JP2003159676A - 脚式移動ロボットの制御方法 - Google Patents
脚式移動ロボットの制御方法Info
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- JP2003159676A JP2003159676A JP2001351121A JP2001351121A JP2003159676A JP 2003159676 A JP2003159676 A JP 2003159676A JP 2001351121 A JP2001351121 A JP 2001351121A JP 2001351121 A JP2001351121 A JP 2001351121A JP 2003159676 A JP2003159676 A JP 2003159676A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的遅いサンプリング周期でZMP安定度
判別規範を用いながら機体の姿勢安定制御を行なう。 【解決手段】 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸
モーメントがゼロとなるZMPの位置と機体が床面から
受ける床反力で定義されるZMP挙動空間を定義し、こ
のZMP挙動空間の定義を基にZMP安定位置を求め
る。路面との接触状況に応じてZMP挙動空間に与える
空間歪みを動的に制御して、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるようにして、機体の姿勢安定制御を容
易な状態にする。
判別規範を用いながら機体の姿勢安定制御を行なう。 【解決手段】 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸
モーメントがゼロとなるZMPの位置と機体が床面から
受ける床反力で定義されるZMP挙動空間を定義し、こ
のZMP挙動空間の定義を基にZMP安定位置を求め
る。路面との接触状況に応じてZMP挙動空間に与える
空間歪みを動的に制御して、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるようにして、機体の姿勢安定制御を容
易な状態にする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも複数本
の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法に係り、
特に、可動脚によって歩行やその他の脚式作業を行う脚
式移動ロボットの制御方法に関する。
の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法に係り、
特に、可動脚によって歩行やその他の脚式作業を行う脚
式移動ロボットの制御方法に関する。
【0002】更に詳しくは、本発明は、いわゆるZMP
(Zero Moment Point)を安定度判別規範として用いな
がら脚式作業時における機体の姿勢安定制御を行なう脚
式移動ロボットの制御方法に係り、特に、比較的遅いサ
ンプリング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機
体の姿勢安定制御を行なう脚式移動ロボットの制御方法
に関する。
(Zero Moment Point)を安定度判別規範として用いな
がら脚式作業時における機体の姿勢安定制御を行なう脚
式移動ロボットの制御方法に係り、特に、比較的遅いサ
ンプリング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機
体の姿勢安定制御を行なう脚式移動ロボットの制御方法
に関する。
【0003】
【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROBO
TA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは1960年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット(industrial robot)であった。
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROBO
TA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは1960年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット(industrial robot)であった。
【0004】最近では、ヒトやサルなどの2足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。2足直立による脚式移動は、クローラ
式や、4足又は6足式などに比し不安定で姿勢制御や歩
行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上
に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な
歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。2足直立による脚式移動は、クローラ
式や、4足又は6足式などに比し不安定で姿勢制御や歩
行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上
に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な
歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。
【0005】ヒトの生体メカニズムや動作を再現した脚
式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、若しくは
「人間型」のロボット(humanoid robot)と呼ぶ。人間
型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境その
他の日常生活上のさまざまな場面における人的活動の支
援などを行うことができる。
式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、若しくは
「人間型」のロボット(humanoid robot)と呼ぶ。人間
型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境その
他の日常生活上のさまざまな場面における人的活動の支
援などを行うことができる。
【0006】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
2足直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様
式に合わせて形成されている。言い換えれば、人間の住
空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の
機械システムが移動するのには多くの障壁が存在する。
したがって、機械システムすなわちロボットがさまざま
な人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透し
ていくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれ
とほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動ロ
ボットの実用化が大いに期待されている所以でもある。
2足直立歩行を行うことは、ロボットが人間の住環境と
の親和性を高める上で必須であると言える。
2足直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様
式に合わせて形成されている。言い換えれば、人間の住
空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の
機械システムが移動するのには多くの障壁が存在する。
したがって、機械システムすなわちロボットがさまざま
な人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透し
ていくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれ
とほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動ロ
ボットの実用化が大いに期待されている所以でもある。
2足直立歩行を行うことは、ロボットが人間の住環境と
の親和性を高める上で必須であると言える。
【0007】2足の脚式移動ロボットに関する姿勢制御
や安定歩行に関する技術は既に数多提案されている。こ
こで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚
を使って移動すること」と定義することができる。ロボ
ットの姿勢安定制御は、ロボットの転倒を回避する上で
非常に重要である。何故ならば、転倒は、ロボットが実
行中の作業を中断することを意味し、且つ、転倒状態か
ら起き上がって作業を再開するために相当の労力や時間
が払われるからである。また、何よりも、転倒によっ
て、ロボット本体自体、あるいは転倒するロボットと衝
突する相手側の物体にも、致命的な損傷を与えてしまう
危険があるからである。
や安定歩行に関する技術は既に数多提案されている。こ
こで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚
を使って移動すること」と定義することができる。ロボ
ットの姿勢安定制御は、ロボットの転倒を回避する上で
非常に重要である。何故ならば、転倒は、ロボットが実
行中の作業を中断することを意味し、且つ、転倒状態か
ら起き上がって作業を再開するために相当の労力や時間
が払われるからである。また、何よりも、転倒によっ
て、ロボット本体自体、あるいは転倒するロボットと衝
突する相手側の物体にも、致命的な損傷を与えてしまう
危険があるからである。
【0008】脚式移動ロボットの姿勢安定制御や歩行時
の転倒防止に関する提案の多くは、ZMP(Zero Momen
t Point)を歩行の安定度判別の規範として用いてい
る。ZMPによる安定度判別規範は、歩行系から路面に
は重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から
歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメン
トとバランスするという「ダランベールの原理」に基づ
く。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成
する支持多角形(すなわちZMP安定領域)の辺上ある
いはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロ
となる点、すなわち「ZMP(Zero Moment Point)」
が存在する。
の転倒防止に関する提案の多くは、ZMP(Zero Momen
t Point)を歩行の安定度判別の規範として用いてい
る。ZMPによる安定度判別規範は、歩行系から路面に
は重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から
歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメン
トとバランスするという「ダランベールの原理」に基づ
く。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成
する支持多角形(すなわちZMP安定領域)の辺上ある
いはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロ
となる点、すなわち「ZMP(Zero Moment Point)」
が存在する。
【0009】要約すれば、ZMP規範とは、「歩行のあ
らゆる瞬間において、ZMPが足部と路面とが形成する
支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボットが路面に押
す方向の力が作用すれば、ロボットが転倒(機体が回転
運動)することなく安定に歩行できる」とするものであ
る。
らゆる瞬間において、ZMPが足部と路面とが形成する
支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボットが路面に押
す方向の力が作用すれば、ロボットが転倒(機体が回転
運動)することなく安定に歩行できる」とするものであ
る。
【0010】ZMP規範に基づく2足歩行パターン生成
によれば、足底着地点をあらかじめ設定することがで
き、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し
易いなどの利点がある。また、ZMPを安定度判別規範
とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値と
して扱うことを意味するので、技術的に実現可能性が高
まる。
によれば、足底着地点をあらかじめ設定することがで
き、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し
易いなどの利点がある。また、ZMPを安定度判別規範
とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値と
して扱うことを意味するので、技術的に実現可能性が高
まる。
【0011】なお、ZMPの概念並びにZMPを歩行ロ
ボットの安定度判別規範に適用する点については、Miom
ir Vukobratovic著"LEGGED LOCOMOTION ROBOTS"(加藤
一郎外著『歩行ロボットと人工の足』(日刊工業新聞
社))に記載されている。
ボットの安定度判別規範に適用する点については、Miom
ir Vukobratovic著"LEGGED LOCOMOTION ROBOTS"(加藤
一郎外著『歩行ロボットと人工の足』(日刊工業新聞
社))に記載されている。
【0012】従来、ZMPを安定度判別規範とするロボ
ットの姿勢安定制御や歩行制御は、ZMP位置がZMP
安定領域から逸脱したら安定領域に再び戻るように補正
制御をかけるというのが一般的である。言い換えれば、
通常の動作期間中、ZMPは自由に移動することができ
るが、その移動量がある領域を越えたときにはじめて脚
部などの各関節駆動を制御して、事後的にZMP位置を
制御する。
ットの姿勢安定制御や歩行制御は、ZMP位置がZMP
安定領域から逸脱したら安定領域に再び戻るように補正
制御をかけるというのが一般的である。言い換えれば、
通常の動作期間中、ZMPは自由に移動することができ
るが、その移動量がある領域を越えたときにはじめて脚
部などの各関節駆動を制御して、事後的にZMP位置を
制御する。
【0013】例えば、特開平5−305579号公報に
記載の脚式移動ロボットは、ZMPがゼロとなる床面上
の点を目標値に一致させるようにして安定歩行を行うよ
うになっている。
記載の脚式移動ロボットは、ZMPがゼロとなる床面上
の点を目標値に一致させるようにして安定歩行を行うよ
うになっている。
【0014】また、特開平5−305581号公報に記
載の脚式移動ロボットは、ZMPが支持多面体(多角
形)内部、又は、着地、離床時にZMPが支持多角形の
端部から少なくとも所定の余裕を有する位置にあるよう
に構成した。この場合、外乱などを受けても所定距離だ
けZMPの余裕があり、歩行時の機体の安定性が向上す
る。
載の脚式移動ロボットは、ZMPが支持多面体(多角
形)内部、又は、着地、離床時にZMPが支持多角形の
端部から少なくとも所定の余裕を有する位置にあるよう
に構成した。この場合、外乱などを受けても所定距離だ
けZMPの余裕があり、歩行時の機体の安定性が向上す
る。
【0015】また、特開平5−305583号公報に
は、脚式移動ロボットの歩き速度をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、あら
かじめ設定された歩行パターン・データを用い、ZMP
を目標位置に一致させるように脚部関節を駆動するとと
もに、上体の傾斜を検出してその検出値に応じて設定さ
れた歩行パターン・データの吐き出し速度を変更する。
未知の凹凸を踏んでロボットが例えば前傾するときは、
吐き出し速度を速めることで姿勢を回復することができ
る。またZMPを目標位置に制御するので、両脚支持期
で吐き出し速度を変更しても支障がない。
は、脚式移動ロボットの歩き速度をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、あら
かじめ設定された歩行パターン・データを用い、ZMP
を目標位置に一致させるように脚部関節を駆動するとと
もに、上体の傾斜を検出してその検出値に応じて設定さ
れた歩行パターン・データの吐き出し速度を変更する。
未知の凹凸を踏んでロボットが例えば前傾するときは、
吐き出し速度を速めることで姿勢を回復することができ
る。またZMPを目標位置に制御するので、両脚支持期
で吐き出し速度を変更しても支障がない。
【0016】また、特開平5−305585号公報に
は、脚式移動ロボットの着地位置をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置と実測
位置とのずれを検出し、それを解消するように脚部の一
方又は双方を駆動するか、又はZMP目標位置まわりに
モーメントを検出してそれが零になるように脚部を駆動
することで、安定歩行を実現する。
は、脚式移動ロボットの着地位置をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、同公
報に記載の脚式移動ロボットは、ZMP目標位置と実測
位置とのずれを検出し、それを解消するように脚部の一
方又は双方を駆動するか、又はZMP目標位置まわりに
モーメントを検出してそれが零になるように脚部を駆動
することで、安定歩行を実現する。
【0017】また、特開平5−305586号公報に
は、脚式移動ロボットの傾斜姿勢をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、ZM
P目標位置まわりのモーメントを検出し、モーメントが
生じたときは、それが零になるように脚部を駆動するこ
とで安定歩行を行う。
は、脚式移動ロボットの傾斜姿勢をZMP目標位置によ
って制御する点について開示している。すなわち、ZM
P目標位置まわりのモーメントを検出し、モーメントが
生じたときは、それが零になるように脚部を駆動するこ
とで安定歩行を行う。
【0018】上述したロボットの姿勢安定度制御は、足
底接地点と路面の形成する支持多角形すなわちZMP安
定領域の辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モ
ーメントがゼロとなる点を探索することを基本動作とす
る。また、ZMP位置がZMP安定領域から逸脱したら
安定領域に再び戻るように補正制御をかけるというもの
である。
底接地点と路面の形成する支持多角形すなわちZMP安
定領域の辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モ
ーメントがゼロとなる点を探索することを基本動作とす
る。また、ZMP位置がZMP安定領域から逸脱したら
安定領域に再び戻るように補正制御をかけるというもの
である。
【0019】しかしながら、ZMP規範は、ロボットの
機体及び路面が剛体に限りなく近い(すなわち、どのよ
うな力やモーメントが作用しても変形したり動いたりす
ることはない)と仮定できることを前提として適用する
ことができる規範に過ぎない。言い換えれば、ロボット
や路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP規範を満たしても
(ZMPが支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボット
が路面に押す方向の力を作用させている)、不安定なZ
MPを安定させるために、ロボットの姿勢が不安定にな
ってしまう。特に、ロボットの重心が低くなるほど機体
に高速な回転運動が発生して、安定歩行の実現が困難に
なる。
機体及び路面が剛体に限りなく近い(すなわち、どのよ
うな力やモーメントが作用しても変形したり動いたりす
ることはない)と仮定できることを前提として適用する
ことができる規範に過ぎない。言い換えれば、ロボット
や路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP規範を満たしても
(ZMPが支持多角形の内側に存在し、且つ、ロボット
が路面に押す方向の力を作用させている)、不安定なZ
MPを安定させるために、ロボットの姿勢が不安定にな
ってしまう。特に、ロボットの重心が低くなるほど機体
に高速な回転運動が発生して、安定歩行の実現が困難に
なる。
【0020】図1及び図2には、ロボットや路面が限り
なく剛体に近い理想的なモデルの場合と、現実には剛体
ではない場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)をそれぞれ示している。
なく剛体に近い理想的なモデルの場合と、現実には剛体
ではない場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)をそれぞれ示している。
【0021】ロボットや路面が限りなく剛体に近い理想
的な場合には、そのZMP挙動空間においては、図1に
示すように、算出されたZMP安定領域内のいずれのZ
MP位置においてもロボットに変形量(若しくは運動
量)は発生しない。言い換えれば、いずれのZMP位置
においても、ロボットは機体の姿勢安定性を失うことは
ない。
的な場合には、そのZMP挙動空間においては、図1に
示すように、算出されたZMP安定領域内のいずれのZ
MP位置においてもロボットに変形量(若しくは運動
量)は発生しない。言い換えれば、いずれのZMP位置
においても、ロボットは機体の姿勢安定性を失うことは
ない。
【0022】しかしながら、実システムにおけるZMP
挙動空間では、ロボットや路面は剛体ではなく、算出さ
れたZMP安定領域内であっても、ZMP位置によって
はロボットに変形量(若しくは運動量)が発生してしま
う。図2に示す例では、ZMP安定領域内の略中央付近
においては、ロボットに変形量(若しくは運動量)は発
生しないので、そのままの状態ではロボットは機体の姿
勢安定性を失うことはない。しかしながら、ZMP位置
がZMP安定領域の中央から離れるにつれて、ロボット
の変形量(若しくは運動量)は、負方向に増大してい
く。
挙動空間では、ロボットや路面は剛体ではなく、算出さ
れたZMP安定領域内であっても、ZMP位置によって
はロボットに変形量(若しくは運動量)が発生してしま
う。図2に示す例では、ZMP安定領域内の略中央付近
においては、ロボットに変形量(若しくは運動量)は発
生しないので、そのままの状態ではロボットは機体の姿
勢安定性を失うことはない。しかしながら、ZMP位置
がZMP安定領域の中央から離れるにつれて、ロボット
の変形量(若しくは運動量)は、負方向に増大してい
く。
【0023】図1並びに図2に示すようなZMP挙動空
間は、ZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義
される。このZMP挙動空間におけるロボットの変形量
(若しくは運動量)の正負は、負がZMPを安定領域の
縁に移動させようとする空間歪みを生じさせる方向とな
り、正がZMPを安定領域の中心に移動させようとする
空間歪みを生じさせる方向となる。したがって、図2に
示したように、ZMP位置がZMP安定領域の中央から
離れるにつれてロボットの変形量(若しくは運動量)が
負方向に増大していくことは、ZMP安定領域内であり
ながら、ロボットはZMP安定領域の縁に向かうように
変形していき、やがては機体が転倒してしまうことにな
る。
間は、ZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義
される。このZMP挙動空間におけるロボットの変形量
(若しくは運動量)の正負は、負がZMPを安定領域の
縁に移動させようとする空間歪みを生じさせる方向とな
り、正がZMPを安定領域の中心に移動させようとする
空間歪みを生じさせる方向となる。したがって、図2に
示したように、ZMP位置がZMP安定領域の中央から
離れるにつれてロボットの変形量(若しくは運動量)が
負方向に増大していくことは、ZMP安定領域内であり
ながら、ロボットはZMP安定領域の縁に向かうように
変形していき、やがては機体が転倒してしまうことにな
る。
【0024】このため、計算上はロボットのZMP位置
はZMP安定領域内に居ながらも、ZMP安定領域の中
心に戻すように機体の姿勢制御を常に実行していなけれ
ばならない。このようにZMP位置を絶え間なく中心に
戻すような制御方式の代表例は「倒立振子」である。し
かしながら、この場合、高速(すなわち、サンプリング
周期が極めて短い)な制御を行なわなければならず、姿
勢制御のための計算機負荷が増大してしまう。
はZMP安定領域内に居ながらも、ZMP安定領域の中
心に戻すように機体の姿勢制御を常に実行していなけれ
ばならない。このようにZMP位置を絶え間なく中心に
戻すような制御方式の代表例は「倒立振子」である。し
かしながら、この場合、高速(すなわち、サンプリング
周期が極めて短い)な制御を行なわなければならず、姿
勢制御のための計算機負荷が増大してしまう。
【0025】つまり、ZMP安定度判別規範は、ロボッ
トや路面が剛体であるという、現実には満たすことが困
難な前提条件を含む理想的な環境下での歩行の実現を目
標とした安定度判別規範に過ぎない。したがって、人間
の住環境で安定した動歩行を自律的に継続するために
は、ZMPの存在空間の安定性を考慮したロボット・シ
ステム構成方法を考案することが肝要である。
トや路面が剛体であるという、現実には満たすことが困
難な前提条件を含む理想的な環境下での歩行の実現を目
標とした安定度判別規範に過ぎない。したがって、人間
の住環境で安定した動歩行を自律的に継続するために
は、ZMPの存在空間の安定性を考慮したロボット・シ
ステム構成方法を考案することが肝要である。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、いわ
ゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規範と
して用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定制御
を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボット
の制御方法を提供することにある。
ゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規範と
して用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定制御
を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボット
の制御方法を提供することにある。
【0027】本発明の更なる目的は、比較的遅いサンプ
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することにある。
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することにある。
【0028】本発明の更なる目的は、人間の住環境で安
定した動歩行を自律的に継続するようなZMP挙動空間
を形成することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することにある。
定した動歩行を自律的に継続するようなZMP挙動空間
を形成することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することにある。
【0029】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方
法であって、機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モ
ーメントがゼロとなるZMPの位置と機体が床面から受
ける床反力で定義されるZMP挙動空間を制御するZM
P挙動空間制御ステップを備え、前記ZMP挙動空間制
御ステップはあらかじめZMP挙動空間に所定の歪みを
与えている、ことを特徴とする脚式移動ロボットの制御
方法である。
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方
法であって、機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モ
ーメントがゼロとなるZMPの位置と機体が床面から受
ける床反力で定義されるZMP挙動空間を制御するZM
P挙動空間制御ステップを備え、前記ZMP挙動空間制
御ステップはあらかじめZMP挙動空間に所定の歪みを
与えている、ことを特徴とする脚式移動ロボットの制御
方法である。
【0030】[従来の技術]の欄でも既に説明したよう
にZMP安定度判別規範は、ロボットの機体及び路面が
剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用すること
ができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや路面が
剛体に限りなく近いと仮定できないので、印加される力
に対するロボットの変形量を適切に且つ比較的短いサン
プリング周期で管理しないと、ZMPが存在している空
間自体が不安定になってしまい、仮にロボットの姿勢が
ZMP安定度判別規範を満たしても、不安定なZMPを
安定させるために、ロボットの姿勢が不安定になってし
まう。
にZMP安定度判別規範は、ロボットの機体及び路面が
剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用すること
ができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや路面が
剛体に限りなく近いと仮定できないので、印加される力
に対するロボットの変形量を適切に且つ比較的短いサン
プリング周期で管理しないと、ZMPが存在している空
間自体が不安定になってしまい、仮にロボットの姿勢が
ZMP安定度判別規範を満たしても、不安定なZMPを
安定させるために、ロボットの姿勢が不安定になってし
まう。
【0031】そこで、本発明の第1の側面に係る脚式移
動ロボットの制御方法は、ZMP(Zero Moment Poin
t)を姿勢の安定度判別の規範として採用するが、ロボ
ットの機体の変形量や運動量を考慮して安定したZMP
の存在空間を持つ機体動作の制御方法を採用する。
動ロボットの制御方法は、ZMP(Zero Moment Poin
t)を姿勢の安定度判別の規範として採用するが、ロボ
ットの機体の変形量や運動量を考慮して安定したZMP
の存在空間を持つ機体動作の制御方法を採用する。
【0032】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が前記可動脚の足底接地点と路面とが形成する
支持多角形からなるZMP安定領域の中央からZMP位
置が外れるにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の
中央に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量
が生じるようにZMP挙動空間に空間歪みを与える。あ
るいは、前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前記床
反力に応じてロボットの変形量又は運動量若しくは方向
が変化するような所定の特性をZMP挙動空間に与える
ようにする。
MP位置が前記可動脚の足底接地点と路面とが形成する
支持多角形からなるZMP安定領域の中央からZMP位
置が外れるにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の
中央に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量
が生じるようにZMP挙動空間に空間歪みを与える。あ
るいは、前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前記床
反力に応じてロボットの変形量又は運動量若しくは方向
が変化するような所定の特性をZMP挙動空間に与える
ようにする。
【0033】すなわち、本発明の第1の側面に係る脚式
移動ロボットの制御方法によれば、ZMP位置の移動量
が所定の領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始
するのではなく、あらかじめロボットの姿勢が安定する
ような空間歪みを与えるようにしているので、機体の制
御機構が充分な応答速度を持たない場合であっても、外
乱などに対して高いロバスト性を得ることができる。
移動ロボットの制御方法によれば、ZMP位置の移動量
が所定の領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始
するのではなく、あらかじめロボットの姿勢が安定する
ような空間歪みを与えるようにしているので、機体の制
御機構が充分な応答速度を持たない場合であっても、外
乱などに対して高いロバスト性を得ることができる。
【0034】ここで、前記ZMP挙動空間制御ステップ
では、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形
量又は運動量の極小点を設定するようにしてもよい。こ
のような場合、常に姿勢が安定する方向に機体の変形量
や運動量が生ずるので、姿勢安定性を保つことが容易と
なる。また、比較的低いサンプリング周期であっても、
充分な姿勢安定制御を行うことができる。
では、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形
量又は運動量の極小点を設定するようにしてもよい。こ
のような場合、常に姿勢が安定する方向に機体の変形量
や運動量が生ずるので、姿勢安定性を保つことが容易と
なる。また、比較的低いサンプリング周期であっても、
充分な姿勢安定制御を行うことができる。
【0035】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量
又は運動量の極小点を設定するとともに、前記ZMP安
定領域の境界近くで機体の変形量又は運動量の極大点を
設定するようにしてもよい。
は、前記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量
又は運動量の極小点を設定するとともに、前記ZMP安
定領域の境界近くで機体の変形量又は運動量の極大点を
設定するようにしてもよい。
【0036】このような場合、極大点に挟まれた領域で
は、ZMP位置が常にZMP安定領域の中心に向かうよ
うにロボットの機体の変形量又は運動量が生じるので、
姿勢安定性を保つことが容易となり、また、比較的低い
サンプリング周期であっても充分な姿勢安定制御を行う
ことができる。これに対し、極大点を越えた時点から
は、ZMP位置がZMP安定領域の外側に向かうような
変形量又は運動量が生じるので、ロボットは「姿勢安定
モード」から「転倒モード」に転じる。
は、ZMP位置が常にZMP安定領域の中心に向かうよ
うにロボットの機体の変形量又は運動量が生じるので、
姿勢安定性を保つことが容易となり、また、比較的低い
サンプリング周期であっても充分な姿勢安定制御を行う
ことができる。これに対し、極大点を越えた時点から
は、ZMP位置がZMP安定領域の外側に向かうような
変形量又は運動量が生じるので、ロボットは「姿勢安定
モード」から「転倒モード」に転じる。
【0037】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
【0038】このような場合、単脚支持後期の立脚にお
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
【0039】なお、ロボットの総重量を100としたと
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
【0040】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持後期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
【0041】このような場合、単脚支持後期の立脚にお
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
【0042】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持後期の立脚に対して、進行方向と直交方向
において、床反力が小さいときにはZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が生じるよう
な空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行方向
において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボッ
トの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大き
くなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から
外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向
かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。
は、単脚支持後期の立脚に対して、進行方向と直交方向
において、床反力が小さいときにはZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が生じるよう
な空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行方向
において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボッ
トの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大き
くなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から
外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に向
かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。
【0043】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには単脚支
持後期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには単脚支
持後期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
【0044】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持後期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
は、単脚支持後期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
【0045】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
【0046】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
【0047】このような場合、ZMP位置の機体外側へ
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の外側に移動したときには該立脚は外
側に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が内側又は外側のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は内側に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の外側に移動したときには該立脚は外
側に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が内側又は外側のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
【0048】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、両脚支持期の立脚に対して、ロボットの変形量若し
くは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央付
近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大とともに
該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空間
歪みを与えるようにしてもよい。
【0049】このような場合、ZMP位置の機体前方へ
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方に移動
したときには該立脚は前方に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の後方に移動したときには該立脚は後
方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が前方又は後方のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
の移動量にほぼ線形的に立脚の曲がり量が減少する。床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方に移動
したときには該立脚は前方に向かって曲がるとともに、
ZMP位置が機体の後方に移動したときには該立脚は後
方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるにつれて、
ZMP位置が前方又は後方のいずれに移動しても該立脚
は曲がり難くなるように構成されている。両脚支持期で
は2本の脚で支持するため1本の脚で支持する単脚支持
期に対し脚の曲がり量は小さい。
【0050】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、両脚支持期の立脚に対して、進行方向と直交する方
向において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生す
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
は、両脚支持期の立脚に対して、進行方向と直交する方
向において、床反力が小さいときには、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生す
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
【0051】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには両脚支
持期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位置
が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向かっ
て曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に向
かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動し
たときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成さ
れる。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したと
きには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向か
って曲がるようになる。したがって、機体の制御機構が
充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高い
ロバスト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには両脚支
持期の立脚は内側に向かって曲がるとともにZMP位置
が機体の外側に移動したときには該立脚は外側に向かっ
て曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は外側に向
かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移動し
たときには該立脚は内側に向かって曲がるように構成さ
れる。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したと
きには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向か
って曲がるようになる。したがって、機体の制御機構が
充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高い
ロバスト性を得ることができる。
【0052】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、両脚支持期の体幹部に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、
進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
は、両脚支持期の体幹部に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、
進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
【0053】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の内側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の外側に移動したときに
は体幹部は内側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
【0054】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を負方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の外側に向かう方向を負方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域において極大値を持ち、且つ、床
反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の極大値の
ZMP位置を正方向に移動させるような空間歪みを与え
るようにしてもよい。
【0055】このような場合、単脚支持前期の立脚にお
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
いては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側に移動
しても該立脚は外側には曲がり難くなる。
【0056】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
は、ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とす
る第1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に
向かわせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正
方向とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間におい
て、単脚支持前期の立脚に対して、ロボットの変形量若
しくは運動量が負領域においてZMP安定領域の略中央
付近において極大値を持ち、且つ、床反力の増大ととも
に該変形量若しくは運動量の変化が小さくなるような空
間歪みを与えるようにしてもよい。
【0057】このような場合、単脚支持前期の立脚にお
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
いては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても該立脚は曲がり難くなる。
【0058】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持前期の立脚に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときにはZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じる
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。したが
って、機体の制御機構が充分な応答速度を持たなくて
も、外乱などに対して高いロバスト性を得ることができ
る。
は、単脚支持前期の立脚に対して、進行方向と直交する
方向において、床反力が小さいときにはZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心に
向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じる
ような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進行
方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するような空間歪みを与えるようにしてもよい。したが
って、機体の制御機構が充分な応答速度を持たなくて
も、外乱などに対して高いロバスト性を得ることができ
る。
【0059】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには単脚支
持前期の立脚は外側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の外側に移動したときには該立脚は内側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには単脚支
持前期の立脚は外側に向かって曲がるとともにZMP位
置が機体の内側に移動したときには該立脚は内側に向か
って曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZM
P位置が機体の外側に移動したときには該立脚は内側に
向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内側に移動
したときには該立脚は外側に向かって曲がるように構成
される。また、床反力が小さいときには、ZMP位置が
機体の前方に移動したときには該立脚は前方に向かって
曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したとき
には該立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大きく
なるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動した
ときには該立脚は後方に向かって曲がるとともにZMP
位置が機体の後方に移動したときには該立脚は前方に向
かって曲がるようになる。したがって、機体の制御機構
が充分な応答速度を持たなくても、外乱などに対して高
いロバスト性を得ることができる。
【0060】また、前記ZMP挙動空間制御ステップで
は、単脚支持前期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
は、単脚支持前期の体幹部に対して、進行方向と直交す
る方向において、床反力が小さいときにはZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置が
ZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロ
ボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が
大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中心
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が生じ
るような空間歪みを与えるようにしてもよい。また、進
行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうような
ロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力
が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中
心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の中
心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するような空間歪みを与えるようにしてもよい。
【0061】このような場合、床反力が小さいときに
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の外側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の内側に移動したときに
は体幹部は外側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
は、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の外側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の内側に移動したときに
は体幹部は外側に向かって曲がるように構成される。ま
た、床反力が小さいときには、ZMP位置が機体の前方
に移動したときには体幹部は前方に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の後方に移動したときには体幹部
は後方に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従
い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動したときには
体幹部は後方に向かって曲がるとともにZMP位置が機
体の後方に移動したときには体幹部は前方に向かって曲
がるようになる。したがって、機体の制御機構が充分な
応答速度を持たなくても、外乱などに対して高いロバス
ト性を得ることができる。
【0062】また、本発明の第2の側面は、2以上の可
動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法であって、機
体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼロ
となるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で定
義されるZMP挙動空間を定義するステップと、該定義
されたZMP挙動空間の定義に基づいてZMP安定位置
を求めるステップと、該求められたZMP安定位置に基
づいて機体動作を制御するステップと、を具備すること
を特徴とする脚式移動ロボットの制御方法である。
動脚を備えた脚式移動ロボットの制御方法であって、機
体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼロ
となるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で定
義されるZMP挙動空間を定義するステップと、該定義
されたZMP挙動空間の定義に基づいてZMP安定位置
を求めるステップと、該求められたZMP安定位置に基
づいて機体動作を制御するステップと、を具備すること
を特徴とする脚式移動ロボットの制御方法である。
【0063】本発明の第2の側面に係る脚式移動ロボッ
トの制御方法によれば、ZMPを姿勢の安定度判別の規
範として採用するが、ロボットの機体の変形量や運動量
を考慮して安定したZMPの存在空間を持つ機体動作の
制御を行うことができる。
トの制御方法によれば、ZMPを姿勢の安定度判別の規
範として採用するが、ロボットの機体の変形量や運動量
を考慮して安定したZMPの存在空間を持つ機体動作の
制御を行うことができる。
【0064】すなわち、ZMP位置が前記可動脚の足底
接地点と路面とが形成する支持多角形からなるZMP安
定領域の中央からZMP位置が外れるにつれてZMP位
置が前記ZMP安定領域の中央に移動させようとする機
体の変形量若しくは運動量が生じるようにZMP挙動空
間に空間歪みをあらかじめ与えることができる。この結
果、機体の制御機構が充分な応答速度を持たない場合で
あっても、外乱などに対して高いロバスト性を得ること
ができる。
接地点と路面とが形成する支持多角形からなるZMP安
定領域の中央からZMP位置が外れるにつれてZMP位
置が前記ZMP安定領域の中央に移動させようとする機
体の変形量若しくは運動量が生じるようにZMP挙動空
間に空間歪みをあらかじめ与えることができる。この結
果、機体の制御機構が充分な応答速度を持たない場合で
あっても、外乱などに対して高いロバスト性を得ること
ができる。
【0065】また、本発明の第2の側面に係る脚式移動
ロボットの制御方法は、前記脚式移動ロボットと路面と
の接触状況に応じてZMP挙動空間の定義を変更するス
テップをさらに備えていてもよい。
ロボットの制御方法は、前記脚式移動ロボットと路面と
の接触状況に応じてZMP挙動空間の定義を変更するス
テップをさらに備えていてもよい。
【0066】このような場合、足底が着床面から受ける
床反力が変化した場合など、路面との接触状況に応じて
ZMP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御すること
ができ、いかなる状況であっても常にZMP位置が外れ
るにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の中央に移
動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生じる
ようにして、機体の姿勢安定制御を容易な状態にするこ
とができる。
床反力が変化した場合など、路面との接触状況に応じて
ZMP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御すること
ができ、いかなる状況であっても常にZMP位置が外れ
るにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の中央に移
動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生じる
ようにして、機体の姿勢安定制御を容易な状態にするこ
とができる。
【0067】また、前記のZMP挙動空間を定義するス
テップでは、前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
任意の時刻に前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の支持
状態に応じて前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
テップでは、前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
任意の時刻に前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。また、
単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の支持
状態に応じて前記ZMP挙動空間における極大点及び/
又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
【0068】このような場合、ロボットが脚式作業を行
うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安定制
御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に生成
することができる。
うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安定制
御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に生成
することができる。
【0069】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
【0070】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
の実施形態について詳解する。
【0071】A.ロボットの構成
図3及び図4には本発明の実施に供される「人間形」又
は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している
様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット100は、体幹部1
01と、頭部102と、左右の上肢部103と、脚式移
動を行う左右2足の下肢部104と、機体の動作を統括
的にコントロールする制御部105とで構成される。
は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している
様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット100は、体幹部1
01と、頭部102と、左右の上肢部103と、脚式移
動を行う左右2足の下肢部104と、機体の動作を統括
的にコントロールする制御部105とで構成される。
【0072】左右各々の下肢104は、大腿部と、膝関
節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によ
って体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右
各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、
肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結され
ている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上
端中央に連結されている。
節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によ
って体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右
各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、
肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結され
ている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上
端中央に連結されている。
【0073】制御部105は、この脚式移動ロボット1
00を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各セ
ンサ(後述)などからの外部入力を処理するコントロー
ラ(主制御部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載
した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信
インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。ま
た、図3及び図4に示す例では、脚式移動ロボット10
0が制御部を背中に背負うような格好となっているが、
制御部の設置場所は特に限定されない。
00を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各セ
ンサ(後述)などからの外部入力を処理するコントロー
ラ(主制御部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載
した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信
インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。ま
た、図3及び図4に示す例では、脚式移動ロボット10
0が制御部を背中に背負うような格好となっているが、
制御部の設置場所は特に限定されない。
【0074】このように構成された脚式移動ロボット1
00は、制御部105による全身協調的な動作制御によ
り、2足歩行を実現することができる。かかる2足歩行
は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周
期を繰り返すことによって行われる。すなわち、
00は、制御部105による全身協調的な動作制御によ
り、2足歩行を実現することができる。かかる2足歩行
は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周
期を繰り返すことによって行われる。すなわち、
【0075】(1)右脚を持ち上げた、左脚による単脚
支持期 (2)右脚が接地した両脚支持期 (3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期 (4)左脚が接地した両脚支持期
支持期 (2)右脚が接地した両脚支持期 (3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期 (4)左脚が接地した両脚支持期
【0076】脚式移動ロボット100における歩行制御
は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間
において計画軌道の修正を行うことによって実現され
る。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止
して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一
定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた
脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させる
ように修正軌道を生成する。具体的な修正は、ZMPに
対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度
が連続となるように、5次多項式を用いた補間計算によ
り行う。
は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間
において計画軌道の修正を行うことによって実現され
る。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止
して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一
定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた
脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させる
ように修正軌道を生成する。具体的な修正は、ZMPに
対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度
が連続となるように、5次多項式を用いた補間計算によ
り行う。
【0077】図5には、この脚式移動ロボット100が
具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に
示すように、脚式移動ロボット100は、2本の腕部と
頭部1を含む上肢と、移動動作を実現する2本の脚部か
らなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成
された、複数の肢を備えた構造体である。
具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に
示すように、脚式移動ロボット100は、2本の腕部と
頭部1を含む上肢と、移動動作を実現する2本の脚部か
らなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成
された、複数の肢を備えた構造体である。
【0078】頭部1を支持する首関節は、首関節ヨー軸
2と、首関節ピッチ軸3と、首関節ロール軸4という3
自由度を有している。
2と、首関節ピッチ軸3と、首関節ロール軸4という3
自由度を有している。
【0079】また、各腕部は、肩関節ピッチ軸8と、肩
関節ロール軸9と、上腕ヨー軸10と、肘関節ピッチ軸
11と、前腕ヨー軸12と、手首関節ピッチ軸13と、
手首関節ロール軸14と、手部15とで構成される。手
部15は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部15の動作はロボット10
0の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ないの
で、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。したがって、
各腕部は7自由度を有するとする。
関節ロール軸9と、上腕ヨー軸10と、肘関節ピッチ軸
11と、前腕ヨー軸12と、手首関節ピッチ軸13と、
手首関節ロール軸14と、手部15とで構成される。手
部15は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部15の動作はロボット10
0の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ないの
で、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。したがって、
各腕部は7自由度を有するとする。
【0080】また、体幹部は、体幹ピッチ軸5と、体幹
ロール軸6と、体幹ヨー軸7という3自由度を有する。
ロール軸6と、体幹ヨー軸7という3自由度を有する。
【0081】また、下肢を構成する各々の脚部は、股関
節ヨー軸16と、股関節ピッチ軸17と、股関節ロール
軸18と、膝関節ピッチ軸19と、足首関節ピッチ軸2
0と、足首関節ロール軸21と、足部22とで構成され
る。人体の足部22は実際には多関節・多自由度の足底
を含んだ構造体であるが、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100の足底はゼロ自由度とする。したがって、
各脚部は6自由度で構成される。
節ヨー軸16と、股関節ピッチ軸17と、股関節ロール
軸18と、膝関節ピッチ軸19と、足首関節ピッチ軸2
0と、足首関節ロール軸21と、足部22とで構成され
る。人体の足部22は実際には多関節・多自由度の足底
を含んだ構造体であるが、本実施形態に係る脚式移動ロ
ボット100の足底はゼロ自由度とする。したがって、
各脚部は6自由度で構成される。
【0082】以上を総括すれば、本実施例に係る脚式移
動ロボット100全体としては、合計で3+7×2+3
+6×2=32自由度を有することになる。但し、エン
ターティンメント向けの脚式移動ロボット100が必ず
しも32自由度に限定される訳ではない。設計・製作上
の制約条件や要求仕様などに応じて、自由度すなわち関
節数を適宜増減することができることは言うまでもな
い。
動ロボット100全体としては、合計で3+7×2+3
+6×2=32自由度を有することになる。但し、エン
ターティンメント向けの脚式移動ロボット100が必ず
しも32自由度に限定される訳ではない。設計・製作上
の制約条件や要求仕様などに応じて、自由度すなわち関
節数を適宜増減することができることは言うまでもな
い。
【0083】上述したような脚式移動ロボット100が
持つ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装
される。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形
状に近似させること、2足歩行という不安定構造体に対
して姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエー
タは小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例で
は、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化して
モータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ・
アクチュエータを搭載することとした。なお、この種の
ACサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願
人に既に譲渡されている特開2000−299970号
公報(特願平11−33386号明細書)に開示されて
いる。
持つ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装
される。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形
状に近似させること、2足歩行という不安定構造体に対
して姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエー
タは小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例で
は、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化して
モータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ・
アクチュエータを搭載することとした。なお、この種の
ACサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願
人に既に譲渡されている特開2000−299970号
公報(特願平11−33386号明細書)に開示されて
いる。
【0084】図6には、本実施形態に係る脚式移動ロボ
ット100の制御システム構成を模式的に示している。
同図に示すように、該制御システムは、ユーザ入力など
に動的に反応して情緒判断や感情表現を司る思考制御モ
ジュール200と、関節アクチュエータの駆動などロボ
ットの全身協調運動を制御する運動制御モジュール30
0とで構成される。
ット100の制御システム構成を模式的に示している。
同図に示すように、該制御システムは、ユーザ入力など
に動的に反応して情緒判断や感情表現を司る思考制御モ
ジュール200と、関節アクチュエータの駆動などロボ
ットの全身協調運動を制御する運動制御モジュール30
0とで構成される。
【0085】思考制御モジュール200は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。
【0086】思考制御モジュール200は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる独立した情報処理装置である。
感情表現に関する演算処理を実行するCPU(Central
Processing Unit)211や、RAM(Random Access M
emory)212、ROM(Read Only Memory)213、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
214で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる独立した情報処理装置である。
【0087】思考制御モジュール200では、画像入力
装置251から入力される視覚データや音声入力装置2
52から入力される聴覚データなど、外界からの刺激な
どに従って、脚式移動ロボット100の現在の感情や意
思を決定する。さらに、意思決定に基づいた動作(アク
ション)又は行動シーケンス(ビヘイビア)、すなわち
四肢の運動を実行するように、運動制御モジュール30
0に対して指令を発行する。
装置251から入力される視覚データや音声入力装置2
52から入力される聴覚データなど、外界からの刺激な
どに従って、脚式移動ロボット100の現在の感情や意
思を決定する。さらに、意思決定に基づいた動作(アク
ション)又は行動シーケンス(ビヘイビア)、すなわち
四肢の運動を実行するように、運動制御モジュール30
0に対して指令を発行する。
【0088】一方の運動制御モジュール300は、ロボ
ット100の全身協調運動を制御するCPU(Central
Processing Unit)311や、RAM(Random Access M
emory)312、ROM(Read Only Memory)313、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
314で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。外部記憶装置314には、例えば、オフラインで算
出された歩行パターンやZMP目標軌道、その他の行動
計画を蓄積することができる。
ット100の全身協調運動を制御するCPU(Central
Processing Unit)311や、RAM(Random Access M
emory)312、ROM(Read Only Memory)313、
及び、外部記憶装置(ハード・ディスク・ドライブなど)
314で構成される、モジュール内で自己完結した処理
を行うことができる、独立駆動型の情報処理装置であ
る。外部記憶装置314には、例えば、オフラインで算
出された歩行パターンやZMP目標軌道、その他の行動
計画を蓄積することができる。
【0089】運動制御モジュール300には、ロボット
100の全身に分散するそれぞれの関節自由度を実現す
る各関節アクチュエータ(図5を参照のこと)、体幹部
の姿勢や傾斜を計測する姿勢センサ351、左右の足底
の離床又は着床を検出する接地確認センサ352及び3
53、バッテリなどの電源を管理する電源制御装置など
の各種の装置が、バス・インターフェース301経由で
接続されている。
100の全身に分散するそれぞれの関節自由度を実現す
る各関節アクチュエータ(図5を参照のこと)、体幹部
の姿勢や傾斜を計測する姿勢センサ351、左右の足底
の離床又は着床を検出する接地確認センサ352及び3
53、バッテリなどの電源を管理する電源制御装置など
の各種の装置が、バス・インターフェース301経由で
接続されている。
【0090】思考制御モジュール200と運動制御モジ
ュール300は、共通のプラットフォーム上で構築さ
れ、両者間はバス・インターフェース201及び301
を介して相互接続されている。
ュール300は、共通のプラットフォーム上で構築さ
れ、両者間はバス・インターフェース201及び301
を介して相互接続されている。
【0091】運動制御モジュール300では、思考制御
モジュール200から指示された行動を体現すべく、各
関節アクチュエータによる全身協調運動を制御する。す
なわち、CPU311は、思考制御モジュール200か
ら指示された行動に応じた動作パターンを外部記憶装置
314から取り出し、又は、内部的に動作パターンを生
成する。そして、CPU311は、指定された動作パタ
ーンに従って、足部運動、ZMP軌道、体幹運動、上肢
運動、腰部水平位置及び高さなどを設定するとともに、
これらの設定内容に従った動作を指示する指令値を各関
節アクチュエータに転送する。
モジュール200から指示された行動を体現すべく、各
関節アクチュエータによる全身協調運動を制御する。す
なわち、CPU311は、思考制御モジュール200か
ら指示された行動に応じた動作パターンを外部記憶装置
314から取り出し、又は、内部的に動作パターンを生
成する。そして、CPU311は、指定された動作パタ
ーンに従って、足部運動、ZMP軌道、体幹運動、上肢
運動、腰部水平位置及び高さなどを設定するとともに、
これらの設定内容に従った動作を指示する指令値を各関
節アクチュエータに転送する。
【0092】さらに、運動制御モジュール300は、思
考制御モジュール200において決定された意思通りの
行動がどの程度発現されたか、すなわち処理の状況を、
思考制御モジュール200に返すようになっている。
考制御モジュール200において決定された意思通りの
行動がどの程度発現されたか、すなわち処理の状況を、
思考制御モジュール200に返すようになっている。
【0093】運動制御モジュール300内のCPU31
1は、姿勢センサ351の出力信号によりロボット10
0の体幹部分の姿勢や傾きを検出するとともに、各接地
確認センサ352及び353の出力信号により各可動脚
が遊脚又は立脚のいずれの状態であるかを検出すること
によって、脚式移動ロボット100の全身協調運動を適
応的に制御することができる。
1は、姿勢センサ351の出力信号によりロボット10
0の体幹部分の姿勢や傾きを検出するとともに、各接地
確認センサ352及び353の出力信号により各可動脚
が遊脚又は立脚のいずれの状態であるかを検出すること
によって、脚式移動ロボット100の全身協調運動を適
応的に制御することができる。
【0094】また、CPU311は、ZMPを姿勢安定
度の判別規範に用いて機体の姿勢や動作の制御を演算処
理する。本実施形態では、CPU311は、機体のZM
P挙動空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基
づいてZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZM
P安定領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制
御するようになっている。また、路面との接触状況に応
じてZMP挙動空間を逐次再定義することにより、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
をZMP挙動空間に与えることにより、機体の姿勢安定
制御を容易な状態に維持するようになっている。ZMP
挙動空間や空間歪みの仕組みについては次項で詳解す
る。
度の判別規範に用いて機体の姿勢や動作の制御を演算処
理する。本実施形態では、CPU311は、機体のZM
P挙動空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基
づいてZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZM
P安定領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制
御するようになっている。また、路面との接触状況に応
じてZMP挙動空間を逐次再定義することにより、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
をZMP挙動空間に与えることにより、機体の姿勢安定
制御を容易な状態に維持するようになっている。ZMP
挙動空間や空間歪みの仕組みについては次項で詳解す
る。
【0095】B.ロボットの姿勢制御
脚式移動ロボットの多くは、ZMP(Zero Moment Poin
t)を歩行の安定度判別の規範として採用する。
t)を歩行の安定度判別の規範として採用する。
【0096】B−1.ZMP挙動空間
ZMPによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重
力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行
系への反作用としての床反力、並びに床反力モーメント
とバランスするという「ダランベールの原理」に基づく
ものであり、「歩行のあらゆる瞬間において、ZMPが
足部と路面とが形成する支持多角形の内側に存在し、且
つ、ロボットが路面に押す方向の力が作用すれば、ロボ
ットが転倒(機体が回転運動)することなく安定に歩行
できる」とするものである。
力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行
系への反作用としての床反力、並びに床反力モーメント
とバランスするという「ダランベールの原理」に基づく
ものであり、「歩行のあらゆる瞬間において、ZMPが
足部と路面とが形成する支持多角形の内側に存在し、且
つ、ロボットが路面に押す方向の力が作用すれば、ロボ
ットが転倒(機体が回転運動)することなく安定に歩行
できる」とするものである。
【0097】ZMPを安定度判別規範に用いたロボット
の姿勢安定度制御は、足底接地点と路面の形成する支持
多角形の内側にピッチ及びロール軸モーメントがゼロと
なる点を探索することをベースとする。ZMP安定度判
別規範に基づく2足歩行パターン生成によれば、足底着
地点をあらかじめ設定することができ、路面形状に応じ
た足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点があ
る。また、ZMPを安定度判別規範とすることは、力で
はなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味
するので、技術的に実現可能性が高まる。
の姿勢安定度制御は、足底接地点と路面の形成する支持
多角形の内側にピッチ及びロール軸モーメントがゼロと
なる点を探索することをベースとする。ZMP安定度判
別規範に基づく2足歩行パターン生成によれば、足底着
地点をあらかじめ設定することができ、路面形状に応じ
た足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点があ
る。また、ZMPを安定度判別規範とすることは、力で
はなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味
するので、技術的に実現可能性が高まる。
【0098】しかしながら、[従来の技術の欄]でも既
に説明したように、ZMP規範は、ロボットの機体及び
路面が剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用す
ることができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや
路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP安定度判別規範を
満たしても、不安定なZMP位置をとるために、ロボッ
トの姿勢が不安定になってしまう。
に説明したように、ZMP規範は、ロボットの機体及び
路面が剛体に限りなく近いと仮定できる場合のみ適用す
ることができる規範に過ぎない。すなわち、ロボットや
路面が剛体に限りなく近いと仮定できない場合、例え
ば、ロボットが高速に動くことでZMPに作用している
(並進)力や、立脚切替え時の衝撃力が大きくなり、ロ
ボット自身に変形や運動が発生してしまう場合には、印
加される力に対するロボットの変形量を適切に管理しな
いと、ZMPが存在している空間自体が不安定になって
しまい、仮にロボットの姿勢がZMP安定度判別規範を
満たしても、不安定なZMP位置をとるために、ロボッ
トの姿勢が不安定になってしまう。
【0099】また、ZMP位置がZMP安定領域から逸
脱してはじめて補正制御をかけるという事後的制御で
は、充分な速度で応答できず、外乱などに対するロバス
ト性が高くない。
脱してはじめて補正制御をかけるという事後的制御で
は、充分な速度で応答できず、外乱などに対するロバス
ト性が高くない。
【0100】そこで、本実施形態では、ロボットの機体
の変形量や運動量を考慮して安定したZMP挙動空間を
持つロボット・システム構成を採用する。ZMP挙動空
間はZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義さ
れるが、本実施形態では機体が安定するような変形量や
運動量が発生するように、ZMP挙動空間に所定の歪み
があらかじめ与えるような機体の動作制御を行う。
の変形量や運動量を考慮して安定したZMP挙動空間を
持つロボット・システム構成を採用する。ZMP挙動空
間はZMP位置と機体が床面から受ける床反力で定義さ
れるが、本実施形態では機体が安定するような変形量や
運動量が発生するように、ZMP挙動空間に所定の歪み
があらかじめ与えるような機体の動作制御を行う。
【0101】したがって、ZMP位置の移動量が所定の
領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始するので
はなく、ロボットの姿勢が安定するような空間歪みを与
えるようにあらかじめ機体動作を制御しているので、機
体の制御機構が充分な応答速度を持たなくても、外乱な
どに対して高いロバスト性を得ることができる。
領域を越えてはじめて事後的な補正制御を開始するので
はなく、ロボットの姿勢が安定するような空間歪みを与
えるようにあらかじめ機体動作を制御しているので、機
体の制御機構が充分な応答速度を持たなくても、外乱な
どに対して高いロバスト性を得ることができる。
【0102】ここで、ロボットの変形量(若しくは運動
量)の正負は、負がZMPを安定領域の縁に移動させよ
うとする空間歪みを生じさせる方向となり、正がZMP
を安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じ
させる方向となる、という点に留意されたい。
量)の正負は、負がZMPを安定領域の縁に移動させよ
うとする空間歪みを生じさせる方向となり、正がZMP
を安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じ
させる方向となる、という点に留意されたい。
【0103】図7には、ロボットの変形量又は運動量と
ZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の構成例を
示している。
ZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の構成例を
示している。
【0104】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、放
物線又は円弧で表される非線型曲線で構成される。ま
た、図示しないが、不連続点や変曲点を含んでいてもよ
い。
物線又は円弧で表される非線型曲線で構成される。ま
た、図示しないが、不連続点や変曲点を含んでいてもよ
い。
【0105】ZMP位置がZMP安定領域内の略中央付
近においては、ロボットに大きな変形量(若しくは運動
量)は発生しないので、そのままの状態ではロボットは
機体の姿勢安定性を失うことはない。
近においては、ロボットに大きな変形量(若しくは運動
量)は発生しないので、そのままの状態ではロボットは
機体の姿勢安定性を失うことはない。
【0106】また、ZMP位置がZMP安定領域の中央
から離れるにつれて、ロボットの変形量(若しくは運動
量)は正方向に増大していく。これに伴って、ZMPを
安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じさ
せる作用が働くので、やはり機体の姿勢安定性を維持し
易くなる。
から離れるにつれて、ロボットの変形量(若しくは運動
量)は正方向に増大していく。これに伴って、ZMPを
安定領域の中心に移動させようとする空間歪みを生じさ
せる作用が働くので、やはり機体の姿勢安定性を維持し
易くなる。
【0107】また、図8には、ロボットの変形量又は運
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の他
の構成例を示している。
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の他
の構成例を示している。
【0108】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、Z
MP安定領域の略中央付近の線形直線と、その左右両端
で接続される非線型曲線とで構成され、直線と曲線の間
で不連続点を含んでいる。また、図示しないが変曲点を
含んでいてもよい。
MP安定領域の略中央付近の線形直線と、その左右両端
で接続される非線型曲線とで構成され、直線と曲線の間
で不連続点を含んでいる。また、図示しないが変曲点を
含んでいてもよい。
【0109】ZMP位置がZMP安定領域の略中央付近
では、平坦すなわちロボットに大きな変形量(若しくは
運動量)は発生しないので、そのままの状態ではロボッ
トは機体の姿勢安定性を失うことはない。
では、平坦すなわちロボットに大きな変形量(若しくは
運動量)は発生しないので、そのままの状態ではロボッ
トは機体の姿勢安定性を失うことはない。
【0110】また、ZMP位置が平坦な領域を逸脱する
と、ロボットの変形量(若しくは運動量)は正方向に急
激に増大していく。これに伴って、ZMPを安定領域の
中心に移動させようとする空間歪みを生じさせる作用が
働くので、事後的な運動制御がなくても、機体の姿勢安
定性を維持し易くなる。
と、ロボットの変形量(若しくは運動量)は正方向に急
激に増大していく。これに伴って、ZMPを安定領域の
中心に移動させようとする空間歪みを生じさせる作用が
働くので、事後的な運動制御がなくても、機体の姿勢安
定性を維持し易くなる。
【0111】また、図9には、ロボットの変形量又は運
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間のさ
らに他の構成例を示している。
動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間のさ
らに他の構成例を示している。
【0112】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、複
数の線形直線を連結して構成され、複数の不連続点を含
んでいる。
数の線形直線を連結して構成され、複数の不連続点を含
んでいる。
【0113】ZMP位置がZMP安定領域の略中央付近
では、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が徐々に正方向に増大する比較
的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動空間が形成される。
また、ZMP中央位置からの距離が所定値に到達した時
点で、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が急激に正方向に増大していく
比較的傾斜が急な直線でZMP挙動空間が形成されてい
る。
では、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が徐々に正方向に増大する比較
的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動空間が形成される。
また、ZMP中央位置からの距離が所定値に到達した時
点で、ZMP中央位置からの距離に応じてロボットの変
形量(若しくは運動量)が急激に正方向に増大していく
比較的傾斜が急な直線でZMP挙動空間が形成されてい
る。
【0114】図示の例では、ZMP位置がZMP安定領
域の略中央付近では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的弱い作用が働
くとともに、ZMP位置がZMP中央位置からある距離
から離れた時点では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的強い作用が働
くことになる。したがって、事後的な運動制御がなくて
も、同様に機体の姿勢安定性を維持し易くなる。
域の略中央付近では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的弱い作用が働
くとともに、ZMP位置がZMP中央位置からある距離
から離れた時点では、ZMPを安定領域の中心に移動さ
せようとする空間歪みを生じさせる比較的強い作用が働
くことになる。したがって、事後的な運動制御がなくて
も、同様に機体の姿勢安定性を維持し易くなる。
【0115】また、図10には、ロボットの変形量又は
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
【0116】同図に示す例では、ZMP挙動空間は、非
線型曲線で構成され、ZMP安定領域の略中央位置に極
小点を持つとともに、ZMP安定領域の境界の近くで極
大点を有している。
線型曲線で構成され、ZMP安定領域の略中央位置に極
小点を持つとともに、ZMP安定領域の境界の近くで極
大点を有している。
【0117】このようなZMP挙動空間においては、Z
MP位置が左右の極大点の内側では、ZMP中央位置か
らの距離に応じてロボットの変形量(若しくは運動量)
は正方向に増大するので、機体の姿勢安定性の維持が容
易な姿勢安定モードを形成する。
MP位置が左右の極大点の内側では、ZMP中央位置か
らの距離に応じてロボットの変形量(若しくは運動量)
は正方向に増大するので、機体の姿勢安定性の維持が容
易な姿勢安定モードを形成する。
【0118】他方、ZMP位置が左右の極大点の外側で
は、ロボットの変形量(若しくは運動量)は徐々に減少
していき、ZMPを安定領域の中心に移動させようとす
る空間歪みは低下していく。この結果、機体は姿勢の安
定性を失い易くなり、転倒モードを形成する。
は、ロボットの変形量(若しくは運動量)は徐々に減少
していき、ZMPを安定領域の中心に移動させようとす
る空間歪みは低下していく。この結果、機体は姿勢の安
定性を失い易くなり、転倒モードを形成する。
【0119】また、図11には、ロボットの変形量又は
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
運動量とZMP位置との関係を表したZMP挙動空間の
さらに他の構成例を示している。
【0120】同図に示す例では、複数の線形直線を連結
して構成され、複数の不連続点を含んでいる。ZMP安
定領域の略中央付近では、ZMP中央位置からの距離に
応じてロボットの変形量(若しくは運動量)が徐々に負
方向に増大する比較的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動
空間が形成される。また、ZMP中央位置からの距離が
所定値に到達した時点で平坦となる。
して構成され、複数の不連続点を含んでいる。ZMP安
定領域の略中央付近では、ZMP中央位置からの距離に
応じてロボットの変形量(若しくは運動量)が徐々に負
方向に増大する比較的傾斜が緩やかな直線でZMP挙動
空間が形成される。また、ZMP中央位置からの距離が
所定値に到達した時点で平坦となる。
【0121】この場合のZMP挙動空間は、ZMP安定
領域内のいずれの位置においてもロボットの変形量(若
しくは運動量)が負方向にのみ作用し、ZMP位置がそ
の中央位置からある程度以上離れると、ZMPを安定領
域外に移動させようとする空間ひずみは一定量になる。
したがって、不安定ではあるが制御が比較的容易なZM
P挙動空間であると言える。
領域内のいずれの位置においてもロボットの変形量(若
しくは運動量)が負方向にのみ作用し、ZMP位置がそ
の中央位置からある程度以上離れると、ZMPを安定領
域外に移動させようとする空間ひずみは一定量になる。
したがって、不安定ではあるが制御が比較的容易なZM
P挙動空間であると言える。
【0122】B−2.ZMP挙動空間の制御
ロボットのZMP挙動空間に対して制御を行うことによ
り、ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させよう
とする機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間
歪み与えて、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持す
ることができる。この項では、2足の脚式移動ロボット
が通常の歩行動作を行う場合を例にして、各動作フェー
ズ毎のZMP挙動空間の制御方法について説明する。
り、ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させよう
とする機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間
歪み与えて、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持す
ることができる。この項では、2足の脚式移動ロボット
が通常の歩行動作を行う場合を例にして、各動作フェー
ズ毎のZMP挙動空間の制御方法について説明する。
【0123】図12及び図13には、単脚支持期後期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
【0124】図12に示すように、単脚支持期後期の左
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても左立脚は外側には曲がり難くなる。
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても左立脚は外側には曲がり難くなる。
【0125】なお、ロボットの総重量を100としたと
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
きに、床反力が100以上となるときに床反力が「大き
い」と言い、床反力が20〜100程度のときには床反
力が「中」と言い、また、床反力が20以下となるとき
に床反力が「小さい」と言う(以下同様)。但し、これ
らはだいたいの目安であって、ロボットの機体構造、重
量によって変更しても構わない。特に、「床反力が小さ
い」ということを定性的に表現すると、両足支持期に、
一方の足でほぼ全身を支えている際の他方の足に加わっ
ている程度の床反力を言う。
【0126】また、図13に示すように、単脚支持期後
期の左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても左立脚は曲がり難くなる。
期の左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として左立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても左立脚は曲がり難くなる。
【0127】図14及び図15には、単脚支持期後期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
【0128】図14に示すように、単脚支持期後期の左
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには左立脚は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには左立脚は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには左立脚は内側に向かって曲がるよ
うになる。
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには左立脚は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには左立脚は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには左立脚
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには左立脚は内側に向かって曲がるよ
うになる。
【0129】また、図15に示すように、単脚支持期後
期の左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには左立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには左立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
期の左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには左立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには左立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
【0130】図16及び図17には、単脚支持期後期の
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
【0131】図16に示すように、単脚支持期後期の体
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みが与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには体幹部は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには体幹部は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がるよ
うになる。
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みが与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の内側に移動
したときには体幹部は内側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の外側に移動したときには体幹部は外側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の内側に移動したときには体幹部
は外側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外
側に移動したときには体幹部は内側に向かって曲がるよ
うになる。
【0132】また、図17に示すように、単脚支持期後
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
【0133】図18及び図19には、両脚支持期の左立
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそれぞ
れ示している。
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそれぞ
れ示している。
【0134】図18に示すように、両脚支持期の左立脚
におけるY方向のZMP挙動空間は、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZ
MP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
が、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変形量
若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空間歪
みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持するた
め、1本の脚で支持する単脚支持期よりZMP挙動空間
の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、ZM
P位置のY方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の曲が
り量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の内側に移動したときには左立脚は内側に向かっ
て曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動した
ときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反力が大
きくなるにつれて、ZMP位置が内側又は外側のいずれ
に移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。両脚
支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持す
る単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
におけるY方向のZMP挙動空間は、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZ
MP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向か
うようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
が、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変形量
若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空間歪
みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持するた
め、1本の脚で支持する単脚支持期よりZMP挙動空間
の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、ZM
P位置のY方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の曲が
り量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の内側に移動したときには左立脚は内側に向かっ
て曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側に移動した
ときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反力が大
きくなるにつれて、ZMP位置が内側又は外側のいずれ
に移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。両脚
支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持す
る単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
【0135】また、図19に示すように、両脚支持期の
左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向すな
わちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変
形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空
間歪みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持す
るため、1本の脚で指示する単脚支持期よりZMP挙動
空間の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、
ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
左立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP位置
がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向すな
わちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生する変
形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくような空
間歪みを与えている。両脚支持期では2本の脚で支持す
るため、1本の脚で指示する単脚支持期よりZMP挙動
空間の剛性が高くなり、空間歪みは小さい。この結果、
ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線形的に左立脚の
曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、ZMP
位置が機体の前方に移動したときには左立脚は前方に向
かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方に移動
したときには左立脚は後方に向かって曲がるが、床反力
が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後方のい
ずれに移動しても左立脚は曲がり難くなるようになる。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
【0136】図20及び図21には、両脚支持期の左立
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
【0137】図20に示すように、両脚支持期の左立脚
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには左立脚
は内側に向かって曲がるようになる。両脚支持期では2
本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単脚支持期
に対し脚の曲がり量は小さい。
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには左立脚は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには左立脚は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには左立脚は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには左立脚
は内側に向かって曲がるようになる。両脚支持期では2
本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単脚支持期
に対し脚の曲がり量は小さい。
【0138】また、図21に示すように、両脚支持期の
左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりもZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立
脚は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は左立脚は前方に向かって曲がるようになる。両脚支持
期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単
脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
左立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりもZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには左立
脚は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには左立脚は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は左立脚は前方に向かって曲がるようになる。両脚支持
期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する単
脚支持期に対し脚の曲がり量は小さい。
【0139】図22及び図23には、両脚支持期の体幹
部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX方向
(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法の例
をそれぞれ示している。
【0140】図22に示すように、両脚支持期の体幹部
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには体幹部は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるようになる。
におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反力が
小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボットの
変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくな
るに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の中心か
ら外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が発生するような空間歪みを与えている。両脚支
持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支持する
単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くなり、空間
歪みは小さい。この結果、床反力が小さいときには、Z
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の外側に移
動したときには体幹部は外側に向かって曲がるが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の内側
に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるとと
もにZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるようになる。
【0141】また、図23に示すように、両脚支持期の
体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには体幹
部は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は体幹部は前方に向かって曲がるようになる。
体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間は、床
反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボ
ットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大
きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えている。
両脚支持期では2本の脚で支持するため、1本の脚で支
持する単脚支持期よりZMP挙動空間の剛性が高くな
り、空間歪みは小さい。この結果、床反力が小さいとき
には、ZMP位置が機体の前方に移動したときには体幹
部は前方に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の
後方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲がる
が、床反力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置が機
体の前方に移動したときには体幹部は後方に向かって曲
がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したときに
は体幹部は前方に向かって曲がるようになる。
【0142】図24及び図25には、単脚支持期前期の
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
左立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)のZMP挙動空間の制御方法の例をそ
れぞれ示している。
【0143】図24に示すように、単脚支持期前期の右
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても右立脚は外側には曲がり難くなる。
立脚におけるY方向のZMP挙動空間は、床反力が小さ
いときにはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れ
るにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP安定領域
の中心から外れる方向に向かうようなロボットの変形量
若しくは運動量が発生するが、床反力が大きくなるにつ
れてZMP位置が機体の外側に向かって移動したときに
はロボットの変形量若しくは運動量が生じなくなるよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のY方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内
側に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の外側
に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が機体の外側
に移動しても右立脚は外側には曲がり難くなる。
【0144】また、図25に示すように、単脚支持期前
期の右立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには右立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには右立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても右立脚は曲がり難くなる。
期の右立脚におけるX方向のZMP挙動空間は、ZMP
位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて負方向
すなわちZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる
方向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するが、床反力が大きくなるに従い、機体に発生す
る変形量若しくは運動量が次第に小さくなっていくよう
な空間歪みを与えている。この結果、支持脚として右立
脚においては、ZMP位置のX方向への移動量にほぼ線
形的に曲がり量が減少する。床反力が小さいときには、
ZMP位置が機体の前方に移動したときには右立脚は前
方に向かって曲がるとともに、ZMP位置が機体の後方
に移動したときには右立脚は後方に向かって曲がるが、
床反力が大きくなるにつれて、ZMP位置が前方又は後
方のいずれに移動しても右立脚は曲がり難くなる。
【0145】図26及び図27には、単脚支持期前期の
右立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
右立脚におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
【0146】図26に示すように、単脚支持期前期の右
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには右立脚は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには右立脚
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるよ
うになる。
立脚におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには右立脚は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには右立脚は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには右立脚
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには右立脚は外側に向かって曲がるよ
うになる。
【0147】また、図27に示すように、単脚支持期前
期の右立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには右立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには右立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには右立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには右立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
期の右立脚におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには右立脚は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには右立脚は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには右立脚は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには右立脚は前方に
向かって曲がるようになる。
【0148】図28及び図29には、単脚支持期前期の
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
体幹部におけるY方向(進行方向と直交方向)並びにX
方向(進行方向)の理想的なZMP挙動空間の制御方法
の例をそれぞれ示している。
【0149】図28に示すように、単脚支持期前期の体
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには体幹部は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるよ
うになる。
幹部におけるY方向の理想的なZMP挙動空間は、床反
力が小さいときにはZMP位置がZMP安定領域の中心
から外れるにつれて負方向すなわちZMP位置がZMP
安定領域の中心から外れる方向に向かうようなロボット
の変形量若しくは運動量が発生するが、床反力が大きく
なるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外
れるにつれて正方向すなわちZMP位置がZMP安定領
域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動
量が生じるような空間歪みを与えている。この結果、床
反力が小さいときには、ZMP位置が機体の外側に移動
したときには体幹部は外側に向かって曲がるとともにZ
MP位置が機体の内側に移動したときには体幹部は内側
に向かって曲がるが、床反力が大きくなるに従い、逆
に、ZMP位置が機体の外側に移動したときには体幹部
は内側に向かって曲がるとともにZMP位置が機体の内
側に移動したときには体幹部は外側に向かって曲がるよ
うになる。
【0150】また、図29に示すように、単脚支持期前
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
期の体幹部におけるX方向の理想的なZMP挙動空間
は、床反力が小さいときには、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて負方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、逆に、ZMP位置がZMP安定
領域の中心から外れるにつれて正方向すなわちZMP位
置がZMP安定領域の中心に向かうようなロボットの変
形量若しくは運動量が発生するような空間歪みを与えて
いる。この結果、床反力が小さいときには、ZMP位置
が機体の前方に移動したときには体幹部は前方に向かっ
て曲がるとともにZMP位置が機体の後方に移動したと
きには体幹部は後方に向かって曲がるが、床反力が大き
くなるに従い、逆に、ZMP位置が機体の前方に移動し
たときには体幹部は後方に向かって曲がるとともにZM
P位置が機体の後方に移動したときには体幹部は前方に
向かって曲がるようになる。
【0151】脚式移動ロボットが、脚式作業の過程で、
左脚による単脚支持期、左脚が接地した両脚支持期、右
脚による単脚支持期、右脚が接地した両脚支持期という
各動作フェーズを順に繰り返すことに応じて、ZMP挙
動空間の定義を逐次切り替えていくことにより、いかな
る動作フェーズにおいても、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みを形成することによ
り、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持することが
できる。
左脚による単脚支持期、左脚が接地した両脚支持期、右
脚による単脚支持期、右脚が接地した両脚支持期という
各動作フェーズを順に繰り返すことに応じて、ZMP挙
動空間の定義を逐次切り替えていくことにより、いかな
る動作フェーズにおいても、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みを形成することによ
り、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維持することが
できる。
【0152】C.ZMP挙動空間の制御システム
本実施形態では、運動制御モジュール300内において
ZMPを姿勢安定度の判別規範に用いて機体の姿勢や動
作の制御を演算処理する。このとき、機体のZMP挙動
空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基づいて
ZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZMP安定
領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制御す
る。また、路面との接触状況に応じてZMP挙動空間を
逐次再定義することにより、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みをZMP挙動空間に与
えることにより、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維
持することができる。
ZMPを姿勢安定度の判別規範に用いて機体の姿勢や動
作の制御を演算処理する。このとき、機体のZMP挙動
空間を定義して、このZMP挙動空間の定義に基づいて
ZMP安定位置を求めて、ZMP位置が常にZMP安定
領域の中心に向かうように機体の姿勢や動作を制御す
る。また、路面との接触状況に応じてZMP挙動空間を
逐次再定義することにより、常にZMP位置がZMP安
定領域の中央に移動させようとする機体の変形量若しく
は運動量が生じるような空間歪みをZMP挙動空間に与
えることにより、機体の姿勢安定制御を容易な状態に維
持することができる。
【0153】この項では、ZMP挙動空間の制御システ
ムの構成について詳解する。
ムの構成について詳解する。
【0154】図30には、ZMP挙動空間の制御システ
ム500の機能構成を模式的に示している。この制御シ
ステム500は、実際には、運動制御モジュール300
内のCPU311が所定の制御プログラムを実行すると
いう形態で実現される。
ム500の機能構成を模式的に示している。この制御シ
ステム500は、実際には、運動制御モジュール300
内のCPU311が所定の制御プログラムを実行すると
いう形態で実現される。
【0155】同図に示すように、ZMP挙動空間の制御
システム500は、ZMP挙動空間定義部501と、安
定点計算部502とで構成される。
システム500は、ZMP挙動空間定義部501と、安
定点計算部502とで構成される。
【0156】ZMP挙動空間定義部501は、機体の姿
勢に関する目標値と、実機の状態値を入力して、ZMP
挙動空間を定義する。定義されたZMP挙動空間には、
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
が形成されている。
勢に関する目標値と、実機の状態値を入力して、ZMP
挙動空間を定義する。定義されたZMP挙動空間には、
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるような空間歪み
が形成されている。
【0157】目標値は、例えば計画軌道から算出される
各関節アクチュエータの回転角、角速度、角加速度など
である。また、実機の状態値は、各関節アクチュエータ
に配設されたエンコーダより出力される関節の回転角、
角速度、角加速度や、その他の機体上のセンサ入力、並
びにZMP実測値などである。
各関節アクチュエータの回転角、角速度、角加速度など
である。また、実機の状態値は、各関節アクチュエータ
に配設されたエンコーダより出力される関節の回転角、
角速度、角加速度や、その他の機体上のセンサ入力、並
びにZMP実測値などである。
【0158】ZMP挙動空間は、例えば、下式のように
定義される。
定義される。
【0159】
【数1】
【0160】ここで、ベクトルTは、計画軌道などから
求められる目標値である。また、行列B,C,Dは空間
変換用の行列である。
求められる目標値である。また、行列B,C,Dは空間
変換用の行列である。
【0161】但し、上記のZMP挙動空間の定義式は、
B項で説明下ようなZMP挙動空間の概念を最も単純化
して記述したものであり、本発明の要旨はこれに限定さ
れるものではない。また、上式は、それぞれの項を線形
独立に加算して構成されるが、干渉項も考慮して計算す
ることが好ましい。
B項で説明下ようなZMP挙動空間の概念を最も単純化
して記述したものであり、本発明の要旨はこれに限定さ
れるものではない。また、上式は、それぞれの項を線形
独立に加算して構成されるが、干渉項も考慮して計算す
ることが好ましい。
【0162】本実施形態では、ZMP挙動空間定義部5
01は、路面との接触状況に応じて、ZMP挙動空間の
定義を動的に切り換えるようになっている。例えば、脚
式移動ロボットは脚式作業の過程で、左脚による単脚支
持期、左脚が接地した両脚支持期、右脚による単脚支持
期、右脚が接地した両脚支持期という各動作フェーズを
順に繰り返すが、各動作フェーズ毎に路面との接触状況
は劇的に変化する。したがって、ZMP挙動空間の定義
を逐次切り替えていくことにより、いかなる動作フェー
ズにおいても、常にZMP位置がZMP安定領域の中央
に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生
じるような空間歪みを形成するようにする。
01は、路面との接触状況に応じて、ZMP挙動空間の
定義を動的に切り換えるようになっている。例えば、脚
式移動ロボットは脚式作業の過程で、左脚による単脚支
持期、左脚が接地した両脚支持期、右脚による単脚支持
期、右脚が接地した両脚支持期という各動作フェーズを
順に繰り返すが、各動作フェーズ毎に路面との接触状況
は劇的に変化する。したがって、ZMP挙動空間の定義
を逐次切り替えていくことにより、いかなる動作フェー
ズにおいても、常にZMP位置がZMP安定領域の中央
に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量が生
じるような空間歪みを形成するようにする。
【0163】安定点計算部502は、上述したZMP挙
動空間の定義式を2階微分することによって、その安定
点を求める。算出された安定点を基に各関節アクチュエ
ータに対する指令値が生成され、機体動作をサーボ制御
することができる。この結果、ZMP位置がZMP安定
領域の中央に移動させるような空間歪みが実現される。
動空間の定義式を2階微分することによって、その安定
点を求める。算出された安定点を基に各関節アクチュエ
ータに対する指令値が生成され、機体動作をサーボ制御
することができる。この結果、ZMP位置がZMP安定
領域の中央に移動させるような空間歪みが実現される。
【0164】本実施形態によれば、運動制御モジュール
300内のCPU311が実行する制御プログラムの記
述によってロボットのZMP挙動空間を任意に定義する
ことができる。
300内のCPU311が実行する制御プログラムの記
述によってロボットのZMP挙動空間を任意に定義する
ことができる。
【0165】例えば、ZMP挙動空間における極大点及
び/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、任意の時刻に、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の
支持状態に応じて、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
び/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、任意の時刻に、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。ま
た、単脚支持後期、両脚支持期、単脚支持前期など脚の
支持状態に応じて、ZMP挙動空間における極大点及び
/又は極小点を任意に指定するようにしてもよい。
【0166】このように、ZMP安定領域内の極大点又
は極小点を設定することによって、ロボットが脚式作業
を行うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安
定制御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に
生成することができる。
は極小点を設定することによって、ロボットが脚式作業
を行うときに、時々刻々と変わる歩容に応じて姿勢の安
定制御が容易な空間歪みを持つZMP挙動空間を動的に
生成することができる。
【0167】また、上述した本発明の各実施形態では、
ZMP位置と床反力によってZMP挙動空間を定義して
いるが、ZMP位置と床反力の他に、機体に対する外力
推進方向及びその大きさの成分をさらに加えてZMP挙
動空間の定義をすることもできる。
ZMP位置と床反力によってZMP挙動空間を定義して
いるが、ZMP位置と床反力の他に、機体に対する外力
推進方向及びその大きさの成分をさらに加えてZMP挙
動空間の定義をすることもできる。
【0168】[追補]以上、特定の実施形態を参照しな
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。
【0169】本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と
称される製品には限定されない。すなわち、電気的若し
くは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用す
ることができる。
称される製品には限定されない。すなわち、電気的若し
くは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用す
ることができる。
【0170】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、
冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきであ
る。
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、
冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきであ
る。
【0171】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
いわゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規
範として用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定
制御を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボ
ットの制御方法を提供することができる。
いわゆるZMP(Zero Moment Point)を安定度判別規
範として用いながら脚式作業時における機体の姿勢安定
制御を好適に行なうことができる、優れた脚式移動ロボ
ットの制御方法を提供することができる。
【0172】また、本発明によれば、比較的遅いサンプ
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することができる。
リング周期でZMP安定度判別規範を用いながら機体の
姿勢安定制御を好適に行なうことができる、優れた脚式
移動ロボットの制御方法を提供することができる。
【0173】また、本発明によれば、人間の住環境で安
定した動歩行を自律的に継続するために、ZMP位置の
安定性を考慮した空間歪みが与えられたZMP挙動空間
を制御することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することができる。
定した動歩行を自律的に継続するために、ZMP位置の
安定性を考慮した空間歪みが与えられたZMP挙動空間
を制御することができる、優れた脚式移動ロボットの制
御方法を提供することができる。
【0174】本発明によれば、ZMPの位置と機体が床
面から受ける床反力で定義されるZMP挙動空間を定義
して、このZMP挙動空間の定義を基にZMP安定位置
を求めて、姿勢を安定に保つ指令値を各可動部位に発行
することができる。また、路面との接触状況に応じてZ
MP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御して、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるようにして、機
体の姿勢安定制御を容易な状態にすることができる。
面から受ける床反力で定義されるZMP挙動空間を定義
して、このZMP挙動空間の定義を基にZMP安定位置
を求めて、姿勢を安定に保つ指令値を各可動部位に発行
することができる。また、路面との接触状況に応じてZ
MP挙動空間に与える空間歪みを動的に制御して、常に
ZMP位置がZMP安定領域の中央に移動させようとす
る機体の変形量若しくは運動量が生じるようにして、機
体の姿勢安定制御を容易な状態にすることができる。
【図1】ロボットや路面が限りなく剛体に近い理想的な
モデルの場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)を示した図である。
モデルの場合におけるZMP位置とロボットの変形量
(若しくは運動量)との関係(すなわちロボットが持つ
ZMP挙動空間)を示した図である。
【図2】現実には剛体ではない場合におけるZMP位置
とロボットの変形量(若しくは運動量)との関係(すな
わちロボットが持つZMP挙動空間)を示した図であ
る。
とロボットの変形量(若しくは運動量)との関係(すな
わちロボットが持つZMP挙動空間)を示した図であ
る。
【図3】本発明の実施に供される「人間形」又は「人間
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を前
方から眺望した様子を示した図である。
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を前
方から眺望した様子を示した図である。
【図4】本発明の実施に供される「人間形」又は「人間
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を後
方から眺望した様子を示した図である。
型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を後
方から眺望した様子を示した図である。
【図5】脚式移動ロボット100が具備する関節自由度
構成を模式的に示した図である。
構成を模式的に示した図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る脚式移動ロボット1
00の制御システム構成を模式的に示した図である。
00の制御システム構成を模式的に示した図である。
【図7】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
関係を表したZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
【図8】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間の他の構成例を示した図で
ある。
関係を表したZMP挙動空間の他の構成例を示した図で
ある。
【図9】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置との
関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示し
た図である。
関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示し
た図である。
【図10】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置と
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
【図11】ロボットの変形量又は運動量とZMP位置と
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
の関係を表したZMP挙動空間のさらに他の構成例を示
した図である。
【図12】単脚支持期後期の左立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
【図13】単脚支持期後期の左立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
【図14】単脚支持期後期の左立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
【図15】単脚支持期後期の左立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
【図16】単脚支持期後期の体幹部におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例
を示した図である。
【図17】単脚支持期後期の体幹部におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
行方向)のZMP挙動空間の理想的な構成例を示した図
である。
【図18】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図で
ある。
向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図で
ある。
【図19】両脚支持期の左立脚におけるX方向(進行方
向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
【図20】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
【図21】両脚支持期の左立脚におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
【図22】両脚支持期の体幹部におけるY方向(進行方
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示
した図である。
【図23】両脚支持期の体幹部におけるX方向(進行方
向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図であ
る。
【図24】単脚支持期前期の右立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
行方向と直交方向)のZMP挙動空間の構成例を示した
図である。
【図25】単脚支持期前期の右立脚におけるX方向(進
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
行方向)のZMP挙動空間の構成例を示した図である。
【図26】単脚支持期前期の右立脚におけるY方向(進
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
【図27】単脚支持期前期の右立脚におけるX方向(進
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
【図28】単脚支持期前期の体幹部におけるY方向(進
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
行方向と直交方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例
を示した図である。
【図29】単脚支持期前期の体幹部におけるX方向(進
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
行方向)の理想的なZMP挙動空間の構成例を示した図
である。
【図30】ZMP挙動空間の制御システム500の機能
構成を模式的に示した図である。
構成を模式的に示した図である。
1…頭部,2…首関節ヨー軸
3…首関節ピッチ軸,4…首関節ロール軸
5…体幹ピッチ軸,6…体幹ロール軸
7…体幹ヨー軸,8…肩関節ピッチ軸
9…肩関節ロール軸,10…上腕ヨー軸
11…肘関節ピッチ軸,12…前腕ヨー軸
13…手首関節ピッチ軸,14…手首関節ロール軸
15…手部,16…股関節ヨー軸
17…股関節ピッチ軸,18…股関節ロール軸
19…膝関節ピッチ軸,20…足首関節ピッチ軸
21…足首関節ロール軸,22…足部
100…脚式移動ロボット
200…思考制御モジュール
201…バス・インターフェース
211…CPU,212…RAM,213…ROM
214…外部記憶装置
251…画像入力装置(CCDカメラ)
252…音声入力装置(マイク)
253…音声出力装置(スピーカ)
254…通信インターフェース
300…運動制御モジュール
301…バス・インターフェース
311…CPU,312…RAM,313…ROM
314…外部記憶装置, 351…姿勢センサ
352,353…接地確認センサ
354…電源制御装置
500…ZMP挙動空間の制御システム
501…ZMP挙動空間定義部
502…安定点計算部
フロントページの続き
(72)発明者 服部 裕一
東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ
ー株式会社内
(72)発明者 山口 仁一
東京都日野市多摩平5−14−38
Fターム(参考) 3C007 AS36 CS08 WA03 WA13 WB07
Claims (22)
- 【請求項1】2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボット
の制御方法であって、 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼ
ロとなるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で
定義されるZMP挙動空間を制御するZMP挙動空間制
御ステップを備え、 前記ZMP挙動空間制御ステップではあらかじめZMP
挙動空間に所定の歪み又は所定の特性を与えている、こ
とを特徴とする脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項2】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が前記可動脚の足底接地点と路面とが形成する
支持多角形からなるZMP安定領域の中央からZMP位
置が外れるにつれてZMP位置が前記ZMP安定領域の
中央に移動させようとする機体の変形量若しくは運動量
が生じるようにZMP挙動空間にあらかじめ歪みを与え
ている、ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロ
ボットの制御方法。 - 【請求項3】前記所定の特性は、前記床反力に応じてロ
ボットの変形量又は運動量若しくは方向が変化する、こ
とを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制
御方法。 - 【請求項4】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前
記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量又は運
動量の極小点を設定する、ことを特徴とする請求項2に
記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項5】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、前
記ZMP安定領域の略中心において機体の変形量又は運
動量の極小点を設定するとともに、前記ZMP安定領域
の境界近くで機体の変形量又は運動量の極大点を設定す
る、ことを特徴とする請求項2に記載の脚式移動ロボッ
トの制御方法。 - 【請求項6】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とする第1
の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向かわ
せるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向と
する第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、単
脚支持後期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域において極大
値を持ち、且つ、床反力の増大とともに該変形量若しく
は運動量の極大値のZMP位置を正方向に移動させるよ
うな空間歪みを与える、ことを特徴とする請求項1に記
載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項7】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、Z
MP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第1
の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向かわ
せるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向と
する第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、単
脚支持後期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項8】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、単
脚支持後期の立脚に対して、 進行方向と直交方向において、床反力が小さいときには
ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつれて
ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向
かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生する
が、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安
定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安
定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若しくは
運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項9】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、単
脚支持後期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項10】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の外側に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
両脚支持期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、 ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。 - 【請求項11】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
両脚支持期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項12】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
両脚支持期の立脚に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
には、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるに
つれてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方
向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えるととも
に、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項13】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
両脚支持期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
には、ZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるに
つれてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方
向に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発
生するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZ
MP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZ
MP安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若
しくは運動量が発生するような空間歪みを与えるととも
に、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項14】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の外側に向かう方向を負方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
単脚支持前期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域において極大
値を持ち、且つ、床反力の増大とともに該変形量若しく
は運動量の極大値のZMP位置を正方向に移動させるよ
うな空間歪みを与える、ことを特徴とする請求項1に記
載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項15】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
ZMP位置が機体の前方に向かう方向を正方向とする第
1の座標軸とZMP位置がZMP安定領域の中央に向か
わせるようなロボットの変形量若しくは運動量を正方向
とする第2の座標軸からなるZMP挙動空間において、
単脚支持前期の立脚に対して、 ロボットの変形量若しくは運動量が負領域においてZM
P安定領域の略中央付近において極大値を持ち、且つ、
床反力の増大とともに該変形量若しくは運動量の変化が
小さくなるような空間歪みを与える、ことを特徴とする
請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項16】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
単脚支持前期の立脚に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、ことを特徴とする請
求項1に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項17】前記ZMP挙動空間制御ステップでは、
単脚支持前期の体幹部に対して、 進行方向と直交する方向において、床反力が小さいとき
にはZMP位置がZMP安定領域の中心から外れるにつ
れてZMP位置がZMP安定領域の中心から外れる方向
に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が発生
するが、床反力が大きくなるに従い、ZMP位置がZM
P安定領域の中心から外れるにつれてZMP位置がZM
P安定領域の中心に向かうようなロボットの変形量若し
くは運動量が生じるような空間歪みを与えるとともに、 進行方向において、床反力が小さいときには、ZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れるにつれてZMP位
置がZMP安定領域の中心から外れる方向に向かうよう
なロボットの変形量若しくは運動量が発生するが、床反
力が大きくなるに従い、ZMP位置がZMP安定領域の
中心から外れるにつれてZMP位置がZMP安定領域の
中心に向かうようなロボットの変形量若しくは運動量が
発生するような空間歪みを与える、 ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。 - 【請求項18】2以上の可動脚を備えた脚式移動ロボッ
トの制御方法であって、 機体のピッチ軸モーメント及びロール軸モーメントがゼ
ロとなるZMPの位置と機体が床面から受ける床反力で
定義されるZMP挙動空間を定義するステップと、 該定義されたZMP挙動空間の定義に基づいてZMP安
定位置を求めるステップと、 該求められたZMP安定位置に基づいて機体動作を制御
するステップと、を具備することを特徴とする脚式移動
ロボットの制御方法。 - 【請求項19】前記脚式移動ロボットと路面との接触状
況に応じてZMP挙動空間の定義を変更するステップを
さらに備える、ことを特徴とする請求項18に記載の脚
式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項20】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、前記ZMP挙動空間における極大点及び/又は
極小点を任意に指定することができる、ことを特徴とす
る請求項18に記載の脚式移動ロボットの制御方法。 - 【請求項21】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、任意の時刻に前記ZMP挙動空間における極大
点及び/又は極小点を任意に指定することができる、こ
とを特徴とする請求項18に記載の脚式移動ロボットの
制御方法。 - 【請求項22】前記のZMP挙動空間を定義するステッ
プでは、脚の支持状態に応じて前記ZMP挙動空間にお
ける極大点及び/又は極小点を任意に指定することがで
きる、ことを特徴とする請求項18に記載の脚式移動ロ
ボットの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001351121A JP2003159676A (ja) | 2000-11-17 | 2001-11-16 | 脚式移動ロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000350923 | 2000-11-17 | ||
JP2000-350923 | 2000-11-17 | ||
JP2000352158 | 2000-11-20 | ||
JP2000-352158 | 2000-11-20 | ||
JP2001277084 | 2001-09-12 | ||
JP2001-277084 | 2001-09-12 | ||
JP2001351121A JP2003159676A (ja) | 2000-11-17 | 2001-11-16 | 脚式移動ロボットの制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=27481791
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001351121A Pending JP2003159676A (ja) | 2000-11-17 | 2001-11-16 | 脚式移動ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2003159676A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006136962A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | 移動ロボット |
JP2007296618A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Sony Corp | 駆動方法、駆動制御装置及びロボット |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001351121A patent/JP2003159676A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006136962A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | 移動ロボット |
JP2007296618A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Sony Corp | 駆動方法、駆動制御装置及びロボット |
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