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ATTITUDE CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD OF MACHINE HAVING LEG

Patent code P03A000490
File No. GI-H13-7
Posted date Aug 28, 2003
Application number P2001-271863
Publication number P2003-080478A
Patent number P3637387
Date of filing Sep 7, 2001
Date of publication of application Mar 18, 2003
Date of registration Jan 21, 2005
Inventor
  • (In Japanese)伊藤 聡
  • (In Japanese)川崎 晴久
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title ATTITUDE CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD OF MACHINE HAVING LEG
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an attitude control device and a control method of a machine having a leg capable of varying the attitude corresponding to external force and realizing an appropriate attitude control even under an unknown environment.
SOLUTION: When the machine 10 having the leg 12 turnable against a foot member 11 is controlled, the attitude control device 1 detects floor reaction forces applied to a plurality of parts where the foot member contacts on ground by load cells 16a to 16d and detects an inclination angle θ of the leg 12 by an encoder provided on a motor 13. The attitude control device 1 carries out PD control for controlling the inclination angle θ of a foot joint to a previously determined target value θd when external force is applied to the leg and carries out force feed-back control for convergingly/controlling it such that a difference of the floor reaction forces, applied to a plurality of ground-contact parts, detected when the external force is applied thereto becomes 0. A foot joint torque τ is calculated based on both controls and the motor 13 is driven/ controlled based on the operated foot joint torque τ.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001271863thum.jpg
State of application right Registered
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