步行式机器人及步行式双腿机器人制造技术

一种步行式移动装置（３０），根据步态数据对各腿部（１３Ｌ、１３Ｒ）的各关节部（１５Ｌ、１５Ｒ～２０Ｌ、２０Ｒ）的驱动机构进行驱动控制，其包括检测施加在各脚部（１４Ｌ、１４Ｒ）的脚底上的力的力传感器（２３Ｌ、２３Ｒ）和根据由力传感器检测出的力中的水平地面反作用力来修正来自步态生成部（２４）的步态数据的补偿部（３２），各力传感器（２３Ｌ、２３Ｒ）由在各脚部（１４Ｌ、１４Ｒ）的分割成多个的脚底各部分上设置的三轴力传感器（３６ａ～３６ｄ）构成，利用在与各脚底的端缘邻接的领域设置的力传感器，由接触检测部（３２ｂ）检测脚侧面的接触，补偿部（３２）一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部（２４）的步态数据，由此检测出脚侧面与障碍物等物体的接触，实现步行稳定性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
步行式移动装置及其步行控制装置及步行控制方法
本专利技术涉及一种步行式移动装置，涉及能够检测出脚侧面的接触的步行控制技术。
技术介绍
以往，所谓双腿步行式机器人，生成预先设定的步行图形(以下，称为步态)，按照该步态数据进行步行控制，通过按规定的步行图形使腿部活动，实现双腿步行。可是，如此的双腿步行式机器人，例如因路面状况、机器人自身的物理参数的误差等，步行时的姿势容易不稳定，有时会倾倒。对此，如果不预先设定步态数据，而是实时地一边确认机器人的步行状态一边进行步行控制，也能够使步行时的姿势稳定，进行步行，但即使在如此的场合，在发生未想到的路面状况等的情况下，步行姿势被打乱，机器人也会跌倒。为此，需要通过步行控制，进行将机器人的脚底的地面反作用力和重力的合成转矩为零的点(以下，称为ZMP(Zero Moment Point：零力矩点))收束在目标值内的所谓ZMP补偿。作为如此的ZMP补偿的控制方法，例如，如日本特开平5-305583号公报所示，已知有利用柔性控制将ZMP收束在目标值内并加速机器人的上体进行修正的方法，或修正机器人的脚的接地场所的控制方法。可是，如此的控制方法中，通过ZMP规范来谋求机器人的稳定，在该ZMP规范中，以测量水平地面反作用力为前提条件。因此，在以往的双腿步行式机器人中，在脚底具备力传感器，利用该力传感器，-->测量脚底的水平地面反作用力。但是，在如此构成的双腿步行式机器人中，如上所述地设在脚底上的力传感器只测量水平地面反作用力，例如在双腿步行式机器人的步行动作中，使脚部移动时，在脚部的侧面碰到障碍物的情况下，双腿步行式机器人不能识别出脚侧面与如此的障碍物的接触，若继续步行，有时会跌倒。
技术实现思路
本专利技术是针对以上问题提出的，目的是提供一种能够检测脚侧面与障碍物等物体的接触并能实现步行稳定性的步行式移动装置和其步行控制装置及步行控制方法。为实现上述目的的本专利技术的第一构成是一种步行式移动装置，具有：本体；多个腿部，在上体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；步态生成部，与要求动作相对应地生成包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据；以及步行控制装置，根据该步态数据对上述驱动机构进行驱动控制；并且，上述步行控制装置包括检测施加在各脚部的脚底上的力的力传感器和根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力修正来自步态生成部的步态数据的补偿部，而且，上述力传感器分别被设置在各脚部的脚底的分割成多个的区域，设置在与各脚底的端缘邻接的区域中的力传感器分别检测脚侧面的接触；上述补偿部一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部的步态数据。最好是，上述力传感器是三轴力传感器，在与上述各脚底的端缘邻接的区域，作为对应的力传感器的检测部件的底板外缘的至少一部分，形成以该力传感器为中心的圆弧面。在本专利技术的步行式移动装置中，最好是，上述力传感器是三轴力-->传感器，上述补偿部具有：根据来自各力传感器的检测信号来计算六个轴方向的力的六轴力计算部，和通过分解力成分来检测出脚侧面的接触的接触检测部。此外，最好是，上述接触检测部判断来自各力传感器的检测信号是由来自地面的力产生的、还是由与地面上物体的接触产生的，并向补偿部输出哪个力传感器检测出了脚侧面的接触的标志信息。此外，实现上述目的的本专利技术的第二构成是一种步行式移动装置的步行控制装置实现，其中，该步行式移动装置包括：本体；多个腿部，在本体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部分；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；以及驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；该步行控制装置，根据与要求动作相对应地由步态生成部生成的、包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据来驱动控制上述驱动机构，包括检测施加在各脚部的脚底上的力的力传感器和根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力来修正来自步态生成部的步态数据的补偿部，而且，上述力传感器分别被设置在各脚部的脚底的分割成多个的区域，设置在与各脚底的端缘邻接的区域中的力传感器分别检测脚侧面的接触；上述补偿部一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部的步态数据。最好是，上述力传感器是三轴力传感器，在与上述各脚底的端缘邻接的区域，作为对应的力传感器的检测部件的底板外缘的至少一部分，形成以该力传感器为中心的圆弧面。在本专利技术的步行式移动装置的步行控制装置中，最好是，上述力传感器是三轴力传感器，上述补偿部具有：根据来自各力传感器的检测信号来计算六个轴方向的力的六轴力计算部，和通过分解力成分来检测出脚侧面的接触的接触检测部。此外，最好是，上述接触检测部判断来自各力传感器的检测信号是由来自地面的力产生的、还是由与-->地面上物体的接触产生的，并向补偿部输出哪个力传感器检测出了脚侧面的接触的标志信息。此外，实现上述目的的用本专利技术的第三构成是一种步行式移动装置的步行控制方法，该步行式移动装置包括：本体；多个腿部，在本体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部分；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；以及驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；根据与要求动作相对应地由步态生成部生成的、包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据来驱动控制上述驱动机构，并且，由力传感器检测出施加在各脚部的脚底上的力，并根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力、由补偿部修正来自步态生成部的步态数据，其包括：第一步骤，在各脚部的脚底的分割成多个的区域，利用各力传感器分别检测出力；第二步骤，利用来自力传感器中的、设在与脚底的端缘邻接的区域中的力传感器的检测信号，分别检测脚侧面的接触；第三步骤，上述补偿部一边参照脚侧面的接触、一边修正来自步态生成部的步态数据。而且，最好是，上述力传感器是三轴力传感器，在与上述各脚底的端缘邻接的区域，作为对应的力传感器的检测部件的底板外缘的至少一部分，形成以该力传感器为中心的圆弧面。本专利技术涉及的步行式移动装置的步行控制方法中，最好是，上述力传感器是三轴力传感器，上述补偿部具有：根据来自各力传感器的检测信号来计算六个轴方向的力的六轴力计算部，和通过分解力成分来检测出脚侧面的接触的接触检测部。此外，最好是，上述接触检测部判断来自各力传感器的检测信号是由来自地面的力产生的、还是由与地面上物体的接触产生的，并向补偿部输出哪个力传感器检测出了脚侧面的接触的标志信息。如果利用上述构成，根据由分别设在将各脚部的脚底分割成多个-->的区域中的力传感器检测的水平地面反作用力，补偿部修正来自步态生成部的步态数据，对驱动机构进行驱动控制。此时，补偿部一边参照由上述力传感器中的、在与各脚底的端缘邻接的区域设置的力传感器检测的脚侧面的接触，一边进行步态数据的修正。因此，在步行动作中，机器人的各脚部的脚侧面与物体接触的时候，利用力传感器检测脚侧面的接触，一边参照该脚侧面的接触，一边根据通过与脚底的地面的摩擦力产生的水平地面反作用力修正步态数据，实现本体、最好是机器人上体的稳定化。因此，即使机器人的各脚部、碰到例如地面上的障碍物或台阶等的时候，通过检测脚侧面的接触修正步态数据，也能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步行式移动装置，具有：本体；多个腿部，在本体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；步态生成部，与要求动作相对应地生成包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据；以及步行控制装置，根据该步态数据对上述驱动机构进行驱动控制；并且，上述步行控制装置包括：检测施加在各脚部的脚底上的力的力传感器，以及根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力修正来自步态生成部的步态数据的补偿部，其特征在于，上述力传感器分别被设置在各脚部的脚底的分割成多个的区域，在与各脚底的端缘邻接的区域设置的力传感器分别检测脚侧面的接触；上述补偿部一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部的步态数据。

【技术特征摘要】
JP 2002-6-12 172109/20021.一种步行式移动装置，具有：本体；多个腿部，在本体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；步态生成部，与要求动作相对应地生成包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据；以及步行控制装置，根据该步态数据对上述驱动机构进行驱动控制；并且，上述步行控制装置包括：检测施加在各脚部的脚底上的力的力传感器，以及根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力修正来自步态生成部的步态数据的补偿部，其特征在于，上述力传感器分别被设置在各脚部的脚底的分割成多个的区域，在与各脚底的端缘邻接的区域设置的力传感器分别检测脚侧面的接触；上述补偿部一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部的步态数据。2.如权利要求1所述的步行式移动装置，其特征在于，上述力传感器是三轴力传感器，在与上述各脚底的端缘邻接的区域，作为对应的力传感器的检测部件的底板外缘的至少一部分，形成以该力传感器为中心的圆弧面。3.如权利要求1或2所述的步行式移动装置，其特征在于，上述力传感器是三轴力传感器，上述补偿部具有：根据来自各力传感器的检测信号来计算六个轴方向的力的六轴力计算部，和通过分解力成分来检测出脚侧面的接触的接触检测部。4.(修改)如权利要求3所述的步行式移动装置，其特征在于，上述接触检测部判断来自各力传感器的检测信号是由来自地面的力产生的、还是由与地面上物体的接触产生的，并向补偿部输出是哪个力传感器检测出了脚侧面的接触的标志信息。5.一种步行式移动装置的步行控制装置，该步行式移动装置包括：本体；多个腿部，在本体的下部两侧安装成可在二个轴方向摆动，且在中间具有膝部分；脚部，在各腿部的下端安装成可在二个轴方向摆动；以及驱动机构，使各腿部、膝部及脚部摆动；该步行控制装置根据与要求动作相对应地由步态生成部生成的、包含目标角度轨道、目标角速度、目标角加速度的步态数据来驱动控制上述驱动机构，并包括：检测施加在各脚部的脚底上的力的力传感器，以及根据由上述力传感器检测出的力中的水平地面反作用力来修正来自步态生成部的步态数据的补偿部，其特征在于，上述力传感器分别被设置在各脚部的脚底的分割成多个的区域，在与各脚底的端缘邻接的区域设置的力传感器分别检测脚侧面的接触；上述补偿部一边参照脚侧面的接触，一边修正来自步态生成部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：古田贵之，田原哲雄，奥村悠，北野宏明，清水正晴，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：JP[]