KR100551757B1 - 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치 - Google Patents

Abstract

로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델(역 풀 모델)(100c2)을 이용하여 모델 ZMP(풀 모델 ZMP)를 산출하고, 산출된 모델 ZMP와 목표 ZMP의 차(풀 모델 ZMP 오차)에 근거하여 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 산출(결정)함과 동시에, 보정 목표 상체 위치를 산출(결정)한다. 이 산출된 ZMP 환산치 및 보정 목표 상체 위치에 의해서 자세가 수정되는 것으로부터, 생성된 보용은 동력학적 평형 조건을 항상 정밀하게 만족시킬 수 있다.

Description

레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치{DEVICE FOR GENERATING MOTION OF LEGGED MOBILE ROBOT}

본 발명은 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레그식 이동 로봇의 보용(步容: 걷는 모습) 동작을 생성하고, 또한 생성된 동작을 추종하도록 로봇을 제어하는 장치에 관한 것이다.

종래, 레그식 이동 로봇의 엄밀한 동력학 모델을 이용하여 시행 착오에 의해 보용을 생성하였었으므로, 실시간으로 보용을 생성하는 것은 곤란하였다. 그래서, 본 출원인은 앞서 일본국 특개평 10-86081호에서, 오프라인으로 설계한 규준 보용을 파라미터와 상체 궤도의 시계열의 세트로 하여 로봇에 탑재한 마이크로 컴퓨터의 메모리에 기억시켜, 보용 주기 등, 시간에 관한 파라미터가 동일한 다수의 보용의 순간치의 가중 평균을 구하는 것에 의해 자유로운 보용을 실시간으로 생성하는 기술을 제안하였다.

그렇지만, 이 제안 기술에 있어서는, 근사 계산이므로, 생성한 보용이 동력학적 평형 조건을 충분히 만족하지 않는 경우가 있었다. 또한, 동력학적 평형 조건이란, 로봇의 거동을 정밀하게 나타내는 엄밀 동력학 모델을 이용하여 목표 보용의 중력과 관성력으로부터 계산되는 ZMP가, 목표 ZMP에 일치하는 것을 의미한다. 보다 상세하게는, 로봇의 거동을 정밀하게 나타내는 엄밀 동력학 모델을 이용하여 산출되는 로봇의 관성력과 중력의 합력이 목표 ZMP 주위에 작용시키는 모멘트의 수평 성분이, 0인 것을 의미한다(M.Vukobratovic(가토, 야마시타 번역),『보행 로봇과 인공의 발』,일간 공업 신문사(1975년)).

따라서, 본 발명의 제1 목적은 앞서 제안한 기술의 부적당함을 해소하는 것에 있고, 생성한 보용 등의 동작이 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치를 제공하는 데 있다.

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상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어지는 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순간치를 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서, 상기 로봇의 목표 운동과 목표 상반력과의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단, 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 적어도 상기 가순간치 결정수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를 입력하여 상기 동력학 모델상의 상반력인 모델 상반력을 산출하는 모델 상반력 산출 수단, 상기 모델 상반력 산출 수단이 산출한 모델 상반력과 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순간치와의 차를 산출하는 상반력 산출 수단, 상기 목표 상반력의 가순간치를 보정하기 위한 목표 상반력의 보정량과, 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하기 위한 목표 운동의 보정량을 결정하는 보정량 결정 수단 및 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표운동의 가순치를 적어도 상기 보정량 결정 수단이 결정한 목표 운동의 보정량에 기초하여 보정함으로서 상기 목표 운동의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단을 구비하고, 상기 보정량 결정 수단은 적어도 상기 상반력치 산출수단이 산출한 차에 기초하여 상기 목표 상반력의 보정량에 의해 상기 목표 상반력의 가순시치를 보정하여 된 상반력과, 상기 목표 운동의 보정량에 의해 상기 목표 운동 가순간치를 보정하여 된 운동과, 상기 동력학 모델상에서 동력학적 평형조건을 만족하고, 상기 목표 운동의 보정량이 발산되지 않도록 상기 목표 상반력의 보정량과 상기 목표 운동의 보정량을 결정하도록 구성하였다.

로봇의 목표 운동과 목표 상반력과의 가순간치를 결정하고, 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여, 동력학 모델상의 상반력인 모델 상반력을 산출하고, 산출된 모델 상반력과 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차를 산출하고 목표 상반력의 가순간치를 보정하기 위한 목표 상반력 보정량과, 목표 운동의 가순간치를 보정하기 위한 목표 운동 보정량을 결정하고, 결정된 목표 운동의 가순간치를 적어도 목표 운동의 보정량에 기초하여 보정함에 의해 목표 상반력의 가순간치를 보정하여 된 상반력과 목표 운동의 보정량에 의해 목표 운동의 가순간치를 보정한 운동과, 동력학 모델 상에서 동력학적 평형조건을 만족하고, 목표 운동의 보정량이 발산되지 않도록 목표 상반력의 보정량과 상기 목표 운동의 보정량을 결정하도록 구성되어 있으므로 동력학적 평형조건을 정밀하게 만족하는 보용 등의 동작을 생성할 수 있음과 동시에 보행 시나 작업 시의 안정성을 높일 수 있다.

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도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치가 적용된 레그식 이동 로봇, 보다 구체적으로는 2족 보행 로봇을 전체적으로 도시하는 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 레그식 이동 로봇의 발판의 구조를 도시하는 설명 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시하는 제어 유닛의 세부사항을 도시하는 블록도이다.

도 4는 도 1에 도시한 레그식 이동 로봇의 목표 동작 생성 장치를 포함하는 동작 제어 장치의 구성을 기능적으로 도시하는 블록도이다.

도 5는 도 4에 도시하는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부의 구성을 기능적으로 도시하는 블록도이다.

도 6은 도 5에 도시하는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부의 풀 모델의 일례인 다질점계 모델을 기능적으로 도시하는 설명도이다.

도 7은 도 5에 도시하는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부에서 사용하는 도 1 에 도시하는 레그식 이동 로봇을 도립 진자로 근사하여 얻은 단순화 모델(동력학 모델)을 도시하는 설명도이다.

도 8은 도 7에 도시하는 동력학 모델을 이용하여 앞서 제안한 보용 생성부가 수행하는 동력학 연산을 도시하는 블록도이다.

도 9는 도 8에 도시하는 동력학 연산으로 도립 진자의 지점 위치를 나타내는 ZMP 상당치 ZMPpend를 연산하는 데 이용하여 레그부의 질점의 관성력과 중력의 합력 모멘트의 작용점(P)의 궤적을 도시하는 타임 차트이다.

도 10은 도 1에 도시하는 레그식 이동 로봇에 있어서 상체 궤도가 발산한 경우를 도시하는 설명도이다.

도 11은 도 1에 도시하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작을 도시하는 플로우 차트이다.

도 12는 도 11 플로우 차트에서 사용하는 정상 선회 보용을 착지 위치 등에서부터 설명하는 설명도이다.

도 13은 마찬가지로, 도 11 플로우 차트에서 사용하는 정상 선회 보용을 상체 궤도 등으로 설명하는 설명도이다.

도 14는 도 11 플로우 차트의 목표 순간치 발생 작업을 도시하는 서브루틴 플로우 차트이다.

도 15는 본 발명의 제1 실시 형태부터 제20 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 분류하여 표로 도시한 설명도이다.

도 16은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명하는 기능 블록도이다.

도 18은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 사용하는 섭동 모델을 이용하여 행해지는 동력학 연산을 도시한 블록도이다.

도 19는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 변형하여 도시한 기능 블록도이다.

도 20은 마찬가지로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 변형하여 도시한 기능 블록도이다.

도 21은 마찬가지로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 변형하여 도시한 기능 블록도이다.

도 22는 마찬가지로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 변형하여 도시한 기능 블록도이다.

도 23은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 24는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 25는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 26은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.
도 27은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

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도 28은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 29는 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 30은 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 31은 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 32는 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 33은 본 발명의 제13 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 34는 본 발명의 제14 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 35는 본 발명의 제14 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법에 부수하는 보용 파라미터의 재결정 처리를 도시한 설명 타임 차트이다.

도 36은 본 발명의 제15 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 37은 본 발명의 제16 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 38은 본 발명의 제17 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 39는 본 발명의 제18 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 40은 본 발명의 제19 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 41은 본 발명의 제20 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 기능 블록도이다.

도 42는 본 발명의 제21 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 도 16과 유사한 기능 블록도이다.

도 43은 본 발명의 제22 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 도 17과 유사한 기능 블록도이다.

도 44는 본 발명의 제23 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에 의해 행해지는 보용의 보정 방법을 설명한 도 37과 유사한 기능 블록도이다.

도 45는 제23 실시 형태의 변형예를 도시하는 도 34와 유사한 기능 블록도이다.

도 46은 이 발명의 제1 실시 형태 등의 등가 변형예를 도시하는 도 5와 유사한 기능 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치를 설명한다. 또한, 레그식 이동 로봇으로서는 2족 보행 로봇을 예로 든다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 목표 운동 생성 장치가 적용되는 레그식 이동 로봇, 보다 구체적으로는 2족 보행 로봇을 전체적으로 도시하는 개략도이다.

도시한 바와 같이, 2족 보행 로봇(이하「로봇」이라고 한다)(1)은 좌우 각각의 레그부(레그부 링크)(2)에 6개의 관절을 구비한다. 6개의 관절은 위로부터 순서대로, 넓적다리(허리부)의 레그부 선회(회전)용의 관절(10R, 10L)(우측을 R, 좌측을 L로 한다. 이하 동일), 넓적다리(허리부)의 롤 방향(X축 회전)의 관절(12R, 12L), 넓적다리(허리부)의 피치 방향(Y축 회전)의 관절(14R, 14L), 무릎부의 피치 방향의 관절(16R, 16L), 발목의 피치 방향의 관절(18R, 18L), 동 롤 방향의 관절(20R, 20L)로 구성된다.

관절(18R(L), 20R(L))의 하부에는 발판(풋부)(22R, 22L)이 부착됨과 동시에, 최상위에는 상체(기체(基體))(24)가 설치되고, 그 내부에 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어 유닛(26)(후술)등이 격납된다. 상기에 있어서, 넓적다리 관절(또는 허리 관절)은 관절 (10R(L), 12R(L), 14R(L))로, 발 관절(발목 관절)은 관절 (18R(L), 20R(L))로 구성된다. 또한 다리 관절과 무릎 관절은 대퇴 링크(28R, 28L), 무릎 관절과 발 관절은 하퇴 링크(30R, 30L)로 연결된다.

또한, 상체(24)의 상부에는 팔이 장착되는 동시에, 그 상부에는 헤드부가 배치되지만, 그 상세한 것은, 이 발명의 요지와 직접적인 관련이 없으므로 생략한다.

상기의 구성에 의해, 레그부(2)는 좌우의 발에 관해서 각각 6개의 자유도가 부여되고, 보용 중에 이들의 6*2=12개의 관절을 적당한 각도로 구동하는 것으로, 발 전체에 원하는 움직임을 부여할 수 있어, 임의로 3차원 공간을 보행시킬 수 있다(이 명세서에서 「*」은 스칼라에 대한 연산으로서는 곱셈을, 벡터에 대한 연산으로는 벡터곱을 나타낸다).

또한, 이 명세서에서 후술하는 상체(24)의 위치 및 그 속도는 상체(24)의 소정 위치, 구체적으로는 상체(24)의 대표점의 위치 및 그 이동 속도를 의미한다. 그것에 관하여 후술한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 발 관절의 아래쪽에는 공지의 6축력 센서(34)가 장착되고, 힘의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분 (Mx, My, Mz), 즉 발판의 착지의 유무 및 상반력(床反力; 접지 하중)등을 나타내는 신호를 출력한다. 또한, 상체(24)에는 경사 센서(36)가 설치되고, Z축(연직 방향(중력 방향))에 대한 경사와 그 각속도를 나타내는 신호를 출력한다. 또한 각 관절의 전동 모터에는, 그 회전량을 나타내는 신호를 출력하는 로터리 인코더가 설치된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 발판(22R(L))의 위쪽에는, 용수철 기구(38)가 장비되는 동시에, 발바닥에는 고무 등으로 이루어지는 발바닥 탄성체(40)가 부착되어 컴플라이언스 기구(42)를 구성한다. 용수철 기구(38)는 구체적으로는 발판(22R(L))에 장착된 사각형 형상의 가이드 부재(도시 생략)와, 발목 관절(18R(L)) 및 6축력 센서(34) 측에 장착되고, 상기 가이드 부재에 탄성재를 사이에 두고 미동 가능하게 수납되는 피스톤 형상 부재(도시 생략)로 이루어진다.

도면 중에 실선으로 표시된 발판(22R(L))은 상반력을 받지 않을 때의 상태를 도시한다. 상반력을 받으면, 컴플라이언스 기구(42)에 있어서 용수철 기구(38)와 발바닥 탄성체(40)가 휘어지고, 발판(22R(L))은 도면 중에 점선으로 표시된 위치 자세로 이동한다. 이 구조는 착지 충격을 완화하기 위한 것뿐만 아니라, 제어성을 높이기 위해서도 중요한 것이다. 또한, 그 상세한 것은 본 출원인이 앞서 제안한 일본국 특개평5-305584호에 기재되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 1에서는 도시를 생략하지만, 로봇(1)은 조이스틱(44)을 통해, 외부에서 필요에 따라 직진 보행하고 있는 로봇(1)을 선회시키는 등 보용에 대한 요구를 입력할 수 있도록 구성된다.

도 3은 제어 유닛(26)을 상세하게 도시하는 블록도이고, 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 여기에서 경사 센서(36) 등의 출력은 A/D 변환기(50)에서 디지털치로 변환되고, 그 출력은 버스(52)를 통해 RAM(54)으로 보내진다. 또한 각 전동 모터에 인접하여 배치되는 인코더의 출력은 카운터(56)를 통해 RAM(54) 내에 입력된다.

제어 유닛(26)의 내부에는 각각 CPU로 이루어지는 제1, 제2 연산 장치(60, 62)가 설치되어 있고, 제1 연산 장치(60)는 후술과 같이, 목표 보용을 생성하는 동시에, 후술과 같이 관절 각변위 지령을 산출하여, RAM(54)으로 송출한다. 또한 제2 연산 장치(62)는 RAM(54)으로부터 그 지령과 검출된 실측치를 읽어내고, 각 관절의 구동에 필요한 조작량을 산출하여 D/A 변환기(66)와 서보 앰프를 통해 각 관절을 구동하는 전동 모터에 출력한다.

도 4는 이 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 구성 및 동작을 전체적으로 도시하는 블록도이다.

이하 설명하면, 이 장치는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)를 구비하고, 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)는 후술과 같이 목표 보용을 자유롭게 또한 실시간으로 생성하여 출력한다. 목표 보용은, 목표 상체 자세(궤도 또는 패턴), 보정 목표 상체 위치(궤도 또는 패턴), 목표 발판 위치 자세(궤도 또는 패턴), 목표 ZMP(목표 전(全)상반력 중심점)(궤도 또는 패턴), 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 및 목표 전상반력(궤도 또는 패턴)으로 이루어진다.

또한, 각 발판(22R, L)의 상반력을「각 발판 상반력」이라고 하고, 모든(2개의) 발판의 상반력의 합력을「전상반력」이라고 한다. 단, 이후에는, 각 발판 상 반력은 거의 언급하지 않으므로, 별도로 한정하지 않는 한, 「상반력」은「전상반력」과 같은 의미로 취급한다.

최초에 이 장치가 생성하는 보용에 관해서 설명하면, 이와 같이, 로봇(1)에 있어서는 보행 제어에 부여하는 목표치로서, 목표의 운동 패턴뿐만이 아니라, 목표의 운동 패턴에 대하여 동력학적 평형 조건을 만족하는 목표 상반력 패턴도 필요하다. ·

목표 상반력은 일반적으로는, 작용점과 그 점에 작용하는 힘과 힘의 모멘트에 의해서 표현된다. 작용점은 어디에 잡아도 되므로, 동일의 목표 상반력이라도 수많은 표현을 생각할 수 있지만, 특히 전술의 목표 상반력 중심점을 작용점으로 목표 상반력을 표현하면, 힘의 모멘트는 바닥에 수직인 성분을 제외하면 0이 된다.

또한 전술한 바와 같이, 동력학적 평형 조건을 만족하는 보용에서는, 목표로 하는 운동 궤적으로부터 산출되는 ZMP와 목표 상반력 중심점은 일치하는 것으로부터, 목표 상반력 중심점 궤도 대신에 목표 ZMP 궤도를 부여한다고 하여도 동일하다.

따라서, 상기는, 『보행 제어에 부여하는 목표치로서는, 목표 운동 궤적뿐만 아니라, 목표 ZMP 궤도(목표 상반력 패턴)도 필요하다』고 바꿔 말할 수 있다. 이러한 배경에서, 이 명세서에서는 목표 보용을 다음과 같이 정의한다.

a) 광의의 목표 보용이란, 1보 내지는 다수보의 기간의 목표 운동 궤적과 그 목표 상반력 패턴의 세트이다.

b) 협의의 목표 보용이란, 1보의 기간의 목표 운동 궤적과 그 ZMP 궤도의 세 트이다.

c) 일련의 보용은, 몇 개의 보용이 연결된 것이다.

또한, 이하에는 이해를 용이하게 하기 위해서, 특별히 언급되지 않은 한, 목표 보용은 협의의 목표 보용의 의미로 사용한다. 더 자세하게는, 이 명세서에서의 목표 보용은, 양 레그 지지기간의 초기부터 한쪽 레그 지지 기간의 종단까지의 의미로 사용한다.

또한, 양 레그 지지 기간이란 말할 필요도 없이, 로봇(1)이 그 자중을 레그부 링크(2)의 양쪽에서 지지하는 기간을, 한쪽 레그 지지 기간이란 레그부 링크(2)의 한쪽에서 지지하는 기간을 말한다. 한쪽 레그 지지 기간에서 로봇(1)의 자중을 지지하지 않는 측의 레그부(링크)를 「유각」(遊脚)이라고 한다. 정의의 상세한 내용은, 앞서 제안한 일본국 특개평10-86081호 공보에 기재되어 있으므로, 이 정도의 설명만 한다.

이 발명은 구체적으로는, 상기에 정의한 목표 보용을 정밀하게 또한 실시간으로 생성하는 동시에, 생성한 보용 등의 동작이 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하도록 하고, 이에 의해 보행 등의 동작의 안정성을 높이는 것을 목적으로 한다.

여기서, 목표 보용로서의 조건을 설명한다.

목표 보용이 충족해야 하는 조건은, 크게 나눠 이하의 5개로 분류된다.

조건1) 동력학적 평형 조건을 만족할 것. 즉, 로봇(1)의 목표 운동 궤적으로부터 동력학적으로 산출되는 ZMP 궤도가 목표 ZMP 궤도와 일치할 것.

조건2) 로봇(1)의 보행 계획부나 보행 경로 유도부(모두 도시 생략), 또는 오퍼레이터로부터 보폭이나 선회각 등 보용이 충족시켜야 하는 조건이 요구되는 경우, 그들 요구 조건을 충족할 것.

조건3) 발판이 바닥을 파거나 문지르지 않고, 관절 각도가 가동 범위를 초과하지 않고, 관절 속도가 한계를 초과하지 않는 등의, 키네마틱스(운동학)에 관한 제약 조건을 만족할 것.

조건4) 한쪽 레그 지지 기간에서 ZMP가 지지 레그 발판 접지면 내에 없으면 안되며, 구동계의 최대 능력을 초과하지 않는 등의, 동력학에 관한 제약 조건을 만족할 것.

조건5) 경계 조건을 만족할 것. 즉, 조건1)의 당연한 귀결로서, 보용과 보용의 경계에서는, 적어도, 각 부위의 위치와 속도가 연속한다라는 경계 조건이 유도된다(불연속이면, 무한대의 힘이 발생하거나, ZMP가 접지면에서 아주 먼 점으로 이동하므로).

또한, 제n+1회 보용의 초기 상태는 제n회 보용의 종단 상태(특히, 발판 위치에 대한 상체의 위치·자세 및 속도)에 일치하도록 설정되지 않으면 안된다. 이 때, 제n회 보용의 종단 상태는, 제n+1회 보용의 초기 상태가 결정되어 있으면, 제n+1회 보용의 초기 상태에 일치시키면 된다.

결정되어 있지 않으면, 제n회 보용의 종단 상태가, 자세가 흐트러지지 않고 장기적인 보행을 할 수 있는 범위에 있으면 된다. 단, 후술하는 바와 같이, 자세가 흐트러지지 않고 장기적인 보행을 할 수 있기 위한 종단 상태의 범위를 구하는 것은 상당히 어렵다.

일반적으로, 목표 보용은 파라미터치 또는 시계열 테이블을 포함하는 보용 발생 알고리즘에 의해서 발생된다(보용을 결정한다는 것은 파라미터치 또는 시계열 테이블을 적당히 설정하는 것과 다르지 않다).

파라미터치 또는 시계열 테이블을 바꾸는 것에 따라, 여러 가지 보용이 생성된다. 그러나, 파라미터치 또는 시계열 테이블을 충분한 배려도 하지 않고 설정한 경우에는, 작성된 보용이 상기 보용 조건을 모두 만족하는지의 여부에 대해서는 알 수 없다.

특히, 장기적 보용에 알맞은 종단 상체 위치 및 속도의 범위를 알고 있었다고 해도 ZMP 궤도에 따라서 상기한 조건 1)을 만족하는 상체의 궤도를 보용 발생 알고리즘에 따라서 생성하는 경우에는 발생한 보용의 종단에서의 상체 위치와 속도의 양쪽이 그 범위에 들어가도록 ZMP 궤도에 관한 파라미터를 설정하는 것은 상당히 어렵다.

그 이유는 다음과 같다.

이유1) 상체는 일단, ZMP에서 멀어지면, 더욱 멀어지려는 발산 경향이 있다. 이것을 설명하기 위해서, 로봇 상체의 거동에 가까운 도립 진자의 거동을 예로 든다.

도립 진자는 중심의 상(床)투영점이 지점(支點)으로부터 어긋나면, 어긋남이 발산하여 쓰러진다. 그러나, 이 때도 도립 진자의 관성력과 중력의 합력은 지점상에 작용하고(즉, ZMP가 지점에 일치하고), 지점으로부터 받는 상반력과 균형을 이 룬다. 즉, 동력학적 평형 조건은 운동하는 물체의 그 순간에 있어서의 관성력과 중력과 상반력의 관계를 나타내는 것이다.

동력학적 평형 조건을 만족하면 로봇의 장기 보행이 보증된 것과 같은 착각을 하기 쉽지만, 로봇의 자세가 흐트러졌는지의 여부와는 전혀 관계가 없다. 도립 진자의 중심이 지점의 바로 위에서 멀어지면, 점점 더 멀어지고자 하는 경향이 있듯이, 로봇의 중심이 ZMP의 바로 위에서 멀어지면 점점 더 멀어지고자 하는 발산 경향이 있다.

이유2) 한쪽 레그 지지 기간에 있어서 ZMP가 지지 레그 발판 접지면 내에 반드시 있어야 하는 등의 엄격한 제약 조건이 있으므로, 상체의 가감속 패턴을 자의적으로 설정할 수 없고, 위치를 맞추고자 하면 속도가 맞지 않고, 속도를 맞추고자 하면 위치가 맞지 않아 여간해서 양쪽을 동시에 일치시키기는 힘들다.

보용의 설명을 계속하자면, 보용은 보용 파라미터에 의해서 기술된다. 보용 파라미터는 운동 파라미터와 ZMP 파라미터(보다 일반적으로 표현하자면, 상반력 파라미터)로 구성된다. 또한, 이 명세서에서 『상반력 파라미터』라는 단어는, 『상반력의 시간적인 패턴에 관한 파라미터』를 의미하는 것으로서 사용한다. ZMP 파라미터는 뒤의 도 35에 도시하는 바와 같이, X, Y, Z 좌표(방향)에 대해 꺾은선 그래프 형상의 ZMP 궤도의 꺾인 점의 위치와 통과 시각으로 나타낸다(X좌표만 도시).

운동 파라미터는 발판(궤도) 파라미터와 상체(궤도) 파라미터로 구성된다. 또한, 발판 궤도 파라미터는 초기(바닥에서 떨어질 때) 유각 위치 및 자세, 종단(바닥에 붙을 때) 유각 위치 및 자세, 양 레그 지지 기간 시간, 한쪽 레그 지지 기 간 시간 등을 포함한다.

상체 궤도 파라미터는, 상체의 자세(공간상의 상체(24)의 방향 혹은 경사)를 결정하는 파라미터, 상체 높이(Z방향의 값)를 결정하는 파라미터, 초기의 상체 위치(변위) 및 속도 파라미터 등으로 구성된다.

도 5는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)의 상세 내용을 도시하는 블록도이다.

도시하는 바와 같이, 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)는 보용 파라미터 결정부(100a)를 구비하고, 보용 파라미터 결정부(100a)는, 목표보용이 만족하지 않으면 안되는, 상기한 조건을 만족하도록, 파라미터치 또는 시계열 테이블을 결정한다.

결정된 보용 파라미터는 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)에 입력된다. 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)는 입력치에 근거하여, 앞서, 본 출원인이 일본국 특개평 5-318339호 및 일본국 특개평 5-324115호 공보 등에서 제안한 기술을 이용하여, 목표 발판 위치 자세, 목표 ZMP 및 목표 상체 자세, 보다 자세하게는, 그들의 현재 시간(t)에서의 목표 순간치 및 가순간치를 산출(발생)한다. 또한, 자세는 『공간 상의 경사 또는 방향』을 의미한다. 또한, 도시의 간략화를 위해, 도 5를 포함하는 도면의 대부분에 있어서 목표 상체 자세의 표시를 생략한다.

목표(및 가)순간치 발생부(100b)에서 산출(발생)된 목표 발판 위치 자세, 목표 ZMP 및 목표 상체 자세(보다 자세하게는, 그들의 목표 순간치 및 가순간치)는 풀 모델 보정부(100c)에 입력된다. 풀 모델 보정부(100c)는 본 출원인이 최근에 특원 2000-352011호에 제안한 단순화 모델(100c1)과, 이 출원에서 제안되는 풀 모델(100c2)(후술)을 구비하고, 단순화 모델에 따라서 입력치로부터 목표 상체 위치(보다 자세하게는 목표 상체 수평 위치)를 결정하는 동시에, 또한 결정된 목표 상체 위치를 풀 모델(후술)을 이용하여 수정한다.

또한, 단순화 모델(100c1)을 풀 모델 보정부(100c)에 포함시키지 않는 구성도 가능하다. 또한, 풀 모델(100c2)은 후술하는 바와 같이, 역 풀 모델(역동력학 풀 모델)과 순 풀 모델(순동력학 풀 모델) 중의 어느 하나를 포함한다.

풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)는 구체적으로는, 간단히 단순화 모델에 따라서 생성한 보용보다도 높은 정밀도로 동력학적 평형 조건을 만족하도록, 단순화 모델을 이용하여 산출된 목표 상체 위치를 보정하고, 또는 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 출력하고, 또는 목표 상체 위치를 보정함과 동시에, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 출력한다. 또한, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트는 ZMP 환산치로 하지 않고, 모멘트 그대로 출력해도 된다.

로봇(1)의 관절은 도 1에 도시하는 바와 같이 12관절로 구성되어 있으므로, 얻은 양발판의 위치·자세와 상체 위치·자세로부터, 후술하는 바와 같이 역 키네마틱스 연산에 의해 목표 관절 변위가 일의적으로 결정된다. 즉, 이번의 로봇의 목표 자세가 일의적으로 결정된다.

이해의 편의를 위해, 여기서 본 출원인이 상기한 특원 2000-352011호에서 제안한 단순화 모델에 따라서 자유롭게 또한 실시간으로 목표 보용을 생성하는 수법 을 설명한다.

전제부터 설명하자면, 이상적 목표 보용은 물리 법칙에 거역할 수 없으므로, 희망하는 상태에 금방 도달하지 못한다. 허용 범위 내에서 ZMP의 궤도, 착지 위치 및 착지 시기 등의 보용 파라미터를 변경하는 것에 의해, 시간을 들여 희망하는 상태로 천이하지 않으면 안된다. 특히, 도시하는 2족 보행 로봇의 동력학계는 ZMP를 입력, 상체 위치를 출력하는 계라고 간주하면 발산계가 되므로 신중하게 보용 파라미터를 변경하지 않으면, 정상 상태로 복원하는 것이 곤란하게 된다.

따라서, 목표 보용을 자유롭게 또한 실시간으로 생성할 때는, 로봇의 미래의 거동을 예측하고 어떻게 보용 파라미터치를 설정하면 로봇의 미래, 예컨대 몇 보 앞의 거동이 발산하지 않는지의 여부를 판단하는 동시에, 발산할 가능성이 예측될 때는 발산을 방지하도록 보용을 조정하는 것이 바람직하다.

그렇지만, 도 6에 도시하는 바와 같은 다질점계 모델(풀 모델)을 이용할 때, 그 동력학 연산은 연산량이 많고 또한 비선형성이 강하므로, 종단상태를 실시간으로 구하는 것은, 로봇에 탑재 가능한 통상의 CPU(제1 연산 장치(60))의 능력으로는 곤란하다.

따라서, 앞서 제안한 기술에 있어서는, 로봇(1)의 동력학적 거동을 기술하는 동력학 모델을 단순화하고, 실시간 또는 해석적으로 미래 거동을 예측 계산할 수 있도록 하였다. 도 7에, 그 단순화한 동력학 모델을 도시한다. 도시하는 바와 같이, 이 동력학 모델은 3질점 모델이고, 디커플드(decoupled), 즉 레그부의 동력학과 상체의 동력학이 상호 비간섭으로 구성되는 동시에, 로봇 전체의 동력학은 이들 의 선형 결합으로 나타난다. 도 8은 보용 생성부의 동력학 연산부에서 도 7에 도시하는 동력학 모델을 이용하여 행해지는 동력학 연산을 도시하는 블록도이다.

이하, 이 동력학 모델을 설명한다.

1) 이 모델은 도립 진자, 지지 레그 발판 질점, 유각 발판 질점의 3질점으로 구성된다.

2) 지지 레그 발판 질점은 지지 레그 발판에 로컬로 설정된 좌표계(구체적으로는 원점이 발목 중심에서 발바닥으로의 수직 투영점, XY 평면이 발바닥에 일치하고, 발뒤꿈치에서 발끝으로의 방향을 X축으로 한 XYZ 직교 좌표계이고, 이것을 이후, 「지지 레그 로컬 좌표계」라고 한다) 위에 있는 고정된 점에 설정된다. 이 고정된 점의 지지 레그 로컬 좌표계 상의 좌표를 이후, 「지지 레그 발판 질점 오프셋」이라고 한다.

마찬가지로, 유각 발판 질점은, 유각 발판에 로컬로 설정된 좌표계(이것을 이후,「유각 로컬 좌표계」라고 한다) 위에 있는 고정된 점에 설정된다. 이 고정된 점의 유각 로컬 좌표계 상의 좌표를 이후, 「유각 발판 질점 오프 셋」이라고 한다.

또한, 지지 레그가 바닥에 전면적으로 밀착되어 있을 때의 발목 위치의 바닥으로의 연직 투영점을 원점으로 하여, 바닥에 고정되고, 지지 레그 발판의 앞 방향을 X축, 좌 방향을 Y축, 연직 방향을 Z축으로 한 좌표계를 「지지 레그 좌표계」라고 한다(이것은 상기한 지지 레그 로컬 좌표와 다르다.). 언급하지 않는 한, 위치, 속도, 힘 등은 지지 레그 좌표계로 도시한다.

3) 도립 진자는 수평으로 이동하는 프리 지점(a)과, 하나의 질점(b)와, 지점과 질점을 이어주는 질량이 없는 가변 길이의 링크(c)로 구성된다. 또한, 링크가 경사져도 링크가 신축하여 지점으로부터 본 질점 높이가 일정치로 유지되게 한다.

도립 진자 질점은 물리적 의미로는 상체(24)의 질점(반드시 중심 위치를 의미하지 않는다)에 대응한다. 따라서, 도립 진자 질점과 상체 질점은 이후, 동의어로 취급한다. 도립 진자 질점의 위치(보다 광의로 말하면 변위)를 이후, 생략하여 「도립 진자 위치」라고 한다.

4) 상체의 수평 위치는 도립 진자의 수평 위치로부터 기하학적으로 결정된다. 구체적으로는, 예컨대, 상체에 로컬로 설정된 좌표계(이것을 이후,「상체 좌표계」라고 한다) 상에 있는 고정된 대표점(이 점을 이후, 「상체 대표점」이라고 한다)의 수평 위치(지지 레그 좌표계에서 본 XY좌표)가 도립 진자의 수평 위치에 일치되도록 결정된다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상체 대표점과 도립 진자 질점(b)은 동일 연직 선상에 있도록 결정된다. 상체 대표점의 상체 좌표계 상의 수평 좌표(XY좌표)를 「상체 질점 오프셋」이라고 한다.

이어서, 도시하는 동력학 연산 모델에 관한 변수 및 파라미터 등의 기술법에 관해서 설명한다. 설명의 편의상, 동력학 연산 모델에 관한 변수 및 파라미터 등을 아래와 같이 정의하여 기술한다.

도립 진자의 ZMP는 지점(a)의 위치에 있다. 왜냐하면, ZMP는 정의에서 모멘트가 발생하지 않는 점이고, 프리 지점(a)에는 모멘트가 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 도립 진자 지점 위치를 도립 진자 자신의 ZMP위치(ZMP 상당치)라고 함으로 써, 이후 「도립 진자 ZMP」라고 하고, 「ZMPpend」라고 기술한다.

각 질점의 질량과 위치는 다음과 같이 기술한다.

msup: 지지 레그 질점 질량

mswg: 유각 질점 질량

mb: 도립 진자 질점 질량(상체 질점 질량)

mtotal: 로봇 질량(=mb+msup+mswg)

mfeet: 양레그 질량(=msup+ mswg)

xsup: 지지 레그 질점 위치

xswg: 유각 질점 위치

xb: 도립 진자 위치(상체 질점 위치)

이후, 언급하지 않는 한, xb는 3차원 벡터(XYZ 좌표 벡터)로 나타낸다. 도립 진자의 높이는, 도립 진자의 지점으로부터 질점까지의 높이를 의미하고, h로 기술한다.

d(xb)/dt는 xb의 1계 미분을 나타내고, 도립 진자의 속도를 나타낸다. d2(xb)/dt2는 xb의 2계 미분을 나타내고, 도립 진자의 가속도를 나타낸다. g는 중력 가속도 정수를 나타낸다. G는 중력 가속도 벡터를 나타내고, X, Y성분이 0, Z성분이 -g인 벡터로 정의한다.

도시하는 3질점 모델에 있어서, 레그 질점의 총 관성력이 어떤 작용점(P) 주위에 작용하는 모멘트를, 점(P) 주위의 레그 총관성력 모멘트라고 정의한다(관성력과 중력의 합력을「총관성력」이라고 한다). 작용점(P)의 좌표 (또는 위치)를 xp 로 한다.

하기의 수학식1은, 점(P)주위의 레그 총 관성력 모멘트의 엄밀한 동력학적 정의식이다.

점(P) 주위의 레그 총관성력 모멘트

=msup(xsup-xp)*G-msup(xsup-xp)*d2(xsup)/dt2

+mswg(xswg-xp)*G-mswg(xswg-xp)*d2(xswg)/dt2

…수학식1

레그 ZMP을 ZMPfeet로 기술하고, 레그 ZMP를 수학식2로 정의한다. 단, 레그 ZMP의 높이(ZMPfeet의 Z성분)는 점(P) 위치의 높이와 동일하게 한다. 이와 같이, 레그 ZMP는 레그부의 운동에 의해서 발생하는 관성력과 중력의 합력(총관성력)에 유사적으로 대응시킨 값이다.

점(P) 주위의 레그 총관성력 모멘트= mfeet*(ZMPfeet-xp)*G

…수학식2

원래, 도 1에 도시하는 로봇(1)의 동력학은 비선형이지만, 근사하여 목표 ZMP, 레그 ZMP(ZMPfeet) 및 도립 진자 ZMP(ZMPpend) 간에는 수학식3의 선형 관계를 부여한다.

ZMPpend=mtotal/mb*목표 ZMP-mfeet/mb* ZMPfeet

…수학식3

일반적으로, 선형 도립 진자의 거동을 나타내는 미분 방정식은 수학식4로 나 타내어진다.

d2(xb)/dt2의 수평 성분=g/h*(xb의 수평 성분-ZMPpend의 수평 성분)

…수학식4

단, 작용점(P)는 모델의 근사 정밀도가 높아지도록 설정된다. 예컨대, 작용점(P)는 도 9의 타임 차트에 도시되는 바와 같이, 직전(전회) 보용의 지지 레그 좌표계 상의 원점으로부터, 금회 보용의 지지 레그 좌표계의 원점에, 양 레그 지지기간의 사이에 직선적으로 등속 이동하는 점으로 설정된다.

앞서의 출원에 관한 레그식 이동 로봇의 보용 생성 장치에서 제안하는 동력학 모델은 도 7에 도시하는 것과 같은 발판, 상체와 각 질점의 위치의 관계를 나타내는 상기 오프셋과, 상기의 식(수학식1 내지 4)으로 나타내어진다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 미래 거동 예측이 용이해졌다.

도 8을 참조하여 이 동력학 연산부의 동작을 설명하자면, 동력학 연산부는 레그 ZMP 산출기(200)를 구비하고, 레그 ZMP 산출기(200)는 수학식1, 수학식2 및 도 9에 도시되는 작용점 P에 따라서 레그 ZMP(ZMPfeet)를 산출한다.

이어서, 상기 산출한 ZMPfeet를 mfeet/mtotal배(제2 계수)한 것을 목표 ZMP로부터 감산하고, 또한 이것을 mtotal/mb배(제1 계수)하는 것에 의해 도립 진자 ZMP(ZMPpend)를 산출한다. 즉, 도립 진자 ZMP(ZMPpend)는, 상기 로봇의 질량(mtotal)과 상기 상체의 질점의 질량(mb)의 비에 상기 목표 ZMP를 곱해 얻은 곱으로부터, 상기 레그부의 질량(mfeet)과 상기 상체의 질점의 질량(mb)의 비에 레그부의 ZMP 상당치 ZMPfeet를 곱해 얻은 곱을 감산하여 산출된다. 이 처리는, 수 학식3에 상당한다.

도립 진자의 거동은 수학식4로 표현되고, 도립 진자 ZMP(ZMPpend)부터 도립 진자 질점 수평 위치(변위)(xb)가 산출된다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 동력학 연산부는 상체 위치 결정기(202)를 구비하고, 상체 위치 결정기(202)는 도립 진자 질점 수평 위치로부터 상체의 수평 위치(xb)를 결정한다. 구체적으로는, 상체 위치 결정기(202)는 전술한 상체 대표점(도 7에 도시한다)의 수평 위치가 도립 진자의 수평 위치에 일치하도록 상체의 수평 위치를 결정한다.

상기의 내용을 보다 일반적으로 말하면, 이 모델(제1 모델)은, 로봇(1)을, 레그부(2)의 소정 위치 또는 그 부근에 설정된 적어도 1개의 질점(관성 모멘트여도 된다)과, 바닥면 위를 자유롭게 이동하는 지점과 상체(24)의 소정 위치에 설정된 적어도 1개의 질점에 대응하는 질점으로 이루어지는 도립 진자로 모델화하여 이루어지는 모델임과 동시에, 동력학 연산부(제1 모델 상체 위치 산출 수단)는 적어도 레그부(2)의 운동에 의해서 발생하는 관성력과 중력의 합력에 유사적으로 대응하는 레그부의 ZMP에 상당하는 레그부 ZMP(ZMPfeet)를 상체(24)의 거동에 의존하지 않고 산출하는 레그부 ZMP 산출 수단과 적어도 상기 산출된 레그부 ZMP(ZMPfeet)와 목표 ZMP에 따라서, 도립 진자의 지점의 ZMP 상당치(ZMPpend)를 산출하는 ZMP 상당치 산출 수단과 산출된 도립 진자의 지점의 ZMP 상당치(ZMPpend)에 따라서 상기 도립 진자의 변위(위치)(xb)를 산출하는 도립 진자 변위 산출 수단 및 산출된 도립 진자의 변위(xb)에 따라서 제1 모델의 상체 위치를 나타내는 모델 상체 위치를 결정하는 제1 모델 상체 위치 결정 수단을 구비하도록 구성하였다.

또한, 도립 진자의 지점의 ZMP 상당치(ZMPpend)가, 목표 ZMP에 제1 계수(mtotal/mfeet)를 곱해 얻은 곱으로부터, 레그부 ZMP에 제2 계수 (mfeet/mtotal)를 곱해 얻은 곱을 감산하여 산출되도록 구성하였다.

이어서, 보용의 계속적 자세 안정성에 관해서 말하자면, 여기까지 언급해온 동력학 모델 자체는, 단순히, 각 순간에서의 동력학적 평형 조건을 근사적으로 만족하도록, 목표 ZMP로부터 상체 궤도를 산출하는 것뿐이고, 상체 궤도가 발산하는 것(도 10에 도시하는 바와 같이 상체(24)의 위치가 양발판(22R, L)의 위치로부터 떨어진 위치로 어긋나는 것)을 방지하지 않는다.

이하에서는, 상체 궤도의 발산을 방지하고, 상체와 양발판 간의 적절한 위치 관계를 계속시키기 위한 수단에 관해서 설명한다.

최초로, 그것을 위한 예비 지식으로서, 미래의 상체 궤도를 해석적으로 구하는 데 있어서 특히 중요한 선형 도립 진자의 성질에 관해서 의논한다. 여기서는, 이산화 모델을 이용하여 설명한다.

우선, 도립 진자에 관하여, 새롭게 이하의 변수나 파라미터를 정의한다.

ω0: 도립 진자의 고유 각주파수

ω0 = sqrt(g/h)(단, sqrt는 평방근을 나타낸다. )

Δt: 분할 시간

x[k]: k 스텝째(시각 (kΔt))의 도립 진자 위치

v[k]: k 스텝째의 도립 진자 속도

ZMPpend[k]: k 스텝째의 도립 진자 ZMP(자세하게는, 시각(kΔt)에서 시각(k+1)Δt까지, 입력ZMPpend[k]의 0차 홀드 신호가 입력, 즉, 그 시각 사이는 동일 신호가 도립 진자에 입력되어 계속되도록 한다.)

또한, q[k]와 p[k]를 수학식5로 정의한다.

q[k]= x[k]+v[k]/ω0

p[k]= x[k]-v[k]/ω0 …수학식5

도립 진자의 운동 방정식을 이산화하여, q[k]와 p[k]에 관해서 풀면, 이하의 수학식6과 수학식7을 구할 수 있다. 또한, exp은 지수 함수(자연대수)를 나타낸다.

…수학식6

…수학식7

이들의 수학식의 의미를 생각한다.

어느 유한한 상수 ZMPmin 및 ZMPmax에 대하여, 수학식8을 항상 만족하도록, ZMPpend[i]가 설정되도록 가정한다.

ZMPmin ≤ ZMPpend[i] ≤ ZMPmax …수학식8

수학식8의 중변과 우변의 관계를 수학식6에 대입하면, 하기의 수학식9를 구 할 수 있다.

…수학식9

등비 급수의 합의 정리로부터, 하기의 수학식10을 구할 수 있다.

…수학식10

따라서, 수학식9는 수학식11로 고쳐 쓸 수 있다.

p[k] ≤ exp(-ω0k△t) * p[0] + (1-exp(-ω0k△t))*ZMPmax

…수학식11

마찬가지로, 수학식8의 좌변과 중변의 관계로부터, 수학식12를 구할 수 있다.

p[k] ≥ exp(-ω0k△t) * p[0] + (1-exp(-ω0k△t))*ZMPmin

…수학식12

exp(-ω0kΔt)는 k가 무한대로 되면 0에 수렴(점차 근접)하기 때문에, 수학식11, 12는 ZMPpend가 변동하더라도 p[k]는 발산하지 않고, 결국은 ZMPmax와 ZMPmin의 사이에 들어가는 것을 의미한다.

또한, 구체예로서, ZMPpend가 어느 시점 이후, 일정치 ZMP0이 되는 경우를 생각한다. 이 경우, 그 시점을 다시 시각 0으로 하면, 수학식6은 수학식13으로 고쳐 쓸 수 있다. 이는, p[k]가 그 초기치에 관계없이, ZMP0에 등비 급수적으로 수렴하는 것을 의미한다.

p[k] = exp(-ω0k△t) * (p[0] - ZMP0) + ZMP0 …수학식13

보다 일반적으로는, p[k]는 어느 시점에서 어떠한 값이라도, 그 후의 ZMPpend 파형이 어떤 동일 파형이면, ZMPpend 파형에 추종하고, 어떤 궤도에 수렴한다.

한편, q[k]는 수학식7로부터 분명해지는 바와 같이 발산하는 경향이 있다.

구체예로서, ZMPpend가 어느 시점 이후, 일정치 ZMP0이 되는 경우를 생각한다. 이 경우, 일정치 ZMP0이 되는 시점을 다시 시각 0으로 하면, 수학식7은 수학식14가 되어, 이것은, q[0]= ZMP0이 아닌 한, q[k]가 ZMP0으로부터 등비 급수적으로 발산하는 것을 의미한다.

q[k] = exp(ω0k△t) * (q[0] - ZMP0) + ZMP0 …수학식14

그래서, 이후, 수학식5에 의해서 정의되는 p[k]를 수렴 성분, q[k]를「발산 성분」이라 한다.

이상으로부터, 상체 궤도의 발산을 방지하고, 상체와 양 발판 간의 적절한 위치 관계가 계속되기 위해서는 사실상 수렴 성분은 무시하여도 상관없고, 지지 레그로부터 본 발산 성분을 보행에 지장 없는 범위에서 초과하지 않도록 관리하면 된다.

즉, 상체 궤도의 발산을 방지하고, 상체와 양 발판 간의 적절한 위치관계를 계속시키기 위해서는, 발산 성분을 보행에 지장 없는 범위(자세가 크게 흐트러지지 않는 범위)에서 초과하지 않도록, ZMP 궤도 파라미터 등을 적절하게 결정하면 된다.

그래서, 앞서 제안한 기술에 있어서는, 금회 생성하는 보용에 이어져야 하는 장기적인 계속성이 보증된 보용(후술하는 정상 선회 보용)을 임의로 상정하는 것에 의해, 적절한 발산 성분의 값을 결정하도록 하였다.

이상과 같이, 앞서 제안한 기술에서는, 2보 앞까지의 유각 발판 착지 위치 자세, 착지 시각의 요구치(요구)를 입력함으로서, 목표 상체 위치·자세 궤도, 목표 발판 위치 자세 궤도, 목표 ZMP 궤도를 결정하도록 하였다. 이 때, 보용 파라미터의 일부는 보용의 계속성을 만족하도록 수정된다. 또한, 생성하고자 하는 보용을 「금회 보용」, 그 다음 보용을 「차회 보용」, 또한 그 다음 보용을 「차차회 보용」이라 한다.

이와 같이, 앞서 제안한 기술에서는, 로봇(1)의 동력학적 거동을 기술하는 동력학 모델을 단순화하고, 실시간 및 해석적으로 미래 거동이 예측되도록 구성하고, 그에 따라, 상반력(목표 ZMP)을 포함하는 보용을, 자유롭고 또한 실시간으로 생성하여 임의의 보폭, 선회 각, 보용 주기 등을 실현할 수 있도록 하였다.

그렇지만, 그 제안 기술에 있어서는, 실시간성을 중시하여 단순화 모델로서 큰폭으로 단순화된 모델을 이용하면, 동력학적 평형 조건을 만족하는 상태로부터 큰폭으로 어긋나게 된다. 다시 말하면, ZMP의 오차가 커지게 된다.

따라서, 이 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치에서는, 이와 같이 앞서 제안한 단순화 모델을 이용하여 보용 등의 동작을 생성할 때도, 생성된 동작이 보다 한 층 정밀하게 동력학적 평형 조건을 만족하도록 동작을 수정하게 하였다. 또한, 이 실시 형태는 앞서 제안한 단순화 모델을 이용하여 보용 등의 동작을 생성하는 경우에 그치지 않고, 테이블화 된 보용에 따라서 보용 등의 동작을 생성하는 경우의 동작 수정에도 타당하다.

도 5의 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)의 설명으로 되돌아가면, 이 실시 형태에서 「풀 모델」은 금회 보용 파라미터를 결정할 때에 이용하는 것과는 다른 로봇 동력학 모델을 의미한다. 이것은, 금회 보용 파라미터를 결정할 때 이용하는 것보다도 근사 정밀도가 높은 로봇 동력학 모델인 것이 바람직하다. 도시 예에서 설명하면, 앞의 제안 기술에 관한 단순화 모델(도 7에 도시한다)을 금회 보용 파라미터의 결정에 이용한 것으로부터, 그 보다도 근사 정밀도가 높은, 예컨대 도 6에 도시하는 다질점 모델과 같은 로봇 동력학 모델을 의미한다(질점의 주위에 관성 모멘트를 설정하는 것이어도 된다).

또한, 이 명세서에 있어서, 목표 발판 위치 자세, 목표 상체 자세, 목표 ZMP에 근거하여(입력하여) 상체 위치를 산출하는(출력시키는) 데 사용하는 모델을「순동력학 모델」이라고 하고, 목표 발판 위치 자세, 목표 상체 자세, 상체 위치에 근거하여(입력하여) 목표 ZMP를 산출하는(출력시키는)데 사용하는 모델을「역동력학 모델」이라고 한다.

풀 모델 보정부(100c)가 구비하는 풀 모델은, 역동력학 풀 모델(종종「역 풀 모델」이라고 약칭) 또는 순동력학 풀 모델(종종「순 풀 모델」이라고 약칭)을 구비한다. 일반적으로는, 역동력학 모델의 연산에 비해 순동력학 모델의 연산은 해석적으로 구할 수 없기 때문에, 탐색적으로 상체 위치를 구해야 하므로, 연산량이 많아지는 경향이 있다.

이어서, 이 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는 보용의 수정 수법을 설명한다.

도 11은 그 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)의 보용 생성 처리를 도시하는 플로우 차트(구조화 플로우 차트)이다.

이하에 설명하자면, 우선 S10에 있어서 여러 가지의 초기화 작업을 하여, S12를 지나 S14로 진행하고, 제어 주기마다의 타이머 인터럽트를 기다린다. 제어 주기는 Δt 이다. 이어서 S16으로 진행하고, 보용 변환기인지의 여부를 판단하여, 긍정일 경우는 S18로 진행하고, 부정일 경우는 S28로 진행한다.

S18로 진행할 때는 시각(t)을 0으로 초기화하여 현재 시각으로 하고, 이어서 S20으로 진행하고, 차회 보용 지지 레그 좌표계, 차차회 보용 지지 레그 좌표계, 금회 보용 주기 및 차회 보용 주기를 판독한다. 이들의 보용의 요구는 미리 보행 스케줄로서 기억시켜 놓아도 되고, 또는 조이스틱(44) 등의 조종 장치에서의 지령(요구)과 그 때까지의 보행 이력을 기초로 결정하여도 된다.

이어서, S22으로 진행하고, 금회 보용 초기 유각 발판 위치 자세 등의 금회 보용의 보용 파라미터를 가결정(가산출)한다.

금회 보용 초기 유각 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에서 본 현재 유각 위치 자세로 한다. 금회 보용 초기 지지 레그 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에서 본 현재 지지 레그 위치 자세로 한다. 금회 보용 종단 유각 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에서 본 차회 지지 레그 좌표계에 대응하여 결정한다.(즉, 금회 보용 종단 유각 발판 위치 자세로부터 발판을 바닥에 접촉시킨채 로, 미끄러지지 않도록 발판을 수평으로까지 회전시켰을 때의 위치 자세가 차회 지지 레그 좌표계가 되도록 설정한다.)

금회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세는, 현재 지지 레그 위치 자세로부터 발판을 바닥에 접촉시킨 채로, 미끄러지지 않도록 발판을 바닥에 면접촉할 때까지 회전시켰을 때의 위치 자세로 한다. 따라서, 바닥이 평면이면, 금회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에 일치한다. 또한, 이 보용에서는 보용 종단에 있어서 지지 레그 발판은 수평으로 되지만, 반드시 이와 같이 설정할 필요는 없다.

금회 보용의 ZMP 궤도 파라미터는 안정 여유가 높고, 또한 급격한 변화를 하지 않도록 결정한다.(접지면을 포함하는 최소의 볼록 다각형(소위 지지 다각형)의 중앙 부근에 ZMP가 존재하는 상태를 안정 여유가 높다고 한다(상세한 것은 일본국 특개평10-86081호 공보에 기술)). 단, 금회 보용의 ZMP 궤도 파라미터는 가결정되었을 뿐이고, 후술하는 바와 같이 수정된다.

이어서 S24로 진행하고, 금회 보용에 관련되는 정상 선회 보용의 보용 파라미터를 결정한다. 또한, 이 명세서에서「정상 선회 보용」은, 그 보용을 반복하였을 때에 보용의 경계에서 운동 상태에 불연속이 발생하지 않는 것과 같은 주기적 보용을 의미하는 것으로서 사용한다.

정상 선회 보용은 통상적으로, 제1 선회 보용과 제2 선회 보용으로 이루어진다. 또한, 여기서「선회」라는 용어를 사용한 것은 선회율을 0으로 할 때는 직진을 의미하기 때문에, 직진도 광의의 의미로는 선회에 포함시킬 수 있기 때문이다. 정상 선회 보용은 보용 생성부(100)에서 금회 보용의 종단에서의, 상기한 발산 성분을 결정하기 위해서 잠정적으로 작성되는 것이고, 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)에서 그대로 출력되는 것이 아니다.

우선, 금회 보용, 제1 선회 보용, 제2 선회 보용의 순으로 레그 궤도가 이어지도록, 제1 선회 보용과 제2 선회 보용의 보용 파라미터 중의 레그 궤도의 경계 조건을 설정한다.

구체적으로는, 제1 선회 보용 초기 유각 발판 위치 자세는, 차회 보용 지지 레그 좌표계에서 본 금회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세로 한다. 제1 선회 보용 초기 지지 레그 발판 위치 자세는, 차회 보용 지지 레그 좌표계에서 본 금회 보용 종단 유각 발판 위치 자세로 한다.

제1 선회 보용 종단 유각 발판 위치 자세는, 금회 보용 종단 유각 발판 위치 자세의 결정 수법과 마찬가지로, 차회 보용 지지 레그 좌표계에서 본 차차회 보용 지지 레그 좌표계에 대응하여 결정한다. 제1 선회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세는 차회 보용 지지 레그 좌표계에 일치시킨 발판을 바닥에 접촉시킨 채로, 미끄러지지 않도록 발판을 바닥에 면접촉할 때까지 회전시켰을 때의 위치 자세로 한다.(따라서, 바닥이 평면이면, 제1 선회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세는 차회 지지 레그 좌표계에 일치한다.)

제2 선회 보용 초기 유각 발판 위치 자세는 차차회 보용 지지 레그 좌표계에서 본 제1 선회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세로 한다. 제2 선회 보용 초기 지지 레그 발판 위치 자세는, 차차회 보용 지지 레그 좌표계에서 본 제1 선회 보용 종단 유각 발판 위치 자세로 한다.

제2 선회 보용 종단 유각 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에서 본 금회 보용 종단 유각 발판 위치 자세로 한다. 제2 선회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세는, 금회 지지 레그 좌표계에서 본 금회 보용 종단 지지 레그 발판 위치 자세로 한다.

이들의 관계를 도 12에 도시한다.

제1 선회 보용 및 제2 선회 보용의 보용 주기는 차회 보용 주기와 동일하다(또한, 동일하게 할 필요는 반드시 있지 않지만, 차회 보용 주기에 따라서 결정하는 것이 바람직하다). 금회 보용, 제1 선회 보용 및 제2 선회 보용의 상기 이외의 운동 파라미터(양 레그 지지기 시간 등의 시간 파라미터를 포함한다)는, 상기 결정된 파라미터에 따라서, 보용 조건(전동 모터(액추에이터)의 속도가 허용 범위에 있는 것 등)를 만족하도록 적절한 결정을 한다.

제 1 선회 보용 및 제2 선회 보용의 ZMP 궤도 파라미터도, 안정 여유가 높고, 또한 급격한 변화를 하지 않도록 결정한다.

그런데, 상체 대표점의 초기 위치와 속도를 어떤 값(X0, V0)으로 설정하면, 도 7에 도시하는 단순화 모델을 이용하여 상기 제1 선회 보용과 제2 선회 보용을 생성하고, 다시 제1 선회 보용의 생성을 시작할 때의 초기 상체 대표점 위치 속도가 상기 설정한 초기 상체 대표점 위치 속도의 값(X0, V0)에 일치한다. 이 값(X0, V0)을 「정상 선회 보용의 초기 상체 대표점 위치 속도」라고 한다. 이 관계를 도면에 나타내면 도 13과 같이 된다. 단, 도면에서 X0를(x0, y0)로 나타내는 것으로 하고, V0에 관해서의 표기는 생략하였다.

이와 같이 설정하면, 도 7에 도시하는 단순화 모델을 이용하여 제1 선회 보용과 제2 선회 보용을 교대로 반복하여 생성하더라도, 연산 오차가 축적하지 않는 한, 제1 선회 보용의 초기 상체 대표점 위치 속도는 값(X0, V0)이 된다. 즉, 보용의 계속성이 보증된다. 이 때의 발산 성분, 즉, X0+ V0/ω0을 「정상 선회 보용의 초기 발산 성분」이라고 한다.

도 11의 설명으로 되돌아가면, 이어서 S26으로 진행하고, 지금 설명한 정상 선회 보용의 초기 발산 성분을 구한다. 또한, 그 상세한 것은 앞서 제안한 특원 2000-352011호에 기재되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, S28로 진행하고, 금회 보용을 수정한다. 구체적으로는, 금회 보용의 종단 발산 성분이 정상 선회 보용의 초기 발산 성분에 일치하도록, 금회 보용의 파라미터를 수정한다. 이것도, 그 상세한 것은 앞서 제안한 특원 2000-352011호에 기재되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

계속해서, S30으로 진행하고, 결정된 보용 파라미터로부터 금회 보용의 목표 순간치(및 가목표 순간치)를 발생시킨다(결정 또는 산출한다).

도 14는 그 처리를 도시하는 서브루틴 플로우 차트이다.

이하 설명하면, S100에서, 금회 보용 파라미터를 기초로, 시각(현재 시각)(t)에 있어서 목표(가) ZMP를 구하여 S102로 진행하고, 금회 보용 파라미터를 기초로 시각(t)에서의 목표 발판 위치 자세를 구한다.

다음으로 S104로 진행하고, 금회 보용 파라미터를 기초로 시각(t)에서의 목 표 상체 자세를 구한다.

도 11 플로우 차트의 설명으로 되돌아가면, 계속해서 S32로 진행하고, 풀 모델을 이용한 보정 보용의 발생(보용의 보정)을 한다. 즉, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 보정 목표 상체 위치 및/또는 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 산출(결정) 등을 한다.

도 11 플로우 차트의 S32의 보용 보정 수법이 이 출원에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 특징을 이루고 있는 동시에, 이하, 그것에 관하여 제1 형태 이후에서, 여러 가지의 예를 기술하므로, 그 보용의 보정 수법을 여기서 개략 설명한다.

도 15는 그 보용의 보정 수법을 도시한 것이다. 해당하는 제n 실시 형태를 『실n』이라고 도시한다.

보정 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법과, 순동력학 풀 모델(순 풀 모델)을 이용하는 수법으로 크게 나뉜다. 각각, 단순화 모델 보용의 ZMP(단순화 모델에 입력되는 목표 ZMP)를 보정하지 않는 수법과, 보정하는 수법으로 크게 나뉜다.

또한, 역동력학 풀 모델을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법은, 보정용 섭동 동력학 모델(이후『섭동 모델」이라고 약칭한다)을 이용하는 수법과, 섭동 모델을 이용하지 않는 수법으로 분리된다. 또한, 섭동 모델을 이용하는 수법은 풀 모델의 피드백(F/B) 보정을 하는 것과 피드 포워드(F/F) 보정을 하는 것으로 분리된다. 역동력학 풀 모델을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하는 수법도, 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 경우와 마찬가지로 분류된다.

도 16은 제1 실시 형태에 관한 목표 운동 생성 장치의 보용의 보정 수법을 상세하게 도시하는 기능 블록도이다.

또한, 도 16에 도시하는 제1 실시 형태도 포함하여, 후술하는 제8에서 제13 실시 형태를 제외한, 모든 실시 형태에 있어서 보용의 보정은 다음 식의 조건을 만족한다.

풀 모델 ZMP=목표 ZMP

+목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치

…수학식15

이것은, 도시하는 풀 모델이 엄밀한 모델임을 전제로 할 때, 엄밀히 동력학적 평형 조건을 만족하도록 보용이 보정되는 것을 의미한다. 이와 같이, 풀 모델 보정부(100c)는 목표 상체 궤도, 목표 발판 궤도 및 목표 ZMP로 구성되는 목표 보용 중의, 목표 상체 궤도를 보정하고 및/또는 목표 ZMP 주위에 목표 상반력 모멘트를 발생시키는 것에 의해(본래의 목표 보용에서는 0), 보용을 보정한다. 상기에서,「풀 모델 ZMP」는, 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하여 산출되는(출력되는) ZMP를 의미한다. 또한, 제8에서 제13 실시 형태에 있어서는, 피드 포워드형의 보정이기 때문에 엄밀하지 않지만, 거의 동력학적 평형 조건을 만족하도록 보용이 수정된다.

도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서는 목표 발판 위치 자세, 목표 상체 자세(도시 생략) 및 단순화 모델을 이용하여 단순화 모델 상체 위치(목표 상체 위치)를 산출한다(목표 상체 위치는, 도 4의 "보정 목표 상체 위치"를 보정하기 전의 "목표 상체 위치"를 의미한다).

구체적으로는, 수학식1 및 수학식2를 이용하여 시각(t) 및 그 이전의 목표 발판 위치 자세로부터 시각(t)에 있어서의 레그 ZMP(ZMPfeet)를 산출한다. 이어서, 수학식3을 이용하여 도립 진자 ZMP(ZMPpend)를 산출하고, 수학식4를 이용하여 도립 진자 ZMP로부터 도립 진자 수평 위치를 산출하고, 상체 대표점의 수평 위치가 도립 진자 질점 수평 위치에 일치하도록 상체의 수평 위치를 결정하는 동시에, 본 출원인이 앞서 일본국 특개평10-86080호 공보에서 제안한 상체 높이 결정 수법을 이용하여 상체 높이를 결정한다.

또한, 결정한 상체 위치에 따라, 역 풀 모델을 이용하여 풀 모델 ZMP를 산출하고, 다음 식에 따라서 풀 모델 ZMP 오차를 산출한다.

풀 모델 ZMP 오차=풀 모델 ZMP-목표 ZMP …수학식15a

다음으로 풀 모델 ZMP 오차를 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)하도록 하였다. 또한, 이 실시 형태 및 후술의 실시 형태에 있어서, 역 풀 모델에 입력되는 목표 상체 자세는, 설명의 편의를 위해, 직립 자세로 한다.

바꿔 말하면, 단순화 모델의 모델화 오차에 의해서 생기는 동력학적 평형 조건으로부터의 어긋남을, 목표 ZMP 주위의 반상력 모멘트에 의해서 없앤다, 즉, 레그부(2)가 바닥면을 누르는 동작을 변화시켜, 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트를 발 생시켜 상기의 어긋남을 없애도록 하였다.

또한, 역 풀 모델을 이용하여 산출하는 ZMP를 상기한 바와 같이, 풀 모델 ZMP라고 한다. 단순화 모델을 이용하여 산출한 상체 위치는 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)되고, 도 4에 도시하는 로봇 기하학 모델(103)에 입력된다.

도 16의 구성을 수학식으로 나타내면, 이하의 2개 수학식과 같이 된다.

보정 목표 상체 위치=단순화 모델 상체 위치 …수학식16a

목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치

= 풀 모델 ZMP-목표 ZMP …수학식16b

도 11의 플로우 차트의 설명으로 돌아가면, 계속해서 S34로 진행하고, 시각(t)에 Δt를 부가하여, 다시 S14로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.

도 4의 설명으로 되돌아가서, 이 실시 형태에 관한 목표 운동 생성 장치의 동작을 더 설명하면, 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)에서 생성된 목표 보용의 순간치 중에, 목표 상체 자세 및 보정 목표 상체 위치(궤도)는 후단의 블록(102)으로 보내어지고, 그 중 상기한 로봇 기하학 모델(역 키네마틱스 연산부)(103)에 그대로 입력된다.

또한, 그 밖의 목표 발판(발판) 위치 자세(궤도), 목표 ZMP(궤도), 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 및 목표 전상반력(궤도)은 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)로 직접 보내어지는 한편, 목표 상반력 분배기(106)에도 보내어지고, 거기서 상반력은 각 발판(발판(22R, L))으로 분배되어, 목표 각 발판 상반력 중심점 및 목표 각 발판 상반력이 결정되어 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)로 보내어진다.

복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에서 기구 변형 보상 첨부 수정목표 발판 위치 자세(궤도)가 로봇 기하학 모델(103)로 보내어진다. 로봇 기하학 모델(103)은, 목표 상체 위치 자세(궤도)와 기구 변형 보상 첨부 수정 목표 발판 위치 자세(궤도)가 입력되면, 그것들을 만족하는 12개의 관절(10R(L)등)의 관절 변위 지령(값)을 산출하여 변위 컨트롤러(108)에 보낸다. 변위 컨트롤러(108)는 로봇 기하학 모델(103)에서 산출된 관절 변위 지령(값)을 목표치로서 로봇(1)의 12개 관절의 변위를 추종 제어한다.

로봇(1)에 생긴 실제 각 발 상반력은 6축력 센서(34)의 출력으로부터 검출되고, 검출치는 상기한 복합 컴플리언스 동작 결정부(104)로 보내어진다. 또한, 로봇(1)에 생긴 실제 경사각 편차는 경사 센서(36)의 출력으로부터 검출되고, 검출치는 자세 안정화 제어 연산부(112)로 보내어져, 거기서 자세 경사를 복원하기 위한 목표 ZMP(목표 전상반력 중심점) 주위의 보상 전상반력 모멘트(Mdmd)가 산출된다.

또한, 상기 한 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는 모멘트 변환부(114)에서 모멘트치로 변환되고, 보상 전상반력 모멘트(Mdmd)에 가산된다. 이에 따라 획득한 합의 모멘트는 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)로 보내어진다. 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)는 입력치에 따라서 목표 발판 위치 자세를 수정하는 것에 의해, 목표 ZMP 주위에 상기한 바와 같이 획득된 합의 모멘트를 발생시킨다. 또한, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는, 상기와 같이, 목표 ZMP 주위의 보상 전상반력 모멘트(Mdmd)에 가산되므로, 복합 컴플라이 언스 동작 결정부(104) 또는 목표 상반력 분배기(106)에 직접, 입력하지 않아도 된다.

또한, 도 4에 파선으로 도시하는 상기한 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104) 등의 구성 및 동작은 본 출원인이 앞서 출원한 일본국 특개평10-277969호 공보 등에 상세히 기재되어 있기 때문에, 설명을 이상으로 한다.

이 실시 형태는 상기와 같이 구성하였기 때문에, 앞서 제안한 단순화 모델을 이용하여 생성한 보용을 수정하여 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족할 수 있다. 또한, 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하는 보용 등의 동작을 생성할 수 있는 동시에, 그 생성된 동작에 추종하도록 로봇(1)을 제어하는 것으로, 자세 안정성을 높일 수 있다.

게다가, 앞서 제안한 특원2000-352011호에 기재된 자유로운 보용의 생성 방법을 조합하는 것에 의해, 레그식 이동 로봇의 상반력을 포함하는 보용을, 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하면서, 자유롭게 또한 실시간으로 생성하여 임의의 보폭, 선회 각, 보행 주기를 갖는 보용을 생성할 수 있음과 동시에, 생성된 보용끼리의 경계에서 로봇의 각 부위의 변위 및 속도가 연속하는 보용을 생성할 수 있다.

단, 제1 실시 형태의 보정 수법은 상반력만 조작하는 점에서, 연산량이 적다는 장점이 있지만, 동작의 안정 여유는, 후술하는 실시 형태에 비하여 약간 저하한다.

도 17은, 이 발명의 제2 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제2 실시 형태의 보정 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법이면서, 또한 섭동 모델을 이용하는 수법이다. 그리고 풀 모델 피드백 보정형임과 동시에, 제7 실시 형태까지의 풀 모델 피드백 보정형의 기본을 이루는 수법이다.

도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태의 구성에 풀 모델 ZMP 오차를 적분(1/S. S;라플라스 연산자)하고 적분 게인(-K.피드백 게인 상당치)을 곱한 것을 섭동 모델에 입력하여, 섭동 모델의 출력인 섭동 모델 상체 위치를 역 풀 모델에 추가적으로 입력하는 피드백 루프를 추가하였다.

즉, 목표 발판 위치 자세, 목표 상체 자세 및 후술하는 보정 목표 상체 위치 등에 근거하여, 역 풀 모델을 이용하여 풀 모델 ZMP를 산출하여 목표 ZMP와의 차(풀 모델 ZMP 오차)를 구하고, 구한 차를 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)함과 동시에, 구한 차를 적분하여 적분 게인을 곱한 곱을 섭동 모델 ZMP로서 섭동 모델에 입력하고, 그 출력(섭동 모델 상체 위치)을 단순화 모델을 이용하여 산출한,(보정 전의) 목표 상체 위치에 가산하여 보정 목표 상체 위치를 얻어, 이에 따라 얻은 보정 목표 상체 위치를 역 풀 모델에 입력하도록 하였다.

또한, 제1 실시 형태와 다르고, 단순화 모델을 이용하여 산출한 상체위치에 섭동 모델을 이용하여 산출되는 섭동 모델 상체 위치가 가산되어, 그 합이 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)된다.

이 섭동 모델은, 도 18에 도시하는 바와 같이, 발판의 위치 자세는 섭동시키지 않는다는 제약 조건하에 있는 목표 ZMP의 섭동과 목표 상체 수평 위치의 섭동의 관계를 나타내는 모델이고, 보다 구체적으로는, 도 7에 도시하는 단순화 모델에 있어서, 레그 질점의 거동을 바꾸지 않는(섭동하지 않는) 경우의, 목표 ZMP의 섭동과 목표 상체 수평 위치의 섭동의 관계를 나타내는 모델이다.

또한, 도시의 구성에 있어서, 역 풀 모델의 전달 함수를 1/G(s), 섭동 모델의 그것을 Gm(s)로 하고, 단순화 모델의 그것을(G(s)+ 모델화 오차)로 근사적으로 나타내면, 도시의 구성은 도 19에 도시하는 바와 같이 근사할 수 있고, 더욱이 도 20 및 도 21에 도시하는 바와 같이 변형할 수 있다.

또한, 섭동 모델의 전달 함수(Gm(s))가 역 풀 모델의 전달 함수의 역함수(G(s))에 근사 될 때, Gm(s)/G(s)는 1이라고 간주할 수 있기 때문에, 최종적으로 도 22에 도시하는 바와 같이 근사적으로 변형된다.

상기로부터, 제2 실시 형태의 수법에 있어서는, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는, 모델화 오차를 컷오프 주파수(K/2π[Hz])(컷오프 각주파수(K[rad/sec])의 로우 컷 필터(하이패스 필터)에 통과시킨 것과 거의 동일하게 되는 것을 이해할 수 있다.

그런데, 목표 ZMP 주위에 풀 모델 보정 모멘트를 발생시키는 것은, 목표 ZMP에 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 부가한 값에, 목표 ZMP를 수정하는 것에 상당한다. 목표 ZMP는 안정 여유 등을 고려하여 이상의 패턴으로 설계되어 있으므로, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는, 항상 0 인 것이 본래적으로는 이상적이다.

제2 실시 형태의 수법은, 적분 게인의 절대치(K)가 충분하게 크면, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는 거의 0이 되고, 이상에 가깝게 된다.

제2 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제1 실시 형태에서 기술한 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 안정 여유가 높은 보용을 생성할 수 있다.

단, 연산량이 여전히 적은 것이 장점이지만, 섭동 모델의 상체 위치가 발산하는 경향이 있기 때문에, 반드시 실용적이지는 않다.

도 23은 이 발명의 제3 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제3 실시 형태에 관한 장치의 보정 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법이고, 또한 섭동 모델을 이용하는 수법이다. 또한 풀 모델 피드백 보정형이면서, 제7 실시 형태까지의 수법에 공통하는 일반적인 수법이다.

종전의 실시 형태와 상위하는 점에 초점을 두고 설명하자면, 제3 실시 형태에 있어서는, 제2 실시 형태의 부적당함, 즉, 섭동 모델의 발산을 방지하기 위해서, 제2 실시 형태의 구성에 섭동 모델 제어 법칙을 추가하여, 그 출력인 섭동 모델 제어용 피드백량을 섭동 모델에 추가적으로 입력하도록 하였다.

즉, 제1 및 제2 실시 형태와 같이 풀 모델 ZMP 오차를 구해, 구한 풀 모델 ZMP 오차를 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 출력하는 동시에, 각종 상태량(예컨대, 섭동 모델의 도립 진자의 위치·속도, 풀 모델의 중심 위치·속도) 및/또는 목표 보용(목표 보용 파라미터)을 입력하여 섭동 모델 제어 법칙을 이용하여 섭동 모델 제어용 피드백량을 산출한다. 이어서 산출한 값을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로부터 감산하여 풀 모델 ZMP 오차를 구하는 동시에, 구한 풀 모델 ZMP 오차를 적분하여 적분 게인(-K)을 곱해 얻은 곱에 섭동 모델 제어용 피드백량을 가산하고 이에 의해 얻은 합을 섭동 모델에 입력하도록 하였다.

풀 모델 ZMP 오차의 산출에 관해서 보충하면, 제2 실시 형태에서 기술한 바와 같이, 섭동 모델의 전달 함수가, 역 풀 모델의 전달 함수의 역함수에 근사될 때, 섭동 모델과 역 풀 모델의 전달 함수의 곱은 거의 1이므로, 섭동 모델 ZMP 산출 시에 가산된 섭동 모델 제어용 피드백량에 의한 풀 모델 ZMP의 증가량은, 섭동 모델 제어용 피드백량에 거의 일치한다. 이것은, 섭동 모델의 발산을 방지하기 위해서 의도적으로 추가한 것이므로, 단순화 모델의 오차는 아니다.

따라서, 제3 실시 형태(로부터 후술하는 제7 실시 형태까지)에 있어서, 섭동 모델 제어용 피드백량을 추가한 것을 고려하여, 풀 모델 ZMP 오차의 산출식을 다음 식과 같이 변경한다.

풀 모델 ZMP 오차=풀 모델 ZMP-목표 ZMP

-섭동 모델 제어용 피드백량 …수학식17

그러나, 적분 게인의 절대치(K)가 충분하게 크면, 풀 모델 ZMP 오차는 거의 0이 된다. 이에 따라, 수학식17은 다음 식에 근사된다.

풀 모델 ZMP-목표 ZMP≒섭동 모델 제어용 피드백량 …수학식18

수학식15와 수학식18에서, 다음 식을 얻을 수 있다.

목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치

≒섭동 모델 제어용 피드백량 …수학식19

따라서, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 결정(산출)에는, 수학식15 대신에, 수학식19를 이용해도 된다. 또한, 나머지의 구성은 제2 실시 형태와 다르지 않다.

한편, 제2 실시 형태에서는 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치가 이상적인 값인 0에 가까운 데 비하여, 제3 실시 형태에서는 이 값이 섭동 모델 제어용 피드백량과 거의 같은 양이 되는 결점을 가진다. 따라서, 피드백 법칙을 설계할 때는, 섭동 모델 제어용 피드백량이 극히 작아지도록(이상적으로는 0) 배려를 해야 한다.

제3 실시 형태는 상기와 같이 구성하였기 때문에, 제2 실시 형태에서 기술한 거의 동일한 효과를 갖는 동시에, 섭동 모델의 발산을 방지할 수 있다.

도 24는 이 발명의 제4 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제4 실시 형태로부터 후술의 제7 실시 형태까지는, 제3 실시 형태의 구체예이고, 특히, 섭동 모델을 직립 위치 혹은 그 부근에 안정시키는 제어를 하도록 한 점이 특징적이다.

제3 실시 형태와 상위하는 점에 초점을 두어 설명하자면, 제4 실시 형태에서는, 섭동 모델 제어 법칙으로서 다음 식을 이용하도록 하였다.

섭동 모델 제어용 피드백량=Kp*섭동 모델 상체 수평 위치

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도

…수학식20

단, Kp, Kv는 제어 게인이다. 즉, 섭동 모델을 이용하여 산출되는 섭동 모델 상체 위치와 속도에 따라 섭동 모델 제어용 피드백량을 연산하도록 하였다. 그리고, 나머지의 구성은 제3 실시 형태와 다르지 않다.

제4 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제3 실시 형태에서 기술한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 동시에, 섭동 모델의 발산을 방지할 수 있다. 또한, 제어 법칙은 간단하지만, 섭동 모델 제어용 피드백량의 평균치가 0이 되지 않는 결점이 있다.

도 25는 이 발명의 제5 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제5 실시 형태에 관한 장치의 보정 수법도 제3 실시 형태의 구체예이고, 특히, 중심 제어를 하도록 한 점이 특징적이다.

종전의 실시 형태와 상위하는 점에 초점을 두어 설명하자면, 제5 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어 법칙으로서 다음 식을 이용하도록 하였다.

섭동 모델 제어용 피드백량= Kp*중심차

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도

…수학식21

단, 중심 차는 다음 식으로 구할 수 있다.

중심 차=풀 모델 중심 위치-단순화 모델 중심 위치 …수학식22

즉, 풀 모델 중심 위치에서 단순화 모델의 중심 위치를 감산하여 얻은 중심 차와 섭동 모델을 이용하여 산출되는 섭동 모델 상체 속도에 따라 섭동 모델 제어용 피드백량을 연산하도록 하였다. 이와 같은 섭동 모델 제어 법칙에 의해, 풀 모델의 중심 위치와 단순화 모델의 중심 위치의 차의 시간적 평균치를 거의 0으로 제어할 수 있다.

그런데, 로봇의 동력학적 특징으로서 목표 ZMP의 시간적 평균치와 단순화 모델의 중심 위치의 시간적 평균치는 거의 일치한다. 또한, 풀 모델 ZMP의 시간적 평균치와 풀 모델의 중심 위치의 시간적 평균치는 거의 일치한다.

이상으로부터, 단순화 모델의 중심 위치의 시간적 평균치와 풀 모델 ZMP의 시간적 평균치는 거의 일치한다. 또한, 수학식18로부터 다음 식을 이끌어낼 수 있다.

풀 모델 ZMP의 시간적 평균치-목표 ZMP의 시간적 평균치

≒섭동 모델 제어용 피드백량의 시간적 평균치 …수학식23

따라서, 섭동 모델 제어용 피드백량의 시간적 평균치는 거의 0이 된다. 또한 수학식19의 관계로부터, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 시간적 평균치는 거의 0이 된다. 그 결과, 제4 실시 형태에 비하여, 안정 여유가 높은 보용을 생성할 수 있다. 그리고, 나머지의 구성은 제3 실시 형태와 마찬가지다.

제5 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제4 실시 형태에서 기술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있는 동시에, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 시간적 평균치를 거의 0으로 할 수 있다.

도 26은 이 발명의 제6 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제6 실시 형태의 수법도 제3 실시 형태의 구체예이고, 게인(K)의 적분기(도 26의 26a)의 출력의 시간적 평균치를 mtotal/mb배한 것에, 섭동 모델의 상체 수평 위치를 추종시키는 것과 같은 제어를 한 것을 특징으로 한다.

종전의 실시 형태와 상위하는 점에 초점을 두고 설명하면, 제6 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어 법칙으로서 다음 식을 이용하도록 하였다.

섭동 모델 제어용 피드백량

=Kp*(섭동 모델 상체 수평 위치-로우 패스필터 출력)

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도 …수학식24

단, 로우패스 필터 출력이란, -K*mtotal/mb*풀 모델 ZMP 오차의 적분치를 로우패스 필터에 통과시킨 것을 나타낸다. 또한, 도 26에 있어서, mtotal/mb는 도 18에 도시하는 섭동 모델의 계수이다.

수학식24에 나타내는 섭동 모델 제어 법칙에 의해, 섭동 모델 상체 수평 위치의 시간적 평균치는 로우 패스필터 출력의 시간적 평균치에 거의 일치한다. 또한, 섭동 모델의 동력학 특성에서 섭동 모델이 발산하지 않으면, 섭동 모델 상체 수평 위치의 시간적 평균치는 섭동 모델 ZMP의 시간 평균치의 mtotal/mb(도립 진자 지점 위치)의 값에 거의 일치한다.

또한, 도 26에서 분명해진 바와 같이, 로우 패스필터 출력의 시간적 평균치는, 섭동 모델 ZMP의 시간적 평균치의 mtotal/mb배의 값으로부터 섭동 모델 제어용 피드백량의 시간적 평균치의 mtotal/mb배의 값을 뺀 것에 거의 일치한다.

이상으로부터, 섭동 모델 제어용 피드백량의 시간적 평균치는 거의 0이 된다. 또한 수학식19의 관계로부터 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 시간적 평균치는 거의 0이 된다. 그 결과, 제5 실시 형태의 수법과 같이, 안정 여유가 높은 보용을 생성할 수 있다. 그리고, 나머지의 구성은 제3 실시 형태와 마찬가지다.

제6 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제5 실시 형태에서 기술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 27은 이 발명의 제7 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제7 실시 형태에 관한 장치의 수법도 제3 실시 형태의 구체예이고, 제4 실시 형태에서 제6 실시 형태까지의 수법을 혼합한, 그것의 중간적 혹은 절충적인 수법 이다.

제7 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어 법칙으로서 다음 식을 이용한다.

섭동 모델 제어용 피드백량

=Kp1*섭동 모델 상체 수평 위치

+Kp2* 중심 차

+Kp3*(섭동 모델 상체 수평 위치-로우패스 필터 출력)

+Kv* 섭동 모델 상체 수평 속도 …수학식25

단, 로우패스 필터 출력은, -K*풀 모델 ZMP 오차의 적분치* mtotal/mb를 로우패스 필터에 통과시킨 것을 나타낸다. 그리고, 나머지의 구성은 제3 실시 형태와 마찬가지다.

제7 실시 형태에서 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제4에서 제6 실시 형태의 효과의 중간적 혹은 절충적인 효과를 얻을 수 있다.

도 28은 이 발명의 제8 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제8 실시 형태에 관한 장치의 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 보정 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법으로, 또한 섭동 모델을 이용하는 수법이다. 또한 제13 실시 형태까지의 풀 모델 피드 포워드 보정형의 기본을 이루는 수법이다.

제8 실시 형태에 있어서는, 도시한 바와 같이, 풀 모델 ZMP에서 단순화 모델 에 입력되는 목표 ZMP를 감산하여 풀 모델 ZMP 오차를 구하고, 구한 오차에 -1를 곱해 얻은 곱을 섭동 모델에 입력하여 섭동 모델 상체 위치를 산출하고, 그것에 단순화 모델 상체 위치(보정 전 목표 상체 위치)를 가산하여, 이에 따라 얻은 합을 보정 목표 상체 위치로 결정하도록 하였다.

한편, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는 0으로 결정한다. 이것은, 풀 모델 피드백형에서 기술한 바와 같이 이상적인 것이다. 단, 이 제8 실시 형태에 관한 기본형으로서는, 섭동 모델이 발산하는 경향이 있으므로, 실용적이지 않다.

풀 모델 보정용의 역 풀 모델 계산 시에 필요한 상체 높이에는, 전 제어 주기(도 11 플로우 차트의 전회 프로그램 루프 시)에 있어서의 관절각 산출 시의 상체 높이를 이용해도 되고, 또는 다시 상체 높이를 결정하여도 된다. 섭동 모델 상체 위치가 크지 않으면, 그 어느 것도 큰 차이가 없어서이다.

제8 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제2 실시 형태에서 기술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 29는 이 발명의 제9 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제9 실시 형태에 관한 장치의 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법으로, 또한 섭동 모델을 이용하는 수법이다. 또한 제13 실시 형태까지의 풀 모델 피드 포워드 보정형의 일반형을 이루는 수법이다.

제9 실시 형태에 있어서도, 제3 실시 형태(풀 모델 피드백 보정의 일반형)와 마차가지로, 섭동 모델의 발산을 방지하기 위해서 섭동 모델 제어용을 구비하고, 그것에 근거하는 섭동 모델 제어용 피드백량을 산출하여 섭동 모델에 추가적으로 입력하도록 하였다. 또한, 섭동 모델 제어용 피드백량을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)하도록 하였다. 또한, 나머지의 구성은 제8 실시 형태와 마찬가지다.

제9 실시 형태에 있어서는, 피드 포워드를 이용한 보정이기 때문에, 섭동 모델 그 자체의 근사 정밀도가 낮은 경우, 또는 섭동 모델의 상체 수평 위치가 크고 근사 정밀도가 저하하는 경우에는, 보정량이 적정량에서 어긋나기 때문에, 풀 모델 보정된 보용의 근사 정밀도가 약간 저하한다.

전술의 제3 실시 형태의 피드백형의 보정 수법으로서는, 그 경우라도 풀 모델 보정된 보용의 근사 정밀도는 저하하기 힘든 특징이 있다. 그러나, 피드백형의 보정 수법에서는, 어떤 순간의 보정 오차는, 적어도 1 제어 주기 늦춰 보정되기 때문에, 보정의 응답성은 피드 포워드형 쪽이 좋다.

제9 실시 형태는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 상기한 피드백 수법과 피드 포워드 수법의 차이에 의한 특성의 차를 제외하고, 제3 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 30은 이 발명의 제10 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제10 실시 형태에 관한 장치의 수법은 제9 실시 형태의 구체예이고, 제4 실시 형태와 같이, 섭동 모델을 직립 부근에 안정시키는 제어를 하도록 하였다.

즉, 제10 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어 법칙으로서 다음 식을 이용하도록 하였다.

섭동 모델 제어용 피드백량

= Kp*섭동 모델 수평 위치+Kv*섭동 모델 수평 속도 …수학식26

또한, 나머지의 구성은 제9 실시 형태와 마찬가지다.

제10 실시 형태에 있어서는 상기와 같이 구성하였기 때문에, 제9 실시 형태 및 제4 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 31은 이 발명의 제11 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제11 실시 형태에 관한 장치의 수법도 제9 실시 형태의 구체예이고, 제5 실시 형태와 같이, 중심 제어를 하도록 하였다. 즉, 중심 어긋남을 없애는 위치를 목표 정정 위치로 하여 섭동 모델을 제어하도록 하였다.

목표 정정 위치는 예컨대, 다음 식과 같이 결정한다.

목표 정정 위치=-mtotal/mb*중심 차 …수학식27

섭동 모델 제어용 피드백량은 아래와 같이 산출한다.

섭동 모델 제어용 피드백량

=Kp*(섭동 모델 상체 수평 위치-목표 정정 위치)

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도+mb/mtotal*섭동 모델 상체 수평 위치

…수학식28

제11 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제9 실시 형태 및 제5 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 32는 이 발명의 제12 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제12 실시 형태에 관한 장치의 수법도 제9 실시 형태의 구체예이고, 섭동 모델을 풀 모델 ZMP 오차의 시간적 평균치*(-1)* mtotal/mb배한 것에 추종시키는 제어를 하도록 하였다. 즉, ZMP 오차의 시간적 평균 편차를 없애는 위치를 목표 정정 위치로 하여 섭동 모델을 제어하도록 하였다.

제12 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어용 피드백량은 아래와 같이 산출한다.

섭동 모델 제어용 피드백량

=Kp*(섭동 모델 상체 수평 위치-로우패스 필터 출력)

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도+mb/mtotal*섭동 모델 상체 수평 위치

…수학식29

단, 로우패스 필터 출력은 -mtotal/mb*풀 모델 ZMP 오차를 로우패스 필터에 통과시킨 것을 나타낸다. 제6 실시 형태를 피드 포워드 보정형으로 변형한 것이라 고 할 수 있다.

제12 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제9 실시 형태 및 제6 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 33은 이 발명의 제13 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제13 실시 형태에 관한 장치의 수법도 제9 실시 형태의 구체예이고, 제7 실시 형태와 같이, 제10 실시 형태에서 제12 실시 형태까지의 수법을 혼합한 중간적 혹은 절충적인 수법을 도시한다.

제13 실시 형태에 있어서는, 섭동 모델 제어용 피드백량은 아래와 같이 산출한다.

섭동 모델 제어용 피드백량

=Kp1*섭동 모델 상체 수평 위치

+Kp2*(섭동 모델 상체 수평 위치-(-mtotal/mb*중심 차))

+Kp3*(섭동 모델 상체 수평 위치-로우패스 필터 출력)

+Kv*섭동 모델 상체 수평 속도+mb/mtotal*섭동 모델 상체 수평 위치

…수학식30

마찬가지로, 로우패스 필터 출력이란, -mtotal/mb*풀 모델 ZMP 오차를 로우패스 필터에 통과시킨 것을 나타낸다.

제13 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제10에서 제12 실시 형태의 효과의 중간적 혹은 절충적인 효과를 갖는다.

도 34는 이 발명의 제14 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치의 동작, 구체적으로는, 보용의 수정 수법을 설명하는 블록도이다.

제14 실시 형태에 관한 장치의 수법은 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하는 수법이며, 또한 섭동 모델을 이용하지 않는 수법이다.

즉, 도 34에 도시하는 바와 같이, 제14 실시 형태에 있어서는 풀 모델 ZMP 오차를 적분하여 적분 게인(+K)을 곱해 얻은 곱을, 단순화 모델에 추가적으로 입력하는, 피드백 루프를 제1 실시 형태에 부가하도록 하였다. 한편, 단순화 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)함과 동시에 상기 구한 풀 모델 오차를 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)하도록 하였다.

또한, 제14 실시 형태는 제1에서 제13 실시 형태와 달리, 목표 ZMP를 보정하는 것으로, 단순화 모델 상체 위치가 소기의 궤도로부터 벗어난다. 따라서, 보용 파라미터를 결정하여 고치는 것이 바람직하다. 상기 보용 파라미터를 결정하여 고치는 것은, 제어 주기마다 실행하든지, ZMP 궤도의 꺾인 점 시각에만 실행하든지, 한 걸음마다 실행해도 된다. 그리고, 수정은 되도록 빨리 하는 편이 보용 파라미터의 수정량이 적어도 되므로, 되도록이면 빈번하게 변경해야 한다. 또한, 보용 파라미터를 결정하여 고치는 것은, 구체적으로는 도 11 플로우 차트의 S28에 있어서 단순화 모델의 상태량 등에 따라서 행하여진다. 자세하게는, 앞서 제안한 일본 국 특원평2000-352011호에 기술되므로, 여기서는 더 이상의 설명을 생략한다.

또한, 보용 파라미터 중의 ZMP 파라미터를 변경하는 경우, ZMP 꺾인 점의 시각을 바꾸지 않고, ZMP 꺾인 점의 ZMP의 값만을 바꾸는 것으로 하는 편이, 시퀀스 상의 부적당함이 생기지 않고 간단하다.

또한, ZMP의 패턴의 변경량은 사다리꼴 형상으로 하는 것이 용이하다. 예컨대, 도 35에 도시하듯이, 현재 시각보다 뒤의 ZMP 꺾인 점의 시각에서 적당히 선택하여 사다리꼴의 꺾인 점 시각으로 하면 된다. 단, 보용의 종단으로 가까이 오면, 그 보용의 기간 중에 이러한 사다리꼴의 설정이 불가능해 진다. 그 때에는, 그 보용에서의 ZMP의 수정을 하지 않고, 다음 절차에서 수정하면 충분한다.

제14 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제2 실시 형태와 거의 같은 효과를 갖는 동시에, 보용 파라미터를 수정함으로써 보용의 발산을 방지할 수 있다.

도 36은 이 발명의 제15 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제15 실시 형태에 관한 장치의 수법은, 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하는 수법이며, 또한 섭동 모델을 이용하는 수법이다. 또한 풀 모델 피드백 보정형의 일반형을 이루는 수법이다.

구체적으로는, 제3 실시 형태를 기초로, 풀 모델 ZMP 오차를 적분하여 적분 게인(-K)을 곱해 얻은 곱을, 분배기를 통해 섭동 모델에만 피드백하는 것이 아니 고, 단순화 모델에도 피드백하도록 하였다.

바꾸어 말하면, 제15 실시 형태는 제3 실시 형태와 제14 실시 형태의 수법을 혼합한 중간적 혹은 절충적인 수법으로 하였다. 제15 실시 형태에 있어서도, 단순화 모델의 거동은 소기의 거동에서 어긋나기 때문에, 제14 실시 형태와 마찬가지로, 보용 파라미터를 수정해야 할 필요가 있다. 그리고, 제3 실시 형태에 대신하여, 제2 실시 형태 또는 제4 실시 형태에서 제7 실시 형태까지 중의 어느 것(혹은 그 조합)과 제14 실시 형태의 수법을 혼합하여도 된다.

제15 실시 형태에 있어서, 분배기는 주파수 영역에서 분배해도 되고, 리미터 등의 비선형 요소를 이용하여 분배해도 된다. 피드백 계이므로, 분배기는 출력의 합이 입력과 일치할 필요는 없다.

제15 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제3 실시 형태 및 제14 실시 형태와 마찬가지로, 혹은 그들의 절충적 혹은 중간의 효과를 갖는다.

도 37은 이 발명의 제16 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제16 실시 형태에 관한 장치의 수법은, 역동력학 풀 모델(역 풀 모델)에 대신하여 순동력학 풀 모델(순 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법이다. 또한 풀 모델을 단순화 모델 보용에 추종시키는 수법이고, 보다 구체적으로는 목표 ZMP를 만족하는 단순화 모델의 상체 거동에 풀 모델 의 상체 거동을 추종시키도록, 풀 모델 ZMP를 수정하는 수법이다.

즉, 제16 실시 형태에 있어서는, 도 37에 도시하는 바와 같이, 순 풀 모델을 이용하여 산출되는 풀 모델 상체 위치로부터 단순화 모델 상체 위치(보정 전 목표 상체 위치)를 감산하여 얻은 차이를 구해 PID 등의 모델 추종 피드백 법칙에 입력하여 피드백량을 구한다. 다음으로 구한 피드백량을 목표 ZMP에 가산하여 풀 모델 ZMP를 구하고, 구한 풀 모델 ZMP를 순 풀 모델에 입력하여 풀 모델 상체 위치를 구하도록 구성하였다. 바꾸어 말하면, 순 풀 모델 상체 위치와 단순화 모델의 상체 위치의 차에 따라서 순 풀 모델의 ZMP를 보정하도록 피드백 루프를 구성하였다.

또한 출력에 관해서는, 상기 피드백량을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)하는 동시에, 순 풀 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)하도록 하였다.

또한, 모델 추종 피드백 법칙으로의 입력으로서, 순 풀 모델과 단순화 모델의 상체 위치의 차 뿐만 아니라, 중심 위치의 차로 해도 되고, 더욱이 상체 위치와 중심 위치의 차를 같이 입력하여도 된다.

제16 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 앞서 기술한 바와 같이 연산량이 증가하는 부적당함을 제외하면, 제3 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 38은 이 발명의 제17 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제17 실시 형태에 관한 장치의 수법은 순동력학 풀 모델(순 풀 모델)을 이용하는 수법 및 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하는 수법이다. 또한 단순화 모델을 풀 모델 보용에 추종시키도록 제어하는 수법이다.

즉, 제16 실시 형태와 반대로, 목표 ZMP를 만족하는 풀 모델의 거동에 단순화 모델의 거동을 추종시키도록, 단순화 모델 ZMP를 보정하도록 하였다. 구체적으로는, 제16 실시 형태에 있어서는 모델 추종 피드백 법칙의 출력을 순 풀 모델에 추가적으로 입력하고 있었던 것에 대하여, 제17 실시 형태에 있어서는 단순화 모델에 추가적으로 입력하도록 했다.

한편, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 결정함과 동시에, 순 풀 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)하도록 하였다. 또한, 피드백 게인이 높은 경우, 단순화 모델 상체 위치와 순 풀 모델 상체 위치는 거의 일치하기 때문에, 단순화 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)하여도 된다.

또한, 단순화 모델에 입력되는 모델 ZMP가 보정되기 위해서 단순화 모델의 거동은 기대하는 거동에서 어긋나기 때문에, 제14 실시 형태와 같이 보용 파라미터를 수정해야 한다.

제17 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제14 실시 형태와 같은 효과를 갖는다. 또한, 제16 실시 형태와 같이, 상체 위치를 대신하여 중심 위치 혹은 그 쌍방을 모델 추종 피드백 법칙에 입력하여도 된다.

도 39는 이 발명의 제18 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제18 실시 형태에 관한 장치의 수법은 순동력학 풀 모델(순 풀 모델)을 이용하는 수법 및 풀 모델의 상태에 대응하는 단순화 모델 상태량을 풀 모델의 상태량으로부터 직접적으로 구하는 수법이다.

즉, 제17 실시 형태에 있어서는 목표 ZMP를 만족하는 풀 모델의 거동에 단순화 모델의 거동을 추종시켰지만, 제18 실시 형태에 있어서는, 목표 ZMP를 만족하는 풀 모델의 거동에 단순화 모델의 거동이 완전히 추종하였다고 간주한 경우의 단순화 모델의 상태량을 직접적으로 산출하도록 하였다.

단순화 모델의 상태량은 구체적으로는, 순 풀 모델의 상체 대표점의 위치·속도에 대하여 도 7의 관계를 만족하는 단순화 모델의 도립 진자의 상체 위치·속도를 산출함으로서 구한다. 한편, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 결정하는 동시에, 풀 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)하도록 하였다.

제18 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제17 실시 형태와 같은 효과를 갖는다.

도 40은 본 발명의 제19 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제19 실시 형태에 관한 장치의 수법은 순동력학 풀 모델(순 풀 모델)을 이용 하는 수법 및 순 풀 모델의 거동과 단순화 모델의 거동이 서로 타협하도록 모델 추종 피드백 법칙1과 모델 추종 피드백 법칙2를 이용하여 단순화 모델 ZMP와 풀 모델 ZMP의 양쪽을 수정하도록 하였다. 한편, 모델 추종 피드백 법칙2의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)함과 함께, 풀 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)하도록 하였다.

바꿔 말하면, 제16 실시 형태와 제17 실시 형태의 수법을 혼합한 중간적 혹은 절충적인 수법이다. 이 예에 있어서도, 단순화 모델의 거동은 소기의 거동에서 어긋나기 때문에, 제14 실시 형태와 같이 보용 파라미터를 수정해야 한다. 또한, 모델 추종 피드백 법칙1 혹은 2에 상체 위치 및/또는 중심 위치를 입력하여도 되는 것도 종전의 실시 형태와 같다.

제19 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 제16 및 제17 실시 형태 등과 같은, 또는 그들의 중간적 혹은 절충적인 효과를 갖는다.

도 41은 이 발명의 제20 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제20 실시 형태는 도 16에 도시하는 제1 실시 형태의 변형예이고, 도 16에 도시하는 구성의 역 풀 모델(100c2)과 가산점(16a)을 합쳐서 역 풀 모델(100c2)로 한 것이다. 단, 역 풀 모델(100c2)은 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트를 풀 모델 모멘트 오차로서 출력하고, ZMP 환산 블록(41a)에서 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치가 결정(산출)된다. 또한, 나머지의 구성은 제1 실시 형 태와 마찬가지고, 효과도 같다.

도 42는 본 발명의 제21 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제21 실시 형태는 도 17에 도시하는 제2 실시 형태의 변형예이고, 제21 실시 형태와 마찬가지로, 도 17에 도시하는 구성의 역 풀 모델(100c2)과 가산점(17a)을 합쳐서 역 풀 모델(100c2)로 한다. 단, 역 풀 모델(100c2)은 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트를 풀 모델 모멘트 오차로서 출력하고, ZMP 환산 블록(42h)에서 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치가 결정(산출)된다.

또한, 제21 실시 형태의 나머지의 구성은 제2 실시 형태와 마찬가지고, 효과도 같다.

도 43은 본 발명의 제22 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는, 도 11의 플로루 차트의 S32의 보용의 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

제22 실시 형태는 도 37에 도시하는 제16 실시 형태의 변형예이다. 이 실시 형태에 있어서는, 모델 추종 피드백 법칙은, 목표 ZMP(목표 상반력 작용점) 주위의 풀 모델 보정 모멘트를 출력하고, 그 출력은 순 풀 모델에 입력된다. 순 풀 모델은 목표 상반력 작용점 주위에 풀 모델 보정 모멘트가 작용하는 것과 같은 목표 운동을 생성하고, 그 목표 운동의 상체 위치를 풀 모델 상체 위치로서 출력한다. 또한, ZMP 환산 블록(43h)을 설치하여 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 결정(산출)하도록 하였다. 나머지의 구성은 제16 실시 형태와 마찬가지고 효과도 같다.

도 44는 이 발명의 제23 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치의 동작, 구체적으로는 도 11 플로우 차트의 S32의 보용의 수정 수법에 의해서 수정된 보용을 더욱 수정하는 수정 수법을 설명하는 기능 블록도이다.

도 44에 도시하는 바와 같이, 제23 실시 형태에 있어서는, 지금까지 기술해 온 제1 실시 형태에서 제22 실시 형태의 구성으로 얻은 보정 목표 상체 위치와 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 동 도면에 도시하는 변환 블록에 입력하고, 그 출력을 새로운 보정 목표 상체 위치와 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로 결정하도록 하였다. 이러한 변환 블록을 삽입하는 것에 의해, 목표 ZMP 주위의 풀 모델보정 모멘트의 ZMP 환산치의 변동을 로우패스 필터를 통과시킨 경우와 마찬가지로 보다 한층 작게 할 수 있다.

이 변환 처리를 설명하자면, 우선, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 원래의 값(입력)을 제2 분배기에 입력하여, 제2 분배기의 2개의 출력의 합이 입력과 같아지도록, 그 2개의 출력(제1 분배 출력과 제2 분배 출력)에 분배한다. 제2 분배기의 제1 분배 출력에 (-1)을 곱해 얻은 곱에 제2 섭동 모델 제어용 피드백량을 가산하고, 얻은 합을 제2 섭동 모델에 입력한다. 제2 섭동 모델에 의해, 상기한 합 즉, 제2 섭동 모델의 입력이 제2 섭동 모델의 ZMP에 일치하도록, 제2 섭동 모델 상체 위치를 결정한다.

이어서, 제2 섭동 모델 상체 위치로부터, 제2 섭동 모델 제어 법칙에 의해서 제2 섭동 모델 제어용 피드백량을 구한다. 제2 섭동 모델 제어용 피드백량은 상기한 바와 같이 제2 섭동 모델에 피드백함과 동시에, 제2 분배 출력에 가산하여 얻은 합을 새로운 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정(출력)한다. 또한 제2 섭동 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치의 원래의 값에 가산하여, 얻은 합을 새로운 보정 목표 상체 위치로서 결정(출력)한다.

제2 섭동 모델은 제2 실시 형태에서 도 18을 참조하여 기술한, 발판의 위치 자세를 섭동시키지 않는다는 제약하에서, 목표 ZMP의 섭동과 목표 상체 수평 위치의 섭동의 관계를 나타내는 모델과 같아도 되고, 또는 상위한 것이라도 된다.

삭제

또한, 제23 실시 형태의 도시의 구성을, 제1 실시 형태에서 제22 실시 형태에 병렬로 삽입하도록 해도 된다. 즉, 풀 모델 ZMP 오차 혹은 그것을 적분기 등의 제어 법칙에 통과시킨 것을 분배기로 분배하여, 분배 출력에 도시한 변환 블록을 삽입해도 된다. 예컨대, 도 34에 도시하는 제14 실시 형태에 조합하면, 도 45에 도시하는 바와 같이 된다. 또한, 도시의 구성을 직렬과 병렬을 조합시켜 종전의 실시 형태에 삽입하는 것도 가능하지만, 구성이 복잡하게 되는 것에 비해 현저한 효과를 얻을 수 없다.

제23 실시 형태는 상기하는 바와 같이 구성하였기 때문에, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치의 변동을 로우패스 필터를 통과시킨 경우와 같이, 보다 한층 저감할 수 있다.

또한, 제23 실시 형태의 개념을 더욱 확장하여, 제1에서 제22 실시 형태 중의 몇을 직렬 혹은 병렬로 재구성하도록 해도 된다.

또한, 도 5에 도시한 풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100)의 구성도, 도 46과 같이 변형할 수 있다.

도 46에 도시하는 구성은 상기한 단순화 모델 보용의 ZMP를 보정하지 않는 수법(단순화 모델 ZMP가 목표 ZMP에 일치하는 보용의 보정 수법), 즉, 제1 내지 제13 실시 형태, 제16 실시 형태, 및 제20 내지 제22 실시 형태, 및 그들로부터 파생된 제23 실시 형태에 관한 변형예이다.

즉, 목표 보용 파라미터는 단순화 모델을 기초로 작성되도록 되어 있으므로, 단순화 모델 ZMP가 목표 ZMP에 일치하는 수법에서는, 단순화 모델 상체 궤도는 단순화 모델을 기초로 작성된 목표 보용의 상체 궤도 그 자체이다. 따라서, 이 수법에서는, 단순화 모델 거동 연산 부분을 풀 모델 보정부에서 분리시킬 수 있다.

그래서, 도 46에 도시하는 바와 같이, 보용 파라미터 결정부와 목표 순간치 발생부와 단순화 모델로 단순화 모델 보용 생성부(100d)를 구성하고, 그래서 단순화 모델의 거동 연산에 의해서 목표 보용을 생성하고, 풀 모델 보정부(100c)가, 생 성된 보용을 동력학적 평형 조건을 충분히 만족하도록 보정하는 구성으로 바꿔 놓도록 하였다. 이것에 의해서도, 블록도를 간단하게 등가 변환한 것에 불과하므로, 상기한 종전의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 지금까지 기술해 온 여러 가지의 실시 형태에 있어서, 단순화 모델 보용 생성부(100d)는 앞서 제안한 기술에서 나타낸 실시간 보용 생성 장치가 아니어도 된다. 테이블화된 보용을 발생하는 것만으로도 된다. 또한, 팔을 사용하는 작업 동작 등, 보행이 아닌 동작을 생성하여도 된다.

또한, 단순화 모델 보용 생성부(100d)에 의해서 생성되는 동작 또는 보용은 관성력을 무시하고 정력학적 밸런스만을 고려한 운동 패턴과 상반력 패턴의 세트, 바꾸어 말하면, 운동 패턴과 중심의 상(床)투영점의 세트이어도 된다. 또한, 동력학적 평형 조건을 무시한, 운동의 패턴과 ZMP(상반력 작용점) 패턴의 세트이더라도 된다. 단, 동력학 평형 조건으로부터 극단적으로 벗어나 있으면, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트가 과대하게 되기 때문에, 동력학 평형 조건에 가까울수록 바람직하다.

또한, 상기한 여러 가지 실시 형태 중에서 피드백형 실시 형태의 경우, 적분 게인(K) 등의 피드백 게인이 충분히 큰 경우에는, 섭동 모델 제어용 피드백량(섭동 모델 제어 법칙의 출력)을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 이용하여도 된다. 왜냐하면, 수학식15, 수학식17의 관계가 성립하는 동시에, 피드백 게인이 충분히 큰 경우에는, 풀 모델 보정 오차는 거의 0이 되기 때문이다. 또한 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치가 자세 제어에 영향을 미치 지 않는 정도로 충분히 작으면 ZMP 환산치를 항상 0으로 해도 되고, 또는 그 출력 그 자체를 삭제하여도 된다.

수학식15의 관계는 자세 거동에 영향을 미치는 낮은 주파수 대역에 있어서는 만족해야 하지만, 높은 주파수 영역에서는 크게 벗어나지 않는 한 만족하지 않아도 된다. 따라서, 상기한 실시 형태의 구성을 나타내는 블록선도의 결선에 로우패스 필터 등을 새롭게 추가하여도 된다. 더욱이 변화율 리미터 등의 비선형 요소를 부가하여도 된다.

예컨대, 제5, 제6, 제12 실시 형태 등에 있어서, 중심 차를 변화율 리미터 등의 비선형 요소 혹은 필터에 통과시키도록 해도 된다. 또한, 수학식21 등에 있어서, 섭동 모델 상체 수평 속도 대신에, 중심 차의 변화율을 이용하여도 된다. 또한, 제11 실시 형태 등에 있어서, 목표 정정 위치를 같은 필터 또는 비선형 요소에 통과시키도록 해도 된다.

또한, 상기한 여러 가지 실시 형태에 있어서, 적분 대신에, PID 또는 필터 등의 제어 법칙을 이용하여도 된다. 그 경우, 게인 또는 필터 특성 등은 보용 파라미터에 따라서 가변으로 해도 된다.

상기에 있어서, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 출력하도록 했지만, 보정 모멘트를 그대로 출력해도 된다.

또한, 도 4에 있어서, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 목표 ZMP에 부가한 것을 「보정 목표 ZMP」라고 하고, 또한 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 하여 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 입력해도 된다(목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치는 풀 모델 보정 포함 보용 생성부에서 출력하지 않고, 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 입력하지 않도록 구성해도 된다). 즉, 풀 모델 보정 모멘트에서 보정하는 대신에 목표 ZMP를 보정하도록 해도 된다. 단, 목표 ZMP를 보정하면, 복합 컴플라이언스 제어에 있어서 각 발판 상반력 중심점의 설정이 어려워지는 결점이 생긴다.

또한, 보용 생성부(100)의 출력을 입력하는 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104) 등이, 목표 ZMP 등의 상반력에 관한 정보를 필요로 하지 않는 경우에는, 상반력에 관한 정보 그 자체를 삭제(제거)하여도 된다.

또한, 상기한 여러 가지 실시 형태에 있어서, (목표)ZMP로 표현하였지만, (목표)ZMP는 (목표)상반력의 표현의 하나의 형태이고, 그 이외에도, 예컨대, 어떤 기준점에서의 힘과 모멘트로 표현하여도 된다.

또한, 상기한 도 11 플로우 차트에 있어서, t=0일 때에 보용을 수정 또는 변경하였지만(S10), 그 이외의 시점에서 수정 또는 변경하여도 된다. 이 경우에는, 현재 시각을 금회 보용의 초기 시각으로 간주해도 된다. 즉, 금회 보용의 기간이 현재 시각에서 금회 보용 종단 시각까지라고 하면 된다.

또한, 상기에 있어서, 도 8, 도 16 등에 도시한 블록선도는 연산 처리 순서를 바꾸는 등의 등가 변형을 하여도 된다.

또한, 상체의 위치를 보정하는 대신에, 로봇(1)의 ZMP를 크게 변화시킬 수 있는 것이라면, 상체의 자세 또는 팔의 자세를 보정하도록 하여도 된다. 또는, 그들을 복합적으로 보정하도록 해도 된다.

제1 실시 형태에 관한 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치는 상기한 바와 같이, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)의 보용 등의 동작을 제어하는 동작 제어 장치에 있어서, 상기 동작을 규정하는 목표 운동을 결정하는 목표 운동 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가)순간치 발생부(100b), 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 목표 상반력을 산출하는 목표 상반력 산출 수단(역 풀 모델(100c2), 도 16의 역 풀 모델 연산, 가산점(16a)), 및 적어도 상기 산출된 목표 상반력에 근거하여 상기 로봇에 실제로 작용하는 상반력을 제어하는 상반력 제어 수단(블록102)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)의 보용 등의 동작을 제어하는 동작 제어 장치에 있어서, 상기 동작을 규정하는 목표 운동과 목표 ZMP를 결정하는 목표 동작 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동과 목표 ZMP에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 상기 목표 ZMP의 보정량(목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 연산치)을 산출하는 목표 ZMP 보정량 산출 수단(역 풀 모델(100c2), 도 16의 역 풀 모델 연산, 가산점(16a)), 및 적어도 상기 산출된 목표 ZMP의 보정량에 근거하여 실제의 상반력을 제어하는 상반력 제어 수단(블록102)을 구비하도록 구성하였다.

또한 제20 실시 형태에 있어서는 상기하였듯이, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)의 보용 등의 동작을 제어하는 동작 제어 장치에 있어서, 상기 동작을 규정하는 목표 운동과 목표 상반력 작용점(목표 ZMP)을 결정하는 목표 동작결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 41의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동과 목표 상반력 작용점에 근거하여 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 상기 목표 상반력 작용점 주위의 목표 상반력 모멘트를 산출하는 목표 상반력 모멘트 산출 수단(풀 모델(100c2)(도 41의 역 풀 모델(100c2))), 및 적어도 상기 산출된 목표 상반력 모멘트에 따라서 상기 로봇에 작용하는 실제의 상반력을 제어하는 상반력 제어 수단(블록(102), 도 41의 ZMP 환산 블록(41a))을 구비하도록 구성하였다.

제2 실시 형태에 있어서는 상기하였듯이, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치에 근거하여 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 모델 상반력(도 17의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 상반력 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델 상반력과 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 상반력차 산출 수단(도 17의 가산점(17a)), 및 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해 상기 목표 운동의 목표 순간치(도 17의 보정 목표 상체 위치)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 17의 블록(17b), 섭동 모델(17c), 가산점(17d), 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제3 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 모델 ZMP(도 17의 풀 모델 ZMP)를 산출하는 모델 ZMP 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델 ZMP와 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 ZMP차 산출 수단(도 17의 가산점(17a)), 및 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해 상기 목표 운동의 목표 순간치(도 17의 보정 목표 상체 위치)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 17의 블록(17b), 섭동 모델(17c), 가산점(17d), 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제3 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한, 제21 실시 형태에 있어서는 상기와 같이, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 42의 단순화 모델(100c1)의 연산), 상기 결정된 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치에 근거하여 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 목표 ZMP의 가순간치 주위의 모델 상반력 모멘트(도 42의 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트)를 산출하는 모델 상반력 모멘트 산출 수단(도 42의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 및 적어도 상기 산출된 모델 상반력 모멘트에 근거하여, 적어도 상기 목표운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해 상기 목표 운동의 목표 순간치(도 42의 보정 목표 상체 위치)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 42의 섭동 모델(42b), 블록(42d), 가산점(42g), 가산점(42g)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

제2 실시 형태는 또한, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치에 근거하고, 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 모델 상반력(도 17의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 상반력 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델 상반력과 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 상반력차 산출 수단(도 17의 가산점(17a)), 및 적어도 상기 산출된 차에 근거하고, 상기 동력학 모델로 나타나는 운동과 상반력의 관계를 만족하도록, 적어도 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해, 상기 목표 운동과 목표 상반력의 목표 순간치(도 17의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 등)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히, 도 17의 블록(17b), 섭동 모델(17c), 가산점(17d), 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(17a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제3 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 모델 ZMP(도 17의 풀 모델 ZMP)를 산출하는 모델 ZMP 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델 ZMP와 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치와의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 ZMP차 산출 수단(도 17의 가산점(17a)), 및 적어도 상기 산출된 ZMP차에 근거하여, 상기 동력학 모델로 나타나는 운동과 상반력의 관계를 만족하도록, 적어도 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해, 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치(도 17의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 등)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히, 도 17의 블록(17b), 섭동 모델(17c), 가산점(17d), 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(17a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제2 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한 제21 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 42의 단순화 모델(100c1)의 연산), 상기 결정된 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치에 근거하고, 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 목표 ZMP의 가순간치 주위의 모델 상반력 모멘트(도 42의 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트)를 산출하는 모델 상반력 모멘트 산출 수단(도 42의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 및 적어도 상기 산출된 모델 상반력 모멘트에 근거하여, 상기 동력학 모델로 나타나는 운동과 상반력의 관계를 만족하도록, 적어도 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해, 상기 목표 운동과 목표 상반력의 목표 순간치(도 42의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 등)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 42의 섭동 모델(42b), 블록(42d), 가산점(42g), 블록(42h), 가산점(42g)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 블록(42h)의 출력을 목표 ZMP(목표 상반력 작용점)주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한 제2 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여 모델의 출력(도 17의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델의 출력과 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 상반력차 산출 수단(도 17의 가산점(23a) 및 그 출력), 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 17의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 17의 섭동 모델(17c), 블록(17b), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 17의 가산점(17d))), 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히, 도 17의 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(17a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제3 실시 형태에서 제7 실시 형태에도 타당하다.

또한, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 17의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여 모델의 출력(도 17의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 17의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델의 출력과 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치와의 차(도 17의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 ZMP차 산출 수단(도 17의 가산점(17a)), 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 17의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 17의 섭동 모델(17c), 블록(17b)), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 17의 가산점(17d)), 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히, 도 17의 가산점(17d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(17a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제3의 실시 형태에서 제7 실시 형태에도 타당하다.

또한 제21 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 42의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력 작용점 주위의 상반력 모멘트의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하고, 목표 ZMP의 가순간치 주위의 목표 상반력 모멘트(도 42의 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트)로서 모델의 출력을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 42의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 적어도 상기 모델의 출력에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 42의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 42의 섭동 모델(42b), 블록(42d)), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 42의 가산점(42g)), 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 42의 블록(42h), 가산점(42g)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 블록(42h)의 출력을 목표 ZMP(목표 상반력 작용점) 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

제3 실시 형태에 있어서는 제2 실시 형태에 부가하여, 상기 목표 운동 보정량 산출 수단은, 상기 로봇에 있어서 상기 상반력의 섭동과 상기 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델(도 23의 섭동 모델(23b)), 상기 섭동 모델의 상태량(예컨대, 상기 섭동 모델의 상체 위치 및/또는 속도)과 상기 동력학 모델의 상태량(예컨대, 상기 동력학 모델의 중심위치) 중의 적어도 어느 하나에 근거하고, 제1 피드백량(도 23의 섭동 모델 제어용 피드백량)을 산출하는 제1 피드백량 산출 수단(도 23의 섭동 모델 제어 법칙(23e)), 및 적어도 상기 산출된 차와 상기 제1 피드백량과의 차에 근거하여, 제2 피드백량을 산출하는 제2 피드백량 산출 수단(도 23의 가산점(23c), 블록(23d)을 구비하여, 상기 산출된 제1 피드백량과 제2 피드백량의 합을 상기 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 보정량을 산출하도록(도 23의 가산점(23f), 섭동 모델(23b)) 구성하였다. 또한, 이것은 제4 실시 형태에서 제7 실시 형태에도 타당하다.

또한, 제5 및 제7 실시 형태에 있어서는, 상기 제1 피드백량 산출 수단은 적어도 상기 동력학 모델의 중심 위치에 따라서 제1 피드백량을 산출하도록 구성하였다.

제8 실시 형태에 있어서는 상기한 바와 같이, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표 및 가순간치 발생부(100b), 도 28의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여 모델의 출력(도 28의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 28의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델의 출력과 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차(도 28의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 상반력차 산출 수단(도 28의 가산점(28a)), 적어도 상기 산출된 차에 근거하고, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 28의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 28의 블록(28b), 섭동 모델(28c)), 및 적어도 상기 산출된 보정량에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 28의 가산점(28d), 가산점(28d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은, 제9 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표 및 가순간치 발생부(100b), 도 28의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여 모델의 출력(도 28의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 28의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 모델의 출력과 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치와의 차(도 28의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 ZMP차 산출 수단(도 28의 가산점(28a)), 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 28의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 28의 블록(28b), 섭동 모델(28c)), 및 적어도 상기 산출된 보정량에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 28의 가산점(28d), 가산점(28d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제9 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표 및 가순간치 발생부(100b), 도 28의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력 작용점 주위의 상반력 모멘트의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하고 목표 ZMP의 가순간치 주위의 목표 상반력 모멘트로서 모델의 출력(도 28의 풀 모델 ZMP 오차)을 산출하는 모델 출력 산출 수단(도 28의 역 풀 모델(100c2)의 연산, 가산점(28a)), 적어도 상기 모델의 출력에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 28의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 28의 블록(28b), 섭동 모델(28c)) 및 적어도 상기 산출된 보정량에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 28의 가산점(28d), 가산점(28d)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치를 0으로 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다. 또한, 이것은 제9 실시 형태에서 제13 실시 형태에도 타당하다.

제9 실시 형태에 있어서는, 제8 실시 형태에 부가하여, 상기 목표 운동 보정량 산출 수단은 상기 로봇에 있어서의 상기 상반력의 섭동과 상기 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델(도 29의 섭동 모델(29d)), 상기 섭동 모델의 상태량(예컨대, 상기 섭동 모델의 상체 위치 및/또는 속도)과 상기 동력학 모델의 상태량(예컨대, 상기 동력학 모델의 중심위치) 중의 적어도 어느 하나에 근거하고, 피드백량(도 29의 섭동 모델 제어용 피드백량)을 산출하는 피드백량 산출 수단(도 29의 섭동 모델 제어 법칙(29e)) 및 상기 산출된 차를 없애도록 피드 포워드량을 산출하는 피드 포워드량 산출 수단(도 29의 블록(29b))을 구비하고, 상기 산출된 피드백량과 피드 포워드량의 합을 상기 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 보정량을 산출(도 29의 가산점(29c), 섭동 모델(29d))하도록 구성하였다.

또한, 제11 및 제13 실시 형태에 있어서는, 상기 피드백량 산출 수단은 적어도 상기 동력학 모델의 중심 위치(도 31 또는 도 33의 풀 모델 중심위치)에 근거하여 상기 피드백량을 산출하도록 구성하였다.

또한, 제14 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력 중의 적어도 목표상반력의 가순간치(도 34의 목표 ZMP)를 결정하는 목표 상반력 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 가순간치(도 34의 단순화 모델 상체 위치)를 산출하는 목표 운동 가순간치 산출 수단(도 34의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 산출된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하여 제2 동력학 모델의 출력(도 34의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 제2 모델 출력 산출 수단(도 34의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 제2 동력학 모델의 출력과 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치와의 차(도 34의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 상반력차 산출 수단(도 34의 가산점(34a)), 적어도 상기 산출된 차에 근거하여 적어도 상기 목표 상반력의 보정량(도 34의 단순화 모델 ZMP 보정량)을 산출하는 목표 상반력 보정량 산출 수단(도 34의 블록(34b)), 상기 산출된 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 34의 가산점(34c)), 및 적어도 상기 제2 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치(도 34의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 34의 단순화 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(34a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP 중의 적어도 목표 ZMP의 가순간치(도 34의 목표 ZMP)를 결정하는 목표 ZMP 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 가순간치(도 34의 단순화 모델 상체 위치)를 산출하는 목표 운동 가순간치 산출 수단(도 34의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 산출된 목표 운동의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하여 제2 동력학 모델의 출력(도 34의 풀 모델 ZMP)을 산출하는 제2 모델 출력 산출 수단(도 34의 역 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 산출된 제2 동력학 모델의 출력과 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치와의 차(도 34의 풀 모델 ZMP 오차)를 산출하는 ZMP차 산출 수단(도 34의 가산점(34a)), 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 ZMP의 보정량(도 34의 단순화 모델 ZMP 보정량)을 산출하는 목표 ZMP 보정량 산출 수단(도 34의 블록(34b)), 상기 산출된 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 34의 가산점(34c)), 및 적어도 상기 제2 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치(도 34의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 등)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 34의 단순화 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(34a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP 중의 적어도 목표 ZMP의 가순간치(도 34의 목표 ZMP)를 결정하는 목표 ZMP 가순간치 결정 수단(보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 가순간치(도 34의 단순화 모델 상체 위치)를 산출하는 목표 운동 가순간치 산출 수단(도 34의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 산출된 목표 운동의 가순간치와 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력 작용점 주위의 상반력 모멘트의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하여 목표 ZMP의 가순간치 주위의 목표 상반력 모멘트로서 제2 동력학 모델의 출력(도 34의 풀 모델 ZMP 오차)을 산출하는 제2 모델 출력 산출 수단(도 34의 역 풀 모델(100c2)의 연산, 가산점(34a)), 적어도 상기 산출된 제2 동력학 모델의 출력에 근거하여 적어도 상기 목표 ZMP의 보정량(도 34의 단순화 모델 ZMP 보정량)을 산출하는 목표 ZMP의 보정량 산출 수단(도 34의 블록(34b)), 상기 산출된 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 34의 가산점(34c)) 및 적어도 상기 제2 동력학 모델의 입력과 출력에 근거하여 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치(도 34의 보정 목표 상체 위치, 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치 등)를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 생성부(100), 특히 도 34의 단순화 모델 상체 위치를 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 가산점(34a)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 제15 실시 형태에 있어서는 제14 실시 형태에 부가하여, 적어도 상기 산출된 차에 근거하여, 적어도 상기 목표 운동의 보정량(도 36의 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 목표 운동 보정량 산출 수단(도 36의 섭동 모델 제어 법칙(36b), 가산점(36c), 블록(36d), 분배기(36e), 가산점(36f), 섭동 모델(36g)) 및 상기 산출된 목표 운동의 보정량을 상기 제2 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제2 모델 입력 보정 수단(도 36의 가산점(36h))을 구비하도록 구성하였다.

또한, 상기 목표 운동 보정량 산출 수단은 상기 로봇에 있어서의 상기 상반력의 섭동과 상기 운동의 섭동 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델(도 36의 섭동 모델(36g)), 상기 섭동 모델의 상태량(예컨대, 상기 섭동 모델의 상체 위치 및/또는 속도)과 상기 동력학 모델의 상태량(예컨대, 상기 동력학 모델의 중심 위치) 중의 적어도 어느 하나에 근거하고, 제1 피드백량(섭동 모델 제어용 피드백량)을 산출하는 제1 피드백량 산출 수단(도 36의 섭동 모델 제어 법칙(36b)) 및 적어도 상기 산출된 차와 상기 제1 피드백량과의 차에 근거하여, 제2 피드백량(도 36의 섭동 모델 ZMP 보정량)을 산출하는 제2 피드백량 산출 수단(도 36의 가산점(36c), 적분기(36d), 분배기(36e))을 구비하여, 상기 산출된 제1 피드백량과 제2 피드백량의 합을 상기 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 보정량을 산출하도록(도 36의 가산점(36f), 섭동 모델(36g)) 구성하였다.

제16 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어지는 레그식 이동 로봇이 보용 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(도 5의 보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b), 도 37의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하고, 상기 동력학 모델의 운동 순간치를 산출하는 모델 운동 순간치 산출 수단(도 37의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 목표 운동의 가순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(도 37의 가산점(37a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가깝도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(도 37의 모델 추종 피드백 법칙(37b)), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 37의 가산점(37c)) 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(풀 모델 보정 포함 보용 발생부(100), 특히 도 37의 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 모델 추종 피드백 법칙(37b)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 목표 상반력 가순간치 결정 수단(도 5의 보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)), 상기 동작을 구성하는 목표 운동 순간치를 결정하는 목표 운동 순간치 결정 수단(도 5의 100a, 100b, 도 37의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하여, 상기 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 모델 운동 순간치 산출 수단(도 37의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 목표 운동 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(도 37의 가산점(37a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(도 37의 모델 추종 피드백 법칙(37b)), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(도 37의 가산점(37c)) 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력에 근거하여 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 상반력 순간치 결정 수단(100, 특히 도 37의 모델 추종 피드백 법칙(37b)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단(100a, 100b, 도 37의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하고, 상기 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 모델 운동 순간치 산출 수단(도 37의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 목표 운동의 가순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(도 37의 가산점(37a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(37b), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(가산점(37c)) 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력과 출력에 따라서 상기 목표 운동과 상기 목표 ZMP의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단(100, 특히 도 37의 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것, 모델 추종 피드백 법칙(37b)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 목표 ZMP 가순간치 결정 수단(100a, 100b), 상기 동작을 구성하는 목표 운동 순간치를 결정하는 목표 운동 순간치 결정 수단(100a, 100b, 도 37의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델에 입력하고, 상기 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 모델 운동 순간치 산출 수단(도 37의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 목표 운동 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(가산점(37a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(37b), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 모델 입력 보정 수단(가산점(37c)) 및 적어도 상기 동력학 모델의 입력에 근거하여 상기 목표 ZMP의 목표 순간치를 결정하는 목표 ZMP 순간치 결정 수단(100, 특히 도 37의 모델 추종 피드백 법칙(37b)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 제22 실시 형태에 있어서는 상기와 같이, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 목표 ZMP 가순간치 결정 수단(100a, 100b), 상기 동작을 구성하는 목표운동의 순간치를 결정하는 목표 운동 순간치 결정 수단(100a, 100b, 도 43의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력 작용점과 그 주위의 상반력 모멘트의 관계를 나타내는 동력학 모델에 상반력 작용점으로서 입력하고, 상기 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 모델 운동 순간치 산출 수단(도 43의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 동력학 모델의 운동 순간치와 상기 목표 운동의 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(가산점(43a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(모델 추종 피드백 법칙(43b)), 상기 산출된 보정량을 상기 동력학 모델에 상기 상반력 모멘트로서 입력하고, 모델의 입력을 보정하면서 상기 산출된 보정량을 목표 ZMP 주위의 보정 모멘트의 목표 순간치로서 결정하는 목표 순간치 결정 수단(100, 특히 도 43의 블록(43h), 모델 추종 피드백 법칙(43b)의 출력을 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치로서 결정하는 것)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 제17 실시 형태에 있어서는 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력 중의 적어도 목표상반력의 순간치를 결정하는 목표 상반력 순간치 결정 수단(도 5의 보용 파라미터 결정부(100a), 목표(및 가) 순간치 발생부(100b)), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 제1 동력학 모델의 운동 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 38의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하고, 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제2 모델 운동 순간치 산출 수단(도 38의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 제1 동력학 모델의 운동 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(도 38의 가산점(38a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(도 38의 모델 추종 피드백 법칙(38b)) 및 상기 산출된 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제1 모델 입력 보정 수단(가산점(38c))을 구비하고, 상기 제1 동력학 모델의 출력 및 상기 제2 동력학 모델의 출력 중의 적어도 어느 하나를 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(도 4의 풀 모델 보정 포함 보용 발생부(100), 특히 도 38의 단순화 모델(100c1)의 출력 또는 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP의 중의 적어도 목표 ZMP의 순간치를 결정하는 목표 ZMP 순간치 결정 수단(100a, 100b), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제 1의 동력학 모델에 입력하고 상기 제1 동력학 모델의 운동 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 38의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하고, 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제2 모델 운동 순간치 산출 수단(도 38의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(가산점(38a)), 및 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 보정량을 산출하는 보정량 산출 수단(38b), 상기 산출된 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제1 모델 입력 보정 수단(가산점(38c))을 구비하고, 상기 제1 동력학 모델의 출력 및 상기 제2 동력학 모델의 출력 중의 적어도 어느 하나를 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(100, 특히 도 38의 단순화 모델(100c1)의 출력 또는 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

제18 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력 중의 적어도 목표 상반력의 순간치를 결정하는 목표 상반력 순간치 결정 수단(100a, 100b), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 39의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 적어도 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치에 따르는 제2 동력학 모델의 상태량을 산출하는 제2 모델 상태량 산출 수단(블록(39a)), 및 적어도 상기 제2 동력학 모델의 상태량에 근거하여, 목표 동작의 파라미터를 수정하는 목표 동작 파라미터 수정 수단(도 11 플로우 차트의 S28)을 구비하여, 상기 제1 동력학 모델의 출력을 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(100, 특히 도 39의 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP 중의 적어도 목표 ZMP의 순간치를 결정하는 목표 ZMP 순간치 결정 수단(100a, 100b), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 39의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 적어도 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치에 따르는 제2 동력학 모델의 상태량을 산출하는 제2 모델 상태량 산출 수단(39a), 및 적어도 상기 제2 동력학 모델의 상태량에 근거하여 목표 동작의 파라미터를 수정하는 목표 동작 파라미터 수정 수단(도 11 플로우 차트의 S28)을 구비하여, 상기 제1 동력학 모델의 출력을 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(100, 특히 도 39의 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

제19 실시 형태에 있어서는, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력 중의 적어도 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 목표 상반력 가순간치 결정 수단(100a, 100b), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하여 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 40의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 상반력의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하여, 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제2 모델 운동 순간치 산출 수단(도 40의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치와 상기 제1 동력학 모델의 운동 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(도 40의 가산점(40a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 제1 보정량을 산출하는 제1 보정량 산출 수단(도 40의 모델 추종 피드백 법칙1(40b)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 제2 보정량을 산출하는 제2 보정량 산출 수단(도 40의 모델 추종 피드백 법칙2(40c)), 상기 산출된 제1 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제1 모델 입력 보정 수단(가산점(40d)), 및 상기 산출된 제2 보정량을 상기 제2 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제2 모델 입력 보정 수단(가산점(40e))을 구비하여, 상기 제1 동력학 모델의 출력 및 상기 제2 동력학 모델의 출력 중의 적어도 어느 하나를 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(100, 특히 도 40의 단순화 모델(100c1)의 출력 또는 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

또한, 적어도 상체(24)와 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부(2)로 이루어지는 레그식 이동 로봇(1)이 보행 등의 동작을 할 때, 상기 동작의 목표 순간치를 생성하는 동작 생성 장치에 있어서, 상기 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 ZMP 중의 적어도 목표 ZMP의 가순간치를 결정하는 목표 ZMP 가순간치 결정 수단(100a, 100b), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에 입력하고 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제1 모델 운동 순간치 산출 수단(도 40의 단순화 모델(100c1)의 연산), 적어도 상기 결정된 목표 ZMP의 가순간치를 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에 입력하여, 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순간치를 산출하는 제2 모델 운동 순간치 산출 수단(도 40의 순 풀 모델(100c2)의 연산), 상기 제2 동력학 모델의 운동 순간치와 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순간치와의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단(가산점(40a)), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 제1 보정량을 산출하는 제1 보정량 산출 수단(40b), 적어도 상기 차에 근거하여 상기 차가 0에 가까워지도록 제2 보정량을 산출하는 제2 보정량 산출 수단(40c), 상기 산출된 제1 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제1 모델 입력 보정 수단(가산점(40d)), 및 상기 산출된 제2 보정량을 상기 제2 동력학 모델에 추가적으로 입력하는 제2 모델 입력 보정 수단(가산점(40e))을 구비하여, 상기 제1 동력학 모델의 출력 및 상기 제2 동력학 모델의 출력 중의 적어도 어느 하나를 상기 목표 운동의 목표 순간치로서 결정하도록(100, 특히 도 40의 단순화 모델(100c1)의 출력 또는 순 풀 모델(100c2)의 출력을 보정 목표 상체 위치로서 결정하는 것) 구성하였다.

제23 실시 형태에 있어서는, 더욱이 상기 로봇에 있어서의 상기 상반력의 섭동과 상기 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 제2 섭동 모델(도 44의 제2 섭동 모델(44a)), 상기 제2 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량의 적어도 어느 하나에 근거하고, 제3 피드백량을 산출하는 제3 피드백량 산출 수단(도 44의 제2 섭동 모델 법칙(44b)), 및 상기 결정된 목표 상반력 또는 목표 ZMP의 목표 순간치와 상기 목표 상반력 또는 상기 목표 ZMP의 가목표 순간치의 차를 구하여 입력하고, 상기 차를 저감하도록 제2 피드 포워드량을 산출하는 제2 피드 포워드량 산출 수단(도 44의 제2 분배부(44c), 블록(44d)), 상기 산출된 제3 피드백량과 제2 피드 포워드량의 합을 상기 제2 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 제3 보정량(도 44의 제2 섭동 모델 상체 위치)을 산출하는 제3 목표 운동 보정량 산출 수단(도 44의 가산점(44e), 섭동 모델(44a))을 구비하도록 구성하였다.

또한, 상기 제3 목표 운동 보정량 산출 수단은 상기 목표 운동의 제3 보정량을 산출하는 동시에, 상기 결정된 목표 상반력 또는 목표 ZMP의 목표 순간치와 상기 목표 상반력 또는 상기 목표 ZMP의 가목표 순간치의 차에 상기 산출된 제3 피드백량과 제2 피드 포워드량의 합을 합하는 것에 의해, 상기 목표 상반력 또는 목표 ZMP의 제3 보정량(도 44의 목표 ZMP 주위의 풀 모델 보정 모멘트의 ZMP 환산치)을 산출하도록 구성하였다.

또한, 상기 섭동 모델이 도립 진자로 이루어지도록 구성하였다.

또한, 상기 제2 섭동 모델이 도립 진자로 이루어지도록 구성하였다.

또한, 적어도 상기 동력학 모델의 상태량(동력학 모델의 위치 및/또는 속도)에 근거하여, 목표 동작의 파라미터를 결정 또는 수정하는 목표 동작 파라미터 수정 수단(도 11 플로우 차트의 S28)을 구비하도록 구성하였다.

또한, 본 발명을 2족 보행 로봇에 관해서 설명해 왔지만, 3족 이상의 다각 로봇에도 응용할 수 있다. 또한, 실물의 로봇(실기)이 아니더라도, 시뮬레이션 혹은 컴퓨터 게임 등에 있어서의 가상적인 로봇의 동작 제어 또는 동작 생성에도 응용할 수 있다.

이 발명에 의하면, 예컨대, 동작을 구성하는 목표 운동과 목표 상반력 또는 목표 ZMP의 가순간치를 결정하고, 결정된 목표 운동의 가순간치에 근거하여 로봇의 운동과 상반력 또는 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 모델 상반력 또는 모델 ZMP를 산출하고, 산출된 모델 상반력과 결정된 목표 상반력의 가순간치 의 차 또는 산출된 모델 ZMP와 결정된 목표 ZMP의 가순간치의 차를 산출하고, 산출된 차에 근거하여 동력학 모델로 나타나는 운동과 상반력의 관계를 만족하도록 적어도 목표 운동의 가순간치를 보정하는 것에 의해 목표 운동과 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하도록 구성였으므로, 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하는 보용 등의 동작을 생성할 수 있는 동시에, 보용 시나 작업 시의 안정성을 높일 수 있도록 한 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치를 제공할 수 있다.

또한, 동작을 규정하는 목표 운동을 결정하고, 결정된 목표 운동에 근거하여 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 목표 상반력을 산출하고, 산출된 목표 상반력에 근거하여 로봇에 실제로 작용하는 상반력을 제어하도록 구성하였으므로, 동력학적 평형 조건을 정밀하게 만족하는 보용 등의 동작을 생성할 수 있는 동시에, 그 생성된 동작에 추종하도록 로봇을 제어하는 것으로 자세 안정성을 높일 수 있도록 한 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치를 제공할 수 있다.

Claims (58)

1. 삭제
2. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 보행 등의 동작을 제어하는 동작 제어 장치에 있어서,

   a. 상기 동작을 규정하는 목표 운동과 목표 ZMP를 결정하는 목표 동작 결정 수단,

   b. 적어도 상기 결정된 목표 운동과 목표 ZMP에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 ZMP의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 상기 목표 ZMP의 보정량을 산출하는 목표 ZMP 보정량 산출 수단, 및

   c. 적어도 상기 산출된 목표 ZMP의 보정량에 근거하여 실제의 상반력을 제어하는 상반력 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
3. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 보행 등의 동작을 제어하는 동작 제어 장치에 있어서,

   a. 상기 동작을 규정하는 목표 운동과 목표 상반력 작용점을 결정하는 목표 동작 결정 수단,

   b. 적어도 상기 결정된 목표 운동과 목표 상반력 작용점에 근거하여, 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델을 이용하여 상기 목표 상반력 작용점 주위의 목표 상반력 모멘트를 산출하는 목표 상반력 모멘트 산출 수단, 및

   c. 적어도 상기 산출된 목표 상반력 모멘트에 근거하여 상기 로봇에 작용하는 실제의 상반력을 제어하는 상반력 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
4. 삭제
5. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순간치를 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

   a. 상기 로봇의 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단,

   b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에, 적어도 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를 입력하여, 상기 동력학 모델 상의 상반력인 모델 상반력을 산출하는 모델 상반력 산출 수단,

   c. 상기 모델 상반력 산출 수단이 산출한 모델 상반력과 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순간치와의 차를 산출하는 상반력차 산출 수단,

   d. 상기 목표 상반력의 가순간치를 보정하기 위한 목표 상반력의 보정량과, 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하기 위한 목표 운동의 보정량을 결정하는 보정량 결정 수단, 및

   e. 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를, 적어도 상기 보정량 결정 수단이 결정한 목표 운동의 보정량에 근거하여 보정함으로써, 상기 목표 운동의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단을 구비하고, 상기 보정량 결정 수단은, 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 상기 목표 상반력의 보정량에 의해 상기 목표 상반력의 가순간치를 보정하여 이루어진 상반력과, 상기 목표 운동의 보정량에 의해 상기 목표 운동의 가순간치를 보정하여 이루어진 운동이, 상기 동력학 모델 상에서 동력학적 평형 조건을 만족하면서, 상기 목표 운동의 보정량이 발산하지 않도록, 상기 목표 상반력의 보정량과 상기 목표 운동의 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
6. 삭제
7. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순간치를 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

   a. 상기 로봇의 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단,

   b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에, 적어도 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를 입력하여, 상기 동력학 모델 상의 상반력인 모델 상반력을 산출하는 모델 상반력 산출 수단,

   c. 상기 모델 상반력 산출 수단이 산출한 모델 상반력과 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순간치와의 차를 산출하는 상반력차 산출 수단, 및

   d. 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를, 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여 보정함으로써 상기 목표 운동의 목표 순간치를 결정하는 동시에, 상기 목표 상반력의 가순간치를 보정함으로써 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단을 구비하고, 상기 목표 순간치 결정 수단은, 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 상기 목표 운동의 목표 순간치와 상기 목표 상반력의 목표 순간치가, 상기 동력학 모델 상에서 동력학적 평형 조건을 만족하면서, 상기 목표 운동의 목표 순간치와 상기 목표 운동의 가순간치와의 차인 목표 운동의 보정량이 발산하지 않도록, 상기 목표 운동의 목표 순간치와 상기 목표 상반력의 목표 순간치를 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순간치를 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 운동과 목표 상반력의 가순간치를 결정하는 가순간치 결정 수단,

    b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에, 적어도 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순간치를 입력하여, 상기 동력학 모델 상의 상반력인 모델 상반력을 산출하는 모델 상반력 산출 수단,

    c. 상기 모델 상반력 산출 수단이 산출한 모델 상반력과 상기 가순간치 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순간치와의 차를 산출하는 상반력차 산출 수단,

    d. 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 적어도 목표 운동의 보정량을 결정하는 목표 운동 보정량 결정 수단,

    e. 상기 목표 운동 보정량 결정 수단이 결정한 목표 운동의 보정량을 상기 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 모델 입력 추가 수단, 및

    f. 적어도 상기 동력학 모델의 입력에 근거하여 상기 목표 운동의 목표 순간치를 결정하는 목표 순간치 결정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제10항에 있어서,

    상기 목표 운동 보정량 결정 수단은,

    g. 상기 로봇에 있어서의 상반력의 섭동과 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델,

    h. 상기 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량 중, 적어도 어느 하나에 근거하여, 제1 피드백량을 산출하는 제1 피드백량 산출 수단, 및

    i. 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차와 상기 제1 피드백량 산출 수단이 산출한 제1 피드백량과의 차에 근거하여, 제2 피드백량을 산출하는 제2 피드백량 산출 수단을 구비하고, 상기 제1 피드백량 산출 수단이 산출한 제1 피드백량과 상기 제2 피드백량 산출 수단이 산출한 제2 피드백량의 합을 상기 섭동 모델에 입력함으로써 얻어지는 운동의 섭동에 근거하여, 상기 목표 운동의 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 제13항에 있어서,

    상기 제1 피드백량 산출 수단은, 적어도 상기 동력학 모델의 중심 위치에 근거하여, 상기 제1 피드백량을 산출하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 제5항에 있어서,

    상기 보정량 결정 수단은,

    f. 상기 로봇에 있어서의 상반력의 섭동과 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델,

    g. 상기 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량 중, 적어도 어느 하나에 근거하여, 상기 목표 상반력의 보정량으로서 피드백량을 산출하는 피드백량 산출 수단, 및

    h. 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차를 상쇄하도록 피드 포워드량을 산출하는 피드 포워드량 산출 수단을 구비하고, 상기 피드백량 산출 수단이 산출한 피드백량과 상기 피드 포워드량 산출 수단이 산출한 피드 포워드량의 합을 상기 섭동 모델에 입력함으로써 얻어지는 운동의 섭동에 근거하여, 상기 목표 운동의 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
21. 삭제
22. 삭제
23. 제20항에 있어서,

    상기 피드백량 산출 수단은, 적어도 상기 동력학 모델의 중심 위치에 근거하여 상기 피드백량을 산출하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치.
24. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어지는 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순시값을 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 상반력의 가순시값을 결정하는 목표 상반력 가순시값 결정 수단,

    b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에, 적어도 상기 목표 상반력 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값을 입력하여, 상기 제1 동력학 모델의 출력을 상기 목표 운동의 가순시값으로서 산출하는 목표 운동 가순시값 산출 수단,

    c. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에, 적어도 상기 목표 운동 가순시값 산출 수단이 산출한 목표 운동의 가순시값을 입력하여, 상기 제2 동력학 모델의 출력을 모델 상반력으로서 산출하는 제2 모델 상반력 산출 수단,

    d. 상기 제2 모델 상반력 산출 수단이 산출한 모델 상반력과 상기 목표 상반력 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값과의 차를 산출하는 상반력차 산출 수단,

    e. 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 상반력 보정량을 결정하는 보정량 결정 수단,

    f. 상기 보정량 결정 수단이 결정한 상반력 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 모델 입력 추가 수단, 및

    g. 상기 목표 운동의 목표 순시값을, 적어도 상기 제2 동력학 모델의 입력에 근거하여 결정하는 목표 순시값 결정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
25. 삭제
26. 삭제
27. 제24항에 있어서,

    h. 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 상기 목표 운동의 보정량을 결정하는 목표 운동 보정량 결정 수단, 및

    i. 상기 목표 운동 보정량 결정 수단이 결정한 목표 운동의 보정량을 상기 제2 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 제2 모델 입력 추가 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
28. 삭제
29. 삭제
30. 제27항에 있어서,

    상기 목표 운동 보정량 산출 수단은,

    j. 상기 로봇에 있어서의 상반력의 섭동과 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 섭동 모델,

    k. 상기 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량 중의 적어도 어느 하나에 근거하여, 제1 피드백량을 산출하는 제1 피드백량 산출 수단, 및

    l. 적어도 상기 상반력차 산출 수단이 산출한 차와 상기 제1 피드백량 산출 수단이 산출한 제1 피드백량과의 차에 근거하여, 제2 피드백량을 산출하는 제2 피드백량 산출 수단을 구비하고, 상기 제1 피드백량 산출 수단이 산출한 제1 피드백량과 상기 제2 피드백량 산출 수단이 산출한 제2 피드백량의 합을 상기 섭동 모델에 입력함으로써 얻어지는 운동의 섭동에 근거하여, 상기 목표 운동의 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
31. 삭제
32. 삭제
33. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순시값을 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 운동과 목표 상반력의 가순시값을 결정하는 가순시값 결정 수단,

    b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 동력학 모델에, 적어도 상기 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값을 입력하여, 상기 동력학 모델 상의 운동인 모델 운동의 순시값을 산출하는 모델 운동 순시값 산출 수단,

    c. 상기 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 모델 운동의 순시값과 상기 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 운동의 가순시값과의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단,

    d. 적어도 상기 모델 운동차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 상기 목표 상반력의 보정량을 결정하는 보정량 결정 수단,

    e. 상기 보정량 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 보정량을 상기 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 모델 입력 추가 수단, 및

    f. 적어도 상기 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 모델 운동의 순시값에 근거하여 상기 목표 운동의 목표 순시값을 결정하는 목표 순시값 결정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 목표 운동의 목표 순시값을 생성하는 목표 운동 생성 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 상반력의 가순시값을 결정하는 목표 상반력 가순시값 결정 수단,

    b. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제1 동력학 모델에, 적어도 상기 목표 상반력 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값을 입력하여, 상기 제1 동력학 모델의 운동의 순시값을 산출하는 제1 모델 운동 순시값 산출 수단,

    c. 상기 로봇의 운동과 상반력의 관계를 나타내는 제2 동력학 모델에, 적어도 상기 목표 상반력 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값을 입력하여, 상기 제2 동력학 모델의 운동의 순시값을 산출하는 제2 모델 운동 순시값 산출 수단,

    d. 상기 제2 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 제2 동력학 모델의 운동의 순시값과 상기 제1 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 제1 동력학 모델의 운동의 순시값과의 차를 산출하는 모델 운동차 산출 수단,

    e. 적어도 상기 모델 운동차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 제1 상반력 보정량을 결정하는 제1 보정량 결정 수단, 및

    f. 상기 제1 보정량 결정 수단이 결정한 제1 상반력 보정량을 상기 제1 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 제1 모델 입력 추가 수단을 구비하고, 상기 제1 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 제1 동력학 모델의 운동의 순시값 및 상기 제2 모델 운동 순시값 산출 수단이 산출한 제2 동력학 모델의 운동의 순시값 중 어느 하나를 상기 목표 운동의 목표 순시값으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 제5항, 제24항, 제33항 중 어느 한항에 있어서,

    m. 상기 로봇에 있어서의 상반력의 섭동과 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 제2 섭동 모델,

    n. 상기 제2 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량 중 적어도 어느 하나에 근거하여, 제3 피드백량을 산출하는 제3 피드백량 산출 수단,

    o. 상기 보정량 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 보정량에 근거하여, 제2 피드포워드량을 산출하는 제2 피드포워드량 산출 수단,

    p. 상기 제3 피드백량 산출 수단이 산출한 제3 피드백량과 상기 제2 피드포워드량 산출 수단이 산출한 제2 피드포워드량의 합을 상기 제2 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 제3 보정량을 산출하는 제3 목표 운동 보정량 산출 수단, 및

    q. 상기 제3 목표 운동 보정량 산출 수단이 산출한 목표 운동의 제3 보정량에 근거하여, 상기 목표 순시값 결정 수단이 결정한 목표 운동의 목표 순시값을 보정함으로써, 최종적인 목표 운동의 목표 순시값을 결정하는 목표 운동 순시값 보정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
45. 삭제
46. 제13항, 제16항, 제20항, 제23항, 제30항 중 어느 한항에 있어서,

    상기 섭동 모델이 도립 진자로 이루어진 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치.
47. 제44항에 있어서,

    상기 제2 섭동 모델이 도립 진자로 이루어진 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치.
48. 삭제
49. 제38항에 있어서,

    g. 적어도 상기 모델 운동차 산출 수단이 산출한 차에 근거하여, 제2 상반력 보정량을 결정하는 제2 보정량 결정 수단, 및

    h. 상기 제2 보정량 결정 수단이 결정한 제2 상반력 보정량을 상기 제2 동력학 모델에 피드백으로서 추가적으로 입력하는 제2 모델 입력 추가 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
50. 제24항, 제27항, 제30항, 제38항, 제49항 중 어느 한 항에 있어서,

    r. 적어도 상기 제1 동력학 모델의 상태량에 근거하여, 목표 운동의 파라미터를 결정 또는 수정하는 목표 운동 파라미터 수정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
51. 제7항에 있어서,

    m. 상기 로봇에 있어서의 상반력의 섭동과 운동의 섭동의 동력학적 관계를 나타내는 제2 섭동 모델,

    n. 상기 제2 섭동 모델의 상태량과 상기 동력학 모델의 상태량 중 적어도 어느 하나에 근거하여, 제3 피드백량을 산출하는 제3 피드백량 산출 수단,

    o. 상기 목표 순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 목표 순시값과, 상기 가순시값 결정 수단이 결정한 목표 상반력의 가순시값의 차에 근거하여, 상기 차를 상쇄하도록 제2 피드포워드량을 산출하는 제2 피드포워드량 산출 수단,

    p. 상기 제3 피드백량 산출 수단이 산출한 제3 피드백량과 상기 제2 피드포워드량 산출 수단이 산출한 제2 피드포워드량의 합을 상기 제2 섭동 모델에 입력하여 상기 목표 운동의 제2 보정량을 산출하는 제2 목표 운동 보정량 산출 수단, 및

    q. 상기 제2 목표 운동 보정량 산출 수단이 산출한 목표 운동의 제2 보정량에 근거하여, 상기 목표 운동 순시값 결정 수단이 결정한 목표 운동의 목표 순시값을 보정함으로써, 최종적인 목표 운동의 목표 순시값을 결정하는 목표 운동 순시값 보정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
52. 제5항, 제10항, 제13항, 제16항, 제20항, 제23항 및 제49항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 목표 순시값 결정 수단이 결정한 목표 운동의 목표 순시값에 대하여 상기 동력학 모델 상에서 동력학적 평형 조건을 만족하는 상반력을 목표 상반력의 목표 순시값으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
53. 제24항, 제27항, 제30항, 제38항 및 제49항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 결정된 목표 운동의 목표 순시값에 대하여 상기 제2 동력학 모델 상에서 동력학적 평형 조건을 만족하는 상반력을 목표 상반력의 목표 순시값으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
54. 제51항에 있어서,

    상기 제2 섭동 모델이 도립 진자로 이루어진 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
55. 제5항, 제7항, 제10항, 제13항, 제16항, 제20항, 제23항, 제24항, 제27항, 제30항, 제33항, 제38항, 제49항, 제 51항, 제54항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 목표 상반력의 가순간치는, 목표 ZMP의 가순간치인 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
56. 제5항, 제7항, 제10항, 제13항, 제16항, 제20항, 제23항, 제24항, 제27항, 제30항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 목표 상반력의 가순간치는, 목표 ZMP의 가순간치인 동시에, 상기 상반력차 산출 수단이 산출하는 차는, 상기 모델 상반력이 상기 목표 ZMP의 가순간치 주위에 발생하는 상반력 모멘트인 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 목표 운동 생성 장치.
57. 적어도 상체와, 상기 상체에 관절을 통하여 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 자세 제어 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 ZMP를 결정하는 목표 ZMP 결정 수단,

    b. 상기 목표 ZMP 결정 수단에 의하여 결정된 목표 ZMP를 만족하도록 제1 동력학 모델을 이용하여 목표 운동을 생성하는 목표 운동 생성 수단,

    c. 상기 목표 운동 생성 수단에 의하여 생성된 목표 운동에 근거하여, 상기 제1 동력학 모델보다 정밀도가 높은 제2 동력학 모델을 이용하여 상기 목표 운동에 의하여 제2 동력학 모델 상에서 상기 목표 ZMP 결정 수단에 의하여 결정된 목표 ZMP 주위에 발생하는 상반력 모멘트인 제2 모델 상반력 모멘트를 산출하는 제2 모델 상반력 모멘트 산출 수단,

    d. 상기 로봇의 실자세 경사 편차를 검출하는 경사 검출 수단,

    e. 상기 경사 검출 수단에 의하여 검출된 실자세 경사 편차에 근거하여, 상기 실자세 경사 편차를 해소하기 위하여 필요한 보상 전(全) 상반력 모멘트를 결정하는 보상 전 상반력 모멘트 결정 수단, 및

    f. 상기 로봇의 운동을 상기 목표 운동 생성 수단에 의하여 생성된 목표 운동에 추종시키면서, 상기 보상 전 상반력 모멘트 결정 수단에 의하여 결정된 보상 전 상반력 모멘트와, 상기 제2 모델 상반력 모멘트 산출 수단에 의하여 산출된 제2 모델 상반력 모멘트와의 합이, 상기 목표 ZMP 결정 수단에 의하여 결정된 목표 ZMP 주위에, 상기 로봇의 상반력 모멘트로서 작용하도록, 상기 로봇의 관절의 액츄에이터를 구동하는 액츄에이터 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 자세 제어 장치.
58. 적어도 상체와, 상기 상체에 관절을 통하여 연결되는 복수 개의 레그부로 이루어진 레그식 이동 로봇의 자세 제어 장치에 있어서,

    a. 상기 로봇의 목표 ZMP를 결정하는 목표 ZMP 결정 수단,

    b. 상기 목표 ZMP 결정 수단에 의하여 결정된 목표 ZMP를 만족하도록 제1 동력학 모델을 이용하여 목표 운동을 생성하는 목표 운동 생성 수단,

    c. 상기 목표 운동 생성 수단에 의하여 생성된 목표 운동을, 상기 제1 동력학 모델보다 정밀도가 높은 제2 동력학 모델에 입력함으로써 제2 동력학 모델 상의 ZMP인 제2 모델 ZMP을 산출하는 제2 모델 ZMP 산출 수단,

    d. 상기 로봇의 실자세 경사 편차를 검출하는 경사 검출 수단,

    e. 상기 경사 검출 수단에 의하여 검출된 실자세 경사 편차에 근거하여, 상기 실자세 경사 편차를 해소하기 위하여 필요한 보상 전 상반력 모멘트를 결정하는 보상 전 상반력 모멘트 결정 수단, 및

    f. 상기 로봇의 운동을 상기 목표 운동 생성 수단에 의하여 생성된 목표 운동에 추종시키면서, 상기 보상 전 상반력 모멘트 결정 수단에 의하여 결정된 보상 전 상반력 모멘트가, 상기 제2 모델 ZMP 산출 수단에 의하여 산출된 제2 모델 ZMP 주위에, 상기 로봇의 상반력 모멘트로서 작용하도록, 상기 로봇의 관절의 액츄에이터를 구동하는 액츄에이터 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레그식 이동 로봇의 자세 제어 장치.

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