JPH05318338A - 脚移動機構操縦システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】三軸方向及びその回転方向とその大きさを、人
間が指示できる指示手段１と、４脚及び多脚による脚移
動機構３とその制御装置２からなり、指示手段からの情
報で、歩行の形態にあった一歩単位の関節制御指令値の
纏まりである歩行パターンを切り替えることで脚移動機
構３を制御して、人間が簡単な指示手段で脚移動機構３
を操縦する。 【効果】人間の指示によって、人間に納得できるかたち
で、脚移動機構を操縦可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脚移動ロボットの操作
方法に係り、特に、プラント内あるいは、ビルのオフィ
スなどでの配管や段差を踏破することのできる脚移動機
構をもつ作業移動ロボットや警備ロボットの操縦に好適
な操縦システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】脚移動機構やその操作方法は、特開昭62
−26174号や特開平2−212906号公報に記載のものが挙げ
られるが、これらは、脚移動機構をどのように操縦する
か、或いは、どのように人間の意志の通り動かすかにつ
いて、その手段・方法は明らかでない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、脚移
動機構の移動の仕方や操作方法について示しているのみ
で、人間が脚移動機構をどのように制御して操縦するか
については、その手段・方法が明らかでない。

【０００４】本発明の目的は、人間の指示によって、人
間に納得できるかたちで脚移動機構の移動を制御して操
縦し、かつ、歩行の破綻を回避して、安定に操縦できる
操縦システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、人間が脚移
動機構の移動方向やその形態について指示できる指示手
段と、その指示手段からの情報を判断して歩行のための
歩行パターンを選択する手段または方法を持ち、選択さ
れた歩行パターンの関節角度指令値を格納した歩行パタ
ーンデータベース、あるいは、選択された歩行形態の関
節角度指令値を自動生成する歩行パターン自動作成シス
テムからなる脚制御装置と脚移動機構から成る操縦シス
テムを構築することで達成される。

【０００６】

【作用】この歩行パターンは、歩行の形態にあった一歩
単位の関節制御指令値のまとまりであり、ビルのオフィ
スやプラントなど整った建屋内では、毎回毎回足先位置
を演算して移動しなくても、歩行パターンで移動させる
ことができる。ここでの一歩は、各脚がそれぞれ１回ず
つ踏み換える動作を意味する。また、予めそれ単独で安
定に歩行することを確認しておくことができる。

【０００７】この歩行パターンは、ロボットの仕様や歩
行形態，歩幅などの移動量を、歩行パターン作成のため
の歩行パラメータとして生成される。予め指示手段から
の情報を、歩幅などの移動量に対応づけておき、この移
動量などを歩行パターンの作成のための歩行パラメータ
として、この歩行パターンを作成し用意しておくか、或
いは、また、必要に応じて生成する。そして、人間が操
縦するために操作した指示手段からの情報に基づいて、
この歩行パターンを選択して、その選択された歩行パタ
ーンで歩行を実行することで操縦機能を実現できる。

【０００８】必ず安定歩行を確認している歩行パターン
のみで歩行を実行するため、歩行の破綻は起らない。歩
行による移動を一歩毎のまとまりと考えてそれを選択的
に実行するため、指示手段からの情報を歩行パターンに
合わせて制御することで、静歩行のみでなく、いろいろ
な歩行の仕方に対応できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、その脚機構操縦
システムの構成について、図１を用いて説明する。ここ
では、４脚移動機構を対象として説明する。人間は、操
縦するに当たって、入力指示手段１によって、まず、入
力指示手段１を有効にするための電源キーにより、電源
投入を行う。そして、脚機構３が移動する方向や進む大
きさ（速さ）そして歩行形態を指示する。入力指示手段
１から、この操作に基づいて、電源キー・方向・大きさ
指示情報ａが、脚制御装置２の誤操作防止ルーチン２１
に入る。誤操作防止ルーチン２１では、直前の電源キー
情報，脚制御ルーチン２３からのタスク実行情報ｃ，胴
体位置情報ｄと、入力指示手段１からのａの現在の電源
キーの情報とから、操縦のために指示手段の情報を有効
にして良いかどうかを判断し、異常時には、指示手段の
情報を無効にして誤操作を防止する。

【００１０】正常と判断したとき、入力指示手段１から
の指示情報を有効にし、方向・大きさ指示情報ｂを歩行
パターン選択ルーチン２２に出力する。歩行パターン選
択ルーチン２２では、ｂに基づいて、最適な歩行パター
ンを選択する。選択した歩行パターン情報ｅを脚制御ル
ーチン２３に出力する。脚制御ルーチン２３では、ｅの
情報に基づき、歩行パターンデータベース２４に歩行パ
ターン選択情報ｇを渡し、歩行パターンデータベース２
４から関節指令値データｈから受け取り、関節指令値ｉ
を脚移動機構３に出力し歩行を実行する。同時に、脚移
動機構の情報ｋを脚移動機構３から受け取る。また、歩
行パターンデータベース２４には、予め歩行パターン作
成システム５でオフラインで歩行パターンを作成し、そ
のデータを格納しておく。

【００１１】このようにして、順次、指示手段からの情
報から歩行パターンを選択し、歩行していくことで操縦
が実現される。脚制御ルーチン２３は、歩行パターンの
実行状態によって、次の操作を許可する信号ｆを表示・
伝達手段４に送り、表示・伝達手段４がその情報を人間
に伝達する。

【００１２】予め指示手段からの情報と歩行パターンの
歩行パラメータとの対応をとっておき、その歩行パラメ
ータによって歩行パターンを作成しておくか、または、
その歩行パラメータから歩行パターンを自動生成するよ
うにしておく。これにより、歩行パラメータを指定する
ことで、脚移動機構を動かすための関節指令値が出力さ
れる。なお、この対応関係は歩行パターン選択ルーチン
に組み込まれている。歩行パターンの作成とは、脚移動
機構の胴体の位置・姿勢と各足先の位置を各種歩容によ
り一歩分の動きを指定することで各関節の動作指令値を
演算してもとめることである。

【００１３】次に入力指示手段の例を図２，図３に示
す。図２は、その全体を、図３はジョイスティックのレ
バーの例について示している。電源キー１ｐとジョイス
ティック１ｊ、そして、モードセレクト用のキースイッ
チ１ｍがあり、ジョイスティック・レバー１ｊは、前後
左右，Ｚ軸回りスイッチ，Ｚ軸ボタンからなる。

【００１４】誤操作防止ルーチンは、表１に示すよう
に、直前の電源キーの状態ａ１，現在の電源キーの状態
ａ２，タスクの実行状態ｃ、及び胴体中心の位置の状態
ｄから異常・正常を判断して、他のタスクが実行中に操
縦システムを起動したり、操縦中に電源切断したりする
ことによる誤操作を防止する。

【００１５】

【表１】

【００１６】異常時には、警告を発するとともに、ジョ
イスティックの情報を無効にする。さらに、脚機構の状
態によって、停止可能時には停止動作に入り、停止でき
ないときには、現在の動作を継続し、停止可能になり次
第、停止動作に入るように制御される。

【００１７】次に、歩行の仕方について述べる。図４
は、単一歩行と継続歩行について示したものである。ジ
ョイスティック・レバーの傾きが小さいときは、調整の
ための移動であるとし、図４（ａ）のように一歩の歩行
で胴体を下げて移動し、再び初期姿勢に戻る動作をさせ
る。これを単一歩行とし、比較的短い移動に用いる。継
続歩行は、図４（ｂ）のように、大きな歩幅で連続的な
移動をさせるもので、基本的に、三つの歩行パターンか
らなっている。胴体が初期位置から定常歩行状態に移行
しながら移動する開始歩行，定常的に歩行を繰り返すこ
とのできる定常歩行，定常状態から初期位置に胴体を移
行しながら停止する終了歩行からなっている。定常歩行
パターンを繰り返すことで長い距離を歩行することがで
きる。

【００１８】図５は、ジョイスティックの操作と動作の
対応を示したものである。ここでは、直進，斜めに進む
並進，横行，旋回，その場旋回、及びしゃがみ込みを示
しているが、その他の歩行についても、歩行パターンが
作成できれば、歩行パターン選択ルーチンに組み込むこ
とで操縦に寄与できる。ジョイスティック・レバーの方
向に依存して、その方向に脚機構が移動することを示し
ている。

【００１９】図６，図７には、それぞれ、並進のレバー
の位置の例、旋回のレバーの位置の例を示している。レ
バーの位置によって、歩行形態である歩容及び、その歩
容での歩行パラメータが決定される。直進・並進・横行
は、それぞれ定常歩行時に混在して歩行できるように、
歩行パターン作成時に胴体中心高さのパラメータを一致
させて作成している。同様に、旋回・その場旋回でも混
在できる。図６，図７は、レバー位置を前後及び左右の
それぞれの方向に３段階に切り替わるようにした例であ
るが、もっと細かくしても可能である。

【００２０】図６の例では、前進歩幅が４００mm、横方
向歩幅が３０mmの並進歩行での継続歩行を選択すること
を示している。この時、ジョイスティックのレバーの位
置は、前後方向が前方向に３、左右方向が左方向に２を
表している。ジョイスティックのレバーの中立位置で
は、これらの値は、それぞれ０であるから、両方向で０
以外の値をとっているので、並進であると判断できる。
そして、これらの値に、前進歩幅が４００mm、横方向歩
幅が３０mmを対応させている。このように、レバーの位
置によって、歩容とその歩行パラメータが決定される。
この対応関係をとっておくことで多段階にも対応できる
操縦システムが可能となる。

【００２１】同様に図７では、回転半径１００mm，回転
角度３°の旋回での単一歩行を示している。図７の下部
には、Ｚ軸回りスイッチの位置も示した。これらの図で
示したように最も大きくレバーを傾けたところを継続歩
行にし、それよりも傾きが小さいところでは、単一歩行
とし、人間の納得のいく形で操縦できるようにしてい
る。

【００２２】次に、脚制御ルーチンの制御方法について
述べる。図８は、操縦システムのメイン・ループについ
て示している。このループは、脚歩行システムのオペレ
ーティングシステムによって常時周期的に実行される。
初めに、誤操作防止ルーチンを実行する。その後、歩行
実行状態を歩行パターンの実行中かどうか、実行中なら
どの程度まで実行中かについて調べる。タスク実行状態
や胴体位置の情報などもここで調べ、設定される。この
実行状態によりレバー操作の変更が可能かどうかを判別
し、可能なら変更の許可を人間に伝達し、変更許可フラ
グをセットする。さらに、歩行パターンの実行が完了し
たかどうかについて判別し、完了していれば、次の歩行
が待っているかどうかを判断する。待ち歩行がある場合
には、その歩行の実行を開始する。

【００２３】図９は、誤操作防止ルーチンについてのフ
ローチャートを示している。先に示したように、電源キ
ーや各状態の情報をコード化し、表１に従って、正常状
態かどうかを判断する。正常状態なら、歩行パターン選
択ルーチンに制御を渡す。異常であれば、異常処理を行
う。

【００２４】歩行パターン選択ルーチンのフローチャー
トを図１０に示す。このルーチンの最初で、ジョイステ
ィックの情報が有効かどうかの判別を行い、次に、その
情報が確定したかどうかを判別する。この確定は、ジョ
イスティックの状態が一定時間（回数）同じ状態を保っ
たかどうかで判断する。これにより、ジョイスティック
を操作している状況での誤指示を避ける。

【００２５】状態が確定すると、その状態をコード化
し、歩行選択を行う。ジョイスティックの状態に対する
選択コードを表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】この選択コードから、表３に示すように、
ｊｙｓｔを計算し、このコードによりそれぞれの歩行形
態つまり歩容の処理を行う。

【００２８】

【表３】

【００２９】例えば、直進で前進の場合、レバーをＸ方
向に前に傾けるだけだから、選択コードのｆｒが１、方
向を示すｆｂが０、その方向の傾きの大きさを示すｖｆ
が傾きの大きさとして与えられ、他のコードは０であ
る。このとき、ｊｙｓｔは、１であるから、直進が選択
され、ｆｂ，ｖｆにより歩行パラメータが選択され歩行
パターンが選択される。

【００３０】このようにコードｊｙｓｔで歩容が選択さ
れた後、その歩容であることを示す歩行形態の情報のパ
ラメータが設定され、歩行対応ルーチンに制御が渡され
る。また、停止が選択されたときには、停止対応ルーチ
ンに制御が渡される。

【００３１】停止対応ルーチンでは、図１１に示すよう
に、レバー変更許可中かどうかを判別し、許可中なら、
実行中の歩行が終了次第停止するように設定し、そうで
ないなら、その場で一時停止状態に入る。

【００３２】歩行対応ルーチンのフローチャートを、図
１２に示す。先に示した対応関係から、指示された歩行
に対応した歩行パラメータを設定し、この歩行パラメー
タによって、歩行パターンを決定する。次に、レバー変
更許可中かどうかを判別する。許可中なら、停止中かど
うかを判別する。停止中なら、次の歩行が動きだす最初
であるから、即座に歩行を開始する。停止中でなけれ
ば、歩行をまだ実行中であるから、その歩行が終了次第
歩行できるように実行待ちに歩行パターンを設定する。
また、変更許可中でないときにも停止中かどうかの判定
を行い、停止中の場合、一時停止していたから、その歩
行を再開する。それ以外は、歩行中での次の操作を許可
していないから無視する。

【００３３】このように、脚制御装置並びにアルゴリズ
ムを構成することで歩行パターンを用いた脚移動機構の
操縦システムが構築できる。かつ、人間の誤操作にも対
応した形で構築でき、操作性，安全性の向上に効果があ
る。

【００３４】また、歩行パターンデータベースをもとに
システムを構築しているが、歩行パターン選択ルーチン
からの情報を歩行パラメータとして関節指令値を自動生
成するシステムを組み込むことも可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、予め歩行を確認してお
くことができる歩行パターンを用いることができ、これ
らを人間が指示手段によって、選択し、切り替えて歩行
させるため、歩行の破綻を起こすことなく脚機構を操縦
して歩行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例での脚移動機構操縦システム
のブロック図。

【図２】本発明の一実施例での指示手段の説明図。

【図３】本発明の一実施例でのジョイスティックの説明
図。

【図４】単一歩行と継続歩行の説明図。

【図５】本発明の一実施例でのジョイスティックの操作
と動作の対応の説明図。

【図６】本発明の一実施例での並進のレバー位置の例を
示す説明図。

【図７】本発明の一実施例での旋回のレバー位置の例を
示す説明図。

【図８】本発明の一実施例での操縦システムのメインル
ープのフローチャート。

【図９】本発明の一実施例での誤操作防止ルーチンのフ
ローチャート。

【図１０】本発明の一実施例での歩行パターン選択ルー
チンのフローチャート。

【図１１】本発明の一実施例での停止対応ルーチンのフ
ローチャート。

【図１２】本発明の一実施例での歩行対応ルーチンのフ
ローチャート。

【符号の説明】

１…入力指示手段、２…脚制御装置、３…脚移動機構、
４…表示・伝達手段、５…歩行パターン作成システム、
２１…誤操作防止ルーチン、２２…歩行パターン選択ル
ーチン、２３…脚制御ルーチン、２４…歩行パターンデ
ータベース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】脚移動機構の移動方向及びその回転方向と
   その大きさ，移動形態を人間が指示できる指示手段と、
   前記脚移動機構とその制御装置からなり、前記指示手段
   からの情報で、歩行の形態にあった一歩単位の関節制御
   指令値のまとまりである歩行パターンを切り替えること
   で前記脚移動機構を制御して、人間が前記脚移動機構を
   操縦することを特徴とする脚移動機構操縦システム。