JP4981074B2 - 脚式移動ロボット - Google Patents
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Description
機体本体部と、前記機体本体部に対して所定の関節軸回りの自由度を以って取り付けられた機体末端部とを備え、
前記機体末端部の重心は前記関節軸上に設定されている、
ことを特徴とする脚式移動ロボットである。
図1及び図2には本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示している。図示の通り、脚式移動ロボット100は、胴体部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行う左右2足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制御部(図示しない)により機体の動作を統括的にコントロールするようになっている。
(2)右足が接地した両脚支持期
(3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
(4)左足が接地した両脚支持期
図4には、脚式移動ロボット100の制御システム構成を模式的に示している。同図に示すように、脚式移動ロボット100は、ヒトの四肢を表現した各機構ユニット30,40,50R/L,60R/Lと、各機構ユニット間の協調動作を実現するための適応制御を行う制御ユニット80とで構成される(但し、R及びLの各々は、右及び左の各々を示す接尾辞である。以下同様)。
(2)路面での並進に対する摩擦係数は充分に大きく、滑りが生じない。
本実施形態に係る脚式移動ロボットの制御システムは、複数の基本姿勢を定義する。各々の基本姿勢は、機体の安定性や、消費エネルギ、次の状態への遷移を考慮して定義されており、基本姿勢間の遷移という形態により機体運動を効率的に制御することができる。
ロボットの機構設計を行なう上で、機体の質量分布を充分に考慮しないと、姿勢安定制御や消費電力の点で不利となる。例えば、基本的な姿勢である直立状態やその他の静的な姿勢において余計な負荷がかかるような質量分布をとっていると、姿勢安定制御が困難となり、消費電力の増大にもなる。
機体全体の重心は、直立状態、基本立ち姿勢、並びに基本歩行姿勢において(対応路面が傾斜している場合を含む)、X軸座標は股関節ピッチ軸12に、Y軸座標は左右の股関節ロール軸13の中点に、Z軸座標は股関節ロール軸13と体幹ロール軸10の間に設定している(図10を参照のこと)。
頭部における質量分布を以下に示す。
腕部における質量分布を以下に示す。
胴体部における質量分布を以下に示す。
脚部における質量分布を以下に示す。
2A…第1の首関節ピッチ軸、2B…第2の首関節(頭)ピッチ軸
3…首関節ロール軸、4…肩関節ピッチ軸、5…肩関節ロール軸
6…上腕ヨー軸、7…肘関節ピッチ軸、8…手首関節ヨー軸
9…体幹ピッチ軸、10…体幹ロール軸、11…股関節ヨー軸
12…股関節ピッチ軸、13…股関節ロール軸、14…膝関節ピッチ軸
15…足首関節ピッチ軸、16…足首関節ロール軸
30…頭部ユニット、40…体幹部ユニット
50…腕部ユニット、51…上腕ユニット
52…肘関節ユニット、53…前腕ユニット
60…脚部ユニット、61…大腿部ユニット
62…膝関節ユニット、63…脛部ユニット
80…制御ユニット、81…主制御部、82…周辺回路
91、92…接地確認センサ
93、94…加速度センサ
95…姿勢センサ、96…加速度センサ、100…脚式移動ロボット
Claims (9)
- 機体胴体部と、
前記機体胴体部に取り付けられ、股関節ピッチ軸及び膝関節ピッチ軸回りの自由度をそれぞれ備えた左右の可動脚と、
前記機体に印加される各モーメントの釣合い関係を記述したZMP方程式を導出し、該ZMP方程式上で現れるモーメント・エラーを打ち消すように前記機体の目標軌道を修正することによって、前記可動脚の足底接地点と路面の形成する支持多角形の辺上あるいはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロなるZMPを存在させて前記機体の姿勢安定制御を行なう姿勢安定制御手段と、
直立状態、基本立ち姿勢、又は直立状態と基本立ち姿勢間で、前記股関節ピッチ軸と重力加速度ベクトルで構成される平面上に設定することによって前記ZMP方程式の項数を削減した、前記股関節ピッチ軸と前記膝ピッチ軸間の部位の重心と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボット。 - 前記脚部はさらに股関節ロール軸回りの自由度を備え、
前記股関節ロール軸と前記股関節ピッチ軸間部位の重心は前記股関節ロール軸上に設定されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボット。 - 前記脚部の略下端には足首ピッチ軸回りの自由度を以って足部が取り付けられており、
前記膝ピッチ軸と前記足首ピッチ軸間の部位の重心は前記膝関節ピッチ軸と重力加速度ベクトルで構成される平面上に設定されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足部はさらに足首ロール軸回りの自由度を備え、
前記股関節ロール軸と前記足首ロール軸間の部位の重心は前記股関節ロール軸と重力加速度ベクトルで構成される平面上に設定されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足首ピッチ軸と前記足首ロール軸間の部位の重心は前記足首ピッチ軸上に設定されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足首ロール軸より末端の部位の重心は前記足首ロール軸と重力加速度ベクトルで構成される平面上に設定されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足首ロール軸より末端の部位の重心は前記足首ロール軸上に設定されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足首ピッチ軸より末端の部位の重心は前記足首ピッチ軸と重力加速度ベクトルで構成される平面上に設定されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の脚式移動ロボット。 - 前記足首ピッチ軸より末端の部位の重心は前記足首ピッチ軸上に設定されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の脚式移動ロボット。
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2009
- 2009-01-16 JP JP2009007603A patent/JP4981074B2/ja not_active Expired - Lifetime
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