(57)【要約】【課題】安定した歩行や走行動作を行なうことができる脚式機構および脚式機構の制御方法を提供する。【解決手段】複数の関節７〜９、１７〜１９を有する一対の脚３、１３を有し、この脚３、１３による歩行、走行等の動作時に、この脚３、１３が足部６、１６の足裏面の爪先または踵のいずれか一方から着床するように構成される脚式機構であって、足部６、１６の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、足首関節９、１９のアクチュエータＲ５〜Ｒ６、Ｌ５〜Ｌ６のサーボゲインを定常値から低減または０にする。このサーボゲインの低減によりアクチュエータＲ５〜Ｒ６、Ｌ５〜Ｌ６の位置固定力が弱くなり、床反力によって受動的に足裏面全体が着床するように足首関節９、１９が駆動され、衝撃、振動等の発生が防止され、安定した歩行、走行動作を行なうことができる。【選択図】図１
2005074528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように構成される脚式機構であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方の着床を検出する着床検出手段と、該着床検出手段により前記一方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にする制御部とを備えていることを特徴とする脚式機構。
【請求項２】
少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように構成される脚式機構であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方の着床を検出する第１の着床検出手段と、他方の着床を検出する第２の着床検出手段と、該第１の着床検出手段により前記一方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にする制御部とを備えていることを特徴とする脚式機構。
【請求項３】
前記第１の着床検出手段により前記一方の着床が検出され、その後に前記第２の着床検出手段により前記他方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻すよう構成されている請求項２に記載の脚式機構。
【請求項４】
前記第２の着床検出手段により前記他方の着床が検出されたときから、所定時間遅延させて、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻すよう構成されている請求項３に記載の脚式機構。
【請求項５】
前記足首関節のトルクを検出するトルク検出手段を有し、該トルク検出手段により、前記一方が着床したときの前記足首関節のトルクを検出し、この検出値に基いて、該一方が着床したときに変更する前記アクチュエータのサーボゲインを定めるよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の脚式機構。
【請求項６】
前記アクチュエータは、ピッチ用のアクチュエータとロール用のアクチュエータとを有し、前記一方が着床したときに、前記ピッチ用のアクチュエータと前記ロール用のアクチュエータとの少なくとも一方のサーボゲインを定常値から低減または０にするよう構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の脚式機構。
【請求項７】
前記足首関節のピッチ軸におけるトルクおよびロール軸におけるトルクをそれぞれ検出するトルク検出手段を有し、
前記アクチュエータは、ピッチ用のアクチュエータとロール用のアクチュエータとを有し、
前記トルク検出手段により、前記一方が着床したときの前記足首関節のピッチ軸におけるトルクおよびロール軸におけるトルクをそれぞれ検出し、この検出値に基いて、前記一方が着床したときに変更する前記ピッチ用のアクチュエータおよび前記ロール用のアクチュエータのサーボゲインをそれぞれ定め、前記一方が着床したときに、前記ピッチ用のアクチュエータおよび前記ロール用のアクチュエータのサーボゲインをそれぞれ定常値から低減または０にするよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の脚式機構。
【請求項８】
前記着床検出手段は、圧力センサである請求項１ないし７のいずれかに記載の脚式機構。
【請求項９】
少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように制御される脚式機構の制御方法であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にすることを特徴とする脚式機構の制御方法。
【請求項１０】
前記足部の足裏面の爪先または踵のいずれか一方が着床したときの前記足首関節のトルクを検出し、この検出値に基いて、該一方が着床したときに変更する前記アクチュエータのサーボゲインを定める請求項９に記載の脚式機構の制御方法。
【請求項１１】
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床し、その後に他方が着床したときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻す請求項９または１０に記載の脚式機構の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式機構および脚式機構の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の脚式２足歩行ロボットが提案されている。脚式２足歩行ロボットは、胴体部の下端に股関節を介して一対の脚が取り付けられ、各脚の動作を制御することにより階段の昇降、障害物の乗り越え等を円滑に行なうことができるように構成されている。
脚式２足歩行ロボットの各脚は、胴体部に股関節を介して連結される大腿部と、大腿部に膝関節を介して連結される下腿部と、下腿部に足首関節を介して連結される足部とを備えている。
【０００３】
股関節、膝関節および足首関節には、それらを駆動させるアクチュエータ、減速機、各種のセンサがそれぞれ組み込まれ、各関節のアクチュエータの駆動を制御して各脚を所定のパターンで駆動せることにより、ロボットに歩行、走行等の動作を行なわせることができる。
上記のような構成の脚式２足歩行ロボットにおいては、遊脚（空中に浮いている脚）が着床する場合に、床面と足部の足裏面とを平行にして足裏面全体を着床させるパターン、または足部の足裏面の踵から着床させ、能動的に脚の各関節（股関節、膝関節、足首関節）の角度を調整して足裏面全体を着床させるパターンのいずれかの動作パターンが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、計算によって能動的に足裏面全体を着床させる上記のような動作パターンにおいては、特にロボットに走行等の高速歩行を行なわせる場合に、計算速度が間に合わなくなったり、また、関節駆動目標値や駆動速度の誤差が生じ易く、適正な制御値を求めることが非常に困難になる。このため、適正な制御理論値と実際の制御値とに差が生じ、足裏面内での急激な荷重移動等により衝撃、振動等が発生し、ロボットの姿勢制御に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９６４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、安定した歩行や走行動作を行なうことができる脚式機構および脚式機構の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の脚式機構は、少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように構成される脚式機構であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方の着床を検出する着床検出手段と、該着床検出手段により前記一方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にする制御部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、アクチュエータによる位置固定力を弱くして、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【０００９】
本発明の脚式機構は、少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように構成される脚式機構であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方の着床を検出する第１の着床検出手段と、他方の着床を検出する第２の着床検出手段と、該第１の着床検出手段により前記一方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にする制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、アクチュエータによる位置固定力を弱くして、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【００１１】
本発明の脚式機構では、前記第１の着床検出手段により前記一方の着床が検出され、その後に前記第２の着床検出手段により前記他方の着床が検出されたときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻すよう構成されているのが好ましい。
これにより、受動的な動作の次の能動的な動作に備えることができる。従って、安定した歩行や走行（高速歩行）動作を連続して行なうことができる。
【００１２】
本発明の脚式機構では、前記第２の着床検出手段により前記他方の着床が検出されたときから、所定時間遅延させて、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻すよう構成されているのが好ましい。
これにより、歩行（走行）形態に応じて、安定した歩行や走行（高速歩行）動作を行なうことができる。
【００１３】
本発明の脚式機構では、前記足首関節のトルクを検出するトルク検出手段を有し、該トルク検出手段により、前記一方が着床したときの前記足首関節のトルクを検出し、この検出値に基いて、該一方が着床したときに変更する前記アクチュエータのサーボゲインを定めるよう構成されているのが好ましい。
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、そのときの足首関節のトルクに応じてアクチュエータによる位置固定力を調節して、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【００１４】
本発明の脚式機構では、前記アクチュエータは、ピッチ用のアクチュエータとロール用のアクチュエータとを有し、前記一方が着床したときに、前記ピッチ用のアクチュエータと前記ロール用のアクチュエータとの少なくとも一方のサーボゲインを定常値から低減または０にするよう構成されているのが好ましい。
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、ピッチ用のアクチュエータやロール用のアクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にすることにより、そのアクチュエータによる位置固定力を弱くして、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【００１５】
本発明の脚式機構では、前記足首関節のピッチ軸におけるトルクおよびロール軸におけるトルクをそれぞれ検出するトルク検出手段を有し、
前記アクチュエータは、ピッチ用のアクチュエータとロール用のアクチュエータとを有し、
前記トルク検出手段により、前記一方が着床したときの前記足首関節のピッチ軸におけるトルクおよびロール軸におけるトルクをそれぞれ検出し、この検出値に基いて、前記一方が着床したときに変更する前記ピッチ用のアクチュエータおよび前記ロール用のアクチュエータのサーボゲインをそれぞれ定め、前記一方が着床したときに、前記ピッチ用のアクチュエータおよび前記ロール用のアクチュエータのサーボゲインをそれぞれ定常値から低減または０にするよう構成されているのが好ましい。
これにより、さらに安定した歩行や走行（高速歩行）動作を行なうことができる。
本発明の脚式機構では、前記着床検出手段は、圧力センサであるのが好ましい。
これにより、簡易な構成で、目的部位の着床を検出することができる。
【００１６】
本発明の脚式機構の制御方法は、少なくとも足部、足首関節および該足首関節を駆動するアクチュエータを有する脚を少なくとも１つ備え、前記脚による歩行・走行の動作時に、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方から着床するように制御される脚式機構の制御方法であって、
前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値から低減または０にすることを特徴とする。
【００１７】
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、アクチュエータによる位置固定力を弱くして、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【００１８】
本発明の脚式機構の制御方法では、前記足部の足裏面の爪先または踵のいずれか一方が着床したときの前記足首関節のトルクを検出し、この検出値に基いて、該一方が着床したときに変更する前記アクチュエータのサーボゲインを定めるのが好ましい。
これにより、足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床したときに、そのときの足首関節のトルクに応じてアクチュエータによる位置固定力を調節して、床反力により自然に（受動的に）足裏面全体が着床するように足首関節を駆動させることができる。従って、着床時に足裏面の着床角度に関係なく、最適な足首関節角度が得られるので、急激な荷重によって姿勢が悪影響を受けるようなことはなく、安定した歩行や走行（高速歩行）動作が可能となる。
【００１９】
本発明の脚式機構の制御方法では、前記足部の足裏面の爪先と踵とのいずれか一方が着床し、その後に他方が着床したときに、前記アクチュエータのサーボゲインを定常値に戻すのが好ましい。
これにより、受動的な動作の次の能動的な動作に備えることができる。従って、安定した歩行や走行（高速歩行）動作を連続して行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の脚式機構および脚式機構の制御方法を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４には、本発明による脚式機構および脚式機構の制御方法の実施形態が示されていて、図１は、脚式機構の全体を示す概略図、図２は、脚式機構の駆動制御系を示すブロック図、図３は、脚式機構のサーボ制御系を示すブロック図、図４は、脚式機構の動作パターンを示す説明図である。
【００２１】
これらの図に示す実施形態は、リンク機構を用いた脚式２足歩行ロボット１の右脚３および左脚１３の一対の脚３、１３に本発明による脚式機構を適用したものであって、図１の矢印Ａ方向が脚式２足歩行ロボット１の前方（前側）であり、図１の左側が脚式２足歩行ロボット１の右側であり、図１の右側が脚式２足歩行ロボット１の左側である。
脚式機構である右脚３は、右大腿部４と右下腿部５と右足部６とをリンク要素とするリンク機構であって、右大腿部４は右股関節７を介して胴体部２に連結され、右下腿部５は右膝関節８を介して右大腿部４に連結され、右足部６は右足首関節９を介して右下腿部５に連結されている。
【００２２】
右股関節７は、右足ヨー角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ１と、右足ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ２と、右足ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ３と、これらのコントロールモータＲ１〜Ｒ３の動力を右大腿部４に伝達させる減速機等からなる動力機構（図示せず）と、右股関節７の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ１〜Ｓ３とを有し、前記コントロールモータＲ１〜Ｒ３の駆動により動力伝達機構を介して右大腿部４が胴体部２に対して駆動される。
【００２３】
右膝関節８は、右足膝ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ４と、このコントロールモータＲ４の動力を右下腿部５に伝達させる減速機等からなる動力伝達機構（図示せず）と、右膝関節８の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ４とを有し、前記コントロールモータＲ４の駆動により動力伝達機構を介して右下腿部５が右大腿部４に対して駆動される。
【００２４】
右足首関節９は、右足平ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ５と、右足平ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ６と、これらのコントロールモータＲ５、Ｒ６の動力を右足部６に伝達させる減速機等からなる動力伝達機構（図示せず）と、右足首関節９の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ５、Ｓ６と、右足部６の踵に設けられる踵用圧力センサ（第１の着床検出手段）Ｓ１３と、右足部６の爪先に設けられる爪先用圧力センサ（第２の着床検出手段）Ｓ１４と、右足平ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ５のトルク（ピッチ軸におけるトルク）を検出するピッチ用トルクセンサ（トルク検出手段）Ｓ１５と、右足平ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｒ６のトルク（ロール軸におけるトルク）を検出するロール用トルクセンサ（トルク検出手段）Ｓ１６とを有し、前記コントロールモータＲ５、Ｒ６の駆動により動力伝達機構を介して右足部６が右下腿部５に対して駆動される。
【００２５】
脚式機構である左脚１３は、左大腿部１４と左下腿部１５と左足部１６とをリンク要素とするリンク機構であって、左大腿部１４は左股関節１７を介して胴体部２に連結され、左下腿部１５は左膝関節１８を介して左大腿部１４に連結され、左足部１６は左足首関節１９を介して左下腿部１５に連結されている。
左股関節１７は、左足ヨー角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ１と、左足ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ２と、左足ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ３と、これらのコントロールモータＬ１〜Ｌ３の動力を左大腿部１４に伝達させる減速機等からなる動力機構（図示せず）と、左股関節１７の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ７〜Ｓ９とを有し、前記コントロールモータＬ１〜Ｌ３の駆動により動力伝達機構を介して左大腿部１４が胴体部２に対して駆動される。
【００２６】
左膝関節１８は、左足膝ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ４と、このコントロールモータＬ４の動力を左下腿部１５に伝達させる減速機等からなる動力伝達機構（図示せず）と、左膝関節１８の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ１０とを有し、前記コントロールモータＬ１４の駆動により動力伝達機構を介して左下腿部１５が左大腿部１４に対して駆動される。
【００２７】
左足首関節１９は、左足平ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ５と、左足平ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ６と、これらのコントロールモータＬ５、Ｌ６の動力を左足部１６に伝達させる減速機等からなる動力伝達機構（図示せず）と、左足首関節１９の角度、角速度を検出する位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ１１、Ｓ１２と、左足部１６の踵に設けられる踵用圧力センサ（第１の着床検出手段）Ｓ１３と、左足部１６の爪先に設けられる爪先用圧力センサ（第２の着床検出手段）Ｓ１４と、左足平ピッチ角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ５のトルク（ピッチ軸におけるトルク）を検出するピッチ用トルクセンサ（トルク検出手段）Ｓ１５と、左足平ロール角アクチュエータ（コントロールモータ）Ｌ６のトルク（ロール軸におけるトルク）を検出するロール用トルクセンサ（トルク検出手段）Ｓ１６とを有し、前記コントロールモータＬ５、Ｌ６の駆動により動力伝達機構を介して左足部１６が右下腿部１５に対して駆動される。
【００２８】
図２は、前述した右脚３および左脚１３の駆動制御系を示すブロック図、図３はサーボ制御系のブロック図である。
この駆動制御系は、右脚３および左脚１３の各関節７〜９、１７〜１９の作動を制御する制御部２０を有し、この制御部２０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、脚式２足歩行ロボット１の脚式機構である脚３、１３の制御動作を実行するためのプログラム等の各種プログラムおよび各種データを記憶（格納）する図示しない記憶部と、位置制御器２１と、速度制御器２２とを有している。位置制御器２１および速度制御器２２としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ＰＩＤ制御器等を用いることができる。
【００２９】
制御部２０は、目標値（位置指令、速度指令）および各関節７〜９、１７〜１９やその近傍に設けられている位置センサ、速度センサ等のセンサ（エンコーダ、ポテンショメータ等）Ｓ１〜Ｓ１２からの入力信号（検出信号）（位置情報、その時間微分値）に基づいて、ドライバＤ１〜Ｄ１２を介して各コントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６に駆動電流（駆動電圧）を出力し、各コントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６の駆動を制御する。
【００３０】
また、制御部２０は、足部６、１６の踵に設けられている踵用圧力センサＳ１３、爪先に設けられている爪先用圧力センサＳ１４からの入力信号（検出信号）、および足首関節９、１９のピッチ軸、ロール軸の減速機（図示せず）に設けられているピッチ用トルクセンサＳ１５、ロール用トルクセンサＳ１６からの入力信号（検出信号）に基づいて、足首関節９、１９の足平ピッチ角コントロールモータＲ５、Ｌ５および足平ロール角コントロールモータＲ６、Ｌ６のサーボゲインをそれぞれ制御する。
【００３１】
すなわち、足首関節９、１９の足平ピッチ角コントロールモータＲ５、Ｌ５および足平ロール角コントロールモータＲ６、Ｌ６のそれぞれについて、位置指令、速度指令を入力として位置情報をフィードバックするＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｄｕｌａｔｉｏｎ）制御系により、エンコーダ、ポテンショメータ等からの位置情報を基に位置制御、速度制御を行なう各制御の制御パラメータ値（各制御のサーボゲイン）のうちの少なくとも１つを小さくしたり、また、０にすることにより、制御系（サーボ制御系）全体のサーボゲインを定常値（通常値）から低減または０にする。具体的には、本実施形態では、図３の位置制御器２１のＫｐと速度制御器２２のＫｄとの少なくとも一方のパラメータ値を小さい値に変更したり、また、０にすることにより、制御系全体のサーボゲインを定常値から低減または０にする。なお、制御系全体のサーボゲインを０にすると、その制御対象のコントロールモータは、フリー（フリー状態）となる。
以下、制御パラメータ値やサーボゲインを低減または０にすることを、単に「低減する」または「小さくする」等と省略して言う場合もある。
【００３２】
次に、脚式２足歩行ロボット１の各脚３、１３の動作について、代表的に、右脚３を用いて具体的に説明する。
この脚式２足歩行ロボット１では、制御部２０からドライバＤ１を介して右股関節７の右足ヨー角コントロールモータＲ１に駆動電流が出力されると、右足ヨー角コントロールモータＲ１の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右脚３に伝達され、右脚３が胴体部２に対して左右方向に旋回する。
【００３３】
また、制御部２０からドライバＤ２を介して右股関節７の右足ピッチ角コントロールモータＲ２に駆動電流が出力されると、右足ピッチ角コントロールモータＲ２の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右大腿部４に伝達され、右大腿部４が前後に揺動する。
さらに、制御部２０からドライバＤ３を介して右股関節７の右足ロール角コントロールモータＲ３に駆動電流が出力されると、右足ロール角コントロールモータＲ３の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右大腿部４に伝達され、右大腿部３が左右に揺動する。
【００３４】
さらに、制御部２０からドライバＤ４を介して右膝関節８の右足膝ピッチ角コントロールモータＲ４に駆動電流が出力されると、右足膝ピッチ角コントロールモータＲ４の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右下腿部５に伝達され、右下腿部５が前後に揺動する。
さらに、制御部２０からドライバＤ５を介して右足首関節９の右足平ピッチ角コントロールモータＲ５に駆動電流が出力されると、右足平ピッチ角コントロールモータＲ５の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右足部６に伝達され、右足部６が前後に揺動する。
【００３５】
さらに、制御部２０からドライバＤ６を介して右足首関節９の右足平ロール角コントロールモータＲ６に駆動電流が出力されると、右足平ロール角コントロールモータＲ６の回転力が伝達機構（図示せず）を介して右足部６に伝達され、右足部６が左右に揺動する。
なお、左脚１３の動作については、右脚３と同様であるので、その詳細な説明は省略するものとする。
【００３６】
上記のような構成の脚式２足歩行ロボット１においては、目標歩行速度（目標走行速度）等の目標値が決定されると、ドライバＤ１〜Ｄ１２を介し、コントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６のうちの所定のコントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６を駆動する。この場合、センサＳ１〜Ｓ１２からの入力信号に基づいて、右脚３および左脚１３の各関節７〜９、１７〜１９の駆動量や駆動速度を検出（算出）し、この検出値および目標値に基づいて、コントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６の駆動を制御する。例えば、低速歩行では足部６、１６を略水平に保った状態で行うことも可能であるが、高速歩行（走行）では足部６、１６の足裏面の踵から着床し、最後に足裏面の爪先を離床する形態が採られる。
【００３７】
高速歩行（走行）においては、図４に示すように、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の動作が、右脚３と左脚１３とで交互に繰り返される。なお、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３では、代表的に、右脚３の動作のみを説明する。
（ＳＴＥＰ１）
遊脚（空中に浮いている脚）である右脚３の足部６が踵から着床し、そのときの床反力（足部６の踵にかかる圧力）が踵用圧力センサＳ１３により検出され、足首関節９のピッチ用トルクセンサＳ１５およびロール用トルクセンサＳ１６により着床衝撃トルクが検出される。この場合、踵用圧力センサＳ１３により検出される検出値が予め設定されているしきい値を超えると、踵が着床したものと判断し、ピッチ用トルクセンサＳ１５およびロール用トルクセンサＳ１６の検出値に基いて、足首関節９の各コントロールモータ（ピッチ、ロール）Ｒ５、Ｒ６の制御パラメータが小さく変更され、これらのコントロールモータＲ５、Ｒ６のサーボゲインが瞬時（例えば１〜３ｍｓｅｃ程度）に低減される。
【００３８】
すなわち、ピッチ用トルクセンサＳ１５の検出値に基いて、足首関節９のコントロールモータＲ５の各制御パラメータ（サーボゲイン）を定め（求め）、コントロールモータＲ５の各制御パラメータを、それぞれ、その値に設定する。これにより、コントロールモータＲ５の各制御パラメータが定常時より小さい値に変更され、このコントロールモータＲ５の制御系全体のサーボゲインが低減される。なお、ピッチ用トルクセンサＳ１５の検出値が大きいほど、コントロールモータＲ５の制御系全体のサーボゲインは、大きく設定される。
【００３９】
また、ロール用トルクセンサＳ１６の検出値に基いて、足首関節９のコントロールモータＲ６の各制御パラメータ（サーボゲイン）を定め（求め）、コントロールモータＲ６の各制御パラメータを、それぞれ、その値に設定する。これにより、コントロールモータＲ６の各制御パラメータが定常時より小さい値に変更され、このコントロールモータＲ６の制御系全体のサーボゲインが低減される。なお、ロール用トルクセンサＳ１６の検出値が大きいほど、コントロールモータＲ６の制御系全体のサーボゲインは、大きく設定される。
【００４０】
ここで、前記コントロールモータＲ５およびＲ６のそれぞれにおいて、制御系全体のサーボゲインは、定常値（通常値）の８０％以下とされるのが好ましく、定常値の５０％以下とされるのがより好ましく、定常値の５〜５０％程度とされるのがさらに好ましい。
なお、その他の関節７、８については、それぞれ、定常（通常）のサーボゲインのまま駆動する。
【００４１】
（ＳＥＴＰ２）
着床による床反力によって、足部６は、下腿部５に対して相対的に、足首関節９のピッチ軸およびロール軸を中心に受動的に回動、すなわち、足部６の爪先が着床（足裏面全体が着床）する方向へ受動的に駆動され、足部６の足裏面全体で着床する。そのときの床反力（足部６の爪先にかかる圧力）が爪先用圧力センサＳ１４により検出され、この爪先用圧力センサＳ１４により検出される検出値が予め設定されているしきい値を超えると、爪先が着床、すなわち、足部６の足裏面全体が着床したものと判断する。この場合、前記受動回動中も各位置情報は、それぞれ、制御部２０に入力される。
【００４２】
（ＳＥＴＰ３）
足部６の爪先が着床、すなわち、足部６の足裏面全体が着床すると、コントロールモータＲ５の制御系全体のサーボゲインおよびコントロールモータＲ６の制御系全体のサーボゲインを、それぞれ定常値に戻し、受動駆動から能動駆動へ復帰させる。このとき、受動駆動により変更された位置（関節角度）を現在位置として、次の能動駆動の目標値を計算する。
【００４３】
この場合、爪先用圧力センサＳ１４により足部６の爪先の着床が検出されると、瞬時に前記サーボゲインを定常値に戻してもよく、また、爪先用圧力センサＳ１４により足部６の爪先の着床が検出されたときから、所定時間遅延させて、前記サーボゲインを定常値に戻してもよい。この遅延時間を設けるか否かや、遅延時間の値は、歩行（走行）形態に応じて決定される。
この後、次の能動的な動作パターンを実行する。
上記のようなＳＴＥＰ１〜ＳＥＴＰ３を、右脚３と左脚１３とで交互に繰り返すことにより、歩行や走行（高速歩行）が可能となる。
【００４４】
以上述べたように、この脚式２足歩行ロボット１（本実施形態の脚式機構および脚式機構の制御方法）によれば、脚（遊脚）３、１３の足部６、１６の踵が着床する瞬間に、足首関節９、１９のピッチ用トルクセンサＳ１５およびロール用トルクセンサＳ１６からの信号に応じて、足首関節９、１９のコントロールモータ（ピッチ軸、ロール軸）Ｒ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６のサーボゲインを定常値から低減するように構成したので、サーボゲインが低減されたコントロールモータＲ１〜Ｒ６、Ｌ１〜Ｌ６は、位置固定力が弱くなり、床反力によって受動的に足裏面全体が着床するように足首関節９、１９が駆動される。そして、足部６、１６の爪先（足裏面全体）が着床すると、前記サーボゲインを定常値へ戻すように構成したので、次の能動的な動作に備えることができる。
【００４５】
従って、足部６、１６の足裏面の一部より着床するような歩行や走行を行なう場合、歩行速度（走行速度）や足裏面着床角度に関係なく、着床時に足裏面に掛かる力（床反力）を利用して、自然に（受動的に）、足首関節角度を着床時の最適な足首関節角度をなすように変化させることができるので、着床から離床までのステップにおいて、急激な荷重変動を防止（または抑制）することができ、また、衝撃や振動等も防止（または抑制）することができる。また、衝撃トルクに見合った（応じた）サーボゲインの設定（コントロール）を行なうので、衝撃や振動等をより確実に防止（または抑制）することができる。これにより、円滑な着床、荷重移動がなされ、安定した歩行や走行（高速歩行）動作を行なうことができる。
【００４６】
以上、本発明の脚式機構および脚式機構の制御方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
なお、前記実施形態においては、足部の足裏面の踵から着床するように構成されているが、本発明では、これに限らず、足部の足裏面の爪先から着床するように構成されていてもよい。爪先から着床する動作パターンにおいても、前記踵から着床する動作パターンと同様の作用、効果を奏する。
【００４７】
また、前記実施形態においては、足首関節のアクチュエータのサーボゲインのみを低減または０にしたが、本発明では、これに限らず、足首関節のアクチュエータとともに、他の間接のアクチュエータ、例えば、膝関節のアクチュエータや股関節のアクチュエータのサーボゲインを低減または０にしてもよい。
また、本発明の用途は、前記脚式２足歩行ロボットに限定されず、本発明は、例えば、少なくとも１つの脚（例えば、４つの脚）を有する各種ロボットや、儀足等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の脚式機構の実施形態を示した概略図。
【図２】実施形態の脚式機構の駆動制御系のブロック図。
【図３】実施形態の脚式機構のサーボ制御系のブロック図。
【図４】実施形態の脚式機構の動作パターンを示した説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１  脚式２足歩行ロボット、２  胴体部、３  右脚、４  右大腿部、５  右下腿部、６  右足部、７  右股関節、８  右膝関節、９  右足首関節、１３  左脚、１４  左大腿部、１５  左下腿部、１６  左足部、１７  左股関節、１８  左膝関節、１９  左足首関節、２０  制御部、２１  位置制御器、２２  速度制御器、Ｒ１  右足ヨー角アクチュエータ、Ｒ２  右足ピッチ角アクチュエータ、Ｒ３  右足ロール角アクチュエータ、Ｒ４  右足膝ピッチ角アクチュエータ、Ｒ５  右足平ピッチ角アクチュエータ、Ｒ６  右足平ロール角アクチュエータ、Ｌ１  左足ヨー角アクチュエータ、Ｌ２  左足ピッチ角アクチュエータ、Ｌ３  左足ロール角アクチュエータ、Ｌ４  左足膝ピッチ角アクチュエータ、Ｌ５  左足平ピッチ角アクチュエータ、Ｌ６  左足平ロール角アクチュエータ、Ｓ１〜Ｓ１２  センサ、Ｓ１３  踵用圧力センサ、Ｓ１４  爪先用圧力センサ、Ｓ１５  ピッチ用トルクセンサ、Ｓ１６  ロール用トルクセンサ、Ｄ１〜Ｄ１２  ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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