JP3024023B2 - 脚式移動ロボットの歩行制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの歩行制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は脚式移動ロボットの歩
行制御装置に関し、より具体的には階段などの段部を安
定に降りることができる様にしたものに関する。
行制御装置に関し、より具体的には階段などの段部を安
定に降りることができる様にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動ロボットに関する技術として
は車輪式、クローラ式、脚式などのロボットが提案され
ている。その中で、脚式移動ロボットの制御技術に関す
るものとして、１脚のロボットに関する技術（Raibert,
M.H., Brown, Jr.H.B.,"Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine", ASME, J of DSM
C,vol.106, pp.75-81 (1984))、２脚のロボットに関す
る技術（日本ロボット学会誌vol.l, no.3, pp.167-203,
1983）、４脚のロボットに関する技術（日本ロボット学
会誌vol.9, no.5, pp.638-643, 1991)、６脚のロボット
に関する技術（Fischeti, M.A.,"Robot Do the Dirty W
ork,"IEEE, spectrum, vol.22. no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; TheAdaptive Suspension Vehicle", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
が多数提案されている。更には、比較的低自由度のロボ
ットでリアルタイムに力学的に安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（下山、”竹馬型２足歩行ロボット
の動的歩行”、日本機械学会論文集Ｃ篇、第48巻、第 4
33号、pp.1445-1454, 1982. および"Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) や、比較的多自
由度のロボットでオフラインで安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（特開昭６２−９７００６号）も提
案されている。
は車輪式、クローラ式、脚式などのロボットが提案され
ている。その中で、脚式移動ロボットの制御技術に関す
るものとして、１脚のロボットに関する技術（Raibert,
M.H., Brown, Jr.H.B.,"Experiments in Balance With
a 2D One-Legged Hopping Machine", ASME, J of DSM
C,vol.106, pp.75-81 (1984))、２脚のロボットに関す
る技術（日本ロボット学会誌vol.l, no.3, pp.167-203,
1983）、４脚のロボットに関する技術（日本ロボット学
会誌vol.9, no.5, pp.638-643, 1991)、６脚のロボット
に関する技術（Fischeti, M.A.,"Robot Do the Dirty W
ork,"IEEE, spectrum, vol.22. no.4, pp.65-72 (198
5). Shin-Min Song, Kenneth J. Waldron, "Machines T
hat Walk; TheAdaptive Suspension Vehicle", The MIT
Press Cambridge, Massachusetts, London. England)
が多数提案されている。更には、比較的低自由度のロボ
ットでリアルタイムに力学的に安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（下山、”竹馬型２足歩行ロボット
の動的歩行”、日本機械学会論文集Ｃ篇、第48巻、第 4
33号、pp.1445-1454, 1982. および"Legged Robots on
Rough Terrain; Experiments in Adjusting Step Lengt
h", by Jessica Hodgins. IEEE, 1988) や、比較的多自
由度のロボットでオフラインで安定な移動（歩行）パタ
ーンを生成する技術（特開昭６２−９７００６号）も提
案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この様な脚
式移動ロボット、特に２足歩行の脚式移動ロボットの特
徴として、図１２に示す様に階段を昇降することを挙げ
ることができるが、階段を降りる場合には着地時に過大
な衝撃が生じて歩行が不安定になりやすく、また脚を深
く曲げるため安定な姿勢が取りにくいなどの、克服すべ
き幾つかの問題がある。
式移動ロボット、特に２足歩行の脚式移動ロボットの特
徴として、図１２に示す様に階段を昇降することを挙げ
ることができるが、階段を降りる場合には着地時に過大
な衝撃が生じて歩行が不安定になりやすく、また脚を深
く曲げるため安定な姿勢が取りにくいなどの、克服すべ
き幾つかの問題がある。
【０００４】従って、この発明は、２足歩行の脚式移動
ロボットが階段などの段部を安定して降りることができ
る様にした脚式移動ロボットの歩行制御装置を提案する
ことを目的とする。
ロボットが階段などの段部を安定して降りることができ
る様にした脚式移動ロボットの歩行制御装置を提案する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は請求項１項に示す如く、２足歩行の脚
式移動ロボットであって、その２本の脚部がそれぞれそ
の先端に足平を備えると共に、該足平がロボット進行方
向長さの中央位置より後端側で前記脚部に取着されてい
るものの歩行制御装置において、前記ロボットが段部を
降りるとき、遊脚の足平をその先端から着地させる様に
関節角軌道を決定する如くした。
ためにこの発明は請求項１項に示す如く、２足歩行の脚
式移動ロボットであって、その２本の脚部がそれぞれそ
の先端に足平を備えると共に、該足平がロボット進行方
向長さの中央位置より後端側で前記脚部に取着されてい
るものの歩行制御装置において、前記ロボットが段部を
降りるとき、遊脚の足平をその先端から着地させる様に
関節角軌道を決定する如くした。
【０００６】
【作用】リンクの幾何学形状から、足平先端から着地さ
せることにより片足支持期の時間を短くできると共に、
遊脚着地の際の衝撃も緩和できることから、階段などの
段部を降りるときの安定度を増すことができる。
せることにより片足支持期の時間を短くできると共に、
遊脚着地の際の衝撃も緩和できることから、階段などの
段部を降りるときの安定度を増すことができる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図１は
そのロボット１を全体的に示す説明スケルトン図であ
り、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節を備える
（理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モー
タで示す）。該６個の関節は上から順に、腰の脚部回旋
用（ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左
側をＬとする。以下同じ）、腰のロール方向（ｘ軸まわ
り）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（ｙ軸まわ
り）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１
６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８
Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとなっており、
その下部には足平２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、
最上位には筐体（上体）２４が設けられ、その内部には
制御ユニット２６が格納される。上記において腰関節は
関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構
成され、また足関節は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ
（Ｌ）から構成される。また、腰関節と膝関節との間は
大腿リンク３２Ｒ，３２Ｌで、膝関節と足関節との間は
下腿リンク３４Ｒ，３４Ｌで連結される。尚、足平２２
Ｒ（Ｌ）は図示の如く、足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）を投
影した位置が、ロボット１の進行方向長さにおいて中央
位置よりも後端側にある様に、即ち、人と同じ様に踝か
ら先が長く、かかと側が短い形状に構成する。
そのロボット１を全体的に示す説明スケルトン図であ
り、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節を備える
（理解の便宜のために各関節をそれを駆動する電動モー
タで示す）。該６個の関節は上から順に、腰の脚部回旋
用（ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左
側をＬとする。以下同じ）、腰のロール方向（ｘ軸まわ
り）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（ｙ軸まわ
り）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１
６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８
Ｌ、同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとなっており、
その下部には足平２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、
最上位には筐体（上体）２４が設けられ、その内部には
制御ユニット２６が格納される。上記において腰関節は
関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構
成され、また足関節は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ
（Ｌ）から構成される。また、腰関節と膝関節との間は
大腿リンク３２Ｒ，３２Ｌで、膝関節と足関節との間は
下腿リンク３４Ｒ，３４Ｌで連結される。尚、足平２２
Ｒ（Ｌ）は図示の如く、足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）を投
影した位置が、ロボット１の進行方向長さにおいて中央
位置よりも後端側にある様に、即ち、人と同じ様に踝か
ら先が長く、かかと側が短い形状に構成する。
【０００８】ここで、脚部リンク２は左右の足について
それぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの６
×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動
することで、足全体に所望の動きを与えることができ、
任意に３次元空間を歩行することができる様に構成され
る。先に述べた様に、上記した関節は電動モータからな
り、更にはその出力を倍力する減速機などを備えるが、
その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１−３
２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに述べ
られており、それ自体はこの発明の要旨とするところで
はないので、これ以上の説明は省略する。
それぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこれらの６
×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な角度に駆動
することで、足全体に所望の動きを与えることができ、
任意に３次元空間を歩行することができる様に構成され
る。先に述べた様に、上記した関節は電動モータからな
り、更にはその出力を倍力する減速機などを備えるが、
その詳細は先に本出願人が提案した出願（特願平１−３
２４２１８号、特開平３−１８４７８２号）などに述べ
られており、それ自体はこの発明の要旨とするところで
はないので、これ以上の説明は省略する。
【０００９】図１に示すロボット１において、足首部に
は公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わ
る力の大きさと方向とを検出する。また足平２２Ｒ
（Ｌ）の四隅には静電容量型の接地スイッチ３８（図１
で図示省略）が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、筐体２４には傾斜センサ４０が設置され、ｘ
−ｚ平面内とｙ−ｚ平面内のｚ軸に対する、即ち、重力
方向に対する傾斜角度と傾斜角速度を検出する。また各
関節の電動モータには、その回転量を検出するロータリ
エンコーダが設けられる。更に、図１では省略するが、
ロボット１の適宜な位置には傾斜センサ４０の出力を補
正するための原点スイッチ４２と、フェール対策用のリ
ミットスイッチ４４が設けられる。これらの出力は前記
した筐体２４内の制御ユニット２６に送られる。
は公知の６軸力センサ３６が設けられ、足平を介してロ
ボットに伝達されるｘ，ｙ，ｚ方向の力成分Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定し、足部の着地の有無と支持脚に加わ
る力の大きさと方向とを検出する。また足平２２Ｒ
（Ｌ）の四隅には静電容量型の接地スイッチ３８（図１
で図示省略）が設けられて、足平の接地の有無を検出す
る。更に、筐体２４には傾斜センサ４０が設置され、ｘ
−ｚ平面内とｙ−ｚ平面内のｚ軸に対する、即ち、重力
方向に対する傾斜角度と傾斜角速度を検出する。また各
関節の電動モータには、その回転量を検出するロータリ
エンコーダが設けられる。更に、図１では省略するが、
ロボット１の適宜な位置には傾斜センサ４０の出力を補
正するための原点スイッチ４２と、フェール対策用のリ
ミットスイッチ４４が設けられる。これらの出力は前記
した筐体２４内の制御ユニット２６に送られる。
【００１０】図２は制御ユニット２６の詳細を示すブロ
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ４０などの出力はＡ／Ｄ変
換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバス５２
を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０は後述の如くＲＯＭ６４に格納されて
いる歩行パターンを読み出して目標関節角度（関節駆動
パターン）を算出してＲＡＭ５４に送出する。また第２
の演算装置６２はＲＡＭ５４からその目標値と検出され
た実測値とを読み出して各関節の駆動に必要な制御値を
算出し、Ｄ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介して各関
節を駆動する電動モータに出力する。
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ４０などの出力はＡ／Ｄ変
換器５０でデジタル値に変換され、その出力はバス５２
を介してＲＡＭ５４に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０は後述の如くＲＯＭ６４に格納されて
いる歩行パターンを読み出して目標関節角度（関節駆動
パターン）を算出してＲＡＭ５４に送出する。また第２
の演算装置６２はＲＡＭ５４からその目標値と検出され
た実測値とを読み出して各関節の駆動に必要な制御値を
算出し、Ｄ／Ａ変換器６６とサーボアンプを介して各関
節を駆動する電動モータに出力する。
【００１１】続いて、この制御装置の動作、具体的には
第１の演算装置６０の動作を説明する。
第１の演算装置６０の動作を説明する。
【００１２】図３はその動作を説明するフロー・チャー
トであるが、同図を参照して説明する前に、ここでこの
発明の特徴を簡単に概説する。
トであるが、同図を参照して説明する前に、ここでこの
発明の特徴を簡単に概説する。
【００１３】２足歩行の脚式移動ロボットが階段を降り
る場合、先に使用した図１２に示す様に足平２２Ｒ
（Ｌ）を水平に着地する、ないしは図５に破線で示す様
に踵から階段面に着地することが先ず考えられる。これ
は、歩行が非常に不安定となる。そこでこの発明では図
５ないし図６に示す如く、着地する遊脚を爪先（足平２
２Ｒ（Ｌ）先端）から階段面に接地させる様にして歩行
の安定化を図った。以下にその理由を述べる。
る場合、先に使用した図１２に示す様に足平２２Ｒ
（Ｌ）を水平に着地する、ないしは図５に破線で示す様
に踵から階段面に着地することが先ず考えられる。これ
は、歩行が非常に不安定となる。そこでこの発明では図
５ないし図６に示す如く、着地する遊脚を爪先（足平２
２Ｒ（Ｌ）先端）から階段面に接地させる様にして歩行
の安定化を図った。以下にその理由を述べる。
【００１４】図示した脚式移動ロボットにおいては、リ
ンクの幾何学形状から、爪先から着地することで片足支
持期の時間を短くできるため、歩行の安定度が増加す
る。脚式移動ロボットの歩行においては、両脚支持期の
方が片脚支持期よりも非常に安定である。これは、両脚
支持期のときは、片脚支持期に比べて筐体２４を支える
接地面積が広くなるため、外乱への耐性が増すことによ
る。即ち、歩行の１周期で両脚支持期が長いほど歩行は
安定する。そこでこの発明では爪先から階段に着地する
姿勢をとる様にして、足平を水平に又は踵から着地する
場合に比して早く両脚支持期に入る様にした。これは図
５からも明らかな様に、ロボット１の足関節１８，２０
Ｒ（Ｌ）以外の関節の角度を同じにした階段を降りる姿
勢においては、リンクの幾何学形状により、爪先から着
地した方が足平が早く階段面に着地するからである。
ンクの幾何学形状から、爪先から着地することで片足支
持期の時間を短くできるため、歩行の安定度が増加す
る。脚式移動ロボットの歩行においては、両脚支持期の
方が片脚支持期よりも非常に安定である。これは、両脚
支持期のときは、片脚支持期に比べて筐体２４を支える
接地面積が広くなるため、外乱への耐性が増すことによ
る。即ち、歩行の１周期で両脚支持期が長いほど歩行は
安定する。そこでこの発明では爪先から階段に着地する
姿勢をとる様にして、足平を水平に又は踵から着地する
場合に比して早く両脚支持期に入る様にした。これは図
５からも明らかな様に、ロボット１の足関節１８，２０
Ｒ（Ｌ）以外の関節の角度を同じにした階段を降りる姿
勢においては、リンクの幾何学形状により、爪先から着
地した方が足平が早く階段面に着地するからである。
【００１５】またロボットは様々な外乱から生ずる歩行
の乱れにより、その着地タイミングも予定からずれる。
階段の段差が大きいときやロボットの質量が大きく、ま
た歩行速度が速い場合は、この着地タイミングのずれと
その衝撃により歩行は図７に示す様に非常に不安定にな
る。ここでロボット１が動歩行で階段を降りるときの筐
体２４のｘ−ｚ平面での軌道は、図８に破線で示す様に
なる（一般に２足歩行ロボットではリンクの拘束条件か
ら必ずある程度類似の形状になり、着地時期は歩行パタ
ーンの設定のしかたで多少異なるが、筐体がｚ方向下方
に大きく下がった直後か、あるいは下がっているとき
に、遊脚が着地する歩行パターンとなる）。
の乱れにより、その着地タイミングも予定からずれる。
階段の段差が大きいときやロボットの質量が大きく、ま
た歩行速度が速い場合は、この着地タイミングのずれと
その衝撃により歩行は図７に示す様に非常に不安定にな
る。ここでロボット１が動歩行で階段を降りるときの筐
体２４のｘ−ｚ平面での軌道は、図８に破線で示す様に
なる（一般に２足歩行ロボットではリンクの拘束条件か
ら必ずある程度類似の形状になり、着地時期は歩行パタ
ーンの設定のしかたで多少異なるが、筐体がｚ方向下方
に大きく下がった直後か、あるいは下がっているとき
に、遊脚が着地する歩行パターンとなる）。
【００１６】また図９は筐体２４のｚ方向速度が大きい
ときに着地している場合であるが、このようなときは姿
勢のずれによる着地タイミングのずれΔｚ１も大きく、
かつ衝撃も大きい。それは、ロボットの上下方向速度が
大きいため、わずかな姿勢角の乱れが着地タイミングに
大きな影響を与え、しかも着地タイミングが早まったと
きは急に過大な床反力が発生するからである。しかし、
図１０の様に、ｚ方向速度が小さいうちに着地していれ
ば同一時間Δｔあたりの着地タイミングのずれ量Δｚ２
も小さく、それによる衝撃も小さいため、歩行の安定性
は損なわれにくい。このことは言い換えると、爪先着地
により早く両脚支持期に入り、かつ両脚支持期の時間も
長くとることにより、歩行の安定化が可能になることを
意味する。
ときに着地している場合であるが、このようなときは姿
勢のずれによる着地タイミングのずれΔｚ１も大きく、
かつ衝撃も大きい。それは、ロボットの上下方向速度が
大きいため、わずかな姿勢角の乱れが着地タイミングに
大きな影響を与え、しかも着地タイミングが早まったと
きは急に過大な床反力が発生するからである。しかし、
図１０の様に、ｚ方向速度が小さいうちに着地していれ
ば同一時間Δｔあたりの着地タイミングのずれ量Δｚ２
も小さく、それによる衝撃も小さいため、歩行の安定性
は損なわれにくい。このことは言い換えると、爪先着地
により早く両脚支持期に入り、かつ両脚支持期の時間も
長くとることにより、歩行の安定化が可能になることを
意味する。
【００１７】以上を前提として図３フロー・チャートの
説明に入ると、先ずＳ１０で装置各部をイニシャライズ
し、Ｓ１２に進んで歩行終了ではないことを確認してＳ
１４に進み、そこで単位時刻Δｔごとに生じるタイマ割
り込みを待機する。そしてタイマ割り込みが行われる
と、Ｓ１６に進んで該当時刻ｔの時系列の歩行データを
読み込む。歩行データとしては重心軌道と遊脚軌道とが
予めオフラインの大型コンピュータで設定されて前記し
たＲＯＭ６６内に格納される。ここで重心軌道ｇｘ，ｇ
ｙ，ｇｚは図８に示した様に、支持脚の足関節１８，２
０Ｒ（Ｌ）を回転中心にした倒立振子の軌道とその間を
補間した軌道とから設定される。また遊脚軌道、即ち、
遊脚足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）の座標ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ
（遊脚足平２２Ｒ（Ｌ）先端を原点とする）と遊脚足平
の回転角度θｘ，θｙ，θｚは、平地を歩行するとき遊
脚足平が床面に干渉せず、かつ階段を昇降するときも階
段面に干渉しない様に生成すると共に、図５ないし図６
に示す様に階段を降りるときは爪先着地となる様に設定
される。これらは具体的にはｎ次関数で近似して生成す
る。図４にこれらのパラメータを示す。
説明に入ると、先ずＳ１０で装置各部をイニシャライズ
し、Ｓ１２に進んで歩行終了ではないことを確認してＳ
１４に進み、そこで単位時刻Δｔごとに生じるタイマ割
り込みを待機する。そしてタイマ割り込みが行われる
と、Ｓ１６に進んで該当時刻ｔの時系列の歩行データを
読み込む。歩行データとしては重心軌道と遊脚軌道とが
予めオフラインの大型コンピュータで設定されて前記し
たＲＯＭ６６内に格納される。ここで重心軌道ｇｘ，ｇ
ｙ，ｇｚは図８に示した様に、支持脚の足関節１８，２
０Ｒ（Ｌ）を回転中心にした倒立振子の軌道とその間を
補間した軌道とから設定される。また遊脚軌道、即ち、
遊脚足関節１８，２０Ｒ（Ｌ）の座標ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ
（遊脚足平２２Ｒ（Ｌ）先端を原点とする）と遊脚足平
の回転角度θｘ，θｙ，θｚは、平地を歩行するとき遊
脚足平が床面に干渉せず、かつ階段を昇降するときも階
段面に干渉しない様に生成すると共に、図５ないし図６
に示す様に階段を降りるときは爪先着地となる様に設定
される。これらは具体的にはｎ次関数で近似して生成す
る。図４にこれらのパラメータを示す。
【００１８】次いでＳ１８に進んで適宜な手法で腰の位
置（左右の腰関節の中点）ｃｘ，ｘｙ，ｃｚをリアルタ
イムに決定する。これで１２個の関節と同数のパラメー
タが決定したので、Ｓ２０に進んで１２元の連立方程式
を解いて１２個の関節の目標角度を計算する。次いでＳ
２２において時刻ｔをΔｔだけ更新してＳ１２に戻り、
歩行終了と判断されない限り、Ｓ１４に進んで次の時刻
について同様の作業を行うと共に、Ｓ１２で歩行終了と
判断されるときはＳ２４に進んで必要な後処理をして終
わる。尚、このフロー・チャートで各時刻ｔｎについて
目標関節角が決定されると、前記した第２の演算装置６
２においてはその目標角度となるべく関節を駆動するサ
ーボモータの駆動制御値を決定するが、それ自体はこの
発明の要旨とするところではないので、説明は省略す
る。
置（左右の腰関節の中点）ｃｘ，ｘｙ，ｃｚをリアルタ
イムに決定する。これで１２個の関節と同数のパラメー
タが決定したので、Ｓ２０に進んで１２元の連立方程式
を解いて１２個の関節の目標角度を計算する。次いでＳ
２２において時刻ｔをΔｔだけ更新してＳ１２に戻り、
歩行終了と判断されない限り、Ｓ１４に進んで次の時刻
について同様の作業を行うと共に、Ｓ１２で歩行終了と
判断されるときはＳ２４に進んで必要な後処理をして終
わる。尚、このフロー・チャートで各時刻ｔｎについて
目標関節角が決定されると、前記した第２の演算装置６
２においてはその目標角度となるべく関節を駆動するサ
ーボモータの駆動制御値を決定するが、それ自体はこの
発明の要旨とするところではないので、説明は省略す
る。
【００１９】この実施例は上記の如く構成したので、階
段などの段部を降りるとき、両脚支持期を長くとって安
定した姿勢で歩行させることができる。また着地衝撃も
効果的に緩和することができる。図１１にコンピュータ
によるシミュレーション結果を示す。これから階段を降
りるときの姿勢が安定であることが見てとれよう。
段などの段部を降りるとき、両脚支持期を長くとって安
定した姿勢で歩行させることができる。また着地衝撃も
効果的に緩和することができる。図１１にコンピュータ
によるシミュレーション結果を示す。これから階段を降
りるときの姿勢が安定であることが見てとれよう。
【００２０】尚、段部の例として実施例では階段を示し
たが、それに限るものではなく、障害物などを跨ぐとき
も同様である。
たが、それに限るものではなく、障害物などを跨ぐとき
も同様である。
【００２１】更に、上記において、歩行パターンとして
重心軌道などを予め設定しておく場合に適用する例を示
したが、それに限られるものではなく、歩行のときリア
ルタイムに求める様にした技術に適用させても良い。
重心軌道などを予め設定しておく場合に適用する例を示
したが、それに限られるものではなく、歩行のときリア
ルタイムに求める様にした技術に適用させても良い。
【００２２】更に、上記において、２足歩行の脚式移動
ロボットを例にとって説明してきたが、それに限られる
ものではなく、３足以上の脚式移動ロボットにも妥当す
るものである。
ロボットを例にとって説明してきたが、それに限られる
ものではなく、３足以上の脚式移動ロボットにも妥当す
るものである。
【００２３】
【発明の効果】請求項１項にあっては、２足歩行の脚式
移動ロボットであって、その２本の脚部がそれぞれその
先端に足平を備えると共に、該足平がロボットの進行方
向長さの中央位置より後端側で前記脚部に取着されてい
るものの歩行制御装置において、前記ロボットが段部を
降りるとき、遊脚の足平をその先端から着地させる様に
関節角軌道を決定する様に構成したので、両脚支持期の
時間を長くできると共に、着地衝撃を緩和することがで
き、安定して階段を降りることができる。
移動ロボットであって、その２本の脚部がそれぞれその
先端に足平を備えると共に、該足平がロボットの進行方
向長さの中央位置より後端側で前記脚部に取着されてい
るものの歩行制御装置において、前記ロボットが段部を
降りるとき、遊脚の足平をその先端から着地させる様に
関節角軌道を決定する様に構成したので、両脚支持期の
時間を長くできると共に、着地衝撃を緩和することがで
き、安定して階段を降りることができる。
【図１】この発明に係る脚式移動ロボットの制御装置を
全体的に示す概略図である。
全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。
る。
【図３】図２に示す制御ユニットの動作を示すフロー・
チャートである。
チャートである。
【図４】図３フロー・チャートで使用する予めオフライ
ンで設定されているパラメータを示す説明図である。
ンで設定されているパラメータを示す説明図である。
【図５】図１に示すロボットが階段を降りるときの着地
のしかたを示す説明図である。
のしかたを示す説明図である。
【図６】図１に示すロボットが階段を降りるときの着地
のしかたでこの発明による手法を示す説明図である。
のしかたでこの発明による手法を示す説明図である。
【図７】図１に示すロボットの姿勢の乱れによる着地タ
イミングのずれを示す説明図である。
イミングのずれを示す説明図である。
【図８】図１に示すロボットの重心軌道を示す説明図で
ある。
ある。
【図９】図１に示すロボットの着地タイミングを時間に
対するｚ方向速度で示すタイミング・チャートである。
対するｚ方向速度で示すタイミング・チャートである。
【図１０】図９と同様のものであって、ｚ方向速度が小
さいうちに着地する場合を示すタイミング・チャートで
ある。
さいうちに着地する場合を示すタイミング・チャートで
ある。
【図１１】この発明のコンピュータのシミュレーション
結果を示すデータ図である。
結果を示すデータ図である。
【図１２】脚式移動ロボットが階段を降りる状態を一般
的に示す説明図である。
的に示す説明図である。
１ 脚式移動ロボット（２足歩行ロボ
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節 １２Ｒ，１２Ｌ 腰部のロール方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 腰部のピッチ方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平 ２４ 筐体 ２６ 制御ユニット
ット） ２ 脚部リンク １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節 １２Ｒ，１２Ｌ 腰部のロール方向の関節 １４Ｒ，１４Ｌ 腰部のピッチ方向の関節 １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節 １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節 ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節 ２２Ｒ，２２Ｌ 足平 ２４ 筐体 ２６ 制御ユニット
Claims (1)
- 【請求項１】 ２足歩行の脚式移動ロボットであって、
その２本の脚部がそれぞれその先端に足平を備えると共
に、該足平がロボット進行方向長さの中央位置より後端
側で前記脚部に取着されているものの歩行制御装置にお
いて、前記ロボットが段部を降りるとき、遊脚の足平を
その先端から着地させる様に関節角軌道を決定すること
を特徴とする脚式移動ロボットの歩行制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4155918A JP3024023B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4155918A JP3024023B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05318342A JPH05318342A (ja) | 1993-12-03 |
| JP3024023B2 true JP3024023B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=15616361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4155918A Expired - Lifetime JP3024023B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3024023B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3662996B2 (ja) * | 1996-01-25 | 2005-06-22 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
| WO2006064597A1 (ja) | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Honda Motor Co., Ltd. | 脚式移動ロボットおよびその制御プログラム |
| JP4833121B2 (ja) * | 2007-03-16 | 2011-12-07 | 敏男 福田 | 脚式ロボットと歩容生成装置と歩容修正装置を備えるシステム |
| JP6071815B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-02-01 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
| US11548151B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-01-10 | Boston Dynamics, Inc. | Robotically negotiating stairs |
| US11599128B2 (en) | 2020-04-22 | 2023-03-07 | Boston Dynamics, Inc. | Perception and fitting for a stair tracker |
| CN115284314B (zh) * | 2022-08-20 | 2024-06-07 | 西南交通大学 | 一种应用于废墟搜救的多功能柔性机器人 |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP4155918A patent/JP3024023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05318342A (ja) | 1993-12-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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