WO2005075156A1 - 移動ロボットの歩容生成装置 - Google Patents

移動ロボットの歩容生成装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2005075156A1
WO2005075156A1 PCT/JP2005/001693 JP2005001693W WO2005075156A1 WO 2005075156 A1 WO2005075156 A1 WO 2005075156A1 JP 2005001693 W JP2005001693 W JP 2005001693W WO 2005075156 A1 WO2005075156 A1 WO 2005075156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gait
model
instantaneous
arrangement
posture
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/001693
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toru Takenaka
Takashi Matsumoto
Takahide Yoshiike
Original Assignee
Honda Motor Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co., Ltd. filed Critical Honda Motor Co., Ltd.
Priority to JP2005517747A priority Critical patent/JP4800037B2/ja
Priority to US10/597,620 priority patent/US7715944B2/en
Priority to EP05709758A priority patent/EP1721711B1/en
Priority to KR1020067011906A priority patent/KR101131773B1/ko
Publication of WO2005075156A1 publication Critical patent/WO2005075156A1/ja

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for generating a desired gait of a mobile robot such as a bipedal mobile robot.
  • Patent Document 1 JP-A-2002-326173
  • Patent Document 2 PCT International Publication WOZ03Z057427 ZA1
  • the technology found in these documents uses the first dynamic model that represents the relationship between the motion of the robot (the position and posture of each part) and the floor reaction force, and uses the first dynamic model.
  • the robot's goal is to satisfy the required dynamic equilibrium conditions (conditions such that the translational force component of the floor reaction force becomes the target value, and the floor reaction force moment around a certain point becomes the target value).
  • An instantaneous desired gait consisting of the instantaneous value of the movement (instantaneous target movement) and the instantaneous value of the desired floor reaction force (instant desired floor reaction force) is sequentially created. Then, the instantaneous desired gait is input to the second dynamic model, and a part of the instantaneous desired movement (the desired body position / posture, the desired moment around the desired ZMP, etc.) is corrected, so that the final desired gait is obtained. In such a way that a typical instantaneous desired gait is generated in time series.
  • a highly linear model is generally used as the first kinetic model.
  • a gait that leads to a normal gait which is a virtual periodic gait, or a gait that approaches asymptotically (stable motion of the robot Gaits that can be continuously performed can be efficiently created in a short time.
  • a dynamic model with high linearity generally tends to have relatively low dynamic accuracy in various operations of a robot.
  • the dynamics of the robot on the dynamic model is likely to have an error with respect to the actual dynamics of the real robot. For this reason, if the instantaneous target gait created using the first dynamic model is applied to the real robot as it is and the real robot is operated, it is guaranteed on the first dynamic model. Movement The mechanical equilibrium condition is not satisfied on the real robot, and the operation of the real robot tends to be unstable.
  • the first dynamic model tends to have low dynamic accuracy as described above, so that a dynamic error is relatively large depending on a gait to be generated. May be.
  • the above error tends to be large.
  • a three-mass dynamic model in which the upper body of a bipedal mobile robot has one corresponding mass point near the tip of each leg, or a robot with a mass point only in the upper body of the robot 1
  • the dynamic model of the mass is used as the first dynamic model, particularly when the knee joint of each leg is bent relatively quickly, the influence of the change in the inertial force accompanying the movement is required.
  • the dynamic error becomes relatively large.
  • the instantaneous desired gait created using the first dynamics model may be excessively inappropriate for securing the continuous stability of the robot.
  • the correction is not performed properly, and the corrected instantaneous target gait has a stability margin.
  • the robot may be too low or may not be able to maintain the stability of the robot, and may diverge to the object.o
  • the inventor of the present application described the instantaneous desired gait motion created using the first dynamic model without using the dynamic model (representing the relationship between the motion and the force). Without using differential equations or integral equations), the position and orientation of a given part are corrected by geometrical arithmetic processing to increase the dynamic accuracy with the instantaneous target floor reaction force (dynamic dynamics).
  • a method for reducing errors was previously proposed in Japanese Patent Application No. 2004-5029.
  • This technique For example, the body position and body posture of the instantaneous target gait created using the first dynamic model described above are subjected to geometric calculation processing (the value of the instantaneous target floor reaction force, its time-series value, and the body position. (The arithmetic processing not using the differential value of the posture). This method does not require kinetic calculation processing! /, So it is possible to efficiently correct the instantaneous target motion in a short time.
  • the motion of the instantaneous target gait is corrected by geometric calculation processing so as to reduce the dynamic error every time the instantaneous target gait occurs.
  • the posture of the affected part (such as the upper body) may fluctuate frequently.
  • the correction of the instantaneous target movement for improving the dynamic accuracy can be mainly performed by correcting the body position.
  • the floor reaction force corresponding to the inertial force to be generated by the corrected body position motion is actually obtained. May not occur.
  • the corrected instantaneous target motion is such as to cause a slip of the robot.
  • the present invention has been made in view of a powerful background, and is capable of expressing a motion of an instantaneous target gait created using a dynamic model without using a dynamic model (representing the relationship between motion and force). Improve the dynamic accuracy between the instantaneous desired gait and the floor reaction force without using differential equations and integral equations), and minimize the fluctuation of the posture of a predetermined part such as the upper body of the robot. Can be properly corrected so as to achieve both It is an object of the present invention to provide a gait generation device for a mobile robot that can generate a gait that can be made.
  • a first invention of a mobile robot gait generator of the present invention provides an instant gait that sequentially generates an instantaneous target gait comprising an instantaneous target motion of the mobile robot and an instantaneous target floor reaction force.
  • a gait generator including a gait generating means, a first temporary correction for temporarily determining a position and a posture of a predetermined portion of the mobile robot from the instantaneous target motion, a first temporary correction for determining an instantaneous target motion Motion determining means, and a second temporarily corrected instantaneous target movement obtained by temporarily correcting the position of the predetermined part while maintaining the posture of the predetermined part from the instantaneous target movement the same as the posture in the instantaneous target movement.
  • the position and orientation of the predetermined portion in the instantaneous target movement Based on the first provisional corrected instantaneous target movement and the second provisional corrected instantaneous target movement, the position and orientation of the predetermined portion in the instantaneous target movement. Perform true correction And a desired motion correcting means for determining a positive after instantaneous desired motion. Then, the whole or a part of the mobile robot is represented by a model having a plurality of element forces using at least one of a rigid body having inertia and a mass point as an element, and the instantaneous gait generating means is provided.
  • the arrangement of each element of the model determined according to a first predetermined geometric constraint condition that defines the relationship between the instantaneous motion of the mobile robot and the arrangement of each element of the model is defined as a first From the first temporary corrected instantaneous target motion determined by the first temporary corrected motion determining means, a predetermined second geometrical shape defining the instantaneous motion of the mobile robot and the arrangement of each element of the model.
  • the arrangement of each element of the model determined according to the constraint condition is defined as a second arrangement, and the second geometric constraint is determined from the second temporarily corrected instantaneous target motion determined by the second temporarily corrected motion determining means.
  • the first provisional correction motion determining means determines the arrangement of each element of the model between the second arrangement and the first arrangement.
  • the translational force component of the resultant force of the inertial force of each element calculated by considering the difference of the acceleration as the acceleration becomes substantially zero, and the moment component generated around the predetermined point at the resultant force becomes substantially the predetermined value.
  • the first temporary corrected instantaneous target motion is determined, and the second temporary corrected motion determining means determines the difference between the arrangement of each element of the model between the third arrangement and the first arrangement.
  • the second temporarily corrected instantaneous target motion is determined so that the resultant force of the inertial forces of the respective elements calculated by doing so becomes approximately the predetermined value in the moment component generated around the predetermined point.
  • the motion correcting means is configured to multiply the attitude of the predetermined portion in the first temporary corrected instantaneous target motion by a predetermined weight wl and the attitude of the predetermined portion in the second temporary corrected instantaneous target motion.
  • the sum of the predetermined weight w2 and the sum is determined as the instantaneous target posture of the predetermined portion in the corrected instantaneous target motion, and the sum of the sum is calculated at the position of the predetermined portion in the first temporary corrected instantaneous target motion.
  • the sum of a product obtained by multiplying a predetermined weight wl and a position obtained by multiplying a position of the predetermined part in the second temporary corrected instantaneous target motion by a predetermined weight w2 is the predetermined value in the corrected instantaneous target motion. Part of the moment The time target position is determined.
  • the “arrangement” of the element of the model includes the “position” of the mass point as the element and the inertia as the element.
  • This is a general term for the "posture” (inclination angle) of a rigid body (link) having a.
  • a rigid body has a mass and inertia, but for convenience, in the present invention, a rigid body having its mass and inertia has a mass having the mass and located at the center of gravity of the rigid body. It is assumed that it has been decomposed into a rigid body having a mass of 0 and the inertia. This does not lose generality.
  • the terms “first arrangement”, “second arrangement”, and “third arrangement” mean a set of arrangements of all elements included in the model.
  • the first geometric constraint condition and the second geometric constraint condition are appropriately set, and the elements constituting the model are appropriately set.
  • the difference between the second arrangement and the first arrangement (the difference between the arrangement of each element in the second arrangement and the arrangement of each element in the first element) is determined by the first arrangement.
  • the instantaneous gait generating means generates the temporary corrected instantaneous target motion (at least one of the position and orientation of each part of the robot determined by the first temporary corrected instantaneous target motion).
  • the magnitude (degree,) of the dynamic error between the instantaneous target floor reaction force (the instantaneous target value of at least one of the translational force and moment of the floor reaction force acting on the robot) can be adjusted. It becomes possible.
  • the difference between the third arrangement and the first arrangement is calculated by the second temporary correction instantaneous.
  • Target exercise above At least one of the position and orientation of each part of the robot for which the second provisional corrected instantaneous target motion has been determined, and / or any of the deviations
  • instantaneous desired floor reaction force generated by the instantaneous gait generating means It is possible to correspond to the degree (degree) of the kinetic error between. Supplementally, there is generally a stationary offset in these correspondences.
  • the inertial force of each element calculated by considering the difference in the arrangement of each element of the model between the second arrangement and the first arrangement as acceleration.
  • the position and the position of the predetermined portion are set such that the translational force component of the resultant force is substantially zero and the moment component generated around the predetermined point is substantially a predetermined value (a certain offset value).
  • the first temporary corrected instantaneous target movement is determined assuming that the posture has been temporarily corrected from the instantaneous target movement generated by the instantaneous gait generating means.
  • the dynamic accuracy of the first temporary corrected instantaneous target movement is enhanced with respect to both the translational force component and the moment component of the instantaneous target floor reaction force.
  • the posture of the predetermined part in the first temporary corrected instantaneous target movement may frequently change.
  • the instantaneous gait generating means when the translational force component of the instantaneous desired floor reaction force is not explicitly set, the instantaneous gait generating means generates a dynamic model used for generating a gait.
  • the translational force component is regarded as the translational force component of the instantaneous desired floor reaction force.
  • the second temporarily corrected instantaneous target motion as a result of correcting the position of the predetermined portion from the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means changes the posture of the predetermined portion.
  • the dynamic accuracy is improved with respect to the moment component of the instantaneous desired floor reaction force, and at the same time, the posture of the predetermined portion is changed by the instantaneous gait generating means.
  • the posture (instantaneous target posture) of the predetermined part in the corrected instantaneous target movement is a predetermined posture of the posture of the predetermined part in the first temporary corrected instantaneous target movement.
  • the weighted wl is determined by the sum of the product obtained by multiplying the posture of the predetermined part by the predetermined weight w2 in the second provisional corrected instantaneous target motion.
  • the position of the predetermined part (instantaneous target position) is obtained by multiplying the position of the predetermined part in the first temporary correction instantaneous target movement by the predetermined weight wl and the second temporary correction instantaneous target movement. It is determined as the sum of the position of the predetermined part multiplied by a predetermined weight w2.
  • the dynamic accuracy between the instantaneous target floor reaction force and the instantaneous target floor reaction force can be suppressed while suppressing excessive fluctuation of the instantaneous target posture of the predetermined portion.
  • the corrected instantaneous target motion that can be secured better than the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means.
  • the first temporary corrected instantaneous target motion and the second temporary corrected instantaneous target motion that are the basis of the corrected instantaneous target motion are V and the deviation is the dynamic accuracy with respect to the moment component of the instantaneous target floor reaction force.
  • the gait composed of the combination of the instantaneous target movement after correction and the instantaneous target floor reaction force can ensure the stability of the overall posture of the robot in a favorable manner.
  • the first and second provisional corrected instantaneous target motions relate to the arrangement of the model elements without using the temporal change of the arrangement of the elements (first and second derivatives of the position and orientation). It can be determined by a geometric operation.
  • the position and orientation of a predetermined part in the corrected instantaneous target motion can be determined by simple multiplication and addition operations.
  • the instantaneous desired gait can be calculated with the floor reaction force. Correction can be made appropriately so as to achieve both the improvement of the dynamic accuracy and the fluctuation of the posture of a predetermined part such as the upper body of the robot as much as possible. A gait that enables the gait can be generated.
  • the first, second, and third arrangements are actually obtained as long as the corrected instantaneous target movement as described above is consequently determined. It is not always necessary to actually calculate the translational force component and the moment component of the resultant force of the inertial forces of the above-described elements. Not necessary.
  • the second invention of the mobile robot gait generator of the present invention includes an instantaneous gait generating means for sequentially generating an instantaneous target gait comprising the instantaneous target motion of the mobile robot and the instantaneous desired floor reaction force.
  • a tentative gait generator a temporary correction motion determining means for determining a temporary correction instantaneous target motion obtained by temporarily correcting the position and orientation of a predetermined part of the mobile robot from the instantaneous target motion
  • a target movement correcting means for determining a corrected instantaneous target movement by performing a true correction of the position and the posture of the predetermined part.
  • the whole or a part of the mobile robot is represented by a model including a plurality of elements, using at least one of a rigid body having inertia and a mass point as an element.
  • a model including a plurality of elements, using at least one of a rigid body having inertia and a mass point as an element.
  • the first arrangement is determined from the provisional corrected instantaneous target movement determined by the provisional corrected movement determination means in accordance with a predetermined second geometric constraint condition that defines the instantaneous movement of the mobile robot and the arrangement of each element of the model.
  • the arrangement of each element of the model to be determined is a second arrangement, and from the corrected instantaneous target movement determined by the target movement correcting means, the model is determined according to the second geometric constraint condition.
  • the provisional corrected motion determining means may regard the difference between the arrangement of each element of the model between the second arrangement and the first arrangement as acceleration.
  • the temporary correction instantaneous target is set so that the translational force component of the resultant force of the inertial force of each element calculated by the above becomes substantially zero and the moment component generated around the predetermined point becomes substantially a predetermined value.
  • the target motion correcting means determines a motion, and multiplies a posture of the predetermined portion in the temporary corrected instantaneous target motion by a predetermined weight wl, and calculates the motion in the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means.
  • the sum of the posture of the predetermined part multiplied by the predetermined weight w2 is determined as the instantaneous target posture of the predetermined part in the corrected instantaneous target motion, and the third arrangement and the first arrangement are determined.
  • the first geometric constraint condition and the second geometric constraint condition are appropriately set, and a model is configured.
  • the difference between the second arrangement and the first arrangement is determined by the provisional corrected instantaneous target movement (the respective parts of the robot determined by the provisional corrected instantaneous target movement).
  • the instantaneous desired floor reaction force generated by the instantaneous gait generating means (the translational force and moment of the floor reaction force acting on the robot).
  • At least one of the instantaneous target values) can be made to correspond to the degree (degree) of the dynamic error.
  • the difference between the third arrangement and the first arrangement is determined by the corrected instantaneous target movement (at least the position and posture of each part of the robot determined by the target movement correcting means! It is possible to correspond to the degree (degree) of the dynamic error between the instantaneous target value of the deviation and the instantaneous target floor reaction force generated by the instantaneous gait generating means. Supplementally, in these correspondences, there is generally a stationary offset similarly to the first invention.
  • the difference between the arrangement of each element of the model between the second arrangement and the first arrangement is regarded as acceleration, and the inertial force of each element calculated by regarding the difference as the acceleration.
  • the position and the position of the predetermined portion are set such that the translational force component of the resultant force is substantially zero and the moment component generated around the predetermined point is substantially a predetermined value (a certain offset value).
  • the provisionally corrected instantaneous target movement is determined assuming that the posture is temporarily corrected from the instantaneous target movement generated by the instantaneous gait generating means.
  • This temporary corrected instantaneous target movement is equivalent to the first temporary corrected instantaneous target movement in the first aspect of the invention, and has dynamic accuracy with respect to both the translational force component and the moment component of the instantaneous target floor reaction force. Will increase. However, the posture of the predetermined portion in the temporary corrected instantaneous target movement may frequently change.
  • the corrected instantaneous target movement as the true corrected instantaneous target movement of the instantaneous target movement generated by the instantaneous gait generating means is the temporary corrected instantaneous target movement based on the posture of the predetermined portion. And a posture obtained by multiplying the posture of the predetermined part by the predetermined weight wl and the posture of the predetermined part in the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means.
  • the state equal to the sum of the posture multiplied by the predetermined weight w2 i.e., the arrangement of the model elements corresponding to the predetermined part, the weight wl is added to the posture of the predetermined part in the temporary corrected instantaneous target movement
  • the resultant component of the inertial force of each element calculated by considering the difference between the arrangement of each element of the model and the acceleration of the respective elements in the model becomes approximately the predetermined value as the moment component generated around the predetermined point. Is determined as follows.
  • the posture of the predetermined part is determined by calculating the posture obtained by multiplying the posture of the predetermined part in the provisional corrected instantaneous target movement by a weight wl and the moment generated by the instantaneous gait generating means.
  • the element of the model element determined according to the second geometric condition is determined.
  • the corrected instantaneous target motion has an improved dynamic accuracy with respect to the moment component of the instantaneous target floor reaction force. Good dynamic accuracy can be ensured even for the translational force component of the floor reaction force.
  • the posture of the predetermined part is obtained by multiplying the posture of the predetermined part in the provisionally corrected instantaneous target movement by the weight wl and the posture of the predetermined part in the instantaneous target movement generated by the instantaneous gait generating means by the weight w2. By setting the weights wl and w2 appropriately, the fluctuation of the posture is more restricted (suppressed) than the provisionally corrected instantaneous target movement.
  • the dynamic accuracy between the instantaneous target floor reaction force and the instantaneous target floor reaction force is improved better than the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means, while suppressing excessive fluctuation of the instantaneous target posture of the predetermined portion.
  • the corrected instantaneous target motion that can be secured can be determined.
  • the corrected instantaneous target motion and the momentary component of the instantaneous target floor reaction force have good dynamic accuracy with respect to the translational force component.
  • a gait composed of a set of forces can better ensure the stability of the overall posture of the mobile robot.
  • the temporary corrected instantaneous target movement and the corrected instantaneous target movement are It can be determined by the geometric operation processing on the arrangement of the element without using the temporal change of the arrangement of the element of the Dell (the first and second derivatives of the position and orientation).
  • the instantaneous desired gait can be compared with the floor reaction force. Correction can be made appropriately so as to achieve both improved dynamic accuracy and minimal fluctuations in the posture of a predetermined part such as the upper body of the mobile robot, and stable movement of the mobile robot. A gait that can be performed can be generated.
  • the first, second, and third arrangements are actually obtained as long as the corrected instantaneous target motion as described above is consequently determined.
  • the predetermined weights wl, w2 may be basically set to weights of magnitudes (for example, 0.3, 0.7, etc.) in the range of 0 to 1, If the magnitude is constant, the horizontal component force of the translational inertial force of the overall center of gravity of the robot in the corrected instantaneous target motion, depending on the motion form and the road surface condition of the mobile robot, the friction between the mobile robot and the floor There is a possibility that the floor reaction force may not be balanced with the horizontal component generated by the force. This is the same in the second invention.
  • both the predetermined weight wl and the predetermined weight w2 have a size in a range of 0 to 1, and Means for variably determining the constant weight wl in accordance with the road surface condition and Z or the motion mode of the mobile robot in accordance with the target gait according to the target gait. It is preferable to provide (third invention). In this case, it is preferable that the sum of the magnitude of the predetermined weight wl and the magnitude of the predetermined weight w2 is 1 (fourth invention).
  • the weights wl and w2 are variably set as described above, so that the posture of a predetermined part of the mobile robot can be adjusted to a road surface state or a posture suitable for the movement form of the mobile robot. In this way, the instantaneous target motion after the correction that can secure the dynamic accuracy well can be determined. Further, in the fourth invention, the sum of the magnitude of the weight wl and the magnitude of the weight w2 is set to 1. Thus, the position of the predetermined part in the corrected instantaneous target movement is the position of the predetermined part in the first temporary corrected instantaneous target movement and the position of the predetermined part in the second temporary corrected instantaneous target movement.
  • the dynamic accuracy between the instantaneous target motion after correction and the moment component of the instantaneous target floor reaction force and the translational force component between the corrected instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force are calculated.
  • the instantaneous target motion after the correction can be determined while maintaining a good balance with the dynamic accuracy of the motion.
  • the posture of a predetermined part of the mobile robot is restricted to a posture suitable for the road surface condition and the movement form of the mobile robot, and the dynamic accuracy is also good.
  • the instantaneous target motion after correction that can be secured at the same time can be determined.
  • the motion mode include a motion mode such as walking and running of the mobile robot.
  • the road surface state includes a friction state such as a friction coefficient of a road surface (floor surface).
  • the predetermined weight wl may be a simple real value, but may be a weight having a frequency characteristic with respect to the posture of the predetermined part multiplied by the real weight.
  • the fact that the weight wl refers to the frequency characteristics more often means that the gain (speaker) of the weight wl for each frequency component when the time series of the posture of a predetermined part is represented in the frequency domain changes according to the frequency. means.
  • Such weight wl is generally expressed by a transfer function using a complex number, and functions as a filter.
  • the posture of the predetermined portion in the first temporary corrected instantaneous target motion in the first invention, or the temporary corrected instantaneous target motion in the second invention By removing a required frequency component from the posture of the predetermined part in the above, the posture of the predetermined part in the corrected instantaneous target motion can be determined.
  • the frequency characteristic of the weight wl is, for example, a low-cut characteristic (a characteristic that cuts off low-frequency components), the first provisionally corrected instantaneous target movement (the first invention and the third and third subordinates thereof) 4 invention) or the posture of the predetermined part in the temporary corrected instantaneous target movement (the second invention and the third and fourth inventions subordinate thereto), the steady offset ( If an error occurs, it can be removed.
  • the frequency characteristic of the weight wl is changed to, for example, a high cut characteristic (a high frequency component is cut off).
  • the first temporary corrected instantaneous target motion (the first invention and the third and fourth inventions subordinate thereto) is the temporary corrected instantaneous target motion (the second invention and the subordinate second invention).
  • the third and fourth aspects of the present invention in the case where fine power and vibration are generated in the posture of the predetermined portion, it can be removed.
  • a component caused by a difference in arrangement (posture difference) of an element (rigid body) having inertia of the model is a component of the element. It is equivalent to the product of the difference in attitude (difference in inclination angle) and the value of the inertia of the element.
  • the components resulting from the difference in the arrangement (position difference) of the elements having the mass of the model are those when the difference in the position and the distance of the element from the predetermined point are represented by vectors, respectively. This is equivalent to the product of the vector (outer product) multiplied by the mass of the element.
  • the component resulting from the difference in the arrangement of the elements having mass is a line segment connecting one of the two positions related to the difference between the positions and the predetermined point, and
  • the angle corresponds to the angle formed by the line segment connecting the other of the two positions and the predetermined point (more specifically, the force monotonically increases or decreases according to the angle).
  • the sixth invention of the present invention is the first-fifth invention, wherein, among the moment components related to a difference in arrangement of each element between the second arrangement and the first arrangement, Components of each element having the mass of the model due to the difference between the position A in the first arrangement and the position B in the second arrangement are a line segment connecting the predetermined point and the position A, It is calculated from an angle formed by the line segment connecting the predetermined point and the position B by using a substantially monotonic function related to the angle, and each angle between the third arrangement and the first arrangement is calculated.
  • a component caused by a difference between the position A in the first arrangement and the position C in the third arrangement of each element having the mass of the model is the predetermined value.
  • a line segment connecting the point A and the position A, and a line segment connecting the predetermined point and the position C is Characterized in that it is calculated using a force to angular force said monotonic function.
  • the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means is a dynamic model representing a relationship between a motion of the mobile robot and a floor reaction force.
  • the inertia force generated by a specific motion component of one or more specific parts of the mobile robot is determined using a dynamic model constructed as being substantially zero, and at least one of the specific forces described above is determined. It is suitable when it contains an element corresponding to one site (the seventh invention).
  • the instantaneous target motion is constructed such that an inertial force generated by a specific motion component (a translational motion or a rotational motion in a certain direction) of one or more specific portions of the mobile robot is substantially zero.
  • the instantaneous gait generation means generates the instantaneous desired motion when the specific gait generates a relatively large inertia force.
  • the dynamic accuracy between the momentary floor reaction force and the instantaneous target floor reaction force tends to decrease.
  • an element corresponding to at least one of the specific parts is included in the model! /, So that the distance between the corrected instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force is increased. Kinetic accuracy can be accurately increased.
  • the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means is based on a predetermined dynamic model representing a relationship between the motion of the mobile robot and a floor reaction force. It is determined to satisfy the desired floor reaction force or the desired ZMP, and is generated from the instantaneous desired motion by a temporal change in the arrangement of each element of the model determined according to the first geometric constraint. From the floor reaction force that balances the resultant of the inertial forces of the respective elements and the instantaneous target movement, which are generated by the temporal change in the arrangement of the respective elements of the model determined according to the second geometric constraint.
  • Ru restrictive condition is set (eighth invention).
  • the dynamic error between the instantaneous desired motion generated by the instantaneous gait generating means and the instantaneous desired floor reaction force is calculated from the instantaneous desired motion by the first geometrical motion. Difference between the arrangement of each element of the model determined according to the geometric constraint condition and the arrangement of each element of the model determined according to the second geometric constraint condition from the instantaneous target motion (the mass point of the model). (Or a difference in the posture of the rigid body of the model).
  • the first temporary correction instantaneous target motion and the second temporary By determining the correct instantaneous target movement and further determining the corrected instantaneous target movement from these temporary corrected instantaneous target movements, the dynamics between the momentary gait generating means and the instantaneous desired floor reaction force are generated. It is possible to appropriately determine the corrected instantaneous target motion that can increase the target accuracy more than the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means, and to suppress the change in the posture of the predetermined portion. Similarly, as described above, the temporary corrected instantaneous target motion according to the second invention is determined, and the corrected instantaneous target motion having the same posture as the posture of the predetermined part in the temporary corrected instantaneous target motion is determined.
  • the corrected instantaneous target motion that can increase the dynamic accuracy between the instantaneous gait generating means and the instantaneous desired floor reaction force generated by the instantaneous gait generating means can be appropriately adjusted. In addition to the determination, it is possible to suppress a change in the posture of the predetermined portion.
  • the instantaneous target motion generated by the instantaneous gait generating means is defined by a predetermined dynamic model representing a relationship between the motion of the mobile robot and a floor reaction force.
  • the difference between the instantaneous target motion and the total center of gravity of the arrangement of each element of the model determined according to the second geometric constraint condition multiplied by the total mass of the element is the power in the instantaneous target motion.
  • the first and second geometric constraints may be set so as to substantially match the error of the overall center of gravity of the dynamic model multiplied by the total mass of the dynamic model. invention).
  • the dynamic accuracy between the first temporarily corrected instantaneous target motion according to the first invention and the instantaneous target floor reaction force, and the second temporary corrected instantaneous target motion and the instantaneous target motion are calculated.
  • the effect of the error of the overall center of gravity of the dynamic model which is one of the factors that lower the dynamic accuracy between the floor reaction force and the dynamic model, can be canceled.
  • the dynamic accuracy between the temporarily corrected instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force according to the second invention, and the dynamic accuracy between the corrected instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force can also be canceled for the target accuracy.
  • the mobile robot when the mobile robot is a robot including a plurality of legs or a plurality of arms extended from an upper body as a plurality of movable bodies,
  • the geometric constraint condition is that the model is drawn on a straight line parallel to a line segment connecting a predetermined point near the tip of each movable body and a predetermined point near the connecting portion of the movable body with the upper body. If any of the elements of the above exists, it is preferable to include a condition U (the tenth invention).
  • the first geometric constraint condition includes a condition that the upper body and each movable body on the model are held in a predetermined constant posture state, 11th invention).
  • the predetermined constant posture is a posture in which the upper body of the mobile robot and the plurality of movable bodies are directed substantially in the direction of a bell (twelfth invention).
  • the second geometric constraint condition is determined based on an arbitrary instantaneous target motion of the moving robot and an arrangement of each element of the model determined according to the condition. Is preferably set so as to substantially coincide with the arrangement of a part corresponding to the element in the robot following the instantaneous target movement (the thirteenth invention).
  • the arrangement of each element of the model determined according to the first geometric constraints from the instantaneous target operation and The difference between the arrangement of each element of the model determined according to the second geometric constraint condition from the instantaneous target motion is determined by the instantaneous target generated by the instantaneous target motion and the instantaneous gait generating means. It is possible to appropriately cope with the dynamic error between the floor reaction force
  • the mobile robot includes a plurality of legs or a plurality of arms extending from the upper body as a plurality of movable bodies, and the upper body of each movable body. And a middle part between the connecting part of the movable body and the tip of the movable body, and a momentary target movement generated by the momentary gait generating means is a movement of the robot and a floor reaction force. And a dynamic model constructed on the assumption that the inertial force generated at or near the intermediate portion of each movable body due to the bending and stretching motion of each movable body is almost zero. When using the model, at least the intermediate portion of each of the movable bodies Or, it is preferable that the model includes a mass point corresponding to a nearby part as an element (the fourteenth invention).
  • the instantaneous target motion has an inertia force generated at or near the center of each movable body due to the bending and stretching motion of each movable body being substantially zero (ie, ignoring the inertial force).
  • the instantaneous gait generating means is used to generate a desired gait such that the bending motion of each movable body is performed relatively quickly.
  • the dynamic accuracy between the instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force at which the moment occurs is likely to decrease.
  • the first and second temporary correction instantaneous moments according to the first invention are included by including, as an element, a mass point corresponding to the intermediate portion of each movable body or a portion in the vicinity thereof.
  • the joint at the intermediate portion of each movable body is determined.
  • the instantaneous target movements can be determined by compensating for the influence of the inertial force accompanying the bending and stretching movements of the movable body due to the bending movement of the movable body.
  • the dynamic accuracy between the determined instantaneous target motion and the instantaneous target floor reaction force determined by the instantaneous target gait generating means can be increased.
  • the instantaneous gait composed of the instantaneous corrected desired movement according to the first or second invention and the instantaneous desired floor reaction force is an instantaneous gait while suppressing a change in the posture of the predetermined portion. Dynamic accuracy can be higher than the instantaneous gait generated by the generating means.
  • the first geometric constraint may be set, for example, in the same manner as in the tenth or eleventh invention, and the second geometric constraint may be set in the thirteenth invention. Just set it as invented. In particular, it is preferable to set the first and second geometric constraint conditions as in the tenth invention and the thirteenth invention, respectively.
  • the first geometric constraint condition is defined as a line segment connecting a predetermined point near the tip of each movable body and a predetermined point near the joint of the movable body with the upper body. And a condition that a mass corresponding to an intermediate portion of the movable body or a portion in the vicinity of the model exists, and the second geometric constraint condition is an arbitrary condition of the mobile robot.
  • the arrangement of each element of the model determined according to the conditions from the It is preferable that the setting is made so as to substantially coincide with the arrangement of the part corresponding to the element in the robot following the time target movement (the fifteenth invention).
  • each movable position in the arrangement is determined.
  • a mass point of the model corresponding to the middle part of the body or a part in the vicinity thereof hereinafter, referred to as a movable body intermediate mass point
  • a movable body intermediate mass point in the first arrangement which is on the line segment
  • the inertial force corresponds to the error of the instantaneous desired floor reaction force generated by the instantaneous gait generating means.
  • the first and second temporary corrected instantaneous target movements according to the first invention or the temporary corrected instantaneous target movement and the corrected instantaneous target movement according to the second invention, will be described with respect to the first or second invention.
  • the influence of the inertial force accompanying the bending and stretching movement of the movable body due to the bending movement of the joint at the intermediate portion of each movable body is compensated, and the instantaneous target movement and the instantaneous target floor reaction force are compensated.
  • the dynamic accuracy between them can be increased.
  • a bipedal mobile robot is taken as an example of the mobile robot.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an overall configuration of a bipedal mobile robot to which an embodiment of the present invention is applied.
  • a bipedal mobile robot (hereinafter, referred to as a robot) 1 includes a pair of left and right legs 2, 2 extending downward from an upper body (base of the robot 1) 3.
  • the upper body 3 corresponds to a “predetermined part” in the present invention.
  • the legs 2 and 2 have the same structure, each having six joints.
  • the six joints, in order of the upper body 3 side force, are joints 10R and 10L for the rotation (rotation) of the crotch (lumbar) (rotation in the Y direction relative to the upper body 3) and the roll direction of the crotch (lumbar).
  • Joints 12R and 12L for rotation (around the X axis), Joints 14R and 14L for rotation in the crotch (lumbar) pitch direction (around the Y axis), and joints 16R and 16L for rotation in the knee pitch direction And rotation of the ankle pitch direction And the joints 20R and 20L for rotation of the ankle in the roll direction.
  • symbols R and L are symbols corresponding to the right side and the left side of the robot 1, respectively.
  • the hip joint (or the hip joint) is connected to the joints 10R (L) and 12R.
  • the knee joint is composed of the joint 16R (L)
  • the ankle joint is composed of the joints 18R (L) and 20R (L).
  • the hip joint and the knee joint are connected by a thigh link 24R (L)
  • the knee joint and the ankle joint are connected by a lower leg link 26R (L).
  • the "link” of the robot 1 is used to mean a part that can be regarded as a rigid body of the robot 1.
  • upper body 3 is also one link (rigid body), and in that sense upper body 3 is sometimes called upper body link.
  • a pair of left and right arms 5 and 5 are attached to both upper sides of the upper body 3, and a head 4 is disposed at the upper end of the upper body 3.
  • Each arm 5 has a shoulder joint composed of three joints 30R (L), 32R (L) and 34R (L), an elbow joint composed of joint 36R (L), and a joint 38R (L). And a wrist part 40R (L) connected to the wrist joint. Links are formed between the shoulder joint and the elbow joint, and between the elbow joint and the wrist joint.
  • the joint shown below
  • the desired motion of both feet 22R and 22L can be performed.
  • the robot 1 can arbitrarily move in the three-dimensional space.
  • each arm 5 can perform a motion such as arm swing by rotating its shoulder joint, elbow joint, and wrist joint. [0062] As shown in Fig.
  • a known 6-axis force sensor 50 is interposed between the ankle joints 18R (L) and 20R (L) of each leg 2 and the foot 22R (L). ing.
  • the 6-axis force sensor 50 is for detecting whether the foot 22R (L) of each leg 2 lands, and detecting a floor reaction force (ground load) acting on each leg 2 and the like.
  • the detection signals of the three-directional components Fx, Fy, Fz of the translational force of the floor reaction force and the three-directional components Mx, My, Mz of the moment are output to the control unit 60.
  • the body 3 is provided with a posture sensor 54 for detecting the inclination angle and the angular velocity of the body 3 with respect to the Z axis (vertical direction (gravity direction)), and the detection signal is controlled by the posture sensor 54. Output to control unit 60.
  • the attitude sensor 54 includes an acceleration sensor and a gyro sensor (not shown), and detection signals from these sensors are used to detect the inclination angle of the body 3 and its angular velocity.
  • each joint of the robot 1 has an electric motor 64 (see FIG. 3) for driving the joint, and a rotation amount of the electric motor 64 (rotation angle of each joint).
  • (Rotary encoder) 65 (see FIG. 3) is provided for detecting the signal, and a detection signal of the encoder 65 is output from the encoder 65 to the control unit 60.
  • a joystick (operator) 73 for manipulating the robot 1 is provided outside the robot 1 which is not shown in FIG. 1.
  • the joystick 73 is operated by operating the joystick 73.
  • the mode of operation that specifies the direction of movement of the robot 1, such as turning the robot 1 moving straight ahead, specifying the moving direction of the robot 1, walking and running the robot 1, and the frictional state of the floor surface (road surface state). It is configured so that a request or restriction on the gait of the robot 1 such as designation can be input to the control unit 60 as needed.
  • the joystick 73 can communicate with the control unit 60 by wire or wirelessly.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a basic configuration of a tip portion (including each foot 22R (L)) of each leg 2 in the present embodiment.
  • a spring mechanism 70 is provided between the foot 22R (L) and the six-axis force sensor 50, and the sole (the bottom surface of each foot 22R, L) is provided.
  • a sole elastic body 71 which is also strong such as rubber is attached.
  • a compliance mechanism 72 is configured by the spring mechanism 70 and the sole elastic body 71.
  • the spring mechanism 70 includes a rectangular guide member (not shown) attached to the upper surface of the foot 22R (L) and an ankle joint 18R (L) (in FIG. 2, the ankle joint). 20R (L) is omitted)
  • a piston-like member (not shown) which is attached to the 6-axis force sensor 50 side and is finely movable and accommodated in the guide member via an elastic material (rubber or spring).
  • the foot 22R (L) indicated by a solid line in FIG. 2 indicates a state when no floor reaction force is applied.
  • the spring mechanism 70 of the compliance mechanism 72 and the sole elastic body 71 bend, and the foot 22R (L) moves to the position and posture as exemplified by the dotted line in the figure.
  • the structure of the compliance mechanism 72 is important not only to reduce the landing impact but also to enhance controllability. The details thereof are described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305584 previously proposed by the present applicant, and further description in this specification will be omitted.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the control unit 60.
  • the control unit 60 is composed of a microcomputer, and has a first arithmetic unit 90 and a second arithmetic unit 92 which also have CPU power, an AZD variable ⁇ 80, a counter 86, a DZA variable ⁇ 96, a RAM84, a ROM94, And a bus line 82 for exchanging data between them.
  • the output signals of the 6-axis force sensor 50, posture sensor 54 (acceleration sensor and rate gyro mouth sensor), joystick 73, etc. of each leg 2 are converted into digital values by the AZD translator 80, and then converted to digital signals.
  • the outputs of the encoders 65 (rotary encoders) of the joints of the robot 1 are input to the RAM 84 via the counter 86.
  • the first arithmetic unit 90 generates a target gait as described later and calculates a joint angle displacement command (a displacement angle of each joint or a command value of a rotation angle of each electric motor 64). Send to 4.
  • the second arithmetic unit 92 reads the joint angle displacement command and the actually measured joint angle detected based on the output signal of the encoder 65 from the RAM 84, and determines the amount of operation required to drive each joint. calculate. Then, the calculated operation amount is output to the electric motor 64 for driving each joint via the DZA converter 96 and the servo amplifier 64a.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a main functional configuration of the control unit 60 of the robot 1 according to the embodiment of the present specification.
  • the parts other than the “real robot” part in FIG. 4 are constituted by the processing functions executed by the control unit 60 (mainly the functions of the first arithmetic unit 90 and the second arithmetic unit 92). It is.
  • the processing function is performed by a program implemented in the control unit 60. This is realized by a program or the like.
  • the symbols R and L are omitted when it is not necessary to particularly distinguish the left and right of each part (the leg 2, the arm 5, etc.) of the robot 1.
  • the control unit 60 includes a gait generator 100 that generates and outputs a desired gait freely and in real time as described later.
  • the gait generator 100 realizes the embodiment of the present invention by its function.
  • the desired gait output by the gait generator 100 includes a corrected desired body posture trajectory (trajectory of the desired posture of the body 3), a corrected target body position trajectory (a trajectory of the desired position of the body 3), Foot position / posture trajectory (trajectory of target position and target posture of each foot 22), target arm posture trajectory (trajectory of target posture of each arm), target ZMP (target total floor reaction force center point) trajectory, target It consists of the corrected desired floor reaction force moment trajectory around the ZMP and the desired total floor reaction force trajectory.
  • a portion (head or the like) that is movable with respect to the upper body 3 is provided in addition to the leg 2 and the arm 5, the target position / posture trajectory of the movable portion is added to the target gait.
  • the “trajectory” in a gait means a temporal change pattern (time-series pattern), and is sometimes called a “pattern” instead of a “trajectory”.
  • “posture” means a spatial orientation.
  • the body posture is the inclination angle (posture angle) of the body 3 in the roll direction (around the X axis) with respect to the Z axis (vertical axis) and the inclination angle (posture angle) of the body 3 in the pitch direction (around the Y axis).
  • the foot posture is represented by a spatial azimuth of two axes fixedly set for each foot 22.
  • the body posture may be referred to as the body posture angle.
  • the target arm posture regarding the arm body 5 is represented by a relative posture with respect to the body 3 in the embodiment of the present specification.
  • the body position means a position of a representative point of the body 3 which is determined in a rough manner (a fixed point in a local coordinate system arbitrarily fixedly set with respect to the body 3).
  • the foot position means the position of a representative point of each foot 22 that has been roughly determined (fixed point in a local coordinate system arbitrarily fixedly set for each foot 22).
  • the representative point of each foot 22 is on the bottom surface of each foot 22 (more specifically, the point where the perpendicular from the center of the ankle joint of each leg 2 to the bottom surface of each foot 22 intersects the bottom surface). Is set to
  • the corrected target body posture and the corrected target body position for the body 3 are based on a certain basic target body posture (temporary target body position) and a target body position (temporary target body position). correction It was done.
  • the basic target body position / posture corresponds to a displacement dimension corrected body position / posture described later.
  • the components of the gait other than the components relating to the floor reaction force that is, the components relating to the position and orientation of each part of the robot 1, such as the foot position and orientation, the body position and orientation, are collectively referred to as “movement”. Movement ".
  • the floor reaction force acting on each foot 22 (floor reaction force composed of translational force and moment) is called “each foot floor reaction force”, and the robot 1 has two (two) foot reaction forces for the foot 22R and 22L.
  • the resultant force of each foot floor reaction is called the total floor reaction.
  • each floor floor reaction force is hardly mentioned, and unless otherwise noted, “floor reaction force” is treated as synonymous with “total floor reaction force”.
  • the desired floor reaction force is generally represented by an action point and a translational force and a moment acting on the point. Since the action point is good for everywhere, countless expressions can be considered for the same desired floor reaction force.However, in particular, the target floor reaction force center point (the target position of the center point of the total floor reaction force) is used as the working point, When expressing the reaction force, the moment component of the desired floor reaction force is zero except for the vertical component (moment component around the vertical axis (Z axis)). In other words, the horizontal component of the moment of the desired floor reaction force around the center point of the desired floor reaction force (the moment about the horizontal axis (X axis and Y axis)) becomes zero.
  • the target motion orbit force of the robot 1 is calculated as ZMP (the target motion orbit force is also calculated and the resultant force of inertia and gravity acts around that point).
  • ZMP the target motion orbit force is also calculated and the resultant force of inertia and gravity acts around that point.
  • the moment when the moment becomes zero except for the vertical component) and the desired floor reaction force center point coincide with each other, so it is the same as giving the desired ZMP trajectory instead of the desired floor reaction force center point trajectory.
  • the vertical position When the body height is determined, the translational floor reaction force vertical component is determined dependently. Furthermore, the horizontal position trajectory of the robot 1 (or the position trajectory of the overall center of gravity) is adjusted so that the resultant force of the inertia and gravity due to the motion of the desired gait becomes zero in the horizontal component of the moment generated around the target ZMP. By determining the road, the translational floor reaction force horizontal component is also determined dependently. Therefore, when the robot 1 walks, only the target ZMP may be the only physical quantity that should be explicitly set for the floor reaction force of the target gait.
  • the translational floor reaction force vertical component also This is important for operation control. For this reason, it is desirable to determine the trajectory of the robot 1 such as the target body vertical position after explicitly setting the target trajectory of the translational floor reaction force vertical component. Also, when walking the robot 1, if the coefficient of friction is low and the robot 1 moves on the floor (low mu road), the translational floor reaction force vertical component (more strictly, the translational floor reaction force Since the component perpendicular to the floor affects the frictional force, it is desirable to explicitly set the target trajectory of the translational floor reaction vertical component to prevent the robot 1 from slipping. Further, in the embodiment of the present invention, in the desired gait finally output by the gait generator 100, a corrected desired floor reaction force moment (a moment whose horizontal component is not always 0) is generated around the desired ZMP.
  • the corrected target floor around the target ZMP is used as a component relating to the floor reaction force of the target gait output by the gait generator 100.
  • the reaction moment and the target translational floor reaction force vertical component are included!
  • the desired gait output by the gait generator 100 is, in a broad sense, “a set of a desired motion trajectory and a desired floor reaction force trajectory during one or more steps”. In a narrow sense, it is used as a meaning of ⁇ a set of a target motion trajectory during one step and a target floor reaction force trajectory including a target ZMP, a corrected target floor reaction force moment, and a target translational floor reaction force vertical component. '' Used in a meaning.
  • a desired gait provisional desired gait created in the process of determining a final desired gait (a desired gait output by the gait generator 100).
  • the horizontal component of the desired floor reaction force moment around the target ZMP is set to 0 as defined by the original target ZMP. Therefore, in temporary provisional gaits other than the finally determined target gait (simplified model gait, first provisional corrected gait, second provisional corrected gait, and displacement dimension corrected gait described later), The corrected desired floor reaction force moment is subtracted from the desired gait of Used in taste.
  • a desired gait (temporary desired gait) created in the process of determining a final desired gait (the desired gait output by the gait generator 100) is a real gait. It is closely related to the invention. For this reason, most of the desired gaits in the following description are used in the meaning of the strictly defined desired gait minus the corrected desired floor reaction force moment (gaits satisfying the desired ZMP). You.
  • the "floor reaction force vertical component” means “translational floor reaction force vertical component”
  • the vertical component of the moment of the floor reaction force (the component around the vertical axis) is The term “moment” is used to distinguish it from the “floor reaction force vertical component”.
  • the “floor floor reaction force horizontal component” means “translational floor reaction force horizontal component”.
  • one step of the desired gait is used in the meaning from the time when one leg 2 of the robot 1 lands to the time when the other leg 2 lands.
  • the two-leg supporting period in the gait is a period in which the robot 1 supports its own weight with the two legs 2, 2, and the one-leg supporting period is the robot 1's own weight with only one of the legs 2.
  • the aerial period refers to the period in which both legs 2 and 2 are separated from the floor (floating in the air).
  • the leg 2 that does not support the weight of the robot 1 during the one-leg supporting period is called a free leg. Note that there is no double leg support period in the running gait of the robot 1 in which the one leg support period and the aerial period are alternately repeated.
  • both the legs 2 and 2 do not support the weight of the robot 1 during the aerial period, but for convenience, the leg 2 and the supporting leg, which were the free legs during the one-leg supporting period immediately before the aerial period, are not used.
  • the legs 2 are also referred to as a free leg and a supporting leg during the aerial period, respectively.
  • the trajectory of the desired gait is described in a global coordinate system (a coordinate system fixed to the floor).
  • a global coordinate system for example, a support leg coordinate system determined corresponding to the landing position / posture of the support leg foot 22 is used.
  • a vertical line extending from the center of the ankle joint to which the foot 22 is connected to the floor surface is connected to the floor, for example, with almost the entire bottom surface of the support leg foot 22 grounded to the floor.
  • a coordinate system in which the point of intersection is the origin and the front and rear directions of the foot 22 when projected on a horizontal plane passing through the origin is the X axis direction and the left and right direction is the Y axis direction (the Z axis direction is vertical Direction).
  • FIG. 5 is a block diagram showing details of gait generator 100. With reference to FIG. 5, a more specific outline of the processing of the gait generator 100 will be described below. [0087] As shown, the gait generator 100 includes a gait parameter determination unit 100a. The gait parameter determination unit 100a determines a gait parameter value or a time-series table that defines a desired gait.
  • the gait parameters determined by the gait parameter determining unit 100a include, among the desired gaits, a desired foot position / posture trajectory, a desired arm posture trajectory, a desired ZMP trajectory, And a parameter defining the desired floor reaction force vertical component trajectory, respectively.
  • the gait generator 100 when the gait generator 100 generates the desired gait, the basic gait generation for the gait such as the expected landing position / posture and landing time of the free leg foot 22, the expected landing time, or the stride, moving speed, etc.
  • the required values are given to the joystick 73 or a device gait generator 100 such as an unillustrated action plan unit (a device for creating an action plan for the robot 1).
  • the gait generator 100 also reads the required parameters from a storage medium that previously stores the required parameters. Then, the gait parameter determination unit 100a of the gait generator 100 determines a gait parameter according to the required parameter.
  • the gait parameters determined by the gait parameter determining unit 100a include a reference body posture trajectory, a ZMP allowable range, and a floor reaction force horizontal component allowable range, respectively. It also includes the parameters to be specified.
  • the reference body posture trajectory is not finally output by the gait generator 100, but is taken into consideration when determining a desired gait.
  • the reference body posture trajectory is given from the joystick 73 or the action planning unit with respect to the body posture of the robot 1 or directly follows a predetermined request (a request for maintaining the body posture in a vertical posture). This is the generated body posture trajectory.
  • the desired body posture hereafter, ⁇ body posture '' without the ⁇ reference '' indicates the desired body posture
  • the desired gait generates a corrected desired floor reaction force moment (which is generally not 0) around the desired ZMP. Will be corrected as follows. Therefore, the target ZMP is different from the original definition (the definition that the horizontal component of the floor reaction force moment is zero), and ZMP (hereinafter, true ZMP) that satisfies the original definition is , The corrected desired floor reaction force moment is calculated using the desired floor reaction force vertical component. Move to a position shifted from the target ZMP by the divided value.
  • the true ZMP of the corrected gait (the desired gait finally output by the gait generator 100) is at least the ZMP possible range (so-called supporting polygon. Floor and bottom of foot 22) And the floor reaction force action point (ZMP), assuming that no adhesive force acts between and. Furthermore, in order to secure a sufficient stability margin of the robot 1, it is desirable that the true ZMP of the corrected gait is in the vicinity of the center of the ZMP possible range. Therefore, in the embodiment of the present specification, an allowable range in which a true ZMP of the corrected gait can exist is set. This range is called the ZMP allowable range.
  • the ZMP allowable range is set to match the ZMP possible range or to be included in the ZMP possible range.
  • the value obtained by dividing the corrected desired floor reaction force moment around the target ZMP by the vertical component of the desired floor reaction force represents the amount of deviation of the true ZMP position with respect to the target ZMP.
  • the deviation amount of the true ZMP position from the target ZMP ZMP converted value of the corrected target floor reaction force moment
  • the ZMP allowable range can be converted into the allowable range of the corrected target floor reaction force moment using the boundary position and the target floor reaction force vertical component, and the allowable range of the corrected target floor reaction force moment can be converted. May be set instead of the ZMP tolerance.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range is a floor reaction force horizontal component that can generate a frictional force on the contact surface of the foot 22 of the robot 1 with the floor so that the foot 22 does not slip. It is the allowable range of the component.
  • at least the motion of the desired gait (the desired motion) finally output by the gait generator 100 is the floor reaction force generated by the motion, which is in proportion to the water equivalent of the inertial force of the robot 1.
  • the horizontal component is generated so that it falls within the floor reaction force horizontal component allowable range.
  • the gait parameters determined by the gait parameter determination unit 100a are input to the target instantaneous value generation unit 100b. Based on the input gait parameters, the target instantaneous value generation unit 100b instantaneously activates some components of the target gait, such as a reference body posture, a desired foot position / posture, a desired ZMP, and a desired floor reaction force vertical component. Value (value for each predetermined control processing cycle of the control unit 60) It is calculated (generated) sequentially. In FIG. 5, only some of the target instantaneous values are representatively shown.
  • the target instantaneous value calculated by the target instantaneous value generator 100b is input to the simplified model gait generator 100c.
  • the simple dani model gait generation unit 100c based on the input target instantaneous values, dynamically expresses the relationship between the motion of the robot 1 and the floor reaction force as described below (hereinafter, a simplified model and! /
  • the instantaneous value of the target body position / posture (temporary target body position / posture) is calculated using
  • the simple-model model gait generator 100c is configured to satisfy the dynamic equilibrium condition on the simplified model, that is, the inertial force generated by the target motion of the robot 1 on the simple model.
  • the instantaneous value of the desired body position and posture depends on the inertial force generated by the desired motion and the effect on the robot 1.
  • the resultant force with the gravitational force becomes the moment horizontal component force generated around the target ZMP ⁇ , and the translational force vertical component of the resultant force (in other words, the inertial force due to the vertical translational motion of the entire center of gravity of the robot 1 (The resultant force with gravity) is determined so as to balance the vertical component of the desired floor reaction force.
  • the instantaneous value of the desired gait (temporary desired gait) including the desired body position / posture is sequentially determined.
  • a desired gait that has the desired body position / posture obtained by the simple dani model gait generator 100c as a component is referred to as a simplified model gait.
  • the target instantaneous values input to the simplified model gait generator 100c need not be all the target instantaneous values calculated by the target instantaneous value generator 100b.
  • the input required for the simple model model gait generator 100c depends on the structure of the simplified model or the constraint conditions appropriately added thereto. For example, in FIG. 5, the target foot position / posture is input to the simple model model gait generator 100c. However, in the simplified model in the first embodiment described later, it is necessary to input the target foot position / posture. There is no.
  • the simple dani model gait generator 100c together with the target instantaneous value generator 100b, constitutes an instantaneous gait generator in the present invention.
  • the target body position / posture calculated by the simple model model gait generator 100c is a displacement dimension step. Input to the capacity correction unit lOOd.
  • the displacement dimension gait corrector lOOd is also input with the target body position / posture force, the instantaneous value of the desired foot position / posture, and the instantaneous value of the target ZMP.
  • it is not essential to input the target ZMP to the displacement dimension gait corrector lOOd but a center point relating to the angular momentum product described later is generally input.
  • the target ZMP is input to the displacement dimension gait corrector lOOd as an example of the center point.
  • the displacement dimension gait corrector lOOd uses the first and second displacement dimension correction models described later based on the input instantaneous values of the desired body position and orientation, and simplifies the model gait.
  • the instantaneous value of the displacement dimension corrected body position / posture obtained by correcting the target body position / posture obtained by the generator 100c is obtained.
  • the first and second displacement dimension correcting models are generally a model configured by using at least one of a mass point and a link having inertia as elements (geometric model). ), And the arrangement (position of mass point, link posture) force of each element can correspond to the position and posture of one or more parts in the instantaneous motion of the robot 1.
  • both the first and second displacement dimension correcting models are composed of the same element.
  • different geometrical constraint conditions are defined for the arrangement of the elements, and any instantaneous target movement of the robot 1 (each part of the robot 1).
  • the arrangement of the elements of each displacement dimension correcting model corresponding to the instantaneous value is determined based on each different geometric constraint condition. Therefore, when a given instantaneous motion is given, the arrangement of the elements of each displacement dimension correcting model corresponding to the given instantaneous motion is generally different from each other.
  • the displacement dimension gait correction unit lOOd calculates the difference in the arrangement of the elements (difference in the position of the mass point or difference in the attitude angle of the link) in the first and second displacement dimension correction models.
  • the target body position and posture of the simplified model gait are corrected, and the instantaneous values of the displacement dimension corrected body position and posture are sequentially obtained.
  • the displacement dimension gait correction unit lOOd is requested from the joystick 73 or the action planning unit (not shown) of the robot 1 in the target gait.
  • the movement mode of the robot 1 eg, walking and running of the robot 1
  • the operation mode of the robot 1 indicating the friction state of the floor surface eg, the magnitude of the friction coefficient
  • the displacement dimension gait correction unit lOOd performs the displacement dimension correction body position appearance according to the input operation mode.
  • the instantaneous value of the force is variably obtained.
  • the operation mode includes a traveling mode in which the robot 1 travels and a low-friction floor surface in which the robot 1 walks on a floor surface with a relatively small friction coefficient (on a low mu road).
  • a walking mode and a normal mode which is an operation mode other than these modes.
  • the normal mode includes an operation mode in which the robot 1 walks on a floor having a relatively large coefficient of friction (normal floor).
  • the displacement dimension gait corrector lOOd configures first temporary corrected motion determining means, second temporary corrected motion determining means, and target motion correcting means in the first invention, depending on its function, or It constitutes provisional correction motion determining means and target motion correction means in the present invention.
  • the instantaneous value of the displacement dimension corrected body position / posture obtained by the displacement dimension gait correction unit lOOd is input to the full model correction unit 100e.
  • the target instantaneous values calculated by the target instantaneous value generation unit 100b (excluding the instantaneous values of the reference body position and orientation) are input to the full model correction unit 100e.
  • the full model correction unit 100b calculates a corrected target body position and orientation obtained by correcting the displacement dimension body position and orientation using a full model as a dynamic model with higher dynamic accuracy than the simplified model.
  • a corrected target floor reaction chamois which is a target value of the floor reaction force moment horizontal component around the target ZMP, is calculated.
  • the full model correction unit 100e executes the processing of E1 or E2 so as to satisfy the following conditions of D1 to D3. That is, the full model correction unit 100e
  • a gait generated using the simple model is corrected using a displacement dimension correcting model (hereinafter referred to as a displacement dimension corrected gait). Satisfies dynamic equilibrium conditions with accuracy.
  • the true ZMP (ZMP that satisfies the original definition modified by generating a corrected desired floor reaction force moment around the target ZMP) is the ZMP allowable range (the allowable range where sufficient stability margin can be maintained).
  • the displacement dimension correction gait corrects the body position and orientation, and outputs a corrected desired floor reaction force moment around the target ZMP (corrects the desired floor reaction force).
  • the process of E2 is executed so as to satisfy the conditions of D1 to D3.
  • the processing of the full model correction unit lOOe in the embodiment of the present specification is described in detail in, for example, PCT International Publication WOZ03Z057427ZA1 previously proposed by the present applicant (specifically, This is the same as in step S038 in FIG. 13). Therefore, a detailed description of the processing of the full model correction unit 100e in this specification will be omitted.
  • instantaneous values of the desired gait including the corrected desired body position and orientation determined as described above, the corrected desired floor reaction force moment around the target ZMP, and the instantaneous values of the desired foot position and orientation.
  • the composite compliance control device 101 controls the joint actuator (electric motor 64) so as to follow a desired gait while maintaining the balance of the robot 1. Note that more specific processing of the composite compliance control device 101 will be described later.
  • the outline of the gait generator 100 has been described above. Note that the outline of the gait generator 100 described above is the same as in the other embodiments of the present specification.
  • the first embodiment is an embodiment of the first, third, fourth, seventh, eleventh, and eleventh aspects of the invention.
  • FIG. 6 shows the structure of the simple model in the first embodiment.
  • the simplified model is a one-mass model including one mass point (upper mass point) 3 m corresponding to the upper body 3 of the robot 1.
  • the robot 1 shown in FIG. 6 is a schematic view of the robot 1 viewed from the side, and the illustration of the arms 5, 5 and the head 6 is omitted.
  • FIG. 6 including the drawings of the embodiments other than the first embodiment
  • the robot 1 when the robot 1 is illustrated, it is the same as FIG. , Omit arms 5, 5 and head 6 To do.
  • the X axis and the Z axis described in the subsequent drawings including FIG. 6 indicate a global coordinate system.
  • the upper body mass point 3m of the simple dani model in Fig. 6 is a point uniquely determined in accordance with the position and orientation of the upper body 3, that is, a point in the local coordinate system arbitrarily fixedly set to the upper body 3.
  • a fixed point (a point having a predetermined positional relationship with the representative point of the upper body 3 in the oral coordinate system) is set.
  • the mass of the upper body mass 3 m is the same as the total mass mtotal of the robot 1. Note that the body mass point 3m may coincide with the representative point of the body 3, but is generally different.
  • the dynamics of this simplified model is expressed by the dynamics of an inverted pendulum composed of an upper body mass 3m and a variable-length link 3b that swingably supports the upper mass 3m with the target ZMP as a fulcrum.
  • a motion equation representing the relationship between the motion of the robot 1 and the floor reaction force in the simple model is expressed by the following equations 01, 02, and 03.
  • the so-called sagittal plane is described here.
  • the equation of motion on the lateral plane (the plane containing the left and right axes (Y axis) and the vertical axis (Z axis), V, so-called frontal plane) is omitted.
  • d2X / dt2 for a variable X means the second derivative of the variable X.
  • variables related to the dynamics of the simple model of FIG. 6 are defined as follows.
  • g gravity acceleration
  • Zb vertical position of the body mass point
  • Xb horizontal position of the body mass point
  • mtotal total mass of robot 1
  • Fx floor reaction force horizontal component (specifically, translational floor reaction force Front-rear direction (X-axis) component)
  • Fz Floor reaction force vertical component (specifically, vertical (Z-axis) component of translational floor reaction force)
  • My Floor reaction force moment around target ZMP (specifically, floor reaction force) Moment about left and right axis (Y axis)
  • Xzmp Horizontal position of target ZMP
  • Zzmp Vertical position of target ZMP.
  • the simplified model of the first embodiment described above is a one-mass model in which only the upper body 3 has a mass point 3m, so that the inertial force generated by the motion of each leg 2 and the Inertia (moment of inertia) is ignored.
  • the simplified model of the first embodiment is a dynamic model constructed by assuming that the inertial force generated by the movement (translation or posture change movement) of each leg 2 and the posture change movement of the upper body 3 is 0. It can be said that there is.
  • the simplified model in each of the embodiments of the present specification including the first embodiment is generated by a specific motion (translation motion, posture change motion, etc.) of at least one or more specific portions of the robot 1. It is constructed assuming that the inertial force is almost 0 (ignoring the inertial force).
  • the simplified model of the first embodiment is a one-mass model, it may be, for example, a three-mass model having a mass near the foot 22 of each leg 2. Also, for example, a model in which the upper body 3 has inertia (moment of inertia) around the upper body mass point 3m! / ⁇ .
  • the diagram on the right side of (c) shows the structure of the first displacement dimension correcting model in the first embodiment, and the diagram on the left side shows the overall posture of the robot 1 corresponding to the diagram on the right. (Posture state of gait model) and the simulated model.
  • the robot 1 shown on the right side of Figs. 7 (a), (b) and (c) is a robot in a standing state in which both legs 2 and 2 are arranged in the left-right direction (Y-axis direction) and Figure 1 is a side view (sagittal plane). For this reason, the two legs 2 and 2 overlap in the drawing.
  • the first displacement dimension correcting model of the first embodiment includes one upper body mass Al corresponding to the upper body 3 of the robot 1 and a thigh mass point corresponding to the thigh link portion near the knee joint of each leg 2.
  • This is a 5-mass model consisting of A2, A3, and foot mass points A4, A5 corresponding to the tip of each leg 2 (foot 22), respectively.
  • the body 3 (body link) in the first displacement dimension correction model has an inertia (moment of inertia) lb around the body mass point A1.
  • the first displacement dimension correction model is composed of the mass points A1 to A5 and the body link having inertia lb as elements.
  • the body link having the mass points A2 and A5 and the inertia lb of the first displacement dimension correction model is an element that the simple model of FIG. 6 does not have, and the motion ( The body 3 generates an inertial force by its posture change movement).
  • the upper body mass point A1 and the foot mass points A4 and A5 of the first displacement dimension correction model correspond to the position and orientation of the corresponding part (the upper body 3 and each foot 22).
  • a fixed point on the local coordinate system arbitrarily fixed to the corresponding part (a representative point of the corresponding part on the local coordinate system of the corresponding part and a predetermined positional relationship).
  • the position of the body mass point A1 of the body 3 on the local coordinate system is generally different from the body mass point 3m of the simple model shown in FIG.
  • the thigh mass points A2 and A3 are set to fixed points (fixed points near the knee joint) in the local coordinate system arbitrarily fixed to the thigh link 24 of each leg 2.
  • the mass of the upper body mass A1 includes the mass of the upper body 3 and the masses of the arms 5, 5 and the head 4!
  • a certain geometric constraint condition is set for the arrangement of the elements of the first displacement dimension correcting model.
  • the posture state of the robot 1 is such that the upper body 3 is in the vertical posture and the legs 2 and 2 are in the left-right direction (Y-axis direction) of the robot 1. It is constantly constrained to the posture state (standing upright state) standing side by side at intervals (for this reason, the model of the first displacement dimension correction model on the right side in Figs. 7 (a), (b), and (c) is In the figure, the mass points A2 and A4 corresponding to one leg 2 respectively overlap with the mass points A3 and A5 corresponding to the other leg 2).
  • the relative positional relationship between the upper body mass Al, each foot mass A4, A5, and the thigh mass A2, A3 is restricted to a predetermined positional relationship corresponding to the upright posture state of the robot 1.
  • the posture of the body 3 which is a link (rigid body) having inertia is restricted to a vertical posture (a posture in which the posture angle with respect to the vertical axis is 0).
  • the position of each mass point Al-A5 of the first displacement dimension correction model on the global coordinate system (the coordinate system fixed to the floor) is determined by the instantaneous value of the motion of the simple gait model gait. It is determined correspondingly.
  • the overall center of mass of the mass points A1 to A5 is the position of the overall center of gravity of the robot 1 on the simplified model, that is, the body of the simplified model.
  • the positions of mass points A1-A5 in the global coordinate system are determined so that they match the position of point 3m (the position in the global coordinate system).
  • the relative positions of the mass points A1 to A5 of the first displacement dimension correction model are constant, the position of the entire center of gravity of the mass points A1 to A5 (the position in the global coordinate system) ), The position of each mass point A1—A5 in the global coordinate system is uniquely determined
  • determining the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model means that the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model (in the global coordinate system).
  • the geometric constraints (1) for defining the positions of the mass points A1—A5 and the posture of the body link are defined as follows, the instantaneous motion of the simple gait model gait is used to determine the geometric constraints. This is the same as determining the arrangement of the elements of the first displacement dimension correcting model according to the bundle condition (1).
  • Geometric constraint condition (1) For any given instantaneous target motion, the posture state of the robot 1 corresponding to the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model is constantly maintained in the upright posture state. In addition, the overall center of gravity of the element of the first displacement dimension correcting model matches the overall center of gravity of the robot 1 in the given instantaneous target motion.
  • the geometric constraint (1) is the first geometric constraint in the present invention. This corresponds to the constraint condition.
  • FIG. 8 shows the structure of the second displacement dimension correcting model.
  • the second displacement dimension correction model has the same components as the first displacement dimension correction model, and has five mass points A1 to A5 as in the first displacement dimension correction model.
  • Body 3 (upper body link) is a model with inertia lb around mass point A1.
  • the mass of each of the mass points A1 to A5 and the position of each of the mass points A1 to A5 in the local coordinate system fixed to the corresponding part are the same as those of the first displacement dimension correcting model.
  • the inertia lb of the upper body 3 is the same as the first displacement dimension correcting model.
  • the posture of the robot 1 is not restricted to the upright posture state as in the first displacement dimension correction model, and each of the mass points A1—A5 and the body 3 (top The body link) can be moved to a position and posture corresponding to any posture state that the robot 1 can take.
  • Geometric constraint (2) The position and orientation of the part corresponding to each element of the robot 1, which is determined by the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model, and the robot 1 in the instantaneous target movement corresponding to the arrangement. And the position and orientation of the part corresponding to each of the elements.
  • the overall center of gravity force of the mass points A1 to A5 corresponds to the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model (the position of the mass points A1 to A5 and the posture of the body link). The position almost coincides with the position of the true overall center of gravity of the robot 1 in the posture state.
  • the arrangement force of the elements of the second displacement dimension correction model is determined by the arrangement of the parts corresponding to the elements (position This is equivalent to determining the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model so as to match the posture.
  • Determining the instantaneous target motion from the arbitrary arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model in accordance with the geometric constraint condition (2) means that a part corresponding to each element of the robot 1 following the instantaneous target motion is determined. This is equivalent to determining the instantaneous target motion so that the arrangement (position and orientation) of the object coincides with the arrangement of the elements of the given second displacement dimension correction model.
  • the second displacement dimension correcting model is a model for determining the displacement dimension corrected body position / posture in cooperation with the first displacement dimension correction model, and the displacement dimension corrected body position / posture In deciding, two types of arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model are provisionally determined.
  • the position of each foot mass point A4, A5 of the second displacement dimension correction model is determined to be a position corresponding to each foot position / posture of the simple Eich model gait.
  • the positions of the upper body mass point A1 and the thigh mass points A2 and A3, and the posture angle of the upper body 3 (upper body link) are the center of gravity of the first displacement dimension correction model and the second displacement dimension correction model. , And the angular momentum product between these models described later. This will be described later in detail.
  • each leg 2 of the robot 1 of the present embodiment has six degrees of freedom, if the positions and postures of both feet 22, 22 and the position and posture of the upper body 3 are determined, the legs of the robot 1 are determined.
  • the overall posture of the bodies 2 and 2 (the position and posture of each part (each link) of each leg 2 and 2 of the robot 1) is uniquely determined. Therefore, if the positions of both foot mass points A4 and A5 and the body mass point A1 and the posture of the body 3 (body link) on the second displacement dimension correction model are determined, the thigh mass points A2 and A3 are correspondingly determined. Is determined subordinately.
  • each foot mass point A4 of the second displacement dimension correction model , A5 is determined to be the position corresponding to each foot position / posture of the simple Eich model gait. Furthermore, the posture of the body link is determined to be the same as the body posture of the simplified model gait.
  • the positions of the upper body mass point A1 and the thigh mass points A2 and A3 are determined by the first displacement dimension correction. Is determined so as to satisfy a predetermined condition relating to an angular momentum product described later between the use model and the second displacement dimension correction model. Details of this will be described later.
  • the displacement dimension correction body position / posture is finally determined based on the above two types of arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model.
  • the "position" of each mass point or the "posture” of a link having inertia relating to the simple model and the first and second displacement dimension correcting models is not particularly specified. As far as possible, it means the position and orientation in the global coordinate system.
  • the gait generator 100 performs a target gait for one step from the time when one leg 2 of the robot 1 lands and the force when the other leg 2 lands, by the processing of the flowchart described below.
  • the desired gait for one step is sequentially generated in units of (the desired gait).
  • the new desired gait to be generated is called a “current gait”.
  • FIG. 9 is a structured flowchart showing the main routine processing of gait generator 100.
  • various initialization operations such as initializing the time t to 0 in S010 are performed first. This process is performed when the gait generator 100 is activated. Next, the process proceeds to S014 via S012, and the gait generator 100 waits for a timer interrupt for each control cycle (the arithmetic processing cycle in the flowchart of FIG. 9). The control cycle is At. Thereafter, the processing from S014 to S032 is repeated for each control cycle At.
  • the process proceeds to S016, where it is determined whether or not it is a gait switch. If the gait is a switch, the process proceeds to S018. If not, the process proceeds to S022.
  • the “gait switching point” means the timing at which the generation of the current time's gait is started. It becomes the switch of the gait.
  • the current time t is initialized to 0, and then proceed to S020 to determine the gait parameters of the current time's gait.
  • the processing of S020 corresponds to the processing of the gait parameter determination unit 100a of FIG. 5 described above, and includes parameters for defining the desired foot position / posture trajectory, the desired arm / posture trajectory, the desired ZMP trajectory, and the desired floor reaction force vertical component trajectory. And the parameters that define the reference body posture trajectory, floor reaction force horizontal component tolerance, and ZMP tolerance Data is determined.
  • the processing of S020 is, for example, a processing corresponding to S022-S030 in FIG. 13 of PCT International Publication WOZ 03/057427 / A1 (hereinafter referred to as Patent Document 1 and! ⁇ ⁇ ) previously proposed by the present applicant. This is performed in the same manner as in the above-mentioned publication. To summarize this, first, a normal gait as a virtual periodic gait to which the gait should be connected or asymptotic (a gait in which the gait of two steps of the robot 1 is one cycle) ) Is determined.
  • the normal gait is based on periodicity conditions (the initial state of one cycle of the normal gait ( It is determined so as to satisfy the condition that the position and orientation of each part of the robot 1 and its change speed) and the state of the terminal end match.
  • a gait meter that specifies a desired foot position / posture trajectory, a target arm posture trajectory, a desired ZMP trajectory, and a desired floor reaction force vertical component trajectory so that the current time's gait is connected to the normal gait or asymptotically approaches. Is determined.
  • the gait parameters that define the desired foot position / posture trajectory are, for example, when generating the desired foot position / posture trajectory using the finite time settling filter proposed by the applicant of the present invention in Japanese Patent No. 3233450.
  • the reference body posture is, for example, a vertical posture (a posture in which the inclination angle of the body 3 with respect to the vertical axis is 0).
  • the gait parameter defining the floor reaction force horizontal component allowable range is the floor for full model correction determined in S030 of FIG. This corresponds to the parameter of the allowable range of the reaction force horizontal component.
  • a dynamic model is used for creating a normal gait, and the dynamic model is used.
  • the simple Eich model is used.
  • the mass of both leg mass points of the dynamic model of Patent Document 1 is set to 0, And upper body This is equivalent to setting the inertia of the flywheel (flywheel inertia) to 0. Therefore, if the mass of both masses of the legs in the dynamic model of FIG.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range for the simplified model gait (this allowable range is In the present embodiment, the floor reaction force for the simplified model gait horizontal component allowable range is, for example, an infinite range of force or The floor reaction force horizontal component of the simplified model gait (or the normal gait) may be set to a wide range that always falls within the floor reaction force horizontal component allowable range. By doing so, the algorithm shown in Patent Document 1 can be applied to the processing of S020 of the present embodiment without any problem.
  • the process proceeds to S022, where the instantaneous value of the current time's gait is determined.
  • This process is a process executed by the target instantaneous value generation unit 100b and the simple gait model gait generation unit 100c in FIG. 5, and based on the gait parameters determined in S020, the instantaneous gait of the current gait is calculated. The value (the instantaneous value of the simple dani model gait) is determined.
  • This process is more specifically equivalent to the process of S032 in FIG. 13 of Patent Document 1, and is performed in the same manner as in Patent Document 1.
  • the instantaneous values of the desired foot position / posture, target ZMP, target arm posture, target floor reaction force vertical component, and reference body posture are calculated. Is determined, and based on the instantaneous values, the desired ZMP and the desired floor reaction force vertical component are satisfied on the simplified model (the resultant force of the inertial force generated by the motion of the robot 1 and gravity is satisfied).
  • the momentary horizontal component of the moment acting around the target ZMP becomes 0, and the instantaneous value of the target body position and orientation is determined so that the translational force vertical component of the resultant balances the target floor reaction force vertical component.
  • the instantaneous value of the desired body posture is the same as the instantaneous value of the reference body posture in the present embodiment.
  • the desired body position vertical component is determined corresponding to the vertical position of the body mass point 3m of the simple body model obtained from the target floor reaction force vertical component and the above equation 01.
  • the horizontal position of 3m of the upper body mass point of the simplified model is It is determined so that the left side of 03 is set to 0 (so that the floor reaction force moment horizontal component around the target ZMP becomes the force SO), and the target body position horizontal corresponding to the horizontal position of this body mass point 3m The components are determined.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range for the simplified model gait is used, but in the present embodiment, the process of S020 will be described.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range for the simple gait model gait is, for example, an infinite range, or the floor reaction force horizontal component of the simplified model gait is always the floor reaction force. It must be set so that it falls within the allowable range of the horizontal component.
  • the target gait (the current gait) for which the instantaneous value is determined sequentially (for each control cycle At) is, in short, the target gait on the simple ridge model.
  • the horizontal component of the moment generated around the target ZMP is zero when the resultant force of the inertia force and gravity at which the motion occurs is generated, and the gait is such that the translational force vertical component of the resultant force is balanced with the desired floor reaction force vertical component. is there.
  • This displacement dimension gait correction subroutine relates to the core of the present invention, and will be described in detail below.
  • the target gait generation processing using the simplified model has the advantage that the current time's gait (do not diverge !, the current time's gait) can be determined stably in real time. Low dynamic approximation accuracy. For this reason, in the embodiment of the present invention, a part of the gait (the desired body position / posture, the moment around the desired ZMP) is corrected by using a full model having higher dynamic accuracy than the simple model. . In this case, because the dynamic approximation of the simplified model gait is low, the nonlinearity of the full model is strong, and so on, the simplified model gait is input to the full model.
  • the gait may not be properly corrected, and a gait may not be able to perform the continuous motion of the robot 1, which may cause a problem.
  • the gait model is taken into account in the simple dani model.
  • the influence of the change in the inertial force due to the bending motion of the knee joint becomes large, the dynamic approximation accuracy of the simplified model gait is reduced, and the above-described inconvenience is likely to occur.
  • a dynamic model having multiple masses on each leg 2 can be constructed, and inertia (inertia) can be added to one or more links of the robot, such as the upper body.
  • inertia inertia
  • the nonlinearity of the simple model increases, leading to a normal gait.
  • the gait parameter of the current time's gait (a gait parameter that can ensure the continuity of the motion of the robot 1)
  • the dynamic equations including the target ZMP and the floor reaction force are calculated using the first and second displacement dimension correcting models.
  • Geometric processing on the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correction models that are not to be used position and orientation of links with mass points and inertia (processing on displacement of position and orientation dimensions )
  • Only a part of the movement of the simple Eich model gait (specifically, the body position and posture) is corrected.
  • the gait with higher dynamic accuracy than the simplified model gait more specifically, the translational force component of the actual inertial force generated by the robot 1 due to the motion of the gait and the resultant force of the gravitational force is obtained.
  • the upper body posture of the simple gait model gait are corrected by focusing only on enhancing the dynamic accuracy, the upper body posture may be excessively changed.
  • the upper body 3 of the robot 1 is generally heavier and has a larger inertia than other parts, if the robot 1 moves in a gait in which the body posture changes frequently, Excessive moment at the hip joint. As a result, an excessive load is applied to the hip joint actuator, or the hip joint portion and its vicinity vibrate radially, and the posture of the robot 1 is likely to be quickly unstable.
  • an imaging device is mounted as a visual device on the head 4 of the robot 1 or the like, it is easy for the imaging device to oscillate, and it becomes difficult to accurately recognize the environment using the imaging device.
  • the target step reaction force vertical component has to be zero or very small.
  • the horizontal component more precisely, the component parallel to the floor
  • the inertial force that can be generated by the translation of the upper body 3 of the robot 1 is limited, and the translation of the upper body 3 within the limit is limited. This is because it will be difficult to meet the target ZMP only by adjustment.
  • the first displacement dimension correction is performed in consideration of the motion form of the robot 1 in the target gait and the friction state of the floor.
  • the model and the second displacement dimension correction model we decided to correct the body position and posture of the simplified model gait so as to increase the dynamic accuracy while minimizing fluctuations in the body posture.
  • the first and second displacement dimension correcting models used for correcting the body position and orientation of the simplified model gait usually have the same mass points corresponding to several parts of the robot 1 in the same manner. Or a mass point and a link with inertia (such as upper body 3).
  • the two displacement dimension correcting models have more mass points than the simple model, or have inertia that the simple model does not have.
  • both displacement dimension correction models in each embodiment of this specification have a mass point and inertia corresponding to the upper body 3 in order to correct the body position and orientation of the simplified model gait.
  • Body link
  • the instantaneous value (instantaneous motion) of the position and orientation of each part of the generated simplified model gait is The position of each mass point of the one displacement dimension correction model is determined.
  • the first displacement dimension correction Model force If the model has inertia at one or more links (such as the upper body 3) of robot 1, the attitude angles of the links are also determined.
  • appropriate geometrical constraints such as the positional relationship of each mass point or the posture of a link (such as the upper body 3) with inertia are added.
  • the position of each mass of the first displacement dimension correction model and the attitude angle of the link with inertia are determined.
  • a floor reaction force similar to the floor reaction force of the simplified model gait is generated in the first displacement dimension correcting model.
  • the geometric constraint (1) is added to the first displacement dimension correcting model as such a geometric constraint.
  • condition 1 is satisfied between the second displacement dimension correction model having no geometric constraint set in the first displacement dimension correction model and the first displacement dimension correction model.
  • the position of each mass point of the second displacement dimension correction model that satisfies, 2 is the first element arrangement of the second displacement dimension correction model. Is provisionally determined as
  • condition 1 is a condition in which the inertia force generated by the translational floor reaction force or the movement of the overall center of gravity is almost the same in the two displacement dimension correcting models.
  • condition 1 is a vector of the difference (position vector difference) between the position of each mass point of the first displacement dimension correction model and the corresponding mass point position of the second displacement dimension correction model. Is equivalent to the condition that the sum of the translational force component (mass of mass point * translational acceleration) of the inertial force generated by each mass point for all the mass points when it is regarded as the translational acceleration of the mass point is almost zero. is there
  • the angular momentum product relating to Condition 2 corresponds to each mass point of each displacement dimension correcting model.
  • the reference position to be determined is arbitrarily determined and the position of the point Q is arbitrarily determined, the following is defined for each of the mass points.
  • the reference attitude angle for each link having the inertia is determined. When each is arbitrarily defined, it is defined as follows for each link.
  • the angular momentum product of the mass point of each displacement dimension correcting model is obtained by calculating the line segment (vector of the line segment) connecting the point Q and the point at the reference position corresponding to the mass point, and the The reference point is equivalent to the product of the cross product of the displacement of the force and the displacement (the displacement vector) and the mass of the mass point.
  • a product having a proportional relationship with the product of the outer product and the mass or a product approximately equivalent to the product of the outer product and the mass may be defined as the angular momentum product related to the mass point.
  • the angular momentum product of the link having inertia of each displacement dimension correcting model is obtained by calculating the difference between the attitude angle of the link from the reference attitude angle corresponding to the link and the inertia of the link. It is equivalent to the product.
  • a product having a proportional relationship with the product of the deviation of the attitude angle of the link from the reference attitude angle and the inertia or that approximately equal to the product is defined as the angular momentum product of the link. You may.
  • the angular momentum product related to a given mass point corresponds to a line segment connecting the mass point and the predetermined point, and the mass point. It becomes a function (monotonically increasing function or monotonically decreasing function) that changes monotonically with respect to the angle between the reference point and the line segment connecting the predetermined point.
  • condition 2 is, more specifically, the position of each mass point of the first displacement dimension correction model corresponding to each mass point of the second displacement dimension correction model.
  • the attitude angle of each link with inertia of the first displacement dimension correction model is the reference attitude angle of each link with inertia of the second displacement dimension correction model.
  • the condition is that the sum of the angular momentum products of the second displacement dimension correction model becomes a certain value.
  • condition 2 is a condition between the position of each mass point of the first displacement dimension correction model and the position of the corresponding mass point of the second displacement dimension correction model.
  • the vector of the difference (difference between the position vectors) is regarded as the translational acceleration of the mass point
  • the difference between the attitude angles of each link having inertia is regarded as the angular acceleration of the link
  • the translational force component of the inertial force generated by each mass acts on the moment around the point Q and the inertia.
  • This is equivalent to the condition that the sum of the moment of inertia of the link (the moment of inertia of the rotational motion) and the moment acting around point Q becomes a certain value (predetermined value).
  • the point Q is set to, for example, a target ZMP.
  • Point Q is not limited to the target ZMP, but this will be added later.
  • the body posture of the robot 1 is restricted to the posture in the simple gait model gait for the second displacement dimension correcting model.
  • the position of each mass point of the second displacement dimension correction model that satisfies the condition 2 above (or the position of each mass point and the attitude of the link having inertia) with the first displacement dimension correction model Angle) is provisionally determined as the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model.
  • weighting is performed between the body posture corresponding to the first element arrangement and the body posture corresponding to the second element arrangement by using weights according to the motion form in the target gait of the robot 1 and the friction state of the floor.
  • the average is determined as the displacement dimension corrected body posture, and the weighted average of the body position corresponding to the first element arrangement and the body position corresponding to the second element arrangement is determined as the displacement dimension corrected body position.
  • the robot 1 uses a weight corresponding to the motion form in the target gait and the friction state of the floor with respect to the second displacement dimension correction model.
  • the second displacement dimension correction that satisfies the condition 2 above, while restricting the body posture of the simplified model gait to the weighted average of the body posture corresponding to the first element arrangement and the body posture of the simplified model gait
  • the position of each mass point of the model for use (the position of each mass point and the attitude angle of the link having inertia) is determined as the second element arrangement of the second displacement dimension correction model.
  • the body position / posture corresponding to the second element arrangement is directly determined as the displacement dimension corrected body position / posture.
  • the target body position / posture of the simplified model gait is corrected using the first displacement dimension correction model and the second displacement dimension correction model as described above.
  • the following displacement dimension corrected body position / posture is obtained.
  • the process of S024 in the flowchart of FIG. 6 is a process of obtaining the displacement dimension corrected body position and orientation as described above.
  • the subroutine processing of S024 in the first embodiment will be specifically described with reference to FIG.
  • correction of the body position / posture (calculation of displacement dimension correction body position / posture) on a sagittal plane (a plane including the X axis and the Z axis) will be described.
  • the explanation is omitted, and the correction of the body position / posture on the lateral plane (plane including the Y axis and the Z axis) is omitted.
  • the first temporary dimension is set so as to satisfy Condition 1 regarding the center of gravity between the first displacement dimension correction model and the second displacement dimension correction model and Condition 2 regarding the angular momentum product.
  • the corrected body position / posture (Pb21, 0b21) (a set of the first provisional corrected body position Pb21 and the first provisional corrected body posture ⁇ b21) is determined.
  • the first element arrangement of the second displacement dimension correcting model is determined so as to satisfy the conditions 1 and 2 between the two models, and the position of the body mass point A1 in the first element arrangement is determined.
  • the body position and posture of the robot 1 corresponding to the posture of the body link are determined as the first temporary corrected body position and posture (Pb21, ⁇ b21).
  • the process of S100 is executed by a subroutine process of FIG.
  • the first displacement dimension is calculated based on the instantaneous value of a simple gait model gait at this time (current time) t (instantaneous value of a target motion such as a desired body position / posture).
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the correction model and the attitude angle of the body 3 (body link) having inertia are obtained.
  • the first displacement order is set so that the position of the entire center of gravity of the robot 1 in the simple dani model gait is equal to the position of the entire center of gravity of the robot 1 on the first displacement dimension correcting model.
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the original correction model are determined.
  • the position of the overall center of gravity of the robot 1 in the simplified model gait coincides with the position of the upper body mass 3 m of the simplified model, and the position is the same as that of the simplified model gait. It is uniquely determined from the target body position.
  • the positions of all the mass centers of the mass points A1 to A5 are uniquely determined by matching the position of the entire center of gravity of the robot 1 in the use model) with the position of the upper body mass point 3m of the simplified model.
  • the posture angle of the body link of the first displacement dimension correcting model is the same as the body posture angle of the simplified model gait (vertical posture in this embodiment).
  • the first displacement dimension correcting model is obtained from the instantaneous motion of the simple gait model gait (the instantaneous value at the current time t) according to the geometric constraint condition (1) relating to the first displacement dimension correcting model. Will be determined.
  • the arrangement of the elements of the first displacement dimension correcting model corresponds to the “first arrangement” in the first invention of the present invention.
  • the processing from S202 is executed, and the positions of the mass points A1 to A5 of the second displacement dimension correction model satisfying the above conditions 1 and 2 with respect to the first displacement dimension correction model, A set with the attitude angle of the body 3 (body link) having an inertia, that is, the first element arrangement of the second displacement dimension correcting model is exploratoryly determined, and the upper element in the first element arrangement is determined.
  • the body position and posture of the robot 1 corresponding to the body constitution point A1 and the posture of the body link are determined as the first temporary corrected body position and posture (Pb21, 0b21).
  • an initial candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s) of the first temporarily corrected body position and orientation is determined.
  • the initial candidates (Pb21_s, ⁇ b21_s) correspond to the approximate predicted values of the first temporarily corrected body position Pb21 and the first temporarily corrected body posture ⁇ b21 at the current time t (current time t). Is determined as follows, for example. That is, the difference between the first provisional corrected body position Pb21 at the current time t and the body position Pb of the simple dani model gait (the amount of displacement) is the previous time (the time of the previous control cycle) tA t It is considered to be close to the difference between Pb21 and Pb.
  • the difference between the first temporary corrected body posture ⁇ b21 at the current time t and the simplified model gait body posture ⁇ b is ⁇ at the previous time t-At.
  • the initial candidates Pb21_s, 0b21_s
  • ⁇ b21 value Pb21_p, ⁇ b21_p and force are also determined by the following equations.
  • Pb21_s Pb + (Pb21_p-Pb_p) ... Equation 04a
  • ⁇ b21_s ⁇ b + ( ⁇ b21_p- ⁇ b_p)... Expression 05a
  • the loop processing of S206-S216 is executed.
  • the second displacement based on the current candidate of the first temporary corrected body position / posture (Pb21-s, ⁇ b21_s) and the target both foot position / posture of the simplified model gait at time t this time is used.
  • Each mass point A1 in the dimensional correction model I Find the position of A5.
  • the position and orientation of the upper body 3 of the robot 1 in the second displacement dimension correction model matches the current candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s), and each of the robots 1 in the second displacement dimension correction model Assuming that the position and posture of the foot 22 match the target foot position and posture of the simplified model gait, the positions of the mass points A1 to A5 are obtained. In other words, of the instantaneous movements of the simplified model gait, only the instantaneous values of the body position and posture are replaced with candidates (Pb21_s, ⁇ b21_s), the geometric constraint condition ( According to 2), the positions of the mass points A1 to A5 in the second displacement dimension correcting model are obtained.
  • the positions of the foot mass points A3 and A4 are determined from the desired foot position and orientation.
  • the position of the body mass point A1 is determined from the candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s), and the posture angle of the body 3 (body link) is the same as ⁇ b21_s.
  • the position of each thigh mass point A2, A3 is determined from the posture of each leg 2 of the robot 1 determined from the target both foot position / posture and the candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s).
  • each leg 2 since each leg 2 has six degrees of freedom, if the positions and postures of both feet 22, 22 and the upper body 3 are determined, each leg 2 is determined.
  • each part of the body 2 are also uniquely determined. Therefore, if the position of the upper body mass point A1, the posture angle of the upper body link, and the positions of both foot mass points A4 and A5 are determined, the positions of the thigh mass points A2 and A3 are uniquely determined. .
  • Pil is a code generally indicating the position of mass point Ai of the first displacement dimension correction model
  • Pi2 is generally indicating the position of mass point Ai of the second displacement dimension correction model.
  • the posture angles of the body 3 (body link) in the first and second displacement dimension correcting models are generally represented by 0 bl and 0 b2, respectively.
  • ⁇ bl is the same as the desired body posture 0 b (vertical posture) of the simplified model gait.
  • Q is the same as the position of the target ZMP of the simplified model gait.
  • This means the difference between the position of the center of gravity and the position of the overall center of gravity determined by the position Pi2 (i l, 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 5) of each mass point A1-A5 of the second displacement dimension correction model. Therefore, if the value of the overall center-of-gravity deviation Gc_err between the models is 0 (0 vector) or almost 0, the above condition 1 is satisfied.
  • the term excluding "Const” from the right-hand side of equation 07 means the sum of the angular momentum products of the second displacement dimension correction model with respect to the first displacement dimension correction model.
  • (Pil-Q) * (Pi2—Pil) is a vector of a line segment connecting point Q and mass point Ai. And the displacement vector of the mass point Ai of the second displacement dimension correction model with respect to the mass point Ai of the first displacement dimension correction model.
  • equation 07 relating to the angular momentum product
  • equation 08-10 any of the following equations 08-10 may be used instead.
  • the “angle (Pil_Q_Pi2)” in the equation 08 is a line segment connecting the mass point Ai and the point Q of the first displacement dimension correction model, and It means the angle between the line connecting the mass point Ai and the point Q of the second displacement dimension correction model.
  • ⁇ Ci '' in Equation 08 is a predetermined coefficient, and its value is the area of a triangle formed by the mass point Ai and the point Q of the model for correcting Ci * mi * angle (Pil_Q_Pi2) force and two displacement dimensions.
  • the “horizontal component displacement of mass point A i” in equations 09 and 10 is the horizontal displacement (Pi2—Pil) between mass point Ai of the first displacement dimension correction model and mass point Ai of the second displacement dimension correction model.
  • “Height” means the relative height of the mass point Ai of the first or second displacement dimension correcting model with respect to the point Q, that is, the vertical component of Pil-Q or Pi2-Q.
  • “C (height of mass Ai)” is the relative height (the vertical component of Pil—Q or Pi2—Q) of mass Ai of the first or second displacement dimension correction model with respect to point Q.
  • the terms following ⁇ on the right side of the above equation 07-10 are a line segment connecting the mass point Ai and the point Q of the first displacement dimension correction model, and a term of the second displacement dimension correction model. It is a function that changes almost monotonically with the angle (Pil_Q_Pi2) formed by the line connecting the mass point Ai and the point Q.
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the first displacement dimension correction model obtained in S200 are substituted into Pil of the above equation (6), and the Pil of the above equation (6) is substituted.
  • the center-of-gravity center position shift Gc_err between the models is calculated.
  • Pil and Pi2 in the above equation (7) are made the same as equation (6), and the body posture (vertical posture in this embodiment) obtained in S200 is substituted into ⁇ bl, and 0b2 is further substituted into 0b2. 1
  • the inter-model angular momentum is multiplied to calculate Lc_err.
  • a Pb21x and A Pb21y are predetermined values for changing the current value of the candidate Pb2 l_s at the first provisional correction body position by a small amount in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and ⁇ 0b21 is the first provisional correction.
  • This is a predetermined value for slightly changing the body posture candidate 0 b21 around the Y axis. Then, the same processing as in S206 and S208 is performed on each of these temporary candidates to obtain the overall center of gravity shift Gc_err between models and the angular momentum product shift err between models.
  • the process of S214 is a process for observing the degree of change between Gc_err and err when the first temporary correction body position / posture candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s) is changed from the current value.
  • the first temporary correction body position / posture such that Gc_err and err fall within a predetermined range near 0 by the loop processing of S206-S216 in other words, the condition The first provisionally corrected body position and orientation that satisfies 1 and 2 are obtained by search.
  • a set of the first temporary correction body position and orientation when the condition of S210 is satisfied and the position of each mass point obtained in S206 immediately before S210 corresponds to the first element arrangement. It will be.
  • This first element arrangement corresponds to the “second arrangement” in the first invention of the present invention.
  • the first provisional corrected gait is obtained by correcting only the desired body position and posture of the simplified model gait, and includes the desired gait such as the desired foot position and posture, the desired ZMP, and the desired floor reaction force vertical component.
  • the other components of the gait are the same as the simple dani model gait.
  • the motion of the first temporary correction gait is based on the geometric constraint condition (2) from the arrangement of the second displacement dimension correction model when the condition of S210 is satisfied (the first element arrangement). It is the same as the determined instantaneous target movement.
  • the motion of the first temporarily corrected gait corresponds to the first temporarily corrected instantaneous target motion in the first invention of the present invention. Therefore, the processing in S100 constitutes the first temporary correction motion determining means in the first invention of the present invention.
  • the body posture in the second displacement dimension correction model is made the same as the body posture in the instantaneous value (instantaneous value at time t) of the simple Eich model gait, and the first displacement dimension correction
  • the second temporarily corrected body position and orientation (Pb22, ⁇ b22) (the second temporarily corrected body position Pb22 and the second temporarily corrected body position Pb22) so as to satisfy Condition 2 regarding the angular momentum product between the model and the second displacement dimension correcting model.
  • Temporary correction body posture ⁇ b22 is determined. More precisely, the body posture in the second displacement dimension correction model is simplified.
  • the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model is determined so as to satisfy the condition 2 between the two models with the same body posture as that of the upper body mass point, and the upper body mass point in the second element arrangement is determined.
  • the body position and posture of the robot 1 corresponding to the position of A1 and the posture of the body link are determined as the above-mentioned second temporary corrected body position and posture (Pb22, ⁇ b22).
  • the second provisional corrected body posture ⁇ b22 is set to be the same as the body posture of the simplified model gait, so that the process of S102 substantially satisfies condition 2 It can be said that this is a process of determining the second temporary correction body position Pb22 so as to satisfy the condition.
  • the process of S102 is executed by a subroutine process of FIG.
  • the first displacement dimension is calculated based on the instantaneous value of the simple gait model gait at this time (current time) t (the instantaneous value of the target motion such as the target body position / posture).
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the correction model and the attitude angle of the body 3 (body link) having inertia are obtained.
  • This process is the same as the process of S200 in FIG. 11, and the arrangement of each element of the first displacement dimension correcting model to be obtained is the same as that obtained by the process of S200. Therefore, if the arrangement of each element of the first displacement dimension correcting model obtained in S200 is used as it is in the subroutine processing of FIG. 12, the processing of S300 may be omitted!
  • the processing from S302 is executed, and the positions of the mass points A1 to A5 of the second displacement dimension correction model that satisfy the above condition 2 with respect to the first displacement dimension correction model are determined by A pair with the posture angle of the body 3 (body link) having the shear, that is, the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model is exploratively determined, and the upper body mass point in the second element arrangement is determined.
  • the body position / posture of the robot 1 corresponding to A1 and the posture of the body link are determined as the second temporary corrected body position / posture (Pb22, ⁇ b22).
  • the process from S302 is substantially a process of determining the second temporarily corrected body position Pb22 so as to satisfy the condition 2.
  • initial candidates (Pb22_s, ⁇ b22_s) of the second temporary correction body position and orientation are determined. That is, of the initial candidates (Pb22_s, ⁇ b22_s), Pb22-s is defined as the body position Pb of the simplified model gait at the current time t and the simplified model gait at the previous time tAt. Body position value Pb_p and second temporary corrected body position at previous time t- ⁇ t The value Pb22_p and the force are also determined by the following equation 04b, and are also determined by the following equation 05b from the body posture ⁇ b of the simple model model gait at time t.
  • the initial candidate Pb22_s of the second temporary correction body position is determined in the same manner as the initial candidate Pb21_s of the first temporary correction body position determined as described above in S202.
  • the initial candidate ⁇ b22_s of the second temporary corrected body posture is the same as the body posture of the simplified model gait.
  • This process is the same as S206 except for the value of the candidate (Pb22_s, ⁇ b22_s), and only the body position and orientation of the instantaneous motion of the simplified model gait at the current time t are candidates (Pb22_s, From the instantaneous motion replaced by ⁇ b22_s), the respective mass points A1 to A5 in the second displacement dimension correcting model are obtained according to the geometric constraint condition (2).
  • a Pb22x and A Pb22y are predetermined values for changing the present value force of the first temporary correction body position candidate Pb22_s by a small amount in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Then, the same processing as in S306 and S308 is performed on each of these temporary candidates, and the angular momentum product shift err between the models is obtained. In the process of S314, the degree of change with respect to err when only the candidate of the body position is changed from the candidate of the second provisionally corrected body position and orientation (Pb22_s, ⁇ b22_s) is observed. It is processing for.
  • the second temporary corrected body posture is set to be the same as the body posture of the simple gaiden model gait, and the L_err force ⁇
  • a second provisionally corrected body position that falls within a predetermined range, in other words, a second provisionally corrected body position that satisfies the above condition 2 is obtained by search.
  • the combination of the second provisional corrected body position and orientation when the condition of S310 is satisfied and the position of each mass obtained in S306 immediately before S310 corresponds to the second element arrangement. It becomes.
  • the second element arrangement corresponds to the “third arrangement” in the first invention of the present invention.
  • the process proceeds to S318 via S312, and the current b22_s, 0 b22_s) is determined as the second temporarily corrected body position and orientation (Pb22, 0 b22) at the current time t. Is done.
  • a gait obtained by correcting the body position of the simple Eich model gait so as to satisfy the above condition 2 (hereinafter, also referred to as a second temporarily corrected gait) is obtained.
  • the second temporary corrected gait is obtained by correcting only the desired body position in the simplified model gait, and includes the desired body posture, the desired foot position and posture, the desired ZMP, and the desired floor reaction force vertical.
  • the other components of the target gait are the same as the simple gait model gait.
  • the second provisional corrected gait is determined according to the geometric constraint condition (2) from the arrangement of the second displacement dimension correcting model when the condition of S310 is satisfied (the second element arrangement).
  • Instantaneous goal Same as gait.
  • the motion of the second temporarily corrected gait corresponds to the second temporarily corrected instantaneous target motion in the first invention of the present invention. Therefore, the processing in S102 constitutes the second provisional corrected motion determining means in the first invention of the present invention.
  • a basic value wl_aim (hereinafter referred to as a weight basic value) relating to a weight wl for finally determining a displacement dimension corrected body position and orientation from the first temporary corrected body position and orientation and the second temporary corrected body position and orientation wl_aim).
  • wl_aim l
  • wl_aim 0.5
  • wl_aim 0 is set.
  • the value of the weight wl is gradually approached from the current value (the value determined at the previous time t At) to the weight basic value wl_aim determined as described above at S104 at the current time t.
  • the current value of the weight wl is added. Determine the weight wl at time t. In this way, the weight wl is determined so as to gradually follow the basic weight value wl_aim with a response delay.
  • weight w2 is determined so that the sum with the previously determined weight wl becomes 1. That is, the weight w2 is determined by the following equation 11.
  • the displacement dimension corrected body position Pb2 is the sum of the first temporary corrected body position Pb21 and the second temporary corrected body position Pb22 obtained as described above multiplied by the weights wl and w2 at time t. In other words, it is obtained as a weighted average value of the first temporarily corrected body position Pb21 and the second temporarily corrected body position Pb22.
  • the displacement dimension corrected body posture ⁇ b2 is the sum of the first provisional corrected body posture ⁇ b21 and the second provisional corrected body posture ⁇ b22 multiplied by weights wl and w2, in other words, the first The weighted average value of the temporary corrected body posture ⁇ b21 and the second temporary corrected body posture ⁇ b22 is obtained.
  • the processing of the displacement dimension gait correction subroutine is executed, and the displacement dimension correction body position / posture is obtained.
  • a desired gait (hereinafter, sometimes referred to as a displacement dimension corrected gait) obtained by correcting the body position and orientation of the simplified model gait can be obtained.
  • This displacement dimension corrected gait is obtained by correcting only the desired body position and posture of the simplified model gait, and includes the desired foot position and posture, the desired ZMP, and the desired floor reaction force vertical component.
  • the other components of the gait are the same as the simple dani model gait.
  • the motion of the displacement dimension corrected gait in the first embodiment corresponds to the corrected instantaneous target motion in the first invention of the present invention. Therefore, the processing of the displacement dimension gait correction subroutine of S024 constitutes the target motion correcting means in the first invention.
  • the second displacement dimension in the case of determination (that is, the case where the simple gait model gait is not corrected in S024)
  • the position of each mass point Ai of the correction model and the posture angle of the body 3 (body link), and the position and height of each mass point Ai of the first displacement dimension correction model determined corresponding to the simplified model gait Illustrate the relationship with the posture angle of body 3 (body link)!
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 of the second displacement dimension correction model that is, the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model, in other words, are simplified models. From the instantaneous motion of the gait, it can be said that the gait was determined in accordance with the geometric constraint (2).
  • Fig. 15 shows the position of each material point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correction model corresponding to the first provisional corrected gait, and the first displacement dimension.
  • the relationship between the position of each mass point Ai of the correction model and the posture angle of the body 3 (body link) is illustrated.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model in FIG. 15 corresponds to the instantaneous value of the gait of the simple model model assumed in FIG. This is the first element arrangement of the second displacement dimension correcting model determined as follows. This arrangement is the same as that determined from the first temporary corrected gait according to the geometric constraint condition (2).
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the first displacement dimension correcting model shown in FIG. 15 are the same as those in FIG.
  • Fig. 16 shows the position of each material point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correcting model corresponding to the second provisional corrected gait, and the first displacement dimension.
  • the relationship between the position of each mass point Ai of the correction model and the attitude angle of the body 3 (body link) is illustrated.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correcting model in FIG. 16 corresponds to the instantaneous value of the simple gazing model gait assumed in FIG. This is the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model determined as follows. This arrangement is the same as that determined according to the geometric constraint condition (2) from the second temporary corrected gait.
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the first displacement dimension correcting model shown in FIG. 16 are the same as those in FIG. [0215]
  • the displacement between an arbitrary mass point of the first displacement dimension correction model and the corresponding mass point of the second displacement dimension correction model when the displacement is regarded as translational acceleration is considered.
  • the translational acceleration is referred to as a pseudo-translational acceleration between models of the mass point.
  • the angular acceleration when the deviation of the attitude angle of the link with the inertia of the first displacement dimension correction model and the corresponding link of the second displacement dimension correction model is regarded as the angular acceleration is ,
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correcting model corresponding to the first provisional corrected gait (first element arrangement), that is, is finally determined in S100 of FIG.
  • first element arrangement the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model determined by the position of each mass point Ai of the second displacement dimension correction model and the attitude angle of the body link, as shown in FIG. , 2 Mass point A2—
  • Positional force of the body mass point Al of the model is determined in front of the body mass point Al, in other words, the first temporary corrected body position is ahead of the simplified model gait. Corrected to the side.
  • the position of each mass point A1-A5 of the second displacement dimension correcting model and the posture of the body 3 having inertia are determined so that the sum of the angular momentum products becomes a certain value.
  • the body posture (the posture of the upper body 3 shown by a solid line) in the second displacement dimension correction model is the body posture of the simple dani model gait (the posture of the upper body 3 shown by a broken line). ) Is inclined backward by an angle of 0 b21-0 b.
  • the first provisional corrected gait compensates for the effect of the inertial force due to the movement of each leg, which is not considered in the simplified model gait, and sets the desired floor reaction force of the simplified model gait.
  • the goal of the robot 1 is to generate a floor reaction force similar to (translational floor reaction force and floor reaction force moment, more precisely, the floor reaction force generated by the simple dani model gait).
  • the dynamic accuracy between the motion of the first provisional corrected gait and the floor reaction force is the same as that between the motion of the simplified model gait and the floor reaction force. Accuracy will be higher than the target accuracy.
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model corresponding to the second provisional corrected gait (second element arrangement), that is, the second displacement finally determined in S102 of FIG.
  • the body posture is simplified. While maintaining the instantaneous body posture of the model gait, the model for the second displacement dimension correction Position force of each mass point Al-A5 The sum of the angular momentum products described above is determined to be a certain value.
  • the second provisional corrected gait maintains the target body posture of the robot 1 the same as the body posture of the simplified model gait, but does not consider the simple gait model gait.
  • the target body position of the robot 1 was corrected so that the floor reaction force moment similar to the floor reaction force moment of the simple dani model gait was generated by compensating for the effect of the inertial force due to the leg motion. It will be.
  • the dynamic accuracy between the motion of the second provisional corrected gait and the floor reaction force moment is higher than the dynamic accuracy between the motion of the simple gait model gait and the floor reaction force moment.
  • the second temporary correction gait determining the second element arrangement of the second displacement dimension correction model
  • the shift of the overall center of gravity between the first and second displacement dimension correction models is taken into account. Therefore, the dynamic accuracy between the motion of the second provisionally corrected gait and the translational floor reaction force is not necessarily the dynamic accuracy between the motion of the simplified model gait and the translational floor reaction force. It is not always higher than the biological accuracy.
  • the body position / posture of the corrected gait that is, the displacement dimension corrected body position / posture is determined by Expressions 12 and 13.
  • the operation mode of the robot 1 is steadily set to the normal mode (operation modes other than the running mode and the low-friction floor walking mode, in which the robot 1 walks on the normal floor having a high friction coefficient, etc.).
  • the displacement dimension corrected body posture is the posture (base (Quasi-posture), specifically, in this embodiment, the vertical posture is maintained, and the displacement dimension correction body position is the same as the second provisional correction gait body position (second provisional correction body position).
  • the displacement dimension corrected gait corrects the body position of the simplified model gait while keeping the body posture intact (the body posture is not corrected) and the motion of the displacement dimension corrected gait.
  • This is a gait that can improve the dynamic accuracy between the floor reaction force moment and the simple gait model gait.
  • the motion of the displacement dimension-corrected gait satisfies the target ZMP more accurately when the actual robot 1 is operated according to the motion than when the actual robot 1 is operated according to the motion of the simplified model gait. It will be.
  • the displacement dimension corrected body posture and the displacement dimension corrected body position are respectively set to the first temporary. It becomes the same as the corrected gait upper body posture (first temporary corrected body posture). For this reason, the displacement dimension corrected gait corrects both the body position and body posture of the simplified model gait, and the movement of the displacement dimension corrected gait and the floor reaction force (translation floor reaction force and floor reaction force). This is a gait in which the dynamic accuracy between the gait and the force moment can be higher than that of the simple dani model gait.
  • the displacement dimension corrected body posture is higher than the first provisionally corrected gait.
  • 1 Z2 posture angle of the body posture angle (the body posture angle in which the tilt angle with respect to the vertical direction is smaller than the body posture angle of the first provisionally corrected gait, more precisely, the body of the first provisionally corrected gait 1Z2 of the posture angle and 1Z2 of the body posture angle of the second provisionally corrected gait)
  • the displacement dimension corrected body position is the body position of the first provisionally corrected gait and the second provisionally corrected gait. And an intermediate position with the upper body position.
  • the displacement dimension correction gait suppresses the fluctuation of the body posture, and the movement of the displacement dimension correction gait and the floor reaction force.
  • Both the torso position and body posture of the simplified model gait are corrected so that the dynamic accuracy between (the translational floor reaction force and the floor reaction force moment) is higher than that of the simple gait model gait. It becomes.
  • the displacement dimension corrected body position to an intermediate position between the body position of the first provisionally corrected gait and the body position of the second provisionally corrected gait, Therefore, it is possible to prevent the translational inertial force horizontal component generated in the robot 1 from becoming excessive.
  • the displacement dimension corrected body posture is set to an inclination angle smaller than the body posture angle of the first provisionally corrected gait, the target ZMP can be satisfied while suppressing fluctuations in the body posture. . Therefore, when the operation mode of the robot 1 is constantly in the low-friction floor walking mode, the displacement dimension correction gait increases the dynamic accuracy more than the simple Eich model gait and suppresses the fluctuation of the body posture. A gait that enables stable operation of the robot 1 while minimizing and preventing the robot 1 from slipping.
  • the instantaneous value of the ZMP allowable range and the instantaneous value of the floor reaction force horizontal component allowable range for the full model correction are determined. Is performed. This is a process executed by the target instantaneous value generation unit 100b, and is based on the gait parameters defining the ZMP allowable range and the floor reaction force horizontal component allowable range among the current time's gait parameters determined in S020. Is determined.
  • the full model used by the full model correction unit 100e includes, for example, the upper body 3 of the robot 1, the hip joint of each leg 2, the thigh link, the lower leg link, the ankle joint, and the foot 2 as shown in FIG.
  • This is a multi-mass model in which each has a mass point in 2 and an inertia lb in body 3 (body link).
  • an inertia may be set for links other than the upper body 3.
  • the operation of the composite compliance control apparatus 101 will be described with reference to FIG.
  • the operation of the composite compliance control device 101 is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-277969 filed earlier by the present applicant, so that only a brief description will be given in this specification.
  • the gait generator 100 among the target gaits generated as described above, the corrected target body position / posture (trajectory) and the target arm posture (trajectory) are converted into a robot geometric model (inverse kinematics calculation unit). Sent to 102.
  • the desired foot position / posture (trajectory), the desired ZMP trajectory (target total floor reaction force center point trajectory), and the desired total floor reaction force (trajectory) (corrected desired floor reaction force moment and desired floor reaction force)
  • the vertical component is sent to the composite compliance operation determining unit 104 and also to the target floor reaction force distributor 106.
  • the desired floor reaction force distributor 106 distributes the floor reaction force to each foot 22, and determines the desired center of each foot floor reaction force and the desired foot floor reaction force.
  • the determined target foot floor reaction force center points and the desired foot floor reaction force are sent to the composite compliance operation determination unit 104.
  • the corrected target foot position / posture (trajectory) with mechanism deformation compensation is sent from the composite compliance operation determination unit 104 to the robot geometric model 102.
  • the corrected target foot position / posture with the mechanism deformation compensation is such that the actual floor reaction force detected by the six-axis force sensor 50 approaches the target floor reaction force while taking into account the deformation of the compliance mechanism 72 of each leg 2. So each foot This means that the target foot position and orientation of 22 have been corrected.
  • the robot geometric model 102 receives the 12 joints of the legs 2 and 2 that satisfy them. Calculate the joint displacement command (value) of the joint and send it to the displacement controller 108.
  • the displacement controller 108 controls the displacement of the twelve joints of the robot 1 according to the joint displacement command (value) calculated by the robot geometric model 102 as a target value. Further, the robot geometric model 102 calculates a displacement designation (value) of the arm joint that satisfies the target arm posture, and sends it to the displacement controller 108. The displacement controller 108 controls the displacement of the twelve joints of the arm of the robot 1 with the joint displacement command (value) calculated by the robot geometric model 102 as a target value.
  • the floor reaction force generated by the robot 1 (specifically, the actual floor reaction force of each foot) is detected by the 6-axis force sensor 50.
  • the detected value is sent to the composite compliance operation determining unit 104.
  • the posture tilt deviation ⁇ errx, erry erry generated at the mouth bot 1 (specifically, the deviation of the actual body posture angle from the target body posture angle, and the posture angle deviation in the roll direction (around the X axis) is ⁇ errx.
  • the attitude angle deviation in the pitch direction (around the Y axis) is erryerry) is detected via the attitude sensor 54, and the detected value is sent to the attitude stabilization control calculation unit 112.
  • the posture stabilization control calculation unit 112 calculates a compensation total floor reaction force moment around the desired total floor reaction force center point (target ZMP) for restoring the body posture angle of the robot 1 to the target body posture angle. This is sent to the composite compliance operation determination unit 104.
  • the composite compliance operation determining unit 104 corrects the desired floor reaction force based on the input value. Specifically, the target total floor reaction force moment or the sum of the corrected total floor reaction force moment and the corrected target floor reaction force moment acts around the target total floor reaction force center point (target ZMP). Correct the floor reaction force.
  • the composite compliance operation determination unit 104 adjusts the corrected target foot reaction force with the mechanical deformation compensation so that the corrected target floor reaction force matches the actual robot state and the floor reaction force for which the force such as a sensor detection value is also calculated. Determine the flat position and attitude (trajectory). However, since it is practically impossible to match all the states to the target, a trade-off relationship is given between them so that they can be compromised. In other words, the control deviation for each target is weighted, and control is performed so that the weighted average of the control deviation (or the square of the control deviation) is minimized. As a result, the actual foot position / posture and the total floor reaction force become the target foot position / posture and the desired total floor reaction force. Is generally controlled.
  • the configurations of the robot 1 and the control unit 60 are the same as those of the first embodiment, and the simplified model, the first displacement dimension correcting model, and a part of the processing of the gait generator 100 are the same as those of the first embodiment. It is different from the form. Therefore, in the description of the present embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and drawings as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the second embodiment is an embodiment of the first, third, fourth, seventh to tenth, and thirteenth to 15th aspects of the present invention.
  • FIG. 18 shows the structure of a simplified model (dynamic model) in the present embodiment
  • FIG. 18 shows the structure of the first displacement dimension correcting model in the present embodiment.
  • the simple model of the present embodiment shown in Fig. 18 has two foot masses 2m2, 2m2, and 2 corresponding to each leg 2 of the robot 1 (specifically, the foot 22 of each leg 2).
  • This is a model composed of three masses consisting of a 3m2 upper body mass point corresponding to the upper body 3 and a flywheel FH having inertia J and no mass, which is the same as the model shown in FIG. is there. Accordingly, the power of omitting the detailed description in the present specification is as follows.
  • the body mass point 3m2 is set to a point that is uniquely determined according to the position and orientation of the body 3 (a fixed point on the local coordinate system arbitrarily fixed to the body 3).
  • the foot mass point 2m2 is set to a point uniquely determined in accordance with the position and orientation of the foot 22 of each leg 2 (a fixed point on the local coordinate system arbitrarily fixed to the foot 22). .
  • the sum of the masses of the mass points 2m2, 2m2, 3m2 is the same as the total mass of the robot 1.
  • the mass of the upper body mass 3m2 includes the mass of upper body 3 and the mass of both arms. It is.
  • Equation 14-16 An equation (equation of motion) describing the dynamics of this simplified model is expressed by the following equation 14-16.
  • equation 14-16 An equation of motion describing the dynamics of this simplified model is expressed by the following equation 14-16.
  • the sagittal plane plane including the longitudinal axis (X axis) and the vertical axis (Z axis)
  • the lateral plane left and right axes (Y axis)
  • the equation of motion on the vertical axis the plane including the Z axis
  • the variables in Equations 14 and 16 are defined as follows.
  • Zsup Support leg foot mass point vertical position
  • Zswg Swing leg foot mass point vertical position
  • Zb Upper body mass point vertical position
  • Xsup Support leg foot mass point horizontal position
  • Xswg Swing leg foot mass point horizontal position
  • Xb Upper body mass point horizontal position
  • mb Upper body mass mass
  • msup Support foot mass mass
  • mswg Swing leg mass mass
  • J Fly Wheel inertia moment
  • Fx Floor reaction force horizontal component
  • Fz Floor reaction force vertical component
  • My Target Floor reaction force moment around the ZMP (more specifically, the component of the floor reaction force moment around the left and right axis (Y axis))
  • Equation 16 In the second embodiment using the simplified model, a simple gait model gait that satisfies the target ZMP is generated in the same manner as in the above-mentioned Patent Document 1 as described later.
  • the inertial force generated by the motion of the region near the knee joint due to the bending operation of the knee joint of each leg 2 is ignored. That is, the simplified model of the second embodiment is based on the knee joint associated with the bending operation of the knee joint of each leg 2. It can be said that this is a dynamic model constructed by assuming that the inertial force generated by the motion of the vicinity of is zero.
  • the first displacement dimension correcting model according to the present embodiment corresponds to the upper body 3, the thigh link of each leg 2, and the foot 22.
  • This is a 5-mass model consisting of upper body mass A1, thigh mass A2, A3, and foot mass A4, A5.
  • the robot 1 also has an inertia (moment of inertia) lb around the body 3 (body link) force body mass point A1 of the robot 1.
  • the first displacement dimension correcting model of the present embodiment includes, as in the first and second displacement dimension correcting models of the first embodiment, mass points A1 to A5 and a body link having inertia. It is configured as
  • the upper body mass Al and each foot mass A4, A5 correspond to the corresponding part (the upper body 3, the foot, etc.), similarly to the first or second displacement dimension correcting model of the first embodiment. It is set to a point that is uniquely determined according to the position and posture of (Hei 22) (a fixed point in the local coordinate system arbitrarily fixed to the corresponding part). Note that the sum of the masses of the upper body mass Al, the foot masses A4 and A5, and the thigh masses A2 and A3 is equal to the total mass mtotal of the robot 1.
  • the mass of the body mass point A1 includes the weight of the body 3 and the masses of the arms 5, 5 and the head 4.
  • a certain geometric constraint condition is set for the arrangement of the elements of the first displacement dimension correcting model.
  • the knee joint of each leg 2 of the robot 1 is directly expanded and contracted only in the direction connecting the center of the ankle joint of the leg 2 and the center of the hip joint. It is regarded as a dynamic (telescopic) joint, and each thigh mass point A2, A3 is set as an internal dividing point of a line connecting the center of the ankle joint of the leg 2 and the center of the hip joint.
  • the internal dividing point is a point where the ratio of the distance from the internal dividing point to the center of the ankle joint and the distance from the center of the hip joint becomes a predetermined ratio, and each leg 2 is extended linearly.
  • a point near the knee joint at that time (for example, a point slightly closer to the thigh link 24 than the center of the knee joint). Therefore, in the first displacement dimension correcting model in the present embodiment, the thigh mass points A2 and A3 are constrained to the inner dividing point of the line connecting the center of the corresponding ankle joint of the leg 2 and the center of the hip joint. !
  • the thigh mass points A2 and A3 are separated by a predetermined distance in a direction perpendicular to the line segment from the inner dividing point. May be set to a point offset by only In other words, the thigh mass points A2 and A3 may be set on a straight line that is separated from the line by a predetermined distance and parallel to the line.
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the first displacement dimension correcting model on the global coordinate system and the attitude angle of the body 3 (body link) are calculated according to the simple model. It is determined geometrically according to the instantaneous value of the movement of the volume. More specifically, the position in the global coordinate system of the upper body mass A1 of the first displacement dimension correcting model of the present embodiment is determined to be a position corresponding to the body position / posture of the simplified model gait, The position of each foot mass point A4, A5 in the global coordinate system is determined to be a position corresponding to each foot position / posture of the simplified model gait. Furthermore, the posture angle of the body link is the same as the body posture of the simplified model gait.
  • the positions of the thigh mass points A2 and A3 on the global coordinate system are determined to be the positions of the above-mentioned subdivision points determined based on the body position and posture of the simplified model gait and the position and posture of each foot.
  • the position of the center point of each hip joint and each ankle joint of each leg 2 in the global coordinate system is uniquely determined according to the body position and posture and each foot position and posture of the robot 1.
  • the positions of the thigh mass points A2 and A3 in the global coordinate system as internal dividing points of the line connecting the center point of the hip joint and the center point of the ankle joint of the leg 2 are determined.
  • the overall center of gravity of the mass points A1 to A5 is the position of the overall center of gravity of the robot 1 on the simplified model, that is, all of the simplified models
  • the predetermined ratio relating to the internal dividing point and the mass ratio of the mass points A1 to A5 are determined so as to match the positions of the centers of gravity of the mass points 2m2, 2m2, and 3m2.
  • defining the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model as described above in the second embodiment is equivalent to the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model (in the global coordinate system).
  • the geometric constraints (3) for defining the mass A1—the position of A5 and the posture of the body link) are defined as follows, the instantaneous motion of the simplified model gait Same as deciding the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model according to condition (3)
  • Geometric constraints (3) For any given instantaneous target motion, the placement force of the upper body mass point A1 and the upper body link among the elements of the first displacement dimension correction model.
  • the positions corresponding to the positions determined according to the position and orientation of the upper body 3 of the robot 1 in the target movement, and the positions of the foot mass points A4 and A5 correspond to the respective foot positions of the robot 1 in the given instantaneous target movement.
  • the position of each thigh mass point A3, A4 coincides with the position determined in accordance with the posture, and the position of each thigh mass point A3, A4 is on the line connecting the center of the hip joint of each leg 2 and the center of the ankle joint in the given instantaneous target movement. It matches the position of the predetermined subdivision point.
  • this geometric constraint (3) corresponds to the first geometric constraint in the present invention.
  • the structure of the second displacement dimension correcting model is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 Similar to the displacement dimension correction model, it has an upper body mass Al, thigh masses A2, A3, and foot masses A4, A5, and has an inertia lb in the upper body link.
  • the positions of upper body mass point A1, each foot mass point A4, and A5 in the local coordinate system fixed to the corresponding part (upper body 3, each foot 22) are the first displacement dimension in Fig. 19. It is the same as the correction model.
  • the mass of each mass point A1-A5 is the same as that of the first displacement dimension correcting model in FIG.
  • each of the mass points A1 to A5 and the body 3 can be moved to a position and orientation corresponding to any posture state that the robot 1 can take. That is, the geometric constraint condition (2) described in the first embodiment is set between the arbitrary instantaneous target motion of the robot 1 and the arrangement of each element of the second displacement dimension correcting model. ing.
  • the basic processing procedure of the gait generator 100 in the present embodiment is the same as in the first embodiment, and a gait is generated according to the flowchart of FIG.
  • the process of S020 is performed after S018, and the gait parameters of the current time's gait are determined. That is, the parameters that define the desired foot position / posture trajectory, the desired arm posture trajectory, the desired ZMP trajectory, and the desired floor reaction force vertical component trajectory of the current time's gait are determined, The parameters that define the reference body posture trajectory, the floor reaction force horizontal component allowable range, and the ZMP allowable range are determined.
  • the simplified model in the present embodiment is the same as the dynamic model used in the above-mentioned publication 1 as described above, and thus is the same as the process of S022-S030 in FIG.
  • the gait parameters of the current time's gait are determined by executing the processing in S020 of the present embodiment.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range for the simple gait model gait is set and used in order to create a normal gait.
  • the allowable range of the floor reaction force horizontal component for the simple gait model gait is, for example, the floor reaction force horizontal component for full model correction set in S30 of FIG.
  • the force may be set to be the same as the component allowable range, or may be set to a wider range.
  • the floor reaction force horizontal component allowable range for the simplified model gait is set to an infinite range, or the simplified model gait (or The gait) may be set to a wide range such that the floor reaction force horizontal component of the gait always falls within the floor reaction force horizontal component allowable range.
  • the process proceeds to S022, where the gait parameters (gait parameters determined in S020) are used.
  • the instantaneous value of the gait (simple Eich model gait) is determined.
  • the simplified model in the present embodiment is the same as the dynamic model used in the above-mentioned publication 1, the same processing as that of S032 in FIG. 13 of the publication 1 is performed.
  • the instantaneous value of the simple model model gait is determined.
  • the instantaneous values of the desired foot position / posture, target ZMP, target arm posture, desired floor reaction force vertical component, and reference body posture are determined. Further, on the simple model shown in FIG. 16, the resultant force of the inertia force and the gravity force that generates the motion of the robot 1 becomes the moment horizontal component force ⁇ acting around the target ZMP, and The instantaneous value of the target body position and orientation is determined so that the force horizontal component does not exceed the floor reaction force horizontal component allowable range for the simplified model gait.
  • the desired body position vertical component is the vertical position of the body mass point 3m2 of the simple dani model obtained from the desired floor reaction force vertical component and Equation 14 above. Is determined in correspondence with And During the period when the vertical component of the desired floor reaction force is relatively large, the instantaneous value of the target body posture is adjusted while adjusting the horizontal acceleration of the body 3 so that the moment horizontal component around the target ZMP becomes zero.
  • the target body posture and the target body position horizontal component are determined so as to approach the reference body posture (for example, vertical posture).
  • the horizontal acceleration of the body 3 is almost zero (strictly speaking, the horizontal acceleration of the entire center of gravity is almost zero).
  • the instantaneous values of the desired body posture and the desired body position horizontal component are determined mainly by adjusting the angular acceleration of the posture angle of the body 3 so that the moment horizontal component around the target ZMP becomes zero.
  • This subroutine process has the same basic processing procedure as that of the first embodiment, and is executed according to the flowchart of FIG. That is, first, in S100, as in the first embodiment, the condition 1 relating to the center of gravity between the first displacement dimension correcting model and the second displacement dimension correcting model, and the condition 2 relating to the angular momentum product
  • the first temporary correction body position / posture (Pb21, ⁇ b21) is determined so as to satisfy the following.
  • This processing is executed by the subroutine processing of FIG. 11, as in the first embodiment.
  • the first displacement based on the instantaneous value of the simplified model gait at this time (current time) t (the instantaneous value of the target motion such as the target body position and orientation), the first displacement The positions of the mass points A1 to A5 of the model for dimension correction and the attitude angle of the body 3 (body link) with inertia are obtained.
  • the position of the body mass point A1 of the first displacement dimension correction model is determined to be a position corresponding to the instantaneous value of the body position and posture of the simple Eich model gait
  • each foot mass point A4 , A5 in the global coordinate system is determined to be the position corresponding to each foot position and posture of the simplified model gait.
  • the positions of the thigh mass points A2 and A3 are determined by the center point of the hip joint and the center of the ankle joint of each leg 2 of the robot 1 determined based on the upper body position and posture and each foot position and posture of the simple gait model gait.
  • a line segment connecting the point is determined at a position of an internally dividing point which is internally divided at a predetermined ratio.
  • the posture angle of the body link of the first displacement dimension correcting model is the same as the body posture angle of the simplified model gait.
  • the instantaneous motion of the simplified model gait (the instantaneous value at the current time t) is calculated according to the geometric constraint condition (3) according to the first displacement dimension correcting model in the present embodiment.
  • the arrangement of each element of the displacement dimension correction model is determined.
  • the arrangement of the elements of the first displacement dimension correcting model corresponds to the “first arrangement” in the first invention of the present invention.
  • the processing from S202 to S218 is executed.
  • These processes are the same as in the first embodiment. That is, the first temporary corrected body position / posture that satisfies the above conditions 1 and 2 is searched for and determined as the first temporary corrected body position / posture (Pb21, ⁇ b21) at the current time t. Is done.
  • a gait (first temporary corrected gait) obtained by correcting the body position and orientation of the simplified model gait so as to satisfy the above conditions 1 and 2 is obtained.
  • the motion of the first temporary correction gait is determined according to the geometric constraint condition (2) from the arrangement of the second displacement dimension correction model (the first element arrangement) when the condition of S210 is satisfied. It is the same as the instantaneous target exercise.
  • the positions of both foot mass points A5 and A6 of each displacement dimension correction model are the same in both displacement dimension correction models. Therefore, in calculating the overall center of gravity shift Gc_err between models and the angular momentum product shift err between models in S208, the term relating to both foot mass points A5 and A6 may be omitted.
  • the processing of S102 is executed in the same manner as in the first embodiment, and the body posture in the second displacement dimension correcting model is reduced to a simplified model gait.
  • the condition 2 regarding the angular momentum product between the first displacement dimension correction model and the second displacement dimension correction model is satisfied by setting the same as the body posture at the instantaneous value (the instantaneous value at the current time t).
  • the second temporary correction body position / posture (Pb22, ⁇ b22) is determined to be added.
  • the second temporary corrected body posture ⁇ b22 is set to be the same as the body posture of the simplified model gait, so that the process of S102 substantially satisfies condition 2. It can be said that this is the process of determining the second temporary correction body position Pb22.
  • This processing is executed by the subroutine processing of FIG. 12, as in the first embodiment.
  • a second temporary corrected body position / posture in which the body posture is the same as the body posture of the simplified model gait and satisfies the condition 2 is exploratively obtained, and this is obtained at the current time t. It is determined as the second temporary correction body position / posture (Pb22, ⁇ b22).
  • a gait (second temporary corrected gait) obtained by correcting only the upper body position of the simplified model gait so as to satisfy Condition 2 is obtained.
  • the second provisional corrected gait is determined according to the geometric constraint condition (2) from the arrangement of the second displacement dimension correcting model when the condition of S310 is satisfied (the second element arrangement). It is the same as the instantaneous target gait.
  • the positions of both foot mass points A5 and A6 of each displacement dimension correction model are the same in both displacement dimension correction models.
  • the terms relating to the both feet mass points A5 and A6 may be omitted.
  • the operation of the composite compliance control device 101 for inputting the desired gait generated as described above in the gait generating device 100 is the same as that in the first embodiment.
  • processing of the displacement dimension gait correction subroutine in the second embodiment is described. Constitutes the target motion correcting means in the first invention of the present invention, and the motion of the displacement dimension corrected gait determined in this processing corresponds to the corrected instantaneous target motion in the first invention. Further, the processing of S100 and the processing of S102 in the second embodiment respectively correspond to the first temporary corrected motion determining means and the second temporary corrected motion determining means in the first invention, and the first temporary determined by the respective processing. The corrected gait and the second provisionally corrected gait correspond to the first provisionally corrected instantaneous target movement and the second provisionally corrected instantaneous target movement, respectively, in the first invention.
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correction model The relationship between the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the first displacement dimension correcting model determined corresponding to the gait of the simplified model!
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correcting model can be said to be determined from the instantaneous motion of the simplified model gait according to the geometric constraint condition (2).
  • FIG. 21 shows the position of each material point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correcting model corresponding to the first provisional corrected gait, and the first displacement dimension.
  • the relationship between the position of each mass point Ai of the correction model and the posture angle of the body 3 (body link) will be illustrated.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correcting model in FIG. 21 corresponds to the instantaneous value of the simple gait model gait assumed in FIG. 20, and is finally determined in S100 in FIG.
  • FIG. 21 shows the position of each material point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correcting model corresponding to the first provisional corrected gait, and the first displacement dimension.
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the first displacement dimension correcting model shown in FIG. 21 are the same as those in FIG. [0276]
  • Fig. 22 shows the position of each particle Ai and the posture angle of the body 3 (body link) of the second displacement dimension correcting model corresponding to the second provisional corrected gait, and the first displacement dimension.
  • the relationship between the position of each mass point Ai of the correction model and the posture angle of the body 3 (body link) will be illustrated.
  • the moment in which the inertial force generated by each thigh mass A2, A3 due to the pseudo-translational acceleration between the thigh masses A2, A3 between the models acts around the target ZMP is generated on the backward tilt side of the robot 1. .
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correcting model corresponding to the first provisional corrected gait shows the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model determined by the position of each mass point Ai of the second displacement dimension correction model determined by
  • first element arrangement that is, the final arrangement in S100 of FIG. Fig. 21
  • the position force of the upper mass point A1 of the second displacement dimension correction model is higher than that of the upper mass point A1 of the first displacement dimension correction model.
  • the body position is corrected to the rear of the simplified model gait.
  • the positions of the mass points A1 to A5 of the second displacement dimension correcting model and the posture of the body 3 having inertia are determined so that the above-mentioned momentum products have a certain value (predetermined value).
  • the body posture (the posture of the body 3 shown by a solid line) in the second displacement dimension correction model is the same as the body posture (the posture of the body 3 shown by a broken line) of the gait model. In contrast, it is inclined forward by an angle ⁇ b21-6 b.
  • twice the area of the triangles with diagonal lines or horizontal lines in Fig. 21 correspond to the angular momentum products of the upper body mass Al and the thigh masses A2 and A3, respectively.
  • the first provisional corrected gait compensates for the effect of the inertial force accompanying the motion of the portion near the knee joint of each leg, which is not taken into account in the simplified model gait.
  • the target motion of robot 1 (more specifically, target body position and target body posture) is It will be corrected.
  • the dynamic accuracy between the motion of the first provisional corrected gait and the floor reaction force is equal to the power between the motion of the simple dani model gait and the floor reaction force. It will be higher than the biological accuracy.
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correcting model corresponding to the second provisional corrected gait (second element arrangement), that is, finally determined in S 102 of FIG. 10 in the present embodiment. Is determined by the position of each mass point Ai of the second displacement dimension correction model and the posture angle of the body link.
  • the second displacement Positional force of each of the mass points A1 to A5 of the dimension correction model is determined so that the sum of the angular momentum products described above becomes a certain value (predetermined value).
  • each mass point Ai (more specifically, the upper body mass points A1 and A1
  • the sum of the moments in which the inertial force due to the pseudo-translational acceleration between the thigh mass points A2 and A3) acts around the target ZMP is a predetermined value (corresponding to the ⁇ constant value '' in Condition 2 above) as shown in FIG. Value).
  • the second provisional corrected gait maintains the target body posture of the robot 1 the same as the body posture of the simplified model gait, and does not take into account the simple gait model gait. Compensate for the effect of the inertial force due to the movement of the leg near the knee joint, and generate a floor reaction force moment similar to the floor reaction force moment of the simplified model gait. The body position is corrected.
  • the dynamic accuracy between the motion of the second provisionally corrected gait and the floor reaction force moment is higher than the dynamic accuracy between the motion of the simple model model gait and the floor reaction force moment.
  • the second provisional corrected gait determining the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model
  • the deviation of the overall center of gravity between the first and second displacement dimension correcting models is taken into account. Therefore, the dynamic accuracy between the motion of the second provisionally corrected gait and the translational floor reaction force is not necessarily the dynamic accuracy between the motion of the simple gait model gait and the translational floor reaction force. Accuracy is not always higher.
  • Equation 13 Therefore, as in the first embodiment, when the operation mode of the robot 1 is constantly in the normal mode, the displacement dimension correction gait does not change the body posture (the body posture The body position of the simplified model gait is corrected while maintaining the dynamic accuracy between the motion of the displacement dimension corrected gait and the floor reaction force moment. It is a gait that can be enhanced.
  • the displacement dimension correction gait is the same as the body position and the state / posture of the simplified model gait, as in the first embodiment. And the dynamic accuracy between the motion of the displacement dimension corrected gait and the floor reaction force (translational floor reaction force and floor reaction force moment) can be increased more than that of the simple gait model gait. Gait.
  • the displacement dimension-corrected gait is more dynamically accurate than the simplified model gait, as in the first embodiment.
  • the gait enables the robot 1 to perform a stable motion while increasing the body weight, minimizing the fluctuation of the body posture, and preventing the robot 1 from slipping.
  • the configuration of the robot 1 is the same as that of the first and second embodiments, and the structures of the simple model, the first displacement dimension correcting model, and the second displacement dimension correcting model are the same as those of the second embodiment.
  • the same as This embodiment differs from the second embodiment only in part of the processing of the gait generator 100. Therefore, in the description of the present embodiment, the same portions as those in the second embodiment will be denoted by the same reference numerals and drawings as those in the second embodiment, and will not be described in detail.
  • the present embodiment will be described with a focus on portions different from the second embodiment.
  • This embodiment is one embodiment of the second to fourth, seventh to tenth, and thirteenth to 15th inventions of the present invention.
  • the processing of the gait generator 100 is different from that of the second embodiment only in the displacement dimension gait correction subroutine of S024 in FIG. Therefore, this displacement dimension gait Descriptions of processes other than the correction subroutine will be omitted.
  • the displacement dimension gait correction subroutine in the present embodiment is performed as shown in the flowchart of FIG.
  • the first and second displacement dimensions are corrected so as to satisfy Condition 1 regarding the center of gravity between the model for correcting the first displacement dimension and the model for correcting the second displacement dimension, and Condition 2 regarding the angular momentum product.
  • 1Temporary correction body position and posture (Pb21, ⁇ b21) is determined.
  • This processing is the same as the processing in S100 (FIG. 10) in the second embodiment, and is executed in exactly the same way as in the second embodiment by the subroutine processing in FIG. Supplementally, in the present embodiment (third embodiment), the arrangement of each element of the first displacement dimension correcting model obtained in the processing of S200 in FIG. 11 is the “first arrangement” in the second invention of the present invention.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model when the condition of S210 is satisfied corresponds to the first element arrangement, and the ⁇ second arrangement '' in the second invention of the present invention. ".
  • the body posture in the second displacement dimension correction model is calculated by multiplying the first temporary correction body posture ⁇ b21 determined in S500 by the weight wl determined in S504. The same as the sum (wl * 0b21 + w2 * 0b) of the posture obtained by multiplying the body posture ⁇ b at the instantaneous value of the simplified model gait by the weight w2 determined in S506,
  • the second provisionally corrected body position / posture (Pb22, ⁇ b22) is determined so as to satisfy Condition 2 regarding the angular momentum product between the one displacement dimension correcting model and the second displacement dimension correcting model.
  • the second provisional corrected body posture ⁇ b22 is set to be equal to wl * 0b21 + w2 * ⁇ b, so that the process of S508 substantially satisfies condition 2 It can be said that this is a process of determining the second temporarily corrected body position P b22 so as to satisfy the condition.
  • the process of S508 is executed by a subroutine process of FIG.
  • This subroutine process is different from the subroutine process of FIG. 12 in the second embodiment only in the value of the second temporary correction body posture candidate ⁇ b22_s. That is, in the subroutine processing of FIG. 24 of the present embodiment (third embodiment), the candidate of the second temporary correction body posture b22-s is wl * 0 b21 + w2 * 0 b (The weight wl of the current time t is multiplied by the first provisional corrected body posture ⁇ ⁇ b21 of the current time t ⁇ ⁇ The weight w2 of the current time t is the current time 12 is different from the subroutine processing of FIG.
  • Candidate ⁇ b22_s is fixed to the body posture at the instantaneous value of the simple-model model gait). More specifically, the subroutine process of FIG. 24 is the same as the subroutine process of FIG. 12 except that the initial candidate ⁇ b22_s is set to wl * ⁇ b21 + w2 * ⁇ b in the process of S602. . In this case, S600, S604-S618 force S in FIG. 24 are the same as S300, S304-S318 in FIG. 12, respectively.
  • the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model when the condition of S610 is satisfied corresponds to the second element arrangement, and the second embodiment of the present invention. This corresponds to the “third arrangement” in the invention.
  • the processing of the displacement dimension gait correction subroutine corresponds to the target motion correcting means in the second invention of the present invention, and the processing of the displacement dimension corrected gait determined by this processing is performed.
  • the exercise in the third embodiment, this is equivalent to the exercise of the second provisionally corrected gait
  • the processing in S500 corresponds to the provisionally corrected motion determining means in the second invention
  • the first provisionally corrected gait determined in this processing corresponds to the provisionally corrected instantaneous target movement in the second invention.
  • the first provisionally corrected gait is the same as in the second embodiment. Obedience
  • the first provisional corrected gait as described with reference to FIGS. 20 and 21 is the inertial force due to the movement of the part near the knee joint of each leg, which is not considered in the simplified model gait.
  • the robot 1 so as to generate a floor reaction force similar to the desired floor reaction force (translational floor reaction force and floor reaction force moment) of the simplified model gait. (Target body position and target body posture).
  • the first provisional corrected gait is such that the actual floor reaction force generated when the actual robot 1 is operated according to the motion of the gait is the same as that of the simple robot model gait.
  • Fig. 25 shows the arrangement (second element arrangement) of the elements of the second displacement dimension correcting model corresponding to the second provisional corrected gait in the present embodiment (third embodiment) and the first element. It illustrates the relationship with the arrangement of elements of the displacement dimension correcting model.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model in FIG. 25 corresponds to the instantaneous value of the gait model of the simple model shown in FIG. 20, and is finally determined in S506 of FIG.
  • the second element arrangement of the second displacement dimension correcting model determined as follows. This arrangement is the same as that determined from the second provisional corrected gait according to the geometric constraint condition (2).
  • Fig. 25 shows the arrangement (second element arrangement) of the elements of the second displacement dimension correcting model corresponding to the second provisional corrected gait in the present embodiment (third embodiment) and the first element. It illustrates the relationship with the arrangement of elements of the displacement dimension correcting model.
  • the arrangement of each element of the second displacement dimension correction model in FIG. 25 corresponds to the instantaneous value of the
  • the position of each mass point Ai and the posture angle of the body link of the first displacement dimension correcting model shown in FIG. 25 are the same as those in FIG.
  • the body posture is changed to the first temporary corrected body posture ⁇ b21.
  • the second displacement dimension correction is performed in a state where the posture angle obtained by multiplying the weight wl and the posture angle obtained by multiplying the weight w2 by the body posture ⁇ b at the instantaneous value of the simplified model gait is regulated.
  • Positional force of each mass point A1-A5 of the model The sum of the angular momentum products is determined to be a certain value (predetermined value).
  • each mass point Ai (more specifically, the upper body mass points A1 and The sum of the moments in which the inertial force due to the pseudo-translational acceleration between the thigh mass points A2 and A3) acts around the target ZMP is a predetermined value (corresponding to the ⁇ constant value '' in Condition 2 above) as shown in FIG. Value).
  • the second provisional corrected gait is obtained by converting the target body posture of the robot 1 into the body posture (vertical posture in the present embodiment) at the instantaneous value of the simplified model gait. While compensating for the effect of the inertial force associated with the movement of each leg near the knee joint, which is not considered in the simple Eich model gait, The target body position of the robot 1 is corrected so that a floor reaction force moment similar to that of one robot is generated. In such a second provisional corrected gait, the actual floor reaction force moment generated when the actual mouth bot 1 is operated in accordance with the motion of the gait is changed according to the actual movement of the simplified model gait.
  • the second provisionally corrected body position / posture is determined as the displacement dimension corrected body position / posture.
  • the body position of the simplified model gait is corrected while the body posture is not fluctuated (maintained constant), and the power between the motion of the displacement dimension corrected gait and the floor reaction force moment is corrected. It is a gait that can improve the mechanical accuracy than the simple dani model gait.
  • the simplified model gait is the same as in the second embodiment
  • the displacement dimension corrected gait in the present embodiment (third embodiment) is also the same as in the second embodiment.
  • the displacement dimension corrected body posture is higher than the first provisionally corrected gait. It is the sum of the 1Z2 posture angle of the body posture angle and the 1Z2 posture angle of the simplified model gait's body posture angle. Is the body position of the second provisionally corrected gait corresponding to the sum of the posture angle of the body posture angle of 1Z2 and the posture angle of the simplified model gait's body posture angle of 1Z2. You.
  • the displacement dimension corrected gait in this case suppresses the movement of the displacement dimension corrected gait and the floor reaction force (translation floor reaction force and floor reaction force) while suppressing fluctuations in the body posture.
  • Both the upper body position and upper body posture of the simplified model gait are corrected so that the dynamic accuracy between the gait and the simplified model gait is higher than that of the simplified model gait.
  • the displacement-dimension-corrected gait has a higher dynamic accuracy than the simple-model model gait, suppresses fluctuations in the body posture as much as possible, and prevents the robot 1 from slipping.
  • the displacement dimension corrected body position is determined so as to satisfy the above condition 2 in accordance with the displacement dimension corrected body posture as the corrected body posture. Therefore, the error between the actual floor reaction force moment and the desired floor reaction force moment generated when the actual robot 1 is operated in accordance with the movement of the displacement dimension corrected gait including the displacement dimension corrected body position / posture is calculated. It can be reduced effectively.
  • the value of the weight wl is gradually changed by the processing of S504 in FIG. 23, and therefore, as in the first and second embodiments, the displacement dimension is changed.
  • the corrected body posture and the displacement dimension corrected body position do not change suddenly.
  • the displacement dimension corrected body posture is the first temporary corrected body posture. It is determined according to the power multiplied by the weight wl.
  • the weight wl may have a frequency characteristic with respect to the first temporarily corrected body posture (the body inclination angle of the first temporarily corrected gait). For example, for the frequency component of the first temporary correction body posture, a low cut characteristic is given to the weight wl as shown in FIG. In such a case, a state in which the first provisionally corrected body posture is constantly and substantially kept constant, for example, a desired gait in which the robot 1 is continuously stopped in the upright posture state is set.
  • the displacement dimension corrected body posture obtained by multiplying the first temporary corrected body posture by the weight wl can be reliably and constantly maintained in the vertical posture without causing an offset in the vertical direction. . For this reason, the appearance of the overall posture of the robot 1 is improved.
  • the weight wl may have a high cut characteristic as shown in FIG. 26 (b).
  • the displacement dimension correction body posture can be determined by removing high-frequency components of the first temporary correction body posture, that is, components that cause the first temporary correction body posture to vibrate at high speed. Become. As a result, fine vibrations of the displacement dimension correction body posture can be prevented from occurring, and the imaging device mounted on the head or the like of the robot 1 can be prevented from shaking.
  • the target ZMP is used as the point Q related to the angular momentum product.
  • the point Q may be a point other than the target ZMP. Good.
  • the center of gravity of a certain set of mass points relating to the first and second displacement dimension correction models (specifically, there is a possibility that a difference in position may occur between the first and second displacement dimension correction models).
  • the center of gravity of the set of all the mass points A1 to A5 is equivalent
  • the centroid of the upper body mass point A1, the thigh mass points A2, and A3 is used.
  • the center of gravity of the set is equivalent
  • the displacement dimension gait correction subroutine of S024 in FIG. Force Performed by Process 10 As in the third embodiment, the force may be performed by the process of FIG.
  • another embodiment according to the second invention of the present invention is configured.
  • the body position of the simplified model gait on the sagittal plane is described.
  • the body position and posture on the lateral plane orthogonal to the force sagittal plane described above may be corrected.
  • the processing from S200 to S218 in FIG. 11, the processing from S300 to S318 in FIG. 12, and the processing from S600 to S618 in FIG. 24 may be extended to three dimensions.
  • the correction processing of the body position / posture on the sagittal plane and the correction processing of the body position / posture on the lateral plane are performed independently by the same algorithm as in FIGS. 11, 12, and 24. You can.
  • the correction processing of the body position / posture including the vertical component of the body position the correction processing of the body position / posture on the sagittal plane and the correction processing of the body position / posture on the lateral plane
  • the vertical component of the body position is corrected by correction on either the sagittal plane or the lateral plane, and the correction on the other plane is performed.
  • the vertical component of the body position is removed, and the body position and orientation on the other plane should be corrected! ,.
  • the body position / posture in the horizontal plane may be corrected by matching.
  • the body position / posture may be corrected for the V, one or two of the sagittal plane, the lateral plane, and the horizontal plane.
  • the initial candidates (Pb21_s, ⁇ b21_s) of the first temporary correction body position / posture are set at the time of the previous control cycle.
  • the first candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s) may be the same as the simplified model gait's body position / posture, for example, although the first temporary corrected body position / posture is determined.
  • the initial candidate Pb22-s of the second temporary correction body position is determined using the second temporary correction body position obtained at the time of the previous control cycle.
  • the initial candidate Pb22_s may be the same as the upper body position of the simple dani model gait.
  • the first temporary correction body position and orientation satisfying the conditions 1 and 2 or the second temporary correction To search for a body position in a short time it is desirable to determine the initial candidates (Pb2_s, ⁇ b2_s) as described in the first to third embodiments.
  • the first provisional corrected body position / posture satisfying the above conditions 1 and 2 is searched for, but for example,
  • the arrangement of the elements of the two displacement dimension correction model was determined in accordance with the simplified model gait according to the geometric constraint (2).
  • the correction amount from the body position / posture of the simplified model gait to the first temporary corrected body position / posture is determined using the function formula or map created in advance, and the correction amount is used to calculate the simplified model gait. By correcting the body position and orientation, it is also possible to determine the first temporary corrected body position and orientation.
  • the second temporary The corrected body position was searched for, but the arrangement of the elements of the second displacement dimension correction model (the position of each mass point and the posture of each link with inertia) was determined by the geometric constraint condition (2 ),
  • the difference between the arrangement of the simple gait model corresponding to the gait and the arrangement of the elements of the first displacement dimension correction model (the difference in the position of each mass point between the two models and the inertia From the difference in the posture angle of each link), the amount of correction from the upper body position of the simplified model gait to the second temporary correction body position is determined using a function formula or map created in a rough manner.
  • the body posture of the simplified model gait is obtained by multiplying the first temporary corrected body posture by the weight wl and the body posture of the simplified model gait.
  • the second displacement is calculated from the instantaneous value of the gait replaced by the sum of the gait multiplied by the weight w2 (hereinafter referred to as the replaced gait !!) according to the geometric constraint condition (2).
  • the overall center of gravity shift Gc_err between models and the angular movement amount between models are determined. It is not determined whether or not the product deviation Lc_err is within the allowable range (the processing of S210 in FIG. 11), and the search is performed when the number of searches (the number of updates of the candidate (Pb21_s, ⁇ b21_s)) reaches a predetermined number. Upon completion, the candidate at that time (Pb21_s, 0b21_s) may be determined as the first temporary correction body position / posture.
  • the search is completed and the candidate at that time (Pb21_s, ⁇ b21_s) may be determined as the first temporary corrected upper body posture.
  • the inter-model angular momentum product deviation Lc_err is an allowable range. If the number of searches (the number of updates of the candidate (Pb22_s, ⁇ b22_s)) reaches a predetermined number, the search is not performed (S310 in FIG. 12 or S610 in FIG. 24). Upon completion, the candidate at that time (Pb22_s, 0b22_s) may be determined as the second temporary correction body position / posture.
  • the search is completed and the candidate at that time (Pb22_s, ⁇ b22_s) is second temporarily corrected. Please decide it as the body position and posture.
  • Equation 08 when calculating the angular momentum product shift Lc_err between the models, for example, the equation 08 is used instead of the equation 07 as described above. You may.
  • the terms following ⁇ on the right side of Equation 08 are the line segment connecting the points Ai and Q of the first displacement dimension correction model, and the points Ai and Q of the second displacement dimension correction model. It is a function that changes almost monotonically with the angle (Pil_Q_Pi2) between the line and the line connecting. Therefore, in the first to third embodiments, the expression 08 is used to calculate the angular momentum product shift Lc_err between models, whereby the sixth embodiment of the present invention is constructed. .
  • the first and second displacement dimension correcting models are used.
  • the thigh mass point A2 of the second displacement dimension correction model with respect to the line connecting the center point of the ankle joint and the center point of the hip joint of each leg 2 A3 (positional deviation in a plane substantially perpendicular to the line segment) or approximately the positional deviation of the center of the knee joint with respect to the line segment.
  • the positional deviations (P22-P21), (P32-P31) related to the thigh mass points A2, A3 in the above equations 06 and 07 are obtained.
  • the distance between the above line segment and the thigh mass points A2, A3 or the center of each knee joint (hereinafter referred to as the pseudo misalignment distance of the thigh mass points A2, A3) may be used.
  • the pseudo displacement of the thigh mass points A2, A3 has a close relationship with the bending angle of the knee joint of each leg 2, and the pseudo displacement of the thigh masses A2, A3 is calculated as the knee displacement. May be determined. More specifically, as shown in FIG.
  • each thigh link 24 (the distance between the center points of the hip joint and the knee joint at both ends of the thigh link 24) is L
  • the length of the knee joint is The bending angle (the inclination angle of the straight line passing through the center of the knee joint and the center of the ankle joint) with respect to the bending center (the straight line passing through the center of the thigh link (the center passing through the center of the hip joint and the center of the knee joint)) was defined as ⁇ .
  • the pseudo displacement distance of each thigh mass point A2, A3 is substantially equal to L * sin (0Z2), where the length L is the same for both thigh links 24, 24.
  • L * determined according to the bending angle ⁇ of the knee joint of each leg 2
  • sin ( ⁇ Z2) the knee joint of each leg 2 can be used.
  • Lower angle can uniquely determined by the geometric model of the robot 1 (link model).
  • each of the legs 2 in the first and second displacement dimension correction models has two mass points. It is also possible to construct a displacement dimension correction model that has a mass point in each of the vicinity, lower leg link, and thigh link (thus, each leg 2 has three mass points). In this case, as in the second or third embodiment, when constraining the position of the mass point of the first displacement dimension correction model, two mass points other than each foot mass point are used, for example, the center of the ankle joint and the hip joint. What is necessary is just to set to two points determined by the predetermined internal division ratio on the line segment connecting the center. Also the lower leg link and Z or upper body A rigid body (link) with inertia equivalent to a link may be calorie as an element of both displacement dimension correction models.
  • the robot 1 when the operation mode of the robot 1 is the normal mode (running mode and low-friction floor walking mode), the robot 1 is stopped and In order to generate a desired gait that exercises such that the arms 5 and 5 protrude forward together, the first and second displacement dimension correcting models correspond to the respective arms 5. You may want to give the points a mass point and inertia.
  • the thigh mass point is calculated by the first and second displacement dimension correcting models in the second and third embodiments.
  • a mass point corresponding to the elbow joint or the vicinity thereof may be provided. More specifically, for example, as shown in FIG. 27, in each of the first and second displacement dimension correcting models, in addition to the upper body mass Bl, the thigh mass B2, B3, and the foot mass B4, B5, each arm body
  • the elbow mass points B8 and B9 corresponding to the vicinity of the elbow joint 5 and the corresponding hand mass points B6 and B7 corresponding to the vicinity of the distal end of each arm 5 respectively are included in the first displacement dimension correction model.
  • the elbow masses B8 and B9 are constrained to a point defined by a predetermined internal division ratio on a line connecting the center of the shoulder joint and the center of the wrist joint of the arm 5. Then, as in the second or third embodiment, the difference between the models including the position difference of the elbow joints B8 and B9 between the first displacement dimension correction model and the second displacement dimension correction model is included.
  • the first provisionally corrected body position and posture are calculated so that the total body weight difference Gc_err and the model angular momentum product difference err approach 0 (to satisfy the above conditions 1 and 2), and the body posture is simplified.
  • the second temporary correction body position / posture is determined so that the angular momentum product shift err between the models approaches 0 (the condition 2).
  • the arm posture of the first displacement dimension correction model is changed to the upright posture of the robot 1 in the same manner as in the first embodiment when the posture of each leg 2 is restricted.
  • the arm may be constrained to the arm posture (the posture extended in the vertical direction) in the force state.
  • the geometric constraint condition (1) corresponding to the first geometric constraint condition in the present invention and the second geometric constraint condition Since the geometric constraint (2) corresponding to the geometric constraint is set as described above, those geometric constraints (1) and (2) are the ninth aspect of the present invention. It is set as in the invention.
  • the geometric constraint (3) corresponding to the first geometric constraint in the present invention and the geometric constraint (3) corresponding to the second geometric constraint in the present invention are used. Since the geometric constraints (2) are set as described above, the geometric constraints (3) and (2) are set as in the eighth invention of the present invention. ing.
  • the sum of the masses of all the elements of the first displacement dimension correction model matches the total mass of the robot 1, and the first displacement order relative to the instantaneous target motion of the robot 1 is obtained.
  • the overall center-of-gravity position G1 of the original correction model is made to match or almost coincides with the total center-of-gravity position Gs of the simplified model for the instant target movement.
  • the sum of the masses of all the elements of the second displacement dimension correction model also matches the total mass of the robot 1, and the overall center of gravity G2 of the second displacement dimension correction model for the instantaneous target movement of the robot 1 is It is made to substantially coincide with the true overall center of gravity Gf of the actual robot 1 for the instantaneous target movement.
  • the difference (G1-G2) between G1 and G2 is the difference (Gs ⁇ Gf) between the total weight center position Gs of the simple model and the true overall gravity center position Gf of the robot 1. ), That is, almost the same as the error of the position of the center of gravity of the simplified model. Therefore, the first to third embodiments are characterized in that the geometric constraint condition (1) or (3) as the first geometric constraint condition in the present invention and the second geometric constraint condition as the second geometric constraint condition in the present invention.
  • the geometric constraint condition (2) is set as in the ninth invention.
  • a mass point such as a mass point near the foot (foot mass point) that is located at the same position in both displacement dimension correction models is regarded as a mass point.
  • V may be excluded from both displacement dimension correction models.
  • the present invention provides a method of calculating an instantaneous desired gait created using a dynamic model.
  • the motion is appropriately corrected by geometrical operations that do not include differential or integral equations, and the dynamic accuracy of the instantaneous target gait including the corrected motion is improved.
  • This is useful in that it can provide a gait generating device for a moving-port bot that can minimize fluctuations in the posture of a predetermined part such as a moving part.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the overall configuration of a mobile robot (bipedal walking robot) to which an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a side view showing a configuration of a foot portion of each leg of the robot of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control unit provided in the robot of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the control unit in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a block diagram showing functions of the gait generator shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a diagram showing the structure of a simple model (dynamic model) in the first embodiment.
  • FIG. 7 (a)-(c) is a diagram showing the relationship between the first displacement dimension correcting model and the simplified model in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a structure of a second displacement dimension correcting model in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a main routine process of the gait generator in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing processing of a displacement dimension gait correction subroutine in the flowchart of FIG. 9 in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a subroutine process of S100 in FIG. 10 in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a subroutine process of S102 in FIG. 10 in the first embodiment.
  • FIG. 13 is a view for explaining calculation of an angular momentum product in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correcting models in the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of first and second displacement dimension correcting models according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of first and second displacement dimension correcting models according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a full model used in full model correction.
  • FIG. 18 is a diagram showing the structure of a simple model (dynamic model) in the second embodiment.
  • FIG. 19 A diagram showing the structure of a first displacement dimension correcting model in a second embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correcting models in the second embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correcting models in the second embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correcting models in the second embodiment.
  • FIG. 24 is a flowchart showing the subroutine processing of S506 in FIG. 23.
  • FIG. 25 A diagram showing an example of the arrangement of elements of the first and second displacement dimension correcting models in the third embodiment.
  • FIG. 26 (a) and (b) are graphs showing examples in which a frequency characteristic is given to the weight wl.
  • Fig. 27 is a diagram showing another example of the arrangement of the elements of the first and second displacement dimension correcting models.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

　ロボット１を表現するモデルの要素（質点、イナーシャをもつ剛体）の配置を、ロボット１の瞬時目標運動から第１の幾何学的拘束条件に従って決定したときのその配置を第１の配置とし、この第１の配置に対して所定の関係をもつ第２の配置および第３の配置に対応するそれぞれ対応する仮補正瞬時目標運動を決定する。ロボット１の所定の部位３（上体）の位置姿勢は、これらの仮補正瞬時目標運動の位置姿勢の重み付き平均により決定される。これにより、動力学モデルを用いて作成された瞬時目標歩容の運動を、動力学モデルを用いることなく瞬時目標歩容の床反力との間の動力学的精度の向上と、ロボットの上体などの所定の部位の姿勢の変動を極力少なくすることとの両立を図るように適切に補正する。

Description

明 細 書
移動ロボットの歩容生成装置
技術分野
[0001] 本発明は 2足移動ロボット等の移動ロボットの目標歩容を生成する装置に関する。
背景技術
[0002] 2足移動ロボット等の移動ロボットの目標歩容を生成する技術としては、例えば特開 2002— 326173号公報（特許文献 1)や、 PCT国際公開公報 WOZ03Z057427 ZA1 (特許文献 2)に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの文 献に見られる技術は、ロボットの運動（各部位の位置、姿勢）と、床反力との関係を表 す第 1の動力学モデルを用 、て該第 1の動力学モデル上での所要の動力学的平衡 条件 (床反力の並進力成分が目標値になる、ある点のまわりの床反力モーメントが目 標値になるなどの条件)を満足するようにロボットの目標運動の瞬時値 (瞬時目標運 動）と目標床反力の瞬時値 (瞬時目標床反力）とからなる瞬時目標歩容が逐次作成 される。そして、この瞬時目標歩容を第 2の動力学モデルに入力して、該瞬時目標運 動の一部（目標上体位置姿勢や目標 ZMPまわりの目標モーメントなど)を補正するこ とで、最終的な瞬時目標歩容を時系列的に生成するようにして 、る。
[0003] この場合、第 1の動力学モデルとしては、線形性の高いモデルが一般に使用される 。線形性の高い動力学モデルを用いて瞬時目標歩容を作成することで、仮想的な周 期的歩容である定常歩容につながり、もしくは漸近するような歩容（ロボットの安定な 運動を継続的に行い得る歩容)を効率よく短時間で作成することが可能となる。ひい ては実ロボットの実際の運動を行いながら、リアルタイムでロボットの瞬時目標歩容を 逐次生成することが可能となる。
[0004] ところが、線形性の高い動力学モデルは、ロボットの種々様々の動作において一般 に動力学的精度が比較的低くなりがちである。すなわち、その動力学モデル上での ロボットの動力学は、実ロボットの実際の動力学に対して誤差を生じやすい。このた め、第 1の動力学モデルを用いて作成される瞬時目標歩容を、そのまま実ロボットに 適用して、該実ロボットの動作を行わせると、第 1の動力学モデル上で保証された動 力学的平衡条件が、実ロボット上では成立せず、実ロボットの動作が安定性に欠ける ものとなりやすい。
[0005] そこで、前記特許文献 1、 2に見られる技術では、第 1の動力学モデルを用いて作 成した瞬時目標歩容の一部をさらに、第 2の動力学モデルを用いて補正するようにし ている。この場合、第 2の動力学モデルとしては、第 1の動力学モデルよりも動力学的 精度の高いモデルが用いられる。これにより、第 1の動力学モデルを用いて作成した 歩容よりも、より動力学的精度の高い (実ロボットの動力学により近い)歩容を生成す ることが可能となる。
[0006] ところで、前記第 1の動力学モデルは、前記したように動力学的精度が低くなりがち であるので、生成しょうとする歩容によっては、動力学的な誤差が比較的大きなものと なることがある。すなわち、第 1の動力学モデルで想定 (考慮)されていない慣性力が 発生するようなロボットの運動を行わせる歩容を生成するような場合には、上記誤差 が大きなものとなりやすい。例えば、 2足移動ロボットの上体、各脚体の先端部付近に それぞれ対応する質点を 1つずつもつような 3質点の動力学モデル、あるいは、ロボ ットの上体にのみ質点をもつ 1質点の動力学モデルを前記第 1の動力学モヂルとして 用いた場合には、特に、各脚体の膝関節を曲げるような動作を比較的すばやく行う 場合には、それに伴う慣性力の変化の影響で、動力学的な誤差が比較的大きなもの となる。その結果、この第 1の動力学モデルを用いて作成される瞬時目標歩容がロボ ットの継続的な安定性を確保する上で過剰に不適切なものとなることがある。そして、 このような場合には、第 2の動力学モデルで該瞬時目標歩容を補正するようにしても 、その補正が適正になされず、その補正後の瞬時目標歩容が、安定余裕の低いもの になったり、ロボットの継続的な安定性を確保できな 、ものに発散してしまう恐れがあ つた o
[0007] このようなことから、本願発明者は、上記第 1の動力学モデルを用いて作成した瞬 時目標歩容の運動を動力学モデルを用いることなく（運動と力との関係を表す微分 方程式や積分方程式を用いることなく）、幾何学的な演算処理によって所定の部位 の位置および姿勢を補正して、瞬時目標床反力との間の動力学的精度を高める (動 力学的な誤差を低減する）手法を先に特願 2004— 5029号にて提案した。この手法 は、例えば、上記第 1の動力学モデルを用いて作成した瞬時目標歩容の上体位置 および上体姿勢が幾何学的演算処理 (瞬時目標床反力の値やその時系列値、上体 位置姿勢の微分値を用いない演算処理）によって補正される。この手法は動力学的 演算処理を必要としな!/、ことから、瞬時目標運動の補正を短時間で効率よく行うこと が可能である。
[0008] ところで、この手法では、瞬時目標歩容の発生毎に、動力学的誤差を小さくするよう に瞬時目標歩容の運動を幾何学的な演算処理によって補正するものであるため、補 正した部位 (上体など)の姿勢が頻繁に変動する恐れがある。
[0009] 特に、上体姿勢を補正する場合には、その上体姿勢が頻繁に変動すると、該上体 が一般に重ぐまた、イナ一シャが比較的大きいものであることから、股関節に過大な モーメントが発生する。その結果、股関節用ァクチユエータに過大な負荷が掛カつた り、股関節部分およびその近辺が橈んで振動し、ロボットの安定性が損なわれる恐れ がある。また、例えば 2足移動ロボットでは、その上体に視覚装置としての撮像装置が 支持されることが一般的であるので、上体姿勢の頻繁な変動によって該撮像装置が 揺れ、該撮像装置による環境認識が困難となる恐れがある。さらに、上体姿勢が頻繁 に変動することは見栄えも悪 、。
[0010] なお、上体姿勢の変動を防ぐためには、常に上体姿勢を一定に保持することも考え られる。この場合には、動力学的精度を高めるための瞬時目標運動の補正は、主に 、上体位置の補正で行うことが可能である。しかし、このようにした場合には、ロボット の運動形態や床面の摩擦状態によっては、補正後の上体位置の運動（並進運動）に よって発生すべき慣性力に見合う床反力を実際には発生できないことがある。そして 、このような場合には、補正された瞬時目標運動は、ロボットのスリップを発生させるよ うなものとなってしまう。
[0011] 本発明は力かる背景に鑑みてなされたものであり、動力学モデルを用いて作成され た瞬時目標歩容の運動を、動力学モデルを用いることなく（運動と力の関係を表す微 分方程式や積分方程式を用いることなく）、瞬時目標歩容の床反力との間の動力学 的精度の向上と、ロボットの上体などの所定の部位の姿勢の変動を極力少なくするこ ととの両立を図るように適切に補正することができ、ロボットの運動を安定に行うことを 可能とする歩容を生成できる移動ロボットの歩容生成装置を提供することを目的とす る。
発明の開示
本発明の移動ロボットの歩容生成装置の第 1発明は、前記の目的を達成するため に、移動ロボットの瞬時目標運動と瞬時目標床反力とからなる瞬時目標歩容を逐次 発生する瞬時歩容発生手段を備えた歩容生成装置において、前記瞬時目標運動か ら前記移動ロボットの所定の部位の位置および姿勢を仮補正してなる第 1の仮補正 瞬時目標運動を決定する第 1仮補正運動決定手段と、前記瞬時目標運動から前記 所定の部位の姿勢を該瞬時目標運動における姿勢と同一に維持しつつ、該所定の 部位の位置を仮補正してなる第 2の仮補正瞬時目標運動を決定する第 2仮補正運 動決定手段と、前記第 1の仮補正瞬時目標運動と第 2の仮補正瞬時目標運動とを基 に、前記瞬時目標運動における前記所定の部位の位置および姿勢の真の補正を実 行してなる補正後瞬時目標運動を決定する目標運動補正手段とを備える。そして、 前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点とのうちの少なく ともいずれか一方を要素として、複数の要素力 なるモデルで表現し、前記瞬時歩容 発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの各 要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に従って決定され る前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、前記第 1仮補正運動決定手段が決 定した第 1の仮補正瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの各 要素の配置を規定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モ デルの各要素の配置を第 2の配置とし、前記第 2仮補正運動決定手段が決定した第 2の仮補正瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前 記モデルの各要素の配置を第 3の配置としたとき、前記第 1仮補正運動決定手段は 、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度 とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力の並進力成分がほぼ 0になり 、且つ、該合力が所定の点まわりに発生するモーメント成分がほぼ所定の値になるよ うに前記第 1の仮補正瞬時目標運動を決定し、前記第 2仮補正運動決定手段は、前 記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度とみ なすことによって算出される各要素の慣性力の合力が前記所定の点まわりに発生す るモーメント成分がほぼ前記所定の値になるように前記第 2の仮補正瞬時目標運動 を決定し、前記目標運動補正手段は、前記第 1の仮補正瞬時目標運動における前 記所定の部位の姿勢に所定の重み wlを乗じたものと前記第 2の仮補正瞬時目標運 動における前記所定の部位の姿勢に所定の重み w2を乗じたものとの和を前記補正 後瞬時目標運動における前記所定の部位の瞬時目標姿勢として決定するとともに、 前記第 1の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の位置に前記所定の重 み wlを乗じたものと前記第 2の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の位 置に所定の重み w2を乗じたものとの和を前記補正後瞬時目標運動における前記所 定の部位の瞬時目標位置として決定することを特徴とする。
[0013] なお、この第 1発明を含めて以降に説明する本発明では、前記モデルの要素の「配 置」は、該要素としての質点の「位置」と、該要素としての、イナ一シャをもつ剛体 (リン ク)の「姿勢」（傾斜角）とを総称的に表現する呼称である。一般的には、剛体は質量 とイナ一シャとをもつが、便宜上、本発明では、その質量およびイナ一シャをもつ剛 体は、前記質量を有して該剛体の重心に位置する質点と、質量が 0で前記イナーシ ャをもつ剛体に分解しておくものとする。このようにしても一般性は失われない。また、 「第 1の配置」、「第 2の配置」、「第 3の配置」というときには、それは、前記モデルに含 まれる全ての要素の配置の組を意味する。
[0014] かかる第 1発明によれば、前記第 1の幾何学的拘束条件と、第 2の幾何学的拘束条 件とを適切に設定して、また、モデルを構成する要素を適切に設定しておくことで、 前記第 2の配置と、第 1の配置との差 (第 2の配置における各要素の配置と第 1の要 素における各要素の配置との差)を、前記第 1の仮補正瞬時目標運動 (前記第 1仮 補正瞬時目標運動が決定したロボットの各部位の位置と姿勢とのうちの少なくとも 、 ずれか一方の瞬時目標値)と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標床反力（ ロボットに作用する床反力の並進力とモーメントとのうちの少なくともいずれか一方の 瞬時目標値)との間の動力学的誤差の程度 (度合 、）に対応させることが可能となる 。同様に、前記第 3の配置と、第 1の配置との差 (第 3の配置における各要素の配置と 第 1の要素における各要素の配置との差)を、前記第 2の仮補正瞬時目標運動 (前記 第 2仮補正瞬時目標運動が決定したロボットの各部位の位置と姿勢とのうちの少なく とも!/、ずれか一方の瞬時目標値)と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標床 反力との間の動力学的誤差の程度 (度合い）に対応させることが可能となる。補足す ると、これらの対応関係には、一般には定常的なオフセットが存在する。
[0015] そして、第 1発明では、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要 素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力の並 進力成分がほぼ 0になり、且つ、該合力が所定の点まわりに発生するモーメント成分 がほぼ所定の値 (ある一定のオフセット値）になるように、前記所定の部位の位置およ び姿勢を前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から仮補正したものとし ての前記第 1の仮補正瞬時目標運動が決定される。これにより、第 1の仮補正瞬時目 標運動は、前記瞬時目標床反力の並進力成分およびモーメント成分の両者に対し て動力学的精度が高まるものとなる。但し、この第 1の仮補正瞬時目標運動における 前記所定の部位の姿勢は、頻繁に変動する恐れがある。
[0016] 補足すると、前記瞬時目標床反力の並進力成分が明示的に設定されない場合に は、前記瞬時歩容発生手段が歩容発生のために用いる動力学モデルが発生する床 反力の並進力成分を前記瞬時目標床反力の並進力成分とみなす。
[0017] 一方、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から前記所定の部位の位 置を補正したものとしての前記第 2の仮補正瞬時目標運動は、前記所定の部位の姿 勢を前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動における該所定の部位の姿 勢と同一にした状態 (すなわち該所定の部位に対応するモデルの要素の配置を、該 瞬時目標運動における所定の部位の姿勢に合致させた状態)で、前記第 3の配置と 第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度とみなすことによつ て算出される各要素の慣性力の合力が前記所定の点まわりに発生するモーメント成 分がほぼ前記所定の値になるように決定される。このため、第 2の仮補正瞬時目標運 動は、前記瞬時目標床反力のモーメント成分に対して動力学的精度が高まるものと なると同時に、前記所定の部位の姿勢が瞬時歩容発生手段が発生した該所定の部 位の姿勢に維持されることで、その姿勢の変動が第 1の仮補正瞬時目標運動よりも 制限 (抑制)される。 [0018] そして、第 1発明では、前記補正後瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢 (瞬時目標姿勢)は、前記第 1の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の姿 勢に所定の重み wlを乗じたものと前記第 2の仮補正瞬時目標運動における前記所 定の部位の姿勢に所定の重み w2を乗じたものとの和して決定され、また、補正後瞬 時目標運動における前記所定の部位の位置 (瞬時目標位置）は、前記第 1の仮補正 瞬時目標運動における前記所定の部位の位置に前記所定の重み wlを乗じたものと 前記第 2の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の位置に所定の重み w2 を乗じたものとの和として決定される。
[0019] この結果、重み wl, w2を適切に設定しておくことで、前記所定の部位の瞬時目標 姿勢の過剰な変動を抑えつつ、前記瞬時目標床反力との間の動力学的精度を瞬時 歩容発生手段が発生した瞬時目標運動よりも良好に確保できる補正後瞬時目標運 動を決定できることとなる。この場合、補正後瞬時目標運動の基となる前記第 1の仮 補正瞬時目標運動および第 2の仮補正瞬時目標運動は、 V、ずれも前記瞬時目標床 反力のモーメント成分に対する動力学的精度が良好となるので、補正後瞬時目標運 動と瞬時目標床反力との組からなる歩容は、ロボットの全体的な姿勢の安定性を良 好に確保し得るものとなる。また、第 1および第 2仮補正瞬時目標運動は、前記モデ ルの要素の配置の時間的な変化 (位置や姿勢の 1階微分値や 2階微分値)を用いる ことなぐ該要素の配置に関する幾何学的な演算処理によって決定できる。さらに、 補正後瞬時目標運動における所定の部位の位置姿勢は、単なる乗算、加算演算に よって決定できる。
[0020] 従って、第 1発明によれば、動力学モデルを用いることなく（運動と力の関係を表す 微分方程式や積分方程式を用いることなく）、瞬時目標歩容の床反力との間の動力 学的精度の向上と、ロボットの上体などの所定の部位の姿勢の変動を極力少なくす ることとの両立を図るように適切に補正することができ、ロボットの運動を安定に行うこ とを可能とする歩容を生成できる。
[0021] 補足すると、第 1発明では、結果的に上記の如ぐ補正後瞬時目標運動が決定され ていればよぐ前記第 1の配置、第 2の配置、第 3の配置を実際に求めたり、前記各要 素の慣性力の合力の並進力成分や、モーメント成分を実際に求めることは必ずしも 必要ではない。
また、本発明の移動ロボットの歩容生成装置の第 2発明は、移動ロボットの瞬時目 標運動と瞬時目標床反力とからなる瞬時目標歩容を逐次発生する瞬時歩容発生手 段を備えた歩容生成装置において、前記瞬時目標運動から前記移動ロボットの所定 の部位の位置および姿勢を仮補正してなる仮補正瞬時目標運動を決定する仮補正 運動決定手段と、前記瞬時目標運動における前記所定の部位の位置および姿勢の 真の補正を実行してなる補正後瞬時目標運動を決定する目標運動補正手段とを備 える。そして、前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点と のうちの少なくともいずれか一方を要素として、複数の要素からなるモデルで表現し、 前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前 記モデルの各要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に従 つて決定される前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、前記仮補正運動決定 手段が決定した仮補正瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの 各要素の配置を規定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記 モデルの各要素の配置を第 2の配置とし、前記目標運動補正手段が決定する補正 後瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデ ルの各要素の配置を第 3の配置としたとき、前記仮補正運動決定手段は、前記第 2 の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度とみなすこ とによって算出される各要素の慣性力の合力の並進力成分がほぼ 0になり、且つ、該 合力が所定の点まわりに発生するモーメント成分がほぼ所定の値になるように前記仮 補正瞬時目標運動を決定し、前記目標運動補正手段は、前記仮補正瞬時目標運動 における前記所定の部位の姿勢に所定の重み wlを乗じたものと前記瞬時歩容発生 手段が発生した前記瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢に所定の重み w 2を乗じたものとの和を前記補正後瞬時目標運動における該所定の部位の瞬時目標 姿勢として決定すると共に、前記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各 要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力が 所定の点まわりに発生するモーメント成分がほぼ所定の値になるように前記補正後 瞬時目標運動における前記所定の部位の瞬時目標位置を決定することを特徴とす る。
[0023] かかる第 2発明によれば、前記第 1発明と同様、前記第 1の幾何学的拘束条件と、 第 2の幾何学的拘束条件とを適切に設定して、また、モデルを構成する要素を適切 に設定しておくことで、前記第 2の配置と、第 1の配置との差を、前記仮補正瞬時目 標運動 (前記仮補正瞬時目標運動が決定したロボットの各部位の位置と姿勢とのうち の少なくとも!、ずれか一方の瞬時目標値)と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時 目標床反力（ロボットに作用する床反力の並進力とモーメントとのうちの少なくともい ずれか一方の瞬時目標値)との間の動力学的誤差の程度 (度合 、）に対応させること が可能となる。また、前記第 3の配置と、第 1の配置との差を、前記補正後瞬時目標 運動 (前記目標運動補正手段が決定したロボットの各部位の位置と姿勢とのうちの少 なくとも!、ずれか一方の瞬時目標値)と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標 床反力との間の動力学的誤差の程度 (度合い）に対応させることが可能となる。補足 すると、これらの対応関係には、一般には前記第 1発明と同様、定常的なオフセット が存在する。
[0024] そして、第 2発明では、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要 素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力の並 進力成分がほぼ 0になり、且つ、該合力が所定の点まわりに発生するモーメント成分 がほぼ所定の値 (ある一定のオフセット値）になるように、前記所定の部位の位置およ び姿勢を前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から仮補正したものとし ての前記仮補正瞬時目標運動が決定される。この仮補正瞬時目標運動は、第 1発明 における第 1の仮補正瞬時目標運動と同等のものであり、前記瞬時目標床反力の並 進力成分およびモーメント成分の両者に対して動力学的精度が高まるものとなる。伹 し、この仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢は、頻繁に変動する 恐れがある。
[0025] 一方、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動の真の補正後の瞬時目標 運動としての前記補正後瞬時目標運動は、前記所定の部位の姿勢を前記仮補正瞬 時目標運動における該所定の部位の姿勢に前記所定の重み wlを乗じた姿勢と前 記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動における該所定の部位の姿勢に前 記所定の重み w2を乗じた姿勢との和と同一にした状態 (すなわち該所定の部位に対 応するモデルの要素の配置を、該仮補正瞬時目標運動における所定の部位の姿勢 に重み wlを乗じた姿勢と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動における 所定の部位の姿勢に重み w2を乗じた姿勢との和に合致させた状態)で、前記第 3の 配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度とみなすこと によって算出される各要素の慣性力の合力が前記所定の点まわりに発生するモーメ ント成分がほぼ前記所定の値になるように決定される。ここで、前記仮補正瞬時目標 運動から、前記所定の部位の姿勢のみを、該仮補正瞬時目標運動における所定の 部位の姿勢に重み wlを乗じた姿勢と前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標 運動における所定の部位の姿勢に所定の重み w2を乗じた姿勢との和に変更してな る瞬時運動に対応して、前記第 2の幾何学的条件に従って決定される前記モデルの 要素の配置を第 4の配置としたとき、その第 4の配置の全体重心の位置と、前記第 2 の配置の全体重心の位置との差は一般には比較的小さい。従って、上記の如く補正 後瞬時目標運動を決定することによって、その補正後瞬時目標運動は、前記瞬時目 標床反力のモーメント成分に対して動力学的精度が高まるものとなると同時に、瞬時 目標床反力の並進力成分に対しても良好な動力学的精度を確保できるものとなる。 さらに前記所定の部位の姿勢が仮補正瞬時目標運動における該所定の部位の姿勢 に重み wlを乗じた姿勢と瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動における所定 の部位の姿勢に重み w2を乗じた姿勢との和に規制されることで、重み wl, w2を適切 に設定しておくことで、その姿勢の変動が仮補正瞬時目標運動よりも制限 (抑制）さ れる。
この結果、前記所定の部位の瞬時目標姿勢の過剰な変動を抑えつつ、前記瞬時 目標床反力との間の動力学的精度を瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動よ りも良好に確保できる補正後瞬時目標運動を決定できることとなる。この場合、補正 後瞬時目標運動は、前記瞬時目標床反力のモーメント成分のみならず、並進力成分 に対しても動力学的精度が良好となるので、補正後瞬時目標運動と瞬時目標床反 力との組からなる歩容は、移動ロボットの全体的な姿勢の安定性をより良好に確保し 得るものとなる。また、仮補正瞬時目標運動および補正後瞬時目標運動は、前記モ デルの要素の配置の時間的な変化 (位置や姿勢の 1階微分値や 2階微分値)を用い ることなぐ該要素の配置に関する幾何学的な演算処理によって決定できる。
[0027] 従って、第 2発明によれば、動力学モデルを用いることなく（運動と力の関係を表す 微分方程式や積分方程式を用いることなく）、瞬時目標歩容の床反力との間の動力 学的精度の向上と、移動ロボットの上体などの所定の部位の姿勢の変動を極力少な くすることとの両立を図るように適切に補正することができ、移動ロボットの運動を安定 に行うことを可能とする歩容を生成できる。
[0028] 補足すると、第 2発明では、結果的に上記の如ぐ補正後瞬時目標運動が決定され ていればよぐ前記第 1の配置、第 2の配置、第 3の配置を実際に求めたり、前記各要 素の慣性力の合力の並進力成分や、モーメント成分を実際に求めることは必ずしも 必要ではない。
[0029] 前記第 1発明では、前記所定の重み wl, w2は、基本的には 0から 1の範囲内の大 きさ（例えば 0.3、 0.7など）の重みに設定しておけばよいが、その大きさが一定である と、移動ロボットの運動形態や路面状態によっては、前記補正後瞬時目標運動にお けるロボットの全体重心の並進慣性力の水平成分力 移動ロボットと床との間の摩擦 力によって発生させ得る床反力水平成分と釣り合わなく恐れがある。そして、このこと は、前記第 2発明でも同様である。
[0030] そこで、前記第 1発明および第 2発明では、前記所定の重み wlおよび所定の重み w2は、いずれも、その大きさが 0から 1までの範囲内の大きさであり、少なくとも前記所 定の重み wlを、前記目標歩容に応じて前記移動ロボットの動作を行わせようとする 路面状態および Zまたは該目標歩容に応じた移動ロボットの運動形態に応じて可変 的に決定する手段を備えることが好ましい (第 3発明）。そして、この場合、前記所定 の重み wlの大きさと前記所定の重み w2の大きさとの和は 1であることが好ましい（第 4発明)。
[0031] 前記第 3発明では、上記のように重み wl, w2を可変的に設定することによって、移 動ロボットの所定の部位の姿勢を、路面状態や移動ロボットの運動形態に適した姿 勢に制限しながら、動力学的精度も良好に確保し得る補正後瞬時目標運動を決定 できる。さらに、第 4発明では、重み wlの大きさと重み w2の大きさとの和を 1にするこ とによって、前記補正後瞬時目標運動における所定の部位の位置は、前記第 1の仮 補正瞬時目標運動における所定の部位の位置と、第 2の仮補正瞬時目標運動にお ける所定部位の位置の重み付き平均値となるので、補正後瞬時目標運動と瞬時目 標床反力のモーメント成分と間の動力学的精度と、補正後瞬時目標運動と瞬時目標 床反力の並進力成分との間の動力学的精度とのバランスを好適に保ちながら補正後 瞬時目標運動を決定できる。
[0032] また、第 4発明では、第 3発明と同様に、移動ロボットの所定の部位の姿勢を、路面 状態や移動ロボットの運動形態に適した姿勢に制限しながら、動力学的精度も良好 に確保し得る補正後瞬時目標運動を決定できる。
[0033] なお、移動ロボットが例えば 2足移動ロボットであるときには、前記運動形態としては 例えば移動ロボットの歩行、走行などの運動形態が挙げられる。また、前記路面状態 は、路面 (床面)の摩擦係数などの摩擦状態を含むことが好ま U、。
[0034] 前記第 1一第 4発明では、前記所定の重み wlは、単なる実数値であってもよいが、 これを乗じる前記所定の部位の姿勢に対して周波数特性をもつ重みであってもよ ヽ（ 第 5発明）。なお、重み wlが周波数特性をもっということは、所定の部位の姿勢の時 系列を周波数領域で表現したときの各周波数成分に対する重み wlのゲイン (スベタ トル）が周波数に応じて変化することを意味する。このような重み wlは、一般に複素 数を用いた伝達関数で表現され、フィルタとして機能するものとなる。
[0035] このように重み wlに周波数特性をもたせることで、前記第 1発明における第 1の仮 補正瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢、あるいは前記第 2発明におけ る仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢から所要の周波数成分を除 去して補正後瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢を決定できる。この場 合、重み wlの周波数特性を例えばローカット特性 (低周波成分を遮断する特性）に すれば、前記第 1の仮補正瞬時目標運動 (第 1発明並びにこれに従属する第 3およ び第 4発明）あるいは前記仮補正瞬時目標運動 (第 2発明ならびにこれに従属する第 3および第 4発明）における前記所定の部位の姿勢に、前記モデルの誤差などに起 因して定常的なオフセット (誤差分)が発生するような場合に、それを除去することが できる。また、重み wlの周波数特性を例えばハイカット特性 (高周波成分を遮断する 特性）にすれば、前記第 1の仮補正瞬時目標運動 (第 1発明並びにこれに従属する 第 3および第 4発明）ある 、は前記仮補正瞬時目標運動 (第 2発明ならびにこれに従 属する第 3および第 4発明）における前記所定の部位の姿勢に細力 、振動が発生す るような場合に、それを除去することができる。
[0036] ところで、前記第 1一第 5発明において、前記モーメント成分のうち、前記モデルの イナ一シャをもつ要素（剛体)の配置の差 (姿勢の差）に起因する成分は、その要素 の姿勢の差 (傾斜角の差）とその要素のイナ一シャの値との積に相当するものとなる。 また、前記モデルの質量をもつ要素の配置の差 (位置の差）に起因する成分は、そ の位置の差と該要素の前記所定の点からの距離とをそれぞれベクトルで表したときの それらのベクトルの積 (外積）に該要素の質量を乗算したものに相当する。そして、こ の場合、質量をもつ要素の配置の差 (位置の差）に起因する成分は、その位置の差 に係わる 2つの位置の一方の位置と前記所定の点とを結ぶ線分と、当該 2つの位置 の他方の位置と前記所定の点とを結ぶ線分とがなす角度に応じたもの（より詳しくは 該角度に応じて単調に増力 tlもしくは減少するもの）となる。
[0037] そこで、本発明の第 6発明は、前記第 1一第 5発明において、前記第 2の配置と第 1 の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成分のうち、前記モデル の質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記第 2の配置における 位置 Bの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを結ぶ線分と、前記所 定の点と前記位置 Bとを結ぶ線分とがなす角度から、該角度に関する実質的に単調 な関数を用いて算出され、前記第 3の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差 に係わる前記モーメント成分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の 配置における位置 Aと前記第 3の配置における位置 Cの差に起因する成分は、前記 所定の点と前記位置 Aとを結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 Cとを結ぶ線分と 力 す角度力 前記単調な関数を用いて算出されることを特徴とする。
[0038] このようにすることによって、前記モーメント成分を算出するとき、ベクトル演算が不 要になって、その算出が容易になる。
[0039] 前記第 1一第 6発明は、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動が、前記 移動ロボットの運動と床反力との関係を表す動力学モデルであって、少なくとも該移 動ロボットの 1つ以上の特定部位の特定の運動成分によって発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築された動力学モデルを用いて決定されており、前記モデル力 前 記特定部位のうちの少なくとも 1つの部位に対応する要素を含む場合に好適である（ 第 7発明)。
[0040] すなわち、前記瞬時目標運動が、移動ロボットの 1つ以上の特定部位の特定の運 動成分 (ある方向の並進運動、回転運動など）によって発生する慣性力がほぼ 0であ るとして構築された動力学モデルを用いて決定されているときには、その特定部位が 比較的大きな慣性力を発生するような目標歩容を生成するときに、瞬時歩容発生手 段が発生する瞬時目標運動と瞬時目標床反力との間の動力学的精度が低下しやす い。この場合、第 7発明では、その特定部位のうちの少なくとも 1つの部位に対応する 要素を前記モデルに含ませて!/、るので、前記補正後瞬時目標運動と瞬時目標床反 力との間の動力学的精度を的確に高めることができる。
[0041] また、前記第 1一 6発明において、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運 動は、前記移動ロボットの運動と床反力との関係を表す所定の動力学モデル上での 目標床反力または目標 ZMPを満足するように決定されており、前記瞬時目標運動か ら、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置 の時間的変化によって発生する各要素の慣性力の合力に釣り合う床反力と、前記瞬 時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの 各要素の配置の時間的変化によって発生する各要素の慣性力の合力に釣り合う床 反力との差に所定の定常オフセットを加えたもの力 前記瞬時目標運動によって前 記動力学モデルで発生する床反力の誤差に略一致するように前記第 1および第 2の 幾何学的拘束条件が設定されて ヽることが好適である (第 8発明)。
[0042] この第 8発明によれば、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動と瞬時目 標床反力との間の動力学的誤差が、該瞬時目標運動から前記第 1の幾何学的拘束 条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置と、該瞬時目標運動から前記 第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置との差 (モ デルの質点の位置の差、あるいはモデルの剛体の姿勢の差）に対応するものとなる。 従って、前記したように第 1発明に係る第 1の仮補正瞬時目標運動および第 2の仮補 正瞬時目標運動を決定し、さらに、これらの仮補正瞬時目標運動から補正後瞬時目 標運動を決定することで、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標床反力との 間の動力学的精度を、該瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動よりも高め得 る補正後瞬時目標運動を適切に決定できると同時に、前記所定の部位の姿勢の変 動を抑制できる。同様に、前記したように第 2発明に係る仮補正瞬時目標運動を決定 し、さらにこの仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の姿勢と同じ姿勢とし た補正後瞬時目標運動を決定することで、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時 目標床反力との間の動力学的精度を、該瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運 動よりも高め得る補正後瞬時目標運動を適切に決定できると共に、前記所定の部位 の姿勢の変動を抑制できる。
[0043] また、前記第 1一第 6発明において、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標 運動は、前記移動ロボットの運動と床反力との関係を表す所定の動力学モデル上で の目標床反力または目標 ZMPを満足するように決定されており、前記瞬時目標運動 から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の配 置の全体重心と、前記瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って 決定される前記モデルの各要素の配置の全体重心との差に該要素の総質量を乗じ たものが、前記瞬時目標運動における前記動力学モデルの全体重心の誤差に該動 力学モデルの総質量を乗じたものに略一致するように前記第 1および第 2の幾何学 的拘束条件を設定するようにしてもよ!、 (第 9発明)。
[0044] これによつて、前記第 1発明に係る第 1仮補正瞬時目標運動と前記瞬時目標床反 力との間の動力学的精度や、前記第 2仮補正瞬時目標運動と前記瞬時目標床反力 との間の動力学的精度を低下させる要因の 1つである前記動力学モデルの全体重 心位置の誤差の影響を打ち消すことができる。同様に、前記第 2発明に係る仮補正 瞬時目標運動と前記瞬時目標床反力との間の動力学的精度や、前記補正後瞬時 目標運動と前記瞬時目標床反力との間の動力学的精度についても、前記動力学モ デルの全体重心位置の誤差の影響を打ち消すことができる。その結果、第 1または 第 2発明に係る前記補正後瞬時目標運動と瞬時目標床反力との間の動力学的精度 を良好に高めることができる。 [0045] なお、前記第 7—第 9発明は、その 2つ以上を組み合わせてもよいことはもちろんで ある。
[0046] また、前記第 1一第 9発明において、前記移動ロボットが、上体から延設された複数 の脚体または複数の腕体を複数の可動体として備えるロボットであるときには、前記 第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先端部近傍の所定の点と、該可動体の前 記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線分に平行な直線上に前記モデルの要 素のうちの 、ずれかが存在すると 、う条件を含むことが好ま U、（第 10発明）。ある ヽ は、前記第 1の幾何学的拘束条件は、前記モデル上での前記上体と各可動体とが 所定の一定姿勢状態に保持されると 、う条件を含むことが好まし 、(第 11発明)。そ して、この第 11発明では、前記所定の一定姿勢は、前記移動ロボットの上体と複数 の可動体とをほぼ鈴直方向に向けた姿勢であることが好ましい (第 12発明）。
[0047] また、第 1一第 12発明において、前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボ ットの任意の瞬時目標運動から、その条件に従って決定される前記モデルの各要素 の配置が、前記瞬時目標運動に従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の 配置に略一致するように設定されて 、ることが好ま 、(第 13発明）。
[0048] このように第 1および第 2の幾何学的拘束条件を定めることにより、前記瞬時目標運 動から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の 配置と、該瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前 記モデルの各要素の配置との差を、該瞬時目標運動と前記瞬時歩容発生手段が発 生した瞬時目標床反力との間の動力学的誤差に好適に対応させることが可能となる
[0049] また、前記第 1一第 6発明において、前記移動ロボットが、上体から延設された複数 の脚体または複数の腕体を複数の可動体として備えると共に、各可動体の上体との 連結部と該可動体の先端部との間の中間部とに屈曲可能な関節を有し、さらに前記 瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動が、前記ロボットの運動と床反力との関 係を表す動力学モデルであって、各可動体の屈伸運動に起因して該可動体の中間 部もしくはその近傍で発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築された動力学モデル を用いて決定されて 、るときには、前記モデルは少なくとも前記各可動体の中間部も しくはその近傍部位に対応させた質点を要素として含むモデルであることが好ま ヽ (第 14発明)。
[0050] すなわち、前記瞬時目標運動が、各可動体の屈伸運動に起因して該可動体の中 間部もしくはその近傍で発生する慣性力がほぼ 0であるとして (すなわち、該慣性力 を無視して)構築された動力学モデルを用いて決定されて 、る場合には、各可動体 の屈伸運動が比較的すばやく行われるような目標歩容を生成するときに、前記瞬時 歩容発生手段が発生する瞬時目標運動と瞬時目標床反力との間の動力学的な精度 が低下しやすい。そこで、第 15発明の如ぐ前記モデルにおいて、各可動体の中間 部もしくはその近傍部位に対応させた質点を要素として含ませることによって、前記 第 1発明に係る第 1および第 2の仮補正瞬時目標運動、あるいは、前記第 2発明に係 る仮補正瞬時目標運動および補正後瞬時目標運動を前記第 1または第 2発明に関 して説明した如く決定するに当たって、各可動体の中間部の関節の屈曲動作による 該可動体の屈伸運動に伴う慣性力の影響を補償するようにして、それらの瞬時目標 運動を決定できることとなる。このため、それらの決定される瞬時目標運動と瞬時目 標歩容発生手段が決定する瞬時目標床反力との間の動力学的精度を高めることが できる。その結果、前記第 1または第 2発明に係る補正後瞬時目標運動と前記瞬時 目標床反力とから構成される瞬時歩容は、前記所定の部位の姿勢の変動を抑えな がら、瞬時歩容発生手段が発生する瞬時歩容よりも動力学的精度の高いものとする ことができる。
[0051] この第 14発明において、前記第 1幾何学拘束条件は、例えば前記第 10発明また は第 11発明と同様に設定すればよぐまた、第 2幾何学的拘束条件は、前記第 13発 明の如く設定すればよい。そして、特に、第 1および第 2幾何学的拘束条件を、それ ぞれ、第 10発明、第 13発明の如く設定することが好適である。
[0052] すなわち、前記第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先端部近傍の所定の点と 、該可動体の前記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線分に、前記モデルの要 素のうちの、該可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応させた質点が存在する という条件を含み、前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボットの任意の瞬時 目標運動から、その条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置が、前記瞬 時目標運動に従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の配置に略一致する ように設定されて ヽることが好適である（第 15発明）。
[0053] このようにしたとき、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動から前記第 2 の幾何学的拘束条件に従って前記モデルの各要素の配置を決定したとき、その配 置における各可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応する前記モデルの質点（ 以下、ここでは可動体中間質点という）と、前記第 1の配置における可動体中間質点（ これは前記線分上に在る）との位置の差が、各可動体の中間部の関節の屈曲動作に 伴う慣性力に相当するものとなる。そして、その慣性力が、瞬時歩容発生手段が発生 する瞬時目標床反力の誤差分に対応するものとなる。このため、前記第 1発明に係る 第 1および第 2の仮補正瞬時目標運動、あるいは、前記第 2発明に係る仮補正瞬時 目標運動および補正後瞬時目標運動を前記第 1または第 2発明に関して説明した如 く決定することで、各可動体の中間部の関節の屈曲動作による該可動体の屈伸運動 に伴う慣性力の影響を補償して、それらの瞬時目標運動と瞬時目標床反力との間の 動力学的精度を高めることができる。ひいては、第 1発明あるいは第 2発明に係る補 正後瞬時目標運動と瞬時目標床反力との間の動力学的精度を効果的に高めつつ、 前記所定の部位の姿勢の変動を抑えることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0054] 以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。尚、本明細書の実施形 態では、移動ロボットとしては 2足移動ロボットを例にとる。
[0055] 図 1は、本発明の実施形態を適用する 2足移動ロボットの全体的構成の概略を示す 概略図である。
[0056] 図示の如ぐ 2足移動ロボット（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 2, 2を備える。上体 3は本発明における「所定の 部位」に相当するものである。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側力も順に、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 10R, 10Lと、股 (腰部）のロール方向（X軸まわり）の 回転用の関節 12R, 12Lと、股 (腰部）のピッチ方向（Y軸まわり）の回転用の関節 14 R, 14L、膝部のピッチ方向の回転用の関節 16R, 16Lと、足首のピッチ方向の回転 用の関節 18R, 18Lと、足首のロール方向の回転用の関節 20R, 20Lとから構成さ れる。なお、本明細書において、符号 R, Lはそれぞれロボット 1の右側、左側に対応 するものであることを意味する符号である。
[0057] 各脚体 2の足首の 2つの関節 18R (L) , 20R(L)の下部には、各脚体 2の先端部を 構成する足平 (足部） 22R (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 10R(L) , 12R (L) , 14R(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 60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 60を上体 3の外部に記載している。
[0058] 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 10R (L) , 12R
(L) , 14R(L)から構成され、膝関節は関節 16R(L)から構成され、足首関節は関節 18R(L) , 20R(L)から構成される。また股関節と膝関節とは大腿リンク 24R(L)で連 結され、膝関節と足首関節とは下腿リンク 26R (L)で連結される。
[0059] なお、本明細書においては、ロボット 1の「リンク」はロボット 1の剛体とみなせる部位 の意味で使用する。例えば上体 3も 1つのリンク（剛体)であり、その意味で上体 3を上 体リンクと言うこともある。
[0060] 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。各腕体 5は、 3つの関節 30R(L) , 32R (L) , 34R( L)から構成された肩関節と、関節 36R (L)から構成された肘関節と、関節 38R(L)か ら構成された手首関節と、この手首関節に連結された手先部 40R (L)とを備えている 。肩関節と肘関節との間、および肘関節と手首関節との間はそれぞれリンクで構成さ れている。
[0061] 上記のロボット 1の構成により、各脚体 2の足平 22R(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 = 12個（この明細書で「 *」はスカラに対する演算としては乗算を、ベクトルに 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 22 R, 22Lの所望の運動を行うことができる。これにより、ロボット 1は任意に 3次元空間 を移動することができる。また、各腕体 5は、その肩関節、肘関節、手首関節の回転 によって、腕振り等の運動を行うことができる。 [0062] 図 1に示す如ぐ各脚体 2の足首関節 18R (L) , 20R(L)の下方には足平 22R (L) との間に公知の 6軸力センサ 50が介装されている。該 6軸力センサ 50は、各脚体 2 の足平 22R(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 Fx, Fy, Fz並びにモー メントの 3方向成分 Mx, My, Mzの検出信号を制御ユニット 60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の傾斜角およびその角速度を 検出するための姿勢センサ 54が備えられ、その検出信号が該姿勢センサ 54から制 御ユニット 60に出力される。この姿勢センサ 54は、図示を省略する加速度センサお よびジャイロセンサを備え、これらのセンサの検出信号が上体 3の傾斜角およびその 角速度を検出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、ロボット 1の各関節には、それを駆動するための電動モータ 64 (図 3参照）と、その電動モー タ 64の回転量 (各関節の回転角）を検出するためのエンコーダ（ロータリエンコーダ） 65 (図 3参照）とが設けられ、該エンコーダ 65の検出信号が該エンコーダ 65から制御 ユニット 60に出力される。
[0063] さらに、図 1では図示を省略する力 ロボット 1の外部には、ロボット 1を操縦するため のジョイスティック (操作器） 73 (図 3参照）が設けられ、そのジョイスティック 73を操作 することで、直進移動しているロボット 1を旋回させる、ロボット 1の移動方向を指定す る、ロボット 1の歩行、走行などの運動形態および床面の摩擦状態 (路面状態)を規 定する動作のモードを指定するなど、ロボット 1の歩容に対する要求もしくは制約を必 要に応じて制御ユニット 60に入力できるように構成されている。ジョイスティック 73は 有線もしくは無線により制御ユニット 60との通信が可能とされている。
[0064] 図 2は本実施形態における各脚体 2の先端部分 (各足平 22R(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 22R(L)の上方には、前記 6 軸力センサ 50との間にばね機構 70が装備されると共に、足底 (各足平 22R, Lの底 面）にはゴムなど力もなる足底弾性体 71が貼られている。これらのばね機構 70及び 足底弾性体 71によりコンプライアンス機構 72が構成されている。詳細な図示は省略 するが、ばね機構 70は、足平 22R(L)の上面部に取り付けられた方形状のガイド部 材（図示省略)と、足首関節 18R(L) (図 2では足首関節 20R(L)を省略している）お よび 6軸力センサ 50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（図示省略）とから構成されている。
[0065] 図 2に実線で表示された足平 22R(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 72のばね機構 70と足底 弾性体 71とがたわみ、足平 22R (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 72の構造は、着地衝撃を緩和するためだけでなぐ制御 性を高めるためにも重要なものである。その詳細は、例えば本出願人が先に提案し た特開平 5— 305584号公報に詳細に説明されているので、本明細書でのさらなる説 明は省略する。
[0066] 図 3は制御ユニット 60の構成を示すブロック図である。該制御ユニット 60はマイクロ コンピュータにより構成されており、 CPU力もなる第 1の演算装置 90及び第 2の演算 装置 92、 AZD変^^ 80、カウンタ 86、 DZA変^^ 96、 RAM84、 ROM94、並 びにこれらの間のデータ授受を行うバスライン 82を備えている。この制御ユニット 60 では、各脚体 2の 6軸力センサ 50、姿勢センサ 54 (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 73等の出力信号は AZD変翻80でデジタル値に変換 された後、バスライン 82を介して RAM84に送られる。またロボット 1の各関節のェン コーダ 65 (ロータリーエンコーダ）の出力は、カウンタ 86を介して RAM84に入力され る。
[0067] 前記第 1の演算装置 90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 64の回転角の指令値)を算出し、 RAM8 4に送出する。また、第 2の演算装置 92は RAM84から関節角変位指令と、前記ェン コーダ 65の出力信号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する。そして、その算出した操作量を DZA変換器 96 とサーボアンプ 64aとを介して各関節を駆動する電動モータ 64に出力する。
[0068] 図 4は、本明細書の実施形態におけるロボット 1の制御ユニット 60の主な機能的構 成を示すブロック図である。この図 4中の「実ロボット」の部分以外の部分が制御ュニ ット 60が実行する処理機能 (主として第 1の演算装置 90及び第 2の演算装置 92の機 能）によって構成されるものである。その処理機能は、制御ユニット 60に実装されたプ ログラム等によって実現されている。尚、以下の説明では、ロボット 1の各部 (脚体 2、 腕体 5など)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。
[0069] 以下説明すると、制御ユニット 60は、後述の如く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 100を備えている。この歩容生成装置 100は、そ の機能によって本発明の実施形態を実現するものである。この歩容生成装置 100が 出力する目標歩容は、補正目標上体姿勢軌道 (上体 3の目標姿勢の軌道)、補正目 標上体位置軌道 (上体 3の目標位置の軌道)、目標足平位置姿勢軌道 (各足平 22の 目標位置及び目標姿勢の軌道)、目標腕姿勢軌道 (各腕体の目標姿勢の軌道)、目 標 ZMP (目標全床反力中心点）軌道、目標 ZMPまわりの補正目標床反力モーメント 軌道および目標全床反力軌道から構成される。尚、脚体 2や腕体 5以外に、上体 3に 対して可動な部位 (頭部など)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。
[0070] ここで、本明細書での歩容に関する基本的な用語の定義などについて説明してお く。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、「軌道 」の代わりに「パターン」と称することもある。また、「姿勢」は空間的な向きを意味する 。例えば上体姿勢は Z軸 (鉛直軸）に対するロール方向（X軸まわり）の上体 3の傾斜 角（姿勢角）とピッチ方向 (Y軸まわり）の上体 3の傾斜角（姿勢角）とで表され、足平 姿勢は各足平 22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。本明細 書では、上体姿勢は上体姿勢角ということもある。なお、腕体 5に関する目標腕姿勢 は、本明細書の実施形態では上体 3に対する相対姿勢で表される。
[0071] 上体位置は、上体 3のあら力じめ定めた代表点（上体 3に対して任意に固定設定し たローカル座標系でのある固定点）の位置を意味する。同様に、足平位置は、各足 平 22のあら力じめ定めた代表点（各足平 22に対して任意に固定設定したローカル 座標系での固定点）の位置を意味する。例えば各足平 22の代表点は、各足平 22の 底面上 (より具体的には各脚体 2の足首関節の中心から各足平 22の底面への垂線 が該底面と交わる点等）に設定される。
[0072] 上体 3に関する前記補正目標上体姿勢および補正目標上体位置は、ある基本とな る目標上体姿勢 (仮目標上体姿勢)および目標上体位置 (仮目標上体位置)を補正 したものである。本明細書の実施形態では、基本となる目標上体位置姿勢は、後述 の変位次元補正上体位置姿勢が相当する。
[0073] なお、以降の説明では、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。
[0074] 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、ロボット 1の各部位の位置姿勢に関する構成要素を総称的に「運 動」という。また、各足平 22に作用する床反力（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、ロボット 1の全て（2つ）の足平 22R, 22Lについての「各 足平床反力」の合力を「全床反力」という。ただし、以下の説明においては、各足平床 反力はほとんど言及しないので、特に断らない限り、「床反力」は「全床反力」と同義と して扱う。
[0075] 目標床反力は、一般的には、作用点とその点に作用する並進力及びモーメントに 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、特に目標床反力中心点 (全床反力の中心点の目標位置)を作 用点にして目標床反力を表現すると、目標床反力のモーメント成分は、鉛直成分 (鉛 直軸 (Z軸)まわりのモーメント成分)を除いて零になる。換言すれば、目標床反力中 心点まわりの目標床反力のモーメントの水平成分 (水平軸 (X軸及び Y軸）まわりのモ ーメント）は零になる。
[0076] なお、動力学的平衡条件を満足する歩容では、ロボット 1の目標運動軌道力 算出 される ZMP (目標運動軌道力も算出される慣性力と重力との合力がその点まわりに 作用するモーメントが、鉛直成分を除いて零になる点）と目標床反力中心点とは一致 することから、目標床反力中心点軌道の代わりに目標 ZMP軌道を与えると言っても 同じことである。
[0077] ここで、ロボット 1の歩行を行う場合には、例えば本出願人が先に特開平 10— 8608 0号公報で提案した上体高さ決定手法によってロボット 1の上体 3の鉛直位置 (上体 高さ）が決定されると、並進床反力鉛直成分は従属的に決定される。さらに、目標歩 容の運動による慣性力と重力との合力が目標 ZMPまわりに発生するモーメントの水 平成分が 0になるようにロボット 1の上体水平位置軌道（あるいは全体重心の位置軌 道）を決定することで、並進床反力水平成分も従属的に決定される。このため、ロボッ ト 1の歩行を行う場合には、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、目標 ZMPだけでもよい。
[0078] 一方、床反力が 0もしくはほぼ 0になるような時期を伴う歩容でのロボット 1の移動、 例えばロボット 1の走行を行う場合には、並進床反力鉛直成分もロボット 1の動作制御 上重要である。このため、並進床反力鉛直成分の目標軌道を明示的に設定した上で 、ロボット 1の目標上体鉛直位置等の軌道を決定することが望ましい。また、ロボット 1 の歩行においても、摩擦係数が低 、床面上 (低ミュー路上)でロボット 1を移動させる ような場合には、並進床反力鉛直成分 (より厳密には並進床反力の床面に垂直な成 分)が摩擦力に影響を及ぼすことから、ロボット 1のスリップなどを防止する上で、並進 床反力鉛直成分の目標軌道を明示的に設定することが望ましい。さらに、本発明の 実施形態では、最終的に歩容生成装置 100が出力する目標歩容では、目標 ZMPま わりに補正目標床反力モーメント (水平成分が 0とは限らな 、モーメント）を発生させる
[0079] このようなことから、本明細書の実施形態では、歩容生成装置 100が出力する目標 歩容の床反力に関する構成要素として、目標 ZMP軌道のほか、目標 ZMPまわりの 補正目標床反力モーメントと、目標並進床反力鉛直成分とを含ませて!/、る。
[0080] そして、本明細書では、歩容生成装置 100が出力する目標歩容は、広義には、「1 歩ないしは複数歩の期間の目標運動軌道と目標床反力軌道との組」の意味で使用 され、狭義には、「1歩の期間の目標運動軌道と、目標 ZMP、補正目標床反力モー メント及び目標並進床反力鉛直成分を含む目標床反力軌道との組」の意味で使用さ れる。
[0081] 但し、本明細書の実施形態においては、最終的な目標歩容 (歩容生成装置 100が 出力する目標歩容)を決定するまでの過程で作成する目標歩容 (仮目標歩容)では、 目標 ZMPまわりの目標床反力モーメントの水平成分は、本来の目標 ZMPの定義ど おりに 0とされる。従って、最終的に決定する目標歩容以外の仮目標歩容 (後述の単 純化モデル歩容や、第 1仮補正歩容、第 2仮補正歩容、変位次元補正歩容)では、 上記狭義の目標歩容から、補正目標床反力モーメントを除 、たものが目標歩容の意 味で使用される。補足すると、本明細書の実施形態では、最終的な目標歩容 (歩容 生成装置 100が出力する目標歩容)を決定するまでの過程で作成する目標歩容 (仮 目標歩容）が本発明に密接に関連するものとなっている。このため、以降の説明で現 れる目標歩容の大部分は、前記狭義の目標歩容から、補正目標床反力モーメントを 除 ヽたもの（目標 ZMPを満足する歩容)の意味で使用される。
[0082] なお、以降の説明では、「床反力鉛直成分」は「並進床反力鉛直成分」を意味する ものとし、床反力のうちのモーメントの鉛直成分 (鉛直軸回り成分）は、「モーメント」と いう用語を用いて「床反力鉛直成分」と区別をする。同様に、「床反力水平成分」は「 並進床反力水平成分」を意味するものとする。
[0083] 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。
[0084] また、歩容における両脚支持期とは、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でロボット 1の自重を支持する期 間、空中期とは両脚体 2, 2が床力も離れている (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を遊脚と呼ぶ。なお、片 脚支持期と空中期とが交互に繰り返されるロボット 1の走行歩容では両脚支持期は無 い。この場合、空中期では両脚 2, 2とも、ロボット 1の自重を支持しないこととなるが、 便宜上、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、支持脚であつ た脚体 2をそれぞれ該空中期にお ヽても遊脚、支持脚と呼ぶ。
[0085] また、目標歩容の軌道は、グローバル座標系（床に固定された座標系）で記述され る。グローバル座標系としては、例えば支持脚足平 22の着地位置姿勢に対応して定 まる支持脚座標系が用いられる。この支持脚座標系は、例えば支持脚足平 22の底 面のほぼ全面を床に接地した状態で、その足平 22が連結された足首関節の中心か ら床面に延ばした垂線が床と交わる点を原点とし、その原点を通る水平面に支持脚 足平 22を投影したときの該足平 22の前後方向を X軸方向、左右方向を Y軸方向と する座標系（Z軸方向は鉛直方向）である。
[0086] 図 5は、歩容生成装置 100の詳細を示すブロック図である。この図 5を参照して、歩 容生成装置 100の処理のより具体的な概要を以下に説明する。 [0087] 図示の如ぐ歩容生成装置 100は歩容パラメータ決定部 100aを備える。歩容パラ メータ決定部 100aは、目標歩容を規定する歩容パラメータの値あるいは時系列テー ブルを決定する。
[0088] 本明細書の実施形態では、歩容パラメータ決定部 100aが決定する歩容パラメータ には、目標歩容のうちの、目標足平位置姿勢軌道、目標腕姿勢軌道、目標 ZMP軌 道、および目標床反力鉛直成分軌道をそれぞれ規定するパラメータが含まれる。
[0089] ここで、歩容生成装置 100が目標歩容を生成するとき、遊脚足平 22の着地予定位 置姿勢、着地予定時刻、あるいは歩幅、移動速度等の歩容生成用の基本的な要求 値 (要求パラメータ）が、前記ジョイスティック 73、もしくは図示しない行動計画部（ロボ ット 1の行動計画を作成する装置)などの装置力 歩容生成装置 100に与えられる。 あるいは、上記要求パラメータをあらかじめ記憶保持した記憶媒体カも該要求パラメ ータを歩容生成装置 100が読み込む。そして、歩容生成装置 100の歩容パラメータ 決定部 100aは、その要求パラメータに応じて歩容パラメータを決定する。
[0090] また、本明細書の実施形態では、歩容パラメータ決定部 100aが決定する歩容パラ メータには、基準上体姿勢軌道、 ZMP許容範囲、床反力水平成分許容範囲をそれ ぞれ規定するパラメータも含まれる。
[0091] ここで、前記基準上体姿勢軌道は、最終的に歩容生成装置 100が出力するもので はないが、目標歩容を決定するときに参酌されるものである。この基準上体姿勢軌道 は、ロボット 1の上体姿勢に関して、前記ジョイスティック 73あるいは行動計画部から 与えられ、もしくはあらかじめ定められた要求 (上体姿勢を鉛直姿勢に保つなどの要 求）にそのまま従って生成される上体姿勢軌道である。目標上体姿勢 (以降、「基準」 が付いていない「上体姿勢」は、目標上体姿勢を表す)は、基準上体姿勢に長期的 に追従する力、または一致するように生成される。
[0092] また、前記 ZMP許容範囲に関して補足すると、本明細書の実施形態では、目標歩 容は、目標 ZMPのまわりに補正目標床反力モーメント (これは一般には 0ではな 、） を発生するように修正される。したがって、目標 ZMPは、本来の定義 (床反力モーメ ント水平成分が 0である点という定義）とは異なる点となり、本来の定義を満足する ZM P (以下、真の ZMPと 、う）は、補正目標床反力モーメントを目標床反力鉛直成分で 割った値だけ目標 ZMPからずれた位置に移る。
[0093] 修正された歩容 (歩容生成装置 100が最終的に出力する目標歩容）の真の ZMP は、少なくとも ZMP存在可能範囲（いわゆる支持多角形のこと。床と足平 22の底面と の間に粘着力が作用しないと仮定した場合における床反力作用点 (ZMP)の存在可 能範囲）内になければならない。さらにロボット 1の安定余裕を十分にとるためには、 修正された歩容の真の ZMPは、 ZMP存在可能範囲のなかの中心付近の範囲にあ ることが望ましい。そこで、本明細書の実施形態では修正された歩容の真の ZMPが 存在できる許容範囲を設定する。この範囲を ZMP許容範囲と呼ぶ。 ZMP許容範囲 は、 ZMP存在可能範囲と一致あるいは ZMP存在可能範囲内に包含されるように設 定される。
[0094] なお、前記したように、目標 ZMPまわりの補正目標床反力モーメントを目標床反力 鉛直成分で除算したものが、目標 ZMPに対する真の ZMPの位置のずれ量を表す ので、目標 ZMPまわりの補正目標床反力モーメントを設定する代わりに、目標 ZMP に対する真の ZMPの位置のずれ量 (補正目標床反力モーメントの ZMP換算値)を 設定してもよい。また、 ZMP許容範囲は、その境界の位置と目標床反力鉛直成分と を用いて、補正目標床反力モーメントの許容範囲に変換することができ、その補正目 標床反力モーメントの許容範囲を ZMP許容範囲の代わりに設定するようにしてもよ い。
[0095] また、前記床反力水平成分許容範囲は、ロボット 1の足平 22の床との接地面に、足 平 22が滑らないような大きさの摩擦力を発生させ得る床反力水平成分の許容範囲で ある。本明細書の実施形態では、少なくとも最終的に歩容生成装置 100が出力する 目標歩容の運動（目標運動）は、それによつて発生するロボット 1の慣性力の水平成 分に釣り合う床反力水平成分が床反力水平成分許容範囲内に収まるように生成され る。
[0096] 歩容パラメータ決定部 100aで決定された歩容パラメータは目標瞬時値発生部 100 bに入力される。目標瞬時値発生部 100bは入力された歩容パラメータに基づき、基 準上体姿勢、目標足平位置姿勢、目標 ZMP、目標床反力鉛直成分等、目標歩容の 一部の構成要素の瞬時値 (前記制御ユニット 60の所定の制御処理周期毎の値)を 逐次算出（発生)する。なお、図 5では一部の目標瞬時値のみを代表的に記載してい る。
[0097] 目標瞬時値発生部 100bで算出された目標瞬時値は、単純化モデル歩容生成部 1 00cに入力される。単純ィ匕モデル歩容生成部 100cは、入力された目標瞬時値を基 に、ロボット 1の運動と床反力との関係を近似表現する後述の動力学モデル (以下、 単純化モデルと!/、う）を用いて目標上体位置姿勢 (仮目標上体位置姿勢)の瞬時値 を算出する。単純ィ匕モデル歩容生成部 100cは、単純化モデル上での動力学的平 衡条件が満たされるように、すなわち単純ィ匕モデル上でのロボット 1の目標運動によ つて発生する慣性力とロボット 1に作用する重力との合力が目標 ZMPまわりに発生す るモーメントの水平成分が 0になるように目標上体位置姿勢の瞬時値を算出する。補 足すると、本明細書の実施形態では、目標床反力鉛直成分軌道も明示的に設定す るので、目標上体位置姿勢の瞬時値は、目標運動によって発生する慣性力とロボット 1に作用する重力との合力が目標 ZMPまわりに発生するモーメント水平成分力^にな るほか、その合力の並進力鉛直成分 (換言すれば、ロボット 1の全体重心の鉛直方向 の並進運動に伴う慣性力と重力との合力）が目標床反力鉛直成分に釣り合うように決 定される。
[0098] これにより、目標上体位置姿勢を含む目標歩容 (仮目標歩容)の瞬時値が逐次決 定されていくこととなる。以降、単純ィ匕モデル歩容生成部 100cで求められた目標上 体位置姿勢を構成要素とする目標歩容を単純化モデル歩容という。なお、単純化モ デル歩容生成部 100cに入力される目標瞬時値は、目標瞬時値発生部 100bで算出 されたすべての目標瞬時値である必要はない。単純ィ匕モデル歩容生成部 100cに必 要な入力は、単純化モデルの構造、あるいはそれに適宜付加される制約条件に依 存する。例えば図 5では、目標足平位置姿勢を単純ィ匕モデル歩容生成部 100cに入 力しているが、後述する第 1実施形態における単純化モデルでは、目標足平位置姿 勢を入力する必要はない。
[0099] なお、単純ィ匕モデル歩容生成部 100cは、目標瞬時値発生部 100bと合わせて、本 発明における瞬時歩容発生手段を構成する。
[0100] 単純ィ匕モデル歩容生成部 100cで算出された目標上体位置姿勢は、変位次元歩 容補正部 lOOdに入力される。変位次元歩容補正部 lOOdには、目標上体位置姿勢 のほ力、目標足平位置姿勢の瞬時値、目標 ZMPの瞬時値も入力される。但し、変位 次元歩容補正部 lOOdには、目標 ZMPを入力することは必須ではなぐより一般的に は、後述する角運動量積に関する中心点が入力される。図 5では、その中心点の一 例として目標 ZMPを変位次元歩容補正部 lOOdに入力するようにしている。
[0101] この変位次元歩容補正部 lOOdは、入力された目標上体位置姿勢の瞬時値などを 基に、後述の第 1および第 2変位次元補正用モデルを用いて、単純化モデル歩容生 成部 100cで求めた目標上体位置姿勢を補正してなる変位次元補正上体位置姿勢 の瞬時値を求める。詳細は後述するが、第 1および第 2変位次元補正用モデルは、 一般的には、質点とイナ一シャをもつリンクとのうちの少なくともいずれか一方を要素 として構成されるモデル (幾何学モデル)であり、その各要素の配置 (質点の位置、リ ンクの姿勢）力 ロボット 1の瞬時運動における 1つ以上の部位の位置姿勢に対応づ けられる。この場合、これらの第 1および第 2変位次元補正用モデルは、共に同じ要 素で構成される。但し、これらの第 1および第 2変位次元補正用モデルでは、その要 素の配置に関して互いに異なる幾何学的拘束条件が定められており、ロボット 1の任 意の瞬時目標運動（ロボット 1の各部位の位置姿勢の瞬時値)が与えられたとき、そ れに対応する各変位次元補正用モデルの要素の配置が各別の幾何学的拘束条件 に基づいて定まるようになつている。従って、ある目標瞬時運動が与えられたとき、そ れに対応する各変位次元補正用モデルの要素の配置は一般には互いに異なる。そ して、変位次元歩容補正部 lOOdは、これらの第 1および第 2変位次元補正用モデル における要素の配置の差 (質点の位置の差、あるいはリンクの姿勢角の差)を基に、 単純化モデル歩容の目標上体位置姿勢を補正して変位次元補正上体位置姿勢の 瞬時値を逐次求める。
[0102] また、図 5では図示を省略しているが、変位次元歩容補正部 lOOdには、前記ジョイ スティック 73あるいはロボット 1の行動計画部（図示しない）から、目標歩容において 要求されるロボット 1の運動形態（ロボット 1の歩行、走行など）や、床面の摩擦状態（ 摩擦係数の大きさなど）を示すロボット 1の動作モードも入力される。そして、変位次 元歩容補正部 lOOdは、入力された動作モードに応じて変位次元補正上体位置姿 勢の瞬時値を可変的に求める。本明細書の実施形態では、上記動作モードは、ロボ ット 1の走行を行う走行モードと、比較的摩擦係数の小さな床面上 (低ミュー路上)で ロボット 1の歩行を行う低摩擦床面歩行モードと、これらのモード以外の動作モードで ある通常モードとがある。通常モードには、比較的摩擦係数の大きな床面 (通常的な 床面）上でロボット 1の歩行を行う動作モードが含まれる。
[0103] なお、変位次元歩容補正部 lOOdは、その機能によって、第 1発明における第 1仮 補正運動決定手段、第 2仮補正運動決定手段および目標運動補正手段を構成し、 あるいは、第 2発明における仮補正運動決定手段および目標運動補正手段を構成 するものである。
[0104] 変位次元歩容補正部 lOOdで求めた変位次元補正上体位置姿勢の瞬時値は、フ ルモデル補正部 100eに入力される。フルモデル補正部 100eには、変位次元補正 上体位置姿勢の瞬時値のほか、目標瞬時値発生部 100bで算出された各目標瞬時 値 (基準上体位置姿勢の瞬時値を除く）が入力される。このフルモデル補正部 100b は、単純化モデルよりも動力学的精度の高 、動力学モデルとしてのフルモデルを用 いて変位次元上体位置姿勢を補正してなる補正目標上体位置姿勢を算出すると共 に、目標 ZMPまわりの床反力モーメント水平成分の目標値である補正目標床反カモ 一メントを算出する。
[0105] フルモデル補正部 100eは、より一般的には、次の D1— D3の条件を満足するように 、 E1あるいは E2の処理を実行する。すなわち、フルモデル補正部 100eは、
D1)単純ィ匕モデルを用いて生成した歩容（単純化モデル歩容）を変位次元補正用モ デルを用いて修正してなる歩容 (以降、変位次元補正歩容と呼ぶ)よりも高!、精度で 動力学的平衡条件を満足する。
D2)真の ZMP (目標 ZMPのまわりに補正目標床反力モーメントを発生させることによ つて修正された本来の定義を満足する ZMP)は、 ZMP許容範囲 (安定余裕が十分 維持できる許容範囲）に存在する。
D3)床反力水平成分は床反力水平成分許容範囲内になる。
という条件を満足するように、
E1)前記変位次元補正歩容の上体位置姿勢を補正する。 あるいは
E2)前記変位次元補正歩容の上体位置姿勢を補正すると共に、目標 ZMPまわりの 補正目標床反力モーメントを出力する（目標床反力を補正する)。
[0106] 本明細書の実施形態では、 D1— D3の条件を満足するように、 E2の処理が実行され る。なお、本明細書の実施形態におけるフルモデル補正部 lOOeの処理は、例えば 本願出願人が先に提案した PCT国際公開公報 WOZ03Z057427ZA1にて詳細 に説明されているもの（具体的には、同公報の図 13の S038の処理）と同じである。 従って、本明細書でのフルモデル補正部 lOOeの処理の詳細な説明は省略する。
[0107] 図 4に戻って、上述のように決定される補正目標上体位置姿勢、目標 ZMPまわりの 補正目標床反力モーメント、目標足平位置姿勢の瞬時値を含む目標歩容の瞬時値 は、複合コンプライアンス制御装置 101 (図 4で破線で囲んだ部分）に入力される。こ の複合コンプライアンス制御装置 101は、ロボット 1のバランスを保ちつつ、目標歩容 に追従するように関節ァクチユエータ (電動モータ 64)を制御する。なお、複合コンプ ライアンス制御装置 101のより具体的な処理は後述する。
[0108] 以上が歩容生成装置 100の概要である。なお、以上説明した歩容生成装置 100の 概要は、本明細書の ヽずれの実施形態にぉ ヽても同じである。
[0109]
[第 1実施形態]
次に、本発明の第 1実施形態を具体的に説明する。まず、第 1実施形態における前 記単純化モデル (動力学モデル)、第 1変位次元補正用モデル、第 2変位次元補正 用モデルについて説明する。なお、第 1実施形態は、前記第 1、 3、 4、 7— 9、 11一 1 4発明の一実施形態である。
[0110] 図 6は、第 1実施形態における単純ィ匕モデルの構造を示している。図示の如ぐこ の単純化モデルは、ロボット 1の上体 3に対応する 1つの質点（上体質点） 3mを備え る 1質点モデルである。なお、図 6に示すロボット 1は、側面から見たロボット 1を模式 化して示し、腕体 5, 5や頭部 6の図示を省略している。この図 6以降の図面 (第 1実施 形態以外の実施形態の図面を含む)では、ロボット 1を図示するときに、特に上体 3と 区別する必要がある場合を除いて、図 6と同様に、腕体 5, 5や頭部 6の記載を省略 する。また、図 6を含む以降の図面で記載される X軸、 Z軸は、グロ一ノ レ座標系を示 している。
[0111] 図 6の単純ィ匕モデルの上体質点 3mは、上体 3の位置姿勢に対応して一義的に定 まる点、すなわち上体 3に任意に固定設定されたローカル座標系でのある固定点（口 一カル座標系で上体 3の代表点と所定の位置関係を有する点）に設定されて!、る。 また、上体質点 3mの質量は、ロボット 1の総質量 mtotalと同一とされている。なお、上 体質点 3mは、上体 3の代表点と一致していてもよいが、一般には異なる。
[0112] この単純化モデルの動力学は、上体質点 3mと、これを目標 ZMPを支点として揺動 自在に支持する可変長リンク 3bとから構成される倒立振子の動力学により表現される 。より具体的には、単純ィ匕モデルでのロボット 1の運動と床反力との関係を表す運動 方程式は、以下に示す式 01、式 02、式 03で表される。ただし、本明細書の理解を容 易にするために、ここではサジタルプレーン (前後軸 (X軸）と鉛直軸 (Z軸）を含む平 面で、いわゆる矢状面)での運動方程式のみを記述し、ラテラルプレーン (左右軸 (Y 軸）と鉛直軸 (Z軸）を含む平面で、 V、わゆる前額面)での運動方程式は省略する。
[0113] なお、本明細書では、任意の変数 Xに対して d2X/dt2は変数 Xの 2階微分値を意味 するものとする。また、図 6の単純ィ匕モデルの動力学に関する変数は以下のように定 義する。
[0114] g：重力加速度、 Zb：上体質点の鉛直位置、 Xb：上体質点の水平位置、 mtotal：ロボ ット 1の総質量、 Fx:床反力水平成分 (詳しくは並進床反力の前後方向 (X軸)成分)、 Fz :床反力鉛直成分 (詳しくは並進床反力の鉛直方向 (Z軸)成分)、 My:目標 ZMP まわりの床反力モーメント (詳しくは床反力モーメントの左右軸 (Y軸)まわり成分）、 Xzmp :目標 ZMPの水平位置、 Zzmp :目標 ZMPの鉛直位置。
[0115]
Fz= mtotal * (g+d2Zb/dt2) …式 01
Fx=mb * d2Xb/dt2 …式 02
My = -mtotal * (Xb— Xzmp) * (g+d2Zb/dt2)+ mtotal * (Zb— Zzmp) * (d2Xb/dt2)
…式 03 これらの式 01— 03により記述される単純化モデルでは、例えば目標 ZMPと目標床 反力鉛直成分とを決めたとき、式 01に従って、上体質点 3mの鉛直位置 Zbを決定で きることとなる。さらに、ロボット 1の動力学的平衡状態では、式 03の左辺の Myが 0に なる（目標 ZMPまわりの床反力モーメントの水平成分が 0になる）から、上体質点 3m の鉛直位置 Zbと式 03とから上体質点 3mの水平位置 Xbを決定できることとなる。
[0116] 以上説明した第 1実施形態の単純化モデルは、上体 3にのみ質点 3mを持つ 1質 点モデルであるため、各脚体 2の運動によって発生する慣性力や、上体 3のイナーシ ャ (慣性モーメント）は無視されている。つまり、第 1実施形態の単純化モデルは、各 脚体 2の運動 (並進あるいは姿勢変化運動)や上体 3の姿勢変化運動によって発生 する慣性力を 0と見なして構築された動力学モデルであると言える。補足すると、第 1 実施形態を含む本明細書の各実施形態での単純化モデルは、ロボット 1の少なくとも 1つ以上の特定部位の、特定の運動 (並進運動、姿勢変化運動など）によって発生 する慣性力がほぼ 0であるとみなして (該慣性力を無視して)構築されて 、る。
[0117] なお、第 1実施形態の単純化モデルは 1質点モデルとしたが、例えば各脚体 2の足 平 22の近傍にも質点を持たせた 3質点モデルとしてもよい。また、例えば上体 3が上 体質点 3mのまわりにイナーシャ（慣性モーメント）をもつようなモデルであってもよ!/ヽ。
[0118] 次に第 1実施形態における第 1変位次元補正用モデルを説明する。図 7 (a) , (b) ,
(c)の右側の図は、第 1実施形態における第 1変位次元補正用モデルの構造を示し 、左側の図は、右側の図にそれぞれ対応するロボット 1の目標とする全体的な姿勢状 態 (単純ィ匕モデル歩容の姿勢状態）と前記単純ィ匕モデルとを示している。なお、図 7 ( a) , (b) , (c)の右側に示すロボット 1は、両脚体 2, 2を左右方向（Y軸方向）に並べ て直立姿勢で起立して 、る状態のロボット 1を側面視 (サジタルプレーン)で表したも のである。このため、両脚体 2, 2は図面上、重なっている。
[0119] 第 1実施形態の第 1変位次元補正用モデルは、ロボット 1の上体 3に対応する 1つの 上体質点 Al、各脚体 2の膝関節近傍の大腿リンク部分に対応する大腿質点 A2, A 3、および各脚体 2の先端部 (足平 22)にそれぞれ対応する足平質点 A4, A5からな る 5質点モデルである。また、第 1変位次元補正用モデルにおける上体 3 (上体リンク )は、上体質点 A1のまわりにイナーシャ (慣性モーメント） lbを持つものとされている。 つまり、第 1変位次元補正用モデルは、質点 A1— A5とイナーシャ lbをもつ上体リン クとを要素として構成されている。この場合、第 1変位次元補正用モデルの質点 A2 一 A5とイナーシャ lbをもつ上体リンクは、前記した図 6の単純ィ匕モデルが持たない要 素であり、それぞれに対応する部位の運動（上体 3についてはその姿勢変化運動）に よって慣性力を発生するものとなっている。
[0120] この第 1変位次元補正用モデルの上体質点 A1と、足平質点 A4, A5とは、それぞ れに対応する部位 (上体 3、各足平 22)の位置姿勢に対応して一義的に定まる点、 すなわち、対応する部位に任意に固定設定されたローカル座標系上でのある固定 点（その対応する部位のローカル座標系上で、該部位の代表点と所定の位置関係を 有する点）に設定されている。但し、上体 3のローカル座標系上での上体質点 A1の 位置は、図 6に示した前記単純ィ匕モデルの上体質点 3mとは一般には異なる。また、 大腿質点 A2, A3は、各脚体 2の大腿リンク 24に任意に固定設定されたローカル座 標系でのある固定点 (膝関節近傍の固定点）に設定されている。なお、上体質点 A1 、各足平質点 A4, A5および各大腿質点 A2, A3の質量の総和は、ロボット 1の総質 量 mtotalと一致する。また、上体質点 A1の質量は、上体 3の質量のほ力 両腕体 5, 5および頭部 4の質量を含んで!/、る。
[0121] そして、第 1変位次元補正用モデルの要素の配置には、ある幾何学的拘束条件が 設定されている。具体的には、第 1変位次元補正用モデルでは、ロボット 1の姿勢状 態は、上体 3を鉛直姿勢にすると共に、両脚体 2, 2をロボット 1の左右方向 (Y軸方向 )に所定間隔で並べて起立している姿勢状態 (直立姿勢状態）に定常的に拘束され ている（このため、図 7 (a) , (b) , (c)の右側の第 1変位次元補正用モデルの図では 一方の脚体 2に対応する各質点 A2, A4はそれぞれ他方の脚体 2に対応する各質点 A3, A5と重なっている）。
[0122] 従って、上体質点 Al、各足平質点 A4, A5および大腿質点 A2, A3の相互の相対 的位置関係が、ロボット 1の直立姿勢状態に対応する所定の位置関係に拘束されて いる。また、第 1変位次元補正用モデルにおいてイナ一シャをもつリンク（剛体)であ る上体 3の姿勢は、鉛直姿勢 (鉛直軸に対する姿勢角が 0となる姿勢）に拘束されて いる。 [0123] また、第 1変位次元補正用モデルの各質点 Al— A5のグローバル座標系（床に固 定された座標系）上での位置は、単純ィ匕モデル歩容の運動の瞬時値に対応して定ま るものとされている。すなわち、第 1実施形態の第 1変位次元補正用モデルでは、そ の質点 A1— A5の全体重心が単純化モデル上でのロボット 1の全体重心の位置、す なわち、単純化モデルの上体質点 3mの位置（グローバル座標系での位置）と一致す るように、質点 A1— A5のグローバル座標系での位置が決定される。この場合、前記 したように第 1変位次元補正用モデルの質点 A1— A5の相互の相対的位置関係は 一定であるので、それらの質点 A1— A5の全体重心の位置（グローバル座標系での 位置）が決まれば、各質点 A1— A5のグローバル座標系での位置も一義的に定まる
[0124] このようにグローバル座標系での質点 A1— A5の位置が単純化モデル歩容に対応 して定められる第 1変位次元補正用モデルでは、その全体重心の運動が単純ィ匕モ デル上での全体重心の運動と一致するため、単純化モデル上でロボット 1に作用す る床反力と、第 1変位次元補正用モデル上でロボット 1に作用する床反力とが同等に なる。
[0125] ここで、第 1実施形態で上記のように、第 1変位次元補正用モデルの要素の配置を 定めるということは、第 1変位次元補正用モデルの要素の配置 (グローバル座標系で の質点 A1— A5の位置および上体リンクの姿勢）を定めるための幾何学的拘束条件 (1)を次のように定義したとき、単純ィ匕モデル歩容の瞬時運動から、その幾何学的拘 束条件（1)に従って第 1変位次元補正用モデルの要素の配置を定めることと同じで ある。
[0126]
幾何学的拘束条件（1)：与えられた任意の瞬時目標運動に対して、第 1変位次元 補正用モデルの要素の配置に対応するロボット 1の姿勢状態が定常的に直立姿勢 状態に維持され、且つ、第 1変位次元補正用モデルの要素の全体重心が、与えられ た瞬時目標運動におけるロボット 1の全体重心に一致する。
[0127]
第 1実施形態では、この幾何学的拘束条件（1)が本発明における第 1の幾何学的 拘束条件に相当するものである。
[0128] 次に第 1実施形態における第 2変位次元補正用モデルを説明する。図 8は、その第 2変位次元補正用モデルの構造を示して 、る。この第 2変位次元補正用モデルは、 その構成要素は、第 1変位次元補正用モデルと同じであり、第 1変位次元補正用モ デルと同様に 5個の質点 A1— A5を有すると共に、上体 3 (上体リンク）が質点 A1の まわりにイナーシャ lbを持つモデルである。各質点 A1— A5の質量と、各質点 A1— A5の、対応する部位に固定設定されたローカル座標系での位置とは、第 1変位次元 補正用モデルと同一である。また、上体 3のイナーシャ lbも第 1変位次元補正用モデ ルと同一である。
[0129] この第 2変位次元補正用モデルでは、第 1変位次元補正用モデルのようにロボット 1の姿勢は直立姿勢状態には拘束されておらず、各質点 A1— A5および上体 3 (上 体リンク）はロボット 1が採り得る任意の姿勢状態に対応する位置姿勢に移動可能とさ れている。
[0130] 別の言!、方をすれば、第 2変位次元補正用モデルの要素の配置 (グローバル座標 系での質点 A1— A5の位置および上体リンクの姿勢）と、これに対応するロボット 1の 瞬時目標運動 (各部位の目標位置姿勢の瞬時値)との間には、次のような幾何学的 拘束条件 (2)が設定されていることとなる。この幾何学的拘束条件 (2)は、本発明に おける第 2の幾何学的拘束条件に相当するものである。
[0131]
幾何学的拘束条件（2) :第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置により定まる、 ロボット 1の各要素に対応する部位の位置姿勢と、当該配置に対応する瞬時目標運 動におけるロボット 1の各要素に対応する部位の位置姿勢とは一致する。
[0132]
従って、第 2変位次元補正用モデルでは、その質点 A1— A5の全体重心力 該第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置（質点 A1— A5の位置および上体リンクの 姿勢）に対応する姿勢状態での実際のロボット 1の真の全体重心の位置にほぼ一致 する。
[0133] 補足すると、任意の瞬時目標運動から、上記幾何学的拘束条件 (2)に従って第 2 変位次元補正用モデルの要素の配置を決定すると 、うことは、第 2変位次元補正用 モデルの各要素の配置力 与えられた瞬時目標運動に従うロボット 1における該要素 に対応する部位の配置 (位置姿勢）に一致するように第 2変位次元補正用モデルの 各要素の配置を決定するということと等価である。また、第 2変位次元補正用モデル の要素の任意の配置から、幾何学的拘束条件（2)に従って瞬時目標運動を決定す るということは、瞬時目標運動に従うロボット 1の各要素に対応する部位の配置 (位置 姿勢)が、与えられた第 2変位次元補正用モデルの要素の配置に一致するように瞬 時目標運動を決定すると!ヽうことと等価である。
[0134] 第 2変位次元補正用モデルは、第 1変位次元補正用モデルと協働して前記変位次 元補正上体位置姿勢を決定するためのモデルであり、その変位次元補正上体位置 姿勢を決定するに際して、第 2変位次元補正用モデルの要素の 2種類の配置が仮決 定される。その 1つの配置では、第 2変位次元補正用モデルの各足平質点 A4, A5 の位置は、単純ィヒモデル歩容の各足平位置姿勢に対応する位置に決定される。ま た、上体質点 A1および各大腿質点 A2, A3の位置、並びに上体 3 (上体リンク)の姿 勢角は、第 1変位次元補正用モデルおよび第 2変位次元補正用モデルの全体重心 と、それらのモデル間の後述する角運動量積とに関する所定の条件を満たすように 決定される。これについては、詳細を後述する。
[0135] 補足すると、本実施形態のロボット 1の各脚体 2はそれぞれ 6自由度をもつので、両 足平 22, 22の位置姿勢および上体 3の位置姿勢が決まれば、ロボット 1の脚体 2, 2 の全体の姿勢 (ロボット 1の各脚体 2, 2の各部位 (各リンク）の位置姿勢）は一義的に 定まる。従って、第 2変位次元補正用モデル上での両足平質点 A4, A5並びに上体 質点 A1の位置および上体 3 (上体リンク)の姿勢を決めれば、それに対応して大腿質 点 A2, A3の位置は従属的に定まる。
[0136] また、変位次元補正上体位置姿勢を決定するに際して仮決定される第 2変位次元 補正用モデルの要素の他の 1つの配置では、第 2変位次元補正用モデルの各足平 質点 A4, A5の位置は、単純ィヒモデル歩容の各足平位置姿勢に対応する位置に決 定される。さらに、上体リンクの姿勢は、単純化モデル歩容の上体姿勢と同一に決定 される。また、上体質点 A1および各大腿質点 A2, A3の位置は、第 1変位次元補正 用モデルおよび第 2変位次元補正用モデルの間の後述する角運動量積に関する所 定の条件を満たすように決定される。これにつ 、ても詳細は後述する。
[0137] そして、第 2変位次元補正用モデルの要素の上記の 2種類の配置を基に、最終的 に変位次元補正上体位置姿勢が決定される。
[0138] なお、以降の説明では、単純ィ匕モデル、第 1および第 2変位次元補正用モデルに 係わる各質点の「位置」、あるいはイナ一シャをもつリンクの「姿勢」は特にことわらな い限り、グローバル座標系での位置、姿勢を意味するものとする。
[0139] 次に、第 1実施形態での歩容生成装置 100の処理の詳細をより具体的に説明する 。歩容生成装置 100は、以下に説明するフローチャートの処理によって、ロボット 1の 片方の脚体 2が着地して力 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。このと き、新たに生成しょうとしている目標歩容を「今回歩容」と呼ぶ。
[0140] 図 9は、歩容生成装置 100のメインルーチン処理を示す構造化フローチャートであ る。以下、詳説すると、まず S010において時刻 tを 0に初期化するなど種々の初期化 作業が行なわれる。この処理は歩容生成装置 100の起動時等に行なわれる。次いで 、 S012を経て S014に進み、歩容生成装置 100は、制御周期（図 9のフローチャート 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。以降、その制 御周期 A t毎に、 S014から S032までの処理が繰り返される。
[0141] S014の次に S016に進み、歩容の切り替わり目であるか否かが判断され、歩容の 切り替わり目であるときは S018に進むと共に、切り替わり目でないときは S022に進 む。ここで、「歩容の切り替わり目」は、今回歩容の生成を開始するタイミングを意味し 、例えば今回歩容の 1つ前の目標歩容の生成が完了した制御周期の次の制御周期 が歩容の切り替わり目になる。
[0142] S018に進むときには、現在時刻 tを 0に初期化した後、 S020に進んで今回歩容の 歩容パラメータが決定される。この S020の処理は、前記図 5の歩容パラメータ決定部 100aの処理に相当し、目標足平位置姿勢軌道、目標腕姿勢軌道、目標 ZMP軌道 、および目標床反力鉛直成分軌道を規定するパラメータが決定されると共に、基準 上体姿勢軌道、床反力水平成分許容範囲、および ZMP許容範囲を規定するパラメ ータが決定される。
[0143] この S020の処理は、例えば本願出願人が先に提案した PCT国際公開公報 WOZ 03/057427/A1 (以下、公報文献 1と!ヽぅ）の図 13の S022— S030に対応する処 理であり、同公報文献 1と同様に行われる。それを要約的に説明すれば、まず、今回 歩容がつながり、もしくは漸近すべき仮想的な周期的歩容としての定常歩容 (ロボット 1の 2歩分の歩容を 1周期とする歩容）が決定される。定常歩容は、今回歩容を含む 2 歩先までの遊脚足平 22の着地予定位置姿勢、着地予定時刻などを基に、周期性の 条件 (定常歩容の 1周期の初期の状態 (ロボット 1の各部の位置姿勢やその変化速度 など)と終端の状態とがー致するという条件)を満たすように決定される。そして、今回 歩容がその定常歩容につながり、もしくは漸近するように目標足平位置姿勢軌道、目 標腕姿勢軌道、目標 ZMP軌道、および目標床反力鉛直成分軌道を規定する歩容 ノ メータが決定される。ここで、目標足平位置姿勢軌道を規定する歩容パラメータ は、例えば本願出願人が先に特許 3233450号で提案した有限時間整定フィルタを 用いて目標足平位置姿勢軌道を生成する場合、今回歩容の遊脚足平 22の着地予 定位置姿勢および着地予定時刻、今回歩容の支持脚足平 22の次の着地予定位置 姿勢および着地予定時刻などから構成される。また、例えば目標 ZMP軌道、目標床 反力鉛直成分軌道を規定する歩容パラメータは、それらの軌道が折れ線状の軌道で あるとした場合、その折れ点での値やその折れ点の時刻など力も構成される。なお、 本実施形態では、基準上体姿勢は、例えば鉛直姿勢 (鉛直軸に対する上体 3の傾斜 角が 0である姿勢)とされる。また、本実施形態の S020で決定する歩容パラメータの うち、床反力水平成分許容範囲を規定する歩容パラメータは、前記公報文献 1の図 1 3の S030で決定するフルモデル補正用の床反力水平成分許容範囲のパラメータに 相当するものである。
[0144] 補足すると、前記公報文献 1で今回歩容の歩容パラメータを決定するための処理で は、定常歩容の作成などのために動力学モデルを使用しているが、その動力学モデ ルとして、本実施形態では、前記単純ィヒモデルが用いられる。この場合、本実施形 態の単純化モデルは、公報文献 1の図 11で例示した動力学モデルとは同じではな いものの、同公報文献 1の動力学モデルの両脚質点の質量を 0とし、且つ上体に関 するイナーシャ（フライホールのイナ一シャ）を 0としたものと等価である。従って、同公 報文献 1の図 11の動力学モデルの両脚質点の質量を 0とし、且つ上体に関するイナ 一シャを 0とすれば、同公報文献 1の図 13の S022— S030の処理をそのまま適用し て、本実施形態における S020の処理を実行できる。また、同公報文献 1の図 13の S 022— S028の処理では、定常歩容の作成などのために、単純化モデル歩容用の床 反力水平成分許容範囲 (この許容範囲は歩容生成装置力 出力されるものではない )を設定して使用している力 本実施形態では、その単純化モデル歩容用の床反力 水平成分許容範囲は、例えば無限大の範囲とする力 もしくは、単純化モデル歩容（ あるいは定常歩容)の床反力水平成分が常にその床反力水平成分許容範囲内に収 まるような広い範囲に定めておけばよい。このようにすることで、同公報文献 1に示し たアルゴリズムを本実施形態の S020の処理で支障なく適用できる。
[0145] 次いで、 S020の処理の後、あるいは S016の判断結果が NOであった場合には、 S 022に進んで、今回歩容の瞬時値を決定する。この処理は、前記図 5の目標瞬時値 発生部 100bおよび単純ィ匕モデル歩容生成部 100cで実行される処理であり、 S020 で決定された歩容パラメータに基づ 、て今回歩容の瞬時値 (単純ィ匕モデル歩容の瞬 時値）が決定される。
[0146] この処理は、より具体的には前記公報文献 1の図 13の S032の処理に相当するも のであり、同公報文献 1と同様に行われる。それを要約的に説明すれば、前記 S020 で決定した歩容パラメータを基に、目標足平位置姿勢、目標 ZMP、目標腕姿勢、目 標床反力鉛直成分、基準上体姿勢の瞬時値が決定され、さらに、それらの瞬時値を 基に、前記単純化モデル上で、目標 ZMPと目標床反力鉛直成分とを満足するように (ロボット 1の運動が発生する慣性力と重力との合力が目標 ZMPまわりに作用するモ 一メント水平成分が 0になり、また、その合力の並進力鉛直成分が目標床反力鉛直 成分に釣り合うように）目標上体位置姿勢の瞬時値が決定される。ここで、目標上体 位置姿勢の瞬時値に関して補足すると、目標上体姿勢の瞬時値は本実施形態では 基準上体姿勢の瞬時値と同じとされる。また、目標上体位置鉛直成分は、目標床反 力鉛直成分と前記式 01とから求められる単純ィ匕モデルの上体質点 3mの鉛直位置 に対応して決定される。そして、単純化モデルの上体質点 3mの水平位置が前記式 03の左辺を 0とした式を満たすように（目標 ZMPまわりの床反力モーメント水平成分 力 SOになるように)決定され、この上体質点 3mの水平位置に対応して目標上体位置 水平成分が決定される。
[0147] なお、前記公報文献 1の図 13の S032の処理では、単純化モデル歩容用の床反力 水平成分許容範囲を使用しているが、本実施形態では、前記 S020の処理に関して 説明した場合と同様、単純ィ匕モデル歩容用の床反力水平成分許容範囲は、例えば 無限大の範囲とするか、もしくは、単純化モデル歩容の床反力水平成分が常にその 床反力水平成分許容範囲内に収まるように定めておけばょ ヽ。
[0148] S022の処理で、逐次 (制御周期 A t毎に）、瞬時値が決定される目標歩容 (今回歩 容）は、それを簡潔にいえば、前記単純ィ匕モデル上において、その運動が発生する 慣性力と重力との合力が目標 ZMPまわりに発生するモーメントの水平成分が 0になり 、また、その合力の並進力鉛直成分が目標床反力鉛直成分に釣り合うような歩容で ある。
[0149] 次 、で、 S024に進んで、変位次元歩容補正サブルーチンを実行する。この変位 次元歩容補正サブルーチンは、本発明の中核に係わるものであり、以下に詳細に説 明する。
[0150] 前記単純化モデルを用いた目標歩容の生成処理では、今回歩容 (発散しな!、今回 歩容）を安定にリアルタイムで決定できるという利点がある反面、生成される歩容の動 力学的な近似精度が低い。このため、本発明の実施形態では、単純ィ匕モデルよりも 動力学的精度の高いフルモデルを使用して、歩容の一部（目標上体位置姿勢、目標 ZMPまわりのモーメント）を補正する。この場合、単純化モデル歩容の動力学的近似 精度が低いこと、フルモデルの非線形性が強いことなどのために、単純ィ匕モデル歩 容をフルモデルに入力するようにすると、単純化モデル歩容の補正が適正に行われ ずに、ロボット 1の継続的な運動を行い得ない歩容が生成されてしまうなどの不具合 が生じる場合がある。特に、ロボット 1の走行のように脚体 2の運動が短い時間内で大 きく変化するような歩容を生成する場合には、単純ィ匕モデルでは考慮されて 、な ヽ 各脚体 2の膝関節の曲げ動作などに伴う慣性力の変化の影響が大きくなつて、単純 化モデル歩容の動力学的な近似精度が低下し、上記の不具合が生じやすくなる。そ して、このような不具合を解消するために、例えば各脚体 2に複数の質点をもつ動力 学モデルを構築したり、さらには上体などの、ロボットの 1つ以上のリンクにイナーシャ (慣性モーメント）をもつ動力学モデルを構築し、それを単純ィ匕モデルとして用いるこ とで、単純ィ匕モデル歩容の動力学的近似精度を高めることが考えられる。しかし、こ のようにした場合には、単純ィ匕モデルの非線形性が高まって、定常歩容につながる 今回歩容の歩容パラメータ（ロボット 1の運動の継続性を確保し得る歩容パラメータ） を安定して適正に見出すことが困難となる場合があると共に、その演算処理に時間 がかかり、ひいては、適正な歩容をリアルタイムに生成することが困難となる。
[0151] そこで、本実施形態 (第 1実施形態)を含む本発明の各実施形態では、第 1および 第 2変位次元補正用モデルを用いて、目標 ZMPや床反力を含む動力学方程式を 用いることなぐ第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置 (質点とイナ一 シャをもつリンクの位置、姿勢）に関する幾何学的な処理 (位置と姿勢との変位の次 元での処理）によって、単純ィヒモデル歩容の一部の運動（具体的には上体位置姿勢 )のみを補正するようにした。そして、それによつて、単純化モデル歩容よりも動力学 的精度の高い歩容、詳しくは、その歩容の運動によってロボット 1が発生する実際の 慣性力と重力との合力の並進力成分がより高精度に目標床反力の並進力成分に釣 り合い、且つ、該合力が目標 ZMPまわりに作用するモーメントの水平成分がより高精 度に 0になるような歩容を生成するようにした。
[0152] 但し、動力学的な精度を高めることだけに着目して、単純ィ匕モデル歩容の上体位 置および上体姿勢の両者を補正した場合、上体姿勢が変動し過ぎる恐れがある。こ こで、ロボット 1の上体 3は一般に他の部位に比して重いと共にイナ一シャが大きいの で、上体姿勢が頻繁に変動するような歩容でロボット 1の運動を行うと、股関節に過大 なモーメントが発生する。その結果、股関節用ァクチユエータに過大な負荷が掛かつ たり、股関節部分およびその近辺が橈んで振動し、ロボット 1の姿勢が急速に不安定 になりやすい。また、ロボット 1の頭部 4などに視覚装置として撮像装置を搭載した場 合には、その揺れが生じやすくなつて、該撮像装置による環境認識を正確に行うこと が困難となる。
[0153] 一方、例えば比較的摩擦係数の大き!/、床上でロボット 1の歩行を行う目標歩容を生 成する場合には、主に上体 3の並進運動の調整によって、ロボット 1のスリップを生じ ることなく目標 ZMPを満足する歩容を生成することが可能である。従って、単純化モ デル歩容の上体姿勢および上体位置のうち、主に上体位置を補正することで、目標
ZMPを満足しつつ動力学的な精度を高めることが可能である。他方、比較的摩擦係 数の小さい床上でロボット 1の歩行を行う場合や、ロボット 1の走行のように、目標床反 力鉛直成分が 0もしくは微小となる時期をもたざるを得ない目標歩容を生成する場合 には、目標 ZMPを満足するために上体姿勢のある程度の変動は避けられない。これ は、ロボット 1の上体 3の並進運動によって発生し得る慣性力の水平成分 (より正確に は床面に平行な成分)が制限を受け、その制限内での上体 3の並進運動の調整だけ では、目標 ZMPを満足することが困難となるからである。
[0154] このようなことから、第 1実施形態を含む本発明の各実施形態では、ロボット 1の目 標歩容における運動形態や床の摩擦状態を考慮しつつ、前記第 1変位次元補正用 モデルと第 2変位次元補正用モデルとを用いて、できるだけ上体姿勢の変動を抑え ながら動力学的な精度を高められるように単純化モデル歩容の上体位置姿勢を補正 することとした。
[0155] このように単純化モデル歩容の上体位置姿勢を補正するために用いる第 1および 第 2変位次元補正用モデルは、通常、ロボット 1のいくつかの部位に対応する質点を 同じように備え、あるいは、質点とイナ一シャを持つリンク（上体 3など）とを同じように 備える。そして、両変位次元補正用モデルは、単純ィ匕モデルよりも多くの質点を有し 、あるいは、単純ィ匕モデルが持たないイナ一シャを持つ。なお、本明細書の各実施 形態における両変位次元補正用モデルでは、単純化モデル歩容の上体位置姿勢を 補正するために、いずれも上体 3に対応する質点とイナ一シャをもつ上体リンクとが含 まれる。
[0156] この場合、第 1変位次元補正用モデルでは、各質点の相互の位置関係ある!ヽはィ ナーシャを持つリンク (上体 3など)の姿勢にある適当な拘束条件が付加される。
[0157] より詳しく説明すると (ここでは第 1実施形態に限らない一般的な説明を行う）、生成 した単純化モデル歩容の各部位の位置姿勢の瞬時値 (瞬時運動）に応じて、第 1変 位次元補正用モデルの各質点の位置が決定される。このとき、第 1変位次元補正用 モデル力 ロボット 1の 1つ以上のリンク（上体 3など）にイナ一シャをもつモデルである 場合には、そのリンクの姿勢角も決定される。ただし、第 1変位次元補正用モデルで は、各質点の位置関係、あるいはイナ一シャを持つリンク（上体 3など）の姿勢にある 適当な幾何学的拘束条件が付加されており、これによつて、単純化モデル歩容の各 部位の位置姿勢の瞬時値 (瞬時運動）に応じて、第 1変位次元補正用モデルの各質 点の位置や、イナ一シャをもつリンクの姿勢角を決定したとき、単純化モデル歩容の 床反力と同じような床反力が第 1変位次元補正用モデルでも発生するようにする。第 1実施形態では、このような幾何学的拘束条件として、前記幾何学的拘束条件（1)が 第 1変位次元補正用モデルに付加されて!、る。
[0158] さらに、第 1変位次元補正用モデルで設定された幾何学的拘束条件を持たない第 2変位次元補正用モデルに対し、第 1変位次元補正用モデルとの間で、次の条件 1 , 2を満足するような第 2変位次元補正用モデルの各質点の位置 (あるいは各質点の 位置とイナ一シャをもつリンクの姿勢角）が、第 2変位次元補正用モデルの第 1要素 配置として仮決定される。
[0159]
条件 1)第 1変位次元補正用モデルの全体重心の位置と第 2変位次元補正用モデル の全体重心の位置とはほぼ一致する。
条件 2)ある点 Qを定めたとき、第 1変位次元補正用モデルに対する第 2変位次元補 正用モデルの、点 Qのまわりの角運動量積の総和がある一定値 (所定値）になる。
[0160]
ここで、条件 1は、両変位次元補正用モデルで並進床反力もしくは全体重心の運 動によって発生する慣性力がほぼ同じになるための条件である。条件 1は別の言い 方をすれば、第 1変位次元補正用モデルの各質点の位置とこれに対応する第 2変位 次元補正用モデルの質点の位置との差 (位置ベクトルの差）のベクトルを該質点の並 進加速度とみなしたときに、各質点が発生する慣性力の並進力成分 (質点の質量 * 並進加速度）の、全ての質点についての総和がほぼ 0になるという条件と等価である
[0161] また、条件 2に関する前記角運動量積は、各変位次元補正用モデルの各質点に対 する基準位置をそれぞれ任意に定め、また、前記点 Qの位置を任意に定めたとき、 その各質点毎に以下の如く定義されるものである。さらに、各変位次元補正用モデ ルカ Sイナ一シャを持つ場合 (ある 1つ以上のリンクにイナ一シャが設定されている場合 )には、そのイナ一シャをもつ各リンクに対する基準姿勢角をそれぞれ任意に定めた とき、その各リンク毎に以下の如く定義されるものである。
[0162] すなわち、各変位次元補正用モデルの質点に係る角運動量積は、点 Qとその質点 に対応する基準位置の点とを結ぶ線分 (その線分のベクトル)と、該質点の該基準点 力もの位置のずれ (その位置ずれのベクトル)との外積に、該質点の質量を乗算した ものに相当するものである。なお、この場合、上記外積と質量との積に比例関係を有 するもの、あるいは該外積と質量との積に近似的に等しいものを当該質点に係る角 運動量積と定義してもよい。また、各変位次元補正用モデルの、イナ一シャを持つリ ンクに係る角運動量積は、そのリンクの姿勢角の、該リンクに対応する基準姿勢角か らのずれと該リンクのイナーシャとの積に相当するものである。なお、この場合、リンク の姿勢角の基準姿勢角からのずれとイナーシャとの積に比例関係を有するもの、あ るいは該積に近似的に等しいものを当該リンクに係る角運動量積と定義してもよい。
[0163] また、各変位次元補正用モデルの質点に係る角運動量積について補足すると、任 意の質点に係る角運動量積は、質点と前記所定の点とを結ぶ線分と、その質点に対 する基準点と前記所定の点とを結ぶ線分とのなす角度に対して単調に変化する関数 (単調増加関数または単調減少関数)となる。
[0164] このように角運動量積を定義したとき、条件 2は、より詳しく言えば、第 1変位次元補 正用モデルの各質点の位置を、第 2変位次元補正用モデルの各質点に対応する基 準位置とし、また、第 1変位次元補正用モデルのイナ一シャをもつ各リンクの姿勢角 を、第 2変位次元補正用モデルのイナ一シャを持つ各リンクの基準姿勢角としたとき の、第 2変位次元補正用モデルの角運動量積の総和がある一定値になる、という条 件である。
[0165] また、別の言!、方をすれば、条件 2は、第 1変位次元補正用モデルの各質点の位 置とこれに対応する第 2変位次元補正用モデルの質点の位置との差 (位置ベクトル の差）のベクトルを該質点の並進加速度とみなし、また、両変位次元補正用モデルの イナ一シャをもつ各リンクの姿勢角の差を該リンクの角加速度とみなしたときに、各質 点が発生する慣性力の並進力成分が点 Qのまわりに作用するモーメントとイナーシャ をもつ各リンクの慣性力（回転運動の慣性力）が点 Qまわりに作用するモーメントとの 総和がある一定値 (所定値）になる、という条件と等価である。
[0166] そして、本明細書で詳説する実施形態では、上記点 Qは例えば目標 ZMPに設定 される。なお、点 Qは、目標 ZMPに限られるものではないが、これについては後に補 足する。
[0167] さらに、本明細書の第 1および第 2実施形態では、第 2変位次元補正用モデルに対 して、ロボット 1の上体姿勢を単純ィ匕モデル歩容での姿勢に規制した上で、第 1変位 次元補正用モデルとの間で、前記条件 2を満足するような第 2変位次元補正用モデ ルの各質点の位置 (あるいは各質点の位置とイナ一シャをもつリンクの姿勢角）が第 2 変位次元補正用モデルの第 2要素配置として仮決定される。そして、ロボット 1の目標 歩容における運動形態や床の摩擦状態に応じた重みを用いて、前記第 1要素配置 に対応する上体姿勢と前記第 2要素配置に対応する上体姿勢との重み付け平均が 、変位次元補正上体姿勢として決定されると共に、第 1要素配置に対応する上体位 置と第 2要素配置に対応する上体位置との重み付け平均が変位次元補正上体位置 として決定される。あるいは、本明細書の第 3実施形態では、第 2変位次元補正用モ デルに対して、ロボット 1の目標歩容における運動形態や床の摩擦状態とに応じた重 みを用いて、ロボット 1の上体姿勢を、前記第 1要素配置に対応する上体姿勢と単純 化モデル歩容の上体姿勢との重み付け平均に規制した上で、前記条件 2を満足する ような第 2変位次元補正用モデルの各質点の位置 (ある 、は各質点の位置とイナ一 シャをもつリンクの姿勢角）が第 2変位次元補正用モデルの第 2要素配置として決定 される。そして、この第 2要素配置に対応する上体位置姿勢が、そのまま変位次元補 正上体位置姿勢として決定される。
[0168] 本明細書の各実施形態では、上記した如ぐ第 1変位次元補正用モデルおよび第 2変位次元補正用モデルを用いて、単純化モデル歩容の目標上体位置姿勢を補正 してなる変位次元補正上体位置姿勢が求められる。前記図 6のフローチャートの S02 4の処理は、上記の如く変位次元補正上体位置姿勢を求める処理である。 [0169] 以下、第 1実施形態の説明に戻って、該第 1実施形態での S024のサブルーチン 処理を図 10を参照して具体的に説明する。なお、ここでは、本明細書の実施形態の 理解の便宜上、サジタルプレーン (X軸、 Z軸を含む平面）上での上体位置姿勢の補 正 (変位次元補正上体位置姿勢の算出）について説明し、ラテラルプレーン (Y軸、 Z 軸を含む平面）上での上体位置姿勢の補正に関しては省略する。
[0170] まず、 S100において、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次元補正用モデルと の間の重心に関する前記条件 1と、角運動量積に関する前記条件 2とを満足するよう に第 1仮補正上体位置姿勢 (Pb21, 0 b21) (第 1仮補正上体位置 Pb21と第 1仮補正 上体姿勢 Θ b21との組)が決定される。より正確に言えば、両モデル間での前記条件 1, 2を満足するように第 2変位次元補正用モデルの前記第 1要素配置が決定され、 その第 1要素配置における上体質点 A1の位置および上体リンクの姿勢に対応する ロボット 1の上体位置姿勢が前記第 1仮補正上体位置姿勢 (Pb21, Θ b21)として決定 される。
[0171] この S100の処理は、図 11のサブルーチン処理によって実行される。以下説明する と、まず、 S200において、今回時刻（現在時刻） tでの単純ィ匕モデル歩容の瞬時値（ 目標上体位置姿勢などの目標運動の瞬時値)を基に、第 1変位次元補正用モデル の各質点 A1— A5の位置と、イナ一シャをもつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角とを求め る。具体的には、単純ィ匕モデル歩容でのロボット 1の全体重心の位置と、第 1変位次 元補正用モデル上でのロボット 1の全体重心の位置とが等しくなるように第 1変位次 元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置が決定される。この場合、本実施形態で は、単純化モデル歩容でのロボット 1の全体重心の位置は、単純化モデルの上体質 点 3mの位置に一致するので、その位置は、単純化モデル歩容の目標上体位置姿 勢から一義的に定まる。そして、第 1変位次元補正用モデルでは、前記した通り各質 点 A1— A5の相対的位置関係が拘束されているので、それらの質点 A1— A5の全 体重心の位置（第 1変位次元補正用モデルでのロボット 1の全体重心の位置）を単純 化モデルの上体質点 3mの位置に一致させることで、各質点 A1— A5の位置が一義 的に決定されることとなる。また、第 1変位次元補正用モデルの上体リンクの姿勢角 は、単純化モデル歩容の上体姿勢角（本実施形態では鉛直姿勢)と同一とされる。こ れにより単純ィ匕モデル歩容の瞬時運動 (今回時刻 tの瞬時値)から、第 1変位次元補 正用モデルに係る前記幾何学的拘束条件（1)に従って、第 1変位次元補正用モデ ルの各要素の配置が決定されることとなる。なお、この第 1変位次元補正用モデルの 要素の配置は、本発明の第 1発明における「第 1の配置」に相当するものである。
[0172] 次いで、 S202からの処理が実行され、第 1変位次元補正用モデルに対して前記条 件 1、 2を満たすような第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置と、イナ 一シャをもつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角との組、すなわち、第 2変位次元補正用モ デルの前記第 1要素配置が探索的に決定され、その第 1要素配置における上体質 点 A1および上体リンクの姿勢に対応するロボット 1の上体位置姿勢が第 1仮補正上 体位置姿勢 (Pb21, 0 b21)として決定される。
[0173] さらに詳細には、まず、 S202において、第 1仮補正上体位置姿勢の初期候補 (P b21_s, Θ b21_s)を決定する。初期候補 (Pb21_s, Θ b21_s)は、今回時刻 t (現在時刻 t )での第 1仮補正上体位置 Pb21および第 1仮補正上体姿勢 Θ b21の概略的な予想値 に相当するものであり、例えば次のように決定される。すなわち、今回時刻 tでの第 1 仮補正上体位置 Pb21と単純ィ匕モデル歩容の上体位置 Pbとの差分 (位置のずれ量） は、前回時刻（前回の制御周期の時刻） t-A tでの Pb21と Pbとの差分に近いと考えら れる。同様に、今回時刻 tでの第 1仮補正上体姿勢 Θ b21と単純化モデル歩容の上 体姿勢 Θ bとの差分（姿勢角のずれ量）は、前回時刻 t - A tでの Θ b21と Θ bとの差分 に近いと考えられる。そこで、初期候補（Pb21_s, 0 b21_s)を、今回時刻 tでの Pb, 0 b と、前回時刻 t A tでの Pb, 0 bの値 Pb_p, 0 b_pと、前回時刻 t A tでの Pb21, Θ b21の値 Pb21_p, Θ b21_pと力も次式により決定する。
[0174]
Pb21_s = Pb+ (Pb21_p-Pb_p) …式 04a
Θ b21_s= Θ b+ ( Θ b21_p- Θ b_p) …式 05a 次いで、 S204を経て、 S206— S216のループ処理を実行する。 S206では、第 1 仮補正上体位置姿勢の現在の候補（Pb21— s, Θ b21_s)と、今回時刻 tでの単純化モ デル歩容の目標両足平位置姿勢とを基に、第 2変位次元補正モデルでの各質点 A1 一 A5の位置を求める。この場合、第 2変位次元補正用モデルでのロボット 1の上体 3 の位置姿勢が現在の候補 (Pb21_s, Θ b21_s)に一致し、且つ、第 2変位次元補正用 モデルでのロボット 1の各足平 22の位置姿勢が単純化モデル歩容の目標足平位置 姿勢に一致しているとして、各質点 A1— A5の位置が求められる。別の言い方をす れば、単純化モデル歩容の瞬時運動のうちの、上体位置姿勢の瞬時値のみを候補（ Pb21_s, Θ b21_s)で置き換えた瞬時運動から、前記幾何学的拘束条件（2)に従って 、第 2変位次元補正用モデルにおける各質点 A1— A5の位置が求められる。
[0175] 具体的には、足平質点 A3, A4の位置は、目標足平位置姿勢から決定される。ま た、上体質点 A1の位置は、候補 (Pb21_s, Θ b21_s)から決定され、上体 3 (上体リンク )の姿勢角は Θ b21_sと同一とされる。そして、各大腿質点 A2, A3の位置は、目標両 足平位置姿勢と候補 (Pb21_s, Θ b21_s)とから定まるロボット 1の各脚体 2の姿勢から 決定される。補足すると、前記したように本明細書の実施形態のロボット 1では、各脚 体 2はそれぞれ 6自由度を有するので、両足平 22, 22および上体 3の位置姿勢が定 まれば、各脚体 2の各部の位置姿勢も一義的に定まる。従って、第 2変位次元補正 用モデルの上体質点 A1の位置、上体リンクの姿勢角、両足平質点 A4, A5の位置 が定まれば、各大腿質点 A2, A3の位置が一義的に定まる。
[0176] 次いで、 S208に進み、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次元補正用モデルと の間での全体重心の位置のずれ Gc_err (以下、モデル間全体重心ずれ Gc_errと!、う） と、第 1変位次元補正用モデルに対する第 2変位次元補正用モデルの角運動量積 の総和のずれ量し err (以下、モデル間角運動量積ずれし errという）とを求める。この 処理を以下により具体的に説明する。なお、以下の説明では、第 1および第 2変位次 元補正用モデルの各質点 A1— A5の質量をそれぞれ mi (i= l, 2, · ··, 5)、位置 (位 置ベクトル)を一般的に Pilもしくは Pi2 (i= l, 2, · ··, 5)で表す。 Pilは第 1変位次元 補正用モデルの質点 Aiの位置、 Pi2は第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiの位置 を一般的に示す符号である。また、第 1および第 2変位次元補正用モデルでの上体 3 (上体リンク)の姿勢角をそれぞれ一般的に 0 bl、 0 b2で表す。本実施形態では、 Θ blは、単純化モデル歩容の目標上体姿勢 0 b (鉛直姿勢)と同一である。
[0177] モデル間全体重心ずれ Gc_errおよびモデル間角運動量積ずれし errは、それぞれ 例えば次式 06, 07により算出される。
[0178]
Gc— err =∑ (mi * (Pi2— Pil)) · · ·式 06
L— err =∑ (mi * (Pil—Q) * (Pi2— Pil》 +Ib * ( 0 b2— 0 bl) + Const · · ·式 07 ここで、これらの式の∑はそれに続く括弧内の部分の、全ての質点 Ai (i= l, 2,… , 5)についての総和を意味する。また、式 07の「Const」は、あら力じめ定めた所定値 であり、前記条件 2における「一定値」（所定値）に相当するものである。また、式 07の Qは、本実施形態では、単純化モデル歩容の目標 ZMPの位置と同一である。
[0179] これらの式 06, 07において、式 06の右辺は、第 1変位次元補正用モデルの各質 点 A1— A5の位置 Pil (i= l, 2, · ··, 5)により定まる全体重心の位置と第 2変位次元 補正用モデルの各質点 A1— A5の位置 Pi2 (i= l, 2, · ··, 5)により定まる全体重心 の位置とのずれを意味している。従って、モデル間全体重心ずれ Gc_errの値が 0 (0 ベクトル)もしくはほぼ 0であれば、前記条件 1が満たされることとなる。
[0180] また、式 07の右辺から「Const」を除いた項は、第 1変位次元補正用モデルに対す る第 2変位次元補正用モデルの角運動量積の総和を意味する。別の言!、方をすれ ば、式 07の右辺から「Const」を除いた項は、第 1変位次元補正用モデルの各質点 A 1一 A5の位置 Pil (i= l, 2, · ··, 5)を第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5 の基準位置とし、且つ、第 1変位次元補正用モデルの上体 3 (上体リンク)の姿勢角を 、第 2変位次元補正用モデルの上体 3 (上体リンク)の基準姿勢角としたときの、第 2 変位次元補正用モデルの角運動量積の総和を意味する。
[0181] 従って、モデル間角運動量積ずれし errの値が常に 0もしくはほぼ 0であれば前記 条件 2が満たされることとなる。
[0182] ここで式 07の右辺の∑に続く括弧内の項にっ 、て補足すると、 (Pil-Q) * (Pi2— P il)は、点 Qと質点 Aiとを結ぶ線分のベクトルと、第 1変位次元補正用モデルの質点 A iに対する第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiの位置ずれのベクトルとの外積であ る。それを視覚的に表現すれば、（Pil— Q) * (Pi2— Pil)は、図 13に示す如ぐ斜線も しくは網掛けを付した各三角形の面積の 2倍の大きさの量に相当する。なお、図 13で は、第 1および第 2変位次元補正用モデルのそれぞれにおける質点 Ai (i= l, 2,… , 5)の位置 Pil, Pi2を Pil(Ai),Pi2(Ai)というように記載している。
[0183] また、角運動量積に関する式 07に関しては、これの代わりに、次式 08— 10のいず れかを用いてもよい。
[0184]
L— err=∑(Ci * mi *角度 (Pil— Q— Pi2))+Ib * ( 0 b2- Θ bl) + Const …式 08
L_err=∑ (mi * (質点 Aiの水平成分変位 *高さ》
+Ib * ( 0 b2- 0 bl) + Const …式 09
L_err=∑ (mi * (質点 Aiの水平成分変位 *高さ) * C (質点 Aiの高さ)）
+Ib * ( 0 b2- 0 bl) + Const …式 10 ここで、式 08中の「角度 (Pil_Q_Pi2)」は、第 1変位次元補正用モデルの質点 Aiと点 Q とを結ぶ線分と、第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiと点 Qとを結ぶ線分とのなす 角度を意味する。また、式 08中の「Ci」は所定の係数であり、その値は、 Ci * mi *角 度 (Pil_Q_Pi2)力 両変位次元補正用モデルの質点 Aiと点 Qとで形成される三角形の 面積の 2倍にほぼ等しくなるように決定される。また、式 09および 10における「質点 A iの水平成分変位」は、第 1変位次元補正用モデルの質点 Aiと第 2変位次元補正用 モデルの質点 Aiとの位置ずれ (Pi2— Pil)の水平成分を意味し、「高さ」は第 1または 第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiの点 Qに対する相対高さ、すなわち、 Pil— Qま たは Pi2— Qの鉛直成分を意味する。また、式 10の「C (質点 Aiの高さ)」は、第 1または 第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiの点 Qに対する相対高さ（Pil— Qまたは Pi2— Q の鉛直成分)のある関数値を意味する。この場合、関数値 C (質点 Aiの高さ)は、基本 的には、質点 Aiの高さが高いほど、値が小さくなるような単調関数であることが好適 である。
[0185] 角運動量積に関する上記式 07— 10のいずれを用いても、その式の右辺の「Const 」を除いた項は、角運動量積の総和にほぼ比例する力もしくは概ね等しいものとなる 。なお、式 07— 10の「Const」は一般には互いに相違する。
[0186] 補足すると、前記式 07— 10の右辺の∑に続く各項は、第 1変位次元補正用モデ ルの質点 Aiと点 Qとを結ぶ線分と、第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiと点 Qとを 結ぶ線分とのなす角度 (Pil_Q_Pi2)に対してほぼ単調に変化する関数となる。
[0187] 本実施形態では、 S208において、前記式（6)の Pilに S200で求めた第 1変位次 元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置を代入すると共に、同式（6)の Pi2に、 S2 06で求めた各質点 A1— A5の位置を代入することで、モデル間重心位置ずれ G c_errが算出される。また、前記式（7)の Pil, Pi2を式 (6)と同じにすると共に、 Θ blに S200で求めた上体姿勢 (本実施形態では鉛直姿勢)を代入し、さらに、 0 b2に第 1 仮補正上体姿勢の候補の現在値 Θ b21を代入することで、モデル間角運動量積ず れ Lc_errが算出される。
[0188] 上述のよう〖こ S208〖こおいて、モデル間全体重心ずれ Gc_errとモデル間角運動量 積ずれし errを求めた後、 S210に進んで、 Gc_errとし errとが 0近傍の所定の範囲内 にある力否かが判断される。そして、この判断結果が YESである場合には、 S212を 経て、後述の S218に進む。一方、その判断結果が NOである場合には、 S214に進 んで、第 1仮補正上体位置姿勢の現在の候補 (Pb21_s, Θ b21_s)の近辺に複数の仮 候補（Pb21— s+ A Pb21x, Θ b21— s)、（Pb21— s+ A Pb21z, Θ b21— s)ゝ（Pb21— s, Θ b21_s+ Δ 0 b21)を決める。 A Pb21x、 A Pb21yはそれぞれ第 1仮補正上体位置の候 補 Pb2 l_sを現在値力も X軸方向、 Y軸方向に微小量変化させるための所定値であり 、 Δ 0 b21は第 1仮補正上体姿勢の候補 0 b21を Y軸まわりに微小量変化させるため の所定値である。そして、これらの各仮候補に対して、前記 S206、 S208と同じ処理 を実行して、モデル間全体重心ずれ Gc_errとモデル間角運動量積ずれし errとを求 める。この S214の処理は、第 1仮補正上体位置姿勢の候補（Pb21_s, Θ b21_s)を現 在値から変化させたときの Gc_errとし errとの変化の度合いを観測するための処理で ある。
[0189] 次いで、 S216に進んで、 S208および S214で求めた Gc_err、 L_errを基に、それら の値が 0に近づくように第 1仮補正上体位置姿勢の新たな候補を決定し、それを (P b21_s, Θ b21_s)に代入する。新たな候補は、例えばヤコビアン (感度マトリクス）を用 いて決定される。そして、 S206からの処理が再び実行される。
[0190] 以上のようにして、 S206— S216のループ処理〖こよって、 Gc_errとし errとが 0近傍 の所定の範囲内に収まるような第 1仮補正上体位置姿勢、換言すれば、前記条件 1 , 2を満たすような第 1仮補正上体位置姿勢が探索的に求められる。補足すると、 S2 10の条件が満たされたときの第 1仮補正上体位置姿勢と、この S210の直前の S206 で求められた各質点の位置との組が、前記第 1要素配置に相当するものとなる。また 、この第 1要素配置は、本発明の第 1発明における「第 2の配置」に相当するものであ る。
[0191] そして、 S210の判断結果が YESになると、 S212を経て S218に進み、現在の b21_s, 0 b21_s)が今回時刻 tにおける第 1仮補正上体位置姿勢 (Pb21, 0 b21)とし て決定される。これにより、単純化モデル歩容の上体位置姿勢を前記条件 1, 2を満 たすように補正してなる歩容 (以下、第 1仮補正歩容と 、うことがある）が得られることと なる。この第 1仮補正歩容は、単純化モデル歩容のうちの、目標上体位置姿勢のみ を補正したものであり、目標足平位置姿勢、目標 ZMP、目標床反力鉛直成分など、 目標歩容の他の構成要素は単純ィ匕モデル歩容と同一である。また、この第 1仮補正 歩容の運動は、 S210の条件が満たされたときの第 2変位次元補正用モデルの配置 (前記第 1要素配置)から、前記幾何学的拘束条件 (2)に従って決定される瞬時目標 運動と同じである。また、この第 1仮補正歩容の運動は、本発明の第 1発明における 第 1の仮補正瞬時目標運動に相当する。従って、 S100の処理によって、本発明の 第 1発明おける第 1仮補正運動決定手段が構成されていることとなる。
[0192] 以上が S100のサブルーチン処理である。
[0193] 図 10のフローチャートの説明に戻って、上述したように S100の処理を実行した後、 S 102の処理が実行される。この S102の処理では、第 2変位次元補正用モデルでの 上体姿勢を単純ィヒモデル歩容の瞬時値 (今回時刻 tでの瞬時値）における上体姿勢 と同一にして、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次元補正用モデルとの間の角 運動量積に関する前記条件 2を満足するように第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22) (第 2仮補正上体位置 Pb22と第 2仮補正上体姿勢 Θ b22との組)が決定される。 より正確に言えば、第 2変位次元補正用モデルでの上体姿勢を単純化モデル歩容 の上体姿勢と同一にした上で、両モデル間での前記条件 2を満足するように第 2変位 次元補正用モデルの前記第 2要素配置が決定され、その第 2要素配置における上 体質点 A1の位置および上体リンクの姿勢に対応するロボット 1の上体位置姿勢が前 記第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22)として決定される。なお、この S 102の処理 では、第 2仮補正上体姿勢 Θ b22は、単純化モデル歩容の上体姿勢と同一にされる ので、該 S102の処理は、実質的には、条件 2を満足するように第 2仮補正上体位置 Pb22を決定する処理であると言える。
[0194] この S 102の処理は、図 12のサブルーチン処理によって実行される。以下説明する と、まず、 S300において、今回時刻（現在時刻） tでの単純ィ匕モデル歩容の瞬時値（ 目標上体位置姿勢などの目標運動の瞬時値)を基に、第 1変位次元補正用モデル の各質点 A1— A5の位置と、イナ一シャをもつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角とを求め る。この処理は、図 11の S200の処理と同じであり、求められる第 1変位次元補正用 モデルの各要素の配置も S200の処理で求められるものと同一である。従って、 S20 0で求めた第 1変位次元補正用モデルの各要素の配置を、そのまま図 12のサブル 一チン処理で用いるようにすれば、 S 300の処理は省略してもよ!/、。
[0195] 次いで、 S302からの処理が実行され、第 1変位次元補正用モデルに対して前記条 件 2を満たすような第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置と、イナ一 シャをもつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角との組、すなわち、第 2変位次元補正用モデ ルの前記第 2要素配置が探索的に決定され、その第 2要素配置における上体質点 A 1および上体リンクの姿勢に対応するロボット 1の上体位置姿勢が第 2仮補正上体位 置姿勢 (Pb22, Θ b22)として決定される。但し、この場合、第 2仮補正上体姿勢 Θ b22 は、単純ィ匕モデル歩容の瞬時値 (今回時刻 tの瞬時値）と同一とされる。従って、 S30 2からの処理は、実質的には、第 2仮補正上体位置 Pb22を前記条件 2を満たすように 決定する処理である。
[0196] さらに詳細には、まず、 S302において、第 2仮補正上体位置姿勢の初期候補 (P b22_s, Θ b22_s)を決定する。すなわち、初期候補（Pb22_s, Θ b22_s)のうちの、 P b22— sを、今回時刻 tでの単純化モデル歩容の上体位置 Pbと、前回時刻 t A tでの単 純化モデル歩容の上体位置の値 Pb_pと、前回時刻 t - Δ tでの第 2仮補正上体位置 の値 Pb22_pと力も次式 04bにより決定すると共に、今回時刻 tでの単純ィ匕モデル歩容 の上体姿勢 Θ bから次式 05bにより決定する。
[0197]
Pb22_s = Pb+ (Pb22_p-Pb_p) …式 04b
0 b21_s= 0 b …式 05b 従って、第 2仮補正上体位置の初期候補 Pb22_sは、前記 S202で先に説明したよう に決定される第 1仮補正上体位置の初期候補 Pb21_sと同様に決定される一方、第 2 仮補正上体姿勢の初期候補 Θ b22_sは、単純化モデル歩容の上体姿勢と同一とされ る。
[0198] 次いで、 S304を経て、 S306— S316のループ処理を実行する。 S306では、第 2 仮補正上体位置姿勢の現在の候補（Pb22— s, Θ b22_s)と、今回時刻 tでの単純化モ デル歩容の目標両足平位置姿勢とを基に、第 2変位次元補正モデルでの各質点 A1 一 A5の位置を求める。この処理は、候補（Pb22_s, Θ b22_s)の値以外は、前記 S206 と同じであり、今回時刻 tでの単純化モデル歩容の瞬時運動のうちの、上体位置姿勢 のみを候補 (Pb22_s, Θ b22_s)で置き換えた瞬時運動から、前記幾何学的拘束条件 (2)に従って、第 2変位次元補正用モデルにおける各質点 A1— A5が求められる。
[0199] 次いで、 S308に進み、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次元補正用モデルと の間でのモデル間角運動量積ずれし errを求める。この求め方は、前記 S208でモデ ル間角運動量積ずれを求める場合と同様である。すなわち、前記式（7)の Pilに S30 0で求めた第 1変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置を代入すると共に、 同式（7)の Pi2に、 S306で求めた各質点 A1— A5の位置を代入し、さらに、式（7)の Θ b2に第 2仮補正上体姿勢の候補の現在値 Θ b22 (=今回時刻 tの Θ b)を代入する ことで、モデル間角運動量積ずれ L errが算出される。なお、式（7)の代わりに前記 式 (8)—（10)を用いてもよい。
[0200] 次いで、 S310に進んで、 L_errが 0近傍の所定の範囲内にあるか否かが判断される 。そして、この判断結果が YESである場合には、 S312を経て、後述の S318に進む 。一方、その判断結果が NOである場合には、 S314に進んで、第 2仮補正上体位置 姿勢の現在の候補（Pb22_s, Θ b22_s)の近辺に、該候補の上体位置 Pb22_sのみを微 小量変化させた複数の仮候補（Pb22_s + Δ Pb22x, Θ b22_s)、 (Pb22_s + Δ Pb22z, 0 b221_s)を決める。 A Pb22x、 A Pb22yはそれぞれ第 1仮補正上体位置の候補 P b22_sを現在値力も X軸方向、 Y軸方向に微小量変化させるための所定値である。そ して、これらの各仮候補に対して、前記 S306、 S308と同じ処理を実行して、モデル 間角運動量積ずれし errとを求める。この S314の処理は、第 2仮補正上体位置姿勢 の候補 (Pb22_s, Θ b22_s)のうちの上体位置の候補だけを現在値力 変化させたとき のし errとの変化の度合いを観測するための処理である。
[0201] 次いで、 S316に進んで、 S308および S314で求めた L_errを基に、その値が 0に近 づくように第 2仮補正上体位置姿勢の新たな候補を決定し、それを (Pb22_s, Θ b22_s )に代入する。新たな候補は、例えばヤコビアン (感度マトリクス）を用いて決定される 。そして、 S306からの処理が再び実行される。
[0202] 以上のようにして、 S306— S316のループ処理〖こよって、第 2仮補正上体姿勢を単 純ィ匕モデル歩容の上体姿勢と同じにした状態で、 L_err力 ^近傍の所定の範囲内に 収まるような第 2仮補正上体位置、換言すれば、前記条件 2を満たすような第 2仮補 正上体位置が探索的に求められる。補足すると、 S310の条件が満たされたときの第 2仮補正上体位置姿勢と、この S310の直前の S306で求められた各質点の位置との 組が、前記第 2要素配置に相当するものとなる。また、この第 2要素配置は、本発明 の第 1発明における「第 3の配置」に相当するものである。
[0203] そして、 S310の判断結果が YESになると、 S312を経て S318に進み、現在の b22_s, 0 b22_s)が今回時刻 tにおける第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, 0 b22)とし て決定される。これにより、単純ィヒモデル歩容の上体位置を前記条件 2を満たすよう に補正してなる歩容 (以下、第 2仮補正歩容ということがある）が得られることとなる。こ の第 2仮補正歩容は、単純化モデル歩容のうちの、目標上体位置のみを補正したも のであり、目標上体姿勢、目標足平位置姿勢、目標 ZMP、目標床反力鉛直成分な ど、目標歩容の他の構成要素は単純ィ匕モデル歩容と同一である。また、この第 2仮 補正歩容は、 S310の条件が満たされたときの第 2変位次元補正用モデルの配置（ 前記第 2要素配置)から、前記幾何学的拘束条件 (2)に従って決定される瞬時目標 歩容と同じである。また、この第 2仮補正歩容の運動は、本発明の第 1発明における 第 2の仮補正瞬時目標運動に相当する。従って、 S102の処理によって、本発明の 第 1発明における第 2仮補正運動決定手段が構成されていることとなる。
[0204] 以上が S 102のサブルーチン処理である。
[0205] 図 10のフローチャートの説明に戻って、上述したように S102の処理を実行した後、 S 104の処理が実行される。この処理では、前記第 1仮補正上体位置姿勢および第 2 仮補正上体位置姿勢から最終的に変位次元補正上体位置姿勢を決定するための 重み wlに関する基本値 wl_aim (以下、重み基本値 wl_aimという）が決定される。具体 的には、今回歩容に係るロボット 1の動作モードが前記走行モードである場合には、 wl_aim= l、前記低摩擦床面歩行モードである場合には、 wl_aim = 0.5、これら以外 の動作モード (すなわち前記通常モード)である場合には、 wl_aim=0とされる。
[0206] 次いで、 S106において、重み wlの値を現在値（前回時刻 t A tに決定された値） から、今回時刻 tの S 104で上記の如く決定した重み基本値 wl_aimに徐々に近づける ように決定する。具体的には、例えば、重み wlの現在値と重み基本値 wl_aimとの差 に所定の係数値 (0<係数値く 1)を乗算したものを、重み wlの現在値に加えること で、今回時刻 tでの重み wlを決定する。このようにすることで、重み wlは、重み基本 値 wl_aimに応答遅れを伴いつつ徐々に追従するように決定される。これは、ロボット 1 の動作モードが変わって、重み基本値 wl_aimが変わったときに、重み wlの値の急変 (不連続な変ィ匕）を避けるための処理である。なお、重み wlは、重み基本値 wl_aimが 定常的に同じ値に維持されれば、最終的にその重み基本値 wl_aimと同じ値に維持さ れることとなる。
[0207] 次いで、 S108において、他のもう一つの重み w2が決定される。この重み w2は、先 に決定した重み wlとの和が 1になるように決定される。すなわち、重み w2は、次式 11 により決定される。
[0208]
w2 = l——wl · ·· 丄 1 次いで、 S110において、今回時刻 tの変位次元補正上体位置姿勢 (Pb2, Θ b2)が 最終的に、次式により決定される。
[0209]
Pb2 =wl * Pb21 +w2 * Pb22 ···式 12
0 b2=wl * 0 b21 +w2 * 0 b22 ···式 13
すなわち、変位次元補正上体位置 Pb2は、今回時刻 tで、前述の如く求めた第 1仮 補正上体位置 Pb21、第 2仮補正上体位置 Pb22にそれぞれ重み wl, w2を乗じたもの の総和、換言すれば、第 1仮補正上体位置 Pb21、第 2仮補正上体位置 Pb22の重み 付き平均値として求められる。また、変位次元補正上体姿勢 Θ b2は、第 1仮補正上 体姿勢 Θ b21、第 2仮補正上体姿勢 Θ b22にそれぞれ重み wl, w2を乗じたものの総 和、換言すれば、第 1仮補正上体姿勢 Θ b21および第 2仮補正上体姿勢 Θ b22の重 み付き平均値として求められる。
[0210] 以上のようにして、変位次元歩容補正サブルーチンの処理が実行されて、変位次 元補正上体位置姿勢が求められる。これにより、単純化モデル歩容の上体位置姿勢 を補正してなる目標歩容 (以下、変位次元補正歩容と!、うことがある）が得られることと なる。この変位次元補正歩容は、単純化モデル歩容のうちの、目標上体位置姿勢の みを補正したものであり、目標足平位置姿勢、目標 ZMP、目標床反力鉛直成分など 、目標歩容の他の構成要素は単純ィ匕モデル歩容と同一である。
[0211] 補足すると、第 1実施形態における上記変位次元補正歩容の運動は、本発明の第 1発明における補正後瞬時目標運動に相当する。従って、 S024の変位次元歩容補 正サブルーチンの処理によって、該第 1発明における目標運動補正手段が構成され ることとなる。
[0212] ここで、単純化モデル歩容と、この単純化モデル歩容の上体位置姿勢を前記第 1 仮補正上体位置姿勢に補正してなる歩容 (前記第 1仮補正歩容)と、単純化モデル 歩容の上体位置姿勢を前記第 2仮補正上体位置姿勢に補正してなる歩容 (前記第 2 仮補正歩容)と、変位次元補正歩容との関係について図 14一図 16を参照して補足 説明をしておく。図 14は第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5)の 位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角を単純ィ匕モデル歩容通りに決定した場合 ( すなわち単純ィ匕モデル歩容を前記 S024で補正しな 、場合）における第 2変位次元 補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、該単純化モ デル歩容に対応して定まる第 1変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上 体 3 (上体リンク)の姿勢角との関係を例示して!/、る。この場合の第 2変位次元補正用 モデルの各質点 Aiの位置および上体 3の姿勢角、すなわち、第 2変位次元補正用モ デルの要素の配置は、別の言い方をすれば、単純化モデル歩容の瞬時運動から、 前記幾何学的拘束条件（2)に従って決定されたものと言える。なお、前記図 14では 、単純ィ匕モデル歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai(i= l, 2, · ··, 5)の位置を Pi2'(Ai)で表している。
[0213] また、図 15は前記第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質 点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角との関係を例示している。この図 1 5の第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置は、図 14で想定している単純ィ匕モ デル歩容の瞬時値に対応して、前記図 10の S 100で最終的に決定される第 2変位 次元補正用モデルの前記第 1要素配置である。この配置は、前記第 1仮補正歩容か ら、前記幾何学的拘束条件（2)に従って定まるものと同一である。なお、図 15では、 第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5 )の位置を Pi21(Ai)で表している。また、図 15に示す第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角は、図 14と同じである。
[0214] また、図 16は前記第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質 点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角との関係を例示している。この図 1 6の第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置は、図 14で想定している単純ィ匕モ デル歩容の瞬時値に対応して、前記図 10の S 102で最終的に決定される第 2変位 次元補正用モデルの前記第 2要素配置である。この配置は、前記第 2仮補正歩容か ら、前記幾何学的拘束条件（2)に従って定まるものと同一である。なお、図 16では、 第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5 )の位置を Pi22(Ai)で表している。また、図 16に示す第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角は、図 14と同じである。 [0215] 以降の説明では、一般に、第 1変位次元補正用モデルのある任意の質点と、これ に対応する第 2変位次元補正用モデルの質点との位置ずれを並進加速度とみなし たときのその並進加速度を、その質点のモデル間擬似並進加速度という。また、第 1 変位次元補正用モデルのイナ一シャをもつあるリンクと、これに対応する第 2変位次 元補正用モデルのリンクの姿勢角のずれを角加速度とみなしたときのその角加速度 を、そのリンクのモデル間擬似角加速度という。
[0216] 図 14に示す例において、単純ィ匕モデル歩容に対応する第 2変位次元補正用モデ ルの各質点 Aiの位置 Pi2'では、両脚体 2, 2の質点 A2— A5のうち、支持脚側の質 点 A2, A4は、第 1変位次元補正用モデルに対して若干、ロボット 1の前方側に位置 ずれする。また、第 2変位次元補正用モデルの遊脚側の質点 A3, A5は、第 1変位 次元補正用モデルに対して比較的大きくロボット 1の後方側に位置ずれする。このた め、第 2変位次元補正用モデルでのロボット 1の全体重心が第 1変位次元補正用モ デルでのロボット 1の全体重心（これは本実施形態では単純化モデル歩容でのロボッ ト 1の全体重心に一致する）よりもロボット 1の後方側 (X軸の負方向）に偏る。別の言 い方をすれば、両脚体 2, 2の各質点 A2— A5のモデル間擬似並進加速度によって 各質点 A2— A5が発生する慣性力の並進力成分（ =各質点 A2— A5の質量 *モデ ル間擬似並進加速度）の総和がロボット 1の前方側に比較的大きなものとなる。また、 各質点 A2— A5のモデル間擬似並進加速度によって各質点 A2— A5が発生する慣 性力が目標 ZMPまわりに作用するモーメントが、ロボット 1の前傾側に比較的大きな ものとなる。なお、本実施形態では、単純化モデル歩容の上体姿勢と第 1変位次元 補正用モデルの上体姿勢とは同一であるので、図 14の例では、上体質点 A1のモデ ル間擬似並進加速度は 0であり、また、上体リンクのモデル間擬似角加速度も 0であ る。
[0217] これに対して、前記第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの要素 の配置 (第 1要素配置）、すなわち、前記図 10の S100で最終的に決定される第 2変 位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体リンクの姿勢角により定まる第 2 変位次元補正用モデルの要素の配置にあっては、図 15に見られるように、両脚体 2 , 2の質点 A2— A5の重心の上記の偏りを補償するようにして、第 2変位次元補正用 モデルの上体質点 Alの位置力 第 1変位次元補正用モデルの上体質点 Alよりも前 方側に決定され、換言すれば、第 1仮補正上体位置が単純化モデル歩容よりも前方 側に補正される。同時に、第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置並 びにイナ一シャをもつ上体 3の姿勢は、前記した角運動量積の総和がある一定値に なるように決定される。図示の例では、第 2変位次元補正用モデルでの上体姿勢 (実 線で示す上体 3の姿勢）は、単純ィ匕モデル歩容の上体姿勢 (破線で示す上体 3の姿 勢）に対して、角度 0 b21— 0 bだけ後傾している。
[0218] このため、第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位 置および上体リンクの姿勢角では、各質点 Aiのモデル間擬似並進加速度に伴う慣 性力の並進力成分の総和が図 14に示した場合よりも小さくなつて、ほぼ 0になると共 に、該慣性力が目標 ZMPまわりに作用するモーメントの総和も図 14に示した場合よ りも所定の値 (前記条件 2の「一定値」に相当する値）に近づく。
[0219] これにより、第 1仮補正歩容は、単純化モデル歩容では考慮されていない各脚体の 運動に伴う慣性力の影響を補償して、単純化モデル歩容の目標床反力（並進床反 力および床反力モーメント、より厳密には、単純ィ匕モデル歩容によって単純ィ匕モデル が発生する床反力）と同じような床反力が発生するようにロボット 1の目標運動 (より詳 しくは目標上体位置および目標上体姿勢)を補正したものとなる。このため、第 1仮補 正歩容は、その歩容の運動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発生する実 床反力力 単純ィ匕モデル歩容の運動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発 生する実床反力よりも、目標床反力（=単純化モデル歩容の床反力）により近いもの となる。つまり、第 1仮補正歩容の運動と床反力（並進床反力および床反力モーメント )との間の動力学的精度が単純化モデル歩容の運動と床反力の間の動力学的精度 よりも高まることとなる。
[0220] 一方、前記第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの要素の配置（ 第 2要素配置）、すなわち、前記図 10の S102で最終的に決定される第 2変位次元 補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体リンクの姿勢角により定まる第 2変位次 元補正用モデルの要素の配置にあっては、図 16に見られるように、上体姿勢を単純 化モデル歩容の瞬時上体姿勢と同じに維持したまま、第 2変位次元補正用モデルの 各質点 Al— A5の位置力 前記した角運動量積の総和がある一定値になるように決 定される。
[0221] このため、第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位 置および上体リンクの姿勢角では、各質点 Aiのモデル間擬似並進加速度に伴う慣 性力が目標 ZMPまわりに作用するモーメントの総和が図 14に示した場合よりも所定 の値 (前記条件 2の「一定値」に相当する値）に近づく。
[0222] これにより、第 2仮補正歩容は、ロボット 1の目標上体姿勢を単純化モデル歩容の 上体姿勢と同じに維持しながら、単純ィ匕モデル歩容では考慮されていない各脚体の 運動に伴う慣性力の影響を補償して、単純ィ匕モデル歩容の床反力モーメントと同じよ うな床反力モーメントが発生するように、ロボット 1の目標上体位置を補正したものとな る。このような第 2仮補正歩容は、その歩容の運動どおりに実際のロボット 1を動作さ せたときに発生する実床反力モーメントが、単純ィ匕モデル歩容の運動どおりに実際 のロボット 1を動作させたときに発生する実床反力モーメントよりも、目標床反力モーメ ント（=単純ィ匕モデル歩容の床反力モーメント）により近いものとなる。つまり、第 2仮 補正歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度が単純ィ匕モデル歩容の 運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度よりも高まることとなる。但し、第 2仮補 正歩容を決定する（第 2変位次元補正用モデルの第 2要素配置を決定する）ときには 、第 1および第 2変位次元補正用モデルの間の全体重心のずれは考慮して 、な 、の で、第 2仮補正歩容の運動と並進床反力との間の動力学的な精度は、必ずしも単純 化モデル歩容の運動と並進床反力との間の動力学的な精度よりも高まるとは限らな い。
[0223] 上述したような第 1仮補正歩容の上体位置姿勢と第 2仮補正歩容の上体位置姿勢 とから、 S024の変位次元歩容補正サブルーチンで最終的に決定される変位次元補 正歩容の上体位置姿勢、すなわち変位次元補正上体位置姿勢は、前記式 12およ び式 13によって決定される。この場合、ロボット 1の動作モードが定常的に前記通常 モード (走行モードおよび低摩擦床面歩行モード以外の動作モードで、摩擦係数の 高い通常的な床面をロボット 1の歩行などを行う動作モード)であるときには (このとき wl = 0, w2 = l)、変位次元補正上体姿勢が単純化モデルで想定している姿勢 (基 準姿勢)、具体的には本実施形態では鉛直姿勢に維持されると共に、変位次元補正 上体位置は、第 2仮補正歩容の上体位置 (第 2仮補正上体位置)と同一になる。この ため、変位次元補正歩容は、上体姿勢を変動させない (上体姿勢を補正しない)よう にしつつ、単純化モデル歩容の上体位置を補正して、変位次元補正歩容の運動と 床反力モーメントとの間の動力学的な精度を単純ィ匕モデル歩容よりも高めることがで きる歩容となる。つまり、変位次元補正歩容の運動は、これに従って実際のロボット 1 を動作させたときに、単純化モデル歩容の運動に従って実際のロボット 1を動作させ たときよりも精度よく目標 ZMPを満足するものとなる。
[0224] また、ロボット 1の動作モードが定常的に走行モードであるときには（このとき wl = l , w2 = 0)、変位次元補正上体姿勢および変位次元補正上体位置が、それぞれ第 1 仮補正歩容の上体姿勢 (第 1仮補正上体姿勢)と同一になる。このため、変位次元補 正歩容は、単純化モデル歩容の上体位置および上体姿勢の両者を補正して、変位 次元補正歩容の運動と床反力（並進床反力および床反力モーメント）との間の動力 学的な精度を単純ィ匕モデル歩容よりも高めることができる歩容となる。補足すると、走 行モードでは、目標床反力鉛直成分が 0に近い時期（ロボット 1と床面との間の摩擦 力が微小となる時期）が必然的に存在することとなる。そして、そのような時期では、 一般には、上体 3の並進加速度をほとんど操作できないことから、上体姿勢を一定に 維持したままでは目標 ZMPを満足することはできず、上体姿勢の変化が必要となる 。このため、本実施形態では、ロボット 1の動作モードが定常的に走行モードであると きには、変位次元補正歩容の動力学的な精度を高めることを重視し、変位次元補正 上体を姿勢が第 1仮補正上体姿勢と同一になるようにしている。
[0225] また、ロボット 1の動作モードが定常的に低摩擦床面歩行モードであるときには（こ のとき wl =w2 = 0.5)、変位次元補正上体姿勢は、第 1仮補正歩容の上体姿勢角の 1 Z2の姿勢角（第 1仮補正歩容の上体姿勢角よりも鉛直方向に対する傾き角が小さ い上体姿勢角、より厳密には、第 1仮補正歩容の上体姿勢角の 1Z2と第 2仮補正歩 容の上体姿勢角の 1Z2との和)とされ、変位次元補正上体位置は、第 1仮補正歩容 の上体位置と第 2仮補正歩容の上体位置との中間位置とされる。このため、変位次 元補正歩容は、上体姿勢の変動を抑制しつつ、変位次元補正歩容の運動と床反力 (並進床反力および床反力モーメント）との間の動力学的な精度を単純ィ匕モデル歩 容よりも高めるように単純化モデル歩容の上体位置および上体姿勢の両者を補正し たものとなる。この場合、変位次元補正上体位置を、第 1仮補正歩容の上体位置と第 2仮補正歩容の上体位置との中間位置とすることで、変位次元補正歩容の運動によ つてロボット 1に発生する並進慣性力水平成分が過大になるのを防止することができ る。同時に、変位次元補正上体姿勢を、第 1仮補正歩容の上体姿勢角よりも小さい 傾き角にすることで、上体姿勢の変動を抑制しつつ、目標 ZMPを満足することもでき る。従って、ロボット 1の動作モードが定常的に低摩擦床面歩行モードであるときには 、変位次元補正歩容は、単純ィヒモデル歩容よりも動力学的精度を高めつつ、且つ、 上体姿勢の変動を極力抑えつつ、且つ、ロボット 1のスリップを防止しつつ、ロボット 1 の安定な動作を可能とする歩容となる。
[0226] なお、ロボット 1の動作モードが切り替る際には、前記図 10の S106の処理によって 、重み wlの値を（ひいては、重み w2も）徐々に変化させるので、変位次元補正上体 姿勢や変位次元補正上体位置が急変することはない。
[0227] 図 9の説明に戻って、前述の如く変位次元歩容補正サブルーチンを実行した後、 S 026に進んで、ロボット 1のスピン (鉛直軸まわりの回転）をキャンセルするための腕体 の動作が決定される。この処理は、ロボット 1の腕を振らずに目標歩容通りにロボット 1 を運動させた場合に目標 ZMPまわりに発生する床反力モーメントの鉛直成分と逆向 きの床反力モーメントを腕体の腕振り（両腕を前後逆方向に振る運動）によって発生 させるように腕体の姿勢を決定するものであり、前記公報文献 1の図 13の S034と同 様に行われる。その詳細は、同公報文献 1に記載されているので、ここではさらなる 説明を省略する。
[0228] 次!、で、 S028に進んで、フルモデル補正用（前記フルモデル補正部 lOOeの処理 用）の ZMP許容範囲の瞬時値と、床反力水平成分許容範囲の瞬時値とが決定され る。これは、前記目標瞬時値発生部 100bで実行される処理であり、前記 S020で決 定した今回歩容パラメータのうちの ZMP許容範囲および床反力水平成分許容範囲 を規定する歩容パラメータに基づいて決定される。
[0229] 次!、で、 S030に進んで、フルモデルを用いた補正歩容を発生する。この処理は、 前記フルモデル補正部 100eにより実行される処理である。この場合、この処理は、 前記公報文献 1の図 13の S038の処理と同一であり、同公報文献 1に記載されたと おりに実行される。従って、本明細書では詳細な説明は省略する。この処理により、 目標上体位置姿勢 (前記変位次元補正歩容の上体位置姿勢)をさらに修正してなる 補正目標上体位置姿勢と補正目標床反力モーメントとが決定される。
[0230] なお、前記フルモデル補正部 100eで用いるフルモデルは、例えば図 17に示す如 ぐロボット 1の上体 3、各脚体 2の股関節、大腿リンク、下腿リンク、足首関節、足平 2 2にそれぞれ質点をもち、また、上体 3 (上体リンク）にイナーシャ lbを持つような多質 点モデルである。この場合、上体 3以外のリンクにもイナ一シャを設定するようにしても よい。
[0231] 以上が、本実施形態における歩容生成装置 100の歩容生成処理である。
[0232] 次に図 4を参照して複合コンプアライアンス制御装置 101の動作を説明しておく。な お、複合コンプライアンス制御装置 101の動作は、本出願人が先に出願した特開平 10— 277969号公報などに詳細に記載されているので、本明細書では概略的な説 明にとどめる。歩容生成装置 100において、上記したように生成された目標歩容のう ち、補正目標上体位置姿勢 (軌道)、目標腕姿勢 (軌道)が、ロボット幾何学モデル（ 逆キネマテイクス演算部） 102に送出される。
[0233] また、目標足平位置姿勢 (軌道)、目標 ZMP軌道 (目標全床反力中心点軌道)、お よび目標全床反力（軌道）（補正目標床反力モーメント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 104に送られると共に、目標床反力分配器 106にも 送られる。そして、目標床反力分配器 106で、床反力は各足平 22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。この決定された目標 各足平床反力中心点および目標各足平床反力は複合コンプライアンス動作決定部 104に送られる。
[0234] 複合コンプライアンス動作決定部 104から、機構変形補償付き修正目標足平位置 姿勢 (軌道)がロボット幾何学モデル 102に送られる。なお、機構変形補償付き修正 目標足平位置姿勢は、各脚体 2のコンプライアンス機構 72の変形を考慮しつつ、 6 軸力センサ 50により検出される実際の床反力を目標床反力に近づけるように各足平 22の目標足平位置姿勢を補正したものを意味する。ロボット幾何学モデル 102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)を入 力されると、それらを満足する脚体 2, 2の 12個の関節の関節変位指令 (値)を算出し て変位コントローラ 108に送る。変位コントローラ 108は、ロボット幾何学モデル 102 で算出された関節変位指令 (値)を目標値としてロボット 1の 12個の関節の変位を追 従制御する。また、ロボット幾何学モデル 102は、目標腕姿勢を満足する腕関節の変 位指定 (値）を算出して変位コントローラ 108に送る。変位コントローラ 108は、ロボット 幾何学モデル 102で算出された関節変位指令 (値)を目標値としてロボット 1の腕体 の 12個の関節の変位を追従制御する。
[0235] ロボット 1に生じた床反力（詳しくは実各足床反力）は 6軸力センサ 50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 104に送られる。また、口 ボット 1に生じた姿勢傾斜偏差 Θ errx, Θ erry (詳しくは目標上体姿勢角に対する実 上体姿勢角の偏差で、ロール方向 (X軸回り）の姿勢角偏差が Θ errxであり、ピッチ方 向 (Y軸回り）の姿勢角偏差が Θ erryである）が姿勢センサ 54を介して検出され、その 検出値は姿勢安定化制御演算部 112に送られる。この姿勢安定化制御演算部 112 で、ロボット 1の上体姿勢角を目標上体姿勢角に復元するための目標全床反力中心 点（目標 ZMP)まわり補償全床反力モーメントが算出されて複合コンプライアンス動 作決定部 104に送られる。複合コンプライアンス動作決定部 104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 ZMP)回りに 補償全床反力モーメント、あるいは、補償全床反力モーメントと補正目標床反力モー メントとの和が作用するように目標床反力を修正する。
[0236] 複合コンプライアンス動作決定部 104は、修正された目標床反力に、センサ検出値 など力も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、実際の足平位置姿勢と全床反力とが目標足平位置姿勢と目標全床反力と に概ね従うように制御される。
[0237]
[第 2実施形態]
次に、本発明の第 2実施形態を図 18—図 22を参照しつつ説明する。本実施形態 は、ロボット 1および制御ユニット 60の構成は第 1実施形態と同一で、単純化モデル および第 1変位次元補正用モデルと、歩容生成装置 100の処理の一部とが第 1実施 形態と相違するものである。従って、本実施形態の説明では、第 1実施形態と同一部 分については第 1実施形態と同じ符号および図面を用い、詳細な説明を省略する。 なお、第 2実施形態は、本発明の第 1、 3、 4、 7— 10、 13— 15発明の一実施形態で ある。
[0238] 図 18は、本実施形態での単純化モデル (動力学モデル)の構造を示し、図 18は本 実施形態での第 1変位次元補正用モデルの構造を示している。
[0239] 図 18に示す本実施形態の単純ィ匕モデルは、ロボット 1の各脚体 2 (詳しくは各脚体 2の足平 22)にそれぞれ対応する 2つの足平質点 2m2, 2m2、及び上体 3に対応する 上体質点 3m2からなる 3質点と、イナーシャ Jがあって質量のないフライホイール FHと 力 構成されるモデルであり、前記公報文献 1の図 11に示したモデルと同一である。 従って、本明細書での詳細な説明は省略する力 その概要は次の通りである。
[0240] すなわち、この単純ィ匕モデルでは、各足平質点 2m2, 2m2の動力学 (運動と床反力 との関係）、並びに上体質点 3m2及びフライホイール FHの動力学が相互に非干渉に 構成されると共に、ロボット 1全体の動力学は、それらの線形結合で表される。また、 フライホイール FHの回転運動によって発生する床反力は、上体 3の姿勢角の回転運 動（並進床反力を変化させずに、床反力モーメントだけを変化させる回転運動）によ つて発生する床反力に対応する。なお、上体質点 3m2は、上体 3の位置姿勢に対応 して一義的に定まる点（上体 3に任意に固定されたローカル座標系上でのある固定 点）に設定されており、各脚質点 2m2は、各脚体 2の足平 22の位置姿勢に対応して 一義的に定まる点（足平 22に任意に固定されたローカル座標系上でのある固定点） に設定されている。また、各質点 2m2, 2m2, 3m2の質量の総和は、ロボット 1の総質 量と同一である。上体質点 3m2の質量は、上体 3の質量のほ力、両腕体の質量を含 んでいる。
[0241] この単純化モデルの動力学を記述する式（運動方程式）は、以下の式 14一 16によ り表される。但し、本明細書の理解の便宜上、ここではサジタルプレーン (前後軸 (X 軸）と鉛直軸 (Z軸)を含む平面)での運動方程式のみを記述し、ラテラルプレーン (左 右軸 (Y軸）と鉛直軸 (Z軸)を含む平面)での運動方程式は省略する。また、式 14一 16の変数は以下のように定義する。
Zsup :支持脚足平質点鉛直位置、 Zswg:遊脚足平質点鉛直位置、 Zb :上体質点鉛 直位置、 Xsup :支持脚足平質点水平位置、 Xswg:遊脚足平質点水平位置、 Xb :上 体質点水平位置、 Θ by:鉛直方向に対する Y軸回りの上体姿勢角、 mb :上体質点質 量、 msup :支持足平質点質量、 mswg:遊脚足平質点質量、 J：フライホイールの慣性 モーメント、 Fx:床反力水平成分、 Fz:床反力鉛直成分、 My:目標 ZMPまわりの床反 力モーメント（詳しくは床反力モーメントの左右軸 (Y軸)まわり成分）
Fz = mb * (g + d2Zb/dt2) + msup * (g + d2Zsup/dt2)
+mswg * (g+d2Zswg/dt2) ……式 14
Fx = mb * d2Xb/dt2 + msup * d2Xsup/dt2 + mswg * d2Xswg/dt2 ……式 15 My=-mb * (Xb— Xzmp) * (g+d2Zb/dt2)+mb * (Zb— Zzmp) * (d2Xb/dt2)
-msup * (Xsup— Xzmp) * (g+d2Zsup/dt2)
+msup*(Zsup— Zzmp) * (d2Xsup/dt2)
—mswg * (Xswg— Xzmp) * (g + d2Zswg/dt2)
-mswg * (Zswg-Zzmp) * (d2Xswg/dt2) +J * d2 0 by/dt2
…式 16 かかる単純化モデルを用いる第 2実施形態では、後述する如ぐ前記公報文献 1と 全く同様に、目標 ZMPを満足する単純ィ匕モデル歩容が生成される。
[0242] 補足すると、この第 2実施形態の単純化モデルは、各脚体 2の膝関節の曲げ動作 に伴う該膝関節の近傍部位の運動によって発生する慣性力は無視されている。つま り、第 2実施形態の単純化モデルは、各脚体 2の膝関節の曲げ動作に伴う該膝関節 の近傍部位の運動によって発生する慣性力を 0と見なして構築された動力学モデル であると言える。
[0243] 次に、図 19を参照して本実施形態の第 1変位次元補正用モデルを説明すると、こ のモデルは、上体 3、各脚体 2の大腿リンク、足平 22にそれぞれ対応する上体質点 A 1、大腿質点 A2, A3、足平質点 A4, A5からなる 5質点モデルである。また、ロボット 1の上体 3 (上体リンク）力 上体質点 A1のまわりにイナーシャ (慣性モーメント) lbをも つものとされている。つまり、本実施形態の第 1変位次元補正用モデルは、第 1実施 形態の第 1および第 2変位次元補正用モデルと同様、質点 A1— A5とイナ一シャをも つ上体リンクとを要素として構成されて 、る。
[0244] この場合、上体質点 Al、各足平質点 A4, A5は、前記第 1実施形態の第 1もしくは 第 2変位次元補正用モデルのものと同様、対応する部位 (上体 3、足平 22)の位置姿 勢に対応して一義的に定まる点 (その対応する部位に任意に固定設定したローカル 座標系でのある固定点）に設定されている。なお、上体質点 Al、各足平質点 A4, A 5および各大腿質点 A2, A3の質量の総和は、ロボット 1の総質量 mtotalと一致する 。また、上体質点 A1の質量は、上体 3の質量のほ力、両腕体 5, 5および頭部 4の質 量を含んでいる。
[0245] そして、本実施形態においても第 1変位次元補正用モデルの要素の配置には、あ る幾何学的な拘束条件が設定されている。具体的には、この第 1変位次元補正用モ デルでは、ロボット 1の各脚体 2の膝関節を、該脚体 2の足首関節の中心と股関節の 中心とを結ぶ方向にのみ伸縮する直動型 (テレスコピック型）の関節とみなしており、 各大腿質点 A2, A3は、対応する脚体 2の足首関節の中心と股関節の中心とを結ぶ 線分の内分点に設定されている。その内分点は、該内分点から足首関節の中心まで の距離と股関節の中心までの距離との比率が所定の比率となるような点であり、各脚 体 2を直線状に延ばしたときの膝関節の近傍の点 (例えば、該膝関節の中心よりも若 干、大腿リンク 24寄りの点)である。従って、本実施形態での第 1変位次元補正用モ デルでは、大腿質点 A2, A3が対応する脚体 2の足首関節の中心と股関節の中心と を結ぶ線分の内分点に拘束されて!、る。
[0246] なお、大腿質点 A2, A3は、上記内分点から上記線分と直角な方向に所定の距離 だけオフセットした点に設定してもよい。言い換えると、上記線分から所定の距離だけ 離れた、該線分に平行な直線上に各大腿質点 A2, A3を設定してもよい。
[0247] また、この第 1変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5のグロ一ノ レ座標系上で の位置、並びに上体 3 (上体リンク）の姿勢角は、単純ィ匕モデル歩容の運動の瞬時値 に対応して幾何学的に定まるものとされている。より具体的には、本実施形態の第 1 変位次元補正用モデルの上体質点 A1のグローバル座標系での位置は、単純化モ デル歩容の上体位置姿勢に対応する位置に決定され、各足平質点 A4, A5のグロ 一バル座標系での位置は、単純化モデル歩容の各足平位置姿勢に対応する位置 に決定される。さらに、上体リンクの姿勢角は、単純化モデル歩容の上体姿勢と同一 とされる。そして、各大腿質点 A2, A3のグローバル座標系上での位置は、単純化モ デル歩容の上体位置姿勢と各足平位置姿勢を基に定まる前記の内分点の位置に決 定される。すなわち、ロボット 1の上体位置姿勢および各足平位置姿勢に対応して、 各脚体 2の各股関節および各足首関節の中心点のグローバル座標系での位置が一 義的に定まるので、各脚体 2の股関節の中心点および足首関節の中心点を結ぶ線 分の内分点としての各大腿質点 A2, A3のグローバル座標系での位置が定まる。
[0248] また、第 2実施形態の第 1変位次元補正用モデルでは、その質点 A1— A5の全体 重心が単純化モデル上でのロボット 1の全体重心の位置、すなわち、単純化モデル の全ての質点 2m2, 2m2, 3m2の重心の位置に一致するように前記内分点に係る所 定の比率と、質点 A1— A5の質量比が決定されている。
[0249] ここで、第 2実施形態で上記のように第 1変位次元補正用モデルの要素の配置を定 めるということは、第 1変位次元補正用モデルの要素の配置（グローバル座標系での 質点 A1— A5の位置および上体リンクの姿勢)を定めるための幾何学的拘束条件（3 )を次のように定義したとき、単純化モデル歩容の瞬時運動から、その幾何学的拘束 条件（3)に従って第 1変位次元補正用モデルの要素の配置を定めることと同じである
[0250]
幾何学的拘束条件 (3)：与えられた任意の瞬時目標運動に対して、第 1変位次元補 正用モデルの要素のうちの上体質点 A1および上体リンクの配置力 与えられた瞬時 目標運動におけるロボット 1の上体 3の位置姿勢に対応して定まる配置に一致し、且 つ、各足平質点 A4, A5の位置が、与えられた瞬時目標運動におけるロボット 1の各 足平位置姿勢に対応して定まる位置に一致し、且つ、各大腿質点 A3, A4の位置が 、与えられた瞬時目標運動における各脚体 2の股関節の中心と足首関節の中心とを 結ぶ線分上の所定の内分点の位置に一致する。
[0251]
第 2実施形態では、この幾何学的拘束条件（3)が本発明における第 1の幾何学的 拘束条件に相当するものである。
[0252] なお、本実施形態では、第 2変位次元補正用モデルの構造は、前記図 8に示した 第 1実施形態のものと同じ構造であり、本実施形態 (第 2実施形態）における第 1変位 次元補正用モデルと同様に、上体質点 Al、大腿質点 A2, A3、および足平質点 A4 , A5を有し、また、上体リンクにイナーシャ lbをもっている。この場合、上体質点 A1, 各足平質点 A4, A5の、対応する部位 (上体 3、各足平 22)に固定されたローカル座 標系での位置は、図 19の第 1変位次元補正用モデルと同じである。また、各質点 A1 一 A5の質量は、図 19の第 1変位次元補正用モデルのものと同じである。そして、第 2変位次元補正用モデルにおいては、各質点 A1— A5および上体 3 (上体リンク）は ロボット 1が採り得る任意の姿勢状態に対応する位置姿勢に移動可能とされている。 すなわち、ロボット 1の任意の瞬時目標運動と第 2変位次元補正用モデルの各要素 の配置との間には、前記第 1実施形態で説明した前記幾何学的拘束条件 (2)が設 定されている。
[0253] 次に、本実施形態 (第 2実施形態）における歩容生成装置 100の処理を詳細に説 明する。本実施形態における歩容生成装置 100の基本的処理手順は、第 1実施形 態と同じであり、前記図 9のフローチャートに従って歩容が生成される。
[0254] 具体的には、 S010から S018までの処理が第 1実施形態と同様に実行される。これ らの処理は、第 1実施形態と同一である。
[0255] そして、 S018の次に S020の処理が実行され、今回歩容の歩容パラメータが決定 される。すなわち、今回歩容の目標足平位置姿勢軌道、目標腕姿勢軌道、目標 ZM P軌道、および目標床反力鉛直成分軌道を規定するパラメータが決定されると共に、 基準上体姿勢軌道、床反力水平成分許容範囲、および ZMP許容範囲を規定する パラメータが決定される。この場合、本実施形態での単純化モデルは、前記したよう に前記公報文献 1で用いている動力学モデルと同一であるので、同公報文献 1の図 13の S022— S030の処理と同一の処理を本実施形態の S020で実行することで、 今回歩容の歩容パラメータが決定される。
[0256] なお、同公報文献 1の図 13の S022— S028の処理では、定常歩容の作成などの ために、単純ィ匕モデル歩容用の床反力水平成分許容範囲を設定して使用している 力 本実施形態では、その単純ィ匕モデル歩容用の床反力水平成分許容範囲は、例 えば同公報文献 1の図 13の S30で設定するフルモデル補正用の床反力水平成分 許容範囲と同一にする力、もしくは、それよりも広めの範囲に設定すればよい。あるい は、本明細書の第 1実施形態と同様に、単純化モデル歩容用の床反力水平成分許 容範囲を無限大の範囲とするか、もしくは、単純化モデル歩容 (あるいは定常歩容） の床反力水平成分が常にその床反力水平成分許容範囲内に収まるような広い範囲 に定めてもよい。
[0257] 次いで、図 9の S020の処理の後、あるいは S016の判断結果が NOであった場合 には、 S022に進んで、歩容パラメータ（S020で決定した歩容パラメータ）を基に、今 回歩容（単純ィヒモデル歩容）の瞬時値が決定される。この場合、本実施形態での単 純化モデルは、前記したように前記公報文献 1で用いている動力学モデルと同一で あるので、同公報文献 1の図 13の S032の処理と同一の処理を本実施形態の S022 で実行することで、単純ィ匕モデル歩容の瞬時値が決定される。
[0258] より具体的には、前記 S020で決定した歩容パラメータを基に、目標足平位置姿勢 、目標 ZMP、目標腕姿勢、目標床反力鉛直成分、基準上体姿勢の瞬時値が決定さ れ、さらに、前記図 16の単純ィ匕モデル上で、ロボット 1の運動が発生する慣性力と重 力との合力が目標 ZMPまわりに作用するモーメント水平成分力^になり、且つ、床反 力水平成分が単純化モデル歩容用の床反力水平成分許容範囲を超えないように目 標上体位置姿勢の瞬時値が決定される。ここで、目標上体位置姿勢の瞬時値に関し て補足すると、目標上体位置鉛直成分は、目標床反力鉛直成分と前記式 14とから 求められる単純ィ匕モデルの上体質点 3m2の鉛直位置に対応して決定される。そして 、目標床反力鉛直成分が比較的大きい時期では、主に上体 3の水平加速度を調整 して、目標 ZMPまわりのモーメント水平成分が 0になるようにしつつ、目標上体姿勢 の瞬時値が基準上体姿勢 (例えば鉛直姿勢）に近づくように目標上体姿勢および目 標上体位置水平成分が決定される。また、目標床反力鉛直成分が比較的小さいか、 もしくは 0となる時期では、上体 3の水平加速度をほぼ 0にしつつ (厳密には、全体重 心の水平加速度をほぼ 0にしつつ）、主に上体 3の姿勢角の角加速度を調整して、目 標 ZMPまわりのモーメント水平成分が 0になるように、目標上体姿勢および目標上体 位置水平成分の瞬時値が決定される。
[0259] なお、 S022の処理で用いる単純ィ匕モデル歩容用の床反力水平成分許容範囲は、 前記 S020の処理で用いるものと同一でよい。
[0260] 次いで、 S024に進んで変位次元補正サブルーチンが実行される。このサブルー チン処理は、基本的処理手順は、前記第 1実施形態と同一であり、前記図 10のフロ 一チャートに従って実行される。すなわち、まず、 S100において、前記第 1実施形態 と同様に、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次元補正用モデルとの間の重心に 関する前記条件 1と、角運動量積に関する前記条件 2とを満足するように第 1仮補正 上体位置姿勢 (Pb21, Θ b21)が決定される。この処理は、第 1実施形態と同様に、図 11のサブルーチン処理によって実行される。
[0261] 具体的には、 S200において、今回時刻（現在時刻） tでの単純化モデル歩容の瞬 時値 (目標上体位置姿勢などの目標運動の瞬時値)を基に、第 1変位次元補正用モ デルの各質点 A1— A5の位置と、イナ一シャをもつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角とを 求める。この場合、前記したように、第 1変位次元補正用モデルの上体質点 A1の位 置は、単純ィヒモデル歩容の上体位置姿勢の瞬時値に対応する位置に決定され、各 足平質点 A4, A5のグローバル座標系での位置は、単純化モデル歩容の各足平位 置姿勢に対応する位置に決定される。また、各大腿質点 A2, A3の位置は、単純ィ匕 モデル歩容の上体位置姿勢と各足平位置姿勢を基に定まるロボット 1の各脚体 2の 股関節の中心点と足首関節の中心点とを結ぶ線分を、所定の比率で内分してなる内 分点の位置に決定される。また、第 1変位次元補正用モデルの上体リンクの姿勢角 は、単純化モデル歩容の上体姿勢角と同一とされる。 [0262] これにより単純化モデル歩容の瞬時運動 (今回時刻 tの瞬時値)から、本実施形態 での第 1変位次元補正用モデルに係る前記幾何学的拘束条件（3)に従って、第 1変 位次元補正用モデルの各要素の配置が決定されることとなる。なお、この第 1変位次 元補正用モデルの要素の配置は、本発明の第 1発明における「第 1の配置」に相当 するものである。
[0263] 次いで、 S202から S218までの処理が実行される。これらの処理は、第 1実施形態 と同じである。すなわち、前記条件 1, 2を満たすような第 1仮補正上体位置姿勢が探 索的に求められ、それが、今回時刻 tにおける第 1仮補正上体位置姿勢 (Pb21, Θ b21)として決定される。これにより、単純化モデル歩容の上体位置姿勢を前記条件 1 , 2を満たすように補正してなる歩容 (第 1仮補正歩容）が得られる。この第 1仮補正歩 容の運動は、 S210の条件が満たされたときの第 2変位次元補正用モデルの配置（ 前記第 1要素配置)から、前記幾何学的拘束条件 (2)に従って決定される瞬時目標 運動と同じである。
[0264] 補足すると、本実施形態では、各変位次元補正用モデルの両足平質点 A5, A6の 位置は、両変位次元補正用モデルで同じである。従って、 S208でモデル間全体重 心ずれ Gc_errとモデル間角運動量積ずれし errとを算出するに当たっては、両足平 質点 A5, A6に係わる項は省略してもよい。
[0265] 上述したように S 100の処理を実行した後、 S102の処理が前記第 1実施形態と同 様に実行され、第 2変位次元補正用モデルでの上体姿勢を単純化モデル歩容の瞬 時値 (今回時刻 tでの瞬時値）における上体姿勢と同一にして、第 1変位次元補正用 モデルと第 2変位次元補正用モデルとの間の角運動量積に関する前記条件 2を満 足するように第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22)が決定される。なお、この S102 の処理では、第 2仮補正上体姿勢 Θ b22は、単純化モデル歩容の上体姿勢と同一に されるので、該 S102の処理は、実質的には、条件 2を満足するように第 2仮補正上 体位置 Pb22を決定する処理であると言える。
[0266] この処理は、第 1実施形態と同様に、図 12のサブルーチン処理によって実行される
[0267] 具体的には、 S300にお!/、て、今回時刻（現在時刻） tでの単純化モデル歩容の瞬 時値を基に、第 1変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置と、イナ一シャを もつ上体 3 (上体リンク）の姿勢角とを求める。この処理およびそれにより求められる第 1変位次元補正用モデルの要素の配置は、本実施形態での図 11の S200の処理と 同じである。従って、本実施形態においても、 S200で求めた第 1変位次元補正用モ デルの各要素の配置を、そのまま図 12のサブルーチン処理で用いるようにすれば、 S 300の処理は省略してもよ!/、。
[0268] 次いで、 S302— S318までの処理が第 1実施形態と同様に実行される。これらの処 理は、第 1実施形態と同じである。すなわち、上体姿勢が単純化モデル歩容の上体 姿勢と同一で、且つ、前記条件 2を満たすような第 2仮補正上体位置姿勢が探索的 に求められ、それが、今回時刻 tにおける第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22)と して決定される。これにより、単純化モデル歩容の上体位置のみを前記条件 2を満た すように補正してなる歩容 (第 2仮補正歩容）が得られる。この第 2仮補正歩容は、 S3 10の条件が満たされたときの第 2変位次元補正用モデルの配置 (前記第 2要素配置 )から、前記幾何学的拘束条件（2)に従って決定される瞬時目標歩容と同じである。
[0269] 補足すると、本実施形態では、各変位次元補正用モデルの両足平質点 A5, A6の 位置は、両変位次元補正用モデルで同じであので、前記 S208の処理の場合と同様 、 S308でモデル間角運動量積ずれし errとを算出するに当たっては、両足平質点 A 5, A6に係わる項は省略してもよい。
[0270] 上述したように S 102の処理を実行した後、 S104— S110の処理が第 1実施形態と 同様に実行される。これらの処理は、第 1実施形態と全く同一である。これにより、今 回時刻 tにおける変位次元補正上体位置姿勢 (Pb2, Θ b2)が決定され、単純化モデ ル歩容の上体位置姿勢を補正してなる変位次元補正歩容が得られる。
[0271] 本実施形態 (第 2実施形態)では、以上のように図 9の S024の処理 (変位次元歩容 補正サブルーチン)を実行した後、 S026— S032の処理が第 1実施形態と同様に実 行される。これらの処理は、第 1実施形態と同一である。
[0272] なお、歩容生成装置 100で以上説明したように生成される目標歩容を入力する複 合コンプライアンス制御装置 101の動作は前記第 1実施形態と同一である。
[0273] また、補足すると、第 2実施形態における変位次元歩容補正サブルーチンの処理 は、本発明の第 1発明における目標運動補正手段を構成しており、この処理で決定 される変位次元補正歩容の運動が該第 1発明における補正後瞬時目標運動に相当 する。また、第 2実施形態における S100の処理、 S102の処理が、それぞれ第 1発明 における第 1仮補正運動決定手段、第 2仮補正運動決定手段に相当し、それぞれの 処理で決定される第 1仮補正歩容、第 2仮補正歩容がそれぞれ第 1発明における第 1の仮補正瞬時目標運動、第 2の仮補正瞬時目標運動に相当する。
[0274] ここで、本実施形態での単純化モデル歩容と、前記第 1仮補正歩容と、前記第 2仮 補正歩容と、変位次元補正歩容との関係について図 20—図 22を参照して補足説明 をしておく。図 20は第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5)の位置 および上体 3 (上体リンク）の姿勢角を単純ィ匕モデル歩容通りに決定した場合 (すな わち単純ィ匕モデル歩容を前記 S024で補正しな 、場合）における第 2変位次元補正 用モデルの各質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、該単純化モデル 歩容に対応して定まる第 1変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体 3 ( 上体リンク）の姿勢角との関係を例示して!/、る。この場合の第 2変位次元補正用モデ ルの要素の配置は、単純化モデル歩容の瞬時運動から、前記幾何学的拘束条件（2 )に従って決定されたものと言える。なお、前記図 20では、単純化モデル歩容に対応 する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5)の位置を Pi2'(Ai)で表 している。
[0275] また、図 21は前記第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質 点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角との関係を例示して!/、る。この図 2 1の第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置は、図 20で想定している単純ィ匕モ デル歩容の瞬時値に対応して、前記図 10の S 100で最終的に決定される第 2変位 次元補正用モデルの前記第 1要素配置である。この配置は、前記第 1仮補正歩容か ら、前記幾何学的拘束条件（2)に従って定まるものと同一である。なお、図 21では、 第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5 )の位置を Pi21(Ai)で表している。また、図 21に示す第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角は、図 20と同じである。 [0276] また、図 22は前記第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質 点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角と、第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角との関係を例示して!/、る。この図 2 2の第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置は、図 20で想定して 、る単純化モ デル歩容の瞬時値に対応して、前記図 10の S 102で最終的に決定される第 2変位 次元補正用モデルの前記第 2要素配置である。この配置は、前記第 2仮補正歩容か ら、前記幾何学的拘束条件（2)に従って定まるものと同一である。なお、図 22では、 第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5 )の位置を Pi22(Ai)で表している。また、図 22に示す第 1変位次元補正用モデルの各 質点 Aiの位置および上体 3 (上体リンク）の姿勢角は、図 20と同じである。
[0277] 図 20に示す例において、単純ィ匕モデル歩容に対応する第 2変位次元補正用モデ ルの各質点 Aiの位置 Pi2'では、大腿質点 P22', P32'が第 1変位次元補正用モデル に対してロボット 1の前方側に在る。すなわち、第 2変位次元補正用モデルでのロボッ ト 1の全体重心が単純化モデル歩容でのロボット 1の全体重心よりもロボット 1の前方 側 (X軸の正方向）に偏る。別の言い方をすれば、両脚体 2, 2の各大腿質点 A2, A3 のモデル間擬似並進加速度によって各大腿質点 A2, A3が発生する慣性力の並進 力成分（=各質点 A2, A3の質量 *モデル間擬似並進加速度）の総和がロボット 1の 後方側に発生するものとなる。また、各大腿質点 A2, A3のモデル間擬似並進加速 度によって各大腿質点 A2, A3が発生する慣性力が目標 ZMPまわりに作用するモ 一メントが、ロボット 1の後傾側に発生するものとなる。なお、本実施形態では、単純 化モデル歩容と第 1変位次元補正用モデルとで、両足平位置姿勢および上体位置 姿勢は同一であるので、図 20の例では、上体質点 Al、各足平質点 A4, A5のそれ ぞれのモデル間擬似並進加速度は 0であり、また、上体リンクのモデル間擬似角加 速度も 0である。
[0278] これに対して、前記第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの要素 の配置 (第 1要素配置）、すなわち、本実施形態で前記図 10の S100で最終的に決 定される第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体リンクの姿勢角 により定まる第 2変位次元補正用モデルの要素の配置にあっては、図 21に見られる ように、大腿質点 A2, A3の前方側への偏りを補償するようにして、第 2変位次元補 正用モデルの上体質点 A1の位置力 第 1変位次元補正用モデルの上体質点 A1よ りも後方側に決定され、換言すれば、上体位置が単純化モデル歩容よりも後方側に 補正される。同時に、第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1— A5の位置並びにィ ナーシャをもつ上体 3の姿勢は、前記した各運動量積がある一定値 (所定値）になる ように決定される。図示の例では、第 2変位次元補正用モデルでの上体姿勢 (実線で 示す上体 3の姿勢)は、単純ィ匕モデル歩容の上体姿勢 (破線で示す上体 3の姿勢） に対して、角度 Θ b21- 6 bだけ前傾している。補足すると、図 21の斜線もしくは横線 を付した三角形の面積の 2倍が、それぞれ、上体質点 Al、大腿質点 A2, A3に係る 角運動量積に相当するものである。
[0279] このため、第 1仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位 置および上体リンクの姿勢角では、各質点 Aiのモデル間擬似並進加速度に伴う慣 性力の並進力成分の総和が図 20に示した場合よりも小さくなつて、ほぼ 0になると共 に、該慣性力が目標 ZMPまわりに発生するモーメントの総和も図 20に示した場合よ りも所定の値 (前記条件 2に係る「一定値」に相当する値）に近づく。
[0280] これにより、第 1仮補正歩容は、単純化モデル歩容では考慮されていない各脚体の 膝関節付近の部分の運動に伴う慣性力の影響を補償して、単純化モデル歩容の目 標床反力（並進床反力および床反力モーメント)と同じような床反力が発生するように ロボット 1の目標運動 (より詳しくは目標上体位置および目標上体姿勢)を補正したも のとなる。このため、第 1仮補正歩容は、その歩容の運動どおりに実際のロボット 1を 動作させたときに発生する実床反力が、単純ィ匕モデル歩容の運動どおりに実際の口 ボット 1を動作させたときに発生する実床反力よりも、目標床反力（=単純ィ匕モデル歩 容の床反力）により近いものとなる。つまり、第 1仮補正歩容の運動と床反力（並進床 反力および床反力モーメント）との間の動力学的精度が単純ィ匕モデル歩容の運動と 床反力の間の動力学的精度よりも高まることとなる。
[0281] 一方、前記第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの要素の配置（ 第 2要素配置）、すなわち、本実施形態で前記図 10の S 102で最終的に決定される 第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体リンクの姿勢角により定ま る第 2変位次元補正用モデルの要素の配置にあっては、図 22に見られるように、上 体姿勢を単純ィ匕モデル歩容の瞬時上体姿勢と同じに維持したまま、第 2変位次元補 正用モデルの各質点 A1— A5の位置力 前記した角運動量積の総和がある一定値 (所定値）になるように決定される。
[0282] このため、第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位 置および上体リンクの姿勢角では、各質点 Ai (より詳しくは上体質点 A1および大腿 質点 A2, A3)のモデル間擬似並進加速度に伴う慣性力が目標 ZMPまわりに作用 するモーメントの総和が図 20に示した場合よりも所定の値 (前記条件 2の「一定値」に 相当する値）に近づく。
[0283] これにより、第 2仮補正歩容は、ロボット 1の目標上体姿勢を単純化モデル歩容の 上体姿勢と同じに維持しながら、単純ィ匕モデル歩容では考慮されていない各脚体の 膝関節付近の部分の運動に伴う慣性力の影響を補償して、単純化モデル歩容の床 反力モーメントと同じような床反力モーメントが発生するように、ロボット 1の目標上体 位置を補正したものとなる。このような第 2仮補正歩容は、その歩容の運動どおりに実 際のロボット 1を動作させたときに発生する実床反力モーメントが、単純化モデル歩容 の運動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発生する実床反力モーメントより も、目標床反力モーメント（=単純ィ匕モデル歩容の床反力モーメント）により近いもの となる。つまり、第 2仮補正歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度が 単純ィ匕モデル歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度よりも高まること となる。但し、第 2仮補正歩容を決定する（第 2変位次元補正用モデルの第 2要素配 置を決定する）ときには、第 1および第 2変位次元補正用モデルの間の全体重心の ずれは考慮していないので、第 2仮補正歩容の運動と並進床反力との間の動力学的 な精度は、必ずしも単純ィ匕モデル歩容の運動と並進床反力との間の動力学的な精 度よりも高まるとは限らない。
[0284] そして、本実施形態では、上述したような第 1仮補正歩容の上体位置姿勢と第 2仮 補正歩容の上体位置姿勢とから、第 1実施形態と同様に前記式 12および式 13によ つて決定される。このため、第 1実施形態と同様、ロボット 1の動作モードが定常的に 通常モードであるときには、変位次元補正歩容は、上体姿勢を変動させない (上体姿 勢を補正しない）ようにしつつ、単純化モデル歩容の上体位置を補正して、変位次元 補正歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的な精度を単純ィ匕モデル歩容ょ りち高めることができる歩容となる。
[0285] また、ロボット 1の動作モードが定常的に走行モードであるときには、第 1実施形態と 同様に、変位次元補正歩容は、単純化モデル歩容の上体位置および状態姿勢の両 者を補正して、変位次元補正歩容の運動と床反力（並進床反力および床反力モーメ ント）との間の動力学的な精度を単純ィ匕モデル歩容よりも高めることができる歩容とな る。
[0286] また、ロボット 1の動作モードが定常的に低摩擦床面歩行モードであるときには、第 1実施形態と同様に、変位次元補正歩容は、単純化モデル歩容よりも動力学的精度 を高めつつ、且つ、上体姿勢の変動を極力抑えつつ、且つ、ロボット 1のスリップを防 止しつつ、ロボット 1の安定な動作を可能とする歩容となる。
[0287] さらに、ロボット 1の動作モードが切り替る際には、前記図 10の S106の処理によつ て、重み wl力 (ひいては、重み w2も）の値を徐々に変化させるので、変位次元補正上 体姿勢や変位次元補正上体位置が急変することはない。
[0288]
[第 3実施形態]
次に、本発明の第 3実施形態を図 23—図 25を参照しつつ説明する。本実施形態 は、ロボット 1の構成は第 1および第 2実施形態と同一で、また、単純ィ匕モデル、第 1 変位次元補正用モデルおよび第 2変位次元補正用モデルの構造は第 2実施形態と 同一である。そして、本実施形態は、歩容生成装置 100の処理の一部のみが第 2実 施形態と相違するものである。従って、本実施形態の説明では、第 2実施形態と同一 部分については第 2実施形態と同じ符号および図面を用い、詳細な説明を省略する 。以下、前記第 2実施形態と相違する部分を主体として、本実施形態を説明する。な お、本実施形態は、本発明の第 2— 4、第 7— 10、第 13— 15発明の一実施形態であ る。
[0289] 本実施形態では歩容生成装置 100の処理は、図 9の S024の変位次元歩容補正 サブルーチンのみが前記第 2実施形態と相違している。従って、この変位次元歩容 補正サブルーチン以外の処理については説明を省略する。
[0290] 本実施形態における変位次元歩容補正サブルーチンは、図 23のフローチャートで 示す如く行われる。以下説明すると、まず、 S500において、第 1変位次元補正用モ デルと第 2変位次元補正用モデルとの間の重心に関する前記条件 1と、角運動量積 に関する前記条件 2とを満足するように第 1仮補正上体位置姿勢 (Pb21, Θ b21)が決 定される。
[0291] この処理は、第 2実施形態での S100 (図 10)の処理と同一であり、図 11のサブル 一チン処理によって第 2実施形態と全く同様に実行される。補足すると、本実施形態 (第 3実施形態)では、図 11の S200の処理で求められる第 1変位次元補正用モデル の各要素の配置が、本発明の第 2発明における「第 1の配置」に相当し、また、 S210 の条件が成立したときの第 2変位次元補正用モデルの各要素の配置が前記第 1要 素配置に相当すると共に、本発明の第 2発明における「第 2の配置」に相当する。
[0292] 次いで、 S502、 S504および S506の処理力 それぞれ第 2実施形態における S 10 4、 S106、 S 108と全く同じよう〖こ実行され、今回時刻 tでの重み wl, w2の値が決定さ れる。
[0293] 次いで、 S508において、第 2変位次元補正用モデルでの上体姿勢を、 S500で決 定した第 1仮補正上体姿勢 Θ b21に S504で決定した重み wlを乗算してなる姿勢と前 記単純化モデル歩容の瞬時値における上体姿勢 Θ bに S 506で決定した重み w2を 乗算してなる姿勢との和 (wl * 0 b21 +w2 * 0 b)と同一にして、第 1変位次元補正用 モデルと第 2変位次元補正用モデルとの間の角運動量積に関する前記条件 2を満 足するように第 2仮補正上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22)が決定される。なお、この S508 の処理では、第 2仮補正上体姿勢 Θ b22は、 wl * 0 b21 +w2 * Θ bと同一にされるの で、該 S508の処理は、実質的には、条件 2を満足するように第 2仮補正上体位置 P b22を決定する処理であると言える。
[0294] この S508の処理は、図 24のサブルーチン処理によって実行される。このサブルー チン処理は、前記第 2実施形態における図 12のサブルーチン処理に対して第 2仮補 正上体姿勢の候補 Θ b22_sの値のみが相違するものである。すなわち、本実施形態（ 第 3実施形態)の図 24のサブルーチン処理では、第 2仮補正上体姿勢の候補 Θ b22— sが wl * 0 b21 +w2 * 0 b (今回時刻 tの重み wlを今回時刻 tの第 1仮補正上体 姿勢 Θ b21に乗じてなる姿勢角と今回時刻 tの重み w2を今回時刻 tの単純ィ匕モデル 歩容の瞬時値における状態姿勢 Θ bに乗じてなる姿勢角との和）に固定され、この点 でのみ、図 12のサブルーチン処理と相違する（図 12のサブルーチン処理では、候補 Θ b22_sは単純ィ匕モデル歩容の瞬時値における上体姿勢に固定されている）。より具 体的には、図 24のサブルーチン処理は、 S602の処理で、初期候補 Θ b22_sが wl * Θ b21 +w2 * Θ bに設定され、これ以外は、図 12のサブルーチン処理と同一である。 この場合、図 24の S600、 S604— S618力 Sそれぞれ図 12の S300、 S304— S318と 同じである。
[0295] 力力る S508の処理により、単純化モデル歩容の上体姿勢を wl * Θ b21 +w2 * Θ b に補正し、且つ、単純ィ匕モデル歩容の上体位置を前記条件 2を満たすように補正し てなる歩容としての第 2仮補正歩容が得られることとなる。
[0296] 上記のように S508の処理を実行した後、 S510の処理が実行され、今回時刻 tにお ける変位次元補正上体位置姿勢 (Pb2, Θ b2)が決定される。すなわち、第 2仮補正歩 容の上体位置姿勢 (Pb22, Θ b22) ( = (Pb22, wl * 0 b21 +w2 * Θ b))がそのまま、変 位次元補正上体位置姿勢 (Pb2, Θ b2)として決定される。補足すると、本実施形態（ 第 3実施形態)では、 S610の条件が成立したときの第 2変位次元補正用モデルの要 素の配置が前記第 2要素配置に相当すると共に、本発明の第 2発明における「第 3の 配置」に相当する。
[0297] 以上が本実施形態 (第 3実施形態)での変位次元歩容補正サブルーチンの詳細で ある。
[0298] 補足すると、この第 3実施形態では、変位次元歩容補正サブルーチンの処理が、 本発明の第 2発明における目標運動補正手段に相当し、この処理で決定される変位 次元補正歩容の運動 (第 3実施形態ではこれは第 2仮補正歩容の運動に等しい）が 、該第 2発明における補正後瞬時目標運動に相当する。さらに、 S500の処理が第 2 発明における仮補正運動決定手段に相当し、この処理で決定される第 1仮補正歩容 が第 2発明における仮補正瞬時目標運動に相当する。
[0299] 以上説明した本実施形態では、第 1仮補正歩容は、第 2実施形態と同一である。従 つて、前記図 20および図 21を参照して説明した如ぐ第 1仮補正歩容は、単純化モ デル歩容では考慮されていない各脚体の膝関節付近の部分の運動に伴う慣性力の 影響を補償して、単純化モデル歩容の目標床反力（並進床反力および床反力モー メント）と同じような床反力が発生するようにロボット 1の目標運動 (より詳しくは目標上 体位置および目標上体姿勢)を補正したものとなる。このため、第 1仮補正歩容は、 その歩容の運動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発生する実床反力が、 単純ィ匕モデル歩容の運動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発生する実床 反力よりも、目標床反力（=単純化モデル歩容の床反力）により近いものとなる。つま り、第 1仮補正歩容の運動と床反力（並進床反力および床反力モーメント)との間の 動力学的精度が単純化モデル歩容の運動と床反力の間の動力学的精度よりも高ま ることとなる。
[0300] 一方、図 25は、本実施形態 (第 3実施形態)での第 2仮補正歩容に対応する第 2変 位次元補正用モデルの要素の配置 (第 2要素配置）と第 1変位次元補正用モデルの 要素の配置との関係を例示している。この図 25の第 2変位次元補正用モデルの各要 素の配置は、前記図 20で想定している単純ィ匕モデル歩容の瞬時値に対応して、前 記図 23の S506で最終的に決定される第 2変位次元補正用モデルの前記第 2要素 配置である。この配置は、前記第 2仮補正歩容から、前記幾何学的拘束条件（2)に 従って定まるものと同一である。なお、図 25では、第 2仮補正歩容に対応する第 2変 位次元補正用モデルの各質点 Ai (i= l, 2, · ··, 5)の位置を Pi22(Ai)で表している。 また、図 25に示す第 1変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位置および上体リンク の姿勢角は、前記図 20と同じである。
[0301] この図 25に見られるように、第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデ ルの要素の配置では、上体姿勢を、第 1仮補正上体姿勢 Θ b21に重み wlを乗じてな る姿勢角と前記単純化モデル歩容の瞬時値における上体姿勢 Θ bに重み w2を乗算 してなる姿勢角との和に規制した状態で、第 2変位次元補正用モデルの各質点 A1 一 A5の位置力 前記した角運動量積の総和がある一定値 (所定値）になるように決 定される。補足すると、図 25の斜線もしくは横線を付した三角形の面積の 2倍が、そ れぞれ、上体質点 Al、大腿質点 A2, A3に係る角運動量積に相当するものである。 [0302] このため、第 2仮補正歩容に対応する第 2変位次元補正用モデルの各質点 Aiの位 置および上体リンクの姿勢角では、各質点 Ai (より詳しくは上体質点 A1および大腿 質点 A2, A3)のモデル間擬似並進加速度に伴う慣性力が目標 ZMPまわりに作用 するモーメントの総和が図 20に示した場合よりも所定の値 (前記条件 2の「一定値」に 相当する値）に近づく。
[0303] これにより、第 2仮補正歩容は、ロボット 1の目標上体姿勢を単純化モデル歩容の 瞬時値における上体姿勢 (本実施形態では鉛直姿勢)と第 1仮補正上体姿勢との間 の姿勢に規制しながら、単純ィヒモデル歩容では考慮されていない各脚体の膝関節 付近の部分の運動に伴う慣性力の影響を補償して、単純化モデル歩容の床反カモ 一メントと同じような床反力モーメントが発生するように、ロボット 1の目標上体位置を 補正したものとなる。このような第 2仮補正歩容は、その歩容の運動どおりに実際の口 ボット 1を動作させたときに発生する実床反力モーメントが、単純化モデル歩容の運 動どおりに実際のロボット 1を動作させたときに発生する実床反力モーメントよりも、目 標床反力モーメント（=単純ィ匕モデル歩容の床反力モーメント）により近いものとなる 。つまり、第 2仮補正歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度が単純ィ匕 モデル歩容の運動と床反力モーメントとの間の動力学的精度よりも高まることとなる。
[0304] そして、本実施形態では、第 2仮補正上体位置姿勢が変位次元補正上体位置姿 勢として決定される。この場合、ロボット 1の動作モードが定常的に通常モードである 場合 (wl = 0である場合）には、変位次元補正歩容（=第 2仮補正歩容）は、第 2実施 形態と同様に、上体姿勢を変動させない（一定に維持する）ようにしつつ、単純化モ デル歩容の上体位置を補正して、変位次元補正歩容の運動と床反力モーメントとの 間の動力学的な精度を単純ィ匕モデル歩容よりも高めることができる歩容となる。この 場合、単純化モデル歩容が前記第 2実施形態と同一であれば、本実施形態 (第 3実 施形態）における変位次元補正歩容も第 2実施形態と同じになる。
[0305] また、ロボット 1の動作モードが定常的に走行モードである場合 (wl = lである場合) には、前記図 23の S506で決定される第 2仮補正上体位置姿勢は第 1仮補正上体 位置姿勢と同一か、もしくはほぼ同一となる（両者の上体位置は、完全に同一になる とは限らない)。このため、この場合の変位次元補正歩容（=第 2仮補正歩容）は、単 純化モデル歩容の上体位置および上体姿勢の両者を補正して、変位次元補正歩容 の運動と床反力（並進床反力および床反力モーメント）との間の動力学的な精度を単 純ィ匕モデル歩容よりも高めることができる歩容となる。この場合も、単純化モデル歩容 が前記第 2実施形態と同一であれば、本実施形態 (第 3実施形態）における変位次 元補正歩容も第 2実施形態と同じになる。
[0306] また、ロボット 1の動作モードが定常的に低摩擦床面歩行モードである場合 (wl = 0.5である場合)には、変位次元補正上体姿勢は、第 1仮補正歩容の上体姿勢角の 1 Z2の姿勢角と単純化モデル歩容の上体姿勢角の 1Z2の姿勢角との和とされ、変 位次元補正上体位置は、上体姿勢角が第 1仮補正歩容の上体姿勢角の 1Z2の姿 勢角と単純化モデル歩容の上体姿勢角の 1Z2の姿勢角との和である場合に対応す る第 2仮補正歩容の上体位置とされる。このため、この場合の変位次元補正歩容は、 前記第 2実施形態と同様、上体姿勢の変動を抑制しつつ、変位次元補正歩容の運 動と床反力（並進床反力および床反力モーメント)との間の動力学的な精度を単純化 モデル歩容よりも高めるように単純化モデル歩容の上体位置および上体姿勢の両者 を補正したものとなる。ひいては、該変位次元補正歩容は、単純ィ匕モデル歩容よりも 動力学的精度を高めつつ、且つ、上体姿勢の変動を極力抑えつつ、且つ、ロボット 1 のスリップを防止しつつ、ロボット 1の安定な動作を可能とする歩容となる。また、この 場合、本実施形態では、変位次元補正上体位置は、補正後の上体姿勢としての変 位次元補正上体姿勢に対応して、前記条件 2を満たすように決定されるものであるた め、その変位次元補正上体位置姿勢を含む変位次元補正歩容の運動どおりに実際 のロボット 1の動作させたときに発生する実床反力モーメントと目標床反力モーメント との誤差を効果的に低減できる。
[0307] なお、ロボット 1の動作モードが切り替る際には、前記図 23の S504の処理によって 、重み wlの値を徐々に変化させるので、前記第 1および第 2実施形態と同様、変位 次元補正上体姿勢や変位次元補正上体位置が急変することはない。
[0308]
次に、以上説明した第 1一第 3実施形態に関連した変形態様をいくつ力説明する。
[0309] 前記第 1一第 3実施形態では、変位次元補正上体姿勢は、前記第 1仮補正上体姿 勢に、重み wlを乗じたものに応じて決定される。この場合、第 1仮補正上体姿勢 (第 1 仮補正歩容の上体の傾斜角）に対して、重み wlが周波数特性を持つようにしてもよ い。例えば、第 1仮補正上体姿勢の周波数成分に対して、図 26 (a)に示す如ぐ重 み wlにローカット特性を持たせる。このようにした場合には、第 1仮補正上体姿勢が 定常的にほぼ一定に維持されるような状態、例えば、ロボット 1を直立姿勢状態で継 続的に静止させるような目標歩容を生成する場合には、第 1仮補正上体姿勢に重み wlを乗じてなる変位次元補正上体姿勢を、鉛直方向に対するオフセットが発生する ことなぐ確実に定常的に鉛直姿勢に維持することができる。このため、ロボット 1の全 体姿勢の見栄えがよくなる。あるいは、必要に応じて、図 26 (b)に示す如ぐ重み wl にハイカット特性を持たせるようにしてもよい。このようにした場合には、第 1仮補正上 体姿勢の高周波成分、すなわち、第 1仮補正上体姿勢を高速で振動させる成分を除 去して、変位次元補正上体姿勢を決定できることとなる。この結果、変位次元補正上 体姿勢の細かな振動が生じるのを防止し、ロボット 1の頭部等に搭載される撮像装置 の揺れを防止できる。
[0310] なお、図 26 (a)あるいは図 26 (b)のように重み wlに周波数特性をもたせることで、 本発明の第 5発明の一実施形態が構築されることとなる。
[0311] また、前記第 1一第 3実施形態では、角運動量積に係る点 Qとして、目標 ZMPを用 いたが、点 Qは目標 ZMP以外の点でもよぐ例えば、次のような点でもよい。
a)歩容を記述する座標系（グローバル座標系）の原点
b)ロボット 1とともに連続的に移動する適当に設定した点
c)フルモデルにおけるロボット 1の全体重心
d)単純化モデルにおけるロボット 1の全体重心
e)第 1および第 2変位次元補正用モデルに係るある所定の質点の集合の重心 (具体 的には、第 1および第 2変位次元補正用モデルの間で位置の差を生じる可能性があ る質点の集合の重心。例えば、第 1実施形態では、全ての質点 A1— A5の集合の重 心が相当し、第 2および第 3実施形態では、上体質点 A1,大腿質点 A2, A3の集合 の重心が相当する）
また、前記第 1実施形態では、図 9の S024の変位次元歩容補正サブルーチンを図 10の処理により行うようにした力 前記第 3実施形態と同様に、図 23の処理により行う ようにしてもよい。これにより、本発明の第 2発明に係る他の実施形態が構成されるこ ととなる。
[0312] また、前記第 1一第 3実施形態の説明では、図 9の S024の変位次元歩容補正サブ ルーチンの処理にお 、て、サジタルプレーン上での単純化モデル歩容の上体位置 姿勢を補正する処理にっ 、て説明した力 サジタルプレーンに直交するラテラルプレ ーン上での上体位置姿勢を合わせて補正するようにしてもよい。この場合には、例え ば図 11の S200— S218の処理、図 12の S300— S318の処理、および図 24の S60 0— S618の処理を 3次元に拡張して行えばよい。あるいは、サジタルプレーン上での 上体位置姿勢の補正処理と、ラテラルプレーン上での上体位置姿勢の補正処理とを 図 11、図 12、図 24と同様のアルゴリズムによって、それぞれ独立に行うようにしてもよ い。補足すると、上体位置の鉛直成分を含めて上体位置姿勢を補正する場合にお いて、サジタルプレーン上での上体位置姿勢の補正処理と、ラテラルプレーン上での 上体位置の補正処理とを独立して行う場合には、上体位置の鉛直成分の補正は、サ ジタルプレーン上、あるいはラテラルプレーン上のいずれか一方のプレーン上での補 正処理によって行い、他方のプレーン上での補正処理では、上体位置の鉛直成分 を除 、て、その他方のプレーン上での上体位置姿勢の補正を行うようにすればよ！、。
[0313] また、ホリゾンタルプレーン (水平面）での上体位置姿勢を合わせて補正するように してもよい。あるいは、サジタルプレーン、ラテラルプレーン、ホリゾンタルプレーンの V、ずれか一つまたは二つに対して上体位置姿勢を補正するようにしてもょ 、。
[0314] また、第 1一第 3実施形態では、図 10の S100あるいは図 23の S500において、第 1仮補正上体位置姿勢の初期候補 (Pb21_s, Θ b21_s)を、前回制御周期の時刻で求 めた第 1仮補正上体位置姿勢を用いて決定したが、例えば該初期候補 (Pb21_s, Θ b21_s)を単純化モデル歩容の上体位置姿勢と同一にしてもよい。同様に、図 10の S 102あるいは図 23の S506において、第 2仮補正上体位置の初期候補 Pb22— sを、前 回制御周期の時刻で求めた第 2仮補正上体位置を用いて決定したが、例えば該初 期候補 Pb22_sを単純ィ匕モデル歩容の上体位置と同一にしてもよい。但し、前記条件 1, 2を満たす第 1仮補正上体位置姿勢、あるいは前記条件 2を満たす第 2仮補正上 体位置を短時間で探索する上では、前記第 1一第 3実施形態で説明した如ぐ初期 候補 (Pb2_s, Θ b2_s)を決定することが望ま 、。
[0315] また、第 1一第 3実施形態の変位次元歩容補正サブルーチンの処理で、前記条件 1, 2を満たす第 1仮補正上体位置姿勢を探索的に求めようにしたが、例えば第 2変 位次元補正用モデルの要素の配置（各質点の位置とイナ一シャを持つ各リンクの姿 勢)を前記幾何学的拘束条件 (2)に従って単純化モデル歩容に対応させて決定した ときのその配置と、第 1変位次元補正用モデルの要素の配置との差（両モデル間の 各質点の位置の差と、イナ一シャをもつ各リンクの姿勢角の差)から、あら力じめ作成 した関数式あるいはマップなどを用いて、単純化モデル歩容の上体位置姿勢から第 1仮補正上体位置姿勢への補正量を決定し、その補正量で単純化モデル歩容の上 体位置姿勢を補正することで、第 1仮補正上体位置姿勢を決定することも可能である
[0316] また、第 1および第 2実施形態の変位次元歩容補正サブルーチンの処理では、上 体姿勢を単純化モデル歩容の上体姿勢と同一にしたときに前記条件 2を満たす第 2 仮補正上体位置を探索的に求めるようにしたが、第 2変位次元補正用モデルの要素 の配置 (各質点の位置とイナ一シャを持つ各リンクの姿勢)を前記幾何学的拘束条件 (2)に従って単純ィヒモデル歩容に対応させて決定したときのその配置と、第 1変位次 元補正用モデルの要素の配置との差（両モデル間の各質点の位置の差と、イナーシ ャをもつ各リンクの姿勢角の差)から、あら力じめ作成した関数式あるいはマップなど を用いて、単純化モデル歩容の上体位置から第 2仮補正上体位置への補正量を決 定し、その補正量で単純化モデル歩容の上体位置を補正することで、第 2仮補正上 体位置を決定することも可能である。同様に、第 3実施形態にあっては、単純化モデ ル歩容の上体姿勢を第 1仮補正上体姿勢に前記重み wlを乗じたものと単純化モデ ル歩容の上体姿勢に前記重み w2を乗じたものとの和で置き換えてなる歩容（以下、 ここでの説明では置き換え歩容と!、う）の瞬時値から前記幾何学的拘束条件（2)に 従って第 2変位次元補正用モデルの要素の配置を決定したときのその配置と、第 1 変位次元補正用モデルの要素の配置との差から、あら力じめ作成した関数式あるい はマップなどを用いて、上記置き換え歩容の上体位置から第 2仮補正上体位置への 補正量を決定し、その補正量で該置き換え歩容の上体位置を補正することで、第 2 仮補正上体位置を決定することも可能である。
[0317] また、第 1一第 3実施形態の変位次元歩容補正サブルーチンの処理で、第 1仮補 正上体位置姿勢を決定するときに、モデル間全体重心ずれ Gc_errとモデル間角運 動量積ずれ Lc_errとがそれぞれ許容範囲内であるか否かの判定（図 11の S210の処 理)を行わず、探索回数 (候補 (Pb21_s, Θ b21_s)の更新回数)が所定回数に達したら 探索完了とし、そのときの候補 (Pb21_s, 0 b21_s)を第 1仮補正上体位置姿勢として決 定するよう〖こしてもよい。あるいは、モデル間全体重心ずれ Gc_errとモデル間角運動 量積ずれ Lc_errとがそれぞれ許容範囲内に収まる力、もしくは、探索回数が所定回 数に達したら探索完了として、そのときの候補 (Pb21_s, Θ b21_s)を第 1仮補正上体位 置姿勢として決定するようにしてもょ ヽ。
[0318] 同様に、第 1一第 3実施形態の変位次元歩容補正サブルーチンの処理で、第 2仮 補正上体位置姿勢を決定するときに、モデル間角運動量積ずれ Lc_errとがそれぞれ 許容範囲内であるか否かの判定（図 12の S310の処理、あるいは図 24の S610の処 理)を行わず、探索回数 (候補 (Pb22_s, Θ b22_s)の更新回数)が所定回数に達したら 探索完了とし、そのときの候補 (Pb22_s, 0 b22_s)を第 2仮補正上体位置姿勢として決 定するよう〖こしてもよい。あるいは、モデル間角運動量積ずれ Lc_errとがそれぞれ許 容範囲内に収まるか、もしくは、探索回数が所定回数に達したら探索完了として、そ のときの候補 (Pb22_s, Θ b22_s)を第 2仮補正上体位置姿勢として決定するようにして ちょい。
[0319] また、前記第 1一第 3実施形態では、モデル間角運動量積ずれ Lc_errを算出すると きに、先にも述べたように、前記式 07の代わりに例えば前記式 08を用いるようにして もよい。この場合、式 08の右辺の∑に続く各項は、第 1変位次元補正用モデルの質 点 Aiと点 Qとを結ぶ線分と、第 2変位次元補正用モデルの質点 Aiと点 Qとを結ぶ線 分とのなす角度 (Pil_Q_Pi2)に対してほぼ単調に変化する関数となる。従って、前記第 1一第 3実施形態では、モデル間角運動量積ずれ Lc_errを算出するために、式 08を 使用することで、本発明の第 6発明の一実施形態が構築されることとなる。
[0320] また、前記第 2および第 3実施形態に関して、第 1および第 2変位次元補正用モデ ルの間での各大腿質点 A2, A3のそれぞれの位置ずれは、各脚体 2の足首関節の 中心点と股関節の中心点とを結ぶ線分に対する第 2変位次元補正モデルの大腿質 点 A2, A3の位置ずれ (該線分にほぼ直交する面内での位置のずれ）、あるいは、該 線分に対する膝関節の中心の位置ずれにほぼ等しい。従って、モデル間全体重心 ずれ Gc_errとモデル間角運動量積ずれし errとを求めるときに、例えば前記式 06, 07 における各大腿質点 A2, A3に係る位置ずれ (P22— P21), (P32— P31)の代わりに、 上記線分と、大腿質点 A2, A3もしくは各膝関節の中心との距離 (以下、大腿質点 A 2, A3の擬似位置ずれ距離という）を用いてもよい。
[0321] さらには、この大腿質点 A2, A3の擬似位置ずれ距離は、各脚体 2の膝関節の曲 げ角と密接な関係があり、この大腿質点 A2, A3の擬似位置ずれを膝関節の曲げ角 力も求めるようにしてもよい。より具体的には、前記した図 20に示すように、各大腿リ ンク 24の長さ（大腿リンク 24の両端の股関節および膝関節のそれぞれの中心点の間 の距離)を L、膝関節の曲げ角（大腿リンクの軸心 (股関節の中心と膝関節の中心とを 通る直線）に対する下腿リンクの軸心 (膝関節の中心と足首関節の中心とを通る直線 の傾斜角）を Θとしたとき、各大腿質点 A2, A3の擬似位置ずれ距離は、ほぼ、 L * sin( 0 Z2)に等しいものとなる。なお、長さ Lは、両大腿リンク 24, 24について同一で ある。従って、例えば前記式 06, 07における各大腿質点 A2, A3に係る位置ずれ (P 22-P21), (P32— P31)の代わりに、各脚体 2の膝関節の曲げ角 Θに応じて定まる L * sin ( θ Z2)を用いるようにしてもよい。補足すると、上体位置姿勢と両足平位置姿勢 を定めれば、各脚体 2の膝関節の曲げ角はロボット 1の幾何学モデル (リンクモデル） によって一義的に決定できる。
[0322] また、前記第 1一第 3実施形態では、第 1および第 2変位次元補正用モデルにおけ る各脚体 2の質点を 2つとしたが、例えば各脚体 2の足平 2の近傍、下腿リンク、およ び大腿リンクにそれぞれ質点をもつような (各脚体 2に 3質点をもつような)変位次元 補正用モデルを構築してもよい。この場合、第 2あるいは第 3実施形態のように、第 1 変位次元補正用モデルの質点の位置を拘束するときには、各足平質点以外の 2つ の質点を、例えば足首関節の中心と股関節の中心とを結ぶ線分上の所定の内分比 で定まる 2つの点に設定するようにすればよい。また、下腿リンクおよび Zまたは上体 リンクに相当するイナ一シャをもつ剛体 (リンク）を両変位次元補正用モデルの要素と してカロえてもよい。
[0323] また、第 2および第 3実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの足 平質点 A4, A5のように、両変位次元補正用モデルでの配置が同一位置となるような 質点は、それを両変位次元補正用モデルから除 、てもよ 、。
[0324] また、前記第 1一第 3実施形態において、例えばロボット 1の動作モードが前記通常 モード (走行モードおよび低摩擦床面歩行モード)であるときに、ロボット 1を立ち止ま らせて両腕体 5, 5を共に前方に突き出したりするような運動を行う目標歩容を生成す るような場合には、第 1および第 2変位次元補正用モデルで、各腕体 5に対応する部 位に質点やイナ一シャをもたせるようにしてもょ 、。
[0325] さらには、両腕体 5, 5の肘関節の屈伸を行うような場合には、前記第 2および第 3実 施形態での第 1および第 2変位次元補正用モデルで大腿質点を備えた場合と同様 に、肘関節もしくはその近傍に対応する質点を備えるようにしてもよい。より具体的に は、例えば図 27に示すように、第 1および第 2変位次元補正用モデルで、上体質点 Bl、大腿質点 B2, B3および足平質点 B4, B5に加えて、各腕体 5の肘関節近傍に それぞれ対応する肘質点 B8, B9と、各腕体 5の先端部近傍にそれぞれ対応する手 先質点 B6, B7を備えるようにして、第 1変位次元補正用モデルでは、各腕体 5の肩 関節の中心と手首関節の中心とを結ぶ線分上の、所定の内分比で定まる点に肘質 点 B8, B9が拘束されるようにする。そして、第 1変位次元補正用モデルと第 2変位次 元補正用モデルとの間での肘関節 B8, B9の位置の差を含めて、前記第 2あるいは 第 3実施形態と同様に、モデル間全体重心ずれ Gc_errおよびモデル間角運動量積 ずれし errが 0に近づくように (前記条件 1、 2を満たすように)第 1仮補正上体位置姿 勢を求めると共に、上体姿勢を単純ィ匕モデル歩容の上体姿勢と同一にし、もしくは第 1仮補正上体姿勢に前記重み wlを乗じたものと単純化モデル歩容の上体姿勢に前 記重み w2を乗じたものとの和と同一にした状態で、モデル間角運動量積ずれし errが 0に近づくように (前記条件 2)を満たすように第 2仮補正上体位置姿勢を決定する。 なお、第 1変位次元補正用モデルに関しては、第 1実施形態で、各脚体 2の姿勢を 拘束した場合と同様に、第 1変位次元補正用モデルの腕姿勢を、ロボット 1の直立姿 勢状態における腕姿勢 (上下方向に伸ばした姿勢）に拘束するようにしてもょ 、。
[0326] また、第 1一第 3実施形態に関して補足すると、第 1実施形態では、本発明における 第 1の幾何学的拘束条件に相当する前記幾何学的拘束条件（1)と、第 2の幾何学的 拘束条件に相当する前記幾何学的拘束条件 (2)とが前記した如く設定されているこ とによって、それらの幾何学的拘束条件（1)、（2)は本発明の第 9発明の如く設定さ れていることとなっている。同様に、第 2および第 3実施形態では、本発明における第 1の幾何学的拘束条件に相当する前記幾何学的拘束条件 (3)と、第 2の幾何学的拘 束条件に相当する前記幾何学的拘束条件 (2)とが前記した如く設定されていること によって、それらの幾何学的拘束条件（3)、（2)は本発明の第 8発明の如く設定され ていることとなっている。
[0327] さらに、第 1一第 3実施形態では、第 1変位次元補正用モデルの全ての要素の質量 の総和がロボット 1の総質量と一致し、ロボット 1の瞬時目標運動に対する第 1変位次 元補正用モデルの全体重心位置 G1は、該瞬時目標運動に対する単純化モデルの 全体重心位置 Gsに一致あるいはほぼ一致するようにしている。また、第 2変位次元補 正用モデルの全ての要素の質量の総和もロボット 1の総質量と一致し、ロボット 1の瞬 時目標運動に対する第 2変位次元補正用モデルの全体重心位置 G2は、該瞬時目 標運動に対する実際のロボット 1の真の全体重心位置 Gfにほぼ一致するようにしてい る。従って、第 1一第 3実施形態では、 G1と G2との差 (G1-G2)は、単純ィ匕モデルの 全体重心位置 Gsとロボット 1の真の全体重心位置 Gfとの差（Gs— Gf)、すなわち単純 化モデルの全体重心位置の誤差にほぼ一致するものとなっている。従って、第 1一 第 3実施形態は、本発明における第 1の幾何学的拘束条件としての前記幾何学的拘 束条件（1)または (3)と、第 2の幾何学的拘束条件としての前記幾何学的拘束条件（ 2)とが前記した第 9発明の如く設定されていることとなる。なお、この場合において、 先に述べたように、足平の近傍の質点 (足平質点）のように、両変位次元補正用モデ ルでの配置が同一位置となるような質点は、それを両変位次元補正用モデルから除 V、てもよ 、ことはもちろんである。
産業上の利用可能性
[0328] 以上説明した如ぐ本発明は、動力学モデルを用いて作成された瞬時目標歩容の 運動を、微分方程式や積分方程式を含まない幾何学的な演算によって、適切に補 正し、その補正後の運動を含む瞬時目標歩容の動力学的精度を高めることと、ロボッ トの上体などの所定の部位の姿勢の変動を極力少なくすることとを両立できる移動口 ボットの歩容生成装置を提供できる点で有用である。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明の実施形態を適用する移動ロボット（2足歩行ロボット）の全体構成を概 略を示す図。
[図 2]図 1のロボットの各脚体の足平部分の構成を示す側面図。
[図 3]図 1のロボットに備えた制御ユニットの構成を示すブロック図。
[図 4]図 3の制御ユニットの機能的構成を示すブロック図。
[図 5]図 4に示す歩容生成装置の機能を示すブロック図。
[図 6]第 1実施形態における単純ィ匕モデル (動力学モデル)の構造を示す図。
[図 7] (a)一 (c)は、第 1実施形態における第 1変位次元補正用モデルと単純化モデ ルとの関係示す図。
[図 8]第 1実施形態における第 2変位次元補正用モデルの構造を示す図。
[図 9]第 1実施形態における歩容生成装置のメインルーチン処理を示すフローチヤ一
[図 10]第 1実施形態における図 9のフローチャートの変位次元歩容補正サブルーチ ンの処理を示すフローチャート。
[図 11]第 1実施形態における図 10の S100のサブルーチン処理を示すフローチヤ一
[図 12]第 1実施形態における図 10の S102のサブルーチン処理を示すフローチヤ一
[図 13]第 1実施形態における角運動量積の算出を説明するための図。
[図 14]第 1実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
[図 15]第 1実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。 [図 16]第 1実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
[図 17]フルモデル補正で使用するフルモデルの例を示す図。
圆 18]第 2実施形態における単純ィ匕モデル (動力学モデル)の構造を示す図。 圆 19]第 2実施形態における第 1変位次元補正用モデルの構造を示す図。
[図 20]第 2実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
圆 21]第 2実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
圆 22]第 2実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
圆 23]第 3実施形態における図 9のフローチャートの変位次元歩容補正サブルーチ ンの処理を示すフローチャート。
[図 24]図 23の S506のサブルーチン処理を示すフローチャート。
圆 25]第 3実施形態における第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置例 を示す図。
[図 26] (a) , (b)は重み wlに周波数特性を持たせた例を示すグラフ。
圆 27]第 1および第 2変位次元補正用モデルの要素の配置の他の例を示す図。

Claims

請求の範囲
移動ロボットの瞬時目標運動と瞬時目標床反力とからなる瞬時目標歩容を逐次発 生する瞬時歩容発生手段を備えた歩容生成装置において、
前記瞬時目標運動から前記移動ロボットの所定の部位の位置および姿勢を仮補正 してなる第 1の仮補正瞬時目標運動を決定する第 1仮補正運動決定手段と、 前記瞬時目標運動から前記所定の部位の姿勢を該瞬時目標運動における姿勢と 同一に維持しつつ、該所定の部位の位置を仮補正してなる第 2の仮補正瞬時目標 運動を決定する第 2仮補正運動決定手段と、
前記第 1の仮補正瞬時目標運動と第 2の仮補正瞬時目標運動とを基に、前記瞬時 目標運動における前記所定の部位の位置および姿勢の真の補正を実行してなる補 正後瞬時目標運動を決定する目標運動補正手段とを備え、
前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点とのうちの少な くともいずれか一方を要素として、複数の要素からなるモデルで表現し、前記瞬時歩 容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの 各要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に従って決定さ れる前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、前記第 1仮補正運動決定手段が 決定した第 1の仮補正瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの 各要素の配置を規定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記 モデルの各要素の配置を第 2の配置とし、前記第 2仮補正運動決定手段が決定した 第 2の仮補正瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される 前記モデルの各要素の配置を第 3の配置としたとき、
前記第 1仮補正運動決定手段は、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モ デルの各要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力 の合力の並進力成分がほぼ 0になり、且つ、該合力が所定の点まわりに発生するモ 一メント成分がほぼ所定の値になるように前記第 1の仮補正瞬時目標運動を決定し、 前記第 2仮補正運動決定手段は、前記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モ デルの各要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力 の合力が前記所定の点まわりに発生するモーメント成分がほぼ前記所定の値になる ように前記第 2の仮補正瞬時目標運動を決定し、
前記目標運動補正手段は、前記第 1の仮補正瞬時目標運動における前記所定の 部位の姿勢に所定の重み wlを乗じたものと前記第 2の仮補正瞬時目標運動におけ る前記所定の部位の姿勢に所定の重み w2を乗じたものとの和を前記補正後瞬時目 標運動における前記所定の部位の瞬時目標姿勢として決定するとともに、前記第 1 の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の位置に前記所定の重み wlを乗 じたものと前記第 2の仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の位置に前記 所定の重み w2を乗じたものとの和を前記補正後瞬時目標運動における前記所定の 部位の瞬時目標位置として決定することを特徴とする移動ロボットの歩容生成装置。
[2] 移動ロボットの瞬時目標運動と瞬時目標床反力とからなる瞬時目標歩容を逐次発 生する瞬時歩容発生手段を備えた歩容生成装置において、
前記瞬時目標運動から前記移動ロボットの所定の部位の位置および姿勢を仮補正 してなる仮補正瞬時目標運動を決定する仮補正運動決定手段と、
前記瞬時目標運動における前記所定の部位の位置および姿勢の真の補正を実行 してなる補正後瞬時目標運動を決定する目標運動補正手段とを備え、
前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点とのうちの少な くともいずれか一方を要素として、複数の要素からなるモデルで表現し、前記瞬時歩 容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの 各要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に従って決定さ れる前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、前記仮補正運動決定手段が決 定した仮補正瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの各要素の 配置を規定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの 各要素の配置を第 2の配置とし、前記目標運動補正手段が決定する補正後瞬時目 標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要 素の配置を第 3の配置としたとき、
前記仮補正運動決定手段は、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデル の各要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合 力の並進力成分がほぼ 0になり、且つ、該合力が所定の点まわりに発生するモーメン ト成分がほぼ所定の値になるように前記仮補正瞬時目標運動を決定し、
前記目標運動補正手段は、前記仮補正瞬時目標運動における前記所定の部位の 姿勢に所定の重み wlを乗じたものと前記瞬時歩容発生手段が発生した前記瞬時目 標運動における前記所定の部位の姿勢に所定の重み w2を乗じたものとの和を前記 補正後瞬時目標運動における該所定の部位の瞬時目標姿勢として決定すると共に 、前記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度 とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力が所定の点まわりに発生す るモーメント成分がほぼ所定の値になるように前記補正後瞬時目標運動における前 記所定の部位の瞬時目標位置を決定することを特徴とする移動ロボットの歩容生成 装置。
[3] 前記所定の重み wlおよび所定の重み w2は、いずれも、その大きさが 0から 1までの 範囲内の大きさであり、少なくとも前記所定の重み wlを、前記目標歩容に応じて前 記移動ロボットの動作を行わせようとする路面状態と該目標歩容に応じた移動ロボッ トの運動形態とのうちの少なくともいずれか一方に応じて可変的に決定する手段を備 えることを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[4] 前記所定の重み wlの大きさと前記所定の重み w2の大きさとの和は 1であることを 特徴とする請求項 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[5] 前記所定の重み wlは、これを乗じる前記所定の部位の姿勢に対して周波数特性 をもつ重みであることを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容生成装 置。
[6] 前記第 2の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成 分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記 第 2の配置における位置 Bの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを 結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 Bとを結ぶ線分とがなす角度から、該角度に 関する実質的に単調な関数を用いて算出され、
前記第 3の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成 分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記 第 3の配置における位置 Cの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを 結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 cとを結ぶ線分とがなす角度から前記単調な 関数を用いて算出されることを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容 生成装置。
[7] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す動力学モデルであって、少なくとも該移動ロボットの 1つ以上の 特定部位の特定の運動成分によって発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築され た動力学モデルを用いて決定されており、前記モデルは、前記特定部位のうちの少 なくとも 1つの部位に対応する要素を含むことを特徴とする請求項 1または 2記載の移 動ロボットの歩容生成装置。
[8] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す所定の動力学モデル上での目標床反力または目標 ZMPを満 足するように決定されており、
前記瞬時目標運動から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モ デルの各要素の配置の時間的変化によって発生する各要素の慣性力の合力に釣り 合う床反力と、前記瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定 される前記モデルの各要素の配置の時間的変化によって発生する各要素の慣性力 の合力に釣り合う床反力との差に所定の定常オフセットを加えたもの力 前記瞬時目 標運動によって前記動力学モデルで発生する床反力の誤差に略一致するように前 記第 1および第 2の幾何学的拘束条件が設定されていることを特徴とする請求項 1ま たは 2記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[9] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す所定の動力学モデル上での目標床反力または目標 ZMPを満 足するように決定されており、
前記瞬時目標運動から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モ デルの各要素の配置の全体重心と、前記瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的 拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置の全体重心との差に該要 素の総質量を乗じたもの力 前記瞬時目標運動における前記動力学モデルの全体 重心の誤差に該動力学モデルの総質量を乗じたものに略一致するように前記第 1お よび第 2の幾何学的拘束条件が設定されていることを特徴とする請求項 1または 2記 載の移動ロボットの歩容生成装置。
[10] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えるロボットであり、前記第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先 端部近傍の所定の点と、該可動体の前記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線 分に平行な直線上に前記モデルの要素のうちのいずれかが存在するという条件を含 むことを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[11] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えるロボットであり、前記第 1の幾何学的拘束条件は、前記モデル上 での前記上体と各可動体とが所定の一定姿勢状態に保持されるという条件を含むこ とを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[12] 前記所定の一定姿勢は、前記移動ロボットの上体と複数の可動体とをほぼ鉛直方 向に向けた姿勢であることを特徴とする請求項 11記載の移動ロボットの歩容生成装 置。
[13] 前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボットの任意の瞬時目標運動から、 その条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置が、前記瞬時目標運動に 従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の配置に略一致するように設定され ていることを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容生成装置。
[14] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えると共に、各可動体の上体との連結部と該可動体の先端部との間 の中間部とに屈曲可能な関節を有し、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標 運動は、前記ロボットの運動と床反力との関係を表す動力学モデルであって、各可 動体の屈伸運動に起因して該可動体の中間部もしくはその近傍で発生する慣性力 がほぼ 0であるとして構築された動力学モデルを用いて決定されており、前記モデル は少なくとも前記各可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応させた質点を要素 として含むモデルであることを特徴とする請求項 1または 2記載の移動ロボットの歩容 生成装置。
[15] 前記第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先端部近傍の所定の点と、該可動 体の前記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線分に、前記モデルの要素のうち の、該可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応させた質点が存在すると 、ぅ条 件を含み、前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボットの任意の瞬時目標運 動から、その条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置が、前記瞬時目標 運動に従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の配置に略一致するように 設定されていることを特徴とする請求項 14記載の移動ロボットの歩容生成装置。
PCT/JP2005/001693 2004-02-06 2005-02-04 移動ロボットの歩容生成装置 WO2005075156A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005517747A JP4800037B2 (ja) 2004-02-06 2005-02-04 移動ロボットの歩容生成装置
US10/597,620 US7715944B2 (en) 2004-02-06 2005-02-04 Gait generating device of mobile robot
EP05709758A EP1721711B1 (en) 2004-02-06 2005-02-04 Gait generator of mobile robot
KR1020067011906A KR101131773B1 (ko) 2004-02-06 2005-02-04 이동 로봇의 보용생성장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-031271 2004-02-06
JP2004031271 2004-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005075156A1 true WO2005075156A1 (ja) 2005-08-18

Family

ID=34836042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/001693 WO2005075156A1 (ja) 2004-02-06 2005-02-04 移動ロボットの歩容生成装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7715944B2 (ja)
EP (1) EP1721711B1 (ja)
JP (1) JP4800037B2 (ja)
KR (1) KR101131773B1 (ja)
WO (1) WO2005075156A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017529246A (ja) * 2014-08-25 2017-10-05 グーグル インコーポレイテッド 自然なピッチとロール

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101121020B1 (ko) * 2004-01-13 2012-03-15 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 이동 로봇의 보용생성 장치
JP2008073830A (ja) * 2006-09-25 2008-04-03 Fanuc Ltd ロボット制御装置
US8138707B2 (en) * 2007-10-23 2012-03-20 Honda Motor Co., Ltd. Bipedal walking robot
KR20110017500A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 삼성전자주식회사 다리식 이동 로봇의 제어장치 및 그 제어방법
KR101667032B1 (ko) * 2009-10-30 2016-10-17 삼성전자 주식회사 로봇의 경로 계획 장치 및 그 방법
KR101760883B1 (ko) * 2010-09-09 2017-08-04 삼성전자주식회사 로봇 및 그 제어방법
KR20120071599A (ko) * 2010-12-23 2012-07-03 삼성전자주식회사 보행 로봇 및 그 제어 방법
JP5948932B2 (ja) * 2012-02-16 2016-07-06 セイコーエプソン株式会社 ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム
US9618937B1 (en) 2014-08-25 2017-04-11 Google Inc. Slip detection using robotic limbs
US9387588B1 (en) 2014-08-25 2016-07-12 Google Inc. Handling gait disturbances with asynchronous timing
US10081098B1 (en) 2014-08-25 2018-09-25 Boston Dynamics, Inc. Generalized coordinate surrogates for integrated estimation and control
US9623556B1 (en) * 2014-09-03 2017-04-18 X Development Llc Robotic sole joint
JP6228097B2 (ja) * 2014-10-06 2017-11-08 本田技研工業株式会社 移動ロボット
JP5927270B2 (ja) * 2014-11-06 2016-06-01 ファナック株式会社 ロボットシミュレーション装置
US9446518B1 (en) * 2014-11-11 2016-09-20 Google Inc. Leg collision avoidance in a robotic device
US9440353B1 (en) 2014-12-29 2016-09-13 Google Inc. Offline determination of robot behavior
US9499218B1 (en) 2014-12-30 2016-11-22 Google Inc. Mechanically-timed footsteps for a robotic device
US9594377B1 (en) * 2015-05-12 2017-03-14 Google Inc. Auto-height swing adjustment
KR101655298B1 (ko) 2015-09-14 2016-09-07 홍성훈 연통이 구비된 하향식 그릴장치
US9586316B1 (en) 2015-09-15 2017-03-07 Google Inc. Determination of robotic step path
US9778132B1 (en) * 2015-12-16 2017-10-03 X Development Llc Methods and systems for force sensor calibration
US9789919B1 (en) 2016-03-22 2017-10-17 Google Inc. Mitigating sensor noise in legged robots
US9987745B1 (en) 2016-04-01 2018-06-05 Boston Dynamics, Inc. Execution of robotic tasks
US20180088234A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-29 Carnegie Mellon University Robust Localization and Localizability Prediction Using a Rotating Laser Scanner
CN110053039B (zh) * 2018-01-17 2021-10-29 深圳市优必选科技有限公司 一种机器人行走中重力补偿的方法、装置及机器人
US10946518B2 (en) * 2018-07-24 2021-03-16 Invia Robotics, Inc. Spatiotemporal controller for controlling robot operation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05237776A (ja) * 1992-02-26 1993-09-17 Honda Motor Co Ltd ロボットの関節駆動制御装置
JPH05318339A (ja) * 1992-05-22 1993-12-03 Honda Motor Co Ltd ロボットのリンクなどの軌道生成方法及び装置
JPH0994785A (ja) * 1995-09-29 1997-04-08 Honda Motor Co Ltd 脚式歩行ロボットの歩容生成方法
JP2002086373A (ja) * 2000-09-11 2002-03-26 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 脚式ロボットのリアルタイム最適制御方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3148827B2 (ja) 1992-04-30 2001-03-26 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩行制御装置
JP3233450B2 (ja) 1992-05-22 2001-11-26 本田技研工業株式会社 指定時刻到達関数発生器
US5872893A (en) * 1996-07-25 1999-02-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Gait generation system of legged mobile robot
JP3663034B2 (ja) 1996-07-25 2005-06-22 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩容生成装置
JP3629133B2 (ja) 1997-01-31 2005-03-16 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの制御装置
JP3443077B2 (ja) * 1999-09-20 2003-09-02 ソニー株式会社 ロボットの運動パターン生成装置及び運動パターン生成方法、並びにロボット
KR100661333B1 (ko) * 2000-11-17 2006-12-27 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 레그식 이동 로봇의 보용 생성장치
JP3726032B2 (ja) * 2001-04-27 2005-12-14 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの目標運動生成装置
KR100946709B1 (ko) * 2001-12-28 2010-03-12 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 다리식 이동로봇의 보용 생성 장치
US7496428B2 (en) * 2001-12-28 2009-02-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Gait producing device for leg type movable robot
EP1475198B1 (en) 2002-01-18 2007-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Controller of legged mobile robot
KR101121020B1 (ko) 2004-01-13 2012-03-15 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 이동 로봇의 보용생성 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05237776A (ja) * 1992-02-26 1993-09-17 Honda Motor Co Ltd ロボットの関節駆動制御装置
JPH05318339A (ja) * 1992-05-22 1993-12-03 Honda Motor Co Ltd ロボットのリンクなどの軌道生成方法及び装置
JPH0994785A (ja) * 1995-09-29 1997-04-08 Honda Motor Co Ltd 脚式歩行ロボットの歩容生成方法
JP2002086373A (ja) * 2000-09-11 2002-03-26 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 脚式ロボットのリアルタイム最適制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017529246A (ja) * 2014-08-25 2017-10-05 グーグル インコーポレイテッド 自然なピッチとロール

Also Published As

Publication number Publication date
JP4800037B2 (ja) 2011-10-26
EP1721711A1 (en) 2006-11-15
EP1721711A4 (en) 2009-12-02
KR20060126655A (ko) 2006-12-08
EP1721711B1 (en) 2011-12-07
JPWO2005075156A1 (ja) 2007-10-11
US20090171503A1 (en) 2009-07-02
KR101131773B1 (ko) 2012-04-05
US7715944B2 (en) 2010-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4800037B2 (ja) 移動ロボットの歩容生成装置
JP5221688B2 (ja) 脚式移動ロボットの歩容生成装置
JP5219956B2 (ja) 移動体の制御装置
JP3672101B2 (ja) 脚式移動ロボットの歩容生成装置
JP4805817B2 (ja) 移動ロボットの歩容生成装置
JPWO2005000536A1 (ja) 脚式移動ロボットの制御装置
JP4800038B2 (ja) 移動ロボットの歩容生成装置
JP5232120B2 (ja) 移動体の制御装置
JP5404543B2 (ja) 脚式移動ロボットの制御装置
JP5404544B2 (ja) 脚式移動ロボットの制御装置
JP2011224757A (ja) ２足移動ロボットの制御装置及び歩容生成装置

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005517747

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020067011906

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10597620

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005709758

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005709758

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020067011906

Country of ref document: KR