JPH1110567A - 二足歩行型ロボットの遠隔制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オペレータが自身の操作動作によりロボットの
脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚
体の所望の動作を行わしめることができると共に、ロボ
ットを広範囲にわたって移動させることができる二足歩
行型ロボットの遠隔制御システムを提供する。 【解決手段】シート１４に着座したオペレータＯＰがそ
の各足平に、足底に接地センサ２６を有するシューズ２
５を履いて回転自在な球体１５上に載せ、一方の足平を
球体１５に対して上げ下げしながら他方の足平によって
球体１５を回転させる。その際の球体１５の回転量及び
回転方向に基づいて、二足歩行型ロボットの遊脚側の脚
体の足平部の支持脚側の脚体の足平部に対する着床位置
／姿勢を決定してロボットに指令する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二足歩行型ロボッ
トの遠隔制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの遠隔制御システムにあって
は、ロボットの動作をジョイスティック等の操作子の操
作によりロボットに指令するものが従来より知られてい
る。

【０００３】この種のシステムでは、例えば二足歩行型
ロボットを前進側に歩行させる際には、オペレータがジ
ョイスティック等の操作子をロボットの前進側に対応す
る向きに操作し、このとき、例えば該操作子の操作量に
よって、ロボットの歩幅や歩行速度等を指令する。

【０００４】しかしながら、このようなシステムでは、
二足歩行型ロボットの歩行時の各脚体の動作（両脚の着
床、離床を交互に繰り返す動作）と、その動作に対応し
た操作子の操作とは全く異なる形態をとるため、オペレ
ータにとっては、ロボットの脚体の実際の動きが感覚的
に判りづらい。例えば、操作子の操作量によって、二足
歩行型ロボットの歩幅を指令する場合、ロボットの歩幅
が、オペレータが想定した歩幅よりも大きかったり、小
さかったりしても、それを操作子の操作量から感覚的に
オペレータが知ることは難しい。

【０００５】このため、上記のようなシステムでは、オ
ペレータが意図したロボットの脚体の動作形態と、操作
子の操作形態との間にずれを生じやすく、オペレータが
意図したロボットの動作を確実にロボットに行わしめる
ためには、操作子の操作に熟練を要するものとなってい
た。

【０００６】また、ロボットの遠隔制御システムでは、
オペレータがその全身にマスター装置を装着して、例え
ば、ロボットを歩行させようとする場合に、オペレータ
自身が実際に歩行し、その歩行動作をマスター装置から
ロボットに指令するようにしたものが知られている。

【０００７】しかしながら、このようなシステムでは、
ロボットの移動環境と同じような広さの設備をマスター
装置側に設けておかなければならず、その結果、設備上
の制約等を受けて、ロボットを広範囲にわたって移動さ
せることが困難なものとなっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑み、二足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作を行わ
しめるに際して、オペレータが自身の操作動作によりロ
ボットの脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボ
ットの脚体の所望の動作を行わしめることができると共
に、ロボットを広範囲にわたって移動させることができ
る二足歩行型ロボットの遠隔制御システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の二足歩行型ロボ
ットの遠隔制御システムの第１の態様は、かかる目的を
達成するために、二足歩行型ロボットの脚体をオペレー
タの操作に応じて動作させる遠隔制御システムにおい
て、オペレータの上体を支持する上体支持機構と、該上
体支持機構に上体を支持したオペレータの両足平を載せ
る回転自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に
接地しているか該球体から離反しているかを検出する足
平接地／離反検出手段と、オペレータの一方の足平が前
記球体から離反されてから該球体上に再び接地される際
に該球体がオペレータの他方の足平によって回転された
ときの前記球体の回転量及び／又は回転方向を検出する
球体回転検出手段と、前記足平接地／離反検出手段によ
り前記球体から離反されたことが検出されたオペレータ
の足平に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を離床
・着床を行わしめるべき脚体として、前記球体回転検出
手段により検出された前記球体の回転量及び／又は回転
方向に応じた該脚体の着床位置及び／又は姿勢を前記二
足歩行型ロボットに指令する脚体動作指令手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１０】かかる本発明によれば、前記二足歩行型ロ
ボットを移動させる場合には、前記上体支持機構に上体
を支持したオペレータ自身が、該ロボットに行わせよう
とする該ロボットの脚体の動作で移動するかのようにし
て、該オペレータの一方の足平を一旦持ち上げて前記球
体から離反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前
記球体上に再び接地させる。さらに、その持ち上げた足
平を球体上に降ろした際のオペレータの両足平の位置及
び／又は姿勢関係を、該ロボットに行わせようとする該
ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上げ側
の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部の位
置及び／又は姿勢関係に対応させるようにして、前記球
体に接地させている足平を移動させて該球体を回転させ
る。例えば前記ロボットに所望の歩幅で前進歩行を行わ
せる場合には、オペレータがその両足平を前記球体に対
して交互に上げ下げし、この際、球体上に接地させてい
る足平を持ち上げ側の足平（球体から離反させている側
の足平）に対して後方に移動させるように球体を回転さ
せると共に、この時の球体の回転量をロボットに行わせ
ようとする歩行形態での歩幅に合わせる（歩幅が大きい
程、球体の回転量を多くする）。また、例えば、ロボッ
トの前進側への歩行に際してロボットの遊脚側の脚体の
足平部を着床側の脚体の足平部に対して斜めに着床させ
てロボットの移動方向を変更させるような場合には、オ
ペレータは、その持ち上げ側の足平を球体上に接地させ
る際に、その足平に対して、球体上に接地させている他
方の足平が斜めに向くようにして該球体を斜め方向に回
転させる。

【００１１】このような操作をオペレータが行っている
とき、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検
出手段により前記球体から離反されたことが検出された
オペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボットの
脚体の離床・着床を行わしめるべき脚体として、前記球
体回転検出手段により検出された前記球体の回転量及び
／又は回転方向に応じた該脚体の着床位置及び／又は姿
勢を前記二足歩行型ロボットに指令する。このとき、前
記球体の回転量や回転方向は、前述の如くオペレータが
意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの遊
脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置及び／又は
姿勢関係に対応するものであるので、該球体の回転量及
び／又は回転方向に応じた脚体の着床位置及び／又は姿
勢をロボットに指令することで、ロボットの脚体は、オ
ペレータの球体上での足運びの形態と同じような形態で
動作することとなる。

【００１２】従って、本発明の第１の態様によれば、オ
ペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚体
が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の動
きをロボットの脚体の動作として認識することができ
る。また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構
に支持した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移
動させることができるため、広範な操縦設備を必要とす
ることなく、ロボットを広い範囲で移動させることがで
きる。

【００１３】よって、本発明の第１の態様によれば、二
足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作を行わしめるに
際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの
脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚
体の所望の動作を行わしめることができると共に、ロボ
ットを広範囲にわたって移動させることができる。

【００１４】尚、かかる本発明の第１の態様では、前記
足平接地／離反検出手段は、例えば前記オペレータの各
足平に装着するシューズに備えることで、オペレータの
足平の球体に対する接地や離反を接点スイッチ等を用い
て簡単に検出することができる。また、前記球体の回転
量や回転方向は、例えばパソコンの画面上のカーソルを
動かすためのトラックボールと同様の手法によって検出
することが可能である。

【００１５】次に、本発明の二足歩行型ロボットの遠隔
制御システムの第２の態様は、前記の目的を達成するた
めに、二足歩行型ロボットの脚体をオペレータの操作に
応じて動作させる遠隔制御システムにおいて、オペレー
タの上体を支持する上体支持機構と、該上体支持機構に
上体を支持したオペレータの両足平を載せ、その載架状
態で該足平を移動可能に支承する足平載架体と、オペレ
ータの各足平が前記足平載架体に接地しているか該足平
載架体から離反しているかを検出する足平接地／離反検
出手段と、オペレータの一方の足平が前記足平載架体か
ら離反されてから該足平載架体上に再び接地された際に
該足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置及
び／又は姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段と、前
記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体から離
反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロ
ボットの脚体を離床・着床を行わしめるべき脚体とし
て、前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記
足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置及び
／又は姿勢に応じた該脚体の着床位置及び／又は姿勢を
前記二足歩行型ロボットに指令する脚体動作指令手段と
を備えたことを特徴とする。

【００１６】かかる本発明の第２の態様によれば、前記
二足歩行型ロボットを移動させる場合には、前記第１の
態様と同様に、前記上体支持機構に上体を支持したオペ
レータ自身が、該ロボットに行わせようとする該ロボッ
トの脚体の動作で移動するかのようにして、該オペレー
タの一方の足平を一旦持ち上げて前記足平載架体から離
反させた後、その持ち上げた足平を降ろして前記足平載
架体上に再び接地させる。さらに、その持ち上げた足平
を足平載架体上に降ろした際のオペレータの両足平の位
置及び／又は姿勢関係を、該ロボットに行わせようとす
る該ロボットの脚体の動作形態での該ロボットの持ち上
げ側の脚体（遊脚側の脚体）の着床時の両脚体の足平部
の位置及び／又は姿勢関係に対応させるようにして、前
記足平載架体に接地させている足平や、持ち上げた足平
を移動させる。

【００１７】このような操作をオペレータが行っている
とき、前記脚体動作指令手段は、前記足平接地／離反検
出手段により前記足平載架体から離反されたことが検出
されたオペレータの足平に対応する前記二足歩行型ロボ
ットの脚体を離床・着床を行わしめるべき脚体として、
前記足平位置／姿勢検出手段により検出された前記足平
載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置及び／又
は姿勢に応じた該脚体の着床位置及び／又は姿勢を前記
二足歩行型ロボットに指令する。このとき、オペレータ
の両足平の相対的な位置や姿勢は前述の如くオペレータ
が意図したロボットの脚体の動作形態での該ロボットの
遊脚側の脚体の着床時の両脚体の足平部の位置や姿勢関
係に対応するものであるので、オペレータの両足平の相
対的な位置及び／又は姿勢に応じた該脚体の着床位置及
び／又は姿勢をロボットに指令することで、ロボットの
脚体は、オペレータの足平載架体上での足運びの形態と
同じような形態で動作することとなる。

【００１８】従って、本発明の第２の態様によっても、
オペレータの足平の動作形態に合わせて、ロボットの脚
体が動作することとなり、オペレータは、自身の足平の
動きをロボットの脚体の動作として認識することがで
き、また、オペレータは、その上体を前記上体支持機構
に支持した場所で、足平を動かすことで、ロボットを移
動させることができるため、広範な操縦設備を必要とす
ることなく、ロボットを広い範囲で移動させることがで
きる。

【００１９】よって、本発明の第２の態様によれば、二
足歩行型ロボットの歩行等の脚体の動作を行わしめるに
際して、オペレータが自身の操作動作によりロボットの
脚体の動作を感覚的に認識しつつ、確実にロボットの脚
体の所望の動作を行わしめることができると共に、ロボ
ットを広範囲にわたって移動させることができる。

【００２０】かかる本発明の第２の態様では、前記足平
載架体の上面部に設けられた分布型接触センサを備え、
前記足平接地／離反検出手段は、該分布型接触センサの
出力に基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に
接地しているか該足平載架体から離反しているかを検出
し、前記足平位置／姿勢検出手段は、該分布型接触セン
サの出力に基づき、オペレータの両足平の相対的な位置
及び／又は姿勢を検出する。

【００２１】すなわち、前記分布型接触センサは、接触
の有無あるいは接触圧を検出するセンサ素子を例えばマ
トリクス状に配置したものであり、このような分布型接
触センサを足平載架体の状面部に設けておくことで、該
分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの足平が
足平載架体上のどの位置にどのような向きで接触してい
るかが判る。これにより、該分布型接触センサの出力に
基づき、オペレータの各足平が前記足平載架体に接地し
ているか該足平載架体から離反しているかの検出と、オ
ペレータの両足平の相対的な位置及び／又は姿勢の検出
との両者の検出を容易に行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の態様の一実施形態
を図１乃至図７を参照して説明する。

【００２３】まず、図１及び図２はそれぞれ本実施形態
のシステムにおける二足歩行型ロボットと、このロボッ
トの操縦装置とを示している。

【００２４】図１を参照して、本実施形態の二足歩行型
ロボットＲは、頭部１を上端部に支持する胴体２下部か
ら一対の脚体３（図では便宜上、一本の脚体３のみを示
す）が下方に延設され、また、胴体２上部の左右両側部
から一対の腕体４（図では便宜上、一本の腕体４のみを
示す）が延設されている。

【００２５】各脚体３は、その胴体２との連結箇所（股
関節部分）と膝関節部分と足首関節部分とにそれぞれ股
関節アクチュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及
び足首関節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関
節アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６を介
して脚体３の接地部分である足平部７が取着されてい
る。この場合、本実施形態では、股関節アクチュエータ
５ａはロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回り
の回転動作、膝関節アクチュエータ５ｂは、左右方向の
１軸回りの回転動作、足首関節アクチュエータ５ｃは前
後及び左右方向の２軸回りの回転動作を行うものであ
り、これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動するこ
とで、人間の脚とほぼ同様の脚体３の動作を行うことが
できるようになっている。尚、前記６軸力センサ６は、
足平部７への作用力（ロボットＲの前後、左右及び上下
の３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するも
のである。

【００２６】同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所
（型関節部分）と肘関節部分と手首関節部分とにそれぞ
れ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節アクチュエータ８
ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを備え、該手首関節
アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９を介してハンド１
０が取着されている。この場合、肩関節アクチュエータ
８ａは、ロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回
りの回転動作、肘関節アクチュエータ８ｂは、ロボット
Ｒの左右方向の１軸回りの回転動作、手首関節アクチュ
エータ８ｃは前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転
動作を行うものである。

【００２７】また、胴体２には、前述の各アクチュエー
タ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動・制御する制御ユニ
ット１１や、ロボットＲの上体姿勢を示す胴体２の傾斜
状態を図示しない加速度センサやレートジャイロを用い
て検出する傾斜検出器１２が備えられている。さらに、
各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの箇所にはそれ
らの変位（各軸回りの回転角）を検出するアクチュエー
タ変位検出器１３ａ〜１３ｃが備えられ、同様に、各腕
体４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇所にもアクチュ
エータ変位検出器（図示を省略する）が備えられてい
る。以下、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚
用アクチュエータ５と総称し、また、これらに対応する
各アクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃをアクチュ
エータ変位検出器１３と総称する。

【００２８】図２を参照して、ロボット操縦装置Ｓは、
同図に仮想線で示すオペレータＯＰの上体を支持する上
体支持機構として、オペレータＯＰが着座するシート１
４を備え、また、シート１４に着座したオペレータＯＰ
がロボットＲの脚体２を操縦するために該オペレータＯ
Ｐの両足平を載せる球体１５を備えている。尚、ロボッ
ト操縦装置Ｓは、さらにロボットＲの各腕体４を操縦す
るための装置も備えているのであるが、これについて
は、ここでは図示及び説明を省略する。

【００２９】シート１４の座部１４ａの前側下方には、
球体１５を支持するために座部１４ａにブラケット１６
を介して固設された球体支持用固定基台１７が配置さ
れ、この固定基台１７上に、球体１５を保持する球体保
持用回転基台１８が図２のＺ軸（上下方向の軸）回りに
回転自在に設けられている。この回転基台１８は、図３
に示すようにその下面部の中心部から固定基台１７の内
部に向かって下方に突設された軸１８ａがベアリング１
７ａを介して固定基台１７に回転自在に支承され、これ
により、固定基台１７上で、Ｚ軸回りに回転自在とされ
ている。そして、球体１５は、その下半部が回転基台１
８内に収容されて、該回転基台１８と一体的にＺ軸回り
に左右方向に回転自在で、且つ図２及び図３のＸ軸（前
後方向の軸）及びＹ軸（左右方向の軸）回りに回転自在
なように回転基台１７に保持されている。

【００３０】図３に示すように回転基台１８の内部に
は、球体１５の側面部（Ｙ軸方向の面部）に外周面を圧
接させて回転自在に設けられた回転ローラ１９と、この
回転ローラ１９の回転量により球体１５のＸ軸回りの回
転量（回転角）を検出するロータリエンコーダ２０と、
球体１５の後面部（Ｘ軸方向の面部）に外周面を圧接さ
せて回転自在に設けられた回転ローラ２１と、この回転
ローラ２１の回転量により球体１５のＹ軸回りの回転量
（回転角）を検出するロータリエンコーダ２２とが備え
られている。さらに、前記固定基台１７の内部には、球
体１５のＺ軸回りの回転量（回転角）を検出すべく、該
球体１５と一体的にＺ軸回りに回転する回転基台１８の
軸１８ａの下端部に取り付けられたロータリエンコーダ
２３が備えられている。これらのロータリエンコーダ２
０，２２，２３は、本発明の第１の態様の構成に対応さ
せると、球体回転検出手段２４を構成するものである。

【００３１】また、本実施形態のシステムにおけるロボ
ット操縦装置Ｓでは、シート１４に着座したオペレータ
ＯＰがその各足平に装着する一対のシューズ２５（図で
は説明の便宜上、一つのシューズのみを示す）を備えて
おり、オペレータＯＰはロボットＲの操縦に際して該シ
ューズ２５を履いた上で、自身の足平を球体１５の上面
部（回転基台１８から露出した部分）に載せるようにな
っている。この場合、各シューズ２５の足底には、接点
スイッチ等により構成された接地センサ２６（足平接地
／離反検出手段）が備えられており、該接地センサ２６
は、オペレータＯＰの足平の装着したシューズ２５が球
体１５上に接地されているか球体１５から離反されてい
るかに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。

【００３２】尚、シート１４は、その座部１４ａが、前
後方向の軸心２７回りにアクチュエータ２８により左右
に傾動し（座部１４ａの左右の両側部が上下する）、さ
らに、左右方向の軸心２９回りにアクチュエータ３０に
より座部１４ａの前端部が上下する方向に傾動するよう
に基台３１上に支持されている。そして、シート１４の
背もたれ部１４ｂは、左右方向の軸心３２回りにアクチ
ュエータ３３により前後に傾動するように座部１４ａの
後端部から起立され、この背もたれ部１４ｂにオペレー
タＯＰの上体が図示しないバンド等により固定されるよ
うになっている。このようなシート１４の構造は、ロボ
ットＲの上体（胴体２）の傾斜姿勢を、オペレータＯＰ
が自身の上体の傾斜姿勢によりロボットＲに指示した
り、ロボットＲの上体の姿勢の不安定さに応じて座部１
４ａを傾動させたりするためのものであり、これについ
ては、本願出願人が先に特願平８−３４３９２２号にて
詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略す
る。

【００３３】一方、本実施形態のシステムでは、前述の
ロボットＲの動作制御を行うために、図４のブロック図
に示す制御システムを備えている。

【００３４】この制御システムは、その構成を大別する
と、ロボット操縦装置Ｓ側に設けた制御ユニット３４
と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１と、これ
らの制御ユニット３４，１１間での通信を行うための通
信装置３５とから構成されている。以下、制御ユニット
３４をマスター側制御ユニット３４と称し、制御ユニッ
ト１１をロボット側制御ユニット１１と称する。尚、通
信装置３５の通信方式は有線及び無線のいずれの方式を
使用してもよい。

【００３５】マスター側制御ユニット３４は、ロボット
Ｒの脚体３の動作指令をロボット側制御ユニット１１に
与えるためにマスター演算処理装置３６を備え、このマ
スター演算処理装置３６に前記各シューズ２５の接地セ
ンサ２６の検知信号（シューズ２５の球体１５への接地
や球体１５からの離反を示すＯＮ／ＯＦＦ信号）と、前
記ロータリエンコーダ２０，２２，２３による球体１５
の回転角の検出値とが与えられる。

【００３６】そして、このマスター演算処理装置３６
は、脚体動作指令手段を構成するものであり、各シュー
ズ２５の接地センサ２６の検知信号に基づき、ロボット
Ｒの各脚体３の離床・着床を行わせるタイミングを規定
する指令データ（以下、離床／着床指令という）を生成
すると共に、ロータリエンコーダ２０，２２，２３によ
る球体１５の回転角の検出値に基づき、ロボットＲの遊
脚側（離床側）の脚体３の足平部７の着床に際しての位
置／姿勢を規定する指令データ（以下、着床足平位置／
姿勢指令という）を生成し（詳細は後述する）、それら
の指令データをロボットＲの脚体動作指令として通信装
置３５を介してロボット側制御ユニット１１に与える。

【００３７】尚、マスター側制御ユニット３４には、前
記マスター演算処理装置３６の他、シート１４の動作に
関する制御装置等（図示しない）も備えており、シート
１４の背もたれ部１４ｂの傾斜姿勢に応じてロボットＲ
の上体を傾斜させるための上体姿勢指令（ロボットＲの
上体の傾斜角を規定する指令データ）をロボット側制御
ユニット１１に与えたりするのであるが、これについて
は前記特願平８−３４３９２２号にて本願出願人が詳細
に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。

【００３８】前記ロボット側制御ユニット１１は、ロボ
ットＲの脚用アクチュエータ５の動作制御を行うため
に、ロボット脚主制御部３７と脚用アクチュエータ変位
制御部３８とを備えている。

【００３９】ロボット脚主制御部３７は、詳細は後述す
るが、マスター側制御ユニット３４から与えられる前記
脚体動作指令（離床／着床指令及び着床足平位置／姿勢
指令）や、シート１４の背もたれ部１４ｂの傾斜に応じ
た上体姿勢指令、前記傾斜検出器１２によるロボットＲ
の上体（胴体２）の姿勢（傾斜）の検出値、前記６軸力
センサ６により検出されるロボットＲの足平部７への床
からの作用力の検出値に基づいて、ロボットＲの各脚用
アクチュエータ５の目標変位を決定し、それを脚用アク
チュエータ変位制御部３８に指令する。

【００４０】脚用アクチュエータ変位制御部３８は、ロ
ボット脚主制御部３７から指令された各脚用アクチュエ
ータ５の目標変位と前記アクチュエータ変位検出器１３
により検出される各脚用アクチュエータ５の変位の検出
値とに基づき、各脚用アクチュエータ５の変位を目標変
位にフィードバック制御する。

【００４１】次に、本実施形態のシステムの作動を説明
する。

【００４２】本実施形態のシステムでは、ロボットＲを
操縦するためにシート１４に着座したオペレータＯＰが
その各足平をこれに装着したシューズ２５を介して球体
１５上に接地させる際には、例えば図５（ａ）に示すよ
うに球体１５の上面部の中央付近（球体１５の頂上付
近）の所定の定位置に各シューズ２５を前後方向に向け
て載せる。この場合、右足平側のシューズ２５を載せる
定位置（以下、右足平接地基準位置という）は、球体１
５の上面部中央の右側の箇所で、左足平側のシューズ２
５を載せる定位置（以下、左足平接地基準位置という）
は、球体１５の上面部中央の左側の箇所である。

【００４３】そして、オペレータＯＰは、ロボットＲを
その脚体３の動作によって移動させようとする場合に
は、該オペレータＯＰ自身が通常的に移動する場合と同
様にして、一方の脚側（遊脚側）の足平を持ち上げてそ
の足平のシューズ２５を球体１５から一旦離反させ、さ
らに、その足平を球体１５上に向かって降ろして該足平
のシューズ２５を球体１５上の接地基準位置に前後方向
に向けて接地させる（遊脚側の足平の離床・着床動作を
行う）。また、オペレータＯＰの他方の脚側（支持脚
側）の足平については、遊脚側の足平のシューズ２５を
球体１５の接地基準位置に接地させる際における遊脚側
の足平と支持脚側の足平との相対的な位置関係や姿勢関
係（向き関係）が、ロボットＲに行わせようとする移動
形態でオペレータＯＰ自身が実際に移動する場合におけ
る遊脚側の足平の着床時の両足平の相対的な位置関係や
姿勢関係と同じような関係になるように、球体１５にシ
ューズ２５を介して接地させている足平を、その接地状
態を維持したまま動かして、その動きにより該球体１５
を回転させる。

【００４４】具体的には、例えばロボットＲを前進側に
歩行させるに際してロボットＲの左側の脚体３を前進側
に一歩、踏み出させようとする場合には、オペレータＯ
Ｐは、その左足平を球体１５上から持ち上げて、該左足
平を球体１５上の左足平接地基準位置に前後方向に向け
て降ろし、この際、該左足平を球体１５から離反させて
いる間に、右足平のシューズ２５を球体１５に接地させ
たまま、該右足平を例えば図５（ｂ）に示すような位置
に手前側（シート１４の近づく側）に動かして、球体１
５を回転させる。すなわち、オペレータＯＰ自身が実際
に前進歩行する場合に、その支持脚側の足平が遊脚側の
足平に対して後方に移動するのと同じようにして、球体
１５上にシューズ２５を介して接地させている足平を動
かして球体１５を回転させる。この場合、球体１５上に
接地させている足平の前記接地基準位置からの移動量
は、ロボットＲに行わせようとする移動形態（歩行形
態）での歩幅に対応させ、その歩幅が大きい程、球体１
５上に接地させている足平の移動量を大きくする（球体
１５の回転量を大きくする）。

【００４５】また、例えばロボットＲを前進側に歩行さ
せるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７
を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床
させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合に
は、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の
足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向
き関係）と合わせるようにして、球体１５上にシューズ
２５を介して接地させているオペレータＯＰの足平を動
かして球体１５を回転させる。例えばロボットＲの左側
の脚体３を遊脚側として該脚体３の足平部７を右側の脚
体３（支持脚側の脚体３）の足平部７の向きに対して左
斜め向きに着床させようとする場合には、その着床時に
おける右側の脚体３の足平部７の向きは、左側の脚体３
の足平部７の向きに対して右斜め向きとなるので、オペ
レータＯＰは、図５（ｂ）に示すように該オペレータＯ
Ｐの左足平のシューズ２５を球体１５上の左足平接地基
準位置に前後方向に向けて接地させる際に、右足平のシ
ューズ２５が右斜めに向くように球体１５を該足平の動
きにより回転させる（この回転は球体１５のＺ軸回りの
回転によりなされる）。

【００４６】尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の
動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場
合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みを
させるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を
前記球体１５の接地基準位置に対して交互に上下させれ
ばよい。

【００４７】このようにして、オペレータＯＰがロボッ
トＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足
平を動かしつつ球体１５を回転させている際に、オペレ
ータＯＰの各足平の球体１５上への接地及び該球体１５
からの離反が、各足平のシューズ２５の前記接地センサ
２６によって各足平毎に検知され、それが前記マスター
側制御ユニット３４のマスター演算処理装置３６に与え
られる。

【００４８】このとき、マスター演算処理装置３６は、
球体１５からの離反が接地センサ２６により検知された
オペレータＯＰの足平に対応する側のロボットＲの脚体
３を離床させるべき脚体３として決定して、該オペレー
タＯＰの足平の球体１５からの離反の検知及びその後の
球体１５上への接地の検知に応じて該足平に対応するロ
ボットＲの脚体３の前記離床／着床指令を生成し、それ
を前記通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１
１に送信する。

【００４９】また、このとき、マスター演算処理装置３
６は、図６のフローチャートに示す演算処理を所定の制
御サイクルで行う。

【００５０】すなわち、マスター演算処理装置３６は、
まず、オペレータＯＰの足平の動作モードを判別する
（ＳＴＥＰ６−１）。ここで、動作モードは接地モード
と空中モードと降下モードとがあり、接地モードは、オ
ペレータＯＰがその両足平をシューズ２５を介して球体
１５上に継続的に接地させている状態を示すモード、空
中モードは、オペレータＯＰがその一方の足平を持ち上
げて該足平のシューズ２５を球体１５から離反させた状
態を示すモード、降下モードは、オペレータＯＰが、持
ち上げた足平のシューズ２５を球体１５上に接地させた
際の状態を示すモードである。この場合、ロボットＲの
操縦の開始時には、オペレータＯＰはその両足平のシュ
ーズ２５を前記図５（ａ）に示したように球体１５上に
接地させておくので、該動作モードの初期モードは接地
モードである。

【００５１】そして、上記の判別で動作モードが接地モ
ードである場合には、マスター演算処理装置３６は、前
記着床足平位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴ
ＥＰ６−２）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，
２３により検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体
１５の回転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−
３）。

【００５２】ここで、オペレータＯＰの両足平が球体１
５上に接地されている接地モードで球体１５の回転角を
積算するのは次のような理由による。すなわち、本実施
形態では、オペレータＯＰがその各足平を球体１５上に
接地させる際には、図５（ａ）に示した接地基準位置で
前後方向に向けて各足平を球体１５上に接地させること
を基本とし、その接地基準位置からの接地側の足平（ロ
ボットＲの支持脚側の脚体３に対応する足平）の移動量
及び移動方向に応じて、ロボットＲの遊脚側の脚体３の
足平部７の支持脚側の足平部７に対する着床位置や姿勢
（向き）をロボットＲに指令する（前記着床足平位置／
姿勢指令）。このため、オペレータＯＰがその両足平の
シューズ２５を球体１５上に接地させている際に、オペ
レータＯＰが不用意にその両足平を動かして球体１５を
回転させてしまうと、その後に一方の足平を持ち上げ
て、他方の接地側の足平により球体１５を前述の如く回
転させた場合に、該一方の足平を持ち上げてから該足平
を球体１５上の接地基準位置に接地させるまでの球体１
５の接地側の足平による回転角を把握しただけでは、そ
の回転角から、前記のような接地基準位置からの接地側
の足平の移動量及び移動方向を正しく把握することがで
きない。このために、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ６
−３において、接地モードにおける球体１５のＸ，Ｙ，
Ｚの各軸回りの回転角を積算しておく。

【００５３】尚、オペレータＯＰ自身が一方の足平を球
体１５から離反させる際の他方の足平の位置や向きを認
識しておき、それによって、該オペレータＯＰ自身が球
体１５上に接地させている足平の移動量や移動方向を調
整するような場合には、前記ＳＴＥＰ６−３の処理を省
略するようにしてもよい。

【００５４】次いで、マスター演算処理装置３６は、前
記ＳＴＥＰ６−２で保持した着床足平位置／姿勢指令を
通信装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送
信した後（ＳＴＥＰ６−４）、前記シューズ２５の接地
センサ２６の検知信号によって、オペレータＯＰのいず
れか一方の足平のシューズ２５が球体１５から離反され
たかを判断する（ＳＴＥＰ６−５）。そして、この判断
で、オペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５
上に接地している場合（ＳＴＥＰ６−５でＮＯ）には、
接地モードに対応する今回の制御サイクルの処理を終了
する。また、ＳＴＥＰ６−５の判断結果がＹＥＳである
場合には、球体１５から離反されたオペレータＯＰの足
平が左右いずれの足平であるかを示す左右判定結果（こ
れは左右いずれの側のシューズ２５の接地センサ２６に
よって足平の球体１５からの離反が検知されたかによっ
て認識される）を図示しないメモリに記憶し（ＳＴＥＰ
６−６）、さらに動作モードを空中モードに変更した後
（ＳＴＥＰ６−７）、今回の制御サイクルの処理を終了
する。

【００５５】次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が空
中モードである場合（これは前記接地モードでＳＴＥＰ
６−７の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じ
る）には、マスター演算処理装置３６は、前記着床足平
位置／姿勢指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ６−
８）、前記各ロータリエンコーダ２０，２２，２３によ
り検出される前記Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸回りの球体１５の回
転角（回転量）を積算する（ＳＴＥＰ６−９）。この積
算は、前記接地モードから継続的に行われる。

【００５６】そして、マスター演算処理装置３６は、Ｓ
ＴＥＰ６−８で保持した着床足平位置／姿勢指令を通信
装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信し
た後（ＳＴＥＰ６−１０）、オペレータＯＰの各足平の
シューズ２５の接地センサ２６の検知信号によって、オ
ペレータＯＰの両足平のシューズ２５が球体１５上に接
地されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ６−１１）。この
判断結果がＮＯである場合、すなわち、オペレータＯＰ
の持ち上げた一方の足平がまだ球体１５上に降ろされて
いない場合には、今回の制御サイクルの処理を終了し、
また、上記判断結果がＹＥＳである場合、すなわち、オ
ペレータＯＰが持ち上げた一方の足平のシューズ２５を
球体１５上に接地させた場合には、動作モードを降下モ
ードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１２）、今回の制御サ
イクルの処理を終了する。

【００５７】次に、前記ＳＴＥＰ６−１の判別結果が降
下モードである場合（これは前記空中モードでＳＴＥＰ
６−１２の処理が行われた後の次の制御サイクルで生じ
る）には、マスター演算処理装置３６は、前記接地モー
ドから空中モードにかけて前記ＳＴＥＰ６−３及び６−
９で求められた球体１５の各軸回りの回転角の積算値
と、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶された左右判定結果とを
基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の支持脚
側の脚体３の足平部７に対する着床足平位置／姿勢指令
を決定する（ＳＴＥＰ６−１３）。

【００５８】さらに詳細には、例えば図５（ｂ）に示し
たように球体１５が回転された場合（オペレータＯＰが
左足平を持ち上げて右足平により球体１５を手前側に回
転させた場合）において、前記ＳＴＥＰ６−６で記憶さ
れる左右判定結果は左であり（接地モードでオペレータ
ＯＰの左足平が球体１５から離反される）、このときマ
スター演算処理装置３６は、前記Ｘ軸及びＹ軸回りの球
体１５の回転角の積算値から所定の演算式によって、オ
ペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置からの
Ｘ軸方向（前後方向）の移動量Δｘ（図５（ｂ）ではΔ
ｘ＜０）及びＹ軸方向（左右方向）の移動量Δｙ（図５
（ｂ）ではΔｙ＜０）を算出する。また、マスター演算
処理装置３６は、Ｚ軸回りの球体１５の回転角の積算値
をオペレータＯＰの右足平の前記右足平接地基準位置か
らのＺ軸回り（鉛直軸回り）の回転角Δθ（図５（ｂ）
ではΔθ＜０）として得る。そして、マスター演算処理
装置３６は、上記移動量Δｘ，Δｙ及び回転角Δθか
ら、ロボットＲの遊脚側の脚体３（図５（ｂ）の場合、
左側の脚体３）の足平部７の支持脚側の脚体３（図５
（ｂ）の場合、右側の脚体３）の足平部７に対する着床
足平位置／姿勢指令を次のように決定する。すなわち、
ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前後方向（Ｘ
軸方向）における着床位置を、前記Ｘ軸方向の移動量Δ
ｘに所定の負のゲイン定数（−ｋ1 ）を乗算した値−ｋ
1 ・Δｘだけ、遊脚側の足平部７の前後方向で支持脚側
の脚体３の足平部７に対して前方に移動させた位置とし
て決定する。また、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平
部７の左右方向（Ｙ軸方向）における着床位置を、前記
Ｙ軸方向の移動量Δｙに所定の負のゲイン定数（−ｋ2
）を乗算した値−ｋ2 ・Δｙに所定のオフセット値ａ
を加算してなる値（−ｋ2 ・Δｙ＋ａ）だけ、遊脚側の
足平部７の左右方向で支持脚側の脚体３の足平部７に対
して左方に移動させた位置として決定する。ここで、上
記オフセット値ａは、Δｙ＝０のとき（例えばロボット
Ｒの直進歩行時）におけるロボットＲの両足平部７，７
の左右方向の間隔を規定するものである。また、ロボッ
トＲの遊脚側の脚体３の足平部７の着床姿勢を、前記Ｚ
軸回りの回転角Δθに所定の負のゲイン定数（−ｋ3 ）
を乗算した値−ｋ3 ・Δθだけ、支持脚側の脚体３の足
平部７の向きに対して鉛直軸回りに左方向に回転させた
向きとして決定する。

【００５９】尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令
の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、左足
平により球体１５を回転させた場合にも同様に行われ
る。この場合には、ロボットＲの左側の脚体３の足平部
７に対する右側の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿
勢指令が決定される。

【００６０】このようにしてロボットＲの着床足平位置
／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指
令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を球体１
５の接地基準位置に接地させた際の両足平の相対的な位
置／姿勢関係に対応したものに決定される。

【００６１】尚、本実施形態では、ロボットＲの遊脚側
の脚体３の足平部７の着床／位置姿勢指令を遊脚側の足
平部７を基準とした座標系で決定してしているが、該着
床／位置姿勢指令をロボットＲの支持脚側の足平部７を
基準とした座標系に変換した上で、ロボットＲに与える
ようにしてもよい。

【００６２】図６に戻って、マスター演算処理装置３６
は、次に、球体１５の各軸回りの回転角の積算値をクリ
ア（積算値を「０」にリセットする）した後（ＳＴＥＰ
６−１４）、前記ＳＴＥＰ６−１３で決定した着床足平
位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制御
ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ６−１５）、さらに、
動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ６−１
６）、今回の制御サイクルの処理を終了する。

【００６３】一方、前述のようなロボット操縦装置Ｓ側
での動作や制御処理が行われたとき、ロボット側制御ユ
ニット１１のロボット脚主制御部３７は、所定の制御サ
イクルで図７のフローチャートに示す処理を行う。

【００６４】すなわち、ロボット脚主制御部３７は、ロ
ボットＲに備えられた前記傾斜検出器１２や６軸力セン
サ６等のセンサの出力を読み込み（ＳＴＥＰ７−１）、
さらにマスター側制御ユニット３４から通信装置３５を
介して与えられる前述の脚体動作指令（離床／着床指令
及び着床足平位置／姿勢指令）や、シート１４の背もた
れ部１４ｂの傾動に基づく上体姿勢指令を受信する（Ｓ
ＴＥＰ７−２）。

【００６５】次いで、ロボット脚主制御部３７は、前記
離床／着床指令によって、いずれか一方の脚体３につい
ての着床要求が有るか否かを判断し（ＳＴＥＰ７−
３）、着床要求が有る場合には、ロボットＲの脚体３の
足運びの形態やロボットＲの上体の姿勢を規定する基本
の目標歩容を前記着床足平位置／姿勢指令や上体姿勢指
令に従って生成する（ＳＴＥＰ７−４）。ここで、目標
歩容は、ロボットＲの上体（胴体２）の目標姿勢（上体
の目標傾斜角）や、遊脚側の脚体３の着床の際の目標足
平位置／姿勢、ロボットＲの歩行に際して支持脚側の脚
体３の足平部７が床から受ける床反力の中心の目標軌道
等の特徴を記述するパラメータにより構成され、これら
のパラメータを前記着床要求を受けた脚体３についての
一歩分について生成する。この場合、足平部７が受ける
床反力中心の目標軌道は、足平部７の接地面、あるいは
両足平部７の接地面を含む最小面積の多角形（これは一
般に支持多角形と言われる）内に存するように生成す
る。また、該目標歩容における遊脚側の脚体３の着床の
際の目標足平位置／姿勢は、前記着床足平位置／姿勢指
令に従って生成する。

【００６６】尚、このような目標歩容の生成は、本願出
願人が例えば特開平５−３１８３４０号公報に詳細に開
示しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。

【００６７】次いで、ロボット脚主制御部３７は、前述
の如く生成された基本の目標歩容から、現在の制御サイ
クルにおける目標歩容の瞬時値を算出した後（ＳＴＥＰ
７−５）、さらに、ロボットＲの姿勢が転倒しやすい不
安定な姿勢となるのを排除するために、該ロボットＲの
姿勢を安定化する制御を行って、ＳＴＥＰ７−５で算出
された目標歩容の瞬時値を修正する（ＳＴＥＰ７−
６）。

【００６８】この姿勢安定化制御では、ロボット脚主制
御部３７は、所謂コンプライアンス制御によって、予期
せぬ床の凹凸や傾斜により足平部７が受ける床反力の影
響を該足平部７により吸収するように前記６軸力センサ
６の検出値に応じて基本の目標歩容における目標足平位
置／姿勢を修正し、また、ロボットＲの上体姿勢の復元
方向に足平部７に床反力が作用するように基本の目標歩
容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜検出
器１２の検出値との偏差に応じて該目標足平位置／姿勢
を修正する。さらに、ロボットＲの上体姿勢の復元方向
にロボットＲの上体の慣性力が生じるように、基本の目
標歩容におけるロボットＲの上体の目標姿勢と前記傾斜
検出器１２の検出値との偏差に応じてロボットＲの上体
の姿勢や位置を修正する。

【００６９】尚、このような姿勢安定化制御は本願出願
人が例えば特開平５−３３７８４９号公報に詳細に開示
しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。

【００７０】次いで、ロボット脚主制御部３７は、上記
のように修正した目標歩容の瞬時値からそれに対応した
今回の制御サイクルにおける各脚体３の各脚用アクチュ
エータ５の目標変位を算出し（ＳＴＥＰ７−７）、それ
を脚用アクチュエータ変位制御部３８に指令する（ＳＴ
ＥＰ７−８）。このとき、脚用アクチュエータ変位制御
部３８は指令された目標変位に従って各脚用アクチュエ
ータ５の変位を該目標変位にフィードバック制御する。

【００７１】そして、この後、ロボット脚主制御部３７
は、ロボット操縦装置Ｓのシート１４の座部１４ａの傾
動のため等に必要なロボットＲの動作情報を通信装置３
５を介してマスター側制御ユニット３４に送信して（Ｓ
ＴＥＰ７−９）、今回の制御サイクルの処理を終了す
る。

【００７２】以上のようなロボットＲ側での作動によっ
て、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつ
つ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同じよ
うな形態で脚体３を動かす。尚、この時のロボットＲの
脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一
歩分遅れて行われる。

【００７３】このようなロボットＲの遠隔制御システム
によれば、オペレータＯＰがその足平を球体１５に対し
て上下させる際における該オペレータＯＰの遊脚側の足
平に対する支持脚側の足平（球体１５に接地させている
足平）の移動量や移動方向によって、ロボットＲの移動
時の歩幅や移動方向が規定されるため、オペレータＯＰ
は自身の足平の動きを、ロボットＲの脚体３の動きとし
て感覚的に認識することができ、確実にロボットＲの脚
体３の所望の動作を行わしめることができる。また、オ
ペレータＯＰは、シート１４に着座したまま足平を動か
すことで、ロボットＲを移動させることができるので、
ロボット操縦装置Ｓ側に広範な設備を設けずとも、ロボ
ットＲを広い範囲で移動させることができる。

【００７４】尚、本実施形態では、ロボットＲの着床足
平位置／姿勢指令を決定するための球体１５の回転角を
ロータリエンコーダ２０，２２，２３を用いて検出する
ようにしたが、例えば非接触の速度センサを用いて球体
１５の各軸回りの回転速度を検出し、それを積分するこ
とで球体１５の回転角を求めるようにしてもよい。

【００７５】また、本実施形態では、オペレータＯＰの
球体１５上への接地や球体１５からの離反をシューズ２
５に設けた接地センサ２６により検出するようにした
が、荷重センサや光学的なセンサあるいは電磁的なセン
サを用いてオペレータＯＰの足平の接地や離反を検出す
るようにしてもよい。

【００７６】また、本実施形態において、ロボット側制
御ユニット１１からマスター側制御ユニット３４にロボ
ットＲの脚体３の動作情報を送信するようにし、それに
応じて、ロボットＲの脚体３の過剰な動き等を防止する
ために、球体１５の回転や着床足平位置／姿勢指令の決
定値を制限するようにしてもよい。尚、球体１５の回転
量を制限するためには、例えばロータリエンコーダ２
０，２２，２３と同軸にアクチュエータ（モータ）やブ
レーキ装置を備えればよい。

【００７７】次に、本発明の第２の態様の一実施形態を
図８乃至図１１を参照して説明する。尚、本実施形態の
システムでは、ロボットの構成（ロボット側制御ユニッ
トを含む）は前記第１の態様の実施形態のものと同一
で、ロボット操縦装置やマスター側制御ユニットの一部
のみが第１の態様の実施形態と相違しているので、同一
構成部分については、第１の態様の実施形態と同じ図面
及び参照符号を用いて説明する。

【００７８】図８は、前記図１に示したロボットＲを操
縦するための本実施形態のロボット操縦装置Ｓ’を示す
ものであり、この操縦装置Ｓ’では、前記第１の態様の
実施形態のものと同一構造のシート１４の前側下方に、
シート１４に着座したオペレータＯＰがその両足平をそ
のそれぞれに装着したシューズ４０を介して載せる平板
状の足平載架体４１を備え、該足平載架体４１がブラケ
ット４１ｘを介してシート１４の座部１４ａに固設され
ている。この場合、各シューズ４０の足底には、例えば
図９に示すような形状の突起５２が設けられており、こ
の突起４２は、足底の踵部分に存する円形部４２ａと、
足底の長手方向に延在する長尺部４２ｂとにより構成さ
れている。尚、シューズ４０の突起４２は足平載架体４
１上を滑らせることができるような部材（足平載架体４
１の上面部との間の摩擦係数が小さな部材）により形成
されている。また、円形部４２ａの形状は円形に限ら
ず、例えば四角形や三角形であってもよい。

【００７９】前記足平載架体４１の上面部は、例えば接
触の有無を検出する小さな接触センサ（図示しない）を
マトリクス状に配列してなる分布型接触センサ４１ａに
より構成され、該分布型接触センサ４１ａは、これに何
らかの物が接触したとき、その接触面の位置や形状を示
すデータを出力する。

【００８０】また、図１０を参照して、本実施形態でロ
ボットＲの動作制御を行うための制御システムは、前記
第１の態様の実施形態と同様にロボット側制御ユニット
１１、マスター側制御ユニット３４及び通信装置３５に
より構成され、マスター側制御ユニット３４には、前記
分布型接触センサ４１ａの検出データを与えるマスター
演算処理装置４３が備えられている。

【００８１】このマスター演算処理装置４３は、前記分
布型接触センサ４１ａと併せて足平接地／離反検出手段
４４としての機能を有し、オペレータＯＰの各足平に装
着したシューズ４０の突起４２に対応する接触面が分布
型接触センサ４１ａにより検出されるか否かでオペレー
タＯＰの各足平の足平載架体４１上への接地及び該足平
載架体４１からの離反を認識する。例えば、足平載架体
４１上の二カ所に突起４２との接触面が分布型接触セン
サ４１ａにより検出される場合には、両足平の足平載架
体４１上への接地状態が認識され、この状態から例えば
右側の突起４２との接触面が検出されなくなった場合に
は、オペレータＯＰの右足平の足平載架体４１からの離
反が認識される。尚、オペレータＯＰの各足平の足平載
架体４１に対する接地・離反の検出に際しての左右の区
別は、例えば突起４２の形状あるいは大きさを左右で異
なるものとして、それらの突起４２と足平載架体４１と
の接触面の相違に基づいて行うようにしてもよい。

【００８２】また、マスター演算処理装置４３は、前記
分布型接触センサ４１ａと併せて、オペレータＯＰの両
足平の足平載架体４１上への接地時における両足平の相
対的な位置／姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段４
５としての機能を有し、分布型接触センサ４１ａの出力
データから足平載架体４１上での各足平の突起４２の円
形部４２ａの位置（足平載架体４１に固定された平面座
標系での位置）を認識し、その認識した各突起４２の円
形部４２ａの位置から、足平載架体４１上における一方
の足平側の前記突起４２の円形部４２ａに対する他方の
足平側の前記突起４２の円形部４２ａの位置を両足平の
相対的な位置として認識する。さらに、マスタ演算処理
装置４３の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能
は、分布型接触センサ４１ａの出力データから足平載架
体４１上での各足平の突起４２の長尺部４２ｂの向きを
認識し、その認識した各突起４２の長尺部４２ｂの向き
から、足平載架体４１上における一方の足平側の前記突
起４２の長尺部４２ｂの向きに対する他方の足平側の前
記突起４２の長尺部４２ｂの向きを両足平の相対的な姿
勢として認識する。

【００８３】より具体的には、例えば図１１に示すよう
に両足平のシューズ４０の突起４２が足平載架体４１上
に接地された場合において、マスター演算処理装置４３
の足平位置／姿勢検出手段４５としての機能は、例えば
右足平側の突起４２の円形部４２ａに対する左足平側の
突起４２の円形部４２ｂの、右足平側の突起４２の長尺
部４２ｂの長手方向（図１１のＸ軸方向）及びこれと直
交する方向（図１１のＹ軸方向）における変位両Δｘ，
Δｙを両足平の相対的位置を示すものとして認識し、ま
た、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方
向）に対する左足平側の突起４２の長尺部４２ｂの方位
角Δθを両足平の相対的姿勢を示すものとして認識す
る。

【００８４】また、マスター演算処理装置４３は、脚体
動作指令手段４６としての機能も有し、この機能では、
前述のように足平接地／離反検出手段４４により把握さ
れるオペレータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する
接地・離反や、足平位置／姿勢検出手段４５により把握
されるオペレータＯＰの両足平の相対的な位置／姿勢に
基づき、前記第１の態様の実施形態で説明した前記離床
／着床指令及び着床足平位置／姿勢指令を決定し（詳細
は後述する）、これらの指令を脚体動作指令として通信
装置３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信す
る。

【００８５】以上説明した以外の他の構成は、前記第１
の実施形態と同一である。

【００８６】次に、本実施形態のシステムの作動を説明
する。

【００８７】本実施形態のシステムでは、オペレータＯ
Ｐは、ロボットＲをその脚体３の動作によって移動させ
ようとする場合には、該オペレータＯＰ自身が通常的に
移動する場合と同様にして、両足平を足平載架体４１上
に載せた状態から、遊脚側の足平を持ち上げてその足平
のシューズ４０を足平載架体４１から一旦離反させ、さ
らに、該遊脚側の足平をロボットＲの遊脚側の脚体３の
足平部７を動かそうとする方向に向かって移動させつ
つ、支持脚側の足平を、これに装着したシューズ４０を
介して足平載架体４１上に接触させたまま該足平載架体
４１上を滑らせるようにして、遊脚側の足平と逆向きに
移動させる。そして、最終的に、持ち上げた足平を足平
載架体４１上に降ろし、この際、オペレータＯＰの両足
平の相対的な位置／姿勢関係が、ロボットＲに行わせよ
うとする脚体３の動作形態での遊脚側の脚体３の着床時
の両足平部７の相対的な位置／姿勢関係と同じような関
係になるように、オペレータＯＰの両足平を動かす。

【００８８】例えばロボットＲを前進側に歩行させるに
際してロボットＲの左側の脚体３を前進側に一歩、踏み
出させようとする場合には、オペレータＯＰは、その左
足平を足平載架体４１上から持ち上げて前方側に移動さ
せると同時に、右足平のシューズ４０を足平載架体４１
上に接地させたまま後方（シート１４に近づく方向）に
足平載架体４１上を摺動させる。そして、図１１に示す
ように、左足平を足平載架体４１上に降ろすに際して、
該左足平の接地時の両足平の前後方向の間隔が、ロボッ
トＲに行わせようとする歩行形態での該ロボットＲの歩
幅に対応する間隔となるような両足平の位置関係で左足
平を足平載架体４１上に降ろす。

【００８９】また、例えばロボットＲを前進側に歩行さ
せるに際して、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７
を支持脚側の脚体３の足平部７に対して斜め向きに着床
させ、ロボットＲの移動方向を変更させるような場合に
は、オペレータＯＰは、ロボットＲの遊脚側の脚体３の
足平部７の着床時の両足平部７の相対的な姿勢関係（向
き関係）と合わせるようにして、両足平を動かす。例え
ばロボットＲの左側の脚体３を遊脚側として該脚体３の
足平部７を右側の脚体３（支持脚側の脚体３）の足平部
７の向きに対して左斜め向きに着床させようとする場合
には、オペレータＯＰは、図１１に示すように、該オペ
レータＯＰの左足平のシューズ４０を足平載架体４１上
に接地させる際に、右足平のシューズ４０の向き（突起
４２の長尺部４２ｂの向き）に対して左足平のシューズ
４０の向きが左斜めに向くように両足平を動かす。

【００９０】尚、前述のようなオペレータＯＰの足平の
動かし方は、ロボットＲを後進側に移動させるような場
合についても同様である。また、ロボットＲに足踏みさ
せるような場合には、オペレータＯＰはその両足平を足
平載架体４１上の同じ場所で上下させればよい。

【００９１】このようにして、オペレータＯＰがロボッ
トＲに行わせようとする形態で該オペレータＯＰの各足
平を動かしている際に、オペレータＯＰの各足平の足平
載架体４１に対する接地・離反が、前記マスター演算処
理装置４３の足平接地／離反検出手段４４としての機能
によって、前述の如く分布型接触センサ４１ａの出力デ
ータに基づいて把握される。

【００９２】このとき、マスター演算処理装置４３は、
足平載架体４１からの離反が把握されたオペレータＯＰ
の足平に対応する側のロボットＲの脚体３を離床させる
べき脚体３として決定して、該オペレータＯＰの足平の
足平載架体４１からの離反及びその後の足平載架体４１
上への接地に応じて該足平に対応するロボットＲの脚体
３の前記離床／着床指令を生成し、それを前記通信装置
３５を介してロボット側制御ユニット１１に送信する。

【００９３】また、このとき、マスター演算処理装置４
３は、図１２のフローチャートに示す演算処理を所定の
制御サイクルで行う。

【００９４】すなわち、マスター演算処理装置４３は、
まず、前記第１の態様の実施形態と同様、オペレータＯ
Ｐの足平の動作モード（接地モード、空中モード及び降
下モードの３種類）を判別する（ＳＴＥＰ１２−１）。
この場合、ロボットＲの操縦開始時の初期モードは接地
モードである。

【００９５】そして、上記の判別で動作モードが接地モ
ードである場合（オペレータＯＰの両足平のシューズ４
０が足平載架体４１上に接地されている場合）には、マ
スター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢指
令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−２）、その保
持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介して
ロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１２
−３）。

【００９６】次いで、マスター演算処理装置４３は、そ
の足平接地／離反検出手段４４としての機能によるオペ
レータＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離
反の把握に基づいて、オペレータＯＰのいずれか一方の
足平のシューズ４０が足平載架体４１から離反されたか
を判断する（ＳＴＥＰ１２−４）。そして、この判断
で、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０が足平載架
体４１上に接地している場合（ＳＴＥＰ１２−４でＮ
Ｏ）には、今回の制御サイクルの処理を終了する。ま
た、上記の判断結果がＹＥＳである場合には、足平載架
体４１から離反されたオペレータＯＰの足平が左右のい
すれの足平であるかを示す左右判定結果（これは足平接
地／離反検出手段４４により把握される）を図示しない
メモリに記憶し（ＳＴＥＰ１２−５）、さらに、動作モ
ードを空中モードに変更した後（ＳＴＥＰ１２−６）、
今回の制御サイクルの処理を終了する。

【００９７】次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が
空中モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−６の
処理が行われた後の次の制御サイクルで生じる）には、
マスター演算処理装置４３は、前記着床足平位置／姿勢
指令を現状のままに保持し（ＳＴＥＰ１２−７）、その
保持した着床足平位置／姿勢指令を通信装置３５を介し
てロボット側制御ユニット１１に送信する（ＳＴＥＰ１
２−８）。さらに、マスター演算処理装置４３は、足平
接地／離反検出手段４４としての機能によるオペレータ
ＯＰの各足平の足平載架体４１に対する接地・離反の把
握に基づいて、オペレータＯＰの両足平のシューズ４０
が足平載架体４１上に接地されたか否かを判断する（Ｓ
ＴＥＰ１２−９）。この判断結果がＮＯである場合、す
なわち、オペレータＯＰの持ち上げた一方の足平がその
持ち上げ状態のままである場合には、今回の制御サイク
ルの処理を終了する。また、上記判断結果がＹＥＳであ
る場合、すなわちオペレータＯＰが持ち上げた一方の足
平のシューズ４０を足平載架体４１上に接地させた場合
には、動作モードを降下モードに変更した後（ＳＴＥＰ
１２−１０）、今回の制御サイクルの処理を終了する。

【００９８】次に、前記ＳＴＥＰ１２−１の判別結果が
降下モードである場合（これは前記ＳＴＥＰ１２−１０
の処理が行われた後の制御サイクルで生じる）には、マ
スター演算処理装置４３は、前記分布型接触センサ４１
ａの検出データと前記ＳＴＥＰ１２−５で記憶された左
右判定結果とを基に、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足
平部７の支持脚側の脚体３の足平部７に対する着床足平
位置／姿勢指令を決定する（ＳＴＥＰ１２−１１）。

【００９９】さらに詳細には、例えばオペレータＯＰが
その左足平を持ち上げて、該左足平を前方側に動かすと
共に足平載架体４１上に接地させている右足平を後方側
に動かし、最終的に前記図１１に示したような両足平の
シューズ４０の位置／姿勢関係で左足平のシューズ４０
を足平載架体４１上に接地させた場合において、前記Ｓ
ＴＥＰ１２−５で記憶される左右判定結果は左である
（接地モードでオペレータＯＰの左足平のシューズ４０
が足平載架体４１から離反される）。このとき、マスタ
ー演算処理装置４３は、その足平位置／姿勢検出手段４
５としての機能によって、現在の右足平のシューズ４０
の突起４２を基準として、その右足平側の突起４２の円
形部４２ａに対する左足平側の突起４２の円形部４２ａ
の、右足平側の突起４２の長尺部４２ｂの長手方向（図
１１のＸ軸方向）及びこれと直交する方向（図１１のＹ
軸方向）における変位量Δｘ，Δｙと、右足平側の突起
４２の長尺部４２ｂの方向（Ｘ軸方向）に対する左足平
側の突起４２の長尺部４２ｂの方位角Δθとを分布型接
触センサ４１ａの出力データから算出する。

【０１００】そして、マスター演算処理装置４３は、そ
の脚体動作指令手段４６によって、上記変位量Δｘ，Δ
ｙ及び方位角Δθから、ロボットＲの遊脚側の脚体３
（図１１の場合、左側の脚体３）の足平部７の支持脚側
の脚体３（図１１の場合、右側の脚体３）の足平部７に
対する着床足平位置／姿勢指令を次のように決定する。
すなわち、ロボットＲの遊脚側の脚体３の足平部７の前
後方向（Ｘ軸方向）における着床位置を、前記変位量Δ
ｘに所定の正のゲイン定数ｋａを乗算してなる値ｋａ・
Δｘだけ、支持脚側の脚体３の足平部７に対して前方向
に移動させた位置として決定する。また、ロボットＲの
遊脚側の脚体３の足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）にお
ける着床位置を、前記変位量Δｙに所定の正のゲイン定
数ｋｂを乗算してなる値ｋｂ・Δｙに所定のオフセット
値ａを加算してなる値（ｋｂ・Δｙ＋ａ）だけ、支持脚
側の脚体３の足平部７に対して左方向に移動させた位置
として決定する。ここで、上記オフセット値ａは、Δｙ
＝０のとき（例えばロボットＲの直進歩行時）における
ロボットＲの脚体３の足平部７，７の左右方向の間隔を
規定するものである。また、ロボットＲの遊脚側の脚体
３の足平部７の着床姿勢を、前記方位角Δθに所定の正
のゲイン係数ｋｃを乗算してなる値ｋｃ・Δθだけ、支
持脚側の脚体３の足平部７の向きに対して鉛直軸回りに
左方向に回転させた向きとして決定する。

【０１０１】尚、上記のような着床足平位置／姿勢指令
の決定は、オペレータＯＰが右足平を持ち上げて、両足
平を移動させた場合にも同様に行われる。この場合に
は、ロボットＲの左側の脚体３の足平部７に対する右側
の脚体３の足平部７の着床足平位置／姿勢指令が決定さ
れる。

【０１０２】このようにしてロボットＲの着床足平位置
／姿勢指令を決定することで、該着床足平位置／姿勢指
令は、オペレータＯＰが持ち上げた一方の足平を足平載
架体４１上に接地された際の両足平の相対的な位置／姿
勢関係に対応したものに決定される。

【０１０３】図１２に戻って、マスター演算処理装置４
３は、次に、前記ＳＴＥＰ１２−１１で決定した着床足
平位置／姿勢指令を通信装置３５を介してロボット側制
御ユニット１１に送信し（ＳＴＥＰ１２−１２）、さら
に、動作モードを接地モードに変更した後（ＳＴＥＰ１
２−１３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。

【０１０４】尚、マスター演算処理装置４３から前述の
如く離床／着床指令や着床足平位置／姿勢指令が与えら
れるロボット側制御ユニット１１の処理は、前記第１の
態様の実施形態と全く同一で（図７参照）、この処理に
よって、ロボットＲは自己の姿勢の安定化を自律的に図
りつつ、基本的には、オペレータＯＰの足平の動作と同
じような形態で脚体３を動かす。この時のロボットＲの
脚体３の動作はオペレータＯＰの足平の動きに対して一
歩分遅れて行われる。

【０１０５】このようなロボットＲの遠隔制御システム
によれば、オペレータＯＰがシート１４に着座したまま
歩行するかのようにして、その足平を足平載架体４１に
対して上下させながら動かすことで、持ち上げ側の足平
の足平載架体４１上への接地時における両足平の相対的
な位置／姿勢によってロボットＲの移動時の歩幅や移動
方向が規定されるため、前記第１の態様の実施形態と同
様に、オペレータＯＰは自身の足平の動きを、ロボット
Ｒの脚体３の動きとして感覚的に認識することができ、
確実にロボットＲの脚体３の所望の動作を行わしめるこ
とができる。また、オペレータＯＰは、シート１４に着
座したまま足平を動かすことで、ロボットＲを移動させ
ることができるので、ロボット操縦装置Ｓ’側に広範な
設備を設けずとも、ロボットＲを広い範囲で移動させる
ことができる。

【０１０６】尚、本実施形態では、足平載架体４１上の
両足平の相対的な位置／姿勢を検出するために、各足平
に装着するシューズ４０に設けた前述の形状の突起４２
を用いたが、例えば図１３に示すように、二つの突起５
０，５１を各シューズ４０の足底に該シューズ４０の長
手方向に間隔を存して設けておき、これらの突起５０，
５１のうち、例えば突起５０の相対的な位置によって、
両足平の相対的な位置を把握すると共に、各シューズ４
０毎に突起５０に対する突起５１の位置によって各シュ
ーズ４０を装着した各足平の向きを把握して、それによ
って、両足平の相対的な姿勢（向き）を認識するように
してもよい。さらには、各足平と足平載架体との接触面
の形状からパターン認識的な手法によって、両足平の相
対的な位置や姿勢関係を把握するようにしてもよい。

【０１０７】また、本実施形態では、オペレータＯＰの
足平の足平載架体４１に対する接地・離反や、両足平の
接地時の相対的な位置／姿勢を分布型接触センサ４１ａ
の出力データに基づいて検出するようにしたが、それら
の検出を例えば分布型荷重センサを用いて行うようにし
てもよく、あるいは、接地・離反の検出は、前記第１の
態様の実施形態で用いたような接地センサを用いて行う
ようにしてもよい。

【０１０８】また、本実施形態では、例えばロボットＲ
の支持脚側の足平部７に対する上体（胴体２）の向き
を、該支持脚側の足平部７に対応するオペレータＯＰの
足平に対する足平載架体４１の向きに応じて決定するよ
うにすることも可能である。

【０１０９】また、前記第１及び第２の態様の各実施形
態では、上体支持機構としてシート１４を用いたが、こ
れに限らず、オペレータＯＰの上体を支持できるもので
あれば、他の構造のものを使用してもよい。

【０１１０】また、前記各実施形態では、ロボットＲ
は、ある程度、その姿勢を自律的に安定化するための構
成を備えたものを示したが、そのような構成を具備して
いないものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１及び第２の態様の実施形態で遠隔
制御を行う二足歩行型ロボットを示す側面図。

【図２】本発明の第１の態様の実施形態におけるロボッ
ト操縦装置を示す側面図。

【図３】図２のロボット操縦装置の要部の構成を示す斜
視図。

【図４】本発明の第１の態様の実施形態における制御シ
ステムを示すブロック図。

【図５】図２のロボット操縦装置の操作方法及び図４の
制御システムの作動を説明するための図。

【図６】図４の制御システムの作動を説明するためのフ
ローチャート。

【図７】図４の制御システムの作動を説明するためのフ
ローチャート。

【図８】本発明の第２の態様の実施形態におけるロボッ
ト操縦装置を示す側面図。

【図９】図８のロボット操縦装置で使用するシューズの
足底を示す平面図。

【図１０】本発明の第２の態様の実施形態における制御
システムを示すブロック図。

【図１１】図８のロボット操縦装置の操作方法及び図１
０の制御システムの作動を説明するための図。

【図１２】図１０の制御システムの作動を説明するため
のフローチャート。

【図１３】図８のロボット操縦装置で使用するシューズ
の他の形態の足底を示す平面図。

【符号の説明】

Ｒ…二足歩行型ロボット、ＯＰ…オペレータ、３…脚
体、１５…球体、２０，２２，２３…ロータリエンコー
ダ（球体回転検出手段）、２５…シューズ、２６…接地
センサ（足平接地／離反検出手段）、３６…マスター演
算処理装置（脚体動作指令手段）、４１…足平載架体、
４１ａ…分布型接触センサ、４４…足平接地／離反検出
手段、４５…足平位置／姿勢検出手段、４６…脚体動作
指令手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二足歩行型ロボットの脚体をオペレータの
   操作に応じて動作させる遠隔制御システムにおいて、オ
   ペレータの上体を支持する上体支持機構と、該上体支持
   機構に上体を支持したオペレータの両足平を載せる回転
   自在な球体と、オペレータの各足平が前記球体に接地し
   ているか該球体から離反しているかを検出する足平接地
   ／離反検出手段と、オペレータの一方の足平が前記球体
   から離反されてから該球体上に再び接地される際に該球
   体がオペレータの他方の足平によって回転されたときの
   前記球体の回転量及び／又は回転方向を検出する球体回
   転検出手段と、前記足平接地／離反検出手段により前記
   球体から離反されたことが検出されたオペレータの足平
   に対応する前記二足歩行型ロボットの脚体を離床・着床
   を行わしめるべき脚体として、前記球体回転検出手段に
   より検出された前記球体の回転量及び／又は回転方向に
   応じた該脚体の着床位置及び／又は姿勢を前記二足歩行
   型ロボットに指令する脚体動作指令手段とを備えたこと
   を特徴とする二足歩行型ロボットの遠隔制御システム。
2. 【請求項２】前記足平接地／離反検出手段は、前記オペ
   レータの各足平に装着するシューズに備えられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の二足歩行型ロボットの遠
   隔制御システム。
3. 【請求項３】二足歩行型ロボットの脚体をオペレータの
   操作に応じて動作させる遠隔制御システムにおいて、オ
   ペレータの上体を支持する上体支持機構と、該上体支持
   機構に上体を支持したオペレータの両足平を載せ、その
   載架状態で該足平を移動可能に支承する足平載架体と、
   オペレータの各足平が前記足平載架体に接地しているか
   該足平載架体から離反しているかを検出する足平接地／
   離反検出手段と、オペレータの一方の足平が前記足平載
   架体から離反されてから該足平載架体上に再び接地され
   た際に該足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な
   位置及び／又は姿勢を検出する足平位置／姿勢検出手段
   と、前記足平接地／離反検出手段により前記足平載架体
   から離反されたオペレータの足平に対応する前記二足歩
   行型ロボットの脚体を離床・着床を行わしめるべき脚体
   として、前記足平位置／姿勢検出手段により検出された
   前記足平載架体上のオペレータの両足平の相対的な位置
   及び／又は姿勢に応じた該脚体の着床位置及び／又は姿
   勢を前記二足歩行型ロボットに指令する脚体動作指令手
   段とを備えたことを特徴とする二足歩行型ロボットの遠
   隔制御システム。
4. 【請求項４】前記足平載架体の上面部に設けられた分布
   型接触センサを備え、前記足平接地／離反検出手段は、
   該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの各足
   平が前記足平載架体に接地しているか該足平載架体から
   離反しているかを検出し、前記足平位置／姿勢検出手段
   は、該分布型接触センサの出力に基づき、オペレータの
   両足平の相対的な位置及び／又は姿勢を検出することを
   特徴とする請求項３記載の二足歩行型ロボットの遠隔制
   御システム。