专利名称：腿式移动机器人及其控制程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种腿式移动机器人及其控制程序。
背景技术：
众所周知，以往，提出过有这样一种方案，即，在机器人移动时，为了减轻脚部在着地时对腿体等的冲击，而以该脚部速度的垂直成分在着地前大致接近于0的方式来控制腿体的动作的技术手法。据此，例如，当双脚移动机器人一边反复变换两腿体处于空中的空中期与由任意一腿体支承的单脚支承期，一边跑动时，如图19(a)所示，设定右脚部的目标脚部高度在从空中期即将转变到单脚支承期之前变为0。
另外，还提出过这样一种方案，即，为了减轻脚部在着地时对腿体等的冲击，设置了柔性机构，考虑到脚部着地时的柔软变形，来设定脚部的目标轨道的技术手法。据此，例如在双脚移动机器人跑动中，如图19(b)所示那样来设定目标地面反向力，即在从空中期转变成单脚支承期之后，从0开始急剧增加，之后被维持于一定，即将到下一空中期之前又急剧减少到0，在这种情况下，推断由该目标地面反向力产生的柔性机构的变形量如图19(c)所示那样变化。另外，为补偿该变形量，如图19(d)所示那样地对图19(a)所示的目标脚部高度进行修正并予以再次设定。
然而，例如在设定图19(d)所示的目标脚部高度(目标脚部轨道)时，会产生有下述的问题。
即，当腿体转变到着地期之后，如图19(e)所示，由于实际地面反向力的产生相对于目标地面反向力而出现延迟，因此，有可能脚部没有足够减速，导致实际地面反向力过大，进而机器人着地时的冲击一时变得过大。
另外，因作为腿体的原动机的执行机构的响应延迟、驱动力传递系统的传递延迟、以及由腿体机构的形变引起的响应延迟等，有可能产生柔性机构的变形的时间延迟，从而导致作用于脚部的实际地面反向力(＝由脚关节部设置的6轴力传感器等测定的地面反向力)对目标地面反向力的跟踪性出现不良。例如，有可能产生下述的问题，即，如图19(e)所示，作用于脚部的实际地面反向力在该脚部从非触地期转变成触地期之后，相对于图19(b)所示的目标地面反向力而言出现延迟地变化，并且伴随向下一非触地期的转变，本来是在脚部离地后，实际地面反向力应该为0，但与之不相关地，还残留着有限的实际地面反向力(负荷的解除呈现不良)。由此，该脚部的脚尖部等若刮住地面，有可能导致此后的机器人动作至少暂时变得不稳定。
因此，本发明以提供一种能够提高实际地面反向力对目标地面反向力的跟踪性，并能将动作控制于稳定的腿式移动机器人以及其控制程序作为解决课题。
发明内容
本发明涉及的腿式移动机器人具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动。
为解决上述课题，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有腿体控制装置，该腿体控制装置以触地部位以规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地的方式来控制腿体的动作。
根据本申请第一发明的腿式移动机器人，由于触地部位以规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地，因此在从腿体的离地期(非触地期)刚刚转变到着地期(触地期)之后，可以使得实际地面反向力高效跟踪目标地面反向力地变化。据此，可以避免前述那样的问题，即，施加到刚刚转变成着地期之后的脚部上的负荷一时变大，或者在向下一离地期转变时负荷的解除呈现不良，以至脚部的一部分刮住地面的问题，从而可以稳定控制机器人动作。换句话说，根据本申请第一发明的机器人，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，可以将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
另外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有目标地面反向力设定装置，该目标地面反向力设定装置将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力，腿体控制装置以使得所述规定速度相对于下述绝对值处在
范围内的比率的方式来控制腿体的动作，该绝对值是指通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的绝对值。
触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的且是相对于下述绝对值的速度是给着地时的对腿体的冲击、以及离地时的负荷解除带来影响的因素，即，该绝对值是指柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的绝对值，而该柔性机构的变形量又是通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力，在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的变形量。据本申请发明人所知，当该比率低于‘0.1’时，减少着地时的对腿体冲击的能力则会急剧下降，并且在离地时负荷解除出现不良，导致触地部位的一部分刮住地面的可能性急剧增大。另一方面，当该比率超过‘10’时，尽管离地时的负荷解除呈现良好，但是，着地时的对腿体的负荷虽说是一时性的但超过目标地面反向力最大值的可能性增大。因此，鉴于上述所知，通过使得该比率收在
内地来控制腿体的动作，可以一边缓和着地时的对腿体的冲击，一边使得离地时的负荷解除呈现良好，从而稳定地控制机器人动作。
此外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有目标地面反向力设定装置，该目标地面反向力设定装置将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力，腿体控制装置根据下述变化率来决定所述规定速度，并以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到所述决定的规定速度的方式来控制腿体的动作，该变化率是指通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率。
另外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有目标地面反向力设定装置，其将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；机构变形量决定装置，其将通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；目标触地部位轨道设定装置，其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；目标触地部位轨道修正装置，其以对由机构变形量决定装置决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正，腿体控制装置在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定装置决定的触地部位刚刚着地后的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率，以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到规定速度的方式来控制腿体的动作，另一方面，腿体控制装置在触地部位的着地期，按照由目标触地部位轨道修正装置修正的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
根据本发明的腿式移动机器人，根据触地部位刚刚着地后的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分的变化率，来控制触地部位的着地速度。据此，可以使得离地期结束前的腿体的触地部位的下降动作圆滑地与着地期开始后的腿体的触地部位稳固踩踏地面的动作连接。而且，从上述的观点出发，可以根据柔性机构的着地冲击缓和特性，而将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
此外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，目标触地部位轨道修正装置在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定装置决定的、触地部位刚刚着地后的机构变形量，以向上方偏离的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分进行修正，另一方面，目标触地部位轨道修正装置在触地部位的着地期，根据由机构变形量决定装置决定的机构变形量，将由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分向下方修正。
根据本发明的腿式移动机器人，通过着地期的与目标地面反向力对应的机构变形量，而将着地期的目标触地部位轨道修正到下方，另一方面，还根据触地部位刚刚着地后的离地期的机构变形量，而将离地期的目标触地部位轨道修正到上方。据此，可以使得离地期结束前的腿体的触地部位的下降动作圆滑地与着地期开始后的腿体的触地部位稳固踩踏地面的动作连接。而且，从上述的观点出发，可以根据柔性机构的着地冲击缓和特性，而将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
另外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有目标地面反向力设定装置，其将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；机构变形量决定装置，其将通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；目标触地部位轨道设定装置，其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；目标触地部位轨道修正装置，其以对由机构变形量决定装置决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正，由此决定修正目标触地部位轨道，目标地面反向力设定装置设定触地部位的着地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为正的目标地面反向力，另一方面，该目标地面反向力设定装置根据刚刚着地后的目标地面反向力，设定触地部位的离地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为负的假想目标地面反向力，腿体控制装置按照由目标触地部位轨道修正装置决定的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
根据本发明的腿式移动机器人，通过着地期中的正的地面反向力，决定正的机构变形量，从而将着地期的目标触地部位轨道修正到下方。另外，通过离地期的假想的负的地面反向力，决定负的机构变形量，从而将离地期的目标触地部位轨道修正到上方。据此，可以使得离地期结束前的腿体的触地部位的下降动作圆滑地与着地期开始后的腿体的触地部位稳固踩踏地面的动作连接。而且，从上述的观点出发，可以根据柔性机构的着地冲击缓和特性，而将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
此外，本申请第一发明的腿式移动机器人的特征在于，具有机构变形补偿量设定装置，该机构变形补偿量设定装置根据由机构变形量决定装置决定的机构变形量，设定用于补偿该机构变形量对目标触地部位轨道带来的影响的机构变形量补偿量，目标触地部位轨道修正装置根据由机构变形补偿量设定装置设定的机构变形补偿量，对由目标触地部位设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正。
为解决上述课题，本申请第二发明的腿式移动机器人的特征在于，目标步态设定装置，其对具有作为目标触地部位轨道的触地部位轨道并且满足动力学平衡条件的目标步态进行设定，该触地部位轨道是指触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分，在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种情况下为0的轨道；修正目标触地部位轨道设定装置，其将对目标触地部位轨道进行了修正后的轨道设定为修正目标触地部位轨道，以使得在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种的情况下，触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分不为0；腿体控制装置，其根据由修正目标触地部位轨道设定装置设定的修正目标触地部位轨道，使腿体动作并控制触地部位相对于地面的接近速度。
根据本申请第二发明的腿式移动机器人，可以提高实际地面反向力对目标地面反向力的跟踪性，还可以避免前述那样的问题，即，施加到刚刚转变成着地期之后的脚部上的负荷一时变大，或者向下一离地期转变时负荷的解除呈现不良，导致脚部的一部分刮住地面的问题，从而可以将机器人动作控制于稳定。换句话说，根据本申请第二发明的机器人，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，可以将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
另外，本申请第二发明的腿式移动机器人的特征在于，具有设定目标ZMP的目标ZMP设定装置，目标步态设定装置将目标步态的运动满足目标ZMP的条件作为所述动力学平衡条件来设定目标步态。
本发明是涉及一种将控制腿式移动机器人的动作的功能赋予搭载在该机器人上的计算机，该腿式移动机器人具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动。
为了解决上述课题，本申请第一发明的控制程序将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能以触地部位以规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地的方式控制腿体的动作。
根据本申请第一发明的控制程序，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，将下述的功能提供给机器人，该功能为可以将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
另外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力的目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为以使得所述规定速度相对于下述绝对值处在
范围内的比率的方式来控制腿体的动作，该绝对值是指通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的绝对值。
此外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力的目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为根据下述变化率来决定所述规定速度，并以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到所述决定的规定速度的方式来控制腿体的动作，该变化率是指通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率。
另外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将目标地面反向力设定功能、机构变形量决定功能、目标触地部位轨道设定功能、目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标地面反向力设定功能为将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；所述机构变形量决定功能为将通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；所述目标触地部位轨道设定功能为将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；所述目标触地部位轨道修正功能为以对由机构变形量决定功能决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定功能决定的触地部位刚刚着地后的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率，以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到规定速度的方式来控制腿体的动作，另一方面，在触地部位的着地期，按照由目标触地部位轨道修正功能修正的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
此外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标触地部位轨道修正功能为在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定功能决定的、触地部位刚刚着地后的机构变形量，以向上方偏离的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分进行修正，另一方面，在触地部位的着地期，根据由机构变形量决定功能决定的机构变形量，将由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分向下方修正。
另外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将目标地面反向力设定功能、机构变形量决定功能、目标触地部位轨道设定功能、目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标地面反向力设定功能为将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；所述机构变形量决定功能为将通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；所述目标触地部位轨道设定功能为其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；所述目标触地部位轨道修正功能为以对由机构变形量决定功能决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正，由此决定修正目标触地部位轨道，并且，将目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标地面反向力设定功能为设定触地部位的着地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为正的目标地面反向力，另一方面，根据刚刚着地后的目标地面反向力，设定触地部位的离地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为负的假想目标地面反向力，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为按照由目标触地部位轨道修正功能决定的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
此外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将机构变形补偿量设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该机构变形补偿量设定功能为根据由机构变形量决定功能决定的机构变形量，来设定用于补偿该机构变形量给目标触地部位轨道带来的影响的机构变形量补偿量，并且，将目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标触地部位轨道修正功能为根据由机构变形补偿量设定功能设定的机构变形补偿量，对由目标触地部位设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正。
为解决上述课题，本申请第二发明的控制程序，其特征在于，将目标步态设定功能、修正目标触地部位轨道设定功能、腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标步态设定功能为对具有作为目标触地部位轨道的触地部位轨道并且满足动力学平衡条件的目标步态进行设定，该触地部位轨道是指触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分，在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种情况下为0的轨道；所述修正目标触地部位轨道设定功能为将对目标触地部位轨道进行了修正后的轨道设定为修正目标触地部位轨道，以使得在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种的情况下，触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分不为0；所述腿体控制功能为根据由修正目标触地部位轨道设定功能设定的修正目标触地部位轨道，使腿体动作并控制触地部位相对于地面的接近速度。
根据本申请第二发明的控制程序，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，将下述的功能提供给机器人，该功能为可以将移动中的机器人腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
另外，本申请第一发明的控制程序，其特征在于，将设定目标ZMP的目标ZMP设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将目标步态设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标步态设定功能为将目标步态的运动满足目标ZMP的条件作为所述动力学平衡条件来设定目标步态。
图1是表示作为本发明实施方式中的腿式移动机器人的双脚移动机器人的整体构成的概略示意图。
图2是表示图1中机器人的各腿体的脚部部分的构成侧视图。
图3是表示对图1中机器人所具备的控制单元的构成方框图。
图4是表示图3中控制单元的功能的构成方框图。
图5是例举图1中机器人的跑动步态的示意图。
图6是表示设定目标地面反向力垂直成分的例子的线图。
图7是表示设定目标ZMP的例子的线图。
图8是表示图3中控制单元所具备的步态生成装置的主程序处理的流程图。
图9是表示图8流程图的子程序处理的流程图。
图10是表示设定固定步态的地面反向力水平成分容许范围的例子的线图。
图11是表示图8流程图的子程序处理的流程图。
图12是表示设定本次步态的地面反向力水平成分容许范围的例子的线图。
图13是表示设定行走步态的目标地面反向力垂直成分的例子的线图。
图14是例举行走步态的目标地面反向力垂直成分的设定处理的流程图。
图15是表示本发明机器人的腿体动作控制方法的第一实施方式的示意图。
图16是表示本发明机器人的腿体动作控制方法的第一实施方式的示意图。
图17是表示本发明机器人的腿体动作控制方法的第二实施方式的示意图。
图18是表示本发明机器人的腿体动作控制方法的第二实施方式的示意图。
图19是表示现有技术机器人的腿体动作控制方法的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，说明本发明的腿式移动机器人及其控制程序的实施方式。
图1是表示作为本实施方式中的腿式移动机器人的双脚移动机器人的整体构成的概略示意图，其中该腿式移动机器人适用了步态生成装置及控制装置。
如图所示，双脚移动机器人(以下称机器人)1具有从上体24向下方延伸设置出的左右一对腿体(腿部链接)2、2。两腿体2、2为同一结构，分别具有6个关节。其6个关节从上体24一侧依次由胯部(腰部)旋转(转动)用(相对于上体24的横摆方向上转动用)的关节10R、10L(符号R、L分别表示与右侧腿体、左侧腿体相对应的意思；以下相同)、胯部(腰部)的左右方向(绕X轴)上转动用的关节12R、12L、胯部(腰部)的前后方向(绕Y轴)上转动用的关节14R、14L、膝盖部的前后方向上转动用的关节16R、16L、脚踝部的前后方向上转动用的关节18R、18L、脚踝部的左右方向上转动用的关节20R、20L构成。
在各腿体2的脚踝部的2个关节18R(L)、20R(L)下部，安装有构成各腿体2的下端部的脚部(足部)22R(L)，而且同时在两腿体2、2的最上部位，经各腿体2的胯部的3个关节10R(L)、12R(L)、14R(L)而安装有所述上体(基体)24。在上体24内部，收装有详细将在后面说明的控制单元26等。另外，为了便于图示，在图1中，将控制单元26绘制在上体24的外部。
控制单元26，是由作为硬件的CPU、ROM、RAM、信号输入电路、信号输出电路等、和作为将机器人1的动作控制功能提供给该硬件的软件的本发明的‘控制程序’来构成。
在上述构成的各腿体2中，胯关节(或腰关节)由关节10R(L)、12R(L)、14R(L)构成，膝关节由关节16R(L)构成，脚关节(踝关节)由关节18R(L)、20R(L)构成。另外，胯关节与膝关节通过大腿链接28R(L)连结，膝关节与脚关节通过小腿链接30R(L)连结。
另外，虽省略图示，但在上体24的上部的两侧部安装有左右一对臂体，而且同时在上体24的上端部还配置有头部。因为这些臂体及头部与本发明的要点没有直接关联，故而省略详细说明，但通过各臂体所具备的多个关节，可以使该臂体相对于上体24进行前后摆动等运动。
根据各腿体2的上述构成，各腿体2的脚部(相当于本发明中的‘足部’)22R(L)相对于上体24而被付与6个自由度。而且，当机器人1移动时，通过以适当角度来驱动两腿体2、2合在一起为6*2＝12个(在本说明书中，该‘*’在针对内积的运算中是表示乘法运算，而在针对矢量的运算中则表示外积)的关节，可以使两脚部22R、22L进行所希望的运动。这样，该机器人1可以任意地进行三维空间的移动。
另外，在本说明书中将于后面说明的上体24的位置及速度是表示上体24的规定位置及其移动速度，该规定位置具体是指上体24上的预先设定的代表点(例如左右胯关节之间的中央点等)的位置。同样，各脚部22R、22L的位置及速度是表示各脚部22R、22L的预先设定的代表点的位置、及其移动速度。这种情况，在本实施方式中，各脚部22R、22L的代表点被设定在例如各脚部22R、22L的底面上(再具体而言，是指从各腿体2的踝关节中心到各脚部22R、22L的底面的垂线与该底面相交的点等)。
如图1所示，在各腿体2的踝关节18R(L)、20R(L)下方，并在与脚部22R(L)之间，安设有公知的6轴力传感器34。该6轴力传感器34是用于检测各腿体2的脚部22R(L)有无着地、以及作用于各腿体2上的地面反向力(触地负荷)等的情况，并将该地面反向力的平移力的3方向成分Fx、Fy、Fz、以及力矩的3方向成分Mx、My、Mz的检测信号输出给控制单元26。另外，上体24上设置有用于检测上体24相对于Z轴(垂直方向(重力方向))的倾斜度(姿势角)及其角速度的倾斜传感器36，其检测信号从该倾斜传感器36被输出给控制单元26。另外，虽省略了详细构造的图示，但在机器人1的各关节设置有用于驱动关节的电动机32(图3参照)、以及用于检测其电动机32的转动量(各关节的转动角)的编码器(旋转编码器)33(图3参照)，该编码器33的检测信号从该编码器33被输出给控制单元26。
如图2所示，在各脚部22R(L)的上方，并在与所述6轴力传感器34之间，装备有弹簧机构(第一柔性机构)38，而且同时在脚底(各脚部22R(L)的底面)粘贴有由橡胶等构成的脚底弹性体(第二柔性机构)40。通过这些弹簧机构38及脚底弹性体40构成柔性机构42。具体而言，弹簧机构38是由安装在脚部22R(L)的上面部上的方形状导向部件(未图示)、和安装在踝关节18R(L)(图2中省略了踝关节20R(L))及6轴力传感器34一侧并且经弹性件(橡胶或弹簧)而微动自如地被收装在所述导向部件内的活塞状部件(未图示)构成。另外，柔性机构也可以由腿体2的链接28、30构成。
图2中实线所示的脚部22R(L)是表示没有受到地面反向力时的状态。一旦各腿体2受到地面反向力，柔性机构42的弹簧机构38与脚底弹性体40则变弯曲，脚部22R(L)转变到图中虚线所例示出的位置姿势。该柔性机构42的构造不仅对缓和着地冲击，对提高机器人1的控制性也起到重要作用。另外，因为其详细已由本申请人在先提出并被记载在特开平5-305584号公报上，故省略详细的说明。
此外，图1中虽省略了图示，但在机器人1的外部则按如下所述的方式来设置操纵该机器人1用的操纵装置(操作器)44(图3参照)，即，通过操作该操纵装置44，根据需要，而将使前进移动中的机器人1旋转等的对机器人1步态的要求输入给控制单元26。这种情况，所能输入的要求为例如机器人1移动时的步态方式(行走、跑动等)、游离腿的着地位置姿势或着地时刻、或者规定这些着地位置姿势或着地时刻的指令数据(例如机器人1的移动方向、移动速度等)。
图3是表示控制单元26构成的方框图。该控制单元26由微机构成，其具有由CPU构成的第一运算装置60及第二运算装置62、A/D转换器50、计算器56、D/A转换器66、RAM54、ROM64、以及进行这些装置器件间的数据收发的总线52。在该控制单元26中，所述各腿体2的6轴力传感器34、倾斜传感器36、操纵装置44等的输出信号通过A/D转换器50被转换成数码值之后，经总线52而被输入给RAM54。另外，机器人1的各关节的编码器33(旋转编码器)的输出经计算器56被输入给RAM54。
所述第一运算装置60如后面所述，在生成目标步态的同时还计算出的关节角位移指令(各关节的位移角或各电动机32的转动角的指令值)，并发送给RAM54。另外，第二运算装置62，从RAM54读取出关节角位移指令、和根据所述编码器33的输出信号而检测出的关节角的实际测量值，计算出驱动各关节所必要的操作量，并经D/A转换器66和伺服放大器32a输出给驱动各关节的电动机32。
图4是在整体上表示本实施方式中的机器人1的步态生成装置及控制装置的功能性构成的方框图。该图4中的‘实际机器人’部分以外的部分，是通过由控制单元26执行的处理功能(主要是第一运算装置60及第二运算装置62的功能)来构成的。另外，在以下的说明中，无需特别区别腿体2的左右时，则省略所述符号R、L。
在图4中，步态生成装置100和目标地面反向力分配器106构成‘目标地面反向力设定装置’，步态生成装置100构成‘目标脚部(触地部位)轨道设定装置’，复合柔软动作决定部104构成‘目标脚部(触地部位)轨道修正装置’，关节位移控制器108构成本案发明的‘腿体控制装置’。
本案发明的特征在于，为了对目标地面反向力作用于脚部22上时的柔性机构42的变形量进行补偿，而以从脚部22的离地期(＝腿体2游离期)向着地期(＝腿体2的着地期)转变时，脚部22朝向垂直方向下方或地面法线方向下方具有规定速度的方式，来控制腿体2的动作。关于这一特征将在后面说明。
如下所述，控制单元26具有自如且即时地生成后面所述的目标步态并予以输出的步态生成装置100。该步态生成装置100，是通过其功能来构成本案发明的各装置的步态生成装置。该步态生成装置100所输出的目标步态是由目标上体位置姿势轨道(上体24的目标位置及目标姿势的轨道)、目标脚部位置姿势轨道(各脚部22的目标位置及目标姿势的轨道)、目标手臂姿势轨道(各臂体的目标姿势的轨道)、目标总地面反向力中心点(目标ZMP)轨道、以及目标总地面反向力轨道构成。另外，在除了腿体2和臂体以外，还具有相对于上体24可活动的部位的情况时，可以将其可活动部位的目标位置姿势轨道加到目标步态之中。
在此，所述步态的‘轨道’是表示时间性变化的模式(时序模式)，在以下的说明中，代替‘轨道’也有称作‘模式’的。另外，‘姿势’是表示空间性的朝向。具体而言，例如上体姿势是通过上体24相对于Z轴(垂直轴)在左右方向(绕X轴)上的倾斜角(姿势角)和上体24在前后方向(绕Y轴)上的倾斜角(姿势角)来表示的，脚部姿势是通过固定设定在各脚部22上的2轴的空间性的方位角来表示的。在本说明书中，上体姿势有时也称作上体姿势角。
另外，在以下说明中，在没有可能产生误解的情况下，时不时地省略‘目标’。另外，将与地面反向力有关的构成要素以外的构成要素也即是步态中的脚部位置姿势、上体位置姿势等与机器人1运动有关的步态统称作‘运动’。另外，将作用于各脚部22的地面反向力(由平移力及力矩构成的地面反向力)称作‘各脚部地面反向力’，将关于机器人1所有(2个)脚部22R、22L的‘各脚部地面反向力’的合力称作‘总地面反向力’。但在以下的说明中，因为几乎没有提到各脚部地面反向力，如果不是事先特别说明，‘地面反向力’与‘总地面反向力’按相同意思对待。
目标地面反向力一般情况是通过作用点和作用于其点上的平移力及力矩来表示。由于作用点在哪里都可以，即使是同一目标地面反向力，也能有无数个表示，但是，特别需要指出的是，若将目标地面反向力中心点(总地面反向力的中心点的目标位置)作为作用点，来表示目标地面反向力的话，目标地面反向力的力矩成分除了垂直成分(绕垂直轴(Z轴)的力矩)外则为零。换句话说，围绕目标地面反向力的中心点的目标地面反向力的力矩的水平成分(围绕水平轴(X轴及Y轴)的力矩)为零。
另外，在满足动力学平衡条件的步态中，由于由机器人1的目标运动轨道计算出的ZMP(是下述的力矩除了垂直成分以外为零的点，该力矩是指根据目标运动轨道计算出的惯性力和重力的合力围绕其点而作用的力矩)和目标地面反向力中心点相一致，因此替换目标地面反向力中心点轨道而提供目标ZMP轨道可以说是相同的(详细参见由本案申请人提出并记载在特愿2000-352011号公报等中的信息)。
在这种背景下，在所述特愿2000-352011号的说明书中对目标步态定义如下。
a)广义的目标步态是指1步乃至多步的期间的目标运动轨道和其目标地面反向力轨道的一组。
b)狭义的目标步态是指1步期间的目标运动轨道和其ZMP轨道的一组。
c)一连串的步态是指几个步态连接起来的情况。
在行走中，若根据本申请人的在先申请并公开在特开平10-86080号公报中的上体高度的决定手法，来决定机器人1的上体24的垂直位置(上体高度)的话，平移地面反向力的垂直成分则被随之决定。此外，以使得由目标步态的运动而产生的惯性力和重力的合力围绕目标ZMP而产生的力矩的水平成分为零地来决定机器人1的上体水平位置轨道，由此平移地面反向力的水平成分也被决定。这样，在特愿2000-352011号的说明书中，关于目标步态的地面反向力，作为应该明确设定的物理量，只要有目标ZMP就足够了。因此，作为狭义的目标步态的定义，是所述的b)就足够了。对此，在本实施方式所说明的机器人1的跑动步态(详细在后面说明)中，地面反向力垂直成分(平移地面反向力的垂直成分)在控制方面也比较重要。由此，在本发明中，在明确设定了该地面反向力垂直成分的目标轨道之后，来决定机器人1目标上体垂直位置等轨道。因此，在本说明书中，作为狭义的目标步态的定义而使用下面的b’)。
b’)狭义的目标步态是指1步期间的目标运动轨道、其目标ZMP轨道、和目标平移地面反向力垂直成分轨道的一组。
在本说明书中，以后，为了容易理解，如果不是事先特别说明，目标步态使用上述b’)的狭义的目标步态的意思。这种情况，目标步态的‘1步’是机器人1的一侧腿体2着地之后到另一侧腿体2着地为止的意思。另外，在以下的说明中，‘地面反向力垂直成分’是‘平移地面反向力垂直成分’的意思，地面反向力之中的力矩的垂直成分(围绕垂直轴的成分)使用了‘力矩’这一用语，是为了与‘地面反向力垂直成分’区别开。同样，‘地面反向力水平成分’是‘平移地面反向力水平成分’的意思。
另外，步态中的两腿支承期当然不用说了，是指机器人1以两腿体2、2支承其自重的期间，单腿支承期是指只以任意一侧腿体2支承机器人1自重的期间，空中期是指两腿体2、2离开了地面(浮在空中)的期间。在单腿支承期，没有支承机器人1自重的一侧腿体2称作‘游离腿’。另外，在本实施方式所说明的跑动步态中，没有两腿支承期，而是反复交替进行单腿支承期(着地期)和空中期。这种情况，在空中期，两腿2、2均不支承机器人1自重，不过，在该空中期之前的单腿支承期而作为游离腿的腿体2、作为支承腿的腿体2，即使在该空中期也分别称作游离腿、支承腿。
以图5所示的跑动步态为例，说明步态生成装置100所生成的目标步态的概要。另外，关于步态的其他定义及详细，因为已在由本案申请人在先申请并记载在特开平10-86081号公报中，因此，下面以在特开平10-86081号公报中没有记载的内容为主进行说明。
首先，说明图5所示的跑动步态。该跑动步态是与人的通常跑动步态同样的步态。在该跑动步态中，反复交替进行单腿支承期、与两腿体2、2均浮在空中的空中期，而该单腿支承期是指只有机器人1左右腿体之中任意一侧腿体2(支承腿)的脚部22处于着地(触地)的支承期。图5中第一个状态是表示单腿支承期的开始时(初期)的状态，第二个状态是表示单腿支承期的中间时刻的状态，第三个状态是表示继单腿支承期之后的空中期的开始时(单腿支承期的结束时)的状态，第四个状态是表示空中期的中间时刻的状态，第五个状态是表示空中期的结束时(下一单腿支承期的开始时)的状态。
在该跑动步态，机器人1如图5中第一个状态所示，在单腿支承期的开始时，以支承腿(机器人1的行进方向前侧的腿体2)侧的脚部22的脚后跟来着地。接着，如图5中第二个状态所示，使机器人1着地了的脚部22(支承腿侧的脚部22)几乎是以其底面的整个面着地，之后，如图5中第三个状态所示，又以其支承腿侧的脚部22(图5中第三个状态的机器人1的行进方向后侧的腿体2的脚部22)的脚尖踢向地面的形式飞向空中。自此，结束单腿支承期，而且同时开始了空中期。另外，单腿支承期的游离腿如图5中第一个状态所示，在单腿支承期的开始时，虽然处于支承腿后侧，但是，如图5中第二个及第三个状态所示，朝向下一预定着地位置而摆出到支承腿的前侧。接着，在经过了图5中第四个状态所示的空中期之后，机器人1用游离腿(在即将开始空中期前的单腿支承期而成为游离腿的腿体2)的脚部22的脚后跟着地，开始下一单腿支承期。另外，机器人1也可以不用支承腿侧的脚部22的脚后跟，而用该脚部22的底面的几乎整个面来着地。
把图5中的跑动步态考虑进去，来说明所述步态生成装置100所生成的目标步态的基本概要。详细将在后面说明，在步态生成装置100生成目标步态时，游离腿侧的脚部22的着地位置姿势(预定着地位置姿势)和着地时刻(预定着地时刻)等目标步态生成用的基本要求值(要求参数)，是根据所述操纵装置44的所需的操作等而被供给步态生成装置100。而且，步态生成装置100使用其要求参数来生成目标步态。若进一步具体而言，步态生成装置100，根据所述要求参数，来决定参数(称作步态参数)，而该步态参数是用于规定目标步态的目标脚部位置姿势轨道、目标地面反向力垂直成分轨道等目标步态的一部分构成要素的，之后，使用该步态参数来逐步决定目标步态的瞬间值，从而来生成该目标步态的时序模式。
这种情况，目标脚部位置姿势轨道(进一步具体而言是指脚部的位置及姿势的空间上的各成分(X轴成分等)的目标轨道)，是使用例如在特许第三233450号中由本申请人提出的有限时间整定滤波器，针对每一脚部22来生成的。该有限时间整定滤波器是将可变时间常数的1次延迟滤波器也即是以1/(1+τs)形式来表示传递函数的滤波器(τ为可变的时间常数。以下称该滤波器为单位滤波器)进行多段(本实施方式为3段以上)串联连接而成的滤波器，它可以生成并输出在所希望的指定时刻达到指定值的轨道。这种情况，各段的单位滤波器的时间常数τ，是在都开始进行了有限时间整定滤波器的输出生成之后，根据到上述指定时刻的剩余时间，来逐步可变地设定的。进一步具体而言，按下述方式来设定τ，即，伴随该剩余时间的缩短，τ的值从规定的初始值(＞0)减少下去，最终在该剩余时间为0的指定时刻，τ的值变成0的方式。而且，与所述指定值(进一步具体而言，从有限时间整定滤波器的输出的初始值朝向所述指定值的变化量)对应的高度的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器。这种有限时间整定滤波器不仅仅生成在指定时刻到达指定值之类的输出，还可以使在指定时刻的有限时间整定滤波器的输出的变化速度为0或者几乎为0。特别是在连接了3段以上(也可以是3段)单位滤波器时，也可以使有限时间整定滤波器的输出的变化加速度(变化速度的微分值)为0或者几乎为0。
使用这种有限时间整定滤波器的脚部位置姿势轨道(从脚部22着地之后到下次着地为止的位置姿势轨道)的生成例如可按下述进行。例如，X轴方向(前后方向)上的目标脚部位置轨道如下所述地生成。即，根据由所述要求参数决定的各脚部22的下一次预定着地位置的X轴方向位置(进一步具体而言，下一次预定着地位置相对于前一着地位置而言的X轴方向上的变化量(移动量)。其相当于所述指定值)，来决定供给有限时间整定滤波器的阶跃输入的高度，而且同时在所述时间常数τ被初始化成规定的初始值之后，所决定的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器，开始生成脚部22的X轴方向位置的轨道。而且，在该轨道生成时，以到脚部22的预定着地时刻(其相当于所述指定时刻)之前从初始值减少到0的方式而逐步可变地设定所述时间常数τ。据此，生成如在预定着地时刻到达预定着地位置之类的脚部22在X轴方向上的位置的轨道。
另外，Z轴方向(垂直方向)上的目标脚部位置轨道例如如下所述地生成。即，首先，根据脚部22的下一次预定着地位置及预定着地时刻，来决定该脚部22的高度(垂直位置)为最大时的该脚部22的Z轴方向位置(以下，称作最高点位置)、以及到达其最高点位置的到达时刻。而且，根据其最高点位置(其相当于所述指定值)，来决定供给有限时间整定滤波器的阶跃输入的高度，而且同时在时间常数τ被初始化之后，其所决定的阶跃输入被供给有限时间整定滤波器，逐步生成到达所述最高点位置的Z轴方向上的脚部位置轨道。此时，时间常数τ是以在到达最高点位置的到达时刻(相当于所述指定时刻)之前从初始值减少到0的方式而被逐步可变地设定的。此外，如果到达最高点位置的Z轴方向位置的轨道的生成结束了，则对时间常数τ进行初始化，而且同时将至此为止的阶跃输入和逆极性的阶跃输入(进一步具体而言，与从最高点位置到下一次预定着地位置的Z轴方向上的变化量(其相当于所述指定值)相对应的高度的逆极性的阶跃输入)输入给有限时间整定滤波器，来逐步生成从该最高点位置到预定着地位置的Z轴方向上的脚部位置的轨道。此时，时间常数τ以在到达脚部22的预定着地时刻之前而从初始值减少到0的方式被逐步可变地设定。
另外，在Z轴方向上的脚部位置轨道的生成中，从轨道生成开始时刻到脚部22预定着地时刻，以从初始值持续减少到0的方式可变地设定时间常数τ，而且同时也可以在到达最高点位置的到达时刻或其附近时刻，通过将阶跃输入的极性转换成逆极性，来生成Z轴方向上的脚部位置轨道。这种情况，虽然不能使脚部22高精度地到达所希望的最高点位置，但是，对于在预定着地时刻到达预定着地位置这一点则不会有什么问题。
即使是脚部姿势轨道，也可以与上述的脚部位置轨道同样地使用有限时间整定滤波器来生成。这种情况，关于脚部姿势的空间性的各成分之中的其姿势角度变化为单调性(单调递增或单调递减)的成分，只要是与上述的X轴方向上的脚部位置轨道的生成相同地来生成脚部姿势轨道即可。另外，关于姿势角度变化具有极大值或极小值时的成分，只要是能与上述的Z轴方向上的脚部位置轨道的生成相同地来生成脚部姿势轨道即可。
另外，如前所述由有限时间整定滤波器所生成的目标脚部位置姿势轨道是固定于地面的将在后说明的支承腿坐标系之中的各脚部22目标位置姿势轨道。
如前所述生成的目标脚部位置姿势轨道，是以各脚部22的位置从其初期触地状态(目标步态初期时刻的状态)朝向预定着地位置，一边渐渐加速一边开始移动的方式来生成的。并且，该目标脚部位置姿势轨道，是以位置的朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的变化速度在着地预定时刻成为0的方式来生成的。由此，各脚部22在着地瞬间的对地速度(固定于地面的支承腿坐标系之中的各脚部22的位置的变化速度)为正。
另外，关于脚部姿势，各脚部22在着地预定时刻以其脚后跟着地之后，一直到该脚部22几乎是以其底面的整个面来着地为止而持续变动。由此，将该脚部22几乎是以其底面的整个面来着地的时刻设定为所述指定时刻，通过所述有限时间整定滤波器来生成脚部姿势轨道。
另外，在本实施方式中，虽然使用有限时间整定滤波器来生成脚部位置轨道，但是，也可以使用以下述的方式设定的多项式等函数，来生成目标脚部位置轨道，即，以在预定着地时刻的脚部位置的朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的变化速度为0(脚部位置的时间微分值朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方为0)的方式。关于这一点在目标脚部姿势轨道的生成的情况时也一样。但是，在关于生成该目标脚部姿势轨道的情况时，如上所述，在各脚部22的几乎是底面的整个面设置在地面上的时刻，以使得各脚部22的姿势的朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的变化速度为0地来设定多项式等函数。
目标地面反向力垂直成分轨道例如按图6所示那样设定。在本实施方式中，将跑动步态中的目标地面反向力垂直成分轨道的形状(具体是指在单腿支承期时的形状)决定为梯形状(在地面反向力垂直成分的增加侧凸起的形状)，将其梯形的高度、拐点的时刻作为规定目标地面反向力垂直成分轨道的步态参数，来决定这些步态参数(地面反向力垂直成分轨道参数)。另外，在跑动步态的空中期，目标地面反向力垂直成分被固定地设定为0。如该例所述，目标地面反向力垂直成分轨道若设定为实质上连续的(使得数值为不是不连续的值)则比较好。这是为了在控制地面反向力时使得机器人1的关节的动作圆滑。另外，所谓‘实质上连续’是表示在用离散时序来模拟性地数码显示连续的轨道(真正意义的连续轨道)时，所必然产生的值的跳跃不会使该轨道丧失连续性。
目标ZMP轨道如下设定。在图5的跑动步态中，如前所述，是以支承腿侧脚部22的脚后跟(例如腿部22的触地预定点之中最初的触地点)来着地，接着用其支承腿侧脚部22的脚尖踢出去、飞向空中，最后以游离腿侧脚部22的脚后跟着地。因此，如图7中的上段图所示，单腿支承期的目标ZMP轨道如下所述设定，即，以支承腿侧脚部22的脚后跟作为初始位置，接着，在几乎是以支承腿侧脚部22的底面的整个面触地的期间，移动到该脚部22的前后方向上的中央，此后，一直到离地时之前，向支承腿侧脚部22的脚尖移动。在此，图7中的上段图是表示X轴方向(前后方向)上的目标ZMP轨道，图7的下段图是表示Y轴方向(左右方向)上的目标ZMP轨道。另外，在单腿支承期的Y轴方向上的目标ZMP轨道如图7中的下段图所示，被设定为与Y轴方向上的支承腿侧腿体2的踝关节的中心位置相同的位置。
在跑动步态中，且是在单腿支承期的结束后，两腿体2、2离开地面，地面反向力垂直成分为0。当地面反向力垂直成分为0时，即在空中期，机器人1的整体重心做自由落体运动，围绕整体重心的角动量的变化为零。此时，因为在地面的任意点，作用于机器人1的重力和惯性力的合力的力矩为0，故而目标ZMP为不确定的。即，地面的任意一点均满足所谓‘重力和惯性力的合力所作用的力矩的水平成分为0的作用点’的ZMP的条件。换句话说，即使在任意一点设定目标ZMP，均能满足所谓上述合力围绕目标ZMP而作用的力矩的水平成分为0的动力学平衡条件。因此，也可以不连续地设定目标ZMP。例如，在空中期，以从离地时(单腿支承期的结束时)的目标ZMP位置不移动的方式来设定目标ZMP，而在空中期终端，也可以以不连续(阶梯状)地移动向着地时的目标ZMP位置的方式来设定该目标ZMP轨道。然而，在本实施方式中，如图7中的上段图所示，空中期的目标ZMP轨道的X轴方向位置如下述变化，即，一直到下一游离腿侧腿体2着地之前，从支承腿侧脚部22的脚尖连续性地移到游离腿侧脚部22的脚后跟的着地位置。另外，如图7中的下段图所示，空中期的目标ZMP轨道的Y轴方向位置如下述变化，即，一直到下一游离腿侧腿体2着地之前，从支承腿侧腿体2的踝关节中心的Y轴方向位置连续性地移到游离腿侧腿体2的踝关节中心的Y轴方向位置。即，在步态的整个期间，使得目标ZMP轨道为连续(实质上连续)的。而且，如后面所述，为使得围绕目标ZMP的重力和惯性力的合力的力矩(垂直成分除外)为零地来生成目标步态(进一步具体而言，是指调整目标上体位置姿势轨道)。
另外，在本实施方式中，如图7所示的目标ZMP轨道的拐点的位置和时刻是作为ZMP轨道参数(规定目标ZMP轨道的参数)被设定的。另外，上述ZMP轨道的‘实质上连续’的意思与所述地面反向力垂直成分轨道的情况是相同的。
ZMP轨道参数是以足够稳定且不会发生急剧变化的方式来决定的。在此，是说在包括机器人1的触地面在内的最小的凸边多边形(所谓支承多边形)的中央附近，目标ZMP所存在的状态足够稳定(详细参见特开平10-86081号公报)。图7的目标ZMP轨道是以满足这种条件的方式来设定的轨道。
另外，目标手臂姿势是用相对于上体24的相对姿势来表示。
另外，目标上体位置姿势、目标脚部位置姿势、以及后面说明的基准上体姿势是用总坐标系来表述的。总坐标系是指如前所述的固定在地面上的坐标系。作为总坐标系，进一步具体而言，是使用了后边说明的支承腿坐标系。
本实施方式中的步态生成装置100，是以一侧腿体2着地之后到另一侧腿体2着地为止的1步数的目标步态(所述狭义意思的目标步态)为一单位，来依次生成机器人1的1步数的目标步态。因此，在本实施方式中所生成的图5的跑动步态中，该目标步态是依次地生成从单腿支承期的开始时到紧接其后的空中期的结束时(下一单腿支承期的开始时)的目标步态。在此，将打算新生成的目标步态称为‘本次步态’，将其下一目标步态称为‘下次步态’，而且将其再下一目标步态称为‘再下次步态’。另外，将‘本次步态’的前一个生成的目标步态称作‘前一次步态’。
另外，当步态生成装置100新生成本次步态时，到机器人1的前方2步之前的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势、预定着地时刻的要求值(要求)作为相对于步态的要求参数而被输入给该步态生成装置100(或者步态生成装置100从存储装置读取要求参数)。而且，步态生成装置100使用这些要求参数，来生成目标上体位置姿势轨道、目标脚部位置姿势轨道、目标ZMP轨道、目标地面反向力垂直成分轨道、目标手臂姿势轨道等。此时，为能确保行走的连续性，规定这些轨道的步态参数的一部分被进行了适当修正。
下面，以生成图5中的跑动步态为例，参照图8～图11来详细说明步态生成装置100的步态生成处理。图8是表示步态生成装置100所执行的步态生成处理的流程图(构造流程图)。
首先，在S010，进行将时刻t初始化为0的等各种初始化作业。该处理是在步态生成装置100的启动时等进行。接着，经S012进入S014，步态生成装置100等待每一控制周期(图8流程图的运算处理周期)的时间插入。控制周期为Δt。
然后，进入S016，判断是否为步态的转换点，当是步态的转换点时，进入S018，而且当不是转换点时，进入S030。在此，上述‘步态的转换点’是表示前一次步态的生成的结束而开始生成本次步态的时机，例如，前一次步态生成结束了的控制周期的下一控制周期就是步态的转换点。
进入S018时，时刻t被初始化为0，接着进入S020，读取下次步态支承腿坐标系、再下次步态支承腿坐标系、本次步态周期及下次步态周期。这些支承腿坐标系及步态周期是根据上述要求参数被决定的。即，在本实施方式中，由操纵装置44等供给步态生成装置100的要求参数包括到前方2步为止的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势(不打滑地能转动的状态下的脚部位置姿势，以使得在脚部22着地之后，脚底几乎是以整个面接触于地面)、以及预定着地时刻的要求值，其第一步的要求值、第二步的要求值分别是对应于本次步态、下次步态的值，并在本次步态的生成开始时(上述S016步态的转换点)之前被供给步态生成装置100。另外，这些要求值也可以在本次步态的生成中途变更。
而且，对应于上述要求参数中的第一步的游离腿侧脚部22(本次步态下的游离腿侧脚部22)的预定着地位置姿势的要求值，来决定下次步态支承腿坐标系。
之后，进入S022，由步态生成装置100决定固定旋转步态的步态参数，且该固定旋转步态是作为继本次步态之后的假想的周期性步态来用。该步态参数包含规定固定旋转步态之中的目标脚部位置姿势轨道的脚部轨道参数、规定作为基准的上体姿势轨道的基准上体姿势轨道参数、规定目标手臂姿势轨道的手臂轨道参数、规定目标ZMP轨道的ZMP轨道参数、规定目标地面反向力垂直成分轨道的地面反向力垂直成分轨道参数。此外，在步态参数中也包含规定目标地面反向力水平成分容许范围的参数。
另外，在本说明书中‘固定旋转步态’是作为周期性步态的意思使用的，该周期性步态是指在反复进行其步态时，在步态的临界(在本实施方式中每1步步态的临界)，机器人1的运动状态(脚部位置姿势、上体位置姿势等状态)不会产生不连续的。以后，也有时将‘固定旋转步态’简称为‘固定步态’。
固定旋转步态是为下述目的而暂时作成的，即，为了通过步态生成装置100，来决定本次步态的终端时的发散成分和上体垂直位置速度、上体姿势角及其角速度等机器人1的运动状态；该固定旋转步态不是原样不变地从步态生成装置100输出来的步态。
另外，所谓‘发散’是表示双脚移动机器人1的上体24的位置偏离到远离两脚部22、22位置的位置。所谓发散成分的值是表示双脚移动机器人1的上体24的位置远离两脚部22、22位置(进一步具体而言，两脚部22、22位置是指设定在支承腿侧脚部22的触地面上的总坐标系(支承腿坐标系)的原点)情况时的数值。
返回原话题，在S022，按照图9所示的流程图，进行以下的处理。
首先，在S100，以脚部位置姿势轨道是按照本次步态、第一旋转步态、第二旋转步态的顺序排列而成的方式，决定固定步态的步态参数中的脚部轨道参数。以下说明具体的设定方法。另外，在以后的说明中，将支承腿侧的腿体2的脚部22称作支承腿脚部，将游离腿侧的腿体2的脚部2称作游离腿脚部。另外，步态的‘初期’、‘终端’分别表示步态的开始时刻、结束时刻或者这些时刻的瞬间步态。
脚部轨道参数是由支承腿脚部及游离腿脚部的各自的位置姿势、各旋转步态的步态周期等来构成，此时该支承腿脚部及游离腿脚部是指第一旋转步态及第二旋转步态的初期及终端的各自的支承腿脚部及游离腿脚部。在该脚部轨道参数之中的第一旋转步态初期游离腿脚部位置姿势是指从下次步态支承腿坐标系的角度来看的本次步态终端支承腿脚部位置姿势。这种情况，在跑动步态中，本次步态终端时的支承腿脚部22正在空中移动。而且，本次步态终端支承腿脚部位置姿势通过下述来求得，即，一直到本次步态的终端为止，使用所述有限时间整定滤波器来生成脚部位置姿势轨道(具体是指从下次步态支承腿坐标系的角度来看的轨道)，且该脚部位置姿势轨道是指从本次步态初期支承腿脚部位置姿势(＝前一次步态终端游离腿脚部位置姿势)到下次步态终端游离腿脚部位置姿势的轨道，而该下次步态终端游离腿脚部位置姿势又是根据下述的要求值或者根据与该要求值对应的再下次步态支承腿坐标系来决定的，该要求值是指所述要求参数之中的第二步的游离腿侧脚部22的预定着地位置姿势的要求值(本次步态的支承腿脚部22的下次步态中的预定着地位置姿势的要求值)。
接着，进入S102，决定基准上体姿势轨道参数，而该基准上体姿势轨道参数是用于规定目标上体姿势应该追随的基准上体姿势轨道。虽说只要使得固定步态的初期(第一旋转步态的初期)和终端(第二旋转步态的终端)相连接地(使得固定步态的初期、终端的基准上体姿势的姿势角及其角速度相一致)来设定基准上体姿势，就不必是一定的姿势，但是，在本实施方式中，为了容易理解，将基准上体姿势设定为直立姿势(垂直姿势)。即，在本实施方式中，基准上体姿势在固定步态的整个期间被设定为直立姿势。因此，在本实施方式中，基准上体姿势的姿势角的角速度及角加速度为0。
此后，进入S104，决定手臂姿势轨道参数，进一步具体而言，是决定除了围绕垂直轴(或上体主干轴)的两臂体的角动量变化以外的手臂姿势轨道参数。例如，决定手臂体的指尖相对于上体24的相对高度和手臂整体的相对重心位置等手臂姿势轨道参数。另外，在本实施方式中，手臂整体的相对重心位置是相对于上体被维持于一定地来设定的。
之后，进入S106，设定地面反向力垂直成分轨道参数。这种情况，以使得由该参数规定的地面反向力垂直成分轨道成为在第一旋转步态及第二旋转步态中的任意一步态，如图9所示那样的实质上连续的(值不会出现阶梯状跳跃)，来设定地面反向力垂直成分轨道参数。在其模式中，即使在第一旋转步态及第二旋转步态中的任意一步态，在单腿支承期，地面反向力垂直成分变为梯形，在空中期，地面反向力垂直成分被维持在0。而且，该模式的拐点的时刻以及梯形部分的高度(峰值)被设定为地面反向力垂直成分轨道参数。
而后，进入S108，根据如上所述设定的地面反向力垂直成分轨道，如图10所示地设定地面反向力水平成分的容许范围[Fxmin、Fxmax](进一步具体而言是对之规定的参数)。图10中的负向侧的折线表示地面反向力水平成分容许下限值Fxmin，正向侧的折线表示地面反向力水平成分容许上限值Fxmax。关于这些设定方法在以下补充说明。下面关于地面为水平时的情况进行说明。
地面反向力水平成分虽然是通过地面与脚部22间的摩擦而产生的，但是，摩擦并不是无限制地产生下去，是有限度的。因此，为了使得实际的机器人1在按照所生成的目标步态而移动时不发生打滑现象，目标步态的地面反向力水平成分就必须时常处在摩擦限度以内。因此，为了满足该条件而设定地面反向力水平成分容许范围，如后面所述，使得目标步态的地面反向力水平成分处在该容许范围内地，来生成目标步态。
若将地面与脚部22间的摩擦系数设为μ，就必须将Fxmin设定在时常处于-μ*地面反向力垂直成分以上，而Fxmax则是设定在μ*地面反向力垂直成分以下。最简单的设定方法通过下式设定。其中，ka是比1小的正的常数。
Fxmin＝-ka*μ*地面反向力垂直成分Fxmax＝ka*μ*地面反向力垂直成分·式12图10中的地面反向力水平成分容许范围是按照式12设定的例子。作为规定地面反向力水平成分容许范围的参数，虽然可以设定图12中的梯形波浪等拐点处的值与时刻，但是，在由式12决定地面反向力水平成分容许范围时，也可以只将式12中的(ka*μ)的值设定为参数。
然后，进入S110，设定ZMP轨道参数，该ZMP轨道参数是用于规定第一旋转步态与第二旋转步态合起来之后的固定步态的ZMP轨道。这种情况，目标ZMP轨道如前所述，是以足够稳定且不会发生急剧变化的方式来设定的。
进一步具体而言，在图5的跑动步态中，当几乎是以支承腿脚部22的脚后跟着地后，该支承腿脚部22几乎是以其底面的整个面暂时触地一会儿，此后，只有支承腿脚部22脚尖再暂时触地一会儿。然后，接着用支承腿脚部22脚尖踢出去、飞向空中，最后以游离腿脚部22的脚后跟来着地。另外，目标ZMP必须处在触地面内。因此，在本实施方式中，如图7中的上段图所示，固定步态的第一旋转步态及第二旋转步态的各自的目标ZMP的X轴方向上的位置如下所述设定，即，以支承腿脚部22的脚后跟作为初始位置，一直到几乎是以该脚部22底面的整个面触地之前而停留在其位置。接着，目标ZMP按下述设定，移动到支承腿脚部22的中央，一直到该脚部22变成脚尖触地之前而向脚尖移动，之后，到离地时为止而停留在支承腿脚部22的脚尖。此后，目标ZMP按下述设定，即，如前所述，一直到下一游离腿脚部22着地之前，目标ZMP从支承腿脚部22的脚尖连续性地移动到游离腿侧脚部22的脚后跟的着地位置。而且，该目标ZMP轨道的拐点的时刻及位置作为ZMP轨道参数被设定。这种情况，拐点的时刻是根据第一旋转步态及第二旋转步态的步态周期而被设定的，而该第一旋转步态及第二旋转步态的步态周期又是根据所述要求参数被决定的；该拐点的位置是根据下次步态支承腿坐标系及再下次步态支承腿坐标系的位置姿势、或者根据规定这些坐标系的要求参数的第一步及第二步的游离腿侧脚部预定着地位置姿势的要求值，而被设定的。另外，ZMP轨道的Y轴方向上的位置设定成与所述图7中的下段图示相同。进一步具体而言，第一旋转步态的目标ZMP的Y轴方向位置的轨道是通过与图10中的下段图相同的模式来设定的，第二旋转步态的目标ZMP的Y轴方向位置的轨道是与第一旋转步态相同形的轨道，并被设定成与该轨道的终端相连。
进行从图8中的S010到S022所示的处理，之后，进入S024，计算出固定步态的初期状态。在此计算出的初期状态有固定步态的初期上体水平位置速度(水平方向上的初期上体位置及初期上体速度)、初期上体垂直位置速度(垂直方向上的初期上体位置及初期上体速度)、初期发散成分、初期上体姿势角及其角速度。摸索性地进行该初期状态的计算。
接着，进入图8的S026，决定(一部分是暂时决定)本次步态的步态参数。在S026，进一步具体而言，按照图11所示的流程图，进行以下的处理。
首先，在S600，以本次步态的脚部位置姿势轨道与固定步态的脚部位置姿势轨道连接的方式，来设定本次步态的脚部轨道参数。
接着，进入S602，与固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态同样地来决定本次步态的基准上体姿势轨道参数。其中，以本次步态的基准上体姿势轨道连续地与所述固定步态的基准上体姿势轨道连接的方式(在本次步态的终端处的基准上体姿势角及角速度分别与固定步态的初期的基准上体姿势角及角速度相一致)，来设定所述参数。另外，在本实施方式中，基准上体姿势在本次步态及固定步态中的任意一步态中均为固定的垂直姿势。
然后，进入S604，与固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态同样地来决定本次步态的手臂姿势轨道参数。其中，以本次步态的手臂姿势轨道连续地与所述固定步态的手臂姿势轨道连接的方式，来设定所述参数。另外，在此决定的手臂姿势轨道参数，与决定固定步态参数的(图12的S104)情况相同，是除了围绕垂直轴(或者上体主干轴)的双臂体的角动量变化以外的运动参数，并是规定两臂体重心位置的轨道的参数。
此后，进入S606，与固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态同样地来设定本次步态的地面反向力垂直成分轨道参数，以使得由该参数规定的地面反向力垂直成分轨道成为如上述图6所示实质上连续的(值不会出现阶梯状跳跃)轨道。
其中，以本次步态的整体重心垂直位置速度与地面反向力垂直成分轨道中的任意一个均连续地与所述固定步态连接的方式，来决定地面反向力垂直成分轨道参数。
之后，进入S608，与固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态同样地来设定地面反向力水平成分容许范围[Fxmin，Fxmax](进一步具体而言，是规定该地面反向力水平成分容许范围的模式的参数)。例如，按图12所示的模式，设定地面反向力水平成分容许范围。在本实施方式中，与在前面S606所决定的地面反向力垂直成分模式对应地，根据所述式12，来设定地面反向力水平成分容许范围。
而后，进入S610，与固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态同样地，以足够稳定且不会发生急剧变化的方式，如图10所示地来设定本次步态的ZMP轨道(具体而言，规定ZMP轨道的参数，轨道的拐点的时刻和位置)。其中，以本次步态的ZMP轨道连续地与所述固定步态的ZMP轨道连接的方式，来设定所述参数。即，以使得本次步态终端处的ZMP的位置与固定步态初期的ZMP位置相一致地，来决定ZMP轨道参数。这种情况，在跑动步态中，单腿支承期的ZMP轨道的拐点的时刻和位置的设定方法，也可以与前述的固定步态的ZMP轨道参数的设定方法相同。而且，只要是空中期的目标ZMP轨道从空中期开始时到固定步态初期的ZMP位置而呈直线连续变化地，来设定ZMP轨道参数即可。
另外，在S610决定的本次步态的ZMP轨道参数只是被暂时决定，如后面所述那样将被修正。因此，此后将如上所述设定的本次步态的ZMP轨道称作本次步态的暂时目标ZMP轨道。
进行如上所述的S026所示的处理(本次步态的步态参数决定处理)之后，接着进入S028，修正本次步态的步态参数(ZMP轨道参数)。在该处理中，修正使上体位置姿势轨道连接于或接近于固定步态的ZMP轨道参数。
在如上所述的S028，当修正了本次步态参数之后，或者是在S016的判断结果为NO的情况时，进入S030，根据所修正的本次步态参数，来决定本次步态瞬间值。
接着进入S032，决定用于解除自旋力(通过机器人1手臂以外的运动而围绕目标ZMP产生地面反向力，使得该地面反向力力矩垂直成分大致为零)的手臂动作。具体而言，求解出没有摆动手臂时的目标ZMP的地面反向力力矩垂直成分轨道(严格地说，在没有摆动手臂而生成步态时，将机器人的重力和惯性力的合力作用于目标ZMP的力矩垂直成分轨道的各瞬间值的符号进行翻转)。即，用围绕目标ZMP(瞬间值)的地面反向力力矩垂直成分，来求解出瞬间值，而围绕该目标ZMP(瞬间值)的地面反向力力矩垂直成分与通过S030的处理而生成的步态的运动(这之中不包含手臂摆动的运动)的瞬间值均衡。而且，通过上述求解出的瞬间值除以手臂摆动运动的等价惯性力矩，来求出解除自旋力所需要的手臂摆动动作的角加速度。另外，作为补充，在手臂的摆动过大时，也可以用比等价惯性力矩大的值作除数。
然后，对该角加速度进行2次积分，将该2次积分值通过用于防止积分值过大的低截止滤波器，并将所得到的角度作为手臂摆动动作角。但是，在手臂摆动动作中，使左右的手臂向前后相互相反方向摆动，以使得两臂体的重心位置不发生变化。另外，也可以在固定步态来生成用于解除自旋力的手臂摆动运动，并以与该固定步态中的手臂摆动运动相连的方式来决定本次步态中的手臂摆动运动。
接着进入S034，将步态生成用时刻t增加Δt，返回到S014，继续进行如上所述的步态生成。
以上，是步态生成装置100的目标步态生成处理。
参照图4进一步说明本实施方式有关的装置的动作，在步态生成装置100中，如上所述地生成目标步态。所生成的目标步态之中的目标上体位置姿势(轨道)、目标手臂姿势(轨道)被输出给机器人几何学模型(逆运动运算部)102。
另外，目标脚部位置姿势(轨道)、目标ZMP轨道(目标总地面反向力中心点轨道)、以及目标总地面反向力(轨道)(目标地面反向力水平成分和目标地面反向力垂直成分)被输出给复合柔软动作决定部104，而且同时也被输出给目标地面反向力分配器106。然后，通过目标地面反向力分配器106，将地面反向力分配给各脚部22R、22L，来决定目标各脚部地面反向力中心点及目标各脚部地面反向力。所决定的目标各脚部地面反向力中心点及目标各脚部地面反向力又被输出给复合柔软动作决定部104。
附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势(轨道)从复合柔软动作决定部104被输出给机器人几何学模型102。机器人几何学模型102一旦被输入目标上体位置姿势(轨道)和附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势(轨道)，则计算出满足这两姿势(轨道)的腿体2、2的12个关节(10R(L)等)的关节位移指令(值)，并输送给位移控制器108。位移控制器108将由机器人几何学模型102计算出的关节位移指令(值)作为目标值，来跟踪控制机器人1的12个关节的位移。另外，机器人几何学模型102还计算出满足目标手臂姿势的腕关节的位移指定(值)，并输送给位移控制器108。位移控制器108将由机器人几何学模型102计算出的关节位移指令(值)作为目标值，来跟踪控制机器人1的臂体的12个关节的位移。
在机器人1上产生的地面反向力(具体为实际各脚地面反向力)通过6轴力传感器34被检测出。其检测值被输送给所述复合柔软动作决定部104。另外，在机器人1上产生的姿势倾斜偏差θerrx、θerry(具体是指相对于目标上体姿势角的实际姿势角的偏差，左右方向(绕X轴)的姿势角偏差为θerrx，前后方向(绕Y轴)的姿势角偏差为θerry)通过倾斜传感器36被检测出，其检测值被输送给姿势稳定化控制运算部112。在该姿势稳定化控制运算部112，计算出将机器人1的上体姿势角还原成目标上体姿势角用的围绕目标总地面反向力中心点(目标ZMP)的补偿总地面反向力力矩，并输送给复合柔软动作决定部104。复合柔软动作决定部104根据输入值，修正目标地面反向力。具体而言，修正目标地面反向力，以使得补偿总地面反向力力矩围绕目标总地面反向力中心点(目标ZMP)而作用。
复合柔软动作决定部104，以使得根据传感器检测值等计算出的实际机器人的状态及地面反向力与被修正的目标地面反向力相一致地，来决定所述附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势(轨道)。但是，因为使所有的状态与目标相一致在实际上是不可能的，因此，在它们之间采取折衷关系，使之协调性地尽可能一致。即，对相对于各目标的控制偏差进行加权，以使得控制偏差(或者在控制偏差的平方)的加权平均变得最小地来进行控制。据此，实际的脚部位置姿势和总地面反向力则以大致追随目标脚部位置姿势和目标总地面反向力的方式而被控制。
另外，上述复合柔软动作决定部104等构成及动作已被详细地记载在由本申请人在先申请的特开平10-277969号公报等中，故而说明到此为止。
下面，说明机器人1的行走步态的生成。另外，在此，行走步态没有空中期，而是反复交替进行单腿支承期和两腿支承期的步态。
在生成行走步态时，在S106及S606进行如下处理。即，尽可能满足上体垂直位置轨道(是使用了由本申请人申请且公开在特开平10-86080号公报中的上体高度决定手法等的上体垂直位置轨道)的相位和振幅等特征量地，来决定地面反向力垂直成分轨道，其中该上体垂直位置轨道是根据膝盖的弯曲角度是否适当等至少与各腿体关节的位移有关的几何学条件(几何学限制条件)而决定的。
据此，可以在跑动和行走中共用步态生成的算法的主要部分，同时还可以在行走中途转变成跑动、或者在跑动中途转变成行走。
若结合图14说明其处理，首先，在S1300，使用由本申请人在先申请且公开在特开平10-86080号公报中的上体高度决定手法等，来求解出满足至少与各腿体2关节的位移有关的规定的几何学限制条件的上体垂直位置轨道。以后，称之为基准上体垂直位置轨道。进一步具体而言，首先，根据要求参数而决定的脚部轨道参数和目标ZMP轨道参数等，使用本申请人在先申请的特愿2000-352011号中的第一实施方式，求解出上体水平位置轨道。另外，这种情况，使地面反向力垂直成分与机器人1的自重相一致，而且上体垂直位置为预先决定的一定值，并使得围绕目标ZMP的地面反向力力矩的水平成分为0地，来决定上体水平位置轨道。另外，此时的上体姿势轨道也可以是例如一定姿势(垂直姿势等)的轨道。
下面，使用本申请人在先申请提出的上体高度决定法(特开平10-86080号公报。更具体的是同公报的图6的手法等)，根据脚部轨道参数而决定的脚部轨道和如上所述决定的上体水平位置轨道、上体姿势轨道，来计算出上体垂直位置轨道，以此作为所述基准上体垂直位置轨道。
接着进入S1302，为决定地面反向力垂直成分轨道，而计算出(抽出)基准上体垂直位置轨道的振幅和相位等特征量，其中该地面反向力垂直成分轨道可以生成与基准上体垂直位置轨道尽量相似的目标上体垂直位置轨道。例如，将基准上体垂直位置轨道的振幅(最小值和最大值的差)作为特征量来计算出。
然后进入S1304，使得根据地面反向力垂直成分轨道参数而生成的上体垂直位置轨道尽可能地能满足所述特征量(使得变成与所述基准上体垂直位置轨道尽可能相似的模式地)地，来决定地面反向力垂直成分轨道参数(在拐点的时刻和地面反向力垂直成分的值)。进一步具体而言，在行走步态的情况，将固定步态的第一旋转步态和第二旋转步态、及本次步态的地面反向力垂直成分轨道设定为例如图13所示的折线状。即，在两腿支承期中，在地面反向力垂直成分的增加侧设定为凸(上凸)形的梯形状，在单腿支承期中，在地面反向力垂直成分的减少侧设定为凸(下凸)形的梯形状。而且，将该地面反向力垂直成分轨道从步态初期(两腿支承期的开始时刻)到终端(片腿支承期的结束时刻)进行2次积分，并使得与由该2次积分所得到的机器人1的整体重心垂直位置轨道相对应的上体垂直位置轨道的最大值和最小值的差与所述特征量相一致地，来决定地面反向力垂直成分轨道参数例如是该地面反向力垂直成分轨道的2个梯形的高度C1、C2(在该例子中，地面反向力垂直成分轨道的拐点的时刻是根据与步态周期有关的要求参数决定的)。
但是，固定步态的地面反向力垂直成分轨道的参数也是满足如前所述的以下条件地来被决定的。
(条件)使地面反向力垂直成分轨道的固定步态整个期间(第一旋转步态和第二旋转步态的两方的期间)的平均值与机器人的自重相一致。即，使得地面反向力垂直成分的平均值与作用于机器人的重力大小相等，方向相反。
另外，本次步态的地面反向力垂直成分轨道的参数，是以如前所述的上体(整体重心)垂直位置轨道连续地与固定步态连接或者接近的方式来决定的。
根据以上所述，行走步态中的目标地面反向力垂直成分轨道(规定该垂直成分轨道的参数)被决定。除了以上说明的目标地面反向力垂直成分轨道的决定处理以外的步态生成处理，也可以与上述跑动步态有关的实施方式相同。
由于为求解出如上所述的基准上体垂直位置轨道而需要的运算量相当多，故而预先制作成图表并予以记忆存储，其中该图表是指用来表示固定步态的运动参数(脚部轨道参数等)和上体(整体重心)垂直位置轨道的特征量(振幅等)之间的关系，这样可以根据所提供的固定步态参数，利用参照所述图表，来求解出特征量。
也可以替换所述图8中S032的解除自旋力用的手臂摆动动作，而进行使上体24围绕上体主干轴(或垂直轴)转动(扭转)的动作。或者，也可以并用手臂摆动动作和使上体24围绕上体主干轴(或垂直轴)转动(扭转)的动作。
本案发明的特征在于，为了对目标地面反向力作用于脚部22上时的柔性机构42的变形量进行补偿，而以从脚部22的离地期(＝腿体2游离期)向着地期(＝腿体2的着地期)转变时，脚部22朝向垂直方向下方或地面法线方向下方具有规定速度的方式，来控制腿体2的动作。关于这一特征结合图15～图18进行说明。
结合图15及图16，说明腿体2动作的控制方法的第一实施例。
首先，判定脚部(触地部位)22是否着了地，即，是着地期还是离地期(S2100)。
当判定为着地期(S2100··YES)时，根据作用于脚部22的地面反向力的作为目标瞬间值的目标地面反向力瞬间值，来计算出柔性机构42的机构变形量(S2102)。并且，根据目标脚部位置姿势轨道与该机构变形量，来决定附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势轨道(S2104)。
具体而言，根据图16(a)所示的着地期的目标地面反向力(瞬间值)的垂直方向成分或地面垂线方向成分，计算出按下述变化的着地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图16(b)所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地增加，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地减少到0。而且，根据图16(b)所示的着地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，计算出按下述变化的着地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图16(c)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地减少，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地增加到0。
此外，如图16(d)中虚线所示，根据被设定在0的着地期的目标脚部高度(决定本次步态的脚部轨道参数(S600))、以及图16(c)中实线所示的着地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，按下述变化地来决定着地期的附带有机构变形补偿的修正目标脚部高度，如图16(d)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地减少，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地增加到0。
另一方面，当判定为离地期(S2100··NO)时，决定上方偏离模式(S2106)，在计算出上方偏离瞬间值之后(S2108)，根据该上方偏离瞬间值、以及目标脚部位置姿势轨道，来决定附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势轨道(S2110)。
具体而言，按下述变化地来决定离地期的脚部22的上方偏离量，即，如图16(c)中虚线所示，在离地期的开始后，从0开始增加之后，稍微减少一些，再次增加，之后，到离地期的结束时为止减少到0。而且，根据图16(c)中虚线所示的上方偏离量(瞬间值)、以及如图16(d)中虚线所示而设定的离地期的目标脚部高度(S600)，按下述变化地来决定离地期的附带有机构变形补偿的修正目标脚部高度，即，如图16(d)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地增加，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地减少到0。
在第一实施例中，目标脚部高度(参照图16(d)中虚线)在着地期中，通过机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分(参照图16(c)中实线)而被修正到下方，且在离地期，通过上方偏离量(参照图16(c)中虚线)而被修正到上方，将该被修正后的脚部高度设定为如下所述的修正目标高度，即，该修正目标高度如图16(d)中实线所示，在从离地期朝向着地期的即将转变之前及刚刚转变之后、再从着地期朝向离地期的即将转变之前及刚刚转变之后，是呈圆滑地连续变化的。另外，在着地的瞬间，以下述的方式来设定修正目标高度，即，相对地面的脚部(触地部位)22的速度的垂直方向成分或地面垂线方向成分相对于下述的绝对值而处在
范围内的比率的方式，该绝对值是指柔性机构的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率的值，而该柔性机构的变形量又是通过刚刚着地后的目标地面反向力而产生的变形量。
并且，按照由复合柔软控制部104设定的脚部高度(附带有机构变形补偿的修正目标位置姿势轨道)，通过关节位移控制器108等来控制左右的腿体2的动作。
据此，作用于脚部22的实际地面反向力的垂直方向成分或地面法线方向成分如图16(e)所示，高效跟踪脚部22的目标地面反向力的垂直方向成分或地面法线方向成分(参照图16(a))地变化。因此，可以避免下述的问题，即，如图19(e)所示，在从非触地期刚刚转变成触地期之后，对机器人的冲击过大，或者在从触地期向非触地期转变时负荷解除呈现不良，以至脚部的一部分刮住地面的问题，从而可以将机器人动作控制于稳定。换句话说，根据本申请发明的机器人1，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，可以根据柔性机构42的着地冲击缓和特性，而将移动中的机器人1腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
结合图17及图18，说明腿体2动作的控制方法的第二实施例。
首先，判定脚部(触地部位)22是否着了地，即，脚部22是处于着地期还是处于离地期(S2200)。
当判定为脚部22处于着地期时(S2200··YES)，根据目标地面反向力瞬间值，来计算出机构变形量(S2202)，之后，根据目标脚部位置姿势轨道和该机构变形量，来决定附带有机构变形补偿的修正脚部位置姿势轨道(S2210)。
具体而言，根据图18(a)所示的着地期的目标地面反向力(瞬间值)的垂直方向成分或地面垂线方向成分，计算出按下述变化的着地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图18(b)所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地增加，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地减少到0。而且，根据图18(b)所示的着地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，计算出按下述变化的着地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图18(c)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地减少，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地增加到0。
此外，如图18(d)中虚线所示，根据被设定在0的着地期的目标脚部高度(本次步态的脚部轨道参数决定(S600))、以及图18(c)中实线所示的着地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，按下述变化地来决定着地期的附带有机构变形补偿的修正目标脚部高度，如图18(d)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地减少，被维持在一定之后，到着地期的结束时为止又连续性地增加到0。
另一方面，当判定为脚部22处于离地期(S2200··NO)时，决定上方偏离模式(S2204)，并计算出假想目标地面反向力的瞬间值(S2206)，且根据任意的目标地面反向力的瞬间值，计算出机构变形量(S2208)，之后，根据目标脚部位置姿势轨道、以及该机构变形量，来决定附带有机构变形补偿的修正目标脚部位置姿势轨道(S2210)。
具体而言，如图18(a)所示，在离地期，按下述变化地来决定目标地面反向力(瞬间值)的垂直方向成分或地面垂线方向成分，即，在离地期的开始后，从0开始连续性地减少，增加之后，又再次减少，到离地期的结束时为止又连续性地增加到0。而且，根据图18(a)所示的假想的负的目标地面反向力的垂直方向成分或地面法线方向成分，来计算出按下述变化的离地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图16(b)所示，在离地期的开始后，从0连续性地减少，增加之后，又再次减少，到离地期的结束时为止又连续性地增加到0。另外，根据图18(b)所示的离地期的机构变形量的垂直方向成分或地面法线方向成分，计算出按下述变化的离地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，即，如图18(c)所示，在离地期的开始后，从0开始连续性地增加，减少之后，又再次增加，到离地期的结束时为止连续性地减少到0。
此外，根据图18(d)虚线所示的离地期的目标脚部高度(本次步态的脚部轨道参数决定(S600))、以及图18(c)所示的离地期的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分，按下述变化地来决定离地期的附带有机构变形补偿的修正目标脚部高度，即，如图18(d)中实线所示，在着地期的开始后，从0开始连续性地增加，被维持在一定之后，到离地期的结束时为止又连续性地减少到0。
在第二实施例中，目标脚部高度(参照图18(d)中虚线)在着地期中，通过与正的目标地面反向力(参照图18(a))对应的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分(参照图18(c))而被修正到下方，在离地期中，通过与假想的负的目标地面反向力(参照图18(a))对应的机构变形补偿量的垂直方向成分或地面法线方向成分(图18(c)参照)而被修正到上方，将该被修正后的脚部高度设定为如下所述的修正目标高度，即，该修正目标高度如图18(d)中实线所示，在从离地期朝向着地期的即将转变之前及刚刚转变之后、再从着地期朝向离地期的即将转变之前及刚刚转变之后，是呈圆滑地连续变化的。另外，在着地的瞬间，以下述的方式设定修正目标高度，即，相对地面的脚部(触地部位)22的速度的垂直方向成分或地面垂线方向成分相对于下述的绝对值而处在
范围内的比率的方式，该绝对值是指柔性机构的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率的值，而该柔性机构的变形量又是通过刚刚着地后的目标地面反向力而产生的变形量。
并且，按照由复合柔软控制部104设定的脚部高度(附带有机构变形补偿的修正目标位置姿势轨道)，通过关节位移控制器108等来控制左右的腿体2的动作。
据此，作用于脚部22的实际地面反向力的垂直方向成分或地面法线方向成分如图18(e)所示，高效跟踪脚部22的目标地面反向力的垂直方向成分或地面法线方向成分(参照图18(a))地变化。因此，可以避免下述的问题，即，如图19(e)所示，在从离地期刚刚转变成着地期之后，对机器人的冲击过大，或者在从着地期向离地期转变时负荷解除呈现不良，以至脚部的一部分刮住地面的问题，从而可以将机器人1控制于稳定。换句话说，根据本申请发明的机器人，从缓和着地时的对腿体的冲击，而且同时避免在腿体离地时脚部一部分刮住地面这一观点出发，可以根据柔性机构42的着地冲击缓和特性，而将移动中的机器人1腿体稳固踩踏地面的力控制在适当。
着地瞬间的脚部22朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的且是相对于下述的绝对值的速度是给着地时的对腿体2的冲击、以及离地时的负荷解除带来影响的因素，即，该绝对值是指柔性机构42的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的值，而该柔性机构的变形量又是通过目标地面反向力，在腿体2的脚部(触地部位)22刚刚着地后而产生的变形量。据本申请发明人所知，当该比率不足‘0.1’时，减少着地时的对腿体冲击的能力则会急剧下降，并且在离地时负荷解除出现不良，导致脚部22的一部分刮住地面的可能性急剧增大。另一方面，当该比率超过‘10’时，尽管离地时的负荷解除呈现良好，但是，着地时的对腿体2的负荷虽说是一时性的但超过目标地面反向力最大值的可能性增大。因此，鉴于上述所知，通过使得该比率收在
内地来控制腿体2的动作，可以一边缓和着地时的对腿体2的冲击，一边使得离地时的负荷解除呈现良好，从而将机器人1动作控制于稳定。
权利要求
1.一种腿式移动机器人，其具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动，其特征在于，具有腿体控制装置，该腿体控制装置以触地部位按规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地的方式来控制腿体的动作。
2.根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有目标地面反向力设定装置，该目标地面反向力设定装置将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力，腿体控制装置以使得所述规定速度相对于下述绝对值处在
范围内的比率的方式来控制腿体的动作，该绝对值是指通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的绝对值。
3.根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有目标地面反向力设定装置，该目标地面反向力设定装置将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力，腿体控制装置根据下述变化率来决定所述规定速度，并以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到所述决定的规定速度的方式来控制腿体的动作，该变化率是指通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率。
4.根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有目标地面反向力设定装置，其将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；机构变形量决定装置，其将通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；目标触地部位轨道设定装置，其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；目标触地部位轨道修正装置，其以对由机构变形量决定装置决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正，腿体控制装置在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定装置决定的触地部位刚刚着地后的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率，以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度在着地时之前达到规定速度的方式来控制腿体的动作，另一方面，腿体控制装置在触地部位的着地期，按照由目标触地部位轨道修正装置修正的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
5.根据权利要求4所述的腿式移动机器人，其特征在于，目标触地部位轨道修正装置在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定装置决定的、触地部位刚刚着地后的机构变形量，以向上方偏离的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分进行修正，另一方面，目标触地部位轨道修正装置在触地部位的着地期，根据由机构变形量决定装置决定的机构变形量，将由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分向下方修正。
6.根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有目标地面反向力设定装置，其将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；机构变形量决定装置，其将通过由目标地面反向力设定装置设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；目标触地部位轨道设定装置，其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；目标触地部位轨道修正装置，其以对由机构变形量决定装置决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正，由此决定修正目标触地部位轨道，目标地面反向力设定装置设定触地部位的着地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为正的目标地面反向力，另一方面，该目标地面反向力设定装置根据刚刚着地后的目标地面反向力，设定触地部位的离地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为负的假想目标地面反向力，腿体控制装置按照由目标触地部位轨道修正装置决定的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
7.根据权利要求4、5或6所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有机构变形补偿量设定装置，该机构变形补偿量设定装置根据由机构变形量决定装置决定的机构变形量，设定用于补偿该机构变形量对目标触地部位轨道带来的影响的机构变形量补偿量，目标触地部位轨道修正装置根据由机构变形补偿量设定装置设定的机构变形补偿量，对由目标触地部位设定装置设定的目标触地部位轨道进行修正。
8.一种腿式移动机器人，其具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动，其特征在于，具有目标步态设定装置，其对具有作为目标触地部位轨道的触地部位轨道并且满足动力学平衡条件的目标步态进行设定，该触地部位轨道是指触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分，在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种情况下为0的轨道；修正目标触地部位轨道设定装置，其将对目标触地部位轨道进行了修正后的轨道设定为修正目标触地部位轨道，以使得在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种的情况下，触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分不为0；腿体控制装置，其根据由修正目标触地部位轨道设定装置设定的修正目标触地部位轨道，使腿体动作并控制触地部位相对于地面的接近速度。
9.根据权利要求8所述的腿式移动机器人，其特征在于，具有设定目标ZMP的目标ZMP设定装置，目标步态设定装置将目标步态的运动满足目标ZMP的条件作为所述动力学平衡条件来设定目标步态。
10.一种控制程序，将控制腿式移动机器人的动作的功能赋予搭载在该机器人上的计算机，该腿式移动机器人具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动，所述控制程序的特征在于，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能以触地部位以规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地的方式控制腿体的动作。
11.根据权利要求10所述的控制程序，其特征在于，将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力的目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为以使得所述规定速度相对于下述绝对值处在
范围内的比率的方式来控制腿体的动作，该绝对值是指通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率的绝对值。
12.根据权利要求10所述的控制程序，其特征在于，将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力的目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为根据下述变化率来决定所述规定速度，并以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到所述决定的规定速度的方式来控制腿体的动作，该变化率是指通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力在腿体的触地部位刚刚着地后所产生的柔性机构的变形量在垂直方向或地面垂线方向上的变化率。
13.根据权利要求10所述的控制程序，其特征在于，将目标地面反向力设定功能、机构变形量决定功能、目标触地部位轨道设定功能、目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标地面反向力设定功能为将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；所述机构变形量决定功能为将通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；所述目标触地部位轨道设定功能为将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；所述目标触地部位轨道修正功能为以对由机构变形量决定功能决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定功能决定的触地部位刚刚着地后的机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分的变化率，以使得该触地部位朝向垂直方向下方或地面垂线方向下方的速度到着地时之前达到规定速度的方式来控制腿体的动作，另一方面，在触地部位的着地期，按照由目标触地部位轨道修正功能修正的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
14.根据权利要求13所述的控制程序，其特征在于，将目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标触地部位轨道修正功能为在触地部位的离地期，根据由机构变形量决定功能决定的、触地部位刚刚着地后的机构变形量，以向上方偏离的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分进行修正，另一方面，在触地部位的着地期，根据由机构变形量决定功能决定的机构变形量，将由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道的垂直方向成分或地面垂线方向成分向下方修正。
15.根据权利要求13所述的控制程序，其特征在于，将目标地面反向力设定功能、机构变形量决定功能、目标触地部位轨道设定功能、目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标地面反向力设定功能为将作用于触地部位的地面反向力的目标值设定为目标地面反向力；所述机构变形量决定功能为将通过由目标地面反向力设定功能设定的目标地面反向力产生的柔性机构的变形量决定为机构变形量；所述目标触地部位轨道设定功能为其将腿体的触地部位的目标位置设定为目标触地部位轨道；所述目标触地部位轨道修正功能为以对由机构变形量决定功能决定的机构变形量给该目标触地部位轨道带来的影响进行补偿的方式对由目标触地部位轨道设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正，由此决定修正目标触地部位轨道，并且，将目标地面反向力设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标地面反向力设定功能为设定触地部位的着地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为正的目标地面反向力，另一方面，根据刚刚着地后的目标地面反向力，设定触地部位的离地期中的垂直方向成分或地面法线方向成分为负的假想目标地面反向力，并且，将腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该腿体控制功能为按照由目标触地部位轨道修正功能决定的修正目标触地部位轨道来控制腿体的动作。
16.根据权利要求13、14或15所述的控制程序，其特征在于，将机构变形补偿量设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该机构变形补偿量设定功能为根据由机构变形量决定功能决定的机构变形量，来设定用于补偿该机构变形量给目标触地部位轨道带来的影响的机构变形量补偿量，并且，将目标触地部位轨道修正功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标触地部位轨道修正功能为根据由机构变形补偿量设定功能设定的机构变形补偿量，对由目标触地部位设定功能设定的目标触地部位轨道进行修正。
17.一种控制程序，将控制腿式移动机器人的动作的功能赋予搭载在该机器人上的计算机，该腿式移动机器人具有基体、从基体向下方延伸设置的多个腿体、以及缓和各腿体的着地冲击的柔性机构，该腿式移动机器人通过伴随各腿体前端触地部位的着地及离地的各腿体的动作来进行移动，所述控制程序的特征在于，将目标步态设定功能、修正目标触地部位轨道设定功能、腿体控制功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，其中，所述目标步态设定功能为对具有作为目标触地部位轨道的触地部位轨道并且满足动力学平衡条件的目标步态进行设定，该触地部位轨道是指触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分，在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种情况下为0的轨道；所述修正目标触地部位轨道设定功能为将对目标触地部位轨道进行了修正后的轨道设定为修正目标触地部位轨道，以使得在离地时以及即将离地前、和着地时以及刚刚着地后之中的一种或两种的情况下，触地部位的速度的垂直方向成分或地面法线方向成分不为0；所述腿体控制功能为根据由修正目标触地部位轨道设定功能设定的修正目标触地部位轨道，使腿体动作并控制触地部位相对于地面的接近速度。
18.根据权利要求17所述的控制程序，其特征在于，将设定目标ZMP的目标ZMP设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，并且，将目标步态设定功能赋予搭载在所述机器人上的计算机，该目标步态设定功能为将目标步态的运动满足目标ZMP的条件作为所述动力学平衡条件来设定目标步态。
全文摘要
一种腿式移动机器人及其控制程序，根据本发明的机器人，决定由脚部(22)的目标地面反向力产生的柔性机构(42)的机构变形量，根据该机构变形量的垂直方向成分或地面垂线方向成分，以脚部(22)以规定速度向垂直方向下方或地面垂线方向下方着地的方式，来控制腿体的动作。从而可以提高实际地面反向力对目标地面反向力的跟踪性。
文档编号B25J13/00GK101068664SQ20058004131
公开日2007年11月7日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年12月14日
发明者竹中透, 松本隆志, 吉池孝英, 秋元一志, 城仓信也, 浅谷南己 申请人:本田技研工业株式会社