(57)【要約】【課題】物体を把持した状態で移動する脚式移動ロボットにおいて、物体を把持するロボットの動作範囲の自由度を広げることを可能とする動作データ作成装置及び作成方法を提供する。【解決手段】動作データ作成装置１は、複数の脚リンクによって歩行する脚式移動ロボット１００の動作データを作成する。動作データ作成装置１が有する基準点軌道入力部１００は、ロボット１００が有する手部１４１Ｒ及び１４１Ｌとの間で位置関係が固定された基準点の軌道を含む基準点軌道データを入力する。目標ＺＭＰ軌道生成部１１、目標重心軌道生成部１２及び動作データ生成部１３は、基準点軌道データに基づいて、基準点の軌道に従って手部１４１Ｒ及び１４１Ｌを移動させるようにロボット１００が移動する際のロボット１００の位置及び姿勢に関する時系列情報を含む動作データを生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の脚リンクによって歩行する脚式移動ロボットの動作データを作成する動作データ作成装置であって、
前記ロボットが有する特定部位との間で位置関係が固定された基準点の軌道を含む基準点軌道データを入力する基準点軌道入力手段と、
前記基準点軌道データに基づいて、前記基準点の軌道に従って前記特定部位を移動させるように前記ロボットが移動する際の前記ロボットの位置及び姿勢に関する時系列情報を含む動作データを生成する動作データ生成手段と、
を備える動作データ作成装置。
【請求項２】
前記動作データ作成手段は、
前記基準点軌道データによって指定される基準点の軌道に追従するように前記ロボットのＺＭＰ軌道及び重心軌道を生成し、
生成された前記ＺＭＰ軌道及び重心軌道を満足するように、前記ロボットの位置及び姿勢を算出する請求項１に記載の動作データ作成装置。
【請求項３】
前記ロボットは、物体を保持可能な少なくとも１つの腕リンクと、前記複数の脚リンク及び前記少なくとも１つの腕リンクが連結される体幹部とを備え、
前記基準点は、前記ロボットにより保持されて運搬される物体に固定された点であり、
前記動作データ生成手段は、前記物体を前記基準点の軌道に沿って運搬するための前記ロボットの動作データを生成する請求項１又は２に記載の動作データ作成装置。
【請求項４】
前記動作データは、前記体幹部と、前記複数の脚リンクの末端に設けられた足平部と、前記物体を保持可能であって前記少なくとも１つの腕リンクの末端に設けられたエンドエフェクタの位置及び姿勢を特定する情報を含む請求項３に記載の動作データ作成装置。
【請求項５】
１つの物体を協調して運搬する複数台のロボットの動作データを作成する際に、前記複数台のロボットとの間で位置関係が固定された基準点の軌道をもとに、前記複数台のロボットの各々に対する動作データを個別に作成することを特徴とする請求項１に記載の動作データ作成装置。
【請求項６】
複数の脚リンクによって歩行する脚式移動ロボットの動作データを作成する動作データ作成方法であって、
前記ロボットが有する特定部位との間で位置関係が固定された基準点の軌道を含む基準点軌道データを入力し、
前記基準点軌道データに基づいて、前記基準点の軌道に従って前記特定部位を移動させるように前記ロボットが移動する際の前記ロボットの位置及び姿勢に関する時系列情報を含む動作データを生成する動作データ作成方法。
【請求項７】
前記動作データの生成が、
前記基準点軌道データによって指定される基準点の軌道に追従するように前記ロボットのＺＭＰ軌道及び重心軌道を生成し、
生成された前記ＺＭＰ軌道及び重心軌道を満足するように、前記ロボットの位置及び姿勢を算出することにより行われる請求項６に記載の動作データ作成方法。
【請求項８】
前記ロボットのＺＭＰ軌道及び重心軌道を生成する処理は、
前記基準点の初期位置に対する前記ロボットのＺＭＰの初期位置を決定する第１ステップと、
前記ロボットのＺＭＰをもとに前記ロボットの重心位置を算出する第２ステップと、
前記基準点の位置を基準点軌道データに従って更新する第３ステップと、
更新された前記基準点の位置と前記ロボットの重心との水平距離が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する第４ステップと、
前記ロボットの重心位置と前記基準点との水平距離が前記閾値を上回る場合は、前記基準点の軌道に沿って前記基準点に追随する方向に前記ロボットのＺＭＰの位置を移動する第５ステップとを含み、
前記基準点が終点位置に到達するまで、前記第２ステップから前記第５ステップを繰り返すことによって行われる請求項７に記載の動作データ作成方法。
【請求項９】
前記第５ステップにおいて、前記複数の脚リンクの各々の末端に設けられた足平部によって作られる支持多角形内での前記ＺＭＰの移動が可能な場合には、前記脚リンクの踏み出しを行わずに前記ＺＭＰの位置を移動し、
移動後の前記ＺＭＰの位置が前記支持多角形からはみ出す場合には、前記基準点の軌道に沿って前記脚リンクを踏み出して前記足平部を移動させた場合に対応する前記ＺＭＰの移動を行う請求項８に記載の動作データ作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式移動ロボットを歩行させるために必要な動作データを作成する動作データ作成装置に関する。特に、脚式移動ロボットに物体を運搬させる際に、物体を所望の軌道に沿って移動させることに適した動作データの作成を行う動作データ作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体幹部に接続された複数の脚リンクを有し、複数の脚リンクを用いた歩行動作により移動可能なロボット（以下、脚式移動ロボットと呼ぶ）が従来から提案されている（例えば特許文献１及び２を参照）。脚式移動ロボットを動作させるためには、脚式移動ロボットの位置及び姿勢、具体的には、ＺＭＰ（Zero Moment Point）、重心、脚リンク先端に位置する足先、及び体幹部などの軌道を含む動作データを脚式移動ロボットに入力し、動作データに記述される各部位の軌道を実現する関節角度を逆運動学演算によって算出する。さらに、脚式移動ロボットが有する各関節が算出された関節角度となるようにアクチュエータによって各関節を駆動することにより、脚式移動ロボットに所望の歩行動作を行わせることができる。また、脚式移動ロボットは、動作データによって規定される重心等の目標軌道と実際の動作とのズレを補正して目標軌道に追従させるためのサーボ機構を備えている。
【０００３】
さらに特許文献２には、積載物を運搬可能な脚式移動ロボットを制御するための制御装置が開示されている。特許文献２に開示された制御装置は、脚式移動ロボットに搭載される積載物を回転させないように脚式移動ロボットの動作データを生成し、このように生成された動作データに従って脚式移動ロボットを歩行させるものである。より具体的に述べると、特許文献２に開示された制御装置は、積載物を搭載する部位の回転角速度が無視できるように、積載物を搭載する部位の回転角度、ＺＭＰ軌道、重心軌道及び遊脚軌道を含む動作データを生成し、動作データに従ってロボットの各関節を駆動させる。
【特許文献１】特開平５−２５３８６７号公報
【特許文献２】特許第３１６８０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、物体を把持してこれを運搬するロボットの場合、把持した物体の位置及び姿勢を考慮してロボットの重心位置を求め、ロボットの歩容を示す動作データを決定している。しかし、このような方法によってロボットの動作データを決定すると、ロボットの動作に必要な姿勢角の制御範囲が限定されるとともに、把持される物体の位置が制限されるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであって、本発明は、物体を把持した状態で移動する脚式移動ロボットにおいて、物体を把持するロボットの動作範囲の自由度を広げることを可能とする動作データ作成装置及び動作データ作成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】
【０００６】
本発明にかかる動作データ作成装置は、複数の脚リンクによって歩行する脚式移動ロボットの動作データを作成する動作データ作成装置であって、前記ロボットが有する特定部位との間で位置関係が固定された基準点の軌道を含む基準点軌道データを入力する基準点軌道入力手段と、前記基準点軌道データに基づいて、前記基準点の軌道に従って前記特定部位を移動させるように前記ロボットが移動する際の前記ロボットの位置及び姿勢に関する時系列情報を含む動作データを生成する動作データ生成手段とを備える。
【０００７】
このように本発明にかかる動作データ作成装置は、基準点の軌道に従ってロボットが有する特定部位を移動することを必須条件としてロボットの動作データを作成することにした。つまり、把持される物体の軌道を決定したうえで、ロボットのＺＭＰ位置、重心位置などの動作データを生成するため、把持される物体の位置が制限されることがなく、また、ロボット動作に必要な姿勢角の制御範囲が限定されるととがなく、基準点軌道に追従するロボットの動作データを容易に作成することができる。
【０００８】
上述した本発明にかかる動作データ作成装置において、前記動作データ作成手段は、前記基準点軌道データによって指定される基準点の軌道に追従するように前記ロボットのＺＭＰ軌道及び重心軌道を生成し、生成された前記ＺＭＰ軌道及び重心軌道を満足するように、前記ロボットの位置及び姿勢を算出するよう構成できる。このように、ＺＭＰ、重心、ロボットの位置及び姿勢（例えば、体幹部、足平及び手部等の位置及び姿勢）の軌道を順次作成することにより、基準点軌道に追従するロボットの動作データを容易に作成することができる。
【０００９】
また、上述した本発明にかかる動作データ作成装置において、前記ロボットは、物体を保持可能な少なくとも１つの腕リンクと、前記複数の脚リンク及び前記少なくとも１つの腕リンクが連結される体幹部とを有するものとし、前記基準点は、前記ロボットにより保持されて運搬される物体に固定された点としてもよい。このとき、前記動作データ生成手段は、前記物体を前記基準点の軌道に沿って運搬するための前記ロボットの動作データを生成するよう構成することができる。
【００１０】
さらに、前記動作データは、前記体幹部と、前記複数の脚リンクの末端に設けられた足平部と、前記物体を保持可能であって前記少なくとも１つの腕リンクの末端に設けられたエンドエフェクタの位置及び姿勢を特定する情報を含むものとすることができる。このような構成により、脚式移動ロボットに物体を運搬させる際に、物体を予め定められた目標軌道に沿って移動させることに適した動作データを作成することができる。
【００１１】
また、上述した本発明にかかる動作データ作成装置は、１つの物体を協調して運搬する複数台のロボットの動作データを作成する際に、前記複数台のロボットとの間で位置関係が固定された基準点の軌道をもとに、前記複数台のロボットの各々に対する動作データを個別に作成するよう構成することができる。このように、基準点の軌道を予め定めておき、基準点軌道をもとに各ロボットの動作を作成することにより、協調作業を行う複数台のロボットの全体動作を容易に作成できる。
【００１２】
一方、本発明にかかる動作データ作成方法は、複数の脚リンクによって歩行する脚式移動ロボットの動作データを作成する動作データ作成方法である。具体的には、前記ロボットが有する特定部位との間で位置関係が固定された基準点の軌道を含む基準点軌道データを入力し、前記基準点軌道データに基づいて、前記基準点の軌道に従って前記特定部位を移動させるように前記ロボットが移動する際の前記ロボットの位置及び姿勢に関する時系列情報を含む動作データを生成する。
【００１３】
このように本発明にかかる動作データ作成方法は、基準点の軌道に従ってロボットが有する特定部位を移動することを必須条件としてロボットの動作データを作成することにした。つまり、把持される物体の軌道を決定したうえで、ロボットのＺＭＰ位置、重心位置などの動作データを生成するため、把持される物体の位置が制限されることがなく、また、ロボット動作に必要な姿勢角の制御範囲が限定されるととがなく、基準点軌道に追従するロボットの動作データを容易に作成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、物体を把持した状態で移動する脚式移動ロボットにおいて、物体を把持するロボットの動作範囲の自由度を広げることを可能とする動作データ作成装置及び動作データ作成方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。
【００１６】
発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる動作データ作成装置１は、物体を保持してこれを運搬することが可能な脚式移動ロボット１００に入力される動作データを作成する装置である。
【００１７】
まず始めに、動作データ作成装置１によって生成された動作データを基に動作を実行する脚式移動ロボット１００について説明する。脚式移動ロボット１００は、左右２本の脚リンクＬＲ及びＬＬ、及び、左右２本の腕リンクＡＲ及びＡＬを有している。脚式移動ロボット１００は、動作データ作成装置１によって生成された動作データを与えられることにより、脚リンクＬＲ及びＬＬを用いて歩行を行うとともに、腕リンクＡＲ及びＡＬによって物体の運搬などの作業を実行することが可能である。
【００１８】
脚式移動ロボット１００を関節と関節間を繋ぐリンクによって示したモデル図を図１に示す。ロボット１００は、２本の脚リンクＬＲ及びＬＬ、２本の腕リンクＡＲ及びＡＬ、並びに、これらの脚リンク及び腕リンクが連結される体幹部ＢＤにより構成されている。
【００１９】
頭部１０１を支持する首関節は、ロール方向の関節１０２、ピッチ方向の関節１０３及びヨー方向の関節１０３を有する。右腕リンクＡＲは、肩のピッチ方向の関節１０５、肩のロール方向の関節１０６、上腕のヨー方向の関節１０７、肘のピッチ方向の関節１０８、手首のヨー方向の関節１０９を有し、右腕リンクＡＲの末端には、物体を保持してこれを運搬するためのエンドエフェクタとして機能する手部１４１Ｒが設けられている。なお、手部１４１Ｒの機構は、保持する物体の形状、種別等によっては決定すればよく、例えば、複数本の指を有する多関節かつ多自由度を有する構造としてもよい。
【００２０】
左腕リンクＡＬは、右腕リンクＡＲと同様の構造を有する。具体的には、左腕リンクＡＬは、５つの関節１１０乃至１１４を有し、その末端に手部１４１Ｌを有する。
【００２１】
右脚リンクＬＲは、腰のヨー方向の関節１１７、腰のピッチ方向の関節１１８、腰のロール方向の関節１１９、膝のピッチ方向の関節１２０、足首のピッチ方向の関節１２１、足首のロール方向の関節１２２を有する。足首の関節１２２の下部には、床面と接する足平１３０が設けられている。
【００２２】
左脚リンクＬＬは、右脚リンクＬＲと同様の構造を有する。具体的には、左脚リンクＬＬは、６個の関節１２３乃至１２８を有し、その末端に足平１３１を有する。
【００２３】
体幹部１４３は、ロール方向の関節１１５及びピッチ方向の関節１１６を有する。
【００２４】
さらに、上述したロボット１００は、制御部（不図示）を有している。ロボット１００が有する制御部は、動作データ作成装置１によって生成された動作データを入力して逆運動学計算によって各関節の目標関節角度を算出する。さらに、制御部は、算出した目標関節角度とエンコーダ（不図示）によって計測した現在の関節角度をもとに各関節を駆動するためのトルク制御値を算出する。制御部によって算出されたトルク制御値に従って各関節を駆動するためのアクチュエータが動作することにより、動作データ作成装置１によって生成された動作データに対応した動作が実現される。
【００２５】
続いて以下では、動作データ作成装置１の構成、ロボット１００に入力される動作データの作成にかかる処理手順について図２乃至４を用いて説明する。
【００２６】
動作データ作成装置１の構成を図２に示す。図２において、目標基準点軌道入力部１０は、脚式移動ロボット１００が動作を行う際の目標となる基準点の軌道（目標基準点軌道）を入力する。ここで、基準点とは、ロボット１００が有する特定部位との間で位置関係が固定されている点である。本実施の形態における具体的な基準点は、ロボット１００に保持された状態で運搬される物体５０に固定された点であり、物体５０を保持する手部１４１Ｒ及び１４１Ｌと基準点との間の位置関係が固定されている。また、目標基準点軌道とは、物体５０に固定された基準点を移動させるべき軌道を指定するデータである。つまり、本実施の形態における目標基準点軌道は、ロボット１００が物体５０を運搬する際に、手部１４１Ｒ及び１４１Ｌに保持された物体５０を追従させるべき軌道である。
【００２７】
なお、物体５０を運搬する際の時間に拘束条件を設けない場合、目標基準点軌道は基準点の位置及び時間を指定する時系列に沿った軌道情報ではなく、時間要素を含まない基準点位置のみの情報として入力してもよい。また、目標基準点軌道は、基準点の位置ではなく、基準点の位置及び姿勢、基準点の速度、角速度、角速度又は角加速度等を時系列的に記録したデータでもよい。
【００２８】
目標基準点軌道の入力は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、磁気ディスク・ドライブ、光磁気ディスク・ドライブ等の記憶された目標基準点軌道データを読み出すことによって行うことができる。また、キーボード、マウス、ジョイスティック等の入力装置を介して操作者による入力を受け付けてもよい。
【００２９】
目標ＺＭＰ軌道生成部１１は、物体５０の軌道が目標基準点軌道を満たすように、ロボット１００のＺＭＰの軌道を生成する。以下では、目標ＺＭＰ軌道生成部１１により生成されるＺＭＰの軌道を"目標ＺＭＰ軌道"と呼ぶ。
【００３０】
ここで、ＺＭＰとは、ロボット１００が位置する床面上において、ロボット１００の各部材に作用する重力、床反力、慣性力、その他の外力を合わせた合力のモーメントがゼロになる床面上の点である。ＺＭＰは、ロボット１００の歩行安定度を判別するための規範として一般的に用いられる。具体的に述べると、足平１３０及び１３１の接地点によって形成される支持多角形の辺上又は支持多角形の内側にＺＭＰが位置すればロボットは転倒しないとする規範である。本実施の形態にかかる動作データ作成装置１においても、上述した目標ＺＭＰ軌道生成部１１がＺＭＰ規範に基づいて目標ＺＭＰ軌道を生成し、後述する目標重心軌道生成部１２において、目標ＺＭＰ軌道を実現する安定な重心軌道を計算することとしている。なお、目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道の算出手順の詳細は後述する。
【００３１】
目標重心軌道生成部１２は、目標ＺＭＰ軌道を実現する安定な重心軌道を算出する。具体的には、ＺＭＰと重心位置の２階微分方程式（ＺＭＰ方程式と呼ばれる）の安定解を近似計算によって求めれば良い。なお、目標ＺＭＰ軌道を実現する安定な重心軌道を計算する方法には様々な公知の方法が存在するため、ここでは算出方法に関する詳細な説明を省略する。
【００３２】
以下では、目標基準点軌道をもとに目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を算出する手順を、図３のフローチャートを用いて説明する。始めに、ステップＳ１０１では、目標基準点軌道を目標ＺＭＰ軌道生成部１１に入力する。ステップＳ１０２では、目標ＺＭＰ軌道生成部１１が、基準点の初期位置に対応する目標ＺＭＰの初期位置を算出する。具体的には、基準点の初期位置と目標ＺＭＰの初期位置との水平距離が、予め定められた初期値となるように決定すればよい。ステップＳ１０３では、目標重心軌道生成部１２が目標ＺＭＰをもとに目標重心位置を算出する。
【００３３】
ステップＳ１０４は、目標基準点軌道の終点に到達したか否かの判定である。基準点の終点位置まで目標ＺＭＰ及び目標重心位置の生成が終了した場合に、図３のフローチャートの処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ１０５では、基準点位置を次の基準点位置に更新する。これは、基準点位置を目標基準点軌道に沿って移動させることに相当する。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で算出された重心位置と基準点との水平距離が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。なお、ステップＳ１０３の判定に使用する閾値は、物体５０を保持する腕リンクＡＲ及びＡＬの長さが有限であることを考慮し、腕リンクＡＲ及びＡＬの長さに応じて定めればよい。
【００３５】
ステップＳ１０６の判定において、重心位置と基準点との水平距離が閾値以下である場合は、ステップＳ１０４に戻り処理を継続する。一方、重心位置と基準点との水平距離が閾値を上回る場合は、ステップＳ１０７において、目標基準点軌道に沿って基準点の方向にＺＭＰを移動させる。
【００３６】
ステップＳ１０８では、移動させたＺＭＰが足平１３０及び１３１によって形成される支持多角形内に存在するか否かを判定する。移動させたＺＭＰが支持多角形内に存在することは、足平１３０及び１３１を固定したまま、つまり、新たに一歩踏み出すことなくロボット１００がバランスを維持できることを意味する。したがって、この場合は、移動させたＺＭＰを目標ＺＭＰとして採用し、ステップＳ１０３に戻って新たな目標ＺＭＰに対する目標重心位置を算出する。
【００３７】
一方、ステップＳ１０８の判定において、移動させたＺＭＰが足平１３０及び１３１によって形成される支持多角形内をはみ出す場合には、このＺＭＰを目標ＺＭＰとして採用できない。このため、ステップＳ１０９において、目標基準点軌道に沿って脚を踏み出した場合に対応するＺＭＰ移動を行って、移動後のＺＭＰを目標ＺＭＰとする。その後は、ステップＳ１０３に戻って新たな目標ＺＭＰに対する目標重心位置を算出し、その後の処理を継続する。
【００３８】
なお、ステップＳ１０８の判定では、ロボット１００の歩行安定性を向上させるため、支持多角形の外縁にマージンを設けて実際の支持多角形より小さい面積を想定し、この小さい面積の仮想的な支持多角形の中に目標ＺＭＰが存在するか否かを判定してもよい。
【００３９】
上述したように、図３に示した処理によって、目標基準点軌道を実現可能な目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を生成することができる。
【００４０】
図２に戻って説明を続ける。動作データ生成部１３は、目標基準点軌道、目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を入力し、これらを用いて動作データを生成する。本実施の形態にかかる動作作成装置１によって生成される動作データは、目標ＺＭＰ、手部１４１Ｒ及び１４１Ｌの位置及び姿勢、足平１３０及び１３１の位置及び姿勢、並びに、体幹部ＢＤの位置及び姿勢の軌道を含む。このうち、手部１４１Ｒ及び１４１Ｌの位置及び姿勢、足平１３０及び１３１の位置及び姿勢、並びに、体幹部ＢＤの位置及び姿勢の軌道は、目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を用いて計算することができる。
【００４１】
動作データ生成部１３の処理フローを図４に示す。ステップＳ２０１では、目標基準点軌道、目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を動作データ生成部１３に入力する。ステップＳ２０２では、手部１４１Ｒ及び１４１Ｌの位置及び姿勢、足平１３０及び１３１の位置及び姿勢、並びに、体幹部ＢＤの位置及び姿勢を変数として、動力学計算によって重心位置及びＺＭＰを算出する。
【００４２】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された重心位置及びＺＭＰが、目標重心軌道及び目標ＺＭＰ軌道に収束したか否かを判定する。ステップＳ２０３の判定で収束条件を満足した場合は、収束後の各部（手部１４１Ｒ及び１４１Ｌ、足平１３０及び１３１、体幹部ＢＤ）の位置及び姿勢を動作データに決定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０３の判定で収束条件を満足していない場合は、各部の位置及び姿勢を更新してステップＳ２０２に戻って処理を繰り返す。このような処理によって、目標基準点軌道を実現可能な動作データを生成することができる。
【００４３】
続いて以下では、動作データ作成装置１によって生成された動作データに基づく脚式移動ロボット１００の動作を説明する。図５は、物体５０を保持したロボット１００が、物体５０に固定された基準点ＲＰの目標軌道に沿って物体５０を運搬する様子を示したものである。図５では、基準点ＲＰを起点とする破線矢印が基準点軌道の方向を示している。また、記号Ｇは、重心位置を示している。
【００４４】
図５（ａ）は、運搬開始時を示している。このときは、右脚リンクＬＲが後脚、左脚リンクＬＬが前脚となった両脚支持状態であり、ＺＭＰは、重心Ｇの鉛直下方に位置する。このときの基準点ＲＰの水平位置はｘ１である。次に図５（ｂ）は、重心一定のまま腕リンクＡＲ及びＡＬを前方に伸張させることにより、物体５０をロボット１００の前方方向に移動させた状態を示しており、図５（ｂ）での基準点ＲＰの水平位置は、ｘ２（ｘ２＞ｘ１）である。
【００４５】
続いて図５（ｃ）は、重心と基準点ＲＰの水平距離が所定の閾値を超えたために、支持多角形内でＺＭＰを前方に移動させた状態を示している（図３のＳ１０６〜Ｓ１０８に相当）。図５（ｃ）での基準点ＲＰの水平位置は、ｘ３（ｘ３＞ｘ２）である。最後に、図５（ｄ）は、ＺＭＰの移動量が大きくなり支持多角形からＺＭＰがはみ出すために、足を踏み出してＺＭＰを移動させた状態を示している（図３のＳ１０９に相当）。具体的には、後脚であった右脚リンクＬＲを基準点ＲＰの移動方向に沿った前方方向に踏み出している。図５（ｄ）での基準点ＲＰの水平位置は、ｘ４（ｘ４＞ｘ３）である。
【００４６】
上述したように、本実施の形態にかかる動作データ作成装置１は、ロボット１００が有する特定部位（具体的には手部１４１Ｒ及び１４１Ｌ）との間で位置関係が固定されている基準点の軌道（目標基準点軌道）を入力し、目標基準点軌道へ追従することを必須の条件としてロボット１００の動作データを生成するものである。
【００４７】
特許文献２に開示されているように、従来は、脚式移動ロボットと当該ロボットに保持される物体の位置関係を固定しておき、ロボットの歩容を示す動作データ（足平及び体幹の軌道）を作成したうえで、物体が動かないように制御を行う方法が一般的であった。このような動作データの作成方法では、搭載された物体の姿勢のみしか制御できず、物体を所望の軌道に沿って動かすことは困難である。また、このような従来の動作データの作成方法によって、物体を所望の軌道で動かす動作データを作成するためには、まず歩容を示す動作データ作成し、歩容を固定した状態で、ロボットの上半身の動作を示す動作データを新たに作成する方法がとられていた。このような方法では、歩容データによって定まる範囲内に物体の軌道が制限されるため、物体の軌道を実現する動作データを作成する際の制約が大きい。また、手部の動きを考慮しながら歩容を示す動作データを作成しなければならないため、物体を所望の軌道で動かすための動作データの作成は困難であった。
【００４８】
これに対して本実施の形態の動作データ作成装置１は、ロボット１００が運搬する物体５０の軌道を入力し、物体５０の軌道を実現することを必須条件として、ロボット１００のＺＭＰ、重心、体幹部、足平及び手部等の軌道を順次作成することとした。これにより、物体を所望の軌道で動かすためのロボットの動作データを容易に作成することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態の動作データ作成装置１によれば、複数台の脚式移動ロボットによって１つの物体を運搬する場合など、複数台の脚式移動ロボットに協調作業を行わせるための動作データの作成を容易に行うことができる。例えば、複数台の脚式移動ロボットによって１つの物体を運搬する場合には、運搬される物体に固定された基準点の軌道を予め定めることにより、複数台のロボットの各々の動作を上述した方法によって別々に作成することができる。このように、基準点の軌道を定めておき、基準点軌道をもとに各ロボットの動作を作成することにより、協調作業を行う複数台のロボットの全体動作を容易に作成できる。
【００５０】
その他の実施の形態．
発明の実施の形態１にかかる動作データ作成装置１は、脚式移動ロボット１００と一体化して構成しても良い。この場合、通信手段を介して動作データ作成装置１に目標基準点軌道を入力可能とし、例えば、操作者が遠隔地から目標基準点軌道を入力するよう構成してもよい。
【００５１】
発明の実施の形態１にかかる動作データ作成装置１は、目標基準点軌道をもとに目標ＺＭＰ軌道及び目標重心軌道を作成することとした。しかしながら、重心の軌道ではなく体幹部ＢＤの軌道を作成することとしてもよい。この場合は、ＺＭＰと体幹部ＢＤの水平位置を変数とする２階微分方程式の解を近似計算により算出することとすればよい。
【００５２】
発明の実施の形態１にかかる動作データ作成装置１は、ロボット１００に物体５０を運搬させることを前提に、物体５０に固定された基準点の軌道を入力することとした。しかしながら、本発明の適用先は、ロボットに物体を運搬させるための動作データを生成することに限られない。すなわち、本発明は、基準点の軌道にロボットの手先等の部位を追従させる動作データを作成する場合に広く有効である。例えば、脚式移動ロボットが何らかの対象（物体、他のロボット、又は仮想的な点等でもよい）を追いかけたり、一定の距離を保って追跡したりする動作を作成する場合に有効である。
【００５３】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる動作データ作成装置によって作成された動作データが入力される脚式移動ロボットのモデル図である。
【図２】本発明にかかる動作データ作成装置のブロック構成図である。
【図３】本発明にかかる動作データ作成装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかる動作データ作成装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】動作データに基づくロボットの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  動作データ作成装置
１０  目標基準点軌道入力部
１１  目標ＺＭＰ軌道生成部
１２  目標重心軌道生成部
１３  動作データ生成部
１００  脚式移動ロボット
１０１  頭部
１０２〜１２８  関節
１３０、１３１  足平
１４１Ｒ、１４１Ｌ  手部
ＬＲ  右脚リンク
ＬＬ  左脚リンク
ＡＲ  右腕リンク
ＡＬ  左腕リンク
ＢＤ  体幹部
５０  物体
【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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