(57)【要約】  パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせることができる歩行パターン作成装置を提供することを目的とする。  足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系原点の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系原点の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することを特徴とする歩行パターン作成装置。
【請求項２】
前記足部の軌道と前記腰部の初期軌道を設定する軌道設定手段と、前記設定した足部の軌道と前記腰部の初期軌道とに基づいて前記目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定手段と、前記脚部の運動および前記腰部の運動による前記目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、前記算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて前記腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出手段と、前記設定した足部の軌道と前記腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて前記目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出手段と、前記算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出手段と、前記歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の歩行パターン作成装置。
【請求項３】
前記ＺＭＰ回りモーメント算出手段において算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと前記算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換手段と、前記算出したフーリエ係数に基づいて前記モーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定手段とを備え、前記モーメント補償軌道算出手段は、前記決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により前記腰部のモーメント補償軌道を算出することを特徴とする請求項２に記載の歩行パターン作成装置。
【請求項４】
前記目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段は、前記脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、前記腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段とを有することを特徴とする請求項２または３に記載の歩行パターン作成装置。
【請求項５】
前記足部位置姿勢算出手段は、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出手段と、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出手段と、前記回転行列算出手段で算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出手段とを有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置。
【請求項６】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、
前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことを特徴とする２足歩行ロボット装置。
【請求項７】
前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、前記歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有することを特徴とする請求項６に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項８】
前記モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有することを特徴とする請求項７に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項９】
前記基本制御手段は、前記足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を前記歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、前記歩行パターン出力手段から出力される前記足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算して前記シリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することを特徴とする請求項８に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１０】
前記着地制御手段は、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段と、前記歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することを特徴とする請求項８または９に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１１】
前記ｚ方向着地軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を前記制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、前記理論コンプライアンス移動量と前記非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、前記モード選択手段で選択した制御モードと前記着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することを特徴とする請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１２】
前記ロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、前記コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することを特徴とする請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１３】
前記モータ制御手段は、前記着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段を備え、
前記推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１４】
前記姿勢角補償量算出手段は、所定の周期で前記ＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、前記ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、前記足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、前記操作期間の開始時点における前記ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することを特徴とする請求項１３に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項１５】
足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法であって、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することを特徴とする歩行パターン作成方法。
【請求項１６】
前記足部の軌道と前記腰部の初期軌道を設定する軌道設定ステップと、前記設定した足部の軌道と前記腰部の初期軌道とに基づいて前記目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定ステップと、前記脚部の運動および前記腰部の運動による前記目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、前記算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて前記腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出ステップと、前記設定した足部の軌道と前記腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて前記目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出ステップと、前記算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出ステップし、前記歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定ステップとを有することを特徴とする請求項１５に記載の歩行パターン作成方法。
【請求項１７】
前記ＺＭＰ回りモーメント算出ステップにおいて算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと前記算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換ステップと、前記算出したフーリエ係数に基づいて前記モーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定ステップとを備え、前記モーメント補償軌道算出ステップにおいては、前記決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により前記腰部のモーメント補償軌道を算出することを特徴とする請求項１６に記載の歩行パターン作成方法。
【請求項１８】
前記目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップは、前記脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、前記腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出ステップとを有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の歩行パターン作成方法。
【請求項１９】
前記足部位置姿勢算出ステップは、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出ステップと、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出ステップと、前記回転行列算出ステップで算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出ステップとを有することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法。
【請求項２０】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御用コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことを特徴とする２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２１】
前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有することを特徴とする請求項２０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２２】
前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有することを特徴とする請求項２１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２３】
前記基本制御ステップは、前記足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される前記足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算して前記シリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することを特徴とする請求項２２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２４】
前記着地制御ステップは、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて前記歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有することを特徴とする請求項２２または２３に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２５】
前記ｚ方向着地軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を前記制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、前記理論コンプライアンス移動量と前記非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、前記モード選択ステップで選択した制御モードと前記着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することを特徴とする請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２６】
前記ロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップは、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出ステップと、前記コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することを特徴とする請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２７】
前記モータ制御ステップは、前記着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップを備え、
前記推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有することを特徴とする請求項２２乃至２６のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２８】
前記姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期で前記ＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、前記ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、前記足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、前記操作期間の開始時点における前記ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することを特徴とする請求項２７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項２９】
コンピュータに請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項３１】
コンピュータに請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンク機構を有する２足歩行ロボット装置に２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する装置、その歩行パターンに基づいて２足歩行を行う２足歩行ロボット装置、２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する方法、および２足歩行を行う２足歩行ロボット装置の制御方法、ならびに、その歩行パターン作成方法とその２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるためのプログラムおよび記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パラレルリンク機構を有するロボット装置としては、例えば（特許文献１）に記載されたものがあり、この文献においては、ユニットリンクを３本用いたパラレルリンク駆動機構について記載され、またハンドリングを実現できることが記載されている。しかし、上記文献においては歩行については何ら記載されておらず、従って、パラレルリンク機構を有する２足歩行ロボット装置についても、また、このロボット装置の安定した歩行についても何ら記載されていない。
また、不整路面における２足歩行の安定化の方法は、その観測量にＺＭＰや体幹姿勢、上体加速度などを用いており、路面の凹凸をロボットが踏み込むことによりＺＭＰや体幹姿勢、加速度偏差の急激な変化を観測し、ロボットの力学モデルに基づく高精度な加速度制御を行う方法が一般的である。これらはロボット自体のモデルが比較的正確に取得できる場合に非常に有効であるが、人間を乗せて歩行する場合のように正確なモデル化が困難なロボットでは適用が困難であった。ほかにもロボットの運動が路面形状の影響を受ける以前に路面に対する適応動作を開始する手法の例もあるが、路面を検知するセンサや機構の搭載が必要であり、コストの面から不利であった。
【特許文献１】特開２００１−１２１４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、人間が搭乗した場合等の正確なモデル化が困難な場合であっても、安定歩行が可能で歩行時の衝撃が少なく、緩い傾斜面や路面凹凸に対して十分に対応することができ、且つ、このような２足歩行の安定化を主にソフトウェアによる処理で実現可能なパラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置の出現が要求されていた。【０００４】
本発明は、上記従来の要求を充たすもので、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせることができる歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置、安定した２足歩行を行うことができるパラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせることができる歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行うことができる２足歩行ロボット装置の制御方法、ならびに、その歩行パターン作成方法とその２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるためのプログラムおよび記録媒体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】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明の歩行パターン作成装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶する構成を備えている。
これにより、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置が得られる。【０００６】
上記課題を解決するために本発明の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に上記歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行う構成を備えている。
これにより、安定した２足歩行を行うパラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置が得られる。【０００７】
上記課題を解決するために本発明の歩行パターン作成方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶する構成を備えている。
これにより、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法が得られる。【０００８】
上記課題を解決するために本発明の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に上記歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行う構成を備えている。
これにより、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせる２足歩行ロボット装置の制御方法が得られる。【０００９】
上記課題を解決するために本発明のプログラムは、コンピュータに上記歩行パターン作成方法と上記２足歩行ロボット装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムである構成を備えている。
これにより、上記歩行パターン作成方法と上記２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるためのプログラムが得られる。【００１０】
上記課題を解決するために本発明の記録媒体は、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である構成を備えている。
これにより、上記歩行パターン作成方法と上記２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるための記録媒体が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の歩行パターン作成装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することにより、２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができ、また、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができ、さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができるという有利な効果が得られる。【００１２】
請求項２に記載の歩行パターン作成装置は、足部の軌道と腰部の初期軌道を設定する軌道設定手段と、設定した足部の軌道と腰部の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定手段と、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出手段と、設定した足部の軌道と腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出手段と、算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出手段と、歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定手段とを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントがゼロの近傍か否かをエラーモーメントにより判定することができ、歩行パターンの設定において目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを限り無くゼロに近づけることができるので、安定性の極めて高い２足歩行を２足歩行ロボット装置に行わせることができるという有利な効果が得られる。【００１３】
請求項３に記載の歩行パターン作成装置は、ＺＭＰ回りモーメント算出手段において算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換手段と、算出したフーリエ係数に基づいてモーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定手段とを備え、モーメント補償軌道算出手段は、決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により腰部のモーメント補償軌道を算出することにより、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるので、目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを軌道が発散することなく迅速にゼロに近づけることができるという有利な効果が得られる。【００１４】
請求項４に記載の歩行パターン作成装置は、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段は、脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段とを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを正確に算出することができるので、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるという有利な効果が得られる。【００１５】
請求項５に記載の歩行パターン作成装置は、足部位置姿勢算出手段は、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出手段と、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出手段と、回転行列算出手段で算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出手段とを有することにより、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを正確に生成することができるので、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算を用いて脚部を伸縮するシリンダの長さを正確に制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行う場合に正確な制御を行うことができるという有利な効果が得られる。【００１６】
請求項６に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことにより、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。【００１７】
請求項７に記載の２足歩行ロボット装置は、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有することにより、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。【００１８】
請求項８に記載の２足歩行ロボット装置は、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有することにより、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。【００１９】
請求項９に記載の２足歩行ロボット装置は、基本制御手段は、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、歩行パターン出力手段から出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することにより、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるという有利な効果が得られる。【００２０】
請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置は、着地制御手段は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出手段と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することにより、着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができるので、ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００２１】
請求項１１に記載の２足歩行ロボット装置は、ｚ方向軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、モード選択手段で選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００２２】
請求項１２に記載の２足歩行ロボット装置は、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００２３】
請求項１３に記載の２足歩行ロボット装置は、モータ制御手段は、着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段を備え、推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出されたＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有することにより、腰部の姿勢角の累積誤差を推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊足側の足部を略水平に維持することができるので、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。また、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れるという有利な効果が得られる。また、姿勢角センサを搭載する必要がなく、ＺＭＰ測定用の力センサ（６軸力覚センサ）だけで姿勢補償制御ができ、部品点数や製造コストの増加を防止できるという有利な効果が得られる。【００２４】
請求項１４に記載の２足歩行ロボット装置は、姿勢角補償量算出手段は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することにより、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することで実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止でき、姿勢角補償量を推定することができるという有利な効果が得られる。また、所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止でき、安定した歩行を行うことができるという有利な効果が得られる。【００２５】
請求項１５に記載の歩行パターン作成方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することにより、２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができ、また、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、リアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができ、さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるため、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。【００２６】
請求項１６に記載の歩行パターン作成方法は、足部の軌道と腰部の初期軌道を設定する軌道設定ステップと、設定した足部の軌道と腰部の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定ステップと、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出ステップと、設定した足部の軌道と腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出ステップと、算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出ステップと、歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定ステップとを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントがゼロの近傍か否かをエラーモーメントにより判定することができ、歩行パターンの設定において目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを限り無くゼロに近づけることができるので、安定性の極めて高い２足歩行を２足歩行ロボット装置に行わせることができるという有利な効果が得られる。【００２７】
請求項１７に記載の歩行パターン作成方法は、ＺＭＰ回りモーメント算出ステップにおいて算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換ステップと、算出したフーリエ係数に基づいてモーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定ステップとを備え、モーメント補償軌道算出ステップにおいては、決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により腰部のモーメント補償軌道を算出することにより、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるので、目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを軌道が発散することなく迅速にゼロに近づけることができるという有利な効果が得られる。【００２８】
請求項１８に記載の歩行パターン作成方法は、目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップは、脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出ステップとを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを正確に算出することができるので、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるという有利な効果が得られる。【００２９】
請求項１９に記載の歩行パターン作成方法は、足部位置姿勢算出ステップは、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出ステップと、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出ステップと、回転行列算出ステップで算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出ステップとを有することにより、２足歩行ロボット装置の制御方法において腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを正確に生成することができるので、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算を用いて脚部を伸縮するシリンダの長さを正確に制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行う場合に正確な制御を行うことができるという有利な効果が得られる。【００３０】
請求項２０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことにより、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。【００３１】
請求項２１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有することにより、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。【００３２】
請求項２２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有することにより、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。【００３３】
請求項２３に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、基本制御ステップは、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令ステップにおける指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、歩行パターン出力ステップから出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することにより、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるという有利な効果が得られる。【００３４】
請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、着地制御ステップは、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出ステップと、歩行パターン出力ステップにおいて出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有することにより、着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができるので、ジャイロを含む特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状へのならい動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００３５】
請求項２５に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、ｚ方向軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、モード選択ステップで選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することにより、路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状へのならい動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００３６】
請求項２６に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状へのならい動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。【００３７】
請求項２７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、モータ制御ステップは、着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップを備え、推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出されたＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有することにより、腰部の姿勢角の累積誤差を推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。また、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れるという有利な効果が得られる。また、姿勢角センサを搭載する必要がなく、ＺＭＰ測定用の力センサ（６軸力覚センサ）だけで姿勢補償制御ができ、部品点数や製造コストの増加を防止できるという有利な効果が得られる。【００３８】
請求項２８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することにより、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することで実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止でき、姿勢角補償量を推定することができるという有利な効果が得られる。また、所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止でき、安定した歩行を行うことができるという有利な効果が得られる。【００３９】
請求項２９に記載のプログラムは、コンピュータに請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることにより、請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができるという有利な効果が得られる。【００４０】
請求項３０に記載の記録媒体は、請求項２９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることにより、汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができるという有利な効果が得られる。【００４１】
請求項３１に記載のプログラムは、コンピュータに請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることにより、請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができるという有利な効果が得られる。【００４２】
請求項３２に記載の記録媒体は、請求項３１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることにより、汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）支持多角形を示す説明図、座標系とベクトルの定義を示す説明図
【図２】（ａ）腰座標系および足座標系を示す模式図、（ｂ）腰座標系および足座標系を示す模式図
【図３】（ａ）理論コンプライアンス移動量の説明図、（ｂ）理論コンプライアンス移動量の説明図、（ｃ）非線形の説明図、（ｄ）非線形コンプライアンス移動量の説明図、（ｅ）非線形コンプライアンス移動量の説明図、（ｆ）コンプライアンスを示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１による歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の全体構成を示すブロック図
【図５】主に腰部を示すブロック図
【図６】主に脚部を示すブロック図
【図７】外部電源部を示すブロック図
【図８】歩行パターン作成用コンピュータを示すブロック図
【図９】外部スイッチを示すブロック図
【図１０】主に制御用コンピュータを示すブロック図
【図１１】主に電源部を示すブロック図
【図１２】主にスイッチ回路を示すブロック図
【図１３】主にブレーキ制御部を示すブロック図
【図１４】主にモータ制御部を示すブロック図
【図１５】主にシリンダを示すブロック図
【図１６】主に足底部（脚部）を示すブロック図
【図１７】主に直動部を示すブロック図
【図１８】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵにおける機能実現手段を示すブロック図
【図１９】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２０】（ａ）歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート、（ｂ）歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート、（ｃ）歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２１】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２２】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２３】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２４】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２５】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２６】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２７】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２８】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図２９】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３０】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３１】歩行パターン作成用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３２】足座標系の原点位置の算出、回転行列の算出および姿勢角算出について説明する説明図
【図３３】制御用コンピュータのＣＰＵにおける機能実現手段を示すブロック図
【図３４】制御用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３５】制御用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３６】制御用コンピュータのＣＰＵ動作を示すフローチャート
【図３７】モータ制御手段を示す機能ブロック図
【図３８】モータ制御手段とモータ駆動装置を示すブロック図
【図３９】基本制御手段の動作を示すフローチャート
【図４０】着地制御を示す機能的ブロック図
【図４１】（ａ）各ブロックを示すブロック説明図、（ｂ）各ブロックを示すブロック説明図、（ｃ）各ブロックを示すブロック説明図
【図４２】（ａ）各ブロックを示すブロック説明図、（ｂ）各ブロックを示すブロック説明図
【図４３】基本制御に着地制御を加えた制御を示すフローチャート
【図４４】着地制御を示すフローチャート
【図４５】（ａ）実施の形態２における２足歩行ロボット装置のモータ制御手段を示す機能ブロック図（ｂ）姿勢角補償量算出手段を示す機能ブロック図
【図４６】推定姿勢補償制御を示す機能的ブロック図
【図４７】ゼロ設定手段による設定期間と操作期間設定手段による操作期間を説明する説明図
【図４８】推定姿勢補償制御手段の動作を示すフローチャート
【図４９】姿勢角補償量算出手段の動作を示すフローチャート
【図５０】（ａ）実施の形態１における２足歩行ロボットの下半身モジュールの模式斜視図、（ｂ）実施の形態１における２足歩行ロボットの下半身モジュールの模式平面図
【図５１】２足歩行ロボットの下半身モジュールの斜視図
【図５２】直動リンクの要部斜視図
【図５３】（ａ）直動リンクの要部側面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線の要部矢視断面図
【図５４】ベース部側受動ジョイントの要部斜視図
【図５５】足部側受動ジョイントの要部斜視図
【図５６】足部側受動ジョイントの要部縦断面図
【符号の説明】
【００４４】
１    ロボット部（２足歩行ロボット装置）
２    歩行パターン作成用コンピュータ（歩行パターン作成装置）
３    外部電源部
４    外部スイッチ
５    腰部
６    脚部
７    制御用コンピュータ
９    モータ制御部
１０    ブレーキ制御部
１１    電源部
１２    スイッチ回路
１３ａ    右脚部
１３ｂ    左脚部
１４    足底部（足部）
１４ａ    右足底部（右足部）
１４ｂ    左足底部（左足部）
２１、７１    ＣＰＵ
２２、７２    メモリ
２３、７３    ハードディスク
２４    入力装置
２５    表示装置
２６、７４    インタフェース部
２７、７５    ＬＡＮカード
２８、７６    無線ＬＡＮ
３１    ＡＣ／ＤＣコンバータ
４１    ブレーキ制御スイッチ
４２    サーボＯＮスイッチ
４３    モータ端子短絡スイッチ
７７    Ｄ／Ａコンバータ
７８    ６軸力覚センサレシーバボード
７９    パルスカウンタ
１０１    半導体リレー
１１１    ４８Ｖニッケル水素バッテリ
１１２    バッテリ／電源切替部
１１３    電源スイッチ
１１４、１１５、１１６、１１７    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２１、１２２、１２３    排他的論理和
１４１    足底板
１４２、２０３ｂ、２０４ｂ    ６軸力覚センサ
１５１    ロータリエンコーダ
１５２    ＤＣサーボモータ
１５３    保持ブレーキ
１５４    直動部
１５５    フォトマイクロセンサ
１７１    動力伝達部
１７２    すべりねじ
１７３    ナット
１７４    リニアガイド
Ｃ１〜Ｃ１２    シリンダ
Ｄ１〜Ｄ１２    ＤＣサーボドライバ
２０１、２０１ｃ    ２足歩行ロボットの下半身モジュール
２０２    ベース部
２０３    右足部
２０３ａ  固定板
２０４    左足部
２０４ａ  固定板
２０５、２０５′、２０５ａ、２０５ａ′、２０５ｂ、２０５ｂ′、２０５ｃ、２０５ｃ′    直動リンク
２０６、２０６ａ、２０６ａ′、２０６ｂ、２０６ｂ′、２０６ｃ、２０６ｃ′    ベース部側受動ジョイント
２０７、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ    足部側受動ジョイント
２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ    回動受動ジョイント
２０９    制御装置部
２０９′    制御用コンピュータ
２１１    設定データ入力手段
２１２    軌道設定手段
２１３    目標ＺＭＰ軌道設定手段
２１４    目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段
２１５    フーリエ変換手段
２１６    フーリエ係数決定手段
２１７    モーメント補償軌道算出手段
２１８    質点加速度算出手段
２１９    エラーモーメント算出手段
２２０    エラーモーメント判定手段
２２１    足部位置姿勢算出手段
２２２    歩容フラグ決定手段
２２３    ファイル出力手段
２３１    バッテリ
２３２    モータ駆動用回路部
２３５    直動リンク
２３６    ベース部側受動ジョイント
２３７    足部側受動ジョイント
２４１    保持ケーシング
２４２    アウターチューブ部
２４３    インナーロッド部
２４４、２４４′    ジョイント結合部
２４５    ロッドレール部
２４６    レールガイド
２４７    初期位置センサ
２４８    モータ
２４８ａ  モータホルダ
２４９    モータ先端軸部
２５０    保持ブレーキ
２５１    ロータリエンコーダ
２５２    溝付きベルト
２５４    雄螺子軸部
２５４ａ  雄螺子先端軸部
２５５    雌螺子ナット部
２５６ａ、２５６ｂ    ストッパ
２６１    ベース部側上部継手
２６２    上部継手軸
２６３    ベース部側下部継手
２６４    下部継手軸
２６５    連結回動部
２７１    第１の足側上部継手
２７１ａ、２７１ｂ、２７３ａ、２７３ｂ  側部軸支板
２７３    第２の足側上部継手
２７２ａ  ボールベアリング
２７５    ボール保持部
２７５ａ  ボール収容部
２７６ａ、２７６ｂ  継手軸
２７７    止めナット
２７８    足側基部
２７９    ボール継手軸
２７９ａ  ボール部
ＣＯＭ    比較部
３００    比例積分部
３０１    換算部
４００    モータ駆動装置
７１１    電源投入手段
７１２    歩行パターン設定手段
７１３    シリンダ初期位置設定手段
７１４    歩行開始命令手段
７１５，７１５′    モータ制御手段
７１６    終了判定手段
８１０    基本制御手段
８１１    歩行パターン出力手段
８１２    補正量加算手段
８１３    逆運動学演算手段
８１４    データ変換手段
８１５    初期位置微調整手段
８１６    シリンダ駆動装置駆動手段
８２０    着地制御手段
８２１    モード選択手段
８２２    成分分割手段
８２３    ｚ方向着地軌道修正量算出手段
８２４    非線形コンプライアンス移動量算出手段
８２５    ロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段
８２６    歩行パターン修正手段
８１２１  ｚ方向加算手段
８１２２  コンプライアンス加算手段
８１２３  ロール・ピッチ方向加算手段
８２３１  理論コンプライアンス移動量算出手段
８２３２  コンプライアンス移動量偏差算出手段
８２３３、８２５２  軌道修正量算出手段
８２５１  コンプライアンス移動量算出手段
８３０    推定姿勢補償制御手段
８３１    ＺＭＰ実測値算出手段
８３２    ＺＭＰ偏差値算出手段
８３３    姿勢角補償量算出手段
８３４    足部位置姿勢補正手段
８３３１  ゼロ設定手段
８３３２  積分値算出手段
８３３３  操作期間設定手段
８３３４  補償量算出手段
８３３５  操作量算出手段
８４１ａ，８４１ｂ  設定期間
８４２ａ〜８４２ｇ  操作期間
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の請求項１に記載の歩行パターン作成装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができる。
（２）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができる。
（３）逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（４）立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができる。【００４６】
請求項２に記載の歩行パターン作成装置は、請求項１に記載の歩行パターン作成装置において、足部の軌道と腰部の初期軌道を設定する軌道設定手段と、設定した足部の軌道と腰部の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定手段と、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出手段と、設定した足部の軌道と腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出手段と、算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出手段と、歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントがゼロの近傍か否かをエラーモーメントにより判定することができ、歩行パターンの設定において目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを限り無くゼロに近づけることができるので、安定性の極めて高い２足歩行を２足歩行ロボット装置に行わせることができる。【００４７】
請求項３に記載の歩行パターン作成装置は、請求項２に記載の歩行パターン作成装置において、ＺＭＰ回りモーメント算出手段において算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換手段と、算出したフーリエ係数に基づいてモーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定手段とを備え、モーメント補償軌道算出手段は、決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により腰部のモーメント補償軌道を算出することとしたものである。
この構成により、請求項２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるので、目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを迅速にゼロに近づけることができる。【００４８】
請求項４に記載の歩行パターン作成装置は、請求項２または３に記載の歩行パターン作成装置において、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段は、脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段と、腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項２または３の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを正確に算出することができるので、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができる。【００４９】
請求項５に記載の歩行パターン作成装置は、請求項２乃至４のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置において、足部位置姿勢算出手段は、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出手段と、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出手段と、回転行列算出手段で算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項２乃至４のいずれか１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを正確に生成することができるので、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算を用いて脚部を伸縮するシリンダの長さを正確に制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行う場合に正確な制御を行うことができる。【００５０】
請求項６に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うこととしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる。
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。【００５１】
請求項７に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項６に記載の２足歩行ロボット装置において、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項６の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。【００５２】
請求項８に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項７に記載の２足歩行ロボット装置において、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項７の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（２）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（３）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。【００５３】
請求項９に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項８に記載の２足歩行ロボット装置において、基本制御手段は、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、歩行パターン出力手段から出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項８の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができる。【００５４】
請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項８または９に記載の２足歩行ロボット装置において、着地制御手段は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出手段と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項８または９の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができる。
（２）ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰや計測用の力センサのみを用いて着地制御を行うことができ、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
（３）遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができる。【００５５】
請求項１１に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置において、ｚ方向軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、モード選択手段で選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１０の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。【００５６】
請求項１２に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置において、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１０の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという作用・効果を有する。【００５７】
請求項１３に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項８乃至１２のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置において、モータ制御手段は、着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段を備え、推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出されたＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項８乃至１２のいずれか１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）機械剛性やモータの応答偏差等に起因し着地制御における軌道修正により生じる腰部の姿勢角の累積誤差をＺＭＰ実測値より推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、着地制御時の足部による不整地面のセンシング精度の低下等を補い、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができる。
（２）ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れる。特に、着地制御により急激な姿勢角の変化を防止できるので、これと推定姿勢補償制御を併せることでより信頼性の高い歩行制御を行うことができる。
（３）腰部の姿勢角を測定するための姿勢角センサを搭載する必要がなく、部品点数や製造コストの増加を防止できる。【００５８】
請求項１４に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１３に記載の２足歩行ロボット装置において、姿勢角補償量算出手段は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１３の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することにより、実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止できる。
（２）所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止できる。【００５９】
請求項１５に記載の歩行パターン作成方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成方法であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができる。
（２）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、リアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができる。
（３）逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（４）立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるため、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができる。【００６０】
請求項１６に記載の歩行パターン作成方法は、請求項１５に記載の歩行パターン作成方法において、足部の軌道と腰部の初期軌道を設定する軌道設定ステップと、設定した足部の軌道と腰部の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定ステップと、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出ステップと、設定した足部の軌道と腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出ステップと、算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出ステップと、歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項１５の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントがゼロの近傍か否かをエラーモーメントにより判定することができ、歩行パターンの設定において目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを限り無くゼロに近づけることができるので、安定性の極めて高い２足歩行を２足歩行ロボット装置に行わせることができる。【００６１】
請求項１７に記載の歩行パターン作成方法は、請求項１６に記載の歩行パターン作成方法において、ＺＭＰ回りモーメント算出ステップにおいて算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換ステップと、算出したフーリエ係数に基づいてモーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定ステップとを備え、モーメント補償軌道算出ステップにおいては、決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により腰部のモーメント補償軌道を算出することとしたものである。
この構成により、請求項１６の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるので、目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを軌道が発散することなく迅速にゼロに近づけることができる。【００６２】
請求項１８に記載の歩行パターン作成方法は、請求項１６または１７に記載の歩行パターン作成方法において、目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップは、脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップと、腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項１６または１７の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを正確に算出することができるので、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができる。【００６３】
請求項１９に記載の歩行パターン作成方法は、請求項１６乃至１８のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法において、足部位置姿勢算出ステップは、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出ステップと、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出ステップと、回転行列算出ステップで算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項１６乃至１８のいずれか１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）２足歩行ロボット装置の制御方法において腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを正確に生成することができるので、リアルタイム演算が容易な逆運動学演算を用いて脚部を伸縮するシリンダの長さを正確に制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行う場合に正確な制御を行うことができる。【００６４】
請求項２０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に請求項１乃至５のいずれか１に記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うこととしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる．
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。【００６５】
請求項２１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２０の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。【００６６】
請求項２２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（２）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（３）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。【００６７】
請求項２３に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、基本制御ステップは、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令ステップにおける指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、歩行パターン出力ステップから出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができる。【００６８】
請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２２または２３に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、着地制御ステップは、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出ステップと、歩行パターン出力ステップにおいて出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２２または２３の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができる。
（２）ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて着地制御を行うことができ、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
（３）遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができる。【００６９】
請求項２５に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、ｚ方向軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、モード選択ステップで選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２４の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。【００７０】
請求項２６に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項２４の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。【００７１】
請求項２７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２２乃至２６のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、モータ制御ステップは、着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップを備え、推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出されたＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２２乃至２６のいずれか１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）機械剛性やモータの応答偏差等に起因し着地制御における軌道修正により生じる腰部の姿勢角の累積誤差をＺＭＰ実測値より推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、着地制御時の足部による不整地面のセンシング精度の低下等を補い、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができる。
（２）ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れる。特に、着地制御により急激な姿勢角の変化を防止できるので、これと推定姿勢補償制御を併せることでより信頼性の高い歩行制御を行うことができる。
（３）腰部の姿勢角を測定するための姿勢角センサを搭載する必要がなく、部品点数や製造コストの増加を防止できる。【００７２】
請求項２８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項２７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項２７の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することにより、実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止できる。
（２）所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止できる。【００７３】
請求項２９に記載のプログラムは、コンピュータに請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【００７４】
請求項３０に記載の記録媒体は、請求項２９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【００７５】
請求項３１に記載のプログラムは、コンピュータに請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【００７６】
請求項３２に記載の記録媒体は、請求項３１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、請求項２０乃至２８のいずれか１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【００７７】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５６を用いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１による歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の説明においては、まず、（１）２足歩行ロボット装置の機構について説明し、次に（２）２足歩行の制御理論、（３）２足歩行ロボット装置の構成（ハードウェア構成およびソフトウェア構成（機能実現手段の構成））について説明し、最後に上記制御理論に基づく（４）歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の動作（歩行パターン作成動作と２足歩行ロボット装置の制御動作）をフローチャートに基づいて説明する。【００７８】
（１）ロボット装置の機構について
最初に、本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット装置の機構について、図５０〜図５６を用いて説明する。
図５０（ａ）は本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュールの模式斜視図であり、図５０（ｂ）は本実施の形態による２足歩行ロボット装置の下半身モジュールの模式平面図である。
図５０において、２０１は本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュール、２０１ａは右脚部のパラレルリンク機構部、２０１ｂは左脚部のパラレルリンク機構部、２０２はベース部（腰部）、２０３は右足部、２０４は左足部である。右脚部のパラレルリンク機構部２０１ａにおいて、２０５ａ、２０５ａ′、２０５ｂ、２０５ｂ′、２０５ｃ、２０５ｃ′は直動リンク、２０６ａ、２０６ａ′、２０６ｂ、２０６ｂ′、２０６ｃ、２０６ｃ′はベース部側受動ジョイント、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃは足部側受動ジョイント、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃは回動受動ジョイントである。なお、左脚部のパラレルリンク機構部２０１ｂの各部は右脚部のパラレルリンク機構部２０１ａと対称で同一構成なので同様の符号を付し説明を省略する。【００７９】
ここで、ベース部側受動ジョイント２０６ａ、２０６ａ′はベース部２０２の下面の右後部側に配設されている。足部側受動ジョイント２０７ａは右足部２０３の右後部側に配設され、その下部には回動受動ジョイント２０８ａが配設されている。直動リンク２０５ａは上端部がベース部側受動ジョイント２０６ａに連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ａに連結されている。直動リンク２０５ａ′は上端部がベース部側受動ジョイント２０６ａ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ａに連結されている。
ベース部側受動ジョイント２０６ｂ、２０６ｂ′はベース部２０２の下面の右前部側に配設されている。足部側受動ジョイント２０７ｂは右足部２０３の右前部側に配設され、その下部には回動受動ジョイント２０８ｂが配設されている。直動リンク２０５ｂは上端部がベース部側受動ジョイント２０６ｂに連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ｂに連結されている。直動リンク２０５ｂ′は上端部がベース部側受動ジョイント２０６ｂ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ｂに連結されている。【００８０】
ベース部側受動ジョイント２０６ｃ、２０６ｃ′はベース部２０２の下面の右中央部に配設されている。足部側受動ジョイント２０７ｃは右足部２０３の右中央部に配設され、その下部には回動受動ジョイント２０８ｃが配設されている。直動リンク２０５ｃは上端部がベース部側受動ジョイント２０６ｃに連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ｃに連結されている。直動リンク２０５ｃ′は上端部がベース部側受動ジョイント２０６ｃ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント２０７ｃに連結されている。
このように、右脚部のパラレルリンク機構部２０１ａと左脚部のパラレルリンク機構部２０１ｂはベース部２０２の中央に対してその両側に対称に配設されている。【００８１】
また、直動リンク２０５、２０５ａ、２０５ａ′、２０５ｂ、２０５ｂ′、２０５ｃ、２０５ｃ′（以下、直動リンク２０５、２０５ａ〜２０５ｃ′とする）は、モータを用いた送り螺子機構や、油圧、水圧、空気圧等を用いたシリンダ等の直動型アクチュエータを用いて伸縮自在に形成され、その長手方向に伸縮する１自由度に形成されている。ベース部側受動ジョイント２０６、２０６ａ、２０６ａ′、２０６ｂ、２０６ｂ′、２０６ｃ、２０６ｃ′（以下、ベース部側受動ジョイント２０６、２０６ａ〜２０６ｃ′とする）は、直動リンク２０５、２０５ａ〜２０５ｃ′の長手方向に直交し、且つ各々直交する２軸の軸周方向に回動する２自由度に形成されている。足部側受動ジョイント２０７、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃは、直動リンク２０５、２０５ａ〜２０５ｃ′の長手方向に直交し、且つ各々直交する２軸の軸周方向に回動する２自由度に形成されている。回動受動ジョイント２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃは、直動リンク２０５、２０５ａ〜２０５ｃ′の軸周方向に回動する１自由度に形成されている。【００８２】
このように、右脚部、左脚部のパラレルリンク機構部２０１ａ、２０１ｂは各々６自由度に形成されているため、右足部２０３及び左足部２０４は、前後、左右、上下、及び前後方向、左右方向、上下方向を軸とした軸周方向の動作が可能であり、多様な動作を行うことができ、歩行動作を円滑に行うことができる。【００８３】
以上のように構成された本実施の形態における２足歩行ロボットの下半身モジュールについて、以下その動作を図を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、下半身モジュールの右脚部の動作について説明する。左脚部の動作については右脚部と同様であるので説明を省略する。【００８４】
右脚部を動作させる場合、予め設定された歩行パターンに基づいて右足部２０３の逆運動学を計算し、算出された値に基づいて直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′の各々の図示しないアクチュエータを駆動させ直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′を伸縮させる。直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′とベース部２０２又は右足部２０３との連結部分に配設されているベース部側受動ジョイント２０６ａ〜２０６ｃ′、足部側受動ジョイント２０７ａ〜２０７ｃ、及び回動受動ジョイント２０８ａ〜２０８ｃは、直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動する。直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′のアクチュエータの駆動は各々に配設されたロータリエンコーダ等の図示しない検出器により検出され、取得された検出値は角度データ等としてフィードバックされ直動リンク２０５ａ〜２０５ｃ′はフィードバック制御される。これにより、右足部２０３は、一歩踏み出す動作やその場で足踏みする動作等を行うことができる。更に、このような動作を右足部２０３と左足部２０４で交互に連続して行うことにより、歩行動作を行うことができる。【００８５】
図５１は本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュールの斜視図である。
図５１において、２０１ｃは本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュール、２０２はベース部、２０３は右足部、２０３ａは右足部２０３の上部に固定された平板状の固定板、２０４は左足部、２０４ａは左足部２０４の上部に固定された平板状の固定板、２０９はベース部２０２の上面に配設された制御装置部、２０９′は制御装置部２０９の後部に配設された制御用コンピュータ、２３１はバッテリ、２３２はモータ駆動用回路部、２３５はベース部２０２と右足部２０３及び左足部２０４の間に各々立設された直動リンク、２３６はベース部２０２の下面側の所定位置に固定されたベース部側受動ジョイント、２３７は右足部２０３及び左足部２０４の固定板２０３ａ、２０４ａの上面側の所定位置に回動自在に固定された足部側受動ジョイント、２４８は直動リンク２３５を伸縮するための直流サーボモータである。足部側受動ジョイント２３７は図５０で説明した足部側受動ジョイント２０７、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ及び回動受動ジョイント２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃと同様の機能をボールジョイントで実現したものである。このボールジョイントについては後述する。【００８６】
ここで、本実施の形態においては、直動リンク２３５は後述する送り螺子機構により長手方向に伸縮自在に形成されている。送り螺子機構の代わりに油圧、水圧、空気圧等を用いたシリンダや直動型アクチュエータを用いた機構としてもよい。また、直動リンク２３５は、２本を１組として上端部が各々ベース部側受動ジョイント２３６に連結され下端部が１つの足部側受動ジョイント２３７に連結されたＶ字形状に配設されている。１組の直動リンク２３５は、右脚部及び左脚部に各々３組ずつ、平面視三角形状に配設され、片脚に６本、合計１２本が配設されている。すなわち、本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュール２０１ｃの左右の脚部は、各々スチュワートプラットホーム（パラレルメカニズムの一種であり、６本の直動シリンダの両端をボールジョイントとユニバーサルジョイントでベースとエンドエフェクタに結合する構造を有している）により構成されている。これにより、動作の安定性及び強度、剛性、出力に優れる。また、１つのベース部側受動ジョイント２３６には１つの直動リンク２３５の上端部が連結され、１つの足部側受動ジョイント２３７には２つの直動リンク２１５の下端部が連結されている。
バッテリ２３１、モータ駆動用回路部２３２は制御装置部２０９に配設されている。本実施の形態においては、バッテリ２１１としてニッケル水素バッテリを使用した。
また、右足部２０３及び左足部２０４の底面側に、床反力を検出する６軸力覚センサ２０３ｂ、２０４ｂ（図４０の１４２）を設ける。６軸力覚センサ２０３ｂ、２０４ｂは、各軸方向の力３成分と各軸周りのモーメント３成分を同時に且つ逐次連続的に高精度で検出することができる。また、６軸力覚センサ２０３ｂ、２０４ｂで検出された値を基に仮想コンプライアンス制御や着地軌道修正制御（後述）、推定姿勢補償制御（実施の形態２）を行うこともできる。【００８７】
次に、直動リンクの構造について図５２及び図５３を用いて詳細に説明する。
図５２は直動リンクの要部斜視図であり、図５３（ａ）は直動リンクの要部側面図であり、図５３（ｂ）は図５３（ａ）の部分内部構造図である。【００８８】
図５２において、２３５は直動リンク、２４１は後述のインナーロッド部２４３等を保持する保持ケーシング、２４３は保持ケーシング２４１に挿設され直動リンク２３５の長手方向に摺動するインナーロッド部である。直動リンク２３５の伸縮はインナーロッド部２４３が摺動することにより行われる。２４４はインナーロッド部２４３にその長手方向に形成されたジョイント結合部、２４５はインナーロッド部２４３の一方の側部の上部側および下部側に配置されその長手方向に敷設されたロッドレール部である。【００８９】
図５３において、２４６はレールガイド、２４７はインナーロッド部２４３の初期位置を検出する初期位置センサ、２４８は保持ケーシング２４１に平行に配設されたモータ、２４８ａはモータ２４８を保持ケーシング２４１の端部の側部に平行に保持するモータホルダ、２４９はモータ２４８のモータ先端軸部に取り付けられた歯付プーリ、２５０は非通電時においてモータ２４８の回動軸を固定しインナーロッド部２４３を保持するための保持ブレーキ、２５１はモータ２４８の回動軸の回動を検出するロータリエンコーダ、２５２はモータ先端軸部２４９の回転動力を後述の雄螺子先端軸部２５４ａへ伝達する溝付きベルト、２５３は雄螺子軸部２５４を支持するベアリング、２５４は保持ケーシング２４１の内部に後述の雌螺子ナット部２５５に挿通されて配設され外周が螺子切りされた雄螺子軸部、２５４ａは雄螺子先端軸部、２５５はインナーロッド部２４３に固定され雄螺子軸部２５４に螺合した雌螺子ナット部、２５６ａ、２５６ｂはストッパである。このようにモータ２４８を保持ケーシング２４１に平行に配設したので、直動リンク２３５の最短長さ（最も短い時の長さ）を長くすることなくストロークを長くすることができ、ロボット装置の可動範囲を広くすることができる。【００９０】
ここで、本実施の形態においては、保持ケーシング２４１の材質として、軽量で且つ比較的強度の高いアルミニウムを用いた。また、初期位置の確認のための初期位置センサ２４７として、フォトマイクロセンサを用いた。また、本実施の形態においては、雄螺子軸部２５４と雌螺子ナット部２５５を螺合させるためにボール螺子を用いている。これにより、インナーロッド部２４３を高速で摺動させることができ、歩行速度を向上させることができる。またボール螺子を用いた場合は螺合部分の摩擦抵抗を低減することができる。また、ボール螺子はがたが少なく、動作を確実にすることができる。【００９１】
図５２や図５３に示すように、モータ２４８が駆動されると、その回動軸の回動力がベルト２５２を介して雄螺子先端軸部２５４ａに伝えられ、雄螺子軸部２５４が回動する。雄螺子軸部２５４にはインナーロッド部２４３に固定された雌螺子ナット部２５５が螺合している。ここで、インナーロッド部２４３は外周面に設けられたロッドレール部２４５がレールガイド２４６に嵌合しているため、長手方向には摺動するが軸周方向には回動しない。これにより、雄螺子軸部２５４が回動すると、送り螺子機構により雌螺子ナット部２５５を介してインナーロッド部２４３がその長手方向に摺動する。このようにして、直動リンク２３５の伸縮が行われる。【００９２】
続いて、ベース部側受動ジョイントの構造について図５４を用いて詳細に説明する。
図５４はベース部側受動ジョイントの要部斜視図である。
図５４において、２０２はベース部、２３５は直動リンク、２３６はベース部側受動ジョイント、２４１は直動リンク２３５の保持ケーシング、２６１はベース部２０２の下部に固定されたコ字形状のベース部側上部継手、２６２はベース部側上部継手２６１の一対の立設部に架設された上部継手軸、２６３は直動リンク２３５の保持ケーシング２４１側の上端部に固定されたコ字形状のベース部側下部継手、２６４はベース部側下部継手２６３の一対の立設部に架設された下部継手軸、２６５は上部継手軸２６２と下部継手軸２６４を直交状に連結する連結回動部である。【００９３】
図５４に示すように、ベース部側下部継手２６３は、ベース部側上部継手２６１に対して、上部継手軸２６２と下部継手軸２６４の軸周方向に回動する。これにより、ベース部側受動ジョイント２３６は、直動リンク２３５の長手方向に直交する上部継手軸２６２と下部継手軸２６４の軸周方向に２自由度を有するので、直動リンク２３５の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動する。【００９４】
続いて、足部側受動ジョイントの構造について図５５及び図５６を用いて詳細に説明する。
図５５は足部側受動ジョイントの要部斜視図であり、図５６は足部側受動ジョイントの要部縦断面図である。
図５５および図５６において、２０３ａは右足部２０３の固定板、２３５、２３５′は直動リンク、２３７は足部側受動ジョイント、２４４は直動リンク２３５のジョイント結合部、２４４′は直動リンク２３５′のジョイント結合部、２７１はジョイント結合部２４４の下端部に連結された第１の足側上部継手、２７１ａ、２７１ｂは第１の足側上部継手２７１の両側部に互いに対向して配設され下端部が後述の継手軸に軸支された側部軸支板、２７３はジョイント結合部２４４′の下端部に連結された第２の足側上部継手、２７３ａ、２７３ｂは第２の足側上部継手２７３の両側部に互いに対向して配設され下端部が後述の継手軸に軸支された側部軸支板である。ここで、各側部軸支板２７１ａ，２７１ｂ，２７３ａ，２７３ｂはボールベアリング２７２ａ（図５６参照）を介して後述の継手軸に軸支されている。２７５は内部に内壁面が球面状のボール収容部２７５ａを有するボール保持部、２７６ａ、２７６ｂはボール保持部２７５の両側部に突設された継手軸（図５６参照）、２７７は各継手軸２７６ａ、２７６ｂに螺着され各側部軸支板２７１ａ、２７１ｂ、２７３ａ、２７３ｂを抜け止めするための止めナット、２７８は固定板２０３ａ上に固定された足側基部、２７９は足側基部２７８上に立設され上端部にボール収容部２７５ａに収容されるボール部２７９ａが形成されたボール継手軸である。【００９５】
図５５および図５６に示すように、第１の足側上部継手２７１及び第２の足側上部継手２７３は、ボール保持部２７５に対して、継手軸２７６ａ、２７６ｂの軸周方向に回動する。また、ボール保持部２７５は、足側基部２７８に対して任意の方向に回動する。これにより、足部側受動ジョイント２３７は、継手軸２７６ａ、２７６ｂの軸周方向およびボール継手軸２７９の軸周方向に２自由度を有すると共に、少なくとも継手軸２７６ａ、２７６ｂとボール継手軸２７９とに直交する軸の軸周方向に１自由度を有するので、直動リンク２３５、２３５′の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動する。
このように足部側受動ジョイント２３７をボールジョイントを用いた構造にしたので、従来は構造的に締結箇所が多くがたが生じていたが、締結箇所が少なくなりがたが低減し、動作の精度が向上し、制御の安定性および剛性を高めることができ、高速で安定した歩行動作を行うことができる。
以上のように構成された本実施の形態における２足歩行ロボット装置の下半身モジュールの歩行動作については、図５０で説明したものと同様であるので説明を省略する。【００９６】
（２）２足歩行ロボットの制御理論について
次に、２足歩行ロボットの制御理論について、図１〜図３を用いて説明する。
図１（ａ）は支持多角形を示す説明図であり、図１（ｂ）は座標系とベクトルの定義を示す説明図である。
２足歩行のパターンを生成するにあたり、安定性を判別する必要がある。ここでは、２足歩行ロボット装置に対して力学的視点から安定性を判別するために、「ＺＭＰ安定判別規範」を用いる。以下に、ＺＭＰの説明および安定判別法を述べる。
２足歩行ロボットが歩行中に安定な支持状態を維持するために必要な条件を考える。２足歩行ロボットが安定な支持状態を保てなくなる、つまり転倒するということは、足底部と路面との接点（３点以上）が形成する支持多角形（路面と足底の接地点が形成する面積最大の凸多角形）のある辺または点を通る路面上の直線を軸に回転運動をしていると考えられる。すなわち、支持多角形から見て外向きのモーメントが作用していると考えられる。逆に言えば、支持多角形上の全ての辺および点のまわりに外向きのモーメントが発生せず、内向きのモーメントのみ発生していれば、２足歩行ロボットは安定な支持状態を維持できる。このときの２足歩行ロボットの支持状態を考えると、足底の接地点が浮かないため、全ての接地点において２足歩行ロボットから路面に作用する重力および慣性力による力は路面を押す向きであり、これらの合力が作用する点Ｐ（図１（ａ）参照）は足底の支持多角形内になければならない。この点Ｐ回りの合力によるモーメントは明らかにゼロであり、この点をＺＭＰ（Ｚｅｒｏ  Ｍｏｍｅｎｔ  Ｐｏｉｎｔ、ゼロモーメントポイント）と呼ぶ。【００９７】
２足歩行の制御に用いるモーメント補償軌道算出アルゴリズムについて説明する。本アルゴリズムは次の４点からなる。
Ｉ．２足歩行ロボットのモデル化
ＩＩ．ＩのモデルにおけるＺＭＰ方程式の導出
ＩＩＩ．２足歩行ロボット近似モデル化
ＩＶ．ＩＩＩの近似モデルを用いた繰り返し計算によるＩＩを満足するモーメント補償軌道の厳密解の算出【００９８】
まず２足歩行ロボットのモデル化について説明する。最初に、２足歩行ロボット、座標系および路面に次の条件を設定する。
１）２足歩行ロボットは質点の集合から成る。
２）路面は十分に硬く、どんな力やモーメントが作用しても変形したり動いたりすることはない。
３）Ｘ軸（２足歩行ロボットの正面方向に一致）およびＹ軸を含む平面が路面に一致し、路面に垂直な軸をＺ軸とする直交座標系Ｏ（右手系）を設定する（図１（ｂ）参照）
４）２足歩行ロボットの足底と路面との接地状況は点接地の集合とする。
５）歩行系と路面との接地点において、路面での回転（Ｘ、ＹおよびＺ軸回り）に対する摩擦係数は無視できるほど小さい。
６）２足歩行ロボットが歩行する際の推進力は、接地点における並進（ＸおよびＹ軸）方向の滑りが生じない範囲とする。
７）体幹の質点は動かないものとする。つまり、腰の質点の軌道と体幹の質点の軌道はＺ軸方向に関しては異なるが、ＸＹ平面に関しては同じ軌道を通るものとする。
８）路面に対してロボットは滑らないものとして、ヨー軸に関しての補償（Ｚ軸回りの回転に関しての補償）は行わない。【００９９】
次に、ＺＭＰ方程式の導出について説明する。
以上の仮定と設定のもとに絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおいて任意の点Ｐについてのモーメントの釣り合い式を導出する次式（数１）を得る（なお、各記号の説明は後述の（数２６）に示されている）。
【数１】
2007032120.tif 000002
（数１）において点ＰをＺＭＰとすることで、Ｔ＝０となり、次式（数２）のＺＭＰ方程式を得る。
【数２】
2007032120.tif 000003
さらに、各部の相対運動を考えるために、図１（ｂ）に示す２足歩行ロボットの腰部付近に固定された運動座標系Ｏバー−ＸＹＺバーを設定する。この座標系を用いてＺＭＰ方程式を表すと、次式（数３）を得る。
【数３】
2007032120.tif 000004
このＺＭＰ方程式を満たすように腰部の軌道を算出する。【０１００】
次に、２足歩行ロボットの近似モデル化について説明する。
本アルゴリズムでは、モーメント補償軌道の近似解の算出とその厳密モデルへの代入、モーメント誤差のフィードバック、蓄積する繰り返し計算により、モーメント補償軌道の厳密解を得ている。その近似モデル化のプロセスは次の通りである。
ｉ）外力は近似モデルでは考慮しない。
ｉｉ）腰、体幹などの下肢以外の部位は２質点近似モデルとする（図１（ｂ）参照）。
ｉｉｉ）線形、非干渉化のために運動座標系の回転は考慮しない（ただし体幹ヨー軸に関しては線形、非干渉化できる範囲でその一部を考慮している）。
ｉｖ）Ｚ軸の運動を共有しないものとして線形、非干渉化する。【０１０１】
まず、外力を近似モデルで考慮しないとすると、（数３）は（数４）のようになる。
【数４】
2007032120.tif 000005
ここで、被補償モーメントとなる下肢の運動により発生するモーメントをベクトルＭとおき、２質点近似モデル化を行うと、（数４）は（数５）のようになる。
【数５】
2007032120.tif 000006
（数５）は、運動座標系の回転により発生する見掛けの力の項において互いに干渉している。よって、これらの微分方程式を非干渉なものにするためには、まずその見掛けの力によるモーメントが発生しないものと仮定、つまり運動座標系が回転していないものとすると、（数５）は（数６）、（数７）のようになる。
【数６】
2007032120.tif 000007
【数７】
2007032120.tif 000008
（数６）、（数７）はＺ軸方向の運動を共有し、また下肢と体幹が回転型の間節を介して連結していることから、非線形かつ干渉な系である。そこで、２足歩行ロボットは運動中腰高さ一定と仮定し、線形、非干渉化する。すなわち、（数８）、（数９）、（数１０）が成立する。ここで、（数９）はピッチ軸に関し、（数１０）はロール軸に関する。
【数８】
2007032120.tif 000009
【数９】
2007032120.tif 000010
【数１０】
2007032120.tif 000011
また、（数９）、（数１０）において左辺の既知項を右辺に移動し、（数９）、（数１０）において右辺を改めて（数１１）と置き直すと、次の（数１２）、（数１３）を得る。ここで、（数１２）はピッチ軸に関し、（数１３）はロール軸に関する。
【数１１】
2007032120.tif 000012
【数１２】
2007032120.tif 000013
【数１３】
2007032120.tif 000014
ここで、７）の仮定より（数１４）であるから、（数１２）、（数１３）は（数１５）、（数１６）、（数１７）のように書き換えられる。
【数１４】
2007032120.tif 000015
【数１５】
2007032120.tif 000016
【数１６】
2007032120.tif 000017
【数１７】
2007032120.tif 000018
【０１０２】
次に、近似解の算出について説明する。
モーメント補償軌道（数１８）、（数１９）の近似解を求めるために、（数１５）、（数１６）を用いて解析的に近似解を得る。
【数１８】
2007032120.tif 000019
【数１９】
2007032120.tif 000020
ここで、（数１５）において、（数２０）は下肢軌道およびＺＭＰ軌道から算出できるので既知関数となり、さらに定常歩行であるとすれば、２足歩行ロボットの各部質点ならびにＺＭＰは運動座標系Ｏバー−ＸＹＺバーに関して周期的な相対運動をするので、（数２０）は周期関数となる。
【数２０】
2007032120.tif 000021
よって、（数１５）の左辺も同じく周期関数になる。そこで（数１５）の右辺を（数２１）に示すようにフーリエ級数展開する。
【数２１】
2007032120.tif 000022
このときのフーリエ係数は（数２２）のようになる。
【数２２】
2007032120.tif 000023
続いて、（数１８）を係数未知のフーリエ級数で表すと、（数２３）のようになる。
【数２３】
2007032120.tif 000024
（数２３）を（数１５）の左辺に代入し、各両辺のフーリエ係数を比較することで、（数１８）のフーリエ係数を求めると、（数２４）のようになる。
【数２４】
2007032120.tif 000025
そして、これを逆フーリエ級数展開することで、ピッチ軸回りのモーメント補償軌道（数１８）の近似解を（数２５）に示すように得ることができる。
【数２５】
2007032120.tif 000026
なお、（数２６）に各記号の説明を示す。
【数２６】
2007032120.tif 000027
【０１０３】
次に、スチュワートプラットホームの逆運動学について説明する。
パラレルリンク機構（特にスチュワートプラットホーム型）では、シリアルリンク機構と比較して、非常に逆運動学は容易になる。これは、シリアルリンク機構においては、特別な場合を除いて解析解が存在しないため、解を繰り返し計算による数値解として求める必要があり、計算の量が非常に多くなるためである。また、解析解が存在する場合でも、多くの座標変換があるために計算が複雑になる。以下、逆運動学の解法について述べる。
２足歩行ロボットのパラレルリンク機構は、ベースプレート（２足歩行ロボットの腰部）とエンドエフェクタ（２足歩行ロボットの足底部）からなる。まず、右足のリンク配置、座標系を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）、（ｂ）は腰座標系（数２７）および足座標系（数２８）を示す模式図である。また、（数２９）は腰座標系から見たエンドエフェクタ側ジョイントの位置ベクトルである。
【数２７】
2007032120.tif 000028
【数２８】
2007032120.tif 000029
【数２９】
2007032120.tif 000030
腰座標系（数２７）においての腰側ジョイントの位置を（数３０）とし、足座標系（数２８）においての足側ジョイントの位置を（数３１）とする。
【数３０】
2007032120.tif 000031
【数３１】
2007032120.tif 000032
ここで、腰座標系から見た足座標系の位置・姿勢（エンドエフェクタの位置・姿勢）を表わすベクトル（数３２）を定義する。
【数３２】
2007032120.tif 000033
また、腰座標系から見た足座標系の原点の位置ベクトル（数３３）と、腰座標系においてθｘ、θｙ、θｚの順に回転させる回転変換行列（数３４）とを、（数３５）、（数３６）のように定義する。
【数３３】
2007032120.tif 000034
【数３４】
2007032120.tif 000035
【数３５】
2007032120.tif 000036
【数３６】
2007032120.tif 000037
（数３１）、（数３５）、（数３６）より（数３７）となり、（数２９）の各成分は、（数３８）となる。
【数３７】
2007032120.tif 000038
【数３８】
2007032120.tif 000039
ここで、（数３９）となる変数を導入すると、単に幾何学的関係より、ｉ番目の腰側ジョイントとｉ番目の足側ジョイントを結ぶリンクの長さは、（数４０）となる。
【数３９】
2007032120.tif 000040
【数４０】
2007032120.tif 000041
詳細に書けば、（数４１）となる。
【数４１】
2007032120.tif 000042
【０１０４】
着地制御においては、理論コンプライアンス移動量、非線形コンプライアンス移動量、ｚ方向着地軌道修正量、ロール・ピッチ方向コンプライアンス移動量、ロール・ピッチ方向軌道修正量を算出する必要がある。これらの移動量、修正量の算出について説明する。なお、ここでは右足を遊脚として説明されており、各式に示すＲの文字は右足であることを意味する。
まず、理論コンプライアンス移動量の算出について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は理論コンプライアンス移動量の説明図である。まず、（数４２）は制御ソフトウェア内部に記述される着地路面検知用移動許容量を示し、（数４３）は腰座標系における歩行パターンの座標（遊脚の座標）、（数４４）は絶対座標系における腰座標（つまり腰の高さ）である。図３（ａ）において点線で示されているのが歩行パターンにおける遊脚の足部位置であり、本手法では歩行パターンより（数４２）だけ足を伸ばしたように歩行パターンが出力される。（数４３）は腰座標系であるので、図３に示すように負の値となる。
【数４２】
2007032120.tif 000043
【数４３】
2007032120.tif 000044
【数４４】
2007032120.tif 000045
（数４５）の条件においては遊脚は完全に路面から離れているので、理論コンプライアンス移動量は（数４６）となり、（数４７）の条件においては遊脚は路面に対して着地寸前であるので、理論コンプライアンス移動量は（数４８）となる。
【数４５】
2007032120.tif 000046
【数４６】
2007032120.tif 000047
【数４７】
2007032120.tif 000048
【数４８】
2007032120.tif 000049
【０１０５】
次に、非線形コンプライアンス移動量の算出について説明する。
図３（ｃ）は非線形の説明図であり、図３（ｄ）、（ｅ）は非線形コンプライアンス移動量の説明図である。非線形コンプライアンス移動量を（数４９）で示す。
【数４９】
2007032120.tif 000050
図３（ｃ）は、コンプライアンス係数が（数４２）の値を境に異なることを示す。図３（ｄ）に示すように、非線形コンプライアンス移動量が（数５０）の条件を満たすときに、非線形コンプライアンス移動量は（数５１）で表され、図３（ｅ）に示すように、非線形コンプライアンス移動量が（数５２）の条件を満たすときに、非線形コンプライアンス移動量は（数５３）で表される。
【数５０】
2007032120.tif 000051
【数５１】
2007032120.tif 000052
【数５２】
2007032120.tif 000053
【数５３】
2007032120.tif 000054
ここで、（数５４）は着地路面検知用コンプライアンス係数を示し、（数５５）は振動抑制用コンプライアンス係数を示す。この際、着地路面検知用コンプライアンス係数は制御系の発振が起こらない範囲でなるべく小さく取る。これにより大きな床反力が発生する以前に路面の形状を検知することができる（また理論コンプライアンス移動量が（数４２）までの範囲でなら（数４８）のようになるのも、この定数を十分小さく取るからである）。また、（数５６）はｚ方向の床反力を示し、（数５７）は制御周期（例えば１ｍｓ）を示す。
【数５４】
2007032120.tif 000055
【数５５】
2007032120.tif 000056
【数５６】
2007032120.tif 000057
【数５７】
2007032120.tif 000058
【０１０６】
次に、ｚ方向着地軌道修正量の算出について説明する。
まず、コンプライアンス移動量偏差としての着地路面高さ誤差を示す（数５８）を（数５９）を用いて算出する。
【数５８】
2007032120.tif 000059
【数５９】
2007032120.tif 000060
前述の歩容フラグから求めた制御モードと上記着地路面高さ誤差との基づいて（数６０）のｚ方向着地軌道修正量を算出する。このｚ方向着地軌道修正量の算出については後述する。
【数６０】
2007032120.tif 000061
【０１０７】
次に、ロール・ピッチ方向コンプライアンス移動量について説明する。
図３（ｆ）は、コンプライアンスを示す説明図であり、ＺＣＯＭはｚ方向コンプライアンスを示し、ＲＣＯＭはロール方向コンプライアンス、ＰＣＯＭはピッチ方向コンプライアンスを示す。まず、後述の６軸力覚センサで検出されるロール方向のトルクを（数６１）で示し、同じく６軸力覚センサで検出されるピッチ方向のトルクを（数６２）で示すと、（数６３）のロール方向のコンプライアンス移動量および（数６４）のピッチ方向のコンプライアンス移動量は、（数６５）および（数６６）で表される。
【数６１】
2007032120.tif 000062
【数６２】
2007032120.tif 000063
【数６３】
2007032120.tif 000064
【数６４】
2007032120.tif 000065
【数６５】
2007032120.tif 000066
【数６６】
2007032120.tif 000067
（数６３）のロール方向のコンプライアンス移動量および（数６４）のピッチ方向のコンプライアンス移動量と、前述の歩容フラグから求めた制御モードとに基づいて、（数６７）のロール方向軌道修正量および（数６８）のピッチ方向軌道修正量が算出される。このロール・ピッチ方向軌道修正量の算出については後述する。
【数６７】
2007032120.tif 000068
【数６８】
2007032120.tif 000069
【０１０８】
次に、推定姿勢補償制御について説明する。
上述した着地制御は、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面へのならい動作を完了できるため、例えば人間搭乗型の歩行ロボットに対して非常に有力な制御手法であるが、腰部と遊脚側の足部がそれぞれ常に水平であるということが着地制御における前提条件であり、機械剛性やモータの応答偏差等によりこの前提条件が崩れると、腰部の姿勢角の誤差が累積されてしまう。なお、姿勢角センサを搭載してその検出値をフィードバックすれば、容易に姿勢角の累積誤差を修正できるが、部品点数が増加すると共に、高精度の姿勢角センサは非常に高価であり製造コストが増加するという問題点がある。
そこで、この推定姿勢補償制御においては、足部に搭載されている６軸力覚センサの検出値からＺＭＰ実測値を算出し、これと予め設定されているＺＭＰ目標値との偏差（ＺＭＰ偏差値）に基づいて腰部の姿勢角の累積誤差（＝姿勢角補償量）を推定し、その値に応じて補償制御を行う。【０１０９】
まず、推定姿勢補償制御において用いる姿勢角補償量の算出法について説明する。
姿勢角補償量の算出には（数６９）を用いる。
【数６９】
2007032120.tif 000070
（数６９）の姿勢角補償量、ゲイン行列、ＺＭＰ偏差値はそれぞれ（数７０）、（数７１）、（数７２）で表される。
【数７０】
2007032120.tif 000071
【数７１】
2007032120.tif 000072
【数７２】
2007032120.tif 000073
なお、（数７２）のＺＭＰ偏差値は（数７３）を用いて算出する。
【数７３】
2007032120.tif 000074
（数７３）のＺＭＰ実測値、ＺＭＰ目標値はそれぞれ（数７４）、（数７５）で表される。
【数７４】
2007032120.tif 000075
【数７５】
2007032120.tif 000076
（数７４）は６軸力覚センサの検出値から（数７６）を用いて算出されたＺＭＰ実測値である。
【数７６】
2007032120.tif 000077
（数７７）に（数７６）中の各記号の説明を示す。
【数７７】
2007032120.tif 000078
また、（数７５）はＺＭＰ目標値であり、歩行パターン作成時に設定された目標ＺＭＰ軌道と同様の値である。【０１１０】
腰部の姿勢角を補償する操作を行う操作タイミングとしては、所定周期の断続的な期間である操作期間を予め設定しておき、該操作期間中に操作を行う。なお、実際の腰部の姿勢角の操作量（姿勢角操作量）は、急激な姿勢角の変動を防止するために、操作期間の開始時点からの時間ｔの関数として（数７８）を用いて算出する。
【数７８】
2007032120.tif 000079
（数７８）の姿勢角操作量、操作期間はそれぞれ（数７９）、（数８０）で表される。姿勢角操作量は操作期間の開始時点で０であり、終了時点で姿勢角補償量（数７０）となる。
【数７９】
2007032120.tif 000080
【数８０】
2007032120.tif 000081
なお、推定姿勢補償制御においては、腰部に対する足部の位置又は姿勢を操作することで腰部の姿勢を操作している。操作される足部は単立脚時であれば立脚側の足部であり、該足部の中心を基準としてその姿勢（ロール及びピッチ方向）を操作する。両脚支持時であれば両方の足部であり、各足部の中心を結ぶ線分の中点を基準としてその位置及び姿勢を操作する。
また、ＺＭＰ偏差値を長時間積分し続けると、実際の姿勢角の誤差との積分誤差が大きくなってしまうため、積分を開始してから所定時間経過後にＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することで、これを回避する。【０１１１】
（３）歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の構成について
次に、本実施の形態による歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の構成について図４〜図１７を用いてハードウェア構成を説明し、図１８、図３３を用いてソフトウェア構成を説明する。
図４は、本実施の形態による歩行パターン作成装置（歩行パターン作成用コンピュータ）と２足歩行ロボット装置の全体構成を示すブロック図である。
図４において、１は２足歩行ロボット装置としてのロボット部（図５０、５１の２０１、２０１ｃに相当）、２は歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置としての歩行パターン作成用コンピュータ、３は商用電源（ＡＣ１００Ｖ）が供給される外部電源部、４はロボット部（２足歩行ロボット装置）１の緊急停止等を行うための外部スイッチ、５はロボット部１を構成する腰部（図５０、５１の２０２と２０９に相当）、６はロボット部１を構成する脚部（下肢）（図５０の２０１ａ、２０１ｂに相当）である。図４に示すように、ロボット部１の腰部５と歩行パターン作成コンピュータ２とは無線（たとえば無線ＬＡＮ）を介して接続されている。腰部５には外部電源部３から電源が供給される。ただし、腰部５に内蔵するバッテリ（図５１の２３１）を使用しているときは外部電源部３は必要ない。【０１１２】
図５は、主に腰部５を示すブロック図である。
図５において、腰部５は、制御用コンピュータ７（図５１の２０９′に相当）、モータ制御部９、ブレーキ制御部１０、電源部１１、スイッチ回路１２を有する。制御用コンピュータ７は、外部の歩行パターン作成用コンピュータ２と無線ＬＡＮを介して接続され、また脚部６からのセンサ情報を取得して処理する。また、制御用コンピュータ７は、モータ制御部９にモータの速度指令値（電圧）を出力すると共に、脚部６のシリンダＣ１〜Ｃ１２（後述する）に内蔵のＤＣサーボモータ（後述）のオン・オフ、ブレーキのオン・オフ、ＤＣサーボモータ端子の短絡機能を制御する信号をスイッチ回路１２に出力する。電源部１１は、外部電源部３から電源を供給されるが、バッテリ使用時は必要ない。電源部１１は、脚部６のセンサ、制御用コンピュータ７、モータ制御部９、ブレーキ制御部１０、スイッチ回路１２に電源を供給する。スイッチ回路１２は、外部スイッチ４および制御用コンピュータ７からの信号を受け取り、排他的論理和（後述する）の論理に基づき、ＤＣサーボモータのオン・オフ、ブレーキのオン・オフ、ＤＣサーボモータ端子の短絡機能を制御する。モータ制御部９は、制御用コンピュータ７からの速度指令値に従い、脚部６のＤＣサーボモータの速度制御を行う。また、スイッチ回路１２からのサーボオン・オフ信号によりＤＣサーボモータのオン・オフを行い、スイッチ回路１２からのモータ端子短絡信号によりＤＣサーボモータ端子の短絡を行う。ブレーキ制御部１０は、スイッチ回路１２からの信号に従い、ブレーキの開閉を行う。【０１１３】
図６は、主に脚部６を示すブロック図である。
図６において、脚部６は、２本の脚部、右脚部１３ａおよび左脚部１３ｂから成る。各脚部１３ａ、１３ｂは、各々６本のアクチュエータシリンダＣ１〜Ｃ６、Ｃ７〜Ｃ１２（図５０、５１の直動リンク２３５）と、右足底部１４ａ（図５０、５１の右足部２０３に相当）および左足底部１４ｂ（図５０、５１の左足部２０４に相当）とから成る。各シリンダのＤＣサーボモータはモータ制御部９からの電流により制御される。また、ＤＣサーボモータの端子間電圧および電流はモータ制御部９にフィードバックされる。各シリンダＣ１〜Ｃ１２のロータリエンコーダ（後述する）はＤＣサーボモータの回転角度を検出し、制御用コンピュータ７にフィードバックする。各シリンダＣ１〜Ｃ１２のオフセット検出用フォトマイクロセンサは、初期位置を検出し、制御用コンピュータ７に信号を出力する。足底部１４ａ、１４ｂの６軸力覚センサ（後述する）は床反力情報を取得する。これは制御用コンピュータ７に記録される。各シリンダＣ１〜Ｃ１２のセンサ類には、電源部１１より電源が供給される。【０１１４】
図７は、外部電源部３を示すブロック図である。
図７において、外部電源部３はＡＣ／ＤＣコンバータ３１で構成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、商用電源（交流１００Ｖ）を４８Ｖの直流電圧に変換し、ロボット部１の腰部５の電源部１１に供給する。
図８は、歩行パターン作成用コンピュータ２を示すブロック図である。
図８において、歩行パターン作成用コンピュータ２は、ＣＰＵ２１、メモリ２２、ハードディスク２３、入力装置２４、表示装置２５、インタフェース部２６、ＬＡＮカード２７、無線ＬＡＮ２８から成り、歩行パターン作成ソフトウェアによりロボット部１の歩行パターンを作成する。また、無線ＬＡＮ２８により制御用コンピュータ７と通信することができ、歩行パターンを含むロボット制御ソフトウェアを制御用コンピュータ７にロードする。【０１１５】
図９は、外部スイッチ４を示すブロック図である。
図９において、外部スイッチ４は、ブレーキ制御スイッチ４１、サーボＯＮスイッチ４２、モータ端子短絡スイッチ４３から成る。各スイッチ４１〜４３の状態はロボット部１の腰部５のスイッチ回路１２に信号として送られ、該当する機能が制御される。ブレーキ制御スイッチ４１は各アクチュエータシリンダＣ１〜Ｃ１２の保持ブレーキをオン・オフする。サーボＯＮスイッチ４２はＤＣサーボドライバ（後述する）のサーボのオン・オフを制御する。モータ端子短絡スイッチ４３はＤＣサーボドライバのモータ端子短絡スイッチを制御する。モータ端子が短絡されると、モータの逆起電力により、モータが回転し難くなる。【０１１６】
図１０は、主に制御用コンピュータ７を示すブロック図である。
図１０において、制御用コンピュータ７は、ＣＰＵ７１、メモリ７２、ハードディスク７３などの基本的な構成要素と、パルスカウンタ７９等に対するインタフェース部７４、ＬＡＮカード７５、無線ＬＡＮ７６、Ｄ／Ａコンバータ７７、６軸力覚センサレシーバボード７８から成る。制御用コンピュータ７は、無線ＬＡＮ７６により、歩行パターン作成用コンピュータ２と通信可能であり、歩行パターン作成用コンピュータ２で作成されハードディスク７３に格納されているロボット制御ソフトウェアをメモリ７２にロードし、実行する。また、制御用コンピュータ７は、ロボット制御ソフトウェアで計算された速度指令値をＤ／Ａコンバータ７７を用いてアナログ電圧に変換してモータ制御部９に出力すると共に、脚部６の各シリンダＣ１〜Ｃ１２のロータリエンコーダから出力されるモータ角度情報をパルスカウンタ７９を介して取得し、これをＣＰＵ７１にフィードバックしてモータの位置制御を行う。さらに、制御用コンピュータ７は、必要に応じてスイッチ回路１２にブレーキ制御信号、サーボＯＮ信号、モータ端子短絡信号を出力することにより、各機能を制御することができる。制御コンピュータ７内の全ての電源は腰部５の電源部１１から供給される。【０１１７】
図１１は、主に電源部１１を示すブロック図である。
図１１において、電源部１１は、４８Ｖニッケル水素バッテリ１１１（図５１の２３１に相当）、バッテリ／電源切替部１１２、電源スイッチ１１３、４つのＤＣ−ＤＣコンバータ１１４〜１１７から成る。電源部１１には、外部電源部３より供給される電源と、４８Ｖニッケル水素バッテリ１１１により供給される電源とを選択するためのバッテリ／電源切替部１１２が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１４、１１５は、制御用コンピュータ７に電源を供給するために用いられ、電圧は５Ｖ、±１２Ｖである。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１６は、ブレーキ制御部１０に電源を供給するためのもので、電圧は２４Ｖである。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１７は、脚部６のセンサ類、スイッチ回路１２のデジタルＩＣなどのデジタル機器に電源を供給するために用いられ、電圧は５Ｖである。モータ制御部９には、主電源電圧つまりバッテリ１１１または外部電源部３の電圧がそのまま供給される。電源部１１の電源スイッチ１１３をオンにすることによってロボット部１に電源が供給される。【０１１８】
図１２は、主にスイッチ回路１２を示すブロック図である。
図１２において、スイッチ回路１２は、ブレーキ制御部１０を介するブレーキのオン・オフ、モータ制御部９を介するサーボのオン・オフ、モータ制御部９を介するモータ端子短絡の各機能を制御するための論理回路（排他的論理和）１２３、１２１、１２２である。スイッチ回路１２は、制御用コンピュータ７からの信号と外部スイッチ４からの信号との２つを入力し、排他的論理和をとって出力する。つまり、どちらかの入力が変化すると、出力の状態は必ず変化するので、任意の入力の組み合わせにおいてロボット部１を緊急停止させることが可能である。スイッチ回路１２を構成するデジタルＩＣには、腰部５の電源部１１から電源が供給される。【０１１９】
図１３は、主にブレーキ制御部１０を示すブロック図である。
図１３において、ブレーキ制御部１０は、半導体リレー１０１で構成され、スイッチ回路１２からのブレーキオン・オフ信号を入力とし、電源部１１より供給される電流をオン・オフし、脚部６の各シリンダＣ１〜Ｃ１２の保持ブレーキをオン・オフする。ブレーキ制御部１０の制御する上記保持ブレーキは、電流を流した状態で解放状態になり、電流オフ（非通電状態）でブレーキがかかった状態になる。【０１２０】
図１４は、主にモータ制御部９を示すブロック図である。
図１４において、モータ制御部９は１２個のＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２で構成され、各ドライバＤ１〜Ｄ１２が脚部６の各シリンダＣ１〜Ｃ１２に対応する。ＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２に必要な電源は、腰部５の電源部１１から供給される。ＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２は、スイッチ回路１２からの信号（サーボオン・オフ信号）により、サーボをオン・オフする。サーボオフ時はモータの端子は開放され、フリーな状態になる。また、ＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２は、スイッチ回路１２からの信号（モータ端子短絡信号）により、モータの端子を短絡する。モータ端子短絡時は、モータ自身の逆起電力により、モータが回転し難くなる。さらに、ＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２は、制御用コンピュータ７からの速度指令値（電圧）を目標値とし、脚部６のシリンダＣ１〜Ｃ１２のモータを速度制御する。さらに、ＤＣサーボドライバＤ１〜Ｄ１２は、モータに電流を供給し、またモータの端子間電圧および電流を取得してフィードバックすることにより、速度制御を可能にしている。【０１２１】
図１５は、主にシリンダＣ１〜Ｃ１２を示すブロック図である。
図１５において、各シリンダＣ１〜Ｃ１２（直動リンク２３５）は、ロータリエンコーダ１５１（図５２、５３の２５１に相当）、ＤＣサーボモータ１５２（図５２、５３の２４８に相当）、保持ブレーキ１５３（図５２、５３の２５０に相当）、直動部１５４およびオフセット検出用のフォトマイクロセンサ１５５（図５２、５３の初期位置センサ２４７に相当）から構成される。ロータリエンコーダ１５１およびフォトマイクロセンサ１５５には、腰部５の電源部１１から電源が供給される。ＤＣサーボモータ１５２は、モータ制御部９により速度制御される。保持ブレーキ１５３は、ブレーキ制御部１０により制御され、保持ブレーキ１５３がオンになると、ＤＣサーボモータ１５２は摩擦力により固定される。ロータリエンコーダ１５１は、ＤＣサーボモータ１５２の相対回転角度を検出し、それに比例した数のパルスを制御用コンピュータ７に送る。フィードバックされた角度データをもとに、制御用コンピュータ７は、ＤＣサーボモータ１５２を位置制御することができる。ＤＣサーボモータ１５２の回転運動は、直動部１５４で直動運動（直線運動）に変換され、左右それぞれ６つのシリンダの直動運動が足底部１４に伝えられる。このときの足底部１４の運動はスチュアートプラットホームの順運動学に従う。なお、歩行パターン作成時には逆運動学を用いる。また、ロータリエンコーダ１５１は、相対的な角度変位のみを検出するセンサであるので、フォトマイクロセンサ１５５を用いて初期位置を検出する。フォトマイクロセンサ１５５は、最もシリンダが縮んだ状態で反応し、シリンダが初期位置にあることを制御用コンピュータ７に知らせる。【０１２２】
図１６は、主に足底部（足部）１４を示すブロック図である。なお、足底部１４は右足底部１４ａ（２０３）と左足底部１４ｂ（２０４）から成る（図６、４５、４６参照）。
図１６において、足底部１４は、足底板１４１（図５１の２０３ａ、２０４ａに相当）と６軸力覚センサ１４２（図５１の２０３ｂ、２０４ｂに相当）から成る。６本のシリンダＣ１〜Ｃ６（直動リンク２３５）の直動運動の結果として、足底板１４１の運動が決定される。立脚時には６軸力覚センサ１４２によって床反力情報を取得し、これを制御用コンピュータ７で処理することにより、実際のＺＭＰの位置を調べることができる。【０１２３】
図１７は、主に直動部１５４（図５０、５１、５２、５３の直動リンク２３５の直動部分）を示すブロック図である。
図１７において、直動部１５４は、動力伝達部１７１（図５２、５３の歯付プーリ２４９、溝付きベルト２５２等から構成）、すべりねじ１７２（図５３の雄螺子軸部２５４に相当）、ナット１７３（図５３の２５５に相当）、リニアガイド１７４（図５２、５３のロッドレール部２４５、レールガイド２４６に相当）から構成される。動力伝達部１７１は、ＤＣサーボモータ１５２の回転をすべりねじ１７２の軸に伝え、また回転軸の軸心のずれを吸収する。すべりねじ１７２の軸が回転すると、ナット１７３が直動運動（直線運動、直進後退運動）をする。ナット１７３の回転はリニアガイド１７４により抑制されるので、直進後退運動だけを取り出すことができる。直動部１５４の従動側の運動はジョイントを介して足底板１４１に伝えられる。【０１２４】
図１８は、歩行パターン作成用コンピュータ２のＣＰＵ２１における機能実現手段（ソフトウェア構成）を示すブロック図である。
図１８において、２１１はロボット部１の全相数等の設定データを入力するための設定データ入力手段、２１２は足部（足底部）１４の軌道と腰部５の初期軌道とを設定する軌道設定手段、２１３は設定した足部１４の軌道と腰部５の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）の軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定手段、２１４は脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段、２１５は目標ゼロモーメントポイント回りのモーメント等に対してフーリエ変換を行ってフーリエ係数を算出するフーリエ変換手段、２１６は算出したフーリエ係数に基づいてフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定手段、２１７は算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメント等に基づいて腰部５のモーメント補償軌道（初期軌道に対してモーメントを補償した軌道）を算出するモーメント補償軌道算出手段、２１８は設定した足部１６の軌道と腰部５のモーメント補償軌道とにより各質点の加速度を算出する質点加速度算出手段、２１９は算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントであるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出手段、２２０は算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さいか否かを判定するエラーモーメント判定手段、２２１は腰座標系（数２７）から見た足部（「足底部」ともいう）の位置と姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を算出する足部位置姿勢算出手段、２２２は歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定手段、２２３は腰部から見た足部の位置・姿勢の時系列データおよび腰部から見たＺＭＰ軌道および歩容フラグを歩行パターンとしてハードディスク２３のファイルに出力するファイル出力手段である。また、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４は、脚部６の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４１と、腰部５の運動により生じる目標ＺＭＰ回りの既知のモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段２１４２とを有し、フーリエ変換手段２１５は、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４において算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和を算出するモーメント総和算出手段２１５１と、その算出した総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ算出手段２１５２とを有し、足部位置姿勢算出手段２２１は、足座標系（数２８）の原点位置を算出する原点位置算出手段２２１１と、足部の姿勢を算出するための回転行列を求める回転行列算出手段２２１２と、ロール角、ヨー角、ピッチ角の姿勢角を算出する姿勢算出手段２２１３とを有する。【０１２５】
図３３は、制御用コンピュータ７のＣＰＵ７１における機能実現手段（ソフトウェア構成）を示すブロック図である。
図３３において、７１１は電源部１１を介して電源を投入するための電源投入手段、７１２は歩行パターン作成用コンピュータ２から歩行パターンを無線で受信してハードディスク７３に格納する歩行パターン設定手段、７１３は脚部６の脚を伸縮するシリンダＣ１〜Ｃ１２の初期位置を設定するシリンダ初期位置設定手段、７１４はハードディスク７３に格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段、７１５は使用する歩行パターンに基づいてモータ（ＤＣサーボモータ）を制御するモータ制御手段、７１６は歩行動作の終了か否かを判定する終了判定手段である。【０１２６】
（４）歩行パターン作成動作と２足歩行ロボット装置の制御動作
このように構成された２足歩行ロボット装置について、その動作を図１９〜図３６を用いて説明する。まず、図４〜図１８の２足歩行ロボット装置における歩行パターン作成用コンピュータ２による歩行パターン作成動作について、図１９〜図３２を用いて説明する。図１９〜図３１は歩行パターン作成用コンピュータ２のＣＰＵ２１の動作（歩行パターン作成動作）を示すフローチャートであり、図３２は足座標系の原点位置の算出、回転行列の算出および姿勢角算出について説明する説明図である。【０１２７】
図１９は歩行パターン作成の全体動作を示す。
図１９において、まず、設定データ入力手段２１１は、総歩数、足底部１４の位置と姿勢、１相の時間（歩行速度）を設定データとして入力装置２４を介して入力する（Ｓ１）。ここで、１相の時間とは或る期間を分割したときの１個分の時間長さであり、１相毎に２足歩行ロボット装置に歩行パターンを与えることで連続した歩行動作を行うことができる。次に、軌道設定手段２１２は、足部（足底部）１４の軌道と腰部５の初期軌道とを設定し（Ｓ２、軌道設定ステップ）、目標ＺＭＰ軌道設定手段２１３は、設定した足部１４の軌道と腰部５の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）の軌道を設定する（Ｓ３、目標ＺＭＰ軌道設定ステップ）。目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４の下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４１は、脚部６の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出し（Ｓ４、下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出ステップ）、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４の腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段２１４２は、腰部５の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する（Ｓ５、腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出ステップ）。フーリエ変換手段２１５のモーメント総和算出手段２１５１は、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４において算出した足部１４と腰部５の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメント（初期値はゼロ）との総和を算出し（モーメント総和算出ステップ）、フーリエ変換手段２１５のフーリエ係数算出手段２１５２は、その算出した総和に基づいてフーリエ係数を算出し（Ｓ６、フーリエ係数算出ステップ）、フーリエ係数決定手段２１６は、ステップＳ６で算出したフーリエ係数に基づいてフーリエ係数を決定する（Ｓ７、フーリエ係数決定ステップ）。次に、モーメント補償軌道算出手段２１７は、ステップＳ７で決定したフーリエ係数を逆フーリエ変換してモーメント補償軌道を算出し、この算出したモーメント補償軌道に基づいて腰部５の軌道（腰部５のモーメント補償軌道）を設定する（Ｓ８、モーメント補償軌道算出ステップ）。次に、質点加速度算出手段２１８は、設定した足部１４の軌道とステップＳ８で算出した腰部５のモーメント補償軌道とにより各質点の加速度を算出して加速度の時系列データを取得し（Ｓ９、質点加速度算出ステップ）、エラーモーメント算出手段２１９は、算出された各質点の加速度の時系列データに基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出する（Ｓ１０、エラーモーメント算出ステップ）。次に、エラーモーメント判定手段２２０は、算出したエラーモーメント（ｅＭ）が所定モーメント（εＭ）よりも小さいか否かを判定し（Ｓ１１、エラーモーメント判定ステップ）、所定モーメントよりも大きいと判定したときはエラーモーメント判定手段２２０はフィードバックするエラーモーメントを算出し、その後ステップＳ４へ戻る（Ｓ１２）。ステップＳ１１でエラーモーメントが所定モーメントよりも小さいと判定した場合は原点位置算出手段２２１１は足座標系の原点位置を算出し、回転行列算出手段２２１２は足部の姿勢を算出するための���転行列を算出し、姿勢算出手段２２１３はロール角、ヨー角、ピッチ角の姿勢角を算出する（Ｓ１３、足部位置姿勢算出ステップ）。次に、歩容フラグ決定手段２２２は、立脚の前期、後期および遊脚の前期、後期に基づいて歩容フラグを決定し（Ｓ１４、歩容フラグ決定ステップ）、ファイル出力手段２２３は、腰部から見た足部の位置・姿勢の時系列データおよび腰部から見たＺＭＰ軌道を歩行パターンとしてハードディスク２３のファイルに出力する（Ｓ１５）。【０１２８】
次に、ステップＳ２に示す軌道設定手段２１２の動作を図２０（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明する。図２０（ａ）は足底部１４の軌道と腰部５の初期軌道の設定動作を示し、図２０（ｂ）は一歩分の足底部１４の軌道設定動作を、図２０（ｃ）は一歩分の腰部５の初期軌道設定動作を示す。【０１２９】
まず図２０（ａ）において、ｉをゼロに設定し（Ｓ２１）、ｉが全相数より小さいか否かを判定する（Ｓ２２）。最初はｉ＜全相数であるので、ステップＳ２３へ移行し、一歩分の足底部１４の軌道を設定する（一歩分の足底部軌道設定処理）。次に、一歩分の腰部５の初期軌道を設定する（Ｓ２４、一歩分の腰部初期軌道設定処理）。次に、ｉを１だけ増加して（ｉ＝ｉ＋１の演算を行って）ステップＳ２２へ戻る（Ｓ２５）。ステップＳ２２〜Ｓ２５をｉ≧全相数と成るまで繰り返す。ステップＳ２２でｉ≧全相数と判定すると、この処理を終了する。【０１３０】
次に、ステップＳ２３の一歩分の足部軌道設定処理について図２０（ｂ）を用いて説明する。
まず一歩の中間点と終点を設定し（Ｓ２３１）、一歩の片立脚期の相数（或る期間を所定時間たとえば３０ｍｓで分割したときの分割数）と一歩の相数とを設定する（Ｓ２３２）。次に、ｉを１に設定し（Ｓ２３３）、ｉが片立脚期の相数以下か否かを判定する（Ｓ２３４）。最初はｉ≦片立脚期の相数であるので、ステップＳ２３５へ移行し、上記中間点と終点に基づいて遊脚（路面から離れている脚）の足底部の位置を５次多項式（５次多項式とするのは、２回微分しても充分になめらかである必要があるからである）で近似して求め、静止している立脚の足底部の位置を設定する（Ｓ２３６）。次に、ｉを１だけ増加して（ｉ＝ｉ＋１の演算を行って）ステップＳ２３４へ戻る（Ｓ２３７）。ステップＳ２３４〜Ｓ２３７をｉ＞片立脚期の相数となるまで繰り返す。ステップＳ２３４でｉ＞片立脚期の相数と判定すると、ステップＳ２３８へ移行し、ｉ≦一歩の相数か否かを判定し、最初はｉ≦一歩の相数であるので、次に、静止している両脚の足底部１４の位置を設定する（Ｓ２３９）。次に、ｉを１だけ増加して（ｉ＝ｉ＋１の演算を行って）ステップＳ２３８へ戻る（Ｓ２４０）。ステップＳ２３８〜Ｓ２４０をｉ＞一歩の相数と成るまで繰り返す。ステップＳ２３８でｉ＞一歩の相数と判定すると、この処理を終了する。【０１３１】
次に、ステップＳ２４の一歩分の腰部初期軌道設定処理について図２０（ｃ）を用いて説明する。
まずｉを１に設定し（Ｓ２４１）、ｉが一歩の相数以下か否かを判定する（Ｓ２４２）。最初はｉ≦一歩の相数であるので、次に、腰部５は一定の高さかつ一定速度で直線的に移動するとして腰の位置を求める（Ｓ２４３）。次に、ｉを１だけ増加して（ｉ＝ｉ＋１の演算を行って）ステップＳ２４２へ戻る（Ｓ２４４）。ステップＳ２４２〜Ｓ２４４をｉ＞一歩の相数と成るまで繰り返す。ステップＳ２４２でｉ＞一歩の相数と判定すると、この処理を終了する。【０１３２】
次に、ステップＳ３に示す目標ＺＭＰ軌道設定手段２１３の動作について図２１を用いて説明する。
まず、ｊとｉを１に設定する（Ｓ３１、Ｓ３２）。次に、ｉ≦片立脚期の相数か否かを判定し（Ｓ３３）、最初はｉ≦片立脚期の相数であるので、次に、ＺＭＰの位置を立脚側の足底部１４の中心に設定する（Ｓ３４）。次に、ｉを１だけ増加して（ｉ＝ｉ＋１の演算を行って）ステップＳ３３へ戻る（Ｓ３５）。ステップＳ３３〜Ｓ３５をｉ＞片立脚期の相数と成るまで繰り返す。ステップＳ３３でｉ＞片立脚期の相数と判定すると、次に、ｉ≦一歩の相数か否かを判定し（Ｓ３６）、最初はｉ≦一歩の相数であるので、次に、ＺＭＰの位置を２つの足底部１４（右足底部１４ａと左足底部１４ｂ）の中間点に設定する（Ｓ３７）。次に、ｉを１だけ増加してステップＳ３６へ戻る（Ｓ３８）。ステップＳ３６〜Ｓ３８をｉ＞一歩の相数と成るまで繰り返す。ステップＳ３６でｉ＞一歩の相数と判定すると、次に、ｊ＜全相数か否かを判定し（Ｓ３９）、最初はｊ＜全相数であるので、ｊを１だけ増加してステップＳ３２へ戻る（Ｓ４０）。次に、再びｉを１に設定して、ｊ≧全相数となるまでステップＳ３２〜Ｓ３８を繰り返す。ｊ≧全相数と判定すると、この処理を終了する。【０１３３】
次に、ステップＳ４に示す下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４１の動作について図２２を用いて説明する。
まずｎを１に、下肢の質点数をＮに設定し（Ｓ４１）、ｎ≦全相数か否かを判定する（Ｓ４２）。最初はｎ≦全相数であるので、下肢の運動により目標ＺＭＰの回りに生ずるモーメント（ベクトルＭ）を算出する（Ｓ４３）。ステップＳ４３に示すベクトルＭは、（数２）において外力をゼロとした場合のベクトルである。次に、ｎを１だけ増加してステップＳ４２へ戻る（Ｓ４４）。ステップＳ４２でｎ＞全相数と判定されるまで、ステップＳ４２〜Ｓ４４を繰り返す。ｎ＞全相数と判定すると、この処理を終了する。全相数とは例えば１０２４（２の１０乗）である。【０１３４】
次に、ステップＳ５に示す腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段２１４２の動作について図２３を用いて説明する。
まずｎを１に設定し（Ｓ５１）、ｎ≦全相数か否かを判定する（Ｓ５２）。最初はｎ≦全相数であるので、腰の運動により目標ＺＭＰの回りに生ずる既知モーメント（Ｍｋｙ，Ｍｋｘ）を算出する（Ｓ５３）。ステップＳ５３に示す既知モーメントは、（数６），（数７）において腰部５に関する座標を未知とした場合のモーメントである（数６、７における左辺の既知の項だけを抜き出し，右辺に移項したもの）。次に、ｎを１だけ増加してステップＳ５２へ戻る（Ｓ５４）。ステップＳ５２でｎ＞全相数と判定されるまで、ステップＳ５２〜Ｓ５４を繰り返す。ｎ＞全相数と判定すると、この処理を終了する。【０１３５】
次に、ステップＳ６に示すフーリエ変換手段２１５の動作について図２４を用いて説明する。
まずモーメント総和算出手段２１５１は、ステップＳ４で求めたベクトルＭとステップＳ５で求めた既知モーメント（ベクトルＭｋ）と後述のステップＳ１２で求めたエラーモーメント（ベクトルＥ）との総和を求めると共に、全相数をＮに設定する（Ｓ６１、モーメント総和算出ステップ）。なお、エラーモーメントの初期値はゼロである。次に、フーリエ係数算出手段２１５２は、上記総和をフーリエ変換し（Ｓ６２）、フーリエ係数を算出する（Ｓ６３）。フーリエ変換やフーリエ係数の算出は一般的手法である。【０１３６】
次に、ステップＳ７に示すフーリエ係数決定手段２１６の動作について図２５を用いて説明する。
まずフーリエ係数決定手段２１６は、腰部５のモーメント補償軌道をフーリエ級数で表す（Ｓ７１）。ステップＳ７１のＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）はフーリエ係数である。次に、このフーリエ級数を（数１５）、（数１６）に代入してフーリエ係数を比較し（Ｓ７２）、比較結果に基づいてフーリエ係数を決定する（Ｓ７３）。【０１３７】
次に、ステップＳ８に示すモーメント補償軌道算出手段２１７の動作について図２６を用いて説明する。
まずモーメント補償軌道算出手段２１７は、全相数をＮに設定し（Ｓ８１）、逆フーリエ変換用のデータ（つまりステップＳ７３で決定したフーリエ係数を元に設定した逆フーリエ変換用のデータ）を設定し（（数２５）参照）（Ｓ８２）、腰部５のモーメント補償軌道を上記逆フーリエ変換用のデータを逆フーリエ変換することにより算出する（Ｓ８３）。次に、ｉを１に設定し（Ｓ８４）、ｉ≦Ｎか否かを判定する（Ｓ８５）。最初はｉ≦Ｎであるので、次に、ステップＳ８３で算出したモーメント補償軌道に基づいて腰部５の軌道を設定する（Ｓ８６）。次に、ｉを１だけ増加する（Ｓ８７）。ステップＳ８５〜Ｓ８７をｉ＞Ｎとなるまで繰り返し、ｉ＞Ｎと判定すると、この処理を終了する。【０１３８】
次に、ステップＳ９に示す質点加速度算出手段２１８の動作について図２７を用いて説明する。
まず質点加速度算出手段２１８は、１相の時間をＴ（たとえば３０ｍｓ）に、ｎを１に、全相数をＮに設定し（Ｓ９１、Ｓ９２）、ｎ≦Ｎか否かを判定する（Ｓ９３）。最初はｎ≦Ｎであるので、次に、ｉを１に、質点の相数をＪに設定し（Ｓ９４）、ｉ≦Ｊか否かを判定する（Ｓ９５）。最初はｉ≦Ｊであるので、次に、離散時間における各質点の加速度（ｒｉ（ｎ）の２階微分）を計算する（Ｓ９６）。次に、ｉを１だけ増加する（Ｓ９７）。ステップＳ９５〜Ｓ９７をｉ＞Ｊとなるまで繰り返し、ｉ＞Ｊであると判定すると、次にｎを１だけ増加し（Ｓ９８）、ステップＳ９４〜Ｓ９８をｎ＞Ｎとなるまで繰り返し、ｎ＞Ｎであると判定すると、この処理を終了する。【０１３９】
次に、ステップＳ１０に示すエラーモーメント算出手段２１９の動作について図２８を用いて説明する。
まずエラーモーメント算出手段２１９は、ｎを１に設定し（Ｓ１０１）、ｎ≦全相数か否かを判定する（Ｓ１０２）。最初はｎ≦全相数であるので、次に、ステップＳ４３と同様にしてエラーモーメント（ｅＭ（ｎ））を算出し（Ｓ１０３）、ｎを１だけ増加する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０２〜Ｓ１０４をｎ＞全相数となるまで繰り返す。【０１４０】
次に、ステップＳ１２に示すエラーモーメント判定手段２２０の動作について図２９を用いて説明する。図２９はエラーモーメントの算出方法について説明するものである。
まずエラーモーメント判定手段２２０は、繰り返し回数をｎとし（Ｓ１２１）、ｎが１の場合はエラーモーメントを０とし（Ｓ１２２、Ｓ１２３）、ｎが２の場合はエラーモーメントを１回目で算出した値とし（Ｓ１２４、Ｓ１２５）、ｎが３以上の場合は前回で使用したエラーモーメントに前回で算出したエラーモーメントの半分を加えたものを今回のエラーモーメントとする（Ｓ１２６）。
ｎ＝１のときにエラーモーメントを０とする理由について説明する。ｎ＝１は、１回目の計算の後にフィードバックする値を表わしているのでは無くて、１回目の計算で使うエラーモーメントを示している。すなわち、ｎ＝１の場合のエラーモーメントＥ１を計算に用いる時点ではｅＭ１は計算されておらず、フィードバックすべき量がない。そのためにＥ１＝０というステップを便宜上入れてある。初めて計算される算出エラーモーメントｅＭ１がＥ２に代入されるのも同様の理由で、ｅＭ１が計算された直後は繰り返し回数ｎ＝２となるために、Ｅ２に代入されて２回目の計算に使用される。【０１４１】
次に、ステップＳ１３に示す足部位置姿勢算出手段２２１の動作について図３０を用いて説明する。
まず、ｎを１に設定し（Ｓ１３１）、ｎ≦全相数か否かを判定する（Ｓ１３２）。最初はｎ≦全相数であるので、原点位置算出手段２２１１は、足座標系の原点位置を算出し（Ｓ１３３、後述の図３２および（数８２）参照）、回転行列算出手段２２１２は足部の姿勢を算出するための回転行列を算出し（Ｓ１３４、後述の（数８７）参照）、姿勢算出手段２２１３はロール角、ヨー角、ピッチ角の姿勢角を算出する（Ｓ１３５、後述の（数９１）参照）。次に、ｎを１増加し、ステップＳ１３２へ戻る。これをｎ＞全相数となるまで繰り返す。ｎ＞全相数となると、この処理を終了する。【０１４２】
ここで、足座標系の原点位置の算出、回転行列の算出および姿勢角算出について図３２を用いて説明する。
従来は、絶対座標系における足部位置・姿勢および腰部位置・姿勢から逆運動学により各シリンダ長さ（つまり腰部ジョイントと足部ジョイントとの間の距離）を算出し、これを歩行パターンとして出力していたが、本実施の形態では、次のような手順で、絶対座標系における足部位置・姿勢および腰部位置・姿勢から、腰座標系から見た足座標系の位置・姿勢を算出し、これを歩行パターンとして出力する。
腰座標系から見た足座標系原点の位置ベクトル（数８１）は、足部と腰部の絶対座標から、（数８２）となる（図３２参照）。
【数８１】
2007032120.tif 000082
【数８２】
2007032120.tif 000083
また、腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列（数８３）と、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列（数８４）と、絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列（数８５）の関係は（数８６）、（数８７）のようになる。
【数８３】
2007032120.tif 000084
【数８４】
2007032120.tif 000085
【数８５】
2007032120.tif 000086
【数８６】
2007032120.tif 000087
【数８７】
2007032120.tif 000088
ここで、（数８４）、（数８５）は（数８８）、（数８９）のように表わされる。
【数８８】
2007032120.tif 000089
【数８９】
2007032120.tif 000090
【０１４３】
このようにして求めた、腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列（数８３）より、次の手順でロール角、ヨー角、ピッチ角に換算する。
腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列（数８３）の成分を（数９０）のようにおく。
【数９０】
2007032120.tif 000091
これらより、２変数逆正接関数を用い、腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わすロール角、ヨー角、ピッチ角は、（数９１）のようになる。
【数９１】
2007032120.tif 000092
この腰座標系から見た足座標系の位置・姿勢（数９２）、（数９３）を両足分算出し、歩行パターンとして出力する。
【数９２】
2007032120.tif 000093
【数９３】
2007032120.tif 000094
ここで、（数９１）について説明する。Ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）は（数９４）として計算されるが、結果の角度が存在する象限は、ｘとｙの両方の符号によって決定される。例えば、Ａｔａｎ２（−２．０，−２．０）＝−１３５°である。
【数９４】
2007032120.tif 000095
【０１４４】
次に、ステップＳ１４の歩容フラグの算出について図３１を用いて説明する。まず、相数ｎを“１”に設定し（ＳＳ５１）、ｎが全相数以下か否かを判定する（ＳＳ５２）。最初はｎは全相数以下であるので、ステップＳＳ５３へ移行して立脚か否かを判定する。ステップＳＳ５３で立脚と判定したときは次に立脚の前期か否かを判定する（ＳＳ５４）。立脚か否かの判定や立脚の前期か否かの判定は例えば歩行経過時間や、または足部と路面の距離や速度と対応付けて行う。立脚前期と判定されたときは歩容フラグＦ［ｎ］を“０”に設定し（ＳＳ５５）、立脚前期でない（つまり立脚後期である）と判定したときは歩容フラグＦ［ｎ］を“１”に設定する（ＳＳ５６）。ステップＳＳ５３で立脚でない（つまり遊脚である）と判定されたときは次に遊脚の前期か否かを判定する（ＳＳ５７）。遊脚の前期か否かは例えば遊脚が上昇中であるか否かによって判定する。ステップＳＳ５７で遊脚前期と判定されたときは歩容フラグＦ［ｎ］を“２”に設定し（ＳＳ５８）、遊脚後期と判定されたときは歩容フラグＦ［ｎ］を“３”に設定する（ＳＳ５９）。ステップＳＳ５５、５６、５８、５９で歩容フラグを設定した後は、相数ｎを１つ増加する（ＳＳ６０）。ステップＳＳ５２で相数ｎが全相数を越えたと判定したときはこの処理を終了する。【０１４５】
次に、２足歩行ロボット装置の制御動作について、図３３〜図３７を用いて説明する。図３３は制御用コンピュータ７のＣＰＵ７１における機能実現手段を示すブロック図であり、図３４〜図３６は制御用コンピュータ７のＣＰＵ動作を示すフローチャートであり、図３７はＣＰＵ７１のモータ制御手段７１５を示す機能ブロック図である。【０１４６】
まず２足歩行ロボット装置の制御動作の全体動作について図３４を用いて説明する。
図３４において、電源投入手段７１１は電源部１１を介して２足歩行ロボット装置の電源を投入する（ＳＳ１）。次に歩行パターン設定手段７１２は、歩行パターン作成用コンピュータ（歩行パターン作成装置）２から歩行パターンを無線で受信してハードディスク７３に格納し（ＳＳ２、歩行パターン設定ステップ）、シリンダ初期位置設定手段７１３は、脚部６の脚を伸縮するシリンダＣ１〜Ｃ１２の初期位置を設定する（ＳＳ３、シリンダ初期位置設定ステップ）。次に、歩行開始命令手段７１４は、ハードディスク７３に格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令し（ＳＳ４、歩行開始命令ステップ）、モータ制御手段７１５は、使用する歩行パターンに基づいてモータ（ＤＣサーボモータ）１５２を制御する（ＳＳ５、モータ制御ステップ）。次に、終了判定手段７１６は、歩行動作の終了か否かを（終了命令が制御用コンピュータ７から出ているか否かを）判定する（ＳＳ６）。【０１４７】
次に、ステップＳＳ２に示す歩行パターン設定手段７１２の動作を図３５を用いて説明する。
図３５において、まず、設定したいパターンの数をＮに、ｊをゼロに設定する（ＳＳ２１）。次に、ｊ＜Ｎか否かを判定する（ＳＳ２２）。最初はｊ＜Ｎであるので、次に、歩行パターン作成用コンピュータ２で作成したデータ（腰座標系における足部の位置・姿勢、絶対座標系における腰軌道、絶対座標系におけるＺＭＰ軌道）を制御用コンピュータ７のメモリ７２に記憶する（ＳＳ２３）。次に、ｊを１だけ増加する（ＳＳ２４）。ステップＳＳ２２〜ＳＳ２４をｊ≧Ｎとなるまで繰り返す。ｊ≧Ｎであると判定すると、この処理を終了する。【０１４８】
次に、ステップＳＳ３に示すシリンダ初期位置設定手段７１３の動作を図３６を用いて説明する。
図３６において、まず、Ｄ／Ａコンバータ７７から一定電圧を各モータドライバ（ＤＣサーボドライバ）Ｄ１〜Ｄ１２に出力し、低速かつ一定速度でシリンダＣ１〜Ｃ１２を縮める方向に動かす（ＳＳ３１）。次に、初期位置検出用のセンサ１５５が反応したか否かを判定し（ＳＳ３２）、反応しない場合にはステップＳＳ３１へ戻り、反応した場合には反応したセンサがついているシリンダに位置制御（ＰＩ制御）をかけて固定する（ＳＳ３３）。ステップＳＳ３１〜ＳＳ３３の動作を全てのセンサが反応するまで行う（ＳＳ３４）。全てのセンサが反応したと判定した場合は、全てのシリンダを動かして、２足歩行ロボット装置を歩行パターンに基づく初期位置にする（ＳＳ３５）。【０１４９】
次に、モータ制御手段７１５について図３７を用いて説明する。図３７はモータ制御手段７１５を示す機能ブロック図である。
図３７において、８１０は基本制御を行う基本制御手段、８２０は着地制御を行う着地制御手段である。基本制御手段８１０は、メモリ７２に記憶されている歩行パターンを出力する歩行パターン出力手段８１１と、後述のｚ方向着地軌道修正量を加算するｚ方向加算手段８１２１と非線形コンプライアンス移動量を加算するコンプライアンス加算手段８１２２とロール・ピッチ方向軌道修正量を加算するロール・ピッチ加算手段８１２３とを有する補正量加算手段８１２と、足部の位置・姿勢の目標値に対して逆運動学演算を行ってシリンダ長さのデータ（つまりリンク長さのデータ）を生成する逆運動学演算手段８１３と、シリンダ長さのデータをモータの角度変位のデータに変換するデータ変換手段８１４と、シリンダの初期位置の微調整を行う初期位置微調整手段８１５と、後述のシリンダ駆動装置４００（図３７参照）を駆動するシリンダ駆動装置駆動手段８１６とを有する。【０１５０】
また、着地制御手段８２０は、歩容フラグＦ［ｎ］に基づいて制御モードを選択するモード選択手段８２１と、歩行パターンの各成分を着地制御の制御対象となる成分（制御対象成分）と制御対象とならない成分（非制御対象成分）とに分割する成分分割手段８２２と、上記制御モード等に基づいてｚ方向着地軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出手段８２３と、非線形コンプライアンス移動量をｚ方向圧力（床反力）から算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４と、ロール・ピッチ方向のトルクからロール・ピッチ方向軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段８２５と、加算する修正量や移動量に基づいて新たな歩行パターンを作成する歩行パターン修正手段８２６とを有する。さらに、ｚ方向着地軌道修正量算出手段８２３は、理論コンプライアンスを算出する理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との偏差をコンプライアンス移動量偏差（着地路面高さ誤差）として算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段８２３２と、歩容フラグに基づく制御モードとコンプライアンス移動量偏差とに基づいてｚ方向着地軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段８２３３とを有する。さらに、ロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段８２５は、ロール・ピッチ方向のコンプライアンス移動量をロール・ピッチ方向のトルクから算出するコンプライアンス移動量算出手段８２５１と、ロール・ピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段８２５２とを有する。【０１５１】
このように構成されたモータ制御手段７１５の動作について説明する。
まず、基本制御手段８１０について、図３８、図３９を用いて説明する。図３８はモータ制御手段とモータ駆動装置を示すブロック図である。図３９は基本制御手段８１０の動作を示すフローチャートである。
図３８において、歩行パターン出力手段８１１、逆運動学演算手段８１３、データ変換手段８１４、初期位置微調整手段８１５、シリンダ駆動装置駆動手段８１６は図３７と同様のものであり、同一符号を付し、説明は省略する。【０１５２】
このように構成された基本制御手段８１０の動作について図３９を用いて説明する。
図３９において、まず、歩行パターンが選択され、歩行開始命令が出されると（歩行パターン選択と歩行開始命令とは外部のコンピュータから無線を介して伝えられる。通常は歩行パターン作成用コンピュータ２がこの役割を果たしている）、歩行パターン出力手段８１１は、腰座標系における足部の位置・姿勢のデータや絶対座標系における腰座標・ＺＭＰ座標のデータ（以下、「足部等データ」という）を制御周期（約１ｍｓ）毎に補間して出力する（ＳＳ４１）。この足部等データに対して補正量加算手段８１２が補正量を加算する場合もあるが、基本制御においては補正量の加算は行わない（ＳＳ４２）。次に、逆運動学演算手段８１３は、足部等データに対して前述した逆運動学演算を行ってシリンダ長さのデータを算出し（ＳＳ４３）、データ変換手段８１４は、算出したシリンダ長さのデータをモータの角度変位のデータに変換する（ＳＳ４４）。このモータ角度変位データに初期位置微調整手段８１５からの初期位置の微調整データ（ＳＳ４５）を加えた加算データａをシリンダ駆動装置駆動手段８１６が比較部ＣＯＭに出力する（ＳＳ４６）。加算データａはパルスカウンタ７９からの実角度変位データｂと比較部ＣＯＭで比較され、差データ（ａ−ｂ）となる。この差データ（ａ−ｂ）の積分データと比例データとは比例積分部３００において加算されてモータ回転速度データｃとなり、このデータｃは換算部３０１でデジタル電圧に換算されて、Ｄ／Ａコンバータ７７に出力され、Ｄ／Ａコンバータ７７でアナログ電圧となり、このアナログ電圧はサーボドライバＤ１〜Ｄ１２に入力され、サーボドライバＤ１〜Ｄ１２は上記アナログ電圧によりＤＣサーボモータ１５２を回転駆動する。ＤＣサーボモータ１５２の回転変位（角度変位）はロータリエンコーダ１５１でパルス数として検出され、このパルス数はパルスカウンタ７９で計数されて比較部ＣＯＭへフィードバックされる。ここで比較部ＣＯＭ、比例積分部３００、換算部３０１、Ｄ／Ａコンバータ７７、サーボドライバＤ１〜Ｄ１２、ＤＣサーボモータ１５２、エンコーダ１５１、カウンタ７９はシリンダ駆動装置４００を構成する。【０１５３】
このように、本実施の形態においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、例えば着地衝撃を緩和するための仮想コンプライアンス制御や凹凸や傾斜のある不整路面を支障なく歩行するための着地制御を行うことができるようになる。【０１５４】
次に、着地制御手段８２０の動作について、図３７、図４０〜図４４を用いて説明する。図４０は着地制御を示す機能的ブロック図であり、図４１（ａ）〜（ｃ）は各ブロックを示すブロック説明図、図４２（ａ）、（ｂ）は同じく各ブロックを示すブロック説明図、図４３は着地制御を含む全体制御（モータ制御手段７１５の動作）を示すフローチャート、図４４は着地制御手段８２０の動作を示すフローチャートである。【０１５５】
図４０において、歩行パターン出力手段８１１、逆運動学演算手段８１３、データ変換手段８１４、初期位置微調整手段８１５、シリンダ駆動装置駆動手段８１６、モータ駆動装置４００、モード選択手段８２１、成分分割手段８２２、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４、歩行パターン修正手段８２６、ｚ方向加算手段８１２１、コンプライアンス加算手段８１２２、ロール・ピッチ方向加算手段８１２３、理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１、コンプライアンス移動量偏差算出手段８２３２、軌道修正量算出手段８２３３、ロール・ピッチ方向移動量算出手段８２５１、軌道修正量算出手段８２５２は図３７と同様のものであり、同一符号を付し、説明は省略する。１４２は足部の６軸の力成分（位置および姿勢角に関する力成分）を検出する６軸力覚センサ、１４２ａは６軸力覚センサ１４２からのデータに基づいて各軸の力やモーメントを出力するレシーバボードである。【０１５６】
ここで、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４における非線形コンプライアンス移動量の算出について説明する。
（数５０）の条件を示す図３（ｄ）から、（数９５）の関係式が求まる。
【数９５】
2007032120.tif 000096
非線形コンプライアンス移動量の微分値を離散化して示すと、（数９６）となり、これを用いて（数９５）は（数９７）に展開される。この（数９７）を変形すると（数９８）となり、これから（数９９）のようにして非線形コンプライアンス移動量が算出される。
【数９６】
2007032120.tif 000097
【数９７】
2007032120.tif 000098
【数９８】
2007032120.tif 000099
【数９９】
2007032120.tif 000100
（数５２）の条件を示す図３（ｅ）から、（数１００）の関係式が求まる。
【数１００】
2007032120.tif 000101
（数１００）を離散化して示すと、（数１０１）となり、（数１０１）は（数１０２）に展開される。この（数１０２）を変形すると（数１０３）となり、非線形コンプライアンス移動量が算出される。
【数１０１】
2007032120.tif 000102
【数１０２】
2007032120.tif 000103
【数１０３】
2007032120.tif 000104
【０１５７】
次に、着地制御について図４０の機能的ブロック図を用いて説明する。
図４０において、モード選択手段８２１は、歩行パターン出力手段８１１から出力された歩容フラグＦ［ｎ］に基づき、モード選択テーブルを用いて、制御モードを選択する。モード選択テーブルを（表１）に示す。
【表１】
2007032120.tif 000105
（表１）に示すように、歩容フラグに基づいて、ｚ方向については、維持期間（Ｋｅｅｐ  Ｐｅｒｉｏｄ）、復帰期間（Ｒｅｔｕｒｎ  Ｐｅｒｉｏｄ）、制御期間（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｅｒｉｏｄ）が選択され、また、ロール・ピッチ方向については、維持期間、復帰期間、コンプライアンス期間（Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  Ｐｅｒｉｏｄ）が選択される。
成分分割手段８２２は、歩行パターン出力手段８１１から出力された歩行パターンの各成分について、制御対象成分か非制御対象成分かを判定し、制御対象成分のみについて着地制御を行い、非制御対象成分は歩行パターン修正手段８２６へ出力する。制御対象成分はここでは、ｚ、ロール（θｘ）、ピッチ（θｙ）の成分である。
次に、理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１は、制御対象成分および（数４２）の着地路面検知用移動許容量から、理論コンプライアンス移動量を算出する（（数４６）、（数４８）参照）。【０１５８】
一方、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４は、６軸力覚センサ１４２から出力されたｚ方向の床反力を入力して非線形コンプライアンス移動量を算出する。理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１からの理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４からの非線形コンプライアンス移動量との偏差はコンプライアンス移動量偏差算出手段８２３２においてコンプライアンス移動量偏差（（数５８）参照）として算出され、軌道修正量算出手段８２３３に入力される。軌道修正量算出手段８２３３は、このコンプライアンス移動量偏差とモード選択手段８２１からの制御モードとに基づいてｚ方向着地軌道修正量を算出する。制御モード期間が制御期間であるときには、ｚ方向着地軌道修正量は（数１０４）となる。ここで、（数１０５）はゲインである。
【数１０４】
2007032120.tif 000106
【数１０５】
2007032120.tif 000107
制御モード期間が維持期間であるときにはｚ方向着地軌道修正量は（数１０６）となり、復帰期間であるときには（数１０７）となる。（数１０７）において、（数１０８）は維持期間の最後の値を示し、（数１０９）は復帰期間が始まってからの時間、（数１１０）は復帰期間の長さを示す。したがって、（数１０７）は、復帰期間の最初においては維持期間の最後の値である軌道修正量を復帰期間の最後においてゼロとするような式である。
【数１０６】
2007032120.tif 000108
【数１０７】
2007032120.tif 000109
【数１０８】
2007032120.tif 000110
【数１０９】
2007032120.tif 000111
【数１１０】
2007032120.tif 000112
【０１５９】
次に、ｚ方向加算手段８１２１は、成分分割手段８２２からの歩行パターンのｚ成分と軌道修正量算出手段８２３３からのｚ方向着地軌道修正量と記憶部８２７に格納されている（数４２）の着地路面検知用移動許容量とを加算してｚ方向修正済軌道として出力する。また、コンプライアンス加算手段８１２２は、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４からの非線形コンプライアンス移動量とｚ方向加算手段８１２１からのｚ方向修正済軌道とを加算してｚ方向最終軌道として出力する。
次に、コンプライアンス移動量算出手段８２５１は、６軸力覚センサ１４２から入力したロール方向、ピッチ方向のトルクに基づき、（数６５）、（数６６）を用いて、（数６７）のロール方向コンプライアンス移動量、（数６８）のピッチ方向コンプライアンス移動量を算出する。軌道修正量算出手段８２５２は、コンプライアンス移動量算出手段８２５１からのロール方向コンプライアンス移動量とピッチ方向コンプライアンス移動量とに基づき、モード選択手段８２１からの制御モードを用いて、ロール・ピッチ方向軌道修正量を算出する。制御モード期間がコンプライアンス期間であるときには、ロール方向軌道修正量は（数１１１）となり、ピッチ方向軌道修正量は（数１１２）となる。
【数１１１】
2007032120.tif 000113
【数１１２】
2007032120.tif 000114
制御モード期間が維持期間であるときにはロール方向軌道修正量は（数１１３）となり、ピッチ方向軌道修正量は（数１１４）となる。復帰期間であるときにはロール方向軌道修正量は（数１１５）となり、ピッチ方向軌道修正量は（数１１６）となる。（数１１７）、（数１１８）は維持期間の最後の値を示し、これらの式は、復帰期間の最初においては維持期間の最後の値である軌道修正量を復帰期間の最後においてゼロとするような式である。
【数１１３】
2007032120.tif 000115
【数１１４】
2007032120.tif 000116
【数１１５】
2007032120.tif 000117
【数１１６】
2007032120.tif 000118
【数１１７】
2007032120.tif 000119
【数１１８】
2007032120.tif 000120
【０１６０】
次に、ロール・ピッチ方向加算手段８１２３は、成分分割手段８２２からのロール・ピッチ成分と軌道修正量算出手段８２５２からのロール・ピッチ方向軌道修正量とを加算し、ロール・ピッチ方向最終軌道として歩行パターン修正手段８２６に出力する。歩行パターン修正手段８２６は、ｚ方向最終軌道とロール・ピッチ方向最終軌道と非制御対象成分とを入力して歩行パターンを修正する。この修正した歩行パターンに対して逆運動学演算手段８１３で逆運動学演算を行うが、逆運動学演算手段８１３以降について既に説明されている。【０１６１】
次に、図３７の着地制御手段８２０の動作について、図４３、図４４を用いて説明する。図４３は、着地制御における全体制御（すなわち基本制御に着地制御を加えた制御）を示すフローチャートであり、図４４は着地制御を詳細に示すフローチャートである。図４３は、図３９の補正量加算のステップＳＳ４２に代えて着地制御のステップＳＳ４２ａとしたものである。着地制御の動作は、図４４において後述するように、補正量（修正量と移動量）を加算する動作と、加算結果に対して歩行パターンを修正する歩行パターン修正の動作とを含む。すなわち、基本制御において着地制御を含む場合には図３９の補正量加算のステップＳＳ４２が図４３のステップＳＳ４２ａに代わるだけである。
図４３のステップＳＳ４２ａの着地制御を図４４を用いて説明する。【０１６２】
図４４において、モード選択手段８２１は、歩行パターン出力手段８１１から出力された歩容フラグＦ［ｎ］に基づき、モード選択テーブルを用いて、制御モードを選択する（ＳＳ６１）。モード選択は前述したように（表１）のように行われる。次に、成分分割手段８２２は、歩行パターン出力手段８１１から出力された歩行パターンの各成分について、制御対象成分か非制御対象成分かを判定し、制御対象成分のみについて着地制御を行い、非制御対象成分は歩行パターン修正手段８２６へ出力する（ＳＳ６２）。制御対象成分はここでは、ｚ、ロール（θｘ）、ピッチ（θｙ）の成分である。すなわち、ｚ、ロール、ピッチの成分についてのみ以下の処理が行われ、ｘ、ｙ、ヨーについては以下の処理が行われない。ただし、最終ステップＳＳ７２の歩行パターン修正処理はすべての成分を用いて行われる。
次に、理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１は、制御対象成分および（数４２）の着地路面検知用移動許容量から、理論コンプライアンス移動量を算出する（（数４６）、（数４８）参照）（ＳＳ６３）。【０１６３】
次に、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４は、６軸力覚センサ１４２から出力されたｚ方向の床反力を入力して非線形コンプライアンス移動量を算出する（（数５１）、（数５３）参照）（ＳＳ６４）。理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１からの理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４からの非線形コンプライアンス移動量との偏差はコンプライアンス移動量偏差算出手段８２３２においてコンプライアンス移動量偏差（（数５８）参照）として算出され、軌道修正量算出手段８２３３に入力される（ＳＳ６５）。軌道修正量算出手段８２３３は、このコンプライアンス移動量偏差とモード選択手段８２１からの制御モードとに基づいてｚ方向着地軌道修正量を算出する（（数１０４）、（数１０６）、（数１０７）参照）（ＳＳ６６）。【０１６４】
次に、ｚ方向加算手段８１２１は、成分分割手段８２２からの歩行パターンのｚ成分と軌道修正量算出手段８２３３からのｚ方向着地軌道修正量と記憶部（メモリ）８２７に格納されている（数４２）の着地路面検知用移動許容量とを加算してｚ方向修正済軌道として出力する（ＳＳ６７）。また、コンプライアンス加算手段８１２２は、非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４からの非線形コンプライアンス移動量とｚ方向加算手段８１２１からのｚ方向修正済軌道とを加算してｚ方向最終軌道として出力する（ＳＳ６８）。【０１６５】
次に、コンプライアンス移動量算出手段８２５１は、６軸力覚センサ１４２から入力したロール方向、ピッチ方向のトルクに基づき、（数６５）、（数６６）を用いて、（数６７）のロール方向コンプライアンス移動量、（数６８）のピッチ方向コンプライアンス移動量を算出する（ＳＳ６９）。軌道修正量算出手段８２５２は、コンプライアンス移動量算出手段８２５１からのロール方向コンプライアンス移動量とピッチ方向コンプライアンス移動量とに基づき、モード選択手段８２１からの制御モードを用いて、ロール・ピッチ方向軌道修正量を算出する（（数１１１）〜（数１１６）参照）（ＳＳ７０）。
次に、ロール・ピッチ方向加算手段８１２３は、成分分割手段８２２からのロール・ピッチ成分と軌道修正量算出手段８２５２からのロール・ピッチ方向軌道修正量とを加算し、ロール・ピッチ方向最終軌道として歩行パターン修正手段８２６に出力する（ＳＳ７１）。【０１６６】
歩行パターン修正手段８２６は、ｚ方向最終軌道とロール・ピッチ方向最終軌道と非制御対象成分とを入力して新たな歩行パターンを作成する（ＳＳ７２）。この新たな歩行パターンに対しては逆運動学演算以降の処理が行われる（図４３のステップＳＳ４３〜ＳＳ４６）。【０１６７】
以上のように本実施の形態によれば、足部を備えた脚部と腰部とから成る２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶することにより、２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができ、また、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができ、さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができるので、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができる。【０１６８】
また、足部の軌道と腰部の初期軌道を設定する軌道設定手段２１２と、設定した足部の軌道と腰部の初期軌道とに基づいて目標ゼロモーメントポイントの軌道を設定する目標ＺＭＰ軌道設定手段２１３と、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを算出する目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４と、算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントに基づいて腰部のモーメント補償軌道を算出するモーメント補償軌道算出手段２１７と、設定した足部の軌道と腰部のモーメント補償軌道とにより算出された各質点の加速度に基づいて目標ゼロモーメントポイントにおけるエラーモーメントを算出するエラーモーメント算出手段２１９と、算出したエラーモーメントが所定モーメントよりも小さくなったとき絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出すると共に、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出する足部位置姿勢算出手段２２１と、歩容フラグを決定し記憶する歩容フラグ決定手段２２２とを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントがゼロの近傍か否かをエラーモーメントにより判定することができ、歩行パターンの設定において目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを限り無くゼロに近づけることができるので、安定性の極めて高い２足歩行を２足歩行ロボット装置に行わせることができる。【０１６９】
さらに、ＺＭＰ回りモーメント算出手段において算出した目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントと算出したエラーモーメントとの総和に基づいてフーリエ係数を算出するフーリエ変換手段２１５と、算出したフーリエ係数に基づいてモーメント補償軌道の近似解を求めるためのフーリエ係数を決定するフーリエ係数決定手段２１６とを備え、モーメント補償軌道算出手段２１７は、決定したフーリエ係数に基づく逆フーリエ変換により腰部のモーメント補償軌道を算出することにより、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができるので、目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを迅速にゼロに近づけることができる。【０１７０】
さらに、目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４１は、脚部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する下肢運動による目標ＺＭＰ回りモーメント算出手段２１４１と、腰部の運動により生じる目標ＺＭＰ回りモーメントを算出する腰運動による目標ＺＭＰ回り既知モーメント算出手段２１４２とを有することにより、脚部の運動および腰部の運動による目標ゼロモーメントポイント回りのモーメントを正確に算出することができるので、腰部のモーメント補償軌道を正確に算出することができる。【０１７１】
さらに、足部位置姿勢算出手段２２１は、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出する原点位置算出手段２２１１と、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出する回転行列算出手段２２１２と、回転行列算出手段で算出した回転行列により足部の姿勢を算出する姿勢算出手段２２１３とを有することにより、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを正確に生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算を用いて脚部を伸縮するシリンダの長さを正確に制御することができ、逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行う場合に正確な制御を行うことができる。【０１７２】
さらに、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に上記記載の歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータ７を有する２足歩行ロボット装置であって、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことにより、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。【０１７３】
さらに、制御コンピュータ７は、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段７１２と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段７１４と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段７１５とを有することにより、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。【０１７４】
さらに、モータ制御手段７１５は、基本制御を行う基本制御手段８１０と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段８２０とを有することにより、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。【０１７５】
さらに、基本制御手段８１０は、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段８１１と、歩行パターン出力手段から出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算手段８１３とを有することにより、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができる。【０１７６】
さらに、着地制御手段８２０は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段８２１と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段８２２と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段８２４と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出手段８２３と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出手段８２５と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段８２６とを有することにより、着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができるので、ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができる。【０１７７】
さらに、ｚ方向軌道修正量算出手段８２３は、理想的路面において遊脚の着地衝撃を緩和する理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段８２３１と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段８２３２と、モード選択手段で選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段８２３３とを有することにより、路面の凹凸に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。【０１７８】
さらに、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段８２５は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段８２５１と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段８２５２とを有することにより、路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。【０１７９】
また、図１９〜図３１に記載の歩行パターン作成方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることにより、上記歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【０１８０】
さらに、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることにより、汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、上記歩行パターン作成方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【０１８１】
また、図３４〜図３６、図３８〜図４４に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムであることにより、上記２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【０１８２】
さらに、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることにより、汎用コンピュータで記録媒体を読み取りさえすれば、上記２足歩行ロボット装置の制御方法を任意の場所で任意の時間に汎用コンピュータに実行させることができる。【０１８３】
（実施の形態２）
図４５（ａ）は本実施の形態２における２足歩行ロボット装置のモータ制御手段７１５′を示す機能ブロック図であり、図４５（ｂ）は姿勢角補償量算出手段８３３を示す機能ブロック図である。
図４５において、８１０は基本制御手段、８２０は着地制御手段であり、これらは実施の形態１において説明したものと同様のものであり、同一符号を付し、説明は省略する。８３０は推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段である。推定姿勢補償制御手段８３０は、６軸力覚センサ１４２（図４０参照）の検出値からＺＭＰ実測値を算出するＺＭＰ実測値算出手段８３１と、算出されたＺＭＰ実測値と歩行パターンとして設定されているＺＭＰ目標値との偏差を算出するＺＭＰ偏差値算出手段８３２と、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて推定した腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段８３３と、着地制御手段８２０により修正した歩行パターンを算出した姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有する。
また、姿勢角補償量算出手段８３３は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）するゼロ設定手段８３３１と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段８３３２と、歩行パターンの補正操作を行う所定周期の断続的な操作期間を設定する操作期間設定手段８３３３と、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する補償量算出手段８３３４と、算出された姿勢角補償量に基づいて実際の腰部の姿勢角操作量を算出する姿勢角操作量算出手段８３３５とを有する。【０１８４】
このように構成されたモータ制御手段７１５の動作は、着地制御と共に推定姿勢補償制御を行う点以外は実施の形態１で説明したものと同様である。以下、推定姿勢補償制御の動作について図４６乃至図４９を用いて説明する。
図４６は推定姿勢補償制御を示す機能的ブロック図であり、図４７はゼロ設定手段８３３１による設定期間と操作期間設定手段８３３３による操作期間を説明する説明図であり、図４８は推定姿勢補償制御手段８３０の動作を示すフローチャートであり、図４９は姿勢角補償量算出手段８３３の動作を示すフローチャートである。
図４６において、８２６は歩行パターン修正手段、８１３は逆運動学演算手段、８１１は歩行パターン出力手段、１４２は６軸力覚センサ、１４２ａはレシーバボードであり、これらは実施の形態１において説明したものと同様のものであり、同一符号を付し、説明は省略する。
図４７において、８４１ａ，８４１ｂは所定の長さで予め設定された設定期間であり、一の設定期間８４１ａから他の設定期間８４１ｂに移行する際、すなわち設定期間８４１ａ，８４１ｂの開始時点において、ゼロ設定手段８３３１により後述のＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定される。すなわち、積分を開始してから所定長さの設定期間８４１ａ，８４１ｂが経過した後に、積分値はゼロに設定（リセット）される。８４２ａ〜８４２ｇは操作期間設定手段８３３３により各設定期間８４１ａ，８４１ｂ内における所定周期の断続的な期間として予め設定された操作期間である。【０１８５】
図４８に示すように、本実施の形態２においては着地制御のステップＳＳ４２ａの後に推定姿勢補償制御のステップＳＳ４２ｂが追加されている点が実施の形態１と異なっている。
推定姿勢補償制御の動作は、図４９において、まず、ＺＭＰ実測値算出手段８３１は、レシーバボード１４２ａから出力される６軸力覚センサ１４２の原点の座標及び測定された力並びにモーメント（（数７７）参照）のデータから（数７６）によりＺＭＰ実測値を算出する（ＳＳ８１）。次に、ＺＭＰ偏差値算出手段８３２は、ＺＭＰ実測値算出手段８３１により算出されたＺＭＰ実測値と歩行パターン出力手段８１１（図３７参照）から出力される歩行パターンとして設定されているＺＭＰ目標値（腰部からみたＺＭＰ軌道）との偏差値を算出する（ＳＳ８２）。
次に、姿勢角補償量算出手段８３３の積分値算出手段８３３２は、ＺＭＰ偏差値の積分値を算出し、補償量算出手段８３３４は（数６９）により腰部の姿勢角補償量を算出する（ＳＳ８３）。ここで、積分値算出手段８３３２は、図４９に示すように、操作期間８４２ａ〜８４２ｇの開始時点において、設定期間８４１ａ，８４１ｂの開始時点から操作期間８４２ａ〜８４２ｇの開始時点までのＺＭＰ偏差値の積分値を算出する。【０１８６】
次に、操作量算出手段８３３５は、補償量算出手段８３３４により算出された姿勢角補償量から（数７８）を用いて腰部の姿勢角操作量を算出する（ＳＳ８４）。
次に、足部位置姿勢補正手段８３４は、操作期間８４２ａ〜８４２ｇにおいて、腰部が算出された姿勢角操作量だけ操作されるように、腰部に対する足部の位置又は姿勢の操作量（足部位置姿勢操作量）を算出し（ＳＳ８５）、着地制御手段８２０により修正された歩行パターンに対して同次変換行列を用いて足部位置姿勢操作量を補正量としてその分だけ補正し、新たな足部の位置・姿勢の目標値を算出する（ＳＳ８６）。ここで、足部の補正は、単脚支持期であれば立脚側の足部の位置・姿勢データに対して行われ、両脚支持期であれば両方の足部の位置・姿勢データに対して行われることとなる。単脚支持期か両脚支持期かの判定は、歩容フラグに基づいて行う。
足部位置姿勢操作量の分だけ補正された歩行パターンは逆運動学演算手段８１３に出力され、実施の形態１と同様に逆運動学演算、シリンダ長さデータの算出、モータの角度変位データへの変換、モータ駆動等の処理が行われる。【０１８７】
以上のように本実施の形態２によれば、推定姿勢補償制御手段８３０は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段８３１と、算出されたＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段８３２と、ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段８３３と、歩行パターンの足部の位置又は姿勢の目標値を姿勢角補償量に基づく足部位置姿勢操作量だけ補正する足部位置姿勢補正手段８３４とを有し、姿勢角補償量算出手段８３３は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段８３３１と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段８３３２と、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段８３３３と、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段８３３４とを有することにより、機械剛性やモータの応答偏差等に起因し着地制御における軌道修正より生じる腰部の姿勢角の累積誤差を推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、着地制御時の足部による不整地面のセンシング精度の低下等を補い、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができる。また、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れる。特に、着地制御により急激な姿勢角の変化を防止できるので、これと推定姿勢補償制御を併せることでより信頼性の高い歩行制御を行うことができる。また、腰部の姿勢角を測定するための姿勢角センサを搭載する必要がなく、部品点数や製造コストの増加を防止できる。また、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定することにより、実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止できる。また、所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明はパラレルリンク機構を有する２足歩行ロボット装置に２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する装置、その歩行パターンに基づいて２足歩行を行う２足歩行ロボット装置、２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する方法、および２足歩行を行う２足歩行ロボット装置の制御方法、ならびに、その歩行パターン作成方法とその２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるためのプログラムおよび記録媒体に関し、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせることができる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月29日(2007.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、前記歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有し、前記着地制御手段は、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段と、前記歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することを特徴とする２足歩行ロボット装置。
【請求項２】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、前記歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段と、前記着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段と、を備え、前記推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有することを特徴とする２足歩行ロボット装置。
【請求項３】
前記ｚ方向着地軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を前記制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、前記理論コンプライアンス移動量と前記非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、前記モード選択手段で選択した制御モードと前記着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項４】
前記ロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、前記コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項５】
前記姿勢角補償量算出手段は、所定の周期で前記ＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、前記ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、前記足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、前記操作期間の開始時点における前記ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項６】
前記基本制御手段は、前記足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を前記歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、前記歩行パターン出力手段から出力される前記足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算して前記シリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の２足歩行ロボット装置。
【請求項７】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有し、前記着地制御ステップは、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて前記歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有することを特徴とする２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項８】
足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップと、前記着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップと、を備え、前記推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有することを特徴とする２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項９】
前記ｚ方向着地軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を前記制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、前記理論コンプライアンス移動量と前記非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、前記モード選択ステップで選択した制御モードと前記着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することを特徴とする請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項１０】
前記ロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップは、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出ステップと、前記コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することを特徴とする請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項１１】
前記姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期で前記ＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、前記ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、前記足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、前記操作期間の開始時点における前記ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することを特徴とする請求項８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【請求項１２】
前記基本制御ステップは、前記足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置姿勢の目標値を前記歩行開始命令における指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される前記足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算して前記シリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、パラレルリンク機構を有する２足歩行ロボット装置に２足歩行を行わせる歩行パターンに基づいて２足歩行を行う２足歩行ロボット装置、および２足歩行を行う２足歩行ロボット装置の制御方法に関するものである。
背景技術
［０００２］
従来、パラレルリンク機構を有するロボット装置としては、例えば（特許文献１）に記載されたものがあり、この文献においては、ユニットリンクを３本用いたパラレルリンク駆動機構について記載され、またハンドリングを実現できることが記載されている。しかし、上記文献においては歩行については何ら記載されておらず、従って、パラレルリンク機構を有する２足歩行ロボット装置についても、また、このロボット装置の安定した歩行についても何ら記載されていない。
また、不整路面における２足歩行の安定化の方法は、その観測量にＺＭＰや体幹姿勢、上体加速度などを用いており、路面の凹凸をロボットが踏み込むことによりＺＭＰや体幹姿勢、加速度偏差の急激な変化を観測し、ロボットの力学モデルに基づく高精度な加速度制御を行う方法が一般的である。これらはロボット自体のモデルが比較的正確に取得できる場合に非常に有効であるが、人間を乗せて歩行する場合のように正確なモデル化が困難なロボットでは適用が困難であった。ほかにもロボットの運動が路面形状の影響を受ける以前に路面に対する適応動作を開始する手法の例もあるが、路面を検知するセンサや機構の搭載が必要であり、コストの面から不利であった。
特許文献１特開２００１−１２１４６０号公報
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００３］
このように、人間が搭乗した場合等の正確なモデル化が困難な場合であっても、安定歩行が可能で歩行時の衝撃が少なく、緩い傾斜面や路面凹凸に対して十分に対応することができ、且つ、このような２足歩行の安定化を主にソフトウェアによる処理で実現可能なパラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置の出現が要求されていた。
［０００４］
本発明は、上記従来の要求を充たすもので、安定した２足歩行を行うことができるパラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行うことができる２足歩行ロボット装置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
［０００５］
上記課題を解決するために本発明の歩行パターン作成装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成る０２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置であって、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶する構成を備えている。
これにより、パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置が得られる。
［０００６］
上記課題を解決するために本発明の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
プログラムである構成を備えている。
これにより、上記歩行パターン作成方法と上記２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるためのプログラムが得られる。
［００１０］
上記課題を解決するために本発明の記録媒体は、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である構成を備えている。
これにより、上記歩行パターン作成方法と上記２足歩行ロボット装置の制御方法を実行させるための記録媒体が得られる。
発明の効果
［００１１］
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［００１４］
［００１５］
［００１６］
請求項１に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、歩行パターン作成装置は、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有し、着地制御手段は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有するので、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことにより、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができるという有利な効果が得られる。
［００１７］
また、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有することにより、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。
［００１８］
また、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
倣わせる着地制御手段とを有することにより、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。
［００１９］
［００２０］
また、着地制御手段は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ軌道修正量算出手段と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することにより、着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができるので、ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
請求項２に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、歩行パターン作成装置は、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段と、前記着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段と、を備え、前記推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有するので、制御コンピュータは、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行うことにより、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができるという有利な効果が得られる。
また、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。
また、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。
また、腰部の姿勢角の累積誤差を推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊足側の足部を略水平に維持することができるので、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。また、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れるという有利な効果が得られる。また、姿勢角センサを搭載する必要がなく、ＺＭＰ測定用の力センサ（６軸力覚センサ）だけで姿勢補償制御ができ、部品点数や製造コストの増加を防止できるという有利な効果が得られる。
［００２１］
請求項３に記載の２足歩行ロボット装置は、ｚ方向軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、モード選択手段で選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
［００２２］
請求項４に記載の２足歩行ロボット装置は、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができる
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
請求項５に記載の２足歩行ロボット装置は、基本制御手段は、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、歩行パターン出力手段から出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することにより、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるという有利な効果が得られる。
［００２３］
［００２４］
請求項６に記載の２足歩行ロボット装置は、姿勢角補償量算出手段は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することにより、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リ
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
セット）することで実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止でき、姿勢角補償量を推定することができるという有利な効果が得られる。また、所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止でき、安定した歩行を行うことができるという有利な効果が得られる。
［００２５］
［００２６］
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
［００２９］
［００３０］
請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有し、前記着地制御ステップは、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて前記歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有するので、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができるという有利な効果が得られる。
［００３１］
また、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。
［００３２］
また、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。
［００３３］
［００３４］
また、着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができるので、ジャイロを含む特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
、路面形状へのならい動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
請求項８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップと、前記着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップと、を備え、前記推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有するので、腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができると共に歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができ、また、腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができ、さらに、腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができ、種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができるという有利な効果が得られる。さらに、立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができ、さらに、本制御はジャイロ等を含む特別なセンサや機構を必要とすることなくＺＭＰ計測用の力センサ（６軸力覚センサ）のみを用いて行うことができるという有利な効果が得られる。
また、歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができるという有利な効果が得られる。
また、基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができ、基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになり、また着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができるという有利な効果が得られる。
また、腰部の姿勢角の累積誤差を推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。また、ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れるという有利な効果が得られる。また、姿勢角センサを搭載する必要がなく、ＺＭＰ測定用の力センサ（６軸力覚センサ）だけで姿勢補償制御ができ、部品点数や製造コストの増加を防止できるという有利な効果が得られる。
［００３５］
請求項９に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、ｚ方向軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、モード選択ステップで選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することにより、路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状へのならい動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
［００３６］
請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することにより、路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状へのならい動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという有利な効果が得られる。
［００３７］
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
［００３８］
請求項１１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することにより、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することで実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止でき、姿勢角補償量を推定することができるという有利な効果が得られる。また、所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止でき、安定した歩行を行うことができるという有利な効果が得られる。
請求項１２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、基本制御ステップは、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令ステップにおける指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、歩行パターン出力ステップから出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することにより、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるという有利な効果が得られる。
［００３９］
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
［００４０］
［００４１］
［００４２］
図面の簡単な説明
［００４３］
［図１］（ａ）支持多角形を示す説明図、座標系とベクトルの定義を示す説明図
［図２］（ａ）腰座標系および足座標系を示す模式図、（ｂ）腰座標系および足座標系を示す模式図
［図３］（ａ）理論コンプライアンス移動量の説明図、（ｂ）理論コンプライアンス移動量の説明図、（ｃ）非線形の説明図、（ｄ）非線形コンプライアンス移動量の説明図、（ｅ）非線形コンプライアンス移動量の説明図、（ｆ）コンプライアンスを示す説明図
［図４］本発明の実施の形態１による歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の全体構成を示すブロック図
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
８２４    非線形コンプライアンス移動量算出手段
８２５    ロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段
８２６    歩行パターン修正手段
８１２１  ｚ方向加算手段
８１２２  コンプライアンス加算手段
８１２３  ロール・ピッチ方向加算手段
８２３１  理論コンプライアンス移動量算出手段
８２３２  コンプライアンス移動量偏差算出手段
８２３３、８２５２  軌道修正量算出手段
８２５１  コンプライアンス移動量算出手段
８３０    推定姿勢補償制御手段
８３１    ＺＭＰ実測値算出手段
８３２    ＺＭＰ偏差値算出手段
８３３    姿勢角補償量算出手段
８３４    足部位置姿勢補正手段
８３３１  ゼロ設定手段
８３３２  積分値算出手段
８３３３  操作期間設定手段
８３３４  補償量算出手段
８３３５  操作量算出手段
８４１ａ，８４１ｂ  設定期間
８４２ａ〜８４２ｇ  操作期間
発明を実施するための最良の形態
［００４５］
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
［００４９］
［００５０］
請求項１に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、歩行パターン作成装置は、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段とを有し、着地制御手段は、歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択手段と、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割手段と、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出手段と、非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出手段と、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出手段と、歩行パターン出力手段から出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と非線形コンプライアンス移動量と上下方向の軌道修正量とロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて歩行パターンを修正する歩行パターン修正手段とを有することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（６）２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができる。
（７）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができる。
（８）逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（９）立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができる。
（１０）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。
（１１）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（１２）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（１３）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。
（１４）着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができる。
（１５）ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰや計測用の力センサのみを用いて着地制御を行うことができ、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
（１６）遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができる。
請求項２に記載の２足歩行ロボット装置は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、脚部は脚部を伸縮するシリンダを有し、腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置であって、歩行パターン作成装置は、足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、制御コンピュータは、歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定手段と、格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令手段と、歩行開始命令手段の指令に基づいてモータを制御してシリンダの長さを制御するモータ制御手段とを有し、歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、モータ制御手段は、基本制御を行う基本制御手段と、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御手段と、前記着地制御手段により修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御手段と、を備え、前記推定姿勢補償制御手段は、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出手段と、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出手段と、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出手段と、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部位置姿勢補正手段とを有することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる。
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（６）２足歩行ロボット装置の腰部のモーメント補償軌道により目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけることができるので、２足歩行ロボットの転倒を防止して歩行を安定化することができる。
（７）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータを生成することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算により脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができる。
（８）逆運動学演算において種々の補正データを用いて種々の制御を行うことができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（９）立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを用いて脚部の状態に応じた制御を行うことができるので、倣い動作や復帰動作、軌道修正量維持など各脚の状態によって複雑な制御チャートを実行させることができ、これにより遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に路面形状への倣い動作を完了することができ、路面状態たとえば傾斜面や凹凸に応じた制御を的確に行うことができ、人間を搭載する場合のように正確なモデル化が困難な場合にも不整地における歩行を実現することができる。
（１０）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。
（１１）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（１２）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さ（つまりシリンダ長さ）を制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（１３）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。
（１４）機械剛性やモータの応答偏差等に起因し着地制御における軌道修正により生じる腰部の姿勢角の累積誤差をＺＭＰ実測値より推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、着地制御時の足部による不整地面のセンシング精度の低下等を補い、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができる。
（１５）ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れる。特に、着地制御により急激な姿勢角の変化を防止できるので、これと推定姿勢補償制御を併せることでより信頼性の高い歩行制御を行うことができる。
（１６）腰部の姿勢角を測定するための姿勢角センサを搭載する必要がなく、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
［００５１］
［００５２］
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
［００５５］
請求項３に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１に記載の２足歩行ロボット装置において、ｚ方向軌道修正量算出手段は、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出手段と、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出手段と、モード選択手段で選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。
［００５６］
請求項４に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１に記載の２足歩行ロボット装置において、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができるという作用・効果を有する。
［００５７］
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
［００５８］
請求項５に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項２に記載の２足歩行ロボット装置において、姿勢角補償量算出手段は、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定手段と、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出手段と、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定手段と、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することにより、実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止できる。
（２）所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止できる。
請求項６に記載の２足歩行ロボット装置は、請求項１又は２に記載の２足歩行ロボット装置において、基本制御手段は、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令手段の指令に基づいて出力する歩行パターン出力手段と、歩行パターン出力手段から出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができる。
［００５９］
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
［００６３］
［００６４］
請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップとを有し、前記着地制御ステップは、前記歩容フラグに基づいて制御、維持、復帰、コンプライアンス等の制御モードを選択するモード選択ステップと、歩行パターンの成分において着地制御の対象となる成分である制御対象成分と前記制御対象成分以外の非制御対象成分とを分割する成分分割ステップと、遊脚の着地衝撃を緩和する非線形コンプライアンス移動量を足部における床反力に基づいて算出する非線形コンプライアンス移動量算出ステップと、前記非線形コンプライアンス移動量に基づいて上下方向の軌道修正量を算出するｚ方向着地軌道修正量算出ステップと、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてロールおよびピッチの軌道修正量を算出するロール・ピッチ方向軌道修正量算出ステップと、前記歩行パターン出力ステップから出力される歩行パターンと着地路面検知用移動許容量と前記非線形コンプライアンス移動量と前記上下方向の軌道修正量と前記ロール・ピッチ方向軌道修正量とに基づいて前記歩行パターンを修正する歩行パターン修正ステップとを有することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモー
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
メントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる．
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（６）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。
（７）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（８）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（９）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。
（１０）着地衝撃の緩和と振動の抑制に対しては非線形コンプライアンス移動量を用いて対応することができ、路面の凹凸や傾斜路面に対しては上下方向の軌道修正量およびロールおよびピッチの軌道修正量を用いて対応することができる。
（１１）ジャイロを含め特別なセンサや機構を必要とせず、ＺＭＰ計測用の力センサのみを用いて着地制御を行うことができ、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
（１２）遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了できるため、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を確実に実現することができる。
請求項８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、足部を備えた脚部と腰部とから成り、前記脚部は前記脚部を伸縮するシリンダを有し、前記腰部は全体を制御すると共に歩行パターン作成装置と無線通信を行う制御コンピュータを有する２足歩行ロボット装置の制御方法であって、前記歩行パターン作成装置は、前記足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、前記設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて前記腰部のモーメント補償軌道を算出し、絶対座標系における腰座標系の原点と絶対座標系における足座標系の原点とから腰座標系から見た足部の位置を算出し、絶対座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列と絶対座標系から見た腰座標系の姿勢を表わす回転行列とから腰座標系から見た足座標系の姿勢を表わす回転行列を算出して前記足座標系の姿勢を表わす回転行列により足部の姿勢を算出し、歩行パターンにおける立脚前期か後期か及び遊脚前期か後期かを示すフラグである歩容フラグを決定し記憶し、前記制御コンピュータは、前記歩行パターン作成用コンピュータから歩行パターンを無線で受信してメモリに格納する歩行パターン設定ステップと、前記格納した歩行パターンから歩行に使用するパターンを選択して歩行開始を指令する歩行開始命令ステップと、前記歩行開始命令ステップにおける指令に基づいてモータを制御して前記シリンダの長さを制御するモータ制御ステップとを有し、前記歩行パターン作成装置から受信した歩行パターンに基づいて２足歩行の制御を行い、前記モータ制御ステップは、基本制御を行う基本制御ステップと、遊脚を路面に衝撃を緩和して着地させると共に路面の凹凸に足部を倣わせる着地制御ステップと、前記着地制御ステップにおいて修正した歩行パターンを推定した腰部の姿勢角補償量に基づいて補正する推定姿勢補償制御を行う推定姿勢補償制御ステップと、を備え、前記推定姿勢補償制御ステップは、ＺＭＰ実測値を足部における力成分とモーメント成分とから算出するＺＭＰ実測値算出ステップと、算出された前記ＺＭＰ実測値とＺＭＰ目標値との偏差であるＺＭＰ偏差値を算出するＺＭＰ偏差値算出ステップと、前記ＺＭＰ偏差値を積分した値に基づいて腰部の姿勢角補償量を算出する姿勢角補償量算出ステップと、前記修正した歩行パターンにおける足部の位置又は姿勢の目標値を前記姿勢角補償量に基づいて補正する足部姿勢操作量加算ステップとを有することとしたものである。
この構成により、以下の作用を有する。
（１）腰部のモーメント補償軌道により足部の目標ゼロモーメントポイントにおけるモーメントをゼロに近づけて歩行を安定化することができる．
（２）歩行パターンを無線を介して遠隔地でも受信することができる。
（３）腰部に種々の上体（体幹）を取り付け可能とすれば、種々の用途（たとえば救助用、介護用、危険作業用等）に適合する２足歩行ロボットを迅速に構築することができ、また、腰部にいす等の搭乗部を取り付けて人間の搭乗を可能とすれば、種々の用途（たとえば福祉用、移動用）に適合する２足歩行ロボットを容易且つ迅速に構築することができる。
（４）腰座標系からみた足部の位置と姿勢のデータに対して逆運動学演算を行って脚部を伸縮するシリンダの長さを制御することができるので、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が困難な順運動学演算を行う必要がなく、パラレルリンク機構においてはリアルタイム演算が容易な逆運動学演算によりロボットの歩行を制御することができる。
（５）種々の補正データ（たとえばコンプライアンス移動量や腰部の位置・姿勢の操作量）を足部の位置や姿勢の次元で足し合わせてから逆運動学演算を行うという容易な実装ができ、２足歩行ロボットの歩行を更に安定化することができる。
（６）歩行状態において２足歩行ロボット装置は歩行パターン作成用コンピュータから物理的な拘束を受けることなく高安定な歩行を行うことができ、また、周囲または自己の状態（たとえば搭載重量の軽重状態）に応じた適切な歩行パターンで歩行することができる。
（７）基本制御に基づく基本動作を行うことができると共に、状況に応じて着地制御を行うことができる。
（８）基本制御においては、パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができるようになる。
（９）着地制御においては、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、不整路面に対して転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を実現することができる。
（１０）機械剛性やモータの応答偏差等に起因し着地制御における軌道修正により生じる腰部の姿勢角の累積誤差をＺＭＰ実測値より推定し、推定した値に基づきそれを補償して腰部と遊脚側の足部を略水平に維持することができるので、着地制御時の足部による不整地面のセンシング精度の低下等を補い、正確な着地制御を行うことができ、安定した歩行を行うことができる。
（１１）ＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出するため、急激な変化を伴う補償動作を防止でき安定性に優れる。特に、着地制御により急激な姿勢角の変化を防止できるので、これと推定姿勢補償制御を併せることでより信頼性の高い歩行制御を行うことができる。
（１２）腰部の姿勢角を測定するための姿勢角センサを搭載する必要がなく、部品点数や製造コストの増加を防止できる。
［００６５］
［００６６］
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
［００６９］
請求項９に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、ｚ方向軌道修正量算出ステップは、理想的水平平坦路面に衝撃や振動なく理想的に着地したときに発生するはずの理論コンプライアンス移動量を制御対象成分に基づいて算出する理論コンプライアンス移動量算出ステップと、理論コンプライアンス移動量と非線形コンプライアンス移動量との差分である着地路面高さ誤差を算出するコンプライアンス移動量偏差算出ステップと、モード選択ステップで選択した制御モードと着地路面高さ誤差とに基づいて上下方向
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
の軌道修正量を算出する軌道修正量算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項７の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対して上下方向に正確に対応することができるので、ロール・ピッチについて対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。
［００７０］
請求項１０に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項７に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、ロール・ピッチ軌道修正量算出手段は、足部におけるロールおよびピッチ方向のトルクに基づいてコンプライアンス移動量を算出するコンプライアンス移動量算出手段と、コンプライアンス移動量に基づいてロールおよびピッチ方向の軌道修正量を算出する軌道修正量算出手段とを有することとしたものである。
この構成により、請求項７の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）路面の凹凸に対してロール・ピッチ軸まわりに正確に対応することができるので、上下方向について対応すれば、不整路面に対して、遊脚が大きな床反力を発生しＺＭＰや姿勢角の偏差や加速度が発生する以前に、路面形状への倣い動作を完了し、転倒することなく安定した歩行を行うことができ、人間搭乗型２足歩行ロボットのように正確なモデル化が困難なロボットの不整地における歩行を更に一層確実に実現することができる。
［００７１］
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
［００７２］
請求項１１に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、姿勢角補償量算出ステップは、所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定するゼロ設定ステップと、ＺＭＰ偏差値の積分値がゼロに設定された時点からの積分値を算出する積分値算出ステップと、足部の位置又は姿勢の補正操作を行う操作期間を設定する操作期間設定ステップと、操作期間の開始時点におけるＺＭＰ偏差値の積分値に基づいて姿勢角補償量を算出する補償量算出ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項８の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）所定の周期でＺＭＰ偏差値の積分値をゼロに設定（リセット）することにより、実際の姿勢角偏差との積分誤差の増加を防止できる。
（２）所定の操作期間を設定するため姿勢角誤差が過度に累積するのを防止できる。
請求項１２に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法は、請求項７又は８に記載の２足歩行ロボット装置の制御方法において、基本制御ステップは、足部位置姿勢算出手段で算出した足部の位置・姿勢の目標値を歩行開始命令ステップにおける指令に基づいて出力する歩行パターン出力ステップと、歩行パターン出力ステップから出力される足部の位置・姿勢の目標値を逆運動学演算してシリンダの長さを算出する逆運動学演算ステップとを有することとしたものである。
この構成により、請求項７又は８の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）パラレルメカニズムの脚機構にとっては計算量が膨大なために実施が困難な順運動学を行う必要がなくなり、計算が容易な逆運動学によりリアルタイムにリンク長さを制御することができるので、足部の位置・姿勢に関して種々の制御を行うことができる。
［００７３］
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
［００７４］
［００７５］
［００７６］
［００７７］
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５６を用いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１による歩行パターン作成装置と２足歩行ロボット装置の説明においては、まず、（１）２足歩行ロボット装置の機構について説明し、次に（２）２足歩行の制御理論、（３）２足歩行ロボット装置の構成（ハードウェア構成およびソフトウェ
【国際調査報告】
2007032120.tif 000177
2007032120.tif 000178
2007032120.tif 000179
2007032120.tif 000180