumption 3] The foot of the supporting leg shall not move (slide) with respect to the road surface. (Generally, the walking pattern is designed so that the foot of the supporting leg does not move with respect to the road surface during one foot supporting period. For example, so-called ZMP (zero moment poin).
ZMP using the concept of t) so that the foot does not separate from the road surface.
Designed by deciding the orbit of. Further, even in the walking pattern using the concept of the inverted pendulum, the foot does not physically separate from the road surface when it rotates around the ankle. With respect to slippage, it is possible to prevent slippage by properly treating the bottom of the foot with rubber or the like. )

【0016】以上の仮定から、図1に示したロボット1
の運動方程式は、数1の様に表すことができる。数1の
式から明らかな様に、仮定3が成り立てば、ロボット1
の運動は足平の角度に無関係である。
Based on the above assumptions, the robot 1 shown in FIG.
The equation of motion of can be expressed as in Equation 1. As is clear from the equation of Equation 1, if Assumption 3 holds, the robot 1
Movement is independent of the angle of the foot.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】ところで、この制御においては図3に示す
関節角サーボ系を備えることから、各関節(符号iで代
表させる)の発生トルク(図3中のモータ発生トルク)
は、関節角qiと関節角指令値qirとから数2に示す
式を用いて計算される。(尚、数2の式中のkp,k
d,fvは、図3中のkp,kdにkv,kc,ktを
それぞれ含む値の意味で使用する。)
By the way, in this control, since the joint angle servo system shown in FIG. 3 is provided, the torque generated by each joint (represented by the symbol i) (motor-generated torque in FIG. 3).
Is calculated from the joint angle qi and the joint angle command value qir using the equation shown in Equation 2. (Note that kp and k in the equation of Equation 2
d and fv are used to mean values including kv, kc, and kt in kp and kd in FIG. 3, respectively. )

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】ここで図5,6に示す様に、関節角qiと
リンク角θiとの関係は数3で表すことができる。尚、
この明細書において、「関節角」または「q」はリンク
間の角度(即ち、相対角度)を、「リンク角」または
「θ」は重力方向に対する(絶対座標における)リンク
の角度(即ち、絶対角度)を意味するものとして使用す
る。
Here, as shown in FIGS. 5 and 6, the relationship between the joint angle qi and the link angle θi can be expressed by Equation 3. still,
In this specification, “joint angle” or “q” is the angle between links (ie, relative angle), and “link angle” or “θ” is the angle of link (in absolute coordinates) with respect to the direction of gravity (ie, absolute). Angle) is used to mean.

【0021】[0021]

【数3】 [Equation 3]

【0022】数2の式を数3の式によってリンク角で表
してまとめると、数4に示す様になる。
When the expression of the expression 2 is expressed by the link angle by the expression of the expression 3 and summarized, it becomes as shown in the expression 4.

【0023】[0023]

【数4】 [Equation 4]

【0024】尚、数4の外乱d(θ0,θ0r)、即
ち、足平角度θ0の実際値と目標値とによって生じる値
は数5の様に示すことができる。
The disturbance d (θ0, θ0r) of the equation 4, that is, the value generated by the actual value and the target value of the foot angle θ0 can be expressed as in the equation 5.

【0025】[0025]

【数5】 [Equation 5]

【0026】ここで、数4の式を数1の式に代入して整
理すると、数6の如くになる。
Here, by substituting the equation of the equation (4) into the equation of the equation (1) and rearranging, the equation (6) is obtained.

【0027】[0027]

【数6】 [Equation 6]

【0028】この数6に示す式が、関節角サーボ系によ
るロボットの運動方程式となる。数1の式では運動を制
御する操作量は関節トルクTであるが、数6の式におい
ては目標姿勢Θr(絶対角度),Θrドット(絶対角速
度)となる。また数1の式では足平角度θ0(絶対角
度)の項が式の上に表れないが、数6の式では表れてく
る。このため、関節角サーボ系で予期しない凹凸路を歩
行させると足平角度θ0がランダムに変動し、数6の式
の運動を乱す外乱となり歩行が不安定となる。よって、
歩行可能な目標姿勢、即ち、歩行パターンは、仮定3よ
り路面の形状を既知としてのみ設計することができる。
ここで、平坦路の歩行を考えると、足平角度は零である
ことから、数7に示す様になる。
The equation (6) is the equation of motion of the robot by the joint angle servo system. In the formula of Formula 1, the operation amount for controlling the motion is the joint torque T, but in the formula of Formula 6, the target posture Θr (absolute angle) and Θr dot (absolute angular velocity). Further, in the formula of the formula 1, the term of the foot angle θ0 (absolute angle) does not appear in the formula, but it appears in the formula of the formula 6. For this reason, when the joint angle servo system walks on an unexpected uneven road, the foot angle θ0 randomly fluctuates and becomes a disturbance that disturbs the motion of the formula (6), which makes the walking unstable. Therefore,
The target posture capable of walking, that is, the walking pattern can be designed only when the shape of the road surface is known from Assumption 3.
Here, considering walking on a flat road, the foot angle is zero, and therefore, Equation 7 is obtained.

【0029】[0029]

【数7】 [Equation 7]

【0030】即ち、目標姿勢Θr,Θrドットは平坦路
の歩行パターンとなる。このとき、ロボットの運動方程
式(数6の式)は、数8で表すことができる。
That is, the target postures Θr and Θr dots form a walking pattern on a flat road. At this time, the equation of motion of the robot (equation of equation 6) can be expressed by equation 8.

【0031】[0031]

【数8】 [Equation 8]

【0032】一方、関節角サーボの定数Krなどを最適
な値に設定すると目標関節軌道に実際の関節軌道がほと
んど遅れなく追従するので、数9で示す通りとなる。即
ち、数10で示す様になる。
On the other hand, when the constant Kr of the joint angle servo is set to an optimum value, the actual joint trajectory follows the target joint trajectory with almost no delay, and therefore, the equation 9 is obtained. That is, it becomes as shown in the equation 10.

【0033】[0033]

【数9】 [Equation 9]

【0034】[0034]

【数10】 [Equation 10]

【0035】その結果、数8の式より近似的に数11の
式が成り立つ。
As a result, the equation of the equation 11 is approximately established from the equation of the equation 8.

【0036】[0036]

【数11】 [Equation 11]

【0037】ここで、しばしば述べた様に、平坦路に未
知の凹凸が存在する場合を考えると、足平角度θ0が零
ではなくて不明なため、歩行可能な歩行パターンを作成
するのが困難である。そこで路面の凹凸が十分小さいと
し(段差、階段などの大きい凹凸は前記したロボット1
に視覚手段を設ければ検知し易い)、平坦路の歩行パタ
ーンΘrを用いると(即ち、外乱d(θr,θ0)=
0)、凹凸による姿勢のズレ(偏差)をΔΘとすると
き、ロボットの姿勢Θは数12の様に表すことができ
る。
Here, as often described, considering the case where unknown unevenness exists on a flat road, it is difficult to create a walking pattern that allows walking because the foot angle θ0 is not zero and unknown. Is. Therefore, it is assumed that the unevenness of the road surface is sufficiently small.
It is easy to detect if a visual means is provided in the above), and if a walking pattern Θr on a flat road is used (that is, disturbance d (θr, θ0) =
0), when the deviation (deviation) of the posture due to the unevenness is ΔΘ, the posture Θ of the robot can be expressed as in Expression 12.

【0038】[0038]

【数12】 [Equation 12]

【0039】従って、このズレを補正するために、数4
の式の関節トルクに補正量Uを数13で示す式の様に導
入する。
Therefore, in order to correct this deviation, Equation 4
The correction amount U is introduced into the joint torque in the equation (3) as shown in the equation (13).

【0040】[0040]

【数13】 [Equation 13]

【0041】この数13の式は平坦路の歩行における、
即ち(θ0r,θ0=0)の状態における関節角サーボ
系による発生トルクに補正量Uを加えた形になっている
ことが分かる。
The equation (13) is used for walking on a flat road.
That is, it can be seen that the correction amount U is added to the torque generated by the joint angle servo system in the state of (θ0r, θ0 = 0).

【0042】この補正量Uの算出について次に説明す
る。数12,数13の式をロボットの運動方程式である
数1の式に代入すると、数14の式となる。即ち、平坦
路歩行パターンΘrとズレΔΘで表した運動方程式とな
る。
The calculation of the correction amount U will be described below. By substituting the equations (12) and (13) into the equation (1) which is the equation of motion of the robot, the equation (14) is obtained. That is, the equation of motion is represented by the flat road walking pattern Θr and the deviation ΔΘ.

【0043】[0043]

【数14】 [Equation 14]

【0044】路面の凹凸が十分小さいとすると、ズレΔ
Θも十分小さくなることから、数15の式の様に変形す
ることができる。
If the unevenness of the road surface is sufficiently small, the deviation Δ
Since Θ is also sufficiently small, it can be transformed into the equation (15).

【0045】[0045]

【数15】 [Equation 15]

【0046】ここで、ズレΔΘの2次以上の項を無視す
ると、数16の式となる。
Here, ignoring the second-order and higher-order terms of the deviation Δθ, the equation 16 is obtained.

【0047】[0047]

【数16】 [Equation 16]

【0048】関節角サーボが高速に追従するとき成立す
る数11に示した式より、数16の式は近似的に数17
に示す様になる。
From the equation shown in equation 11 which holds when the joint angle servo follows at high speed, the equation of equation 16 approximates to equation 17
As shown in.

【0049】[0049]

【数17】 [Equation 17]

【0050】さらに、J(Θr)はΘによる変化が小さ
いこと、X(Θr)は値が小さいこと、関節角サーボの
ゲインFp,Fvの値が大きいことから、数18に示す
様な大小関係が成り立つ。
Furthermore, since the change in J (Θr) due to Θ is small, the value in X (Θr) is small, and the values of the joint angle servo gains Fp and Fv are large, the magnitude relationship as shown in equation 18 is obtained. Holds.

【0051】[0051]

【数18】 [Equation 18]

【0052】よって、数17の式は数19の様に表すこ
とができる。
Therefore, the equation of the equation 17 can be expressed as the equation 19.

【0053】[0053]

【数19】 [Formula 19]

【0054】即ち、数19の式は歩行パターンからのズ
レΔΘに対する運動方程式を表し、安定化のための補正
量UはそのズレΔΘの運動を制御する操作量となってい
る。よって、ズレΔΘを零にする操作量Uを導き出せ
ば、凹凸のある路面であってもロボットの姿勢は平坦路
の歩行パターンに収束するため、安定して歩行すること
になる。
That is, the equation (19) represents the equation of motion for the deviation ΔΘ from the walking pattern, and the correction amount U for stabilization is the operation amount for controlling the movement of the deviation ΔΘ. Therefore, by deriving an operation amount U that makes the deviation ΔΘ zero, the posture of the robot converges on a walking pattern on a flat road even on a road surface having unevenness, so that the robot walks stably.

【0055】次に、ズレΔΘを零にする操作量Uの算出
について説明する。ここで操作量Uを数20の様に表し
てみる。ここで、ΔFは遊脚に作用する外力の変動分で
あるが、これは前記した6軸力センサ36から検出する
ことができる。
Next, the calculation of the manipulated variable U for making the deviation ΔΘ zero will be described. Here, the manipulated variable U is expressed as shown in Equation 20. Here, ΔF is a variation of the external force acting on the free leg, which can be detected by the 6-axis force sensor 36 described above.

【0056】[0056]

【数20】 [Equation 20]

【0057】数20の式を数19の式に代入すると、数
21の如くとなる。
Substituting the equation of the equation 20 into the equation of the equation 19, the equation 21 is obtained.

【0058】[0058]

【数21】 [Equation 21]

【0059】従って、Uを数20の式を用いて計算すれ
ば、数21の式はズレΔΘに関する線形方程式となり、
また最適に制御値を決定することができる。ただし、外
力変動分ΔFが十分小さく、数21の式において外乱と
みなすことができるならば、ΔF≒0とし、数20の式
の第2項を計算することなく以下の操作量Uθを算出す
ることによっても、ある程度の安定化は可能である。こ
れは例えば、片足支持期では遊脚に外力が作用しないた
めΔF≒0とできる様な場合である。
Therefore, if U is calculated using the equation of the equation 20, the equation of the equation 21 becomes a linear equation relating to the deviation ΔΘ,
Also, the control value can be determined optimally. However, if the external force fluctuation ΔF is sufficiently small and can be regarded as a disturbance in the formula of Formula 21, ΔF≈0 is set, and the following manipulated variable Uθ is calculated without calculating the second term of the formula of Formula 20. By doing so, some stabilization is possible. This is, for example, the case where ΔF≈0 can be achieved because the external force does not act on the free leg during the one-leg support period.

【0060】以下、その操作量Uθの算出について説明
する。
The calculation of the manipulated variable Uθ will be described below.

【0061】数21の式はΔΘに関する線形方程式であ
るから、いわゆる状態方程式表現を用いて数22の様に
表すことができる。
Since the expression of Expression 21 is a linear equation related to ΔΘ, it can be expressed as Expression 22 by using a so-called state equation expression.

【0062】[0062]

【数22】 [Equation 22]

【0063】ここで、最適レギュレータ理論により、数
23の式に示す2次形式の評価関数Jを最小にするuは
数24の様に表現することができる。
Here, by the optimum regulator theory, u that minimizes the quadratic form evaluation function J shown in the equation (23) can be expressed as in equation (24).

【0064】[0064]

【数23】 [Equation 23]

【0065】[0065]

【数24】 [Equation 24]

【0066】評価関数Jを最小にすることは、数23の
式から明らかな様に、できるだけ少ない操作量uで状態
変数xをできるだけ小さくすることである。即ち、路面
の凹凸によるズレΔΘをできるだけ小さくすることにな
る。よって、数24の式から補正量(操作量)uを計算
することにより、安定な歩行が実現できることになる。
Minimizing the evaluation function J is to make the state variable x as small as possible with the smallest possible manipulated variable u, as is clear from the equation (23). That is, the deviation Δθ due to the unevenness of the road surface is minimized. Therefore, stable walking can be realized by calculating the correction amount (manipulation amount) u from the equation (24).

【0067】一方、外力変動分ΔFやマトリックスA,
Bのモデル化誤差を外乱dと考えると、数22に示した
式は、数25の様に表すことができる。
On the other hand, external force fluctuation ΔF and matrix A,
Considering the modeling error of B as the disturbance d, the formula shown in the formula 22 can be expressed as the formula 25.

【0068】[0068]

【数25】 [Equation 25]

【0069】また、最適レギュレータ理論によれば、数
26に示す2次形式の評価関数Jを最小にするuは数2
7の様に計算することができる。
Further, according to the optimal regulator theory, u that minimizes the quadratic evaluation function J shown in Expression 26 is expressed by Expression 2
It can be calculated like 7.

【0070】[0070]

【数26】 [Equation 26]

【0071】[0071]

【数27】 [Equation 27]

【0072】数27の式も、数24の式と同様に、安定
な歩行を実現する補正量(操作量)uの算出手法であ
る。
The equation (27) is also a method of calculating the correction amount (operation amount) u for realizing stable walking, like the equation (24).

【0073】ここで、uを計算するためにはゲインK
x,Kiとロボットの状態量xとを求める必要がある
が、ゲインKx,Kiは、周知の如く、最適レギュレー
タ理論によりリカッチ方程式を解くことで求められる。
また状態量xはリンクの角度と角速度であるが、これは
ロボットの胴体部24に取りつけた傾斜センサ40,4
2と各関節に配置したロータリエンコーダにより求める
ことができる。よって、例えば前後方向の運動の場合、
数3の式は数28の様に書くことができる。
Here, to calculate u, the gain K
It is necessary to obtain x, Ki and the state quantity x of the robot, but the gains Kx, Ki are obtained by solving the Riccati equation by the optimal regulator theory as is well known.
Further, the state quantity x is the angle and angular velocity of the link, which are the inclination sensors 40, 4 attached to the body 24 of the robot.
2 and a rotary encoder arranged at each joint. So, for example, in the case of forward-backward movement,
Equation 3 can be written as Equation 28.

【0074】[0074]

【数28】 [Equation 28]

【0075】ここで、胴体部(基体)24の傾斜角θ3
は傾斜センサ40,42で検出できることから、この検
出値をψとすると、関節角qiを用いれば、数28の式
より数29の式が成り立つ。
Here, the inclination angle θ3 of the body portion (base body) 24
Can be detected by the tilt sensors 40 and 42. Therefore, assuming that the detected value is ψ, the formula of Formula 29 is established from the formula of Formula 28 using the joint angle qi.

【0076】[0076]

【数29】 [Equation 29]

【0077】よって、ズレΔΘは数30の式で表すこと
ができる。
Therefore, the deviation ΔΘ can be expressed by the equation (30).

【0078】[0078]

【数30】 [Equation 30]

【0079】よって、数30の式は、マトリックス表現
で数31の様に表すことができる。
Therefore, the expression of the expression 30 can be expressed as the expression 31 in the matrix expression.

【0080】[0080]

【数31】 [Equation 31]

【0081】従って、例えば数24の式は数31に示し
た変換式を用いて数32の様に表すことができる。
Therefore, for example, the formula of the formula 24 can be expressed as the formula 32 by using the conversion formula shown in the formula 31.

【0082】[0082]

【数32】 [Equation 32]

【0083】数32の式は、操作量uを胴体部24の傾
斜角と関節角のズレから算出することを示している。こ
こで、マトリックスEの構成要素を見ると、傾斜角と傾
斜角速度の列に1の要素が多いことや、関節角のズレは
サーボ系の偏差と等価であり、サーボ系はこの偏差を小
さくする様に作用することなどを考えると、操作量uは
胴体部24の傾斜角と傾斜角速度のみから簡便に算出す
る数33の式を考えることができる。
The equation (32) shows that the operation amount u is calculated from the deviation between the tilt angle of the body 24 and the joint angle. Here, looking at the constituent elements of the matrix E, there are many 1 elements in the columns of the tilt angle and the tilt angular velocity, and the deviation of the joint angle is equivalent to the deviation of the servo system, and the servo system reduces this deviation. In consideration of the fact that the operation is performed in the same manner, the operation amount u can be considered by the formula of Expression 33, which is simply calculated from only the tilt angle and the tilt angular velocity of the body portion 24.

【0084】[0084]

【数33】 [Expression 33]

【0085】図7から図11は実験データであるが、こ
れらから数33で操作量uを算出した場合でも、この制
御系は安定となり、制御系の応答性を決める固有値も数
32の式を用いる場合とほとんど変わらないことが確認
できた。即ち、図7から図9はロボットを片足支持状態
にして支持脚の足首関節角を3度前方にステップ状に変
化させたときの各リンク角の応答を示す実験データであ
り、うち図7は関節角サーボのみの場合を、図8は数3
3の式による安定化制御の場合を、図9は数32の式に
よる安定化制御の場合を示す。また図10と図11は左
右方向に同様に3度傾けた場合の実験データを示してお
り、うち図10が関節角制御のみの場合を、図11が数
32の式による安定化制御の場合を示す。この実験結果
から明らかな様に、数32の式による場合と数33の式
による場合とで応答に余り差が見られなかった。またい
ずれの式によるにせよ、この安定化制御を行うことでロ
ボットは転倒することはなかったが、関節角サーボのみ
の場合には勢い余って転倒することが確認された。
7 to 11 show the experimental data, the control system is stable even when the manipulated variable u is calculated from these by the equation 33, and the eigenvalue that determines the responsiveness of the control system is also expressed by the equation 32. It was confirmed that it was almost the same as when it was used. That is, FIGS. 7 to 9 are experimental data showing the response of each link angle when the ankle joint angle of the supporting leg is changed stepwise forward by 3 degrees while the robot is supported on one leg, of which FIG. In the case of only the joint angle servo, FIG.
FIG. 9 shows the case of the stabilization control by the equation 3 and FIG. 9 shows the case of the stabilization control by the equation 32. Further, FIGS. 10 and 11 show experimental data when tilted in the same manner in the left-right direction by 3 degrees. Of these, FIG. 10 shows the case of joint angle control only, and FIG. 11 shows the case of stabilization control by the formula 32. Indicates. As is clear from the results of this experiment, no significant difference was observed in the response between the case of the equation of Formula 32 and the case of the formula of Equation 33. In addition, whichever formula is used, the robot did not fall down by performing this stabilization control, but it was confirmed that the robot would fall down excessively when only the joint angle servo was used.

【0086】尚、上記は数27に示す式にも妥当し、同
式も全く同様に簡略化することができる。
The above is also applicable to the equation shown in Expression 27, and the equation can be simplified in exactly the same manner.

【0087】以上を前提として、図12から図14のフ
ロー・チャートを参照して制御値の決定を説明する。
尚、これらのフロー・チャートは、図15に示す歩行の
状態遷移図において、右足から歩行を始めて3歩目から
定常歩行に移行し、左足で終わる場合を想定し、それら
に沿って経時的に片足支持期、コンプライアンス制御期
(遊脚着地時の)、両足支持期とに分けて記載したもの
である。
Based on the above, the determination of the control value will be described with reference to the flow charts of FIGS.
It is to be noted that these flow charts assume that in the walking state transition diagram shown in FIG. 15, the walking starts from the right foot, transitions from the third step to the steady walking, and ends with the left foot. It is divided into the one-leg support period, the compliance control period (when landing on the free leg), and the two-leg support period.

【0088】図12は最初の片足支持期の制御値決定フ
ロー・チャートであり、先ずS10において関節角指令
値qr,qrドットを読み込む。即ち、ロボット1の制
御ユニット26中のROM66には図4に示す様に、歩
行パターンとして各リンク角Θr(先に述べた様に絶対
角)が格納されており、それが経時的に関節角度qrと
角速度qrドット(共に相対角度)に座標変換され、S
10ではその変換された値(時刻tにおける)を、12
個の関節のうち最初の関節について読み出す。
FIG. 12 is a control value determination flow chart for the first one-leg supporting period. First, in S10, the joint angle command values qr and qr dots are read. That is, the ROM 66 in the control unit 26 of the robot 1 stores each link angle Θr (absolute angle as described above) as a walking pattern, as shown in FIG. The coordinates are converted into qr and angular velocity qr dots (both are relative angles), and S
In 10, the converted value (at time t) is
The first joint of the joints is read.

【0089】次いでS12に進んでその関節について実
際の角度qを入力し、S14に進んで図示の式から関節
角サーボ系の操作量を算出する。これは具体的には前記
したサーボモータの速度指令値の形で算出される。次い
でS16において傾斜角ψ、傾斜角速度ψドットを入力
し、S18において実際角度qと目標角度qrとから関
節角偏差Δqを算出し、S20において数32あるいは
数33の式のいずれかを用いて補正量uを算出する
(尚、数33の式を用いるときはS18はジャンプす
る)。この補正量uもサーボモータの速度指令値の形で
算出される。続いてS22においてS14で算出した値
にS20で算出した値を加算し、その値をサーボアンプ
に出力する。続いて、S24で遊脚が着地したと判断さ
れるまで、次の関節について同様に制御値を決定し、1
2の関節について制御値を決定し終わると、次の時刻t
+1について同様の作業を繰り返す。尚、遊脚の着地は
前記した着地スイッチ38から検出する。
Next, in S12, the actual angle q for the joint is input, and in S14, the operation amount of the joint angle servo system is calculated from the equation shown. Specifically, this is calculated in the form of the speed command value of the servo motor described above. Next, in S16, the inclination angle ψ and the inclination angular velocity ψ dot are input, the joint angle deviation Δq is calculated from the actual angle q and the target angle qr in S18, and the correction is performed using either the equation 32 or the equation 33 in S20. The quantity u is calculated (it should be noted that S18 jumps when the expression of Expression 33 is used). This correction amount u is also calculated in the form of the speed command value of the servo motor. Subsequently, in S22, the value calculated in S20 is added to the value calculated in S14, and the value is output to the servo amplifier. Subsequently, the control value is similarly determined for the next joint until it is determined in S24 that the free leg has landed.
When the control values for the joint No. 2 are determined, the next time t
The same operation is repeated for +1. The landing of the free leg is detected by the landing switch 38 described above.

【0090】尚、ここで留意されるべきことは、S22
においてサーボアンプに出力するに際し、関節に優先順
位を設けたことである。即ち、関節の優先順位を、支持
脚の足関節18,20R(L)、支持足の膝関節16R
(L)、支持足の股関節10,12,14R(L)、遊
脚の股関節10,12,14L(R)、遊脚の膝関節1
6L(R)、遊脚の足関節18,20L(R)とし、そ
の順で操作量を加算する様にした。即ち、安定した姿勢
の保持に寄与することことが大きい関節を優先する様に
したものであり、この結果、時間的に余裕がないときに
は、例えば、支持脚の足関節と膝関節についてのみ操作
量uを加算することになる。言うまでもなく、時間的に
余裕があるときは、この順序で全ての関節に加算する。
It should be noted that what should be noted here is S22.
In the above, when outputting to the servo amplifier, the joints are given priority. That is, the priorities of the joints are as follows: the supporting leg ankle joints 18 and 20R (L), the supporting leg knee joints 16R.
(L), supporting leg hip joints 10, 12, 14R (L), swing leg hip joints 10, 12, 14L (R), swing leg knee joint 1
6L (R) and the ankle joints 18 and 20L (R) of the swing leg, and the operation amounts are added in that order. In other words, the joints that make a large contribution to maintaining a stable posture are prioritized. As a result, when there is no time to spare, for example, the operation amount of only the ankle joint and the knee joint of the support leg is reduced. u will be added. Needless to say, when there is enough time, add to all joints in this order.

【0091】図12フロー・チャートのS24で遊脚着
地と判断されるときは図13フロー・チャートに従って
着地時のコンプライアンス制御に移行する。同図を参照
して説明すると、先ずS100からS104において同
様にサーボ制御値を算出した後、S106に進んで前記
した6軸力センサ36の出力から着地した遊脚に加わっ
た足首トルクを入力し、S108でコンプライアンス量
mを算出する。これはインピーダンス制御を速度分解制
御で実現した、いわゆる仮想的なコンプライアンス制御
手法を用いて行う。続いてS110においてサーボ制御
値vcと仮想コンプラアンス制御値mと補正量uとを加
算した値をサーボアンプに出力し、S112でコンプラ
イアンス制御が終了と判断されるまで、それぞれの関節
について経時的に繰り返す。尚、この終了判断は、着地
から所定時間が経過したか否かで判断する。またS11
0の補正量uの値は、図12フロー・チャートのS20
で算出した値を保存しておいて使用する。
When it is determined in S24 of the flow chart of FIG. 12 that the landing is on the free leg, the flow goes to compliance control at the time of landing according to the flow chart of FIG. Explaining with reference to the figure, first, after similarly calculating the servo control values in S100 to S104, the process proceeds to S106, in which the ankle torque applied to the free leg landed is input from the output of the 6-axis force sensor 36 described above. , S108 calculates the compliance amount m. This is done by using a so-called virtual compliance control method that realizes impedance control by speed decomposition control. Subsequently, in S110, a value obtained by adding the servo control value vc, the virtual compliance control value m, and the correction amount u is output to the servo amplifier, and the respective joints are time-lapsed until the compliance control is determined to be completed in S112. repeat. It should be noted that this end determination is made based on whether or not a predetermined time has elapsed since landing. Also S11
The value of the correction amount u of 0 is S20 in the flow chart of FIG.
Save and use the value calculated in.

【0092】図13フロー・チャートにおいてS112
でコンプライアンス制御終了と判断されたときは図14
フロー・チャートのS200からS214に従って両脚
支持期の制御値を決定するが、これはS210の補正量
Uの算出が数20の式から決定される点を除けば、図1
2フロー・チャートと同様である。尚、ここで数20に
示した式を用いて精緻に操作量を算出する様にしたが、
ΔFを外乱と考えれば数32または数33から算出して
も良く、逆に遊脚に外力が作用するときは、図12フロ
ー・チャートのS20において数20を含めた式の中か
ら算出しても良い。
S112 in the flow chart of FIG.
When it is determined that the compliance control is completed in step S1 of FIG.
The control values for the two-leg supporting period are determined according to S200 to S214 of the flow chart, except that the calculation of the correction amount U in S210 is determined by the equation (20).
It is similar to the 2 flow chart. It should be noted that, here, the operation amount is precisely calculated by using the formula shown in Formula 20,
If ΔF is considered to be a disturbance, it may be calculated from Equation 32 or Equation 33. Conversely, when an external force acts on the free leg, it is calculated from the equation including Equation 20 in S20 of the flow chart of FIG. Is also good.

【0093】尚、ここで前述した評価関数Jの重みの決
定について付言すると、先に数23に示した式の評価関
数Jを前後方向の運動の場合に具体的に表すと、一般的
には数34の様になる。
Incidentally, in addition to the above-mentioned determination of the weight of the evaluation function J, in general, when the evaluation function J of the equation (23) is specifically expressed in the case of the forward / backward movement, It becomes like the number 34.

【0094】[0094]

【数34】 [Equation 34]

【0095】この評価関数Jは姿勢のズレΔθiと操作
量uiの重み付き自乗和を表している。最適レギュレー
タ理論によれば、重みの大きい項の姿勢のズレは重みの
小さい項のそれよりも小さい値になる様にフィードバッ
クゲインが算出される。よって、重みの付けかたで違っ
たフィードバックゲインが算出され、姿勢のズレの修正
の時間応答が相違してくる。最適レギュレータ理論で
は、この重みの付けかたに関する定まった選定法がな
い。一般にはシミュレーションや実験により選定する。
This evaluation function J represents the weighted sum of squares of the posture deviation Δθi and the operation amount ui. According to the optimal regulator theory, the feedback gain is calculated so that the deviation of the posture of the term having a large weight becomes a value smaller than that of the term having a small weight. Therefore, different feedback gains are calculated depending on the weighting method, and the time response for correcting the deviation of the posture becomes different. In the optimal regulator theory, there is no fixed selection method for weighting. Generally, it is selected by simulation or experiment.

【0096】そこで、この発明においては2足歩行の特
徴を考慮して重みQ,Rを選定する様にした。それに関
して階段を昇降するときの様に遊脚の着地位置を正確に
制御したい場合を例にとって説明する。
Therefore, in the present invention, the weights Q and R are selected in consideration of the characteristics of bipedal walking. In this regard, a case where it is desired to accurately control the landing position of the free leg as when going up and down stairs will be described as an example.

【0097】図16に示す様に、遊脚の目標足先位置
(x,y)にズレΔx,Δyが生じた場合を考える。こ
れらは数35から数38の様に示すことができる。
Consider a case where deviations Δx and Δy occur in the target foot position (x, y) of the free leg as shown in FIG. These can be shown as in equations (35) to (38).

【0098】[0098]

【数35】 [Equation 35]

【0099】[0099]

【数36】 [Equation 36]

【0100】[0100]

【数37】 [Equation 37]

【0101】[0101]

【数38】 [Equation 38]

【0102】図16に示す様に、遊脚の目標足先位置
(x,y)からのズレΔx,Δyの位置上のズレΔp
は、数39の様に自乗和で表すことができる。
As shown in FIG. 16, the deviation Δp on the position of the deviation Δx, Δy from the target foot position (x, y) of the free leg is shown.
Can be expressed by the sum of squares as shown in Expression 39.

【0103】[0103]

【数39】 [Formula 39]

【0104】この式から明らかな様に、目標足先位置か
らのズレΔp2 は、各リンクの姿勢ズレΔθiにかかる
係数に比例している。即ち、その係数が大きい順に姿勢
ズレΔθiを小さくすれば、位置ズレΔp2 を効率的に
小さくすることができる。一方、評価関数Jは重みの大
きい姿勢ズレΔθiほど小さくすることができる。よっ
て、評価関数Jを数40の式の様に選ぶことによって最
適に足先位置のズレを修正することができる。即ち、所
定の位置に正確に着地させたいときなどは、全てのリン
ク角についての重みを等しくするのではなく、足先位置
のズレに対する寄与度に応じて重みを変えることとす
る。例えば、数34において、Δθ1の変動を小さくし
たいときは重みq1を大きくし、アクチュエータの最大
発生トルクを考慮し、u2の発生トルクを大きくしたい
ときはr2を小さくすれば良い。この様に、安定化制御
とは別に、重みQ,Rの大きさを最適に制御したい位置
(ここでは関節角度位置などの関節座標系での位置では
ない、作業座標系での位置)に応じて変えることによ
り、例えば足先の位置を最適(効果的)に制御すること
が可能となる。尚、この選定手法は、足先位置のみなら
ず、重心位置など他の部位の位置にも適用可能である。
As is clear from this equation, the deviation Δp 2 from the target foot position is proportional to the coefficient concerning the posture deviation Δθi of each link. That is, if the posture deviation Δθi is reduced in the order of increasing coefficient, the position deviation Δp 2 can be efficiently reduced. On the other hand, the evaluation function J can be made smaller as the posture deviation Δθi having a larger weight is increased. Therefore, by selecting the evaluation function J as in the formula (40), it is possible to optimally correct the displacement of the foot position. That is, when it is desired to accurately land on a predetermined position, the weights for all link angles are not made equal, but the weights are changed according to the degree of contribution to the displacement of the toe position. For example, in Expression 34, the weight q1 may be increased to reduce the fluctuation of Δθ1, the maximum torque generated by the actuator may be considered, and the r2 may be decreased to increase the torque generated by u2. In this way, in addition to the stabilization control, depending on the position (here, the position in the work coordinate system, which is not the position in the joint coordinate system such as the joint angle position) where the weights Q and R are to be optimally controlled, It is possible to optimally (effectively) control the position of the toes, for example. It should be noted that this selection method can be applied not only to the position of the tip of the foot, but also to the positions of other parts such as the center of gravity.

【0105】[0105]

【数40】 [Formula 40]

【0106】この実施例は上記の如く、関節角サーボ系
を備えた2足歩行の脚式移動ロボットの制御装置におい
て、予め設定した歩行パターンの目標角度と実際の角度
との偏差を絶対角度で求め、それに応じて操作量uを求
めてサーボ操作量に足し込む様に構成したので、歩行パ
ターンが予期しない凹凸路面を歩行するときも常に安定
した姿勢を保持することができ、また線形性を損なう様
な歩行パターンに対しても高速なコンピュータを用いて
非線形補償する必要がなく、常に滑らかな歩行を実現す
ることができる。また操作量uの算出に際しても、遊脚
に作用する外力の変動分に応じて精緻に決定する手法に
加えて、胴体部の傾斜角度と傾斜角速度とから簡便に算
出する様にも構成したので、その簡便に算出する手法に
よるときは簡易に算出することができる。
In this embodiment, as described above, in the controller of the bipedal legged mobile robot having the joint angle servo system, the deviation between the preset target angle of the walking pattern and the actual angle is expressed in absolute angle. Since the operation amount u is calculated and added to the servo operation amount in accordance with the calculation, it is possible to always maintain a stable posture even when walking on an uneven road surface where the walking pattern is unexpected, and it is possible to achieve linearity. It is not necessary to use a high-speed computer to perform non-linear compensation even for a walking pattern that is impaired, and smooth walking can always be realized. Further, when the operation amount u is calculated, in addition to the method of finely determining it according to the variation of the external force acting on the swing leg, the operation amount u is configured to be simply calculated from the tilt angle and the tilt angular velocity of the body. In the case of the simple calculation method, it can be calculated easily.

【0107】図17は本発明の第2実施例を示すブロッ
ク図であり、第1実施例の図4と同様に安定化制御系を
表すものである。この例は、前記したゲインKx,ある
いはKq,Kψに周波数特性を持たせたものである。即
ち、第1実施例においては、図18に示す様に、ゲイン
を周波数に対しては一定値に固定したのに対し、図19
に示す如く、周波数に応じて低減する様に構成した。
FIG. 17 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and shows a stabilizing control system similarly to FIG. 4 of the first embodiment. In this example, the above-mentioned gain Kx or Kq, Kψ is given a frequency characteristic. That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 18, the gain is fixed to a constant value with respect to the frequency, whereas in FIG.
As shown in, it is configured to reduce according to the frequency.

【0108】これについて説明すると、外乱が生じたと
きに備え、ゲインを上げておいて系の反応を早め、外乱
に対する安定性を向上させる必要がある。しかし、ゲイ
ンを大きくしてリンクの応答性を上げると、高周波の振
動が各リンクに生じ、更にゲインを上げていくと、その
高周波の振動がフィードバックループ内で増幅され、発
振を生じてしまう。これは、前記した数1の式で表され
る数学モデルは剛性モデルの様な低周波領域でのみ成立
するものであり、リンクの柔らかさ、ガタ、撓み等の影
響が現れる高周波領域の状態を正確に表現し得ていない
ためである。しかしながら、高周波領域まで含めた状態
を正確に数学モデルで表現するのは極めて困難であり、
仮に表現できたとしても非常に複雑なモデルとなり、大
容量で高価なコンピュータが必要となって実現が殆ど不
可能となる。
To explain this, it is necessary to raise the gain to speed up the reaction of the system and improve the stability against disturbance in case of occurrence of disturbance. However, if the gain is increased to increase the responsiveness of the links, high-frequency vibration is generated in each link, and if the gain is further increased, the high-frequency vibration is amplified in the feedback loop, causing oscillation. This is because the mathematical model expressed by the equation (1) described above is established only in the low frequency region such as the stiffness model, and the state of the high frequency region in which the influences of the softness of the link, the rattling, the bending, etc. appear This is because it cannot be expressed accurately. However, it is extremely difficult to accurately represent the state including the high frequency region with a mathematical model,
Even if it could be expressed, it would be a very complicated model, and would require a large-capacity and expensive computer, making it almost impossible to realize.

【0109】この発振の原因は高周波信号が減衰せず、
増幅することによるものであるから、この高周波信号を
減衰させれば良い。そこで、本実施例においてはフィー
ドバックゲインKx,あるいはKq,Kψに周波数特性
を持たせる如く構成した。即ち、図19に示した様に、
指令信号レベルの低周波領域では比較的ゲインを高く
し、リンクが弾性を示す高周波領域では低くする様にし
た。具体的には図17に示す様に、フィードバックルー
プ内に高周波遮断のフィルタを介挿する様にした。この
フィルタの状態方程式は数41の式で表すことができ、
Af,Bf,Cf を設計段階において適宜設定することによ
りカットオフ周波数を任意に決定することができる。
The cause of this oscillation is that the high frequency signal is not attenuated,
Since this is due to amplification, this high frequency signal may be attenuated. Therefore, in this embodiment, the feedback gain Kx or Kq, Kψ is configured to have frequency characteristics. That is, as shown in FIG.
The gain is relatively high in the low frequency region of the command signal level, and is low in the high frequency region where the link is elastic. Specifically, as shown in FIG. 17, a high frequency cutoff filter is inserted in the feedback loop. The equation of state of this filter can be expressed by the equation 41,
The cutoff frequency can be arbitrarily determined by appropriately setting Af, Bf, and Cf at the design stage.

【0110】[0110]

【数41】 [Formula 41]

【0111】本実施例の場合、図12フロー・チャート
のS20、図14フロー・チャートのS210での補正
量u,Uの算出に当たり、運搬重量に応じカットオフ周
波数を可変とする。即ち、ロボットが物体を上体に取り
付けて運搬するときはロボットのメカニズムの固有周波
数が変化し、よって発振周波数も変化するからである。
尚、この調節はソフトウェア手法に依らずに、電気フィ
ルタを用いても良いことは言うまでもない。
In the case of the present embodiment, in calculating the correction amounts u and U in S20 of the flow chart of FIG. 12 and S210 of the flow chart of FIG. 14, the cutoff frequency is made variable according to the transported weight. That is, when the robot mounts an object on the upper body and carries it, the natural frequency of the mechanism of the robot changes, and thus the oscillation frequency also changes.
Needless to say, this adjustment may use an electric filter instead of the software method.

【0112】本実施例は安定化制御系(最適レギュレー
タ)のフィードバックゲインを高周波域において小さく
設定する様に構成し、予め設定した歩行パターンの目標
角度と実際の角度との偏差を絶対角度で求め、それに応
じて求めた操作量uを足し込む様に構成したので、関節
リンクの弾性による発振が生じない限度において、フィ
ルタを付加しない場合より安定性を一層良く実現するこ
とができることに加えて、歩行パターンが予期しない凹
凸路面を歩行するときも常に安定した姿勢を保持するこ
とができ、また線形性を損なう様な歩行パターンに対し
ても高速なコンピュータを用いて非線形補償する必要が
なく、常に滑らかな歩行を実現することができる。また
操作量uの算出に際しても、遊脚に作用する外力の変動
分に応じて精緻に決定する手法に加えて、胴体部の傾斜
角度と傾斜角速度とから簡便に算出する様にも構成した
ので、その簡便に算出する手法によるときは簡易に算出
することができる。
In the present embodiment, the feedback gain of the stabilizing control system (optimal regulator) is set to be small in the high frequency range, and the deviation between the preset target angle of the walking pattern and the actual angle is obtained as an absolute angle. Since the operation amount u calculated accordingly is added, in addition to the case where the filter is not added, the stability can be further improved in the limit that the oscillation due to the elasticity of the joint link does not occur. The walking pattern can always maintain a stable posture even when walking on an uneven bumpy road surface, and it is not necessary to use a high-speed computer for non-linear compensation for walking patterns that impair linearity. A smooth walk can be realized. Further, when the operation amount u is calculated, in addition to the method of finely determining it according to the variation of the external force acting on the swing leg, the operation amount u is configured to be simply calculated from the tilt angle and the tilt angular velocity of the body. In the case of the simple calculation method, it can be calculated easily.

【0113】尚、上記した第1、第2実施例にあって
は、図3において符号(イ)で示す個所に操作量uを加
算する様にしたが、同図に符号(ロ)あるいは(ハ)に
示す個所で加算しても良い。
In the first and second embodiments described above, the manipulated variable u is added to the portion indicated by the symbol (a) in FIG. 3, but the symbol (b) or ( You may add at the points shown in (c).

【0114】更には、図4に示した様に、歩行パターン
を絶対角度で設計することとしたが、それに限られるも
のではなく、相対角度で設計しても良い。但し、その場
合に実際の角度は絶対角度で検出されることから、適宜
に座標変換して絶対角度を求める必要がある。
Further, as shown in FIG. 4, the walking pattern is designed to have an absolute angle, but the invention is not limited to this, and the walking pattern may be designed to have a relative angle. However, in that case, since the actual angle is detected as an absolute angle, it is necessary to appropriately perform coordinate conversion to obtain the absolute angle.

【0115】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、1足ないしは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, the present invention has been described with respect to a bipedal legged mobile robot, but the present invention is not limited to this, and is also applicable to a legged mobile robot having one leg or three or more legs.

【0116】[0116]

【発明の効果】請求項1項にあっては、脚式移動ロボッ
トの脚部リンクの各関節に配したサーボモータに所定の
操作量を与え、各関節の角度を予め設定した目標角度に
追従制御する制御装置において、前記脚部リンクの実角
度と目標角度との偏差を重力方向に対する絶対角度で検
出する検出手段、及び検出した偏差に応じ、それを補正
すべく第2の操作量を演算する演算手段とを備え、前記
制御装置は、前記所定の操作量に演算された第2の操作
量を加算して前記サーボモータに与える様に構成したの
で、予期せぬ凹凸がある路面を歩行するときも安定した
姿勢を常に保持することができ、また平坦路を歩行する
ときも含めて常に滑らかな姿勢制御を実現することがで
きる。
According to the first aspect of the present invention, a predetermined operation amount is given to the servomotors arranged at the respective joints of the leg links of the legged mobile robot so that the angles of the respective joints follow the preset target angles. A control device for controlling detects a deviation between a real angle of the leg link and a target angle by an absolute angle with respect to a gravity direction, and calculates a second operation amount to correct the deviation according to the detected deviation. Since the control device is configured to add the calculated second operation amount to the predetermined operation amount and give the servo motor with the calculated second operation amount, the controller walks on a road surface having an unexpected unevenness. It is possible to always maintain a stable posture even when doing, and it is possible to always realize a smooth posture control even when walking on a flat road.

【0117】請求項2項の装置にあっては、前記脚式移
動ロボットが、基体と、それに連結される複数本の脚部
リンクとからなるものにおいて、前記演算手段は、該基
体の傾斜角及び/又は傾斜角速度から前記第2の操作量
を演算する様に構成したので、簡易に第2の操作量を演
算することができる。
In the apparatus according to claim 2, the legged mobile robot comprises a base body and a plurality of leg links connected to the base body, and the computing means comprises the inclination angle of the base body. Since the second operation amount is calculated from the inclination angular velocity and / or the second operation amount, the second operation amount can be easily calculated.

【0118】請求項3項の装置にあっては、前記脚式移
動ロボットが、基体と、それに第1の関節を介して連結
される2本の脚部リンクとからなり、該脚部リンクがそ
の先端付近に第2の関節を備えると共に、該第2の関節
と前記第1の関節との間に第3の関節を備え、該2本の
脚部リンクで交互に自重を支持しつつ歩行する2足歩行
型のロボットであり、前記制御装置は、支持脚の第2関
節、支持脚の第3関節、支持脚の第1関節、遊脚の第1
関節、遊脚の第3関節、遊脚の第2関節の順に設けられ
た優先順位に少なくとも部分的に従って、前記所定の操
作量に第2の操作量を加算する様に構成したので、制御
に時間的な余裕がないときにおいても、有効に安定化制
御を実現することができる。
According to the apparatus of claim 3, the legged mobile robot comprises a base body and two leg links connected to the base body via a first joint, and the leg links are provided. A second joint is provided near the tip thereof, and a third joint is provided between the second joint and the first joint, and walking while alternately supporting the own weight with the two leg links. A bipedal robot, wherein the control device comprises a second joint of the support leg, a third joint of the support leg, a first joint of the support leg, and a first joint of the free leg.
Since the second operation amount is added to the predetermined operation amount at least partially in accordance with the priority order of the joint, the third joint of the free leg, and the second joint of the free leg, the control is performed. Even when there is no time margin, the stabilization control can be effectively realized.

【0119】請求項4項の装置にあっては、前記演算手
段は前記第2の操作量を状態方程式を用いて演算すると
共に、その状態フィードバックゲインを前記角度から決
定されるロボットの姿勢に応じて変える様に構成したの
で、安定化制御に加えて、着地位置などを最適制御する
ことができる。
In the apparatus according to the fourth aspect, the calculating means calculates the second manipulated variable by using a state equation, and the state feedback gain thereof is changed according to the posture of the robot determined from the angle. In addition to the stabilization control, it is possible to optimally control the landing position and the like.

【0120】請求項5項の装置にあっては、前記脚式移
動ロボットが、基体と、それに第1の関節を介して連結
され、その先端付近に第2の関節を備えた2本の脚部リ
ンクとからなり、該2本の脚部リンクで交互に自重を支
持しつつ歩行する2足歩行型のロボットであり、該第2
関節付近に遊脚に作用する外力を検出する手段を備え、
前記演算手段は、検出された外力に基づいて前記第2の
操作量を演算する様に構成したので、第2の操作量を精
緻に演算することができ、よって一層安定した姿勢を常
に実現することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the legged mobile robot has two legs, which are connected to a base body through a first joint and have a second joint near the tip thereof. A two-legged walking robot which is composed of a partial link and which alternately walks while supporting its own weight by the two leg links.
A means for detecting an external force acting on the swing leg near the joint is provided,
Since the calculation means is configured to calculate the second manipulated variable based on the detected external force, the second manipulated variable can be precisely calculated, and thus a more stable posture is always realized. be able to.

【0121】請求項6項の装置にあっては、フィードバ
ック・ゲインに周波数特性を与える様に構成したので、
前記した効果に加えて、発振を抑止しつつ安定した高速
歩行を実現することができる。
In the device according to the sixth aspect, since the feedback gain is provided with the frequency characteristic,
In addition to the effects described above, stable high-speed walking can be realized while suppressing oscillation.

【0122】請求項7項の装置にあっては、カットオフ
周波数を可搬重量に応じて可変に構成したので、前記し
た効果に加えて、発振を抑制しつつ安定した高速歩行を
実現することができる。
According to the apparatus of claim 7, since the cutoff frequency is variable according to the payload, in addition to the above-mentioned effect, stable high-speed walking can be realized while suppressing oscillation. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す概略図である。
FIG. 1 is an overall schematic view of a control device for a legged mobile robot according to the present invention.

【図2】図1に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory block diagram of a control unit shown in FIG.

【図3】図2に示す制御ユニットの制御のうちの関節角
サーボ系を示すブロック線図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a joint angle servo system in the control of the control unit shown in FIG.

【図4】図3に示す関節角サーボ系に、この発明で算出
する第2の操作量を加算する状態を示すブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing a state in which a second operation amount calculated by the present invention is added to the joint angle servo system shown in FIG.

【図5】図1に示すロボットの前後方向の運動を示す説
明図である。
5A and 5B are explanatory diagrams showing a front-back movement of the robot shown in FIG.

【図6】図1に示すロボットの左右方向の運動を示す説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a horizontal movement of the robot shown in FIG.

【図7】図3に示す関節角サーボ系のみを備えた場合
に、ロボットの支持脚の足首関節角を前後方向にステッ
プ状に3度傾けたときの応答性を示す実験データ図であ
る。
FIG. 7 is an experimental data diagram showing the response when the ankle joint angle of the supporting leg of the robot is tilted stepwise 3 degrees in the front-rear direction when only the joint angle servo system shown in FIG. 3 is provided.

【図8】図4に示す第2の操作量を加算した場合の図7
と同様の実験データ図である。
FIG. 8 is a diagram when the second manipulated variable shown in FIG. 4 is added.
It is an experimental data figure similar to.

【図9】図8と同様のものであって、別の手法で算出し
た第2の操作量を加算した場合の実験データ図である。
FIG. 9 is an experimental data diagram similar to FIG. 8 in the case where a second manipulated variable calculated by another method is added.

【図10】図7と同様のものであって、ロボットの支持
脚の足首関節角を左右方向にステップ状に3度傾けたと
きの応答性を示す実験データ図である。
FIG. 10 is an experimental data diagram similar to FIG. 7 and showing responsiveness when the ankle joint angle of the supporting leg of the robot is tilted 3 degrees in a stepwise manner in the left-right direction.

【図11】図10と同様のものであって、図4に示す第
2の操作量を加算した場合の実験データ図である。
11 is an experimental data diagram similar to FIG. 10 in the case where the second manipulated variable shown in FIG. 4 is added.

【図12】図2の制御装置の動作を示すフロー・チャー
トであって、片足支持期の制御値決定を示すフロー・チ
ャートである。
12 is a flow chart showing an operation of the control device of FIG. 2, which is a flow chart showing determination of a control value in one foot supporting period.

【図13】図12と同様のものであって、着地時のコン
プライアンス制御期の制御値決定を示すフロー・チャー
トである。
FIG. 13 is a flowchart similar to FIG. 12, showing the control value determination in the compliance control period at the time of landing.

【図14】図12と同様のものであって、両足支持期の
制御値決定を示すフロー・チャートである。
FIG. 14 is a flowchart similar to FIG. 12, showing the control value determination in the both-foot supporting period.

【図15】図12から図14に示した制御時期を説明す
る歩行の状態遷移図である。
FIG. 15 is a walking state transition diagram illustrating the control timing shown in FIGS. 12 to 14;

【図16】図4に示す第2の操作量を算出するときの評
価関数の重みの決定手法を説明する説明図である。
16 is an explanatory diagram illustrating a method of determining a weight of an evaluation function when calculating the second operation amount illustrated in FIG.

【図17】本発明の第2実施例を示す図4と同様の説明
ブロック線図である。
FIG. 17 is an explanatory block diagram similar to FIG. 4, showing a second embodiment of the present invention.

【図18】第1実施例のフィードバックゲインの周波数
特性を示す説明特性図である。
FIG. 18 is an explanatory characteristic diagram showing the frequency characteristic of the feedback gain of the first embodiment.

【図19】第2実施例のフィードバックゲインの周波数
特性を示す説明特性図である。
FIG. 19 is an explanatory characteristic diagram showing the frequency characteristic of the feedback gain of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 脚式移動ロボット(2足歩行ロボ
ット) 2 脚部リンク 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(足部) 24 胴体部 26 制御ユニット 36 6軸力センサ 40,42 傾斜センサ
1 Leg type mobile robot (bipedal walking robot) 2 Leg links 10R, 10L Joints for pivoting legs (axes) 12R, 12L Joints in the pitch direction of the crotch (axis) 14R, 14L Joints in the roll direction of the crotch (Axis) 16R, 16L Joint in the pitch direction of the knee (axis) 18R, 18L Joint in the pitch direction of the ankle (axis) 20R, 20L Joint in the roll direction of the ankle (axis) 22R, 22L Foot (foot) ) 24 body section 26 control unit 36 6-axis force sensor 40, 42 tilt sensor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 脚式移動ロボットの脚部リンクの各関節
に配したサーボモータに所定の操作量を与え、各関節の
角度を予め設定した目標角度に追従制御する制御装置に
おいて、 a.前記脚部リンクの実角度と目標角度との偏差を重力
方向に対する絶対角度で検出する検出手段、及び b.検出した偏差に応じ、それを補正すべく第2の操作
量を演算する演算手段、とを備え、前記制御装置は、前
記所定の操作量に演算された第2の操作量を加算した値
を前記サーボモータに与える様にしたことを特徴とする
脚式移動ロボットの制御装置。
1. A control device for giving a predetermined operation amount to a servomotor arranged at each joint of a leg link of a legged mobile robot to control the angle of each joint so as to follow a preset target angle. Detecting means for detecting a deviation between the actual angle of the leg link and the target angle by an absolute angle with respect to the direction of gravity; and b. And a calculation means for calculating a second manipulated variable in order to correct the detected deviation in accordance with the detected deviation. A control device for a legged mobile robot, characterized in that it is applied to the servomotor.
【請求項2】 前記脚式移動ロボットが、基体と、それ
に連結される複数本の脚部リンクとからなるものにおい
て、前記演算手段は、該基体の傾斜角及び/又は傾斜角
速度から前記第2の操作量を演算することを特徴とする
請求項1項記載の脚式移動ロボットの制御装置。
2. The legged mobile robot comprising a base body and a plurality of leg links connected to the base body, wherein the computing means calculates the second from the inclination angle and / or the inclination angular velocity of the base body. The control device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein the control amount is calculated.
【請求項3】 前記脚式移動ロボットが、基体と、それ
に第1の関節を介して連結される2本の脚部リンクとか
らなり、該脚部リンクがその先端付近に第2の関節を備
えると共に、該第2の関節と前記第1の関節との間に第
3の関節を備え、該2本の脚部リンクで交互に自重を支
持しつつ歩行する2足歩行型のロボットであり、前記制
御装置は、支持脚の第2関節、支持脚の第3関節、支持
脚の第1関節、遊脚の第1関節、遊脚の第3関節、遊脚
の第2関節の順に設けられた優先順位に少なくとも部分
的に従って、前記所定の操作量に第2の操作量を加算す
ることを特徴とする請求項1項または2項記載の脚式移
動ロボットの制御装置。
3. The legged mobile robot comprises a base body and two leg links connected to the base body via a first joint, and the leg link has a second joint near its tip. A bipedal robot that comprises a third joint between the second joint and the first joint, and walks while alternately supporting its own weight with the two leg links. The control device is provided in the order of the second joint of the support leg, the third joint of the support leg, the first joint of the support leg, the first joint of the free leg, the third joint of the free leg, and the second joint of the free leg. The legged mobile robot controller according to claim 1 or 2, wherein a second operation amount is added to the predetermined operation amount according to at least part of the determined priority order.
【請求項4】 前記演算手段は前記第2の操作量を状態
方程式を用いて演算すると共に、その状態フィードバッ
クゲインを、前記角度から決定されるロボットの姿勢に
応じて変えることを特徴とする請求項1項ないし3項の
いずれかに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
4. The calculating means calculates the second manipulated variable by using a state equation, and changes the state feedback gain according to the posture of the robot determined from the angle. Item 4. A control device for a legged mobile robot according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】 前記脚式移動ロボットが、基体と、それ
に第1の関節を介して連結され、その先端付近に第2の
関節を備えた2本の脚部リンクとからなり、該2本の脚
部リンクで交互に自重を支持しつつ歩行する2足歩行型
のロボットであり、該第2関節付近に遊脚に作用する外
力を検出する手段を備え、前記演算手段は、検出された
外力に基づいて前記第2の操作量を演算することを特徴
とする請求項1項記載の脚式移動ロボットの制御装置。
5. The legged mobile robot comprises a base body and two leg links which are connected to the base body via a first joint and have a second joint near the tip thereof. Is a two-legged walking robot that alternately walks while supporting its own weight with its leg links, and is provided with means for detecting an external force acting on the idle leg near the second joint, and the arithmetic means is detected. The control device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein the second operation amount is calculated based on an external force.
【請求項6】 前記所定の操作量の算出においてフィー
ドバック・ゲインをフィードバック信号の周波数特性に
応じて可変とし、所定周波数を基準としてそれを超える
帯域でのゲインをそれを下廻る帯域でのゲインより小さ
くしたことを特徴とする請求項1項乃至5項のいずれか
に記載の脚式移動ロボットの制御装置。
6. In the calculation of the predetermined manipulated variable, the feedback gain is made variable according to the frequency characteristic of the feedback signal, and the gain in a band exceeding the predetermined frequency is set as a gain in a band below the predetermined frequency. The control device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein the control device is made smaller.
【請求項7】 前記所定周波数を可搬重量に応じて可変
とすることを特徴とする請求項6項記載の脚式移動ロボ
ットの制御装置。
7. The control device for a legged mobile robot according to claim 6, wherein the predetermined frequency is variable according to a loadable weight.
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