DE102012208905B4 - Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts und Bodenfläche-Schätzvorrichtung - Google Patents

Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts und Bodenfläche-Schätzvorrichtung Download PDF

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Abstract

Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts, welche eine Bewegungsregelung/-steuerung eines mobilen Objekts, gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und welches sich auf einer Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft gemäß einem Fehler zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag ein erforderlicher Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher zusätzlich auf das mobile Objekt anzuwenden ist, so dass der Fehler sich Null nähert; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem bestimmten Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, die dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht, auf Grundlage einer Annahme zu berechnen, dass der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts, wie beispielsweise eines mobilen Roboters mit Beinen, und eine Schätzvorrichtung zum Schätzen einer Position und Stellung einer Bodenfläche, auf welcher sich das mobile Objekt bewegt.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Bei der Bewegungsregelung/-steuerung eines mobilen Objekts wie beispielsweise eines mobilen Roboters mit Beinen, welcher sich auf einer Bodenfläche durch Bewegen einer Mehrzahl von mit einem Körper verbundenen Beingliedern bewegt (z. B. wiederholtes Aufsetzen und Abheben von jedem Beinglied), sind die Gelenke von jedem Beinglied im Wesentlichen derart angetrieben, dass eine tatsächliche Bewegung des mobilen Objekts einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts folgt.
  • Typischerweise wird die gewünschte Bewegung derart generiert, dass kinetische Anforderungen (Anforderungen wie beispielsweise der ZMP, welcher innerhalb eines Stützpolygons vorhanden ist) auf einer vermeintlichen Bodenfläche erfüllt sind, welche eingestellt ist, eine tatsächliche Bodenfläche darzustellen. Allerdings kann ein Formfehler oder dergleichen der vermeintlichen Bodenfläche, welche zum Erzeugen der gewünschten Bewegung aus der tatsächlichen Bodenfläche verwendet wird, bewirken, dass die tatsächliche Bewegung des mobilen Objekts von der gewünschten Bewegung abweicht. In einem solchen Fall neigt das mobile Objekt dazu, seine Stellung zu verlieren.
  • Als eine Technik, um dies zu verhindern, ist beispielsweise eine Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik wie durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung in der japanischen Patentschrift JP 3 629 133 B2 (nachfolgend als die Patentschrift 1 bezeichnet) vorgeschlagen, konventionell bekannt. Bei dieser Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik werden unter Beobachtung einer Bodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf einen zweifüßigen Laufroboter wirkt, eine gewünschte Position und Stellung eines distalen Endes (Fuß) von jedem Beinglied derart korrigiert, dass ein tatsächliches Bodenreaktionskraftmoment, welches um einen Mittelpunkt einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft erzeugt wird, einem gewünschten Moment folgt, um die Oberkörperstellung des zweifüßigen Laufroboters auf eine gewünschte Stellung wieder herzustellen. Der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des Beinglieds wird gemäß der korrigierten gewünschten Position und Stellung geregelt/gesteuert.
  • Darüber hinaus wird durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in der japanischen Patentschrift JP 3 024 028 B2 (nachfolgend als die Patentschrift 2 bezeichnet) eine Technik zum Schätzen eines Neigungswinkels einer tatsächlichen Bodenfläche in einer mobilen Umgebung eines mobilen Roboters mit Beinen als ein konventionelles Beispiel vorgestellt.
  • Die US 7 191 036 B2 befasst sich mit der Gangsteuerung eines menschenähnlichen Roboters, wo ein Modell einer Bodenreaktionskraft (ZMP) mittels eines dynamischen Modells berechnet wird, das die Beziehung zwischen der Roboterbewegung und der Bodenreaktion ausdrückt, wobei ein gemäß dem Modell korrigiertes Moment um einen Wirkpunkt der gewünschten Bodenreaktionskraft basierend auf einer Differenz zwischen der berechneten Bodenreaktionskraft des Modells und der gewünschten Bodenreaktionskraft berechnet wird, während eine korrigierte gewünschte Körperposition des Roboters berechnet wird.
  • Die US 7 530 410 B2 zeigt einen menschenähnlichen Roboter. Am Vorderende der Füße sind jeweilige Zehen vorgesehen, welche relativ zum Fußhauptkörper biegbar sind. Der Biegewinkel wird durch ein Stellglied bestimmt, das zwischen den Zehenspitzen und dem Fußhauptkörper angelenkt ist. Der Biegewinkel der Zehen wird zu einem ersten Zeitpunkt gehalten, der beim Abheben des Beins vom Boden vorliegt, und der Biegewinkel wird zu einem zweiten Zeitpunkt gelöst, nachdem das Bein vom Boden abgehoben hat, sodass der Zeh seine ursprüngliche Haltung wieder einnimmt. Hierdurch kann das Gehverhalten des Roboters stabilisiert werden.
  • Die US 7 482 775 B2 zeigt ein Bewegungssteuersystem für einen menschenähnlichen Roboter. Hierbei werden die Bewegungen des Roboters in mehreren Einzelbildern zu verschiedenen Zeitpunkten definiert, welche Referenzbilder enthalten. In den jeweiligen Referenzbildern steht der Roboter frei ohne umzufallen. Die Daten der anderen Bilder werden nur grob gesetzt, bevor der Roboter losgeht. Wenn der Roboter losgeht, werden die grob gesetzten Daten der anderen Bilder basierend auf Steuerinformationen korrigiert, die aus den Daten der Referenzbilder errechnet wird.
  • Die US 2007/0083290 A1 zeigt eine Gliederstruktur eines menschenähnlichen Roboters, wobei eine physikalische Größe in einem Arbeitsraum berechnet wird, der eine Beziehung zwischen Kraft und Beschleunigung beschreibt, die auf eine Gliederstruktur des Roboters wirken. Hierbei wird eine Berechnung der Dynamik auf der Basis der Kraftinformation durchgeführt, die auf die Gliederstruktur wirkt, um Beschleunigungen zu erhalten, die an bestimmten Punkten der Gliederstruktur auftreten. Ferner werden eine inverse Arbeitsraum-Trägheitsmatrix und eine Arbeitsraum-Beschleunigung berechnet, indem eine Berechnung der Dynamik mittels eines kinetischen Modells der Gliederstruktur durchgeführt wird.
  • Die US 2005/0107916 A1 zeigt ein Fortbewegungssteuersystem für einen menschenähnlichen Roboter, wo der Bewegungszustand des Roboters, eine externe Kraft und ein externes Moment, sowie die Form der Umgebung mit Sensoren oder dergleichen gemessen werden. Durch die Integration aller Berechnungen, die zum Einhalten der Balance des Körpers dienen, in eine einzige Gehmuster-Berechnungsoperation werden sowohl eine Fortbewegenserzeugungsfunktion als auch eine adaptive Steuerfunktion eingesetzt, wobei die Konsistenz der dynamischen Modelle gewährleistet wird, und eine Störung zwischen den dynamischen Modellen beseitigt wird.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • In der konventionellen Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik, wie in der Patentschrift 1 beschrieben, ist das Korrigieren der gewünschten Position und Stellung des distalen Endes (Fuß) von jedem Beinglied, so dass das tatsächliche Bodenreaktionskraftmoment, welches um den Mittelpunkt des gewünschten Gesamtbodenreaktionskraftmoments erzeugt wird, der gewünschten Bewegung folgt, eine Kombination einer Korrektur (nachfolgend als eine erste Korrektur bezeichnet), welche die vertikale Position der distalen Enden von beiden Beingliedern in entgegengesetzte Richtungen ändert und einer Korrektur (nachfolgend als eine zweite Korrektur bezeichnet), welche die Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied ändert.
  • Vorliegend werden der Korrekturbetrag der Position des distalen Endes von jedem Beinglied in der ersten Korrektur und der Korrekturbetrag der Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied in der zweiten Korrektur separat bestimmt.
  • Bei der konventionellen Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik neigen allerdings eine Änderung in der Bodenreaktionskraft aufgrund der ersten Korrektur und eine Änderung in der Bodenreaktionskraft aufgrund der zweiten Korrektur dazu, sich gegenseitig zu stören. Dies ist problematisch, da eine Änderung in dem Bodenreaktionskraftmoment, welches tatsächlich als ein Ergebnis der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied durch Kombination der ersten Korrektur und der zweiten Korrektur erzeugt wird, dazu neigt, eine Abweichung vom gewünschten Moment zu verursachen.
  • Um diese Abweichung so viel wie möglich zu unterdrücken, ist es nötig, eine Verstärkung zum Bestimmen des Korrekturbetrags der Position des distalen Endes von jedem Beinglied durch die erste Korrektur angemessen anzupassen (d. h. eine Verstärkung, welche einen Quotienten definiert, bei welchem ein Moment, welches um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durch die erste Korrektur zu erzeugen ist, zu dem gewünschten Moment beiträgt), und eine Verstärkung zum Bestimmen des Korrekturbetrags der Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied durch die zweite Korrektur (d. h. eine Verstärkung, welche einen Quotienten definiert, bei welchem ein Moment, welches um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durch die zweite Korrektur zu erzeugen ist, zu dem gewünschten Moment beiträgt) angemessen anzupassen. Dies ist problematisch, da üblicherweise eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten für eine derartige Anpassung erforderlich ist.
  • Um die verschiedenen Bewegungen des mobilen Objekts, wie beispielsweise des mobilen Roboters mit Beinen, zu realisieren, besteht mittlerweile auch ein Bedarf dafür, das mobile Objekt nicht nur zu veranlassen, sich auf einem Boden zu bewegen (sich fortzubewegen), sondern auch zu bewirken, dass das mobile Objekt eine gewünschte Bewegung durchführt, während wenigstens ein bewegliches Glied, wie beispielsweise ein Beinglied oder ein Armglied des mobilen Objekts mit jeder aus einer Mehrzahl von Kontaktzielflächen in Kontakt steht (z. B. eine Bodenfläche oder eine Wandfläche), welche in einer mobilen Umgebung (externe Welt) des mobilen Objekts existieren.
  • In diesem Fall wirkt eine Kontaktkraft (Reaktionskraft) auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche, im Gegensatz zu dem Fall, in welchem das mobile Objekt sich einfach auf dem Boden bewegt.
  • In einer derartigen Situation, in welcher das mobile Objekt mit der Mehrzahl von Kontaktzielflächen in Kontakt steht, ist es wünschenswert, den Verlagerungsbetrag von jedem Gelenkt des mobilen Objekts angemessen einzustellen, so dass eine Kontaktkraft (Reaktionskraft), welche tatsächlich auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche wirkt, einer erforderlichen gewünschten Kontaktkraft folgt, um dem mobilen Objekt zu gestatten, sich stabil zu bewegen.
  • Vorliegend kann die Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik, wie in der Patentschrift 1 beschrieben, dazu angewendet werden, um die Kontaktkraft zu regeln/steuern, welche tatsächlich auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche wirkt.
  • Bei der konventionellen Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik neigt allerdings eine Änderung in dem Bodenreaktionskraftmoment, welche als ein Ergebnis der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied durch Kombinieren der ersten Korrektur und der zweiten Korrektur erzeugt wird, dazu, eine Abweichung von dem gewünschten Moment, wie vorher erwähnt, zu verursachen. Es besteht eine Möglichkeit, dass das selbe Problem an jeder Kontaktzielfläche, die von der Bodenfläche verschieden ist, auftritt.
  • Darüber hinaus ist, da eine große Anzahl von Kontaktzielflächen vorhanden ist, eine große Anzahl von Bearbeitungsschritten erforderlich, um die Verstärkung in Bezug auf die Korrektur (erste Korrektur) der Position des beweglichen Glieds auf jeder Kontaktzielfläche und die Verstärkung bezüglich der Korrektur (zweite Korrektur) der Stellung des beweglichen Glieds an jeder Kontaktzielfläche angemessen einzustellen, um die oben erwähnte Abweichung so viel wie möglich zu unterdrücken.
  • Wenn sich das mobile Objekt, welches der Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik, wie in der Patentschrift 1 beschrieben, unterworfen ist, sich auf der Bodenfläche bewegt, scheint ein Gleichgewichtszustandsfehler zwischen einer Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durch einen Fehler der Position oder Stellung der vermeintlichen Bodenfläche verursacht zu werden, welche verwendet wird, wenn die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts aus der tatsächlichen Bodenfläche erzeugt wird.
  • Dementsprechend kann die Technik, wie in der Patentschrift 2 beschrieben, verwendet werden, um die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche basierend auf dem Fehler zwischen dem beobachteten (gemessenen oder geschätzten) Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu schätzen, während eine Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung, wie in der Patentschrift 1 beschrieben, durchgeführt wird.
  • Bei der konventionellen Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik neigt allerdings eine Änderung in dem Bodenreaktionskraftmoment, welche tatsächlich als ein Ergebnis der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied durch Kombinieren der ersten Korrektur und der zweiten Korrektur erzeugt wird, dazu, eine Abweichung von dem gewünschten Moment, wie früher erwähnt, zu verursachen.
  • Dies führt zu einer Möglichkeit, dass, wenn die Position oder Stellung der tatsächlichen Bodenfläche durch die Technik, wie in der Patentschrift 2 beschrieben, basierend auf dem Fehler zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft geschätzt wird, es schwierig wird eine hinreichend hohe Schätzungsgenauigkeit zu erreichen.
  • Darüber hinaus ist, wie früher erwähnt, eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten erforderlich, um die Verstärkung, in Bezug auf die erste Korrektur und die Verstärkung in Bezug auf die zweite Korrektur angemessen einzustellen, um die oben genannte Abweichung so viel wie möglich zu unterdrücken.
  • Ferner ist es, im Falle dass die Technik, wie in der Patentschrift 2 beschrieben, auf die Technik, wie in der Patentschrift 1 beschrieben, angewandt wird, nötig, dass ein Nachgiebigkeit-Modell zur Bodenflächenschätzung festgelegt wird, zusätzlich zu der Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung-Technik, wie in der Patentschrift 1 beschrieben. Dies ist problematisch, da der Regelungs-/Steuerungsprozess des mobilen Objekts komplizierter ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben beschrieben Hintergrunds gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt bereitzustellen, welche dazu in der Lage ist, eine Bewegung eines mobilen Objekts, welches sich auf einer Bodenfläche bewegt, angemessen zu regeln/steuern, so dass eine Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne dass ein Prozess benötigt wird, um den Korrekturbetrag einer Position und Stellung eines distalen Endes von jedem Beinglied aus einer gewünschten Bewegung zu bestimmen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts gemäß Anspruch 1 angegeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt bereitzustellen, welche dazu in der Lage ist, eine Bewegung eines mobilen Objekts, welches sich in Kontakt mit einer Mehrzahl von Kontaktzielflächen bewegt, angemessen zu regeln/steuern, so dass eine Gesamtkontaktkraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche wirkt, einem gewünschten Wert folgt, ohne dass ein Prozess zum Bestimmen des Korrekturbetrags einer Position und Stellung von jedem Kontaktabschnitt des mobilen Objekts auf jeder Kontaktzielfläche aus einer gewünschten Bewegung durchführen zu müssen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt gemäß Anspruch 10 angegeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bodenfläche-Schätzvorrichtung bereitzustellen, welche dazu in der Lage ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche in einer mobilen Umgebung eines mobilen Objekts angemessen zu schätzen, während eine angemessene Bewegung-Regelung/Steuerung des mobilen Objekts, welches sich auf einer Bodenfläche bewegt, derart durchgeführt wird, dass eine Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne dass ein Prozess zum Bestimmen des Korrekturbetrags einer Position und Stellung eines distalen Endes von jedem Beinglied aus einer gewünschten Bewegung erforderlich ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Bodenfläche-Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 6 und 7 angegeben.
  • Verallgemeinerte Konzepte von technischer Materie, auf welche die vorliegende Erfindung basiert, werden im Folgenden beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, wird angenommen, dass ein mobiles Objekt 101, welches N (N ≥ 2) Beingliedern 103_1 bis 103_N aufweist, welche mit einem Körper 102 verbunden sind, ein mobiles Objekt ist, welches dazu in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen. Jedes von den Beingliedern 103_1 bis 103_N des mobilen Objekts 101 weist eine Mehrzahl von Gelenken (nicht gezeigt) auf. Durch eine Verlagerung dieser Gelenke kann sich jedes von den Beingliedern 103_1 bis 103_N räumlich bewegen. Jedes Gelenk ist ein Rotationsgelenk oder ein Prismengelenk.
  • Durch Aufsetzen (in Kontakt stehen mit der Bodenfläche) eines distalen Endes eines Standbeins, welches aus wenigstens einem Beinglied aus den N-Beingliedern 103_1 bis 103_N zusammengesetzt ist, kann das mobile Objekt 101 sein eigenes Gewicht auf der Bodenfläche über das Standbein halten. Darüber hinaus kann das mobile Objekt 101 durch räumliches Bewegen der Beinglieder 103_1 bis 103_N sich auf der Bodenfläche bewegen. Nachfolgend wird jedes von den Beingliedern 103_1 bis 103_N allgemein als das i-te Beinglied 103_i (i = 1, 2, ..., N) oder ein Beinglied 103_i bezeichnet.
  • In einem beliebigen Bewegungszustand des mobilen Objekts 101 wird eine Gesamtbodenreaktionskraft (Vektor), welche eine Bodenreaktionskraft ist, die insgesamt auf das mobile Objekt 101 von der Bodenfläche wirkt, durch ↑FMt bezeichnet, eine Gesamttranslationsbodenreaktionskraft, welche ein Translatioskraftvektor von ↑FMt ist, durch ↑Ft bezeichnet, und ein Gesamtbodenreaktionskraftmoment, welches ein Momentvektor des ↑FMt ist, durch ↑Mt bezeichnet.
  • Vorliegend sind die Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑Ft und das Gesamtbodenreaktionskraftmoment ↑Mt jeweils als einen dreikomponentigen Vektor in einem Inertialkoordinatensystem (Koordinatensystem, welches bezüglich des Bodens fest ist) dargestellt. Die Gesamtbodenreaktionskraft ↑Ft wird als ein sechskomponentiger Spaltenvektor (= [↑Ft, ↑Mt]T) dargestellt, welcher durch Anordnen der Komponenten von ↑Ft und ↑Mt gebildet ist. Ein Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt ist ein Punkt auf der Bodenfläche.
  • In dieser Spezifikation wird das Symbol „↑” dazu verwendet, um einen Vektor (Spaltenvektor) auszudrücken. Der Exponent „T” bezeichnet Transpositon. Als das inertiale Koordinatensystem zum Repräsentieren der Translationskraft, des Moments, der Position, der Stellung und dergleichen, wird als ein Beispiel zum Verdeutlichen, ein dreiachsiges orthogonales Koordinatensystem verwendet, dessen X-Achse eine Horizontalachse in eine Vorne-Hinten-Richtung des mobilen Objekts 101 ist, dessen Z-Achse eine vertikale Richtung des mobilen Objekts 101 ist und dessen Y-Achse eine Richtung ist (Rechts-Links-Richtung des mobilen Objekts 101), welche zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonal ist.
  • Eine Bodenreaktionskraft (nachfolgend als eine i-te Bein-Bodenreaktionskraft oder eine Bein-Bodenreaktionskraft bezeichnet), welche auf das i-te Beinglied 103_i (i = 1, 2, ..., N) von der Bodenfläche wirkt, wird durch ↑FM_i bezeichnet, eine Translationsbodenreaktionskraft, welche ein Translationskraftvektor von ↑FM_i ist, wird durch ↑F_i bezeichnet, und ein Bodenreaktionskraftmoment, welcher ein Momentvektor von ↑FM_i ist, wird durch ↑M_i bezeichnet.
  • Vorliegend werden die Translationsbodenreaktionskraft ↑F_i und das Bodenreaktionskraftmoment ↑M_i als ein dreikomponentiger Spaltenvektor in dem inertialen Koordinatensystem ausgedrückt, wie im Falle der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt. Die i-te Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i wird als ein sechskomponentiger Spaltenvektor (= [↑F_i, ↑M_i]T) ausgedrückt, welcher durch Anordnen der Komponenten von ↑F_i und ↑M_i gebildet wird. Ein Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i ist ein Punkt auf der Bodenfläche innerhalb einer Grundfläche des i-ten Beinglieds 103_i (d. h. innerhalb einer Kontaktfläche zwischen dem distalen Ende des i-ten Beinglieds 103_i und der Bodenfläche).
  • Obwohl der Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i nicht vorhanden ist, wenn das i-te Beinglied 103_i nicht aufgesetzt ist (in dem Fall, dass ↑FM_i ein Nullvektor ist), wird angenommen, dass der Wirkpunkt P_i ein beliebig festgelegter Punkt ist (z. B. ein repräsentativer Punkt des distalen Endes des i-ten Beinglieds 103_i).
  • Eine Beziehung zwischen der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt und der Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i (i = 1, 2, ..., N) ist üblicherweise durch die folgende Gleichung (1) angegeben.
    Figure DE102012208905B4_0002
    AA_i (i = 1, 2, ..., N) ist eine Matrix definiert durch
    Figure DE102012208905B4_0003
    VV_i (i = 1, 2, ..., N) ist eine Matrix, sodass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, und
    ↑V_i (i = 1, 2, ..., N) ist ein Positionsvektor des Angriffspunkts P_i der i-ten Bein-Bodenraktionskraft ↑FM_i relativ zum Angriffspunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt.
  • In der wobei-Klausel der Gleichung (1) sind die Komponenten „l” und „0” der Matrix AA_i eine Einheitsmatrix bzw. eine Nullmatrix und „x” ist das arithmetische Zeichen, welches ein Außenprodukt (Vektorprodukt) repräsentiert.
  • Vorliegend wird angenommen, dass eine Bodenreaktionskraft ↑ΔFM_i (= [↑ΔF_i, ↑ΔM_i]T) für eine Störung zu dem Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i hinzugefügt wird, wodurch eine Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt (= [↑ΔFt, ↑ΔMt]T) für eine Störung dem Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt hinzugefügt wird. Es sei angemerkt, dass das Hinzufügen der Bodenreaktionskraft ↑ΔFM_i für Störung zu dem Wirkpunkt P_i bedeutet, dass die Bodenreaktionskraft, welche an dem Wirkpunkt P_i wirkt, von ↑FM_i auf ↑FM_i + ↑ΔFM_i geändert wird. Gleichermaßen bedeutet das Hinzufügen der Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt für Störung zu dem Wirkpunkt Pt, dass die Bodenreaktionskraft, welche an dem Wirkpunkt Pt wirkt, von ↑FMt auf ↑FMt + ↑ΔFMt geändert wird.
  • Nachfolgend wird ↑ΔFM_i als die i-te Bein-Störung-Bodenreaktionskraft bezeichnet und ein Translationskraftvektor ↑ΔF_i und ein Momentvektor ↑ΔM_i von ↑ΔFM_i werden jeweils als eine i-te Bein-Störung-Translationsbodenreaktionskraft und ein i-tes Bein-Störung-Bodenreaktionskraftmoment bezeichnet. Zusätzlich wird ↑ΔFMt als eine Störung-Gesamtbodenreaktionskraft bezeichnet und ein Translationskraftvektor ↑ΔFt und ein Momentvektor ↑ΔMt von ↑ΔFMt werden jeweils als eine Störung-Gesamttranslationsbodenreaktionskraft und als ein Störung-Gesamtbodenreaktionskraftmoment bezeichnet.
  • Eine Beziehung zwischen der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt und der i-ten Bein-Störung-Bodenreaktionskraft ↑ΔFM_i (i = 1, 2, ..., N) wird durch die folgende Gleichung (2) basierend auf der Gleichung (1) gegeben.
    Figure DE102012208905B4_0004
  • AA_i (i = 1, 2, ..., N) in der Gleichung (2) ist die gleiche wie die, die in der wobei-Klausel der Gleichung (1) definiert ist.
  • Es wird angenommen, dass die i-te Bein-Störung-Bodenreaktionskraft ↑ΔFM_i durch Federverlagerungen der Position und Stellung der Grundfläche (nachfolgend als die i-te Bein-Grundfläche bezeichnet) des i-ten Beinglieds 103_i erzeugt wird. Im Einzelnen wird angenommen, dass die i-te Bein-Störung-Translationsbodenreaktionskraft ↑ΔF_i durch die Federverlagerung (Translationsverlagerung) der Position der i-ten Bein-Grundfläche erzeugt wird, und dass das i-te Bein-Störung-Bodenreaktionskraftmoment ↑ΔM_i durch die Federverlagerung (Rotationsverlagerung) der Stellung der i-ten Bein-Grundfläche erzeugt wird.
  • Die Federverlagerungen der Position und Stellung der i-ten Bein-Grundfläche entsprechen jeweils einer Translationsverlagerung und einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung des Bodens in der i-ten Bein-Grundfläche oder einer elastischen Verformung des distalen Endes des i-ten Beinglieds 103_i.
  • Der Verlagerungsbetrag der Position (Vektor des Betrages der Translationsverlagerung der i-ten Bein-Grundfläche in die Richtungen der drei Achsen, nachfolgend als ein Feder-Translationsverlagerungsbetrag bezeichnet) und der Betrag der Verlagerung der Stellung (Vektor des Betrages der Rotationsverlagerung der i-ten Bein-Grundfläche um die Richtung der drei Achsen, nachfolgend als ein Feder-Rotationverlagerungsbetrag bezeichnet) der i-ten Bein-Grundfläche durch die Federverlagerungen werden jeweils durch ↑Xorg_i und ↑Xrot_i bezeichnet. Eine Beziehung zwischen ↑Xorg_i und ↑ΔF_i beziehungsweise eine Beziehung zwischen ↑Xrot_i und ↑ΔM_i werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) gegeben. ↑ΔF_i = Korg_i·↑Xorg_i (3) ↑ΔM_i = Krot_i·↑Xrot_i (4)
  • Korg_i in der Gleichung (3) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Translationsfederkonstantenmatrix Korg_i bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten des Feder-Translationsverlagerungsbetrags ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundfläche sind. Krot_i in der Gleichung (4) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Rotationsfederkonstantenmatrix Krot_i bezeichnet), dessen Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Feder-Rotationverlagerungsbetrags ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche sind.
  • Ferner wird angenommen, dass eine repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, welche alle Kontaktflächen zwischen den mobilen Objekt 101 und der Bodenfläche (Grundflächen von allen Beingliedern 103, welche aufgesetzt sind) darstellt. Es wird angenommen, dass die Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt auf das mobile Objekt 101 in dieser repräsentativen Kontaktfläche wirkt. Die repräsentative Kontaktfläche, welche hier erwähnt wird, entspricht einem Stützpolygon.
  • Es wird auch angenommen, dass die Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt durch die Federverlagerung der Position und der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wie im Falle der i-ten Bein-Grundfläche. Im einzelnen, wird es angenommen, dass die Störung-Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑ΔFt durch die Federverlagerung (Translationsverlagerung) der Position der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird und dass das Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraftmoment ↑ΔMt durch die Federverlagerung (Rotationsverlagerung) der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird.
  • Der Federtranslationsverlagerungsbetrag der Position (Vektor des Betrags an Translationsverlagerung in die Richtungen der drei Achsen durch die Federverlagerung) und der Federrotationsverlagerungsbetrag der Stellung (Vektor des Betrags von Rotationsverlagerung um die drei Achsen durch die Federverlagerung) der repräsentativen Kontaktfläche werden jeweils durch ↑Xc_org und ↑Xc_rot bezeichnet. Eine Beziehung zwischen ↑Xc_org und ↑ΔFt beziehungsweise zwischen ↑Xc_rot und ↑ΔMt werden durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) gegeben. ↑ΔFt = Kc_org·↑Xc_org (5) ↑ΔMt = Kc_rot·↑Xc_rot (6)
  • Kc_org in der Gleichung (5) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Federtranslationsverlagerungsbetrags ↑Xc_org der repräsentativen Kontaktfläche sind. Kc_rot in der Gleichung (6) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Rotationsfederkonstantenmatrix Kc_rot bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Federrotationsverlagerungsbetrags ↑Xc_rot der repräsentativen Kontaktfläche sind.
  • In einem Zustand, in welchem nur ein Beinglied 103_i des mobilen Objekts 101 aufgesetzt ist, stimmt die repräsentative Kontaktfläche mit der Grundfläche (i-te Bein-Grundfläche) von diesem einzelnen Beinglied 103_i überein. In einem solchen Zustand sind die Federverlagerungen der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche die gleichen, wie die Federverlagerungen der Position und Stellung der i-ten Bein-Grundfläche. Die jeweiligen Federverlagerungen entsprechen einer Translationsverlagerung und einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung des Bodens in der i-ten Bein-Grundfläche oder einer elastischen Verformung des distalen Endes des i-ten Beinglieds 103_i.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere Beinglieder 103 des mobilen Objekts 101 aufgesetzt sind, dient andererseits die repräsentative Kontaktfläche als eine Grundfläche eines einzelnen virtuellen Grundbereichs, welcher Grundbereiche von allen Beingliedern 103 kombiniert, die aufgesetzt sind. In einem solchen Zustand entsprechen die jeweiligen Federverlagerungen der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche einer Translationsverlagerung und einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung des Bodens in der Grundfläche des virtuellen Grundbereichs oder einer elastischen Verformung des virtuellen Grundbereichs.
  • Die folgende Gleichung (7) wird von der Gleichung (2) abgeleitet, in Bezug auf die Störung-Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑ΔFt, welche zu dem Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt addiert wird, durch Addieren der i-ten Bein-Störung-Translationsbodenreaktionskraft ↑ΔF_i zu dem Wirkpunkt P_i der Bodenreaktionskraft für jedes i-te Bein ↑FM_i (i = 1, 2, ..., N). ↑ΔFt = ↑ΔF_1 + ↑ΔF_2 + ... + ↑ΔF_N (7)
  • Aus den Gleichungen (3), (5) und (7) wird die folgende Gleichung (8) erhalten. Kc_org·↑Xc_org = Korg_1·↑Xorg_1 + Korg_2·↑Xorg_2 + ... + Korg_N·↑Xorg_N (8)
  • Es wird angenommen, dass der Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt vor der Addition der Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt ein Mittelpunkt (COP) der Gesamtbodenreaktionskraft ist, und dass der Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i vor der Addition der Störung-Bodenreaktionskraft des i-ten Beins ↑ΔFM_i ein Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft auf der i-ten Bein-Grundfläche ist. Eine Beziehung zwischen einem Positionsvektor (bezeichnet durch ↑Pt) des Wirkpunkt Pt und einem Positionsvektor (bezeichnet durch ↑P_i) von jedem Wirkpunkt P_i (i = 1, 2, ..., N) bezüglich eines beliebigen Referenzpunkt wird durch die folgende Gleichung (9) angegeben.
  • Es sei angemerkt, dass der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft der Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt ist, in welcher die horizontale Komponente (Komponente um die horizontale Achse) des gesamten Bodenreaktionskraftsmoments ↑Mt um den Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft Null ist. Gleichermaßen ist der Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche der Wirkpunkt der i-tes-Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i, in welchem die horizontale Komponente (Komponente um die horizontale Achse) des Bodenreaktionskraftmoments ↑M_i um den Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft gleich Null ist. ↑Pt = r_1·↑P_1 + r_2·↑P_2 + ... + r_N·↑P_N (9)
  • In der Gleichung (9) ist r_i (i = 1, 2, ..., N) ein Gewichtungskoeffizient, welcher durch r_i ≡ Fn_i/Fnt definiert ist. Fn_i (i = 1, 2, ..., N) ist ein Absolutwert einer Normalkraftkomponente (nachfolgend als eine Bodenfläche-Normalkraftkomponente bezeichnet), welche zur Bodenfläche senkrecht ist, der i-ten Bein-Translationsbodenreaktionskraft ↑F_i, und Fnt ist ein Absolutwert einer Normalkraftkomponente (Bodenfläche-Normalkraftkomponente), senkrecht zu der Bodenfläche, der Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑Ft, wobei Fnt = Fn_1 + Fn_2 + ... + Fn_N ist. Dementsprechend ist der Gewichtungskoeffizient r_i ein Quotient der Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i der i-ten Bein-Translationsbodenreaktionskraft ↑F_i zu der Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fnt der Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑Ft, wobei 0 ≤ r_i ≤ 1 ist.
  • In dieser Spezifikation wird angenommen, dass Fn_i und Fnt mit der Vertikalkomponente (Z-Achsenkomponente) von ↑F_i und der Vertikalkomponente (Z-Achsenkomponente) von ↑Ft übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen.
  • Es wird angenommen, dass die gleiche Beziehung wie in der Gleichung (9) zwischen dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org der Position der repräsentativen Kontaktfläche und dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i der Position der i-ten Bein-Grundfläche ebenfalls gilt. Das heißt, es wird angenommen, dass die folgende Gleichung (10) gilt. ↑Xc_org = r_1·↑Xorg_1 + r_2·↑Xorg_2 + ... + r_N·↑Xorg_N (10)
  • Die folgende Gleichung (11) wird von den Gleichungen (8) und (10) abgeleitet. Korg_i = r_i·Kc_org (11)
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Gleichung (10) als eine Grundgleichung verwendet, die die Beziehung zwischen dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org der repräsentativen Kontaktflächen und dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundfläche (i = 1, 2, ..., N) darstellt, und die Gleichung (11) wird als eine Grundgleichung verwendet, die die Beziehung zwischen der Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org der repräsentativen Kontaktfläche und der Translationsfederkonstantenmatrix Korg_i der i-ten Bein-Grundfläche (i = 1, 2, ..., N) darstellt.
  • Somit ist jede Diagonalkomponente (Federkonstante, welche sich auf die Translationsverlagerung in jeder von der Richtungen der drei Achsen bezieht) der Translationsfederkonstantenmatrix Korg_i der i-ten Bein-Grundfläche proportional zum Gewichtungskoeffizient r_i. Wenn der Gewichtungskoeffizient r_i groß ist (nahe an „1”), d. h. wenn der Quotient der Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i der translatorischen Bodenreaktionskraft des i-ten Beins ↑F_i zur Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fnt der Gesamttranslationsbodenreaktionskraft ↑Ft höher ist, dann ist jede Diagonalkomponente der Translationsfederkonstantenmatrix Korg_i der i-ten Bein-Grundfläche größer. Mit anderen Worten, wenn der Quotient von Fn_i zu Fnt höher ist, ist die Änderungssensitivität des Federtranslationsverlagerungsbetrags ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundfläche im Verhältnis zur erforderlichen i-te Bein-Störung-Translationsbodenreaktionskraft höher.
  • In einem Zustand, in welchem nur das i-te Beinglied 103_i aufgesetzt ist (r_i = 1), stimmen die i-te Bein-Grundfläche und die entsprechende Kontaktfläche überein, so dass die Translationsfederkonstantenmatrix Korg_i der i-ten Bein-Grundfläche und die Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org der repräsentativen Kontaktfläche übereinstimmen. Darüber hinaus stimmen, da ↑ΔF_i = ↑ΔFt der Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundfläche und der Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org der repräsentativen Kontaktfläche überein.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere Beinglieder 103 aufgesetzt sind, ist andererseits der Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org der repräsentativen Kontaktfläche ein gewichteter Mittelwert (gewichteter Mittelwert mit r_i als der Gewichtungskoeffizient) der Beträge der Translationsverlagerung der Feder ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundflächen, die den Beingliedern 103_i entsprechen und nicht den nicht aufgesetzten Beingliedern.
  • Die folgende Gleichung (12) wird von der Gleichung (2) abgeleitet bezüglich des Störung-Gesamtbodenreaktionskraftmoments ↑ΔMt, welcher zu dem Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt addiert wird, durch Addieren des Störung-Bodenreaktionskraftmoments ↑ΔM_i des i-ten Beins zu dem Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i (i = 1, 2, ..., N) in einem Zustand, in welchem die jeweiligen Translationsbodenreaktionskräfte ↑F_1 bis ↑F_N der Bodenreaktionskräfte ↑FM_1 bis ↑FM_N des ersten bis N-ten Glied fest sind. ↑ΔMt = ↑ΔM_1 + ↑ΔM_2 + ... + ↑ΔM_N (12)
  • Aus den Gleichungen (4), (6) und (12) wird die folgende Gleichung (13) erhalten. Kc_rot·↑Xc_rot = Krot_1·↑Xrot_1 + Krot_2·↑Xrot_2 + ... + Krot_N·↑Xrot_N (13 )
  • In dem Fall, in welchem der Wirkpunkt P_i der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i mit dem Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche übereinstimmt, ist ein Addieren des Störung-Gesamtbodenreaktionskraftmoment ↑ΔM_i des i-ten Beins zu dem Wirkpunkt P_i (Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft) der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft in einem Zustand, in welchem die jeweiligen translatorischen Bodenreaktionskräfte ↑F_1 bis ↑F_N der Bodenreaktionskräfte ↑FM_1 bis ↑FM_N des ersten Beins fest sind, einer Verschiebung der horizontalen Position des Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft in der i-ten Bein-Grundfläche vom Punkt P_i aus äquivalent.
  • Gleichermaßen ist in dem Fall, in welchem der Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt mit dem Mittelpunkt m(COP) der Gesamtbodenreaktionskraft übereinstimmt, ist ein Addieren des Störung-Gesamtbodenreaktionskraftmoment ↑ΔMt zu dem Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt, einer Verschiebung der horizontalen Position des Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft vom Punkt Pt aus äquivalent.
  • In diesem Fall werden, wenn der Verlagerungsbetrag (zweikomponentiger Verlagerungsbetragsvektor) der horizontalen Position des Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft in der i-ten Bein-Grundfläche durch ↑ΔRpt_i und der Verlagerungsbetrag (zweikomponentiger Verlagerungsbetragsvektor) der horizontalen Position des Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft durch ↑ΔCOP bezeichnet ist, die Komponente um die Horizontalachse (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) des ↑ΔCOP·Fnt ≈ ↑ΔMt und die Komponente um die Horizontalachse (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) des ↑ΔRpt_i·Fn_i ≈ ↑ΔM_i erhalten. Somit wird die folgende Gleichung (14) aus der Gleichung (12) abgeleitet. ↑ΔCOP = r_1·↑ΔRpt_1 + r_2·↑ΔRpt_2 + ... + r_N·↑ΔRpt_N (14)
  • In der Gleichung (14) ist r_i (i = 1, 2, ..., N) der oben erwähnte Gewichtungskoeffizient r_i (≡ Fn_i/Fnt).
  • Da die Grundflächen des ersten bis n-ten Beins Abschnitte auf der gemeinsamen Bodenfläche sind, gilt in dem Fall, in welchem die gleiche Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i auf jede der Grundflächen des ersten bis n-ten Beins wirkt, die gleiche Beziehung zwischen dem Störung-Bodenreaktionskraftmoment (= ↑ΔRpt_i·Fn_i), welcher dem Verlagerungsbetrag ↑ΔRpt_i der horizontalen Position des Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche entspricht, und der Komponente um die horizontale Achse in dem Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i durch die Federverlagerung der i-ten Bein-Grundfläche, für jede i-te Bein-Grundfläche.
  • Dies zeigt, dass die folgende Gleichung (15) in dem Fall gilt, in welchem die gleiche Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i (bezeichnet durch Fna) auf jeder der Grundflächen des ersten bis n-ten Beins liegt. ↑ΔRpt_i·Fna = Krot·↑Xrot_i_xy (15) wobei ↑Xrot_i_xy die Komponente um die Horizontalachse (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) in dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche ist, und Krot die zweidimensionale Diagonalmatrix (Federkonstanten-Matrix) bezüglich der Drehung um die X-Achse und die Y-Achse) ist.
  • Gegeben, dass die Gleichung (15) gleichermaßen für die repräsentative Kontaktfläche gilt, wird die folgende Gleichung (16) erhalten. ↑ΔCOP·Fna = Krot·↑Xc_rot_xy (16) wobei ↑Xrot_xy die Komponente um die Horizontalachse (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) in dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der Grundfläche der repräsentativen Kontaktfläche ist.
  • Aus den Gleichungen (14) bis (16) wird folgende Gleichung (17) erhalten. Krot·↑Xc_rot_xy = r_1·Krot·↑Xrot_1_xy + r_2·Krot·↑Xrot_2_xy + ... + r_N·Krot·↑Xrot_N_xy (17)
  • Aus der Gleichung (17) wird die folgende Gleichung (18) erhalten. ↑Xc_rot_xy = r_1·↑Xrot_1_xy + r_2·↑Xrot_2_xy + ... + r_N·↑Xrot_N_xy (18)
  • In der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die gleiche Beziehung aus der Gleichung (18) für alle Komponenten (drei Komponenten) zwischen dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der repräsentativen Kontaktfläche und dem Betrag der Rotationsverlagerungsfeder ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche gilt. Das heißt, es wird angenommen, dass die folgende Gleichung (19) gilt. ↑Xc_rot = r_1·↑Xrot_1 + r_2·↑Xrot_2 + ... + r_N·↑Xrot_N (19)
  • Die folgende Gleichung (20) wird von den Gleichungen (13) und (19) abgeleitet. Krot_i = r_i·Kc_rot (20)
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Gleichung (19) als eine Basisgleichung verwendet, welche die Beziehung zwischen dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der repräsentativen Kontaktfläche und dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche (i = 1, 2, ..., N) darstellt, und die Gleichung (20) wird als eine Grundgleichung verwendet, welche die Beziehung zwischen der Rotation-Federkonstanten-Matrix Kc_rot der repräsentativen Kontaktfläche und der Rotation-Federkonstanten-Matrix Krot_i der i-ten Bein-Grundfläche (i = 1, 2, ..., N) darstellt.
  • Somit ist die Diagonalkomponente (Federkonstante bezogen auf die Rotationsverlagerung um jede der drei Achsen) der Rotationsfederkonstantenmatrix Krot_i der i-ten Bein-Grundfläche proportional zum Gewichtungskoeffizienten r_i. Wenn der Gewichtungskoeffizient r_i groß ist (näher an „1”), d. h. wenn der Quotient aus der Bodenflächen-Normalkomponente Fn_i der i-ten Bein-Translationsbodenreaktionskraft ↑Fn_i zu der Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fnt der gesamten translatorischen Bodenreaktionskraft ↑Ft höher ist, dann ist jede Diagonalkomponente der Rotationsfederkonstanten-Matrix Krot_i der i-ten Bein-Grundfläche größer. Mit anderen Worten ist, wenn der Quotient von Fn_i zu Fnt höher ist, die Änderungssensitivität des Betrags der Rotationsverlagerung der Feder ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche gegenüber dem erforderlichen i-ten Bein-Störung-Bodenreaktionskraftmoment höher.
  • In einem Zustand, in welchem nur das i-te Beinglied 103_i aufgesetzt ist (r_i = 1), stimmen die i-te Bein-Grundfläche mit der repräsentativen Kontakfläche überein, so dass die Rotationsfederkonstanten-Matrix Krot_i mit der i-ten Bein-Grundfläche und die Rotationsfederkonstanten-Matrix Kc_rot der repräsentativen Kontaktfläche miteinander übereinstimmen. Darüber hinaus stimmen, da ↑ΔMt_i = ↑ΔMt ist, der Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundfläche und der Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der repräsentativen Kontaktfläche miteinander überein.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere Beinglieder 103 aufgesetzt sind, ist andererseits der Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der repräsentativen Kontaktfläche ein gewichteter Mittelwert (gewichteter Mittelwert mit r_i als der Gewichtungskoeffizient) der Beträge der Rotationsverlagerung der Feder ↑Xrot_i der i-ten Bein-Grundflächen welche dem Beinglied 103_i entsprechen, und nicht den nicht aufgesetzten Beingliedern.
  • Als nächstes wird die folgende Gleichung (21) durch Anwenden der Gleichungen (3) bis (6) auf die Gleichung (20) und ferner Anwenden der Gleichungen (11) und (20).
  • Figure DE102012208905B4_0005
  • Die Gleichungen (11) und (20) basieren auf der Annahme, dass der Wirkpunkt Pt der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist und dass der Wirkpunkt P_i der Bodenreaktionskraft ↑FM_i der i-ten Beins der Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche ist. Es sein angenommen, dass ↑V_i der Positionsvektor des Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche relativ zum Wirkpunkt Pt als der Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist. Dann ist VV_i (i = 1, 2, ..., N) in der Gleichung (21) eine Matrix, die wie folgt definiert ist. VV_i: Matrix, so dass VV_i·↑F_i = V_i × ↑F_i wobei ↑V_i der Positionsvektor des Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist.
  • Ausführlicher betrachtet, ist der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft, welche der Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt entspricht vor der Addition der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt, und dem Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft der i-ten Bein-Grundfläche ist der Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft, welche der i-ten Bein-Bodenreaktionskraft ↑FM_i entspricht vor der Addition der Steuerung-Bodenreaktionskraft des i-ten Beins ↑ΔFM_i.
  • Die folgende Gleichung (22) wird von der Gleichung (21) abgeleitet.
  • Figure DE102012208905B4_0006
  • Gegeben, dass ein generalisierter Variablenvektor ↑q1, dessen Komponenten die Position (Position in den Richtungen der drei Achsen) und die Stellung (Stellungswinkel um die drei Achsen) des Körpers 102 des mobilen Objekts 101 und der Betrag an Verlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 101 sind, ↑Xc ein Verlagerungsbetragsvektor (= [↑Xc_org, ↑Xc_rot]T), welcher aus dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org der Position der repräsentativen Kontaktfläche und dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche besteht, und ↑X_i ein Verlagerungsbetragvektor (= [↑Xc_org, ↑Xc_rot]T), welcher aus dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i der Position der i-ten Bein-Grundfläche und dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i der Stellung der i-ten Bein-Grundfläche besteht. Nachfolgend wird ↑Xc als ein Betrag der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder der repräsentativen Kontaktfläche bezeichnet, und ↑X_i wird als ein Betrag der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder der i-ten Bein-Grundfläche bezeichnet. Im Einzelnen ist der generalisierte Variablenvektor ↑q1 ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnung der sechs Komponenten der Position und Stellung des Körpers 102 und des Betrags an Verlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 101 gebildet ist.
  • Wenn der Translations-/Rotationsverlagerungsbetrag der Feder ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche als der Betrag an Verlagerung (zeitliche Änderungsrate) der Position und der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit angesehen wird, wird eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Disposition und der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und dem Betrag an Veränderung (zeitliche Änderungsrate) ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit darstellt, als eine Matrix Jc ausgedrückt, welche die Beziehung zwischen ↑Xc und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (23) repräsentiert. Vorliegend ist ↑Δq1 ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnung der Änderungsbeträge der Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit gebildet wird. ↑Xc = Jc·↑Δq1 (23)
  • Gleichermaßen, wenn der Betrag der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder der i-ten Bein-Grundfläche als der Betrag an Verlagerung (zeitliche Änderungsrate) der Position und der Stellung der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit angesehen wird, wird eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position und der Stellung der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit darstellt und dem Betrag an Änderung (zeitliche Änderungsrate) ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit als eine Matrix J_i ausgedrückt, welche die Beziehung zwischen ↑X_i und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (24) darstellt. ↑X_i = J_i·↑Δq1 (24)
  • Sei Jc_org eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position der repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und ↑Δq1 darstellt (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xc_org und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (25a) darstellt) und Jc_rot sei eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Vervenlagerung der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und ↑Δq1 darstellt (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Δxc_rot und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (25b) darstellt). Dann ist Jc = [↑Jc_org, ↑Jc_rot]T, wie in der Gleichung (25c) gezeigt. ↑Xc_org = Jc_org·↑Δq1 (25a) ↑Xc_rot = Jc_rot↑Δq1 (25b) Jc = [Jc_org, Jc_rot]T (25c)
  • Gleichermaßen, sei Jorg_i eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit und ↑Δq1 darstellt (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xorg und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (26a) darstellt), und sei Jrot_i eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Stellung der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit ↑Δq1 darstellt (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xrot_i und ↑Δq1 durch die folgende Gleichung (26b) darstellt). Dann ist J_i = [↑Jorg_i, ↑Jrot_i]T, wie in der Gleichung (26c) gezeigt. ↑Xorg_i = Jorg_i·↑Δq1 (26a) ↑Xrot_i = Jrot_i·↑Δq1 (26b) J_i = [Jorg_i, Jrot_i]T (26c)
  • Durch Differenzieren beider Seiten der Gleichung (22) und Anwendung der Gleichungen (23) und (24) an, wird die folgende Gleichung (27) erhalten.
  • Figure DE102012208905B4_0007
  • Somit kann die Jacobimatrix Jc (nachfolgend als eine Jacobimatrix Jc der repräsentativen Kontaktfläche bezeichnet), welche sich auf die Verlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche bezieht aus der Jacobimatrix J_i (i = 1, 2, ..., N) bestimmt werden, welche sich auf die Verlagerung der Position und der Stellung der Grundfläche von jedem Bein gemäß der Gleichung (27) bezieht.
  • Da die Position und die Stellung der i-ten Bein-Grundfläche die Position und die Stellung des distalen Endes des i-ten Beins 103_i sind, ist die Jacobimatrix J_i (nachfolgend als eine Jacobimatrix J_i des Beinglieds bezeichnet) eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Veränderung der Position und der Stellung des distalen Endes des i-ten Beinglieds 103_i pro Zeiteinheit und ↑Δq1 darstellt. Eine derartige Jacobimatrix J_i kann auf Grundlage eines beobachteten Werts eines tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 101 und seiner zeitlichen Änderungsrate spezifiziert werden.
  • Sobald die Jacobimatrix J_i (i = 1, 2, ..., N) von jedem Beinglied auf diese Weise spezifiziert ist, kann die Jacobimatrix Jc der repräsentativen Kontaktfläche unter Verwendung von J_i gemäß der Gleichung (27) bestimmt werden.
  • Wenn die Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt eines bestimmten Wertes als ein Manipulationsbetrag angegeben wird, um einen erforderlichen Zustand des mobilen Objekts 101 zu erreichen, kann ↑ΔFMt in einem erforderlichen Wert des Betrags der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder ↑Xc (= [↑Xc_org, ↑Xc_rot]T) der repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichungen (5) und (6) umgewandelt werden. Diese Umwandlung ist durch die folgende Gleichung (28) angegeben.
  • Figure DE102012208905B4_0008
  • Sei Jc–1 eine pseudo-inverse Matrix der Jacobimatrix Jc der repräsentativen Kontaktfläche. Der Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 101, um den erforderlichen Wert der Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt zu erreichen, kann bestimmt werden aus dem erforderlichen Wert des Betrags der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche gemäß der folgenden Gleichung (29). ↑Δq1 = Jc–1·↑Xc (29)
  • Somit wird, wenn der erforderliche Wert der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt als der erforderliche Manipulationsbetrag zum Regeln/Steuern der gesamten Bodenreaktionskraft, welche auf das mobile Objekt 101 in einem zufälligen Bewegungszustand des mobilen Objekt 101 wirkt, die Jacobimatrix Jc der repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichung (27) berechnet, und die pseudo-inverse Matrix Jc–1 von Jc wird bestimmt. Der Verlagerungsbetragsvektor ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem erforderlichen Wert ↑ΔFMt entspricht, wird dann gemäß der Gleichung (28) berechnet. Aus ↑Xc und Jc–1 kann der Betrag an Korrektur des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, um den gewünschten Wert der Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt zu erreichen, gemäß der Gleichung (29) bestimmt werden.
  • Somit kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk insgesamt bestimmt werden, ohne den Betrag an Korrektur der Beziehung und der Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied 103_i einzeln zu bestimmen.
  • Das Obige beschreibt einen ersten technischen Gegenstand, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert.
  • Als nächstes sei angenommen, dass der erforderliche Wert der Störung-Gesamt-Bodenreaktionskraft ↑ΔFMt derart bestimmt ist, dass die Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft folgt, um die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 101 zu erreichen. Es wird vorliegend angenommen, dass der erforderliche Wert von ↑ΔFMt durch Integration eines Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft oder durch Kombinieren wenigstens eines Integralausdrucks, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird, und eines Proportionalaudrucks, welcher zum Fehler proportional ist, bestimmt wird.
  • Das Integral (nachfolgend durch ↑ΔFMt_int bezeichnet) des Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft bezieht sich auf eine Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und der Stellung der vermeintlichen Bodenfläche, die in der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts 101 angenommen wird, und der Position und Stellung der aktuellen Bodenfläche. Dies deutet darauf hin, dass ↑Xc, welcher durch Konvertieren des Integrals ↑ΔFMt_int des Fehlers gemäß der Gleichung (28) berechnet wird, d. h. ↑Xc_int, welcher aus ↑ΔFMt_int gemäß der folgenden Gleichung (28-1) berechnet wird, der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche entspricht.
  • Figure DE102012208905B4_0009
  • In der Gleichung (28-1) sind eine Komponente des Translationsverlagerungsbetrags und eine Komponente des Rotationsverlagerungsbetrags des ↑Xc_int durch ↑Xc_org_int und ↑Xc_rot_int bezeichnet, und eine translatorische Kraftkomponente und eine Momentkomponente von ↑ΔFMt_int sind durch ↑ΔFt_int bzw. ↑ΔMt_int bezeichnet.
  • Somit kann die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche geschätzt werden, indem die Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche durch ↑Xc_int korrigiert wird.
  • Das Obige beschreibt eine zweite technische Materie, auf welcher die vorliegende Erfindung basiert.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung (Erfindung, welche sich auf ein mobiles Objekt bezieht, welches dazu in der Lage ist sich auf einer Grundfläche zu bewegen) auf Grundlage der obigen Beschreibung.
  • Die vorliegende Erfindung ist eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts, welche eine Bewegung-Regelung/Steuerung eines mobilen Objekts durchführt, gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und welches sich auf einer Bodenfläche bewegt, durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, um einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft gemäß einem Fehler zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag ein erforderlicher Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher zusätzlich auf das mobile Objekt derart anzuwenden ist, dass der Fehler sich Null nähert; ein repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, um aus dem bestimmten erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu bestimmen, welche dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft entspricht, basieren auf der Annahme, dass der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei diese repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, welche für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, um eine Jacobimatrix Jc der repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer Relativposition eines Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft und einer Bodenreaktionskraft, welche auf jedes Beinglied wirkt, zu bestimmen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, welche eine Relation zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts sind, wobei die Beinglied-Jacombimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines distalen Endes des Beinglieds oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, und wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, um einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc überstimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren; und ein Gelenkverlagerung-Regelung-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu korrigieren, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten wurde, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist (erste Erfindung).
  • Die Gleichung (27) und die Bedeutungen der Variablen der Gleichung (27) sind wie folgt.
    Figure DE102012208905B4_0010
    wobei
    Jc die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist,
    i eine Identifikationszahl eines Beinglieds ist,
    N eine Gesamtanzahl von Beingliedern ist,
    r_i ein Gewichtungskoeffizient eines i-ten Beinglieds ist, welcher durch die folgende Gleichung bestimmt wird (27-1).
    Figure DE102012208905B4_0011
    Fn_i eine Normalkraftkomponente einer Bodenreaktionskraft ist, welche auf das i-te Beinglied wirkt,
    A_i eine Matrix ist, welche durch folgende Gleichung definiert ist (27-2),
    Figure DE102012208905B4_0012
    Rk eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (27-3), Rk ≡ Kc_rot–1·Kc_org (27-3)
    Kc_org eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Translationsverlagerung der Position der repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    Kc_rot eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Rotationsverlagerung der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    VV_i eine Matrix ist, so dass VV_i·↑F_i = ↑V_i×↑F_i,
    ↑F_i ein Bodenreaktionskraftvektor ist, welcher auf das i-te Beinglied wirkt,
    ↑V_i ein Positionsvektor eines Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft eines distalen Endes des i-ten Beinglieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, und
    J_i eine Beinglied-Jacobimatrix des i-ten Beinglieds ist.
  • Zu beachten ist, dass in der vorliegenden Erfindung „Bodenfläche” nicht auf eine gewöhnlichen Innenraumbodenfläche beschränkt ist, sondern kann auch eine Landfläche oder eine Straßenfläche im Freien sein.
  • Gemäß der ersten Erfindung bestimmt das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement den erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, durch welchen der Fehler zwischen dem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft (nachfolgend auch als eine tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft bezeichnet), welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft sich Null nähert. Das heißt, der Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag wird als ein Rückmeldung-Manipulationsbetrag (Regelungs-/Steuerungseingabe) bestimmt, durch welchen die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt. Die Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht dem erforderlichen Betrag der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt.
  • Beispielsweise kann die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft in der vorliegenden Erfindung derart generiert werden, um eine kinetische Beziehung eines angemessenen kinetischen Modells für die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts auf einer vermeintlichen Bodenfläche als ein Modell der tatsächlichen Bodenfläche zu erfüllen.
  • Alternativ kann die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ein Ergebnis einer Korrektur einer Referenz-Gesamtbodenreaktionskraft entsprechen, welche derart erzeugt wird, um die kinetische Beziehung der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts zu erfüllen, gemäß einem Fehler zwischen einem gewünschten Wert und einem tatsächlichen Wert (beobachteten Wert) einer vorbestimmten Zustandsquantität, welche sich auf die Bewegung des mobilen Objekts bezieht (Zustandsquantität wie beispielsweise eine Position eines spezifischen Teils (z. B. Körper) oder ein Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts, eine Stellung eines spezifischen Teils (z. B. Körper) des mobilen Objekts oder eine Änderungsrate einer derartigen Position oder Stellung), so dass der Fehler sich Null nähert.
  • Das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Bestimmungselement berechnet dann den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, entsprechend dem bestimmten erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft.
  • Somit wird der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft als der Rückmeldung-Manipulationsbetrag (Regelungs-/Steuerungseingabe), durch welcher die tatsächliche Bodenreaktionskraft der gewünschten Bodenreaktionskraft folgt, zu dem erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche als eine einzelne virtuelle Fläche umgewandelt.
  • Vorliegend entspricht der Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche dem Betrag der Translations-/Rotationsverlagerung der Feder ↑Xc. ↑Xc weist die Beziehung der Gleichung (23) auf, welche durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc dargestellt ist, mit dem Änderungsbetrag ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit.
  • Dementsprechend kann durch Multiplizieren des erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft entspricht, mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc (d. h. gemäß der Gleichung (29)) der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag des mobilen Objekts zum Realisieren des erforderlichen Verlagerungsbetrags (und Realisieren des erforderlichen Korrekturbetrags der Gesamtbodenreaktionskraft) bestimmt werden.
  • Somit berechnet in der vorliegenden Erfindung das Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc. Die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc wird gemäß der Gleichung (27) aus jeder Jacobimatrix J_i (i = 1, 2, ..., N) von jedem Beinglied berechnet, welche die Jacobimatrix ist, die die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position des distalen Endes von jedem Beinglied oder der zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors, der Federkonstante, der relativen Position des Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft des distalen Endes von jedem Beinglied relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft, als ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und dem Wert der Bodenreaktionskraft, welche auf jedes Beinglied tatsächlich wirkt.
  • Beispielsweise können der Wert der Bodenreaktionskraft, welche auf jedes Beinglied tatsächlich wirkt, die Position des Wirkpunkts der Bodenreaktionskraft und die Position des Wirkpunkts der Gesamtbodenreaktionskraft, welche für die Berechnung für die Gleichung (27) verwendet werden, beobachtete Werte sein, welche durch Messungen durch einen in dem mobilen Objekts angebrachten Sensor oder dergleichen erhalten werden. Alternativ können der Wert der Bodenreaktionskraft und die Positionen des Wirkpunkts angemessen geschätzt oder vorhergesagt werden, basierend auf der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, einem angemessenen Modell, und dergleichen, solange die tatsächlichen Werte akkurat approximiert werden können.
  • Bezüglich der Beinglied-Jacobimatrix in der vorliegenden Erfindung kann jedes Beinglied ein Beinglied einer Struktur, in welcher der Bodenreaktionskraftmoment, welcher auf das distale Ende des Beinglieds wirkt (Bodenreaktionskraftmoment um den Wirkpunkt auf der Grundfläche des distalen Endes) zu einem Zustand verändert werden kann, in welchem das distale Ende aufgesetzt ist (z. B. ein Beinglied, dessen distalen Ende aus einem Fuß besteht, welcher in seiner Stellung durch einen Aktuator verändert werden kann, und welcher mit der Bodenfläche in einem Flächenkontaktzustand in Kontakt steht) und ein Beinglied einer Struktur sein, in welcher der Bodenreaktionskraftmoment, welcher auf das distale Ende wirkt, nicht verändert werden kann (z. B. ein Beinglied, dessen distalen Ende mit der Bodenfläche in einem Punktkontaktzustand in Kontakt steht).
  • Im Falle, dass jedes Beinglied eine Struktur aufweist, in welcher das Bodenreaktionskraftmoment an dem distalen Ende verändert werden kann, ist die Beinglied-Jacobimatrix eine Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert.
  • In dem Fall, dass jedes Beinglied die Struktur aufweist, in welcher das Bodenreaktionskraftmoment an dem distalen Ende nicht verändert werden kann, ist die Beinglied-Jacobimatrix andererseits eine Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert.
  • Diese Beinglied-Jacobimatrixen können durch eine bekannte Methode basierend auf dem beobachteten Wert des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts berechnet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung bestimmt das Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement den Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatric Jc, welche wie oben beschrieben berechnet ist. Als ein Ergebnis wird der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zum Realisieren des erforderlichen Korrekturbetrags der Gesamtbodenreaktionskraft bestimmt.
  • Das Gelenkverlagerung-Regelung-Steuerungselement regelt/steuert dann den Gelenkaktuator gemäß dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher durch Korrigieren des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags, welcher der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, der durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekt definiert ist, durch den Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag, welcher wie oben beschrieben bestimmt wird.
  • Somit wird der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts derart geregelt/gesteuert, dass die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, wodurch Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung erreicht wird.
  • Gemäß der ersten Erfindung wird der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag zu dem erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche umgewandelt. Der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts wird dann gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag berechnet. Somit ist es möglich, den Betrag an Korrektur (Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag) des Verlagerungsbetrages von jedem Gelenk des mobilen Objekts insgesamt zu bestimmen, so dass die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne ein Prozess des Bestimmens des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied in Bezug auf die Beziehung zwischen der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem einzelnen Beinglied unter Änderung der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft oder der Zwischenbeziehung zwischen den Faktoren, auszuführen. Als ein Ergebnis kann der Prozess des Bestimmens des Gelenkverlagerung-Korrekturbetrags in kurzer Zeit effizient durchgeführt werden.
  • Vorliegend wird der Gewichtungskoeffizient r_i von jedem Beinglied in der Gleichung (27) derart eingestellt, dass das Beinglied, dessen Normalkraftkomponente der Bodenreaktionskraft größer ist, einen größeren Gewichtungskoeffizient (näher an „1”) aufweist. Dies bedeutet, dass der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft durch jedes Beinglied derart geteilt wird, dass das Beinglied, dessen Normalkraftkomponente der Bodenreaktionskraft größer ist, einen größeren Korrekturbetrag aufweist. Dementsprechend ist es möglich, einen derartigen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zu bestimmen, der den erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft sicherstellt, ohne die Position oder Stellung des distalen Endes eines Beinglieds unnötig zu korrigieren, dessen Normalkraftkomponente der Bodenreaktionskraft relativ klein ist.
  • Zusätzlich weist die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc, da der Gewichtungskoeffizient r_i von jedem Beinglied sich kontinuierlich ändert, keine diskontinuierliche Veränderung auf. Als ein Ergebnis kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts kontinuierlich gleichmäßig verändert werden. Dies ermöglicht dem mobilen Objekt sich gleichmäßig zu bewegen.
  • Daher ist es gemäß der ersten Erfindung möglich, eine angemessene Bewegung-Regelung/Steuerung des mobilen Objekts durchzuführen, so dass die Gesamtbodenreaktionskraft, welche auf das mobile Objekt tatsächlich wirkt, der gewünschten Gesamtbodenreaktion folgt, ohne dass ein Prozess zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied aus der gewünschten Bewegung benötigt wird.
  • Beispielsweise kann in der ersten Erfindung der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, ein zum Fehler proportionaler Wert, ein integral des Fehlers oder dergleichen sein.
  • Vorzugsweise ist der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt ist, eine Gesamtsumme eines Proportionalausdrucks, welcher dem Fehler proportional ist und eines Integralausdrucks, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird (zweite Erfindung).
  • Der Fehler zwischen dem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft umfasst einen zeitlichen Fehler, welcher durch lokale Unebenheiten der tatsächlichen Bodenfläche oder dergleichen verursacht wird, welcher nicht in der vermeintlichen Bodenfläche erhalten ist, die nach dem Erzeugen der gewünschten Bewegung vermutet wird, und ein Gleichgewichtszustandsfehler, welcher durch eine Gleichgewichtszustandsabweichung der gesamten Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche von der vermeintlichen Bodenfläche verursacht ist. Gemäß der zweiten Erfindung ist es möglich den zeitlichen Fehler durch den Proportionalausdruck und den Gleichgewichtszustandsfehler durch den Integralausdruck auszugleichen.
  • Das Integral des Fehlers entspricht dem Gleichgewichtszustandsfehler zwischen der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche, auf welcher sich das mobile Objekt bewegt, und der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche. Dadurch kann eine Funktion zum Schätzen der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche zu der ersten Erfindung hinzugefügt werden.
  • Im Einzelnen ist der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, ein Wert, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird, und die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst ferner ein Bodenfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche zu schätzen, durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet ist, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung angenommen wird (dritte Erfindung).
  • Alternativ ist der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, ein Wert, welcher durch Kombinieren von wenigstens einem dem Fehler proportionalen Proportionalausdruck und einem Integralausdruck, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird, erhalten wird, und die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst ferner: ein Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtzustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, einen Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtzustand-Verlagerungsbetrag aus dem Integralausdruck in dem Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag und der Federkonstanten der Repräsentative-Kontaktfläche zu berechnen, wobei der Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche entsprechend dem Integralausdruck ist; und ein Bodenfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche zu schätzen, durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag der durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wurde, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutlich liegt (vierte Erfindung).
  • Es sei angemerkt, dass die Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche oder der tatsächlichen Bodenfläche die Position und Stellung der Bodenfläche in oder nahe der Grundfläche des distalen Endes von jedem Beinglied des mobilen Objekts sind.
  • Beispielsweise kann in der vierten Erfindung der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft bestimmt werden, indem nur der Proportionalausdruck und der Integralausdruck kombiniert werden. Alternativ kann der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft bestimmt werden, indem nicht nur der Proportionalausdruck und der Integralausdruck kombiniert werden, sondern auch einen anderen Ausdruck, wie beispielsweise einen Ableitungsausdruck.
  • Gemäß der dritten Erfindung ist in einem Zustand, in welchem Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung auf das mobile Objekt wie oben beschrieben durchführt wird, der erforderliche Betrag der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, das Integral (Integralausdruck) des Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft. Daher entspricht der erforderliche Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welche durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement aus dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft und der Federkonstante berechnet wird, der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche, welche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung angenommen wird, und der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche. Das heißt, der erforderliche Verlagerungsbetrag entspricht ↑Xc_int in der Gleichung (28-1).
  • Gemäß der vierten Erfindung gilt, dass der Verlagerungsbetrag (Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welcher unter Verwendung des Integralausdrucks anstelle des erforderlichen Korrekturbetrags der Gesamtbodenreaktionskraft berechnet wird), der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, der durch dieselbe Berechnung als das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement aus der Federkonstante und dem Integralausdruck des erforderlichen Korrekturbetrags der Gesamtbodenreaktionskraft, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt ist, berechnet wird, der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche, nämlich ↑Xc_int in der Gleichung (28-1), entspricht.
  • Somit werden in der dritten Erfindung die Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche, welche durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrag korrigiert werden, als die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche geschätzt.
  • Mittlerweile berechnet in der vierten Erfindung das Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement den Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag, welcher der Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche ist, welcher dem Integralausdruck entspricht, aus der Federkonstante der repräsentativen Kontaktfläche und dem Integralausdruck des erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft. Die Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche, welche durch den durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag korrigiert werden, werden anschließend als die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche geschätzt.
  • Somit ist es gemäß der dritten und vierten Erfindung möglich, die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche zu schätzen. Da der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, welcher den erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft sicherstellt, bestimmt werden kann, um die Bewegung des mobilen Objekts durch die oben genannte Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung zu regeln/steuern, entsprechen jeder von dem erforderlichen Verlagerungsbetrage in der dritten Erfindung und dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag in der vierten Erfindung in zuverlässiger Weise der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche.
  • Somit können gemäß der dritten und vierten Erfindung nicht nur die gleichen vorteilhaften Effekte der ersten Erfindung erhalten werden, sondern auch die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenreaktionskraft kann akkurat bestimmt werden.
  • Somit ist es gemäß der dritten und vierten Erfindung möglich die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts in angemessener Weise zu schätzen, während eine Bewegungsregelung/Steuerung des mobilen Objekts entsprechend durchgeführt wird, so dass die Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne dass ein Prozess zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied aus der gewünschten Bewegung nötig ist.
  • Darüber hinaus ist in der vierten Erfindung der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft die Kombination von wenigstens dem Proportionalausdruck und dem Integralausdruck, so dass die gleichen vorteilhaften Effekte wie in der zweiten Erfindung erhalten werden können.
  • In der ersten bis vierten Erfindung kann die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc durch ein bekanntes Verfahren entsprechend berechnet werden.
  • Vorzugsweise ist die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Matrix, welche gemäß der folgenden Gleichung (30) aus einer vorher gesetzten Gewichtungsmatrix W und der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts ferner ein Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement umfasst, welches konfiguriert ist, um einen Wert von k (reelle Zahl) in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, das eine Determinante DET, welche durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückt ist, gleich einem vorbestimmten positiven Schwellenwert oder mehr ist, Jc–1 = W–1·JcT·(Jc·W–1·JcT + k·l)–1 (30) DET = det(Jc·W–1·JcT+ k·l) (31) wobei W die vorher gesetzte Gewichtungsmatrix ist, welche eine Diagonalmatrix ist und wobei das Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: ein Prozess wiederholend auszuführen zum Einstellen eines vorläufigen Wertes für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Werts von einem vorbestimmten Initialwert aus, zum Berechnen der Determinante DET mittels des eingestellten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante gleich dem oder mehr der vorbestimmte Schwellenwert ist, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall, dass ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k zu bestimmen, welcher zur Berechnung der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und in dem Falle, dass das Resultat der Bestimmung unwahr ist, ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k auf einen Wert zu setzen, welcher zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, welche unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement berechnet wurde, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist (fünfte Erfindung).
  • In der Gleichung (30) ist l eine Einheitsmatrix. Die Gewichtungskoeffizientenmatrix W passt für jedes Gelenk das Ausmaß an Korrektur des Verlagerungsbetrags des Gelenks an, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren, unter Betrachtung von, beispielsweise einer Ansprechempfindlichkeit einer Veränderung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche auf eine Veränderung des Verlagerungsbetrags des Gelenks. Die Gewichtungskoeffizientenmatrix W kann eine Einheitsmatrix sein.
  • Im Übrigen ist k ein Einstellungsparameter zum Verhindern, dass die Determinante der Matrix innerhalb der Klammern der rechten Seite der Gleichung (30), d. h. die in der Gleichung (31) gezeigte Determinante DET, übermäßig klein in der Größenordnung wird, und ist eine reelle Zahl gleich Null oder größer. Im Wesentlichen kann die pseudo-inverse Matrix Jc–1 gemäß der Gleichung (30), wenn der Einstellungsparameter k = 0 ist, berechnet werden.
  • In einem solchen Fall besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Größenordnung der Determinante DET übermäßig klein wird (nahe an Null). Wenn dies auftritt, divergiert die inverse Matrix der Matrix innerhalb der Klammern auf der rechten Seite der Gleichung (30), wodurch es unmöglich wird, die entsprechende pseudo-inverse Matrix Jc–1 zu bestimmen. Um dies zu verhindern, wird eine Matrix, welche durch Multiplizieren der Einheitsmatrix l mit k erhalten wird, zu dem ersten Ausdruck innerhalb der Klammern der rechten Seite der Gleichung (30) addiert.
  • Der entsprechende Einstellungsparameter k zum Verhindern, dass die Größenordnung der Determinante DET übermäßig klein wird, ändert sich mit Jc. Darüber hinaus ändert sich die Größenordnung der Determinanten DET mit der Änderung von k nicht linear.
  • Dementsprechend führt in der fünften Erfindung das Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement eine versuchsweise Bestimmung von k durch, so dass der Absolutwert der Determinanten DET gleich dem oder mehr als der vorbestimmte Schwellenwert ist (nicht übermäßig klein).
  • Im Einzelnen wird der Prozess des Einstellens eines vorläufigen Wertes für k durch schrittweises Erhöhen von einem vorbestimmten Initialwert aus, des Berechnens der Determinante DET unter Verwendung des gesetzten vorläufigen Wertes und des Bestimmens, ob der absolute Wert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wiederholt durchgeführt, und der vorläufige Wert für k wird, im Falle, dass das Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert von k bestimmt, welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird.
  • Bei diesem Verfahren besteht, falls das Inkrement des vorläufigen Wertes für k fest ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es lange dauert, um eventuell den Wert für k zu bestimmen, oder dass der Wert für k, welcher in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts bestimmt wird, häufig variiert. Dies neigt dazu, eine diskontinuierliche Änderung der berechneten pseudo-inversen Matrix Jc–1 zu verursachen.
  • Andererseits ändert sich, gemäß der Feststellungen des Erfinders der vorliegenden Anmeldung, die Determinante DET proportional zur n-ten Potenz für k, wobei n die Ordnung von Jc·W–1·JcT ist.
  • In der fünften Erfindung wird in Anbetracht des Obigen, das Inkrement des vorläufigen Wertes für k im Falle, dass das Ergebnis der Bestimmung unwahr ist, auf einen Wert gesetzt, welcher proportional ist zur n-ten Wurzel (n ist die Ordnung von Jc·W–1·JcT) des Absolutwertes des Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, welche unter Verwendung des vorläufigen Werts vor dem Erhöhen durch das Inkrement berechnet wird, und dem vorbestimmten Schwellenwert, in dem Verfahren des Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselements.
  • Somit kann gemäß der fünften Erfindung der entsprechende Wert für k (der Wert für k, so dass der Absolutwert der DET gleich dem oder mehr als der vorbestimmte Schwellenwert ist), welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 verwendet wird, in einer kurzen Zeit in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts effizient bestimmt werden, und auch die pseudo-inverse Matrix Jc–1 kann glatt geändert werden. Dies erlaubt, den Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag derart zu bestimmen, dass der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts glatt geändert wird.
  • Darüber hinaus ermöglicht die Gewichtungskoeffizientenmatrix W gemäß der fünften Erfindung, für jedes Gelenk das Ausmaß an Korrektur des Verlagerungsbetrags des Gelenks einzustellen, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren, unter Berücksichtigung beispielsweise einer Ansprechempfindlichkeit einer Änderung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche auf eine Änderung des Verlagerungsbetrags des Gelenks.
  • Die vorliegende Erfindung kann als eine Bodenfläche-Schäzvorrichtung realisiert werden, da die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche, wie in Bezug auf die dritte oder vierte Erfindung beschrieben, geschätzt werden kann.
  • Die Bodenschätz-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bodenschätz-Vorrichtung, welche eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche schätzt, auf welcher sich ein mobiles Objekt bewegt, in einer Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objektes, welche eine Bewegungsregelung-/steuerung des mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und wobei das mobile Objekt sich auf der Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, als einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ein Ergebnis einer Integration eines Fehlers zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, wobei der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ein Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher zusätzlich auf das mobile Objekt derart anzuwenden ist, so dass der Fehler sich Null nähert; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, um aus dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft entspricht, basieren auf der Annahme zu bestimmen, dass der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, welche für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, um eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer relativen Position eines Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft und einer Bodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf jedes Beinglied wirkt, zu bestimmen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten die Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts sind, wobei die Beinglied-Jacombimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position des distalen Endes von jedem Beinglied oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors ist, wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, um einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts, zum Realisieren des erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche ist; und ein Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu korrigieren, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist, wobei die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche durch Korrektur einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag geschätzt werden, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellungs-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine in der gewünschten Bewegung angenommene Bodenfläche ist (sechste Erfindung).
  • Alternativ ist die Bodenfläche-Schätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bodenfläche-Schätzvorrichtung, welche eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche schätzt, auf welcher ein mobiles Objekt sich bewegt, in einer Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts, welche eine Bewegungsregelungs-/steuerung des mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und sich auf der Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, welcher ein Korrekturbetrag einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, der zusätzlich auf das mobile Objekt anzuwenden ist, so dass ein Fehler zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft sich Null nähert, durch Kombinieren von wenigstens einem Proportionalausdruck, welcher proportional zu dem Fehler ist, und einem Integralausdruck, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu bestimmen, entsprechend dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft, basierend auf einer Annahme, dass der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei diese repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer relativen Position eines Mittelpunkts einer tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt einer Gesamtbodenreaktionskraft, und einer Bodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf jedes Beinglied wirkt, zu bestimmen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, wobei die Beinglied-Jacobimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines distalen Endes des Beinglieds oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, und wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den gewünschten Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren; ein Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten ist, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist; und ein Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, einen Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag aus dem Integralausdruck in dem erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft und der Federkonstante der repräsentativen Kontaktfläche zu berechnen, wobei der Repräsentative-Kontaktfläche-Glechgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche ist, welcher dem Integralausdruck entspricht, wodurch die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche durch Korrektur einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem Repräsentative-Kontaktfläche-Glechgewichtszustand-Verlagerungsbetrag geschätzt werden, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Glechgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine in der gewünschten Bewegung angenommene Bodenfläche ist (siebte Erfindung).
  • Gemäß der sechsten und siebten Erfindung werden die gleichen vorteilhaften Aspekte wie mit der dritten bzw. vierten Erfindung erhalten. Das heißt, es ist möglich, angemessene Bewegung-Regelung/Steuerung (die oben erwähnte Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung) des mobilen Objekts derart durchzuführen, dass die Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne dass ein Prozess erforderlich ist, um den Betrag an Korrektur an Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied aus der gewünschten Bewegung zu bestimmen.
  • Da der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, welcher den erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft sicherstellt, durch Regelung/Steuerung der Bewegung des mobilen Objekts durch die oben erwähnte Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung bestimmt werden kann, entspricht jeweils der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft in der sechsten Erfindung, und der Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag in der siebten Erfindung zuverlässig der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche. Daher kann die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche akkurat geschätzt werden.
  • Daher ist es möglich gemäß der sechsten und siebten Erfindung, die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts entsprechend zu schätzen, während eine angemessene Bewegungsregelung/-steuerung des mobilen Objekts derart durchgeführt wird, dass die Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, ohne dass ein Prozess nötig ist, zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied aus der gewünschten Bewegung.
  • Darüber hinaus ist in der siebten Erfindung der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft die Kombination von wenigstens dem Proportionalausdruck und dem Integralausdruck und somit kann der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, durch welchen die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft folgt, bestimmt werden, indem nicht nur für den Einfluss des Gleichgewichtszustandsfehlers der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche von der tatsächlichen Bodenfläche kompensiert wird, sondern auch der Einfluss des zeitlichen Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, welche durch die lokalen Unebenheiten der tatsächlichen Bodenfläche oder dergleichen verursacht ist, welche in der vermeintlichen Bodenfläche nicht enthalten sind.
  • In der sechsten und siebten Erfindung ist es wünschenswert, die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix durch das gleiche Verfahren wie in der fünften Erfindung zu bestimmen.
  • In der sechsten Erfindung ist es wünschenswert, dass die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Matrix ist, welche gemäß der Gleichung (30) aus einer Gewichtungsmatrix W, welche vorher gesetzt wurde, und der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung ferner ein Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement umfasst, welches konfiguriert ist, einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, welche durch die Gleichung (31) ausgedrückt ist, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, und wobei das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: einen Prozess zum Einstellen eines vorläufigen Wertes für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes von einem vorbestimmten Initialwert aus, zum Berechnen der Determinante DET unter Verwendung des eingestellten vorläufigen Wertes, und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, wiederholend durchzuführen, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall zu bestimmen, in welchem ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k, welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k in dem Fall, in welchem das Ergebnis der Bestimmung unwahr ist, auf einen Wert zu setzten, welcher proportional zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, welcher unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrementieren berechnet wurde, und dem vorbestimmten Schwellenwert ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist (achte Erfindung).
  • Das Gleiche gilt für die siebte Erfindung (neunte Erfindung).
  • Gemäß der achten und neunten Erfindung können die gleichen vorteilhaften Effekte wie mit der fünften Erfindung erreicht werden. Das heißt, der entsprechende Wert für k (der Wert für k, so dass der Absolutwert von DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist), welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 benutzt wird, kann in kurzer Zeit in jedem Regelungs-/Steuerungzyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts effizient bestimmt werden und auch die pseudo-inverse Matrix Jc–1 kann gleichmäßig geändert werden. Dies ermöglicht, dass der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag derart bestimmt wird, dass der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts gleichmäßig verändert wird.
  • Darüber hinaus ermöglicht die Gewichtungskoeffizientenmatrix W, dass für jedes Gelenk das Ausmaß an Korrektur des Verlagerungsbetrags des Gelenks, zum Erzielen des erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche eingestellt wird, unter Betrachtung von beispielsweise der Sensitivität der Änderung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu einer Änderung des Verlagerungsbetrags des Gelenks.
  • Die erste Erfindung und die dazugehörige zweite bis neunte Erfindung sind jede eine Erfindung, welche eine Situation betrifft, in welcher das mobile Objekt eine Reaktionskraft nur von einer externen Bodenfläche empfängt (im Einzelnen, eine Situation, in welcher der größte Teil der oder die gesamte externe Kraft, welche auf das mobile Objekt wirkt, und von der Schwerkraft verschieden ist, eine Reaktionskraft von einer Bodenfläche ist, auf welcher das mobile Objekt aufgesetzt ist (d. h. mit welcher das mobile Objekt in Kontakt steht)). Jedoch kann die Technik der ersten Erfindung auch in einer Situation ausführlich angewendet werden, in welcher das mobile Objekt mit einer Mehrzahl von Kontaktzielflächen (eine Bodenfläche, eine Wandfläche etc.) in Kontakt steht und eine Reaktionskraft von der Mehrzahl von Kontaktzielflächen empfängt.
  • Um diese erweiterte Technik der Erfindung zu illustrieren, werden weiter unten allgemeine Konzepte der technischen Materie, auf welche diese erweiterte Technik basiert, erklärt.
  • Wie in 9 gezeigt, wird ein mobiles Objekt 201, welches eine Mehrzahl von beweglichen Gliedern 203 aufweist, die zu einem Körper 202 verbunden sind, angenommen. Jedes bewegliche Glied 203 des mobilen Objekts 201 weist eine Mehrzahl von Gelenken auf. Eine Verlagerung von diesen Gelenken ermöglicht jedem beweglichen Glied 203 sich räumlich zu bewegen. Jedes Gelenk ist ein Rotationsgelenk oder ein Prismengelenk.
  • Es wird angenommen, dass in einem zufälligen Bewegungszustand des mobilen Objekts 201 distale Enden von m(i) (m(i) ≥ 1) beweglichen Gliedern 203 (203_1 bis 203 m(i)) aus den beweglichen Gliedern 203 des mobilen Objekts 201 mit einer i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen, welche eine Kontaktzielfläche ist, die in einer mobilen Umgebung des mobilen Objekts 201 existiert, und dass das mobile Objekt 201 eine Kontaktkraft als ein Reaktionskraft von der i-ten Kontaktzielfläche über die beweglichen Glieder 201_1 bis 203 m(i) empfängt. In der folgenden Beschreibung wird jedes der beweglichen Glieder 203_1 bis 203 m(i) allgemein als ein j-tes bewegliches Glied 203_j (j = 1, 2, ..., m(i)) oder ein bewegliches Glied 203_j bezeichnet.
  • Eine Gesamtkontaktkraft (Vektor), welche eine Kontaktkraft ist, die insgesamt auf das mobile Objekt 201 von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, ist durch ↑FMt(i) bezeichnet, eine Gesamttranslationskontaktkraft, welche ein Translationskraftvektor von ↑FMt(i) ist, durch ↑Ft(i) bezeichnet und ein Gesamtkontaktkraftmoment, welches ein Momentvektor von ↑FMt(i) ist durch ↑Mt(i) bezeichnet.
  • Vorliegend wird die gesamte translatorische Kontaktkraft ↑Ft(i) und der Gesamtkontaktkraftmoment ↑Mt(i) jeweils ein dreikomponentiger Spaltenvektor in einem Inertialkoordinatensystem (Koordinatensystem, welches bezüglich des Bodens, der Wand oder dgl. der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 201 fest ist) dargestellt. Die i-te Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) wird als ein sechskomponentiger Spaltenvektor (= [↑ΔFt(i), ↑ΔMt(i)]T) ausgedrückt, welcher durch Anordnen von Komponenten ↑Ft(i) und ↑Mt(i) gebildet ist. Ein Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) ist ein Punkt an der i-ten Kontaktzielfläche.
  • Als das intertiale Koordinatensystem zum Darstellen der Translationskraft des Moments, der Position, der Stellung und dgl. wird beispielsweise ein dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem, dessen X-Achse eine dessen X-Achse eine Horizontalachse in einer Vorne-Hinten-Richtung des mobilen Objekts 201 ist, dessen Z-Achse eine vertikale Richtung des mobilen Objekts 201 ist und dessen Y-Achse eine Richtung ist (Rechts-Links-Richtung des mobilen Objekts 201), die zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonal ist, wie in 1 gezeigt. Vorliegend können die Vorne-Hinten-Richtung und die Rechts-Links-Richtung des mobilen Objekts 201 beliebig definiert werden.
  • Eine Kontaktkraft (nachfolgend als eine Kontaktkraft eines beweglichen Glieds bezeichnet), welche auf das j-te bewegliche Glied 203_j (j = 1, 2, ..., m(i)) von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, ist durch ↑FM(i)_j bezeichnet, eine Translationskontaktkraft, welche ein Translationskraftvektor von ↑FM(i)_j ist, ist durch ↑F(i)_j und ein Kontaktkraftmoment, welcher ein Momentvektor von ↑FM(i)_j ist, ist durch ↑M(i)_j bezeichnet.
  • Vorliegend werden die Translationskontaktkraft ↑F(i)_j und das Kontaktkraftmoment ↑M(i)_j jeweils als ein dreikomponentiger Spaltenvektor in dem Inertialkoordinatensystem, wie im Falle der i-ten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i), ausgedrückt. Die Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j wird als eine sechskomponentiger Spaltenvektor (= [↑F(i)_j, ↑M(i)_j]T) ausgedrückt, welcher durch Anordnung der Komponenten ↑F(i)_j und ↑M(i)_j gebildet ist. Ein Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j ist ein Wirkpunkt auf der i-ten Kontaktzielfläche, innerhalb einer Kontaktfläche zwischen dem j-ten beweglichen Glied 203_j und der i-ten Kontaktzielfläche.
  • Eine Beziehung zwischen der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) (nachfolgend auch als eine i-te Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) bezeichnet) und der Kontaktkraft des beweglichen Gelenks ↑FM(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) ist üblicherweise durch die folgende Gleichung (51) angegeben.
    Figure DE102012208905B4_0013
    AA(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) eine Matrix ist, die definiert ist durch
    Figure DE102012208905B4_0014
    VV(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) eine Matrix ist, so dass VV(i)_j·↑F(i)_j = ↑V(i)_j × ↑F(i)_j, and ↑V(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) ist ein Positionsvektor des Angriffspunkts P(i)_j der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j relativ zum Angriffspunkt Pt(i) der i-ten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i).
  • In der Wobei-Klausel der Gleichung (51) sind die Komponenten „l” und „0” der Matrix AA(i)_j eine Einheitsmatrix bzw. eine Nullmatrix, und „x” ist ein arithmetisches Zeichen, welches ein Außenprodukt (Vektorprodukt) repräsentiert.
  • Die Gleichung (51) ist eine Gleichung, welche durch Erweitern der Gleichung (1) für jede von der Mehrzahl von Kontaktzielflächen erhalten ist. In dem Fall, in welchem die i-te Kontaktzielfläche eine Bodenfläche ist und m(i) = N ist die Gleichung (51) mit der Gleichung (1) äquivalent.
  • Vorliegend wird angenommen, dass eine Kontaktkraft ↑ΔFM(i)_j (= [↑ΔF(i)_j, ↑ΔM(i)_j]T) für Störung dem Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft des i-ten beweglichen Link-Kontaktkraft ↑FM(i)_j addiert wird, wodurch eine Kontaktkraft ↑ΔFMt(i) (= [↑ΔFt(i), ↑ΔMt(i)]T) für Störung zu dem Wirkpunkt Pt(i) der i-ten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) addiert wird. Es sei angemerkt, dass das Addieren der Kontaktkraft ↑ΔFM(i)_j für Störung zu dem Wirkpunkt P(i)_j bedeutet, dass die Kontaktkraft, welche an dem Wirkpunkt P(i)_j wirkt, von ↑FM(i)_j zu ↑FM(i)_j + ↑ΔFM(i)_j verändert wird. Gleichermaßen bedeutet das Addieren der Kontaktkraft ↑ΔFMt(i) für Störung zu dem Wirkpunkt Pt(i), dass die Gesamtkontaktkraft, welche an dem Wirkpunkt Pt(i) wirkt von ↑FMt(i) zu ↑FMt(i) + ↑ΔFMt(i) verändert wird.
  • Nachfolgend wird ↑ΔFM(i)_j als die Störung-Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds bezeichnet und ein Translationskraftvektor ↑ΔF(i)_j und ein Momentvektor ↑ΔM(i)_j von ↑ΔFM(i)_j werden jeweils als die Störung-Translationskontaktkraft und einen Störung-Kontaktkraftmoment des j-ten beweglichen Glieds bezeichnet. Darüber hinaus wird ↑ΔFMt(i) als eine i-te Störung-Gesamtkonaktkraft (oder eine Störung-Gesamtkontaktkraft) bezeichnet, und ein Translationskraftvektor ↑ΔFt(i) und ein Momentvektor ↑ΔMt(i) von ↑ΔFMt(i) werden jeweils als eine Störung der gesamten i-ten translatorischen Kontaktkraft (oder eine Störung der gesamten translatorischen Kontaktkraft) und als eine Störung des i-ten Gesamtkontaktkraftmoment (oder eine Störung des Gesamtkontaktkraftmoments) bezeichnet.
  • Eine Beziehung zwischen der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) und der Störung-Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔFM(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) ist durch die folgende Gleichung (52) aufgrund der Gleichung (51) gegeben.
  • Figure DE102012208905B4_0015
  • AA(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) in der Gleichung (52) ist die selbe wie die in der Wobei-Klausel der Gleichung (51) definiert ist.
  • Es wird angenommen, dass die Störung-Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔFM(i)_j durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der Kontaktfläche (nachfolgend als die Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds oder eine Kontaktfläche eines beweglichen Glieds bezeichnet) zwischen dem j-ten beweglichen Glied 203_j und der i-ten Kontaktzielfläche.
  • Es wird im Detail angenommen, dass die Störung der translatorischen Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔF(i)_j durch die Federverlagerung (Translationsverlagerung) der Position der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds erzeugt wird, und dass die Störung des translatorischen Kontaktkraftmoments des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔM(i)_j durch die Federverlagerung (Rotationsverlagerung) der Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds erzeugt wird.
  • Die Federverlagerungen der Position und Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds entsprechen jeweils einer Translationsverlagerung und einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung eines Elements, welches die i-te Kontaktzielfläche in der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds bildet oder eine plastische Verformung eines Kontaktabschnitts des j-ten beweglichen Glieds 203_j ist.
  • Der Betrag an Verlagerung der Position (Vektor des Betrags an Translationsverlagerung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds in die Richtungen der drei Achsen, nachfolgend als ein Federtranslationsverlagerungsbetrag bezeichnet) und der Betrag an Verlagerung der Stellung (Vektor des Betrags an Rotationsverlagerung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds um die drei Achsen, nachfolgend als ein Federrotationsverlagerungsbetrag bezeichnet) der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds durch die Federverlagerung sind jeweils durch ↑Xorg(i)_j und ↑Xrot(i)_j bezeichnet. Eine Beziehung zwischen ↑X_org(i)_j und ↑ΔF(i)_j und eine Beziehung zwischen ↑Xrot(i)_j und ↑ΔM(i)_j sind jeweils durch die folgenden Gleichungen (53) und (54) gegeben. ↑ΔF(i)_j = Korg(i)_j·↑Xorg(i)_j (53) ↑ΔM(i)_j = Krot(i)_j·↑Xrot(i)_j (54)
  • Korg(i)_j in der Gleichung (53) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Translationsfederkonstantenmatrix Korg(i)_j bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ist. Krot(i)_j in der Gleichung (54) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Rotationsfederkonstantenmatrix Krot(i)_j bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Federrotationsverlagerungsbetrags ↑Xrot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds sind.
  • Von einer i-ten repräsentativen Kontaktfläche wird angenommen, dass sie eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt 201 und der i-ten Kontaktzielfläche (Kontaktflächen von allen beweglichen Gliedern 203(i)_1 bis 203(i)_m(i), welche mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen) repräsentiert. Es wird angenommen, dass die i-te Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) auf das mobile Objekt 201 in der i-ten repräsentativen Kontaktfläche wirkt. Die vorliegend erwähnte i-te repräsentative Kontaktfläche entspricht einem Stützpolygon der i-ten Kontaktzielfläche.
  • Es wird weiterhin angenommen, dass die i-te Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) durch Federverlagerungen der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche erzeugt ist, wie in Falle der Kontaktfläche der j-ten beweglichen Glieds.
  • Es wird im Einzelnen angenommen, dass die Störung-Gesamttranslationskontaktkraft ↑ΔFt(i) durch die Federverlagerung (Translationsverlagerung) der Position der i-ten repräsentativen Kontaktkraft erzeugt wird, und dass die Störung des gesamten Kontaktkraftmoment ↑ΔMt(i) durch die Federverlagerung (Rotationsverlagerung) der Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird.
  • Der Betrag an Feder-Translationsverlagerung der Position (Vektor des Betrags an Translationsverlagerung in die Richtungen der drei Achsen durch die Federverlagerung) und der Betrag an Feder-Rotationsverlagerung der Stellung (Vektor des Betrags an Rotationsverlagerung um die drei Achsen durch die Federverlagerung) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, werden jeweils durch ↑Xc_org(i) und ↑Xc_rot(i) bezeichnet. Eine Beziehung zwischen ↑Xc_org(i) und ↑ΔFt(i) und eine Beziehung zwischen ↑Xc_rot(i) und ↑ΔMt(i) werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (55) und (56) gegeben. ↑ΔFt(i) = Kc_org(i)·↑Xc_org(i) (55) ↑ΔMt(i) = Kc_rot(i)·↑Xc_rot(i) (56)
  • Kc_org(i) in der Gleichung (55) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix, (nachfolgend als eine Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org(i) bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Betrags ↑Xorg(i) der Translationsverlagerung der Feder der i-ten repräsentativen Kontaktfläche. Kc_rot(i) in der Gleichung (56) ist eine dreidimensionale Diagonalmatrix (nachfolgend als eine Rotationsfederkonstantenmatrix Kc_rot(i) bezeichnet), deren Diagonalkomponenten Federkonstanten der Komponenten des Betrags ↑Xc_rot(i) der Federrotationsverlagerung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche sind.
  • In einem Zustand, in welchem nur ein bewegliches Glied 203_j des mobilen Objekts 201 mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt steht, stimmt die i-te repräsentative Kontaktfläche mit der Kontaktfläche (Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds) von diesem beweglichen Glied 203_j mit der i-ten Kontaktzielfläche überein. In einem solchen Zustand sind die Federverlagerungen der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche die gleichen als die Federverlagerungen der Position und Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds. Die Federverlagerungen entsprechen einer Translationsverlagerung bzw. einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung des Elements, welches die i-te Kontaktzielfläche in der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds bildet, oder einer elastischen Verformung eines Kontaktabschnitts des j-ten beweglichen Glieds 203_j.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere bewegliche Glieder 203 des mobilen Objekts 201 mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen, dient die i-te repräsentative Kontaktfläche andererseits als eine Kontaktfläche mit der i-ten Kontaktzielfläche eines einzelnen virtuellen Kontaktabschnitts, welcher Kontaktabschnitte von allen beweglichen Gliedern 203 kombiniert, welche mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen. In einem solchen Zustand entsprechen die Federverlagerungen der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche einer Translationsverlagerung bzw. einer Rotationsverlagerung durch eine elastische Verformung des Elements, welches die i-te Kontaktzielfläche in der Kontaktfläche des virtuellen Kontaktabschnitts bildet, oder eine elastische Verformung des virtuellen Kontaktabschnitts.
  • Die folgende Gleichung (57) wird von der Gleichung (52) abgeleitet, in Bezug auf die Störung-Gesamttranslationskontaktkraft ↑ΔFt(i), welche dem Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktfläche ↑FMt(i) addiert wird, durch Addieren der Störung-Translationskontaktkraft des i-ten beweglichen Glieds ↑ΔF(i)_j zu dem Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft von jedem j-ten beweglichen Glied ↑FM(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)). ↑ΔFt(i) = ↑ΔF(i)_1 + ↑ΔF(i)_2 + ... + ↑ΔF(i)_m(i) (57)
  • Aus den Gleichungen (53), (55) und (57) wird die folgende Gleichung (58) erhalten. Kc_org(i)·↑Xc_org(i) = Korg(i)_1·↑Xorg(i)_1 + Korg(i)_2·↑Xorg(i)_2 + ... + Korg(i)_m(i)·↑Xorg(i)_m(i) (58)
  • Der Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) vor der Addition der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) wird als ein Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft angenommen, und der Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j vor der Addition der Störung-Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔFM(i)_j wird als ein Mittelpunkt der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds angenommen. Eine Beziehung zwischen einem Positionsvektor (bezeichnet durch ↑Pt(i) des Wirkpunkts Pt(i) und einem Positionsvektor (bezeichnet durch ↑P(i)_j) von jedem Wirkpunkt P(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) relativ zu einem zufälligen Referenzpunkt ist durch die folgende Gleichung (59) gegeben.
  • Es sei angemerkt, dass der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft der Wirkpunkt der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) ist, wobei die Komponente, welche zur i-ten Kontaktzielfläche parallel ist, des Gesamtkontaktkraftmoments ↑Mt(i) um den Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft Null ist. Gleichermaßen ist der Mittelpunkt der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds der Wirkpunkt der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j, wobei die zur i-ten Kontaktzielfläche parallele Komponente des Kontaktkraftmoments ↑M(i)_j um den Mittelpunkt der Kontaktkraft Null ist. ↑Pt(i) = r(i)_1·↑P(i)_1 + r(i)_2·↑P(i)_2 + ... + r(i)_m(i)·↑P(i)_m(i) (59)
  • In der Gleichung (59) ist r(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) ein Gewichtungskoeffizient, welcher durch r(i)_j identisch durch r(i)_j = Fn(i)_j/Fnt(i) definiert ist. Fn(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) ist ein Absolutwert einer Normalkraftkomponente (nachfolgend als eine Normalkraftkomponente der Kontaktfläche bezeichnet) senkrecht zur i-ten Kontaktzielfläche, der Translationskontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑F(i)_j, und Fnt(i) ist ein Absolutwert einer Normalkraftkomponente (Normalkraftkomponente der Kontaktfläche), senkrecht zur i-ten Kontaktzielfläche, der Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i), wobei Fnt(i) = Fn(i)_1 + Fn(i)_2 + ... + Fn(i)_m(i). Dementsprechend ist der Gewichtungskoeffizient r(i)_j ein Verhältnis der Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j der Translationskontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ↑Fn(i)_j zu der Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fnt(i) der Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i), wobei 0 ≤ r(i)_j ≤ 1 ist.
  • Es wird angenommen, dass die gleiche Beziehung als Gleichung (59) zwischen dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org(i) der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xorg(i)_j der Position der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ebenfalls gilt. Das heißt, es wird angenommen, dass die folgende Gleichung (60) gilt. ↑Xc_org(i) = r(i)_1·↑Xorg(i)_1 + r(i)_2·↑Xorg(i)_2 + ... + r_m(i)·↑Xorg(i)_m(i) (60)
  • Die folgende Gleichung (61) wird von den Gleichungen (58) und (60) abgeleitet. Korg(i)_j = r(i)_j·Kc_org(i) (61)
  • In der folgenden Erfindung wird in dem Falle, dass das mobile Objekt 201 mit der Mehrzahl von Kontaktflächen in Kontakt tritt, die Gleichung (60) als eine Basisgleichung verwendet, welche die Beziehung zwischen dem Federtranslationsverlagerungsbetrag der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und dem Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org(i) der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds (j = 1, 2, ..., m(i)) repräsentiert, und die Gleichung (61) wird als eine Basisgleichung verwendet, welche die Beziehung zwischen der translatorischen Federkonstante-Matrix Kc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und der translatorischen Federkonstante-Matrix Kc_org(i) der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds (j = 1, 2, ..., m(i)) repräsentiert.
  • Somit ist jede Diagonalkomponente (die Federkonstante, welche sich auf die Translationsverlagerung in jede der Richtungen der drei Achsen bezieht) der Translationsfederkonstantenmatrix Korg(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds proportional zu dem Gewichtungskoeffizienten r(i)_j. Wenn der Gewichtungskoeffizient r(i)_j groß ist (näher an „1”), d. h. wenn der Quotient der Normalkraftkomponente der Kontaktfläche Fn(i)_j der translatorischen Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ↑F(i)_j zu der Normalkraftkomponente der Kontaktfläche Fnt(i) der gesamten translatorischen Kontaktkraft ↑Ft(i) höher ist, ist jede Diagonalkomponente der translatorischen Federkonstante-Matrix Korg(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Beinglieds größer. Mit anderen Worten, wenn der Quotient von Fn(i)_j zu Fnt(i) höher ist, ist die Änderungssensitivität des Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xort(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds zu der erforderlichen translatorischen Kontaktfläche der Störung des j-ten beweglichen Glieds höher.
  • In einem Zustand, in welchem nur ein j-tes bewegliches Glied 203_j mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt tritt (r(i)_j = 1), entsprechen die Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und die i-te repräsentative Kontaktfläche einander, so dass die Translationsfederkonstantenmatrix Korg(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und die Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche miteinander übereinstimmen. Darüber hinaus entsprechen, da ↑ΔF(i)_j = ↑ΔFt(i), der Betrag der Translationsverlagerungsfeder ↑Xorg(i)_j der Kontaktfläche de j-ten beweglichen Glieds und der Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche miteinander überein.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere Glieder 203 mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen, ist andererseits der Federtranslationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche ein gewichteter Mittelwert (gewichteter Mittelwert mit r(i)_j als der Gewichtungskoeffizient) der Beträge der Translationsverlagerung der Feder ↑X_org(i)_j der Kontaktflächen der j-ten beweglichen Glieder, welche den beweglichen Gliedern 203_j entsprechen, die mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen.
  • Die folgende Gleichung (62) ist von der Gleichung (52) abgeleitet in Bezug auf die Störung-Gesamtkontaktkraftmoments ↑ΔMt(i), welche zu dem Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) addiert wird, durch Addieren der Störung des Kontaktkraftmoments ↑ΔM(i)_j des j-ten beweglichen Glieds zu dem Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft von jedem j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) in einem Zustand, in welchem die jeweiligen translatorischen Kontaktkräfte ↑F(i)_1 bis ↑F(i)_m(i) der Kontaktkräfte der ersten bis m(i)-ten beweglichen Glieder ↑FM(i)_1 bis ↑FM(i)_m(i) fest sind. ↑ΔMt(i) = ↑ΔM(i)_1 + ↑ΔM(i)_2 + ... + ↑ΔM(i)_m(i) (62)
  • Aus den Gleichungen (54), (56) und (62) wird die folgende Gleichung (63) erhalten. Kc_rot(i)·↑Xc_rot(i) = Krot(i)_1·↑Xrot(i)_1 + Krot(i)_2·↑Xrot(i)_2 + ... + Krot(i)_m(i)·↑Xrot(i)_m(i) (63)
  • In dem Fall, in dem der Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j den Kontaktfläche-Mittelpunkt der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds entspricht, ist das Addieren der Störung des Kontaktkraftmoments des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔM(i)_j zu dem Wirkpunkt P(i)_j (Kontaktkraft-Mittelpunkt) der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j in einem Zustand, in welchem die jeweiligen Translationskontaktkräfte ↑F(i)_1 bis ↑F(i)_m(i) der Kontaktkräfte des ersten bis m(i)-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_1 bis ↑FM(i)_m(i) fest sind, äquivalent zum Verschieben der Position des Kontaktfläche-Mittelpunkts der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds von dem Punkt P(i)_j auf den t-en Kontaktzielfläche.
  • Gleichermaßen ist, in dem Fall, dass der Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktfläche ↑FM(i) mit dem Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft übereinstimmt, ein Addieren des Störung-Gesamtkontaktkraftmoments ↑ΔMt(i) zu dem Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) äquivalent zum Verlagern der Position des Mittelpunkts der Gesamtkontaktkraft von dem Punkt Pt(i) auf der i-ten Kontaktzielfläche.
  • In diesem Fall, wenn der Betrag an Verlagerung (zwei-komponentiger Verlagerungsbetragvektor) der Position des Mittelpunkts der Kontaktkraft in der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds in der zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Richtung durch ↑ΔRpt(i)_j bezeichnet wird, und der Betrag an Verlagerung (zwei-komponentiger Verlagerungsbetragsvektor) der Position des Mittelpunkts der Gesamtkontaktkraft in die zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Richtung durch ↑ΔRptt(i) bezeichnet wird, werden die Komponente und die zur i-ten Kontaktzielfläche parallele Achse von ↑ΔRptt(i)·Fnt(i) = ↑ΔMt(i) und die Komponente um die zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Achse von ↑ΔRpt(i)_j·Fn(i)_j = ↑ΔM(i)_j erhalten. Somit wird die folgende Gleichung (64) aus der Gleichung (62) abgeleitet. ↑ΔRptt(i) = r(i)_1·↑ΔRpt(i)_1 + r(i)_2·↑ΔRpt(i)_2 + ... + r(i)_m(i)·↑ΔRpt(i)_m(i) (64)
  • In der Gleichung (64) ist r(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i))) der oben erwähnte Gewichtungskoeffizient r(i)_j (= Fn(i)_j/Fnt(i)).
  • Da die erste bis m(i)-te Beweglichens-Glied-Kontaktfläche Abschnitte auf der gemeinsamen Kontaktzielfläche (i-te Kontaktzielfläche) sind, gilt für die Kontaktfläche von jedem j-ten beweglichen Glied n dem Fall, dass die gleiche Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j auf jeder der Kontaktflächen des ersten bis m(i)-ten beweglichen Glieds wirkt, die gleiche Beziehung zwischen dem Störung-Kontaktkraftmoment (= ↑ΔRpt(i)_j·Fn(i)_j), welches dem Verlagerungsbetrag ↑ΔRpt(i)_j der Position des Mittelpunkts der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds in die Richtung parallel zur i-ten Kontaktzielfläche entspricht, und der Komponente um die Achse die zur i-ten Kontaktzielfläche parallel ist, in der Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j durch die Federverlagerung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds.
  • Dies zeigt, dass die folgende Gleichung (65) in dem Fall gilt, in welchem die gleiche Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j (bezeichnet durch Fna(i)) auf jeder der ersten bis m(i)-ten Bewegliches-Glied-Kontaktfläche wirkt. ↑ΔRpt(i)_j·Fna(i) = Krot(i)·↑Xrot(i)_j_ab (65) wobei ↑Xrot(i)_j_ab die Komponente um die zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Achse in dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ist, und Krot(i) ist eine zweidimensionale Diagonalmatrix (Federkonstantenmatrix, welche sich auf die Rotation um die zwei Achsen bezieht, die zur i-ten Kontaktzielfläche parallel sind).
  • Unter der Annahme, dass die Gleichung (65) gleichermaßen für die i-te repräsentative Kontaktfläche gilt, wird die folgende Gleichung (66) erhalten. ↑ΔRptt(i)·Fna(i) = Krot(i)·↑Xc_rot(i)_ab (66) wobei ↑Xc_rot(i)_ab die Komponente um die zwei zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Achsen in dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche ist.
  • Aus den Gleichungen (64) bis (66) wird die folgende Gleichung (67) erhalten. Krot(i)·↑Xc_rot(i)_ab = r(i)_1·Krot(i)·↑Xrot(i)_1_ab + r(i)_2·Krot(i)·↑Xrot(i)_2_ab + ... + r(i)_m(i)·Krot(i)·Xrot(i)_m(i)_ab (67)
  • Aus der Gleichung (67) wird die folgende Gleichung (68) erhalten. ↑Xc_rot(i)_ab = r(i)_1·↑Xrot(i)_1_ab + r(i)_2·↑Xrot(i)_2_ab + ... + r(i)_m(i)·↑Xrot(i)_m(i)_ab (68)
  • In der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die gleiche Beziehung wie die Gleichung (68) für alle Komponenten (drei Komponenten) zwischen dem Federotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und dem Federrotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds gilt. Das heißt, es wird angenommen, dass die folgende Gleichung (69) gilt. ↑Xc_rot(i) = r(i)_1·↑Xrot(i)_1 + r(i)_2·↑Xrot(i)_2 + ... + r(i)_m(i)·↑Xrot(i)_m(i) (69)
  • Die folgende Gleichung (70) wird von den Gleichungen (63) und (69) abgeleitet. Krot(i)_j = r(i)_i·Kc_rot(i) (70)
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Gleichung (69) als eine Basisgleichung verwendet, die eine Beziehung zwischen dem Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und dem Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds (j = 1, 2, ..., m(i)), und die Gleichung (70) wird als eine Basisgleichung verwendet, die die Beziehung zwischen der Rotationsfederkonstante-Matrix Kc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und der Rotation-Federkonstante-Matix Krot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds (j = 1, 2, ..., m(i)).
  • Somit ist jede Diagonalkomponente (Federkonstante bezogen auf die Rotationsverlagerung um jede der drei Achsen) der Rotationsfederkonstante-Matrix Krot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds proportional zu dem Gewichtungskoeffizienten r(i)_j. Wenn der Gewichtungskoeffizient r(i)_j größer ist (näher an „1”) ist, d. h. wenn der Quotient aus der Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j der translatorischen Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑F(i)_j zu der Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fnt(i) der gesamten translatorischen Kontaktkraft ↑Ft(i) höher ist, ist jede Diagonalkomponente der Rotationsfederkonstante-Matrix Krot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds größer. Mit anderen Worten, wenn der Quotient von Fn(i)_j zu Fnt(i) größer ist, ist die Änderungssensitivität des Feder-Rotationsverlagerungsbetrags ↑Xrot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds zum erforderlichen Störung-Kontaktkraftmoment des j-ten beweglichen Glieds höher.
  • In einem Zustand, in welchem nur ein j-tes bewegliches Glied 203_j mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt steht (r(i)_j = 1), stimmen die Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und die i-te repräsentative Kontaktfläche miteinander überein, so dass die Rotationsfederkonstante-Matrix Krot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und die Rotationsfederkonstante-Matrix Kc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche miteinander übereinstimmen. Darüber hinaus stimmen, da ↑ΔM(i)_j = ↑ΔMt(i), der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche miteinander überein.
  • In einem Zustand, in welchem zwei oder mehrere bewegliche Glieder 203 mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen, ist andererseits der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche ein gewichteter Mittelwert (gewichteter Mittelwert mit r(i)_j als der Gewichtungskoeffizent) der Feder-Rotationsverlagerungsbeträge ↑Xrot(i)_j der Kontaktflächen des j-ten beweglichen Glieds, welche den beweglichen Gliedern 203_j, die mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen, entsprechen.
  • Als nächstes wird durch Anwenden der Gleichungen (53) bis (56) auf die Gleichung (52) und ferner Anwenden der Gleichungen (61) und (70) die folgende Gleichung (71) erhalten.
  • Figure DE102012208905B4_0016
  • Die Gleichungen (61) und (70) basieren auf der Annahme, dass der Wirkpunkt Pt(i) der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft ist, und dass der Wirkpunkt P(i)_j der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j der Mittelpunkt der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ist. Sei ↑V(i)_j der Positionsvektor des Mittelpunkts der Kontaktkraft der Kontaktflächen des j-ten beweglichen Glieds relativ zum Wirkpunkt Pt(i) als der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft. Dann ist VV(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) in der Gleichung (71) eine Matrix, welche wie folgt definiert ist. VV(i)_j: Matrix, so dass VV(i)_j·↑F(i)_j = V(i)_j × ↑F(i)_j, wobei ↑V(l)_j der Positionsvektor des Mittelpunkts der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft ist.
  • Im Einzelnen ist der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft, welcher der Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i) entspricht, vor der Addition der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i), und der Mittelpunkt der Kontaktkraft der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds ist der Mittelpunkt der Kontaktkraft, welche der Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑FM(i)_j vor der Addition der Störung-Kontaktkraft des j-ten beweglichen Glieds ↑ΔFM(i)_j entspricht.
  • Die folgende Gleichung (72) wird von der Gleichung (71) abgeleitet.
  • Figure DE102012208905B4_0017
  • Sei ↑q2 ein generalisierter Variablenvektor, dessen Komponenten die Position (Position in die Richtungen der drei Achsen) und Stellung (Stellungswinkel um die drei Achsen) des Körpers 202 des mobilen Objekts 201 und der Betrag an Verlagerung des jeden Gelenks des mobilen Objekts 201 sind, sei ↑Xc(i) ein Verlagerungsbetragsvektor (= [↑Xc_org(i), ↑Xc_rot(i)]T), aus dem Feder-Translationsverlagerungsbetrag ↑Xc_org(i) der Position und dem Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xc_rot(i) der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche (i-te repräsentative Kontaktfläche) besteht, und sei ↑X(i)_j ein Verlagerungsbetragsvektor (= [↑Xorg(i)_j, ↑Xrot(i)_j]T), welcher aus dem Feder-Translationsverlagerungsbetrag ↑Xorg(i)_j der Position und der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j der Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds besteht. Nachfolgend wird ↑Xc(i) als ein Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag der repräsentativen Kontaktfläche bezeichnet, und ↑X(i)_j wird als ein Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds bezeichnet. Im Einzelnen ist der generalisierte Variablenvektor ↑q2 ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnen der sechs Komponenten der Position und Stellung des Körpers 202 und des Betrags an Verlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 201 gebildet ist.
  • Wenn der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche als der Betrag an Verlagerung (zeitliche Änderungsrate) der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit angesehen wird, wird eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und dem Betrag an Veränderung (zeitliche Änderungsrate) ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit repräsentiert, als eine Matrix Jc(i) ausgedrückt, welche die Beziehung zwischen ↑Xc(i) und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (73) repräsentiert. Vorliegend ist ↑Δq2 ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnen der Änderungsbeträge der Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit gebildet ist. ↑Xc(i) = Jc(i)·↑Δq2 (73)
  • Gleichermaßen ist, wenn der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑X(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds als der Betrag an Verlagerung (zeitliche Änderungsrate) der Position und Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit angesehen wird, eine Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position und Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit und dem Betrag an Änderung (zeitliche Änderungsrate) ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit repräsentiert, als eine Matrix J(i)_j ausgedrückt, welche die Beziehung zwischen ↑X(i)_j und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (74) repräsentiert. ↑X(i)_j = J(i)_j·↑Δq2 (74)
  • Sei Jc_org(i) eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und ↑Δq2 repräsentiert (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xc_org(i) und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (75a) repräsentiert) und Jc_rot(i) eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und ↑Δq2 repräsentiert (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xc_rot(i) und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (75b) repräsentiert). Dann gilt Jc(i) = [Jc_org(i), Jc_rot(i)]T, wie in der Gleichung (75c) gezeigt. ↑Xc_org(i) = Jc_org(i)·↑Δq2 (75a) ↑Xc_rot(i) = Jc_rot(i)·↑Δq2 (75b) Jc(i) = (Jc_org(i), Jc_rot(i)]T (75c)
  • Gleichermaßen sei Jorg(i)_j eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Position der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit und ↑Δq2 repräsentiert (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xorg(i)_j und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (76a) repräsentiert) und sei Jrot(i)_j eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Verlagerung der Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit und ↑Δq2 repräsentiert (d. h. eine Matrix, welche die Beziehung zwischen ↑Xrot(i)_j und ↑Δq2 durch die folgende Gleichung (76b) repräsentiert). Dann ist J(i)_j = (Jorg(i)_j, Jrot(i)_j]T, wie in der Gleichung (76c) gezeigt. ↑Xorg(i)_j = Jorg(i)_j·↑Δq2 (76a) ↑Xrot(i)_j = Jrot(i)_j·↑Δq2 (76b) J(i)_j = [Jorg(i)_j, Jrot(i)_j]T (76c)
  • Durch Differenzieren beider Seiten der Gleichung (72) und Anwenden der Gleichungen (73) und (74) wird die folgende Gleichung (77) erhalten.
  • Figure DE102012208905B4_0018
  • Somit kann die Jacobimatrix Jc(i) (nachfolgend als eine Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) oder als eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) bezeichnet), welche sich auf die Verlagerung der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht, aus der Jacobimatrix J(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) bestimmt werden, welche sich auf die Verlagerung der Position und Stellung der Kontaktfläche von jedem beweglichen Glied auf der i-ten Kontaktzielfläche bezieht, gemäß der Gleichung (77).
  • Da die Position und Stellung der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds die Position und Stellung des distalen Endes des j-ten beweglichen Glieds 203_j sind, ist die Jacobimatrix J(i)_j (nachfolgend als eine Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j bezeichnet) eine Jacobimatrix, welche eine Beziehung zwischen dem Betrag an Veränderung der Position und Stellung des distalen Endes des j-ten beweglichen Glieds 203_j pro Zeiteinheit und ↑Δq2 repräsentiert. Eine derartige Jacobimatrix J(i)_j kann basierend auf einem beobachteten Wert eines tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 201 und seiner zeitlichen Änderungsrate spezifiziert werden.
  • Sobald jede Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) auf diese Weise spezifiziert wird, kann die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) unter Verwendung von J(i)_j gemäß der Gleichung (77) bestimmt werden.
  • Es sei der Fall betrachtet, in welchem N (N ≥ 2) verschiedene Kontaktzielflächen (erste bis N-te Kontaktzielflächen) in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 201 vorhanden sind, und dass wenigstens ein bewegliches Glied 203 des mobilen Objekts 201 mit jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen in einem zufälligen Bewegungszustand des mobilen Objekts 201 in Kontakt steht.
  • In diesem Fall gelten die oben erwähnten Ausführungen in Bezug auf die i-te Kontaktzielfläche auch für die ersten bis N-ten Kontaktzielflächen.
  • In einem solchen Zustand, in welchem jeder irgendeiner der beweglichen Glieder 203 des mobilen Objekts 201 mit jeder der N-Kontaktzielflächen in Kontakt steht, kann, wenn die Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) von einem gewissen Wert, welcher sich auf die i-te Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) bezieht, als ein erforderlicher Manipulationsbetrag gegeben ist, um einen erforderlichen Zustand des mobilen Objekts 201 zu realisieren, ↑ΔFMt(i) zu einem erforderlichen Wert der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) (= [↑Xc_org(i), ↑Xc_rot(i)]T) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichungen (55) und (56) umgewandelt werden. Diese Umwandlung ist durch die folgende Gleichung (78) gegeben.
  • Figure DE102012208905B4_0019
  • Ein Vektor (Spaltenvektor), welcher durch Anordnen der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträge ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktflächen (i = 1, 2, ..., N), welche den ersten bis N-ten Kontaktzielflächen entsprechen, wird als ein Gesamt-Feder-Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc (≡ [↑Xc(1), ↑Xc(2), ..., ↑Xc(N)]T) gesetzt, und eine Matrix (Spaltenvektor), welche durch Anordnen der Jacobimatrixen der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) (i = 1, 2, ..., N) gebildet ist, welche den ersten bis N-ten Kontaktzielflächen entsprechen, wird als eine Gesamt-Jacobimatrix Jc (≡ [Jc(1), Jc(2), ..., Jc(N)]T) gesetzt. Eine Beziehung zwischen ↑Xc und der zeitlichen Änderungsrate ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑Δq2 ist durch die folgende Gleichung (79) gegeben.
  • Figure DE102012208905B4_0020
  • Sei Jc–1 eine pseudo-inverse Matrix der Gesamt_Jacobimatrix Jc. Der Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 201, um den erforderlichen Wert der Störung-Gesamt-Kontaktkraft ↑ΔFMt(i) (i = 1, 2, ..., N) von jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen zu realisieren, kann gemäß der folgenden Gleichung (80) bestimmt werden, aus dem erforderlichen Wert des Gesamt-Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc(i), welcher durch Anordnen der erforderlichen Werte der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträge ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktflächen (i = 1, 2, ..., N), gebildet ist.
  • Figure DE102012208905B4_0021
  • Somit wird, wenn der erforderliche Wert der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) als der erforderliche Manipulationsbetrag gegeben ist, zum Regeln/Steuern der Gesamtkontaktkraft, welche auf das mobile Objekt 201 von der i-ten Kontaktzielfläche in dem zufälligen Bewegungszustand des mobilen Objekts 201 wirkt, die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichung (77) berechnet, und die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc, die aus Jc(i) (i = 1, 2, ..., N) besteht, wird bestimmt.
  • Der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche dem erforderlichen Wert von ↑ΔFMt(i) entspricht, wird anschließend gemäß der Gleichung (78) berechnet. Aus dem Gesamt-Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche, welcher aus ↑Xc(i) und der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc besteht, kann der Betrag an Korrektur des Verlagerungsbetrags für jedes Gelenk, um jeden erforderlichen Wert der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) (i = 1, 2, ..., N) insgesamt gemäß der Gleichung (80) bestimmt werden.
  • Somit kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk insgesamt bestimmt werden, ohne den Betrag an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem beweglichen Glied 203_j einzeln zu bestimmen.
  • Das Obige beschreibt eine dritte technische Materie, aus welcher die vorliegende Erfindung basiert. Somit kann die erste technische Materie, welche früher beschrieben wurde mit Blick auf die erste Erfindung (in dem Fall, in welchem das mobile Objekt 101 eine Bodenreaktionskraft empfängt) kann auf den dritten technischen Gegenstand erstreckt werden, welcher sich auf den Fall bezieht, in welchem das mobile Objekt 202 eine Kontaktkraft (Reaktionskraft) nicht nur von einer Bodenfläche, sondern von einer Mehrzahl von Kontaktzielflächen empfängt.
  • Das Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung in dem Fall, in welchem ein mobiles Objekt eine Reaktionskraft von einer Mehrzahl von Kontaktzielflächen empfängt, auf der Grundlage der obigen Beschreibung.
  • Eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts der vorliegenden Erfindung ist eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts, welche eine Bewegungsregelung/Steuerung des mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung und einer gewünschten Gesamtkontaktkraft durchführt, wobei das mobile Objekt umfasst: einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen beweglichen Gliedern und ein Gelenkaktuator, welcher ein Gelenk von jedem beweglichen Glied antreibt, wobei die gewünschte Bewegung dazu dient, das mobile Objekt zu bewegen, während wenigstens ein bewegliches Glied mit jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielfläche in Kontakt steht, welche eine Mehrzahl von gegenseitig verschiedenen Kontaktzielflächen ist, die in einer mobilen Umgebung des mobilen Objekts existieren, wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist, und wobei die gewünschte Gesamtkontaktkraft ein gewünschter Wert einer Gesamtkontaktkraft ist, die auf das mobile Objekt von jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielfläche anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst: ein Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, um einen i-ten Gesamtkontaktkraft-erforderlichen Korrekturbetrag gemäß einem Fehler zwischen einem beobachteten Wert einer Gesamtkontaktkraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, und einer gewünschten Gesamtkontaktkraft, welcher der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, wobei i = 1, 2, ..., N, zu bestimmen, wobei der i-te Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag ein erforderlicher Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft ist, welcher zusätzlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche anzuwenden ist, so dass der Fehler sich Null nähert, wobei die i-te Kontaktzielfläche jede der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, um aus dem bestimmten i-ten Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag und einer vorbestimmten Federkonstante einer i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, wobei i = 1, 2, ..., N, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche basierend auf einer Annahme zu bestimmen, dass der i-te Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei diese repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, welche alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der i-ten Kontaktzielfläche repräsentiert; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) gemäß der Gleichung (77) aus einer Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(i)_j für jedes bewegliche Glied in einer i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe, wobei i = 1, 2, ..., N, die Federkonstante der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, eine Relativposition eines Mittelpunkts einer tatsächlichen Kontaktkraft eines Kontaktabschnitts eines jeden beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft, und eine Kontaktkraft, welche tatsächlich auf jedes bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe wirkt, zu berechnen, wobei die i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) eine Jacobimatrix ist, welche eine Relation zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, wobei die Jacombimatrix des beweglichen Glieds J(i)_j eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds in der n-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, wobei der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft ein Wirkpunkt der Gesamtkontaktkraft ist, welche tatsächlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt und wobei die i-te Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe eine Gruppe aus beweglichen Gliedern ist, welche mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, um einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren eines gesamten erforderlichen Korrekturbetrags mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 einer gesamten Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung von jedem der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen zu realisieren, wobei der gesamte erforderliche Verlagerungsbetrag durch Anordnen von berechneten erforderlichen Verlagerungsbeträge von Positionen und Stellungen der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen gebildet ist, und wobei die gesamte Jacobimatrix Jc durch Anordnen von berechneten ersten bis N-ten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrixen Jc(i) gebildet ist, wobei i = 1, 2, ..., N; und wobei ein Gelenkverlagerung-Regelungs/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag erhalten ist, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist (zehnte Erfindung).
  • Die Gleichung (77) und die Bedeutungen der Variablen der Gleichung (77) sind wie folgt.
    Figure DE102012208905B4_0022
    wobei
    Jc(i) eine i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist,
    j eine Identifikationsnummer von jedem beweglichen Glied, das der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehört ist
    m(i) eine Gesamtanzahl von beweglichen Gliedern ist, die der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehören,
    r(i)_j ein Gewichtungskoeffizienten eines j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist, welcher durch die folgende Gleichung (77-1) bestimmt wird, r(i)_j = Fn(i)_j/(j) (77-1) Fn(i)_j eine Normalkraftkomponente einer Kontaktkraft ist, die auf das j-te bewegliche Gliedin der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt
    A(i)_j eine Matrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (77-2),
    Figure DE102012208905B4_0023
    Rk(i) eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (77-3), Rk(i) ≡ Kc(i)_rot–1·Kc(i)_org (77-3) Kc(i)_org eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Translationsverlagerung der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    Kc(i)_rot eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Rotationssverlagerung der Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    VV(i)_j eine Matrix ist, so dass VV(i)_j·↑F(i)_j = ↑V(i)_j × ↑F(i)_j,
    ↑F(i)_j ein Kontaktkraftvektor ist, welcher auf das j-ten bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt,
    ↑V(i)_j ein Positionsvektor eines Mittelpunkts einer Kontaktkraft eines Kontaktabschnitts des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe relativ zum Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft der i-ten Kontaktzielfläche ist
    J(i)_j eine Bewegliches-Glied-Jacobimatrix des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist.
  • In der zahnten Erfindung sind die Mehrzahl von verschiedenen Kontaktzielflächen, welche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts existieren, eine Mehrzahl von Kontaktzielflächen, von welchen zwei beliebige Kontaktzielflächen (oder Ebenen, welche jeweils die zwei Kontaktzielflächen umfassen) sich miteinander schneiden oder zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel mit einem Raum dazwischen gegenüberliegen.
  • Vorliegend muss jede Kontaktzielfläche nicht eine Fläche sein (wie beispielsweise eine gewöhnliche Bodenfläche), welche einen größeren Bereich als der Kontaktabschnitt des beweglichen Glieds aufweist, und kann beispielsweise eine lokale Fläche sein, deren Bereich gleich dem oder kleiner als der Kontaktabschnitt des mobilen Glieds ist.
  • Gemäß der zehnten Erfindung bestimmt das Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement jeden i-ten Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag (i = 1, 2, ..., N), durch welchen der Fehler zwischen dem beobachteten Wert der Gesamtkontaktkraft (nachfolgend als eine tatsächliche Gesamtkontaktkraft bezeichnet), welche tatsächlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt (i = 1, 2, ..., N) und der gewünschten Gesamtkontaktkraft, welche der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, sich Null nähert. Das heißt, der i-te Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag wird für jede Kontaktzielfläche als ein Feedback-Manipulation-Betrag (Regelungs-/Steuerungseingabe) bestimmt, durch welchen die tatsächliche Gesamtkontaktkraft der gewünschten Gesamtkontaktkraft folgt. Dieser i-te Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht dem erforderlichen Wert der Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) (i = 1, 2, ..., N), welcher der i-ten Kontaktzielfläche entspricht.
  • Die Gesamtkontaktkraft, welche auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) wirkt, bedeutet eine Gesamtreaktionskraft, welche das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche empfängt, wenn wenigstens ein bewegliches Glied des mobilen Objekts mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt steht.
  • Die gewünschte Gesamtkontaktkraft in der zehnten Erfindung wird beispielsweise als ein gewünschter Wert einer Kontaktkraft (Reaktionskraft) gesetzt, welche auf das mobile Objekt von einer vermeintlichen Kontaktzielfläche als ein Modell von jeder tatsächlichen Kontaktzielfläche wirkt. Beispielsweise kann die gewünschte Gesamtkontaktkraft von jeder Kontaktzielfläche derart generiert werden, dass deren resultierende Kraft eine kinetische Beziehung eines entsprechenden Kinetikmodells für die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts erfüllt (z. B. eine kinetische Beziehung, in welcher die resultierende Kraft der gewünschten Gesamtkontaktkräfte mit einer resultierenden Gravitationskraft, welche auf das mobile Objekt wirkt und einer Trägheitskraft, welche durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts erzeugt wird, ausgeglichen ist).
  • Alternativ kann die gewünschte Gesamtkontaktkraft das Ergebnis einer Korrektur einer Referenz-Gesamtkontaktkraft von jeder Kontaktzielfläche sein, welche derart generiert wird, dass die kinetische Beziehung für die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts erfüllt ist, gemäß einem Fehler zwischen einem gewünschten Wert und einem tatsächlichen Wert einer vorbestimmten Zustandsquantität, die sich auf die Bewegung des mobilen Objekts bezieht (Zustandsquantität, wie beispielsweise eine Position eines Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts, jeder Impuls um den Gesamtschwerpunkt, oder eine Änderungsrate wie bei einer derartigen Position oder einen derartigen Impuls), so dass der Fehler sich Null nähert.
  • Im Wesentlichen kann die gewünschte Gesamtkontaktkraft auf jede Weise gesetzt werden, so lange die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts kinetisch möglich ist.
  • In der zehnten Erfindung berechnet das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche (i = 1, 2, ..., N), welcher dem bestimmten erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft entspricht.
  • Somit wird der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft als der Feedback-Manipulationsbetrag (Regelungs-/Steuerungseingabe), durch welchen die tatsächliche Gesamtkontaktkraft der gewünschten Gesamtkontaktkraft folgt, in den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche als eine einzelne virtuelle Fläche, die der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, umgewandelt.
  • Vorliegend entspricht der Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i). ↑Xc(i) weist die Beziehung aus der Gleichung (73) auf, welche durch die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) repräsentiert ist, mit dem Änderungsbetrag ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit.
  • Darüber hinaus weist der gesamte Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc, welcher durch Anordnung der Verlagerungsbeträge (Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträge ↑Xc(i)) der Positionen und Stellungen der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen die Beziehung aus der Gleichung (79), welche durch die Gesamt-Jacobimatrix Jc repräsentiert ist, die durch Anordnen der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrixen Jc(1) bis Jc(N) gebildet ist, mit dem Änderungsbetrag ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit gebildet ist.
  • Dementsprechend kann durch Multiplizieren des gesamten erforderlichen Verlagerungsbetrags (erforderlicher Wert des Gesamt-Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc), welcher durch Anordnen der erforderlichen Verlagerungsbeträge der Positionen und Stellungen der i-ten repräsentativen Kontaktflächen, die den ersten bis N-ten erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft entsprechen (d. h. gemäß der Gleichung (80)) mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc, der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag des mobilen Objekts zum Realisieren des gesamten erforderlichen Verlagerungsbetrags (und Realisieren der ersten bis n-ten erforderlichen Korrekturbeträge der Gesamtkontaktkraft) bestimmt werden.
  • Somit berechnet in der zehnten Erfindung das Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) (i = 1, 2, ..., N). Die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) wird gemäß der Gleichung (77) aus jeder Jacobimatrix der beweglichen Glieder J(i)_j berechnet, welche eine Jacobimatrix ist, die die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position des Kontaktabschnitts von jedem beweglichen Glied der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe, welche die Gruppe von beweglichen Gliedern ist, die in Kontakt mit der i-ten Kontaktzielfläche stehen, oder der zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung des Kontaktabschnitts von jedem beweglichen Glied aus der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors, der Federkonstante der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, der Relativposition des Mittelpunkts der tatsächlichen Kontaktkraft des Kontaktabschnitts von jedem beweglichen Glieds aus der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe relativ zu dem Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft als der Wirkpunkt der Gesamtkontaktkraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und dem Wert der Kontaktkraft, welche tatsächlich auf das bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe wirkt.
  • Vorliegend ist der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft auf der i-ten Kontaktzielfläche ein Punkt, an dem die Komponente des Moments um die zur i-ten Kontaktzielfläche parallele Achse (Kontaktkraftmoment), welches um den Punkt durch die Gesamtkontaktkraft erzeugt wird, welche auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, null.
  • Gleichermaßen ist der Mittelpunkt der Kontaktkraft des Kontaktabschnitts von jedem beweglichen Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe ein Punkt, an dem die Komponente des Moments und die zur i-ten Kontaktzielfläche parallelen Achse (Kontaktkraftmoment), welche um den Punkt durch die Kontaktkraft erzeugt ist, die auf das mobile Glied von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, null ist.
  • Beispielsweise können der Wert der Kontaktkraft, die tatsächlich auf jedes bewegliche Glied wirkt, die Position des Wirkpunkts der Kontaktfläche und die Position des Wirkpunkts der Gesamtkontaktfläche, welche für die Berechnung der Gleichung (77) verwendet werden, beobachtete Werte sein, die durch Messungen durch einen Kraftsensor oder dergleichen, welcher in dem mobilen Objekt montiert ist, erhalten werden. Alternativ können der Wert der Kontaktkraft und die Positionen des Wirkpunkts ungefähr geschätzt oder vorhergesagt werden, basierend auf der gewünschten Kontaktkraft, einem angemessenen Modell, oder dergleichen, solange die tatsächlichen Werte akkurat angenähert werden können.
  • In Bezug auf die Jacobimatrix J(i)_j des beweglichen Glieds kann jedes bewegliche Glied ein bewegliches Glied einer Struktur sein, in welcher der Kontaktkraftmoment, welcher auf den Kontaktabschnitt der Kontaktzielfläche wirkt (Moment, um den Wirkpunkt an der Kontaktfläche zwischen dem Kontaktabschnitt und der Kontaktzielfläche) verändert werden kann (z. B. ein bewegliches Glied, dessen Kontaktabschnitt mit der Kontaktzielfläche in einem Flächenkontaktzustand in Kontakt steht, und durch einen Aktuator in der Stellung verändert werden kann) und ein bewegliches Glied einer Struktur, in welcher der Kontaktkraftmoment, welches an dem Kontaktabschnitt wirkt, nicht verändert werden kann (z. B. ein bewegliches Glied, dessen Kontaktabschnitt mit der Kontaktzielfläche in einem Punktkontaktzustand in Kontakt steht).
  • In dem Fall, in dem jedes bewegliche Glied die Struktur aufweist, in welcher der Kontaktkraftmoment auf dem Kontaktabschnitt verändert werden kann, ist die Jacobimatrix des beweglichen Glieds eine Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung des Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert.
  • In dem Fall, dass jedes bewegliche Glied die Struktur aufweist, in der das Kontaktkraftmoment an dem Kontaktabschnitt nicht verändert werden kann, ist die Jacobimatrix des beweglichen Glieds andererseits eine Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen der zeitlichen Änderungsrate der Position des Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert.
  • Diese Jacobimatrixen des beweglichen Glieds können durch ein bekanntes Verfahren berechnet werden, auf Grundlage des beobachteten Werts des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts.
  • In der zehnten Erfindung bestimmt das Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement den Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des gesamten erforderlichen Verlagerungsbetrags, welcher durch Anordnen der erforderlichen Verlagerungsbeträge der Positionen und Stellungen der i-ten repräsentativen Kontaktflächen gebildet sind, mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc, welche durch Anordnen der Jacobimatrizen der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i), die wie oben beschrieben sind, gebildet ist. Als ein Ergebnis wird der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag bestimmt, zum Erzielen der ersten bis n-ten erforderlichen Korrekturbeträge der Gesamtkontaktkraft.
  • Das Gelenkverlagerung-Regelung-/Steuerungselement regelt/steuert den Gelenkaktuator dann gemäß dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher durch Korrigieren des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, welcher wie oben bestimmt ist, erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist.
  • Somit ist in dem Bewegungszustand, in dem das mobile Objekt mit der Mehrzahl von Kontaktzielflächen in Kontakt steht, der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts derart geregelt/gesteuert, dass die tatsächliche Gesamtkontaktkraft der gewünschten Gesamtkontaktkraft für jede Kontaktzielfläche folgt, wodurch Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung für alle Kontaktzielflächen (erste bis N-te Kontaktzielflächen) erreicht wird.
  • Gemäß der zehnten Erfindung wird der i-te erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft für jede Kontaktzielfläche in dem erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche der Kontaktzielfläche entspricht, umgewandelt. Der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag für jedes Gelenk des mobilen Objekts wird dann aus dem gesamten erforderlichen Verlagerungsbetrag berechnet, welcher durch Anordnen von diesen erforderlichen Verlagerungsbeträgen gebildet wird, unter Verwendung der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix. Somit ist es möglich, insgesamt den Korrekturbetrag (Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag), des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts zu bestimmen, so dass die tatsächliche Gesamtkontaktkraft der gewünschten Gesamtkontaktkraft für jede Kontaktzielfläche folgt, ohne ein Prozess zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds auf jeder Kontaktzielfläche auszuführen, unter Betrachtung der Relation zwischen der Korrektur der Position und Stellung des Kontaktabschnitts des beweglichen Gelenks auf der Kontaktzielfläche und der Veränderung der tatsächlichen Gesamtkontaktkraft oder der Zwischenbeziehung zwischen diesen Faktoren. Als ein Ergebnis kann das Prozess des Bestimmens des Gelenkverlagerung-Korrekturbetrags effizient in kurzer Zeit durchgeführt werden.
  • Vorliegend wird der Gewichtungskoeffizient r(i)_j von jedem beweglichen Glied (jedes bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe) in der Gleichung (77) derart gesetzt, dass das bewegliche Glied, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente der Kontaktkraft größer ist, einen größeren Gewichtungskoeffizient aufweist (näher an „1”). Dies bedeutet, dass der i-ten erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft durch jedes bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe miteinander geteilt wird, derart, dass das bewegliche Glied, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente größer ist, einen größeren Korrekturbetrag aufweist. Dementsprechend ist es möglich, einen derartigen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zu bestimmen, welcher der erforderlichen ersten bis N-ten Korrekturbeträge der Gesamtkontaktkraft sicherstellt, ohne unnötigerweise die Position oder Stellung des Kontaktabschnitts von irgendeinem beweglichen Glied zu korrigieren, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente relativ klein ist.
  • Darüber hinaus weist die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) keine diskontinuierliche Veränderung auf, da der Gewichtungskoeffizient r(i)_j von jedem beweglichen Glied in der i-ten Kontakt-bewegliches-Glied-Gruppe sich kontinuierlich ändert. Als ein Ergebnis kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts kontinuierlich glatt verändert werden. Dies ermöglicht dem mobilen Objekt sich glatt zu bewegen.
  • Somit ist es möglich gemäß der zehnten Erfindung eine angemessene Bewegungsregelung/Steuerung des mobilen Objekts durchzuführen, welches sich in Kontakt mit der Mehrzahl von Kontaktzielflächen bewegt, so dass die Gesamtkontaktkraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche wirkt, dem gewünschten Wert folgt, ohne dass ein Prozess erforderlich ist zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung von jedem Kontaktabschnitt des mobilen Objekts mit der Kontaktzielfläche aus der gewünschten Bewegung.
  • In der zehnten Erfindung ist das Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement konfiguriert, um den i-ten erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft durch Integrieren des Fehlers auf der i-ten Kontaktzielfläche zu bestimmen, wobei i = 1, 2, ..., N (elfte Erfindung).
  • Bevorzugterweise ist das Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement konfiguriert, um den erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft zu bestimmen, indem wenigstens ein Proportionalausdruck, welcher dem Fehler proportional ist, und ein Integralausdruck, welcher durch Integrieren des Fehlers auf der i-ten Kontaktzielfläche erhalten wird, wobei i = 1, 2, ..., N (zwölfte Erfindung) ist.
  • Der Fehler zwischen dem beobachteten Wert der Gesamtkontaktkraft (tatsächlicher Gesamtkontaktkraft), welche auf das mobile Objekt von jeder Kontaktzielfläche tatsächlich wirkt, und der gewünschten Gesamtkontaktkraft umfasst einen Gleichgewichtszustandsfehler, welcher durch eine Gleichgewichtszustandsabweichung der gesamten Position und Stellung der tatsächlichen Kontaktzielfläche von der vermeintlichen Kontaktzielfläche verursacht wird, die nach dem Erzeugen der gewünschten Bewegung vermutet wird, und einen zeitlichen Fehler, welcher durch die lokalen Unebenheiten der tatsächlichen Kontaktzielfläche oder dergleichen verursacht wird, welcher in der vermeintlichen Kontaktzielfläche nicht enthalten ist.
  • Gemäß der elften Erfindung ist es möglich, für den Gleichgewichtszustandsfehler zu kompensieren. Gemäß der zwölften Erfindung ist es möglich für den Gleichgewichtszustandsfehler durch den Integralausdruck zu kompensieren und auch für den zeitlichen Fehler durch den Proportionalausdruck zu kompensieren.
  • In der zwölften Erfindung kann beispielsweise der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft durch eine Kombination von nur dem Proportionalausdruck mit dem Integralausdruck bestimmt werden. Alternativ kann der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft durch Kombination von nicht nur dem Proportionalausdruck und dem Integralausdruck erhalten werden, sondern auch eines anderen Ausdrucks, wie beispielsweise ein Ableitungsausdruck.
  • In der elften oder zwölften Erfindung bezieht sich der Integral (nachfolgend durch ↑ΔFMt(i)_int bezeichnet) des Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtkontaktkraft und der gewünschten Gesamtkontaktkraft auf der i-ten Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) auf eine Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche, die in der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts in Bezug auf die i-te Kontaktzielfläche vermutet wird, und der Position und Stellung der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche. Dies deutet darauf hin, dass ↑Xc(i), welcher durch Wandeln des Integrals ↑ΔFMt(i)_int des Fehlers gemäß der Gleichung (78) berechnet wird, d. h. ↑Xc(i)_int, welcher aus ↑ΔFMt(i)_int gemäß der folgenden Gleichung (78-1) berechnet wird, den Gleichgewichtszustandsfehler zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche entspricht.
  • Figure DE102012208905B4_0024
  • In der Gleichung (78-1) sind eine Translationsverlagerungsbetragkomponente und eine Rotationsverlagerungsbetragkomponente von ↑Xc(i)_int jeweils durch ↑Xc_org(i)_int und ↑Xc_rot(i)_int bezeichnet und eine Translationskraftkomponente und eine Momentkomponente von ↑ΔFMt(i)_int sind jeweils durch ↑ΔFt(i)_int und ↑ΔMt(i)_int bezeichnet.
  • Daher kann die Position und Stellung der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche durch Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche durch ↑Xc(i)_int geschätzt werden.
  • Zu beachten ist, dass die Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche oder der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche die Position und Stellung der i-ten Kontaktzielfläche in oder nahe der Kontaktzielfläche zwischen dem beweglichen Glied (jedes bewegliche Glied in der i-ten Kontaktbewegliches-Glied-Gruppe) des mobilen Objekts und die i-te Kontaktzielfläche sind.
  • In dieser Hinsicht können in der elften Erfindung die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts ferner ein Kontaktzielfläche-Schätzelement umfassen, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer aktuellen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen, indem eine Position und Stellung einer vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche, gemäß eines erforderlichen Verlagerungsbetrags einer h-ten repräsentativen Kontaktfläche korrigiert wird, welche durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche h-te Kontaktzielfläche eine Kontaktzielfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird, entsprechend einer h-ten Kontaktzielfläche, welche eine vorbestimmte spezifische Kontaktzielfläche der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist (dreizehnte Erfindung).
  • Darüber hinaus kann die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts in der zwölften Erfindung ferner ein Kontaktzielfläche-Schätzelement umfassen, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer aktuellen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen, durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche, wobei die vermeintliche h-te Kontaktzielfläche eine Kontaktzielfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird, bezogen auf eine h-ten Kontaktzielfläche, welche eine vorbestimmte spezifische Kontaktzielfläche der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist, wobei das Kontaktzielfläche-Schätzelement konfiguriert ist, die Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen durch: Berechnen eines Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrags der h-ten repräsentativen Kontaktfläche aus einem Integralausdruck, welcher in einem erforderlichen Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft enthalten ist, der der h-ten Kontaktzielfläche entspricht, und einer Federkonstante einer h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche der h-ten Kontaktzielfläche entspricht; und Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche gemäß dem h-ten Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag, wobei der h-te Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der h-ten repräsentativen Kontaktfläche ist, welche dem Integralausdruck entspricht (vierzehnte Erfindung).
  • In der dreizehnten und vierzehnten Erfindung kann die h-te Kontaktzielfläche eine der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen oder ein Teil davon, oder alle der ersten bis N-ten Kontaktflächen sein.
  • In der dreizehnten Erfindung ist in einem Zustand, in welchem eine Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung auf das mobile Objekt wie oben beschrieben durchgeführt wird, der erforderliche Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft, welcher durch das Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement für die h-te Kontaktzielfläche bestimmt wird, welche aus einer der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen eine beliebige ist, ein Integral (Integralausdruck) eines Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Gesamtkontaktkraft und der gewünschten Gesamtkontaktkraft auf der h-ten Kontaktzielfläche. Daher entspricht der erforderliche Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement aus dem erforderlichen Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft berechnet wird, und die Federkonstante der h-ten repräsentativen Kontaktfläche der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche, welche die h-te Kontaktzielfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird, und der Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche. Das heißt, der erforderliche Verlagerungsbetrag entspricht dem ↑Xc(k)_int in der Gleichung (78-1).
  • Somit kann in der dreizehnten Erfindung die Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche durch Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag der h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungseinheit berechnet ist, geschätzt werden.
  • In der vierzehnten Erfindung entspricht, in einem Zustand, in welchem Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung auf dem mobilen Objekt wie oben beschrieben durchgeführt wird, der Verlagerungsbetrag (Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher unter Verwendung des Integralausdrucks anstelle des erforderlichen Korrekturbetrags der h-ten Gesamtkontaktkraft berechnet wird) der Position und Stellung der h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher durch die selbe Berechnung als das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement aus der Federkonstante der h-ten repräsentativen Kontaktfläche und des Integralausdrucks des erforderlichen Korrekturbetrags der h-ten Gesamtkontaktkraft berechnet wird, welcher durch das Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement für die h-ten Kontaktzielfläche als eine zufällige Kontaktzielfläche bestimmt wird, der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche, nämlich ↑Xc(k)_int in der Gleichung (78-1).
  • Somit kann in der vierzehnten Erfindung die Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche geschätzt werden, indem aus dem Integralausdruck, welcher dem erforderlichen Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft entspricht, und der Federkonstante der h-ten repräsentativen Kontaktfläche, der Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag der h-ten repräsentativen Kontaktfläche berechnet wird, welcher dem Integralausdruck entspricht, und die Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche gemäß dem Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag der h-ten repräsentativen Kontaktfläche korrigiert wird.
  • Da der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, welcher sicherstellt, dass der erforderliche Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft bestimmt werden kann, um die Bewegung des mobilen Objekts durch die oben erwähnte Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung zu regeln/steuern, entspricht jeder von dem erforderlichen Manipulationsbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft in der dreizehnten Erfindung und der Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag der h-ten repräsentativen Kontaktfläche in der vierzehnten Erfindung der Gleichgewichtszustandsdifferenz zwischen der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche und der Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche zuverlässig. Dies ermöglicht, dass die Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche akkurat geschätzt werden.
  • In der zehnten bis vierzehnten Erfindung kann die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc durch ein geeignetes Verfahren berechnet werden. Es ist allerdings wünschenswert, die pseudo-inverse Matrix Jc–1 durch das gleiche Verfahren wie in der fünften Erfindung zu bestimmen.
  • Das heißt, dass in der zehnten bis vierzehnten Erfindung die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Gesamt-Jacobimatrix Jc vorzugsweise eine Matrix ist, die gemäß der Gleichung (30) aus einer Gewichtungsmatrix W, die im Voraus festgelegt wird, und der berechneten Gesamt-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts ferner ein Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement umfasst, welches konfiguriert ist, um einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, welche durch die Gleichung (31) ausgedrückt wird, gleich einem oder mehr als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, und wobei das Pseudo-inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: ein Prozess auf wiederholte Weise durchzuführen zum Einstellen eines vorläufigen Wertes für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes aus einem vorbestimmten Initialwert, zum Berechnen der Determinante DET unter Verwendung des eingestellten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich einem oder mehr als der vorbestimmten Schwellenwert ist oder nicht, und bestimmt den vorläufigen Wert für k in dem Fall, in welchem ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k, welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und setzt ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k in dem Fall, in welchem das Ergebnis der Bestimmung unwahr ist, auf einen Wert, welcher zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, welche unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement bestimmt wurde, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist (fünfzehnte Erfindung).
  • Gemäß der fünfzehnten Erfindung können die gleichen vorteilhaften Effekte wie mit der fünften Erfindung erzielt werden. Das heißt, der entsprechende Wert für k (der Wert für k, so dass der Absolutwert von DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist), welcher zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 benutzt wird, kann in einer kurzen Zeit in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts effizient bestimmt werden, und auch die pseudo-inverse Matrix Jc–1 kann glatt geändert werden. Dies ermöglicht, dass der Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag derart bestimmt werden kann, dass der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenkt des mobilen Objekts glatt geändert werden kann.
  • Darüber hinaus erlaubt gemäß der fünfzehnten Erfindung die Gewichtungskoeffizienten-Matrix W, dass, für jedes Gelenk der Korrekturausmaß des Verlagerungsbetrags des Gelenks eingestellt wird, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung von jeder repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren, in Bezug auf beispielsweise Ansprechsempfindlichkeit der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche auf eine Änderung des Verlagerungsbetrags des Gelenks.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein Diagramm, welches ein typisches Beispiel eines mobilen Objekts, um die vorliegende Erfindung darzustellen, und eine Bodenreaktionskraft, welche auf das mobile Objekt wirkt, schematisch zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine schematische Struktur eines mobilen Objekts in einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Struktur in Bezug auf eine Regelung/Steuerung des mobilen Objekts aus 2 zeigt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, welches Funktionen einer Regelungs-/Steuerungsvorrichtung aus 2 in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess eines Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung aus 4 zeigt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches Funktionen der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung aus 2 in der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel des mobilen Objekts zeigt, auf welchem die vorliegende Erfindung angewandt wird.
  • 8 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel des mobilen Objekts zeigt, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird.
  • 9 ist ein Diagramm, welches ein typisches Beispiel eines mobilen Objekts zum Darstellen der vorliegenden Erfindung und einer Kontaktkraft, welche auf das mobile Objekt von einer zufälligen Kontaktzielfläche wirkt, zeigt.
  • 10 ist ein Diagramm, welches eine schematische Struktur eines mobilen Objekts einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist ein Diagramm, welches eine Struktur von jedem beweglichen Glied des in 10 gezeigten mobilen Objekts zeigt.
  • 12 ist ein Blockdiagramm, welches eine Struktur zeigt, in Bezug auf Regelung/Steuerung des in 10 gezeigten mobilen Objekts.
  • 13 ist ein Blockdiagramm, welches Funktionen einer in 10 gezeigten Regelungs-/Steuerungsvorrichtung zeigt.
  • 14 ist ein Diagramm, welches ein Bewegungsbeispiel des in 10 gezeigten mobilen Objekts zeigt.
  • 15 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel des mobilen Objekts zeigt, auf welchem die vorliegende Erfindung angewandt wird.
  • 16 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel des mobilen Objekts zeigt, auf welchem die vorliegende Erfindung angewandt wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Erste Ausführungsform]
  • Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben.
  • In 2 ist ein mobiles Objekt 1, welches in dieser Ausführungsform beispielhaft gezeigt wird, ein mobiler Roboter mit Beinen, welcher zwei Beinglieder aufweist. Das mobile Objekt 1 umfasst einen oberen Körper 2 als einen Körper, ein Paar von rechten und linken Beingliedern 3R und 3L, ein Paar von rechten und linken Armgliedern 4R und 4L und einen Kopf 5.
  • In der Beschreibung dieser Ausführungsform wird das Zeichen „R” zu jeder Variablen hinzugefügt, welche ein Element oder eine Größe angibt, die sich auf das Element auf der rechten Seite des mobilen Objekts 1 bezieht, wenn das mobile Objekt 1 von hinten betrachtet wird, und das Zeichen „L” wird jeder Variablen hinzugefügt, ein Element oder eine Größe anzuzeigen, die sich auf das Element an der linken Seite des mobilen Objekts 1 bezieht, wenn das mobile Objekt 1 von hinten betrachtet wird. Wenn es nicht unbedingt nötig ist zwischen rechts und links zu unterscheiden, können allerdings die Zeichen „R” und „L” weggelassen werden.
  • Das Paar von rechten und linken Beingliedern 3R und 3L weisen die gleiche Struktur auf. Im Einzelnen umfasst jedes Beinglied 3 einen Oberschenkel 14, welcher mit dem Oberkörper 2 über ein Hüftgelenk 13 verbunden ist, einen Unterschenkel 16, welcher mit dem Oberschenkel 14 über ein Kniegelenk 15 verbunden ist, und einen Fuß 18, welcher mit dem Unterschenkel 16 über ein Sprunggelenk 17 verbunden ist, als eine Mehrzahl von Elementgliedern, aus welchen sich des Beinglied 3 zusammensetzt.
  • Ein elastisches Element 18a ist an der Unterseite des Fußes 18, welche ein distales Ende von jedem Beinglied 3 ist, angebracht. Wenn sich das mobile Objekt 1 auf einer Bodenfläche bewegt, wird jeder Fuß 18 auf der Bodenfläche über das elastische Element 18a aufgesetzt (landet).
  • In jedem Beinglied 3 besteht das Hüftgelenk 13 aus drei Gelenken 19, 20 und 21, welche eine Rotationsfreiheit um eine Gierachse (Z-Achse in 2), eine Nickachse (Y-Achse in 2) bzw. eine Rollachse (X-Achse in 2) aufweisen. Das Kniegelenk 15 besteht aus einem Gelenk 22, welches eine Rotationsfreiheit um die Nickachse aufweist. Das Sprunggelenk 17 besteht aus zwei Gelenken 23 und 24, welche eine Rotationsfreiheit um die Nickachse bzw. um die Rollachse aufweisen.
  • Somit weist in dieser Ausführungsform jedes Beinglied 3 sechs Bewegungsfreiheitsgrade relativ zu dem Oberkörper 2 (Körper) auf. Es sei angemerkt, dass die Rotationsachsen (Rollachse, Nickachse und Gierachse) der Gelenke 19 bis 24 von jedem Beinglied 3 in der obigen Beschreibung Rotationsachsen in einem Zustand sind, in welchem das Beinglied 3 vertikal ausgestreckt ist.
  • Das Paar von rechten und linken Armgliedern 4R und 4L weisen die gleiche Struktur auf. Im Einzelnen umfasst jedes Armglied 4 einen oberen Arm 26, welches mit dem Oberkörper 2 über ein Schultergelenk 25 verbunden ist, einen Unterarm 28, welcher mit dem Oberarm 26 über ein Ellbogengelenk 27 verbunden ist, und eine Hand 30, welche mit dem Unterarm 28 über ein Handgelenk 29 verbunden ist, als eine Mehrzahl von Elementgliedern, welche das Armglied 4 bilden.
  • Das Schultergelenk 25 besteht aus drei Gelenken 31, 32, und 33, welche eine Rotationsfreiheit um die Nickachse, die Rollachse bzw. die Gierachse aufweisen. Das Ellbogengelenk 27 besteht aus einem Gelenk 34, welches eine Rotationsfreiheit um die Nickachse aufweist. Das Handgelenk 29 besteht aus drei Gelenken 35, 36 und 37, welche eine Rotationsfreiheit um die Gierachse, die Nickachse bzw. die Rollachse aufweisen.
  • Somit weist jedes Armgelenk 4 in dieser Ausführungsform sieben Bewegungsfreiheitsgrade relativ zum Oberkörper 2 auf. Es sei angemerkt, dass die Rotationsachsen (Rollachse, Nickachse und Gierachse) der Gelenke 31 bis 37 von jedem Armglied 4 in der obigen Beschreibung Rotationsachsen in einem Zustand sind, in welchem das Armglied 4 vertikal ausgestreckt ist.
  • Der Kopf 5 befindet sich oberhalb des Oberkörpers 2 und ist mit dem Oberkörper 2 über ein Genickgelenk 38 verbunden. Das Genickgelenk 38 besteht aus zwei Gelenken 39 und 40, welche eine Rotationsfreiheit um die Nickachse bzw. die Gierachse aufweisen. Somit weist der Kopf 5 zwei Bewegungsfreiheitsgrade relativ zum Oberkörper 2 auf. Es sei angemerkt, dass die Rotationsachsen (Nickachse und Gierachse) der Gelenke 39 und 40 in der obigen Beschreibung Rotationsachsen in einem Zustand sind, in welchem das Genickgelenk 38 vertikal ausgestreckt ist.
  • Obwohl in 2 nicht gezeigt, ist das mobile Objekt 1 mit einer Mehrzahl von Elektromotoren 41 (gezeigt in 3) bereitgestellt, als Gelenkaktuatoren zum Antreiben der jeweiligen oben erwähnten Gelenke. Jeder Elektromotor 41 ist mit dem entsprechenden Gelenk verbunden, um eine Antriebskraft (Rotationsantriebskraft) über einen Kraftübertragungsmechanismus (nicht gezeigt, welcher eine Reduziervorrichtung umfasst), zu übertragen.
  • Jeder Gelenkaktuator kann ein von einem Elektromotor verschiedener Aktuator sei, wie beispielsweise ein Hydraulikaktuator.
  • In dem mobilen Objekt 1 mit der oben erwähnten Struktur, wird jedes Beinglied 3 räumlich bewegt, indem die sechs Gelenke 19 bis 24 von jedem Beinglied 3 durch die Elektromotoren 41 angetrieben werden. Dies erlaubt dem mobilen Objekt 1 sich auf dem Boden zu bewegen. Beispielsweise kann durch Bewegen der Beinglieder 3R und 3L nach dem gleichen Muster (Gang) wie das menschliche Gehen, das mobile Objekt 1 laufen.
  • Das mobile Objekt 1 in dieser Ausführungsform ist ein humaoider Roboter, welcher die Armglieder 4R und 4L und den Kopf 5 aufweist. Jedoch kann das mobile Objekt keine Armglieder 4R und 4L oder keinen Kopf 5 aufweisen. Darüber hinaus kann beispielsweise der Oberkörper 2 aus einem Unterteil und einem Oberteil bestehen, welche miteinander über ein Gelenk verbunden sind.
  • In dieser Ausführungsform sind eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50, welche aus einer elektronischen Schalteinheit, umfassend eine CPU, eine RAM, eine ROM und dgl., besteht und verschiedene Sensoren bereitgestellt, um eine Bewegung-Regelung/Steuerung des mobilen Objekts 1 mit der obigen Struktur, durchzuführen.
  • Als Sensoren werden, wie in 2 gezeigt, bereitgestellt: einen Stellungssensor 51, welcher in dem Oberkörper 2 montiert ist zum Messen eines Stellungswinkels (einer oder beide von einem Neigungswinkel in der Vertikalrichtung und einem Azimutwinkel um die Gierachse) des Oberkörpers 2 als der Körper des mobilen Objekts 1, einer zeitlichen Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit) des Stellungswinkels oder dgl., einen Kraftsensor 52 (52R, 52L), welcher zwischen dem Sprunggelenk 24 und dem Fuß 18 von jedem Beinglied 3 angeordnet ist, zum Messen einer externen Kraft (Bodenreaktionskraft), welche auf den Fuß 18, wenn aufgesetzt, wirkt, und einem Kraftsensor 53 (53R, 53L), welcher zwischen dem Handgelenk 29 und der Hand 30 von jedem Armglied 4 angeordnet ist, zum Messen einer externen Kraft, welche auf die Hand 30 von ihrem Kontaktzielobjekt wirkt.
  • Der Stellungssensor 51 besteht aus beispielsweise einem Gyroskop zum Detektieren einer Winkelgeschindigkeit um die drei Achsen, und einem Beschleunigungsmesser zum Detektieren einer Beschleunigung in den Richtungen der drei Achsen. Jeder von den Kraftsensoren 52 und 53 besteht beispielsweise aus einem sechsachsigen Kraftsensor zum Bestimmen einer Translationskraft in die Richtungen der drei Achsen und eines Moments um die drei Achsen.
  • Da die Ausgabe des Kraftsensors 53 (53R, 53L) von jedem Armglied 4 für die Gehbewegung des hauptsächlich in dieser Ausführungsform beschriebenen mobilen Objekts 1 unnötig ist, kann der Kraftsensor 53 weggelassen werden.
  • Obwohl in 2 nicht gezeigt, ist das mobile Objekt 1 auch mit beispielsweise einem Drehgeber 54 (gezeigt in 3) als ein Sensor zum Detektieren des Verlagerungsbetrags (Rotationswinkel) von jedem Gelenk, bereitgestellt. Alternativ kann auch ein anderer Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, als der Sensor zum Detektieren des Verlagerungsbetrags (Rotationswinkel) von jedem Gelenk verwendet werden.
  • Die Ausgabe von jedem der oben erwähnten Sensoren wird in die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 eingegeben. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 bestimmt unter Verwendung von beobachteten Werten (beispielsweise ein beobachteter Wert des Stellungswinkels des Oberkörpers 2 oder seiner zeitlichen Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit), einem gemessenen Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Oberkörpers 2, einem gemessenen Wert der Bodenreaktionskraft, welche auf jeden Fuß 18 wirkt, und einem gemessenen Wert des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk oder seiner zeitlichen Änderungsrate) eines Bewegungszustands des mobilen Objekts 1, welcher aus diesem Eingabewerten erkannt wird, einen gewünschten Wert (nachfolgend als eine Gelenkverlagerungsanweisung bezeichnet) des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, um eine gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 1 zu realisieren. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 regelt/steuert den tatsächlichen Betrag an Verlagerung (tatsächlicher Verlagerungsbetrag) von jedem Gelenk über den entsprechenden Elektromotor 41, gemäß der Gelenkverlagerungsanweisung.
  • Um eine derartige Regelung/Steuerung auszuführen umfasst, wie in 4 gezeigt, die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 als Hauptfunktionen, die durch ein implementiertes Programm realisiert sind, eine Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61, eine Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62, eine Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63, eine Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungvorrichtung 66, eine Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67, eine Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 und eine Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 führt die Verfahren von diesen Funktionaleinheiten in einem vorbestimmten Ausführungszyklus sequentiell aus, wodurch die Gelenkverlagerungsanweisung von jedem Gelenk sequentiell bestimmt wird. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 regelt/steuert den entsprechenden Elektromotor 41 über eine Motorantriebsschaltung, nicht gezeigt, gemäß der Gelenkverlagerungsanweisung.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 kann eine Mehrzahl von CPU umfassen. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 kann auch keine einzelne Einheit sein. Beispielsweise kann die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 aus einer Mehrzahl von Einheiten bestehen, wobei jede eine CPU, einen Prozessor oder dgl. umfasst.
  • Alle oben erwähnten Funktionaleinheiten, oder Teile davon, der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 können mittels Hardware realisiert werden.
  • Im Folgenden wird der Regelungs-/Steuerungsprozess der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50, einschließlich des detaillierten Prozesses von jedem der Funktionaleinheiten unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, in welchem das mobile Objekt 1 eine Gehbewegung durchführt.
  • [Prozess der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61]
  • In dieser Ausführungsform erzeugt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 einen Referenzgang als ein gewünschter Referenzgang des mobilen Objekts 1 durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61.
  • Der Referenzgang umfasst eine gewünschte Bewegung, welche eine Trajektorie einer räumlichen Position und räumlicher Stellung (spatielle Ausrichtung) definiert, die für jeden Abschnitt des mobilen Objekts 1 gewünscht ist (womit eine Trajektorie eines Verlagerungsbetrags definiert ist, welcher für jedes Gelenk des mobilen Objekts 1 gewünscht ist), und eine gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft, welche eine Trajektorie einer Gesamtbodenreaktionskraft (Gesamtbodenreaktionskraft) definiert, die auf das mobile Objekt 1 von einer Bodenfläche anzuwenden ist. Der Begriff „Trajektorie” bedeutet Zeitreihen eines Momentanwerts.
  • Die gewünschte Bewegung des Referenzgangs wird derart erzeugt, dass dem mobilen Objekt 1 erlaubt wird, sich auf eine vermeintlicher Bodenfläche zu bewegen. Die vermeintliche Bodenfläche ist ein Bodenflächenmodell, dessen Form im Voraus gesetzt wird, um einer Form zu entsprechen oder diese zu approximieren (Position oder Stellung von jedem Bodenflächenabschnitt) einer tatsächlichen Bodenfläche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 1.
  • In dem mobilen Objekt 1 in dieser Ausführungsform umfasst die gewünschte Bewegung: eine Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Position und gewünschten Stellung des Fußes 18 von jedem Beinglied 3 ist; eine Gewünschte-Oberkörper-Position/Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Position und gewünschter Stellung des Oberkörpers 2 (Körper) ist; eine Gewünschte-Arm-Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Gesamtstellung von jedem Armglied 4 relativ zum Oberkörper 2 ist; und eine Gewünschte-Kopf-Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Stellung des Kopfs 5 relativ zum Oberkörper 2 ist.
  • Vorliegend bedeutet die „Position” des Fußes 18 eine Position eines repräsentativen Punkts (z. B. eines Punkts einer spezifischen Position der Unterseite des Fußes 18) des Fußes 18, welche beliebig gesetzt wird, um eine räumliche Position des Fußes 18 zu repräsentieren. Das Gleiche gilt für die „Position” des Oberkörpers 2. Die „Stellung” des Fußes 18 bedeutet eine räumliche Richtung des Fußes 18. Das Gleiche gilt für die „Stellung” des Oberkörpers 2.
  • Die gewünschte Fußposition und Stellung und die gewünschte Oberkörperposition und Stellung sind als eine Position und eine Stellung in einem globalen Koordinatensystem als ein inertiales Koordinatensystem ausgedrückt, welches bezüglich der Bodenfläche fest ist. Als das globale Koordinatensystem wird als ein Beispiel ein Stützbein-Koordinatensystem verwendet, dessen Ursprung ein Punkt in einer Grundfläche (eine Kontaktfläche mit dem Boden) von einem Beinglied 3 als ein Stützbein (Bein, welches die Schwerkraft des mobilen Objekts 1 auf dem Boden trägt) des mobilen Objekts 1, dessen X-Achse eine Horizontalachse in der Vorder-Hinten-Richtung des Fußes 18 des Beinglieds 3 ist, dessen Z-Achse eine Achse in der Vertikalrichtung ist, und dessen Y-Achse eine Horizontalachse ist, in eine Richtung, die zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonal ist.
  • In diesem Fall werden in der Gehbewegung des mobilen Objekts 1 die Position des Ursprungs und die Richtungen der X-Achse und der Y-Achse des globalen Koordinatensystems jedes Mal, wenn sich das Stützbein ändert, aktualisiert. Alternativ kann das globale Koordinatensystem beispielsweise ein Koordinatensystem sein, welches ständig bezüglich der Bodenfläche fixiert ist. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse einfachheitshalber die drei Achsen des Koordinatensystems des Stützbeins, wenn nicht anders spezifiziert.
  • In dieser Ausführungsform erzeugt die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 die Bestandteile der gewünschten Bewegung, wie beispielsweise die Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie, durch ein bekanntes Gangerzeugungsverfahren, wie beispielsweise das Verfahren, das durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in dem japanischen Patent Nr. 3726081 oder dergleichen vorgeschlagen ist.
  • Im Einzelnen werden, in der gewünschten Bewegung zum Realisieren der Gehbewegung des mobilen Objekts 1, die gewünschte Arm-Stellung-Trajektorie und die gewünschte Kopf-Stellung-Trajektorie derart bestimmt, dass beispielsweise die gewünschte Armstellung und die gewünschte Kopfstellung relativ zum Oberkörper 2 ständig konstant gehalten werden. Die Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie und die Gewünschte-Oberkörper-Position/Stellung-Trajektorie werden dann beispielsweise durch das Verfahren erzeugt, welches durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in dem japanischen Patent Nr. 3726081 oder dergleichen vorgestellt sind.
  • Der Prozess zum Erzeugen der Gewünschten-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie und der Gewünschten-Oberkörper-Position/Stellung-Trajektorie wird weiter unten kurz beschrieben. Parameter, welche die Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie definieren, wie beispielsweise eine geplante Landeposition und eine geplante Landezeit von jedem Fuß 18 der vermeintlichen Bodenfläche werden gemäß einer angeforderten Bewegungsrichtung oder Bewegungsgeschwindigkeit, einer Bewegungsplanung oder dergleichen des mobilen Objekts 1 bestimmt, welche der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 von außerhalb des mobilen Objekts 1 bereitgestellt werden. Die Parameter können eine Angabe an die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 von außerhalb sein oder eine Eingabe, die in einer Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 im Voraus gespeichert ist.
  • Eine Gewünschte-ZMP-Trajektorie wird als eine gewünschte Position des ZMP (Zero Moment Point, Nullmomentpunkt) gemäß der durch den Parameter definierten Gewünschten-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie bestimmt. Die Gewünschte-ZMP-Trajektorie wird derart bestimmt, dass der gewünschte ZMP an dem Mittelpunkt in einer Stützpolygon oder nahe daran auf der vermeintlichen Bodenfläche so viel wie möglich bleibt, wobei die vermeintliche Bodenfläche gemäß der Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie definiert ist und auch eine glatte Verlagerung (ohne eine Stufenänderung) erfährt.
  • Ferner wird die Gewünschte-Oberkörper-Position/Stellung-Trajektorie derart bestimmt, dass die Trajektorie der gewünschten ZMP erfüllt ist, unter Verwendung eines angemessenen kinetischen Modells, welche die Kinetik des mobilen Objekts 1 repräsentiert (Beziehung zwischen der Bodenreaktionskraft als eine externe Kraft und der Bewegung des mobilen Objekts 1). Das Erfüllen der Gewünschten-ZMP-Trajektorie bedeutet, dass eine Horizontalkomponente (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) eines Moments, welcher um den gewünschten ZMP durch eine resultierende Kraft einer durch die Bewegung des mobilen Objekts 1 erzeugten Trägheitskraft erzeugt wird, und die auf das mobile Objekt 1 wirkende Schwerkraft null ist.
  • Der Prozess des Erzeugens der gewünschten Bewegung kann ein bekanntes Verfahren sein, welches von dem Verfahren verschieden ist, das durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in dem japanischen Patent Nr. 3726081 oder dergleichen vorgeschlagen wurde, solange es möglich ist, die ausführbare gewünschte Bewegung des mobilen Objekts auf der vermeintlichen Bodenfläche zu erzeugen.
  • Die gewünschte Armstellung oder die gewünschte Kopfstellung relativ zum Oberkörper 2 können je nach Bedarf in einem gewünschten Muster verändert werden. Beispielsweise können beide Armglieder 4R und 4L mit der Gehbewegung des mobilen Objekts 1 nach vorne und nach hinten hin und her geschwungen werden.
  • In einem solchen Fall kann die Gewünschte-Oberkörper-Position/Stellung-Trajektorie unter Verwendung eines kinetischen Modells erzeugt werden, welches eine Änderung in dem Gesamtschwerpunkt der mobilen Objekts 1 oder eine Änderung in einem Winkelmoment um den Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts 1 berücksichtigt, welche mit einer Änderung in der gewünschten Armstellung oder der gewünschten Kopfstellung assoziiert sind.
  • Die Bestandteile der gewünschten Bewegung sind nicht auf die oben erwähnten Bestandteile beschränkt. Beispielsweise sind die Gewünschte-Arm-Stellung-Trajektorie oder die Gewünschte-Kopf-Stellung-Trajektorie unnötig, im Falle, dass das mobile Objekt 1 die Armglieder 4R und 4L oder den Kopf 5 nicht umfasst. Im Falle, dass das mobile Objekt 1 einen beweglichen Abschnitt relativ zum Oberkörper 2 umfasst, welcher von den Armgliedern 4R und 4L und dem Kopf 5 verschieden ist, wird eine Trajektorie einer gewünschten Position und gewünschter Stellung des Abschnitts zu der gewünschten Bewegung hinzugefügt.
  • In dem Fall, in welchem jedes Beinglied 3 sieben Freiheitsgrade oder mehr aufweist, kann nicht nur die Gewünschte-Fuß-Position/Stellung-Trajektorie, sondern auch eine Gewünschte-Position/Stellung-Trajektorie eines Zwischenteils von jedem Beinglied 3 zu der gewünschten Bewegung hinzugefügt werden.
  • Die Bestandteile der gewünschten Bewegung können entsprechend gesetzt werden, gemäß der Struktur des mobilen Objekts 1 und dergleichen, solange die Trajektorie des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 definiert werden kann.
  • Die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs definiert die Trajektorie der Gesamtbodenreaktionskraft, welche auf das mobile Objekt 1 von der vermeintlichen Bodenfläche kinetisch anzuwenden ist, um das mobile Objekt 1 auf der vermeintlichen Bodenfläche gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen.
  • Die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft umfasst: eine Trajektorie eines Mittelpunkts der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, welcher eine gewünschte Position eines Mittelpunkts (COP) der Gesamtbodenreaktionskraft ist, als ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft; eine Trajektorie einer gewünschten Translationsbodenreaktionskraft, welche eine gewünschte Translationskraft (Vektor) ist, die auf das mobile Objekt 1 von der vermeintlichen Bodenfläche anzuwenden ist, mit dem Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft als ein Wirkpunkt; und eine Trajektorie eines gewünschten Bodenreaktionskraftmoments, welcher ein gewünschtes Moment (Vektor) ist, der auf das mobile Objekt 1 von der vermeintlichen Bodenfläche um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft anzuwenden ist.
  • In der folgenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft”, wenn nicht anders spezifiziert, einfachheitshalber die Kombination der gewünschten Translationsbodenreaktionskraft und des gewünschten Bodenreaktionskraftmoments, und ist von dem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft verschieden.
  • Die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 bestimmt die Trajektorie des Mittelpunkts der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, um der Gewünschte-ZMP-Trajektorie zu entsprechen. Die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 bestimmt auch die Trajektorie der gewünschten Translationsbodenreaktionskraft, so dass die gewünschte Translationsbodenreaktionskraft mit einer resultierenden Kraft einer Trägheitskraft, welche durch die Translationsbewegung des gesamten Schwerkraftmittelpunkts des mobilen Objekts 1 in der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts 1 erzeugt wird, und die auf das mobile Objekt 1 wirkende Schwerkraft auszugleichen.
  • Die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 bestimmt ferner die Trajektorie des gewünschten Bodenreaktionskraftmoments, so dass das gewünschte Bodenreaktionskraftmoment um den Mittelpunkt der gewünschten Bodenreaktionskraft mit einem Moment ausgeglichen ist, welcher um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durch die resultierende Kraft der Intertialkraft erzeugt ist (Trägheitskraft durch die Translationsbewegung des Gesamtschwerkraftmittelpunkts und Trägheitskraft durch die Rotations bewegung um den Gesamtschwerpunkt), welche durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 1 und die Schwerkraft, die auf das mobile Objekt 1 wirkt, erzeugt ist. In diesem Fall ist die Komponente um die Horizontalachse (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) in dem gewünschten Bodenreaktionskraftmoment gleich null.
  • Nachfolgend wird die gewünschte Translationsbodenreaktionskraft (Vektor) und das gewünschte Bodenreaktionskraftmoment (Vektor) in der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs durch ↑Ft_cmd0 bzw. ↑Mt_cmd0 bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist jeder von ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 ein Spaltenvektor, welcher aus drei Komponente besteht, die eine X-Achsen-Komponente, eine Y-Achsen-Komponente und eine Z-Achsen-Komponente sind. Die Kombination von ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 wird als eine gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 bezeichnet. ↑FMt_cmd0 ist ein Spaltenvektor (sechskomponentiger Spaltenvektor), welcher durch Anordnen der Komponenten von ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 gebildet ist. Das heißt, ↑FMt_cmd0 = [↑Ft_cmd0, ↑Mt_cmd0]T.
  • Der Referenzgang muss nicht während der Bewegung des mobilen Objekts 1 generiert werden. Beispielsweise kann der Referenzgang generiert werden, bevor das mobile Objekt 1 beginnt sich zu bewegen und kann in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 im Voraus gespeichert werden oder der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 von Außerhalb durch drahtlose Kommunikation je nach Bedarf eingegeben werden. In einem solchen Fall braucht die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 nicht die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 zu umfassen.
  • [Prozess der Gewünschten-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 gibt die gewünschte Bewegung des Referenzgangs, die wie oben beschrieben erzeugt wird, an der Gewünschten-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 an, und führt den Prozess der Gewünschten-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 durch.
  • Die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 ist eine funktionale Einheit, welche ein Referenzbetrag des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags berechnet, welcher der Betrag an Verlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 ist, der durch die gewünschte Bewegung des Referenzgangs definiert ist. Die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 berechnet den Referenzbetrag des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 aus der eingegebenen gewünschten Bewegung durch eine inverse kinetische Berechnung.
  • Im Falle, dass der Referenzgang im Voraus erzeugt wird, kann auch der Referenzbetrag des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags von jedem Gelenk, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht, im Voraus erzeugt werden. In einem solchen Fall braucht die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 nicht zu umfassen.
  • [Prozess der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 führt die Prozesse der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62, der Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63, der Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 und der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 gleichzeitig mit (oder davor oder danach) dem Verfahren der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 durch.
  • Diese Prozesse sind ein Prozess zum Bestimmen eines Manipulationsbetrags (Regelungs-/Steuerungseingabe) für Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung. Dieser Prozess wird nachfolgend als ein Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess bezeichnet. Durch den Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess bestimmt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 einen Korrekturbetrag der Gelenkverlagerung zum Korrigieren des Referenzbetrags der gewünschten Gelenkverlagerung für jedes Gelenk entsprechend dem Referenzgang.
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 zuerst den Prozess der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62 durch. Die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62 ist eine funktionelle Einheit, welche als ein Korrekturbetrag zum Korrigieren der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs eine Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd bestimmt, welche eine Störung-Bodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt 1 zusätzlich anzuwenden ist, so dass ein Fehler zwischen der gewünschten Oberkörperstellung des Referenzgangs und des beobachteten Wertes der tatsächlichen Stellung (tatsächliche Oberkörperstellung) des Oberkörpers 2 des mobilen Objekts 1 sich null nähert.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd aus einem Störung-Moment um die Horizontal-Achse (die X-Achse und die Y-Achse), welche um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs zu addieren ist. Dementsprechend ist die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd ein Manipulationsbetrag zum Korrigieren der Komponente um die Horizontal-Achse in dem gewünschten Bodenreaktionskraftmoment, in der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs. Mit anderen Worten ist die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd ein Manipulationsbetrag, welcher dazu dient, den gewünschten Wert des Mittelpunkts der Gesamtbodenreaktionskraft von dem Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs zu verlagern.
  • Die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62 bestimmt die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd durch ein vorbestimmtes Rückkopplung-/Regelungs-/Steuerungsgesetz, aus dem Fehler zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Oberkörperstellung, welche durch die Ausgabe des Stellungssensors 51 angezeigt ist, und der gewünschten Oberkörperstellung des Referenzgangs. Beispielsweise wird ein PD-Gesetz als ein Rückkopplung-/Regelungs-/Steuerungsgesetz verwendet.
  • Im Einzelnen wird in dieser Ausführungsform die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft (Moment) ↑Mdmd durch Addieren (Kombinieren) eines Proportionalausdrucks, welcher durch Multiplizieren des Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Oberkörperstellung und der gewünschten Oberkörperstellung mit einem vorbestimmten Gang erhalten ist, und einen Ableitungsausdruck, welcher durch Multiplizieren einer zeitlichen Änderungsrate des Fehlers mit einem vorbestimmten Gang erhalten wird, bestimmt. In diesem Fall wird die Komponente um die X-Achse in ↑Mdmd gemäß der Komponente um die X-Achse in dem Fehler bestimmt, und die Komponente um die Y-Achse in ↑Mdmd wird gemäß der Komponente um die Y-Achse in dem Fehler bestimmt.
  • Der Fehler zwischen dem beobachteten Wert der tatsächlichen Oberkörperstellung und der gewünschten Oberkörperstellung ist im Wesentlichen zu einem horizontalen Positionsfehler zwischen dem tatsächlichen Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts 1 und des Gesamtschwerpunkts in der gewünschten Bewegung des Referenzgangs proportional. Unter diesen Gegebenheiten wird die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft (Moment) ↑Mdmd durch das Rückkopplung-/Regelungs-/Steuerungsgesetz, wie beispielsweise das PD-Gesetz, bestimmt werden, unter Verwendung des Fehlers zwischen dem beobachteten Wert der horizontalen Position des tatsächlichen Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 1 und der horizontalen Position des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 1 in der gewünschten Bewegung des Referenzgangs, als ein Index, welcher den Abweichungsgrad der tatsächlichen Oberkörperstellung von der gewünschten Oberkörperstellung angibt. In einem solchen Fall kann die Position der tatsächliche Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts 1 unter Verwendung von beispielsweise einem beobachteten (gemessenen) Wert eines tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 und eines starren Gliedmodells des mobilen Objekts 1 geschätzt werden.
  • In dieser Ausführungsform besteht ↑Mdmd aus den zwei Komponenten, welche die Komponente um die X-Achse und die Komponente um die Y-Achse sind. Jedoch kann auch die Komponente um die Z-Achse in ↑Mdmd aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Komponente um die Z-Achse in ↑Mdmd durch das Rückkopplung-/Regelungs-/Steuerungsgesetz, wie beispielsweise das PD-Gesetz, bestimmt werden, auf Grundlage eines Fehlers zwischen der Komponente um die Z-Achse in der gewünschten Oberkörperstellung des Referenzgangs und der Komponente um die Z-Achse in dem beobachteten Wert der tatsächlichen Oberkörperstellung.
  • [Prozess der Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63]
  • Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 den Prozess der Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63 durch. Die Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63 ist eine funktionelle Einheit, welche die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs durch die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd korrigiert, welche wie oben beschrieben bestimmt wird. Die Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63 bestimmt die korrigierte gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft, durch Addieren der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑Mdmd, welche wie oben beschrieben bestimmt wird, zu der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs. Vorliegend ist die korrigierte gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ein Ergebnis einer Korrektur von nur der Komponente um die X-Achse und der Komponente um die Y-Achse in dem gewünschten Bodenreaktionskraftmoment um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs, in der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs.
  • Vorliegend werden eine Translationsbodenreaktionskraft (dreikomponentiger Spaltenvektor) und ein Bodenreaktionskraftmoment (dreikomponentiger Spaltenvektor) der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durch ↑Ft_cmd1 bzw. ↑Mt_cmd1 bezeichnet. Ein sechskomponentiger Spaltenvektor (= [↑Ft_cmd1, ↑Mt_cmd1]T), welcher ↑Ft_cmd1 mit ↑Mt_cmd1 kombiniert, wird als eine korrigierte gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 bezeichnet. Vorliegend gilt ↑Ft_cmd1 = ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd1 = ↑Mt_cmd0 + ↑Mdmd (beachte, dass die Komponente um die Z-Achse in ↑Mdmd in dieser Ausführungsform gleich null ist).
  • [Prozess der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64]
  • Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 den Prozess der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 durch. Die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 ist eine funktionelle Einheit, welche einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft bestimmt, so dass der beobachtete Wert der Gesamtbodenreaktionskraft (tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft), welche auf das mobile Objekt 1 tatsächlich wirkt, der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1, die wie oben beschrieben bestimmt wird, folgt.
  • Der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft entspricht einem erforderlichen Wert der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt in der Gleichung (2). Daher besteht der erforderliche Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft aus: einem erforderlichen Wert der Störung-Gesamttranslations-Bodenreaktionskraft ↑ΔFt als ein erforderlicher Korrekturbetrag (dreikomponentiger Spaltenvektor) der Translationsbodenreaktionskraft in der Gesamtbodenreaktionskraft; und einem erforderlichen Wert des Störung-Gesamtbodenreaktionskraftmoments ↑ΔMt als ein erforderlicher Korrekturbetrag (dreikomponentiger Spaltenvektor) des Bodenreaktionskraftmoments um den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft.
  • Im Folgenden wird der erforderliche Wert der Störung-Gesamttranslations-Bodenreaktionskraft ↑ΔFt durch ↑ΔFt_dmd bezeichnet und der erforderliche Wert des Störung-Gesmatbodenreaktionskraftmoments ↑ΔMt durch ↑ΔMt_dmd bezeichnet. Der erforderliche Wert der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt, als ein sechskomponentiger Spaltenvektor, welcher ↑ΔFt_dmd und ↑ΔMt_dmd kombiniert, wird durch ↑ΔFMt_dmd bezeichnet (= [↑ΔFt_dmd, ↑ΔMt_dmd]T).
  • Darüber hinaus wird der beobachtete Wert (dreikomponentiger Spaltenvektor) der Translationsbodenreaktionskraft in der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft, die auf das mobile Objekt 1 wirkt, durch ↑Ft_act bezeichnet, und der beobachtete Wert (dreikomponentiger Spaltenvektor) des Bodenreaktionskraftmoments in der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft durch ↑Mt_act bezeichnet. Der beobachtete Wert der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft als ein sechskomponentiger Spaltenvektor, welcher ↑Ft_act und ↑Mt_act kombiniert, wird durch ↑FMt_act bezeichnet (= [↑Ft_act, ↑Mt_act]T).
  • Die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 bestimmt den erforderlichen Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt durch den folgenden Prozess.
  • Als Erstes berechnet die Gesamtbodenreaktionskraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 einen Fehler ↑Dfmt (= ↑FMt_cmd1 – ↑FMt_act) zwischen der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 und der beobachteten tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act. Die beobachtete tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act wird berechnet, indem der beobachtete Wert der Bodenreaktionskraft (sechsachsige Kraft) von jedem Beinglied 3, die durch die Ausgänge der Kraftsensoren 52R und 52L angezeigt ist, mit dem Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft als der Wirkpunkt korrigiert wird.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Ausführungsform, um eine exzessive Variation des Fehler ↑Dfmt zu verhindern, die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 die beobachtete tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act, welche auf dem Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft wirkt, dadurch berechnet, dass eine Tiefpass-Filterung auf der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft durchgeführt wird, welche durch Kombinieren des durch die Ausgänge der Kraftsensoren 52 und 52L angezeigten beobachteten Wertes der Bodenreaktionskraft (sechsachsige Kraft) von jedem Beinglied 3 erhalten ist.
  • Als eine Alternative kann die beobachtete tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act durch Kombinieren des Ergebnisses der Tiefpass-Filterung des beobachteten Werts der Bodenreaktionskraft (sechsachsige Kraft) von jedem Beinglied 3 berechnet werden.
  • Die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 bestimmt dann den erforderlichen Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt durch Addieren eines Proportionalausdrucks (der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (41)) und eines Integralausdrucks (der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (41)), welcher gemäß dem Fehler ↑Dfmt wie in der folgenden Gleichung (41) bestimmt wird.
  • Der Proportionalausdruck ist ein Ergebnis des Multiplizierens des Fehlers ↑Dfmt mit einer vorbestimmten Verstärkung Kcmp. Der Integralausdruck ist ein Ergebnis der Integration eines Wertes, welcher durch Multiplizieren eines Ergebnisses der Tiefpass-Filterung ↑Dfmt_filt des Fehlers ↑Dfmt mit einer vorbestimmten Verstärkung Kestm erhalten wird.
  • Das Tiefpass-Filterungsprozess, welches dazu verwendet wird, um ↑Dfmt_filt zu berechnen, ist ein Filterungsprozess, dessen Grenzsequenz an der Hochfrequenz-Seite niedriger ist als die Grenzsequenz an der Hochfrequenz-Seite des Tiefpass-Filterungsprozesses ist, welches verwendet wird, um den Fehler ↑Dfmt zu berechnen. ↑ΔFMt_dmd = Kcmp·↑Dfmt + ∫(Kestm·↑Dfmt_filt) (41)
  • Jede der Verstärkungen Kcmp und Kestm ist eine Skalar- oder eine Diagonalmatrix.
  • Der Integralausdruck in der Gleichung (41) entspricht einem Gleichgewichtszustands-Fehler zwischen der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 und der beobachteten tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act, d. h. einem Gleichgewichtszustands-Fehler der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche von der tatsächlichen Bodenfläche.
  • Obwohl der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt gemäß der Gleichung (41) in dieser Ausführungsform berechnet wird, kann der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd unter Weglassen des Proportionalausdrucks oder des Integralausdrucks berechnet werden. Darüber hinaus kann der Integralausdruck unter Verwendung von ↑Dfmt selbst berechnet werden, anstelle von ↑Dfmt_filt.
  • [Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 führt den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 durch, nach der Ausführung des Prozesses der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, wie oben beschrieben. Die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 ist eine funktionelle Einheit, welche den erforderlichen Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt, welche wie oben bestimmt wird, zu dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc (= [↑Xc_org, ↑Xc_rot]T) der virtuellen repräsentativen Kontaktfläche gemäß der Gleichung (28) umwandelt.
  • In dieser Ausführungsform sind jede Diagonalkomponente (Federkonstante von jeder Komponente, die sich auf die Translationsverlagerung der repräsentativen Kontaktfläche in die Richtungen der drei Achsen bezieht) der Translation-Federkonstanten-Matrix Kc_org der repräsentativen Kontaktfläche, die die Grundflächen der Beinglieder 3R und 3L des mobilen Objekts 1 repräsentieren, und jede Diagonalkomponente (Federkonstante von jeder Komponente, die sich auf die Rotationsverlagerung der repräsentativen Kontaktflächen um die drei Achsen bezieht) der Rotation-Federkonstanten-Matrix Kc_rot der repräsentativen Kontaktfläche, vorbestimmte Konstanten.
  • Die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 berechnet den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche unter Verwendung von diesen Federkonstanten-Matrizen Kc_org und Kc_rot gemäß der Gleichung (28). Im Einzelnen berechnet die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche gemäß der folgenden Gleichung (42), welche ↑ΔFMt_dmd für ↑ΔFMt auf der rechten Seite der Gleichung (28) substituiert.
  • Figure DE102012208905B4_0025
  • In der Gleichung (42) bezeichnet Kc_org–1 eine inverse Matrix (eine Matrix, deren Diagonalkomponenten die Inversen der Diagonalkomponenten Kc_org sind) der Translation-Federkonstanten-Matrix Kc_org, und Kc_org–1 bezeichnet eine inverse Matrix (eine Matrix, deren Diagonalkomponenten die Inversen der Diagonalkomponenten Kc_rot sind) der Rotation-Federkonstanten-Matrix Kc_rot. Kc_org–1 und Kc_rot–1 sind jeweils aus der Translation-Federkonstanten-Matrix Kc_org und der Rotation-Federkonstanten-Matrix Kc_rot durch die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 berechnet. Alternativ können Kc_org–1 und Kc_rot–1 in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 im Voraus gespeichert werden.
  • [Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66]
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 gleichzeitig mit (oder davor oder danach) der Berechnung des Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche wie oben beschrieben durch.
  • Die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 ist eine funktionelle Einheit, welche die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc berechnet, welche die Beziehung der Gleichung (23) darstellt. In dieser Ausführungsform ist der generalisierte Variablenvektor ↑q1 insbesondere ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnung der sechs Komponenten der Position und Stellung des Oberkörpers 2 als der Körper und des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 gebildet wird. Ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnung der Änderungsbeträge der Komponenten von ↑q1 pro Zeiteinheit entspricht ↑Δq1 in der Gleichung (24).
  • In dieser Ausführungsform berechnet die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der folgenden Gleichung (43), wobei N = 2 in der Gleichung (27) ist. Eines von den Beingliedern 3R und 3L in dieser Ausführungsform entspricht dem ersten Beinglied und das andere von den Beinglieder 3R und 3L entspricht dem zweiten Beinglied in der Gleichung (27). In der folgenden Beschreibung wird das Beinglied 3R als das erste Beinglied und das Beinglied 3L als das zweite Beinglied als ein Beispiel einfachheitshalber gesetzt.
    Figure DE102012208905B4_0026
    wobei r_i ≡ Fn_i/Fnt = Fn_i/(Fn_1 + Fn_2) (43-1)
    Figure DE102012208905B4_0027
    Rk ≡ Kc_rot–1·Kc_org (43-3) VV_i ist eine Matrix so dass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, and
    ↑V_i ist ein Positionsvector des Mittelpunkts der Bodentreaktionskraft der Grundfläche des i-ten Beinglieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionspraft.
  • Vorliegend werden die Variablen, die zur Berechnung der rechten Seite der Gleichung (43) erforderlich sind, wie folgt bestimmt.
  • In Bezug auf den Gewichtungskoeffizient r_i (i = 1, 2), wird zuerst der beobachtete Wert der aktuellen tatsächlichen Stellung des Fußes 18 von jedem Beinglied 3 relativ zu der Bodenfläche bestimmt, basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des tatsächlichen Verlagerungsbetrags (tatsächlicher Gelenkverlagerungsbetrag) von jedem Gelenk, welcher durch den Ausgang des Drehgebers 54 angezeigt ist.
  • Ferner wird der beobachtete Wert der aktuellen tatsächlichen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_1, Fn_2 (tatsächliche Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_1, Fn_2) von jedem Beinglied 3 basierend auf dem beobachteten Wert der tatsächlichen Stellung des Fußes 18 von jedem Beinglied 3 und der Ausgabe von jedem der Kraftsensoren 52R und 52L berechnet.
  • Der Gewichtungskoeffizient r_i (i = 1, 2) wird dann aus dem beobachteten Wert der tatsächlichen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_1, Fn_2 von jedem Beinglied 3 gemäß der Definition in der Gleichung (43-1) berechnet. Vorliegend kann eine Filterung, wie beispielsweise eine Tiefpass-Filterung auf dem beobachteten Wert von Fn_i durchgeführt werden, um eine häufige Variation des Gewichtungskoeffizienten r_i zu verhindern.
  • Obwohl des wünschenswert ist, den Gewichtungskoeffizienten r_i basierend auf dem beobachteten Wert der tatsächlichen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i von jedem Beinglied 3 zu bestimmen, kann der Gewichtungskoeffizient r_i unter Verwendung eines näherungsweise geschätzten Wertes oder eines Vorhersagewertes der tatsächlichen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i anstelle des beobachteten Werts bestimmt werden.
  • Beispielsweise kann, im Falle, dass die gewünschte Bodenreaktionskraft von jedem Beinglied 3 in dem Referenzgang enthalten ist und auch die tatsächliche Bodenreaktionskraft von jedem Beinglied 3 der gewünschten Bodenreaktionskraft ungefähr entspricht, der Gewichtungskoeffizient r_i unter Verwendung des gewünschten Wertes anstelle des beobachteten Wertes der tatsächlichen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i bestimmt werden.
  • Die Koeffizienten-Matrix Rk, welche in Bezug zur Matrix A_i (i = 1, 2) steht, wird aus der Translation-Federkonstanten-Matrix Kc_org und der Rotations-Federkonstanten-Matrix Kc_rot (oder ihre inverse Matrix Kc_rot–1) bestimmt, welche im Voraus bezüglich der repräsentativen Kontaktfläche gesetzt werden, gemäß der Gleichung (43-3). Die Koeffizienten-Matrix Rk kann in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 im Voraus gespeichert werden.
  • Der Positionsvektor ↑V_i, welcher zum Bestimmen der Matrix VV_i bezogen auf die Matrix A_i (i = 1, 2) erforderlich ist, wird beispielsweise auf die folgende Weise bestimmt.
  • Ein Positionsvektor (nachfolgend durch ↑Va_i (i = 1, 2) bezeichnet) des Mittelpunkts der aktuellen tatsächlichen Bodenreaktionskraft (tatsächlicher Bodenreaktionskraft-Mittelpunkt) der Grundfläche von jedem Beinglied 3 wird basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des aktuellen tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk spezifiziert, welcher durch die Ausgabe des Drehgebers 54 und die Ausgabe von jedem von den Kraftsensoren 52R und 52L angezeigt ist. Ein Referenzpunkt dieses Positionsvektors kann ein zufälliger Punkt sein.
  • Als nächstes wird ein Positionsvektor ↑Vc (= r_1·↑Va_1 + r_2·↑Va_2) eines inneren Aufteilungspunkts, welcher durch ein inneres Aufteilen eines Liniensegments erhalten wird, der die Mittelpunkte der tatsächlichen Bodenreaktionskraft der jeweiligen Beinglieder 3R und 3L verbindet, durch einen Quotienten der Gewichtungskoeffizienten r_i (i = 1, 2) als ein Positionsvektor des Mittelpunkts der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft berechnet.
  • Der Positionsvektor ↑V_1, ↑V_2 des Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft auf der Grundfläche von jedem Beinglied relativ zu dem Mittelpunkt der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft wird bestimmt gemäß ↑V_i = ↑Va_i – ↑Vc (i = 1, 2).
  • Vorliegend ist ↑V_1 = ↑Va_1 – ↑Vc = r_2·(↑Va_1 – ↑Va_2) und ↑V_2 = ↑Va_2 – ↑Vc = r_1·(↑Va_2 – ↑Va_1). Die Positionsvektoren ↑V_1 und ↑V_2 können gemäß diesen Gleichungen bestimmt werden. In diesem Fall besteht kein Bedarf, ↑Vc zu berechnen.
  • Die VV_i, die mit der Matrix A_i (i = 1, 2) in Beziehung steht, wird derart bestimmt, dass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, gemäß der Definition.
  • In Bezug auf jedes Beinglied 3, welches nicht aufgesetzt ist (Beinglied 3, wobei Fn_i = 0) gibt es keinen Mittelpunkt der tatsächlichen Bodenreaktionskraft, und daher ist ↑V_i, welcher diesem Beinglied 3 entspricht, undefiniert. In diesem Fall ist der Gewichtungskoeffizient r_i, welcher dem Beinglied 3 entspricht, wobei Fn_i = 0 ist, null, so dass r_i·A_i·J_i = 0 ist, unabhängig von den Komponenten der A_i oder J_i. Daher besteht kein Bedarf, die Matrix VV_i (und die Matrix A_i) entsprechend dem nicht aufgesetzten Beinglied 3 zu bestimmen. Das Gleiche gilt für die Beinglied-Jacobimatrix J_i, die oben beschrieben ist.
  • Von den Variablen, die zum Berechnen der rechten Seite der Gleichung (43) erforderlich sind, wird die Beinglied-Jacobimatrix J_i, welche sich auf das i-te Beinglied 3 bezieht, wie folgt bestimmt. Die Beinglied-Jacobimatrix J_i ist eine Matrix, die die Beziehung zwischen dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑X_i ((= [↑Xorg_i, ↑Xrot_i]T) der Kontaktfläche des i-ten Beins und dem Änderungsbetrag ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit, durch die Gleichung (24) repräsentiert.
  • Der Feder-Translationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i von ↑X_i entspricht dem Translationsverlagerungsbetrag der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit und kann so angesehen werden, dass sie mit der zeitlichen Änderungsrate (Translationsgeschwindigkeit) der Position des aktuellen Grundabschnitts des Fußes 18 des i-ten Beinglieds 3 übereinstimmt. Der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i von ↑X_i entspricht dem Rotationsverlagerungsbetrag der i-ten Bein-Grundfläche pro Zeiteinheit und kann daher als die zeitliche Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit) der aktuellen Stellung des Fußes 18 des i-ten Beinglieds 3 entsprechend angesehen werden.
  • Unter diesen Betrachtungen wird in der vorliegenden Ausführungsform die Beinglied-Jacobimarix J_i des i-ten Beinglieds 3 basierend auf der Annahme bestimmt, dass der Änderungsbetrag (zeitliche Änderungsrate) der Position des aktuellen Grundabschnitts und der Stellung des Fußes 18 des i-ten Beinglieds 3 (im Einzelnen der Spaltenvektor, dessen Komponenten die Komponenten der Position und Stellung sind) pro Zeiteinheit mit ↑X_i auf der linken Seite der Gleichung (24) übereinstimmt. Als die Position des aktuellen Grundabschnitts des Fußes 18 des i-ten Beinglieds 3 wird als ein Beispiel die Position des Punktes des Fußes 18 benutzt, welcher dem tatsächlichen Bodenreaktionskraft-Mittelpunkt der Grundfläche (i-te Beingrundfläche) des i-ten Beinglieds 3 entspricht.
  • In diesem Fall wird die Beinglied-Jacobimatrix J_i durch ein bekanntes Verfahren bestimmt, unter Verwendung des aktuellen Bewegungszustands (welcher durch den gemessenen Wert des aktuellen tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk spezifiziert ist) des mobilen Objekts 1 als der Startpunkt der kleinen Änderung (Störung) von ↑q1.
  • Beispielsweise wird die Beinglied-Jacobimatrix J_i durch Berechnen der Änderung der Position und Stellung des Grundabschnitts des Beins 18 des i-ten Beinglieds 3 mit der minimalen Änderung (minimale Änderung von dem aktuellen Zustand) von jeder Komponente des generalisierten Variablenvektors ↑q1 bestimmt, unter Verwendung eines geometrischen Modells (starres Gliedmodell) des mobilen Objekts 1 oder durch analytische Berechnung.
  • Vorliegend wird angenommen, dass die aktuelle Grundabschnittsposition des Beines 18 des i-ten Beinglieds 3 mit dem beobachteten Wert der Position des Mittelpunkts der aktuellen tatsächlichen Bodenreaktionskraft auf der Grundfläche des i-ten Beinglieds 3 übereinstimmt. Die Änderung der Position von diesem Punkt (Änderung mit der minimalen Änderung von jeder Komponente von ↑q1) wird als die Änderung in der Grundabschnittsposition des Fußes 18 berechnet.
  • Mittlerweile wird angenommen, dass die aktuelle Stellung des Fußes 18 des i-ten Beinglieds 3 mit dem beobachteten Wert der aktuellen tatsächlichen Stellung des Fußes 18 übereinstimmt, welcher basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk berechnet wurde, der durch die Ausgabe des Drehgebers 54 angezeigt wird, und dementsprechend wird die Änderung der Stellung des Fußes 18 (Änderung mit der minimalen Änderung von jeder Komponente von ↑q1) berechnet.
  • In dieser Ausführungsform berechnet die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc durch Berechnen der rechten Seite der Gleichung (43) unter Verwendung der Gewichtungskoeffizienten r_1 und r_2, der Matrizen VV_1 und VV_2 und der Beinglied-Jacobimatrizen J_1 und J_2, die wie oben beschrieben bestimmt werden.
  • [Prozess der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68]
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 den Prozess der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 nach der Berechnung des Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche und der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc wie oben beschrieben durch.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 ist eine funktionelle Einheit, welche einen Gelenkverlagerungskorrekturbetrag bestimmt als der Korrekturbetrag (der Korrekturbetrag von dem gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht) des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, entsprechend dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche.
  • Als Erstes berechnet die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc. Da die Anzahl von Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑q1, d. h. die Anzahl von Komponenten von ↑Δq1, größer als die Anzahl von Komponenten des Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc ist, ist die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc keine quadratische Matrix. Das heißt, es gibt keine inverse Matrix für Jc. Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 berechnet dementsprechend die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 berechnet einen generalisierten Variablenvektor ↑Δq1_dmd des erforderlichen Korrekturbetrags, dessen Komponenten die erforderlichen Korrekturbeträge (erforderliche Störungsbeträge) der Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑q1 sind, durch Multiplizieren des Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 wie in der Gleichung (29) gezeigt. Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 bestimmt danach die Komponente, welche den erforderlichen Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk repräsentiert, aus den Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑Δq1_dmd des erforderlichen Korrekturbetrags als den Gelenkverlagerungskorrekturbetrag.
  • Vorliegend berechnet die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 die pseudo-inverse Matrix Jc–1 gemäß der Gleichung (30).
  • In dieser Ausführungsform wird die pseudo-inverse Matrix Jc–1 als eine gewichtete pseudo-inverse Matrix (gewichtete SR-Inverse) berechnet.
  • Im Einzelnen wird der Prozess des Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 einschließlich des Bestimmungsprozesses des Einstellungsparameters k wie in einem Flussdiagramm von 5 ausgeführt.
  • Als Erstes werden in SCHRITT 1 die transponierte Matrix JcT der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc un der inversen Matrix W–1 der Geweichtungskoeffizientenmatrix W berechnet. Die Gewichtungskoeffizientenmatrix W ist eine Matrix, deren Diagonalkomponenten (Gewichtungskoeffizienten) in dieser Ausführungsform im Voraus gesetzt werden. Alternativ können die Diagonalkomponenten der Gewichtungskoeffizientenmatrix W entsprechend gemäß dem Bewegungszustand des mobilen Objekts 1 verändert werden.
  • Als Nächstes wird in SCHRITT 2, 0, welcher ein Standardwert für k ist, als ein initialer Kandidatenwert des Einstellungsparameters k gesetzt.
  • Als Nächstes wird in SCHRITT 3 die Determinante DET unter Verwendung des aktuellen Kandidatenwerts des Einstellungsparameters k gemäß der Gleichung (31) gesetzt.
  • Als Nächstes wird in SCHRITT 4 bestimmt, ob die Größenordnung (Absolutwert) der Determinanten DET kleiner als ein vorbestimmter unterer Schwellenwert DET_L (> 0) ist (ob die Größenordnung von DET übermäßig klein ist oder nicht).
  • Im Falle, dass das Ergebnis der Bestimmung in SCHRITT 4 unwahr ist, (die Größenordnung von DET ist nicht übermäßig klein, sondern angemessen) wird SCHRITT 10 ausgeführt. In SCHRITT 10 wird der aktuelle Kandidatenwert für k als der Einstellungsparameter k bestimmt. Die pseudo-inverse Matrix Jc–1 wird unter Verwendung von diesem Einstellungsparameter k gemäß der Gleichung (30) berechnet.
  • Im Falle, dass das Ergebnis des Bestimmung inm SCHRITT 4 wahr ist (die Größenordnung von DET ist übermäßig klein) werden die SCHRITTE 5 bis 8 (die später detailliert beschrieben sind) ausgeführt, um das Inkrement Δk (> 0) des Kandidatenwertes des Einstellungsparameters k zu bestimmen. Im SCHRITT 9 wird der Kandidatenwert des Einstellungsparameters k auf einen Wert aktualisiert, welcher durch Erhöhen des aktuellen Wertes durch das Inkrement Δk erhalten ist.
  • Nachfolgend werden die SCHRITTE 3 bis 9 wiederholt, bis das Ergebnis der Bestimmung im SCHRITT 4 unwahr wird. Somit wird der Einstellungsparameter k, so dass die Determinante DET eine angemessene Größenordnung aufweist, die gleich dem oder größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert DET_L ist, explorativ bestimmt.
  • Der Prozess zum Bestimmen des Inkrements Δk wird weiter unten beschrieben. Im Rahmen des Prozesses des explorativen Bestimmens des Einstellungsparameters k, so dass die Determinante DET eine angemessene Größenordnung aufweist, die gleich dem oder größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert DET_L ist, wird üblicherweise ein Verfahren des Aktualisieren des Kandidatenwerts des Einstellungsparameters k eingesetzt, unter Verwendung von beispielsweise einem festen Werts des Inkrements Δk des Kandidatenwerts des Einstellungsparameters k.
  • In diesem Fall ist jedoch, falls das Inkrements Δk relativ groß ist, in einer Situation, in welcher die mit k = 0 berechneten Größenordnung der Determinanten DET übermäßig klein ist, der Wert von k, welcher in jedem Verarbeitungszyklus durch die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 sequentiell bestimmt wird, ein diskreter Wert mit einer Schrittgröße, die einem Ganzen vielfach von Δk äquivalent ist, welcher dazu neigt, relativ zu einem minimalen Wert für k wenn DET ≥ DET_L, übermäßig groß zu sein.
  • Dies neigt dazu, eine Variation in der Differenz zwischen der Größenordnung der Determinanten DET, die dem Wert von k entspricht, der in jedem Verarbeitungszyklus durch die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 sequentiell bestimmt wird, und dem unteren Schwellenwert DET_L zu verursachen. Als ein Ergebnis besteht die Wahrscheinlichkeit, dass in dem Falle, dass der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch die Gleichung (29) unter Verwendung der pseudo-inversen Matrix Jc–1, die durch die Gleichung (30) bestimmt wird, berechnet wird, dass der Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag sich diskontinuierlich ändert, wodurch die glatte Bewegung des mobilen Objekts 1 beeinträchtigt werden kann.
  • Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass das Inkrement Δk auf einem ausreichend kleinen Wert gesetzt wird. In diesem Fall kann es jedoch lange dauern, um den angemessenen Einstellungsparameter k zu bestimmen, so dass das Ergebnis der Bestimmung in SCHRITT 4 unwahr ist. Dadurch kann es vorkommen, dass der gemessene Einstellungsparameter k nicht innerhalb des Zeitbereichs eines jeden Verarbeitungszykluses der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 bestimmt werden kann.
  • Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform das Inkrement Δk des Kandidatenwertes des Einstellungsparameters k auf variable Weise gesetzt, entsprechend dem Fehler zwischen der Größenordnung der in SCHRITT 3 berechneten Determinante DET, und dem unteren Schwellenwert DET_L in den SCHRITTEN 5 bis 8.
  • Im Einzelnen wird in SCHRITT 5 ein Wert, welcher gemäß der folgenden Gleichung (44) berechnet wird, als ein vorläufiger Wert Δkp des Inkrements Δk des Einstellungsparameters k gesetzt. Δkp = G·(DET_L – |DET|)1/n (44)
  • Das bedeutet, dass ein Wert (ein Wert proportional zu der n-ten Wurzel des Fehlers (= DET_L – |DET|)), welcher durch Multiplizieren der n-ten Wurzel des Fehlers (= DET_L – |DET|), welcher durch Subtrahieren des Absolutwerts der Determinanten DET von dem unteren Schwellenwert DET_L generiert wird, mit einer vorbestimmten Verstärkung G (> 0), als der vorläufige Wert Δkp des Inkrements Δk gesetzt wird. Vorliegend ist n die Ordnung der Matrix (Jc·W–1·Jc–1). Die Verstärkung G ist eine vorbestimmte Konstante.
  • Der vorläufige Wert Δkp des Inkrements Δk wird auf diese Weise bestimmt, aus dem folgenden Grund. Die Differenz zwischen dem Wert (der Wert von DET wobei k = 0) einer Determinanten det(Jc·W–1·JcT) und dem Wert der Determinanten DET (= det(Jc·W–1·JcT + k·l)) ist eine Funktion von n-ter Ordnung von k (Funktion in der Form von kn + a·kn-1 + ...). Dies deutet darauf hin, dass die Änderung des Wertes der Determinanten DET mit der Änderung des Wertes von k im Wesentlichen proportional zu kn (n-te Potenz von k) ist. Aus diesem Grund wird der Wert, welcher gemäß der Gleichung (44) berechnet wird, als der vorläufige Wert Δkp des Inkrements Δk in dieser Ausführungsform gesetzt.
  • In den SCHRITTEN 6 bis 8 wird ein Beschränkungsverfahren auf dem vorläufigen Wert Δkp durchgeführt, um zu verhindern, dass das Inkrement Δk übermäßig klein wird, wobei als ein Ergebnis davon das Inkrement Δk bestimmt wird. Im Einzelnen wird in SCHRITT 6 der vorläufige Wert Δkp des Inkrements Δk mit einem vorbestimmten unteren Grenzwert Δkmin (> 0) verglichen. In dem Fall, dass Δkp ≥ Δkmin ist, wird der vorläufige Wert Δkp als das Inkrement Δk in SCHRITT 7 bestimmt. In dem Fall, dass Δkp < Δkmin ist, wird Δkmin als das Inkrement Δk in SCHRITT 8 bestimmt.
  • Auf diese Weise wird das Inkrement Δk an dem Wert bestimmt, welcher durch die Gleichung (44) berechnet ist gemäß dem Fehler zwischen der Größenordnung der Determinanten DET und dem unteren Schwellenwert DET_L, mit Δkmin als ein unterer Grenzwert.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 berechnet den generalisierten Variablenvektor ↑Δq1_dmd des erforderlichen Korrekturbetrags, indem die rechte Seite der Gleichung (29) berechnet wird, unter Verwendung der pseudo-inversen Matrix Jc–1, die wie oben beschreiben berechnet wird. Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 bestimmt danach die Komponente, die den erforderlichen Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk repräsentiert, aus den Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑Δq1_dmd des erforderlichen Korrekturbetrags, als der Gelenkverlagerungskorrekturbetrag. Der Gelenkverlagerungskorrekturbetrag, welcher auf diese Weise bestimmt wird, ist der Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag als der erforderliche Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, so dass die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft sich der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 nähert.
  • [Prozess der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 führt den Prozess der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69 durch, nachdem der Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess (die Prozesse der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62, der Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63, der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 und der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68) und der Prozess des oben beschriebenen Gewünschten-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 durchgeführt worden sind.
  • Die Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69 bestimmt den korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag als die eventuelle Gelenkverlagerungsanweisung für jedes Gelenk, durch Addieren des Gelenkverlagerungskorrekturbetrages, welcher durch die Gewünschte-Gelenkverlagerungsbetrag-Korrekturvorrichtung 68 bestimmt wird, zu dem gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag (gewünschter Gelenkverlagerungsbetrag, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht) von jedem Gelenk, welcher durch die Gewünschte-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67 bestimmt wird.
  • Die Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69 regelt/steuert den zugehörigen Elektromotor 41 (Gelenkaktuator) mittels einer Motorantriebsschaltung, wie beispielsweise ein Servoverstärker, nicht gezeigt, um den aktuellen Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk mit dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher wie oben beschrieben bestimmt wird, in Übereinstimmung zu bringen.
  • Die obigen Ausführungen beschreiben im Einzelnen den Prozess der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 in der vorliegenden Ausführungsform.
  • Die Korrespondenzbeziehung zwischen dieser Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Das Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement ist in der vorliegenden Erfindung (insbesondere die erste, zweite, vierte, fünfte, sechste und neunte Erfindung) durch die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 in dieser Ausführungsform realisiert. Die korrigierte gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 in dieser Ausführungsform entspricht der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft in der vorliegenden Erfindung.
  • Darüber hinaus sind das Repräsentative-Kontaktfläche-Positions/Stellungs-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, das Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, das Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement und das Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere die erste, zweite, vierte, fünfte, siebten oder neunte Erfindung) jeweils durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66, die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 und die Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69 in dieser Ausführungsform realisiert.
  • Darüber hinaus ist das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der fünften oder neunten Erfindung) durch die SCHRITTE 2 bis 9 in 5 des Prozesses realisiert, welcher durch die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 in der Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wandelt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 in jedem Kontrollzyklus den erforderlichen Wert ↑ΔFmt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt als der Manipulationsbetrag (Regelungs-/Steuerungseingabe) um den die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 folgt, in dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc der repräsentativen Kontaktfläche um.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 bestimmt auch den Korrekturbetrag der Gelenkverlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1, als der Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag zum Realisieren von ↑Xc (so dass die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑Fmt_cmd1 folgt) durch Multiplizieren von ↑Xc mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 regelt/steuert den Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk mittels des entsprechenden Elektromotors 41 (Gelenkaktuator) gemäß dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher durch Korrigieren des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags von jedem Gelenk, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht, durch den Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag erhalten wird.
  • Somit kann gemäß dieser Ausführungsform der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag von jedem Gelenk, durch welchen die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑Fmt_cmd1 folgt, insgesamt bestimmt werden, ohne ein Prozess des Bestimmens des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem Beinglied 3 unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes (Fuß 18) von jedem einzelnen Beinglied 3 und der Änderung der tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft oder der Zwischenbeziehung zwischen diesen Faktoren ausgeführt wird. Als ein Ergebnis kann der Prozess zum Bestimmen des Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrags für Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung in kurzer Zeit effizient ausgeführt werden.
  • Vorliegend wird der Gewichtungskoeffizient r_i von jedem Beinglied 3_i in der Gleichung (43) zum Berechnen der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc derart gesetzt, dass das Beinglied 3_i, dessen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i größer ist, einen größeren Gewichtungskoeffizienten aufweist (näher an „1”).
  • Dies bedeutet, dass der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt von jedem Beinglied 3_i gemeinsam ist, derart, dass das Beinglied 3_i, dessen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i größer ist, einen größeren Korrekturbetrag aufweist.
  • Mit anderen Worten wird die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc derart bestimmt, dass der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt durch Korrigieren auf einem größeren Ausmaß der Position oder Stellung des distalen Endes von dem Beinglied realisiert werden, dessen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i relativ groß ist.
  • Dementsprechend ist es möglich, einen solchen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zu bestimmen, welcher den erforderlichen Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt sicherstellt, ohne unnötigerweise die Position oder Stellung des distalen Endes von einem Beinglied 3_i zu korrigieren, dessen Bodenfläche-Normalkraftkomponente Fn_i relativ klein ist, d. h. einen angemessenen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, um welchen die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt_cmd1 folgt.
  • Zusätzlich weist die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc keine diskontinuierliche Veränderung auf, das der Gewichtungskoeffizient r_i von jedem Beinglied 3_i sich kontinuierlich ändert. Als ein Ergebnis kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 kontinuierlich gleichmäßig geändert werden. Dies ermöglicht dem mobilen Objekt 1 sich gleichmäßig zu bewegen.
  • In dieser Ausführungsform setzt in dem Verfahren (SCHRITTE 2 bis 9 in 5) des Suchens nach dem Einstellparameter k zum Verhindern, dass die Determinante DET übermäßig klein wird, die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 das Inkrement Δk des Einstellungsparameters k auf einen Wert, welcher zur n-ten Wurzel des Fehlers (= DET_L – |DET|) proportional ist, welcher durch Subtrahieren des Absolutwertes der Determinanten DET von dem unteren Schwellenwert DET_L erzeugt wird.
  • Somit kann der entsprechende Einstellungsparameter k, so dass |DET| ≥ DET_L ist, in einer kurzen Zeit in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 effizient bestimmt werden, ohne eine diskontinuierliche Veränderung des Wertes von k zu verursachen. Als ein Ergebnis kann die pseudo-inverse Matrix Jc–1 zum Bestimmen des Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrags aus dem Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc glatt verändert werden. Dies ermöglicht, dass der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag derart bestimmt wird, dass der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 glatt verändert wird.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in dem Prozessteil der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50. Dementsprechend wird der Unterschied zu der ersten Ausführungsform weiter unten beschrieben, während die Beschreibung der gleichen Teile wie in der ersten Ausführungsform weggelassen werden.
  • In dieser Ausführungsform umfasst die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 ferner eine Funktion zum Schätzen der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 1 unter Verwendung des Parameters, welcher für die Bewegungsregelung/Steuerung des mobilen Objekts 1, gleichzeitig mit der Bewegungsregelung/Steuerung des mobilen Objekts 1 berechnet wird.
  • Im Einzelnen umfasst die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50, wie in 6 gezeigt, eine Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70, welche die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche setzt, zusätzlich zu der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61, der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62, der Gewünschten-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63, der Gewünschten-Bodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66, der Gewünschte-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 67, der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 und der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind.
  • Die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 ist eine funktionale Einheit, die durch ein Programm (oder eine Hardwarestruktur) realisiert ist, welcher in der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 implementiert ist, wie die anderen Funktionaleinheiten. Der Prozess der Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 ist wie folgt.
  • [Prozess der Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 führt den Prozess der Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 gleichzeitig mit der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 durch. Die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 ist eine funktionelle Einheit, welche einen Schätzwert der Bodenfläche berechnet, der ein Schätzwert der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche ist, auf welcher jedes Beinglied 3 des mobilen Objekts 1 aufgesetzt ist.
  • Für diesen Prozess wird der Wert des Integralausdrucks (zweiter Ausdruck) auf der rechten Seite der Gleichung (41) als die Komponente des erforderlichen Wertes ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt an der Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 aus der Gesamtbodenfläche-Kraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 eingegeben. Das heißt, der Integral (= ∫(Kestm·↑Dfmt_filt)) des Wertes, welcher durch Multiplizieren des Ergebnisses der Tiefpass-Filterung ↑Dfmt_filt des Fehlers ↑Dfmt (= ↑FMt_cmd1 – ↑FMt_act) zwischen der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 und der beobachteten tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act mit der vorbestimmten Verstärkung Kestm (Skalar oder Diagonalmatrix) erhalten wird, wird der Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 von der Gesamtbodenfläche-Kraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 eingegeben. Nachfolgend wird dieser Wert dieses Integralausdrucks durch ↑ΔFMt_int bezeichnet, wie in der folgenden Gleichung (45) gezeigt. ↑ΔFMt_int ≡ ∫(Kestm·↑Dfmt_filt) (45)
  • Durch die früher erwähnte Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 wird der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk derar geregelt/gesteuert, dass die beobachtete tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_act der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 folgt (d. h. so dass der Fehler ↑Dfmt sich null nähert). Dadurch wird der Wert ↑ΔFMt_int des Integralausdrucks durch den Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche induziert, welcher zum Erzeugen des Referenzgangs von der tatsächlichen Bodenfläche verwendet wird.
  • Dies gibt an, dass der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag der repräsentativen Kontaktfläche, welche dem ↑ΔFMt_int entspricht, dem Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche entspricht, welche zum Erzeugen der gewünschten Bewegung des Referenzgangs von der tatsächlichen Bodenfläche verwendet wird.
  • Unter diesen Betrachtungen erhält die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 das Ergebnis (↑Xc_int) des Umwandelns des Eingangswertes ↑ΔFMt_int des Integralausdrucks zu dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag gemäß der Gleichung (28-1) als der Fehler der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche.
  • Im Einzelnen wird das Ergebnis (= Kc_org–1·↑ΔFt_int) des Multiplizierens der Translationskraftkomponente ↑ΔFt_int in dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt_int mit der inversen Matrix Kc_org–1 der Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org der repräsentativen Kontaktfläche als der Fehler ↑Xc_org_int der Position der vermeintlichen Bodenfläche gesetzt.
  • Gleichermaßen wird das Ergebnis (= Kc_rot–1·↑ΔMt_int) des Multiplizierens der Momentkomponente ↑ΔMt_int in dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt_int durch die inverse Matrix Kc_rot–1 der Translationsfederkonstantenmatrix Kc_rot der repräsentativen Kontaktfläche als der Fehler ↑Xc_rot_int der Stellung der vermeintlichen Bodenfläche gesetzt.
  • Die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 korrigiert dann die Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem wie oben berechneten Fehler ↑Xc_int, wodurch der Bodenfläche-Schätzwert als der Schätzwert der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche bestimmt wird.
  • In dieser Ausführungsform wird der Schätzwert der Bodenfläche, welcher durch die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 auf diese Weise bestimmt wird, der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 bereitgestellt. Die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 61 aktualisiert die vermeintliche Bodenfläche, welche für das Erzeugen des Referenzgangs verwendet wird, gemäß dem Schätzwert der Bodenfläche regelmäßig (z. B. jedes Mal, wenn das mobile Objekt 1 einen Schritt macht oder jedes Mal, wenn das mobile Objekt 1 eine Mehrzahl von Schritten während der Laufbewegung macht).
  • Die vermeintliche Bodenfläche, welche für das Erzeugen des Referenzgangs verwendet wird, wird nicht notwendigerweise nur gemäß dem Schätzwert der Bodenfläche bestimmt. Beispielsweise kann, im Falle, dass die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche basierend auf Bodeninformationen geschätzt werden, die von einem in den mobilen Objekt 1 montierten Vision-Sensor oder von außerhalb bereitgestellt werden, der Schätzwert der Bodenfläche verwendet werden, um die Position und Stellung der geschätzten Bodenfläche zuverlässig zu evaluieren oder die Position und Stellung der geschätzten Bodenfläche ergänzend zu korrigieren.
  • Diese Ausführungsform ist die gleiche wie die erste Ausführungsform mit Ausnahme der Materie, wie oben beschrieben.
  • Die Übereinstimmungsbeziehung zwischen der Ausführungsform und der ersten Erfindung ist wie folgt. Das Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, das Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, das Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement und das Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere in der ersten, zweiten, vierten, fünften, siebten oder neunten Erfindung) sind jeweils durch die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungvorrichtung 66, der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 und der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 69 in dieser Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform realisiert.
  • Darüber hinaus ist das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnungsparameter-Bestimmungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der fünften oder neunten Erfindung) durch die SCHRITTE 2 bis 9 in 5 des durch die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 68 durchführten Prozesses in dieser Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, realisiert.
  • Ferner ist das Bodenfläche-Schätzelement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere in der vierten Erfindung) durch die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 in dieser Ausführungsform realisiert. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50, welche die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 umfasst, funktioniert als die Bodenfläche-Schätzvorrichtung in der siebten Erfindung.
  • Die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 umfasst die Funktionen des Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselements der vorliegenden Erfindung (insbesondere der vierten bis siebten Erfindung). Im Einzelnen ist das Repräsentative-Kontaktfläche Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement durch den Prozess realisiert, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 den Fehler ↑Xc_int der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche aus dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt_int gemäß der Gleichung (28-1) berechnet. Dieser Fehler ↑ΔXc_int entspricht dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag in der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß dieser Ausführungsform können in Bezug zur Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 die gleichen vorteilhaften Aspekte wie mit der ersten Ausführungsform erzielt werden.
  • Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform, während die Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 1 derart durchgeführt wird, dass die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt_cmd1 folgt, der Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc_int der repräsentativen Kontaktfläche, welche dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt_int als die Komponente des erforderlichen Werts ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt gemäß der Gleichung (28-1) berechnet, um die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche zu schätzen.
  • Somit kann ↑Xc_int als der Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche aus der tatsächlichen Bodenfläche mit hoher Zuverlässigkeit berechnet werden. Dies führt zu einer akkuraten Schätzung der Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche.
  • [Modifikationen der ersten und zweiten Ausführungsformen]
  • Im Folgenden werden Modifikationen der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben.
  • Obwohl jeder der obigen Ausführungsformen einen Fall beschreiben, in welchem das mobile Objekt 1 ein mobiler Roboter mit Beinen, welche zwei Beinglieder 3R und 3L aufweist, kann das mobile Objekt stattdessen beispielsweise auch ein Roboter sein, welcher drei oder mehrere Beinglieder aufweist. In einem solchen Fall ist der Prozess der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 50 gleich dem in der Ausführungsform, mit Ausnahme des Prozesses der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66. In dem Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 66 wird die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc unter Verwendung einer Gleichung berechnet, in welcher der Wert von N in der Gleichung (27) auf eine höhere Anzahl von Beingliedern gesetzt ist. Vorliegend werden der Gewichtungskoeffizient r_i, die Matrix A_i und die Beinglied-Jacobimatrix J_i, welche zur Berechnung nötig ist, auf die gleichen Weise wie in der Ausführungsform berechnet.
  • Obwohl jede von den obigen Ausführungsformen den Fall beschreibt, in welchem das distale Ende von jedem Beinglied 3 des mobilen Objekts 1 aus dem Fuß 18 besteht, an dem das Bodenreaktionskraftmoment, welches darauf wirkt, verändert werden kann (der Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft kann an der Grundfläche des distalen Endes verändert werden) kann das distale Ende von jedem Beinglied eine Struktur aufweisen, an welcher der Bodenreaktionskraftmoment nicht verändert werden kann.
  • Zum Beispiel kann das distale Ende von jedem Beinglied 103_i (i = 1, 2, ..., N) kann sphärisch sein (insbesondere eine Struktur, deren Kontaktfläche mit der Bodenfläche im Wesentlichen ein Punkt ist (einschließlich einer Struktur, deren Kontaktfläche mit der Bodenfläche einen geringen Bereich aufweist)), wie in 7 gezeigt.
  • In diesem Fall stimmt die Punktkontaktfläche (Grundpunkt) von jedem Beinglied 103_i mit der Bodenfläche überein mit dem Mittelpunkt der Bodenreaktionskraft. Dadurch wird es im Wesentlichen unmöglich, das Bodenreaktionskraftmoment auf das Beinglied 103_i anzuwenden (und zu verändern).
  • Da das Störung-Bodenreaktionskraftmoment ↑M_i, welcher dem Beinglied 103_i hinzugefügt werden kann, konstant null ist, ist der Feder-Rotationsverlagerungsbetrag ↑Xrot_i (= Krot_i·↑M_i) der Grundfläche des Beinglieds 103_i ebenfalls konstant null. Dementsprechend ist die Jacobimatrix J_i, welche die Beziehung zwischen dem Federverlagerungsbetrag ↑Xrot_i und dem Änderungsbetrag ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit konstant eine Nullmatrix.
  • Die Beinglied-Jacobimatrix J_i ist in diesem Fall J_i = [Jorg_i, 0]T, gemäß der Gleichung (26c). Somit ist der Prozess des Berechnens der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc durch die Gleichung (27) äquivalent zum Prozess des Berechnens von Jc durch die folgende Gleichung (27a).
  • Figure DE102012208905B4_0028
  • In der Gleichung (27a) sind r_i, Rk und VV_i die gleichen wie in der Gleichung (22). Jorg_i ist die in der Gleichung (26a) gezeigte Jacobimatrix, d. h. die Jacobimatrix, welche die Beziehung zwischen dem Feder-Translationsverlagerungsbetrag ↑Xorg_i der i-ten Bein-Grundfläche und der Änderungsbetrag ↑Δq1 des generalisierten Variablenvektors ↑q1 pro Zeiteinheit repräsentiert.
  • Die Werte von r_i, Rk und VV_i zum Berechnen der Gleichung (27a) können auf die gleiche Weise wie in den obigen Ausführungsformen bestimmt werden. Darüber hinaus kann, da J_i = [Jorg_i, 0]T ist, Jorg_i auf die gleiche Weise berechnet werden, wie die Berechnung der Jacobimatrix J_i von jedem Beinglied in jeder der obigen Ausführungsformen berechnet werden.
  • Das mobile Objekt kann ein mobiles Objekt sein, welches eine Struktur aufweist, in der das distale Ende von jedem Beinglied 103_i (i = 1, 2, ..., N) Räder hat, wie in 8 beispielhaft gezeigt.
  • Obwohl jede der obigen Ausführungsformen einen Fall beschreibt, in welchem die korrigierte gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1, die durch Korrigieren der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft des Referenzgangs durch die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft (Bodenreaktionskraftmoment) ↑Mdmd erhalten wird, und welche basierend auf dem Fehler zwischen der gewünschten Stellung des Oberkörpers und der tatsächlichen Stellung des Oberkörpers bestimmt wird, als der gewünschte Wert gesetzt wird, der durch die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft gefolgt ist, kann die gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs stattdessen als der gewünschte Wert gesetzt werden, welcher durch die tatsächliche Gesamtbodenreaktionskraft zu folgen ist. In diesem Fall sind die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 62 und die Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Korrekturvorrichtung 63 unnötig und die Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 64 bestimmt den erforderlichen Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt unter Verwendung der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs anstelle der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1.
  • Obwohl die zweite Ausführungsform den Fall beschreibt, in dem der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt durch kombinieren (addieren) des Integralausdrucks und des Proportionalausdrucks gemäß dem Fehler ↑Dfmt (= ↑FMt_cmd1 – ↑FMt_act) zwischen der korrigierten gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft ↑FMt_cmd1 und der beobachteten tatsächlichen Gesamtbodenreaktionskraft ↑Fmt_act bestimmt wird, kann der Integralausdruck (= ↑ΔFMt_int) selbst als der erforderliche Wert ↑ΔFMt_dmd der Störung-Gesamtbodenreaktionskraft ↑ΔFMt bestimmt werden.
  • In diesem Fall entspricht der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑ΔXc der repräsentativen Kontaktfläche, welcher aus ↑ΔFMt_dmd durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 berechnet wird, dem Gleichgewichtszustandsfehler ↑ΔXc_int der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche aus der tatsächlichen Bodenfläche.
  • Dementsprechend braucht die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 ↑ΔXc_int durch die Gleichung (28-1) nicht zu berechnen. Die Bodenfläche-Schätzvorrichtung 70 bestimmt den Bodenfläche-Schätzwert durch Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen Bodenfläche basierend auf dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑ΔXc der repräsentativen Kontaktfläche, welcher durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 65 berechnet wird. Dies entspricht einer Ausführungsform der dritten bis sechsten Erfindung.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 10 bis 14 beschrieben.
  • In 10 ist ein mobiles Objekt 81 in dieser Ausführungsform beispielhaft als ein mobiler Roboter dargestellt, welcher einen Körper 82 und eine Mehrzahl von beweglichen Gliedern 83a bis 83d (nachfolgend auch generisch als die beweglichen Glieder 83 bezeichnet) aufweist, welche sich von dem Körper 82 erstrecken. In dieser Ausführungsform ist beispielsweise die Anzahl von beweglichen Gliedern 83 gleich vier.
  • Jedes bewegliche Glied 83 ist ein Gliedmechanismus, welcher dazu in der Lage ist als ein Bein oder ein Arm des mobilen Objekts 81 zu funktionieren. Jedes bewegliche Glied 83 umfasst eine Mehrzahl von Elementgliedern 84a bis 84c (nachfolgend auch als Elementglieder 84 generisch bezeichnet) und eine Mehrzahl von Gelenken 85a bis 85d (nachfolgend auch als Gelenke 85 generisch bezeichnet), welche die Elementglieder 84 in Reihenfolge von der Seite des Körpers 82 verbinden.
  • In dieser Ausführungsform ist beispielsweise jede von der Anzahl von Elementgliedern 84 und der Anzahl von Gelenken 85, welche jedes bewegliche Glied 83 bilden, gleich drei. Von den drei Elementgliedern 84a bis 84c ist das Elementglied 84a mit dem Körper 82 über das Gelenk 85a verbunden, das Elementglied 84c ist mit dem Elementglied 84a über das Gelenk 85b verbunden und das Elementglied 84d ist mit dem Elementglied 84b über das Gelenk 85c verbunden.
  • Von den Elementglieder 84a bis 84c ist das Elementglied 84c, welches das distale Ende des beweglichen Glieds 83 bildet, einen Abschnitt (d. h. einen Abschnitt, welcher einem Fuß oder einer Hand entspricht), der mit einer Kontaktzielfläche, wie beispielsweise eine Bodenfläche oder eine Wandfläche, die in einer mobilen Umgebung des mobilen Objekts 81 existiert, in Kontakt steht, während das mobile Objekt 81 sich in Bewegung befindet.
  • In dieser Ausführungsform ist das Elementglied 84c (nachfolgend auch als das distale Ende 84c des beweglichen Glieds 83 bezeichnet) im Wesentlichen platten-förmig und weist eine flache Fläche als die Kontaktfläche auf, die mit der Bodenfläche, der Wandfläche oder dergleichen in Kontakt steht. Ein elastisches Element 86, welches aus Gummi oder dergleichen besteht, ist an der Kontaktfläche des Elementglieds 84c angebracht. Das Elementglied 84c steht mit der Kontaktzielfläche, wie beispielsweise der Bodenfläche oder der Wandfläche, über das elastische Element 86 in Kontakt.
  • Jedes der Gelenke 85a bis 85c besteht aus einem oder mehreren Gelenken, wie in 11 beispielhaft gezeigt.
  • Im Einzelnen umfasst das Gelenk 85a beispielsweise drei Gelenke 87a, 87b und 87c und weist eine Rotationsfreiheit um drei Achsen auf. Das Gelenk 85b besteht beispielsweise aus einem Gelenk 87d und weist eine Rotationsfreiheit um eine Achse auf. Das Gelenk 85c besteht beispielsweise aus zwei Gelenken 87e und 87f und weist eine Rotationsfreiheit um zwei Achsen auf. Dementsprechend weist jedes bewegliche Glied 83 insgesamt sechs Bewegungsfreiheitsgrade auf und ist somit in der Lage sich räumlich zu bewegen.
  • Die Struktur von jedem beweglichen Glied 83 ist nicht auf die oben erwähnte Struktur beschränkt. Beispielsweise kann jedes bewegliche Glied 83 nicht nur ein Rotationsgelenk, sondern auch ein Prismengelenk umfassen. Außerdem kann jedes bewegliche Glied 83 sieben Bewegungsfreiheitsgrade oder mehr aufweisen.
  • Darüber hinaus kann die Struktur (die Größe von jedem Elementglied 84 oder die Anzahl von Elementgliedern 84, die Struktur von jedem Gelenk 85 oder die Anzahl von Gelenken 85) von jedem beweglichen Glied 83 nicht notwendigerweise die gleiche sein. Beispielsweise kann, im Falle, dass die beweglichen Glieder 83a und 83b hauptsächlich als Beine eingesetzt sind, während die beweglichen Glieder 83c und 83d hauptsächlich als Arme verwendet werden, die Struktur der beweglichen Glieder 83a und 83b von der Struktur der beweglichen Glieder 83c und 83d verschieden sein.
  • Obwohl in den 10 und 11 gezeigt, ist das mobile Objekt 81 mit einer Mehrzahl von Elektromotoren 88 (gezeigt in 12) bereitgestellt als Gelenkaktuatoren zum Antreiben der jeweiligen Gelenke 87a bis 87f (nachfolgend auch als Gelenke 87 generisch bezeichnet), wie oben beschrieben. Jeder Elektromotor 88 ist mit dem entsprechenden Gelenk 87 derart verbunden, um Antriebskraft (Rotationsantriebskraft) durch einen Kraftübertragungsmechanismus (nicht gezeigt), welcher einen Reducer umfasst, zu übertragen.
  • Jeder Gelenkaktuator kann auch ein Aktuator sein, welcher von einem Elektromotor verschieden ist, beispielsweise ein Hydraulikaktuator.
  • In dem mobilen Objekt 81, welches die oben beschriebene Struktur aufweist, wird jedes bewegliche Glied 83 räumlich bewegt, indem jedes Gelenk 87 des beweglichen Glieds 83 durch den entsprechenden Elektromotor 88 angetrieben wird. Diese Bewegung ermöglicht dem mobilen Objekt 81 sich zu bewegen (einschließlich Fortbewegung).
  • Beispielsweise ermöglicht ein Bewegen der zwei beweglichen Glieder 83a und 83b als Beinglieder aus den beweglichen Gliedern 83a bis 83d in dem gleichen Muster (Gang) als menschliches Laufen, dem mobilen Objekt 81 zu laufen.
  • Darüber hinaus kann das mobile Objekt 81 durch Bewegen des beweglichen Glieds 83c oder 83d als ein Armglied eine Bewegung, wie beispielsweise Drücken gegen die Wandfläche, durchführen.
  • Alternativ kann sich das mobile Objekt 81 auf der Bodenfläche bewegen, durch Bewegen der vier beweglichen Glieder 83a bis 83d als Beinglieder auf die gleiche Weise wie ein vierbeiniges Tier.
  • Nicht nur die beweglichen Glieder 83, sondern auch ein Kopf oder dergleichen, können mit dem Körper 82 des mobilen Objekts 81 verbunden sein. Beispielsweise kann der Körper 82 aus zwei Hauptkörpern bestehen, welche miteinander über ein Gelenk verbunden sind.
  • In dieser Ausführungsform sind eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 bestehend aus einer elektronischen Schalteinheit, umfassend eine CPU, eine RAM, eine ROM und dergleichen, und verschiedene Sensoren bereitgestellt, um eine Bewegungsregelung/-Steuerung des mobilen Objekts 81 mit der oben erwähnten Struktur durchzuführen.
  • Als die Sensoren sind, wie in 12 gezeigt, ein Stellungssensor 91, welcher in dem Körper 82 angebracht ist, zum Messen eines Stellungswinkels (einer oder beider von einem Neigungswinkel in die vertikale Richtung und ein Azimuthwinkel um die Gierachse) des Körpers 82 des mobilen Objekts 81, und einer zeitlichen Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit) des Stellungswinkels oder dergleichen, und ein Kraftsensor 92, welcher zwischen dem Gelenk 85c und dem distalen Ende (Elementglied) 84c von jedem beweglichen Glied 83 bereitgestellt ist, zum Messen einer Kontaktkraft (Reaktionskraft), welche von einer externen Kontaktfläche in einem Zustand empfangen wird, in welchem das distale Ende 84c des beweglichen Glieds 83 mit der Kontaktzielfläche in Kontakt steht.
  • Der Stellungssensor 91 besteht beispielsweise aus einem Gyroskop zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit um die drei Achsen und einem Accelerometer zum Erfassen einer Beschleunigung in den Richtungen der drei Achsen. Jeder Kraftsensor 92 besteht beispielsweise aus einem sechsachsigen Kraftsensor zum Erfassen einer Translationskraft in die Richtungen der drei Achsen und eines Moments um die drei Achsen.
  • Obwohl in den 10 und 11 nicht gezeigt, ist das mobile Objekt 81 auch mit einem Rotationsgeber 93 (gezeigt in 12) als ein Sensor zum Erfassen des Betrags an Verlagerung (Rotationswinkel) von jedem Gelenk 87 bereitgestellt. Alternativ kann auch ein anderer Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, als der Sensor verwendet werden, zum Erfassen des Betrags an Verlagerung (Rotationswinkel) von jedem Gelenk 87.
  • Die Ausgabe von jedem der oben erwähnten Sensoren 91, 92 und 93 wird der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 eingegeben. Unter Verwendung von beobachteten Werten (beispielsweise ein gemessener Wert des Stellungswinkels des Körpers 82 oder seine zeitliche Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit), ein gemessener Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers 82, ein gemessener Wert der Kontaktkraft, welche auf das distale Ende 84c von jedem beweglichen Glied 83 wirkt, und ein gemessener Wert des Betrags an Verlagerung von jedem Gelenk 87 oder seine zeitliche Änderungsrate) eines Bewegungszustandes des mobilen Objekts 81, welcher aus diesen Eingabewerten erkannt wird, bestimmt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 einen gewünschten Wert (nachfolgend als eine Gelenkverlagerungsanweisung bezeichnet) des Betrags an Verlagerung von jedem Gelenk 87, um eine gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 81 zu erreichen. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 regelt/steuert den tatsächlichen Betrag an Verlagerung (tatsächlicher Verlagerungsbetrag) von jedem Gelenk 87 über den entsprechenden Elektromotor 88 gemäß der Gelenkverlagerungsanweisung.
  • Um eine derartige Regelung/Steuerung durchzuführen, umfasst die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 als Hauptfunktionen die durch ein implementiertes Programm umgesetzt sind, eine Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111, eine Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112, eine Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113, eine Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116, eine Gewünschte-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117, eine Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118, eine Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 und eine Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120, wie in 13 gezeigt.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 führt sequentiell in einem vorbestimmten Verarbeitungszyklus die Prozesse der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111, der Stellungs-Stabilisierungs-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112, der Gewünschten-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113, der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116, der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117, der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 und der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 durch, wodurch die Gelenkverlagerungsanweisung für jedes Gelenk sequentiell bestimmt wird. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 regelt/steuert den entsprechenden Elektromotor 88 über eine Motorantriebsschaltung (nicht gezeigt), gemäß der Gelenkverlagerungsanweisung.
  • Gleichzeitig mit dem oben erwähnten Regelungs-/Steuerungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den Prozess der Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 durch, wodurch die Position und Stellung einer spezifischen Kontaktzielfläche aus den tatsächlichen Kontaktzielflächen, die in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 81 vorhanden sind, geschätzt wird.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 kann eine Mehrzahl von CPUs enthalten. Darüber hinaus kann die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 nicht eine einzelne Einheit sein. Beispielsweise kann die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 aus einer Mehrzahl von Einheiten bestehen, wobei jede davon eine CPU, einen Prozessor oder dergleichen umfasst.
  • Alle der oben erwähnten funktionellen Einheiten der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 oder Teile davon können durch Hardware realisiert werden.
  • Im Folgenden wird der Prozess der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 umfassend den detaillierten Prozess von jeden funktionalen Einheiten unter Verwendung eines Beispiels, in welchem das mobile Objekt 81 sich, in 14 gezeigt, bewegt.
  • [Prozess der Referenzgang-Steuerungsvorrichtung 111]
  • In dieser Ausführungsform erzeugt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 einen Referenzgang als ein gewünschter Referenzgang des mobilen Objekts 81 durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111.
  • Der Referenzgang umfasst eine gewünschte Bewegung, welche eine Trajektorie einer räumlichen Position und räumlichen Stellung (räumliche Ausrichtung) definiert, welche für jeden Abschnitt des mobilen Objekts 81 gewünscht ist (wodurch eine Trajektorie eines Verlagerungsbetrags, welcher für jedes Gelenk des mobilen Objekts 81 erwünscht ist, definiert wird), und eine gewünschte globale Außenkraft, welche eine Trajektorie einer globalen Außenkraft definiert, als eine Gesamtaußenkraft, die auf das mobile Objekt 81 von einer Kontaktzielfläche anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu erzielen. Der Ausdruck „Trajektorie” bedeutet Zeitserien eines Momentanwertes.
  • In dieser Ausführungsform ist die gewünschte Bewegung des durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 erzeugten Referenzgangs eine gewünschte Bewegung zum Bewegen des mobilen Objekts 81 in einer mobilen Umgebung, in welcher eine Mehrzahl von Kontaktzielflächen umfassend eine Bodenfläche vorhanden sind. Die gewünschte Bewegung umfasst einen Bewegungszustand, in welchem wenigstens ein bewegliches Glied 83 mit jeder der Mehrzahl von Kontaktzielflächen in Kontakt steht und als ein Ergebnis das mobile Objekt 81 eine Kontaktkraft als eine Reaktionskraft von der Mehrzahl von Kontaktzielflächen empfängt.
  • Als ein Beispiel einer solchen gewünschten Bewegung wird in dieser Ausführungsform eine gewünschte Bewegung des Bewegens des mobilen Objekts 81, wie in 14 gezeigt, verwendet.
  • In dieser gewünschten Bewegung führt das mobile Objekt 81 im Wesentlichen eine Laufbewegung durch, die darin besteht, die zwei beweglichen Glieder 83a und 83b als Beine auf eine Bodenfläche FL, als eine Kontaktzielfläche, die in der mobilen Umgebung vorhanden ist, zu bewegen, um sich auf der Bodenfläche FL entlang eines durch die gestrichelte Linie A angezeigten Laufpfades zu bewegen.
  • Vorliegend ist der Laufpfad A ein Pfad durch eine Öffnung WLa einer Wand WL, an welcher eine Tür D angebracht ist, die durch Anstoßen geöffnet werden kann. In der gewünschten Bewegung führt das mobile Objekt 81 eine Bewegung des Stoßens der Tür D durch, um sie zu öffnen, wenn es durch die Öffnung WLa durchgeht.
  • Bei dieser Bewegung bringt das mobile Objekt 81 das distale Ende 84c von einem der beweglichen Glieder 83c und 83d, zum Beispiel das bewegliche Glied 83d, in Kontakt mit einer Fläche Da (nachfolgend als eine Türfläche Da bezeichnet) der Tür D in einen Zustand, in welchem das mobile Objekt der Tür D in unmittelbarer Nähe zugewandt ist, und stößt die Tür D mittels des beweglichen Glieds 83d in den Kontaktzustand, wodurch die Tür D geöffnet wird. Nach dem Öffnen der Tür D bewegt sich das mobile Objekt 81 durch die Öffnung WLa.
  • In einer solchen gewünschten Bewegung steht das mobile Objekt 81, wenn es die Tür D stößt, um sie zu öffnen, in Kontakt mit der Bodenfläche FL und der Türfläche Da als zwei verschiedene Kontaktzielflächen, und empfängt eine Kontaktkraft einer Reaktionskraft von der Bodenfläche FL und der Türfläche Da.
  • Die gewünschte Bewegung, welche das mobile Objekt 81 veranlasst, die oben erwähnte Bewegung durchzuführen, wird derart erzeugt, dass das bewegliche Glied 83 des mobilen Objekts 81 in Kontakt mit einer vermeintlichen Kontaktzielfläche gebracht wird. Die vermeintliche Kontaktzielfläche ist ein Kontaktzielflächenmodell, dessen Position und Stellung im Voraus gesetzt werden, um eine Form (Position und Stellung von jedem Kontaktzielflächenabschnitt) einer tatsächlichen Kontaktzielfläche, wie beispielsweise eine Bodenfläche, die in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 81 vorhanden ist, zu entsprechen oder zu approximieren.
  • In dieser Ausführungsform wird die vermeintliche Kontaktzielfläche, welche zum Erzeugen der gewünschten Bewegung verwendet wird, gemäß einer Kontaktzielfläche (geschätzte Kontaktzielfläche) aktualisiert, welche durch die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 als eine aktuelle Kontaktzielfläche repräsentierend regelmäßig geschätzt wird (jedes Mal, wenn das mobile Objekt 81 einen Schritt macht oder jedes Mal, wenn das mobile Objekt 81 eine Mehrzahl von Schritten während des Fortbewegens macht, oder in festen Zeitintervallen).
  • In der mobilen Objekt 81 in der Ausführungsform, umfasst die gewünschte Bewegung: eine Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Position und gewünschten Stellung des distalen Endes (Elementglied) 84c von jedem beweglichen Glied 83 ist; eine Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Position und einer gewünschten Stellung des Körpers 82 ist; eine Gewünschte-Schwerpunkt-Trajektorie, welche eine Trajektorie einer gewünschten Position des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 ist; und eine Gewünschte-Winkelmoment-Trajektorie, welche eine Trajektorie eines gewünschten Wertes eines Winkelmoments um den Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 ist.
  • Vorliegend bedeutet die „Position” des distalen Endes (Elementglied) 84c des beweglichen Glieds 83 eine Position eines repräsentativen Punkts des distalen Endes 84c (z. B. ein Punkt einer spezifischen Position einer Kontaktfläche des distalen Endes 84c), welcher beliebig gesetzt wird, um eine räumliche Position des distalen Endes 84c zu repräsentieren. Das Gleiche gilt für die „Position” des Körpers 82. Die „Stellung” des distalen Endes 84c des beweglichen Glieds 83 bedeutet die räumliche Orientierung des distalen Endes 84c. Das Gleiche gilt für die „Stellung” des Körpers 82.
  • Die gewünschte Position und Stellung des beweglichen Glieds und die gewünschte Position und Stellung des Körpers werden als eine Position und eine Stellung in einem globalen Koordinatensystem als ein Inertialkoordinatensystem dargestellt, welches bezüglich eines beliebigen stationären Objekts, wie beispielsweise eine Bodenfläche in der mobilen Umgebung des mobilen Objekts 81 fest ist. Als das globale Koordinatensystem wird beispielsweise ein Stützbein-Koordinatensystem verwendet, dessen Ursprung ein Punkt in einer Grundfläche (Kontaktfläche mit der Bodenfläche) von einem beweglichen Glies 83 als ein Stützbein (Bein, welches die Schwerkraft des mobilen Objekts 81 auf dem Boden trägt) des mobilen Objekts 81 ist, dessen X-Achse eine horizontale Achse in der Vorder-Hinter-Richtung des distalen Endes (Elementglied) 84c des beweglichen Glieds 83 ist, dessen Z-Achse eine Achse in der vertikalen Richtung ist, und dessen Y-Achse eine horizontale Achse in eine Richtung ist, die zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonal ist.
  • In diesem Fall werden in der Gehbewegung des mobilen Objekts 81 die Position des Ursprungs und die Richtungen der X-Achse und der Y-Achse des globalen Koordinatensystems jedes Mal, wenn sich das Stützbein ändert, aktualisiert. Alternativ kann das globale Koordinatensystem beispielsweise ein Koordinatensystem sein, welches bezüglich des beliebigen stationären Objekts, wie beispielsweise die Bodenfläche, ständig fest ist. In der folgenden Beschreibung bezeichnen einfachheitshalber, wenn nicht anders spezifiziert, die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse die drei Achsen des Stützbein-Koordinatensystems.
  • Die gewünschte Schwerpunkt-Trajektorie und die gewünschte Drehmoment-Trajektorie sind von der Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie und der Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trjaketorie von jedem beweglichen Glied 3 abhängig und definieren nicht unmittelbar den Betrag an Verlagerung von jedem Gelenk 87 des mobilen Objekts 81. Dementsprechend können die gewünschte Schwerpunkt-Trajektorie und die gewünschte Drehmoment-Trajektorie nicht notwendigerweise in der gewünschten Bewegung des Referenzgangs, welche durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 erzeugt ist, enthalten sein.
  • In dieser Ausführungsform erzeugt die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 die gewünschte Schwerpunkt-Trajektorie und die gewünschte Drehmoment-Trajektorie, da die gewünschte Schwerpunkt-Trajektorie und die gewünschte Drehmoment-Trajektorie in dem Verfahren der später beschriebenen Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 verwendet werden.
  • In dieser Ausführungsform erzeugt die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 die gewünschte Bewegung des Referenzgangs, um das mobile Objekt 81, wie in 14 gezeigt, wie folgt zu bewegen.
  • In dem Verfahren des Erzeugens der gewünschten Bewegung für die Gehbewegung des mobilen Objekts 81 vor und nach der Bewegung des Aufstoßens der Tür D, um sie zu öffnen, wird die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie, welche sich auf die beweglichen Glieder 83c und 83d bezieht, derart bestimmt, dass beispielsweise die gesamte relative Stellung der beweglichen Glieder 83c und 83d relativ zum Körper 82 kontinuierlich konstant gehalten wird. Mittlerweile werden die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie und die Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie bezogen auf die beweglichen Glieder 83a und 83b als Beine beispielsweise durch den Prozess erzeugt, welches durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in dem japanischen Patent Nr. 3726081 oder dergleichen vorgeschlagen wurde.
  • Der Prozess zum Erzeugen der Gewünschten-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie und der Gewünschten-Körper-Position/Stellung-Trajektorie der beweglichen Glieder 83a und 83b wird weiter unten kurz beschrieben. Parameter, welche die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie definieren, wie beispielsweise eine geplante Landeposition und geplante Landezeit des distalen Endes 84c, entsprechen dem Fuß von jedem der beweglichen Glieder 83a und 83b auf einer vermeintlichen Bodenfläche (vermeintliche Kontaktzielfläche, welche der Bodenfläche entspricht) definieren, werden gemäß einer angeforderten Bewegungsrichtung oder Bewegungsgeschwindigkeit, einer Bewegungsplanung oder dergleichen des mobilen Objekts 81 bestimmt, welche der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 von außerhalb des mobilen Objekts 81 eingegeben werden. Die Parameter können die Eingabe an die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 von außerhalb sein oder können in einer Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 im Voraus gespeichert sein.
  • Eine gewünschte ZMP-Trajektorie als eine gewünschte Position des ZMP (Zero Moment Point) wird gemäß der Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie der beweglichen Glieder 83a und 83b, die durch die Parameter definiert sind, bestimmt. Die gewünschte ZMP-Trajektorie wird derart bestimmt, dass das gewünschte ZMP so viel wie möglich an dem Mittelpunkt eines Stützpolygons oder nahe daran auf der vermeintlichen Bodenfläche bleibt, welcher gemäß der Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie der beweglichen Glieder 83a und 83b definiert ist, und auch eine glatte Verlagerung (ohne Schrittwechsel) vornimmt.
  • Darüber hinaus wird die Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie derart bestimmt, dass das gewünschte ZMP erfüllt ist (d. h. so dass eine Horizontalkomponente (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) eines Moments, welches um die gewünschte ZMP durch eine resultierende Kraft einer Trägheitskraft erzeugt ist, und der Schwerkraft, welche auf das mobile Objekt 81 wirkt, null ist), unter Verwendung eines angemessenen kinetischen Modells, welche die Kinetik (Beziehung zwischen der Bodenreaktionskraft als eine externe Kraft und der Bewegung des mobilen Objekts 81) des mobilen Objekts 81 repräsentiert.
  • Ferner werden die gewünschte Schwerpunkt-Trajektorie und die gewünschte Winkelmoment-Trajektorie um den gewünschten Schwerpunkt aus der Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie von jedem beweglichen Glied 83 und der Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie berechnet unter Verwendung eines geometrischen Modells (unbiegsames Glied-Modell) des mobilen Objekts 81. Das unbiegsame Glied-Modell des mobilen Objekts 81 ist ein Modell, in welchem eine oder beide von den Massen und der Trägheit an jedem Elementglied festgesetzt werden.
  • In dem Verfahren des Erzeugens der gewünschten Bewegung für die Bewegung des Drückens der Tür D um sie zu öffnen, wird die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie bezogen auf die beweglichen Glieder 83a und 83b als Beine, derart bestimmt, dass beispielsweise das distale Ende 84c von jedem der beweglichen Glieder 83a und 83b in einem unbeweglichen Zustand gehalten wird, während es mit der vermeintlichen Bodenfläche vor der Tür D in Kontakt tritt (darauf aufsetzt). Die gewünschte ZMP-Trajektorie wird derart bestimmt, so dass das gewünschte ZMP im Wesentlichen an einer Mittelposition oder nahe daran in einem Stützpolygon auf der vermeintlichen Bodenfläche liegt.
  • Mittlerweile wird die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie bezogen auf das bewegliche Glied 83c derart bestimmt, dass beispielsweise die gesamte Relativstellung des beweglichen Glieds 83c relativ zum Körper 82 ständig konstant gehalten wird.
  • Die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie bezogen auf das bewegliche Glied 83d zum Drücken der Tür D um sie zu öffnen, wird derart bestimmt, dass das distale Ende 84c des beweglichen Glieds 83d in Kontakt mit einem vorbestimmten Abschnitt der Türfläche D gebracht wird und dann derart bewegt wird, um eine Bewegung des Öffnens der Tür D zu folgen (Drehbewegung um die Scharniergelenke) in einem vorbestimmten Öffnungsbewegungsmuster.
  • Ein Schätzwert einer Reaktionskraft (Kontaktkraft), welche das mobile Objekt 81 während der Öffnungsbewegung der Tür D empfängt, wird ferner unter Verwendung eines angemessenen Kinetikmodells berechnet, welches die Beziehung zwischen der Öffnungsbewegung der Tür D und einer externen Kraft repräsentiert, welche auf die Türfläche Da wirkt (oder Reaktionskraft, welche auf das mobile Objekt 81 von der Türfläche Da wirkt).
  • Darüber hinaus wird die Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie derart bestimmt, dass das gewünschte ZMP erfüllt ist (d. h. so dass eine Horiontalkomponente (Komponente um die X-Achse und die Y-Achse) eines Moments, welches um die gewünschte ZMP durch eine resultierende Kraft der Trägheitskraft, welche durch die Bewegung des mobilen Objekts 81 erzeugt wird, und der Kontaktkraft, die auf das mobile Objekt 81 von der Türfläche Da erzeugt wird, null ist), unter Verwendung eines angemessenen Kinetikmodells, welches die Kinetik repräsentiert (die Beziehung zwischen der Kontaktkraft (Reaktionskraft), welche auf das mobile Objekt 81 von der Bodenfläche FL und der Türfläche Da als die Kontaktzielflächen wirkt und der Bewegung des mobilen Objekts 81) des mobilen Objekts 81.
  • Ferner werden die Gewünschte-Schwerpunkt-Trajektorie und die Gewünschte-Winkelmoment-Trajektorie um den gewünschten Schwerpunkt des mobilen Objekts 81 aus der Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie von jedem beweglichen Glied 83 und der Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie berechnet, unter Verwendung eines geometrischen Modells (Festgliedmodell) des mobilen Objekts 81, wie im Falle der Gehbewegung des mobilen Objekts 81.
  • Das Verfahren des Erzeugens der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts 81 kann ein bekanntes Verfahren sein, welches von den oben beschriebenen Verfahren verschieden ist, so lange es möglich ist, die ausführbare gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 81 in der mobilen Umgebung, in welcher die vermeintliche Kontaktzielfläche gesetzt ist, zu generieren.
  • Darüber hinaus können die relativen Stellungen der beweglichen Glieder 83c und 83d relativ zum Körper 82 in der Gehbewegung des mobilen Objekts 81 in einem gewünschten Muster je nach Bedarf geändert werden. Beispielsweise können beide bewegliche Glieder 83c und 83d mit der Gehbewegung des mobilen Objekts 81 hin und her geschwungen werden.
  • In diesem Fall kann die Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie unter Verwendung eines kinetischen Modells erzeugt werden, welches eine Veränderung des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 oder einer Veränderung des Winkelmoments um den Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 in Betracht zieht, welche mit einer Veränderung der relativen Stellungen der beweglichen Glieder 83c und 83d relativ zu dem Körper 82 assoziiert sind.
  • Beispielsweise können die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorien der beweglichen Glieder 83a und 83b derart bestimmt werden, dass eines der oder beide der beweglichen Glieder 83a und 83b als Beine, sich der Tür D annähern, gleichzeitig mit der Öffnungsbewegung der Tür D.
  • Alternativ kann die gewünschte Bewegung derart bestimmt werden, dass die Öffnungsbewegung der Tür D durchgeführt wird während die beweglichen Glieder 83c und 83d beide in Kontakt mit der Türfläche Da stehen.
  • Die Bestandteile der gewünschten Bewegung sind nicht auf die oben erwähnte Bestandteile beschränkt. Beispielsweise wird im Falle, dass das bewegliche Objekt 81 einen beweglichen Abschnitt (z. B. Kopf) relativ zum Körper 82 umfasst, welcher von den beweglichen Gliedern 83 verschieden ist, eine Trajektorie einer gewünschten Position und gewünschten Stellung des Abschnitts zu der gewünschten Bewegung hinzugefügt werden.
  • In dem Fall, dass jedes bewegliche Glied 83 sieben Freiheitsgrade oder mehr aufweist, kann beispielsweise nicht nur die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie, sondern auch eine Gewünschte-Position/Stellung-Trajektorie eines Zwischenteils von jedem beweglichen Glied 83 zu der gewünschten Bewegung hinzugefügt werden.
  • Die Bestandteile der gewünschten Bewegung können gemäß der Struktur des mobilen Objekts 81 oder dergleichen angemessen festgesetzt werden, solange die Trajektorie des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 definiert werden kann.
  • Die gewünschte gesamte externe Kraft des Referenzgangs definiert die Trajektorie der gesamten externen Kraft (mit Ausnahme der Schwerkraft), die auf das mobile Objekt 81 kinetisch anzuwenden ist, um das mobile Objekt 81 gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen. Die gewünschte Gesamt-Externe-Kraft beinhaltet: eine Gewünschte-Gesamttranslation-Externe-Kraft, welche eine gewünschte Gesamttranslationskraft ist, die auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist; und ein Gewünschtes-Gesamtmoment-Externe-Kraft, welche ein gewünschtes Gesamtmoment ist, das auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist. Im Einzelnen ist die Gewünschte-Gesamtmoment-Externe-Kraft als ein Moment um einen beliebigen Referenzpunkt in dem Inertialkoordinatensystem ausgedrückt (zum Beispiel der Ursprung des Stützbein-Koordinatensystems).
  • Nachfolgend werden die Gewünschte-Gesamt-Translation-Externe-Kraft (Vektor) und die Gewünschte-Gesamtmoment-Externe-Kraft (Vektor) in der gewünschten gesamten externen Kraft des Referenzgangs jeweils durch ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist jeder von ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 ein Spaltenvektor, welcher aus drei Komponenten besteht, die eine Komponente in der X-Achse ist, eine Komponente in der Y-Achse und eine Komponente in der Z-Achse sind. Die gewünschte gesamte externe Kraft, welche aus ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 besteht, wird durch ↑FMt_cmd0 bezeichnet. ↑FMt_cmd0 ist ein Spaltenvektor (sechskomponentiger Spaltenvektor), welcher durch Anordnung der Komponenten von ↑Ft_cmd0 und ↑Mt_cmd0 gebildet ist. Das heißt, ↑FMt_cmd0 = [↑Ft_cmd0, ↑Mt_cmd0]T.
  • Die Gewünschte-Gesamt-Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd0 in der gewünschten gesamten externen Kraft ↑FMt_cmd0 wird als eine Translationskraft bestimmt (Translationskraft, die durch Invertieren des Vorzeichens der resultierenden Kraft erhalten wird), die mit der resultierenden Kraft der Schwerkraft ausgeglichen wird (Produkt einer Gesamtmasse des mobilen Objekts 81 und eines Schwerkraftbeschleunigungsvektors), welche auf den Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts 81 wirkt und der Trägheitskraft (Ergebnis des Invertierens des Vorzeichens des Produkts der Gesamtmasse und dem Translationsbeschleunigungsvektor des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81), welche durch die Bewegung (Translationsbewegung). des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 erzeugt wird. Vorliegend wird die Trägheitskraft unter Verwendung der gewünschten Schwerpunkttrajektorie des mobilen Objekts 81 und der Gesamtmasse (vorbestimmter Wert) des mobilen Objekts 81 berechnet.
  • Die Gewünschte-Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd0 in der gewünschten gesamten externen Kraft ↑FMt_cmd0 wird als ein Moment bestimmt (ein Moment, das durch Invertieren des Vorzeichens des resultierenden Moments erhalten wird), welches mit dem resultierenden Moment des Trägheitsmoments ausgeglichen wird, welches um den Referenzpunkt in dem Inertialkoordinatensystem durch die Translationsbewegung des Gesamtschwerpunkts des mobilen Objekts 81 erzeugt wird, und dem Trägkeitsmoment, welches um den Gesamtschwerpunkt des mobilen Objekts 81 durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 81 erzeugt wird, ausgeglichen.
  • Vorliegend wird das Trägheitsmoment, welches um den Referenzpunkt um die Translationsbewegung des Gesamtschwerpunktes des mobilen Objekts 81 erzeugt wird, unter Verwendung der Trajektorie des Positionsvektors des gewünschten Schwerpunkts des mobilen Objekts 81 relativ zum Referenzpunkt und der Gesamtmasse des mobilen Objekts 81 berechnet.
  • Mittlerweile wird das Trägheitsmoment, welches um den Schwerpunkt des mobilen Objekts 81 durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts 81 erzeugt wird, unter Verwendung der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts 81 und des Modells des unbiegsamen Glieds (das Modell, in welchem eine oder beide von der Masse und der Trägheitskraft in jedem Elementglied festgesetzt werden) des mobilen Objekts 81 berechnet.
  • Das Obige beschreibt den Prozess der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111. Es sei angemerkt, dass der Referenzgang nicht während der Bewegung des mobilen Objekts 81 erzeugt werden braucht. Beispielsweise kann der Referenzgang erzeugt werden bevor das mobile Objekt 81 beginnt sich zu bewegen, und in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 im Voraus gespeichert werden, oder der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 von außerhalb mittels einer drahtlosen Kommunikation je nach Bedarf eingegeben werden. In einem solchen Fall braucht die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 nicht die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 umfassen.
  • [Prozess der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 gibt die gewünschte Bewegung (im Einzelnen die Gewünschte-Bewegliches-Glied-Position/Stellung-Trajektorie von jedem beweglichen Glied 83 und die Gewünschte-Körper-Position/Stellung-Trajektorie in der gewünschten Bewegung) des Referenzgangs, welche wie oben beschrieben erzeugt wird, der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 ein, und führt den Prozess der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 durch.
  • Die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 ist eine funktionale Einheit, welche einen Referenzwert des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags berechnet, welcher der Betrag an Verlagerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 ist, der durch die gewünschte Bewegung des Referenzgangs definiert ist. Die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 berechnet den gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 durch eine inverse kinetische Berechnung aus der eingegebenen gewünschten Bewegung.
  • Im Falle, dass der Referenzgang im Voraus erzeugt wird, kann der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag von jedem Gelenk, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht, ebenfalls im Voraus erzeugt werden. In einem solchen Fall braucht die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 nicht zu enthalten.
  • [Prozess der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 führt die Prozesse der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112, der Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113, der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 und der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 gleichzeitig mit (oder davor oder danach) dem Verfahren der Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 durch.
  • Diese Prozesse sind Prozesse zum Bestimmen eines Manipulationsbetrags (Regelungs-/Steuerungseingebe) für Nachgiebigkeit-Regelung/Steuerung. Dieser Prozess wird nachfolgend auch als ein Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess bezeichnet. Durch den Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess bestimmt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zum Korrigieren des Referenzwerts des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags von jedem Gelenk, entsprechend dem Referenzgang.
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 zuerst den Prozess der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 durch. Die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 ist eine funktionelle Einheit, welche als ein Korrekturbetrag zum Korrigieren der gewünschten gesamten Externen Kraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs eine Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft bestimmt, welche eine externe Kraft ist, die zusätzlich auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist, so dass ein Fehler zwischen einem gewünschten Wert einer erforderlichen Bewegungszustandsgröße in der gewünschten Bewegung des mobilen Objekts 81 und einem Wert einer tatsächlichen Bewegungszustandsgröße sich null nähert.
  • Die Bewegungszustandsgröße ist eine Zustandsgröße von einem Typ, die im Voraus gesetzt wird, als eine Größe zum Stabilisieren der Stellung des mobilen Objekts 81. In dieser Ausführungsform werden die Position des gesamten Schwerpunkts des mobilen Objekts 81 und das Winkelmoment um den gesamten Schwerpunkt des mobilen Objekts 81 als eine derartige Bewegungszustandsgröße verwendet.
  • Die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 bestimmt als die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft eine Kombination aus einer translatorischen externen Kraft ↑Fg_dmd (nachfolgend als eine Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd bezeichnet), die zusätzlich auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist, so dass der Fehler zwischen dem gewünschten Schwerpunkt des Referenzgangs und dem beobachteten Wert des tatsächlichen Schwerpunkts des mobilen Objekts 81 sich null nähert und eine Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd (nachfolgend als eine Kompensation-Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd bezeichnet), die zusätzlich auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist, so dass der Fehler zwischen dem gewünschten Winkelmoments des Referenzgangs und dem beobachteten Wert des tatsächlichen Winkelmoments um den Schwerpunkt des mobilen Objekts 81 sich null nähert.
  • Nachfolgend wird ein Vektor, welcher durch Anordnen der Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd und der Kompensations-Monent-Externe-Kraft ↑Mg_dmd durch ↑FMg_dmd (= [↑Fg_dmd, ↑Mg_dmd]T) bezeichnet und als die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft bezeichnet.
  • Die Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑FMg_dmd wird aus dem Fehler zwischen dem gewünschten Schwerpunkt des Referenzgangs und dem beobachteten Wert des tatsächlichen Schwerpunkts des mobilen Objekts 81 durch ein vorbestimmtes Rückkopplungs-Regelungs/-Steuerungsgesetz bestimmt. Beispielsweise wird ein PD-Gesetz als ein Rückkopplungs-Regelungs/-Steuerungsgesetzt verwendet.
  • Im Einzelnen wird in dieser Ausführungsform die Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd durch Addieren eines Proportionalausdrucks, der erhalten wird durch Multiplizieren des Fehlers zwischen dem gewünschten Schwerpunkt ↑Pg_cmd des durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 erzeugten Referenzgangs, und dem beobachteten Wert des tatsächlichen Schwerpunkt ↑Pg_act des mobilen Objekts 81 mit einer vorbestimmten Verstärkung Kp, erhalten wird, und eines Ableitungsausdrucks, welcher erhalten wird durch Multiplizieren des Fehlers zwischen der zeitlichen Änderungsrate ↑Pg'_cmd des gewünschten Schwerpunkts ↑Pg_cmd und dem beobachteten Wert der zeitlichen Änderungsrate ↑Pg'_act (d. h. zeitliche Änderungsrate des beobachteten Werts von ↑Pg_act) des tatsächlichen Schwerpunkts ↑Pg_act des mobilen Objekts 81 mit einer vorbestimmten Verstärkung Kv, gemäß der folgenden Gleichung (34). ↑Fg_dmd = Kp·(↑Pg_cmd – ↑Pg_act) + Kv·(↑Pg'_cmd – ↑Pg'_act) (34)
  • ↑Fg_dmd, ↑Pg_cmd, ↑Pg_act, ↑Pg'_cmd und ↑Pg'_act sind jeweils Vektoren von drei Komponenten (Komponenten in den Richtungen der drei Achsen). Der beobachtete Wert des tatsächlichen Schwerpunkts ↑Pg_act und seine zeitliche Änderungsrate werden unter Verwendung des gemessenen Werts des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk 87, welcher durch die Ausgabe des Drehgebers 93 angezeigt ist, des gemessenen Werts der tatsächlichen Stellung des Körpers 82, welcher durch die Ausgabe des Stellungssensors 91 angezeigt ist, und des geometrischen Modells (Festgliedmodell) des mobilen Objekts 81 berechnet.
  • Die Kompensation-Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑FMg_dmd wird aus dem Fehler zwischen dem gewünschten Winkelmoment des Referenzgangs und dem beobachteten Wert des Winkelmoments um den tatsächlichen Schwerpunkts des mobilen Objekts 81 durch ein vorbestimmtes Rückkopplungs-Regelungs/Steuerungsgesetz berechnet. Beispielsweise wird ein Proportionsgesetz als das Rückkopplungs-Regelungs/Steuerungsgesetz in dieser Ausführungsform verwendet.
  • Im Einzelnen wird in dieser Ausführungsform die Kompensation-Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd durch Multiplizieren des Fehlers zwischen dem gewünschten Winkelmoment ↑Lg_cmd des durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 erzeugten Referenzgangs, und dem beobachteten Wert des tatsächlichen Winkelmoments ↑Lg_act um den tatsächlichen Schwerpunkt des mobilen Objekts 81 mit einer vorbestimmten Verstärkung KL gemäß der folgenden Gleichung (35) bestimmt. ↑Mg_dmd = KL·(↑Lg_cmd – ↑Lg_act) (35)
  • ↑Mg_cmd, ↑Lg_cmd und ↑Lg_act sind jeweils Vektoren von drei Komponenten (Komponenten um die drei Achsen). Der beobachtete Wert des tatsächlichen Winkelmoments ↑Lg_act wird unter Verwendung des gemessenen Werts des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk 87, welcher durch die Ausgabe des Drehgebers 93 angezeigt ist, des gemessenen Wertes der tatsächlichen Stellung des Körpers 82, welcher durch die Ausgabe des Stellungssensors 91 angezeigt ist, und des Geometriemodells (Modell des unbeweglichen Glieds) des mobilen Objekts 81 berechnet.
  • Die Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd kann durch ein Rückkopplungs-Regelungs/Steuerungs-Gesetz (z. B. das Proportionsgesetz), das von dem PD-Gesetz verschieden ist, berechnet werden. Die Kompensation-Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd kann durch ein Rückkopplungs-Regelungs/Steuerungs-Gesetz (z. B. das PD-Gesetz), das von dem Proportionsgesetz verschieden ist, bestimmt werden.
  • Obwohl diese Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 den gewünschten Schwerpunkt ↑Pg_cmd und das gewünschte Winkelmoment ↑Lg_cmd von der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 empfängt, kann die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 den gewünschten Schwerpunkt ↑Pg_cmd und das gewünschte Winkelmoment ↑Lg_cmd aus der gewünschten Bewegung des Referenzgangs berechnen.
  • [Prozess der Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113]
  • Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den Prozess der Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 durch. Die Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 ist eine funktionale Einheit, welche die gewünschte gesamte externe Kraft ↑FMt_cmd0 des Referenzgangs durch die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑FMg_dmd korrigiert, welche wie oben beschrieben wurde, und bestimmt eine gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N), die das mobile Objekt 81 von jedem der N (N ≥ 1) Kontaktzielflächen auf das mobile Objekt 81 anzuwenden ist, die mit dem mobilen Objekt 81 in Kontakt stehen, um die korrigierte gewünschte gesamte externe Kraft zu realisieren (nachfolgend als eine Korrigierte-Gewünschte-Gesamte-Externe-Kraft ↑FMt_cmd1 bezeichnet).
  • Im Einzelnen bestimmt die Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 die Korrigierte-Gewünschte-Gesamte-Externe-Kraft ↑FMt_cmd1 durch Addieren der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft ↑FMg_dmd, die durch die Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112 bestimmt ist, zu der gewünschten gesamten externen Kraft ↑FMt_cmd0, die durch die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 erzeugt ist. Das heißt, ↑FMt_cmd0 + ↑FMg_dmd wird als ↑FMt_cmd1 bestimmt.
  • Die Korrigierte-Gewünschte-Gesamte-Externe-Kraft ↑FMt_cmd1 ist ein Vektor (= [↑Ft_cmd1, ↑Mt_cmd1]T), welcher aus einer translatorischen externen Kraft ↑Ft_cmd1 und einem Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 besteht. ↑Ft_cmd1 (nachfolgend als eine korrigierte gewünschte gesamte Translation-Externe-Kraft bezeichnet) ist ein Ergebnis (= ↑Ft_cmd0 + ↑Fg_dmd) des Addierens der Gewünschte-Gesamt-Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd0 des Referenzgangs und der Kompensation-Translation-Externe-Kraft ↑Fg_dmd. ↑Mt_cmd1 (nachfolgend als eine korrigierte gewünschte gesamte Moment-Externe-Kraftbezeichnet) ist ein Ergebnis (= ↑Mt_cmd0 + ↑Mg_dmd) des Addierens der Gewünschte-Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd0 des Referenzgangs und der Kompensation-Moment-Externe-Kraft ↑Mg_dmd.
  • Die Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 verteilt die Korrigierte-Gewünschte-Gesamt-Externe-Kraft ↑FMt_cmd1 auf alle Kontaktzielflächen (erste bis N-te Kontaktzielflächen), welche gerade in Kontakt mit dem mobilen Objekt 81 sind, gemäß einer vorbestimmten Regel und bestimmt die gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N), die auf das mobile Objekt 81 von jeder Kontaktzielfläche (i-te Kontaktzielfläche) anzuwenden ist.
  • Im Einzelnen wird die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 als ein gewünschter Wert einer Kontaktkraft bestimmt, die auf das mobile Objekt 81 von der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche wirkt (Kontaktzielfläche, deren räumliche Position und Stellung im Voraus gesetzt werden, um der tatsächlichen i-te Kontaktzielfläche zu entsprechen oder diese zu approximieren) als ein Modell der i-ten Kontaktzielfläche.
  • Die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 ist ein Vektor (= [↑Ft(i)_cmd1, ↑Mt(i)_cmd1]T), welcher aus einer Gewünschte-Gesamt-Translation-Kontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 als ein gewünschter Wert einer Translationskraft (Translationskraftkomponente der Gesamtkontaktkraft), die auf das mobile Objekt 81 von einem Wirkpunkt an der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche wirkt, und eines gewünschten Gesamtkontaktkraft-Moment ↑Mt(i)_cmd1 als ein gewünschter Wert eines Moments (einer Momentkomponenten der Gesamtkontaktkraft), das auf das mobile Objekt 81 um den Wirkpunkt wirkt.
  • In dieser Ausführungsform ist der Wirkpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 ein Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft, welcher auf der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche als eine gewünschte Position eines Mittelpunkts einer Gesamtkontaktkraft (der Wirkpunkt der Gesamtkontaktkraft, so dass die Komponente um die Achse, die zur i-ten Kontaktzielfläche parallel ist, in dem Gesamtkontaktkraftmoment um den Wirkpunkt null ist) für die Gesamtkontaktkraft eingesetzt ist, welche auf das mobile Objekt 81 von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt.
  • Das heißt, die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 ist eine Gesamtkontaktkraft derart, dass, das Kontaktkraftmoment um die Achse, die zur vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche parallel ist, in dem gewünschten Gesamtkontaktkraftmoment ↑Mt(i)_cmd1 null ist. In dem Bestimmungsverfahren von jeder i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N) wird der Mittelpunkt der gewünschten Gesamtkontaktkraft (Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft) auf der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche ebenfalls bestimmt.
  • In dieser Ausführungsform wird der Bestimmungsprozess der ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 (Prozess des Verteilens der korrigierten gewünschten gesamten externen Kraft ↑FMt_cmd1) beispielsweise auf folgende Weise durchgeführt. Im Falle, dass nur eine aktuelle Kontaktzielfläche in Kontakt mit dem mobilen Objekt 81 steht (in dem Fall, in dem N = 1) wird die korrigierte gewünschte gesamte Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 selbst als die Gewünschte-Gesamt-Translation-Kontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 der gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 bestimmt, die der einzelnen Kontaktzielfläche entspricht.
  • Ferner wird der Mittelpunkt der gewünschten Gesamtkontaktkraft auf der vermeintlichen Kontaktzielfläche derart bestimmt, dass die Komponente um die Achse, die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche parallel ist, des Moments (d. h. Vektorprodukt des Positionsvektors des Mittelpunkts der gewünschten Gesamtkontaktkraft relativ zu dem Referenzpunkt und der Gewünschte-Gesamt-Translation-Kontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1), die um den Referenzpunkt erzeugt wird, wenn die Gewünschte-Gesamt-Translation-Kontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 auf dem Mittelpunkt der gewünschten Gesamtkontaktkraft auf der vermeintlichen Kontaktzielfläche wirkt, die der einzelnen Kontaktzielfläche entspricht, mit der Komponente um die Achse, die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche parallel ist, in der Korrigierte-Gewünschte-Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • Das Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Moment ↑Mt(i)_cmd1 der gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 wird dann bestimmt, so dass: die um die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche parallele Komponente in ↑Mt(i)_cmd1 gleich null ist; und das Moment, welches um den Referenzpunkt erzeugt wird durch die Komponente um die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche senkrechten Achse in ↑Mt(i)_cmd1 und die Komponente um die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche parallelen Achse in der korrigierten gewünschten Gesamt-Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 mit der Komponente um die zur vermeintlichen Kontaktzielfläche senkrechten Achse in der korrigierten gewünschten Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • In dem Falle, dass zwei oder mehrere aktuelle Kontaktzielflächen in Kontakt mit dem mobilen Objekt 81 stehen (in dem Fall, dass N ≥ 2 ist) werden beispielsweise die erste bis N-te gewünschte Kontaktzielfläche ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 wie folgt bestimmt.
  • Eine Kontaktfläche-Normalkraftkomponente von jeder der den ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 wird derart bestimmt, dass ein Translationskraftvektor einer Gesamtsumme der Kontaktfläche-Normalkraftkomponenten (Translationskraftkomponenten, die senkrecht zu den entsprechenden vermeintlichen i-ten Kontaktzielflächen sind) der ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 mit der Komponente in der korrigierten gewünschten Gesamt-Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 übereinstimmt und nicht mit der Komponente, die zu irgendeiner von allen vermeintlichen i-ten Kontaktzielflächen (i = 1, 2, ..., N) parallel ist.
  • Darüber hinaus wird eine Reibungskraftkomponente von jeder der ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 derart bestimmt, dass ein Translationskraftvektor einer Gesamtsumme der Reibungskraftkomponenten (Translationskraftkomponente, die zu der entsprechenden vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche parallel sind) der ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 mit der Komponente übereinstimmt, die zu jeder der vermeintlichen i-ten Kontaktzielflächen (i = 1, 2, ..., N) in der korrigierten gewünschten Gesamt-Translation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 parallel ist.
  • Vorliegend wird die Reibungskraftkomponente von jeder der ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 derart bestimmt, dass die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1, welche der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche mit einer verhältnismäßig kleinen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente eine verhältnismäßig kleine Reibungskraftkomponente aufweist.
  • Im Falle, dass die Kontaktfläche-Normalkraftkomponente der ersten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(1)_cmd1 kleiner als die Kontaktfläche-Normalkraftkomponente der zweiten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(2)_cmd1 ist, wird bestimmt, dass die Reibungskraftkomponente der ersten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(1)_cmd1 kleiner als die Reibungskraftkomponente der zweiten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(2)_cmd1 ist.
  • Die gewünschte Gesamt-Translation-Kontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N) wird danach als eine resultierende Translationskraft der Kontaktfläche-Normalkraftkomponente und der Reibungskraftkomponente bestimmt.
  • Ferner werden die Mittelpunkte der ersten bis n-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft derart bestimmt, dass ein Gesamtsummenmoment (d. h. ein Momentvektor eines Gesamtsummenvektorprodukts des Positionsvektors des Mittelpunkts der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft relativ zum Referenzpunkt und der i-ten gewünschten Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1), welches um den Referenzpunkt erzeugt wird, wenn jede der gewünschten Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N), die wie oben beschrieben bestimmt wird, auf den Mittelpunkt der gewünschten Gesamtkontaktkraft (Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft) auf der entsprechenden vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche wirkt, im Wesentlichen mit der korrigierten gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt oder sehr nahe daran liegt.
  • Beispielsweise können die ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktmittelpunkte wie folgt bestimmt werden. Für jede vermeintliche i-te Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) wird ein vorläufiger Wert des Mittelpunkts der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft bestimmt und ein Gesamtsummenmoment, welches um den Referenzpunkt erzeugt wird, wenn die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 auf den vorläufigen Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft wirkt, wird bestimmt. Ein Fehler zwischen dem Gesamtsummenmoment und der korrigierten gewünschten Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 wird als ein Fehlermoment berechnet.
  • Eine Jacobimatrix, welche eine Änderungssensitivität des Moments um den Referenzpunkt auf eine Änderung (Änderung von einem vorläufigen Wert) der Position des Mittelpunkts der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft repräsentiert, wird ferner berechnet und das Fehlermoment wird durch eine pseudo-inverse Matrix der Jacobimatrix multipliziert, um den Betrag an Korrektur der Position des Mittelpunkts von jeder i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft zu bestimmen.
  • Die Position des Mittelpunkts von jeder i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft wird aus dem vorläufigen Wert durch den bestimmten Korrekturbetrag korrigiert, wodurch jeder der ersten bis n-ten Mittelpunkte der gewünschten Gesamtkontaktkraft bestimmt werden.
  • Darüber hinaus wird ein Kontaktkraftmoment um die zur vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche senkrechten Achse in jedem i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraftmoment bestimmt. Vorliegend wird das Kontaktkraftmoment (nachfolgend als ein Torsionskraftmoment bezeichnet), um die zur vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche senkrechten Achse derart bestimmt, dass ein resultierendes Moment eines Gesamtsummenmoments, welches um den Referenzpunkt erzeugt ist, wenn die i-ten gewünschte Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 auf jedem i-ten Mittelpunkt der gewünschten gesamten Kontaktkraft (i = 1, 2, ..., N) wirkt, die wie oben bestimmt wurden, und das Kontaktkraftmoment um die zur vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche senkrechten Achse (i = 1, 2, ..., N) mit der korrigierten gewünschten Gesamt-Moment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • Jedes der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraftmomente ↑Mt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N) wird dann als ein Moment bestimmt (ein Moment, so dass die Komponente um die zur vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche parallelen Achse gleich null ist), welches mit dem Torsionskraftmoment, das wie oben beschrieben bestimmt wird, übereinstimmt.
  • Vorliegend kann anstelle des Bestimmens des Torsionskraftmoments, so dass das Gesamtsummenmoment, das um den Referenzpunkt durch die erste bis N-te gewünschte Gesamtkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 erzeugt ist, mit der korrigierten gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt, die Korrekturbeträge der Reibungskraftkomponenten von zwei oder mehreren i-ten gewünschten Gesamttranslationskräfte ↑Ft(i)_cmd1 derart bestimmt werden, dass die Gesamtsumme der Reibungskraftkomponenten der ersten bis N-ten gewünschten Gesamttranslationskontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 von dem Wert nicht variiert, welcher mit der Komponente übereinstimmt, die zu jeder der vermeintlichen i-ten Kontaktzielflächen (i = 1, 2, ..., N) in der korrigierten gewünschten Gesamttranslations-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 parallel ist.
  • In diesem Fall werden die Korrekturbeträge der Reibungskraftkomponenten von zwei oder mehreren i-ten gewünschten Gesamttranslationskontaktkräfte ↑Ft(i)_cmd1 derart bestimmt, dass das Gesamtsummenmoment, welches um den Referenzpunkt erzeugt wird, wenn die i-te gewünschte Gesamttranslationskontaktkraft ↑Ft(i)_cmd1 nach der Korrektur auf den Mittelpunkt von jeder i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft (i = 1, 2, ..., N) wirkt, mit der korrigierten gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • Als eine Alternative können sowohl das Torsionskraftmoment (= ↑Mt(i)_cmd1) der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 als auch die Korrekturbeträge der Reibungskraftkomponenten von zwei oder mehreren i-ten gewünschten Gesamttranslationskontaktkräften ↑Ft(i)_cmd1 derart bestimmt werden, dass das Gesamtsummenmoment, welches um den Referenzpunkt durch die erste bis N-te gewünschte Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 erzeugt ist, mit der korrigierten gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • Somit werden in dieser Ausführungsform die erste bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 zusammen mit den ersten bis N-ten Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkten bestimmt, so dass die Gesamtsummentranslationskraft der ersten bis N-ten gewünschten Gesamttranslationskontaktkräfte ↑Ft(i)_cmd1 mit der korrigierten gewünschten Gesamttranslation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 übereinstimmt und auch das Gesamtsummenmoment, das um den Referenzpunkt durch die erste bis N-te gewünschte Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 erzeugt ist mit der korrigierten gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 übereinstimmt.
  • Vorliegend wird jeder i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkt (i = 1, 2, ..., N) innerhalb eines Bereichs bestimmt (ein Bereich, welcher dem Stützpolygon entspricht), welcher alle Kontaktflächen des mobilen Objekts 81 auf der i-ten Kontaktzielfläche verbindet.
  • Die obigen Ausführungen beschreiben im Einzelnen den Prozess der Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 in dieser Ausführungsform.
  • Es wird der Fall des Bewegens des mobilen Objekts 81, wie in 14 gezeigt, als ein Beispiel betrachtet. In der Gehbewegung vor und nach der Bewegung des Drückens der Tür D und sie zu öffnen durch das mobile Objekt 81, ist die Bodenfläche FL (nachfolgend als eine erste Kontaktzielfläche bezeichnet) die einzige Kontaktzielfläche.
  • In dieser Situation wird die erste gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(1)_cmd1, welche der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft entspricht, durch den oben erwähnten Prozess bestimmt.
  • Vorliegend ist der erste gewünschte Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkt der Mittelpunkt der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, und wird innerhalb des Stützpolygons auf der vermeintlichen ersten Kontaktzielfläche (vermeintliche Bodenfläche) gesetzt. In einem Zustand, in welchem nur eines von den beweglichen Gliedern 83a und 83b als Beine aufgesetzt ist (ein Beinträgerzustand) ist das Stützpolygon der Bereich auf der Kontaktfläche zwischen dem distalen Ende 84c des aufgesetzten beweglichen Glieds 83a oder 83b und der vermeintlichen ersten Kontaktzielfläche. In einem Zustand, in welchem beide bewegliche Glieder 83a und 83b aufgesetzt sind (zweibeiniger Sützzustand) ist das Stützpolygon der Bereich, welcher die Kontaktflächen der distalen Enden 84c der beweglichen Glieder 83a und 83b mit der vermeintlichen ersten Kontaktzielfläche verbindet.
  • In der Bewegung zum Drücken der Tür D und sie zu öffnen sind andererseits zwei Kontaktzielflächen vorhanden, nämlich die Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) und die Türfläche Da (nachfolgend als die zweite Kontaktzielfläche bezeichnet). In dieser Situation werden die erste gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(1)_cmd1 (gewünschte Gesamtbodenreaktionskraft) und die zweite gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(2)_cmd1 (gewünschte Gesamtkontaktkraft von der Türfläche Da) durch den oben erwähnten Prozess bestimmt.
  • Der erste gewünschte Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkt, welcher dem Gewünschte-Gesamtbodenreaktionskraft-Mittelpunkt entspricht, wird innerhalb des Bereichs des Stützpolygons auf die vermeintliche erste Kontaktfläche (vermeintliche Bodenfläche) eingestellt. Der zweite gewünschte Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkt wird innerhalb des Bereichs der Kontaktfläche zwischen dem distalen Ende 84c des beweglichen Glieds 83d und der vermeintlichen zweiten Kontaktzielfläche, die der Türfläche Da entspricht, eingestellt. Die vermeintliche zweite Kontaktzielfläche ist die Fläche (Kontaktzielfläche deren Position und Stellung sich mit der Zeit ändern), die um die Scharniere der Tür D in einem vorbestimmten Öffnungsbewegungsmuster der Tür D rotiert.
  • Das oben erwähnte Verfahren zum Bestimmen der ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 verwendet das Verfahren, welcher früher durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-44712 ( japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-177838 oder veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. US-2011-0213495-A1) vorgeschlagen wurde, welche in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-44712 im Detail beschrieben ist. Das Verfahren zum Bestimmen von jeder gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 ist kein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Dementsprechend wird in dieser Beschreibung das Bestimmungsverfahren der ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 nur kurz beschrieben, um eine Redundanz zu vermeiden.
  • Es sei angemerkt, dass der Prozess zum Bestimmen der ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 für die N Kontaktzielflächen, die mit dem mobilen Objekt 81 in Kontakt stehen, nicht auf den Prozess beschränkt ist, welches durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-44712 vorgeschlagen wurde. Jedes Verfahren kann angewendet werden, solange die ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 derart bestimmt sind, dass die Summen-Gesamt-Translationskraft der ersten gewünschten Gesamttranslationskontaktkräfte ↑Ft(i)_cmd1 mit dem gewünschten Gesamttranslation-Externe-Kraft ↑Ft_cmd1 übereinstimmt (oder im Wesentlichen übereinstimmt), das Summen-Gesamt-Moment, welches um den Referenzpunkts durch die ersten bis N-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 der korrigierte gewünschten Gesamtmoment-Externe-Kraft ↑Mt_cmd1 entspricht (oder im Wesentlichen entspricht), und auch die gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 von jeder Kontaktzielfläche sich kontinuierlich (glatt) ändert.
  • [Prozess der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114]
  • Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den Prozess der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 durch. Die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 ist eine funktionelle Einheit, welche einen erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft derart bestimmt, dass der beobachtete Wert der tatsächlichen Gesamtkontaktkraft (i-te Gesamtkontaktkraft), welche auf das mobile Objekt 81 von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt (i = 1, 2, ..., N) der entsprechenden eine von den ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 folgt, welche wie oben beschrieben bestimmt worden sind.
  • Der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft entspricht einem erforderlichen Wert der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) in der Gleichung (52). Der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft besteht aus: einem erforderlichen Wert der i-ten Störung-Gesamttranslationskontakkraft ↑ΔFt(i) als ein erforderlicher Korrekturbetrag (dreikomponentiger Spaltenvektor) der Translationskontaktkraft in der i-ten Gesamtkontaktkraft; und einen erforderlichen Wert des Störung-Gesamtkontaktkraftmoments ↑ΔMt(i) als ein erforderlicher Korrekturbetrag (dreikomponentiger Spaltenvektor) des Kontaktkraftmoments um den Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft.
  • Nachfolgend wird der erforderliche Wert der i-ten Störung-Gesamttranslations-Kontaktkraft ↑ΔFt(i) durch ↑ΔFt(i)_dmd bezeichnet und der erforderliche Wert des i-ten Störung-Gesamtkontaktkraftmoments ↑ΔMt(i) durch ↑ΔMt(i)_dmd bezeichnet. Der erforderliche Wert der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) als ein sechskomponentiger Spaltenvektor, welcher ↑ΔFt(i)_dmd und ↑ΔMt(i)_dmd kombiniert, wird durch ↑ΔFMt(i)_dmd (= [↑ΔFt(i)_dmd, ↑ΔMt(i)_dmd]T) bezeichnet.
  • Darüber hinaus ist der beobachtete Wert der Translationskontaktkraft (dreikomponentiger Spaltenvektor) in der Gesamtkontaktkraft (tatsächliche Gesamtkontaktkraft), welche tatsächlich auf das mobile Objekt 81 von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt, durch ↑Ft(i)_act bezeichnet, und der beobachtete Wert des Kontaktkraftmoments (dreikomponentiger Spaltenvektor) in der tatsächlichen Gesamtkontaktkraft (i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft) durch ↑Mt(i)_act bezeichnet. Der beobachtete Wert der i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft als ein sechskomponentiger Spaltenvektor, welcher ↑Ft(i)_act und ↑Mt(i)_act kombiniert, wird durch ↑FMt(i)_act (= [↑Ft(i)_act, ↑Mt(i)_act]T) bezeichnet.
  • Die Gesamtkontaktkraft-erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 bestimmt den erforderlichen Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) durch den folgenden Prozess.
  • Als Erstes berechnet die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 für jede i-te Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) einen Fehler ↑Dfmt(i) (= ↑FMt(i)_cmd1 – ↑FMt(i)_act) zwischen der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 und der beobachteten i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act.
  • Die beobachtete i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act wird berechnet, durch Kombinieren des beobachteten Werts der Kontaktkraft (sechsachsige Kraft) von jedem beweglichen Glied 83 in einer i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe, welcher durch die Ausgabe des Kraftsensors 92 angezeigt wird, unter Verwendung des i-ten Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Mittelpunkt als der Wirkpunkt. Die i-te Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist eine Gruppe von beweglichen Gliedern 83, welche mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Ausführungsform, um eine übermäßige Variation des Fehlers ↑Dfmt(i) zu verhindern, die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 für jedes i-te Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe die beobachtete i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act berechnet, welche auf den Mittelpunkt der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft wirkt, indem eine Tiefpass-Filterung auf der i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft durchgeführt wird, die durch Kombinieren des beobachteten Wertes der Kontaktkraft (sechsachsige Kraft) von jedem beweglichen Glied 83, die durch die Ausgabe des Kraftsensors 92 angezeigt sind, durchgeführt wird.
  • Als eine Alternative kann die beobachtete i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act berechnet werden, indem das Tiefpass-Filterungungsergebnis des beobachteten Werts der Kontaktkraft (sechsachsige Kraft) von jedem beweglichen Glies 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe miteinander kombiniert werden.
  • Die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 bestimmt danach, für jede i-te Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe den erforderlichen Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) durch Addieren eines Proportionalausdrucks (der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (91)) und eines Integralausdrucks (der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (91)), die gemäß dem Fehler ↑Dfmt(i) bestimmt sind, wie in der folgenden Gleichung (91) gezeigt.
  • Der Proportionalausdruck ist ein Ergebnis des Multiplizierens des Fehlers ↑Dfmt(i) durch eine vorbestimmte Verstärkung Kcmp. Der Integralausdruck ist ein Ergebnis von Integrieren eines Wertes, welcher durch Multiplizieren eines Tiefpass-Filterungunsergebnis ↑Dfmt(i)_filt des Fehlers ↑Dfmt(i) durch eine vorbestimmte Verstärkung Kestm erhalten wird.
  • Der Tiefpass-Filterungungsprozess, welcher dazu verwendet wird, um ↑Dfmt(i)_filt zu berechnen, ist ein Filterungsprozess, dessen Grenzfrequenz auf der Seite der Hochfrequenz kleiner ist als die Grenzfrequenz auf der Seite der Hochfrequenz des Tiefpass-Filterungungsprozesses, welcher dazu verwendet wird, um den Fehler ↑Dfmt(i) zu berechnen. ↑ΔFMt(i)_dmd = Kcmp·↑Dfmt(i) + ∫(Kestm·↑Dfmt(i)_filt) (91)
  • Jeder der Verstärkungen Kcmp und Kestm in der Gleichung (91) ist eind Skalar- oder eine Diagonalmatrix.
  • Der Integralausdruck in der Gleichung (91) entspricht einem Gleichgewichtszustandsfehlers zwischen der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 und der beobachteten i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act, d. h., einem Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche von der aktuellen i-ten Kontaktzielfläche.
  • Obwohl der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) gemäß der Gleichung (91) in dieser Ausführungsform berechnet wird, kann der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd berechnet werden, indem der Proportionalausdruck weggelassen wird. Außerdem kann der Integralausdruck unter Verwendung vom ↑Dfmt(i) berechnet werden, anstelle von ↑ΔDfmt(i)_filt.
  • Das Obige beschreibt den Prozess der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 in dieser Ausführungsform.
  • Als ein Beispiel wird der Fall betrachtet des Bewegen des mobilen Objekts 81, wie in 14 gezeigt. In der Gehbewegung vor und nach der Bewegung des Stoßens der Tür D, um sie zu öffnen durch das mobile Objekt 81, wird der erforderliche Wert ↑ΔFMt(1)_dmd der ersten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(1), bezogen auf die Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) gemäß der Gleichung (91) berechnet.
  • In der Bewegung des Stoßens der Tür D, um sie zu öffnen, werden andererseits der erforderliche Wert ↑ΔFMt(1)_dmd der ersten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(1) bezogen auf die Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) und der erforderliche Wert ↑ΔFMt(2)_dmd der zweiten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(2) bezogen auf die Türfläche Da (zweite Kontaktzielfläche) gemäß der Gleichung (91) berechnet.
  • [Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 führt den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 durch, nachdem den Prozess der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 wie oben beschrieben durchgeführt wird. Die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 ist eine funktionelle Einheit, welche den erforderlichen Wert ↑ΔFMt(i)_dmd (i = 1, 2, ..., N) der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i), die wie oben beschrieben bestimmt wurde, zu dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) (= [↑Xc(i)_org, ↑Xc(i)_rot]T) der virtuellen i-ten repräsentativen Kontaktfläche, die der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, gemäß der Gleichung (78) umwandelt.
  • In dieser Ausführungsform sind für jede i-te Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) jede Diagonalkomponente (Federkonstante von jeder Komponente, die auf der Translationsverlagerung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche in den Richtungen der drei Achsen bezogen ist) der Translationsfederkonstanten-Matrix Kc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche von allen Kontaktflächen des mobilen Objekts 81 mit der i-ten Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) und jede Diagonalkomponente (Federkonstante von jeder Komponente, die auf der Rotationsverlagerung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche um drei Achsen bezogen ist) der Rotationsfederkonstanten-Matrix Kc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, vorbestimmte Konstanten.
  • Die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 berechnet den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche unter Verwendung von diesen Federkonstanten-Matrizen Kc_org(i) und Kc_rot(i) gemäß der Gleichung (78). In Einzelnen berechnet die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche gemäß der folgenden Gleichung (93), welche ↑ΔFMt(i)_dmd für ↑ΔFMt(i) in der rechten Seite der Gleichung (78) ersetzt.
  • Figure DE102012208905B4_0029
  • In der Gleichung (93) ist Kc_org(i)–1 eine inverse Matrix (eine Matrix, deren Diagonalkomponenten die Inversen der Diagonalkomponenten von Kc_org(i) sind) der Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org(i), und Kc_rot(i)–1 ist eine inverse Matrix (eine Matrix, deren Diagonalkomponenten die Inversen der Diagonalkomponenten von Kc_rot(i) sind) der Rotationsfederkonstanten-Matrix Kc_rot(i). Kc_org(i)–1 und Kc_rot(i)–1 werden jeweils aus der Translationsfederkonstanten-Matrix Kc_org(i) und der Rotationsfederkonstanten-Matrix Kc_rot(i) durch die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 berechnet. Alternativ können Kc_org(i)–1 und Kc_rot(i)–1 in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 im Voraus gespeichert werden.
  • Das Obige beschreibt den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 in dieser Ausführungsform.
  • Als ein Beispiel sei der Fall betrachtet des Bewegens des mobilen Objekts 81 wie in 14 gezeigt. In der Gehbewegung vor und nach der Bewegung des Drückens der Tür D um sie zu öffnen durch das mobile Objekt 81 wird der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(1) der ersten repräsentative Kontaktfläche, die der Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) gemäß der Gleichung (93) berechnet.
  • In der Bewegung des Drückens der Tür D um sie zu öffnen, werden andererseits der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(1) der ersten repräsentative Kontaktfläche, welche der Bodenfläche FL entspricht (erste Kontaktzielfläche) und der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(2) der zweiten repräsentative Kontaktfläche, welche der Türfläche Da (zweite Kontaktzielfläche) entspricht, gemäß der Gleichung (93) berechnet.
  • [Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116]
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsverfahren führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 gleichzeitig mit (oder danach oder davor) der Berechnung der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträge ↑Xc(1) bis ↑Xc(N) der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen wie oben beschrieben durch.
  • Die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 ist eine funktionelle Einheit, welche die i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) (i = 1, 2, ..., N) berechnet, welche die Beziehung der Gleichung (73) darstellt. In dieser Ausführungsform ist der generalisierte Variablenvektor ↑q2 insbesondere ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnen der sechs Komponenten der Position und Stellung des Körpers 82 und des Betrags von Verlagerung von jedem Gelenk 87 des mobilen Objekts 81 gebildet ist. Ein Spaltenvektor, welcher durch Anordnen der Änderungsbeträge der Komponenten von ↑q2 pro Zeiteinheit ist ↑Δq2 in der Gleichung (73).
  • Die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 berechnet die i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) gemäß der Gleichung (77). Die Gleichung (77) und die Bedeutung der Hauptvariablen der Gleichung (77) sind wie folgt.
    Figure DE102012208905B4_0030
    wobei
    Jc(i) eine i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist,
    j eine Identifikationsnummer von jedem beweglichen Glied ist, das der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehört
    m(i) eine Gesamtanzahl von beweglichen Gliedern ist, die der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehören,
    r(i)_j ein Gewichtungskoeffizienten eines j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist bestimmt durch die folgende gleichung (77-1), r(i)_j = Fn(i)_j/(j) (77-1) Fn(i)_j eine Normalkraftkomponente einer Kontaktkraft ist, die auf das j-te bewegliche Gliedin der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt
    A(i)_j eine Matrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (77-2),
    Figure DE102012208905B4_0031
    Rk(i) eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (77-3), Rk(i) ≡ Kc(i)_rot–1·Kc(i)_org (77-3) Kc(i)_org eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Translationsverlagerung der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    Kc(i)_rot eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Rotationsverlagerung der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht,
    VV(i)_j eine Matrix ist, so dass VV(i)_j·↑F(i)_j = ↑V(i)_j × ↑F(i)_j,
    ↑F(i)_j ein Kontaktkraftvektor ist, welcher auf das j-ten bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt,
    ↑V(i)_j ist ein Positionsvektor eines Mittelpunkts einer Kontaktkraft eines Kontaktabschnitts des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe relativ zur Gesamtkontaktkraft
    J(i)_j eine Bewegliches-Glied-Jacobimatrix des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist.
  • Vorliegend werden die Variablen, die zum Berechnen der rechten Seite der Gleichung (77) erforderlich sind, wie folgt bestimmt.
  • Betreffend des Gewichtungskoeffizienten r(i)_j, welcher sich auf die i-te Kontaktzielfläche bezieht; wird zuerst der beobachtete Wert der aktuellen tatsächlichen Stellung des distalen Endes 84c von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe bestimmt, basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des tatsächlichen Verlagerungsbetrags (tatsächlicher Gelenkverlagerungsbetrag) von jedem Gelenk (87), welcher durch die Ausgabe des Drehgebers (93) angezeigt ist.
  • Ferner wird der beobachtete Wert der aktuellen tatsächlichen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j (tatsächliche Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) von jedem beweglichen Glied 83 (jedes von dem ersten bis m(i)-ten beweglichen Glied 83) in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe basierend auf dem beobachteten Wert der tatsächlichen Stellung des distalen Endes 84c von jedem beweglichen Glied 83 und der Ausgabe des Kraftsensors 92 berechnet.
  • Der Gewichtungskoeffizient r(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) wird dann aus dem beobachteten Wert der tatsächlichen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe bestimmt, gemäß der Definition, die in der Gleichung (77-1) gezeigt ist. Vorliegend kann eine Filterung, wie beispielsweise eine Tiefpass-Filterung auf dem beobachteten Wert von Fn(i)_j durchgeführt werden, um eine häufige Variation des Gewichtungskoeffizienten r(i)_j zu verhindern.
  • Obwohl es wünschenswert ist, den Gewichtungskoeffizient r(i)_j basierend auf dem beobachteten Wert der tatsächlichen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe zu bestimmen, kann der Gewichtungskoeffizient r(i)_j unter Verwendung eines angenäherten geschätzten Wertes oder eines Vorhersagewertes der tatsächlichen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j anstelle des beobachteten Wertes bestimmt werden.
  • Beispielsweise kann in dem Fall, dass die gewünschte Kontaktkraft von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe gesetzt ist und auch die tatsächliche Kontaktkraft von jedem beweglichen Glied 83 mit der gewünschten Kontaktkraft annäherungsweise übereinstimmt, der Gewichtungskoeffizient r(i)_j bestimmt werden, unter Verwendung des gewünschten Wertes anstelle des beobachteten Wertes der tatsächlichen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j.
  • Die Koeffizientenmatrix Rk(i), welche sich auf die Matrix A(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) der i-ten Kontaktzielfläche bezieht, wird aus der Translationsfederkonstanten-Matrix Kc_org(i) und der Rotationsfederkonstanten-Matrix Kc_rot(i) (oder ihre inverse Matrix Kc_rot(i)–1), welche im Voraus bezüglich der i-ten repräsentativen Kontaktfläche gesetzt sind, gemäß der Gleichung (77-3) bestimmt. Die Koeffizientenmatrix Rk(i) kann in der Speichervorrichtung der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 im Voraus gespeichert werden.
  • Der Positionsvektor ↑V(i)_j, der dazu notwendig ist, die Matrix VV(i)_j zu bestimmen, die sich auf die Matrix A(i)_j bezieht, kann beispielsweise auf folgende Weise bestimmt werden.
  • Ein Positionsvektor (nachfolgend durch ↑Va(i)_j bezeichnet) des Mittelpunkts der aktuellen tatsächlichen Kontaktkraft (tatsächlicher Kontaktkraftmittelpunkt) der Kontaktfläche (Kontaktfläche mit der i-ten Kontaktzielfläche) von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wird basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des aktuellen tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk 87 spezifiziert, welcher durch die Ausgabe des Drehgebers 93 und die Ausgabe des Kraftsensors 92 angezeigt ist. Ein Referenzpunkt von diesem Positionsvektor kann ein beliebiger Punkt sein.
  • Als nächstes wird ein Positionsvektor ↑Vc(i) (= r(i)_1·↑Va(i)_1 + r(i)_2·↑Va(i)_2 + ... + r(i)_m(i)·↑Va(i)_m(i)) eines gewichteten mittleren Punkts des Mittelpunkts der tatsächlichen Kontaktkraft von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe gemäß dem Gewichtungskoeffizienten r(i)_j als ein Positionsvektor des Mittelpunkts der i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft berechnet.
  • Der Positionsvektor ↑V(i)_j des Mittelpunkts der tatsächlichen Kontaktkraft der Kontaktfläche von jedem beweglichen Glied 83 (j-tes bewegliche Glied 83) in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wird dann relativ zu dem Mittelpunkt der i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft gemäß ↑V(i)_j ↑Va(i)_j – ↑Vc(i) (j = 1, 2, ..., m(i)) berechnet.
  • Die Matrix VV(i)_j, welche sich auf die Matrix A(i)_j bezieht, wird derart bestimmt, dass VV(i)_j·↑F(i)_j = ↑V(i)_j × ↑F(i)_j gemäß der Definition ist.
  • Von den Variablen, die für die Berechnung der rechten Seite der Gleichung (77) nötig sind, wird die Bewegliche-Glied-Jacobimatrix J(i)_j, die sich auf das j-te bewegliche Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe bezieht, wie folgt bestimmt. Die Bewegliche-Glied-Jacobimatrix J(i)_j ist eine Matrix, welche die Beziehung zwischen dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑X(i)_j (= [↑Xorg(i)_j, ↑Xrot(i)_j]T) der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds (Kontaktfläche zwischen dem j-ten beweglichen Glied 83 und der i-ten Kontaktzielfläche) und der Änderungsbetrag ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit durch die Gleichung (74) repräsentiert.
  • Der Feder-Translation-Verlagerungsbetrag ↑Xorg(i)_j von ↑X(i)_j entspricht dem Translationsverlagerungsbetrag der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit, und kann daher angesehen werden als entsprechend der zeitlichen Änderungsrate (Translationsgeschwindigkeit) der Position des aktuellen Kontaktabschnitts des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 entsprechend angesehen werden. Der Feder-Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j von ↑X(i)_j entspricht dem Rotationsverlagerungsbetrag der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds pro Zeiteinheit, und kann daher als der zeitlichen Änderungsrate (Winkelgeschwindigkeit) der aktuellen Stellung des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 entsprechend angesehen werden.
  • Somit wird in dieser Ausführungsform die Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j, welche sich auf das j-te bewegliche Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe auf der Grundlage bestimmt, dass der Änderungsbetrag (zeitliche Änderungsrate) der Position des aktuellen Kontaktabschnitts und der Stellung des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 (im Einzelnen ein Spaltenvektor, dessen Komponenten die Komponenten der Position und Stellung sind) pro Zeiteinheit mit ↑X(i)_j auf der linken Seite der Gleichung (74) übereinstimmt. Als ein Beispiel wird als die Position des aktuellen Kontaktabschnitts des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83, die Position des Punktes des distalen Endes 84c verwendet, welche den Mittelpunkt der tatsächlichen Kontaktkraft auf der Kontaktfläche (Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds) des j-ten beweglichen Glieds 83 entspricht.
  • In diesem Fall wird die Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j durch ein bekanntes Verfahren bestimmt unter Verwendung des aktuellen Bewegungszustands (welcher durch den gemessenen aktuellen tatsächlichen Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk 87 spezifiziert ist) des mobilen Objekts 81 als der Startpunkt der geringfügigen Veränderung (Störung) von ↑q2.
  • Beispielsweise wird die Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j dadurch berechnet, indem die Veränderung der Position und Stellung im Kontaktabschnitt des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 mit der geringfügigen Änderung (geringfügige Änderung aus dem aktuellen Zustand) von jeder Komponente des generalisierten Variablenvektors ↑q2, unter Verwendung eines geometrischen Modells (Modell eines unbeweglichen Glieds) des mobilen Objekts 81 oder durch eine analytische Berechnung berechnet wird.
  • Vorliegend wird angenommen, dass die Position des aktuellen Kontaktabschnitts des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe mit dem beobachteten Wert der Position des Mittelpunkts der aktuellen tatsächlichen Kontaktkraft auf der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds 83 mit der i-ten Kontaktzielfläche übereinstimmt. Die Änderung der Position von diesem Punkt (die Änderung mit der geringfügigen Änderung von jeder Komponente von ↑q2) wird als die Änderung in der Kontaktabschnittsposition des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 berechnet.
  • Mittlerweile wird angenommen, dass die aktuelle Stellung des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 mit dem beobachteten Wert der aktuellen tatsächlichen Stellung des distalen Endes 84c des j-ten beweglichen Glieds 83 übereinstimmt, welche basierend auf dem beobachteten (gemessenen) Wert des tatsächlichen Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, welcher durch die Ausgabe des Drehgebers 93 angezeigt ist, berechnet wird, und dementsprechend wird die Änderung in der Stellung des distalen Endes 84c (Änderung mit der geringfügigen Änderung von jeder Komponente von ↑q2) berechnet.
  • In dieser Ausführungsform berechnet die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungvorrichtung 116 für jede i-te Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N), die in Kontakt mit dem mobilen Objekt 81 steht, die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i), indem die rechte Seite der Gleichung (77) unter Verwendung des Gewichtungskoeffizienten r(i)_j (j = 1, 2, m(i)), der Matrix VV(i)_j und der Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(i)_j, die wie oben beschrieben bestimmt werden, berechnet wird.
  • Das Obige beschreibt den Prozess der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 in dieser Ausführungsform.
  • Als ein Beispiel wird der Fall betrachtet des Bewegens des mobilen Objekts 81 wie in 14 gezeigt. In der Gehbewegung vor und nach der Bewegung des Drückens der Tür D, um sie zu öffnen, durch das mobile Objekt 81 wird die erste Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(1), die der Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) entspricht gemäß der Gleichung (77) berechnet.
  • In einem Zustand, in welchem nur eines der beweglichen Glieder 83a und 83b des mobilen Objekts 81 mit der Bodenfläche FL in Kontakt steht, ist m(1) in der Gleichung (77) m(1) = 1. In diesem Fall ist die Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(1)_1 eine Jacobimatrix des beweglichen Glieds, die sich auf das bewegliche Glied 83a und 83b, welches in Kontakt mit der Bodenfläche FL steht, bezieht.
  • In einem Zustand, in welchem beide bewegliche Glieder 83a und 83b mit der Bodenfläche FL in Kontakt stehen, ist m(1) in der Gleichung (77) m(1) = 2. In diesem Fall ist eine von den Jacobimatrizen des beweglichen Glieds J(1)_1 und J(1)_2 eine Jacobimatrix eines beweglichen Glieds, welche sich auf das bewegliche Glied 83a bezieht, und die andere von den Jacobimatrizen des beweglichen Glieds J(1)_1 und J(1)_2 ist eine Jacobimatrix eines beweglichen Glieds, welche sich auf das bewegliche Glied 83b bezieht.
  • In der Bewegung des Drückens der Tür D um sie zu öffnen, werden andererseits die erste repräsentative Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(1), welche der Bodenfläche FL entspricht (erste Kontaktzielfläche) und die zweite repräsentative Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(2), welche der Türfläche Da (zweite Kontaktzielfläche) entspricht, gemäß der Gleichung (77) berechnet.
  • Vorliegend wird Jc(1) auf die gleiche Weise berechnet, wie in dem Fall, wenn beide bewegliche Glieder 83a und 83b mit der Bodenfläche FL in der Gehbewegung in Kontakt stehen. In der Berechnung von Jc(2), ist m(2) in der Gleichung (77) mittlerweile m(2) = 1. In diesem Fall ist die Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(2)_1 eine Jacobimatrix eines beweglichen Glieds, welche sich auf das bewegliche Glied 83d bezieht, welches mit der Türfläche Da in Kontakt steht.
  • [Prozess der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118]
  • In dem Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag-Bestimmungsprozess führt die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den Prozess der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 durch, nachdem die Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc(i) wie oben beschrieben für jede Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N) berechnet wird.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 ist eine funktionelle Einheit, welche einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag bestimmt, der der Korrekturbetrag (der Betrag an Korrektur von dem gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht) des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, welche den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträgen ↑Xc(1) bis ↑Xc(N) der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen entspricht.
  • Als erstes berechnet die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der gesamten Jacobimatrix Jc (≡ [Jc(1), Jc(2), ..., Jc(N)]T), die durch Anordnen der ersten bis N-ten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrizen Jc(1) bis Jc(N) gebildet ist. Da die Gesamt-Jacobimatrix Jc üblicherweise keine quadratische Matrix ist, gibt es keine inverse Matrix für Jc. Dementsprechend berechnet die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 berechnet einen Generalisierter-Variablen-erforderlicher-Korrekturbetrag-Vektor ↑Δq2_dmd, dessen Komponenten die erforderlichen Korrekturbeträge (erforderliche Störungsbeträge) der Komponenten des generalisierten Variablenvektors ↑q2 sind, indem der gesamte Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc (= [↑Xc(1), ↑Xc(2), ..., ↑Xc(N)]T), welcher ein Vektor (Spaltenvektor) ist, der durch Anordnen der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbeträge ↑Xc(1) bis ↑Xc(N) der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen, wie in der Gleichung (80) gezeigt gebildet ist, mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1, multipliziert wird. Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 bestimmt danach die Komponente, die den erforderlichen Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk repräsentiert, aus dem Komponenten des Generalisierte-Variable-erforderlicher-Korrekturbetrag-Vektor ↑Δq2_dmd, als der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag.
  • Vorliegend berechnet die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 die pseudo-inverse Matrix Jc–1 gemäß der Gleichung (30) wie in der ersten Ausführungsform.
  • Das heißt, auch in dieser Ausführungsform wird die pseudo-inverse Matrix Jc–1 als eine gewichtete pseudo-inverse Matrix (gewichtete SR-Inverse) berechnet.
  • Im Einzelnen ist der Prozess zum Berechnen der pseudo-inverse Matrix Jc–1 derselbe wie in der ersten Ausführungsform und wird wie durch das Flussdiagramm in 5 ausgeführt, einschließlich des Bestimmungsverfahrens des Einstellungsparameters k.
  • Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 berechnet den generalisierten Variablenvektor des erforderlichen Korrekturbetrags ↑Δq2_dmd, durch Berechnen der ersten Seite der Gleichung (80) unter Verwendung der pseudo-inversen Matrix Jc–1, die wie oben beschrieben erhalten wird. Die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 bestimmt dann die Komponente, welche den erforderlichen Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk repräsentiert, unter den Komponenten des generalisierten Variablenvektors des erforderlichen Korrekturbetrags ↑Δq2_dmd als der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag. Der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, welcher auf diese Weise bestimmt wurde, ist der Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag als der erforderliche Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk, so dass die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft (i = 1, 2, ..., N) sich an der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd für jede der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen annähert.
  • [Prozess der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 führt den Prozess der Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 durch, nachdem der Prozess zum Bestimmen des Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrags (der Prozess der Stellung-Stabilisierung-Kompensationskraft-Bestimmungsvorrichtung 112, der Gewünschten-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113, der Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114, der Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115, der Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116 und der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118) und der Prozess der oben beschriebenen Gewünschten-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 ausgeführt werden.
  • Die Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 bestimmt den korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag als die eventuelle Gelenkverlagerungsanweisung von jedem Gelenk durch Addieren des Gelenkverlagerung-Korrekturbetrags, welcher durch die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 bestimmt wurde, zu dem gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag (gewünschter Gelenkverlagerungsbetrag, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht) von jedem Gelenk, welcher durch die Gewünschter-Gelenkverlagerungsbetrag-Bestimmungsvorrichtung 117 bestimmt wird.
  • Die Gelenkverlagerungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 regelt/steuert danach den entsprechenden Elektromotor 88 (Gelenkaktuator) mittels einer Motorantriebsschaltung, wie beispielsweise einem Servoverstärker (nicht gezeigt), um den tatsächlichen Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk mit dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher wie oben beschrieben bestimmt wird, in Übereinstimmung zu bringen.
  • [Prozess der Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120]
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 führt den Prozess der Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 gleichzeitig mit der Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 durch. Die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 ist eine funktionelle Einheit, welche einen Schätzwert einer Kontaktzielfläche berechnet, der ein Schätzwert der Position und Stellung der Kontaktzielfläche (tatsächliche Kontaktzielfläche) ist, mit welchem das mobile Objekt 81 tatsächlich in Kontakt steht.
  • Für dieses Verfahren wird der Wert des Integralausdrucks (zweiter Ausdruck) auf der rechten Seite der Gleichung (91) als die Komponente des erforderlichen Werts ↑ΔFMt(i)_dmd (i = 1, 2, ..., N) i-ten Störung-Gesamtkontakt ↑ΔFMt(i) an die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 angeben durch die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114. Das heißt, der Integrel (= ∫(Kestm)·↑Dfmt(i)_filt)) des Wertes, welcher durch Multiplizieren des Tiefpass-Filterungsergebnisses ↑Dfmt(i)_filt des Fehlers ↑Dfmt(i) (= ↑FMt(i)_cmd1 – ↑Fmt(i)_act) zwischen der i-ten gewünschten Kontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 und der beobachteten i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft ↑Fmt(i)_act durch die vorbestimmte Verstärkung Kestm (Skalar- oder Diagonalmatrix) wird der Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 durch die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 eingegeben. Nachfolgend wird dieser Wert dieses Integralausdrucks durch ↑ΔFMt(i)_int wie in der folgenden Gleichung (94) gezeigt, bezeichnet. ↑ΔFMt(i)_int ≡ ∫(Kestm·↑Dfmt(i)_filt) (94)
  • Durch die Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81, wie früher erwähnt, wird der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk derart geregelt/gesteuert, dass die beobachtete i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act (i = 1, 2, ..., N) der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i)_cmd1 folgt (d. h., so dass der Fehler ↑Dfmt(i) sich null nähert).
  • Daher wird der Wert ↑ΔFMt(i)_int des Integralausdrucks durch den Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche eingeleitet, die zum Erzeugen des Referenzgangs aus der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche verwendet wird.
  • Dies zeig an, dass der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag der i-en repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem ↑ΔFMt(i)_int entspricht, dem Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche entspricht, die zum Erzeugen der gewünschten Bewegung des Referenzgangs aus der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche (i-te tatsächliche Kontaktzielfläche) verwendet wird.
  • Unter diesen Betrachtungen erhält die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 das Ergebnis des Umwandeln des Eingabewerts ↑ΔFMt(i)_int des Integralausdrucks für die i-te Kontaktzielfläche in dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag gemäß der Gleichung (78-1), als der Fehler ↑Xc(i)_int der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche.
  • Im Einzelnen wird das Ergebnis (= Kc_org(i)–1·↑ΔFt(i)_int) des Multiplizierens der Translationskraftkomponente ↑ΔFt(i)_int in dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt(i)_int mit der inversen Matrix Kc_org(i)–1 der Translationsfederkonstantenmatrix Kc_org(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche als der Fehler ↑Xc_org(i)_int der Position der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche gesetzt.
  • Gleichermaßen wird das Ergebnis (= Kc_rot(i)–1·↑ΔMt(i)_int) des Multiplizierens der Momentkomponente ↑ΔMt(i)_int in dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt(i)_int mit der inversen Matrix Kc_rot(i)–1 der Rotationsfederkonstantenmatrix Kc_rot(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche als der Fehler ↑Xc_rot(i)_int der Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche gesetzt.
  • Die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 korrigiert danach die Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche gemäß dem Fehler ↑Xc(i)_int, welcher wie oben berechnet wurde, wodurch der Schätzwert der i-ten Kontaktfläche (i = 1, 2, ..., N) als der Schätzwert der Position und Stellung der i-ten tatsächlichen Kontaktzielfläche bestimmt wird.
  • In dieser Ausführungsform wird der Schätzwert der i-ten Kontaktzielfläche (i = 1, 2, ..., N), welcher durch die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 auf diese Weise bestimmt wird, der Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 eingegeben. Die Referenzgang-Erzeugungsvorrichtung 111 aktualisiert die vermeintliche i-te Kontaktzielfläche, welche zum Erzeugen des Referenzgangs gemäß dem Schätzwert der i-ten Kontaktzielfläche verwendet wird, regelmäßig (z. B. jedes Mal, wenn das mobile Objekt 81 einen Schritt macht oder jedes Mal, wenn das mobile Objekt 81 eine Mehrzahl von Schritten während der Gehbewegung macht oder an festen Zeitintervallen).
  • Die vermeintliche i-te Kontaktzielfläche, welche zum Erzeugen des Referenzgangs verwendet wird, wird nicht notwendigerweise gemäß nur dem Schätzwert der i-ten Kontaktzielfläche bestimmt. Zum Beispiel kann in dem Fall, dass die Position und Stellung der i-ten tatsächlichen Kontaktzielfläche aufgrund von Informationen der Kontaktzielfläche geschätzt werden kann, die durch einen in dem mobilen Objekt 81 angebrachten Vision-Sensor oder von außerhalb bereitgestellt sind, der Schätzwert der i-ten Kontaktzielfläche dazu verwendet werden, um die Position und Stellung der geschätzten i-ten Kontaktzielfläche zuverlässig zu evaluieren oder die Position und Stellung der geschätzten i-ten Kontaktzielfläche zusätzlich zu korrigieren.
  • Das Obige beschreibt im Einzelnen den Prozess der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 in dieser Ausführungsform.
  • Die Zusammenhangsbeziehung zwischen dieser Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Das Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der zehnten, zwölften, vierzehnten oder fünftzehnten Erfindung) wird durch die Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 114 in dieser Ausführungsform realisiert. Die i-te gewünschte Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1, welche durch die Gewünschte-Gesamtkontaktkraft-Bestimmungsvorrichtung 113 in dieser Ausführungsform bestimmt wird, entspricht der gewünschten Gesamtkontaktkraft, die der i-ten Kontaktzielfläche in der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • Darüber hinaus sind das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, das Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, das Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement und das Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der zehnten, zwölften, vierzehnten oder fünfzehnten Erfindung) jeweils durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115, die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungsvorrichtung 116, die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 bzw. die Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 119 in dieser Ausführungsform realisiert.
  • Ferner ist das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnungsparameter-Bestimmungselement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der fünfzehnten Erfindung) durch die Schritte 2 bis 9 in der 5 in dem Prozess, der durch die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 ausgeführt wird, in dieser Ausführungsform realisiert.
  • Zusätzlich ist das Kontaktzielfläche-Schätzelement in der vorliegenden Erfindung (insbesondere der vierzehnten Erfindung) durch die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 in dieser Ausführungsform realisiert. Vorliegend entspricht der Fehler ↑Xc(i)_int, welcher durch die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 für jede Kontaktzielfläche aus dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt(i)_int gemäß der Gleichung (78-1) berechnet wird, dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag in der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus entsprechen jede der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen in dieser Ausführungsform der h-ten Kontaktzielfläche in der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wandelt in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 den erforderlichen Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) als der Manipulationsbetrag (Regelungs-/Steuerungseingabe), durch welchen die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 (i = 1, 2, ..., N) folgt, in den Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche um.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 bestimmt auch den Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 als der Nachgiebigkeit-Manipulationsbetrag zum Realisieren von ↑Xc(i) (i = 1, 2, ..., N) (so dass die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft von jeder Kontaktzielfläche der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 folgt), durch Multiplizieren des Gesamtfeder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrags ↑Xc (= [↑Xc(1), ↑Xc(2), ..., ↑Xc(N)]T) als ein Vektor (Spaltenvektor), welcher durch Anordnen von ↑Xc(i) (i = 1, 2, ..., N) gebildet ist, mit der pseudo-inversen Matrix Jc–1 der Gesamt-Jacobimatrix Jc, welche durch Anordnen der Jacobimatrizen der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) gebildet ist.
  • Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 regelt/steuert dann den Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk mittels des entsprechenden Elektromotors 88 (Gelenkakutator), gemäß dem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag, welcher erhalten wird durch Korrigieren des gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag von jedem Gelenk, welcher der gewünschten Bewegung des Referenzgangs entspricht, durch den Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag.
  • Somit kann gemäß dieser Ausführungsform der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag von jedem Gelenk, durch welchen die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 folgt, insgesamt bestimmt werden, ohne einen Prozess zum Bestimmen des Betrags an Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes von jedem beweglichen Glied 83 unter Betrachtung der Beziehung zwischen der Korrektur der Position und Stellung des distalen Endes (Elementglied) 84c von jedem einzelnen beweglichen Glied 83, welches in Kontakt mit der entsprechenden Kontaktzielfläche steht, und der Änderung der Gesamtkontaktkraft der Kontaktzielfläche oder der Zwischenbeziehung zwischen diesen Faktoren, durchzuführen. Als ein Ergebnis kann der Prozess des Bestimmens des Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag für Nachgiebigkeits-Regelung/Steuerung effizient in kurzer Zeit durchgeführt werden.
  • Vorliegend wird der Gewichtungskoeffizient r(i)_j für jedes bewegliches Glied 83 (j-tes bewegliches Glied 83) in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe in der Gleichung (77) zum Berechnen der Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) (i = 1, 2, ..., N) derart gesetzt, dass das bewegliche Glied 83, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j größer ist, einen größeren Gewichtungskoeffizient aufweist (näher an „1”).
  • Das heißt, dass der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) derart durch jedes bewegliche Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe derart geteilt wird, dass das bewegliche Glied 83, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j größer ist, einen größeren Korrekturbetrag aufweist.
  • Mit anderen Worten kann die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) derart bestimmt werden, dass der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) durch Korrigieren, auf einem größeren Ausmaß, der Position oder Stellung des distalen Endes 84c des beweglichen Glieds 83 realisiert werden kann, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j relativ groß ist.
  • Dementsprechend ist es möglich, einen derartigen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag zu bestimmen, der sicherstellt, dass der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) garantiert, ohne die Position oder Stellung des distalen Endes 84c von irgendeinem beweglichen Glied 83 unnötigerweise zu Korrigieren, dessen Kontaktfläche-Normalkraftkomponente Fn(i)_j relativ klein ist, d. h., ein entsprechender Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag, durch welchen die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft (i = 1, 2, ..., N) der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i)_cmd1 folgt.
  • Zusätzlich weist die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) keine diskontinuierliche Veränderung auf, da der Gewichtungskoeffizient r(i)_j von jedem beweglichen Glied 83 in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe (i = 1, 2, ..., N) sich kontinuierlich ändert. Als ein Ergebnis kann der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 kontinuierlich glatt geändert werden. Dies ermöglicht dem mobilen Objekt 81 sich gleichmäßig zu bewegen.
  • In dieser Ausführungsform setzt in dem Verfahren (SCHRITTE 2 bis 9 in 5) des Suchens nach dem Einstellungsparameter k zum Verhindern, dass die Determinante DET verhältnismäßig klein wird, die Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungsvorrichtung 118 das Inkrement Δk des Einstellungsparameters k zu einem Wert, welcher zur N-ten Wurzel des Fehlers proportional ist (= DET_L – |DET|), welcher durch Subtrahieren des Absolutwerts der Determinanten DET aus dem unteren Schwellenwert DET_L erzeugt wird.
  • Daher kann der entsprechende Wert des Einstellungsparameters k, so dass |DET| ≥ DET_L, in kurzer Zeit in jedem Regelungs-/Steuerungszyklus der Regelungs-/Steuerungsvorrichtung 90 effizient bestimmt werden, ohne eine diskontinuierliche Veränderung des Wertes von k zu verursachen. Als ein Ergebnis kann die pseudo-inverse Matrix Jc–1 zum Bestimmen des Gelenkverlagerung-Korrekturbetrags aus dem Gesamtfeder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc glatt verändert werden. Dies ermöglicht, dass der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag derart bestimmt wird, dass der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 glatt geändert wird.
  • Ferner wird während die Antriebsregelung/-Steuerung von jedem Gelenk des mobilen Objekts 81 derart durchgeführt wird, dass die i-te tatsächliche Gesamtkontaktkraft der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i)_dmd1 folgt, der Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑Xc(i)_int der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem Integralausdruckwert ↑ΔFMt(i)_int entspricht, als die Komponente des erforderlichen Werts ↑ΔFMt(i)_cmd der i-ten Störung-Gesamtkontakt ↑ΔFMt(i) gemäß der Gleichung (78-1) berechnet. Auf diese Weise kann ↑Xc(i)_int als der Gleichgewichtszustandsfehler der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche aus der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche mit hoher Zuverlässigkeit berechnet werden. Dies trägt zu einer genauen Schätzung der Position und Stellung von jeder tatsächlichen Kontaktzielfläche bei.
  • [Modifikationen der dritten Ausführungsformen]
  • Im Folgenden werden Modifikationen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem das mobile Objekt 81 vier bewegliche Glieder 83 aufweist, kann das mobile Objekt fünf oder mehr bewegliche Glieder, oder drei bewegliche Glieder, aufweisen.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem das distale Ende 84c von jedem beweglichen Glied 83 des mobilen Objekts 81 das Elementglied 84c ist, an welchem das Kontaktkraftmoment, welches in der Kontaktzielfläche darauf wirkt, verändert werden kann (der Kontaktkraftmittelpunkt kann auf der Kontaktfläche des distalen Endes verändert werden), kann das distale Ende von jedem beweglichen Glied 83 eine Struktur aufweisen, in welcher das Kontaktkraftmoment nicht verändert werden kann.
  • Beispielsweise kann das distale Ende von jedem der m(i)-ten beweglichen Glieder 203(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe, welche in Kontakt mit der beliebigen i-ten Kontaktzielfläche stehen, sphärisch sein (insbesondere eine Struktur, deren Kontaktfläche mit der i-ten Kontaktzielfläche im Wesentlichen ein Punkt ist (umfassend eine Struktur, deren Kontaktfläche mit der i-ten Kontaktzielfläche einen geringfügigen Bereich aufweist)), wie in 15 gezeigt.
  • In einem solchen Fall stimmt die Punktkontaktfläche (Kontaktpunkt) von jedem beweglichen Glied 203(i)_j in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe mit der i-ten Kontaktzielfläche mit dem Kontaktkraft-Mittelpunkt überein. Dadurch wird es im Wesentlichen unmöglich das Kontaktkraftmoment auf das bewegliche Glied 203(i)_j anzuwenden (und zu verändern).
  • Da das Störung-Gesamtkontaktkraftmoment ↑M(i)_j, welches zu dem beweglichen Glied 203(i)_j addiert werden kann, konstant null ist, ist der Feder-Rotations-Verlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j (= Krot(i)_j·↑M(i)_j) der Kontaktfläche des beweglichen Glieds 203(i)_j ebenfalls konstant null. Dementsprechend ist die Jacobimatrix Jrot(i)_j, welche die Beziehung zwischen dem Feder-Rotations-Verlagerungsbetrag ↑Xrot(i)_j und dem Änderungsbetrag ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit repräsentiert, konstant eine Nullmatrix.
  • Die Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(i)_j ist in diesem Fall J(i)_j = [Jorg(i)_j, 0]T, gemäß der Gleichung (76c). Somit ist der Prozesss des Berechnens der Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) durch die Gleichung (77) äquivalent zum Prozess des Berechnens von Jc(i) durch die folgende Gleichung (77a).
  • Figure DE102012208905B4_0032
  • In der Gleichung (77a) sind r(i)_j, Rk(i) und VV(i)_j die gleichen als die in der Gleichung (72). Jorg(i)_j ist die Jacobimatrix, die in der Gleichung (76) angezeigt ist, d. h., die Jacobimatrix, die die Beziehung zwischen dem Feder-Translationsverlagerungsbetrag ↑Xorg(i)_j der Kontaktfläche des j-ten beweglichen Glieds und dem Änderungsbetrag ↑Δq2 des generalisierten Variablenvektors ↑q2 pro Zeiteinheit repräsentiert.
  • Die Werte r(i)_j, Rk(i) und VV(i)_j zum Berechnen der Gleichung (77a) können auf die gleiche Weise bestimmt werden wie in der dritten Ausführungsform. Darüber hinaus kann, da J(i)_j gleich [Jorg(i)_j, 0]T, Jorg(i)_j auf die gleiche Weise berechnet werden, wie die Berechnung der Jacobimatrix des beweglichen Glieds J(i)_j in der dritten Ausführungsform.
  • Das mobile Objekt kann ein mobiles Objekt mit einer Struktur sein, in welcher das distale Ende von jedem der m(i)-ten beweglichen Glieder 203(i)_j (j = 1, 2, ..., m(i)) in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe, die in Kontakt mit der beliebigen i-ten Kontaktzielfläche stehen, mit Räder ausgestattet ist, wie in 16 beispielsweise gezeigt.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem die erste bis n-te gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑Fmt(N)_cmd1 bestimmt werden, nachdem Korrigieren der gesamten externen Kraft ↑Fmt_cmd0 des Referenzgangs, um die Stabilität der Stellung des mobilen Objekts 81 zu verbessern, können die ersten bis N-ten gewünschten Gesamtkontaktkräfte ↑FMt(1)_cmd1 bis ↑FMt(N)_cmd1 direkt bestimmt werden, unter Verwendung der gewünschten gesamten externen Kraft ↑FMt_cmd0 als der Referenzgang.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd den i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) durch Kombinieren (Addieren) des Integralausdrucks und des Proportionalausdrucks bestimmt wird gemäß dem Fehler ↑Dfmt(i) (= ↑FMt(i)_cmd1 – ↑FMt(i)_act) zwischen der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 und der beobachteten i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act, kann der Integralausdruck (= ↑ΔFMt(i)_int) selbst als der gewünschte Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) bestimmt werden.
  • In einem solchen Fall entspricht der Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑ΔXc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher aus ↑ΔFMt(i)_dmd durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 berechnet wurde, dem Gleichgewichtszustand ↑Xc(i)_int der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche von der tatsächlichen i-ten Kontaktzielfläche.
  • Dementsprechend braucht die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 ↑Xc(i)_int durch die Gleichung (78-1) nicht zu berechnen. Die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 bestimmt den Schätzwert der i-ten Kontaktzielfläche durch Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen i-ten Kontaktzielfläche, basierend auf dem Feder-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag ↑ΔXc(i) der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher durch die Repräsentative-Kontaktfläche-Translation/Rotation-Verlagerungsbetrag-Berechnungsvorrichtung 115 berechnet wurde. Dies entspricht einer Ausführungsform der elften oder dreizehnten Erfindung.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform einen Fall beschreibt, in welchem die tatsächliche Position und Stellung für alle von der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen geschätzt werden, können die tatsächliche Position und Stellung nur für eine bestimmte Kontaktzielfläche (h-te Kontaktzielfläche) geschätzt werden. Beispielsweise kann in dem Fall, dass das bewegliche Objekt 81 wie in 14 gezeigt beweglich ist, die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 die tatsächliche Position und Stellung von nur der Bodenfläche FL (erste Kontaktzielfläche) schätzen.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform einen Fall beschreibt, in welchem die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 beinhaltet ist, kann die Kontaktzielfläche-Schätzvorrichtung 120 weggelassen werden. In einem solchen Fall kann der Proportionalausdruck gemäß dem Fehler ↑Dfmt(i) (↑FMt(i)_cmd1 – ↑FMt(i)_act) zwischen der i-ten gewünschten Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_cmd1 und der beobachteten i-ten tatsächlichen Gesamtkontaktkraft ↑FMt(i)_act als der erforderliche Wert ↑ΔFMt(i)_dmd der i-ten Störung-Gesamtkontaktkraft ↑ΔFMt(i) bestimmt werden.
  • Obwohl die dritte Ausführungsform den Fall beschreibt, in welchem das mobile Objekt 81 mit zwei Kontaktzielflächen in Kontakt steht, ist die vorliegende Erfindung (insbesondere die zehnte bis fünfzehnte Erfindung) gleichermaßen anwendbar, in dem Fall, dass das mobile Objekt 81 mit drei oder mehreren Kontaktzielflächen in Kontakt steht. Die Mehrzahl von Kontaktzielflächen, mit der das mobile Objekt 81 in Kontakt steht, kann zwei Kontaktzielflächen umfassen, die im Wesentlichen miteinander parallel sind.
  • Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung (insbesondere die zehnte bis fünfzehnte Erfindung) auf einem Fall anwendbar, in welchem das mobile Objekt 81 auf eine Wand in einem Bewegungsmuster klettert, wie vom Anmelder der vorliegenden Erfindung in der JP 2011-177838 A oder der US-2011-0213495-A1 beschrieben.
  • Einen Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag, durch welchen ein Fehler zwischen einem beobachteten Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft, die auf ein mobiles Objekt 101 wirkt, und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft, sich null nähert, wird zu einem Federverlagerungsbetrag einer Position/Stellung einer repräsentativen Kontaktfläche von Grundflächen des mobilen Objekts 101 umgewandelt. Ein Korrekturbetrag eines Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts 101 wird durch Multiplizieren des Federverlagerungsbetrags mit einer pseudo-inversen Matrix einer Jacobimatrix bestimmt, die eine Relation zwischen einem Änderungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche pro Zeiteinheit und einem Änderungsbetrag eines generalisierten Variablenvektors pro Zeiteinheit darstellt. Der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk wird gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag geregelt/gesteuert, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags erhalten wird.

Claims (15)

  1. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts, welche eine Bewegungsregelung/-steuerung eines mobilen Objekts, gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und welches sich auf einer Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen erforderlichen Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft gemäß einem Fehler zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag ein erforderlicher Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welcher zusätzlich auf das mobile Objekt anzuwenden ist, so dass der Fehler sich Null nähert; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem bestimmten Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, die dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht, auf Grundlage einer Annahme zu berechnen, dass der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der folgenden Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer Relativposition eines Mittelpunkts einer tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft und einer Bodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf jedes Beinglied wirkt, zu berechnen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und einen Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts sind, wobei die Beinglied-Jacombimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, die eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines distalen Endes des Beinglieds oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, und wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, zum Realisieren des erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche; und ein Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist,
    Figure DE102012208905B4_0033
    wobei Jc die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist, i eine Identifikationsnummer eines Beinglieds ist, N eine Gesamtanzahl von Beingliedern ist, r_i ein Gewichtungskoeffizient eines i-ten Beinglieds ist, welcher durch die folgende Gleichung bestimmt wird (27-1).
    Figure DE102012208905B4_0034
    Fn_i eine Normalkraftkomponente einer Bodenreaktionskraft ist, welche auf das i-te Beinglied wirkt, A_i eine Matrix ist, welche durch folgende Gleichung definiert ist (27-2),
    Figure DE102012208905B4_0035
    Rk eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (27-3), Rk ≡ Kc_rot–1·Kc_org (27-3) Kc_org eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Translationsverlagerung der Position der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, Kc_rot eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Rotationsverlagerung der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, VV_i eine Matrix ist, so dass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, ↑F_i ein Bodenreaktionskraftvektor ist, welcher auf das i-te Beinglied wirkt, ↑V_i ein Positionsvektor eines Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft eines distalen Endes des i-ten Beinglieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, und J_i ist eine Beinglied-Jacobimatrix des i-ten Beinglieds.
  2. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 1, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, eine Gesamtsumme eines zum Fehler proportionalen Proportionalausdrucks und eines durch Integrieren des Fehlers erhaltenen Integralausdrucks ist.
  3. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 1, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, ein Wert ist, der durch Integrieren des Fehlers erhalten wird, und wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts ferner umfasst: ein Bodenfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche zu schätzen, gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag, der durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird.
  4. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 1, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag, welcher durch das Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement bestimmt wird, ein Wert ist, welcher durch Kombinieren von wenigstens einem zum Fehler proportionalen Proportionalausdruck und einem durch Integrieren des Fehlers erhaltenen Integralausdruck erhalten wird, und wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für das mobile Objekt ferner umfasst: ein Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, einen Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag aus dem Integralausdruck in dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und der Federkonstante der repräsentativen Kontaktfläche zu berechnen, wobei der Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche ist, welcher dem Integralausdruck entspricht; und ein Bodenfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche zu schätzen, gemäß dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird.
  5. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 1, wobei die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Matrix ist, welche gemäß der folgenden Gleichung (30) aus einer Gewichtungsmatrix W, die im Voraus festgelegt ist, und der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts ferner umfasst: ein Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, die durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückt ist, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, Jc–1 = W–1·JcT·(Jc·W–1·JcT+ k·l)–1 (30) DET = det(Jc·W–1·JcT+ k·l) (31) wobei W die im Voraus festgelegte Gewichtungsmatrix ist, welche eine Diagonalmatrix ist, und wobei das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: einen Prozess zum Einstellen eines vorläufigen Wertes für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes von einem vorbestimmten Initialwert, zum Berechnen der Determinanten DET unter Verwendung des festgelegten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist oder nicht, wiederholend durchzuführen, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall, in dem ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k zu bestimmen, der zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und in dem Fall, dass das Ergebnis der Bestimmung unwahr ist, ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k auf einen Wert zu setzen, der zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, die unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement berechnet wird, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist.
  6. Bodenfläche-Schätzvorrichtung, welche eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche schätzt, auf welcher sich ein mobiles Objekt bewegt, in einer Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt, welche eine Bewegungsregelung/-steuerung des mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und welches sich auf der Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, als ein Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag, ein Ergebnis einer Integration eines Fehlers zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft zu bestimmen, wobei der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag der Gesamtbodenreaktionskraft ist, der zusätzlich auf das mobile Objekt derart anzuwenden ist, dass der Fehler sich Null nähert; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem bestimmten Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht, basierend auf einer Annahme zu bestimmen, dass der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der folgenden Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer Relativposition eines Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft und einer Bodenreaktionskraft, welche tatsächlich auf jedes Beinglied wirkt, zu berechnen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, welche eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts sind, wobei jede Beinglied-Jacombimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, die eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines distalen Endes des Beinglieds oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, und wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, welche tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren; und ein Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist, wobei die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche geschätzt werden durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem erforderlichen Verlagerungsbetrag, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird,
    Figure DE102012208905B4_0036
    wobei Jc die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist, i eine Identifikationsnummer eines Beinglieds ist, N eine Gesamtanzahl von Beingliedern ist, welches durch die r_i ein Gewichtungskoeffizient eines i-ten Beinglieds ist, folgende Gleichung bestimmt wird (27-1).
    Figure DE102012208905B4_0037
    Fn_i eine Normalkraftkomponente einer Bodenreaktionskraft ist, welche auf das i-te Beinglied wirkt, A_i eine Matrix ist, welche durch folgende Gleichung definiert ist (27-2),
    Figure DE102012208905B4_0038
    Rk eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung definiert ist (27-3), Rk ≡ Kc_rot–1·Kc_org (27-3) Kc_org eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Translationsverlagerung der Position der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, Kc_rot eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Rotationsverlagerung der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, VV_i eine Matrix ist, so dass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, ↑F_i ein Bodenreaktionskraftvektor ist, welcher auf das i-te Beinglied wirkt, ↑V_i ein Positionsvektor eines Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft eines distalen Endes des i-ten Beinglieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, und J_i eine Beinglied-Jacobimatrix des i-ten Beinglieds ist.
  7. Bodenfläche-Schätzvorrichtung, welche eine Position und Stellung einer tatsächlichen Bodenfläche, auf welcher ein mobiles Objekt sich bewegt, in einer Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines mobilen Objekts schätzt, die eine Bewegungsregelung/-steuerung des mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung des mobilen Objekts und einer gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft durchführt, welche ein gewünschter Wert einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die auf das mobile Objekt anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen Beingliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem Beinglied antreibt, und welches sich auf der Bodenfläche durch Bewegungen der Mehrzahl von Beingliedern bewegt, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung umfasst: ein Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag zu bestimmen, welcher ein Korrekturbetrag einer Gesamtbodenreaktionskraft ist, die zusätzlich auf das mobile Objekt anzuwenden ist, so dass ein Fehler zwischen einem beobachteten Wert der Gesamtbodenreaktionskraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt, und der gewünschten Gesamtbodenreaktionskraft sich Null nähert, durch Kombinieren von wenigstens einem Proportionalausdruck, welcher zum Fehler proportional ist, und einem Integralausdruck, welcher durch Integrieren des Fehlers erhalten wird; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem bestimmten Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und einer vorbestimmten Federkonstante einer repräsentativen Kontaktfläche, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche, welcher dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag entspricht, auf Grundlage einer Annahme zu bestimmen, dass der Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrektirbetrag durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der Bodenfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc gemäß der folgenden Gleichung (27) aus einer Beinglied-Jacobimatrix J_i für jedes Beinglied, der Federkonstante, einer Relativposition eines Mittelpunkts der tatsächlichen Bodenreaktionskraft eines distalen Endes von jedem Beinglied relativ zu einem Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft, und einer Bodenreaktionskraft, die tatsächlich auf jedes Beinglied wirkt, zu berechnen, wobei die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Jacobimatrix ist, die eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts sind, wobei die Beinglied-Jacombimatrix J_i eine Jacobimatrix ist, die eine Relation zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines distalen Endes des Beinglieds oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des distalen Endes des Beinglieds und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, und wobei der Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ein Wirkpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, die tatsächlich auf das mobile Objekt wirkt; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des berechneten erforderlichen Verlagerungsbetrags der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche zu realisieren; ein Gelenkverlagerung-Regelungs-/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß einem korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrag zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist; und ein Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, einen Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag aus dem Integralausdruck in dem Gesamtbodenreaktionskraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag und der Federkonstante der repräsentativen Kontaktfläche zu berechnen, wobei der Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag der Position und Stellung der repräsentativen Kontaktfläche ist, welcher dem Integralausdruck entspricht, wobei die Position und Stellung der tatsächlichen Bodenfläche durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen Bodenfläche gemäß dem Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag geschätzt werden, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche Bodenfläche eine Bodenfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird,
    Figure DE102012208905B4_0039
    wobei Jc die Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist, i eine Identifikationszahl eines Beinglieds ist, N eine Gesamtanzahl von Beingliedern ist, r_i ein Gewichtungskoeffizient eines i-ten Beinglieds ist, welches durch die folgende Gleichung bestimmt wird (27-1).
    Figure DE102012208905B4_0040
    Fn_i eine Normalkraftkomponente einer Bodenreaktionskraft ist, welche auf das i-te Beinglied wirkt, A_i eine Matrix ist, welche durch folgende Gleichung definiert ist (27-2),
    Figure DE102012208905B4_0041
    Rk eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgene Gleichung definiert ist (27-3), Rk ≡ Kc_rot–1·Kc_org (27-3) Kc_org eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Translationsverlagerung der Position der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, Kc_rot eine Federkonstantenmatrix ist, die sich auf eine Rotationsverlagerung der Stellung der repräsentativen Kontaktfläche bezieht, VV_i eine Matrix ist, so dass VV_i·↑F_i = ↑V_i × ↑F_i, ↑F_i ein Bodenreaktionskraftvektor ist, welcher auf das i-te Beinglied wirkt, ↑V_i ein Positionsvektor eines Mittelpunkts der Bodenreaktionskraft eines distalen Endes des i-ten Beinglieds relativ zum Mittelpunkt der Gesamtbodenreaktionskraft ist, und J_i eine Beinglied-Jacobimatrix des i-ten Beinglieds ist.
  8. Bodenfläche-Schätzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Matrix ist, welche gemäß der folgenden Gleichung (30) aus einer Gewichtungsmatrix W, die im Voraus festgelegt wird, und der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung ferner umfasst: ein Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnungs-Parameter-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, die durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückt ist, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, Jc–1 = W–1·JcT·(Jc·W–1·JcT+ k·l)–1 (30) DET = det(Jc·W–1·JcT+ k·l) (31) wobei W die vorher festgelegte Gewichtungsmatrix ist, die eine Diagonalmatrix ist, und wobei das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: einen Prozess zum Einstellen eines vorläufigen Werts für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes von einem vorbestimmten Initialwert, zum Berechnen der Determinanten DET unter Verwendung des festgelegten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist oder nicht, wiederholend durchzuführen, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall, in dem ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k zu bestimmen, der zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und in dem Fall, dass das Ergebnis der Berechnung unwahr ist, ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k auf einen Wert zu setzen, der zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, die unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement berechnet wird, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist.
  9. Bodenfläche-Schätzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc eine Matrix ist, welche gemäß der folgenden Gleichung (30) aus einer Gewichtungsmatrix W, die im Voraus festgelegt wird, und der berechneten Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Bodenfläche-Schätzvorrichtung ferner umfasst, ein Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, die durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückt wird, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, Jc–1 = W–1·JcT·(Jc·W–1·JcT+ k·l)–1 (30) DET = det(Jc·W–1·JcT+ k·l) (31) wobei W die vorher festgelegte Gewichtungsmatrix ist, die eine Diagonalmatrix ist, und wobei das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: einen Prozess zum Einstellen eines vorläufigen Werts für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes von einem vorbestimmten Initialwert, zum Berechnen der Determinant DET unter Verwendung des festgelegten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist oder nicht, wiederholend durchzuführen, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall, dass ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k zu bestimmen, der zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und in dem Fall, dass das Ergebnis der Berechnung unwahr ist, ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k auf einen Wert zu setzen, der zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, die unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement berechnet wird, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc·W–1·JcT ist.
  10. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt, welche eine Bewegungsregelung/Steuerung eines mobilen Objekts gemäß einer gewünschten Bewegung und einer gewünschten Gesamtkontaktkraft durchführt, wobei das mobile Objekt einen Körper, eine Mehrzahl von mit dem Körper verbundenen beweglichen Gliedern und einen Gelenkaktuator umfasst, welcher ein Gelenk von jedem beweglichen Glied antreibt, wobei die gewünschte Bewegung dazu dient, das mobile Objekt zu bewegen, während wenigstens ein bewegliches Glied mit jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen in Kontakt steht, welche eine Mehrzahl von untereinander unterschiedlichen Kontaktzielflächen sind, die in einer mobilen Umgebung des mobilen Objekts vorhanden sind, wobei N eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, und wobei die gewünschte Gesamtkontaktkraft ein gewünschter Wert einer Gesamtkontaktkraft ist, die auf das mobile Objekt von jeder der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen anzuwenden ist, um die gewünschte Bewegung zu realisieren, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des mobilen Objekts umfasst: ein Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft gemäß einem Fehler zwischen einem beobachteten Wert einer Gesamtkontaktkraft, die tatsächlich auf das mobile Objekt von einer i-ten Kontaktzielfläche wirkt, und einer gewünschten Gesamtkontaktkraft, die der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, zu bestimmen, wobei i = 1, 2, ..., N ist, wobei der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft ein erforderlicher Korrekturbetrag der Gesamtkontaktkraft ist, der zusätzlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche anzuwenden ist, so dass der Fehler sich Null nähert, wobei die i-te Kontaktzielfläche jede von der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, aus dem bestimmten erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft und einer vorbestimmten Federkonstante einer i-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche der i-ten Kontaktzielfläche entspricht, wobei i = 1, 2, ..., N ist, einen erforderlichen Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche basierend auf einer Annahme zu berechnen, dass der erforderliche Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft durch eine Federverlagerung der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche erzeugt wird, wobei die i-te repräsentative Kontaktfläche eine einzelne virtuelle Kontaktfläche ist, die für alle Kontaktflächen zwischen dem mobilen Objekt und der i-ten Kontaktzielfläche repräsentativ ist; ein Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix-Berechnungselement, welches konfiguriert ist, eine Jacobimatrix Jc(i) einer i-ten repräsentativen Kontaktfläche gemäß der folgenden Gleichung (77) aus einer Bewegliche-Glied-Jacobimatrix J(i)_j für jedes bewegliche Glied in einer i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe, wobei i = 1, 2, ..., N ist, der Federkonstante der i-ten repräsentativen Kontaktfläche, einer Relativposition eines Mittelpunkts einer tatsächlichen Kontaktkraft eines Kontaktabschnitts von jedem beweglichen Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe relativ zu einem Mittelpunkt einer Gesamtkontaktkraft, und einer Kontaktkraft, welche tatsächlich auf jedes bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt, zu berechnen, wobei die Jacobimatrix der i-ten repräsentativen Kontaktfläche Jc(i) eine Jacobimatrix ist, die eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate der Position und Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche und einer zeitlichen Änderungsrate eines generalisierten Variablenvektors repräsentiert, dessen Komponenten eine Position und Stellung des Körpers und ein Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, wobei die Bewegliches-Glied-Jacobimatrix J(i)_j eine Jacobimatrix ist, die eine Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderungsrate einer Position eines Kontaktabschnitts des beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe oder einer zeitlichen Änderungsrate einer Position und Stellung des Kontaktabschnitt des beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe und der zeitlichen Änderungsrate des generalisierten Variablenvektors repräsentiert, wobei der Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft ein Wirkpunkt der Gesamtkontaktkraft ist, die tatsächlich auf das mobile Objekt von der i-ten Kontaktzielfläche wirkt und wobei die i-te Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe eine Gruppe von beweglichen Gliedern ist, die mit der i-ten Kontaktzielfläche in Kontakt stehen; ein Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag durch Multiplizieren eines gesamten erforderlichen Verlagerungsbetrags mit einer pseudo-inversen Matrix Jc–1 einer Gesamt-Jacobimatrix Jc zu bestimmen, wobei der Gelenkverlagerung-Korrekturbetrag ein Korrekturbetrag des Verlagerungsbetrags von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, um den erforderlichen Verlagerungsbetrag der Position und Stellung von jeder der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen zu realisieren, wobei der gesamte erforderliche Verlagerungsbetrag durch Anordnen von berechneten erforderlichen Verlagerungsbeträgen von Positionen und Stellungen der ersten bis N-ten repräsentativen Kontaktflächen gebildet ist, und wobei die Gesamt-Jacobimatrix Jc durch Anordnen von berechneten ersten bis N-ten Jacobimatrizen Jc(i) der repräsentativen Kontaktfläche gebildet ist, wobei i = 1, 2, ..., N ist; und ein Gelenkverlagerung-Regelungs/Steuerungselement, welches konfiguriert ist, den Gelenkaktuator gemäß eines korrigierten gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags zu regeln/steuern, welcher durch Korrigieren eines gewünschten Gelenkverlagerungsbetrags durch den bestimmten Gelenkverlagerungs-Korrekturbetrag erhalten wird, wobei der gewünschte Gelenkverlagerungsbetrag der Verlagerungsbetrag von jedem Gelenk des mobilen Objekts ist, welcher durch die gewünschte Bewegung des mobilen Objekts definiert ist,
    Figure DE102012208905B4_0042
    wobei Jc(i) eine i-te Repräsentative-Kontaktfläche-Jacobimatrix ist, j eine Identifikationsnummer von jedem beweglichen Glied ist, das der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehört m(i) eine Gesamtanzahl von beweglichen Gliedern ist, die der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe angehören, r(i)_j ein Gewichtungskoeffizient eines j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist, welcher durch die folgende Gleichung (77-1) bestimmt wird, r(i)_j = Fn(i)_j/(j) (77-1) Fn(i)_j eine Normalkraftkomponente einer Kontaktkraft ist, die auf das j-te bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt, A(i)_j eine Matrix ist, welche durch die folgende Gleichung (77-2) definiert ist,
    Figure DE102012208905B4_0043
    Rk(i) eine Koeffizientenmatrix ist, welche durch die folgende Gleichung (77-3) definiert ist, Rk(i) ≡ Kc(i)_rot–1·Kc(i)_org (77-3) Kc(i)_org eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Translationsverlagerung der Position der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht, Kc(i)_rot eine Federkonstantenmatrix ist, welche sich auf eine Rotationssverlagerung der Stellung der i-ten repräsentativen Kontaktfläche bezieht, VV(i)_j eine Matrix ist, so dass VV(i)_j·↑F(i)_j = ↑V(i)_j × ↑F(i)_j, ↑F(i)_j ein Kontaktkraftvektor ist, welcher auf das j-ten bewegliche Glied in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe wirkt, ↑V(i)_j ein Positionsvektor eines Mittelpunkts einer Kontaktkraft eines Kontaktabschnitts des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe relativ zum Mittelpunkt der Gesamtkontaktkraft der i-ten Kontaktzielfläche ist, und J(i)_j eine Bewegliches-Glied-Jacobimatrix des j-ten beweglichen Glieds in der i-ten Kontakt-Bewegliches-Glied-Gruppe ist.
  11. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 10, wobei das Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement konfiguriert ist, um den erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft durch Integrieren des Fehlers auf der i-ten Kontaktzielfläche zu bestimmen, wobei i = 1, 2, ..., N ist.
  12. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 10, wobei das Gesamtkontaktkraft-Erforderlicher-Korrekturbetrag-Bestimmungselement konfiguriert ist, den erforderlichen Korrekturbetrag der i-ten Gesamtkontaktkraft zu bestimmen, durch Kombinieren von wenigstens einem Proportionalausdruck, welcher zum Fehler proportional ist, und einem Integralausdruck, welcher durch Integrieren des Fehlers auf der i-ten Kontaktzielfläche erhalten wird, wobei i = 1, 2, ..., N ist.
  13. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 11, ferner umfassend: ein Kontaktzielfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen, durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche gemäß eines erforderlichen Verlagerungsbetrags einer h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welcher durch das Repräsentative-Kontaktfläche-Position/Stellung-Verlagerungsbetrag-Berechnungselement berechnet wird, wobei die vermeintliche h-te Kontaktzielfläche eine Kontaktzielfläche ist, die in der gewünschten Bewegung vermutet wird, entsprechend einer h-ten Kontaktzielfläche, die eine vorbestimmte spezifische Kontaktzielfläche der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist.
  14. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 12, ferner umfassend: ein Kontaktzielfläche-Schätzelement, welches konfiguriert ist, eine Position und Stellung einer tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen, durch Korrigieren einer Position und Stellung einer vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche, wobei die vermeintliche h-te Kontaktzielfläche eine Kontaktzielfläche ist, die in der gewünschten Bewegung entsprechend einer h-ten Kontaktzielfläche vermutet wird, welche eine vorbestimmte spezifische Kontaktzielfläche der ersten bis N-ten Kontaktzielflächen ist, wobei das Kontaktzielfläche-Schätzelement konfiguriert ist, um die Position und Stellung der tatsächlichen h-ten Kontaktzielfläche zu schätzen durch: Berechnen eines Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrags einer h-ten repräsentativen Kontaktfläche aus einem Integralausdruck, welcher in einem erforderlichen Korrekturbetrag der h-ten Gesamtkontaktkraft enthalten ist, welcher der h-ten Kontaktzielfläche entspricht, und einer Federkonstante einer h-ten repräsentativen Kontaktfläche, welche der h-ten Kontaktzielfläche entspricht; und Korrigieren der Position und Stellung der vermeintlichen h-ten Kontaktzielfläche gemäß dem h-ten Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrags, wobei der h-te Repräsentative-Kontaktfläche-Gleichgewichtszustand-Verlagerungsbetrag ein Verlagerungsbetrag einer Position und Stellung der h-ten repräsentativen Kontaktfläche ist, welche dem Integralausdruck entspricht.
  15. Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt nach Anspruch 10, wobei die pseudo-inverse Matrix Jc–1 der berechneten Gesamt-Jacobimatrix Jc eine Matrix ist, welche gemäß der folgenden Gleichung (30) aus einer im Voraus festgelegten Gewichtungsmatrix W und der berechneten Gesamt-Jacobimatrix Jc erhalten wird, wobei die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein mobiles Objekt ferner umfasst: ein Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement, welches konfiguriert ist, einen Wert für k in der Gleichung (30) derart zu bestimmen, dass eine Determinante DET, die durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückt wird, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter positiver Schwellenwert ist, Jc–1 = W–1·JcT·(Jc·W–1·JcT+ k·l)–1 (30) DET = det(Jc·W–1·JcT+ k·l) (31) wobei W die im Voraus festgelegte Gewichtungsmatrix ist, die eine Diagonalmatrix ist, und wobei das Pseudo-Inverse-Matrix-Berechnung-Parameter-Bestimmungselement konfiguriert ist um: einen Prozess zum Einstellen eines vorläufigen Werts für k durch schrittweises Erhöhen des vorläufigen Wertes von einem vorbestimmten Initialwert, zum Berechnen der Determinant DET unter Verwendung des festgelegten vorläufigen Wertes und zum Bestimmen, ob ein Absolutwert der berechneten Determinante DET gleich dem oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist oder nicht, wiederholend durchzuführen, und den vorläufigen Wert für k in dem Fall, dass ein Ergebnis der Bestimmung wahr ist, als der Wert für k zu bestimmen, der zum Berechnen der pseudo-inversen Matrix Jc–1 gemäß der Gleichung (30) verwendet wird; und in dem Fall, dass das Ergebnis der Berechnung unwahr ist, ein Inkrement des vorläufigen Wertes für k auf einen Wert zu setzen, der zu einer n-ten Wurzel eines Absolutwertes eines Fehlers zwischen dem Absolutwert der Determinante DET, die unter Verwendung des vorläufigen Wertes vor dem Inkrement berechnet wird, und dem vorbestimmten Schwellenwert, proportional ist, wobei n eine Ordnung vom Jc· W–1·JcT ist.
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