WO2008029955A1 - Robot marcheur - Google Patents

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WO2008029955A1
WO2008029955A1 PCT/JP2007/067777 JP2007067777W WO2008029955A1 WO 2008029955 A1 WO2008029955 A1 WO 2008029955A1 JP 2007067777 W JP2007067777 W JP 2007067777W WO 2008029955 A1 WO2008029955 A1 WO 2008029955A1
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WO
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target
time
timing
period
gravity
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/067777
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Keisuke Suga
Daisaku Honda
Toru Miyagawa
Ryosuke Tajima
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha filed Critical Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority to EP07807184A priority Critical patent/EP2070662B1/en
Priority to US12/439,195 priority patent/US8150550B2/en
Priority to AT07807184T priority patent/ATE516115T1/de
Publication of WO2008029955A1 publication Critical patent/WO2008029955A1/ja

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a legged mouth bot capable of running frT. Note that this specification * ⁇ , ⁇ 3 ⁇ 43 dismissable robots are simply referred to as robots. Background
  • a legged robot has been developed that moves by ia! R of the leg 3 ⁇ 4. You can have any number of legs.
  • the robot has two legs: ⁇ behaves like a human, and four legs age like an animal. Move the one leg while hobbing.
  • the legged robot can perform the operation of “running” in order to achieve high-speed driving.
  • the state where the leg strength is 53 ⁇ 43 ⁇ 4 is the period from the start to the end, and this specification "C is referred to as 3 ⁇ 4 «.
  • a legged robot that travels ( ⁇ m is disclosed in, for example, ⁇ 1 ⁇ «2, ⁇ Reference 1 : Japan ⁇ f ⁇ Open Publication 2 0 0 3— 8 0 4 7 7
  • the robot's movements such as ⁇ lines are dictated by computer simulation in * 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • the robot motion data for stable tilting is created in the square corner result.
  • the motion data is lM such as a link or ⁇ fe link, or the label is the center of gravity of the robot! As
  • a typical simulation error that manifests itself unclearly at landing timing is obtained by simulation: ⁇ ground timing (ie landing timing on gait data ") and the robot is actually running. "The timing at the time is different.
  • the landing timing is the timing deviated by the aerial phase time from the crossing timing.
  • the phase time in the air is proportional to the lead (lead S i3 ⁇ 4) facing the lead 3 ⁇ 4 ⁇ of the center of gravity of the crossing day robot.
  • the actual landing timing can be obtained by simulation to coincide with the ground timing.
  • it is a legged mouth bot that periodically repeats sleep, and receives a legged robot that can compensate for the simulation difference in the timing of the trap and can land smoothly.
  • the present invention focuses on the “running” and “hopping” forces that are a series of periodic sleepiness. If the jumping cycle is periodic, the time difference between the target air phase time in the previous epoch (the target of the air phase time); And the intermediate phase time measured when Ropot jumps to It is expected that the value will be almost the same in the term. Therefore, based on the time difference in the previous session, the lead of the center of gravity at the crossing timing of this term is determined. “T i can be eliminated in the last
  • the present invention can be made difficult to be a legged robot that runs while repeating a period composed of 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4 defined as a period from crossing to crossing and an aerial phase defined as a period from crossing to crossing.
  • This legged robot has at least one leg having a joint, a storage unit for recording a target aerial phase time (target time of the aerial phase), a measuring means for measuring the aerial phase time of the sickle, a target A means for jointing based on the time difference between the air phase time and the actual air phase time is provided.
  • the joint is selected based on the time difference between the target air phase time and the actual air phase time.
  • the legged robot according to the present invention further comprises a timing specifying means for specifying the crossing timing and the landing timing by setting the retracted state of the leg and the ground.
  • the actual air phase time can be measured by the timing specifying means.
  • the measuring means that has been used by Fujimi can measure the actual aerial phase time by measuring the time between the timing at which the timing specifying means specifies and the landing timing and the landing timing.
  • the I-addition robot of the present invention has a determination means that determines the weight of the center of gravity of the legged robot at the crossing timing of the current period based on the time difference in the previous period.
  • the ⁇ means is determined and sleeps the joint so as to achieve the target bell 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4.
  • the center of gravity of the legged robot will be The target lead S3 3 ⁇ 4 is determined based on the time difference in the previous D period (previously H (national period). Therefore, it is difficult to accurately measure the wisteria of the center of gravity.
  • the target lead a3 ⁇ 4 at the center of gravity of the legged mouth bot at the time of crossing at this stage is determined by the actual air phase time and the target air phase time in the previous (past) m stage. Therefore, it is possible to determine the target lead 3 ⁇ 4 3 ⁇ 4t of the center of gravity of the legged mouth bot without measuring the difficulty of the center of gravity at the crossing timing.
  • the target bandit means and the target joint angle calculation means as follows.
  • the target means obtains $ 3 ⁇ 4t of the center of gravity in the current 3 ⁇ 4®a phase so that it gradually approaches the determined target lead a3 ⁇ 4g.
  • the target joint angle calculation means calculates time series data of the target and angle of the joint in the ⁇ s i period based on the ⁇ target. This: ⁇ , ⁇ means can just ⁇ ⁇ the joint based on the time-series data of the target joint angle.
  • the lead of the center of gravity in mm (that is, the period from the start to the end of ⁇ 3 ⁇ 4)] changes smoothly.
  • the robot can move smoothly from landing to stepping on.
  • the wisteria setting means of the legged robot is preferable to determine the target lead 13ig as follows. First, a 3 ⁇ 43 ⁇ 4N
  • the actual aerial phase time is proportional to the lead at the center of gravity at the crossing timing of the mouth pot. Therefore, the time difference between the target aerial phase time and the actual aerial phase time is proportional to the error between the target bell s3 ⁇ 4 ⁇ and the wisteria bell at the center of gravity at the crossing timing. According to the above configuration, the error of can be accurately compensated. That is, it is possible to accurately compensate for the landing timing shift. According to the present invention, it is possible to remove the legged mouth bot that runs while matching the landing timing with the timing scheduled in advance by computer simulation.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a legged mouth bot in a difficult case.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the controller for the J3 Rejection Pot.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining the periodic operation of the leg-type mouth pot. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view of the legged robot 100.
  • the legged robot 100 is a mouth bot with one leg 104 defeated by the winning link 102.
  • the number of legs may be either laces or shoes, but in this example, a legged robot having one leg 104 is handled so that the movement of the robot according to the present invention can be translated.
  • the robot 100 has three links 106a, 106b, 106c and three joints 108a, 108b, 108c. Below, three links 106 a, 1.06 b, 1 06 c
  • the joint 108 b connects the link 106 a and the link 106 b to the rotationally positive g.
  • the joint 108c makes the link 106b and the link 106c rotatable; ⁇ .
  • the link 106 c is the tip link of the rejection 104, and has an age of 106 T with the foot link 106 c.
  • the Tffi of the foot link 106 c includes the foot link 106 c and the floor F (ground) force S, and the insect removal sensor 112 force S that detects whether the force is removed.
  • Each Mtpl 08 has a built-in motor (not shown).
  • the motor is turned on by controller 110.
  • the depression angle of each joint 108 that is, the relative position 2 of the two links connected to the joint 108) can be controlled.
  • This jg loading robot 100 is controlled by the controller 110 appropriately ii3 ⁇ 4ir the joint 108.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the controller 110.
  • Controller 110 is a selfish 120 It includes a word tag [ ⁇ 26, goal 3 ⁇ 43 ⁇ 4 decision 128, an item slip! Unit 130, a conversion rod 132, and a motor dryer 134.
  • the word of thought “I 20” is a storage device such as memory or hard disk. 3 ⁇ 4 ⁇ 124, measurement unit 126, goal decision ⁇ 128, eye vote! Unit 130, conversion rod 132, and motor dryer 138 are provided as a module of software to controller 110.
  • the storage unit 1 2 0 contains gait data 1 2 2 power cranes.
  • the gait data 1 2 2 includes the fiber data of the foot link 1 0 6 c and the data of the fiber of the center of gravity G.
  • Foot link 1 0 6 c bell data is foot link 1 0 6 c ⁇ (Standing time series data. Center of gravity G difficulty data is center of gravity (standing time series data Gait data 1 2 2 does not include data for ⁇ collar link 1 0 2. However, link 1 0 2 Since the quality of the link * cloth ii3 ⁇ 4P, the fineness of the winning link 1 0 2 can be obtained from the weight of the heavy G and the fineness of the foot link 1 0 6 c. Therefore, even if the gait data 1 2 2 does not explicitly include the difficult data of the ⁇ link, the gait data 1 2 2 includes ⁇ f3 ⁇ 4 equivalent to the i link «data.
  • Since the data is time-series data of positions, and can be obtained from the data.
  • the gait data 1 2 2 is created in advance by simulating the operation of the legged robot 100 on a computer, and is stored in the storage unit 1 2 0. fl
  • gait data : data force is read from L 2 2 and time series data force S ⁇ of the target joint angle of each ⁇ 1 0 8 is read from ⁇ ⁇ data .
  • ⁇ Data to the target «The conversion function to the angle is determined based on the forging of the link of the legged robot 1 0 0.
  • the target for each joint 1 0 8 Based on the angle
  • By moving the motor 1 0 9 built in each joint 1 0 8 13 ⁇ 4 ⁇ the movement force described by the gait data 1 2 2 is classified, but the gait data 1 2 2 is created.
  • the simulation model of Lopot 1 0 0 does not accurately model a real robot, so it is neglected by the gait data 1 2 2 force S SzH "motion and its gait data 1 2 2 An error occurs in the actual operation.
  • a description will be given of a function for calculating an error in timing when the legged rock pot 100 0 periodically jumps.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the periodic
  • the fiber in Fig. 3 is Z direction (lead direction) (Df standing, leakage is time.
  • Time (k) is the crossing timing in the k-th epoch B temple time t 2 (k ) Represents the landing timing in the k-th 3 ⁇ 4 period From Fig. 3, the period from time (k— 1) force to time t 2 (k) represents the k-th period.
  • the period from t 2 (k— 1) to time (k) is the actual joining time in the k-th jump period, the period from time (k) force to time t 2 (k) is Represents the actual aerial phase time in the k-th period
  • the “k-th period” is simply referred to as the “k-th period.”
  • Target value of the aerial phase time in each period (target aerial phase time)
  • the foot link 1 0 6 c ((It can be uniquely derived from the time series data of the i position. In other words, the target air phase time is included in the gait data 1 2 2, Storage Stored in 1 2 0.
  • the curve shown in Fig. 3 for stone fiber is the center of gravity G of J5 Rejection Robot 100! 3 ⁇ 4 straight L gr .
  • “preliminary $ 3 ⁇ 4tL gr ” is the difficulty of the center of gravity G stored in the gait data 122. Note that the prediction of the center of gravity in the kth period is expressed as L gr (k). If you don't mean a specific long term
  • Legged robot 100 is embarked at time ti (k) (from all legs ground), lands at time t 2 (k) (one of the legs to Koboshichu the ground). Note that the current time is time t c .
  • the actual trajectory of the center of gravity G of the legged robot 100 up to time t c is shown by a solid line.
  • Time t x (k) This is the crossing timing in cycle k.
  • Time t 2 (k) Force Landing timing in period k.
  • the legged robot 1 ° 0 is viewed at time (k) and time t 2 (k).
  • a ⁇ "T so on (b), « I ⁇ robot 100 in the aerial phase of the k-th cycle is in a state of floating in the air.
  • the day temple time t c The legged robot 100 will sink.
  • the legged robot 100 is stepped on B temple t t (k) by the ground sensor 112 placed at the lower end of the foot link 106 c and landed at time t 2 (k) be able to .
  • the output signal of the sensor 122 is input to the measurement unit 126 of the controller 110.
  • the measuring unit 126 measures the time from time (k) to time t 2 (k), that is, the actual air phase time T fs (k) of the k-th period.
  • the crossing timing can be determined as the timing at which all heels hit the ground based on the output of the ground sensor 112.
  • Wrinkle timing can be judged as a timing that adorns that at least one leg weaves on the ground from the state where all legs are fX away from the ground. These determinations are made by the measurement unit 126.
  • the saddle sensor 122 and the measurement unit 126 can be expressed as a timing determination unit that determines the crossing timing and the landing timing.
  • the actual aerial phase time T (k) measured by the measuring unit 126 is input to 3 ⁇ 4 ⁇ 124.
  • the target time T fr (k) (target air phase time) of the aerial phase of the k-th period is input to the device 1 24 in the gait data 122 of the storage unit 120.
  • the target aerial phase time T fr (k) is pre 3 ⁇ 4 of the center of gravity G being ⁇ the gait data 122
  • Force As shown in Figure 3. In 3 ⁇ 43 ⁇ 4 ⁇ 124, from the target air phase time T ir (k) The time difference ⁇ minus the phase time T is (k) is output.
  • the output time difference ⁇ is manpowered to target decision 15128.
  • the target (lead lead V g2 (k + 1)) of the center of gravity G of the crossing timing G in the current k + 1 cycle is determined based on the time difference ⁇ ⁇ .
  • Target Lead Si3 ⁇ 4V gz (k + 1) is determined by the following (1).
  • V gz (k + 1) V gz (k) + (g / 2) ⁇
  • V gz (k) is the center of gravity G (
  • each joint is $ 1 chest so that the target lead of the center of gravity G becomes V gz (k).
  • the target lead 3 ⁇ 4ffiV gz (k) is set so that the air phase time in the k-th period becomes the target air phase time T fr (k).
  • T the target air phase time in the k-th period
  • the difference between the target air phase time T ir (k) and the actual air phase time T is (k) ⁇
  • Repulsive force S occurs because the target lead S3i ⁇ V gz (k) This is because the actual lead at the center of gravity of the cycle crossing timing is different from V g z (k). This is because when the target lead 3 ⁇ 43 ⁇ 4V gz (k) of the center of gravity G in the k-th period is difficult, it is covered by the simulation.
  • Examples of elements that are not taken into account include target lead S3i3 ⁇ 4v gz (k), a conversion function for giving a command value to the motor of the joint, and an object that the crane covers. For example, links that are not taken into account, such as links and motor viscosity, are not considered.
  • the target lead S3 3 ⁇ 4V gz (k + 1) force S that compensates for the time difference ⁇ ⁇ in the current k + 1 cycle is determined by the target speed determination unit 128.
  • the determined target vertical 3 ⁇ 43 ⁇ 4V gz (k + 1) is input to the target key raw 30. Based on the target lead 3 ⁇ 43 ⁇ 4SV gz (k + 1), the target ⁇ generating unit 130 is satisfied in the k + 1 period ( Generate a target trajectory of the center of gravity G from m 1 2 (k) to time (k + i). Specifically:
  • the measurement unit 126 outputs the actual aerial phase time T fs (k) after the time t 2 (k) when the previous aerial phase of the k-th cycle ends. That is, the target decision 3 ⁇ 43 ⁇ 4128 determines the target lead 3 ⁇ 433 ⁇ 4 ⁇ (k + 1) after time t 2 (k). Therefore, when the target difficult part 130 force S process is performed, the legged robot 100 is after time t 2 (k), for example, time t in FIG.
  • the target gauge & 130 is the target ⁇ L g (k + 1) of the center of gravity G from the time t c to the end of the decoration in the current k + 1 period (time t 1 (k + 1)) ⁇ To do.
  • the target t3 ⁇ 4S g (k + 1) is ⁇ as follows.
  • the target section 130 reads out the important prediction I gr (k + 1) in the k + 1th cycle included in the gait data 122 from the storage section 120. Then, the advance timing time t x (k + 1) in the k + 1 period is specified.
  • 3 ⁇ 4j3 ⁇ 4Time It is known that at time TJ, the center of gravity G of Lopot 100 is at the position (d) in Fig. 3. Therefore, the height of time (k + 1) from that position at time T c A continuous curve can be reached up to the position of H.
  • the continuous curve is the critical target!
  • the target type that reaches L g (k + 1) can be ⁇
  • the target fiber L g (k + 1) thus made is shown by a single point in FIG.
  • the trap that determines the difficulty of the center of gravity G by giving the avoidance of the center of gravity G is, for example, Japan [ ⁇ That is, use the kite disclosed in Kaikai 2006-212736.
  • the target difficulty L g (k + 1) is then input to the conversion unit 132 shown in Fig. 2.
  • the input target difficulty L g (k + 1) and the gait data are input.
  • This conversion is performed as follows.
  • 3 ⁇ 4 direct is time series data with ⁇ standing, Each foot IJ foot link 106c and win The position of the link 102 is determined and the foot link 106 c and the win link 102 ⁇ at each time are determined.
  • the target angle data of each joint at each time (that is, the time series data of the target joint angle) L e (k + 1) is obtained from the craftsmanship of Bot100.
  • the process of finding the joint angle of each joint from the position of each point in the mouth pot is called Ropot's inverse kinematics.
  • the time series data L e (k + 1) of the target joint angle of each joint set by the conversion unit 132 is sent to the motor driver 134.
  • the motor 109 of each ⁇ 108 is driven so as to follow the time series data L ⁇ (k + 1) of the target joint angle.
  • the time difference generated in the previous kth cycle is compensated in the current k + 1 cycle.
  • the position of the center of gravity of the legged robot 100 is the gait data at the heel timing (timing t 2 (k + 1)) in the current k + 1 period as shown in (O: ⁇ in Fig. 3).
  • Preliminary ⁇ L gr in 122 That is, it is possible to match the actual landing timing with the scheduled timing on the gait data.
  • the smooth movement close to the movement expected by the ⁇ lL gr can be achieved, that is, the robot can be "running" smoothly.
  • Timing can be determined by measuring the heel between the previous foot and the floor. Alternatively, it can be estimated in real time by measuring lead S ⁇ at the center of gravity at the crossing timing.
  • the landing timing can be estimated in real time, it is possible to control the landing robot 100 so that it stabilizes upon landing based on the result of the estimation.
  • the time force S for compensating the simulation difference cannot be secured sufficiently.
  • the latter is difficult to accurately measure the boat at the center of gravity.
  • f3 ⁇ 4 and 3 ⁇ 4 ⁇ are difficult to squeeze the leg-type mouth pot 100 so that they are stable when landing.
  • the lead centroid of the center of gravity at the crossing timing of this k + 1 cycle is determined.
  • the actual aerial phase time can be easily and accurately measured by decorating whether or not the legs of the JW3 ⁇ 4guchi bot 100 are in contact with the ground. 3 ⁇ 43 ⁇ 4 timing in the k + 1 period
  • the J «mouth bot 100 can be controlled by IE3 ⁇ 4.
  • the legged robot 100 with only one leg is handled so that the present invention is easy to be delicate.
  • the present invention is a legged type with two legs, four legs, etc. it can. In a robot with multiple legs, the period until all legs move ⁇ ii should be one SiSll period.
  • the configuration of the legged robot in the above example can be changed as follows.
  • ⁇ 124 calculates the time difference between the target air phase time and the medium phase time. Via the target unit 130 and the conversion unit 132, the motor driver 134, which is a means for turning the joint, turns the joint 108 based on the time difference.
  • the second term “(g / 2) ⁇ ” on the right side of equation 1 means the amount of target lead S3 ⁇ 4 based on the time difference ⁇ .
  • This age formula can be expressed as follows.
  • Target decision 128 calculates the target lead value “(g, 2) ⁇ ” that is approximately proportional to the time difference ⁇ of the previous k-th cycle.
  • the target vertical heel of the center of gravity at the crossing timing of the current k + 1 cycle is determined.
  • V gz (k) in equation 1 is the target lead of the center of gravity at the preset crossing timing of the k + 1 period obtained from the gait data 122.
  • the second term “(g / 2) ⁇ . ⁇ ” on the right side of Equation 1 means the ffi! E amount of the target lead 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4 based on the time difference ⁇ . Equation 1 for this age is The target lead is 13 ⁇ 3 ⁇ 4, which is approximately proportional to the time difference ⁇ of the previous k-th cycle, and the i! E value “(g / 2) ⁇ ” is calculated.
  • the above-described legged robot according to the present invention can also be expressed as follows.
  • a leg-type mouth bot that repeats a cropping work periodically by crossing and floating in the air by WrT of the moon cake, and the leg part floats in the air. ! /,
  • the time period defined as aerial phase, and the period when is in contact with the floor prior to the aerial phase is defined as 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4, and the target aerial phase time for each phase is recorded. Based on the time difference between the target aerial phase time in the previous session and the actual aerial phase time, and the measurement means for measuring the actual aerial phase time in each period.
  • a legged robot that has a determination means for determining the target centroid H1Sl of the center of gravity and a means for determining the target lead of the center of gravity.
  • a target joint angle calculating means for calculating time series data of each r3 ⁇ 4 target joint angle in the phase of the phase, wherein the means for calculating the joint based on the calculated time series data of the target joint angle.
  • the wisteria decision means adds 3 ⁇ 4g, which is approximately proportional to the time difference between the target aerial phase time and the actual aerial phase time, to the target lead H i3 ⁇ 4 in the current period.

Landscapes

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Description

明細書 脚式ロボット 本 milは、 2006年 9月 6日に出願された日本国 i| ^出願第 2006-2421 6 9号に基 づく^ ¾¾を する。 その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により翻されてレ、る。 鎌分野
本発明は、 走 frTることができる脚式口ボットに関する。 なお、本明細 *Τ、ί¾3却式ロボットを 単にロボットと tる:^がある。 背景賺
脚の ¾を ia!r ることによって移 SrTる脚式ロボットが開発されている。脚の数はいくつで もよい。 ロボットは、 2脚の：^は人間のよう 動し、 4脚の齢は動物のよう t^SrT る。 1脚の はホッビングしながら移 SrTる。
人間や難は、 高速 «irrる際には「與亍」 よりも 「走行」 という動作を行う。 脚式ロボッ トも、 高速〖 ϋττるために 「走行」 という動作が行えることを好ましい。 ] とは、 常に レ、 かの脚が鍵しながら移 ¾i~ることであり、 「走行」 とは、 レ、ずれかの脚力 s誰している 状態と全ての鶴が地面と嫌してレヽなレ、状態を周期的に繰り返しながら移 SrTることをいう。 レ、ずれかの脚力 5¾¾している状態は、 してから踏み切るまでの期間であり、 本明細 "Cはこ の期間を¾«という。 より詳しくは、 「着地 （»¾タイミンク」 とは、 全ての脚が地面から離 れた状態から、 いずれかの脚が地面に掘 した状態 ί^ίϊΓるタイミングをいう。 「踏み切り （ 踏み切りタイミング〕」 とは、 ！/、ずれかの脚が地面に翻 ίしている状態から、全ての脚が地面か ら »た状態 るタイミングをいう。 全ての脚力 していなレ、状態は、 踏み切つてから 着地するまでの期間であり、 本明細書ではこの期間を空中相という。 目と空中相で構成され る一周期を 賴期という。一ϋ園期に亘るロボットの動作を II睡作と ·τる。本明細書に いう 「走行」 とは、 ¾¾t目と空中相で構成される ■期を繰り返しながら移 ΙίτΤることをいう 。 1脚の脚式ロボットがホッピングしながら移 ¾1~る動作も、 期を切り返しながら移 iirT る 「走行」 という。 また、 本明細書では、脚が馳してから再13¾み切るまでの時間を ¾i 目時 間と称し、脚が踏み切つてから再び着地するまでの時間を空中相時間と!^る。 走行 (^m する脚式ロボットが例えば赚 1ゃ赚 «2に開示されている, 醫文献 1 :日本国 ^ f^開公報 2 0 0 3— 8 0 4 7 7号
ij ^文献 2：国！ ¾開 WO 2 0 0 3/0 5 7 4 2 9号ハ。ンフレツト 発明の開示
·^行などのロボットの動作は、 *¾ίίにコンピュータシミュレーションにより角晰される 。 角晰結果に いて、安定して斜亍 るためのロボットの動作データが作成される。 動 ィ乍データは、 リンクや^ feリンクなどの lMや、 或レヽはロボットの重心の！ として |¾£さ れる。 それらの動作データは、 口ポットの斜亍動^3走行動作を特定するデータであることから 、 歩容データと呼〖 ることがある。 口ポットを実際に動作させる際には、歩容データ力 S各関節 の目標 角の嚇列データに藤されて、 各暴が βされる。
口ポットの動作を^にシミュレーショ^ ることは^] "能である。 このため、 作成された動 作データによるコンピュータ上での動作と、 難の動作の間には誤差が生じる。 この誤差はシミ ユレーショ m差と呼 る齢がある。 シミュレーショ m差は、
Figure imgf000004_0001
動作においては、 現実のロボットの動作中に ¾fcフィードバック 卿によって補償される。
「走行」 では、 空中相から ¾¾f目に る際に、 脚式ロボットの状態が、 宙に浮いている状 態 卿が地面に翻虫していなレ、状態） 力 、 脚力 s地面に翻 る状態^ Mに変ィはる。 この 不雇な タイミングは、 換討れば、 嫌己した タイミングである。 タイミングにお いて、 謙3のシミュレーショ 差が不^ ¾に顕在ィはると、 歩 寺のような通的なブイ一 ドバック 脚では tが困難となり、 口ポットの動作が不安定となり "い。 特に 2脚を有する 脚式口ポットでは、動作が不安定となることは繊に至る虞がある。 そのため、 安定した走行を 難するために、 «口ポットでは、 タイミングにおけるシミュレ一ショ: ^差の纖を極 力排^ rることが望まれる。
着地タイミングで不»½に顕在ィ匕するシミュレーション誤差の代表的なものに、 シミュレー シヨンによって得られ:^地タイミング （即ち、歩容データ上での着地タイミング"） と、 ロボッ トが実際に走 "る際の タイミングがずれることが挙げられる。 着地タイミングは、 踏み切 りタイミングから空中相時間だけ謹したタイミングとなる。 空中相時間は、踏み切り日寺のロボ ットの重心の鉛 ¾^向の藏 （鉛 S i¾) に比例する。 極発明は、踏み切り時の重心の鉛雄 度を制御することによって、 現実の着地タイミングをシミュレーションによって得られ^地タ イミングに一致させる。 即ち、 睡作を周期的に繰り返す脚式口ボットであり、 纖タイミン グのシミュレーショ 差を捕償して円滑〖 地することのできる脚式ロボットを戴する。 本発明は、 「走行」 や 「ホッピング」 力 周期的な 睡作の連続であることに着目する。 跳 廳作が周期的であれば、 前回の 讓期における目標空中相時間 （空中相時間の目標ィ！） と、 にロポットが 躍したときに計測する 中相時間との時間差は、 今回の smii期において もほぼ同等の値となることが予想される。 そこで、 前回の 議期における時間差に基づいて、 今回の 期の踏み切りタイミングにおける重心の鉛 を決定 "T iば、 今回の |)讓期に ぉレ、ては時間差 ¾ ^消することができる。 即ち、着地タイミングのシミュレーショ ^差を補償 することができる。 なお、 前回の n顏期における時間差に基づいて今回の 圃期の踏み切り 時点における重心 を決定すること力 s望ましレ、が、 過去の特定の 讓期における ^雜 差に基づいて、今回の ϋ顏期の踏み切り時点における重心の鉛 ¾ i¾を決定しても同等の効果 を得られる。 の複数の 關期における時間差に基づいてもよい。 そのような効果は、 另〖唇 すれば、 目標空中相時間と実空中相時間との時間差に基づレ、てロボットの関節を |®τΤることに' よって得ることができる。
本発明は、 してから踏み切りまでの期間として定義される¾¾¾と、踏み切つてから するまでの期間として される空中相とから構成される 期を繰り返しながら走 "る脚 式ロボットに難化できる。 この脚式ロボットは、 関節を有する少なくともひとつの脚と、 目標 空中相時間 （空中相の目標時間） を記 lt"Tる記憶部と、 鎌の空中相時間を計測する計測手段と 、 目標空中相時間と実際の空中相時間の時間差に基づレヽて関節を る勵手段を備える。 上記の脚式ロボットによれば、 目標空中相時間と実空中相時間の時間差に基づいて関節が瞧 される。 これによつて、前述したように、 ロボットが現実に 躍したときの^ ¾タイミングを、 事前にシミュ ションによって得られた タイミングに一致させることができる。
本発明の脚式ロボットは、 脚と地面との撤 ί状態を することによって、 踏み切りタイミン グと着地タイミングを特定するタイミング特定手段をさらに備えること力 子ましレ、。 タイミング 特定手段によって、実空中相時間を計測することができる。 即ち、 藤己した計測手段は、 タイミ ング特定手段が特定し d¾み切りタイミングから着地タイミングまでの間の時間を計測すること によって、 実空中相時間を計測することができる。 脚と地面との撤虫状態を飾するには、 例え ば、脚の下端 の裏） に撤虫センサを備えればよレ、。
また、 本発明の I賦ロボットは、 前回の 顏期における時間差に基づいて、 今回の 顏期 の踏み切りタイミングにおける脚式ロボットの重心の目ネ票翁 を決定する¾ 決定手段を備 えること力 s好ましい。 この 、 β手段は、決定され 目標鈴 ¾¾¾を するように関節を ,睡してよレ、。
決定手段によって、今回の H)顏期の踏み切りタイミングにおける脚式ロボッ卜の重心の 目標鉛 S3 ¾が、前回の D画期 （過去の H (国期） における時間差に基づいて決定される。 脚と地面が攧虫している力 かは、 例え〖纖虫センサによって容易力つ正確に検出することが できる。 従って、 中相時間は、擬虫センサによって容易；^つ正確に検出することができる。 一方、 重心の藤を正確に計測することは困難である。 本発明は、 今回の 顏期の踏み切りタ イミング〖こおける脚式口ボットの重心の目標鉛 a¾ が、 前回の （過去の） m顏期における実 空中相時間と目標空中相時間によって決定される。 これによつて、踏み切りタイミングにおける 重心の難の舊を計 ¾ ^ることなく、脚式口ボットの重心の目標鉛 ¾ ¾tを決定することがで さる。
¾ ^定手段が決定した目標鉛] を難するには、 次のとおり目標纖賊手段と目標関 節角算出手段を備えることが好ましい。 目標 手段は、 決定された目標鉛 a¾gに徐々に 近づくように、今回の ¾®a期の における重心の $¾tを る。 目標関節角算出手段は 、 ^^された目標 に基づいて、今回の ^s i期の における関節の目標,角の時系列 データを算出する。 この：^、 麵手段は、 目標関節角の時系列データに基づいて関節を ΜΓΤ ればよい。
上記の構成によって、 mm (即ち、 してから再 υ¾み切るまでの期間） における重心の 鉛]! が円滑に変ィはる。 着地してから踏み切るまでのロボットの動作を円滑にすることがで きる。
脚式ロボットの藤設定手段は、 次のとおり目標鉛 13igを決定すること力 s好ましい。 まず、 前回の 期における時間差に略比例する ¾¾ネ|1£値を算出する。 次にその ¾¾i!E値を前回 の ϋ關期における目標垂 irasに加算することによって、 今回の 關期における目標垂麵 度を決定する。
前述したように、 実空中相時間は、 口ポットの踏み切りタイミングにおける重心の鉛 ¾¾¾に 比例する。 従って、 目標空中相時間と実空中相時間との時間差は、踏み切りタイミングにおける 重心の目標鈴 s¾ ^と藤の鈴 の誤差に比例する。 上記の構成によれば、 の誤差を正 確に補償することができる。 即ち、着地タイミングのずれを正確に補償することができる。 本発明によれば、 着地タイミングをコンピュータシミュレーションによって事前に予定したタ ィミングに一致させながら走 m~る脚式口ボットを撤することができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 難例の脚式口ボットの模^ )1則面図を示してレヽる。
図 2は、 J3却式口ポットのコントローラのブロック図を示している。
図 3は、脚式口ポットの周期的 作を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明に好適な脚式ロボットを説明する。
脚式ロボット 100の;^ ½¾面図を図 1に示す。 脚式ロボット 100は、 1つの脚 104が 勝リンク 102に 锆された口ボツトである。 脚の数はレ、くつでもよ 、が、 本雄例では、 本 発明によるロボットの動作が翻率し付いように 1つの脚 104を有する脚式ロボットを扱う。 ロボット 100の; Ml 04 ま、 3つのリンク 106 a、 106 b, 106 cと、 3つの関節 108 a, 108b, 108 cを有している。 以下では、 3つのリンク 106 a、 1.06 b, 1 06 cを |»Τる:！^にはリンク 106と表現する。 同様に、 3つの関節 108 a、 108 b、 108 cを»~る には, 108と表現する。
m l 08 aは、 # リンク 102とリンク 106 aを回転可能に 错している。 関節 108 bは、 リンク 106 aとリンク 106 bを回転可肯 gに連結している。 関節 108 cは、 リンク 1 06 bとリンク 106 cを回転可能に;^している。 リンク 106 cは、 却104の先端リンク であり、 足平リンク 106 cと^ Tる齢がある。
足平リンク 106 cの Tffiには、 足平リンク 106 cと床 F (地面） 力 S撤 している力 かを 検出する撤虫センサ 112力 S配置されている。
各 Mtpl 08には、 モータ （不図示） が内蔵されている。 モータは、 コントローラ 110によ って勵される。 モータを ΙΜΚτΤることによって、 各関節 108の赚角 （即ち、 関節 108に された 2つのリンクの相対位置 Μ、） を制御することができる。
この jg賦ロボット 100は、 コントローラ 110が関節 108を適切に ii¾ir ることによって
、 躍を周期的に繰り返すことができる。
図 1〖 己号 Gは、 «ロボット 100全体の重心を表している。 重心 Gの位置は、 脚 10 4の^によってゾ変ィ匕する。 S却 104の各リンク 106と # リンク 102の質 布が Ιί^Ρで あるので、 重心 立置は、 各関節 1◦ 8の関節角から謝可学的な計算によって求めることがで きる。
図 2に、 コントローラ 110のブロック図を示す。
コントローラ 110は、 言己'陰咅 120、
Figure imgf000007_0001
言標陪 [Π 26、 目標 ¾¾決 128 、 目ネ票! 部 130、 変換咅 132、 及びモータドライノく 134を備える。 言己 '慮音 I 20は 具 ί糊にはメモリ若しくはハードディスクなどのストレージ装置である。 ¾^124、 計測部 126、 目標 決 β 128、 目も票! 部 130、 変換咅 132、 及びモータドライノく 1 34は、 具 にはソフトウェアのモジュールとしてコントローラ 110に されている。 記憶部 1 2 0には、 歩容データ 1 2 2力鶴内されている。 歩容データ 1 2 2は、 足平リンク 1 0 6 cの繊のデータ、及び重心 Gの繊のデータ ¾ ^んでいる。 足平リンク 1 0 6 cの鐘デ ータとは、 足平リンク 1 0 6 c ©(立置と の時系列データである。 重心 Gの難データとは、 重心 (立置の時系列データである。 歩容データ 1 2 2には ί襟リンク 1 0 2の データは含 まれていない。 しかし、 リンク 1 0 2
Figure imgf000008_0001
リンクの質 * 布〖ii¾Pであるので、 重 心 Gの纖と足平リンク 1 0 6 cの繊から、 勝リンク 1 0 2の繊を求めることができる。 従って、 歩容データ 1 2 2には、 體リンクの難データが明示的に含まれていなくとも、 i リンクの «データと同等の†f¾は含まれている。
データは、位置の時系列データであるので、 そのデータから と加 を求めることが できる。
歩容データ 1 2 2は、脚式ロボット 1 0 0の動作をコンピュータ上でシミュレーションして事 前に作成され、記憶部 1 2 0に欄される。 fl却式ロボット 1 0 0を雞に動作させるときには、 歩容データ: L 2 2から霞データ力読み出され、霞データから各醜 1 0 8の目標関節角の時 系列データ力 S«される。 霞データから目標「«角への変換関数は、脚式ロボット 1 0 0の幾 何^]なリンクの 纖造に基づ 、て決定される。 各関節 1 0 8の目標 »角に基づレヽて各関節 1 0 8に内蔵されたモータ 1 0 9を 1¾ΓΤることで、 歩容データ 1 2 2によって言 ¾ϋされる動作 力 s類される。 但し、 歩容データ 1 2 2を作^ r る際の ロポット 1 0 0のシミュレーション モデルは、 現実のロボットを精密にモデル化していない。 従って、歩容データ 1 2 2力 S SzH"る 動作と、 その歩容データ 1 2 2によって無される現実の動作には誤差が生じる。 以下では、 図 2と図 3を参照して、 脚式ロポット 1 0 0が周期的に 躍する際の タイミングの誤差を 咸 する機能にっレ、て説明する。
図 3は、 «ロボット 1 0 0の周期的な |1醒作を説明する図である。 図 3の繊は Z方向 （ 鉛鼓向） （Df立置を表し、 漏は時間を表す。 時刻 (k) は、 第 k番目の 讓期における 踏み切りタイミングを表す。 B寺刻 t 2 (k) は、 第 k番目の ¾Μ期における着地タイミングを 表す。 図 3より、 時刻 （k— 1 ) 力ら時刻 t 2 (k) までの期間が第 k番目の 關期を表 す。 また、 時刻 t 2 (k— 1 ) から時刻 （k) までの期間が、 第 k番目の 躍周期における 現実の接纏時間である。 時刻 （k) 力、ら時刻 t 2 (k) までの期間が、 第 k番目の 期における現実の空中相時間を表す。 以下では、 「第 k番目の 期」 を単に 「第 k周期」 と る。 各顏期の空中相時間の目標値（目標空中相時間） は、 足平リンク 1 0 6 c ( (i置の 時系列データから一意〖^出することができる。換 "れば、 目標空中相時間は、 歩容データ 1 2 2に含まれており、記憶部 1 2 0に記憶されている。 以下では、 «ロボット 100の重心の鉛 ¾^向の 分 （鉛 ¾3ii ) ί 目して説明し、 重心の水平方向の艇には言及しない。 脚式ロボット 100カ 平方向^ϋτΤる 、 空中相 では重心は等 を行なうことになり、 タイミングに しなレヽからである。
図 3に石繊で示す曲線は、 J5却式ロボット 100の重心 Gの予定！ ¾直 L g rである。 ここで、 「予 ¾$¾tLgr」 は、歩容データ 122に樹内されている重心 Gの難である。 なお、 第 k周期に おける重心の予 を Lgr (k) と表す。 特定の 圈期を意味しない には予 を
Lgrと表す。
脚式ロボット 100は、 時刻 t i (k) で踏み切って （全ての脚が地面から )、 時刻 t 2 ( k) で着地する （いずれかの脚が地面に翻虫する）。 なお、 現在時刻を時刻 tcであるとする。 時刻 t cまでの脚式ロボット 100の重心 Gの現実の軌道を実線で示している。 時刻 tx (k) カ周期 kにおける踏み切りタイミングである。 時刻 t2 (k) 力 周期 kにおける着地タイミン グである。
図 3において （a) と （c) に示すように、 時刻 (k) と時刻 t2 (k) では、 脚式ロボ ット 1◦ 0は観している。 （b) に^" Tように、 第 k周期の空中相で «I却式ロボット 100は 宙に浮いている状態となる。 また、 （d) に示すように、 日寺刻 tcでは、 脚式ロボット 100は 沈み込んだ^となる。
図 1に示したように、 足平リンク 106 cの下端に配置された接地センサ 112によって、 脚 式ロボット 100が B寺刻 t丄 （k) で踏み切って、 時刻 t2 (k) で着地したことが,できる 。 図 2こ示すように、 センサ 122の出力信号はコントローラ 110の計測部 126へ入力 される。 計測部 126では、 時刻 (k) から時刻 t2 (k) までの時間、 即ち、 第 k周期の 現実の空中相時間 Tf s (k) を計測する。 踏み切りタイミングは、 接地センサ 112の出力に よって、 全ての贿が地面から斷たタイミングとして判断できる。 また賴タイミングは、 全 ての脚部が地面から离 fXた状態から少なくとも一の脚が地面に織虫したことを飾したタイミン グとして判断できる。 これらの判断は、 計測部 126で行なわれる。 別 ¾1 "れば、 纖センサ 1 22と計測部 126は、踏み切りタイミングと着地タイミングを判 HfTるタイミング判断部と表 現することができる。
計測部 126が計測した実空中相時間 T (k) は、 ¾^124に入力される。 ¾ ^器 1 24には、記憶部 120の歩容データ 122のうち、 第 k周期の空中相の目標時間 Tfr (k) ( 目標空中相時間） 力入力される。 この目標空中相時間 Tf r (k) は、 歩容データ 122に擬内 されている重心 Gの予 ¾|¾lLgrと、 踏み切りタイミングと着地タイミングの重心 Gの高さ H。 力 図 3に示すように求められる。 ¾¾^124では、 目標空中相時間 Tir (k) から実空中 相時間 Tis (k) を差し引いた時間差 ΔΤが出力される。 出力された時間差 ΔΤは、 目標髓 決^ 15128に人力される。
目標獻決 128では、 時間差 Δ Τに基づレ、て、 今回の第 k + 1周期における踏み切りタ イミングの重心 Gの鉛 ¾ ^向の目標 (目標鉛 Vg2 (k+1) カ決定される。 目標 鉛 Si¾Vgz (k+1) は、 具鹏には次の （1 で決定される。
Vgz (k + 1) =Vgz (k) + (g/2) ΧΔΤ · · ·
ここで、 「g」 は、 動加 ffiである。 Vgz (k) は、 前回の第 k周期の踏み切りタイミング における重心 G( |Stt^向の目標藤 （目標鉛 1S¾)であり、 目標 ¾ 決^ 1512.8が前回の 演算で決定した値である。
1式の意味は次の通りである。
前回の第 k周期の踏み切りタイミングでは、 重心 Gの目標鉛 が Vg z (k ) となるよう に各関節は $1胸されている。 目標鉛 ¾ffiVgz (k) は、 第 k周期における空中相時間が目標 空中相時間 Tfr (k) となるように された である。 しかしながら第 k周期が終了した ときに、 第 k周期における実空中相時間を計測するとその値は Tis (k) であった。 目標空中 相時間 Tir (k) と実空中相時間 Tis (k) の時間差 ΔΤ力 S生じたのは、 目標鉛 S3i^Vgz ( k ) 力 S与えられたにも係わらず、 第 k周期の踏み切りタイミングの重心の実際の鉛 が V g z (k) と異なったからである。 これは、 第 k周期における重心 Gの目標鉛 ¾¾Vgz (k) を 難する際に、 シミュレーションで《 盧されなレ、 が被するからである。 考慮されなレ、要 素とは例えば、 目標鉛 S3i¾vgz (k) 力 関節のモータへの指令値を «するための変換関 数に、 鶴には被する物 などである。 より具励には、 考慮されていなレ,理赚とは 例えば、 リンクの や、 モータの粘 [·生などである。
ここで、今回の第 k + 1周期において、 ΔΤをゼロとすること力 である。 空中相では重心 Gに加わる外力は fi¾力 [fig¾gのみである。 従って、 B寺間差 ΔΤに起因する重心 Gの鉛 {ffl^差 AV (目標避 Vgz (k) と難された艇との は、 (g/2) ΧΔΤで与えられる。 そこ で、今回の第 k + 1周期における踏み切りタイミングの重心。の目標鉛 Si^を Δ Vだけ増分す る。 これによつて、 第 k+1周期では、 実空中相時間 Tis (k+1) を目標空中相時間 Tfr ( k + 1) に一致させることが可能となる。
こうして、 目標速度決定部 128によって、 今回の第 k + 1周期における時間差 ΔΤを補償す る目標鉛 S3 ¾Vgz (k+1) 力 S決定される。
決定された目標鉛直 ¾¾Vgz (k + 1) は、 目標鍵生 30に入力される。 目標霞 生成部 130では、 目標鉛 ¾¾SVgz (k+1) に基づいて、 第 k+1周期における接堪目 ( m 12 (k) から時刻 (k+i) までの期間） の重心 Gの目標軌道を生成する。 具体的に は次の通りである。
計測部 126が実空中相時間 Tf s (k) を出力するのは、 前回の第 k周期の空中相が終了し た時刻 t2 (k) 以降である。 すなわち、 目標 決 ¾¾128が目標鉛¾3¾ ^ (k + 1) を決定するのも時刻 t2 (k) 以降となる。 従って、 目標難 部 130力 S処理を行なうとき には脚式ロボット 100は、 時刻 t2 (k) 以降であり、 例えば図 3の時刻 t である。 目標軌 & 130は、 時刻 t cから現在の第 k + 1周期における接飾の終了時 （時刻 t1 (k + 1)) までの重心 Gの目標霞 Lg (k + 1) を^^する。 目標 t¾S g (k + 1) は次のように ^^される。 目標勒 部 130は、歩容データ 122に格内された第 k + 1周期における重 心の予^ I gr (k+1) を記憶部 120から読み出す。 そして、 第 k + 1周期における予 み切りタイミング時刻 t x (k + 1) を特定する。 ¾j¾時刻 （時刻 TJ にはロポット 10 0の重心 Gは図 3の （d) の位置にあることがから解っている。 従って、 時刻 Tcのその位置か ら時刻 (k + 1) の高さ H。の位置までを連続曲線で，ぐことができる。 その連続曲線が重 心の目標! ¾lLg (k + 1) となる。 またこのとき、 時刻 （k + 1) における重心 Gの目標 鉛直 iggは、 目標¾^決 128にょって、 目標鉛直 Vgz (k+1) に決定されている 従って、 目標誰 Lg (k + 1) の終端に近づくにつれて、 重心 Gの鉛 S3i¾は目標鉛 S ¾ Vgz (k+1) に徐々に近づくように決定される。 重心 Gの鉛]! ^向の離は、 図 3の重心 G の幌の賺に等しい。 従って、 時刻 (k+1) における重心 Gの $¾1の鎌が目標鉛趣 度 Vgz (k + 1) に一 ¾ΤΤるように重心の目標霞 Lg (k + 1) を設定すれば、踏み切りタイ ミング （喊！！ （k + 1)) に向って徐々に目標霞 Lg (k + 1) に到 i る目標種を^^ することができる。 そのようにして «された目標繊 Lg (k + 1) を図 3に一点纖で示す なお、踏み切りタイミングにおける重心 Gの避を与えて重心 Gの難を決定する雜は、例 えば、 日本国 [^開公報第 2006-212736号に開示された雜を利用 ばよレ、。 こうして目標 部 130によって賊された目標難 Lg (k+1) は、 次に図 2に示 す変換部 132へ入力される。 変換部 132では、 入力された目標難 Lg (k+1) と歩容デ ータ 122に糊内されている足平リンク 106 cの $¾!から、 各関節の目標関節角の時系列デー タ1^ (k+1) を算出する。 この変換は、 次のように行われる。 目標 $¾lLg (k + 1) と足 平リンク 106 cの勒道力、ら体幹リンク 102の を算出する。 |¾直とは、 ί立置と の時系 列データであるので、 各 Β鎵 IJにおける足平リンク 106 cと勝リンク 102の位置と が求 まる。 各時刻における足平リンク 106 cと勝リンク 102© (立置と が求まれば、 脚式口 ボット 100の謝可学謹造から各時刻における各関節の目標 角データ （即ち、 目標関節角 の時系列データ） Le (k+1) が求められる。 口ポットの各点の位置と から各関節の関節 角を求める処理はロポットの逆キネマティタスと呼ばれている。
変換部 132によって «された各関節の目標関節角の時系列データ Le (k + 1) は、 モー タドライバ 134に送られる。 モータドライバ 134では、 目標関節角の時系列データ L δ (k + 1 ) に追 るように各謹 108のモータ 109を る。
こうして、前回の第 k周期において発生した時間差厶丁が、 現在の第 k + 1周期で補償される 。 その結果、 図 3の （O に:^ように、現在の第 k + 1周期における魏タイミング （タイミ ング t 2 (k+1)) において、 脚式ロボット 100の重心の位置は、 歩容データ 122に格糸内 された予^^ Lgrに一針る。 即ち、 現実の着地タイミングを、 歩容データ上で予定された タイミングに一致させることができる。 これによつて、 予報データ上の予^ lLgrで予 定されている動作に近い円滑な を麵することができる。 すなわち、 ロボットを円滑に 「走 亍」 させることができる。
なお、 図 3 ί されているように、 第 k + 1周期における踏み切りタイミング （タイミング 1 (k+1)) の碰において、赚で示す予^ tLgrと一点難で示す目標繊 Lg (k + 1 ) の間の差が生じている。 この差の意味は次の通りである。 目標難 Lg (k + 1) は目標であ る。 »、 前述したように、考慮されていないシミュレーショ^差によって、 ロボット 1
00は目標 L g (k + i) の通りには動作しなレ、。 目標霞 LG (k + i) に追 るよう に脚式ロボット 100を動作させるとその結果として、赚で示す予^ 1L grが される 。
タイミングは、 直前の足と床との赚を計測 ば歡することができる。 或いは、 踏み切りタイミングにおける重心の鉛 S ^を計測すればリアルタイムに推定することができる
。 着地タイミングがリアルタイムに推^ eきれば、 その推雜果に基づいて、着地時に安定する ように!賦ロボット 100の を制御できる可能 [·生はある。 しかしながら前者は、 着地の直前 に推定が行なわれるため、 シミュレーショ^差を補償するための時間力 S充分確保できない。 後 者は、 重心の艇を正確に計測すること力 s難しい。 レ、 f¾の ¾ ^も、 着地時に安定するように脚 式口ポット 100の を 胸することは困 ある。
一方、 上記 ¾例では、
Figure imgf000012_0001
目標空中相時間と現実の空中相時間の時 間差から、今回の第 k + 1周期の踏み切りタイミングにおける重心の鉛 ϊϋを決定する。 現実 の空中相時間は、 JW¾口ボット 100の脚が地面に接してレ、る力否かを飾することで容易力 正確に計測できる。 第 k + 1周期における ¾¾タイミングを予定された 也タイミングに一 st るように、 IE¾に J«口ボット 100を制御することができる。
上記 例では、本発明を繊军し易いようにひとつの脚のみを有する脚式ロボット 100を扱 っ^ 本発明は、 2脚や 4脚など、撤の脚を有する脚式.ロボットにも細できる。 複数の脚を 有する ϋ¾ロボットでは、 全ての脚が ~iiり動作するまでの周期を一 SiSll期とすればよレ、。 また、 上記^ t例の脚式ロボットの構成は、次のように換 ^ることができる。 ^^124 によって、 目標空中相時間と 中相時間の時間差が算出される。 目標 部 130と変換 部 132を介して、 関節を «Γ^る麵手段であるモータドライバ 134は、 時間差に基づいて 関節 108を »Τる。
1式の右辺の第 2項「(g/2) ΧΔΤ」 は、 時間差 ΔΤに基づく目標鉛 S¾ の ΜΙΕ量を意 味する。 この齢の 1式は、 次のよう 現することができる。 目標聽決 128は、 前回 の第 k周期の時間差 ΔΤに略比例する目標鉛 の ϋΙΕ値「（g,2) ΧΔΤ」 を算出する。 次いで、 前回の第 k周期の踏み切りタイミングにおける重心の目標鉛直速度 Vgz (k) に補正 値を加算することによって、 今回の第 k + 1周期の踏み切りタイミングにおける重心の目標鉛直 鈹を決定する。
1式の Vgz (k) を Vgz (k + 1) に置き換えることも纖である。 Vgz (k + 1) は、 歩 容データ 122から求められる予め設定された第 k + 1周期の踏み切りタイミングにおける重心 の目標鉛 である。 これに対して 1式の右辺の第 2項「（g/2) ΧΔ.Τ] は、 時間差 ΔΤ に基づく目標鉛 ¾¾¾の ffi!E量を意味する。 この齢の 1式は、 次のよう f 現することができ る。 目も票髓決趨 128ίϊ、 前回の第 k周期の時間差 ΔΤに略比例する目標鉛 13¾¾のネ i!E値 「（g/2) ΧΔΤ」 を算出する。 次いで、 今回の第 k+1周期の踏み切りタイミングにおける 重心の目標鉛 ffi¾¾Vgz (k + 1) に、 補正値を加算することによって、 今回の第 k+1周期 の踏み切りタイミングにおける重心の目標鈴 ¾¾¾を決定する。
上記説明した本発明に係る脚式ロボットは、 また、 次のよう 現することができる。
(1)月娜の を WrTることによって、 踏み切り、 宙に浮き、 する 瞧作を周期的に 繰り返す脚式口ボットであり、各 園期にぉレ、て、 脚部が宙に浮レ、て！/、る期間を空中相と定義 し、 空中相に先立って が床に接地している期間を ¾¾¾と定義したときに、 各 ®顏期にお ける目標空中相時間を記' iti "る記憶手段と、 各 期における現実の空中相時間を計測する計 測手段と、 前回の 議期における目標空中相時間と現実の空中相時間の時間差に基づいて、今 回の 期の踏み切りタイミングにおけるロボットの重心の目標翁 H1Sl を決定する 決定 手段と、 l己目標鉛 を難するように を «τΤる麵手段と、 を備えることを纖と する脚式ロボット。 (2) 徐々に tftf己目標鉛 ]13 ^に近づくように今回の 画期の における重心の目標難 を^^る目標 i¾ ^手段と、 «された重心の目標難に基づいて、 今回の 關期の翻 相における各 r¾の目標関節角の時系列データを算出する目標関節角算出手段をさらに備え、 前 記麵手段は、 算出された目標関節角の時系列データに基づレヽて関節を "ることを糊敫とす る （1) の脚式ロボット。
( 3) 脚の下端に、 地面との攤虫を検出する擲虫センサを備えており、 計測手段は、擲虫センサ の出力信号に基づいて、全ての脚が床から离 た時点から、 い "f iかの脚が床に翻 る時点ま での時間を空中相^^として計根 ることを擀敷とする （1 ) 又は （2) の脚式ロボット。
(4)藤決定手段は、 目標空中相時間から現実の空中相時間を差し弓 Iいた時間差に略比例した ¾gを現在の ,期における目標鉛 H i¾に加算することによって、 現在の ΕίΙΙ 期における 目標鉛 11¾に決定することを iSとする (1 ) から （3) のレヽずれかの脚式ロボット。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、 これらは例示に過ぎず、
Figure imgf000014_0001
るものではない。
Figure imgf000014_0002
以上に例示した具体例を様々に 、 輕 したもの力 s含まれる。
本明細書または図面に説明した は、 戦虫であるレ、は各種の組^:によって 有用 性を発^^るものであり、 ti B嫌求項 の組^:に p腕されるものではない。 また、 本明細 書または図面に例示した はネ皿目的を同時に達成し得るものであり、 そのうちの一つの目的 を^^すること自体で 有用性を持つものである。

Claims

請求の範囲
1 . してから踏み切りまでの期間である 目と、踏み切つてから *t也するまでの期間で ある空中相とから構成される 期を繰り返しながら走 m~る脚式ロポットであり、
Mfiiを有する少なくともひとつの脚と、
目標空中相時間を記' る記憶部と、
実際の空中相時間を計測する計測手段と、
目標空中相時間と実際の空中相時間の時間差に基づレヽて「郷を i»rる麵手段と、 を備えることを赚とする ロボット。
2. 脚と地面との撤虫状態を^ Ρすることによって、踏み切りタイミングと着地タイミングを 特定するタイミング特定手段をさらに備えることを難とする請求項 1に言 の脚式ロボット。
3. 計測手段は、 タイミング特定手段が特定した踏み切りタイミングから着地タイミングまで の間の日 tf^間隔を の空中相 として計測することを ί敷とする請求項 2に の J¾¾口ボ ッ卜。
4. 前回の ¾gs期における時間差に基づレ、て、 今回の BigJi期の踏み切りタイミングにおけ る脚式ロボットの重心の目標鈴¾31¾を決定する 決定手段を備え、
手段は、決定された目標鉛 ¾ ¾¾を難するように ΓΛを 1¾ΓΤることを樹敷とする請求 項 1から 3のレヽ f¾か 1項に鍵の脚式ロボット。
5. 決定された目標口 H¾ ^に徐々に近づくように、今回の 關期の ¾¾¾における重心の 霞を^ る目標! ¾1«手段と、
«された目標難に基づいて、今回の s^sii期の における関節の目標関節角の時系列 データを算出する目標 角算出手段を備え、
聽手段は、 目標関節角の時系列データに基づレヽて関節を » ることを顿敷とする請求項 4 に雄の脚式ロボット。
6. 髓決定手段は、前回の]！瞧期における時間差に略比例する髓 ffiE値を算出し、 その 値を前回の 園期における目標垂 ¾3¾ に加算することによって、今回の ϋ顏期に おける目標垂 S J を決定することを赚とする請求項 4又は 5に言識の脚式口ポット。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5232124B2 (ja) * 2009-10-28 2013-07-10 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの制御装置
KR101691940B1 (ko) * 2009-10-30 2017-01-02 삼성전자주식회사 로봇 및 그 제어방법
KR101200191B1 (ko) * 2010-07-14 2012-11-13 서울대학교산학협력단 데이터 기반 바이페드 제어 장치 및 방법
CN102267502B (zh) * 2011-05-05 2012-11-28 西北工业大学 跳跃度可调的仿生弹跳机构
CN102514643B (zh) * 2011-12-08 2013-06-05 浙江大学 基于双质量模型结构的跳跃机器人
KR102000448B1 (ko) * 2013-03-27 2019-10-01 엘지전자 주식회사 냉장고
US10563981B1 (en) * 2013-08-22 2020-02-18 Moov Inc. Automated motion data processing
JP2016034479A (ja) * 2014-07-31 2016-03-17 セイコーエプソン株式会社 走行時着地位置評価方法、走行時着地位置評価装置、検出方法、検出装置、走行運動評価方法及び走行運動評価装置
US9517561B2 (en) * 2014-08-25 2016-12-13 Google Inc. Natural pitch and roll
US10081098B1 (en) 2014-08-25 2018-09-25 Boston Dynamics, Inc. Generalized coordinate surrogates for integrated estimation and control
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
US9446518B1 (en) 2014-11-11 2016-09-20 Google Inc. Leg collision avoidance in a robotic device
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
US9586316B1 (en) * 2015-09-15 2017-03-07 Google Inc. Determination of robotic step path
US9789919B1 (en) 2016-03-22 2017-10-17 Google Inc. Mitigating sensor noise in legged robots
JP6457441B2 (ja) * 2016-07-12 2019-01-23 ファナック株式会社 ロボットの重心表示装置、ロボット制御装置およびロボットシミュレーション装置
CN112278109A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 山东大学 一种仿生水下足式机器人腿部结构及仿生水下足式机器人

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003080477A (ja) 2001-07-24 2003-03-18 Sony Corp ロボット装置及びロボット装置の跳躍制御方法
WO2003057429A1 (fr) 2001-12-28 2003-07-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Dispositif de production de demarche pour robot se deplaçant sur des jambes
JP2004167676A (ja) * 2002-11-06 2004-06-17 Sony Corp ロボット装置、ロボット装置の運動制御装置並びに運動制御方法
JP2006212736A (ja) 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 脚式ロボットとその制御方法
JP2006242169A (ja) 2005-02-04 2006-09-14 Betsukawa Seisakusho:Kk 回転翼及びこの回転翼を使用した発電装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60237999D1 (de) 2001-12-28 2010-11-25 Honda Motor Co Ltd Vorrichtung zur steuerung des ganges für mobilen roboter mit beinen
US7664572B2 (en) * 2002-04-26 2010-02-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control device of legged mobile robot
JP4513320B2 (ja) * 2003-12-17 2010-07-28 ソニー株式会社 ロボット装置、並びにロボット装置の運動制御方法
WO2006064597A1 (ja) * 2004-12-14 2006-06-22 Honda Motor Co., Ltd. 脚式移動ロボットおよびその制御プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003080477A (ja) 2001-07-24 2003-03-18 Sony Corp ロボット装置及びロボット装置の跳躍制御方法
WO2003057429A1 (fr) 2001-12-28 2003-07-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Dispositif de production de demarche pour robot se deplaçant sur des jambes
JP2004167676A (ja) * 2002-11-06 2004-06-17 Sony Corp ロボット装置、ロボット装置の運動制御装置並びに運動制御方法
JP2006212736A (ja) 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 脚式ロボットとその制御方法
JP2006242169A (ja) 2005-02-04 2006-09-14 Betsukawa Seisakusho:Kk 回転翼及びこの回転翼を使用した発電装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG Z.G., KIMURA H., FUKUOKA Y.: "Quadruped Running Control Using Delayed Feedback", DAI 18 KAI JIRITSU BUNSAN SYSTEM SYMPOSIUM YOKOSHU, January 2006 (2006-01-01), pages 163 - 168, XP003021609 *
ZHANG Z.G., KIMURA H., FUKUOKA Y.: "Running of a Qadruped Robot on Irregular Terrain Using Delayed Feedback Control", DAI 10 KAI ROBOTICS SYMPOSIA YOKOSHU, March 2005 (2005-03-01), pages 531 - 536, XP003021610 *

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