KR20020086466A

KR20020086466A - 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법,및 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법

Info

Publication number: KR20020086466A
Application number: KR1020027009158A
Authority: KR
Inventors: 지니치 야마구치; 구로끼요시히로; 이시다다쯔조
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤; 지니치 야마구치
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2002-11-18
Also published as: US6961640B2; DE60143814D1; US7076338B2; EP1344612A4; EP1344612B1; US20030139849A1; EP1344612A1; WO2002040222A1; US20050021184A1; KR100824179B1

Abstract

각 관절의 시계열적인 동작으로 이루어지는 기본 동작 유닛 및 기본 동작의 조합으로 이루어지는 복합 동작 유닛을 이용하여 소정의 행동 시퀀스를 발현한다.

로봇의 보행을 포함하는 동작 양식을 동작 단위로서의 동작 유닛으로 분류하고, 하나 이상의 동작 유닛을 조합하여 복잡하고도 다채로운 동작을 실현한다. 동적인 기본 자세에 기초하여 동적 동작 유닛을 정의하고, 이것들을 이용하여 원하는 행동 시퀀스를 구성할 수 있다. 로봇이 자율적으로 연속된 동작을 실행하는 일련의 연속된 동작을 실행시키거나, 지령에 의해 동작을 변경하면서 동작을 실행하는 경우, 불가결한 기본 제어 방식이다.

Description

보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법, 및 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING MOTION OF LEGGED MOBILE ROBOT, AND MOTION UNIT GENERATING METHOD FOR LEGGED MOBILE ROBOT}

전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 유사하게 운동하는 기계 장치를「로봇」이라고 한다. 로봇의 어원은 슬라브어의 “ROBOTA(노예 기계)”에서 유래하는 것으로 알려져 있다. 일본에서 로봇이 보급되기 시작한 것은 1960년대말부터이지만, 그 대부분은 공장에 있어서의 생산 작업의 자동화ㆍ무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇(industrial robot)이었다.

최근에는 인간이나 원숭이 등과 같은 2족 직립 보행을 하는 동물의 신체 메커니즘이나 동작을 모방한 보행식 이동 로봇에 관한 연구 개발이 진전되고 있으며 실용화에 대한 기대도 고조되고 있다. 2족 직립에 의한 보행식 이동은 크롤러식이나, 4족 또는 6족식 등에 비해 불안정하여 자세 제어나 보행 제어가 어렵지만, 고르지 않은 바닥 또는 장애물 등 작업 경로상에 요철이 있는 보행면이나, 계단 또는 사다리의 승강 등 불연속적인 보행면에 대응할 수 있는 등, 유연한 이동 작업을 실현할 수 있다는 점에서 우수하다.

인간의 생체 메커니즘이나 동작을 에뮬레이트한 보행식 이동 로봇을 특히「인간형」로봇(humanoid robot)이라고 한다. 인간형 로봇은 예컨대 생활 지원, 즉 주거 환경이나 기타 일상 생활상의 다양한 장면에 있어서의 인적 활동을 지원할 수 있다.

인간형이라고 불리는 로봇을 연구ㆍ개발하는 의의를 예컨대 다음의 2가지 시점에서 파악할 수 있을 것이다.

첫째, 인간 과학적인 시점이다. 즉, 인간의 하지 및/또는 상지와 유사한 구조의 로봇을 만들고, 그 제어 방법을 고안하여 인간의 행동 동작을 시뮬레이트하는프로세스를 통해 보행을 비롯한 인간의 자연스런 동작의 메커니즘을 공학적으로 해명할 수 있다. 이 같은 연구 성과는 인간 공학, 리허빌리테이션 공학, 또는 스포츠 과학 등, 인간의 운동 메커니즘을 다루는 기타 각 연구 분야의 진전에 크게 기여할 수 있을 것이다.

둘째, 인간의 파트너로서 생활을 지원하는, 즉 주거 환경이나 기타 일상 생활상의 다양한 장면에 있어서의 인적 활동을 지원하는 로봇의 개발이다. 이러한 종류의 로봇은 인간의 생활 환경의 각 국면에서, 인간으로부터 동작이나 예법을 배우면서 제각기 개성이 다른 인간 또는 환경에 대한 적응 방법을 학습하고, 기능면에서 더욱 성장시켜 나갈 필요가 있다. 이 때, 로봇이「인간형」즉 인간과 동일한 형태 또는 동일한 구조를 하고 있는 편이 인간과 로봇이 원활한 커뮤니케이션을 하는 데에 효과적으로 기능할 것이라 생각된다.

예컨대 밟아서는 안될 장애물을 피하면서 방을 지나가는 방법을 실제로 로봇에게 교시하는 경우, 크롤러식이나 4족식 로봇과 같이 가르치려는 상대가 자신과 전혀 다른 구조를 하고 있는 것보다는 유사한 모습을 하고 있는 2족 보행 로봇이 유저(작업원) 입장에서는 훨씬 가르치기 쉬우며, 또한 로봇 입장에서도 배우기 쉬울 것이다(예컨대, 타카니시(高西) 저술 「2족 보행 로봇의 컨트롤」(자동차 기술회 관동 지부〈高塑〉No.25, 1996 APRIL) 참조).

인간의 작업 공간이나 거주 공간의 대부분은 2족에 의해 직립 보행하는 인간이 깆는 신체 메커니즘이나 행동 양식에 맞추어 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 인간이 사는 공간은 차륜이나 기타 구동 장치를 이동 수단으로 한 현재의 기계 시스템이 이동하는 데에는 많은 장벽이 존재한다. 따라서, 기계 시스템 즉 로봇이 각종 인적 작업을 대행하고, 나아가 인간이 사는 공간에 깊게 침투해 가기 위해서는 로봇의 이동 가능 범위가 인간의 그것과 거의 동일한 것이 바람직하다. 이것이 보행식 이동 로봇의 실용화가 크게 기대되고 있는 까닭이기도 하다. 2족 직립 보행이라는 인간의 형태를 갖는 것은 로봇이 인간의 주거 환경과의 친화성을 향상시키는 데에 필수라고 할 수 있다.

인간형 로봇의 용도 중 하나는 산업 활동ㆍ생산 활동 등에 있어서의 각종 난작업의 대행을 들 수 있다. 예컨대 원자력 발전 플랜트나 화력 발전 플랜트, 석유 화학 플랜트에 있어서의 메인터넌스 작업, 제조 공장에 있어서의 부품의 반송ㆍ조립 작업, 고층 빌딩에 있어서의 청소, 화재 현장 그 밖의 구조 등의 위험한 작업ㆍ난작업을 인간과 유사한 구조 및 기능을 갖춘 로봇이 대행한다.

또한, 인간형 로봇의 그 밖의 용도로서, 난작업 대행 등의 생활 지원 외에 생활 밀착형, 즉 인간과의「공생」이라는 용도를 들 수 있다. 이러한 종류의 로봇은 인간이나 원숭이 등과 같이 2족 직립 보행하는 동물이 본래 갖는 전신 협조형 동작 메커니즘을 충실히 재현하고, 그 원활한 동작을 자연스럽게 실현하는 것을 지상의 목적으로 한다. 또한, 인간이나 원숭이 등과 같이 지성이 높은 직립 동물을 에뮬레이트하는 이상, 사지를 사용한 동작이 생체적으로 자연스럽고 또한 동작이 갖는 표현력이 풍부한 것이 바람직하다. 또한, 유저로부터 입력된 커맨드를 단순히 충실하게 실행하는 것 뿐만아니라, 상대방의 언어나 태도(「칭찬함」,「꾸짖음」,「때림」등)에 호응한 생생한 동작 표현을 실현하는 것도 요구된다. 이러한 의미에서, 인간을 모방한 엔터테인먼트 지향의 인간형 로봇은 문자 그대로 「인간형」로봇이라고 부르기에 적합하다.

인간형을 비롯한 보행식 이동 로봇은 다른 타입의 로봇에 비해, 자유도 즉 관절 구동 액추에이터의 개수가 많다. 즉, 시스템의 제어 대상이 많으므로, 자세 제어나 보행 안정 제어의 계산량은 지수함수적으로 증대한다. 또한, 2족 보행 로봇의 경우에는 기체의 중심 위치가 상부에 치우치고, 또한 보행식 동작시의 중심 이동이 커서 본래 불안정하므로(2족 보행 로봇의 ZMP의 존재 범위는 4족 보행형의 그것에 비해 훨씬 좁다), 자세 제어나 보행 안정 제어의 계산량은 방대하다.

또한, 고속으로 안정된 보행식 작업을 모두 기체 상에서 스탠드얼론으로 또한 실시간으로 제어하는 것은 불가능에 가깝다. 따라서, 일반적으로 보행식 로봇은 미리 계획된 보행 동작을 한다.(예컨대 일본 공개특허공보 소62-97006호에는 미리 기억된 보행 패턴ㆍ데이터를 이용함으로써, 제어 프로그램을 간소화함과 동시에, 보행 패턴의 각 데이터간을 치밀하게 이을 수 있는 다관절 보행 로봇 제어 장치에 대해 개시되어 있다.)

로봇이 실연하는 의미있는 일련의 거동을「비헤이비어」또는 행동 시퀀스라고 부른다. 행동 시퀀스는 기체 상의 각 관절 액추에이터의 시계열적인 동작을 기술한 동작 패턴ㆍ데이터(「액션」이라고도 함)를 복수 조합함으로써 구성할 수 있다. 즉, 각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 패턴ㆍ데이터를 미리 소정의 기억 장치내에 준비해 두고, 소정의 행동 시퀀스를 발현할 때에는 해당하는 동작 패턴ㆍ데이터를 기억 장치로부터 호출하여 이것을 기체 상에서 재생하도록 하면 된다.

또한, 행동 시퀀스를 유연하게 생성하기 위해, 기본적 또는 빈번하게 이용되는 동작 패턴ㆍ데이터를 데이터 베이스 관리하고 부품화하여 재이용할 수 있다. 부품화된 동작 패턴ㆍ데이터를 본 명세서에서는「동작 유닛」이라고 부른다.

기본 동작 유닛의 예로는 전진 개시 유닛, 전진 정상 보행 유닛, 전진 정지 유닛, 후퇴 개시 유닛, 후퇴 정상 보행 유닛, 후퇴 정지 유닛, 좌(또는 우) 병진 개시 유닛, 좌(또는 우) 병진 정상 보행 유닛, 좌(또는 우) 병진 정지 유닛 등을 들 수 있다.

몇가지 기본 동작 유닛을 조합함으로써, 더욱 복잡한 동작 패턴을 발현할 수 있다. 예컨대 전진 개시 유닛과, N회의 전진 정상 보행 유닛과, 전진 정지 유닛을 조합함으로써, 직립 정지중인 로봇을 전진 보행시킬 수 있다.

로봇이 각종 기본 동작 유닛을 미리 구비해 둠으로써, 풍부한 움직임을 비교적 쉽게 실현할 수 있다. 예컨대 앞서 기술한 엔터테인먼트용의 로봇은 동작 표현이 풍부할 것이 강력하게 요망되고 있다. 기본적인 동작 유닛의 조합을 변경함으로써, 기억해야 할 동작 유닛의 개수를 증가시키기 않고 다양한 행동 시퀀스를 실연할 수 있게 된다.

종래, 동작 유닛이라고 불리는 로봇의 기본 동작 패턴은 로봇의 포즈, 즉 정지한 상태에서의 각 관절의 위치를 기술한 자세 데이터를 시계열적으로 배열함으로써 나타내는 것이 일반적이었다. 이 경우, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 관절의 정적인 위치(즉 정적인 자세)의 연속성만을 고려하여 접속의 가부가 판정된다.

로봇이 정적 또는 비교적 완만한 동작밖에 실현할 수 없는 경우라면, 각 관절의 회전 각도만을 지시하는 동작 유닛을 단순히 서로 연결시켜 나가는 것만으로도 안정된 동작을 할 수 있을 것이다. 그러나, 가속도 성분을 무시할 수 없는 고속 동작을 하는 경우에는 가속도 성분은 외란이 되어 기체에 영향을 미치므로, 동작 유닛을 접속할 때에 불안정한 동작이 될 위험이 있다. 또는, 가속도 성분의 영향으로 인해 동작 유닛간의 전환 포인트에 현저한 제한이 가해질 수도 있다. 가속도 성분을 무시할 수 없는 동작으로는, 주행 또는 주행으로의 이행기와 같이 기체에 대한 바닥 반력이 제로가 되는 상태를 천이하는 동작이나, 또는 주행시에 중력 가속도보다 센 가속도 운동이 발생하여 양 발 모두 지면과 접지하지 않은 공중에 있는 상태를 천이하는 동작을 들 수 있다.

본 발명은 인간이나 원숭이 등과 같은 보행식(脚式) 이동형 동물의 신체 메커니즘을 모델화한 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 다관절 구조로 이루어지고 또한 각 관절을 시계열적으로 동작시킴으로써 소정의 행동 시퀀스를 발현하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 각 관절의 시계열적인 동작으로 이루어지는 기본 동작 유닛, 및 기본 동작의 조합으로 이루어지는 복합 동작 유닛을 이용하여 소정의 행동 시퀀스를 발현하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 고속 동작시에도 기체 동작의 안정성을 유지한 채로 동작 유닛을 접속하여 행동 시퀀스를 발현하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 보행식 이동 로봇(100)을 전방에서 조망한 모습을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예의 보행식 이동 로봇(100)을 후방에서 조망한 모습을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100)이 구비하는 관절 자유도 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100)의 제어 시스템 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 동작 유닛의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 6은 복수의 동작 유닛의 조합에 의해 소정의 거리를 보행하는 행동 시퀀스를 실현한 예를 나타낸 도면이다.

도 7은 동작 유닛의 다른 구성예를 나타낸 도면이다.

도 8은 동작 유닛의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 연속하는 2개의 동작 유닛을 접속하는 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 10은 연속하지 않는 2개의 동작 유닛을 접속하는 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 11은 연속하지 않는 2개의 동작 유닛을 접속하는 다른 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 12는 동작 유닛을 생성하기 위한 처리 수순을 나타낸 흐름도이다.

도 13은 안정화 처리를 위해 도입되는, 보행식 이동 로봇(100)의 선형이며 비간섭인 다질점 근사 모델을 나타낸 도면이다.

도 14는 도 13에 나타낸 다질점 모델의 허리부 주변의 확대도이다.

도 15 및 도 16은 보행식 이동 로봇(100)에 있어서 안정 보행 가능한 허리, 체간, 하지 운동을 생성하기 위한 처리 수순의 일례를 나타낸 흐름도이다.

도 17 및 도 18은 보행식 이동 로봇(100)에 있어서 안정 보행 가능한 허리, 체간, 하지 운동을 생성하기 위한 처리 수순의 다른 예를 나타낸 흐름도이다.

도 19는 정적 자세만을 접수하는 시스템에 있어서 연속하는 2개의 동작 유닛을 접속하는 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 20은 정적 자세만을 접수하는 시스템에 있어서 연속하지 않는 2개의 동작 유닛을 접속하는 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 21 및 도 22는 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우에 있어서의 로봇 기체의 ZMP 위치의 X방향 및 Y방향의 변동량을 나타낸 그래프이다.

도 23 및 도 24는 관절에 있어서의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성만을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우에 있어서의 로봇 기체의 ZMP 위치의 X방향 및 Y방향의 변동량을 나타낸 그래프이다.

도 25는 관절에 있어서의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성만을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우와, 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우를 동작 유닛의 접속점에 있어서의 ZMP 위치의 X방향의 변동량을 확대하여 비교한 그래프이다.

본 발명의 목적은 다관절 구조로 이루어지고 또한 각 관절을 시계열적으로 동작시킴으로써 소정의 행동 시퀀스를 발현할 수 있는, 보행식 이동 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 관절의 시계열적인 동작으로 이루어지는 기본 동작 유닛, 및 기본 동작의 조합으로 이루어지는 복합 동작 유닛을 이용하여 소정의 행동 시퀀스를 발현할 수 있는, 보행식 이동 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가속도 성분을 무시할 수 없는 고속 동작시에도기체 동작의 안정성을 유지한 채로 동작 유닛을 접속하여 행동 시퀀스를 발현할 수 있다. 보행식 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 과제를 참작하여 이루어진 것으로, 그 제1 측면은 적어도 복수개의 가동 다리를 구비한 다관절 구성의 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 또는 동작 제어 방법으로서,

각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 이용하여 행동 시퀀스를 생성하는 행동 시퀀스 생성부 또는 단계와,

그 생성된 행동 시퀀스에 따라 상기 각 관절의 동작을 제어하는 운동 제어부 또는 단계를 구비한 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치이다. 여기에서 말하는 동작 유닛은 이 동작 유닛의 동작 개시 및 동작 종료의 각 단점에서의 각 관절의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도를 포함한 동적 기본 자세와, 양단의 동적 기본 자세 사이를 접속하는 하나 이상의 운동 자세로 구성된다. 운동 자세는 각 관절에 있어서의 가속도 또는 관절 각가속도 이외에, 각 관절에 있어서의 위치 데이터 또는 각도 데이터나 속도나 각속도 성분을 포함해도 된다.

동작 유닛의 양 단점이 가속도 성분을 포함하고 있으므로, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 관절의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성 뿐만아니라, 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성도 감안하여 그 접속의 가부를 판정할 수 있다. 따라서, 예컨대 주행시나 도약시와 같이 가속도 성분을 무시할 수 없는 고속 동작을 기술한 동작 유닛끼리를 접속하는 경우일지라도 가속도의 연속성이 보증되므로, 가속도 성분이 외란이 되는 경우는 없다. 또한, 동작 유닛 사이의 전환 포인트에 제한이 가해지는 일은 없다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 상기 행동 시퀀스 생성부 또는 단계는 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에서의 동적 기본 자세가 갖는 위치 또는 관절 각도, 속도 또는 관절 각속도, 및 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려할 수 있다. 그리고, 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동적 기본 자세를 이 동작 유닛 사이에 삽입하도록 해도 된다.

또는, 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 하나 이상의 운동 자세를 이 동작 유닛 사이에 삽입하도록 해도 된다.

또는, 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동작 유닛을 이 동작 유닛 사이에 삽입하도록 해도 된다.

또한, 동적 기본 자세를 하나 이상의 정적인(즉, 속도, 가속도를 갖지 않는) 자세 데이터로 변환하는 자세 데이터 변환부 또는 단계를 추가로 구비해도 된다. 이 같은 경우, 운동 제어부는 정적인 자세 데이터에 기초하여 각 관절의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 위치 또는 관절 각도, 속도 또는 관절 각속도, 가속도 또는 관절 각가속도로 이루어지는 동적 기본 자세를 다룰 수 없는 로봇 장치, 즉 위치 데이터만의 지령에 기초하여 동작하는 로봇 장치에 대해서도 본 발명의 사상을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 적어도 복수개의 가동 다리를 구비한 다관절 구성의 보행식 가동 로봇에 있어서의 각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 생성하는 동작 유닛 생성 방법으로서,

동작 유닛의 양 단점에서의 각 관절의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도를 기술한 동적 기본 자세의 임시 설정, 및 안정화 조건의 설정을 행하는 단계와,

동작 유닛 내에서 양 단점의 동적 기본 자세 사이에 삽입되는 각 운동 자세의 임시 설정을 행하는 단계와,

임시 설정된 동적 기본 자세를 갖는 동작 유닛의 운동 패턴을 안정화 처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법이다.

본 발명의 제2 측면에 관한 동작 유닛 생성 방법은 동적 기본 자세를 포함하는 동작 유닛을 3개 이상의 정적 기본 자세에 의해 구성되는 정적 기본 자세 유닛으로 변환하여 대체하는 단계를 추가로 구비해도 된다. 이 같은 경우, 위치 또는 관절 각도, 속도 또는 관절 각속도, 가속도 또는 관절 각가속도로 이루어지는 동적기본 자세를 다룰 수 없는 로봇 장치, 즉 위치 데이터만의 지령에 기초하여 동작하는 로봇 장치에 대해서도 본 발명의 사상을 적용할 수 있다.

또한, 동작 유닛의 운동 패턴을 안정화 처리하는 단계는,

(a) 동작 유닛을 실현하기 위한 족부(足部) 운동, 체간(體幹) 운동, 상지(上肢) 운동, 허리부의 자세 및 높이를 설정하는 서브 단계와,

(b) 상기 서브 단계(a)에 의해 설정된 족부 운동에 기초하여 ZMP 궤도를 설정하는 서브 단계와,

(c) 상기 서브 단계(b)에 의해 설정된 ZMP 상에서 모멘트가 균형잡히는 허리부 운동의 해를 구하는 서브 단계를 구비해도 된다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 이점은 후술하는 본 발명의 실시예 또는 첨부 도면을 참조한 보다 상세한 설명을 통해 분명해질 것이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 실시예의「인간형」보행식 이동 로봇(100)이 직립하고 있는 모습을 전방 및 후방 각각으로부터 조망한 모습을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 보행식 이동 로봇(100)은 보행식 이동을 행하는 좌우 2족의 하지, 체간부, 좌우의 상지, 두부 및 제어부로 구성된다.

좌우 각각의 하지는 대퇴부, 슬관절, 정강이부, 발목, 발바닥으로 구성되고, 고관절에 의해 체간부의 대략 최하단에 연결되어 있다. 또한 좌우 각각의 상지는 우완, 주관절, 전완으로 구성되고, 견관절에 의해 체간부 상방의 좌우 각측 가장자리에 연결되어 있다. 또한, 두부는 목관절에 의해 체간부의 대략 최상단 중앙에 연결되어 있다.

제어부는 이 보행식 이동 로봇(100)을 구성하는 각 관절 액추에이터의 구동 제어나 각 센서(후술함) 등으로부터의 외부 입력을 처리하는 컨트롤러(주제어부)나, 전원 회로 또는 기타 주변 기기류를 탑재한 케이스이다. 제어부는 기타 원격조작용 통신 인터페이스나 통신 장치를 포함해도 된다. 또한, 도 1 및 도 2에 나타낸 예에서는 보행식 이동 로봇(100)이 제어부를 등에 짊어진 모습으로 되어 있지만, 제어부의 설치 장소는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 도 3에는 본 실시예에 관련된 보행식 이동 로봇(100)이 구비하는 관절 자유도 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 보행식 이동 로봇(100)은 2개의 완부와 두부(1)를 포함하는 상체와, 보행식 이동 동작을 실현하는 2개의 다리부로 이루어지는 하지와, 하지와 상지를 연결하는 체간부로 구성된다.

두부(1)를 지지하는 목관절은 목관절 요우(yaw)축(2)과, 목관절 피치(pitch)축(3)과, 목관절 롤(roll)축(4)이라는 3자유도를 갖고 있다.

또한, 각 완부는 견관절 피치축(8), 견관절 롤축(9), 상완 요우축(10), 주관절 피치축(11), 전완 요우축(12), 손목 관절 피치축(13), 손목 관절 롤축(14) 및 손부(15)로 구성된다. 손부(15)는 실제로는 복수개의 손가락을 포함하는 다관절ㆍ다자유도 구조체이다. 단, 손부(15)의 동작 자체는 로봇(100)의 자세 안정 제어나 보행 동작 제어에 대한 기여 또는 영향이 적으므로, 본 명세서에서는 제로 자유도로 가정한다. 따라서, 좌우의 각 완부는 7자유도를 갖는 것으로 한다.

또한, 체간부는 체간 피치축(5), 체간 롤축(6) 및 체간 요우축(7)이라는 3자유도를 갖는다.

또한 하지를 구성하는 좌우 각각의 다리부는 고관절 요우축(16), 고관절 피치축(17), 고관절 롤축(18), 슬관절 피치축(19), 발목 관절 피치축(20), 관절롤축(21) 및 족부(22;발바닥)로 구성된다. 고관절 피치축(17)과 고관절 롤축(18)의 교점은 본 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100)의 고관절 위치를 정의하는 것으로 한다. 인체의 족부(22;발바닥)는 실제로는 다관절ㆍ다자유도의 발바닥을 포함한 구조체이지만, 본 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100)의 발바닥은 제로 자유도로 한다. 따라서, 좌우의 각 다리부는 6자유도로 구성된다.

이상을 총괄하면, 본 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100) 전체적으로는 합계 3＋7×2＋3＋6×2＝32자유도를 갖게 된다. 단, 보행식 이동 로봇(100)이 반드시 32개의 관절 자유도로 한정된다는 것은 아니다. 설계ㆍ제작 상의 제약 조건이나 요구 사양 등에 따라, 관절 자유도의 개수를 적절히 증감할 수 있다.

보행식 이동 로봇(100)이 갖는 상기 기술한 각 자유도는 실제로는 액추에이터를 이용하여 실장된다. 외관상 여분의 부풀어오름을 배제하여 인간의 자연체 형상에 가깝게 하는 것, 2족 보행이라는 불안정 구조체에 대해 자세 제어를 행하는 등의 요청에 따라, 액추에이터는 소형이면서 경량인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 기어 직결형으로 하는 동시에 서보 제어계를 원칩화하여 모터 유닛에 내장한 타입의 소형 AC 서보 액추에이터를 탑재하였다. 그리고, 이러한 종류의 AC 서보 액추에이터에 관해서는 예컨대 본 출원인에게 이미 양도되어 있는 일본 공개특허공보 2000-299970호(일본 특허출원 평11-33386호 명세서)에 개시되어 있다.

도 4에는 본 실시예에 관한 보행식 이동 로봇(100)의 제어 시스템 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 보행식 이동 로봇(100)은 인간의 사지를 표현한 각 기구 유닛(30, 40, 50R/L, 60R/L)과, 각 기구 유닛 사이의 협조 동작을 실현하기 위한 적응 제어를 하는 제어 유닛(80)으로 구성된다(단, R 및 L은 각각 좌 및 우를 나타내는 접미사이다. 이하 동일).

보행식 이동 로봇(100)의 전체 동작은 제어 유닛(80)에 의해 통괄적으로 제어된다. 제어 유닛(80)은 CPU(Central Processing Unit) 칩이나 메모리 칩 등의 주요 회로 컴포넌트(도시하지 않음)로 구성되는 주제어부(81)와, 전원장치나 로봇(100)의 각 구성요소와의 데이터나 커맨드의 수수를 행하는 인터페이스나 외부 기억 장치(모두 도시하지 않음) 등을 포함한 주변 회로(82)로 구성된다.

본 실시예에서 전원 장치는 보행식 이동 로봇(100)을 자립적으로 구동하기 위한 배터리를 포함한 구성(도 4에는 도시하지 않음)으로 되어 있다. 배터리에 의한 자립 구동형이라면, 보행식 로봇(100)의 행동 반경은 전원 케이블 길이나 상용 전원 콘센트의 장소 등에 따른 물리적인 제한을 받지 않고 자유롭게 보행할 수 있다. 또한, 보행이나 기타 상지를 포함한 각종 운동시에, 전원 케이블과 기체의 간섭을 고려할 필요가 없어지고, 광범위한 작업 공간에서의 보행식 이동이 쉬워진다.

도 3에 나타낸 보행식 이동 로봇(100) 내의 각 관절 자유도는 각각에 대응하는 액추에이터에 의해 실현된다. 즉, 두부 유닛(30)에는 목관절 요우축(2), 목관절 피치축(3), 목관절 롤축(4)의 각각을 표현하는 목관절 요우축 액추에이터(A₂), 목관절 피치축 액추에이터(A₃), 목관절 롤축 액추에이터(A₄)가 각각 구비되어 있다.

또한, 체간부 유닛(40)에는 체간 피치축(5), 체간 롤축(6), 체간 요우축(7)의 각각을 표현하는 체간 피치축 액추에이터(A₅), 체간 롤축 액추에이터(A₆), 체간요우축 액추에이터(A₇)가 각각 구비되어 있다.

또한, 완부 유닛(50R/L)은 상완 유닛(51R/L), 주관절 유닛(52R/L) 및 전완 유닛(53R/L)으로 세분화되는데, 견관절 피치축(8), 견관절 롤축(9), 상완 요우축(10), 주관절 피치축(11), 주관절 롤축(12), 손목 관절 피치축(13), 손목 관절롤축(14)의 각각을 표현하는 견관절 피치축 액추에이터(A₈), 견관절 롤축 액추에이터(A₉), 상완 요우축 액추에이터(A₁₀), 주관절 피치축 액추에이터(A₁₁), 주관절 롤축 액추에이터(A₁₂), 손목 관절 피치축 액추에이터(A₁₃), 손목 관절 롤축 액추에이터(A₁₄)가 각각 구비되어 있다.

또한, 다리부 유닛(60R/L)은 대퇴부 유닛(61R/L), 무릎 유닛(62R/L) 및 정강이부 유닛(63R/L)으로 세분화되는데, 고관절 요우축(16), 고관절 피치축(17), 고관절 롤축(18), 슬관절 피치축(19), 발목 관절 피치축(20), 발목 관절 롤축(21)의 각각을 표현하는 고관절 요우축 액추에이터(A₁₆), 고관절 피치축 액추에이터(A₁₇), 고관절 롤축 액추에이터(A₁₈), 슬관절 피치축 액추에이터(A₁₉), 발목 관절 피치축 액추에이터(A₂₀), 발목 관절 롤축 액추에이터(A₂₁)가 각각 구비되어 있다.

상기 기술한 각 관절 액추에이터(A₂,A₃,…)는 보다 바람직하게는 기어 직결형으로 하는 동시에 서보 제어계를 원칩화하여 모터 유닛내에 탑재한 타입의 소형 AC 서보 액추에이터(전술)이다.

두부 유닛(30), 체간부 유닛(40), 완부 유닛(50), 각 다리부 유닛(60) 등의 각 기구 유닛 마다, 액추에이터 구동 제어용 부제어부(35, 45, 55, 65)가 각각 구비되어 있다. 또한, 각 다리부(60R,L)의 발바닥이 착상하였는지의 여부를 검출하는 접지 확인 센서(91 및 92)를 장착함과 동시에, 체간부 유닛(40) 내에는 자세를 계측하는 자세 센서(93)를 장비하고 있다.

자세 센서(93)는 예컨대 가속도 센서와 자이로 센서의 조합에 의해 구성된다. 또한, 접지 확인 센서(91 및 92)는 예컨대 발바닥에 설치된 근접 센서 또는 마이크로 스위치 등으로 구성된다.

자세 센서(93)의 출력에 의해 체간 부분의 기울기나 자세를 검출할 수 있다. 또한, 접지 확인 센서(91 및 92)의 출력에 의해 보행ㆍ주행 등의 동작 기간중에 좌우의 각 다리부가 현재 입각(立脚) 또는 유각(遊脚)의 어느 상태인지를 판별할 수 있다.

주제어부(80)는 각 센서(91∼93)의 출력에 응답하여 제어 목표를 다이내믹하게 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는 부제어부(35, 45, 55, 65)의 각각에 대해 적응적인 제어를 하여 보행식 이동 로봇(100)의 상지, 체간, 및 하지가 협조된 동작을 실현할 수 있다.

주제어부(81)는 유저 커맨드 등의 외부 요인에 따라, 또는 감정 모델이나 본능 모델, 학습 모델 등으로 이루어지는 내부 상태에 기초하여 행동 계획을 입안하여 원하는 기체 동작을 실행한다. 로봇(10)이 행하는 기체 동작은 주제어부(81)에 로컬 접속된 외부 기억 장치에 데이터 베이스 등록된 동작 유닛을 순차적으로 판독하여 하나 이상의 동작 유닛을 접속하여 행동 시퀀스를 생성하고 이것을 기체 상에서 재생함으로써 실현된다. 외부 기억 장치는 예컨대 주변 회로(82)의 하나로서 실장되지만, 도면의 복잡하게 뒤섞임을 피하기 위해 도 4에는 도시하지 않는다.

본 실시형태에 관련되는 로봇(100)의 기체 동작은 보행식 이동이 기조가 된다. 2족 보행 타입의 로봇의 경우, 중심 위치가 상부에 치우치고, 또한 보행식 작업중의 중심 위치의 이동량이 크므로, 자세ㆍ보행 안정 제어가 매우 중요하다. 주제어부(81)는 ZMP(Zero Moment Point)를 안정도 판별 규범에 적용하여 자세ㆍ보행 안정 제어를 행한다. 즉, 주제어부(81)는 족부 운동, ZMP 궤도, 체간 운동, 상지 운동, 허리부 높이 등을 설정함과 동시에, 이들 설정 내용에 따른 동작을 지시하는 커맨드를 각 부제어부(35, 45, 55, 65)에 전송한다.

여기에서 말하는「ZMP」란 보행중의 바닥 반력에 의한 모멘트가 제로가 되는 바닥면 상의 점을 말하고, 또한「ZMP 궤도」란 예컨대 로봇(100)의 보행 동작 기간중 등에 ZMP가 움직이는 궤적을 의미한다. ZMP의 개념 및 ZMP를 보행 로봇의 안정도 판별 규범에 적용하는 점에 대해서는 Miomir Vukobratovic 저술 “LEGGED LOCOMOTION ROBOTS”(가또 이찌로 외 저술『보행 로봇과 인공의 발』(닛깐고오교 신문사))에 기재되어 있다.

각각의 부제어부(35, 45…)에서는 주제어부(81)로부터 전송되어 오는 제어 지령값을 디코드하여 해당하는 각 관절 액추에이터(A2, A3…)에 대해 구동 제어 신호를 출력한다.

보행식 이동 로봇(100)이 실연하는 의미 있는 일련의 거동을「비헤이비어」또는 행동 시퀀스라고 부른다. 행동 시퀀스는 기체 상의 각 관절 액추에이터의 시계열적인 동작을 기술한 하나 이상의 동작 유닛을 조합함으로써 구성할 수 있다. 즉, 각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 미리 기체 상의 소정의 기억 장치(기억 장치는 예컨대 주변 회로(82)의 하나로서 실장되어 있다) 내에 준비해 두고, 소정의 행동 시퀀스를 발현할 때에는 해당하는 동작 유닛을 기억 장치로부터 순차적으로 호출하여 각 동작 유닛을 서로 연결하여 기체 상에서 재생하도록 하면 된다.

도 5에는 동작 유닛의 구성예를 나타낸다. 동 도면에 나타내는 예에서는 전진 개시 유닛, 전진 정상 보행 유닛, 전진 정지 유닛, 후퇴 개시 유닛, 후퇴 정상 보행 유닛, 후퇴 정지 유닛, 좌(또는 우) 병진 개시 유닛, 좌(또는 우) 병진 정상 보행 유닛, 좌(또는 우) 병진 정지 유닛이 나타나 있다.

도 5에 나타내는 예에서는 보행식 이동 로봇(100)을 전후 및 좌우로 이동시키기 위한 각 동작 유닛이 나타나 있다.

전진 개시 유닛은 정지 자세에서 동적 양다리 지지 자세 I까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 전진 정상 보행 유닛은 동적 양다리 지지 자세 I에서 동적 양다리 지지 자세 I까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 전진 정지 유닛은 동적 양다리 지지 자세 I에서 정지 자세까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다.

후퇴 개시 유닛은 정지 자세에서 동적 양다리 지지 자세 II까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 후퇴 정상 보행 유닛은 동적 양다리 지지 자세 II에서 동적 양다리 지지 자세 II까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 후퇴 정지 유닛은 동적 양다리 지지 자세 II에서 정지 자세까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다.

좌 병진 개시 유닛은 정지 자세에서 동적 양다리 지지 자세 III까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 좌 병진 정상 보행 유닛은 동적 양다리 지지 자세 III에서 동적 양다리 지지 자세 III까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 좌 병진 정지 유닛은 동적 양다리 지지 자세 III에서 정지 자세까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다.

우 병진 개시 유닛은 정지 자세에서 동적 양다리 지지 자세 IV까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또한, 우 병진 정상 보행 유닛은 동적 양다리 지지 자세 IV에서 동적 양다리 지지 자세 IV까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다. 또, 우 병진 정지 유닛은 동적 양다리 지지 자세 IV에서 정지 자세까지의 동작 패턴을 기술한 동작 유닛으로, 보행 주기와 보폭의 데이터를 포함한다.

몇가지 기본 동작 유닛을 조합함으로써, 더욱 복잡한 동작 패턴을 발현할 수 있다. 예컨대 전진 개시 유닛과, N회의 전진 정상 보행 유닛과, 전진 정지 유닛이라는 3종류의 동작 유닛을 조합함으로써, 도 6에 나타내는 바와 같이 소정의 거리를 보행한다는 행동 시퀀스를 실현할 수 있다.

또한, 도 7에는 동작 유닛의 다른 구성예를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 예에서는 추가로, 전진 좌선회 정상 보행 유닛, 전진 우선회 정상 보행 유닛, 후퇴 좌선회 정상 보행 유닛, 후퇴 우선회 정상 보행 유닛이 나타나 있다. 이들 선회 정상 보행 유닛을 상기 기술한 전진 개시 유닛, 전진 정지 유닛, 후퇴 개시 유닛, 및 후퇴 정지 유닛과 조합함으로써, 보행식 이동 로봇(100)이 선회하여 보행하는 행동 시퀀스를 실연할 수 있다.

그 밖에, 전진, 병진, 후퇴, 선회의 각 동작에 대해 미세 조정을 행하는 미세 조정 전진 보행 유닛, 미세 조정 후퇴 보행 유닛, 미세 조정 좌 병진 유닛, 미세 조정 우 병진 유닛을 준비해 두어도 된다. 또한, 비교적 고속으로 이동하는 전진 동작에 관해서는 전진 개시에서 전진 정상 보행에 이르기까지의 가속 전진 보행 유닛이나 전진 정상 보행에서 전진 정지에 이르기까지의 감속 전진 보행 유닛을 준비해 두어도 된다.

도 8에는 본 실시예에 관한 보행식 이동 로봇(100)에서 사용하는 동작 유닛의 구조를 모식적으로 도해하고 있다. 하나의 동작 유닛은 동작 유닛의 개시 및 종료의 상태를 기술하는 동적 기본 자세와, 이들 양 단점의 동적 기본 자세를 연결하는 하나 이상의 운동 자세로 구성된다.

동적 기본 자세는 해당 자세를 구성하는 각 관절의 위치(즉 회전 각도) 이외에 속도 또는 관절 각속도, 및 가속도 또는 관절 각가속도의 성분을 포함한다.

운동 자세는 기체의 정지 상태를 기술한(즉 위치 데이터만으로 이루어지는)정적인 운동 자세의 경우와, 기체가 동작하는 상태를 기술한 동적인 운동 자세의 경우가 있다. 운동 자세는 각 관절의 위치 데이터만으로 구성해도 되고, 속도 및 가속도 성분을 포함해도 된다.

동작 유닛의 양 단점이 가속도 성분을 포함하고 있으므로, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 관절 위치의 연속성 뿐만아니라, 가속도의 연속성도 감안하여 그 접속의 가부를 판정할 수 있다. 따라서, 가속도 성분을 무시할 수 없는 고속 동작을 기술한 동작 유닛끼리를 접속한 경우일지라도 가속도의 연속성이 보증되므로, 가속도 성분이 외란이 되는 경우는 없다. 또한, 동작 유닛 사이의 전환 포인트에 제한이 가해지는 일은 없다.

또, 가속도 성분을 무시할 수 없는 동작으로서는 주행 또는 주행으로의 이행기와 같이 기체에 대한 바닥 반력이 제로가 되는 상태를 천이하는 동작이나, 또한 주행시에 중력 가속도보다 센 가속도 운동이 발생하여 양발 모두 지면과 접지하지 않는 공중에 있는 상태를 천이하는 동작을 들 수 있다.

이어서, 2개의 동작 유닛을 접속하기 위한 처리에 대해 설명한다.

접속원(接續元)인 동작 유닛 A의 종점 동적 기본 자세와, 접속선(接續先)인 동작 유닛 B의 개시점 동적 기본 자세가 연속성이 성립하는 경우에는 도 9에 나타내는 바와 같이, 그대로 동적 기본 자세끼리를 접속하면 된다.

이에 비해, 접속원인 동작 유닛 A의 종점 동적 기본 자세와, 접속선인 동작 유닛 B의 개시점 동적 기본 자세가 연속하지 않는 경우에는 도 10에 나타낸 바와 같이, 일방의 종점과 타방의 개시점의 연속성을 보충하는 동적 기본 자세 A-B를 생성하여 이것을 양 동작 유닛 사이에 삽입하면 된다. 도시하지는 않지만, 이 같은 동작 유닛 사이를 보간하는 동작 유닛을 2 이상 삽입해도 된다.

또는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 동작 유닛 A의 종점 동적 기본 자세와 동작 유닛 B의 개시점 동적 기본 자세를 단점에 갖는 동작 유닛 C를 새롭게 생성하여 이 동작 유닛 C에 의해 동작 유닛 A 및 B 사이를 보간하도록 해도 된다.

이어서, 동작 유닛을 생성하는 방법에 대해 도 12에 나타낸 흐름도를 참조하면서 설명한다.

먼저, 동작 유닛의 양 단점(端点)이 되는 동적 기본 자세의 임시 설정, 및 안정화 조건의 설정을 행한다(단계 S1). 동적 기본 자세의 임시 설정은 해당 자세에 있어서의 각 관절 액추에이터의 위치 또는 관절 각도, 속도 또는 관절 각가속도, 가속도 또는 관절 각가속도의 각 값을 임시로 설정하는 것을 의미한다. 또한, 안정화 조건의 설정에서는 예컨대 ZMP 궤도를 안정도 판별 규범으로서 사용한다.

이어서, 동작 유닛 내에서 양 단점의 동적 기본 자세 사이에 삽입되는 각 운동 자세의 임시 설정을 행한다(단계 S2). 운동 자세의 임시 설정은 당해 자세이 있어서의 각 관절 액추에이터의 위치 또는 관절 각도, 속도 또는 관절 각속도, 가속도 또는 관절 각가속도의 각 값을 임시 설정하거나, 또는 각 관절 액추에이터의 위치를 임시 설정하는 것에 상당한다.

이어서, 임시 설정된 동적 기본 자세를 갖는 동작 유닛의 운동 패턴의 안정화 처리, 즉 로봇(100) 기체의 허리, 체간, 하지 운동 등의 수정 처리를 행함으로써, 위치(또는 관절 각도), 속도(또는 관절 각속도), 및 가속도(또는 관절 각가속도)의 각 데이터로 이루어지는 동적 기본 자세를 갖는 동작 유닛을 얻을 수 있다(단계 S3).

운동 패턴의 안정화 처리에 대해서는 후술한다. 또한, 시스템이 정적 자세(즉 위치 데이터와 각도 데이터만)만 접수하는 경우에는 동적 기본 자세를 포함하는 동작 유닛을 3개 이상의 정적 기본 자세에 의해 구성되는 정적 기본 자세 유닛으로 변환하여 대체한다.

이어서, 도 12의 단계 S3에서 실행되는 운동 패턴의 안정화 처리, 즉 로봇(100) 기체의 허리, 체간, 하지 운동 등의 수정 처리에 대해 설명한다.

본 실시예에 관한 보행식 이동 로봇(100)은 무한의 즉 연속적인 질점의 집합체이지만, 유한수이고 이산적인 질점으로 이루어지는 근사 모델로 치환함으로써, 안정화 처리를 위한 계산량을 삭감하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는, 물리적으로는 도 3에 나타내는 다관절 자유도 구성을 구비하는 보행식 이동 로봇(100)을 도 13에 나타내는 바와 같이 다질점 근사 모델로 치환하여 취급한다. 도시한 근사 모델은 선형이며 비간섭인 다질점 근사 모델이다.

도 13에서, O-XYZ 좌표계는 절대 좌표계에 있어서의 롤, 피치, 요우 각 축을 나타내고, 또한 O'-X'Y'Z' 좌표계는 로봇(100)과 함께 움직이는 운동 좌표계에 있어서의 롤, 피치, 요우 각 축을 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 다질점 모델에서는 i는 i번째에 부여된 질점을 나타내는 첨자이고, m_i는 i번째의 질점의 질량, r'_i는 i번째의 질점의 위치 벡터(단 운동 좌표계)를 나타내는 것으로 한다. 또한,후술하는 허리부 운동 제어에서 특히 중요한 허리부 질점의 질량은 mh, 그 위치 벡터는 r'_h(r'_hx, r'_hy, r'_yz)로 하고, 또한, ZMP의 위치 벡터를 r'_zmp로 한다.

다질점 모델은 이른바 와이어 프레임 모델의 형태로 로봇을 표현한 것이다. 도 13을 보아도 알 수 있는 바와 같이, 다질점 근사 모델은 양 어깨, 양 팔꿈치, 양 손목, 체간, 허리부, 및 양 발목의 각각을 질점으로 하여 설정된다. 도시한 비엄밀의 다질점 근사 모델에서 모멘트식은 선형 방정식의 형식으로 기술되고, 이 모멘트식은 피치축 및 롤축에 관해 간섭하지 않는다. 다질점 근사 모델은 대략 다음과 같은 처리 수순에 의해 생성할 수 있다.

(1) 로봇(100) 전체의 질량 분포를 구한다.

(2) 질점을 설정한다. 질점의 설정 방법은 설계자의 매뉴얼 입력이어도 좋고, 소정의 규칙에 따른 자동 생성이어도 좋다.

(3) 각 영역 i마다 중심을 구하고, 그 중심 위치와 질량 m_i를 해당하는 질점에 부여한다.

(4) 각 질점 m_i를 질점 위치 r_i를 중심으로 하여 그 질량에 비례한 반경을 갖는 구체로 하여 표시한다.

(5) 현실적으로 연결 관계가 있는 질점 즉 구체끼리를 연결한다.

또, 도 13에 나타내는 다질점 모델의 허리부 정보에 있어서의 각 회전각(θ_hx, θ_hy, θ_yz)은 보행식 이동 로봇(100)에 있어서의 허리부의 자세 즉 롤, 피치, 요우축의 회전을 규정하는 것이다(도 14에는 다질점 모델의 허리부 주변의확대도를 나타내므로, 확인하기 바람).

이어서, 본 실시예에 관련되는 보행식 이동 로봇(100)에 있어서의 안정화 처리, 즉 허리, 체간, 하지 운동 등의 수정 처리의 수순에 대해 설명한다.

도 15 및 도 16은 보행식 이동 로봇(100)에 있어서 안정화 보행 가능한 허리, 체간, 하지 운동을 생성하기 위한 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다. 단, 이하에서는 도 13에 나타내는 바와 같은 선형ㆍ비간섭 다질점 근사 모델을 이용하여 로봇(100)의 각 관절 위치나 동작을 기술하는 것으로 하고, 또한 계산시에 다음과 같은 파라미터를 이용하기로 한다. 단, 대시(')가 붙어 있는 기호는 운동 좌표계를 기술하는 것으로 이해해 주기 바란다.

m_h: 허리부 질점의 질량

(r'_hx, r'_hy, r'_hz): 허리부 질점의 위치 벡터

m_i: i번째 질점의 질량

: i번째 질점의 위치 벡터

: ZMP의 위치 벡터

: 중력 가속도 벡터

O'-X'Y'Z': 운동 좌표계(로봇과 함께 움직임)

O-XYZ: 절대 좌표계

또한, 로봇(100)의 허리부 높이가 일정(r'_hz＋r_qz＝const)하며 또한 무릎부질점이 제로인 것을 전제로 한다.

먼저, 족부(보다 구체적으로는 발바닥) 운동, 족부 운동으로부터 도출되는 ZMP 궤도, 체간 운동, 상지 운동, 허리부의 자세나 높이 등, 각 부의 구동ㆍ동작을 실제로 결정하기 위한 패턴이 설정된다(단계 S11). 보다 구체적으로는 먼저 족부 운동 패턴, 이어서 ZMP 궤도, 체간 운동 패턴, 그리고 상지 운동 패턴을 설정한다. 또한, 허리부의 운동에 관해서는 Z'방향만 설정하고, X' 및 Y'의 각 방향에 대해서는 미지로 한다.

이어서, 선형ㆍ비간섭 다질점 근사 모델을 이용하여 족부, 체간, 그리고 상지 운동에 의해 발생하는 설정 ZMP 상에서의 피치축, 롤축 주변의 각 모멘트(M_x, M_y)를 산출한다(단계 S12).

이어서, 선형ㆍ비선형 다질점 근사 모델을 이용하여 허리부 수평면내 운동(r'_hx, r'_hy)에 의해 발생하는 설정 ZMP 상에서의 모멘트를 산출한다(단계 S13).

이어서, 설정 ZMP 상의 모멘트에 관한 균형식을 로봇과 함께 움직이는 운동 좌표계 O'-X'Y'Z' 상에서 도출한다(단계 S14). 보다 구체적으로는 족부, 체간, 그리고 상지 운동에 의해 발생하는 롤축 및 피치축 주변의 각 모멘트(M_x, M_y)를 기지 변수의 항으로 하여 우변에, 허리부 질점의 수평 운동에 관한 항(r'_hx, r'_hy)을 미지 변수의 항으로 하여 좌변에 정리하고, 하기 식에 나타내는 바와 같은 선형ㆍ비간섭의 ZMP 방정식 1을 도출한다.

… (1)

단, 이하가 성립하는 것으로 한다.

(시간에 관해 일정)

이어서, 상기 ZMP 방정식 1을 풀이하여, 허리부 수평면내 궤도를 산출한다(단계 S15). 예컨대 오일러의 방법이나 룬게-쿠타(Runge_Kutta)법 등의 수치적 해법(주지)을 이용하여 ZMP 방정식 1을 풀이함으로써, 미지 변수로서의 허리부의 수평 절대 위치(r'_hx, r'_hy)에 들어가는 허리부 수평 절대값 위치이다. ZMP 목표 위치는 일반적으로 착상한 발바닥에 설정된다.

산출된 근사해 상에서는 미리 설정한 체간ㆍ상지 운동을 실현할 수 없는 경우에는 체간ㆍ상지 운동 패턴의 재설정ㆍ수정을 행한다(단계 S17). 이 때, 무릎부의 궤도를 산출해도 된다.

이어서, 상기 기술한 바와 같은 방법으로 얻어진 전신 운동 패턴을 대입하여 엄밀 모델(즉, 강체 또는 매우 많은 질점으로 이루어지는 로봇(100)의 정밀한 모델)에 있어서의 설정 ZMP 상의 롤, 피치 각 축 주변의 모멘트(eM_x, eM_y)를 산출한다(단계 S18). 비엄밀 모델에서는 상기 [수 3]이 성립하는 것을 전제로 하였지만, 엄밀 모델에서는 이러한 전제를 요하지 않는다(즉 시간의 변화에 대해 일정할 필요는 없다).

엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)는 허리부 운동에 있어서 롤 및 피치의 각 축 주변에 발생하는 모멘트 오차이다. 이어지는 단계 S19에서는 이들 각 축 주변의 모멘트(eM_x, eM_y)가 비엄밀 모델에 있어서의 근사 모멘트의 허용값(εM_x,εM_y) 미만인지의 여부를 판정한다. 허용값 ε미만이면 기체 상의 허리, 체간, 하지의 각 부에 있어서의 안정 운동 패턴의 엄밀해(嚴密解) 및 안정 보행을 실현할 수 있는 전신 운동 패턴을 얻을 수 있었음을 의미하므로(단계 S20), 본 처리 루틴 전체를 종료한다.

한편, 엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)가 근사 모델에 있어서의 모멘트의 허용값(εM_x,εM_y) 이상이었을 경우에는 엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)를 이용하여 근사 모델에 있어서의 기지 발생 모멘트(M_x, M_y)를 수정하고(단계 S21), 다시 ZMP 방정식의 도출을 행한다. 그리고, 허용값 ε미만으로 수속할 때까지, 상기 기술한 바와 같은 허리, 체간, 하지의 운동 패턴의 근사해의 산출과 수정을 반복 실행한다.

또한, 도 17 및 도 18은 보행식 이동 로봇(100)에 있어서 안정 보행 가능한 허리, 체간, 하지 운동을 생성하기 위한 처리 수순의 예를 나타내는 흐름도이다. 단, 상기 기술한 것과 마찬가지로, 도 13에 나타낸 선형ㆍ비간섭 다질점 근사 모델을 이용하여 로봇(100)의 각 관절 위치나 동작을 기술하는 것으로 한다.

먼저, 족부(보다 구체적으로는 발바닥) 운동, 족부 운동으로부터 도출되는 ZMP 궤도, 체간 운동, 상지 운동, 허리부의 자세나 높이 등, 각 부의 구동ㆍ동작을 실제로 결정하기 위한 패턴이 설정된다(단계 S31). 보다 구체적으로는 먼저 족부 운동 패턴, 이어서 ZMP 궤도, 체간 운동 패턴, 그리고 상지 운동 패턴을 설정한다. 또한, 허리부의 운동에 관해서는 Z'방향만 설정하고, X' 및 Y'의 각 방향에 대해서는 미지로 한다.

이어서, 선형ㆍ비간섭 다질점 근사 모델(전술한 내용 및 도 13 참조)을 사용하여 족부, 체간, 그리고 상지 운동에 의해 발생하는 설정 ZMP 상에서의 피치축, 롤축 주변의 각 모멘트(M_x, M_y)를 산출한다(단계 S32).

이어서, 허리부 수평면내 운동(r'_hx, r'_hy)을 푸리에 급수 전개한다(단계 S33). 당 업계에 이미 주지된 바와 같이, 푸리에 급수 전개함으로써 시간축 성분을 주파수 성분으로 치환하여 연산할 수 있다. 즉, 이 경우에는 허리부의 움직임을 주기적인 움직임으로 포착할 수 있다. 또한, FFT(고속 푸리에 변환)를 적용할 수 있으므로, 계산 속도를 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

이어서, 설정 ZMP 상에서의 피치축, 롤축 주변의 각 모멘트(M_x, M_y)에 대해서도 푸리에 급수 전개한다(단계 S34).

이어서, 허리부 수평면내 궤도의 푸리에 계수를 산출하고, 또한 역 푸리에 급수 전개함으로써(단계 S35), 허리부 운동의 근사해가 구해진다(단계 S36). 여기에서 구해지는 근사해는 안정 보행 가능한 허리부 운동 패턴을 규정하는 허리부의수평 절대 위치의 근사해(r'_hx, r'_hy)이고, 보다 구체적으로는 ZMP가 목표 위치에 들어가는 허리부 수평 절대 위치이다. ZMP 목표 위치는 일반적으로 착상한 발바닥에 설정된다.

산출된 근사해 상에서는 미리 설정한 체간ㆍ상지 운동을 실현할 수 없는 경우에는 체간ㆍ상지 운동 패턴의 재설정ㆍ수정을 행한다(단계 S37). 이 때, 무릎부의 궤도를 산출해도 된다.

이어서, 상기 기술한 바와 같은 방법으로 얻어진 전신 운동 패턴을 대입하여 엄밀 모델(즉, 강체, 또는 매우 많은 질점으로 이루어지는 로봇(100)의 정밀한 모델)에 있어서의 설정 ZMP 상의 모멘트(eM_x, eM_y)를 산출한다(단계 S38). 비엄밀 모델에서는 상기 [수 3]이 성립하는 것을 전제로 하였지만, 엄밀 모델에서는 이러한 전제를 요하지 않는다(즉 시간의 변화에 대해 일정할 필요는 없다).

엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)는 허리부 운동이 발생하는 모멘트 오차이다. 이어지는 단계 S39에서는 이 모멘트(eM_x, eM_y)가 근사 모델에 있어서의 모멘트의 허용값(εM_x,εM_y) 미만인지의 여부를 판정한다. 허용값 ε미만이면 허리, 체간, 하지 등의 안정 운동 패턴의 엄밀해 및 안정 보행을 실현할 수 있는 전신 운동 패턴을 얻을 수 있었음을 의미하므로(단계 S40), 본 처리 루틴 전체를 종료한다.

한편, 엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)가 근사 모델에 있어서의 모멘트의 허용값(εMx, εM_y) 이상이었을 경우에는 엄밀 모델에 있어서의 모멘트(eM_x, eM_y)를 이용하여 비엄밀 모델에 있어서의 기지 발생 모멘트(M_x, M_y)를 수정하고(단계 S41), 다시 푸리에 급수 전개하여 허용값 ε미만으로 수속할 때까지, 상기 기술한 허리, 체간, 하지 등의 운동 패턴의 근사해의 산출과 수정을 반복 실행한다.

정적 자세(즉 위치 데이터와 각도 데이터만)만 접수하는 시스템에 있어서는 동적 기본 자세를 포함하는 동작 유닛을 3개 이상의 정적 기본 자세에 의해 구성되는 정적 기본 자세 유닛으로 변환하여 대체하면 된다는 점은 이미 기술한 바와 같다. 이하에서는 정적 기본 자세에 의한 대체 처리에 대해 설명한다.

예컨대, 동작 유닛 A와 동작 유닛 B 를 접속하는 경우, 접속하는 각 유닛의 단점 및 그 근방에 있어서, 복수의 정적 기본 자세를 생성하여 동적 기본 자세와 치환함으로써 실현된다.

도 19에는 정작 자세만을 접수하는 시스템에 있어서 연속하는 2개의 동작 유닛을 접속하는 모습을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도 20에는 정작 자세만을 접수하는 시스템에 있어서 연속하지 않는 2개의 동작 유닛을 접속하는 모습을 모식적으로 나타내고 있다. 후자의 경우, 정적 기본 자세만으로 이루어지는 동작 유닛이 새롭게 생성되는데, 이 동작 유닛의 단점은 접속 대상이 되는 동작 유닛 A 및 B에 포함된다.

정적 기본 자세는 동작 유닛 A의 단점의 동적 기본 자세, 및 동작 유닛 B의 동적 기본 자세에 있어서의 각 단점 정보(즉, 위치(또는 관절 각도), 속도(또는 관절 각속도), 가속도(또는 관절 각도속도))를 경계 조건으로 하여 5차 또는 그 이상의 다항식 보간을 사용하여 생성할 수 있다.

5차 다항식 보간은 하기 식을 이용하여 행할 수 있다.

P＝a₅t⁵＋a₄t⁴＋a₃t³＋a₂t²＋a₁t＋a₀

이하, 상기 식을 이용하여 동적 기본 자세(동작 유닛 A의 단점(端点))를 대체하는 정적 기본 자세를 생성하기 위한 의사(擬似) 프로그램ㆍ코드를 나타낸다.

// 5차 함수 보간 함수

유닛 A의 위치: double y00

유닛 A의 속도: double dy00

유닛 A의 가속도: double ddy00

유닛 A-동적 기본 자세 사이의 시간: double tt

동적 기본 자세의 위치: double ytt

동적 기본 자세의 속도: double dytt

동적 기본 자세의 가속도: double ddytt

물론, 각 기본 자세는 로봇의 안정성에 영향을 미치지 않는 범위에서의 허용값을 가져도 되므로, 5차보다도 낮은 차수의 다항식, 또는 직선 보간을 이용하여 간단하게 정적 기본 자세를 생성할 수도 있다.

본 발명에 관한 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법에 따르면 동작 유닛의 양 단점이 가속도 성분을 포함하고 있으므로, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 관절의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성 뿐아니라, 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성도 감안하여 그 접속의 가부를 판정할 수 있다.

여기에서는 관절의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성만을 고려하여 동작 유닛끼리를 접속하였을 경우와, 본 발명과 같이 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우에 대해 동작 시뮬레이션 결과를 바탕으로 비교 검토한다.

도 21 및 도 22에는 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우의 보행식 이동 로봇 기체의 ZMP 위치의 X방향 및 Y방향의 변동량을 나타내고 있다.

또한, 도 23 및 도 24에는 관절에 있어서의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성만을 고려하여 동작 유닛을 접속한 경우의 보행식 이동 로봇 기체의 ZMP 위치의 X방향 및 Y방향의 변동량을 나타내고 있다.

각 도면에서, 횡축은 시간축이고, 종축은 ZMP 위치의 X방향 및 Y방향의 변동량을 나타내고 있다. 횡축에 있어서 1.35 부근이 동작 유닛의 접속점에 상당한다. 특히 X방향의 ZMP 위치의 변동량을 비교하였을 경우, 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려하여 접속한 경우가 매끄럽게 접속됨을 알 수 있다.

또, 도 25에는 동작 유닛의 접속점에 있어서의 ZMP 위치의 X방향의 변동량을 확대하여 양자를 비교하고 있다. 단, 실선이 관절에 있어서의 가속도 또는 각가속도의 연속성을 고려한 경우이고, 파선이 관절에 있어서의 위치 또는 각도, 속도 또는 각속도의 연속성만을 고려한 경우이다. 도시한 바와 같이, 전자는 동작 유닛이 매끄럽게 접속되어 있는 데 비해, 후자는 ZMP 위치가 가파르게 변동하는 스파이크 성분이 나타나 있고, 동작 유닛의 접속이 매끄럽지 않음을 알 수 있다.

이 같은 동작 유닛의 접속시에 관절의 가속도 또는 각가속도 성분을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 차이는, 예컨대 주행시나 도약시와 같이 기체가 고속으로 동작하는 경우에 현저히 나타난다. 즉, 고속 동작시에는 가속도 성분을 무시할 수 없으므로, 이것을 무시하여 동작 유닛을 접속하면 가속도 성분은 외란이 되어 기체에 영향을 미치므로, 동작 유닛을 접속할 때에 불안정한 동작이 될 위험이 있다. 또는, 가속도 성분의 영향으로 인해 동작 유닛 사이의 전환 포인트에 현저한 제한이 가해질 수도 있다.

이상, 특정 실시예를 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당업자가 본 실시예의 수정이나 대용을 할 수 있음은 자명한 일이다.

본 발명의 요지는 반드시「로봇」으로 불리는 제품에 국한되는 것은 아니다. 즉, 전기적 또는 자기적인 작용을 통해 인간의 동작과 유사한 운동을 하는 기계장치라면, 예컨대 완구 등과 같은 다른 산업 분야에 속하는 제품일지라도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.

요컨대, 예시라는 형태로 본 발명을 개시한 것에 불과하므로 한정적으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 요지를 판단하기 위해서는 앞서 기재한 특허 청구범위를 참작해야 한다.

본 발명에 따르면, 다관절 구조로 이루어지고 또한 각 관절을 시계열적으로 동작시킴으로써 소정의 행동 시퀀스를 발현할 수 있는, 보행식 이동 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각 관절의 시계열적인 동작으로 이루어지는 기본 동작 유닛, 및 기본 동작의 조합으로 이루어지는 복합 동작 유닛을 이용하여 소정의 행동 시퀀스를 발현할 수 있는, 보행식 이동 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법, 및 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 가속도 성분을 무시할 수 없는 고속 동작시에도 기체 동작의 안정성을 유지한 채로 동작 유닛을 접속하여 행동 시퀀스를 발현할 수 있는, 보행식 이동 로봇을 위한 우수한 동작 제어 장치 및 동작 제어 방법, 및 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법을 제공할 수 있다.

Claims

적어도 복수개의 가동 다리를 구비한 다관절 구성의 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치이며,

각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 이용하여 행동 시퀀스를 생성하는 행동 시퀀스 생성부와,

상기 생성된 행동 시퀀스에 따라 상기 각 관절의 동작을 제어하는 운동 제어부를 구비하고,

상기 동작 유닛은 상기 동작 유닛의 동작 개시 및 동작 종료의 각 단점(端点)에 있어서의 각 관절의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도를 포함한 동적 기본 자세와, 양단(兩端)의 동적 기본 자세 사이를 접속하는 하나 이상의 운동 자세로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성부는 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성부는 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동적 기본 자세를 상기 동작 유닛 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성부는 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 하나 이상의 운동 자세를 상기 동작 유닛에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성부는 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동작 유닛을 상기 동작 유닛 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
제1항에 있어서, 동적 기본 자세를 하나 이상의 정적인 자세 데이터로 변환하는 자세 데이터 변환부를 더 구비하고,

상기 운동 제어부는 정적인 자세 데이터에 기초하여 각 관절의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 장치.
적어도 복수개의 가동 다리를 구비한 다관절 구성의 보행식 가동 로봇의 동작 제어 방법으로서,

각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 이용하여 행동 시퀀스를 생성하는 행동 시퀀스 생성 단계와,

상기 생성된 행동 시퀀스에 따라, 상기 각 관절의 동작을 제어하는 운동 제어 단계를 구비하고,

상기 동작 유닛은 상기 동작 유닛의 동작 개시 및 동작 종료의 각 단점에 있어서의 각 관절의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도를 포함한 동적 기본 자세와, 양단의 동적 기본 자세 사이를 접속하는 하나 이상의 운동 자세로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성 단계에서는, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성 단계에서는, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여, 각 동적 기본 자세끼리가불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동적 기본 자세를 상기 동작 유닛 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성 단계에서는, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에 있어서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여, 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 하나 이상의 운동 자세를 상기 운동 유닛 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 행동 시퀀스 생성 단계에서는, 2개의 동작 유닛을 접속할 때에는 각 동작 유닛의 접속측의 각 단점에서의 동적 기본 자세가 갖는 적어도 가속도 또는 관절 각가속도의 연속성을 고려하여, 각 동적 기본 자세끼리가 불연속인 경우에는 연속성을 보상하는 동작 유닛을 상기 동작 유닛 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
제7항에 있어서, 동적 기본 자세를 하나 이상의 정적인 자세 데이터로 변환하는 자세 데이터 변환 단계를 더 구비하고,

상기 운동 제어 단계에서는 정적인 자세 데이터에 기초하여 각 관절의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇의 동작 제어 방법.
적어도 복수개의 가동 다리를 구비한 다관절 구성의 보행식 이동 로봇에 있어서의 각 관절의 시계열적인 동작을 기술한 동작 유닛을 생성하는 동작 유닛 생성 방법으로서,

동작 유닛의 양 단점에 있어서의 각 관절의 적어도 가속도 또는 관절 각가속도를 기술한 동적 기본 자세의 임시 설정, 및 안정화 조건의 설정을 행하는 단계와,

동작 유닛 내에서 양 단점의 동적 기본 자세 사이에 삽입되는 각 운동 자세의 임시 설정을 행하는 단계와,

임시 설정된 동적 기본 자세를 갖는 동작 유닛의 운동 패턴의 안정화 처리를 행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법.
제13항에 있어서, 동적 기본 자세를 포함하는 동작 유닛을 적어도 3개 이상의 정적 기본 자세에 의해 구성되는 정적 기본 자세 유닛으로 변환하여 대체하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법.
제13항에 있어서, 상기 동작 유닛의 운동 패턴을 안정화 처리하는 단계는,

(a) 상기 동작 유닛을 실현하기 위한 족부 운동, 체간 운동, 상지 운동, 허리부의 자세 및 높이를 설정하는 서브 단계와,

(b) 상기 서브 단계 (a)에 의해 설정된 족부 운동에 기초하여 ZMP 궤도를 설정하는 서브 단계와,

(c) 상기 서브 단계 (b)에 의해 설정된 ZMP 상에서 모멘트가 균형잡히는 허리부 운동의 해를 구하는 서브 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행식 이동 로봇을 위한 동작 유닛 생성 방법.