JPH05305580A - 脚式移動ロボットの歩行制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの歩行制御装置Info
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- JPH05305580A JPH05305580A JP13625792A JP13625792A JPH05305580A JP H05305580 A JPH05305580 A JP H05305580A JP 13625792 A JP13625792 A JP 13625792A JP 13625792 A JP13625792 A JP 13625792A JP H05305580 A JPH05305580 A JP H05305580A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ２足歩行の脚式移動ロボットにおいて、足平
の絶対座標における傾斜角度を求め、それから重心の実
際位置を推定して目標重心位置に一致する様に関節角を
制御する。 【効果】 足平が予期しない傾斜、凹凸を踏んで姿勢が
傾いたときも、安定な所期の姿勢に回復させることがで
きる。
の絶対座標における傾斜角度を求め、それから重心の実
際位置を推定して目標重心位置に一致する様に関節角を
制御する。 【効果】 足平が予期しない傾斜、凹凸を踏んで姿勢が
傾いたときも、安定な所期の姿勢に回復させることがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの歩
行制御装置に関する。
行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動ロボットに関する技術として
は車輪式、クローラ式、脚式などのロボットが提案され
ている。その中で、脚式移動ロボットの制御技術に関す
るものとして、１脚のロボットに関する技術（Raibert,
M.H., Brown, Jr.H.B.,"Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine", ASME, J of DSM
C,vol.106, pp.75-81 (1984)), ２脚のロボットに関す
る技術（日本ロボット学会誌vol.l, no.3, pp.167-203,
1983）、４脚のロボットに関する技術（日本ロボット学
会誌vol.9, no.5, pp.638-643, 1991)、６脚のロボット
に関する技術（Fischeti, M.A.,"Robot Do the Dirty W
ork,"IEEE, spectrum, vol.22. no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; TheAdaptive Suspension Vehicle", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
が多数提案されている。更には、比較的低自由度のロボ
ットでリアルタイムに力学的に安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（下山、”竹馬型２足歩行ロボット
の動的歩行”、日本機械学会論文集 C篇、第48巻、第 4
33号、pp.1445-1454, 1982. および"Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) や、比較的多自
由度のロボットでオフラインで安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（特開昭62-97006号、特開昭63-150
176 号）も提案されている。
は車輪式、クローラ式、脚式などのロボットが提案され
ている。その中で、脚式移動ロボットの制御技術に関す
るものとして、１脚のロボットに関する技術（Raibert,
M.H., Brown, Jr.H.B.,"Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine", ASME, J of DSM
C,vol.106, pp.75-81 (1984)), ２脚のロボットに関す
る技術（日本ロボット学会誌vol.l, no.3, pp.167-203,
1983）、４脚のロボットに関する技術（日本ロボット学
会誌vol.9, no.5, pp.638-643, 1991)、６脚のロボット
に関する技術（Fischeti, M.A.,"Robot Do the Dirty W
ork,"IEEE, spectrum, vol.22. no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; TheAdaptive Suspension Vehicle", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
が多数提案されている。更には、比較的低自由度のロボ
ットでリアルタイムに力学的に安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（下山、”竹馬型２足歩行ロボット
の動的歩行”、日本機械学会論文集 C篇、第48巻、第 4
33号、pp.1445-1454, 1982. および"Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) や、比較的多自
由度のロボットでオフラインで安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（特開昭62-97006号、特開昭63-150
176 号）も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したオ
フラインで安定な移動パターンを生成するものにおい
て、平坦路をロボットに歩行させる場合、足平は水平と
し、力学的に安定な関節角軌道（歩行パターン）に追従
する様に関節角を制御することにより実現できる。例え
ば、静歩行であれば常に足平内に重心軌道がある様に制
御すれば、安定に歩行することができる。また動歩行で
はｚｍｐが足平内にある様に重心軌道を制御すれば良
い。しかし、脚式移動ロボットが移動する路面は厳密に
設計値通りであることは少なく、歩行パターンで予期し
ていない凹凸や傾斜が現実に存在することが多い。その
様な凹凸、傾斜に遭遇すると、脚式移動ロボットは支持
脚足平角度が傾斜し、その結果重心軌道が目標軌道から
ずれるため、姿勢が不安定になる恐れがある。これは上
記したリアルタイムに移動パターンを生成して歩行する
手法を用いるものでも同様であって、この様な外乱は、
姿勢を崩す一因となる。
フラインで安定な移動パターンを生成するものにおい
て、平坦路をロボットに歩行させる場合、足平は水平と
し、力学的に安定な関節角軌道（歩行パターン）に追従
する様に関節角を制御することにより実現できる。例え
ば、静歩行であれば常に足平内に重心軌道がある様に制
御すれば、安定に歩行することができる。また動歩行で
はｚｍｐが足平内にある様に重心軌道を制御すれば良
い。しかし、脚式移動ロボットが移動する路面は厳密に
設計値通りであることは少なく、歩行パターンで予期し
ていない凹凸や傾斜が現実に存在することが多い。その
様な凹凸、傾斜に遭遇すると、脚式移動ロボットは支持
脚足平角度が傾斜し、その結果重心軌道が目標軌道から
ずれるため、姿勢が不安定になる恐れがある。これは上
記したリアルタイムに移動パターンを生成して歩行する
手法を用いるものでも同様であって、この様な外乱は、
姿勢を崩す一因となる。
【０００４】従って、この発明の目的は、予期しない路
面の凹凸や傾斜などに遭遇しても姿勢を崩すことがな
く、常に安定して歩行することができて移動環境におけ
る踏破性を高める様にした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。
面の凹凸や傾斜などに遭遇しても姿勢を崩すことがな
く、常に安定して歩行することができて移動環境におけ
る踏破性を高める様にした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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、基体と
複数本の脚部とを有する脚式移動ロボットの歩行制御装
置において、前記ロボットの接地部位の重力方向に対す
る絶対角度及び／又は絶対角速度を求める手段、求めた
値から前記ロボットの所定部位の実際位置を推定する手
段、及び、推定された実際位置が目標位置に一致する様
に、前記ロボットの関節を駆動制御する関節制御手段を
備える様に構成した。
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、基体と
複数本の脚部とを有する脚式移動ロボットの歩行制御装
置において、前記ロボットの接地部位の重力方向に対す
る絶対角度及び／又は絶対角速度を求める手段、求めた
値から前記ロボットの所定部位の実際位置を推定する手
段、及び、推定された実際位置が目標位置に一致する様
に、前記ロボットの関節を駆動制御する関節制御手段を
備える様に構成した。
【０００６】
【作用】予期しない路面の凹凸や傾斜に遭遇すると、ロ
ボットの接地部位の重力方向に対する絶対角（速）度は
所期の値と異なったものとなり、所定部位、例えば重心
軌道の実際値も目標値から逸脱する。それを推定して目
標値に一致する様に関節を駆動制御するので、迅速に姿
勢を回復することができ、常に安定した歩行を行うこと
ができて移動環境での踏破性が向上する。
ボットの接地部位の重力方向に対する絶対角（速）度は
所期の値と異なったものとなり、所定部位、例えば重心
軌道の実際値も目標値から逸脱する。それを推定して目
標値に一致する様に関節を駆動制御するので、迅速に姿
勢を回復することができ、常に安定した歩行を行うこと
ができて移動環境での踏破性が向上する。
【０００７】
【実施例】以下、脚式移動ロボットとして２足歩行のロ
ボットを例にとって、この発明の実施例を説明する。図
１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リンク２に６個の関節を備え
る（理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モ
ータで示す）。該６個の関節は上から順に、腰の脚部回
旋用（ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、
左側をＬとする。以下同じ）、腰のロール方向（ｘ軸ま
わり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（ｙ軸まわ
り）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１
６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８
Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとなっており、
その下部には後で述べるバネ機構を備えた足平２２Ｒ，
２２Ｌが取着されると共に、最上位には筐体（上体）２
４が設けられ、その内部には制御ユニット２６が格納さ
れる。
ボットを例にとって、この発明の実施例を説明する。図
１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リンク２に６個の関節を備え
る（理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モ
ータで示す）。該６個の関節は上から順に、腰の脚部回
旋用（ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、
左側をＬとする。以下同じ）、腰のロール方向（ｘ軸ま
わり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（ｙ軸まわ
り）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１
６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８
Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとなっており、
その下部には後で述べるバネ機構を備えた足平２２Ｒ，
２２Ｌが取着されると共に、最上位には筐体（上体）２
４が設けられ、その内部には制御ユニット２６が格納さ
れる。
【０００８】上記において股関節は関節１０Ｒ（Ｌ），
１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、また足関節
は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。
また、腰関節と膝関節との間は大腿リンク３２Ｒ，３２
Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３４Ｒ，３４
Ｌで連結される。ここで、脚部リンク２は左右の足につ
いてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれら
の６×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に
駆動することで、足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様に構成
される。先に述べた様に、上記した関節は電動モータか
らなり、更にはその出力を倍力する減速機などを備える
が、その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１
−３２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに
述べられており、それ自体はこの発明の要旨とするとこ
ろではないので、これ以上の説明は省略する。
１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、また足関節
は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。
また、腰関節と膝関節との間は大腿リンク３２Ｒ，３２
Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３４Ｒ，３４
Ｌで連結される。ここで、脚部リンク２は左右の足につ
いてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれら
の６×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に
駆動することで、足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様に構成
される。先に述べた様に、上記した関節は電動モータか
らなり、更にはその出力を倍力する減速機などを備える
が、その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１
−３２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに
述べられており、それ自体はこの発明の要旨とするとこ
ろではないので、これ以上の説明は省略する。
【０００９】図１に示すロボット１において、足首部に
は公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定し、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。また足平２２Ｒ
（Ｌ）の四隅には静電容量型の接地スイッチ３８（図１
で図示省略）が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、筐体２４には傾斜センサ４０が設置され、ｘ
−ｚ平面内とｙ−ｚ平面内のｚ軸に対する、即ち、重力
方向に対する傾斜角速度を検出する。また各関節の電動
モータには、その回転量を検出するロータリエンコーダ
が設けられる。更に、図１では省略するが、ロボット１
の適宜な位置には傾斜センサ４０の出力を補正するため
の原点スイッチ４２と、フェール対策用のリミットスイ
ッチ４４が設けられる。これらの出力は前記した筐体２
４内の制御ユニット２６に送られる。
は公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定し、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。また足平２２Ｒ
（Ｌ）の四隅には静電容量型の接地スイッチ３８（図１
で図示省略）が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、筐体２４には傾斜センサ４０が設置され、ｘ
−ｚ平面内とｙ−ｚ平面内のｚ軸に対する、即ち、重力
方向に対する傾斜角速度を検出する。また各関節の電動
モータには、その回転量を検出するロータリエンコーダ
が設けられる。更に、図１では省略するが、ロボット１
の適宜な位置には傾斜センサ４０の出力を補正するため
の原点スイッチ４２と、フェール対策用のリミットスイ
ッチ４４が設けられる。これらの出力は前記した筐体２
４内の制御ユニット２６に送られる。
【００１０】図２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４０などの出力はＡ／Ｄ変
換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバス５２
を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０はＲＯＭ６４に格納されている重心軌
道などの予め設定された歩行パターンを読み出して目標
関節角度を算出してＲＡＭ５４に送出する。また第２の
演算装置６２は後述の如くＲＡＭ５４からその目標値と
検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必要な
制御値を算出し、Ｄ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介
して各関節を駆動する電動モータに出力する。
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４０などの出力はＡ／Ｄ変
換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバス５２
を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０はＲＯＭ６４に格納されている重心軌
道などの予め設定された歩行パターンを読み出して目標
関節角度を算出してＲＡＭ５４に送出する。また第２の
演算装置６２は後述の如くＲＡＭ５４からその目標値と
検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必要な
制御値を算出し、Ｄ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介
して各関節を駆動する電動モータに出力する。
【００１１】続いて、この制御装置の動作を説明する。
【００１２】図３は、ロボット１が前後方向に傾いたと
きの制御を示すブロック図である。図示はしないが、以
下に説明する制御は、左右方向についても全く同様であ
る。傾斜角が十分小さければ、３次元の傾斜を前後左右
の傾斜角に分離することができ、大きいければ３次元の
座標変換を用いることになる。ここでは簡単のため、傾
斜角が十分小さい場合について説明する。図３において
路面に固定された絶対座標をＸ−Ｙ−Ｚ座標とし、足平
２２Ｒ（Ｌ）の裏面に固定された座標を内部座標ｘ−ｙ
−ｚ座標とおく。尚、予め設定された歩行パラメータ
（軌道パラメータ）は、重心位置、重心速度、足平位
置、足平速度とする。
きの制御を示すブロック図である。図示はしないが、以
下に説明する制御は、左右方向についても全く同様であ
る。傾斜角が十分小さければ、３次元の傾斜を前後左右
の傾斜角に分離することができ、大きいければ３次元の
座標変換を用いることになる。ここでは簡単のため、傾
斜角が十分小さい場合について説明する。図３において
路面に固定された絶対座標をＸ−Ｙ−Ｚ座標とし、足平
２２Ｒ（Ｌ）の裏面に固定された座標を内部座標ｘ−ｙ
−ｚ座標とおく。尚、予め設定された歩行パラメータ
（軌道パラメータ）は、重心位置、重心速度、足平位
置、足平速度とする。
【００１３】いまロボット１の足平、例えば右の足平２
２Ｒが斜面あるいは凹凸を踏んだことにより、図３に実
線で示す様に傾いたとする（破線は目標姿勢を示す）。
このとき、例えば静歩行であれば、重心軌道が足平２２
Ｒ内から外れ、転倒する恐れがある。しかし、もし路面
に固定された絶対座標Ｘ−Ｙ−Ｚに対し、重心位置が破
線で示す目標位置にあれば転倒することはない。
２Ｒが斜面あるいは凹凸を踏んだことにより、図３に実
線で示す様に傾いたとする（破線は目標姿勢を示す）。
このとき、例えば静歩行であれば、重心軌道が足平２２
Ｒ内から外れ、転倒する恐れがある。しかし、もし路面
に固定された絶対座標Ｘ−Ｙ−Ｚに対し、重心位置が破
線で示す目標位置にあれば転倒することはない。
【００１４】そこでこの制御においては、ブロックＢ１
で足平２２Ｒの角度ｑｘ，ｑｙを推定する。即ち、前記
した傾斜センサ４０を通じて筐体２４の傾斜角速度ψド
ットｘ，ψドットｙ（重力方向に対する絶対角度。添字
は方向を示す。以下同じ）を検出し、検出値を積分して
傾斜角度ψｘ，ψｙを求め、求めた傾斜角度とロータリ
エンコーダを通じて検出した関節角度θｎ（リンク間の
相対角度）とから、図示の如く足平２２Ｒの角度ｑｘ，
ｑｙ（重力方向に対する絶対角度。添字は方向を示す）
を推定する。尚、関節角度θは図１に示した１２個の関
節の角度であって添字ｎが、対応する関節を示す。
で足平２２Ｒの角度ｑｘ，ｑｙを推定する。即ち、前記
した傾斜センサ４０を通じて筐体２４の傾斜角速度ψド
ットｘ，ψドットｙ（重力方向に対する絶対角度。添字
は方向を示す。以下同じ）を検出し、検出値を積分して
傾斜角度ψｘ，ψｙを求め、求めた傾斜角度とロータリ
エンコーダを通じて検出した関節角度θｎ（リンク間の
相対角度）とから、図示の如く足平２２Ｒの角度ｑｘ，
ｑｙ（重力方向に対する絶対角度。添字は方向を示す）
を推定する。尚、関節角度θは図１に示した１２個の関
節の角度であって添字ｎが、対応する関節を示す。
【００１５】次に、ブロックＢ２では、この推定値に高
周波の振動があると、ロボットがフィードバック・ルー
プによりハンチングを生じるため、ローパス・フィルタ
を設けて足平角度ｑｘ，ｑｙの低周波成分のみを検出す
る。
周波の振動があると、ロボットがフィードバック・ルー
プによりハンチングを生じるため、ローパス・フィルタ
を設けて足平角度ｑｘ，ｑｙの低周波成分のみを検出す
る。
【００１６】次に、ブロックＢ３では、この足平角度ｑ
ｘ，ｑｙを用い、図示の如く、絶対座標Ｘ−Ｙ−Ｚに対
する重心位置を、ロボットに固定された内部座標ｘ−ｙ
−ｚに変換する。即ち、絶対座標系での重心軌道を、ロ
ボットに固定された内部座標系から見た場合の重心軌道
に換算する。
ｘ，ｑｙを用い、図示の如く、絶対座標Ｘ−Ｙ−Ｚに対
する重心位置を、ロボットに固定された内部座標ｘ−ｙ
−ｚに変換する。即ち、絶対座標系での重心軌道を、ロ
ボットに固定された内部座標系から見た場合の重心軌道
に換算する。
【００１７】次に、ブロックＢ４では、換算された重心
軌道に基づき、図示の様にいわゆる逆運動学の問題を解
いて１２個の関節の角度を算出する。
軌道に基づき、図示の様にいわゆる逆運動学の問題を解
いて１２個の関節の角度を算出する。
【００１８】次に、ブロックＢ５では、図２に関して先
に説明した如く、関節角を制御する位置サーボ系に出力
し、ロボット１を破線で示す所期の姿勢まで回復する様
に、重心軌道を制御する。
に説明した如く、関節角を制御する位置サーボ系に出力
し、ロボット１を破線で示す所期の姿勢まで回復する様
に、重心軌道を制御する。
【００１９】また、ブロックＢ６では、検出された傾斜
角速度を重心速度と近似し、足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）
のみにフィードバック制御を行って安定性を向上させ
る。即ち、本来的には重心位置のみならず、重心速度も
制御するのが望ましいが、演算を簡略にするために、こ
の様な傾斜フィードバック制御を局部的に行っている。
尚、この傾斜フィードバック制御は具体的には、検出し
た傾斜角速度ψドットｘ，ψドットｙにゲインＫｘ，Ｋ
ｙを乗じて得た値を足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）の角度
（ブロックＢ４で算出）に加算して行う。
角速度を重心速度と近似し、足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）
のみにフィードバック制御を行って安定性を向上させ
る。即ち、本来的には重心位置のみならず、重心速度も
制御するのが望ましいが、演算を簡略にするために、こ
の様な傾斜フィードバック制御を局部的に行っている。
尚、この傾斜フィードバック制御は具体的には、検出し
た傾斜角速度ψドットｘ，ψドットｙにゲインＫｘ，Ｋ
ｙを乗じて得た値を足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）の角度
（ブロックＢ４で算出）に加算して行う。
【００２０】この実施例においては上記の如く、足平角
度が平坦路の場合（角度零）から予期しない斜面、凹凸
を踏んで傾斜を生じても、筐体に取り付けられた傾斜セ
ンサから足平角度を推定し、推定された足平角度を用い
て座標変換を行い、重心軌道が路面に固定された絶対座
標からずれない様に関節角を制御する様にしたので、重
心を所期の軌道に保って安定な姿勢を保持することがで
きる。
度が平坦路の場合（角度零）から予期しない斜面、凹凸
を踏んで傾斜を生じても、筐体に取り付けられた傾斜セ
ンサから足平角度を推定し、推定された足平角度を用い
て座標変換を行い、重心軌道が路面に固定された絶対座
標からずれない様に関節角を制御する様にしたので、重
心を所期の軌道に保って安定な姿勢を保持することがで
きる。
【００２１】尚、上記において、１２個の関節全てを制
御する例を示したが、関節の個数を低減して演算負荷を
軽減しても良い。
御する例を示したが、関節の個数を低減して演算負荷を
軽減しても良い。
【００２２】また、上記において、予め設定された軌道
パラメータである重心位置、重心速度、足平位置、足平
速度のうち、足平傾斜角度に応じて重心位置（重心軌
道）のみ目標値に制御する例を示したが、第１実施例の
末尾で述べた通り、重心速度も制御しても良く、更には
足平位置、速度も制御しても良い。更には、それに限ら
ず、腰の位置など重心位置に比べて容易に求められる位
置を用いても良い。
パラメータである重心位置、重心速度、足平位置、足平
速度のうち、足平傾斜角度に応じて重心位置（重心軌
道）のみ目標値に制御する例を示したが、第１実施例の
末尾で述べた通り、重心速度も制御しても良く、更には
足平位置、速度も制御しても良い。更には、それに限ら
ず、腰の位置など重心位置に比べて容易に求められる位
置を用いても良い。
【００２３】また、上記において、足平の傾斜角度を推
定する様にしたが、傾斜角速度を推定しても良い。
定する様にしたが、傾斜角速度を推定しても良い。
【００２４】また、ブロックＢ６で併せて足関節へのフ
ィードバック制御を行う例を示したが、歩行速度が低速
の場合には、省略しても良い。
ィードバック制御を行う例を示したが、歩行速度が低速
の場合には、省略しても良い。
【００２５】更に、上記において、歩行パターン（軌道
パラメータ）を予め設定しておく場合を例にとったが、
それに限られるものではなく、歩行のときリアルタイム
に歩行パラメータを求める技術に適用させても良い。
パラメータ）を予め設定しておく場合を例にとったが、
それに限られるものではなく、歩行のときリアルタイム
に歩行パラメータを求める技術に適用させても良い。
【００２６】更に、上記において、２足歩行の脚式移動
ロボットを例にとって説明してきたが、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。
ロボットを例にとって説明してきたが、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。
【００２７】
【発明の効果】請求項１項にあっては、基体と複数本の
脚部とを有する脚式移動ロボットの歩行制御装置におい
て、前記ロボットの接地部位の重力方向に対する絶対角
度及び／又は絶対角速度を求める手段、求めた値から前
記ロボットの所定部位の実際位置を推定する手段、及
び、推定された実際位置が目標位置と一致する様に、前
記ロボットの関節を駆動制御する関節制御手段、を備え
る如く構成したので、予期しない傾斜や凹凸に遭遇して
ロボットの姿勢が傾いても迅速に所期の姿勢に回復させ
ることができ、安定に歩行することができて移動環境で
の踏破性を向上することができる。
脚部とを有する脚式移動ロボットの歩行制御装置におい
て、前記ロボットの接地部位の重力方向に対する絶対角
度及び／又は絶対角速度を求める手段、求めた値から前
記ロボットの所定部位の実際位置を推定する手段、及
び、推定された実際位置が目標位置と一致する様に、前
記ロボットの関節を駆動制御する関節制御手段、を備え
る如く構成したので、予期しない傾斜や凹凸に遭遇して
ロボットの姿勢が傾いても迅速に所期の姿勢に回復させ
ることができ、安定に歩行することができて移動環境で
の踏破性を向上することができる。
【００２８】請求項２項の装置にあっては、前記所定部
位が重心位置である様に構成したので、姿勢制御の中核
となる位置を制御量とすることによって一層的確に姿勢
の安定を回復することができる。
位が重心位置である様に構成したので、姿勢制御の中核
となる位置を制御量とすることによって一層的確に姿勢
の安定を回復することができる。
【００２９】請求項３項の装置にあっては、前記ロボッ
トの基体の重力方向に対する絶対角度及び／又は絶対角
速度を求める手段を備え、求めた値から前記接地部位に
最も近い関節の駆動制御値を併せて補正する様に構成し
たので、演算を簡略にしながら、前記所定部位の変位速
度、例えば重心速度をも併せて制御量としたのと略等価
となって、一層滑らかに姿勢の安定を回復することがで
きる。
トの基体の重力方向に対する絶対角度及び／又は絶対角
速度を求める手段を備え、求めた値から前記接地部位に
最も近い関節の駆動制御値を併せて補正する様に構成し
たので、演算を簡略にしながら、前記所定部位の変位速
度、例えば重心速度をも併せて制御量としたのと略等価
となって、一層滑らかに姿勢の安定を回復することがで
きる。
【図１】この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である。
置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の中の制御ユニットの詳細を示すブロック
図である。
図である。
【図３】図２の制御ユニットの動作を示すブロック図で
ある。
ある。
１ 脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節 １２Ｒ，１２Ｌ 股部のロール方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 股部のピッチ方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平 ２４ 筐体 ２６ 制御ユニット ４０ 傾斜センサ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節 １２Ｒ，１２Ｌ 股部のロール方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 股部のピッチ方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平 ２４ 筐体 ２６ 制御ユニット ４０ 傾斜センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 基体と複数本の脚部とを有する脚式移動
ロボットの歩行制御装置において、 ａ．前記ロボットの接地部位の重力方向に対する絶対角
度及び／又は絶対角速度を求める手段、 ｂ．求めた値から前記ロボットの所定部位の実際位置を
推定する手段、及び、 ｃ．推定された実際位置が目標位置に一致する様に前記
ロボットの関節を駆動制御する関節制御手段、 を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御
装置。 - 【請求項２】 前記所定部位が重心位置であることを特
徴とする請求項１項記載の脚式移動ロボットの歩行制御
装置。 - 【請求項３】 前記ロボットの基体の重力方向に対する
絶対角度及び／又は絶対角速度を求める手段を備え、求
めた値から前記接地部位に最も近い関節の駆動制御値を
併せて補正することを特徴とする請求項１項または２項
記載の脚式移動ロボットの歩行制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13625792A JP3183557B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
| US08/025,528 US5355064A (en) | 1992-03-04 | 1993-03-03 | Control system for legged mobile robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13625792A JP3183557B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05305580A true JPH05305580A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3183557B2 JP3183557B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=15170956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13625792A Expired - Lifetime JP3183557B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-04-28 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3183557B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6243623B1 (en) * | 1997-01-31 | 2001-06-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Leg type mobile robot control apparatus |
| JP2006247789A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ３脚構造の脚車輪型移動ロボット |
| JP2008188684A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Toyota Motor Corp | ２足ロボット |
| JP2010148759A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Toyota Motor Corp | 歩行補助装置 |
| JP2011194503A (ja) * | 2010-03-18 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | ２脚歩行ロボット |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP13625792A patent/JP3183557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6243623B1 (en) * | 1997-01-31 | 2001-06-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Leg type mobile robot control apparatus |
| JP2006247789A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ３脚構造の脚車輪型移動ロボット |
| JP2008188684A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Toyota Motor Corp | ２足ロボット |
| JP2010148759A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Toyota Motor Corp | 歩行補助装置 |
| JP2011194503A (ja) * | 2010-03-18 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | ２脚歩行ロボット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3183557B2 (ja) | 2001-07-09 |
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