JP2009184034A - Legged robot and control method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】外乱に対しても、爪先関節を駆動させながら安定して歩行することができる脚式ロボット、及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る脚式ロボットは胴体10と、足平部26は、爪先部26aと爪先関節27を介して連結された踵部26bとから構成され、歩容データは、爪先部26aの目標位置姿勢と爪先関節27の目標角度とを含み、制御部30は、距離検出部16の検出結果に基づいて、爪先部26aの目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、爪先関節27の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算部と、爪先補正量計算部により計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、歩容データを修正する歩容データ修正部と、を備え、爪先補正量計算部は、踵部26bが離床している間、爪先関節補正量を所定の値に保持する。
【選択図】図4A legged robot that can stably walk while driving a toe joint against disturbance, and a control method thereof.
A legged robot according to the present invention includes a torso 10 and a foot part 26 including a toe part 26a and a heel part 26b connected via a toe joint 27, and gait data is stored in the toe part. 26a includes the target position / posture 26a and the target angle of the toe joint 27, and the control unit 30 corrects the toe part correction amount for correcting the target position / posture of the toe part 26a based on the detection result of the distance detection unit 16, and the toe joint. Gait data is corrected based on the toe correction amount calculation unit for calculating the toe joint correction amount for correcting the target angle of 27, and the toe part correction amount and the toe joint correction amount calculated by the toe correction amount calculation unit And a toe correction amount calculation unit holds the toe joint correction amount at a predetermined value while the heel part 26b is getting out of bed.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は脚式ロボット、及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a legged robot and a control method thereof.
近年、脚部の下端に足平部を設けたロボットにおいて、足平部を、爪先と爪先関節を介して連結する踵とから構成して、爪先関節を駆動させながら歩行を行う脚式ロボットが開発されている。 In recent years, in a robot having a foot portion at the lower end of the leg portion, a legged robot that walks while driving the toe joint, where the foot portion is composed of a toe and a heel connecting via a toe joint. Has been developed.
このような脚式ロボットでは、まず、足平部の足裏部分を床面に接触させて支持脚とし、その後に足平の裏面で床面を押して脚部全体(ロボット全体)を持ち上げるように脚部を駆動することで、次の歩行動作を行う。駆動された脚部は遊脚となる一方、他の脚部が支持脚となり、このように、遊脚と支持脚を交互に繰り返して切替えることで、歩行動作を行うことができる。ここで、支持脚から遊脚へと切り替わる際の離床動作においては、まず踵を浮かせて、爪先関節を駆動させて爪先立ちしながら脚の蹴りだし動作を行う。一方、遊脚から支持脚へと切り替わる際の着床動作においては、まず踵から着床して、爪先を路面に倣うように制御することで、足平部の足裏全体を路面に着地させる。 In such a legged robot, firstly, the sole part of the foot part is brought into contact with the floor surface to be a supporting leg, and then the entire leg part (the entire robot) is lifted by pressing the floor surface on the back surface of the foot. The following walking motion is performed by driving the leg. The driven leg portion is a free leg, while the other leg portion is a support leg. Thus, a walking motion can be performed by alternately switching the free leg and the support leg. Here, in the bed leaving operation when switching from the supporting leg to the free leg, first, the heel is lifted, and the toe joint is driven to perform the kicking operation of the leg while standing on the toe. On the other hand, in the landing operation when switching from the free leg to the supporting leg, the entire foot sole of the foot is landed on the road surface by first landing from the heel and controlling the toe to follow the road surface. .
特許文献1には、相対的に揺動可能に接続された2つの足平部と、これら足平部を相対的に揺動させるアクチュエータを備えた足先装置が開示されている。特許文献1に記載の足先装置によれば、爪先部に相当する足平部の接地面は、接地している状態では揺動軸の前後いずれにも亘って伸びており、つま先関節を持つロボットを安定的に支えることができる。 Patent Document 1 discloses a foot tip device including two foot portions connected so as to be relatively swingable, and an actuator for relatively swinging these foot portions. According to the foot toe device described in Patent Document 1, the ground contact surface of the foot corresponding to the toe portion extends to both the front and rear of the swing shaft in a grounded state, and has a toe joint. The robot can be supported stably.
特許文献2には、脚部の下端部に設けられた足平部と、足平部の前端部に上下回動自在に設けられる爪先部とを備えた脚式移動ロボットが開示されている。特許文献2に記載の脚式移動ロボットによれば、爪先部の底面が足平部の底面と同一方向となるように爪先部を付勢する付勢手段を更に設けており、広い歩幅で高速歩行を行うことができる。
しかしながら、特許文献1及び2記載の技術では、爪先関節を駆動させながら高速に歩行しようとする際に、路面凹凸や人などとの接触によって発生する外乱に対して、ロボットを安定化する技術については述べられていないものであった。また本出願人による出願(特願2007−02863号)に記載の技術では、前記がイランに対しても安定に歩行する技術を開示しているが、ロボットの制御量が不連続となることがある。ここで、不要にローパスフィルタなどを用いて制御量の連続性を確保しようとすると位相遅れが発生し、外乱に対して不安定になる場合がある。例えば、外乱によってロボットの体幹が傾いた場合には、ロボットはその傾きを戻すために必要な床反力モーメントを足平部から得ることができずに転倒する虞がある。このように従来技術では、爪先関節を駆動させながら歩行する技術と、外乱に対して安定化する技術とを両立させることができず、爪先を駆動させながら安定して歩行することができないという問題があった。
However, in the techniques described in
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、外乱に対しても、爪先関節を駆動させながら安定して歩行することができる脚式ロボット、及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a legged robot capable of stably walking while driving a toe joint against disturbance, and a control method thereof. Objective.
本発明に係る脚式ロボットは、胴体と、該胴体に連結された脚部と、該脚部の下端に設けられた足平部と、該足平部の足裏と路面との距離を検出する距離検出部と、歩容データに基づいて前記脚部の関節を駆動制御する制御部と、を備えた脚式ロボットであって、前記足平部は、爪先部と爪先関節を介して該爪先部に連結された踵部とから構成され、前記歩容データは、前記爪先部の目標位置姿勢と前記爪先関節の目標角度とを含み、前記制御部は、前記距離検出部の検出結果に基づいて、前記爪先部の目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、前記爪先関節の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算部と、前記爪先補正量計算部により計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、前記歩容データを修正する歩容データ修正部と、を備え、前記爪先補正量計算部は、前記踵部が離床している間、前記爪先関節補正量を所定の値に保持するものである。 The legged robot according to the present invention detects a distance between a torso, a leg connected to the torso, a foot provided at a lower end of the leg, and a sole and a road surface of the foot. A leg-type robot comprising: a distance detecting unit that controls driving of the joint of the leg based on gait data; and the foot part is connected to the toe part via the toe part and the toe joint. The gait data includes a target position / posture of the toe part and a target angle of the toe joint, and the control unit includes a detection result of the distance detection unit. Based on the toe part correction amount for correcting the toe part correction amount for correcting the target position and orientation of the toe part and the toe joint correction amount for correcting the target angle of the toe joint, and the toe correction amount calculator The gait data is corrected based on the calculated toe part correction amount and toe joint correction amount. Comprising a Rufuyo data correcting portion, the toe correction amount calculating section, while the heel portion is off the floor and is intended for holding the toe joint correction amount to a predetermined value.
このように爪先部補正量と爪先関節補正量を独立に算出し、かつ踵部が離床している間は爪先関節補正量を所定の値に保持することで、爪先関節を駆動させて、踵部が離床して爪先部により爪先立ちしている場合においても、爪先関節補正量の連続性を保証することができる。このため、無駄なローパスフィルタなどを用いて制御量の連続性を確保する必要がなく、位相遅れの発生を抑制することができる。従って、外乱に対しても、安定化に必要なモーメントを足平部から良好に得ることができ、爪先関節を駆動させながら安定して歩行することができる。 In this way, the toe part correction amount and the toe joint correction amount are calculated independently, and while the buttocks are getting out of bed, the toe joint correction amount is held at a predetermined value to drive the toe joint, Even when the part leaves the floor and stands on the toe by the toe part, the continuity of the toe joint correction amount can be ensured. For this reason, it is not necessary to ensure the continuity of the controlled variable using a useless low-pass filter or the like, and the occurrence of phase delay can be suppressed. Therefore, the moment necessary for stabilization can be obtained well from the foot against disturbance, and the toe joint can be driven while walking stably.
また、前記爪先補正量計算部は、前記爪先関節の目標角度が所定の閾値以上となる場合に、前記爪先関節補正量を所定の値に保持するようにしてもよい。このように、爪先関節の目標角度に応じて、踵部が離床しているか否かを判定することで、爪先関節の駆動の認識のみによって爪先関節補正量を保持させるように切替えることができ、良好に応答することができる。 Further, the toe correction amount calculation unit may hold the toe joint correction amount at a predetermined value when a target angle of the toe joint is equal to or greater than a predetermined threshold. Thus, according to the target angle of the toe joint, it can be switched to hold the toe joint correction amount only by recognizing the driving of the toe joint by determining whether or not the buttocks are getting out of bed, Can respond well.
さらにまた、前記爪先補正量計算部は、前記踵部が離床している間、前記踵部が離床する時点以前の爪先関節補正量のうちで直前の制御周期における爪先関節補正量を前記爪先関節補正量として保持するようにしてもよい。このように、踵部が離床している間、踵部が離床する直前の制御周期における爪先関節補正量を保持することで、爪先関節補正量の連続性を容易に保証することができる。 Furthermore, the toe correction amount calculation unit calculates the toe joint correction amount in the immediately preceding control cycle among the toe joint correction amounts before the time when the buttocks get out of bed while the buttocks get out of bed. You may make it hold | maintain as a correction amount. Thus, while the buttocks are getting out of bed, the continuity of the toe joint correction amounts can be easily ensured by holding the toe joint correction amounts in the control cycle immediately before the buttocks get out of bed.
また、接地面から見た相対的な前記爪先部に前記足平部を制御するための爪先座標系を規定し、前記爪先補正量計算部は、前記距離検出部の検出結果に基づいて、前記爪先座標系における前記爪先部の目標位置姿勢と実際の位置姿勢との偏差を計算し、該偏差に所定のゲインを乗じて前記爪先部補正量を計算し、前記爪先関節の目標角度と実際の角度との偏差を計算し、該偏差に所定のゲインを乗じて前記爪先関節補正量を計算するようにしてもよい。このように、爪先部に爪先座標系を規定して、爪先座標系における爪先部補正量と、爪先関節補正量とをそれぞれ別に計算することで、踵部が離床している間、補正量計算を容易に実行することができる。 Further, a toe coordinate system for controlling the foot part is defined on the toe part relative to the ground surface, and the toe correction amount calculation unit is based on the detection result of the distance detection unit. The deviation between the target position and orientation of the toe part in the toe coordinate system and the actual position and orientation is calculated, the toe part correction amount is calculated by multiplying the deviation by a predetermined gain, the target angle of the toe joint and the actual angle A deviation from the angle may be calculated, and the toe joint correction amount may be calculated by multiplying the deviation by a predetermined gain. In this way, by defining the toe coordinate system for the toe part and calculating the toe part correction amount and the toe joint correction amount separately in the toe coordinate system, the correction amount calculation is performed while the buttocks are getting out of bed. Can be executed easily.
さらにまた、前記胴体の姿勢を検出する胴体姿勢検出部を更に備え、前記制御部は、前記胴体姿勢検出部の検出結果に基づいて、前記胴体の目標とする姿勢と実際の姿勢との偏差を計算し、前記歩容データ修正部は、当該偏差を小さくするように前記歩容データを修正するようにしてもよい。 Furthermore, a body posture detection unit that detects the posture of the body is further provided, and the control unit calculates a deviation between a target posture of the body and an actual posture based on a detection result of the body posture detection unit. The gait data correction unit may calculate and correct the gait data so as to reduce the deviation.
また、前記脚式ロボットの重心位置を検出する重心位置検出部を更に備え、前記制御部は、前記重心位置検出部の検出結果に基づいて、前記足平部を基準とした前記脚式ロボットの目標とする重心位置と実際の重心位置との偏差を計算し、前記歩容データ修正部は、当該偏差を小さくするように前記歩容データを修正するようにしてもよい。 In addition, a center-of-gravity position detection unit that detects a center-of-gravity position of the legged robot is further provided, and the control unit is configured to detect the legged robot based on the foot part based on the detection result of the center-of-gravity position detection unit. The deviation between the target center-of-gravity position and the actual center-of-gravity position may be calculated, and the gait data correction unit may correct the gait data so as to reduce the deviation.
さらにまた、前記距離検出部は、前記爪先部の足裏に設けられた少なくとも4個の距離センサと、前記踵部の足裏に設けられた少なくとも2個の距離センサとの出力信号から前記足平部の足裏と路面との距離を検出するようにしてもよい。 Furthermore, the distance detection unit is configured to output the foot signal from output signals of at least four distance sensors provided on the sole of the toe and at least two distance sensors provided on the sole of the heel. You may make it detect the distance of the sole of a flat part, and a road surface.
本発明に係る脚式ロボットの制御方法は、胴体と、該胴体に連結された脚部と、該脚部の下端に設けられた足平部と、を備え、前記足平部は、爪先部と爪先関節を介して該爪先部に連結された踵部とから構成された脚式ロボットの制御方法であって、前記爪先部の目標位置姿勢と前記爪先関節の目標角度とを含む歩容データに基づいて、前記脚部の関節を駆動制御する制御ステップは、前記足平部の足裏と路面との距離を検出し、該検出結果に基づいて、前記爪先部の目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、前記爪先関節の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算ステップと、前記計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、前記歩容データを修正する歩容データ修正ステップと、を有し、前記爪先補正量計算ステップでは、前記爪先関節の目標角度が所定の閾値以上となる場合に、前記爪先関節補正量を所定の値に保持するものである。 A control method for a legged robot according to the present invention includes a torso, a leg connected to the torso, and a foot provided at a lower end of the leg, and the foot is a toe part. And a gait data including a target position / posture of the toe part and a target angle of the toe joint, and a control method for a legged robot that is connected to the toe part via a toe joint. The control step of driving and controlling the joint of the leg based on the detection detects the distance between the sole of the foot and the road surface, and corrects the target position and orientation of the toe based on the detection result. Based on the toe correction amount calculating step for calculating the toe portion correction amount and the toe joint correction amount for correcting the target angle of the toe joint, and based on the calculated toe portion correction amount and the toe joint correction amount, the steps A gait data correction step for correcting the condition data, and The amount calculating step, when the target angle of the toe joint is greater than or equal to a predetermined threshold value, is to hold the toe joint correction amount to a predetermined value.
このように、爪先関節補正量と爪先関節補正量を独立に算出し、かつ爪先関節の目標角度が所定の閾値以上となる場合に、爪先関節補正量を所定の値に保持することで、爪先関節を駆動させて、踵部が離床して爪先部により爪先立ちしている場合においても、爪先関節補正量の連続性を保証することができる。このため、無駄なローパスフィルタなどを用いて制御量の連続性を確保する必要がなく、位相遅れの発生を抑制することができる。従って、外乱に対しても、安定化に必要なモーメントを足平部から良好に得ることができ、爪先関節を駆動させながら安定して歩行する制御が可能となる。 Thus, by calculating the toe joint correction amount and the toe joint correction amount independently, and maintaining the toe joint correction amount at a predetermined value when the target angle of the toe joint is equal to or greater than a predetermined threshold, Even when the joint is driven and the buttocks leave the floor and the toes stand on the toes, continuity of the toe joint correction amount can be ensured. For this reason, it is not necessary to ensure the continuity of the controlled variable using a useless low-pass filter or the like, and the occurrence of phase delay can be suppressed. Therefore, the moment necessary for stabilization can be obtained well from the foot portion against disturbance, and the control of walking stably while driving the toe joint is possible.
本発明によれば、外乱に対しても、爪先関節を駆動させながら安定して歩行することができる脚式ロボット、及びその制御方法を提供することを目的とする。 According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a legged robot that can stably walk while driving a toe joint against disturbance, and a control method therefor.
発明の実施の形態1.
本実施の形態1に係る脚式ロボットは、胴体と、胴体に連結された脚部と、脚部の下端に設けられた足平部と、足平部の足裏と路面との距離を検出する距離検出部と、歩容データに基づいて脚部の関節を駆動制御する制御部と、を備える。足平部は、爪先部と、爪先関節を介して爪先部に連結された踵部とから構成される。歩容データは、爪先部の目標位置姿勢と爪先関節の目標角度とを少なくとも含む。ここで、脚式ロボットの制御部は、距離検出部の検出結果に基づいて、爪先部の目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、爪先関節の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算部と、爪先補正量計算部により計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、前記歩容データを修正する歩容データ修正部と、を備える。脚式ロボットの爪先補正量計算部は、踵部が離床している間、爪先関節補正量を所定の値に保持することを特徴とする。
Embodiment 1 of the Invention
The legged robot according to the first embodiment detects the distance between the trunk, the leg connected to the trunk, the foot provided at the lower end of the leg, and the sole of the foot and the road surface. And a control unit that drives and controls the joints of the legs based on the gait data. The foot part is composed of a toe part and a heel part connected to the toe part via a toe joint. The gait data includes at least a target position / posture of the toe part and a target angle of the toe joint. Here, the control unit of the legged robot calculates a toe part correction amount for correcting the target position and orientation of the toe part and a toe joint correction amount for correcting the target angle of the toe joint based on the detection result of the distance detection unit. A toe correction amount calculation unit to calculate, and a gait data correction unit to correct the gait data based on the toe portion correction amount and the toe joint correction amount calculated by the toe correction amount calculation unit. The toe correction amount calculation unit of the legged robot holds the toe joint correction amount at a predetermined value while the buttocks are getting out of bed.
脚式ロボットの歩行動作においては、距離検出部での検出結果を用いて足平部の足裏を路面に倣わせる足裏倣い制御と、胴体姿勢検出部での検出結果を用いてロボットの姿勢を倒立させる倒立振子制御とを組み合わせることで安定化制御を実現している。本実施の形態1に係る脚式ロボットによれば、踵部が離床している間は爪先関節補正量を所定の値に保持することで、爪先関節を駆動させて、踵部が離床して爪先部により爪先立ちしている場合においても、爪先関節補正量の連続性を保証することができる。このため、無駄なローパスフィルタなどを用いて制御量の連続性を確保する必要がなく、位相遅れの発生を抑制することができる。従って、外乱に対しても、安定化に必要なモーメントを足平部から良好に得ることができ、爪先関節を駆動させながら安定して歩行することができる。 In the walking motion of a legged robot, using the detection result of the distance detection unit, the sole imitation control that causes the sole of the foot to follow the road surface and the detection result of the torso posture detection unit are used. Stabilization control is realized by combining with the inverted pendulum control that inverts the posture. According to the legged robot according to the first embodiment, while the buttocks are getting out of bed, the toe joint correction amount is held at a predetermined value, so that the toe joint is driven and the buttocks get out of bed. Even when the toe stands on the toe part, the continuity of the toe joint correction amount can be ensured. For this reason, it is not necessary to ensure the continuity of the controlled variable using a useless low-pass filter or the like, and the occurrence of phase delay can be suppressed. Therefore, the moment necessary for stabilization can be obtained well from the foot against disturbance, and the toe joint can be driven while walking stably.
図1は、本実施の形態1に係る脚式ロボットの概要を示す図である。ロボット100は、胴体10と、胴体10に連結された2本の脚を有する。尚、図1には、一方の脚部20のみを示しており、他方の脚部は図示を省略している。胴体10は、ロボット100の動作(脚部の各関節の動作)を制御する制御部30と、胴体の加速度を検出する加速度センサ12と、胴体の10の鉛直方向に対する傾斜角(姿勢角)を検出する姿勢角センサ14を備える。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the legged robot according to the first embodiment. The
脚部20は、股関節21、膝関節23、足首関節25、大腿リンク22、脛リンク24、及び足平部としての足平リンク26を備える。大腿リンク22と脛リンク24は、直線で模式化して示してある。股関節21は、胴体10と大腿リンク22を揺動可能に連結している。膝関節23は、大腿リンク22と脛リンク24を揺動可能に連結している。足首関節25は、脛リンク24と足平リンク26を揺動可能に連結している。脚部20の下端には足平部としての足平リンク26が設けられる。足平リンク26は板状の部材であり、足平リンクの裏面(足裏面)は平面となっている。
The
図2は、本実施の形態1に係るロボット100の足平リンク26の構成を説明するための図である。足平リンク26は、爪先部26aと、爪先関節27を介して爪先部26aに連結された踵部26bとから構成される。ロボット100の歩行動作中には、爪先関節27を駆動することで、爪先部26aを路面に対して接地させたまま、踵部26bを浮かせることができる。即ち、踵部26bを浮かせたまま爪先部26aのみを接地させることにより、ロボット100を直立させることができる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the
足平リンク26には、距離検出部としての足裏距離センサ16が設けられている。足裏距離センサ16は、足平リンク26の裏面(足裏面)と接地面Sとの距離を検出する。図2に示すように、爪先部26a及び踵部26bは、上面視において、略矩形状に形成されている。爪先部26aの四隅近傍には、4つの足裏距離センサ16a、16b、16c、16dがそれぞれ設けられている。ここでは、爪先部26aの爪先側に2つの足裏距離センサ16a及び16dが、踵部方向側に2つの足裏距離センサ16b及び16cが設けられている。足裏距離センサ16a及び16dは、爪先部26aの前方の所定位置における足裏面と接地面Sとの距離を検出し、足裏距離センサ16b及び16cは、爪先部26aの後方の所定位置における足裏面と接地面Sとの距離を検出する。踵部26bには、爪先部側とは反対側の二隅に2つの足裏距離センサ16e及び16fがそれぞれ設けられている。足裏距離センサ16e及び16fは、踵部26bの後方の所定位置における足裏面と接地面Sとの距離を検出する。従って、足裏距離センサ16a及び16dが検出する距離と、足裏距離センサ16b及び16cが検出する距離と、足裏距離センサ16e及び16fが検出する距離との差から、足平リンク26の足裏面の接地面Sに対する傾きを求めることができる。また、足平リンク26と路面との間には着地時の衝撃を吸収するための衝撃吸収部材が設けられている。衝撃吸収部材は足裏距離センサ16と一体的に形成される。
The
各関節には図示しないモータが内蔵されており、制御部30からの指令に基づいて駆動される。モータを駆動することによって、関節に連結されたリンク同士を揺動させることができる。図示を省略している他方の脚部も、脚部20と同様の構造を有する。制御部30が2本の脚部の関節(詳細には関節角)を適宜制御することにより、ロボット100を歩行させることができる。
Each joint incorporates a motor (not shown) and is driven based on a command from the
図1においては、説明の便宜上、ロボット100が進行する向き(前後方向)をx軸、ロボット100が進行する方向に対して水平方向に直交する向き(左右方向)をy軸、ロボット100の進行する平面から鉛直方向に延びる向き(上下方向)をz軸とし、これら3軸からなる絶対座標系を用いて説明する。即ち、図1において、x軸は紙面に向かって左右方向、y軸は紙面の奥行き方向、z軸は紙面中の上下方向を示す。尚、ロボット100の胴体10に対して点Obを特定し固定する。足平リンク26に対して点Ofを特定し固定する。
In FIG. 1, for convenience of explanation, the direction in which the
ロボット100は、記憶部50に記憶されている歩容データに基づいて制御される。歩容データには、胴体10の目標位置(目標胴体位置)、胴体10の目標姿勢角(目標胴体姿勢角)、足平リンク26の目標位置(目標足平位置)、足平リンク26の目標姿勢角(目標足平姿勢角)、及び爪先関節27の目標角度(目標爪先関節角度)のそれぞれの時系列データが含まれる。ここで、目標足平位置、及び目標足平姿勢角として、爪先部26aの目標位置姿勢角(目標爪先位置、目標爪先姿勢角)または踵部26bの目標位置姿勢角(目標踵位置、目標踵姿勢角)のどちらか一方の位置及び姿勢角を用いればよい。
The
歩容データは、シミュレーション等によってロボット100を安定して歩行させることができるように作成されている。即ち、目標胴体位置、目標胴体姿勢角、目標足平位置、目標足平姿勢角、及び目標爪先関節角度は、ロボット100のZMP位置が接地面に接地した足裏で囲まれた凸包内となる関係を満足するように設定されている。作成された歩容データは、ロボット100の記憶部50に記憶される。後述するように、制御部30は、歩容データに含まれる目標胴体位置等に実胴体位置等を一致させるように各関節を制御する。
The gait data is created so that the
目標胴体位置は、絶対座標系に対する特定点Obの位置で表される。特定点Obを原点とする胴体座標系を用いる場合には、目標胴体姿勢角は、絶対座標系に対する胴体座標系の傾きで表される。実胴体姿勢角は、胴体10に備えられた姿勢角センサ14によって検出することができる。目標足平位置は、絶対座標系に対する特定点Ofの位置で表される。目標足平姿勢角は、接地面に対する足裏面の角度で表される。特定点Ofを原点とする足平座標系を用いる場合には、目標足平姿勢角は、絶対座標系に対する足平座標系の傾きで表してもよい。実足平姿勢角は、後述するように、足平リンク26に備えられた足裏距離センサ16によって検出することができる。
The target body position is represented by the position of the specific point Ob with respect to the absolute coordinate system. In the case of using a body coordinate system having the specific point Ob as the origin, the target body posture angle is represented by the inclination of the body coordinate system with respect to the absolute coordinate system. The actual body posture angle can be detected by a
図3は、本実施の形態1に係るロボット100の制御座標系の構成を説明するための図である。本実施の形態1に係るロボット100では、足平リンク26を制御するための制御座標系を爪先部26aに規定する。即ち、図3(a)に示すように、特定点Ofを爪先部26aに設け、特定点Ofを原点とする爪先座標系を用いて足平リンク26の制御を行う。歩容データについて、足平リンク26の目標足平位置と目標足平姿勢角とに基づいて、目標爪先位置、目標爪先姿勢角、及び目標爪先関節角度とが予め求められ、記憶部50に記憶される。足平リンク26の制御において、爪先関節角度を用いて爪先部26aの位置姿勢が踵部26bの位置姿勢へと変換された後、逆キネマティクスにより各関節の目標角度が求められる。尚、図3(b)に示すように、踵部26bに相当する足平リンク26の後方部に特定点Ofを設けた場合には、目標胴体位置及び目標胴体姿勢角の時系列データを含む腰座標系の目標軌道と、目標足平位置及び目標足平姿勢角の時系列データを含む足先座標系の目標軌道とから、逆キネマティクスにより各関節の目標角度を求めることで制御を行う。
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the control coordinate system of the
続いて、本実施の形態1に係るロボット100の制御システム1の詳細について説明する。制御システム1は、倒立制御を実行すると共に、足裏倣い制御を実行する。倒立制御は、実胴体位置及び姿勢角を目標胴体位置及び姿勢角に一致する制御である。尚、胴体姿勢角の代わりに重心位置を用いてもよい。足裏倣い制御は、接地面から見た相対的な実足平位置及び実足平姿勢角をそれぞれ目標足平位置及び目標足平姿勢角に一致する制御である。
Next, details of the control system 1 of the
図4は、制御システム1の機能構成を示す機能ブロック図である。制御システム1は、制御部30と、記憶部50と、姿勢角センサ14と、モータ15と、足裏距離センサ16等を有している。
FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the control system 1. The control system 1 includes a
記憶部50には、歩容データ51及び路面ノミナル位置・傾斜情報52が記憶されている。歩容データ51は、目標胴体位置、目標胴体姿勢角、目標足平位置、目標足平姿勢角、及び爪先関節27の目標角度の時系列データを含む。ここで、目標足平位置として爪先位置または目標踵位置を、目標足平姿勢角として目標爪先姿勢角または目標踵姿勢角のどちらか一方をそれぞれ用いればよい。歩容データ上で足裏が接地面と接触するときは、足裏面と接地面を面接触状態とするため、目標足平姿勢角(仮想的な接地面に対する仮想的な足裏面の傾き)はゼロに設定されている。また、歩容データ上の各目標値は、ロボット100のZMP位置が接地している脚の足裏で囲まれた凸包内となる関係を満たすように決定されている。路面ノミナル位置・傾斜情報52は、ロボット100が移動する路面の存在情報であり、路面の位置・傾斜に関する基準値を示す。
The
制御部30は、記憶部50に記憶された歩容データ51等を読み出すと共に、読み出した歩容データ51等によって特定されるロボット100の姿勢を実現するために必要な脚部20の関節角を算出する。そして、このように算出した関節角に基づく信号をモータ15に送信する。また、制御部30は、センサからの信号を受けて、モータの駆動量を調整する。
The
より詳細には、制御部30は、足裏倣い制御部61と、倒立制御部62と、関節角変換部63と、各軸制御器64と、を備える。制御部30内では、実胴体姿勢角と目標胴体姿勢角の偏差に基づくフィードバック制御系(倒立制御部62による倒立制御系)と、接地面から見た相対的な実足平姿勢角と目標足平姿勢角の偏差に基づくフィードバック制御系(足裏倣い制御部61による倣い制御系)が含まれる。以後、足裏倣い制御の偏差については、接地面から見た相対的な足平姿勢角に関するものを示すものとする。
More specifically, the
足裏倣い制御部61は、実足平姿勢角を目標足平姿勢角に一致させるように、例えば足裏が接地面に密着している状態を目標として、踵側が接地面から浮いている場合には、足平リンク26の爪先側を脛リンク24に近づける方向に足平リンク26を回転させる。即ち、足裏面と接地面との面接触を維持するように足平リンク26を回転させる。実足平姿勢角は、足平リンク26が備える足裏距離センサ16a、16b、16c、16dの出力値から求められる。尚、足裏倣い制御部61の詳細については後述する。
When the sole
倒立制御部62は、ロボット100の胴体位置姿勢を目標位置姿勢に維持する機能を果たす。胴体位置姿勢は、実際の胴体位置と胴体姿勢角であり、目標位置姿勢は、目標の胴体位置と胴体姿勢角である。実胴体姿勢角は、胴体10に備えられた姿勢角センサ14で検出される。姿勢角センサ14は、例えば胴体10の角速度を検出するジャイロと、ジャイロの出力(角速度)を積分する積分器と、重力加速度ベクトルを検出する3軸加速度センサで構成される。尚、倒立制御部62の詳細については後述する。
The
また、制御部30は図示しない爪先補正量計算部と歩容データ修正部を備える。爪先補正量計算部は、爪先部26aの位置姿勢と爪先関節27の角度について、まず、足裏距離センサ16の出力値と追従すべき目標値との偏差を計算し、歩容データを修正するための爪先補正量(爪先部補正量及び爪先関節補正量)を計算する。歩容データ修正部は、爪先補正量計算部で計算された爪先部補正量と、後述する倣い制御目標値補正量とから足先目標値補正量を計算する。そして、足先目標値補正量に基づいて、足裏と路面との位置関係が目標値に追従するように歩容データを修正する。
The
より詳細には、以下のようにして記憶部50に記憶された歩容データ(目標胴体位置、目標胴体姿勢角、目標爪先位置、目標爪先姿勢角、及び目標爪先関節角度の時系列データ)が修正され、関節角変換部63に入力される。図3においては、胴体位置姿勢目標値は、目標胴体位置及び目標胴体姿勢角の時系列データを含む。また、爪先位置姿勢目標値は、目標爪先位置及び目標爪先姿勢角の時系列データを含む。爪先関節角度目標値は、目標爪先関節角度の時系列データを含む。また、目標爪先位置及び目標爪先姿勢角の代わりに、目標踵位置及び目標踵姿勢角を用いてもよい。
More specifically, the gait data (time series data of the target body position, the target body posture angle, the target toe position, the target toe posture angle, and the target toe joint angle) stored in the
記憶部50に記憶された目標胴体位置は、目標胴体加速度と実胴体加速度の偏差に基づいて補正された後に関節角変換部63に入力される。目標胴体加速度は、目標胴体位置を2回微分することによって求められる。実胴体加速度は、加速度センサ12により検出される。
The target body position stored in the
記憶部50に記憶された目標爪先位置は、目標爪先位置と実足爪先位置の偏差に基づいて補正された後に関節角変換部63に入力される。実爪先位置は、足裏距離センサ16により検出される。
The target toe position stored in the
記憶部50に記憶された目標胴体姿勢角は、そのまま関節角変換部63に入力される。同時に、目標胴体姿勢角と実胴体姿勢角の偏差(胴体姿勢角偏差)が求められる。胴体姿勢角偏差は倒立制御部62に入力されて、胴体姿勢角偏差を小さくする方向に胴体を回転させる胴体補正角が算出される。実胴体姿勢角は、姿勢角センサ14により検出される。尚、図3においては、胴体補正角は足裏倣い制御部61における補正量となるため、胴体補正角を倣い制御目標値補正量という。
The target body posture angle stored in the
記憶部50に記憶された目標爪先姿勢角と実爪先姿勢角の偏差(爪先姿勢角偏差)が求められる。実爪先姿勢角は、足裏距離センサ16により検出される。また、記憶部50に記憶された目標爪先関節角度と実爪先関節角度の偏差(爪先関節角度偏差)が求められる。実爪先関節角度は、足裏距離センサ16により検出される。足裏倣い制御部61によって、入力された角度(爪先姿勢角偏差と、爪先関節角度偏差と、胴体補正角とを加算した角度)を小さくする方向へ足平を回転させる足平補正角が求められる。記憶部50に記憶された目標爪先姿勢角は、上述した足平補正角が加算された後に(足平補正角で補正された後に)関節角変換部63に入力される。尚、図3においては、足平補正角を足先目標値補正量という。
A deviation (toe posture angle deviation) between the target toe posture angle and the actual toe posture angle stored in the
関節角変換部63には、以上のようにして修正された歩容データが入力される。これらの値から、関節角変換部63では、逆キネマティクスの演算によって脚部20の各関節の目標関節角が算出される。ここで、それぞれの目標値は、絶対座標系に対する値で表されている。関節角変換部63では、目標爪先位置と目標胴体位置の差から爪先と胴体の相対位置を計算し、目標爪先姿勢角(足平補正角によって補正されている)と目標胴体姿勢角の差から爪先と胴体の相対回転角を計算する。計算された相対位置と相対回転角を実現する目標関節角が算出される。
The gait data corrected as described above is input to the joint
各軸制御器64は、関節角変換部63により送信された目標関節角の信号に基づいて、脚部20を駆動するための各モータ15の駆動量を特定し、これらの駆動量でモータ15を駆動させるためのモータ駆動信号を各モータに送信する。これによって、脚部20の各関節における駆動量が変更され、ロボット100の動きが制御される。
Each
続いて、図5を参照しながら、本実施の形態1に係る倒立制御部62について詳細に説明する。図5は、倒立制御部62の機能構成を示す機能ブロック図である。図5に示すように、倒立制御部62は、姿勢偏差計算部621と、コントローラ622と、リミッタ623と、を有する。
Next, the
倒立制御部62は、まず、姿勢偏差計算部621において、胴体姿勢目標値(胴体の目標姿勢)と、胴体姿勢計測値(姿勢角センサ14により検出した実姿勢)との偏差を計算する。そして、計算した胴体の姿勢偏差に基づき、所定のコントローラ622によって、足裏倣い制御で使用する足裏と路面との目標相対位置・目標相対姿勢の補正量を計算する。
The
次いで、倒立制御部62は、足裏距離センサ16の出力値に基づき、足裏が路面から剥がれたか否かを判定する。判定の結果、足裏が路面から剥がれていない場合には、計算された目標相対位置・目標相対姿勢に対して補正を行わずに、倣い制御目標値補正量として出力する。一方で、足裏が路面から剥がれた場合には、リミッタ623を介して、計算した補正量を制限する。即ち、リミッタ623は、目標相対位置・目標相対姿勢の補正量の大きさに制限を加えるものである。リミッタ623は、入力された補正量の大きさが許容範囲内を超えているときに、許容限界の値を出力する。このリミッタ623を設けることで、足裏倣い制御部61に入力される倣い制御目標値補正量を制限する。これによって、倣い制御系(足裏倣い制御部61)が倒立制御系(倒立制御部62)よりも優勢に作用することを保証する。従って、倣い制御系が優勢に作用して、足裏面が接地面と面接触することを保証することができる。
Next, the
次いで、倒立制御部62は、計算された補正量に基づいて、胴体の姿勢偏差を小さくする方向へ、足裏と路面との目標相対位置・目標相対姿勢を補正する。補正された目標相対位置・目標相対姿勢を倣い制御目標値補正量として足裏倣い制御部61へと出力する。
Next, the
続いて、図6乃至9を参照しながら、本実施の形態1に係る足裏倣い制御部61について詳細に説明する。図6は、足裏倣い制御部61の機能構成を示す機能ブロック図である。図7は、足裏倣い制御部61による制御処理の概要を説明するためのフローチャートである。図8は、足平リンク26の偏差を説明するための図である。図9は、爪先関節27を駆動させながら歩行する様子を例示する図である。図6に示すように、足裏倣い制御部61は、距離センサ目標値計算部611と、差分器612と、爪先偏差計算部613と、加算器614と、補償器615を有する。
Next, the sole
足裏倣い制御部61は、まず、爪先関節角度目標値が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS101)。判定の結果、爪先関節角度目標値が所定の閾値より小さい場合には、踵部26bは離床していないものと認識し、足裏倣い制御部61は、足裏距離センサ16の検出結果に基づいて、爪先部26aに規定した座標系における爪先位置姿勢目標値と実爪先位置姿勢との偏差(爪先位置姿勢偏差)と、目標爪先関節角度と実爪先関節角度の偏差(爪先関節角度偏差)とを、それぞれ独立に計算する(ステップS102)。
The sole
以下、爪先位置姿勢偏差及び爪先関節角度偏差の計算方法について詳細に説明する。まず、足裏倣い制御部61は、距離センサ目標値計算部611において、歩容データ51に含まれる爪先位置姿勢目標値(目標爪先位置・姿勢角の軌道)と、路面の存在情報である路面のノミナル位置・傾斜情報52とから、足裏距離センサ16の高さ目標値を計算する。言い換えると、爪先部26aの目標位置・姿勢角を示す軌道データと、爪先部26aが実際に着地する地点(ノミナル位置・傾斜)とから、足裏距離センサ16の目標とする時系列値を計算する。即ち、目標とする足裏距離センサ16の出力値を計算する。尚、ノミナル位置・傾斜に代えて、ロボット100の一歩分の着地位置から足平リンク26の着地位置・姿勢を計算することで、目標とする足裏距離センサ16の出力値を計算するようにしてもよい。
Hereinafter, a method for calculating the toe position / posture deviation and the toe joint angle deviation will be described in detail. First, the foot
次いで、足裏倣い制御部61は、計算した足裏距離センサ16の目標値と、足裏距離センサ16によって実際に計測された計測値とから、足裏距離センサ16の偏差を差分器612により計算する。そして、爪先偏差計算部613において、計算した足裏距離センサ16の偏差から、爪先部26aの足裏と路面との相対位置偏差・相対姿勢偏差を計算する。また、爪先偏差計算部613において、計算した足裏距離センサ16の偏差とから、爪先関節角度偏差を計算する。
Next, the sole
図8(a)は、爪先関節角度目標値が所定の閾値以下となる場合を示す例であり(図に示す例では、爪先関節角度目標値が略0であり、足平リンク26全体が路面に倣っている状態)、足裏倣い制御部61は、足裏距離センサ16の偏差から、爪先位置姿勢偏差及び爪先関節角度偏差を計算する。尚、爪先座標系における爪先位置姿勢偏差(ロール、ピッチ、z)を(Ψt,θt,Zt)として表す。Ztは鉛直方向における測定高さに関する偏差を示す。爪先関節角度偏差をθtoeとして表す。
FIG. 8A is an example showing a case where the toe joint angle target value is equal to or smaller than a predetermined threshold (in the example shown in the figure, the toe joint angle target value is substantially 0, and the
爪先位置姿勢偏差(Ψt,θt,Zt)については、爪先部26aの足裏に設けられた4つの足裏距離センサ16a乃至16dの出力結果に基づいて計算する。より詳細には、足裏と足裏距離センサ16が配置される位置の幾何学的関係から近似を用いて、各足裏距離センサ16a乃至16dの出力値の偏差(Δz1,Δz2,Δz3,Δz4)と、各足裏距離センサ16の偏差に対応する変換行列とから、爪先位置姿勢偏差(Ψt,θt,Zt)を一意に決定することができる。
The toe position / posture deviation (Ψt, θt, Zt) is calculated based on the output results of the four
また、爪先関節角度偏差θtoeについては、爪先部26aの足裏に設けられた4つの足裏距離センサ16a乃至16dと、踵部26bの足裏に設けられた2つの足裏距離センサ16e及び16fとの出力結果に基づいて計算する。より詳細には、足裏と足裏距離センサ16が配置される位置の幾何学的関係から近似を用いて、各足裏距離センサ16a乃至16fの出力値の偏差(Δz1,Δz2,Δz3,Δz4,Δz5,Δz6)と、各足裏距離センサ16の偏差に対応する変換行列とから、爪先関節角度偏差θtoeを一意に決定することができる。
Regarding the toe joint angle deviation θtoe, the four
図7に戻って説明を続ける。足裏倣い制御部61は、ステップS102で計算した各偏差から、爪先位置姿勢偏差から爪先部補正量を計算すると共に、爪先関節角度偏差から爪先関節補正量をそれぞれ計算する(ステップS103)。次いで、計算された爪先補正量を含む足先目標値補正量を実現するように歩容データを修正する(ステップS104)。より詳細には、足裏倣い制御部61において、補償器615において、所定の伝達関数を用いて、爪先位置姿勢偏差から爪先部補正量を計算すると共に、爪先関節角度偏差から爪先関節補正量をそれぞれ計算する。ここで、倒立制御部62からの出力である倣い制御目標値補正量が、爪先位置姿勢偏差に加算器614により加算され、加算された結果が、補償器615に入力される。倣い制御目標値補正量は、爪先関節角度偏差に加算器614により加算され、加算された結果が、補償器615に入力される。補償器615において、所定の伝達関数を用いて、倣い制御目標値補正量が加算された爪先位置姿勢偏差から爪先部補正量を計算すると共に、倣い制御目標値補正量が加算された爪先関節角度偏差から爪先関節補正量をそれぞれ計算する。計算された爪先補正量(爪先部補正量及び爪先関節補正量)を含む補正量を足先目標値補正量として出力し、足先目標値補正量により、偏差が小さくなるように爪先部26aの目標位置姿勢及び爪先関節27の目標角度を補正する。
Returning to FIG. 7, the description will be continued. The sole
一方、ステップS101における判定の結果、爪先関節角度目標値が所定の閾値以上である場合には、踵部26bが離床しているものと認識し、足裏倣い制御部61は、上述したようにして、足裏距離センサ16の検出結果に基づいて、爪先位置姿勢偏差を計算する(ステップS105)。次いで、足裏倣い制御部61は、ステップS105で計算した爪先位置姿勢偏差から、実際に歩容データを補正するための爪先部補正量を計算する(ステップS106)。
On the other hand, if the result of determination in step S101 is that the toe joint angle target value is greater than or equal to a predetermined threshold value, it is recognized that the
次いで、足裏倣い制御部61は、足裏距離センサ16の偏差から爪先関節角度偏差を新たに計算せずに、所定の値を爪先関節補正量として保持する(ステップS107)。このため、踵部26bが離床している間は、爪先関節角度偏差を計算せず、爪先関節補正量は変化せずに一定となる。このように、爪先関節27の目標角度に応じて、踵部26bが離床しているか否かを判定することで、爪先関節27の駆動の認識のみによって爪先関節補正量を保持させるように切替えることができ、良好に応答することができる。
Next, the sole
尚、踵部26bが離床しているか否かの判定は爪先関節27の駆動の認識に応じて実施する構成に限定されず、例えば、爪先関節27の目標角度に応じて踵部26bが離床する期間を予め求めて記憶しておき、その離床期間内において、所定の値を爪先関節補正量として保持させるようにしてもよい。
The determination as to whether or not the
図8(b)は、爪先関節角度目標値が所定の閾値より小さくなる場合を示す例であり(図に示す例では、踵部26bが離床した状態)、足裏倣い制御部61は、足裏距離センサ16の偏差から、爪先位置姿勢偏差のみを計算し、爪先関節角度偏差については計算を行わず、所定の値を爪先関節補正量として保持する。尚、爪先関節角度偏差θtoeを新たに計算しない場合における、所定の定数値をconstとして表す。
FIG. 8B is an example showing a case where the toe joint angle target value is smaller than a predetermined threshold (in the example shown in the figure, the
爪先位置姿勢偏差(Ψt,θt,Zt)については、上述したようにして、爪先部26aの足裏に設けられた4つの足裏距離センサ16a乃至16dの出力結果に基づいて計算する。
As described above, the toe position / posture deviation (Ψt, θt, Zt) is calculated based on the output results of the four
一方で、爪先関節角度偏差θtoeについては、足裏距離センサ16の出力結果に基づいて新たに偏差を計算せず(即ち、θtoe=constと設定し)、踵部26bが離床している間は、例えば、踵部26bが離床する時点以前の爪先関節補正量のうちで直前の制御周期における爪先関節補正量を爪先関節補正量として保持する。このように、踵部26bが離床している間、踵部26bが離床する直前の制御周期における爪先関節補正量を保持することで、爪先関節補正量の連続性を容易に保証することができる。
On the other hand, with respect to the toe joint angle deviation θtoe, a new deviation is not calculated based on the output result of the sole distance sensor 16 (that is, θtoe = const), and while the
図9は、本実施の形態1に係る脚式ロボット100が、爪先関節27を駆動させながら歩行する様子を例示する図である。図に示すように、支持脚期の後半から、踵部26bを路面から浮かせるように爪先関節27を駆動させることで、歩行時の歩幅を大きくすることができ、高速に歩行しやすくなる。駆動させた爪先関節角度は遊脚期の途中において元に戻し、足平リンク26が路面に着床する際には、踵部26bから着床するように制御する。図8に示す例では、図8(b)及び(c)に示す支持脚期の後半において、爪先関節角度目標値が所定の閾値以上となり、爪先関節補正量を所定の値に保持する。そして、図8(d)から(e)に示す期間にかけて、爪先関節角度偏差を所定の定数に設定することで爪先関節補正量を0とし、駆動させた爪先関節角度を元に戻すように制御する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state where the
以上説明したように、本実施の形態1に係る脚式ロボット100は、その脚部20の下端に設けられた足平部26は、爪先部26aと、爪先関節27を介して爪先部26aに連結された踵部26bとから構成される。脚部20の関節を駆動制御するための歩容データは、爪先部26aの目標位置姿勢と爪先関節の目標角度とを少なくとも含む。ここで、脚式ロボット100の制御部30は、足裏距離センサ16の検出結果に基づいて、爪先部26aの目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、爪先関節27の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算すると共に、計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、歩容データを修正する。脚式ロボット100の制御部30は、踵部26bが離床している間、爪先関節補正量を所定の値に保持することを特徴とする。
As described above, in the
本実施の形態1に係る脚式ロボット100によれば、爪先部補正量と爪先関節補正量を独立に算出し、かつ踵部26bが離床している間は爪先関節補正量を所定の値に保持することで、爪先関節27を駆動させて、踵部26bが離床して爪先部26aにより爪先立ちしている場合においても、爪先関節補正量の連続性を保証することができる。このため、無駄なローパスフィルタなどを用いて制御量の連続性を確保する必要がなく、位相遅れの発生を抑制することができる。従って、外乱に対しても、安定化に必要なモーメントを足平部から良好に得ることができ、爪先関節27を駆動させながら安定して歩行することができる。
According to the
その他の実施の形態.
上述した実施の形態においては、ロボット100は2本の脚を備えるものとしたが本発明はこれに限定されない。少なくとも2本以上の脚を有し、それぞれの脚の下端には足平部が設けられ、足平部の足裏には少なくとも3個以上の距離センサを備える脚式ロボットに対しても、本発明を適用することができる。
Other embodiments.
In the embodiment described above, the
尚、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention already described.
1 制御システム、
10 胴体、
12 加速度センサ、14 姿勢角センサ、15 モータ、16 距離センサ
20 脚部、21 股関節、22 大腿リンク、23 膝関節、24 脛リンク、
25 足首関節、26 足平リンク、26a 爪先部、26b 踵部、27 爪先関節、
30 制御部、50 記憶部、
51 歩容データ、52 路面ノミナル位置・傾斜、
60 演算処理部、61 倣い制御部、62 倒立制御部、63 関節角変換部、
64 各軸制御器、
611 距離センサ目標値計算部、613 爪先偏差計算部、615 補償器、
621 姿勢偏差計算部、622 コントローラ、623 リミッタ、
100 ロボット
1 control system,
10 torso,
12 acceleration sensor, 14 posture angle sensor, 15 motor, 16
25 ankle joint, 26 foot link, 26a toe part, 26b buttocks, 27 toe joint,
30 control unit, 50 storage unit,
51 gait data, 52 road surface nominal position / tilt,
60 arithmetic processing units, 61 copying control unit, 62 inversion control unit, 63 joint angle conversion unit,
64 Each axis controller,
611 Distance sensor target value calculator, 613 toe deviation calculator, 615 compensator,
621 Attitude deviation calculator, 622 controller, 623 limiter,
100 robot
Claims (8)
前記足平部は、爪先部と爪先関節を介して該爪先部に連結された踵部とから構成され、
前記歩容データは、前記爪先部の目標位置姿勢と前記爪先関節の目標角度とを含み、
前記制御部は、
前記距離検出部の検出結果に基づいて、前記爪先部の目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、前記爪先関節の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算部と、
前記爪先補正量計算部により計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、前記歩容データを修正する歩容データ修正部と、を備え、
前記爪先補正量計算部は、
前記踵部が離床している間、前記爪先関節補正量を所定の値に保持する
ことを特徴とする脚式ロボット。 A torso, a leg connected to the torso, a foot provided at a lower end of the leg, a distance detecting unit for detecting a distance between the sole of the foot and the road surface, and gait data A control unit that drives and controls the joints of the legs based on
The foot part is composed of a toe part and a heel part connected to the toe part via a toe joint,
The gait data includes a target position and posture of the toe part and a target angle of the toe joint,
The controller is
A toe correction amount calculation unit for calculating a toe part correction amount for correcting the target position and orientation of the toe part and a toe joint correction amount for correcting the target angle of the toe joint based on the detection result of the distance detection unit; ,
A gait data correction unit that corrects the gait data based on the toe part correction amount and the toe joint correction amount calculated by the toe correction amount calculation unit;
The toe correction amount calculation unit
While the buttocks are getting out of bed, the toe joint correction amount is maintained at a predetermined value.
前記爪先関節の目標角度が所定の閾値以上となる場合に、前記爪先関節補正量を所定の値に保持する
ことを特徴とする請求項1記載の脚式ロボット。 The toe correction amount calculation unit
The legged robot according to claim 1, wherein when the target angle of the toe joint is equal to or greater than a predetermined threshold, the toe joint correction amount is held at a predetermined value.
前記踵部が離床している間、前記踵部が離床する時点以前の爪先関節補正量のうちで直前の制御周期における爪先関節補正量を前記爪先関節補正量として保持する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の脚式ロボット。 The toe correction amount calculation unit
While the buttocks are getting out of bed, the toe joint correction amount in the immediately preceding control cycle is held as the toe joint correction amount among the toe joint correction amounts before the time when the buttocks gets out of bed. Item 3. The legged robot according to item 1 or 2.
前記爪先補正量計算部は、
前記距離検出部の検出結果に基づいて、前記爪先座標系における前記爪先部の目標位置姿勢と実際の位置姿勢との偏差を計算し、該偏差に所定のゲインを乗じて前記爪先部補正量を計算し、
前記爪先関節の目標角度と実際の角度との偏差を計算し、該偏差に所定のゲインを乗じて前記爪先関節補正量を計算する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の脚式ロボット。 Defining a toe coordinate system for controlling the foot on the toe,
The toe correction amount calculation unit
Based on the detection result of the distance detection unit, a deviation between the target position and orientation of the toe part in the toe coordinate system and an actual position and orientation is calculated, and the deviation is multiplied by a predetermined gain to obtain the toe part correction amount. Calculate
4. The toe joint correction amount is calculated by calculating a deviation between a target angle of the toe joint and an actual angle, and multiplying the deviation by a predetermined gain. 5. Legged robot.
前記制御部は、
前記胴体姿勢検出部の検出結果に基づいて、前記胴体の目標とする姿勢と実際の姿勢との偏差を計算し、
前記歩容データ修正部は、
当該偏差を小さくするように前記歩容データを修正する
ことを特徴とする請求項1記載の脚式ロボット。 A body posture detection unit for detecting the posture of the body;
The controller is
Based on the detection result of the fuselage posture detection unit, the deviation between the target posture of the fuselage and the actual posture is calculated,
The gait data correction unit
The legged robot according to claim 1, wherein the gait data is corrected so as to reduce the deviation.
前記制御部は、
前記重心位置検出部の検出結果に基づいて、前記足平部を基準とした前記脚式ロボットの目標とする重心位置と実際の重心位置との偏差を計算し、
前記歩容データ修正部は、
当該偏差を小さくするように前記歩容データを修正する
ことを特徴とする請求項1記載の脚式ロボット。 A centroid position detector for detecting a centroid position of the legged robot;
The controller is
Based on the detection result of the center-of-gravity position detection unit, the deviation between the target center-of-gravity position of the legged robot and the actual center-of-gravity position with respect to the foot is calculated,
The gait data correction unit
The legged robot according to claim 1, wherein the gait data is corrected so as to reduce the deviation.
ことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の脚式ロボット。 The distance detection unit is configured to output from the output signals of at least four distance sensors provided on the soles of the toes and at least two distance sensors provided on the soles of the heels. The legged robot according to any one of claims 1 to 6, wherein a distance between the sole and the road surface is detected.
前記爪先部の目標位置姿勢と前記爪先関節の目標角度とを含む歩容データに基づいて、前記脚部の関節を駆動制御する制御ステップは、
前記足平部の足裏と路面との距離を検出し、該検出結果に基づいて、前記爪先部の目標位置姿勢を補正する爪先部補正量と、前記爪先関節の目標角度を補正する爪先関節補正量とを計算する爪先補正量計算ステップと、
前記計算された爪先部補正量と爪先関節補正量とに基づいて、前記歩容データを修正する歩容データ修正ステップと、を有し、
前記爪先補正量計算ステップでは、
前記爪先関節の目標角度が所定の閾値以上となる場合に、前記爪先関節補正量を所定の値に保持する
ことを特徴とする脚式ロボットの制御方法。 A torso, a leg connected to the torso, and a foot provided at a lower end of the leg, and the foot is connected to the toe via a toe and a toe joint. A legged robot control method comprising a heel part,
Based on the gait data including the target position and posture of the toe part and the target angle of the toe joint, the control step of driving and controlling the joint of the leg part includes:
The toe joint that detects the distance between the sole of the foot and the road surface, and corrects the target position and orientation of the toe part based on the detection result and the target angle of the toe joint A toe correction amount calculating step for calculating a correction amount;
A gait data correction step for correcting the gait data based on the calculated toe part correction amount and the toe joint correction amount,
In the toe correction amount calculating step,
A control method for a legged robot, wherein the toe joint correction amount is held at a predetermined value when a target angle of the toe joint is equal to or greater than a predetermined threshold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008024124A JP2009184034A (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Legged robot and control method thereof |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014518774A (en) * | 2011-03-21 | 2014-08-07 | 本田技研工業株式会社 | Robot control method and storage medium |
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2008
- 2008-02-04 JP JP2008024124A patent/JP2009184034A/en active Pending
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