JP4384021B2

JP4384021B2 - 脚式ロボットの制御装置

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Publication number: JP4384021B2
Application number: JP2004361711A
Authority: JP
Inventors: 謙一郎杉山; 太郎横山; 浩司真木; 直秀小川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: KR20060067831A; JP2006167841A; US7877165B2; KR100776849B1; EP1671874B1; KR100807449B1; CN100421887C; EP1671874A3; KR20070078102A; HK1089998A1; EP1671874A2; CN1788947A; US20060129278A1

Description

この発明は脚式ロボットの制御装置に関し、より詳しくは、上体に接続された脚部と腕部を備え、脚部を駆動して移動すると共に、腕部で人と握手するようにした脚式ロボットの制御装置に関する。

従来、人とのコミュニケーション機能を向上させるため、人と握手できるようにしたロボットが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されるロボットにあっては、ハンドに圧力センサシートを埋め込んで握手したときの人の把持力を検出し、検出した把持力に応じて発話内容を変更する（具体的には、把持力が適度であるときは「よろしく」と発声し、把持力が強いときは「痛い」と発声する）と共に、腕部を動作させる（具体的には、把持力が強いときは腕部を引っ込ませるように動作させる）ことで、コミュニケーション機能を向上させるようにしている。尚、特許文献１に記載されるロボットは、車輪を駆動して移動するロボットである。
特開２００４−２８３９７５号公報（段落００６２から００６６、図８および図９）

ロボットが人と握手するとき、腕部には少なからず外力が作用する。上記した特許文献１に記載されるロボットにあっては、車輪で移動するように構成しているため、握手したときに腕部に作用する外力は姿勢を安定に保つ上で特に問題とならないが、脚部を駆動して移動する脚式ロボット、特に２足の脚式ロボットにあっては、その姿勢を乱すのに十分な外乱となり得る。即ち、従来の脚式ロボットにあっては、人と握手することにより、姿勢の不安定化を招くおそれがあった。

従ってこの発明の目的は上記した課題を解決し、人との握手を可能にしてコミュニケーション機能を向上させると共に、握手したときの姿勢を安定に保つようにした脚式ロボットの制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、上体に接続された脚部と腕部と、前記脚部を駆動する脚部アクチュエータと、前記腕部を駆動する腕部アクチュエータとを備えた脚式ロボットの制御装置において、前記腕部アクチュエータの動作を制御して前記腕部に握手の姿勢を生成する腕部動作制御手段と、前記握手の姿勢が生成された腕部に作用する外力を検出する外力検出手段と、および前記検出された外力が所定値を超えるとき、前記脚式ロボットの姿勢安定制御の実施を開始する姿勢安定制御開始手段とを備えると共に、前記姿勢安定制御は、検出される外力が前記所定値よりも大きく設定された第２の所定値を超えるとき、前記ロボットが前記検出される外力の向きと同方向に移動するように前記脚部アクチュエータの動作を制御する如く構成した。

また、請求項２にあっては、さらに、握手する人の位置を認識する人位置認識手段を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記認識された人の位置に基づいて前記握手の姿勢を変更する如く構成した。

また、請求項３にあっては、さらに、人を識別する識別情報を記憶して前記ロボットに送出する識別情報送出手段を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記送出された識別情報に基づいて前記握手の姿勢を変更する如く構成した。

請求項１に係る脚式ロボットの制御装置にあっては、腕部を駆動する腕部アクチュエータの動作を制御して握手の姿勢を生成すると共に、握手の姿勢が生成された腕部に作用する外力（即ち、人と握手したときに腕部に作用する外力）を検出し、検出した外力が所定値を超えるとき、脚式ロボットの姿勢安定制御の実施を開始し、姿勢安定制御は、検出される外力が前記所定値よりも大きく設定された第２の所定値を超えるとき、ロボットがその外力の向きと同方向に移動するように脚部アクチュエータの動作を制御する如く構成したので、人との握手を可能にしてコミュニケーション機能を向上させることができると共に、握手したときに腕部に作用する外力に応じてバランスをとって姿勢を安定に保つことができる。特に、検出される外力が第２の所定値を超えるとき、ロボットがその外力の向きと同方向に（即ち、腕部に作用する外力を緩和する方向に）移動するように脚部アクチュエータの動作を制御する如く構成したので、握手したときの姿勢を一層安定に保つことができる。また、人が意図的に外力を加えた場合には、それに呼応してロボットが移動するため、コミュニケーション機能のさらなる向上を図ることができる。

請求項２に係る脚式ロボットの制御装置にあっては、握手する人の位置を認識し、認識した人の位置に基づいて握手の姿勢を変更する如く構成したので、人が握手し易い位置に腕部を差し出すことが可能となり、コミュニケーション機能をより向上させることができる。

請求項３に係る脚式ロボットの制御装置にあっては、人の識別情報に基づいて握手の姿勢を変更する、より詳しくは、識別情報に基づいて握手する人の固有情報（身長など）を取得し、取得した固有情報に基づいて握手の姿勢を変更する如く構成したので、握手する人に応じて最適な位置（最も握手し易い位置）に腕部を差し出すことが可能となり、コミュニケーション機能をより一層向上させることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る脚式ロボットの制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、第１実施例に係る脚式ロボットの制御装置が搭載されるロボットの正面図であり、図２は図１に示すロボットの側面図である。尚、この実施例にあっては、脚式ロボットとして、２本の脚部と２本の腕部を備えた、２足歩行して移動するヒューマノイド型のロボットを例にとる。

図１に示すように、脚式ロボット（以下単に「ロボット」と呼ぶ）１０は、左右の脚部１２Ｌ，１２Ｒ（左側をＬ、右側をＲとする。以下同じ）を備える。脚部１２Ｌ，１２Ｒは、上体１４の下部に連結される。上体１４は、その上部に頭部１６が連結されると共に、側部に左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒが連結される。左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒの先端には、それぞれハンド（エンドエフェクタ）２２Ｌ，２２Ｒが連結される。

また、図２に示すように、上体１４の背部には格納部２４が設けられ、その内部には電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と呼ぶ）２６やバッテリ（図示せず）などが収容される。

図３は、図１に示すロボット１０をスケルトンで表す説明図である。以下、図３を参照し、ロボット１０の内部構造について関節を中心に説明する。

左右の脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ大腿リンク３０Ｌ，３０Ｒと下腿リンク３２Ｌ，３２Ｒと足部３４Ｌ，３４Ｒとを備える。大腿リンク３０Ｌ，３０Ｒは、股関節を介して上体１４に連結される。尚、図３では、上体１４を上体リンク３６として簡略的に示す。また、大腿リンク３０Ｌ，３０Ｒと下腿リンク３２Ｌ，３２Ｒは、膝関節を介して連結されると共に、下腿リンク３２Ｌ，３２Ｒと足部３４Ｌ，３４Ｒは足関節を介して連結される。

股関節は、Ｚ軸（ヨー軸。具体的には、ロボット１０の高さ方向）回りの回転軸４０Ｌ，４０Ｒと、Ｙ軸（ピッチ軸。具体的には、ロボット１０の左右方向）回りの回転軸４２Ｌ，４２Ｒと、Ｘ軸（ロール軸。具体的には、ロボット１０の前後方向）回りの回転軸４４Ｌ，４４Ｒとから構成される。即ち、股関節は、３自由度を備える。

尚、この実施例においては、鉛直軸上方をＺ軸の＋方向とし、下方を−方向とする。また、ロボット１０の前方をＸ軸の＋方向とし、後方を−方向とする。さらに、ロボット１０の左方（前方に向かって左方）をＹ軸の＋方向とし、右方を−方向とする。

膝関節は、Ｙ軸回りの回転軸４６Ｌ，４６Ｒから構成され、１自由度を備える。また、足関節は、Ｙ軸回りの回転軸４８Ｌ，４８ＲとＸ軸回りの回転軸５０Ｌ，５０Ｒとから構成され、２自由度を備える。このように、左右の脚部１２Ｌ，１２Ｒのそれぞれには、３個の関節を構成する６個の回転軸（自由度）が与えられ、脚部全体としては、合計１２個の回転軸が与えられる。

脚部１２Ｌ，１２Ｒは、アクチュエータ（図示せず）によって駆動される。以下、脚部１２Ｌ，１２Ｒを駆動するアクチュエータを「脚部アクチュエータ」と呼ぶ。脚部アクチュエータは、具体的には上体１４や脚部１２Ｌ，１２Ｒの適宜位置に配置された１２個の電動モータからなり、上記した１２個の回転軸を個別に駆動する。従って、脚部アクチュエータの動作を制御して各回転軸を適宜な角度で駆動することにより、脚部１２Ｌ，１２Ｒに所望の動きを与えることができる。

また、左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒは、それぞれ上腕リンク５２Ｌ，５２Ｒと下腕リンク５４Ｌ，５４Ｒとハンド２２Ｌ，２２Ｒとを備える。上腕リンク５２Ｌ，５２Ｒは、肩関節を介して上体１４に連結される。また、上腕リンク５２Ｌ，５２Ｒと下腕リンク５４Ｌ，５４Ｒは、肘関節を介して連結されると共に、下腕リンク５４Ｌ，５４Ｒとハンド２２Ｌ，２２Ｒは手関節を介して連結される。

肩関節は、Ｙ軸回りの回転軸５６Ｌ，５６Ｒと、Ｘ軸回りの回転軸５８Ｌ，５８Ｒと、Ｚ軸回りの回転軸６０Ｌ，６０Ｒとから構成され、３自由度を備える。一方、肘関節は、Ｙ軸回りの回転軸６２Ｌ，６２Ｒから構成され、１自由度を備える。また、手関節は、Ｚ軸回りの回転軸６４Ｌ，６４Ｒと、Ｙ軸回りの回転軸６６Ｌ，６６Ｒと、Ｘ軸回りの回転軸６８Ｌ，６８Ｒとから構成され、３自由度を備える。このように、左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒのそれぞれには、３個の関節を構成する７個の回転軸（自由度）が与えられ、腕部全体として合計１４個の回転軸が与えられる。

腕部２０Ｌ，２０Ｒも、脚部１２Ｌ，１２Ｒと同様に図示しないアクチュエータによって駆動される。以下、腕部２０Ｌ，２０Ｒを駆動するアクチュエータを「腕部アクチュエータ」と呼ぶ。腕部アクチュエータは、具体的には上体１４や腕部２０Ｌ，２０Ｒの適宜位置に配置された１４個の電動モータからなり、上記した１４個の回転軸を個別に駆動する。従って、腕部アクチュエータの動作を制御して各回転軸を適宜な角度で駆動することにより、腕部２０Ｌ，２０Ｒに所望の動きを与えることができる。

また、ハンド２２Ｌ，２２Ｒには、５本の指部７０Ｌ，７０Ｒが設けられる。指部７０Ｌ，７０Ｒは、図示しない駆動機構（アクチュエータを含む）によって動作自在とされ、腕部２０Ｌ，２０Ｒの動きに連動して物を把持するなどの動作が実行可能とされる。

また、頭部１６は、上体１４に首関節を介して連結される。首関節は、Ｚ軸回りの回転軸７２と、Ｙ軸回りの回転軸７４とから構成され、２自由度を備える。回転軸７２，７４も、図示しないアクチュエータ（以下「頭部アクチュエータ」と呼ぶ）によって個別に駆動される。従って、頭部アクチュエータの動作を制御して回転軸７２，７４を適宜な角度で駆動することにより、頭部１６を所望の方向に向けることができる。

また、左右の脚部１２Ｌ，１２Ｒ（具体的には、足部３４Ｌ，３４Ｒと足関節の間）には、それぞれ６軸力センサ７６Ｌ，７６Ｒが取り付けられる。以下、左脚部１２Ｌに取り付けられた６軸力センサ７６Ｌを「左脚６軸力センサ」と呼び、右脚部１２Ｒに取り付けられた６軸力センサ７６Ｒを「右脚６軸力センサ」と呼ぶ。左脚６軸力センサ７６Ｌは、床面から左脚部１２Ｌに作用する床反力（より詳しくは、左脚部１２Ｌを介してロボット１０に作用する床反力）の３方向成分ＦｘＬＦ，ＦｙＬＦ，ＦｚＬＦとモーメントの３方向成分ＭｘＬＦ，ＭｙＬＦ，ＭｚＬＦを示す信号を出力する。また、右脚６軸力センサ７６Ｒは、床面から右脚部１２Ｒに作用する床反力（より詳しくは、右脚部１２Ｒを介してロボット１０に作用する床反力）の３方向成分ＦｘＲＦ，ＦｙＲＦ，ＦｚＲＦとモーメントの３方向成分ＭｘＲＦ，ＭｙＲＦ，ＭｚＲＦを示す信号を出力する。

左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒ（具体的には、ハンド２２Ｌ，２２Ｒと手関節の間）にも、同種の６軸力センサ８０Ｌ，８０Ｒが取り付けられる。以下、左腕部２０Ｌに取り付けられた６軸力センサ８０Ｌを「左腕６軸力センサ」と呼び、右腕部２０Ｒに取り付けられた６軸力センサ８０Ｒを「右腕６軸力センサ」と呼ぶ。左腕６軸力センサ８０Ｌは、左腕部２０Ｌに作用する（より詳しくは、左腕部２０Ｌを介してロボット１０に作用する外力）外力の３方向成分ＦｘＬＨ，ＦｙＬＨ，ＦｚＬＨとモーメントの３方向成分ＭｘＬＨ，ＭｙＬＨ，ＭｚＬＨを示す信号を出力する。また、右腕６軸力センサ８０Ｒは、右腕部２０Ｒに作用する外力（より詳しくは、右腕部２０Ｒを介してロボット１０に作用する外力）の３方向成分ＦｘＲＨ，ＦｙＲＨ，ＦｚＲＨとモーメントの３方向成分ＭｘＲＨ，ＭｙＲＨ，ＭｚＲＨを示す信号を出力する。

尚、上記した６軸力センサ７６Ｌ，７６Ｒ，８０Ｌ，８０Ｒは、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の＋方向の力成分を正値として出力すると共に、−方向の力成分を負値として出力する。

上体１４には傾斜センサ８２が設置され、鉛直軸に対する上体１４の傾き（傾斜角度）とその角速度の少なくともいずれか、即ち、上体１４の傾斜（姿勢）などの状態量を示す信号を出力する。また、頭部１６には、左右のＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒが設置される。ＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒは、同時刻にロボット１０の周囲環境を撮影し、よって得た画像を出力する。

上記したセンサやカメラの出力は、図２で示したＥＣＵ２６に入力される。尚、ＥＣＵ２６はマイクロコンピュータからなり、図示しないＣＰＵや入出力回路、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備える。

図４は、ロボット１０の構成をＥＣＵ２６の入出力関係を中心に表すブロック図である。

図示の如く、ロボット１０は、上記したセンサやカメラに加え、回転角センサ８６と、ジャイロセンサ８８と、ＧＰＳ受信器９０と、リーダー９２を備える。回転角センサ８６は、具体的には複数個のロータリエンコーダからなり、上記した各回転軸の回転角度に応じた信号を出力する。また、ジャイロセンサ８８は、ロボット１０の移動方向と距離に応じた信号を出力する。回転角センサ８６とジャイロセンサ８８の出力は、ＥＣＵ２６に入力される。

ＧＰＳ受信器９０は、衛星から発信された電波を受信し、ロボット１０の位置情報（緯度と経度）を取得してＥＣＵ２６に出力する。また、リーダー９２は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency ID）タグ９４に記憶されている識別情報（具体的には、タグの携帯者（人）を識別する識別情報）を無線で読み込み、ＥＣＵ２６に出力する。

ＥＣＵ２６は、脚６軸力センサ７６Ｌ，７６Ｒ、傾斜センサ８２および回転角センサ８６の出力に基づき、歩行制御を行う。具体的には、前記した脚部アクチュエータ（符号１００で示す）の動作を制御して脚部１２Ｌ，１２Ｒを駆動することにより、ロボット１０を移動（歩行）させる。また、ＥＣＵ２６は、歩行制御などに付随して前記した頭部アクチュエータ（符号１０２で示す）の動作を制御し、頭部１６の向きを調整する。尚、ロボット１０の歩行制御としては、例えば本出願人が先に提案した特開平１０−２７７９６９号公報などに記載される技術が用いられるが、本願の要旨とは直接の関係を有しないのでここでの説明は省略する。

ＥＣＵ２６は、さらに、腕６軸力センサ８０Ｌ，８０Ｒ、ＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒ、ジャイロセンサ８８、ＧＰＳ受信器９０およびリーダー９２の出力に基づき、握手制御を行う。具体的には、前記した腕部アクチュエータ（符号１０４で示す）の動作を制御して握手の姿勢を生成すると共に、握手したときの姿勢を安定に保つために脚部アクチュエータ１００の動作を制御してロボット１０を移動させる。

図５は、ＥＣＵ２６で行われる握手制御の処理を表すブロック図である。尚、以下の説明では、右腕部２０Ｒで握手するものとする。

図５に示すように、ＥＣＵ２６は、画像処理部１１０、自己位置推定部１１２、人特定部１１４、人情報データベース１１６、地図データベース１１８、行動決定部１２０、および動作制御部１２２を備える。

画像処理部１１０は、人位置認識部１１０ａを備える。人位置認識部１１０ａは、ＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒで同時刻に撮影された画像を入力し、それらの視差から距離画像を生成する。また、一方のＣＣＤカメラから撮影時刻の異なる画像を入力し、それらの差分に基づいて動きのある領域を抽出した差分画像を生成する。そして、生成した距離画像と差分画像に基づき、人の位置とそこまでの距離を認識する。尚、画像に基づいて人を認識する手法は、例えば本出願人が先に提案した特開２００４−３０２９０５号公報などに詳しいので、詳細な説明は省略する。

自己位置推定部１１２は、ＧＰＳ受信器９０から入力された位置情報に基づき、ロボット１０の現在位置を推定する。尚、衛星から発信された電波をＧＰＳ受信器９０で受信できないときは、ジャイロセンサ８８によって検出された移動方向と距離に基づき、現在位置を推定する。

人特定部１１４は、リーダー９２を介して入力されたＲＦＩＤタグ９４の識別情報に基づき、人、具体的には、人位置認識部１１０ａで認識された人を識別する。ＲＦＩＤタグ９４は、識別情報を記憶したＩＣ９４ａと、識別情報をリーダー９２に無線で送出するアンテナ９４ｂとからなり、複数の人に携帯される。尚、各人に携帯されるＲＦＩＤ９４には、それぞれ異なる識別情報が記憶されているのは言うまでもない。

人情報データベース１１６には、ＲＦＩＤタグ９４を携帯する人の固有情報が格納される。固有情報には、少なくとも身長や性別などが含まれる。また、地図データベース１１８には、ロボット１０が移動する周囲環境の地図情報が格納される。

行動決定部１２０は、移動経路決定部１２０ａと、握手姿勢決定部１２０ｂと、移動方向決定部１２０ｃとを備える。

移動経路決定部１２０ａは、人位置認識部１１０ａで認識された人の位置と地図データベース１１８に格納された地図情報に基づき、ロボット１０の移動経路、具体的には、人に接近するための移動経路を決定する。

握手姿勢決定部１２０ｂは、人位置認識部１１０ａで認識された人の位置と、識別情報に従って人情報データベース１１６から取得した人の固有情報（具体的には身長）に基づき、握手の姿勢（具体的には右腕部２０Ｒの姿勢）を決定（変更）する。また、移動方向決定部１２０ｃは、握手しているときの右腕６軸力センサ８０Ｒの出力に基づき、ロボット１０の移動方向を決定する。

行動決定部１２０で決定された行動は、動作制御部１２２に送られる。動作制御部１２２は、決定された行動に応じ、脚部アクチュエータ１００と腕部アクチュエータ１０４の動作を制御する。

次いで、図６フローチャートを参照し、ＥＣＵ２６で行われる握手制御について、行動決定部１２０で実行される処理に焦点をおいて詳説する。

以下説明すると、Ｓ１０において、人位置認識部１１０ａで認識した人に接近するように移動経路を決定すると共に、決定した移動経路に従ってロボット１０が移動するように脚部アクチュエータ１００の動作を制御する。

次いでＳ１２に進み、ロボット１０が人に対して所定距離以内に接近したか否か判断する。Ｓ１２で否定されるときはＳ１０に戻り、移動を継続する。一方、Ｓ１２で肯定されるときＳ１４に進んで移動を停止すると共に、Ｓ１６に進み、握手の姿勢が生成されるように（人１３０に右腕部２０Ｒを差し出すように）腕部アクチュエータ１０４の動作を制御する。図７に、人（符号１３０で示す）に対して所定距離（符号Ｄで示す）以内に接近して握手の姿勢を生成したロボット１０を示す。

Ｓ１６では、人位置認識部１１０ａで認識された人の位置と、人情報データベース１１６から取得した人の固有情報（身長）に基づき、右腕部２０Ｒの姿勢を決定（変更）する。具体的には、ロボット１０と人の離間距離が所定距離以内において比較的遠い場合には、近い場合に比してハンド２２Ｒが前方（Ｘ軸の＋方向）に位置するように右腕部２０Ｒの姿勢を決定する。また、握手する人の身長が比較的高い場合には、低い場合に比してハンド２２Ｒが高い場所（Ｚ軸の＋方向）に位置するように右腕部２０Ｒの姿勢を決定する。

次いでＳ１８に進み、右腕６軸力センサ８０Ｒによって検出された外力の３方向成分ＦｘＲＨ，ＦｙＲＨ，ＦｚＲＨの少なくともいずれかの絶対値が、所定値＃Ｆを超えたか否か判断する。ロボット１０が人（符号１３０で示す）と握手すると、右腕部２０Ｒには少なからず外力が作用する。従って、Ｓ１８の判断は、握手が行われているか否か判断することに相当する。尚、所定値＃Ｆは、ハンド２２Ｒに人の手が触れたことが検知できる程度の、比較的小さな値（正値）に設定される。

Ｓ１８で否定されるときは、Ｓ１６に戻り、人の位置（距離）に応じて握手の姿勢を修正しつつ、握手が開始されるのを待つ。他方、Ｓ１８で肯定されるときはＳ２０に進み、姿勢安定制御を実行する。姿勢安定制御は、右腕部２０Ｒに作用した外力によってロボット１０の姿勢が不安化するのを防止するために行う制御であり、その特徴は、検出した外力に基づいて脚部アクチュエータ１００の動作を制御する、より詳しくは、外力が所定値を超えたとき、ロボット１０を外力の向きと同方向に（即ち、右腕部２０Ｒに作用する外力を緩和する方向に）移動させてバランスをとることにある。

図８は、姿勢安定制御の処理を表すフローチャートである。

図８フローチャートを参照して姿勢安定制御について詳説すると、先ずＳ１００において、右腕６軸力センサ８０Ｒによって検出された外力のＸ方向成分ＦｘＲＨが所定値＃Ｆｘ以上か否か判断する。別言すれば、図９に示すように、ロボット１０の右腕部２０Ｒが所定値＃Ｆｘ以上の力で前方（Ｘ軸の＋方向）に引っ張られたか否か判断する。尚、所定値＃Ｆｘは、前記した所定値＃Ｆよりも大きな値（正値）に設定される。

Ｓ１００で肯定されるときはＳ１０２に進み、右腕６軸力センサ８０Ｒによって検出された外力のＹ方向成分ＦｙＲＨの絶対値が所定値＃Ｆｙ以上か否か、別言すれば、右腕部２０Ｒが所定値＃Ｆｙ以上の力で左方（Ｙ軸の＋方向）あるいは右方（Ｙ軸の−方向）に押されたか否か判断する。所定値＃Ｆｙも、所定値＃Ｆよりも大きな値（正値）に設定される。

Ｓ１０２で否定されるときはＳ１０４に進み、ロボット１０を＋Ｘ方向、即ち、右腕部２０Ｒに作用する外力の向きと同方向に移動させる。具体的には、図９に想像線で示す如く、左脚部１２Ｌあるいは右脚部１２Ｒが前方に踏み出されるように、脚部アクチュエータ１００の動作を制御する。尚、踏み出す歩幅（図９に符号ｗで示す）は、ＦｘＲＨの大きさに応じて変更される（具体的には、ＦｘＲＨが大きくなるに従って歩幅ｗも大きくなる）。

他方、Ｓ１０２で肯定されるときはＳ１０６に進み、Ｙ方向成分ＦｙＲＨが正値か否か、即ち、右腕部２０Ｒが押された方向が左方と右方のどちらか判断する。Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進み、ロボット１０を＋Ｘおよび＋Ｙ方向に移動させる。具体的には、左脚部１２Ｌが左前方に踏み出されるように、脚部アクチュエータ１００の動作を制御する。これに対し、Ｓ１０６で否定されるときはＳ１１０に進み、ロボット１０を＋Ｘおよび−Ｙ方向に移動させる。具体的には、右脚部１２Ｒが右前方に踏み出されるように、脚部アクチュエータ１００の動作を制御する。

また、Ｓ１００で否定されるときはＳ１１２に進み、Ｘ方向成分ＦｘＲＨが所定値−＃Ｆｘ以上か否か判断する。別言すれば、ロボット１０の右腕部２０Ｒが所定値＃Ｆｘ以上の力で後方（Ｘ軸の−方向）に押されたか否か判断する。

Ｓ１１２で肯定されるときはＳ１１４に進み、前述したＳ１０２と同様にＹ方向成分ＦｙＲＨの絶対値が所定値＃Ｆｙ以上か否か判断する。Ｓ１１４で否定されるときはＳ１１６に進んでロボット１０を−Ｘ方向に移動させる（左脚部１２Ｌあるいは右脚部１２Ｒを後方に踏み出させる）。

他方、Ｓ１１４で肯定されるときはＳ１１８に進み、Ｙ方向成分ＦｙＲＨが正値か否か判断する。Ｓ１１８で肯定されるときはＳ１２０でロボット１０を−Ｘおよび＋Ｙ方向に移動させる（左脚部１２Ｌを左後方に踏み出させる）一方、Ｓ１１８で否定されるときはＳ１２２でロボット１０を−Ｘおよび−Ｙ方向に移動させる（右脚部１２Ｒを右後方に踏み出させる）。

また、Ｓ１１２で否定されるときはＳ１２４に進み、Ｙ方向成分ＦｙＲＨの絶対値が所定値＃Ｆｙ以上か否か判断し、そこで否定されるときは以降の処理をスキップする（即ち、ロボット１０の移動は行わない）。他方、Ｓ１２４で肯定されるときはＳ１２６に進んでＹ方向成分ＦｙＲＨが正値か否か判断し、そこで肯定されるときはＳ１２８でロボット１０を＋Ｙ方向に移動する（左脚部１２Ｌを左方に踏み出させる）と共に、否定されるときはＳ１３０でロボット１０を−Ｙ方向に移動させる（右脚部１２Ｒを右方に踏み出させる）。

図６フローチャートの説明に戻ると、次いでＳ２２に進み、外力の３方向成分ＦｘＲＨ，ＦｙＲＨ，ＦｚＲＨの全ての絶対値が所定値＃Ｆを下回ったか否か、換言すれば、握手が終了したか否か判断する。Ｓ２２で否定されるときはＳ２０に戻って姿勢安定動作を継続する一方、Ｓ２２で肯定されるときはＳ２４に進み、握手の姿勢を終了する。

このように、この発明の第１実施例にあっては、右腕部２０Ｒを駆動するアクチュエータ１０４の動作を制御して握手の姿勢を生成すると共に、右腕部２０Ｒに作用する外力（人と握手したときに右腕部２０Ｒに作用する外力）を検出し、検出した外力に基づいて脚部１２Ｌ，１２Ｒを駆動するアクチュエータ１００の動作を制御する如く構成したので、人との握手を可能にしてコミュニケーション機能を向上させることができると共に、握手したときに腕部に作用する外力に応じてバランスをとって姿勢を安定に保つことができる。

特に、検出した外力のＸ方向成分ＦｘＲＨおよびＹ方向成分ＦｙＲＨの少なくともいずれかが所定値（＃Ｆｘ，＃Ｆｙ）を超えたとき、ロボット１０が外力の向きと同方向に移動するように脚部アクチュエータ１００の動作を制御する如く構成したので、握手したときの姿勢を一層安定に保つことができる。また、人が意図的に外力を加えた場合には、それに呼応してロボット１０が移動するため、コミュニケーション機能のさらなる向上を図ることができる。

また、ＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒで撮像した画像に基づいて握手すべき人の位置を認識し、認識した人の位置に応じて握手の姿勢を変更する如く構成したので、人が握手し易い位置に腕部（具体的にはハンド）を差し出すことが可能となり、コミュニケーション機能をより向上させることができる。

さらに、ＲＦＩＤタグ９４に記憶された人の識別情報に基づいて握手の姿勢を変更する、より詳しくは、識別情報に従って握手する人の身長（固有情報）を人情報データベース１１６から取得し、取得した身長に基づいて握手の姿勢を変更する如く構成したので、握手する人に応じて最適な位置（最も握手し易い位置）に腕部を差し出すことが可能となり、コミュニケーション機能をより一層向上させることができる。

この実施例は上記の如く、上体（１４）に接続された脚部（１２Ｌ，１２Ｒ）と腕部（２０Ｌ，２０Ｒ）と、前記脚部を駆動する脚部アクチュエータ（１００）と、前記腕部を駆動する腕部アクチュエータ（１０４）とを備えた脚式ロボットの制御装置において、前記腕部アクチュエータの動作を制御して前記腕部に握手の姿勢を生成する腕部動作制御手段（ＥＣＵ２６、図６フローチャートのＳ１６）と、前記握手の姿勢が生成された腕部に作用する外力を検出する外力検出手段（６軸力センサ８０Ｌ，８０Ｒ）と、および前記検出された外力が所定値を超えるとき、前記脚式ロボットの姿勢安定制御の実施を開始する姿勢安定制御開始手段（ＥＣＵ２６、図６フローチャートのＳ１８，Ｓ２０）とを備えると共に、前記姿勢安定制御は、検出される外力が前記所定値よりも大きく設定された第２の所定値を超えるとき、前記ロボットが前記検出される外力の向きと同方向に移動するように前記脚部アクチュエータの動作を制御する（図７フローチャートのＳ１００からＳ１３０）如く構成した。

また、握手する人（１３０）の位置を認識する人位置認識手段（ＣＣＤカメラ８４Ｌ，８４Ｒ、ＥＣＵ２６）を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記認識された人の位置に基づいて前記握手の姿勢を変更する（図６フローチャートのＳ１６）如く構成した。

また、人を識別する識別情報を記憶して前記ロボットに送出する識別情報送出手段（ＲＦＩＤタグ９４）を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記送出された識別情報に基づいて前記握手の姿勢を変更する（図６フローチャートのＳ１６）如く構成した。

尚、上記において、握手する腕部を右腕部２０Ｒとしたが、左腕部２０Ｌに握手の姿勢が生成されるように腕部アクチュエータ１０４の動作を制御し、左腕部２０Ｌで握手するようにしても良い。この場合、左腕６軸センサ８０Ｌの出力を行動決定部１２０に入力すれば良いのは言うまでもない。また、右腕部２０Ｒと左腕部２０Ｌの両方に握手の姿勢が生成されるように腕部アクチュエータ１０４の動作を制御し、両腕で握手するようにしても良い。この場合、右腕部６軸力センサ８０Ｒの出力と左腕部６軸力センサ８０Ｌの出力を行動決定部１２０に入力し、それらの合力に基づいて姿勢安定制御を行えば良い。

また、右腕部２０Ｒに作用する外力のＸ方向成分ＦｘＲＨとＹ方向成分ＦｙＲＨが所定値以上となったときにロボット１０を移動させるようにしたが、それに加え、Ｚ方向成分ＦｘＲＨが所定値以上のときに所定の動作（例えば膝の曲げ伸ばし）を行うようにしても良い。

また、脚式ロボットとして２足歩行ロボットを例示したが、それに限られるものではなく、３足以上のロボットであっても良い。

この発明の第１実施例に係る脚式ロボットの制御装置が搭載されるロボットの正面図である。図１に示すロボットの側面図である。図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。図１に示すロボットの構成を電子制御ユニット（ＥＣＵ）の入出力関係を中心に表すブロック図である。図４に示すＥＣＵで行われる握手制御の処理を表すブロック図である。図４に示すＥＣＵで行われる握手制御の処理を表すフローチャート（メインルーチン）である。図６フローチャートの処理を説明する説明図である。図６フローチャートに示す姿勢安定制御の処理を表すフローチャート（サブルーチン）である。図８フローチャートの処理を説明する、図６と同様な説明図である。

符号の説明

１０：脚式ロボット、１２Ｌ，１２Ｒ：脚部、１４：上体、２０Ｌ，２０Ｒ：腕部、２６：ＥＣＵ（腕部動作制御手段、脚部動作制御手段、人位置認識手段）、８０Ｌ，８０Ｒ：６軸力センサ（外力検出手段）、８４Ｌ，８４Ｒ：ＣＣＤカメラ（人位置認識手段）、９４：ＲＦＩＤタグ（識別情報送出手段）、１００：脚部アクチュエータ、１０４：腕部アクチュエータ、１３０：人

Claims

上体に接続された脚部と腕部と、前記脚部を駆動する脚部アクチュエータと、前記腕部を駆動する腕部アクチュエータとを備えた脚式ロボットの制御装置において、
ａ．前記腕部アクチュエータの動作を制御して前記腕部に握手の姿勢を生成する腕部動作制御手段と、
ｂ．前記握手の姿勢が生成された腕部に作用する外力を検出する外力検出手段と、
および
ｃ．前記検出された外力が所定値を超えるとき、前記脚式ロボットの姿勢安定制御の実施を開始する姿勢安定制御開始手段と、
を備えると共に、前記姿勢安定制御は、検出される外力が前記所定値よりも大きく設定された第２の所定値を超えるとき、前記ロボットが前記検出される外力の向きと同方向に移動するように前記脚部アクチュエータの動作を制御することを特徴とする脚式ロボットの制御装置。
さらに、
ｄ．握手する人の位置を認識する人位置認識手段、
を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記認識された人の位置に基づいて前記握手の姿勢を変更することを特徴とする請求項１記載の脚式ロボットの制御装置。
さらに、
ｅ．人を識別する識別情報を記憶して前記ロボットに送出する識別情報送出手段、
を備えると共に、前記腕部動作制御手段は、前記送出された識別情報に基づいて前記握手の姿勢を変更することを特徴とする請求項１または２記載の脚式ロボットの制御装置。