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二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置並びに歩行制御方法 実績あり

国内特許コード P110002875
整理番号 E055P24
掲載日 2011年6月8日
出願番号 特願2001-173262
公開番号 特開2002-361574
登録番号 特許第3760186号
出願日 平成13年6月7日(2001.6.7)
公開日 平成14年12月18日(2002.12.18)
登録日 平成18年1月20日(2006.1.20)
発明者
  • 古田 貴之
  • 富山 健
  • 北野 宏明
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置並びに歩行制御方法 実績あり
発明の概要 【課題】 歩容すなわち各関節部分の動作軌跡を変更せずに、歩行安定性を実現した二脚歩行式移動装置と、その歩行制御装置及び歩行制御方法を提供する。
【解決手段】 目標角度軌道,目標角速度,目標角加速度を含む歩容データに基づいて二脚歩行式移動装置の各脚部の各関節部の駆動手段を駆動制御する、二脚歩行式移動装置の歩行制御装置30において、各足部14L,14RにおけるZMPを検出するZMP検出センサ23L,23Rと、歩容データからZMP目標値を算出するZMP変換部35と、ZMP実測値とZMP目標値から、歩容データの目標角速度及び角加速度を修正して、ZMP目標値を補償するZMP補償部36と、から成るZMP補償装置32を備えるように、二脚歩行式移動装置の歩行制御装置10を構成する。
従来技術、競合技術の概要


従来、所謂二脚歩行式ロボットは、前もって設定された歩行パターン(以下、歩容という)データを生成して、この歩容データに従って歩行制御を行なって、所定の歩行パターンで脚部を動作させることにより二足歩行を実現するようにしている。
ところで、このような二脚歩行式ロボットは、例えば路面状況,ロボット自体の物理パラメータの誤差等によって歩行の際の姿勢が不安定になりやすく、場合によっては転倒してしまう。



これに対して、歩容データを前もって設定せずに、リアルタイムにロボットの歩行状態を認識しながら、歩行制御を行なうようにすれば、歩行の際の姿勢を安定させて歩行を行なわせることも可能であるが、このような場合でも、予期しない路面状況等が発生した場合には、歩行姿勢が崩れてロボットが転倒してしまうことになる。



このため、歩行制御によって、ロボットの足裏における床反力と重力の合成モーメントがゼロとなる点(以下、ZMP:Zero Moment Pointという)を目標値に収束させる、所謂ZMP補償を行なう必要がある。
このようなZMP補償のための制御方法としては、例えば特開平5-305583号公報に示すように、コンプライアンス制御を利用して、ZMPを目標値に収束させ、ロボットの上体を加速させて修正する方法や、ロボットの足の接地場所を修正する制御方法が知られている。

産業上の利用分野


本発明は、二脚歩行式移動装置に関し、特に歩行安定化を実現するようにした歩行制御に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
本体と、本体の下部両側にて二軸方向に揺動可能に取り付けられた中間に膝部を有する二本の脚部と、各脚部の下端に二軸方向に揺動可能に取り付けられた足部と、各脚部,膝部及び足部を揺動させる駆動手段と、要求動作に対応して、目標角度軌道,目標角速度,目標角加速度を含む歩容データを生成する歩容生成部と、この歩容データに基づいて上記駆動手段を駆動制御する歩行制御装置と、を備えた二脚歩行式移動装置において、
上記歩行制御装置が、ZMP補償装置を備えており、
このZMP補償装置が、
各足部におけるZMPを検出するZMP検出センサと、
歩容生成部からの歩容データに基づいて、ZMP目標値を算出するZMP変換部と、
ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値と、ZMP変換部からのZMP目標値を比較して歩容生成部からの歩容データの目標角速度及び角加速度を修正することによりZMP目標値を補償するZMP補償部と、
を含んでいることを特徴とする、二脚歩行式移動装置。

【請求項2】
前記本体が、人型ロボットの上体であって、頭部及び両手部を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の二脚歩行式移動装置。

【請求項3】
前記ZMP補償部が、ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値と、ZMP変換部からのZMP目標値を比較して、ZMP仮想目標値を生成するZMP仮想目標値生成部と、ZMP目標値からZMP仮想目標値への補償のための慣性力操作パラメータを生成するパラメータ生成部と、パラメータ生成部からの慣性力操作パラメータに基づいて、保容データの目標角速度及び角加速度を修正する安定化フィルタと、から構成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の二脚歩行式移動装置。

【請求項4】
本体と、本体の下部両側にて二軸方向に揺動可能に取り付けられた中間に膝部分を有する二本の脚部と、各脚部の下端に二軸方向に揺動可能に取り付けられた足部と、各脚部,膝部分及び足部を揺動させる駆動手段と、から成る二脚歩行式移動装置に関して、要求動作に対応して歩容生成部により生成される、目標角度軌道,目標角速度,目標角加速度を含む歩容データに基づいて上記駆動手段を駆動制御する、二脚歩行式移動装置の歩行制御装置において、
上記歩行制御装置が、ZMP補償装置を備えており、
このZMP補償装置が、
各足部におけるZMPを検出するZMP検出センサと、
歩容生成部からの歩容データに基づいて、ZMP目標値を算出するZMP変換部と、
ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値と、ZMP変換部からのZMP目標値を比較して、歩容生成部からの歩容データの目標角速度及び角加速度を修正することにより、ZMP目標値を補償するZMP補償部と、
を含んでいることを特徴とする、二脚歩行式移動装置の歩行制御装置。

【請求項5】
前記ZMP補償部が、ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値と、ZMP変換部からのZMP目標値を比較して、ZMP仮想目標値を生成するZMP仮想目標値生成部と、ZMP目標値からZMP仮想目標値への補償のための慣性力操作パラメータを生成するパラメータ生成部と、パラメータ生成部からのパラメータに基づいて、保容データの目標角速度及び角加速度を修正する安定化フィルタと、から構成されていることを特徴とする、請求項に記載の二脚歩行式移動装置の歩行制御装置。

【請求項6】
本体と、本体の下部両側にて二軸方向に揺動可能に取り付けられた中間に膝部分を有する二本の脚部と、各脚部の下端に二軸方向に揺動可能に取り付けられた足部と、各脚部,膝部分及び足部を揺動させる駆動手段と、から成る二脚歩行式移動装置に関して、要求動作に対応して歩容生成部により生成される、目標角度軌道,目標角速度,目標角加速度を含む歩容データに基づいて上記駆動手段を駆動制御する二脚歩行式移動装置の歩行制御方法において、
上記歩行制御方法がZMP補償を行なう際に、
ZMP検出センサにより各足部におけるZMPを検出する第一の段階と、
歩容生成部からの歩容データに基づいて、ZMP変換部によりZMP目標値を算出する第二の段階と、
ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値とZMP目標値を比較して、ZMP補償部により歩容生成部からの歩容データの目標角速度及び角加速度を修正することにより、ZMP目標値を補償する第三の段階と、
を含んでいることを特徴とする、二脚歩行式移動装置の歩行制御方法。

【請求項7】
前記第三の段階が、ZMP検出センサにより検出されたZMP実測値と、ZMP変換部からのZMP目標値を比較して、ZMP仮想目標値を生成する段階と、ZMP目標値からZMP仮想目標値への補償のための慣性力操作パラメータを生成する段階と、慣性力操作パラメータに基づいて、保容データの目標角速度及び角加速度を安定化フィルタにより修正する段階と、を含んでいることを特徴とする、請求項6に記載の二脚歩行式移動装置の歩行制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001173262thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 北野共生システムプロジェクト 領域
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