KR101121020B1 - 이동 로봇의 보용생성 장치 - Google Patents

Abstract

로봇(1)을 표현하는 모델의 요소(질점, 이너셔를 갖는 링크 등)의 배치를, 동역학 모델을 사용하여 작성한 로봇(1)의 순간 목표 운동으로부터 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정했을 때의 그 배치를 제 1 배치로 하고, 순간 목표 운동을 보정한 후의 보정후 순간 목표 운동으로부터 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정했을 때의 그 배치를 제 2 배치로 하고, 그것들의 제 1 및 제 2 배치의 차로부터 산출되는 모멘트 성분이 소정값에 근접하도록 보정후 순간 목표 운동을 결정한다. 순간 목표 운동은 로봇의 동역학 모델을 사용하여 작성된다. 이것에 의해, 동역학 모델을 사용하여 작성된 로봇의 순간 목표 보용의 운동을, 동역학 모델을 사용하지 않고, 적절하게 보정하여, 그 보정후의 운동을 포함하는 순간 목표 보용의 동역학적 정밀도를 높인다.

순간 목표 보용, 보용생성 장치, 순간 보용발생 수단, 순간 목표 운동, 순간 목표 운동 보정 수단, 이동 로봇의 보용생성 장치.

Description

이동 로봇의 보용생성 장치{GAIT GENERATOR FOR MOBILE ROBOT}

본 발명은 2족이동 로봇 등의 이동 로봇의 목표 보용(步容)을 생성하는 장치에 관한 것이다.

2족이동 로봇 등의 이동 로봇의 목표 보용을 생성하는 기술로서는, 예를 들면 일본 특허공개 2002-326173호 공보(특허문헌 1)나, PCT 국제공개 공보 WO/03/057427/A1(특허문헌 2)에 개시되는 바와 같이 본원 출원인에 의해 제안되어 있다. 이들 문헌에 개시되는 기술은, 로봇의 운동(각 부위의 위치, 자세)과, 상반력과의 관계를 나타내는 제 1 동역학 모델을 사용하고 이 제 1 동역학 모델상에서의 소요의 동역학적 평형조건(상반력의 병진력 성분이 목표값이 되는, 어떤 점 주위의 상반력 모멘트가 목표값이 되는 등의 조건)을 충족하도록 로봇의 목표 운동의 순간값(순시값(瞬時値))(순간 목표 운동)과 목표 상반력의 순간값(순간 목표 상반력)으로 이루어지는 순간 목표 보용이 축차 작성된다. 그리고, 이 순간 목표 보용을 제 2 동역학 모델에 입력하고, 이 순간 목표 운동의 일부(목표 상체위치 자세나 목표 ZMP 주위의 목표 모멘트 등)를 보정함으로써 최종적인 순간 목표 보용을 시계열적으로 생성하도록 하고 있다.

이 경우, 제 1 동역학 모델로서는, 선형성이 높은 모델이 일반적으로 사용된 다. 선형성의 높은 동역학 모델을 사용하여 순간 목표 보용을 작성함으로써, 가상적인 주기적 보용인 정상보용으로 이어지거나, 혹은 점근하는 것과 같은 보용(로봇이 안정한 운동을 계속적으로 행할 수 있는 보용)을 효율적으로 단시간에 작성하는 것이 가능하게 된다. 나아가서는 실제 로봇이 실제의 운동을 행하면서, 리얼타임으로 로봇의 순간 목표 보용을 축차 생성하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 선형성이 높은 동역학 모델은, 로봇의 여러 동작에 있어서 일반적으로 동역학적 정밀도가 비교적 낮아지는 경향이 있다. 즉, 그 동역학 모델상에서의 로봇의 동역학은 실제 로봇의 실제의 동역학에 대해 오차를 발생하기 쉽다. 이 때문에, 제 1 동역학 모델을 사용하여 작성되는 순간 목표 보용을 그대로 실제 로봇에 적용하고, 이 실제 로봇의 동작을 행하게 하면, 제 1 동역학 모델상에서 보증된 동역학적 평형조건이 실제 로봇상에서는 성립하지 않아, 실제 로봇의 동작이 안정성에 결여되기 쉬워진다.

그래서, 상기 특허문헌 1, 2에 개시되는 기술에서는, 제 1 동역학 모델을 사용하여 작성한 순간 목표 보용의 일부를, 제 2 동역학 모델을 사용하여 더욱 보정하도록 하고 있다. 이 경우, 제 2 동역학 모델로서는, 제 1 동역학 모델보다도 동역학적 정밀도가 높은 모델이 사용된다. 이것에 의해, 제 1 동역학 모델을 사용하여 작성한 보용보다도, 보다 동역학적 정밀도가 높은(실제 로봇의 동역학에 보다 가까운) 보용을 생성하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 상기 제 1 동역학 모델은, 상기한 바와 같이 동역학적 정밀도가 낮아지는 경향이 있으므로, 생성하려고 하는 보용에 따라서는, 동역학적인 오차가 비 교적 큰 것으로 되는 경우가 있다. 즉, 제 1 동역학 모델에서 상정(고려)되지 않은 관성력이 발생하는 로봇의 운동을 행하게 하는 보용을 생성하는 경우에는, 상기 오차가 크게 되기 쉽다. 예를 들면, 2족이동 로봇의 상체, 각 다리체의 선단부 부근에 각각 대응하는 질점을 1개씩 갖는 3질점의 동역학 모델, 또는, 로봇의 상체에만 질점을 갖는 1질점의 동역학 모델을 상기 제 1 동역학 모델로서 사용한 경우에는, 특히, 각 다리체의 무릎 관절을 구부리는 동작으로 비교적 재빠르게 행하는 경우에는, 그것에 수반되는 관성력의 변화의 영향으로, 동역학적인 오차가 비교적 크게 된다. 그 결과, 이 제 1 동역학 모델을 사용하여 작성되는 순간 목표 보용이 로봇의 계속적인 안정성을 확보하는 점에서 과잉으로 부적절한 것으로 되는 경우가 있다. 그리고, 이러한 경우에는, 제 2 동역학 모델에서 이 순간 목표 보용을 보정하도록 해도, 그 보정이 적정하게 되지 않고, 그 보정후의 순간 목표 보용이 안정여유가 낮은 것으로 되거나, 로봇의 계속적인 안정성을 확보할 수 없는 것으로 발산해버릴 우려가 있었다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 동역학 모델을 사용하여 작성된 순간 목표 보용의 운동을, 동역학 모델을 사용하지 않고(운동과 힘의 관계를 나타내는 미분방정식이나 적분방정식을 사용하지 않고), 적절에 보정하고, 그 보정후의 운동을 포함하는 순간 목표 보용의 동역학적 정밀도를 높일 수 있는 이동 로봇의 보용생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이동 로봇의 보용생성 장치의 제 1 발명은, 이동 로봇의 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력으로 이루어지는 순간 목표 보용을 축차 발생하는 순간 보용발생 수단을 구비한 보용생성 장치에 있어서, 상기 이동 로봇 전체 또는 일부를, 이너셔(관성)를 갖는 강체와 질점중 적어도 어느 한쪽을 요소로 하여, 복수의 요소로 이루어지는 모델을 표현하고,

상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동으로부터, 이동 로봇의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치와의 관계를 규정하는 소정의 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 1 배치로 하고, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동으로부터, 이동 로봇의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치와의 관계를 규정하는 소정의 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 2 배치로 하고, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동중 상기 이동 로봇의 소정의 부위의 위치와 자세중 적어도 어느 한쪽을 더 보정하여 이루어지는 보정후 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 3 배치로 했을 때, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 소정의 점 주위에 발생하는 모멘트 성분이, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 상기 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분보다도 소정의 값에 근접하도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 순간 목표 운동 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 이 제 1 발명을 포함하여 이후에 설명하는 본 발명에서는, 상기 모델의 요소의 「배치」는, 이 요소로서의 질점의 「위치」와, 이 요소로서의, 이너셔를 갖는 강체(링크)의 「자세」(경사각)를 총칭적으로 표현하는 호칭이다. 일반적으로는, 강체는 질량과 이너셔를 갖는데, 편의상, 본 발명에서는, 그 질량 및 이너셔를 갖는 강체는, 상기 질량을 갖고 이 강체의 중심에 위치하는 질점과, 질량이 0이고 상기 이너셔를 갖는 강체로 분해해 두는 것으로 한다. 이렇게 해도 일반성은 상실되지 않는다. 또, 「제 1 배치」, 「제 2 배치」, 「제 3 배치」라고 할 때에는, 그것은, 상기 모델에 포함되는 모든 요소의 배치의 세트를 의미한다.

이러한 제 1 발명에 의하면, 상기 제 1 기하학적 구속조건과, 제 2 기하학적 구속조건을 적절하게 설정하고, 또, 모델을 구성하는 요소를 적절하게 설정해 둠으로써, 상기 제 2 배치와, 제 1 배치와의 차(제 2 배치에서의 각 요소의 배치와 제 1 배치에서의 각 요소의 배치와의 차)를, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동(로봇의 각 부위의 위치와 자세중 적어도 어느 한쪽의 순간 순간의 목표값)과 순간 목표 상반력(로봇에 작용하는 상반력의 병진력과 모멘트중 적어도 어느 한쪽의 순간 순간의 목표값) 사이의 동역학적 오차의 정도(정도)로 대응시키는 것이 가능하게 된다. 보충하면, 이 대응 관계에는, 일반적으로는 정상적인 오프셋이 존재한다. 그리고, 이 경우, 상기 제 3 배치와, 제 1 배치와의 차(제 3 배치에서의 각 요소의 배치와 제 1 배치에서의 각 요소의 배치와의 차)가, 상기 보정후 순간 목표 운동과 상기 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 오차의 정도에 대응하게 된다. 따라서, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 상기 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분보다도 소정의 값(어느 일정한 오프셋값)에 근접하도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정함으로써 상기 순간 목표 상반력과의 사이에서의 동역학적 정밀도(특히 상반력 모멘트에 관계되는 동역학적 정밀도)가 높아지는 보정후 순간 목표 운동을 얻을 수 있게 된다. 그리고, 이 경우, 보정후 순간 목표 운동은, 모델의 요소의 배치의 시간적인 변화(위치나 자세의 1차미분값이나 2차미분값)를 사용하지 않고, 이 요소의 배치에 관한 기하학적인 연산처리에 의해 결정할 수 있다.

따라서, 제 1 발명에 의하면, 동역학 모델을 사용하지 않고(운동과 힘의 관계를 나타내는 미분방정식이나 적분방정식을 사용하지 않고), 순간 목표 보용의 운동을 적절하게 보정하고, 그 보정후의 운동을 포함하는 순간 목표 보용의 동역학적 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.

보충하면, 제 1 발명에서는, 결과적으로 상기와 같이, 보정후 순간 목표 운동이 결정되어 있으면 되고, 상기 제 1 배치, 제 2 배치, 제 3 배치를 실제로 구하거나, 상기 모멘트 성분을 실제로 구하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.

이러한 제 1 발명에서는, 상기 순간 목표 운동 보정 수단은, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력 F3의 병진력 성분이 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력 F2의 병진력 성분보다도 0에 근접하고, 또한, 상기 합력 F3가 상기 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이, 상기 합력F2이 상기 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분보다도 상기 소정의 값에 근접하도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 것이 바람직하다(제 2 발명).

이 제 2 발명에 의하면, 상기 모멘트 성분이 소정의 값에 근접할 뿐만아니라, 제 3 및 제 1 배치에 관계되는 각 요소의 관성력의 합력의 병진력 성분이, 제 2 및 제 1 배치에 관계되는 각 요소의 관성력의 합력의 병진력 성분보다도 0에 근접하도록, 보정후 순간 목표 운동을 결정하므로, 그 보정후 순간 목표 운동과 상기 순간 목표 상반력과의 사이의 동역학적 정밀도를 상반력 모멘트와 병진 상반력 양자에 대해서 높이는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명의 이동 로봇의 보용생성 장치의 제 3 발명은, 이동 로봇의 순간 목표 운동을 축차 발생하는 순간 보용발생 수단을 구비한 보용생성 장치에 있어서, 상기 이동 로봇의 전체 또는 일부를, 이너셔를 갖는 강체와 질점중 적어도 어느 한쪽을 요소로 하여, 복수의 요소로 이루어지는 모델로 표현하고, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동으로부터, 이동 로봇의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치와의 관계를 규정하는 소정의 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 1 배치로 하고, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동중 상기 이동 로봇의 소정의 부위의 위치와 자세중 적어도 어느 한쪽을 보정하여 이루어지는 보정후 순간 목표 운동으로부터, 이 이동 로봇의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치와의 관계를 규정하는 소정의 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 2 배치로 했을 때, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이 거의 소정의 값이 되도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 순간 목표 운동 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이 제 3 발명에서는, 상기 「제 2 배치」는 상기 제 1 발명에 있어서의 「제 3 배치」에 상당하는 것이다. 그리고, 제 3 발명에서는, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 소정의 점 주위에 발생하는 모멘트 성분이 거의 소정의 값(어느 일정한 오프셋값)이 되도록, 상기 보정후 순간 목표 운동이 결정된다. 이것에 의해, 상기 제 1 발명과 동일하게, 상기 순간 목표 상반력과의 사이에서의 동역학적 정밀도(특히 상반력 모멘트에 관계되는 동역학적 정밀도)가 높아지는 보정후 순간 목표 운동을 얻을 수 있게 된다. 그리고, 이 경우, 보정후 순간 목표 운동은, 모델의 요소의 배치의 시간적인 변화(위치나 자세의 1차미분값이나 2차미분값)를 사용하지 않고, 이 요소의 배치에 관한 기하학적인 연산처리에 의해 결정할 수 있다.

따라서, 이 제 3 발명에서도, 동역학 모델을 사용하지 않고(운동과 힘의 관계를 나타내는 미분방정식이나 적분방정식을 사용하는 않고), 순간 목표 보용의 운동을 적절하게 보정하고, 그 보정후의 운동을 포함하는 순간 목표 보용의 동역학적 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.

보충하면, 제 3 발명에서는, 결과적으로 상기한 바와 같이, 보정후 순간 목표 운동이 결정되어 있으면 되고, 상기 제 1 배치, 제 2 배치를 실제로 구하거나, 상기 모멘트 성분을 실제로 구하는 것은 반드시 필요한 것은 아니다.

이 제 3 발명에서는, 상기 순간 목표 운동 보정 수단은, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력의 병진력 성분이 거의 0이 되고, 또한, 이 합력이 상기 소정의 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이 거의 상기 소정의 값이 되도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 것이 바람직하다(제 4 발명).

이 제 4 발명에 의하면, 상기 모멘트 성분이 거의 소정의 값이 될 뿐만아니라, 제 2 및 제 1 배치에 관계되는 각 요소의 관성력의 합력의 병진력 성분이 거의 0이 되도록, 보정후 순간 목표 운동을 결정하므로, 상기 제 2 발명과 동일하게, 그 보정후 순간 목표 운동과 상기 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 정밀도를, 상반력 모멘트와 병진 상반력 양자에 대해 높이는 것이 가능하게 된다.

그런데, 상기 제 1 ~ 제 4 발명에 있어서, 상기 모멘트 성분중, 상기 모델의 이너셔를 갖는 요소(강체)의 배치의 차(자세의 차)에 기인하는 성분은, 그 요소의 자세의 차(경사각의 차)와 그 요소의 이너셔의 값과의 적(積)에 상당하는 것이 된다. 또, 상기 모델의 질량을 갖는 요소(질점)의 배치의 차(위치의 차)에 기인하는 성분은 그 위치의 차와 이 요소의 상기 소정의 점으로부터의 거리를 각각 벡터로 나타냈을 때의 그것들의 벡터의 적(외적)에 이 요소의 질량을 승산 한 것에 상당한다. 그리고, 이 경우, 질량을 갖는 요소의 배치의 차(위치의 차)에 기인하는 성분은, 그 위치의 차에 관계되는 2개의 위치중 한쪽의 위치와 상기 소정의 점을 연결하는 선분과, 당해 2개의 위치중 다른쪽의 위치와 상기 소정의 점을 연결하는 선분이 이루는 각도에 따른 것(보다 상세하게는 이 각도에 따라 단조롭게 증가 또는 감소하는 것)이 된다.

그래서, 제 5 발명에서는, 상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이의 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 2 배치에서의 위치(B)의 차에 기인하는 성분은 상기 소정의 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 소정의 점과 상기 위치(B)를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터, 이 각도에 관한 실질적으로 단조함수를 사용하여 산출되며, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이의 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 3 배치에서의 위치 C의 차에 기인하는 성분은 상기 소정의 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 소정의 점과 상기 위치 C를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터 상기 단조함수를 사용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

동일하게, 제 6 발명에서는, 상기 제 3 또는 제 4 발명에 있어서, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이의 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 2 배치에서의 위치(B)의 차에 기인하는 성분은, 상기 소정의 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 소정의 점과 상기 위치(B)를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터, 이 각도에 관한 실질적으로 단조함수를 사용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

이렇게 함으로써, 상기 모멘트 성분을 실제로 산출할 때, 벡터 연산이 불필요하게 되어 그 산출이 용이하게 된다.

상기 제 1 ~ 제 6 발명은, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동이 상기 이동 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 의미하는 동역학 모델로서, 적어도 이 이동 로봇의 1개 이상의 특정부위의 특정한 운동성분에 의해 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 결정되어 있고, 상기 모델이, 상기 특정부위중 적어도 1개의 부위에 대응하는 요소를 포함하는 경우에 적합하다(제 7 발명).

즉, 상기 순간 목표 운동이, 이동 로봇의 1개 이상의 특정부위의 특정한 운동성분(어떤 방향의 병진 운동, 회전 운동 등)에 의해 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 결정되어 있을 때에는, 그 특정부위가 비교적 큰 관성력을 발생하는 목표 보용을 생성할 때에, 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 정밀도가 저하되기 쉽다. 이 경우, 제 7 발명에서는, 그 특정부위중 적어도 1개의 부위에 대응하는 요소를 상기 모델에 포함시키고 있으므로, 상기 보정후 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 정밀도를 적확하게 높일 수 있다.

또, 상기 제 1 ~ 제 6 발명에서, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동은, 상기 이동 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 의미하는 소정의 동역학 모델상에서의 목표 상반력 또는 목표 ZMP를 충족하도록 결정되어 있고, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화에 의해 발생하는 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력과, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화에 의해 발생하는 그 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력과의 차에 소정의 정상 오프셋을 가한 것이, 상기 순간 목표 운동에 의해 상기 동역학 모델에서 발생하는 상반력의 오차에 대략 일치하도록 상기 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건이 설정되어 있는 것이 바람직하다(제 8 발명).

이 제 8 발명에 의하면, 순간 목표 운동과 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 오차가, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 상기 모델의 각 요소의 배치를 결정한 경우에 있어서의 각 요소의 배치(상기 제 1 발명에 있어서의 제 2 배치)와 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 상기 모델의 각 요소의 배치를 결정한 경우에 있어서의 각 요소의 배치(즉 상기 제 1 배치)와의 차에 대응하는 것이 된다. 이 때문에, 상기 순간 목표 상반력과의 사이의 동역학적 정밀도를 향상시키는 보정후 순간 목표 운동의 결정을 적확하게 행하는 것이 가능하게 된다. 보충하면, 이 대응 관계에는, 일반적으로는 정상적인 오프셋이 존재한다.

또, 제 1 ~ 제 6 발명에서, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동이 상기 이동 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 나타내는 소정의 동역학 모델상에서의 목표 상반력 또는 목표 ZMP를 충족하도록 결정되어 있는 경우에, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 전체중심과, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 전체중심과의 차에 이 요소의 총질량을 곱한 것이, 상기 순간 목표 운동에 있어서의 상기 동역학 모델의 전체중심의 오차에 이 동역학 모델의 총질량을 곱한 것이 대략 일치하도록 상기 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건을 설정하도록 해도 좋다(제 9 발명).

이것에 의해, 상기 보정후 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 정밀도를 저하시키는 요인의 하나인 상기 동역학 모델의 전체중심 위치의 오차의 영향을 없앨 수 있다.

또, 제 1 ~ 제 9 발명에 있어서, 상기 이동 로봇이, 예를 들면 상체로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체 또는 복수의 팔체를 복수의 가동체로서 갖는 로봇일 때에는, 상기 제 1 기하학적 구속조건은, 각 가동체의 선단부 근방의 소정의 점과, 이 가동체의 상기 상체와의 연결부 근방의 소정의 점을 연결하는 선분에 평행한 직선상에 상기 모델의 요소중 어느 하나가 존재한다는 조건을 포함하는 것이 바람직하다(제 10 발명). 또는, 상기 제 1 기하학적 구속조건은, 상기 모델상에서의 상기 상체와 각 가동체가 소정의 일정 자세 상태로 유지된다는 조건을 포함하는 것이 바람직하다(제 11발명). 그리고, 이 제 11 발명에서는, 상기 소정의 일정 자세는, 상기 이동 로봇의 상체와 복수의 가동체를 거의 연직방향을 향하게 한 자세인 것이 바람직하다(제 12 발명).

또, 제 1 ~ 제 12 발명에 있어서, 상기 제 2 기하학적 구속조건은, 상기 이동 로봇의 임의의 순간 목표 운동으로부터, 그 조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치가 상기 순간 목표 운동에 따르는 상기 로봇에 있어서의 이 요소에 대응하는 부위의 배치에 대략 일치하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다(제 13 발명).

이와 같이 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건을 정함으로써, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 상기 모델의 각 요소의 배치를 결정한 경우에 있어서의 각 요소의 배치(상기 제 1 발명에 있어서의 제 2 배치)와, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 상기 모델의 각 요소의 배치를 결정한 경우에 있어서의 각 요소의 배치(즉 상기 제 1 배치)와의 차를, 상기 순간 목표 운동과 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 오차에 적합하게 대응시키는 것이 가능하게 된다.

또, 상기 제 1 ~ 제 6 발명에 있어서, 상기 이동 로봇이, 상체로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체 또는 복수의 팔체를 복수의 가동체로서 구비하는 동시에, 각 가동체의 상체와의 연결부와 이 가동체의 선단부 사이의 중간부에 굴곡가능한 관절을 갖고, 또한 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동이 상기 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 의미하는 동역학 모델로서, 각 가동체의 굴신 운동에 기인하여 이 가동체의 중간부 혹은 그 근방에서 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 결정되어 있을 때에는, 상기 모델은 적어도 상기 각 가동체의 중간부 혹은 그 근방부위에 대응시킨 질점을 요소로서 포함하는 모델인 것이 적합하다(제 14 발명).

즉, 순간 목표 운동이, 각 가동체의 굴신 운동에 기인하여 이 가동체의 중간부 혹은 그 근방에서 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고(즉, 이 관성력을 무시하고)구축되어 있는 경우에는, 각 가동체의 굴신 운동이 비교적 재빠르게 행해지는 목표 보용을 생성할 때에, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력 사이의 동역학적인 정밀도가 저하되기 쉽다. 그래서, 제 14 발명과 동일하게, 상기 모델에 있어서, 각 가동체의 중간부 혹은 그 근방 부위에 대응시킨 질점을 요소로서 포함시킴으로써, 상기 보정후 순간 목표 운동을 상기 제 1 ~ 제 6 발명에서 설명한 바와 같이 결정할 시에, 각 가동체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 의한 이 가동체의 굴신 운동에 수반되는 관성력의 영향을 보상하도록 하고 보정후 순간 목표 운동을 결정할 수 있게 된다. 이 때문에, 그 보정후 순간 목표 운동과 순간 목표 상반력 사이의 동역학적 정밀도를 높일 수 있다. 즉, 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 보용보다도 동역학적 정밀도가 높은 순간 보용을 얻을 수 있다.

이 제 14 발명에 있어서, 상기 제 1 기하학 구속조건은, 예를 들면 상기 제 10 발명 또는 제 11 발명과 동일하게 설정하면 되고, 또한 제 2 기하학적 구속조건은, 상기 제 13 발명과 같이 설정하면 된다. 그리고, 특히, 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건을, 각각, 제 10 발명, 제 13 발명과 같이 설정하는 것이 적합하다.

즉, 상기 제 1 기하학적 구속조건은, 각 가동체의 선단부 근방의 소정의 점과, 이 가동체의 상기 상체와의 연결부 근방의 소정의 점을 연결하는 선분에, 상기 모델의 요소중, 이 가동체의 중간부 혹은 그 근방 부위에 대응시킨 질점이 존재한다는 조건을 포함하고, 상기 제 2 기하학적 구속조건은, 상기 이동 로봇의 임의의 순간 목표 운동으로부터, 그 조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치가, 상기 순간 목표 운동에 따르는 상기 로봇에 있어서의 이 요소에 대응하는 부위의 배치에 대략 일치하도록 설정되어 있는 것이 적합하다(제 15 발명).

이렇게 했을 때, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동으로부터 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 상기 모델의 각 요소의 배치(상기 제 1 발명에서 말하는 제 2 배치)를 결정했을 때, 그 배치에서의 각 가동체의 중간부 혹은 그 근방 부위에 대응하는 상기 모델의 질점(이하, 여기에서는 가동체 중간 질점이라고 함)과, 상기 제 1 배치에서의 가동체 중간질점(이것은 상기 선분상에 있음)과의 위치의 차가, 각 가동체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 수반되는 관성력에 상당하는 것이 된다. 따라서, 각 가동체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 의한 이 가동체의 굴신 운동에 수반되는 관성력의 영향을 보상하여, 동역학적인 정밀도를 향상시킬 수 있는 보정후 순간 목표 운동을 적정하게 결정할 수 있다.

그런데, 이 제 15 발명에 있어서, 순간 목표 운동에서의 상체의 순간 위치와 순간 자세중 적어도 어느 한쪽만을 보정하도록 한 경우에는, 그 순간 목표 운동으로부터 상기 보정후 순간 목표 운동으로의 상체의 순간 위치와 순간 자세중 적어도 어느 한쪽의 보정량은, 결과적으로는, 각 가동체의 중간부 혹은 그 근방 부위의, 상기 선분에 대한 상대위치, 또는 이 중간부의 관절의 굽힘각에 따라 정해지게 된다. 그리고, 이 경우, 특히 가동체가 다리체인 경우에는, 상기 상대위치나 굽힘각에 대해 상기의 보정량이 어떤 특징적인 상관성을 갖는다. 그래서, 이하에 나타내는 제 16 ~ 제 20 발명이 구성된다.

즉, 제 16 발명은, 상체로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체를 구비하는 동시에, 각 다리체의 상체와의 연결부와 이 다리체의 선단부 사이의 중간부에 굴곡가능한 관절을 갖는 이동 로봇의 순간 목표 운동을 축차 발생하는 순간 보용발생 수단을 구비하고, 그 순간 목표 운동이, 상기 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 나타내는 동역학 모델로서, 각 다리체의 굴신 운동에 기인하여 이 다리체의 중간부 혹은 그 근방에서 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 생성된 이동 로봇의 보용생성 장치에 있어서, 적어도 상기 로봇의 직립 자세상태 또는 그 근방의 자세상태로부터 각 다리체의 선단부 근방의 소정의 점과, 이 다리체의 상체와의 연결부 근방의 소정의 점을 연결하는 선분의 길이가 줄어들도록 각 다리체의 중간부의 관절을 굴곡시키고, 이 관절을 상기 선분과 교차하는 방향으로 돌출시키는 보용을 생성할 때, 상기 상체와 각 다리체와의 연결부의 위치를, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동에서 정해지는 이 연결부의 위치로부터 이 다리체의 중간부의 관절의 돌출 방향과 거의 역방향으로 변위시키고, 또한, 상기 상체의 하단에 대한 상단의 위치를, 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동에서 정해지는 이상체의 하단에 대한 상단의 위치로부터 이 다리체의 중간부의 관절의 돌출의 방향과 거의 동일한 방향으로 변위시키도록 이 순간 목표 운동을 보정하는 순간 목표 운동 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 제 16 발명에 의하면, 적어도 상기 로봇의 직립자세 상태 또는 그 근방의 자세 상태로부터, 각 다리체의 선단부 근방의 소정의 점과, 이 다리체의 상체와의 연결부 근방의 소정의 점을 연결하는 선분의 길이가 줄어들도록 각 다리체의 중간부의 관절을 굴곡시키는 보용을 생성할 때, 보정후의 순간 목표 운동에서는, 원래의 순간 목표 운동(순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동)보다도 상기 연결부가, 이 다리체의 중간부의 관절의 돌출 방향과 거의 역방향으로 변위하고, 또한, 상체의 하단에 대한 상단의 위치가 이 다리체의 중간부의 관절의 돌출의 방향과 거의 동일한 방향으로 변위한다. 이 결과, 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동에서는 고려되지 않은, 각 다리체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 수반되는 관성력의 영향을 보상하여, 동역학적인 정밀도를 높이도록 이 순간 목표 운동을 보정할 수 있다. 따라서, 결과적으로, 상기 제 15 발명과 동등한 효과를 확보할 수 있다.

또, 제 17 및 제 19 발명은, 상체로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체 또는 복수의 팔체를 복수의 가동체로서 구비한다 동시에, 각 가동체의 상체와의 연결부와 이 가동체의 선단부 사이의 중간부에에 굴곡가능한 관절을 갖는 이동 로봇의 순간 목표 운동을 축차 발생하는 순간 보용발생 수단을 구비하고, 그 순간 목표 운동이, 상기 로봇의 운동과 상반력과의 관계를 의미하는 동역학 모델로서, 각 가동체의 굴신 운동에 기인하여 이 가동체의 중간부 혹은 그 근방에서 발생하는 관성력이 거의 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 생성된 이동 로봇의 보용생성 장치에 있어서, 상기 각 가동체의 중간부의 관절의 굽힘각에 따라, 피드 포워드 제어칙에 의해 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동의 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽의 보정량을 결정하고, 그 결정한 보정량으로 이 순간 목표 운동의 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽을 보정하도록 순간 목표 운동을 보정하는 순간 목표 운동 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다(제 17 발명). 또는, 각 가동체의 선단부 근방의 소정의 점과, 이 가동체의 상체와의 연결부 근방의 소정의 점을 연결하는 선분과, 이 가동체의 중간부의 관절의 중심 또는 이 관절에 연결된 링크의 중심과의 상기 선분에 교차하는 방향에서의 상대위치에 따라, 피드 포워드 제어칙에 의해 상기 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동의 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽의 보정량을 결정하고, 그 결정한 보정량으로 이 순간 목표 운동의 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽을 보정하도록 순간 목표 운동을 보정하는 순간 목표 운동 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다(제 19 발명).

이들 제 17 또는 제 19 발명에서는, 상기 각 다리체의 중간부의 관절의 굽힘각에 따라, 또는, 상기 선분과 가동체의 중간부의 관절의 중심 또는 이 관절에 연결된 링크의 중심과의 상기 선분에 교차하는 방향에서의 상대위치(선분으로부터의 거리 등)에 따라, 피드 포워드 제어칙에 의해 직접적으로 상기 순간 목표 운동의 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽의 보정량이 결정된다. 이것에 의해 순간 보용발생 수단이 발생한 순간 목표 운동에서는 고려되지 않은, 각 다리체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 수반되는 관성력의 영향을 보상하고, 동역학적인 정밀도를 높이도록 이 순간 목표 운동을 보정하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 피드 포워드 제어칙에 의해 보정량을 결정하므로, 순간 순간 즉시 상기 관성력의 영향을 보상하는 보정량을 정할 수 있다.

그리고, 상기 제 17 발명에서는, 상기 각 가동체가 다리체일 때에는, 상기 순간 목표 운동 보정 수단은, 상기 각 가동체의 중간부의 관절의 굽힘각이 증가함에 따라, 상기 순간 목표 운동의 상체자세를 보다 크게 전방으로 경자지게 하고, 또한, 상기 복수의 가동체를 제외한 이동 로봇 전체의 중심위치를 보다 후방으로 변위시키도록 상기 보정량을 결정하는 것이 바람직하다(제 18 발명). 마찬가지로, 제 19 발명에서는, 상기 각 가동체가 다리체일 때에는, 상기 순간 목표 운동 보정 수단은 상기 선분과, 상기 각 가동체의 중간부의 관절의 중심 또는 이 관절에 연결된 링크의 중심과의 거리를 상기 상대위치로서 사용하고, 그 거리가 증가함에 따라, 상기 순간 목표 운동의 상체자세를 보다 크게 전방으로 경사지게 하고, 또한, 상기 복수의 가동체를 제외한 이동 로봇의 전체의 중심위치를 보다 후방으로 변위시키도록 상기 보정량을 결정하는 것이 바람직하다(제 20 발명).

이와 같이, 각 가동체(각 다리체)의 중간부의 관절의 굽힘각과, 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽에 관한 보정량을 상관되게 하거나, 또는, 상기 선분과 상기 각 가동체(다리체)의 중간부의 관절의 중심 또는 이 관절에 연결된 링크의 중심과의 거리와, 상체위치와 상체자세중 적어도 어느 한쪽에 관한 보정량을 상관되게 한다. 이것으로 의해, 상기 제 17 발명과 동일하게, 각 다리체의 중간부의 관절의 굴곡동작에 수반되는 관성력의 영향을 보상하여, 동역학적인 정밀도를 높이도록 이 순간 목표 운동을 보정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 적용하는 이동 로봇(2족보행 로봇)의 전체구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 로봇의 각 다리체의 족평 부분의 구성을 도시하는 측면도,

도 3은 도 1의 로봇에 구비한 제어 유닛의 구성을 도시하는 블럭도,

도 4는 도 3의 제어 유닛의 기능적 구성을 도시하는 블럭도,

도 5는 도 4에 도시하는 보용생성 장치의 기능을 도시하는 블럭도,

도 6은 제 1 실시형태에서의 단순화 모델(동역학 모델)의 구조를 도시하는 도면,

도 7은 (a)~(c)는 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 변위차원 보정용 모델과 단순화 모델과의 관계를 도시하는 도면,

도 8은 제 1 실시형태에 있어서의 제 2 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하는 도면,

도 9는 제 1 실시형태에 있어서의 보용생성 장치의 메인 루틴 처리를 도시하는 플로차트,

도 10은 도 9의 플로차트에 있어서의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리를 도시하는 플로차트이다.

도 11은 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치예를 도시하는 도면,

도 12는 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요 소의 배치예를 도시하는 도면,

도 13은 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치예를 도시하는 도면,

도 14는 (a), (b)는 제 1 실시형태에 있어서, 로봇의 직립 자세 상태로부터 상체를 낮출때의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치의 변화를 도시하는 도면,

도 15는 풀 모델 보정에서 사용하는 풀 모델의 예를 도시하는 도면,

도 16은 제 2 실시형태에 있어서의 단순화 모델(동역학 모델)의 구조를 도시하는 도면,

도 17은 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하는 도면,

도 18은 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치예를 도시하는 도면,

도 19는 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치예를 도시하는 도면,

도 20은 제 3 실시형태에 있어서의 제 1 변위차원 보정용 모델을 도시하는 도면,

도 21은 제 3 실시형태에 있어서의 제 2 변위차원 보정용 모델을 도시하는 도면,

도 22는 제 3 실시형태에 있어서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요 소의 배치예를 도시하는 도면,

도 23은 제 3 실시형태에 있어서의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리를 도시하는 플로차트,

도 24는 제 4 실시형태에 있어서의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리를 도시하는 플로차트,

도 25는 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치의 다른 예를 도시하는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 본 명세서의 실시형태에서는 이동 로봇으로서는 2족이동 로봇을 예로 든다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 적용하는 2족이동 로봇의 전체적 구성의 개략을 도시하는 개략도이다.

도시하는 바와 같이, 2족이동 로봇(이하, 로봇이라고 함)(1)은 상체(로봇(1)의 기체(基體))(3)로부터 하방으로 연장하여 설치된 좌우 한 쌍의 다리체(2, 2)를 구비한다. 양 다리체(2, 2)는 동일구조이며, 각각 6개의 관절을 갖는다. 그 6개의 관절은 상체(3)측으로부터 순차적으로, 다리 가랑이(허리부)의 선회(회전)용(상체(3)에 대한 요잉 방향의 회전용)의 관절(10R, 10L)과, 다리 가랑이(허리부)의 롤링 방향(X축 주위)의 회전용의 관절(12R, 12L)과, 다리 가랑이(허리부)의 피칭 방향(Y축 주위)의 회전용의 관절(14R, 14L), 무릎부의 피칭 방향의 회전용의 관절 (16R, 16L)과, 발목의 피칭 방향의 회전용의 관절(18R, 18L)과, 발목의 롤링 방향의 회전용의 관절(20R, 20L)로 구성된다. 또한, 본 명세서에서, 부호 R, L은 각각 로봇(1)의 우측, 좌측에 대응하는 것을 의미하는 부호이다.

각 다리체(2)의 발목의 2개의 관절 18R(L), 20R(L)의 하부에는, 각 다리체(2)의 선단부를 구성하는 족평(足平)(족부) 22R(L)이 부착되는 동시에, 양 다리체(2, 2)의 최상위에는, 각 다리체(2)의 다리 가랑이의 3개의 관절 10R(L), 12R(L), 14R(L)을 통하여 상기 상체(3)가 부착되어 있다. 상체(3)의 내부에는, 상세를 후술하는 제어 유닛(60) 등이 격납된다. 또한, 도 1에서는 도시의 편의상, 제어 유닛(60)을 상체(3)의 외부에 기재하고 있다.

상기 구성의 각 다리체(2)에서는, 가랑이관절(또는 허리관절)은 관절 10R(L), 12R(L), 14R(L)로 구성되고, 무릎 관절은 관절 16R(L)로 구성되고, 발목 관절은 관절 18R(L), 20R(L)로 구성된다. 또 가랑이관절과 무릎 관절은 대퇴 링크 24R(L)로 연결되고, 무릎 관절과 발목 관절은 하퇴 링크 26R(L)로 연결된다.

또한, 본 명세서에서는, 로봇(1)의 「링크」는 로봇(1)의 강체로 간주할 수 있는 부위의 의미로 사용한다. 예를 들면 상체(3)도 1개의 링크(강체)이고, 그 의미에서 상체(3)를 상체 링크라고 하는 경우도 있다.

상체(3)의 상부의 양 측부에는 좌우 한 쌍의 팔체(5, 5)가 부착되는 동시에, 상체(3)의 상단부에는 머리부(4)가 배치된다. 각 팔체(5)는, 3개의 관절 30R(L), 32R(L), 34R(L)로 구성된 어깨 관절과, 관절 36R(L)로 구성된 팔꿈치관절과, 관절 38R(L)로 구성된 손목 관절과, 이 손목 관절에 연결된 손끝부 40R(L)을 구비하고 있다. 어깨 관절과 팔꿈치관절 사이, 및 팔꿈치관절과 손목 관절 사이는 각각 링크로 연결되어 있다.

상기의 로봇(1)의 구성에 의해, 각 다리체(2)의 족평 22R(L)은 상체(3)에 대하여 6개의 자유도가 주어져 있다. 그리고, 로봇(1)의 보행 등의 이동중에, 양 다리체(2, 2)를 합하여 6*2=12개(이 명세서에서 「*」은 스칼라에 대한 연산으로서는 승산을, 벡터에 대한 연산으로서는 외적을 나타냄)의 관절을 적당한 각도에서 구동함으로써 양 족평(22R, 22L)의 원하는 운동을 행할 수 있다. 이것에 의해 로봇(1)은 임의로 3차원 공간을 이동할 수 있다. 또, 각 팔체(5)는 그 어깨 관절, 팔꿈치관절, 손목 관절의 회전에 의해, 팔 흔들기 등의 운동을 행할 수 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 각 다리체(2)의 발목 관절 18R(L), 20R(L)의 하방에는 족평 22R(L)과의 사이에 공지의 6축력 센서(50)가 장착되어 있다. 이 6축력 센서(50)는, 각 다리체(2)의 족평 22R(L)의 착지의 유무, 및 각 다리체(2)에 작용하는 상반력(접지하중) 등을 검출하기 위한 것으로, 이 상반력의 병진력의 3방향 성분 Fx, Fy, Fz 및 모멘트의 3방향 성분 Mx, My, Mz의 검출신호를 제어 유닛(60)에 출력한다. 또, 상체(3)에는, Z축(연직방향(중력방향))에 대한 상체(3)의 경사각 및 그 각속도를 검출하기 위한 자세 센서(54)가 구비되고, 그 검출신호가 이 자세 센서(54)로부터 제어 유닛(60)에 출력된다. 이 자세 센서(54)는, 도시를 생략하는 가속도 센서 및 자이로 센서를 구비하고, 이들 센서의 검출신호가 상체(3)의 경사각 및 그 각속도를 검출하기 위해서 사용된다. 또, 상세 구조의 도시는 생략하지만, 로봇(1)의 각 관절에는 그것을 구동하기 위한 전동 모터(64)(도 3 참조) 와, 그 전동 모터(64)의 회전량(각 관절의 회전각)을 검출하기 위한 엔코더(로터리 엔코더)(65)(도 3 참조)가 설치되고, 이 엔코더(65)의 검출신호가 이 엔코더(65)로부터 제어 유닛(60)에 출력된다.

또한, 도 1에서는 도시를 생략하지만, 로봇(1)의 외부에는, 로봇(1)을 조종하기 위한 조이스틱(조작기)(73)(도 3 참조)이 설치되고, 그 조이스틱(73)을 조작함으로써 직진 이동하고 있는 로봇(1)을 선회시키는 등, 로봇(1)의 보용에 대한 요구를 필요에 따라서 제어 유닛(60)에 입력할 수 있도록 구성되어 있다. 조이스틱(73)은 유선 혹은 무선에 의해 제어 유닛(60)과의 통신이 가능하게 되어 있다.

도 2는 본 실시형태에서의 각 다리체(2)의 선단부분(각 족평 22R(L)을 포함함)의 기본구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이 각 족평 22R(L)의 상방에는, 상기 6축력 센서(50)와의 사이에 스프링 기구(70)가 장비되는 동시에, 발밑바닥(각 족평 22R(L)의 바닥면)에는 고무 등으로 이루어지는 발밑바닥 탄성체(71)가 붙여져 있다. 이들 스프링 기구(70) 및 발밑바닥 탄성체(71)에 의해 컴플라이언스 기구(72)가 구성되어 있다. 상세한 도시는 생략하지만, 스프링 기구(70)는, 족평 22R(L)의 상면부에 부착된 사각형 형상의 가이드 부재(도시생략)와, 발목 관절 18R(L)(도 2에서는 발목 관절 20R(L)을 생략하고 있는) 및 6축력 센서(50)측에 부착되고, 상기 가이드 부재에 탄성재(고무나 스프링)을 통하여 미동 자유롭게 수납되는 피스톤 형상 부재(도시생략)로 구성되어 있다.

도 2에 실선으로 표시된 족평 22R(L)은 상반력을 받고 있지 않을 때의 상태를 나타내고 있다. 각 다리체(2)가 상반력을 받으면, 컴플라이언스 기구(72)의 스 프링 기구(70)와 발밑바닥 탄성체(71)가 휘고, 족평(22)R(L)은 도면중에 점선으로 예시한 위치 자세로 이동한다. 이 컴플라이언스 기구(72)의 구조는, 착지 충격을 완화하기 위해서 뿐만아니라, 제어성을 높이기 위해서도 중요한 것이다. 그 상세는, 예를 들면 본출원인이 먼저 제안한 일본 특개평 5-305584호 공보에 상세하게 설명되어 있으므로, 본 명세서에서의 새로운 설명은 생략한다.

도 3은 제어 유닛(60)의 구성을 도시하는 블럭도이다. 이 제어 유닛(60)은 마이크로 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, CPU로 이루어지는 제 1 연산장치(90) 및 제 2 연산장치(92), A/D변환기(80), 카운터(86), D/A변환기(96), RAM(84), ROM(94), 및 이것들 사이의 데이터 수수를 행하는 버스 라인(82)을 구비하고 있다. 이 제어 유닛(60)에서는, 각 다리체(2)의 6축력 센서(50), 자세 센서(54)(가속도 센서 및 레이트 자이로 센서), 조이스틱(73) 등의 출력신호는 A/D변환기(80)에서 디지털 값으로 변환된 후, 버스 라인(82)을 통하여 RAM(84)으로 보내진다. 또 로봇(1)의 각 관절의 엔코더(65)(로터리 엔코더)의 출력은, 카운터(86)를 통하여 RAM(84)으로 입력된다.

상기 제 1 연산장치(90)는 후술하는 바와 같이 목표 보용을 생성하는 동시에, 관절각 변위지령(각 관절의 변위각 혹은 각 전동 모터(64)의 회전각의 지령값)를 산출하고, RAM(84)에 송출한다. 또, 제 2 연산장치(92)는 RAM(84)으로부터 관절각 변위지령과, 상기 엔코더(65)의 출력신호에 기초하여 검출된 관절각의 실측값을 읽어 내고, 각 관절의 구동에 필요한 조작량을 산출한다. 그리고, 그 산출된 조작량이 D/A변환기(96)와 서보 앰프(64a)를 통하여 각 관절을 구동하는 전동 모터 (64)로 출력된다.

도 4는, 본 명세서의 실시형태에 있어서의 로봇(1)의 제어 유닛(60)의 주된 기능적 구성을 도시하는 블럭도이다. 이 도 4중의 「실제 로봇」의 부분 이외의 부분이 제어 유닛(60)이 실행하는 처리기능(주로 제 1 연산장치(90) 및 제 2 연산장치(92)의 기능)으로 구성되는 것이다. 그 처리기능은 제어 유닛(60)에 실장된 프로그램 등에 의해 실현되고 있다. 한편, 이하의 설명에서는, 로봇(1)의 각 부(다리체(2), 팔체(5) 등)의 좌우를 특별히 구별할 필요가 없을 때는, 상기 부호 R, L을 생략한다.

이하 설명하면 제어 유닛(60)은, 후술과 같이 목표 보용을 자유자재로 또한 리얼타임으로 생성하여 출력하는 보용생성 장치(100)를 구비하고 있다. 이 보용생성 장치(100)는 그 기능에 의해 본 발명의 실시형태를 실현하는 것이다. 이 보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용은 보정 목표 상체자세 궤도(상체(3)의 목표 자세의 궤도), 보정 목표 상체위치 궤도(상체(3)의 목표 위치의 궤도), 목표 족평위치 자세 궤도(각 족평(22)의 목표 위치 및 목표 자세의 궤도), 목표 팔자세 궤도(각 팔체의 목표 자세의 궤도), 목표 ZMP(목표 전체 상반력 중심점) 궤도, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트 궤도 및 목표 전체 상반력 궤도로 구성된다. 또한, 다리체(2)나 팔체(5) 이외에, 상체(3)에 대해 가동의 부위(머리 등)을 구비하는 경우에는, 그 가동 부위의 목표 위치 자세 궤도가 목표 보용에 가해진다.

여기에서, 본 명세서에서의 보용에 관한 기본적인 용어의 정의 등에 관하여 설명해 둔다. 보용에 있어서의 「궤도」는 시간적 변화의 패턴(시계열 패턴)을 의 미하고, 「궤도」 대신에 「패턴」이라고 칭하는 경우도 있다. 또, 「자세」는 공간적인 방향을 의미한다. 예를 들면 상체자세는 Z축(연직축)에 대한 롤링 방향(X축 주위)의 상체(3)의 경사각(자세각)과 피칭 방향(Y축 주위)의 상체(3)의 경사각(자세각)으로 표시되고, 족평자세는 각 족평(22)에 고정적으로 설정된 2축의 공간적인 방위각으로 표시된다. 본 명세서에서는, 상체자세는 상체자세각이라고 하는 경우도 있다. 또한, 팔체(5)에 관한 목표 팔자세는, 본 명세서의 실시형태에서는 상체(3)에 대한 상대 자세로 표시된다.

상체위치는, 상체(3)의 미리 정한 대표점(상체(3)에 대해 임의로 고정 설정한 로컬 좌표계에서의 어떤 고정점)의 위치를 의미한다. 동일하게, 족평위치는, 각 족평(22)의 미리 정한 대표점(각 족평(22)에 대해 임의로 고정 설정한 로컬 좌표계로의 고정점)의 위치를 의미한다. 예를 들면 각 족평(22)의 대표점은, 각 족평(22)의 밑바닥면상(보다 구체적으로는 각 다리체(2)의 발목 관절의 중심으로부터 각 족평(22)의 바닥면으로의 수선이 이 밑바닥면과 교차하는 점 등)에 설정된다.

상체(3)에 관한 상기 보정 목표 상체자세 및 보정 목표 상체위치는, 어떤 기본이 되는 목표 상체자세(가목표 상체자세) 및 목표 상체위치(가목표 상체위치)를 보정한 것이다. 본 명세서의 실시형태에서는 기본이 되는 목표 상체위치 자세는, 후술의 변위차원 보정 상체위치 자세가 상당한다.

또한, 이후의 설명에서는, 오해를 일으킬 우려가 없는 경우에는, 종종 「목표」를 생략한다.

보용중, 상반력에 관계되는 구성요소 이외의 구성요소, 즉 족평위치 자세, 상체위치 자세 등, 로봇(1)의 각 부위의 위치 자세에 관한 구성요소를 총칭적으로 「운동」이라고 한다. 또, 각 족평(22)이 작용하는 상반력(병진력 및 모멘트로 이루어지는 상반력)을 「각 족평 상반력」이라고 부르고, 로봇(1)의 모든(2개) 족평(22R, 22L)에 대한 「각 족평 상반력」의 합력을 「전체 상반력」이라고 한다. 단, 이하의 설명에 있어서는, 각 족평 상반력은 거의 언급하지 않으므로, 특별히 예고하지 않는 한, 「상반력」은 「전체 상반력」과 동의로서 취급한다.

목표 상반력은, 일반적으로는, 작용점과 그 점에 작용하는 병진력 및 모멘트에 의해 표현된다. 작용점은 어디에 있어도 되므로, 동일한 목표 상반력이라도 무수한 표현을 생각할 수 있는데, 특히 목표 상반력 중심점(전체 상반력의 중심점의 목표 위치)을 작용점으로 하여 목표 상반력을 표현하면, 목표 상반력의 모멘트 성분은, 연직성분(연직축(Z축) 주위의 모멘트 성분)을 제외하고 0이 된다. 바꾸어 말하면, 목표 상반력 중심점 주위의 목표 상반력의 모멘트의 수평성분(수평축(X축 및 Y축) 주위의 모멘트)은 0이 된다.

또한, 동역학적 평형조건을 충족하는 보용에서는, 로봇(1)의 목표 운동 궤도로부터 산출되는 ZMP(목표 운동 궤도로부터 산출되는 관성력과 로봇(1)에 작용하는 중력과의 합력이 그 점 주위에 작용하는 모멘트가, 연직성분을 제외하고 0이 되는 점)와 목표 상반력 중심점과는 일치하므로, 목표 상반력 중심점 궤도 대신에 목표 ZMP 궤도를 부여한다고 해도 동일한 것이다.

여기에서, 로봇(1)의 보행을 행하는 경우에는, 예를 들면 본출원인이 먼저 일본 특개평 10-86080호 공보에서 제안한 상체 높이 결정수법에 의해 로봇(1)의 상 체(3)의 연직위치(상체높이)이 결정되면, 병진 상반력 연직성분은 종속적으로 결정된다. 또한, 목표 보용의 운동에 의한 관성력과 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트의 수평성분이 0이 되도록 로봇(1)의 상체 수평위치 궤도(또는 전체중심의 위치 궤도)를 결정함으로써 병진 상반력 수평성분도 종속적으로 결정된다. 이 때문에, 로봇(1)이 보행을 행하는 경우에는, 목표 보용의 상반력에 관해서 명시적으로 설정해야 할 물리량으로서는, 목표 ZMP 만이라도 좋다.

한편, 상반력이 0 혹은 거의 0이 되는 시기를 동반하는 보용에서의 로봇(1)의 이동, 예를 들면 로봇(1)의 주행을 행하는 경우에는, 병진 상반력 연직성분도 로봇(1)의 동작 제어상 중요하다. 이 때문에, 병진 상반력 연직성분의 목표 궤도를 명시적으로 설정한 뒤에, 로봇(1)의 목표 상체 연직위치 등의 궤도를 결정하는 것이 바람직하다. 또, 로봇(1)의 보행에 있어서도, 마찰 계수가 낮은 바닥면상(스키드 패드상)에서 로봇(1)을 이동시키는 경우에는, 병진 상반력 연직성분(보다 엄밀에는 병진 상반력의 바닥면에 수직한 성분)이 마찰력에 영향을 미치게 하므로, 로봇(1)의 슬립 등을 방지하는 점에서, 병진 상반력 연직성분의 목표 궤도를 명시적으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 실시형태에서는 최종적으로 보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용에서는, 목표 ZMP 주위에 보정 목표 상반력 모멘트(수평성분이 0이라고는 할 수 없는 모멘트)를 발생시킨다.

이러한 점에서, 본 명세서의 실시형태에서는 보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용의 상반력에 관한 구성요소로서, 목표 ZMP궤도 이외에, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트와, 목표 병진 상반력 연직성분을 포함시키고 있다.

그리고, 본 명세서에서는, 보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용은, 광의로는, 「1보 혹은 복수보의 기간의 목표 운동 궤도와 목표 상반력 궤도와의 세트」의 의미로 사용되고, 협의로는는, 「1보의 기간의 목표 운동궤도와, 목표 ZMP, 보정 목표 상반력 모멘트 및 목표 병진 상반력 연직성분을 포함하는 목표 상반력 궤도와의 세트」의 의미로 사용된다.

단, 본 명세서의 실시형태에서는, 최종적인 목표 보용(보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용)을 결정할 때까지의 과정에서 작성하는 목표 보용(가목표 보용)에서는, 목표 ZMP 주위의 목표 상반력 모멘트의 수평성분은, 본래의 목표 ZMP의 정의대로 0이 된다. 따라서, 최종적으로 결정하는 목표 보용 이외의 가목표 보용(후술의 단순화 모델 보용이나 변위차원 보정 보용)에서는, 상기 협의의 목표 보용으로부터, 보정 목표 상반력 모멘트를 제외한 것이 목표 보용의 의미로 사용된다. 보충하면, 본 명세서의 실시형태에서는 최종적인 목표 보용(보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용)을 결정할 때까지의 과정에서 작성하는 목표 보용(가목표 보용)이 본 발명에 밀접하게 관련되는 것으로 되어 있다. 이 때문에, 이후의 설명에서 나타내는 목표 보용의 대부분은, 상기 협의의 목표 보용으로부터, 보정 목표 상반력 모멘트를 제외한 것(목표 ZMP를 충족하는 보용)의 의미로 사용된다.

또한, 이후의 설명에서는, 「상반력 연직성분」은 「병진 상반력 연직성분」을 의미하는 것으로 하고, 상반력중 모멘트의 연직성분(연직축 주위 성분)은 「모멘트」라는 용어를 사용하여 「상반력 연직성분」과 구별을 한다. 마찬가지로, 「상반력 수평성분」은 「병진 상반력 수평성분」를 의미하는 것으로 한다.

또, 목표 보용의 「1보」는 로봇(1)의 한쪽의 다리체(2)가 착지하고 나서 또 한쪽의 다리체(2)가 착지할 때까지의 의미로 사용한다.

또, 보용에 있어서의 양다리 지지기란, 로봇(1)이 그 자중을 양 다리체(2, 2)로 지지하는 기간, 한쪽 다리 지지기란 어느 한쪽만의 다리체(2)로 로봇(1)의 자중을 지지하는 기간, 공중기란 양 다리체(2, 2)가 바닥으로부터 떨어져 있는(공중에 떠 있는) 기간을 말한다. 한쪽 다리 지지기에 있어서 로봇(1)의 자중을 지지하지 않는 측의 다리체(2)를 미착지 다리라고 부른다. 또한, 한쪽 다리 지지기와 공중기가 번갈아 반복되는 로봇(1)의 주행보용에서는 양다리 지지기는 없다. 이 경우, 공중기에서는 양다리(2, 2) 모두, 로봇(1)의 자중을 지지하지 않는 것이 되지만, 편의상, 이 공중기 직전의 한쪽 다리 지지기에서 미착지 다리였던 다리체(2), 지지 다리였던 다리체(2)를 각각 이 공중기에서도 미착지 다리, 지지 다리라고 부른다.

또, 목표 보용의 궤도는, 글로벌 좌표계(바닥에 고정된 좌표계)로 기술된다. 글로벌 좌표계로서는, 예를 들면 지지 다리 족평(22)의 착지 위치 자세에 대응하여 정해지는 지지 다리 좌표계가 사용된다. 이 지지 다리 좌표계는, 예를 들면 지지 다리 족평(22)의 바닥면의 거의 전체면을 밑바닥에 접지한 상태에서, 그 족평(22)이 연결된 발목 관절의 중심으로부터 바닥면에 연장시킨 수선이 바닥과 교차하는 점을 원점으로 하고 그 원점을 지나는 수평면에 지지 다리 족평(22)을 투영했을 때의 이 족평(22)의 전후 방향을 X축방향, 좌우 방향을 Y축방향이라고 하는 좌표계(Z축방향은 연직방향)이다.

도 5는 보용생성 장치(100)의 상세를 도시하는 블럭도이다. 이 도 5를 참조하여, 보용생성 장치(100)의 처리의 보다 구체적인 개요를 이하에 설명한다.

도시한 바와 같이, 보용생성 장치(100)는 보용 패러미터 결정부(100a)를 구비한다. 보용 패러미터 결정부(100a)는, 목표 보용을 규정하는 보용 패러미터의 값 또는 시계열 테이블을 결정한다.

본 명세서의 실시형태에서는 보용 패러미터 결정부(100a)가 결정하는 보용 패러미터에는, 목표 보용중, 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 팔자세 궤도, 목표 ZMP궤도, 및 목표 상반력 연직성분 궤도를 각각 규정하는 패러미터가 포함된다.

여기에서, 보용생성 장치(100)가 목표 보용을 생성할 때, 미착지 다리 족평(22)의 착지 예정위치 자세, 착지 예정시각, 또는 보폭, 이동속도 등의 보용생성용의 기본적인 요구값(요구 패러미터)이, 상기 조이스틱(73), 혹은 도시하지 않은 행동계획부(로봇(1)의 행동계획을 작성하는 장치) 등의 장치로부터 보용생성 장치(100)에 주어진다. 또는, 상기 요구 패러미터를 미리 기억 유지한 기억매체로부터 이 요구 패러미터를 보용생성 장치(100)가 읽어 들인다. 그리고, 보용생성 장치(100)의 보용 패러미터 결정부(100a)는 그 요구 패러미터에 따라 보용 패러미터를 결정한다.

또, 본 명세서의 실시형태에서는 보용 패러미터 결정부(100a)가 결정하는 보용 패러미터에는, 기준 상체자세 궤도, ZMP 허용범위, 상반력 수평성분 허용범위를 각각 규정하는 패러미터도 포함된다.

여기에서, 상기 기준 상체자세 궤도는, 최종적으로 보용생성 장치(100)이 출 력하는 것이 아니지만, 목표 보용을 결정할 때에 참작되는 것이다. 이 기준 상체자세 궤도는, 로봇(1)의 상체자세에 관하여, 상기 조이스틱(73) 또는 행동계획부로부터 주어지거나, 혹은 미리 정해진 요구(상체자세를 연직자세로 유지하는 등의 요구)에 그대로 따라서 생성되는 상체자세 궤도이다. 목표 상체자세(이후, 「기준」이 붙어 있지 않은 「상체자세」는 목표 상체자세를 나타냄)는 기준 상체자세에 장기적으로 추종하거나, 또는 일치하도록 생성된다.

또, 상기 ZMP 허용범위에 관하여 보충하면, 본 명세서의 실시형태에서는 목표 보용은, 목표 ZMP의 주위에 보정 목표 상반력 모멘트(이것은 일반적으로는 0이 아님)을 발생하도록 수정된다. 따라서, 목표 ZMP는, 본래의 정의(상반력 모멘트 수평성분이 0인 점이라는 정의)와는 다른 점이 되고, 본래의 정의를 충족하는 ZMP(이하, 참 ZMP라고 함)는 보정 목표 상반력 모멘트를 목표 상반력 연직성분으로 나눈 값만큼 목표 ZMP로부터 벗어난 위치로 이동된다.

수정된 보용(보용생성 장치(100)이 최종적으로 출력하는 목표 보용)의 참 ZMP는, 적어도 ZMP 존재가능 범위(소위 지지다각형. 바닥과 족평(22)의 밑바닥면 사이에 점착력이 작용하지 않는다고 가정한 경우에 있어서의 상반력 중심점(ZMP)의 존재가능범위)내에 있어야 한다. 또한 로봇(1)의 안정여유를 충분하게 취하기 위해서는, 수정된 보용의 참 ZMP는, ZMP 존재가능 범위중 중심부근의 범위에 있는 것이 바람직하다. 그래서, 본 명세서의 실시형태에서는 수정된 보용의 참 ZMP가 존재할 수 있는 허용범위를 설정한다. 이 범위를 ZMP 허용범위라고 부른다. ZMP 허용범위는, ZMP 존재가능 범위와 일치하도록, 또는 ZMP 존재가능 범위내에 포함되도 록 설정된다.

또한, 상기한 바와 같이, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트를 목표 상반력 연직성분으로 제산한 것이, 목표 ZMP에 대한 참 ZMP 위치 벗아남량을 의미하므로, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트를 설정하는 대신에, 목표 ZMP에 대한 참 ZMP의 위치 벗아남량(보정 목표 상반력 모멘트의 ZMP 환산값)을 설정해도 좋다. 또, ZMP 허용범위는 그 경계 위치와 목표 상반력 연직성분을 사용하여, 보정 목표 상반력 모멘트의 허용범위로 변환할 수 있고, 그 보정 목표 상반력 모멘트의 허용범위를 ZMP 허용범위 대신에 설정하도록 해도 좋다.

또, 상기 상반력 수평성분 허용범위는, 로봇(1)의 족평(22)의 바닥과의 접지면에, 족평(22)이 미끄러지지 않는 크기의 마찰력을 발생시킬 수 있는 상반력 수평성분의 허용범위이다. 본 명세서의 실시형태에서는 적어도 최종적으로 보용생성 장치(100)가 출력하는 목표 보용의 운동(목표 운동)은, 그것에 의해서 발생하는 로봇(1)의 관성력의 수평성분에 균형을 이루는 상반력 수평성분이 상반력 수평성분 허용범위내에 들어가도록 생성된다.

보용 패러미터 결정부(100a)에서 결정된 보용 패러미터는 목표 순간값 발생부(100b)에 입력된다. 목표 순간값 발생부(100b)는 입력된 보용 패러미터에 기초하여, 기준 상체자세, 목표 족평위치 자세, 목표 ZMP, 목표 상반력 연직성분 등, 목표 보용의 일부의 구성요소의 순간값(상기 제어 유닛(60)의 소정의 제어처리 주기 마다의 값)을 축차 산출(발생)한다. 또한, 도 5에서는 일부의 목표 순간값만을 대표적으로 기재하고 있다.

목표 순간값 발생부(100b)에서 산출된 목표 순간값은, 단순화 모델 보용생성부(100c)에 입력된다. 단순화 모델 보용생성부(100c)는, 입력된 목표 순간값을 기초로, 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 근사표현하는 후술의 동역학 모델(이하, 단순화 모델이라고 함)을 사용하여 목표 상체위치 자세(가목표 상체위치 자세)의 순간값을 산출한다. 단순화 모델 보용생성부(100c)는, 단순화 모델상에서의 동역학적 평형조건이 충족되도록, 즉 단순화 모델상에서의 로봇(1)의 목표 운동에 의해 발생하는 관성력과 로봇(1)에 작용하는 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트의 수평성분이 0이 되도록 목표 상체위치 자세의 순간값을 산출한다. 보충하면, 본 명세서의 실시형태에서는 목표 상반력 연직성분 궤도도 명시적으로 설정하므로, 목표 상체위치 자세의 순간값은, 목표 운동에 의해 발생하는 관성력과 로봇(1)에 작용하는 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트 수평성분이 0이 되는 것 이외에, 그 합력의 병진력 연직성분(환언하면, 로봇(1)의 전체중심의 연직방향의 병진 운동에 수반되는 관성력과 중력과의 합력)이 목표 상반력 연직성분에 균형을 이루도록 결정된다.

이것에 의해 목표 상체위치 자세를 포함하는 목표 보용(가목표 보용)의 순간값이 축차 결정되어 가게 된다. 이후, 단순화 모델 보용생성부(100c)에서 구해진 목표 상체위치 자세를 구성요소로 하는 목표 보용을 단순화 모델 보용이라고 한다. 또한, 단순화 모델 보용생성부(100c)에 입력되는 목표 순간값은 목표 순간값 발생부(100b)에서 산출된 모든 목표 순간값일 필요는 없다. 단순화 모델 보용생성부(100c)에 필요한 입력은 단순화 모델의 구조, 또는 그것에 적당하게 부가되는 제약 조건에 의존한다. 예를 들면 도 5에서는, 목표 족평위치 자세를 단순화 모델 보용생성부(100c)에 입력했는데, 제 1 실시형태에서의 후술하는 단순화 모델에서는, 목표 족평위치 자세를 입력할 필요는 없다.

또한, 단순화 모델 보용생성부(100c)는 목표 순간값 발생부(100b)와 합하여, 본 발명에 있어서의 순간 보용발생 수단을 구성한다.

단순화 모델 보용생성부(100c)에서 산출된 목표 상체위치 자세는, 변위차원 보용 보정부(100d)에 입력된다. 변위차원 보용 보정부(100d)에는, 목표 상체위치 자세 이외에, 목표 족평위치 자세의 순간값, 목표 ZMP의 순간값도 입력된다. 단, 변위차원 보용 보정부(100d)에는, 목표 ZMP를 입력하는 것은 필수가 아니라, 보다 일반적으로는, 후술하는 각 운동량적에 관한 중심점이 입력된다. 도 5에서는, 그 중심점의 일례로서 목표 ZMP를 변위차원 보용 보정부(100d)에 입력하도록 하고 있다. 또한, 후술의 제 3 실시형태에서는 변위차원 보용 보정부(100d)에는, 상기한 입력값 이외에, 목표 팔자세의 순간값도 입력된다.

이 변위차원 보용 보정부(100d)는, 입력된 목표 상체위치 자세의 순간값 등을 기초로, 후술의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델을 사용하고, 단순화 모델 보용생성부(100c)에서 구한 목표 상체위치 자세를 보정하여 이루어지는 변위차원 보정 상체위치 자세의 순간값을 구한다. 상세한 것은 후술하지만, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델은, 일반적으로는, 질점과 이너셔를 갖는 링크중 적어도 어느 하나를 요소로 하여 구성되는 모델(기하학 모델)이며, 그 요소의 배치(질점의 위치, 링크의 자세)가 로봇(1)의 순간 운동에 있어서의 1개 이상의 부위의 위치 자세 에 대응될 수 있다. 이 경우, 이들 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델은 모두 동일한 요소로 구성된다. 단, 이들 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 그 요소의 배치에 관해서 서로 다른 기하학적 구속조건이 정해져 있어, 로봇(1)의 임의인 순간 목표 운동(로봇(1)의 각 부위의 위치 자세의 순간값)과, 그것에 대응하는 각 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치가 각기 별도의 기하학적 구속조건에 기초하여 대응되어지도록 되어 있다. 따라서, 어떤 목표 순간 운동이 주어졌을 때, 그것에 대응하는 각 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는 일반적으로는 서로 다르다. 그리고, 변위차원 보용보정부(100d)는, 일반적으로는, 이들 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에 있어서의 요소의 배치의 차(질점의 위치의 차, 또는 링크의 자세각의 차)를 기초로, 단순화 모델 보용의 순간 목표 운동을 축차 보정한다. 본 명세서의 각 실시형태에서는 변위차원 보용 보정부(100d)는, 양 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치의 차를 기초로, 단순화 모델 보용의 순간 목표 운동중 목표 상체위치 자세를 보정하고, 그것에 의해 변위차원 보정 상체위치 자세의 순간값을 축차 구한다.

변위차원 보용보정부(100d)에서 구한 변위차원 보정 상체위치 자세의 순간값은 풀 모델 보정부(100e)에 입력된다. 풀 모델 보정부(100e)에는, 변위차원 보정 상체위치 자세의 순간값 이외에, 목표 순간값 발생부(100b)에서 산출된 각 목표 순간값(기준 상체위치 자세의 순간값을 제외함)이 입력된다. 이 풀 모델 보정부(100b)는, 단순화 모델보다도 동역학적 정밀도가 높은 동역학 모델로서의 풀 모델을 사용하여 변위차원 상체위치 자세를 보정하여 이루어지는 보정 목표 상체위치 자세를 산출하는 동시에, 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트 수평성분의 목표값인 보정 목표 상반력 모멘트를 산출한다.

풀 모델 보정부(100e)는, 보다 일반적으로는, 다음 D1-D3의 조건을 충족하도록, E1 혹은 E2의 처리를 실행한다. 즉, 풀 모델 보정부(100e)는,

D1) 단순화 모델을 사용하여 생성한 보용(단순화 모델 보용)을 변위차원 보정용 모델을 사용하여 수정하여 이루어지는 보용(이후, 변위차원 보정 보용이라고 부름)보다도 높은 정밀도로 동역학적 평형조건을 충족한다.

D2) 참 ZMP(목표 ZMP의 주위에 보정 목표 상반력 모멘트를 발생시킴으로써 수정된 본래의 정의를 충족하는 ZMP)는 ZMP 허용범위(안정여유를 충분히 유지할 수 있는 허용범위)에 존재한다.

D3) 상반력 수평성분은 상반력 수평성분 허용범위내로 된다.

라고 하는 조건을 충족하도록,

E1) 상기 변위차원 보정 보용의 상체위치 자세를 보정한다.

또는

E2) 상기 변위차원 보정 보용의 상체위치 자세를 보정하는 동시에, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트를 출력한다(목표 상반력을 보정함).

본 명세서의 실시형태에서는 D1-D3의 조건을 충족하도록, E2의 처리가 실행된다. 또한, 본 명세서의 실시형태에서의 풀 모델 보정부(100e)의 처리는, 예를 들면 본원 출원인이 먼저 제안한 PCT 국제공개 공보 WO/03/057427/A1에 상세하게 설명되어 있는 것(구체적으로는, 동 공보의 도 13의 S038의 처리)과 동일하다. 따 라서, 본 명세서에서의 풀 모델 보정부(100e)의 처리의 상세한 설명은 생략한다.

도 4에 되돌아오고, 전술한 바와 같이 결정되는 보정 목표 상체위치 자세, 목표 ZMP 주위의 보정 목표 상반력 모멘트, 목표 족평위치 자세의 순간값을 포함하는 목표 보용의 순간값은, 복합 컴플라이언스 제어장치(101)(도 4에서 파선으로 둘러싼 부분)에 입력된다. 이 복합 컴플라이언스 제어장치(101)는 로봇(1)의 밸런스를 유지하면서, 목표 보용에 추종하도록 관절 액추에이터(전동 모터(64))를 제어한다.

이상이 보용생성 장치(100)의 개요이다. 또한, 이상에서 설명한 보용생성 장치(100)의 개요는, 본 명세서의 어느 실시형태에서도 동일하다.

[제 1 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 1 실시형태를 구체적으로 설명한다. 우선, 제 1 실시형태에서의 상기 단순화 모델(동역학 모델), 제 1 변위차원 보정용 모델, 제 2 변위차원 보정용 모델에 대해 설명한다. 또한, 제 1 실시형태는, 상기 제 1 ~ 제 9 발명, 및, 제 11 ~ 제 14 및 제 16발명의 1실시형태이다.

도 6은 제 1 실시형태에서의 단순화 모델의 구조를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 이 단순화 모델은, 로봇(1)의 상체(3)에 대응하는 1개의 질점(상체 질점)(3m)을 구비하는 1질점 모델이다. 또한, 도 6에 도시하는 로봇(1)은, 측면에서 본 로봇(1)을 모식화 하여 도시하고, 팔체(5, 5)나 머리부(6)의 도시를 생략하고 있다. 이 도 6 이후의 도면(제 1 실시형태 이외의 실시형태의 도면을 포함함)에서는, 로봇(1)을 도시할 때에, 특히 상체(3)와 구별할 필요가 있는 경우를 제외하고, 도 6과 동일하게, 팔체(5, 5)나 머리부(6)의 기재를 생략한다. 또, 도 6을 포함하는 이후의 도면에서 기재되는 X축, Z축은 글로벌 좌표계를 나타내고 있다.

도 6의 단순화 모델의 상체 질점(3m)은, 상체(3)의 위치 자세에 대응하여 일의적으로 정해지는 점, 즉 상체(3)에 임의로 고정 설정된 로컬 좌표계에서의 어느 고정점(로컬 좌표계에서 상체(3)의 대표점과 소정의 위치관계를 갖는 점)에 설정되어 있다. 또, 상체 질점(3m)의 질량은 로봇(1)의 총질량(mtotal)과 동일한 것으로 되어 있다. 또한, 상체 질점(3m)은 상체(3)의 대표점과 일치되어 있어도 되지만, 일반적으로는 다르다.

이 단순화 모델의 동역학은, 상체 질점(3m)과, 이것을 목표 ZMP를 지점으로서 요동 자유롭게 지지하는 가변 길이 링크(3b)로 구성되는 도립진자의 동역학에 의해 표현된다. 보다 구체적으로는, 단순화 모델에서의 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 나타내는 운동방정식은, 이하에 나타내는 식01, 식02, 식03으로 표시된다. 단, 본 명세서의 이해를 용이하게 하기 위해서, 여기에서는 사지탈 플레인(전후축(X축)과 연직축(Z축)을 포함하는 평면에서, 소위 화살형상면)에서의 운동방정식만을 기술하고, 래터럴 플레인(좌우축(Y축)과 연직축(Z축)을 포함하는 평면이며, 소위 이마(앞이마)면)에서의 운동방정식은 생략한다.

또한, 본 명세서에서는, 임의의 변수 X에 대해 d2X/dt2는 변수 X의 2차미분값을 의미하는 것으로 한다. 또한 도 6의 단순화 모델의 동역학에 관한 변수는 이하와같이 정의한다.

g: 중력 가속도, Zb: 상체 질점의 연직위치, Xb: 상체 질점의 수평위치, mtotal: 로봇(1)의 총질량, Fx; 상반력 수평성분(상세하게는 병진 상반력의 전후 방향(X축) 성분), Fz: 상반력 연직성분(상세하게는 병진 상반력의 연직방향(Z축) 성분), My: 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트(상세하게는 상반력 모멘트의 좌우축(Y축) 주위 성분), Xzmp: 목표 ZMP의 수평위치, Zzmp: 목표 ZMP의 연직위치.

Fz=mtotal*(g+d2Zb/dt2) …식01

Fx=mb*d2Xb/dt2 …식02

My=-mtotal*(Xb-Xzmp)*(g+d2Zb/dt2)+mtotal*(Zb-Zzmp)*(d2Xb/dt2) …식03

이들 식01~03에 의해 기술되는 단순화 모델에서는, 예를 들면 목표 ZMP와 목표 상반력 연직성분을 정했을 때, 식01에 따라서, 상체 질점(3m)의 연직위치(Zb)를 결정할 수 있게 된다. 또한, 로봇(1)의 동역학적 평형 상태에서는, 식03의 좌변의 My가 0이 되기(목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트의 수평성분이 0이 되기) 때문에, 상체 질점(3m)의 연직위치(Zb)와 식03으로부터 상체 질점(3m)의 수평위치(Xb)를 결정할 수 있는 것이 된다.

또한, 제 1 실시형태의 단순화 모델은 1질점 모델로 했지만, 예를 들면 각 다리체(2)의 족평(22)의 근방에도 질점을 갖게 한 3질점 모델로 해도 된다. 또, 예를 들면 상체(3)가 상체 질점(3m)의 주위에 이너셔(관성 모멘트)을 갖는 모델이어도 된다.

다음에 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 변위차원 보정용 모델을 설명한다. 도 7(a),(b),(c)중 우측의 도면은, 제 1 실시형태에서의 제 1 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하고, 좌측의 도면은 우측의 도면에 각각 대응하는 로봇(1)의 목 표로 하는 전체적인 자세상태(단순화 모델 보용의 자세상태)와 상기 단순화 모델을 도시하고 있다. 또한, 도 7(a),(b),(c)중 우측에 도시하는 로봇(1)은, 양 다리체(2, 2)를 좌우 방향(Y축방향)으로 나란하게 직립 자세로 기립하고 있는 상태의 로봇(1)을 측면시(사지탈 플레인)로 표현한 것이다. 이 때문에, 양 다리체(2, 2)는 도면상, 겹져 있다.

제 1 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델은, 로봇(1)의 상체(3)에 대응하는 1개의 상체 질점(A1), 각 다리체(2)의 무릎 관절 근방의 대퇴 링크 부분에 대응하는 대퇴 질점(A2, A3), 및 각 다리체(2)의 선단부(족평(22))에 각각 대응하는 족평 질점(A4, A5)으로 이루어지는 5질점 모델이다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델에 있어서의 상체(3)(상체 링크)는 상체 질점(A1)의 주위에 이너셔(관성 모멘트)(Ib)를 갖는 것으로 되어 있다. 즉, 제 1 변위차원 보정용 모델은 질점(A1~A5)과 이너셔(Ib)를 갖는 상체 링크를 요소로 하여 구성되어 있다. 이 경우, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(A2-A5)과 이너셔(Ib)를 갖는 상체 링크는, 상기한 도 6의 단순화 모델이 가지지 않은 요소이며, 각각 대응하는 부위의 운동(상체(3)에 대해서는 그 자세변화 운동)에 따라 관성력을 발생하는 것으로 되어 있다.

이 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)과, 족평 질점(A4, A5)은 각각 대응하는 부위(상체(3), 각 족평(22))의 위치 자세에 대응하여 일의적으로 정해지는 점, 즉, 대응하는 부위에 임의로 고정 설정된 로컬 좌표계상에서의 어떤 고정점(그 대응하는 부위의 로컬 좌표계상에서, 이 부위의 대표점과 소정의 위치관계를 갖는 점)에 설정되어 있다. 단, 상체(3)의 로컬 좌표계상에서의 상체 질점(A1)의 위치는 도 6에 도시한 상기 단순화 모델의 상체 질점(3m)과는 일반적으로는 다르다. 또, 대퇴 질점(A2, A3)은 각 다리체(2)의 대퇴 링크(24)에 임의로 고정설정된 로컬 좌표계에서의 어떤 고정점(무릎 관절 근방의 고정점)에 설정되어 있다. 또, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5) 및 각 대퇴 질점(A2, A3)의 질량의 총 합계는 로봇(1)의 총질량(mtotal)과 일치한다. 또, 상체 질점(A1)의 질량은 상체(3)의 질량 이외에, 양 팔체(5, 5) 및 머리부(4)의 질량을 포함하고 있다.

그리고, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치에는, 어떤 기하학적 구속조건이 설정되어 있다. 구체적으로는, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 로봇(1)의 자세상태는, 상체(3)를 연직자세로 하는 동시에, 양 다리체(2, 2)를 로봇(1)의 좌우 방향(Y축방향)으로 소정 간격으로 나란히 세워 기립하고 있는 자세 상태(직립자세 상태)로 정상적으로 구속되어 있다(이 때문에, 도 7(a),(b),(c)의 우측의 제 1 변위차원 보정용 모델의 도면에서는 한쪽 다리체(2)에 대응하는 각 질점(A2, A4)은 각각 다른쪽 다리체(2)에 대응하는 각 질점(A3, A5)과 겹쳐 있음).

따라서, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5) 및 대퇴 질점(A2, A3)의 상호의 상대적 위치관계가 로봇(1)의 직립 자세상태에 대응하는 소정의 위치관계에 구속되어 있다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델에서 이너셔를 갖는 링크(강체)인 상체(3)의 자세는 연직자세(연직축에 대한 자세각이 0이 되는 자세)에 구속되어 있다.

또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 글로벌 좌표계(바닥에 고정된 좌표계)상에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 운동의 순간값에 대응하여 정 해지는 것으로 되어 있다. 즉, 제 1 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 그 질점(A1~A5)의 전체중심의 위치가 단순화 모델상에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치, 즉, 단순화 모델의 상체 질점(3m)의 위치(글로벌 좌표계에서의 위치)와 일치하도록, 질점(A1~A5)의 글로벌 좌표계에서의 위치가 결정된다. 이 경우, 상기한 바와 같이 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(A1~A5)의 상호의 상대적 위치관계는 일정하므로, 그들 질점(A1~A5)의 전체중심의 위치(글로벌 좌표계에서의 위치)가 결정되면, 각 질점(A1~A5)의 글로벌 좌표계에서의 위치도 일의적으로 정해진다.

이와 같이 글로벌 좌표계에서의 질점(A1~A5)의 위치가 단순화 모델 보용에 대응하여 정해지는 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 그 전체중심의 운동이 단순화 모델상에서의 전체중심의 운동과 일치하기 때문에, 단순화 모델상에서 로봇(1)에 작용하는 상반력과, 제 1 변위차원 보정용 모델상에서 로봇(1)에 작용하는 상반력이 동등하게 된다.

여기에서, 제 1 실시형태에서 상기한 바와 같이 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 정한다는 것은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(글로벌 좌표계에서의 질점(A1~A5)의 위치 및 상체 링크의 자세)를 정하기 위한 기하학적 구속조건(1)을 다음과 같이 정의했을 때, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 그 기하학적 구속조건(1)에 따라서 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 결정하는 것과 동일하다.

기하학적 구속조건(1): 주어진 임의의 순간 목표 운동에 대해, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치에 대응하는 로봇(1)의 자세상태가 정상적으로 직립 자세 상태로 유지되고, 또한 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 전체중심이 주어진 순간 목표 운동에서의 로봇(1)의 전체중심에 일치한다.

제 1 실시형태에서는 이 기하학적 구속조건(1)이 본 발명에서의 제 1 기하학적 구속조건에 상당하는 것이다.

다음에 제 1 실시형태에서의 제 2 변위차원 보정용 모델을 설명한다. 도 8은 그 제 2 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하고 있다. 이 제 2 변위차원 보정용 모델은, 그 구성요소는 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하여, 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하게 5개의 질점(A1~A5)를 갖는 동시에, 상체(3)(상체 링크)가 질점(A1)의 주위에 이너셔(Ib)를 갖는 모델이다. 각 질점(A1~A5)의 질량과, 각 질점(A1~A5)의 대응하는 부위에 고정설정된 로컬 좌표계에서의 위치는 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 또, 상체(3)의 이너셔(Ib)도 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하다.

이 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 제 1 변위차원 보정용 모델과 같이 로봇(1)의 자세는 직립 자세상태에는 구속되지 않고, 각 질점(A1~A5) 및 상체(3)(상체 링크)는 로봇(1)이 채택할 수 있는 임의의 자세상태에 대응하는 위치 자세로 이동 가능하게 되어 있다.

달리 말하면, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(글로벌 좌표계에서의 질점(A1~A5)의 위치 및 상체 링크의 자세)와, 이것에 대응하는 로봇(1)의 순간 목표 운동(각 부위의 목표 위치 자세의 순간값) 사이에는, 다음과 같은 기하학적 구속조건(2)이 설정되어 있게 된다. 이 기하학적 구속조건(2)은 본 발명에서의 제 2 기하학적 구속조건에 상당하는 것이다.

기하학적 구속조건(2): 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치에 의해 정해지는, 로봇(1)의 각 요소에 대응하는 부위의 위치 자세와, 당해 배치에 대응하는 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 각 요소에 대응하는 부위의 위치 자세는 일치한다.

따라서, 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 그 질점(A1~A5)의 전체중심의 위치가, 이 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치(질점(A1~A5)의 위치 및 상체 링크의 자세)에 대응하는 자세상태에서의 실제의 로봇(1)의 실질 전체중심의 위치에 거의 일치한다.

보충하면, 임의의 순간 목표 운동으로부터, 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 결정한다는 것은, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치가, 주어진 순간 목표 운동을 따르는 로봇(1)에 있어서의 이 요소에 대응하는 부위의 배치(위치 자세)에 일치하도록 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치를 결정한다는 것과 등가이다. 또, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소인 임의의 배치로부터, 기하학적 구속조건(2)에 따라서 순간 목표 운동을 결정한다는 것은, 순간 목표 운동에 따르는 로봇(1)의 각 요소에 대응하는 부위의 배치(위치 자세)가, 주어진 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치에 일치하도록 순간 목표 운동을 결정한다고 하는 것과 등가이다.

제 2 변위차원 보정용 모델은, 제 1 변위차원 보정용 모델과 협동하여 상기 변위차원 보정 상체위치 자세를 결정하는 모델이며, 그 변위차원 보정 상체위치 자 세를 결정할 때에, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 위치 자세(글로벌 좌표계에서의 위치 자세)가 다음과 같이 결정된다. 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 족평 질점(A4, A5)의 위치는, 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또, 상체 질점(A1) 및 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치, 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각은, 제 1 변위차원 보정용 모델 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 전체중심과, 그들 모델 사이의 후술하는 각 운동량적에 관한 소정의 조건을 충족시키도록 결정된다. 이것에 대해서는, 상세를 후술한다.

보충하면, 본 실시형태의 로봇(1)의 각 다리체(2)는 각각 6자유도를 가지므로, 양 족평(22, 22)의 위치 자세 및 상체(3)의 위치 자세가 정해지면, 로봇(1)의 다리체(2, 2) 전체의 자세(로봇(1)의 각 다리체(2, 2)의 각 부위(각 링크)의 위치 자세)는 일의적으로 정해진다. 따라서, 제 2 변위차원 보정용 모델상에서의 양 족평 질점(A4, A5) 및 상체 질점(A1)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세를 정하면, 거기에 대응하여 대퇴 질점(A2, A3)의 위치는 종속적으로 정해진다.

또한, 이후의 설명에서는, 단순화 모델, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에 영향을 미치는 각 질점의 「위치」, 또는 이너셔를 갖는 링크의 「자세」는 특별히 예고하지 않는 한, 글로벌 좌표계에서의 위치, 자세를 의미하는 것으로 한다.

다음에, 제 1 실시형태에서의 보용생성 장치(100)의 처리의 상세를 보다 구체적으로 설명한다. 보용생성 장치(100)는, 이하에 설명하는 플로차트의 처리에 의해, 로봇(1)의 한쪽 다리체(2)가 착지하고 나서 다른쪽 다리체(2)가 착지할 때까지의 1보분의 목표 보용(상기 협의의 목표 보용)을 단위로 하여, 그 1보분의 목표 보용을 순서대로 생성한다. 이 때, 새롭게 생성하려고 하고 있는 목표 보용을 「금회(今回) 보용」이라고 부른다.

도 9는 보용생성 장치(100)의 메인 루틴 처리를 도시하는 구조화 플로차트이다. 이하, 상세히 설명하면, 우선 S010에서 시각(t)을 0으로 초기화 하는 등 여러 초기화 작업이 행해진다. 이 처리는 보용생성 장치(100)의 기동시 등에 행해진다. 이어서, S012를 경과하여 S014로 진행되고, 보용생성 장치(100)는 제어주기(도 9의 플로차트의 연산처리 주기) 마다의 타이머 인터럽트를 기다린다. 제어주기는 △t이다. 이후, 그 제어주기 △t 마다, S014부터 S032까지의 처리가 반복된다.

S014 다음에 S016으로 진행되고, 보용의 전환차례 인지의 여부가 판단되고, 보용의 전환차례일 때는 S018로 진행되는 동시에, 전환차례가 아닐 때는 S022로 진행된다. 여기에서, 「보용의 전환차례」는, 금회 보용의 생성을 개시하는 타이밍을 의미하고, 예를 들면 금회 보용의 하나전의 목표 보용의 생성이 완료된 제어주기의 다음 제어주기가 보용의 전환차례가 된다.

S018로 진행될 때에는, 현재 시각(t)을 0으로 초기화 한 후, S020으로 진행되어 금회 보용의 보용 패러미터가 결정된다. 이 S020의 처리는, 상기 도 5의 보용 패러미터 결정부(100a)의 처리에 상당하고, 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 팔자세 궤도, 목표 ZMP궤도, 및 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 패러미터가 결정되는 동시에, 기준 상체자세 궤도, 상반력 수평성분 허용범위, 및 ZMP 허용범위를 규정하는 패러미터가 결정된다.

이 S020의 처리는, 예를 들면 본원 출원인이 먼저 제안한 PCT 국제공개 공보 WO/03/057427/A1(이하, 공보문헌 1이라고 한다)의 도 13의 S022-S030에 대응하는 처리이며, 동 공보문헌 1과 동일하게 행해진다. 그것을 요약적으로 설명하면, 우선, 금회 보용이 연결되고, 혹은 점근해야 할 가상적인 주기적 보용으로서의 정상보용(로봇(1)의 2보분의 보용을 1주기로 하는 보용)이 결정된다. 정상보용은 금회 보용을 포함하는 2보 앞까지의 미착지 다리 족평(22)의 착지 예정위치 자세, 착지 예정시각 등을 기초로, 주기성의 조건(정상보용의 1주기의 초기의 상태(로봇(1)의 각 부의 위치 자세나 그 변화속도 등)과 종단의 상태가 일치한다고 하는 조건)을 충족시키도록 결정된다. 그리고, 금회 보용이 그 정상보용으로 이어지거나, 혹은 점근하도록 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 팔자세 궤도, 목표 ZMP궤도, 및 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 보용 패러미터가 결정된다. 여기에서, 목표 족평위치 자세 궤도를 규정하는 보용 패러미터는, 예를 들면 본원 출원인이 먼저 일본 특허 3233450호에서 제안한 유한 시간정정 필터를 사용하여 목표 족평위치 자세 궤도를 생성하는 경우, 금회 보용의 미착지 다리 족평(22)의 착지 예정위치 자세 및 착지 예정시각, 금회 보용의 지지 다리 족평(22)의 다음 착지 예정위치 자세 및 착지 예정시각 등으로부터 구성된다. 또, 예를 들면 목표 ZMP궤도, 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 보용 패러미터는, 그것들의 궤도가 꺾임선상의 궤도라고 한 경우, 그 꺽임점에서의 값이나 그 꺽임점의 시각 등으로 구성된다. 또한, 본 실시형태에서는 기준 상체자세는, 예를 들면 연직자세(연직축에 대한 상체(3)의 경사각(자세각)이 0인 자세)로 된다. 또, 본 실시형태의 S020에서 결정하는 보용 패러미터중, 상반력 수평성분 허용범위를 규정하는 보용 패러미터는 상기 공보문헌 1 의 도 13의 S030에서 결정하는 풀 모델 보정용의 상반력 수평성분 허용범위의 패러미터에 상당하는 것이다.

보충하면, 상기 공보문헌 1에서 금회 보용의 보용 패러미터를 결정하기 위한 처리에서는, 정상보용의 작성 등을 위해 동역학 모델을 사용하고 있는데, 그 동역학 모델로서 본 실시형태에서는 상기 단순화 모델을 사용할 수 있다. 이 경우, 본 실시형태의 단순화 모델은, 공보문헌 1의 도 11에서 예시한 동역학 모델과는 동일하지 않지만, 동 공보문헌 1의 동역학 모델의 양다리 질점의 질량을 0으로 하고, 또한 상체에 관한 이너셔(플라이휠의 이너셔)를 0으로 한 것과 등가이다. 따라서, 동 공보문헌 1의 도 11의 동역학 모델의 양다리 질점의 질량을 0으로 하고, 또한 상체에 관한 이너셔를 0으로 하면, 동 공보문헌 1의 도 13의 S022-S030의 처리를 그대로 적용하여, 본 실시형태에서의 S020의 처리를 실행할 수 있다. 또, 동공보문헌 1의 도 13의 S022-S028의 처리에서는, 정상보용의 작성 등을 위해, 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위(이 허용범위는 보용생성 장치로부터 출력되는 것이 아님)을 설정하여 사용하고 있는데, 본 실시형태에서는, 그 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위는, 예를 들면 무한대의 범위로 하거나, 혹은, 단순화 모델 보용(또는 정상보용)의 상반력 수평성분이 항상 그 상반력 수평성분 허용범위내에 들어가는 넓은 범위로 정해 두면 된다. 이렇게 함으로써 동 공보문헌 1에 개시한 알고리즘을 본 실시형태의 S020의 처리에서 지장 없이 적용할 수 있다.

이어서, S020의 처리후, 또는 S016의 판단 결과가 NO인 경우에는, S022로 진 행되고, 금회 보용의 순간값을 결정한다. 이 처리는, 상기 도 5의 목표 순간값 발생부(100b) 및 단순화 모델 보용생성부(100c)에서 실행되는 처리이며, S020에서 결정된 보용 패러미터에 기초하여 금회 보용의 순간값(단순화 모델 보용의 순간값)이 결정된다.

이 처리는, 보다 구체적으로는 상기 공보문헌 1의 도 13의 S032의 처리에 상당하는 것이며, 동 공보문헌 1과 동일하게 행해진다. 그것을 요약적으로 설명하면, 상기 S020에서 결정한 보용 패러미터를 기초로, 목표 족평위치 자세, 목표 ZMP, 목표 팔자세, 목표 상반력 연직성분, 기준 상체자세의 순간값이 결정되며, 또한, 그것들의 순간값을 기초로, 상기 단순화 모델상에서, 목표 ZMP와 목표 상반력 연직성분을 충족하도록(로봇(1)의 운동이 발생하는 관성력과 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트 수평성분이 0이 되고, 또, 그 합력의 병진력 연직성분이 목표 상반력 연직성분에 균형을 이루도록) 목표 상체위치 자세의 순간값이 결정된다. 여기에서, 목표 상체위치 자세의 순간값에 관해서 보충하면, 목표 상체자세의 순간값은 본 실시형태에서는 기준 상체자세의 순간값과 동일하게 된다. 또, 목표 상체위치 연직성분은, 목표 상반력 연직성분과 상기 식01로부터 구해지는 단순화 모델의 상체 질점(3m)의 연직위치에 대응하여 결정된다. 그리고, 단순화 모델의 상체 질점(3m)의 수평위치가 상기 식03의 좌변을 0으로 한 식을 충족시키도록(목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트 수평성분이 0이 되도록) 결정되고, 이 상체 질점(3m)의 수평위치에 대응하여 목표 상체위치 수평성분이 결정된다.

또한, 상기 공보문헌 1의 도 13의 S032의 처리에서는, 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위를 사용하고 있지만, 본 실시형태에서는 상기 S020의 처리에 관해서 설명한 경우와 같이 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위는, 예를 들면 무한대의 범위로 하거나, 혹은, 단순화 모델 보용(또는 정상보용)의 상반력 수평성분이 항상 그 상반력 수평성분 허용범위내에 들어가도록 정해 두면 된다. S022의 처리에서, 축차(제어주기(△t) 마다), 순간값이 결정되는 목표 보용(금회 보용)은, 그것을 간결하게 말하면, 상기 단순화 모델상에서, 그 운동이 발생하는 관성력과 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트의 수평성분이 0이 되고, 또, 그 합력의 병진력 연직성분이 목표 상반력 연직성분에 균형을 이루는 보용이다.

이어서, S024로 진행되고, 변위차원 보용보정 서브루틴을 실행한다.

이 변위차원 보용보정 서브루틴은, 본 발명의 중핵으로 관계되는 것으로, 이하에 상세하게 설명한다.

상기 단순화 모델을 사용한 목표 보용의 생성처리에서는, 금회 보용(발산하지 않는 금회 보용)을 안정하게 리얼타임으로 결정할 수 있다는 이점이 있는 반면, 생성되는 보용의 동역학적인 근사정밀도가 낮다. 이 때문에, 본 발명의 실시형태에서는 단순화 모델보다도 동역학적 정밀도가 높은 풀 모델을 사용하여, 보용의 일부(목표 상체위치 자세, 목표 ZMP 주위의 모멘트)를 보정한다. 이 경우, 단순화 모델 보용의 동역학적 근사정밀도가 낮은 것, 풀 모델의 비선형성이 강한 것 등 때문에, 단순화 모델 보용을 풀 모델에 입력하도록 하면, 단순화 모델 보용의 보정이 적정하게 행해지지 않고, 로봇(1)의 계속적인 운동을 행할 수 없는 보용이 생성되 어버리는 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 특히, 로봇(1)의 주행과 같이 다리체(2)의 운동이 짧은 시간내에서 크게 변화하는 것과 같은 보용을 생성하는 경우에는, 단순화 모델에서는 고려되지 않은 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘 동작 등에 수반되는 관성력의 변화의 영향이 커져, 단순화 모델 보용의 동역학적인 근사정밀도가 저하되어, 상기의 문제가 발생하기 쉬워진다. 그리고, 이러한 문제를 해소하기 위해서, 예를 들면 각 다리체(2)에 복수의 질점을 갖는 동역학 모델을 구축하거나, 게다가 상체 등의, 로봇의 1개 이상의 링크에 이너셔(관성 모멘트)를 갖는 동역학 모델을 구축하고, 그것을 단순화 모델로서 사용함으로써 단순화 모델 보용의 동역학적 근사정밀도를 높이는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이렇게 한 경우에는, 단순화 모델의 비선형성이 높아져, 정상보용으로 이어지는 금회 보용의 보용 패러미터(로봇(1)의 운동의 계속성을 확보할 수 있는 보용 패러미터)를 안정하고 적정하게 찾아내는 것이 곤란하게 되는 경우가 있는 동시에, 그 연산처리에 시간이 걸리고, 나아가서는, 적정한 보용을 리얼타임으로 생성하는 것이 곤란하게 된다.

그래서, 본 실시형태(제 1 실시형태)를 포함하는 본 발명의 각 실시형태에서는 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델을 사용하여, 목표 ZMP나 상반력을 포함하는 동역학 방정식을 사용하거나 하지 않고, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(질점과 이너셔를 갖는 링크의 위치, 자세)에 관한 기하학적인 처리(위치와 자세와의 변위의 차원에서의 처리)에 의해, 단순화 모델 보용의 일부의 운동(구체적으로는 상체위치 자세)만을 보정하도록 했다. 그리고, 그것에 의해, 단순화 모델 보용보다도 동역학적 정밀도가 높은 보용, 상세하게는, 그 보용의 운동에 의 해 로봇(1)이 발생하는 실제의 관성력과 중력과의 합력의 병진력 성분이 보다 고정밀도로 목표 상반력의 병진력 성분에 균형이 잡히고, 또한, 이 합력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트의 수평성분이 보다 고정밀도로 0이 되는 보용을 생성하도록 했다. 이 경우, 일반적으로, 양 변위차원 보정용 모델은 로봇(1)의 몇개의 부위에 대응하는 질점을 동일하게 구비하거나, 또는, 질점과 이너셔를 갖는 링크(상체(3) 등)를 동일하게 구비한다. 또, 양 변위차원 보정용 모델은, 단순화 모델보다도 많은 질점을 갖고, 또는, 단순화 모델이 갖지 않는 이너셔를 가진다. 단, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 각 질점의 상호의 위치관계 또는 이너셔를 갖는 링크(상체(3) 등)의 자세에 있는 적당한 구속조건이 부가된다.

보다 자세하게 설명하면(여기에서는 제 1 실시형태에 한하지 않는 일반적인 설명을 행함), 생성한 단순화 모델 보용의 각 부위의 위치 자세의 순간값(운동의 순간값)에 대응하여, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치가 결정된다. 이때, 제 1 변위차원 보정용 모델이, 로봇(1)의 1개 이상의 링크(상체(3) 등)에 이너셔를 갖는 모델인 경우에는, 그 링크의 자세각도 결정된다. 단, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 각 질점의 위치관계, 또는 이너셔를 갖는 링크(상체(3) 등)의 자세에 있는 적당한 기하학적 구속조건이 부가되어 있고, 이것에 의해, 단순화 모델 보용의 각 부위의 위치 자세의 순간값(운동의 순간값)에 대응시켜서, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치나, 이너셔를 갖는 링크의 자세각을 결정했을 때, 단순화 모델 보용의 상반력과 동일한 상반력이 제 1 변위차원 보정용 모델에서도 발생하도록 한다.

또한, 제 1 변위차원 보정용 모델에서 설정된 기하학적 구속조건을 갖지 않는 제 2 변위차원 보정용 모델에 대하여, 제 1 변위차원 보정용 모델과의 사이에서, 다음 조건 1, 2를 충족하도록 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치(또는 각 질점의 위치와 이너셔를 갖는 링크의 자세각)가 결정된다.

조건 1) 제 1 변위차원 보정용 모델의 전체중심의 위치와 제 2 변위차원 보정용 모델의 전체중심의 위치와는 거의 일치한다.

조건 2) 어느 점 Q를 정했을 때, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대한 제 2 변위차원 보정용 모델의, 점 Q의 주변의 각운동량적의 총합이 어떤 일정값(소정값)으로 된다.

여기에서, 조건 1은, 양 변위차원 보정용 모델에서, 병진 상반력 혹은 전체중심의 운동에 의해 발생하는 관성력이 거의 동일하게 되기 위한 조건이다. 조건 1은 달리 말하면, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치와 이것에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점의 위치와의 차(위치 벡터의 차)의 벡터를 이 질점의 병진 가속도로 간주했을 때에, 각 질점이 발생하는 관성력의 병진력 성분(질점의 질량*병진 가속도)의, 모든 질점에 관한 총 합계가 거의 0이 된다고 하는 조건과 등가이다.

또, 조건 2에 관한 상기 각운동량적은, 각 변위차원 보정용 모델의 각 질점에 대한 기준위치를 각각 임의로 정하고, 또, 상기 점 Q의 위치를 임의로 정했을 때, 그 각 질점마다 이하와 같이 정의되는 것이다. 더욱이, 각변위차원 보정용 모델이 이너셔를 갖는 경우(어떤 1개 이상의 링크에 이너셔가 설정되어 있는 경우)에 는, 그 이너셔를 갖는 각 링크에 대한 기준 자세각을 각각 임의로 정했을 때, 각운동량적은 그 각 링크마다 이하와 같이 정의되는 것이다.

즉, 각 변위차원 보정용 모델의 각 질점에 관계되는 각운동량적은, 점 Q와 그 질점에 대응하는 기준위치의 점(이하, 기준점이라고 함)을 연결하는 선분(그 선분의 벡터)와, 이 질점의 이 기준점으로부터의 위치의 벗어남(그 위치 벗어남의 벡터)와의 외적에, 이 질점의 질량을 승산한 것에 상당하는 것이다. 또한, 이 경우, 상기 외적과 질량과의 적에 비례관계를 갖는 것, 또는 이 외적과고 질량과의 적에 근사적으로 동일한 것을 당해 질점에 관계되는 각운동량적이라고 정의해도 좋다. 또, 각변위차원 보정용 모델의, 이너셔를 갖는 링크에 관계되는 각운동량적은 그 링크의 자세각의, 이 링크에 대응하는 기준 자세각으로부터의 벗어남과 이 링크의 이너셔와의 적에 상당하는 것이다. 또한, 이 경우, 링크의 자세각의 기준 자세각으로부터의 벗어남과 이너셔와의 적에 비례관계를 갖는 것, 또는 이 적에 근사적으로 동일한 것을 당해 링크에 관계되는 각운동량적이라고 정의해도 좋다.

또, 각 변위차원 보정용 모델의 질점에 관계되는 각운동량적에 대해 보충하면, 임의의 질점에 관계되는 각운동량적은, 질점과 상기 소정의 점 Q를 연결하는 선분과, 그 질점에 대한 기준점과 상기 소정의 점 Q를 연결하는 선분이 이루는 각도에 대해 단조롭게 변화되는 함수(단조증가 함수 또는 단조감소 함수)가 된다.

이와 같이 각 운동량적을 정의했을 때, 조건 2는 보다 상세하게 말하면, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치를, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점에 대응하는 기준위치로 하고, 또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 이너셔를 갖는 각 링크의 자세각을, 제 2 변위차원 보정용 모델의 이너셔를 갖는 각 링크의 기준 자세각이라고 했을 때의, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각운동량적의 총 합계가 어느 일정값으로 된다는 조건이다.

또, 달리 말하면, 조건 2는, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치와 이것에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점의 위치와의 차(위치 벡터의 차)의 벡터를 이 질점의 병진 가속도로 간주하고, 또, 양 변위차원 보정용 모델의 이너셔를 갖는 각 링크의 자세각의 차를 이 링크의 각가속도로 간주했을 때에, 각 질점이 발생하는 관성력의 병진력 성분이 점 Q의 주위에 작용하는 모멘트와 이너셔를 갖는 각 링크의 관성력(회전 운동의 관성력)이 점 Q 주위에 작용하는 모멘트와의 총합이 어느 일정값(소정값)으로 된다는 조건과 등가이다.

그리고, 본 명세서에서 상세히 설명하는 실시형태에서는 상기 점 Q는 예를 들면 목표 ZMP에 설정된다. 또한, 점 Q는 목표 ZMP에 한정되는 것은 아니지만, 이것에 대해서는 뒤에 보충한다. 또, 반드시 상기 조건 1, 2의 양자를 충족시킬 필요는 없지만, 이것에 대해서도 뒤에 보충한다.

본 명세서의 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점의 위치(이너셔를 갖는 경우에는, 각 질점의 위치와 이너셔를 갖는 각 링크의 자세각)를 결정함으로써 단순화 모델 보용의 목표 상체위치 자세를 보정하여 이루어지는 변위차원 보정 상체위치 자세가 구해진다. 상기 도 6의 플로차트의 S024의 처리는 상기와 같이 변위차원 보정 상체위치 자세를 구하는 처리이다.

이하, 제 1 실시형태에서의 S024의 서브루틴 처리를 도 10을 참조하여 구체 적으로 설명한다. 또한, 여기에서는, 본 명세서의 실시형태의 이해의 편의상, 사지탈 플레인(X축, Z축을 포함하는 평면)상에서의 상체위치 자세의 보정(변위차원 보정 상체위치 자세의 산출)에 대해 설명하고, 래터럴 플레인(Y축, Z축을 포함하는 평면)상에서의 상체위치 자세의 보정에 관해서는 생략한다.

우선, S200에 있어서, 현재 시각(t)에서의 단순화 모델 보용의 순간값(목표 상체위치 자세 등의 목표 운동의 순간값)을 기초로, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치와, 이너셔를 갖는 상체(3)(상체 링크)의 자세각을 구한다. 즉, 단순화 모델 보용의 순간값으로부터, 상기 기하학적 구속조건 (1)에 따라서, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(이것은 제 1 및 제 3 발명에 있어서의 제 1 배치에 상당함)를 구한다. 구체적으로는, 단순화 모델 보용에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치와, 제 1 변위차원 보정용 모델상에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치가 동일하게 되도록 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치가 결정된다. 이 경우, 본 실시형태에서는 단순화 모델 보용에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치는, 단순화 모델의 상체 질점(3m)의 위치에 일치하므로, 그 위치는 단순화 모델 보용의 목표 상체위치 자세로부터 일의적으로 정해진다. 그리고, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 상기한 바와 같이 각 질점(A1~A5)의 상대적 위치관계가 구속되어 있으므로, 그것들의 질점(A1~A5)의 전체중심의 위치(제 1 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치)를 단순화 모델의 상체 질점(3m)의 위치에 일치시킴으로써 각 질점(A1~A5)의 위치가 일의적으로 결정되게 된다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 링크의 자세각은 단순화 모델 보용의 상체 자세각(본 실시형태에서는 연직자세)과 동일하게 된다.

이어서, S202로부터의 처리가 실행되고, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대해 상기 조건 1, 2를 충족시키는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치와, 이너셔를 갖는 상체(3)(상체 링크)의 자세각과의 세트, 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치가 탐색적으로 결정된다. 그리고, 그 배치(이것은 제 1 발명에 있어서의 제 3 배치, 제 3 발명에 있어서의 제 2 배치에 상당함)에 있어서의 상체 질점(A1) 및 상체 링크의 자세에 대응하는 로봇(1)의 상체위치 및 자세가, 각각 변위차원 보정 상체위치 Pb2 및 변위차원 보정 상체자세 θb2로서 결정된다.

더욱 상세하게는, 우선, S202에 있어서, 변위차원 보정 상체위치 Pb2 및 변위차원 보정 상체자세 θb2의 초기 후보(Pb2_s, θb2_s)를 결정한다. 초기 후보(Pb2_s, θb2_s)는, 금회 시각(t)(현재 시각(t))에서의 변위차원 보정 상체위치(Pb2) 및 변위차원 보정 상체자세(θb2)의 개략적인 예상값에 상당하는 것으로, 예를 들면 다음과 같이 결정된다. 즉, 금회 시각(t)에서의 변위차원 보정 상체위치(Pb2)와 단순화 모델 보용의 상체위치(Pb)의 차분(위치 벗아남량)은 전회 시각(전회의 제어주기의 시각)(t-△t)에서의 Pb2과 Pb와의 차분에 가깝다고 생각된다. 마찬가지로, 금회 시각(t)에서의 변위차원 보정 상체자세(θb2)와 단순화 모델 보용의 상체자세(θb)와의 차분(자세각 벗어남량)은 전회 시각(t-△t)에서의 θb2와 θb와의 차분에 가깝다고 생각된다. 여기에서, 초기 후보(Pb2_{_}s, θb2_s)를, 금회 시각(t)에서의 Pb, θb와 전회 시각(t-△t)에서의 Pb, θb의 값 Pb_p, θb_p와, 전회 시각(t-△t)에서의 Pb2, θb2의 값 Pb2_p, θb2_p로 이루어지는 다음식에 의해 결정한다.

Pb2_s=Pb+(Pb2_p-Pb_p) …식04

θb2_s=θb+(θb2_p-θb_p) …식05

이어서, S204를 경과하여, S206~S216의 루프 처리를 실행한다. S206에서는, 변위차원 보정 상체위치 자세의 현재의 후보(Pb2_s, θb2_s)와, 금회 시각(t)에서의 단순화 모델 보용의 목표 양 족평위치 자세를 기초로, 제 2 변위차원 보정 모델에서의 각 질점(A1~A5)의 위치를 구한다. 이 경우, 제 2 변위차원 보정용 모델로의 로봇(1)의 상체(3)의 위치 자세가 현재의 후보(Pb2_s, θb2_s)에 일치하고, 또한, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 각 족평(22)의 위치 자세가 단순화 모델 보용의 목표 족평위치 자세에 일치하고 있다고 하고, 각 질점(A1~A5)의 위치가 구해진다. 달리 말하면, 단순화 모델 보용의 운동순간값중, 상체위치 자세의 순간값만을 후보(Pb2_s, θb2_s)로 바꿔 놓은 운동순간값으로부터, 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 각 질점(A1~A5)의 위치가 구해진다.

구체적으로는, 족평 질점(A3, A4)의 위치는, 목표 족평위치 자세로부터 결정된다. 또, 상체 질점(A1)의 위치는, 후보(Pb2_s, θb2_s)로부터 결정되고, 상체(3)(상체 링크)의 자세각은 θb2_s와 동일하게 된다. 그리고, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치는 목표 양 족평위치 자세와 후보(Pb2_s, θb2_s)로부터 정해지는 로봇(1)의 각 다리체(2)의 자세로 결정된다. 보충하면, 상기한 바와 같이 본 명세서의 실시형태의 로봇(1)에서는, 각 다리체(2)는 각각 6자유도를 가지므로, 양 족평(22, 22) 및 상체(3)의 위치 자세가 정해지면, 각 다리체(2)의 각 부의 위치 자세도 일의적으로 정해진다. 따라서, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치, 상체 링크의 자세각, 양 족평 질점(A4, A5)의 위치가 정해지면, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치가 일의적으로 정해진다.

이어서, S208로 진행되고, 제 1 변위차원 보정용 모델과 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서의 전체중심의 위치의 벗어남(Gc_err)(이하, 모델간 전체 중심 벗어남 Gc_err이라고 함)과, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대한 제 2 변위차원 보정용 모델의 각운동량적의 총합(L_err)의 편차량(이하, 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)이라고 함)을 구한다. 이 처리를 이하에 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 질량을 각각 mi(i=1, 2,…, 5), 위치(위치 벡터)를 Pi1 혹은 Pi2(i=1, 2,…, 5)로 표시한다. Pi1은 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)의 위치, Pi2는 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)의 위치이다. 또, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 상체(3)(상체 링크)의 자세각을 각각 θb1, θb2으로 나타낸다. 본 실시형태에서는 θb1은, 단순화 모델 보용의 목표 상체자세(θb)(연직자세)와 동일하다.

모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err) 및 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)은, 각각 예를 들면 다음 식06, 07에 의해 산출된다.

Gc_err= Σ(mi*(Pi2-Pi1)) …식06

L_err=Σ(mi*(Pi1_Q)*(Pi2-Pi1))+Ib*(θb2-θb1)+Const …식07

여기에서, 이들 식의 Σ는 거기에 계속되는 괄호내의 부분의, 모든 질점(Ai)(i=1,2,…,5)에 대한 총합계를 의미한다. 또, 식07의 「Const」는, 미리 정한 소정값이며, 상기 조건 2에 있어서의 「일정값」(소정값)에 상당하는 것이다. 또, 식07의 Q는, 본 실시형태에서는 단순화 모델 보용의 목표 ZMP의 위치와 동일하다.

이들 식06, 07에서, 식06의 우변은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치 Pi1(i=1,2,…,5)에 의해 정해지는 전체중심의 위치와 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치 Pi2(i=1,2,…,5) 전체 중심의 위치와의 벗어남을 의미하고 있다. 따라서, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)의 값이 0(0벡터) 혹은 거의 0이면, 상기 조건 1이 충족시켜지게 된다.

또, 식07의 우변으로부터 「Const」를 제거한 항은, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대한 제 2 변위차원 보정용 모델의 각운동량적의 총합을 의미한다. 달리 말하면, 식07의 우변으로부터 「Const」를 제거한 항은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치 Pi1(i=1,2,…,5)을 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 기준위치로 하고 또한, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체(3)(상체 링크)의 자세각을, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체(3)(상체 링크)의 기준 자세각으로 했을 때의, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각운동량적의 총합을 의미한다.

따라서, 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)의 값이 항상 0 혹은 거의 0이면 상기 조건 2가 충족시켜지게 된다.

여기에서 식07의 우변의 Σ에 이어지는 괄호내의 항에 대해 보충하면, (Pi1_Q)*(Pi2-Pi1)은, 점 Q와 질점(Ai)을 연결하는 선분의 벡터와, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)에 대한 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)의 위치 벗어남의 벡터와의 외적이다. 그것을 시각적으로 표현하면, (Pi1_Q)*(Pi2-Pi1)은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 사선 혹은 크로스해치를 넣은 각 삼각형의 면적의 2배의 크기의 양에 상당한다. 또한, 도 11에서는, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 각각에 있어서의 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치 Pi1, Pi2를 Pi1(Ai), Pi2(Ai)이라고 하도록 기재하고 있다.

또, 각운동량적에 관한 식07에 관해서는, 이것 대신에, 다음 식08~10중 어느하나를 사용해도 된다.

L_err=Σ(Ci*mi*각도(Pi1_Q_Pi2))+Ib*(θb2_θb1)+Const …식08

L_err=Σ(mi*(질점(Ai)의 수평성분 변위*높이))

+Ib*(θb2-θb1)+Const …식09

L_err=Σ(mi*(질점(Ai)의 수평성분 변위*높이)*C(질점(Ai)의 높이))

+Ib*(θb2-θb1)+Const …식10

여기에서, 식08중의 「각도(Pi1_Q_Pi2)」는, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)과 점 Q를 연결하는 선분과, 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)과 점 Q를 연결하는 선분이 이루는 각도를 의미한다. 또, 식08중의 「Ci」는 소정의 계수이며, 그 값은, Ci*mi*각도(Pi1_Q_Pi2)가 양 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)와 점 Q로 형성되는 삼각형의 면적의 2배에 거의 동일하게 되도록 결정된다. 또, 식09 및 10에서의 「질점(Ai)의 수평성분 변위」는, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질 점(Ai)와 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)와의 위치 벗어남(Pi2-Pi1)의 수평성분을 의미하고, 「높이」는 제 1 또는 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)의 점 Q에 대한 상대높이, 즉, Pi1-Q 또는 Pi2-Q의 연직성분을 의미한다. 또, 식10의 「C(질점(Ai)의 높이)」는, 제 1 또는 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)의 점 Q에 대한 상대높이(Pi1-Q 또는 Pi2-Q의 연직성분)의 어떤 함수값을 의미한다. 이 경우, 함수값 C(질점(Ai)의 높이)는, 기본적으로는, 질점(Ai)의 높이가 높을 수록, 값이 작아지는 단조함수인 것이 바람직하다.

각운동량적에 관한 상기 식07~10의 어느것을 사용해도, 그 식의 우변의 「Const」를 제거한 항은, 각운동량적의 총합에 거의 비례하거나 혹은 대략 동일한 것이 된다. 또한, 식07~10의 「Const」는 일반적으로는 서로 다르다.

보충하면, 상기 식07-10의 우변의 Σ에 이어지는 각 항은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)와 점 Q를 연결하는 선분과, 제 2 변위차원 보정용 모델의 질점(Ai)와 점 Q를 연결하는 선분 이루는 각도 (Pi1_Q_Pi2)에 대해 거의 단조로 변화되는 함수가 된다.

본 실시형태에서는 S208에 있어서, 상기 식6의 Pi1에 S200에서 구한 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치를 대입하는 동시에, 동 식6의 Pi2에 S206에서 구한 각 질점(A1~A5)의 위치를 대입함으로써 모델간 중심위치 벗어남(Gc_err)이 산출된다. 또, 상기 식7의 Pi1, Pi2를 식6과 동일하게 하는 동시에, θb1에 S200에서 구한 상체자세(본 실시형태에서는 연직자세)를 대입하고, 또한, θb2에 변위차원 보정 상체자세의 후보의 현재값 θb2_s를 대입함으로써 모델간 각 운동량적 벗어남(Lc_err)이 산출된다.

전술한 바와 같이 S208에 있어서, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)을 구한 후, S210로 진행되고, Gc_err과 L_err이 0 근방의 소정의 범위내에 있는지 아닌지가 판단된다. 그리고, 이 판단 결과가 YES일 경우에는 S212를 경과하여, 후술의 S218로 진행된다. 한편, 그 판단 결과가 NO일 경우에는, S214로 진행되고, 변위차원 보정 상체위치 자세의 현재의 후보(Pb2_s, θb2_s)의 근처에 복수의 가후보 (Pb2_s+△Pbx, θb2_s), (Pb2_s+△Pbz, θb2_s), (Pb2_s, θb2_s+△θb)를 정한다. △Pbx, △Pbz는 각각 변위차원 보정 상체위치의 후보 Pb2_s를 현재값으로부터 X축방향, Z축방향으로 미소량 변화시키기 위한 소정값이며, △θb는 변위차원 보정 상체자세의 후보 θb2를 현재값으로부터 Y축계로 미소량 변화시키기 위한 소정값이다. 그리고, 이들 각 가후보에 대해, 상기 S206, S208과 동일한 처리를 실행하여, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)을 구한다. 이 처리는, 변위차원 상체위치 자세의 후보(Pb2_s, θb2_s)를 현재값으로부터 변화시켰을 때의 Gc_err과 L_err의 변화의 정도를 관측하기 위한 처리이다.

이어서, S216으로 진행되고, S214에서 구한 Gc_err, L_err을 기초로, 그것들의 값이 0에 근저바도록 변위차원 보정 상체위치 자세의 새로운 후보를 결정하고, 그것을 (Pb2_s, θb2_s)에 대입한다. 새로운 후보는, 예를 들면 야코비안(감도 매트릭스)을 사용하여 결정된다. 그리고, S206으로부터의 처리가 다시 실행된다.

이상과 같이 하여, S206-S216의 루프 처리에 의해, Gc_err과 L_err이 0 근 방의 소정의 범위내에 들어가는 변위차원 보정 상체위치 자세, 바꾸어 말하면, 상기 조건 1, 2를 충족시키는 변위차원 보정 상체위치 자세가 탐색적으로 구해진다.

그리고, S210의 판단 결과가 YES로 되면, S212를 경과하여 S218로 진행되고, 현재의 (Pb2_s, θb2_s)가 금회 시각(t)에서의 변위차원 보정 상체위치 자세(Pb2, θb2)로서 결정된다. 이것에 의해 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정하여 이루어지는 목표 보용(이하, 변위차원 보정 보용이라고 하는 경우가 있음)이 얻어지게 된다. 이 변위차원 보정 보용은, 단순화 모델 보용중, 목표 상체위치 자세만을 보정한 것이며, 목표 족평위치 자세, 목표 ZMP, 목표 상반력 연직성분 등, 목표 보용의 다른 구성요소는 단순화 모델 보용과 동일하다.

여기에서, 상기 변위차원 보정 보용에 대해서 도 12~도 14를 참조하여 보충 설명을 해 둔다. 도 12는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각을 단순화 모델 보용대로에 결정한 경우(즉 단순화 모델 보용을 상기 S024에서 보정하지 않는 경우)에 있어서의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과의 관계를 예시하고 있다. 이 경우의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)의 자세각, 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는, 달리 말하면, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서 결정된 것이라 할 수 있다. 따라서, 이 경우의 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는, 제 1 발명에서의 제 2 배치에 상당하는 것이다. 또한, 상기 도 12 에서는, 단순화 모델 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치를 Pi2'(Ai)로 나타내고 있다.

또, 도 13은 상기한 변위차원 보용보정 서브루틴에 의해 결정되는 변위차원 보정 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과의 관계를 예시하고 있다.

또한, 이후의 설명에서는, 일반적으로, 제 1 변위차원 보정용 모델의 임의의 어떤 질점과, 이것에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 이 질점과의 위치 벗어남을 병진 가속도로 간주했을 때의 그 병진 가속도를, 그 질점의 모델간 의사 병진 가속도라고 한다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 이너셔를 갖는 어떤 링크와, 이것에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 이 링크의 자세각의 벗어남을 각가속도로 간주했을 때의 그 각가속도를, 그 링크의 모델간 의사 각가속도라고 한다.

도 12에 도시하는 예에 있어서, 단순화 모델 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치(Pi2')에서는, 양 다리체(2, 2)의 질점(A2-A5) 중, 지지 다리측의 질점(A2, A4)은, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대해 약간, 로봇(1)의 전방측으로 위치 벗어난다. 또, 제 2 변위차원 보정용 모델의 미착지 다리측의 질점(A3, A5)는, 제 1 변위차원 보정용 모델에 대해 비교적 크게 로봇(1)의 후방측으로 위치 벗어난다. 이 때문에, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 전체중심이 제 1 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 전체중심(이것은 본 실 시형태에서는 단순화 모델 보용에서의 로봇(1)의 전체중심에 일치함) 보다도 로봇(1)의 후방측(X축의 마이너스 방향)으로 치우친다. 달리 말하면, 양 다리체(2, 2)의 각 질점(A2-A5)의 모델간 의사 병진 가속도에 의해 각 질점(A2-A5)가 발생하는 관성력의 병진력 성분(=각 질점(A2-A5)의 질량*모델간 의사 병진 가속도)의 총합이 로봇(1)의 전방측으로 비교적 큰 것이 된다. 또, 각 질점(A2-A5)의 모델간 의사 병진 가속도에 의해 각 질점(A2-A5)가 발생하는 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트가 로봇(1)의 전방 경사측으로 비교적 큰 것이 된다. 또한, 본 실시형태에서는 단순화 모델 보용의 상체자세와 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체자세와는 동일하므로, 도 12의 예에서는, 상체 질점(A1)의 모델간 의사 병진 가속도는 0이며, 또 상체 링크의 모델간 의사 각가속도도 0이다.

이에 반해, 상기 변위차원 보용보정 서브루틴에서 변위차원 보정 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체 링크의 자세각을 결정했을 때에는, 도 13에 도시되는 바와 같이, 양 다리체(2, 2)의 질점(A2-A5)의 중심의 상기의 치우침을 보상하도록 하고, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치가, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)보다도 전방측으로 결정되고, 바꾸어 말하면, 변위차원 보정 상체위치가 단순화 모델 보용보다도 전방측으로 보정된다. 동시에, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치 및 이너셔를 갖는 상체(3)의 자세는, 상기한 각운동량적의 총합이 어느 일정값으로 되도록 결정된다. 도시의 예에서는, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 상체자세(실선으로 나타내는 상체(3)의 자세)는, 단순화 모델 보용의 상체자세(파선으로 나타 내는 상체(3)의 자세)에 대해, 각도 θb2-θb1만큼 후방으로 경사져 있다.

이 때문에, 변위차원 보정 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체 링크의 자세각에서는, 각 질점(Ai)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분의 총합이 도 12에 도시한 경우보다도 작아져서, 거의 0이 되는 동시에, 이 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트의 총합도 도 12에 도시한 경우보다도 소정의 값(상기 조건 2의 「일정값」에 상당하는 값)에 근접한다.

이것에 의해 변위차원 보정 보용은, 단순화 모델 보용에서는 고려되지 않은 각 다리체의 운동에 수반되는 관성력의 영향을 보상하고, 단순화 모델 보용의 목표 상반력과 같은 상반력이 발생하도록 로봇(1)의 목표 운동을 보정한 것이 된다.

또, 도 14는, 단순화 모델 보용에 대한 변위차원 보정 보용의 변화의 형태의 전형적인 예를 도시하고 있다. 이것은, 보다 상세하게는, 로봇(1)의 직립자세 상태로부터 목표 ZMP를 움직이지 않고 양 다리체(2, 2)의 무릎 관절을 구부리고, 상체(3)를 낮추는 경우의 예이며, 도 14(a)는 로봇(1)의 직립자세 상태, 도 14(b)는 무릎 관절을 구부려서 상체(3)을 낮춘 상태(무릎굽힘 상태)를 도시하고 있다. 로봇(1)의 직립자세 상태에서는, 단순화 모델 보용과 변위차원 보정 보용은 거의 일치하고, 나아가서는, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치 Pi1, Pi2 및 상체(3)의 자세는, 양 변위차원 보정용 모델에서 거의 일치한다.

이 상태로부터, 목표 ZMP를 유지한 채 상체(3)를 낮추는 보용을 생성할 때, 단순화 모델 보용은, 양 족평(22)의 위치 자세를 유지하는 동시에, 상체(3)의 자세를 직립 자세(연직 자세)로 유지한 채, 상체(3)를 내리는 보용이 된다. 따라서, 제 1 변위차원 보정용 모델에서의 각 질점(Ai)의 위치 Pi1은, 그것들의 위치관계를 유지한 채 도 14(a)의 위치로부터 내려간다. 그리고, 이 때, 양 다리체(2, 2)의 무릎 관절이 로봇(1)의 전방측으로 돌출하는 것에 대응하여, 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 그 대퇴 질점(A2, A3)의 위치 P22, P32가, 제 1 변위차원 보정용 모델의 대퇴 질점(A2, A3)의 위치 P21, P31보다도 도 14(b)에 도시하는 바와 같이 로봇(1)의 전방측의 위치가 된다. 이 때문에, 양 변위차원 보정용 모델에서 전체 중심을 일치시키기 위해(상기 조건 1을 충족시키기 위해), 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치 P12는, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치 P11보다도 후방측의 위치가 된다. 달리 말하면, 양 대퇴 질점(A2, A3)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분을, 상체 질점(A1)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분에 의해 없애도록 하여, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치 P12는 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치 P11보다도 후방측의 위치로 된다(다리체(2, 2)의 상체(3)에의 연결부(가랑이 관절)가 후방측으로 이동한다).

또, 이 때, 가령 상체(3)의 자세를 유지하면, 제 1 변위차원 보정용 모델과 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서 상기 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)이 발생한다. 이 경우, 이 모델간 각운동량적 벗어남은, 도 14(b)에 사선을 붙인 2개의 삼각형의 면적의 차분의 2배에 상당하는 것이 되므로, 이 벗어남을 해소하기 위해( 상기 조건 2를 충족시키기 위해), 제 2 변위차원 보정 모델에서의 상체자세(도 14(b)에 실선으로 나타내는 상체(3)의 자세), 즉 변위차원 보정 보용의 상체자세는, 제 1 변위차원 보정 모델에서의 상체자세(도 14(b)에 파선으로 나타내는 상체(3)), 즉, 단순화 모델 보용의 상체자세에 대해 전방 경사측으로 기운다. 달리 말하면, 양 대퇴 질점(A2, A3) 및 상체 질점(A1)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트를, 상체 링크의 모델간 의사 각가속도에 수반되는 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트를 없애도록 하여, 제 2 변위차원 보정 보용의 상체자세는 단순화 모델 보용의 상체자세에 대해 전방 경사측으로 기운다.

일반적으로 말하면, 각 다리체(2)의 무릎 관절이, 이 다리체(2)의 가랑이 관절 의 중심과 발목 관절의 중심을 연결하는 선분에 대해 로봇(1)의 전방측으로 돌출할 수록, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치는 로봇(1)의 후방측으로 이동하고, 또한 상체(3)(상체 링크)는 전방 경사측으로 기운다.

이렇게 단순화 모델 보용에 대해 운동(상체위치 자세)을 수정한 변위차원 보정 보용이 결정됨으로써 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트의 수평성분이 0이 되는 것 등의 동역학적 평형조건을 단순화 모델 보용과 동일하게 충족시키면서, 단순화 모델 보용보다도 동역학적 정밀도가 높은 변위차원 보정 보용이 결정되게 된다.

도 9의 설명으로 되돌아와, 전술한 바와 같이 변위차원 보용보정 서브루틴을 실행한 후, S026으로 진행되고, 로봇(1)의 스핀(연직축 주변의 회전)을 캔슬하기 위한 팔체(5, 5)의 동작이 결정된다.

이 처리는, 로봇(1)의 팔체(5, 5)를 흔들지 않고 목표 보용대로 로봇(1)을 운동시킨 경우에 목표 ZMP 주위에 발생하는 상반력 모멘트의 연직성분과 역방향의 상반력 모멘트를 팔체(5, 5)의 팔 흔들기(양 팔체(5, 5)를 전후 역방향으로 흔드는 운동)에 의해 발생시키도록 팔체(5, 5)의 자세를 결정하는 것이며, 상기 공보문헌 1의 도 13의 S034와 동일하게 행해진다. 그 상세는, 동 공보문헌 1에 기재되어 있으므로, 여기에서는 새로운 설명을 생략한다.

이어서, S028로 진행되고, 풀 모델 보정용(상기 풀 모델 보정부(100e)의 처리용)의 ZMP 허용범위의 순간값과, 상반력 수평성분 허용범위의 순간값이 결정된다. 이것은, 상기 목표 순간값 발생부(100b)에서 실행되는 처리이며, 상기 S020에서 결정한 금회 보용 패러미터중 ZMP 허용범위 및 상반력 수평성분 허용범위를 규정하는 보용 패러미터에 기초하여 결정된다.

이어서, S030으로 진행되고, 풀 모델을 사용한 보정 보용을 발생한다. 이 처리는 상기 풀 모델 보정부(100e)에 의해 실행되는 처리이다. 이 처리는, 상기 공보문헌 1의 도 13의 S038의 처리와 동일하고, 동공보문헌 1에 기재된 대로 실행된다. 따라서, 본 명세서에서는 상세한 설명은 생략한다. 이 처리에 의해, 목표 상체위치 자세(상기 변위차원 보정 보용의 상체위치 자세)을 더욱 수정하여 이루어지는 보정 목표 상체위치 자세와 보정 목표 상반력 모멘트가 결정된다.

또한, 상기 풀 모델 보정부(100e)에서 사용하는 풀 모델은, 예를 들면 도 15에 도시하는 바와 같이, 로봇(1)의 상체(3), 각 다리체(2)의 가라이 관절, 대퇴 링크, 하퇴 링크, 발목 관절, 족평(22)에 각각 질점을 갖고, 또, 상체(3)(상체 링크) 에 이너셔(Ib)를 갖는 다질점 모델이다. 이 경우, 상체(3) 이외의 링크에도 이너셔를 설정하도록 해도 좋다.

이상이, 본 실시형태에서의 보용생성 장치(100)의 보용생성 처리이다.

다음에 도 4를 참조하여 복합 컴플라이언스 제어장치(101)의 동작을 설명해 둔다. 또한, 복합 컴플라이언스 제어장치(101)의 동작은, 본출원인이 먼저 출원한 일본 특개평 10-277969호 공보 등에 상세하게 기재되어 있으므로, 본 명세서에서는 개략적인 설명에 그친다. 보용생성 장치(100)에 있어서, 상기한 바와 같이 생성된 목표 보용중, 보정 목표 상체위치 자세(궤도), 목표 팔자세(궤도)가, 로봇 기하학 모델(역 키네마틱스 연산부)(102)에 송출된다.

또, 목표 족평위치 자세(궤도), 목표 ZMP 궤도(목표 전체 상반력 중심점 궤도), 및 목표 전체 상반력(궤도)(보정 목표 상반력 모멘트와 목표 상반력 연직성분)은, 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내지는 동시에, 목표 상반력 분배기(106)에도 보내진다. 그리고, 목표 상반력 분배기(106)에서, 상반력은 각 족평(22)에 분배되고, 목표 각 족평 상반력 중심점 및 목표 각 족평 상반력이 결정된다. 이 결정된 목표 각 족평 상반력 중심점 및 목표 각 족평 상반력은 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내진다.

복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)로부터, 기구변형보상된 수정 목표 족평위치 자세(궤도)가 로봇 기하학 모델(102)에 보내진다. 또한, 기구변형보상된 수정목표 족평위치 자세는, 각 다리체(2)의 컴플라이언스 기구(72)의 변형(각 다리체(2)에 작용하는 상반력에 의한 변형)을 고려하면서, 6축력 센서(50)에 의해 검출되 는 실제의 상반력을 목표 상반력에 근접하도록 각 족평(22)의 목표 족평위치 자세를 보정한 것을 의미한다. 로봇 기하학 모델(102)은, 목표 상체위치 자세(궤도)와 기구변형보상된 수정 목표 족평위치 자세(궤도)가 입력되면, 그것들을 충족하는 다리체(2, 2)의 12개의 관절의 관절 변위 지령(값)을 산출하여 변위 콘트롤러(108)에 보낸다. 변위 콘트롤러(108)는 로봇 기하학 모델(102)에서 산출된 관절 변위 지령(값)을 목표값으로 하여 로봇(1)의 12개의 관절의 변위를 추종제어 한다. 또, 로봇 기하학 모델(102)은 목표 팔자세를 충족하는 팔관절의 변위지령(값)을 산출하여 변위 콘트롤러(108)에 보낸다. 변위 콘트롤러(108)는, 로봇 기하학 모델(102)에서 산출된 관절 변위지령(값)을 목표값으로 하여 로봇(1)의 팔체의 12개의 관절의 변위를 추종제어 한다.

로봇(1)에 생긴 상반력(상세하게는 실제 각 발 상반력)은 6축력 센서(50)에 의해 검출된다. 그 검출값은 상기 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내진다. 또, 로봇(1)에 발생한 자세경사 편차 θerrx, θerry(상세하게는 목표 상체 자세각에 대한 실제 상체 자세각의 편차에서, 롤링 방향(X축 주위)의 자세 경사 편차가 θerrx이고, 피칭 방향(Y축 주위)의 자세 경사 편차가 θerry임)가 자세 센서(54)를 통하여 검출되고, 그 검출값은 자세 안정화 제어 연산부(112)에 보내진다. 이 자세안정화 제어연산부(112)에서, 로봇(1)의 상체자세각을 목표 상체자세각으로 복원하기 위한 목표 전체 상반력 중심점(목표 ZMP) 주위 보상 전체 상반력 모멘트가 산출되어서 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내진다. 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)는 입력값에 기초하여 목표 상반력을 수정한다. 구체적으로 는, 목표 전체 상반력 중심점(목표 ZMP) 주위에 보상 전체 상반력 모멘트, 또는, 보상 전체 상반력 모멘트와 보정 목표 상반력 모멘트와의 합이 작용하도록 목표 상반력을 수정한다.

복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)는, 수정된 목표 상반력에, 센서 검출값 등으로부터 산출되는 실제 로봇의 상태 및 상반력을 일치시키려고 상기 기구변형보상된 수정 목표 위치 자세(궤도)를 결정한다. 단 모든 상태를 목표에 일치시키는 것은 사실상 불가능하므로, 이들 사이에 트레이드오프 관계를 주어서 타협적으로 될수 있는 한 일치시킨다. 즉, 각 목표에 대한 제어편차에 가중치를 부여하여, 제어편차(또는 제어편차의 2승)의 가중평균이 최소가 되도록 제어한다. 이것에 의해 실제의 족평위치 자세와 전체 상반력이 목표 족평위치 자세와 목표 전체 상반력(목표 ZMP 주위의 보상 전체 상반력 모멘트를 포함함)에 대략 따르도록 제어된다.

[제 2 실시형태]

다음에 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다. 본 실시형태는, 로봇(1)의 기구적 구성 및 제어 유닛(60)의 기능적 구성(상기 도 4에 도시한 기능적 구성)은 제 1 실시형태와 동일하고, 단순화 모델 및 제 1 변위차원 보정용 모델과, 보용생성 장치(100)의 처리의 일부가 제 1 실시형태와 상위하는 것이다. 따라서, 본 실시형태의 설명에서는, 제 1 실시형태와 동일 부분에 대해서는 제 1 실시형태와 동일한 부호 및 도면을 사용하여, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 제 2 실시형태는, 본 발명의 제 1 ~ 제 10 발명, 제 13 ~ 제 16발명의 1 실시형태이다.

도 16은, 본 실시형태에서의 단순화 모델(동역학 모델)의 구조를 도시하고, 도 17은 본 실시형태에서의 제 1 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하고 있다.

도 16에 도시하는 본 실시형태의 단순화 모델은, 로봇(1)의 각 다리체(2)(상세하게는 각 다리체(2)의 족평(22))에 각각 대응하는 2개의 족평 질점(2m2, 2m2), 및 상체(3)에 대응하는 상체 질점(3m2)으로 이루어지는 3질점과, 이너셔(J)가 있고 질량이 없는 플라이휠(FH)로 구성되는 모델로서, 상기 공보문헌 1의 도 11에 도시한 모델과 동일하다. 따라서, 본 명세서에서의 상세한 설명은 생략하지만, 그 개요는 다음과 같다.

즉, 이 단순화 모델에서는, 각 족평 질점(2m2, 2m2)의 동역학(운동과 상반력과의 관계), 및 상체 질점(3m2) 및 플라이휠(FH)의 동역학이 서로 비간섭으로 구성되는 동시에, 로봇(1) 전체의 동역학은 그것들의 선형 결합으로 표시된다. 또한 플라이휠(FH)의 회전 운동에 의해 발생하는 상반력은, 상체(3)의 자세각의 회전 운동(병진 상반력을 변화시키지 않고, 상반력 모멘트만을 변화시키는 회전 운동)에 의해 발생하는 상반력에 대응한다. 또한, 상체 질점(3m2)은, 상체(3)의 위치 자세에 대응하여 일의적으로 정해지는 점(상체(3)에 임의로 고정된 로컬 좌표계상에서의 어떤 고정점)에 설정되어 있고, 각 다리 질점(2m2)은, 각 다리체(2)의 족평(22)의 위치 자세에 대응하여 일의적으로 정해지는 점(족평(22)에 임의로 고정된 로컬 좌표계상에서의 어떤 고정점)에 설정되어 있다. 또, 각 질점(2m2, 2m2, 3m2)의 질량의 총합은, 로봇(1)의 총질량과 동일하다. 상체 질점(3m2)의 질량은, 상체(3)의 질량 이외, 양 팔체(5, 5)의 질량을 포함하고 있다.

이 단순화 모델의 동역학을 기술하는 식(운동방정식)은, 이하의 식11-13에 의해 표시된다. 단, 본 명세서의 이해의 편의상, 여기에서는 사지탈 플레인(전후 축(X축)과 연직축(Z축)을 포함하는 평면)에서의 운동방정식만을 기술하고, 래터럴 플레인(좌우 축(Y축)과 연직축(Z축)을 포함하는 평면)에서의 운동방정식은 생략한다. 또, 식11-13의 변수는 이하와 같이 정의한다.

Zsup: 지지 다리 족평 질점 연직위치, Zswg: 미착지 다리 족평 질점 연직위치, Zb: 상체 질점 연직위치, Xsup: 지지 다리 족평 질점 수평위치, Xswg: 미착지 다리 족평 질점 수평위치, Xb: 상체 질점 수평위치, θby: 연직방향에 대한 Y축 주위의 상체자세각, mb: 상체 질점 질량, msup: 지지 다리 족평 질점 질량, mswg: 미착지 다리 족평 질점 질량, J: 플라이휠의 관성 모멘트, Fx: 상반력 수평성분, Fz: 상반력 연직성분, My: 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트(상세하게는 상반력 모멘트의 좌우 축(Y축) 주변 성분)

Fz=mb*(g+d2Zb/dt2)+msup*(g+d2Zsup/dt2)

+mswg*(g+d2Zswg/dt2) ……식11

Fx=mb*d2Xb/dt2+msup*d2Xsup/dt2+mswg*d2Xswg/dt2 ……식12

My=-mb*(Xb-Xzmp)*(g+d2Zb/dt2)+mb*(Zb-Zzmp)*(d2Xb/dt2)

-msup*(Xsup-Xzmp)*(g+d2Zsup/dt2)

+msup*(Zsup-Zzmp)*(d2Xsup/dt2)

-mswg*(Xswg-Xzmp)*(g+d2Zswg/dt2)

-mswg*(Zswg-Zzmp)*(d2Xswg/dt2)+J*d2θby/dt2 …식13

이러한 단순화 모델을 사용하는 제 2 실시형태에서는 후술하는 바와 같이, 상기 공보문헌 1과 완전히 동일하여, 목표 ZMP를 충족하는 단순화 모델 보용이 생성된다.

다음에 도 17을 참조하여 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델을 설명하면 이 모델은, 상체(3), 각 다리체(2)의 대퇴 링크, 족평(22)에 각각 대응하는 상체 질점(A1), 대퇴 질점(A2, A3), 족평 질점(A4, A5)으로 이루어지는 5질점 모델이다. 또, 로봇(1)의 상체(3)(상체 링크)가, 상체 질점(A1)의 주위에 이너셔(관성 모멘트)(Ib)를 갖는 것으로 되어 있다. 즉, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델은, 제 1 실시형태의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델과 같이 질점(A1~A5)와 이너셔를 갖는 상체 링크를 요소로 하여 구성되어 있다.

이 경우, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5)은, 상기 제 1 실시형태의 제 1 혹은 제 2 변위차원 보정용 모델의 것과 같이 각각 대응하는 부위(상체(3), 각 족평(22))의 위치 자세에 대응하여 일의적으로 정해지는 점(그 대응하는 부위에 임의로 고정 설정한 로컬 좌표계에서의 어떤 고정점)에 설정되어 있다. 또한, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5) 및 각 대퇴 질점(A2, A3)의 질량의 총 합계는, 로봇(1)의 총질량(mtotal)과 일치한다. 또, 상체 질점(A1)의 질량은, 상체(3)의 질량 이외에, 양 팔체(5, 5) 및 머리부(4)의 질량을 포함하고 있다.

그리고, 본 실시형태에서도 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치에는, 어떤 기하학적 구속조건이 설정되어 있다. 구체적으로는, 이 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 로봇(1)의 각 다리체(2)의 무릎 관절을, 이 다리체(2)의 발목 관절의 중심과 가랑이 관절의 중심을 연결하는 선분의 방향으로만 신축하는 직동형(텔 레스코픽형)의 관절로 간주하고 있고, 각 대퇴 질점(A2, A3)은 대응하는 다리체(2)의 발목 관절의 중심과 가랑이 관절의 중심을 연결하는 선분의 내분점에 설정되어 있다. 그 내분점은, 이 내분점으로부터 발목 관절의 중심까지의 거리와 가랑이 관절의 중심까지의 거리와의 비율이 소정의 비율이 되는 점이며, 각 다리체(2)를 직선 형상으로 연장시켰을 때의 무릎 관절의 근방의 점(예를 들면 이 무릎 관절의 중심보다도 약간, 대퇴 링크(24) 근처의 점)이다. 따라서, 본 실시형태에서의 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 대퇴 질점(A2, A3)이 대응하는 다리체(2)의 발목 관절의 중심과 가랑이 관절의 중심을 연결하는 선분의 내분점에 구속되어 있다.

또한, 대퇴 질점(A2, A3)은, 상기 내분점으로부터 상기 선분과 직각인 방향에 소정의 거리 만큼 오프셋한 점에 설정해도 좋다. 바꿔 말하면, 상기 선분으로부터 소정의 거리만큼 벗어난, 이 선분에 평행한 직선상에 각 대퇴 질점(A2, A3)을 설정해도 좋다.

또, 이 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 글로벌 좌표계상에서의 위치, 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각은, 단순화 모델 보용의 운동의 순간값에 대응하여 기하학적으로 정해지는 것으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 글로벌 좌표계에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세에 대응하는 위치에 결정되고, 각 족평 질점(A4, A5)의 글로벌 좌표계에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또한, 상체 링크의 자세각은 단순화 모델 보용의 상체자세와 동일하게 된다. 그리고, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 글로벌 좌표계상에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세와 각 족평위치 자세를 기초로 정해지는 상기의 내분점의 위치에 결정된다. 즉, 로봇(1)의 상체위치 자세 및 각 족평위치 자세에 대응하여, 각 다리체(2)의 각 가랑이 관절 및 각 발목 관절의 중심점의 글로벌 좌표계에서의 위치가 일의적으로 정해지므로, 각 다리체(2)의 가랑이 관절의 중심점 및 발목 관절의 중심점을 연결하는 선분의 내분점으로서의 각 대퇴 질점(A2, A3)의 글로벌 좌표계에서의 위치가 정해진다.

또, 제 2 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 그 질점(A1~A5)의 전체중심이 단순화 모델상에서의 로봇(1)의 전체중심의 위치, 즉, 단순화 모델의 모든 질점(2m2, 2m2, 3m2)의 중심의 위치에 일치하도록 상기 내분점에 영향을 미치는 소정의 비율과, 질점(A1~A5)의 질량비가 결정되어 있다.

여기에서, 제 2 실시형태에서 상기한 바와 같이 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 정한다는 것은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(글로벌 좌표계에서의 질점(A1~A5)의 위치 및 상체 링크의 자세)를 정하기 위한 기하학적 구속조건(3)을 다음과 같이 정의했을 때, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 그 기하학적 구속조건(3)에 따라서 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 결정하는 것과 동일하다.

기하학적 구속조건(3): 주어진 임의의 순간 목표 운동에 대해, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소중 상체 질점(A1) 및 상체 링크의 배치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 상체(3)의 위치 자세에 대응하여 정해지는 배치에 일치하고, 또한, 각 족평 질점(A4, A5)의 위치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 각 족평 위치 자세에 대응하여 정해지는 배치에 일치하고, 또한, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 각 다리체(2)의 가랑이 관절의 중심과 발목 관절의 중심을 연결하는 선분상의 소정의 내분점의 위치에 일치한다.

제 2 실시형태에서는 이 기하학적 구속조건(3)이 본 발명에 있어서의 제 1 기하학적 구속조건에 상당하는 것이다.

또한, 본 실시형태에서는 제 2 변위차원 보정용 모델의 구조는, 상기 도 8에 도시한 제 1 실시형태의 것과 동일한 구조이며, 본 실시형태(제 2 실시형태)에서의 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하게, 상체 질점(A1), 대퇴 질점(A2, A3), 및 족평 질점(A4, A5)을 갖고, 또한 상체 링크에 이너셔(Ib)를 갖고 있다. 이 경우, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5)의 대응하는 부위(상체(3), 각 족평(22))에 고정된 로컬 좌표계에서의 위치는, 도 17의 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 또, 각 질점(A1~A5)의 질량과 상체 링크의 이너셔(Ib)는, 도 17의 제 1 변위차원 보정용 모델의 것과 동일하다. 그리고, 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 각 질점(A1~A5) 및 상체(3)(상체 링크)는 로봇(1)이 취할 수 있는 임의의 자세상태에 대응하는 위치 자세로 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 로봇(1)의 임의인 순간 목표 운동과 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치 사이에는, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 상기 기하학적 구속조건(2)이 설정되어 있다.

다음에 본 실시형태(제 2 실시형태)에서의 보용생성 장치(100)의 처리를 상세하게 설명한다. 본 실시형태에서의 보용생성 장치(100)의 기본적 처리수순은, 제 1 실시형태와 동일하며, 상기 도 9의 플로차트에 따라서 보용이 생성된다.

구체적으로는, S010으로부터 S018까지의 처리가 제 1 실시형태와 동일하게 실행된다. 이것들의 처리는, 제 1 실시형태와 동일하다.

그리고, S018의 다음에 S020의 처리가 실행되고, 금회 보용의 보용 패러미터가 결정된다. 즉, 금회 보용의 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 팔자세 궤도, 목표 ZMP 궤도, 및 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 패러미터가 결정되는 동시에, 기준 상체자세 궤도, 상반력 수평성분 허용범위, 및 ZMP 허용범위를 규정하는 패러미터가 결정된다. 이 경우, 본 실시형태에서의 단순화 모델은, 상기한 바와 같이 상기 공보문헌 1에서 사용하고 있는 동역학 모델과 동일하므로, 동 공보문헌 1의 도 13의 S022-S030의 처리와 동일한 처리를 본 실시형태의 S020에서 실행함으로써 금회 보용의 보용 패러미터가 결정된다.

또한, 동 공보문헌 1의 도 13의 S022-S028의 처리에서는, 정상보용의 작성 등을 위해, 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위를 설정하여 사용하고 있는데, 본 실시형태에서는, 그 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위는, 예를 들면 동 공보문헌 1의 도 13의 S30에서 설정하는 풀 모델 보정용의 상반력 수평성분 허용범위와 동일하게 하거나, 혹은, 그것보다도 넓은 범위로 설정하면 된다. 또는, 본 명세서의 제 1 실시형태와 동일하게, 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위를 무한대의 범위로 하거나, 혹은, 단순화 모델 보용(혹은 정상보용)의 상반력 수평성분이 항상 그 상반력 수평성분 허용범위내에 들어가는 넓은 범위로 정해도 좋다.

이어서, 도 9의 S020의 처리후, 또는 S016의 판단 결과가 NO이었을 경우에는, S022로 진행되고, 보용 패러미터(S020에서 결정한 보용 패러미터)를 기초로, 금회 보용(단순화 모델 보용)의 순간값이 결정된다. 이 경우, 본 실시형태에서의 단순화 모델은, 상기한 바와 같이 상기 공보문헌 1에서 사용하고 있는 동역학 모델과 동일하므로, 동 공보문헌 1의 도 13의 S032의 처리와 동일한 처리를 본 실시형태의 S022에서 실행함으로써 단순화 모델 보용의 순간값이 결정된다.

보다 구체적으로는, 상기 S020에서 결정한 보용 패러미터를 기초로, 목표 족평위치 자세, 목표 ZMP, 목표 팔자세, 목표 상반력 연직성분, 기준 상체자세의 순간값이 결정되고, 또한, 상기 도 16의 단순화 모델상에서, 로봇(1)의 운동이 발생하는 관성력과 중력과의 합력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트 수평성분이 0이 되고, 또한, 그 합력의 병진력 연직성분이 목표 상반력 연직성분에 균형이 잡히고, 또한, 상반력 수평성분이 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위를 넘지 않도록 목표 상체위치 자세의 순간값이 결정된다. 여기에서, 목표 상체위치 자세의 순간값에 관하여 보충하면, 목표 상체위치 연직성분은 목표 상반력 연직성분과 상기 식11로부터 구해지는 단순화 모델의 상체 질점(3m2)의 연직위치에 대응하여 결정된다. 그리고, 목표 상반력 연직성분이 비교적 큰 시기에서는, 주로 상체(3)의 수평가속도를 조정하여, 목표 ZMP 주위의 모멘트 수평성분이 0이 되도록 하면서, 목표 상체자세의 순간값이 기준 상체자세(예를 들면 연직자세)에 근접하도록 목표 상체자세 및 목표 상체위치 수평성분이 결정된다. 또, 목표 상반력 연직성분이 비교적 작거나, 혹은 0이 되는 시기에서는, 상체(3)의 수평가속도를 거의 0으로 하면서, 주로 상체(3)의 자세각의 각가속도를 조정하여, 목표 ZMP 주위의 모멘트 수평성분이 0이 되도록, 목표 상체자세 및 목표 상체위치 수평성분의 순간값이 결정된다.

또한, S022의 처리에서 사용하는 단순화 모델 보용용의 상반력 수평성분 허용범위는 상기 S020의 처리에서 사용하는 것과 동일해도 좋다.

이어서, S024로 진행되어 변위차원 보정 서브루틴이 실행된다. 이 서브루틴 처리는, 기본적 처리수순은, 상기 제 1 실시형태와 동일하고, 상기 도 10의 플로차트에 따라서 실행된다. 즉, 우선, S200에서, 현재 시각(t)의 단순화 모델 보용의 순간값을 기초로, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치와 이너셔를 갖는 상체 링크의 자세각을 구한다. 이 경우, 상기한 바와 같이, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세의 순간값에 대응하는 위치에 결정되고, 각 족평 질점(A4, A5)의 위치는 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또한 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세와 각 족평위치 자세를 기초로 정해지는 로봇(1)의 각 다리체(2)의 가랑이 관절의 중심점과 발목 관절의 중심점을 연결하는 선분을 소정의 비율로 내분하여 이루어지는 내분점의 위치에 결정된다. 또한 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 링크의 자세각은 단순화 모델 보용의 상체자세각과 동일하게 된다.

이것에 의해 단순화 모델 보용의 순간 목표 운동(금회 시각(t)의 순간값)으로부터, 본 실시형태에서의 제 1 변위차원 보정용 모델에 영향을 미치는 상기 기하 학적 구속조건(3)에 따라, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치가 결정되게 된다. 또한, 이 배치는, 제 1 및 제 3 발명에 있어서의 제 1 배치에 상당하는 것이다.

이어서, S202로부터 S218까지의 처리가 실행된다. 이들 처리는, 제 1 실시형태와 동일하다. 즉, 상기 조건 1, 2를 충족시키는 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(이것은 제 1 발명에 있어서의 제 3 배치, 제 3 발명에 있어서의 제 2 배치에 상당함), 나아가서는 변위차원 보정 상체위치 자세가 탐색적으로 구해지고, 그것이, 금회 시각(t)에 있어서의 변위차원 보정 상체위치 자세(Pb2, θb2)로서 결정된다. 이것에 의해 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 수정하여 이루어지는 변위차원 보정 보용이 얻어진다. 보충하면, 본 실시형태에서는 각 변위차원 보정용 모델의 양 족평 질점(A5, A6)의 위치는, 양 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 따라서, S208에서 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)을 산출할 때에는, 양 족평 질점(A5, A6)에 관계되는 항은 생략해도 좋다.

도 9의 설명으로 되돌아와, 전술의 바와 같이 변위차원 보용보정 서브루틴을 실행한 후, S026-S032의 처리가 제 1 실시형태와 동일하게 실행된다. 이것들의 처리는 제 1 실시형태와 동일하다.

또한, 보용생성 장치(100)에서 이상에서 설명한 바와 같이 생성되는 목표 보용을 입력하는 복합 컴플라이언스 제어장치(101)의 동작은 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

여기에서, 본 실시형태에서의 상기 변위차원 보정 보용에 대해 도 18 및 도 19를 참조하여 보충 설명을 해 둔다. 도 18은 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각을 단순화 모델 보용대로 결정한 경우(즉 단순화 모델 보용을 상기 S024에서 보정하지 않을 경우)에 있어서의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과의 관계를 예시하고 있다. 이 경우의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)의 자세각, 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는, 달리 말하면, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 상기 기하학적 구속조건(2)을 따라서 결정된 것(이것은 제 1 발명에서의 제 2 배치에 상당함)이라 할 수 있다. 또한, 도 18에서는, 단순화 모델 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)(i=1,2,…,5)의 위치를 Pi2'(Ai)로 나타내고 있다.

또, 도 19는 상기한 변위차원 보용보정 서브루틴에 의해 결정되는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체(3)(상체 링크)의 자세각과의 관계를 예시하고 있다.

도 18에 도시하는 예에 있어서, 단순화 모델 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치(Pi2')에서는, 대퇴 질점(P22', P32')이 제 1 변위차원 보정용 모델에 대해 로봇(1)의 전방측에 존재한다. 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 전체중심이 단순화 모델 보용에서의 로봇(1)의 전체중심보다도 로봇(1)의 전방측(X축의 정방향)으로 치우친다. 달리 말하면, 양 다리체 (2, 2)의 각 대퇴 질점(A2, A3)의 모델간 의사 병진 가속도에 의해 각 대퇴 질점(A2, A3)이 발생하는 관성력의 병진력 성분(=각 질점(A2, A3)의 질량*모델간 의사 병진 가속도)의 총 합계가 로봇(1)의 후방측에 발생하는 것이 된다. 또한 각 대퇴 질점(A2, A3)의 모델간 의사 병진 가속도에 의해 각 대퇴 질점(A2, A3)이 발생하는 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트가 로봇(1)의 후방 경사측에 발생하는 것이 된다. 또한, 본 실시형태에서는 단순화 모델 보용과 제 1 변위차원 보정용 모델에서, 양 족평위치 자세 및 상체위치 자세는 동일하므로, 도 18의 예에서는, 상체 질점(A1), 각 족평 질점(A4, A5)의 각각의 모델간 의사 병진 가속도는 0이며, 또한 상체 링크의 모델간 의사 각가속도도 0이다.

이에 반해, 상기 변위차원 보용보정 서브루틴에서 변위차원 보정 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치를 결정했을 때에는, 도 19에 도시되는 바와 같이, 대퇴 질점(A2, A3)의 전방측으로의 치우침을 보상하도록 하고, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)의 위치가, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(A1)보다도 후방측으로 결정되고, 바꾸어 말하면, 상체위치가 단순화 모델 보용보다도 후방측으로 보정된다. 동시에, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)의 위치 및 이너셔를 갖는 상체(3)의 자세는, 상기한 각운동량적이 어떤 일정값이 되도록 결정된다. 도시의 예에서는, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 상체자세(실선으로 나타내는 상체(3)의 자세)는, 단순화 모델 보용의 상체자세(파선으로 나타내는 상체(3)의 자세)에 대해, 각도 θb2-θb1만큼 전방으로 경사져 있다. 보충하면, 도 19의 사선 혹은 횡선을 넣은 삼각형의 면적의 2배가, 각각, 상체 질점(A1), 대퇴 질점(A2, A3)에 관계되는 각운동량적에 상당하는 것이다.

이 때문에, 변위차원 보정 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Ai)의 위치 및 상체 링크의 자세각에서는, 각 질점(Ai)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분의 총 합계가 도 18에 도시한 경우보다도 작아져서, 거의 0이 되는 동시에, 이 관성력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트의 총 합계도 도 18에 도시한 경우보다도 소정의 값(상기 조건 2에 관계되는 「일정값」에 상당하는 값)에 근접한다.

이것에 의해 변위차원 보정 보용은, 단순화 모델 보용에서는 고려되지 않은 각 다리체의 무릎 관절 부근의 부분의 운동에 수반되는 관성력의 영향을 보상하여, 단순화 모델 보용의 목표 상반력과 동일한 상반력이 발생하도록 로봇(1)의 목표 운동을 보정한 것이 된다.

또한, 본 실시형태에 의할 때에는, 로봇(1)의 직립 자세상태로부터 목표 ZMP를 일정하게 유지하고, 양 다리체(2, 2)의 무릎 관절을 구부리면서, 상체(3)를 내리는 보용을 생성했을 때에는, 상기 제 1 실시형태와 동일하게(상기 도 14에 도시한 것과 동일하게), 변위차원 보정 상체위치 자세는, 상체(3)와 양 다리체(2, 2)와의 연결부인 가랑이 관절(상체(3)의 하단부)이 단순화 모델 보용 보다도 로봇(1)의 후방측(즉 무릎 관절이 돌출하는 방향과 거의 반대방향)으로 변위하고, 또한, 상체(3)가 단순화 모델 보용의 상체자세 보다도 전방 경사측으로 기우는 위치 자세가 된다.

[제 3 실시형태]

다음에 본 발명의 제 3 실시형태를 설명한다. 본 실시형태는, 로봇(1)의 기구적 구성은 제 1 실시형태와 동일하며, 단순화 모델, 제 1 변위차원 보정용 모델 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 구조와, 보용생성 장치(100)의 처리의 일부가 제 1 및 제 2 실시형태와 상이한 것이다. 따라서, 본 실시형태의 설명에서는, 제 1 또는 제 2 실시형태와 동일 부분에 대해서는 제 1 또는 제 2 실시형태와 동일한 부호 및 도면을 사용하고, 상세한 설명을 생략한다. 이하, 상기 제 1 또는 제 2 실시형태와 상이한 부분을 주체로 하여, 본 실시형태를 설명한다. 또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 ~ 제 8 발명의 1실시형태이다.

본 실시형태에서는 단순화 모델은, 예를 들면 상기 도면 8의 제 2 변위차원 보정용 모델과 동일한 구조의 모델로 되어 있다. 즉, 본 실시형태의 단순화 모델은, 상기 도 8에 도시한 바와 같이, 상체(3), 양 다리체(2, 2)의 대퇴 링크, 양 족평(22, 22)에 각각 대응하는 상체 질점(A1), 대퇴 질점(A2, A3), 족평 질점(A4, A5)으로 이루어지는 5질점을 갖고, 또, 상체(3)(상체 링크)가 상체 질점(A1)의 주위에 이너셔(Ib)를 갖는 동역학 모델이다. 이 단순화 모델의 동역학은, 그 식의 기재는 생략하지만, 상기한 제 2 실시형태의 단순화 모델 등과 동일하게, 각 질점(A1~A5)의 병진 운동 및 상체 링크의 회전 운동과, 상반력(병진 상반력 및 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트)과의 관계식으로서 기술된다. 예를 들면, 각 질점(A1~A5) 및 상체 링크의 동역학은 서로 비간섭으로 구성되고, 로봇(1)의 전체의 동역학은, 그것들의 선형결합으로 표시된다.

도 20은, 본 실시형태에 있어서의 제 1 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하고 있다. 또한, 도 20에서는, 로봇(1)의 자세상태가 양 다리체(2, 2)를 좌우 방향(Y축 방향)으로 병렬시켜서 기립하고 있는 상태이기 때문에, 양 다리체(2, 2)가 도면상, 겹쳐 있다.

이 제 1 변위차원 보정용 모델은, 로봇(1)의 상체(3)에 대응하는 1개의 상체 질점(B1), 각 다리체(2)의 무릎 관절 근방의 대퇴 링크 부분에 대응하는 대퇴 질점(B2, B3), 각 다리체(2)의 선단부(족평(22))에 각각 대응하는 족평 질점(B4, B5), 및, 로봇(1)의 각 팔체(5)에 각각 대응하는 팔 질점(B6, B7)으로 이루어지는 7질점 모델이다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델에 있어서의 상체(3)(상체 링크)은, 상체 질점(A1)의 주위에 이너셔(관성 모멘트)(It)를 갖는 동시에, 각 팔체(5)는, 각 팔 질점(B6, B7)의 주위에 이너셔(Ia)를 갖는 것으로 되어 있다. 즉, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델은, 질점(B1~B7)과, 이너셔(It)를 갖는 상체(3)와, 이너셔(Ia)를 각각 팔체(5, 5)를 요소로 하여 구성되어 있다.

이 경우, 제 1 변위차원 보정용 모델에서의 상체 질점(B1)과, 대퇴 질점(B2, B3)과, 족평 질점(B4, B5)은, 상기 제 1 실시형태의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(A1~A5)과 동일하게, 각각 대응하는 부위(상체(3), 각 대퇴 링크, 각 족평(22))에 임의로 고정된 로컬 좌표계상에서의 어떤 고정점에 설정되어 있다. 또, 팔 질점(B6, B7)은, 각 팔체(5)의 1개의 링크, 예를 들면 팔체(5)의 팔꿈치 관절과 손목 관절 사이의 링크에 임의로 고정된 로컬 좌표계에서의 어떤 고정점(팔체(5)의 선단부 근처의 점)에 설정되어 있다.

또한, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(B1~B7)의 질량의 총 합계는, 로봇(1)의 총질량과 동일한 동시에, 상체 질점(B1) 및 팔 질점(B6, B7)의 질량의 총합은, 본 실시형태에서의 단순화 모델(도 8)의 상체 질점(A1)과 동일한 질량으로 되어 있다.

그리고, 본 실시형태에서도 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치에는, 어떤 기하학적 구속조건이 설정되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 양 팔체(5, 5)는, 모두 상체(3)에 대해 도 20에 도시하는 바와 같은 자세상태로 고정된 상태로 구속되어 있다. 즉, 제 1 변위차원 보정용 모델에서의 양 팔체(5, 5)의 상체(3)에 대한 상대 자세, 나아가서는, 상체 질점(B1)과 팔 질점(B6, B7) 사이의 상대적 위치관계는 일정하다.

보충하면, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1) 및 팔체 질점(B6, B7)의 중심점은, 본 실시형태에 있어서의 단순화 모델(도 8)의 상체 질점(A1)과 일치하는 것으로 되어 있다. 또, 상체 링크의 이너셔(It)와, 각 팔체(5)의 이너셔(Ia)는 본 실시형태의 단순화 모델의 상체 링크의 이너셔(Ib)와 다음 관계식 14를 충족시키도록 설정되어 있다.

Ib=It+Ib

+상체 질점(B1)의 질량*(상체 질점(B1)과 상체 질점(A1)과의 거리)²

+팔체 질점(B6)의 질량*(팔체 질점(B6)과 상체 질점(A1)과의 거리)²

+팔체 질점(B7)의 질량*(팔체 질점(B7)과 상체 질점(A1)과의 거리)²

…식14

또, 이 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(B1~B7)의 글로벌 좌표계상에서의 위치, 및 상체(3)의 자세는, 단순화 모델 보용의 운동의 순간값에 대응하여 기하학적으로 정해지는 것으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 글로벌 좌표계에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세에 대응하는 위치에 결정되고, 각 족평 질점(B4, B5)의 글로벌 좌표계에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또, 각 대퇴 질점(B2, B3)의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세 및 양 족평위치 자세로부터 정해지는 각 다리체(2)의 대퇴 링크의 위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또한, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 상체(3)에 대한 팔체(5, 5)의 상대 자세는 상기한 바와 같이 일정하므로, 팔 질점(B6, B7)의 글로벌 좌표계에서의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세에 대응해서 일의적으로 정해지게 된다.

여기에서, 제 3 실시형태에서 상기한 바와 같이 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 정한다는 것은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(글로벌 좌표계에서의 질점(B1~B7)의 위치, 및 상체 링크 및 각 팔체의 자세)을 정하기 위한 기하학적 구속조건(4)을 다음과 같이 정의했을 때, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 그 기하학적 구속조건(4)에 따라서 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 정하는 것과 같다.

기하학적 구속조건(4): 주어진 임의의 순간 목표 운동에 대해, 제 1 변위차 원 보정용 모델의 요소중 상체 질점(B1) 및 상체 링크의 배치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 상체(3)의 위치 자세에 대응하여 정해지는 배치와 일치하고, 또한, 각 족평 질점(B4, B5)의 위치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 각 족평위치 자세에 대응하여 정해지는 위치에 일치하고, 또한, 각 대퇴 질점(B2, B3)의 위치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 각 다리체(2)의 대퇴 링크의 위치 자세에 대응하여 정해지는 위치에 일치하고, 또한, 각 팔 질점(B6, B7) 및 각 팔체(5)(이너셔를 갖는 링크)의 배치가, 주어진 순간 목표 운동에 있어서의 로봇(1)의 상체(3)의 위치 자세에 대해 소정의 상대 관계를 갖는 배치로 된다.

제 3 실시형태에서는 이 기하학적 구속조건(4)이 본 발명에서의 제 1 기하학적 구속조건에 상당하는 것이다.

도 21은 본 실시형태에서의 제 2 변위차원 보정용 모델의 구조를 도시하고 있다. 이 제 2 변위차원 보정용 모델은, 기본적 구조는 도 20의 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하고, 제 1 변위차원 보정용 모델과 마찬가지로 7개의 질점(B1~B7)을 갖는 동시에, 상체(3)(상체 링크)가 질점(B1)의 주위에 이너셔(It)를 갖고, 또, 각 팔체(5)가 팔 질점(B6, B7)의 주위에 이너셔(Ia)를 갖는 모델이다. 각 질점(B1~B7)의 질량과, 각 질점(B1~B7)의, 대응하는 부위에 고정 설정된 로컬 좌표계에서의 위치는, 도 20의 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 또, 각 이너셔(It, Ia)도 도 20의 제 1 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 그리고, 이 제 2 변위차원 보정용 모델에서는, 각 질점(B1~B7), 및 상체(3)(상체 링크) 및 각 팔체(5) 는 로봇(1)이 취할 수 있는 임의의 자세상태에 대응하는 위치 자세로 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 로봇(1)의 임의의 순간 목표 운동과 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치 사이에는, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 상기 기하학적 구속조건(2)이 설정되어 있다.

이 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(B1~B7)의 글로벌 좌표계에서의 위치에 관해서는, 각 족평 질점(B4, B5)의 위치는, 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또, 상체 질점(B1), 각 대퇴 질점(B2, B3)의 위치, 및 각 팔 질점(5)의 위치 및 상체(3)(상체 링크) 및 팔체(5)의 자세는, 상기 조건 1, 2를 충족시키고, 또한, 상체(3)에 대한 팔체(5)의 상대자세가 단순화 모델 보용의 상대자세에 일치하도록 결정된다.

다음에, 본 실시형태(제 3 실시형태)에 있어서의 보용생성 장치(100)의 처리를 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 보용생성 장치(100)의 기본적 처리수순은, 제 1 실시형태와 동일하고, 상기 도 9의 플로차트에 따라 보용이 생성된다. 단, 본 실시형태에서는 S026의 처리는 생략된다.

구체적으로는, S010부터 S018까지의 처리가 제 1 실시형태와 동일하게 실행된다. 이들 처리는 제 1 실시형태와 동일하다.

그리고, S018의 다음에 S020의 처리가 실행되고, 금회 보용의 보용 패러미터가 결정된다. 즉, 금회 보용의 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 팔자세 궤도, 목표 ZMP 궤도, 및 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 패러미터가 결정되는 동시에, 기준 상체자세 궤도, 상반력 수평성분 허용범위, 및 ZMP 허용범위를 규정하는 패러 미터가 결정된다. 이 경우, S020의 처리는, 예를 들면 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로 행하면 된다. 단, 본 실시형태에서는 S020의 처리를 행하기 위한 동역학 모델(단순화 모델)로서, 상기 도 16의 동역학 모델 대신에, 도 8의 단순화 모델이 사용된다.

이어서, 도 9의 S020의 처리후, 혹은 S016의 판단 결과가 NO 이었을 경우에는, S022로 진행되고, 보용 패러미터(S020에서 결정한 보용 패러미터)를 기초로, 금회 보용(단순화 모델 보용)의 순간값이 결정된다. 이 처리는, 예를 들면 상기 제 2 실시형태와 동일하게 행해진다. 단, 본 실시형태에서는 금회 보용의 순간값(상세하게는 상체위치 자세의 순간값)을 결정하기 위해서, 도 8의 단순화 모델이 사용된다. 보충하면, 본 실시형태에서의 도 8의 단순화 모델에서는, 상체(3)에 대한 양 팔체(5, 5)의 상대자세는 상기 도 20에 도시한 자세상태로 고정되어 있는 것으로 하고 있다. 따라서, S022에서 구해지는 금회 보용의 순간값중, 상체위치 자세의 순간값은 상체(3)에 대한 양 팔체(5, 5)의 상대자세를 도 20의 자세상태로 고정하고 있다고 간주하고, 도 8의 단순화 모델상에서 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트의 수평성분이 0이 되도록 결정된 것이 된다.

이어서, S024로 진행되어 변위차원 보정 서브루틴이 실행된다. 이 서브루틴 처리는, 기본적 처리수순은 상기 제 1 실시형태와 동일하지만, 일부의 처리가 제 1 실시형태와 상위하고 있다. 그 처리는 도 23의 플로차트에 따라서 실행된다. 즉, 우선, S400에서, 현재 시각(t)의 단순화 모델 보용의 순간값을 기초로, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(B1~B7)의 위치와, 이너셔를 갖는 상체 링크 및 각 팔 체(5, 5)의 자세를 구한다. 이 경우, 상기한 바와 같이, 본 실시형태의 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1) 및 양 팔 질점(B6, B7)의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세에 대응하는 위치에 결정되고, 각 족평 질점(B4, B5)의 위치는, 단순화 모델 보용의 각 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또, 각 대퇴 질점(B2, B3)의 위치는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세 및 양 족평위치 자세로부터 정해지는 각 다리체(2)의 대퇴 링크의 위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 링크의 자세는, 단순화 모델 보용의 상체자세와 동일하게 된다. 또, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 팔체(5, 5)의 자세는, 상기한 바와 같이, 상체(3)에 대해 도 20의 자세상태에 고정되어 있으므로, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체(3)(상체 링크)의 자세가 정해지면, 일의적으로 각 팔체(5, 5)의 자세도 정해진다. 따라서, 제 1 변위차원 보정용 모델에서의 각 팔체(5, 5)의 자세는, 일반적으로는 단순화 모델 보용의 팔자세의 순간값과는 다르다.

이어서, S402로 진행되고, 상기 도 10의 S202와 완전히 동일하게, 변위차원 보정 상체위치 자세의 초기 후보가 결정된다.

이어서, S404을 경과하여, S406~S416의 루프 처리가 도 10의 S206-S216과 동일하게 실행된다. 이 경우, S406, S408, S414의 처리의 일부가 제 1 실시형태와 상이하다. 구체적으로는, S406에서는, 변위차원 보정 상체위치 자세의 현재의 후보(Pb2_s, θb2_s)와, 금회 시각(t)에서의 단순화 모델 보용의 목표 양쪽 족평위치 자세 및 목표 팔자세를 기초로, 제 2 변위차원 보정 모델에서의 각 질점(B1~B7)의 위치를 구한다. 이 경우, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 상체(3)의 위치 자세가 현재의 후보(Pb2_s, θb2_s)에 일치하고, 또한, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 각 족평(22)의 위치 자세가 단순화 모델 보용의 목표 족평위치 자세에 일치하고, 또한, 제 2 변위차원 보정용 모델에서의 로봇(1)의 양 팔체(5, 5)의 상체(3)에 대한 상대자세가 단순화 모델 보용의 팔자세에 일치하고 있다고 하고, 각 질점(B1~B7)의 위치와 각 팔체(5, 5)의 자세가 구해진다.

구체적으로는, 족평 질점(B3, B4)의 위치는, 목표 족평위치 자세로부터 결정된다. 또, 상체 질점(B1)의 위치는, 후보(Pb2_s, θb2_s)로부터 결정되고, 상체(3)(상체 링크)의 자세각은 θb2_s와 동일하게 된다. 그리고, 각 대퇴 질점(B2, B3)의 위치는, 목표 양 족평위치 자세와 후보(Pb2_s, θb2_s)로부터 정해지는 로봇(1)의 각 다리체(2)의 자세로부터 결정된다. 또한, 제 2 변위차원 보정용 모델의 양 팔체(5, 5)의 자세(상체(3)에 대한 상대자세)는, 목표 팔자세와 동일하게 된다. 또한, 양 팔 질점(B6, B7)의 위치는, 상체(3)에 대한 목표 팔자세에 대응하는 위치에 결정된다. 보충하면, 상체위치 자세와, 상체(3)에 대한 양 팔체(5, 5)의 상대 자세가 결정되면, 양 팔 질점(B6, B7)의 위치(글로벌 좌표계에서의 위치)는 일의적으로 정해진다.

또한 S408의 처리에서는, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)은 제 1 실시형태 와 동일하게, 상기 식06으로 구해진다. 단, 이 경우의 식06의 우변의 Σ의 연산은 본 실시형태에서의 변위차원 보정용 모델의 모든 질점(B1~B7)에 대한 총합이다. 또, 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)은, 예를 들면 상기 식07의 우변의 「Ib*(θ b2-θb1)」을 「It*(θb2-θb1)+Ia*(θa2R-θa1R)+Ia*(θa2L-θa1L)」로 바꿔 놓은 식에 의해 산출된다. 여기에서, θa2R은, 제 2 변위차원 보정용 모델의 우측 팔체(5R)의 상체(3)에 대한 자세를 대표하는 자세각(예를 들면 팔체(5)의 어깨 관절과 팔꿈치 관절을 연결하는 링크의 상체(3)에 대한 상대 경사각)이다. 마찬가지로, θa1R은, 제 1 변위차원 보정용 모델의 우측팔체(5R)의 상체(3)에 대한 자세각, θa2L은 제 2 변위차원 보정용 모델의 좌측팔체(5L)의 상체(3)에 대한 자세각, θalL은 제 1 변위차원 보정용 모델의 좌측팔체(5L)의 상체(3)에 대한 자세각이다. 또한, 본 실시형태에서는 양 팔체(5, 5)의 목표 팔자세는 팔꿈치 관절의 굽힘각을 일정하게 하고 있다. 보충하면, 본 실시형태에서는 식07의 우변의 Σ의 연산은, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)의 경우와 동일하게, 모든 질점(B1~B7)에 대한 총합이다.

또, S414에서, 모델간 전체 중심 벗어남 및 모델간 각운동량적 벗어남을 구하는 경우도, S408과 동일하게 행해진다.

S406-S416의 루프 처리에 이어서, S418의 처리가 실행되고, 금회 시각(t)의 변위차원 보정 상체위치 자세(Pb2, θb2)가 결정된다. 이 처리는, 도 10의 S218과 완전히 동일하다.

상기한 변위차원 보용보정 서브루틴에 의해, 상기 조건 1, 2를 충족시키는 변위차원 보정 상체위치 자세가 탐색적으로 구해지고, 그것이, 금회 시각(t)에 있어서의 변위차원 보정 상체위치 자세(Pb2, θb2)로서 결정된다. 이것에 의해 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 수정하여 이루어지는 변위차원 보정 보용이 얻어 진다. 보충하면, 본 실시형태에서는 각 변위차원 보정용 모델의 양 족평 질점(B5, B6)의 위치는 양 변위차원 보정용 모델과 동일하다. 따라서, S208에서 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)을 산출할 때에는, 양 족평 질점(B5, B6)에 관계되는 항은 생략해도 좋다.

도 9의 설명으로 되돌아와, 전술한 바와 같이 변위차원 보용보정 서브루틴을 실행한 후, S026의 처리를 생략하고, S028-S032의 처리가 제 1 실시형태와 동일하게 실행된다. S028-S032의 처리는 제 1 실시형태와 동일하다.

또한, 보용생성 장치(100)에서 이상에서 설명한 바와 같이 생성되는 목표 보용을 입력하는 복합 컴플라이언스 제어장치(101)의 동작은 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

여기에서, 본 실시형태에서의 상기 변위차원 보정 보용에 대해서 도 22를 참조하여 보충 설명을 해 둔다. 도 22는, 예를 들면 도 20과 같이 로봇(1)을 직립 자세로 기립시킨 상태로부터, 목표 ZMP를 유지한 채, 양 팔체(5, 5)의 선단부를 상체(3)의 전방측으로 돌출하는 보용을 생성하는 경우에 있어서, 상기한 변위차원 보용보정 서브루틴에 의해 결정되는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Bi)(i=1,2,…,7)의 위치, 상체(3)(상체 링크)의 자세각, 및 양 팔체(5, 5)의 자세와, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Bi)의 위치, 상체(3)(상체 링크)의 자세각, 및 양 팔체(5, 5)의 자세와의 관계를 예시하고 있다. 또한, 이 경우, 앞에 나타낸 도 21의 로봇(1)의 자세상태는, 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Bi)과, 상체(3)의 자세각, 및 양 팔체(5, 5)의 자세(상체(3)에 대한 상대 자세)를 단순화 모델 보용대로 결정한 경우에 상당하는 것으로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 도 21에서의 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Bi)의 위치, 및 상체(3)의 자세각 및 각 팔체(5)의 자세, 즉, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서 결정된 것으로 되어 있다. 따라서, 이 경우의 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치는, 제 1 발명에 있어서의 제 2 배치에 상당한다.

로봇(1)의 도 20의 자세상태로부터, 양 팔체(5, 5)를 도 22와 같이 전방측으로 돌출하는 보용을 생성하는 경우, 단순화 모델 보용에서는, 도 21에 도시하는 바와 같이 상체위치 자세를 유지한 채, 양 팔체(5, 5)를 전방으로 돌출하는 보용으로 된다. 이 때문에, 단순화 모델 보용대로 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 질점(Bi)의 위치, 상체(3)의 자세, 및 양 팔체(5, 5)의 자세를 결정하면, 제 2 변위차원 보정용 모델의 양 팔 질점(B6, B7)이 제 1 변위차원 보정용 모델(도 20참조)에 대해 전방측으로 돌출하게 된다. 이 때문에, 도 22에 도시하는 바와 같이, 양 변위차원 보정용 모델과 전체 중심을 일치시키기 위해(상기 조건 1을 충족시키기 위해), 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 위치(P12)는 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 위치(P11)보다도 후방측의 위치가 된다. 달리 말하면, 양 팔 질점(B6, B7)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분을, 상체 질점(A1)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력의 병진력 성분에 의해 없애도록 하여, 제 2 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 위치(P12)는 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 위치(P11)보다도 후방측의 위치가 된다. 또한, 이때, 제 1 변위차원 보정용 모델의 상체 질점(B1)의 위치(P11)보다도 후방측의 위치로 됨에 따라서, 제 2 변위차원 보정용 모델의 대퇴 질점(B2, B3)의 위치(P22, P32)도, 제 1 변위차원 보정용 모델의 대퇴 질점(B2, B3)의 위치(P21, P31)에 대해 약간 벗어난다.

또, 이 때, 가령 상체(3)의 자세를 유지하면, 제 1 변위차원 보정용 모델과 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서 상기 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)이 발생한다. 그리고, 이 벗어남(L_err)을 해소하기 위해(상기 조건 2를 충족시키기 위해), 제 2 변위차원 보정 모델에서의 상체자세(도 22에 도시한 상체(3)의 자세), 즉 변위차원 보정 보용의 상체자세는, 제 1 변위차원 보정 모델에서의 상체자세(도 20에 도시하는 상체(3)의 자세), 즉, 단순화 모델 보용의 상체자세에 대해 전방 경사측으로 기운다. 보다 상세하게 말하면, 상체 질점(B1), 대퇴 질점(B2, B3) 및 팔 질점(B6, B7)의 모델간 의사 병진 가속도에 수반되는 관성력, 및, 팔체(5, 5)의 모델간 의사 각가속도에 수반되는 관성력이 목표 ZMP 주위에 작용하는 모멘트를 없애도록 하여, 변위차원 보정 보용의 상체자세는 단순화 모델 보용의 상체자세에 대해 전방 경사측으로 기운다.

이와 같이 단순화 모델 보용에 대해 운동(상체위치 자세)을 수정한 변위차원 보정 보용이 결정됨으로써, 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트의 수평성분이 0이 되는 것 등의 동역학적 평형조건을 단순화 모델 보용과 동일하게 충족시키면서, 단순화 모델 보용보다도 동역학적 정밀도가 높은 변위차원 보정 보용이 결정되게 된다. 보충하면, 이상에서 설명한 제 1 ~ 제 3 실시형태에서는 상기한 바와 같이 제 1 기 하학적 구속조건과 제 2 기하학적 구속조건을 설정하고 있기 때문에, 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화(보용생성 장치(100)의 연산처리주기 마다의 변화)에 의해 발생하는 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력(목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트)과, 이 단순화 모델 보용의 순간 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치를 결정한 경우에 있어서의 이 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화(보용생성 장치(100)의 연산처리주기 마다의 변화)에 의해 발생하는, 그 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력(목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트)과의 차에 소정의 정상 오프셋(상기 식07-10의 「Const」에 상당하는 것)을 더한 것이, 단순화 모델 보용의 순간 운동이 단순화 모델상에서 발생하는 상반력(목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트)의 오차에 거의 일치하는 것으로 되어 있다. 따라서, 제 1 ~ 제 3 실시형태는, 제 8 발명의 실시형태로 되어 있다.

다음에, 이상에서 설명한 제 1 ~ 제 3 실시형태에 관련된 변형태양을 몇 개 설명한다.

상기 제 1 ~ 제 3 실시형태에서는 각운동량적에 영향을 미치는 점 Q로서, 목표 ZMP를 사용했지만, 점 Q는 목표 ZMP 이외의 점이어도 되고, 예를 들면 다음과 같은 점이어도 된다.

a) 보용을 기술하는 좌표계(글로벌 좌표계)의 원점

b) 로봇(1)과 함께 연속적으로 이동하는 적당하게 설정한 점

c) 풀 모델에 있어서의 로봇(1)의 전체중심

d) 단순화 모델에 있어서의 로봇(1)의 전체중심

e) 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에 영향을 미치는 어떤 소정의 질점의 집합의 중심(구체적으로는, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서 위치의 차를 발생할 가능성이 있는 질점의 집합의 중심. 예를 들면, 제 1 실시형태에서는 모든 질점(A1~A5)의 집합의 중심이 상당하고, 제 2 실시형태에서는 상체 질점(A1), 대퇴 질점(A2, A3)의 집합의 중심이 상당함)

또, 상기 제 1 ~ 제 3 실시형태의 설명에서는, 도 9의 S024의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리에 있어서, 사지탈 플레인상에서의 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정하는 처리에 대해 설명했지만, 사지탈 플레인에 직교하는 래터럴 플레인상에서의 상체위치 자세를 함께 보정하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 예를 들면 도 10의 S200-S218의 처리를 3차원으로 확장하여 행하면 된다. 또는, 사지탈 플레인상에서의 상체위치 자세의 보정 처리와, 래터럴 플레인상에서의 상체위치 자세의 보정 처리를 도 10과 같은 알고리즘에 의해, 각각 독립적으로 행하도록 해도 된다. 보충하면, 상체위치의 연직성분을 포함해서 상체위치 자세를 보정하는 경우에 있어서, 사지탈 플레인상에서의 상체위치 자세의 보정 처리와, 래터럴 플레인상에서의 상체위치의 보정 처리를 독립해서 행할 경우에는, 상체위치의 연직성분의 보정은, 사지탈 플레인상, 또는 래터럴 플레인상의 어느 한쪽의 플레인상에서의 보정 처리에 의해 행하고, 다른쪽 플레인상에서의 보정 처리에서는, 상체위치의 연직성분을 제외하고, 그 다른쪽 플레인상에서의 상체위치 자세의 보정을 행하도록 하 면 된다.

또, 한 호라이즌틀 플레인(수평면)에서의 상체위치 자세를 함께 보정하도록 해도 좋다. 또는, 사지탈 플레인, 래터럴 플레인, 호리즌틀 플레인중 어느 하나 또는 둘에 대해 상체위치 자세를 보정하도록 해도 좋다.

또, 제 1 ~ 제 3 실시형태의 도 9의 S024의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리에서는, 변위차원 보정 상체위치 자세의 초기 후보(Pb2_s, θb2_s)를 전회 제어주기의 시각에서 구한 변위차원 보정 상체위치 자세를 사용하여 결정했지만, 예를 들면 이 초기 후보(Pb2_s, θb2_s)를 단순화 모델 보용의 상체위치 자세와 동일하게 해도 좋다. 단, 상기 조건 1, 2를 충족시키는 변위차원 보정 상체위치 자세를 단시간에 탐색하는 점에서는, 상기 제 1 ~ 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 초기 후보(Pb2_s, θb2_s)를 결정하는 것이 바람직하다.

또, 제 1 ~ 제 3 실시형태의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리에서는, 상기 조건 1, 2를 충족시키는 변위차원 보정 상체위치 자세를 탐색적으로 구하도록 했지만, 예를 들면, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치(각 질점의 위치와 이너셔를 갖는 각 링크의 자세)를 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서(단순화 모델 보용에 대응시켜서)결정했을 때의 그 배치와, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치와의 차(양 모델간의 각 질점의 위치의 차와, 이너셔를 갖는 각 링크의 자세각의 차)로부터, 미리 작성한 함수식 혹은 맵 등을 사용하여, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세로부터 변위차원 보정 상체위치 자세로의 보정량을 결정하고, 그 보정량으로 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정함으로써 변위차원 보정 상체위치 자세를 결정하도록 해도 좋다.

또, 제 1 ~ 제 3 실시형태의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리에서, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(Lc_err)이 각각 허용범위내 인지의 여부의 판정(도 10의 S210 또는 도 23의 S410의 처리)을 행하지 않고, 탐색 회수(후보(Pb2_s, θb2_s)의 갱신회수)가 소정 회수에 달하면 탐색 완료로 하고, 그 때의 후보(Pb2_s, θb2_s)를 변위차원 보정 상체위치 자세로서 결정하도록 해도 좋다. 또는, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(Lc_err)이 각각 허용범위내에 들어가거나, 혹은, 탐색 회수가 소정 회수에 달하면 탐색 완료로 하여, 그 때의 후보(Pb2_s, θb2_s)를 변위차원 보정 상체위치 자세로서 결정하도록 해도 좋다.

또, 상기 제 2 실시형태에 관하여, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서의 각 대퇴 질점(A2, A3)의 각각의 위치 벗어남은 각 다리체(2)의 발목 관절의 중심점과 가랑이 관절의 중심점을 연결하는 선분에 대한 제 2 변위차원 보정 모델의 대퇴 질점(A2, A3)의 위치 벗어남(이 선분에 거의 직교하는 면내에서의 위치의 벗어남), 또는, 이 선분에 대한 무릎 관절의 중심점의 위치 벗어남과 거의 동일하다. 따라서, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err)과 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)을 구할 때에, 예를 들면 상기 식06, 07에서의 각 대퇴 질점(A2, A3)에 따른 위치 벗어남(P22-P21), (P32-P31) 대신에, 상기 선분과, 대퇴 질점(A2, A3) 혹은 각 무릎 관절의 중심과의 거리(이하, 대퇴 질점(A2, A3)의 의사 위치 벗어남 거리라고 함)을 사용해도 된다.

게다가, 이 대퇴 질점(A2, A3)의 의사 위치 벗어남 거리는, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각으로 밀접한 관계가 있어, 이 대퇴 질점(A2, A3)의 의사 위치 벗어남을 무릎 관절의 굽힘각으로부터 구하도록 해도 된다. 보다 구체적으로는, 상기한 도 18에 도시하는 바와 같이, 각 대퇴 링크(24)의 길이(대퇴 링크(24)의 양단의 가랑이 관절 및 무릎 관절의 각각의 중심점 사이의 거리)를 L, 무릎 관절의 굽힘각(대퇴 링크의 축심(가랑이 관절의 중심과 무릎 관절의 중심을 지나는 직선)에 대한 하퇴 링크의 축심(무릎 관절의 중심과 발목 관절의 중심을 지나는 직선)의 경사각)을 θ라고 했을 때, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 의사 위치 벗어남 거리는, 거의, L*sin(θ/2)와 동일한 것이 된다. 또한, 길이 L은 양 대퇴 링크(24, 24)에 대해서 동일하다. 따라서, 예를 들면 상기 식06, 07에서의 각 대퇴 질점(A2, A3)에 관계되는 위치 벗어남 (P22-P21), (P32-P31) 대신에, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각(θ)에 따라 정해지는 L*sin(θ/2)를 사용하도록 해도 좋다. 보충하면, 상체위치 자세와 양 족평위치 자세를 정하면, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각은 로봇(1)의 기하학 모델(링크 모델)에 의해 일의적으로 결정할 수 있다.

또, 상기 제 2 실시형태에서, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델의 양 족평 질점(A4, A5)의 위치는, 모두 단순화 모델 보용의 양 족평위치 자세에 대응하는 위치에 결정된다. 이 때문에, 변위차원 보정 상체위치 자세는, 결과적으로, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서의, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치의 벗어남에 따라 정해지게 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 상기 기하학적 구속조건(2)에 따라서(단순화 모델 보용에 대응시켜서) 결정했을 때의 그 배치와, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치와의 벗어남으로부터, 미리 작성한 함수식 혹은 맵 등을 사용하여, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세로부터 변위차원 보정 상체위치 자세에의 보정량을 결정하도록 했을 때에는, 단순화 모델 보용에 대응하는 제 2 변위차원 보정용 모델의 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치와, 제 1 변위차원 보정용 모델의 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치 사이의 위치 벗어남에 따라 피드 포워드 제어칙에 의해 직접적으로(미적분 연산을 사용하지 않고), 단순화 모델 보용에 대한 변위차원 보정 상체위치 자세의 보정량을 결정할 수 있게 된다. 그리고, 이 경우에, 각 대퇴 질점(A2, A3)의 위치의 벗어남 대신에, 상기한 의사 위치 벗어남 거리를 사용하거나, 또는, 그 의사 위치 벗어남에 대응하는 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각(θ)을 사용함으로써, 그 의사 위치 벗어남 거리 또는 무릎 관절의 굽힘각(θ)으로부터, 피드 포워드 제어칙에 의해 직접적으로 변위차원 보정 상체위치 자세(단순화 모델 보용의 상체위치 자세로부터 변위차원 보정 상체위치 자세의 보정량)을 결정할 수 있게 된다.

[제 4 실시형태]

이 경우의 1 실시형태를 제 4 실시형태로 하고, 도 24를 참조하여 설명한다. 이 제 4 실시형태는, 상기 도 9의 S024의 변위차원 보용보정 서브루틴만이 상기 제 2 실시형태와 상위한 것이며, 이 서브루틴 처리를 나타내는 플로차트가 도 24이다. 또한, 이 실시형태는, 제 17 및 제 18 발명의 1실시형태이다.

이하 설명하면 S600에서, 현재 시각(t)의 단순화 모델 보용의 순간값(도 9의 S022에서 구해진 것)을 기초로, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각(θ)이 구해진 다. 구체적으로는, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세와 양 족평위치 자세로부터 각 다리체(2)의 자세상태가 일의적으로 정해지므로, 그것에 의해, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각(θ)이 구해진다. 이 굽힘각(θ)은 단순화 모델 보용 바로 그것에 대응하는 무릎 관절의 굽힘각이다.

이어서, S602로 진행되고, 각 다리체(2)의 무릎 관절의 굽힘각(θ)으로부터, 예를 들면 미리 정해진 소정의 함수에 의해, 상체위치 자세의 보정량을 결정한다. 이 경우, 각 무릎 관절의 굽힘각(θ)에 대해, 상체위치의 보정량과 상체자세의 보정량이 단조로 증가 또는 감소하도록 상기 소정의 함수가 설정된다. 보다 구체적으로는, 무릎 관절의 굽힘각(θ)이 커짐에 따라, 상체위치의 보정량이, 로봇(1)의 후방측으로 커지고, 또, 상체자세의 보정량이 상체(3)측으로 커지도록 상기 소정의 함수가 설정된다.

이어서, S604로 진행되고, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세의 순간값을 S602에서 상기와 같이 구한 보정량으로 보정함으로써, 현재 시각(t)에서의 변위차원 보정 상체위치 자세를 결정한다.

이상이, 제 4 실시형태에서의 변위차원 보용보정 서브루틴의 처리이다. 이 제 4 실시형태에 의한 때에는, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델을 사용하지 않고, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세가 각 다리체(2, 2)의 무릎 관절의 굽힘각에 따라 피드 포워드 제어칙에 의해 결정되는 것이 된다. 그리고, 상체위치 자세의 보정량을 결정하는 함수를 상기한 바와 같이 설정해 둠으로써 결과적으로, 제 2 실시형태와 동일하게 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델을 사용하여 상기 조건 1, 2 를 충족시키도록 변위차원 보정 상체위치 자세를 결정한 경우와 동일하게, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정할 수 있게 된다.

또한, 제 4 실시형태에서는 상체위치 자세의 보정량을 결정하기 위해서 함수를 사용했지만, 맵을 사용해도 되는 것은 물론이다. 또, 무릎 관절의 굽힘각 대신에, 각 다리체(2)의 상기 의사 위치 벗어남 거리를 사용해도 된다. 이 경우, 각 다리체의 의사 위치 벗어남 거리로부터 상체위치 자세의 보정량을 결정하기 위한 함수 혹은 맵은, 의사 위치 벗어남 거리가 커짐에 따라, 상체위치의 보정량이, 로봇(1)의 후방측으로 커지고, 또, 상체자세의 보정량이 상체(3)의 전방측으로 커지도록 설정해 두면 된다. 이렇게 함으로써 상기 제 19 및 제 20 발명의 실시형태가 구성되게 된다.

또, 상기 제 1 ~ 제 3 실시형태에 관하여, 다음과 같은 변형태양도 가능하다. 상기 제 1 ~ 제 3 실시형태에서는 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에 있어서의 각 다리체(2)의 질점을 2개로 했는데, 예를 들면 각 다리체(2)의 족평(2)의 근방, 하퇴 링크, 및 대퇴 링크에 각각 질점을 갖는(각 다리체(2)에 3질점을 갖는) 변위차원 보정용 모델을 구축해도 된다. 이 경우, 제 2 실시형태와 같이, 제 1 변위차원 보정용 모델의 질점의 위치를 구속할 때에는, 각 족평 질점 이외의 2개의 질점을, 예를 들면 발목 관절의 중심과 가랑이 관절의 중심을 연결하는 선분상의 소정의 내분비로 정해지는 2개의 점에 설정하도록 하면 된다. 또, 하퇴 링크 및 대퇴 링크중 적어도 어느 한쪽에 상당하는 이너셔를 갖는 강체(링크)를 양 변위차원 보정용 모델의 요소로서 첨가해도 된다.

또, 예를 들면 로봇(1)을 비교적 마찰 계수가 높은 바닥 위에서 보행시키는 경우에는, 제 1 및 제 2 실시형태에서, 상체(3)의 이너셔를 0으로 하여 변위차원 보정 상체위치 자세를 구하거나, 또는, 상기 조건 2만을 충족시키도록 변위차원 보정 상체위치 자세를 구하도록 해도 좋다.

또, 족평 근방의 질점(족평 질점)과 같이, 양 변위차원 보정용 모델에서의 배치(본 발명에 있어서의 제 1 및 제 2 배치, 또는 제 1 ~ 제 3 배치)가 동일위치가 되는 질점은 그것을 양 변위차원 보정용 모델로부터 제외해도 좋다.

또, 양 팔체(5, 5)의 팔꿈치 관절의 굴신을 행하는 경우에는, 상기 제 2 실시형태에서의 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에서 대퇴 질점을 구비한 경우와 동일하게, 팔꿈치 관절 혹은 그 근방에 대응하는 질점을 구비하도록 해도 좋다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 도 25에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 변위차원 보정용 모델에서, 각 팔체(5)의 팔꿈치 관절 근방에 각각 대응하는 팔 꿈치 질점(B8, B9)과, 각 팔체(5)의 선단부 근방에 각각 대응하는 손끝 질점(B6, B7)을 구비하도록 하고, 제 1 변위차원 보정용 모델에서는, 각 팔체(5)의 어깨 관절의 중심과 손목 관절의 중심을 연결하는 선분상의, 소정의 비밀(내분)비로 정해지는 점에 팔 꿈치 질점(B8, B9)이 구속되도록 한다. 그리고, 제 1 변위차원 보정용 모델과 제 2 변위차원 보정용 모델 사이에서의 팔꿈치 관절(B8, B9)의 위치의 차를 포함하여, 상기 제 2 실시형태와 동일하게, 모델간 전체 중심 벗어남(Gc_err) 및 모델간 각운동량적 벗어남(L_err)이 O에 근접하도록(상기 조건 1, 2를 충족시키도록) 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정한다. 또한, 제 1 변위차원 보정용 모델에 관해서는, 제 1 실시형태에서, 각 다리체(2)의 자세를 구속한 경우와 동일하게, 제 1 변위차원 보정용 모델의 팔자세를 로봇(1)의 직립 자세상태에 있어서의 팔자세(상하 방향으로 편 자세)로 구속하도록 해도 된다.

또는, 상기 제 4 실시형태에서 설명한 경우와 동일하게, 각 팔체(5)의 어깨 관절의 중심과 손목 관절의 중심을 연결하는 선분으로부터의 팔꿈치 관절의 중심까지의 거리, 또는, 팔꿈치 관절의 굽힘각에 따라 소정의 함수나 맵 등에 의해, 단순화 모델 보용의 상체위치 자세의 보정량을 결정하고, 그 보정량으로 단순화 모델 보용의 상체위치 자세를 보정함으로써 변위차원 보정 상체위치 자세를 결정하도록 하는 것도 가능하다.

또, 제 1 ~ 제 4 실시형태에 관해서 보충하면, 이들 제 1 ~ 제 4 실시형태에서는 제 1 변위차원 보정용 모델의 모든 요소의 질량의 총 합계가 로봇(1)의 총질량과 일치하고, 로봇(1)의 순간 목표 운동에 대한 제 1 변위차원 보정용 모델의 전체중심 위치(G1)는 이 순간 목표 운동에 대한 단순화 모델의 전체중심 위치(Gs)에 일치 또는 거의 일치하도록 하고 있다. 또, 제 2 변위차원 보정용 모델의 모든 요소의 질량의 총합도 로봇(1)의 총질량과 일치하고, 로봇(1)의 순간 목표 운동에 대한 제 2 변위차원 보정용 모델의 전체 중심위치(G2)는 이 순간 목표 운동에 대한 실제의 로봇(1)의 참 전체중심 위치(Gf)에 거의 일치하도록 하고 있다. 따라서, 제 1 ~ 제 4 실시형태에서는 G1과 G2의 차(G1-G2)는, 단순화 모델의 전체중심 위치(Gs)와 로봇(1)의 참 전체중심 위치(Gf)의 차(Gs-Gf) 즉 단순화 모델의 전체중심 위치의 오차에 거의 일치하는 것으로 되어 있다. 따라서, 제 1 ~ 제 4 실시형태 는, 제 1 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 결정하기 위한 조건으로서의 제 1 기하학적 구속조건과, 제 2 변위차원 보정용 모델의 요소의 배치를 결정하는 다른 조건으로서의 제 2 기하학적 구속조건이 상기한 제 9 발명과 같이 설정되어 있게 된다. 또한, 이 경우에 있어서, 앞에서 기술한 바와 같이, 족평 근방의 질점(족평 질점)과 같이, 양 변위차원 보정용 모델에서의 배치(본 발명에 있어서의 제 1 및 제 2 배치, 또는 제 1 ~ 제 3 배치)가 동일 위치가 되는 질점은, 그것을 양 변위차원 보정용 모델로부터 제외해도 되는 것은 물론이다.

또, 상기 각 실시형태에서는 상체위치 자세를 보정하도록 했지만, 상체 이외의 다른 부위의 위치 자세, 또는, 상체를 포함시킨 복수의 부위의 위치 자세를 보정하도록 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 동역학 모델을 사용하여 작성된 순간 목표 보용의 운동을, 미분방정식이나 적분방정식을 포함하지 않는 기하학적인 연산에 의해, 적절하게 보정하고, 그 보정후의 운동을 포함하는 순간 목표 보용의 동역학적 정밀도를 높일 수 있는 이동 로봇의 보용생성 장치를 제공할 수 있는 점에서 유용하다.

Claims (20)

1. 이동 로봇(1)의 순간 목표 운동을 축차 발생시키는 순간 보용발생 수단(100b, 100c)과, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)에 의해 발생된 상기 순간 목표 운동에서 상기 이동 로봇(1)의 미리 정해진 부분의 위치 및 자세 중 적어도 어느 한쪽을 보정하기 위한 순간 목표 운동 보정 수단(100d)을 구비하고, 상기 이동 로봇(1)의 전부 또는 일부가 이너셔를 갖는 강체 또는 질점 중 적어도 하나인 요소로서 복수의 요소들로 구축되는 모델로 표현될 수 있는 이동 로봇의 보용생성 장치에 있어서,

   상기 순간 목표 운동 보정 수단(100d)은, 상기 모델의 요소들의 제 2 배치 및 제 1 배치 사이에서 상기 모델의 요소들의 배치의 차이를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력에 의해 미리 정해진 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이 미리 정해진 값이 되도록 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하고,

   제 1 배치는, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)이 발생한 순간 목표 운동으로부터, 이동 로봇(1)의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치의 관계를 규정하도록 미리 정해진 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치로서 정의되고,

   제 2 배치는, 보정후 순간 목표 운동으로부터, 상기 이동 로봇(1)의 순간 운동과 상기 모델의 각 요소의 배치와의 관계를 규정하도록 미리 정해진 제 2 기하학적 구속조건에 따라 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치로서 정의되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 순간 목표 운동 보정 수단(100b, 100c)은, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 0으로 되고, 또한, 상기 합력에 의해 상기 미리 정해진 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이 미리 정해진 값이 되도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)은 상기 순간 목표 운동에 더하여 순간 목표 상반력을 축차 발생하고,

   상기 순간 보용발생 수단에 의해 발생된 순간 목표 운동으로부터, 상기 미리 정해진 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치를 제 3 배치로 했을 때,

   상기 순간 목표 운동 보정 수단(100d)은, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 미리 정해진 점 주위에 발생하는 모멘트 성분이, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력이 상기 미리 정해진 점 주위에 작용하는 모멘트 성분보다도 미리 정해진 값에 더 근접하도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 순간 목표 운동 보정 수단은, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력 F3의 병진력 성분이 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이에서의 상기 모델의 각 요소의 배치의 차를 가속도로 간주함으로써 산출되는 각 요소의 관성력의 합력 F2의 병진력 성분보다도 0에 근접하고, 또한, 상기 합력 F3에 의해 상기 미리 정해진 점 주위에 작용하는 모멘트 성분이 상기 합력 F2에 의해 상기 미리 정해진 점 주위에 작용하는 모멘트 성분보다도 상기 미리 정해진 값에 더 근접하도록, 상기 보정후 순간 목표 운동을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 배치와 제 1 배치 사이 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분 중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 3 배치에서의 위치(B)의 차에 기인하는 성분은, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(B)를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터, 이 각도에 관한 실질적으로 단조함수를 사용하여 산출되고,

   상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이의 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분 중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 2 배치에서의 위치(C)의 차에 기인하는 성분은, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(C)를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터 상기 단조함수를 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 배치와 제 1 배치 사이의 각 요소의 배치의 차에 관계되는 상기 모멘트 성분 중, 상기 모델의 질량을 갖는 각 요소의, 상기 제 1 배치에서의 위치(A)와 상기 제 2 배치에서의 위치(B)의 차에 기인하는 성분은, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(A)를 연결하는 선분과, 상기 미리 정해진 점과 상기 위치(B)를 연결하는 선분이 이루는 각도로부터, 이 각도에 관한 실질적으로 단조함수를 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)이 발생하는 순간 목표 운동은, 상기 이동 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 나타내는 동역학 모델로서, 적어도 이 이동 로봇(1)의 1개 이상의 특정 부위의 특정한 운동성분에 의해 발생하는 관성력이 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 결정되어 있고, 상기 모델은, 상기 특정부위 중 적어도 1개의 부위에 대응하는 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)이 발생하는 순간 목표 운동은, 상기 이동 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 나타내도록 미리 정해진 동역학 모델상에서의 목표 상반력 또는 목표 ZMP를 충족하도록 결정되어 있고,

   상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화에 의해 발생하는 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력과, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 시간적 변화에 의해 발생하는 그 각 요소의 관성력의 합력에 균형을 이루는 상반력과의 차에 미리 정해진 정상 오프셋을 더한 것이, 상기 순간 목표 운동에 의해 상기 동역학 모델에서 발생하는 상반력의 오차와 일치하도록 상기 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 순간 보용발생 수단(100b, 100c)이 발생하는 순간 목표 운동은, 상기 이동 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 나타내도록 미리 정해진 동역학 모델상에서의 목표 상반력 또는 목표 ZMP를 충족하도록 결정되어 있고,

   상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 1 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 전체 무게중심과, 상기 순간 목표 운동으로부터, 상기 제 2 기하학적 구속조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치의 전체 무게중심과의 차에 이 요소의 총질량을 곱한 값이, 상기 순간 목표 운동에 있어서의 상기 동역학 모델의 전체 무게중심의 오차에 이 동역학 모델의 총질량을 곱한 값과 일치하도록 상기 제 1 및 제 2 기하학적 구속조건이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 이동 로봇은, 상체(3)로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체(2) 또는 복수의 팔체(5)를 복수의 가동체로서 구비하는 로봇(1)이며, 상기 제 1 기하학적 구속조건은, 각 가동체의 선단부 근방의 미리 정해진 점과, 이 가동체의 상기 상체와의 연결부 근방의 미리 정해진 점을 연결하는 선분에 평행한 직선상에 상기 모델의 요소 중 어느 하나가 존재한다는 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 이동 로봇은 상체(3)로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체(2) 또는 복수의 팔체(5)를 복수의 가동체로서 구비하는 로봇이며, 상기 제 1 기하학적 구속조건은, 상기 모델상에서의 상기 상체(3)와 각 가동체(2, 5)가 미리 정해진 일정한 자세상태로 유지된다는 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 미리 정해진 일정한 자세는, 상기 이동 로봇(1)의 상체(3)와 복수의 가동체를 연직방향을 향하게 한 자세인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 기하학적 구속조건은, 상기 이동 로봇(1)의 임의의 순간 목표 운동으로부터, 그 조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치가, 상기 순간 목표 운동을 따르는 상기 로봇(1)에 있어서의 이 요소에 대응하는 부위의 배치와 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 이동 로봇(1)은, 상체(3)로부터 연장하여 설치된 복수의 다리체(2) 또는 복수의 팔체(5)를 복수의 가동체로서 구비하는 동시에, 각 가동체(2, 5)의 상체(3)와의 연결부와 이 가동체의 선단부 사이의 중간부에 굴곡가능한 관절(16, 36)을 갖고, 상기 순간 보용발생 수단이 발생하는 순간 목표 운동은, 상기 로봇(1)의 운동과 상반력과의 관계를 나타내는 동역학 모델로서, 각 가동체의 굴신 운동에 기인하여 이 가동체(2, 5)의 중간부 혹은 그 근방에서 발생하는 관성력이 0이라고 하고 구축된 동역학 모델을 사용하여 결정되어 있고, 상기 모델은 적어도 상기 각 가동체의 중간부 혹은 그 근방부위에 대응시킨 질점을 요소로서 포함하는 모델인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 기하학적 구속조건은 각 가동체의 선단부 근방의 미리 정해진 점과, 이 가동체의 상기 상체(3)와의 연결부 근방의 미리 정해진 점을 연결하는 선분에, 상기 모델의 요소 중의, 이 가동체(2, 5)의 중간부 혹은 그 근방부위에 대응시킨 질점이 존재한다는 조건을 포함하고, 상기 제 2 기하학적 구속조건은, 상기 이동 로봇(2)의 임의의 순간 목표 운동으로부터, 그 조건에 따라서 결정되는 상기 모델의 각 요소의 배치가, 상기 순간 목표 운동을 따르는 상기 로봇에 있어서의 이 요소에 대응하는 부위의 배치와 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 보용생성 장치.
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