(57)【要約】      （修正有）【課題】  コストをかけることなく高精度なキャリブレーションを行うための支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法を提供すること。【解決手段】  支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うためのものであって、歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測するための圧力センサ２と、関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置２１とを有し、演算装置は、圧力センサの２計測データに基づいてアクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して角度センサのオフセット調整を行うようにした支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム。【選択図】        図２
2006239848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うためのものであって、
前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測するための圧力センサと、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置とを有し、
前記演算装置は、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム。
【請求項２】
請求項１に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記圧力センサは、前記歩行ロボットを載せてその足平にかかる圧力を計測するものであり、その圧力センサと前記歩行ロボットの演算装置とが通信手段によって接続されたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。
【請求項３】
請求項２に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記通信手段は、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムにおいて、
前記演算装置は、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたものであることを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整システム。
【請求項５】
支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うための方法であって、
圧力センサによって前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測し、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置が、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法。
【請求項６】
請求項５に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記歩行ロボットの足平にかかる圧力の計測を台状の圧力センサに載せて計測し、その圧力センサで計測した計測データを通信手段を介して前記歩行ロボットの演算装置に送信するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。
【請求項７】
請求項６に記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載する支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法において、
前記演算装置では、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたことを特徴とする歩行ロボットのオフセット調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持脚をもつ歩行ロボットの当該支持脚の関節を構成するアクチュエータのオフセットに関し、特に、初期姿勢における足平にかかる圧力の分布を測定して補正量を算出して行う支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２本の支持脚によって起立して直立歩行を行う人型のロボットが開発されており、実用化への期待も高まってきている。そうした中、特開２００３−２６６３６２号公報には、足部の関節を構成するアクチュエータに設けられた各センサのキャリブレーション（ゼロ点調整）を容易にすべく、力センサの予圧調整作業を不要とした発明が開示されている。ここで図９は、当該公報に記載された「人間型」の脚式移動ロボット１００が直立している様子を示した図である。
【０００３】
２足歩行ロボット１００は、左右２足の下肢１１０、体幹部１２０、左右の上肢１３０及び、頭部１４０とで構成される。左右各々の下肢１１０は、大腿部１１１と、膝関節１１２と、頸部１１３と、足首１１４と、足部１５０とで構成され、股関節１１５によって体幹部１２０の略最下端にて連結されている。
【０００４】
各関節には、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内臓したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータが搭載されている。体幹部１２０の内部には、図面には現れていない主制御ユニットや電源回路その他の周辺機器類が搭載されている。２足歩行ロボット１００の制御システムは、記憶された情報や各種センサの出力に基づいて、２足歩行ロボット１００の動作を生成し、各関節に配置されたＡＣサーボ・アクチュエータへの指令値を決定する。
【０００５】
そして、足部１５０には、ＺＭＰ（Zero Moment Point ）を算出するためのＺ軸方向の圧力を検出する複数の力センサ（例えば、ロードセル）が内蔵されている。そのため、足部１５０が路面に接地して、足平に路面からの力が作用している状態では、力センサに路面からの圧力が伝達され、それによってＺＭＰの算出処理が実行される。こうした足部１５０に力センサを用いる支持脚のキャリブレーションは、起立するだけの足裏に外力が作用していない状態でも行うことができ、歩行動作に伴う遊脚時にキャリブレーションを実施することができ、常に正確な検出値を得ることができるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２６６３６２号公報（第３−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の歩行ロボットのキャリブレーションは、力センサの出力がその力センサと同様に足部１５０に設けられた電気回路基板上の演算処理手段に送られて必要な処理が施される。そして、電気回路基板上での処理の後、ロボット本体の主制御ユニットに伝送され、ＺＭＰの算出処理が実行され、各関節を構成するアクチュエータのキャリブレーションが行われている。しかしながら、ＺＭＰを算出するのに所定の計算を多数回繰返す必要があるので、処理が複雑になる。また、力センサや電気回路基板を足部に設けることで構造的にも複雑であるためメンテナンスに手間がかかり、衝撃を受ける部分でもあるため故障の原因になった。
【０００７】
そこで、ロボットに力センサを設けないでキャリブレーションを行う場合には、機械的リミットに当ててゼロ点を検出する方法、３次元測定装置で各関節の角度を測定して検出する方法、更に機械的治具を使用して関節を固定して検出する方法などがある。しかし、機械的リミットの場合には、精度が機械加工誤差に依存しているため、精度を上げようとすればコストがかかってしまう。また、３次元測定装置の場合には、無負荷の状態で計測しても、構成部材の歪みなどによって起立した状態で誤差がでてしまうことがある。更に機械的治具を使用する場合は、これも精度が機械加工誤差に依存してしまい、精度を上げるためにはコストがかかってしまう。そのため、従来はいずれの場合もオフセットをより高い精度でキャリブレーションするにはコストがかかってしまう問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、コストをかけることなく高精度なキャリブレーションを行うための支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うためのものであって、前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測するための圧力センサと、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置とを有し、前記演算装置は、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、前記圧力センサが、前記歩行ロボットを載せてその足平にかかる圧力を計測するものであり、その圧力センサと前記歩行ロボットの演算装置とが通信手段によって接続されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システムは、前記演算装置が、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにしたものであることが好ましい。
【００１１】
一方、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、支持脚を構成する関節のアクチュエータの駆動によって歩行可能な歩行ロボットに関し、その関節角度を計測する角度センサのオフセット調整を行うための方法であって、圧力センサによって前記歩行ロボットが支持脚で立った状態の足平にかかる圧力を計測し、前記関節のアクチュエータを駆動させる指令値を生成する演算装置が、前記圧力センサの計測データに基づいて前記アクチュエータを駆動させて足平圧力の調整を行い、所定の圧力分布状態における前記角度センサの出力値から補正量を算出して記憶し、キャリブレーションの際、その補正量を加算して関節角度を計測する前記角度センサのオフセット調整を行うようにしたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、前記歩行ロボットの足平にかかる圧力の計測を台状の圧力センサに載せて計測し、その圧力センサで計測した計測データを通信手段を介して前記歩行ロボットの演算装置に送信するようにすることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、前記通信手段では、前記圧力センサで計測された計測データに基づき、ディスプレイによって足平にかかる圧力の分布を表示するようにすることが好ましい。
また、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整方法は、前記演算装置では、足平にかかる圧力の分布が均等になるように逆運動学演算により関節のアクチュエータを駆動させ、圧力分布が均等になった状態で得られた前記角度センサの出力値を補正量として保存するようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法によれば、例えば、台状の圧力センサ上に歩行ロボットを載せ、その足平にかかる圧力の分布が均等になるように関節のアクチュエータを駆動させて足平圧力による調整を行い、そうした状態で角度センサの出力値から補正量を算出して保存しておく。そして、日常の運用などでキャリブレーションを行う場合、例えばメカ関節リミットなどを使用して角度センサから得られたオフセット量にその補正量を加算して行う。
従って、本発明によれば、機械的リミットのキャリブレーションを行うような場合でも、機械加工精度を上げることなく補正量によって加工誤差などを補うようにしたため、コストをかけることなくキャリブレーションの精度を上げることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態のオフセット調整システムは、図１に示すように２本の支持脚１０をもつ２足歩行ロボット１に関し、その支持脚１０の関節を構成するアクチュエータをキャリブレーションするためのものである。特に、２本の支持脚１０には、各関節にアクチュエータとして軸モータが設けられ、足平２０の足裏部分にかかる圧力を測定して軸モータに設けられたエンコーダのオフセット調節を行うようにしたものである。従って、本実施形態のオフセット調整システムでは、この２足歩行ロボット１は、それ自身を支える足平２０にかかる圧力の分布を測定するための圧力センサ２上に起立するようにしている。
【００１５】
図２は、オフセット調整システムの構成例を概念的に示す図である。本実施形態のオフセット調整システムでは、前述したように、２足歩行ロボット１と、その２足歩行ロボット１が起立した状態で足平２０にかかる圧力分布を計測するための圧力センサ２とが設けられ、更には、その圧力センサ２からの計測データを受けて２足歩行ロボット１との間でデータのやりとりを行うネットワーク３が構築されている。
【００１６】
圧力センサ２としては、例えば、圧力の作用によって圧縮或いは伸長変形した場合に導通度合いが大きくなり、電気抵抗値が低下するという特性の感圧導電性エラストマーを利用して圧力値の大きさを検出するものが用いられる。具体的には、感圧導電性エラストマーシートの表面側及び裏面側の双方の面に、Ｘ方向又はＹ方向にそれぞれ延びる多数本の平行な線状電極を有するフレキシブル基板がいずれか一方ずつ貼り付けられ、双方の線状電極から取り出した電気抵抗値の変化に基づいて、双方の線状電極の交点に作用する圧力値の大きさが計測される。
【００１７】
その圧力センサ２と２足歩行ロボット１とを接続するネットワーク３はＬＡＮなどであって、圧力センサ２から取り出された圧力値及びその検出点の位置を示す信号がコンピュータ等に入力される。そして、ネットワーク上では、後述するオフセット調整のための補正量の算出や保存が行われ、あるいは画像制御手段によって足平２０にかかる圧力の状態がディスプレイに表示され、それをオペレータが確認できるようになっている。なお、図３は、そうしたディスプレイ表示された足裏部分の圧力分布を示した図である。これは、２足歩行ロボット１の足裏を床面側から見た状態で表しているため、図面では左右の位置が逆になっており、また図面（ディスプレイ）上方が２足歩行ロボット１の前方を表している。そして、足平２０にかかる圧力の強弱は、圧力値を所定の幅で等しい部分の境界に等圧線を引き、色分けしたり濃淡を変えるなどして見やすくなるように表現されている。
【００１８】
２足歩行ロボット１には、本実施形態のオフセット調整システムに関する構成として、演算装置２１や制御装置２２、支持脚１０の関節を構成する軸モータ２３（図４に示す軸モータ１１〜１６）が設けられている。
演算装置２１は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵するワンチップマイクロコンピュータから構成され、そのＲＡＭに記憶されたデータやネットワーク３側において記憶されているデータに基づいて、支持脚１０を構成する各関節の各軸モータ２３を駆動させる指令値を生成するものである。また、本実施形態では、ネットワーク３を介して送信される圧力センサ２の計測データからオフセット調整のための補正量の算出や保存を行うよう構成されている。
【００１９】
そして、同じく２足歩行ロボット１に内蔵された制御装置２２は、この演算装置２１によって生成された指令値により各軸モータ２３を駆動させるサーボアンプであり、出力側が各関節の軸モータ２３に接続されている。各関節を構成する軸モータ２３には、回転量を検出するロータリエンコーダが設けられており、そのロータリエンコーダからの検出データがサーボアンプである制御装置２２に送信されるようになっている。制御装置２２は、ロータリエンコーダから送られて来た検出データの差分から回転角を求め、これを演算装置２１から送られた指令値と照合して軸モータ２３を制御するようにしている。
【００２０】
ここで、図４は、２足歩行ロボット１における支持脚１０の軸構成を概念的に示した図であり、（ａ）には正面の図を示し、（ｂ）には横向きの図を示している。なお、２足歩行ロボット１の前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、そして鉛直方をＺ軸方向として３軸をとる。
２足歩行ロボット１は、左右の支持脚１０が対称的に構成され、２本の支持脚１０は、腰関節３１を介して胴部３０と連結されている。そして、支持脚１０には、それぞれ腰関節３１と大腿リンク２８との間に股関節２５が構成され、大腿リンク２８と下腿リンク２９との間には膝関節２６が、更に下腿リンク２６と足平２０との間には足首関節２７が構成されている。支持脚１０は、各関節に軸モータ２３による設けられ、それぞれ股関節２５が３軸、膝関節２６が１軸、そして足首関節２７が２軸で構成されている。
【００２１】
具体的には、股関節２５は、腰部に対してＺ軸方向に配置された軸モータ１１によってＺ軸回転が可能であり、更にＸ軸方向とＹ軸方向とに直交して配置された２個の軸モータ１２，１３によってＸ軸回転とＹ軸回転が可能になっている。すなわち、軸モータ１１は、ヨー軸（Ｚ軸）回りの自由度を生成する股関節ヨー軸モータであり、  軸モータ１２は、ロール軸（Ｘ軸）回りの自由度を生成する股関節ロール軸モータであり、更に軸モータ１３は、ピッチ軸（Ｙ軸）回りの自由度を生成する股関節ピッチ軸モータである。股関節２５は、こうした３個の軸モータ１１〜１３によってＸ，Ｙ，Ｚ軸のそれぞれの回りに回転することを許容する３軸関節が構成されている。
【００２２】
次に、大腿リンク２８と下腿リンク２９の間に設けられ膝関節２６は、Ｙ軸方向に配置さされた軸モータ１４によってＹ軸回転が可能である。すなわち、軸モータ１４は、ピッチ軸（Ｙ軸）回りの自由度を生成する膝関節ピッチ軸モータであり、膝関節２６は、Ｙ軸について自由度を持つ１軸関節である。
更に、下腿リンク２６と足平２０との間の足首関節２７は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交して配置された２個の軸モータ１５，１６によってＸ軸回転とＹ軸回転が可能になっている。すなわち、足首関節２７の軸モータ１５は、ロール軸（Ｘ軸）回りの自由度を生成する足首関節ロール軸モータであって、軸モータ１６は、ピッチ軸（Ｙ軸）回りの自由度を生成する足首関節ピッチ軸モータである。従って、足首関節２６はＸ，Ｙ軸のそれぞれについて自由度を持つ２軸関節である。
【００２３】
続いて、本実施形態の２足歩行ロボット１は、次のようにして取り扱われる。
２足歩行ロボット１は、一般的には図５に示す運用フローに従って取り扱われる。すなわち、２足歩行ロボット１が組上がった場合（Ｓ１０１）、その直後に圧力センサ２を使用した各軸モータ１１〜１６について足平圧力による調整が行われ、オフセット調整のための補正量が算出される（Ｓ１０２）。そこでは、２足歩行ロボット１が初期姿勢の状態で、両支持脚１０の足平２０にかかる力が全体的に均等になるように各関節２５〜２７を構成する軸モータ１１〜１６の軸角度の調整が行われる（Ｓ１０２）。そして、その状態で各軸モータ１１〜１６に設けられたエンコーダの出力値が基準位置からの補正量として記憶される。こうして足平圧力による調整が終了した後は、日常の運用へと移ることになる（Ｓ１０３）。図６は、日常の運用におけるフローを示した図である。
【００２４】
日常の運用では、バッテリーを積んだ２足歩行ロボット１は、電源の投入によって起動し（Ｓ２０１）、関節の軸モータ１１〜１６に設けられたエンコーダの初期化が行われる（Ｓ２０２）。日常運用のキャリブレーションでは、支持脚１０に設けられたメカ関節リミットが利用され、軸モータ１１〜１６を駆動させて関節を動かし、メカ関節リミットに当たった位置と基準位置との角度がエンコーダによって検出される。そうして得られた検出値と予め記憶されている設定値との比較によりオフセット量が算出され、当該エンコーダのゼロ点調整が行われる。ただし、メカ関節リミットに対する設定値は加工誤差や部品の摩耗などによってズレが生じている場合がある。そこで、本実施形態では、前述したように組上がり直後などに行った足平圧力による調整（図５、Ｓ１０２）で補正量が算出されており、メカ関節リミットによるオフセット量に対して補正量が加算される（Ｓ２０３）。
【００２５】
支持脚１０を構成する各関節２５〜２７の軸モータ１１〜１６については、毎回起動時にこうしてエンコーダのキャリブレーションが行われる。その後、所定の操作によって２足歩行ロボット１は、前方や後方への歩行転など各種動作によるパフォーマンスが行われる（Ｓ２０４）。そして、電源を切ることによりシャットダウンし、２足歩行ロボット１の駆動が停止する（Ｓ２０５）。
【００２６】
図５に戻り、こうした２足歩行ロボット１に対しては、日常運用を行う中でメンテナンスの必要性が確認される（Ｓ１０４）。メンテナンスの必要がない場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、日常の運用が繰り返され、その中で前述したようにエンコーダの初期化（Ｓ２０２）及び、組上がり直後に算出された補正量に基づく起動時のオフセット調整が行われる（Ｓ２０３）。しかし、２足歩行ロボット１の運用を繰り返すことにより、部品の摩耗などによって補正量にもズレが生じてくる。
【００２７】
そこで、補正量を更新するためのメンテナンスが必要になり、例えば過去のデータに基づいて運用の総時間をカウントして行われたり、あるいは目視によって動きが不安定になったような場合などに行われる。
メンテナンスが必要な場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、再び初期姿勢の２足歩行ロボット１を圧力センサ２の上に立たせ、支持脚１０の関節に設けられた各軸モータの軸角度の調整が行われる（Ｓ１０２）。ここで、図７は、足平圧力による調整の手順を示したフロー図である。
【００２８】
先ず、２足歩行ロボット１の電源が投入され（Ｓ３０１）、前述した日常運用と同様にメカ関節リミットを用いたエンコーダの初期化が実行される（Ｓ３０２）。すなわち、関節２５〜２７の軸モータ１１〜１６を回転させて関節を動かし、そのメカ関節リミットに当てられた位置と基準位置との角度がエンコーダによって検出され、そうして得られた検出値と設定値との比較からオフセット量が算出され、当該エンコーダのキャリブレーションが行われる。そうした後、各関節２５〜２７の軸モータ１１〜１６を基準位置に合わせて２足歩行ロボット１を初期姿勢にし（Ｓ３０３）、圧力センサ２の上に起立した状態で載せられる（Ｓ３０４）。
【００２９】
圧力センサ２に載せられた２足歩行ロボット１は、その足平２０にかかる圧力分布の計測が行われる（Ｓ３０５）。２足歩行ロボット１は、ネットワーク３を介してその圧力センサ２と接続され（図２参照）、その圧力センサ２で計測された計測データは、ネットワーク３を介して２足歩行ロボット１内の演算装置２１に送られる。演算装置２１では、図３に示す足平２０にかかる圧力分布が左右において全体で均等になっているか否かの確認が行われる（Ｓ３０６）。そこで、足平２０の圧力分布が均等でない場合には（Ｓ３０５：ＮＯ）、圧力分布を基に補正方向が決定され（Ｓ３１１）、各軸モータの駆動によって圧力分布を均等にするための微少量の補正動作が行われる（Ｓ３１２）。すなわち、演算装置２１によって各軸モータ１１〜１６を駆動させる指令値が生成され、その指令値に基づいて制御装置２２が軸モータ１１〜１６を駆動させて微少量の補正動作が行われる。
【００３０】
２足歩行ロボット１の支持脚１０に関する情報は、腰の６軸と、左右の支持脚１０の各６軸における幾何学座標データで構成されている。その６軸とは、図８に示すように、腰及び左右両足（足首）の所定位置におけるｘ、ｙ、ｚの位置座標に関する３軸と、ロール、ピッチ、ヨーの回転座標に関する３軸である。そして、初期姿勢における微少量の補正動作では、２足歩行ロボット１内の演算装置２１によって、左右の足平２０における圧力分布が均等になるように腰及び左右両足の６軸における幾何学座標データが算出される。
【００３１】
その際、逆運動学（Inverse Kinematics）に基づいて幾何学座標データが求められ、更にその幾何学座標データに基づき各関節２５〜２６を構成する軸モータ１１〜１６の軸角度が算出される。すなわち、腰を原点にして各関節の角度から足先の姿勢を求めることを順運度学というが、本実施形態が採用する逆運動学では、足平２０にかかる圧力分布に基づいて足先の位置と姿勢から幾何学座標データが求められ、そこから各関節２５〜２７の角度、すなわち各関節の軸モータ１１〜１６の軸角度が算出される。そこで、足平２０の圧力分布が均等になるように、演算装置２１の指令値によって制御装置２２が軸モータ１１〜１６を駆動させ、２足歩行ロボット１の初期姿勢における微少量の補正動作が行われる。
【００３２】
例えば、初期姿勢における最初の状態で図３に示すような足平２０の圧力分布が得られた場合、次のように支持脚１０（右側をＲ、左側をＬとする）の形状につて変更が行われる。すなわち、(１)左側支持脚１０Ｌのロール軸回転の調整によって加重を内側に移動させる調整が行われる。(２)右側支持脚１０Ｒのロール軸回転の調整によって加重を外側に移動させる調整が行われる。(３)左側支持脚１０Ｌのピッチ軸回転の調整によって加重を後ろ側に移動させる調整が行われる。(４)右側支持脚１０Ｒのピッチ軸回転の調整によって加重を後ろ側に移動させる調整が行われる。そして、(５)腰部をＹ軸方向に移動させて左右の加重調整が行われる。
【００３３】
これは、図８に示すように、両方の支持脚１０及び腰におけるヨー軸、ロール軸、ピッチ軸の回転であるが、より具体的には、図４においてヨー軸は股関節２５の軸モータ１１、ロール軸は股関節２５及び足首関節２７の軸モータ１２，１６、そしてピッチ軸は股関節２５、膝関節２６及び足首関節２７の軸モータ１３，１４，１５のそれぞれについて幾何学座標データに従った回転角が算出される。
【００３４】
ところで、足平２０にかかる圧力分布を均等にするための補正量を一意に求めることは困難である。そのため、足平２０にかかる圧力分布が左右において全体で均等になるように微少な補正動作が繰り返される（Ｓ３０４，Ｓ３０５：ＮＯ，Ｓ３１１，Ｓ３１２）。
そして、両方の支持脚１０について足平２０の圧力分布が均等になるように調整が行われると（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、そのときの各軸モータ１１〜１６に設けられたエンコーダからの出力値が補正量として演算装置２１に保存される（Ｓ３０６）。なお、こうした演算処理は、２足歩行ロボット１に内蔵された演算装置２１で行う場合の他、接続されているネットワーク３上のコンピュータを使って行い、得られ補正量のデータもそこに保存するようにしてもよい。
【００３５】
こうして補正量が求められた後は、２足歩行ロボット１の電源が切られてシャットダウンし（Ｓ３０８）、ネットワーク３との接続も切り離される。そして、その後は前述したように図６に示す日常の運用に移り、電源の投入によって起動し、キャリブレーションが行われる。即ち、軸モータ１１〜１６を駆動させて関節を動かし、メカ関節リミットに当たった基準位置からの角度がエンコーダによって検出され、この検出値と予め記憶されている設定値との比較によりオフセット量が算出される（Ｓ２０２）。そして、そのオフセット量に、前述した足平圧力による調整によって求められた補正量が加算される。
【００３６】
よって、本実施形態のオフセット調整システム及びその調整方法によれば、２足歩行ロボット１は、自ら足部に力センサや電気回路基板を足部に設けることはないので、構造的に簡素化され、メンテナンスの手間はかからず、衝撃を受ける足部に設けられた当該部品の故障の心配もない。
そして、日常の運用ではメカ関節リミットを用いたキャリブレーションを行う場合、足平圧力による調整で得られた補正量によって高精度のキャリブレーションを行うことが出来るようになった。しかも、機械的リミットのキャリブレーションでありながら、機械加工精度を上げることなく補正量によって誤差を補うようにしたため、コストをかけることなくキャリブレーションの精度を上げることができた。
【００３７】
以上、本発明に係る支持脚をもつ歩行ロボットのオフセット調整システム及びオフセット調整方法の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では支持脚をもつ歩行ロボットとしては、支持脚１０を２本とした人間型の２足歩行ロボット１を例に挙げて説明したが、例えば支持脚を４本とした犬型ロボットであっても同様に実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】オフセット調整の補正量を算出するため足平圧力による調整を行う計測状態を示した図である。
【図２】オフセット調整システムの一実施形態についてその構成例を概念的に示した図である。
【図３】足平圧力による調整においてディスプレイ表示された足裏部分の圧力分布を示した図である。
【図４】２足歩行ロボット１における支持脚の軸構成を概念的に示した図であり、（ａ）には正面の図を示し、（ｂ）には横向きの図を示している。
【図５】２足歩行ロボットの一般的な運用フローを示した図である。
【図６】２足歩行ロボットの日常運用におけるフローを示した図である。
【図７】足平圧力による調整の手順を示したフロー図である。
【図８】足平圧力による調整を行う際に使用する幾何学座標データを示した図である。
【図９】「人間型」の脚式移動ロボットが直立している様子を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ２足歩行ロボット
２    圧力センサ
３    ネットワーク
１０  支持脚
２０  足平
２１  演算装置
２２  制御装置
２３（１１〜１６）  軸モータ
２５  股関節
２６  膝関節
２７  足首関節
２８  大腿リンク
２９  下腿リンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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