JPH04201186A - 脚式移動ロボットの歩行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は脚式移動ロボットの歩行制御装置に関し、より
具体的には２足歩行等の脚式移動ロボットにおいて凹凸
のある路面を安定して歩行することができる様にした脚
式移動ロボットの歩行制御装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題斯る脚穴
ロボットの歩行のさせがたには従来より２つの手法があ
って、一つは特開昭６２−９７００６号公報に示される
如く、予め脚関節の駆動データを大型計算機で別途計算
しておき、ロボットに搭載する計算機の記憶装置に格納
しておいて歩行時にそのデータを出力するものであり、
他方は例えば、「Ｌｅｇｇｅｄ　Ｒｏｂｏｔｓ　ｏｎ　
Ｒｏｕｇｈ　Ｔｅｒｒａｉ−ｎ：　　Ｅｘｐｅｒｉｍｅ
ｎｔｓ　　ｉｎ　　Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　　５ｔｅｐ　
　Ｌｅｎｇｈ：　　ＴＥＥＥ１９８８＋　Ｂｙ　Ｊｅｓ
ｓｉｃａ　Ｈｏｄｇｉｎ３に提案される様に、ロボット
自体に高性能な計算機を搭載して歩行時にリアルタイム
に最適な関節角度を計算し、関節駆動モータに出力して
歩行させる手法である。

前者は搭載する計算機が低レベルのもので済む利点があ
る反面、前もって歩行データを算出しておくことから実
際の歩行時の条件が想定していたものと一致することが
前提条件となっていて、歩行状況に変化が起きた場合、
例えば予期しないうねりや凹凸のある路面に遭遇したと
きには、変化に対応する能力に欠ける欠点があった。即
ち、２足歩行ロボットは重心の位置が高く、かつ足部の
底面積が少ないことから物理的に不安定であり、ロボッ
トが安定して歩行するにはロボットの重心に働く重力と
慣性力との合力が支持脚の接地面積内に確保される必要
がある。重力は一定であるが、慣性力はロボットの運動
によって絶えず変化し、その変化の度合いはロボットの
外部条件が一定ならば、時空的に一定の周期をもって繰
り返す変動となる。また外部の条件変動としては路面の
傾き、うねり、凹凸等が時々刻々変化し、路面の硬さ等
の物性値も一定ではない。こうした変動が遊脚の着地時
にロボットの受ける路面反力を変化させて歩行を不安定
なものとする。また外部条件に比べれば比較的小さい変
動ではあるが、実際のロボットの内部条件も、例えば関
節各部の摩擦が暖機状態により異なり、機械部品の剛性
不足による撓みも関与する。予め算出されたデータでこ
れらの変動に対応することは不可能である。

また後者の手法では、高速処理能力を有する計算機を搭
載する必要があるため、消費電力が大きく、また計算機
そのものも大型で重量も重く且つ高価である等、移動ロ
ボットとして容認し難い多くの欠点があった。

従って、本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消
し、オフラインで予め算出されたデータに基づいて歩行
する前者の利点を継承しつつ、予期しない歩行条件の変
化にも柔軟に対応して安定した歩行を実現することがで
きる脚式移動ロボントの歩行制御装置を提供することに
ある。

また路面状況の変化は前者のオフラインで算出したデー
タに基づいて歩行するものであると、後者のリアルタイ
ムで歩容を決定する手法によるものであるとを問わず、
等しく生じ得る。その際に後者の手法によるときも突発
的な歩行状況の変化に必ずしも迅速に即応できるとは限
らず、その意味ではこの問題は後者の手法によるときも
適用可能である。

従って、本発明の第２の目的は、いずれの手法によるも
のであるかを問わず、突発的な路面条件の変化にも良く
即応して安定して姿勢を保持することができる脚式移動
ロボットの歩行制御装置を提供することにある。

更にはロボットの安定化制御手法として、近時、脚式移
動ロボットも含めてロボットのリンクの運動学的解析を
行い、現代制御理論で総称される種々の制御理論を用い
てロボットの挙動を多変数で捉えて数式化し、それを解
いて制御値を決定する試みも盛んである。しかしながら
、例えば現代制御理論を用いることは巧緻に制御値を決
定することができる反面、多くの行列式を解く必要があ
って、搭載する計算機の処理能力としても高度のものが
要求され、更にはそれでもリンクの剛性等を完全に把握
することができず、払うべき努力の大きさに比して現実
には未だ見るべき成果を挙げていない。

従って、本発明の第３の目的は、予期しない歩行条件の
変化にも即応して筒易に姿勢の安定を回復することがで
き、また搭載計算機の処理能力としても比較的低レヘル
のもので足る様にした、実利性の高い脚式移動ロボット
の歩行制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために本発明は例えば請求項１
項において、基体と、それにそれぞれ結合され、少なく
とも１個の関節を備えてなる複数本の脚部リンクとから
なる脚式移動ロボ、トの歩行制御装置において、前記脚
部リンクについて予め設定された目標値に追従させるべ
く該関節を駆動する制御値を決定する制御値決定手段、
前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、予想
された可能性に応して支持脚リンクの前記制御値を修正
する制御値修正手段、及び修正された制御値に応じて前
記関節を駆動するアクチュエータを備える如く構成した
。

（作用） ロボットの転倒の可能性を予想し、それに応じて支持す
る側の脚部リンクの関節を駆動してロボットの姿勢を修
正する如くしたので、予！ｔＪ！′−ない歩行条件の変
化にも柔軟に対応して安定した歩行を実現することがで
きる。

（実施例） 以下、脚式移動ロボントとして２足歩行ロボットを例に
とって本発明の詳細な説明する。第１図はそのロボット
１を全体的に示す説明スケルトン図であり、左右それぞ
れの脚部に６個の関節（軸）を備える。該６個の関節（
軸）は上から順に、腰の脚部回旋用の関節（軸）１０Ｒ
，１０Ｌ（右側をＲ１左側をＬとする。以下間し）、腰
のピッチ方向の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方
向の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピンチ方向の関
節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピンチ方向の関節（
軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節（軸）２ＯＲ
，２ＯＬとなっており、その下部には足部２２Ｒ，２２
Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部（基体）２４
が設けられ、その内部には制御ユニット２６が格納され
る。

上記において股関節は、関節（軸）ＩＯＲ（Ｌ）、１２
Ｒ（Ｌ）、１４Ｒ（Ｌ）から構成され、それらの軸線は
全て１点で交差する様に構成される。また関節（軸）１
８Ｒ（Ｌ）、２ＯＲ（Ｌ）から構成される足関節も軸線
が互いに直交する様にされており、さらに前記した３本
のピンチ方向の関節（軸）１２Ｒ（Ｌ）、１６Ｒ（Ｌ）
、　　１８Ｒ（Ｌ）は相互に平行に配置され、その相対
位置関係は他の関節（軸）の挙動に関わらず、常に変わ
らない構成となっている。図示の如く、片側の脚につい
て６つの自由度を与えられ、胴体部２４を固定しても足
部２２Ｒ（Ｌ）を任意の位置で任意の方向に置くことが
できる構成とされる。即ち、歩行中にこれらの６Ｘ２＝
１２個の関Ｖ（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動するこ
とで、層全体に所望の動きを与えることができ、任意に
３次元空間を歩行することができる。尚、股関節と膝関
節との間は大腿リンク２７Ｒ，２７Ｌで、膝関節と足首
関節との間は下腿リンク２８Ｒ，２８Ｌで連結される。

これらの関節は主として電動モータとその出力を倍力す
る減速機とから構成される。以下に第２図及び第３図を
参照して膝関節以下の部位についてその詳細を説明する
が、腰関節も類似した構造である。尚、左右対象である
ため、以下の説明では右脚側について行う。第２図にお
いて大腿リンク２７Ｒの中途位置に取着された電動モー
タ（図示せず）の出力が、ベルト８２を介して膝関節（
軸）１６Ｒに装着されたハーモニンク減速機８４の入力
軸に入力される。また下腿リンク２８Ｒの上端側にも凹
部８７が形成され、そこに電動モータ８８が収納され、
その出力はベルト９０を介して足首部に配置されたハー
モニック減速機９２に入力され、足部２２Ｒを前記した
軸線１８Ｒを中心としてピッチ方向に駆動する。また軸
線１８Ｒと直交する前記した軸線２ＯＲを中心として足
部２２はロール方向に揺動自在に構成されており、その
ためにハーモニック減速機９４と、それに動力を供給す
る電動モータ９６とが直結されて設けられる。各電動モ
ータにはロータリエンコーダが設けられ、モータ軸の回
転角度を検出する（図には電動モータ８８用のロータリ
エンコーダ８９のみ示す）。

而して足首部には６軸カセンサ９８が設けられ、足部を
介してロボットに伝達されるｘ、ｙ。

Ｚの３方向成分とモーメントの３方向成分とを分離して
別々に測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わる力の
大きさと方向とを検出する。また略平坦に形成され、着
地時の衝撃を吸収するためにゴム等の弾性材２２０を備
えた足底部の四隅には公知の接地スイッチ９９が設けら
れて、接地の有無を検出する（第２図乃至第３図で図示
省略）。

更に、第１図に示す如（、胴体部２４の適宜位置には、
一対の傾斜センサ１００．１０２が設置され、ｘ−ｚ平
面内のＺ軸に対する傾きとその角速度、同様にｙ−ｚ平
面内のＺ軸に対する傾きとその角速度を検出する。これ
らの出力は前記した胴体部２４内の制御ユニット２６に
送られる。

第４図は制御ユニット２６の詳細を示すブロック図であ
り、マイクロ・コンピュータから構成される。そこにお
いて傾斜センサ１００．１０２等の出力はＡ／Ｄ変換回
路１０４でデジタル値に変換され、その出力はハス１０
６を介してＲＡＭ１０日に送られる。またエンコーダ８
９等の出力はカウンタ１１０を介してＲＡＭ１０８内に
入力されると共に、接地スイッチ９９等の出力は波形整
形回路１１２を経て同様にＲＡＭ１０８内に格納される
。制御ユニット内にはＣＰＵ１１４が設けられており、
ＣＰＵＩ　１４は後述の如く、格納されている歩行デー
タを読み込んでカウンタ１１Ｏから送出される実測値と
の偏差から速度指令値を算出し、Ｄ／Ａ変換回路１１８
を介してサーボアンプ１２０に送出する。制御値はそこ
で電流値に変換されて各関節の電動モータに供給される
。

また図示の如く、エンコーダ出力はＦ／Ｖ変換回路１２
２を介してサーボアンプに送出されており、マイナール
ープとしての速度フィードハック制御が実現されている
。尚、符号１２８は進路、歩幅等の歩容変更指令用のジ
ョイスティックを、符号１３０は原点（直立）姿勢決定
用の原点スイッチを、符号１３２はオーバラン防止用の
リミｙ）スイッチを示す。

以下、第５図フロー・チャートを参照して本制御装置の
動作を説明する。尚、同図に示す制御アルゴリズムはイ
ンピーダンス制御を速度分解制御で実現した仮想コンプ
ライアンス制御を前提とする（「多自由度ロボットの仮
想コンプライアンス制御」　（計測自動制御学会論文集
、ＶＯＬ、２２．ＮＯ。

３、昭和６１年３月）。

先ずＳＩＯで装置各部をイニシャライズした後、Ｓ１２
で歩行パターンｌ　θｔを検索する。これはロボットが
理想的に平坦でかつ硬さも均一な路面を歩行するときの
各関節角の目標値を示す。

ここで添字ｉは関節の番号を示し、添字は時刻りのとき
の角度を示す。関節の番号は下から順に、２ＯＲ＝１．
２０Ｌ＝２．、、　　とする。これらの時系列データは
予め大型コンピュータで算出しておき、前記した制御ユ
ニット内のマイクロ・コンピュータのＲＯＭ１１６に格
納しておく。

続いてＳ１４でパラメータＫｐ、　Ｋｖ、、、を入力す
る。これらはフィードバック・ゲインであり、詳細は後
述する。続いて３１６でタイマ値ｔ、カウンタ値ｃ、Ｕ
ＮＴ及び関節番号（カウンタ）値を零にリセットし、３
１８で歩行を開始し、Ｓ２０で関節番号ｉをカウントす
るカウンタ値を１にセットする。次いでＳ２２でセット
した関節番号に該当する関節角度ｉ　θｔ　　（ｉ＝１
）等のパラメータをメモリから読み出す。ここでｉθｔ
±１は現在の時刻（現在のプログラム起動時）ｔの次の
時刻、即ち次回のプログラム起動時の目標関節角度を示
す。ωＤｔは目標角速度（後述）を示す。Ｆｔ　　（ω
Ｗ）は両足支持期、Ｆｔ　　（ωＳ）は片足支持期、Ｆ
ｔ（Ｃ）は衝撃吸収制御期を示すフラグであり、前記し
たマイクロ・コンピュータにオイテ６軸カセンサ等の出
力から判定され、当該期間にあるときそのビットが１に
セットされる。

次いで、Ｓ２４において傾斜センサ等の検出値を読み込
む。ここでｉ　θＲはｉ番目（この例では回路２２Ｒ）
の関節の実際の関節角度を、ωＲは実際の傾斜角速度を
、Ｍは足部に加わる実際のモーメントを示す。次いで３
２６において位置フィードバック制御値ｉＶ１を算出し
、３２８において速度フィードバック（フォワード）制
御値ｉＶ２を算出する。即ち、第６図に示す如く、本制
御においては関節角度の指令値ｉθｔと実際の関節角度
ｉ　θＲとの偏差Δθに比例ゲインｋｐを乗じた位置フ
ィードバック値と、時刻計のときの関節角度指令値ｉ　
θｔと時刻ｔ、＋１のときの関節角度指令値ｉ　θｔ　
＋１　との偏差にゲインを乗したフィードフォワード値
を加えた速度指令値をサーボアンプ１２０に出力する。

尚、第６図は足関節を除く関節についてのブロンク線図
であり、足関節は第７図ブロンク線図に示す様に傾斜角
速度信号等もフィードバンクされるが、それについては
後述する。

続いてＳ３０において関節番号ｉが４以内か否か、即ち
足関節の制御値を算出中か否か判断し、この場合には当
然に肯定されて３３２以降に進んで傾斜角速度フィード
バック等を実施する。即ち、以下に述べる第３、第４フ
イードバツク制御値の算出は、足関節に限って行われる
。具体的には、先ずＳ３２乃至はＳ３４でフラグＦｔ　
　（ω−）又はＦｔ　　（ωＳ）のピント・オン、即ち
両足支持期か片足支持期かを判断し、判断結果に基づい
てＳ３６又は３３Ｂで第７図に示す様に、目標傾斜角速
度ωＤｔと実際の傾斜角速度ωＲとの偏差Δωにゲイン
にωを乗じて第３の速度フィードバンク制御値ｉＶ３を
算出する。

これについて以下説明すると、本制御においては傾斜角
速度が目標値から逸脱したときはロボットが転倒する可
能性がありと判断し、その危険度に応じて、即ち傾斜角
速度の偏差に所定の係数（ゲインにω）を乗じて着地し
ている側の脚の足関節を駆動して接地反力を生ぜしめ、
ロボットの姿勢の崩れを修正する様にした。このゲイン
にωについては第８図及び第９図に示す両足支持期と、
第１０図及び第１１図に示す片足支持期とでは、図示の
様に約束するものとする。即ち、第８図（ａ）（ｂ）に
はロボットを前後から見たときにロボットに働く傾斜角
速度偏差Δωの方向が示されるが、このときフィードバ
ックされるべき速度指令値の方向を図の様に定義するも
のと約束する。即ち、ロール方向の足関節２ＯＲ，Ｌに
ついて傾斜角速度偏差Δωの作用によって浮く方の足関
節のゲインにωは零とし、荷重が加わる方の足関節のゲ
インの方向を図示の様にとるものと約束する。また第９
図はロボットの側面図であって、同図（ａ）の如くロボ
ットを前に倒そうとする傾斜角速度が働（ときには前足
の踵が地面を蹴る方向に前足のピッチ方向の足関節１８
Ｒ（Ｌ）のゲインをとり、同時に後足の足関節１８Ｌ（
Ｒ）のゲインは爪先を上げる方向にとることとする。逆
にロボットを後側に倒そうとする傾斜角速度に対しては
、同図（ｂ）の様に後足の爪先が地面を蹴る方向に足関
節１８Ｌ（Ｒ）のゲインをとることにし、同時に前足の
足関節１８Ｒ（Ｌ）のゲインは踵を持ち上げる方向にと
る。

一方、第１０図には片足支持期のロボットを前後方向か
ら見た状態が示されており、このときには着地している
方の足関節２ＯＬが図示の方向に調節駆動される様にゲ
インにωの符号を決める。このとき遊脚側の足関節の修
正は行っても行わなくても良い。また第１１図は片足支
持期のロボットを側面から見た図であるが、この時も支
持脚の足関節１８Ｌ（Ｒ）が図示の方向に駆動される様
にゲインにωをとるものとし、また遊脚側は修正しても
しなくても良い。

第１２図はゲインにωの特性を示す説明図である。図示
の例ではゲインにωの絶対値は同一であり、符号のみ上
記説明の様に変えているが、絶対値を同じにする必要は
な（、上記の各状態毎に変えても良い。但し、ゲインは
各関節とも共通とする。ここで同図から明らかな如く、
両足支持期から片足支持期に移行する際にはゲインの符
号がその前後で反転する。これは滑らかな歩行を実現す
る上で好ましくないので、その切り換えがスムーズに行
われる様に図示の如く、その切り換えの中途に一度ゲイ
ンが零になる短い時間を設けるか、または第１３図に示
す様に前後のゲインを平滑に繋げる様にする。尚、傾斜
角速度偏差Δωに比例した速度を加えるときのタイミン
グは、遊脚期には基本的ににωをＯとするが、着地の直
前の適宜時期から所定の大きさに設定して過渡的な現象
に十分追従することができる様にする。尚、第５図フロ
ー・チャートにおいて両足支持期にも片足支持期にもな
いと判断されるときは、Ｓ４０で制御値を零とする。

続いて３４２以下で仮想コンプライアンス制御値を決定
する。即ち、第１４図に示す様に、ロボ７）の遊脚が離
床して着床するまでの所定時間Ｔ　ＣＯＭＰを衝撃吸収
制御期とし、３４２でその期間にあると判断されるとき
はＳ４４に進み、そこでゲインｋｃをｋｃ　＝ｋｃｏｍ
ｐＸ　ｒ　（ｃｏｕｎｔ　）と算出し、Ｓ４６で検出し
たモーメントＭに乗じて第４の速度フィードバンク値ｉ
Ｖ４を算出しく第７図）、Ｓ４８で着地が検出されると
３５０でカウンタ値をインクリメントする。即ち、衝撃
吸収のゲインはカウンタ値ｃ、１ｌＮＴの関数として設
定され、第１４図に示す様に着地と同時に経時的に逓減
され、ついには零となる様に設定する。尚、Ｓ４２で衝
撃吸収制御期にないと判断されるときは３５２で制御値
ｉＶ４を零とし、Ｓ５４でカウンタ値を零にリセットす
る。

続いて３５６で算出した全ての制御値を加算して総和ｉ
　ＶＣＯＭＭを求めてサーボアンプ１２０に出力し、３
５８で関節番号カウンタをインクリメントし、Ｓ６０で
最終関節か否か判断し、否定されるときは３６２に進ん
で次の目標関節角度ｉθｔを検索するためにタイマ値ｔ
をインクリメントし、Ｓ６４で歩行終了と判断されない
限り、各関節について連続的に制？Ｉｌ値を決定する。

本実施例は上記の如く、ロボットが予め設定された正常
な歩行状態から外れて傾斜すると、その傾斜角速度の偏
差に応じて接地している足の足関節に、姿勢を立て直そ
うとする方向に地面を蹴る動作を生じさせる様に構成し
たので、外的条件乃至は内的条件の変化に関わらず、常
に安定した歩行を実現することができる。この演算は主
として幾何学的な簡単な式で行われるものであり、現代
制御理論に示される様に多くの複雑な行列式を用いるこ
ともないことから、特にオフラインで基本的な歩行パタ
ーンを算出する制御手法と併せて用いるとき、搭載コン
ピュータは比較的小型で低速度のもので良く、脚式移動
ロボットの実現性に寄与するところは大きい。即ち、ゲ
インを適切に選ぶだけでその後の処理が極めて簡単であ
るところから、比較的低レベルでエネルギ消費量も少な
いコンピュータで足りる。

第１５図は本発明の第２の実施例を示しており、第５図
フロー・チャートの３３２〜ｓ４０において足関節１８
Ｒ（Ｌ）の一方のみに修正を施す例を示す。即ち、第１
実施例では第９図に示す様に両方の足関節にフィードバ
ック制御値を与えていたが、この例では片側の足のみに
与える様にした。これによっても同種の効果を挙げるこ
とができる。

第１６図及び第１７図は本発明の第３の実施例を示して
おり、足間ｗＪ１８Ｒ（Ｌ）に加えて膝関節１６Ｒ（Ｌ
）についても先に示した要領で修正を加える例を示す。

この例の場合には第１６図（ａ）、第１７図（ａ）に示
す様に、膝関節と足関節とでゲインの方向が相反するこ
とも生じ得る。またこの実施例によるときは第５図フロ
ー・チャー）（７）Ｓ３０を”　ｉ≧６　（諸量！ｆｌ
ｉ１６Ｌ（７）ＩＳＨｆｆ番号）“と変更する。尚、こ
のとき膝関節のみに修正を施す様にしても良い。

尚、上記した第１乃至第３実施例においてはロボットの
姿勢不安定状態を検出するのに、傾斜角速度の目標値と
実際値との偏差を使用したが、これに限る必要はなく、
その微分値たる角加速度を求めて判定しても良く、逆に
その積分値たる角度を求めて判定しても良い。或いは踵
が着地してから足裏部の全面が床に密着する迄の時間を
計測し、それを適宜設定する所定値と比較し、それより
短ければ前側に、長ければ後側に倒れそうであると、即
ち路面反力の作用点を算出し、その作用点の軌跡の運動
速度が正常時に比べて例えば踵相当部位から爪先相当部
位により早く移動する様であれば前側に転倒しそうであ
ると、逆であれば後ろ側に転倒しそうであると判定して
も良い。要約すれば、ロボットの姿勢が不安定であるこ
とを予想させる指標を求め、その値の大きさから支持し
ている脚部側に接地反力を生せしめる様に制御すれば良
い。

またゲインは各関節とも同一にしたが、適宜変えても良
い。

また本実施例を仮想コンプライアンス制御と同時にする
場合を示したが、それに限るものではなく、単独に実施
することも可能である。但し、共に姿勢安定化に寄与す
るものであるので、併せて用いることにより、−層効果
的に安定歩行を実現することができる。

更には本発明をオフラインで目標関節角度（及び目標角
速度）を算出しておく場合を例にとって説明したが、必
ずしもそれに限られるものではなく、同様にオフライン
で歩容データを算出する場合でも着地位置、重心位置等
の、より上位概念で設定する場合にも妥当するのみなら
ず、リアルタイムで歩容を決定する場合にも事情が許す
限り妥当するものである。

更には本発明を２足歩行の脚式移動ロボットについて説
明したが、それに限られるものではなく、３足以上の脚
式移動ロボットにも妥当するものである。

（発明の効果） 請求項１項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
脚部リンクついて予め設定された目標値に追従させるべ
く関節の駆動制御値を決定する制御値決定手段、ロボッ
トの転倒の可能性を予想する予想手段、予想された可能
性に応じて支持脚リンクの前記制御値を修正する制御値
修正手段及び修正された制御値に応じて前記関節を駆動
するアクチュエータを備える如く構成したので、予めオ
フラインで設定された歩行データに基づいて関節を駆動
するとき、歩行条件の変化が生じて姿勢が崩れる場合で
も迅速に立て直すことができて安定した歩行を実現する
ことができる。また基本的な歩行データは予めオフライ
ンで設定されていることから、制御装置をコンピュータ
で構成するときも比較的小型、廉価かつ低レベルのもの
で実現することができる。

請求項２項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
脚部リンクについて予め設定された目標位置に追従させ
るべく関節を駆動する速度制御値を決定する制御値決定
手段、ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、予
想された可能性に応して所定の係数を乗じて支持脚リン
クの前記制御値を修正する修正手段及び修正された制御
値に応じて前記関節を駆動するアクチュエータを備える
如く構成したので、前記した効果に加えて係数を適当に
設定するだけで制御値の演算処理が極めて簡単であり、
また制御装置としても極めて簡易なもので足り、それを
実現するコンピュータとしても更に低レベルのもので達
成することができる請求項３項記載の脚式移動ロボット
の歩行制御装置は、前記脚部リンクの両脚支持期と片脚
支持期との切り換え時に前記係数を一度零にする様に構
成したので、前記した効果に加えて一層滑らかで安定し
た歩行を実現することができる。

請求項４項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置は、
前記予想手段は、前記基体及び／又は脚部リンクの傾斜
角度のｎ次微分値から転倒の可能性を予想する様に構成
したので、簡易な構成でありながら、確実にロボットの
姿勢の不安定度を検出することができ、それにより迅速
に対応することができて安定した歩行を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る脚式移動ロボットの歩行制御装置
を全体的に示す概略図、第２図は第１図の膝関節以下の
部位を示す説明側面図、第３図はそのＩ−Ｉ［［線部分
断面図、第４図は制御ユニ。 トの説明ブロック図、第５図は本制御装置の動作を示す
フロー・チャート、第６図は足関節を除く関節について
第５図フロー・チャートに示される制御アルゴリズムを
説明するブロック線図、第７図は同様に足関節について
の制御アルゴリズムを説明するブロック線図、第８図（
ａ）（ｂ）は第５図フロー・チャートで使用される両脚
支持期でのロボットの前後方向から見た安定化制御手法
を示す説明図、第９図（ａ）（ｂ）は同様に左右方向か
ら見た手法を示す説明図、第１０図（ａ）（ｂ）は片脚
支持期での前後方向から見た同様の手法を示す説明図、
第１１図（ａ）（ｂ）は同様に左右方向から見た手法を
示す説明図、第１２図はそこで使用されるゲインの両足
支持期と片足支持期との切り換え時における設定特性を
示す説明図、第１３図は同様にゲインの別の設定特性を
示す説明図、第１４図は第５図フロー・チャートでの仮
想コンプライアンス制御期とそこで使用されるゲインの
設定特性を示す説明図、第１５図（ａ）（ｂ）は本発明
の第２実施例で第９図（ａ）　　（ｂ）と類似する手法
を示す説明図、第１６図（ａ）（ｂ）は本発明の第３実
施例で第９図（ａ）　　（ｂ）と類似する手法を示す説
明図及び第１７図（ａ）（ｂ）は同様に第３実施例で第
１１図（ａ）（ｂ）と類似する手法を示す説明図である
。 １・・・脚式移動ロボット（２足歩行ロボ、ト）、ＩＯ
Ｒ，ＩＯＬ・・・脚部回旋用の関節（軸）、１２Ｒ，１
２Ｌ・・・股部のピッチ方向の関節（軸）、１４Ｒ，１
４Ｌ・・・股部のロール方向の関節（軸）、１６Ｒ，１
６Ｌ・・・膝部のピッチ方向の関節（軸）、１８Ｒ，１
８Ｌ・・・足首部のピッチ方向の関節（軸）、２ＯＲ，
２０Ｌ・・・足首部のロール方向の関節（軸）、２２Ｒ
。 ２２Ｌ・・・足部、２４・・・胴体部、２６・。 ・制御ユニット、２７Ｒ，２７Ｌ・・・大腿リンク、２
８Ｒ，２８Ｌ・・・下腿リンク、８４，９２．９４・・
・ハーモニック減速機、８２．９０・・・ベルト、８８
．９６・・・電動モータ、８９・・・ロータリエンコー
ダ、８７・・・凹部、９８・・・６軸力セン号、９９・
・・接地スイッチ、１００，１０２・・・傾斜センサ、
１０４・・・Ａ／Ｄ変換回路、１０６・・・ハス、１０
８・・・ＲＡＭ、１１０・・・カウンタ、１１２・・・
波形整形回路、１１４・・・ｃｐｕ、１１６・・・ＲＯ
Ｍ、１１８・・・Ｄ／Ａ変換回路、１２０・・・サーボ
アンプ、１２２・・　Ｆ／Ｖ変換回路、１２８・・・ジ
ョイスティック、１３０・・・原点スイッチ、１３２・
・・リミットスイッチ、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体と、それにそれぞれ結合され、少なくとも１
   個の関節を備えた複数本の脚部リンクとからなる脚式移
   動ロボットの歩行制御装置において、ａ、前記脚部リン
   クについて予め設定された目標値に追従させるべく該関
   節を駆動する制御値を決定する制御値決定手段、 ｂ、前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、 ｃ、予想された可能性に応じて支持脚リンクの前記制御
   値を修正する制御値修正手段、 及び ｄ、修正された制御値に応じて前記関節を駆動するアク
   チュエータ、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
   装置。
2. （２）基体と、それにそれぞれ結合され、少なくとも１
   個の関節を備えた２本の脚部リンクとからなる脚式移動
   ロボットの歩行制御装置において、ａ、前記脚部リンク
   について予め設定された目標値に追従させるべく該関節
   を駆動する速度制御値を決定する制御値決定手段、 ｂ、前記ロボットの転倒の可能性を予想する予想手段、 ｃ、予想された可能性に応じて所定の係数を乗じて支持
   脚リンクの前記制御値を修正する制御値修正手段、 及び ｅ、修正された制御値に応じて前記関節を駆動するアク
   チュエータ、 を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
   装置。
3. （３）前記脚部リンクの両脚支持期と片脚支持期との切
   り換え時に、前記係数を一旦零にすることを特徴とする
   請求項２項記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置。
4. （４）前記予想手段は、前記基体及び／又は脚部リンク
   の傾斜角度のｎ次微分値から転倒の可能性を予想するこ
   とを特徴とする請求項１項乃至３項のいずれかに記載の
   脚式移動ロボットの歩行制御装置。