JP3621808B2 - 脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットに関し、詳しくは、脚式移動ロボットの移動に際して、該ロボットの可動脚の足平部が階段のエッジ等、床の稜線部に接地した場合における該足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二足歩行型ロボット等、脚式移動ロボットにおいては、階段での移動（昇降）、あるいは凹凸のある箇所での移動に際して、階段のエッジや凸部の上面縁部等の床の稜線部に可動脚の足平部を接地させた場合に、その稜線部に対するロボットの足平部の接地方向や接地位置を把握することが望まれる。
【０００３】
例えば、二足歩行型ロボットが、ある歩容（歩幅等を規定する足運びの形態）で階段を昇る場合において、一方の可動脚の足平部を階段面に着床させるに際して、該足平部の爪先側の箇所で該階段面のエッジに接地すると、現在の歩容のままでは、次に他方の可動脚の足平部を上側の階段面に着床させるに際して、該足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの歩幅を大きくする等の処置を施す必要がある。同様に、二足歩行型ロボットが、階段を降りる場合において、一方の可動脚の足平部を階段面から離床させるに際して、該足平部の踵側の箇所で該階段面のエッジに接地すると、現在の歩容のままでは、その離床側の可動脚の足平部を次に下側の階段面に着床させるに際して、該足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの歩幅を小さくする等の処置を施す必要がある。さらに、階段の昇降に際して、ロボットの足平部が階段のエッジに対して斜めに向いた姿勢で接地するような場合には、現在の歩容のままでは、ロボットが階段に対して斜め方向に昇降することとなるため、階段の側方の壁にロボットが突き当たったり、足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの足運びの向きを修正する等の処置を施す必要がある。
【０００４】
従って、このようなロボットの歩容の修正等を行うために、階段のエッジ等の稜線部にロボットの足平部が接地した場合（足平部の線接触状態での接地）に、該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置（これは、足平部に対する稜線部の方向や位置と言い換えてもよい）を把握することが望まれるのである。
【０００５】
一方、例えばロボットによる階段の昇降時に該階段のエッジに対するロボットの足平部の接地方向や接地位置を把握する技術としては、例えば特開平７−２０５０８５号公報に本願出願人が提案したものが知られている。
【０００６】
この技術では、階段面に光を反射するテープを該階段のエッジと平行に貼りつけておくと共に、ロボットの各足平部の両側部にそれぞれ複数の光センサを前後方向に並べて配置し、ロボットの足平部を階段面に着床させたとき、それらの光センサのうちのどの光センサにより前記テープが検出されるか（階段面からはみ出した部分の光センサではテープが検出されない）によって、ロボットの足平部に対する階段のエッジの位置や方向を把握するようにしている。
【０００７】
尚、上記のような技術では、階段面に貼りつけるテープを例えば金属製のものとすると共に、ロボットの足平部の両側部に配列するセンサとして渦電流式近接センサを用い、該渦電流式近接センサにより、テープを検出することで、ロボットの足平部に対する階段のエッジの位置や方向を把握するようにすることも可能である。
【０００８】
しかしながら、このような技術では、階段面に前記テープを貼りつけておかなければならないため、ロボットの動作環境上の制約を受け、またコスト的にも不利なものとなりやすい。また、光センサを用いたものでは、該センサあるいはテープの汚れや、ゴミの付着によって、該センサの誤検出を生じやすく、その結果、階段のエッジの位置や方向を正しく把握することができなくなる場合も多々ある。さらに、前記渦電流式近接センサを用いたものでは、金属製の階段には適用することができず、ロボットの動作環境上の制約を受けやすい。
【０００９】
また、例えば特開平３−１８４７８１号公報に本願出願人が開示したように、ロボットの足底面に多数の接触センサ素子をマトリクス状に配置してなる分布型接触センサを備えたものでは、該分布型接触センサの各接触センサ素子の出力データからロボットＲの足平部の足底面の接触箇所の位置や形状が判るので、ロボットの足平部を階段面に着床させた際に、足平部の足底面の階段面に接触している箇所と該階段面に接触していない箇所との境界の位置や形状を分布型接触センサの各接触センサ素子の出力データによって認識することで、階段のエッジに対する足平部の位置や方向を把握することも考えられる。
【００１０】
しかしながら、このような技術では、足底面に分布型接触センサを備えるため、ロボットの移動時の着床の際等に足底面に加わる衝撃によって該センサの損傷を生じやすい。そして、これを回避するために、該分布型接触センサをゴム等の弾性材により被覆した場合には、足底面の接触箇所の位置や形状を精度よく認識することが困難なものとなってしまう。また、分布型接触センサの多数の接触センサ素子の信号を処理しなければならなため、多大な演算量を要するものとなってしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、脚式移動ロボットの可動脚の足平部は階段のエッジ等の稜線部に接地した場合における該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を、ロボットの種々様々の動作環境下でセンサの損傷等の不都合を生じることなく、簡単な構成で、しかも簡単な演算処理で確実且つ適正に把握することができる脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置はかかる目的を達成するために、複数の可動脚の離床・着床動作により移動可能であって、該可動脚が床の稜線部に接地するように生成された目標歩容に応じて移動する脚式移動ロボットにおいて、前記各可動脚の足平部の足底面から該可動脚の基部側に離間した所定の部位に、該足平部の接地時に該足平部が床から受ける抗力に基づく所定方向の作用力及びモーメントを検出するための力センサを設け、前記各可動脚の足平部が床の稜線部に接地したとき、該足平部が床から受ける抗力の中心が該稜線部沿いに移動するように該足平部を該稜線部沿いに傾動させる足平傾動手段と、該足平傾動手段による該足平部の傾動時における該足平部の複数種類の傾斜姿勢において、該足平部が床から受ける抗力の中心の該足平部の足底面上での位置を、少なくとも前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握する抗力中心把握手段と、該抗力中心把握手段により把握された前記足平部の複数種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置に基づき前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明において、前記足平部が床から受ける抗力の中心の該足平部の足底面上での位置は、力学的にその位置（点）に集中的に該抗力が作用しているとみなすことができる位置であり、この抗力の中心の位置は、前記力センサの出力によって該抗力に基づく所定方向（特定方向）の作用力及びモーメントを検出することで、その作用力及びモーメントの値から、力学的な演算によって求めることができる。より具体的には、抗力の中心の位置は、足底面に垂直な軸回りのモーメント成分以外のモーメント成分が「０」となるような作用点として求められる。
【００１４】
そして、前記足平部が床の稜線部に接地したとき（このとき、該足平部の足底面と稜線部とは線接触状態となる）、前記抗力の中心は、該足平部の足底面と稜線部との接触線上に存し、この状態から該足平部を前記足平傾動手段によって稜線部沿いに傾動させると、前記抗力の中心の位置は、該稜線部沿いに前記接触線上を移動し、この移動軌跡は、足平部の足底面上における該接触線の方向や位置、ひいては前記稜線部の方向や位置を示すものとなる。
【００１５】
従って、前記足平傾動手段による該足平部の傾動時における該足平部の複数種類の傾斜姿勢において、前記抗力中心位置把握手段によって、前記抗力の中心の位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握することで、それらの各種類の足平部の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置から、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段によって、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができることとなる。
【００１６】
この場合、前記接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握するために必要な前記抗力の中心の位置は、前記力センサの出力により検出される前記所定方向の作用力及びモーメントに基づいて求められるので、ロボットを移動させる床の汚れ等の影響を受けることがなく、また、該力センサは、足平部の足底面から離間して設けられて、床に直接的に接触するようなことがないので、該力センサが足平部の着床時に衝撃等によって損傷を受けることもない。また、前記足平部の各種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置は、実際上、後述の如く、一つの方向の前記作用力と高々二つの軸回りの前記モーメントとを力センサの出力によって検出すれば、それらの検出値から求めることができるので、複雑な演算処理を必要としない。さらに、前記力センサは例えば公知の６軸力センサを用いて簡単に構成することができ、また、前記足平傾動手段による足平部の傾動は、ロボットに既に備えられている各可動脚の関節機構を駆動することで行うことができる。
【００１７】
従って、本発明によれば、脚式移動ロボットの可動脚の足平部が階段のエッジ等の稜線部に接地した場合における該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を、ロボットの種々様々の動作環境下でセンサの損傷等の不都合を生じることなく、簡単な構成で、しかも簡単な演算処理で確実に把握することができる。
【００１８】
かかる本発明では、前記床の稜線部が足平部の略左右方向に延在する場合、及び足平部の略前後方向に延在する場合のいずれの場合であっても前記接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することが可能であるが、実用的には、ロボットに階段を昇降させる場合における該階段のエッジ等のように、前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合における該稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することがロボットの動作制御上、重要である。
【００１９】
そして、このように前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合において、本発明のより具体的な第１の態様では、前記足平傾動手段は、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢に該足平部を該稜線部沿いに左右に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００２０】
すなわち、前記足平傾動手段によって、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢に該足平部を傾動させたとき、それぞれの傾斜姿勢で前記抗力中心位置把握手段によって把握される前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置は、足平部の右側縁と稜線部との接触点の該足平部の前後方向での位置、及び足平部の左側縁と稜線部との接触点の該足平部の前後方向での位置を示すものなる。また、これらの二つの接触点は、足平部の右側縁及び左側縁の箇所の点であるため、これらの接触点の足平部の左右方向での位置は、該足平部のサイズや形状によって定まるものである。
【００２１】
従って、前記の二種類の傾斜姿勢での前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置を前記抗力中心位置把握手段によって把握することで、足平部の左右の各側縁と稜線部との接触点の足底面上での位置（二次元的な位置）が判る。そして、足平部が前記稜線部に接地した際の該足平部の足底面と稜線部との接触線は、上記の二つの接触点を結ぶ線であるので、それらの接触点の位置関係によって、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００２２】
さらに具体的には、本発明の第１の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の右側縁及び左側縁間の間隔とから該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握する。
【００２３】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の所定の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔とから前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００２４】
すなわち、前記足平部の右側縁及び左側縁間の間隔（足平部の幅）は、足平部の左右の各側縁と稜線部との接触点の間の足平部の左右方向における位置関係（左右方向の距離）を示すものであるので、これと、前記抗力中心把握手段により把握される上記の各接触点の足平部の前後方向での位置とから、幾何学的な演算によって、それらの接触点を結ぶ線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００２５】
また、前記足平部の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔は、足平部の左右方向における前記の各接触点の基準点に対する位置を示すものであると共に、前記抗力中心把握手段により把握される前記の各接触点の前後方向における位置から足平部の前後方向での各接触点の基準点に対する位置が判る。従って、これらのデータから幾何学的な演算によって、前記基準点から各接触点を結ぶ線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離（これは、足平部の前後方向における稜線部の基準点に対する位置を示す）を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００２６】
このような本発明の第１の態様によれば、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢において、前記抗力中心位置把握手段によって足平部の前後方向における前記抗力の中心の位置を前記力センサの出力によって検出される作用力及びモーメントに基づいて把握することで、あとは簡単な演算処理によって該足平部の前記稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することができるので、その把握のための処理を極めて簡単に行うことができる。
【００２７】
尚、このような本発明の第１の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸回りのモーメントであり。これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握することができる。
【００２８】
上記のような本発明の第１の態様では、足平部の接地方向や接地位置を把握するために、該足平部の右側縁及び左側縁間の間隔や、該足平部の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔とを用いる。このため、該接地方向や接地位置を精度よく把握するためには、足平部の傾動に際して、該足平部の右側縁と左側縁とをそれぞれ確実に稜線部に点接触させる必要がある。
【００２９】
そこで、本発明のより具体的な第２の態様では、前記稜線部は前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合に、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動時の該足平部の互いに異なる二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００３０】
すなわち、本発明の第２の態様では、前記足平傾動手段によって前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させたときの該足平部の互いに異なる二種類の傾斜姿勢において、それぞれ前記抗力中心把握手段によって、足平部の前後方向及び左右方向の二方向での前記抗力の中心の位置を把握することで、足平部の足底面と稜線部との足平部の非傾動状態での当初の接触線上における二つの点の上記前後及び左右の二方向での足底面上の位置（二次元的な位置）が把握されることとなる。そして、これらの二点を結ぶ線が上記接触線で、この接触線に対する足平部の方向や位置が、前記稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を示す。
【００３１】
従って、前記の二種類の傾斜姿勢での前記抗力の中心の該足平部の前後及び左右方向での位置、すなわち、前記接触線上の二つの点のそれぞれの足底面上における位置を把握することで、それらの点の位置関係から、前記稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００３２】
さらに具体的には、本発明の第２の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の接地方向を把握する。
【００３３】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００３４】
すなわち、本発明の第２の態様では、前述のように前記接触線上の二つの点のそれぞれの位置（二次元的な位置）を前記抗力中心把握手段によって把握することで、それらのデータから、前記第１の態様の場合と同様に、幾何学的な演算によって、上記の二つの点を結ぶ線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００３５】
また、前記接触線上の二つの点の位置の把握したデータから、前記第１の態様の場合と同様に、幾何学的な演算によって、足平部の基準点から上記の二つの点を結ぶ線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００３６】
このような本発明の第２の態様によれば、足平部の二種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の足平部の前後及び左右方向の位置を把握するため、前記接地方向や接地位置を精度よく適正に把握することができる。また、足平部の傾動に際しては、該足平部の各側縁が両線部に点接触状態となるように傾動させずとも、該足平部を大まかに左右あるいはいずれか一方の側に傾動させればよいので、その足平部の傾動のためのロボットの制御を簡単に行うことができる。
【００３７】
尚、このような本発明の第２の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであり、これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向及び左右方向での位置を把握することができる。
【００３８】
また、本発明のより具体的な第３の態様では、前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合に、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動途中の時々刻々の傾斜姿勢において前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき時系列的に把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置の時系列データに基づき前記足平部の非傾動状態での該足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求め、その求めた関数式に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００３９】
すなわち、本発明の第３の態様では、前記足平傾動手段によって、前記足平部を前記該稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させる際に、その傾動途中の時々刻々の傾斜姿勢において、前記抗力中心把握部によって、前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を把握することで、足平部の足底面と稜線部との足平部の非傾動状態での当初の接触線上に存する多数の点の前後及び左右方向での位置（二次元的な位置）が把握されることとなる。そして、これらの点を通る線が上記接触線で、この接触線に対する足平部の方向や位置が、前記稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を示す。また、上記の各点を通る接触線は、それらの各点の前後及び左右方向での位置に基づいて、最小二乗法等の統計的手法によって、該接触線を近似する関数式により表現することができる。
【００４０】
従って、足平部の時々刻々の傾動途中で前記抗力中心把握部によって把握される前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置の時系列データから前記足平部の非傾動状態での該足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求めることができ、このように該接触線を近似する関数式を求めれば、該関数式に基づいて、前記接触線に対する足平部の方向及び位置のうちの少なくともいうずれか一方、すなわち、前記稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００４１】
さらに具体的には、本発明の第３の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記関数式から該足平部の前記稜線部に対する方位角を求め、その求めた方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握する。
【００４２】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記関数式から前記足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を求め、その求めた距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００４３】
すなわち、本発明の第３の態様では、前述のように前記接触線を近似する関数式を求めることで、該関数式から前記接触線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００４４】
また、前記関数式を求めることで、該関数式によって、足平部の基準点から前記接触線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００４５】
このような本発明の第３の態様によれば、足平部の傾動時の抗力の中心の位置の多数のデータを用いて足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求めるため、前記接地方向や接地位置を精度よく適正に把握することができる。また、この場合、該接地方向や接地位置の把握のために、足平部の傾動時の抗力の中心の位置の多数のデータを用いるため、足平部を必ずしも左右に傾動させる必要はなく、いずれか一方側のみに傾動させるようにしてもよいため、その足平部の傾動のためのロボットの制御をより一層簡単に行うことができると共に、該傾動動作を短時間で行うことができる。
【００４６】
尚、このような本発明の第３の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記第２の態様の場合と同様、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであり、これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置及び左右方向での位置を把握することができる。
【００４７】
また、本発明では、前記力センサを６軸力センサにより構成することで、前述のいずれの態様の場合であっても、必要な作用力やモーメントを検出することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００４９】
まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態の足平接地状態把握装置を備えた脚式移動ロボットの概要構成を説明する。図１は本実施形態におけるロボットが例えば階段を昇っている様子を示す模式的説明図、図２は該ロボットが階段を降りている様子を示す模式的説明図、図３は図１の部分拡大図である。
【００５０】
本実施形態ではロボットＲは二足歩行型のものであり、胴体１下部の腰関節２から二本の可動脚３が延設されている。各可動脚３はいずれも同一構造を有しており、その中間部と下部とにそれぞれ膝関節４及び足首関節５を備えている。そして、足首関節５の下方に６軸力センサ６を介して大略平板状の足平部７が取着され、この足平部７の足底面７ａにはゴム等の弾性材８（図３参照）が固着されている。
【００５１】
尚、各関節２，４，５の屈曲あるいは揺動動作は図示しないモータ等のアクチュエータにより行われるようになっている。
【００５２】
図３を参照して、前記６軸力センサ６は、公知のものであり、足首関節５と足平部７との間で足底面７ａから足首関節５側（可動脚３の基部側）に離間した箇所に、足平部７と一体的に動くように設けられている。そして、該６軸力センサ６は、ロボットＲの移動（歩行）に際して、足平部７が床（階段面Ｓｓ や階段ＳのエッジＳｅ ）から受ける抗力Ｆ（床反力）によって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用する力（並進力）の３軸（３本の空間直交座標軸）方向の成分と、前記抗力Ｆによって６軸力センサ６の検出基準点Ｑ回りに作用するモーメントの３軸回りの成分を検出し、その検出値に応じた信号を出力する。
【００５３】
さらに具体的には、本実施形態では、前記検出基準点Ｑは、６軸力センサ６上で足平部７の足底面７ａから足首関節５側に間隔ｈを存する位置に設定されている。そして、例えば図３に示すように足平部７の前後方向（長手方向）をＸ軸、足平部７の左右方向（幅方向。図３では紙面に垂直な方向）をＹ軸（図示せず）、足平部７の足底７ａに垂直な方向をＺ軸、前記検出基準点Ｑを原点とする空間直交座標軸を設定したとき、６軸力センサ６は、前記抗力Ｆによって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用する力（並進力）の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の成分Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ （図３ではＦｘ ，Ｆｚ のみを図示している。以下、これらを単に作用力Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ と称する）と、前記抗力Ｆによって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用するモーメントの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ回りの成分Ｍｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ （図３ではＭｙ のみを図示している。以下、これらを単にモーメントＭｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ と称する）に応じた信号を出力する。
【００５４】
また、図４のブロック図を参照して、ロボットＲは、その歩行制御を行うためにマイクロコンピュータにより構成されたコントローラ９を搭載しており、このコントローラ９は、その機能的構成として、ロボットＲを歩行させる際の歩幅や足運びの仕方等を規定する各可動脚３の目標歩容を生成してその目標歩容に対応した前記各関節２，４，５の目標関節角（各関節２，４，５の曲げ角度の目標値）を算出する目標歩容生成部１０と、その目標関節角に従って、各関節２，４，５を図示しないアクチュエータを介して駆動・制御する関節制御部１１と、ロボットＲが階段Ｓを昇降する場合に、各可動脚３の足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握するための処理を行う足平接地状態把握処理部１２とを備えている。ここで、本実施形態では、階段ＳのエッジＳｅが床の稜線部であり、このエッジＳｅは、ロボットＲの足平部７の略左右方向（幅方向）に延在する。
【００５５】
前記目標歩容生成部１０は、基本的には、人が歩行する場合と同様に、各可動脚３の足平部７の踵側から着床を開始して、さらに、足平部７の爪先側まで足底面７ａを着床させ、続いて、足平部７の踵側から離床を開始して、最後に足平部７の爪先側を離床させるように目標歩容を生成する（図１及び図２参照）。
また、目標歩容生成部１０は、ロボットＲが階段Ｓを昇る場合には、図１に示すように足平部７の踵側を階段ＳのエッジＳｅから若干はみださせ、また、階段Ｓを降りる場合には、図２に示すように足平部７の爪先側を階段ＳのエッジＳｅから若干はみださせるように目標歩容を生成する。従って、該目標歩容は、階段Ｓの昇りでは、足平部７の着床開始時に足底面７ａが階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地し、また、階段Ｓの降りでは、足平部７の離床終了時に足底面７ａがエッジＳｅに線接触状態で接地するように生成される。
【００５６】
さらに、目標歩容生成部１０は、ロボットＲが階段Ｓを昇降するに際して、所定の歩数毎（例えば１０歩毎）に、上記のように足平部７の足底面７ａがエッジＳｅに線接触状態で接地しているとき（階段Ｓの昇りでは足平部７の着床開始時、階段Ｓの降りでは足平部７の離床終了時）に、ロボットＲの移動動作（階段Ｓの昇降動作）を一旦停止するように目標歩容を生成する。そして、該目標歩容生成部１０は、このロボットＲの移動停止状態において、図５に実線で示すように、階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地した足平部７（図では右側の足平部７）の足底面７ａの右側縁がエッジＳｅにほぼ点接触状態となるような傾斜姿勢にエッジＳｅ沿いに右側（図の時計回り方向）に所定角度だけ傾動させ、次いで、図５に仮想線で示すように、該足平部７の足底面７ａの左側縁がエッジＳｅにほぼ点接触状態となるような傾斜姿勢にエッジＳｅ沿いに左側（図の反時計回り方向）に所定角度だけ傾動させ、その後、該足平部７を階段ＳのエッジＳｅとの当初の接地状態（エッジＳｅとの線接触状態）に戻すように目標歩容を生成する。
【００５７】
そして、目標歩容生成部１０は、上記のように生成した目標歩容に対応させて前記各関節２，４，５の制御サイクル毎の目標関節角を決定し、それを関節制御部１１に指示する。
【００５８】
尚、目標歩容生成部１０は、上記のような足平部７の傾動に際して、その傾動開始や終了を示すデータ（以下、傾動開始／終了データという）や、所定の制御サイクル毎の前記目標歩容における足平部７の目標傾斜角（以下、目標足平傾斜角という）を前記足平接地状態把握処理部１２に与える。
【００５９】
また、本発明の構成に対応させると、目標歩容生成部１０は関節制御部１１と併せて足平傾動手段１３を構成するものである。
【００６０】
前記足平接地状態把握処理部１２は、各可動脚３の６軸力センサ６から得られる６種類の検出値Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ ，Ｍｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ のうち、前記Ｘ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ ，Ｆｚ 及びＹ軸回りのモーメントＭｙ から、足平部７の足底面７ａに床（階段Ｓの階段面Ｓｓ やエッジＳｅ ）から作用する抗力の中心点（以下、床反力中心という）の、足底面７ａ上での足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における位置を所定の制御サイクル毎に算出する床反力中心算出部１４（抗力中心把握手段）と、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の前述のような足平部７の傾動時に床反力中心算出部１４により算出された床反力中心のＸ軸方向の位置に基づき、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を推定する足平接地方向／位置推定部１５（足平接地方向／位置把握手段）と、６軸力センサ６から得られる前記Ｚ軸方向の作用力Ｆｚ に基づき、足平部７の階段ＳのエッジＳｅへの接地が適正な接地状態で行われているか否かを判断して、その判断結果に基づいて足平部７の接地方向及び接地位置を推定するための処理を行うべきか否かを規定する許可／禁止指令を足平接地方向／位置推定部１５に与える足平接地状態判別部１６とにより構成されている。
【００６１】
ここで、上記床反力中心算出部１４、足平接地方向／位置推定部１５及び足平接地状態判別部１６をさらに説明する前に、本実施形態によって、ロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を推定するための原理について説明しておく。
【００６２】
まず、前記床反力中心について説明すると、該床反力中心は、足平部７の着床時に該足平部７の足底面７ａに床から作用する床反力（抗力）によって前記６軸力センサ６が受ける作用力（並進力）及びモーメントに関して、該床反力（これは、実際には足平部７と床との接触箇所に分布している）が集中的に作用しているとみなすことができる足底面７ａ上での抗力の中心点である。
【００６３】
また、図３を参照して、ロボットＲが例えば階段Ｓを昇る場合において、可動脚３の足平部７の足底面７ａが、前述のような歩容によって該足平部７の階段面Ｓｓへの着床開始時に階段ＳのエッジＳｅ に線接触状態で接地したとき、前記床反力中心は足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線上に存在する（足底面７ａに作用する抗力の全体は、該接触線上に分布している）。このような足平部７の接地状態において、足底面７ａ上に、該足底面７ａがこれに垂直な前記Ｚ軸と交差する点（６軸力センサ６の検出基準点Ｑの直下の点）を基準点Ｐとして設定し、この基準点Ｐを通って前記Ｙ軸に平行な軸（基準点Ｐを通って図３の紙面に垂直な軸）回りのモーメントをＭ’ｙとすると、このモーメントＭ’ｙは、６軸力センサ６により検出されるＸ軸方向の作用力Ｆｘ と、Ｙ軸回りのモーメントＭｙ と、足底７ａ面から６軸力センサ６の検出基準点Ｑまでの間隔ｈ（所定値）とを用いて、次式（１）により表される。
【００６４】
Ｍ’ｙ＝Ｍｙ ＋Ｆｘ ・ｈ……（１）
尚、ここでは、Ｘ軸方向の作用力Ｆｘ の正方向は、足平部７の前方向きであり、図３ではＦｘ ＜０である。また、モーメントＭ’ｙ，Ｍｙ の正方向は図３の矢印の向きである。
【００６５】
さらに、上記基準点Ｐ回りのモーメントＭ’ｙは、６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚ と、基準点Ｐから足底面７ａの床反力中心までのＸ軸方向（前後方向）の距離ｘ（床反力中心のＸ軸座標。図３ではｘ＜０）とを用いて、次式（２）により表される。
【００６６】
Ｍ’ｙ＝−Ｆｚ ・ｘ……（２）
尚、ここでは作用力Ｆｚ の正方向は、上向きである。
【００６７】
そして、上記式（１），（２）から、次式（３）が得られる。
【００６８】
ｘ＝−Ｍ’ｙ／Ｆｚ ＝−（Ｍｙ ＋Ｆｘ ・ｈ）／Ｆｚ ……（３）
尚、この式（３）は、階段Ｓを降りる場合に、足平部７の離床終了時に該足平部７の足底面７ａが線接触状態で階段ＳのエッジＳｅに接地した状況においても同様に成立するものである。さらには、式（３）は、足平部７の足底面７ａが階段Ｓの階段面Ｓｓ等に面接触状態で接地している場合、あるいは、前述の如く足平部７の足底面７ａが線接触状態で階段ＳのエッジＳｅに接地した状態から該足平部７を左右に傾動させて、足底面７ａの右側縁及び左側縁をそれぞれ点接触状態で階段ＳのエッジＳｓに接地させた場合（図５参照）にも成立する式である。この場合、足底面７ａとエッジＳｓとの点接触状態では、前記床反力中心は、足底面７ａとエッジＳｓとの接触点に合致する。
【００６９】
従って、足平部７の階段ＳのエッジＳｅ等への接地時における前記床反力中心のＸ軸方向（足平部７の前後方向）における位置が、６軸力センサ６により検出されるＸ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ ，Ｆｚ とＹ軸回りのモーメントＭｙ とを用いた式（３）により、基準点ＰからのＸ軸方向の距離ｘ（床反力中心のＸ軸座標）として求めることができる。そして、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地したとき、該足平部７の左右方向とエッジＳｅの延在方向とが合致しておれば（エッジＳｅがＹ軸に平行である場合）、前記床反力中心の位置ｘは、足平部７に対するエッジＳｅの位置、逆にいえば、エッジＳｅに対する足平部７の接地位置を示すものとなる。
【００７０】
尚、本実施形態では、６軸力センサ６の検出基準点Ｑを該センサ６上に設定しているため、前記式（３）により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘが求まるのであるが、６軸力センサ６の検出基準点を例えば前記足底面７ａ上の基準点Ｐに設定することも可能で、この場合には、該基準点Ｐ回りの前記モーメントＭ’ｙを６軸力センサ６によって、直接的に検出することができる。従って、この場合には、床反力中心の位置ｘは、モーメントＭ’ｙの検出値とＺ軸方向の作用力Ｆｚ の検出値とから次式（３）’により求めることができる。
【００７１】
ｘ＝−Ｍ’ｙ／Ｆｚ ……（３）’
この場合には、Ｘ軸方向の作用力Ｆｘは不要である。また、この場合に、６軸力センサ６によって検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚ は、検出基準点をＱ点に設定した場合と同じである。
【００７２】
つまり、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘは、足底面７ａ上の基準点Ｐ回りの前記モーメントＭ’ｙと足底面７ａに垂直なＺ軸方向の作用力Ｆｚとを検出すれば、式（３）’により求めることができる。前記式（３）により床反力中心の位置ｘを求める本実施形態は、前記モーメントＭ’ｙを６軸力センサ６上に設定した検出基準点Ｑ回りのモーメンントＭｙとＸ軸方向の作用力Ｆｘとから前記式（１）によって間接的に検出するものである。
【００７３】
一方、例えば図６に示すように、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに対して斜め向きに接地した場合において、この状態から、足平部７の足底面７ａの右側縁がエッジＳｅに点接触状態となる姿勢に該足平部７を右側に傾動させたときの床反力中心は、図６のＡ点（足底面７ａの右側縁とエッジＳｅとの接点）であり、この傾斜姿勢（以下、右側縁接地傾斜姿勢という）で６軸力センサ６の出力（検出値）から前述の如く床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めれば、Ａ点のＸ軸方向の位置ｘＲ （図ではｘＲ ＜０）が求まる。同様に、足平部７の足底面７ａの左側縁がエッジＳｅに点接触状態となる姿勢に該足平部７を右側に傾動させたときの床反力中心は、図６のＢ点（足底面７ａの左側縁とエッジＳｅとの接点）であり、この傾斜姿勢（以下、左側縁接地傾斜姿勢という）で６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）あるいは式（３）’により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めれば、Ｂ点のＸ軸方向の位置ｘＬ （図ではｘＬ ＜０で、ｘＬ ＞ｘＲ ）が求まる。
【００７４】
尚、足平部７を左右に傾動させたとき、その傾動途中における前記床反力中心は足底面７ａの両側縁間でエッジＳｅに沿って足平部７の傾動側に移動する。そして、足平部７の左右への傾動時に逐次、床反力中心の位置ｘを６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）あるいは式（３）’により求めた場合、図６に示すように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢で６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置ｘＲ がその符号をふまえて足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となり、足平部７の前記左側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となる。また、逆に、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となり、足平部７の前記左側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となる。従って、足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときにおける前記接点Ａ，Ｂの位置ｘＲ ，ｘＬ は、それぞれ足平部７の左右への傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値及び最大値として与えられ、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときにおける前記接点Ａ，Ｂの位置ｘＲ ，ｘＬ は、それぞれ足平部７の左右への傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値として与えられる。
【００７５】
上記のように、足底面７ａの左右の両側縁とエッジＳｅとの接点Ａ，ＢのＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ が判れば、例えば図６に示すようにＹ軸とエッジＳｅとのなす角度θｅ をエッジＳｅに対する足平部７の方位角とすれば、該方位角θｅ は、次式（４）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【００７６】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｘＲ −ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）］……（４）
ここで、式（４）中のｄＲ ，ｄＬ は、それぞれ足底面７ａ上の前記基準点Ｐから右側縁及び左側縁までのＹ軸方向の間隔である（ｄＲ ＋ｄＬ は両側縁間の間隔）。尚、本実施形態では、方位角θｅ は、図６のように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときθｅ ＞０、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときθｅ ＜０とし、このようにすれば、上記式（４）は足平部７がエッジＳｅに対していずれの方向（足平部７の左右方向とエッジＳｅの延在方向とが合致する場合を含む）に向いていても成立する。
【００７７】
また、前記のように足底面７ａの左右の両側縁とエッジＳｅとの接点Ａ，ＢのＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ が判れば、例えば図６に示すように基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向での距離ｘｅ （エッジＳｅとＸ軸との交点のＸ座標。図ではｘｅ ＜０）を次式（５）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【００７８】
ｘｅ ＝（ｄＬ ・ｘＲ ＋ｄＲ ・ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）……（５）
尚、この式（５）は、前記式（４）と同様、足平部７がエッジＳｅに対していずれの方向に向いていても成立する。また、式（５）においてｄＲ ＝ｄＬ であれば、ｘｅ ＝（ｘＲ ＋ｘＬ ）／２で、これは足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線（前記Ａ点、Ｂ点を結ぶ線分）の中点のＸ座標である。
【００７９】
従って、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右に傾動させ、前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢での床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）によって（６軸力センサ６の検出基準点を基準点Ｐもしくはその近傍に設定したときは式（３）’によって）求めれば、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から前記式（４），（５）によって、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ と、足底面７ａ上の基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向での距離ｘｅ とが判り、これによって、エッジＳｅに足平部７が接地した際の、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を把握することができることとなる。
【００８０】
これが本実施形態においてロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を推定するための原理である。
【００８１】
以上のことを前提として、本実施形態では、前記図４に示した床反力中心算出部１４は、６軸力センサ６から得られるＸ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ，Ｆｚ及びＹ軸回りのモーメントＭｙから前記式（３）によって、言い換えれば、作用力Ｆｘ及びモーメントＭｙから前記式（１）により把握されるモーメントＭ’ｙと作用力Ｆｚとから前記式（３）’によって、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを所定の制御サイクルで求める。
【００８２】
また、前記足平接地方向／位置推定部１５は、その詳細は後述するが、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データや目標足平傾斜角を参照しつつ、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１４により逐次求められる床反力中心の位置ｘから、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢での床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ を推定し、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から前記式（４），（５）により、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を算出する。そして、これらの方位角θｅ 及び距離ｘｅ をそれぞれ足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与える。
【００８３】
また、前記足平接地状態判別部１６は、前記６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚが小さ過ぎると、床反力中心の位置ｘを精度よく求めることができず、このような床反力中心の位置ｘのデータを用いても前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を精度よく求めることができないことから、６軸力センサ６から得られる上記作用力Ｆｚが、所定値ＦＭＩＮ よりも大きい場合に、前記足平接地方向／位置推定部１５に該作用力Ｆｚを用いた処理を行うことを許可する指令を与え、上記作用力Ｆｚが、所定値ＦＭＩＮ 以下である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１５に該作用力Ｆｚを用いた処理を禁止する指令を与える。
【００８４】
次に本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。
【００８５】
コントローラ９は、ロボットＲによる階段Ｓの昇降に際して、図７に示すようなメインルーチン処理を所定の制御サイクルで行う。
【００８６】
すなわち、コントローラ９は、前記目標歩容生成部１０により、前述の如くロボットＲの各可動脚３の目標歩容を生成して、その目標歩容に対応した各関節２，４，５の目標関節角を算出する（ＳＴＥＰ１）。
【００８７】
次いで、足平接地状態把握処理部１２により、足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を推定して把握するための足平接地方向／位置推定サブルーチンを処理する（ＳＴＥＰ２）。
【００８８】
この足平接地方向／位置推定サブルーチンは、図８のフローチャートに示すように行われる。
【００８９】
すなわち、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１４により、各可動脚３の６軸力センサ６により今回の制御サイクルで検出された前記Ｘ軸方向の作用力Ｆｘと、Ｚ軸方向の作用力Ｆｚと、Ｙ軸回りのモーメントＭｙとを用いて、前記（３）式により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを算出する（ＳＴＥＰ８−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前述の通り、６軸力センサ６により検出される作用力ＦｚとモーメントＭ’ｙとを用いて、前記式（３）’により床反力中心の位置ｘを算出する。
【００９０】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、足平部７の左右への傾動中（傾動開始時及び終了時の状態を含む）であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【００９１】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１５において、変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値を前記ＳＴＥＰ８−１で算出された床反力中心の位置ｘの値にセットさせると共に、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値を「０」にセットさせる（ＳＴＥＰ８−４）。
【００９２】
ここで、上記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ は、それぞれ足平部７の傾動中に前記ＳＴＥＰ８−１で逐次（制御サイクル毎に）求められる床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値を把握するための変数であり、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ は、それぞれ床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値に対応する足平部７の傾斜角度を把握するための変数である。
【００９３】
尚、ＳＴＥＰ８−３の判断で、足平部７の傾動開始時点でない場合（傾動開始後の状態）には、ＳＴＥＰ８−４の処理は省略される。
【００９４】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６から足平接地方向／位置推定部１５に前述の許可指令が与えられ、このとき、該足平接地方向／位置推定部１５は、次の処理を行う。
【００９５】
すなわち、該足平接地方向／位置推定部１５は、今回の制御サイクルにおいてＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘ（正負の符号を含む）が、現在の変数ｘＭＡＸ の値より大きいか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−６）、ｘ＞ｘＭＡＸ である場合には、変数ｘＭＡＸ の値をＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値に更新すると共に、前記変数θＭＡＸ の値を今回の制御サイクルで前記目標歩容生成部１０から与えられる前記目標足平傾斜角に更新する（ＳＴＥＰ８−７）。尚、ＳＴＥＰ８−６でｘ≦ｘＭＡＸ である場合には、ＳＴＥＰ８−７の処理は省略され、従って、変数ｘＭＡＸ やθＭＡＸ の値は、現状のままに保持される。
【００９６】
さらに、足平接地方向／位置推定部１５は、ＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘが、現在の変数ｘＭＩＮ の値より小さいか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−８）、ｘ＜ｘＭＩＮ である場合には、変数ｘＭＩＮ の値をＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値に更新すると共に、前記変数θＭＩＮ の値を今回の制御サイクルで前記目標歩容生成部１０から与えられる前記目標足平傾斜角に更新する（ＳＴＥＰ８−９）。尚、ＳＴＥＰ８−８でｘ≧ｘＭＩＮ である場合には、ＳＴＥＰ８−９の処理は省略され、従って、変数ｘＭＩＮ やθＭＩＮ の値は、現状のままに保持される。
【００９７】
尚、前記ＳＴＥＰ８−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合、すなわち、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎる場合には、ＳＴＥＰ８−１で求められる位置ｘの精度が低下して、その信頼性に欠けるものとなることから、前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理は省略される。
【００９８】
上記のようなＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理が、足平部７の左右への傾動中に制御サイクル毎に行われることで、その傾動時の床反力中心のＸ軸方向の位置ｘの最大値及び最小値（位置ｘの値が負の値であるときには、その絶対値が大きい程、小さいことに注意）がそれぞれ変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値として得られ、また、位置ｘが最大となるときの足平部７の傾斜角度と位置ｘが最小となるときの足平部７の傾斜角度とがそれぞれ、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の最終的な値として得られる。
【００９９】
この場合、前述したように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには（図６参照）、基本的には足平部７の前記右側縁傾動姿勢での床反力中心（図６のＡ点）の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となり、足平部７の前記左側縁傾動姿勢での床反力中心（図６のＢ点）の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となるので、前記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値がそれぞれ上記位置ｘＬ ，ｘＲ を示すものとなる。
【０１００】
また、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、前述のように基本的には足平部７の前記右側縁傾動姿勢での床反力中心の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となり、足平部７の前記左側縁傾動姿勢での床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となるので、前記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値がそれぞれ上記位置ｘＲ ，ｘＬ を示すものとなる。
【０１０１】
また、前記変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ に係わる前記目標足平傾斜角度は、本実施形態では、足平部７を左側に傾動させたときの目標足平傾斜角度を正の値とし、足平部７を右側に傾動させたときの目標足平傾斜角度を負の値としている。このため、足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには、変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ にそれぞれ対応して最終的に得られる変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値はそれぞれ正の値及び負の値となる。逆に、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、最終的に得られる変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値はそれぞれ負の値及び正の値となる。
【０１０２】
尚、足平部７のＹ軸方向とエッジＳｅの延在方向とが一致している場合には、ＳＴＥＰ８−１で制御サイクル毎に求められる床反力中心の位置ｘは、基本的には変化せず、従って、足平部７の傾動中の前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理において、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値は、基本的には前記ＳＴＥＰ８−４でセットされた「０」に保持される。
【０１０３】
図８のフローチャートの説明に戻って、足平接地状態把握処理部１２は、次に、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−１０）、このとき傾動終了時点である場合には、足平接地方向／位置推定部１５によって、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、それぞれ正の値及び負の値であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１１）。このとき、θＭＡＸ ＞０且つθＭＩＮ ＜０であれば、前述の如く、足平部７はエッジＳｅに対して左斜め向きに接地しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記式（４），（５）におけるｘＲ ，ｘＬ の値をそれぞれ最終的な変数ｘＭＩＮ ，ｘＭＡＸ の値にセットした上で（ＳＴＥＰ８−１２）、前記式（４），（５）によって、それぞれエッジＳｅに対する足平部７の前記方位角θｅ と、基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ とを求める（ＳＴＥＰ８−１３）。
【０１０４】
また、ＳＴＥＰ８−１１の条件が成立しない場合には、足平接地方向／位置推定部１５は、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、それぞれ負の値及び正の値であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１４）。このとき、θＭＡＸ ＜０且つθＭＩＮ ＞０であれば、前述の如く、足平部７はエッジＳｅに対して右斜め向きに接地しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記式（４），（５）におけるｘＲ ，ｘＬ の値をそれぞれ最終的な変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値にセットした上で（ＳＴＥＰ８−１５）、前記式（４），（５）によって、前記方位角θｅ と距離ｘｅ とを求める（ＳＴＥＰ８−１３）。
【０１０５】
さらに、ＳＴＥＰ８−１４の条件が成立しない場合には、足平接地方向／位置推定部１５は、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、共に「０」であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１６）。このとき、θＭＡＸ ＝０且つθＭＩＮ ＝０であれば、前述の如く、足平部７のＹ軸方向（左右方向）とエッジＳｅの延在方向とが一致しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記方位角θｅ の値を「０」とし、また、前記距離ｘｅ の値を、足平部７の傾動終了時の今回の制御サイクルにおけるＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値（これは、足底面７ａとエッジＳｅとの線接触状態での床反力中心のＸ軸方向の位置である）とする（ＳＴＥＰ８−１７）。
【０１０６】
尚、足平部７のＹ軸方向とエッジＳｅの延在方向とが一致している場合において、６軸力センサ６の検出誤差等に起因して、足平部７の傾動中に逐次求められる床反力中心の位置ｘが多少ばらつき、その結果、前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理を経て、ＳＴＥＰ８−１１あるいは８−１４の条件が成立して、前記ＳＴＥＰ８−１３で前記式（４），（５）により前記方位角θｅ と距離ｘｅ とが求められる場合がある。但し、この場合において、足平部７の傾動中の床反力中心の位置ｘのばらつきは小さいので、ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理を経て最終的に得られる変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値はほぼ等しく、また、それらの値は足平部７の傾動開始時あるいは傾動終了時の床反力中心の位置ｘの値ともほぼ一致する。このため、この場合に式（４），（５）により求められる方位角θｅ と距離ｘｅ とは、それぞれＳＴＥＰ８−１７で決定する方位角θｅ 及び距離ｘｅ とほぼ一致する。従って、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、共に「０」である場合にも、式（４），（５）により方位角θｅ と距離ｘｅ とを求めるようにしてもよい。
【０１０７】
次に、ＳＴＥＰ８−１６の条件が成立しない場合、すなわち、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、いずれも正あるいは負の値となっている場合には、このような場合は、通常的にはあり得ない状況であるので、何らかの異常が生じたことを示すエラーフラグを「１」にセットした後（ＳＴＥＰ８−１８）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１０８】
そして、前記ＳＴＥＰ８−１３あるいは８−１７で前記方位角θｅ と距離ｘｅ とを求めたときには、前記エラーフラグを「０」にリセットした後（ＳＴＥＰ８−１９）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１０９】
尚、前記８−１０の判断で、足平部７の傾動終了時点でない場合には、前記ＳＴＥＰ８−１８を経て、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、制御サイクル毎に、ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理が継続する。
【０１１０】
以上のような処理によって、ロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ と、前記基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向（足平部７の前後方向）の距離ｘｅ とが求められ、これらの方位角θｅ 及び距離ｘｅ によって、該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置が把握されることとなる。
【０１１１】
次に図７に戻って、前述のような足平接地状態把握処理部１２による足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理（ＳＴＥＰ２）が行われた後、コントローラ９は次回以後の制御サイクルで目標歩容生成部１０により生成される各可動脚３の目標歩容における歩幅等を規定するパラメータ（より具体的には、支持脚側の足平部７に対する遊脚側の足平部７の着床位置や方向を規定するパラメータ）を、前記足平接地状態把握処理部１２により前述の如く得られた方位角θｅ （接地方向）や距離ｘｅ （接地位置）に基づき適宜修正する（ＳＴＥＰ３）。
【０１１２】
具体的には、例えば階段Ｓを昇る場合において、着床開始時における足平部７のエッジＳｅに対する接地位置が該足平部７の踵側よりも爪先側に偏っている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際しての歩幅を若干大きくするように目標歩容のパラメータを修正する。また、例えば着床開始時における足平部７のエッジＳｅに対する接地方向が左斜めに向いている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際して該足平部７を若干右斜めに向けるように目標歩容のパラメータを修正し、逆に、接地方向が左斜めに向いている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際して該足平部７を若干左斜めに向けるように目標歩容のパラメータを修正する。
【０１１３】
さらに、階段Ｓを降りる場合にあっては、離床終了時における足平部７のエッジＳｅに対する接地位置が該足平部７の爪先側よりも踵側に偏っている場合には、該足平部７を次に着床するに際しての歩幅を若干小さくするように目標歩容のパラメータを修正する。また、離床終了時における足平部７のエッジＳｅに対する接地方向が左斜め、あるいは右斜めに向いている場合には、階段Ｓの昇りの場合と同様に目標歩容のパラメータを修正する。
【０１１４】
尚、このような目標歩容のパラメータの修正は、前記ＳＴＥＰ２のサブルーチンで前記方位角θｅ や距離ｘｅ が求められた場合に行われるものであり、足平部７の左右への傾動中は行われない。
【０１１５】
そして、コントローラ９はこのような修正を適宜行った後、目標歩容生成部１０により算出された各関節２，４，５の目標関節角に従って、前記関節制御部１１により各関節２，４，５を図示しないアクチュエータを介して駆動する（ＳＴＥＰ４）。
【０１１６】
以上のようなロボットＲの動作制御により、階段Ｓを昇る際の歩容や、階段Ｓを降りる際の歩容が足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置に応じて適宜修正されるので、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、不適切な方向に階段Ｓを昇降したりすることなく安定して行うことができる。
【０１１７】
そして、このような制御を行うために必要な足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置は、足平部７がエッジＳｅに接地したときに該足平部７を左右に傾動させ、その傾動時の６軸力センサ６からの検出値Ｆｘ，Ｆｚ，Ｍｙ （検出値Ｆｘ，Ｍｙ から得られるモーメントＭ’ｙと検出値Ｆｚ ）、あるいは検出値Ｆｚ，Ｍ’ｙ（６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合）から足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を求めることで、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から簡単な演算処理で前記接地方向や接地位置を把握することができる。また、該接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置ｘは、６軸力センサ６の出力から求めるので、床の汚れ等の影響を受けないことはもちろんであり、さらに、６軸力センサ６は、足平部７の上方に配置されて床に接触することがないため、該センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１１８】
尚、本実施形態では、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を、足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値や最小値により把握するようにしたが、足平部７の左右それぞれの側への最大傾斜角度において６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置ｘを前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ として、前記式（４），（５）により前記方位角θｅ （接地方向）や距離ｘｅ （接地位置）を求めるようにしてもよい。
【０１１９】
また、本実施形態では、足平部７の幅（ｄＲ ＋ｄＬ ）を一定としているが、足平部７の形状は任意の形状であってもよい。この場合には、足平部７のＸ軸方向の任意の位置（Ｘ座標）におけるｄＲ ，ｄＬ の値を関数式等によりあらかじめ記憶しておき、足平部７の傾動時に前記床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ が前述の如く求められたとき、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ に対応するｄＲ ，ｄＬ の値を求め、その求めたｄＲ ，ｄＬ の値を用いて前記式（４），（５）の演算を行うようにすればよい。
【０１２０】
また、本実施形態において、前記方位角θｅ を求める場合に、該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（４）の代えて、次式（４）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０１２１】
θｅ ＝−（ｘＲ −ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）……（４）’
次に、本発明の第２の実施形態を図９乃至図１２を参照して説明する。尚、本実施形態における脚式移動ロボットは前記第１の実施形態のものと同一の二足歩行型ロボット（６軸力センサを含む）であるので、該ロボットの構成については、図１乃至図３の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１２２】
まず、本実施形態を具体的に説明する前に、その概要、並びに本実施形態においてロボットＲの足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を把握するための基本的な原理について説明しておく。
【０１２３】
前記第１の実施形態では、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向を示す前記方位角θｅ や該エッジＳｅに対する接地位置を示す前記距離ｘｅ を求めるに際して、前記基準点Ｐから足平部７の左右の各側縁までのＹ軸方向（左右方向）の間隔ｄＲ ，ｄＬ （これらは前記図５に示した点Ａ，ＢのＹ軸方向の位置に相当する）を用いているため、前記方位角θｅ や距離ｘｅ を精度よく求めるためには、足平部７をその左右の各側縁を確実にエッジＳｅに点接触状態で接地させるように傾動させる必要がある。そして、このためには、足平部７を左右に比較的大きく傾動させる必要があるが、ロボットＲの構造的な制約等によってこのような傾動が困難となる場合もあり、このような場合には、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための前記方位角θｅ や距離ｘｅ を精度よく求めることが困難となる。
【０１２４】
そこで、本実施形態では、足平部７の左右への傾動に際して、前記床反力中心のＸ軸方向（足平部７の前後方向）の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向（足平部７の左右方向）の位置をも把握するようにすることで、上記のような場合にも足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を精度よく把握することができるようにする。
【０１２５】
ここで、前記床反力中心のＹ軸方向の位置は、Ｘ軸方向の位置ｘと同様の考え方によって、次のように把握することができる。
すなわち、図９を参照して、同図９は、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を例えば右側に傾動させて、該足平部７の足底面７ａの右側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地させた状態を示している。そして、この図９において、前記図３の場合と同様に、６軸力センサ６上にＸＹＺ座標軸を設定し、足平部７が受ける抗力Ｆ（床反力）によって、足底面７ａ上の基準点Ｐを通ってＸ軸に平行な軸（足平部７の前後方向の軸で、図９では紙面に垂直な軸）回りに発生するモーメントをＭ’ｘ（この正方向は図９の矢印の向きとする）としたとき、このモーメントＭ’ｘは、６軸力センサ６により検出されるＹ軸方向の作用力Ｆｙ（図９ではＦｙ＜０）と、Ｘ軸回りのモーメントＭｘ（この正方向は図９の矢印の向きとする）と、足底７ａ面から６軸力センサ６の検出基準点Ｑまでの間隔ｈとを用いて、次式（６）により表される。
【０１２６】
Ｍ’ｘ＝Ｍｘ−Ｆｙ・ｈ……（６）
また、図９のような足平部７の接地状態において、床反力中心のＹ軸方向の位置は、例えば同図９に示すような位置ｙ（図９ではｙ＞０）にあり、この位置ｙと６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向（足底面７ａに垂直な方向）の作用力Ｆｚ（図９ではＦｚ＞０）とを用いて、前記モーメントＭ’ｘは次式（７）により表される。
【０１２７】
Ｍ’ｘ＝Ｆｚ・ｙ……（７）
そして、上記式（６），（７）から、次式（８）が得られる。
【０１２８】
ｙ＝Ｍ’ｘ／Ｆｚ ＝（Ｍｘ −Ｆｙ ・ｈ）／Ｆｚ ……（８）
尚、この式（８）は、床反力中心の位置ｘの場合と同様、足平部７の任意の接地状態において成立するものである。また、足平部７がその足底面７ａの左側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地した状態では、モーメントＭ’ｘの向きが図９の場合と逆向きになるため、式（８）により求められる床反力中心のＹ軸方向の位置ｙは負の値となる。
【０１２９】
従って、足平部７のエッジＳｅ等への接地時（足平部７の傾動時を含む）における床反力中心のＹ軸方向（足平部７の左右方向）における位置ｙを、６軸力センサ６により検出されるＹ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｙ ，Ｆｚ とＸ軸回りのモーメントＭｘ とを用いた式（８）により求めることができる。
【０１３０】
また、前記第１の実施形態で説明した通り、６軸力センサ６の出力（検出値）から床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めることができるので、６軸力センサ６の出力から、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘ及びＹ軸方向の位置ｙの両者を求めることができることとなる。
【０１３１】
尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａの基準点Ｐに設定した場合には、前記モーメントＭ’ｘを６軸力センサ６により直接的に検出することができるので、この場合には、次式（８）’により、床反力中心のＹ軸方向の位置ｙを求めることができることとなる。
【０１３２】
ｙ＝Ｍ’ｘ／Ｆｚ ……（８）’
つまり、床反力中心のＹ軸方向の位置ｙは、足底面７ａの基準点Ｐ回りのモーメントＭ’ｘとＺ軸方向の作用力Ｆｚとを直接的あるいは間接的に検出すれば、それらの検出値から求めることができる。
【０１３３】
次に、例えば図１０に示すように足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地した状況において、この状態から該足平部７をその足底面７ａが右側縁寄りの箇所で接地するような傾斜姿勢（以下、右傾斜姿勢という）に右側に傾動させたときの床反力中心と足底面７ａが左側縁寄りの箇所で接地するような傾斜姿勢（以下、左傾斜姿勢という）に左側に傾動させたときの床反力中心とは、それぞれ例えば図１０のＣ点及びＤ点であり、これらの点Ｃ，Ｄは、足平部７の非傾動状態における該足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線（図１０の破線で示す線）上の点である。そして、これらの二点Ｃ，Ｄを結ぶ線の足平部７に対する方向や位置がエッジＳｅの足平部７に対する方向や位置を示すものとなる。
【０１３４】
この場合、足平部７の右側縁側のＣ点のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をそれぞれｘＲＣ，ｙＲＣ（ｙＲＣ＞０）とし、左側縁側のＤ点のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をそれぞれｘＬＤ，ｙＬＤ（ｙＬＤ＜０）としたとき、二点Ｃ，Ｄを結ぶ線に対する足平部７の方位角、すなわち、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ （エッジＳｅとＹ軸とのなす角度）は、前記第１の実施形態の場合と同様の次式（９）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【０１３５】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｘＲＣ−ｘＬＤ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）］……（９）
また、基準点Ｐから、二点Ｃ，Ｄを結ぶ線までのＸ軸方向の距離、すなわち、基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ は、前記第１の実施形態の場合と同様の次式（１０）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【０１３６】
ｘｅ ＝（ｙＲＣ・ｘＬＤ−ｙＬＤ・ｘＲＣ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）……（１０）
尚、上記式（９），（１０）は、足平部７がエッジＳｅに対して左右いずれの方向に向いていても成立し、また、足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）とエッジＳｅの延在方向とが一致していても成立する。
【０１３７】
従って、足平部７の前記右傾斜姿勢と左傾斜姿勢とにおける６軸力センサ６の出力から前記式（３）及び式（８）によって（６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａ上に設定したときは、前記式（３）’及び式（８）’によって）、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲＣ，ｘＬＤ及びＹ軸方向の位置ｙＲＣ，ｙＬＤを求めれば、式（９），（１０）によって、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を求めることができることとなる。
【０１３８】
これが、本実施形態においてロボットＲの足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を把握するための基本的な原理である。
【０１３９】
以上のことを前提として、次に本実施形態を具体的に説明する。
【０１４０】
図１１のブロック図を参照して、本実施形態では、前記第１の実施形態と同様にロボットＲに搭載されたコントローラ９は、該第１の実施形態同様に、その機能的構成として、目標歩容生成部１０、関節制御部１１及び足平接地状態把握処理部１２を具備している。
【０１４１】
この場合、目標歩容生成部１０及び関節制御部１１の機能は、前記第１の実施形態のものと同一である。但し、本実施形態では、前記方位角θｅ （接地方向）及び距離ｘｅ （接地位置）を把握するに際して足平部７の左右の各側縁を階段ＳのエッジＳｅに点接触状態で接触させるように該足平部７を左右に傾動させなくてもよいため、前記目標歩容生成部１０は、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右に傾動させるに際しては、該足平部７を概ね、足底面７ａの右側縁寄りの箇所と左側縁寄りの箇所とで接地させるように該足平部７の左右への傾動時の目標歩容を生成する。
【０１４２】
また、前記足平接地状態把握処理部１２は、６軸力センサ６の出力から、所定の制御サイクル毎に床反力中心のＸ軸方向の位置ｘ及びＹ軸方向の位置ｙ（以下、これらを床反力中心の位置（ｘ，ｙ）と称する）を前記式（３）及び式（８）により（６軸力センサ６の検出基準点を足底面に設定したときには前記式（３）’及び式（８）’により）求める床反力中心算出部１７と、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１７により逐次求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）から、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位各θｅ 及び距離ｘｅ を後述するように求める足平接地方向／位置推定部１８とを備え、また、前記第１の実施形態のものと同じ機能を担う足平接地状態判別部１６を具備する。
【０１４３】
次に本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を図１２のフローチャートを参照して説明する。
【０１４４】
本実施形態では、コントローラ９は、ロボットＲが階段Ｓを昇降する際に、前記第１の実施形態と同様に前記図７に示したメインルーチンの処理を所定の制御サイクルで行い、このとき、同図７のＳＴＥＰ２の足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理において、足平接地状態把握処理部１２により次のように前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められる。
【０１４５】
すなわち、図１２を参照して、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１７により、今回の制御サイクルにおける６軸力センサ６の出力から前記（３）式及び（８）式により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する（ＳＴＥＰ１２−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前記式（３）’及び式（８）’により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１４６】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１の実施形態と同様、足平部７の左右への傾動中であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１４７】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１８において、足平部７の前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）及び前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）（図１０参照）の初期値を共に、今回の制御サイクルでＳＴＥＰ１２−１において求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）、すなわち、足底面７ａとエッジＳｅとの線接触状態での床反力中心の位置に設定する（ＳＴＥＰ１２−４）。
【０１４８】
尚、ＳＴＥＰ１２−３の判断で、足平部７の傾動開始時点でない場合（傾動開始後の状態）には、ＳＴＥＰ１２−４の処理は省略される。
【０１４９】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１の実施形態と同様、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６から足平接地方向／位置推定部１８に前述の許可指令が与えられ、このとき、該足平接地方向／位置推定部１８は、次の処理を行う。
【０１５０】
すなわち、該足平接地方向／位置推定部１８は、今回の制御サイクルにおいてＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心のＹ軸方向の位置ｙが、現在のｙＲＣの値より大きいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−６）、ｙ＞ｙＲＣである場合には、前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値をＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の値に更新する（ＳＴＥＰ１２−７）。この場合、足平部７の右側への傾動中は、床反力中心は基本的にはエッジＳｅに沿ってＹ軸の正側（足平部７の右側）に移動するので、床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）がＳＴＥＰ１２−７の処理で逐次更新されていくこととなる。
【０１５１】
尚、ＳＴＥＰ１２−６でｙ≦ｙＲＣである場合（例えば足平部７の左側への傾動中の場合）には、ＳＴＥＰ１２−７の処理は省略され、従って、前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値は、現状のままに保持される。
【０１５２】
さらに、足平接地方向／位置推定部１８は、ＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心のＹ軸方向の位置ｙが、現在のｙＬＤの値より小さいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−８）、ｙ＜ｙＬＤである場合には、前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値をＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の値に更新する（ＳＴＥＰ１２−９）。この場合、足平部７の左側への傾動中は、床反力中心は基本的にはエッジＳｅに沿ってＹ軸の負側（足平部７の左側）に移動するので、床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）がＳＴＥＰ１２−９の処理で逐次更新されていくこととなる。
【０１５３】
尚、ＳＴＥＰ１２−８でｙ≧ｙＬＤである場合（例えば足平部７の右側への傾動中の場合）には、ＳＴＥＰ１２−９の処理は省略され、従って、前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値は、現状のままに保持される。
【０１５４】
また、前記ＳＴＥＰ１２−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合、すなわち、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎる場合には、ＳＴＥＰ１２−１で求められる位置（ｘ，ｙ）がその信頼性に欠けるものとなることから、前記ＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理は省略される。
【０１５５】
上記のようなＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理が、足平部７の左右への傾動中に制御サイクル毎に行われることで、足平部７の前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）は、最終的にＹ軸方向の位置が最大（＞０）となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）として与えられ、これにより足平部７がその足底面７ａの右側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するような足平部７の傾斜姿勢での床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）（図１０のＣ点の位置）が求められることとなる。
【０１５６】
同様に、足平部７の前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）は、最終的にＹ軸方向の位置が最小（＜０）となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）として与えられ、これにより足平部７がその足底面７ａの左側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するような足平部７の傾斜姿勢での床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）（図１０のＤ点の位置）が求められることとなる。
【０１５７】
次に、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−１０）。このとき傾動終了時点である場合には、足平接地方向／位置推定部１８が、最終的なｙＲＣ，ｙＬＤの値が等しいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−１１）、ｙＲＣ≠ｙＬＤであることを確認（前記式（９），（１０）の分母は「０」とならないことを確認）した上で、前記式（９）の演算によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ を求めると共に、前記式（１０）の演算によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記距離ｘｅ を求め（ＳＴＥＰ１２−１２）、その後、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１５８】
尚、床反力中心のＹ軸方向の位置は、足平部７の右側への傾動中と左側への傾動中とで、基本的には、エッジＳｅに沿って互いに逆向きに移動するため、前記ＳＴＥＰ１２−１１の判断で、ｙＲＣ＝ｙＬＤとなることは基本的にはあり得ないのであるが、何らかの異常によって、ｙＲＣ＝ｙＬＤとなった場合には、足平接地方向／位置推定部１８は、前記方位角θｅ の値を仮的に「０」とし、また、前記距離ｘｅ の値を仮的に、最終的なｘＲＣ，ｘＬＤの値の中間の値（ｘＲＣ＋ｘＬＤ）／２とした上で（ＳＴＥＰ１２−１３）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、ＳＴＥＰ１２−１３の処理に代えて、前記第１の実施形態のようにエラーフラグをセットする等の処理を行うようにしてもよい。
【０１５９】
また、前記１２−１０の判断で、足平部７の傾動終了時点でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、制御サイクル毎に、ＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理が継続する。
【０１６０】
このようにして求められた前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与えられ、前記図７のメインルーチンにおいて、前記第１の実施形態と同様に、ロボットＲの歩幅や移動方向等に係わる歩容のパラメータが適宜修正される。
【０１６１】
以上のように、ロボットＲによる階段Ｓの昇降時に、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向（方位角θｅ ）や接地位置（距離ｘｅ ）を求めてロボットＲの歩容を適宜修正することで、前記第１の実施形態と同様に、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、階段Ｓに対して不適切な方向に移動したりすることなく、安定して行うことができる。
【０１６２】
そして、この場合、足平部７の傾動時の床反力中心のＸ軸方向の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向の位置ｙも求めることで、足平部７をさほど大きく傾動させずとも、該足平部７が大まかに、その左右の各側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するように該足平部７を左右に傾動させるだけで、それらの傾動姿勢における床反力中心の位置（ｘ，ｙ）からエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。さらには、この場合、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向の位置ｙも求めることで、足平部７の形状にもよらずに、足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。
【０１６３】
また、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の出力から前記式（３）及び（８）、あるいは前記式（３）’及び（８）’の簡単な演算で求めることができる。
【０１６４】
また、前記第１の実施形態と同様、接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の出力から求めるので、床の汚れ等の影響を受けないことはもちろんであり、さらに、６軸力センサ６は、足平部７の上方に配置されて床に接触することがないため、該センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１６５】
尚、本実施形態では、前記式（９），（１０）の演算に使用する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ），（ｘＬＤ，ｙＬＤ）を、Ｙ軸方向の位置ｙが最大又は最小となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）としたが、足平部７を右側に最も大きく傾斜させたときの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値とし、足平部７を左側に最も大きく傾斜させたときの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値として使用するようにしてもよい。
【０１６６】
また、本実施形態では、足平部７を左右両側に傾動させるようにしたが、左右いずれかの一方側のみに傾動させて、その傾動時に前記図１２に示した処理を行うことで、足平部７の接地方向や接地位置を把握するようにしてもよく、あるいは、左右いずれかの一方の側への足平部７の傾動時に、足平部７の互いに異なる二つの傾斜角度において求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）から、足平部７の接地方向や接地位置を把握するようにしてもよい。
【０１６７】
但し、足平部７の接地方向や接地位置をできるだけ精度よく把握する上では、その把握のために用いる二つの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の検出誤差や演算誤差等を考慮すると、比較的大きく離間していることが好ましく、このためには、足平部７を左右いずれかの一方側にのみ傾動させるよりも、左右両側に傾動させる方が好ましい。
【０１６８】
また、本実施形態において、前記方位角θｅ を求めるに際して該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（９）に代えて、次式（９）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０１６９】
θｅ ＝−（ｘＲＣ−ｘＬＤ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）……（９）’
次に、本発明の第３の実施形態を図１３乃至図１６を参照して説明する。尚、本実施形態における脚式移動ロボットは前記第１及び第２の実施形態のものと同一の二足歩行型ロボット（６軸力センサを含む）であるので、該ロボットの構成については、図１乃至図３の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１７０】
まず、本実施形態の概要を説明すると、本実施形態は、前記第２の実施形態と同様に、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７の傾動時に前記６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心のＸ軸方向（前後方向）及びＹ軸方向（左右方向）の位置（ｘ，ｙ）を用いてエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ 及び接地位置を示す前記距離ｘｅ を把握するものであるが、この場合、本実施形態では、足平部７の前述のように左右に傾動させた際の時々刻々の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の多数のデータを使用して、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を求めるものである。
【０１７１】
以上のことを前提として、次に本実施形態を具体的に説明する。
【０１７２】
図１３のブロック図を参照して、本実施形態では、ロボットＲに搭載されたコントローラ９は、前記第２の実施形態同様に、その機能的構成として、目標歩容生成部１０、関節制御部１１及び足平接地状態把握処理部１２を具備している。
【０１７３】
この場合、目標歩容生成部１０及び関節制御部１１の機能は、前記第２の実施形態のものと同一である。
【０１７４】
また、前記足平接地状態把握処理部１２は、前記第２の実施形態のものと同じ床反力中心算出部１７と、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１７により逐次求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を記憶保持するバッファテーブル１９と、このバッファテーブル１９に記憶保持された床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから足平部７のエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を後述するように求める足平接地方向／位置推定部２０と、前記第１又は第２の実施形態の足平接地状態判別部１６と同様に６軸力センサ６から得られるＺ軸方向の作用力Ｆｚを所定値ＦＭＩＮ と比較することで、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータの前記バッファテーブル１９への記憶保持（書き込み）を許可あるいは禁止する指令（データ書込許可／禁止指令）を該バッファテーブル１９に与えたり、上記の記憶保持を許可する場合に床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータを記憶すべきバッファテーブル１９の書込番地を該バッファテーブル１９に指令する足平接地状態判別部２１とを具備している。
【０１７５】
次に、本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を説明する。
【０１７６】
本実施形態では、コントローラ９は、ロボットＲが階段Ｓを昇降する際に、前記第１及び第２の実施形態と同様に前記図７に示したメインルーチンの処理を所定の制御サイクルで行い、このとき、同図７のＳＴＥＰ２の足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理において、足平接地状態把握処理部１２により次のように前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められる。
【０１７７】
すなわち、図１４のフローチャートを参照して、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１７により、今回の制御サイクルにおける６軸力センサ６の出力から前記（３）式及び（８）式により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する（ＳＴＥＰ１４−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前記式（３）’及び式（８）’により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１７８】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、足平部７の左右への傾動中であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１４−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１７９】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１４−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地状態判別部２１において、バッファテーブル１９のデータの書込番地を示すカウンタ値ＣＮＴ を「０」に初期設定する（ＳＴＥＰ１４−４）。尚、ＳＴＥＰ１４−３で傾動開始時点でない場合にはＳＴＥＰ１４−４の処理は省略される。
【０１８０】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１及び第２の実施形態と同様、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ１４−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６からバッファテーブル１９に床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータの書込を許可する指令が与えられると共に、現在の前記カウンタ値ＣＮＴ がバッファテーブル１９に与えられ、このとき、該バッファテーブル１９のＣＮＴ 番地の記憶エリアにＳＴＥＰ１４−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータが書き込まれる（ＳＴＥＰ１４−６）。
【０１８１】
尚、ＳＴＥＰ１４−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合には、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎて、ＳＴＥＰ１４−１で求められる位置（ｘ，ｙ）がその信頼性に欠けるものとなることから、ＳＴＥＰ１４−６の処理は行われず、今回の制御サイクルにおける足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理が終了される。
【０１８２】
次に、前記ＳＴＥＰ１４−６で床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータがバッファテーブル１９に書き込まれた後、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地状態判別部１６においてカウンタ値ＣＮＴ を「１」だけ増やした後（ＳＴＥＰ１４−７）、目標歩容生成部１０から与えられる傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１４−８）。このとき、傾動終了時点でない場合には、今回の制御サイクルにおける足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理が終了され、傾動終了時点である場合には、バッファテーブル１９に書き込まれたデータを後述するように処理するデータ処理サブルーチンが実行される（ＳＴＥＰ１４−９）。
【０１８３】
以上説明したような処理によって、バッファテーブル１９には、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７の傾動時に、制御サイクル毎に、６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータ（但し、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ の場合のデータを除く）が記憶保持され、その記憶保持されるデータの個数は最終的なカウンタ値ＣＮＴ の個数となる。
【０１８４】
次に、前記ＳＴＥＰ１４−９のデータ処理サブルーチンを説明する前に、上記のようにバッファテーブル１９に記憶保持される床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータについて図１６を参照して説明しておく。
【０１８５】
階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右の傾動させたときの床反力中心は、基本的には、非傾動状態の足平部７とエッジＳｅとの接触線（図１６の破線で示す線）上に存在するのであるが、足平部７の傾動時に６軸力センサ６の出力から実際に求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、該センサ６の検出誤差等に起因して上記接触線に対して若干のばらつきを生じる。このため、前述のようにバッファテーブル１９に記憶される床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータは、例えば図１６の黒点で示すような点列データとなる。
【０１８６】
そして、この場合、前記接触線は、この床反力中心の点列を概ね通る直線であるので、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから例えば最小自乗法を用いて上記点列を近似する直線を表す関数式を求めれば、その関数式は、足平部７に対する前記接触線の方向や位置、ひいては、足平部７に対する階段ＳのエッジＳｅの方向や位置を表すものとなる。
【０１８７】
また、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の点列を近似する直線を表す関数式を図１６に示すようにｘ＝ａ・ｙ＋ｂ（但し、ａは直線の傾き、ｂは直線とＸ軸との切片）とすると、エッジＳｅに対する足平部の接地方向を示す前記方位角θｅ と、エッジＳｅに対する足平部の接地方向を示す前記距離ｘｅ とは、それぞれ次式（１１），（１２）により与えられる。
【０１８８】
θｅ ＝ｓｉｎ−１（−ａ） ……（１１）
ｘｅ ＝ｂ ……（１２）
従って、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから上記点列を近似する直線を表す関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂを求めれば、その関数式のａ，ｂの値から前記式（１１），（１２）により、方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められることとなる。
【０１８９】
以上のことを前提として、前記ＳＴＥＰ１４−９のデータ処理サブルーチンでは、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地方向／位置推定部２０により図１５のフローチャートに示す処理を行う。
【０１９０】
すなわち、足平接地方向／位置推定部２０は、まず、バッファテーブル１９に記憶されたＣＮＴ 個（＝最終的なカウンタ値）の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータを読み込む（ＳＴＥＰ１５−１）。
【０１９１】
次いで、足平接地方向／位置推定部２０は、ＳＴＥＰ１５−１で読み込んだ位置（ｘ，ｙ）のデータから、それらのデータにより表される床反力中心の点列を近似する直線の関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂを、ａ，ｂを未知数として最小自乗法により求める（未知数ａ，ｂの値を決定する。ＳＴＥＰ１５−２）。
【０１９２】
そして、足平接地方向／位置推定部２０は、ＳＴＥＰ１５−２で求めた関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂのａ，ｂの値を用いて前記式（１１）によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ を算出すると共に、前記式（１２）によりエッジＳｅに対する足平部７の接地位置を示す前記距離ｘｅ を算出し（ＳＴＥＰ１５−３）、さらにデータ処理サブルーチンを終了する。
【０１９３】
尚、データ処理サブルーチンが終了したときは、前記足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理も終了する。
【０１９４】
このようにして求められた前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与えられ、前記図７のメインルーチンにおいて、前記第１及び第２の実施形態と同様に、ロボットＲの歩幅や移動方向等に係わる歩容のパラメータが適宜修正される。
【０１９５】
以上のように、ロボットＲによる階段Ｓの昇降時に、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向（方位角θｅ ）や接地位置（距離ｘｅ ）を求めてロボットＲの歩容を適宜修正することで、前記第１及び第２の実施形態と同様に、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、階段Ｓに対して不適切な方向に移動したりすることなく、安定して行うことができる。
【０１９６】
そして、この場合、足平部７の傾動時の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の多数のデータを用いて、該床反力中心の点列を近似する関数式、換言すれば、階段ＳのエッジＳｅを近似する関数式を求めて、その関数式に基づいて、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握することで、６軸力センサ６の検出誤差等の影響を最小限に抑えて、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。さらには、この場合、前記第２の実施形態と同様、床反力中心のＸ軸方向及びＹ軸方向の両方向の位置（ｘ，ｙ）を求めるので、足平部７の形状にもよらずに、足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。
【０１９７】
また、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、前記第２の実施形態と同じ簡単な演算で求めることができ、さらに、前記第１及び第２の実施形態と同様、床の汚れ等の影響を受けないと共に、６軸力センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１９８】
尚、本実施形態では、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握するに際して、足平部７を左右に傾動させるようにしたが、左右いずれの一方側のみに傾動させるようにしてもよいことは前記第２の実施形態の場合と同様である。
【０１９９】
また、本実施形態で、前記方位角θｅ を求めるに際して、該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（１１）に代えて次式（１１）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０２００】
θｅ ＝−ａ ……（１１）’
また、本実施形態では、足平部７の傾動時の床反力中心の点列を直線を表す関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂにより近似するようにしたが、より高次の関数式により近似するようにしてもよい。この場合、上記点列を例えば二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）＝ｃ・ｙ２ ＋ｄ・ｙ＋ｅにより近似したときには、前記図１６に示した足平部７のエッジＳｅの接地状況において（この場合、上記関数式の係数ｃの大きさ（絶対値）は微小なものとなる）、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は、それぞれ次式（１３），（１４）により求めることができる。
【０２０１】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｆ（ｄＲ ）−ｆ（−ｄＬ ））／（ｄＲ ＋ｄＬ ）］……（１３）
ｘｅ ＝ｆ（０）＝ｅ ……（１４）
尚、式（１３）中のｆ（ｄＲ ）及びｆ（−ｄＬ ）は、それぞれ足平部７の右側縁及び左側縁とエッジＳｅとの接点のＸ軸方向の位置を示すものであり、従って、この式（１３）は、前記第１の実施形態で説明した前記式（４）と本質的には同じものである。
【０２０２】
このように、足平部７の傾動時の床反力中心の点列を二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）により近似した場合には、上記のようにエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を示す方位角θｅ や距離ｘｅ を求めることができる他、次のような利点を生じる。
【０２０３】
すなわち、例えばロボットＲが階段Ｓを降りる場合において、足平部７の離床終了時に、例えば図１７に示すように足平部７の爪先側の部分の一部のみがエッジＳｅの前方にはみ出すような、足平部７のエッジＳｅへの不適正な接地状況が生じた場合（本実施形態では足平部７の爪先側の部分の全体が前記図１６等に示したようにはみ出すのが正常である）において、足平部７を左右に傾動させたときに前述の如く得られる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータは、同図に黒点で示すような点列となる。つまり、足平部７がエッジＳに接地している箇所では、足平部７の傾動時の床反力中心は、概ねエッジＳｅ沿いに並ぶが、足平部７がエッジＳに接地していない箇所（階段面Ｓｓ側の箇所）では、足平部７の傾動時の床反力中心は、概ね足平部７の前端縁沿いに並ぶこととなる。
【０２０４】
このため、このような点列を二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）＝ｃ・ｙ２ ＋ｄ・ｙ＋ｅにより近似したとき、係数ｃの大きさ（絶対値）は、前記図１６のような正常な接地状況の場合（この場合係数ｃの大きさは微小である）よりも、大きなものとなる。このことは、ロボットＲが階段を昇る場合についても同様である。従って、上記係数ｃの大きさがある所定値を超えた場合に、図１７に示したような足平部７のエッジＳｅに対する接地状況が不適正なものであると判断することができ、それに応じたロボットＲの動作の修正等を行うことができる。
【０２０５】
以上説明した本発明の前記各実施形態では、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す方位角θｅ をエッジＳｅと足平部７の左右方向のＹ軸とのなす角度としたが、エッジＳｅと足平部７の前後方向のＸ軸とのなす角度を、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す方位角として、該方位角を前述の各実施形態と同様に足平部７の傾動時の床反力中心のデータから求めるようにしてもよい。
【０２０６】
また、前記各実施形態では、足底面７ａの基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ によりエッジＳｅに対する足平部７の接地位置を把握するようにしたが、前記基準点Ｐとは別に足平部７に任意に設定した基準点（例えば足底面７ａの前端縁や後端縁の点）からエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離により足平部７の接地位置を把握するようにしてもよい。
【０２０７】
また、前記各実施形態では、ロボットＲが昇降する階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を把握するものを示したが、例えば凹凸のある床をロボットが移動する場合に、床の凸部の上面縁部等の稜線部にロボットの足平部が接地するような状況で、該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を把握するようにすることも可能である。
【０２０８】
さらに、前記各実施形態では、階段ＳのエッジＳｅにようにロボットの足平部のほぼ左右方向に延在する稜線部に該足平部が接地する状況において、該足平部の接地方向や接地位置を把握するものを示したが、足平部の略前後方向に延在する稜線部にロボットの足平部が接地したような状況において、該足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することも可能である。この場合には、足平部を稜線部沿いに前後方向に傾動させて、その傾動時の床反力中心の位置を前記各実施形態と同様に求めるようにすれば、そのデータから足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することが可能である。
【０２０９】
また、前記各実施形態では、二足歩行型ロボットについて説明したが、さらに多くの可動脚を有するロボットについても本発明を適用することができる。
【０２１０】
また、前記各実施形態では、６軸力センサ６を用いるようにしたが、各実施形態で必要な作用力及びモーメントを検出することができるものであれば、他の力センサを使用するようにしてもよい。
【０２１１】
また、前記各実施形態では、足平部７を傾動させる際には、ロボットＲの昇降動作（移動動作）を停止するようにしたが、ロボットＲの移動動作を継続したまま、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際に該足平部７を左右に傾動させるようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、足平部７の傾動時の床反力中心の位置を６軸力センサ６の出力のみから求めるようにしたが、この際、足平部７の傾斜角度に応じた補正を適宜行いながら、床反力中心の位置を求めるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるロボットが階段を昇る様子を示す模式的説明図。
【図２】本発明の実施形態におけるロボットが階段を降りる様子を示す模式的説明図。
【図３】図１の部分拡大図。
【図４】本発明の第１の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図５】本発明の第１の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図６】本発明の第１の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図７】図４のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図８】図４のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１１】本発明の第２の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図１２】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第３の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図１４】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１５】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１６】本発明の第３の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１７】本発明の第３の実施形態の変形例を説明するための説明図。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｓｅ…階段のエッジ（稜線部）、６…６軸力センサ、７…足平部、１３…足平傾動手段、１４，１７…床反力中心算出部（抗力中心把握手段）、１５，１８，２０…足平接地方向／位置推定部（足平接地方向／位置把握手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットに関し、詳しくは、脚式移動ロボットの移動に際して、該ロボットの可動脚の足平部が階段のエッジ等、床の稜線部に接地した場合における該足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二足歩行型ロボット等、脚式移動ロボットにおいては、階段での移動（昇降）、あるいは凹凸のある箇所での移動に際して、階段のエッジや凸部の上面縁部等の床の稜線部に可動脚の足平部を接地させた場合に、その稜線部に対するロボットの足平部の接地方向や接地位置を把握することが望まれる。
【０００３】
例えば、二足歩行型ロボットが、ある歩容（歩幅等を規定する足運びの形態）で階段を昇る場合において、一方の可動脚の足平部を階段面に着床させるに際して、該足平部の爪先側の箇所で該階段面のエッジに接地すると、現在の歩容のままでは、次に他方の可動脚の足平部を上側の階段面に着床させるに際して、該足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの歩幅を大きくする等の処置を施す必要がある。同様に、二足歩行型ロボットが、階段を降りる場合において、一方の可動脚の足平部を階段面から離床させるに際して、該足平部の踵側の箇所で該階段面のエッジに接地すると、現在の歩容のままでは、その離床側の可動脚の足平部を次に下側の階段面に着床させるに際して、該足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの歩幅を小さくする等の処置を施す必要がある。さらに、階段の昇降に際して、ロボットの足平部が階段のエッジに対して斜めに向いた姿勢で接地するような場合には、現在の歩容のままでは、ロボットが階段に対して斜め方向に昇降することとなるため、階段の側方の壁にロボットが突き当たったり、足平部の踏み外しを生じる虞れがあり、このような場合には、ロボットの足運びの向きを修正する等の処置を施す必要がある。
【０００４】
従って、このようなロボットの歩容の修正等を行うために、階段のエッジ等の稜線部にロボットの足平部が接地した場合（足平部の線接触状態での接地）に、該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置（これは、足平部に対する稜線部の方向や位置と言い換えてもよい）を把握することが望まれるのである。
【０００５】
一方、例えばロボットによる階段の昇降時に該階段のエッジに対するロボットの足平部の接地方向や接地位置を把握する技術としては、例えば特開平７−２０５０８５号公報に本願出願人が提案したものが知られている。
【０００６】
この技術では、階段面に光を反射するテープを該階段のエッジと平行に貼りつけておくと共に、ロボットの各足平部の両側部にそれぞれ複数の光センサを前後方向に並べて配置し、ロボットの足平部を階段面に着床させたとき、それらの光センサのうちのどの光センサにより前記テープが検出されるか（階段面からはみ出した部分の光センサではテープが検出されない）によって、ロボットの足平部に対する階段のエッジの位置や方向を把握するようにしている。
【０００７】
尚、上記のような技術では、階段面に貼りつけるテープを例えば金属製のものとすると共に、ロボットの足平部の両側部に配列するセンサとして渦電流式近接センサを用い、該渦電流式近接センサにより、テープを検出することで、ロボットの足平部に対する階段のエッジの位置や方向を把握するようにすることも可能である。
【０００８】
しかしながら、このような技術では、階段面に前記テープを貼りつけておかなければならないため、ロボットの動作環境上の制約を受け、またコスト的にも不利なものとなりやすい。また、光センサを用いたものでは、該センサあるいはテープの汚れや、ゴミの付着によって、該センサの誤検出を生じやすく、その結果、階段のエッジの位置や方向を正しく把握することができなくなる場合も多々ある。さらに、前記渦電流式近接センサを用いたものでは、金属製の階段には適用することができず、ロボットの動作環境上の制約を受けやすい。
【０００９】
また、例えば特開平３−１８４７８１号公報に本願出願人が開示したように、ロボットの足底面に多数の接触センサ素子をマトリクス状に配置してなる分布型接触センサを備えたものでは、該分布型接触センサの各接触センサ素子の出力データからロボットＲの足平部の足底面の接触箇所の位置や形状が判るので、ロボットの足平部を階段面に着床させた際に、足平部の足底面の階段面に接触している箇所と該階段面に接触していない箇所との境界の位置や形状を分布型接触センサの各接触センサ素子の出力データによって認識することで、階段のエッジに対する足平部の位置や方向を把握することも考えられる。
【００１０】
しかしながら、このような技術では、足底面に分布型接触センサを備えるため、ロボットの移動時の着床の際等に足底面に加わる衝撃によって該センサの損傷を生じやすい。そして、これを回避するために、該分布型接触センサをゴム等の弾性材により被覆した場合には、足底面の接触箇所の位置や形状を精度よく認識することが困難なものとなってしまう。また、分布型接触センサの多数の接触センサ素子の信号を処理しなければならなため、多大な演算量を要するものとなってしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、脚式移動ロボットの可動脚の足平部は階段のエッジ等の稜線部に接地した場合における該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を、ロボットの種々様々の動作環境下でセンサの損傷等の不都合を生じることなく、簡単な構成で、しかも簡単な演算処理で確実且つ適正に把握することができる脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置はかかる目的を達成するために、複数の可動脚の離床・着床動作により移動可能であって、該可動脚が床の稜線部に接地するように生成された目標歩容に応じて移動する脚式移動ロボットにおいて、前記各可動脚の足平部の足底面から該可動脚の基部側に離間した所定の部位に、該足平部の接地時に該足平部が床から受ける抗力に基づく所定方向の作用力及びモーメントを検出するための力センサを設け、前記各可動脚の足平部が床の稜線部に接地したとき、該足平部が床から受ける抗力の中心が該稜線部沿いに移動するように該足平部を該稜線部沿いに傾動させる足平傾動手段と、該足平傾動手段による該足平部の傾動時における該足平部の複数種類の傾斜姿勢において、該足平部が床から受ける抗力の中心の該足平部の足底面上での位置を、少なくとも前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握する抗力中心把握手段と、該抗力中心把握手段により把握された前記足平部の複数種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置に基づき前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明において、前記足平部が床から受ける抗力の中心の該足平部の足底面上での位置は、力学的にその位置（点）に集中的に該抗力が作用しているとみなすことができる位置であり、この抗力の中心の位置は、前記力センサの出力によって該抗力に基づく所定方向（特定方向）の作用力及びモーメントを検出することで、その作用力及びモーメントの値から、力学的な演算によって求めることができる。より具体的には、抗力の中心の位置は、足底面に垂直な軸回りのモーメント成分以外のモーメント成分が「０」となるような作用点として求められる。
【００１４】
そして、前記足平部が床の稜線部に接地したとき（このとき、該足平部の足底面と稜線部とは線接触状態となる）、前記抗力の中心は、該足平部の足底面と稜線部との接触線上に存し、この状態から該足平部を前記足平傾動手段によって稜線部沿いに傾動させると、前記抗力の中心の位置は、該稜線部沿いに前記接触線上を移動し、この移動軌跡は、足平部の足底面上における該接触線の方向や位置、ひいては前記稜線部の方向や位置を示すものとなる。
【００１５】
従って、前記足平傾動手段による該足平部の傾動時における該足平部の複数種類の傾斜姿勢において、前記抗力中心位置把握手段によって、前記抗力の中心の位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握することで、それらの各種類の足平部の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置から、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段によって、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができることとなる。
【００１６】
この場合、前記接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握するために必要な前記抗力の中心の位置は、前記力センサの出力により検出される前記所定方向の作用力及びモーメントに基づいて求められるので、ロボットを移動させる床の汚れ等の影響を受けることがなく、また、該力センサは、足平部の足底面から離間して設けられて、床に直接的に接触するようなことがないので、該力センサが足平部の着床時に衝撃等によって損傷を受けることもない。また、前記足平部の各種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置は、実際上、後述の如く、一つの方向の前記作用力と高々二つの軸回りの前記モーメントとを力センサの出力によって検出すれば、それらの検出値から求めることができるので、複雑な演算処理を必要としない。さらに、前記力センサは例えば公知の６軸力センサを用いて簡単に構成することができ、また、前記足平傾動手段による足平部の傾動は、ロボットに既に備えられている各可動脚の関節機構を駆動することで行うことができる。
【００１７】
従って、本発明によれば、脚式移動ロボットの可動脚の足平部が階段のエッジ等の稜線部に接地した場合における該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を、ロボットの種々様々の動作環境下でセンサの損傷等の不都合を生じることなく、簡単な構成で、しかも簡単な演算処理で確実に把握することができる。
【００１８】
かかる本発明では、前記床の稜線部が足平部の略左右方向に延在する場合、及び足平部の略前後方向に延在する場合のいずれの場合であっても前記接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することが可能であるが、実用的には、ロボットに階段を昇降させる場合における該階段のエッジ等のように、前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合における該稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することがロボットの動作制御上、重要である。
【００１９】
そして、このように前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合において、本発明のより具体的な第１の態様では、前記足平傾動手段は、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢に該足平部を該稜線部沿いに左右に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００２０】
すなわち、前記足平傾動手段によって、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢に該足平部を傾動させたとき、それぞれの傾斜姿勢で前記抗力中心位置把握手段によって把握される前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置は、足平部の右側縁と稜線部との接触点の該足平部の前後方向での位置、及び足平部の左側縁と稜線部との接触点の該足平部の前後方向での位置を示すものなる。また、これらの二つの接触点は、足平部の右側縁及び左側縁の箇所の点であるため、これらの接触点の足平部の左右方向での位置は、該足平部のサイズや形状によって定まるものである。
【００２１】
従って、前記の二種類の傾斜姿勢での前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置を前記抗力中心位置把握手段によって把握することで、足平部の左右の各側縁と稜線部との接触点の足底面上での位置（二次元的な位置）が判る。そして、足平部が前記稜線部に接地した際の該足平部の足底面と稜線部との接触線は、上記の二つの接触点を結ぶ線であるので、それらの接触点の位置関係によって、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００２２】
さらに具体的には、本発明の第１の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の右側縁及び左側縁間の間隔とから該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握する。
【００２３】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の所定の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔とから前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００２４】
すなわち、前記足平部の右側縁及び左側縁間の間隔（足平部の幅）は、足平部の左右の各側縁と稜線部との接触点の間の足平部の左右方向における位置関係（左右方向の距離）を示すものであるので、これと、前記抗力中心把握手段により把握される上記の各接触点の足平部の前後方向での位置とから、幾何学的な演算によって、それらの接触点を結ぶ線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００２５】
また、前記足平部の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔は、足平部の左右方向における前記の各接触点の基準点に対する位置を示すものであると共に、前記抗力中心把握手段により把握される前記の各接触点の前後方向における位置から足平部の前後方向での各接触点の基準点に対する位置が判る。従って、これらのデータから幾何学的な演算によって、前記基準点から各接触点を結ぶ線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離（これは、足平部の前後方向における稜線部の基準点に対する位置を示す）を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００２６】
このような本発明の第１の態様によれば、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢において、前記抗力中心位置把握手段によって足平部の前後方向における前記抗力の中心の位置を前記力センサの出力によって検出される作用力及びモーメントに基づいて把握することで、あとは簡単な演算処理によって該足平部の前記稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することができるので、その把握のための処理を極めて簡単に行うことができる。
【００２７】
尚、このような本発明の第１の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸回りのモーメントであり。これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握することができる。
【００２８】
上記のような本発明の第１の態様では、足平部の接地方向や接地位置を把握するために、該足平部の右側縁及び左側縁間の間隔や、該足平部の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔とを用いる。このため、該接地方向や接地位置を精度よく把握するためには、足平部の傾動に際して、該足平部の右側縁と左側縁とをそれぞれ確実に稜線部に点接触させる必要がある。
【００２９】
そこで、本発明のより具体的な第２の態様では、前記稜線部は前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合に、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動時の該足平部の互いに異なる二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００３０】
すなわち、本発明の第２の態様では、前記足平傾動手段によって前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させたときの該足平部の互いに異なる二種類の傾斜姿勢において、それぞれ前記抗力中心把握手段によって、足平部の前後方向及び左右方向の二方向での前記抗力の中心の位置を把握することで、足平部の足底面と稜線部との足平部の非傾動状態での当初の接触線上における二つの点の上記前後及び左右の二方向での足底面上の位置（二次元的な位置）が把握されることとなる。そして、これらの二点を結ぶ線が上記接触線で、この接触線に対する足平部の方向や位置が、前記稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を示す。
【００３１】
従って、前記の二種類の傾斜姿勢での前記抗力の中心の該足平部の前後及び左右方向での位置、すなわち、前記接触線上の二つの点のそれぞれの足底面上における位置を把握することで、それらの点の位置関係から、前記稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００３２】
さらに具体的には、本発明の第２の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の接地方向を把握する。
【００３３】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００３４】
すなわち、本発明の第２の態様では、前述のように前記接触線上の二つの点のそれぞれの位置（二次元的な位置）を前記抗力中心把握手段によって把握することで、それらのデータから、前記第１の態様の場合と同様に、幾何学的な演算によって、上記の二つの点を結ぶ線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００３５】
また、前記接触線上の二つの点の位置の把握したデータから、前記第１の態様の場合と同様に、幾何学的な演算によって、足平部の基準点から上記の二つの点を結ぶ線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００３６】
このような本発明の第２の態様によれば、足平部の二種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の足平部の前後及び左右方向の位置を把握するため、前記接地方向や接地位置を精度よく適正に把握することができる。また、足平部の傾動に際しては、該足平部の各側縁が両線部に点接触状態となるように傾動させずとも、該足平部を大まかに左右あるいはいずれか一方の側に傾動させればよいので、その足平部の傾動のためのロボットの制御を簡単に行うことができる。
【００３７】
尚、このような本発明の第２の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであり、これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向及び左右方向での位置を把握することができる。
【００３８】
また、本発明のより具体的な第３の態様では、前記稜線部が前記足平部の略左右方向に延在する稜線部である場合に、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動途中の時々刻々の傾斜姿勢において前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき時系列的に把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置の時系列データに基づき前記足平部の非傾動状態での該足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求め、その求めた関数式に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する。
【００３９】
すなわち、本発明の第３の態様では、前記足平傾動手段によって、前記足平部を前記該稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させる際に、その傾動途中の時々刻々の傾斜姿勢において、前記抗力中心把握部によって、前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を把握することで、足平部の足底面と稜線部との足平部の非傾動状態での当初の接触線上に存する多数の点の前後及び左右方向での位置（二次元的な位置）が把握されることとなる。そして、これらの点を通る線が上記接触線で、この接触線に対する足平部の方向や位置が、前記稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を示す。また、上記の各点を通る接触線は、それらの各点の前後及び左右方向での位置に基づいて、最小二乗法等の統計的手法によって、該接触線を近似する関数式により表現することができる。
【００４０】
従って、足平部の時々刻々の傾動途中で前記抗力中心把握部によって把握される前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置の時系列データから前記足平部の非傾動状態での該足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求めることができ、このように該接触線を近似する関数式を求めれば、該関数式に基づいて、前記接触線に対する足平部の方向及び位置のうちの少なくともいうずれか一方、すなわち、前記稜線部に対する足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することができる。
【００４１】
さらに具体的には、本発明の第３の態様では、前記接地方向を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記関数式から該足平部の前記稜線部に対する方位角を求め、その求めた方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握する。
【００４２】
また、前記接地位置を把握することに関し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、例えば前記関数式から前記足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を求め、その求めた距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握する。
【００４３】
すなわち、本発明の第３の態様では、前述のように前記接触線を近似する関数式を求めることで、該関数式から前記接触線に対する足平部の方位角、すなわち、前記稜線部に対する足平部の方位角を求めることができ、これによって稜線部に対する足平部の接地方向を把握することができる。
【００４４】
また、前記関数式を求めることで、該関数式によって、足平部の基準点から前記接触線までの該足平部の前後方向の距離、すなわち前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出することができ、これによって、該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することができる。
【００４５】
このような本発明の第３の態様によれば、足平部の傾動時の抗力の中心の位置の多数のデータを用いて足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求めるため、前記接地方向や接地位置を精度よく適正に把握することができる。また、この場合、該接地方向や接地位置の把握のために、足平部の傾動時の抗力の中心の位置の多数のデータを用いるため、足平部を必ずしも左右に傾動させる必要はなく、いずれか一方側のみに傾動させるようにしてもよいため、その足平部の傾動のためのロボットの制御をより一層簡単に行うことができると共に、該傾動動作を短時間で行うことができる。
【００４６】
尚、このような本発明の第３の態様において、前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記第２の態様の場合と同様、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであり、これらの作用力とモーメントとを検出すれば、力学的な演算によって前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置及び左右方向での位置を把握することができる。
【００４７】
また、本発明では、前記力センサを６軸力センサにより構成することで、前述のいずれの態様の場合であっても、必要な作用力やモーメントを検出することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００４９】
まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態の足平接地状態把握装置を備えた脚式移動ロボットの概要構成を説明する。図１は本実施形態におけるロボットが例えば階段を昇っている様子を示す模式的説明図、図２は該ロボットが階段を降りている様子を示す模式的説明図、図３は図１の部分拡大図である。
【００５０】
本実施形態ではロボットＲは二足歩行型のものであり、胴体１下部の腰関節２から二本の可動脚３が延設されている。各可動脚３はいずれも同一構造を有しており、その中間部と下部とにそれぞれ膝関節４及び足首関節５を備えている。そして、足首関節５の下方に６軸力センサ６を介して大略平板状の足平部７が取着され、この足平部７の足底面７ａにはゴム等の弾性材８（図３参照）が固着されている。
【００５１】
尚、各関節２，４，５の屈曲あるいは揺動動作は図示しないモータ等のアクチュエータにより行われるようになっている。
【００５２】
図３を参照して、前記６軸力センサ６は、公知のものであり、足首関節５と足平部７との間で足底面７ａから足首関節５側（可動脚３の基部側）に離間した箇所に、足平部７と一体的に動くように設けられている。そして、該６軸力センサ６は、ロボットＲの移動（歩行）に際して、足平部７が床（階段面Ｓｓ や階段ＳのエッジＳｅ ）から受ける抗力Ｆ（床反力）によって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用する力（並進力）の３軸（３本の空間直交座標軸）方向の成分と、前記抗力Ｆによって６軸力センサ６の検出基準点Ｑ回りに作用するモーメントの３軸回りの成分を検出し、その検出値に応じた信号を出力する。
【００５３】
さらに具体的には、本実施形態では、前記検出基準点Ｑは、６軸力センサ６上で足平部７の足底面７ａから足首関節５側に間隔ｈを存する位置に設定されている。そして、例えば図３に示すように足平部７の前後方向（長手方向）をＸ軸、足平部７の左右方向（幅方向。図３では紙面に垂直な方向）をＹ軸（図示せず）、足平部７の足底７ａに垂直な方向をＺ軸、前記検出基準点Ｑを原点とする空間直交座標軸を設定したとき、６軸力センサ６は、前記抗力Ｆによって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用する力（並進力）の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の成分Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ （図３ではＦｘ ，Ｆｚ のみを図示している。以下、これらを単に作用力Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ と称する）と、前記抗力Ｆによって該６軸力センサ６の検出基準点Ｑに作用するモーメントの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ回りの成分Ｍｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ （図３ではＭｙ のみを図示している。以下、これらを単にモーメントＭｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ と称する）に応じた信号を出力する。
【００５４】
また、図４のブロック図を参照して、ロボットＲは、その歩行制御を行うためにマイクロコンピュータにより構成されたコントローラ９を搭載しており、このコントローラ９は、その機能的構成として、ロボットＲを歩行させる際の歩幅や足運びの仕方等を規定する各可動脚３の目標歩容を生成してその目標歩容に対応した前記各関節２，４，５の目標関節角（各関節２，４，５の曲げ角度の目標値）を算出する目標歩容生成部１０と、その目標関節角に従って、各関節２，４，５を図示しないアクチュエータを介して駆動・制御する関節制御部１１と、ロボットＲが階段Ｓを昇降する場合に、各可動脚３の足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握するための処理を行う足平接地状態把握処理部１２とを備えている。ここで、本実施形態では、階段ＳのエッジＳｅが床の稜線部であり、このエッジＳｅは、ロボットＲの足平部７の略左右方向（幅方向）に延在する。
【００５５】
前記目標歩容生成部１０は、基本的には、人が歩行する場合と同様に、各可動脚３の足平部７の踵側から着床を開始して、さらに、足平部７の爪先側まで足底面７ａを着床させ、続いて、足平部７の踵側から離床を開始して、最後に足平部７の爪先側を離床させるように目標歩容を生成する（図１及び図２参照）。
また、目標歩容生成部１０は、ロボットＲが階段Ｓを昇る場合には、図１に示すように足平部７の踵側を階段ＳのエッジＳｅから若干はみださせ、また、階段Ｓを降りる場合には、図２に示すように足平部７の爪先側を階段ＳのエッジＳｅから若干はみださせるように目標歩容を生成する。従って、該目標歩容は、階段Ｓの昇りでは、足平部７の着床開始時に足底面７ａが階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地し、また、階段Ｓの降りでは、足平部７の離床終了時に足底面７ａがエッジＳｅに線接触状態で接地するように生成される。
【００５６】
さらに、目標歩容生成部１０は、ロボットＲが階段Ｓを昇降するに際して、所定の歩数毎（例えば１０歩毎）に、上記のように足平部７の足底面７ａがエッジＳｅに線接触状態で接地しているとき（階段Ｓの昇りでは足平部７の着床開始時、階段Ｓの降りでは足平部７の離床終了時）に、ロボットＲの移動動作（階段Ｓの昇降動作）を一旦停止するように目標歩容を生成する。そして、該目標歩容生成部１０は、このロボットＲの移動停止状態において、図５に実線で示すように、階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地した足平部７（図では右側の足平部７）の足底面７ａの右側縁がエッジＳｅにほぼ点接触状態となるような傾斜姿勢にエッジＳｅ沿いに右側（図の時計回り方向）に所定角度だけ傾動させ、次いで、図５に仮想線で示すように、該足平部７の足底面７ａの左側縁がエッジＳｅにほぼ点接触状態となるような傾斜姿勢にエッジＳｅ沿いに左側（図の反時計回り方向）に所定角度だけ傾動させ、その後、該足平部７を階段ＳのエッジＳｅとの当初の接地状態（エッジＳｅとの線接触状態）に戻すように目標歩容を生成する。
【００５７】
そして、目標歩容生成部１０は、上記のように生成した目標歩容に対応させて前記各関節２，４，５の制御サイクル毎の目標関節角を決定し、それを関節制御部１１に指示する。
【００５８】
尚、目標歩容生成部１０は、上記のような足平部７の傾動に際して、その傾動開始や終了を示すデータ（以下、傾動開始／終了データという）や、所定の制御サイクル毎の前記目標歩容における足平部７の目標傾斜角（以下、目標足平傾斜角という）を前記足平接地状態把握処理部１２に与える。
【００５９】
また、本発明の構成に対応させると、目標歩容生成部１０は関節制御部１１と併せて足平傾動手段１３を構成するものである。
【００６０】
前記足平接地状態把握処理部１２は、各可動脚３の６軸力センサ６から得られる６種類の検出値Ｆｘ ，Ｆｙ ， Ｆｚ ，Ｍｘ ，Ｍｙ ， Ｍｚ のうち、前記Ｘ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ ，Ｆｚ 及びＹ軸回りのモーメントＭｙ から、足平部７の足底面７ａに床（階段Ｓの階段面Ｓｓ やエッジＳｅ ）から作用する抗力の中心点（以下、床反力中心という）の、足底面７ａ上での足平部７の前後方向（Ｘ軸方向）における位置を所定の制御サイクル毎に算出する床反力中心算出部１４（抗力中心把握手段）と、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の前述のような足平部７の傾動時に床反力中心算出部１４により算出された床反力中心のＸ軸方向の位置に基づき、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を推定する足平接地方向／位置推定部１５（足平接地方向／位置把握手段）と、６軸力センサ６から得られる前記Ｚ軸方向の作用力Ｆｚ に基づき、足平部７の階段ＳのエッジＳｅへの接地が適正な接地状態で行われているか否かを判断して、その判断結果に基づいて足平部７の接地方向及び接地位置を推定するための処理を行うべきか否かを規定する許可／禁止指令を足平接地方向／位置推定部１５に与える足平接地状態判別部１６とにより構成されている。
【００６１】
ここで、上記床反力中心算出部１４、足平接地方向／位置推定部１５及び足平接地状態判別部１６をさらに説明する前に、本実施形態によって、ロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を推定するための原理について説明しておく。
【００６２】
まず、前記床反力中心について説明すると、該床反力中心は、足平部７の着床時に該足平部７の足底面７ａに床から作用する床反力（抗力）によって前記６軸力センサ６が受ける作用力（並進力）及びモーメントに関して、該床反力（これは、実際には足平部７と床との接触箇所に分布している）が集中的に作用しているとみなすことができる足底面７ａ上での抗力の中心点である。
【００６３】
また、図３を参照して、ロボットＲが例えば階段Ｓを昇る場合において、可動脚３の足平部７の足底面７ａが、前述のような歩容によって該足平部７の階段面Ｓｓへの着床開始時に階段ＳのエッジＳｅ に線接触状態で接地したとき、前記床反力中心は足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線上に存在する（足底面７ａに作用する抗力の全体は、該接触線上に分布している）。このような足平部７の接地状態において、足底面７ａ上に、該足底面７ａがこれに垂直な前記Ｚ軸と交差する点（６軸力センサ６の検出基準点Ｑの直下の点）を基準点Ｐとして設定し、この基準点Ｐを通って前記Ｙ軸に平行な軸（基準点Ｐを通って図３の紙面に垂直な軸）回りのモーメントをＭ’ｙとすると、このモーメントＭ’ｙは、６軸力センサ６により検出されるＸ軸方向の作用力Ｆｘ と、Ｙ軸回りのモーメントＭｙ と、足底７ａ面から６軸力センサ６の検出基準点Ｑまでの間隔ｈ（所定値）とを用いて、次式（１）により表される。
【００６４】
Ｍ’ｙ＝Ｍｙ ＋Ｆｘ ・ｈ……（１）
尚、ここでは、Ｘ軸方向の作用力Ｆｘ の正方向は、足平部７の前方向きであり、図３ではＦｘ ＜０である。また、モーメントＭ’ｙ，Ｍｙ の正方向は図３の矢印の向きである。
【００６５】
さらに、上記基準点Ｐ回りのモーメントＭ’ｙは、６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚ と、基準点Ｐから足底面７ａの床反力中心までのＸ軸方向（前後方向）の距離ｘ（床反力中心のＸ軸座標。図３ではｘ＜０）とを用いて、次式（２）により表される。
【００６６】
Ｍ’ｙ＝−Ｆｚ ・ｘ……（２）
尚、ここでは作用力Ｆｚ の正方向は、上向きである。
【００６７】
そして、上記式（１），（２）から、次式（３）が得られる。
【００６８】
ｘ＝−Ｍ’ｙ／Ｆｚ ＝−（Ｍｙ ＋Ｆｘ ・ｈ）／Ｆｚ ……（３）
尚、この式（３）は、階段Ｓを降りる場合に、足平部７の離床終了時に該足平部７の足底面７ａが線接触状態で階段ＳのエッジＳｅに接地した状況においても同様に成立するものである。さらには、式（３）は、足平部７の足底面７ａが階段Ｓの階段面Ｓｓ等に面接触状態で接地している場合、あるいは、前述の如く足平部７の足底面７ａが線接触状態で階段ＳのエッジＳｅに接地した状態から該足平部７を左右に傾動させて、足底面７ａの右側縁及び左側縁をそれぞれ点接触状態で階段ＳのエッジＳｓに接地させた場合（図５参照）にも成立する式である。この場合、足底面７ａとエッジＳｓとの点接触状態では、前記床反力中心は、足底面７ａとエッジＳｓとの接触点に合致する。
【００６９】
従って、足平部７の階段ＳのエッジＳｅ等への接地時における前記床反力中心のＸ軸方向（足平部７の前後方向）における位置が、６軸力センサ６により検出されるＸ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ ，Ｆｚ とＹ軸回りのモーメントＭｙ とを用いた式（３）により、基準点ＰからのＸ軸方向の距離ｘ（床反力中心のＸ軸座標）として求めることができる。そして、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地したとき、該足平部７の左右方向とエッジＳｅの延在方向とが合致しておれば（エッジＳｅがＹ軸に平行である場合）、前記床反力中心の位置ｘは、足平部７に対するエッジＳｅの位置、逆にいえば、エッジＳｅに対する足平部７の接地位置を示すものとなる。
【００７０】
尚、本実施形態では、６軸力センサ６の検出基準点Ｑを該センサ６上に設定しているため、前記式（３）により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘが求まるのであるが、６軸力センサ６の検出基準点を例えば前記足底面７ａ上の基準点Ｐに設定することも可能で、この場合には、該基準点Ｐ回りの前記モーメントＭ’ｙを６軸力センサ６によって、直接的に検出することができる。従って、この場合には、床反力中心の位置ｘは、モーメントＭ’ｙの検出値とＺ軸方向の作用力Ｆｚ の検出値とから次式（３）’により求めることができる。
【００７１】
ｘ＝−Ｍ’ｙ／Ｆｚ ……（３）’
この場合には、Ｘ軸方向の作用力Ｆｘは不要である。また、この場合に、６軸力センサ６によって検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚ は、検出基準点をＱ点に設定した場合と同じである。
【００７２】
つまり、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘは、足底面７ａ上の基準点Ｐ回りの前記モーメントＭ’ｙと足底面７ａに垂直なＺ軸方向の作用力Ｆｚとを検出すれば、式（３）’により求めることができる。前記式（３）により床反力中心の位置ｘを求める本実施形態は、前記モーメントＭ’ｙを６軸力センサ６上に設定した検出基準点Ｑ回りのモーメンントＭｙとＸ軸方向の作用力Ｆｘとから前記式（１）によって間接的に検出するものである。
【００７３】
一方、例えば図６に示すように、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに対して斜め向きに接地した場合において、この状態から、足平部７の足底面７ａの右側縁がエッジＳｅに点接触状態となる姿勢に該足平部７を右側に傾動させたときの床反力中心は、図６のＡ点（足底面７ａの右側縁とエッジＳｅとの接点）であり、この傾斜姿勢（以下、右側縁接地傾斜姿勢という）で６軸力センサ６の出力（検出値）から前述の如く床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めれば、Ａ点のＸ軸方向の位置ｘＲ （図ではｘＲ ＜０）が求まる。同様に、足平部７の足底面７ａの左側縁がエッジＳｅに点接触状態となる姿勢に該足平部７を右側に傾動させたときの床反力中心は、図６のＢ点（足底面７ａの左側縁とエッジＳｅとの接点）であり、この傾斜姿勢（以下、左側縁接地傾斜姿勢という）で６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）あるいは式（３）’により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めれば、Ｂ点のＸ軸方向の位置ｘＬ （図ではｘＬ ＜０で、ｘＬ ＞ｘＲ ）が求まる。
【００７４】
尚、足平部７を左右に傾動させたとき、その傾動途中における前記床反力中心は足底面７ａの両側縁間でエッジＳｅに沿って足平部７の傾動側に移動する。そして、足平部７の左右への傾動時に逐次、床反力中心の位置ｘを６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）あるいは式（３）’により求めた場合、図６に示すように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢で６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置ｘＲ がその符号をふまえて足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となり、足平部７の前記左側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となる。また、逆に、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となり、足平部７の前記左側縁接地傾斜姿勢で求められる床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となる。従って、足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときにおける前記接点Ａ，Ｂの位置ｘＲ ，ｘＬ は、それぞれ足平部７の左右への傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値及び最大値として与えられ、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときにおける前記接点Ａ，Ｂの位置ｘＲ ，ｘＬ は、それぞれ足平部７の左右への傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値として与えられる。
【００７５】
上記のように、足底面７ａの左右の両側縁とエッジＳｅとの接点Ａ，ＢのＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ が判れば、例えば図６に示すようにＹ軸とエッジＳｅとのなす角度θｅ をエッジＳｅに対する足平部７の方位角とすれば、該方位角θｅ は、次式（４）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【００７６】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｘＲ −ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）］……（４）
ここで、式（４）中のｄＲ ，ｄＬ は、それぞれ足底面７ａ上の前記基準点Ｐから右側縁及び左側縁までのＹ軸方向の間隔である（ｄＲ ＋ｄＬ は両側縁間の間隔）。尚、本実施形態では、方位角θｅ は、図６のように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときθｅ ＞０、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときθｅ ＜０とし、このようにすれば、上記式（４）は足平部７がエッジＳｅに対していずれの方向（足平部７の左右方向とエッジＳｅの延在方向とが合致する場合を含む）に向いていても成立する。
【００７７】
また、前記のように足底面７ａの左右の両側縁とエッジＳｅとの接点Ａ，ＢのＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ が判れば、例えば図６に示すように基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向での距離ｘｅ （エッジＳｅとＸ軸との交点のＸ座標。図ではｘｅ ＜０）を次式（５）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【００７８】
ｘｅ ＝（ｄＬ ・ｘＲ ＋ｄＲ ・ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）……（５）
尚、この式（５）は、前記式（４）と同様、足平部７がエッジＳｅに対していずれの方向に向いていても成立する。また、式（５）においてｄＲ ＝ｄＬ であれば、ｘｅ ＝（ｘＲ ＋ｘＬ ）／２で、これは足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線（前記Ａ点、Ｂ点を結ぶ線分）の中点のＸ座標である。
【００７９】
従って、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右に傾動させ、前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢での床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を６軸力センサ６の出力（検出値）から前記式（３）によって（６軸力センサ６の検出基準点を基準点Ｐもしくはその近傍に設定したときは式（３）’によって）求めれば、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から前記式（４），（５）によって、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ と、足底面７ａ上の基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向での距離ｘｅ とが判り、これによって、エッジＳｅに足平部７が接地した際の、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を把握することができることとなる。
【００８０】
これが本実施形態においてロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を推定するための原理である。
【００８１】
以上のことを前提として、本実施形態では、前記図４に示した床反力中心算出部１４は、６軸力センサ６から得られるＸ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｘ，Ｆｚ及びＹ軸回りのモーメントＭｙから前記式（３）によって、言い換えれば、作用力Ｆｘ及びモーメントＭｙから前記式（１）により把握されるモーメントＭ’ｙと作用力Ｆｚとから前記式（３）’によって、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを所定の制御サイクルで求める。
【００８２】
また、前記足平接地方向／位置推定部１５は、その詳細は後述するが、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データや目標足平傾斜角を参照しつつ、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１４により逐次求められる床反力中心の位置ｘから、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢での床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ を推定し、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から前記式（４），（５）により、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を算出する。そして、これらの方位角θｅ 及び距離ｘｅ をそれぞれ足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与える。
【００８３】
また、前記足平接地状態判別部１６は、前記６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向の作用力Ｆｚが小さ過ぎると、床反力中心の位置ｘを精度よく求めることができず、このような床反力中心の位置ｘのデータを用いても前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を精度よく求めることができないことから、６軸力センサ６から得られる上記作用力Ｆｚが、所定値ＦＭＩＮ よりも大きい場合に、前記足平接地方向／位置推定部１５に該作用力Ｆｚを用いた処理を行うことを許可する指令を与え、上記作用力Ｆｚが、所定値ＦＭＩＮ 以下である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１５に該作用力Ｆｚを用いた処理を禁止する指令を与える。
【００８４】
次に本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。
【００８５】
コントローラ９は、ロボットＲによる階段Ｓの昇降に際して、図７に示すようなメインルーチン処理を所定の制御サイクルで行う。
【００８６】
すなわち、コントローラ９は、前記目標歩容生成部１０により、前述の如くロボットＲの各可動脚３の目標歩容を生成して、その目標歩容に対応した各関節２，４，５の目標関節角を算出する（ＳＴＥＰ１）。
【００８７】
次いで、足平接地状態把握処理部１２により、足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を推定して把握するための足平接地方向／位置推定サブルーチンを処理する（ＳＴＥＰ２）。
【００８８】
この足平接地方向／位置推定サブルーチンは、図８のフローチャートに示すように行われる。
【００８９】
すなわち、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１４により、各可動脚３の６軸力センサ６により今回の制御サイクルで検出された前記Ｘ軸方向の作用力Ｆｘと、Ｚ軸方向の作用力Ｆｚと、Ｙ軸回りのモーメントＭｙとを用いて、前記（３）式により床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを算出する（ＳＴＥＰ８−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前述の通り、６軸力センサ６により検出される作用力ＦｚとモーメントＭ’ｙとを用いて、前記式（３）’により床反力中心の位置ｘを算出する。
【００９０】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、足平部７の左右への傾動中（傾動開始時及び終了時の状態を含む）であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【００９１】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１５において、変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値を前記ＳＴＥＰ８−１で算出された床反力中心の位置ｘの値にセットさせると共に、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値を「０」にセットさせる（ＳＴＥＰ８−４）。
【００９２】
ここで、上記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ は、それぞれ足平部７の傾動中に前記ＳＴＥＰ８−１で逐次（制御サイクル毎に）求められる床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値を把握するための変数であり、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ は、それぞれ床反力中心の位置ｘの最大値及び最小値に対応する足平部７の傾斜角度を把握するための変数である。
【００９３】
尚、ＳＴＥＰ８−３の判断で、足平部７の傾動開始時点でない場合（傾動開始後の状態）には、ＳＴＥＰ８−４の処理は省略される。
【００９４】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６から足平接地方向／位置推定部１５に前述の許可指令が与えられ、このとき、該足平接地方向／位置推定部１５は、次の処理を行う。
【００９５】
すなわち、該足平接地方向／位置推定部１５は、今回の制御サイクルにおいてＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘ（正負の符号を含む）が、現在の変数ｘＭＡＸ の値より大きいか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−６）、ｘ＞ｘＭＡＸ である場合には、変数ｘＭＡＸ の値をＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値に更新すると共に、前記変数θＭＡＸ の値を今回の制御サイクルで前記目標歩容生成部１０から与えられる前記目標足平傾斜角に更新する（ＳＴＥＰ８−７）。尚、ＳＴＥＰ８−６でｘ≦ｘＭＡＸ である場合には、ＳＴＥＰ８−７の処理は省略され、従って、変数ｘＭＡＸ やθＭＡＸ の値は、現状のままに保持される。
【００９６】
さらに、足平接地方向／位置推定部１５は、ＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘが、現在の変数ｘＭＩＮ の値より小さいか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−８）、ｘ＜ｘＭＩＮ である場合には、変数ｘＭＩＮ の値をＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値に更新すると共に、前記変数θＭＩＮ の値を今回の制御サイクルで前記目標歩容生成部１０から与えられる前記目標足平傾斜角に更新する（ＳＴＥＰ８−９）。尚、ＳＴＥＰ８−８でｘ≧ｘＭＩＮ である場合には、ＳＴＥＰ８−９の処理は省略され、従って、変数ｘＭＩＮ やθＭＩＮ の値は、現状のままに保持される。
【００９７】
尚、前記ＳＴＥＰ８−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合、すなわち、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎる場合には、ＳＴＥＰ８−１で求められる位置ｘの精度が低下して、その信頼性に欠けるものとなることから、前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理は省略される。
【００９８】
上記のようなＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理が、足平部７の左右への傾動中に制御サイクル毎に行われることで、その傾動時の床反力中心のＸ軸方向の位置ｘの最大値及び最小値（位置ｘの値が負の値であるときには、その絶対値が大きい程、小さいことに注意）がそれぞれ変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値として得られ、また、位置ｘが最大となるときの足平部７の傾斜角度と位置ｘが最小となるときの足平部７の傾斜角度とがそれぞれ、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の最終的な値として得られる。
【００９９】
この場合、前述したように足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには（図６参照）、基本的には足平部７の前記右側縁傾動姿勢での床反力中心（図６のＡ点）の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となり、足平部７の前記左側縁傾動姿勢での床反力中心（図６のＢ点）の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となるので、前記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値がそれぞれ上記位置ｘＬ ，ｘＲ を示すものとなる。
【０１００】
また、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、前述のように基本的には足平部７の前記右側縁傾動姿勢での床反力中心の位置ｘＲ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値となり、足平部７の前記左側縁傾動姿勢での床反力中心の位置ｘＬ が足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最小値となるので、前記変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の最終的な値がそれぞれ上記位置ｘＲ ，ｘＬ を示すものとなる。
【０１０１】
また、前記変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ に係わる前記目標足平傾斜角度は、本実施形態では、足平部７を左側に傾動させたときの目標足平傾斜角度を正の値とし、足平部７を右側に傾動させたときの目標足平傾斜角度を負の値としている。このため、足平部７がエッジＳｅに対して左斜めに向いているときには、変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ にそれぞれ対応して最終的に得られる変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値はそれぞれ正の値及び負の値となる。逆に、足平部７がエッジＳｅに対して右斜めに向いているときには、最終的に得られる変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値はそれぞれ負の値及び正の値となる。
【０１０２】
尚、足平部７のＹ軸方向とエッジＳｅの延在方向とが一致している場合には、ＳＴＥＰ８−１で制御サイクル毎に求められる床反力中心の位置ｘは、基本的には変化せず、従って、足平部７の傾動中の前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理において、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値は、基本的には前記ＳＴＥＰ８−４でセットされた「０」に保持される。
【０１０３】
図８のフローチャートの説明に戻って、足平接地状態把握処理部１２は、次に、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８−１０）、このとき傾動終了時点である場合には、足平接地方向／位置推定部１５によって、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、それぞれ正の値及び負の値であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１１）。このとき、θＭＡＸ ＞０且つθＭＩＮ ＜０であれば、前述の如く、足平部７はエッジＳｅに対して左斜め向きに接地しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記式（４），（５）におけるｘＲ ，ｘＬ の値をそれぞれ最終的な変数ｘＭＩＮ ，ｘＭＡＸ の値にセットした上で（ＳＴＥＰ８−１２）、前記式（４），（５）によって、それぞれエッジＳｅに対する足平部７の前記方位角θｅ と、基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ とを求める（ＳＴＥＰ８−１３）。
【０１０４】
また、ＳＴＥＰ８−１１の条件が成立しない場合には、足平接地方向／位置推定部１５は、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、それぞれ負の値及び正の値であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１４）。このとき、θＭＡＸ ＜０且つθＭＩＮ ＞０であれば、前述の如く、足平部７はエッジＳｅに対して右斜め向きに接地しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記式（４），（５）におけるｘＲ ，ｘＬ の値をそれぞれ最終的な変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値にセットした上で（ＳＴＥＰ８−１５）、前記式（４），（５）によって、前記方位角θｅ と距離ｘｅ とを求める（ＳＴＥＰ８−１３）。
【０１０５】
さらに、ＳＴＥＰ８−１４の条件が成立しない場合には、足平接地方向／位置推定部１５は、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、共に「０」であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８−１６）。このとき、θＭＡＸ ＝０且つθＭＩＮ ＝０であれば、前述の如く、足平部７のＹ軸方向（左右方向）とエッジＳｅの延在方向とが一致しているので、足平接地方向／位置推定部１５は、前記方位角θｅ の値を「０」とし、また、前記距離ｘｅ の値を、足平部７の傾動終了時の今回の制御サイクルにおけるＳＴＥＰ８−１で求められた床反力中心の位置ｘの値（これは、足底面７ａとエッジＳｅとの線接触状態での床反力中心のＸ軸方向の位置である）とする（ＳＴＥＰ８−１７）。
【０１０６】
尚、足平部７のＹ軸方向とエッジＳｅの延在方向とが一致している場合において、６軸力センサ６の検出誤差等に起因して、足平部７の傾動中に逐次求められる床反力中心の位置ｘが多少ばらつき、その結果、前記ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理を経て、ＳＴＥＰ８−１１あるいは８−１４の条件が成立して、前記ＳＴＥＰ８−１３で前記式（４），（５）により前記方位角θｅ と距離ｘｅ とが求められる場合がある。但し、この場合において、足平部７の傾動中の床反力中心の位置ｘのばらつきは小さいので、ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理を経て最終的に得られる変数ｘＭＡＸ ，ｘＭＩＮ の値はほぼ等しく、また、それらの値は足平部７の傾動開始時あるいは傾動終了時の床反力中心の位置ｘの値ともほぼ一致する。このため、この場合に式（４），（５）により求められる方位角θｅ と距離ｘｅ とは、それぞれＳＴＥＰ８−１７で決定する方位角θｅ 及び距離ｘｅ とほぼ一致する。従って、最終的な変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、共に「０」である場合にも、式（４），（５）により方位角θｅ と距離ｘｅ とを求めるようにしてもよい。
【０１０７】
次に、ＳＴＥＰ８−１６の条件が成立しない場合、すなわち、変数θＭＡＸ ，θＭＩＮ の値が、いずれも正あるいは負の値となっている場合には、このような場合は、通常的にはあり得ない状況であるので、何らかの異常が生じたことを示すエラーフラグを「１」にセットした後（ＳＴＥＰ８−１８）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１０８】
そして、前記ＳＴＥＰ８−１３あるいは８−１７で前記方位角θｅ と距離ｘｅ とを求めたときには、前記エラーフラグを「０」にリセットした後（ＳＴＥＰ８−１９）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１０９】
尚、前記８−１０の判断で、足平部７の傾動終了時点でない場合には、前記ＳＴＥＰ８−１８を経て、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、制御サイクル毎に、ＳＴＥＰ８−６〜８−９の処理が継続する。
【０１１０】
以上のような処理によって、ロボットＲの足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ と、前記基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向（足平部７の前後方向）の距離ｘｅ とが求められ、これらの方位角θｅ 及び距離ｘｅ によって、該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置が把握されることとなる。
【０１１１】
次に図７に戻って、前述のような足平接地状態把握処理部１２による足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理（ＳＴＥＰ２）が行われた後、コントローラ９は次回以後の制御サイクルで目標歩容生成部１０により生成される各可動脚３の目標歩容における歩幅等を規定するパラメータ（より具体的には、支持脚側の足平部７に対する遊脚側の足平部７の着床位置や方向を規定するパラメータ）を、前記足平接地状態把握処理部１２により前述の如く得られた方位角θｅ （接地方向）や距離ｘｅ （接地位置）に基づき適宜修正する（ＳＴＥＰ３）。
【０１１２】
具体的には、例えば階段Ｓを昇る場合において、着床開始時における足平部７のエッジＳｅに対する接地位置が該足平部７の踵側よりも爪先側に偏っている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際しての歩幅を若干大きくするように目標歩容のパラメータを修正する。また、例えば着床開始時における足平部７のエッジＳｅに対する接地方向が左斜めに向いている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際して該足平部７を若干右斜めに向けるように目標歩容のパラメータを修正し、逆に、接地方向が左斜めに向いている場合には、他方の足平部７を次に離床・着床するに際して該足平部７を若干左斜めに向けるように目標歩容のパラメータを修正する。
【０１１３】
さらに、階段Ｓを降りる場合にあっては、離床終了時における足平部７のエッジＳｅに対する接地位置が該足平部７の爪先側よりも踵側に偏っている場合には、該足平部７を次に着床するに際しての歩幅を若干小さくするように目標歩容のパラメータを修正する。また、離床終了時における足平部７のエッジＳｅに対する接地方向が左斜め、あるいは右斜めに向いている場合には、階段Ｓの昇りの場合と同様に目標歩容のパラメータを修正する。
【０１１４】
尚、このような目標歩容のパラメータの修正は、前記ＳＴＥＰ２のサブルーチンで前記方位角θｅ や距離ｘｅ が求められた場合に行われるものであり、足平部７の左右への傾動中は行われない。
【０１１５】
そして、コントローラ９はこのような修正を適宜行った後、目標歩容生成部１０により算出された各関節２，４，５の目標関節角に従って、前記関節制御部１１により各関節２，４，５を図示しないアクチュエータを介して駆動する（ＳＴＥＰ４）。
【０１１６】
以上のようなロボットＲの動作制御により、階段Ｓを昇る際の歩容や、階段Ｓを降りる際の歩容が足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置に応じて適宜修正されるので、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、不適切な方向に階段Ｓを昇降したりすることなく安定して行うことができる。
【０１１７】
そして、このような制御を行うために必要な足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置は、足平部７がエッジＳｅに接地したときに該足平部７を左右に傾動させ、その傾動時の６軸力センサ６からの検出値Ｆｘ，Ｆｚ，Ｍｙ （検出値Ｆｘ，Ｍｙ から得られるモーメントＭ’ｙと検出値Ｆｚ ）、あるいは検出値Ｆｚ，Ｍ’ｙ（６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合）から足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を求めることで、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ から簡単な演算処理で前記接地方向や接地位置を把握することができる。また、該接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置ｘは、６軸力センサ６の出力から求めるので、床の汚れ等の影響を受けないことはもちろんであり、さらに、６軸力センサ６は、足平部７の上方に配置されて床に接触することがないため、該センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１１８】
尚、本実施形態では、足平部７の前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲ ，ｘＬ を、足平部７の傾動時の床反力中心の位置ｘの最大値や最小値により把握するようにしたが、足平部７の左右それぞれの側への最大傾斜角度において６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置ｘを前記右側縁接地傾斜姿勢及び左側縁接地傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ として、前記式（４），（５）により前記方位角θｅ （接地方向）や距離ｘｅ （接地位置）を求めるようにしてもよい。
【０１１９】
また、本実施形態では、足平部７の幅（ｄＲ ＋ｄＬ ）を一定としているが、足平部７の形状は任意の形状であってもよい。この場合には、足平部７のＸ軸方向の任意の位置（Ｘ座標）におけるｄＲ ，ｄＬ の値を関数式等によりあらかじめ記憶しておき、足平部７の傾動時に前記床反力中心の位置ｘＲ ，ｘＬ が前述の如く求められたとき、それらの位置ｘＲ ，ｘＬ に対応するｄＲ ，ｄＬ の値を求め、その求めたｄＲ ，ｄＬ の値を用いて前記式（４），（５）の演算を行うようにすればよい。
【０１２０】
また、本実施形態において、前記方位角θｅ を求める場合に、該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（４）の代えて、次式（４）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０１２１】
θｅ ＝−（ｘＲ −ｘＬ ）／（ｄＲ ＋ｄＬ ）……（４）’
次に、本発明の第２の実施形態を図９乃至図１２を参照して説明する。尚、本実施形態における脚式移動ロボットは前記第１の実施形態のものと同一の二足歩行型ロボット（６軸力センサを含む）であるので、該ロボットの構成については、図１乃至図３の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１２２】
まず、本実施形態を具体的に説明する前に、その概要、並びに本実施形態においてロボットＲの足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を把握するための基本的な原理について説明しておく。
【０１２３】
前記第１の実施形態では、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向を示す前記方位角θｅ や該エッジＳｅに対する接地位置を示す前記距離ｘｅ を求めるに際して、前記基準点Ｐから足平部７の左右の各側縁までのＹ軸方向（左右方向）の間隔ｄＲ ，ｄＬ （これらは前記図５に示した点Ａ，ＢのＹ軸方向の位置に相当する）を用いているため、前記方位角θｅ や距離ｘｅ を精度よく求めるためには、足平部７をその左右の各側縁を確実にエッジＳｅに点接触状態で接地させるように傾動させる必要がある。そして、このためには、足平部７を左右に比較的大きく傾動させる必要があるが、ロボットＲの構造的な制約等によってこのような傾動が困難となる場合もあり、このような場合には、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための前記方位角θｅ や距離ｘｅ を精度よく求めることが困難となる。
【０１２４】
そこで、本実施形態では、足平部７の左右への傾動に際して、前記床反力中心のＸ軸方向（足平部７の前後方向）の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向（足平部７の左右方向）の位置をも把握するようにすることで、上記のような場合にも足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を精度よく把握することができるようにする。
【０１２５】
ここで、前記床反力中心のＹ軸方向の位置は、Ｘ軸方向の位置ｘと同様の考え方によって、次のように把握することができる。
すなわち、図９を参照して、同図９は、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を例えば右側に傾動させて、該足平部７の足底面７ａの右側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地させた状態を示している。そして、この図９において、前記図３の場合と同様に、６軸力センサ６上にＸＹＺ座標軸を設定し、足平部７が受ける抗力Ｆ（床反力）によって、足底面７ａ上の基準点Ｐを通ってＸ軸に平行な軸（足平部７の前後方向の軸で、図９では紙面に垂直な軸）回りに発生するモーメントをＭ’ｘ（この正方向は図９の矢印の向きとする）としたとき、このモーメントＭ’ｘは、６軸力センサ６により検出されるＹ軸方向の作用力Ｆｙ（図９ではＦｙ＜０）と、Ｘ軸回りのモーメントＭｘ（この正方向は図９の矢印の向きとする）と、足底７ａ面から６軸力センサ６の検出基準点Ｑまでの間隔ｈとを用いて、次式（６）により表される。
【０１２６】
Ｍ’ｘ＝Ｍｘ−Ｆｙ・ｈ……（６）
また、図９のような足平部７の接地状態において、床反力中心のＹ軸方向の位置は、例えば同図９に示すような位置ｙ（図９ではｙ＞０）にあり、この位置ｙと６軸力センサ６により検出されるＺ軸方向（足底面７ａに垂直な方向）の作用力Ｆｚ（図９ではＦｚ＞０）とを用いて、前記モーメントＭ’ｘは次式（７）により表される。
【０１２７】
Ｍ’ｘ＝Ｆｚ・ｙ……（７）
そして、上記式（６），（７）から、次式（８）が得られる。
【０１２８】
ｙ＝Ｍ’ｘ／Ｆｚ ＝（Ｍｘ −Ｆｙ ・ｈ）／Ｆｚ ……（８）
尚、この式（８）は、床反力中心の位置ｘの場合と同様、足平部７の任意の接地状態において成立するものである。また、足平部７がその足底面７ａの左側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地した状態では、モーメントＭ’ｘの向きが図９の場合と逆向きになるため、式（８）により求められる床反力中心のＹ軸方向の位置ｙは負の値となる。
【０１２９】
従って、足平部７のエッジＳｅ等への接地時（足平部７の傾動時を含む）における床反力中心のＹ軸方向（足平部７の左右方向）における位置ｙを、６軸力センサ６により検出されるＹ軸及びＺ軸方向の作用力Ｆｙ ，Ｆｚ とＸ軸回りのモーメントＭｘ とを用いた式（８）により求めることができる。
【０１３０】
また、前記第１の実施形態で説明した通り、６軸力センサ６の出力（検出値）から床反力中心のＸ軸方向の位置ｘを求めることができるので、６軸力センサ６の出力から、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘ及びＹ軸方向の位置ｙの両者を求めることができることとなる。
【０１３１】
尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａの基準点Ｐに設定した場合には、前記モーメントＭ’ｘを６軸力センサ６により直接的に検出することができるので、この場合には、次式（８）’により、床反力中心のＹ軸方向の位置ｙを求めることができることとなる。
【０１３２】
ｙ＝Ｍ’ｘ／Ｆｚ ……（８）’
つまり、床反力中心のＹ軸方向の位置ｙは、足底面７ａの基準点Ｐ回りのモーメントＭ’ｘとＺ軸方向の作用力Ｆｚとを直接的あるいは間接的に検出すれば、それらの検出値から求めることができる。
【０１３３】
次に、例えば図１０に示すように足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地した状況において、この状態から該足平部７をその足底面７ａが右側縁寄りの箇所で接地するような傾斜姿勢（以下、右傾斜姿勢という）に右側に傾動させたときの床反力中心と足底面７ａが左側縁寄りの箇所で接地するような傾斜姿勢（以下、左傾斜姿勢という）に左側に傾動させたときの床反力中心とは、それぞれ例えば図１０のＣ点及びＤ点であり、これらの点Ｃ，Ｄは、足平部７の非傾動状態における該足平部７の足底面７ａとエッジＳｅとの接触線（図１０の破線で示す線）上の点である。そして、これらの二点Ｃ，Ｄを結ぶ線の足平部７に対する方向や位置がエッジＳｅの足平部７に対する方向や位置を示すものとなる。
【０１３４】
この場合、足平部７の右側縁側のＣ点のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をそれぞれｘＲＣ，ｙＲＣ（ｙＲＣ＞０）とし、左側縁側のＤ点のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をそれぞれｘＬＤ，ｙＬＤ（ｙＬＤ＜０）としたとき、二点Ｃ，Ｄを結ぶ線に対する足平部７の方位角、すなわち、エッジＳｅに対する足平部７の方位角θｅ （エッジＳｅとＹ軸とのなす角度）は、前記第１の実施形態の場合と同様の次式（９）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【０１３５】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｘＲＣ−ｘＬＤ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）］……（９）
また、基準点Ｐから、二点Ｃ，Ｄを結ぶ線までのＸ軸方向の距離、すなわち、基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ は、前記第１の実施形態の場合と同様の次式（１０）の幾何学的な演算によって求めることができる。
【０１３６】
ｘｅ ＝（ｙＲＣ・ｘＬＤ−ｙＬＤ・ｘＲＣ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）……（１０）
尚、上記式（９），（１０）は、足平部７がエッジＳｅに対して左右いずれの方向に向いていても成立し、また、足平部７の左右方向（Ｙ軸方向）とエッジＳｅの延在方向とが一致していても成立する。
【０１３７】
従って、足平部７の前記右傾斜姿勢と左傾斜姿勢とにおける６軸力センサ６の出力から前記式（３）及び式（８）によって（６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａ上に設定したときは、前記式（３）’及び式（８）’によって）、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘＲＣ，ｘＬＤ及びＹ軸方向の位置ｙＲＣ，ｙＬＤを求めれば、式（９），（１０）によって、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を求めることができることとなる。
【０１３８】
これが、本実施形態においてロボットＲの足平部７の階段ＳのエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置を把握するための基本的な原理である。
【０１３９】
以上のことを前提として、次に本実施形態を具体的に説明する。
【０１４０】
図１１のブロック図を参照して、本実施形態では、前記第１の実施形態と同様にロボットＲに搭載されたコントローラ９は、該第１の実施形態同様に、その機能的構成として、目標歩容生成部１０、関節制御部１１及び足平接地状態把握処理部１２を具備している。
【０１４１】
この場合、目標歩容生成部１０及び関節制御部１１の機能は、前記第１の実施形態のものと同一である。但し、本実施形態では、前記方位角θｅ （接地方向）及び距離ｘｅ （接地位置）を把握するに際して足平部７の左右の各側縁を階段ＳのエッジＳｅに点接触状態で接触させるように該足平部７を左右に傾動させなくてもよいため、前記目標歩容生成部１０は、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右に傾動させるに際しては、該足平部７を概ね、足底面７ａの右側縁寄りの箇所と左側縁寄りの箇所とで接地させるように該足平部７の左右への傾動時の目標歩容を生成する。
【０１４２】
また、前記足平接地状態把握処理部１２は、６軸力センサ６の出力から、所定の制御サイクル毎に床反力中心のＸ軸方向の位置ｘ及びＹ軸方向の位置ｙ（以下、これらを床反力中心の位置（ｘ，ｙ）と称する）を前記式（３）及び式（８）により（６軸力センサ６の検出基準点を足底面に設定したときには前記式（３）’及び式（８）’により）求める床反力中心算出部１７と、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１７により逐次求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）から、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位各θｅ 及び距離ｘｅ を後述するように求める足平接地方向／位置推定部１８とを備え、また、前記第１の実施形態のものと同じ機能を担う足平接地状態判別部１６を具備する。
【０１４３】
次に本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を図１２のフローチャートを参照して説明する。
【０１４４】
本実施形態では、コントローラ９は、ロボットＲが階段Ｓを昇降する際に、前記第１の実施形態と同様に前記図７に示したメインルーチンの処理を所定の制御サイクルで行い、このとき、同図７のＳＴＥＰ２の足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理において、足平接地状態把握処理部１２により次のように前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められる。
【０１４５】
すなわち、図１２を参照して、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１７により、今回の制御サイクルにおける６軸力センサ６の出力から前記（３）式及び（８）式により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する（ＳＴＥＰ１２−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前記式（３）’及び式（８）’により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１４６】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１の実施形態と同様、足平部７の左右への傾動中であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１４７】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地方向／位置推定部１８において、足平部７の前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）及び前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）（図１０参照）の初期値を共に、今回の制御サイクルでＳＴＥＰ１２−１において求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）、すなわち、足底面７ａとエッジＳｅとの線接触状態での床反力中心の位置に設定する（ＳＴＥＰ１２−４）。
【０１４８】
尚、ＳＴＥＰ１２−３の判断で、足平部７の傾動開始時点でない場合（傾動開始後の状態）には、ＳＴＥＰ１２−４の処理は省略される。
【０１４９】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１の実施形態と同様、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６から足平接地方向／位置推定部１８に前述の許可指令が与えられ、このとき、該足平接地方向／位置推定部１８は、次の処理を行う。
【０１５０】
すなわち、該足平接地方向／位置推定部１８は、今回の制御サイクルにおいてＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心のＹ軸方向の位置ｙが、現在のｙＲＣの値より大きいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−６）、ｙ＞ｙＲＣである場合には、前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値をＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の値に更新する（ＳＴＥＰ１２−７）。この場合、足平部７の右側への傾動中は、床反力中心は基本的にはエッジＳｅに沿ってＹ軸の正側（足平部７の右側）に移動するので、床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）がＳＴＥＰ１２−７の処理で逐次更新されていくこととなる。
【０１５１】
尚、ＳＴＥＰ１２−６でｙ≦ｙＲＣである場合（例えば足平部７の左側への傾動中の場合）には、ＳＴＥＰ１２−７の処理は省略され、従って、前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値は、現状のままに保持される。
【０１５２】
さらに、足平接地方向／位置推定部１８は、ＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心のＹ軸方向の位置ｙが、現在のｙＬＤの値より小さいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−８）、ｙ＜ｙＬＤである場合には、前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値をＳＴＥＰ１２−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の値に更新する（ＳＴＥＰ１２−９）。この場合、足平部７の左側への傾動中は、床反力中心は基本的にはエッジＳｅに沿ってＹ軸の負側（足平部７の左側）に移動するので、床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）がＳＴＥＰ１２−９の処理で逐次更新されていくこととなる。
【０１５３】
尚、ＳＴＥＰ１２−８でｙ≧ｙＬＤである場合（例えば足平部７の右側への傾動中の場合）には、ＳＴＥＰ１２−９の処理は省略され、従って、前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値は、現状のままに保持される。
【０１５４】
また、前記ＳＴＥＰ１２−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合、すなわち、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎる場合には、ＳＴＥＰ１２−１で求められる位置（ｘ，ｙ）がその信頼性に欠けるものとなることから、前記ＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理は省略される。
【０１５５】
上記のようなＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理が、足平部７の左右への傾動中に制御サイクル毎に行われることで、足平部７の前記右傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）は、最終的にＹ軸方向の位置が最大（＞０）となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）として与えられ、これにより足平部７がその足底面７ａの右側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するような足平部７の傾斜姿勢での床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ）（図１０のＣ点の位置）が求められることとなる。
【０１５６】
同様に、足平部７の前記左傾斜姿勢に対応する床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）は、最終的にＹ軸方向の位置が最小（＜０）となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）として与えられ、これにより足平部７がその足底面７ａの左側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するような足平部７の傾斜姿勢での床反力中心の位置（ｘＬＤ，ｙＬＤ）（図１０のＤ点の位置）が求められることとなる。
【０１５７】
次に、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる前記傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２−１０）。このとき傾動終了時点である場合には、足平接地方向／位置推定部１８が、最終的なｙＲＣ，ｙＬＤの値が等しいか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２−１１）、ｙＲＣ≠ｙＬＤであることを確認（前記式（９），（１０）の分母は「０」とならないことを確認）した上で、前記式（９）の演算によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ を求めると共に、前記式（１０）の演算によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記距離ｘｅ を求め（ＳＴＥＰ１２−１２）、その後、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１５８】
尚、床反力中心のＹ軸方向の位置は、足平部７の右側への傾動中と左側への傾動中とで、基本的には、エッジＳｅに沿って互いに逆向きに移動するため、前記ＳＴＥＰ１２−１１の判断で、ｙＲＣ＝ｙＬＤとなることは基本的にはあり得ないのであるが、何らかの異常によって、ｙＲＣ＝ｙＬＤとなった場合には、足平接地方向／位置推定部１８は、前記方位角θｅ の値を仮的に「０」とし、また、前記距離ｘｅ の値を仮的に、最終的なｘＲＣ，ｘＬＤの値の中間の値（ｘＲＣ＋ｘＬＤ）／２とした上で（ＳＴＥＰ１２−１３）、足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、ＳＴＥＰ１２−１３の処理に代えて、前記第１の実施形態のようにエラーフラグをセットする等の処理を行うようにしてもよい。
【０１５９】
また、前記１２−１０の判断で、足平部７の傾動終了時点でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。この場合、制御サイクル毎に、ＳＴＥＰ１２−６〜１２−９の処理が継続する。
【０１６０】
このようにして求められた前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与えられ、前記図７のメインルーチンにおいて、前記第１の実施形態と同様に、ロボットＲの歩幅や移動方向等に係わる歩容のパラメータが適宜修正される。
【０１６１】
以上のように、ロボットＲによる階段Ｓの昇降時に、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向（方位角θｅ ）や接地位置（距離ｘｅ ）を求めてロボットＲの歩容を適宜修正することで、前記第１の実施形態と同様に、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、階段Ｓに対して不適切な方向に移動したりすることなく、安定して行うことができる。
【０１６２】
そして、この場合、足平部７の傾動時の床反力中心のＸ軸方向の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向の位置ｙも求めることで、足平部７をさほど大きく傾動させずとも、該足平部７が大まかに、その左右の各側縁寄りの箇所でエッジＳｅに接地するように該足平部７を左右に傾動させるだけで、それらの傾動姿勢における床反力中心の位置（ｘ，ｙ）からエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。さらには、この場合、床反力中心のＸ軸方向の位置ｘだけでなく、Ｙ軸方向の位置ｙも求めることで、足平部７の形状にもよらずに、足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。
【０１６３】
また、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の出力から前記式（３）及び（８）、あるいは前記式（３）’及び（８）’の簡単な演算で求めることができる。
【０１６４】
また、前記第１の実施形態と同様、接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の出力から求めるので、床の汚れ等の影響を受けないことはもちろんであり、さらに、６軸力センサ６は、足平部７の上方に配置されて床に接触することがないため、該センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１６５】
尚、本実施形態では、前記式（９），（１０）の演算に使用する床反力中心の位置（ｘＲＣ，ｙＲＣ），（ｘＬＤ，ｙＬＤ）を、Ｙ軸方向の位置ｙが最大又は最小となる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）としたが、足平部７を右側に最も大きく傾斜させたときの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を（ｘＲＣ，ｙＲＣ）の値とし、足平部７を左側に最も大きく傾斜させたときの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を（ｘＬＤ，ｙＬＤ）の値として使用するようにしてもよい。
【０１６６】
また、本実施形態では、足平部７を左右両側に傾動させるようにしたが、左右いずれかの一方側のみに傾動させて、その傾動時に前記図１２に示した処理を行うことで、足平部７の接地方向や接地位置を把握するようにしてもよく、あるいは、左右いずれかの一方の側への足平部７の傾動時に、足平部７の互いに異なる二つの傾斜角度において求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）から、足平部７の接地方向や接地位置を把握するようにしてもよい。
【０１６７】
但し、足平部７の接地方向や接地位置をできるだけ精度よく把握する上では、その把握のために用いる二つの床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、６軸力センサ６の検出誤差や演算誤差等を考慮すると、比較的大きく離間していることが好ましく、このためには、足平部７を左右いずれかの一方側にのみ傾動させるよりも、左右両側に傾動させる方が好ましい。
【０１６８】
また、本実施形態において、前記方位角θｅ を求めるに際して該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（９）に代えて、次式（９）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０１６９】
θｅ ＝−（ｘＲＣ−ｘＬＤ）／（ｙＲＣ−ｙＬＤ）……（９）’
次に、本発明の第３の実施形態を図１３乃至図１６を参照して説明する。尚、本実施形態における脚式移動ロボットは前記第１及び第２の実施形態のものと同一の二足歩行型ロボット（６軸力センサを含む）であるので、該ロボットの構成については、図１乃至図３の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１７０】
まず、本実施形態の概要を説明すると、本実施形態は、前記第２の実施形態と同様に、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７の傾動時に前記６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心のＸ軸方向（前後方向）及びＹ軸方向（左右方向）の位置（ｘ，ｙ）を用いてエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ 及び接地位置を示す前記距離ｘｅ を把握するものであるが、この場合、本実施形態では、足平部７の前述のように左右に傾動させた際の時々刻々の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の多数のデータを使用して、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を求めるものである。
【０１７１】
以上のことを前提として、次に本実施形態を具体的に説明する。
【０１７２】
図１３のブロック図を参照して、本実施形態では、ロボットＲに搭載されたコントローラ９は、前記第２の実施形態同様に、その機能的構成として、目標歩容生成部１０、関節制御部１１及び足平接地状態把握処理部１２を具備している。
【０１７３】
この場合、目標歩容生成部１０及び関節制御部１１の機能は、前記第２の実施形態のものと同一である。
【０１７４】
また、前記足平接地状態把握処理部１２は、前記第２の実施形態のものと同じ床反力中心算出部１７と、足平部７の傾動時に床反力中心算出部１７により逐次求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を記憶保持するバッファテーブル１９と、このバッファテーブル１９に記憶保持された床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから足平部７のエッジＳｅに対する接地方向及び接地位置をそれぞれ示す前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ を後述するように求める足平接地方向／位置推定部２０と、前記第１又は第２の実施形態の足平接地状態判別部１６と同様に６軸力センサ６から得られるＺ軸方向の作用力Ｆｚを所定値ＦＭＩＮ と比較することで、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータの前記バッファテーブル１９への記憶保持（書き込み）を許可あるいは禁止する指令（データ書込許可／禁止指令）を該バッファテーブル１９に与えたり、上記の記憶保持を許可する場合に床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータを記憶すべきバッファテーブル１９の書込番地を該バッファテーブル１９に指令する足平接地状態判別部２１とを具備している。
【０１７５】
次に、本実施形態におけるロボットＲが階段Ｓを昇降する場合の作動を説明する。
【０１７６】
本実施形態では、コントローラ９は、ロボットＲが階段Ｓを昇降する際に、前記第１及び第２の実施形態と同様に前記図７に示したメインルーチンの処理を所定の制御サイクルで行い、このとき、同図７のＳＴＥＰ２の足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理において、足平接地状態把握処理部１２により次のように前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められる。
【０１７７】
すなわち、図１４のフローチャートを参照して、足平接地状態把握処理部１２は、前記床反力中心算出部１７により、今回の制御サイクルにおける６軸力センサ６の出力から前記（３）式及び（８）式により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する（ＳＴＥＰ１４−１）。尚、６軸力センサ６の検出基準点を足底面７ａに設定した場合には、前記式（３）’及び式（８）’により床反力中心の位置（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１７８】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、足平部７の左右への傾動中であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１４−２）、傾動中でない場合には、今回の制御サイクルでの足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理を終了して、メインルーチンの処理に復帰する。
【０１７９】
一方、上記の判断で、足平部７の左右への傾動中である場合には（このとき、ロボットＲの一方の足平部７が階段ＳのエッジＳｅに線接触状態で接地して、ロボットＲによる階段Ｓの昇降動作は一旦停止されている）、足平接地状態把握処理部１２は、前記目標歩容生成部１０から与えられる傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動開始時点であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ１４−３）、傾動開始時点である場合には、前記足平接地状態判別部２１において、バッファテーブル１９のデータの書込番地を示すカウンタ値ＣＮＴ を「０」に初期設定する（ＳＴＥＰ１４−４）。尚、ＳＴＥＰ１４−３で傾動開始時点でない場合にはＳＴＥＰ１４−４の処理は省略される。
【０１８０】
次いで、足平接地状態把握処理部１２は、第１及び第２の実施形態と同様、前記足平接地状態判別部１６によって、今回の制御サイクルで６軸力センサ６から得られた作用力Ｆｚが所定値ＦＭＩＮ よりも大きいか否かを判断する（ＳＴＥＰ１４−５）。この判断で、Ｆｚ＞ＦＭＩＮ であれば、足平接地状態判別部１６からバッファテーブル１９に床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータの書込を許可する指令が与えられると共に、現在の前記カウンタ値ＣＮＴ がバッファテーブル１９に与えられ、このとき、該バッファテーブル１９のＣＮＴ 番地の記憶エリアにＳＴＥＰ１４−１で求められた床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータが書き込まれる（ＳＴＥＰ１４−６）。
【０１８１】
尚、ＳＴＥＰ１４−５の判断で、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ である場合には、６軸力センサ６により得られる作用力Ｆｚが小さ過ぎて、ＳＴＥＰ１４−１で求められる位置（ｘ，ｙ）がその信頼性に欠けるものとなることから、ＳＴＥＰ１４−６の処理は行われず、今回の制御サイクルにおける足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理が終了される。
【０１８２】
次に、前記ＳＴＥＰ１４−６で床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータがバッファテーブル１９に書き込まれた後、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地状態判別部１６においてカウンタ値ＣＮＴ を「１」だけ増やした後（ＳＴＥＰ１４−７）、目標歩容生成部１０から与えられる傾動開始／終了データによって、足平部７の傾動終了時点であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１４−８）。このとき、傾動終了時点でない場合には、今回の制御サイクルにおける足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理が終了され、傾動終了時点である場合には、バッファテーブル１９に書き込まれたデータを後述するように処理するデータ処理サブルーチンが実行される（ＳＴＥＰ１４−９）。
【０１８３】
以上説明したような処理によって、バッファテーブル１９には、階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７の傾動時に、制御サイクル毎に、６軸力センサ６の出力から求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータ（但し、Ｆｚ≦ＦＭＩＮ の場合のデータを除く）が記憶保持され、その記憶保持されるデータの個数は最終的なカウンタ値ＣＮＴ の個数となる。
【０１８４】
次に、前記ＳＴＥＰ１４−９のデータ処理サブルーチンを説明する前に、上記のようにバッファテーブル１９に記憶保持される床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータについて図１６を参照して説明しておく。
【０１８５】
階段ＳのエッジＳｅに接地した足平部７を左右の傾動させたときの床反力中心は、基本的には、非傾動状態の足平部７とエッジＳｅとの接触線（図１６の破線で示す線）上に存在するのであるが、足平部７の傾動時に６軸力センサ６の出力から実際に求められる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、該センサ６の検出誤差等に起因して上記接触線に対して若干のばらつきを生じる。このため、前述のようにバッファテーブル１９に記憶される床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータは、例えば図１６の黒点で示すような点列データとなる。
【０１８６】
そして、この場合、前記接触線は、この床反力中心の点列を概ね通る直線であるので、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから例えば最小自乗法を用いて上記点列を近似する直線を表す関数式を求めれば、その関数式は、足平部７に対する前記接触線の方向や位置、ひいては、足平部７に対する階段ＳのエッジＳｅの方向や位置を表すものとなる。
【０１８７】
また、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の点列を近似する直線を表す関数式を図１６に示すようにｘ＝ａ・ｙ＋ｂ（但し、ａは直線の傾き、ｂは直線とＸ軸との切片）とすると、エッジＳｅに対する足平部の接地方向を示す前記方位角θｅ と、エッジＳｅに対する足平部の接地方向を示す前記距離ｘｅ とは、それぞれ次式（１１），（１２）により与えられる。
【０１８８】
θｅ ＝ｓｉｎ−１（−ａ） ……（１１）
ｘｅ ＝ｂ ……（１２）
従って、床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータから上記点列を近似する直線を表す関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂを求めれば、その関数式のａ，ｂの値から前記式（１１），（１２）により、方位角θｅ 及び距離ｘｅ が求められることとなる。
【０１８９】
以上のことを前提として、前記ＳＴＥＰ１４−９のデータ処理サブルーチンでは、足平接地状態把握処理部１２は、前記足平接地方向／位置推定部２０により図１５のフローチャートに示す処理を行う。
【０１９０】
すなわち、足平接地方向／位置推定部２０は、まず、バッファテーブル１９に記憶されたＣＮＴ 個（＝最終的なカウンタ値）の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータを読み込む（ＳＴＥＰ１５−１）。
【０１９１】
次いで、足平接地方向／位置推定部２０は、ＳＴＥＰ１５−１で読み込んだ位置（ｘ，ｙ）のデータから、それらのデータにより表される床反力中心の点列を近似する直線の関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂを、ａ，ｂを未知数として最小自乗法により求める（未知数ａ，ｂの値を決定する。ＳＴＥＰ１５−２）。
【０１９２】
そして、足平接地方向／位置推定部２０は、ＳＴＥＰ１５−２で求めた関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂのａ，ｂの値を用いて前記式（１１）によりエッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す前記方位角θｅ を算出すると共に、前記式（１２）によりエッジＳｅに対する足平部７の接地位置を示す前記距離ｘｅ を算出し（ＳＴＥＰ１５−３）、さらにデータ処理サブルーチンを終了する。
【０１９３】
尚、データ処理サブルーチンが終了したときは、前記足平接地方向／位置推定サブルーチンの処理も終了する。
【０１９４】
このようにして求められた前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向及び接地位置を示すデータとして前記目標歩容生成部１０に与えられ、前記図７のメインルーチンにおいて、前記第１及び第２の実施形態と同様に、ロボットＲの歩幅や移動方向等に係わる歩容のパラメータが適宜修正される。
【０１９５】
以上のように、ロボットＲによる階段Ｓの昇降時に、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際の該エッジＳｅに対する足平部７の接地方向（方位角θｅ ）や接地位置（距離ｘｅ ）を求めてロボットＲの歩容を適宜修正することで、前記第１及び第２の実施形態と同様に、ロボットＲによる階段Ｓの昇降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したり、階段Ｓに対して不適切な方向に移動したりすることなく、安定して行うことができる。
【０１９６】
そして、この場合、足平部７の傾動時の床反力中心の位置（ｘ，ｙ）の多数のデータを用いて、該床反力中心の点列を近似する関数式、換言すれば、階段ＳのエッジＳｅを近似する関数式を求めて、その関数式に基づいて、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握することで、６軸力センサ６の検出誤差等の影響を最小限に抑えて、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。さらには、この場合、前記第２の実施形態と同様、床反力中心のＸ軸方向及びＹ軸方向の両方向の位置（ｘ，ｙ）を求めるので、足平部７の形状にもよらずに、足平部７の接地方向や接地位置を精度よく把握することができる。
【０１９７】
また、足平部７の接地方向や接地位置を把握するための床反力中心の位置（ｘ，ｙ）は、前記第２の実施形態と同じ簡単な演算で求めることができ、さらに、前記第１及び第２の実施形態と同様、床の汚れ等の影響を受けないと共に、６軸力センサ６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができる。
【０１９８】
尚、本実施形態では、足平部７のエッジＳｅに対する接地方向や接地位置を把握するに際して、足平部７を左右に傾動させるようにしたが、左右いずれの一方側のみに傾動させるようにしてもよいことは前記第２の実施形態の場合と同様である。
【０１９９】
また、本実施形態で、前記方位角θｅ を求めるに際して、該方位角θｅ の大きさ（絶対値）が十分に小さいとみなせるような場合には、前記式（１１）に代えて次式（１１）’により方位角θｅ を求めるようにしてもよい。
【０２００】
θｅ ＝−ａ ……（１１）’
また、本実施形態では、足平部７の傾動時の床反力中心の点列を直線を表す関数式ｘ＝ａ・ｙ＋ｂにより近似するようにしたが、より高次の関数式により近似するようにしてもよい。この場合、上記点列を例えば二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）＝ｃ・ｙ２ ＋ｄ・ｙ＋ｅにより近似したときには、前記図１６に示した足平部７のエッジＳｅの接地状況において（この場合、上記関数式の係数ｃの大きさ（絶対値）は微小なものとなる）、前記方位角θｅ 及び距離ｘｅ は、それぞれ次式（１３），（１４）により求めることができる。
【０２０１】
θｅ ＝ｓｉｎ−１［−（ｆ（ｄＲ ）−ｆ（−ｄＬ ））／（ｄＲ ＋ｄＬ ）］……（１３）
ｘｅ ＝ｆ（０）＝ｅ ……（１４）
尚、式（１３）中のｆ（ｄＲ ）及びｆ（−ｄＬ ）は、それぞれ足平部７の右側縁及び左側縁とエッジＳｅとの接点のＸ軸方向の位置を示すものであり、従って、この式（１３）は、前記第１の実施形態で説明した前記式（４）と本質的には同じものである。
【０２０２】
このように、足平部７の傾動時の床反力中心の点列を二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）により近似した場合には、上記のようにエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を示す方位角θｅ や距離ｘｅ を求めることができる他、次のような利点を生じる。
【０２０３】
すなわち、例えばロボットＲが階段Ｓを降りる場合において、足平部７の離床終了時に、例えば図１７に示すように足平部７の爪先側の部分の一部のみがエッジＳｅの前方にはみ出すような、足平部７のエッジＳｅへの不適正な接地状況が生じた場合（本実施形態では足平部７の爪先側の部分の全体が前記図１６等に示したようにはみ出すのが正常である）において、足平部７を左右に傾動させたときに前述の如く得られる床反力中心の位置（ｘ，ｙ）のデータは、同図に黒点で示すような点列となる。つまり、足平部７がエッジＳに接地している箇所では、足平部７の傾動時の床反力中心は、概ねエッジＳｅ沿いに並ぶが、足平部７がエッジＳに接地していない箇所（階段面Ｓｓ側の箇所）では、足平部７の傾動時の床反力中心は、概ね足平部７の前端縁沿いに並ぶこととなる。
【０２０４】
このため、このような点列を二次曲線の関数式ｘ＝ｆ（ｙ）＝ｃ・ｙ２ ＋ｄ・ｙ＋ｅにより近似したとき、係数ｃの大きさ（絶対値）は、前記図１６のような正常な接地状況の場合（この場合係数ｃの大きさは微小である）よりも、大きなものとなる。このことは、ロボットＲが階段を昇る場合についても同様である。従って、上記係数ｃの大きさがある所定値を超えた場合に、図１７に示したような足平部７のエッジＳｅに対する接地状況が不適正なものであると判断することができ、それに応じたロボットＲの動作の修正等を行うことができる。
【０２０５】
以上説明した本発明の前記各実施形態では、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す方位角θｅ をエッジＳｅと足平部７の左右方向のＹ軸とのなす角度としたが、エッジＳｅと足平部７の前後方向のＸ軸とのなす角度を、エッジＳｅに対する足平部７の接地方向を示す方位角として、該方位角を前述の各実施形態と同様に足平部７の傾動時の床反力中心のデータから求めるようにしてもよい。
【０２０６】
また、前記各実施形態では、足底面７ａの基準点ＰからエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離ｘｅ によりエッジＳｅに対する足平部７の接地位置を把握するようにしたが、前記基準点Ｐとは別に足平部７に任意に設定した基準点（例えば足底面７ａの前端縁や後端縁の点）からエッジＳｅまでのＸ軸方向の距離により足平部７の接地位置を把握するようにしてもよい。
【０２０７】
また、前記各実施形態では、ロボットＲが昇降する階段ＳのエッジＳｅに対する足平部７の接地方向や接地位置を把握するものを示したが、例えば凹凸のある床をロボットが移動する場合に、床の凸部の上面縁部等の稜線部にロボットの足平部が接地するような状況で、該稜線部に対する足平部の接地方向や接地位置を把握するようにすることも可能である。
【０２０８】
さらに、前記各実施形態では、階段ＳのエッジＳｅにようにロボットの足平部のほぼ左右方向に延在する稜線部に該足平部が接地する状況において、該足平部の接地方向や接地位置を把握するものを示したが、足平部の略前後方向に延在する稜線部にロボットの足平部が接地したような状況において、該足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することも可能である。この場合には、足平部を稜線部沿いに前後方向に傾動させて、その傾動時の床反力中心の位置を前記各実施形態と同様に求めるようにすれば、そのデータから足平部の稜線部に対する接地方向や接地位置を把握することが可能である。
【０２０９】
また、前記各実施形態では、二足歩行型ロボットについて説明したが、さらに多くの可動脚を有するロボットについても本発明を適用することができる。
【０２１０】
また、前記各実施形態では、６軸力センサ６を用いるようにしたが、各実施形態で必要な作用力及びモーメントを検出することができるものであれば、他の力センサを使用するようにしてもよい。
【０２１１】
また、前記各実施形態では、足平部７を傾動させる際には、ロボットＲの昇降動作（移動動作）を停止するようにしたが、ロボットＲの移動動作を継続したまま、足平部７が階段ＳのエッジＳｅに接地した際に該足平部７を左右に傾動させるようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、足平部７の傾動時の床反力中心の位置を６軸力センサ６の出力のみから求めるようにしたが、この際、足平部７の傾斜角度に応じた補正を適宜行いながら、床反力中心の位置を求めるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるロボットが階段を昇る様子を示す模式的説明図。
【図２】本発明の実施形態におけるロボットが階段を降りる様子を示す模式的説明図。
【図３】図１の部分拡大図。
【図４】本発明の第１の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図５】本発明の第１の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図６】本発明の第１の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図７】図４のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図８】図４のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１１】本発明の第２の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図１２】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第３の実施形態でロボットに搭載したコントローラのブロック図。
【図１４】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１５】図１１のコントローラによる処理を示すフローチャート。
【図１６】本発明の第３の実施形態によるロボットの足平部の接地方向及び接地位置の把握のための手法を説明するための説明図。
【図１７】本発明の第３の実施形態の変形例を説明するための説明図。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｓｅ…階段のエッジ（稜線部）、６…６軸力センサ、７…足平部、１３…足平傾動手段、１４，１７…床反力中心算出部（抗力中心把握手段）、１５，１８，２０…足平接地方向／位置推定部（足平接地方向／位置把握手段）。
Claims (14)
- 複数の可動脚の離床・着床動作により移動可能であって、該可動脚が床の稜線部に接地するように生成された目標歩容に応じて移動する脚式移動ロボットにおいて、前記各可動脚の足平部の足底面から該可動脚の基部側に離間した所定の部位に、該足平部の接地時に該足平部が床から受ける抗力に基づく所定方向の作用力及びモーメントを検出するための力センサを設け、
前記各可動脚の足平部が床の稜線部に接地したとき、該足平部が床から受ける抗力の中心が該稜線部沿いに移動するように該足平部を該稜線部沿いに傾動させる足平傾動手段と、
該足平傾動手段による該足平部の傾動時における該足平部の複数種類の傾斜姿勢において、該足平部が床から受ける抗力の中心の該足平部の足底面上での位置を、少なくとも前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握する抗力中心把握手段と、
該抗力中心把握手段により把握された前記足平部の複数種類の傾斜姿勢における前記抗力の中心の位置に基づき前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。 - 前記稜線部は前記足平部の略左右方向に延在する稜線部であり、前記足平傾動手段は、前記足平部の右側縁が前記稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢と該足平部の左側縁が該稜線部に略点接触状態となる傾斜姿勢との二種類の傾斜姿勢に該足平部を該稜線部沿いに左右に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の右側縁及び左側縁間の間隔とから該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握することを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向での位置と、該足平部の所定の基準点から該足平部の右側縁及び左側縁までのそれぞれの間隔とから前記基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸回りのモーメントであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記稜線部は前記足平部の略左右方向に延在する稜線部であり、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動時の該足平部の互いに異なる二種類の傾斜姿勢のそれぞれにおける前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の前記稜線部に対する方位角を算出し、その算出した方位角により該足平部の接地方向を把握することを特徴とする請求項６記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記足平部の二種類の傾斜姿勢のそれぞれに対応して前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置から該足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を算出し、その算出した距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することを特徴とする請求項６記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記稜線部は前記足平部の略左右方向に延在する稜線部であり、前記足平傾動手段は、前記足平部を前記稜線部沿いに少なくとも左右いずれかの一方側に傾動させ、前記抗力中心把握手段は、前記足平傾動手段による前記足平部の傾動途中の時々刻々の傾斜姿勢において前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置を前記力センサの出力から検出される前記作用力及びモーメントに基づき時系列的に把握し、前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記抗力中心把握手段により把握された前記抗力の中心の該足平部の前後方向及び左右方向での位置の時系列データに基づき前記足平部の非傾動状態での該足平部と前記稜線部との接触線を近似する関数式を求め、その求めた関数式に基づき、前記床の稜線部に対する該足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握することを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記関数式から該足平部の前記稜線部に対する方位角を求め、その求めた方位角により該足平部の前記稜線部に対する接地方向を把握することを特徴とする請求項１０記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記足平部の接地方向及び接地位置のうちの少なくともいずれか一方を把握する手段は、前記関数式から前記足平部の所定の基準点から前記稜線部までの該足平部の前後方向の距離を求め、その求めた距離により該足平部の前記稜線部に対する接地位置を把握することを特徴とする請求項１０記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記抗力中心把握手段により前記抗力の中心の前記足平部の前後方向での位置を把握するために前記力センサの出力から検出する前記作用力は、前記足平部の足底面に垂直な方向での作用力であり、該力センサの出力から検出する前記モーメントは該足平部の足底面の所定の位置に設定された左右方向の軸及び前後方向の軸のそれぞれの軸回りのモーメントであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
- 前記力センサは６軸力センサからなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置。
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