WO2003090982A1 - Dispositif de commande et dispositif de determination de pas pour robot mobile sur jambes - Google Patents

Description

明 細 書 脚式移動ロポッ トの制御装置および足跡決定装置 技術分野

本発明は、 2足移動口ポッ ト等の脚式移動口ポットに関し、 より詳し くは該ロポッ トの経路誘導 （軌道誘導） のための装置に関する。 背景技術

一般に、 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を 繰り返すことにより移動する脚式移動ロポッ 卜では、 特に移動速度が高 くなると、 脚体を振ることによる反力によって、 脚体先端部である足平 と床との間の摩擦力が限界となって、 足平と床との間で回転滑りが生じ たりして、 口ポッ ト全体が鉛直軸まわりに姿勢回転して、 目標歩容の向 きからずれたり、 目標経路からずれるという問題があった。

補足すると、 上体が常に鉛直姿勢 （直立姿勢）' を維持して、 直線歩行 する目標歩容だけが生成されるとは限らない。 目標歩容においても、 口 ポッ ト全体または上体は旋回したり、 前後左右に傾いたりする。 すなわ ち、 目標歩容においても、 口ポッ トの全体の姿勢回転 （または上体等の 代表部位の姿勢回転） が存在する。 そこで、 本明細書において、 目標歩 容における姿勢回転を目標姿勢回転と呼ぶ。

上述のように、 口ポッ トが目標歩容の向きからずれたり、 目標経路か らずれるのは、 基本的には、 実際の口ポッ トの全体の姿勢回転 （または 上体等の代表部位の姿勢回転） が、 前記目標姿勢回転からずれるという 現象に起因する。 この現象を、 厳密に表現するならば、 「目標姿勢回転 からの摂動」 あるいは 「姿勢回転摂動」 と呼ぶべきであるが、 目標姿勢 回転と混同する恐れがない場合には、 以降、 これを 「姿勢回転」 と省略 する。 なお、 以降、 特に、 口ポッ ト全体が鉛直軸まわりに姿勢回転して 目標歩容の向きからずれる現象をスピンと呼ぶ。

上記の問題を解決するためには、 ロボッ トの位置と移動方向とを認識 しつつ、 目標経路からずれないように軌道誘導制御を行なう必要がある, 経路誘導制御としては、 ロケッ ト、 航空機等の飛行体ならびに無人搬 送車の軌道誘導制御が知られている。 しかし、 これらの制御方式を、 脚 式移動ロボッ トにそのまま導入することは困難であった。 この理由とし ては、 例えば以下の 3つが挙げられる。

第 1に、 口ポッ トの上体等の多くの部位は、 1歩の間でも、 加減速が 激しく、 その部位の実際の位置や姿勢 （向き） を精度良く認識すること が困難であった。

第 2に、 口ポッ トは、 例えば、 単に直進するだけでも、 動力学的なバ ランスをとるために、 ロポッ トの代表的部位である上体の位置または姿 勢を常に左右に揺すらなくてはならないため、 上体の速度と進行方向 (移動方向） とが一致しない。 また、 口ポッ トは、 上体の向きと関係無 く自在な方向に移動できるので上体の向きと進行方向も一致するとは限 らない。 すなわち、 上体速度、 向きなど、 口ポッ トの瞬間の運動状態を 見ただけでは、 ロボッ トが目標経路からずれようとしてているのか否か が判定できなかった。

第 3に、 姿勢バランスを維持しなければならないこと、 ならびにァク チユエ一夕の能力限界を越えてはならないので、 急激に歩容を変更する ことができなかった。 例えば、 着地直前に着地位置を急激に変更しょう としても、 ァクチユエ一夕の速度または力が能力を超えそうになって変 更できなかったり、 あるいは、 変更できたとしても、 着地後にバランス を崩す恐れがあった。 以上のごとく、 単純に、 従来の経路誘導技術を口ポッ トに導入するこ とは困難であった。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、 ロボッ トを所要の 目標経路に追従させる経路誘導 （軌道誘導） を適正に行うことができる 脚式移動口ポッ トの制御装置を提供することを目的とする。

また、 飛び石の上や階段などを口ポッ トが移動する場合のように、 1 歩毎の脚体の着地位置が限定された状況においても、 その限定範囲を越 えたりすることなく、 口ポッ トを円滑に移動させることができる脚式移 動ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

また、 口ポッ トの移動前において、 あるいはオフラインコンピュータ によるシミュレーションにおいて、 与られた目標経路や、 飛び石等に対 応する着地位置の限定範囲を基に一連の脚体の着地位置 · 向きの列とし てのロポッ 卜の目標足跡を適正に決定することができる足跡決定装置を 提供することを目的とする。 発明の開示

前記目的を達成するために、 本発明の脚式移動ロポッ トの制御装置に 係る第 1発明は、 複数の脚体のそれぞれの離床動作,及びこれに続く着地 動作を繰り返すことにより移動する脚式移動ロポッ トにおいて、 前記口 ポッ トの各回の着地動作により着地した脚体の足平の着地位置及び着地 向きを推定する足平着地位置 · 向き推定手段と、 前記ロボッ トの目標足 跡経路を設定する目標経路設定手段と、 少なくとも前記推定された足平 の着地位置及び着地向きと前記目標足跡経路とに基づいて、 ロポッ トの 実際の足跡を該目標足跡経路に近づけるように口ポッ トの次回以降の着 地動作のうちの少なくともいずれかの回の着地動作で着地する足平の目 標着地向きを決定する足平目標着地向き決定手段と、 前記足平目標着地 向き決定手段により決定された目標着地向きを少なく とも用いてロボッ トの目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、 その決定された目標歩容 に応じて前記ロポッ トの動作を制御する動作制御手段とを備えたことを 特徴とするものである。

この第 1発明は、 口ポッ トの各回の着地動作で着地する脚体の足平の 着地位置及び着地向き （以下、 単に着地位置 · 向きということがある） に着目し、 その足平の着地位置 · 向きをロポッ トの位置および移動向き 代表するものとして用いる。 その足平の実際の着地位置 · 向きが推定さ れると共に、 その着地位置 · 向きの列が表すロポッ 卜の足跡の目標たる 目標足跡経路が設定される。 そして、 前記推定された着地位置 · 向きと 目標足跡経路とに基づいて、 口ポッ トの実際の足跡 （前記推定される着 地位置 · 向きの列） を目標足跡経路に近づけるように、 次回以降の着地 動作のうちの少なくともいずれかの回の着地動作で着地する足平の目標 着地向きが決定される。 つまり、 将来のある回の着地動作で着地する足 平の目標着地向きが決定される。 さらに、 その決定された目標着地向き を少なく とも用いてロポッ トの目標歩容が決定され、 その目標歩容に応 じてロボッ 卜の動作制御が行なわれる。

ここで、 口ポッ トの足平の着地位置 · 向きは口ポッ トの上体等、 他の 部位に比べて頻繁な変動を生じにくい。 また、 足平の着地箇所で接地面 との間での回転滑り （スピン） が生じたとしても、 その回転滑りによる 足平の着地位置の変化は微小であると共に、 着地向きの変化の安定性も 高い。 従って、 足平の着地位置， 向きは、 ロボッ トの他の部位に比べて- 口ポッ トの位置、 移動方向を代表するものとしての安定性が高い。 この ため、 足平の着地位置 · 向きを推定したとき、 その着地位置 · 向きは、 ロボッ トの実際の位置及び移動方向を表すものとして好適なものとなる < その結果、 第 1発明によれば、 口ポッ トを適正に経路誘導することがで さる。

なお、 かかる第 1発明では、 口ポッ トの移動経路を前記目標着地向き は、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位置 · 向き推定手段が推定 する着地向きは、 少なく とも鉛直軸回りの向きを含むことが好ましい (第 2発明）。 これは、 口ポッ トの実際の移動経路は、 主に、 着地した 足平の鉛直軸回りの向きによって定まるからである。

上記第 1発明あるいは第 2発明では、 前記脚式移動ロポッ トは 2本の 脚体を備えた 2足移動口ポッ トであるときには、 前記足平目標着地向き 決定手段が決定する目標着地向きは、 少なくとも口ポッ トの次回の着地 動作で着地する足平の目標着地向きと次次回の着地動作で着地する足平 の目標着地向きとを含み、 前記目標歩容決定手段は、 前記次回及び次次 回の着地動作にそれぞれ対応して前記足平目標着地向き決定手段により 決定された前記目標着地向きを少なく とも用いてロボッ トの次回の着地 動作を規定する目標歩容を決定することが好ましい （第 3発明）。

2足移動口ポッ トでは、 次回及び次次回の目標着地位置 · 向きを上記 の如く決定して、 それらの目標着地向きを少なくとも用いて次回の着地 動作を規定する目標歩容を決定することで、 次回の着地動作を規定する 目標歩容を決定するときに、 次次回の目標着地向きを考慮した目標歩容 を決定できることとなる。 その結果、 口ポッ トの実際の足跡経路を目標 足跡経路に近づけつつ、 安定性の高い口ポッ トの移動を行うことが可能 となる。

また、 前記第 1〜第 3発明では、 前記足平目標着地向き決定手段は、 少なくとも前記足平着地位置 · 向き推定手段により推定された足平の着 地位置及び着地向きと前記目標足跡経路とに基づいて、 前記目標着地向 きを決定する足平の目標着地位置を該目標着地向きと共に決定し、 前記 目標歩容決定手段は、 該足平目標着地向き決定手段により決定された目 標着地位置及び目標着地向きを用いて前記目標歩容を決定することが好 ましい （第 4発明）。

これによれば、 目標着地向きだけでなく、 目標着地位置も決定して、 それを目標歩容の決定に用いることで、 口ポッ トの足跡経路をより円滑 に目標足跡経路に近づけることを可能とする目標歩容を決定することが できる。

この第 4発明では、 前記足平目標着地向き決定手段は、 少なくとも次 回の着地動作を含む所定数回先までの各回の着地動作で着地する足平の 鉛直軸回りの目標着地向き及び目標着地位置を少なくとも前記足平着地 位置 · 向き推定手段により推定された前記着地位置及び着地向きと前記 目標.足跡経路とに基づいて決定する手段であり、 前記目標歩容決定手段 は、 該足平目標着地向き決定手段により決定された前記所定数回先まで の各回の着地動作に対応する足平の目標着地位置及び目標着地向きを少 なくとも用いて該次回の着地動作を規定する目標歩容を決定する手段で あり、 前記足平目標着地向き決定手段は、 少なくとも次回の着地動作に 対応する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するとき、 当該次 回の着地動作を行なう脚体と他の脚体との干渉等、 口ポッ ト自身の機構 的制約条件により定めた自己依存着地許容範囲内に該足平の目標着地位 置及び.目標着地向きの組を決定することがより好ましい （第 5発明）。 なお、 前記所定数回先は、 1回先でもよい。

この第 5発明によれば、 次回の目標着地位置 · 向きを決定するとき、 その目標着地位置 · 向きの組を前記自己依存着地許容範囲内で決定する ので、 目標足跡経路への追従性だけでなく、 次回の着地動作を行う脚体 と他の脚体との干渉等のロポッ ト自身の機構的制約条件が考慮される。 従って、 目標足跡経路に追従させつつ、 口ポッ トの脚体同士の干渉等が 生じない目標歩容を決定して、 ロポッ トの円滑な移動を行うことができ る。

なお、 前記自己依存着地許容範囲は、 前記着地動作により着地した足 平に対する、 次回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を 規定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて 設定されることが好ましい （第 6発明）。 すなわち、 自己依存着地許容 範囲は、 着地した足平と、 次に着地させようとしている足平との相対的 な位置、 姿勢関係に応じたものとなるので、 その関係をマップ又は演算 式により設定しておく ことで、 自己依存着地許容範囲を決定するときの 演算負荷を減らすことができる。

また、 前記第 5又は第 6発明では、 前記目標歩容決定手段は、 少なく とも前記足平目標着地向き決定手段が決定した目標着地位置及び目標着 地向きを用いて前記次回の着地動作を規定する前記目標歩容における目 標 Z M Pを仮決定する手段を備え、 前記足平目標着地向き決定手段は、 その仮決定された目標 Z M Pが所定の制限条件を満たさないとき、 前記 所定数回先までの着地動作のうちの少なく ともいずれかの回の着地動作 で着地する足平の前記目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくと もいずれかを修正することが好ましい （第 7発明）。

すなわち、 動力学的な平衡条件を満足する目標歩容の目標 Z M Pは、 目標着地位置又は目標着地向きの影響を受ける一方、 ロボッ トの接地面 内 （より正確には所謂支持多角形内） に存在する必要がある。 従って、 上記の如く 目標 Z M Pが、 所定の制限条件 （具体的には該目標 Z M Pが 存在可能範囲の条件） を満たさない場合に、 前記所定数回先までの着地 動作のうちの少なくともいずれかの回の着地動作で着地する足平の前記 目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なく ともいずれかを修正する ことで、 動力学的な安定性を保ちながら目標足跡経路に追従させ得る目 標歩容を決定できる。 また、 前記第 4〜第 7発明で、 脚式移動口ポッ トが 2本の脚体を備え た 2足移動ロボッ トであるときには、 前記足平の目標着地位置は、 各足 平に対して所定の位置関係を有する代表点であって、 且つ前記ロポッ ト を左お対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対する当該点 が両足平について同一の点となるように各足平に対してあらかじめ定め られた代表点の目標位置であり、 前記目標足跡経路は、 前記代表点が近 づくべき経路であることが好ましい （第 8発明）。 これによれば、 目標 足跡経路を、 ロポッ トの左右の脚体の各足平について共通にすることが できる。

さらに、 この第 8発明では、 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつ ま先寄りに設定された点であることが好ましい （第 9発明）。 これによ れば、 両足平を近接させて着地させるとき等に両足平同士が干渉するの を回避することが可能となる。

次に、 本発明の脚式移動口ポッ トの制御装置に係る第 1 0発明は、 複 数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り返すこと により移動する脚式移動ロポッ トの目標歩容を決定して、 該目標歩容に 応じて前記ロポッ 卜の動作を制御すると共に、 少なく とも前記ロポッ ト の各回の着地動作によりロポッ 卜の脚体の足平が着地する毎に新たな目 標歩容を決定するとき、 該目標歩容に続く仮想的な周期的歩容を決定し. その周期的歩容に近づけるように該目標歩容を決定する脚式移動ロポッ 卜の制御装置において、 前記ロボッ トの各回の着地動作により着地した 脚体の足平の着地位置及び着地向きを推定する足平着地位置 · 向き推定 手段と、 前記ロポットの目標足跡経路を設定する目標経路設定手段と、 前記ロポッ トの次回以降の少なくともいずれかの回の着地動作で着地す る足平の目標着地位置及び鉛直軸回りの目標着地向きを、 最新の目標歩 容および該目標歩容に対応する前記周期的歩容の少なくともいずれかと 前記推定された足平の着地位置及び着地向きとに基づいて仮決定する足 平目標着地位置 · 向き仮決定手段と、 その仮決定した目標着地位置及び 目標着地向きと前記目標足跡経路とに基づいて、 ロボッ 卜の実際の足跡 を該目標足跡経路に近づけるように前記仮決定した目標着地位置及び目 標着地向きの少なくともいずれかを修正する足平目標着地位置 · 向き修 正手段と、 その修正された目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも 用いてロポッ トの新たな前記目標歩容を決定する目標歩容決定手段とを 備えたことを特徴とするものである。

かかる第 1 0発明では、 前記第 1発明と同様に、 ロポットの足平の着 地位置 · 向きに着目し、 その足平の着地位置 · 向きが口ポッ トの位置お よび移動向き代表するものとして用いられる。 そして、 第 1 0発明では. 前記ロポッ トの次回以降の少なくともいずれかの回の着地動作で着地す る足平の目標着地位置及び目標着地向きを、 最新の目標歩容 （既に決定 した目標歩容のうちの最新の目標歩容） および該目標歩容に対応する前 記周期的歩容の少なく ともいずれかと前記推定された足平の着地位置及 び着地向きとに基づいて仮決定した上で、 その仮決定した目標着地位置 及び目標着地向きと前記目標足跡経路とに基づいて、 ロポッ小の実際の 足跡を該目標足跡経路に近づけるように前記仮決定した目標着地位置及 び目標着地向きの少なく ともいずれかが修正される。 さらに、 その修正 された目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも用いて口ポッ トの新 たな前記目標歩容が決定され、 その目標歩容に応じてロボッ トの動作制 御が行なわれる。 従って、 第 1 0発明によれば、 ロボッ トの継続的な安 定性を保ちつつ、 ロポッ トの経路誘導を適正に行うことができる。

この第 1 0発明では、 前記第 2発明と同様に、 口ポットの移動経路を 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位置 · 向 き推定手段が推定する着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向きを含む ことが好ましい （第 1 1発明）。

また、 第 1 0又は第 1 1発明では、 前記目標歩容決定手段は、 少なく とも前記足平目標着地位置 · 向き修正手段による修正後の目標着地位置 及び目標着地向きを用いて前記新たな目標歩容における目標 Z M Pを仮 決定する手段を備え、 前記足平目標着地位置 · 向き修正手段は、 その仮 決定された目標 Z M Pが所定の制限条件を満たさないとき、 前記足平目 標着地位置 · 向き仮決定手段により仮決定された、 少なくともいずれか の回の着地動作に対応す'る目標着地位置及び目標着地向きのうちの少な くともいずれかをさらに修正することが好ましい （第 1 2発明）。

これによれば、 前記第 7発明と同様に、 動力学的な安定性を保ちなが ら目標足跡経路に追従させ得る目標歩容を決定できる。

さらに、 第 1 0〜第 1 2発明で、 前記脚式移動ロポッ トが、 2本の脚 体を備えた 2足移動ロポッ 卜であるときには、 前記足平の目標着地位置 は、 各足平に対して所定の位置関係を有する代表点であって、 且つ前記 ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対す る当該点が両足平について同一の点となるように各足平に対してあらか じめ定められた代表点の目標位置であり、 前記目標足跡経路は、 前記代 表点が近づくべき経路であることが好ましい （第 1 3発明）。 さらにこ の第 1 3発明では、 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつま先寄りに 設定された点であることが好ましい （第 1 4発明）。 これらの第 1 3発 明、 第 1 4発明によれば、 それぞれ前記第 8発明、 第 9発明と同様の作 用効果を奏することができる。

次に、 本発明の脚式移動口ポッ トの制御装置に係る第 1 5発明は、 複 数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着床動作を繰り返すこと により移動する脚式移動ロボッ トにおいて、 前記口ポットの各回の着地 動作により着地した脚体の足平の着地位置及び着地向きを推定する足平 着地位置 · 向き推定手段と、 前記ロポッ トの各回の着地動作により着地 する足平の着地位置及び着地向きの組の許容範囲であって、 該ロポッ ト が移動する環境条件により定まる環境依存着地許容範囲のうち、 少なく とも次回及び次次回を含む所定数回先までの各回の着地動作にそれぞれ 対応する複数の環境依存着地許容範囲を設定する足平着地許容範囲設定 手段と、 少なくとも前記推定された足平の着地向きと前記足平着地許容 範囲設定手段により設定された複数の環境依存着地位置許容範囲とに基 づいて、 各環境依存着地位置許容範囲を満たすように、 前記所定数回先 までの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向き の組を決定する足平目標着地位置 · 向き決定手段と、 その決定された前 記所定回数先までの各回の着地動作に対応する目標着地位置及び目標着 地向きを少なくとも用いてロボッ トの仮想的な周期的歩容を決定し、 そ の決定した仮想的な周期的歩容に近づけるように、 少なくとも次回の着 地動作を規定するロポッ トの新たな目標歩容を決定する目標歩容決定手 段と、 その決定された新たな目標歩容に応じて前記口ポッ トの動作を制 御する動作制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

かかる第 1 5発明では、 前記第 1発明と同様に、 口ポッ トの足平の着 地位置 · 向きに着目し、 その足平の着地位置 · 向きがロポッ トの位置お よび移動向き代表するものとして用いられる。 そして、 第 1 5発明では. 目標足跡経路の代わりに、 環境依存着地許容範囲が設定され、 前記推定 された足平の着地向きと前記環境依存着地位置許容範囲とに基づいて、 各環境依存着地位置許容範囲を満たすように、 所定数回先までの各回の 着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きの組が決定さ れる。 そして、 この決定した目標着地位置 · 向きを少なくとも用いて口 ポッ トの仮想的な周期的歩容を決定した上で、 その仮想的な周期的歩容 に近づけるように、 少なくとも次回の着地動作を規定するロポッ トの新 たな目標歩容を決定し、 その決定された新たな目標歩容に応じてロポッ 卜の動作制御が行われる。

これにより、 第 1 5発明によれば、 口ポッ トの継続的な安定性を保ち つつ、 各回の着地毎の環境依存着地位置許容範囲を満たす （該範囲を逸 脱しない） ような目標歩容を決定して、 口ポッ トの移動を行うことがで きる。 従って、 飛び石等を口ポッ トが移動する場合に、 足平を飛び石等 の着地許容領域から踏み外したりすることなく、 継続的な安定性を保ち ながら、 口ポッ トを移動させることができる。

この第 1 5発明では、 前記第 2発明と同様に、 ロポットの移動経路を 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位置 · 向 き推定手段が推定する着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向きを含む ことが好ましい （第 1 6発明）。

また、 第 1 5又は第 1 6発明では、 前記足平目標着地位置 · 向き決定 手段は、 少なく とも次回の着地動作における足平の目標着地位置及び目 標着地向きの組を決定するとき、 当該着地動作を行なう脚体と他の脚体 との干渉等、 ロポッ ト自身の機構的制約条件により定めた自己依存着地 許容範囲と、 前記次回の着地動作に対応する前記環境依存着地許容範囲 との両許容範囲の共通範囲内に該足平の目標着地位置及び目標着地向き の組を決定し、 前記目標歩容決定手段は、 前記仮想的な周期的歩容を決 定するために少なくとも当該次回の着地動作で着地する足平の目標着地 位置及び目標着地向きを用いることが好ましい （第 1 7発明）。

これによれば、 少なく とも次回の目標着地位置 · 向きを決定するとき、 その目標着地位置 · 向きの組を前記環境依存着地許容範囲と、 自己依存 着地許容範囲との共通範囲内で決定するので、 環境依存着地許容範囲に よる着地位置 ' 向きの制限条件だけでなく、 次回の着地動作を行う脚体 と他の脚体との干渉等のロポッ ト自身の機構的制約条件が考慮される。 従って、 環境依存着地許容範囲による着地位置 · 向きの条件を満たしつ つ、 口ポッ トの脚体同士の干渉等が生じない目標歩容を決定して、 ロボ ッ トの円滑な移動を行うことができる。

なお、 第 1 7発明では、 前記自己依存着地許容範囲は、 前記着地動作 により着地した足平に対する、 次回の着地動作で着地する足平の相対的 な着地許容範囲を規定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は 演算式に基づいて設定されることが好ましい （第 1 8発明）。 これによ れば、 前記第 6発明と同様に、 自己依存着地許容範囲を決定するときの 演算負荷を減らすことができる。

さらに、 第 1 5〜第 1 8発明では、 前記目標歩容決定手段は、 少なく とも前記次回の着地動作を規定するロポッ 卜の目標歩容における目標 Z M Pを仮決定する手段を備え、 前記足平目標着地位置 · 向き決定手段は その仮決定された目標 Z M Pが所定の制限条件を満たさないとき、 前記 所定数回先までの着地動作のうちの少なくともいずれかの回の着地動作 で着地する足平の前記目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくと もいずれかを修正することが好ましい （第 1 9発明）。

この第 1 9発明によれば、 前記第 7発明と同様に、 動力学的な安定性 を保ちながら目標足跡経路に追従させ得る目標歩容を決定できる。

また、 第 1 5〜第 1 9発明で、 前記脚式移動ロポッ 卜が、 2本の脚体 を備えた 2足移動口ポッ トであるときには、 前記足平の目標着地位置は. 前記各足平に対して所定の位置関係を有する代表点であって、 且つ前記 ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対す る当該点が同一の点となるように各足平に対してあらかじめ設定された 代表点の目標位置であることが好ましい （第 2 0発明）。 これによれば. 前記環境依存着地許容範囲や自己依存着地許容範囲はそれぞれ、 前記代 表点の位置と足平の目標着地向きとの組の許容範囲として設定されるこ ととなるので、 それらの許容範囲の設定が容易になる。

さらに、 この第 2 0発明では、 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたは つま先寄りに設定された点であることが好ましい （第 2 1発明）。 これ によれば、 前記第 9発明と同様の作用効果を奏することができる。

次に、 本発明の脚式移動口ポッ トの制御装置に係る第 2 2発明は、 複 数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着床動作を繰り返すこと により移動する脚式移動ロポットにおいて、 前記口ポッ トの各回の着地 動作により着地した脚体の足平の着地位置及び着地向きを推定する足平 着地位置 · 向き推定手段と、 前記ロポッ 卜の各回の着地動作により着地 する足平の着地位置及び着地向きの組の許容範囲であって、 該ロポッ ト が移動する環境条件により定まる環境依存着地許容範囲のうち、 少なく とも次回及び次次回を含む所定数回先までの各回の着地動作にそれぞれ 対応する複数の環境依存着地許容範囲を設定する第 1着地許容範囲設定 手段と、 前記足平着地位置 · 向き推定手段により推定された各回の着地 動作に対応する足平の目標着地位置及び目標着地向きと、 次回の着地動 作を行う脚体と他の脚体との干渉等、 ロポッ ト自身の機構的制約条件と に基づいて、 次回の着地動作で着地する足平の着地位置及び着地向きの 組に対する自己依存着地許容範囲を設定する第 2着地許容範囲設定手段 と、 少なく とも前記次回の着地動作に対応して前記第 1着地許容範囲設 定手段及び第 2着地許容範囲設定手段によりそれぞれ設定された環境依 存着地許容範囲と自己依存着地許容範囲とに基づいて、 それらの両許容 範囲の共通範囲内に該次回の着地動作に対応する足平の目標着地位置及 び目標着地向きの組を決定する足平目標着地位置 · 向き決定手段と、 そ の決定された目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも用いて次回の 着地動作を規定する目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、 その決定 された目標歩容に応じてロボッ 卜の動作を制御する動作制御手段とを備 えたことを特徴とするものである。

かかる第 2 2発明では、 前記第 1発明と同様に、 口ポッ トの足平の着 地位置 · 向きに着目し、 その足平の着地位置 · 向きがロポッ 卜の位置お よび移動向き代表するものとして用いられる。 そして、 第 2 2発明では. 環境依存着地許容範囲と自己依存着地許容範囲とが設定され、 それらの 許容範囲に基づいて、 それらの許容範囲の共通範囲に次回の目標着地位 置 - 向きの組が決定される。 そして、 この決定された目標着地位置 · 向 きを少なく とも用いて次回の着地動作を規定する目標歩容が決定され、 その目標歩容に応じてロボッ トの動作制御が行われる。

これにより、 第 2 2発明によれば、 各回の着地毎の環境依存着地位置 許容範囲及び自己依存着地許容範囲の両者を満たす （両許容範囲の共通 範囲を逸脱しない） ような目標歩容を決定して、 口ポッ トの移動を行う ことができる。 従って、 飛び石等を口ポッ トが移動する場合に、 足平を 飛び石等の着地許容領域から踏み外したり、 脚体同士が干渉したりする ことなく、 口ポッ トを移動させることができる。

この第 2 2発明では、 前記第 2発明と同様に、 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位置 · 向き推定手段が推定する 着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向きを含むことが好ましい （第 2 3発明）。

また、 第 2 2又は第 2 3発明では、 前記足平目標着地位置 · 向き決定 手段は、 より具体的には、 次回の着地動作に対応する目標着地位置及び 目標着地向きを決定した後、 その決定した目標着地位置及び目標着地向 きと前記ロポッ トの機構的制約条件とに基づいて次次回の着地動作で着 地する足平の着地位置に対する自己依存着地許容範囲を仮決定する手段 と、 少なくともその仮決定した次次回の着地動作に対応する自己依存着 地許容範囲と該次次回の着地動作に対応して前記第 1着地許容範囲設定 手段が設定した次次回環境依存許容範囲とが共通範囲を持たないとき、 該共通範囲を持つように前記次回の着地動作に対応する目標着地位置及 び目標着地向きの少なくともいずれかを修正する手段とを備えることが 好ましい （第 2 4発明）。

これによれば、 次次回環境依存許容範囲と、 次回の目標着地位置 · 向 きに対応して仮決定された次次回の着地動作に対応する自己依存着地許 容範囲とが共通範囲を持たないときには、 該共通範囲を持つように、 先 に決定した次回の目標着地位置 · 向きが修正される。 つまり、 次次回の 環境依存許容範囲と、 次次回の自己依存着地許容範囲とが共通範囲を持 つように、 次回の目標着地位置 · 向きが適宜、 修正されつつ決定される, 換言すれば、 環境依存許容範囲と自己依存許容範囲との両者の許容範囲 を満たす目標着地位置 · 向きを将来的に継続的に決定し得るように、 各 回の目標着地位置 · 向きが決定される。 その結果、 飛び石等を口ポッ ト が移動するとき、 その移動途中でロポッ 卜が先に進むことができなくな うような事態を生じることなく、 口ポッ トの継続的な移動を行うことが でさる。

なお、 前記第 2 2〜第 2 4発明では、 前記第 2着地許容範囲設定手段 は、 前記着地動作により着地した足平に対する、 次回の着地動作で着地 する足平の相対的な着地許容範囲を規定するものとしてあらかじめ定め られたマツプ又は演算式に基づいて前記自己依存着地許容範囲を設定す ることが好ましい （第 2 5発明）。 これによれば、 前記第 6発明と同様 に、 自己依存着地許容範囲を決定するときの演算負荷を減らすことがで さる。

さらに、 第 2 2〜第 2 5発明で、 前記脚式移動口ポッ トが、 2本の脚 体を備えた 2足移動口ポッ トであるときには、 前記足平の目標着地位置 は、 前記各足平に対して所定の位置関係を有する点であって、 且つ前記 ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対す る当該点が両足平について同一の点となるように各足平に対してあらか じめ設定された代表点の位置であることが好ましい （第 2 6発明）。 こ れによれば、 前記環境依存着地許容範囲及び自己依存着地許容範囲はそ れぞれ、 前記代表点の目標位置と足平の目標着地向きとの組の許容範囲 として設定されることとなるので、 それらの許容範囲の設定が容易にな る。

さらにこの第 2 6発明では、 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつ ま先寄りに設定された点であることが好ましい （第 2 7発明）。 これに よれば、 前記第 9発明と同様の作用効果を奏することができる。

次に、 本発明の脚式移動ロボッ トの足跡決定装置に係る第 2 8発明は. 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り返すこ とにより移動する脚式移動ロポッ トの各回の着地動作により着地する脚 体の足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定する足跡決定装置であ つて、 前記口ポッ トの目標足跡経路を設定する目標経路設定手段を備え. 前記ロポッ トの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標 着地向きを、 少なくとも 1つ前の回の着地動作で着地する足平の目標着 地位置及び目標着地向きと、 前記目標足跡経路とに基づいて決定するこ とを特徴とするものである。

かかる第 2 8発明では、 前記第 1発明と同様に、 口ポッ トの足平の着 地位置 · 向きに着目し、 その足平の着地位置 · 向きがロポッ トの位置お よび移動向き代表するものとして用いられる。 そして、 第 2 8発明では. ロポッ トの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置 · 向きを、 少 なく とも 1つ前の回の着地動作で着地する足平の目標着地位置 · 向きと, 前記目標足跡経路とに基づいて決定する。 従って、 口ポッ トの移動開始 前等に、 目標足跡経路に追従するような目標着地位置 · 向きの列、 すな わち目標足跡を適正に決定できる。

かかる第 2 8発明では、 前記第 2発明と同様に、 前記目標着地向きは. 鉛直軸回りの向きであることが好ましい （第 2 9発明）。

また、 第 2 8又は第 2 9発明では、 前記ロボッ トの各回の着地動作で 着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するとき、 当該着 地動作を行なう脚体と他の脚体との干渉等、 ロポッ ト自身の機構的制約 条件により定めた自己依存着地許容範囲内に当該着地動作で着地する足 平の目標着地位置及び目標着地向きの組を決定することが好ましい （第 3 0発明）。

この第 3 0発明によれば、 各回の目標着地位置 · 向きを決定するとき その目標着地位置 · 向きの組を前記自己依存着地許容範囲内で決定する ので、 目標足跡経路への追従性だけでなく、 着地動作を行う脚体と他の 脚体との干渉等のロポッ ト自身の機構的制約条件が考慮される。 従って 目標足跡経路に追従させつつ、 ロポッ 卜の脚体同士の干渉等が生じない 目標着地位置 · 向きの列 （目標足跡） を決定することができる。

なお、 第 3 0発明では、 前記口ポッ トの任意の第 N回の着地動作で着 地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するときに用いる前 記自己依存着地許容範囲は、 第 N— 1回の着地動作により着地する足平 に対する、 第 N回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を 規定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて 設定されることが好ましい （第 3 1発明）。 これによれば、 前記第 6発 明と同様に、 自己依存着地許容範囲を決定するときの演算負荷を減らす ことができる。

また、 第 2 8〜第 3 1発明では、 前記ロボッ トの任意の第 N回の着地 動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するとき、 該第 N回の着地動作を含めて所定数回先の着地動作までの足平の目標着 地位置及び目標着地向きを、 第 N— 1回の着地動作で着地する足平の目 標着地位置及び目標着地向きと前記目標足跡経路とに基づいて仮決定す る目標着地位置 · 向き仮決定手段と、 その仮決定した所定数回先の着地 動作までの目標着地位置及び目標着地向きを用いて少なくとも前記第 N 回の着地動作を規定するロポッ トの仮目標歩容を決定する仮目標歩容決 定手段と、 その決定した仮目標歩容に対応する目標 Z M Pが所定の制限 条件を満たすか否かを判断し、 満たさない場合には、 前記第 N回の着地 動作に係わる足平の目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくとも いずれかを修正して、 該第 N回の着地動作に係わる足平の目標着地位置 及び目標着地向きを決定する目標着地位置 · 向き修正手段とを備えるこ とが好ましい （第 3 2発明）。

この第 3 2発明によれば、 前記第 N回の目標着地位置 · 向きを含めて 所定数回先までの目標着地位置 · 向き （第 N回の目標着地位置 · 向きの みでもよい） を仮決定しておき、 その仮決定した目標着地位置， 向きを 用いて少なく とも第 N回の着地動作を規定する仮目標歩容が決定される, そして、 その仮目標歩容の目標 Z M Pが所定の制限条件 （具体的には該 目標 Z M Pが存在可能範囲の条件） を満たさない場合には、 仮決定した 第 N回の目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれかを 修正して、 該第 N回の目標着地位置 · 向きが決定される。 このため、 前 記第 7発明と同様の考え方によって、 動力学的な安定性を確保して目標 足跡に追従させ得る目標着地位置 · 向きの列 （目標足跡） を決定できる, また、 第 2 8〜第 3 2発明では、 前記脚式移動口ポッ トが、 2本の脚 体を有する 2足移動ロポッ トであるときには、 前記足平の目標着地位置 は、 各足平に対して所定の位置関係を有する点であって、 且つ前記ロボ ッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対する当 該点が両足平について同一の点となるように各足平に対してあらかじめ 定めた代表点の目標位置であり、 前記目標足跡経路は、 前記代表点が近 づくべき経路であることが好ましい （第 3 3発明）。 さらに、 この第 3 3発明では、 前記代表点は、 両足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定さ れた点であることが好ましい （第 3 4発明）。 これらの第 3 3発明、 第 3 4発明によれば、 それぞれ前記第 8発明、 第 9発明と同様の作用効果 を奏することができる。

次に、 本発明の脚式移動ロボットの足跡決定装置に係る第 3 5発明は， 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り返すこ とにより移動する脚式移動ロポットの各回の着地動作により着地する脚 体の足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定する足跡決定装置であ つて、 前記ロポッ トの各回の着地動作により着地する足平の着地位置及 び着地向きの組の許容範囲であって、 該ロボッ トが移動する環境条件に より定まる環境依存着地許容範囲を設定する足平着地許容範囲設定手段 と、 前記ロポッ トの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び 目標着地向きの組を、 少なくとも 1つ前の回の着地動作で着地する足平 の目標着地位置及び目標着地向きと、 前記環境依存着地許容範囲とに基 づいて決定することを特徴とするものである。

この第 3 5発明では、 前記第 1発明と同搽に、 口ポッ トの足平の着地 位置 · 向きに着目し、 その足平の着地位置 · 向きがロポッ トの位置およ び移動向き代表するものとして用いられる。 そして、 第 3 5発明では、 ロポッ 卜の各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置 · 向きの組を. 少なく とも 1つ前の回の着地動作で着地する足平の目標着地位置 · 向き と、 前記環境依存着地許容範囲とに基づいて決定する。 従って、 ロボッ 卜の移動開始前等に、 ロポッ トの足平が飛び石等の着地許容領域から踏 み外したりすることのない目標着地位置 · 向きの列、 すなわち目標足跡 を適正に決定できる。 この第 3 5発明では、 前記第 2発明と同様に、 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであることが好ましい （第 3 6発明）。

また、 第 3 5又は第 3 6発明では、 前記ロボッ トの各回の着地動作で 着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するとき、 当該着 地動作を行なう脚体と他の脚体との干渉等、 口ポッ ト自身の機構的制約 条件により定めた自己依存着地許容範囲と、 当該着地動作で着地する足 平に対応する前記環境依存着地許容範囲とに基づいて、 両許容範囲の共 通範囲内に該足平の目標着地位置及び目標着地向きの組を決定すること が好ましい （第 3 7発明）。 '

これによれば、 各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目 標着地向きの組が、 前記環境依存着地許容範囲と、 自己依存着地許容範 囲との共通範囲内で決定されるので、 環境依存着地許容範囲による着地 位置 · 向きの制限条件だけでなく、 脚体同士の干渉等のロポッ ト自身の 機構的制約条件が考慮される。 従って、 環境依存着地許容範囲による着 地位置 · 向きの条件を満たしつつ、 口ポッ トの脚体同士の干渉等が生じ ないような目標着地位置 · 向きの列 （目標足跡） を決定することができ る。

なお、 第 3 7発明では、 前記口ポッ トの任意の第 N回の着地動作で着 地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するときに用いる前 記自己依存着地許容範囲は、 第 N _ 1回の着地動作により着地する足平 に対する、 第 N回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を 規定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて 設定されることが好ましい （第 3 8発明）。 これによれば、 前記第 6発 明と同様に、 自己依存着地許容範囲を決定するときの演算負荷を減らす ことができる。

また、 第 3 7又は第 3 8発明では、 前記口ポッ トの任意の第 N回の着 地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定するとき. 該第 N回の着地動作を含めて所定数回先の着地動作までの足平の目標着 地位置及び目標着地向きを、 第 N— 1回の着地動作で着地する足平の目 標着地位置及び目標着地向きと前記所定数回先までの各回の着地動作に 対応する前記環境依存着地許容範囲と、 該所定数回先までの各回の着地 動作に対応する前記自己依存着地許容範囲とに基づいて仮決定する目標 着地位置 · 向き仮決定手段と、 その仮決定した所定数回先の着地動作ま での目標着地位置及び目標着地向きを用いて少なくとも前記第 N回の着 地動作を規定するロポッ トの仮目標歩容を決定する仮目標歩容決定手段 と、 その決定した仮目標歩容に対応する目標 Z M Pが所定の制限条件を 満たすか否かを判断し、 満たさない場合には、 前記第 N回の着地動作に 係わる足平の目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれ かを修正して、 該第 N回の着地動作に係わる足平の目標着地位置及び目 標着地向きの組を決定する目標着地位置 · 向き修正手段とを備えること が好ましい （第 3 9発明）。

この第 3 9発明によれば、 前記第 N回の目標着地位置 · 向きを含めて 所定数回先までの目標着地位置 · 向き （第 N回の目標着地位置 · 向きの みでもよい） をそれぞれの回の着地動作に対応する環境依存着地許容範 囲と自己依存着地許容範囲とに基づいて仮決定しておき、 その仮決定し た目標着地位置 · 向きを用いて少なくとも第 N回の着地動作を規定する 仮目標歩容が決定される。 そして、 その仮目標歩容の目標 Z M Pが所定 の制限条件 （具体的には該目標 Z M Pが存在可能範囲の条件） を満たさ ない場合には、 仮決定した第 N回の目標着地位置及び目標着地向きのう ちの少なく ともいずれかを修正して、 該第 N回の目標着地位置 · 向きが 決定される。 このため、 前記第 7発明と同様の考え方によって、 動力学 的な安定性を確保しつつ、 前記環境依存着地許容範囲及び自己依存着地 許容範囲の制約条件を満たす目標着地位置 · 向きの列 （目標足跡） を決 定できる。

また、 前記第 3 5〜第 3 9発明で、 前記脚式移動口ポッ トが、 2本の 脚体を有する 2足移動ロポッ トであるときには、 前記足平の目標着地位 置は、 各足平に対して所定の位置関係を有する点であって、 且つ前記口 ポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起立させたときに各足平に対する 当該点が両足平について同一の点となるように各足平に対してあらかじ め定めた代表点の目標位置であることが好ましい （第 4 0発明）。 これ によれば、 環境依存着地許容範囲や自己依存着地許容範囲はそれぞれ、 前記代表点の目標位置と足平の目標着地向きとの許容範囲として設定さ れることとなるので、 それらの許容範囲の設定が容易になる。

さらにこの第 4 0発明では、 前記代表点は、 両足平の踵寄りまたはつ ま先寄りに設定された点であることが好ましい （第 4 1発明）。 これに よれば、 前記第 9発明と同様の作用効果を奏することができる。

図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の実施形態における脚式移動口ポッ トとしての 2足移 動ロポッ トの全体的構成の概略を示す概略図、 図 2は図 1の各脚体の足 平部分の構成を概略的に示す概略図、 図 3及び図 4はそれぞれ各脚体の 足平部分の詳細構成を示す側面視の断面図及び底面図、 図 5は図 1の口 ポッ 卜に備えた制御ュニッ 卜の構成を示すブロック図、 図 6は図 5の制 御ュニッ トの機能的構成を示すブロック図である。 図 7はロボッ トの走 行歩容を示す説明図、 図 8 ( a ) , ( b ) はそれぞれ目標歩容の床反力鉛 直成分、 目標 Z M Pの設定例を示すグラフ、 図 9は第 1実施形態におけ る'制御ユニッ トの要部の処理を示すフローチヤ一ト、 図 1 0は図 9のフ ローチャートの自己位置姿勢推定処理を示すフローチャート、 図 1 1は 図 9のフローチヤ一トの自己位置姿勢推定処理を説明するための図、 図 1 2は図 9のフローチャートの処理で決定する定常旋回歩容に関する説 明図、 図 1 3は図 9のフローチャートの軌道誘導処理を示すフローチヤ ート、 図 1 4〜図 1 9は軌道誘導処理を説明するための図、 図 2 0は図 9のフローチャートの軌道誘導捕正処理を示すフローチャートである。 図 2 1は第 2実施形態での軌道誘導処理を示すフローチャート、 図 2 2 及び図 2 3は第 2実施形態の軌道誘導処理を説明するための図、 図 2 4 は第 2実施形態の軌道誘導補正処理を示すフローチヤ一トである。 図 2 5は第 3実施形態での軌道誘導処理を示すフロ一チヤ一ト、 図 2 6は第 3実施形態の軌道誘導処理を説明するための図、 図 2 7は第 3実施形態 の軌道誘導補正処理を示すフローチヤ一トである。 図 2 8は第 4実施形 態の軌道誘導処理を示すフローチャート、 図 2 9は第 4実施形態の軌道 誘導処理を説明するための図、 図 3 0は第 4実施形態の軌道誘導補正処 理を示すフローチャートである。 図 3 1は第 5実施形態の軌道誘導処理 を示すフローチャート、 図 3 2は第 5実施形態の軌道誘導処理を説明す るための図、 図 3 3及び図 3 4はそれぞれ図 3 1のフローチャートの要 部処理を詳細に示すフローチヤ一ト及びその要部処理の説明図、 図 3 5 は第 5実施形態の軌道誘導補正処理を示すフローチヤ一トである。 図 3 6は第 7実施形態に係る足跡決定処理を示すフローチヤ一トである。 図 3 7は目標経路の他の例を説明するための図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 添付図面を参照してこの発明の実施形態に係る脚式移動ロポッ 卜の制御装置を説明する。 尚、 脚式移動口ポッ トとしては 2足移動ロボ ットを例にとる。

図 1は、 この実施形態に係る脚式移動ロポッ トとしての 2足移動ロボ ッ トを全体的に示す概略図である。

図示の如く、 2足移動口ポッ ト （以下、 ロボッ トという） 1は上体 (ロボッ ト 1の基体） 3から下方に延設された左右一対の脚体 （脚部リ ンク） 2 , 2を備える。 両脚体 2， 2は同一構造であり、 それぞれ 6個 の関節を備える。 その 6個の関節は上体 3側から順に、 股 （腰部） の回 旋 （回転） 用 （上体 3に対するョー方向の回転用） の関節 1 0 R, 1 0 L (符号 R， Lはそれぞれ右側脚体、 左側脚体に対応するものであるこ とを意味する符号である。 以下同じ） と、 股 （腰部） のロール方向 （X 軸まわり） の回転用の関節 1 2 R, 1 2 Lと、 股 （腰部） のピッチ方向 (Y軸まわり） の回転用の関節 1 4 R, 1 4 L、 膝部のピッチ方向の回 転用の関節 1 6 R, 1 6 Lと、 足首のピッチ方向の回転用の関節 1 8 R: 1 8 Lと、 足首のロール方向の回転用の関節 2 0 R， 2 0 Lとから構成 される。

各脚体 2の足首の 2つの関節 1 8 R (L), 2 0 R ( L) の下部には 各脚体 2の先端部を構成する足平 （足部） 2 2 R (L) が取着されると 共に、 両脚体 2 , 2の最上位には、 各脚体 2の股の 3つの関節 1 0 R (L), 1 2 R (L)， 1 4 R (L) を介して前記上体 3が取り付けられ ている。 上体 3の内部には、 詳細を後述する制御ユニッ ト 6 0などが格 納される。 なお、 図 1では図示の便宜上、 制御ユニッ ト 6 0を上体 3の 外部に記載している。

上記構成の各脚体 2においては、 股関節 （あるいは腰関節） は関節 1 O R (L), 1 2 R (L), 1 4 R (L) から構成され、 膝関節は関節 1 6 R (L) から構成され、 足首関節は関節 1 8 R (L), 2 0 R (L) から構成される。 また股関節と膝関節とは大腿リンク 2 4 R (L) で連 結され、 膝関節と足首関節とは下腿リンク 2 6 R (L) で連結される。

尚、 上体 3の上部の両側部には左右一対の腕体 5 , 5が取り付けられ ると共に、 上体 3の上端部には頭部 4が配置される。 これらの腕体 5 , 5及び頭部 4は、 本発明の要旨と直接的な関連を有しないため詳細な説 明を省略する。

上記の構成により、 各脚体 2の足平 2 2 R ( L ) は、 上体 3に対して 6つの自由度を与えられている。 そして、 ロボッ ト 1の歩行等の移動中 に、 両脚体 2， 2を合わせて 6 * 2 = 1 2個 （この明細書で 「 *」 はス カラに対する演算としては乗算を、 べク トルに対する演算としては外積 を示す） の関節を適宜な角度で駆動することで、 両足平 2 2 R , 2 2 L の所望の運動を行うことができる。 これにより、 口ポッ ト 1は任意に 3 次元空間を移動することができる。

図 1に示す如く、 各脚体 2の足首関節 1 8 R ( L ) , 2 0 R ( L ) の 下方には足平 2 2 R ( L ) との間に公知の 6軸力センサ 5 0が介装され ている。 該 6軸力センサ 5 0は、 各脚体 2の足平 2 2 R ( L ) の着地の 有無、 および各脚体 2に作用する床反力 （接地荷重） 等を検出するため のものであり、 該床反力の並進力の 3方向成分 F X， F y , F z並びに モーメントの 3方向成分 M X , M y , M zの検出信号を制御ユニッ ト 6 0に出力する。 また、 上体 3には、 Z軸 （鉛直方向 （重力方向）） に対 する上体 3の傾き （姿勢角） およびその角速度等を検出するための傾斜 センサ 5 4が備えられ、 その検出信号が該傾斜センサ 5 4から制御ュニ ッ ト 6 0に出力される。 この傾斜センサ 5 4は、 図示を省略する 3軸方 向の加速度センサおよび 3軸方向のジャィ口センサを備え、 これらのセ ンサの検出信号が上体 3の傾きおよびその角速度を検出するために用い られると共に、 口ポッ ト 1の自己位置姿勢を推定するために用いられる, また、 詳細構造の図示は省略するが、 口ポッ ト 1の各関節には、 それを 駆動するための電動モー夕 6 4 (図 5参照） と、 その電動モータ 6 4の 回転量 （各関節の回転角） を検出するためのエンコーダ （口一夕リエン コーダ） 6 5 (図 5参照） とが設けられ、 該エンコーダ 6 5の検出信号 が該エンコーダ 6 5から制御ュニッ ト 6 0に出力される。

さらに、 図 1では図示を省略するが、 ロボッ ト 1の適宜な位置にはジ ョィスティ ック （操作器） 7 3 (図 5参照） が設けられ、 そのジョイス ティ ック 7 3を操作することで、 直進移動しているロポッ ト 1を旋回さ せるなど、 口ポット 1の歩容に対する要求を必要に応じて制御ュニッ ト 6 0に入力できるように構成されている。

図 2は本実施形態における各脚体 2の先端部分 （各足平 2 2 R (L) を含む） の基本構成を概略的に示す図である。 同図に示すように、 各足 平 2 2 R (L) の上方には、 前記 6軸力センサ 5 0との間にばね機構 7 0が装備されると共に、 足底 （各足平 2 2 R, Lの底面） にはゴムなど からなる足底弾性体 7 1が貼られている。 これらのばね機構 7 0及び足 底弾性体 7 1によりコンプライアンス機構 7 2が構成されている。 ばね 機構 7 0は詳細は後述するが、 足平 2 2 R (L) の上面部に取り付けら れた方形状のガイ ド部材 （図 2では図示省略） と、 足首関節 1 8 R (L) (図 2では足首関節 2 O R (L) を省略している） および 6軸力 センサ 5 0側に取り付けられ、 前記ガイ ド部材に弹性材 （ゴムやばね） を介して微動自在に収納されるピストン状部材 （図 2では図示省略） と から構成されている。

図 2に実線で表示された足平 2 2 R (L) は、 床反力を受けていない ときの状態を示している。 各脚体 2が床反力を受けると、 コンプライア ンス機構 7 2のばね機構 7 0と足底弾性体 7 1とがたわみ、 足平 2 2 R (L) は図中に点線で例示したような位置姿勢に移る。 このコンプライ ンァス機構 7 2の構造は、 例えば本出願人が先に提案した特開平 5— 3 0 5 5 84号公報に詳細に説明されている如く、 着地衝撃を緩和するた めだけでなく、 制御性を高めるためにも重要なものである。 上記コンプライアンス機構 7 2を含めた足平 2 2 R (L) (以下、 足 平機構 2 2 R (L) と称することがある。） のより詳細な構成を図 3及 び図 4を参照してさらに説明する。 図 3は足平機構 2 2 R (L) の側面 示の断面図、 図 4は該足平機構 2 2 R (L) の底面側から見た平面図で ある。

足平機構 2 2 R (L) は、 大略平板状の足平プレ一ト部材 1 0 2を骨 格部材として備えている。 この足平プレート部材 1 0 2は、 その前端部 (つま先部） と後端部 （踵部） とが若干上方に湾曲されているが、 他の 部分は平坦な平板状になっている。 また、 足平プレート部材 1 0 2の上 面部には、 横断面方形状のガイ ド部材 1 0 3がその軸心を上下方向に向 けて固設されている。 このガイ ド部材 1 0 3の内部には、 該ガイ ド部材 1 0 3の内周面に沿うようにして略上下方向に移動可能に設けられた可 動板 （ピス トン状部材） 1 0 4が設けられ、 該可動板 1 04が足首関節 1 8 R (L)， 2 0 R (L ) に 6軸力センサ 5 0を介して連結されてい る。

また、 可動板 1 0 4は、 その下面の周縁部がばね、 ゴム等の弾性材か らなる複数の弹性部材 1 0 6 (図ではばねとして記載している） を介し て足平プレート部材 1 0 2の上面部に連結されている。 従って、 足平プ レート部材 1 0 2は、 弹性部材 1 0 6、 可動板 1 0 4及び 6軸力センサ 5 0を介して足首関節 1 8 R (L) に連結されている。 尚、 ガイ ド部材 1 0 3の内部 （可動板 1 0 4の下側の空間） は、 図示を省略する穴や隙 間を介して大気側に開放されており、 大気中の空気がガイ ド部材 1 0 3 の内部に入出自在となっている。 また、 上記ガイ ド部材 1 0 3、 可動板 1 0 4、 及び弾性部材 1 0 6は前記図 2に示したばね機構 7 0を構成す るものである。

足平プレート部材 1 0 2の底面 （下面） には、 前記図 2に示した足底 弾性体 Ί 1 としての接地部材 7 1が取着されている。 該接地部材 7 1は. 足平機構 2 2 R ( L ) の接地状態で、 該足平プレート部材 1 0 2 と床面 との間に介在させる弾性部材 （床面に直接的に接触する弾性部材） であ り、 本実施形態では、 足平プレート部材 1 0 2の接地面の四隅 （足平プ レート部材 1 0 2のつま先部の両側部並びに踵部の両側部） に固着され ている。

また、 接地部材 7 1は、 本実施形態では、 比較的軟質のゴム材から成 る軟質層 1 0 7 aと、 比較的硬質のゴム材から成る硬質層 1 0 7 bとを 上下に重合してなる 2層構造に形成され、 硬質層 1 0 7 bが、 脚体 2の 着床時に直接的に床面に接触する接地面部として最下面側に設けられて いる。

足平機構 2 2 R ( L ) には、 上記の構成の他、 着地衝撃緩衝装置 1 0 8が備えられている。 この着地衝撃緩衝装置 1 0 8は、 足平プレート部 材 1 0 2の底面に取着された袋状部材 1 0 9と、 該袋状部材 1 0 9の内 部に対して圧縮性流体としての空気 (大気中の空気) を入出させるため の流通路 1 1 0とを備えている。

袋状部材 1 0 9は、 その周囲に前記接地部材 7 1が存するようにして. 足平プレート部材 1 0 2の底面の大略中央部に設けられている。 この袋 状部材 1 0 9は、 ゴム等の弾性材により変形自在に構成されており、 外 力に.よる弹性変形が生じていない自然状態では、 図 3に実線で示すよう に、 上方に開口した円筒容器形状を呈する。 そして、 該袋状部材 1 0 9 は、 その開口端部が全周にわたって足平プレート部材 1 0 2の底面に固 着され、 該足平プレート部材 1 0 2により閉蓋されている。 また、 袋状 部材 1 0 9は、 円筒容器形状を呈する自然状態では、 該袋状部材 1 0 9 の底部が前記接地部材 7 1よりも下方に突出するように設けられている, つまり、 該袋状部材 1 0 9の高さ （足平プレート部材 1 0 2の下面から 袋状部材 1 0 9の底部までの距離） は、 接地部材 7 1の厚さよりも大き いものとされている。 従って、 足平プレート部材 1 り 2が接地部材 7 1 を介して接地した状態 （脚部 2の着床状態） では、 袋状部材 1 0 9は、 図 3に仮想線で示すように、 床反力により袋状部材 1 0 9の高さ方向に 圧縮される。

尚、 本実施形態では、 袋状部材 1 0 9が円筒容器形状を呈する自然状 態は該袋状部材 1 0 9の膨張状態である。 そして、 袋状部材 1 0 9は、 弹性材により構成されているため、 圧縮されたとき、 自然状態の形状 (円筒容器形状） への形状復元力を有する。

前記流通路 1 1 0は、 袋状部材 1 0 9に対する空気の流入 ·流出を行 う流入 ·流出手段を構成するものであり、 本実施形態では、 袋状部材 1 0 9の内部と前記ガイ ド部材 1 0 3の内部とを連通させるように足平プ レート部材 1 0 2に穿設された流通孔である。 この場合、 前述のように. ガイ ド部材 1 0 3の内部は大気側に開放されているので、 該流通路 1 1 0は、 袋状部材 1' 0 9の内部を大気側に連通させていることとなる。 従 つて、 袋状部材 1 0 9の内部には、 大気中の空気が流通路 1 1 0を介し て入出自在となっており、 該袋状部材 1 0 9の膨張状態 （自然状態） で は、 該袋状部材 1 0 9内には空気が充填され、 その内部の圧力は大気圧 と同等になる。 また、 流通路 1 1 0は絞り通路となっており、 袋状部材 1 0 9の内部に空気が入出する際には流体抵抗を生じるようになつてい る。

図 5は制御ュニッ ト 6 0の構成を示すブロック図である。 該制御ュニ ッ ト 6 0はマイクロコンピュ一タにより構成されており、 C P Uからな る第 1 の演算装置 9 0及び第 2の演算装置 9 2 、 A / D変換器 8 0、 力 ゥンタ 8 6 、 D / A変換器 9 6 、 R A M 8 4、 R〇M 9 4、 並びにこれ らの間のデータ授受を行うパスライン 8 2を備えている。 この制御ュニ ッ ト 6 0では、 各脚体 2の 6軸力センサ 5 0、 傾斜センサ 5 4 (加速度 センサおよびレートジャィ口センサ）、 ジョイスティ ック 7 3等の出力 信号は A / D変換器 8 0でデジタル値に変換された後、 バスライン 8 2 を介して R A M 8 4に送られる。 また口ポッ ト 1の各関節のエンコーダ 6 5 (ロータリーエンコーダ） の出力は、 カウンタ 8 6を介して R A M 8 4に入力される。

前記第 1の演算装置 9 0は後述の如く目標歩容を生成すると共に、 関 節角変位指令 （各関節の変位角もしくは各電動モータ 6 4の回転角の指 令値） を算出し、 R A M 8 4に送出する。 また第 2の演算装置 9 2は R A M 8 4から関節角変位指令と、 前記ェンコ一ダ 6 5の出力信号とに基 づいて検出された関節角の実測値とを読み出し、 各関節の駆動に必要な 操作量を算出して D /⁷ A変換器 9 6とサーポアンプ 6 4 aとを介して各 関節を駆動する電動モータ 6 4に出力する。

図 6は、 この実施形態に係る脚式移動ロボッ トの制御装置の機能的構 成を全体的に示すブロック図である。 この図 6中の 「実口ポッ ト」 の部 分以外の部分が制御ュニット 6 0が実行する処理機能 （主として第 1の 演算装置 9 0及び第 2の镌算装置 9 2の機能） によって構成されるもの である。 なお、 以下の説明では、 脚体 2の左右を特に区別する必要がな いときは、 前記符号 R , Lを省略する。

以下説明すると、 制御ユニッ ト 6 0は、 口ポッ ト 1 の目標歩容を自在 かつリアルタイムに生成して出力する歩容生成装置 2 0 0を備えている, この歩容生成装置 2 0 0が出力する目標歩容は、 目標上体位置姿勢軌道 (上体 3の目標位置及び目標姿勢の軌道）、 目標足平位置姿勢軌道 （各 足平 2 2の目標位置及び目標姿勢の軌道）、 目標腕姿勢軌道 （各腕体 5 の目標姿勢の軌道）、 目標全床反力中心点 （目標 Z M P ) 軌道、 目標全 床反力軌道から構成される。 なお、 脚体 2や腕体 5以外に上体 3に対し て可動な部位を備える場合には、 その可動部位の目標位置姿勢軌道が目 標歩容に加えられる。

ここで、 本発明の実施形態での用語の意味あるいは定義について補足 しておく。 上記歩容における 「軌道」 は時間的変化のパターン （時系列 パターン） を意味し、 以下の説明では、 「軌道」 の代わりに 「パ夕一 • ン」 と称することもある。 また、 各部位の 「姿勢」 は、 該部位の傾きと 向きとを総称したものである。 ここで、 「傾き」 は該部位の鉛直方向と ■ なす角度であり、 「向き」 は該部位の前方向を示すベクトルを水平面に 投影したベク トルの向きである。 例えば上体姿勢のうちの傾きは、 Z軸 (鉛直軸） に対するロール方向 （X軸回り） の上体 3の傾斜角 （姿勢 角） と、 Z軸に対するピッチ方向 （Y軸回り） の上体 3の傾斜角 （姿勢 角） とからなる。 また、 上体 3の向きは、 上体 3の前方向を示すべク ト ルを水平面に投影したベク トルのョー方向 （Z軸回り） の回転角で表さ れる。 なお、 足平姿勢は各足平 2 2に固定的に設定された 2軸の空間的 な方位角で表される。 また、 特に、 足平 2 2の着地姿勢に関しては、 そ の着地姿勢は、 基本的には着地した足平 2 2の向きを表し、 具体的には 着地した足平 2 2のかかとからつま先に向かうべクトルを水平面に投影 したベク トルの向きを表す。 また、 目標腕姿勢は、 腕体 5 , 5の全ての 部位に関する上体 3に対する相対的な姿勢で表される。

上体位置は、 上体 3の所定位置、 具体的には上体 3のあらかじめ定め た代表点の位置を意味する。 同様に、 足平位置は、 各足平 2 2 R , 2 2 Lのあらかじめ定めた代表点の位置を意味する。 なお、 上体速度は、 上 体 3の上記代表点の移動速度を意味し、 足平速度は、 各足平 2 2 R , 2 2 Lの上記代表点の移動速度を意味する。

目標上体位置姿勢等の目標歩容に関し、 以下の説明では、 誤解を生じ るおそれがない場合には、 しばしば 「目標」 を省略する。 また、 歩容の うちの、 床反力に係わる'構成要素以外の構成要素、 すなわち足平位置姿 勢、 上体位置姿勢等、 口ポッ ト 1 の運動に係わる歩容を総称的に 「運 動」 という。

各足平 2 2 R， Lの床反力 （並進力及びモーメントからなる床反力） を 「各足平床反力」 と呼び、 口ポッ ト 1の全ての （ 2本の） 足平 2 2 R , 2 2 Lの床反力の合力を 「全床反力」 と呼ぶ。 ただし、 以下の説明にお いては、 各足平床反力に関してはほとんど言及しないので、 断らない限 り、 「床反力」 は 「全床反力」 と同義として扱う。

目標床反力は、 一般的には、 作用点とその点に作用する力 （並進力） と力のモーメントによって表現される。 作用点はどこにとっても良いの で、 同一の目標床反力でも無数の表現が考えられるが、 特に前述の目標 床反力中心点を作用点にして目標床反力を表現すると、 力のモーメント は、 鉛直軸成分を除けば、 0になる。

尚、 動力学的平衡条件を満足する歩容では、 目標運動軌道から算出さ れる Z M P (目標運動軌道から算出される口ポッ ト 1の慣性力と重力と の合力がその点まわりに作用するモ一メン卜が、 鉛直軸成分を除いて 0 になる点） と目標全床反力中心点は一致することから、 目標全床反力中 心点軌道の代わりに目標 Z M P軌道を与えると言っても同じことである (詳細は、 例えば本出願人による P C T公開公報 WO/ 02/ 40224を参 照）。

このような背景から、 P C T公開公報 WO/ 02/ 40224の明細書では 目標歩容を次のように定義していた。

a ) 広義の目標歩容とは、 1歩ないしは複数歩の期間の目標運動軌道と その目標床反力軌道との組である。

b ) 狭義の目標歩容とは、 1歩の期間の目標運動軌道とその Z M P軌道 との組である。 c )—連の歩容は、 いくつかの歩容がつながったものとする。

口ポッ ト 1の歩行を行う場合においては、 本出願人が先に特開平 10- 86080号公報で提案した上体高さ決定手法によって上体鉛直位置 （上体 高さ） が決定されると、 床反力の並進力成分は従属的に決定されるので 目標歩容の床反力に関して明示的に設定すべき物理量としては、 Z M P だけで十分であった。 したがって、 P C T公開公報 WO/02Z40224の 明細書では、 狭義の目標歩容としては、 上記の b ) で十分であった。 そ れに対し、 ロボッ ト 1の走行を行う場合には、 床反力鉛直成分も制御上 重要であるので、 該床反力鉛直成分を明示的に設定することが好ましい, そこで、 本願出願人が先に提案した P C T出願 （PCT Z JP02 Z 13596) 等では、 狭義の目標歩容として、 次の b ' ) を採用した。

b ' ) 狭義の目標歩容とは、 1歩の期間の目標運動軌道とその Z M P軌 道と床反力鉛直成分軌道の組である。

この明細書では以降、 特にことわらない限り、 目標歩容は狭義の目標 歩容の意味で使用する。 また、 目標歩容の 「 1歩」 は、 ロボッ ト 1の片 方の脚体 2が着地してからもう一方の脚体 2が着地するまでの意味で使 用する。

歩容における両脚支持期とは言うまでもなく、 ロボッ ト 1がその自重 を両脚体 2 , 2で支持する期間、 片脚支持期とはいずれか一方のみの脚 体 2で口ポッ ト 1の自重を支持する期間、 空中期とは両脚体 2， 2が床 から離れている （空中に浮いている） 期間を言う。

片脚支持期においてロボッ ト 1の自重を支持しない側の脚体 2を 「遊 脚」 と呼び、 自重を支持する側の脚体 2を 「支持脚」 と呼ぶ。 口ポッ ト 1の歩行では、 両脚支持期と片脚支持期とが交互に繰り返され、 ロポッ ト 1の走行では片脚支持期と空中期とが交互に繰り返される。 この場合. 走行の空中期では、 両脚体 2， 2とも、 口ポッ ト 1の自重を支持しない こととなるが、 該空中期の直前の片脚支持期において遊脚であった脚体 2、 支持脚であった脚体 2をそれぞれ該空中期においても遊脚、 支持脚 と呼ぶ。

また、 目標上体姿勢、 目標上体位置、 目標足平位置姿勢、 目標腕姿勢 等、 目標歩容におけるロボッ ト 1の各部の位置姿勢は支持脚座標系で記 述される。 支持脚座標系とは、 支持脚の足平 2 2の接地面辺りに原点を 持つ床面に固定された座標系である。 より詳細には、 支持脚座標系は、 本出願人の特許 3273443 号に記載されているように、 支持脚の足平 2 2を接地面との間で滑らさないで、 水平姿勢になるまで回転させた時の. 該支持脚の足首関節の中心から接地面への垂直投影点を原点とし、 該支 持脚足平 2 2のつま先に向かう水平軸 （足平 2 2の前後方向の軸） を X 軸として、 鉛直軸を Z軸、 これらの X軸、 Z軸に直交する座標軸 （足平 2 2の左右方向の軸） を Y軸とする座標系である。

本発明の実施形態に係る歩容生成装置 2 0 0は、 2歩先までの遊脚の 足平 2 2の着地位置姿勢、 着地時刻の要求値 （目標値） を入力として、 目標上体位置姿勢軌道、 目標足平位置姿勢軌道、 目標 Z M P軌道、 目標 床反力鉛直成分軌道、 及び目標腕姿勢軌道から構成される目標歩容を生 成する。 このとき、 これらの軌道を規定するパラメ一夕 （これを歩容パ ラメ一夕と呼ぶ） の一部は、 歩容の継続性を満足するように修正される, なお、 2歩先までの遊脚の足平 2 2の着地位置姿勢の要求値は、 図 6 に示す軌道誘導部 2 2 0により後述するように決定されて、 歩容生成装 置 2 0 0に入力される。 また、 図 6に示すように軌道誘導部 2 2 0には. 移動計画部 2 2 2から口ポッ ト 1の目標経路 （後述する目標足跡経路）. または飛び石や階段などの着地許容範囲 （後述する環境依存着地位置向 き許容範囲） が与えられると共に、 自己位置姿勢推定部 2 2 4から、 実 上体姿勢の推定値である推定上体姿勢と、 着地した遊脚 （着地した後、 支持脚となった遊脚） の実際の着地位置 · 向きの推定値 （より詳しくは 後述する推定支持脚座標系の位置， 向き） が与えられる。 なお、 環境依 存着地位置姿勢許容範囲は、 後述する第 5実施形態に係わるものであり . 第 1〜第 4実施形態、 第 6実施形態では、 軌道誘導部 2 2 0には、 移動 計画部 2 2 2から目標経路が与えられる。

また、 歩容生成装置 2 0 0は、 ロボッ ト 1の片方の脚体 2が着地して から他方の脚体 2が着地するまでの 1歩分の目標歩容 （前記狭義の意味 での目標歩容） を単位として、 その 1歩分の目標歩容を順番に生成する, ここで、 現在あるいはこれから生成しょうとしている歩容を 「今回歩 容」、 その次の歩容を 「次回歩容」、 さ.らにその次の歩容を 「次次回歩 容」 と呼ぶ。 また、 「今回歩容」 の 1つ前に生成した目標歩容を 「前回 歩容」 と呼ぶ。

歩容生成装置 2 0 0が生成する目標歩容の一部を例示的に概説すると. 例えば目標足平位置姿勢軌道は、 本出願人による特許 3233450 号に開 示した有限時間整定フィルタを用いて生成される。 この有限時間整定フ ィルタによる足平位置姿勢軌道の生成処理では、 例えば足平位置軌道は 目標着地位置 （着地位置の要求値） に向かって足平 2 2を徐々に加速し ながら移動を開始し、 目標着地時刻 （着地時刻の要求値） までに徐々に 速度を 0またはほぼ 0にまで減速し、 該目標着地時刻に目標着地位置に 到達して停止するように生成される。 足平姿勢軌道についても同様であ る。 これにより生成される目標足平位置姿勢軌道は、 着地瞬間における 対地速度が 0またはほぼ 0になるため、 特に口ポッ ト 1の走行を行う場 合に、 前記空中期からの着地時における着地衝撃を小さくできる。

また、 図 7に示すように人間が走行を行う場合と同様の形態でロポッ ト 1の走行を行う場合には、 例えば目標床反力鉛直成分軌道および目標 Z M P軌道 （詳しくは支持脚座標系の X軸方向 （支持脚足平 2 2の前後 方向） での目標 Z M P軌道） は、 それぞれ図 8 ( a )、 図 8 ( b ) に実 線で示すようなパターンで設定される。 ここで、 図 7の第 1番目〜第 3 番目の図は、 それぞれ片脚支持期の開始時、 中間時点、 終了時における 口ポッ ト 1の両脚体 2， 2の運動状態を模式的に示し、 第 4番目及び第 5番目の図は、 それぞれ空中期の中間時点、 空中期の終了時 （次の片脚 支持期の開始時） における口ポッ ト 1の両脚体 2 , 2の運動状態を模式 的に示している。

口ポッ ト 1の走行を行う場合には、 目標床反力鉛直成分軌道は、 基本 的には、 片脚支持期では上に凸のパターンとなり、 空中期では 0に維持 される。 なお、 口ポッ ト 1の歩行を行う場合には、 目標床反力鉛直成分 軌道は、 例えば図 8 ( a ) に二点鎖線で示すように設定される。 この場 合、 二点鎖線のうちの上に凸の部分が両脚支持期に対応し、 下に凸の部 分が片脚支持期に対応する。 また、 目標 Z M Pは走行、 歩行のいずれで あっても、 基本的には、 口ポッ ト 1の脚体 2の接地面内 （より詳しくは 所謂、 支持多角形内） の中央付近に設定される。

図 9は、 歩容生成装置 2 0 0の歩容生成処理、 図 6に示す自己位置姿 勢推定部 2 2 4の自己位置姿勢推定処理、 並びに図 6に示す軌道誘導部 2 2 0の軌道誘導処理を示すフローチヤ一ト （構造化フローチヤ一ト） である。

以下にこのフローチャートを説明する。

まず S 0 1 0において時刻 tを 0に初期化するなど種々の初期化作業 が行われる。

次いで S 0 1 2を経て S 0 1 4に進み、 制御周期 （制御ュニッ ト 6 0 の演算処理周期） 毎のタイマ割り込みを待つ。 制御周期は A tである。 次いで S 0 1 6に進み、 前記自己位置姿勢推定部 2 2 4の自己位置姿 勢推定処理が行われる。 この自己位置姿勢推定処理は、 ロボッ ト 1が移 動する床 （地面） に固定された座標系 （グローバル座標系） でのロポッ ト 1の実際の位置及び向きを推定する処理であり、 例えば図 1 0のフロ 一チャートに示すように行われる。 なお、 ここで説明する自己位置姿勢 推定処理は、 本願と同日の出願 （特願 2 0 0 2— 1 2 7 0 6 6号を優先 権の主張の基礎とする P C T出願、 発明の名称 「脚式移動口ポッ トの自 己位置推定装置」） にて提案している手法のうちの第 3実施形態を用い るものであり、 同 P C T出願にて詳細に説明されている。 そこで、 以下 の自己位置姿勢推定処理の説明は、 簡略的な説明に留める。

この自己位置姿勢推定処理は、 口ポッ ト 1の支持脚足平 2 2の位置姿 勢に対応する支持脚座標系の位置姿勢 （より正確には、 グローバル座標 系での支持脚座標系の位置と鉛直軸回りの向き） を、 該支持脚足平 2 2 の実際の位置及び向き （鉛直軸回りの向き） を代表するものとして推定 する処理である。 より詳しくは、 自己位置姿勢推定処理は、 ロボッ ト 1 の 1歩毎の着地動作で着地して新たに支持脚足平となる遊脚足平 2 2の 着地位置姿勢を代表する支持脚座標系の実際の位置及び向き （鉛直軸回 りの向き） を推定する処理、 換言すれば、 グローバル座標系でのロポッ ト 1の足跡の位置及び向きを推定する処理である。 なお、 支持脚座標系 の向きは、 より詳しくは、 支持脚座標系の X軸 （支持脚足平 2 2の前後 方向の水平軸） の鉛直軸回りの向きとして表される。

以下に上記自己位置姿勢推定処理を図 1 0を参照して説明すると、 ま ず、 S 2 2 0 0において、 上体 3の傾斜センサ 5 4に備えたジャィロセ ンサの検出値、 すなわち上体 3の角速度 （ 3軸方向の角速度） の検出値 を積分する （累積加算） ことにより、 実際の上体姿勢の推定値である推 定上体姿勢が求められる。 この推定上体姿勢はグローバル座標系で記述 される。 なお、 推定上体姿勢のうちの傾き成分、 すなわち、 鉛直軸に対 する傾斜角に関しては、 ジャイロセンサの検出値の積分誤差の蓄積 （ド リフト） を抑制するために、 傾斜センサ 5 4に備えた加速度センサによ つて検出される重力方向を用いてドリフト補正が行われる。

次いで S 2 2 0 2に進み、 制御周期の間におけるグロ一バル座標系か ら見た推定上体姿勢の変化量 （前回の制御周期 （時刻 t - A t ) での推 定上体姿勢と今回の制御周期 （時刻 t ) での推定上体姿勢との差） と、 制御周期の間におけるグロ一バル座標系から見た目標歩容の上体姿勢の 変化量 （前回の制御周期での目標上体姿勢と今回の制御周期での目標上 体姿勢との差） との差 （以下、 上体姿勢変化量差という） を算出する。 なお、 グローバル座標系から見た目標歩容の上体姿勢とは、 現在の推定 支持脚座標系上で、 1歩の間、 口ポッ ト 1の姿勢傾きやスピンが発生す ることなく、 口ポッ ト 1が目標歩容通りに運動したと仮定した場合のグ ローパル座標系から見た上体姿勢のことである。 ただし、 推定支持脚座 標系とは、 実際のロボッ ト 1の支持脚足平 2 2の位置姿勢に対応した支 持脚座標系である。 より詳しくは、 推定支持脚座標系は、 実際のロポッ ト 1の支持脚足平 2 2を、 その位置姿勢から接地面との間で滑らさない で水平まで回転させた時の、 該支持脚の足首関節の中心から接地面への 垂直投影点を原点とし、 該支持脚足平 2 2のつま先に向かう水平軸を X 軸とし、 鉛直軸を Z軸、 これらに直交する座標軸を Y軸にとった座標系 である。 結局、 本実施形態においては口ポッ ト 1の自己位置の推定値と して推定支持脚座標系の位置姿勢 （位置及び鉛直軸回りの向き） が推定 される。 なお、 推定支持脚座標系の原点の位置および座標軸の向きは、 グロ一バル座標系によって表される。

また、 S 0 1 0の初期化処理において、 推定支持脚座標系の初期値

(初期位置姿勢） がセットされているものとする。

次いで S 2 2 0 4に進み、 姿勢回転中心を決定する。 具体的には、 そ の瞬間の目標 Z M P (現在の目標 Z M P ) が姿勢回転中心として決定さ れる。 ここで、 本実施形態では、 遊脚の振り出し等によって支持脚足平 2 2が接地面でスピンを生じる場合があることを考慮し、 制御周期の間 の推定上体姿勢の変化量と目標上体姿勢の変化量との差である前記上体 姿勢変化量差が支持脚足平 2 2のスピンによって生じたものであるとみ なす。 そして、 上記姿勢回転中心は、 支持脚足平 2 2のスピンの回転中 心を意味する。

次いで S 2 2 0 6に進み、 現在の推定支持脚座標系 （図 1 1に示す時 刻 t _ Δ tにおける推定支持脚座標系） を、 前記 S 2 2 0 2で求めた上 体姿勢変化量差だけ、 前記姿勢回転中心まわりに回転させたものを改め て現在の推定支持脚座標系 （図 1 1に示す時刻 tにおける推定支持脚座 標系） と決定する。 すなわち、 今回の制御周期 （現在時刻 t ) における 推定支持脚座標系の位置姿勢を決定する。 なお、 S 2 2 0 2で求められ る上体姿勢変化量差'は、 一般には、 鉛直軸回りの成分だけでなく、 水平 軸回りの成分も含まれるため、 上記の如く新たに決定される推定支持脚 座標系の Z軸の方向は鉛直方向になるとは限らない。 そこで、 本実施形 態では、 前記上体姿勢変化量差の分だけ現在の （時刻 t - Δ 1:の） 推定 支持脚座標系を前記姿勢回転中心回りに回転させた後、 推定支持脚座標 系の Z軸を鉛直方向に向けるように該推定支持脚座標系をその原点回り に回転させ、 それにより新たな （時刻 tの） 推定支持脚座標系を決定す る。 あるいは、 前記上体姿勢変化量差のうちの、 鉛直軸回りの成分だけ. 現在の （時刻 t 一 A tの） 推定支持脚座標系を前記姿勢回転中心回りに 回転させることで、 新たな推定支持脚座標系を決定するようにしてもよ い。

次いで S 2 2 0 8に進み、 現在時刻 tが遊脚足平 2 2の着地時刻 （ 1 歩分の今回歩容の生成が完了する時刻） であるか否か、 すなわち歩容の 切り替わり目であるか否かが判定される。 S 2 2 0 8の判定結果が Y E Sである場合には、 以下の処理が行われ る。 すなわち、 まず S 2 2 1 0に進み、 現在の推定支持脚座標系 （S 2 2 0 6で決定したもの） に対する次回歩容の推定支持脚座穰系 （次回に 着地する遊脚の足平 2 2の着地位置姿勢に対応する推定支持脚座標系） の相対位置姿勢関係が、 目標歩容 （より詳しくは、 時刻 t 一 Δ ΐ (歩容 の切り替わり目の 1つ前の制御周期） までに生成した今回歩容） におけ る支持脚座標系に対する次回歩容の支持脚座標系の相対位置姿勢関係と 同一関係になるように、 次回歩容推定支持脚座標系の位置及び向きを決 定する。 ここで、 上記目標歩容における支持脚座標系に対する次回歩容 の支持脚座標系は、 1歩目の着地位置姿勢の要求値に対応する支持脚座 標系である。

次いで S 2 2 1 2に進み、 次回歩容推定支持脚座標系の位置姿勢を現 在の推定支持脚座標系の位置姿勢に代入する。 これにより、 遊脚足平 2 2の着地毎 （ S 2 2 0 8の判定結果が Y E Sになる毎） に、 その遊脚足 平 2 2の実際の着地位置姿勢を代表するものとしての推定支持脚座標系 の位置及び向きが求められる。 そして、 推定支持脚座標系は、 今回歩容 の遊脚足平 2 2が着地するまでは、 口ポッ ト 1のスピンを考慮して、 制御周期毎に更新される。

以上により S O 1 6の自己位置推定処理が終了する。 なお、 本実施形 態では、 上述した如く、 ロボッ ト 1の着地動作毎の足平 2 2の実際の着 地位置姿勢を代表する推定支持脚座標系の位置及び向きを求めるように したが、 自己位置推定処理の手法は上記に限られるものではない。 例え ばロポッ ト 1の上体 3等の所定の部位の位置姿勢 （グロ一バル座標系で の位置姿勢） を公知の慣性航法的な手法により逐次推定しておき、 それ と、 口ポッ ト 1の目標歩容あるいは口ポッ ト 1の各関節の変位検出値と を用いて推定支持脚座標系の位置及び向きを求めるようにしてもよい。 いずれにせよ、 自己位置推定処理は、 ロボット 1の各回の着地動作で着 地する足平 2 2の実際の着地位置姿勢 （姿勢に関しては特に鉛直軸回り の向き） をできるだけ精度よく推定できる手法であればどのような手法 を用いてもよい。

図 9の説明に戻って、 上記の如く自己位置推定処理を実行した後、 S 0 1 8に進み、 歩容の切り替わり目 （前回歩容の生成が終了し、 新たな 今回歩容の生成を開始すべき時刻） であるか否かが判断される。 そして. その判断結果が Y E Sであるときは S 0 2 0に進み、 N Oであるときは S 0 3 8に進む。

S 0 2 0に進むときは時刻 tを 0に初期化する。

次いで S 0 2 2に進み、 前記軌道誘導部 2 2 0による軌道誘導処理が 実行され、 次回歩容支持脚座標系および次次回歩容支持脚座標系が決定 される。 次回歩容支持脚座標系は、 今回歩容での遊脚の足平 2 2の着地 位置姿勢 （ 1歩目の着地位置姿勢） の要求値に対応する支持脚座標系で あり、 次次回歩容支持脚座標系は、 次回歩容で遊脚となる脚体 2の足平 2 2の着地位置姿勢 （ 2歩目の着地位置姿勢） の要求値に対応する支持 脚座標系である。 S 0 2 2における軌道誘導処理が本願発明の特徴部分 をなす部分であるが、 この説明は後述することとする。 なお、 S O 2 2 では、 今回歩容周期および次回歩容周期も決定される。 これらの歩容周 期は、 前記ジョイスティ ック 7 3の操作や、 あらかじめ定められた移動 計画等により設定される口ポッ ト 1の要求移動速度 （あるいは要求着地 時刻） に基づいて決定される。

次いで S O 2 4に進む。 なお、 この S O 2 4以降、 S 0 3 Qまでの処 理は、 本願出願人が先に提案した P C T公開公報 WO/ 02/ 40224 や PCT/ JP02/ 13596 号等に詳細に説明されているので、 以下では簡略 的な説明に留める。 S 0 2 4では、 今回歩容がつながるべき定常旋回歩容の歩容パラメ一 夕が、 S 0 2 2で決定された次回歩容支持脚座標系、 次次回歩容支持脚 座標系、 今回歩容周期および次回歩容周期等に基づいて決定される。 主 に、 目標足平位置姿勢軌道を規定する足平軌道パラメ一夕、 目標上体姿 勢の基準軌道を規定する基準上体姿勢軌道パラメ一夕、 目標腕姿勢軌道 を規定する腕姿勢軌道パラメータ、 目標 Z M P軌道を規定する Z M P軌 道パラメータ、 目標床反力鉛直成分軌道を規定する床反力鉛直成分軌道 パラメータが決定される。 例えば床反力鉛直成分軌道パラメータに関し て例示すると、 前記図 8 ( a ) に示したパターンの折れ点の時刻や値が 床反力鉛直成分軌道パラメ一夕として決定される。

ここで、 前記定常旋回歩容は、 その歩容を繰り返したときに歩容の境 界において口ポッ ト 1の運動状態に不連続が生じないような周期的歩容 を意味する （以降、 「定常旋回歩容」 を 「定常歩容」 と略す場合もある）, 定常旋回歩容の 1周期分の歩容は、 図 1 2に示すように、 今回歩容の 支持脚座標系 （図の X Y座標） に対応する支持脚の足平 2 2 (図示の例 では、 口ポッ ト 1の右側の足平 2 2 R ) を次次回歩容支持脚座標系 （図 の X " Y "座標） に対応する位置姿勢まで動かすときの歩容に対応する第 1旋回歩容と、 次回歩容支持脚座標系 （図の Χ ' Υ '座標） に対応する支 持脚の足平 2 2 (図示の例では、 口ポッ ト 1の左側の足平 2 2 L ) を次 次次回支持脚座標系 （図の Χ '" Υ '"座標） に対応する位置姿勢まで動か すときの歩容に対応する第 2旋回歩容とからなる。 この場合、 次次次回 歩容支持脚座標系は、 第 2旋回歩容の遊脚足平 2 2の目標着地位置姿勢 に対応するものである。 そして、 該次次次回歩容支持脚座標系は、 次次 回歩容支持脚座標系 （第 2旋回歩容の支持脚座標系） から見た該次次次 回歩容支持脚座標系の位置姿勢 （位置及び向き） が、 今回歩容支持脚座 標系から見た次回歩容支持脚座標系 （今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位 置姿勢） の位置姿勢 （位置及び向き） に一致するように設定される。 尚， ここで定常旋回歩容に関して 「旋回」 なる用語を用いたのは、 旋回率を 零とするときは直進を意味するので、 直進も広義の意味で旋回に含ませ ることができるからである。

定常旋回歩容は、 歩容生成装置 2 0 0で今回歩容の終端における発散 成分や上体鉛直位置速度を決定するために暫定的に作成される仮想的な 周期的歩容であり、 ロボッ ト 1を実際に制御するために歩容生成装置 2

0 0からそのまま出力されるものではない。

尚、 「発散」 とは、 上体 3の位置が両足平 2 2， 2 2の位置からかけ 離れた位置にずれてしまうことを意味する。 発散成分の値とは、 2足移 動口ポッ トの上体の位置が両足平の位置 （厳密には、 支持脚接地面に設 定された支持脚座標系の原点） からかけ離れていく具合を表す数値であ り、 上体 3の水平方向の位置及びその速度の関数で表される。

本実施形態では、 これから生成する今回歩容の後につながる定常歩容 を移動要求 （前記 2歩先までの遊脚の足平 2 2の着地位置姿勢、 着地時 刻などの要求値） に応じて設定し、 定常歩容の初期発散成分を求めてか ら、 今回歩容の終端発散成分を定常歩容の初期発散成分に一致させるよ うに、 今回歩容を生成するようにした。 その詳細は、 本出願人が提案し た前記 P C T公開公報 WOZ 02740224、 あるいは PCTZJP02/ 13596 号等に説明されているので、 ここではこれ以上の説明を省略する。

S 0 2 4の処理を行って定常歩容の歩容パラメータを決定した後、 S 0 2 6に進み、 定常旋回歩容の初期状態 （初期上体水平位置速度、 初期 上体鉛直位置速度、 初期発散成分、 初期上体姿勢角および角速度） を決 定する。

次いで、 S 0 2 8に進み、 今回歩容の歩容パラメータを決定 （一部仮 決定） する。 この場合、 決定される今回歩容の歩容パラメ一夕は、 定常 旋回歩容の歩容パラメ一夕と同様、 主に、 足平軌道パラメータ、 基準上 体姿勢軌道パラメ一夕、 腕姿勢軌道パラメ一夕、 目標 Z M P軌道パラメ —夕、 目標床反力鉛直成分軌道パラメ一夕であり、 それぞれのパラメ一 夕により規定される軌道が、 定常旋回歩容の軌道に連続するように決定 される。 ただし、 これらのパラメ一夕のうち、 目標 Z M P軌道パラメ一 夕は暫定的なものである。 この S 0 2 8の処理の詳細は、 前記 P C T公 開公報 WOZ 02/ 40224、 あるいは PCTZJP02Z 13596 号等に説明さ れているので、 ここではこれ以上の説明を省略する。

次いで S 0 3 0に進み、 今回歩容の終端発散成分が定常歩容の初期発' 散成分に一致するように、 今回歩容の歩容パラメ一夕が修正される。 こ こで修正される歩容パラメ一夕は、 目標 Z M P軌道パラメータである。 なお、 S 0 2 6から S 0 3 0の処理では、 口ポッ ト 1の運動と床反力 との関係を表す動力学モデルが用いられる。 その動力学モデルとしては 前記？ C T公開公報 WO/ 02/ 40224に記載の単純化モデルあるいは、 本出願人が提案した特開 2002-326173 号公報に記載の多質点モデル (フルモデル） などを用いれば良い。

次いで S O 3 2に進み、 目標 Z M Pが所定の許容範囲に存在している か否かが判断される。

なお、 目標 Z M Pの前記許容範囲は、 目標 Z M Pの存在可能範囲 （接 地面を含む最小凸多角形で、 いわゆる支持多角形） 内に設定される。

修正された今回歩容の歩容パラメータがその他の歩容の制約条件を満 足しているか否かを判断しても良い。 なお、 歩容の制約条件に関しては 前記 P C T公開公報 WO/ 02/ 40224に詳細が述べられている。

S 0 3 2の判断結果が N Oである場合には、 S 0 3 4に進み、 後述す る軌道誘導補正サブルーチンを軌道誘導部 2 2 0により実行することに より、 S 0 2 2の軌道誘導サブルーチンで決定した次回歩容支持脚座標 系及び次次回歩容支持脚座標系を修正する。 S O 3 4における処理も S 0 2 2と同様、 この出願に係る発明の中核をなす部分であるが、 この説 明は後述することとする。

次いで S O 3 6を経て、 S O 2 4に戻り、 該 S O 2 4からの処理が再 び実行される。

S 0 3 2の判断結果が Y E Sである場合、 あるいは S 0 1 8の判断結 果が N Oである場合には、 S 0 3 8に進み、 S O 3 0で最終的に決定し た今回歩容パラメータに基づいて前記動力学モデルを用いて今回歩容瞬 時値を決定する。 この処理の詳細は、 前記 P C T公開公報 WO/ 02ノ 40224 あるいは、 PCTZ JP02/ 13596 号において説明されているので. ここではこれ以上の説明を省略する。

次いで S 0 4 0に進み、 スピン力をキャンセルする腕振り動作が決定 される。

次いで S 0 4 2に進み、 歩容生成用時刻 t を Δ tだけ増やした後、 S 0 1 4に戻り、 以上のごとく歩容生成を続ける。

以上が、 歩容生成装置 2 0 0の歩容生成処理、 自己位置姿勢推定部 2 2 4の自己位置姿勢推定処理、 並びに軌道誘導部 2 2 0の軌道誘導処理 の概要である。

図 6を参照してこの実施形態に係る制御ュニッ ト 6 0の制御処理をさ らに説明すると、 歩容生成装置 2 0 0において、 上記したように目標歩 容が生成される。 生成された目標歩容のうち、 目標上体位置姿勢 （執 道） 及び目標腕姿勢 （軌道） は、 口ポット幾何学モデル （逆キネマティ クス演算部） 2 0 2に直接送られる。

また、 目標足平位置姿勢 （軌道）、 目標 Z M P軌道 （目標全床反力中 心点軌道）、 および目標全床反力 （軌道） （目標床反力水平成分と目標床 反力鉛直成分） は、 複合コンプライアンス動作決定部 2 0 4に直接送ら れる一方、 目標床反力分配器 2 0 6にも送られる。 目標床反力分配器 2 0 6では、 目標全床反力は各足平 2 2 R, 2 2 Lに分配され、 目標各足 平床反力中心点および目標各足平床反力が決定される。 その決定された 目標各足平床反力中心点および目標各足平床反力が複合コンプライアン ス動作決定部 2 0 4に送られる。

複合コンプライアンス動作決定部 2 0 4では、 機構変形補償付き修正 目標足平位置姿勢軌道が生成され、 それがロボッ ト幾何学モデル 2 0 2 に送られる。 口ポッ ト幾何学モデル 2 0 2は、 目標上体位置姿勢 （軌 道） と機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢 （軌道） が入力されると. それらを満足する脚体 2 , 2の 1 2個の関節 （ 1 0 R (L) など） の関 節変位指令 （値） を算出して変位コントローラ 2 0 8に送る。 変位コン トローラ 2 0 8は、 ロポッ ト幾何学モデル 2 0 2で算出された関節変位 指令 （値） を目標値として口ポッ ト 1の 1 2個の関節の変位を追従制御 する。

口ポッ ト 1 に生じた床反力 （詳しくは実各足平床反力） は 6軸力セン サ 5 0によって検出される。 その検出値は前記複合コンプライアンス動 作決定部 2 0 4に送られる。 また、 前記図 1 0の S 2 2 0 0で求められ た推定上体姿勢と歩容生成装置 2 0 0が生成した目標上体姿勢との差の うちの傾き成分、 すなわち姿勢傾斜偏差 0 errx, 0 erry が姿勢安定化 制御演算部 2 1 2 に送られる。 なお、 0 errx はロール方向 （X軸回 り） の傾き成分であり、 0 erry はピッチ方向 （Y軸回り） の傾き成分 である。 この姿勢安定化制御演算部 2 1 2で、 口ポッ ト 1の上体姿勢の 傾きを目標歩容の上体姿勢の傾きに復元するための目標全床反力中心点 (目標 Z MP) まわりの補償全床反力モーメント Mdmd が算出されて 複合コンプライアンス動作決定部 2 0 4に送られる。 複合コンプライア ンス動作決定部 2 0 4は、 入力値に基づいて目標床反力を修正する。 具 体的には、 目標全床反力中心点 （目標 Z M P ) まわりに補償全床反カモ 一メント Mdmdが作用するように目標床反力を修正する。

複合コンプライアンス動作決定部 2 0 4は、 修正された目標床反力に， センサ検出値などから算出される実ロボッ トの状態および床反力を一致 させようと上記機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢 （軌道） を決定 する。 ただしすベての状態を目標に一致させることは事実上不可能であ るので、 これらの間にトレードオフ関係を与えて妥協的になるベく一致 させる。 すなわち、 各目標に対する制御偏差に重みを与えて、 制御偏差 (あるいは制御偏差の 2乗） の重み付き平均が最小になるように制御す る。 これにより口ポッ ト 1の実際の足平位置姿勢と全床反力とが歩容生 成装置 2 0 0で生成された目標足平位置姿勢と目標全床反力とに概ね追 従するように制御される。

補足すると、 機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢 （軌道） は、 複 合コンプライアンス動作決定部 2 0 4によって修正された床反力の目標 値を発生させるために必要な足平の変形機構 （前記図 3の足平機構の弹 性部材 1 0 6、 足底弾性体 7 1及び袋状部材 1 0 9 ) の変形量を変形機 構の力学モデル （ばねダンパーモデル等） を用いて求めて、 その変形量 が発生するように修正した目標足平位置姿勢 （軌道） である。

以下に本発明の第 1実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理を詳説 する。 ^

図 1 3に、 該軌道誘導処理のフローチャートを示す。

まず、 S 3 0 0 0において、 図 1 6に示すように、 現在の推定支持脚 座標系 （前回の制御周期で決定した推定支持脚座標系） の代表点 P(0) の位置と目標経路とを基に、 今回短期目標点 Q(0)を決定する。

目標経路は、 前記推定支持脚座標系の時系列が表す口ポッ 卜 1の実際 の足跡 （遊脚の足平 2 2の着地位置及び向きの列） を沿わせるべき経路 であり、 以下の説明では目標経路を目標足跡経路ということがある。 こ の目標足跡経路は、 あらかじめ設定しておいても良いが、 口ポッ ト 1の 移動中に、 地図情報とロボッ ト 1の推定自己位置姿勢 （グローバル座標 系における推定支持脚座標系の位置及び向き） を基に、 障害物等を回避 しつつ目標点に到達する目標足跡経路を随時生成するようにしてもよい, 本実施形態では、 前記制御ュニッ ト 6 0に備えた前記移動計画部 2 2 2 が目標足跡経路を出力するが、 S 3 0 0 0において生成しても良い。

なお、 支持脚座標系の代表点 P(0)とは、 該支持脚座標系上のある所 定の点である。 この代表点 ： P(0)は、 図 1 4および図 1 5に示すように, 前記した支持脚足平 2 2の位置姿勢と支持脚座標系の位置姿勢との対応 関係を満足するように支持脚座標系に対応させて定まる水平姿勢の支持 脚足平 2 2 R又は 2 2 Lに他方の足平 2 2 L又は 2 2 Rを並列させ （両 足平 2 2 R , 2 2 Lを揃える）、 ロボッ ト 1を通常的な直立姿勢で起立 させた状態 （ロボッ ト 1の左右対称の状態） において、 該代表点 P(0) の Y軸方向 （左右方向） の位置が両足平 2 2 R , 2 2 Lの間の位置にな るように設定される。 すなわち、 支持脚足平 2 2が左側の足平 2 2 Lで ある場合には、 図 1 5に示すように、 該支持脚足平 2 2 Lに対応する支 持脚座標系の代表点 P(0)は、 その Y軸方向の位置が支持脚足平 2 2 L から右側に所定の距離だけ離れた位置なるように設定される。 また、 支 持脚足平 2 2が右側の足平 2 2 Rである場合には、 図 1 4に示すよう、 支持脚足平 2. 2 Rに対応する支持脚座標系の代表点 P(0)は、 その Y軸 方向の位置が支持脚足平 2 2 Rから左側に所定の距離だけ離れた位置に なるように設定される。

また、 支持脚座標系の代表点の X軸方向の位置は、 該支持脚座標系に 対応する支持脚足平 2 2の踵の近く、 あるいはつま先の近くに設定する ことが好ましい。 支持脚座標系の代表点を支持脚足平 2 2の踵近くに設 定した場合には、 左右の足平 2 2 R , 2 2 Lに対応する支持脚座標系の 代表点をある床に固定された点に一致させたまま、 両足平 2 2 R , 2 2 Lのつま先を開いたり閉じたりして、 その場旋回させても、 足平 2 2 R : 2 2 L同士が干渉しない。 また、 支持脚座標系の代表点は、 足平 2 2の つま先近くに設定した場合には、 左右の足平 2 2 R， 2 2 Lに対応する 支持脚座標系の代表点をある床に固定された点に一致させたまま、 両足 平のかかとを開いたり閉じたりしてその場旋回させても、 足平 2 2 R , 2 2 L同士が干渉しない。

これに対して、 支持脚座標系の代表点の X軸方向 （支持脚足平 2 2の 前後方向） の位置を支持脚足平 2 2のつま先と踵との真中付近に設定す ると、 一方の足平 2 2 R又は 2 2 Lに対して他方の足平 2 2 L又は 2 2 Rの向きを少し異なる向きにしただけで、 踵またはつま先が互いに干渉 するようになる。

このようなことから、 本実施形態では、 図 1 4および図 1 5に示すよ うに、 両足平 2 2 R , 2 2 Lを揃えた通常の直立姿勢 （左右対称の姿 勢） において、 両足平 2 2 R , 2 2 Lの左右中央で、 かつ、 踵寄りの点 で、 かつ左右の足平 2 2 R， 2 2 Lにそれぞれ対応する支持脚座標系の 代表点を一致させるように該支持脚座標系の代表点を設定する。 図 1 4 は、 右脚体 2 Rが支持脚であった場合の支持脚座標系の代表点を示す。 図 1 5は、 左脚体 2 Lが支持脚であった場合の支持脚座標系の代表点を 示す。

なお、 支持脚座標系の代表点 P(0)は、 接地時の足平 2 2との相対関 係によって決定される点であるので、 以降、 足平代表点と呼ぶことがあ る。

前記今回短期目標点 Q(0)は、 より具体的には、 線分 P(0)Q(0)がある 所定の長さ LqO になるように、 目標経路 （目標足跡経路） 上に設定す る。 言い換えると、 P(0)を中心とする半径が前記所定の長さ LqO の円 の円周と目標経路との交点に Q(0)を設定する。 ただし、 代表点 P(0)と ロボッ ト 1の最終的な移動目的地の距離が前記所定の長さ LqO 以下の 場合には、 その目的地に Q(0)を設定する。

なお、 前記所定の長さ LqO は、 口ポッ ト 1の要求される移動速度が 速いほど、 長くなるように該移動速度に応じて設定することが好ましい _c 長さ LqO を短くすると、 口ポッ ト 1の足平着地位置が目標経路に漸近 する速度が速くなる代わりに、 足平着地向きの変化率 （または口ポット 1の上体 3のョ一レート） が大きくなる。

次いで S 3 0 0 2に進み、 線分 P(0)Q(0)上に次回歩容支持脚座標系 の代表候補点 R(0)を決定する。 具体的には、 線分 P(0)R(0)がある所定 の長さ LrO になるように、 線分 P(0)Q(0)上に R(0)を設定する。 ただし, P(0)とロポッ ト 1の最終的な移動目的地の距離が前記所定の長さ LrO 以下の場合には、 該目的地に R(0)を設定する。 所定の長さ LrO は、 例 えばロポッ ト 1の要求される移動速度で直進した場合の通常的な歩幅相 当の長さでよい。

次いで S 3 0 0 4に進み、 図 1 6に示すように、 着地許容領域の点で, かつ代表候補点 R(0)に最も近い点を P(l)と決定する。

上記着地許容領域は、 現在の口ポッ ト 1の状態 （今回歩容の開始時の 状態） から遊脚を振って遊脚足平 2 2を着地させた場合に、 脚体 2同士 の干渉が生じる、 脚体 2の動作許容範囲を越える、 脚体 2の関節ァクチ ユエ一夕 （電動モータ 6 4 ) に無理な速度や力が発生する、 などの支障 が発生しないような遊脚足平 2 2の着地時の遊脚足平代表点の位置とそ の遊脚足平の向きとの許容領域 （次回歩容支持脚座標系の代表点の位置 及び向きの許容領域） である。 つまり、 着地許容領域は、 ロボッ ト 1自 身の機構的な （あるいは運動的な） 制約に基づく許容領域である （以下. 着地許容領域を自己依存着地許容領域ということがある）。

したがって、 上記自己依存着地許容領域は、 遊脚足平が着地した状態 で遊脚と支持脚とが干渉しない範囲に含まれる。

例えば口ポッ ト 1の歩行において、 遊脚足平 2 2の着地時での遊脚と 支持脚との干渉を考慮した場合、 遊脚足平 2 2の着地向きが支持脚足平 2 2に対して 0度の場合、 すなわち、 遊脚足平 2 2を支持脚足平 2 2の 向き （支持脚座標系の X軸方向の向き） と同じ向きで着地させる場合に は、 支持脚足平 2 2に対して、 図 1 8に示す太曲線の中が、 該遊脚足平 2 2 に対する着地許容領域 （より詳しくは該遊脚足平代表点の許容領 域） となる。 遊脚足平 2 2の着地向きが支持脚足平 2 2に対して一 3 0 度の場合、 すなわち、 遊脚足平 2 2を支持脚足平 2 2の向き （支持脚座 標系の X軸方向の向き） に対して時計回り方向に 3 0 ° 回転させた向き で着地させる場合には、 図 1 9に示す太曲線の中が着地許容領域 （より 詳しくは該遊脚足平代表点の許容領域） となる。

厳密には、 着地許容領域は、 遊脚足平 2 2の代表点の X座標、 Y座標 と足平着地向き 0 zの組の集合、 すなわち 3次元の集合であり、 図 1 8 は該集合のうち、 足平着地向き 0 zが 0度の部分集合であり、 図 1 9は 足平着地向き Θ zがー 3 0度の部分集合である。 図 1 8および図 1 9は. 3次元の領域である着地許容領域を足平着地向き 0 zがある一定の値で ある平面で切った時の断面の領域である。 この断面の領域を X座標、 Y 座標の組の集合で表わしたものを自己依存着地位置許容領域と呼ぶ。

図 1 8および図 1 9では、 遊脚着地状態で遊脚と支持脚が干渉しない 範囲に自己依存着地許容領域を一致させた例を示したが、 遊脚足平 2 2 の現在位置姿勢 （今回歩容の開始時の遊脚足平 2 2の位置姿勢） によつ ては、 遊脚の現在位置姿勢から着地位置姿勢まで移動する間に、 遊脚が 支持脚に干渉する場合もある。 そして、 この遊脚の運動中の干渉を考慮 すると、 自己依存着地許容領域は、 遊脚の現在位置姿勢に依存して、 遊 脚着地状態で遊脚と支持脚とが干渉しない範囲 （図 1 7及び図 1 8に例 示した着地許容領域） よりも狭くなる場合もある。

なお、 自己依存着地許容領域は、 ロボッ ト 1の移動中にリアルタイム に求めても良いが、 本実施形態では、 制御ユニッ ト 6 0のコン.ピュ一夕 の演算負荷を低減するために、 あらかじめ定めたマップにより自己依存 着地許容領域が設定される。 この場合、 自己依存着地許容領域は、 支持 脚座標系に対する相対的な許容領域としてマツプ化されており、 現在の 推定支持脚座標系の位置姿勢 （位置及び向き） と、 現在の推定支持脚座 標系に対する現在の遊脚足平 2 2の位置姿勢と、 前記線分 P(0)Q(0)の 向きにより定まる遊脚足平 2 2の着地向きとから上記マツプにより自己 依存着地位置許容領域が設定される。 なお、 自己依存着地許容領域の、 支持脚座標系に対する相対的な領域 （領域の境界） を演算式によりあら かじめ定めておき、 その演算式を用いて自己依存着地位置許容領域を設 定するようにしてもよい。

また、 遊脚着地までの時間の余裕が少ない時にも、 遊脚足平 2 2の自 己依存着地許容範囲は狭く限定される場合がある。 この場合、 自己依存 着地許容領域は、 遊脚足平 2 2の着地位置姿勢を変更する前の着地位置 姿勢 （前回軌道誘導処理において、 決定あるいは修正した次回歩容支持 脚座標系） に依存する。

S 3 0 0 4においては、 具体的には、 代表候補点 R(0)が前記着地位 置許容領域内に存在する場合 （換言すると、 代表候補点 R(0)と前記遊 脚着地向きとの組が前記着地許容領域内に存在する場合） には、 該代表 候補点 R(0)がそのまま今回歩容の遊脚足平 2 2の着地時の代表点 P(l) として決定される。 また、 図 1 6に示すように、 代表候補点 R(0)が着 地位置許容領域から逸脱している場合には、 着地位置許容領域の境界 (太線） 上の点で、 かつ代表候補点 R(0)に最も近い点が P(l)として決 定される。

なお、 足平代表点の X座標、 Y座標と足平向き Θ zを要素とする 3次 元空間において、 任意の 2点 M= (X_M, ΥΜ， θ ΖΜ) Ν= (Χ_Ν, ΥΝ, 6>_ΖΝ) の間の距離ノルム a_MNを、 例えば、

"MW叫 w x_M -x +W_Y{Y_M -Y ₊w_z(e_m -e_W

(但し、 W_X， W_Y, W_zは重み係数）

と定義し、 X座標、 Y座標が R(0)の座標で、 足平向きが 0 zである 3 次元空間上の点から、 前記距離ノルムが最小となる自己依存着地許容領 域内の点の位置と向きを次回歩容支持脚座標系の位置と向きとして決定 しても良い。

次いで S 3 0 0 6に進み、 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置を表す 代表点 P(l)の位置と線分 P(0)Q(0)の向きとを基に、 次回歩容支持脚座 標系の位置及び向きが決定される。 より具体的には、 次回歩容支持脚座 標系の代表点の位置が P(l)で、 且つ次回歩容支持脚座標系の X軸向き が線分 P(0)Q(0)の向きとなるように、 次回歩容支持脚座標系の位置と 向きとが決定される。

なお、 上記の説明では、 次回歩容支持脚座標系の向きを線分 P(0)Q(0)の向きに決定したが、 この向きは、 今回歩容支持脚座標系に対 する次回歩容支持脚座標系の向きの旋回許容範囲 （口ポッ ト 1の機構的 な制約によって規定される範囲で、 前記着地許容領域が存在し得る次回 歩容支持脚座標系の向きの範囲） を逸脱する場合もある。 そして、 この ような場合には、 次回歩容支持脚座標系の向きは、 強制的に上記旋回許 容範囲の上限もしくは下限の向きに決定され、 その決定した向きに応じ て前記 S 3 0 0 2〜S 3 0 0 6の処理と同様に、 次回歩容支持脚座標系 の位置が決定される。 このことは、 以下に説明する次次回支持脚座標系 の位置および向きの決定処理 （具体的には S 3 0 1 0〜 S 3 0 1 4の処 理） においても同様である。

次いで S 3 0 0 8に進み、 次回歩容支持脚座標系の代表点 P(l)と目 標経路を基に、 図 1 7のように次回短期目標点 Q(l)を決定する。 より 具体的には、 次回短期目標点 Q(l)は、 線分 P(1)Q(1)が、 ある所定の長 さ Lql になるように、 目標足跡経路上に設定される。 ただし、 P(l)と 口ポッ ト 1の最終的な移動目的地との距離が前記所定の長さ Lql 以下 の場合には、 該目的地に Q(l)を設定する。 Lql は前記 LqO と同一長さ で良いが、 異なる値に設定しても良い。

次いで S 3 0 1 0 に進み、 線分 P(1)Q(1)上に次次回歩容支持脚座標 系の代表候補点 R(l)を決定する。 具体的には、 線分 P(1)R(1)がある所 定の長さ Lrl になるように、 線分 P(1)Q(1)上に R(l)を設定する。 ただ し、 P(l)とロボッ ト 1の最終的な移動目的地との距離が前記所定の長さ Lrl 以下の場合には、 該目的地に R(l)を設定する。 Lrl は前記 LrO と 同一長さで良いが、 異なる値に設定してもよい。

次いで S 3 0 1 2に進み、 図 1 7に示すように、 次回歩容支持脚座標 系に対して設定した着地位置許容領域 （遊脚着地向きを線分 P(1)<¾(1) の向きとした場合の着地位置許容領域） 内の点で、 かつ代表候補点 R(l)に最も近い点を P(2)と決定する。 具体的には、 代表候補点 R(l)が 次回歩容支持脚座標系に対応する着地位置許容領域内にない場合には、 該着地位置許容領域の境界 （太線） 上の点で、 かつ代表候補点 R(l)に 最も近い点が P(2)として決定される。 また、 図 1 7に示すように、 代 表候補点 R(l)が着地位置許容領域内にある場合には、 代表候補点 R(l) がそのまま代表点 P(2)として決定される。

次いで S 3 0 1 4に進み、 S 3 0 0 4と同様、 次次回歩容支持脚座標 系の代表点 P(2)の位置と線分 P(1)Q(1)の向きとを基に、 次次回歩容支 持脚座標系の位置と向きとが決定される。 より具体的には、 次次回歩容 支持脚座標系の代表点の位置が P(2)で、 且つ次次回歩容支持脚座標系 の X軸向きが線分 P(1)Q(1)の向きとなるように、 次次回歩容支持脚座 標系の位置と向きとが決定される。

以上が第 1実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理である。

次に、 前述のごとく、 図 9の S 0 2 4から S 0 3 2まで実行し、 S O 3 2において目標 Z M Pが許容範囲に存在していないと判断されると、 S 0 3 4に進み、 軌道誘導補正サブルーチンが実行される。

以下に S 0 3 4の軌道誘導補正サブル一チンの処理を図 2 0のフロー チヤ一トを参照して説明する。

まず、 S 3 1 0 0において、 目標 Z M Pが許容範囲を越えた分を求め る。 以降、 これを e とする。 eは、 今回歩容の支持脚座標系の X軸成分 と Y軸成分とからなるベク トルである。 なお、 許容範囲を越えていない 成分は 0にする。

次いで S 3 1 0 2に進み、 次式 1を用いて、 前記軌道誘導サブルーチ ンで求めた R(0) (右辺の R(0)) を基に、 新たな R(0) (左辺の R(0)) を 求める。 ただし、 Kaは所定の係数である。

R(0) = Ka * e + R(0) …式 1 このようにする理由を述べると、 軌道誘導補正サブルーチンにおいて 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置を修正すると、 その後 S 0 3 0にお いて今回歩容の終端発散成分が定常旋回歩行の初期発散成分に一致する ように、 目標 Z M P軌道パラメータを修正した時に、 今回歩容の遊脚足 平 2 2の着地位置の修正量と目標 Z M P軌道パラメ一夕の修正量が比例 するからである。 故に、 式 1により、 R(0)を変更する.ことにより、 '目標 Z M Pが許容範囲を越えないようになるか、 あるいは少なくとも目標 Z MPが許容範囲を越える分が減少する。

次いで S 3 1 04から S 3 1 1 4までを、 図 1 3の S 3 0 0 4から S 3 0 1 4までと同様に実行する。 なお、 R(l)も、 R(0)と同様、 Z MP超 過分に応じて変更しても良いが必ずしも変更する必要はない。 これは、 R(l)が、 口ポッ ト 1の実際の制御には用いない仮想的な周期的歩容であ る定常旋回歩容を決定するために使用される次次回歩容支持脚座標系の 代表点であるからである。

上記のごとく、 軌道誘導補正サブルーチンにおいては、 目標 ZMPが 許容範囲を越えていたら、 目標 ZMPが許容範囲を越えないように、 あ るいは少なくとも目標 Z M Pが許容範囲を越えた分が減少するように、 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置 （目標着地位置）、 すなわち次回歩 容支持脚座標系の位置が修正される。

軌道誘導補正サブルーチンが完了した後、 図 9の S O 3 6を経て、 S 0 2 4に戻り、 上記の処理を再び実行する。 以降、 S O 3 2において目 標 ZMPが許容範囲に存在すると判断されると、 S O 3 8に進む。 した がって、 S O 3 8に進んだ時には、 前記着地許容領域 （自己依存着地許 容領域） の制約と目標 Z MP許容範囲とのいずれも満足した、 次回歩容 支持脚座標系 （次回着地位置姿勢）、 次次回歩容支持脚座標系 （次次回 着地位置姿勢） が決定されている。

なお、 軌道誘導補正サブルーチンでは、 次回歩容支持脚座標系及び次 次回歩容支持脚座標系の位置以外のその他の歩容パラメータ （例えば歩 容周期等） を修正することで、 目標 Z MPが許容範囲に収まるように今 回歩容パラメータを決定するようにすることも可能である。

なお、 以上説明した第 1実施形態は、 本発明の第 1〜第 9発明の一実 施形態であり、 前記歩容生成処理、 自己位置姿勢推定処理がそれぞれ、 目標歩容決定手段、 足平着地位置 · 向き推定手段に対応している。 また, 前記軌道誘導処理及び軌道誘導補正処理が足平目標着地向き決定手段に 対応している。

次に本発明の第 2実施形態を図 2 1〜図 2 4を参照して説明する。 第 2実施形態においては、 前記図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理および S 0 3 4の軌道誘導補正処理以外は、 第 1実施形態と同じである。 従って、 以下では、 第 2実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理と S 0 3 4の軌道誘導補正処理のみを説明する。

図 2 1は、 第 2実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理を示 すフローチヤ一トである。

第 2実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理を図 2 1を参照して詳 説すると、 まず、 S 3 2 0 0において、 現在の推定支持脚座標系 （現在 時刻 tの制御周期における図 9の S 0 1 6で求めた推定支持脚座標系） の代表点 P(0)と目標経路 （目標足跡経路） とを基に、 図 2 2に示すよ うに、 代表点 P (0)から目標足跡経路に漸近する曲線 Cを決定する。 具 体的には、 軌道誘導制御される無人搬送車や自動運転車が目標経路に漸 近する場合の軌跡になるように曲線 Cを決定する。

より具体的には、 前記曲線 C上の任意の点 Aから目標経路に降ろした 垂線と目標経路との交点を点 Bとした時、 前記曲線 Cの点 Aにおける曲 率を次式 2により決定する。 曲線の点 Aにおける曲率

= K a * (線分 A Bの長さ）

+ K b * (点 Aにおける曲線の接線向き一点 Bにおける目標経路の接 線向き）

…式 2 ただし、 K a、 K bは所定のゲインである。

次いで S 3 2 0 2に進み、 前記曲線 C上に次回歩容支持脚座標系の代 表候補点 R(0)を決定する。 具体的には、 線分 P(0)R(0)がある所定の長 さ LrO になるように、 前記曲線上に R(0)を設定する。 ただし、 P(0)と 口ポッ ト 1の最終的な移動目的地の距離が前記所定の長さ LrO 以下の 場合には、 該目的地に (0)を設定する。

次いで S 3 2 0 4に進み、 前記第 1実施形態で説明した図 1 3の S 3 0 0 4の処理と同様、 現在の推定支持脚座標系に対する自己依存着地位 置位置許容領域 （着地向きが代表候補点 R(0)での前記曲線 Cの接線向 きである自己依存着地位置許容領域） 内の点で、 かつ代表候補点 R(0) に最も近い点を P(l)と決定する。

次いで S 3 2 0 6に進み、 図 2 2に示すように、 次回歩容支持脚座標 系の代表点の位置が P(l)で次回歩容支持脚座標系の X軸向きが代表点 P(l)における前記曲線 Cの接線向き （より正確には、 代表点 P(l)から 曲線 Cに降ろした垂線と該曲線 Cの交点における曲線 Cの接線向き） と なるように、 次回歩容支持脚座標系の位置と向きとを決定する。

補足すると、 P(l)における前記曲線 C の接線向きと R(0)における前 記曲線 Cの接線向きは、 ほぼ等しいと考えられるので、 上記の如く決定 される次回歩容支持脚座標系に位置と向きの組は、 ほぼ自己依存着地許 容領域を満足する。

次いで S 3 2 0 8に進み、 前記曲線 C上に次次回歩容支持脚座標系の 代表候補点 R(l)を決定する。 具体的には、 線分 P(1)R(1)が、 ある所定 の長さ Lql になるように、 前記曲線 C上に R(l)を設定する。 ただし、 P(l)とロポッ ト 1 ©最終的な移動目的地との距離が前記所定の長さ Lql 以下の場合には、 該目的地に R(l)を設定する。 Lql は LqO と同一で良 いが、 異なる値に設定しても良い。 次いで S 3 2 1 0に進み、 前記第 1実施形態で説明した図 1 3の S 3 0 1 2 と同様、 次回歩容支持脚座標系に対する自己依存着地許容領域 (着地向きが代表候補点 R(l)での前記曲線 Cの接線向きである自己依 存着地位置許容領域） の点で、 かつ代表候補点 R(l)に最も近い点を P(2)と決定する （図 2 3参照）。

次いで S 3 2 1 2に進み、 図 2 3に示すように、 次次回歩容支持脚座 標系の代表点の位置が P(2)で次次回歩容支持脚座標系の X軸向きが代 表点 P(2)における前記曲線の接線向き （より正確には、 代表点 P(2)か ら曲線 Cに降ろした垂線と該曲線 Cの交点における曲線 Cの接線向き） となるように、 次次回歩容支持脚座標系の位置と向きとを決定する。 以上が第 2実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理である。

次いで、 第 2実施形態における図 9の S 0 3 4の軌道誘導補正サブル 一チンの処理をその処理のフローチャートである図 2 4を用いて説明す る。

まず、 S 3 3 0 0において、 前記第 1実施形態で説明した図 2 0の S 3 1 0 0と同様、 目標 Z MPが許容範囲を越えた分 eを求める。

次いで S 3 3 0 2に進み、 第 1実施形態の図 2 0の S 3 1 0 2と同様 前記式 1によって、 R(0)を求める。

次いで S 3 3 04から S 3 3 1 2まで、 図 2 1の S 3 2 0 4から S 3 2 1 2までの処理と同様の処理を実行する。

なお、 以上説明した第 2実施形態は、 前記第 1実施形態と同様、 本発 明の第 1〜第 9発明の実施形態である。

次に、 本発明の第 3実施形態を図 2 5〜図 2 7を参照して説明する。 第 3実施形態においては、 前記図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理および S 0 3 4の軌道誘導補正処理以外は、 第 1実施形態と同じである。 従って 以下では、 第 3実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理と S 0 3 4の軌道誘導補正処理のみを説明する。

図 2 5は、 第 3実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理を示 すフローチヤ一トである。

第 3実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理を詳説すると、 まず、 S 3 4 0 0において、 図 2 6に示すように、 前記第 1実施形態で 説明した図 1 3の S 3 0 0 0と同様に、 現在の推定支持脚座標系の代表 点 P(0)と目標経路 （目標足跡経路） とを基に、 今回短期目標点 <¾(0)を 決定する。

次いで S 3 4 0 2に進み、 現在の推定支持脚座標系に対する自己依存 着地位置許容領域 （着地向きが線分 P(0)Q(0)の向きである自己依存着 地位置許容領域） を越えないように、 線分 P(0)Q(0)上に次回歩容支持 脚座標系の代表点 P(l)を決定する。 具体的には、 図 2 6に示すように. 自己依存着地位置許容領域の境界線と線分 P(0)(¾(0)の交点に P(l)を設 定する。 自己依存着地位置許容領域は第 1実施形態と同様に設定される < 次いで S 3 4 0 4に進み、 図 2 6に示すように、 前記第 1実施形態の 図 1 3の S 3 0 0 6 と同様、 次回歩容支持脚座標系の代表点の位置が P(l)で、 且つ次回歩容支持脚座標系の X軸向きが線分 P(0)Q(0)の向き となるように、 次回歩容支持脚座標系の位置と向きとを決定する。

次いで S 3 4 0 6に進み、 図 2 6に示すように、 前記第 1実施形態の 図 1 3の S 3 0 0 8 と同様に、 次回歩容支持脚座標系の代表点 P(l)と 目標経路 （目標足跡経路） とを基に、 次回短期目標点 Q(l)を設定する, 次いで S 3 4 0 8に進み、 次回歩容支持脚座標系に対する自己依存着 地位置許容領域 （着地向きが線分 P(1)Q(1)の向きである自己依存着地 位置許容領域） を越えないように、 線分 P(1)Q(1)上に次次回歩容支持 脚座標系の代表点 P(2)を決定する。 具体的には、 次回歩容支持脚座標 系に対する自己依存着地位置許容領域の境界線と線分 P(1)Q(1)の交点 に P(2〉を設定する （図 2 6参照）。 なお、 図 2 6では次回歩容支持脚座 標系に対する自己依存着地位置許容領域は図示を省略している。

次いで S 34 1 0に進み、 図 2 6に示すように、 前記第 1実施形態の 図 1 3の S 3 0 1 4と同様、 次次回歩容支持脚座標系の代表点の位置が P(2)で、 且つ次次回歩容支持脚座標系の X軸向きが線分 P(1)Q(1)の向 きとなるように、 次次回歩容支持脚座標系の位置と向きとを決定する。 以上が第 3実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理である。 次いで、 第 3実施形態における図 9の S 0 3 4の軌道誘導補正サブル

—チンの処理を、 この処理のフローチャートである図 2 7を用いて説明 する。

まず、 S 3 5 0 0において、 前記第 1実施形態の図 2 0の S 3 1 0 0 と同様、 目標 Z MPが許容範囲を越えた分 eを求める。

次いで S 3 5 0 2に進み、 前記軌道誘導サブルーチンで求めた P(l) を基に、 次式 3を用いて、 新たな P(l)を求める。

P(l) = Ka* _e + P(l) …式 3 次いで S 3 5 0 4から S 3 5 1 0までを、 図 2 5の S 3 4 0 4から S 3 4 1 0までと同様に実行する。

上記のごとく、 第 3実施形態の軌道誘導補正サブルーチンにおいては. 目標 Z MPが許容範囲を越えていたら、 越えないように、 今回歩容の遊 脚足平 2 2の着地位置 （次回歩容支持脚座標系の位置） を修正する。

なお、 以上説明した第 3実施形態は、 前記第 1実施形態と同様、 本発 明の第 1〜第 9発明の実施形態である。

次に本発明の第 4実施形態を図 2 8〜図 3 0を参照して説明する。 第 4実施形態においては、 前記図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理および S 0 3 4の軌道誘導補正処理以外は、 第 1実施形態と同じである。 従って、 以下では、 第 4実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理と S 0 3 4の軌道誘導捕正処理のみを説明する。

図 2 8は、 第 4実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理を示 すフローチャートである。

以下に第 4実施例における S 0 2 2の軌道誘導処理を図 2 8を参照し て詳説すると、 まず、 S 3 6 0 0において、 前回制御周期 （歩容の切り 替わり目の制御周期の 1つ前の制御周期） に決定されている第 1旋回歩 容を今回歩容に、 前回制御周期に決定されている第 2旋回歩容を次回歩 容とする。 換言すれば、 前回歩容の生成開始時に決定した定常旋回歩容 (前記図 1 2を参照） の第 1旋回歩容および第 2旋回歩容をそれぞれ今 回歩容、 次回歩容とする。

次いで、 S 3 6 0 2に進み、 現在の推定支持脚座標系 （歩容の切り替 わり目の制御周期での図 9の S 0 1 6で最終的に決定された推定支持脚 座標系） と、 上記 S 3 6 0 0で定めた今回歩容および次回歩容とを基に. 予想次回着地位置姿勢と予想次次回着地位置姿勢を算出する。 予想次回 着地位置姿勢は、 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢の仮値であり . 予想次次回着地位置姿勢は、 次回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢の 仮値である。

より具体的には、 今回歩容の支持脚座標系が、 現在の推定支持脚座標 系に一致していると想定して、 前記図 1 2に示した各座標系 （詳しくは. 図 1 2の次回歩容支持脚座標系、 次次回歩容支持脚座標系、 および次次 次回歩容支持脚座標系） の関係を満足するように、 予想次回着地位置姿 勢 （今回歩容の遊脚足平 2 2の予想着地位置 · 向き） と予想次次回着地 位置姿勢 （次回歩容の遊脚足平 2 2の予想着地位置 · 向き） を求める。 図 2 9と前記図 1 2とを参照してさらに詳説すると、 前回歩容に対応し て決定した定常旋回歩容の第 1旋回歩容の支持脚座標系 （図 1 2中の次 回歩容支持脚座標系） が現在の推定支持脚座標系に合致していると想定 する。 そして、 現在の推定支持脚座標系から見た、 予想次回着地位置姿 勢に対応する予想次回支持脚座標系 （図 2 9参照） の位置および向きが. 前回歩容に対応する定常旋回歩容における第 1旋回歩容の支持脚座標系 から見た第 2旋回歩容の支持脚座標系の位置および向き （図 1 2中の次 回歩容支持脚座標系から見た次次回歩容支持脚座標系の位置および向 き） に一致するように予想次回着地位置姿勢を決定する。 従って、 図 2 9に示す現在の推定支持脚座標系に対する予想次回支持脚座標系の相対 的位置姿勢は、 図 1 2の次回歩容支持脚座標系 （第 1旋回歩容の支持脚 座標系） に対する次次回歩容支持脚座標系 （第 2旋回歩容の支持脚座標 系） の相対的位置姿勢と同一にされる。

さらに、 現在の推定支持脚座標系から見た、 予想次次回着地位置姿勢 に対応する予想次次回支持脚座標系 （図 2 9参照） の位置および向きが. 前回歩容に対応する定常旋回歩容における第 1旋回歩容の支持脚座標系 から見た次の第 1旋回歩容の支持脚座標系の位置および向き （図 1 2中 の次回歩容支持脚座標系から見た次次次回歩容支持脚座標系の位置およ び向き） に一致するように予想次次回着地位置姿勢を決定する。 従って， 図 2 9に示す現在の推定支持脚座標系に対する予想次次回支持脚座標系 の相対的位置姿勢は、 図 1 2の次回歩容支持脚座標系 （第 1番目の第 1 旋回歩容の支持脚座標系） に対する次次回歩容支持脚座標系 （第 2番目 の第 1旋回歩容の支持脚座標系） の相対的位置姿勢と同一にされる。

次いで S 3 6 0 4に進み、 図 2 9に示す、 予想次回着地位置姿勢の目 標経路からの位置ずれと方向ずれである、 予想次回着地位置ずれと予想 次回着地方向ずれを算出する。 予想次回着地位置ずれは、 予想次回着地 位置姿勢に対応する足平代表点から目標経路まで降ろした垂線の長さ (足平代表点の該目標経路との距離） であり、 予想次回着地方向ずれは. 上記垂線と目標経路との交点における目標経路の接線向きと、 予想次回 着地位置姿勢に対応する足平 2 2 (図では 2 2 R ) の向き （前後方向の 向き） とのなす角度で表される。

次いで S 3 6 0 6に進み、 図 2 9に示す、 予想次次回着地位置姿勢の 経路からの位置ずれと方向ずれである、 予想次次回着地位置ずれと予想 次次回着地方向ずれを算出する。 この算出は、 上記に説明した S 3 6 0 4と同様に行われる。

次いで S 3 6 0 8に進み、 上記ずれに基づき、 次回歩容支持脚座標系 の位置と向き、 次次回歩容支持脚座標系の位置と向きを決定する。

例えば、 式 4、 式 5、 式 6および式 7により次回歩容支持脚座標系の 位置および向きの修正量と次次回歩容支持脚座標系の位置および向きの 修正量とを決定し、 その修正量を、 それぞれ S 3 6 0 2で求めた予想次 回着地位置姿勢に対応する予想次回支持脚座標系の位置および向き、 予 想次次回着地位置姿勢に対応する予想次次回支持脚座標系の位置および 向きに加えることにより、 次回歩容支持脚座標系、 次次回歩容支持脚座 標系を決定する。 次回歩容支持脚座標系の位置の修正量

= K11*予想次回着地位置ずれ + K12*予想次回着地方向ずれ

+ K13*予想次次回着地位置ずれ + K14*予想次次回着地方向ずれ

…式 4 次回歩容支持脚座標系の向きの修正量

= K21*予想次回着地位置ずれ + K22*予想次回着地方向ずれ

+ K23*予想次次回着地位置ずれ + K24*予想次次回着地方向ずれ

…式 5 次次回歩容支持脚座標系の位置の修正量

= K31*予想次回着地位置ずれ + K32*予想次回着地方向ずれ

+ K33*予想次次回着地位置ずれ + K34*予想次次回着地方向ずれ

…式 6 次次回歩容支持脚座標系の向きの修正量

= K41*予想次回着地位置ずれ + K42*予想次回着地方向ずれ

+ K43*予想次次回着地位置ずれ + K44*予想次次回着地方向ずれ

…式 7

S 3 6 0 8においては、 次回歩容支持脚座標系の位置と向き、 次次回 歩容支持脚座標系の位置と向きの少なくともいずれかを修正するだけで も良い。

以上が第 4実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理である。 次いで、 第 4実施形態における図 9の S 0 3 4の軌道誘導補正サブル

—チンの処理を、 この処理のフロ一チャートである図 3 0を用いて説明 する。

まず、 S 3 7 0 0において、 前記第 1実施形態の図 2 0の S 3 1 0 0 と同様、 目標 Z M Pが許容範囲を越えた分 eを求める。

次いで S 3 7 0 2に進み、 ある所定の係数 Kaに e を乗じた量だけ、 次回歩容支持脚座標系の位置および次次回歩容支持脚座標系の位置を修 正する。

なお、 以上説明した第 4実施形態は、 本発明の第 1 0発明〜第 1 4発 明の一実施形態であり、 前記歩容生成処理、 自己位置姿勢推定処理がそ れぞれ目標歩容決定手段、 足平着地位置 · 向き推定手段に対応している, また、 前記軌道誘導処理及び軌道誘導補正処理がそれらを併せて、 足平 目標着地位置 · 向き仮決定手段及び足平目標着地位置 · 向き修正手段に 対応している。

次に本発明の第 5実施形態を図 3 1〜図 3 5を参照して説明する。 第 5実施形態においては、 前記図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理および S 0 3 4の軌道誘導補正処理以外は、 第 1実施形態と同じである。 従って、 以下では、 第 5実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理と S 0 3 4の軌道誘導補正処理のみを説明する。

第 5実施形態は、 飛び石の上を歩くなど、 遊脚足平 2 2の着地位置の 許容範囲が限定されている場合に対応する実施形態である。

第 4実施形態までは、 口ポッ ト 1の遊脚足平 2 2の着地位置の位置ず れとしては、 基本的には、 目標経路の法線方向のみを考慮すれば良かつ たが、 飛び石の上を歩行する場合などのように、 遊脚足平 2 2の着地位 置が指定される場合には、 その着地位置の位置ずれとしては、 前後左右 両方向のずれを考慮する必要がある。

図 3 1は、 第 5実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理である。 以下に第 5実施形態における S 0 2 2の軌道誘導処理を図 3 1 を参照 して詳説すると、 まず、 S 3 8 0 0において、 環境依存次回着地位置向 き許容範囲と環境依存次次回着地位置向き許容範囲とを決定する。 なお この処理は、 本実施形態では、 図 6の移動計画部 2 2 2により行われ、 その決定された環境依存次回着地位置向き許容範囲と環境依存次次回着 地向き許容範囲とが前記軌道誘導部 2 2 0に与えられて、 該軌道誘導部

2 2 0により後述する S 3 8 0 2の処理が実行される。

前記 S 3 8 0 0で決定する環境依存次回着地位置向き許容範囲は、 図

3 2に示すように、 環境依存次回着地時足平代表点位置許容範囲 （図 3 2の太線枠内） と環境依存次回着地方向許容範囲から成る。 なお、 環境 依存次回着地時足平代表点位置許容範囲と環境依存次回着地方向許容範 囲とを独立に設定できない状況の場合には、 環境依存次回着地位置向き 許容範囲は、 環境依存次回着地時足平代表点位置と環境依存次回着地方 向の組み わせの許容範囲とすればよい。 環境依存次回着地位置向き許 容範囲は、 あらかじめマップ化して記憶しておいても良いが、 飛び石な どの'環境情報からその都度決定しても良い。 環境依存次次回着地位置向 き許容範囲も、 環境依存次回着地位置向き許容範囲と同様に設定される < 次いで、 S 3 8 0 2に進み、 環境依存次回着地位置向き許容範囲、 環 境依存次次回着地位置向き許容範囲、 並びにロボット 1 自身の機構的制 約条件である前記自己依存着地許容領域 （前記第 1実施形態で図 1 8、 図 1 9等を参照して説明した着地許容領域） をいずれも満足するように. 次回歩容支持脚座標系の位置と向き、 並びに次次回歩容支持脚座標系の 位置と向きを決定する。

この S 3 8 0 2の処理を図 3 3のフローチヤ一トを参照してさらに説 明する。 まず、 S 3 8 5 0において、 次回着地位置向き （次回歩容支持 脚座標系の代表点の位置と該座標系の向き） を環境依存次回着地位置向 き許容範囲内で且つ現在の推定支持脚座標系に対応する自己依存着地許 容領域 （次回着地位置向きの自己依存着地許容領域） 内で仮決定する。 具体的には、 それらの環境依存次回着地位置向き許容範囲と自己依存着 地許容領域との共通領域 （位置と向きの組の共通領域） 内で、 該共通領 域の中央に次回着地位置向きを仮決定する。

次いで、 S 3 8 5 2に進み、 上記の如く仮決定した次回着地位置向き (次次回支持脚座標系の代表点の位置および足平着地向き） を基に、 次 次回着地位置向きのき己依存着地許容領域を求める。

次いで S 3 8 5 4に進み、 次次回着地位置向きの自己依存着地許容領 域と環境依存次次回着地位置向き許容範囲との共通領域があるか否かを 判断する。 この判断結果が Y E Sの場合には、 S 3 8 5 6に進み、 次次回着地位 置向きの自己依存着地許容領域と環境依存次次回着地位置向き許容範囲 との共通領域内に次次回着地位置向き （次次回支持脚座標系の代表点の 位置および該座標系の向き） を決定する。 この場合、 次次回着地位置向 きは、 共通領域内のほぼ中央の位置および向きに決定される。 これによ り、 次回歩容支持脚座標系、 および次次回歩容支持脚座標系の位置およ び向きが決定され、 図 3 1の S 3 8 0 2の処理が終了する。

一方、 S 3 8 5 4の判断結果が N Oである場合には、 S 3 8 5 8に進 み、 次次回着地位置向きの自己依存着地許容領域が環境依存次次回着地 位置向き許容範囲に近づくように （それらが共通領域を持つように）、 現在決定されている次回着地位置向きのうちの位置および向きの少なく ともいずれか （次回歩容支持脚座標系の代表点の位置および該座標系の 向きの少なく ともいずれか） を修正する。 例えば、 図 3 4の左図に示す ように次次回着地位置向きの自己依存着地許容領域と環境依存次次回着 地位置向き許容範囲とが共通領域が存在しなかった場合には、 同図の右 図に示すように、 次回着地位置向きを修正する。 なお、 この次回着地位 置向きの修正は、 次回着地位置向きの自己依存着地許容領域と環境依存 次回着地位置向許容範囲の共通領域内で行われる。

次いで、 S 3 8 6 0を経て S 3 8 5 2からの処理が再び実行される。 これにより、 最終的に S 3 8 5 6を経て、 次回歩容支持脚座標系、 およ び次次回歩容支持脚座標系の位置および向きが決定され、 図 3 1の S 3 8 0 2の処理が終了する。

以上が第 5実施形態における図 9の S 0 2 2の軌道誘導処理である。 次いで、 第 5実施形態における図 9の S 0 3 4の軌道誘導補正サブル 一チンの処理を、 この処理のフローチャートである図 3 5を用いて説明 する。 まず、 S 3 9 0 0において、 前記第 1実施形態の図 2 0の S 3 1 0 0 と同様、 目標 Z M Pが許容範囲を越えた分 eを求める。

次いで S 3 9 0 2に進み、 ある所定の係数 Kaに e を乗じた量だけ、 次回歩容支持脚座標系の位置、 次次回歩容支持脚座標系の位置を修正す る。

次いで S 3 9 0 4に進み、 修正した次回歩容支持脚座標系の位置、 次 次回歩容支持脚座標系の位置が環境依存次回着地位置向き許容範囲、 環 境依存次次回着地位置向き許容範囲および自己依存着地許容領域のいず れかを満足しない場合には、 最小の修正量で、 次回歩容支持脚座標系の 位置と向き、 次次回歩容支持脚座標系の位置と向きのいずれかを修正す る。

すなわち、 S 3 9 0 2で決定した値からなるべく離れないように、 次 回歩容支持脚座標系の位置と向き、 次次回歩容支持脚座標系の位置と向 きのいずれかを修正する。

なお、 以上説明した第 5実施形態は、 本発明の第 1 5発明〜第 2 7発 明の一実施形態である。 前記歩容生成処理、 自己位置姿勢推定処理がそ れぞれ目標歩容決定手段、 足平着地位置 · 向き決定手段に対応し、 軌道 誘導処理及び軌道誘導補正処理がそれらを併せて、 着地許容範囲設定手 段、 足平目標着地位置 · 向き決定手段に対応している。

次に本発明の第 6実施形態を図 3 6を参照して説明する。 図 3 6は第 6実施形態における軌道計画処理 （口ポッ トの足跡決定処理） である。 この処理は、 前記図 6に示す前記移動計画部 2 2 2において実行される, 第 6実施形態においては、 移動計画部 2 2 2の処理以外は、 第 1実施 形態と同じである。

図 3 6を用いて第 6実施形態における軌道計画処理を説明すると、 ま ず、 S 4 0 0 0において初期化を行う。 具体的には、 現在支持脚座標系 を第 0歩支持脚座標系に代入し、 歩数カウン夕 nn を 0にする。 また、 目標歩容を初期化する。 目標歩容の初期状態は、 通常、 口ポッ ト 1の直 立状態の歩容にする。

次いで S 4 0 0 2に進み、 あらかじめ定められた目的地と地図情報か ら目標経路 （目標足跡経路） を決定する。

次いで S 4 0 0 4を経て S 4 0 0 6に進み、 図 1 3の軌道誘導サブル 一チン （第 1実施形態での軌道誘導サブルーチン） を実行する。 ただし、 軌道誘導サブルーチンにおいては、 同サブルーチン処理における推定支 持脚座標系を第 nn 支持脚座標系に、 次回歩容支持脚座標系を第 nn+1 支持脚座標系に、 次次回歩容支持脚座標系を第 mi+2.支持脚座標系に置 き換えて、 該サブルーチン処理を実行する。

次いで S 4 0 0 8から S 4 0 2 0まで、 図 9の S 0 2 4から S O 3 6 と同様に実行される。

S 4 0 1 6の判断結果 （目標 Z M Pが許容範囲に存在するか否かの判 断結果） が NOである場合には、 S 4 0 1 8に進み、 前記図 2 0に示し た軌道誘導補正サブルーチンを実行し、 次いで S 4 0 2 0を経て S 4 0 0 8に戻る。 ただし、 軌道誘導補正サブル一チンにおいては、 S 4 0 0 6の軌道誘導サブルーチンの場合と同様、 軌道誘導補正サブルーチン処 理における推定支持脚座標系を第 nn支持脚座標系に、 次回歩容支持脚 座標系を第 nn+1 支持脚座標系に、 次次回歩容支持脚座標系を第 nn+2 支持脚座標系に置き換えて、 該サブルーチン処理を実行する。

S 4 0 1 6の判断結果が Y E Sである場合には、 S 4 0 2 2に進み、 ロポッ ト 1の最終的な移動目的地に到達するまでの目標軌道が生成され たか否かを判定する。

S 4 0 2 2の判定結果が Y E Sである場合には、 これをもって軌道計 画処理を終了する。 S 4 0 2 2の判断結果が N Oである場合には、 歩数カウンタ nn を 1 だけ増加させて、 S 4 0 0 6に戻る。

以上が、 第 6実施形態における軌道計画処理である。 この処理がロボ ッ ト 1の移動前に実行され、 この処理結果が、 歩容生成装置 2 0 0に渡 される。

なお、 以上説明した第 6実施形態は、 第 2 8発明〜第 3 4発明の一実 施形態である。 図 3 6のフローチャートの処理によって第 2 8発明〜第 3 4発明の各手段が構成される。

上記第 6実施形態では、 ロボッ ト 1の移動前に、 軌道計画処理によつ て、 目標 Z M Pの許容範囲および自己依存着地許容領域が満足されるの で、 歩容生成装置 2 0 0では、 図 9の S 0 2 2の処理を省略して、 前記 移動計画部 2 2 2で決定した支持脚座標系の列を順々に次回支持脚座標 系および次次回支持脚座標系に代入するだけでも良い。 なお、 図 3 6の S 4 0 0 6の軌道誘導サブルーチンおよび S 4 0 1 8の軌道誘導補正サ ブルーチンの処理では、 前記第 1実施形態で説明したもの以外に、 第 2 〜第 4実施形態で説明した処理を実行するようにしてもよい。 また、 飛 び石環境下でのロポッ ト 1の移動を行わせる場合に対応するロボッ ト 1 の足跡を決定する場合には、 S 4 0 0 6の軌道誘導サブルーチンおよび S 4 0 1 8の軌道誘導補正サブルーチンの処理で、 前記第 5実施形態で 説明した処理を実行するようにしてもよい。 これにより、 本発明の第 3 5〜第 4 1発明の一実施形態が構成されることとなる。 この場合には、 口ポッ ト 1の移動前に、 軌道計画処理によって、 目標 Z M Pの許容範囲 および自己依存着地許容領域だけでなく、 環境依存着地位置向き許容範 囲が満足されるので、 口ポッ ト 1の実際の移動時には、 前記第 5実施形 態での図 9の S 0 2 2の処理を省略してもよい。

上記より、 第 6実施形態においては、 移動前に軌道誘導処理の一部が 実行されていると解釈することもできる。

なお、 前記各実施形態において、 移動中に新たに発見された障害物等 を回避しつつ目的位置まで移動する場合には、 現在の推定支持脚座標系 の位置姿勢に応じて、 現在推定支持脚座標系の位置姿勢から障害物等を 回避して目的地に移動する目標経路を作り直しても良い。

また、 前述のごとく足平代表点 （支持脚座標系の代表点） を支持脚足 平 2 2から他方側の足平 2 2の方にずれた位置に設定する代わりに、 各 足平 2 2の足平代表点を足平 2 2の中の左右の中央に設定し、 前記した 各実施形態の目標経路から少し離れた位置に左脚用目標経路 （左足平の 目標足跡経路） と右脚用目標経路 （右足平の目標足跡経路） を設定し、 各足平代表点がそれぞれに対応する目標足跡経路に漸近するように、 遊 脚足平 2 2の着地位置姿勢を決定しても良い。 図 3 7に、 前記第 2実施 形態に対して、 左右の各足平 2 2毎に上記のごとき目標経路を設定した 場合の例 （第 7実施形態） を示す。 他の実施例に対しても、 同様に変更 しても良い。

飛行体の軌道誘導や無人搬送車の軌道誘導のように、 推定上体位置姿 勢が目標上体位置姿勢に追従するように、 遊脚足平 2 2の着地位置姿勢 を変更する方式も考えられる。 ただし、 直線移動する場合であっても、 動力学的平衡条件を満足するために、 目標上体位置は、 前後左右に揺れ るので、 目標上体位置の瞬間的な移動方向が長期的な移動方向とは一致 しない。 また、 目標歩容を修正すると目標上体位置姿勢も変化するため， すなわち、 目標上体位置姿勢は現在の歩行状態にも依存するため、 該目 標上体位置姿勢の軌道は、 グロ一バル座標系上に絶対的に設定できる目 標軌道にはならない。 したがって、 この方式では、 それらの不都合を解 消するために、 上体 3が前後左右に揺れる分をキャンセルして長期的な 上体 3の移動方向を導出するなどの極めて複雑な処理が必要となる。 目標経路としては、 記憶している地図情報に基づいて設定した経路以 外に、 床等に設置されたマーカ一、 床に引かれた白線、 通電線、 アンテ ナ、 壁から所定距離離れた点の集合から成る経路 （壁沿い移動のため） であっても良い。

推定自己位置の表記としては、 グロ一バル座標系上の位置でなくても. 床に引かれた白線や壁からの距離などのように、 環境との相対位置関係 であっても良い。

歩容の切り替わり目以外でも軌道誘導処理を実行して、 着地位置姿勢 などの歩容パラメ一夕を修正するようにしても良い。 ただし、 今回歩容 の遊脚足平 2 2の着地位置は、 着地直前になるとほとんど変更できなく なるので、 この場合には、 主に次回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置を変 更するようにする。 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢の変更が間 に合わない場合には、 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢は修正せ ず、 次回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢のみ修正することが好まし い。

なお、 今回歩容の遊脚足平 2 2の着地位置姿勢の修正が間に合わない 場合とは、 プログラム上、 目標 Z M P軌道あるいは遊脚足平軌道が変更 できない場合、 あるいは、 目標着地位置を変更すると、 足平の加速度パ ターン、 関節速度、 力 （トルク） あるいは目標 Z M P軌道が限界を越え るなど、 口ポッ トの物理的限界を越えて修正される場合のことを指す。 前記軌道誘導サブルーチンで求めた次回および次次回歩容支持脚座標 系の位置と向きとを軌道誘導補正サブルーチンで変更する場合、 前記各 実施形態の軌道誘導補正サブルーチンを用いる代わりに、 前記軌道誘導 サブルーチンを用いて、 前記所定の長さ LrO、 Lrl、 LqOおよび Lql の 少なくともいずれかを設定し直して （通常、 Lq0、 Lql は長く し、 LrO, Lrl は短く して）、 次回および次次回歩容支持脚座標系の位置と向きを 再決定させても良い。

以上のように、 本発明の各実施形態は、 基本的には、 上体 3の揺れの 影響をほとんど受けない足平 2 2の着地位置姿勢 （向き） を基に目標歩 容を決定するので、 目標経路に対する追従精度と追従応答性が高い軌道 誘導をすることができる。

また、 第 1〜第 5実施形態あるいは第 7実施形態では、

1 ) 目標経路に対する追従精度と追従応答性が高い軌道誘導 （経路誘 導） をすることができる。

2 ) 脚体 2同士の干渉などロポッ ト自身の構造に起因する運動の制約条 件を満足した軌道誘導 （経路誘導） をすることができる。

3 ) 安定余裕を高く維持した軌道誘導 （経路誘導） をすることができる < さらに、 第 6実施形態では、

4 ) 脚体 2同士の干渉などロポッ ト自身の構造に起因する運動の制約条 件を満足した移動計画を立てることができる。

5 ) 安定余裕を高く維持した移動計画を立てることができる。 産業上の利用可能性

以上のように本発明は、 2足移動ロポッ ト等の脚式移動ロボッ トを所 要の目標経路に沿わせるように移動させたり、 あるいは、 飛び石等、 足 平の着地位置等が制限される環境下でロポッ トを移動させたりする場合 に、 その移動を円滑に行わせることができるものとして有用である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り返 すことにより移動する脚式移動ロポッ トにおいて、

前記ロポッ トの各回の着地動作により着地した脚体の足平の着地位置 及び着地向きを推定する足平着地位置 · 向き推定手段と、

前記ロポッ トの目標足跡経路を設定する目標経路設定手段と、 少なくとも前記推定された足平の着地位置及び着地向きと前記目標足 跡経路とに基づいて、 ロポッ 卜の実際の足跡を該目標足跡経路に近づけ るようにロボッ 卜の次回以降の着地動作のうちの少なくともいずれかの 回の着地動作で着地する足平の目標着地向きを決定する.足平目標着地向 き決定手段と、

前記足平目標着地向き決定手段により決定された目標着地向きを少な くとも用いてロポッ トの目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、 その決定された目標歩容に応じて前記ロボッ トの動作を制御する動作 制御手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボッ 卜の制御装置。

2 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位 置 · 向き推定手段が推定する着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向き を含むことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の脚式移動ロボッ トの 制御装置。

3 . 前記脚式移動ロボッ トは 2本の脚体を備えた 2足移動ロボッ トであ り、 前記足平目標着地向き決定手段が決定する目標着地向きは、 少なく ともロポッ トの次回の着地動作で着地する足平の目標着地向きと次次回 の着地動作で着地する足平の目標着地向きとを含み、 前記目標歩容決定 手段は、 前記次回及び次次回の着地動作にそれぞれ対応して前記足平目 標着地向き決定手段により決定された前記目標着地向きを少なく とも用 いてロポッ トの次回の着地動作を規定する目標歩容を決定することを特 徵とする請求の範囲第 1項に記載の脚式移動ロボッ トの制御装置。

4 . 前記足平目標着地向き決定手段は、 少なくとも前記足平着地位置 · 向き推定手段により推定された足平の着地位置及び着地向きと前記目標 足跡経路とに基づいて、 前記目標着地向きを決定する足平の目標着地位 置を該目標着地向きと共に決定し、 前記目標歩容決定手段は、 該足平目 標着地向き決定手段により決定された目標着地位置及び目標着地向きを 用いて前記目標歩容を決定することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の脚式移動ロボッ トの制御装置。

5 . 前記足平目標着地向き決定手段は、 少なくとも次回の着地動作を含 む所定数回先までの各回の着地動作で着地する足平の鉛直軸回りの目標 着地向き及び目標着地位置を少なく とも前記足平着地位置 · 向き推定手 段により推定された前記着地位置及び着地向きと前記目標足跡経路とに 基づいて決定する手段であり、 前記目標歩容決定手段は、 該足平目標着 地向き決定手段により決定された前記所定数回先までの各回の着地動作 に対応する足平の目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも用いて該 次回の着地動作を規定する目標歩容を決定する手段であり、 前記足平目 標着地向き決定手段は、 少なくとも次回の着地動作に対応する足平の目 標着地位置及び目標着地向きを決定するとき、 当該次回の着地動作を行 なう脚体と他の脚体との干渉等、 口ポッ ト自身の機構的制約条件により 定めた自己依存着地許容範囲内に該足平の目標着地位置及び目標着地向 きの組を決定することを特徴とする請求の範囲第 4項記載の脚式移動口 ポッ 卜の制御装置。

6 . 前記自己依存着地許容範囲は、 前記着地動作により着地した足平に 対する、 次回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を規定 するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて設定 されることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の脚式移動ロポッ 卜の 制御装置。

7 . 前記目標歩容決定手段は、 少なくとも前記足平目標着地向き決定手 段が決定した目標着地位置及び目標着地向きを用いて前記次回の着地動 作を規定する前記目標歩容における目標 Z M Pを仮決定する手段を備え. 前記足平目標着地向き決定手段は、 その仮決定された目標 Z M Pが所定 の制限条件を満たさないとき、 前記所定数回先までの着地動作のうちの 少なくともいずれかの回の着地動作で着地する足平の前記目標着地位置 及び目標着地向きのうちの少なくともいずれかを修正することを特徴と する請求の範囲 5項に記載の脚式移動ロボッ トの制御装置。

8 . 前記脚式移動ロポッ トは 2本の脚体を備えた 2足移動ロポッ トであ り、 前記足平の目標着地位置は、 各足平に対して所定の位置関係を有す る代表点であって、 且つ前記ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起 立させたときに各足平に対する当該点が両足平について同一の点となる ように各足平に対してあらかじめ定められた代表点の目標位置であり、 前記目標足跡経路は、 前記代表点が近づくべき経路であることを特徴と する請求の範囲第 4項に記載の脚式移動ロポッ トの制御装置。

9 . 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点で あることを特徵とする請求の範囲 8項に記載の脚式移動ロボッ トの制御

1 0 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り 返すことにより移動する脚式移動ロポッ トの目標歩容を決定して、 該目 標歩容に応じて前記ロポッ 卜の動作を制御すると共に、 少なく とも前記 ロボッ トの各回の着地動作により口ポッ トの脚体の足平が着地する毎に 新たな目標歩容を決定するとき、 該目標歩容に続く仮想的な周期的歩容 を決定し、 その周期的歩容に近づけるように該目標歩容を決定する脚式 移動ロポッ 卜の制御装置において、 前記ロポッ トの各回の着地動作により着地した脚体の足平の着地位置 及び着地向きを推定する足平着地位置 · 向き推定手段と、

前記ロボッ トの目標足跡経路を設定する目標経路設定手段と、 前記口ポッ トの次回以降の少なく ともいずれかの回の着地動作で着地 する足平の目標着地位置及び目標着地向きを、 最新の目標歩容および該 目標歩容に対応する前記周期的歩容の少なくともいずれかと、 前記推定 された足平の着地位置及び着地向きとに基づいて仮決定する足平目標着 地位置 · 向き仮決定手段と、

その仮決定した目標着地位置及び目標着地向きと前記目標足跡経路と に基づいて、 口ポッ トの実際の足跡を該目標足跡経路に近づけるように 前記仮決定した目標着地位置及び目標着地向きの少なくともいずれかを 修正する足平目標着地位置 · 向き修正手段と、

その修正された目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも用いて口 ポッ トの新たな前記目標歩容を決定する目標歩容決定手段とを備えたこ とを特徴とする脚式移動ロポッ トの制御装置。

1 1 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位 置 · 向き推定手段が推定する着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向き を含むことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の脚式移動ロボッ ト の制御装置。

1 2 . 前記目標歩容決定手段は、 少なくとも前記足平目標着地位置 ， 向 き修正手段による修正後の目標着地位置及び目標着地向きを用いて前記 新たな目標歩容における目標 Z M Pを仮決定する手段を備え、 前記足平 目標着地位置 · 向き修正手段は、 その仮決定された目標 Z M Pが所定の 制限条件を満たさないとき、 前記足平目標着地位置 · 向き仮決定手段に より仮決定された、 少なくともいずれかの回の着地動作に対応する目標 着地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれかをさらに修正す ることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の脚式移動ロボッ 卜の制

1 3 . 前記脚式移動口ポッ トは、 2本の脚体を備えた 2足移動口ポッ ト であり、 前記足平の目標着地位置は、 各足平に対して所定の位置関係を 有する代表点であって、 且つ前記口ポッ トを左右対称の所定の基準姿勢 で起立させたときに各足平に対する当該点が両足平について同一の点と なるように各足平に対してあらかじめ定められた代表点の目標位置であ り、 前記目標足跡経路は、 前記代表点が近づくべき経路であることを特 徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の脚式移動ロポッ トの制御装置。

1 4 . 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点 であることを特徴とする請求の範囲 1 3項に記載の脚式移動ロポッ 卜の 制御装置。

1 5 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着床動作を繰り 返すことにより移動する脚式移動ロボッ トにおいて、

前記ロボッ トの各回の着地動作により着地した脚体の足平の着地位置 及び着地向きを推定する足平着地位置 · 向き推定手段と、

前記ロポッ トの各回の着地動作により着地する足平の着地位置及び着 地向きの組の許容範囲であって、 該ロボッ 卜が移動する環境条件により 定まる環境依存着地許容範囲のうち、 少なくとも次回及び次次回を含む 所定数回先までの各回の着地動作にそれぞれ対応する複数の環樟依存着 地許容範囲を設定する足平着地許容範囲設定手段と、

少なく とも前記推定された足平の着地向きと前記足平着地許容範囲設 定手段により設定された複数の環境依存着地位置許容範囲とに基づいて. 各環境依存着地位置許容範囲を満たすように、 前記所定数回先までの各 回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きの組を決 定する足平目標着地位置 · 向き決定手段と、 その決定された前記所定回数先までの各回の着地動作に対応する目標 着地位置及び目標着地向きを少なく とも用いてロポッ トの仮想的な周期 的歩容を決定し、 その決定した仮想的な周期的歩容に近づけるように'、 少なくとも次回の着地動作を規定するロボッ トの新たな目標歩容を決定 する目標歩容決定手段と、

その決定された新たな目標歩容に応じて前記ロポッ トの動作を制御す る動作制御手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボッ トの制御装

1 6 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位 置 · 向き推定手段が推定する着地向きは、 少なく とも鉛直軸回りの向き を含むことを特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の脚式移動ロポッ ト の制御装置。

1 7 . 前記足平目標着地位置 · 向き決定手段は、 少なくとも次回の着地 動作における足平の目標着地位置及び目標着地向きの組を決定するとき. 当該着地動作を行なう脚体と他の脚体との干渉等、 ロポッ ト自身の機構 的制約条件により定めた自己依存着地許容範囲と、 前記次回の着地動作 に対応する前記環境依存着地許容範囲との両許容範囲の共通範囲内に該 足平の目標着地位置及び目標着地向きの組を決定し、 前記目標歩容決定 手段は、 前記仮想的な周期的歩容を決定するために少なくとも当該次回 の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向きを用いるこ とを特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の脚式移動ロボッ トの制御装

1 8 . 前記自己依存着地許容範囲は、 前記着地動作により着地した足平 に対する、 次回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を規 定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて設 定されることを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載の脚式移動ロポッ 卜の制御装置。

1 9 . 前記目標歩容決定手段は、 少なくとも前記次回の着地動作を規定 するロポッ トの目標歩容における目標 Z M Pを仮決定する手段を備え、 前記足平目標着地位置 · 向き決定手段は、 その仮決定された目標 Z M P が所定の制限条件を満たさないとき、 前記所定数回先までの着地動作の うちの少なく ともいずれかの回の着地動作で着地する足平の前記目標着 地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれかを修正することを 特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の脚式移動ロポッ トの制御装置。

2 0 . 前記脚式移動口ポッ トは、 2本の脚体を備えた 2足移動ロボッ ト であり、 前記足平の目標着地位置は、 前記各足平に対して所定の位置関 係を有する代表点であって、 且つ前記ロポッ トを左右対称の所定の基準 姿勢で起立させたときに各足平に対する当該点が同一の点となるように 各足平に対してあらかじめ設定された代表点の目標位置であることを特 徴とする請求の範囲第 1 5項又は第 1 7項に記載の脚式移動ロポッ トの 制御装置。

2 1 . 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点 であることを特徴とする請求の範囲 2 0項に記載の脚式移動ロポッ 卜の 制御装置。

2 2 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着床動作を繰り 返すことにより移動する脚式移動ロポッ 卜において、

前記ロポッ トの各回の着地動作により着地した脚体の足平の着地位置 及び着地向きを推定する足平着地位置 · 向き推定手段と、

前記ロボッ トの各回の着地動作により着地する足平の着地位置及び着 地向きの組の許容範囲であって、 該ロポッ トが移動する環境条件により 定まる環境依存着地許容範囲のうち、 少なくとも次回及び次次回を含む 所定数回先までの各回の着地動作にそれぞれ対応する複数の環境依存着 地許容範囲を設定する第 1着地許容範囲設定手段と、

前記足平着地位置 · 向き推定手段により推定された各回の着地動作に 対応する足平の目標着地位置及び目標着地向きと、 次回の着地動作を行 う脚体と他の脚体との干渉等、 ロポット自身の機構的制約条件とに基づ いて、 次回の着地動作で着地する足平の着地位置及び着地向きの組に対 する自己依存着地許容範囲を設定する第 2着地許容範囲設定手段と、 少なくとも前記次回の着地動作に対応して前記第 1着地許容範囲設定 手段及び第 2着地許容範囲設定手段によりそれぞれ設定された環境依存 着地許容範囲と自己依存着地許容範囲とに基づいて、 それらの両許容範 囲の共通範囲内に該次回の着地動作に対応する足平の目標着地位置及び 目標着地向きの組を決定する足平目標着地位置 · 向き決定手段と、 その決定された目標着地位置及び目標着地向きを少なくとも用いて次 回の着地動作を規定する目標歩容を決定する目標歩容決定手段と、 その決定された目標歩容に応じてロボッ トの動作を制御する動作制御 手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボッ 卜の制御装置。

2 3 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであり、 前記足平着地位 置 · 向き推定手段が推定する着地向きは、 少なくとも鉛直軸回りの向き を含むことを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の脚式移動ロポッ ト の制御装置。

2 4 . 前記足平目標着地位置 · 向き決定手段は、 次回の着地動作に対応 する目標着地位置及び目標着地向きを決定した後、 その決定した目標着 地位置及び目標着地向きと前記ロボットの機構的制約条件とに基づいて 次次回の着地動作で着地する足平の着地位置に対する自己依存着地許容 範囲を仮決定する手段と、 少なくともその仮決定した次次回の着地動作 に対応する自己依存着地許容範囲と該次次回の着地動作に対応して前記 第 1着地許容範囲設定手段が設定した次次回環境依存許容範囲とが共通 範囲を持たないとき、 該共通範囲を持つように前記次回の着地動作に対 応する目標着地位置及び目標着地向きの少なくともいずれかを修正する 手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の脚式移動 ロポッ 卜の制御装置。

2 5 . 前記第 2着地許容範囲設定手段は、 前記着地動作により着地した 足平に対する、 次回の着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲 を規定するものとしてあらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づい て前記自己依存着地許容範囲を設定することを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の脚式移動ロポッ 卜の制御装置。

2 6 . 前記脚式移動口ポッ トは、 2本の脚体を備えた 2足移動口ポッ ト であり、 前記足平の目標着地位置は、 前記各足平に対して所定の位置関 係を有する点であって、 且つ前記ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢 で起立させたときに各足平に対する当該点が両足平について同一の点と なるように各足平に対してあらかじめ設定された代表点の位置であるこ とを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の脚式移動ロボットの制御装置,

2 7 . 前記代表点は、 各足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点 であることを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載の脚式移動ロポッ ト の制御装置。

2 8 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り 返すことにより移動する脚式移動ロポッ トの各回の着地動作により着地 する脚体の足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定する足跡決定装 置であって、

前記ロボッ トの目標足跡経路を設定する目標経路設定手段を備え、 前記ロボッ 卜の各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目 標着地向きを、 少なくとも 1つ前の回の着地動作で着地する足平の目標 着地位置及び目標着地向きと、 前記目標足跡経路とに基づいて決定する ことを特徴とする脚式移動口ポッ トの足跡決定装置。

2 9 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであることを特徴とする 請求の範囲第 2 8項に記載の脚式移動ロポッ トの足跡決定装置。

3 0 . 前記ロポッ トの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及 び目標着地向きを決定するとき、 当該着地動作を行なう脚体と他の脚体 との干渉等、 ロボッ ト自身の機構的制約条件により定めた自己依存着地 許容範囲内に当該着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地 向きの組を決定することを特徴とする請求の範囲第 2 8項に記載の脚式 移動ロポッ トの足跡決定装置。

3 1 . 前記口ポッ トの任意の第 N回の着地動作で着地する足平の目標着 地位置及び目標着地向きを決定するときに用いる前記自己依存着地許容 範囲は、 第 N— 1回の着地動作により着地する足平に対する、 第 N回の 着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を規定するものとして あらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて設定されることを特 徴とする請求の範囲第 3 0項に記載の脚式移動ロボッ トの足跡決定装置,

3 2 . 前記ロポッ 卜の任意の第 N回の着地動作で着地する足平の目標着 地位置及び目標着地向ぎを決定するとき、 該第 N回の着地動作を含めて 所定数回先の着地動作までの足平の目標着地位置及び目標着地向きを、 第 N— 1回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向き と前記目標足跡経路とに基づいて仮決定する目標着地位置 · 向き仮決定 手段と、

その仮決定した所定数回先の着地動作までの目標着地位置及び目標着 地向きを用いて少なくとも前記第 N回の着地動作を規定するロボッ トの 仮目標歩容を決定する仮目標歩容決定手段と、

その決定した仮目標歩容に対応する目標 Z M Pが所定の制限条件を満 たすか否かを判断し、 満たさない場合には、 前記第 N回の着地動作に係 わる足平の目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれか を修正して、 該第 N回の着地動作に係わる足平の目標着地位置及び目標 着地向きを決定する目標着地位置 · 向き修正手段とを備えたことを特徴 とする請求の範囲第 2 8項に記載の脚式移動ロポットの足跡決定装置。

3 3 . 前記脚式移動ロボッ トは、 2本の脚体を有する 2足移動口ポッ ト であり、 前記足平の目標着地位置は、 各足平に対して所定の位置関係を 有する点であって、 且つ前記ロボッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起 立させたときに各足平に対する当該点が両足平について同一の点となる ように各足平に対してあらかじめ定めた代表点の目標位置であり、 前記 目標足跡経路は、 前記代表点が近づくべき経路であることを特徴とする 請求の範囲第 2 8項に記載の脚式移動ロポッ トの足跡決定装置。

3 4 . 前記代表点は、 両足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点 であることを特徴.とする請求の範囲 3 3項に記載の脚式移動ロボッ トの 足跡決定装置。

3 5 . 複数の脚体のそれぞれの離床動作及びこれに続く着地動作を繰り 返すことにより移動する脚式移動ロポッ トの各回の着地動作により着地 する脚体の足平の目標着地位置及び目標着地向きを決定する足跡決定装 置であって、

前記ロボッ 卜の各回の着地動作により着地する足平の着地位置及び着 地向きの組の許容範囲であって、 該ロポッ トが移動する環境条件により 定まる環境依存着地許容範囲を設定する足平着地許容範囲設定手段と、 前記ロポッ 卜の各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目 標着地向きの組を、 少なくとも 1つ前の回の着地動作で着地する足平の 目標着地位置及び目標着地向きと、 前記環境依存着地許容範囲とに基づ いて決定することを特徴とする脚式移動ロポットの足跡決定装置。

3 6 . 前記目標着地向きは、 鉛直軸回りの向きであることを特徴とする 請求の範囲第 3 6項に記載の脚式移動ロポッ 卜の足跡決定装置。

3 7 . 前記ロポッ トの各回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及 ぴ目標着地向きを決定するとき、 当該着地動作を行なう脚体と他の脚体 との干渉等、 ロボッ ト自身の機構的制約条件により定めた自己依存着地 許容範囲と、 当該着地動作で着地する足平に対応する前記環境依存着地 許容範囲とに基づいて、 両許容範囲の共通範囲内に該足平の目標着地位 置及び目標着地向きの組を決定することを特徴とする請求の範囲第 3 5 項に記載の脚式移動ロボッ トの足跡決定装置。

3 8 . 前記ロボッ トの任意の第 N回の着地動作で着地する足平の目標着 地位置及び目標着地向きを決定するときに用いる前記自己依存着地許容 範囲は、 第 N— 1回の着地動作により着地する足平に対する、 第 N回の 着地動作で着地する足平の相対的な着地許容範囲を規定するものとして あらかじめ定められたマツプ又は演算式に基づいて設定されることを特 徴とする請求の範囲第 3 7項に記載の脚式移動ロポッ 卜の足跡決定装置,

3 9 . 前記口ポッ トの任意の第 N回の着地動作で着地する足平の目標着 地位置及び目標着地向きを決定するとき、 該第 N回の着地動作を含めて 所定数回先の着地動作までの足平の目標着地位置及び目標着地向きを、 第 N— 1回の着地動作で着地する足平の目標着地位置及び目標着地向き と前記所定数回先までの各回の着地動作に対応する前記環境依存着地許 容範囲と、 該所定数回先までの各回の着地動作に対応する前記自己依存 着地許容範囲とに基づいて仮決定する目標着地位置 · 向き仮決定手段と. その仮決定した所定数回先の着地動作までの目標着地位置及び目標着 地向きを用いて少なく とも前記第 N回の着地動作を規定するロボッ トの 仮目標歩容を決定する仮目標歩容決定手段と、

その決定した仮目標歩容に対応する目標 Z M Pが所定の制限条件を満 たすか否かを判断し、 満たさない場合には、 前記第 N回の着地動作に係 わる足平の目標着地位置及び目標着地向きのうちの少なくともいずれか を修正して、 該第 N回の着地動作に係わる足平の目標着地位置及び目標 着地,向きの組を決定する目標着地位置 · 向き修正手段とを備えたことを 特徴とする請求の範囲第 3 7項に記載の脚式移動ロポッ トの足跡決定装 置。

4 0 . 前記脚式移動口ポッ トは、 2本の脚体を有する 2足移動ロボッ ト であり、 前記足平の目標着地位置は、 各足平に対して所定の位置関係を 有する点であって、 且つ前記ロポッ トを左右対称の所定の基準姿勢で起 立させたときに各足平に対する当該点が両足平について同一の点となる ように各足平に対してあらかじめ定めた代表点の目標位置であることを 特徴とする請求の範囲第 3 5項に記載の脚式移動ロポッ トの足跡決定装

4 1 . 前記代表点は、 両足平の踵寄りまたはつま先寄りに設定された点 であることを特徴とする請求の範囲 4 0項に記載の脚式移動ロポッ トの 足跡決定装置。