JP2000296484A - 関節機構の制御装置及び方法、関節装置、並びにロボット装置及びその制御方法 - Google Patents
関節機構の制御装置及び方法、関節装置、並びにロボット装置及びその制御方法Info
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Abstract
った。 【解決手段】関節機構の制御装置及び方法並びにロボッ
ト装置及びその制御方法において、関節機構のアクチュ
エータに供給される駆動電流の電流値を検出する電流検
出手段と、電流検出手段により検出された電流値に基づ
いて、アクチュエータの出力軸に与えられる外力による
トルクの大きさを検出する外力トルク検出手段とを設け
るようにした。また関節装置及びロボット装置におい
て、アクチュエータに回転トルクを生成するモータ部
と、モータ部を駆動制御するモータ制御手段とを設け、
モータ制御手段をモータ部内に配設するようにした。
Description
及び方法、関節装置、並びにロボット装置及びその制御
方法に関し、例えば2足歩行型ロボットに適用して好適
なものである。
胴体部ユニットに股関節機構を介して一対の脚部ユニッ
トが連結されることにより構成されている。また各脚部
ユニットは、大腿部及び下腿部を膝関節機構を介して連
結すると共に下腿部に足首関節機構を介して足部が連結
されることにより形成されている。
関節機構に必要な自由度数分のアクチュエータ(通常は
AC(Alternating Current )サーボモータであり、以
下においてはモータであるものとする)が組み込まれお
り、これら各関節機構の各モータをそれぞれ個別に駆動
制御して各脚部ユニットを所定パターンで駆動すること
によりロボット全体として歩行動作を行い得るようにな
されている。
行型ロボットでは、足首関節機構や足部に圧力センサ、
傾斜角センサ、加速度センサ及びマイクロスイッチ等の
種々のセンサが配設されている。そしてかかる2足歩行
型ロボットでは、歩行動作時、これらセンサの出力に基
づいて足部の裏面が常に歩行路面に倣うように足部の傾
きを制御することにより、歩行路面が傾斜や凹凸を有す
る不整地面であった場合においても安定して歩行動作を
行い得るように構築されている。
節機構や足部に取り付けた場合、当該センサの重量分だ
けロボット全体の重量が増加すると共に、これらセンサ
をロボット内部の制御系と電気的に接続するための配線
も必要となってロボット全体としての構成が煩雑となる
問題があった。またセンサを取り付けた場合には、ロボ
ット内部の制御系においてセンサ情報をソフトウェア的
に処理する必要があり、その分歩行制御が煩雑となる問
題があった。
ば図23に示すように、ロボット全体の動作制御を司る
メイン制御部1が多軸コントローラ2を介して各モータ
3(3−1〜3−n)と接続され、メイン制御部1から
出力される制御指令に基づいて多軸コントローラ2が各
モータ3をそれぞれ個別に指定された状態に制御するよ
うに構成されている。
多軸コントローラ2及びモータ3を接続するケーブルと
して、回転駆動用に3本(U相、V相及びW相)、回転
位置センサ用に4本(A相、B相及びZ相)、ABS位
置シリアル信号用に1本の合計7本のケーブル4を必要
とし、このためロボット全体としての配線量が多いこと
から構成が煩雑となる問題があった。
で、構成を簡易化し得る関節機構の制御装置及び方法、
関節装置、並びにロボット装置及びその制御方法を提案
しようとするものである。
め本発明においては、関節機構の制御装置において、関
節機構を駆動するアクチュエータの駆動電流の電流値を
検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出され
た電流値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えら
れる外力によるトルクの大きさを検出する外力トルク検
出手段とを設けるようにした。この結果この制御装置で
は、センサ等を必要とすることなく第1又は第2のリン
クに与えられる外力を求めることができる。
法において、関節機構を駆動するアクチュエータの駆動
電流の電流値を検出する第1のステップと、検出した電
流値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えられる
外力によるトルクの大きさを検出する第2のステップと
を設けるようにした。 この結果この制御方法によれ
ば、センサ等を必要とすることなく第1又は第2のリン
クに与えられる外力を求めることができる。
おいて、関節機構のアクチュエータの駆動電流の電流値
を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出さ
れた電流値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与え
られる外力によるトルクの大きさを検出する外力トルク
検出手段とを設けるようにした。この結果このロボット
装置では、センサ等を必要とすることなく第1又は第2
の構成部に与えられる外力を求めることができる。
制御方法において、アクチュエータの駆動電流の電流値
を検出する第1のステップと、検出した電流値に基づい
て、アクチュエータの出力軸に与えられる外力によるト
ルクの大きさを検出する第2のステップとを設けるよう
にした。この結果このロボット装置の制御方法によれ
ば、センサ等を必要とすることなく第1又は第2の構成
部に与えられる外力を求めることができる。
ボット装置において、足首関節機構に設けられ、駆動電
流に応じた大きさの回転トルクを生成するアクチュエー
タと、アクチュエータの駆動電流の電流値を検出する電
流検出手段と、電流検出手段により検出された電流値に
基づいて、アクチュエータの出力軸に与えられる外力に
よるトルクの大きさを検出する外力トルク検出手段と、
外力トルク検出手段の検出結果に基づいて、アクチュエ
ータの出力軸に与えられる外力によるトルクがなくなる
ように、アクチュエータを制御する制御手段とを設ける
ようにした。この結果このロボット装置では、センサ等
を必要とすることなく不整地面をバランスを崩さずに歩
行することができる。
ボット装置の制御方法において、足首関節機構に設けら
れ、駆動電流に応じた大きさの回転トルクを生成するア
クチュエータの駆動電流の電流値を検出する第1のステ
ップと、検出された電流値に基づいて、アクチュエータ
の出力軸に与えられる外力によるトルクの大きさを検出
する第2のステップと、第2のステップの検出結果に基
づいて、アクチュエータの出力軸に与えられる外力によ
るトルクがなくなるように、アクチュエータを制御する
第3のステップとを設けるようにした。この結果この制
御方法によれば、センサ等を必要とすることなく、ロボ
ット装置に不整地面をバランスを崩さずに歩行させるよ
うにすることができる。
て、アクチュエータに回転トルクを生成するモータ部
と、モータ部を駆動制御するモータ制御手段とを設け、
モータ制御手段をモータ部内に配設するようにした。こ
の結果この関節装置では、アクチュエータと外部との配
線量を格段的に低減させることができる。
おいて、関節機構を駆動するアクチュエータに回転トル
クを生成するモータ部と、モータ部を駆動制御するモー
タ制御手段とを設け、モータ制御手段をモータ部内に配
設するようにした。この結果このロボット装置では、関
節機構の各アクチュエータに対する配線量を格段的に低
減することができる。
施の形態を詳述する。
構成 図1及び図2において、10は全体として本実施の形態
による2足歩行型のロボットを示し、胴体部ユニット1
1の上部に頭部ユニット12が配設されると共に、当該
胴体部ユニット11の上部左右にそれぞれ同じ構成の腕
部ユニット13A、13Bがそれぞれ配設され、胴体部
ユニット11の下部左右にそれぞれ同じ構成の脚部ユニ
ット14A、14Bがそれぞれ所定位置に取り付けられ
ることにより構成されている。
を形成するフレーム20及び体幹下部を形成する腰ベー
ス21が腰関節機構22を介して連結することにより構
成されており、体幹下部の腰ベース21に固定された腰
関節機構22の各モータM−1、M−2をそれぞれ駆動
することによって、体幹上部を図3に示す直交するロー
ル軸23及びピッチ軸24の回りにそれぞれ独立に回転
させることができるようになされている。
上端に固定された肩ベース25の上面中央部に首関節機
構26を介して取り付けられており、当該首関節機構2
6の各モータM−3、M−4をそれぞれ駆動することに
よって、図3に示す直交するピッチ軸27及びヨー軸2
8の回りにそれぞれ独立に回転させることができるよう
になされている。
それぞれ肩関節機構29を介して肩ベース25の左右に
取り付けられており、対応する肩関節機構29の各モー
タM−5、M−6をそれぞれ駆動することによって図3
に示す直交するピッチ軸30及びロール軸31の回りに
それぞれ独立に回転させることができるようになされて
いる。
は、それぞれ上腕部を形成するモータM−7の出力軸に
肘関節機構32を介して前腕部を形成するモータM−8
が連結され、当該前腕部の先端に手部33が取り付けら
れることにより構成されている。
は、モータM−7を駆動することによって前腕部を図3
に示すヨー軸34の回りに回転させ、モータM−8を駆
動することによって前腕部を図3に示すピッチ軸35の
回りにそれぞれ回転させることができるようになされて
いる。
それぞれ股関節機構36を介して体幹下部の腰ベース2
1にそれぞれ取り付けられており、それぞれ対応する股
関節機構36の各モータM−9〜M−11をそれぞれ駆
動することによって、図3に示す互いに直交するヨー軸
37、ロール軸38及びピッチ軸39の回りにそれぞれ
独立に回転させることができるようになされている。
は、それぞれ大腿部を形成するフレーム40の下端に膝
関節機構41を介して下腿部を形成するフレーム42が
連結されると共に、当該フレーム42の下端に足首関節
機構43を介して足部44が連結されることにより構成
されている。
においては、膝関節機構41を形成するモータM−12
を駆動することによって、下腿部を図3に示すピッチ軸
45の回りに回転させることができ、また足首関節機構
43のモータM−13、M−14をそれぞれ駆動するこ
とによって足部44を図3に示す直交するピッチ軸45
及びロール軸46の回りにそれぞれ独立に回転させるこ
とができるようになされている。
構成を図4及び図5に示し、足首関節機構43の構成を
図6に示す。
関節機構36においては、モータM−9が体幹下部の腰
ベース21に固定されている。そしてこのモータM−9
の出力軸には、コ字状の連結部材50を介してモータM
−10の出力軸が連結され、当該モータM−10の側面
にコ字状部材51が固定されている。
リ52が回転自在に取り付けられると共に、当該関節機
構プーリ52にその上端の一端側が固定され、かつ上端
の他端側が部材51に回転自在に取り付けられるように
して脚部ユニット14A、14Bの大腿部を形成するフ
レーム40が配設されている。
フレーム40に固定されており、その出力軸に取り付け
られたプーリ53がタイミングベルト54を介して関節
機構プーリ52と連結されている。
モータM−9〜M−11を駆動することによって対応す
る脚部ユニット14A、14Bをそれぞれヨー軸37、
ロール軸38及びピッチ軸39の回りにそれぞれ独立に
回転駆動することができるようになされている。
構36のモータM−9の出力軸の中心を通るヨー軸37
と、モータM−10の出力軸の中心を通るロール軸38
と、フレーム40の回転中心を通るピッチ軸39とが空
間上の一点で交差するように各部品の位置が選定されて
いる。
おいて明らかなように、足部44に固定されたコ字状の
連結部材60にモータM−14の出力軸が固定されてい
る。そしてモータM−14の側面にはコ字状部材61を
介して関節機構プーリ62が固着されている。
Bの下腿部を形成するフレーム42は、その下端の一端
側が関節機構プーリ62の中心位置に回転自在に取り付
けられ、当該下端の他端側が連結部材61の側面に回転
自在に取り付けられるようにして配設されている。
3が固定されると共に、当該モータM−13の出力軸に
はプーリ63が固定され、当該プーリ63及び関節機構
プーリ62がタイミングベルト64を介して連結されて
いる。
モータM−13、M−14を駆動することによって足部
44をロール軸45及びピッチ軸46の回りにそれぞれ
独立に回転させることができるようになされている。
ニット11の体幹下部を形成する腰ベース21の背面側
には、図7に示すように、当該ロボット10全体の動作
制御を司るメイン制御部70と、電源回路及び通信回路
などのその周辺回路71と図示しないバッテリとなどが
ボックスに収納されてなる制御ユニット72が配設され
ている。
ニット(胴体部ユニット11、頭部ユニット12、各腕
部ユニット13A、13B及び各脚部ユニット14A、
14B)内にそれぞれ配設された各サブ制御部73A〜
73Dと接続されており、これらサブ制御部73A〜7
3Dに対して必要な電源電圧を供給したり、これらサブ
制御部73A〜73Dと通信を行ったりすることができ
るようになされている。
ぞれ図8に示すように、対応する構成ユニット内の各モ
ータM−1〜M−14と2本の駆動用電圧供給ケーブル
80、2本の制御用電圧供給ケーブル81及び1本の同
期クロック供給ケーブル82を介して並列的に接続され
ると共に、2本のシリアル通信用ケーブル83を介して
後述のようにこれら各モータM−1〜M−14内にそれ
ぞれ収納された各制御基板とディジーチェーン方式で接
続されている。なおこの図8においては、各脚部ユニッ
ト14A、14Bにおけるサブ制御部74Dと各モータ
M−9〜M−14の接続関係を示している。
ト10の『立った状態』及び『座った状態』などの各種
状態のフォームや、当該ロボット10がある状態から他
の状態に遷移する際や、歩行動作等の所定の動作を行う
際の所定の時間間隔(例えば0.5 秒、以下、これを第1
の時間間隔と呼ぶ)ごとの時系列な一連のフォームを各
モータM−1〜M−14の出力軸の回転角度として記憶
している。
10に状態を遷移させたり動作を行わせたりする際に
は、上述のように記憶している一連の各フォームにおけ
る各モータM−1〜M−14の出力軸の回転角度を、上
述の第1の時間間隔ごとに時系列順に切り換えながら、
対応するサブ制御部74A〜74Dに送出するようにな
されている。
御ユニット72から供給される電源電圧に基づいて対応
する各モータM−1〜M−14に駆動用電圧供給ライン
80及び制御用電圧供給ライン81をそれぞれ介してモ
ータ駆動用の電源電圧や制御用電圧を供給する。
のようにメイン制御部70から第1の時間間隔で与えら
れる各モータM−1〜M−14の回転角度から、当該第
1の時間間隔をn(nは2以上の整数)等分した場合に
おける各タイミング(以下においては1〔ms〕間隔とす
る)ごとの対応する各モータM−1〜M−14の回転角
度、回転速度又は回転トルクをそれぞれ算出し、算出結
果に基づいてこれら各モータM−1〜M−14を制御す
る。
は、動作時、当該ロボット10のフォームをメイン制御
部70が記憶している時系列の一連の各フォームと順次
一致させるように各モータM−1〜M−14の回転を制
御するようになされ、これにより予め定められた動きで
各種動作を行ったり、各種状態に遷移することができる
ようになされている。
1〜M−14の構成について説明する。このロボット1
0の各モータM−1〜M−14は、図9に示すように、
回転トルクを発生させるモータ部90と、当該モータ部
90において発生された回転トルクを増幅して出力する
トルク増幅部91とから構成されている。
2の内部に回転軸受け93A、93Bにより回転自在に
枢支されたロータ軸94が設けられ、当該ロータ軸94
にロータ基体95及び図10(B)及び(C)のように
4極に着磁されたリング状のロータマグネット96が同
軸に一体化されることによりロータ97が形成されてい
る。
び図9(A)に示すように、ロータ97を取り囲むよう
に6つのステータ鉄心98A〜98Fが等間隔(45
〔°〕間隔)で固着されると共に、これら各ステータ鉄
心98A〜98Fにそれぞれ巻線が施されることにより
コイル99A〜99Fが形成されている。
〔°〕対向する2つのコイル99A及び99D、99B
及び99E、99C及び99Fの組(合計3組ある)を
それぞれU相、V相及びW相として、これらU相、V相
及びW相の各コイル99A〜99Fにそれぞれ 120
〔°〕ずつ位相がずれた駆動電流を印加することによっ
てロータ97を回転駆動することができ、かくして回転
トルクを発生させることができるようになされている。
び図13(A)〜(C)に示すように、モータケース9
2の先端部に着脱自在に固定されたギアケース100を
有し、当該ギアケース100の内部に、環状の内歯車1
01と、ロータ軸94の先端部に固定された太陽歯車1
02と、内歯車101及び太陽歯車102間に 120
〔°〕間隔で配置された第1〜第3の遊星歯車103A
〜103Cとからなる遊星歯車機構104が設けられて
いる。
星歯車機構104の第1〜第3の遊星歯車103A〜1
03Cの各軸105A〜105Cがそれぞれギアケース
100の先端に回転自在に配置された出力軸106に固
定されており、かくしてモータ部90からロータ軸94
を介して与えられる回転トルクを遊星歯車機構104を
介して出力軸106に伝達し、当該出力軸106を介し
て外部に出力し得るようになされている。
に固着された環状の樹脂マグネット107と、当該樹脂
マグネット107の外周面と対向するようにギアケース
100の外周面に固着された第1及び第2のホール素子
108A、108Bとからなる1回転絶対角度センサ1
09が設けられている。
かつ一周に亘って磁束密度φ(θg)が図14のように
変化するように着磁されており、図13(A)のように
出力軸106に固着されている。また第1及び第2のホ
ール素子108A、108Bは、図13(B)のように
90〔°〕の位相差をもってギアケース100の外周面に
固着されている。
おいては、出力軸106の回転角度を、当該出力軸10
6の回転に伴う第1及び第2のホール素子108A、1
08Bの配設位置における磁束密度φ(θg )の変化と
して検出し、検出結果を第1及び第2のホール素子10
8A、108Bからそれぞれ図15に示すようなそれぞ
れsin(θg )及びcos(θg )で与えられる波形
の第1及び第2の1回転絶対角度センサ信号S1A、S
1Bとして出力することができるようになされている。
90のモータケース92の内部には、ロータ軸94の磁
極角度を検出するロータ軸磁極角度センサ100と、対
応するサブ制御部74A〜74Dからの制御指令に基づ
いて出力軸94の回転角度、回転速度及び回転トルク等
を制御する制御基板111と、制御基板111の制御の
もとにモータ部90の各コイル99A〜99Fに駆動電
流を供給するパワー基板112とが収納されている。
97のロータ基体95の前端面に固着された樹脂マグネ
ット113と、制御基板111に搭載された第1〜第4
のホール素子114A〜114Dとから形成されてい
る。そして樹脂マグネット113は、図10(B)及び
(C)に示すように、ロータ97のロータマグネット9
6と同じ4極に着磁され、当該ロータマグネット96と
同位相でロータ基体95に固着されている。
14Dは、図16(B)に示すように、ロータ軸94と
同心円上に、第1及び第2のホール素子114A、11
4Bが 180〔°〕対向し、かつ第3及び第4のホール素
子114C、114Dがこれら第1及び第2のホール素
子114A、114Bと同じ方向に45〔°〕位相がずれ
た位置に位置するように制御基板111に搭載されてい
る。
10においては、ロータ軸94の磁極角度を、当該ロー
ラ軸94と一体に回転する樹脂マグネット113の回転
に伴う第1〜第4のホール素子114A〜114Dの配
設位置における磁束密度の変化として検出し得るように
なされている。
軸94の機械的回転角度にロータマグネット96の磁極
数の半分の値を掛けた角度をいう。そしてこの実施の形
態においては、ロータマグネット96が4極に着磁され
ているため、磁気角度が0から2πまでの範囲の値とな
る。
(A)、図16及び図17に示すように、環状に形成さ
れたプリント配線板の一面側に1チップマイクロコンピ
ュータ115及びCPUクロック発生用の水晶発振器1
16が搭載されると共に、他面側に上述のロータ軸回転
角度センサ110の第1〜第4のホール素子114A〜
114Dと、温度センサ117とが搭載されることによ
り構成されている。
うにロータ軸磁極角度センサ110における第1及び第
2のホール素子114A、114Bの出力と、第3及び
第4のホール素子114C、114Dの出力とをそれぞ
れ第1及び第2の減算回路118A、118Bを介して
加算して第1及び第2のロータ軸磁極角度センサ信号S
2A、S2Bとして1チップマイクロコンピュータ11
5に取り込み、かつ1回転絶対角度センサ109(図
9、図13(C))からケーブル119(図9)を介し
て供給される第1及び第2の1回転絶対角度センサ信号
S1A、S1Bを1チップマイクロコンピュータ115
に取り込み得るようになされている。
20に含まれる2本の制御用電源ライン及び2本の駆動
用電源ラインを通じて対応するサブ制御部74A〜74
D(図8)と接続されており、かくして1チップマイク
ロコンピュータ115がこの第2のケーブル120を介
して各種電源電圧を取り込んだり、対応するサブ制御部
74A〜74Dと通信を行ったりすることができるよう
になされている。
5は、この第2のケーブル120を介してサブ制御部7
4A〜74Dから1〔ms〕ごとに与えられる出力軸10
6(図9)の回転角度、回転速度又は回転トルクの指定
値(以下、これらをそれぞれ指定回転角度、指定回転速
度及び指定回転トルクと呼ぶ)と、第1及び第2の1回
転絶対角度センサ信号S1A、S1Bと、第1及び第2
のロータ軸磁極角度センサ信号S2A、S2Bと、後述
のようにパワー基板112から供給される第1〜第3の
駆動電流検出信号S3A〜S3Cとに基づいて、U相、
V相及びW相の各コイル99A〜99Fにそれぞれ印加
すべき駆動電流の値(以下、これらをそれぞれ第1〜第
3の電流指令値と呼ぶ)を算出し、これら算出した第1
〜第3の電流指令値を第3のケーブル121を介してパ
ワー基板112に送出する。
及び(C)に示すように、環状に形成されたプリント配
線板の一面側に図18に示すコイル駆動ブロック122
を形成する複数のパワートランジスタチップ123が搭
載されることにより構成されている。
制御基板111の1チップマイクロコンピュータ115
から与えられる第1〜第3の電流指令値に基づいてモー
タ部90のU相、V相及びW相の各コイル99A〜99
Fに対してそれぞれ対応する第1〜第3の電流指令値に
応じた大きさの駆動電流を印加することによりモータ部
90のロータ97を回転駆動させる。
このときU相、V相及びW相の各コイル99A〜99F
にそれぞれ印加されている駆動電流の大きさをそれぞれ
検出し、検出結果を第1〜第3の駆動電流検出信号S3
A〜S3Cとして第3のケーブル121(図9)を介し
て制御基板111に送出する。
では、制御基板111の1チップマイクロコンピュータ
115及びパワー基板112のコイル駆動ブロック12
2からなる制御回路によって、サブ制御部74A〜74
Dから与えられた指定回転角度、指定回転速度又は指定
回転トルクに応じてモータ部90を駆動するようになさ
れている。
115及びコイル駆動ブロック122の構成 ここで1チップマイクロコンピュータ115は、図19
に示すように、演算処理ブロック128、レジスタ12
9、ロータ軸回転角度検出処理ブロック130、トルク
−3相電流信号変換処理ブロック131、電流制御処理
ブロック132及び第1〜第4のアナログ/ディジタル
変換回路133〜136から構成されている。
45では、パワー基板112から与えられる第1〜第3
の駆動電流検出信号S3A〜S3Cを第1のアナログ/
ディジタル変換回路133においてそれぞれディジタル
変換し、得られた第1〜第3の駆動電流検出データD3
A、D3Bを電流制御処理ブロック132に与えると共
に、これら第1〜第3の駆動電流検出データD3A、D
3Bをレジスタ129に格納する。
では、1回転絶対角度センサ109(図9、図13
(C))から供給される第1及び第2の1回転絶対角度
センサ信号S1A、S1Bを第3のアナログ/ディジタ
ル変換回路135においてディジタル変換し、得られた
第1及び第2の1回転絶対角度センサデータD1A、D
1Bをレジスタ129に格納する。
5では、第1及び第2の減算回路118A、118B
(図17)から与えられるロータ軸磁極角度センサ11
0の出力に基づく第1及び第2のロータ軸磁極角度セン
サ信号S2A、S2Bを第2のアナログ/ディジタル変
換回路134においてディジタル変換し、得られた第1
及び第2のロータ軸磁極角度センサデータD2A、D2
Bをロータ軸回転角度検出処理ブロック130に入力す
る。
は、供給される第1及び第2のロータ軸磁極角度センサ
データD2A、D2Bに基づいてロータ軸24の磁極回
転角度(以下、これをロータ軸磁極回転角度と呼ぶ)P
mlと、磁極角度θp とを検出し、ロータ軸回転角度Pml
をレジスタ129に格納すると共に磁極角度θp をトル
ク−3相電流信号変換処理ブロック131に送出する。
軸磁極回転角度Pml)とは、ロータ軸94の回転に伴い
第1〜第4のホール素子114A〜114Dにより検出
される樹脂マグネット113の隣接する一対のN極及び
S極による磁極変化を1周期(0〜2π)とする角度を
いう。そしてこの実施の形態においては樹脂マグネット
113が4極に着磁されているため、ロータ軸磁極回転
角度Pmlが0から4πまでの範囲の値となる。
うにしてレジスタ129に格納された第1及び第2の1
回転絶対角度センサデータD1A、D1B並びにロータ
軸磁極回転角度Pmlと、サブ制御部から与えられる指定
回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクとに基づい
て、目標とする回転トルク(以下、これを目標回転トル
クと呼ぶ)T0 を演算し、演算結果をレジスタ129に
格納する。なおこの目標回転トルクT0 は、サブ制御部
から指定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクが
与えられる1〔ms〕ごとに算出される。
相電流信号変換処理ブロック131により順次レジスタ
129から読み出される。そしてトルク−3相電流信号
変換処理ブロック131は、この目標トルクT0 と、ロ
ータ軸回転角度検出処理ブロック130から与えられる
ロータ軸94の磁極角度θp とに基づいて、モータ部9
0におけるU相、V相、W相の各コイル99A〜99F
にそれぞれ印加すべき駆動電流の値を表す上述の第〜第
3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr をそれぞれ算出し、こ
れを電流制御処理ブロック132に送出する。
3相電流信号変換処理ブロック131から与えられる第
1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr と、第1のアナ
ログ/ディジタル変換回路133から与えられる第1〜
第3の駆動電流検出データD3A〜D3Cとに基づい
て、第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr に対して
電圧変動に対する補償処理を含む所定の信号処理を施し
た後これをPWM(Pulse Width Modulation)変調し、
得られた第1〜第3のPWM信号S4A〜S4Cを第3
のケーブル121を介してこれをパワー基板112のコ
イル駆動ブロック121に送出する。
3のPWM信号S4A〜S4C用にそれぞれ2本のライ
ンが設けられている。そして電流制御処理ブロック13
2は、出力軸106(図9)を正転駆動するときには第
1〜第3のPWM信号S4A〜S4Cをそれぞれ一方の
第1のラインを介してパワー基板112のコイル駆動ブ
ロック122に送出すると共に、第1〜第3のPWM信
号S4A〜S4Cにおける論理「0」レベルの信号(以
下、これらを第1〜第3の基準信号と呼ぶ)S5A〜S
5Cを他方の各第2のラインをそれぞれ介してパワー基
板112のコイル駆動ブロック122に送出する。
軸106を逆転駆動するときには第1〜第3のPWM信
号S4A〜S4Cをそれぞれ第2のラインを介してパワ
ー基板112のコイル駆動ブロック122に送出すると
共に、第1〜第3の基準信号S5A〜S5Cをそれぞれ
各第1のラインを介してパワー基板112のコイル駆動
ブロック122に送出する。
は、図18に示すように、U相、V相、W相の各コイル
99A〜99Fにそれぞれ対応させて、それぞれ4個の
増幅器138A〜138Cからなる同様構成の第1〜第
3のゲートドライブ回路139A〜139Cと、それぞ
れ2個のPNP型トランジスタTR1、TR2及び2個
のNPN型トランジスタTR3、TR4からなる同様構
成の第1〜第3のインバータ回路140A〜140Cで
構成されている。
は、U相、V相及びW相の各第1のラインがそれぞれ対
応する第1〜第3のゲートドライブ回路139A〜13
9Cの第1及び第3の増幅器138A、138Cをそれ
ぞれ介して対応する第1〜第3のインバータ回路140
A〜140Cの第2のPNP型トランジスタTR2のベ
ース及び第1のNPN型トランジスタTR3のベースと
接続され、U相、V相及びW相の各第2のラインがそれ
ぞれ対応する第1〜第3のゲートドライブ回路140A
〜140Cの第2及び第4の増幅器138B、138D
をそれぞれ介して対応する第1〜第3のインバータ回路
140A〜140Cの第2のPNP型トランジスタTR
2のベース及び第1のNPN型トランジスタTR4のベ
ースと接続されている。
タ部90のU相、V相及びW相の各コイル99A〜99
Fがそれぞれ対応する第1〜第3のインバータ回路14
0A〜140Cにおける第1のPNP型トランジスタT
R1のコレクタ及び第1のNPN型トランジスタTR3
のコレクタの接続中点と、第2のPNP型トランジスタ
TR2のコレクタ及び第2のNPN型トランジスタTR
4のコレクタの接続中点との間に接続されている。
においては、U相、V相及びW相の各相毎に、第1又は
第2のラインを介して与えられる第1〜第3のPWM信
号S4A〜S4Cをそれぞれ対応する第1〜第3のイン
バータ回路140A〜140Cにおいてアナログ波形の
駆動電流Iu 、Iv 、Iw に変換し、これらをそれぞれ
対応するU相、V相及びW相の各コイル99A〜99F
に印加することができるようになされている。
は、U相、V相及びW相の各コイル99A〜99Fに供
給する駆動電流Iu 、Iv 、Iw の大きさを第1〜第3
のインバータ回路140A〜140Cにそれぞれ設けら
れたコイルからなる電流センサ141により検出し、検
出結果を上述のように第1〜第3の第1〜第3の駆動電
流検出信号S3A〜S3Cとして制御基板111の1チ
ップマイクロコンピュータ115の第1のアナログ/デ
ィジタル変換回路133(図19)に送出するようにな
されている。
の詳細構成を図19を用いて説明する。
ral Processing Unit )148と、各種プログラムが格
納されたROM(Read Only Memory)149と、CPU
148のワークメモリとしてのRAM(Random Access
Memory)150と、対応するサブ制御部73A〜73D
との間の入出力インタフェース回路であるシリアル通信
用入出力回路152と、サーボ割込みのための1〔ms〕
周期のサーボ割込信号S10及びPWM周期である50
〔μm〕周期のPWMパルス信号S11を発生するサー
ボ割込信号発生回路153と、サーボ割込信号発生回路
153からサーボ割込信号S10が正しく発生されてい
るかをCPU148が検出するための1〔ms〕周期以上
の所定周期を有するウォッチドッグ信号S12を発生す
るウォッチドッグ信号発生回路154とがCPUバス1
55を介して相互に接続されることにより構成されてい
る。
御部73A〜73Dから制御用電圧(5〔V〕)が与え
られると、まずROM149に格納された初期プログラ
ムに基づいてシリアル通信用入出力回路152、カウン
タ・タイマ・コントロール回路153、ロータ軸回転角
度検出処理ブロック130、トルク−3相電流信号変換
処理ブロック131、電流制御処理ブロック132等に
対する各種初期値やパラメータの設定処理等の立ち上が
り処理を実行する。
ンタ・タイマ・コントロール回路153から与えられる
サーボ割込信号S10及びROM149に格納された対
応するプログラムに基づいて、上述のように目標回転ト
ルクT0 を生成するモータ回転制御演算処理や、対応す
るサブ制御部73A〜73Dとのシリアル通信制御処理
等を1〔ms〕周期で時分割的に実行する。
U148がカウンタ・タイマ・コントロール回路153
から与えられるサーボ割込信号S10及びROM149
に格納された対応するプログラムに基づいて、1〔ms〕
周期で時分割的にモータ回転制御演算処理及びシリアル
通信制御処理等を実行する。以下、これらの処理モード
時におけるCPU148の処理について説明する。
ード時におけるCPU148の処理 モータ回転制御演算処理モード時におけるCPU148
の処理は、上述のように対応するサブ制御部73A〜7
3Dから1〔ms〕ごとに与えられる指定回転位置、指定
回転速度又は指定回転トルクの値の指定に応じた目標回
転トルクT0 を算出することである。
クT0 を、対応するサブ制御部73A〜73Dから指定
回転位置Pref が与えられる場合には、ロータ軸回転角
度検出処理ブロック130によりレジスタ129に格納
されるロータ軸磁極回転角度Pm1に基づいて出力軸94
(図9)の回転位置Pm を算出すると共に、この回転位
置Pm を用いて次式
位置Pref に対する目標の回転速度Vmrefと、出力軸の
現在の回転速度Vm とを算出する。そしてこのようにし
て得られた(1)式及び(2)式から次式
クT0 を算出する。
転速度Vref が与えられる場合には、(2)式を用いて
出力軸94の現在の回転速度Vm を算出し、この回転速
度Vm に基づいて次式
を算出する。またサブ制御部73A〜73Dから指定回
転トルクTref が与えられる場合には、これをそのまま
目標回転トルクT0 とする。
はラプラス演算子を示し、Kpp、Kvi及びKvpはそれぞ
れサブ制御部により設定される制御ゲインパラメータを
表す。この制御ゲインパラメータKpp、Kvi及びKvpの
値を変化させることにより、指定回転角度Pref や指定
回転速度Vref に対するモータM−1〜M−14の応答
を変化させることができる。
ード時におけるCPU148の具体的な処理手順を図2
0に示す。
Dから指定回転角度Pref が与えられた場合、まずレジ
スタ129に格納された第1及び第2の絶対角度センサ
データD1A、D1Bに基づいてロータ軸94の磁極回
転数(以下、ロータ軸磁極回転数と呼ぶ)Nm を算出す
る(ステップSP1)。
軸94の回転に伴いロータ軸磁極角度センサ110の第
1〜第4のホール素子114A〜114Dにより検出さ
れる樹脂マグネット113の隣接する一対のN極及びS
極による磁束変化を1回転とする回転数と定義する。こ
の実施の形態においては、樹脂マグネット113は4極
に着磁されているため、ロータ軸94が機械的に1回転
するとロータ軸磁極回転数Nm は2となる。
21に示すロータ軸磁極回転数検出処理手順に従って、
それぞれsinθg 、cosθg で表される第1及び第
2の1回転絶対角度センサ信号S1A、S1Bの位相θ
g をレジスタ41に格納された第1及び第2の絶対角度
センサデータD1A、D1Bに基づいてソフトウエア処
理により算出し(ステップSP1A)、この位相θg に
トルク増幅部3の遊星ギア機構部16のギア比Nを乗算
し(ステップSP1B)、この乗算結果を2πで割り算
してその割算結果の整数部分にロータ軸磁極角度センサ
110(図9)の樹脂マグネット113の磁極数(本実
施の形態においては4)の半分の値Npを乗算する(ス
テップSP1C)ことにより得ることができる。
に、このようにして算出したロータ軸磁極回転数Nm
と、レジスタ129に格納されたロータ軸磁極回転角度
データPm1とに基づき、次式
力軸106の回転角度Pm を算出する(ステップSP
2)。
f からこの回転角度Pm を減算することにより、指定回
転角度Pref に対する誤差(以下、これを回転角度誤差
と呼ぶ)Pe を検出する(ステップSP3)。
Pe に比例ゲインKppを乗算することにより、指定回転
角度Pref に対する目標回転角度Vmrefを算出する(ス
テップSP4)。
格納されたロータ軸磁極回転角度Pm1を微分することに
よりそのときの出力軸106の回転速度Vm を算出する
(ステップSP5)と共に、この後ステップSP4にお
いて算出した目標回転速度VmrefからステップSP5に
おいて算出した回転速度Vm を減算することにより速度
誤差Ve を算出する(ステップSP6)。
に次式
ンKvpを順次乗算する(ステップSP7及びステップS
P8)。これにより目標回転トルクT0 を得ることがで
きる。
処理モード時、サブ制御部73A〜73Dから指定回転
速度Vref が与えられているときにはこの処理をステッ
プSP6にから開始し、回転トルクTref が与えられて
いるときにはこれをそのまま目標回転トルクT0 として
レジスタ129に格納する。
におけるCPU148の処理 またCPU148は、シリアル通信処理モード時、サブ
制御部73A〜73Dと通信を行い、サブ制御部73A
〜73Dからの制御コマンドや変更パラメータを入力
し、またはモニタ用に内部信号をサブ制御部73A〜7
3Dに送出する。
関係 ここでこのように形成されたモータM−1〜M−14に
おけるモータ部90のU相、V相及びW相の各コイル9
9A〜99Fに印加する駆動電流Iu 、Iv 、Iw と、
出力軸106を介して外部に出力される回転トルク(以
下、出力トルクと呼ぶ)との関係について説明する。
〜99Fに駆動電流Iu 、Iv 、Iw を印加したときに
おけるこれらU相、V相及びW相の各コイル99A〜9
9Fの交差する磁束密度をφu 、φv 、φw とすると、
出力トルクT(θp )は、モータ部90のロータ軸94
の磁極角度θp を用いて次式
おいて、K0 は各コイル99A〜99Fに駆動電流Iu
、Iv 、Iw を印加したときの一定の係数値を表す。
A〜99Fに印加する駆動電流Iu、Iv 、Iw は、そ
れぞれ次式
φu 、φv 、φw はそれぞれ次式、
(9)式〜(14)式を(8)式に代入して、次式
各コイル99A〜99Fに印加する駆動電流Iu 、Iv
、Iw の大きさに比例した出力トルクが得られること
が分かる。
ニット14A、14Bのサブ制御部73Dは、歩行路面
が不整地面である場合においても当該ロボット10がバ
ランスを崩すことなく正しく歩行できるように足首関節
機構43の各モータM−13、M−14を制御する不整
地歩行制御処理を行うようになされている。
は、歩行路面に接地した足部44の裏面を当該歩行路面
の傾斜や凹凸に倣わせる(歩行路面の傾斜や凹凸に合わ
せて傾かせる)ように、足首関節機構43の各モータM
−13、M−14の回転を制御することにより行うこと
ができる。そしてこのような制御は、足首関節機構43
の各モータM−13、M−14の出力軸106(図9)
に与えられる外力が常に「0」となるように各モータM
−13、M−14の回転を制御することにより行うこと
ができる。
ブ制御部73Dにおいては、歩行動作時、メイン制御部
70(図7)から第1の時間間隔で各モータM−9〜M
−14の目標とすべき回転角度が与えられるごとに、特
に足首関節機構43の各モータM−13、M−14につ
いて図22に示す不整地歩行処理手順RT1に従って上
述のような不整地歩行制御を行うようになされている。
サブ制御部73Dは、メイン制御部70から足首関節機
構43の各モータM−13、M−14の目標とすべき回
転角度が与えられるとこの不整地歩行処理手順RT1を
ステップSP10において開始し、続くステップSP1
1において先行してメイン制御部70から与えられた足
首関節機構43の各モータM−13、M−14の目標と
すべき回転角度と、今回メイン制御部70から与えられ
たこれらモータM−13、M−14の目標とすべき回転
角度とから各モータM−13、M−14の制御周期であ
る1〔ms〕ごとの各モータM−13、M−14の指定回
転角度、指定回転速度又は指定回転トルクをそれぞれ算
出する。
御部73Dに0.5 秒ごとに各モータM−13、M−14
が目標とすべき回転角度が与えられる場合には、1〔m
s〕ごとの各モータM−13、M−14の指定回転角
度、指定回転速度又は指定回転トルクが時系列に合計50
個算出される。
P11において、内部カウンタにおいてカウントしてい
る指定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクの順
位(すなわちその指定回転角度、指定回転速度又は指定
回転トルクが時系列的な50個のうちの何番目かの順位)
を表すカウント値を「0」にリセットする。
SP12において内部カウンタのカウント値を1増加さ
せた後、ステップSP13に進んでそのカウント値に対
応する指定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルク
を足首関節機構43の各モータM−13、M−14に送
出する。
機構43の各モータM−13、M−14との通信により
これらモータM−13、M−14から、上述のようにパ
ワー基板112(図18)の各コイル駆動ブロック14
0A〜140C(図18)の電流センサ71(図18)
からそれぞれ出力された第1〜第3の駆動電流検出信号
S3A〜S3C(図18)を1チップマイクロコンピュ
ータ115(図19)の第1のアナログ/ディジタル変
換回路133(図19)においてディジタル変換するこ
とにより得られた第1〜第3の駆動電流検出データD3
A〜D3C(図19)が与えられる。
第3の駆動電流検出データD3A〜D3CをステップS
P14において各モータM−13、M−14から供給さ
れる第1〜第3の駆動電流検出データD3A〜D3Cを
取り込み、続くステップSP15においてこの第1〜第
3の駆動電流検出データD3A〜D3Cに基づいて足首
関節機構43の各モータM−13、M−14のそのとき
の出力トルクTm を算出する。
16に進んでこの出力トルクTm から予め記憶している
そのフォーム時に自重により各モータM−13、M−1
4の出力軸106に発生するトルクTg を減算すること
により、外力により各モータM−13、M−14の出力
軸106に生じたトルク(以下、これを外力トルクTf
と呼ぶ)をそれぞれ算出する。
プSP17に進んでこの算出した外力トルクTf の値が
「0」であるか否かを各モータM−13、M−14毎に
判断する。
結果を得ることは、例えば足部44が接地していないか
又は足部44の裏面が歩行路面の傾斜や凹凸に倣って接
地していることを意味し、このときサブ制御部74Dは
ステップSP12に戻り、この後1〔ms〕ごとにステッ
プSP2以降を同様に処理する。
定結果を得ることは、例えば足部44の裏面が歩行路面
の傾斜や凹凸に倣っていない状態で接地していることを
意味し、このときサブ制御部74Dは、ステップSP1
8に進んでそのモータM−13、M−14の出力軸10
8に与えられる外力トルクTf の値が「0」に近づくよ
うに、そのモータM−13、M−14に与える次の指定
回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクを修正した
後ステップSP12に戻り、この後1〔ms〕ごとにステ
ップSP2以降を同様に処理する。
脚部ユニット14A、14Bのサブ制御部73Dが必要
に応じて足首関節機構43のモータM−13、M−14
に与える指定回転角度、指定回転速度又は指定回転トル
クを修正することにより、不整地においてもバランスを
崩すことなく正しく歩行することができるようになされ
ている。
時、各脚部ユニット14A、14Bの足首関節機構43
の各モータM−13、M−14の出力軸106に与えら
れる外力トルクTf が常に「0」となるようにこれらモ
ータM−13、M−14の回転を制御する。
が傾斜や凹凸を有する不整地面であった場合においても
足部44の裏面を常に歩行路面に倣わせることができ、
その分安定した歩行を行うことができる。かくするにつ
きこのロボット10では、従来用いられていた不整地歩
行制御のための各種センサを省略することができる。
1〜M−14の内部にモータ部90を駆動制御するため
の制御基板111及びパワー基板112が収納されてい
るため、図8のように各サブ制御部73A〜73Dに対
して合計7本のケーブルを介して全てのモータM−1〜
M−14を接続することができ、その分ロボット全体と
しての配線量を低減することができる。
−1〜M−14としてモータ部90とトルク増幅部91
とが図9のようにコンパクトに一体化されたものを用い
ているため、モータ部90及びトルク増幅部91が別体
に構成されているものに比べて各関節機構(腰関節機構
22、首関節機構26、肩関節機構29、肘関節機構3
2、股関節機構36、膝関節機構41及び足首関節機構
43)の構成を簡易化でき、その分各関節機構(及びロ
ボット10)を小型化することができる。
ト10において、歩行動作時、各脚部ユニット14A、
14Bの足首関節機構43の各モータM−13、M−1
4の出力軸106に与えられる外力トルクTg が常に
「0」となるようにこれらモータM−13、M−14の
回転を制御するようにしたことにより、歩行路面が傾斜
や凹凸を有する不整地面であった場合においても常に安
定して歩行することができる。かくするにつき従来用い
られていた不整地歩行制御のための各種センサを省略す
ることができ、かくして構成を簡易化し得るロボットを
実現できる。
1〜M−14の内部にモータ部90を駆動制御するため
の制御基板111及びパワー基板112を収納するよう
にしたことにより、ロボット全体としての配線量を減ら
すことができ、その分より一層構成を簡易化させ得るロ
ボットを実現できる。
のロボット10に適用するようにした場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、この他種々のロボットに
広く適用することができる。この場合において、本願発
明のうちの関節機構の制御に関する発明については、4
足歩行型ロボットやこれ以外の脚式歩行型ロボットにも
広く適用することができる。また本願発明のうちの各関
節機構の駆動原としてモータ制御手段をモータ部内に設
ける発明については、歩行型ロボット以外のロボットに
も広く適用することができる。
明のうちの関節機構の制御に関する発明を、脚部ユニッ
ト14A、14Bのうちの第1のリンク(第1の構成
部)としての下腿部と、第2のリンク(第2の構成部)
としての足部44とを連結する足首関節43に適用する
ようにした場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、足首関節43以外の例えば手首関節などにも広く適
用することができる。
タM−1〜M−14の駆動電流Iv、Iu 、Iw (図1
8)を検出する電流検出手段としての電流センサ71を
図18のように設けられたコイルにより構成するように
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、適
用するアクチュエータの構成に応じてこの他種々の構成
を広く適用することができる。
センサ71(図18)により検出されたモータM−1
3、M−14の駆動電流Iv 、Iu 、Iw (図18)に
基づいて、モータM−13、M−14の出力軸106に
与えられる外力によるトルク(外力トルクTf を検出す
る外力トルク検出手段としての機能を各脚部ユニット1
4A、14Bのサブ制御部73Dに設けるようにした場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、このよう
な機能をモータM−13、M−14内の演算処理ブロッ
ク128(図19)にもたせるようにしても良い。
のように構成された各モータM−1〜M−14のモータ
部90を駆動制御するモータ制御手段としての制御基板
111及びパワー基板122を図17〜図21のように
構成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の構成を広く適用することがで
きる。
の制御装置において、関節機構のアクチュエータの駆動
電流の電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段
により検出された電流値に基づいて、アクチュエータの
出力軸に与えられる外力によるトルクの大きさを検出す
る外力トルク検出手段とを設けるようにしたことによ
り、第1又は第2のリンクに与えられる外力を求めるこ
とができる。かくするにつきこの外力を直接測定するた
めのセンサ等の設置を省略させて、全体としての構成を
簡易化させ得る関節機構の制御装置を実現できる。
において、関節機構を駆動するアクチュエータの駆動電
流の電流値を検出する第1のステップと、検出した電流
値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えられる外
力によるトルクの大きさを検出する第2のステップとを
設けるようにしたことにより、第1又は第2のリンクに
与えられる外力を求めることができる。かくするにつき
この外力を直接測定するためのセンサ等の設置を省略さ
せて、関節機構全体としての構成を簡易化させ得る関節
機構の制御装置を実現できる。
いて、関節機構のアクチュエータの駆動電流の電流値を
検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出され
た電流値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えら
れる外力によるトルクの大きさを検出する外力トルク検
出手段とを設けるようにしたことにより、第1又は第2
の構成部に与えられる外力を求めることができる。かく
するにつきこの外力を直接測定するためのセンサ等の設
置を省略させて、全体としての構成を簡易化させ得るロ
ボット装置を実現できる。
御方法において、アクチュエータの駆動電流の電流値を
検出する第1のステップと、検出した電流値に基づい
て、アクチュエータの出力軸に与えられる外力によるト
ルクの大きさを検出する第2のステップとを設けるよう
にしたことにより、第1又は第2の構成部に与えられる
外力を求めることができる。かくするにつき外力を直接
測定するためのセンサ等の設置を省略させて、ロボット
装置全体としての構成を簡易化させ得るロボット装置の
制御方法を実現できる。
ット装置において、足首関節機構に設けられ、足部を所
定軸回りに回転駆動するための回転トルクを生成するア
クチュエータと、アクチュエータの駆動電流の電流値を
検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出され
た電流値に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えら
れる外力によるトルクの大きさを検出する外力トルク検
出手段と、外力トルク検出手段の検出結果に基づいて、
アクチュエータの出力軸に与えられる外力によるトルク
がなくなるように、アクチュエータを制御する制御手段
とを設けるようにしたことにより、センサ等を必要とす
ることなく不整地面をバランスを崩さずに歩行すること
ができ、かくして全体としての構成を簡易化させ得るロ
ボット装置を実現できる。
ボット装置の制御方法において、足首関節機構に設けら
れ、足部を所定軸回りに回転駆動するための回転トルク
を生成するアクチュエータの駆動電流の電流値を検出す
る第1のステップと、検出された電流値に基づいて、ア
クチュエータの出力軸に与えられる外力によるトルクの
大きさを検出する第2のステップと、第2のステップの
検出結果に基づいて、アクチュエータの出力軸に与えら
れる外力によるトルクがなくなるように、アクチュエー
タを制御する第3のステップとを設けるようにしたこと
により、センサ等を必要とすることなくロボット装置に
不整地面をバランスを崩さずに歩行させるようにするこ
とができ、かくして全体としての構成を簡易化させ得る
ロボット装置の制御方法を実現できる。
て、アクチュエータに回転トルクを生成するモータ部
と、モータ部を駆動制御するモータ制御手段とを設け、
モータ制御手段をモータ部内に配設するようにしたこと
により、アクチュエータと外部との配線量を格段的に低
減させることができ、かくして構成を簡易化させ得る関
節装置を実現できる。
おいて、関節機構を駆動するアクチュエータに回転トル
クを生成するモータ部と、モータ部を駆動制御するモー
タ制御手段とを設け、モータ制御手段をモータ部内に配
設するようにしたことにより、関節機構の各アクチュエ
ータに対する配線量を格段的に低減することができ、か
くして構成を簡易化させ得るロボット装置を実現でき
る。
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
を示す概念図である。
側面図である。
視図である。
面図及び側面図である。
すブロック図である。
示すブロック図である。
示す略線図である。
供する部分的な断面図である。
である。
トの着磁パターンの説明に供する波形図である。
説明に供する波形図である。
る。
ブロック図である。
の演算処理の説明に供するブロック図である。
ック図である。
ある。
御部との接続関係を示すブロック図である。
頭部ユニット、13A、13B……腕部ユニット、14
A、14B……脚部ユニット、43……足首関節機構、
44……足部、70……メイン制御部、73A〜73D
……サブ制御部、106……出力軸、111……制御基
板、112……パワー基板、148……CPU、M−1
〜M14……モータ、RT1……不整地歩行制御処理手
順。
Claims (17)
- 【請求項1】駆動電流に応じた大きさの回転トルクを生
成するアクチュエータを有し、第1のリンクを所定軸回
りに回転自在に第2のリンクに連結すると共に、上記ア
クチュエータからその出力軸を介して出力される上記回
転トルクに基づいて上記第1のリンクを上記所定軸回り
に回転させる関節機構の制御装置において、 上記アクチュエータの上記駆動電流の電流値を検出する
電流検出手段と、 上記電流検出手段により検出された上記電流値に基づい
て、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる外力
によるトルクの大きさを検出する外力トルク検出手段と
を具えることを特徴とする関節機構の制御装置。 - 【請求項2】上記外力トルク検出手段の検出結果に基づ
いて、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる上
記外力によるトルクがなくなるように、上記アクチュエ
ータを制御する制御手段を具えることを特徴とする請求
項1に記載の関節機構の制御装置。 - 【請求項3】上記アクチュエータは、 供給される上記駆動電流に応じた上記回転トルクを生成
するモータ部と、 上記モータ部において発生した上記回転トルクを増幅し
て上記出力軸に伝達するトルク増幅部と、 外部から与えられる制御情報に基づく大きさの上記駆動
電流を上記モータ部に与えるようにして上記モータ部を
制御するモータ制御手段とを具え、 上記モータ制御手段が上記モータ部内に設けられたこと
を特徴とする請求項1に記載の関節機構の制御装置。 - 【請求項4】駆動電流に応じた大きさの回転トルクを生
成するアクチュエータを有し、第1のリンクを所定軸回
りに回転自在に第2のリンクに連結すると共に、上記ア
クチュエータからその出力軸を介して出力される上記回
転トルクに基づいて上記第1のリンクを上記所定軸回り
に回転させる関節機構の制御方法において、 上記アクチュエータの上記駆動電流の電流値を検出する
第1のステップと、 検出した上記電流値に基づいて、上記アクチュエータの
上記出力軸に与えられる外力によるトルクの大きさを検
出する第2のステップとを具えることを特徴とする関節
機構の制御方法。 - 【請求項5】上記第2のステップの検出結果に基づい
て、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる上記
外力によるトルクがなくなるように、上記アクチュエー
タを制御する第3のステップを具えることを特徴とする
請求項4に記載の関節機構の制御方法。 - 【請求項6】駆動電流に応じた大きさの回転トルクを生
成するアクチュエータを有し、第1の構成部を所定軸回
りに回転自在に第2の構成部に連結すると共に、上記ア
クチュエータからその出力軸を介して出力される上記回
転トルクに基づいて上記第1の構成部を上記所定軸回り
に回転させる関節機構を有するロボット装置において、 上記アクチュエータの上記駆動電流の電流値を検出する
電流検出手段と、 上記電流検出手段により検出された上記電流値に基づい
て、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる外力
によるトルクの大きさを検出する外力トルク検出手段と
を具えることを特徴とするロボット装置。 - 【請求項7】上記外力トルク検出手段の検出結果に基づ
いて、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる上
記外力によるトルクがなくなるように、上記アクチュエ
ータを制御する制御手段を具えることを特徴とする請求
項6に記載のロボット装置。 - 【請求項8】上記アクチュエータは、 供給される上記駆動電流に応じた上記回転トルクを発生
するモータ部と、 上記モータ部において発生した上記回転トルクを増幅し
て上記出力軸に伝達するトルク増幅部と、 外部から与えられる制御情報に基づく大きさの上記駆動
電流を上記モータ部に与えるようにして上記モータ部を
制御するモータ制御手段とを具え、 上記モータ制御手段が上記モータ部内に設けられたこと
を特徴とする請求項6に記載のロボット装置。 - 【請求項9】駆動電流に応じた大きさの回転トルクを発
生するアクチュエータを有し、第1の構成部を所定軸回
りに回転自在に第2の構成部に連結すると共に、上記ア
クチュエータからその出力軸を介して出力される上記回
転トルクに基づいて上記第1の構成部を上記所定軸回り
に回転させる関節機構を有するロボット装置の制御方法
において、 上記アクチュエータの上記駆動電流の電流値を検出する
第1のステップと、 検出した上記電流値に基づいて、上記アクチュエータの
上記出力軸に与えられる外力によるトルクの大きさを検
出する第2のステップとを具えることを特徴とするロボ
ット装置の制御方法。 - 【請求項10】上記第2のステップの検出結果に基づい
て、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる上記
外力によるトルクがなくなるように、上記アクチュエー
タを制御する第3のステップを具えることを特徴とする
請求項10に記載のロボット装置の制御方法。 - 【請求項11】それぞれ大腿部に膝関節機構を介して下
腿部が連結されると共に当該下腿部に足首関節機構を介
して足部が連結されてなる一対の脚部ユニットを有し、
各上記脚部ユニットの足部を順次交互に歩行路面に接地
させながら各上記脚部ユニットをそれぞれ所定パターン
で駆動するようにして歩行動作を行うようになされたロ
ボット装置において、 上記足首関節機構に設けられ、上記足部を所定軸回りに
回転駆動するための駆動電流に応じた大きさの回転トル
クを生成するアクチュエータと、 上記アクチュエータの上記駆動電流の電流値を検出する
電流検出手段と、 上記電流検出手段により検出された上記電流値に基づい
て、上記アクチュエータの上記出力軸に与えられる外力
によるトルクの大きさを検出する外力トルク検出手段
と、 上記外力トルク検出手段の検出結果に基づいて、上記ア
クチュエータの上記出力軸に与えられる上記外力による
トルクがなくなるように、上記アクチュエータを制御す
る制御手段とを具えることを特徴とするロボット装置。 - 【請求項12】上記アクチュエータは、 供給される上記駆動電流に応じた上記回転トルクを発生
するモータ部と、 上記モータ部において発生した上記回転トルクを増幅し
て上記出力軸に伝達するトルク増幅部と、 外部から与えられる制御情報に基づく大きさの上記駆動
電流を上記モータ部に与えるようにして上記モータ部を
制御するモータ制御手段とを具え、 上記モータ制御手段が上記モータ部内に設けられたこと
を特徴とする請求項11に記載のロボット装置。 - 【請求項13】それぞれ大腿部に膝関節機構を介して下
腿部が連結されると共に当該下腿部に足首関節機構を介
して足部が連結されてなる一対の脚部ユニットを有し、
各上記脚部ユニットの足部を順次交互に歩行路面に接地
させながら各上記脚部ユニットをそれぞれ所定パターン
で駆動するようにして歩行動作を行うようになされたロ
ボット装置の制御方法において、 上記足首関節機構に設けられ、上記足部を所定軸回りに
回転駆動するための駆動電流に応じた大きさの回転トル
クを生成するアクチュエータに供給される上記駆動電流
の電流値を検出する第1のステップと、 検出された上記電流値に基づいて、上記アクチュエータ
の上記出力軸に与えられる外力によるトルクの大きさを
検出する第2のステップと、 上記第2のステップの検出結果に基づいて、上記アクチ
ュエータの上記出力軸に与えられる上記外力によるトル
クがなくなるように、上記アクチュエータを制御する第
3のステップとを具えることを特徴とするロボット装置
の制御方法。 - 【請求項14】第1のリンクを所定軸回りに回転自在に
第2のリンクに連結する関節装置において、 上記第1のリンクを上記所定軸回りに回転駆動するため
の回転トルクを生成するアクチュエータを有し、 上記アクチュエータは、 上記回転トルクを生成するモータ部と、 上記モータ部を駆動制御するモータ制御手段とを具え、 上記モータ制御手段が上記モータ部内に設けられたこと
を特徴とする関節装置。 - 【請求項15】上記モータ部から出力される上記回転ト
ルクを増幅するトルク増幅手段を具え、 上記モータ部及び上記トルク増幅手段が一体化されたこ
とを特徴とする請求項14に記載の関節装置。 - 【請求項16】第1の構成部を所定軸回りに回転自在に
第2の構成部に連結する関節機構を有するロボット装置
において、 上記第1の構成部を上記所定軸回りに回転駆動するため
の回転トルクを生成するアクチュエータを有し、 上記アクチュエータは、 上記回転トルクを生成するモータ部と、 上記モータ部を駆動制御するモータ制御手段とを具え、 上記モータ制御手段が上記モータ部内に設けられたこと
を特徴とするロボット装置。 - 【請求項17】上記モータ部から出力される上記回転ト
ルクを増幅するトルク増幅手段を具え、 上記モータ部及び上記トルク増幅手段が一体化されたこ
とを特徴とする請求項16に記載のロボット装置。
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