TW583059B - Two-feet walking type moving apparatus, the control device therefor, and method for controlling the walking - Google Patents

Description

583059 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關一種提高步行穩定性，同時，得以實現 兼具低能源消耗量之步行的兩腳步行式移動裝置及該步行 控制裝置與步行控制方法者。 [先前技術] 在先前技術中^所謂的兩腳步行式機器人，具有：本 體；以可朝二軸方向搖動自如之方式安裝在本體下部兩 側。且在中間具有膝部的二個腳部；以可朝二軸方向搖動 自如之方式安裝在各腳部下端之足部；得將各腳部、膝部 及足部，以搖動自如之方式予以支持之關節部；搖動該等 關節部的驅動機構，以及對應於要求之動作產生步容資料 之步容產生部；依該步容資料控制驅動上述驅動機構之步 行控制裝置。 如依該構成之兩腳步行式機器人，係由步容產生部產 生事先設定的步行圖案（以下稱步容）資料，由步行控制裝 置依該步容資料驅動控制其驅動機構，以預定之步行圖 案，搖動腳部、膝部及足部之各關節部，以實現兩腳步 行。此時，為使步行姿勢穩定，係將機器人足底之地面反 作用力與重力之合成力矩為「零」的點（以下稱之為零力 矩點，Zero Moment Point, ZMP)收斂在目標值，以進行 所謂的ZMP補償，並藉由ZMP規範使機器人得以穩定化。 再者，該兩腳步行式機器人的各關節部，係分別由以 驅動機構主動地進行驅動之該驅動關節，或從驅動機構解 放而僅進行自由運動的被動關節所構成。

314192.ptd 第8頁 583059 五、發明說明（2) 驅動關節係主動地驅動作為搖動關節部之驅動機構的 各個致動器，以移動腳部及足部而實現步行動作。然後， 驅動關節係具有藉由主動地驅動關節部之致動器，可較自 由地產生步容的優點。惟因該驅動關節係積極利用致動器 之轉矩，通常在能源上的消耗較多，同時，隨關節部的增 加，而有複雜的控制規則之問題。又由於ZMP規範圍之規 定，該自由步容的形成亦有受到相當限制的問題存在。 相對於此，被動關節係不使用致動器，而藉由重力等 外力，以被動方式搖動關節部者。由於被動關節係於兩腳 步行時，僅藉由外力來搖動關節部，因此具備自然穩定 性，得將ZMP收斂於足底部位。而且，由於被動關節之消 耗能量較少，同時該控制規則簡單，因此可使步行控制之 計算成本得以降低。然而，被動關節係依存於重力等外力 而搖動，因此，為實現自由搖動以及達成自由步行有其困 難。 如上所述，驅動關節及被動關節雖具有互為相反的優 點，但該有關技術係個別獨立研究，因此幾乎所有的習知 兩腳步行式機械人，係僅使用上述驅動關節。因此，僅具 備驅動關節的兩腳步行式機械人，在用以驅動關節部之致 動器上會消耗極多的能量。此外，僅具備被動關節的步行 式機械人，有以往的玩具為人所知，但不能進行自由步 行，且不具充分的步行穩定性。 雖已進行組合驅動關節及被動關節雙方優點的兩腳步 行控制之研究，但其係驅動關節及被動關節的單純組合，

314192.ptd 第9頁 583059 五、發—--- 僅使作為驅動〃 ^ ^ ^ 被動闕雖的關2即的關節部作為驅動關節作用 f ιψ ± μ 、關即部作為被動關節作用％ & ，而使作為 二:容使]用。 已，因此並不適於 升步2有鐘於上述各點而研創者，# 步ϋ ί疋性的兩腳步行式移動裝置立以提供一種提 仃控制方法為目的。 其步行控制裝置及

上述目的可藉由本發明第I 方》？：，其係具備·· *體；以可朝之二腳步行式移動裝 部式文裳在本體下部兩㈣，且在中：輛方向搖動自如之 立以可朝二軸方向搖動自如之 ^有膝部的二個腳 =，得將各腳部、膝部及足部，二=$在各腳部丁端之 要：搖動該等關節部的如之方式予以 驅ΐ步容資料，並依該步ί!!;以及對應於 、動機構之步行控制裝置；其中，少4貝料控制驅動上述 進行通常驅動控制之驅動模^，，上述步行控制裝置係將 ，機構進行驅動控制之被動模及與被動關節同樣地對驅 行各關節部之驅動控制。 予以選擇性切換，以進 本發明之兩腳步行式移動努 馬人型機械人之上體，且具備ς罝，其中，上述本體最好 μ本發明之兩腳步行式移動#頌部及兩手部。 襄置最好對膝部及足部之關^ ^置’其中，上述步行控制 式之切換。 卩°卩，進行驅動模式及被動模 本發明之兩腳步行式移動 置’其中，上述步行控制

583059 五、發明說明（4) 裝 式 置最好於步行動作中之踏出及著地時， ，而於腳懸空時，切換為被動模式。 換為驅動模 本發明之兩腳步行式移動裝置，1 、 裝置最好於被動模式時，進行順從控制。，上述步行控制 又，上述目的可藉由本發明第 動裝置之步行控制裴置來達成 ^ 成之兩腳步仃式移 備有··本體；以可朝二軸方;搖^兩腳步行式移動裝置具 下部兩側，且在中間具有膝部自如之方式安裝在本體 向搖動自如之方式安裝在各腳抑一個腳部，·以可朝二軸方 部、膝部及足部，以搖動自如 鳊之足邛；得將各腳 以及搖動該等關節部的驅動機$方式予以支持之關節部； 而產生之步容資料，予以驅動^ ;在根據對應於要求動作 行式移動裝置之步行控制裝置f制上述驅動機構之兩腳步 進行通常驅動控制之驅動模 ’上述步行控制裝置係將 動機構進行驅動控制之被動^及與被動關節同樣地對驅 各關節部之驅動控制。 果式’選擇性地切換，以進行 本發明的兩腳步行 述步行控制裝置最好對膝^^巢置之步行控制裝置中，上 式及被動模式之切換。D及足部之關節部，進行驅動模 本發明的兩腳步行 述步仃，制裝置最好於；=破置之步行控制裝置中，上 為驅動模式，而於腳懸空時，作中之踏出及著地時，切換 本發明的兩腳步行 切換為被動模式。 述步仃控制裝置最好於^動，，置之步行控制裝置中，上 動杈式時，進行順從

314192.ptd 583059 五、發明說明（5) (c 〇 m p 1 i a n c e )控制 又，上述目的 動裝置之步行控制 備有：本體；以可 下部兩側，且在中 向搖動自如之方式 部、膝部及足部， 以及搖動該等關節 而產生之步容資料 行式移動裝置之步 進行通常驅動控制 動機構進行驅動控 各關節部之驅動控 本發明的兩腳 對膝部及足部之關 換。 本發明的兩腳 於步行動作中之踏 懸空時，切換為被 本發明的兩腳 於被動模式時，進 、如以上述構成 成步容資料，再根 制。此時，步行控 本發明第 達成，該 方向搖動 膝部的二 各腳部下 白如之方 動機構； 驅動控制 方法中， 模式，及 動模式， 移動裝置 進行驅動 步行式救& 4移動裝置 f及者地時，切 動模式。 步行式移動f i 行順從控制置 ，步行控制& 5 =步容資； 制裝置係、金i 適當地

314192.ptd 第12頁 可藉由 方法來 朝二軸 間具有 安裝在 以搖動 部的驅 ，予以 行控制 之驅動 制之才皮 制。 步行式 節部， 3構成之兩腳步行式移 兩腳步行式移動裝置具 自如之方式安裝在本體 個腳部；以可朝二軸方 端之足部；得將各腳 式予以支持之關節部； 在根據對應於要求動作 上述驅動機構之兩腳步 上述步行控制裝置係將 與被動關節同樣地對驅 選擇性地切換，以進行 之步行控制方法，最好 模式及被動模式之切 之步行控制方法，最好 換為驅動模式，而於腳 之步行控制方法，最好 係對應於要求動作而形 將驅動機構予以驅動控 予以切換驅動模式及被 583059 五、發明說明（6) 動模式，以進行驅動控制，因此，在驅動模式下利用驅動 機構進行驅動控制之關節部，係作為驅動關節而作用，而 在被動模式下利用驅動機構進行驅動控制之關節部，係作 為被動關節而作用。由此，將同一關節部，在驅動模式或 被動模式下進行驅動控制，以作為驅動關節或被動關節而 作用，故於兩腳步行式移動裝置之步行時，通常以驅動模 式驅動控制驅動機構，而於必要時，可將例如膝部及足部 之關節部，以被動模式驅動控制驅動機構，僅利用驅動關 節及被動關節的優點，即可排除其缺點。因此，可將因被 動關節所產生之自然穩定性導入於步行，以抑制能量消 耗，並且減低轉矩，將ZMP自動收斂於足底部位。由此， 得於任意步容中，將ZMP確實收斂於足底部位，以提升兩 腳步行式移動裝置之步行穩定性。 而有關膝部及足部的關節部，係於進行驅動模式及被 動模式之切換時，步行時之該膝部及足部之關節部已依其 所需切換為驅動模式或被動模式而進行驅動故可獲得步行 穩定性。 又於在步行動作中之踏出及著地時切換為驅動模式， 而於腳懸空時切換為被動模式的情況下供給踏出時及腳懸 空時所需的能量，同時於著地時進行能量之吸收，故得以 吸收衝擊。 而於被動模式下進行順從控制時，藉由關節驅動用之 驅動機構而作為驅動關節進行驅動控制之關節部，係以順 從控制來進行驅動控制，以作為被動關節而作用。

314192.ptd 第13頁 583059 五、發明說明（7) [實施方式] ::以附圖所示之實施形態， 第1及第2圖係表示適用本發=^明。 兩腳步行式機器人 # γ 腳步行式移 人之一貫施形您的構成概略 動農置 的 辨第1圖中^腳步行式機器人^/勺概入略圖。、 上-n ’固义於上體11下方兩側，且於己中3間_§作為本體的 12L、12R的二個腳部i3L、13R，及分別三二有膝部 13L、13R下端的足部i4L、14R。 疋；於各腳部 八別ΐ ί述：部以、13R具有6個關節部，亦即由上而 刀別具有.相對於上體j i之 由上而下 之關節部15L、15R.胝邱轉動用（z軸周圍） 16L、HR;腰部之門；向（X軸周圍)之關節部

17R ； 0 ' VVrLVT t 12R之間距方向之關節部18L、18R;足邱 、14R對足踝部之間距方向之關節部i9L、19r，及足^踝 邛之滾動方向之關節部2 〇 l、2 0 R。而且，各關節部1 5 l、 15歧2 0L、2 OR係分別以關節驅動用馬達（致動器）而構 成。>如上述，腰部關節係由15L、15R、16L、16R、17L、 17辟所構成，而足部關節係由19卜19卜2〇[、201?所構 成。 又’於腰部關節及膝部關節間，係以大腿連桿2 1 L、 2 1 R相連結，而於膝部關節及足部關節間，係以小腿連桿 2 2L、2 2R相連結。由此，在兩腳步行式機器人1〇之左右兩 側之腳部13L、13R，及足部1礼、η R分別賦予6自由度， 於步行中，將該等1 2個關節部分別以驅動馬達予以驅動控

314192.ptd 第14頁 583059 五、發明說明（8) 制在適當的角度，對 體 又 對腳部13L、13R及 遍，賦予所希望的動作 处从/立 卩1 4L 1 41?之整 乍’而月匕夠任思步行於二分* Μ。 ，上述上體11在圖式击2么斤Μ 订於一 _人兀空間。

._ 口式中，係以箱體形狀表示，伯奢叭F 亦可具備頭部及兩手等。 狀衣不，但貫際上 制f = 表/ V圖所示之兩腳步行機械人10之步行控 指‘下一:t二i第2圖中，步行控制裝置3〇具備有： 、 乂立 、動作計劃部3 1 ;依據該下一步位置算出 用^產生步容之參數的步容安定部32 ;依據步容安定部32 之茶數產生步谷之步容產生部3 3 ;依據該步容資料，檢測 出驅動機構、上述各關節部、用以驅動控制上述關節驅動 用馬達15[、15歧201、201?之控制部34;以及檢測出機械 人各關節部之角度的角度計測單元3 5。又，兩腳步行式機 器人1 0之座標系’係使用前後方向為χ (前方為+)、橫方向 為y(内方為+)、上下方向為Ζ(上方為+)之Xy@標系。 上述動作計劃部31係對應於要求動作指定下一步中之 來自支持足踝中心之路面平面座標（X，γ)。上述步容安定 部3 2係依據該路面的平面座標（X，γ )計算用以形成步容之 參數。此時，動作計劃部3 1及步容安定部3 2係以成對方式 動作，且於每一步行週期之步行開始（踏出）時及著地時， 進行兩次抽樣後，將抽樣資訊予以保持。然後，當步容安 定部32由路面的爭面座標（X，Y)計算出用以形成步容之參 數時，參考來自後述之角度計測單元3 5之姿勢資訊0 real， 計算出用以形成步容之參數。 上述步容產生部3 3係依據步容安定部3 2之參數’產生

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第15頁 583059 五、發明說明（9) 作為包括兩腳步行式機器人1 0步行所需的各關節部1 5 L、 1 5 R至2 0 L、2 0 R之目標角度執跡、目標角速度、目標角加 速度的步容資料之向量0 re及模式信號。 上述控制部3 4係依據步容產生部3 3之步容資料的向量 0 re及模式信號，產生各關節驅動用馬達的控制信號（亦即 角度向量0 )，分別以驅動模式或被動模式，驅動控制各 關節驅動用馬達。控制部3 4係於驅動模式時，與習知驅動 關節同樣地，對各關節驅動用馬達進行驅動控制，俾提供 或吸收能量。而控制部3 4於被動模式時，係對各關節驅動 用馬達，利用已提供之能量進行自由運動，藉此與習知被 動關節同樣地進行驅動控制。 上述角度計測單元3 5，係安裝於各關節部1 5 L、1 5 R至 2 0 L、2 0 R之關節驅動用馬達，藉由以旋轉編碼器（r 〇 t a r y e n c o r d e r )等輸入各關節驅動用馬達之角度資訊，而計測 出各關節驅動用馬達之角度位置、角度及角速度相關的狀 態資訊、機器人1 0的姿勢資訊Θ real，並將該等資訊輸出至 步容安定部3 2。而且，角度計測單元3 5係以與前述步容產 生部3 3成對之方式動作，以進行抽樣。 此時，可將兩腳步行式機器人1 0的步行，如第3圖所 示，於每一步行週期，分解為3個時間相位進行處理。 第3圖（A )係相位1時以兩足部接觸地面之兩腳支持 期，且表示欲將後方足部踏出而朝前方移動時之踏出狀 態。相位1為步行系進行必要能量供應的能量提供期。此 時，該兩腳步行系係作為一連桿（1 i nk )彈簧系，以驅動模

314192.ptd 第16頁 583059 五、發明說明（ίο) 式進行驅動控制。 第3圖（B )為相位2時以單腳接觸地面的單腳支持期， 表示一腳離開地面之腳懸空狀態。該相位2係於腳懸空a寺 藉由之前供應的能量，將足踝部及膝部的關節部作為被動 關節，以進行自由運動。此時，該兩腳步行系係作為3連 桿系以被動模式進行驅動控制。 第3圖（C )為相位3時再度以兩足部接觸地面之兩腳支 持期，表示使前方足部著地之著地時狀態。該相位3係由 步行系吸收著地時能量之能量吸收期。此時，該兩腳步行 系係作為1連桿彈簧系以驅動模式進行驅動控制。 又於連續步行時，藉由相位3後方之左右腳交換，連 接一個相位1。因此，步容安定部3 2係在上述相位3之終端 期，參照機械人1 0之姿勢及狀態，算出次一步相位2所需 之能量。 茲將計算相位2所需之能量，說明如下： 首先，步容安定部3 2係如第4圖所示，由動作計劃部 3 1之路面平面座標（X，Y )及角度計測單元3 5之姿勢資訊的 向量Θ real，決定作為在相位1中之參數的1連桿彈簧系之彈 簧剛性K，或旋轉彈簧自然長度0 。 此時，先說明在相位3中之步行系的耗損能量及獲得 能量； 將相位3之因環境損失之能量，以第5圖所示之簡易腳 切換模型求出。第5圖中，係將腳切換模型作為2連桿一質 點模型，以幾何學上之腳切換模型求出能量損失E ex_lQSS。

314192.ptd 第17頁 583059 五、發明說明（11) 即， E^oss = L2 qf2{\ - cos2 {q, +qf)} (1) 式中’ Lf為腳切換前之長度；U為腳切換後之長度；“為 腳切換前之角度；q i為腳切換後之角度。 因此’一步行週期之能量損失Eal卜1qs為"； E all-loss E ex-loss + E vi-loss + E di-loss (2) 式中，Evi_lc)s係因關節驅動用馬達摩擦之能量指

主 Ί只：7^ £j d i - 1 QSS 係内部能量損失之外來干擾。 因上述結果’亦適用於xz平面及yz平面的任何一種， 因此，於次一步的相位1中，xz平面及72平面可藉由分別 補償上述Eall_lc)ss，以使步行運動得以繼續。 對此，例如於下坡步行時，係於相位2中，對步行系 注入能量時，可同樣地求出剩餘部分之能量，並利用上式 (1 )求出下一個步腳位置，由此，因著地位置有可能產生 任思之此Ϊ損失。為進行該能量損失之補償，步容安定部 3 2係將步行系之能量控制為一定，不論著地位置，算出上 述參數K及0，以保持其步行穩定性。 其次’說明由上述控制部3 4之驅動控制。上述控制部 3 4係在模式信號為被動模式時，進行虛擬順從 (comp 1 i ance)控制，同時在模式信號為驅動模式時，係進 行虛擬致動Is (virtual actuator)控制者。 上述虛擬順從控制，係利用阻抗控制的控制方法，以 下記方式進行。亦即如第6圖所示，在控制部3 4輸入作為

314192.ptd 第18頁 583059 五、發明說明（12) 步容資料的向量0 ref，由控制部34對關節驅動用馬達輸出 角度向量資訊<9 。然後，該角度資訊0係藉由環境剛性行 列（-Ke)變換為r ex在加算來自外部之r re後，輸出至力控 制對角補償器行列G。 而在力控制對角補償器行列G中，進行 G - (s2M + sD + K)-1 (3) 演算後，加算於向量0 ref予以回授。 由此，若Γ ref=0時， 0 ref - (s2M + sD + K)Mr ext (4) 可獲得如上所示之控制規則。 在此，若為被動關節，設定剛性係數行列K = 0，黏性 係數行列D = 0，使慣性行列Μ配合實際運動。若利用1連桿 模型進行運動時，上式（3 )為一次元，因而，可容易地以 實際時間進行計算。 如上所述，在被動模式中，可利用阻抗控制之特殊 系，進行關節驅動馬達之虛擬順從控制，藉此將由對應之 驅動關節所構成之關節部，作為被動關節進行動作。由 此，可使步行系更為穩定化。 虛擬致動器控制係如第7圖所示，若欲實現符號Α所示 之致動器時，實際上係藉由驅動控制符號B所示之致動器 實現該動作。由此，得以縮小自由度並實現同一動作，同 時，無須在支持腳足踝部施加轉矩來進行驅動，因而得以 保證ZMP穩定性。 本發明實施形態的兩腳步行式機器人1 0，係以上述方

314192.ptd 第19頁 583059 五、發明說明（13) 式構成，且以下述方式進行步行動作： 首先，由動作計劃部3 1對應於要求動作，指定下一步 中之支持腳足踝中心的路面平面位置（X，Y )，並將其輸出 至步容安定部32。由此，步容安定部3 2由該路面平面位置 (X， Y)、及角度計測單元35之姿勢資訊0 rea算出用以產生 步容之參數，並將其輸出至步容產生部33。然後，步容產 生部3 3依據步容安定部3 2之參數產生作為步容資料的向量 0 ，至將其輸出至控制部34。藉此，控制部34根據向量 0 ref，產生各關節驅動用馬達的控制信號、亦即產生角度 向量0 ，依據該角度向量及模式信號，將各關節部之關節 驅動用馬達，以驅動模式或被動模式進行驅動控制。即可 使兩腳步行式機器人1 0對應於要求動作而進行步行動作。 此時，在兩腳步行式機器人1 0中，進行各關節驅動用 馬達之驅動控制時，步容安定部3 2參照此時的機器人姿勢 資訊，由路面平面位置（X，Y )產生步容形成所需的參數， 因此，步容產生部3 3所產生的步容資料，係由此時之機器 人的姿勢及狀態而產生，俾供應所需能量。因此，於兩腳 步行中，在將一方腳部抬高而成為腳懸空狀態的單腳支持 期，得將該一方腳部之膝部及足部的關節部，作為被動關 節以進行自由運動。又於此時，由於無須對作為被動關節 進行動作之關節驅動用馬達供應能量，因此，可減低消耗 能量。又，由於無須進行作為被動關節進行動作的關節驅 動用馬達相關之控制演算，因此得以減低計算成本，並且 可使步容資料之產生容易進行。

314192.ptd 第20頁 583059 五、發明說明（14) 其次，說明有關本發明之兩腳步行式機器人1 0的數值 模擬及實機實驗於下： 首先，表示在y z平面進行實際步容形成之數值模擬的 結果。為了藉由上述之兩腳步行式機器人1 0，進行y z平面 内之動態踏步動作，在上述相位1及相位3中，將彈簧常數 設定為1. 6 2x 10 Λ Nm/度），將彈簧的自然長度設定為6 度，以形成4步行週期的步容。其結果，獲得如第8圖所示 之<9的變化。而所形成之步容棒線圖（s t i c k f i g u r e )係如 第9圖所示。由此可知，各步行週期之起始與結束為約 1 2 0 m秒間的兩腳支持期。因而，不同於單純的1連桿系之 執道，由於各步行週期之起始端與終端部分係表示一平滑 的S形曲線，得使對於關節驅動用馬達之負載降低，因而 可將步行系予以穩定化。 其次，將實機實驗結果表示於下，該實機實驗的兩腳 步行式機械人1 0，係使用：下半身自由度1 2，總質量 2.0kg，總高度3 4. 6 c m，且具有作為各關節部之關節驅動 用馬達之最大轉矩± 1. 2 7 Nm之模型用伺服馬達的機械人， 以進行8步行週期的定常踏步運動，並測量該機械人本體 1 1於yz平面之角度，其結果如第1 0圖所示可知，若以本發 明之相位1、相位2及相位3進行步行控制（如圖中實線所示 部分）時，與僅以相位2進行步行控制（如圖中虛線所示部 分）時相比較，能獲得更穩定的各速度軌道。也就是，由 相位1之能量供應的「踏出」，可保證連續步行之穩定 性，因而得以確認本發明步行控制的有效性。

314192.ptd 第21頁 583059 五、發明說明（15) 此時，若以六軸力感測器測量上述動作中之足底地面 反作用力時，即可獲得如第1 0圖所示之地面反作用力之變 化。由此可知，於相位3的能量吸收動作，係與衝擊吸收 同樣地發揮作用，同時，亦可得知該地面反作用力係於踏 步運動之各步行週期中顯示較穩定的執道，因而，可確認 在相位3的能量吸收動作之有效性。 如上所述，根據本發明實施形態的兩腳步行式機械人 1 0，可將例如膝部及足部之關節部作為驅動關節或被動關 節，且適當地切換其動作模式，以進行驅動控制，藉此可 於步行控制中具有柔軟性，使步行穩定性提升，同時亦能 減低在步行動作中之消耗電力。 上述實施形態係以將本發明適用於兩腳步行式機械人 之情況為例加以說明。惟不限於此，亦能將本發明適用於 由兩腳支持其他各種機器，同時以該兩腳步行之兩腳步行 式移動裝置。 如上所述，本發明得以將同一關節部，分別以驅動模 式或被動模式予以驅動控制，以作為驅動關節或受動關節 而作用，因而，在兩腳步行式移動裝置之步行時，通常係 以驅動模式來驅動控制該驅動機構，依所需將例如膝部及 足部等之關節部，以被動模式予以驅動控制該驅動機構， 藉此僅利用該驅動關節及被動關節之優點，即可排除該機 構之缺點。因而得以將因被動關節所產生之自然穩定性導 入於步行中，抑制能量的消耗，同時減低轉矩，將ZMP自 動收斂於足底。藉此，在任意之步容中，將ZMP確實地收

314192.ptd 第22頁 583059 五、發明說明（16) 斂於足底，提升兩腳步行式移動裝置之步行穩定性。 由此，本發明可提供一種提升步行穩定性極優異之兩 腳步行式移動裝置、該步行控制裝置及步行控制方法。

314192.ptd 第23頁 583059 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1圖表示本發明之兩腳步行式機器人之一實施形態 之機械構成的概略圖。 第2圖表示第1圖的兩腳步行式機器人之步行控制裝置 的構成之方塊圖。 第3圖表示第1圖的兩腳步行式機器人在步行時之三相 位之側視圖及正視圖。 第4圖表示第1圖的兩腳步行式機器人在相位2時之能 量損耗之概略圖。 第5圖表示第1圖的兩腳步行式機器人之腳部切換模式 之示意圖。 第6圖表示第1圖的兩腳步行式機器人之步行控制裝置 在順從控制時之控制規則圖。 第7圖表示第1圖的兩腳步行式機器人在虛擬致動器控 制之概略圖。 第8圖表示由第1圖的兩腳步行式機器人之踏步動作的 數值模擬所算出之0變化圖表。 第9圖表示第8圖中之數值模擬之棒線圖。 第1 0圖表示第1圖的兩腳步行式機器人於實機試驗時 機器人本體在該y、z平面上的角度變化圖。 第1 1圖表示第1 0圖之實機試驗時之機器人腳底之地面 反作用力變化之圖表。 10 兩腳步行式機器人 11 上體

314192.ptd 第24頁 583059 圖式簡單說明 12L、 12R 膝 部 13L、 13R 腳 部 14L、 14R 足 部 15L、 15R 腰 部 之 腳 部 轉 動 用 之 關節部 16L、 1 6R 腰 部 之 滾 動 方 向 之 關 節部 17L、 17R 腰 部 之 間 距 方 向 之 關 節部 18L、 18R 膝 部 1： 11 12R之 間 距 方向之 關 /r/r 即 部 19L、 19R 足 部 1L 14R對 足 踝 部之間 距 方 向 之 關 /r/r 即 部 20L、 20R 足 踝 部 之 滾 動 方 向 之 關節部 21L、 21R 大 腿 連 桿 22L、 22R 小 腿 連 桿 30 步 行 控 制 裝 置 31 動 作 計 劃部 32 步 容 安 定 部 33 步 容 產 生 部 34 控 制 部 35 角 度 計 測 XJX3 — 早兀

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Claims (1)

1. 583()15¾ tT W ί&Μ i'r ：[:^ ik 91133677 > 年 > 月沁日 修正_ 六、申請專利範圍 1 . 一種兩腳步行式移動裝置，係具備： 本體； 以可朝二軸方向搖動自如方式安裝在本體下部兩 側而固定，且在中間具有膝部的二個腳部； 以可朝二軸方向搖動自如之方式安裝在各腳部下 端之足部； 得將各腳部、膝部及足部，以搖動自如方式予以 支持之關節部； 搖動該等關節部的驅動機構；以及 對應於要求之動作而產生步容資料，依該步容資 料控制驅動上述驅動機構之步行控制裝置； 而上述步行控制裝置係將進行通常驅動控制之驅 動模式，及與被動關節同樣4對驅動機構進行驅動控 制之被動模式，予以選擇性地切換，以進行各關節部 之驅動控制。 2. 如申請專利範圍第1項之兩腳·步行式移動裝置，其中， 上述本體為人型機械人之上體，且具備有頭部及 兩手部者。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之兩腳步行式移動裝置， 其中， 上述步行控制裝置係對膝部及足部之關節部，進 行驅動模式及被動模式之切換者。 4. 如申請專利範圍第3項之兩腳步行式移動裝置，其中， 上述步行控制裝置係於步行動作中之踏出及著地

   314192.ptc 第26頁 隱 珍止I亂惠k 91133677 声年/>月曰 修正 六、申請專利範圍 時切換為驅動模式，而於腳懸空時切換為被動模式 者。 5. 如申請專利 上述步 制者。 6. 如申請專利 上述步行控 範圍第 行控制 範圍第 制裝置 3項之兩腳步行式移動裝置，其中， 裝置係於被動模式時，進行順從控 4項之兩腳步行式移動裝置，其中， 係於被動模式時，進行順從控制 者 7 . —種兩腳步行式移 置係具 行式移 本 以 兩側， 以 端之足 得 以支持 搖 在 驅動控 控制裝 上 模式， 之被動 動裝 體； 可朝 且在 可朝 部； 將各 之關 動該 根據 制上 置中 述步 及與 模式 二軸方 中間具 二軸方 腳部、 節部； 等關節 對應於 述驅動 行控制 被動關 ，予以 動裝置之步行控制裝置，該兩腳步 備有： 向搖動自如之方式安裝在本體下部 有膝部的二個腳部； 向搖動自如之方式安裝在各腳部下 膝部及足部，以搖動自如之方式予 以及 部的驅動機構； 要求動作而產生之步容資料，予以 機構之兩腳步行式移動裝置之步行 裝置係將進行通常驅動控制之驅動 節同樣地對驅動機構進行驅動控制 選擇性地切換，以進行各關節部之 11 314192.ptc 第27頁 58S059 . ,: i ^ 、號 91133677 修正 緻段 六、申請專利範圍 驅動控制者。 8. 如申請專利範圍第7項之兩腳步行式移動裝置之步行控 制裝置，其中， 上述步行控制裝置係對膝部及足部之關節部，進 行驅動模式及被動模式之切換者。 9. 如申請專利範圍第8項之兩腳步行式移動裝置之步行控 制裝置，其中， 上述步行控制裝置係於步行動作中之踏出及著地 時切換為驅動模式，而於腳懸空時切換為被動模式 者。 1 (K如申請專利範圍第7至9項中任一項之兩腳步行式移動 裝置之步行控制裝置，其中， 上述步行控制裝置係於被動模式時，進行順從控 制者。 1 1. 一種兩腳步行式移動裝置之步行控制方法，該兩腳步 行式移動裝置係於具備： 本體； 以可朝二軸方向搖動自如之方式安裝在本體下部 兩側，且在中間具有膝部的二個腳部； 以可朝二軸方向搖動自如之方式安裝在各腳部下 端之足部； 得將各腳部、膝部及足部，以搖動自如之方式予 以支持之關節部；以及 搖動該等關節部的驅動機構；

   314192.pic 第28頁 583Q59n 1皆 Γ卞月 Η] ί;·.—_______‘:萄參k 91133677_知年e月 < 曰 修正_ 六、申請專利範圍 在根據對應於要求動作而產生之步容資料，予以 驅動控制上述驅動機構之兩腳步行式移動裝置之步行 控制方法中， 上述步行控制裝置係將進行通常驅動控制之驅動 模式，及與被動關節同樣地對驅動機構進行驅動控制 之被動模式，予以選擇性地切換，以進行各關節部之 驅動控制者。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之兩腳步行式移動裝置之步行 控制方法，其中， 對膝部及足部之關節部，進行驅動模式及被動模 式之切換。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之兩腳步行式移動裝置之步行 控制方法，其中， 於步行動作中之踏出及著地時切換為驅動模式， 而於腳懸空時切換為被動模式。 1 4 .如申請專利範圍第1 1至1 3項中任一項之兩腳步行式移 動裝置之步行控制方法，其中， 上述步行控制裝置係於被動模式時，進行順從控 制者。

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