两足步行机器人控制方法和两足步行机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种两足步行机器人控制方法以及两足步行机器人控制系统，更具体 地，涉及一种用于两足步行机器人的主从式控制的技术。
【背景技术】
[0002] 日本未经审查专利申请公布第10-217159号公开了一种装备有主设备装置的有 腿式移动机器人的远程控制系统，该主设备装置用于以主从式方式控制有腿式移动机器 人。主设备装置包括：脚支撑机构，可移动地支撑操作者的脚；脚支撑机构驱动单元，驱动 脚支撑机构；主设备侧脚作用力检测装置，检测操作者的脚上的作用力。此外，有腿式移动 机器人包括机器人侧脚作用力检测装置，其从地面检测出有腿式移动机器人的脚上的作用 力。
[0003] 远程控制系统确定相对于操作者的上体的脚的目标位置和姿势，使得操作者的脚 上的作用力与机器人的脚上的作用力彼此对应；并且远程控制系统使用脚支撑机构驱动单 元根据所确定的目标位置和姿势控制脚支撑机构。此外，远程控制系统确定相对于机器人 的上体的脚的目标位置和姿势，并且根据所确定的目标位置和姿势控制机器人中的腿致动 单元。
[0004] 换言之，远程控制系统执行控制，使得操作者和机器人在其脚上接收到相等的作 用力。这能够使得操作者将机器人的稳定性或不稳定性识别为他/她自身的稳定性或不稳 定性，从而对机器人执行精确的操纵以维持稳定性。
【发明内容】
[0005] 然而，在专利文献1中所公开的技术具有下述问题：为了将躯体感觉反馈给操作 者，该装置需要为大型的。
[0006] 本发明被实现为解决上述问题，并且因此本发明的目的是提供一种能够使得采用 简单的结构进行机器人的直观操作的两足步行机器人控制方法以及两足步行机器人控制 系统。
[0007] 根据本发明的第一方面的两足步行机器人控制方法是用于两足步行机器人的步 行的主从式控制的两足步行机器人控制方法，包括：加重检测步骤，检测由操作者的右腿和 左腿分别施加到地面的加重；目标零力矩点ZMP计算步骤，计算当两足步行机器人产生具 有所检测到的右腿加重与左腿加重的比例的加重时的目标ZMP;以及控制步骤，依照所计 算出的目标ZMP控制两足步行机器人。根据此方面，操作者可以直观地控制两足步行机器 人的右腿加重和左腿加重。此外，因为仅需检测操作者的右腿加重和左腿加重，所以可以通 过简单的结构实施该方法。
[0008] 此外，上述两足步行机器人控制方法还可以包括：检测步骤，根据所检测到的右腿 加重和左腿加重的改变检测操作者进行的一步；以及游走腿轨迹计算步骤，根据当操作者 进行的一步结束时所检测到的右腿加重和左腿加重，计算用于与操作者进行的一步相对应 的两足步行机器人的一步的游走腿轨迹，并且控制步骤还可以控制两足步行机器人沿着所 计算出的游走腿轨迹步行。因为不需要始终反映游走腿轨迹，所以可以以简单并且容易的 方式控制两足步行机器人。
[0009] 此外，在上述两足步行机器人控制方法中，游走腿轨迹计算步骤可以生成游走腿 轨迹信息并且将游走腿轨迹信息存储到缓冲器中，该游走腿轨迹信息以与操作者进行的一 步的游走腿时段相对应的大小指示游走腿轨迹，控制步骤可以依照由在缓冲器中所存储的 游走腿轨迹信息所指示的游走腿轨迹，控制两足步行机器人；该两足步行机器人控制方法 还可以包括游走腿时段计算步骤，该游走腿时段计算步骤根据所检测到的右腿加重和左腿 加重的改变计算操作者进行的一步的游走腿时段，以及当所计算出的游走腿时段长于用于 将游走腿轨迹信息存储到存储器中的时间段的上限时，游走腿时段计算步骤可以在对游走 腿时段进行校正以满足上限之后生成游走腿轨迹信息。从而，即使当操作者进行的一步非 常长时也可以适当地控制两足步行机器人。
[0010] 此外，上述两足步行机器人控制方法还可以包括游走腿时段计算步骤，该游走腿 时段计算步骤根据所检测到的右腿加重和左腿加重计算操作者进行的一步的游走腿时段， 并且当所计算出的游走腿时段短于用于两足步行机器人再现与操作者进行的一步相对应 的一步的时间段的下限时，游走腿时段计算步骤在对操作者进行的一步的游走腿时段进行 校正以满足下限之后生成游走腿轨迹。从而，即使当操作者进行的一步非常短时也可以适 当地控制两足步行机器人。
[0011] 此外，上述两足步行机器人控制方法还可以包括：游走腿时段计算步骤，该游走腿 时段计算步骤根据所检测到的右腿加重和左腿加重计算操作者进行的一步的游走腿时段， 并且当所计算出的游走腿时段短于用于两足步行机器人再现与操作者进行的一步相对应 的一步的时间段的下限时，游走腿时段计算步骤可以使得操作者进行的一步无效。从而，即 使当操作者进行的一步非常短时也可以适当地控制两足步行机器人。
[0012] 此外，上述两足步行机器人控制方法还可以包括：臀部姿势计算步骤，该臀部姿势 计算步骤将两足步行机器人的垂直轴周围的臀部姿势计算为通过依照所检测到的右腿加 重和左腿加重的加重比例对两足步行机器人的右腿姿势和左腿姿势进行组合所获得的姿 势，并且控制步骤还可以控制两足步行机器人以实现所计算出的臀部姿势。从而，操作者可 以直观地控制两足步行机器人的上体。
[0013] 根据本发明的第二方面的两足步行机器人控制系统是如下两足步行机器人控制 系统：该两足步行机器人控制系统用作主设备并且对用作从设备（slave)的两足步行机器 人的步行执行主从式控制，该两足步行机器人控制系统包括：加重检测单元，检测由操作者 的右腿和左腿分别施加到地面的加重；目标ZMP计算单元，计算当两足步行机器人产生具 有所检测到的右腿加重与左腿加重的比例的加重时的目标ZMP;以及控制单元，依照所计 算出的目标ZMP控制两足步行机器人。根据此方面，操作者可以直观地控制两足步行机器 人的右腿加重和左腿加重，并且可以通过简单的结构实施系统，就如同上述两足步行机器 人控制方法一样。
[0014] 根据本发明的上述方面，可以提供一种能够使得采用简单的结构进行机器人的直 观操作的两足步行机器人控制方法以及两足步行机器人控制系统。
[0015] 根据在下文中所给出的详细说明和附图将更全面地理解本发明的以上的和其他 目的、特征以及优点，在下文中所给出的详细说明和附图仅以示例的方式给出，并且因此不 应被认为是对本发明的限制。
【附图说明】
[0016] 图1是根据此实施例的主从式控制系统的示意图；
[0017] 图2是示出了根据此实施例的稳定化处理的概念的图；
[0018] 图3是示出了根据此实施例的主从式控制系统的处理的流程图；
[0019] 图4是示出了缓冲器更新位置与操作延迟和稳定性之间的关系的图；
[0020] 图5是示出了根据此实施例的着陆确定的图；
[0021] 图6是示出了根据此实施例的提起确定的图；
[0022] 图7是示出了操作者的步行的轨迹的图；
[0023] 图8是示出了从操作者的一个腿的提起到着陆的游走腿时段的图像的图；
[0024] 图9是示出了根据此实施例的游走腿时段的上限和下限的图；
[0025] 图10是示出了用于根据此实施例的游走腿轨迹的生成的参数的图；
[0026] 图11是示出了根据此实施例的目标腿位置/姿势的更新的示例的图；
[0027] 图12是示出了根据此实施例的目标ZMP的更新的示例的图；
[0028] 图13是示出了根据此实施例的实验结果的图；
[0029] 图14是示出了根据此实施例的实验结果的图；
[0030] 图15是示出了预见（preview)控制增益的示例的图；
[0031] 图16是示出了根据此实施例的机器人的直观操作的图像的图；
[0032] 图17是示出了根据此实施例的机器人的直观操作的图像的图；
[0033] 图18是示出了根据此实施例的机器人的障碍物避免的图像的图；以及
[0034] 图19是示出了根据此实施例的坐下的操作者控制机器人的示例的图。
【具体实施方式】
[0035] 在下文中将参照附图描述本发明的优选实施例。应当注意，在下面的实施例中仅 出于示意的目的给出了具体的数值等，并且除非特别指明否则这些值不限于此。此外，在下 面的说明和附图中，为了使得说明简要，适当地省略、缩短以及简化了对本领域技术人员而 言明显的事项等。
[0036] 〈1?系统结构〉
[0037] 在下文中参照图1描述根据此实施例的主从式控制系统1的结构。图1是根据此 实施例的主从式控制系统1的示意图。
[0038] 主从式控制系统1包括两足步行机器人3(在下文中，还简称为"机器人"）、一对 测力板4、多个动作（motion)捕捉装置5、以及测量PC(个人计算机）6。主从式控制系统1 用作两足步行机器人控制系统。
[0039] 包括测力板4、动作捕捉装置5、以及测量PC6的单元对应于主从式控制中的主设 备装置2。机器人3对应于主从式控制中的从设备装置。
[0040] 一对测力板4由通过将左脚放置在一个测力板4上而右脚放置在另一个测力板4 上而站立在其上的操作者所使用。从而，一对测力板4中的每个检测由操作者的右脚和左 脚中的每个的脚底施加到地面的加重。当在地面上检测到来自操作者的脚底的加重时，一 对测力板4中的每个生成指示加重量的信息的加重信息，并且将该加重信息传送到测量PC 6。测量PC6将从测力板4所接收到的加重信息传送到机器人3。从而，机器人3可以根据 由从测力板4中的每个所传送的加重信息所指示的加重量，识别出由操作者的右脚和左脚 分别地施加到地面的加重量。
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