JP2520019B2 - 脚式移動ロボットの駆動制御装置 - Google Patents

脚式移動ロボットの駆動制御装置

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JP2520019B2
JP2520019B2 JP1167295A JP16729589A JP2520019B2 JP 2520019 B2 JP2520019 B2 JP 2520019B2 JP 1167295 A JP1167295 A JP 1167295A JP 16729589 A JP16729589 A JP 16729589A JP 2520019 B2 JP2520019 B2 JP 2520019B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は脚式移動ロボットの駆動制御装置に関し、よ
り具体的には接地面からロボット脚部に作用する摩擦力
とロボットの脚部関節の駆動力との間に生ずる干渉を防
止して滑らかな姿勢制御を実現するようにした脚式移動
ロボットの駆動制御装置に関する。
（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 近時、多関節型の作業用ロボットが広く開発されつつ
あり、その一例としては例えば特開昭58−51090号公報
記載のものがある。而して、斯る多関節機構を用いて脚
式の移動ロボット、例えば２足歩行の移動ロボットを構
成した場合、その姿勢制御において両足を着地させつつ
各関節を駆動するとき、２つの着地点において路面から
ロボットに働く水平方向の摩擦力と、ロボットの各関節
が出力する水平方向の駆動力の総和とが干渉しあい、所
謂コジリを生ずることがある。この現象は２本の脚部と
路面とがクローズドリンクを構成し、位置の制御だけで
は制御に際して生ずる誤差を吸収しきれないことに起因
する。
例えば、後で詳細を述べる第１図に示す如き２足歩行
のロボットが両方の脚部を接地したまま各関節を駆動し
てその姿勢を変える場合を考えるに、各関節の出力する
位置（この場合は角度）の集積誤差が両脚の接地点に現
れて路面を擦ろうとするが、一方ではロボットの自重が
両脚にかかっているため、その摩擦力がその働きに抗し
て無理な力がリンクにかかり、また接地点では脚部が断
続的に滑ることによって振動が生ずる。この結果、ロボ
ットの滑らかな動きが阻害される。
固定型の作業用ロボットにおいては、位置の制御を行
ったとき力の干渉が生じれば力の制御を加味することで
問題の解決を図ることは公知であるが、歩行ロボットに
おける以上の問題も位置の制御のみで姿勢制御を行おう
とするところに問題があり、位置の制御に加えて力の制
御を行えば、こうした不都合を解消することが出来る。
以上の問題は、ロボットが第１図に示す佇立した状態
でその姿勢を変える場合のみならず、歩行に際しても生
ずるものであり、例えば進行中のロボットを前面から見
れば、両脚を着地している期間においては同様な問題が
生ずるであろう。また歩行中のロボットを側面から観察
したときは、両脚を拡げて路面に立った状態となり、路
面反力はもともと路面に対して垂直ではなく、ロボット
の重心に向かって傾いているのが正常であるから、やや
問題が複雑となるが、それでも脚関節の位置制御の誤差
が接地点における異常な水平反力を生み出すと言う点で
は同じであり、力を制御することで正常な水平反力に戻
す必要がある。
従って、本発明の第１の目的は歩行ロボットにおける
上記の欠点に対して有効に力制御を取り入れて滑らかな
姿勢制御を実現することが出来る脚式移動ロボットの駆
動制御装置を提供することにある。
また上記した事情はロボットが旋回するときにも妥当
し、両脚を着地しつつ脚の回動を行う場合、路面からロ
ボットに働く回転方向の摩擦力とロボットの駆動関節が
出力する回動駆動力とが干渉する。即ち、第１図に示す
２足歩行ロボットが両足を接地したまま脚の回転駆動用
関節を作動させてその姿勢を変える場合を考えると、同
様に該関節を出力する角度の集積誤差が両脚の接地点に
現れて路面との間にコジリを生ずる。これが例えば人の
歩行であれば腰を水平面内で歩行周期に併せて揺動させ
ており、そうすることによって歩幅を広くとりながら疲
労しない歩行を無意識のうちに可能としている。図示の
如き人の動きを模したロボットにおいても、消費エネル
ギを少なくして歩行させようとすれば、必然的に脚部の
回転用の関節を駆動して人と同じような歩容をとること
になる。そのため、歩行中にあっても上記の干渉問題が
生ずる可能性がある。
従って、本発明の第２の目的は上記した欠点を解消す
ることにあり、歩行ロボットにおける旋回時の上記した
干渉に対して有効に力（モーメント）制御を取り入れて
滑らかな姿勢制御を行うことが出来る脚式移動ロボット
の駆動制御装置を提供することにある。
更に、各関節には固有のフリクションや機械的なガタ
など制御にとって不都合なものが多々あり、力のセンシ
ングをする個所が問題となる。歩行ロボットの場合、運
動力学的な外力は大部分が接地反力であり、この反力を
精度良く検出する必要がある。このセンシングの精度に
はセンサの配置をどのようにするかが極めて重要な関わ
りを持ってくる。
従って、本発明の第３の目的は、歩行ロボットにおけ
る上記の問題に対し、路面反力を効果的にセンシングし
て干渉を防止することが出来る脚式移動ロボットの駆動
制御装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために例えば請求項１項は、
複数本の脚部を備えた脚式移動ロボットの脚部関節を角
度検出手段の検出値に応じて駆動制御して歩行動作させ
る脚式移動ロボットの駆動制御装置において、前記脚部
から接地面に作用する路面反力を検出する路面反力検出
手段を設け、検出した路面反力の水平方向成分が減少す
るように前記関節駆動の制御量を補正する如くした。
（作用） 例えば請求項１項記載の脚式移動ロボットの駆動制御
装置においては、路面反力の水平方向成分が減少するよ
うに関節駆動の制御量を補正する如くしたので、位置の
制御に力の制御を有効に加えることが出来、滑らかな歩
行動作を実現することが出来る。
（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明に係る脚式移動ロボットの駆動制御装置
を示す説明図である。同図の説明に入る前に、第２図以
下を参照して本発明が予定する脚式移動ロボット自体に
ついて全体的に概説する。第２図はそのロボットを概念
的に示す説明側面図であり、第３図はその関節骨格図で
ある。図示例に係る作業用ロボット１は２足歩行の脚式
移動型であって人体類似の構造を有し、腰部３を備え、
その上部には胴部（基体）５が連結されると共に、その
下方には脚部が取着される。腰部３は第３図に示す如
く、脚部回転用の第１の関節10（10′）、股の前後方向
運動用の第２の関節12（12′）及び股の左右方向運動用
の第３の関節14（14′）からなる股関節を備える。腰部
３の下方の脚部には、第４の関節たる膝関節16（16′）
が設けられると共に、その更に下方には足首（踵）の前
後方向運動用の第５の関節18（18′）と、足首（踵）の
左右方向運動用の第６の関節20（20′）が設けられ、そ
の下部には足ヒラ部22（22′）が取着される。各関節は
適宜なリンクで接続されており、例えば膝関節16（1
6′）はリンク24（24′）を介して腰部３と連結される
と共に、リンク25（25′）を介して足首部と連結され
る。また足首部には後述する６軸力トルクセンサ26（2
6′）が配置されると共に、足底部には接地センサ28（2
8′）が装着される。
第４図及び第５図（第４図Ｖ−Ｖ線断面図）は上記腰
部３の股関節の詳細を示す説明断面図である。以下、左
右の股関節は対称の構造を備えるものとして、その一方
のみを説明する。
図において符号30は電動（DCサーボ）モータを示し、
その出力は出力軸31を介してハーモニック減速機32に入
力される。ハーモニック減速機32において適宜な倍率で
減速されトルクを増幅されたモータ出力は一方では脚の
付け根部に相当する回動部材34に伝えられ、他方ではベ
アリング35を介してその外方に回転自在に配置される前
記した胴部５の基端部36に伝達され、回動部材34を基端
部36に対して軸線37を中心として矢印ｘで示す方向に重
力軸廻りに相対回転させる。回動部材34には先に述べた
脚部全体が懸吊されており、電動モータ30の駆動によっ
て胴部36に対して回動する。電動モータ30の回転角度
は、電動モータ30の上方に配置されるロータリエンコー
ダ30aによって検出され、検出信号は後述する制御ユニ
ットに送出される。この部位が前記した第１関節10（1
0′）に相当する。
回動部材34の下部には脚部を左右に振るための第２の
電動（DCサーボ）モータ40が設けられ、その出力は出力
軸41を通じて第２のハーモニック減速機42に入力され
る。第２ハーモニック減速機42の出力は一方では第５図
に良く示す断面略円形状のモータケーシング44に伝達さ
れ、その回転力は更にスプライン46を経てその外周に位
置する同様に断面略円形状のピッチ部材54に伝えられ
る。第２ハーモニック減速機42の他方の出力は、ベアリ
ング47を介してモータケーシング44の外周に配置される
揺動ケーシング48に伝達され、その結果ピッチ部材54は
揺動ケーシング48に対して軸線49を中心として矢印ｙで
示す方向に相対回転（旋回）する。該ピッチ部材54は下
端において前記した脚部リンク24（24′）とが連結して
おり、この回転（旋回）運動によって脚部は進行方向に
対して左右に揺動する。ここにおいて、軸線49と前記軸
線37とは図示の如く直交しており、一点Ａで交差する。
尚、矢印ｙで示す回転（旋回）運動の角度は、第２電動
モータ40に隣接して配置された第２のロータリエンコー
ダ40aで検出され、検出値は同じく前記制御ユニットに
送出される。この部位が前記した第３関節14（14′）に
該当する。
而して、リンク24（24′）とピッチ部材54とが連結す
る位置付近には凹部が形成され、そこに脚部のピッチ運
動用の第３の電動（DCサーボ）モータ50が、その軸を前
記第２電動モータ40の軸と直交させて配置されており、
その出力は出力軸51から取り出され、タイミングベルト
50bを介して第３のハーモニック減速機52に入力され
る。第３ハーモニック減速機52は図示の如く第２ハーモ
ニック減速機42に対して直交する如くに配置されてお
り、その出力は第５図から明らかな如く一方ではディス
ク53を介してそれに一体的に固定された前記ピッチ部材
54に伝えられる。第３ハーモニック減速機52の他方の出
力は、前記ディスク53の外周にベアリング55を介して配
置された関節ケーシング56に伝達され、ピッチ部材54は
従って関節ケーシング56に対して軸線57を中心として矢
印ｚで示す方向に相対回転（旋回）する。この部位が前
記した第２関節12（12′）に該当し、この回転（旋回）
運動の結果、脚部は進行方向の前後に揺動する。而し
て、図示の如く３つの軸線37,49,57は相互に直交すると
共に、等しくＡ点で交差することとなり、これによって
人体の股関節と等価のジオメトリを得ることが出来る。
尚、このピッチ運動の角度も第３電動モータ50の左側
（第４図）に位置するロータリエンコーダ50aで読み取
られ、同じく制御ユニットに送出される。
上記の如く、実施例に係る脚式移動ロボットの関節機
構においては、３自由度を構成する電動モータの３つの
軸線37,49,57が等しく一点Ａで交差するように構成した
ことから、マイクロ・コンピュータからなる制御ユニッ
トで位置決め制御する際に演算が容易となり、また移動
ロボットとしての歩行動作も人間の歩行動作に似た滑ら
かなものを実現することが出来る。また上記軸線は互い
に直交するように配置されたことから、直交座標系の演
算が可能となって位置決め制御が一層容易となり、歩行
速度を早めることが可能となる。更に、交点Ａを第２電
動モータ40の軸線上に位置させたので、関節機構全体と
してもコンパクトで簡易なものとなり、この点からも脚
部の駆動速度を上昇させることが可能となる。
尚、上記実施例においては、３個の回転（旋回）軸を
組み合わせて関節機構を構成する例を示したが、これに
限られるものではなく、一部を直進運動に代えても良
く、また直進運動、回転運動及び旋回運動の一部又は全
部を組み合わせて３自由度以上の自由度を奏するように
したものについても妥当する。
また股関節について例示したが、肩部の関節機構であ
っても良く、また２足歩行式について例示したが、４足
等の多足型であっても良く、或いは移動式のものについ
て例示したが、第13図で示す据え付け型の作業用ロボッ
トアームにも応用可能である。
続いて、第６図及び第７図断面図を参照して足首部の
関節を詳細に説明する。図示の如く、これは前記した股
関節を倒立した構造であり、以下説明すると、第５関節
18（18′）（正確にはリンク25（25′）下端部）には電
動（DCサーボ）モータ60が格納されており、その出力は
モータ出力軸61を経て取り出され、タイミングベルト62
を経てハーモニック減速機64の入力軸を駆動する。ハー
モニック減速機64の一方の出力は、ディスク65及びそれ
に一体的に取着された揺動ケーシング66に伝えられると
共に、その他方の出力は、ベアリング67を介して揺動ケ
ーシング66の外周側に回転自在に位置する関節ケーシン
グ68に伝えられる。よって、揺動ケーシング66（及びデ
ィスク65）と関節ケーシング68とは軸線69を中心として
矢印ｘで示す方向に相対回転する。
また揺動ケーシング66内には第２の電動（DCサーボ）
モータ70が収納されており、その出力軸71は第７図に良
く示す如く、第２のハーモニック減速機72に入力され、
第１ハーモニック減速機64と直交する位置に配された第
２ハーモニック減速機72の一方の出力は円筒状のモータ
ケーシング73に伝えられる。モータケーシング73の出力
は、スプライン74を経て前記した揺動ケーシング66に伝
達される。第２ハーモニック減速機72の他方の出力は、
ベアリング75を介して揺動ケーシング66の外周に回転自
在に配置される関節20（20′）用の第２の関節ケーシン
グ76に伝えられ、よって揺動ケーシング66（及びディス
ク65）と第２関節ケーシング76とは軸線77を中心として
矢印ｙで示す方向に相対回転する。図から明らかな如
く、足部の関節18（18′）,20（20′）の構造は、軸線6
9,77とは直交すると共に、関節内において１点Ｂに交わ
るように構成される。尚、符号60a,70aは電動（DCサー
ボ）モータ60,70の回転角度を通じて関節角度を検出す
るロータリエンコーダを示す。また膝関節16（16′）に
ついては図示を省略するが、１個の電動（DCサーボ）モ
ータを備えてリンク24（24′）,25（25′）を回動する
ように構成される。
而して、第２関節ケーシング76の下部は部材78を介し
て前記６軸力トルクセンサ26に連結され、その下方に前
記した足ヒラ部22が形成される。即ち、６軸力トルクセ
ンサ26の下端は甲部80に連結されており、甲部80はイン
ナプレート81に固定される。インナプレート81の下側に
は、その側面に設けられた各角部に２個づつ計８個のピ
ン82a〜82h（符号一個図示省略）によるロストモーショ
ン機構で吊られたアウタプレート（足底面）84が設けら
れる。アウタプレート84の四隅には小孔86が穿設されて
おり、その小孔86に位置決めされる状態で接地センサ28
が４個、インナプレート81側に固定される。
ここで第８図を参照して６軸力トルクセンサ26につい
て説明すると、該センサ26は、路面に平行な進行方向及
び左右方向並びに路面に直交する垂直方向の３つの力成
分Fx,Fy,Fzと、更に進行方向の軸廻りのモーメントMx,
左右方向の軸廻りのモーメントMy,垂直軸廻りのモーメ
ントMzからなる３つのモーメント成分との計６個の力
（荷重）を同時に検出する。尚、斯るセンサ自体は公知
であり、例えば「６軸力センサLSA6000Aの開発」（昭和
63年１月22日〜23日、日本ロボット学会、第１回ロボッ
トセンサシンポジュウム）に詳しい。而して、６軸力ト
ルクセンサ26を図示位置に設置するに際しては、その水
平面の向きは望ましくは、脚式移動ロボット１の進行方
向の路面反力のみが生じたときに１つの出力Fxのみが得
られるように、その方向を決めて配置する。こうするこ
とにより、該６軸力トルクセンサ26は左右方向の路面反
力のみが生じたときは只１つ信号Fyを出力し、従って補
正すべき路面反力と対応する補正すべき関節の運動方向
とが一致するので、複雑な演算を要せずに、修正すべき
各関節の補正量を求めることが出来る。更に、この場
合、垂直方向（重力方向）廻りのモーメントMzについて
もその軸が路面と接触するアウタプレート84と直交する
ように位置決めして設置する。その結果、足底部に作用
するコジリモーメントを直接に精度良く検出することが
出来、回転用の前記した第１関節10（10′）の補正量を
容易に求めることが出来る。
また第９図を参照して接地センサ28について簡単に説
明すると、その下部の円錐部87は図示のように２個のバ
ネ88a,88bに吊られた、電気的に絶縁性のステム89に弾
性材からなる連結部材90を介して物理的に当接してお
り、ステム89の周辺には図示しない電源から延びる電気
接点91a,91bが届いてバネ88aで互いに導通している。こ
こでステム89はバネ88aの下端に接する付近で突起が突
設されて十字架状となっており、接地によってインナプ
レート81とアウタプレート84とが相対変位すると、その
変位が円錐部87に伝えられ、導通を断ることによって脚
部の接地を検出することが出来る。尚、符号92は後述す
る制御ユニットに検出信号を送出する信号線を示す。
ここで、第１図に戻って本発明に係る脚式移動ロボッ
トの駆動制御装置を説明すると、図示の如く、前記した
胴部５にはマイクロ・コンピュータからなる制御ユニッ
ト94が設けられており、６軸力トルクセンサ26及び接地
センサ28並びにロータリエンコーダ30a,40a,50a,60a,70
aからの検出信号を入力して直交座標系において現在位
置（角度）を求めて関節駆動の制御量を演算して出力す
ると共に、続いて述べる如くコジリが発生したときはそ
れに応じてその補正を行うものである。尚、符号96,96a
は膝関節16（16′）用の電動（DCサーボ）モータ及びそ
の回転角度検出用のロータリエンコーダを示す。
続いて、第10図フロー・チャートを参照して本発明に
係る脚式移動ロボットの駆動制御装置の動作を説明す
る。尚、このプログラムは前記した制御ユニットのマイ
クロ・コンピュータにおいて所定時間毎に起動される。
先ず、S10においてメモリ（図示せず）から目標歩容
のデータを検索する。第11図は人間が平地を歩行する場
合の膝関節と足首（踵）関節の屈伸を示す実験データで
あるが、斯るデータに基づいて各関節について時系列的
に設定されたデータが予め求められてメモリ内に格納さ
れているものとする。
続いて、S12において検索したデータから各関節の目
標角度θｉを適宜に算出し、次いでS14において前記し
たロータリエンコーダ30a他の出力から各関節の実際の
関節角度θを読み込み、続いてS16において目標角度と
実際角度との偏差を求めて指令角度θCMDを決定する。
続いて、S18において適宜な手法で各関節の電動モータ
の指令値に変換して出力する。
続いて、S20において前記した６軸力トルクセンサ26
の出力を読み込み、３つの力Fx,Fy,Fzを検出する。続い
て、S22において歩行の前後方向と左右方向のコジリ力F
x,Fyを所定値と比較する。この所定値は、補正に該る程
のコジリが生じたか否かを判別するに足る値を適宜設定
する。尚、S22でコジリが生じていないと判断されると
きに直ちにプログラムを終了する。
而して、S22においてコジリが所定値以上生じたと判
断されるときは続いてS24に進み、そこで垂直方向の力
について左足側の値FzLと右足側の値FzRとを比較する。
而して、比較した結果、右脚が支えていると判断される
ときはS26に進み逆側の左脚についてその股関節12,14の
角度補正量θCORを算出すると共に、左脚が主として体
重を支えていると判断されるときはS28に至り、右脚側
の関節12′,14′について角度補正量θCORを算出する。
斯くすることにより、分担力の少ない方の脚部を駆動修
正し、その分だけ消費エネルギを少なくすることが出来
る。続いて、S30に進み、算出した角度を適宜な手法で
モータ制御量に変換して当該関節を駆動する電動（DCサ
ーボ）モータ40,50に出力する。
而して、関節12（12′）,14（14′）に補正を加える
ことにより、今度は前後左右の軸廻りのモーメントが新
たに生ずる恐れがある。そこで、S32に進んでモーメン
トMx,Myを検出し、S34で検出したモーメントが所定値以
上生じているか否か判断し、所定値以上と判断されると
きはS36に移行して再び体重を支える脚を判定し、判定
結果に応じてS38,S40で足首部の関節18（18′）,20（2
0′）の角度補正量θCORを算出し、S42において当該電
動（DCサーボ）モータ60,70に出力する。尚、S26〜S30
で関節12（12′）,14（14′）を補正したが、関節14（1
4′）に代えて関節16（16′）を補正しても良い。
本実施例においては以上詳述したように、足底部に働
く水平方向の摩擦力を検知し、その摩擦力が減少する方
向に各関節の位置制御量を修正するので、脚式移動ロボ
ット１が佇立した状態において脚同士が干渉しあうのを
効果的に防止することが出来、これによってロボットの
滑らかな姿勢制御を実現することが出来る。
また歩行のときも前述のように、脚式移動ロボット１
を前面から見れば左右方向の水平分力に対し効果的に制
御することが可能となり、その利用価値が高く、側面か
ら見た場合でも理論的な（正常な）水平反力と検出され
た実際の永久反力とを比較することで適正な修正を各関
節に加える道が拓かれる等、応用範囲の広いことが予想
出来るものである。
また水平力を検出する６軸力トルクセンサ26を足首よ
り下の、より路面に近い場所に設けているため足底部に
かかるコジリ力を直接検出することになって検出精度が
極めて向上し、良好な結果を得ることが出来る。斯る場
合に股関節にかかるモーメントを、股関節と膝関節との
中間に設けたトルクセンサで検出して制御することも考
えられるが、その場合はトルクセンサより下位の関節の
フリクション乃至は制御の際の関節部の機械的なガタの
集積誤差等の制御し難い他のファクタが関与する恐れが
ある。それに対し、本実施例によるときはそのような恐
れもなく、良好な結果を得ることが出来る。
更に、上記実施例においては、関節12（12′）,14（1
4′）,16（16′）,18（18′）,20（20′）の駆動方向と
路面反力の検出方向が一致しているので、複雑な演算を
する必要がなく、当該関節を修正駆動して該路面反力を
効果的に減少乃至解消することが出来、制御応答性が向
上してリアルタイムで制御することが可能となる。
第12図は本発明に係る脚式移動ロボットの駆動制御装
置の第２の実施例を示すフロー・チャートであり、旋回
時の回転方向の干渉を解消する補正制御手段を示す。同
図を参照して説明すると、先の第10図フロー・チャート
の場合と同様に、目標歩容データに基づいて制御値を演
算して電動モータに出力した後（S100〜S108）、S110に
おいて左右の脚についてモーメントＭZL,MZRを検出す
る。
次いで、S112においてモーメントが適宜設定した所定
値以上か否か判断し、所定値以上であればS114に進み、
左右の関節10（10′）の角度補正量θCORをコジリが減
少乃至零となるように算出する。次いで、S116に進んで
算出した角度補正量をモータ制御量に変換して当該電動
（DCサーボ）モータ30に出力する。
次いで、S118において新たにコジリ力（剪断力）Fx,F
y,Fzが発生したか否か検出し、S120で所定値以上のコジ
リが発生したと判断されるときはS122に進んで該当する
関節について再度補正値を算出し、S124において電動
（DCサーボ）モータ40他の中の該当するモータに出力す
る。即ち、脚部はいつも鉛直方向に立っているとは限ら
ないので、脚部の回転関節10（10′）に補正を加えるこ
とにより、今後は他の分力（剪断力）が接地点に生ずる
可能性があるが、その場合には他の関節に修正を加える
ことで解消する。例えば、左右方向のコジリ力が生ずれ
ば関節14（14′）,20（20′）に補正を加えれば良く、
前後方向のコジリ力であれば関節12（12′）,18（1
8′）を修正する。
第２実施例においては上記の如く構成したことから、
旋回時のコジリ力を有効に解消することが出来て滑らか
な姿勢制御を実現することが出来る。尚、残余の構成
は、第１実施例のそれと同様であり、本例においても場
合により体重を支えている側の脚部を判別して補正して
も良い。
尚、上記した第１、第２の実施例では６軸力トルクセ
ンサを使用したが、それに限る必要はなく、例えば水平
力を検出するセンサと、足底部に垂直力を検出する分布
荷重センサとを併設し、分布荷重センサによってFz,Mx,
Myの３分力を検出しても良いことは自明であろう。斯る
分布荷重センサは少なくとも足底部の３点で垂直力を検
出出来れば良く、また３点〜４点の荷重センサを使用し
た歩行ロボットの例は公知である。
また図示例においては脚式移動ロボットとして２足歩
行のものを示したが、それに限られるものではなく、４
足歩行等の多足歩行のものであっても良い。
（発明の効果） 請求項１項は、複数本の脚部を備えた脚式移動ロボッ
トの脚部関節を角度検出手段の検出値に応じて駆動制御
して歩行動作させる脚式移動ロボットの駆動制御装置に
おいて、前記脚部に接地面から作用する路面反力を検出
する路面反力検出手段を設け、検出した路面反力の水平
方向成分が減少するように前記関節駆動の制御量を検出
する如く構成したので、位置の制御に力の制御を加えて
脚部同士の干渉を効果的に防止することができ、滑らか
な姿勢制御を実現することができる。
請求項２項記載の脚式移動ロボットの駆動制御装置
は、検出される前記それぞれの脚部について前記路面反
力の垂直方向成分の大きさを比較し、該垂直方向成分が
最大となる脚部を除く他の脚部の一部又は全部について
前記補正を行うようにしたので、前記した効果に加え
て、角度補正に要するエネルギを効果的に節約すること
が出来、その分だけ駆動速度を早めることが出来る。
請求項３項記載の脚式移動ロボットの駆動制御装置
は、前記路面反力検出手段を、前記脚部においてその最
下位関節と接地面との間の路面反力が伝達される経路中
に配置すると共に、前記脚部が進行方向又はそれと直交
する方向の中の少なくともいずれかに揺動する動作自由
度を備えるものであり、その方向と検出感度が最大とな
る方向が一致すると共に、垂直方向成分についてもその
検出感度が最大となるように前記路面反力検出手段を脚
部に配置した如く構成したので、前記した効果に加え
て、脚部にかかる荷重を外乱などの影響を受けることな
く直接に検出することができて検出精度が向上し、それ
に基づいて関節駆動量を正確に修正することができると
共に、簡単な演算で必要な補正量を正確に算出すること
ができ、制御の応答性が向上する。
請求項４項は、複数本の脚部を備えると共に、少なく
ともその１本が回転して方向転換自在である脚式移動ロ
ボットの脚部関節を角度検出手段の検出値に応じて駆動
制御して歩行動作させる脚式移動ロボットの駆動制御装
置において、前記脚部と接地面との間に発生する垂直軸
廻りのモーメントを検出するモーメント検出手段を設
け、検出したモーメントが減少するように前記関節駆動
の制御量を補正する如く構成したので、位置の制御に力
の制御を有効に加味して脚式移動ロボットの旋回時の干
渉を防止して滑らかな姿勢制御を実現することができ
る。
請求項５項記載の脚式移動ロボットの駆動制御装置
は、前記脚部においてその最下位関節と接地面との間
に、前記脚部と接地面との間に生ずる剪断力を検出する
剪断力検出手段を設け、前記補正によって新たに発生す
る接地荷重を検出して該接地荷重を低減するように前記
関節駆動の制御量を再度補正する如く構成したので、前
記した効果に加えて、一層滑らかな姿勢制御を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る脚式移動ロボット（作業用ロボッ
ト）の駆動制御装置を示す説明ブロック図、第２図は該
装置が予定する脚式移動ロボットを全体的に示す説明側
面図、第３図はその関節骨格図、第４図はその股関節の
詳細を示す説明断面図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ線断面
図、第６図は足首関節の詳細を示す説明断面図、第７図
はそのVII−VII線断面図、第８図はその足首部に配置さ
れる６軸力トルクセンサの機能を示す説明図、第９図は
その足首部に取着される接地センサの構造を示す説明断
面図、第10図は本発明に係る装置の動作を示すフロー・
チャート、第11図はその中で検索するロボットの歩容デ
ータを説明するために人間の平地歩行の際の関節の屈伸
を示す実験データ、第12図は本発明の第２実施例を示す
フロー・チャート及び第13図は本発明に係る脚式移動ロ
ボットが応用可能な据え付け型のロボットアームであ
る。 １……脚式移動ロボット、３……腰部、５……胴部、1
0,10′,12,12′,14,14′,16,16′,18,18′,20,20′……
関節、22……足ヒラ部、24,24′,25,25′……リンク、2
6,26′……６軸力トルクセンサ（路面反力検出手段、剪
断力検出手段）、28,28′……接地センサ、30,40,50,6
0,70,96……電動（DCサーボ）モータ（動力手段）、30
a,40a,50a,60a,70a,96a……ロータリエンコーダ、32,4
2,52,64,72……ハーモニック減速機、35,47,55,67,55…
…ベアリング、37,49,57,69,77……軸線（駆動軸）、4
4,73……モータケーシング、46,74……スプライン、48,
66……揺動ケーシング、54……ピッチ部材、56,68,76…
…関節ケーシング、80……甲部、81……インナプレー
ト、84……アウタプレート、94……制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 真人 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−187671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−131890（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数本の脚部を備えた脚式移動ロボットの
    脚部関節を角度検出手段の検出値に応じて駆動制御して
    歩行動作させる脚式移動ロボットの駆動制御装置におい
    て、前記脚部に接地面から作用する路面反力を検出する
    路面反力検出手段を設け、検出した路面反力の水平方向
    成分が減少するように前記関節駆動の制御量を補正する
    ようにしたことを特徴とする脚式移動ロボットの駆動制
    御装置。
  2. 【請求項２】複数本の脚部を備えた脚式移動ロボットの
    脚部関節を角度検出手段の検出値に応じて駆動制御して
    歩行動作させる脚式移動ロボットの駆動制御装置におい
    て、前記脚部を介して前記脚式移動ロボットの重心に接
    地面から作用する路面反力を検出する路面反力検出手段
    を設け、検出した路面反力の水平方向成分に応じて前記
    関節駆動の制御量を補正すると共に、検出される前記そ
    れぞれの脚部について前記路面反力の垂直方向成分の大
    きさを比較し、該垂直方向成分が最大となる脚部を除く
    他の脚部の一部又は全部について前記補正を行うように
    したことを特徴とする脚式移動ロボットの駆動制御装
    置。
  3. 【請求項３】前記路面反力検出手段を、前記脚部におい
    てその最下位関節と接地面との間の路面反力が伝達され
    る経路中に配置すると共に、前記脚部が進行方向又はそ
    れと直交する方向の中の少なくともいずれかに揺動する
    動作自由度を備えるものであり、その方向と検出感度が
    最大となる方向が一致すると共に、垂直方向成分につい
    てもその検出感度が最大となるように前記路面反力検出
    手段が脚部に配置したことを特徴とする請求項１項また
    は２項に記載の脚式移動ロボットの駆動制御装置。
  4. 【請求項４】複数本の脚部を備えると共に、少なくとも
    その１本が回転して方向転換自在である脚式移動ロボッ
    トの脚部関節を角度検出手段の検出値に応じて駆動制御
    して歩行動作させる脚式移動ロボットの駆動制御装置に
    おいて、前記脚部と接地面との間に発生する垂直軸廻り
    のモーメントを検出するモーメント検出手段を設け、検
    出したモーメントが減少するように前記関節駆動の制御
    量を補正することを特徴とする脚式移動ロボットの駆動
    制御装置。
  5. 【請求項５】前記脚部においてその最下位関節と接地面
    との間に、前記脚部と接地面との間に生ずる剪断力を検
    出する剪断力検出手段を設け、前記補正によって新たに
    発生する接地荷重を検出して該接地荷重を低減するよう
    に前記関節駆動の制御量を再度補正することを特徴とす
    る請求項１項乃至４項のいずれかに記載の脚式移動ロボ
    ットの駆動制御装置。
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