JPH11300661A - 脚式移動ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脚式移動ロボット、特に２足歩行ロボットに
おいてロボットに作用する実全床反力および実各足平床
反力を適切に制御し、大域的のみならず局所的な傾斜や
突起を持つ路面でも安定した姿勢で歩行させると共に、
スピンを防止し、かつ関節アクチュエータの負担を軽減
する。 【解決手段】 ロボットの姿勢傾斜を検出し、目標全床
反力中心点まわりの補償全床反力モーメントを決定し、
各足平に分配して目標全床反力中心点まわりと目標各足
平床反力中心点まわりに、それぞれ所定角度回転させる
よう足平の位置・姿勢を決定する。さらに、実各足平床
反力が作り出す（実全床反力に影響しない）内力成分も
独立に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は脚式移動ロボット
の制御装置、詳しくはその姿勢制御装置に関し、より詳
しくは２足歩行ロボットなどの脚式移動ロボットの脚部
の動作をコンプライアンス制御し、脚式移動ロボットに
作用する床反力を適切に制御するようにしたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最も基本的で単純な脚式移動ロボット、
より具体的には２足歩行ロボットの制御装置は、目標運
動パターン生成装置と関節駆動制御装置から構成され
る。目標運動パターン生成装置は、少なくとも目標運動
パターンを生成する。通常、歩行の運動パターンは、そ
れから動力学的計算によって算出される、即ち、オイラ
ー・ニュートン方程式を解くことによって求められるＺ
ＭＰ軌跡が予め設定しておいた望ましい軌跡になるよう
に生成される。関節駆動制御装置は、歩容生成装置が生
成する各関節の変位指令に追従するように各関節を制御
する。

【０００３】ここで、ＺＭＰ（Zero Moment Point)は、
運動パターンによって発生する慣性力と重力の合力のモ
ーメントが、鉛直軸まわりの成分を除き、０となる床面
上の作用点を意味する。

【０００４】尚、その装置においては、歩容生成装置が
平らな床面を想定して歩容を生成していたにも関わら
ず、図３３に示すように、現在、両脚支持期の初期に、
前側の足平が予期しない路面を踏んでしまうと、その足
平に想定していた以上の過大な床反力が発生し、ロボッ
トが傾斜する。その問題を解決するために、本出願人
は、例えば特開平５−３０５５８６号公報において２足
歩行の脚式移動ロボットのその種の制御装置を提案して
いる。

【０００５】そこにおいては、上体傾斜を検出して上体
姿勢を復元させるのに必要な復元モーメント要求量を求
めると共に、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわり
の実全床反力モーメント成分を検出し、それを復元モー
メント要求量に一致させようと各足平を上下および回転
させるように制御している。この実全床反力モーメント
は、各実足平床反力の合力が目標全床反力中心点（目標
ＺＭＰ）まわりに発生させるモーメントである。

【０００６】図３３に示すような予期しなかった傾斜が
あった場合を例にとって先に提案した制御（以下『両脚
コンプライアンス制御』という）を説明する。尚、説明
のため、この図に示すように各足平に番号を付す。歩容
生成部は平らな床面を想定して歩容を生成していたにも
関わらず、図３３に示すように、現在、両脚支持期の初
期に第１足平が予期しなかった斜面を踏んだため、第１
足平に望ましい値よりも大きな足平床反力が発生した瞬
間であると仮定する。また、この瞬間ロボットは未だ望
ましい姿勢（上体傾斜０）であったと仮定する。

【０００７】提案した制御装置では、目標全床反力中心
点（目標ＺＭＰ）まわりの実全床反力モーメントが検出
される。この瞬間では、この実全床反力モーメントは、
第１足平床反力の鉛直成分が過大であるため、ロボット
を後に転倒させる方向に作用する。

【０００８】このモーメントを０にしようと、図３４に
示すごとく、仮想床面Ａ−Ａ’を想定し、各足平をあた
かも仮想床面上に乗せたまま、仮想床面を目標全床反力
中心点（目標ＺＭＰ）まわりに適当な角度Δθだけ回転
させた位置に各足平の位置を移動させる。

【０００９】それにより、第１足平床反力の鉛直成分が
減少すると共に、第２足平床反力の鉛直成分が増大す
る。この結果、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわ
りの実全床反力モーメントがほぼ０になる。即ち、床に
予期しなかった斜面があっても、両脚コンプライアンス
制御が正常に働くので、ロボットを転倒させないで歩行
継続させることができる。

【００１０】しかしながら、この提案技術だけでは両脚
支持期に各足平実床反力を制御することができないの
で、足平の接地点あたりの床形状に予期しない局所的な
傾きや凹凸があると、足平の接地性が低下してスピンし
やすくなったり、急激な姿勢変化を起こして転倒する場
合がある。

【００１１】例えば、図３５に示すように、両脚支持期
に第１足平のつまさきが予期しない突起（段差）を踏ん
でしまうと、両脚支持期は、第１足平のつまさきが急激
に下がりつつある時期であるので、つまさきで床を強く
蹴ってしまい、第１足平床反力の鉛直成分が急増する。
その結果、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわりに
急激に実全床反力モーメントが発生し、最悪の場合、両
脚コンプライアンスによって姿勢を復元させようとして
も間に合わずに転倒する。

【００１２】また、両脚支持期で倒れなかったとして
も、その直後に第２足平を床から離したとき、目標全床
反力中心点（目標ＺＭＰ）は第１足平のかかとにあるに
もかかわらず、かかとが浮いているために実全床反力中
心点はつまさきにあるので、目標全床反力中心点（目標
ＺＭＰ）まわりにロボットを後に倒そうとする実全床反
力モーメントが発生し、転倒する。

【００１３】即ち、この両脚コンプライアンス制御は、
長い距離でゆったりと変化する大域的な傾斜やうねりに
は対応できるが、足平の着地点の局所的な傾きや段差に
は対応できないと言える。

【００１４】上記した両脚コンプライアンス制御とは別
に、本出願人は、例えば特開平５−３０５５８４号公報
において、２足歩行ロボットの足首部にゴムなどのばね
特性を持った着地衝撃吸収機構を備えると共に、各足首
まわりの実足平床反力モーメント成分を検出し、それを
０にしようと各足首を回転させる足首コンプライアンス
制御を提案している。

【００１５】上記した問題点を解決するため、両脚コン
プライアンス制御に加えて、この特開平５−３０５５８
４号公報で提案する技術（以下『足首コンプライアンス
制御』という）を併用することもできる。

【００１６】その結果、足首コンプライアンス制御によ
って、図３６に示すように、予期しなかった第１足平床
反力モーメントを打ち消す方向に第１足首を回転させ、
かかとも床に接地させることができる。従って、その後
の片脚支持期になっても上述のようにロボットを転倒さ
せることはない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た両脚コンプライアンス制御および足首コンプライアン
ス制御を単純に併用するだけでは、２種の制御が干渉し
あい、実全床反力と実各足平床反力が望ましい値からず
れたり発振してしまう問題があった。

【００１８】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消することにあり、脚式移動ロボットに作用する実
床反力を、干渉を生じることなく、容易かつ適切に制御
することができる脚式移動ロボットの制御装置を提供す
ることにある。

【００１９】さらに、ロボットの実各足平床反力の力成
分を独立に制御すれば、例えばロボットを進行方向に推
進させる力を、接地圧の高い足平には大きくすると共
に、低い足平には小さくすることによって、姿勢安定性
を向上させてスリップを効果的に防止することができ
る。また、ロボットの実各足平床反力の力成分を適正に
制御することで、一方の足平が他方の足平の発生する進
行方向に推進させる力の負荷となっている状態なども解
消させることができ、関節アクチュエータの負担を軽減
させることができる。

【００２０】従って、この発明の第２の目的は、ロボッ
トの実各足平床反力の力成分を独立に制御することで、
姿勢安定性を向上させてスリップを効果的に防止すると
共に、関節アクチュエータの負担を軽減させるようにし
た脚式移動ロボットの制御装置を提供することにある。

【００２１】この発明の第３の目的は、大域的なうねり
や傾斜だけでなく、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期
しない床形状変化があっても、その影響をあまり受けず
に脚式移動ロボットに作用する床反力を適切に制御する
ことができる脚式移動ロボットの制御装置を提供するこ
とにある。

【００２２】この発明の第４の目的は、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力をさらに制御することによって、脚
式移動ロボットの姿勢安定化制御を容易にすることがで
きる脚式移動ロボットの制御装置を提供することにあ
る。

【００２３】この発明の第５の目的は、さらに、脚式移
動ロボットに作用する床反力を適切に制御することによ
って、脚式移動ロボットの接地性を高め、歩行時のスリ
ップや前述のスピンを防止することができる脚式移動ロ
ボットの制御装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、少なくとも基体と、前記
基体に第１の関節を介して連結されると共に、その先端
に第２の関節を介して連結される足部を備えた複数本の
脚部からなる脚式移動ロボットの制御装置において、前
記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置および姿勢
を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する全床反
力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボットの歩容
を生成する歩容生成手段、前記生成された歩容の全床反
力を前記足部のそれぞれに分配したときの前記足部上の
作用中心点たる目標足部床反力中心点を決定する目標足
部床反力中心点決定手段、前記足部に作用する実床反力
を検出する実床反力検出手段、前記検出された実床反力
が前記算出された目標足部床反力中心点まわりに作用す
るモーメントを算出し、少なくとも前記算出されたモー
メントに基づいて前記足部を回転させる回転量を決定す
る足部回転量決定手段、前記決定された足部回転量に基
づいて前記足部の位置および／または姿勢が回転するよ
うに前記目標位置および／または姿勢を修正する第１の
足部位置・姿勢修正手段、前記検出された実床反力から
実全床反力に影響しない内力成分を求めて前記生成され
た歩容の内力成分との偏差を算出し、前記算出した偏差
に基づいて前記足部のそれぞれの補償変位を算出する補
償変位算出手段、前記算出された補償変位に基づいて目
標足部位置・姿勢を修正する第２の足部位置・姿勢修正
手段、および前記第１および第２の足部位置・姿勢手段
によって修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロ
ボットの第１および第２の関節を変位させる関節変位手
段を備える如く構成した。

【００２５】請求項２項にあっては、少なくとも基体
と、前記基体に第１の関節を介して連結されると共に、
その先端に第２の関節を介して連結される足部を備えた
複数本の脚部からなる脚式移動ロボットの制御装置にお
いて、前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置お
よび姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用す
る全床反力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボッ
トの歩容を生成する歩容生成手段、前記生成された歩容
の全床反力を前記足部のそれぞれに分配したときの前記
足部上の作用中心点たる目標足部床反力中心点を決定す
る目標足部床反力中心点決定手段、前記足部に作用する
実床反力を検出する実床反力検出手段、少なくとも前記
検出された実床反力に基づいて前記足部を回転させる回
転量を決定する足部回転量決定手段、前記決定された足
部回転量に基づいて前記足部の位置および／または姿勢
が、前記決定された目標足部床反力中心点あるいはその
近傍まわりに回転するように、前記目標位置および／ま
たは姿勢を修正する第１の足部位置・姿勢修正手段、前
記検出された実床反力から実全床反力に影響しない内力
成分を求めて前記生成された歩容の内力成分との偏差を
算出し、前記算出した偏差に基づいて前記足部のそれぞ
れの補償変位を算出する補償変位算出手段、前記算出さ
れた補償変位に基づいて目標足部位置・姿勢を修正する
第２の足部位置・姿勢修正手段、および前記第１および
第２の足部位置・姿勢手段によって修正された足部の位
置・姿勢に基づいて前記ロボットの第１および第２の関
節を変位させる関節変位手段を備える如く構成した。

【００２６】請求項３項にあっては、前記第１の足部位
置・姿勢修正手段は、前記決定された足部回転量に基づ
いて前記足部の位置および／または姿勢が、前記決定さ
れた目標足部床反力中心点あるいはその近傍まわりに回
転するように、前記目標位置および／または姿勢を修正
する如く構成した。

【００２７】請求項４項にあっては、さらに、前記ロボ
ットに実際に作用する全床反力モーメント、または前記
ロボットに実際に作用する全床反力モーメントから前記
足部に作用する床反力モーメントを減算して得たモーメ
ントのいずれかを算出し、少なくとも前記算出されたモ
ーメントに応じて前記足部を移動させる移動量を決定す
る足部移動量決定手段を備え、前記第１の足部位置・姿
勢修正手段は、前記決定された足部回転量および前記決
定された移動量に基づいて前記足部の位置および／また
は姿勢を修正する如く構成した。

【００２８】請求項５項にあっては、前記全床反力の目
標パターンに付加する姿勢安定化補償全床反力モーメン
トを求め、前記足部回転量決定手段および／または前記
足部移動量決定手段は、少なくとも前記検出された実床
反力と前記求めた姿勢安定化補償全床反力モーメントに
基づいて前記足部の回転量および／または移動量を決定
する如く構成した。

【００２９】請求項６項にあっては、前記姿勢安定化補
償全床反力モーメントを、少なくとも前記ロボットの傾
き偏差に基づいて求める如く構成した。

【００３０】請求項７項にあっては、前記補償変位算出
手段は、前記偏差に所定の重みを乗じて前記足部の補償
変位を足部のそれぞれに分配する如く構成した。

【００３１】請求項８項にあっては、前記所定の重みが
時変特性および／または周波数特性を持つ如く構成し
た。

【００３２】

【作用】請求項１項にあっては、脚式移動ロボットに作
用する床反力を、干渉を生じることなく、容易かつ適切
に制御することができる。換言すれば、先に提案した両
脚コンプライアンス制御および足首コンプライアンス制
御の併用に近い制御を行っても、制御の干渉がなく、実
全床反力と実各足平床反力が望ましい値からずれたり発
振することがない。

【００３３】また、ロボットの実各足平床反力が作り出
す内力成分（実全床反力に影響しない成分の組み合わ
せ）を独立に制御することで姿勢安定性を向上させてス
リップを効果的に防止することができると共に、関節ア
クチュエータの負担を軽減させることができる。

【００３４】さらには、大域的なうねりや傾斜だけでな
く、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変
化があっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボ
ットに作用する床反力を適切に制御することができる。

【００３５】請求項２項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができる。

【００３６】請求項３項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、床反力をより適
切に制御することができる。

【００３７】請求項４項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、特に姿勢制御に
重要な全床反力を一層適切に制御することができる。

【００３８】請求項５項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力
を向上させることができる。

【００３９】請求項６項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力を
一層向上させることができる。

【００４０】請求項７項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができる。

【００４１】請求項８項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、補償変位の分配を
一層適正に行うことができる。

【００４２】

【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制御装置を説明する。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。

【００４３】図１はその脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す概略図である。

【００４４】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）のロール方向（Ｘ軸まわり）の
関節１４Ｒ，１４Ｌ、股（腰部）のピッチ方向（Ｙ軸ま
わり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、膝部のピッチ方向の関節
１６Ｒ，１６Ｌ、足首のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８
Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成され
る。

【００４５】関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部に
は足平（足部）２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最
上位には上体（基体）２４が設けられ、その内部にマイ
クロコンピュータからなる制御ユニット２６（後述）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（足首関節）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３
０Ｒ，３０Ｌで連結される。

【００４６】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
「＊」はスカラに対する演算としては乗算を、ベクトル
に対する演算としては外積を示す）。

【００４７】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の位置およびその移動速度を
意味する。

【００４８】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、足部の着地の有無および床反力（接地荷重）
などを検出する。

【００４９】また、上体２４には傾斜センサ６０が設置
され、Ｚ軸（鉛直方向（重力方向））に対する傾きとそ
の角速度を検出する。傾斜センサ６０はＧセンサおよび
角速度センサとから構成され、Ｇセンサは上体２４の
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出する。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。

【００５０】図２に示すように、足平２２Ｒ（Ｌ）の上
方には、ばね機構３２が装備されると共に、足底にはゴ
ムなどからなる足底弾性体３４が貼られる。ばね機構３
２は具体的には、足平２２Ｒ（Ｌ）に取り付けられた方
形状のガイド部材と、足首関節１８Ｒ（Ｌ）および６軸
力センサ４４側に取り付けられ、前記ガイド部材に弾性
材を介して微動自在に収納されるピストン状部材とから
なる。

【００５１】図中に実線で表示された足平２２Ｒ（Ｌ）
は、床反力を受けていないときの状態を示す。床反力を
受けるとバネ機構３２と足底弾性体３４がたわみ、足平
は図中に点線で表示された位置・姿勢に移る。この構造
は、着地衝撃を緩和するためだけでなく、制御性を高め
るためにも重要なものである。尚、その詳細は前記した
特開平５−３０５５８４号に記載されているので、詳細
な説明は省略する。

【００５２】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歩容に対する要求を入力できるよ
うに構成される。

【００５３】図３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。

【００５４】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
歩容に基づいて後述の如く関節角変位指令を算出し、Ｒ
ＡＭ７４に送出する。また第２の演算装置８２はＲＡＭ
７４からその指令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。

【００５５】ここで、この明細書および図面で使用する
用語について定義する（尚、定義しない用語に関して
は、本出願人が前記した技術とは別に提案した出願（特
願平８−２１４２６１号）で使用した定義に従う）。

【００５６】『歩容』は、ロボット工学における一般的
な定義と異なり、目標運動パターンと床反力パターンを
合わせたものを指称する意味で使用する。但し、床反力
パターンとしては、例えば『ＺＭＰ軌跡だけ』というよ
うに、部分情報であっても良い。そのため、目標運動パ
ターンだけを出力して床反力パターンに関する情報を出
力しない装置に対して「歩容生成装置」と言う言葉を用
いない。

【００５７】各脚には、通し番号をつける。第ｎ脚に作
用する床反力を第ｎ足平床反力という（ｎ：１または
２。以下同じ）。全脚に作用する床反力を合成したもの
を全床反力という（ロボット工学では一般的には床反力
と呼ばれるが、足平床反力と区別するためにここでは
『全床反力』という）。

【００５８】足平床反力は作用点とそこにかかる力と力
のモーメントによって表現され、同一の足平床反力に対
して、表現の組み合わせは無限通りある。その中には、
鉛直軸まわりの成分を除くモーメント成分が０でかつ作
用点が床面上にある表記が存在する。この表現における
作用点を、ここでは足平床反力中心点という（本出願人
が別途提案した後述する特開平６−７９６５７号では
『接地圧重心点』と称した）。

【００５９】同様に、全床反力は作用点とそこにかかる
力と力のモーメントによって表現され、同一の全床反力
に対して表現の組み合わせは無限通りある。その中に
は、鉛直軸まわりの成分を除くモーメント成分が０でか
つ作用点が床面上にある表現が存在する。この表現にお
ける作用点を、ここでは全床反力中心点という。

【００６０】全床反力の目標値を目標全床反力という。
目標全床反力は、通常、目標運動パターンに対して動力
学的に平衡する全床反力である。従って、通常、目標全
床反力中心点は、目標ＺＭＰに一致する。

【００６１】尚、始めに触れたように、目標ＺＭＰ（Ze
ro Moment Point ）は次のように定義される。即ち、目
標運動パターンによって発生する慣性力と重力の合力を
動力学的に求め、これが床面上のある点に作用するモー
メントが、鉛直軸まわりの成分を除き０であるならば、
その点を目標ＺＭＰ（Zero Moment Point)という。目標
ＺＭＰは、合力の垂直方向力成分が０でない限り、一義
的に求められる。以下の説明では、理解しやすくするた
めに、目標ＺＭＰという言葉を用いる場合もあるが、厳
密には目標床反力中心点と言うべき箇所が多い。

【００６２】各足平床反力の目標値を目標各足平床反力
という。但し、目標全床反力とは異なり、目標運動パタ
ーンが決まっていても目標各足平床反力は一義的には決
定されない。実際のロボットに作用する全床反力を実全
床反力という。実際のロボットに作用する各足平床反力
を実各足平床反力という。

【００６３】ここで、この発明の課題について再説する
と、この発明は、局所的な傾きや段差に対して先に提案
した両脚コンプライアンス制御では良好な姿勢安定性を
得ることが困難であると共に、その不都合は足首コンプ
ライアンス制御を用いれば解消することができるが、両
者を単純に併用するだけでは干渉し合い、実全床反力と
実各足平床反力が望ましい値からずれたり、発振する不
都合があった。

【００６４】その問題点を先の図３３に示す状況で説明
すると、第１足平はかかとに予期しなかった過大な床反
力を受けているため、第１足首のまわりに過大な実足平
床反力モーメントが発生する。足首コンプライアンス制
御は、このモーメントを０にしようと第１足首を図３６
に示すように回転させる。

【００６５】しかしながら、足首の回転によって、第１
足平のかかと位置が高くなるので、第１足平床反力の鉛
直成分が減少する。この結果、目標全床反力中心点（目
標ＺＭＰ）まわりの実全床反力モーメントが変化する。
これは、両脚コンプライアンス制御の制御量である実全
床反力モーメントが、足首コンプライアンス制御に干渉
されることを意味する。

【００６６】従って、足首コンプライアンス制御による
干渉を考慮しないで、両脚コンプライアンス制御を、足
首コンプライアンス制御がない場合と同様に働かせる
と、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわりの実全床
反力モーメントが０からずれたり、干渉による振動や発
振が生じる。

【００６７】それを防止する方法のひとつとして、両脚
コンプライアンス制御と足首コンプライアンス制御の間
の干渉量を求め、それを打ち消すような操作量を加える
ことによって干渉しないようにすることが考えられる
が、歩行中は姿勢が時々刻々と変化し、干渉関係も時々
刻々と変化するため、この手法で干渉を回避することは
極めて難しい。

【００６８】また、図３６に示す状況では、第１足平が
接触している床は想定していた床よりも登り傾斜なの
で、第１足平は、目標歩容よりもつまさきを上げるべき
である。それにもかかわらず、足首コンプライアンス制
御によりつまさきが下がってしまうことは、足首コンプ
ライアンス制御が適切に作用していないとも言える。

【００６９】以上のように、足首コンプライアンス制御
は足平の着地点の局所的な床の傾きや段差には効果があ
るが、長い距離でゆったりと変化する傾斜やうねりに
は、却って悪影響を与える場合がある。

【００７０】従って、実施の形態に係る装置において
は、脚式移動ロボットに作用する床反力、より具体的に
は、目標全床反力中心点まわりの実全床反力モーメント
と、目標各足平床反力中心点まわりの実各足平床反力モ
ーメントを容易かつ適切に制御できるようにした。

【００７１】また、それによって大域的なうねりや傾斜
だけでなく、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない
床形状変化があっても、その影響をあまり受けずに安定
した姿勢でロボットを歩行継続させるようにした。

【００７２】尚、上記した課題を解決すべく、本出願人
は先に脚式移動ロボットの制御装置を提案しており、こ
の発明の目的はその提案技術をさらに改良し、実各足平
床反力の力成分を独立に制御して姿勢安定性を向上させ
てスピンなどを防止すると共に、関節アクチュエータの
負担も軽減するようにした脚式移動ロボットの制御装置
を提供することにある。

【００７３】図４は、この実施の形態に係る脚式移動ロ
ボットの制御装置（主として図３の第１の演算装置８０
に相当）の構成および動作を機能的に示すブロック図で
ある。以下、図４を参照してこの装置の全体構成を概説
する。

【００７４】この装置は歩容生成器を備え、歩容生成器
は目標歩容を生成し、出力する。目標歩容は、前述の定
義の通り、目標運動パターンと目標床反力パターン、よ
り具体的には目標上体位置・姿勢軌道、目標足平位置・
姿勢軌道、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）軌道およ
び目標全床反力軌道からなる。目標床反力パターンは、
このように、目標全床反力中心点軌跡を含む（後述する
機構変形補償を行わないならば、目標床反力パターンと
しては目標全床反力中心点軌跡だけでも良い）。

【００７５】この実施の形態において歩容生成器が出力
する目標全床反力は、目標運動パターンに対して動力学
的に平衡する全床反力である。従って、目標全床反力中
心点は、目標ＺＭＰに一致する。

【００７６】図５にロボット１が平地を歩行するときの
目標運動パターンの一例を示す。これに対応する目標Ｚ
ＭＰ軌道の床面上軌跡を図６に、タイム・チャートを図
７に示す。この歩容の期間に床に接触したままの足平
を、第１足平、もう一方を第２足平ということとする。
尚、歩容生成器の詳細は先に提案した特願平８−２１４
２６１号に詳細に述べられているので、これ以上の説明
は省略する。

【００７７】図４の説明に戻ると、この装置は目標床反
力分配器を備え、目標床反力分配器は、目標全床反力中
心点（目標ＺＭＰ）と目標足平位置・姿勢を主な入力と
し、目標各足平床反力中心点を決定して出力する。実際
には、歩容生成器から歩容のパラメータ（例えば、両脚
支持期の時間や遊脚足平の目標着地位置など）や、歩容
の時期・時刻（例えば、現在時刻が両脚支持期の初めか
ら0.1secであるなど）などの情報も必要に応じて取り込
む。

【００７８】図５に示すような歩容に対して、目標床反
力分配器は、目標各足平床反力中心点が以下の条件を満
足するように設定する。 条件１）目標各足平床反力中心点軌跡は連続である。 条件２）両脚支持期では、目標第１足平床反力中心点は
かかとに、目標第２足平床反力中心点はつまさきに存在
する。 条件３）このとき目標第１足平床反力中心点と目標第２
足平床反力中心点を結ぶ線分上に、目標全床反力中心点
が存在する。 条件４）片脚支持期では、目標第１足平床反力中心点
は、目標全床反力中心点に一致する。 条件５）片脚支持期の間に、目標第２足平床反力中心点
は、つまさきからかかとに移動する。

【００７９】これら条件を満足する目標第１足平床反力
中心点軌跡のタイム・チャートを図８に、目標第２足平
床反力中心点軌跡のタイム・チャートを図９に示す。
尚、この図では足首（関節１８，２０Ｒ（Ｌ））から足
平２２Ｒ（Ｌ）への垂直投影点を原点とし、図１に示す
ように足平前方向をＸ軸の正の向き、足平左方向をＹ軸
の正の向きにとる。

【００８０】目標床反力分配器は、更に、付随的ではあ
るが、目標各足平床反力も決定して出力する。目標各足
平床反力は、ばね機構３２などのたわみ補償のために必
要である。

【００８１】次式を用いて上記のように設定された目標
各足平床反力中心点に対応する目標各床反力を決定すれ
ば、目標各足平床反力の合力は目標全床反力に一致しな
ければならないと言う条件を満足する。

【００８２】 目標第１足平床反力＝目標全床反力＊（目標第２足平床反力中心点と目標ＺＭ Ｐの距離）／（目標第１足平床反力中心点と目標第２足平床反力中心点の距離） 目標第２足平床反力＝目標全床反力＊（目標第１足平床反力中心点と目標ＺＭ Ｐの距離）／（目標第１足平床反力中心点と目標第２足平床反力中心点の距離） ・・・式１

【００８３】このように求めた目標各足平床反力は連続
的に変化するので、衝撃の少ない歩行を実現するために
適している。尚、上記の詳細は本出願人が別途提案した
技術（特開平６−７９６５７号）に記述されている。

【００８４】図４の説明に戻ると、この装置は姿勢安定
化制御演算部を備え、姿勢安定化制御演算部はロボット
のセンサ情報に基づいてロボットの状態を推定し、補償
全床反力を算出する。即ち、実際にロボットが歩行ある
いは直立しているときなどには後述する変位コントロー
ラによって実関節変位を目標関節変位に完全に追従させ
ることができたとしても、ロボットの位置・姿勢は必ず
しも望ましい位置・姿勢にならない。

【００８５】ロボットの姿勢を長期的に安定化させるた
めには、ロボットを望ましい位置・姿勢に復元させるた
めに必要な力とモーメントを求め、これを目標全床反力
中心点（目標ＺＭＰ）を作用点として付加的に発生させ
る必要がある。この付加的な力とモーメントを補償全床
反力という。また、補償全床反力のモーメント成分を補
償全床反力モーメントという。

【００８６】尚、脚式移動ロボットの目標歩容が床反力
以外の反力を環境から受けるように想定し、それを例え
ば、目標対象物反力と称し、先に述べた目標ＺＭＰの定
義を次のように拡張しても良い。即ち、目標運動パター
ンによって発生する慣性力と重力と目標対象物反力の合
力を動力学的に求め、それが床面上のある点に作用する
モーメントが、鉛直軸まわりの成分を除いて零であるな
らば、その点を改めて目標ＺＭＰとするようにしても良
い。

【００８７】もし、ロボット１が完全剛体であって、変
位コントローラによって実関節変位を目標関節変位に完
全に追従させることができたと仮定すると、足平のばね
機構３２および足底弾性体３４のたわみによって生じる
ロボット全体の位置・姿勢の摂動的な運動は、以下の６
自由度に分解できる。

【００８８】モード１）目標全床反力中心点（目標ＺＭ
Ｐ）を中心とした前後軸まわり回転（即ち、左右傾き） モード２）目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）を中心と
した左右軸まわり回転（即ち、前後傾き） モード３）目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）を中心と
した鉛直軸まわり回転（即ち、スピン） モード４）前後平行移動揺れ モード５）左右平行移動揺れ モード６）上下平行移動揺れ

【００８９】この内で、モード４とモード５は、足平の
ばね機構３２および弾性体３４が前後左右方向のせん断
力を受けて撓むことによって発生するものである。ばね
機構３２および足底弾性体３４は剪断方向の剛性が高い
ように製作するので、この揺れは極めて少なく、歩行に
及ぼす悪影響はほとんどない。

【００９０】先に提案した技術では主としてモード１と
モード２を扱っていたが、この発明に係る実施の形態で
は、それに加えて、ロボット全体の挙動（モード１から
６）に直接的には影響しない内力の制御を行う。ここで
いう「内力」とは、全床反力に影響を与えない各足平床
反力の成分の組み合わせを意味する。尚、理解の便宜の
ため、重複するが、先の提案技術を説明する。

【００９１】モード１を制御するための操作量は、補償
全床反力の前後軸（Ｘ軸）まわりモーメント成分であ
る。モード２を制御するための操作量は、補償全床反力
の左右軸（Ｙ軸）まわりモーメント成分である。従っ
て、補償全床反力の成分の内、前後軸方向モーメント成
分と左右軸方向モーメント成分だけを求めれば良い。他
の成分は、この実施の形態では用いないので０で良い。

【００９２】尚、以降は次の定義に従う。即ち、補償全
床反力のモーメント成分を補償全床反力モーメントＭｄ
ｍｄ（詳しくは目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわ
りの補償全床反力モーメントＭｄｍｄ）という。図５に
示す如く、ロボットの前方向をＸ軸、左横方向をＹ軸、
上方向をＺ軸にとり、第１足平の足首直下の床面上の点
を原点とした座標系を支持脚座標系と呼び、断らない限
り、位置、力およびモーメントはこの座標系で表現され
るものとする。また、ＭｄｍｄのＸ成分をＭｄｍｄｘ、
Ｙ成分をＭｄｍｄｙ、Ｚ成分をＭｄｍｄｚと記述する。
上体２４の傾斜偏差（即ち、実上体傾斜−目標上体傾
斜）θerr のＸ成分をθerrx, Ｙ成分をθerry、これら
の時間微分値を(dθerrx / dt)，(dθerry / dt)と記述
する。

【００９３】ＭｄｍｄｘおよびＭｄｍｄｙは、例えば次
式の制御則によって決定される。 Mdmdx = - Kthxθerrx - Kwx (dθerrx / dt) Mdmdy = - Kthyθerry - Kwy (dθerry / dt) ・・・式２ ここで、Ｋｔｈｘ，Ｋｔｈｙ，ＫｗｘおよびＫｗｙは、
上体傾斜安定化制御ゲインである。

【００９４】後述する複合コンプライアンス動作決定部
は、目標全床反力と補償全床反力の合力に実全床反力を
一致させようと働く。

【００９５】図４の説明に戻ると、この装置は実各足平
床反力検出器を備え、実各足平床反力検出器は、６軸力
センサ４４によって実各足平床反力（その合力が実全床
反力）を検出する。更に、関節のエンコーダによって検
出される実変位（あるいは変位指令）に基づき、上体に
固定された座標系に対する各足平の相対位置・姿勢を算
出し、それによって６軸力センサ４４の検出値を座標変
換し、上体に固定された座標系で表現された実各足平床
反力を算出した後、更に、支持脚座標系に変換する。

【００９６】この装置はロボット幾何学モデル（逆キネ
マティクス演算部）を備え、ロボット幾何学モデルは、
上体位置・姿勢と足平位置・姿勢を入力されると、それ
らを満足する各関節変位を算出する。この実施の形態に
おけるロボット１のような１脚あたりの関節自由度が６
である場合には、各関節変位は一義的に求まる。

【００９７】この実施の形態では逆キネマティクスの解
の式を直接的に求めておき、式に上体位置・姿勢と足平
位置・姿勢を代入するだけで各関節変位を得るようにし
た。即ち、ロボット幾何学モデルは、目標上体位置・姿
勢と複合コンプライアンス動作決定部で修正された修正
目標足平位置・姿勢軌道（機構変形補償入り修正目標足
平位置・姿勢軌道）を入力し、それらから１２個の関節
（１０Ｒ（Ｌ）など）の関節変位指令（値）を算出す
る。尚、ヤコビアンによって関節角変位を得ても良い。

【００９８】この装置は変位コントローラ（前記した第
２の演算装置８２に同じ）を備え、変位コントローラ
は、ロボット幾何学モデル（逆キネマティクス演算部）
で算出された関節変位指令（値）を目標値としてロボッ
ト１の１２個の関節の変位を追従制御する。

【００９９】前記した複合コンプライアンス動作決定部
は、以下の２つの要求を満足させようと、目標足平位置
・姿勢軌道を修正する。

【０１００】要求１）ロボットの位置・姿勢制御のため
に、実全床反力を姿勢安定化制御部が出力する補償全床
反力（モーメントＭｄｍｄ）と目標全床反力の合力に追
従させる。ロボットの姿勢傾きだけを制御したい場合に
は、目標全床反力中心点まわりの実全床反力水平方向モ
ーメント成分だけを補償全床反力モーメントＭｄｍｄに
追従させる。

【０１０１】要求２）各足平の接地性を確保するため
に、できるかぎり目標各足平床反力中心点まわりの実各
足平床反力モーメントの絶対値を小さくする。

【０１０２】尚、補足すると、通常は実全床反力を補償
全床反力と目標全床反力の合力に一致させながら目標各
足平床反力中心点まわりの実各足平床反力モーメントを
０にすることが、物理的に不可能な場合が多い。従っ
て、要求１）と要求２）は完全に両立させることはでき
ず、ある点で妥協しなくてはならない。

【０１０３】上記を前提として図１０フロー・チャート
（構造化フロー・チャート）を参照してこの装置の動作
を説明する。尚、図の左端に該当する処理を行う図４装
置の構成要素を示す。

【０１０４】先ずＳ１０において装置を初期化し、Ｓ１
２を経てＳ１４に進み、タイマ割り込みを待機する。タ
イマ割り込みは５０ｍｓごとになされ、即ち、制御周期
は５０ｍｓである

【０１０５】続いてＳ１６に進んで歩容の切り替わり
目、即ち、支持脚の切り替わり目か否か判断し、否定さ
れるときはＳ２２に進むと共に、肯定されるときはＳ１
８に進んでタイマｔをイニシャライズし、Ｓ２０に進ん
で目標歩容パラメータを設定する。前記の如く、歩容パ
ラメータは、運動パラメータと床反力パラメータ（ＺＭ
Ｐ軌道パラメータ）から構成される。

【０１０６】続いてＳ２２に進み、目標歩容の瞬時値を
決定する。ここで『瞬時値』は制御周期ごとの値を意味
し、目標歩容瞬時値は、目標上体位置・姿勢、目標各足
平位置・姿勢、および目標ＺＭＰ位置から構成される。
尚、ここで『姿勢』はＸ，Ｙ，Ｚ空間における『向き』
を意味する。

【０１０７】続いてＳ２４に進んで目標各足平床反力中
心点を求める。これは、目標床反力分配器の説明で述べ
たように行う。具体的には、図８および図９に示すよう
に設定した目標各足平床反力中心点軌跡の現在時刻ｔに
おける値を求めることで行う。

【０１０８】続いてＳ２６に進んで目標各足平床反力を
求める。これは目標床反力分配器の説明で述べた式１を
用いて目標各足平床反力を演算することで行う。

【０１０９】続いてＳ２８に進み、前記した傾斜センサ
６０などの出力から上体２４の傾斜などロボット１の状
態を検出する。

【０１１０】続いてＳ３０に進み、ロボット１の状態な
どから姿勢を安定化するための（目標全床反力中心点
（目標ＺＭＰ）まわりの）補償全床反力モーメントＭｄ
ｍｄｘ，Ｍｄｍｄｙを求める。具体的には、上体傾斜が
検出されたとき姿勢安定化を図るために前記した式２に
従って補償全床反力モーメントＭｄｍｄｘ，Ｍｄｍｄｙ
を演算する。

【０１１１】続いてＳ３２に進んで実各足平床反力を検
出する。これは前記の如く、６軸力センサ４４の出力か
ら検出する。

【０１１２】続いてＳ３４に進み、両脚補償角θｄｂｖ
および各足平補償角θｎｘ（ｙ）を決定する。これは、
前記した複合コンプライアンス動作決定部が行う作業で
ある。

【０１１３】その複合コンプライアンス動作決定部の作
業について説明する。説明の便宜のため、両脚支持期に
おいて図１１に示すように第１足平２２Ｒ（Ｌ）と第２
足平２２Ｌ（Ｒ）に実各足平床反力が作用している状況
と仮定する。

【０１１４】ここでベクトルＦｎａｃｔは第ｎ足平床反
力の力成分を表す。ベクトルＭｎａｃｔは第ｎ足平床反
力のモーメント成分を表す。ベクトルＭｎａｃｔの向き
は、向きに対して時計回りのモーメントが床から足平に
作用していることを表す。

【０１１５】この瞬間の目標全床反力は、図１２に示す
ようになっていると仮定する。ちなみに、目標全床反力
中心点（目標ＺＭＰ）における目標全床反力モーメント
ベクトルＭｓｕｍｒｅｆは垂直である（定義により、目
標ＺＭＰは目標全床反力モーメントの水平方向成分が０
である点であるから）。

【０１１６】これを式１に従って目標各足平床反力に分
配すると、図１３に示すようになる。同図において、ベ
クトルＦｎｒｅｆは目標第ｎ足平床反力の力成分を表
す。ベクトルＭｎｒｅｆは目標第ｎ足平床反力のモーメ
ント成分を表す。ベクトルＭｎｒｅｆの向きの表現は、
Ｍｎａｃｔと同様である。

【０１１７】説明のため、上体姿勢が左後ろに倒れそう
な状態を想定する。

【０１１８】前述の姿勢安定化制御演算部では、ロボッ
ト１の上体傾斜偏差検出値θｅｒｒｘ，θｅｒｒｙに基
づいて補償全床反力モーメントＭｄｍｄを算出する。こ
の実施の形態では鉛直軸（Ｚ軸）まわりのスピンを制御
しないので、補償全床反力モーメントＭｄｍｄの鉛直軸
成分は０である。上体位置の揺れも制御しないので、補
償全床反力モーメントの力成分も０である。この状態に
対応する補償全床反力モーメントＭｄｍｄを図１４に示
す。

【０１１９】姿勢を復元させるためには、目標全床反力
中心点（目標ＺＭＰ）まわりの実全床反力モーメントの
水平成分を、目標全床反力モーメントＭｓｕｍｒｅｆと
補償全床反力モーメントＭｄｍｄの和の水平成分に追従
させれば良い。

【０１２０】一方、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）
では目標全床反力モーメントＭｓｕｍｒｅｆの水平方向
成分は０である。従って、前後左右の姿勢傾きを復元さ
せるためには、目標ＺＭＰまわりの実全床反力モーメン
トの水平成分を、Ｍｄｍｄの水平成分に追従させれば良
い。

【０１２１】この実施の形態にあっては複合コンプライ
アンス動作決定部は、以下の要求をできる限り満足する
ように足平の位置・姿勢を修正する。要求１）ロボット
の姿勢傾斜を安定化制御するために、目標全床反力中心
点（目標ＺＭＰ）まわりの実全床反力モーメントの水平
方向（Ｘ，Ｙ軸方向）成分を、補償全床反力モーメント
Ｍｄｍｄの水平方向成分に追従させる。要求２）各足平
の接地性を確保するために、できるかぎり目標各足平床
反力中心点まわりの実各足平床反力モーメントの絶対値
を小さくする。

【０１２２】但し、前述の通り、要求１）と要求２）
は、完全に両立させることはできず、ある点で妥協しな
くてはならない。

【０１２３】足平の位置・姿勢の修正は、この実施の形
態では次のように行う。 １）目標第１足平床反力中心点Ｑ１と目標第２足平床反
力中心点Ｑ２を含み、かつ水平面と垂直な平面の法線ベ
クトルＶを求める。Ｖの大きさは１とする。Ｖを図１５
に示す。

【０１２４】２）目標第１足平床反力中心点Ｑ１の座標
を、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）を回転中心に法
線ベクトルＶまわりに、ある回転角θｄｂｖだけ回転移
動する。移動した後の点をＱ１’とする。同様に、目標
第２足平床反力中心点Ｑ２の座標を、目標全床反力中心
点（目標ＺＭＰ）を回転中心に法線ベクトルＶまわりに
回転角θｄｂｖだけ回転移動する。移動した後の点をＱ
２’とする。

【０１２５】この回転角θｄｂｖを両脚補償角という。
始点がＱ１、終点がＱ１’のベクトルをベクトルＱ１Ｑ
１’とする。同様に、始点がＱ２、終点がＱ２’のベク
トルをベクトルＱ２Ｑ２’とする。図１６にＱ１’とＱ
２’を示す。

【０１２６】３）目標第１足平を、姿勢は変えずにベク
トルＱ１Ｑ１’だけ平行移動（ほぼ上下移動）させる。
同様に、目標第２足平を、姿勢は変えずにベクトルＱ２
Ｑ２’だけ平行移動させる。移動後の目標各足平を図１
６に太線で示す。

【０１２７】４）次に、目標第１足平をＱ１’を中心
に、前後方向軸（Ｘ軸）まわりに回転角θ１ｘ、左右方
向軸（Ｙ軸）まわりに回転角θ１ｙだけ回転させる。同
様に、目標第２足平を目標第２足平をＱ２’を中心に前
後方向軸（Ｘ軸）まわりに回転角θ２ｘ、左右方向軸
（Ｙ軸）まわりに回転角θ２ｙだけ回転させる。回転角
θｎｘ，θｎｙをそれぞれ第ｎ足平Ｘ補償角、第ｎ足平
Ｙ補償角という。回転後の目標各足平を図１７に太線で
示す。

【０１２８】以上の補償動作量が過大でなければ、接地
圧力分布は変わっても、接地領域（足底面の圧力が正の
領域）は変わらない。このような場合には、補償動作量
に比例して各足平に装着されたばね機構３２や足底弾性
体３４などが変形し、変形量に応じた実各足平床反力が
発生する。この結果、補償動作量と補償動作によって発
生する実床反力の変化量との間の関係は、以下に示す良
好な特性を持つ。

【０１２９】特性１）両脚補償角θｄｂｖだけを操作し
て目標各足平位置を移動させると、下がった足平の実足
平床反力の力成分が増加し、上がった足平の実足平床反
力の力成分が減少する。このとき、修正目標各足平床反
力中心点まわりの実各足平床反力モーメントは、ほとん
ど変化しない。

【０１３０】特性２）第ｎ足平Ｘ補償角だけを操作して
目標第ｎ足平姿勢を回転させると、目標第ｎ足平床反力
中心点に作用する実第ｎ足平床反力のモーメントのＸ成
分だけが変化し、その他の床反力成分は少ししか変化し
ない。同様に、第ｎ足平Ｙ補償角だけを操作して目標第
ｎ足平姿勢を回転させると、実第ｎ足平床反力のモーメ
ントのＹ成分だけが変化し、その他の床反力成分は少し
しか変化しない。

【０１３１】特性３）両脚補償角θｄｂｖ、各足平Ｘ補
償角および各足平Ｙ補償角を同時に操作すると、実各足
平床反力の変化量は、それぞれを単独に操作したときの
変化量の和になる。

【０１３２】特性１および特性２は、これらの操作に独
立性があることを示し、特性３はこれらの操作に線形性
があることを示していると言える。

【０１３３】図１８は複合コンプライアンス動作決定部
の演算処理を示すブロック図であり、同図を参照してこ
の作業を説明する。

【０１３４】概説すると、補償全床反力モーメント分配
器において補償全床反力モーメントＭｄｍｄの分配を行
う。次に、実各足平床反力と分配された補償全床反力モ
ーメントなどから、両脚補償角決定部および第ｎ足平Ｘ
（Ｙ）補償角決定部において前述の補償角θｄｂｖおよ
びθｎｘ（ｙ）を決定する。

【０１３５】次に、決定された各種補償角に基づいて修
正目標足平位置・姿勢算出部は、補償された足平位置・
姿勢（これを修正目標足平位置・姿勢という）を幾何学
演算によって求める。最後に、機構変形補償入り修正目
標足平位置・姿勢算出部は、目標各足平床反力によって
発生が予想されるばね機構３２や足底弾性体３４の変形
量を求め、それらを打ち消すように修正目標足平位置・
姿勢をさらに修正する。

【０１３６】以下詳説すると、補償全床反力モーメント
分配器は、補償全床反力モーメントＭｄｍｄを、両脚補
償モーメントＭｄｍｄｄｂ、各足平補償モーメントＭｄ
ｍｄ１ｘ，ｙ，Ｍｄｍｄ２ｘ，ｙに分配する。両脚補償
モーメントＭｄｍｄｄｂは、両脚補償角（足平上下量）
θｄｂｖを操作することによって目標全床反力中心点
（目標ＺＭＰ）まわりに各足平床反力の力成分が作るモ
ーメントの目標値である。

【０１３７】両脚補償モーメントＭｄｍｄｄｂのＶ方向
まわりの成分をＭｄｍｄｄｂｖと記述する。尚、ベクト
ルＶは複合コンプライアンス動作決定部の説明で定義し
たベクトルである。Ｖに直交し、鉛直方向にも直交する
ベクトルをＵとすると、両脚補償モーメントＭｄｍｄｄ
ｂのＵ方向成分Ｍｄｍｄｄｂｕは０に設定される。両脚
補償角θｄｂｖを操作しても、床反力のＵ方向モーメン
ト成分を発生することはできないからである。

【０１３８】この実施の形態では補償全床反力モーメン
トＭｄｍｄの鉛直方向成分が０なので、Ｍｄｍｄｄｂの
鉛直方向成分Ｍｄｍｄｄｂｚも０に設定される。

【０１３９】第１足平補償モーメントＭｄｍｄ１は、第
１足平補償角θ１ｘ，θ１ｙを操作することによって目
標第１足平床反力中心点まわりに発生させたいモーメン
トである。第１足平補償モーメントＭｄｍｄ１のＸ成分
をＭｄｍｄ１ｘ、Ｙ成分をＭｄｍｄｌｙと記述する。第
２足平補償モーメントＭｄｍｄ２は、第２足平補償角θ
２ｘ，θ２ｙを操作することによって目標第２足平床反
力中心点まわりに発生させたいモーメントである。第２
足平補償モーメントＭｄｍｄ２のＸ成分をＭｄｍｄ２
ｘ、Ｙ成分をＭｄｍｄ２ｙと記述する。

【０１４０】分配は、例えば次のように行う。 Mdmddbv ＝ Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy ・・・式３ Mdmd1x ＝ W1x * (Mdmdx - Wint * Vx * Mdmddbv) Mdmd1y ＝ W1y * (Mdmdy - Wint * Vy * Mdmddbv) Mdmd2x ＝ W2x * (Mdmdx - Wint * Vx * Mdmddbv) Mdmd2y ＝ W2y * (Mdmdy - Wint * Vy * Mdmddbv) ・・・式４

【０１４１】ここで、Ｗｄｂｘ，Ｗｄｂｙ，Ｗ１ｘ，Ｗ
１ｙ，Ｗ２ｘ，Ｗ２ｙおよびＷｉｎｔは分配用重み変数
である。VxはベクトルＶのＸ成分の値、Ｖｙはベクトル
ＶのＹ成分の値である。この中で、Ｗｉｎｔは、両脚補
償角を操作することによって発生した全床反力モーメン
トを各足平補償角を操作することによって打ち消すため
のものである。

【０１４２】式３と式４の演算処理を行う補償全床反力
モーメント分配器のブロック図を図１９に示す。

【０１４３】歩行時の分配用重み変数Ｗｄｂｘ，Ｗｄｂ
ｙ，Ｗ１ｘ，Ｗ１ｙ，Ｗ２ｘ，Ｗ２ｙおよびＷｉｎｔの
設定例を図２０に示す。図２０のパターンは、以下の注
意点を考慮して決定することが望ましい。

【０１４４】注意点１）両脚補償角と各足平補償角が不
連続的に変化すると、関節に過大なトルクが発生する。
そこで、両脚補償角と各足平補償角を連続的に変化させ
るために、分配用重み変数は連続的に変化させる。

【０１４５】注意点２）両脚補償角および各足平補償角
を操作することによって発生する実床反力モーメント
が、なるべく補償全床反力モーメントＭｄｍｄに近い値
になるように、分配用重み変数を決定する。

【０１４６】この際、直立時や歩行時など状況に応じて
以下に示すように設定方針を変えた方が良い。直立時な
どのように、両脚補償モーメントのＶ方向成分Ｍｄｍｄ
ｄｂｖ、各足平補償モーメントＭｄｍｄ１，Ｍｄｍｄ２
を忠実に実各足平床反力に発生させることができる状況
では以下のように設定する。

【０１４７】この状況では目標全床反力中心点（目標Ｚ
ＭＰ）まわりの実全床反力モーメントの水平方向成分
を、補償全床反力モーメントＭｄｍｄの水平方向成分に
一致させるために、（即ち、前述の複合コンプライアン
ス動作決定部に対する要求１を満足するために、）式５
と式６の両方をなるべく満足するように重みを設定すべ
きである。

【０１４８】 Mdmddbv*Vx + Mdmd1x + Mdmd2x = Mdmdx・・・式５ Mdmddbv*Vy + Mdmd1y + Mdmd2y = Mdmdy・・・式６

【０１４９】これに式３、式４を代入すると、式５は式
７に、式６は式８に変換される。 (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)*Vx + W1x * (Mdmdx -
Wint * Vx * (Wdbx *Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2x *
(Mdmdx - Wint * Vx * (Wdbx * Mdmdx +Wdby * Mdmd
y))= Mdmdx・・・式７ (Wdbx * Mdmdx + Wdby * Mdmdy)*Vy + W1y * (Mdmdy -
Wint * Vy * (Wdbx *Mdmdx + Wdby * Mdmdy)) + W2y *
(Mdmdy - Wint * Vy * (Wdbx * Mdmdx +Wdby * Mdmd
y)) = Mdmdy・・・式８

【０１５０】ＭｄｍｄｘとＭｄｍｄｙが任意の値を取っ
ても、式７と式８が恒等的に成立するためには、式９、
式１０、および式１１を同時に満足すれば良い。 Wint = 1 ・・・式９ W1x + W2x =1 ・・・式１０ W1y + W2y =1 ・・・式１１ 即ち、以上の状況では式９、式１０および式１１を同時
に満足するように、重みを決定すれば良い。

【０１５１】歩行時ではＭｄｍｄｄｂｖを目標にして両
脚補償角θｄｂｖを操作して足平の位置を修正しても、
実全床反力モーメントの発生量がＭｄｍｄｄｂｖに較べ
て不足する場合がある。例えば図２１のように両脚支持
期の初期にロボットが後傾して第１足平が未だ着地して
いない状況では、θｄｂｖによって第１足平の位置を下
げても、実床反力は変化しない。

【０１５２】同様に、Ｍｄｍｄ２を目標にして第２足平
補償角θ２を操作して第２足平の角度を修正しても、実
床反力モーメントの増加量がＭｄｍｄ２に較べて不足す
る場合がある。例えば、図２２のように両脚支持期の後
半にロボットが後傾している状況では、θ２によって第
２足平のかかとを下げても実床反力は変化しない。

【０１５３】従って、式５、式６を満足するように各重
みを設定しても、複合コンプライアンス制御によって発
生する実全床反力の増加量が補償全床反力モーメントＭ
ｄｍｄに届かない場合がある。このようなことが生じる
可能性が高い状況では、式５、式６の左辺の値を右辺で
割った値を１より大きくすべきである。

【０１５４】歩行時の分配用重み変数設定例である図２
０では、Ｗｉｎｔを０に設定することによって、図２１
の状況のように、両脚補償角θdbv を操作しても実全床
反力モーメントが発生できなくなっても、各足平補償角
を操作して不足分を補うようにした。

【０１５５】好都合なことに、図２１のように後傾する
と第２足平のかかとが結果的に下がって床に接地しやす
くなるので、第２足平補償角を操作することによって実
全床反力モーメントを発生させることができるようにな
る。

【０１５６】また、後傾していないときには両脚補償角
θｄｂｖを操作することによる実全床反力モーメントが
発生するが、第２足平のかかとが床に接地しないので、
第２足平補償角を操作しても実全床反力モーメントは発
生しない。

【０１５７】つまり、両脚補償角θｄｂｖが有効に働く
ときには各足平補償角が有効に働かず、各足平補償角が
有効に働くときには両脚補償角θｄｂｖが有効に働かな
いので、結果的に両脚補償角および各足平補償角を操作
することによって発生する実床反力モーメントの総量
は、ほぼ補償全床反力モーメントＭｄｍｄに等しくな
る。

【０１５８】状況によっては、両脚補償角および各足平
補償角を操作することによって発生する実床反力モーメ
ントの総量が補償全床反力モーメントＭｄｍｄよりも大
きくなってしまう場合がある。

【０１５９】しかし、この場合でも、Ｍｄｍｄがこの実
施の形態のように姿勢安定化のためのフィードバック操
作量であるならば、あまり問題にならない。何故なら
ば、Ｍｄｍｄの大きさが多少違っていても、一般的に制
御系に言えることであるが、制御系のオープンループゲ
インが多少変化するだけで、クローズドループ特性はほ
とんど変わらないからである。

【０１６０】注意点３）片脚支持期では、両脚補償角用
の分配用重み変数であるＷｄｂｘ，Ｗｄｂｙの絶対値を
小さくする。片脚支持期では両脚補償角を変化させて
も、接地していない足平が無駄に上下するだけで、実各
足平床反力は変化しないからである。

【０１６１】注意点４）足平の接地性を確保するため
に、目標足平床反力の力成分が小さいときには、その足
平の足平補償角のための分配用重み変数の絶対値を小さ
くする。特に、足平が床から遠く離れているときには、
その足平の足平補償角を動かしても、その足平の実足平
床反力は変化しないので、不要な動きをさせないために
も、その足平の足平補償角のための分配用重み変数の絶
対値を小さくすべきである。

【０１６２】注意点５）両脚補償角を操作することによ
って制御できる実全床反力モーメントの方向と、各足平
補償角を操作することによって制御できる実全床反力モ
ーメントの方向は通常異なる。

【０１６３】例えば、両脚補償角θｄｂｖを操作するこ
とによって発生する実全床反力モーメントの向きは必ず
Ｖ方向であり、Ｖ方向に直交する成分を発生させること
はできない。一方、各足平補償角を操作することによっ
て発生できる実全床反力モーメントの向きは、足平の接
地状況によって制約を受ける。

【０１６４】例えば、つまさきのエッジだけまたはかか
とのエッジだけが接地している場合には、エッジ線方向
にモーメントを発生することはできない。両脚支持期で
は、この特性を考慮して、なるべく無駄なく両脚補償角
および各足平補償角を操作する。

【０１６５】例えば、両脚補償角を操作するための分配
重みＷｄｂｘ，Ｗｄｂｙは次のように決定する。

【０１６６】Ｘ成分がＷｄｂｘ、Ｙ成分がＷｄｂｙ、Ｚ
成分が０のベクトルをＷｄｂとすると、式３はベクトル
ＷｄｂとＭｄｍｄの内積になっている。従って、Ｍｄｍ
ｄをベクトルＷｄｂ方向成分とその直交成分に分解し、
ベクトルＷｄｂ方向成分だけを抽出して、ベクトルＷｄ
ｂの大きさを乗じたものが、式３によって求められるＭ
ｄｍｄｄｂｖであると言える。

【０１６７】この場合のＭｄｍｄｄｂｖを図２３に示
す。これは、両脚補償角を操作することによって実全床
反力モーメントのＷｄｂ方向成分を制御するフィードバ
ック制御系を構成することを意味する。もし、Ｗｄｂ方
向がベクトルＶと直交していたら、両脚補償角をいくら
操作しても実全床反力モーメントのＷｄｂ方向成分は発
生しないから、このフィードバック制御系はただ無駄に
両脚補償角を操作するだけになる。

【０１６８】従って、無駄な動きを減らした場合には、
Ｗｄｂ方向をベクトルＶ方向に一致させるか、またはな
るべく近づけるべきである。また、補償全床反力モーメ
ントＭｄｍｄのＷｄｂ方向成分を、各足平補償角に頼ら
ずに両脚補償角を操作するだけで発生させたいならば、
ＷｄｂとＶの内積が１になるように設定する。一部を各
足平補償角に頼らせたいならば、ＷｄｂとＶの内積が１
より小さくなるように設定する。

【０１６９】ところで、足平の横幅が狭い場合には、各
足平補償角を操作することによって発生し得る実各足平
床反力モーメントのＸ成分は小さくなる。この場合に
は、Ｗｄｂｘを大きめに設定する。Ｗｄｂ方向とベクト
ルＶ方向は一致しなくなり、両脚補償角の変動が増加す
るが、安定性が増す。

【０１７０】両脚補償角決定部について更に詳説する
と、図２４は両脚補償角決定部の演算処理のブロック図
であり、両脚補償角θｄｂｖは図示の如く演算される。

【０１７１】図２４を参照して説明すると、目標第１足
平床反力中心点Ｑ１に作用するＦ１ａｃｔと目標第２足
平床反力中心点Ｑ２に作用するＦ２ａｃｔが、目標全床
反力中心点Ｐのまわりに発生させるモーメントＭｆ１ｆ
２ａｃｔを、次式により求める。

【０１７２】 Mf1f2act = PQ1*F1act + PQ2*F2act ・・・式１２ ここで、ＰＱ１は始点がＰ、終点がＱ１のベクトル、Ｐ
Ｑ２は始点がＰ、終点がＱ２のベクトルである。

【０１７３】また、式１２の代わりに、次式を用いても
実際上はほとんど問題がない。 Mf1f2act = PQ1*F1act + PQ2*F2act+ M1act+ M2act ・・・式１２ａ 式１２ａは、目標全床反力中心点まわりに作用する実全
床反力モーメントＭａｃｔを算出する式になっている。
尚、式１２は、目標全床反力中心点まわりに作用する実
全床反力モーメントから、目標各足平床反力中心点まわ
りに作用する実各足平床反力モーメントを減じたものに
なっている。請求項４項の記載は、これに基づく。

【０１７４】次に、Ｍｆ１ｆ２ａｃｔのベクトルＶ方向
成分Ｍｆ１ｆ２ａｃｔｖを抽出する。これは、ベクトル
の内積演算を用いた次式によって得られる。尚、ベクト
ルＶは前述の動作説明において図１５に示したＶであ
る。 Mf1f2actv = Mf1f2act・V ・・・式１３

【０１７５】次に、Ｍｆ１ｆ２ａｃｔｖをローパスフィ
ルタに通してＭｆ１ｆ２ａｃｔｖｆｉｌｔを得る。

【０１７６】次に、両脚補償モーメントＶ方向成分Ｍｄ
ｍｄｄｂｖを補償用フィルタに通し、それを、Ｍｆ１ｆ
２ａｃｔｖｆｉｌｔから減じ、偏差モーメントＶ方向成
分Ｍｄｉｆｆｖを得る。

【０１７７】尚、補償用フィルタは、Ｍｄｍｄｄｂｖか
ら実全床反力モーメントまでの伝達関数の周波数応答特
性を改善するものである。

【０１７８】次に、足平ばね機構などの変形による両脚
補償モーメントＶ方向成分への影響を打ち消すための両
脚機構変形補償角θｆｆｄｂｖを求める。これは、いわ
ゆるフィードフォワード補償である。

【０１７９】具体的には、両脚補償モーメントＶ方向成
分Ｍｄｍｄｄｂｖと変形量との関係を表す機構コンプラ
イアンスモデルを用い、目標第１足平床反力中心点Ｑ１
と目標第２足平床反力中心点Ｑ２を結ぶ線分の変形角度
を求め、それの極性を反転したものを両脚機構変形補償
角θｆｆｄｂｖとすれば良い。

【０１８０】両脚機構変形補償角θｆｆｄｂｖは、近似
的には次式により求めれば良い。 θffdbv ＝−α＊Mdmddbv ・・・式１４ ここでαは所定の定数である。

【０１８１】最後に次式によって両脚補償角θｄｂｖを
得る。ここでＫｄｂは制御ゲインであり、通常、これは
正の値に設定する。 θdbv = Kdb * Mdiffv＋θffdbv ・・・式１５

【０１８２】第ｎ足平補償角決定部について説明する
と、図２５はその中の第１足平Ｘ補償角決定部の演算処
理を示すブロック図であり、第１足平Ｘ補償角θ１ｘは
図示の如く演算する。説明は省略するが、第１足平Ｙ補
償角θ１ｙ、第２足平Ｘ補償角θ２ｘ、第２足平Ｙ補償
角θ２ｙも同様に求める。ここでは第１足平Ｘ補償角θ
１ｘを求めるアルゴリズムだけを説明する。

【０１８３】第１足平床反力モーメントＸ成分Ｍ１ａｃ
ｔｘをローパスフィルタに通してＭ１ａｃｔｆｉｌｔｘ
を得る。第１足平補償モーメントＸ成分Ｍｄｍｄ１ｘを
補償用フィルタに通し、それを、Ｍ１ａｃｔｆｉｌｔｘ
から減じ、偏差モーメントＭｄｉｆｆ１ｘを得る。両脚
補償角決定と同様、補償用フィルタは、Ｍｄｍｄ１ｘか
ら実全床反力までの伝達関数の周波数応答特性を改善す
るものである。

【０１８４】次に、両脚補償角決定と同様、足平ばね機
構などの変形による第１足平補償モーメントＸ成分への
影響を打ち消すための第１足平Ｘ機構変形補償角θｆｆ
１ｘを求める。これは、いわゆるフィードフォワード補
償である。

【０１８５】具体的には、第１足平補償モーメントＶ方
向成分Ｍｄｍｄ１ｘと変形量との関係を表す機構コンプ
ライアンスモデルを用い、第１足平の変形角度を求め、
それの極性を反転したものを第１足平Ｘ機構変形補償角
θｆｆ１ｘとすれば良い。

【０１８６】第１足平Ｘ機構変形補償角θｆｆ１ｘは、
近似的には次式により求めれば良い。 θff1x＝−α1x＊Mdmddbv ・・・式１６ ここでα１ｘは所定の定数である。

【０１８７】最後に次式によって第１足平Ｘ補償角θ１
ｘを得る。ここでＫ１ｘは制御ゲインであり、通常、こ
れも正の値に設定する。 θ1x = K1x * Mdiff1x＋θff1x ・・・式１７ 尚、図示のブロック線図は、演算処理順序を変えるなど
の等価変形をしても良い。

【０１８８】図１８に戻って説明を続けると、修正目標
足平位置・姿勢算出部は、両脚補償角θｄｂｖ、第１足
平Ｘ補償角θ１ｘ、第１足平Ｙ補償角θ１ｙ、第２足平
Ｘ補償角θ２ｘ、第２足平Ｙ補償角θ２ｙおよび内力補
償変位（後述）に基づき、前述の複合コンプライアンス
動作を拡張した足平位置・姿勢修正手法に従って目標足
平位置・姿勢を修正し、修正目標足平位置・姿勢を得
る。

【０１８９】機構変形量算出部は、目標各足平床反力に
よって発生が予想されるばね機構３２や足底弾性体３４
の変形量を求める。

【０１９０】機構変形補償入り修正目標足平位置・姿勢
算出部は、算出された機構変形量を打ち消すように、修
正目標足平位置・姿勢をさらに修正し、機構変形補償入
り修正目標足平位置・姿勢を得る。

【０１９１】例えば、図２６に示すような機構変形量が
予想されるときには、機構変形補償入り修正目標足平位
置・姿勢は、図２７に実線で示す位置・姿勢に修正され
る。即ち、図２７に示す機構変形補償後の足平が目標足
平床反力を受けて変形したときの位置・姿勢が、図２６
に示す床反力を受けないときの機構変形補償前の足平位
置・姿勢に一致するように、機構変形補償入り修正目標
足平位置・姿勢を算出する。

【０１９２】機構変形補償は、ばね機構３２や足底弾性
体３４の変形によって生じる実足平位置・姿勢のずれを
フィードフォワード的に打ち消す制御であり、この制御
がない場合に比較し、より一層、目標歩容に近い歩行を
実現することができる。

【０１９３】上記を前提として図１０フロー・チャート
の説明に戻ると、前記の如く、Ｓ３４において上記した
補償角を決定する。

【０１９４】図２８はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。

【０１９５】同図を参照して説明すると、先ずＳ１００
において前記したベクトルＶを求め、Ｓ１０２に進んで
分配用重み変数を図２０に示すように設定し、現在時刻
ｔでのこれらの値を求める。続いてＳ１０４に進み、式
３および式４によって補償全床反力モーメントＭｄｍｄ
を両脚補償モーメントＭｄｍｄｄｂｖと各足平補償モー
メントＭｄｍｄｎｘ（ｙ）に分配し、Ｓ１０６に進んで
既述の如く両脚補償角θｄｂｖを求め、Ｓ１０８に進ん
で各足平補償角θｎｘ（ｙ）を求める。

【０１９６】図１０フロー・チャートの説明に戻ると、
次いでＳ３５に進んで各足平内力補償変位を決定する
が、これについては後述する。

【０１９７】次いでＳ３６に進み、目標各足平床反力に
基づいて機構変形補償量を算出し、Ｓ３８に進んで目標
足平位置・姿勢を補償角θｄｂｖ，θｎｘ（ｙ）、およ
び内力補償変位（後述）に応じて修正し、更にこれを機
構変形補償量に応じて修正し、機構変形補償入り修正目
標足平位置・姿勢を得る。

【０１９８】次いでＳ４０に進み、上体位置・姿勢と機
構変形補償入り修正足平位置・姿勢から関節変位指令
（値）を算出し、Ｓ４２に進んで実関節変位を算出され
た関節変位指令（値）にサーボ制御し、Ｓ４４に進んで
時刻をΔｔ更新し、Ｓ１４に戻って上記の処理を繰り返
す。

【０１９９】ここで、図１０フロー・チャートのＳ３５
の処理について説明する。

【０２００】上記したＳ３５を除く処理で行われる制御
によってロボット全体の挙動に影響を与える実全床反力
のモーメント成分と実各足平モーメントを独立に制御す
ることができる。しかし、実各足平床反力の力成分を独
立に制御することはできない。

【０２０１】本出願人がこの出願と同日付けで提案す
る、実全床反力の力成分のコンプライアンス制御では、
実各足平床反力の力成分の和を制御することができるの
で、実各足平の力成分を独立に制御するためには、実各
足平床反力の力成分の差を制御するものを加えれば良
い。Ｓ３５の処理はそれを意図するもので、以下の追加
される制御を「内力コンプライアンス制御」という。

【０２０２】この制御は、目標第１足平と目標第２足平
の間隔を僅かに延ばしたり、縮めたりすることによっ
て、両足平を結ぶ線分方向に、足平床反力の力成分を、
それぞれの足平に互いに逆向きに発生させる。この動作
を「逆位相平行移動動作」という。

【０２０３】この制御を行うと、実全床反力と実各足平
モーメントに対してＳ３５の処理を除く処理で述べた制
御に干渉することなく、実第１足平の力成分と実第２足
平の力成分の比率を変えることができるので、この比率
を状況に応じて適切に制御することによって、前記した
ように、例えばロボットを進行方向に推進させる力を、
接地圧の高い足平には大きくすると共に、低い足平には
小さくすることによって、姿勢安定性を向上させてスリ
ップを効果的に防止することができる。

【０２０４】また、一方の足平が他方の足平の発生する
進行方向に推進させる力の負荷となっている状態なども
解消させることができ、関節アクチュエータの負担を軽
減させることができる。

【０２０５】その意図から、この実施の形態において
は、先に提案した装置に、図１８の下部に示す如く、内
力補償変位算出部を追加した。具体的には、内力補償変
位算出部および内力補償変位を含む修正目標足平位置姿
勢算出部は、Ｓ３５の処理を除く処理で得られた修正目
標各足平位置・姿勢に以下の操作を加える。

【０２０６】図２９は内力補償変位算出部の処理を詳細
に示すブロック図であり、図３０はその逆位相平行移動
動作の説明図である。図２９に示す如く、内力補償変位
算出部は、実各足平床反力の力成分と目標各足平床反力
の力成分から、図３０に示す各足平内力補償変位Ｄｎ
（ｎ＝１，２）を算出する。また、修正目標足平位置姿
勢算出部は、その各足平内力補償変位Ｄｎを含め、幾何
学演算によって修正足平位置・姿勢を算出する。

【０２０７】図３０を参照して概説すると、先ず、始点
がＱ１’、始点がＱ２’のベクトルと、向きが同じで大
きさが１の方向ベクトルを求める。これを以降Ｖ’と記
述する。

【０２０８】次に、Ｓ３５の処理を除く処理で得られた
修正目標第１足平を、姿勢を変えずに、Ｄ１Ｖ’だけ平
行移動させる。図示の如く、Ｄ１は修正目標第１足平の
Ｖ’方向への移動量であり、以降、第１足平内力補償変
位という。Ｄ１は、スカラ変数である。

【０２０９】同時に、修正目標第２足平を、姿勢を変え
ずに、Ｄ２Ｖ’だけ平行移動させる。Ｄ２は修正目標第
２足平のＶ’方向への移動量であり、以降、第２足平内
力補償変位という。Ｄ１も、スカラ変数である。尚、図
示の状態では、Ｄ１は負、Ｄ２は正である。通常、Ｄ１
とＤ２は極性が逆であるため、両足平は、逆位相に動
く。以上が、逆位相平行移動動作である。

【０２１０】上記を図３１フロー・チャートを参照して
さらに詳細に説明する。

【０２１１】Ｓ２００において図３２の時変特性を示
す、予め設定された分配用重み変数Ｗｄ１，Ｗｄ２の現
在時刻ｔにおける値を求める。

【０２１２】続いてＳ２０２に進み、実各足平床反力の
力成分および目標各足平床反力の力成分から式１９によ
って偏差Ｆｄｅｒｒを算出する。即ち、図２９に示すよ
うに、実第１足平床反力の力成分Ｆ１ａｃｔ、実第２足
平床反力の力成分Ｆ２ａｃｔ、目標第１足平床反力の力
成分Ｆ１ｒｅｆ、および目標第２足平床反力の力成分Ｆ
２ｒｅｆから、次の式（式１９）によって偏差Ｆｄｅｒ
ｒを算出する。

【０２１３】Ｆｄｅｒｒ＝Ｆ２ａｃｔ−Ｆ１ａｃｔ−
（Ｆ２ｒｅｆ−Ｆ１ｒｅｆ）・・・式１９ 尚、目標第１足平床反力の力成分Ｆ１ｒｅｆおよび目標
第２足平床反力の力成分Ｆ２ｒｅｆは、前記した目標歩
容の中の値である。

【０２１４】続いてＳ２０４に進み、算出した偏差Ｆｄ
ｅｒｒを制御系の発振を防止するためのローパスフィル
タに通し、さらに、ゲインＫｄ倍して差Ｄｉｆｆを算出
する。

【０２１５】続いてＳ２０６に進み、次式（式２０，２
１）によって、第１足平内力補償変位Ｄ１と第２足平内
力補償変位Ｄ２を算出する。 Ｄ１＝−Ｗｄ１＊Ｄｄｉｆｆ ．．．式２０ Ｄ２＝ Ｗｄ２＊Ｄｄｉｆｆ ．．．式２１

【０２１６】ここで、Ｗｄ１およびＷｄ２は、非負の分
配重み変数である。Ｗｄ１とＷｄ２の和は１のとき、Ｄ
ｄｉｆｆは、修正目標第２足平と修正目標第１足平の間
の距離の伸び量を意味する。

【０２１７】分配用重み変数Ｗｄｎの設定例は図３２に
示す通りであるが、図示の例では以下の点を考慮して設
定される。即ち、各足平内力補償変位が不連続に変化す
ると、関節に過大なトルクが発生することから、Ｗｄｎ
は、連続的に変化するように設定される。

【０２１８】また、足平が着地する頃にＷｄｎが零でな
いと、足平着地位置が目標位置からずれ、却ってこの内
力制御の支障となる場合がある。従って、足平が着地す
る付近ではＷｄｎは零にする。また、片足支持期は制御
不要であることから、Ｗｄｎを零にすると共に、両脚支
持期および直立時にはＷｄ１とＷｄ２の和を１にする。

【０２１９】かく得られた同位相補償変位Ｄｎも含め、
図１０フロー・チャートのＳ３８において機構変形補償
入り修正目標足平位置姿勢が算出される。

【０２２０】具体的には、両脚補償角θｄｂｖ、第１足
平Ｘ補償角θ１ｘ、第１足平Ｙ補償角θ１ｙ、第２足平
Ｘ補償角θ２ｘ、第２足平Ｙ補償角θ２ｙ、第１足平内
力補償変位Ｄ１、および第２足平内力補償変位Ｄ２に基
づき、前記した同位相平行移動動作を含む複合コンプラ
イアンス動作に従って修正目標足平位置姿勢が算出され
る。

【０２２１】この実施の形態では上記の如く、少なくと
も基体（上体２４）と、前記基体に第１の関節（１０，
１２，１４Ｒ（Ｌ））を介して連結されると共に、その
先端に第２の関節（１８，２０Ｒ（Ｌ））を介して連結
される足部（足平２２Ｒ（Ｌ））を備えた複数本（２
本）の脚部（脚部リンク２）からなる脚式移動ロボット
の制御装置において、前記ロボットの少なくとも前記足
部の目標位置および姿勢を含む運動パターン（目標上体
位置・姿勢、目標足平位置・姿勢）と、前記ロボットに
作用する全床反力の目標パターン（目標全床反力、目標
全床反力中心点（＝目標ＺＭＰ））を少なくとも含む前
記ロボットの歩容を生成する歩容生成手段（歩容生成
器、Ｓ１０からＳ２２）、前記生成された歩容の全床反
力を前記足部のそれぞれに分配したときの前記足部上の
作用中心点たる目標足部床反力中心点（目標各足平床反
力中心点）を決定する目標足部床反力中心点決定手段
（目標床反力分配器、Ｓ２４，Ｓ２６）、前記足部に作
用する実床反力（実各足平床反力）を検出する実床反力
検出手段（６軸力センサ４４、実各足平床反力検出器、
Ｓ３２）、前記検出された実床反力が前記算出された目
標足部床反力中心点まわりに作用するモーメント（実第
ｎ足平床反力モーメントＭａｃｔｘ，ｙ，ｚ）を算出
し、少なくとも前記算出されたモーメントに基づいて前
記足部を回転させる回転量（両脚補償角θｄｂｖ，ｚ、
第ｎ足平補償角θｎｘ，ｙ，ｚ）を決定する足部回転量
決定手段（複合コンプライアンス動作決定部、Ｓ３２か
らＳ３４、両脚補償角決定部、第ｎ足平補償角決定部、
Ｓ１００からＳ１０８）、前記決定された足部回転量に
基づいて前記足部の位置および／または姿勢が回転する
ように前記目標位置および／または姿勢を修正する第１
の足部位置・姿勢修正手段（複合コンプライアンス動作
決定部、Ｓ３８，Ｓ４０、修正目標足平位置・姿勢算出
部）、前記検出された実床反力から実全床反力に影響し
ない内力成分（Ｆ１ａｃｔ＋Ｆ２ａｃｔ）を求めて前記
生成された歩容の内力成分（Ｆ１ｒｅｆ＋Ｆ２ｒｅｆ）
との偏差Ｆｄｅｒｒ，Ｄｄｉｆｆを算出し、前記算出し
た偏差に基づいて前記足部のそれぞれの補償変位Ｄｎを
算出する補償変位算出手段（内力補償変位算出部、Ｓ３
５，Ｓ２００からＳ２０６）、前記算出された補償変位
に基づいて目標足部位置・姿勢を修正する第２の足部位
置・姿勢修正手段（上体Ｚ方向加速度制御演算部、同位
相補償変位算出部、Ｓ３８）および前記第１および前記
第１および第２の足部位置・姿勢手段によって修正され
た足部の位置・姿勢に基づいて前記ロボットの第１およ
び第２の関節（１０，１２，１４，１８，２０Ｒ
（Ｌ））を変位させる関節変位手段（ロボット幾何学モ
デル（キネマティクス演算部）、変位コントローラ、Ｓ
４０，Ｓ４２）を備える如く構成した。

【０２２２】また、少なくとも基体（上体２４）と、前
記基体に第１の関節（１０，１２，１４Ｒ（Ｌ））を介
して連結されると共に、その先端に第２の関節（１８，
２０Ｒ（Ｌ））を介して連結される足部（足平２２Ｒ
（Ｌ））を備えた複数本（２本）の脚部（脚部リンク
２）からなる脚式移動ロボット１の制御装置において、
前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置および姿
勢を含む運動パターン（目標上体位置・姿勢、目標足平
位置・姿勢）と、前記ロボットに作用する全床反力の目
標パターン（目標全床反力、目標全床反力中心点（＝目
標ＺＭＰ））を少なくとも含む前記ロボットの歩容を生
成する歩容生成手段（歩容生成器、Ｓ１０からＳ２
２）、前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれ
ぞれに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標
足部床反力中心点（目標各足平床反力中心点）を決定す
る目標足部床反力中心点決定手段（目標床反力分配器、
Ｓ２４）、前記足部に作用する実床反力（実各足平床反
力）を検出する実床反力検出手段（６軸力センサ４４、
実各足平床反力検出器、Ｓ３２）、少なくとも前記検出
された実床反力に基づいて前記足部を回転させる回転量
（両脚補償角θｄｂｖ，ｚ、第ｎ足平補償角θｎｘ，
ｙ，ｚ）を決定する足部回転量決定手段（複合コンプラ
イアンス動作決定部、Ｓ３２，Ｓ３４、両脚補償角決定
部、第ｎ足平補償角決定部、Ｓ１００からＳ１０８）、
前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位置お
よび／または姿勢が、前記決定された目標足部床反力中
心点あるいはその近傍まわりに回転するように、前記目
標位置および／または姿勢を修正する第１の足部位置・
姿勢修正手段（複合コンプライアンス動作決定部、Ｓ３
８，Ｓ４０、修正目標足平位置・姿勢算出部）、前記検
出された実床反力から実全床反力に影響しない内力成分
（Ｆ１ａｃｔ＋Ｆ２ａｃｔ）を求めて前記生成された歩
容の内力成分（Ｆｒｅｆ１＋Ｆｒｅｆ２）との偏差Ｆｄ
ｅｒｒ，Ｄｄｉｆｆを算出し、前記算出した偏差に基づ
いて前記足部のそれぞれの補償変位Ｄｎを算出する補償
変位算出手段（上体Ｚ方向加速度制御演算部、同位相補
償変位算出部、Ｓ３５，Ｓ２００からＳ２０６）、前記
算出された補償変位に基づいて目標足部位置・姿勢を修
正する第２の足部位置・姿勢修正手段（上体Ｚ方向加速
度制御演算部、同位相補償変位算出部、Ｓ３８）および
前記第１および前記第１および第２の足部位置・姿勢手
段によって修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記
ロボットの第１および第２の関節（１０，１２，１４，
１８，２０Ｒ（Ｌ））を変位させる関節変位手段（ロボ
ット幾何学モデル（キネマティクス演算部）、変位コン
トローラ、Ｓ４２）を備えるように構成した。

【０２２３】また、前記第１の足部位置・姿勢修正手段
は、前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位
置および／または姿勢が、前記決定された目標足部床反
力中心点あるいはその近傍まわりに回転するように、前
記目標位置および／または姿勢を修正する如く構成し
た。

【０２２４】さらに、前記ロボットに実際に作用する全
床反力モーメント（より正確にはモーメント成分PQ1 ＊
F1act ＋PQ2 ＊F2act ＋M1act ＋M2act)、または前記ロ
ボットに実際に作用する全床反力のモーメント（PQ1 ＊
F1act ＋PQ2 ＊F2act ＋M1act ＋M2act ）から前記足部
に作用する床反力モーメント（M1act ＋M2act)を減算し
て得たモーメント（Ｍｆ１ｆ２ａｃｔ＝PQ1 ＊F1act ＋
PQ2 ＊F2act ）のいずれかを算出し、少なくとも前記算
出されたモーメントに応じて前記足部を移動させる移動
量（θｄｂｖ，ｚ）を決定する足部移動量決定手段（複
合コンプライアンス動作決定部、Ｓ３４、両脚補償角決
定部、Ｓ１００からＳ１０８）を備え、前記第１の足部
位置・姿勢修正手段は、前記決定された足部回転量およ
び前記決定された移動量に基づいて前記足部の位置およ
び／または姿勢を修正するように構成した。

【０２２５】また、前記全床反力の目標パターンに付加
する姿勢安定化補償全床反力モーメント（補償全床反力
Ｍｄｍｄ）を求め、前記足部回転量決定手段および／ま
たは前記足部移動量決定手段は、少なくとも前記検出さ
れた実床反力（実各足平床反力）と前記求めた姿勢安定
化補償全床反力モーメントに基づいて前記足部の回転量
および／または移動量を決定する（Ｓ３４，Ｓ１００か
らＳ１０８）如く構成した。

【０２２６】また、前記姿勢安定化補償全床反力モーメ
ントを、少なくとも前記ロボットの傾き偏差（θｅｒｒ
ｘ，ｙ）に基づいて求める（Ｓ２８，Ｓ３０）如く構成
した。

【０２２７】また、前記補償変位算出手段は、前記偏差
（Ｆｄｅｒｒ，Ｄｄｉｆｆ）に所定の重み（Ｗｄｎ）を
乗じて前記足部の補償変位を足部のそれぞれに分配する
如く構成した。

【０２２８】また、前記所定の重みが時変特性および／
または周波数特性を持つ如く構成した。

【０２２９】上記の如く構成したので、これによって、
概括すれば、実全床反力の制御と実各足平床反力の制御
が殆ど干渉しないようになり、それらを容易に制御する
ことができる。

【０２３０】即ち、この実施の形態に係る装置は、先に
提案した技術に対して以下の点を改良した。即ち、特開
平５−３０５５８４号公報で提案した足首コンプライア
ンス制御では、足首または足底の基準点などの足平に固
定された点における実床反力モーメントを検出し、それ
に基づいて前記固定された点を中心に足平を回転させて
いたが、この実施の形態に係る装置では、移動する目標
足平床反力中心点における実各足平床反力モーメントを
算出し、それに基づいて目標足平床反力中心点を中心に
足平を回転させるように変更し、その点まわりのモーメ
ントを望ましい値に制御するようにした。

【０２３１】この結果、実全床反力と実各足平床反力が
ほとんど干渉することなく、容易に制御することが可能
となった。より干渉を少なくするために、各瞬間におけ
る想定していた足底接地領域内にもっと適切な点を選定
しても良い。

【０２３２】従って、大域的なうねりや傾斜だけでな
く、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変
化があっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボ
ットに作用する床反力を適切に制御することができる。

【０２３３】また、ロボットの実各足平床反力の力成分
を独立に制御することで姿勢安定性を向上させてスリッ
プを効果的に防止することができると共に、関節アクチ
ュエータの負担を軽減させることができる。

【０２３４】また、上記した実施の形態において、ばね
機構３２（および足底弾性体３４）自身はこの発明の本
質部分ではない。この発明の本質はフィードバック制御
部分にあり、機構変形補償は付随的なものである。

【０２３５】また、上記した実施の形態において、ブロ
ック線図は演算処理順序を変えるなどの等価変形をして
も良い。

【０２３６】また、上記した実施の形態を、先に提案し
た出願の第１の実施の形態に関して説明したが、第２あ
るいはそれ以降の実施の形態に関して追加しても良い。

【０２３７】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。

【０２３８】

【発明の効果】請求項１項にあっては、脚式移動ロボッ
トに作用する床反力を、干渉を生じることなく、容易か
つ適切に制御することができる。換言すれば、先に提案
した両脚コンプライアンス制御および足首コンプライア
ンス制御の併用に近い制御を行っても、制御の干渉がな
く、実全床反力と実各足平床反力が望ましい値からずれ
たり発振することがない。

【０２３９】また、ロボットの実各足平床反力が作り出
す内力成分（実全床反力に影響しない成分の組み合わ
せ）を独立に制御することで姿勢安定性を向上させてス
リップを効果的に防止することができると共に、関節ア
クチュエータの負担を軽減させることができる。

【０２４０】さらには、大域的なうねりや傾斜だけでな
く、局所的な凹凸や傾斜なども含む予期しない床形状変
化があっても、その影響をあまり受けずに脚式移動ロボ
ットに作用する床反力を適切に制御することができる。

【０２４１】請求項２項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができる。

【０２４２】請求項３項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、床反力をより適
切に制御することができる。

【０２４３】請求項４項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、特に姿勢制御に
重要な全床反力を一層適切に制御することができる。

【０２４４】請求項５項にあっては、請求項１項と同様
の作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力
を向上させることができる。

【０２４５】請求項６項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、姿勢安定化能力を
一層向上させることができる。

【０２４６】請求項７項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができる。

【０２４７】請求項８項にあっては、前記したと同様の
作用効果を得ることができると共に、補償変位の分配を
一層適正に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す説明図である。

【図２】図１に示す２足歩行ロボットの足部の構造を示
す説明側面図である。

【図３】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。

【図４】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置の
構成および動作を機能的に示すブロック図である。

【図５】図１に示す脚式移動ロボットが平地を歩行する
ときの運動パターンの一例を示す説明図である。

【図６】図５の運動パターンに対応する目標全床反力中
心点（目標ＺＭＰ）軌跡の床面上軌跡を示す説明図であ
る。

【図７】図５の運動パターンに対応する目標全床反力中
心点（目標ＺＭＰ）軌跡のタイム・チャートである。

【図８】図５の運動パターンに対応する所定の条件を満
たすように設定した目標第１足平床反力中心点軌跡のタ
イム・チャートである。

【図９】図５の運動パターンに対応する所定の条件を満
たすように設定した目標第２足平床反力中心点軌跡のタ
イム・チャートである。

【図１０】図４と同様に、この発明に係る脚式移動ロボ
ットの制御装置の動作を示すフロー・チャートである。

【図１１】図１０フロー・チャートの内の両脚補償角な
どの演算処理を行う、図４に示す複合コンプライアンス
動作決定部の動作を説明するための、両脚支持期に第１
足平と第２足平に実各足平床反力が作用している状況を
示す説明図である。

【図１２】図１１に示す状況における目標全床反力の設
定を示す説明図である。

【図１３】図１１に示す状況における目標各足平床反力
の分配を示す説明図である。

【図１４】図１１に示す状況における補償全床反力モー
メントを示す説明図である。

【図１５】図１１に示す状況における、各足平床反力中
心点を含み、水平面に垂直な平面の法線ベクトルＶを示
す説明図である。

【図１６】図１１に示す状況における、目標各足平床反
力中心点を目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわり
に、所定角度θｄｂｖだけ回転させたときの状態を示す
説明図である。

【図１７】図１６に示す状況における、各足平を前後方
向軸および左右方向軸まわりに所定角度θｎｘ，θｎｙ
だけ回転させたときの状態を示す説明図である。

【図１８】図４の複合コンプライアンス動作決定部の演
算処理を示すブロック図である。

【図１９】図１８に示す補償全床反力モーメント分配器
の演算処理を示すブロック図である。

【図２０】図１８に示す補償全床反力モーメント分配器
の、両脚補償角などを操作するための分配重み変数の設
定例を示すタイム・チャートである。

【図２１】図２０の補償全床反力モーメント分配器の分
配重み変数の設定を説明するための、ロボットの姿勢を
示す説明図である。

【図２２】図２１と同様に、補償全床反力モーメント分
配器の分配重み変数の設定を説明するための、ロボット
の姿勢を示す説明図である。

【図２３】両脚補償角を操作するための分配重みを所定
の条件で決定したときの両脚補償モーメントＶ方向成分
Ｍｄｍｄｄｂｖを示す説明図である。

【図２４】図１８に示す両脚補償角決定部の演算処理を
示すブロック図である。

【図２５】図１８に示す各足平の補償角決定部の演算処
理を示すブロック図である。

【図２６】図１８に示す機構変形補償入り修正目標足平
位置・姿勢算出部の演算処理を説明するための説明図で
ある。

【図２７】図２６と同様に、図１８に示す機構変形補償
入り修正目標足平位置・姿勢算出部の演算処理を説明す
るための説明図である。

【図２８】図１０フロー・チャートの内の両脚補償角な
どの決定作業を示すサブルーチン・フロー・チャートで
ある。

【図２９】図１８の内力補償変位算出部の処理を詳細に
示すブロック図である。

【図３０】図２９ブロック図の処理を説明する、図１６
と同様な説明図である。

【図３１】図１８の内力補償変位算出部の処理を示すフ
ロー・チャートである。

【図３２】図２９および図３１で使用する重みの設定例
を示す説明図である。

【図３３】２足歩行ロボットが予期しなかった傾斜面を
歩行するときの説明図である。

【図３４】図３３に示す２足歩行ロボットに対して先に
提案した両脚コンプライアンス制御を行った場合の説明
図である。

【図３５】図３３に類似する、２足歩行ロボットが予期
しなかった突起を踏んだときの説明図である。

【図３６】図３５に示す状況で、先に提案した足首コン
プライアンス制御を行ったときの説明図である。

【符号の説明】

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（足部） ２４ 上体 ２６ 制御ユニット ３２ ばね機構 ３４ 足底弾性体 ４４ ６軸力センサ ６０ 傾斜センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも基体と、前記基体に第１の関
   節を介して連結されると共に、その先端に第２の関節を
   介して連結される足部を備えた複数本の脚部からなる脚
   式移動ロボットの制御装置において、 ａ．前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置およ
   び姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する
   全床反力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボット
   の歩容を生成する歩容生成手段、 ｂ．前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれぞ
   れに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標足
   部床反力中心点を決定する目標足部床反力中心点決定手
   段、 ｃ．前記足部に作用する実床反力を検出する実床反力検
   出手段、 ｄ．前記検出された実床反力が前記算出された目標足部
   床反力中心点まわりに作用するモーメントを算出し、少
   なくとも前記算出されたモーメントに基づいて前記足部
   を回転させる回転量を決定する足部回転量決定手段、 ｅ．前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位
   置および／または姿勢が回転するように前記目標位置お
   よび／または姿勢を修正する第１の足部位置・姿勢修正
   手段、 ｆ．前記検出された実床反力から実全床反力に影響しな
   い内力成分を求めて前記生成された歩容の内力成分との
   偏差を算出し、前記算出した偏差に基づいて前記足部の
   それぞれの補償変位を算出する補償変位算出手段、 ｇ．前記算出された補償変位に基づいて目標足部位置・
   姿勢を修正する第２の足部位置・姿勢修正手段、および ｈ．前記第１および第２の足部位置・姿勢手段によって
   修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロボットの
   第１および第２の関節を変位させる関節変位手段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
   置。
2. 【請求項２】 少なくとも基体と、前記基体に第１の関
   節を介して連結されると共に、その先端に第２の関節を
   介して連結される足部を備えた複数本の脚部からなる脚
   式移動ロボットの制御装置において、 ａ．前記ロボットの少なくとも前記足部の目標位置およ
   び姿勢を含む運動パターンと、前記ロボットに作用する
   全床反力の目標パターンを少なくとも含む前記ロボット
   の歩容を生成する歩容生成手段、 ｂ．前記生成された歩容の全床反力を前記足部のそれぞ
   れに分配したときの前記足部上の作用中心点たる目標足
   部床反力中心点を決定する目標足部床反力中心点決定手
   段、 ｃ．前記足部に作用する実床反力を検出する実床反力検
   出手段、 ｄ．少なくとも前記検出された実床反力に基づいて前記
   足部を回転させる回転量を決定する足部回転量決定手
   段、 ｅ．前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位
   置および／または姿勢が、前記決定された目標足部床反
   力中心点あるいはその近傍まわりに回転するように、前
   記目標位置および／または姿勢を修正する第１の足部位
   置・姿勢修正手段、 ｆ．前記検出された実床反力から実全床反力に影響しな
   い内力成分を求めて前記生成された歩容の内力成分との
   偏差を算出し、前記算出した偏差に基づいて前記足部の
   それぞれの補償変位を算出する補償変位算出手段、 ｇ．前記算出された補償変位に基づいて目標足部位置・
   姿勢を修正する第２の足部位置・姿勢修正手段、および ｈ．前記第１および第２の足部位置・姿勢手段によって
   修正された足部の位置・姿勢に基づいて前記ロボットの
   第１および第２の関節を変位させる関節変位手段、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の足部位置・姿勢修正手段は、
   前記決定された足部回転量に基づいて前記足部の位置お
   よび／または姿勢が、前記決定された目標足部床反力中
   心点あるいはその近傍まわりに回転するように、前記目
   標位置および／または姿勢を修正することを特徴とする
   請求項１項記載の脚式移動ロボットの制御装置。
4. 【請求項４】 さらに、 ｉ．前記ロボットに実際に作用する全床反力モーメン
   ト、または前記ロボットに実際に作用する全床反力モー
   メントから前記足部に作用する床反力モーメントを減算
   して得たモーメントのいずれかを算出し、少なくとも前
   記算出されたモーメントに応じて前記足部を移動させる
   移動量を決定する足部移動量決定手段、 を備え、前記第１の前記足部位置・姿勢修正手段は、前
   記決定された足部回転量および前記決定された移動量に
   基づいて前記足部の位置および／または姿勢を修正する
   ことを特徴とする請求項１項ないし３項のいずれかに記
   載の脚式移動ロボットの制御装置。
5. 【請求項５】 前記全床反力の目標パターンに付加する
   姿勢安定化補償全床反力モーメントを求め、前記足部回
   転量決定手段および／または前記足部移動量決定手段
   は、少なくとも前記検出された実床反力と前記求めた姿
   勢安定化補償全床反力モーメントに基づいて前記足部の
   回転量および／または移動量を決定することを特徴とす
   る請求項１項ないし４項のいずれかに記載の脚式移動ロ
   ボットの制御装置。
6. 【請求項６】 前記姿勢安定化補償全床反力モーメント
   を、少なくとも前記ロボットの傾き偏差に基づいて求め
   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制御装置。
7. 【請求項７】 前記補償変位算出手段は、前記偏差に所
   定の重みを乗じて前記足部の補償変位を足部のそれぞれ
   に分配することを特徴とする請求項１項ないし６項記載
   の脚式移動ロボットの制御装置。
8. 【請求項８】 前記所定の重みが時変特性および／また
   は周波数特性を持つことを特徴とする請求項７項記載の
   脚式移動ロボットの制御装置。