(57)【要約】【課題】ガタの存在により姿勢が不安定になることを解消可能なロボットを提供する。【解決手段】２足歩行ロボット１は、大腿リンク６と下腿リンク８とは膝関節部７を介して連結され、大腿リンク６に対して下腿リンク８を揺動駆動する直動アクチュエータ１１と、下腿リンク８の動作に減衰力を付与するＭＲダンパー１２を備える。直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の揺動動作中に、下腿リンク８に作用する力の方向が変わるとき、ＭＲダンパー１２に減衰力を発生させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リンクと第２リンクとが関節部を介して連結されたロボットであって、
前記第１リンクに対して前記第２リンクを揺動駆動するアクチュエータと、
前記第２リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーと、
前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御する制御手段とを備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクが揺動動作する方向と逆方向に当該第２リンクが揺動動作するよう、前記アクチュエータが前記第２リンクに力を作用させるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクが揺動動作する方向と同方向に当該第２リンクに外力が作用するとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項４】
前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに前記関節部方向に外力が作用するとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記ダンパーは、磁界により磁気粘性流体の粘度を可変する磁気粘性流体ダンパーであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のロボット。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記第１リンクと前記第２リンクとを前記関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のロボット。
【請求項７】
第１リンクと第２リンクとが関節部を介して連結され、前記第１リンクに対して前記第２リンクを揺動駆動するアクチュエータと、前記第２リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーとを備えたロボットの制御方法であって、
前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項８】
左右対称の脚部と胴体部とを備え、各脚部は、胴体部に股関節部を介して連結される大腿リンクと、該大腿リンクの下端に膝関節部を介して連結される下腿リンクと、該下腿リンクの下端に足首関節部を介して連結される足平部とを有する２足歩行ロボットであって、
各前記脚部における、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを、膝関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータと、
前記大腿リンクに対する前記下腿リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーと、
前記直動アクチュエータの伸縮動作による前記下腿リンクの揺動動作中に、該下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御する制御手段とを備えることを特徴とする２足歩行ロボット。
【請求項９】
左右対称の脚部と胴体部とを備え、各脚部は、胴体部に股関節部を介して連結される大腿リンクと、該大腿リンクの下端に膝関節部を介して連結される下腿リンクと、各前記脚部における、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを膝関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータと、前記大腿リンクに対する前記下腿リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーと、該下腿リンクの下端に足首関節部を介して連結される足平部とを備えた２足歩行ロボットの制御方法であって、
前記直動アクチュエータの伸縮動作による前記下腿リンクの揺動動作中に、該下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とする２足歩行ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、特に２つのリンクが関節部を介して連結されたロボット及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１リンクと第２リンクとが関節部を介して連結され、第１リンクに対して第２リンクを揺動動作させるアクチュエータを備えたロボットが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１から３には、左右対称の脚部と胴体部とを備え、各脚部は胴体部に、股関節部を介して連結される大腿リンク（第１リンクに相当）と、該大腿リンクの下端に膝関節部（関節部に相当）を介して連結される下腿リンク（第２リンクに相当）と、各脚部における、大腿リンクと下腿リンクとを膝関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータと、下腿リンクの下端に足首関節部を介して連結される足平部とを備えた２足歩行ロボットが開示されている。これらの２足歩行ロボットは、直動アクチュエータの小型化や大腿リンクと下腿リンクの慣性モーメントの低減により、運動性能の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３２０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１４５５号公報
【特許文献３】特開２００９−１０１４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１から３に開示された２足歩行ロボットを含め、ロボットの構造物間には、製造誤差等を考慮して、必然的にガタが存在する。ガタの存在により、他の構造物に依存しないガタ内の自由な動作が許容されるため、制御性が悪化し、ロボットの姿勢が不安定となるという問題がある。
【０００６】
なお、ガタを小さくすると、関節部の軸受として滑り軸受を採用できないなど軸受構成が制約される等の要因により、製造コストが上昇し、軽量化にも反するという欠点がある。また、摩擦の増加を招き、エネルギー効率が劣るという欠点もある。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、ガタの存在により姿勢が不安定になることを解消可能なロボット、２足歩行ロボット、及びその制御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】
【０００８】
本発明のロボットは、第１リンクと第２リンクとが関節部を介して連結されたロボットであって、前記第１リンクに対して前記第２リンクを揺動駆動するアクチュエータと、前記第２リンクの動作に減衰力を付与するダンパーと、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のロボットによれば、アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中に、第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、ダンパーが減衰力を発生し、第２リンクの動作を減衰させる。アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中には、適切なガタ寄せがなされた状態となっている。この状態において、第２リンクに作用する力の方向が変わると、該力の作用により第２リンクが、第１リンクやアクチュエータと関係なく自由にガタ内を移動可能となり、ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させ、第２リンクの動作を減衰させる。これにより、第２リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明のロボットにおいて、前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクが揺動動作する方向と逆方向に当該第２リンクが揺動動作するよう、前記アクチュエータが前記第２リンクに力を作用させるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することが好ましい。
【００１１】
アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中に、第２リンクが揺動動作する方向と逆方向に第２リンクが揺動動作するよう、アクチュエータが第２リンクに力を作用させると、アクチュエータが反転動作を開始することになる。しかし、ガタの存在のため、アクチュエータの反転動作に第２リンクは即時的に追従できず、第２リンクはガタ内を自由移動可能な状態となるので、ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、第２リンクの動作を減衰させる。これにより、第２リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明のロボットにおいて、前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクが揺動動作する方向と同方向に当該第２リンクに外力が作用するとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することが好ましい。
【００１３】
アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中に、第２リンクが揺動動作する方向と同方向に第２リンクに外力が作用すると、ガタの存在のため、第２リンクがガタ内を自由に移動し、ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、第２リンクの動作を減衰させる。これにより、第２リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００１４】
また、本発明のロボットにおいて、前記制御手段は、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに前記関節部方向に外力が作用するとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することが好ましい。
【００１５】
アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中に、第２リンクに関節部方向に外力が作用すると、ガタの存在のため、第２リンクがガタ内を関節部方向に自由に移動し、ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、第２リンクの動作を減衰させる。これにより、第２リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明のロボットにおいて、前記ダンパーは、磁界により磁気粘性流体の粘度を可変する磁気粘性流体ダンパーであることが好ましい。
【００１７】
磁気粘性流体ダンパーは、コイル等の磁気生成手段に印加する電流値に応じて粘度が変化するので、減衰力が可変容易であり、応答性が優れている。そのため、第２リンクの動作を減衰させるに適した値の減衰力を即時的に発生させることが可能である。また、磁気粘性流体ダンパーは、小型化が可能であり、ロボットへの搭載に適している。
【００１８】
また、本発明のロボットにおいて、前記アクチュエータは、前記第１リンクと前記第２リンクとを前記関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータであることが好ましい。
【００１９】
直動アクチュエータは、小型化が可能であるので、ロボットへの搭載に適している。また、ダンパーが発生した減衰力により第２リンクを介して外力が入力しても、直動アクチュエータは破損するおそれがない。
【００２０】
本発明のロボットの制御方法は、第１リンクと第２リンクとが関節部を介して連結され、前記第１リンクに対して前記第２リンクを揺動駆動するアクチュエータと、前記第２リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーとを備えたロボットの制御方法であって、前記アクチュエータによる前記第２リンクの揺動動作中に、該第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明のロボットの制御方法によれば、アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中に、第２リンクに作用する力の方向が変わるとき、ダンパーが減衰力を発生し、第２リンクの動作を減衰させる。アクチュエータによる第２リンクの揺動動作中には、適切なガタ寄せがなされた状態となっている。この状態において、第２リンクに作用する力の方向が変わると、該力の作用により第２リンクが、第１リンクやアクチュエータと関係なく自由にガタ内を移動可能となり、ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、第２リンクの動作を減衰させる。これにより、第２リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００２２】
本発明の２足歩行ロボットは、左右対称の脚部と胴体部とを備え、各脚部は、胴体部に股関節部を介して連結される大腿リンクと、該大腿リンクの下端に膝関節部を介して連結される下腿リンクと、該下腿リンクの下端に足首関節部を介して連結される足平部とを有する２足歩行ロボットであって、各前記脚部における、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを、膝関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータと、前記大腿リンクに対する前記下腿リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーと、前記直動アクチュエータの伸縮動作による前記下腿リンクの揺動動作中に、該下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーが減衰力を発生するように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の２足歩行ロボットによれば、直動アクチュエータによる下腿リンクの揺動動作中に、下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、ダンパーが減衰力を発生し、下腿リンクの動作を減衰させる。直動アクチュエータによる下腿リンクの揺動動作中には、適切なガタ寄せがなされた状態となっている。この状態において、下腿リンクに作用する力の方向が変わると、該力の作用により下腿リンクが、大腿リンクや直動アクチュエータと関係なく自由にガタ内を移動可能となり、２足歩行ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、下腿リンクの動作を減衰させる。これにより、下腿リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００２４】
本発明の２足歩行ロボットの制御方法は、左右対称の脚部と胴体部とを備え、各脚部は、胴体部に股関節部を介して連結される大腿リンクと、該大腿リンクの下端に膝関節部を介して連結される下腿リンクと、各前記脚部における、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを膝関節部から離間した部分で連結する直動アクチュエータと、前記大腿リンクに対する前記下腿リンクの揺動動作に減衰力を付与するダンパーと、該下腿リンクの下端に足首関節部を介して連結される足平部とを備えた２足歩行ロボットの制御方法であって、前記直動アクチュエータの伸縮動作による前記下腿リンクの揺動動作中に、該下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、前記ダンパーにが減衰力を発生するように制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明の２足歩行ロボットの制御方法によれば、直動アクチュエータによる下腿リンクの揺動動作中に、下腿リンクに作用する力の方向が変わるとき、ダンパーが減衰力を発生し、下腿リンクの動作を減衰させる。直動アクチュエータによる下腿リンクの揺動動作中には、適切なガタ寄せがなされた状態となっている。この状態において、下腿リンクに作用する力の方向が変わると、該力の作用により下腿リンクが、大腿リンクや直動アクチュエータと関係なく自由にガタ内を移動可能となり、２足歩行ロボットの姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ダンパーに減衰力を発生させて、下腿リンクの動作を減衰させる。これにより、下腿リンクのガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボットが不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る２足歩行ロボットを示す構成図。
【図２】制御ユニットの機能的構成を示すブロック図。
【図３】ＭＲダンパーの制御を示すフローチャート。
【図４】ＭＲダンパーの他の制御を示すフローチャート。
【図５】ＭＲダンパーのさらに他の制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態に係る２足歩行ロボット（ロボット）１を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１を参照して、この２足歩行ロボット１は、胴体部２と左右一対の脚部３を備えている。なお、図面では、一本の脚部３のみが示されている。
【００２９】
各脚部３は、胴体部２の下端に股関節部５を介して連結される大腿リンク（第１リンク）６と、大腿リンク６の下端に膝関節部（関節部）７を介して連結される下腿リンク（第２リンク）８と、下腿リンク８の下端に足首関節部９を介して連結される足平部１０とから構成されている。そして、各脚部３における、大腿リンク６と下腿リンク８とを、膝関節部７から離間した部分で連結する直動アクチュエータ（アクチュエータ）１１及びＭＲダンパー（ダンパー）１２を備えている。なお、胴体部２と大腿リンク６、及び下腿リンク８と足平部１０も、図略した直動アクチュエータによって、それぞれ連結されている。
【００３０】
膝関節部７は、横方向のＹ軸回りの回転自由度を有する１軸ジョイントで構成されている。具体的には、下腿リンク８の上端部に設けられた支軸１３が、大腿リンク６の下端部にＹ軸に平行な軸線を有して形成された軸穴１４にベアリングを介して揺動自在に支持されている。これにより、下腿リンク８は大腿リンク６に対しＹ軸を中心にして前後方向に揺動自在となっている。なお、以下、下腿リンク８が揺動動作するとは、下腿リンク８が大腿リンク６に対して相対的に揺動動作することを意味する。また、股関節部４と足首関節部９は、共に２軸ジョイントで構成されている。
【００３１】
膝関節部７には、下腿リンク８のＹ軸回りの揺動角度を検出する歪センサ等から構成される揺動角度センサ１５が設けられている。また、足平部１０に作用する反力（前後、左右、上下の３軸方向の並進力及び３軸回りのモーメント）を検出する６軸力センサ（床反力センサ）１６を介して、足首関節部９と足平部１０とが連結されている。また、下腿リンク８には、該下腿リンク８に作用する外力の値と作用方向を検出する外力センサ１７（図２参照）が設けられている。
【００３２】
直動アクチュエータ１１は、詳細は図示しないが、電動モータ１８によりベルトを介して回転駆動されるナット部材と、このナット部材に保持されるボールを介して当該ナット部材と螺合するねじ軸とを有するボールねじ機構で構成される。ナット部材は、ナットケース内にベアリングを介して軸支されている。なお、電動モータ１８は、電動モータの実回転角度を検出するエンコーダ１９（図２参照）を備えている。
【００３３】
ナットケースと一体化された支軸２０が、大腿リンク６の上部にＹ軸に平行な軸線を有して形成された軸穴２１にベアリングを介して揺動自在に軸支されている。そして、ねじ軸に連結されたロッド軸２２の先端に設けられた支軸２３が、下腿リンク８にＹ軸に平行な軸線を有して形成された軸穴２４にベアリングを介して揺動自在に支持されている。これにより、電動モータ１８の回転に伴うねじ軸の軸方向移動により、ねじ軸に連結されたロッド軸２２が伸縮して、下腿リンク８の大腿リンク６に対する揺動動作が行われる。
【００３４】
ＭＲダンパー１２は、磁気粘性流体（ＭＲＦ：Magneto-Rheological Fluid）を用いた減衰力可変ダンパーである。ＭＲダンパー１２は、シリンダ２５を磁気粘性流体で充填し、シリンダ２５内を摺動するピストン２６にコイルを設け、このコイルに通電して発生した磁界によってピストン２６のポート内を通過する磁気粘性流体の粘性を変化させて減衰力（抵抗力）を制御する。
【００３５】
胴体部２には、コントロールボックス２７が内蔵されている。コントロールボックス２７には、図２を参照して、各脚部３の各関節部４，６，８の動作制御等を行う制御ユニット（制御手段）３１、各直動アクチュエータ１１の電動モータ１８の通電を制御するモータ駆動回路３２、ＭＲダンパー１２の通電を制御するダンパー駆動回路３３等が収容されている。制御ユニット３１は、マイクロコンピュータ等を含む電子回路により構成されたものであり、その機能的構成として、歩容生成部３４、モータ制御部３５、ダンパー制御部３６を備えている。
【００３６】
歩容生成部３４は、２足歩行ロボット１の脚部３の目標歩容を規定する歩容パラメータ（歩幅、歩行周期等）を、外部からの指令、あるいは予め設定されたティーチングデータ等に応じて、目標歩容を作成する。
【００３７】
モータ制御部３５は、膝関節部７の直動アクチュエータ１１の電動モータ１８を含め、各関節部４，６，８の直動アクチュエータの電動モータを制御する。モータ制御部３５は、歩容生成部３４により生成された目標歩容、揺動角度センサ１５等により検出される各関節部４，６，８の実揺動角度、６軸力センサ１６により検出される足平部１０の実床反力、エンコーダ１９等により検出される電動モータ１８等の実回転角度などに基づいて、各電動モータに通電させる通電電流の指令値を生成する。そして、モータ制御部３５は、生成した指令値をモータ駆動回路３２に出力し、該モータ駆動回路３２を介して指令値に応じた電流を各電動モータに通電させる。
【００３８】
ダンパー制御部３６は、ＭＲダンパー１２を制御する。ダンパー制御部３６は、歩容生成部３４により生成された目標歩容、揺動角度センサ１５等により検出される各関節部４，６，８の実揺動角度、６軸力センサ１６により検出される足平部１０の実床反力、エンコーダ１９等により検出される電動モータ１８等の実回転角度、モータ制御部３５により生成された指令値、外力センサ１７により検出される下腿リンク８に作用する外力等に基づいて、ＭＲダンパー１２に通電させる電流の指令値を生成する。そして、ダンパー制御部３６は、生成した指令値をダンパー駆動回路３３に出力し、該ダンパー駆動回路３３を介して指令値に応じた電流をＭＲダンパー１２に通電させる。
【００３９】
ところで、製造誤差等を考慮して、構造物間には必然的にガタ（隙間、遊び、backlash、playなどの意味概念を含む）が存在する。ここでは、具体的なガタとして、大腿リンク６と直動アクチュエータ１１と間のガタ（即ち、軸穴２１と支軸２０との間のガタ）、電動モータ１８とナット部材との間のベルトを介してのガタ、直動アクチュエータ１１内部のナット部材、ボール、ねじ軸間でのガタ、下腿リンク８と直動アクチュエータ１１とのガタ（即ち、軸穴２４と支軸２３との間のガタ）、大腿リンク６と下腿リンク８との間（即ち、軸穴１４と支軸１３との間のガタ）などが挙げられる。
【００４０】
ガタを形成する２つの構造物の相対的な動作が一定方向に減速を伴うことなく行われている間は、ガタによる悪影響はなく、２つの構造物の動作は安定している。しかし、ガタを形成する２つの構造物の相対的な動作が方向変換する、又は減速を伴う場合、一方の構造物が移動してガタ寄せが行われるため、２つの構造物の動作は不安定になる。
【００４１】
そこで、直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の揺動動作中に、下腿リンク８に作用する力の方向が変わるとき、ＭＲダンパー１２が下腿リンク８の動作を適切に減衰させるよう、ダンパー制御部３６はＭＲダンパー１２に通電する電流の指令値を生成する。
【００４２】
直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の定常継続的な揺動動作中には、適切なガタ寄せがなされた状態となっている。この状態において、下腿リンク８に作用する力の方向が変わると、該力の作用により下腿リンク８が、大腿リンク６や直動アクチュエータ１１と関係なく自由にガタ内を移動可能となり、２足歩行ロボット１の姿勢が不安定化する。そこで、このような力が作用したとき、ＭＲダンパー１２に減衰力を発生させて、下腿リンク８の動作を減衰させる。これにより、ガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボット１が不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。さらに、ガタ内の自由な動作が抑制されるので、ガタの許容範囲が大きくなり、２足歩行ロボット１の製造コストを削減することが可能となる。
【００４３】
次に、このような２足歩行ロボット１の制御例について、図面を参照して説明する。下腿リンク８に反転動作が生じるとき、図３に示すフローチャートの処理を実行する。
【００４４】
まず、直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の揺動動作中に（ＳＴＥＰ１：ＹＥＳ）に、モータ制御部３５が新たに生成した電流指令値がそれまでの電流指令値に対して正負逆方向の差分を有すると、直動アクチュエータ１１の伸縮動作に減速作用（ブレーキ）が生じることになる。具体的には、例えば、モータ制御部３５が生成する指令値が一定の正の電流値であったとき、負の差分を有する電流指令値、即ち、電流値を減少させた指令値が新たに生成されると、電動モータ１８の回転が減速し、これに伴い、ロッド軸２２が伸びる動作に負の加速度が生じて、ロッド軸２２の伸びが減速する。そして、このとき、下腿リンク８は、自身の慣性動作とガタの存在によりロッド軸２２の減速に即時的に追従できないので、ガタ内を自由に運動する。そのため、ガタ寄せが完了するまで、下腿リンク８の動作が不安定となり、２足歩行ロボット１の姿勢が不安定となる。
【００４５】
そこで、モータ制御部３５が正負逆方向の差分を有する電流指令値を生成したとき（ＳＴＥＰ２：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２に通電する（ＳＴＥＰ３）。具体的には、ダンパー制御部３６が、前記差分の大きさに応じた電流指令値を生成し、ダンパー駆動回路３３を介して、該指令値に基づく電流をＭＲダンパー１２に通電させる。これにより、ＭＲダンパー１２は通電された電流値に応じた減衰力を発生させ、下腿リンク８の動作を減速させる（ＳＴＥＰ４）。
【００４６】
その後、膝関節部７の角速度が反転したとき（ＳＴＥＰ５：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２への通電を停止する（ＳＴＥＰ６）。膝関節部７の角速度が反転したことは、ガタ寄せが完了して、下腿リンク８がロッド軸２２の伸縮動作に再び追従する揺動動作を開始したことを意味する。そして、その後は、ＭＲダンパー１２による減衰力は下腿リンク８の動作の抵抗となるため、ＭＲダンパー１２への通電を停止する。
【００４７】
このように、下腿リンク８の揺動動作中（ＳＴＥＰ１：ＹＥＳ）に、直動アクチュエータ１１が減速動作を開始する（ＳＴＥＰ２：ＹＥＳ）と、下腿リンク８は、この減速動作に即時的に追従できず、ガタ内を自由に移動可能な状態となる。しかし、このとき、ＭＰダンパー１２により下腿リンク８の動作を減衰させる（ＳＴＥＰ４）ので、下腿リンク８のガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボット１が不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００４８】
なお、ＳＴＥＰ２で、モータ制御部３５が正負逆方向の差分を有する電流指令値を生成したことを判別基準とし、直動アクチュエータ１１の減速動作を予測した。しかしながら、直動アクチュエータ１１が実際に減速動作を開始したことを、ＳＴＥＰ２での判別基準としてもよい。これは、例えば、エンコーダ１９により電動モータ１８の実角加速度の反転を検出、電動モータ１８に実際に通電される電流値の減少を検出することにより判別可能である。また、ガタ内の自由な運動が開始されたことを、ＳＴＥＰ２での判別基準としてもよい。これは、例えば、揺動角度センサ１５による膝関節部７の揺動角度変化や、下腿リンク８等に搭載した図示しないジャイロセンサによる下腿リンク８の揺れ変化を検出することにより判別可能である。
【００４９】
また、ＳＴＥＰ５で、膝関節部７の角速度が反転したときを判別基準とし、ガタ寄せが完了したと判断している。しかしながら、直動アクチュエータ１１が逆方向に動作を開始したことを、ＳＴＥＰ５での判別基準としてもよい。これは、例えば、エンコーダ１９により電動モータ１８の実角速度の増加を検出することや、電動モータ１８に実際に通電される電流値の増加を検出することにより判別可能である。また、ガタ寄せが完了するまでの時間は略一定であるので、所定時間が経過したことを、ＳＴＥＰ５での判別基準としてもよい。
【００５０】
下腿リンク８の揺動方向と同方向に、下腿リンク８を揺動動作させる外力が下腿リンク８に作用したとき、図４に示すフローチャートの処理を実行する。
【００５１】
まず、直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の揺動動作中（ＳＴＥＰ１１：ＹＥＳ）に、下腿リンク８の揺動方向と同方向に、下腿リンク８を揺動動作させる外力が下腿リンク８に作用すると、下腿リンク８の揺動動作が加速する。具体的には、例えば、下腿リンク８が時計回転方向回りに一定速度で揺動していたとき、足平部１０が着床するなどにより、下腿リンク８に外力が生じ、かつ該外力の作用方向が下腿リンク８を時計回転方向回りに揺動させる方向であると、下腿リンク８の揺動動作が加速する。そして、このとき、下腿リンク８は、自身の加速動作により、ガタ内を自由運動する。そのため、ガタ寄せが完了するまで、下腿リンク８の動作が不安定となり、２足歩行ロボット１の姿勢が不安定となる。
【００５２】
そこで、下腿リンク８の揺動方向と同方向に、下腿リンク８を揺動動作させる外力が下腿リンク８に作用したことを外力センサ１７が検出したとき（ＳＴＥＰ１２：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２に通電する（ＳＴＥＰ１３）。具体的には、ダンパー制御部３６が、前記外力の揺動方向モーメント成分に応じた電流指令値を生成し、ダンパー駆動回路３３を介して、該指令値に基づく電流をＭＲダンパー１２に通電させる。これにより、ＭＲダンパー１２は通電された電流値に応じた減衰力を発生させ、下腿リンク８の急激な加速動作を抑制する（ＳＴＥＰ１４）。
【００５３】
その後、電動モータ１８の電流値が増加したとき（ＳＴＥＰ１５：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２への通電を停止する（ＳＴＥＰ１６）。下腿リンク８の揺動動作が外力により加速されると、ロッド軸２２の伸縮動作の加速に伴い、電動モータ１８の実回転角度とモータ制御部３５が生成した電流指令値による回転角度と差が大きくなる。この差を解消するため、モータ制御部３５は指令値を変更させるので、電流モータ１８の電流値は増加する。このとき、外力による下腿リンク８の加速動作に対応する制御をモータ制御部３５が開始したこととなり、ガタ寄せも完了する。そして、その後は、ＭＲダンパー１２による減衰力は下腿リンク８の動作の抵抗となるため、ＭＲダンパー１２への通電を停止する。
【００５４】
このように、下腿リンク８の揺動動作中（ＳＴＥＰ１１：ＹＥＳ）に、下腿リンク８が揺動動作する方向と同方向に下腿リンク８に外力が作用する（ＳＴＥＰ１２：ＹＥＳ）と、下腿リンク８がガタ内を自由に移動し、その揺動動作が加速され得る。そこで、このような力が作用したとき、ＭＲダンパー１２に減衰力を発生させて（ＳＴＥＰ１３）、下腿リンク８の加速動作を抑制する（ＳＴＥＰ１４）。これにより、下腿リンク８のガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボット１が不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００５５】
なお、ＳＴＥＰ１２で、下腿リンク８を揺動動作させる外力が下腿リンク８に作用したことを外力センサ１７が検出したときを判別基準とし、下腿リンク８の加速動作を判別した。しかしながら、例えば、エンコーダ１９により検出される電動モータ１８の実角速度の減少、電動モータ１８に実際に通電される電流値の減少によって判別してもよい。また、ガタ内の自由な運動が開始されたことを、ＳＴＥＰ１２での判別基準としてもよい。これは、例えば、揺動角度センサ１５による膝関節部７の揺動角度変化や、下腿リンク８等に搭載した図示しないジャイロセンサによる下腿リンク８の揺れ変化から判別可能である。また、下腿リンク８を揺動動作させる外力が下腿リンク８に作用することが予測されることを、ＳＴＥＰ２での判別基準としてもよい。これは、例えば、歩容生成部３４が生成した歩容パラメータ等から足平部１０が着地するときを予測することにより判別可能である。
【００５６】
また、ＳＴＥＰ１５で、膝関節部７の角速度が反転したことを判別基準とし、ガタ寄せが完了したと判断している。しかしながら、ガタ寄せが完了するまでの時間は略一定であるので、所定時間が経過したことを、ＳＴＥＰ１５での判別基準としてもよい。
【００５７】
膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に作用したとき、図５に示すフローチャートの処理を実行する。
【００５８】
まず、直動アクチュエータ１１による下腿リンク８の揺動動作中（ＳＴＥＰ２１）に、膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に外力が作用すると、下腿リンク８が膝関節部７方向に向って移動する。下腿リンク８の揺動動作中は、図１に示すように、下腿リンク８の支軸１３は大腿リンク６の軸穴１４に対して足平部１０側が接触している。このとき、膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に外力が作用すると、下腿リンク８の支軸１３は軸穴１４とのガタ内を股関節部５側に移動しようとする。そのため、支軸１３が軸穴１４の股関節部５側に接触してガタ寄せが完了するまで、下腿リンク８の動作が不安定となり、２足歩行ロボット１の姿勢が不安定となる。
【００５９】
そこで、膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に外力が作用したことを６軸力センサ１６が検出したとき（ＳＴＥＰ２２：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２に通電する（ＳＴＥＰ２３）。具体的には、ダンパー制御部３６が、前記外力の値に応じた電流指令値を生成し、ダンパー駆動回路３３を介して、該指令値に基づく電流をＭＲダンパー１２に通電させる。これにより、ＭＲダンパー１２は通電された電流値に応じた減衰力を発生させ、下腿リンク８の膝関節部７方向への移動を抑制する（ＳＴＥＰ２４）。
【００６０】
その後、下腿リンク８の揺動動作が正常に復帰したとき（ＳＴＥＰ２５：ＹＥＳ）、ＭＲダンパー１２への通電を停止する（ＳＴＥＰ２６）。下腿リンク８が膝関節部７方向に移動すると、電動モータ１８への電流指令値と揺動角度センサ１５が検出した膝関節部７の揺動角度との正常な対応が崩れ、下腿リンク８の揺動動作が異常状態となる。しかし、その後、下腿リンク８のガタ寄せが行われ、下腿リンク８の揺動動作が正常状態に復帰する。そして、その後は、ＭＲダンパー１２による減衰力は下腿リンク８の動作の抵抗となるため、ＭＲダンパー１２への通電を停止する。
【００６１】
このように、下腿リンク８の揺動動作中（ＳＴＥＰ２１：ＹＥＳ）に、下腿リンク８に膝関節部７方向に外力が作用する（ＳＴＥＰ２２：ＹＥＳ）と、下腿リンク８がガタ内を膝関節部７方向に自由に移動する。そこで、このような外力が作用したとき、ＭＲダンパー１２に減衰力を発生させて（ＳＴＥＰ２３）、下腿リンク８の移動動作を抑制する（ＳＴＥＰ２４）。これにより、下腿リンク８のガタ内の自由な動作が抑制され、２足歩行ロボット１が不安定な姿勢となる期間を短縮させることが可能となる。
【００６２】
なお、ＳＴＥＰ２２で、膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に外力が作用したことを検出したことを判別基準とし、直動アクチュエータ１１の移動動作を予測した。しかしながら、例えば、エンコーダ１９により検出される電動モータ１８の実角速度の減少、電動モータ１８に通電される電流値の減少によって判別してもよい。また、ガタ内の自由な運動が開始されたことを、ＳＴＥＰ２２での判別基準としてもよい。これは、例えば、揺動角度センサ１５による膝関節部７の揺動角度変化や、下腿リンク８等に搭載した図示しないジャイロセンサによる下腿リンク８の揺れ変化から判別可能である。また、膝関節部７方向に向う外力が下腿リンク８に外力が作用することが予測されることを、ＳＴＥＰ２２での判別基準としてもよい。これは、例えば、歩容生成部３４が生成した歩容パラメータ等から足平部１０が着地するときを予測することにより判別可能である。
【００６３】
また、ＳＴＥＰ２５で、下腿リンク８の揺動動作が正常に復帰したときを判別基準とし、ガタ寄せが完了したと判断している。しかしながら、例えば、エンコーダ１９により電動モータ１８の実角速度の増加を検出、電動モータ１８に通電される電流値の増加を検出することにより判別可能である。また、ガタ寄せが完了するまでの時間は略一定であるので、所定時間が経過したことを、ＳＴＥＰ２５での判別基準としてもよい。
【００６４】
なお、本発明は、上述したものに限定されない。例えば、実施形態では、２足歩行ロボット１の大腿リンク６と下腿リンク８との間を連結したＭＲダンパー１２を設ける場合について説明した。しかし、胴体部２と大腿リンク６との間、下腿リンク８と足平部１０との間を連結するＭＲダンパーを設けてもよい。
【００６５】
また、ＭＲダンパー１２を設ける場合について説明した。しかし、ＭＲダンパー１２の替わりに、磁性流体を用いたものやオリフェス径が可変の減衰力可変ダンパーを設けてもよい。また、減衰力が一定のダンパーを設けてもよい。ただし、ＭＲダンパー１２は、コイル等の磁気生成手段に印加する電流値に応じて粘度が変化するので、減衰力が可変容易であり、応答性に優れるという利点がある。
【００６６】
さらに、実施形態では、ロボットが２足歩行ロボット１である場合について説明した。しかし、２つのリンクが関節部を介して連結され、一方のリンクに対して他方のリンクを揺動駆動するアクチュエータを備えたロボットであれば、ロボットの構成や形態については限定されない。本発明を、例えば、人型ロボットの腕部に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…２足歩行ロボット（ロボット）、  ３…脚部、  ６…大腿リンク（第１リンク）、  ７…膝関節部（関節部）、  ８…下腿リンク（第２リンク）、  ９…足首関節部、  １０…足平部、  １１…直動アクチュエータ（アクチュエータ）、  １２…ＭＲダンパー（ダンパー）、  １３，２０，２３…支軸、  １４，２１，２４…軸穴、  １５…揺動角度センサ、  １６…６軸力センサ、  １７…外力センサ、  １８…電動モータ、  １９…エンコーダ、  ２２…ロッド軸、  ２７…コントロールボックス、  ３１…制御ユニット（制御手段）、  ３２…モータ駆動回路、  ３３…ダンパー駆動回路、  ３５…モータ制御部、  ３６…ダンパー制御部。
【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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