KR20070083982A - 다리식 이동 로봇 및 그 제어 프로그램 - Google Patents

Abstract

다리식 이동 로봇에 있어서, 족평(22)의 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구(42)의 기구변형량이 결정되고, 이 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분에 기초하여, 족평(22)이 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하도록 다리체(2)의 동작을 제어함으로써, 실제 상반력의 목표 상반력으로의 추종성을 향상시킨다.

다리식 이동 로봇, 컴플라이언스 기구, 다리체 제어 수단, 접지부위, 목표 상반력 설정 수단

Description

다리식 이동 로봇 및 그 제어 프로그램{LEGGED MOBILE ROBOT AND CONTROL PROGRAM FOR THE ROBOT}

본 발명은 다리식 이동 로봇 및 그 제어 프로그램에 관한 것이다.

종래, 로봇의 이동 시에, 족평(足平)의 착상(着床) 시의 다리체 등에의 충격 경감을 위해 당해 족평 속도의 연직성분이 착상 전에 대략 0으로 근접하도록 다리체의 동작를 제어하는 기술적 수법이 제안되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 2족이동 로봇이 양다리체가 공중에 있는 공중기와, 어느 한쪽의 다리체에 의해 지지되어 있는 외다리 지지기를 반복하면서 주행할 때, 우측 족평의 목표 족평높이는 도 19(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 공중기로부터 외다리 지지기로 이행하기 직전에 0이 되도록 설정된다.

또, 족평의 착상 시의 다리체 등에의 충격 경감을 위한 컴플라이언스 기구가 설치되어, 족평의 착상 시의 컴플라이언스의 변형을 고려하여, 족평의 목표 궤도를 설정하는 기술적 수법이 제안되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 2족이동 로봇의 주행 중에, 목표 상반력(床反力)이 도 19(b)에 도시되는 바와 같이 공중기에서 외다리 지지기로의 이행 직후에 0으로부터 급격하게 증가하고, 그 후 일정하게 유지되고나서 다음 공중기의 직전에 0으로 급격하게 감소하도록 설정된 경우, 이 목표 상반력에 의한 컴플라이언스 기구의 변형량이 도 19(c)에 도시되어 있는 바와 같이 변화하는 것으로 추정된다. 또, 이 변형량이 보상되도록, 도 19(a)에 도시되어 있는 목표 족평높이가 도 19(d)에 도시되어 있는 바와 같이 수정되어서 재설정된다.

그러나, 예를 들면, 도 19(d)에 도시되어 있는 바와 같은 목표 족평높이(목표 족평 궤도)가 설정된 경우, 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 다리체의 접지기 이행 직후에, 도 19(e)에 도시되어 있는 바와 같이 실제 상반력이 목표 상반력에 대해 지연되어 상승하기 때문에, 족평이 충분하게 감속되지 않아, 실제 상반력, 나아가서는 착상 시의 로봇의 충격이 일시적으로 과대하게 될 우려가 있다.

또, 다리체의 원동기로서의 액추에이터의 응답지연, 구동력 전달계의 전달지연, 및 다리체 기구의 휨에 의한 응답지연 등에 의해 컴플라이언스 기구의 변형의 시간지연이 생기고, 족평에 작용하는 실제 상반력(=다리관절부에 설치된 6축력 센서 등에 의해 측정되는 상반력)의 목표 상반력에의 추종성이 나빠질 우려가 있다. 예를 들면, 도 19(e)에 도시되어 있는 바와 같이 족평에 작용하는 실제 상반력이 이 족평의 비접지기로부터 접지기로의 이행 후, 도 19(b)에 도시되어 있는 목표 상반력에 대해 지연되어 변화되고, 다음 비접지기로의 이행에 따라 본래는 족평이 이상(離床)하여 실제 상반력이 0으로 되어 있을 것임에도 불구하고, 유한한 실제 상반력이 남아버릴(하중제거가 나빠질) 우려가 있다. 이 때문에, 당해 족평의 발끝부 등이 바닥면에 걸려, 그 후의 로봇의 동작이 적어도 일시적으로 불안정하게 될 우려가 있다.

그래서, 본 발명은, 실제 상반력의 목표 상반력에의 추종성을 향상시켜, 동작이 안정하게 제어될 수 있는 다리식 이동 로봇 및 그 제어 프로그램을 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

본 발명은, 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지 충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은 접지부위가 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하도록 다리체의 동작을 제어하는 다리체 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇에 의하면, 접지부위가 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하므로, 다리체의 이상기(비접지기)로부터 착상기(접지기)에의 이행 직후에 실제 상반력을 목표 상반력으로 추종성 좋게 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 상기한 바와 같은 착상기 이행 직후의 다리체에의 부하가 일시적으로 과대하게 되거나, 다음 이상기로의 이행 시에 하중제거가 나빠져서 족평의 일부가 바닥면에 걸리거나 하는 사태를 회피하여, 로봇의 동작을 안정하게 제어할 수 있다. 바꿔 말하면, 본원 발명의 제 1 태양의 로봇에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중인 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘을 적절하게 제어될 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단을 구비하고, 다리체 제어 수단이, 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대해, 상기 소정 속도가 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위에서의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대한, 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도는 착상 시의 다리체에의 충격, 및 이상 시의 하중제거에 영향을 미치는 인자이다. 본원 발명자가 얻은 지견에 의하면, 당해 비율이 「0.1」 미만일 경우, 착상 시의 다리체에의 충격을 저감하는 능력이 급격하게 저하되고, 또, 이상 시에 하중제거가 나빠져서 접지부위의 일부가 바닥면에 걸릴 가능성이 급격하게 높아진다. 한편, 당해 비율이 「10」을 초과해 있을 경우, 이상 시의 하중제거는 양호하지만, 착상 시의 다리체에의 부하가 일시적이라고는 해도 목표 상반력의 최대치를 초과할 가능성이 높아진다. 따라서, 이러한 지견을 감안하여, 당해 비율이 [0.1, 10]에 들어가도록 다리체의 동작이 제어됨으로써 착상 시의 다리체에의 충격을 완화하면서, 이상 시의 하중제거를 양호하게 하여, 로봇의 동작을 안정하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단을 구비하고, 다리체 제어 수단이 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율에 기초하여 상기 소정 속도를 결정하고, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상 시까지 상기 결정된 소정 속도로 되도록 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단과, 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정 수단과, 다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정 수단과, 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를, 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정하는 목표 접지부위 궤도 수정 수단을 구비하고, 다리체 제어 수단이 접지부위의 이상기에 있어서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 접지부위의 착상 직후에 있어서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율에 기초하여, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상까지 소정 속도로 되도록 다리체의 동작을 제어하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 목표 접지부위 궤도 수정 수단에 의한 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다리식 이동 로봇에 의하면, 접지부위의 착상 직후에 있어서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분의 변화율에 기초하여, 접지부위의 착상 속도가 제어된다. 이것에 의해, 이상기 종료 전에 있어서의 다리체의 접지부위의 하강 동작을 착상기 개시 후에 있어서의 다리체의 접지부위에서의 바닥면의 딛고 서기 동작으로 원활하게 연속된 것으로 할 수 있다. 그리고, 상기 관점에서, 이동 중인 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이, 컴플라이언스 기구의 착지충격 완화 특성에 따라 적절하게 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은 목표 접지부위 궤도 수정 수단이, 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분을, 접지부위의 이상기에 있어서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된, 접지부위의 착상 직후에 있어서의 기구변형량에 기초하여 상방으로 벗어나도록 수정하는 한편, 접지부위의 착상기에 있어서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 설정된 기구변형량에 기초하여 하방으로 수정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다리식 이동 로봇에 의하면, 착상기에 있어서의 목표 접지부위 궤도가 착상기에 있어서의 목표 상반력에 따른 기구변형량에 의해 하방으로 수정되는 한편, 이상기에 있어서의 목표 접지부위 궤도가 접지부위의 착상 직후에 있어서의 기구변형량에 기초하여 상방으로 수정된다. 이것에 의해, 이상기 종료 전에 있어서의 다리체의 접지부위의 하강 동작을, 착상기 개시 후에 있어서의 다리체의 접지부위에서의 바닥면의 딛고 서기 동작으로 원활하게 연속된 것으로 할 수 있다. 그리고, 상기 관점에서, 이동 중의 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이 컴플라이언스 기구의 착지충격 완화 특성에 따라 적절하게 제어될 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단과, 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정 수단과, 다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정 수단과, 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를, 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정함으로써 수정 목표 접지부위 궤도를 결정하는 목표 접지부위 궤도 수정 수단을 구비하고, 목표 상반력 설정 수단이 접지부위의 착상기에 있어서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 정으로 되는 목표 상반력을 설정하는 한편, 착상 직후의 목표 상반력에 기초하여 접지부위의 이상기에 있어서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 부가 되는 가상적인 목표 상반력을 설정하고, 다리체 제어 수단이 목표 접지부위 궤도 수정 수단에 의해 결정된 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다리식 이동 로봇에 의하면, 착상기에서의 정의 상반력에 따라 정의 기구변형량이 결정됨으로써 착상기에서의 목표 접지부위 궤도가 하방으로 수정된다. 또, 이상기에 있어서의 가상적인 부의 상반력에 따라 부의 기구변형량이 결정됨으로써, 이상기에 있어서의 목표 접지부위 궤도가 상방으로 수정된다. 이것에 의해, 이상기 종료 전에 있어서의 다리체의 접지부위의 하강 동작을 착상기 개시 후에 있어서의 다리체의 접지부위에서의 바닥면의 딛고 서기 동작으로 원활하게 연속된 것으로 할 수 있다. 그리고, 상기 관점에서, 이동 중의 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이 컴플라이언스 기구의 착지충격 완화 특성에 따라 적절하게 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 다리식 이동 로봇은 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량에 기초하여, 목표 접지부위 궤도에 대한 이 기구변형량의 영향을 보상하기 위한 기구변형 보상량을 설정하는 기구변형 보상량 설정 수단을 구비하고, 목표 접지부위 궤도 수정 수단이, 기구변형 보상량 설정 수단에 의해 설정된 기구변형 보상량에 기초하여, 목표 접지부위 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 수정하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 태양의 다리식 이동 로봇은 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에서 0으로 되는 접지부위 궤도를 목표 접지부위 궤도로서 가짐과 동시에 동역학적 평형조건을 만족시키는 목표 보용을 설정하는 목표 보용 설정 수단과, 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에 있어서, 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 0으로 되지 않도록, 목표 접지부위 궤도를 수정한 것을 수정 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 수정 목표 접지부위 궤도 설정 수단과, 수정 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 수정 목표 접지부위 궤도에 기초하여, 다리체를 동작시켜 바닥면에 대한 접지부위의 접근속도를 제어하는 다리체 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 태양의 다리식 이동 로봇에 의하면, 실제 상반력의 목표 상반력에의 추종성을 향상시켜, 상기한 바와 같은 착상기 이행 직후의 다리체로의 부하가 일시적으로 과대하게 되거나, 다음 이상기에의 이행 시에 하중제거가 나빠져서 족평의 일부가 바닥면에 걸리거나 하는 사태를 회피하여, 로봇을 안정하게 제어할 수 있다. 바꿔 말하면, 본원 발명의 제 2 태양의 로봇에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중의 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이 적절하게 제어될 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 태양의 다리식 이동 로봇은, 목표 ZMP를 설정하는 목표 ZMP 설정 수단을 구비하고, 목표 보용 설정 수단이 목표 보용의 운동이 목표 ZMP를 만족하는 조건을 상기 동역학적 평형조건으로 하여 목표 보용을 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지 충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇의 작동을 제어하는 기능을 이 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 프로그램에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은 접지부위가 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하도록 다리체의 동작을 제어하는 다리체 제어기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중의 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘을 적절하게 제어할 수 있는 기능이 로봇에 대하여 부여된다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 다리체 제어기능으로서, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대해, 상기 소정 속도가 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 다리체 제어기능으로서, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율에 기초하여 상기 소정 속도를 결정하고, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상 시까지 상기 결정된 소정 속도로 되도록, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능과, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정기능과, 다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정기능과, 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를, 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정하는 목표 접지부위 궤도 수정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 다리체 제어기능으로서, 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 접지부위의 착상 직후에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율에 기초하여, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상까지 소정 속도로 되도록 다리체의 동작을 제어하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 목표 접지부위 궤도 수정기능에 의한 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은 목표 접지부위 궤도 수정기능으로서, 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분을 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된, 접지부위의 착상 직후에 있어서의 기구변형량에 기초하여 상방으로 벗어나도록 수정하는 한편, 접지부위의 착상기에 있어서는, 기구변형량 결정기능에 의해 설정된 기구변형량에 기초하여 하방으로 수정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능과, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정기능과, 다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정기능과, 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정함으로써 수정 목표 접지부위 궤도를 결정하는 목표 접지부위 궤도 수정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 목표 상반력 설정기능으로서, 접지부위의 착상기에 있어서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 정으로 되는 목표 상반력을 설정하는 한편, 착상 직후의 목표 상반력에 기초하여 접지부위의 이상기에 있어서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 부가 되는 가상적인 목표 상반력을 설정하는 기능을 이 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 다리체 제어기능으로서, 목표 접지부위 궤도 수정기능에 의해 결정된 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 이 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제 1 태양의 제어 프로그램은, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량에 기초하여, 목표 접지부위 궤도에 대한 이 기구변형량의 영향을 보상하기 위한 기구변형 보상량을 설정하는 기구변형 보상량 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 목표 접지부위 궤도 수정기능으로서, 기구변형 보상량 설정기능에 의해 설정된 기구변형 보상량에 기초하여, 목표 접지부위 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 수정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 태양의 제어 프로그램은, 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이, 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에 있어서 0으로 되는 접지부위 궤도를 목표 접지부위 궤도로서 가짐과 동시에 동역학적 평형조건을 만족시키는 목표 보용을 설정하는 목표 보용 설정기능과, 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에 있어서, 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 0으로 되지 않도록, 목표 접지부위 궤도를 수정한 것을 수정 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 수정 목표 접지부위 궤도 설정기능과, 수정 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 수정 목표 접지부위 궤도에 기초하여, 다리체를 동작시켜 바닥면에 대한 접지부위의 접근속도를 제어하는 다리체 제어기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명의 제 2 태양의 제어 프로그램에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중의 로봇의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘을 적절하게 제어할 수 있는 기능이 로봇에 대하여 부여된다.

또, 본 발명의 제 2 태양의 제어 프로그램은 목표 ZMP를 설정하는 목표 ZMP 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한, 목표 보용 설정기능으로서, 목표 보용의 운동이 목표 ZMP를 만족하는 조건을 상기 동역학적 평형조건으로 하여 목표 보용을 설정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에서의 다리식 이동 로봇으로서의 2족이동 로봇의 전체적 구성의 개략을 도시하는 개략도,

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

도 3은 도 1의 로봇에 구비한 제어유닛의 구성을 도시하는 블럭도,

도 4는 도 3의 제어유닛의 기능적 구성을 도시하는 블럭도,

도 5는 도 1의 로봇의 주행보용을 예시하는 설명도,

도 6은 목표 상반력 연직성분의 설정예를 도시하는 선도,

도 7은 목표 ZMP의 설정예를 게시하는 선도다.

도 8은 도 3의 제어유닛에 구비한 보용생성장치의 메인루틴 처리를 도시하는 플로우차트,

도 9는 도 8의 플로우차트 서브루틴 처리를 도시하는 플로우차트,

도 10은 정상보용의 상반력 수평성분 허용범위의 설정예를 도시하는 선도,

도 11은 도 8의 플로우차트의 서브루틴 처리를 도시하는 플로우차트,

도 12는 금회 보용의 상반력 수평성분 허용범위의 설정예를 도시하는 선도,

도 13은 보행보용에서의 목표 상반력 연직성분의 설정예를 도시하는 선도,

도 14는 보행보용에서의 목표 상반력 연직성분의 설정처리를 예시하는 플로우차트,

도 15 및 도 16은 본 발명의 로봇의 다리체 동작 제어방법의 제 1 실시형태 설명도,

도 17 및 도 18은 본 발명의 로봇의 다리체 동작 제어방법의 제 2 실시형태 설명도,

도 19는 종래기술에서의 로봇의 다리체 동작 제어방법의 설명도이다.

본 발명의 다리식 이동 로봇 및 그 제어 프로그램의 실시형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 보용생성장치 및 제어장치가 적용되는 다리식 이동 로봇으로서의 2족이동 로봇의 전체적 구성의 개략을 도시하는 개략도이다.

도시한 바와 같이, 2족이동 로봇(이하, 로봇이라고 함)(1)은 상체(24)로부터 하방으로 연장하여 설치된 좌우 1쌍의 다리체(각부 링크)(2, 2)를 구비한다. 양다리체(2, 2)는 동일 구조이며, 각각 6개의 관절을 구비한다. 그 6개의 관절은 상 체(24)측으로부터 순서대로, 가랑이(股)(허리부)의 회선(回旋)(회전)용(상체(24)에 대한 요잉 방향의 회전용)의 관절 10R, 10L(부호 R, L은 각각 우측 다리체, 좌측 다리체에 대응하는 것을 의미하는 부호이다. 이하 동일함)과, 가랑이(허리부)의 롤링 방향(X축 주위)의 회전용의 관절 12R, 12L과, 가랑이(요부)의 피칭 방향(Y축 주위)의 회전용의 관절 14R, 14L과, 무릎부의 피칭 방향의 회전용의 관절 16R, 16L과, 발목의 피칭 방향의 회전용의 관절 18R, 18L과, 발목의 롤링 방향의 회전용의 관절 20R, 20L로 구성된다.

각 다리체(2)의 발목의 2개의 관절 18R(L), 20R(L)의 하부에는, 각 다리체(2)의 선단부를 구성하는 족평(족부) 22R(L)이 부착 고정됨과 동시에, 양다리체(2, 2)의 최상위에는, 각 다리체(2)의 가랑이의 3개의 관절 10R(L), 12R(L), 14R(L)을 통하여 상기 상체(기체)(24)가 부착되어 있다. 상체(24)의 내부에는, 상세를 후술하는 제어유닛(26) 등이 격납되어 있다. 또한, 도 1에서는 도시의 편의상, 제어유닛(26)을 상체(24)의 외부에 기재하고 있다.

제어유닛(26)은 하드웨어로서의 CPU, ROM, RAM, 신호 입력회로, 신호 출력회로 등과, 이 하드웨어에 대해 로봇(1)의 작동제어 기능을 부여하는 소프트웨어로서의 본 발명의 「제어 프로그램」으로 구성되어 있다.

상기 구성의 각 다리체(2)에서는, 고관절(또는 허리관절)은 관절 10R(L), 12R(L), 14R(L)로 구성되고, 무릎관절은 관절 16R(L)로 구성되고, 다리관절(발목관절)은 관절 18R(L), 20R(L)로 구성된다. 또 고관절과 무릎관절은 대퇴 링크 28R(L)로 연결되고, 무릎관절과 다리관절은 하퇴 링크 30R(L)로 연결된다.

또한, 도시하지 않지만, 상체(24)의 상부의 양측부에는 좌우 1쌍의 팔체가 부착됨과 동시에, 상체(24)의 상단부에는 머리부가 배치된다. 이들 팔체 및 머리부는 본 발명의 요지와 직접적인 관련을 갖지 않으므로 상세한 설명은 생략하지만, 각 팔체는 그것에 구비하는 복수의 관절에 의해 이 팔체를 상체(24)에 대해 전후로 흔드는 등의 운동을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

각 다리체(2)의 상기 구성에 의해, 각 다리체(2)의 족평 22R(L)은 상체(24)에 대해 6개의 자유도가 부여되어 있다. 그리고, 로봇(1)의 이동 시에 양다리체(2, 2)를 합쳐서 6*2=12개(본 명세서에서 「*」는 스칼라에 대한 연산에서는 승산을 나타내고, 벡터에 대한 연산에서는 외적을 나타냄)의 관절을 적당한 각도로 구동함으로써 양 족평(22R, 22L)의 원하는 운동을 행할 수 있다. 이것에 의해 로봇(1)은 임의로 3차원 공간을 이동할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 후술하는 상체(24)의 위치 및 속도는 상체(24)의 소정 위치, 구체적으로는 상체(24)의 미리 정한 대표점(예를 들면 좌우의 고관절 사이의 중앙점 등)의 위치 및 그 이동속도를 의미한다. 마찬가지로, 각 족평(22R, 22L)의 위치 및 속도는, 각 족평(22R, 22L)의 미리 정한 대표점의 위치 및 그 이동속도를 의미한다. 이 경우, 본 실시형태에서는 각 족평(22R, 22L)의 대표점은, 예를 들면 각 족평(22R, 22L)의 밑바닥면 상(보다 구체적으로는 각 다리체(2)의 발목관절의 중심으로부터 각 족평(22R, 22L)의 밑바닥면으로의 수선이 이 밑바닥면과 교차하는 점 등)에 설정된다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 각 다리체(2)의 발목관절 18R(L), 20R(L) 의 하방에는 족평 22R(L)과의 사이에 공지의 6축력 센서(34)가 개재되어 있다. 이 6축력 센서(34)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, Mz)의 검출신호를 제어유닛(26)에 출력한다. 또, 상체(24)에는, Z축(연직방향(중력방향))에 대한 상체(24)의 기울기(자세각)와 그 각속도를 검출하기 위한 경사 센서(36)가 설치되고, 그 검출신호가 이 경사 센서(36)로부터 제어유닛(26)에 출력된다. 또, 상세 구조의 도시는 생략하지만, 로봇(1)의 각 관절에는, 그것을 구동하기 위해서 전동 모터(32)(도 3 참조)와, 그 전동 모터(32)의 회전량(각 관절의 회전각)을 검출하기 위한 인코더(로터리 인코더)(33)(도 3 참조)가 설치되고, 이 인코더(33)의 검출신호가 이 인코더(33)로부터 제어유닛(26)에 출력된다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이 각 족평 22R(L)의 상방에는, 상기 6축력 센서(34)와의 사이에 스프링 기구(제 1 컴플라이언스 기구)(38)가 장비됨과 동시에, 발밑바닥(각 족평 22R(L)의 밑바닥면)에는 고무 등으로 이루어지는 발밑바닥 탄성체(제 2 컴플라이언스 기구)(40)가 붙여져 있다. 이들 스프링 기구(38) 및 발밑바닥 탄성체(40)에 의해 컴플라이언스 기구(42)가 구성되어 있다. 스프링 기구(38)는 구체적으로는, 족평 22R(L)의 상면부에 부착된 사각형의 가이드 부재(도시 생략)와, 발목관절 18R(L)(도 2에서는 발목관절 20R(L)을 생략함) 및 6축력 센서(34)측에 부착되고, 상기 가이드 부재 내에 탄성재(고무나 스프링)를 통하여 미동 자유롭게 수납되는 피스톤 형상 부재(도시 생략)로 구성되어 있다. 또한, 컴플라이언 스 기구는 다리체(2)의 링크(28, 30)로 구성되어 있어도 된다.

도 2에 실선으로 표시된 족평 22R(L)은 상반력을 받고 있지 않을 때의 상태를 도시하고 있다. 각 다리체(2)가 상반력을 받으면, 컴플라이언스 기구(42)의 스프링 기구(38)와 발밑바닥 탄성체(40)가 휘어, 족평 22R(L)은 도면 중에 점선으로 예시한 위치 자세로 이동한다. 이 컴플라이언스 기구(42)의 구조는 착지충격을 완화하기 위해서 뿐만 아니라, 로봇(1)의 제어성을 높이기 위해서도 중요한 것이다. 또한, 그 상세한 것은 본 출원인이 앞서 제안한 일본 특개평 5-305584호에 기재되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 1에서는 도시를 생략하지만, 로봇(1)의 외부에는, 이 로봇(1)의 조종용의 조이스틱(조작기)(44)(도 3 참조)이 설치되고, 그 조이스틱(44)을 조작함으로써, 직진이동 하고 있는 로봇(1)을 선회시키는 등, 로봇(1)의 보용에 대한 요구를 필요에 따라 제어유닛(26)에 입력할 수 있게 구성된다. 이 경우, 입력할 수 있는 요구는, 예를 들면 로봇(1)의 이동 시의 보용 형태(보행, 주행 등), 미착지 다리의 착지위치 자세나 착지 시각, 또는 이들 착지위치 자세나 착지 시각을 규정하는 지령 데이터(예를 들면 로봇(1)의 이동방향, 이동속도 등)이다.

도 3은 제어유닛(26)의 구성을 도시하는 블럭도이다. 이 제어유닛(26)은 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있고, CPU로 이루어지는 제 1 연산장치(60) 및 제 2 연산장치(62), A/D 변환기(50), 카운터(56), D/A 변환기(66), RAM(54), ROM(64), 및 이것들 사이의 데이터 주고받음을 행하는 버스 라인(52)을 구비하고 있다. 이 제어유닛(26)에서는, 상기 각 다리체(2)의 6축력 센서(34), 경사 센서(36), 조이스 틱(44) 등의 출력신호는 A/D 변환기(50)에서 디지털값으로 변환된 후, 버스 라인(52)을 통하여 RAM(54)에 입력된다. 또, 로봇(1)의 각 관절의 인코더(33)(로터리 인코더)의 출력은 카운터(56)를 통하여 RAM(54)에 입력된다.

상기 제 1 연산장치(60)는 후술하는 바와 같이, 목표 보용을 생성함과 동시에, 관절각 변위지령(각 관절의 변위각 또는 각 전동 모터(32)의 회전각의 지령값)을 산출하여, RAM(54)에 송출한다. 또 제 2 연산장치(62)는 RAM(54)으로부터 관절각 변위지령과, 상기 인코더(33)의 출력신호에 기초하여 검출된 관절각의 실측값을 읽어내고, 각 관절의 구동에 필요한 조작량을 산출하여 D/A 변환기(66)와 서보 앰프(32a)를 통하여 각 관절을 구동하는 전동 모터(32)에 출력한다.

도 4는, 본 실시형태에서의 로봇(1)의 보용생성장치 및 제어장치의 기능적 구성을 전체적으로 나타내는 블럭도이다. 이 도 4 중의 「실제 로봇」의 부분 이외의 부분이 제어유닛(26)이 실행하는 처리기능(주로 제 1 연산장치(60) 및 제 2 연산장치(62)의 기능)에 의해 구성되는 것이다. 또한, 이하의 설명에서는, 다리체(2)의 좌우를 특별히 구별할 필요가 없을 때는, 상기 부호 R, L을 생략한다.

도 4에서, 보용생성장치(100) 및 목표 상반력 분배기(106)가 「목표 상반력 설정 수단」을 구성하고, 보용생성장치(100)가 「목표 족평(접지부위)궤도 설정 수단」을 구성하고, 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)가 「목표 족평(접지부위)궤도 수정 수단」을 구성하고, 관절변위 콘트롤러(108)가 본원 발명의 「다리체 제어 수단」을 구성한다.

본원 발명은, 목표 상반력이 족평(22)에 작용했을 때의 컴플라이언스 기 구(42)의 변형량이 보상되도록, 족평(22)의 이상기(=다리체(2)의 미착지 다리기)로부터 착상기(=다리체(2)의 착지기)의 이행 시에 있어서의 족평(22)이 연직방향 하방 또는 바닥면 법선방향 하방으로 소정 속도를 갖도록 다리체(2)의 동작이 제어되는 점에 특징이 있다. 이 특징에 대해서는 후에 설명한다.

이하 설명하면, 제어유닛(26)은 후술과 같이 목표 보용을 자유롭게 또한 리얼타임으로 생성하여 출력하는 보용생성장치(100)를 구비하고 있다. 이 보용생성장치(100)는, 그 기능에 의해, 본원 발명의 각 수단을 구성하는 것이다. 이 보용생성장치(100)가 출력하는 목표 보용은 목표 상체위치 자세 궤도(상체(24)의 목표 위치 및 목표 자세의 궤도), 목표 족평위치 자세 궤도(각 족평(22)의 목표 위치 및 목표 자세의 궤도), 목표 팔자세 궤도(각 팔체의 목표 자세의 궤도), 목표 전체 상반력 중심점(목표 ZMP) 궤도, 및 목표 전체 상반력 궤도로 구성된다. 또한, 다리체(2)나 팔체 이외에, 상체(24)에 대해 움직일 수 있는 부위를 구비하는 경우에는, 그 부위의 목표 위치 자세 궤도가 목표 보용에 더해진다.

여기에서, 상기 보용에서의 「궤도」는 시간적 변화의 패턴(시계열 패턴)을 의미하고, 이하의 설명에서는, 「궤도」 대신에 「패턴」이라고 칭하기도 한다. 또, 「자세」는 공간적인 방향을 의미한다. 구체적으로는, 예를 들면 상체자세는 Z축(연직축)에 대한 롤링 방향(X축 주위)의 상체(24)의 경사각(자세각)과 피칭 방향(Y축 주위)의 상체(24)의 경사각(자세각)으로 표시되고, 족평자세는 각 족평(22)에 고정적으로 설정된 2축의 공간적인 방위각으로 표시된다. 본 명세서에서는, 상체자세는 상체자세각이라고 하기도 한다.

또한, 이하의 설명에서는, 오해를 일으킬 우려가 없는 경우에는, 종종 「목표」를 생략한다. 또, 보용 중, 상반력에 관계되는 구성요소 이외의 구성요소, 즉 족평위치 자세, 상체위치 자세 등, 로봇(1)의 운동에 관계되는 보용을 총칭적으로 「운동」이라고 한다. 또, 각 족평(22)에 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 설명에서는, 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 잡아도 되므로, 동일한 목표 상반력에서도 무수한 표현을 생각할 수 있지만, 특별히 목표 상반력 중심점(전체 상반력의 중심점의 목표 위치)을 작용점으로 하여 목표 상반력을 표현하면, 목표 상반력의 모멘트 성분은 연직성분(연직축(Z축) 주위의 모멘트)을 제외하고 0으로 된다. 바꾸어 말하면, 목표 상반력 중심점 주위의 목표 상반력의 모멘트의 수평성분(수평축(X축 및 Y축) 주위의 모멘트)는 0으로 된다.

또한, 동역학적 평형조건을 만족하는 보용에서는, 로봇(1)의 목표 운동궤도로부터 산출되는 ZMP(목표 운동궤도로부터 산출되는 관성력과 중력의 합력이 그 점 주위에 작용하는 모멘트가 연직성분을 제외하고 0으로 되는 점)와 목표 상반력 중심점은 일치하므로, 목표 상반력 중심점 궤도 대신에 목표 ZMP 궤도를 준다고 해도 동일한 것이다(상세한 것은, 본원 출원인에 의한 일본 특원 2000-352011호 등을 참조).

이러한 배경으로부터, 상기 일본 특원 2000-352011호의 명세서에서는 목표 보용을 다음과 같이 정의하고 있었다.

a) 광의의 목표 보용이란 1보 내지는 복수보 기간의 목표 운동궤도와 그 목표 상반력 궤도와의 세트이다.

b) 협의의 목표 보용이란 1보 기간의 목표 운동궤도와 그 ZMP 궤도와의 세트이다.

c) 일련의 보용은 몇개의 보용이 연결된 것으로 한다.

보행에서는, 본 출원인이 앞서 일본 특개평 10-86080호 공보에서 제안한 상체높이 결정수법에 의해 로봇(1)의 상체(24)의 연직위치(상체높이)가 결정되면, 병진 상반력 연직성분은 종속적으로 결정된다. 또한, 목표 보용의 운동에 의한 관성력과 중력의 합력이 목표 ZMP 주위에 발생하는 모멘트의 수평성분이 0이 되도록 로봇(1)의 상체 수평위치 궤도를 결정함으로써 병진 상반력 수평성분도 결정된다. 이 때문에, 일본 특원 2000-352011호의 명세서에서는, 목표 보용의 상반력에 관해서 명시적으로 설정해야 할 물리량으로서는, 목표 ZMP만으로 충분했다. 따라서, 협의의 목표 보용의 정의로서는, 상기의 b)로 충분했다. 그에 반해, 본 실시형태에서 설명하는 로봇(1)의 주행보용(상세한 것은 후술함)에서는, 상반력 연직성분(병진 상반력 연직성분)도 제어상 중요하다. 이 때문에 본 발명에서는, 이 상반력 연직성분의 목표 궤도를 명시적으로 설정한 뒤에, 로봇(1)의 목표 상체 연직위치 등의 궤도를 결정한다. 그래서, 본 명세서에서는, 협의의 목표 보용의 정의로서, 다음 b')을 사용한다.

b') 협의의 목표 보용이란 1보 기간의 목표 운동궤도와 그 목표 ZMP 궤도와 목표 병진 상반력 연직성분 궤도와의 세트이다.

본 명세서에서는 이후, 이해를 쉽게 하기 위해서, 특별히 예고하지 않는 한, 목표 보용은 상기 b')의 협의의 목표 보용의 의미로 사용한다. 이 경우, 목표 보용의 「1보」는 로봇(1)의 한쪽 다리체(2)가 착지하고나서 다른 한쪽의 다리체(2)가 착지할 때까지의 의미로 사용한다. 또한, 이하의 설명에서는, 「상반력 연직성분」은 「병진 상반력 연직성분」을 의미하는 것으로 하고, 상반력 중 모멘트의 연직성분(연직축 주위 성분)은 「모멘트」라고 하는 용어를 사용하여 「상반력 연직성분」과 구별을 한다. 마찬가지로, 「상반력 수평성분」은 「병진 상반력 수평성분」을 의미하는 것으로 한다.

또, 보용에서의 양다리 지지기란 말할 필요도 없이, 로봇(1)이 그 자중을 양다리체(2, 2)로 지지하는 기간, 외다리 지지기란 어느 한쪽의 다리체(2)로 로봇(1)의 자중을 지지하는 기간, 공중기란 양다리체(2, 2)가 바닥으로부터 떨어져 있는(공중에 떠 있는) 기간을 말한다. 외다리 지지기에서 로봇(1)의 자중을 지지하지 않는 쪽의 다리체(2)를 「미착지 다리」라고 부른다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 주행보용에서는, 양다리 지지기는 없고, 외다리 지지기(착지기)와 공중기가 번갈아 반복된다. 이 경우, 공중기에서는 양다리(2, 2) 모두, 로봇(1)의 자중을 지지하지 않게 되지만, 이 공중기 직전의 외다리 지지기에서 미착지 다리였던 다리체(2), 지지다리였던 다리체(2)를 각각 이 공중기에서도 미착지 다리, 지지다리라 고 부른다.

도 5에 도시하는 주행보용을 예로 하여, 보용생성장치(100)가 생성하는 목표 보용의 개요를 설명한다. 또한, 보용에 관한 그 밖의 정의 및 상세는, 앞서 본원 출원인이 제안한 일본 특개평 10-86081호 공보에도 기재되어 있으므로, 이하에서는, 일본 특개평 10-86081호 공보에 기재되어 있지 않은 내용을 주로 설명한다.

우선, 도 5에 도시하는 주행보용을 설명한다. 이 주행보용은 인간의 통상적인 주행보용과 동일한 보용이다. 이 주행보용에서는, 로봇(1)의 좌우 어느 한쪽만의 다리체(2)(지지다리)의 족평(22)이 착지(접지)하는 외다리 지지기와, 양다리체(2, 2)가 공중에 뜨는 공중기가 번갈아 반복된다. 도 5의 1번째의 상태는 외다리 지지기의 개시 시(초기)의 상태, 2번째의 상태는 외다리 지지기의 중간시점의 상태, 3번째의 상태는 외다리 지지기에 이어지는 공중기의 개시 시(외다리 지지기의 종료 시)의 상태, 4번째의 상태는 공중기의 중간시점의 상태, 5번째의 상태는 공중기의 종료 시(다음 외다리 지지기의 개시 시)의 상태를 나타내고 있다.

이 주행보용에서는, 로봇(1)은, 도 5의 1번째의 상태에서 도시하는 바와 같이, 외다리 지지기의 개시 시에 있어서 지지다리(로봇(1)의 진행방향 전방측 다리체(2))측의 족평(22)의 발뒤꿈치로 착지한다. 이어서, 도 5의 2번째의 상태에서 도시하는 바와 같이, 로봇(1)은 착지한 족평(22)(지지다리측의 족평(22))의 밑바닥면의 거의 전체면을 착지시킨 후, 도 5의 3번째의 상태에서 도시하는 바와 같이, 그 지지다리측의 족평(22)(도 5의 3번째의 상태에서의 로봇(1)의 진행방향 후방측의 다리체(2)의 족평(22))의 발끝으로 바닥을 차서 공중으로 뛰어오른다. 이것으 로부터 외다리 지지기가 종료함과 동시에 공중기가 개시된다. 또한, 외다리 지지기에서의 미착지 다리는, 도 5의 1번째의 상태에서 도시하는 바와 같이, 외다리 지지기의 개시 시에서는 지지다리의 후방측에 존재하지만, 도 5의 2번째 및 3번째의 상태에서 도시하는 바와 같이 다음 착지 예정위치를 향해서 지지다리 전방측으로 흔들어 나와진다. 이어서, 도 5의 4번째의 상태에서 도시하는 공중기를 거친 후, 로봇(1)은 미착지 다리(공중기의 개시 직전의 외다리 지지기에서 미착지 다리로 되어 있던 다리체(2))의 족평(22)의 발뒤꿈치로 착지하고, 다음의 외다리 지지기가 개시된다. 또한, 로봇(1)이 지지다리측의 족평(22)의 발뒤꿈치가 아니라, 당해 족평(22)의 발밑바닥의 거의 전체면으로 착지해도 된다.

도 5의 주행보용을 고려하면서, 상기 보용생성장치(100)가 생성하는 목표 보용의 기본적인 개요를 설명한다. 상세한 것은 후술하지만, 보용생성장치(100)가 목표 보용을 생성할 때, 미착지 다리측의 족평(22)의 착지위치 자세(착지 예정위치 자세)나 착지 시각(착지 예정시각) 등의 목표 보용생성용의 기본적인 요구값(요구 패러미터)가 상기 조이스틱(44)의 소요의 조작 등에 따라 보용생성장치(100)에 주어진다. 그리고, 보용생성장치(100)는 그 요구 패러미터를 사용하여 목표 보용을 생성한다. 보다 상세하게 말하면, 보용생성장치(100)는 상기 요구 패러미터에 따라, 목표 보용의 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 상반력 연직성분 궤도 등, 목표 보용의 일부의 구성요소를 규정하는 패러미터(보용 패러미터라고 함)를 결정한 뒤에, 그 보용 패러미터를 사용하여 목표 보용의 순시값을 차례차례 결정하고, 이 목표 보용의 시계열 패턴을 생성한다.

이 경우, 목표 족평위치 자세 궤도(보다 상세하게는, 족평의 위치 및 자세의 공간적인 각 성분(X축 성분 등)의 목표 궤도)는, 예를 들면 본 출원인이 특허 제3233450호에서 제안한 유한 시간정정 필터를 사용하여 각 족평(22)마다 생성된다. 이 유한 시간정정 필터는 가변 시정수의 1차 지연 필터, 즉, 전달함수가 1/(1+τs)의 형태로 표현되는 필터(τ는 가변의 시정수. 이하, 이 필터를 단위 필터라고 함)를 복수단(본 실시형태에서는 3단 이상) 직렬로 접속한 것으로, 원하는 지정시각에 지정값에 도달하는 것과 같은 궤도를 생성·출력할 수 있는 것이다. 이 경우, 각 단의 단위 필터의 시정수(τ)는 모두, 유한 시간정정 필터의 출력 생성을 개시하고나서, 상기 지정시각까지의 잔여 시간에 따라 차례차례 가변적으로 설정된다. 보다 상세하게는, 이 잔여 시간이 짧아짐에 따라 τ의 값이 소정의 초기값(>0)으로부터 감소되어 가고, 최종적으로는 이 잔여 시간이 0이 되는 지정시각에서, τ의 값이 0이 되도록 설정된다. 그리고, 유한 시간정정 필터에는, 상기 지정값(보다 상세하게는, 유한 시간정정 필터의 출력의 초기값으로부터 상기 지정값으로의 변화량)에 따른 높이의 스텝 입력이 주어진다. 이러한 유한 시간정정 필터는, 지정시각에서 지정값에 도달하는 것과 같은 출력이 생성될 뿐만 아니라, 지정시각에서의 유한 시간정정 필터의 출력의 변화속도를 0 또는 거의 0으로 할 수 있다. 특히, 단위 필터를 3단 이상(3단이어도 됨) 접속한 경우에는, 유한 시간정정 필터의 출력의 변화가속도(변화속도의 미분값)도 0 또는 거의 0으로 할 수 있다.

이러한 유한 시간정정 필터를 사용하는 족평위치 자세 궤도(족평(22)이 착지하고나서 다음에 착지할 때까지의 위치 자세 궤도)의 생성은 예를 들면 다음과 같 이 행해진다. 예를 들면, X축 방향(전후 방향)의 목표 족평위치 궤도는 다음과 같이 생성된다. 즉, 상기 요구 패러미터에 의해 정해지는 각 족평(22)의 다음 착지 예정위치의 X축방향 위치(보다 상세하게는, 다음 착지 예정위치의 하나 전의 착지위치에 대한 X축방향의 변화량(이동량). 이것은 상기 지정값에 상당함)에 따라 유한 시간정정 필터에의 스텝 입력의 높이가 결정됨과 동시에 상기 시정수(τ)이 소정의 초기값으로 초기화 된 후, 그 결정된 스텝 입력이 유한 시간정정 필터에 주어지고, 족평(22)의 X축방향 위치의 궤도생성이 개시된다. 그리고, 이 궤도생성 시에는, 상기 시정수(τ)는 족평(22)의 착지 예정시각(이것은 상기 지정시각에 상당함)까지 초기값으로부터 0까지 감소해 가도록, 차례차례 가변설정 된다. 이것에 의해, 착지 예정시각에서 착지 예정위치에 도달하는 것과 같은, 족평(22)의 X축방향의 위치의 궤도가 생성된다.

또, Z축방향(연직방향)의 목표 족평위치 궤도는, 예를 들면 다음과 같이 생성된다. 즉, 우선, 족평(22)의 다음 착지 예정위치 및 착지 예정시각에 따라, 이 족평(22)의 높이(연직위치)가 최대가 될 때의 이 족평(22)의 Z축방향 위치(이하, 최고점 위치라고 함)와 그 최고점 위치에의 도달 시각이 결정된다. 그리고, 그 최고점 위치(이것은 상기 지정값에 상당함)에 따라 유한 시간정정 필터에의 스텝 입력의 높이가 결정됨과 동시에 시정수(τ)가 초기와 된 후, 그 결정된 스텝 입력이 유한 시간정정 필터에 주어져, 상기 최고점 위치까지의 Z축방향의 족평위치 궤도가 차례차례 생성된다. 이때, 시정수(τ)는 최고점 위치에의 도달시각(상기 지정시각에 상당)까지 초기값으로부터 0까지 감소하도록 차례차례 가변설정 된다. 또한, 최고점 위치까지의 Z축방향 위치의 궤도의 생성이 종료하면, 시정수(τ)를 초기화 함과 지금까지의 스텝 입력과 역극성의 스텝 입력(보다 상세하게는, 최고점 위치로부터 다음 착지 예정위치까지의 Z축방향의 변화량(이것은 상기 지정값에 상당함)에 따른 높이의 역극성의 스텝 입력)이 유한 시간정정 필터에 입력되고, 이 최고점 위치로부터 착지 예정위치까지의 Z축방향의 족평위치의 궤도가 차례차례 생성된다. 이때, 시정수(τ)는 족평(22)의 착지 예정시각까지 초기값으로부터 0까지 감소하도록 차례차례 가변설정 된다.

또한, Z축방향의 족평위치 궤도의 생성에서는, 시정수(τ)를 궤도생성 개시 시각으로부터 족평(22)의 착지 예정시각까지, 초기값으로부터 0까지 계속적으로 감소하도록 가변설정 함과 동시에, 최고점 위치에의 도달시각 또는 그 근방 시각에서, 스텝 입력의 극성을 역극성으로 전환함으로써 Z축방향의 족평위치 궤도를 생성하도록 해도 된다. 이 경우에는, 족평(22)을 원하는 최고점 위치에 정밀도 좋게 도달시킬 수는 없지만, 착지 예정시각에서의 착지 예정위치에의 도달은 문제없이 행할 수 있다.

족평자세 궤도에 대해서도, 상기한 족평위치 궤도와 동일하게 유한 시간정정 필터를 사용하여 생성할 수 있다. 이 경우, 족평자세의 공간적인 각 성분 중, 그 자세의 각도변화가 단조적(단조 증가 또는 단조 감소)인 것으로 되는 성분에 대해서는, 상기한 X축방향의 족평위치 궤도의 생성과 동일하게 족평자세 궤도를 생성하면 된다. 또, 자세의 각도변화가 극대값 또는 극소값을 갖는 성분에 대해서는, 상기한 Z축방향의 족평위치 궤도의 생성과 동일하게 족평자세 궤도를 생성하면 된다.

또한, 상기한 바와 같이 유한 시간정정 필터에 의해 생성되는 목표 족평위치 자세 궤도는 바닥면에 고정된 후술의 지지다리 좌표계에서의 각 족평(22)의 목표 위치 자세 궤도이다.

상기한 바와 같이 생성되는 목표 족평위치 자세 궤도는, 각 족평(22)의 위치가 그 초기 접지상태(목표 보용의 초기시각의 상태)로부터 착지 예정위치를 향하여 서서히 가속하면서 이동을 시작하도록 생성된다. 그리고, 이 목표 족평위치 자세 궤도는 위치의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 변화속도가 착지 예정시각에서 0으로 되도록 생성된다. 이 때문에, 각 족평(22)의 착지 순간에 있어서의 대지속도(바닥에 고정된 지지다리 좌표계에서의 각 족평(22)의 위치의 변화속도)가 정으로 된다.

또한, 족평자세에 관해서는, 각 족평(22)이 착지 예정시각에서 그 발뒤꿈치로 착지한 후, 이 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체면이 바닥에 접지할 때까지 계속해서 움직인다. 이 때문에, 이 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체면이 바닥에 접지하는 시각을 상기 지정시각으로 설정하여, 상기 유한 시간정정 필터에 의해 족평자세 궤도가 생성된다.

또, 본 실시형태에서는, 유한 시간정정 필터를 사용하여 족평위치 궤도를 생성했지만, 착지 예정시각에서의 족평위치의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 변화속도가 0으로 되도록(족평위치의 시간미분값이 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방에 대해 0으로 되도록) 설정된 다항식 등의 함수를 사용하여 목표 족평위치 궤도를 생성하도록 해도 된다. 이것은 목표 족평자세 궤도의 생성 에 관해서도 마찬가지이다. 단, 이 목표 족평자세 궤도의 생성에 관해서는, 전술한 바와 같이, 각 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체면이 바닥에 접지하는 시각에서, 각 족평(22)의 자세의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 변화속도가 0으로 되도록 다항식 등의 함수가 설정된다.

목표 상반력 연직성분 궤도는, 예를 들면 도 6과 같이 설정된다. 본 실시형태에서는, 주행보용에서의 목표 상반력 연직성분 궤도의 형상(상세하게는 외다리 지지기에서의 형상)은 사다리꼴 형상(상반력 연직성분의 증가측으로 볼록한 형상)으로 정해져 있고, 그 사다리꼴의 높이, 꺽임점의 시각을 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 보용 패러미터로 하여, 그것들의 보용 패러미터(상반력 연직성분 궤도 패러미터)가 결정된다. 또한, 주행보용의 공중기에서는, 목표 상반력 연직성분은 정상적으로 0으로 설정된다. 이 예와 같이, 목표 상반력 연직성분 궤도는 실질적으로 연속이 되도록(값이 불연속으로 되지 않도록) 설정하는 것이 좋다. 이것은 상반력을 제어할 때의 로봇(1)의 관절의 동작을 순조롭게 하기 위해서이다. 또한, 「실질적으로 연속」이라고 하는 것은, 아날로그적으로 연속된 궤도(참 의미에서의 연속된 궤도)를 이산시간계에서 디지털 표현했을 때에 필연적으로 발생하는 값의 건너뜀은, 이 궤도의 연속성을 잃어버리게 하는 것이 아니라는 것을 의미하는 것이다.

목표 ZMP 궤도는 다음과 같이 설정된다. 도 5의 주행보용에서는, 상기한 바와 같이 지지다리측 족평(22)의 발뒤꿈치(예를 들면 족평(22)의 접지예정 점 중 최초의 접지점)로 착지하고, 다음에 그 지지다리측 족평(22)의 발끝으로 차서 공중으 로 뛰어오르고, 최후에 미착지 다리측 족평(22)의 발뒤꿈치로 착지한다. 따라서, 외다리 지지기에서의 목표 ZMP 궤도는, 도 7의 상단 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 지지다리측 족평(22)의 발뒤꿈치를 초기위치로 하여, 다음에 지지다리측 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체면이 접지하는 기간에서 이 족평(22)의 전후 방향의 중앙으로 이동하고, 그 후에 이상 시까지 지지다리측 족평(22)의 발끝으로 이동하도록 설정된다. 여기에서, 도 7의 상단 도면은, X축방향(전후 방향)의 목표 ZMP 궤도를 나타내는 것이고, 도 7의 하단 도면은 Y축방향(좌우측 방향)의 목표 ZMP 궤도를 나타내는 것이다. 또한, 외다리 지지기에서의 Y축방향의 목표 ZMP 궤도는, 도 7의 하단 도면에 도시되어 있는 바와 같이, Y축방향에서의 지지다리측 다리체(2)의 발목관절의 중심위치와 동일한 위치에 설정된다.

주행보용에서는, 또한 외다리 지지기의 종료 후, 양다리체(2, 2)가 바닥으로부터 떨어지고, 상반력 연직성분이 0으로 된다. 상반력 연직성분이 0일 때, 즉 공중기에는, 로봇(1)의 전체중심은 자유낙하 운동을 하여, 전체 중심 주위의 각운동량 변화는 0이다. 이때, 바닥의 임의의 점에서, 로봇(1)에 작용하는 중력과 관성력의 합력의 모멘트는 0이므로, 목표 ZMP는 일정하지 않다. 즉, 바닥의 어느 점도, 「중력과 관성력과의 합력이 작용하는 모멘트의 수평성분이 0인 작용점」이라는 ZMP의 조건을 만족시킨다. 바꿔 말하면, 임의의 점에 목표 ZMP를 설정해도, 상기 합력이 목표 ZMP주위에 작용하는 모멘트의 수평성분이 0이라고 하는 동역학적 평형조건을 만족한다. 따라서, 목표 ZMP를 불연속으로 설정해도 상관없다. 예를 들면. 공중기에서는, 목표 ZMP를 이상 시(외다리 지지기의 종료 시)의 목표 ZMP 위 치로부터 이동하지 않도록 설정하고, 공중기 종단에서, 착지 시의 목표 ZMP 위치로 불연속(스텝 형상)으로 이동하도록 이 목표 ZMP 궤도를 설정해도 상관없다. 그러나 본 실시형태에서는, 도 7의 상단 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 공중기에서의 목표 ZMP 궤도의 X축방향 위치는 다음 미착지 다리측 다리체(2)의 착지까지 지지다리측 족평(22)의 발끝에서부터 미착지 다리측 족평(22)의 발뒤꿈치의 착지위치까지 연속적으로 이동하도록 했다. 또, 도 7의 하단 도면에 도시하는 바와 같이, 공중기에서의 목표 ZMP 궤도의 Y축방향 위치는, 다음 미착지 다리측 다리체(2)의 착지까지 지지다리측 다리체(2)의 발목관절 의 중심의 Y축방향 위치에서부터 미착지 다리측 다리체(2)의 발목관절의 중심의 Y축방향 위치까지 연속적으로 이동하도록 했다. 즉, 보용의 전체 기간에서 목표 ZMP 궤도를 연속(실질적으로 연속)으로 했다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 목표 ZMP 주위의 중력과 관성력의 합력의 모멘트(연직성분을 제외함)이 0으로 되도록 목표 보용을 생성하도록(보다 구체적으로는 목표 상체위치 자세 궤도를 조정하도록) 했다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같은 목표 ZMP 궤도의 꺽임점의 위치나 시각이 ZMP 궤도 패러미터(목표 ZMP 궤도를 규정하는 패러미터)로서 설정된다. 또, 상기한 ZMP 궤도의 「실질적으로 연속」의 의미는 상기 상반력 연직성분 궤도의 경우와 동일하다.

ZMP 궤도 패러미터는 안정여유가 높고, 또한 급격한 변화를 하지 않도록 결정된다. 여기에서, 로봇(1)의 접지면을 포함하는 최소의 볼록 다각형(소위 지지 다각형)의 중앙부근에 목표 ZMP가 존재하는 상태를 안정 여유가 높다고 말한다(상 세한 것은 일본 특개평 10-86081호 공보를 참조). 도 7의 목표 ZMP 궤도는 이러한 조건을 만족시키도록 설정한 것이다.

또, 목표 팔자세는 상체(24)에 대한 상대자세로 나타낸다.

또, 목표 상체위치 자세, 목표 족평위치 자세 및 후술의 기준 상체자세는 글로벌 좌표계로 기술된다. 글로벌 좌표계는 상기와 같이 밑바닥에 고정된 좌표계이다. 글로벌 좌표계로서는, 보다 구체적으로는, 후술하는 지지다리 좌표계가 사용된다.

본 실시형태에서의 보용생성장치(100)는 로봇(1)의 한쪽의 다리체(2)가 착지하고나서 다른 쪽의 다리체(2)가 착지할 때까지의 1보분의 목표 보용(상기 협의의 의미에서의 목표 보용)을 단위로 하여, 그 1보분의 목표 보용을 차례로 생성한다. 따라서, 본 실시형태에서 생성하는 도 5의 주행보용에서는, 이 목표 보용은 외다리 지지기의 개시 시로부터, 이것에 이어지는 공중기의 종료 시(다음 외다리 지지기의 개시 시)까지의 목표 보용이 차례로 생성된다. 여기에서, 새롭게 생성하려고 하고 있는 목표 보용을 「금회 보용」, 그 다음 목표 보용을 「다음회 보용」, 또 그 다음 목표 보용을 「다음다음회 보용」과 같이 부른다. 또한 「금회 보용」의 하나 전에 생성한 목표 보용을 「전회 보용」이라고 부른다.

또, 보용생성장치(100)이 금회 보용을 새롭게 생성할 때, 이 보용생성장치(100)에는, 로봇(1)의 2보 앞까지의 미착지 다리측 족평(22)의 착지 예정위치 자세, 착지 예정시각의 요구값(요구)이 보용에 대한 요구 패러미터로서 입력된다(또는 보용생성장치(100)가 기억장치로부터 요구 패러미터를 읽어들임). 그리고, 보 용생성장치(100)는 이들 요구 패러미터를 사용하여, 목표 상체위치 자세 궤도, 목표 족평위치 자세 궤도, 목표 ZMP 궤도, 목표 상반력 연직성분 궤도, 목표 팔자세 궤도 등을 생성한다. 이때, 이들 궤도를 규정하는 보용 패러미터의 일부는, 보행의 계속성을 확보하도록 적당하게 수정된다.

이하에 도 5의 주행보용을 생성하는 것을 예로 하여, 보용생성장치(100)의 보용생성처리의 상세를 도 8∼도 11을 참조하면서 설명한다. 도 8은 그 보용생성장치(100)가 실행하는 보용생성처리를 나타내는 플로우차트(구조화 플로우차트)이다.

우선 S010에서 시각 t를 0으로 초기화 하는 등 여러 초기화 작업이 행해진다. 이 처리는, 보용생성장치(100)의 기동 시 등에 행해진다. 이어서, S012를 거쳐 S014로 진행되고, 보용생성장치(100)는 제어주기(도 8의 플로우차트의 연산처리 주기) 마다의 타이머 인터럽션을 기다린다. 제어주기는 Δt이다.

이어서, S016으로 진행되고, 보용의 전환시기인지 아닌지가 판단되고, 보용의 전환시기일 때는 S018로 진행됨과 동시에, 전환시기가 아닐 때는 S030으로 진행된다. 여기에서, 상기 「보용의 전환시기」는 전회 보용의 생성이 완료되고, 금회 보용의 생성을 개시하는 타이밍을 의미하고, 예를 들면 전회 보용의 생성을 완료한 제어주기의 다음 제어주기가 보용의 전환시기가 된다.

S018로 진행될 때는 시각 t가 0으로 초기화 되고, 이어서 S020으로 진행되고, 다음회 보용 지지다리 좌표계, 다음다음회 보용 지지다리 좌표계, 금회 보용 주기 및 다음회 보용 주기가 읽어 들여진다. 이들 지지다리 좌표계 및 보용 주기 는 상기 요구 패러미터에 의해 정해지는 것이다. 즉, 본 실시형태에서는, 보용생성장치(100)에 조이스틱(44) 등으로부터 주어지는 요구 패러미터는, 2보 앞까지의 미착지 다리측 족평(22)의 착지 예정위치 자세(족평(22)이 착지하고나서 발밑바닥을 바닥면에 거의 전면적으로 접촉시키도록, 미끄러뜨리지 않고 회전시킨 상태에서의 족평위치 자세), 착지 예정시각의 요구값을 포함하고 있고, 그 1보째의 요구값, 2보째의 요구값이 각각, 금회 보용, 다음회 보용에 대응하는 것으로서, 금회 보용의 생성 개시 시(상기 S016의 보용의 전환시기) 이전에 보용생성장치(100)에 주어진 것이다. 또한, 이들 요구값은 금회 보용의 생성 도중이라도 변경하는 것은 가능하다.

그리고, 상기 요구 패러미터에서의 1보째의 미착지 다리측 족평(22)(금회 보용에서의 미착지 다리측 족평(22))의 착지 예정위치 자세의 요구값에 대응하여 다음회 보용 지지다리 좌표계가 정해진다.

이어서 S022로 진행되고, 보용생성장치(100)는 금회 보용에 이어지는 가상적인 주기적 보용으로서의 정상 선회보용의 보용 패러미터를 결정한다. 이 보용 패러미터는, 정상 선회보용에서의 목표 족평위치 자세 궤도를 규정하는 족평 궤도 패러미터, 기준으로 하는 상체자세 궤도를 규정하는 기준 상체자세 궤도 패러미터, 목표 팔자세 궤도를 규정하는 팔 궤도 패러미터, 목표 ZMP 궤도를 규정하는 ZMP 궤도 패러미터, 목표 상반력 연직성분 궤도를 규정하는 상반력 연직성분 궤도 패러미터를 포함한다. 또한, 목표 상반력 수평성분 허용범위를 규정하는 패러미터도 보용 패러미터에 포함된다.

또한, 본 명세서에서 「정상 선회보용」은 그 보용을 반복했을 때에 보용의 경계(본 실시형태에서는 1보 마다의 보용의 경계)에서 로봇(1)의 운동상태(족평위치 자세, 상체위치 자세 등의 상태)에 불연속이 발생하지 않는 주기적 보용을 의미하는 것으로서 사용한다. 이후, 「정상 선회보용」을 「정상보용」으로 약칭하는 경우도 있다.

정상 선회보용은 보용생성장치(100)에서 금회 보용의 종단에서의 발산 성분이나 상체 연직위치 속도, 상체자세각 및 그 각속도 등의 로봇(1)의 운동상태를 결정하기 위해서 잠정적으로 작성되는 것으로, 보용생성장치(100)로부터 그대로 출력되는 것은 아니다.

또한, 「발산」이란, 2족이동 로봇(1)의 상체(24)의 위치가 양 족평(22, 22)의 위치로부터 멀리 떨어진 위치로 벗어나 버리는 것을 의미한다. 발산 성분의 값이란, 2족이동 로봇(1)의 상체(24)의 위치가 양 족평(22, 22)의 위치(보다 구체적으로는, 지지다리측 족평(22)의 접지면에 설정된 글로벌 좌표계(지지다리 좌표계)의 원점)로부터 멀리 떨어져 가는 상태를 나타내는 수치이다.

본제로 돌아와, S022에서는, 도 9에 도시하는 플로우차트에 따라, 이하의 처리가 행해진다.

우선, S100에서, 금회 보용, 제 1 선회보용, 제 2 선회보용의 순서로 족평위치 자세 궤도가 이어지도록, 정상보용의 보용 패러미터 중 족평 궤도 패러미터가 결정된다. 또한, 이후의 설명에서는, 지지다리측의 다리체(2)의 족평(22)을 지지다리 족평이라고 칭하고, 미착지 다리측의 다리체(2)의 족평(2)을 미착지 다리 족 평이라고 칭한다. 또, 보용의 「초기」, 「종단」은 각각 보용의 개시 시각, 종료 시각 또는 그들 시각에 있어서의 순시 보용을 의미한다.

족평 궤도 패러미터는, 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용의 초기 및 종단의 각각에 있어서의 지지다리 족평 및 미착지 다리 족평의 각각의 위치 자세, 각 선회보용의 보용 주기 등으로 구성된다. 이 족평 궤도 패러미터 중, 제 1 선회보용 초기 미착지 다리 족평위치 자세는, 다음회 보용 지지다리 좌표계로부터 본 금회 보용 종단 지지다리 족평위치 자세로 된다. 이 경우, 주행보용에서는, 금회 보용 종단에서의 지지다리 족평(22)은 공중으로 이동하고 있다. 그리고, 금회 보용 종단 지지다리 족평위치 자세는, 금회 보용 초기 지지다리 족평위치 자세(=전회 보용 종단 미착지 다리 족평위치 자세)로부터, 상기 요구 패러미터에서의 2보째의 미착지 다리측 족평(22)의 착지 예정위치 자세의 요구값(금회 보용의 지지다리 족평(22)의 다음회 보용에서의 착지 예정위치 자세의 요구값) 또는 이 요구값에 대응하는 다음다음회 보용 지지다리 좌표계에 따라 정해지는 다음회 보용 종단 미착지 다리 족평위치 자세에 이르는 족평위치 자세 궤도(상세하게는 다음회 보용 지지다리 좌표계로부터 본 궤도)를 금회 보용 종단까지 상기 유한 시간정정 필터를 사용하여 생성함으로써 구해진다.

다음에 S102로 진행되고, 목표 상체자세가 추종해야 할 기준 상체자세 궤도를 규정하는 기준 상체자세 궤도 패러미터가 결정된다. 기준 상체자세는, 정상보용의 초기(제 1 선회보용의 초기)와 종단(제 2 선회보용의 종단)에서 이어지도록(정상보용의 초기, 종단에서의 기준 상체자세의 자세각 및 그 각속도가 일치하도 록) 설정되어 있는 한, 일정 자세일 필요는 없지만, 본 실시형태에서는 이해를 쉽게 하기 위해서, 기준 상체자세는 직립 자세(연직 자세)로 설정된다. 즉, 본 실시형태에서는, 기준 상체자세는 정상보용의 전체 기간에서 직립 자세로 설정된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 기준 상체자세의 자세각의 각속도 및 각가속도는 0이다.

다음에 S104로 진행되고, 팔자세 궤도 패러미터, 보다 상세하게는 연직축(또는 상체 체간축) 주위의 양팔체의 각운동량 변화에 관한 것 이외의 팔자세 궤도 패러미터가 결정된다. 예를들면, 상체(24)에 대한 팔체의 손끝의 상대 높이나 팔 전체의 상대 중심위치 등의 팔자세 궤도 패러미터가 결정된다. 또한, 본 실시형태에서는, 팔 전체의 상대 중심위치는 상체에 대해 일정하게 유지되도록 설정된다.

다음에 S106으로 진행되고, 상반력 연직성분 궤도 패러미터가 설정된다. 이 경우, 이 패러미터에 의해 규정되는 상반력 연직성분 궤도가, 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용 중 어디에 두어도 도 6과 같이 실질적으로 연속된(값이 스텝 형상으로 건너뛰지 않는) 것이 되도록 상반력 연직성분 궤도 패러미터가 설정된다. 즉, 정상 선회보용의 목표 상반력 연직성분 궤도는 도 16과 같은 패턴으로 설정된다. 그 패턴에서는, 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용 중 어디에 두어도, 외다리 지지기에서는 상반력 연직성분이 사다리꼴 형상으로 변화되고, 공중기에서는 상반력 연직성분이 0으로 유지된다. 그리고, 이 패턴의 꺽임점의 시각이나, 사다리꼴 부분의 높이(피크값)가 상반력 연직성분 궤도 패러미터로서 설정된다.

다음에, S108로 진행되고, 상기와 같이 도 16과 같이 설정된 상반력 연직성 분 궤도에 따라, 상반력 수평성분의 허용범위[Fxmin, Fxmax](보다 상세하게는 이것을 규정하는 패러미터)가 도 10과 같이 설정된다. 도 10의 부측의 꺾은선이 상반력 수평성분 허용 하한값(Fxmin), 정측의 꺾은선이 상반력 수평성분 허용 상한값(Fxmax)을 나타낸다. 이들 설정방법에 관해 이하에 보충한다. 이하에서는, 바닥면이 수평인 경우에 대해 설명한다.

상반력 수평성분은 바닥과 족평(22) 사이의 마찰에 의해 발생하지만, 마찰은 얼마든지 발생할 수 있는 것은 아니고, 한계가 있다. 따라서, 생성된 목표 보용에 따라서 실제의 로봇(1)이 이동했을 때에 슬립하지 않도록 하기 위해서는, 목표 보용의 상반력 수평성분이 항상 마찰한계 이내로 되어야 한다. 그래서, 이 조건을 만족시키기 위해서, 상반력 수평성분 허용범위를 설정하고, 후술하는 바와 같이, 목표 보용의 상반력 수평성분이 이 허용범위 내로 되도록, 목표 보용을 생성하는 것으로 했다.

바닥과 족평(22) 사이의 마찰계수를 μ라고 하면, Fxmin은 항상 -μ*상반력 연직성분 이상으로, Fxmax는 μ*상반력 연직성분 이하로 설정되어야 한다. 가장 단순한 설정방법은, 다음 식에 의한 설정이다. 단, ka는 1보다 작은 정의 정수다.

Fxmin = -ka*μ*상반력 연직성분

Fxmax = ka*μ*상반력 연직성분 ‥식12

도 12의 상반력 수평성분 허용범위는, 식 12에 따라 설정한 예이다. 상반력 수평성분 허용범위를 규정하는 패러미터로서, 도 12의 사다리꼴 파형 등의 꺽임점에서의 값과 시각을 설정해도 좋지만, 식 12에 의해 상반력 수평성분 허용범위를 결정할 때에는, 단지 식 12에서의 (ka*μ)의 값을 패러미터로서 설정하는 것뿐이어도 좋다.

다음에 S110으로 진행되고, 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용을 합친 정상보용의 ZMP 궤도를 규정하는 ZMP 궤도 패러미터가 설정된다. 이 경우, 목표 ZMP 궤도는 전술한 바와 같이 안정 여유가 높고 또한 급격한 변화를 하지 않도록 설정된다.

더욱 상세하게는, 도 5의 주행보용에서는, 지지다리 족평(22)의 발뒤꿈치로 착지한 후, 잠시 동안 이 지지다리 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체면이 접지하고, 또 잠시 동안, 지지다리 족평(22)의 발끝만이 접지한다. 그리고, 다음에 지지다리 족평(22)의 발끝으로 차서 공중에 뛰어오르고, 최후에 미착지 다리 족평(22)의 발뒤꿈치로 착지한다. 또, 목표 ZMP는 접지면 내에 존재하지 않으면 안된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 정상보용의 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용의 각각의 목표 ZMP의 X축방향의 위치는, 상기 도 7의 상단 도면에 도시한 바와 같이, 지지다리 족평(22)의 발뒤꿈치를 초기 위치로 하여, 이 족평(22)의 밑바닥면의 거의 전체가 접지할 때까지 그 위치에 머무르도록 설정된다. 다음에 목표 ZMP는 지지다리 족평(22)의 중앙으로 이동하고, 이 족평(22)이 발끝 접지상태가 될 때까지 발끝으로 이동하고, 그 후에 이상 시까지 지지다리 족평(22)의 발끝에 머무르도록 설정된다. 또한 그 후는, 목표 ZMP는, 상기한 바와 같이, 다음 미착지 다리 족평(22)의 착지까지 목표 ZMP가 지지다리 족평(22)의 발끝으로부터 미착지 다리 족평(22)의 발뒤꿈치의 착지위치까지 연속적으로 이동하도록 설정된다. 그리고, 이 목표 ZMP 궤도의 꺽임점의 시각 및 위치가 ZMP 궤도 패러미터로서 설정된다. 이 경우, 꺽임점의 시각은 상기 요구 패러미터에 따라 정한 제 1 선회보용 및 제 2 선회보용의 보용 주기에 따라 설정되고, 이 꺽임점의 위치는, 다음회 보용 지지다리 좌표계 및 다음다음회 보용 지지다리 좌표계의 위치 자세 또는 이들 좌표계를 규정하는 요구 패러미터의 1보째 및 2보째의 미착지 다리측 족평 착지 예정위치 자세의 요구값에 따라 설정된다. 또한, ZMP 궤도의 Y축방향의 위치는 상기 도 7의 하단 도면에 도시한 것과 동일하게 설정된다. 보다 상세하게는, 제 1 선회보용에서의 목표 ZMP의 Y축방향 위치의 궤도는, 도 7의 하단 도면의 것과 동일 패턴으로 설정되고, 제 2 선회보용에서의 목표 ZMP의 Y축방향 위치의 궤도는 제 1 선회보용의 것과 동일한 형태의 궤도이고, 이 궤도의 종단에 이어지는 것으로 설정된다.

도 8의 S010부터 S022까지에 나타내는 처리가 행해진 후, S024로 진행되고, 정상보용의 초기 상태가 산출된다. 여기에서 산출되는 초기 상태는 정상보용의 초기 상체 수평위치 속도(수평방향에서의 초기 상체위치 및 초기 상체속도), 초기 상체 연직위치 속도(연직방향에서의 초기 상체위치 및 초기 상체속도), 초기발산 성분, 초기 상체자세각 및 그 각속도이다. 이 초기 상태의 산출은 탐색적으로 행해진다.

이어서, 도 8의 S026으로 진행되고, 금회 보용의 보용 패러미터를 결정(일부는 가결정)한다. S026에서는, 보다 구체적으로는, 도 11에 도시하는 플로우차트에 따라, 이하의 처리가 행해진다.

우선, S600에서, 금회 보용의 족평위치 자세 궤도가 정상보용의 족평위치 자 세 궤도로 이어지도록, 금회 보용의 족평 궤도 패러미터가 설정된다.

이어서, S602로 진행되고, 금회 보용의 기준 상체자세 궤도 패러미터가 정상보용의 제 1 선회보용이나 제 2 선회보용과 동일하게 결정된다. 단, 금회 보용의 기준 상체자세 궤도가 상기 정상보용의 기준 상체자세 궤도에 연속해서 이어지도록(금회 보용 종단에서의 기준 상체자세각 및 각속도가 각각 정상보용 초기의 기준 상체자세각 및 각속도에 일치하도록) 상기 패러미터가 설정된다. 또한, 본 실시형태에서는, 기준 상체자세는 금회 보용 및 정상보용 어떤 것이라도 정상적인 연직자세이다.

이어서, S604로 진행되고, 금회 보용의 팔자세 궤도 패러미터가 정상보용의 제 1 선회보용이나 제 2 선회보용과 동일하게 결정된다. 단, 금회 보용의 팔자세 궤도가 상기 정상보용의 팔자세 궤도에 연속해서 이어지도록 상기 패러미터를 설정한다. 또한, 여기에서 결정되는 팔자세 궤도 패러미터는 정상보용 패러미터의 결정(도 9의 S104)의 경우와 동일하게, 연직축(또는 상체 체간축) 주위의 양팔체의 각운동량 변화에 관한 것 이외의 운동 패러미터이고, 양팔체의 중심위치의 궤도를 규정하는 패러미터이다.

이어서, S606으로 진행되고, 금회 보용의 상반력 연직성분 궤도 패러미터가 정상보용의 제 1 선회보용이나 제 2 선회보용과 같이 이 패러미터에 의해 규정되는 상반력 연직성분 궤도가 상기 도 6과 같이 실질적으로 연속된(값이 스텝 형상으로 건너뛰지 않는) 궤도가 되도록 설정된다.

단, 상반력 연직성분 궤도 패러미터는 금회 보용의 전체 중심 연직위치 속도 와 상반력 연직성분 궤도 모두가 상기 정상보용과 연속하여 이어지도록 결정된다.

이어서, S608로 진행되고, 상반력 수평성분 허용범위[Fxmin, Fxmax](구체적으로는 이 상반력 수평성분 허용범위의 패턴을 규정하는 패러미터)가 정상보용의 제 1 선회보용이나 제 2 선회보용과 동일하게 설정된다. 예를 들면 도 12에 도시하는 바와 같은 패턴으로 상반력 수평성분 허용범위가 설정된다. 본 실시형태에서는, 앞서 S606에서 결정한 상반력 연직성분 패턴에 따라 상기 식 12에 기초하여 상반력 수평성분 허용범위가 설정된다.

이어서, S610에 진행되고, 금회 보용의 ZMP 궤도(구체적으로는 ZMP 궤도를 규정하는 패러미터로, 궤도의 꺽임점의 시각이나 위치)가, 정상보용의 제 1 선회보용이나 제 2 선회보용과 같이 안정 여유가 높고 또한 급격한 변화를 하지 않도록, 상기 도 7에 도시하는 바와 같이 설정된다. 단, 금회 보용의 ZMP 궤도가 상기 정상보용의 ZMP 궤도에 연속하여 이어지도록 상기 패러미터가 설정된다. 즉, 금회 보용 종단에서의 ZMP의 위치가 정상보용 초기의 ZMP 위치에 일치하도록, ZMP 궤도 패러미터가 결정된다. 이 경우, 주행보용에서는, 외다리 지지기에서의 ZMP 궤도의 꺽임점의 시각이나 위치의 설정의 방법은 전술한 정상보용의 ZMP 궤도 패러미터의 설정 방법과 동일하다. 그리고, 공중기에서의 목표 ZMP 궤도가 공중기 개시 시로부터, 정상보용 초기의 ZMP 위치까지, 직선적으로 연속하여 변화되도록 ZMP 궤도 패러미터를 설정하면 된다.

또한, S610에서 결정되는 금회 보용의 ZMP 궤도 패러미터는 임시 결정된 것뿐이며, 후술하는 바와 같이 수정된다. 그래서, 상기와 같이 설정한 금회 보용의 ZMP 궤도를, 이후, 금회 보용의 임시 목표 ZMP 궤도라고 부르기로 한다.

S026에 나타내는 처리(금회 보용의 보용 패러미터 결정처리)를 행한 뒤, 이어서 S028로 진행되고, 금회 보용의 보용 패러미터(ZMP 궤도 패러미터)가 수정된다. 이 처리에서는, 상체위치 자세 궤도를 정상보용에 연속시키거나, 또는 근접시키기 위해 ZMP 궤도 패러미터가 수정된다.

S028에서 금회 보용 패러미터를 수정한 후, 또는 S016의 판단 결과가 NO일 경우에는, S030으로 진행되고, 수정된 금회 보용 패러미터에 기초하여, 금회 보용 순시값이 결정된다.

이어서 S032로 진행되고, 스핀력을 캔슬하기(로봇(1)의 팔 이외의 운동에 의해 목표 ZMP 주위에 발생하는 상반력 모멘트 연직성분을 대략 0으로 하기) 위한 팔 동작이 결정된다. 구체적으로는, 팔을 흔들지 않은 경우의 목표 ZMP에서의 상반력 모멘트 연직성분 궤도(엄밀하게는, 팔을 흔들지 않고 보용을 생성한 경우에 있어서, 로봇의 중력과 관성력의 합력이 목표 ZMP에 작용하는 모멘트 연직성분 궤도의 각 순시값의 부호를 반전한 것)가 구해진다. 즉, S030의 처리에 의해 생성된 보용의 운동(이것에는 팔 흔들기 운동은 포함되어 있지 않음)의 순시값과 균형을 이루는 목표 ZMP(순시값) 주위의 상반력 모멘트 연직성분에서 순시값이 구해진다. 그리고, 이것을, 팔 흔들기 운동의 등가 관성 모멘트로 나눔으로써, 스핀력 캔슬에 필요한 팔 흔들기 동작의 각가속도가 구해진다. 또한, 보충하면, 팔의 흔들기가 지나치게 클 경우에는, 등가 관성 모멘트보다도 큰 값으로 나누면 된다.

다음에, 이 각가속도를 2차 적분하고, 이것을 적분값이 과대하게 되는 것을 막기 위한 로 컷 필터에 통과시켜서 얻은 각도를 팔 흔들기 동작각으로 한다. 단, 팔 흔들기 동작에서는, 좌우의 팔을 전후 역방향으로 흔들어, 양팔체의 중심위치를 변화시키지 않도록 한다. 또한, 스핀력을 캔슬하기 위한 팔 흔들기 운동을 정상보용에서도 생성해 두고, 이것에 이어지도록, 금회 보용에서의 팔 흔들기 운동을 결정하도록 해도 된다.

이어서 S034로 진행되고, 보용생성용 시각 t를 Δt만큼 늘리고, S014로 돌아와, 이상과 같이 보용생성을 계속한다.

이상이 보용생성장치(100)에 있어서의 목표 보용생성 처리이다.

도 4를 참조하여 본 실시형태에 따른 장치의 동작을 더욱 설명하면 보용생성장치(100)에서, 상기한 바와 같이 목표 보용이 생성된다. 생성된 목표 보용 중, 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)(목표 상반력 수평성분과 목표 상반력 연직성분)은 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내짐과 동시에, 목표 상반력 분배기(106)에도 보내진다. 그리고, 목표 상반력 분배기(106)에서, 상반력은 각 족평(22R, 22L)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 기구변형 보상된 수정 목표 족평 위치 자세(궤도)가 로봇 기하학 모델(102)에 보내진다. 로봇 기하학 모델(102)은 목표 상체위치 자세(궤도)와 기구변형 보상된 수정 목표 족평위치 자세(궤도)가 입력되면, 그것들을 만족하는 다리체(2, 2)의 12개의 관절(10R(L) 등)의 관절 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 12개의 관절의 변위를 추종제어 한다. 또, 로봇 기하학 모델(102)은 목표 팔자세를 만족하는 팔관절의 변위지정(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 발생한 상반력(상세하게는 실제 각 족 상반력)은 6축력 센서(34)에 의해 검출된다. 그 검출값은 상기 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내진다. 또, 로봇(1)에 발생한 자세 경사편차(θerrx, θerry)(상세하게는 목표 상체자세각 에 대한 실제 자세각의 편차이며, 롤링 방향(X축 주위)의 자세각 편차가 θerrx이고, 피칭 방향(Y축 주위)의 자세각 편차가 θerry임)가 경사 센서(36)를 통하여 검출되고, 그 검출값은 자세안정화 제어 연산부(112)에 보내진다. 이 자세안정화 제어 연산부(112)에서, 로봇(1)의 상체자세각을 목표 상체자세각으로 복원하기 위한 목표 전체 상반력 중심점(목표 ZMP) 주위 보상 전체 상반력 모멘트가 산출되어 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)에 보내진다. 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104)는 입력값에 기초하여 목표 상반력을 수정한다. 구체적으로는, 목표 전체 상반력 중심점(목표 ZMP) 주위에 보상 전체 상반력 모멘트가 작용하도록 목표 상반력을 수정한다.

복합 컴플라이언스 동작 결정부(목표 접지부위 궤도 수정 수단)(104)는 수정된 목표 상반력에, 센서 검출값 등으로부터 산출되는 실제 로봇의 상태 및 상반력을 일치시키고자 상기 기구변형 보상된 수정 목표 족평위치 자세(궤도)를 결정한다. 단 모든 상태를 목표에 일치시키는 것은 사실상 불가능하므로, 이것들 사이에 트레이드 오프 관계를 주어 타협적으로 가능한 한 일치시킨다. 즉, 각 목표에 대한 제어편차에 가중값을 부여하여, 제어편차(또는 제어편차의 2승)의 가중평균이 최소가 되도록 제어한다. 이것에 의해, 실제의 족평위치 자세와 전체 상반력이 목표 족평위치 자세와 목표 전체 상반력에 대략 따르도록 제어된다.

또한, 상기한 복합 컴플라이언스 동작 결정부(104) 등의 구성 및 동작은 본 출원인이 앞서 출원한 일본 특개평 10-277969호 공보 등에 상세하게 기재되어 있으므로, 설명을 이상으로 그친다.

다음에, 로봇(1)의 보행보용의 생성에 관해 설명한다. 또한, 여기에서, 보행보용은 공중기가 없고, 외다리 지지기와 양다리 지지기가 번갈아 반복되는 보용이다.

보행보용을 생성하는 경우에는, S106 및 S606에서 이하와 같은 처리를 행한다. 즉, 무릎의 굽힘 각도가 적절한지 등, 적어도 각 다리체의 관절의 변위에 관한 기하학적 조건(기하학적 제약조건)으로부터 결정한 상체 연직위치 궤도(본 출원인에 의한 일본 특개평 10-86080호 공보에 개시되는 상체높이 결정수법 등을 사용한 상체 연직위치 궤도)의 위상이나 진폭 등의 특징량을 가능한 한 만족하도록 상 반력 연직성분 궤도를 결정한다.

이것에 의해, 보용생성의 알고리즘의 주요부를 주행과 보행에서 공통화 하면서, 보행 도중으로부터 주행으로, 또는 주행 도중으로부터 보행으로 이행할 수도 있게 된다.

도 14를 사용하여 그 처리를 설명하면 우선, S1300에서, 본 출원인이 먼저 일본 특개평 10-86080호 공보에 제안한 상체높이 결정법 등을 사용하여, 적어도 각 다리체(2)의 관절의 변위에 관한 소정의 기하학적 제약조건을 만족하는 상체 연직위치 궤도를 구한다. 이후, 이것을 기준 상체 연직위치 궤도라고 부른다. 보다 구체적으로는, 우선, 요구 패러미터에 따라 결정한 족평 궤도 패러미터나 목표 ZMP 궤도 패러미터 등을 기초로, 본 출원인이 앞서 제안한 일본 특원 2000-352011호의 제 1 실시형태를 사용하여, 상체 수평위치 궤도가 구해진다. 또한, 이 경우, 상체 수평위치 궤도는 상반력 연직성분이 로봇(1)의 자중에 일치하고, 또, 상체 연직위치가 미리 정한 일정값인 것으로 하여, 목표 ZMP 주위의 상반력 모멘트의 수평성분이 0이 되도록 결정된다. 또, 이때의 상체자세 궤도는 예를 들면 일정자세(연직자세 등)의 궤도여도 된다.

다음에, 본원 출원인이 앞서 제안한 상체높이 결정법(일본 특개평 10-86080호 공보. 보다 구체적으로는 동 공보의 도 6의 수법 등)을 사용하여, 족평 궤도 패러미터에 의해 정해지는 족평 궤도나 상기한 바와 같이 결정한 상체 수평위치 궤도, 상체자세 궤도를 기초로 상체 연직위치 궤도가 산출되고, 이것을 기준 상체 연직위치 궤도로 한다.

다음에 S1302로 진행되고, 기준 상체 연직위치 궤도와 가능한 한 유사한 목표 상체 연직위치 궤도를 생성하는 것이 가능한 상반력 연직성분 궤도를 결정하기 위해서, 기준 상체 연직위치 궤도의 진폭이나 위상 등의 특징량이 산출(추출)된다. 예를 들면, 기준 상체 연직위치 궤도의 진폭(최소값과 최대값의 차)이 특징량으로서 산출된다.

다음에 S1304로 진행되고, 상반력 연직성분 궤도 패러미터를 기초로 생성되는 상체 연직위치 궤도가 상기 특징량을 가능한 한 만족할 수 있도록(상기 기준 상체 연직위치 궤도와 가능한 한 닮은 패턴이 되도록), 상반력 연직성분 궤도 패러미터(꺽임점에서의 시각이나 상반력 연직성분의 값)이 결정된다. 보다 구체적으로는, 보행보용의 경우, 정상보용의 제 1 선회보용과 제 2 선회보용, 및 금회 보용의 상반력 연직성분 궤도는, 예를 들면, 도 13과 같은 꺾은선 모양으로 설정된다. 즉, 양다리 지지기에서는, 상반력 연직성분의 증가측으로 볼록(위로 볼록)한 사다리꼴 형상으로 설정되고, 외다리 지지기에서는 상반력 연직성분의 감소측으로 볼록(아래로 볼록)한 사다리꼴 형상으로 설정된다. 그리고, 이 상반력 연직성분 궤도를 보용 초기(양다리 지지기의 개시 시각)부터 종단(외다리 지지기의 종료 시각)까지 2차적분 하여 얻어지는 로봇(1)의 전체 중심 연직위치 궤도에 대응하는 상체 연직위치 궤도의 최대값과 최소값의 차가 상기 특징량과 일치하도록, 상반력 연직성분 궤도 패러미터, 예를 들면 이 상반력 연직성분 궤도의 2개의 사다리꼴의 높이(C1, C2)가 결정된다(이 예에서는 상반력 연직성분 궤도의 꺽임점의 시각은 보용 주기에 관한 요구 패러미터에 따라 결정된다).

단, 정상보용의 상반력 연직성분 궤도의 패러미터는 상기와 같이 이하의 조건도 만족하도록 결정된다.

조건) 상반력 연직성분 궤도의 정상보용 전체 기간(제 1 선회보용과 제 2 선회보용 양쪽의 기간)에서의 평균값을 로봇의 자중과 일치시킨다. 즉, 상반력 연직성분의 평균값이 로봇에 작용하는 중력과 동일한 크기로 반대방향이 되도록 한다.

또, 금회 보용의 상반력 연직성분 궤도의 패러미터는, 상기한 바와 같이, 상체(전체 중심) 연직위치 궤도가 정상보용에 연속하여 이어지거나 또는 근접하도록 결정된다.

이상에 의해, 보행보용에서의 목표 상반력 연직성분 궤도(이것을 규정하는 패러미터)가 결정되게 된다. 이상에서 설명한 목표 상반력 연직성분 궤도의 결정처리 이외의 보용생성처리는 상기한 주행보용에 관한 실시형태와 동일해도 된다.

상기와 같이, 기준 상체 연직위치 궤도를 구하기 위해서 요구되는 연산량은 상당히 많으므로, 정상보용의 운동 패러미터(족평 궤도 패러미터 등)와 상체(전체 중심) 연직위치 궤도의 특징량(진폭 등)과의 관계를 나타내는 맵을 미리 작성하여 기억해 두고, 주어진 정상보용 패러미터로부터 상기 맵을 참조함으로써 특징량을 구하도록 해도 된다.

상기 도 8의 S032에서의, 스핀력을 캔슬하는 팔 흔들기 동작 대신에, 상체(24)를 그 체간축(또는 연직축) 주위로 회전시키는(뒤트는) 동작을 행해도 된다. 또는, 팔 흔들기 동작과 상체(24)를 그 체간축(또는 연직축) 주위로 회전시키는(뒤트는) 동작을 병용해도 된다.

본원 발명은, 목표 상반력이 족평(22)에 작용했을 때의 컴플라이언스 기구(42)의 변형량이 보상되도록, 족평(22)의 이상기(=다리체(2)의 미착지 다리기)로부터 착상기(=다리체(2)의 착지 기)의 이행 시에 있어서의 족평(22)이 연직방향 하방 또는 바닥면 법선방향 하방으로 소정 속도를 갖도록 다리체(2)의 동작이 제어되는 점에 특징이 있다. 이 특징에 대해 도 15∼도 18을 사용하여 설명한다.

다리체(2)의 동작의 당해 제어방법의 제 1 실시형태에 대해 도 15 및 도 16을 사용하여 설명한다.

우선, 족평(접지부위)(22)이 바닥에 붙어 있는지 아닌지, 즉, 착상기인지 이상기인지가 판정된다(S2100).

착상기라고 판정된 경우(S2100‥YES), 족평(22)에 작용하는 상반력의 목표 순시값으로서의 목표 상반력 순시값에 기초하여, 컴플라이언스 기구(42)의 구조 변형이 산출된다(S2102). 그리고, 목표 족평위치 자세 궤도와, 당해 기구변형량에 기초하여, 기구변형 보상된 수정 족평위치 자세 궤도가 결정된다(S2104).

구체적으로는, 도 16(a)에 도시되어 있는 착상기에서의 목표 상반력(순시값)의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 도 16(b)에 도시되어 있는 바와 같이 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 증가하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 감소하는 것으로서 산출된다. 또, 도 16(b)에 도시되어 있는 착상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바 닥면 법선방향 성분이 도 16(c)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 산출된다.

또한, 도 16(d)에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이, 0으로 설정된 착상기에서의 목표 족평높이(금회 보용의 족평 궤도 패러미터 결정(S600))와, 도 16(c)에 실선으로 도시되어 있는 착상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형 보상된 수정 목표 족평높이가, 도 16(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 결정된다.

한편, 이상기라고 판정된 경우(S2100‥NO), 상방 벗어남 패턴이 결정되고(S2106), 상방 벗어남 패턴이 산출된 다음에(S2108), 당해 상방 벗어남 순시값과, 목표 족평위치 자세 궤도에 기초하여, 기구변형 보상된 수정 족평위치 궤도가 결정된다(S2110).

구체적으로는, 이상기에서의 족평(22)의 상방 벗어남량이, 도 16(c)에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이, 이상기의 개시 후에 0으로부터 증가하고나서 약간 감소하고, 다시 증가한 후, 이상기의 종료 시까지 0으로 감소하는 것으로서 결정된다. 그리고, 도 16(c)에 파선으로 도시되어 있는 상방 벗어남량(순시값)과, 도 16(d)에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이 설정된 이상기에서의 목표 족평높이(S600)에 기초하여, 이상기에서의 기구변형 보상된 수정 목표 족평높이가, 도 16(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 증가하여, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료시까지 0까지 연속적으로 감소하는 것으로서 결정된다.

제 1 실시형태에서는, 목표 족평높이(도 16(d) 파선 참조)가 착상기에서는 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분(도 16(c) 실선 참조)에 의해 하방으로 수정되고, 또한, 이상기에서는 상방 벗어남량(도 16(c) 파선 참조)에 의해 상방으로 수정된 것이, 도 16(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 이상기로부터 착상기로의 이행 직전 및 직후, 게다가 착상기로부터 이상기로의 이행 직전 및 직후에서 순조롭게 연속하여 변화되는 수정 목표 높이로서 설정된다. 또, 착상 순간에 있어서, 바닥면에 대한 족평(접지부위)(22)의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분이, 착상 직후의 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율의 절대값에 대해 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 수정 목표 높이가 설정된다.

그리고, 복합 컴플라이언스 제어부(104)에 의해 설정된 족평 높이(기구변형 보상된 수정 목표 위치 자세 궤도)에 따라, 관절변위 콘트롤러(108) 등에 의해 좌우의 다리체(2)의 동작이 제어된다.

이것에 의해, 족평(22)에 작용하는 실제 상반력의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분은 도 16(e)에 도시되어 있는 바와 같이, 족평(22)의 목표 상반력의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분(도 16(a) 참조)에 추종성 좋게 변화 된다. 따라서, 도 19(e)에 도시되어 있는 바와 같이 비접지기로부터 접지기로의 이행 직후에 로봇(1)의 충격이 과대하게 되거나, 접지기로부터 비접지기로의 이행 시에 하중제거가 나빠져서 족평(22)의 일부가 바닥면에 걸리거나 하는 사태를 회피하여, 로봇(1)을 안정하게 제어할 수 있다. 바꿔 말하면, 본원 발명의 로봇에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중의 로봇(1)의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이 컴플라이언스 기구(42)의 착상충격 완화 특성에 따라 적절하게 제어될 수 있다.

다리체(2)의 동작의 당해 제어방법의 제 2 실시예에 대해 도 17 및 도 18을 사용하여 설명한다.

우선, 족평(접지부위)(22)이 바닥에 붙어 있는지 아닌지, 즉, 족평(22)이 착상기에 있는지 이상기에 있는지가 판정된다(S2200).

족평(22)이 착상기에 있다고 판정된 경우(S2200‥YES), 목표 상반력 순시값에 기초하여 기구변형량이 산출된 다음(S2202) 목표 족평위치 자세 궤도와, 당해 기구변형량에 기초하여, 기구변형 보상된 수정 족평위치 자세 궤도가 결정된다(S2210).

구체적으로는, 도 18(a)에 도시되어 있는 착상기에서의 목표 상반력(순시값)의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이, 도 18(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 증가하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 감소함으로써 산출된다. 또, 도 18(b)에 도시되어 있는 착상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 도 18(c)에 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 산출된다.

또한, 도 18(d)에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이, 0으로 설정된 착상기에서의 목표 족평높이(금회 보용의 족평 궤도 패러미터 결정(S600))와, 도 18(c)에 실선으로 도시되어 있는 착상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 착상기에서의 기구변형 보상된 수정 목표 족평높이가, 도 18(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 일정하게 유지되고나서 착상기의 종료시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 결정된다.

한편, 족평(22)이 이상기에 있다고 판정된 경우(S2200‥NO), 가상적인 부의 목표 상반력 패턴이 결정되고(S2204), 가상의 목표 상반력의 순시값이 산출되고(S2206), 또한, 임의의 목표 상반력의 순시값에 기초하여 기구변형량이 산출된 다음(S2208), 목표 족평위치 자세궤도와, 당해 기구 변형량에 기초하여, 기구변형 보상된 수정 족펴위치 자세 궤도가 결정된다(S2210).

구체적으로는, 도 18(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 이상기에서, 목표 상반력(순시값)의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분이, 가상적으로 이상기의 개시후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 증가한 후, 다시 감소하고, 이상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 결정된다. 또, 도 18(a)에 도시되어 있는 가상적인 부의 목표 상반력의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 이상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이, 도 16(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 이상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 감소하고, 증가한 후, 다시 감소하고, 이상기의 종료시까지 0까지 연속적으로 증가하는 것으로서 산출된다. 또, 도 18(b)에 도시되어 있는 이상기에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 이상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 도 18(c)에 도시되어 있는 바와 같이, 이상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 증가하고, 감소한 후, 다시 증가하고, 이상기의 종료시까지 0까지 연속적으로 감소하는 것으로서 산출된다.

또한, 도 18(d)에 파선으로 도시되어 있는 이상기에서의 목표 족평높이(금회 보용의 족평 궤도 패러미터 결정(S600))과, 도 18(c)에 도시되어 있는 이상기에서의 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분에 기초하여, 이상기에서의 기구변형 보상된 수정 목표 족평높이가, 도 18(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 착상기의 개시 후에 0으로부터 연속적으로 증가하고, 일정하게 유지되고나서 이상기의 종료 시까지 0까지 연속적으로 감소하는 것으로서 결정된다.

제 2 실시예에서는 목표 족평높이(도 18(d) 파선 참조)가 착상기에서는 정의 목표 상반력(도 18(a) 참조)에 따른 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분(도 18(c) 참조)에 의해 하방으로 수정되고, 이상기에서는 가상적인 부의 목표 상반력(도 18(a) 참조)에 따른 기구변형 보상량의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분(도 18(c) 참조)에 의해 상방으로 수정된 것이, 도 18(d)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이, 이상기로부터 착상기에의 이행 직전 및 직후, 게다가 착상기로부터 이상기로의 이행 직전 및 직후에 있어서 순조롭게 연속하여 변화되는 수정 목표 높이로서 설정된다. 또, 착상의 순간에서, 바닥면에 대한 족평(접지부위)(22)의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분이 착상 직후의 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율의 절대값에 대해 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 수정 목표 높이가 설정된다.

그리고, 복합 컴플라이언스 제어부(104)에 의해 설정된 족평높이(기구변형 보상된 수정 목표 위치 자세 궤도)에 따라, 관절변위 콘트롤러(108) 등에 의해 좌우의 다리체(2)의 동작이 제어된다.

이것에 의해, 족평(22)에 작용하는 실제 상반력의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분은 도 18(e)에 도시되어 있는 바와 같이, 족평(22)의 목표 상반력의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분(도 18(a) 참조)에 추종성 좋게 변화된다. 따라서, 도 19(e)에 도시되어 있는 바와 같이 이상기로부터 착상기로의 이행 직후에 로봇(1)의 충격이 과대하게 되거나, 착상기로부터 이상기로의 이행 시에 하중제거가 나빠져서 족평(22)의 일부가 바닥면에 걸리거나 하는 사태를 회피하여, 로봇(1)을 안정하게 제어할 수 있다. 바꿔 말하면, 본원 발명의 로봇에 의하면, 착상 시의 다리체에의 충격을 완화함과 동시에, 이상 시의 다리체의 족평의 일부의 바닥에의 걸림을 회피한다고 하는 관점에서, 이동 중의 로봇(1)의 다리체가 바닥면을 딛고 서는 힘이 컴플라이언스 기구(42)의 착상충격 완화 특성에 따라 적절하게 제어될 수 있다.

목표 상반력에 의해 다리체(2)의 족평(접지부위)(22)의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구(42)의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대한, 착상의 순간에서의 족평(22)의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도는, 착상 시의 다리체(2)에의 충격, 및 이상 시의 하중제거에 영향을 미치는 인자이다. 본원 발명자가 얻은 지견에 의하면, 당해 비율이 「0.1」 미만일 경우, 착상 시의 다리체(2)에의 충격을 저감하는 능력이 급격하게 저하되고, 또한 이상 시에 하중제거가 나빠져서 족평(22)의 일부가 바닥면에 걸릴 가능성이 급격하게 높아진다. 한편, 당해 비율이 「10」을 초과하고 있을 경우, 이상 시의 하중제거는 양호하지만, 착상 시의 다리체(2)에의 부하가 일시적이라고는 해도 목표 상반력의 최대값을 초과할 가능성이 높아진다. 따라서, 이러한 지견을 감안하여, 당해 비율이 [0.1, 10]에 들어가도록 다리체(2)의 동작이 제어됨으로써 착상 시의 다리체(2)에의 충격을 완화하면서, 이상 시의 하중제거를 양호하게 하여, 로봇(1)의 동작을 안정하게 제어할 수 있다.

Claims (18)

1. 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지 충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇으로서,

   접지부위가 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하도록 다리체의 동작을 제어하는 다리체 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
2. 제 1 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단을 구비하고,

   다리체 제어 수단이 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대해, 상기 소정 속도가 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
3. 제 1 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단을 구비하고,

   다리체 제어 수단이 목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율에 기초하여 상기 소정 속도를 결정하고, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상 시까지 상기 결정된 소정 속도가 되도록, 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
4. 제 1 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단과,

   목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정 수단과,

   다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정 수단과,

   목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정하는 목표 접지부위 궤도 수정 수단을 구비하고,

   다리체 제어 수단이, 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 접지부위의 착상 직후에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율에 기초하여, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상까지 소정 속도로 되도록 다리체의 동작을 제어하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 목표 접지부위 궤도 수정 수단에 의한 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
5. 제 4 항에 있어서, 목표 접지부위 궤도 수정 수단이 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분을, 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된, 접지부위의 착상 직후에서의 기구변형량에 기초하여 상방으로 벗어나도록 수정하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 기구변형량 결정 수단에 의해 설정된 기구변형량에 기초하여 하방으로 수정하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
6. 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정 수단과,

   목표 상반력 설정 수단에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정 수단과,

   다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정 수단과,

   목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정함으로써 수정 목표 접지부위 궤도를 결정하는 목표 접지부위 궤도 수정 수단을 구비하고,

   목표 상반력 설정 수단이 접지부위의 착상기에서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 정으로 되는 목표 상반력을 설정하는 한편, 착상 직후의 목표 상반력에 기초하여 접지부위의 이상기에서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 부가 되는 가상적인 목표 상반력을 설정하고,

   다리체 제어 수단이 목표 접지부위 궤도 수정 수단에 의해 결정된 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 기구변형량 결정 수단에 의해 결정된 기구변형량에 기초하여, 목표 접지부위 궤도에 대한 이 기구변형량의 영향을 보상하기 위한 기구변형 보상량을 설정하는 기구변형 보상량 설정 수단을 구비하고,

   목표 접지부위 궤도 수정 수단이 기구변형 보상량 설정 수단에 의해 설정된 기구변형 보상량에 기초하여, 목표 접지부위 설정 수단에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 수정하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
8. 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇으로서,

   접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이, 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에서 0으로 되는 접지부위 궤도를 목표 접지부위 궤도로서 가짐과 동시에 동역학적 평형조건을 만족시키는 목표 보용을 설정하는 목표 보용 설정 수단과,

   이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에서, 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 0으로 되지 않도록, 목표 접지부위 궤도를 수정한 것을 수정 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 수정 목표 접지부위 궤도 설정 수단과,

   수정 목표 접지부위 궤도 설정 수단에 의해 설정된 수정 목표 접지부위 궤도에 기초하여, 다리체를 동작시켜 바닥면에 대한 접지부위의 접근속도를 제어하는 다리체 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
9. 제 8 항에 있어서, 목표 ZMP를 설정하는 목표 ZMP 설정 수단을 구비하고,

   목표 보용 설정 수단이, 목표 보용의 운동이 목표 ZMP를 만족하는 조건을 상기 동역학적 평형조건으로 하여 목표 보용을 설정하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
10. 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지 부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇의 작동을 제어하는 기능을 이 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 프로그램으로서,

    접지부위가 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로 소정 속도로 착상하도록 다리체의 동작을 제어하는 다리체 제어기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
11. 제 10 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한

    다리체 제어기능으로서, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율의 절대값에 대해, 상기 소정 속도가 [0.1, 10]의 범위 내의 비율이 되도록 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
12. 제 10 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한

    다리체 제어기능으로서, 목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 다리체의 접지부위의 착상 직후에 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량의 연직방향 또는 바닥면 수선방향의 변화율에 기초하여 상기 소정 속도를 결정하고, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상 시까지 상기 결정된 소정 속도로 되도록, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
13. 제 10 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능과,

    목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정기능과,

    다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정기능과,

    목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를, 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정하는 목표 접지부위 궤도 수정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대해 부여하고, 또한,

    다리체 제어기능으로서, 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 접지부위의 착상 직후에서의 기구변형량의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분의 변화율에 기초하여, 이 접지부위의 연직방향 하방 또는 바닥면 수선방향 하방으로의 속도가 착상까지 소정 속도로 되도록 다리체의 동작을 제어하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 목표 접지부위 궤도 수정기능에 의한 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대해 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
14. 제 13 항에 있어서, 목표 접지부위 궤도 수정기능으로서, 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도의 연직방향 성분 또는 바닥면 수선방향 성분을, 접지부위의 이상기에서는, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된, 접지부위의 착상 직후에서의 기구변형량에 기초하여 상방으로 벗어나도록 수정하는 한편, 접지부위의 착상기에서는, 기구변형량 결정기능에 의해 설정된 기구변형량에 기초하여 하방으로 수정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
15. 제 13 항에 있어서, 접지부위에 작용하는 상반력의 목표값을 목표 상반력으로서 설정하는 목표 상반력 설정기능과,

    목표 상반력 설정기능에 의해 설정된 목표 상반력에 의해 발생하는 컴플라이언스 기구의 변형량을 기구변형량으로서 결정하는 기구변형량 결정기능과,

    다리체의 접지부위의 목표 위치를 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 목표 접지부위 궤도 설정기능과,

    목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를, 이 목표 접지부위 궤도에 대한, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량의 영향이 보상되도록 수정함으로써 수정 목표 접지부위 궤도를 결정하는 목표 접지부위 궤도 수정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고,

    목표 상반력 설정기능으로서, 접지부위의 착상기에서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 정으로 되는 목표 상반력을 설정하는 한편, 착상 직후의 목표 상반력에 기초하여 접지부위의 이상기에서의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 부가 되는 가상적인 목표 상반력을 설정하는 기능을 이 컴퓨터에 대해 부여하고, 또한,

    다리체 제어기능으로서, 목표 접지부위 궤도 수정기능에 의해 결정된 수정 목표 접지부위 궤도에 따라, 다리체의 동작을 제어하는 기능을 이 컴퓨터에 대해 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
16. 제 13 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 기구변형량 결정기능에 의해 결정된 기구변형량에 기초하여, 목표 접지부위 궤도에 대한 이 기구변형량의 영향을 보상하기 위한 기구변형 보상량을 설정하는 기구변형 보상량 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한,

    목표 접지부위 궤도 수정기능으로서, 기구변형 보상량 설정기능에 의해 설정된 기구변형 보상량에 기초하여, 목표 접지부위 설정기능에 의해 설정된 목표 접지부위 궤도를 수정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
17. 기체와, 기체로부터 하방으로 연장하여 설치된 복수의 다리체와, 각 다리체의 착지충격을 완화하는 컴플라이언스 기구를 구비하고, 각 다리체의 선단의 접지부위의 착상 및 이상을 수반하는 각 다리체의 동작에 의해 이동하는 다리식 이동 로봇의 작동을 제어하는 기능을 컴퓨터에 대하여 부여하는 프로그램으로서,

    접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이, 이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에서 0으로 되는 접지부위 궤도를 목표 접지부위 궤도로서 가짐과 동시에 동역학적 평형조건을 만족시키는 목표 보용을 설정하는 목표 보용 설정기능과,

    이상 시 및 그 직전과, 착상 시 및 그 직후 중 한쪽 또는 양쪽에어서, 접지부위의 속도의 연직방향 성분 또는 바닥면 법선방향 성분이 0으로 되지 않도록, 목표 접지부위 궤도를 수정한 것을 수정 목표 접지부위 궤도로서 설정하는 수정 목표 접지부위 궤도 설정기능과,

    수정 목표 접지부위 궤도 설정기능에 의해 설정된 수정 목표 접지부위 궤도에 기초하여, 다리체를 동작시켜 바닥면에 대한 접지부위의 접근속도를 제어하는 다리체 제어기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
18. 제 17 항에 있어서, 목표 ZMP를 설정하는 목표 ZMP 설정기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하고, 또한,

    목표 보용 설정기능으로서, 목표 보용의 운동이 목표 ZMP를 만족하는 조건을 상기 동역학적 평형조건으로서 목표 보용을 설정하는 기능을 상기 로봇에 탑재되어 있는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.

Images