KR20040029948A - 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

1 이상의 회전형 관절(1 관절당 2 자유도 이상 구비되어 있어도 좋음)로 구성되는 가지를 갖는 로봇에 있어서, 외부 시스템이나 작업 대상에 대해 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 절환 동작을 고속으로 행하기 위해, 각 가지에 동적 폐합 오차를 제거하는 데 필요한 최소의 수동 자유도(감속기의 백래쉬 등)를 배치하고, 그리고 각 가지의 가동 범위를 적절하게 관리하여, 관절부를 구동하는 액튜에이터가 토오크 정보를 취득하는 수단을 갖지 않는 경우라도, 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 고속 절환 동작을 안정적으로 실현할 수 있다.

Description

다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법{LEGGED MOBILE ROBOT AND METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF THE ROBOT}
전기적 혹은 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작을 모방한 운동을 행하는 기계 장치를「로봇」이라 한다. 로봇의 어원은, 슬라브어의“ROBOTA(노예 기계)”에 의해 유래한다고 전해진다. 일본에 있어서 로봇이 보급되기 시작한 것은 1960년대 말부터이지만, 대개는 공장에 있어서의 생산 작업의 자동화 및 무인화 등을 목적으로 한 조정기나 반송 로봇 등의 산업용 로봇(industrial robot)였다.
아암식 로봇과 같이, 어느 특정한 장소에 심어 설치하여 이용하는 거치식의 로봇은, 부품의 조립 및 선별 작업 등 고정적 및 국소적인 작업 공간에서만 활동한다. 이에 반해, 이동식 로봇은 작업 공간은 비한정적이며, 소정의 경로상 또는 무경로상을 자유자재로 이동하여, 소정의 혹은 임의의 인적 작업을 대행하거나 사람이나 개 혹은 그 밖의 생명체로 치환되는 다양한 폭 넓은 서비스를 제공할 수 있다. 그 중에서도 다리식의 이동 로봇은, 크롤러식이나 타이어식의 이동 로봇에 비해 불안정하여 자세 제어나 보행 제어가 어려워지지만, 계단이나 사다리의 승강이나 장해물을 타고 넘는 등, 정지 및 부정지의 구별을 묻지 않는 유연한 보행 및 동작을 실현할 수 있다는 점에서 우수하다.
최근에는, 사람처럼 2족 직립 보행을 행하는 동물의 신체 메카니즘이나 동작을 모델로 하여 디자인된「인간 모양(人間形)」혹은「인간 모양」의 로봇(humanoid robot) 등, 다리식 이동 로봇에 관한 연구 개발이 진전되고, 실용화로의 기대도 높아지고 있다. 예를 들어, 소니 가부시끼가이샤는 2000년 11월 25일에 2족 보행의 인간 모양 로봇 "DR-3X"를 공표하였다.
인간 모양 혹은 인간 모양이라 불리어지는 2족 직립 보행의 다리식 이동 로봇을 연구 및 개발하는 의의를, 예를 들어 이하의 2가지의 관점으로부터 파악할 수 있을 것이다.
하나는, 인간 과학적인 관점이다. 즉, 인간의 하지 및/또는 상지를 모방한구조의 로봇을 만들고, 그 제어 방법을 고안하여 인간의 보행 동작을 시뮬레이션하는 프로세스를 통하여, 보행을 비롯한 인간의 자연스러운 동작의 메카니즘을 공학적으로 해명할 수 있다. 이러한 연구 성과는 인간 공학, 리허빌리테이션(rehabilitation) 공학, 혹은 스포츠 과학 등 인간의 운동 메카니즘을 취급하는 다른 다양한 연구 분야의 진전으로 크게 환원할 수 있을 것이다.
또 하나는, 인간의 파트너로서 생활을 지원하는, 즉 주거 환경 기타 일상 생활상의 다양한 장면에 있어서의 인적 활동의 지원을 행하는 실용 로봇의 개발이다. 이러한 종류의 로봇은 인간의 생활 환경의 다양한 국면에 있어서, 인간으로부터 배우면서 각각에 개성이 다른 인간 또는 환경으로의 적응 방법을 학습하고, 기능면에서 더욱 성장해 갈 필요가 있다. 이 때, 로봇이「인간 모양」즉 인간과 같은 형상 또는 같은 구조를 갖는 쪽이, 인간과 로봇과의 순조로운 커뮤니케이션을 행함에 있어서 유효하게 기능하는 것으로 생각할 수 있다.
예를 들어, 밟아서는 안 되는 장애물을 피하면서 방을 통해 나가는 방법을 현장에 있어서 로봇에 교시하는 경우, 크롤러식이나 4족식 로봇과 같이 가르치는 상대가 자신과 전혀 다른 구조를 하고 있는 것보다도, 동일한 모습을 하고 있는 2족 보행 로봇쪽이 사용자(작업원)는 매우 가르치기 쉽고, 또한 로봇에 있어서도 배우기 쉬울 것이다[예를 들어, 다까니시 저「2족 보행 로봇의 제어」(자동차 기술회 관동 지부<고소> No.25, 1996년 4월) 참조].
인간의 작업 공간이나 거주 공간의 대부분은, 2족에 의한 직립 보행이라 하는 인간이 갖는 신체 메카니즘이나 행동 양식에 맞추어 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 인간의 주거 공간은 차륜 그 외의 구동 장치를 이동 수단으로 한 현재의 기계 시스템이 이동하는 데는 너무나 많은 장벽이 존재한다. 기계 시스템 즉 로봇이 다양한 인적 작업을 지원 또는 대행하고, 또한 인간의 주거 공간에 깊게 침투해 나가기 위해서는, 로봇의 이동 가능 범위가 인간의 그것과 거의 같게 되는 것이 바람직하다. 이것이, 다리식 이동 로봇의 실용화가 크게 기대되고 있는 근거이기도 하다. 인간 모양의 형태를 갖고 있는 것은, 로봇이 인간의 주거 환경과의 친화성을 높이는 데 있어서 필수라고 할 수 있다.
2족 보행에 의한 다리식 이동을 실시하는 타입의 로봇에 관한 자세 제어나 안정 보행에 관한 기술은 이미 다수 제안되어 있다. 여기서 말하는 안정된「보행」이라 함은,「전도하는 일 없이, 다리를 사용해 이동하는 것」이라고 정의할 수 있다.
로봇의 자세 안정 제어는, 로봇의 전도를 회피하는 데 있어서 매우 중요하다. 왜냐하면 , 전도는 로봇이 실행 중인 작업을 중단하는 것을 의미하고, 또한 전도 상태로부터 일어서서 작업을 재개하기 위해 상당한 노력이나 시간이 들기 때문이다. 또한, 무엇보다도 전도에 의해, 로봇 본체 자체, 혹은 전도하는 로봇과 충돌하는 상대방측의 물체에도, 치명적인 손상을 부여해 버릴 위험이 있기 때문이다. 따라서, 다리식 이동 로봇을 설계 및 개발하는 데 있어서, 보행이나 그 외의 다리식 작업시에 있어서의 자세 안정 제어는 가장 중요한 기술적 과제의 하나이다.
보행시에는, 중력과 보행 운동에 수반하여 생기는 가속도에 의해, 보행계로부터 노면에는 중력과 관성력, 및 이들의 모멘트가 작용한다. 이른바「달란벨의원리」에 따르면, 그들은 노면으로부터 보행계로의 반작용으로서의 바닥 반반력, 바닥 반반력 모멘트와 균형을 잡는다. 역학적 추론의 귀결로서 발바닥 접지점과 노면 형성하는 지지 다각형의 변 상 혹은 그 내측에 피치 및 롤축 모멘트가 제로가 되는 점, 즉「ZMP(Zero Moment Point)」가 존재한다.
다리식 이동 로봇의 자세 안정 제어나 보행시의 전도 방지에 관한 제안의 대부분은, 이 ZMP를 보행의 안정도 판별의 규범으로서 이용하고 있다. ZMP 규범에 의거하는 2족 보행 패턴 생성은 발바닥 착지점을 미리 설정할 수 있고, 노면 형상에 따른 발 끝의 운동학적 구속 조건을 고려하기 쉬운 등의 이점이 있다. 또한, ZMP를 안정도 판별 규범으로 하는 것은, 힘이 아니라 기기 본체의 궤도를 운동 제어상의 목표치로서 취급하는 것을 의미하므로, 기술적으로 실현 가능성이 높아진다.
또, ZMP의 개념 및 ZMP를 보행 로봇의 안정도 판별 규범에 적용하는 점에 대해서는, Miomir Vukobratovic저“LEGGED LOCOMOTION ROBOTS”[가토 이치로 외 저「보행 로봇과 인공 다리」(일간 공업 신문사)]에 기재되어 있다.
일반적으로는, 4족 보행보다도 인조 인간같은 2족 보행의 로봇이 중심 위치가 높고, 한 편 보행시의 ZMP 안정 영역이 좁다. 따라서, 이러한 노면 상태의 변화에 수반하는 자세 변동의 문제는, 2족 보행 로봇에 있어서 특히 중요해진다.
그러나, 다리식 이동 로봇은 연구 단계부터 이제야 실용화로의 제1 보를 내디디려 하고 있는 것이 현실이며, 아직도 많은 기술적 과제가 남아 있다.
인간의 주거 환경에서의 활약이 기대되는 다리식 이동 로봇은, 기본적으로는회전 관절로 구성되는「가지」를 복수개 구비하고 있지만, 안정된 2족 보행이나 안정된 양팔 작업 등, 외부 시스템이나 작업 대상에 대해, 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 절환 동작을 고속으로 행할 것이 요구되고 있다.
예를 들어, 다리식 이동 로봇은, 통상 좌우의 가동 다리에 의한 외다리 지지 기간 및 양 다리 지지 기간을 교대로 반복함으로써, 보행이나 그 외의 다양한 다리식 작업을 실행할 수 있다. 여기서, 외다리 지지로부터 양 다리 지지로 이행하는 경우와 같이, 다리식 이동 로봇이 바닥면이나 벽면 등 사이에서 개방 링크 기구로부터 폐쇄 링크 기구로 천이할 때는, 예를 들어 바닥에 닿는 발 끝에 있어서, 제어상의 예측치와 실측치와의 갭이 발생하는 일이 종종 있다.
이러한 예측과 실측과의 갭에 의해, 발 끝이 바닥에 닿는다고 예측된 시점에서는 아직 바닥면에 도달하고 있지 않는「박리」나, 반대로 발 끝이 바닥에 닿는다고 예측된 시점보다도 빨리 바닥면에 도달해 버리는「충돌」이라는 현상을 초래한다. 이들, 박리나 충돌은 다리식 이동 로봇에 있어서의 기체의 자세 안정 제어에 큰 영향을 끼친다.
종래는, 가지 끝에 배치한 힘 센서 정보나, 관절을 구동하는 액튜에이터로부터의 토오크 정보 등을 이용하여, 소프트웨어에 의한 피드백 제어에 의해, 개방 링크 상태로부터 폐쇄 링크 상태로의 절환 동작을 고속으로 행하는 것이 시도되어 왔다. 그러나, 이 방법에 의한 안정 동작의 실현은 비현실적이라고 할 수 있을 정도로, 고속의 피드백 주기, 높은 관절 구동 분해 가능, 높은 관절 구동 속도 및 가속도가 요구되고, 기술적으로 매우 곤란하다.
본 발명은, 생체의 메카니즘이나 동작을 본뜬 구조를 갖는 사실적인 로봇 및 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 사람이나 원숭이 등의 직립 보행형의 신체 메카니즘이나 동작을 본뜬 구조를 갖는 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 좌우의 가동 다리에 의한 외다리 지지 기간 및 양 다리 지지 기간을 교대로 반복함으로써 다리식 작업을 안정되게 또는 정확하게 실현하는 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 외다리 지지로부터 양 다리 지지로 이행하는 등 디딘 다리가 바뀌는 경우에, 다리식 이동 로봇이 바닥면이나 벽면 등 사이에서 개방 링크 기구로부터 폐쇄 링크 기구로 천이할 때에, 예측과 실측의 갭에 기인하는 박리나 충돌에 대응한 자세 안정 제어를 행하는 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 실시에 제공되는 다리식 이동 로봇(100)을 전방으로부터 조망한 모습을 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 실시에 공급되는 다리식 이동 로봇(100)을 후방으로부터 조망한 모습을 나타낸 도면이다.
도3은 본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)이 구비되는 자유도 구성 모델을 모식적으로 도시한 도면이다.
도4는 본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)의 제어 시스템 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도5는 2족 보행형의 다리식 이동 로봇에 있어서의 다리식 동작 중 동적 폐합 오차를 나타낸 도면이다.
도6은 양산품에서의 백래쉬량과 특성의 관계를 나타낸 차트이다.
도7은 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타낸 차트이다.
도8은 도7에 나타낸 특성을 제어하기 위한 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 도시한 도면이다.
도9는 비례 이득과 억압비와의 관계를 나타낸 차트이다.
도10은 불감대를 가능한 한 줄여, 비선형인 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타낸 도면이다.
도11은 도10에 나타낸 특성을 제어하기 위한 비선형 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 나타낸 도면이다.
도12는 불감대를 일부러 크게 해, 어느 정도 이상 회전하면 실제의 특성을 갖도록 한, 비선형인 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타낸 도면이다.
도13은 도12에 나타낸 특성을 제어하기 위한 비선형 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적은, 좌우의 가동 다리에 의한 외다리 지지 기간 및 양 다리 지지 기간을 교대로 반복하는 등, 디딘 다리 절환을 반복함으로써 다리식 작업을 안정되게 또는 정확하게 실현할 수 있는, 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 외다리 지지로부터 양 다리 지지로 이행하는 경우와 같이, 다리식 이동 로봇이 바닥면이나 벽면 등 사이에 개방 링크 기구로부터 폐쇄 링크 기구로 천이할 때에, 예측과 실측과의 갭에 기인하는 박리나 충돌에 대응한 자세 안정 제어를 행할 수 있는, 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 외부 시스템이나 작업 대상에 대해, 개방 링크 상태와 폐쇄 링크 상태의 절환 동작을 기기 본체의 자세 안정성을 잃는 일 없이 고속으로 행할 수 있는, 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 상기 과제를 참작해 이루어진 것이며, 그 제1 측면은 적어도 가동 다리를 갖는 다리식 이동 로봇이며,
상기 가동 다리는 복수의 관절 자유도를 구비하는 동시에, 각 관절에 대해 동적 폐합 오차를 제거하기 위한 우선 순위 부여 수동 자유도가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇이다.
본 발명의 제1 측면에 관한 다리식 이동 로봇에 의하면, 1 이상의 회전형 관절(1 관절당 2 자유도 이상 구비되어 있어도 좋음)로 구성되는 가지를 갖는 로봇에 있어서, 각 가지에 동적 폐합 오차를 제거하기 위해 최저한 필요한 수동 자유도(감속기의 백래쉬 등)를 배치하고, 또한 각 가지의 가동 범위를 적절하게 관리할 수 있다.
따라서, 비록 관절부를 구동하는 액튜에이터나 토오크 정보를 취득하는 수단을 갖지 않는 경우라도, 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 고속 절환 동작을 안정적으로 실현할 수 있다.
다리식 이동 로봇이, 예를 들어 좌우의 가동 다리를 구비하는 2족 보행형 로봇인 경우에는, 좌우의 가동 다리에 있어서의 수동 자유도의 배치가 대략 동일해지도록 구성해도 좋다. 이 결과, 기기 본체는 좌우가 대략 대칭적인 특성을 가지게 되므로, 자세 안정 제어가 용이해진다.
또한, 가동 다리에 있어서의 각 관절 자유도는 감속기가 접속된 액튜에이터로 구성할 수 있다. 이러한 경우에는, 각 관절에 있어서의 수동 자유도는 액튜에이터에 접속된 감속기가 갖는 백래쉬량에 의해 실현할 수 있다.
또한, 가지 단부에 가까운 관절일수록 백래쉬량을 크게 설정하도록 함으로써, 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드 백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
상기 가동 다리는 고관절 롤축, 발목 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축 주위의 관절 자유도를 적어도 구비하고있다. 이러한 경우, 고관절 롤축의 백래쉬량, 발목 롤축의 백래쉬량, 고관절 피치축의 백래쉬량, 무릎 관절 피치축의 백래쉬량, 발목 피치축의 백래쉬량, 고관절 요오축의 백래쉬량의 차례로 백래쉬량이 작아지도록 구성하므로, 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
또한, 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때에 생기는 동적 폐합 오차가 제거될 때의 각 링크의 요동량을 족부 > 종아리부 > 허벅지부의 차례로 관리함으로써, 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 바닥면에 대한 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
또한, 기기 본체의 ZMP 자세 안정 제어성을 확보하기 위해, 가지 전체의 각 자유도 방향에 있어서의 백래쉬량의 총합을 관리하도록 해도 좋다. 예를 들어, 1개의 하지에 있어서의 롤축 회전의 총 백래쉬량이 0.05 내지 2.0[deg]의 범위 내로 억제하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 1개의 하지에 있어서의 피치축 회전의 총 백래쉬량이 0.10 내지 4.0[deg]의 범위 내로 억제하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 측면은, 적어도 롤축 및 피치축 회전의 자유도를 갖는 관절부를 구비한 다리를 갖는 로봇 장치이며,
상기 관절부에는 각각 롤축 백래쉬량(ΔR), 피치축 백래쉬량(ΔP)이 설정되어, 상기 각각의 백래쉬량은,
ΔP > ΔR
의 조건을 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 로봇 장치이다.
여기서, 상기 피치축 백래쉬(ΔP)는, 적어도 상기 롤축 백래쉬량(ΔR)의 1.5배 이상이 되도록 설정해도 좋다.
다리식 이동 로봇은 체간부, 고관절, 발목 등의 각 관절 부위에 있어서는 롤축과 피치축의 조합에 의해 관절 자유도가 구성되어 있다. 같은 관절 부위에 있어서는, 피치축 회전의 백래쉬(ΔP)를 롤축 회전의 백래쉬량(ΔR)보다도 커지도록(즉, ΔP > ΔR) 기기 본체를 설계하는 것을, 본 발명자들은 추천한다. 직진 보행을 생각했을 경우, 요오축의 운동은 수반하지 않으므로, 롤축과 피치축의 운동이 지배적이며, 또한 2족 보행형의 다리식 이동 로봇의 경우, X 방향의 안정 영역이 Y 방향의 안정 영역보다 넓으므로, ΔP > ΔR라고 하는 결론을 나타낸다.
또한, 요오축이 다리의 근본에 배치되어 있는 경우, 선회시와 같이 요오축 운동이 발생할 때에도, 다리부 좌표계(고관절축을 원점으로 하는)에 있어서의 발바닥의 피치 운동이나 롤 운동은 간섭하지 않는다. 즉, 요오축의 백래쉬량(ΔY)에 의한 발바닥의 자세 편차는 요오축 각도에만 영향을 끼쳐, 실질 안정 영역이 그 편차에 대해 충분히 크면 무시할 수 있다.
한편, 요오축이 대퇴부나 종아리부에 배치되어 있는 경우에는, 요오축의 백래쉬(ΔY)가 다리부 좌표계(고관절축을 원점으로 하는)에 있어서의 발바닥의 피치 운동이나 롤 운동에 간섭한다. 그래서, 요오축에 있어서의 백래쉬(ΔY)의 관리 중요성이 증가한다.
또한, 본 발명의 제3 측면은 적어도 가동 다리를 갖는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법이며,
상기 가동 다리는 위치 서보 제어 복수의 관절 자유도로 이루어지고,
각 관절에 있어서의 동적 폐합 오차를 제거하기 위한 수동 자유도를 배치하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법이다.
본 발명의 제3 측면에 관한 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법에 의하면, 1 이상의 회전형 관절(1 관절당 2 자유도 이상 구비되어 있어도 좋음)로 구성되는 가지를 갖는 로봇에 있어서, 각 가지에 동적 폐합 오차를 제거하는 데 최저한 필요한 수동 자유도(감속기의 백래쉬 등)를 배치하고, 또한 각 가지의 가동 범위를 적절하게 관리할 수 있다.
상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는, 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작함으로써 동적 폐합 오차를 제거할 수 있다.
또한, 상기 다리식 이동 로봇이 좌우의 가동 다리를 구비한 2족 보행형 로봇인 경우에는, 상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 좌우의 가동 다리에 있어서의 수동 자유도의 배치가 대략 동일해지도록, 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작한다. 이 결과, 기기 본체는 좌우가 대략 대칭적인 특성을 갖게 되므로, 자세 안정 제어가 용이해진다.
또한, 상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지 단부에 가까운 관절일수록 수동 자유도가 커지도록, 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것이보다 바람직하다.
예를 들어, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 발목 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축 회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 경우에 대해서는, 상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 고관절 롤축, 발목 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 차례로 수동 자유도가 작아지도록, 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것이 바람직하다. 이 결과, 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
또한, 상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때에 생기는 동적 폐합 오차가 제거될 때의 각 링크의 요동량을 족부 > 종아리부 > 허벅지부의 차례로 관리하도록, 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하도록 해도 좋다. 이 결과, 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
또한, 기기 본체의 ZMP 자세 안정 제어성을 확보하기 위해, 상기의 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지 전체의 각 자유도 방향에 있어서의 수동 자유도의 총합을 관리하도록 해도 좋다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징이나 이점은, 후술하는 본 발명의 실시 형태나 첨부하는 도면에 의거하는 보다 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도1 및 도2에는 본 발명의 실시에 제공되는 다리식 이동 로봇(100)을 전방 및 후방의 각각으로부터 조망한 모습을 나타내고 있다. 또한, 도3에는 이 다리식 이동 로봇(100)이 구비하는 관절 자유도 구성을 모식적으로 도시하고 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 다리식 이동 로봇(100)은 2개의 아암부와 두부(1)를 포함하는 상지와, 이동 동작을 실현하는 2개의 다리부로 이루어지는 하지와, 상지와 하지를 연결하는 체간부로 구성된 복수의 가지를 구비한 구조체이다.
두부(1)를 지지하는 목관절 요오축(2)과, 목관절 피치축(3)과, 목관절 롤축(4)이라는 3 자유도를 갖고 있다.
또한, 각 아암부는 견관절 피치축(8)과, 견관절 롤축(9)과, 상박 요오축(10)과, 팔꿈치 관절 피치축(11)과, 하박 요오축(12)과, 손목 관절 피치축(13)과, 손목 관절 롤축(14)과, 수부(15)로 구성된다. 수부(15)는, 실제로는 복수개의 손가락을 포함하는 다관절ㆍ다자유도 구조체이다. 단, 수부(15)의 동작은 로봇(100)의 자세제어나 보행 제어에 대한 기여나 영향이 적으므로, 본 명세서에서는 0 자유도로 가정한다. 따라서, 각 아암부는 7 자유도를 갖는 것으로 한다.
또한, 체간부는 체간 피치축(5)과, 체간 롤축(6)과, 체간 요오축(7)이라는 3 자유도를 갖는다.
또한, 하지를 구성하는 각각의 다리부는 고관절 요오축(16)과, 고관절 피치축(17)과, 고관절 롤축(18)과, 무릎 관절 피치축(19)과, 발목 관절 피치축(20)과, 발목 관절 롤축(21)과, 족부(22)로 구성된다. 본 명세서 중에서는, 고관절 피치축(17)과 고관절 롤축(18)의 교점은 본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)의 고관절 위치를 정의한다. 인체의 족부(22)는 실제로는 다관절ㆍ다자유도의 발바닥을 포함하는 구조체이지만, 본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)의 발바닥은 제로 0 자유도로 한다. 따라서, 각 다리부는 6 자유도로 구성된다.
이상을 총괄하면, 본 실시예에 관한 다리식 이동 로봇(100) 전체로서는 합계 3 + 7 × 2 + 3 + 6 ×2 = 32 자유도를 갖게 된다. 단, 엔터테인먼트용의 다리식 이동 로봇(100)이 반드시 32 자유도로 한정된다는 것은 아니다. 설계ㆍ제작 상의 제약 조건이나 요구 사양 등에 따라서, 자유도 즉 관절수를 적절히 증감할 수 있는 것은 물론이다.
상술한 바와 같은 다리식 이동 로봇(100)이 갖는 각 자유도는, 실제로는 액튜에이터를 이용하여 실장된다. 외관상 여분인 부풀어오름을 배격하여 인간의 자연체 형상에 근사시키는 것, 2족 보행이라는 불안정 구조체에 대해 자세 제어를 행하는 것 등의 요청으로부터 액튜에이터는 소형이면서 경량인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 기어 직결형이고 또한 서보 제어계를 원칩화하여 모터 유닛에 내장한 타입의 소형 AC 서보 액튜에이터를 탑재하는 것으로 하였다. 또한, 이러한 종류의 AC 서버ㆍ액튜에이터에 관해서는, 예를 들어 본 출원인에게 이미 양도되어 있는 일본 특허 공개 2000-299970호 공보(일본 특허 공개 평11-33386호)에 개시되어 있다.
도4에는 다리식 이동 로봇(100)의 제어 시스템 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 상기 도면에 도시한 바와 같이, 다리식 이동 로봇(100)은 사람의 사지를 표현한 각 기구 유닛(30, 40, 50R/L, 60R/L)과, 각 기구 유닛간의 협조 동작을 실현하기 위한 적응 제어를 행하는 제어 유닛(80)으로 구성되어 있다(단, R 및 L의 각각은 좌측 및 우측의 각각을 나타내는 접미사임. 이하 동일)
다리식 이동 로봇(100) 전체의 동작은 제어 유닛(80)에 의해 통괄적으로 제어된다. 제어 유닛(8)은 CPU(Central Processing Unit)나 메모리 등의 주요 회로 컴포넌트(도시하지 않음)로 구성되는 주제어부(81)와, 전원 회로나 로봇(100)의 각 구성 요소와의 데이터나 명령의 수수를 행하기 위한 인터페이스(모두 도시하지 않음) 등을 포함한 주변 회로(82)로 구성된다.
본 발명을 실현한 후에, 이 제어 유닛(8)의 설치 장소는 특히 한정되지 않는다. 도4에서는 체간부 유닛(40)에 탑재되어 있지만, 두부 유닛(30)에 탑재되어도 좋다. 혹은, 다리식 이동 로봇(100) 외에 제어 유닛(8)을 배치하여, 다리식 이동 로봇(100)의 기기 본체와는 유선 혹은 무선으로 교신하도록 해도 좋다.
도3에 도시한 다리식 이동 로봇(100) 내의 각 관절 자유도는 각각에 대응하는 액튜에이터에 의해 실현된다. 즉, 두부 유닛(30)에는 목관절 요오축(2), 목관절 피치축(3), 목관절 롤축(4)의 각각을 표현하는 목관절 요오축 액튜에이터(A2), 목관절 피치축 액튜에이터(A3), 목관절 롤축 액튜에이터(A4)가 배치되어 있다.
또한, 체간부 유닛(40)에는 체간 피치축(5), 체간 롤축(6), 체간 요오축(7)의 각각을 표현하는 체간 피치축 액튜에이터(A5), 체간 롤축 액튜에이터(A6), 체간 요오축 액튜에이터(A7)가 배치되어 있다.
또한, 아암부 유닛(50R/L)은 상박 유닛(51R/L)과, 팔꿈치 관절 유닛(52R/L)과, 하박 유닛(53R/L)으로 세분화되지만, 견관절 피치축(8), 견관절 롤축(9), 상박 요오축(10), 팔꿈치 관절 피치(11), 팔꿈치 롤축(12), 손목 관절 피치축(13), 손목 관절 롤축(14)의 각각을 표현하는 견관절 피치축 액튜에이터(A8), 견관절 롤축 액튜에이터(A9), 상박 요오축 액튜에이터(A10), 팔꿈치 관절 피치축 액튜에이터(A11), 팔꿈치 관절 롤축 액튜에이터(A12), 손목 관절 피치축 액튜에이터(A13), 손목 관절 롤축 액튜에이터(A14)가 배치되어 있다.
또한, 다리부 유닛(60R/L)은 대퇴부 유닛(61R/L)과, 무릎 유닛(62R/L)과, 경부 유닛(63R/L)으로 세분화되지만, 고관절 요오축(16), 고관절 피치축(17), 고관절 롤축(18), 무릎 관절 피치축(19), 발목 관절 피치축(20), 발목 관절 롤축(21)의 각각을 표현하는 고관절 요오축 액튜에이터(A16), 고관절 피치축 액튜에이터(A17), 고관절 롤축 액튜에이터(A18), 무릎 관절 피치축 액튜에이터(A19), 발목 관절 피치축 액튜에이터(A20), 발목 관절 롤축 액튜에이터(A21)가 배치되어 있다.
각 관절에 이용되는 액튜에이터(A2, A3, …)는, 보다 바람직하게는 기어 직결형으로 또한 서버 제어계를 원칩화하여 모터 유닛 내에 탑재한 타이프의 소형 AC 서보 액튜에이터(전술)로 구성할 수 있다.
두부 유닛(30), 체간부 유닛(40), 아암부 유닛(50), 각 다리부 유닛(600) 등의 각 기구 유닛마다 액튜에이터 구동 제어용의 부제어부(35, 45, 55, 65)가 배치되어 있다. 또한, 각 다리부(60R, L)의 발바닥이 바닥에 닿았는지의 여부를 검출하는 접지 확인 센서(91 및 92)를 장착하는 동시에, 체간부 유닛(40) 내에는 자세를 계측하는 자세 센서(93)를 장착 구비하고 있다.
접지 확인 센서(91 및 92)는, 예를 들어 발바닥에 설치된 근접 센서 또는 마이크로 스위치 등으로 구성된다. 또한, 자세 센서(93)는, 예를 들어 가속 센서와 자이로 센서의 조합에 의해 구성된다.
접지 확인 센서(91 및 92)의 출력에 의해, 보행 주행 등의 동작 기간 중에 있어서, 좌우의 각 다리부가 현재 디딘 다리 또는 딛지 않는 다리 중 어느 상태인지를 판별할 수 있다. 또한, 자세 센서(93)의 출력에 의해, 체간 부분의 기울기나 자세를 검출할 수 있다.
주제어부(80)는 각 센서(91 내지 93)의 출력에 응답하여 제어 목표를 다이나믹으로 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 부제어부(35, 45, 55, 65)의 각각에대해 적응적인 제어를 행하지 않는 다리식 이동 로봇(100)의 상지, 체간 및 하지가 협조하여 구동하는 전신 운동 패턴을 실현할 수 있다.
로봇(100)의 기기 본체 상에서의 전신 운동은 주제어부(81)에 있어서, 족부 운동, ZMP(Zero Moment Point) 궤도, 체간 운동, 상지 운동, 요부 높이 등을 설정하는 동시에, 이들의 설정 내용에 따른 동작을 지시하는 명령을 각 부제어부(35, 45, 55, 65)로 운송함으로써 실현된다. 여기서 말하는「ZMP」는 보행 중의 바닥 반반력에 의한 모멘트가 0이 되는 상면 상의 점의 것이고, 또한,「ZMP 궤도」란, 예를 들어 로봇(100)의 보행 동작 기간 중에 ZMP가 움직이는 궤적을 의미한다(전술). 각각의 부제어부(35, 45, …)에서는 주제어부(81)로부터의 수신 코맨드를 해석하고, 각 액튜에이터(A2, A3…)에 대해 구동 제어 신호를 출력한다. 또한, 주제어부(81)는 관절 자유도를 구성하는 각 액튜에이터(A2, A3…)의 비례 이득(K)을 조작하기 위한 제어 신호를 출력한다. 각각의 부제어부(35, 45, 55, 65)에 있어서는 각 관절 액튜에이터(A2, A3…)의 비례 이득을 조정함으로써, 백래쉬에 상당하는 수동 자유도를 변경할 수 있다(후술).
본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)은, 기본적으로는 회전 관절로 구성되는「가지」를 복수 구비한 구조체이며, 그 기기 본체는 안정된 2족 보행이나 안정된 양팔 작업 등, 외부 시스템이나 작업 대상에 대해 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 절환 동작을 행한다. 이 폐쇄 링크의 절환 동작시에는 예측과 실측의 갭에 의해, 외부 시스템이나 작업 대상의「박리」나「충돌」등의 문제가 생긴다.
예를 들어, 발 끝이 바닥에 닿는다고 예측된 시점에서는 아직 바닥면에 도달하고 있지 않은「박리」나, 역으로 발 끝이 바닥에 닿는다고 예측된 시점보다도 빠르게 바닥면에 도달해 버리는「충돌」이라는 현상을 초래한다. 이들, 박리나 충돌은 다리식 이동 로봇에 있어서의 기기 본체의 자세 안정 제어에 큰 영향을 끼친다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 다리식 이동 로봇(100)의 각 가지에 동적 폐합 오차를 제거하는 데 최저한 필요한 수동 자유도를 배치하고, 또한 각 가지의 가동 범위를 적절하게 관리하도록 하고 있다. 이 결과, 관절부를 구동하는 액튜에이터가 토오크 정보를 취득하는 수단을 갖고 있지 않은 경우라도, 폐쇄 링크 상태와 개방 링크 상태의 고속 절환 동작을 안정되게 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 다리식 이동 로봇(100)은 2족 보행을 실현하기 위해, 한 쪽 다리에 대해 이하의 6개의 관절 자유도를 구비하고 있다(도3을 참조할 것).
고관절 요오축(TH_Y)
고관절 롤축(TH_R)
고관절 피치축(TH_P)
무릎 관절 피치축(KN_P)
발목 관절 피치축(AK_P)
발목 관절 롤축(AK_R)
다리부는 고관절 요오축(TH_Y)이 기기 본체의 요부에 배치되고, 발바닥부에 발목의 각 관절이 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2족 보행의 다리식 이동 로봇(100)의 자세 안정 제어를 용이하게 하므로, 상술한 6개의 관절 자유도를 구성하는 액튜에이터의 출력부 및 관절을 구성하는 부분의 백래쉬량의 최적화를 행한다.
최적화를 행하기 위해, 이들 6개의 관절에 있어서의 백래쉬량에 대해 우선 순위를 부여한다. 즉, 백래쉬량이 작은 순(즉 좋은 순)으로 나열하면 이하와 같이 된다.
1. 고관절 롤축의 백래쉬량 : △TH_R
2. 발목 관절 롤축의 백래쉬량 : △AK_R
3. 고관절 피치축의 백래쉬량 : △TH_P
4. 무릎 관절 피치축의 백래쉬량 : △KN_P
5. 발목 관절 피치축의 백래쉬량 : △AK_P
6. 고관절 요오축의 백래쉬량 : △TH_Y
《조건1》
ΔTH_R ＜ ΔAK_R ＜ ΔTH_P ＜ ΔKN_P ＜ ΔAK_P ＜ ΔTH_Y
도1 내지 도3에 도시한 좌우 대칭인 다리식 이동 로봇(100)의 경우, 상술한 각 관절 사이의 우선 순위는, 좌우의 각 다리에 있어서 동일하다고 이해하기 바란다. 또, 좌우의 다리에 해당하는 관절의 백래쉬량을 동일하게 하는 것이 자세 안정 제어를 용이하게 하는 데 바람직하다.
좌측 다리를 L, 우측 다리를 R이라 표기하면, 좌우 대칭인 다리부는 이하의 관계식에 의해 정의된다.
《조건2》
ΔLTH_R ＝ ΔRTH_R
ΔLAK_R ＝ ΔRAK_R
ΔLTH_P ＝ ΔRTH_P
ΔLKN_P ＝ ΔRKN_P
ΔLAK_P ＝ ΔRAK_P
ΔLTH_Y ＝ ΔRTH_R
단, 기기 본체의 설계상 혹은 그 외의 제약 조건을 위해 상기 식을 충족시킬 수 없는 경우에는, 1개의 가지에 있어서의 각 자유도 방향의 총 백래쉬량을 관리한다. 보다 구체적으로는, 이하의 식이 성립되게 함으로써, 대략 동일한 작용 효과를 실현할 수 있다.
《조건3》
ΔLTH_R ＋ ΔLAK_R ＝ ΔRTH_R ＋ ΔRAK_R ≤ｒ
ΔLTH_R ＋ ΔLKN_P ＋ ΔLAK_P ＝ ΔRTH_R ＋ ΔRKN_P ＋ ΔRAK_P ≤δ
ΔLTH_Y ＝ ΔRTH_Y
이상을 요약하면, 본 실시 형태에서는《조건1》,《조건2》또는《조건3》에 나타낸 조건을 충족시키도록 각 관절의 백래쉬량의 배분을 설정함으로써 다리식 이동 로봇(100)의 기기 본체 설계를 최적화한다.
이와 같이, 다리부의 각 관절에 있어서의 액튜에이터 출력부의 백래쉬량의 배분을 최적화함으로써 2족 보행형의 다리식 이동 로봇(100)의 자세 안정 제어를 용이하게 할 수 있다.
상기의《조건1》,《조건2》또는《조건3》을 충족시키도록, 다리식 이동 로봇(100)의 기기 본체 설계를 최적화하기 위한 제1 방법은, 각 관절을 구성하는 액튜에이터에 부착되는 감속기의 백래쉬량을 측정 및 선별하고, 각 관절에 대해 해당하는 백래쉬량을 갖는 감속기가 달린 액튜에이터를 배치하여 기기 본체를 구성하는 것이다.
또, 다리식 이동 로봇(100)의 기기 본체 설계를 최적화하기 위한 제2 방법은, 균일한 백래쉬량을 갖는 감속기가 달린 액튜에이터의 서보 제어기의 이득을 조정함으로써, 상기의《조건1》,《조건2》또한《조건3》을 충족시키도록 구성하는 것이다.
다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제1 방법은, 각 가지에 동적 폐합오차를 제거하기 위해 최저한 필요한 수동 자유도를 배치하고, 또한 그 각각의 가동 범위를 적절히 관리하는 것이다. 여기서 말하는 폐합점이라 함은, 도5에 도시한 바와 같이 딛지 않은 다리가 바닥에 닿았을 때 양 다리 링크가 바닥 평면과 기하 도형적으로 폐쇄된 상태가 되는 경우의 딛지 않은 다리 접지점이다. 또한 동적 폐합 오차라 함은, 목표 자세와 실 자세에 있어서의, 폐합점(면)에 대한 폐합 부위의 거리의 오차와 각도의 오차, 즉 폐합면이 공간적으로 어긋나 있는 양이다. 또, 수동 자유도는 주로 감속기에 있어서의 백래쉬량을 이용하여 실현된다. 즉, 다리부가 해당되는 관절부를 구동하기 위한 액튜에이터에 접속되는 감속기의 백래쉬를 적절히 관리함으로써, 가령 그 관절부를 구동하는 액튜에이터에 토오크 정보를 취득하기 위한 수단이 장비되어 있지 않아도, 개방 링크 상태와 폐쇄 링크 상태의 고속 절환 동작을 안정적으로 실현할 수 있다.
이 제1 방법에 따르면, 물리적인 백래쉬량으로 다리의 특성을 규정할 수 있으므로, 피드 포워드적으로 보행에 적합한 다리의 특성을 항상 얻을 수 있다.
다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제1 방법의 기본 원리는, 가지의 단부에 가까운 관절일수록 백래쉬량을 크게 설정하여, 각 자유도 방향의 총합을 관리하는 데 있다.
이에 의해, 예를 들어 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때에 생기는 동적 폐합 오차가 제거될 때의 각 링크의 요동량을 족부 ＞ 종아리부 ＞ 허벅지부의 차례로 관리할 수 있다.
따라서, 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때의 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란을 경감하는 동시에, 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 고토오크 발생을 억제하여, 발바닥의 급격한 미끄러짐이나 급격한 박리를 방지할 수 있다.
여기서, 총 백래쉬량이 동일하다고 가정하여, 본 발명과는 반대로 고관절 ＞ 무릎 관절 ＞ 발관절의 차례로 백래쉬량이 배치되는 경우에 대해 고찰해 본다.
이 경우, 고관절부의 백래쉬가 크므로, 딛지 않은 다리의 발바닥에 있어서의 「위치와 자세」의 편차가 커지고 디딘 다리 절환시의 ZMP 제어 정밀도가 점점 악화되어 버린다. 또한, 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때에는 가지의 상기의 백래쉬량이 작으므로, 각 링크의 요동량이 「허벅지부 ＝ 종아리부 ＝ 족부」에 가까운 상태가 된다. 이로 인해, 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때의 각 링크의 요동량에 의해 생기는 외란이 증대되는 동시에, 족부와 무릎부의 액튜에이터에 고이득의 국소 피드백 제어계에 의한 급격한 고토오크 발생의 확률이 증가되어, 발바닥의 급격한 박리(나아가서는 기기 본체가 전도됨) 가능성이 증가될 것이다.
도5에는 2족 보행형 다리식 이동 로봇(100)에 있어서의 다리식 동작중의 동적 폐합 오차를 도시하고 있다. 동적 폐합 오차는 기기 본체의 현실 자세와 목표 자세와의 편차이며, 시간의 경과와 함께 변화하는 거리와 각도의 오차로서 표시된다. 동적 폐합 오차 그 자체를 없앨 수는 없다.
가지의 단부에 가까운 관절일수록 백래쉬량을 크게 설정하고, 각 자유도 방향의 총합을 관리한다는, 다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제1 방법은, 물론 상술한 바와 같은 하지뿐 아니라 손이나 상지에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
손이나 상지의 경우도, 1 가지에 있어서의 자유도의 방향에 있어서의 총 백래쉬량을 관리하면서, 가지의 앞 부분일수록 백래쉬량을 크게 설정하도록 한다. 이에 대해, 가지의 근원 쪽의 백래쉬량을 크게 해 버리면, 개방 링크 상태로부터 폐쇄 링크 상태로 이행할 때의 가지 전체에서의 요동량이 증가되어 버리고, 이에 의해 핸들링 기동 제어 정밀도와 ZMP 제어 정밀도가 악화된다.
여기서, 각 가지에 있어서의 롤축 회전 및 피치축 회전의 총 백래쉬량의 목표치를 이하에 나타내 둔다.
0.15[deg] ＜ 롤축 회전의 총 백래쉬량(ｒ) ＜ 0.40[deg]
0.30[deg] ＜ 피치축 회전의 총 백래쉬량(δ) ＜ 0.80[deg]
다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제1 방법은, 각 관절 액튜에이터에 접속된 감속기의 백래쉬량의 불균형을 이용한 것이라고 하는 측면이 있다. 이로 인해, 다리식 이동 로봇용의 관절 액튜에이터가 양산화되고, 어느 정도 일정 범위의 불균형 범위 내에서 백래쉬량을 갖는 감속기를 제조하는 것이 가능해진 경우에는, 상술한 바와 같은 백래쉬량을 측정하여 선별한 제1 방법은 반드시 최선이라고는 말하기 어렵다.
도6에는 양산품에서의 백래쉬량과 특성의 관계를 나타내고 있다.
다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제2 방법은, 각 관절축 액튜에이터에 있어서의 위치 서보 보상기의 개방 루프 및 이득을 임의로 조정함으로써, 위치 에러 편차량을 제어하여 상술한 제1 최적화 방법과 동일한 효과를 얻는 것이다.
도7에는 선형적인 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타내고 있다. 또, 도7에 도시한 특성을 제어하기 위한 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 도8에 도시하고 있다.
도8에 도시한 위치 서보계에 있어서, 비례 이득(직렬 보상 이득)(K)의 값을 조작함으로써, 다리식 이동 로봇(100)을 최적화하기 위한 제2 방법은 실현된다.
예를 들어, 양산된 감속기의 백래쉬량의 평균치 0.3[deg]라고 하자. 그리고, 비례 이득 K ＝ 2.0 일 때에 감속기 자체의 특성(위치 결정 정밀도 백래쉬량 그 자체가 됨)이 나타나도록 되어 있다고 하자.
여기서, 개방 루프 및 이득의 주파수 응답 특성은 f ≤ 1 Hz이고, ＋30 dB의 억압비를 갖고 있다고 가정하면, 비례 이득을 K ＝ 1.8까지 강하시킴으로써, 위치 서보계의 개방 루프 이득은 약 1 dB만큼 내려가므로 ＋29 dB가 된다.
이 이득의 차이가 어떻게 되는가 하면, 1 Hz의 주파수 상당의 속도로 9 deg의 목표각이 입력되었을 때, 비례 이득이나 K ＝ 2.0에서는 ＋30 dB의 억압비를 갖고 있으므로, 0.285 deg의 위치 편차량이 된다. 실제로는, 백래쉬량이 0.3 deg이므로 그 이하의 편차량으로는 되지 않는다는 점에는 주의해야 한다.
그러나, 비례 이득을 K ＝ 1.8로 낮추면, 억압비는 －29 dB가 되므로, 0.32 deg의 위치 편차량이 된다. 이는, 물리적으로 백래쉬량을 0.02 deg만큼 증가시키는 것과 등가이다.
비례 이득과 억압비와의 관계를 도9에 도시해 둔다.
이러한 조작을 다리부의 각 관절축에 대해 적용함으로써, 최적인 다리의 특성을 얻을 수 있다. 이는, 임의의 관절축에 있어서의 액튜에이터에 있어서 적용할 수 있으므로, 양산된 부품을 이용하여 만들어지는 다리의 특성 설계에 대해 매우 유효한 방법이라 할 수 있다.
또한, 도10에는 비선형인 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타내고 있다. 도10에 도시한 예에서는, 불감대를 가능한 한 적게 하여 백래쉬량을 조정하고 있다. 또, 도10에 도시한 특성을 제어하기 위한 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 도11에 도시하고 있다.
또한, 도12에는 비선형인 위치 서보 보상에 의해 조정된 백래쉬량과 특성의 관계를 나타내고 있다. 도12에 도시한 예에서는, 불감대를 일부러 크게 하여 어느 정도 이상 회전하면 실제의 특성을 갖도록 백래쉬량을 조정하고 있다. 또, 도12에 도시한 특성을 제어하기 위한 위치 서보 보상기의 구체적 구성을 도13에 도시하고있다.
또한, 다리식 이동 로봇(100)은 체간부, 고관절, 발목 등의 각 관절 부위에 있어서는, 롤축과 피치축의 조합에 의해 관절 자유도가 구성되어 있다. 동일한 관절 부위에 있어서는, 피치축 회전의 백래쉬량(ΔP)을 롤축 회전의 백래쉬량(ΔR)보다도 커지도록(즉, ΔP ＞ ΔR) 기기 본체를 설계하는 것을 본 발명자 등은 추천한다. 직진 보행을 생각한 경우, 요오축의 운동은 수반되지 않으므로 롤축과 피치축의 운동이 지배적이며, 또한 2족 보행형의 다리식 이동 로봇의 경우 X 방향의 안정 영역이 Y 방향의 안정 영역보다 넓으므로, ΔP ＞ ΔR 라는 결론이 내려진다.
또, 도3에 도시한 기기 본체의 관절 자유도 구성과 같이, 요오축이 다리의 뿌리한 배치되어 있는 경우 선회시와 같이 요오축 운동이 발생될 때에도, 다리부 좌표계(고관절축을 원점으로 함)에 있어서의 발바닥의 피치 운동이나 롤 운동과는 간섭하지 않는다. 즉, 요오축의 백래쉬량(ΔY)에 의한 발바닥의 자세 편차는 요오축 각도에만 영향을 미치고, 실질 안정 영역이 그 편차에 대해 충분히 크면 무시할 수 있다.
한편, 요오축이 대퇴부나 종아리부에 배치되어 있는 경우에는, 요오축의 백래쉬량(ΔY)이 다리부 좌표계(고관절축을 원점으로 함)에 있어서의 발바닥의 피치 운동이나 롤 운동에 간섭한다. 그래서, 요오축에 있어서의 백래쉬(ΔY)의 관리 중요성이 증가된다.
이상과 같은 기술적 근거로부터, 다리식 이동 로봇의 각 관절의 백래쉬량의 배분을 일반화하면 이하와 같게 된다.
① ZMP 제어상의 이유로부터:
② 동적 폐합 오차의 이유로부터:
│g(P1, P2,... Pi, R1, R2,... Yj, Y1, Y2,...Yk,)│의 최대치
＝ ΔC(ΔCx, ΔCy, ΔCz, ΔCp, ΔCr, ΔCy)
g(P1, P2,... Pi, R1, R2,... Yj, Y1, Y2,...Yk,) : 각 목표치로부터 동적 폐합 오차를 산출하는 함수
ΔC(ΔCx, ΔCy, ΔCz, ΔCp, ΔCr, ΔCy) : 동적 폐합 오차의 최대치
ΔCx: X방향의 동적 폐합 오차
ΔCy: Y방향의 동적 폐합 오차
ΔCz: Z방향의 동적 폐합 오차
ΔCp: 피치축의 동적 폐합 오차
ΔCr: 롤축의 동적 폐합 오차
ΔCy: 요오축의 동적 폐합 오차
ΔC(ΔCx, ΔCy, ΔCz, ΔCp, ΔCr, ΔCy) ＝ 0
으로 하는 ΔPi, ΔRj, ΔYk의 최소치를 구한다.
그리고, 상기한 ① 및 ②로부터 각 관절의 백래쉬의 범위가 결정된다.
추가 보완
이상, 특정한 실시예를 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 해석해 보았다. 그러나, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 상기 실시예의 수정이나 대용을 이룰 수 있음은 자명하다.
본 발명의 요지는 반드시「로봇」이라 불리우는 제품에는 한정되지 않는다. 즉, 전기적 혹은 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 유사한 운동을 행하는 기계 장치이면, 예를 들어 완구 등과 같은 다른 산업 분야에 속하는 제품이라도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
요컨대, 예시라는 형태로 본 발명을 개시한 것이며, 본 명세서의 기재 내용을 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 요지를 판단하기 위해서는 이하에 기재한 특허청구의 범위를 참작해야 한다.
본 발명에 따르면, 좌우의 가동 다리에 의한 외다리 지지 기간 및 양 다리 지지 기간을 교대로 반복하는 등, 디딘 다리 절환을 반복함으로써 다리식 작업을 안정되고 또한 정확하게 실현할 수 있는 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외다리 지지로부터 양 다리 지지로 이행하는 경우와 같이, 다리식 이동 로봇이 바닥면이나 벽면 등의 사이에서 개방 링크 기구로부터 폐쇄 링크 기구로 천이할 때, 예측과 실측의 갭에 기인하는 박리나 충돌에 대응한 자세 안정 제어를 행할 수 있는 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외계나 작업 대상에 대해 개방 링크 상태와 폐쇄 링크 상태의 절환 동작을 기기 본체의 자세 안정성을 잃는 일 없이 고속으로 행할 수 있는 우수한 다리식 이동 로봇 및 그 동작 제어 방법을 제공할 수 있다.

Claims (37)

  1. 적어도 가동 다리를 갖는 다리식 이동 로봇이며,
    상기 가동 다리는 복수의 관절 자유도를 구비하는 동시에, 각 관절에 대해 동적 폐합 오차를 제거하기 위한 우선 순위 부여 수동 자유도가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇은 좌우의 가동 다리를 구비하는 동시에, 좌우의 가동 다리에 있어서의 수동 자유도의 배치가 대략 동일한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  3. 제1항에 있어서, 각 관절 자유도는 감속기가 접속된 작동기로 구성되는 동시에, 각 관절에 있어서의 수동 자유도는 작동기에 접속된 감속기가 갖는 백래쉬량에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  4. 제3항에 있어서, 1가지에 있어서의 어느 관절에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 관절의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  5. 제3항에 있어서, 1가지에 있어서의 어느 롤축 회전 자유도의 백래쉬량에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 롤축 회전 자유도의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  6. 제3항에 있어서, 1가지에 있어서의 어느 피치축 회전 자유도의 백래쉬량에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 피치축 회전 자유도의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  7. 제3항에 있어서, 가지의 뿌리에 가장 가까운 관절의 백래쉬량에 비해 가지의 단부에 가장 가까운 관절의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  8. 제3항에 있어서, 가지의 뿌리에 가장 가까운 롤축 회전 자유도의 백래쉬량에 비해 가지의 단부에 가장 가까운 롤축 회전 자유도의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  9. 제3항에 있어서, 가지의 뿌리에 가장 가까운 피치축 회전 자유도의 백래쉬량에 비해 가지의 단부에 가장 가까운 피치축 회전 자유도의 백래쉬량을 크게 설정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    고관절 롤축의 백래쉬량, 족부 관절 롤축의 백래쉬량, 고관절 피치축의 백래쉬량, 무릎 관절 피치축의 백래쉬량, 족부 관절 피치축의 백래쉬량의 차례로 백래쉬량이 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    고관절 롤축의 관절 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  12. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    고관절 피치축의 백래쉬량, 무릎 관절 피치축의 백래쉬량, 족부 관절 피치축의 차례로 백래쉬량이 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  13. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    고관절 피치축의 백래쉬량이 족부 관절 피치축의 백래쉬량보다 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  14. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    고관절 피치축의 백래쉬량이 무릎 관절 피치축의 백래쉬량보다 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  15. 제1항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 관절 , 고관절 , 무릎 관절, 관절 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하는 동시에,
    무릎 관절 피치축의 백래쉬량이 족부 관절 피치축의 백래쉬량보다 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  16. 제1항에 있어서, 딛지 않은 다리가 바닥에 닿을 때에 생기는 동적 폐합 오차가 제거될 때의 각 링크의 요동량을 족부 ＞ 종아리부 ＞ 허벅지부의 차례로 관리하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  17. 제1항에 있어서, 가지 전체의 각 자유도 방향에 있어서의 백래쉬량의 총합을 관리하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  18. 제1항에 있어서, 1개의 하지에 있어서의 롤축 회전의 총 백래쉬량이 0.05 내지 2.0 [deg]의 범위 내로 억제되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  19. 제1항에 있어서, 1개의 하지에 있어서의 피치축 회전의 총 백래쉬량이 0.10 내지 4.0 [deg]의 범위 내로 억제되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  20. 적어도 롤축 및 피치축 회전의 자유도를 갖는 관절부를 구비한 다리를 갖는 로봇 장치이며,
    상기 관절부에는 각각 롤축 백래쉬량(ΔR), 피치축 백래쉬량(ΔP)이 설정되고, 상기 각각의 백래쉬량은,
    ΔP ＞ ΔR
    의 조건을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 로봇 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 피치축 백래쉬량(ΔP)은 적어도 상기 롤축 백래쉬량(ΔR)의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 로봇 장치.
  22. 적어도 가동 다리를 갖는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법이며,
    상기 가동 다리는 위치 서보 제어된 복수의 관절 자유도로 이루어지고,
    각 관절에 있어서의 동적 폐합 오차를 제거하기 위한 수동 자유도를 배치하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작함으로써 동적 폐합 오차를 제거하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇은 좌우의 가동 다리를 구비하고,
    상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 좌우의 가동 다리에 있어서의 수동 자유도의 배치가 대략 동일해지도록 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 1가지에 있어서의 어느 관절에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 다른 1개의 관절의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 관절을 구동하는 작동기의 비례 이득 또는 비비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지에 있어서의 어느 관절에 대해 개ㆍ폐합 천이 부위에 가까운 다른 1개의 관절의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 관절을 구동하는 작동기의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지에 있어서의 롤축 회전의 어느 수동 자유도의 가동 범위에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 롤축 회전의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 자유도를 구동하는 작동기의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지에 있어서의 피치축 회전의 어느 수동 자유도의 가동 범위에 대해 보다 가지의 단부에 가까운 피치축 회전의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 자유도를 구동하는 작동기의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지의 뿌리에 가장 가까운 관절의 수동 자유도의 가동 범위에 비해, 가지의 단부에 가장 가까운 관절의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 자유도를 구동하는 작동기의 비례이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지의 뿌리에 가장 가까운 롤축 회전의 수동 자유도의 가동 범위에 비해, 가지의 단부에 가장 가까운 롤축 회전의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 자유도를 구동하는 작동기의 비례 이득 또는 비비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  31. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 가지의 뿌리에 가장 가까운 피치축 회전의 수동 자유도의 가동 범위에 비해, 가지의 단부에 가장 가까운 피치축 회전의 수동 자유도의 가동 범위가 커지도록 각 자유도를 구동하는 작동기의 비례 이득 또는 비비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  32. 제21항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하고,
    상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축의 차례로 수동 자유도가 작아지도록 각 관절에 있어서의 비례 이득 또는 비비례 이득을 조작하는 것을 특징으로하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  33. 제21항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하고,
    상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 개ㆍ폐합 천이시, 즉 디딘 다리 변경시에 디딘 다리로부터 딛지 않은 다리로 천이하는 다리의 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 족부 관절 피치축의 차례로 수동 자유도가 작아지도록 각 관절에 있어서의 비례 이득 또는 비비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  34. 제21항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하고,
    상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 고관절 롤축의 가동 범위가 족부 관절 롤축의 가동 범위보다 작아지도록 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  35. 제21항에 있어서, 상기 가동 다리는 고관절 롤축, 족부 관절 롤축, 고관절 피치축, 무릎 관절 피치축, 발목 피치축, 고관절 요오축의 각 축회전의 관절 자유도를 적어도 구비하고,
    상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 고관절 피치축의 가동 범위가 족부 관절 피치축의 가동 범위보다 작아지도록 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  36. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 딛지 않은 다리가 바닥에 닿았을 때에 생기는 동적 폐합 오차가 제거될 때의 각 링크의 요동량을 족부 ＞ 종아리부 ＞ 허벅지부의 차례로 관리하도록 각 관절에 있어서의 비례 이득을 조작하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
  37. 제21항에 있어서, 상기한 수동 자유도를 배치하는 스텝에서는 각지 전체의 각 자유도 방향에 있어서의 수동 자유도의 총합을 관리하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3760186B2 (ja) * 2001-06-07 2006-03-29 独立行政法人科学技術振興機構 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置並びに歩行制御方法
WO2004103649A1 (ja) * 2003-05-20 2004-12-02 Fujitsu Limited バックラッシュ補償制御方法、バックラッシュ補償制御装置およびバックラッシュ補償制御プログラム
JP3994950B2 (ja) * 2003-09-19 2007-10-24 ソニー株式会社 環境認識装置及び方法、経路計画装置及び方法、並びにロボット装置
JP4457794B2 (ja) * 2004-07-22 2010-04-28 トヨタ自動車株式会社 ロボット
JP4086024B2 (ja) * 2004-09-14 2008-05-14 ソニー株式会社 ロボット装置及びその行動制御方法
US8649899B2 (en) 2006-06-19 2014-02-11 Amazon Technologies, Inc. System and method for maneuvering a mobile drive unit
US7920962B2 (en) 2006-06-19 2011-04-05 Kiva Systems, Inc. System and method for coordinating movement of mobile drive units
US8538692B2 (en) 2006-06-19 2013-09-17 Amazon Technologies, Inc. System and method for generating a path for a mobile drive unit
US8220710B2 (en) 2006-06-19 2012-07-17 Kiva Systems, Inc. System and method for positioning a mobile drive unit
US7912574B2 (en) 2006-06-19 2011-03-22 Kiva Systems, Inc. System and method for transporting inventory items
US20130302132A1 (en) 2012-05-14 2013-11-14 Kiva Systems, Inc. System and Method for Maneuvering a Mobile Drive Unit
JP4930003B2 (ja) * 2006-11-20 2012-05-09 株式会社日立製作所 移動ロボット
JP4440956B2 (ja) * 2007-09-12 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 脚式ロボット、及びその制御方法
JP4392037B2 (ja) * 2007-09-12 2009-12-24 トヨタ自動車株式会社 脚式ロボット、及びその制御方法
EP2090962A1 (en) 2008-02-13 2009-08-19 Research In Motion Limited Data input device with variable-colour illumination
KR20100001567A (ko) * 2008-06-27 2010-01-06 삼성전자주식회사 보행 로봇 및 그 제어 방법
JP2011045973A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Hitachi Ltd ロボット
US8237390B2 (en) 2010-02-13 2012-08-07 Ivan Godler Drive unit for legged robots and control method thereof
KR20120069924A (ko) * 2010-12-21 2012-06-29 삼성전자주식회사 보행 로봇 및 그 제어 방법
DE112011105269B4 (de) * 2011-05-25 2015-06-25 Hitachi, Ltd. Kopfstruktur eines Roboters und Antriebsverfahren für den Kopf
KR101985790B1 (ko) * 2012-02-21 2019-06-04 삼성전자주식회사 보행 로봇 및 그 제어 방법
JP6698268B2 (ja) 2014-10-14 2020-05-27 蛇の目ミシン工業株式会社 ロボット
JP6593991B2 (ja) * 2014-12-25 2019-10-23 三菱重工業株式会社 移動ロボット及び先端ツール
US9594377B1 (en) * 2015-05-12 2017-03-14 Google Inc. Auto-height swing adjustment
CN104890757A (zh) * 2015-06-24 2015-09-09 长春工业大学 一种仿人机器人行走装置
CN105857431B (zh) * 2016-03-29 2017-12-29 刘子骞 一种结构设计合理的机器人
US11180205B2 (en) * 2016-04-05 2021-11-23 Hitachi, Ltd. Humanoid robot
JP6660242B2 (ja) * 2016-04-25 2020-03-11 本田技研工業株式会社 ロボットの制御信号を伝送するための光ファイバ配線構造
CN106184464A (zh) * 2016-09-20 2016-12-07 上海逸动医学科技有限公司 一种下肢机器人
WO2018079058A1 (ja) * 2016-10-28 2018-05-03 シャープ株式会社 装置の可動構造、および装置
CN108237531B (zh) * 2016-12-26 2021-07-13 电子科技大学中山学院 一种仿人机器人步态自学习控制方法
CN106826759B (zh) * 2016-12-29 2024-02-09 深圳市优必选科技有限公司 脚部结构及人形机器人
US10421510B2 (en) * 2017-07-25 2019-09-24 Sphero, Inc. Three-legged robotic apparatus
CN107672686B (zh) * 2017-09-20 2019-09-20 深圳市行者机器人技术有限公司 一种双足机器人及其腿部减震和能量回收装置
CN107962595B (zh) * 2017-11-29 2019-11-01 北京康力优蓝机器人科技有限公司 机器人倒地保护系统及方法
US11385139B2 (en) * 2018-11-21 2022-07-12 Martin E. Best Active backlash detection methods and systems
CN109747731B (zh) * 2018-12-11 2021-03-02 深圳市优必选科技有限公司 机器人及其腿部结构
CN109774814A (zh) * 2019-01-16 2019-05-21 浙江大学 一种实现触地反馈的多足步行机器人足部结构
CN113428249A (zh) * 2021-07-29 2021-09-24 桂林电子科技大学 一种研究动物弹跳的仿猴机器人
CN115705048B (zh) * 2021-08-06 2023-11-14 北京小米机器人技术有限公司 足式机器人的控制方法、装置、机器人及存储介质

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2819323B2 (ja) 1989-11-15 1998-10-30 本田技研工業株式会社 脚式歩行ロボットの関節制御装置
JP2819353B2 (ja) 1990-09-28 1998-10-30 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩行制御装置
JP3270766B2 (ja) 1992-03-04 2002-04-02 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの制御装置
US5355064A (en) * 1992-03-04 1994-10-11 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control system for legged mobile robot
US5349277A (en) * 1992-03-12 1994-09-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control system for legged mobile robot
JPH0768480A (ja) * 1993-09-06 1995-03-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd マニピュレータの関節角度制御方法
JP3429048B2 (ja) * 1993-12-30 2003-07-22 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩行制御装置
JP3662996B2 (ja) * 1996-01-25 2005-06-22 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩行制御装置
WO1998026905A1 (fr) * 1996-12-19 1998-06-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Controleur d'attitude de robot mobile sur jambes
EP1053835B1 (en) * 1997-01-31 2006-12-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Leg type mobile robot control apparatus
JP4213310B2 (ja) * 1999-08-30 2009-01-21 本田技研工業株式会社 ２足歩行脚式移動ロボット
JP3528171B2 (ja) * 1999-11-12 2004-05-17 ソニー株式会社 移動ロボット装置及び移動ロボット装置の転倒制御方法
US6532400B1 (en) * 2000-03-24 2003-03-11 Intelligent Inference Systems Corporation Biologically-inspired multi-segmented robot
JP2002301674A (ja) * 2001-04-03 2002-10-15 Sony Corp 脚式移動ロボット及びその運動教示方法、並びに記憶媒体
US6636781B1 (en) * 2001-05-22 2003-10-21 University Of Southern California Distributed control and coordination of autonomous agents in a dynamic, reconfigurable system
US6643563B2 (en) * 2001-07-13 2003-11-04 Brooks Automation, Inc. Trajectory planning and motion control strategies for a planar three-degree-of-freedom robotic arm

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