(57)【要約】【課題】起伏や段差のある路面を安定に歩行することのできる脚式ロボットを提供する。【解決手段】脚式ロボットは、記憶装置、４個以上の距離センサ群、路面センサ、及び、コントローラを備える。記憶装置は、足リンクの目標軌道を記憶している。距離センサ群は、足裏の４箇所以上の異なる位置に配置されている。各距離センサは、夫々の配置位置における足裏と路面との間の距離を計測する。路面センサは、路面の起伏や段差の形状を計測する。コントローラは次の処理を実行する。まずコントローラは、足リンクの目標軌道と路面センサの計測値によって定まる遊脚の足裏の接地予定領域を求める。次にコントローラは、求めた接地予定領域内に配置されている距離センサ群の中から３個の距離センサを選択する。そしてコントローラは、選択された３個の距離センサの計測値が等しくなるように足リンクの姿勢を制御する。【選択図】図１
2010260153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多リンク機構の脚を備える脚式ロボットであり、
足リンクの目標軌道を記憶している記憶装置と、
足裏の４箇所以上に夫々配置されており、夫々の配置位置における足裏と路面との間の距離を計測する距離センサ群と、
路面の面形状を計測する路面センサと、
足リンクの目標軌道と路面センサの計測値によって定まる遊脚の足裏の接地予定領域内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを選択し、選択された３個の距離センサの計測値が夫々の目標値に追従するように足リンクの姿勢を制御するコントローラと、
を備えていることを特徴とする脚式ロボット。
【請求項２】
コントローラは、遊脚が接地後に、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを再選択し、再選択された距離センサの計測値が夫々の目標値に追従するように足リンクの姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載の脚式ロボット。
【請求項３】
コントローラは、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群から、距離センサの位置を結んで形成される３角形の面積が最大となる３個の距離センサを再選択することを特徴する請求項２に記載の脚式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多リンク機構の脚によって歩行する脚式ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
脚式ロボットは、足裏が路面に安定に接地していないとロボット全体が傾いてしまう。本明細書では、ロボット全体が傾き易くなることを「ロボットの姿勢が不安定となる」と表現する。また、「足裏が路面に安定に接地している」状態とは、足裏と路面が１直線上に並ばない３点を含む多点で接触している状態を意味する。多点で接触していれば、路面に対する足裏の傾きが一意に定まり足リンクがぐらつくことがないからである。なお、足裏と路面が面接触しているケースも、少なくとも３点を含む多点で接触していることに相違ないのであるから、「足裏が路面に安定に接地している」ケースに含まれる。また、本明細書では、絶対座標系（路面固定の座標系）に対する足リンクの傾きを「足リンクの姿勢」と表現する。同様に、絶対座標系に対する胴体の傾きを「胴体の姿勢」と表現する。足リンク（胴体）の姿勢は、一般にはオイラー角で表現することができる。
【０００３】
路面が平面の場合、脚式ロボットの足裏が路面と安定に接地するには、足裏が路面と平行であればよい。足裏を路面と平行にするために、路面までの距離を計測する距離センサ群を足裏の異なる位置に配置し、距離センサの計測値に基づいて足リンクの姿勢が路面に平行となるように制御する脚式ロボットが特許文献１に開示されている。なお、「足リンク」とは、多リンク構造の脚の先端リンクであり、路面との接地が予定されているリンクに相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８８６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
路面が十分に広い平面であれば特許文献１の技術は有効である。しかしながら、脚式ロボットが起伏や段差のある路面を歩行する場合には問題が生じる虞がある。例えば、４個以上の距離センサ群が配置されている足裏のつま先部分が段差上面に接地し、足裏の踵部分が段差上面からはみ出るケースを想定する。この場合、つま先部分に配置されている幾つかの距離センサが段差上面で接地する一方で段差上面からはみ出た踵部分に配置されて接地しない距離センサが存在する可能性がある。脚式ロボットは、安定した接地を目指して全ての距離センサの計測値がゼロとなるように足裏の姿勢を制御するが、踵部分に配置された距離センサの計測値をゼロにしようと足リンクの姿勢を制御すると、既に段差上面に接地しているつま先部分が逆に浮いてしまう可能性がある。同様の不都合は、接地する前の足リンクの姿勢を目標姿勢に追従させる場合にも生じ得る。例えば、遊脚の足リンクの姿勢を段差上面に対して平行に制御するケースを想定する。この場合、段差上面からはみ出る踵部分に配置された距離センサの計測値が段差上面の上方に位置するつま先部分に配置された距離センサの計測値よりも顕著に大きいと、脚式ロボットは全ての距離センサの計測値が等しくなるように足リンクの姿勢を制御するのに際して、足リンクの姿勢が段差上面に対して大きく傾いてしまう。その結果、足リンクが路面と安定に接地することができず、脚式ロボットの姿勢が不安定となる虞がある。同様の事象は起伏のある路面を歩行する場合にも生じ得る。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、起伏や段差のある路面を安定に（スムーズに）歩行することのできる脚式ロボットを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の脚式ロボットは、足リンクの足裏と路面との間の距離を計測する距離センサを足裏に４箇以上配置し、路面の起伏に応じて適切な３個の距離センサを選択する。脚式ロボットは、選択された距離センサの計測結果に基づいて足リンクの姿勢を決定する。本発明は、４個以上の距離センサ群から、足リンクの姿勢の制御に用いる３個の距離センサを路面の起伏に応じて選択する。そのような構成によって、起伏や段差のある路面を安定に歩行する脚式ロボットが実現する。
【０００８】
本発明は、多リンク機構の脚を備える脚式ロボットに具現化することができる。この脚式ロボットは、記憶装置、４個以上の距離センサ群、路面センサ、及び、コントローラを備える。記憶装置は、足リンクの目標軌道を記憶している。距離センサ群は、足裏の４箇所以上の異なる位置に配置されている。各距離センサは、夫々の配置位置における足裏と路面との間の距離を計測する。路面センサは、路面の面形状、すなわち起伏や段差の形状を計測する。路面センサは、カメラと画像処理装置のセット、或いは２次元スキャンが可能なレンジセンサでよい。コントローラは次の処理を実行する。まずコントローラは、足リンクの目標軌道と路面センサの計測値によって定まる遊脚の足裏の接地予定領域を求める。次にコントローラは、求めた接地予定領域内に配置されている距離センサ群の中から３個の距離センサを選択する。そしてコントローラは、選択された３個の距離センサの計測値が夫々の目標値に追従するように足リンクの姿勢を制御する。
【０００９】
上記の脚式ロボットは、路面の起伏或いは段差に応じて、４個以上の距離センサ群の中から足裏面の接地予定領域内に配置されている３個の距離センサを選択する。そのような構成によって、遊脚の足リンクの姿勢を路面に対する目標姿勢に追従させることができる。その結果、遊脚の足リンクが路面に安定に接地することができる。距離センサの数は多いほどよい。なお、足リンクの姿勢を路面に平行に制御する場合、コントローラは、遊脚の接地直前から接地に至るまでの間、選択された３個の距離センサの計測値が等しくなるように足リンクの姿勢を制御しながら、選択された全ての距離センサの計測値が小さくなるように足リンクを降下させる。そのように制御することによって、遊脚足リンクの安定な着地（接地）が実現する。即ち、足リンクが、路面の起伏或いは段差に対して安定に接地する姿勢で着地する。なお、遊脚接地後も、選択された３個の距離センサの計測値が目標値に追従するように制御することによって、脚式ロボット全体が傾いた場合でも足裏と路面との安定な接地を維持することができる。典型的には、脚式ロボットは、接地後は選択された３個の距離センサの計測値が等しくなるように足リンクの姿勢を制御する。なお、脚式ロボット全体が傾いても足裏と路面との安定な接地を保つように足リンクの姿勢を制御することを本明細書では「倣い制御」と称する場合がある。足リンクが接地する前にあっては、「倣い制御」は、路面に対する足リンクの姿勢を目標姿勢に追従させる制御に相当する。
【００１０】
遊脚が接地後、路面と接触している足裏の実際の接地領域が、接地予定領域と異なる場合がある。そして、接地予定領域に配置されている距離センサが接地しない場合がある。そのような場合、接地していない距離センサの計測値がゼロとなるように足リンクを制御しようとすると、実際の接地領域で安定に接地している足リンクの一部が逆に路面から浮いてしまう虞がある。そこで本発明の脚式ロボットのコントローラは、遊脚が接地後に、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを再選択し、再選択された距離センサの計測値が夫々の目標値に追従するように足リンクの姿勢を制御することが好ましい。
【００１１】
さらに、遊脚が接地後、路面と接触している足裏の実際の接地領域が、接地予定領域と異なる場合として、接地予定領域よりも広い範囲で足裏が接地する場合がある。一方、遊脚が接地した後は、倣い制御に用いる距離センサ群の位置が形成する三角形が広いことが好ましい。前記の三角形が広いと、脚式ロボット全体が傾いて足裏の一部が路面から離れるときの距離センサの計測値の変化が大きくなる。即ち、路面に対する足リンクの傾きの検知精度が向上する。足リンクの傾きの検知精度が向上すれば倣い制御の追従性が向上する。倣い制御の追従性を向上させるために、本発明の脚式ロボットはさらに、次の特徴を備えていることが好ましい。即ち、脚式ロボットのコントローラは、遊脚が接地後に、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを再選択し、再選択された距離センサの計測値が等しくなるように足リンクの姿勢を制御する。特に、コントローラは、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群から、距離センサの位置を結んで形成される３角形の面積が最大となる３個の距離センサを再選択することが好ましい。そのように構成された脚式ロボットは、起伏や段差のある路面を一層安定に歩行することができる。
【００１２】
ここで、実際の接地領域内に配置されている距離センサは、接地を検知した距離センサに相当するから、コントローラは、接地した距離センサ群から３個の距離センサを再選択すればよい。なお、コントローラは、距離センサの計測値が予め定められた距離以下となったときに接地を検知する。距離センサのゼロ点が足裏面に調整されている場合には、コントローラは、計測値がゼロを示すときに接地と判断する。距離センサのゼロ点が足裏面より距離Ｈだけ上方に調整されている場合には、計測値が距離Ｈを示すときに接地と判断する。
【００１３】
なお、冗長ではあるが、再選択する距離センサは３個以上であってもよい。なぜならば、再選択の候補となる距離センサはいずれも実際の接地領域内に位置していることが保証されているからである。なお、３個以上の距離センサを再選択する場合でも、再選択される距離センサは、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群のうち、距離センサの位置を結んで形成される３角形の面積が最大となる３個を含んでいればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、起伏や段差のある路面をスムーズに歩行することのできる脚式ロボットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】脚式ロボットの模式的側面図を示す。
【図２】脚式ロボットの制御フローチャートを示す。
【図３】足裏の接地予定領域と実際に接地した足裏の接地領域の相違を示す。
【図４】他の形状の足リンクの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例の脚式ロボット１０が有する技術的特徴のいくつかを列挙する。なお、主要な技術的特徴は既に説明した通りである。
（１）遊脚の接地前、コントローラは、遊脚足裏面の少なくとも３個の距離センサが接地予定面内に存在するように足リンクの接地予定位置を決定する。即ち、コントローラは、目標軌道を変更する。
（２）脚式ロボットは、足リンクの目標軌道と目標姿勢を記憶している。コントローラは、足リンクの目標軌道と路面センサの計測値によって定まる遊脚の足裏の接地予定領域内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを選択し、選択された３個の距離センサの計測値が、目標姿勢から定まる各距離センサ配置位置における足裏と路面との間の距離の目標値に追従するように足リンクの姿勢を制御する。
（３）脚式ロボットは、胴体の傾きを検出する姿勢角センサを備えており、遊脚の接地後は、足裏の距離センサ群のうち、胴体が傾いていく方向に近い２個のセンサを含む３個の距離センサを再選択する。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して実施例の脚式ロボットを説明する。図１に、脚式ロボット１０の模式的側面図を示す。図１は、脚式ロボット１０が一歩踏み出す途中の状態を示している。図１は、脚式ロボット１０の前方に段差Ｓが存在する事例を示している。
【００１８】
脚式ロボット１０は、人体の脚の構造を模した２本の脚１４を備えている。脚式ロボット１０の胴体１２に２本の脚１４が連結されている。夫々の脚１４は、大腿リンク、下腿リンク、及び足リンク４（足リンク５）が回転関節によって回転可能に連結された多リンク機構を有している。図１では、符号４が遊脚の足リンクを示しており、符号５が支持脚の足リンクを示している。大腿リンクは股関節によって胴体１２に回転可能に連結されている。足リンク４（足リンク５）は、人体の足に相当し、接地が予定されているリンクである。足リンク４（足リンク５）の足裏は平坦である。また、足リンク４（足リンク５）は多リンク機構の脚１４の先端リンクに相当する。符号５ａは、足リンク５の裏面（足裏）を示している。
【００１９】
図１に示すように、足リンク５は６個の距離センサ６ａ−６ｆを備えている。６個の距離センサを総称する場合に、「距離センサ群６」と表す。また、説明の便宜上、距離センサ群６の任意の一つの距離センサ、或いは任意の幾つかの距離センサを表す場合も「距離センサ６」と表す。足リンク４も足リンク５と同様に６個の距離センサ群６を備えている。以下では、遊脚の足リンク４に注目して説明する。以下の説明は他方の足リンク５についても同様に成立することに留意されたい。
【００２０】
距離センサ群６は、足リンク４の足裏の異なる６箇所に配置されている。より具体的には、距離センサ群６は、足裏の周縁に沿って配置されている。夫々の距離センサ６は、夫々の配置位置における足裏と路面Ｇとの間の距離を計測する。従って、足リンク４が路面Ｇに対して傾いている場合、距離センサ群６は異なる距離を計測する。同様に、足リンク４の下方に段差が存在する場合も、距離センサ群６の幾つかは異なる距離を計測する。
【００２１】
胴体１２は、路面センサ２６を搭載している。路面センサ２６は、２次元レーザレンジセンサであり、脚式ロボット１０の前方の路面形状を計測する。図１の例では、路面センサ２６は、平坦な路面Ｇの上に段差Ｓの形状を計測する。
【００２２】
胴体１２は、記憶装置２２とコントローラ２４を搭載している。記憶装置２２には、足リンク４の目標軌道が記憶されている。図１の符号Ｌが目標軌道を示している。符号４ａは、接地時に想定される足リンクの位置を示している。なお、空間的な広がりを有する足リンク４の位置は、足リンク４の一点の位置で代表される。図１において足リンク４内に示された黒点が、足リンク４の位置を代表する点を示す。空間的な広がりを有するリンクの位置を一点で代表する手法は、ロボット工学の分野においてはよく用いられる手法である。
【００２３】
記憶装置２２は、足リンク４の目標軌道Ｌとともに、目標軌道Ｌに沿って移動する間の足リンク４の目標姿勢の経時的変化も記憶している。コントローラ２４は、足リンク４が目標軌道Ｌに沿って移動するとともに、足リンク４の姿勢が目標姿勢に追従するように脚の各関節を駆動する。ただし、後述するように、足リンク４が接地する直前から接地に至るまでは、コントローラ２４は、距離センサ群６の出力に応じて足リンク４の姿勢を目標姿勢から修正する。
【００２４】
足リンクの目標位置と目標姿勢から、各距離センサ配置位置における足裏と路面との間の距離の目標値が定まる。目標姿勢は、典型的には路面と平行となる姿勢である。その場合、各距離センサ配置位置における足裏と路面との間の距離の目標値は、全て等しい値となる。なお、踵が先ず接地し、その後足裏が路面と面接触するように足リンクを制御する場合には、踵側の距離センサの配置位置における目標値がつま先側の距離センサの配置位置における目標値よりも小さくなる。「各距離センサ配置位置における足裏と路面との間の距離の目標値」は、「各距離センサ配置位置における足裏面の目標高さ」と換言してよい。後述するように、コントローラ２４は、距離センサ群６の中から３個を選択し、選択された距離センサの計測値が、各距離センサ配置位置における足裏面の目標高さ（目標姿勢から定まる各距離センサ配置位置における足裏と路面との間の距離の目標値）に追従するように足リンクの姿勢を制御する。なお、本実施例では、着地直前から着地にかけての目標姿勢は、足裏面が路面と平行となる姿勢を想定している。
【００２５】
図２に、脚式ロボット１０のコントローラが実行する制御のフローチャートを示す。図１とともに図２を参照して脚式ロボット１０のコントローラが実行する制御フローを説明する。コントローラ２４は、路面センサ２６によって、前方の路面の面形状を計測する（Ｓ２）。前述したように、図１の例では、路面センサ２６が、平坦な路面Ｇと段差Ｓの形状を計測する。次にコントローラ２４は、目標軌道Ｌと計測された路面形状から、足リンク４の足裏の接地予定領域を推定する（Ｓ４）。足裏の接地予定領域は、目標軌道Ｌと路面形状から定まる。接地予定領域の推定アルゴリズムは次の通りである。コントローラ２４は、目標軌道Ｌと路面（段差含む）との交点を求め、交点付近で路面表面との接平面を定める。次に、コントローラ２４は、計算機上で、足裏の姿勢を接平面と平行に維持しながら目標軌道Ｌに沿って足リンクを移動し、足裏が接平面と接したときの足リンクの位置と姿勢を接地予定位置と姿勢として定める。コントローラ２４は、計算機上で接地予定位置と姿勢の足リンクと、路面センサが計測した路面形状を比較し、両者が接する領域を接地予定領域として定める。図１の例では、目標軌道Ｌと段差Ｓの形状から、足リンクが接地すると予定される位置が符号４ａで示されている通りに定まる。接地予定時の足リンクの姿勢は、足裏が段差上面と平行である。即ち、図１の例では、足リンク４の後方が段差Ｓの上面からはみ出る状態で接地すると推定される。別言すれば、足リンク４の足裏面は、図１において符号Ｗで示した領域で段差Ｓの上面に接地すると推定される。符号Ｗが示す領域が接地予定領域に相当する。
【００２６】
次に、コントローラ２４は、接地予定領域Ｗ内に配置されている距離センサ群から３個の距離センサを選択する（Ｓ６）。この処理を、図３を使って説明する。図３（Ａ）は、推定される接地時の足リンク４ａを上方から見た図であり、図３（Ｂ）は実際に接地したときの足リンク４ｂを上方から見た図である。推定される接地時の足リンク４ａにおいて斜線で示した領域Ｗが、接地予定領域である。この例では、接地予定領域Wに距離センサ群６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅが含まれる。足リンク４ａの後方に位置する距離センサ６ｃ、６ｆは、接地予定領域Ｗに含まれない。コントローラ２４は、接地予定領域Ｗに配置された距離センサ群６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅの中から、３個の距離センサを選択する。ここで、コントローラ２４は、距離センサの位置を結んで形成される三角形の面積が最大となる３個の距離センサを選択する。本実施例では、距離センサ群６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅの位置はほぼ正方形を形成するので、コントローラ２４は、距離センサ群６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅの中から任意の３個の距離センサを選択してよい。コントローラ２４は、例えば、３個の距離センサ６ａ、６ｂ、及び６ｄを選択する。
【００２７】
次にコントローラ２４は、目標軌道Ｌに沿って足リンク４を降下させる。コントローラ２４は、路面（段差）が近づくと、ステップＳ６で選択された３個の距離センサの計測値が等しくなるように足リンク４の姿勢を制御する。そしてコントローラ２４は、選択された３個の距離センサの計測値が等しいことを保ちながら、距離センサの計測値が小さくなるように足リンク４の位置と姿勢を制御する。この制御によって、足リンク４は、段差Ｓの上面に平行に接地する。足リンク４の足裏と路面（段差面の上面）の平行を維持する制御が、前述した「倣い制御」に相当する（Ｓ８）。
【００２８】
コントローラ２４は、接地が検知されるまで目標軌道Ｌに沿って足リンク４を降下させる（Ｓ８、Ｓ１０：ＮＯ）。ステップＳ６とＳ８の処理の効果を説明する。ステップＳ６で選択された３個の距離センサ６ａ、６ｂ、及び６ｄは、接地が予定されている接地予定領域Ｗ内に位置する。従って、足リンク４を降下させていくと、倣い制御に利用される３個の距離センサは、足裏と段差Ｓの上面との距離を計測する。足裏と路面Ｇとの距離を計測してしまう距離センサ６ｃ、６ｆは、倣い制御には利用されない。従って、倣い制御では足裏が段差Ｓの上面に平行となるように足リンク４の姿勢が制御される。そのような制御によって、脚式ロボット１０は、歩行中に段差Ｓをスムーズに乗り上がることができる。
【００２９】
フローチャートの説明に戻る。コントローラ２４は、接地を検知すると、ステップＳ１２に処理を移す（Ｓ１０：ＹＥＳ）。ここで、コントローラ２４は、選択されている距離センサのいずれかが距離ゼロを計測したときに、接地を検知する。ステップＳ１２では、コントローラ２４は、実際に接地している足裏領域に位置する距離センサを特定する。ステップＳ１２では、コントローラ２４は、全ての距離センサの計測値をチェックし、距離ゼロを計測している距離センサを、実際に接地している足裏領域内の距離センサとして特定する。図３（Ｂ）の例では、全ての距離センサ６が接地している。特定される距離センサは、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサに等しい。即ち、ステップＳ１２の処理は、足裏の実際の接地領域内に配置されている距離センサ群６を特定する処理に相当する。
【００３０】
次にコントローラ２４は、特定された距離センサ群６から３個の距離センサを再選択する（Ｓ１４）。ここで、コントローラ２４は、特定された距離センサ群の中から、距離センサの位置を結んで形成される三角形の面積が最大となる３個の距離センサを再選択する。図３（Ｂ）の例では、距離センサ６ａ、６ｃ、６ｄ、及び、６ｆの配置位置が長方形を形成する。従って、距離センサ６ａ、６ｃ、６ｄ、及び、６ｆのうち任意の３個の距離を再選択しても、形成される三角形の面積は最大となる。コントローラ２４は、例えば距離センサ６ａ、６ｃ、６ｄを再選択する。最後にコントローラ２４は、再選択された３個の距離センサの計測値が等しくなるように、足リンク４の姿勢を制御する。即ち、コントローラ２４は、再選択された３個の距離センサの計測値に基づいて、倣い制御を行う（Ｓ１６）。
【００３１】
ステップＳ１４の再選択とステップＳ１６の倣い制御の効果を説明する。足リンクが実際に着地すると、着地予定領域に配置されている距離センサの部位が接地しないケースがあり得る。そのような場合でも、コントローラ２４が実際の接地領域に存する距離センサの中から３個を再選択することで、「倣い制御」は、再選択された距離センサの計測値をゼロに維持する制御となる。
【００３２】
また、ステップＳ１４の処理で再選択された３個の距離センサの位置が形成する三角形は、接地前のステップＳ６で選択された３個の距離センサの位置が形成する三角形よりも大きい。距離センサの位置が形成する三角形が大きいほど、脚式ロボットが傾いて足リンク４の一部が浮いたときにいずれかの距離センサの計測値が敏感に変化する。即ち、距離センサの位置が形成する三角形が大きいほど、足リンクの傾きの検出精度が向上する。その結果、倣い制御の追従性が向上する。即ち、距離センサの位置が形成する三角形が大きくなるように距離センサを再選択することによって、脚式ロボット１０は、足リンクが路面から浮いてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００３３】
以上、実施例を説明した。実施例の脚式ロボットに具現化された技術の留意点を以下に述べる。接地後に、距離センサの位置が形成する三角形が大きくなるように距離センサを再選択することは、次の利点を与える。即ち、ステップＳ４の推定において、足裏の接地予定領域を小さめに推定し、確実に着地すると推定される領域に限定することができる。そうすることによって、接地が確実な距離センサを選択することが可能となる。脚式ロボットは、接地が確実な距離センサを選択することによって安定な着地を実現することができるとともに、距離センサの位置が形成する三角形が大きくなるように距離センサを再選択することによって、安定した歩行を実現することができる。
【００３４】
実施例では、コントローラ２４は、ステップＳ６において、接地予定領域内に配置されている距離センサ群の中から、距離センサの位置を結んで形成される三角形の面積が最大となる３個の距離センサを選択する。そのようなアルゴリズムに代えて、コントローラ２４は、接地予定領域内に配置されている距離センサ群の中から、距離センサの位置を結んで形成される三角形が最小となる３個を選択してもよい。前者の場合は、接地前の足リンクの安定した接地が保証される姿勢への追従性が向上する。後者の場合は、距離センサ間の距離が小さくなるので、高い確度で接地が予想される距離センサを選択することができる。
【００３５】
また、実施例の脚式ロボット１０は、図２のステップＳ１４において、実際の接地領域内に配置されている距離センサ群の中から、距離センサの位置を結んで形成される三角形の面積が最大となる３個を再選択する。コントローラ２４は、再選択された３個の距離センサの計測値に基づいて倣い制御を実行する（Ｓ１６）。ステップＳ１６の倣い制御を実行中、コントローラ２４は、次のアルゴリズムに基づいて倣い制御に利用する距離センサを変更してよい。即ち、脚式ロボットは、胴体の傾きを検出する姿勢角センサを備えており、実際の足裏接地領域内に配置されたセンサ群の中から、胴体が傾いていく方向に近い２個のセンサを選択するとともに、その２個を含めて、距離センサの位置を結んだ三角形の面積が最大となるように残りの１個の距離センサを選択する。コントローラ２４は、こうして新たに選択された３個の距離センサに基づいて倣い制御を実行する。例えば図３（Ｂ）において、胴体１２が、Ｘ軸の正方向へ傾いていった場合、コントローラ２４は、胴体の傾く方向に近い距離センサ６ａ、６ｄを選択するとともに、距離センサ６ｃ、６ｆのいずれか一方を選択する。胴体１２が傾くとともに、足リンクの図面左端が浮き上がる。即ち、胴体１２がＸ軸の正方向に傾いていった場合、距離センサ６ｃ或いは６ｆの計測値の変化が大きくなる。このように、倣い制御に利用する距離センサを変更することによって、胴体が傾く方向への足リンクの傾斜の計測精度を向上させることができる。さらに、上記のように、倣い制御に利用する距離センサを変更することによって、後述する「倒立制御」の精度を向上させることができる。
【００３６】
本明細書が開示する技術は、足リンクが、揺動可能な複数のリンクで構成されている脚式ロボットにも適用することができる。例えば図４に、つま先部１０５と踵部１０６が揺動可能に連結された脚１１４を示す。つま先部１０５と踵部１０６は共に接地が予定されているので、これらが足リンク１０４を構成する。図４（Ａ）は足リンク１０４の模式的側面図を示し、図４（Ｂ）は足リンク１０４の模式的裏面図を示す。つま先部１０５は、図４（Ａ）の矢印Ｑの方向に揺動することができる。また、図４（Ｂ）に示すように、つま先部１０５の裏面には４個の距離センサ６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅが配置されており、踵部１０６の裏面には２個の距離センサ６ｃと６ｆが配置されている。この足リンク１０４は、踵部１０６に対してつま先部１０５が揺動するので、つま先部１０５のみで接地することができるし、つま先部１０５と踵部１０６の両方で接地することもできる。つま先部１０５のみで接地する予定の場合には、つま先部１０５を足リンクとみなして実施例のごとく制御すればよい。その場合、４個の距離センサ６ａ、６ｂ、６ｄ、及び６ｅが選択の対象となる。つま先部１０５の足裏と踵部１０６の足裏を面一に保って接地する予定の場合には、つま先部１０５と踵部１０６を一体の足リンクとみなして実施例のごとく制御すればよい。その場合には、６個の距離センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、及び６ｆの全ての距離センサが選択の対象となる。
【００３７】
本明細書における「倣い制御」は、脚式ロボットが傾いて足裏の一部が路面から離れたときに、単純に、足裏が路面に平行になるように足リンクの姿勢を調整する制御に限定されない。「倣い制御」には、足裏と路面との安定な接触を維持しながら、傾いた胴体の位置を目標位置に戻す方向に路面から脚式ロボットに反力モーメントが作用するように足リンクの姿勢を調整する制御が含まれてもよい。足裏と路面との距離を計測する複数の距離センサを用いて、足裏の安定な接地を維持する制御と胴体の傾きを元に戻す制御を混在させた技術は、特開２００８−１８８６８４号公報（２００８年８月２１日公開）に詳しいのでそちらを参照されたい。なお、特開２００８−１８８６８４号公報では、単純に足裏と路面との安定な接触を維持する制御を「倣い制御」と称し、胴体の傾きを元に戻す制御を「倒立制御」と称しているが、本実施例における「倣い制御」は両者を含み得ることに留意されたい。
【００３８】
実施例の脚式ロボット１０は、足リンクに６個の距離センサを備えている。選択の幅が広がるので距離センサの個数は多いほどよい。しかしながら、最低４個の距離センサを備えれば、本発明は成立する。
【００３９】
実施例では段差Ｓを乗り上がる事例を示した。本発明は、起伏のある路面を歩行する脚式ロボットにも適用しても、実施例で用いた事例と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
４、５：足リンク
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ：距離センサ
１０：脚式ロボット
１２：胴体
１４：脚
２２：記憶装置
２４：コントローラ
２６：路面センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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