TW589245B - Walking-type moving apparatus and walking control device and method therefor - Google Patents

Description

589245 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 乃關於可檢測出足側 本發明係關於步行式移動裝置 面接觸的步行控制。 【先前技術】 習知所謂「兩腳步行式機器人」係產生預先 ― =(以下稱「步態」)數據，並依照此步態數據進行；;; 控制，藉由使腳部依特定步行模式產生動作而實現雙腳步 此類兩腳步行式人型機器人，將隨如路面狀況、 參數誤差[而容易使步行時的姿態變 :不穩…情況將有跌倒的現象發生。相對於此，雖若 :設定步態數據，而是-邊即時辨識機器人步行狀 二=進=行控？的話’雖亦可能使步行時的姿態呈 狀，、兄等产：二但疋即便此情況下，當發生非預期路面 象情況時步行姿態將不穩，而使機器人發生跌倒現 冢0 便需要執行利用步行控制將機器人足底的地面 二作用力與重力之合成力矩變為零之點(以下稱ZMP:zerc Moment Point)，收歛於目 7MP ^ ^ 心尸汁明ZMP補償。此類供 ΖΜΡ補侦用的控制， 方法已知有如曰本專利特開平5· 3 0 5 5 8 3號公報中所搞，| ^ ’、 相谷控制使ΖΜΡ收歛於目 才示值’而加速修正機器 上牛身的方法，以及修正機器人 之足的接地處所的控制方法。 314760 5 589245 但疋，在此類控制方法中，企圖利用ZMp規範俾達機 器人的穩定化，在此ZMP規範中，測量水平地面反作用力 乃為前提條件。因此在習知兩腳步行式機器人中便在足底 處設置力感測器，藉由此力感測器而測量足底的水平地面 反作用力。 但是，在此種構造的兩腳步行式機器人中，如上述在 足底所設置的力感測器，僅測量水平地面反作用力，譬如 . 在兩腳步行式機器人的步行動作中，當使足部產生移動 時，在足部側面碰觸到障礙物的情況時，兩腳步行式機器 人便無法辨識此種足側面與障礙物的接觸，若欲持續步行 的話，將可能依情況而產生跌倒的情形。 【發明内容】 本發明乃有鑒於上述諸事項，其目的在於提供一種檢 測足側面與障礙物等物體的接觸，而可實現步行穩定性的 步行式移動裝置、其步行控制裝置、以及步行控制方法。 緣是，為達上述目的，依照本發明第i構造的話，本 發明之步行式移動裝置係具備有：本體；在本體下部二側 裝設成可朝二軸方向搖擺之中間具有膝部的複數條腳部·， 在各腳部下端處裝設成可朝二轴方向搖擺的足部；使各腳 部、膝部及足部進行搖擺的驅動機構；配合所要求動作， 產生包括目標角度軌道、目標角速度、目標角加速度之步 態數據的步態產生部；以及根據此步態數據而驅動控制上 述驅動機構的步行控制裝置，上述步行控制裝置係包含 有：檢測施加於各足部之足底之力的力感測器；以及根^ 314760 6 589245 經上述力感測器所檢測出的力中之水平地面反作用力來修 正來自步態產生部之步態數據的補償部的兩腳步行式移動 装置’其中’上述力感測器係分別設置於各足部之足底被 分割為複數的區域中，且設於與各足底端緣鄰接的區域中 的力感測裔，係各自檢測出足側面的接觸，上述補償部係 一邊參照足側面的接觸一邊修正來自步態產生部的步態數 據。 取好上述力感測器係三軸力感測器，且在與上述各足 底端緣鄰接的區域中，作為對應的力❹器的檢測構件之 足底外緣之至少_部份，係形成以該力感測器為中心的 弧面。 本毛月的步行式移動裝置係最好上述力感測器為三轴 力感測态’且上述補償部係包含有：根據來 的檢測訊號，計算六轴方向的力之六轴力計算部； :力成分的分解而檢測出足側面的接觸之接觸檢測部。上 來ί::測部係最好判斷來自各力感測器的檢測訊號係因 成者=丨：造成者、抑或因與地面上的物體接觸而造 資訊，輸出給二 =力嫌檢測出足側面的接觸的旗標 再者，為、查 發明之步行：$目的’依照本發明第2構造的話，本 體；在本體^動裳置之步行控制裝置係與具備有：本 膝部的複數條可朝二轴方向搖擺之中間具有 搖擺的以；Γ 各㈣下端處裝設成可朝二軸方向 口腳部、膝部及足部進行搖擺的驅動機構 3】4760 7 589245 的步行式移動裝置相關，包含有：根據步態產生部配合所 要求動作而產生之包括目標角度軌道、目標角速度'目標 角加速度的步態數據，驅動控制上述驅動機構，且檢测出 轭加於各足部之足底之力的力感測器·以及根據經上述力 f測器所檢測出的力中之水平地面反作用力來修正來自步 悲產生部之步態數據的補償部的步行式移動裝置之步行控 中’上述力感測器係分別設置於各足部足底被 刀口J為複數的區域中，且設於與各足底端緣鄰接的區域中 的：感測器，係各自檢測出足側面的接觸，上 據邊㈣足側面的接觸一邊修正來自步態產生部的步態數 最好上述力感測器係三轴力感測器 底端緣鄰接的區域中，作為 /、這各足 足底外緣之至少1份二:==測器的檢測構件之 弧面。 係形成以该力感測器為中心的圓 本發明的步行式移動梦 力感測器為三軸力残測哭1之步❹制裝置係最好上述 刀α別杰，且上述補償 來自各力感測器的檢測訊號 有.根據 計算部；以及利用力成分的八紐二轴方向的力之六軸力 接觸檢測部。上述接觸檢測部係側面的接觸之 的檢測訊號係因來自地面之纟纟自各力感測器 的物體接觸而造成者，並 广、抑或因與地面上 面的接觸的旗標資訊，輪出給:：力感測器檢測出足側 為達上XL目的’依照本發明第3構造的話，本 314760 8 發明之步行式#說 體·/ 裝置之步行控制方法係盥呈 體，在本體下部二側裝設…、備有·本 膝部的複數條腳部；在各卿部下端:搖擺之中間具有 搖擺的足部；使各腳部、膝 ：“又成可朝二軸方向 而產生之包括::::軌:據步f產生部配合所要求動作 測器所檢測出的力然後根據經上述力感 來自步態產生部之步能數據的：：用力利用補償部修正 方法，包含有：在各Μ之足;移動裝置之步行控制 讀J用力感測器檢測出力的第U 戍中； 測器中設於血足底γ @ j Μ自各力感 ”足底爾接的區域中之力感測器的 : 出足側面的接觸的第2步驟；及由上述補償部 邊茶照足側面的接觸一邊修正來自步態產生部之步=撼 的第3步驟。 乂心數據 最好上述力感測器係三轴力感測器，且在與上 底端緣鄰接的區域中，作為對應的力感測器的檢測構= 足底外緣之至少一部份’係形成以該力感測器為中 弧面。本發明的步行式㈣裝置之步行㈣方㈣、最好 述力感測器為三軸力感測器’且上述補償部係包含有：根 據來自各力感測器的檢測訊號，計算六軸方向的力之丄 力計算部·’以及利用力成分的分解而檢測出^側面的= 的接觸檢測部。上述接觸檢測部係最好判斷來 σ刀感測 314760 9 589245 器的檢測訊號係因來自地面之力姘、生上、+ 刀所造成者、抑或因與地面 上的物體接觸而造成者，並將到慮 J履哪一力感測器檢測出足 側面的接觸的旗標資訊，輸出給補償1。 依照上述構造的話，根據利用分別設置㈣ 足底分割為複數的區域中的力感测器，檢測出水平地^反 作用力，而利用補償部來修正來自 木目步態產生部的步熊數 .康，俾驅動控制驅動機構。此時，補償部係一邊參照：來 自上述力感測器中設於與各足底端緣鄰接的區域中之力感 測器所檢測㈣足側面的接觸，-邊進行步態數據的修 正。所以’機益人的各足部在步行動作中，當足側面接觸 到物體之時’便利用力感測器檢測出足側面的接觸，並一 邊參照此足側面的接觸’―邊根據隨^底與地面間之摩捧 力而產生的水平地面反作用力而修正步態數據，俾達本體 (最好為機器人的上半身)的穩定化。所以，機器人的各足 1即便碰觸到如地面上所存在的障礙物或高度差等情況 時’亦可檢測出足側面的接觸而修正步態數據，藉此便可 核保機器人的穩定性’俾可在不會產生跌倒情況下確實地 進行步行控制。 、 哭在^述各分割部中分別設置的力感測器係三軸感測 、^在與上述各足底端緣鄰接的區域中，作為對與的 =感測⑨的檢測構件之足底外緣之至少_部份，係形成以 該力感測器為中心的圓弧面之情況時’當該等區域的外緣 :弧面：分接觸到物體之時，因為接觸點與力感測器間的 定相等，因此便將簡化根據力感測器之檢測訊號而 314760 10 589245 叶算接觸力時的計算，可縮短檢測時間。此外，上述補作 ^係當具備有：根據來自各力感測器之檢測訊號，而計曾 出六轴方向的力之六轴力計算部；以及利用力成分的 而檢測出足側面的接觸之接觸檢測部之情況時，因為利用 六軸力計算部，利用至少二個三軸力感測器計算六軸方向 之力，因此各分割部便分別藉由設置廉價的三軸力感測 器，便可如同六軸力感測器般的檢測出六軸方向的力而 可降低成本。此外，利用接觸檢測部進行力成分的分解， 並根據力感測器的構成而判斷哪一力感測器檢測到足側面 的接觸，藉此便可檢測足側面的接觸。 上述接觸檢測部係當判斷來自各力感測器的檢測訊號 到底屬於因來自地面之力所引起者、5戈因與地面上的物體 接觸所引起者’並將到底由哪一力感測器檢測出足側面的 接觸的旗標資訊輸出給補償部的情況時，補償部便可根據 此旗標資訊’一邊參照哪一力感測器檢測出足側面的接 觸，-邊進行來自步態產生部之步態數據的修正。 【實施方式】 以下’根據圖式所示實施形態’詳細說明本發明。 圖ί第2圖所示係採用本發明之步行式移動裝置 的兩腳步行式冑器人一實施形態的構成。 =圖中，兩腳步行式機器人丨。係包含有:屬於本 12L 12R . . " +身1 1的下部二側且具有膝部

，的二“部13L，13R、以及安裳 下端的足部 14L，14R。 ' 13L?13K 314760 11 589245 其中’上述腳部1 3L，1 3R係分別具有六個關節部，即 從上方起依序為：相對於上半身丨丨之腰的腳部旋轉用（繞z 軸周圍）關節部15L，15R，·腰之左右傾方向（繞χ軸周圍）的 關節部16L，16R ;腰之前後傾方向（繞y軸周圍）的關節部 17L，17R ;膝部12L，12R之彎折方向的關節部i8l，i8r ;相 對於足部14L，：UR之腳踝部彎折方向的關節部i9l，i9r; 以及腳踝部左右轉方向的關節部狐，繼。另夕卜，各關節 部15L，15R至20L，20R，分別由關節驅動用馬達所構成。 依此方式，腰關節便由上述關節部i5L,i5R，⑽，麻，

17L’17R㈣成°足部關節則由關㈣19L，19R，20L，20R 所構成。此外，腰關節與膝關節之間，則利用大腿桿 21L，21R連結在一起。膝關節與足部關節之間，則利用小 腿桿22L，22R連結在一起。 藉此’兩腳步行式機器人1G左右二側的腳部叫m 由"4L，14R，便分別被賦予六自由度，在步行中，藉 由为別利用驅動馬達將竽簟 角度，便可對腳部13IJ3R、足:關節部驅動控制於適當 + 足。卩i4L，uR整體賦予所需 伴J任思步仃於三度空間中。 再者，上述足部14l，14r 剩器部23L，23R。此力残測糸在足底（下面）設置著力感 檢測出各足部14L，HR叫特咖係如後述，分別 F)。另外，上述上半身n户、、^係指水平地面反作用力 …際上亦可具備頭部或：：情況中，雖僅圖示箱狀， 弟2圖所不係I 1圖所示兩腳步行式機器人1G的電子 314760 12 589245 構成。在第2圖中，兩腳牛一 要求動作而產^v仃式機器人1〇係具備有：配合 女八勒作而產生步態數據的 能數據，ir ^ 心 生邛2 4，以及根據此步 〜、據而驅動控制驅動機構f 20L 20R , ^ η 霉（即上述關郎部15L，15R至 ’ 亦即關節驅動用E、去、ΛΑ t 外，兩腳牛—…、達）的步行控制裝置30。另 卜兩腳步仃式機器人10的 定為）c t 义+ 尾軚糸，係採用將前後方向設 、、 向刖方+)、將橫方向嗖宕兔 ,. 上下方氏-〜& 。又疋為y方向（右方+)、將 上下方向…z方向(上方，xyz座標系。 上述步態產生部24係配人你卜 攸外部輸入的要求動作，而 產生兩腳步行式機器人1() 仃守各關郎部15L，15R至 20L，20R所必須之包含目桿 角度軌道、目標角速度、目標 角加速度在㈣步態數據。上述步行控制裝置 測量單元3卜補償部32、控制部33、及馬達 元Μ 所構成。 上述角度測量單元31係利用各關節部15L，15r至 肌，2服之關節驅動用馬達中所具備如旋轉編碼器㈧㈣ enc曰Oder)等，輸入各關節驅動用馬達之角度資訊，藉此而 測量各關節驅動用馬達的角度位置（即，與角度與角速度相 關的狀態向量p )，並輸出至補償部32中。上述補償部32 乃如第3圖所示，具備有：六軸力計算部32a、接觸檢測 部3 2b、及補償部本體32c。上述六軸力計算部32a係根據 來自力感測器部23L，23R的檢測輸出，而將六轴力 (F X，F γ，F ζ，Τ χ，Τ γ，T z)輸出給補償部本體3 2 c。接觸檢測部3 2 b 係根據來自力感測器部23L，23R的檢測輸出，而進行力成 分的分解，並判斷各力感測器部23L，23R的各個檢測輸 314760 出’到底屬於因來自地面之力所產生者、或屬於因與存在 於地面上的物體接觸而產生纟，俾一邊參照預先記錄於感 测器構成資訊部32d中的感測器構成資tfl，-邊判斷各力 感測益部23L，23R中之哪-力感測器36a,36b，36e3叫容 後述）檢測到足側面的接觸，然後將該力感測器的旗標資訊 輸出給補償部本體32c。此時，接觸檢測告"几雖輸出作 為接觸感;則器之各力❸則器的輸出訊號{Swx(〇)，s”⑻ WOb Swx⑴’ Swy(12)，Swz⑴；…}，但係藉由將檢測 到足側面的接觸的力g測器輸出訊號之旗標設定為譬如〇 至1而輸出各力感測器的旗標資訊。 藉此補償部本體32c便根據來自六軸力計算部32a的 六轴力而計算出水平地面反作用力F，然後再參照來自接 觸k測彳32b的旗標資訊，根據此水平地面反作用力f與 來自角度測量單元31的狀態向量p，而修正來自步態產生 部24的步態數據，然後將向量0 i(i=i至n，其中，^係相 關機is人1 0步行的自由度）輸出給控制部33。 上述控制部33便從經補償部32修正過步態數據的向 里0 1 ’減掉機裔人各關節部的角度向量0 〇，並根據向量 產生各關節驅動用馬達之控制訊號（即，轉矩向量 r )。上述馬達控制單元34便依照來自控制部33的控制訊 號（轉矩向ΐ r )而驅動控制各關節驅動用馬達。 在此因為上述力感測器部23l，23r為左右對稱之構 成，因此只針對力感測器部23L參照第4圖進行說明。力 感測為部23L係在足部14L下面的足底板35下端在水平 14 314760 589245 方向，即在X方向上進行二分割，在y方向上亦進行二分 割而為設置四個力感測器36a，36b，36c，36d而構成。各力感 測器36a，36b，36c，36d係互為相同的構成，故只針對力感測 器3 6a進行說明。此力感測器36a係安裝於上方足底37 與下方足底3 8之間的三軸力感測器，用以檢測下方足底 3 8的承受力。 其中，下方足底38係被支撐成能以力感測器36a的感 測器軸為中心朝前後左右進行搖擺，並形成全方位可搖擺 而接地的狀態’而且在足部1 4 L外緣鄰接的部分（即，足側 面），設置著朝上立起的側壁38a。藉此足部14L在側邊碰 觸到存在於地面上的物體之時，下方足底38之側壁38a 便將衝撞该物體，並將此衝擊力傳達給力感測器3 ^，力 感則的3 6 a便可檢測出此接觸。另外，力感測器部2 32 3 r 雖分別分割為四個力感測器36a至36d，但並不僅限於此， 只要至少在各足部：UL，14R的足後跟部二側與足前端二側 分割為四個的話便可，亦可分割為五個以上。各力感測器 36a至36d雖如圖示情況，排列配置於足底，但是並不限 於此，亦可任意配置。 但是，-般即便在同一平面上設置著四個以上的力感 ’在所有力感測器均呈著地的狀態下’分別檢測出力 ,，對幾何學而言乃屬不可能，第4個以上便形成多餘。 ^ ’ ^情況下，藉由各分割部相互分割，所有的力感測 :力二|广便可著地於地面，不致有多餘的力感測器， 各力感測為均可分別檢測出力。 314760 15 589245 所以，因為隨足部14L，14r著地於地面而所承受的 力’將分散施加於各力感測器36a至36d，因此各力感測 态3 6a至36d便可使用小型且輕量者，藉此便可降低各力 感測Is 3 6a至36d的成本。此外，因為施加於各力感測器 36a至36d上的力將變小，因此解析度將提昇。所以，在 為獲得相同解析度方面’接受各力感測器36a至36(j進行 AD轉換的AD轉換器，因為可使用性能較低且廉價者，因 此可降低AD轉換器的成本。 在此上述各力感測器36a至36d雖為三軸力感測器， 但是只要有二個以上之三軸力感測器的話，便可計算六軸 方向的力。 以下，針對一般從η個三軸力感測器計算六轴方向力 的情況，參照第5圖進行說明。在第5圖中，在足底處， 相對於力測量原點0(〇X，〇y)，配置著η個三軸力感測器 另外’力測量原㉟〇最好譬如與足部關 節的驅動座標系一致。 在此若將各三轴力感測器Si位置設定為si=(x(i)，Y(i)) 的話，六軸方向的力，便分別可由下式釋得 即’各方向的力如下式所示·

Fx:fjx(i) -1 ⑴ =ΣΛ(Ι) Μ ⑵ FZ ~Σ/ζ(ι) ㈤ （3) 314760 16 (4) 而各方向的轉矩Τ τ λ Υ，Τ^^、如下式所示·· 心令外)侧-0r) ⑸ ⑹ Τγ^^/ζ(〇<^(〇-〇χ) η Σ yw α+’外)· sin αΤ^^Γ^)2 + (r⑺ 一 & )2 其中，上述式（6)中， α係如下式所示： a-atari^ύζ£χ ⑺ U⑺-Oy 依此的話，根據夂二 屮4丨m —轴力感測器36a至36d的檢測輪 出，利用補償部32内所# 笞p 厅5又置的/、軸力計算部32a進行含+ 异，即可檢測出六軸方向的力。 丁冲 % 從°玄等/、轴方向的力，水平地面反作用力F乃 為地面與機器人1()足 乃 疋展厚擦力所產生的水平方向力，即， 以上述X方向盘γ方 lFl σ的力FX，FY之合力表示之，其向量 c與大小1 c丨係如下式所示·· •Ρχ

Fc ⑻ 另：，各三軸力感測器36&至36d乃各個檢測輪出 有誤差且檢測輸出會隨週遭溫度、時間變化等因 而夂動所以’各二軸力感測器36a至36d的檢測輪 言如利用自動校正器在補償部32内自動地進行校正。

本發明實施形態的兩腳步行式機器人i 0乃如上、才 成其步行動作則依照第6圖所示流程圖如下述進行V 314760 17 589245 在第6圖中，首先，在步驟ST1中，步態產生部24 根據輸入的要求動作（J = J)而產生步態數據，並輸出給步行 控制裝置30的補償部32。然後，在步驟ST2中，雙足部 14L，14R中所設置的力感測器部23L，23R便分別檢測出 力’並輸出給補償部32的六軸力計算部32a與接觸檢測部 32b。與其並行的執行步驟sT3，乃角度測量單元3 1將測 量各關節部15L，15R至20L，20R的狀態向量$，並輸出給 補償部3 2。 在步驟ST4中，六軸力計算部32a便根據力感測器 23L，23R之各力感測器36a至36d的檢測輸出，而計算出 /、軸力，並輸出給補償部本體3 2 c。與此並行施行步驟 ST5，接觸檢測部32b將根據此力感測器23L，23R之各力 感測杰3 6a至3 6d的檢測輸出，如後述，判斷到底是哪一 力感測器3 6 a至 測器36a至36d 36d檢測到足側面的接觸，然後將該力感

314760 18 補償函數，可炎日刀辟 > 言如本案申請人在2002年12月19曰國 際公開的國際真剎由往,^ A 1 申明（國際公開號碼W Ο 〇 2 /1 〇 〇 6 0 6 不限於上述ZMP補償函數，當然亦可將六軸 用於習知的補償函數而修正步態數據。 機哭t ’ Ϊ步驟ST8中，控制部33便從向量…中減掉 關節部的角度向量0 0，然後根據向量（0卜0 0)， 而產生各關節點驅動用馬達之控制信號(即轉矩向量"， :ί出給馬達控制單元34。然後，在步驟ST9中，馬達控 二早7G 34便根據此轉矩向量Γ而驅動控制各關節部之關 ^區動用馬達。藉此兩腳步行式機器人1()便對應 動作而進行步行動作。 然後，在步驟打10中，控制部33便經由動作計數累 ST^i成、在待機至既定取樣時間之後，再於步驟 田上述J小於預定的動作結束計數時，便重新返 ° v驟ST2而重複上述動作。然後於步驟中，告上 述J超過動作結束計數時，便結束動作。 田 在此上述步驟ST5中，μ細认、， 甲接觸檢測部32b對足側面的接 欢測係、如第7圖流程圖所示般的進行。在第7圖中， :觸檢測部32b從初期條件κ=〇起，在步驟灿中，設 =卜在步驟ST22中，開始第κ號⑼各力感測器 2 3 L, 2 3 R之各個力威測哭q ^ 刀汉測益36&至36d,預先賦予編號）之 :感測器36…6d的接觸檢測作業。在圖中，乃針對且 有則固感測器的情況進行說明，在此就㈣(即 8、 進行說明。 ^ 314760 19 245 在步驟ST23中’從預先記錄在感測器構成資訊部gad 中的感測II構成資訊中，取得該力感測器的足中心 而舆三軸相關而將其方向設^為正。接著，在步驟仙 :，若該力感測器36…6d檢測到力的話，便在步驟ST25 中’由接觸檢測部3 2 b判斷^暑不认、日丨山 ]斷疋否檢測出與X方向相關為正 ^^(K)>G?)’當屬於正的力之情況時，便在步驟ST26 ，叹立與该力感測器相關旗標（設定為Swx(k),，而* =於正的力之情況時’便在…T27中，將與該力； 剛益相關的旗標予以取消（設定為Swx(k)=〇)。 心 在步驟ST2"，接觸檢測部以將判斷是否檢測出 方向相關為正的力（F ΠΟ^>〇9、 刀(Fy(k)>0?)’當屬於正的力之情況 寺便在步驟ST29中’設立與該力感測器相關之旗標(設 ’ Swy(K)=1)’而當非屬於正的力的之情況時，便在步 ' 30中’將與該力感測器相關的旗標予以取消（設

Swy(K) = 〇)。 阿 …、後，在步.驟ST3 1中’接觸檢測部32b將判斷是否 /、方向相關為正的力（FZ(K)：>0?)，當屬於正的力 旗：二I:在㈣饤32中，設立與該力感測器相關之 WZ(K)=1)，而當非屬於正的力的之情況時， 使在步驟 ^ ，將與讜力感測為、相關的旗標予以取消 U又疋為Swz(K卜0)。 標次取後’在步驟ST34中，接觸檢測部32b便將上述旗 ::广輪*給補償部本體32c，㈤時執行K=8?的判斷，當 的情況時，便重返步驟ST21，並設定為κ=κ+1，而 314760 20 589245 重禝執行從上述步驟ST22起至 Κ = 8的情況時，便結 勺動作。此外，當 术接觸檢測的作業。 依此的話，便如第8圖 ^ 左方之接觸力時，或者如第部⑷受到來自 來自斜下方之接觸力時，或者二：’當足部⑽受到 白—士 一 第8圖（C)所示，當受到來 自左方與斜下方的複數方向之 36a及/或36d便分別藉 才各自力感測器 ⑴稭由接觸感測器的作用，而 接觸檢測部32b的接觸感測。 此情況下’在兩腳步行式機器人1()中，當進行各關節 驅動用馬達的驅動控制之際，在補償冑Μ的補償部本體 =中，便根據來自設於各μ⑽錢的足底之力感測 ^ 2几，现的水平地面反作用力卜而-邊參照由接觸 HP 32b所產生之表示足側面的接觸之旗標資訊，一邊 修正步態數據’並產生向量0i，而規範著此水平地面反作 用力F，而可獲得機器人1G的穩定性。藉此機器人1〇的 各足部14L，14R即便譬如碰觸到存在於地面上的障礙物或 高度差等狀況時，因為足底上所設置的力感測器部 23L，23R可檢測出足側面的接觸，因此當如習知在此狀況 下仍持續進行步行動作之狀況時，仍不致發生跌倒現象， 可確實的執行針對所要求動作的步行動作。 依照本實施形態之兩腳步行式機器人1〇的話，藉由根 據從各足部14L，14R的足底上所設置力感測器 23 L，23 R(即’分別設置於被分割為複數個區域的足底的力 感測器36a至36d)之檢測信號所計算出的水平地面反作用 314760 21 589245 力F’而-邊參照接觸檢測部似所產生的足側面的接觸 檢測，-邊修正步態數據，ϋ此便可將足底與地面間之摩 擦力所產生的水平地面反作用力F當作規範，而執行牛疒 ㈣。即便將力感測器#23L,23R利用為側面的接觸感測 益，因為可檢測出足側面的接觸，因此構造簡單且低成本， 即便地面上存在障礙物或高度差等情況時，仍可實現機哭 人1 0的步行穩定化。 °° 在上述實施形態中，力感測器部23L，23R係分別如第 4圖所示’各力感測器36q36d的下方足底38的側壁… 乃整體具有長方形的外觀，但是並不僅限於此，亦可如第 9圖⑷所示，檢測構件的下方足底38的側壁38a的至少 刀’亦可形成為如圖示之分別以各力感測器 ^，3:b，36e，36d為中心的半徑^取们，^的圓弧面之角 部。藉由此種構造’相關形成圓弧面的側i 38a部分，者 接觸到地面上所存在障礙物或高度差等物體之情況時，: 所對應力感測^^至⑽在計算著接觸力之際，因為該 等部分距力感測器3W的距m目等，因此^省 略5十具’而縮短檢測時間。此外，當如第9圖(B)所示，各 側壁仏的至少一部份，形成為分別以力《測器36a至36d 為中。之相同半徑R的圓弧面時’各力感測器36a至36d ㈣算式參數將變為㈣，因此計算將更加簡化，可更加 縮短檢測時間。 在上述實施形態中， 式機器人的情況進行說明 雖針對將本發明使用於兩腳步行 ，但是並不僅限於此，應知即便 314760 22 期245 針對利用雙腳支撐著其他各種機器’且利用此雙腳進行步 行的兩腳步行式移動裝置，或者利用複數條腳部支撐並執 行步行的步行式機器人或步行式移動裝置，均可適用本發 (產業上可利用性） 如上述，依照本發明的話，機器人在步行動作中，各 腳部即便如碰觸到地面上所存在的障礙物或高度差等狀況 時，亦可藉由檢測足側面的接觸而修正步態數據，藉此便 可確保機器人的穩定性，可在不會跌倒的情況下確實地執 行步行控制，可實現步行穩定性之極優越的步行式移動裝 置、其步行控制裝置、以及步行控制方法。 【圖式簡單說明】 本發明根據上述詳細說明及本發明的數 附圖式，應可更加充分的理解。另外，圖切_久二所 J並非思圖特定或限定本發明，僅為使本發明的說明及理 解變為較容易者。 第1圖係本發明之兩腳步行式人型機器人之一實施來 悲的機械構成概略圖。 、y 圖。第2圖係第i圖之兩腳步行式機器人的電子構成方塊 圖係第1圖 < 兩腳步行式機器人 之補償部的構成方塊圖。 乂仃控制虞置 第4圖係顯示第i圖之兩腳步行式機器人之設於各足 泮的足底之力感測器的構成，° 傅风（Α)係千面圖，（Β)係剖視圖。 314760 23 州245 第5圖（A)至（C)係分別顯示第4圖中各三軸力感測器 輿力測量的基點之配置圖。 第6圖係顯示第1圖之兩腳步杆守μ σ。 ^ . y t J州艾订式機器人的步行控制 動作之流程圖。 第7圖係顯示第1圖之雨腳半# 4、X» 牙 αI啕腳步仃式機器人的接觸檢測 動作之流程圖。 第8圖（Α)至（c)係分別顯示第i圖之兩腳步行式機器 人利用力感測器進行足側面的接觸檢測狀態之概略圖。 第9圖（A)與（B)係顯示第4圖所示力感測器的變化例 之平面圖。 10 兩腳步行式機器人 11 上半身 12L，12R 膝部 13L，13R 腳部 14L，14R 足部

15L，15R、16L，16R、17L，17R、18L，18R、19L，19R、20L，20R 關節部 21L，21R 23L，23R 30 32 32b 32d 33 35 大腿桿 22L，22R 小腿桿 力感測器部 24 步態產生部 步行控制裝置 31 角度測量單元 補償部 32a 六軸力計算部 接觸檢測部 32c 補償部本體 感測裔構成資訊部 控制部 34 馬達控制單元 足底板 36a至36d力感測器 24 314760 589245 37 上方足底 38 下方足底 38a 側壁 F 水平地面反作用力 25 314760

Claims (1)

1. 拾、申請專利範斷 1 · 一種步行式移動萝罟 丄 、 糸/、備有·本體，複數條腳部， 女、在本體下σ[5 _側裝設成可朝二軸方向搖擺且中間具 部；足部’係在各腳部下端處裝設成可朝二軸方： 搖^驅動機構，係使各腳部、膝部及足部進行搖擺； 、f 一產生°卩係配合所要求動作，產生包括目標角度軌 道、，目標角速度、目標角加速度的步態數據；以及步行 工制襄置係、根據该步態數據*驅動控制該驅動機構， 且 忒步订控制裝置係包含有··檢測施加於各足部之足 底之力的力感測H ;以及根據經上述力m所檢測出 的$中之水平地面反作用力來修正來自步態產生部之 步態數據的補償部之兩腳步行式移動裝置， 其中，該力感測器係分別設置於各足部之足底被分 割為複數的區域中，且設於與各足底端緣鄰接的區域中 的力感測器，係各自檢測出足側面的接觸； 该補償部係一邊參照足側面的接觸一邊修正來自 步態產生部的步態數據。 ’·如申請專利範圍第1項之步行式移動裝置，其中，該力 感測器係三軸力感測器，且在與該各足底端緣鄰接的區 域中，作為對應的力感測器的檢測構件之足底外緣的至 少一部份，係形成以該力感測器為中心的圓弧面。 女申明專利範圍第1或2項之步行式移動裝置，其中， 314760 26 589245 该力感測器係三軸力感測器，該補償部係包含有：六轴 力計算部，係根據來自各力感測器的檢測訊號’計算六 :方向之力；以及接觸檢測部’係利用力成分的分解而 核測出足側面的接觸。 4·如申請專利範圍第3項之步 丁八和勳裝置，其中，該接 觸檢測部係判斷來自^ JU pP . , 句斷木自各力感測益的檢測訊號到底是因 :自地面之力所產生的、抑或因與地面上的物體接觸而 生的’並,到底是哪一個力感測器檢測出足側面的接 觸的旗標資訊，輸出給補償部。 5·:種步行式移動裝置之步行控制裝置，係與具備有：本 肢’稷數條腳部，係在本體下部二側裳設成可朝二軸方 :搖擺且中間具有膝部；足部，係在各腳部下端處裝設 成可朝一軸方向搖擺；以及驅動機構，係使各腳部、膝 部及足部進行搖擺之步行式移動裝置_，包含有：力 感測器，係根據步態產生部配合所要求動作而產生之包 :目標角度軌道、目標角速度、目標角加速度的步態數 據’驅動控制該驅動機構，且檢測出施加於各足部之足 底的力；以及補償部’係根據經該力感測器所檢測出的 ^中之水平地面反作用力來修正來自步態產生部之步 態數據之步行式移動裝置之步行控制裝置，其中， 該力感測H，係分別設置於各足部之足底被分割為 複數龍域中4設於與各足底端緣鄰接的區域中的力 感測器，係各自檢測出足側面的接觸； 該補償部係、一邊參照足側面的接觸一邊修正來自 314760 27 589245 步態產生部的步態數據。 6·如申請專利範圍第5項之步行式移動裝置之步行控制 裝置’其中，該力感測器係三軸力感測器，且在與該各 足底端緣鄰接的區域中，作為對應的力感測器的檢測構 件之足底外緣之至少一部份，係形成以該力感測器為中 心的圓弧面。

   如申請專利範圍第5或6項之步行式移動裝置之步行控 制裝置，其中，該力感測器係三軸力感測器，該補償部， 係包含有：六軸力計算部，係根據來自各力感測器的檢 測訊號’計算六軸方向力；以及接觸檢測部係利用力 成分的分解而檢測出足側面接觸。 8·如申請專利範圍第7項之步行式移動裝置之步行控^ 裳置，其中，該接觸檢測部係判斷來自各力感測器㈣ 測訊號到底是因來自地面 囬之力所產生的、抑或因與地3 上的物體接觸而產生的，廿

   .a. . p 生的並將到底疋哪一個力感測器杉 測出足側面的接觸的旗標資訊，輸出給補償部。 9 ·種步行式移動裝置之步行护r告丨大土〆 ^ . . ^ 乂仃控制方法，係與具備有··本 月立，稷數條腳部，係在本體 而趑捭日士，日 不版下°卩一側裝設成可朝二軸方 成可朝_ ^ # 係在各腳部下端處裝設 风j朝一軸方向搖擺；以 itrj ^ α 機構，係使各腳部、膝 邛及足。卩進行搖擺之步 生部配合所要求動作而產生之=目關’根據步態產 角速度、目標角加速度的步態數據目度軌道、目標 構，且利用力；、ΒΙ。。 驅動控制該驅動機 稱且利用力感測器檢測 谷足部之足底之力， 314760 28 然後根據經該力感測器所檢測出 ., τ、不十地面反 作用力利用補償部修正來自步態產生部之步 步行式移動裝置之步行控制方法，包含有： 之 在各足部足底被分割為複數的區域中，分 感測器檢測出力的第1步驟； 用力 、利用來自各力感測器中設於與足底端緣鄰接 域中之力感測器的檢測訊號，檢測出足側面的 2步驟；及 j J弟 由該補償部一邊參照足側面的接觸一邊修 步態產生部之步態數據的第3步驟。 1〇·如申請專利範圍第9項之步行式移動裝置之步行控制 方法其中，该力感測器係三轴力感測器且在與該 足底端緣鄰接的區域中，作為 T ^為對應的力感測器的檢測構 件之足底外緣之至少一部份 ⑺你彤烕以该力感測器為中 心的圓弧面。 I如申請專利範圍第9或1 G項之步行式移動裝置之步行 控制方法’其中’該力感測器係三軸力感測器，該補償 卩係匕3有”、軸力計算部，係根據來自各力感測器 的檢測訊號，計算六軸方闩 、 向力，以及接觸檢測部，係利 用力成分的分解而檢測出足側面的接觸。 12·如申請專利範圍第u 、 ※之步仃式移動裝置之步行控制 方法’其中，該接觸檢測部係判斷來自各力感測器的檢 測訊號到底是因來自地面之力所產生的、抑或因與地面 上的物體接觸而產生的，並將到底是哪一個力感測器檢 314760 29 589245 測出足側面的接觸的旗標資訊，輸出給補償部。 30 314760