JPH1086081A - Walking posture generation device for leg type moving robot - Google Patents

Walking posture generation device for leg type moving robot

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JPH1086081A
JPH1086081A JP9213953A JP21395397A JPH1086081A JP H1086081 A JPH1086081 A JP H1086081A JP 9213953 A JP9213953 A JP 9213953A JP 21395397 A JP21395397 A JP 21395397A JP H1086081 A JPH1086081 A JP H1086081A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide appropriate steps and rotational angles by providing a walking posture generation means which performs approximate calculation of requirements on the walking attitude based on a selected standard walking posture and generates an approximate walking posture for satisfying the requirements on the walking posture. SOLUTION: A standard walking posture data group which is prepared on off-line is stored in a ROM beforehand (S10). Secondly, an end upper body position and speed of each standard walking posture are found so as to be stored (S12). A timer value (t) is set to 0 (S14) so that interruption of the timer is waited (S18). Thirdly, a changing point of the walking posture is judged and when it is affirmative, the timer is reset (S20) and a requirement value to the walking posture is read (S24). Fourthly, generation processing of the walking attitude is implemented (S26). Fifthly, the walking posture generation parameter is substituted (S28) for a target walking posture parameter and an instantaneous value of the target walking posture is calculated (S30). Sixthly, the time (t) is renewed (S32) by Δt. Both-leg compliance is provided based on the walking posture generated thereby, a target joint angle is found, and the robot is driven and controlled for the target value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、脚式移動ロボッ
トの歩容生成装置に関し、より詳しくは脚式移動ロボッ
トにおいてその歩容を自在かつリアルタイムに生成でき
るようにしたものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gait generator for a legged mobile robot, and more particularly to a legged mobile robot capable of generating its gait freely and in real time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の脚式移動ロボットにおいて、例え
ば特開平5−285868号公報記載の技術に示される
ように、直進、方向転換などの種々の歩容を予めオフラ
インで設計し、設計値をロボットに搭載した制御用マイ
クロコンピュータのメモリに記憶させておき、歩行時に
適当な順で出力して実行することが提案されている。
2. Description of the Related Art In a conventional legged mobile robot, various gaits such as straight-ahead travel and direction change are designed off-line in advance, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-285868. It has been proposed to store the information in a memory of a control microcomputer mounted on a robot and output and execute the data in a suitable order during walking.

【0003】また、特開昭62−97006号(特公平
5−62363号)公報記載の技術も同様に予めオフラ
インで生成した歩行パターンデータをメモリに記憶させ
ておき、歩行時に出力すると共に、必要に応じて記憶さ
れた時系列データ間を時間的に補間して刻み時間を細分
化することを提案している。
[0003] Further, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-97006 (Japanese Patent Publication No. 5-62363), walking pattern data generated off-line is stored in a memory in advance, and is output at the time of walking. It is proposed to subdivide the step time by temporally interpolating between the time series data stored according to.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にあっては、歩容データが予め決められてい
るので、任意の歩幅や旋回角を実現するなど歩容を自在
かつリアルタイムに生成することができなかった。
However, in the above-mentioned prior art, since the gait data is predetermined, the gait can be freely and real-time generated, such as realizing an arbitrary stride or turning angle. I couldn't do that.

【0005】この発明の第1の目的は従来技術の上記し
た不都合を解消し、脚式移動ロボットにおいて、床反力
を含む歩容を自在かつリアルタイムに生成して任意の歩
幅や旋回角などを実現できるようにした脚式移動ロボッ
トの歩容生成装置を提供することにある。
A first object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and to freely and in real time generate a gait including a floor reaction force in a legged mobile robot and to set an arbitrary stride, turning angle and the like. It is an object of the present invention to provide a gait generation device for a legged mobile robot which can be realized.

【0006】この発明の第2の目的は従来技術の上記し
た不都合を解消し、脚式移動ロボットにおいて歩容を自
在かつリアルタイムに生成すると共に、生成された歩容
同士の境界においてロボットの各部位の変位および速度
が連続であるようにした脚式移動ロボットの歩容生成装
置を提供することにある。
A second object of the present invention is to solve the above-described disadvantages of the prior art, to generate a gait freely and in real time in a legged mobile robot, and to control various parts of the robot at the boundaries between the generated gaits. It is an object of the present invention to provide a gait generating device for a legged mobile robot in which the displacement and the speed of the robot are continuous.

【0007】この発明の第3の目的は従来技術の上記し
た不都合を解消し、脚式移動ロボットにおいて、リアル
タイムに生成した歩容に基づいて脚式移動ロボットを駆
動制御するようにした脚式移動ロボットの歩容生成装置
を提供することにある。
A third object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and in a legged mobile robot, to drive and control the legged mobile robot based on a gait generated in real time. An object of the present invention is to provide a gait generating device for a robot.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の第1および第2の
目的を達成するために、例えば請求項1項において、少
なくとも上体と、前記上体に関節を介して連結される複
数本の脚部リンクとからなる脚式移動ロボットの歩容生
成装置において、少なくとも1歩分の歩容について、そ
れぞれ床反力に関するパラメータを含むパラメータの集
合からなる複数種の標準歩容を記憶する標準歩容記憶手
段、歩容に関する要求を行う歩容要求手段、および前記
歩容に関する要求に対して前記標準歩容を1個ないし複
数個選択し、前記選択した標準歩容を基に近似演算を行
うことにより、前記歩容に関する要求を満足する近似歩
容を生成する歩容生成手段を備える如く構成した。
In order to achieve the first and second objects, for example, in claim 1, at least an upper body and a plurality of bodies connected to the upper body via joints. In a gait generating device for a legged mobile robot including a leg link, a standard gait storing a plurality of types of standard gaits each comprising a set of parameters including a parameter relating to a floor reaction force for at least one gait. Gait storage means, gait request means for making a request relating to a gait, and selecting one or more of the standard gaits in response to the request relating to the gait, and performing an approximate operation based on the selected standard gait. Thereby, the gait is provided with gait generating means for generating an approximate gait satisfying the requirement regarding the gait.

【0009】請求項2項にあっては、前記歩容生成手段
は、前記選択した歩容を加重平均して前記近似歩容を求
める如く構成した。
According to a second aspect of the present invention, the gait generator is configured to obtain the approximate gait by performing a weighted average of the selected gait.

【0010】請求項3項にあっては、前記歩容生成手段
は、前記選択した歩容のパラメータ感度を用いて前記近
似歩容を求める如く構成した。
According to a third aspect of the present invention, the gait generator is configured to obtain the approximate gait using the parameter sensitivity of the selected gait.

【0011】請求項4項にあっては、前記歩容生成手段
は、前記選択した歩容を加重平均すると共に、前記選択
した歩容のパラメータ感度を用いて前記近似歩容を求め
る如く構成した。
According to a fourth aspect of the present invention, the gait generating means is configured to calculate a weighted average of the selected gait and obtain the approximate gait using parameter sensitivity of the selected gait. .

【0012】請求項5項にあっては、前記歩容生成手段
は、前記標準歩容の少なくとも1個についてその単位変
更量当たりの他のパラメータの変更量を前記歩容のパラ
メータ感度として求めて記憶する記憶手段を備え、前記
記憶された歩容のパラメータ感度を用いて前記近似歩容
を求める如く構成した。
According to a fifth aspect of the present invention, the gait generating means calculates a change amount of another parameter per unit change amount of at least one of the standard gaits as a parameter sensitivity of the gait. There is provided storage means for storing, and the approximate gait is obtained using the parameter sensitivity of the stored gait.

【0013】請求項6項にあっては、前記標準歩容生成
手段は、前記標準歩容の床反力に関するパラメータに対
するその他のパラメータの摂動の関係を表現する表現手
段、を備え、前記表現された摂動の関係に基づいて前記
近似歩容を補正し、境界条件において少なくとも変位お
よび速度が連続するように前記歩容に関する要求を満足
する歩容を生成する如く構成した。
According to a sixth aspect of the present invention, the standard gait generating means includes expression means for expressing a relation of a perturbation of another parameter to a parameter relating to a floor reaction force of the standard gait. The gait is configured to correct the approximate gait based on the perturbation relationship and generate a gait that satisfies the requirement for the gait so that at least displacement and velocity are continuous under boundary conditions.

【0014】請求項7項にあっては、前記その他のパラ
メータの摂動が上体の水平位置の摂動である如く構成し
た。
In a preferred embodiment, the perturbation of the other parameters is a perturbation of the horizontal position of the body.

【0015】請求項8項にあっては、前記関係が線形モ
デルで表現される如く構成した。
According to the present invention, the relationship is represented by a linear model.

【0016】請求項9項にあっては、前記関係が倒立振
子モデルで表現される如く構成した。
According to a ninth aspect of the present invention, the relationship is represented by an inverted pendulum model.

【0017】請求項10項にあっては、前記関係が時系
列値で表現される如く構成した。
According to a tenth aspect of the present invention, the relationship is represented by a time-series value.

【0018】請求項11項にあっては、前記歩容生成手
段は、前記床反力に関するパラメータが所定の条件にあ
るときは、そのパラメータを除外して前記近似歩容を求
める如く構成した。
In another preferred construction, the gait generating means calculates the approximate gait by excluding the parameter when the parameter relating to the floor reaction force is under a predetermined condition.

【0019】請求項12項にあっては、前記歩容生成手
段は、前記生成された歩容に基づいて前記ロボットの関
節角度を算出する関節角度算出手段、および算出された
関節角度となるように前記ロボットの関節を駆動制御す
る関節駆制御手段を備える如く構成した。
According to a twelfth aspect of the present invention, the gait generator includes a joint angle calculator for calculating a joint angle of the robot based on the generated gait, and the calculated joint angle. And an articulation control means for driving and controlling the joints of the robot.

【0020】請求項13項にあっては、前記関節角度決
定手段は、前記ロボットの状態量を検出する検出手段、
および検出された状態量に基づいて前記ロボットの位置
および姿勢を修正する修正手段を備え、前記関節角度算
出手段は、修正された位置および姿勢となるように前記
ロボットの関節角度を算出する如く構成した。
According to a thirteenth aspect of the present invention, the joint angle determining means detects a state quantity of the robot,
Correction means for correcting the position and orientation of the robot based on the detected state quantity, wherein the joint angle calculation means calculates the joint angle of the robot so as to obtain the corrected position and attitude. did.

【0021】[0021]

【作用】床反力を含む歩容を自在かつリアルタイムに生
成して任意の歩幅や旋回角などを実現することができ
る。また、生成された歩容同士の境界においてロボット
の各部位の変位および速度が連続させることができる。
更に、リアルタイムに生成した歩容に基づいて脚式移動
ロボットを駆動制御することができる。
The gait including the floor reaction force can be freely and in real time generated to realize an arbitrary stride, turning angle, and the like. Further, the displacement and the speed of each part of the robot can be made continuous at the boundary between the generated gaits.
Further, it is possible to drive and control the legged mobile robot based on the gait generated in real time.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明に係る脚式移動ロボットの歩容生成装置を説明する。
尚、脚式移動ロボットとしては2足歩行ロボットを例に
とる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A gait generator for a legged mobile robot according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
A bipedal walking robot is taken as an example of the legged mobile robot.

【0023】図1はその2足歩行ロボット1を含む装置
全体の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the entire device including the bipedal walking robot 1.

【0024】図示の如く、2足歩行ロボット1は左右そ
れぞれの脚部リンク2に6個の関節を備える(理解の便
宜のために各関節をそれを駆動する電動モータで示
す)。6個の関節は上から順に、股(腰部)の脚部回旋
用の関節10R,10L(右側をR、左側をLとする。
以下同じ)、股(腰部)のピッチ方向(Y軸まわり)の
関節12R,12L、同ロール方向(X軸まわり)の関
節14R,14L、膝部のピッチ方向の関節16R,1
6L、足部のピッチ方向の関節18R,18L、同ロー
ル方向の関節20R,20Lから構成される。
As shown in the figure, the bipedal walking robot 1 has six joints on each of the left and right leg links 2 (for convenience of understanding, each joint is shown by an electric motor that drives it). The six joints are, in order from the top, joints 10R and 10L for turning the crotch (waist) (R is the right side and L is the left side).
The same shall apply hereinafter), joints 12R and 12L in the crotch (lumbar) pitch direction (around the Y axis), joints 14R and 14L in the same roll direction (around the X axis), and joints 16R and 1 in the knee pitch direction.
6L, joints 18R and 18L in the pitch direction of the foot, and joints 20R and 20L in the same roll direction.

【0025】足部には足平22R,22Lが取着される
と共に、最上位には上体(基体)24が設けられ、その
内部に図2に関して後述するマイクロコンピュータから
なる制御ユニット26などが格納される。上記において
股関節(あるいは腰関節)は関節10R(L),12R
(L),14R(L)から、足関節は関節18R
(L),20R(L)から構成される。また股関節と膝
関節とは大腿リンク28R,28L、膝関節と足関節と
は下腿リンク30R,30Lで連結される。
The feet 22R and 22L are attached to the feet, and an upper body (substrate) 24 is provided at the top. A control unit 26 including a microcomputer described later with reference to FIG. Is stored. In the above, the hip joints (or hip joints) are joints 10R (L) and 12R.
From (L) and 14R (L), the ankle joint is 18R
(L) and 20R (L). 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 crus links 30R and 30L.

【0026】上記の構成により、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個の関節を適宜な角度で駆動する
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次元空間を歩行させることができる(この明細書で
「*」は乗算を示す)。
With the above configuration, the leg link 2 is given six degrees of freedom for each of the left and right feet, and by driving these 6 * 2 = 12 joints at an appropriate angle during walking, A desired movement can be given to the whole, and the user can arbitrarily walk in a three-dimensional space ("*" indicates multiplication in this specification).

【0027】尚、この明細書で後述する上体の位置およ
びその速度は、上体24の所定位置、具体的には上体2
4の重心位置などの代表点およびその(変位)速度を意
味する。
The position and speed of the upper body, which will be described later in this specification, are determined at predetermined positions of the upper body 24, specifically, the upper body 2
4 means a representative point such as the position of the center of gravity and its (displacement) speed.

【0028】図1に示す如く、足関節の下方には公知の
6軸力センサ44が取着され、力の3方向成分Fx,F
y,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzと
を測定し、足部の着地の有無ないしは接地荷重などを検
出する。また、上体24には傾斜センサ60が設置さ
れ、Z軸(鉛直方向)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。
As shown in FIG. 1, a well-known six-axis force sensor 44 is attached below the ankle joint, and three-directional components Fx and F of the force.
By measuring y, Fz and the three-direction components Mx, My, Mz of the moment, the presence or absence of the foot landing or the contact load is detected. An inclination sensor 60 is installed on the body 24 to detect an inclination with respect to the Z axis (vertical direction) and its angular velocity. The electric motor of each joint is provided with a rotary encoder for detecting the amount of rotation.

【0029】更に、図1では図示を省略するが、2足歩
行ロボット1の適宜な位置にはジョイスティック62が
設けられ、外部から必要に応じて直進歩行しているロボ
ットを旋回させるなど要求歩容を入力できるように構成
される。
Further, although not shown in FIG. 1, a joystick 62 is provided at an appropriate position of the bipedal walking robot 1, and a required gait such as turning a robot that is proceeding straight forward from the outside as necessary is required. Is configured to be input.

【0030】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60などの出力はA/D変
換器70でデジタル値に変換され、その出力はバス72
を介してRAM74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カウンタ76を介
してRAM74内に入力される。
FIG. 2 is a block diagram showing details of the control unit 26, which is constituted by a microcomputer. The output of the tilt sensor 60 and the like is converted into a digital value by the A / D converter 70, and the output
Via the RAM 74. The output of an encoder disposed adjacent to each electric motor is input to the RAM 74 via the counter 76.

【0031】制御ユニット内にはCPUからなる第1、
第2の演算装置80,82が設けられており、第1の演
算装置80は後述の如く、ROM84に格納されている
標準歩容に基づいて自在かつリアルタイムに歩容を生成
すると共に目標関節角を算出し、RAM74に送出す
る。また第2の演算装置82はRAM74からその目標
値と検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必
要な制御値を算出してD/A変換器86とサーボアンプ
を介して各関節を駆動する電動モータに出力する。
In the control unit, a first unit comprising a CPU,
Second computing devices 80 and 82 are provided, and the first computing device 80 generates a gait freely and in real time based on a standard gait stored in a ROM 84 and a target joint angle as described later. Is calculated and sent to the RAM 74. Further, the second arithmetic unit 82 reads the target value and the detected actual value from the RAM 74, calculates a control value necessary for driving each joint, and calculates each control value via the D / A converter 86 and the servo amplifier. To the electric motor that drives the motor.

【0032】図3はこの装置の動作を機能的に示すブロ
ック図であり、図4はその中の歩容混合ないし歩容生成
処理を示すフロー・チャート(構造化フロー・チャー
ト)である(この明細書では歩容生成を『歩容混合』と
もいう)。
FIG. 3 is a block diagram functionally showing the operation of this apparatus, and FIG. 4 is a flow chart (structured flow chart) showing gait mixing or gait generation processing therein. In the specification, gait generation is also referred to as “gait mixing”.

【0033】最初にこの装置が生成する歩容について説
明すると、この発明の目的は前記したように歩容をリア
ルタイムに生成する装置を提供することにあり、より具
体的には本出願人が先に特開平5−305585号公報
において提案した両脚コンプライアンス制御によるロボ
ットの姿勢安定化制御を行うために必要な目標歩容を自
在に生成することを目的としている。
First, the gait generated by this device will be described. An object of the present invention is to provide a device for generating a gait in real time as described above. It is an object of the present invention to freely generate a desired gait required for performing robot posture stabilization control by double leg compliance control proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-305585.

【0034】そこで先ず、先に提案した姿勢安定化制御
について簡単に説明すると、その技術にあっては床反力
(ZMP)の目標位置と実測位置の偏差を検出し、その
偏差を解消するように脚部の一方または双方を駆動して
姿勢の安定化を図っている。それと共に、ロボットが倒
れそうになると、目標床反力を意図的にずらすことによ
って実床反力をずらし、姿勢復元力を得るようにしてい
る。
First, the attitude stabilization control proposed above will be briefly described. In this technique, a deviation between a target position and a measured position of a floor reaction force (ZMP) is detected, and the deviation is eliminated. One or both of the legs are driven to stabilize the posture. At the same time, when the robot is about to fall, the actual floor reaction force is shifted by intentionally shifting the target floor reaction force to obtain a posture restoring force.

【0035】かかる如く、脚式移動ロボットにおいて
は、目標運動軌跡と目標床反力パターンの関係が動力学
的平衡条件を満足していなければ、安定した歩行が実現
できない。動力学的平衡条件とは、具体的には、例え
ば、目標床反力中心点(目標床反力分布の2次モーメン
トが0になる床上の作用点)とZMP(Zero MomentPoi
nt...運動による慣性力と重力の合力が床と交わる点)
が一致することである。一致していないと、コンプライ
アンス制御が働いた時に、慣性力と重力の合力と床反力
との間の動バランスを崩し、転倒する。
As described above, in the legged mobile robot, stable walking cannot be realized unless the relationship between the target trajectory and the desired floor reaction force pattern satisfies the dynamic equilibrium condition. Specifically, the dynamic equilibrium condition is, for example, a target floor reaction force center point (an action point on the floor where the second moment of the target floor reaction force distribution becomes zero) and a ZMP (Zero Moment Poi).
nt ... the point where the combined force of inertia and gravity due to motion intersects the floor)
Is to match. If they do not match, when the compliance control is activated, the dynamic balance between the inertial force, the resultant force of gravity, and the floor reaction force is broken, and the vehicle falls down.

【0036】先に提案した技術においては、それをロボ
ットが不安定となったときの姿勢回復に逆用している
が、上記から明らかな如く、脚式移動ロボットにおいて
はこのように歩行制御に与える目標値として、目標の運
動パターンだけではなく、目標の運動パターンと動力学
的平衡条件を満足する目標床反力パターンも必要であ
る。
In the technique proposed above, it is applied to the recovery of the posture when the robot becomes unstable. However, as is apparent from the above description, in the legged mobile robot, the walking control is used in this way. As the given target value, not only the desired movement pattern but also a desired floor reaction force pattern satisfying the desired movement pattern and the dynamic equilibrium condition is required.

【0037】目標床反力は、一般的には、作用点とその
点に作用する力と力のモーメントによって表現される。
作用点はどこにとっても良いので、同一の目標床反力で
も無数の表現が考えられるが、特に前述の目標床反力中
心点を作用点にして目標床反力を表現すると、力のモー
メントは、床に垂直な成分を除けば、0になる。
The desired floor reaction force is generally expressed by an action point, a force acting on the point, and a moment of the force.
Since the point of action is good for everywhere, countless expressions are conceivable even with the same desired floor reaction force, but especially when the above-mentioned target floor reaction force center point is used as the point of action to express the desired floor reaction force, the moment of force is Excluding the component perpendicular to the floor, it will be zero.

【0038】尚、前述のように、目標の運動軌道と動力
学的平衡条件を満足する目標床反力中心点軌道はZMP
と一致するから、目標床反力作用中心点軌道の代わりに
目標ZMP軌道を与えると言っても同じことである。
As described above, the desired floor reaction force center point trajectory satisfying the dynamic equilibrium condition with the desired motion trajectory is ZMP.
This is the same as saying that the desired ZMP trajectory is given instead of the desired floor reaction force action center point trajectory.

【0039】従って、上記は、『歩行制御に与える目標
値としては、目標運動軌跡だけでなく、目標ZMP軌道
(目標床反力パターン)も必要である』と言い換えるこ
とができる。このような背景から、この明細書では目標
歩容を、次のように定義する。
Therefore, the above can be paraphrased as "a target ZMP trajectory (a desired floor reaction force pattern) is required as a target value given to the walking control, as well as a target motion trajectory". From such a background, in this specification, a desired gait is defined as follows.

【0040】a)広義の目標歩容とは、1歩ないしは複
数歩の期間の目標運動軌跡とその目標床反力パターンの
組である。 b)狭義の目標歩容とは、1歩の期間の目標運動軌跡と
そのZMP軌道の組である。 c) 一連の歩行は、いくつかの歩容がつながったものと
する。
A) A desired gait in a broad sense is a set of a desired motion trajectory during one or more steps and a desired floor reaction force pattern thereof. b) A desired gait in a narrow sense is a set of a desired motion trajectory and a ZMP trajectory thereof during one step. c) In a series of walking, several gaits are connected.

【0041】尚、以下では、理解を容易にするために、
特にことわらない限り、目標歩容は狭義の目標歩容の意
味で使用する。より詳しくは、この明細書では、目標歩
容は、両脚支持期の初期から片脚支持期の終端までの意
味で使用する。尚、両脚支持期とは言うまでもなく、ロ
ボット1がその自重を脚部リンク2の双方で支持する期
間を、片脚支持期とは脚部リンク2の一方で支持する期
間をいう。片脚支持期においてロボット1の自重を支持
しない側の脚部(リンク)を遊脚と呼ぶ。
In the following, in order to facilitate understanding,
Unless otherwise stated, the desired gait is used in the narrow sense of the desired gait. More specifically, in this specification, the target gait is used from the beginning of the two-leg support period to the end of the one-leg support period. Needless to say, the two-leg supporting period is a period in which the robot 1 supports its own weight with both the leg links 2, and the one-leg supporting period is a period in which the robot 1 supports one of the leg links 2. The leg (link) on the side that does not support the weight of the robot 1 during the one-leg supporting period is called a free leg.

【0042】この発明は、具体的には、上記に定義した
目標歩容を自在かつリアルタイムに生成することを目的
としている。自在かつリアルタイムに生成できれば、例
えばロボット1を遠隔操縦によってオペレータが自由自
在に操ることができ、また、自動操縦においても、単な
る固定シーケンス通りに移動するだけでなく、誘導制御
やデリケートな位置決めも可能となる。
[0042] The present invention specifically aims at freely and in real time generating the desired gait defined above. If it can be generated freely and in real time, for example, the operator can freely control the robot 1 by remote control, and in automatic control, it can not only move according to a fixed sequence but also perform guidance control and delicate positioning. Becomes

【0043】ここで、目標歩容としての条件を説明す
る。
Here, conditions as a desired gait will be described.

【0044】目標歩容が満たさなければならない条件
は、大きく分けて以下の5つに分類される。 条件1)動力学的平衡条件を満足していること。即ち、
ロボット1の目標運動軌跡から動力学的に算出されるZ
MP軌道が目標ZMP軌道と一致していること。 条件2)ロボット1の歩行計画部や歩行経路誘導部(共
に図示せず)、あるいはオペレータから歩幅や旋回角な
ど歩容が満たすべき条件が要求される場合、それらの要
求条件を満たしていること。
The conditions that must be satisfied by the desired gait are roughly classified into the following five. Condition 1) The dynamic equilibrium condition is satisfied. That is,
Z dynamically calculated from the target motion trajectory of the robot 1
The MP trajectory matches the target ZMP trajectory. Condition 2) When the walking plan part and the walking route guidance part (both not shown) of the robot 1 or conditions required by the operator to satisfy the gait, such as the stride length and the turning angle, are satisfied. .

【0045】条件3)足平が床を掘ったり擦ったりしな
い、関節角度が可動範囲を超えない、関節速度が限界を
超えないなどの、キネマティクス(運動学)に関する制
約条件を満たしていること。 条件4)片脚支持期においてZMPが支持脚足平接地面
内になければならない、駆動系の最大能力を超えないな
どの、ダイナミクスに関する制約条件を満たしているこ
と。
Condition 3) Kinematics (Kinematics) constraints such as foot digging or rubbing on the floor, joint angle not exceeding the movable range, joint velocity not exceeding the limit, etc. . Condition 4) During the one-leg supporting period, ZMP must satisfy the dynamics-restricting conditions such as being within the foot contact surface of the supporting leg and not exceeding the maximum capacity of the driving system.

【0046】条件5)境界条件を満たしていること。即
ち、条件1)の当然の帰結として、歩容と歩容の境界で
は、少なくとも、各部位の変位と(変位)速度が連続で
あるという境界条件が導かれる(不連続であれば、無限
大の力が発生したり、ZMPが接地面からはるかに遠く
の点に移動してしまうから)。
Condition 5) The boundary condition is satisfied. That is, as a natural consequence of condition 1), at the boundary between gaits, at least a boundary condition that displacement and (displacement) speed of each part are continuous is derived (if discontinuous, infinite Or the ZMP moves to a point farther from the ground contact surface).

【0047】また、第n+1回歩容の初期状態は、第n
回歩容の終端状態(特に、足平位置に対する上体の位置
・姿勢および速度)に一致するように設定されなければ
ならない。このとき、第n回歩容の終端状態は、第n+
1回歩容の初期状態が決まっていれば、第n+1回歩容
の初期状態に一致させれば良い。
Also, the initial state of the (n + 1) th gait is the nth
It must be set to match the end state of the gait (particularly, the position, posture and speed of the upper body with respect to the foot position). At this time, the terminal state of the n-th gait is n +
If the initial state of the first time gait is determined, it may be made to match the initial state of the (n + 1) th gait.

【0048】決まっていなければ、第n回歩容の終端状
態が、姿勢が崩れないで長期的な歩行ができる範囲に入
っていれば良い。但し、後述するように、姿勢が崩れな
いで長期的な歩行ができるための終端状態の範囲を求め
ることは、極めて難しい。
If it is not determined, it is only necessary that the terminal state of the n-th gait falls within a range where the posture can be maintained and long-term walking can be performed. However, as will be described later, it is extremely difficult to determine the range of the terminal state for long-term walking without changing the posture.

【0049】一般的に、目標歩容は、後述する標準歩容
のように、パラメータ値あるいは時系列テーブルを含む
歩容発生アルゴリズムによって発生させられる(歩容を
決定するということは、パラメータ値あるいは時系列テ
ーブルを適当に設定することに他ならない)。
In general, the desired gait is generated by a gait generation algorithm including a parameter value or a time-series table, as in the case of a standard gait to be described later. It is nothing but setting the time series table appropriately).

【0050】パラメータ値あるいは時系列テーブルを変
えることによって、様々な歩容が生成される。しかし、
パラメータ値あるいは時系列テーブルを十分な配慮もせ
ずに設定しただけでは、作成された歩容が前記の歩容条
件をすべて満足しているか否かは分からない。
Various gaits are generated by changing the parameter values or the time series table. But,
It is not possible to determine whether or not the created gait satisfies all the gait conditions just by setting the parameter values or the time series table without sufficient consideration.

【0051】特に、長期的歩行に適した終端上体位置お
よび速度の範囲が分かっていたとしても、ZMP軌道に
基づいて上記した条件1)を満足する上体の軌道を歩容
発生アルゴリズムに従って生成する場合には、発生した
歩容の終端での上体位置と速度の両方がその範囲に入る
ようにZMP軌道に関するパラメータを設定すること
は、極めて難しい。
In particular, even if the range of the terminal body position and speed suitable for long-term walking is known, a body trajectory satisfying the above condition 1) is generated according to the gait generation algorithm based on the ZMP trajectory. In such a case, it is extremely difficult to set parameters related to the ZMP trajectory so that both the body position and the speed at the end of the generated gait fall within the range.

【0052】その理由は次の通りである。 理由1)上体は、一旦、ZMPから遠くに離れると、さ
らに遠くに離れようとする発散傾向がある。これを説明
するために、ロボットの上体の挙動に近い倒立振子の挙
動を例に挙げる。
The reason is as follows. Reason 1) Once the upper body is far away from the ZMP, there is a tendency for the upper body to diverge farther away. In order to explain this, the behavior of an inverted pendulum close to the behavior of the robot's upper body will be described as an example.

【0053】倒立振子は重心の床投影点が支点からずれ
ると、ずれが発散して倒れる。しかし、そのときも倒立
振子の慣性力と重力の合力は支点上に作用し(即ち、Z
MPが支点に一致し)、支点から受ける床反力に釣り合
っている。即ち、動力学的平衡条件は、運動する物体の
その瞬間における慣性力と重力と床反力の関係を表すだ
けのものである。
When the floor projection point of the center of gravity deviates from the fulcrum, the inverted pendulum diverges and falls. However, at this time, the inertial force of the inverted pendulum and the resultant force of gravity act on the fulcrum (ie, Z
MP coincides with the fulcrum), and is balanced with the floor reaction force received from the fulcrum. That is, the dynamic equilibrium condition only represents the relationship between the inertial force, gravity, and floor reaction force of the moving object at that moment.

【0054】動力学的平衡条件を満足していればロボッ
トの長期歩行が保証されたように錯覚しやすいが、ロボ
ットの姿勢が崩れているか否かとは全く関係がない。倒
立振子の重心が支点の真上から離れると、ますます遠く
に離れようとする傾向があるように、ロボットの重心が
ZMPの真上から遠くに離れるとますます遠くに離れよ
うとする発散傾向がある。
If the dynamic equilibrium condition is satisfied, it is easy to make an illusion that the long-term walking of the robot is guaranteed, but it has nothing to do with whether or not the posture of the robot is collapsed. Just as the center of gravity of the inverted pendulum moves away from directly above the fulcrum, it tends to move farther away. Just as the center of gravity of the robot moves farther from directly above the ZMP, the divergence tends to move farther away. There is.

【0055】理由2)片脚支持期においてZMPが支持
脚足平接地面内になければならないなどの厳しい制約条
件があるために、上体の加減速パターンを恣意的に設定
することができず、位置を合わせようとすると速度が合
わず、速度を合わせようとすると位置が合わず、なかな
か両方を同時に一致させることは難しい。例えて言え
ば、自動車の運転において、ブレーキを踏む力をある狭
い範囲に限定されている状況で、決められた時刻にぴっ
たりと目標停止線の上で停止するようなものである。
Reason 2) Since there are severe restrictions such as that the ZMP must be within the foot contact surface of the support leg during the one leg support period, the acceleration / deceleration pattern of the upper body cannot be set arbitrarily. However, when trying to match the positions, the speeds do not match, and when trying to match the speeds, the positions do not match, making it difficult to match both at the same time. For example, when driving a vehicle, the brake pedal force is limited to a certain narrow range, and the vehicle stops exactly on a target stop line at a predetermined time.

【0056】以上の問題点のために、前記歩容条件を全
て満たした目標歩容のパラメータやテーブルをリアルタ
イムに決定することは、従来では不可能であった。その
ため、前記した従来技術では、自在な歩行は実現されて
いなかった。
Due to the above problems, it has been impossible in the past to determine the parameters and tables of the desired gait satisfying all the gait conditions in real time. Therefore, free walking has not been realized in the above-described related art.

【0057】上記を前提として図3を参照してこの発明
に係る装置を説明する。尚、同図は、図4フロー・チャ
ートに示すこの装置の動作を理解の便宜のために機能的
に示すブロック図である。
On the premise of the above, an apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram functionally showing the operation of the apparatus shown in the flow chart of FIG. 4 for convenience of understanding.

【0058】この装置にあっては図示の如く、オフライ
ンで作成され、ROM84に格納されている標準歩容に
基づき、歩行時にリアルタイムに発せられる歩容に対す
る要求(歩容の変更など)を満足するように、混合歩容
瞬時値発生器において歩容が生成される。
In this apparatus, as shown in the figure, based on a standard gait created off-line and stored in the ROM 84, a gait issued in real time during walking (change of gait, etc.) is satisfied. Thus, a gait is generated in the mixed gait instantaneous value generator.

【0059】標準歩容はオフラインにおいて種々の歩容
を試行錯誤して作成し、その中から上体が発散せず、そ
の後の継続的な歩行が保証される終端状態を持つ歩容を
選択し、前記ROM84に記憶されてなる。例えば、静
止状態から歩き始める歩容、加速歩容、等速度歩容、減
速歩容、停止歩容など、一連の継続した歩容の列など
は、継続的な歩行が保証された標準歩容の代表例であ
る。
The standard gait is created by trial and error of various gaits off-line, and a gait having an end state in which the upper body does not diverge and continuous gait is guaranteed thereafter is selected from the gaits. , Stored in the ROM 84. For example, a series of continuous gaits, such as a gait that starts walking from a stationary state, an accelerated gait, a constant speed gait, a decelerated gait, and a stopped gait, are standard gaits in which continuous gait is guaranteed. This is a typical example.

【0060】歩容は、歩容パラメータによって記述され
る。歩容パラメータは、運動パラメータとZMPパラメ
ータ(より一般的に表現すれば、床反力パラメータ)か
ら構成される。尚、この明細書で『床反力パラメータ』
なる語は、『床反力の時間的なパターンに関するパラメ
ータ』を意味するものとして使用する。
A gait is described by gait parameters. The gait parameter is composed of a motion parameter and a ZMP parameter (more generally, a floor reaction force parameter). In this specification, the "floor reaction force parameter"
Is used to mean "parameters relating to the temporal pattern of the floor reaction force".

【0061】ZMPパラメータは後で図7などに示すよ
うに、X,Y,Z座標(方向)について折れ線グラフ状
のZMP軌道の折れ点の位置と通過時刻で示す(X座標
のみ図示)。混合歩容瞬時値発生器においては、ZMP
パラメータに基づいてZMP生成器でZMP(軌道)の
瞬時値(今回(現在時刻)制御周期の値)が算出され
る。
As shown in FIG. 7 and the like, the ZMP parameters are indicated by the position of the break point of the ZMP trajectory in the line graph and the passing time for the X, Y, and Z coordinates (directions) (only the X coordinate is shown). In the mixed gait instantaneous value generator, ZMP
The ZMP generator calculates the instantaneous value of the ZMP (trajectory) (the value of the current (current time) control cycle) based on the parameters.

【0062】運動パラメータは、足平(軌道)パラメー
タと上体(軌道)パラメータとから構成される。
The motion parameters include a foot (orbit) parameter and a body (orbit) parameter.

【0063】足平軌道パラメータは、初期(離床時)遊
脚位置および姿勢、終端(着床時)遊脚位置および姿
勢、両脚支持期時間、片脚支持期時間などを含む。これ
らに基づき、足平軌道発生器において先に本出願人が特
開平5−318339号および特開平5−324115
号公報などで提案した技術を用いて、両足平の位置(x
f ,yf ,zf )および姿勢(θxf ,θyf ,θzf
)の瞬時値が求められる。尚、ここで『姿勢は空間上
の傾斜または向き』を意味する。
The foot trajectory parameters include an initial (at the time of leaving the floor) free leg position and posture, an end (at the time of landing) free leg position and posture, double leg support period time, single leg support period time, and the like. Based on these, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-318339 and 5-324115
Using the technology proposed in Japanese Patent Publication No.
f, yf, zf) and attitude (θxf, θyf, θzf)
) Is obtained. Here, “posture” means “inclination or direction in space”.

【0064】上体軌道パラメータは、上体の姿勢(空間
上の上体24の向きあるいは傾き)を決定するパラメー
タ、上体高さ(Z方向の値)を決定するパラメータ、初
期の上体位置(変位)および速度パラメータなどから構
成される。
The body trajectory parameters include a parameter for determining the posture of the body (the direction or inclination of the body 24 in space), a parameter for determining the body height (value in the Z direction), and an initial body position ( Displacement) and velocity parameters.

【0065】上体水平位置発生器においては、上体の位
置および姿勢を決定するパラメータに基づいて時間関数
または先に特開平5−324115号公報で本出願人が
提案した技術などで上体の水平位置(xb ,yb )およ
び姿勢(θxb ,θyb ,θzb )の瞬時値が求められ
る。尚、前記したように上体の位置は、上体24の重心
位置などの代表点を意味する。また上体高さ決定器にお
いて、上体高さzb は適宜な手法、例えばこの出願と同
時に本出願人が提案する手法で決定される。
In the body horizontal position generator, a time function based on parameters for determining the position and posture of the body or a body function using the technique previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-324115. The instantaneous values of the horizontal position (xb, yb) and attitude (θxb, θyb, θzb) are obtained. Note that, as described above, the position of the body means a representative point such as the position of the center of gravity of the body 24. In the body height determiner, the body height zb is determined by an appropriate method, for example, a method proposed by the present applicant simultaneously with this application.

【0066】脚式移動ロボット1の関節は図1に示すよ
うに12関節から構成されているので、得られた両足平
の位置・姿勢と上体位置・姿勢とから、逆キネマティッ
クス演算によって目標関節変位が一義的に決定される。
即ち、今回のロボットの目標姿勢が一義的に決定され
る。(正確には、両足平の目標位置・姿勢が両脚コンプ
ライアンス制御によって修正された後、目標関節変位が
計算される。)
Since the joints of the legged mobile robot 1 are composed of 12 joints as shown in FIG. 1, from the obtained positions and postures of both feet and the body position and posture, inverse kinematics calculation is performed. The target joint displacement is uniquely determined.
That is, the target posture of the robot this time is uniquely determined. (Accurately, the target joint displacement is calculated after the target positions and postures of both feet are corrected by the two-leg compliance control.)

【0067】尚、本来、歩容は歩容パラメータだけで一
義的に表現されているが、この実施の形態では歩行時の
演算量を低減するために、標準歩容の上体軌跡をあらか
じめオフラインで計算しておいて時系列テーブルにして
記憶させておき、制御周期毎に現在時刻データを吐き出
すようにした。尚、若干誤差が発生するが、ROM84
の容量が少ない場合には標準歩容の上体軌跡を多項式で
近似し、時系列テーブルの代わりに、その近似式の係数
を歩容パラメータの一種として記憶しても良い。
Incidentally, originally, the gait is uniquely expressed only by the gait parameters. However, in this embodiment, in order to reduce the amount of calculation during walking, the body trajectory of the standard gait is preliminarily taken off-line. Is calculated and stored in a time series table, and the current time data is discharged in each control cycle. Although some errors occur, the ROM 84
When the capacity of the gait is small, the body trajectory of the standard gait may be approximated by a polynomial, and the coefficient of the approximate expression may be stored as a kind of gait parameter instead of the time series table.

【0068】ここで標準歩容についての説明を補足する
と、標準歩容はより具体的には、この明細書で時間関数
として表し、1つの歩容は次のように定義されるg(t)と
f(t)の組で表すようにした。 g(t):運動を記述する関数(この関数値は、時刻tにお
けるロボット全体の位置・姿勢を表す。具体的には全体
の位置・姿勢は図3に示すように、上体の位置・姿勢、
両足平の位置・姿勢で表される)。 f(t):ZMP軌道を記述する関数(この関数の値は前記
の如く、時刻tにおけるZMPの位置(x,y,z)を表
す)。
Here, to supplement the description of the standard gait, the standard gait is more specifically expressed as a time function in this specification, and one gait is defined as g (t) as follows. When
It is represented by a set of f (t). g (t): Function describing motion (this function value represents the position / posture of the entire robot at time t. Specifically, the overall position / posture is, as shown in FIG. posture,
It is expressed by the position and posture of both feet). f (t): a function describing the ZMP trajectory (the value of this function represents the position (x, y, z) of the ZMP at time t, as described above).

【0069】また歩容関数はパラメータを意識して記号
表記するようにした。即ち、g(t)とf(t)は、共に歩容パ
ラメータをパラメータとして持つ関数である。異なる歩
容を明確に示すためには全パラメータを明示的に表記す
べきであるが、パラメータの種類は非常に多いので、以
降の説明に必要なパラメータ変数だけを明記した、以下
の表記を用いることとする。 g( t: a, b, c, d, x(k), y(k)):運動軌道を記述する
関数 f( t: a, b, c, d):ZMP軌道を記述する関数(床反
力を記述する関数) 但し、 a :初期遊脚足平向き(ロボット旋回角) b :初期遊脚足平前後位置(歩幅) c :片脚支持期のZMPのX座標 d :片脚支持期のZMPのY座標 x(k) :上体位置のX座標時系列 y(k) :上体位置のY座標時系列
The gait function is represented by a symbol, taking parameters into consideration. That is, both g (t) and f (t) are functions having gait parameters as parameters. In order to clearly indicate different gaits, all parameters should be explicitly described, but since there are so many types of parameters, the following notation that specifies only the parameter variables necessary for the following explanation is used It shall be. g (t: a, b, c, d, x (k), y (k)): Function describing motion trajectory f (t: a, b, c, d): Function describing ZMP trajectory (floor A function describing the reaction force) where: a: initial swing leg foot orientation (robot turning angle) b: initial swing leg foot front-back position (stride length) c: X coordinate of ZMP during single leg support period d: single leg support Y-coordinate of the ZMP of the period x (k): X-coordinate time series of body position y (k): Y-coordinate time series of body position

【0070】この表記では、時系列も一種のパラメータ
として扱っている。本来は、初期上体位置・速度パラメ
ータを与えれば、上体位置の時系列テーブルがなくても
歩容は一義的に定まる。即ち、上体位置の時系列は冗長
なものであるが、前述したようにリアルタイム歩容生成
の演算時間短縮のために、上体位置の時系列テーブルも
歩容を記述するパラメータのように扱っている。
In this notation, time series is also treated as a kind of parameter. Originally, if the initial body position / velocity parameters are given, the gait is uniquely determined without a time series table of the body position. That is, the time series of the body position is redundant, but as described above, the time series table of the body position is also treated like a parameter describing the gait to reduce the calculation time of real-time gait generation. ing.

【0071】この実施の形態では、初期上体位置・速度
パラメータも歩容によって異なるが、上体位置の時系列
を明記している場合には、時系列の最初の列は、初期上
体位置・速度パラメータ値に一致しているので、その記
述を省略する。
In this embodiment, the initial body position / velocity parameters also differ depending on the gait, but when the time series of the body position is specified, the first column of the time series is the initial body position / speed. -The description is omitted because it matches the speed parameter value.

【0072】この実施の形態においては標準歩容とし
て、前記した如く、静止状態から歩き始める歩容など複
数種の歩容をオフラインで予め作成しておくが、以下3
種の歩容を具体例として例示する。 第0標準歩容 g( t: a0, b0, c0, d0, x0(k), y0(k)) f( t: a0, b0, c0, d0) 第1標準歩容 g( t: a1, b0, c1, d1, x1(k), y1(k)) f( t: a1, b0, c1, d1) 第2標準歩容 g( t: a0, b2, c2, d2, x2(k), y2(k)) f( t: a0, b2, c2, d2)
In this embodiment, as described above, a plurality of types of gaits such as a gait that starts walking from a stationary state are prepared in advance as a standard gait.
Various gaits will be exemplified as specific examples. 0th standard gait g (t: a0, b0, c0, d0, x0 (k), y0 (k)) f (t: a0, b0, c0, d0) 1st standard gait g (t: a1, b0, c1, d1, x1 (k), y1 (k)) f (t: a1, b0, c1, d1) Second standard gait g (t: a0, b2, c2, d2, x2 (k), y2 (k)) f (t: a0, b2, c2, d2)

【0073】これら標準歩容の初期遊脚足平位置・姿勢
と終端遊脚足平位置・姿勢などを、図5ないし図11に
示す。歩容を表現するために、座標系を本図に示すよう
に、支持脚足平接地位置のある基準点を原点にし、支持
脚足平の前後方向をX軸、左右方向をY軸にとる。
FIGS. 5 to 11 show the initial free leg foot position and posture and the last free leg foot position and posture of the standard gait. In order to express the gait, as shown in the figure, the origin of the coordinate system is a reference point where the support leg foot is in contact with the ground, the X-axis is the front-rear direction of the support leg foot, and the Y-axis is the left-right direction. .

【0074】図4フロー・チャートの説明に入る前に、
ここで図12および図13に示すような歩容に関する要
求が与えられたと仮定し、上記した標準歩容から前記歩
容条件を満たすように要求歩容(前記した近似歩容)
(以下「第3歩容」と言う)を生成する作業を例にとっ
てこの装置の動作を説明する。尚、第3歩容は、任意の
初期遊脚足平向きa3および任意の初期遊脚足平前後位
置b3を持つ。
Before starting to explain the flow chart of FIG.
Here, it is assumed that a request regarding the gait as shown in FIGS. 12 and 13 is given, and the required gait (the above-described approximate gait) from the above-described standard gait to satisfy the gait condition.
The operation of this device will be described by taking as an example the operation of generating a (third gait). The third gait has an arbitrary initial free leg foot orientation a3 and an arbitrary initial free leg foot front-back position b3.

【0075】当然、第3歩容のパラメータaの値はa
3、bの値はb3である。問題は、歩容の条件を満たす
ように、その他のパラメータc,dおよびテーブルx
(k), y(k)を如何に決定するかである。
Of course, the value of the parameter a of the third gait is a
The value of 3, b is b3. The problem is that the other parameters c and d and the table x
(k) and y (k) are determined.

【0076】そこで、第3歩容を g( t: a3, b3, c3, d3, x3(k), y3(k)) f( t: a3, b3, c3, d3) とおき、パラメータc3, d3および時系列テーブルx3(k),
y3(k)を決定する。
Then, the third gait is set as g (t: a3, b3, c3, d3, x3 (k), y3 (k)) f (t: a3, b3, c3, d3), and the parameter c3, d3 and time series table x3 (k),
Determine y3 (k).

【0077】ここで、用語を定義すると、パラメータa
およびbは、この装置以外の外部(オペレータのジョイ
スティック62などの操作による)または別の装置(図
3ブロック図において両脚コンプライアンス制御器な
ど)からこの装置に対して要求設定値(前記した「歩容
に関する要求」に同じ)として入力される値を含む。こ
のように、直接的にある設定値を要求されるパラメータ
を直接設定パラメータと呼ぶ。
Here, the terms are defined as follows:
And b are the required setting values for this device from outside (by operating the joystick 62 or the like by the operator) other than this device or another device (such as the two-leg compliance controller in the block diagram of FIG. 3). Request) contains the value entered as the same. Such a parameter that requires a certain set value directly is called a direct setting parameter.

【0078】この実施の形態では説明の簡略化のため、
初期遊脚足平向きと前後位置(歩幅)のみを任意に変更
できるようにしたが、これ以外に要求設定値として入力
されるものは、今述べた 1)オペレータからの指示(旋回角度および角速度指
令、移動速度指令など) 2)他の処理装置(軌道誘導装置など)を設けた場合、
それからの要求(終端遊脚足平位置・姿勢など)の他
に、 3)前および/または次の歩容との境界条件(初期上体
位置および姿勢、初期遊脚足平位置・姿勢など)を挙げ
ることができる。3)については第4の実施の形態で触
れる。
In this embodiment, for simplification of the description,
Only the initial swing leg foot direction and the front / rear position (step length) can be arbitrarily changed, but other than those input as required setting values are as described above. 1) Instructions from the operator (turning angle and angular velocity) Command, moving speed command, etc.) 2) If another processing device (such as a track guidance device) is provided,
3) Boundary conditions with the previous and / or next gait (initial body position and posture, initial free leg foot position and posture, etc.) Can be mentioned. 3) will be described in the fourth embodiment.

【0079】それに対し、パラメータc,dおよびテー
ブルx(k), y(k)のように、直接設定パラメータの値に応
じて歩容の条件を満たすように値が決定されるパラメー
タ(またはテーブル)を、従属パラメータ(または従属
テーブル)と呼ぶ。時系列テーブルを直接的に設定する
ことは極めて難しいので、時系列テーブルが直接設定パ
ラメータとなることはほとんどない。
On the other hand, parameters such as parameters c and d and tables x (k) and y (k) whose values are determined so as to satisfy gait conditions in accordance with the values of directly set parameters (or table ) Are referred to as dependent parameters (or dependent tables). Since it is extremely difficult to directly set the time series table, the time series table hardly serves as a direct setting parameter.

【0080】また、第0標準歩容以外の第1および第2
標準歩容は、第0標準歩容を基準として、直接設定パラ
メータ(ここでは、パラメータaとb)の内でただひと
つだけを変えたものである。このように、選択された標
準歩容の核となる歩容(第0標準歩容)をベース歩容と
呼ぶ。
The first and second gaits other than the zeroth standard gait
The standard gait is obtained by changing only one of the directly set parameters (here, parameters a and b) based on the 0th standard gait. Thus, the gait (the 0th standard gait) serving as the core of the selected standard gait is called a base gait.

【0081】ここで、要求歩容のパラメータ(この明細
書では要求歩容のパラメータを「混合パラメータ」とも
言う)の求め方を説明すると、従属パラメータc3, d3お
よび従属時系列テーブルx3(k), y3(k)は、いずれも、歩
容の条件を満たすために、直接設定パラメータaとbに
応じて変化する。しかも、パラメータaとbの変化に対
して、これらの値は連続的に変化するものと考えられ
る。即ち、これらは、パラメータaとbの連続関数であ
る。そこで以下に述べる近似原理を利用することができ
る。即ち、近似演算を行うことにより要求歩容のパラメ
ータを求めることができる。
Here, the method of obtaining the parameters of the required gait (the parameters of the required gait is also referred to as “mixed parameters” in this specification) will be described. The dependent parameters c3 and d3 and the dependent time series table x3 (k) , y3 (k) directly change according to the setting parameters a and b in order to satisfy the condition of the gait. Moreover, it is considered that these values change continuously with changes in the parameters a and b. That is, they are continuous functions of parameters a and b. Therefore, the following approximation principle can be used. That is, the parameter of the required gait can be obtained by performing the approximate calculation.

【0082】関数Pが滑らかな連続関数であるならば、 P(a0+Δa, b0+Δb) = P(a0, b0) + δP /δa|(a=a0,b=b0)*Δa + δP /δb|(a=a0,b=b0) *Δb・・・近似式1 但し、 δP /δa|(a=a0,b=b0) :a=a0,b=b0でのPのaに関する
偏微分値 δP /δb|(a=a0,b=b0) :a=a0,b=b0でのPのbに関する
偏微分値
If the function P is a smooth continuous function, P (a0 + Δa, b0 + Δb) = P (a0, b0) + δP / δa | (a = a0, b = b0) * Δa + δP / δb | (a = a0, b = b0) * Δb ・ ・ ・ Approximation formula 1 However, δP / δa | (a = a0, b = b0): bias of P at a = a0, b = b0 Derivative value δP / δb | (a = a0, b = b0): Partial differential value of P with respect to b at a = a0, b = b0

【0083】更に、 δP /δa|(a=a0,b=b0) = ( P(a0+ Δa1, b0) - P(a
0, b0) ) / Δa1 δP /δb|(a=a0,b=b0) = ( P(a0, b0+ Δb2) - P(a
0, b0) ) / Δb2 であるので、近似式1は P(a0+Δa, b0+Δb) = P(a0, b0) + ( P(a0+Δa1, b0) - P(a0, b0) )/ Δa1*Δa + ( P(a0, b0+Δb2) - P(a0, b0) )/Δb2*Δb ・・・・・・・・・・・・・・近似式2
Further, δP / δa | (a = a0, b = b0) = (P (a0 + Δa1, b0) -P (a
0, b0)) / Δa1 δP / δb | (a = a0, b = b0) = (P (a0, b0 + Δb2)-P (a
0, b0)) / Δb2, the approximate expression 1 is P (a0 + Δa, b0 + Δb) = P (a0, b0) + (P (a0 + Δa1, b0) -P (a0, b0)) / Δa1 * Δa + (P (a0, b0 + Δb2) -P (a0, b0)) / Δb2 * Δb ・ ・ ・ Approximation formula 2

【0084】第1の実施の形態は近似式2を発展させた
ものであり、後述する第2の実施の形態は近似式1を発
展させたものである。
The first embodiment is obtained by developing the approximation formula 2, and the second embodiment described later is obtained by developing the approximation formula 1.

【0085】要求歩容のパラメータの求め方の説明を続
けると、具体的には以下の式のように全ての従属パラメ
ータ、全ての従属時系列テーブルに対して内分または外
分することによって、標準歩容から第3歩容のパラメー
タを求める。これは、直接設定パラメータと従属パラメ
ータとは比例関係にあると考えることができるからであ
る。
Continuing the description of the method of obtaining the parameters of the required gait, specifically, by internally or externally dividing all dependent parameters and all dependent time series tables as shown in the following equation, The parameters of the third gait are obtained from the standard gait. This is because the direct setting parameter and the dependent parameter can be considered to be in a proportional relationship.

【0086】a3がa1とa2の内側にあれば内分、外
側にあれば外分である。また、違いが動力学的に無視で
きる一部のパラメータ、一部の時系列テーブルは、内
分、外分せず、ベース歩容のままであっても良い。更
に、時系列テーブルに関しては、全時刻のデータをすべ
て一度に計算すると第1の演算装置80の負荷が大き過
ぎるので、制御周期毎に今回時刻のデータだけ内分、外
分すれば良い。
If a3 is inside a1 and a2, it is an internal part, and if a3 is outside it, it is an external part. In addition, some parameters and some time series tables in which the difference can be ignored dynamically may not be divided internally or externally, and may be the base gait. Further, regarding the time series table, if all data at all times are calculated at one time, the load on the first arithmetic unit 80 is too large.

【0087】以下に従属パラメータおよび従属テーブル
の混合式(内分または外分による)を示す(後でこの混
合式を「式1」と言う)。 c3 = c0 + ( c1 - c0 ) *( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 )
+ ( c2 - c0 ) *( b3 - b0 ) / ( b2 - b0 ) d3 = d0 + ( d1 - d0 ) *( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 )
+ ( d2 - d0 ) *( b3 - b0 ) / ( b2 - b0 ) x3(k) = x0(k) + ( x1(k) - x0(k) ) *( a3 - a0 )
/ ( a1 - a0 ) + ( x2(k) - x0(k) ) *( b3 - b0 ) /
( b2 - b0 ) y3(k) = y0(k) + ( y1(k) - y0(k) ) *( a3 - a0 )
/ ( a1 - a0 ) + ( y2(k) - y0(k) ) *( b3 - b0 ) /
( b2 - b0 )
The following shows a mixed expression (depending on the internal or external division) of the dependent parameter and the dependent table (this mixed expression is hereinafter referred to as “expression 1”). c3 = c0 + (c1-c0) * (a3-a0) / (a1-a0)
+ (c2-c0) * (b3-b0) / (b2-b0) d3 = d0 + (d1-d0) * (a3-a0) / (a1-a0)
+ (d2-d0) * (b3-b0) / (b2-b0) x3 (k) = x0 (k) + (x1 (k)-x0 (k)) * (a3-a0)
/ (a1-a0) + (x2 (k)-x0 (k)) * (b3-b0) /
(b2-b0) y3 (k) = y0 (k) + (y1 (k)-y0 (k)) * (a3-a0)
/ (a1-a0) + (y2 (k)-y0 (k)) * (b3-b0) /
(b2-b0)

【0088】上記の式1は、各標準パラメータおよびテ
ーブル値の加重平均(重み付き平均)となっている。例
えば、c3を求める式を変形すると、 c3 = ( 1 - ( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 ) - ( b3 - b0
) / ( b2 - b0 ) ) *c0+ ( a3 - a0 ) / ( a1 - a0
)*c1+ ( b3 - b0 ) / ( b2 - b0 )* c2 となり、c0とc1とc2の係数の和が1になっているので、
c3は、c0とc1と c2 に対する重みがそれぞれ ( 1 - ( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 ) - ( b3 - b0 ) /
( b2 - b0 ) ) ( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 ) ( b3 - b0 ) / ( b2 - b0 ) の加重平均となっている。
The above equation 1 is a weighted average (weighted average) of each standard parameter and table value. For example, if the formula for c3 is transformed, c3 = (1-(a3-a0) / (a1-a0)-(b3-b0
) / (b2-b0)) * c0 + (a3-a0) / (a1-a0
) * C1 + (b3-b0) / (b2-b0) * c2, and the sum of the coefficients of c0, c1, and c2 is 1.
c3 has weights for c0, c1 and c2, respectively (1-(a3-a0) / (a1-a0)-(b3-b0) /
(b2-b0)) (a3-a0) / (a1-a0) (b3-b0) / (b2-b0) weighted average.

【0089】尚、終端上体位置・速度も直接設定パラメ
ータとして任意の値に設定したい場合には、ベース歩容
とZMPパラメータが異なる標準歩容をいくつか選択し
て加重平均すれば良い。混合歩容の終端状態は混合され
る各標準歩容の終端状態の加重平均にほぼ一致するの
で、混合歩容の終端状態の全て(上体の前後左右の位置
・速度)が要求値になるように加重平均の重みを求めれ
ば良い。
When it is desired to set the terminal body position / velocity to an arbitrary value as a directly set parameter, it is only necessary to select some standard gaits with different ZMP parameters from the base gait and perform weighted averaging. Since the terminal state of the mixed gait substantially matches the weighted average of the terminal state of each standard gait to be mixed, all of the terminal states of the mixed gait (the position and speed of the upper, lower, left, and right sides of the body) are required values. Thus, the weight of the weighted average may be obtained.

【0090】また上体位置を時系列テーブルから求める
場合には、終端条件は完全に一致する。但し、後で第7
の実施の形態で触れるように、動力学演算でZMP設定
軌道を満足するように上体位置を逐次的に求める場合に
は若干ずれる。
When the body position is obtained from the time series table, the termination conditions completely match. However, the seventh
As described in the embodiment, when the body position is sequentially obtained so as to satisfy the ZMP set trajectory by the dynamics calculation, the position is slightly shifted.

【0091】またこのとき、重みを決定するためには、
混合される各標準歩容の終端状態が必要であるので、各
標準歩容の終端状態を予め記憶したテーブルを利用すれ
ば、処理時間を短縮することができる。
At this time, in order to determine the weight,
Since the end state of each standard gait to be mixed is required, the processing time can be reduced by using a table in which the end state of each standard gait is stored in advance.

【0092】上記の手法によって混合歩容のパラメータ
を決定し、次いでオフラインで作成された標準歩容と同
一の歩容生成アルゴリズムによって要求歩容の各時刻に
おける瞬時値を生成する、ないし発生させることができ
る。
Determining the parameters of the mixed gait by the above method, and then generating or generating the instantaneous value of the required gait at each time by the same gait generation algorithm as the standard gait created off-line Can be.

【0093】以下、図4フロー・チャートを参照してこ
の装置の動作を説明すると、S10でオフラインで作成
した前記標準歩容のデータ群をROM84に予め記憶さ
せておくものとする。次いでS12に進み、各々の標準
歩容の終端上体位置および速度を求めて記憶する。
The operation of this apparatus will be described below with reference to the flow chart of FIG. 4. Assume that the data group of the standard gait created off-line in S10 is stored in the ROM 84 in advance. Next, the process proceeds to S12, in which the end body position and the speed of each standard gait are obtained and stored.

【0094】先に述べた如く、上体24の位置が関数x
(k),y(k) としてテーブル化されているので、速度はテ
ーブルの最後とその直前の時刻のデータから求める。具
体的には最後の時刻の値を位置とすると共に、最後とそ
の直前の時刻の値の差分を求めて速度とする。
As described above, the position of the body 24 is determined by the function x
Since it is tabulated as (k) and y (k), the speed is obtained from the data at the end of the table and the time immediately before it. Specifically, the value at the last time is set as the position, and the difference between the value at the last time and the value at the time immediately before is set as the speed.

【0095】次いで、S14に進んでタイマ値tを0と
し(タイマをスタートさせ)、S16を経てS18に進
み、タイマ割り込みを待つ(S14のタイマとは異な
る)。図4のフロー・チャートは例えば、20msごと
に起動される。即ち、制御周期は20msごとである。
Next, the process proceeds to S14, in which the timer value t is set to 0 (timer is started), the process proceeds to S18 via S16, and waits for a timer interrupt (different from the timer of S14). The flow chart of FIG. 4 is activated, for example, every 20 ms. That is, the control cycle is every 20 ms.

【0096】次いでS20に進んで歩容の切り替わり
目、具体的には1歩の切り替わり目であるか否か判断
し、肯定されるときはS22に進んでタイマを0にリセ
ットし、S24に進んで歩容に対する要求値(具体的に
は今回歩容の直接設定パラメータの要求値(前記した
a,b)を読み込む。
Then, the process proceeds to S20, where it is determined whether or not the gait is a gait switch, specifically, a one-step switch. If affirmative, the process proceeds to S22, where the timer is reset to 0, and the process proceeds to S24. Then, the required value for the gait (specifically, the required values (a and b described above) of the direct setting parameters of the current time's gait) is read.

【0097】次いでS26に進んで歩容の混合処理を行
う。
Next, the process proceeds to S26, where the gait is mixed.

【0098】図14はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。
FIG. 14 is a subroutine flowchart showing the operation.

【0099】先ず、S100において直接設定パラメー
タの値が要求値に近い標準歩容をベース歩容として選択
する。図15を参照して説明すると、直接設定パラメー
タa,bの値が要求値(第3歩容)のa3,b3に近い
標準歩容は第0標準歩容であるので、それをベース歩容
として選択する。
First, in S100, a standard gait in which the value of the directly set parameter is close to the required value is selected as a base gait. Referring to FIG. 15, the standard gait in which the values of the directly set parameters a and b are close to the required values (third gait) a3 and b3 is the zeroth standard gait. Select as

【0100】次いでS102に進んで上記の直接設定パ
ラメータに着目し、そのパラメータの1つだけがベース
歩容と異なる標準歩容を1つずつ選択する。候補が複数
個ある場合には、その候補のパラメータ値が着目したパ
ラメータの値になるべく近く、また、できれば、ベース
歩容のパラメータ値とその候補のパラメータ値の間に要
求値が位置するものを選択する。例えば図16に示すよ
うな場合では、パラメータaについて標準歩容候補1を
採用する。
Next, proceeding to S102, focusing on the directly set parameters, one standard gait in which only one of the parameters differs from the base gait is selected one by one. If there are a plurality of candidates, the parameter value of the candidate should be as close as possible to the value of the parameter of interest, and if possible, the one where the required value is located between the parameter value of the base gait and the parameter value of the candidate select. For example, in the case as shown in FIG. 16, the standard gait candidate 1 is adopted for the parameter a.

【0101】尚、後で第5の実施の形態で述べるよう
に、脚部リンク2の質量が上体24に較べて十分に小さ
い場合には、直接設定パラメータの中、終端遊脚足平位
置・姿勢パラメータだけを少し変更しても、ロボット1
が発生する慣性力はほとんど変わらない。即ち、そのパ
ラメータ値を変更しても、動力学的平衡条件を満足する
上でその他のパラメータにほとんど影響を与えないもの
と考えることが可能である。
As will be described later in the fifth embodiment, when the mass of the leg link 2 is sufficiently smaller than that of the body 24, the end position of the free leg foot position in the directly set parameters.・ Even if the posture parameters are slightly changed, the robot 1
The inertia force generated is almost the same. In other words, it can be considered that even if the parameter value is changed, other parameters are hardly affected in satisfying the dynamic equilibrium condition.

【0102】従って、終端遊脚足平位置・姿勢パラメー
タがベース歩容と少し違うだけなら、ベース歩容のその
パラメータ値を要求値通りに書き換えてしまえば良い。
従って、終端遊脚足平位置・姿勢パラメータだけがベー
ス歩容と異なる歩容を混合のために選択する必要もな
い。
Therefore, if the end free leg foot position / posture parameters are slightly different from the base gait, the parameter values of the base gait may be rewritten as required values.
Therefore, it is not necessary to select a gait that differs from the base gait only for the end free leg foot position / posture parameters for mixing.

【0103】次いでS104に進んで混合歩容の直接設
定パラメータに要求値を代入し、S106に進んで前記
のパラメータ算出式(式1)により混合歩容の従属パラ
メータ値を算出し、混合歩容パラメータに代入する。
Then, the program proceeds to S104, in which a required value is substituted for the directly set parameter of the mixed gait, and to S106, the dependent parameter value of the mixed gait is calculated by the above-described parameter calculation formula (Equation 1). Substitute for the parameter.

【0104】図4に戻ると、続いてS28に進んで混合
歩容パラメータ(テーブル)を目標歩容パラメータ(テ
ーブル)に代入し、S30に進んで目標歩容の瞬時値
(今回制御周期の値)を算出する。
Returning to FIG. 4, the program proceeds to S28, in which the mixed gait parameter (table) is substituted for the desired gait parameter (table), and then to S30, the instantaneous value of the desired gait (the value of the current control cycle) ) Is calculated.

【0105】図17はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。
FIG. 17 is a subroutine flowchart showing the operation.

【0106】先ず、S200において混合歩容パラメー
タに基づいて時刻tのZMPを求め、S202に進んで
混合歩容パラメータに基づき、前記の提案技術を用いて
時刻tの両足平位置・姿勢を求める。
First, in step S200, the ZMP at time t is determined based on the mixed gait parameters, and the flow advances to step S202 to determine the position and orientation of both feet at time t using the proposed technique based on the mixed gait parameters.

【0107】続いてS204に進んで時刻tの両足平位
置・姿勢と時刻t−Δtの上位体水平位置から時刻tの
上体高さを求める。尚、その詳細は先にも述べたように
同時に提案する別の出願に記載されており、この発明の
要旨と直接の関連を有しないので、省略する。
Then, the program proceeds to S204, in which the body height at time t is determined from both foot positions and postures at time t and the upper body horizontal position at time t-Δt. The details are described in another application proposed at the same time as described above, and do not have a direct relation to the gist of the present invention, so that the description thereof will be omitted.

【0108】続いてS206に進んで選択した標準歩容
(ベース歩容含む)の時刻tの上体位置に基づいて先に
述べた混合式(式1)に従い、時刻tの混合歩容上体水
平位置を算出する。
Subsequently, the flow proceeds to S206, where the mixed gait at time t is calculated according to the above-described mixing formula (Equation 1) based on the body position of the selected standard gait (including the base gait) at time t. Calculate the horizontal position.

【0109】続いて図4フロー・チャートのS32に戻
って時刻tをΔtだけ更新し、S18に戻って上記の処
理を繰り返す。
Subsequently, the flow returns to S32 of the flow chart of FIG. 4 to update the time t by Δt, and returns to S18 to repeat the above processing.

【0110】尚、上記の如くして生成した歩容に基づい
て両脚コンプライアンス制御器において両脚コンプライ
アンスが行われ、次いで目標関節角が求められ、目標値
に向けて駆動制御される。
The two-leg compliance controller performs the two-leg compliance based on the gait generated as described above, then calculates a target joint angle, and controls the drive toward the target value.

【0111】図18フロー・チャートを参照して両脚コ
ンプライアンス制御について簡単に説明すると、先ずS
300で両脚コンプライアンス操作量が演算される。
The two-leg compliance control will be briefly described with reference to the flow chart of FIG.
At 300, the two-leg compliance operation amount is calculated.

【0112】図19はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、S400において6軸力センサ
44の検出値を読み込み、S402に進んで検出値から
ZMPの実測位置(実床反力中心点)を求め、S404
に進んでZMP目標位置と比較して偏差、即ち、ずれ方
向およびずれ量Xを求め、S406に進んで図示の式に
従って足平の操作量を求め、S408に進んで両足平の
目標位置・姿勢を求めた操作量に応じてずらす。尚、実
ZMP位置と実床反力中心点は一致するため、この明細
書では同義として扱う。
FIG. 19 is a subroutine flowchart showing this operation. In step S400, the detection value of the six-axis force sensor 44 is read, and the flow advances to step S402 to measure the actual ZMP position (actual floor reaction force center point) from the detection value. And S404
, The deviation, that is, the deviation direction and the deviation amount X are obtained by comparing with the ZMP target position, the flow proceeds to S406, and the operation amount of the foot is calculated according to the illustrated formula. The flow proceeds to S408, and the target position / posture of both feet is obtained. Is shifted according to the obtained operation amount. Since the actual ZMP position and the actual floor reaction force center point coincide, they are treated as synonymous in this specification.

【0113】図18フロー・チャートに戻ると、次いで
S302に進んで足平位置・姿勢(コンプライアンス制
御により修正されたときは修正値)および上体位置・姿
勢に基づいて公知の逆キネマティクス演算を介して12
個の関節の目標角度を算出し、S304に進んで傾斜セ
ンサ11の出力からロボット1が不安定と判断されると
きは、床反力中心点を故意にずらすように目標姿勢を修
正する。次いでS306に進んで全関節を目標角度に追
従制御する。これは具体的には第2の演算装置82が行
う。
Returning to the flow chart of FIG. 18, the program then proceeds to S302, in which a known inverse kinematics calculation is performed based on the foot position / posture (corrected values when corrected by compliance control) and the body position / posture. Through 12
After calculating the target angles of the individual joints, and proceeding to S304, when it is determined from the output of the tilt sensor 11 that the robot 1 is unstable, the target posture is corrected so that the floor reaction force center point is intentionally shifted. Next, the routine proceeds to S306, in which all the joints are controlled to follow the target angle. This is specifically performed by the second arithmetic unit 82.

【0114】この実施の形態は上記の如く構成したの
で、歩容を自在かつリアルタイムに生成して任意の歩幅
や旋回角を実現することができる。更には、リアルタイ
ムに生成された歩容に基づいて脚式移動ロボットを目標
関節角度に駆動制御させつつ、自在に歩行させることが
できる。
Since this embodiment is configured as described above, the gait can be freely and in real time generated to realize an arbitrary stride and turning angle. Further, the legged mobile robot can be freely walked while being driven and controlled to the target joint angle based on the gait generated in real time.

【0115】より詳しくは、歩幅や旋回角についての任
意の要求に対して記憶された幾つかの標準歩容からベー
スとなる歩容を適当に選択し、合成や変形などの混合操
作、即ち、前記した近似演算を行うことにより、前記し
た歩容条件や歩容に関する要求を満足する近似歩容をリ
アルタイムに生成することができる。
More specifically, a base gait is appropriately selected from several standard gaits stored for an arbitrary request for a stride and a turning angle, and a mixing operation such as synthesis or deformation, ie, a mixing operation, is performed. By performing the above-described approximation calculation, it is possible to generate an approximate gait satisfying the above-mentioned gait conditions and gait requirements in real time.

【0116】更には上記の如く構成したことから、微妙
な角度・歩幅に設定することができ、ある程度(境界状
態が近ければ)既存の標準歩容同士を組み合わせて混合
することにより、それらの中間的な歩容を任意に生成す
ることも可能である。
Further, with the above-described configuration, it is possible to set a delicate angle and stride length, and to mix the existing standard gaits to some extent (if the boundary state is close) to mix them with each other. It is also possible to arbitrarily generate a realistic gait.

【0117】また、上記の如く構成したことで演算量を
低減することができる。具体的には、リアルタイムにダ
イナミクスを解くのに比べて第1の演算装置80の演算
量が1/10程度に低減する。更に、最適な標準歩容を
記憶しておき、それらを混合して歩容を生成するので、
メモリ(ROM84)の容量も低減させることができ
る。更に、最適性を満足するので、条件1)から5)を
満足する歩容を、試行錯誤を経ずに、容易に得ることが
できる。
Further, the configuration described above can reduce the amount of calculation. Specifically, the amount of calculation of the first calculation device 80 is reduced to about 1/10 compared to solving the dynamics in real time. Furthermore, since the optimal standard gaits are stored and mixed to generate gaits,
The capacity of the memory (ROM 84) can also be reduced. Further, since the optimality is satisfied, a gait satisfying the conditions 1) to 5) can be easily obtained without trial and error.

【0118】図20は、この発明の第2の実施の形態を
示すフロー・チャートである。
FIG. 20 is a flow chart showing a second embodiment of the present invention.

【0119】第2の実施の形態においては、標準歩容と
共に、歩容パラメータについての感度を用いた。一般的
に、「感度」は、システムの出力や特性が入力やパラメ
ータ、あるいは環境状況の変化によって受ける影響の程
度を意味するが、第2の実施の形態においてはある歩容
パラメータの単位変更量当たりの他のパラメータの変更
量(以下「歩容パラメータ感度」という)を求め、それ
を用いてパラメータの変更量(あるいは変化量)を求め
るようにした。
In the second embodiment, the sensitivity for the gait parameters is used together with the standard gait. In general, “sensitivity” means the degree to which the output or characteristics of the system are affected by changes in inputs, parameters, or environmental conditions, but in the second embodiment, the unit change amount of a certain gait parameter The amount of change of other parameters per hit (hereinafter referred to as “gait parameter sensitivity”) is obtained, and the amount of change (or amount of change) of the parameter is obtained using the obtained amount.

【0120】より具体的には、歩容パラメータ感度は、
標準歩容において、直接設定パラメータ(例えば、第1
の実施の形態の初期遊脚向きa、初期遊脚前後位置bな
ど)を微小量変更したときに、その歩容が望ましい標準
歩容となるためには、他の従属的なパラメータをどれだ
け変化させなければならないかを示す意味で使用する。
このように具体的には、歩容パラメータ感度は、直接設
定パラメータの単位量変更あたりの従属パラメータの変
更量と定義する。
More specifically, the gait parameter sensitivity is
In a standard gait, directly set parameters (for example, first
When the initial free leg direction “a” and the initial free leg front-back position “b” of the embodiment are changed by a small amount, in order for the gait to become a desirable standard gait, how many other dependent parameters are required Used to indicate that it must be changed.
Specifically, the gait parameter sensitivity is defined as a change amount of the dependent parameter per unit change of the directly set parameter.

【0121】その結果として、第2の実施の形態におい
ては標準歩容の個数を低減し、ベース歩容となるものだ
けを用いるようにした。即ち、例えば静止状態から歩き
始める歩容、加速歩容、等速度歩容、減速歩容、停止歩
容など、一連の継続したベース歩容の列などを用意する
が、それらから各種パラメータを少しずらした標準歩容
は用意しないようにした。
As a result, in the second embodiment, the number of standard gaits is reduced, and only those that become a base gait are used. That is, for example, a series of continuous base gaits such as a gait to start walking from a stationary state, an acceleration gait, a constant speed gait, a deceleration gait, and a stop gait are prepared. A staggered standard gait was not prepared.

【0122】具体的には、ある標準歩容i においてパラ
メータpに対するパラメータqの感度をDi (q,p) と記
述する。時系列テーブルも同様、パラメータpに対する
k番目データx(k)の感度をDi (x(k),p) と記述する。
More specifically, the sensitivity of the parameter q to the parameter p in a certain standard gait i is described as Di (q, p). Similarly, in the time series table, the sensitivity of the k-th data x (k) to the parameter p is described as Di (x (k), p).

【0123】第2の実施の形態における要求歩容の生成
手法について説明する。
A method of generating a required gait according to the second embodiment will be described.

【0124】先の第0標準歩容におけるパラメータaに
対するパラメータcの感度D0(c,a) などと、第1標
準歩容との関係は、以下のようになる。(a1 - a0) が十
分に小さければ、定義に従って、 D0(c,a ) = (c1 - c0) / (a1 - a0) D0( d ,a ) = (d1 - d0) / (a1 - a0) D0( x(k) ,a ) = (x1(k) - x0(k) ) / (a1 - a0) D0( y(k) ,a ) = (y1(k) - y0(k) ) / (a1 - a0) である。
The relationship between the sensitivity D0 (c, a) of the parameter c with respect to the parameter a in the 0th standard gait and the first standard gait is as follows. If (a1-a0) is small enough, by definition, D0 (c, a) = (c1-c0) / (a1-a0) D0 (d, a) = (d1-d0) / (a1-a0) D0 (x (k), a) = (x1 (k)-x0 (k)) / (a1-a0) D0 (y (k), a) = (y1 (k)-y0 (k)) / ( a1-a0).

【0125】同様に、第0標準歩容におけるパラメータ
bに対するパラメータcの感度D0(c,b) などと、第
2標準歩容との関係は、以下のようになる。(b2 - b0)
が十分に小さければ、定義に従って、 D0(c,b) = (c2 - c0) / (b2 - b0) D0( d ,b) = (d2 - d0) / (b2 - b0) D0( x(k) ,b) = (x2(k) - x0(k) ) / (b2 - b0) D0( y(k) ,b) = (y2(k) - y0(k) ) / (b2 - b0) である。
Similarly, the relationship between the sensitivity D0 (c, b) of the parameter c with respect to the parameter b in the 0th standard gait and the second standard gait is as follows. (b2-b0)
Is sufficiently small, by definition, D0 (c, b) = (c2-c0) / (b2-b0) D0 (d, b) = (d2-d0) / (b2-b0) D0 (x (k ), b) = (x2 (k)-x0 (k)) / (b2-b0) D0 (y (k), b) = (y2 (k)-y0 (k)) / (b2-b0) is there.

【0126】第1の実施の形態のパラメータおよびテー
ブルの混合式にこれらを代入することにより、パラメー
タ決定式(パラメータ感度を用いた)として次式(以下
「式2」という)を得る。
By substituting these into the mixed equations of the parameters and tables in the first embodiment, the following equation (hereinafter referred to as “equation 2”) is obtained as a parameter determination equation (using parameter sensitivity).

【0127】c3 = c0 + D0( c,a )*( a3 - a0 )
+ D0( c,b )*( b3 - b0 ) d3 = d0 + D0( d,a )*( a3 - a0 ) + D0( d,b
)*( b3 - b0 ) x3(k) = x0(k) + D0( x(k) ,a )* ( a3 - a0 )+ D
0( x(k) ,b )*( b3 - b0 ) y3(k) = y0(k) + D0( y(k) ,a )* ( a3 - a0 )+ D
0( y(k) ,b )* ( b3 - b0 )
C3 = c0 + D0 (c, a) * (a3-a0)
+ D0 (c, b) * (b3-b0) d3 = d0 + D0 (d, a) * (a3-a0) + D0 (d, b
) * (B3-b0) x3 (k) = x0 (k) + D0 (x (k), a) * (a3-a0) + D
0 (x (k), b) * (b3-b0) y3 (k) = y0 (k) + D0 (y (k), a) * (a3-a0) + D
0 (y (k), b) * (b3-b0)

【0128】上記を前提として図20フロー・チャート
を参照して説明すると、S500においてオフラインで
作成したベース歩容と歩容パラメータ感度を記憶してお
き、S502からS514まで第1の実施の形態と同様
の処理を行ってS516に進み、歩容の混合処理を行
う。
Referring to the flow chart of FIG. 20 on the premise of the above description, the base gait and gait parameter sensitivity created off-line in S500 are stored, and S502 to S514 correspond to the first embodiment. The same processing is performed, and the process proceeds to S516, where gait mixing processing is performed.

【0129】図21はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、S600で直接設定パラメータ
の値が要求値に近いベース歩容を選択し、S602に進
んで混合歩容の直接設定パラメータに要求値を代入し、
S604に進んで式2に従って従属パラメータを求め
る。尚、上体水平位置の時系列テーブルは一度に計算し
ても良いが、演算量が多いので、後述する瞬時値発生サ
ブルーチンの中で制御周期ごとに必要な値だけを演算し
ても良い。
FIG. 21 is a subroutine flow chart showing the operation. In step S600, a base gait whose directly set parameter value is close to the required value is selected, and the flow advances to step S602 to request the directly set parameter of the mixed gait. Assign a value,
Proceeding to S604, dependent parameters are determined according to Equation 2. Note that the time series table of the body horizontal position may be calculated at one time, but since the amount of calculation is large, only a necessary value may be calculated for each control cycle in an instantaneous value generation subroutine described later.

【0130】図20に戻り、S518およびS510を
経てS520に進んで目標歩容の瞬時値を算出する。
Returning to FIG. 20, the process proceeds to S520 via S518 and S510, and the instantaneous value of the desired gait is calculated.

【0131】図22はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、第1の実施の形態と同様にS7
00からS706までの処理を行って足平および上体の
位置・姿勢を算出する。尚、S706では式2の中の
x,yに関する式に従って上体水平位置を算出する。続
いて図20に戻ってS522を経てS508に戻って以
上の処理を繰り返す。
FIG. 22 is a subroutine flow chart showing the operation, and is similar to the first embodiment.
The processing from 00 to S706 is performed to calculate the position and orientation of the foot and the body. In step S706, the body horizontal position is calculated in accordance with the expression relating to x and y in Expression 2. Subsequently, returning to FIG. 20, the processing returns to S508 via S522, and the above processing is repeated.

【0132】第2の実施の形態は上記の如く構成したこ
とから、第1の実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。
Since the second embodiment is configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

【0133】但し、記憶する標準歩容の組合せや標準歩
容の性質によっては、第1の実施の形態に対する第2の
実施の形態の優位性は異なる。例えば、直接設定パラメ
ータの組が作る全空間をパラメータ空間と呼ぶとき、第
1の実施の形態において直接設定パラメータのそれぞれ
に対してある間隔毎に離散化し、パラメータ空間内に格
子状の不連続部分空間を作り、その不連続部分空間のす
べての直接設定パラメータの組に対して望ましい標準歩
容を作成する。即ち、直接設定パラメータ以外のパラメ
ータ(従属パラメータ)の値を望ましい歩容になるよう
に調整する。
However, the superiority of the second embodiment over the first embodiment differs depending on the combination of the standard gaits to be stored and the properties of the standard gaits. For example, when the entire space created by a set of direct setting parameters is referred to as a parameter space, in the first embodiment, each of the direct setting parameters is discretized at a certain interval, and a grid-like discontinuous portion is formed in the parameter space. Create a space and create the desired standard gait for all directly set parameter sets of the discontinuous subspace. That is, the values of the parameters (dependent parameters) other than the directly set parameters are adjusted so as to obtain a desired gait.

【0134】このようにして作成した標準歩容を持って
いれば、ほとんどの標準歩容がベース歩容としての条件
を満たす(ベース歩容の条件は、その歩容から全ての変
更したいパラメータに対してその1つだけが異なる標準
歩容が存在することである)。従って、第1の実施の形
態の手法で任意の歩容が作成でき、パラメータ感度を持
つ必要がない。
If the standard gait created in this manner is provided, most of the standard gaits satisfy the condition as the base gait (the condition of the base gait is changed from the gait to all the parameters to be changed). On the other hand, there is a standard gait that differs only in one of them). Therefore, an arbitrary gait can be created by the method of the first embodiment, and there is no need to have parameter sensitivity.

【0135】尚、第2の実施の形態において、広範囲の
歩容に対してパラメータ感度がほぼ等しい場合には、1
つ1つの歩容に対してパラメータ感度を持つのではな
く、広範囲の歩容において共有すれば良い。こうすれ
ば、メモリ(ROM84)の容量を節約することがで
き、その場合には第1の実施の形態に比較してはるかに
少ないメモリ容量で足る。
In the second embodiment, if the parameter sensitivities are substantially equal for a wide range of gaits, 1
Instead of having parameter sensitivity for each gait, the gait may be shared in a wide range of gaits. By doing so, the capacity of the memory (ROM 84) can be saved, and in that case, a much smaller memory capacity is sufficient as compared with the first embodiment.

【0136】例えば、D0(c, a),D1(c, a),D2(c,
a),...Dn(c, a) がほぼ同一値であるならば、その平
均値をD(c, a)として、上記のパラメータ感度を用いた
パラメータ決定式におけるD0(c, a),D1(c, a),..の代
わりにD(c, a)を共通に使えば良い。
For example, D0 (c, a), D1 (c, a), D2 (c,
a),... Dn (c, a) are almost the same value, and the average value is D (c, a), and D0 (c, a) in the parameter determination formula using the parameter sensitivity described above. , D1 (c, a), .. may be used in common with D (c, a).

【0137】図23はこの発明の第3の実施の形態を示
すフロー・チャートである。
FIG. 23 is a flow chart showing a third embodiment of the present invention.

【0138】第3の実施の形態においては、第1の実施
の形態と同様の標準歩容を用いると共に、第2の実施の
形態の歩容パラメータ感度も用いるようにした。
In the third embodiment, the standard gait similar to that of the first embodiment is used, and the gait parameter sensitivity of the second embodiment is also used.

【0139】第3の実施の形態における要求歩容の生成
手法を説明する。
A method of generating a required gait according to the third embodiment will be described.

【0140】第3の実施の形態においては、従属パラメ
ータの値を求めるに当たって、直接設定パラメータの影
響を、一部は第1の実施の形態の手法で、残りは第2の
実施の形態の手法を用いて求める。即ち、歩容の混合
と、歩容パラメータ感度による摂動分の加算を併用する
ようにした。
In the third embodiment, in determining the value of the dependent parameter, the influence of the direct setting parameter is partially used in the method of the first embodiment, and the rest is used in the method of the second embodiment. Is determined using That is, mixing of gaits and addition of perturbations due to gait parameter sensitivity are used together.

【0141】例えば、直接設定パラメータの内のaの影
響に対しては第1の実施の形態、bの影響に対しては第
2の実施の形態の手法を用いると、次式のようになる。 c3 = c0+ ( c1 - c0 ) *( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 )
+ D0( c,b )*( b3 - b0 ) d3 = d0 + ( d1 - d0 ) *( a3 - a0 ) / ( a1 - a0 )
+ D0( d,b )*( b3 - b0 ) x3(k) = x0(k) + ( x1(k) - x0(k) ) *( a3 - a0 )
/ ( a1 - a0 ) + D0( x(k) ,b )*( b3 - b0 ) y3(k) = y0(k) + ( y1(k) - y0(k) ) *( a3 - a0 )
/ ( a1 - a0 ) + D0( y(k) ,b )*( b3 - b0 )
For example, using the method of the first embodiment for the effect of a in the direct setting parameters and the method of the second embodiment for the effect of b, the following equation is obtained. . c3 = c0 + (c1-c0) * (a3-a0) / (a1-a0)
+ D0 (c, b) * (b3-b0) d3 = d0 + (d1-d0) * (a3-a0) / (a1-a0)
+ D0 (d, b) * (b3-b0) x3 (k) = x0 (k) + (x1 (k)-x0 (k)) * (a3-a0)
/ (a1-a0) + D0 (x (k), b) * (b3-b0) y3 (k) = y0 (k) + (y1 (k)-y0 (k)) * (a3-a0)
/ (a1-a0) + D0 (y (k), b) * (b3-b0)

【0142】図23を参照して説明すると、S800に
おいてオフラインで作成した標準歩容と歩容パラメータ
感度を記憶し、S802以降に進んで第1の実施の形態
と同様の処理を行い、S816から図24フロー・チャ
ートに進んでS900以降において歩容の混合を行う。
また図23フロー・チャートのS820から図25フロ
ー・チャートのS1000以降に進んで瞬時値を算出す
る。
Referring to FIG. 23, the standard gait and gait parameter sensitivity created off-line in S800 are stored, and the process proceeds to S802 and thereafter to perform the same processing as in the first embodiment. Proceeding to the flow chart of FIG. 24, gaits are mixed in and after S900.
Further, the process proceeds from S820 in the flow chart of FIG. 23 to S1000 and later in the flow chart of FIG. 25 to calculate an instantaneous value.

【0143】第3の実施の形態は上記の如く構成したこ
とから、従前の実施の形態と同様の効果を有する。
Since the third embodiment is configured as described above, it has the same effect as the previous embodiment.

【0144】図26はこの発明の第4の実施の形態を示
すフロー・チャートである。
FIG. 26 is a flowchart showing a fourth embodiment of the present invention.

【0145】標準歩容から得られる混合歩容(要求歩
容)同士は、図27に示す如く、歩容境界における上体
位置・速度が少しずれる傾向があるので、ある混合歩容
の終端上体位置・速度を次の混合歩容の初期上体位置・
速度に合わせる必要が生じる。そこで第4の実施の形態
では、上体位置・速度の境界条件を任意に設定するよう
にした。即ち、初期上体位置・速度および終端上体位置
・速度も直接設定パラメータとして考慮し、上体位置・
速度が境界条件において連続するようにした。
As shown in FIG. 27, the mixed gaits (required gaits) obtained from the standard gait tend to slightly deviate in the body position and speed at the gait boundary. The body position / velocity is the initial body position /
It is necessary to adjust to the speed. Therefore, in the fourth embodiment, the boundary condition of the body position / velocity is arbitrarily set. That is, the initial body position / velocity and the end body position / velocity are also considered directly as setting parameters,
The speed was made continuous in boundary conditions.

【0146】その手法を要約すると、先ず第1ないし第
3の実施の形態の手法を用いて、初期上体位置・速度お
よび終端上体位置・速度を除く、直接設定パラメータが
全て望み通りに設定された混合歩容を生成し、次いで初
期上体位置・速度および終端上体位置・速度も望み通り
になるように、ZMPパラメータを補正する。
In summary, the direct setting parameters except for the initial body position / velocity and the end body position / velocity are all set as desired using the methods of the first to third embodiments. Then, the ZMP parameters are corrected so that the initial body position / velocity and the end body position / velocity are also as desired.

【0147】前半の処理は従前の実施の形態と同様であ
るので説明を省略し、以下、後半の初期上体位置・速度
および終端上体位置・速度も望み通りになるようにZM
Pパラメータを補正する手法を説明する。
The processing in the first half is the same as that in the previous embodiment, so that the description is omitted. The ZM is set so that the initial body position / velocity and the end body position / velocity in the latter half are also as desired.
A method for correcting the P parameter will be described.

【0148】前述の歩容生成手法において、初期上体位
置・速度、終端上体位置・速度およびZMPパラメータ
以外の歩容パラメータが固定されている場合を考える。
In the gait generation method described above, it is assumed that gait parameters other than the initial body position / velocity, end body position / velocity, and ZMP parameters are fixed.

【0149】この場合、初期上体位置・速度とZMPパ
ターンを設定すると動力学的平衡条件を満足する歩容が
一義的に決定されるので、終端上体位置・速度も一義的
に決定される。逆に、終端上体位置・速度とZMPパタ
ーンを与えると、初期上体位置・速度が一義的に決定さ
れる。従って、初期上体位置・速度と終端上体位置・速
度を任意に設定するためには、ZMPパターンはそれに
合わせて調整しなければならない。即ち、ZMPパター
ンを決めてしまえば、初期上体位置・速度と終端上体位
置・速度は、1対1写像の関係になっている。
In this case, when the initial body position / velocity and the ZMP pattern are set, the gait satisfying the dynamic equilibrium condition is uniquely determined, so that the terminal body position / velocity is also uniquely determined. . Conversely, when the terminal body position / velocity and the ZMP pattern are given, the initial body position / velocity is uniquely determined. Therefore, in order to arbitrarily set the initial body position / velocity and the end body position / velocity, the ZMP pattern must be adjusted accordingly. That is, once the ZMP pattern is determined, the initial body position / velocity and the end body position / velocity have a one-to-one mapping relationship.

【0150】以下では、説明を簡単にするために上体の
前後方向(X方向)の挙動だけを考えることとすると、
状態量は位置と速度の2変数であるから、これらに関す
る境界条件を任意に設定できるようにするためには、Z
MPパターンに2個以上のパラメータが必要である。
In the following, for the sake of simplicity, let us consider only the behavior of the upper body in the front-rear direction (X direction).
Since the state quantity is two variables of position and velocity, in order to be able to arbitrarily set the boundary conditions relating to these, Z
The MP pattern requires two or more parameters.

【0151】ここでは、ZMPパラメータの一部をわず
かに変更するだけで、上体境界位置・速度を大きく変更
できるように、ZMPパターンとそのパラメータを図2
8のように設定する。
Here, the ZMP pattern and its parameters are shown in FIG. 2 so that the body boundary position / velocity can be largely changed by only slightly changing a part of the ZMP parameters.
Set as 8

【0152】これは、従前の実施の形態で用いるZMP
パターンよりも複雑なパターンとなっている。なぜな
ら、従前の実施の形態で用いたのと同様のZMPパター
ンを用いると、上体の前後方向の位置と速度の両方を同
時に満足させるためには、パラメータc以外に足平軌道
に影響を与えない時間のパラメータt2も変更しなくて
はならないが、t2を大きく変更しても、上体境界位置
・速度はわずかしか修正できないからである。
This corresponds to the ZMP used in the previous embodiment.
The pattern is more complicated than the pattern. Because, using the same ZMP pattern as used in the previous embodiment, in order to simultaneously satisfy both the position and the velocity of the upper body in the front-rear direction, the foot trajectory is affected in addition to the parameter c. This is because the parameter t2 for the non-existing time must be changed, but even if t2 is largely changed, the body boundary position / velocity can be corrected only slightly.

【0153】第4の実施の形態においてZMPパラメー
タの決定は、第1の実施の形態あるいは第2の実施の形
態のいずれの手法を用いても可能であるが、ここでは第
2の実施の形態の手法を採用してZMPパラメータの補
正量と上体の補正軌跡を以下の手順で決定するようにし
た。尚、ZMPパラメータの補正量は、混合歩容の上体
境界条件を望みの値にするために混合歩容のZMPパラ
メータに加える補正量を意味する。
In the fourth embodiment, the ZMP parameter can be determined by using any of the methods of the first embodiment and the second embodiment, but here, the second embodiment is used. The correction amount of the ZMP parameter and the correction trajectory of the body are determined by the following procedure using the above method. Note that the correction amount of the ZMP parameter means a correction amount added to the ZMP parameter of the mixed gait to set the upper body boundary condition of the mixed gait to a desired value.

【0154】図26を参照して第4の実施の形態の動作
を説明すると、S1100において従前の実施の形態と
同様にオフラインで作成した標準歩容を記憶しておき、
S1102に進んで各種標準歩容の終端上体位置・速度
を求めて記憶した後、S1104に進んで以下の処理を
行う。
The operation of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 26. In S1100, a standard gait created off-line is stored in the same manner as in the previous embodiment.
Proceeding to S1102, the end body position and speed of various standard gaits are obtained and stored, and then the procedure proceeds to S1104 to perform the following processing.

【0155】先ず、混合歩容においてZMPパラメータ
cに着目し、これを図29に示すようにΔcだけ微小摂
動させ、それに伴って、動力学平衡条件を満足するよう
に上体位置の時系列データの摂動分Δx(k)を求める。
First, paying attention to the ZMP parameter c in the mixed gait, this is slightly perturbed by Δc as shown in FIG. 29, and the time series data of the body position is thereby adjusted so as to satisfy the dynamic equilibrium condition.摂 x (k) is obtained.

【0156】このとき、 Rmix(x(k),c)=Δx(k)/Δc とおく。このRmix(x(k), c)をcに対するx(k)の偏微分
的感度(前記歩容パラメータ感度に相当)と呼ぶ。同様
に、図30に示すように、ZMPパラメータeに関して
Rmix(x(k),e)を求める。
At this time, Rmix (x (k), c) = Δx (k) / Δc. This Rmix (x (k), c) is called the partial differential sensitivity of x (k) to c (corresponding to the gait parameter sensitivity). Similarly, as shown in FIG. 30, Rmix (x (k), e) is obtained for the ZMP parameter e.

【0157】第2の実施の形態においては、ある注目し
たパラメータに対するx(k)の感度を求めるときに、制約
条件として歩容の最適性を維持しながら、注目したパラ
メータとx(k)を除く複数の従属パラメータを調整した。
それに対して、第4の実施の形態では、歩容の最適性を
無視して、注目したパラメータとx(k)を除く全てのパラ
メータを固定して感度を求めるようにした。言ってみれ
ば、第2の実施の形態は最適性を制約条件にした全微
分、第4の実施の形態は最適性を無視した偏微分を求め
ることになる。
In the second embodiment, when obtaining the sensitivity of x (k) to a certain noted parameter, the noted parameter and x (k) are determined while maintaining the optimum gait as a constraint. Excluding several dependent parameters were adjusted.
On the other hand, in the fourth embodiment, the sensitivity is obtained by ignoring the optimality of the gait and fixing the parameter of interest and all parameters except x (k). In other words, in the second embodiment, the total derivative is obtained by using the optimality as a constraint, and in the fourth embodiment, the partial differential is obtained by ignoring the optimality.

【0158】次にS1106に進み、Rmix(x(k), c)と
Rmix(x(k), e)の終端とその直前の値から、混合歩容に
おけるZMPパラメータcに対する終端上体位置の偏微
分的感度Rmix(Xe, c)、終端上体速度の偏微分的感度R
mix(Ve, c)、ZMPパラメータeに対する終端上体位置
の偏微分的感度Rmix(Xe, e)、終端上体速度の偏微分的
感度Rmix(Ve, e)を次式によって求める。
Next, the flow advances to S1106, where the terminal body position of the terminal body with respect to the ZMP parameter c in the mixed gait is determined from the terminal points of Rmix (x (k), c) and Rmix (x (k), e) and the values immediately before them. Partial differential sensitivity Rmix (Xe, c), partial differential sensitivity R of terminal body velocity
Mix (Ve, c), partial differential sensitivity Rmix (Xe, e) of the terminal body position with respect to the ZMP parameter e, and partial differential sensitivity Rmix (Ve, e) of the terminal body velocity are calculated by the following equations.

【0159】Rmix(Xe,c)=Rmix(x(ke),c) Rmix(Ve,c)=(Rmix(x(ke),c) -Rmix(x(ke-1),c))
/ Δt Rmix(Xe,e)=Rmix(x(ke),e) Rmix(Ve,e)=(Rmix(x(ke),e) - Rmix(x(ke-1),
e)) / Δt 但し、ke:時系列の最後の配列番号、Δt:時系列の刻
み時間(離散系のサンプル時間)である。
Rmix (Xe, c) = Rmix (x (ke), c) Rmix (Ve, c) = (Rmix (x (ke), c) -Rmix (x (ke-1), c))
/ Δt Rmix (Xe, e) = Rmix (x (ke), e) Rmix (Ve, e) = (Rmix (x (ke), e)-Rmix (x (ke-1),
e)) / Δt where ke is the last array number of the time series, and Δt is the step time of the time series (discrete sampling time).

【0160】次いでS1108に進み、求めた感度から
第1行第1列の要素がRmix(Xe, c)、第1行第2列の要
素がRmix(Xe, e)、第2行第1列の要素がRmix(Ve,
c)、第2行第2列の要素がRmix(Ve, e)の2*2行列を
作成する。
Then, the flow advances to S1108, where the element in the first row and the first column is Rmix (Xe, c), the element in the first row and the second column is Rmix (Xe, e), and the element in the second row and the first column is obtained from the obtained sensitivity. Element is Rmix (Ve,
c) Create a 2 * 2 matrix in which the elements in the second row and second column are Rmix (Ve, e).

【0161】次いでS1110に進んで作成した行列の
逆行列を求める。この逆行列の第1行第1列の要素は、
終端上体位置Xe に対するパラメータcの偏微分的感度
Rmix(c, Xe)、第2行第1列の要素は、終端上体位置X
e に対するパラメータeの偏微分的感度Rmix(e, Xe)、
第1行第2列の要素は、終端上体速度Ve に対するパラ
メータcの偏微分的感度Rmix(c, Ve)、第2行第2列の
要素は、終端上体速度Ve に対するパラメータeの偏微
分的感度Rmix(e, Ve)とする。
Then, the process proceeds to S1110, where an inverse matrix of the created matrix is obtained. The element in the first row and first column of this inverse matrix is
The partial differential sensitivity Rmix (c, Xe) of the parameter c to the terminal body position Xe, and the element in the second row and first column is the terminal body position X
partial differential sensitivity Rmix (e, Xe) of parameter e to e,
The element in the first row and the second column is a partial differential sensitivity Rmix (c, Ve) of the parameter c with respect to the terminal body velocity Ve, and the element in the second row and the second column is a partial deviation of the parameter e with respect to the terminal body velocity Ve. Let the differential sensitivity be Rmix (e, Ve).

【0162】尚、あらゆる混合歩容において上記感度が
ほとんど変化しない場合には、その平均的な値をそれぞ
れR(c, Xe),R(e, Xe),R(c, Ve),R(e, Ve) として、
全歩容に共通に用いれば良い。
If the sensitivity hardly changes in any mixed gait, the average value is calculated as R (c, Xe), R (e, Xe), R (c, Ve), R ( e, Ve)
It may be used commonly for all gaits.

【0163】次いでS1112に進んで混合歩容におい
て初期上体位置に着目し、これだけを図31に示すよう
にΔx0だけ微小摂動させ、それに伴って、動力学平衡条
件を満足するように上体位置の時系列データの摂動分Δ
x(k)を求める。当然、 Δx(0)=Δx0 である。
Then, the flow advances to S1112, where attention is paid to the initial body position in the mixed gait, which is slightly perturbed by Δx0 as shown in FIG. 31, and accordingly, the body position is adjusted so as to satisfy the dynamic equilibrium condition. Perturbation Δ of the time series data of
Find x (k). Naturally, Δx (0) = Δx0.

【0164】このとき、 Rmix(x(k), x0)=Δx(k)/Δx0 とおく。同様に、図32に示すように初期上体速度だけ
をΔv0だけ微小摂動させ、Rmix(x(k), v0)を求める。
At this time, Rmix (x (k), x0) = Δx (k) / Δx0. Similarly, as shown in FIG. 32, only the initial body velocity is slightly perturbed by Δv0 to obtain Rmix (x (k), v0).

【0165】次にS1114に進み、求めた感度Rmix
(x(k), x0) とRmix(x(k), v0) の終端とその直前の値
に基づいて、混合歩容における初期上体位置に対する終
端上体位置の偏微分的感度Rmix(Xe, x0) 、終端上体速
度の偏微分的感度Rmix(Ve, x0) 、初期上体速度に対す
る終端上体位置の偏微分的感度Rmix(Xe, v0) 、終端上
体速度の偏微分的感度Rmix(Ve, v0) を次式によって求
める。
Next, proceeding to S1114, the calculated sensitivity Rmix
Based on the end of (x (k), x0) and the end of Rmix (x (k), v0) and the value immediately before the end, the partial differential sensitivity Rmix (Xe , x0), partial differential sensitivity of terminal body velocity Rmix (Ve, x0), partial differential sensitivity of terminal body position relative to initial body velocity Rmix (Xe, v0), partial differential sensitivity of terminal body velocity Rmix (Ve, v0) is obtained by the following equation.

【0166】Rmix(Xe, x0)=Rmix(x(ke), x0) Rmix(Ve, x0)=(Rmix(x(ke), x0) - Rmix(x(ke-1),
x0)) / Δt Rmix(Xe, v0)=Rmix(x(ke), v0) Rmix(Ve, v0)=(Rmix(x(ke), v0) - Rmix(x(ke-1),
v0)) / Δt 但し、ke:時系列の最後の配列番号、Δt:時系列の刻
み時間である。
Rmix (Xe, x0) = Rmix (x (ke), x0) Rmix (Ve, x0) = (Rmix (x (ke), x0)-Rmix (x (ke-1),
x0)) / Δt Rmix (Xe, v0) = Rmix (x (ke), v0) Rmix (Ve, v0) = (Rmix (x (ke), v0)-Rmix (x (ke-1),
v0)) / Δt where, ke: last sequence number of the time series, Δt: time step of the time series.

【0167】続いてS1116に進んでタイマを0にリ
セットしてスタートさせ、S1118を経てS1120
に進んでタイマ割り込みを待機し、S1122に進んで
歩容の切り替わり目にあるか否か判断し、肯定されると
きはS1124に進んでタイマを0にリセットし、次い
でS1126に進んで直接設定パラメータの要求値を読
み込み、S1128に進んで歩容の混合を行う。
Subsequently, the flow advances to S1116 to reset and start the timer to 0, and then to S1120 via S1118.
To wait for a timer interrupt, proceed to S1122, determine whether or not the gait is at a switch, and if affirmative, proceed to S1124 to reset the timer to 0, and then proceed to S1126 to directly set the parameter Is read, and the process advances to S1128 to mix gaits.

【0168】即ち、図33サブルーチン・フロー・チャ
ートのS1200に進んで第1ないし第3の実施の形態
と同様の手法を用いて混合歩容パラメータを作成する。
この際に、初期上体位置・速度および終端上体位置・速
度も要求値に近いものをベース歩容として選択する。
That is, the process proceeds to S1200 of the subroutine flow chart of FIG. 33 to create a mixed gait parameter using the same method as in the first to third embodiments.
At this time, an initial body position / velocity and an end body position / velocity that are close to the required values are selected as base gaits.

【0169】但し、ベース歩容を選択した後、初期上体
位置・速度および終端上体位置・速度に関しては、直接
設定パラメータから除外し、従前の実施の形態と同様に
混合歩容を生成する。
However, after selecting the base gait, the initial body position / velocity and the terminal body position / velocity are excluded from the directly set parameters, and a mixed gait is generated in the same manner as in the previous embodiment. .

【0170】次いでS1202に進んで初期上体位置・
速度要求値と混合歩容の初期上体位置・速度との差を求
め、これをΔx0,Δv0 とする。同様に、終端上体位置
・速度要求値と混合歩容の終端上体位置・速度との差を
求め、これをΔXe,ΔVeとする。
Then, the process advances to S1202, where the initial body position
The difference between the required speed value and the initial body position / velocity of the mixed gait is determined, and these are defined as Δx0 and Δv0. Similarly, the difference between the required end body position / velocity value and the end body position / velocity of the mixed gait is determined, and these are defined as ΔXe and ΔVe.

【0171】次いでS1204に進み、混合歩容におい
て初期上体位置・速度だけを初期上体位置・速度要求値
に変更し、それに伴って、動力学平衡条件を満足するよ
うに、上体位置の時系列データを摂動させた歩容の、終
端上体位置・速度の摂動量ΔXse、ΔVseを次式により
求める。 ΔXse=Rmix(Xe, x0)*Δx0+Rmix(Xe, v0)*Δv0 ΔVse=Rmix(Ve, x0)*Δx0+Rmix(Ve, v0)*Δ
v0
Next, the flow advances to S1204, where only the initial body position / velocity is changed to the required initial body position / velocity value in the mixed gait, and accordingly, the body position is changed so as to satisfy the dynamic equilibrium condition. The perturbation amounts ΔXse and ΔVse of the terminal body position / velocity of the gait in which the time-series data is perturbed are obtained by the following equations. ΔXse = Rmix (Xe, x0) * Δx0 + Rmix (Xe, v0) * Δv0 ΔVse = Rmix (Ve, x0) * Δx0 + Rmix (Ve, v0) * Δ
v0

【0172】S1204の歩容は、初期上体位置・速度
は要求値に一致しているが、終端上体位置・速度要求値
とこの歩容の終端上体位置・速度との差は、ΔXe +Δ
Xse,ΔVe +ΔVseである。そこでS1206に進
み、その差を0にするためのZMPパラメータの補正量
Δc,Δeを次式によって求める。 Δc=Rmix(c, Xe)*(ΔXe +ΔXse)+Rmix(c,
Ve)*(ΔVe +ΔVse) Δe=Rmix(e, Xe)*(ΔXe +ΔXse)+Rmix(e,
Ve)*(ΔVe +ΔVse)
In the gait of S1204, the initial body position / velocity coincides with the required value, but the difference between the required end body position / velocity value and the terminal body position / velocity of this gait is ΔXe + Δ
Xse, ΔVe + ΔVse. Then, the process proceeds to S1206, and the correction amounts Δc and Δe of the ZMP parameter for setting the difference to 0 are obtained by the following equations. Δc = Rmix (c, Xe) * (ΔXe + ΔXse) + Rmix (c,
Ve) * (ΔVe + ΔVse) Δe = Rmix (e, Xe) * (ΔXe + ΔXse) + Rmix (e,
Ve) * (ΔVe + ΔVse)

【0173】次いでS1208に進んでZMPパラメー
タc,eを次式によって求める。 c=cmix+Δc e=emix+Δe 但し、cmix:混合歩容のパラメータcの値、emix:混合
歩容のパラメータeの値である。
Then, the flow advances to S1208 to determine ZMP parameters c and e by the following equations. c = cmix + Δce = emix + Δe where cmix: the value of the parameter c of the mixed gait, and emix: the value of the parameter e of the mixed gait.

【0174】次いで図26フロー・チャートに戻り、S
1130に進んで目標歩容のパラメータに上記混合歩容
のパラメータを代入する。但し、ZMPパラメータc,
eには、S1208で求めた値を代入する。次いでS1
122を経てS1132に進んで目標歩容の瞬時値を算
出する。
Next, returning to the flow chart of FIG.
Proceeding to 1130, the parameters of the mixed gait are substituted for the parameters of the desired gait. However, the ZMP parameter c,
The value obtained in S1208 is substituted for e. Then S1
Proceeding to S1132 via 122, the instantaneous value of the desired gait is calculated.

【0175】具体的には、図34サブルーチン・フロー
・チャートのS1300に進んで従前の実施の形態と同
様の手法で時刻tのZMPを求め、S1302に進んで
従前の実施の形態と同様の手法で時刻tの両足平の位置
・姿勢を求め、S1304に進んで目標歩容の上体位置
を次式で求める。 x(k) =xmix(x) +Rmix(x(k),c) *Δc+Rmix(x
(k),e) *Δe+Rmix(x(k),x0)*Δx0+Rmix(x(k),v0)
*Δv0 但し、xmix(x) :混合歩容の上体軌道時系列のk番デー
タである。尚、説明は省略するが、Y方向の上体位置も
同様に算出することは言うまでもない。また、Z方向の
上体位置はX,Y方向の値と同様に算出しても、前記の
この出願と同時に提案する手法で算出しても良い。
Specifically, the flow advances to S1300 in the subroutine flow chart of FIG. 34 to obtain the ZMP at time t by the same method as in the previous embodiment, and the flow advances to S1302 to execute the same method as in the previous embodiment. Then, the positions and postures of both feet at time t are obtained, and the flow advances to S1304 to obtain the body position of the desired gait by the following equation. x (k) = xmix (x) + Rmix (x (k), c) * Δc + Rmix (x
(k), e) * Δe + Rmix (x (k), x0) * Δx0 + Rmix (x (k), v0)
* Δv0 where xmix (x) is the k-th data of the body trajectory time series of the mixed gait. Although the description is omitted, it goes without saying that the body position in the Y direction is calculated in the same manner. The body position in the Z direction may be calculated in the same manner as the values in the X and Y directions, or may be calculated by a method proposed at the same time as this application.

【0176】上記した処理によって具体的には図27お
よび図29ないし図32に示す波形を重ね合わせること
となり、それにより図35に示すように、所望の境界条
件を備えた目標歩容を生成することができる。尚、図3
5に示す状況では、 c<0,c+Δc<0,e<0,e+Δe>0 とした。
By the above processing, the waveforms shown in FIG. 27 and FIGS. 29 to 32 are superimposed, thereby generating a desired gait having desired boundary conditions as shown in FIG. be able to. FIG.
In the situation shown in FIG. 5, c <0, c + Δc <0, e <0, e + Δe> 0.

【0177】第4の実施の形態は上記の如く構成したの
で、歩容を自在かつリアルタイムに生成すると共に、生
成された歩容同士の境界においてロボットの各部位の変
位および変位速度を連続させることができる。
Since the fourth embodiment is configured as described above, it is possible to generate gaits freely and in real time, and to make the displacement and the displacement speed of each part of the robot continuous at boundaries between the generated gaits. Can be.

【0178】図36はこの発明の第5の実施の形態を示
すフロー・チャートである。
FIG. 36 is a flowchart showing a fifth embodiment of the present invention.

【0179】先の第4の実施の形態では、混合歩容にお
けるZMPパラメータcに対する上体位置時系列の偏微
分的感度Rmix(x(k), c)、ZMPパラメータeに対する
上体位置時系列の偏微分的感度Rmix(x(k), e)、初期上
体位置に対する上体位置時系列の偏微分的感度Rmix(x
(k), x0) 、初期上体速度に対する上体位置時系列の偏
微分的感度Rmix(x(k), v0) を用いていた。言わば、Z
MPの摂動に対する上体軌道の摂動のモデルを時系列テ
ーブルの形で持っていたと言える。
In the fourth embodiment, the partial differential sensitivity Rmix (x (k), c) of the body position time series with respect to the ZMP parameter c and the body position time series with respect to the ZMP parameter e in the mixed gait are described. , The partial differential sensitivity Rmix (x (k), e) of the body position time series relative to the initial body position Rmix (x
(k), x0), and the partial differential sensitivity Rmix (x (k), v0) of the body position time series with respect to the initial body velocity. So to speak, Z
It can be said that the model of the perturbation of the upper body trajectory with respect to the perturbation of MP was in the form of a time series table.

【0180】第5の実施の形態では、その代わりに、以
下の式で表されるロボットの線形摂動動力学モデル(Z
MPの摂動に対する上体位置速度の摂動の関係を表す線
形化モデル)を用いて、上体位置・速度に関する境界条
件を要求値に一致させるようにした。
In the fifth embodiment, a robot linear perturbation dynamics model (Z
Using a linearized model representing the relationship between the perturbation of the body position velocity and the MP perturbation, the boundary conditions relating to the body position / velocity were made to match the required values.

【0181】以下に、この手法の基本原理を説明する。
尚、以下の説明では上体挙動とZMP軌道の前後方向
(X方向)成分についてのみ議論するが、左右方向(Y
方向)も同様に考えれば良い。
Hereinafter, the basic principle of this method will be described.
In the following description, only the body behavior and the front-back direction (X direction) component of the ZMP trajectory will be discussed, but the left-right direction (Y
The direction) may be similarly considered.

【0182】ロボット1の上体24の質量がそれ以外の
部位の質量に較べて十分に大きく、かつ歩行時に上体の
上下加速度が小さいとする。この特殊条件が成立する場
合には、ZMPの摂動に対する上体位置・速度の摂動の
関係、即ち、摂動動力学モデルは、次式および図37で
示される線形倒立振子モデルで近似される。図示の如
く、このモデルにあっては支点22aも移動自在であ
る。
It is assumed that the mass of the upper body 24 of the robot 1 is sufficiently larger than the mass of the other parts, and that the vertical acceleration of the upper body during walking is small. When this special condition is satisfied, the relation between the ZMP perturbation and the perturbation of the body position / velocity, that is, the perturbation dynamics model is approximated by the following equation and the linear inverted pendulum model shown in FIG. As shown, in this model, the fulcrum 22a is also movable.

【0183】dxmdl/dt=v dvmdl/dt =ω0*(xmdl - ZMPmdl) ここで、xmdlは線形倒立振子の重心位置、vmdlは線形倒
立振子の重心速度である。またω0は正の定数であり、
上体重心高さhおよび重力加速度gとほば次の関係を持
つ。 ω0=√(g /h)
Dxmdl / dt = vdvmdl / dt = ω0 * (xmdl-ZMPmdl) where xmdl is the position of the center of gravity of the linear inverted pendulum, and vmdl is the center of gravity of the linear inverted pendulum. Ω0 is a positive constant,
It has the following relationship with the upper center of gravity height h and the gravitational acceleration g. ω0 = √ (g / h)

【0184】上記特殊条件が成立している場合には、第
4の実施の形態における一般性の高い摂動動力学モデル
Rmix(x(k), c), Rmix(x(k), e), Rmix(x(k), x0),R
mix(x(k), v0)の代わりに、上記した線形倒立振子モデ
ルを用いることができる。以降、モデルの状態の表記
に、時刻tを明示したい場合には、 xmdl(t) ,vmdl(t) と表記する。
When the above special conditions are satisfied, the highly perturbed dynamic models Rmix (x (k), c), Rmix (x (k), e), Rmix (x (k), x0), R
Instead of mix (x (k), v0), the above-described linear inverted pendulum model can be used. Hereinafter, when it is desired to clearly indicate the time t in the notation of the model state, the notation is expressed as xmdl (t) and vmdl (t).

【0185】上記を前提として図36フロー・チャート
を参照して説明する。尚、ZMPパターンの構造は、第
4の実施の形態と同一にする。
Description will be made with reference to the flow chart of FIG. 36 on the premise of the above. The structure of the ZMP pattern is the same as that of the fourth embodiment.

【0186】先ず、S1400において標準歩容を記憶
しておき、S1402に進んで各標準歩容の終端上体位
置・速度を求めて記憶した後、S1404に進み、ZM
Pパラメータの内でcとeをc=1,e=0、またp
(図35に示すように時刻0におけるZMPの値)=
0、その他の折点でのZMPの値を0、初期状態をx0=
0,v0=0とし、歩容の終端時刻まで摂動動力学モデル
の挙動を計算し、終端モデル位置Xe、終端モデル速度Ve
を求める。
First, in step S1400, the standard gait is stored, and the flow advances to step S1402 to calculate and store the terminal body position / velocity at the end of each standard gait.
In the P parameters, c and e are c = 1, e = 0, and p
(ZMP value at time 0 as shown in FIG. 35) =
0, the value of ZMP at other break points is 0, and the initial state is x0 =
0, v0 = 0, calculate the behavior of the perturbation dynamic model up to the end time of the gait, and calculate the end model position Xe and the end model speed Ve
Ask for.

【0187】具体的には、図29におけるΔcを1に設
定したときのΔcによるZMPパターン補正量をモデル
入力としてモデルの挙動を得、モデル終端状態を求め、
続いてZMPパラメータcに対する終端モデル位置Xeの
偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe,c)=Xe
Specifically, the behavior of the model is obtained by using the ZMP pattern correction amount based on Δc when Δc in FIG. 29 is set to 1 as a model input, and the model end state is obtained.
Subsequently, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the ZMP parameter c is obtained by the following equation. R (Xe, c) = Xe

【0188】同様にZMPパラメータcに対する終端モ
デル速度Veの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve,c)=Ve
Similarly, the partial differential sensitivity of the terminal model speed Ve with respect to the ZMP parameter c is obtained by the following equation. R (Ve, c) = Ve

【0189】尚、摂動動力学モデルの挙動の計算は、モ
デルを離散化してから逐次演算によって求めても良い
し、解析的に解いても良い。
The behavior of the perturbation dynamics model may be calculated by discretizing the model and then sequentially calculating or solving it analytically.

【0190】次いでS1406に進み、ZMPパラメー
タの内でcとeをc=0,e=1、またp=0、その他
の折点でのZMPの値を0、初期状態をx0=0,v0=0
として、歩容の終端時刻まで、摂動動力学モデルの挙動
を計算し、終端モデル位置Xe、終端モデル速度Veを求め
る。
Then, the flow advances to S1406, where c and e in the ZMP parameters are c = 0, e = 1, p = 0, the ZMP value at other break points is 0, and the initial state is x0 = 0, v0 = 0
Until the end time of the gait, the behavior of the perturbation dynamic model is calculated, and the end model position Xe and the end model speed Ve are obtained.

【0191】次いでZMPパラメータeに対する終端モ
デル位置Xeの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe,e)=Xe
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the ZMP parameter e is obtained by the following equation. R (Xe, e) = Xe

【0192】同様にZMPパラメータeに対する終端モ
デル速度の偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve,e)=Ve
Similarly, the partial differential sensitivity of the terminal model speed to the ZMP parameter e is obtained by the following equation. R (Ve, e) = Ve

【0193】次いでS1408に進み、ZMPパラメー
タの内でcとeをc=0,e=0、またp=0、その他
の折点でのZMPの値を0、初期状態をx0=1,v0=0
として、歩容の終端時刻まで摂動動力学モデルの挙動を
計算し、終端モデル位置Xe、終端モデル速度Veを求め
る。
Then, the flow advances to S1408, where c and e in the ZMP parameters are c = 0, e = 0, p = 0, the ZMP value at other break points is 0, and the initial state is x0 = 1, v0 = 0
Then, the behavior of the perturbation dynamic model is calculated until the end time of the gait, and the end model position Xe and the end model speed Ve are obtained.

【0194】次いで初期モデル位置x0に対する終端モデ
ル位置Xeの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe, x0)=Xe
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the initial model position x0 is obtained by the following equation. R (Xe, x0) = Xe

【0195】同様に、初期モデル位置x0に対する終端モ
デル速度Veの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve, x0)=Ve
Similarly, the partial differential sensitivity of the terminal model speed Ve with respect to the initial model position x0 is obtained by the following equation. R (Ve, x0) = Ve

【0196】次いでS1410に進み、ZMPパラメー
タの内でcとeをc=0,e=0、またp=0、その他
の折点でのZMPの値を0、初期状態をx0=0,v0=1
として、歩容の終端時刻まで、摂動動力学モデルの挙動
を計算し、終端モデル位置Xe、終端モデル速度Veを求め
る。
Then, the flow advances to S1410, where c and e in the ZMP parameters are c = 0, e = 0, p = 0, the ZMP value at other break points is 0, and the initial state is x0 = 0, v0 = 1
Until the end time of the gait, the behavior of the perturbation dynamic model is calculated, and the end model position Xe and the end model speed Ve are obtained.

【0197】次いで初期モデル速度v0に対する終端モデ
ル位置Xeの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe, v0)=Xe
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the initial model speed v0 is obtained by the following equation. R (Xe, v0) = Xe

【0198】同様に、初期モデル速度v0に対する終端モ
デル速度Veの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve, v0)=Ve
Similarly, the partial differential sensitivity of the terminal model speed Ve with respect to the initial model speed v0 is obtained by the following equation. R (Ve, v0) = Ve

【0199】次いでS1411に進み、c=0,e=
0,p=1、その他の折点でのZMPを0、初期状態を
x0=0,v0=0として歩容の終端時刻までの摂動力学モ
デルの挙動を計算し、終端モデル位置Xe、終端モデル速
度Veの偏微分感度を求める。
Then, the flow advances to S1411, where c = 0, e =
0, p = 1, ZMP at other break points is 0, initial state is
Assuming that x0 = 0 and v0 = 0, the behavior of the perturbation model up to the end time of the gait is calculated, and the partial differential sensitivity of the end model position Xe and the end model speed Ve is obtained.

【0200】次いで初期モデル速度v0 に対する終端モ
デル位置Xeの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe, p)=Xe
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the initial model speed v0 is obtained by the following equation. R (Xe, p) = Xe

【0201】次いで初期モデル速度v0 に対する終端モ
デル速度Veの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve, p)=Ve
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model speed Ve with respect to the initial model speed v0 is obtained by the following equation. R (Ve, p) = Ve

【0202】次いでS1412に進み、求めた感度から
第1行第1列の要素がR(Xe, c) 、第1行第2列の要素
がR(Xe, e) 、第2行第1列の要素がR(Ve, c) 、第2
行第2列の要素がR(Ve, e) の2*2行列を作成する。
Then, the flow advances to S1412, where the element in the first row and first column is R (Xe, c), the element in the first row and second column is R (Xe, e), and the second row and first column are obtained from the obtained sensitivity. Is R (Ve, c) and the second element
Create a 2 * 2 matrix with R (Ve, e) elements in the row and second column.

【0203】次いでS1414に進み、作成した行列の
逆行列を求める。逆行列の第1行第1列の要素は、終端
モデル位置Xeに対するパラメータcの偏微分的感度R
(c, Xe) 、第2行第1列の要素は、終端モデル位置Xe
に対するパラメータeの偏微分的感度R(e, Xe) 、第1
行第2列の要素は、終端モデル速度Veに対するパラメ
ータcの偏微分的感度R(c, Ve) 、第2行第2列の要素
は、終端モデル速度Veに対するパラメータeの偏微分
的感度R(e, Ve)とする。
Then, the flow advances to S1414, where an inverse matrix of the created matrix is obtained. The element in the first row and first column of the inverse matrix is the partial differential sensitivity R of the parameter c with respect to the terminal model position Xe.
(c, Xe), the element in the second row and the first column is the terminal model position Xe
Partial sensitivity R (e, Xe) of parameter e to
The element in the row and the second column is the partial differential sensitivity R (c, Ve) of the parameter c to the terminal model velocity Ve, and the element in the second row and the second column is the partial differential sensitivity R of the parameter e to the terminal model velocity Ve. (e, Ve).

【0204】次いでS1416でタイマを0にリセット
してスタートさせ、S1418,S1420を経てS1
422に進んで歩容の切り替わり目にあるか否か判断
し、否定されるときはS1432に進むと共に、肯定さ
れるときはS1424,S1426を経てS1428に
進んで歩容の混合を行う。
Next, in S1416, the timer is reset to 0 and started, and after S1418 and S1420, S1
Proceeding to 422, it is determined whether or not there is a gait switch. If not, the process proceeds to S1432. If affirmative, the process proceeds to S1428 via S1424 and S1426 to mix gaits.

【0205】図38フロー・チャートを参照してその歩
容の混合処理を説明すると、S1500において従前の
実施の形態のいずれかの手法で混合歩容パラメータを生
成する。このとき、初期および終端上体位置・速度要求
値に近い標準歩容をベース歩容として選択するが、それ
以外の混合歩容パラメータを生成する過程では、初期お
よび終端上体位置・速度を直接設定パラメータから除外
し、他の実施の形態と同様に、混合歩容パラメータを求
める。次いでS1502に進んで初期および終端上体位
置・速度要求値と混合歩容の初期および終端上体位置・
速度との差Δx0, Δv0, ΔXe, ΔVeを求める。
The gait mixing process will be described with reference to the flowchart of FIG. 38. In S1500, a mixed gait parameter is generated by any of the methods of the previous embodiment. At this time, a standard gait close to the initial and terminal body position / velocity demand values is selected as a base gait. In the process of generating other mixed gait parameters, the initial and terminal body position / velocity are directly calculated. The gait parameters are excluded from the setting parameters, and the mixed gait parameters are obtained as in the other embodiments. Then, the process advances to S1502, for requesting the initial and terminal body position / velocity values and the initial / terminal body position / mixed gait.
The differences Δx0, Δv0, ΔXe, ΔVe from the speed are obtained.

【0206】続いてS1504に進み、モデルの初期位
置・速度をΔx0,Δv0 とし、ZMPを0とした場合の
終端位置・速度ΔXse, ΔVseを次式により求める。 ΔXse=R(Xe, x0)*Δx0+R(Xe, v0)*Δv0 ΔVse=R(Ve, x0)*Δx0+R(Ve, v0)*Δv0
Subsequently, the flow advances to S1504, where the initial position / velocity of the model is set to Δx0, Δv0, and the end positions / velocities ΔXse, ΔVse when ZMP is set to 0 are obtained by the following equations. ΔXse = R (Xe, x0) * Δx0 + R (Xe, v0) * Δv0 ΔVse = R (Ve, x0) * Δx0 + R (Ve, v0) * Δv0

【0207】次いでS1506に進み、ZMPパラメー
タの補正量Δc,Δeを次式によって求める。 Δc=R(c, Xe)*(Δx+ΔXse)+R(c, Ve)*
(Δv+ΔVse) Δe=R(e, Xe)*(Δx+ΔXse)+R(e, Ve)*
(Δv+ΔVse)
Then, the flow advances to S1506, where the correction amounts Δc and Δe of the ZMP parameters are obtained by the following equations. Δc = R (c, Xe) * (Δx + ΔXse) + R (c, Ve) *
(Δv + ΔVse) Δe = R (e, Xe) * (Δx + ΔXse) + R (e, Ve) *
(Δv + ΔVse)

【0208】次いでS1508に進んでZMPパラメー
タc,eをS1208で用いたのと同じ式によって求め
る。続いて図36フロー・チャートのS1430,S1
432を経て図39フロー・チャートに進み、S160
0およびS1602で第4の実施の形態と同様の処理を
行ってS1604に進み、ZMP軌道補正量を求める。
これは、図28においてパラメータc=Δc,e=Δ
e、その他の折点のZMPの値を0としたパターンであ
る。
Next, the flow advances to S1508, where the ZMP parameters c and e are obtained by the same formula as used in S1208. Subsequently, S1430 and S1 in the flow chart of FIG.
The process proceeds to the flow chart of FIG.
In steps S1602 and S1602, the same processing as in the fourth embodiment is performed, and the flow advances to step S1604 to obtain a ZMP trajectory correction amount.
This is because the parameters c = Δc and e = Δ in FIG.
e, a pattern in which the ZMP values of other breakpoints are 0.

【0209】次いでS1606に進み、モデル初期位置
・速度を xmdl(0)=Δx0,vmdl(0)=Δv0とし、ZMPmdl
として上記ZMP軌道補正量を入力し、モデルの挙動
を逐次演算によって計算する。即ち、モデルの前回(時
刻t−Δt)の位置・速度と今回(時刻t)のZMP軌
道補正量に基づいて離散化モデル式によってモデルの今
回(時刻t)の位置・速度を求める。但し、最初の制御
周期では、モデルの今回の位置・速度を xmdl(0)=Δx
0、vmdl(0)=Δv0とする。尚、離散化モデルには、現代
制御理論で一般的に用いられるマトリクス表現モデルを
用いれば良い。
Then, the flow advances to S1606 to set the model initial position / velocity to xmdl (0) = Δx0, vmdl (0) = Δv0, and to set ZMPmdl
, The ZMP trajectory correction amount is input, and the behavior of the model is calculated by sequential calculation. That is, the position / speed of the model at this time (time t) is obtained by a discretized model formula based on the position / speed of the model at the previous time (time t-Δt) and the ZMP trajectory correction amount of the current time (time t). However, in the first control cycle, the current position / velocity of the model is expressed as xmdl (0) = Δx
0, vmdl (0) = Δv0. Note that a matrix expression model generally used in modern control theory may be used as the discretization model.

【0210】次いでS1608に進んで次式に従って、
モデル位置を補正量として混合上体位置に加えることに
よって目標上体位置を求める。 x(k)=xmix(k)+xmdl(kΔt) 但し、x(k):目標上体位置 xmix(k):混合歩容の上体軌跡時系列のk番データ xmdl(kΔt):時刻kΔtのモデル位置、である。
Next, the flow advances to S1608, and according to the following equation,
The target body position is obtained by adding the model position to the mixed body position as a correction amount. x (k) = xmix (k) + xmdl (kΔt) where x (k): target body position xmix (k): k-th data of body trajectory time series of mixed gait xmdl (kΔt): time kΔt Model position.

【0211】第5の実施の形態は上記の如く構成したこ
とから、第4の実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。
Since the fifth embodiment is configured as described above, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained.

【0212】より具体的には線形倒立振子モデルを用い
たことから、メモリ(ROM84)の容量が僅少で足
り、逐次演算などによってわずかな計算量でリアルタイ
ムに上体軌道の摂動を計算することができる。また、こ
のモデル式は厳密解が容易に求められ、この厳密解から
将来の挙動予測を容易に行うことができる。
More specifically, since the linear inverted pendulum model is used, the capacity of the memory (ROM 84) is small, and it is possible to calculate the perturbation of the body trajectory in real time with a small amount of calculation by sequential calculation or the like. it can. In addition, an exact solution is easily obtained from this model formula, and future behavior can be easily predicted from the exact solution.

【0213】尚、ZMPパラメータに対する終端上体位
置・速度の感度は厳密解によって求められるが、指数関
数演算を含んでいるので、予めその値を求めて記憶して
おいた方が演算時間を一層節約することができる。
The sensitivity of the terminal body position / velocity to the ZMP parameter can be obtained by an exact solution. However, since an exponential function operation is included, it is more necessary to obtain and store the values in advance to further increase the operation time. Can save money.

【0214】図40はこの発明の第6の実施の形態を示
すフロー・チャートである。
FIG. 40 is a flow chart showing a sixth embodiment of the present invention.

【0215】先にも触れたが、初期遊脚足平位置、終端
遊脚足平位置を摂動させても、それによる慣性力が無視
できる場合、すなわちZMPがほとんど変化しない場合
には、歩容の生成を簡略化することができる。第6の実
施の形態は、それを意図した。
As mentioned earlier, if the inertial force due to the perturbation of the initial free leg foot position and the last free leg foot position is negligible, that is, the ZMP hardly changes, the gait will be described. Can be simplified. The sixth embodiment is intended for that.

【0216】この明細書で定義する歩容では、終端時刻
は遊脚が着地した瞬間であり、そのときにはZMPは未
だ支持脚足平の接地面に設定されている。従って、終端
遊脚足平位置を変えても、それによる慣性力が無視でき
るなら、ZMPパラメータを変える必要はないが、設定
ZMPパターンの初期位置が初期遊脚足平位置・姿勢の
つまさきに存在するように通常設定されることから、初
期遊脚足平位置を変えるときは、ZMPパターンも変更
しなければならない。
In the gait defined in this specification, the end time is the moment when the free leg lands, and at that time, the ZMP is still set on the grounding surface of the supporting leg foot. Therefore, if the inertial force due to the change of the end free leg foot position can be neglected, there is no need to change the ZMP parameter, but the initial position of the set ZMP pattern is the initial free leg foot position / posture toe. Since it is normally set to be present, when the initial free leg foot position is changed, the ZMP pattern must also be changed.

【0217】以下、初期遊脚足平位置を変えるなどZM
Pパラメータを変更する場合を例にとって、第5の実施
の形態との相違点に焦点をおいて説明する。
Hereinafter, ZM such as changing the initial free leg foot position
The case where the P parameter is changed is described as an example, focusing on differences from the fifth embodiment.

【0218】図40フロー・チャートにおいてS170
0からS1710まで第5の実施の形態と同様の処理を
経てS1712に進む。第6の実施の形態では動力学的
平衡条件を満足させるために、ZMPパターンの変更に
伴い、以下の処理を追加変更した。
S170 in the flow chart of FIG.
From 0 to S1710, the process proceeds to S1712 through the same processing as in the fifth embodiment. In the sixth embodiment, in order to satisfy the dynamic equilibrium condition, the following processing is additionally changed with the change of the ZMP pattern.

【0219】即ち、S1712においては図41に示す
ように、時刻0におけるZMPの値をpとすると共に、
ZMPパラメータの内でcとeとpを、c=0,e=
0,p=1、その他の折点でのZMPの値を0、初期状
態をx0=0,v0=0として、歩容の終端時刻まで摂動動
力学モデルの挙動を計算し、終端モデル位置Xe、終端モ
デル速度Veを求める。
That is, in S1712, as shown in FIG. 41, the value of ZMP at time 0 is set to p,
Among the ZMP parameters, c, e, and p are defined as c = 0, e =
Assuming that 0, p = 1, the value of ZMP at other break points is 0, the initial state is x0 = 0, v0 = 0, the behavior of the perturbation dynamic model is calculated until the end time of the gait, and the end model position Xe And the terminal model speed Ve.

【0220】次いでZMPパラメータpに対する終端モ
デル位置Xeの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Xe,p)=Xe
Next, the partial differential sensitivity of the terminal model position Xe with respect to the ZMP parameter p is obtained by the following equation. R (Xe, p) = Xe

【0221】同様に、ZMPパラメータpに対する終端
モデル速度Veの偏微分的感度を次式によって求める。 R(Ve,p)=Ve
Similarly, the partial differential sensitivity of the terminal model speed Ve with respect to the ZMP parameter p is obtained by the following equation. R (Ve, p) = Ve

【0222】続いてS1728まで第5の実施の形態と
同様の処理を行い、S1730に進んで歩容の混合を行
う。即ち、図42フロー・チャートのS1800におい
て従前の実施の形態のいずれかの手法で混合歩容パラメ
ータを作成する。このとき、初期上体位置・速度、終端
上体位置・速度、初期遊脚足平位置および終端遊脚足平
位置も要求値に近いものをベース歩容として選択する。
Subsequently, the same processing as in the fifth embodiment is performed until S1728, and the flow advances to S1730 to mix gaits. That is, in S1800 of the flow chart of FIG. 42, a mixed gait parameter is created by any method of the previous embodiment. At this time, an initial body position / velocity, a terminal body position / velocity, an initial free leg foot position, and a terminal free leg foot position that are close to required values are selected as base gaits.

【0223】但し、ベース歩容を選択した後、初期上体
位置・速度、終端上体位置・速度、初期遊脚足平位置お
よび終端遊脚足平位置に関しては、直接設定パラメータ
から除外して、他の実施例と同様に混合歩容を作成す
る。従って、初期上体位置・速度、終端上体位置・速
度、初期遊脚足平位置および終端遊脚足平位置は、ベー
ス歩容のままの値となる。
However, after the base gait is selected, the initial body position / velocity, the terminal body position / velocity, the initial free leg foot position and the last free leg foot position are excluded from the directly set parameters. A mixed gait is created as in the other embodiments. Therefore, the initial body position / velocity, the end body position / velocity, the initial free leg foot position, and the last free leg foot position are values as they are in the base gait.

【0224】続いてS1802,S1804の処理を経
てS1806に進み、初期遊脚足平位置要求値と混合歩
容の初期遊脚足平位置との差を求め、それをΔpとす
る。続いてS1808に進んでモデルの初期ZMPをΔ
pとし、その他の折点でのZMPを0とした場合の終端
位置・速度ΔXpe、ΔVpeを次式により求める。 ΔXpe=R(Xe, p)*Δp ΔVpe=R(Ve, p)*Δp
Subsequently, the flow advances to S1806 via the processing of S1802 and S1804, and the difference between the required initial free leg foot position and the initial free leg foot position of the mixed gait is determined, and is set to Δp. Then, the process proceeds to S1808, where the initial ZMP of the model is set to Δ
p, and the end position / velocity ΔXpe, ΔVpe when ZMP at the other breakpoints is set to 0 by the following equation. ΔXpe = R (Xe, p) * Δp ΔVpe = R (Ve, p) * Δp

【0225】続いてS1810に進んでZMPパラメー
タの補正量Δc,Δeを次式によって求める。 Δc=R(c, Xe)*(ΔXe +ΔXse+ΔXpe)+R
(c, Ve)*(ΔVe +ΔVse+ΔVpe) Δe=R(e, Xe)*(ΔXe +ΔXse+ΔXpe)+R
(e, Ve)*(ΔVe +ΔVse+ΔVpe)
Subsequently, the flow advances to S1810, where the correction amounts Δc and Δe of the ZMP parameters are obtained by the following equations. Δc = R (c, Xe) * (ΔXe + ΔXse + ΔXpe) + R
(c, Ve) * (ΔVe + ΔVse + ΔVpe) Δe = R (e, Xe) * (ΔXe + ΔXse + ΔXpe) + R
(e, Ve) * (ΔVe + ΔVse + ΔVpe)

【0226】続いて図40フロー・チャートに戻り、S
1732に進んで目標歩容のパラメータに上記混合歩容
のパラメータを代入する。但し、ZMPパラメータc,
eには、S1812で求めた値を代入する。また、初期
遊脚足平位置パラメータおよび終端遊脚足平位置パラメ
ータには要求値を代入する。
Subsequently, returning to the flow chart of FIG.
Proceeding to 1732, the parameters of the mixed gait are substituted for the parameters of the desired gait. However, the ZMP parameter c,
The value obtained in S1812 is substituted for e. Also, a required value is substituted for the initial free leg foot position parameter and the last free leg foot position parameter.

【0227】続いてS1734から図43フロー・チャ
ートに進み、S1900,S1902で第5の実施の形
態と同様の処理を行う。これによって初期遊脚足平位置
と終端遊脚足平位置の要求を満足する足平軌道と、補正
されたZMP軌道が得られる。次いでS1904に進
み、ZMP軌道補正量を求める。これは図44に示す如
く、パラメータc=Δc,e=Δe,p=Δp、その他
の折点のZMPの値を0としたZMPパターンである。
Subsequently, the flow advances from S1734 to the flow chart of FIG. 43, and the same processing as in the fifth embodiment is performed in S1900 and S1902. As a result, a foot trajectory satisfying the requirements of the initial free leg foot position and the last free leg foot position, and a corrected ZMP trajectory are obtained. Next, the process proceeds to S1904, where a ZMP trajectory correction amount is obtained. As shown in FIG. 44, this is a ZMP pattern in which the parameters c = Δc, e = Δe, p = Δp, and the ZMP values of other break points are set to 0.

【0228】尚、残余の構成は、第5の実施の形態と異
ならない。
The remaining structure is not different from that of the fifth embodiment.

【0229】第6の実施の形態は上記の如く構成したの
で、第4ないし第5の実施の形態と同様の効果を得るこ
とができると共に、初期上体位置・速度が異なる歩容を
標準歩容として記憶しておく必要がないので、記憶容量
を一層低減することができる。
Since the sixth embodiment is configured as described above, it is possible to obtain the same effects as those of the fourth to fifth embodiments and to use a standard gait with different initial body position and speed. Since there is no need to store the information as a storage, the storage capacity can be further reduced.

【0230】図45はこの発明の第7の実施の形態を示
す、図3に示す第1の実施の形態と同様の歩容生成装置
のブロック図である。但し、第7の実施の形態では上体
水平位置の算出手法が異なる。
FIG. 45 is a block diagram of a gait generator similar to that of the first embodiment shown in FIG. 3, showing a seventh embodiment of the present invention. However, the method of calculating the body horizontal position is different in the seventh embodiment.

【0231】第7の実施の形態においては、得られた今
回(時刻t)の混合歩容の両足平の位置・姿勢、ZMP
および上体高さZと前回(時刻t−Δt)の状態(上体
位置・速度など)をロボット運動モデル(ダイナミクス
とキネマティクスと各種拘束式、制約条件式からなる)
に入力して、動力学的平衡条件を満足した上体位置の水
平座標(X、Y)の今回値(瞬時値)を算出するように
した。
In the seventh embodiment, the positions and postures of both feet of the obtained mixed gait at this time (time t), ZMP
In addition, the body height Z and the previous state (time t-Δt) (body position / velocity, etc.) are represented by a robot motion model (including dynamics, kinematics, various constraint equations, and constraint equation).
The current value (instantaneous value) of the horizontal coordinate (X, Y) of the body position satisfying the dynamic equilibrium condition is calculated.

【0232】即ち、第7の実施の形態においては、第2
の実施の形態と同様に、図46フロー・チャートのS2
000ないし2014から図47フロー・チャートのS
2100ないしS2104の処理を経て図46に戻り、
S2022から図48のS2200以降に進み、S22
06において混合歩容の上体と混合歩容の足平の運動か
ら動力学的に計算されるZMPが混合歩容のZMPパラ
メータから求められる設定ZMPに一致するように、混
合歩容の上体軌道を逐次演算によって求めるようにし
た。
That is, in the seventh embodiment, the second
As in the embodiment of FIG.
000 to 2014 to S in the flow chart of FIG.
Returning to FIG. 46 through the processing from 2100 to S2104,
The process proceeds from S2022 to S2200 and subsequent steps in FIG.
06, the upper body of the mixed gait such that the ZMP dynamically calculated from the motion of the upper body of the mixed gait and the foot of the mixed gait matches the set ZMP obtained from the ZMP parameters of the mixed gait. The trajectory was determined by sequential calculation.

【0233】但し、歩容初期では、上体の位置・速度に
は適宜設定した初期上体位置・速度パラメータ値を使用
する。即ち、1歩の歩容は、初期上体位置・速度パラメ
ータ値から始まって、逐次演算によって順々に計算する
ことによって求められる。
However, in the initial stage of the gait, appropriately set initial body position / speed parameter values are used for the body position / speed. In other words, the gait of one step is obtained by sequentially calculating by sequential calculation, starting from the initial body position / velocity parameter values.

【0234】この手法では、演算量が多く、終端上体位
置姿勢が要求値から若干ずれる欠点があるが、動力学的
平衡条件を厳密に満足させることができる。
This method has the disadvantage that the amount of calculation is large and the end body position / posture slightly deviates from the required value, but the dynamic equilibrium condition can be strictly satisfied.

【0235】尚、第7の実施の形態において、今回の上
体高さと上体水平位置を、動力学的平衡条件と上体高さ
決定法の拘束式を同時に満足するように求めても良い。
従前の実施の形態では、演算時間短縮のため、上体高さ
は短時間に大きく変化することはないと仮定して、前回
上体水平位置を用いて上体高さを算出した。
In the seventh embodiment, the body height and the body horizontal position at this time may be determined so as to simultaneously satisfy the dynamic equilibrium condition and the constraint equation of the body height determination method.
In the previous embodiment, in order to reduce the calculation time, the body height was calculated using the horizontal position of the body last time, assuming that the body height does not greatly change in a short time.

【0236】このように上記した第1ないし第7の実施
の形態において、少なくとも上体24と、前記上体に関
節10,12,14R(L)を介して連結される複数本
の脚部リンク2とからなる脚式移動ロボットの歩容生成
装置において、少なくとも1歩分の歩容について、それ
ぞれ床反力に関するパラメータを含むパラメータの集合
からなる複数種の標準歩容を記憶する標準歩容記憶手段
(S10など)、歩容に関する要求を行う歩容要求手段
(S24など)、および前記歩容に関する要求に対して
前記標準歩容を1個ないし複数個選択し、前記選択した
標準歩容を基に近似演算を行うことにより、前記歩容に
関する要求を満足する近似歩容を生成する歩容生成手段
(S26ないしS30,S100ないしS106,S2
00ないしS206など)を備える如く構成した。
As described above, in the first to seventh embodiments, at least the upper body 24 and the plurality of leg links connected to the upper body via the joints 10, 12, 14R (L). 2. A gait generator for a legged mobile robot comprising: a standard gait storage for storing a plurality of types of standard gaits each comprising a set of parameters including a parameter relating to a floor reaction force for at least one gait; Means (such as S10), gait requesting means (such as S24) for making a request relating to a gait, and selecting one or more of the standard gaits in response to the request relating to the gait. Gait generating means (S26 to S30, S100 to S106, S2) for generating an approximate gait satisfying the requirement for the gait by performing an approximate calculation based on
00 to S206).

【0237】また、前記歩容生成手段は、前記選択した
歩容を加重平均して前記近似歩容を求める(S100な
いしS106,S200ないしS206など)如く構成
した。
Further, the gait generator is configured to obtain the approximate gait by performing a weighted average of the selected gaits (S100 to S106, S200 to S206, etc.).

【0238】また、前記歩容生成手段は、前記選択した
歩容のパラメータ感度を用いて前記近似歩容を求める
(S500,S600ないしS604、S700ないし
S706など)如く構成した。
Also, the gait generator is configured to obtain the approximate gait using the parameter sensitivity of the selected gait (S500, S600 to S604, S700 to S706, etc.).

【0239】また、前記歩容生成手段は、前記選択した
歩容を加重平均すると共に、前記選択した歩容のパラメ
ータ感度を用いて前記近似歩容を求める(S800,S
900ないしS906,S1000ないしS1006な
ど)如く構成した。
The gait generator averages the weight of the selected gait and obtains the approximate gait using the parameter sensitivity of the selected gait (S800, S800).
900 to S906, S1000 to S1006, etc.).

【0240】また、前記歩容生成手段は、前記標準歩容
の少なくとも1個についてその単位変更量当たりの他の
パラメータの変更量を前記歩容のパラメータ感度として
求めて記憶する記憶手段(S500,S800など)を
備え、前記記憶された歩容のパラメータ感度を用いて前
記近似歩容を求める如く構成した。
Further, the gait generating means obtains and stores, as the parameter sensitivity of the gait, a change amount of another parameter per unit change amount of at least one of the standard gaits. S800, etc.), and the approximate gait is obtained using the stored parameter sensitivity of the gait.

【0241】また、前記標準歩容生成手段は、前記標準
歩容の床反力に関するパラメータに対するその他のパラ
メータの摂動の関係を表現する表現手段(S1104な
いしS1114など)を備え、前記表現された摂動の関
係に基づいて前記近似歩容を補正し、境界条件において
少なくとも変位および速度が連続するように前記歩容に
関する要求を満足する歩容を生成する(S1128,S
1200ないしS1208)如く構成した。
The standard gait generating means includes expression means (S1104 to S1114, etc.) for expressing the relationship between the parameters relating to the floor reaction force of the standard gait and other parameters. The gait is corrected based on the relationship (1), and a gait that satisfies the requirement for the gait is generated such that at least the displacement and the speed are continuous in the boundary condition (S1128, S1128).
1200 to S1208).

【0242】また、前記その他のパラメータの摂動が上
体の水平位置の摂動である如く構成した。
In addition, the perturbation of the other parameters is configured to be a perturbation of the horizontal position of the body.

【0243】また、前記関係が線形モデルで表現される
如く構成した。
[0243] Further, the relationship is configured to be expressed by a linear model.

【0244】また、前記関係が倒立振子モデルで表現さ
れる如く構成した。
Further, the above-mentioned relationship is configured to be expressed by an inverted pendulum model.

【0245】また、前記関係が時系列値で表現される如
く構成した。
Also, the relationship is configured to be represented by a time-series value.

【0246】また、前記歩容生成手段は、前記床反力に
関するパラメータが所定の条件にあるときは、そのパラ
メータを除外して前記近似歩容を求める(S1730,
S1800ないしS1812)如く構成した。
When the parameter relating to the floor reaction force is under a predetermined condition, the gait generating means obtains the approximate gait by excluding the parameter (S1730,
S1800 to S1812).

【0247】また、前記歩容生成手段は、前記生成され
た歩容に基づいて前記ロボットの関節角度を算出する関
節角度算出手段(S302)、および算出された関節角
度となるように前記ロボットの関節を駆動制御する関節
駆制御手段(S306)を備える如く構成した。
The gait generating means calculates joint angles of the robot based on the generated gaits (S302), and the gait generating means calculates the joint angles of the robot so as to obtain the calculated joint angles. It is configured to include a joint drive control unit (S306) for driving and controlling the joint.

【0248】また、前記関節角度決定手段は、前記ロボ
ットの状態量を検出する検出手段(S300,S400
ないしS406)、および検出された状態量に基づいて
前記ロボットの位置および姿勢を修正する修正手段(S
408)を備え、前記関節角度算出手段は、修正された
位置および姿勢となるように前記ロボットの関節角度を
算出する如く構成した。
The joint angle determining means detects the state quantity of the robot (S300, S400
To S406), and correcting means (S) for correcting the position and orientation of the robot based on the detected state quantity.
408), wherein the joint angle calculating means calculates the joint angle of the robot so as to obtain the corrected position and posture.

【0249】尚、上記した第1ないし第7の実施の形態
において、近似演算の例は図示のもの止まらず、他にも
種々の変形が可能である。
In the first to seventh embodiments, examples of approximation operations are not limited to those shown in the drawings, and various other modifications are possible.

【0250】また、上記した第1ないし第7の実施の形
態において、上体位置は上体24内のある基準点を支持
脚接地点から見た座標で記述している。この基準点は左
右方向に関しては、中心に設定すべきであるが、前後方
向に対しては以下のように幾つかの設定法がある。 設定法1)上体の重心に設定する(第1ないし第7の実
施の形態で採用) 設定法2)直立時に全体重心位置と一致するような位置
に設定する。 設定法3)試行錯誤によって、適当な位置に設定する。
In the first to seventh embodiments, the body position is described by coordinates of a certain reference point in the body 24 as viewed from the support leg contact point. The reference point should be set at the center in the left-right direction, but there are several setting methods for the front-rear direction as follows. Setting method 1) Set to the center of gravity of the body (adopted in the first to seventh embodiments) Setting method 2) Set to a position that coincides with the overall center of gravity position when standing upright. Setting method 3) Set to an appropriate position by trial and error.

【0251】いずれの設定方式を採用しても、上体の向
きが一定である歩行の場合には差が生じないが、旋回歩
行など、上体の向きが変化する場合には、基準点の取り
方によって誤差の生じ方が異なってくる。たとえば、図
49に示すように、基準点を紙面右方向に移動させなが
ら、基準点まわりに上体を回転させる場合を考えると、
基準点が上体の中央にある場合と、前寄りにある場合と
では、明らかに上体の位置関係が異なっていることが分
かる。
No matter which setting method is used, there is no difference in the case of walking in which the direction of the body is constant, but in the case where the direction of the body changes, such as in turning walking, the reference point is not changed. The manner in which the error occurs differs depending on the method of taking. For example, as shown in FIG. 49, consider the case where the upper body is rotated around the reference point while moving the reference point rightward on the paper.
It can be seen that the positional relationship of the upper body is clearly different between the case where the reference point is at the center of the upper body and the case where the reference point is closer to the front.

【0252】混合歩容(要求歩容)を生成する際に、異
なる旋回角を持つ歩容を混合する例を示したが、歩容を
混合することは一種の近似である。しかし、以上の理由
から、基準点の設定次第で混合された歩容が微妙に異な
り、動力学平衡条件に対する近似精度が変化する。
Although an example has been described in which gaits having different turning angles are mixed when generating a mixed gait (required gait), mixing gaits is a kind of approximation. However, for the above reasons, the mixed gaits are slightly different depending on the setting of the reference point, and the approximation accuracy for the dynamic equilibrium condition changes.

【0253】従って基準点は、なるべく動力学平衡条件
に対する誤差が小さくなるように設定されるべきであ
る。上記の設定法のいずれが最適であるか、または、い
ずれであっても支障ないかは、ロボットの構造や歩行の
させ方による。
Therefore, the reference point should be set so as to minimize the error with respect to the dynamic equilibrium condition. Which of the above setting methods is optimal or which does not cause any problem depends on the structure of the robot and the way of walking.

【0254】更に、動力学平衡条件の精度を高めるため
に、上体位置の時系列テーブルの代わりに、ロボット全
体重心の時系列テーブルを使うことも考えられる。但
し、欠点として、ロボット全体重心が指示された位置に
なるようにロボットの姿勢を求めるために、かなりの演
算が必要となる。
Further, in order to improve the accuracy of the dynamic equilibrium condition, a time series table of the center of gravity of the entire robot may be used instead of the time series table of the body position. However, as a disadvantage, considerable computation is required to determine the posture of the robot so that the center of gravity of the entire robot is at the designated position.

【0255】また、上記において、歩容パラメータとし
て(変位)加速度については述べなかったが、歩容の境
界において加速度まで合わせる方が、より滑らかな歩容
が生成されることは言うまでもない。
In the above description, (displacement) acceleration has not been described as a gait parameter, but it goes without saying that a smoother gait is generated when the acceleration is adjusted at the boundary of the gait.

【0256】また、この発明を2足歩行ロボットに関し
て説明してきたが、2足歩行ロボットに限らず、多脚ロ
ボットにも応用することができる。
Although the present invention has been described with respect to a bipedal walking robot, the present invention can be applied not only to a bipedal walking robot but also to a multilegged robot.

【0257】[0257]

【発明の効果】床反力を含む歩容を自在かつリアルタイ
ムに生成して任意の歩幅や旋回角などを実現することが
できる。また、生成された歩容同士の境界においてロボ
ットの各部位の変位および速度が連続させることができ
る。更に、リアルタイムに生成した歩容に基づいて脚式
移動ロボットを駆動制御することができる。
As described above, a gait including a floor reaction force can be freely and in real time generated to realize an arbitrary stride, turning angle, and the like. Further, the displacement and the speed of each part of the robot can be made continuous at the boundary between the generated gaits. Further, it is possible to drive and control the legged mobile robot based on the gait generated in real time.

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

【図1】この発明に係る脚式移動ロボットの歩容生成装
置を全体的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an entire gait generating device for a legged mobile robot according to the present invention.

【図2】図1に示す2足歩行ロボットの制御ユニットの
詳細を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing details of a control unit of the bipedal walking robot shown in FIG. 1;

【図3】この発明に係る脚式移動ロボットの歩容生成装
置の動作を機能的に示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram functionally showing the operation of the gait generator of the legged mobile robot according to the present invention.

【図4】この発明に係る脚式移動ロボットの歩容生成装
置の動作を示すメイン・フロー・チャートである。
FIG. 4 is a main flowchart showing the operation of the gait generator of the legged mobile robot according to the present invention.

【図5】図3および図4の歩容生成動作で使用する標準
歩容の中の第0標準歩容の遊脚位置および姿勢を示す説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a free leg position and posture of a zeroth standard gait in a standard gait used in the gait generation operation of FIGS. 3 and 4;

【図6】図5の第0標準歩容の足平軌跡を示すタイミン
グ・チャートである。
6 is a timing chart showing a foot trajectory of the 0th standard gait of FIG. 5;

【図7】図5の第0標準歩容のZMP(X座標)のタイ
ミング・チャートである。
FIG. 7 is a timing chart of ZMP (X coordinate) of the 0th standard gait of FIG. 5;

【図8】図3および図4の歩容生成動作で使用する標準
歩容の中の第1標準歩容の遊脚位置および姿勢を示す説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a free leg position and a posture of a first standard gait among standard gaits used in the gait generation operation of FIGS. 3 and 4;

【図9】図8の第1標準歩容のZMP(X座標)のタイ
ミング・チャートである。
9 is a timing chart of ZMP (X coordinate) of the first standard gait of FIG. 8;

【図10】図3および図4の歩容生成動作で使用する標
準歩容の中の第2標準歩容の遊脚位置および姿勢を示す
説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a free leg position and a posture of a second standard gait among standard gaits used in the gait generation operation of FIGS. 3 and 4;

【図11】図10の第2標準歩容のZMP(X座標)の
タイミング・チャートである。
11 is a timing chart of ZMP (X coordinate) of the second standard gait of FIG. 10;

【図12】図3および図4の歩容生成動作で要求された
要求歩容の遊脚位置および姿勢を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a free leg position and posture of a required gait requested in the gait generating operation of FIGS. 3 and 4.

【図13】図12の要求歩容のZMP(X座標)のタイ
ミング・チャートである。
13 is a timing chart of ZMP (X coordinate) of the required gait of FIG.

【図14】図4フロー・チャートの中の歩容混合作業を
示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 14 is a subroutine flowchart showing a gait mixing operation in the flowchart of FIG. 4;

【図15】図14フロー・チャートの動作を説明する説
明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the operation of the flow chart of FIG. 14;

【図16】図15と同様に図14フロー・チャートの動
作を説明する説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating the operation of the flow chart of FIG. 14 similarly to FIG. 15;

【図17】図4フロー・チャートの中の目標歩容の瞬時
値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 17 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 4;

【図18】図3および図4の歩容生成動作で生成された
歩容に基づいて行われる、本出願人が先に提案した両脚
コンプライアンス制御のフロー・チャートである。
FIG. 18 is a flow chart of double leg compliance control proposed by the present applicant based on a gait generated by the gait generation operation of FIGS. 3 and 4.

【図19】図18フロー・チャートの中の両脚コンプラ
イアンス操作量算出作業を示すサブルーチン・フロー・
チャートである。
FIG. 19 is a subroutine flow chart showing the operation of calculating a two-leg compliance operation amount in the flow chart of FIG. 18;
It is a chart.

【図20】この発明の第2の実施の形態に係る装置の動
作を示す、図4と同様のメイン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 20 is a main flow chart similar to FIG. 4, showing the operation of the device according to the second embodiment of the present invention.

【図21】図20フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 21 is a subroutine flowchart showing the gait mixing work in the flowchart of FIG. 20;

【図22】図20フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 22 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 20;

【図23】この発明の第3の実施の形態に係る装置の動
作を示す、図4と同様のメイン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 23 is a main flow chart similar to FIG. 4, showing the operation of the device according to the third embodiment of the present invention.

【図24】図23フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 24 is a subroutine flowchart showing a gait mixing operation in the flowchart of FIG. 23;

【図25】図23フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 25 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 23;

【図26】この発明の第4の実施の形態に係る装置の動
作を示す、図4と同様のメイン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 26 is a main flow chart similar to FIG. 4, showing the operation of the device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図27】従前の実施の形態で生成された上体位置など
の歩容を示すタイミング・チャートである。
FIG. 27 is a timing chart showing a gait such as a body position generated in the previous embodiment.

【図28】図26フロー・チャートの動作における境界
条件合わせを説明するZMP(X座標)のタイミング・
チャートである。
FIG. 28 is a timing chart of ZMP (X coordinate) for explaining boundary condition adjustment in the operation of the flow chart of FIG. 26;
It is a chart.

【図29】図26フロー・チャートの動作の動作を説明
するZMP(X座標)のタイミング・チャートである。
FIG. 29 is a ZMP (X coordinate) timing chart for explaining the operation of the operation in the flow chart of FIG. 26;

【図30】同様に図26フロー・チャートの動作の動作
を説明するZMP(X座標)のタイミング・チャートで
ある。
30 is a timing chart of ZMP (X coordinate) similarly illustrating the operation of the operation in the flowchart of FIG. 26.

【図31】同様に図26フロー・チャートの動作の動作
を説明するZMP(X座標)のタイミング・チャートで
ある。
FIG. 31 is a timing chart of ZMP (X coordinate) similarly illustrating the operation of the operation of the flowchart of FIG. 26.

【図32】同様に図26フロー・チャートの動作の動作
を説明するZMP(X座標)のタイミング・チャートで
ある。
32 is a timing chart of ZMP (X coordinate) similarly illustrating the operation of the operation of the flow chart of FIG. 26.

【図33】図26フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 33 is a subroutine flowchart showing a gait mixing operation in the flowchart of FIG. 26;

【図34】図26フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 34 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 26;

【図35】図26フロー・チャートに示す第4の実施の
形態で生成される歩容を示す説明タイミング・チャート
である。
FIG. 35 is an explanatory timing chart showing gaits generated in the fourth embodiment shown in the flow chart of FIG. 26;

【図36】この発明の第5の実施の形態に係る装置の動
作を示す、図4と同様のメイン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 36 is a main flow chart similar to FIG. 4, showing the operation of the device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図37】第5の実施の形態で使用する倒立振子モデル
の説明図である。
FIG. 37 is an explanatory diagram of an inverted pendulum model used in the fifth embodiment.

【図38】図36フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 38 is a subroutine flowchart showing the gait mixing operation in the flowchart of FIG. 36;

【図39】図36フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 39 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 36;

【図40】この発明の第6の実施の形態に係る装置の動
作を示す、図4と同様のメイン・フロー・チャートであ
る。
FIG. 40 is a main flow chart similar to FIG. 4, showing the operation of the device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図41】図40フロー・チャートの第5の実施の形態
の動作を説明するタイミング・チャートである。
FIG. 41 is a timing chart for explaining the operation of the fifth embodiment in the flow chart of FIG. 40;

【図42】図40フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 42 is a subroutine flowchart showing the gait mixing operation in the flowchart of FIG. 40;

【図43】図40フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 43 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 40;

【図44】図40フロー・チャートの動作を説明するタ
イミング・チャートである。
FIG. 44 is a timing chart illustrating the operation of the flow chart of FIG. 40;

【図45】この発明の第7の実施の形態に係る装置の構
成および動作を示す、図3と同様のブロック図である。
FIG. 45 is a block diagram similar to FIG. 3, showing the configuration and operation of a device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図46】第7の実施の形態に係る装置の動作を示すメ
イン・フロー・チャートである。
FIG. 46 is a main flow chart showing the operation of the device according to the seventh embodiment.

【図47】図44フロー・チャートの中の歩容混合作業
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
FIG. 47 is a subroutine flowchart showing a gait mixing operation in the flowchart of FIG. 44;

【図48】図44フロー・チャートの中の目標歩容の瞬
時値算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。
FIG. 48 is a subroutine flowchart showing an operation of calculating an instantaneous value of a desired gait in the flowchart of FIG. 44;

【図49】この発明に係る脚式移動ロボットの歩容生成
装置が生成する歩容における上体の位置を説明する説明
図である。
FIG. 49 is an explanatory diagram illustrating the position of the upper body in the gait generated by the gait generating device of the legged mobile robot according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 2足歩行ロボット(脚式移動
ロボット) 2 脚部リンク 10,12,14R,L 股関節 16R,L 膝関節 18,20R,L 足関節 22R,L 足平 24 上体 26 制御ユニット
Reference Signs List 1 bipedal walking robot (legged mobile robot) 2 leg link 10, 12, 14R, L hip joint 16R, L knee joint 18, 20R, L ankle joint 22R, L foot 24 upper body 26 control unit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも上体と、前記上体に関節を介
して連結される複数本の脚部リンクとからなる脚式移動
ロボットの歩容生成装置において、 a.少なくとも1歩分の歩容について、それぞれ床反力
に関するパラメータを含むパラメータの集合からなる複
数種の標準歩容を記憶する標準歩容記憶手段、 b.歩容に関する要求を行う歩容要求手段、 および c.前記歩容に関する要求に対して前記標準歩容を1個
ないし複数個選択し、前記選択した標準歩容を基に近似
演算を行うことにより、前記歩容に関する要求を満足す
る近似歩容を生成する歩容生成手段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩容生成
装置。
1. A gait generator for a legged mobile robot comprising at least an upper body and a plurality of leg links connected to the upper body via joints, comprising: a. Standard gait storage means for storing a plurality of types of standard gaits each comprising a set of parameters including parameters relating to floor reaction force for at least one gait; b. Gait request means for making a request regarding a gait; and c. An approximate gait that satisfies the gait requirement is selected by selecting one or more of the standard gaits in response to the gait requirement and performing an approximate operation based on the selected standard gait. A gait generator for a legged mobile robot, comprising:
【請求項2】 前記歩容生成手段は、前記選択した歩容
を加重平均して前記近似歩容を求め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歩容生成装置。
2. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 1, wherein said gait generator obtains the approximate gait by performing a weighted average of the selected gait.
【請求項3】 前記歩容生成手段は、前記選択した歩容
のパラメータ感度を用いて前記近似歩容を求めることを
特徴とする請求項1項記載の脚式移動ロボットの歩容生
成装置。
3. The gait generating device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein said gait generating means obtains the approximate gait using parameter sensitivity of the selected gait.
【請求項4】 前記歩容生成手段は、前記選択した歩容
を加重平均すると共に、前記選択した歩容のパラメータ
感度を用いて前記近似歩容を求め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歩容生成装置。
4. The gait generator according to claim 1, wherein the gait generator averages the weight of the selected gait and obtains the approximate gait using parameter sensitivity of the selected gait. Gait generator for legged mobile robots.
【請求項5】 前記歩容生成手段は、 d.前記標準歩容の少なくとも1個についてその単位変
更量当たりの他のパラメータの変更量を前記歩容のパラ
メータ感度として求めて記憶する記憶手段、を備え、前
記記憶された歩容のパラメータ感度を用いて前記近似歩
容を求めることを特徴とする請求項3項または4項記載
の脚式移動ロボットの歩容生成装置。
5. The gait generator includes: d. Storage means for obtaining and storing a change amount of another parameter per unit change amount of at least one of the standard gaits as a parameter sensitivity of the gait, and using the stored parameter sensitivity of the gait; 5. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 3, wherein the approximate gait is obtained by calculating the gait.
【請求項6】 前記標準歩容生成手段は、 e.前記標準歩容の床反力に関するパラメータに対する
その他のパラメータの摂動の関係を表現する表現手段、
を備え、前記表現された摂動の関係に基づいて前記近似
歩容を補正し、境界条件において少なくとも変位および
速度が連続するように前記歩容に関する要求を満足する
歩容を生成することを特徴とする請求項1項ないし5項
のいずれかに記載の脚式移動ロボットの歩容生成装置。
6. The standard gait generator includes: e. Expression means for expressing a relationship between perturbations of other parameters with respect to parameters relating to the floor reaction force of the standard gait,
Comprising, correcting the approximate gait based on the expressed perturbation relationship, generating a gait that satisfies the gait requirement so that at least the displacement and velocity are continuous in the boundary condition. A gait generator for a legged mobile robot according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記その他のパラメータの摂動が上体の
水平位置の摂動であ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歩容生成装置。
7. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 6, wherein the perturbation of the other parameter is a perturbation of a horizontal position of the upper body.
【請求項8】 前記関係が線形モデルで表現されること
を特徴とする請求項6項または7項記載の脚式移動ロボ
ットの歩容生成装置。
8. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 6, wherein the relation is represented by a linear model.
【請求項9】 前記関係が倒立振子モデルで表現される
ことを特徴とする請求項8項記載の脚式移動ロボットの
歩容生成装置。
9. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 8, wherein the relationship is represented by an inverted pendulum model.
【請求項10】 前記関係が時系列値で表現されること
を特徴とする請求項6項または7項記載の脚式移動ロボ
ットの歩容生成装置。
10. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 6, wherein the relation is expressed by a time-series value.
【請求項11】 前記歩容生成手段は、前記床反力に関
するパラメータが所定の条件にあるときは、そのパラメ
ータを除外して前記近似歩容を求めることを特徴とする
請求項1項ないし10項のいずれかに記載の脚式移動ロ
ボット歩容生成装置。
11. The gait generator according to claim 1, wherein when the parameter relating to the floor reaction force is under a predetermined condition, the gait generator excludes the parameter and obtains the approximate gait. Item. The legged mobile robot gait generator according to any one of the above items.
【請求項12】 前記歩容生成手段は、 f.前記生成された歩容に基づいて前記ロボットの関節
角度を算出する関節角度算出手段、 および g.算出された関節角度となるように前記ロボットの関
節を駆動制御する関節駆制御手段、を備えることを特徴
とする請求項1項ないし11項のいずれかに記載の脚式
移動ロボットの歩容生成装置。
12. The gait generator includes: f. Joint angle calculating means for calculating a joint angle of the robot based on the generated gait; and g. The gait generation of the legged mobile robot according to any one of claims 1 to 11, further comprising: an articulation drive control unit that drives and controls a joint of the robot so that the calculated joint angle is obtained. apparatus.
【請求項13】 前記関節角度決定手段は、 h.前記ロボットの状態量を検出する検出手段、 および i.検出された状態量に基づいて前記ロボットの位置お
よび姿勢を修正する修正手段、 を備え、前記関節角度算出手段は、修正された位置およ
び姿勢となるように前記ロボットの関節角度を算出する
ことを特徴とする、請求項12項記載の脚式移動ロボッ
トの歩容生成装置。
13. The joint angle determining means: h. Detecting means for detecting a state quantity of the robot; and i. Correction means for correcting the position and orientation of the robot based on the detected state quantity, wherein the joint angle calculation means calculates the joint angle of the robot so as to be the corrected position and attitude. 13. The gait generator for a legged mobile robot according to claim 12, wherein
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