[發(fā)明專利]腿式移動機器人及其控制程序

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580041314.5
• 申請日: 2005-09-14
• 公開（公告）號: CN101068664A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 竹中透;松本隆志;吉池孝英;秋元一志;城倉信也;淺谷南己
• 申請（專利權(quán)）人: 本田技研工業(yè)株式會社
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J13/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李貴亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種腿式移動機器人及其控制程序。

背景技術(shù)

眾所周知，以往，提出過有這樣一種方案，即，在機器人移動時，為了減輕腳部在著地時對腿體等的沖擊，而以該腳部速度的垂直成分在著地前大致接近于0的方式來控制腿體的動作的技術(shù)手法。據(jù)此，例如，當(dāng)雙腳移動機器人一邊反復(fù)變換兩腿體處于空中的空中期與由任意一腿體支承的單腳支承期，一邊跑動時，如圖19(a)所示，設(shè)定右腳部的目標(biāo)腳部高度在從空中期即將轉(zhuǎn)變到單腳支承期之前變?yōu)?。

另外，還提出過這樣一種方案，即，為了減輕腳部在著地時對腿體等的沖擊，設(shè)置了柔性機構(gòu)，考慮到腳部著地時的柔軟變形，來設(shè)定腳部的目標(biāo)軌道的技術(shù)手法。據(jù)此，例如在雙腳移動機器人跑動中，如圖19(b)所示那樣來設(shè)定目標(biāo)地面反向力，即在從空中期轉(zhuǎn)變成單腳支承期之后，從0開始急劇增加，之后被維持于一定，即將到下一空中期之前又急劇減少到0，在這種情況下，推斷由該目標(biāo)地面反向力產(chǎn)生的柔性機構(gòu)的變形量如圖19(c)所示那樣變化。另外，為補償該變形量，如圖19(d)所示那樣地對圖19(a)所示的目標(biāo)腳部高度進行修正并予以再次設(shè)定。

然而，例如在設(shè)定圖19(d)所示的目標(biāo)腳部高度(目標(biāo)腳部軌道)時，會產(chǎn)生有下述的問題。

即，當(dāng)腿體轉(zhuǎn)變到著地期之后，如圖19(e)所示，由于實際地面反向力的產(chǎn)生相對于目標(biāo)地面反向力而出現(xiàn)延遲，因此，有可能腳部沒有足夠減速，導(dǎo)致實際地面反向力過大，進而機器人著地時的沖擊一時變得過大。

另外，因作為腿體的原動機的執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)延遲、驅(qū)動力傳遞系統(tǒng)的傳遞延遲、以及由腿體機構(gòu)的形變引起的響應(yīng)延遲等，有可能產(chǎn)生柔性機構(gòu)的變形的時間延遲，從而導(dǎo)致作用于腳部的實際地面反向力(＝由腳關(guān)節(jié)部設(shè)置的6軸力傳感器等測定的地面反向力)對目標(biāo)地面反向力的跟蹤性出現(xiàn)不良。例如，有可能產(chǎn)生下述的問題，即，如圖19(e)所示，作用于腳部的實際地面反向力在該腳部從非觸地期轉(zhuǎn)變成觸地期之后，相對于圖19(b)所示的目標(biāo)地面反向力而言出現(xiàn)延遲地變化，并且伴隨向下一非觸地期的轉(zhuǎn)變，本來是在腳部離地后，實際地面反向力應(yīng)該為0，但與之不相關(guān)地，還殘留著有限的實際地面反向力(負荷的解除呈現(xiàn)不良)。由此，該腳部的腳尖部等若刮住地面，有可能導(dǎo)致此后的機器人動作至少暫時變得不穩(wěn)定。

因此，本發(fā)明以提供一種能夠提高實際地面反向力對目標(biāo)地面反向力的跟蹤性，并能將動作控制于穩(wěn)定的腿式移動機器人以及其控制程序作為解決課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及的腿式移動機器人具有：基體、從基體向下方延伸設(shè)置的多個腿體、以及緩和各腿體的著地沖擊的柔性機構(gòu)，該腿式移動機器人通過伴隨各腿體前端觸地部位的著地及離地的各腿體的動作來進行移動。

為解決上述課題，本申請第一發(fā)明的腿式移動機器人的特征在于，具有腿體控制裝置，該腿體控制裝置以觸地部位以規(guī)定速度向垂直方向下方或地面垂線方向下方著地的方式來控制腿體的動作，具有目標(biāo)地面反向力設(shè)定裝置，該目標(biāo)地面反向力設(shè)定裝置將作用于觸地部位的地面反向力的目標(biāo)值設(shè)定為目標(biāo)地面反向力，腿體控制裝置根據(jù)下述變化率來決定所述規(guī)定速度，并以使得該觸地部位朝向垂直方向下方或地面垂線方向下方的速度到著地時之前達到所述決定的規(guī)定速度的方式來控制腿體的動作，該變化率是指通過由目標(biāo)地面反向力設(shè)定裝置設(shè)定的目標(biāo)地面反向力在腿體的觸地部位剛剛著地后所產(chǎn)生的柔性機構(gòu)的變形量在垂直方向或地面垂線方向上的變化率。

根據(jù)本申請第一發(fā)明的腿式移動機器人，由于觸地部位以規(guī)定速度向垂直方向下方或地面垂線方向下方著地，因此在從腿體的離地期(非觸地期)剛剛轉(zhuǎn)變到著地期(觸地期)之后，可以使得實際地面反向力高效跟蹤目標(biāo)地面反向力地變化。據(jù)此，可以避免前述那樣的問題，即，施加到剛剛轉(zhuǎn)變成著地期之后的腳部上的負荷一時變大，或者在向下一離地期轉(zhuǎn)變時負荷的解除呈現(xiàn)不良，以至腳部的一部分刮住地面的問題，從而可以穩(wěn)定控制機器人動作。換句話說，根據(jù)本申請第一發(fā)明的機器人，從緩和著地時的對腿體的沖擊，而且同時避免在腿體離地時腳部一部分刮住地面這一觀點出發(fā)，可以將移動中的機器人腿體穩(wěn)固踩踏地面的力控制在適當(dāng)。