(57)【要約】【課題】  ロボット装置の基本姿勢における各関節角の制御モデル上の理想的な原点を、機械モデルの受動特性に応じてキャリブレーションする。【解決手段】  ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定する。例えば、関節部駆動用のアクチュエータ・モータにガタを生じたり、減速機にバックラッシュがあったりするなど、可動関節が受動特性を持つ場合であっても、原点位置となる基本姿勢、若しくは基本姿勢における原点位置を好適に設定することができる。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可動関節を備えたロボット装置において、
前記可動関節をそれぞれ駆動する駆動手段と、
前記可動関節における関節位置又はトルクを制御する駆動制御手段と、
前記可動関節における関節位置を取得する関節位置取得手段と、
前記可動関節における駆動トルクを取得するトルク取得手段と、
前記可動関節が所定の関節位置となることにより形成される前記ロボット装置の基本姿勢を管理する基本姿勢管理手段とを備え、
前記基本姿勢管理手段は、前記ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、前記機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定する、
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記基本姿勢管理手段は、
前記可動関節が基本姿勢を形成する関節位置となるように前記駆動手段を駆動制御する基本姿勢形成手段と、
該基本姿勢を形成したときの前記可動関節の駆動トルクを取得する基本姿勢時駆動トルク取得手段と、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定する基本姿勢固定装置と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢固定装置に固定されている状態で、前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させる駆動トルク発生手段と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢固定装置に固定されている状態で、前記駆動トルクを発生させたときの前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定手段と、
前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させた状態で前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得手段とを備え、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記ロボット装置は、１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクを備え、
前記基本姿勢固定装置は、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記制御対象点設定リンク及び前記ローカル座標原点設置リンクを固定し、
前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記制御対象点及び前記ローカル座標原点の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記ロボット装置は、少なくとも腰部、足部、腕部、頭部を備え、
前記基本姿勢固定装置は、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部を固定し、
前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記理想関節位置設定手段は、理想関節位置における前記可動関節の駆動トルクがゼロ近傍となる場合には、駆動トルクを±各方向に所定値だけ振ったときの関節位置の略中点を理想関節位置に設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記基本姿勢管理手段は、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢駆動制御手段と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢駆動制御手段により理想的な基本姿勢に固定されている状態における前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定手段と、
前記基本姿勢駆動制御手段による駆動制御を解除した状態で、基本姿勢となるように駆動制御された前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得手段とを備え、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記基本姿勢駆動制御手段は、前記ロボット装置の部位の位置関係を計測する計測手段を備え、前記計測手段による計測結果が一定となるように、前記可動関節を駆動制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記ロボット装置は、１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクを備え、
前記基本姿勢駆動制御手段は、前記ロボット装置が理想基本姿勢において前記制御対象点設定リンク及び前記ローカル座標原点設置リンクが固定されるように前記可動関節を駆動制御し、
前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢駆動制御手段による駆動制御から前記ロボット装置を解除したときの、前記制御対象点及び前記ローカル座標原点の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
【請求項９】
前記ロボット装置は、少なくとも腰部、足部、腕部、頭部を備え、
前記基本姿勢駆動制御手段は、前記ロボット装置が理想基本姿勢において前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部が固定されるように前記可動関節を駆動制御し、
前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢駆動制御手段による駆動制御から前記ロボット装置を解除したときの、前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
【請求項１０】
複数の可動関節を備えたロボット装置の基本姿勢を管理するためのロボット装置の制御方法において、
前記ロボット装置が基本姿勢を形成する関節位置となるように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢形成ステップと、
該基本姿勢を形成したときの前記可動関節の駆動トルクを取得する基本姿勢時駆動トルク取得ステップと、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢となるように固定する基本姿勢固定ステップと、
前記ロボット装置が前記理想的な基本姿勢に固定されている状態で、前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させる駆動トルク発生ステップと、
前記ロボット装置が前記理想的な基本姿勢に固定されている状態で、前記駆動トルクを発生させたときの前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定ステップと、
前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させた状態で前記ロボット装置の固定を解除したときの、前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得ステップと、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置の制御方法。
【請求項１１】
複数の可動関節を備えたロボット装置の基本姿勢を管理するためのロボット装置の制御方法において、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢駆動制御ステップと、
前記ロボット装置が前記基本姿勢駆動制御ステップにより理想的な基本姿勢に固定されている状態における前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定ステップと、
前記基本姿勢駆動制御ステップにおける駆動制御を解除し、基本姿勢となるように駆動制御された前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得ステップと、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置の制御方法。
【請求項１２】
複数の可動関節を備えたロボット装置の基本姿勢を設定するための基本姿勢設定方法において、
前記ロボット装置が基本姿勢を形成する関節位置となるように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢形成ステップと、
該基本姿勢を形成したときの前記可動関節の駆動トルクを取得する基本姿勢時駆動トルク取得ステップと、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢となるように固定する基本姿勢固定ステップと、
前記ロボット装置が前記理想的な基本姿勢に固定されている状態で、前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させる駆動トルク発生ステップと、
前記ロボット装置が前記理想的な基本姿勢に固定されている状態で、前記駆動トルクを発生させたときの前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定ステップと、
前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させた状態で前記ロボット装置の固定を解除したときの、前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得ステップと、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置の基本姿勢設定方法。
【請求項１３】
前記ロボット装置は、１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクを備えており、
前記基本姿勢固定ステップでは、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記制御対象点設定リンク及び前記ローカル座標原点設置リンクを固定し、
前記現実基本姿勢取得ステップでは、前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記制御対象点及び前記ローカル座標原点の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の基本姿勢設定方法。
【請求項１４】
前記ロボット装置は、少なくとも腰部、足部、腕部、頭部を備えており、
前記基本姿勢固定ステップでは、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部を固定し、
前記現実基本姿勢取得ステップでは、前記基本姿勢固定ステップにおける前記ロボット装置を解除したときの、前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の基本姿勢設定方法。
【請求項１５】
前記理想関節位置設定ステップでは、理想関節位置における前記可動関節の駆動トルクがゼロ近傍となる場合には、駆動トルクを±各方向に所定値だけ振ったときの関節位置の略中点を理想関節位置に設定する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の基本姿勢設定方法。
【請求項１６】
複数の可動関節を備えたロボット装置の基本姿勢を設定するための基本姿勢設定方法において、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢駆動制御ステップと、
前記ロボット装置が前記基本姿勢駆動制御ステップにより理想的な基本姿勢に固定されている状態における前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定ステップと、
前記基本姿勢駆動制御ステップにおける駆動制御を解除し、基本姿勢となるように駆動制御された前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得ステップと、
前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置の基本姿勢設定方法。
【請求項１７】
前記ロボット装置は、部位の位置関係を計測する計測手段を備え、
前記基本姿勢駆動制御ステップでは、前記計測手段による計測結果が一定となるように、前記可動関節を駆動制御する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のロボット装置の基本姿勢設定方法。
【請求項１８】
前記ロボット装置は、１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクを備え、
前記基本姿勢駆動制御ステップでは、前記ロボット装置が理想基本姿勢において前記制御対象点設定リンク及び前記ローカル座標原点設置リンクが固定されるように前記可動関節を駆動制御し、
前記現実基本姿勢取得ステップでは、前記基本姿勢駆動制御ステップによる駆動制御から前記ロボット装置を解除したときの、前記制御対象点及び前記ローカル座標原点の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のロボット装置の基本姿勢設定方法。
【請求項１９】
前記ロボット装置は、少なくとも腰部、足部、腕部、頭部を備え、
前記基本姿勢駆動制御ステップでは、前記ロボット装置が理想基本姿勢において前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部が固定されるように前記可動関節を駆動制御し、
前記現実基本姿勢取得ステップでは、前記基本姿勢駆動制御手段による駆動制御から前記ロボット装置を解除したときの、前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部の姿勢を取得する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のロボット装置の基本姿勢設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の可動関節を備えたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法に係り、特に、各可動関節を駆動制御して装置全体としての姿勢制御を行なうロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、所定の制御モデルを用いて姿勢制御を行なうロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法に係り、特に、十分な剛性並びに能動特性を持つ理想的な制御モデルに対し、受動特性を持つ現実の機械モデルを適応させながら姿勢制御を行なうロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の“ＲＯＢＯＴＡ（奴隷機械）”に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００４】
現在、２足直立歩行を始めとする脚式移動型のロボットに関する研究が盛んに行なわれている。これは、脚式移動ロボットが、不整地や障害物など作業経路上に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を実現できるというなどの理由に依る。他方、この種のロボットは姿勢が不安定で歩行制御が難しいことから、姿勢の安定性を保つ歩行制御が、最も重要な技術的課題の１つに位置付けられている。ここで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚を使って移動すること」と定義される。
【０００５】
多くの場合、脚式移動ロボットの姿勢安定制御には、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）が歩行の安定度判別の規範として用いられている。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形の内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわちＺＭＰが存在する（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【０００６】
目標ＺＭＰ制御は、すべての瞬間において、動的釣り合いを取るように運動を計画することにより、実機上で成功を収めている。ＺＭＰ規範に基づく２足歩行パターン生成は、足底着地点をあらかじめ設定することができ、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点がある。また、ＺＭＰを安定度判別規範とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味するので、技術的に実現可能性が高まる。
【０００７】
ここで、ロボットの運動制御は、基本的にはほぼ剛体とみなされるリンクを接合する関節アクチュエータの駆動によって実現される。そして、各部位における関節角度は、関節アクチュエータに配置された位置センサにより検出され、目標値に近づくように制御が行なわれる。
【０００８】
例えば、動作の開始点、分岐点、終了点など機械制御において重要な意味を持つ基本姿勢において、関節の初期化すなわちセンサの原点探索を行なう（例えば、特許文献１を参照のこと）。そして、以後は、ＺＭＰ軌道計画に基づく姿勢制御、あるいはその他の規範に基づく運動制御を行なう。
【０００９】
高精度な姿勢安定制御を実現するためには、ロボット装置の制御モデルは、十分な剛性すなわち能動特性を持つことが好ましいとされている。ところが、実際の機械モデルは、モータの減速機におけるバックラッシュや、フレームの変形などに起因する受動特性を持つ。制御に用いるモデルが実際のロボットの特性に近いほど、厳密な制御が可能である。ところが、制御に用いるモデルが複雑になるほど、計算量が指数関数的に増加してしまう。
【００１０】
このため、制御モデル上の理想的な関節角度を原点若しくは姿勢制御上の基準位置に設定しても、機械モデル上では受動特性のために、理想的な関節角度との間に偏差が生じてしまう。そして、この偏差のために、十分な姿勢安定制御を実現できなくなる事態を招来する。
【００１１】
本発明者らは、ロボット装置の基本姿勢における制御モデル上の理想的な関節角度を、機械モデルの受動特性に応じてキャリブレーションを施す必要があると思料する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２６６３３８号公報
【非特許文献１】ヴコブラトビッチ（Ｍｉｏｍｉｒ Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ）著「脚式移動ロボット（ＬＥＧＧＥＤ ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ ＲＯＢＯＴＳ）」（加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、各可動関節を駆動制御して装置全体としての姿勢制御を行なうことができる、優れたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、十分な剛性並びに能動特性を持つ理想的な制御モデルに対し、受動特性を持つ現実の機械モデルを適応させながら姿勢制御を行なうことができる、優れたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、ロボット装置の基本姿勢における各関節角の制御モデル上の理想的な原点を、機械モデルの受動特性に応じてキャリブレーションを施すことができる、優れたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数の可動関節を備えたロボット装置において、
前記可動関節をそれぞれ駆動する駆動手段と、
前記可動関節における関節位置又はトルクを制御する駆動制御手段と、
前記可動関節における関節位置を取得する関節位置取得手段と、
前記可動関節における駆動トルクを取得するトルク取得手段と、
前記可動関節が所定の関節位置となることにより構成される前記ロボット装置の基本姿勢を管理する基本姿勢管理手段とを備え、
前記基本姿勢管理手段は、前記ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、前記機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定する、
ことを特徴とするロボット装置である。
【００１７】
ロボット装置の制御モデルは、十分な剛性すなわち能動特性を持つことが好ましい。すなわち、ロボット装置の駆動部には、バックラッシュなどの受動特性がないことがその運動制御においては望ましいと考えられている。特に、スムースな動的運動（動的歩行）の実現には、制御対象となるロボット装置の駆動部に受動特性がないことが必須条件であると考えられている。
【００１８】
ところが、実際の機械モデルは、モータの減速機におけるバックラッシュや、フレームの変形などに起因する受動特性を持つ。
【００１９】
そこで、本発明では、ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定するようにした。この結果、例えば、関節部駆動用のアクチュエータ・モータにガタを生じたり、減速機にバックラッシュがあったりするなど、可動関節が受動特性を持つ場合であっても、原点位置となる基本姿勢、若しくは基本姿勢における原点位置を好適に設定することができる。勿論、可動関節部の受動特性が経時的に変化するような場合に適用することも可能であり、脚式ロボット装置において接地情報を用いた原点自動調整を行なうこともできる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、ロボット装置の可動関節が受動特性を持ち、あるいは受動特性が経時的に変化する場合であっても、スムースな動的運動を実現することが可能となり、この結果、大幅なコスト削減が可能となる。
【００２１】
ここで、前記基本姿勢管理手段は、
前記可動関節が基本姿勢を形成する関節位置となるように前記駆動手段を駆動制御する基本姿勢形成手段と、
該基本姿勢を形成したときの前記可動関節の駆動トルクを取得する基本姿勢時駆動トルク取得手段と、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定する基本姿勢固定装置と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢固定装置に固定されている状態で、前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させる駆動トルク発生手段と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢固定装置に固定されている状態で、前記駆動トルクを発生させたときの前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定手段と、
前記の基本姿勢時に取得された駆動トルクを前記可動関節に発生させた状態で前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得手段と、
で構成することができる。そして、前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するようにすればよい。
【００２２】
前記理想関節位置設定手段によれば、前記可動関節が持つバックラッシュなどの受動特性成分をトルク印加により除去して、理想関節位置を設定することができる。
【００２３】
前記ロボット装置は、１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクで構成することができる。このような場合には、前記基本姿勢固定装置は、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記制御対象点設定リンク及び前記ローカル座標原点設置リンクを固定し、前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記制御対象点及び前記ローカル座標原点の姿勢を取得するようにしてもよい。
【００２４】
また、前記ロボット装置は、少なくとも腰部、足部、腕部、頭部を備えた脚式移動ロボットとして構成することができる。このような場合には、前記基本姿勢固定装置は、前記ロボット装置が理想基本姿勢となるように前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部を固定し、前記現実基本姿勢取得手段は、前記基本姿勢固定装置から前記ロボット装置を解除したときの、前記腰部、前記足部、前記腕部、前記頭部の姿勢をそれぞれ取得するようにしてもよい。
【００２５】
また、脚式移動ロボットにおいて、基本立ち姿勢では、股関節ヨー軸など中立が求められる関節においては、理想関節位置において駆動トルクがほぼゼロとなる。このような場合、前記理想関節位置設定手段は、理想関節位置における前記可動関節の駆動トルクがゼロ近傍となる場合には、駆動トルクを±各方向に所定値だけ振ったときの関節位置の略中点（すなわち、正負それぞれの方向にギアを寄せたときの中点）を理想関節位置に設定するようにしてもよい。
【００２６】
また、前記基本姿勢管理手段は、
前記ロボット装置を制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように前記可動関節を駆動制御する基本姿勢駆動制御手段と、
前記ロボット装置が前記基本姿勢駆動制御手段により理想的な基本姿勢に固定されている状態における前記可動関節の現在関節位置を、理想基本姿勢を構成する理想関節位置に設定する理想関節位置設定手段と、
前記基本姿勢駆動制御手段による駆動制御を解除した状態で、基本姿勢となるように駆動制御された前記可動関節の関節位置を機械モデル上の現実の姿勢として取得する現実基本姿勢取得手段と、
で構成することができる、そして、前記現実基本姿勢との誤差が所定の許容値以下となる理想基本姿勢を前記ロボット装置の基本姿勢として設定するようにすればよい。
【００２７】
上述した基本姿勢管理手段では、基本姿勢固定装置がロボット装置を機械的に保持することで理想的な基本姿勢を形成するようにしている。これに対し、基本姿勢駆動制御手段は、制御モデル上の理想的な基本姿勢となるように前記可動関節を駆動制御することで、ロボット装置を基本姿勢に形成するようにしている。
【００２８】
より具体的には、前記ロボット装置の部位の位置関係を計測するためのセンサなどの計測手段を備え、前記計測手段による計測結果が一定となるように、前記可動関節を駆動制御することで、特定の姿勢を固定する。例えば、手先やその他の部位に、床面からの距離を測定する測距センサを搭載し、この測距センサ出力が一定となるように可動関節を駆動制御することで、ロボット装置は特定の姿勢に固定される。
【００２９】
このような方法によれば、ロボット装置を機械的に固定する固定装置が不要となり、原点基本姿勢の設定や自動調整作業が簡易となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、十分な剛性並びに能動特性を持つ理想的な制御モデルに対し、受動特性を持つ現実の機械モデルを適応させながら姿勢制御を行なうことができる、優れたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法を提供することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、ロボット装置の基本姿勢における各関節角の制御モデル上の理想的な原点を、機械モデルの受動特性に応じてキャリブレーションを施すことができる、優れたロボット装置及びその制御方法、並びにロボット装置の基本姿勢設定方法を提供することができる。
【００３２】
本発明によれば、ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定することができる。この結果、関節部駆動用のアクチュエータ・モータにガタを生じたり、減速機にバックラッシュがあったりするなど、可動関節が受動特性を持つ場合であっても、原点位置となる基本姿勢、若しくは基本姿勢における原点位置を好適に設定することができる。勿論、可動関節部の受動特性が経時的に変化するような場合に適用することも可能であり、脚式ロボット装置において接地情報を用いた原点自動調整を行なうこともできる。
【００３３】
したがって、本発明によれば、ロボット装置の可動関節が受動特性を持ち、あるいは受動特性が経時的に変化する場合であっても、スムースな動的運動を実現することが可能となり、この結果、大幅なコスト削減が可能となる。
【００３４】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３６】
Ａ．ロボットの構成
図１及び図２には本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」のロボット装置１００が直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示している。図示の通り、ロボット装置１００は、体幹部と、腰部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行なう左右２足の下肢部とで構成され、例えば体幹部に内蔵されている制御部（図示しない）によりロボット装置の動作を統括的にコントロールするようになっている。
【００３７】
左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって腰部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部は、首関節によって腰部の略最上端中央に連結されている。
【００３８】
このように構成されたロボット装置１００は、制御部（図１及び図２には図示しない）による全身協調的な動作制御により、２足歩行を実現することができる。かかる２足歩行は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り返すことによって行なわれる。すなわち、
【００３９】
（１）右脚を持ち上げた、左脚による単脚支持期
（２）右足が接地した両脚支持期
（３）左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
（４）左足が接地した両脚支持期
【００４０】
制御部は、このロボット装置１００を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各センサ（後述）などからの外部入力を処理するコントローラ（主制御部）や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。
【００４１】
ロボット装置１００における歩行制御は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間において計画軌道の修正を行なうことによって実現される。例えば、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させるように修正軌道を生成する。
【００４２】
歩行動作の軌道修正を始めとして、ロボット装置の姿勢安定制御には、ＺＭＰを歩行の安定度判別の規範として用いている。このため、ＺＭＰに対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度が連続となるように、５次多項式を用いた補間計算により行なう。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。当該原理の力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形（すなわちＺＭＰ安定領域）の内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわちＺＭＰが存在する。
【００４３】
図３には、このロボット装置１００が具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置１００は、２本の腕部と頭部１を含む上肢と、移動動作を実現する２本の脚部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部と、腰部とで構成された、複数の肢を備えた構造体である。
【００４４】
頭部を支持する首関節（Ｎｅｃｋ）は、首関節ヨー軸１と、第１及び第２の首関節ピッチ軸２ａ及び２ｂと、首関節ロール軸３という４自由度を有している。
【００４５】
また、各腕部は、その自由度として、肩（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ）における肩関節ピッチ軸４と、肩関節ロール軸５と、上腕ヨー軸６、肘（Ｅｌｂｏｗ）における肘関節ピッチ軸７と、手首（Ｗｒｉｓｔ）における手首関節ヨー軸８と、手部とで構成される。手部は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体である。
【００４６】
また、体幹部（Ｔｒｕｎｋ）は、体幹ピッチ軸９と、体幹ロール軸１０という２自由度を有する。
【００４７】
また、下肢を構成する各々の脚部は、股関節（Ｈｉｐ）における股関節ヨー軸１１と、股関節ピッチ軸１２と、股関節ロール軸１３と、膝（Ｋｎｅｅ）における膝関節ピッチ軸１４と、足首（Ａｎｋｌｅ）における足首関節ピッチ軸１５と、足首関節ロール軸１６と、足部とで構成される。
【００４８】
但し、ロボット装置１００が上述したすべての自由度を装備しなければならない訳でも、あるいはこれに限定される訳でもない。設計・製作上の制約条件や要求仕様などに応じて、自由度すなわち関節数を適宜増減することができることは言うまでもない。
【００４９】
上述したようなロボット装置１００が持つ各自由度は、実際には回転型アクチュエータを用いて実装され、これらの回転位置制御に基づいて運動制御を行なうようになっている。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に近似させること、２足歩行という不安定構造体に対して姿勢制御を行なうことなどの要請から、これら関節アクチュエータは小型且つ軽量であることが好ましい。
【００５０】
本実施形態では、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・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータを搭載することとした。この種のＡＣサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２０００−２９９９７０号公報に開示されている。各関節アクチュエータには、モータ・トルクを検出するトルク・センサや、回転位置若しくは関節位置を検出する角度・位置センサがそれぞれ配設されているものとする。
【００５１】
また、本実施形態では、アクチュエータ・モータの直結ギアとして低減速ギアを採用することにより、人間との物理的インタラクションを重視するタイプのロボット１００に求められている駆動系自身の受動的特性を得ている。
【００５２】
図４には、ロボット装置１００の制御システム構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置１００は、ヒトの四肢を表現した各機構ユニット３０、４０、４１、５０Ｒ／Ｌ、６０Ｒ／Ｌと、各機構ユニット間の協調動作を実現するための適応制御を行なう制御ユニット８０とで構成される（但し、Ｒ及びＬの各々は、右及び左の各々を示す接尾辞である。以下同様）。
【００５３】
ロボット装置１００全体の動作は、制御ユニット８０によって統括的に制御される。制御ユニット８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリ等の主要回路コンポーネント（図示しない）で構成される主制御部８１と、電源回路やロボット１００の各構成要素とのデータやコマンドの授受を行なうインターフェース（いずれも図示しない）などを含んだ周辺回路８２とで構成される。
【００５４】
ここで言う周辺回路８２は、ロボット装置に搭載される周辺機器類の他、ケーブルや無線を通して接続される外付けの周辺機器、充電ステーション（図示しない）やその他の周辺機器を接続するためのインターフェース・コネクタなどを含むものとする。
【００５５】
本発明を実現する上で、この制御ユニット８０の設置場所は特に限定されない。図４では体幹部ユニット４０に搭載されているが、頭部ユニット３０に搭載してもよい。あるいは、ロボット装置１００外に制御ユニット８０を配備して、ロボット装置１００本体とは有線若しくは無線で交信するようにしてもよい。
【００５６】
図３に示したロボット装置１００内の各関節自由度は、それぞれに対応するアクチュエータによって実現される。すなわち、頭部ユニット３０には、首関節ヨー軸１、首関節ピッチ軸２、首関節ロール軸３の各々を表現する首関節ヨー軸アクチュエータＭ1、首関節ピッチ軸アクチュエータＭ2、首関節ロール軸アクチュエータＭ3が配設されている。
【００５７】
また、体幹部ユニット４０には、体幹ピッチ軸９、体幹ロール軸１０の各々を表現する体幹ピッチ軸アクチュエータＭ9、体幹ロール軸アクチュエータＭ10が配設されている。
【００５８】
また、腕部ユニット５０Ｒ／Ｌは、上腕ユニット５１Ｒ／Ｌと、肘関節ユニット５２Ｒ／Ｌと、前腕ユニット５３Ｒ／Ｌに細分化されるが、肩関節ピッチ軸４、肩関節ロール軸５、上腕ヨー軸６、肘関節ピッチ軸７、手首関節ヨー軸８の各々を表現する肩関節ピッチ軸アクチュエータＭ4、肩関節ロール軸アクチュエータＭ5、上腕ヨー軸アクチュエータＭ6、肘関節ピッチ軸アクチュエータＭ7、手首関節ヨー軸アクチュエータＭ8が配設されている。
【００５９】
また、脚部ユニット６０Ｒ／Ｌは、大腿部ユニット６１Ｒ／Ｌと、膝ユニット６２Ｒ／Ｌと、足首ユニット６３Ｒ／Ｌに細分化されるが、股関節ヨー軸１１、股関節ピッチ軸１２、股関節ロール軸１３、膝関節ピッチ軸１４、足首関節ピッチ軸１５、足首関節ロール軸１６の各々を表現する股関節ヨー軸アクチュエータＡ11、股関節ピッチ軸アクチュエータＭ12、股関節ロール軸アクチュエータＭ13、膝関節ピッチ軸アクチュエータＭ14、足首関節ピッチ軸アクチュエータＭ15、足首関節ロール軸アクチュエータＭ16が配設されている。
【００６０】
各関節に用いられるアクチュエータＭ1、Ｍ2、Ｍ3…は、より好ましくは、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・ユニット内に搭載したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータ（前述）で構成することができる。
【００６１】
頭部ユニット３０、体幹部ユニット４０、腕部ユニット５０、各脚部ユニット６０などの機構ユニット毎に、アクチュエータ駆動制御用の副制御部３５、４５、５５、６５が配設されている。
【００６２】
体幹部４０には、姿勢センサ９５と加速度センサ９６が配設されている。加速度センサ９６は、ＸＹＺの各軸方向に配置する。また、腰部４１に加速度センサ９６を配設することによって、質量操作量が大きな部位である腰部４１を制御対象点として設定して、その位置における姿勢や加速度を直接計測して、ＺＭＰに基づく姿勢安定制御を行なうことができる。姿勢センサ９５と加速度センサ９６は、図３中ではそれぞれ加速度センサＡ１及びジャイロ・センサＧ１として構成されている。
【００６３】
また、各脚部６０Ｒ及び６０Ｌには、接地確認センサ９１及び９２と、加速度センサ９３及び９４がそれぞれ配設されている。接地確認センサ９１及び９２は、例えば足底に圧力センサを装着することにより構成され、床反力の有無により足底が着床したか否かを検出することができる。また、加速度センサ９３及び９４は、少なくともＸ及びＹの各軸方向に配置する。左右の足部に加速度センサ９３及び９４を配設することにより、ＺＭＰ位置に最も近い足部で直接ＺＭＰ方程式を組み立てることができる。図３中では、左右の足首に、足平における加速度を計測するセンサＡ２及びＡ３と、足平の姿勢を計測するジャイロ・センサＧ２及びＧ３がそれぞれ配設されている。また、左右の足底の四隅に、接地並びに床反力を計測する力センサＦ１〜Ｆ４、Ｆ５〜Ｆ８が配設されている。
【００６４】
ここで、質量操作量が大きな部位である腰部４１にのみ加速度センサを配置した場合、腰部４１のみが制御対象点に設定され、足部の状態は、この制御対象点の計算結果を基に相対的に算出しなければならず、足部と路面との間では以下の条件を満たすことが、前提となってしまう。
【００６５】
（１）路面はどんな力やトルクが作用しても動くことがない。
（２）路面での並進に対する摩擦係数は充分に大きく、滑りが生じない。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、路面との接触部位である足部にＺＭＰと力を直接する反力センサ・システム（床反力センサなど）を配備するとともに、制御に用いるローカル座標とその座標を直接的に計測するための加速度センサを配設する。この結果、ＺＭＰ位置に最も近い足部で直接的にＺＭＰ釣合い方程式を組み立てることができる。したがって、より厳密な姿勢安定化制御を高速で実現することができる。この結果、力やトルクが作用すると路面が動いてしまう砂利上や毛足の長い絨毯上や、並進の摩擦係数が充分に確保できずに滑りが生じ易い住居のタイルなどであっても、ロボット装置の安定歩行（運動）を保証することができる。
【００６７】
主制御部８０は、各センサＡ１〜Ａ３、Ｇ１〜Ｇ３、Ｆ１〜Ｆ８の出力に応答して制御目標をダイナミックに補正することができる。より具体的には、副制御部３５、４５、５５、６５の各々に対して適応的な制御を行ない、ロボット装置１００の上肢、体幹、及び下肢が協調して駆動する全身運動パターンを実現する。
【００６８】
ロボット装置１００の全身運動は、足部運動、ＺＭＰ軌道、体幹運動、上肢運動、腰部高さなどを設定するとともに、これらの設定内容に従った動作を指示するコマンドを各副制御部３５、４５、５５、６５に転送する。そして、各々の副制御部３５、４５…では、主制御部８１からの受信コマンドを解釈して、各アクチュエータＭ1、Ｍ2、Ｍ3…に対して駆動制御信号を出力する。ここで言う「ＺＭＰ」とは、歩行中の床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点のことであり、また、「ＺＭＰ軌道」とは、例えばロボット１００の歩行動作期間中にＺＭＰが動く軌跡を意味する。
【００６９】
脚式移動ロボットは、ＺＭＰを歩行の安定度判別の規範として用いることができる。ＺＭＰによる安定度判別規範は、系が適切なＺＭＰ空間を形成し、支持多角形の内側にＺＭＰがある場合は、系に回転運動や並進運動が発生せず、回転や並進に関する運動方程式を解く必要がない。これに対し、支持多角形の内側にＺＭＰがない場合や、外界に対する支持作用点が存在しない場合は、ＺＭＰ方程式に代えて、運動方程式を解く必要がある。例えば、ジャンプしたときや高台から飛び降りたときなど離床時には支持多角形が存在しないので、ＺＭＰ方程式に代えて運動方程式を解くようにすればよい。
【００７０】
ＺＭＰ方程式は、目標ＺＭＰ上での各モーメントの釣合い関係を記述したものである。ロボット装置を多数の質点ｍiで表わし、これらを制御対象点とした場合、すべての制御対象点ｍiにおいて発生する目標ＺＭＰ上でのモーメントの総和がゼロとなる各制御点の軌道を求める式がＺＭＰ釣合い方程式である。
【００７１】
世界座標系（Ｏ−ＸＹＺ）で記述されたＺＭＰ釣合い方程式、並びにロボット装置のローカル座標系（Ｏ−Ｘ’Ｙ’Ｚ’）で記述されたＺＭＰ釣合い方程式はそれぞれ以下の通りとなる。
【００７２】
【数１】
2005335033.tif 000003
【００７３】
【数２】
2005335033.tif 000004
【００７４】
上記の各式は、各質点（又は制御対象点）ｍiにおいて印加された加速度成分により生成されるＺＭＰ回り（半径ｒi−Ｐzmp）のモーメントの総和と、印加されたｊ番目の外力モーメントＭjの総和と、外力Ｆkにより生成されるＺＭＰ回り（ｋ番目の外力Ｆkの作用点をＳkとする）のモーメントの総和が釣り合うということを記述している。
【００７５】
このＺＭＰ釣合い方程式は、目標ＺＭＰにおける床反力モーメント（モーメント・エラー成分）Ｔを含んでいる。このモーメント・エラーをゼロ又は所定の許容範囲内に抑えることによって、ロボット装置の姿勢安定性が維持される。言い換えれば、モーメント・エラーをゼロ又は許容値以下となるように運動（足部運動や上半身の各部位の軌道など）を修正することが、ＺＭＰを安定度判別規範とした姿勢安定化制御の本質である。
【００７６】
上述したように、路面との接触部位である足部足底に加速度センサを設けている場合には、世界座標系に対する実ロボットのローカル座標系を設定し、その原点としての足部足底を求め、ＺＭＰ釣合い方程式を直接的に導き出すことができる。さらに、腰部４１を始めとして質量操作量が大きな制御目標点にも加速度センサを配置することで、これら制御対象点毎のＺＭＰ回りのモーメント量を、加速度センサ出力値を用いて直接的に導き出すことができる。
【００７７】
ここで、制御対象としての実ロボットは移動体装置であることから、各制御目標点における世界座標上の位置ベクトルを求めることは難しい。その代案として、ローカル座標上における制御対象点の位置ベクトルは、逆キネマティクス演算など比較的容易な計算方法により求まる。そこで、ロボット装置のローカル座標系（Ｏ−Ｘ’Ｙ’Ｚ’）で記述された後者のＺＭＰ釣合い方程式を用いて実際の姿勢安定化処理を行なうようにすればよい。（ＺＭＰ軌道を正確に世界座標系で計測することがロボットに搭載された状態検出器では困難であることから、一般には、世界座標系に固定された外部計測器が必要となり、ロボット単体での行動（歩行など）が不可能となる。これに対し、接地部に荷重センサＦ１〜Ｆ８を配置してＺＭＰ軌道を計測することにより、ローカル座標でＺＭＰ軌道を正確且つ直接的に得ることができる。且つ、ローカル座標原点付近に加速度センサを配置することにより、高速運動において支配的となる情報を直接的に計測することができる。このような理由により、本実施形態では、ローカル座標系でのＺＭＰ釣合い方程式を用いている。）
【００７８】
なお、本実施形態に係るロボット装置１００は、腰部位置に重心が設定されており、姿勢安定制御の重要な制御対象点であるとともに、装置の「基体」を構成する。
【００７９】
Ｂ．ロボット装置の基本姿勢の設定、基本姿勢の調整
ロボット装置の制御モデルは、十分な剛性すなわち能動特性を持つことが好ましい。すなわち、ロボット装置の駆動部には、バックラッシュなどの受動特性がないことがその運動制御においては望ましいと考えられている。特に、スムースな動的運動（動的歩行）の実現には、制御対象となるロボット装置の駆動部に受動特性がないことが必須条件であると考えられている。
【００８０】
ところが、実際の機械モデルは、モータの減速機におけるバックラッシュや、フレームの変形などに起因する受動特性を持つ。
【００８１】
また、制御に用いるモデルが実際のロボットの特性に近いほど、厳密な制御が可能になるが、制御に用いるモデルが複雑になるほど、計算量が指数関数的に増加してしまう。
【００８２】
干渉・非線形演算を苦手とする現在のデジタル計算機技術を考慮すると、高い実時間制御性が望まれるロボット・システムには、制御に用いるモデルは非干渉で線形性が高い簡単なモデル（すなわち、どんな力が印加されても変形しない剛体モデル）が実用的である。
【００８３】
対象とするロボットの剛性が高く、振動減衰性が高いほど、より高い周波数領域まで能動的な制御が可能となるが、それには、制御周期をより高くする必要があり、ある周期（例えば４ミリ秒程度）から汎用部品が使用できなくなるため、急激にコストが上昇してくる。そこで、制御周期は４ミリ秒程度にとどめる方が、コストが抑えられる。厳密には、未知となる歩行路面に対して、開閉リンクの高速切り替え動作や、衝突動作を伴う脚式移動ロボットの制御には、０．１ミリ秒以上の制御周期が望まれる。
【００８４】
以上の考察から、本実施形態に係るロボット・システムでは、能動・受動制御システムを採用している。具体的には、
【００８５】
（１）制御に用いるモデルには剛体モデル、質点系モデルを用い、より安価な計算機システムでの実時間性を確保する。
（２）制御システム全体のコストの関係から、能動的な制御周期を４ミリ秒程度にとどめる。
（３）４ミリ秒以上の制御周期が望まれる帯域に関しては、ＺＭＰ挙動空間配置による受動的制御（例えば、本出願人に既に譲渡されている特開２００３−１５７６９６号公報を参照のこと）を行なう。
【００８６】
しかしながら、このままでは受動制御と能動制御の支配率が大きく切り替わる姿勢において、制御に用いているモデルと実際のロボットの状態に大きな誤差が不連続に生じ易く、それによりロボットの動作が不安定となり易い。そこで，そのような姿勢（本明細書では、「基本姿勢」と呼ぶ）において、用いている制御モデルとの整合を、以下で説明する原点設定方法により厳密にとる。これによって、非現実的な制御周期を必要とせずに、安定な制御を低コストで実現することができる。
【００８７】
本実施形態では、ロボット装置の制御モデル上の基本姿勢の関節位置を機械モデル上で再現し、機械モデル上で現れる受動特性成分を除去した基本姿勢を設定するようにした。この結果、例えば、関節部駆動用のアクチュエータ・モータにガタを生じたり、減速機にバックラッシュがあったりするなど、可動関節が受動特性を持つ場合であっても、原点位置となる基本姿勢、若しくは基本姿勢における原点位置を好適に設定することができる。勿論、可動関節部の受動特性が経時的に変化するような場合に適用することも可能であり、脚式ロボット装置において接地情報を用いた原点自動調整を行なうこともできる。ここで言う原点位置は、例えば，アクチュエータ・モータに取り付けられている光学原点センサの原点位置に相当する。また、基本姿勢は、原点調査時の基本姿勢に相当する。
【００８８】
本実施形態に係るロボット装置が複数の関節自由度を備えていることは、図３を参照しながら既に説明した通りである。各可動関節は基準位置を持つ。本明細書では、関節の基準位置を原点と呼び、基準位置を決定する一連の作業を「原点調査」と呼ぶことにする。原点調査とは、部位毎に以下のように大別することができる。ここで言う関節の基準位置は、間接のホームポジジョン（事実上０度）に相当する。
【００８９】
（１）体幹部、脚部、腕部の原点調査
（２）頭部の原点調査
（３）手首の原点調査
【００９０】
以下では、（１）体幹部、脚部、腕部の原点調査を中心に説明する。
【００９１】
Ｂ−１．原点調査の思想
原点調査とは、各関節の基準位置を決定することであるが、以下に示す２通りの決定方法に大別される。
【００９２】
（１）関節毎に絶対的な角度を決める方法
（２）根元と末端を固定し、相対的に角度を決める方法
【００９３】
図５には、関節毎に絶対的な角度を決める方法の例を図解している。この場合、関節で接合されるリンクが持つ関節位置（θ１、θ３）や、同じ関節で接合される２つのリンクがなす角度θ２によって基準位置を表す。
【００９４】
この方法によれば、それぞれの関節の角度を正確に決めることはできるが、実際のロボット装置にはさまざまな誤差があり、リンクの長さが異なる可能性もある。この場合、２つのロボット装置で同じ角度を取らせても違う位置にリンクの末端がきてしまうことになる。すなわち、ロボット装置同士で対応する各関節の角度は同じであるが、リンクの長さの相違により末端は違う位置になる（図６を参照のこと）。
【００９５】
また、図７には、根元と末端を固定し、相対的に角度を決める方法の例を図解している。この方法は、ロボットがある姿勢を取ったとき、その末端を理論的に来るべき場所に強制的に固定し、そのときの巻設の角度を理論的な角度とみなす方法である。したがって、リンクの長さが理論値と異なる場合には、得られる基準は真の角度とは相違する（図８を参照のこと）。しかし、どのロボット装置においても、同じ姿勢をとったときには末端がすべて同じ位置に来る、という利点がる。すなわち、ロボット装置同士で対応する各関節の真の角度は相違するが、末端は同じ位置になる。
【００９６】
本実施形態では、動作の起点となる基本姿勢を最重要視するという観点から、後者の原点調査方法を採用する。ちなみに、体幹部や脚部の基本姿勢は歩行動作の基点となる姿勢とし、腕部はカメラ・キャリブレーションの姿勢とする。
【００９７】
Ｂ−２．原点調査の原理
図７に示したように、左右の末端の関節と、これら末端関節に接合するリンクと、これらリンクの他方の端部を接合する中央の関節からなるリンク機構を例にとる。そして、それぞれの末端に対してリンクがなす角をθ１及びθ３とし、中央の関節を介してリンク同士のなす角をθ２とおく。この場合、３つの関節のうち、両端の関節を固定することで、３辺が等しいという３角形の合同条件に基づき、自動的にθ１〜θ３が決まる。
【００９８】
この原理を応用し、例えば、ロボット装置の脚部の原点調査を行なうことができる。図３にも示したように、脚部は、股関節（ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸）と、大腿部リンクと、膝関節（ピッチ軸）と、脛部フレームと、足首関節（ピッチ軸、ロール軸）からなり、図７に示したものと同じリンク機構となる。ここで、図９に示すように、足部の足平を床面上のフット・パネルで固定するとともに、股関節をベース・フレームで支持し、さらにベース・フレームとフット・パネルを相対的に位置決めすることで、リンク機構の根元と末端を固定することになり、相対的に角度θ１〜θ３が決定される。
【００９９】
但し、図９の変形例として、ベース・フレームを利用する代わりに、フット・パネルに足平を載せた状態で、床面から股関節までの高さを測距する距離センサを利用し、この距離が一定に保つように姿勢制御することで、ベース・フレームを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
図２１にはその一例を示している。図示の例では、腰部４１に２つの測距センサを搭載し、それぞれにおいて床面までの距離を計測し、腰部４１の高さと腰部４１の姿勢を算出する。そして、これらの値が一定となるようにすることで脚部の姿勢を固定することができる。
【０１０１】
また、図２２に示す例では、腰部４１の２箇所に測距センサと測角センサをそれぞれ搭載している。一方の測距センサ及び測角センサは、床面までの距離及び傾斜を計測する。また、他方の測距センサ及び測角センサは、腕部など他の部位に取り付けられたターゲットに対する距離及び傾斜を計測する。そして、これらの計測結果並びに逆キネマティクス演算に基づいて、腰部４１の高さと腰部４１の姿勢を算出し、これらの値が一定となるようにすることで脚部の姿勢を固定することができる。
【０１０２】
図１０には、ロボット装置を構成する各リンク機構の根元と末端を固定して相対的に角度を決定するために使用される、ロボット装置の固定装置の構成例を示している。
【０１０３】
図示の固定装置は、リンク機構の根元と末端の固定により相対的に関節角度を決定するという原理に基づいて、体幹部、脚部、及び腕部の原点調査を行なえるように構成されている。
【０１０４】
台座上には、足部足平を固定するフット・パネルと、股関節部において台座若しくはフット・パネルとの相対位置を規制するベース・フレームが配設され、股関節（ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸）と、大腿部リンクと、膝関節（ピッチ軸）と、脛部フレームと、足首関節（ピッチ軸、ロール軸）からなるリンク機構の根元に相当する股関節と末端に相当する足首関節の固定を実現することができ、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１０５】
また、ショルダー・フレームとリスト・フレームは、台座上に配設された、平行な移動方向を持つ２本のガイド・レールに案内され、前後方向に進行又は後退することができる。したがって、股関節をベース・フレームに固定し、さらにショルダー・フレームをロボット装置側に前進させて肩部を固定することにより、肩関節と、体幹関節と、股関節で構成される体幹部リンク機構において、その根元に相当する股関節と末端に相当する肩関節の固定を実現することができ、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１０６】
また、ロボット装置の腕部は、肩関節と、上腕リンクと、肘関節と、前腕リンクと手首、並びに手の甲で構成されるリンク機構であるが、ショルダー・フレームに型部を固定子，リスト・フレームに手首を固定することで、リンク機構の根元に相当する肩関節と末端に相当する手首関節の固定を実現することができ、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１０７】
ここで、可動関節の駆動を実現するためにアクチュエータ・モータが利用されるが、より高出力トルクを得るために、モータの出力端に減速機を設けるのが一般的である。減速機には、例えば遊星歯車機構が適用される。遊星歯車機構は、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車で構成される歯車構造であり、この他に、遊星歯車の軸中心をつなぐ遊星キャリアを備えている。遊星歯車機構を用いた減速機によれば、駆動軸と同軸上で減速をすることが可能なため、複段数の連結により強力な減速比を得ることができる。
【０１０８】
いずれの減速機構造にせよ、モータ側の歯車と出力側の歯車でモデル化され、これらの噛合関係によりトルクが伝達される（図１１を参照のこと）。当業者には周知のように、トルクを伝達する歯車間にはバックラッシュと呼ばれるガタがあり、これが実ロボットにおける受動特性の一因となる。
【０１０９】
バックラッシュのような受動特性がある状態で、上述したような関節角度を決めても、固定したときの状態により受動特成分のばらつきが発生するため、原点位置が定まらない、という問題がある。
【０１１０】
そこで、本実施形態では、図１２に示すように、原点調査時において、モータ側の歯車に所定方向のトルクを印加して歯を寄せる（すなわち、出力側の歯車の対向面に当接させる）ことで、受動特性によるバラツキが極めて小さい安定した位置決めを行なうようにしている。
【０１１１】
実際の原点調査では、基本姿勢時に各関節に発生するトルクの方向と大きさをを考慮し、回転軸に対し歯車をどちらの方向にどれくらいのトルクを適用すべきかを設定するようにしている。また、股関節のヨー軸のように、中立性が求められる関節では、正負それぞれの方向に歯車を寄せてみて、その中点を基準として採用する。原点の調査方法の詳細については後述に譲る。
【０１１２】
Ｂ−３．原点復帰
各部位における関節角度は、関節アクチュエータに位置センサを設置して検出される。絶対座標系ではなく相対座標系を採用するアクチュエータの方がより高精度を実現することができるとされている。ここで、相対位置センサを用いた場合、起動時に関節の初期化すなわちセンサの原点探索を行なう必要がある。本明細書では、原点の探索を（狭義の）「原点復帰」と呼ぶことにする。
【０１１３】
また、各関節の基準位置（関節の０度）は、例えば基本姿勢により定義されるが、これが関節アクチュエータにおいて定義される上記の原点から何度離れているか（以下では、これを「原点データ」と呼ぶ）も必要である。実際のロボット装置の姿勢制御においては、原点データを基にアクチュエータ・モータを回転させ、各関節の基準位置へ移動させる。本明細書では、これら一連の動作を（広義の）「原点復帰」と呼ぶことにする。
【０１１４】
図１３には、関節アクチュエータの原点復帰の手順を図解している。
【０１１５】
起動時においては、相対位置センサを使用するため、関節アクチュエータの現在角が判らない。そこで、まずアクチュエータ・モータを回転駆動し、まず、アクチュエータ・モータ自身の基準となる原点位置を探索する。すなわち、狭義の原点復帰を実行する。
【０１１６】
続いて、原点データ、すなわち関節の基準位置とアクチュエータ・モータ自身の原点位置との変位θに基づいて、関節を基準位置まで回転させる。すなわち、広義の原点復帰を実行する。
【０１１７】
以下では、１つの関節アクチュエータについての原点調査の手順について、２つのリンクが関節アクチュエータで回動可能に接合されている単純なモデルを用い、図１４〜図１８を参照しながら説明する。
【０１１８】
アクチュエータ・モータの駆動装置に原点調査用の原点復帰コマンドが入力されると、まず、原点調査対象となる関節の原点データが消去される。続いて、アクチュエータが回転し、アクチュエータの原点センサを探索する（図１４を参照のこと）。これは、狭義の原点復帰に相当する。
【０１１９】
そして、原点センサが発見された後に、両リンクの他端を固定する原点調査用の固定装置を利用して、ロボット装置の基本姿勢に合わせて固定する（図１５を参照のこと）。このときの関節角度はロボット装置の基本姿勢に相当し、固定装置により当該関節が基本姿勢に維持されたことになる。
【０１２０】
この間、アクチュエータが原点センサによる原点位置から基本姿勢に移行するのに回転した角度αを記憶しておく。
【０１２１】
原点調査用の固定装置に固定した後、原点調査コマンドを実行すると、対象関節となるアクチュエータ・モータは順番に所定のトルクと方向で回転し、バックラッシを詰める。このときに加えたトルクにより、さらにどれだけ回転したかを記憶し（β）、αとβを足した角度が原点センサによる原点位置から基本姿勢までの理想の角度（ψ）となる。あとは、ロボットでの関節の基準位置と基本姿勢の理論的な角度を用いて、原点センサによる原点位置から関節の基準位置までの角度（θ）を求める。
【０１２２】
θ−ψ  ＝  γ−ε  より
θ  ＝  ψ＋（γ−ε）
【０１２３】
但し、θは原点センサによる原点位置から関節の基準位置までの角度、ψは原点センサによる原点位置から基本姿勢までの角度、γはロボットでの関節の基準位置の理論的角度、εはロボットでの基本姿勢の理論的角度である。
【０１２４】
続いて、歯車のバックラッシュ量やガタなどに起因する関節の受動特性の調査を行なう。図１２に示したように、モータ側の歯車に所定方向のトルクを印加して歯を寄せる（すなわち、出力側の歯車の対向面に当接させる）ことで、受動特性によるバラツキの極めて小さい安定した位置決めを行なう。
【０１２５】
この際、基本姿勢時に各関節に発生するトルクの方向と大きさを考慮し、回転軸に対し歯車をどちらの方向にどれくらいのトルクを適用すべきかを設定する。また、バックラッシュをつめる際に、定められた方向だけでなく、逆方向にもトルクを印加する。
【０１２６】
この逆方向に加えたトルクにより回転した角度δを、その関節のガタ量若しくは受動特性値と定義し、関節の受動特性データとして記録する（図１７を参照のこと）。
【０１２７】
なお、股関節のヨー軸のように、中立性が求められる関節では、正負それぞれの方向に歯車を寄せてみて、その中点を基準として採用する。
【０１２８】
このような一連の手順に従って、関節の基準位置が決定され、原点データ並びに受動特性データが作成され、原点調査が完了する。そして、得られた原点データと受動特性データは、同じファイルに関連付けて記録され、あるいはそれぞれ別のファイルとして対応付けて記録される。
【０１２９】
図１８には、原点復帰の動作手順をまとめている。
【０１３０】
相対座標系を採用するため、起動時には、アクチュエータの現在角度は判らない。
【０１３１】
ここで、狭義の原点復帰を行なう。すなわち、アクチュエータが回転し、当該アクチュエータの原点センサの探索を開始する。
【０１３２】
そして、関節の基準位置はアクチュエータの原点からθ度だけ回転したところ、という原点データに基づいて、関節を基準位置まで回転させる。
【０１３３】
Ｂ−４．ロボット装置全体の原点調査
通常の原点調査は、上述したような関節アクチュエータ毎の原点調査処理を基本としながら、ロボット装置全体すなわち全身の関節アクチュエータに対し、同時並行して行なわれる。
【０１３４】
既に述べたように、図１０に示した固定装置は、リンク機構の根元と末端の固定により相対的に関節角度を決定するという原理に基づいて、ロボット装置を構成する各リンク機構の根元と末端を固定して相対的に角度を決定するものであり、体幹部、脚部、及び腕部の原点調査に利用することができる。
【０１３５】
すなわち、台座上には、足部足平を固定するフット・パネルと、股関節部において台座若しくはフット・パネルとの相対位置を規制するベース・フレームが配設され、股関節と、大腿部リンクと、膝関節と、脛部フレームと、足首関節からなるリンク機構の根元に相当する股関節と末端に相当する足首関節を固定し、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１３６】
また、ショルダー・フレームとリスト・フレームは、台座上に配設された、平行な移動方向を持つ２本のガイド・レールに案内され、前後方向に進行又は後退することができる。したがって、股関節をベース・フレームに固定し、さらにショルダー・フレームをロボット装置側に前進させて肩部を固定することにより、肩関節と、体幹関節と、股関節で構成される体幹部リンク機構において、その根元に相当する股関節と末端に相当する肩関節の固定を実現することができ、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１３７】
また、ショルダー・フレームに肩部を固定し、リスト・フレームに手首を固定することで、肩関節と、上腕りんくと、肘関節と、前腕リンクと手首、並びに手の甲で構成されるリンク機構の根元に相当する肩関節と末端に相当する手首関節の固定を実現することができ、当該部位における原点調査が可能となる。
【０１３８】
図１９には、図１０に示した固定装置を利用してロボット装置の原点調査処理を行なうための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１３９】
まず、原点調査の対象となる基本姿勢を選択し（ステップＳ１）、当該基本姿勢における各関節アクチュエータの発生トルクの計測を行なう（ステップＳ２）。これによって、基本姿勢におけるアクチュエータのトルク情報を取得することができる。
【０１４０】
続いて、ロボット装置を例えば図１０に示すような固定装置により取り付け、腰部、足部、腕部、頭部をそれぞれ理想基本姿勢となるように、機械的に固定する（ステップＳ３）。
【０１４１】
ここで、ロボット装置を１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクで構成されるとみなした場合、ステップＳ３は、制御対象点設定リンクとローカル座標原点設置リンクを固定装置により固定することに相当する（ステップＳ８）。
【０１４２】
そして、ステップＳ２により計測された、基本姿勢における各関節アクチュエータのトルク情報を用いて、各関節アクチュエータにトルクを発生させる（ステップＳ４）。
【０１４３】
次いで、関節アクチュエータを現在角度から理想関節角度に設定する（ステップＳ５）。すなわち、バックラッシュなどの関節の受動特性に起因する成分を、トルクの印加によりキャンセルする。
【０１４４】
ここで、ステップＳ２において得られたトルク情報がゼロ近傍であった場合には、発生トルクを±各方向に振り、それぞれにおける関節角度の中天を理想関節角度に設定する。例えば、股関節のヨー軸のように、中立性が求められる関節では、正負それぞれの方向に歯車を寄せてみて、その中点を基準として採用する。
【０１４５】
そして、ロボット装置を固定装置から解除し、基本姿勢における腰部、足部、頭部、腕部それぞれの姿勢を計測する（ステップＳ６）。
【０１４６】
ロボット装置を１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクで構成されるとみなした場合、ステップＳ６は、基本姿勢における制御対象点設定リンクとローカル座標原点設置リンクの姿勢を計測することに相当する（ステップＳ９）。
【０１４７】
そして、ステップＳ３において得られた制御モデル上の理想基本姿勢と、ステップＳ６により得られた機械モデル上の基本姿勢との偏差を比較し、許容値以下であれば、これを基本姿勢に設定し、本処理ルーチン全体を終了する。
【０１４８】
他方、制御モデルと機械モデルとの偏差が許容値を超える場合には、ステップＳ２に戻り、偏差が許容値以下に収まるまで、上述と同様の処理を繰り返し実行する。
【０１４９】
また、既に説明したように、ベース・フレームなどの固定装置を利用する代わりに、床面から股関節までの高さを測距する距離センサやその他の計測装置を利用し、距離などの計測値が一定に保つように姿勢制御することで、固定装置を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
図２０には、距離センサなどの計測機構を用いて制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように各関節アクチュエータを駆動制御することを利用して、ロボット装置の原点調査処理を行なうための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１５１】
まず、ロボット装置に搭載されている接地確認センサや傾斜センサ、ジャイロ・センサ、加速度センサなどを用いて環境を認識する（ステップＳ１１）。
【０１５２】
そして、認識された現在の物理的な外部環境が、以降行なわれる原点調査処理に適しているかどうかを判別する（ステップＳ１２）。例えば、ロボット装置が現在不整地に立たされているなど、相応しくない環境下にある場合には、場所を移動するなど環境を変更し（ステップＳ１３）、再度環境認識を行なう。
【０１５３】
そして、適当な物理環境下において、原点調査の対象となる基本姿勢を選択する（ステップＳ１４）。
【０１５４】
続いて、床面から股関節までの高さを測距する距離センサやその他の計測装置を利用し、距離などの計測値が一定に保つように姿勢制御することで、ロボット装置の腰部、足部、腕部、頭部をそれぞれ理想基本姿勢となるように固定する（ステップＳ１５）。
【０１５５】
ここで、ロボット装置を１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクで構成されるとみなした場合、ステップＳ１５は、制御対象点設定リンクとローカル座標原点設置リンクを姿勢制御により固定することに相当する（ステップＳ１６）。
【０１５６】
次いで、関節アクチュエータを現在角度から理想関節角度に設定する（ステップＳ１７）。すなわち、バックラッシュなどの関節の受動特性に起因する成分を、トルクの印加によりキャンセルする。
【０１５７】
そして、計測値が一定に保つようにする姿勢制御による固定を解除し、基本姿勢における腰部、足部、頭部、腕部それぞれの姿勢を計測する（ステップＳ１８）。
【０１５８】
ロボット装置を１以上の制御対象点と、制御対象点を設定する制御対象点設定リンクと、ローカル座標原点と、ローカル座標原点を設置するローカル座標原点設置リンクで構成されるとみなした場合、ステップＳ１８は、基本姿勢における制御対象点設定リンクとローカル座標原点設置リンクの姿勢を計測することに相当する（ステップＳ１９）。
【０１５９】
そして、ステップＳ１７において得られた制御モデル上の理想基本姿勢と、ステップＳ１８により得られた機械モデル上の基本姿勢との偏差を比較し、許容値以下であれば、これを基本姿勢に設定し、本処理ルーチン全体を終了する。
【０１６０】
他方、制御モデルと機械モデルとの偏差が許容値を超える場合には、ステップＳ１５に戻り、偏差が許容値以下に収まるまで、上述と同様の処理を繰り返し実行する。あるいは、ステップＳ１４に戻り、基本姿勢を選び直す。
【０１６１】
なお、ロボット装置の原点調査は、ロボット装置全体すなわち全身のすべての関節アクチュエータを対象とする必要は必ずしもない。例えば、デモンストレーションやメンテナンスの作業の簡易化のため、脚部のみ、腕部のみなど、部位を限定して原点調査処理を行なうようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１６３】
本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。
【０１６４】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】図１は、本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」のロボット装置１００が直立している様子を前方から眺望した様子を示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」のロボット装置１００が直立している様子を後方から眺望した様子を示した図である。
【図３】図３は、ロボット装置１００が具備する関節自由度構成を模式的に示した図である。
【図４】図４は、ロボット装置１００の制御システム構成を模式的に示した図である。
【図５】図５は、関節の基準位置を決定する方法を説明するための図である。
【図６】図６は、関節の基準位置を決定する方法を説明するための図である。
【図７】図７は、関節の基準位置を決定する方法を説明するための図である。
【図８】図８は、関節の基準位置を決定する方法を説明するための図である。
【図９】図９は、ロボット装置を構成するリンク機構の根元と末端を固定して相対的に角度を決定する方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、ロボット装置を構成する各リンク機構の根元と末端を固定して相対的に角度を決定するために使用される、ロボット装置の固定装置を示した図である。
【図１１】図１１は、関節駆動用のアクチュエータ・モータの減速機構のモデルを示した図である。
【図１２】図１２は、減速機の受動特性のある状態で原点調査を行なう方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、関節アクチュエータの原点復帰の手順を説明するための図である。
【図１４】図１４は、１つの関節アクチュエータについての原点調査の手順を説明するための図である。
【図１５】図１５は、１つの関節アクチュエータについての原点調査の手順を説明するための図である。
【図１６】図１７は、１つの関節アクチュエータについての原点調査の手順を説明するための図である。
【図１７】図１７は、１つの関節アクチュエータについての原点調査の手順を説明するための図である。
【図１８】図１８は、１つの関節アクチュエータについての原点復帰の手順を説明するための図である。
【図１９】図１９は、図１０に示した固定装置を利用してロボット装置の原点調査処理を行なうための処理手順を示したフローチャートである。
【図２０】図２０は、距離センサなどの計測機構を用いて制御モデル上の理想的な基本姿勢に固定するように各関節アクチュエータを駆動制御することを利用して、ロボット装置の原点調査処理を行なうための処理手順を示したフローチャートである。
【図２１】図２１は、測距センサを用いて原点調査を行なう仕組みを説明するための図である。
【図２２】図２２は、測距センサ及び測角センサを用いて原点調査を行なう仕組みを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１…首関節ヨー軸
２Ａ…第１の首関節ピッチ軸
２Ｂ…第２の首関節（頭）ピッチ軸
３…首関節ロール軸
４…肩関節ピッチ軸
５…肩関節ロール軸
６…上腕ヨー軸
７…肘関節ピッチ軸
８…手首関節ヨー軸
９…体幹ピッチ軸
１０…体幹ロール軸
１１…股関節ヨー軸
１２…股関節ピッチ軸
１３…股関節ロール軸
１４…膝関節ピッチ軸
１５…足首関節ピッチ軸
１６…足首関節ロール軸
３０…頭部ユニット，４０…体幹部ユニット，４１…腰部ユニット
５０…腕部ユニット，５１…上腕ユニット
５２…肘関節ユニット，５３…前腕ユニット
６０…脚部ユニット，６１…大腿部ユニット
６２…膝関節ユニット，６３…足首ユニット
８０…制御ユニット，８１…主制御部
８２…周辺回路
９１，９２…接地確認センサ
９３，９４…加速度センサ
９５…姿勢センサ
９６…加速度センサ
１００…脚式移動ロボット
【図１】
2005335033.tif 000005
【図２】
2005335033.tif 000006
【図３】
2005335033.tif 000007
【図４】
2005335033.tif 000008
【図５】
2005335033.tif 000009
【図６】
2005335033.tif 000010
【図７】
2005335033.tif 000011
【図８】
2005335033.tif 000012
【図９】
2005335033.tif 000013
【図１０】
2005335033.tif 000014
【図１１】
2005335033.tif 000015
【図１２】
2005335033.tif 000016
【図１３】
2005335033.tif 000017
【図１４】
2005335033.tif 000018
【図１５】
2005335033.tif 000019
【図１６】
2005335033.tif 000020
【図１７】
2005335033.tif 000021
【図１８】
2005335033.tif 000022
【図１９】
2005335033.tif 000023
【図２０】
2005335033.tif 000024
【図２１】
2005335033.tif 000025
【図２２】
2005335033.tif 000026