JP2819323B2 - 脚式歩行ロボットの関節制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は脚式歩行ロボットの関節制御装置に関し、よ
り具体的には２足歩行の移動ロボットにおいて着地時に
コンプライアンス制御を加えてその関節駆動を制御し、
路面の凹凸に良く馴染むと共に、着地時の衝撃も吸収す
る様にした脚式歩行ロボットの関節制御装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） より広範な移動環境を制覇するものに脚式の移動機械
があり、その中で、狭い作業環境でも自由に行動出来る
可能性のあるものに２足歩行式の移動機構（以下「２足
歩行ロボット」と呼ぶ）が考えられる。

斯る２足歩行ロボットを含めた複数の脚部を持つ移動
ロボットについて姿勢制御を考えると、２足歩行ロボッ
トは４足ロボットに比べて不安定なので、着地時の衝撃
を緩和するために足部とそれを駆動する足関節の駆動モ
ータとを適切に制御して路面に足底部を倣わせること
が、衝撃が少なくて安定した歩行を実現する上で望まし
い。衝撃の緩和には制御技術で対処する以外に足底部に
衝撃緩衝材を物理的に設けることも考えられるが、あら
ゆる路面を対象とするときには制御によって緩衝動作を
行わない限り足が路面と衝突する様な状態となって、そ
の反動で足が跳ね返される等により、安定性の確保が難
しい。特に、２足歩行ロボットでは重心が高く、かつ足
底部の接地面積が小さいので、着地時の安定性を確保す
ることは極めて重要である。

その点から先に特開昭62−97005号公報において、２
足歩行ロボットの関節制御手法が提案されている。しか
しながら、この従来技術は、作業環境に応じて制御モー
ドを切り換えることを主眼としており、即ち遊脚期と立
脚期とを接地の有無から判別して位置フィードバックか
ら力フィードバックに切り換えることを提案するに止ま
り、力フィードバック制御の内容等については触れるも
のではなかった。更に倣い制御について具体的に開示す
る例としては論文、「ロボットアームの力フィードバッ
ク制御」（計測と制御、Vol.25.No.1、昭和61年１月）
を挙げることが出来る。この従来技術にあっては６自由
席のロボットハンドについて仮想のコンプライアンス機
構を設定して該ロボットハンドに作用する外力（力・モ
ーメント）を検出し、それに応じてハンドの作動速度を
設定し、サーボモータを速度制御してハンドが実際にそ
の速度をとる様に制御することにより、ロボットがあた
かも実際のコンプライアンス機構によって倣い動作する
のと同様の効果を得ることが出来る仮想のコンプライア
ンス制御を提案している。

本発明の目的は上記した仮想のコンプライアンス制御
の考えを脚式歩行ロボットの着地制御に応用したもので
あり、着地時に関節駆動を制御することによって凹凸路
面であっても適正に倣わせて衝撃の少ない柔軟な着地を
可能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を提供する
ことにある。但し、上記従来技術においてはロボットア
ームを対象としている。ロボットアームの場合にはアー
ム本体が重量無限大のベースに取り付けてあるため、コ
ンプライアンス制御を行う関節アクチュエータの負荷は
ハンドのみにかかり、ハンドは物体に作用したとき発振
が生じ難い、一方、歩行ロボットの場合にはコンプライ
アンス制御を上体の運動に対して行うことになるが、足
部が路面に固定されていないため、足関節アクチュエー
タの負荷が軽量な足底部にかかる場合があり、発振が非
常に起こり易い。

従って本発明の第２の目的は、上記仮想コンプライア
ンス制御において、発振を生じさせることなく柔軟な着
地動作を可能とする脚式歩行ロボットの関節制御装置を
提供することにある。

更には、着地動作は極めて短時間に終了するので、こ
の間に足の倣い動作を完結させるにはサーボモータの特
性を歩行条件に応じて最適に設定する必要がある。

従って、本発明の第３の目的は、歩行条件に応じて適
宜選択されるべき種々の制御特性を備えた脚式歩行ロボ
ットの関節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） 例えば請求項１項に記載する如く、ロボットの関節を
目標位置に追従制御するサーボ機構を備え、該ロボット
に作用する外力に応じてその操作量を変えて倣い動作さ
せる関節制御装置において、前記関節は先端に足底部を
備えた脚式歩行ロボットの足関節を含む関節であり、該
足底部に作用する外力を検出して該外力が減少する様に
制御装置のゲインを調整し、該足底部を路面に倣わせつ
つ着地させる様に構成した。

（作用） 第１図の制御ブロック図に示す如く、着地時に足底部
に作用する外力を検出し、それを減少する様に構成した
ことから、路面反力を効果的に吸収することが出来、路
面に凹凸があって柔軟に着地させることが出来て衝撃の
少ない安定した着地を構成することが出来る。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第２図を参照して本発明に係る歩行ロボットの全体
を概略的に説明すると、この歩行ロボット１は図から明
らかな様に、その形態は人のそれに近く、下方から説明
すると、足部10、下腿部12、大腿部14及び胴体部16を備
え、各部はそれぞれ足関節18、膝関節20及び股関節22で
互いに結合される。各関節には直流型の電動モータ24,2
6,28,30,32,34が配置される。尚、この歩行ロボット１
は、足部も含めて各部材とも左右対称であるので、以下
の説明では一方についてのみ行う。

第３図は足部10の断面図（矢状面、この場合は直進方
向に平行な面で切断）であり、第４図はその一部破断正
面図である。第４図において足関節18にあっては、ベル
ト36が下腿部12に取着された第１の電動モータ24（図示
の便宜のため第２図においては足首位置に示したが、実
際は下腿部12の便宜位置に取着される）の出力を受けて
ハーモニック減速機38（商品名）の入力端に入力する。
該減速機において、モータ出力は周知の如く適宜な倍率
で減速して増加され、下腿部12に取着される固定部40と
その下部の回転部42とを軸線44を中心として歩行進行方
向に相対回転させる。該軸線44と直交する位置には第３
図に良く示す如く、第２の前記した電動モータ26が配置
され、その出力は第２のハーモニック減速機46に入力さ
れ、前記固定部40と回転部42とを第２の軸線48を中心と
して進行方向（ピッチ方向）に直交する左右方向（ロー
ル方向）に相対回転させる。

回転部42の下方には公知の６軸力センサ50が取着さ
れ、力の３方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの３方向成分
Mx,My,Mzとを分離して測定し、足部の着地の有無乃至は
接地荷重等を検出する。６軸力センサ50の下部には船型
のフレーム52が固定される。フレーム52はアルミ材等の
軽量かつ剛性に優れた素材から構成され、その下面は足
底部（いわゆる足の裏）54を形成する。足底部54におい
て爪先部58と踵部60は適宜な曲率で湾曲せしめられて接
地時の転動を容易にすると共に、そこには着地時の衝撃
を吸収させ、また路面の凹凸に馴染ませるために均一な
厚みを備えたゴム材等からなる弾性体64,66が接着等の
適宜な手段で貼付される。尚、膝関節20を含む他の関節
も大略同様の構造を備えるので、説明は省略する。

次に制御装置部に関して説明すると、前記した胴体部
16にはエネルギ源が収納されて電動モータ24等に供給す
ると共に、そこにはマイクロ・コンピュータを備えた制
御ユニット70が収納されて、歩行動作を制御する。即
ち、６軸力センサ50の出力は信号線72を経て該制御ユニ
ット70に送られると共に、各電動モータにはその回転角
度を検出するロータリエンコーダ74,76（図示の簡略化
のため第２図には足関節のものだけを示す）が配置さ
れ、検出値を制御ユニット70に送出する。第５図はその
制御ユニットの構成を詳細に示す説明ブロック図である
が、６軸力センサ50の出力は増幅器78及びA/D変換回路8
0を経てマイクロ・コンピュータに入力され、CPU82はタ
イマ84の計数値に応じて所定時間毎に入力値をRAM86に
格納する。またロータリエンコーダ74等の出力パルスも
カウンタ88を介してRAM86に格納される。後で詳細に述
べる如く、CPU82は検出パラメータに応じてROM90に予め
格納された関節の角度目標値θitを検索し、検出された
実際角度との偏差から角度指令値θCOMMを求め、それに
基づいてモータの速度指令値Vcを演算してデジタル値で
出力する。その出力はD/A変換回路92でアナログ値に変
換されてサーボドライバ94に送出され、サーボドライバ
94において電流値に変換されて各関節の電動モータ24等
に供給される。またロータリエンコーダ出力値はF/V変
換回路96を介してサーボドライバ94にフィードバックさ
れ、サーボ系を構成している。

第６図はその動作を示すフロー・チャートである。同
図に即して説明すると、先ずS10において各部をイニシ
ャライズした後、S12で６軸力センサ50等の出力を入力
し、S14で歩行パターンを計算する。即ち、ROM90を参照
して左右脚部の12個の関節について前記した角度目標値
θitを検索する。ここで値θitはｉ番目の関節の時刻ｔ
における目標角度を意味する。尚、パラメータの入力と
歩行パターンの演算は予めオフラインで行っておいてメ
モリに格納しておいても良い。具体的には検出した実際
角度θactを読み出して角度目標値θitとの偏差を求め
て角度指令値θCOMMを算出し、次いで該角度目標値を適
宜な手法で変換して電動モータの速度指令値Vcを算出し
て出力を開始する。斯くしてS16に示す様に歩行が開始
する。即ち、先ずS18で両足支持相に入り、両足支持相
の指令値が出力し終わると、次にS20に移って片足支
持、例えばこの例では右足支持（左足は遊脚）相に移
り、次々と指令値を実行していくことになる。この相の
指令値が実行し終えるまでにS22において前記した６軸
力センサ50の出力から遊脚の接地が検出されるが、それ
まで実行され続ける。而して、S22で遊脚（左足）の接
地が確認されるとS24に進み、遊脚（左足）のコンプラ
イアンス制御相に入る。

第７図はそのコンプライアンス制御を示すサブルーチ
ン・フロー・チャートである。以下説明すると、先ずS1
00において６軸力センサ50の出力値を読み出して足首に
作用しているｘ軸回り（進行方向に直角かつ水平な軸回
り）のモーメントを検出する。尚、足関節には既述の如
く、足部を進行方向（ピッチ方向）に振る自由度と左右
方向（ロール方向）に振る自由度とが設けられ、それぞ
れの自由度に対応して電動モータ24,26が個別に設けら
れる。従って、着地時に本質的にはこれら２方向の動作
を制御する必要があるが、以下の説明では理解の便宜の
ため進行方向の倣い動作のみ説明する。左右方向につい
ても全く同様である。

続いてS102に至り、仮想的な回転変位Δθを算出す
る。即ち、図示の如き力学モデルを想定し、足底部54の
全体が足関節18を中心にバネ定数ＫCOMPを持ったツル巻
バネで吊られているものとし、モーメントMxの大きさに
比例した回転変位Δθを行うと仮想する。比例定数ＫCO
MPは実験を通じて適宜設定するが、この値が結果的に倣
い動作を応答性を決定する。回転変位Δθは、モーメン
トMxから逆算して求める。

続いてS104において回転変位Δθと前記した角度指令
値θCOMMとを合算して角度指令値θCOMMを補正する。制
御ユニットにおいてCPU82はこの値から新たにモータの
速度指令値Vcを算出し、D/A変換回路92に送出し、変換
されたアナログ値はサーボドライバ94を経て電動モータ
24に供給される。尚、このとき足関節の他の電動モータ
26、乃至は膝関節の電動モータ28等、他のモータについ
て適宜同様の制御を行っても良い。

続いて、第６図メイン・フロー・チャートに戻り、S2
6において時刻T0に達するまで続けられ、その後にはS28
に進んで再び両足支持相に入る。コンプライアンス制御
を時刻T0で終了するのは、着地が本来衝突的な事象であ
り、長時間に亘って継続するものではないからである。
尚、両足支持相が終了するとS30以下に進んで今度は左
足支持（右足遊脚）相に入り、その後はS32〜36で同様
の制御がなされ、S38に至って再び両足支持相となる
と、歩行の１周期が終了したことになる。同様の動作が
S40で終了と判断されるまで継続される。

本実施例において歩行開始時は所期の角度目標値に基
づいて歩行制御されるが、遊脚が接地して足関節にモー
メントMxが作用した時点で、そのモーメントで曲がるで
あろう仮想の変位角を想定し、それを所期の目標値に加
算して新たに指令値を求め、その値に基づいて制御する
ので、結果的にモーメントを減少させる方向に足部が駆
動され、接地時の衝撃を効果的に緩和しつつ路面に倣っ
て着地させることが出来る。

第８図は第６図のコンプライアンス制御の別の例を示
す本発明の第２実施例である。第１実施例に使用したバ
ネ定数ＫCOMPは、小さく設定すると、発生しているモー
メントに対して回転変位の値が大きくなって補正量が大
きくなり、馴染み易くなる。それに対してバネ定数を大
きく設定すると、馴染むのに時間がかかる。従って、歩
行の速度を速める必要があるときは着地動作時間も短縮
することからバネ定数ＫCOMPを小さく設定することにな
るが、その結果ループのゲインが大きくなって系が発振
することがある。逆に発振を嫌ってバネ定数ＫCOMPを大
きく設定すると、時間内に倣い動作が終了せず、路面反
力が残る。本実施例はその相矛盾する問題を解決するも
のであり、その要旨とするところは積分項を追加するこ
とにより、ループゲインを上げることなく足底部の倣い
動作の応答性を向上させたものである。

第８図は第２実施例を示す第６図のサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、S200において第１実施例と同様
にモーメントMxを読み出した後、S202に進んで回転変位
Δθを算出する。即ち、先に述べた比例項にモーメント
Mxを時間で積分して新たな比例定数ＫCOMPIの逆数を乗
じた値を加算して算出する。第２の比例定数ＫCOMPIも
適宜設定すると共に、積分単位時間は微小に設定する。
次いで、S204で角度指令値を算出し、S206で速度指令値
に変換して出力する。

本実施例の場合には積分項を加えたことから、モーメ
ントが作用している時間が長くなるほど積分値が大きく
なって第１実施例に比して移動量が大となり、結果的に
はより短い時間で倣い動作を終了させることが出来る。
即ち、発振を回避すべく第１バネ定数ＫCOMPを比較的大
きく設定しても、ある微小時間経過すると積分項が共に
加算されていくので、移動量が増加し、結果的に倣い動
作時間を減少させることが出来る。

第９図及び第10図は第１、第２実施例に示す例の制御
結果であり、第９図は静特性の、第10図は時間の観念が
加わる動特性の結果を示す。第９図（ａ）からバネ定数
が減少するにつれて変位角が増加すること、及び（ｂ）
の比例積分制御からゲインが略無限大となっているのが
見てとれる。また第10図（ａ）から第１実施例の場合に
はある時刻でモーメントと変位角とが釣り合ってしまっ
てオフセットが残るが、同図（ｂ）の第２実施例からモ
ーメントが零に収束するのを理解することが出来る。

次に、更に歩行速度が上がって第２実施例での微小な
時間でも許容し得なくなった場合を考える。このときに
は倣い動作が不十分のまま次の動作に移行することとな
り、路面の凹凸が甚だしい場合には歩行の安定性を確保
し難い場合も生じ得る。以下に述べる第３の実施例は斯
る点に対処するために案出されたものであり、その要旨
とするところは発振現象を抑制するのにコンプライアン
スを行う方向（即ちモーメントMxの増加乃至減少方向）
を限定して足部が路面に着地する方向には柔らかく、逆
の方向には固くなる様に制御する点であり、更にはコン
プライアンス制御の操作量を最初からモータの速度指令
値として得る点であり、よって万一、モーメントが急激
に減少して倣い動作が遅くなる場合でも、あるいはモー
メントの増減によって系に発振が生じ易くなった場合に
おいても短時間のうちに倣い動作を終了することが出来
る如くするものである。即ち、その様な条件下において
も前記したバネ定数ＫCOMPを着地時の衝撃吸収に適した
値に設定自在とするものであるが、このバネ定数ＫCOMP
はこれまでの説明から明らかな如くサーボゲインであ
る。以下の第３実施例ではこのサーボゲインを使用して
論理構成しているが、説明の混乱を避けるために、以下
のサーボゲインでは大文字のＫの代わりに小文字のｋを
用いる。

第11図はその第３実施例を示すコンプライアンス制御
のサブルーチン・フロー・チャートである。

先ずS300において先の実施例群と同様に足底部に作用
するモーメントを読み出し、次いでS302以下でモーメン
トの方向と量とを修正する。即ち、先ずS302で検出した
モーメントが所定値ＭTH（例えば“0"等と適宜設定）と
比較し、検出値が所定値より小さいと判断されるときは
S304に進んで修正モーメント（ここでMcと称する）を零
に設定する。而して、S302において検出値が所定値より
大きい、即ち正方向にあると判断されるときはS306に進
み、そこで第２の所定値M0αと比較する。この第２所定
値は１サイクル前に用いた修正モーメントMcをα倍、例
えば0.9倍した値である。S306において検出値が第２所
定値より大きいと判断されるときはS308において検出値
をそのまま修正モーメントすると共に、小さいと判断さ
れるときはS310において第２所定値を修正モーメントと
する。即ち、S302〜310を経ることにより、モーメント
を正方向に変化するものに限定することが出来、更に正
方向のものであっても急激に減少しているときはその減
衰率を制限することが出来る。

次いでS312において修正モーメントMcに適宜設定する
比例ゲインkp1を乗じてモータ速度指令値Vcl（力制御成
分）を算出する。次いでS314において次回の演算のため
に演算値をストアする。次いで、S316において関節の実
際角度θactと目標θitとの偏差に適宜設定する第２の
比例ゲインkp2を乗じて第２のモータ速度指令値Vc2（位
置制御成分）を算出し、S318において２つの速度値を合
成して出力する。上記において比例ゲインは例えば 接地後...kp1:kp2＝10: 16 接地前...kp1:kp2＝ 0:512 等と設定する。これは、遊脚期にはモーメントが零であ
るからkp1＝０は当然であり、またコンプライアンス制
御は不要であるので、足部が目標の軌道を正確に通るた
めにはゲインが高い方が良いからである。

本実施例の場合、S302で検出されたモーメントが第１
所定値（零）より小さいと判断されるときは力制御成分
の速度指令値Vc1は零となるので、結果的にモーメント
が正方向にあるときにのみコンプライアンス制御を行う
様にすることが出来る。またS306でモーメントが急激に
減少したと判断されるときは前回のモーメントより僅か
に低い値に設定するので、モーメントが振動的な場合で
もモータを発振させることなく、所要の柔らかさをもっ
て着地させることが出来る。更に、モータの速度指令値
を操作量とするので、第１及び第２実施例の如くモータ
の角度指令値を操作量とするのに比して、制御速度を上
げることが出来、よって高速歩行時にも追随性良く倣い
動作を行なわせることが出来る。

次に、本発明の第４実施例を説明する。歩行ロボット
の足関節をコンプライアンス制御することは本質的にそ
のトルク（モーメント）を検出して制御することであ
り、今まで述べた実施例では角度乃至はモータの速度指
令値を操作量とするため、トルクに変換するのに多少と
も時間が必要となる。前述の様に、あらゆる歩行速度の
中で、衝突に等しい短時間のうちに制御を確実に終了さ
せるためには、制御の応答性を更に向上させる必要があ
る。第４実施例はそれの解消を意図するものであり、そ
の意図するところはトルクに直接比例するモータの電流
値を直接出力して応答性を高めた点にある。

第12図を参照して説明すると、先ずS400においてモー
メントを読み出した後、S402において検出したモーメン
トに適宜設定する比例定数Ｃを乗じて電流目標値Ireを
算出する。この比例定数は適宜設定するが、後述する様
に設定値が大きいと動作が柔らかくなる特性を備える。
次いで、S404以下において第13図に示す関係から電流指
令値を算出する。本実施例においては第13図に示す如
く、前記した電流目標値が指令値に対して線型に設定さ
れると共に、電流指令値の上限は正方向においてＩL＋
以下に抑制されており、負方向においてもＩL−以上に
制限されていて結果的に第３実施例と同様にコンプライ
アンス制御を行う範囲を略モーメントが正方向にあると
きに限定している。即ち、着地時のコンプライアンス制
御においては検出したモーメントが作用する方向に電動
モータを積極的に駆動して結果的にモーメントが零とな
る様にするものであるが、モータと関節軸との間には前
記した様にハーモニック減速機38,46等が介挿されてお
り、そのフリクション、乃至はモータ自身のフリクショ
ン、或いはその他の粘性抵抗等の抵抗が存在するので、
上記した電流指令値はそれらに抗し得る様に設定する。

即ち、先ずS404において電流の目標値を指令値の上限
値と比較し、上限値を超えていればS406において上限値
に制限する。超えていなければ続いてS408で指令値の下
限値と比較し、下限値以上であればS410で目標値を指令
値とすると共に、下限値を下回ればS412で下限値に制限
する。その後にS414に進み、決定された電流指令値を出
力する。

第14図は第４実施例の制御ユニットの要部を示してお
り、従前に示したものと相違するのは電動モータ群の適
宜位置に設けられた電流センサ98を介して電流値がサー
ボアンプ100にフィードバックされている点である。
尚、この実施例の場合にはサーボアンプ100にエンコー
ダの出力パルスをフィードバックさせる必要がないの
で、F/V変換回路は省かれている。

第４実施例によるときは直ちにモータの通電電流を操
作量とすることから、応答性を一段と向上させることが
出来る。また着地時にモーメントが作用する方向と同じ
方向にモータトルクを発生させ、足関節回りの慣性やフ
リクション・粘性抵抗等を補正することで目的を実現す
ることが出来る。またその補正量を変えることで、コン
プライアンスの柔らかさの程度を変えることが出来る。
補正量の変更は上記の比例定数Ｃを変えるか、電流の上
限値を変えることで達成することが出来る。比例定数を
大きく設定すると、発生したモーメントに対して多くの
電流を流すことになるので、足部はしなやかに着地する
ことになり、同時に応答性も向上する。これに対して上
限値を大きくすると、大きなモーメントにまで追随する
様になるが、応答性は向上しないので、実際の制御にお
いてはこの２つのパラメータを適切に選ぶことで種々の
着地特性に広く適応することが可能となる。尚、発振に
対しては前記した下限値を零に近い値に設定することで
コンプライアンスを行う方向を限定することが出来、そ
れを回避することが出来る。

上記した４つの実施例において第２実施例のみが比例
積分制御を開示したが、他の例においても適宜積分制御
を追加しても良い。

また２足歩行ロボットを例にとって説明して来たが、
３足以上のものであっても最下位関節軸の駆動モータに
路面反力をフィードバックすることで同様に静かに歩行
させることが出来る。また最初に説明した如く、進行方
向のモーメントのみではなく、左右方向のモーメントに
ついてもその自由度があれば同様に制御することが出来
る。

（発明の効果） 請求項１項は、ロボットの関節を目標位置に追従制御
するサーボ機構を備え、該ロボットに作用する外力に応
じてその操作量を変えて倣い動作させる関節制御装置に
おいて、前記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボ
ットの足関節を含む関節であり、該足底部に作用する外
力を検出して該外力が減少する様に制御装置のゲインを
調整し、該足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構
成したので、脚式歩行ロボットにおいて路面の凹凸に柔
軟に馴染む様に着地させることが出来、着地時の衝撃を
効果的に緩和することから、歩行そのものを安定にする
ことが出来、かつ静かな歩行動作を実現することが出来
る。

請求項２項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて
制御装置の比例ゲインを調整する様に構成したので、足
底部に作用するモーメントの大きさに応じて上記した効
果を達成することが出来る。

請求項３項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記足底部に着地時に作用するモーメントに応じて
制御装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整する様に構
成したので、足底部の倣い動作の応答性を更に向上させ
ることが出来、歩行速度が上昇したときであっても上記
した効果を達成することが出来る。

請求項４項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の回転角度である様に構
成したので、足部の軌道を正確に目標位置におきつつ上
記した効果を達成することが出来る。

請求項５項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の回転速度である様に構
成したので、歩行速度が更に上昇したときであっても上
記した効果を達成することが出来る。

請求項６項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、該制御の操作量が前記関節の駆動トルクである様に
構成したので、歩行速度が一層上昇したときであっても
上記した効果を達成することが出来る。

請求項７項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが
前記モーメントの所定の変化方向に対応した値である様
に構成したので、コンプライアンス制御の対象とするモ
ーメントの変化方向を限定することとなってコンプライ
アンスを一層柔らかくしても発振を生じることなく上記
した効果を達成することが出来る。

請求項８項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記関節を駆動するアクチュエータの発生トルクが
所定の率で減衰する様に構成したので、請求項７項で記
載した効果に加えて発振現象を一層効果的に抑制するこ
とが出来る。

請求項９項記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置
は、前記アクチュエータが動力伝達手段を介して前記関
節の回転軸に連結されてなると共に、前記減衰率が前記
動力伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決定される
様に構成したので、一層効果的に上記した効果を達成す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る脚式歩行ロボットの関節制御装置
を図式的に示すブロック図、第２図は本発明に係る脚式
歩行ロボットの全体を概略的に示す説明図、第３図はそ
の足部の矢状面断面図、第４図は第３図に示す足部の一
部破断正面図、第５図は第２図に示す脚式歩行ロボット
の関節駆動を制御する制御ユニットの詳細を示すブロッ
ク図、第６図はその動作を示すメイン・フロー・チャー
ト、第７図はその中のコンプライアンス制御を示すサブ
ルーチン・フロー・チャート、第８図は本発明の第２実
施例に係るコンプライアンス制御を示す第６図メインル
ーチンのサブルーチン・フロー・チャート、第９図
（ａ）（ｂ）は第１、第２実施例の静特性を示す制御結
果データ、第10図（ａ）（ｂ）は同様に動特性を示す制
御結果データ、第11図は本発明の第３実施例に係るコン
プライアンス制御を示す第６図メインルーチンのサブル
ーチン・フロー・チャート、第12図は本発明の第４実施
例に係るコンプライアンス制御を示す第６図メインルー
チンのサブルーチン・フロー・チャート、第13図は該制
御で使用する電流値の特性を説明する特性図及び第14図
は第４実施例で用いる制御ユニットの要部ブロック図で
ある。 １……脚式歩行ロボット、10……足部、12……下腿部、
14……大腿部、16……胴体部、18……足関節、20……膝
関節、22……股関節、24,26,28,30,32,34……電動モー
タ、36……ベルト、38,46……ハーモニック減速機、40
……固定部、42……回転部、44,48……軸線、50……６
軸力センサ、52……フレーム、54……足底部、58……爪
先部、60……踵部、64,66……弾性体、70……制御ユニ
ット、72……信号線、74,76……ロータリエンコーダ、7
8……増幅器、80……A/D変換回路、82……CPU、84……
タイマ、86……RAM、88……カウンタ、90……ROM、92…
…D/A変換回路、94……サーボドライバ、96……F/V変換
回路、98……電流センサ、100……サーボアンプ、

フロントページの続き (72)発明者 西川 正雄 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61−133408（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25J 5/00 B62D 57/02

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの関節を目標位置に追従制御する
   サーボ機構を備え、該ロボットに作用する外力に応じて
   その操作量を変えて倣い動作させる関節制御装置におい
   て、前記関節は先端に足底部を備えた脚式歩行ロボット
   の足関節を含む関節であり、該足底部に作用する外力を
   検出して該外力が減少する様に制御装置のゲインを調整
   し、該足底部を路面に倣わせつつ着地させる様に構成し
   たことを特徴とする脚式歩行ロボットの関節制御装置。
2. 【請求項２】前記足底部に着地時に作用するモーメント
   に応じて制御装置の比例ゲインを調整する様にしたこと
   を特徴とする請求項１項記載の脚式歩行ロボットの関節
   制御装置。
3. 【請求項３】前記足底部に着地時に作用するモーメント
   に応じて制御装置の比例ゲインと積分ゲインとを調整す
   る様にしたことを特徴とする請求項１項記載の脚式歩行
   ロボットの関節制御装置。
4. 【請求項４】該制御の操作量が前記関節の回転角度であ
   ることを特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩行
   ロボットの関節制御装置。
5. 【請求項５】該制御の操作量が前記関節の回転速度であ
   ることを特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩行
   ロボットの関節制御装置。
6. 【請求項６】該制御の操作量が前記関節の駆動トルクで
   あることを特徴とする請求項２項又は３項記載の脚式歩
   行ロボットの関節制御装置。
7. 【請求項７】前記関節を駆動するアクチュエータの発生
   トルクが前記モーメントの所定の変化方向に対応した値
   であることを特徴とする請求項２項乃至６項のいずれか
   に記載の脚式歩行ロボットの関節制御装置。
8. 【請求項８】前記関節を駆動するアクチュエータの発生
   トルクが所定の率で減衰することを特徴とする請求項２
   項乃至７項のいずれかに記載の脚式歩行ロボットの関節
   制御装置。
9. 【請求項９】前記アクチュエータが動力伝達手段を介し
   て前記関節の回転軸に連結されてなると共に、前記減衰
   率が前記動力伝達手段の摩擦抵抗を含む値に基づいて決
   定されることを特徴とする請求項８項記載の脚式歩行ロ
   ボットの関節制御装置。