專利名稱：腿式機(jī)器人以及腿式機(jī)器人的行走控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制腿聯(lián)合體(腳リンク)可擺動(dòng)地連結(jié)在軀體(軀干)上的機(jī)器(腿式機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng))并使其行走的技術(shù)。詳細(xì)地說(shuō)，涉及即使在有意料之外的外部干擾力作用時(shí)也能夠穩(wěn)定地持續(xù)行走的腿式機(jī)器人、及其行走控制方法。
背景技術(shù)：
目前正在開發(fā)通過(guò)改變左腿聯(lián)合體、軀體、以及右腿聯(lián)合體的相對(duì)姿勢(shì)來(lái)行走的腿式機(jī)器人。
為了行走，腿式機(jī)器人需要指示左腳、軀體以及右腳如何運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。其中，軀體位置相對(duì)于腳部位置必須為適當(dāng)?shù)闹担绻撝挡贿m當(dāng)?shù)脑?，機(jī)器人就會(huì)摔倒。
為了獲得腿式機(jī)器人不會(huì)摔倒的軀體位置，需要考慮機(jī)器人的動(dòng)態(tài)并進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。該計(jì)算過(guò)程大致如下。
(1)指定指示機(jī)器人的左腳和右腳的位置的經(jīng)時(shí)數(shù)據(jù)。
(2)考慮腳部位置來(lái)指定機(jī)器人的ZMP必定存在的位置。ZMP(zero moment point，零力矩點(diǎn))是指作用于機(jī)器人的重力、地面反作用力、慣性力的合力的力矩為零的地面上的點(diǎn)。如果ZMP位于著地腿的腳掌以內(nèi)，機(jī)器人就不會(huì)摔倒。換言之，為了使機(jī)器人不摔倒，ZMP必須位于著地腿的腳掌以內(nèi)。因此，考慮著地腿的腳部位置來(lái)指定滿足下述關(guān)系的目標(biāo)ZMP。即，指定以下ZMP在一只腿聯(lián)合體(例如左腿)懸空期間位于著地腿(右腿)的腳掌以內(nèi)，當(dāng)該腿(左腿)著地、從而變?yōu)閮赡_著地的狀態(tài)時(shí)，開始向新著地的腿(左腿)的腳掌以內(nèi)移動(dòng)，至此，在著地的腿(右腿)懸空以前，完成向新著地的腿(左腿)的腳掌以內(nèi)的移動(dòng)。這樣指定的ZMP被稱為目標(biāo)ZMP。如果實(shí)際的ZMP像目標(biāo)ZMP那樣移動(dòng)，機(jī)器人就不會(huì)摔倒并可以持續(xù)行走下去。
(3)指定了腳部位置的變化和隨之改變的目標(biāo)ZMP之后，假定軀體位置的經(jīng)時(shí)變化并計(jì)算機(jī)器人的動(dòng)態(tài)。當(dāng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于指定了腳部軌跡，所以假定了機(jī)器人的軀體位置以后，機(jī)器人的姿勢(shì)就確定了。一旦機(jī)器人的姿勢(shì)確定了，就可以計(jì)算出該姿勢(shì)下的ZMP的位置。為了計(jì)算ZMP的位置，除了靜態(tài)要素以外，還必須考慮作用于機(jī)器人的慣性力的影響。通過(guò)在計(jì)算中包括假定的軀體位置的經(jīng)時(shí)變化，甚至能夠考慮機(jī)器人的動(dòng)態(tài)來(lái)計(jì)算ZMP的位置。由于假定了軀體位置的經(jīng)時(shí)變化(軀體軌跡)后可以計(jì)算出ZMP的位置，因此可以求出實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)ZMP一致的ZMP的軀體軌跡(軀體位置的經(jīng)時(shí)變化)。
將通過(guò)上述而求出的表示軀體位置的經(jīng)時(shí)變化的數(shù)據(jù)稱為軀體步態(tài)數(shù)據(jù)，將表示原來(lái)指定的腳部位置的經(jīng)時(shí)變化的數(shù)據(jù)稱為腳部步態(tài)數(shù)據(jù)，將兩者統(tǒng)稱為步態(tài)數(shù)據(jù)。如果機(jī)器人按照步態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)行走的話，實(shí)際的ZMP將與目標(biāo)ZMP一致，機(jī)器人不會(huì)摔倒，從而可以持續(xù)行走。
作為步態(tài)數(shù)據(jù)，給出的是位置相對(duì)于時(shí)間的變化，由于位置、速度和加速度相互關(guān)聯(lián)，從其中的一個(gè)量可以計(jì)算出其他量，因此步態(tài)數(shù)據(jù)可以是位置、速度或加速度。在本說(shuō)明書中，由于通過(guò)位置、速度、加速度中的某一個(gè)來(lái)描述步態(tài)數(shù)據(jù)，因此將其稱為描述運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。
作為對(duì)產(chǎn)生與目標(biāo)ZMP一致的ZMP的軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的方法，典型的例子是跟隨目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的變化來(lái)計(jì)算使機(jī)器人能夠持續(xù)行走的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的方法，但不限于此。通常來(lái)說(shuō)，腿式機(jī)器人具有軀體、以及可擺動(dòng)地連結(jié)在軀體上的腿聯(lián)合體，一旦指示了描述目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的腳部步態(tài)數(shù)據(jù)，則跟隨目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的變化計(jì)算出軀體步態(tài)數(shù)據(jù)，并使用被指示的腳部步態(tài)數(shù)據(jù)和計(jì)算出的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)行走，其中所述軀體步態(tài)數(shù)據(jù)描述可以持續(xù)行走的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化。計(jì)算出的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)除了與軀體位置相關(guān)的數(shù)據(jù)以外，有時(shí)還包括與軀體的傾斜角度相關(guān)的數(shù)據(jù)(如果預(yù)先使軀體的傾斜角度遵循預(yù)定的模式，則不需要計(jì)算軀體的傾斜角度)。與軀體的位置或傾斜角度相關(guān)的數(shù)據(jù)可以是位置或角度自身，也可以是其變化速度，或是其加速度。
有時(shí)，有意料之外的外部干擾力作用于機(jī)器人。有時(shí)是意料之外的路面的凹凸所造成的意料之外的外部干擾力，有時(shí)是來(lái)自外界的推、拉機(jī)器人的外力。由于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上的撓曲、機(jī)器人的關(guān)節(jié)的松動(dòng)、或機(jī)器人的響應(yīng)延遲等造成偏離步態(tài)數(shù)據(jù)的情況與意料之外的外部干擾力作用在機(jī)器人上一樣。
如果有意料之外的外部干擾力的作用，有時(shí)機(jī)器人會(huì)失去平衡。因此，提出了記載于日本專利文獻(xiàn)特開平5-305579號(hào)公報(bào)中的行走控制裝置。
在日本專利文獻(xiàn)特開平5-305579號(hào)公報(bào)所記載的行走控制裝置中，通過(guò)測(cè)定作用于機(jī)器人的地面反作用力或地面反作用力的力矩來(lái)實(shí)際測(cè)定ZMP位置。通過(guò)對(duì)實(shí)際測(cè)定的ZMP位置和目標(biāo)ZMP位置進(jìn)行比較并將其偏差反饋給兩個(gè)腳掌的目標(biāo)位置和姿勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的行走。

發(fā)明內(nèi)容
在日本專利文獻(xiàn)特開平5-305579號(hào)公報(bào)所記載的行走控制裝置中，需要檢測(cè)地面反作用力或地面反作用力的力矩，為了檢測(cè)出地面反作用力或地面反作用力的力矩，需要在右腿和左腿的腳部附近安裝六軸力傳感器等高性能傳感器。
六軸力傳感器等高性能傳感器價(jià)格昂貴。另外，腳部是在機(jī)器人的行走過(guò)程中著地沖擊負(fù)荷重復(fù)作用的部位，因此如果在腳部附近安裝傳感器的話，傳感器由于沖擊負(fù)荷很容易產(chǎn)生故障。一旦安裝在腳部的力傳感器產(chǎn)生了故障，機(jī)器人就無(wú)法持續(xù)行走。另外，當(dāng)在腳部安裝力傳感器時(shí)，需要很多部件以將信號(hào)從力傳感器傳至計(jì)算部。即使只有一個(gè)部件產(chǎn)生了故障，來(lái)自力傳感器的信號(hào)也無(wú)法正確地傳至計(jì)算部，結(jié)果將造成力傳感器陷入無(wú)法工作的狀態(tài)。
從上述背景看來(lái)，為了降低腿式機(jī)器人的制造成本并提高其可靠性，需要不必在腳上安裝力傳感器、而以更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的行走的技術(shù)。
本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題而創(chuàng)造的，提供一種即使不在腳部安裝力傳感器也能夠穩(wěn)定地持續(xù)行走的腿式機(jī)器人、以及用于其的行走控制方法。
本發(fā)明所創(chuàng)造的腿式機(jī)器人具有軀體、以及可擺動(dòng)地連結(jié)在軀體上的腿聯(lián)合體。并且，具有描述目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的腳部步態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置、以及描述目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置。目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)被設(shè)定為能夠跟隨目的腳部運(yùn)動(dòng)的變化而持續(xù)行走。例如，存儲(chǔ)使實(shí)際的ZMP與跟隨目標(biāo)腳部位置變化的目標(biāo)ZMP相一致的軀體運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的機(jī)器人還具有檢測(cè)實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)的軀體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置、以及計(jì)算目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)之間的偏差的偏差計(jì)算裝置。并且，還具有修正裝置，該修正裝置根據(jù)計(jì)算出的偏差和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量，并根據(jù)該修正量對(duì)存儲(chǔ)在軀體步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
也可以將本發(fā)明理解為行走控制方法。在本發(fā)明的行走控制方法中，執(zhí)行以下步驟存儲(chǔ)描述目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的腳部步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟；以及存儲(chǔ)描述目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟。目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)被設(shè)定為能夠跟隨目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的變化而持續(xù)行走。例如，存儲(chǔ)使實(shí)際的ZMP與跟隨目標(biāo)腳部位置的變化的目標(biāo)ZMP一致的軀體運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的行走控制方法中，具有檢測(cè)實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)的步驟、以及計(jì)算目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)之間的偏差的步驟。并且，還執(zhí)行以下步驟，即根據(jù)計(jì)算出的偏差和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量，根據(jù)該修正量來(lái)修正軀體步態(tài)數(shù)據(jù)，并向計(jì)算機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度的裝置指示經(jīng)修正的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟。在機(jī)器人中設(shè)置有對(duì)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行計(jì)算的裝置。
在上述腿式機(jī)器人及其行走控制方法中，監(jiān)視機(jī)器人實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)其與目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的偏差求出描述目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的修正量。由于直接對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋控制，所以能夠使軀體運(yùn)動(dòng)保持穩(wěn)定。因此，機(jī)器人不會(huì)失去平衡，從而能夠穩(wěn)定地持續(xù)行走下去。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)到的是通過(guò)監(jiān)視實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行反饋控制，即使不實(shí)際測(cè)定ZMP位置來(lái)進(jìn)行反饋控制，也能夠持續(xù)行走。確認(rèn)了即使有外部干擾力等的作用也能夠持續(xù)行走。
通過(guò)該控制方法，不需要實(shí)際測(cè)定ZMP位置，從而不需要用于該目的的力傳感器?？梢詫?shí)現(xiàn)低價(jià)、高可靠性的行走機(jī)器人。
優(yōu)選通過(guò)偏差計(jì)算裝置計(jì)算目標(biāo)軀體加速度和實(shí)際的軀體加速度的偏差。此時(shí)，可以根據(jù)加速度的偏差計(jì)算出作用于機(jī)器人的意料之外的外部干擾力的大小。因此，可以計(jì)算出使補(bǔ)償外部干擾力的力作用于機(jī)器人所需的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的修正量。在修正量計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)通過(guò)加速度偏差計(jì)算出的外部干擾力和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量。
一旦向機(jī)器人指示了通過(guò)計(jì)算出的修正量修正后的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人就可以在補(bǔ)償外部干擾力的影響的同時(shí)持續(xù)行走了。由于比較容易在軀體上安裝加速度傳感器，因此該方式非常實(shí)用。
當(dāng)根據(jù)加速度偏差并利用傳遞函數(shù)來(lái)計(jì)算目標(biāo)軀體位置的修正量時(shí)，傳遞函數(shù)優(yōu)選包括比例要素。在這種情況下，當(dāng)實(shí)際的軀體位置偏離了目標(biāo)軀體位置時(shí)，計(jì)算出與該偏離成比例的修正量，結(jié)果能夠獲得通過(guò)彈簧拉向目標(biāo)軀體位置的現(xiàn)象。
并且，傳遞函數(shù)優(yōu)選除了比例要素之外還包括一次滯后要素或二次滯后要素或該兩者。此時(shí)，當(dāng)實(shí)際的軀體位置偏離了目標(biāo)軀體位置時(shí)，計(jì)算與位置的偏離的變化速度和/或加速度成比例的修正量，結(jié)果能夠獲得使其向目標(biāo)軀體位置回歸的現(xiàn)象。
當(dāng)能夠檢測(cè)出實(shí)際的軀體位置時(shí)，優(yōu)選使根據(jù)加速度偏差進(jìn)行修正后的目標(biāo)軀體位置與實(shí)際的軀體位置的偏差與進(jìn)行反饋處理的量相加，由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。
此時(shí)，即使當(dāng)機(jī)器人在不平整的地面上行走而造成機(jī)器人整體傾斜時(shí)，也能夠?qū)?shí)際的軀體位置進(jìn)行反饋控制以使其回歸到目標(biāo)軀體位置，從而可以通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)而使機(jī)器人在不平整的地面上穩(wěn)定地行走。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)不在腳部使用力傳感器就可以穩(wěn)定地持續(xù)行走的腿式機(jī)器人?？梢詫?shí)現(xiàn)廉價(jià)且可靠性高的腿式機(jī)器人。


通過(guò)參照以下附圖可以更好地理解本發(fā)明。對(duì)于附圖的構(gòu)成要素，為了明確地示出本發(fā)明的原理，使用了強(qiáng)調(diào)的方式，而不都是固定的縮小比例尺。在附圖中，參照標(biāo)號(hào)在不同的附圖中表示相對(duì)應(yīng)的部分。
圖1是表示腿式移動(dòng)機(jī)器人的行走概況的示意圖；圖2是模塊化表示第一實(shí)施例的計(jì)算機(jī)裝置的功能的示意圖；圖3是模塊化表示第一實(shí)施例的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部的功能的框圖；圖4是軀體的力學(xué)模型的示意圖；圖5是簡(jiǎn)要示出作用于軀體的、向理想軌跡的回歸力的示意圖；圖6(a)和圖6(b)是簡(jiǎn)要表示目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的修正給軀體的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的效果的示意圖；圖7是表示第一實(shí)施例的機(jī)器人的行走控制方法的處理步驟的示意圖；圖8是表示第一實(shí)施例的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的修正計(jì)算的處理步驟的示意圖；圖9是模塊化表示第二實(shí)施例的計(jì)算機(jī)裝置的功能的示意圖；圖10是模塊化表示第二實(shí)施例的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部的功能的示意圖；圖11是表示第二實(shí)施例的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的修正計(jì)算的處理步驟的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)例來(lái)更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但這并不意味著本發(fā)明限定于實(shí)驗(yàn)例。
(第一實(shí)施例)
使圖1所示的機(jī)器人6的左腿在其右腿著地期間懸空并沿軌跡7移動(dòng)，然后當(dāng)左腿著地后使右腿懸空并沿軌跡8移動(dòng)，然后同樣地使左腿懸空并沿軌跡9移動(dòng)，然后使右腿懸空并沿軌跡10移動(dòng)，從而持續(xù)行走下去。
機(jī)器人6為了持續(xù)行走，需要由描述腳部基準(zhǔn)點(diǎn)L、R的軌跡7、8、9、10的腳部軌跡數(shù)據(jù)、腕部軌跡數(shù)據(jù)、以及描述軀體12的基準(zhǔn)點(diǎn)W的軌跡的軀體軌跡數(shù)據(jù)構(gòu)成的步態(tài)數(shù)據(jù)。腳部軌跡數(shù)據(jù)由操控者指定。與腳部軌跡數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)地計(jì)算出腕部軌跡數(shù)據(jù)。軀體軌跡數(shù)據(jù)被設(shè)定為使用機(jī)器人的力學(xué)模型計(jì)算出的ZMP軌跡與目標(biāo)ZMP軌跡一致的關(guān)系。
為了控制機(jī)器人的行走，在機(jī)器人6的軀體12上安裝計(jì)算機(jī)裝置14。計(jì)算機(jī)裝置14具有CPU、ROM、RAM、硬盤等。計(jì)算機(jī)裝置14的硬件結(jié)構(gòu)與通用的計(jì)算機(jī)相同，因此省略其說(shuō)明。計(jì)算機(jī)裝置14存儲(chǔ)有步態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)器人6的各個(gè)關(guān)節(jié)組。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，將機(jī)器人6的行走方向作為x軸，將身體側(cè)面方向作為y軸，將高度方向作為z軸。
圖2是將計(jì)算機(jī)裝置14的功能模塊化的示意圖。在圖2所示的元件中，機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)216和軀體加速度傳感器218之外的部分是計(jì)算機(jī)裝置14的構(gòu)成元件。計(jì)算機(jī)裝置14在物理上既可以整體包括在一個(gè)裝置中，也可以分別容納在各個(gè)分離的裝置中。
在步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210中存儲(chǔ)有預(yù)先計(jì)算出的機(jī)器人6的步態(tài)數(shù)據(jù)。步態(tài)數(shù)據(jù)是指腕部軌跡數(shù)據(jù)(腕部步態(tài)數(shù)據(jù))、腳部軌跡數(shù)據(jù)(腳部步態(tài)數(shù)據(jù))以及軀體軌跡數(shù)據(jù)(軀體步態(tài)數(shù)據(jù))。在預(yù)先存儲(chǔ)的步態(tài)數(shù)據(jù)中，腕部軌跡數(shù)據(jù)和腳部軌跡數(shù)據(jù)直接輸入關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。軀體步態(tài)數(shù)據(jù)被輸入軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222，伴隨著機(jī)器人6的行走每次均被修正，表示經(jīng)修正的軀體軌跡的數(shù)據(jù)被輸入各關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。
各關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212根據(jù)輸入的步態(tài)數(shù)據(jù)并通過(guò)解所謂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)計(jì)算機(jī)器人6的各關(guān)節(jié)角度θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)、…。將計(jì)算出的各關(guān)節(jié)角組數(shù)據(jù)輸入致動(dòng)器控制部214。
致動(dòng)器控制部214控制使圖1的機(jī)器人6的關(guān)節(jié)組旋轉(zhuǎn)的致動(dòng)器組。致動(dòng)器組位于機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)216中。一旦控制了致動(dòng)器組，就可以將機(jī)器人6的關(guān)節(jié)角度調(diào)節(jié)成所計(jì)算出的關(guān)節(jié)角度。機(jī)器人6按照步態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)行走。
在軀體12上安裝有軀體加速度傳感器218，檢測(cè)軀體的x方向(行走方向)、y方向(軀體側(cè)面方向)和z方向(高度方向)的加速度。軀體加速度計(jì)算裝置220將通過(guò)軀體加速度傳感器218檢測(cè)出的實(shí)際軀體加速度axr、ayr、azr輸出給軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222。
軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222根據(jù)存儲(chǔ)在步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210中的軀體軌跡數(shù)據(jù)(軀體步態(tài)數(shù)據(jù))和軀體加速度計(jì)算裝置220計(jì)算出的機(jī)器人的實(shí)際軀體加速度，對(duì)軀體軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。后面將詳細(xì)地說(shuō)明軀體軌跡數(shù)據(jù)的修正。經(jīng)修正的軀體軌跡數(shù)據(jù)被輸入各關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。
圖3是示出軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222的詳細(xì)情況的框圖。在圖3中，為了使圖示明確，僅示出了x方向的情況。y方向和z方向與其相同。腳部軌跡數(shù)據(jù)和腕部軌跡數(shù)據(jù)不經(jīng)修正而被直接指示給關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。
在軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222中，通過(guò)裝置304計(jì)算出目標(biāo)軀體加速度axo、ayo、azo，該裝置304進(jìn)行目標(biāo)軀體位置xo、yo、zo(各自隨著時(shí)間而改變)對(duì)時(shí)間的二階微分運(yùn)算，該目標(biāo)軀體位置xo、yo、zo由存儲(chǔ)在步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210中的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)表示。
在偏差計(jì)算裝置312中，從實(shí)際的軀體加速度axr、ayr、azr中減去目標(biāo)軀體加速度axo、ayo、azo，從而計(jì)算出加速度偏差Δax、Δay、Δaz。
外部干擾力計(jì)算裝置310通過(guò)使計(jì)算出的加速度偏差Δax、Δay、Δaz與機(jī)器人的質(zhì)量M相乘來(lái)計(jì)算推定作用于機(jī)器人的外部干擾力Drx、Dry、Drz的大小。當(dāng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)等有松動(dòng)、或有對(duì)控制的響應(yīng)延遲、或有來(lái)自外部的外力作用時(shí)，實(shí)際的軀體加速度不是目標(biāo)軀體加速度，由于意料之外的外部干擾力而產(chǎn)生了加速度偏差Δax、Δay、Δaz?？梢愿鶕?jù)加速度偏差Δax、Δay、Δaz來(lái)計(jì)算作用于機(jī)器人的外部干擾力Drx、Dry、Drz的大小。
目標(biāo)修正量計(jì)算裝置308輸入計(jì)算出的外部干擾力Drx、Dry、Drz，并根據(jù)傳遞函數(shù)1/G(s)求出目標(biāo)軀體位置的修正量xd、yd、zd。傳遞函數(shù)1/G(s)由設(shè)二次項(xiàng)的系數(shù)為Mi、設(shè)一次項(xiàng)的系數(shù)為Ci、設(shè)零次項(xiàng)的系數(shù)為Ki的延遲要素構(gòu)成。Mi、Ci、Ki是期望的參數(shù)，被預(yù)先指定。目標(biāo)修正量計(jì)算裝置308的處理相當(dāng)于例如針對(duì)x方向來(lái)解微分方程Drx＝Mi·xd(2)+Ci·xd(1)+Ki·xd(0)而求出xd。在這里，(2)表示與時(shí)間相關(guān)的二階微分，(1)表示與時(shí)間相關(guān)的一階微分，(0)表示xd自身。
并且，根據(jù)修正量xd的符號(hào)的取法，有時(shí)以-Drx＝Mi·xd(2)+Ci·xd(1)+Ki·xd(0)來(lái)表示也是正確的。
目標(biāo)軀體位置修正裝置306使步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210所存儲(chǔ)的修正前的目標(biāo)軀體位置xo、yo、zo與修正量xd、yd、zd相加，從而計(jì)算出修正后的目標(biāo)軀體位置xref、yref、zref，并指示給關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。
下面對(duì)上述修正目標(biāo)軀體軌跡數(shù)據(jù)的控制規(guī)則所起的作用進(jìn)行說(shuō)明。
圖4示出了機(jī)器人的力學(xué)模型。軀體12位于目標(biāo)軀體位置時(shí)的軀體由402表示，偏離目標(biāo)軀體位置時(shí)的軀體由404表示。
圖4的(1)式表示機(jī)器人的通常運(yùn)動(dòng)方程式。F表示作用于軀體的全部外力，M表示軀體的質(zhì)量，a表示軀體的加速度。
對(duì)于軀體來(lái)說(shuō)，存在著適于行走的理想軌跡(目標(biāo)軌跡)。目標(biāo)軌跡是在外部干擾力不作用于機(jī)器人的情況下實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)ZMP一致的ZMP的軀體軌跡。
(2)式表示沿目標(biāo)軀體軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的軀體402的運(yùn)動(dòng)方程式。Fo表示作用于軀體402的全部外力，ao表示軀體402的目標(biāo)加速度。
Fo是沿目標(biāo)軀體軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)作用于軀體402的全部外力，是機(jī)器人在進(jìn)行理想的行走的狀態(tài)下從腿聯(lián)合體作用于軀體的內(nèi)力和作用于機(jī)器人的軀體的重力的合力。
由于實(shí)際的軀體的運(yùn)動(dòng)受無(wú)法預(yù)測(cè)的路面的凹凸、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上的撓曲等外部干擾力的影響，因此難以控制其沿目標(biāo)軀體軌跡運(yùn)動(dòng)。將實(shí)際的軀體的運(yùn)動(dòng)稱為實(shí)際軌跡。
(3)式表示沿實(shí)際軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的軀體404的運(yùn)動(dòng)方程。Fr表示作用于軀體404的全部外力，ar表示軀體404的實(shí)際的加速度。
(4)式表示作用于機(jī)器人的軀體的外部干擾力的推算式。Dr表示將作用于機(jī)器人的外部干擾力對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)的影響作為作用于軀體重心的外力來(lái)進(jìn)行表現(xiàn)的外部干擾力。Fo是沿目標(biāo)軀體軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)作用于軀體的全部外力，是機(jī)器人在進(jìn)行理想的行走的狀態(tài)下從腿聯(lián)合體作用于軀體的內(nèi)力和作用于機(jī)器人的軀體的重力的合力。Fr是作用于沿實(shí)際軌跡運(yùn)動(dòng)的軀體的全部外力，是在機(jī)器人進(jìn)行理想的行走的狀態(tài)下從腿聯(lián)合體作用于軀體的內(nèi)力、作用于機(jī)器人的軀體的重力、以及外部干擾力的合力。因此，通過(guò)取Fr和Fo的差，可以推定作用于軀體的外部干擾力Dr。
(5)式、(6)式是計(jì)算在實(shí)施例中使用的目標(biāo)軀體位置的修正量xd的式子。傳遞函數(shù)g(s)描述圖5所示的“彈簧-質(zhì)點(diǎn)-減震器系統(tǒng)”。
圖5是表示通過(guò)對(duì)目標(biāo)軀體位置進(jìn)行修正，使其回歸到理想軌跡的力作用于機(jī)器人的軀體的關(guān)系的模式圖。
修正前的目標(biāo)軀體位置510是實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)ZMP一致的ZMP的理想的軀體位置。
實(shí)際上，由于外部干擾力Dr的作用，實(shí)際的軀體位置512偏離目標(biāo)軀體位置510。
修正后的目標(biāo)軀體位置506是從修正前的目標(biāo)軀體位置510偏離了xd的點(diǎn)。
通過(guò)(6)對(duì)目標(biāo)軀體位置進(jìn)行修正后，等價(jià)于如下的“彈簧-質(zhì)點(diǎn)-減震器系統(tǒng)”，即經(jīng)修正的目標(biāo)軀體位置506與修正前的目標(biāo)軀體位置510通過(guò)彈簧常數(shù)為Ki的彈簧502、衰減系數(shù)為Ci的減震器508而結(jié)合，在修正后的目標(biāo)軀體位置506處具有質(zhì)量為Mi的質(zhì)點(diǎn)504，并在實(shí)際的軀體位置512上作用有外部干擾力Dr?！皬椈?質(zhì)點(diǎn)-減震器系統(tǒng)”的傳遞函數(shù)1/G(s)包括以二次項(xiàng)的系數(shù)Mi、一次項(xiàng)的系數(shù)Ci、零次項(xiàng)的系數(shù)Ki表示的延遲要素，對(duì)引起急劇變動(dòng)的外部干擾力發(fā)揮向目標(biāo)軀體位置回歸的回歸力，并且起抑制急劇的位置變動(dòng)的減震器的作用。
零次的系數(shù)Ki導(dǎo)出與外部干擾力Dr成比例的目標(biāo)軀體位置的修正量。一次系數(shù)Ci導(dǎo)出與外部干擾力Dr的一次滯后要素成比例的目標(biāo)軀體位置的修正量。二次系數(shù)Mi導(dǎo)出與外部干擾力Dr的二次滯后要素成比例的目標(biāo)軀體位置的修正量。
其中，比例要素的系數(shù)Ki不可缺少，但可以省略一次滯后要素的系數(shù)Ci和二次滯后要素的系數(shù)Mi中的一個(gè)或它們兩個(gè)。可以確認(rèn)的是即使使一次滯后要素的系數(shù)Ci和二次滯后要素的系數(shù)Mi中的一個(gè)或它們兩個(gè)為零，機(jī)器人也能夠穩(wěn)定地持續(xù)行走。
圖6(a)和圖6(b)簡(jiǎn)要示出了對(duì)目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正的效果。
圖6(a)表示不對(duì)目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正的機(jī)器人行走的情況。如果外部干擾力Dr作用于軀體，則機(jī)器人的軀體位置602跟隨外部干擾力Dr而偏離理想軌跡。當(dāng)外部干擾力引起急劇的變化時(shí)，由于實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)也急劇地改變，因此行走變得不穩(wěn)定。
圖6(b)表示對(duì)目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正的機(jī)器人行走的情況。如果外部干擾力Dr作用于機(jī)器人，則使目標(biāo)軀體位置向外部干擾力Dr的作用方向的相反一側(cè)修正xd。結(jié)果，產(chǎn)生與使質(zhì)量為Mi的質(zhì)點(diǎn)以加速度sd(2)向相反一側(cè)運(yùn)動(dòng)相同的力。在機(jī)器人上作用與通過(guò)彈簧常數(shù)為Ki的彈簧502和衰減系數(shù)為Ci的減震器508來(lái)結(jié)合機(jī)器人和質(zhì)量為Mi的質(zhì)點(diǎn)、并使質(zhì)量為Mi的質(zhì)點(diǎn)離開距離xd時(shí)相同的力。該力對(duì)外部干擾力Dr進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)器人的軀體位置向目標(biāo)軀體位置回歸。接近修正前的目標(biāo)軀體位置后，修正量xd變小。通過(guò)對(duì)目標(biāo)軀體位置進(jìn)行修正，機(jī)器人的實(shí)際的軀體位置向修正前的目標(biāo)軀體位置回歸。
從機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性方面來(lái)看，成為通過(guò)延遲要素610來(lái)補(bǔ)償外部干擾力Dr，相當(dāng)于利用彈簧和減震器而將機(jī)器人維持在目標(biāo)位置606附近。
由等價(jià)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)明確可知，根據(jù)本實(shí)施例的控制技術(shù)，可以通過(guò)用于補(bǔ)償外部干擾力的控制而除去急劇的變動(dòng)，并通過(guò)普通性能的致動(dòng)器就可應(yīng)付。機(jī)器人能夠不急劇變動(dòng)地，很好地跟隨目標(biāo)軀體軌跡。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，可以確認(rèn)機(jī)器人的軀體能夠穩(wěn)定地持續(xù)行走。觀測(cè)者可以放心地對(duì)機(jī)器人行走的情況進(jìn)行觀測(cè)。
圖7表示機(jī)器人6的行走控制方法的處理步驟。
在步驟S2中，將描述目標(biāo)腳部位置、腕部位置、以及軀體位置的經(jīng)時(shí)變化的步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210中。
在步驟S4中，機(jī)器人開始行走。開始行走后，機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行步驟S8以下的步驟。即，每隔預(yù)定的時(shí)間(Δt)就重復(fù)執(zhí)行從步驟S8至步驟S16的處理。
在步驟S8中，根據(jù)目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)和實(shí)際軀體運(yùn)動(dòng)的差對(duì)描述目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)(軀體步態(tài)數(shù)據(jù))進(jìn)行修正，以使機(jī)器人穩(wěn)定地行走。后面將詳細(xì)說(shuō)明在步驟S8中執(zhí)行的處理的情況。
在步驟S12中，向關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置214輸入步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210所存儲(chǔ)的腳部軌跡數(shù)據(jù)和腕部軌跡數(shù)據(jù)、以及通過(guò)步驟S8修正的軀體軌跡數(shù)據(jù)。
在步驟S14中，由關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212根據(jù)輸入的步態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算機(jī)器人6的各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度。計(jì)算出的關(guān)節(jié)角組數(shù)據(jù)被指示給機(jī)器人的致動(dòng)器控制部214。致動(dòng)器控制部214控制使機(jī)器人6的各個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的致動(dòng)器組。由此將機(jī)器人6的關(guān)節(jié)角度調(diào)節(jié)為計(jì)算值。
如上所述，每隔預(yù)定的時(shí)間(時(shí)間間隔Δt)就重復(fù)執(zhí)行從步驟S8至步驟S16的處理(步驟S6)。
圖8示出了步驟S8的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算的處理步驟的詳細(xì)情況。
在步驟S22中，根據(jù)步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210所存儲(chǔ)的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算目標(biāo)軀體加速度。
在步驟S24中，讀入軀體加速度傳感器218的檢測(cè)值。
在步驟S26中，由軀體加速度計(jì)算裝置220根據(jù)軀體加速度傳感器218的檢測(cè)值來(lái)求出實(shí)際軀體加速度。
在步驟S28中，由偏差計(jì)算裝置312求出目標(biāo)軀體加速度和實(shí)際軀體加速度的偏差。
在步驟S30中，由外部干擾力計(jì)算裝置310根據(jù)計(jì)算出的加速度偏差求出導(dǎo)致該加速度偏差的外部干擾力Dr的大小。
在步驟S32中，由目標(biāo)修正量計(jì)算裝置308根據(jù)外部干擾力Dr的大小和傳遞函數(shù)1/G(s)而計(jì)算出軀體位置修正量。
在步驟S34中，通過(guò)修正裝置306使步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210所存儲(chǔ)的修正前的目標(biāo)軀體位置與軀體位置修正量相加，從而計(jì)算出修正后的目標(biāo)軀體位置，并指示給關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。
也可以在機(jī)器人之外安裝計(jì)算機(jī)裝置14的一部分或全部。例如，可以在機(jī)器人以外設(shè)置步態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置210和軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222。此時(shí)，將檢測(cè)出的機(jī)器人的實(shí)際軀體加速度通過(guò)無(wú)線或有線信號(hào)傳給軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部222，并將經(jīng)修正的步態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線或有線信號(hào)傳給機(jī)器人。也可以在機(jī)器人以外安裝關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置212。將計(jì)算出的關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線信號(hào)傳給致動(dòng)器控制部214。
本實(shí)施例的行走機(jī)器人即使不在腳部安裝力傳感器也能夠抵抗外部干擾力而穩(wěn)定地持續(xù)行走。
在上述說(shuō)明中，假定軀體的傾斜角度按照預(yù)定的變化模式而改變。當(dāng)軀體的傾斜角度按照預(yù)定的變化模式而改變時(shí)，軀體步態(tài)數(shù)據(jù)僅包括與使實(shí)際的ZMP和目標(biāo)ZMP一致的軀體位置相關(guān)的數(shù)據(jù)。對(duì)此，也可以計(jì)算出使實(shí)際的ZMP與目標(biāo)ZMP一致的“軀體位置和軀體傾斜角度”并將其作為軀體步態(tài)數(shù)據(jù)。
對(duì)于軀體傾斜角度來(lái)說(shuō)，既可以是預(yù)定的變化模式，也可以是計(jì)算出的變化模式，兩者均給出表示目標(biāo)軀體傾斜角度的經(jīng)時(shí)變化的數(shù)據(jù)。在這里，軀體傾斜角度是指圍繞x軸的傾斜角度和圍繞y軸的傾斜角度。
本發(fā)明的技術(shù)不僅對(duì)軀體位置有效，而且對(duì)軀體角度也有效。如果計(jì)算出目標(biāo)軀體角度對(duì)時(shí)間的二階微分值(角加速度)和實(shí)際軀體角度的角加速度的偏差，并計(jì)算出與該偏差成比例的角度、與偏差的一階微分成比例的角度、與偏差的二階微分成比例的角度，再根據(jù)這些計(jì)算出目標(biāo)軀體角度的修正量，則可以對(duì)軀體角度由于外部干擾力的影響而偏離目標(biāo)軀體角度進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明通常可以適用于與軀體位置和軀體傾斜角度等軀體位置和姿勢(shì)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)。
(第二實(shí)施例)有時(shí)在機(jī)器人上安裝檢測(cè)軀體位置的裝置。例如，如果安裝回轉(zhuǎn)儀的話，除了實(shí)際的軀體加速度以外，還可以檢測(cè)出實(shí)際的軀體位置。安裝GPS計(jì)測(cè)傳感器也可以檢測(cè)出實(shí)際的軀體位置。也可以通過(guò)對(duì)軀體加速度進(jìn)行積分求出軀體速度，另外通過(guò)積分還可以檢測(cè)出軀體位置。
當(dāng)能夠檢測(cè)出機(jī)器人的實(shí)際的軀體位置時(shí)，可以有效地利用反饋控制環(huán)路。一旦有效地利用了反饋控制環(huán)路，就可以應(yīng)對(duì)機(jī)器人因在不平整的地面上行走而整體傾斜的情況了。下面說(shuō)明第二實(shí)施例，但僅說(shuō)明與第一圖9模塊化地示出了第二實(shí)施例的機(jī)器人的計(jì)算機(jī)裝置的功能，向軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部224輸入實(shí)際的軀體加速度和實(shí)際的軀體位置。
圖10是示出軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算部224的詳細(xì)情況的框圖。在圖10中，為了圖示的明確化，僅示出了x方向的情況。y方向和z方向與其相同。
由于在機(jī)器人上安裝了軀體位置傳感器904，因而能夠計(jì)測(cè)實(shí)際的軀體位置。軀體加速度計(jì)算裝置220使實(shí)際的軀體位置對(duì)時(shí)間進(jìn)行二階微分而求出實(shí)際的軀體加速度。根據(jù)求出的軀體加速度來(lái)執(zhí)行與第一實(shí)施例相同的處理，并計(jì)算出基于加速度偏差的修正量xd。
將通過(guò)基于加速度偏差的修正量xd對(duì)修正前的目標(biāo)軀體位置xo進(jìn)行修正后的目標(biāo)軀體位置xo+xd輸入偏差計(jì)算裝置906，計(jì)算出其與實(shí)際的軀體位置xr之間的偏差xo+xd-xr。將軀體位置的偏差xo+xd-xr輸入反饋處理模塊908，使用傳遞函數(shù)C(s)對(duì)其進(jìn)行處理。使用傳遞函數(shù)C(s)對(duì)偏差xo+xd-xr進(jìn)行處理后得到的值C(s)(xo+xd-xr)與通過(guò)基于加速度偏差的修正量而修正了的目標(biāo)軀體位置xo+xd相加，由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。被修正的目標(biāo)軀體位置最終被修正為xo+xd+C(s)(xo+xd-xr)。
圖11示出了第二實(shí)施例的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)修正計(jì)算的處理步驟。
在步驟S54中，讀入軀體位置傳感器904的檢測(cè)值。
在步驟S56中，根據(jù)軀體位置傳感器904的檢測(cè)值來(lái)檢測(cè)實(shí)際的軀體位置和實(shí)際的軀體加速度。
在步驟S58中，計(jì)算通過(guò)基于加速度偏差的修正量xd對(duì)修正前的目標(biāo)軀體位置xo進(jìn)行修正后得到的目標(biāo)軀體位置xo+xd與實(shí)際的軀體位置xr的偏差xo+xd-xr。
在步驟S60中，通過(guò)傳遞函數(shù)C(s)對(duì)其進(jìn)行處理，計(jì)算出反饋處理量C(s)(xo+xd-xr)。
在步驟S62中，將指示給關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置的目標(biāo)軀體位置xref修正為xo+xd+C(s)(xo+xd-xr)。
對(duì)于第二實(shí)施例所示的腿式機(jī)器人，通過(guò)計(jì)算偏差xo+xd-xr并進(jìn)行反饋控制以使該偏差變小，即使當(dāng)機(jī)器人在不平整的地面上行走而導(dǎo)致機(jī)器人整體傾斜時(shí)，也能夠進(jìn)行反饋控制以向目標(biāo)軀體位置回歸。
軀體位置傳感器也可以是實(shí)際測(cè)定軀體的傾斜角度的回轉(zhuǎn)儀。一旦通過(guò)回轉(zhuǎn)儀判斷出軀體的實(shí)際的姿態(tài)角，就可以通過(guò)乘以從著地腿的腳掌中心到軀體的重心的距離R來(lái)實(shí)際測(cè)定相對(duì)于著地腿的腳掌中心的軀體位置了。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些僅為例示，并不限定權(quán)利要求的范圍。例如對(duì)于步態(tài)數(shù)據(jù)，雖然介紹是以時(shí)間和位置來(lái)描述經(jīng)時(shí)變化的實(shí)施例，但也可以是以時(shí)間與速度、或時(shí)間與加速度的關(guān)系來(lái)描述腳部、腕部、軀體的運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化。權(quán)利要求所記載的技術(shù)包括對(duì)以上例示的具體例子進(jìn)行的各種變形和變更。
另外，通過(guò)各個(gè)在本說(shuō)明書或附圖中說(shuō)明的技術(shù)要素或者其各種組合來(lái)發(fā)揮技術(shù)作用，但并不限于申請(qǐng)時(shí)記載于權(quán)利要求中的組合。另外，在本說(shuō)明書或附圖中例示的技術(shù)可以同時(shí)達(dá)到多個(gè)目的，但達(dá)到其中的一個(gè)目的本身就具有技術(shù)效果了。
權(quán)利要求
1.一種腿式機(jī)器人，包括軀體；可擺動(dòng)地連結(jié)在軀體上的腿聯(lián)合體；腳部步態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，其中該腳部步態(tài)數(shù)據(jù)描述目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化；軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，其中該軀體步態(tài)數(shù)據(jù)描述可以跟隨目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的變化而行走的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化；檢測(cè)實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)的軀體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置；計(jì)算目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)之間的偏差的偏差計(jì)算裝置；以及修正裝置，根據(jù)計(jì)算出的偏差和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量，根據(jù)該修正量對(duì)軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
2.如權(quán)利要求1所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述偏差計(jì)算裝置計(jì)算目標(biāo)軀體加速度與實(shí)際的軀體加速度之間的偏差。
3.如權(quán)利要求2所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述修正裝置根據(jù)由加速度偏差計(jì)算出的外部干擾力和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量。
4.如權(quán)利要求3所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述傳遞函數(shù)包括比例要素。
5.如權(quán)利要求4所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述傳遞函數(shù)包括一次滯后要素和/或二次滯后要素。
6.如權(quán)利要求3所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述修正裝置在根據(jù)加速度偏差修正后的目標(biāo)軀體位置與實(shí)際的軀體位置之間的偏差上加上實(shí)施反饋處理的量，由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。
7.如權(quán)利要求4所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述修正裝置在根據(jù)加速度偏差修正后的目標(biāo)軀體位置與實(shí)際的軀體位置之間的偏差上加上實(shí)施反饋處理的量，由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。
8.如權(quán)利要求5所述的腿式機(jī)器人，其特征在于，所述修正裝置使根據(jù)加速度偏差進(jìn)行修正后的目標(biāo)軀體位置與實(shí)際的軀體位置的偏差與進(jìn)行反饋處理的量相加，并由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。
9.一種腿式機(jī)器人的行走控制方法，其特征在于，包括以下步驟存儲(chǔ)描述目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化的腳部步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟；存儲(chǔ)軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟，其中該軀體步態(tài)數(shù)據(jù)描述可以跟隨目標(biāo)腳部運(yùn)動(dòng)的變化而行走的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)時(shí)變化；檢測(cè)實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)的步驟；計(jì)算目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)之間的偏差的步驟；根據(jù)計(jì)算出的偏差和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量，根據(jù)該修正量對(duì)存儲(chǔ)的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的步驟；向機(jī)器人的各關(guān)節(jié)角組計(jì)算裝置指示經(jīng)修正的軀體步態(tài)數(shù)據(jù)的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的腿式機(jī)器人的行走控制方法，其特征在于，在所述計(jì)算偏差的步驟中，計(jì)算出目標(biāo)軀體加速度與實(shí)際的軀體加速度之間的偏差，在所述修正步驟中，根據(jù)由加速度偏差計(jì)算出的外部干擾力和規(guī)定的傳遞函數(shù)求出修正量。
11.如權(quán)利要求10的腿式機(jī)器人的行走控制方法，其特征在于，在所述修正步驟中，在根據(jù)加速度偏差修正后的目標(biāo)軀體位置與實(shí)際的軀體位置之間的偏差上加上實(shí)施反饋處理的量，由此對(duì)目標(biāo)軀體位置再次進(jìn)行修正。
全文摘要
在本發(fā)明中，計(jì)算出腿式機(jī)器人的目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際的軀體運(yùn)動(dòng)的偏差，并根據(jù)計(jì)算出的偏差對(duì)所述目標(biāo)軀體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正。
文檔編號(hào)B25J13/00GK1914009SQ200580003210
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者山本貴史, 杉原久義, 菅敬介, 津坂祐司, 但馬龍介 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社