JPH1148170A - 脚式移動ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】脚式移動ロボットが転倒しそうな状況で、その
転倒により該ロボットが受ける損傷や、その転倒時に該
ロボットが衝突する相手側の物体の損傷を可能な限り軽
減することができる脚式移動ロボットの制御装置を提供
する。 【解決手段】ロボットＲに備えた異常処理装置１３によ
って、ロボットＲが転倒しそうな状態であるか否かを逐
次判断し、転倒しそうな状態であると判断したときに
は、ロボット脚制御装置１１によってロボットＲの重心
を下げる（腰を下げる）ように可動脚３のアクチュエー
タ５を制御する。転倒しそうな状態は、バッテリ１５の
残容量が少なくなったか否か等によって判断する。ま
た、ロボットＲの重心を下げる際にアクチュエータ５
（電動モータ）が発生する回生発電電力をバッテリ１５
側に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脚式移動ロボット
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二足歩行型ロボット等の脚式移動ロボッ
トは、据置き型の産業用ロボット等と異なり、複数の可
動脚の着床／離床動作を行って移動しながら、それらの
可動脚により自身を床上に支持するものであるため、種
々様々の要因によって、転倒を生じ易い。

【０００３】例えばロボットの移動中、あるいは起立停
止中に、何らかの物体との衝突等により予期しない外力
が該ロボットに作用したり、移動中に床の予期しない突
起物や窪みを踏んだりして該ロボットがバランスを崩し
たような場合には、該ロボットがその上体を可動脚によ
り支えきれなくなって、該ロボットの転倒を生じること
がある。

【０００４】尚、例えば二側歩行型ロボットでは、ロボ
ット自身に自己の姿勢を自律的に安定化するような機能
を持たせたものが既に本願出願人により提案されている
が（例えば特願平９−３３１７６号）、このようなもの
でも、ロボットが予期しない外力等によって過度にバラ
ンスを崩した場合には、該ロボットの転倒を生じること
がある。

【０００５】また、可動脚の関節に備えたアクチュエー
タとして電源式のものを用いると共に、このアクチュエ
ータの電源としてロボットに搭載したバッテリを用いる
ものでは、該バッテリの残容量が少なくなり過ぎると、
可動脚のアクチュエータを駆動して該可動脚の所要の動
作を行わせることができなくなって、該ロボットの転倒
を生じることがある。

【０００６】さらに、ロボットの動作中に、可動脚のア
クチュエータや可動脚のアクチュエータの動作制御を行
うための各種センサ等の機器の故障が生じた場合にも、
可動脚のアクチュエータを駆動して該可動脚の所要の動
作を行わせることができなくなって、該ロボットの転倒
を生じることがある。

【０００７】このように脚式移動ロボットは、種々の要
因により転倒の可能性を伴うものであるが、該ロボット
は一般に重量物であるため、その転倒を生じた場合に
は、該ロボットの損傷や、あるいはその転倒時にロボッ
トがぶつかる相手側の物体の損傷を生じやすい。特に、
二足歩行型ロボットでは、その通常的な移動時や直立停
止時における上体の位置が比較的高いため、転倒時に該
ロボットあるいは相手側の物体が受ける損傷も大きなも
のとなり易い。

【０００８】このため、この種の脚式移動ロボットで
は、その転倒時に該ロボットや相手側の物体が受ける損
傷を可能な限り軽減することができるようにすることが
望まれいた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消し、脚式移動ロボットが転倒しそうな状況で、そ
の転倒により該ロボットが受ける損傷や、その転倒時に
該ロボットが衝突する相手側の物体の損傷を可能な限り
軽減することができる脚式移動ロボットの制御装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の脚式移動ロボッ
トの制御装置はかかる目的を達成するために、上体から
複数の可動脚が下方に延設された脚式移動ロボットにお
いて、該ロボットの動作時に該ロボットが転倒しそうな
状態であるか否かを判断する転倒判断手段と、該転倒判
断手段により該ロボットが転倒しそうな状態であると判
断されたとき、該ロボットの各可動脚の関節に備えたア
クチュエータを、該ロボットの重心を下げるように制御
するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１１】かかる本発明によれば、前記転倒判断手段
によって、ロボットは転倒しそうな状態であると判断さ
れたときには、前記アクチュエータ制御手段によって、
ロボットの重心を下げるように各可動脚の関節のアクチ
ュエータが制御されるので、ロボットが転倒しそうな状
況が軽減され、さらに、その後、ロボットが転倒しても
該ロボットが受ける損傷が比較的小さなものとなると同
時に、その転倒時に該ロボットが衝突する床等の物体の
損傷も比較的小さなものとなる。

【００１２】従って、本発明によれば、脚式移動ロボッ
トが転倒しそうな状況で、その転倒により該ロボットが
受ける損傷や、その転倒時に該ロボットが衝突する相手
側の物体の損傷を可能な限り軽減することができる。

【００１３】かかる本発明では、例えば前記アクチュエ
ータが前記ロボットに搭載されたバッテリを電源とする
電動式アクチュエータにより構成されている場合には、
前記バッテリの残容量を認識する残容量認識手段を備
え、前記転倒判断手段は、該残容量認識手段により認識
された前記バッテリの残容量が所定量以下に低下したと
き、前記ロボットが転倒しそうな状態であると判断す
る。

【００１４】すなわち、前記アクチュエータが前記ロボ
ットに搭載されたバッテリを電源とする電動式アクチュ
エータにより構成されている場合には、前記バッテリの
残容量が不足すると、前記アクチュエータを所望通りに
動作させることができなくなって、ロボットの転倒を生
じる虞れがある。そこで、前記残容量認識手段によって
認識されるバッテリの残容量が所定量以下に低下して、
該残容量がある程度少なくなったときに、前記転倒判断
手段によって、ロボットが転倒しそうな状態であると判
断することで、ロボットの転倒に備えて該ロボットの重
心を下げるように各可動脚のアクチュエータを制御する
動作を的確なタイミングで行うことができる。また、こ
のとき、ロボットの重心を下げるように各可動脚のアク
チュエータを制御することで、ロボットの位置エネルギ
ーが減少するため、可動脚のアクチュエータの駆動に要
する電力がトータル的に減少し、バッテリの負荷が軽減
される。従って、ロボットの転倒に備えて該ロボットの
重心を下げるように各可動脚のアクチュエータを制御す
る動作を、バッテリの残容量が少ない状態でも行うこと
ができる。

【００１５】この場合、ロボットの重心を下げるように
各可動脚のアクチュエータを制御したとき、ロボットの
位置エネルギーが減少するため、基本的には、各可動脚
の電動式のアクチュエータの中には、回生発電状態にな
るものが存する。

【００１６】そこで、本発明において上記のようにバッ
テリを備えた場合にあっては、前記電動式アクチュエー
タは、前記アクチュエータ制御手段によって該ロボット
の重心を下げるように制御された際の該電動式アクチュ
エータの回生発電電力を前記バッテリに充電するように
該バッテリに接続する。このようにすることで、バッテ
リの残容量が上記所定量以下に低下したときに、前記回
生発電電力によってバッテリの容量がある程度回復する
ため、可能な限り十分にロボットの重心を下げるように
各可動脚のアクチュエータを動作させることができ、ひ
いてはその後にロボットが転倒しても、該ロボット等が
受ける損傷を可能な限り軽減することができる。

【００１７】あるいは、より好ましくは、前記バッテリ
の正負の両極間にダイオードを介して接続されたコンデ
ンサを備えると共に前記ダイオードは前記コンデンサか
らバッテリへの電流の流れを阻止するように設けられ、
前記電動式アクチュエータは、前記アクチュエータ制御
手段によって該ロボットの重心を下げるように制御され
た際の該電動モータの回生発電電力を前記コンデンサに
充電するように該コンデンサに接続する。すなわち、前
述のように前記回生発電電力をバッテリに充電するよう
にしたとき、該バッテリの残容量が大きく低下している
ような状態では、該回生発電電力の大部分がバッテリに
よって消耗され、ロボットの重心を下げる際に電力消費
を要する可動脚のアクチュエータに必要な電力を供給す
ることができないという事態が生じる場合もある。そこ
で、前記のようにバッテリの正負の両極間にダイオード
を介して接続されたコンデンサに前記回生発電電力を充
電するようにすることで、該回生発電電力は、バッテリ
によって消耗されることはないので、該回生発電電力を
ロボットの重心を下げる動作のために効果的に使用する
ことができる。

【００１８】さらに、上記のように可動脚の回生発電電
力を活用する場合、前記アクチュエータ制御手段が前記
ロボットの重心を下げるように前記アクチュエータを制
御している際に、その制御の直前又はその制御の前後の
所定期間の該ロボットの動作状態を該ロボットに備えた
不揮発性の記憶手段又は該ロボットの外部に備えた記憶
手段に記憶させるべく、該動作状態を該記憶手段に出力
する動作状態出力手段を備えておくことで、前記アクチ
ュエータの回生発電電力を利用してロボットの重心を下
げるようにアクチュエータを制御する直前の該ロボット
の動作状態を該ロボットに備えた不揮発性の記憶手段又
は該ロボットの外部に備えた記憶手段に記憶させること
もできる。そして、このようにロボットの動作状態を記
憶しておくことで、ロボットが正常に動作可能な状態に
復帰した後に、該ロボットを元の状態から動作させるこ
とが可能となる。また、記憶手段に記憶保持した動作状
態のデータを、ロボットの異常あるいは故障の原因の解
析等のために活用することが可能となる。

【００１９】また、本発明では、前記ロボットに備えた
機器の異常発生の有無を監視する機器異常監視手段を備
え、前記転倒判断手段は、該機器異常監視手段により前
記機器の異常発生が認識されたとき、前記ロボットが転
倒しそうな状態であると判断する。すなわち、例えば前
記アクチュエータの故障、ロボットを制御するための各
種センサの故障、あるいは電気配線の断線等、ロボット
に備えた機器の異常が生じた場合には、前記アクチュエ
ータを正常に動作させることができなくなってロボット
の転倒の虞れがある。従って、前記機器異常監視手段に
よって、機器の異常発生が認識されたときに、ロボット
が転倒しそうな状態であると判断することで、ロボット
の転倒に備えて該ロボットの重心を下げるように各可動
脚のアクチュエータを制御する動作を的確なタイミング
で行うことができる。

【００２０】また、本発明において、前記ロボットの上
体の傾斜姿勢を検出する上体傾斜姿勢検出手段と、該上
体傾斜姿勢検出手段により検出された該ロボットの上体
の傾斜姿勢と該ロボットに所要の動作を行わしめるべく
定められた該ロボットの上体の目標傾斜姿勢との偏差を
求める上体姿勢偏差算出手段とを備えたときには、前記
転倒判断手段は、該上体姿勢偏差算出手段により求めら
れた前記ロボットの上体の傾斜姿勢の前記目標傾斜姿勢
との偏差が所定量以上大きいとき、又は、該ロボットの
上体の傾斜姿勢が前記目標傾斜姿勢から離間する方向で
該偏差の時間的変化度合いが所定量以上大きいとき、又
は、前記偏差及びその時間的変化度合いの重み付平均の
値が所定量以上大きいとき、前記ロボットが転倒しそう
な状態であると判断する。すなわち、前記上体姿勢偏差
算出手段により求められた前記ロボットの上体の傾斜姿
勢の前記目標傾斜姿勢との偏差が大きい状態は、ロボッ
トの上体が本来のあるべき姿勢に対して傾き過ぎている
状態であり、また、上体の傾斜姿勢が目標傾斜姿勢から
離間する方向で上記偏差の時間的変化度合いが大きい状
態は、ロボットの上体の姿勢が予期しない外力等によっ
て本来のあるべき姿勢から急速に崩れていく状態である
から、該ロボットの姿勢のバランスが崩れて該ロボット
が転倒する虞れがある。従って、上記偏差やその時間的
変化度合い、あるいはこれらの重み付平均の値が所定量
以上大きくなったときに、ロボットが転倒しそうな状態
であると判断することで、ロボットの転倒に備えて該ロ
ボットの重心を下げるように各可動脚のアクチュエータ
を制御する動作を的確なタイミングで行うことができ
る。

【００２１】また、本発明において、前記ロボットの上
体の傾斜姿勢を検出する上体傾斜姿勢検出手段と、該上
体傾斜姿勢検出手段により検出された該ロボットの上体
の傾斜姿勢と該ロボットに所要の動作を行わしめるべく
定められた該ロボットの上体の目標傾斜姿勢との偏差を
求める上体姿勢偏差算出手段と、該上体姿勢偏差算出手
段により求められた前記ロボットの上体の傾斜姿勢の前
記目標傾斜姿勢との偏差に基づき、該ロボットの上体の
傾斜姿勢を前記目標傾斜姿勢側に戻すように該ロボット
にその前記可動脚を介して床から作用させるべき床反力
を求める姿勢安定化用床反力算出手段と、該姿勢安定化
用床反力算出手段により求められた床反力に基づき、前
記可動脚の足平部の位置及び／又は姿勢を修正する足平
位置／姿勢修正手段とを備えた場合にあっては、前記転
倒判断手段は、前記姿勢安定化用床反力算出手段により
求められた床反力が所定量以上大きいとき、前記ロボッ
トが転倒しそうな状態であると判断する。

【００２２】すなわち、ロボットの上体の傾斜姿勢の前
記目標傾斜姿勢との偏差に基づき、ロボットの上体の傾
斜姿勢を前記目標傾斜姿勢側に戻すように該ロボットに
その前記可動脚を介して床から作用させるべき床反力を
求め、その求めた床反力に基づき、前記可動脚の足平部
の位置及び／又は姿勢を修正する場合には、基本的に
は、該ロボットは自律的に自己の姿勢を安定化するよう
に足平部の位置及び／又は姿勢を修正するのであるが、
このとき、上記床反力が過大であるということは、該ロ
ボットの姿勢を安定化するためには、前記可動脚の足平
部の位置及び／又は姿勢を大幅に修正する必要がある
か、もしくは、実際上、ロボットの姿勢を安定な姿勢状
態に復元することができない程、ロボットの姿勢のバラ
ンスが崩れている状態を意味する。従って、前記床反力
所定量以上大きいとき、前記ロボットが転倒しそうな状
態であると判断することで、ロボットの転倒に備えて該
ロボットの重心を下げるように各可動脚のアクチュエー
タを制御する動作を的確なタイミングで行うことができ
る。

【００２３】さらに、本発明では、前記ロボットが可動
腕を備えるときには、前記転倒判断手段により該ロボッ
トが転倒しそうな状態であると判断されたとき、前記可
動腕を着床させるように該可動腕の関節に備えたアクチ
ュエータを制御する手段を備えることが好ましい。

【００２４】これによれば、ロボットが転倒しそうな状
況では、該ロボットの重心が下げるように各可動脚が動
作すると同時に、可動腕が着床するように動作するた
め、ロボットの転倒に際して該ロボット等が受ける損傷
をさらに効果的に軽減することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１乃
至図７を参照して説明する。

【００２６】まず、図１は本実施形態におけるロボット
の全体構成を示す側面図であり、本実施形態でのロボッ
トＲは二足歩行型の脚式移動ロボットである。このロボ
ットＲは、頭部１を上端部に支持する胴体２（ロボット
Ｒの上体）の下部から一対の可動脚３（図では便宜上、
一本の可動脚３のみを示す）が下方に延設され、また、
胴体２上部の左右両側部から一対の可動腕４（図では便
宜上、一本の可動腕４のみを示す）が延設されている。

【００２７】各可動脚３は、その胴体２との連結箇所
（股関節）と膝関節と足首関節とにそれぞれ股関節アク
チュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及び足首関
節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関節アクチ
ュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６を介して足平
部７が取着されている。

【００２８】この場合、本実施形態では、股関節アクチ
ュエータ５ａは、ロボットＲの前後、左右及び上下方向
の３軸回りの回転動作を行うもので、３個の電動モータ
（電動式アクチュエータ。図１では図示省略）により構
成されている。また、膝関節アクチュエータ５ｂは、左
右方向の１軸回りの回転動作を行うもので、１個の電動
モータ（図１では図示省略）により構成されている。さ
らに、足首関節アクチュエータ５ｃは前後及び左右方向
の２軸回りの回転動作を行うもので、２個の電動モータ
（図１では図示省略）により構成されている。そして、
これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動すること
で、人間の脚とほぼ同様の可動脚３の動作（足平部７の
６自由度の動作）を行うことができるようになってい
る。尚、前記６軸力センサ６は、各可動脚３の動作制御
を行うために足平部７への作用力（ロボットＲの前後、
左右及び上下の３軸方向の力（並進力）成分及びモーメ
ント成分）を検出するものである。

【００２９】このような可動脚３の構造と同様に、各可
動腕４は、胴体２との連結箇所（肩関節）と肘関節と手
首関節とにそれぞれ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節
アクチュエータ８ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを
備え、該手首関節アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９
を介してハンド１０が取着されている。

【００３０】この場合、肩関節アクチュエータ８ａは、
前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、肘関節
アクチュエータ８ｂは、ロボットＲの左右方向の１軸回
りの回転動作、手首関節アクチュエータ８ｃは前後、左
右及び上下方向の３軸回りの回転動作を行うもので、前
記可動脚３のアクチュエータ５ａ〜５ｃと同様に、各ア
クチュエータ８ａ〜８ｃはそれぞれの回転動作の自由度
と同数の電動モータ（図１では図示省略）により構成さ
れている。

【００３１】また、胴体２には、前記各可動脚３の各ア
クチュエータ５ａ〜５ｃを駆動・制御するロボット脚制
御装置１１（可動脚３のアクチュエータ制御手段）と、
前記各可動腕４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃを駆動制
御するロボット腕制御装置１２と、ロボットＲが転倒し
そうな状況での異常処理を行う異常処理装置１３と、ロ
ボットＲの上体（胴体２）の傾斜姿勢（傾斜角）を図示
しない加速度センサやレートジャイロを用いて検出する
傾斜検出器１４（上体傾斜姿勢検出手段）と、前記各ア
クチュエータ５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃやロボット脚制御
装置１１、ロボット腕制御装置１２、異常処理装置１３
等、ロボットＲに備えられた各種電子機器の電源として
のバッテリ１５とが搭載されている。尚、ロボット脚制
御装置１１、ロボット腕制御装置１２及び異常処理装置
１３はマイクロコンピュータを用いて構成されたもので
ある。

【００３２】さらに、各可動脚３の各アクチュエータ５
ａ〜５ｃの箇所にはそれらの変位（各軸回りの回転角）
を検出するアクチュエータ変位検出器１６ａ〜１６ｃ
（詳しくは各アクチュエータ５ａ〜５ｃを構成する各電
動モータの回転角を検出するエンコーダ）が備えられ、
同様に、各可動腕４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇
所にもアクチュエータ変位検出器１７ａ〜１７ｃが備え
られている。

【００３３】尚、以下の説明において、各可動脚３の各
アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚アクチュエータ５と総称
し、また、これらに対応する各アクチュエータ変位検出
器１６ａ〜１６ｃを脚アクチュエータ変位検出器１６と
総称する。同様に、各可動腕４の各アクチュエータ８ａ
〜８ｃを腕アクチュエータ８、これらに対応する各アク
チュエータ変位検出器１７ａ〜１７ｃを腕アクチュエー
タ変位検出器１７と総称する。

【００３４】前記バッテリ１５は、図２に示すように前
記脚アクチュエータ５等と接続されている。

【００３５】すなわち、同図２において、１８は脚アク
チュエータ５を構成する複数（本実施形態では計６個）
の電動モータ、１９は腕アクチュエータ８を構成する複
数（本実施形態では計６個）の電動モータを示してお
り、これらの各電動モータ１８，１９が、それぞれアン
プ２０，２１を介してバッテリ１５の正負の両極間に接
続されると共に、前記ロボット脚制御装置１１、ロボッ
ト腕制御装置１２及び異常処理装置１３がその動作電力
を受けるべくバッテリ１５の正負の両極間に接続されて
いる。各電動モータ１８，１９とバッテリ１５との間の
アンプ２０，２１は、それぞれロボット脚制御装置１１
及びロボット腕制御装置１２から与えられる駆動指令に
従って各電動モータ１８，１９を動作させるもので、各
電動モータ１８，１９の通常的な動作時（各電動モータ
１８，１９がその発生トルクと同方向に回転するか、回
転動作が停止している場合）には、バッテリ１５の蓄電
電力を各電動モータ１８，１９に給電するように機能す
る。また、アンプ２０，２１は、各電動モータ１８，１
９の回生発電時（各電動モータ１８，１９がロボットＲ
の自重等によってその発生トルクと逆方向に回転する場
合）には、その回生発電電力をバッテリ１５側に戻すよ
うに機能する。

【００３６】尚、バッテリ１５の正負の両極間には、前
記アンプ２０，２１やロボット脚制御装置１１等の他、
コンデンサ２２が接続されており、このコンデンサ２２
はバッテリ１５の起電力あるいは各電動モータ１８，１
９の回生発電電力によって充電され、各電動モータ１
８，１９やロボット脚制御装置１１等に付与する電源電
圧を安定化するように機能する。

【００３７】また、バッテリ１５から前記アンプ２０，
２１やロボット脚制御装置１１等への給電経路にはバッ
テリ１５を流れる電流（方向を含む。以下、バッテリ電
流という）を検出する電流検出器２３が介装され、さら
に、バッテリ１５の正負の両極間には、バッテリ１５の
端子電圧（以下、バッテリ電圧という）を検出する電圧
検出器２４が接続されている。これらの、電流検出器２
３及び電圧検出器２４の検出値は、詳細は後述するが、
前記異常処理装置１３におけるバッテリ１５の残容量の
認識等のために使用されるものである。

【００３８】図３を参照して、異常処理装置１３は、そ
の機能的構成として、残容量認識手段２５、機器異常監
視手段２６、転倒判断手段２７、動作状態出力手段２８
及び記憶手段２９を具備する。

【００３９】残容量認識手段２５は、バッテリ１５の残
容量を認識するもので、その認識を行うために、前記電
流検出器２３及び電圧検出器２４からそれぞれバッテリ
電流及びバッテリ電圧の検出値が逐次取り込まれる。そ
して、該残容量認識手段２５は、これらの検出値から例
えば次のようにバッテリ１５の残容量を認識する。

【００４０】すなわち、残容量認識手段２５は、バッテ
リ電流の検出値を積算することで、バッテリ１５の初期
状態からの電気的な使用量を逐次求め、それをバッテリ
１５の初期容量から減算することで、バッテリ１５の残
容量の基本値を求める。そして、その残容量の基本値に
バッテリ電圧の検出値に応じた所定の補正を施すこと
で、最終的にバッテリ１５の残容量を推定して認識し、
その残容量の推定値を転倒判断手段２７に与える。

【００４１】尚、バッテリ１５の残容量の認識手法は種
々の手法が公知となっており、上記のような手法とは異
なる手法で残容量を認識するようにしてもよい。例え
ば、残容量の推定精度をさほど高くする必要がない場合
には、バッテリ電流の検出値及びバッテリ電圧の検出値
のいずれか一方のみのデータから残容量を認識するよう
にしてもよく、また、残容量の推定精度を高くする必要
がある場合には、バッテリ電流やバッテリ電圧の他、バ
ッテリ１５の温度、比重等を検出し、それらの検出値に
基づいて残容量を認識するようにしてもよい。

【００４２】機器異常監視手段２６は、前記脚アクチュ
エータ５、脚アクチュエータ変位検出器１６、６軸力セ
ンサ６、傾斜検出器１４、電流検出器２３、電圧検出器
２４、あるいはこれらに接続されたケーブル（図示しな
い）等、ロボットＲに備えられた機器（特に可動脚３の
動作あるいはロボットＲの姿勢に影響を及ぼす機器）の
異常発生の有無を監視するもので、前記ロボット脚制御
装置１１によって後述するように生成される脚アクチュ
エータ５の駆動指令や、脚アクチュエータ変位検出器１
６等の各種センサの出力等のデータが与えられる。そし
て、機器異常監視手段２６は、与えられたデータに基づ
き、上記の各種機器の異常発生の有無を監視し、異常が
発生した場合には、その旨（以下、異常発生出力とい
う）を転倒判断手段２７に与える。

【００４３】転倒判断手段２７は、ロボットＲが転倒し
そうな状態であるか否かを判断するもので、その判断を
行うために、前記残容量の推定値及び前記異常発生出力
がそれぞれ残容量認識手段２５及び機器異常監視手段２
６から与えられる他、ロボット脚制御装置１１によって
求められる補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdy（詳
細は後述する）がロボット脚制御装置１１から与えられ
る。そして、転倒判断手段２７は、残容量認識手段２５
から与えられた残容量の推定値があらかじめ設定された
所定値以下に低下した場合、すなわち、バッテリ１５の
残容量が脚アクチュエータ５の電動モータ１８を正常に
動作させることができない虞れを生じる程度に、少なく
なった場合には、ロボットＲが転倒しそうな状態である
と判断する。また、転倒判断手段２７は、機器異常監視
手段２６から前記異常発生出力が与えられたときには、
可動脚３を正常に動作させることができない虞れがある
ので、ロボットＲが転倒しそうな状態であると判断す
る。さらに、転倒判断手段２７は、ロボット脚制御装置
１１から与えられる補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍ
dmdyがあらかじめ設定された所定値よりも大きくなった
場合には、ロボットＲが転倒しそうな状態であると判断
する（これについては後に補足説明を行う）。

【００４４】尚、転倒判断手段２７は、ロボットＲが転
倒しそうな状態であると判断したときには、その旨（以
下、転倒予想出力という）を前記動作状態出力手段２８
とロボット脚制御装置１１とに与える。

【００４５】動作状態出力手段２８は、ロボットＲの動
作状態を規定するデータ、例えば脚アクチュエータ５や
腕アクチュエータ８の目標変位（電動モータ１８，１９
の目標回転角）やその変位の検出値、あるいは、脚アク
チュエータ５の目標変位を決定する過程で後述するよう
に生成される目標上体位置／姿勢軌道や目標足平位置／
姿勢軌道等のデータ（以下、動作状態データという）が
逐次、ロボット脚制御装置１１やロボット腕制御装置１
２から与えられるようになっており、前述のように転倒
判断手段２７から前記転倒予想出力が与えられたとき、
その直前あるいはその前後の所定期間の前記動作状態デ
ータを記憶手段２９に出力して、該記憶手段２９に記憶
保持させる。

【００４６】尚、本実施形態では、記憶手段２９は、不
揮発性のもので、例えばＥＥＰＲＯＭにより構成されて
いる。

【００４７】図４を参照して、ロボット脚制御装置１１
は、その機能的構成として同図示のように、歩容生成器
３０、目標床反力分配器３１、複合コンプライアンス動
作決定部３２（足平位置／姿勢修正手段）、キネマティ
クス演算部３３、変位コントローラ３４、上体姿勢偏差
算出部３５（上体姿勢偏差算出手段）、及び姿勢安定化
制御演算部３６（姿勢安定化用床反力算出手段）を具備
する。

【００４８】尚、これらの機能的構成を具備するロボッ
ト脚制御装置１１の詳細は、既に本願出願人が例えば特
願平９−３３１７６号にて説明している通りであるの
で、ここでは、以下に基本的な概要を説明する。

【００４９】歩容生成器３０は、各可動脚３の基本的な
動作形態を規定する目標歩容を生成するもので、該目標
歩容は、目標運動パターン（より具体的には目標上体位
置／姿勢軌道及び目標足平位置／姿勢軌道）と、目標床
反力パターン（より具体的には目標全床反力中心点及び
目標全床反力）とから成る。

【００５０】ここで、目標上体位置／姿勢軌道は、ロボ
ットＲの上体（胴体２）の位置及び姿勢（上体の空間的
な向き）の目標軌道であり、目標足平位置／姿勢軌道
は、ロボットＲの各足平部７の位置及び姿勢（足平部７
の空間的な向き）の目標軌道である。

【００５１】また、床反力は、床から受ける並進力及び
モーメントによって表されるもので、全床反力は、ロボ
ットＲの各可動脚３の足平部７に作用する床反力を合成
したものである。そして、この全床反力の目標値が目標
全床反力である。

【００５２】また、全床反力中心点は、上記全床反力の
ロボットＲに対する作用点を意味するものであり、この
作用点は、全床反力の鉛直方向の軸回りのモーメント成
分以外のモーメント成分が「０」となるような床面上の
点として定義されるものである。そして、この全床反力
中心点の目標位置が目標全床反力中心点である。尚、全
床反力中心点の目標位置である目標全床反力中心点は、
所謂ＺＭＰ（Zero Moment Point ）の目標位置、すなわ
ち、前記目標運動パターンによって発生するロボットＲ
の慣性力と該ロボットＲに作用する重力との合力の床面
上への作用点で且つ鉛直方向の軸回りのモーメント成分
以外のモーメント成分が「０」となるような点の目標位
置と一致する。

【００５３】目標床反力分配器３１は、歩容生成器３０
から与えられる目標足平位置／姿勢軌道及び目標全床反
力中心点、並びに、ロボットＲの歩行に際しての支持脚
側の足平部７に対する遊脚側の足平部７の着床位置／姿
勢や各足平部７の動作タイミング等を規定する歩容パラ
メータに基づき、制御サイクル毎の目標各足平床反力中
心点を決定し、さらには、その決定した目標各足平床反
力中心点と歩容生成器３０から与えられる目標全床反力
とに基づき、制御サイクル毎の目標各足平床反力を決定
するものである。ここで、各足平床反力は、ロボットＲ
の各足平部７が床から受ける並進力及びモーメントによ
り表されるもので、その目標値が目標各足平床反力であ
る。また、各足平床反力中心点は、上記各足平床反力の
各足平部７に対する作用点であり、この作用点は、前記
全床反力中心点と同様、各足平床反力の鉛直方向の軸回
りのモーメント成分以外のモーメント成分が「０」とな
るような床面上の点として定義されるものである。そし
て、このような各足平床反力中心点の目標位置が目標各
足平床反力中心点である。

【００５４】この場合、目標床反力分配器３１は、例え
ば目標各足平床反力中心点を結ぶ線分上に前記目標全床
反力中心点が存する、ロボットＲの一方の足平部７が空
中に存する片脚支持期では支持脚側の足平部７の目標床
反力中心点は前記目標全床反力中心点と一致する等の所
定の条件を満たすように制御サイクル毎の各足平床反力
中心点を決定する。また、目標床反力分配器３１は、各
足平部７に対応する目標各足平床反力の合力が目標全床
反力に一致するように目標各足平床反力を決定する。

【００５５】上体姿勢偏差算出部３５は歩容生成器３０
により生成される前記目標上体位置／姿勢軌道により定
まる制御サイクル毎のロボットＲの上体（胴体２）の目
標傾斜姿勢（上体の傾斜角の目標値）と前記傾斜検出器
２４により検出されるロボットＲの上体の実傾斜姿勢と
の偏差（以下、上体姿勢偏差という）を算出するもので
ある。ここで、算出する上体姿勢偏差は、ロボットＲの
前後方向回りの偏差θerrxと左右方向回りの偏差θerry
である。

【００５６】姿勢安定化制御演算部３６は、ロボットＲ
の上体の実傾斜姿勢を目標傾斜姿勢に復元させる方向
で、前記目標全床反力中心点を作用点として付加的にロ
ボットＲに床から作用させるべき床反力（ここでは、こ
れを補償全床反力と称する）を、前記上体姿勢偏差算出
部３５から与えられる上体姿勢偏差θerrx，θerryに基
づき算出するものである。この場合、本実施形態では、
ロボットＲの上体の傾斜姿勢を復元させる方向は、ロボ
ットＲの上体の前後及び左右の回転方向（傾斜角方向）
であるので、姿勢安定化制御演算部３６が算出する前記
補償全床反力は、目標全床反力中心点回りの前後方向回
りのモーメントＭdmdx及び左右方向回りのモーメントＭ
dmdyである（以下、これらのモーメントＭdmdx，Ｍdmdy
を補償全床反力モーメントと称する）。そして、姿勢安
定化制御演算部３６は、補償全床反力モーメントＭdmd
x，Ｍdmdyをそれぞれ、前記上体姿勢偏差θerrx，θerr
yの値及びそれらの変化速度ｄθerrx／ｄｔ，ｄθerry
／ｄｔ（上体姿勢偏差の時間的変化度合い）から次式
（１），（２）により決定する。

【００５７】 Ｍdmdx＝−Kthx・θerrx−Kwx ・（ｄθerrx／ｄｔ）……（１） Ｍdmdy＝−Kthy・θerry−Kwy ・（ｄθerry／ｄｔ）……（２） ここで、Kthx，Kwx ，Kthy，Kwy はそれぞれ所定のゲイ
ン値である。

【００５８】このようにして決定される補償全床反力モ
ーメントＭdmdx，Ｍdmdyの値は、上体姿勢偏差θerrx，
θerryが大きい程、大きくなり、また、実傾斜姿勢が目
標傾斜姿勢から離間する方向での上体姿勢偏差θerrx，
θerryの変化速度が大きい程、大きくなる。但し、上体
姿勢偏差θerrx，θerryが多少大きくても、その変化速
度の方向が、実傾斜姿勢が目標傾斜姿勢に近づく方向で
ある場合には（このような状況は例えばロボットＲがそ
の上体を目標傾斜姿勢に向かって起き上がらせようとし
ている場合に過渡的に生じる）、補償全床反力モーメン
トＭdmdx，Ｍdmdyは、比較的小さなものとなる。

【００５９】複合コンプライアンス動作決定部３２は、
基本的には、前記６軸力センサ６の出力により各足平部
７毎に検出される実各足平床反力の合力である実全床反
力を、前記目標全床反力と補償全床反力（補償全床反力
モーメントＭdmdx，Ｍdmdy）との合力に追従させるよう
に（但し、各足平部７の適正な接地性を確保し得る範囲
内において）、目標足平位置／姿勢軌道を修正するもの
で、その修正量を、歩容生成器３０で生成された目標全
床反力中心点、目標床反力分配器３１で生成された目標
各足平床反力中心点、６軸力センサ６の出力により各足
平部７毎に検出される実各足平床反力、並びに、姿勢安
定化制御演算部３６で求められた補償全床反力モーメン
トＭdmdx，Ｍdmdyに基づき求める。この場合、目標全床
反力の作用点である目標全床反力中心点では、前述の定
義の通り、ロボットＲの前後及び左右方向における目標
全床反力のモーメント成分は「０」であるので、目標全
床反力と補償全床反力との合力の前後及び左右方向にお
けるモーメント成分は補償全床反力モーメントＭdmdx，
Ｍdmdyであり、従って、目標足平位置／姿勢軌道の修正
は、実全床反力の前後及び左右方向におけるモーメント
成分を補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyに追従さ
せるように行われる。

【００６０】尚、このような目標足平位置／姿勢軌道の
修正は、本発明の本質をなすものではなく、また、その
詳細は本願出願人が例えば特願平９−３３１７６号にて
説明している通りであるので、ここではさらなる説明を
省略する。また、複合コンプライアンス動作決定部３２
は、上記の修正の他、さらに、足平部７に備えた図示し
ない弾性機構の変形を考慮した目標足平位置／姿勢軌道
の修正（機構変形補償）も行うようにしているのである
が、これについても、前記特願平９−３３１７６号にて
詳細に説明されているので、ここでは説明を省略する。
尚、前記目標全床反力及び目標各足平床反力は、上記機
構変形補償を行うために用いるもので、これを行わない
場合には、目標全床反力や目標各足平床反力を設定する
必要はない。

【００６１】キネマティクス演算部３３は、歩容生成器
３０が生成する前記目標上体位置／姿勢軌道における制
御サイクル毎の目標上体位置／姿勢と、複合コンプライ
アンス動作決定部３２により目標足平位置／姿勢軌道を
修正してなる修正目標足平位置／姿勢軌道における制御
サイクル毎の目標足平位置／姿勢とから、ロボットＲの
幾何学モデルに基づく逆キネマティクス演算によって、
制御サイクル毎に前記脚アクチュエータ５の目標変位
（詳しくは脚アクチュエータ５を構成する各電動モータ
１８の目標回転角）を求めるものである。

【００６２】変位コントローラ３４は、前記脚アクチュ
エータ変位検出器１６により検出される脚アクチュエー
タ５の実変位（詳しくは脚アクチュエータ５を構成する
各電動モータ１８の実回転角）を、キネマティクス演算
部３３で求められた目標変位に追従させるように前記ア
ンプ２０への駆動指令を生成し、該アンプ２０を介して
脚アクチュエータ５をフィードバック制御するものであ
る。

【００６３】以上説明したようなロボット脚制御装置１
１の機能によって、ロボットＲの各可動脚３は、基本的
には、歩容生成器３０で生成される目標運動パターン
（目標上体位置／姿勢軌道及び目標足平位置／姿勢軌
道）に従って動作し、このとき、ロボットＲの上体の実
傾斜姿勢を目標傾斜姿勢に復元させるための補償全床反
力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyを目標全床反力中心点回り
に生ぜしめるように、複合コンプライアンス動作決定部
３２によって目標足平位置／姿勢軌道が適宜修正される
ことで、ロボットＲの可動脚３は該ロボットＲの上体の
姿勢を自律的に安定化させるように動作することとな
る。

【００６４】尚、前記ロボット腕制御装置１２は、例え
ばあらかじめティーチングされ、あるいは外部から通信
によって指令される各可動腕４の所要の動作形態に従っ
て前記腕アクチュエータ８の目標変位（詳しくは腕アク
チュエータ８を構成する各電動モータ１９の目標回転
角）を決定する。そして、その決定した目標変位に、前
記腕アクチュエータ変位検出器１７により検出される腕
アクチュエータ８の実変位（詳しくは腕アクチュエータ
８を構成する各電動モータ１９の実回転角）を追従させ
るように前記アンプ２１への駆動指令を生成し、該アン
プ２１を介して腕アクチュエータ８をフィードバック制
御する。

【００６５】ここで、本実施形態において、前記ロボッ
ト脚制御装置１１の歩容生成器３０が生成する目標運動
パターンについて説明しておく。

【００６６】歩容生成器３０が、例えばロボットＲの通
常的な移動（歩行）に際して生成する目標運動パターン
や目標床反力パターンは、前記特願平９−３３１７６号
あるいは特願平８−２１４２６１号にて本願出願人が詳
細に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する
が、例えば歩行時の目標運動パターンは、図５に示すよ
うなパターンで生成される。図５は、ロボットＲの歩行
時にその一方の可動脚３（ここでは参照符号３ａを付す
る）がその足平部７の踵部分で着床を開始した状態（図
５の最上段の図）から、該可動脚３ａを支持脚として、
他方の遊脚側の可動脚３（ここでは参照符号３ｂを付す
る）の足平部７を離床させて前方に移動させ（図５の上
から二段目の及び三段目の図）、さらに、その遊脚側の
可動脚３ｂの足平部７をその踵側から着床させるまで
（図５の最下段の図）の運動パターン、つまり、歩行時
の一歩分の運動パターンを模式的に表したものである。
この運動パターンは、基本的には、人間が通常に歩行す
る場合の動作パターンと同様である。

【００６７】一方、本実施形態では、歩容生成器３０
は、前記転倒判断手段２７から転倒予想出力が与えられ
たときには、例えば図６及び図７に示すような目標運動
パターンを生成する。

【００６８】すなわち、図６は、例えばロボットＲの通
常的な歩行途中で（図６の最上段の図）、転倒判断手段
２７から転倒予想出力が与えられた場合に歩容生成器３
０が生成する目標運動パターンを模式的に例示するもの
であり、この場合、該目標運動パターンは、図６の上か
ら二段目の図、三段目の図、及び四段目（最下段）の図
に順に示すように、遊脚側の可動脚３ｂの離床・着床を
行いつつロボットＲが腰をかがめて該ロボットＲの上体
（胴体２）の重心を下げるように生成される。つまり、
歩容生成器３０は、目標運動パターンに含まれる前記目
標上体位置／姿勢軌道における目標上体位置を徐々に下
げていくように該目標上体位置／姿勢軌道を生成する。

【００６９】また、図７は、例えばロボットＲが直立停
止している状態で（図７の最上段の図）、転倒判断手段
２７から転倒予想出力が与えられた場合に歩容生成器３
０が生成する目標運動パターンを模式的に例示するもの
であり、この場合、該目標運動パターンは、図７の上か
ら二段目の図、三段目の図、及び四段目（最下段）の図
に順に示すように、ロボットＲが腰をかがめて該ロボッ
トＲの上体（胴体２）の重心を下げるように生成され
る。

【００７０】さらに、前記姿勢安定化制御演算部３６が
算出する前記補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyに
基づく前記転倒判断手段２７の判断処理について補足し
ておく。

【００７１】前述の通り、補償全床反力モーメントＭdm
dx，ＭdmdyはロボットＲの上体の実傾斜姿勢を目標傾斜
姿勢に自律的に復元させるために、前記目標全床反力中
心点を作用点として付加的にロボットＲに床から作用さ
せるべき床反力（モーメント）であり、該ロボットＲの
目標足平位置／姿勢軌道、従って、該ロボットＲの各足
平部７の実際の位置／姿勢は基本的には、上記補償全床
反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyが目標全床反力中心点回
りに生じるように修正される。例えばロボットＲの上体
の実傾斜姿勢が目標傾斜姿勢から離間する方向で前方側
に傾きつつあるときには、着床している足平部７の位置
／姿勢が、該足平部７の前部に床からの圧力が集中する
ように修正される（このとき、目標全床反力中心点回り
にロボットＲを後傾側に戻すようなモーメント（＝Ｍdm
dy）が生じる）。

【００７２】しかるに、補償全床反力モーメントＭdmd
x，Ｍdmdyが過大であると、足平部７の接地性を確保し
つつ、補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyを生ぜし
めるように足平部７の位置／姿勢を修正することは実際
上、困難となり、このような場合には、ロボットＲの転
倒が予想される。

【００７３】このために、前記転倒判断手段２７は、前
述のように補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyが所
定値を超えた場合（より詳しくは、Ｍdmdx又はＭdmdyが
所定値を超えた場合）に、ロボットＲが転倒しそうな状
態であると判断し、転倒予想出力を生成するのである
が、このとき、この判断を行うための上記所定値は、ロ
ボットＲの両足平部７が着床している状態（両脚支持
期）と一方の足平部７のみが着床している状態（片脚支
持期）とでは、異なる値に設定することが好ましい。

【００７４】すなわち、両脚支持期では、補償全床反力
モーメントＭdmdx，Ｍdmdyが比較的大きくても、両足平
部７の位置／姿勢の修正によって、該補償全床反力モー
メントＭdmdx，Ｍdmdyを目標全床反力中心点回りに生ぜ
しめることが可能であるが、片脚支持期では、一方の足
平部７のみの位置／姿勢の修正によって補償全床反力モ
ーメントＭdmdx，Ｍdmdyを目標全床反力中心点回りに生
ぜしめることとなるため、生ぜしめることが可能な補償
全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdyは、両脚支持期に比
して小さい。

【００７５】そこで、本実施形態では、転倒判断手段２
７による判断を行うために補償全床反力モーメントＭdm
dx，Ｍdmdyと比較する前記所定値は、ロボットＲの両脚
支持期と片脚支持期とで異なる値に設定され、前者の方
が後者よりも大きな値に設定されている。

【００７６】尚、足平部７の位置／姿勢の修正によって
生ぜしめることが可能な補償全床反力モーメントＭdmd
x，Ｍdmdyは、足平部７の形状等によって、一般にはそ
れぞれのモーメントＭdmdx，Ｍdmdy毎に異なるため、さ
らに、各補償全床反力モーメントＭdmdx，Ｍdmdy毎に各
別に前記所定値を設定しておいてもよい。

【００７７】次に、本実施形態の装置の作動、特に、前
記転倒判断手段２７によってロボットＲが転倒しそうな
状態であると判断される場合の作動を説明する。

【００７８】前述の通り、前記異常処理装置１３（図３
参照）の転倒判断手段２７は、残容量認識手段２５から
与えられたバッテリ１５の残容量の推定値が所定値以下
に低下した場合、あるいは、機器異常監視手段２６から
前記異常発生出力が与えられたとき、あるいはロボット
脚制御装置１１の姿勢安定化制御演算部３６から与えら
れる補償全床反力モーメントＭdmdx又はＭdmdyが足平部
７の着床状態に対応した所定値よりも大きくなった場合
には、ロボットＲが転倒しそうな状態であると判断し、
前記転倒予想出力を前記動作状態出力手段２８とロボッ
ト脚制御装置１１（詳しくは歩容生成器３０）とに与え
る。

【００７９】このとき、ロボット脚制御装置１１の歩容
生成器３０は、前記図６又は図７に示したようにロボッ
トＲが腰をかがめて該ロボットＲの上体（胴体２）の重
心を下げるような目標運動パターンを生成するため、ロ
ボット脚制御装置１１の各部の前述したような制御処理
によって、基本的には、ロボットＲの可動脚３は該目標
運動パターンに従って動作し、該ロボットＲは腰をかが
めるように動作する。

【００８０】このため、ロボットＲの重心が下がり、そ
の後、ロボットＲが転倒して床等の物体に衝突したとし
ても、ロボットＲが受ける衝撃、あるいは相手側の物体
が受ける衝撃は比較的小さなもので済み、ロボットＲや
相手側の物体が受ける損傷を軽減することができる。ま
た、転倒判断手段２７は、前述のような条件でロボット
Ｒが転倒しそうな状態であると判断するため、その判断
を的確に行うことができ、ひいては、上記のようにロボ
ットＲの重心を下げる動作を的確なタイミングで行うこ
とができる。

【００８１】また、異常処理装置１３の動作状態出力手
段２８は、転倒判断手段２７から転倒予想出力が与えら
れた直前あるいはその前後の所定期間のロボットＲの前
記動作状態データを不揮発性の記憶手段２９に出力し
て、該記憶手段２９に記憶保持させる。

【００８２】尚、本実施形態では、上記のような処理を
行った後、ロボット脚制御装置１１やロボット腕制御装
置１２はそれぞれロボットＲの可動脚３及び可動腕４の
動作を停止させるように脚アクチュエータ５及び腕アク
チュエータ８を制御する。

【００８３】以上の場合、特に、残容量認識手段２５が
認識したバッテリ１５の残容量の推定値が所定値以下に
低下した場合に上記のようなロボットＲの動作を行うこ
とで、次のような効果が得られる。

【００８４】すなわち、ロボットＲがその重心を下げる
ように動作することで、ロボットＲの位置エネルギーが
減少するため、一般には、各可動脚３の脚アクチュエー
タ５を構成する電動モータ１８のうちのいくつかは、ロ
ボットＲの重さによって回転し、回生発電状態となる。
そして、その回生発電電力は、前記アンプ２０を介して
バッテリ１５側に供給されるため、該バッテリ１５に充
電されたり、あるいは前記コンデンサ２２に蓄えられ
る。このため、この回生発電電力を可動脚３の電力を消
費する電動モータ１８や前記ロボット脚制御装置１１、
異常処理装置１３等の動作電力として活用することがで
き、バッテリ１５の残容量が少ない状態であっても、前
述のようにロボットＲの転倒時の衝撃を緩和すべくロボ
ットＲの重心を下げる動作や、動作状態出力手段２８に
よってロボットＲの動作状態データを記憶手段２９に記
憶保持させる動作を可能な限り十分に行うことができ
る。

【００８５】そして、ロボットＲの動作状態データを不
揮発性の記憶手段２９に記憶保持させることで、その
後、バッテリ１５を充電し直してロボットＲの動作を再
開する場合に、記憶手段２９に記憶保持された動作状態
データを用いて、ロボットＲが倒れそうになる前の状態
からロボットＲの動作を再開することができる。また、
記憶手段２９に記憶保持された動作状態データを用い
て、ロボットＲに生じた異常や故障の原因を解析するこ
とも可能となる。

【００８６】次に、本発明の第２の実施形態を図８を参
照して説明する。尚、本実施形態は前記第１の実施形態
のものと、一部の構成及び機能のみが相違するものであ
るので、同一部分については第１の実施形態と同一の参
照符号及び図面を用いて説明を省略する。

【００８７】図８を参照して、本実施形態では、前記バ
ッテリ１５の他、補助電源としてのサブバッテリ３７が
前記ロボットＲに搭載されている。この場合、バッテリ
１５正極及びサブバッテリ３７の正極には、それぞれ、
該バッテリ１５及びサブバッテリ３７への電流の流入を
阻止するダイオード３８，３９が接続され、これらのダ
イオード３８，３９を介して、前記各電動モータ１８，
１９毎のアンプ２０，２１や、ロボット脚制御装置１
１、ロボット腕制御装置１２、異常処理装置１３、コン
デンサ２２が接続されている。この構成により、各電動
モータ１８，１９の回生時の発電電力は、バッテリ１５
やサブバッテリ３７には供給されず、コンデンサ２２に
蓄電されるようになっている。尚、サブバッテリ３７の
通常時の端子電圧は、バッテリ１５の通常時の端子電圧
よりも若干低いものとされている。また、コンデンサ２
２は、本実施形態では、例えば電気二重層コンデンサの
ような比較的大容量のものを用いている。

【００８８】また、本実施形態では、バッテリ１５の残
容量を認識するためにバッテリ１５側に備えた前記電流
検出器２３及び電圧検出器２４と同様に、サブバッテリ
３７に流れる電流及びサブバッテリ３７の端子電圧をそ
れぞれ検出する電流検出器４０及び電圧検出器４１が備
えられている。この場合、本実施形態では、異常処理装
置１３の前記残容量認識手段２５は、前述の通り電流検
出器２３及び電圧検出器２４の出力データからバッテリ
１５の残容量を認識する他、電流検出器４０及び電圧検
出器４１の出力データからサブバッテリ３７の残容量も
認識するようにしている。そして、異常処理装置１３の
前記転倒判断手段２７は、残容量認識手段２５により認
識されるバッテリ１５及びザブバッテリ３７の残容量の
いずれもが、あらかじめ設定された所定値以下に低下し
たときに、前記転倒予想出力を生成するようにしてい
る。

【００８９】以上説明した以外の構成及び機能は前記第
１の実施形態と全く同一である。

【００９０】かかる本実施形態の装置では、例えばバッ
テリ１５及びサブバッテリ３７の両者の残容量が所定値
以下に低下すると、異常処理装置１３の転倒判断手段２
７が前記転倒予想出力を生成して、それをロボット脚制
御装置１１の歩容生成器３０に与え、このとき、ロボッ
トＲがその腰を下げて重心を下げるように動作すること
は前記第１の実施形態と同様である。

【００９１】この場合、各可動脚３の脚アクチュエータ
５を構成する電動モータ１８の回生発電電力が、コンデ
ンサ２２に蓄えられ、それが、可動脚３の電力を消費す
る電動モータ１８や前記ロボット脚制御装置１１、異常
処理装置１３等の動作電力として活用される。これによ
り、バッテリ１５及びサブバッテリ３７の残容量が少な
い状態であっても、第１の実施形態と同様に、ロボット
Ｒの転倒時の衝撃を緩和すべくロボットＲの重心を下げ
る動作や、動作状態出力手段２８によってロボットＲの
動作状態データを記憶手段２９に記憶保持させる動作を
可能な限り十分に行うことができる。

【００９２】そして、このとき、電動モータ１８の回生
発電電力は、前記ダイオード３８，３９によってバッテ
リ１５やサブバッテリ３７に充電されることなくコンデ
ンサ２２に蓄えられるため、該回生発電電力を、ロボッ
トＲの重心を下げる動作や、動作状態出力手段２８によ
ってロボットＲの動作状態データを記憶手段２９に記憶
保持させる動作を行うためのエネルギーとしてより有効
に活用して、これらの動作を可能な限り十分に行うこと
ができる。すなわち、バッテリ１５やサブバッテリ３７
の充電は、一般にエネルギー損失を伴うが、これに比し
て、コンデンサ２２の充電時のエネルギー損失は比較的
小さい。従って、前記回生発電電力をバッテリ１５やサ
ブバッテリ３７に充電せずにコンデンサ２２に蓄えるよ
うにすることで、該回生発電電力を、ロボットＲの重心
を下げる動作や、動作状態出力手段２８によってロボッ
トＲの動作状態データを記憶手段２９に記憶保持させる
動作を行うためのエネルギーとしてより有効に活用する
ことができる。

【００９３】次に、本発明の第３の実施形態を図９を参
照して説明する。尚、本実施形態は前記第１の実施形態
のものと、一部のみが相違するものであるので、同一部
分については第１の実施形態と同一の参照符号及び図面
を用いて説明を省略する。

【００９４】本実施形態では、前記異常処理装置１３
は、前記転倒判断手段２７によりロボットＲが転倒しそ
うな状態であると判断したときに生成する前記転倒予想
出力をロボット脚制御装置１１に与える他、前記ロボッ
ト腕制御装置１２にも与えるようにしている。そして、
ロボット脚制御装置１１及びロボット腕制御装置１２
は、例えばロボットＲの歩行時において前記転倒予想出
力が異常処理装置１３から与えられたとき、例えば図９
に示すようにロボットＲを動作させる。すなわち、ロボ
ット脚制御装置１１は、前記第１の実施形態と同様にロ
ボットＲの腰をかがめてその重心を下げるように脚アク
チュエータ５を制御し、また、ロボット腕制御装置１２
は、各可動腕４のハンド１０を床に向かって下げて着床
させるように腕アクチュエータ８を制御する。

【００９５】以上説明した以外の構成及び機能は前記第
１の実施形態と同一である。

【００９６】かかる本実施形態によれば、ロボットＲが
転倒しそうな状態となると、ロボットＲの重心を下げる
ように可動脚３が動作する他、ロボットＲの可動腕４が
着床するように動作するため、その転倒に際してのロボ
ットＲや床が受ける衝撃をより効果的に緩和することが
できる。

【００９７】尚、以上説明した各実施形態では、ロボッ
トＲが転倒しそうな状態であると判断する条件の一つと
して、前記補償全床反力モーメントＭdmdx又はＭdmdyが
足平部７の着床状態に対応した所定値よりも大きくなっ
たか否かを用いるようにしたが、これに代えて、例えば
前記上体姿勢偏差が所定値よりも大きくなったか否か、
あるいは、該ロボットＲの上体の実傾斜姿勢が目標傾斜
姿勢から離間する方向で前記上体姿勢偏差の時間的な変
化度合い（変化速度）が所定値よりも大きくなったか否
か、あるいは、それらの両者の条件が満たされるか否
か、あるいは、上記上体姿勢偏差及びその時間的変化度
合いの重み付平均の値が所定値よりも大きくなったか否
か（これは実質的に前記補償全床反力モーメントＭdmdx
又はＭdmdyが所定値よりも大きくなったか否かを見る場
合と等価で、前記式（１）、（２）中のゲイン値Kthx，
Kwx ，Kthy，Kwy が重みに相当する）により、ロボット
Ｒが転倒しそうな状態であるか否かを判断するようにし
てもよい。この場合において、上体姿勢偏差やその変化
度合い、あるいはそれらの重み付平均の値と比較する所
定値は、前記各実施形態と同様に、ロボットＲの両脚支
持期と片脚支持期とで各別に設定することが好ましい。

【００９８】また、前記各実施形態では、ロボットＲが
ある程度自律的にその姿勢の安定化を図るものを示した
が、このような機能を備えていないロボットについても
本発明を適用することができることはもちろんであり、
さらには、二足以上の複数の可動脚を有するロボットに
ついても本発明を適用することができる。

【００９９】また、前記各実施形態では、バッテリの残
容量が少なくなったとき、あるいは、ロボットの各種機
器の異常が生じたとき、あるいは、ロボットの上体の傾
斜姿勢を目標傾斜姿勢側に復元させるための前記補償全
床反力モーメントＭdmdx又はＭdmdyが足平部７の着床状
態に対応した所定値よりも大きくなったとき（換言すれ
ば、ロボットの上体の傾斜姿勢が目標傾斜姿勢に対して
比較的大きくずれたり、ロボットの上体の傾斜姿勢が目
標傾斜姿勢から離間する側に比較的大きな速度で動いて
いるとき）にのみ、ロボットが転倒しそうな状態である
と判断したが、例えばロボットの可動脚が予期しない凹
凸を有する床や軟弱な床に着床したような状態を可動脚
に備えた荷重センサ等を用いて検出し、この場合に、ロ
ボットが転倒しそうな状態であると判断するようにして
もよい。

【０１００】また、前記各実施形態では、ロボットＲが
転倒しそうな状態であると判断される直前あるいはその
前後の所定期間の前記動作状態データをロボットＲに備
えた不揮発性の記憶手段２９に出力して記憶させるよう
にしたが、該動作状態データを通信によってロボットの
外部に出力し、それをロボットの外部に備えた適宜の記
憶手段に記憶保持させるようにしてもよい。この場合に
は、該記憶手段は不揮発性のものでなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における脚式移動ロボ
ット（二足歩行型ロボット）の構成を示す側面図。

【図２】図１のロボットに備えたバッテリと電動モータ
等との接続構成を示す図。

【図３】図１のロボットに備えた異常処理装置の機能的
構成を示すブロック図。

【図４】図１のロボットに備えたロボット脚制御装置の
機能的構成を示すブロック図。

【図５】図１のロボットの通常歩行時の運動パターンを
説明するための説明図。

【図６】図１のロボットが転倒しそうな状態での運動パ
ターンを説明するための説明図。

【図７】図１のロボットが転倒しそうな状態での運動パ
ターンを説明するための説明図。

【図８】本発明の第２の実施形態におけるバッテリと電
動モータ等との接続構成を示す図。

【図９】本発明の第３の実施形態におけるロボットが転
倒しそうな状態での運動パターンを説明するための説明
図。

【符号の説明】

Ｒ…脚式移動ロボット（二足歩行型ロボット）、２…胴
体（上体）、３…可動脚、４…可動腕、５…可動脚のア
クチュエータ、８…可動腕のアクチュエータ、１１…ロ
ボット脚制御装置（可動脚のアクチュエータ制御手
段）、１２…ロボット腕制御装置（可動腕のアクチュエ
ータ制御手段）、１４…傾斜検出器（上体傾斜姿勢検出
手段）、１５，３７…バッテリ、１８…電動モータ（電
動式アクチュエータ）、２２…コンデンサ、２５…残容
量認識手段、２６…機器異常監視手段、２７…転倒判断
手段、２８…動作上体出力手段、２９…記憶手段、３２
…複合コンプライアンス動作決定部（足平位置／姿勢修
正手段）、３５…上体姿勢偏差算出部、３８，３９…ダ
イオード。

フロントページの続き (72)発明者 松本 隆志 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上体から複数の可動脚が下方に延設された
   脚式移動ロボットにおいて、該ロボットの動作時に該ロ
   ボットが転倒しそうな状態であるか否かを判断する転倒
   判断手段と、該転倒判断手段により該ロボットが転倒し
   そうな状態であると判断されたとき、該ロボットの各可
   動脚の関節に備えたアクチュエータを、該ロボットの重
   心を下げるように制御するアクチュエータ制御手段とを
   備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの制御装置。
2. 【請求項２】前記アクチュエータは前記ロボットに搭載
   されたバッテリを電源とする電動式アクチュエータによ
   り構成されていると共に、前記バッテリの残容量を認識
   する残容量認識手段を備え、前記転倒判断手段は、該残
   容量認識手段により認識された前記バッテリの残容量が
   所定量以下に低下したとき、前記ロボットが転倒しそう
   な状態であると判断することを特徴とする請求項１記載
   の脚式移動ロボットの制御装置。
3. 【請求項３】前記電動式アクチュエータは、前記アクチ
   ュエータ制御手段によって該ロボットの重心を下げるよ
   うに制御された際の該電動モータの回生発電電力を前記
   バッテリに充電するように該バッテリに接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボットの制
   御装置。
4. 【請求項４】前記バッテリの正負の両極間にダイオード
   を介して接続されたコンデンサを備えると共に前記ダイ
   オードは前記コンデンサからバッテリへの電流の流れを
   阻止するように設けられ、前記電動式アクチュエータ
   は、前記アクチュエータ制御手段によって該ロボットの
   重心を下げるように制御された際の該電動式アクチュエ
   ータの回生発電電力を前記コンデンサに充電するように
   該コンデンサに接続されていることを特徴とする請求項
   ２記載の脚式移動ロボットの制御装置。
5. 【請求項５】前記アクチュエータ制御手段が前記ロボッ
   トの重心を下げるように前記アクチュエータを制御して
   いる際に、その制御の直前又はその制御の前後の所定期
   間の該ロボットの動作状態を該ロボットに備えた不揮発
   性の記憶手段又は該ロボットの外部に備えた記憶手段に
   記憶させるべく、該動作状態を該記憶手段に出力する動
   作状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項３又は
   ４記載の脚式移動ロボットの制御装置。
6. 【請求項６】前記ロボットに備えた機器の異常発生の有
   無を監視する機器異常監視手段を備え、前記転倒判断手
   段は、該機器異常監視手段により前記機器の異常発生が
   認識されたとき、前記ロボットが転倒しそうな状態であ
   ると判断することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
   かに記載の脚式移動ロボットの制御装置。
7. 【請求項７】前記ロボットの上体の傾斜姿勢を検出する
   上体傾斜姿勢検出手段と、該上体傾斜姿勢検出手段によ
   り検出された該ロボットの上体の傾斜姿勢と該ロボット
   に所要の動作を行わしめるべく定められた該ロボットの
   上体の目標傾斜姿勢との偏差を求める上体姿勢偏差算出
   手段とを備え、前記転倒判断手段は、該上体姿勢偏差算
   出手段により求められた前記ロボットの上体の傾斜姿勢
   の前記目標傾斜姿勢との偏差が所定量以上大きいとき、
   又は、該ロボットの上体の傾斜姿勢が前記目標傾斜姿勢
   から離間する方向で該偏差の時間的変化度合いが所定量
   以上大きいとき、又は、前記偏差及びその時間的変化度
   合いの重み付平均の値が所定量以上大きいとき、前記ロ
   ボットが転倒しそうな状態であると判断することを特徴
   とする請求項１乃至６のいずれかに記載の脚式移動ロボ
   ットの制御装置。
8. 【請求項８】前記ロボットの上体の傾斜姿勢を検出する
   上体傾斜姿勢検出手段と、該上体傾斜姿勢検出手段によ
   り検出された該ロボットの上体の傾斜姿勢と該ロボット
   に所要の動作を行わしめるべく定められた該ロボットの
   上体の目標傾斜姿勢との偏差を求める上体姿勢偏差算出
   手段と、該上体姿勢偏差算出手段により求められた前記
   ロボットの上体の傾斜姿勢の前記目標傾斜姿勢との偏差
   に基づき、該ロボットの上体の傾斜姿勢を前記目標傾斜
   姿勢側に戻すように該ロボットにその前記可動脚を介し
   て床から作用させるべき床反力を求める姿勢安定化用床
   反力算出手段と、該姿勢安定化用床反力算出手段により
   求められた床反力に基づき、前記可動脚の足平部の位置
   及び／又は姿勢を修正する足平位置／姿勢修正手段とを
   備え、前記転倒判断手段は、前記姿勢安定化用床反力算
   出手段により求められた床反力が所定量以上大きいと
   き、前記ロボットが転倒しそうな状態であると判断する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の脚
   式移動ロボットの制御装置。
9. 【請求項９】前記ロボットは可動腕を備え、前記転倒判
   断手段により該ロボットが転倒しそうな状態であると判
   断されたとき、前記可動腕を着床させるように該可動腕
   の関節に備えたアクチュエータを制御する手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の脚
   式移動ロボットの制御装置。