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脚を有する機械の姿勢制御装置及び制御方法

国内特許コード P03A000490
整理番号 GI-H13-7
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-271863
公開番号 特開2003-080478
登録番号 特許第3637387号
出願日 平成13年9月7日(2001.9.7)
公開日 平成15年3月18日(2003.3.18)
登録日 平成17年1月21日(2005.1.21)
発明者
  • 伊藤 聡
  • 川崎 晴久
出願人
  • 国立大学法人岐阜大学
発明の名称 脚を有する機械の姿勢制御装置及び制御方法
発明の概要 未知環境下においても、その外力に応じて姿勢を変化させることができ適正な姿勢制御を実現することができる脚を有する機械の姿勢制御装置及び制御方法を提供する。脚12を足部材11に回動自在に有する機械10を制御する際、姿勢制御装置1は足部材11が床に接地した複数部分に働く床反力をロードセル16a~16dにて検出し、脚12の傾き角度θをモータ13に設けたエンコーダにて検出する。姿勢制御装置1は外力が脚12に付与された際に足関節の傾き角度θを予め定めた目標値θdに制御するPD制御を行うとともに、外力が付与された際に検出された複数の接地部分に働く床反力の差が0になるように収束制御する力フィードバック制御を行う。両制御に基づいて足関節トルクτの算出し、演算された足関節トルクτに基づいてモータ13を駆動制御する。
従来技術、競合技術の概要
脚を有する機械等の脚を有する機械では、直立姿勢を維持する場合、位置のフィードバック制御が主に用いられている。その方法では、平衡が保たれる姿勢を予め計算しておき、その姿勢からのずれを補償することにより、直立状態を維持する。この制御方法は、脚を有する機械がおかれる環境が既知であれば有効な方法である。
【0003】
なお、本明細書で、環境とは外力が定常的に加えられている状況と定義する。
しかし、既知である環境は現実的には稀であり、例えば傾斜角が不明な斜面で直立しなければならない状況がある。人間であれば、直立した状態において、そのような環境になると、平面に直立していた場合よりも足関節を伸展或いは屈曲させ、上体が鉛直方向に向くような姿勢をとる。又、横方向からの力(例えば、風力、水力)を受け続ける場合に、上体をその力が付与される上流の方向に倒した状態で姿勢を維持する。
産業上の利用分野
本発明は、脚を有する機械の姿勢制御装置及び制御方法に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 接地する接地部材と、同接地部材に対して足関節を介して回動自在に設けられた脚と、前記脚を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を駆動制御する制御手段とを備えた脚を有する機械の姿勢制御装置において、
接地部材が床に接地した複数部分に働く床反力をそれぞれ検出する床反力検出手段と、
前記脚の傾き角度を検出する角度検出手段又は前記脚の傾き角度の角速度を検出する角速度検出手段とを備え、
前記制御手段は、外力が付与された際に検出された前記角度又は角速度に基づいて得られた角度を予め定めた目標角度に制御するPD制御を行うとともに、外力が付与された際に検出された複数の接地部分に働く床反力の差が所定値になるように収束制御する力フィードバック制御とを行い、さらに、制御手段は両制御により足関節トルク演算をし、演算された足関節トルクに基づいて前記駆動手段を駆動制御することを特徴とする脚を有する機械の姿勢制御装置。
【請求項2】前記所定値は0であることを特徴とする請求項1に記載の脚を有する機械の姿勢制御装置。
【請求項3】前記所定値は0以外であることを特徴とする請求項1に記載の脚を有する機械の姿勢制御装置。
【請求項4】前記PD制御における収束性は、前記力フィードバック制御における収束性よりも速いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の脚を有する機械の姿勢制御装置。
【請求項5】 接地する接地部材と、同接地部材に対して足関節を介して回動自在に設けられた脚と、前記脚を駆動する駆動手段とを備えた脚を有する機械の姿勢制御方法において、
外力が付与された際に接地部材が床に接地した複数部分に働く床反力をそれぞれ検出するとともに前記脚の傾き角度又は脚の傾きの角速度を検出する工程と、 検出された前記角度又は角速度に基づいて得られた角度を予め定めた目標角度に制御するPD制御を行う工程と、
外力が付与された際に検出された複数の接地部分に働く床反力の差が所定値になるように収束制御する力フィードバック制御を行う工程と、
前記両制御により足関節トルク演算をし、演算された足関節トルクに基づいて前記駆動手段を駆動制御する工程を含むことを特徴とする脚を有する機械の姿勢制御方法。
【請求項6】前記所定値は0であることを特徴とする請求項5に記載の脚を有する機械の姿勢制御方法。
【請求項7】前記所定値は0以外であることを特徴とする請求項5に記載の脚を有する機械の姿勢制御方法。
【請求項8】 接地する接地部材と、同接地部材に対して足関節を介して回動自在に設けられた脚と、前記脚を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を駆動制御する制御手段とを備えた脚を有する機械の姿勢制御装置であって、
前記脚と接地部材をダンパ手段及びダンパ手段と並設したスプリング手段にて連係し、
接地部材が床に接地した複数部分に働く床反力をそれぞれ検出する床反力検出手段を備え、
前記制御手段は、外力が付与された際に検出された複数の接地部分に働く床反力の差が所定値になるように収束制御する力フィードバック制御を行い、さらに、制御手段は、前記制御により足関節トルク演算をし、演算された足関節トルクに基づいて前記駆動手段を駆動制御することを特徴とする脚を有する機械の姿勢制御装置。
【請求項9】 接地する接地部材と、同接地部材に対して足関節を介して回動自在に設けられた脚と、前記脚を駆動する駆動手段とを備え、前記脚と接地部材をダンパ手段及びダンパ手段と並設したスプリング手段にて連係した脚を有する機械の姿勢制御方法であって、
外力が付与された際に接地部材が床に接地した複数部分に働く床反力をそれぞれ検出する検出する工程と、
外力が付与された際に検出された複数の接地部分に働く床反力の差が所定値になるように収束制御する力フィードバック制御を行う工程と、
前記制御により足関節トルク演算をし、演算された足関節トルクに基づいて前記駆動手段を駆動制御する工程を含むことを特徴とする脚を有する機械の姿勢制御方法。
産業区分
  • その他運輸
  • 機構・伝動
  • 制御調整
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
岐阜大学産官学連携推進本部では、岐阜大学における知的財産の創出・管理・活用のマネジメントをしています。上記の特許・技術に関心のある方は、下記問い合わせ先に整理番号とともにご相談下さい。


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