(57)【要約】      （修正有）【課題】脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を自律的に判断する非常停止判断手段を備えた脚式ロボットの非常停止装置を提供する。【解決手段】脚式ロボットの非常停止装置１０は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置であり、脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段２１と、脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段２２とを備え、非常停止判断手段および非常停止動作制御手段により、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止する。【選択図】図３
2007030078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上体と前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置であって、
脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段と、脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段とを備え、
脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止する
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段における非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットを操作する操作端末からの信号に基づき行われる
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項３】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段における非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号に基づき行われる
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項４】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段における非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットに搭載した少なくとも一つの力・モーメントを検出するセンサの信号に基づき行われる
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項５】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段における非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令及び／又は関節角センサ信号に基づき行われる
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項６】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段における非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットに搭載された環境認識センサの信号に基づき行われる
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項７】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止判断手段が、請求項２から請求項６までの何れかに記載の非常停止判断手段を組み合わせて構成されていることを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項８】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段において、非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和するように上体を並進移動する動作制御を行う
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項９】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段において、非常停止動作によって発生するモーメントを抑制するように脚部の足裏位置を回転させる動作制御を行う
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段が、請求項８と請求項９の非常停止動作制御手段を組み合わせて構成されている
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段において、脚式ロボットの重心位置を地面に投影した点が支持多角形の重心位置近傍に位置したタイミングで非常停止動作に移行する
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段において、脚式ロボットのゼロモーメント軌道の方向と脚式ロボットの重心軌道の方向が合致したタイミングで非常停止動作に移行する
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の脚式ロボットの非常停止装置において、
非常停止動作制御手段において、脚式ロボットの両脚支持期の中間時期のタイミングで非常停止動作に移行する
ことを特徴とする脚式ロボットの非常停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式ロボットの動作を安全に一時停止させる脚式ロボットの非常停止装置に関し、特に、ホームロボット、サービスロボット、エンタティメントロボット等の脚式ロボットの非常時に当該ロボットを安全に停止し、対人安全性を確保する場合などにおいて好適に利用することができる脚式ロボットの非常停止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における脚式ロボットの動作は、例えば、特許文献１に記載されているような歩容生成装置により、所望する歩容や動作を実現するための各関節の関節角指令が計画されて動作する。この歩容生成装置により計画された関節角指令を、脚式移動ロボットの関節に内蔵されたアクチュエータにより忠実に再現し、歩行などの動作を実現するように試みられてきた。
【０００３】
また、姿勢センサや関節角センサなどの各種センサの情報を用い、歩容生成装置で計画された関節角指令を実時間で補正し、安定した歩容を実現するための歩行制御装置によって、例えば、特許文献２に記載されているような歩行制御装置によって、実環境においても脚式移動ロボットが安定に動作するように試みられてきた。
【０００４】
歩容生成装置や歩行制御装置により実現される動作は、これらの装置で決められた関節角指令を忠実に再現しているに他ならず、例えば、歩行中の脚式ロボットの前に人間が飛び出してきても、脚式ロボットはそのまま決められた歩行を続けるしかなく、緊急事態に対応することが出来なかった。そのため、最悪な場合には、脚式ロボットは人間と衝突することになり、人間に危害を加えるだけでなく、脚式ロボットが転倒し破損する。
【０００５】
これに対しては、脚式ロボットの非常時において当該脚式ロボットを停止させるため、例えば、非常停止スイッチをロボットの機体上の複数の部位に配置して、非常事態には安全且つ確実に非常停止ボタンを操作することにより、機体動作を緊急的に停止する制御方法が提案されている（特許文献３）。
【０００６】
また、別の安全装置としては、特許文献４に記載されているように、脚式ロボットの機械的な可動部に人間の手指などが挟み込む危害を防止するため、所定の部位に挟み込みを検出するセンサを設け、このセンサ情報により挟み込みを回避する動作を行わせる装置についての提案がある。
【特許文献１】特願平１０−２１７１６１号公報
【特許文献２】特開平１１−３００６６０号公報
【特許文献３】特開２００２−２２４９９０公報
【特許文献４】特開２００４−１７４６４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献３により提案されている制御方法では、その非常停止の方法は、駆動部への給電を遮断して実現しているため、脚式ロボットは自重により崩れ落ちてしまうという問題点がある。また、動作中の脚式ロボットの機体上の非常停止スイッチを操作する方法であるため、操作ミスにより緊急事態であるのに停止操作が遅れるという問題点もある。加えて、動作中の脚式ロボットの機体上の非常停止スイッチを操作する方法であるため、機械的な可動部に人間の手指などが挟み込まれてしまう危険も少なからず存在していた。
【０００８】
また、特許文献４において提案されているような人間への危害防止の方法では、挟み込みを検出するセンサでは検出できないような場合が起こりうる。例えば、両脚のリンク間に人間が挟まれるような場合には、危害を防止することが出来ないという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の第一の目的は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を自律的に判断する非常停止判断手段を備えた脚式ロボットの非常停止装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第二の目的は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、脚式ロボット本体において当該脚式ロボットの非常停止判断がなされた場合に脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段を備えた脚式ロボットの非常停止装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第三の目的は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、安全に非常停止するために、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止する脚式ロボットの非常停止装置を提供することにある。
【００１２】
具体的には、脚式ロボットが転倒しそうになる、または脚式ロボットが人間や環境と接触しそうになる等の状態の発生により、動作中の脚式ロボットを非常停止させたい場合において、対人安全性を確保しつつ脚式ロボットを安全に停止するための基本的な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するため、本発明による脚式ロボットの非常停止装置は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置であって、脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段と、脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段とを備え、非常停止判断手段および非常停止動作制御手段により、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止することを特徴とする。
【００１４】
このような特徴の本発明の脚式ロボットの非常停止装置によれば、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置は、脚式ロボット本体に備えられた非常停止判断手段により脚式ロボットの非常停止を判断する、と同時に、非常停止動作制御手段により非常停止する脚式ロボットの動作を生成して制御し、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止するように構成される。このため、脚式ロボットの非常時に対人安全性を確保しつつ脚式ロボットを安全に停止することができる。
【００１５】
本発明による脚式ロボットの非常停止装置は、第１の態様として、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、脚式ロボット本体に当該脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段が備えられる。
【００１６】
このような態様の本発明による脚式ロボットの非常停止装置によれば、脚式ロボット本体に設けられた非常停止判断手段により、当該脚式ロボットが非常停止可能な状態であるかを判断する、と同時に、操作信号やセンサ信号などを用いて非常停止の判断を行っているため、信頼性良くまた安全に非常停止判断を行うことができる。
【００１７】
この場合において、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、無線や有線を問わず制御装置に結合された脚式ロボットを操作する操作端末からの信号に基づき行われるような態様とする。
【００１８】
また、別の態様では、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号に基づき行われるような態様とする。
【００１９】
また、更に別の態様では、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットに搭載した少なくとも一つの力・モーメントを検出するセンサの信号に基づき行われるような態様とする。
【００２０】
また、更に別の態様では、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットを駆動するアクチュエータの入力信号または出力信号に基づき行われるような態様とする。
【００２１】
また、更に別の態様では、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号及び／又は脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、ＣＣＤカメラや超音波センサなどの脚式ロボットに搭載した環境認識センサの信号に基づき行われるような態様とする。
【００２２】
また、更に別の態様では、非常停止判断が、脚式ロボットの動作を生成する動作生成装置の出力信号と、脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットを操作する操作端末、脚式ロボットに搭載した姿勢センサ、脚式ロボットに搭載した少なくとも一つの力・モーメントを検出するセンサ、脚式ロボットを駆動するアクチュエータの入力信号または出力信号、脚式ロボットに搭載した環境認識センサの信号の組み合わせに基づき行われるような態様とする。
【００２３】
また、本発明の別の態様として、本発明による脚式ロボットの非常停止装置が、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、脚式ロボットの非常停止判断がなされた場合に脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段を備える。
【００２４】
このような態様の脚式ロボットの非常停止装置によれば、脚式ロボットの動作生成装置で生成されたオリジナル動作パターンの再生を中止する、と同時に、そのオリジナル動作パターンに連続して且つ非常停止する脚式ロボットの動作を新規に生成して制御するため、非常事態においても安全且つ確実に非常停止することができる。
【００２５】
この場合においては、非常停止動作制御が、非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和するように上体を並進移動する動作制御により実現されるような態様とする。
【００２６】
別の態様としては、非常停止動作制御が、非常停止動作によって発生するモーメントを緩和するように脚部の足裏位置を回転させる動作制御により実現されるような態様としてもよい。
【００２７】
更に別の態様では、非常停止動作制御が、非常停止動作によって発生するモーメントを緩和するように上体を並進移動するとともに、脚部の足裏位置を回転させる動作制御により実現されるような態様としてもよい。
【００２８】
更に別の態様では、本発明による脚式ロボットの非常停止装置は、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置において、安全に非常停止するために、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止するような態様とする。
【００２９】
この場合においては、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止することになり、脚式ロボットと環境との接点を地面に投影した点により構成される線が長くもしくは平面が広くなるため、動作の安定余裕が広がり、結果、安全且つ確実に非常停止することが可能となる。
【００３０】
この場合には、非常停止完了時の脚式ロボットの重心位置の地面への投影点が、脚式ロボットと環境とが接する少なくとも２箇所の接点を地面に投影した点により構成される線もしくは平面の上に存在するように動作制御を行うことなる。
【発明の効果】
【００３１】
このように、本発明の脚式ロボットの非常停止装置によれば、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットの非常停止装置は、脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段と、脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段とを備え、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止することになり、動作中の脚式ロボットを非常停止させたい場合に、対人安全性を確保しつつ脚式ロボットを安全に停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施する場合の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の脚式ロボットの非常停止装置を一態様で実施する脚式ロボットの脚部の構造を概略的に説明する図である。図１において、１は左足、２は右足、３は足裏、４は股部関節設置部、５は足部関節設置部、６ａは第１脚部，６ｂは第２脚部、７はロボット上体、８ａは第１の関節モータ，８ｂは第２の関節モータ、８ｃは第３の関節モータ、９は制御装置である。
【００３３】
股部関節設置部４には、図示しないが、第１の関節モータ８ａの出力方向と非平行出力方向を持つアクチュエータ（関節モータ）が設けられており、足部関節設置部５には、第３の関節モータ８ｃの出力方向と非平行出力方向を持つアクチュエータ（関節モータ）が設けられている。また、同じく図示しないが、上体７の姿勢は、上体７に設置した姿勢センサにより検出し、各関節（８ａ〜８ｃ）の関節角はエンコーダやポテンショメータなどの関節角センサにより検出している。加えて、脚式ロボットの接地脚の状態は、図示しないが、足部関節設置部５に設置されている足裏の力センサや接触センサなどで構成されている接地検出センサにより検出している。
【００３４】
図２は、脚式ロボットの制御装置により制御される動作制御系の構造を概略的に説明する図である。図２において、１０は非常停止装置、１１は動作生成装置、１２は動作安定化装置、１３は関節角制御装置である。これらの装置は、脚式ロボット本体の制御装置９の内部に設けられている。また、図示しないが、制御装置９の中には、各種センサからの信号を入力するとともに、制御データ等を生成し、脚部のアクチュエータ（関節モータ）に対して制御信号を出力する入出力ポートを有する全体の制御を行うコンピュータ装置が設けられている。また、図２における参照符号１４は、制御装置９を除く脚式ロボット本体を示している。参照符号１５は、操縦者操作端末を示している。この操作者端末１５を用いることにより、必要に応じて外部からオペレータ操作によって、脚式ロボットに対して各種動作の要求信号を送信する。操縦者端末１５は、ロボット本体とは無線または有線による信号路により結合されており、脚式ロボット本体の制御装置９と間の信号の送受信を行う。
【００３５】
次に、脚式ロボットの制御装置により制御される動作制御について説明する。図２を参照して説明すると、操縦者操作端末１５から動作生成要求信号が、動作生成装置１１に対して送信されると、動作生成装置１１が脚式ロボットの安定な動作パターンを生成し、その動作パターンに必要な第一の関節角指令などの目標各関節角指令（以下、第一の目標各関節角指令と略称する）と上体７の目標姿勢とを非常停止装置１０に送信する。
【００３６】
この場合、非常停止装置１０は、動作生成装置１１の出力信号と、操縦者操作端末１５からの非常停止信号または各種センサの信号に基づき、非常停止の必要性の判断を行う。非常停止装置１０は、非常停止の必要性が無いと判断した場合には、動作生成装置１１から送信された第一の目標各関節角指令を修正することなく、そのまま第二の関節角指令などの目標各関節角指令（以下、第二の目標各関節角指令と略称する）として、動作安定化装置１２に送信する。
【００３７】
一方、非常停止装置１０は、後述するような処理により、非常停止の必要性が有ると判断した場合には、非常停止装置１０内で安定に非常停止するための動作パターンを生成して、その動作パターンによる動作制御を行うために必要な目標各関節角指令により、更に動作生成装置１１から送信された第一の目標各関節角指令に対して不連続にならないような目標各関節角指令を第二の目標各関節角指令として、動作安定化装置１２に送信する。動作安定化装置１２は、動作生成装置１１や非常停止装置１０で動作を生成する際に想定していなかったような要因（例えば路面の凹凸）に対しても安定に動作できるように、各種センサ信号に基づき、第二の目標各関節角指令を微修正した目標関節角を、関節角制御装置１３に送信する。関節角制御装置１３は、各関節角が動作安定化装置１２の出力信号に追従するようなアクチュエータ指令を生成して、左足１および右足２を動作させて、脚式ロボットの動作制御を行う。
【００３８】
ところで、比較のため、例えば、脚式ロボットの動作制御を行う制御装置９内に、非常停止装置１０が設けられていない場合について説明すると、この場合には、操縦者操作端末１５から動作生成要求信号が動作生成装置１１に対して送信されると、動作生成装置１１が脚式ロボットの安定な動作パターンを生成し、その動作パターンが動作安定化装置１２によって微修正がされるものの、一時停止することなく動作パターンに従って動作制御が行われる。したがって、このような場合においては、特に、動作可動範囲内に想定外の障害物があった場合には、脚式ロボットが障害物に接触し、場合によっては転倒することになる。また、脚式ロボットの可動範囲内に人間が立ち入った場合には、最悪の場合、脚式ロボットの機械的な可動部に人間の手指などが挟み込む可能性がある。これに対して、本発明においては、脚式ロボット本体に搭載される制御装置９内に非常停止装置１０を設置することで、非常停止装置１０が動作して脚式ロボット本体において自律的に必要に応じて、安全にロボットを非常停止させることできる。
【００３９】
図３は、本発明による脚式ロボットの非常停止装置の基本的な構成を説明するブロック図である。図３に示すように、非常停止装置１０は、接地状態判断処理および非常停止判断処理を行う非常停止判断手段２１と、非常停止動作生成処理および動作指令切替処理を行う非常停止動作制御手段２２により構成される。具体的には、脚式ロボット本体の制御装置９に設けられた非常停止装置１０は、非常停止判断手段２１により、脚式ロボットと環境との接触状況を判断する。と同時に、非常停止すべきか否かを判断する。非常停止の必要性があると判断した場合には、非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段２２により、非常停止するための非常停止動作パターンを生成する。これと同時に、動作パターンを動作生成装置１１で生成される動作パターンから非常停止動作パターンに切り替えることにより、安全にロボットを非常停止させるように構成する。
【００４０】
図４は、本発明による脚式ロボットの非常停止装置１０内の非常停止判断手段２１の第一の実施例を説明する図である。図４に示すように、非常停止判断手段２１Ａは、接地状態判断処理３１Ａおよび非常停止判断処理３２Ａから構成され、動作生成装置１１の出力信号と、操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号に基づいて、非常停止判断の処理が行われる。ここでは、動作生成装置１１の出力に基づき判断される接地状態判断処理３１Ａと非常停止要求信号に基づく非常停止処理３２Ａが行われる。
【００４１】
接地状態判断処理３１Ａにおいては、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００４２】
更に詳しく説明すると、接地状態判断処理３１Ａにおいては、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、脚式ロボットの各脚の鉛直方向の足裏位置／速度／加速度を計算する。そして、接地状態判断処理３１Ａは、「足裏速度がゼロ」且つ「足裏速度がゼロになる前の足裏加速度が正」である場合に、「足裏が地面に接地している状態」であると判断する。また、脚式ロボットが単脚支持の状態で上体７を支えるよりも、２脚以上が地面に接している状態の方がより上体７を安定に支えることができるので、２脚以上が「足裏が地面に接地している状態」である場合に、非常停止可能信号を変化させる（例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる）。この非常停止可能信号が、次の非常停止判断処理の入力となる。なお、ゼロモーメントポイント（ＺＭＰ：脚式ロボットが床面から受けるモーメントの内、鉛直軸周りを除く軸のモーメントがゼロになるポイント）が２脚の足裏の中間位置近傍にある場合には、上体７の水平速度が小さくなり、非常停止を効果的に開始することができる。そのため、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置を計算し、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置がほぼ等しくなった場合に、非常停止可能信号を変化させる。
【００４３】
図５は、接地状態判断処理３１Ａの各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。動作生成装置の出力に基づく接地状態判断処理における各信号のタイムチャートを示している。後述する図６のタイムチャートに示されるように、非常停止判断処理３２Ａにおいては、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号から、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止開始信号を例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行っている。更に詳しく説明すると、操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号を受信すると、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行い、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００４４】
これにより、操縦者が脚式ロボットを非常停止させたい場合で且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対して、非常停止開始要求を行うことが可能になる。なお、非常停止要求信号に含まれるノイズが多く、誤って非常停止待機信号が生成されてしまうような場合には、
（１）非常停止要求信号を受信した総回数が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する処理、
（２）非常停止要求信号を連続して受信した場合に非常停止待機信号を生成する処理、
（３）非常停止要求信号のＨｉｇｈ出力をプラスした（Ｌｏｗ出力をマイナスとした）積分演算により積分値が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する処理
のいずれかの処理または組み合わせた処理を施して、より信頼性を向上させるような処理を行う。
【００４５】
図６は、非常停止判断処理３２Ａにおける各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。図６に示されるタイムチャートは、非常停止要求信号に含まれるノイズを考慮し、非常停止要求信号を連続して受信した場合に、非常停止待機信号を生成する処理を行っている動作例のタイムチャートである。ここでは、非常停止要求信号に基づく非常停止判断処理におけるタイミング関係が示されている。
【００４６】
図７は、非常停止判断手段の第二の実施例を説明する図であり、また、図８は図７の非常停止判断手段の一部を変更した第三の実施例を説明する図である。図７に示すように、第二の実施例の非常停止判断手段は、非常停止装置１０における非常停止判断手段を、脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、脚式ロボットを操作する操作端末からの信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成したものである。また、図８に示す第三の実施例の非常停止判断手段は、第二の実施例の非常停止判断手段に対して更に足裏の力センサからセンサ信号が加えられて、非常停止判断の処理を行う実施例となっている。
【００４７】
図７に示す非常停止装置１０における非常停止判断手段では、非常停止判断手段２１Ｂが、脚式ロボットに搭載している関節角センサ出力と姿勢センサ出力から構成されている接地検出センサの出力により、この接地検出センサの出力と操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成される。
【００４８】
具体的に説明すると、接地状態判断処理３１Ｂでは、関節角センサ出力と姿勢センサ出力に基づき接地状態を検出する接地検出センサが構成され、接地状態判断処理３１Ａと同様の処理により、接地状態を判断する。この接地検出センサの出力に基づいて、２脚以上が「足裏が地面に接地している状態」であるかどうかを判断し、加えて、関節角センサ出力と姿勢センサ出力から、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置を計算し、「上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置がほぼ等しくなった」と判断された場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うような構成とされる。接地状態判断処理３１Ｂにおける各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートは、第一の実施例の場合と同様である。
【００４９】
また、図８に示す非常停止装置１０における非常停止判断手段の第三実施例では、非常停止判断手段２１Ｃが、脚式ロボットの足裏に搭載している力センサにより接地状態を検出する接地検出センサからの出力によって、この接地検出センサ出力と、関節角センサ出力と、姿勢センサ出力と、操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号とに基づき、非常停止判断の処理を行うように構成される。
【００５０】
具体的に説明すると、接地状態判断処理３１Ｃでは、足裏の力センサにより検出される足裏の力を判別して接地を検出する接地検出センサの信号により、足裏の力センサの鉛直方向の力が正の値である場合には、接地状態であると判断している。そして、接地検出センサの出力に基づき、２脚以上が「足裏が地面に接地している状態」であるかどうかを判断し、加えて、関節角センサ出力と姿勢センサ出力から、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置を計算し、「上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置がほぼ等しくなった」と判断された場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うような構成にしている。図９に、接地状態判断処理３１Ｃ内の各処理値と出力信号との関係を示すタイムチャートが示されている。
【００５１】
なお、図８により説明した第三の実施例の非常停止判断手段では、接地検出センサを足裏の力センサにより構成しているが、足裏の力センサの代わりに、足裏に搭載した接触センサにより接地検出センサを構成することもできる。接触センサを用いた接地状態判断処理は、接地状態判断処理３１Ｃと同様であるので、説明は省略する。
【００５２】
図１０は、非常停止判断手段の第四の実施例を説明する図である。この第四の実施例の非常停止判断手段２１Ｄは、動作生成装置１１の出力信号と、脚式ロボットの接地脚の状態を検出する接地検出センサの出力信号と、操縦者操作端末１５から送出される非常停止要求信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成されている。
【００５３】
具体的には、接地状態判断処理３１Ｄにおいては、足裏の力センサにより構成される接地検出センサの信号により、足裏の力センサの鉛直方向の力が正の値である場合には、接地状態であると判断している。そして、接地検出センサから出力される信号に基づき、２脚以上が「足裏が地面に接地している状態」であるかどうかを判断し、加えて、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置を計算し、「上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置がほぼ等しくなった」と判断された場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うような構成とされる。この接地状態判断処理３１Ｄ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートは、第三実施例のもの（図９）と同様なものとなる。
【００５４】
図１１は、非常停止判断手段の第五の実施例を説明する図である。この第五の実施例の非常停止判断手段２１Ｅは、動作生成装置１１の出力信号と、脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成されている。このような構成により、動作生成装置の出力に基づく接地状態判断処理と動作生成装置の出力と姿勢センサの出力信号に基づく非常停止処理が行える。
【００５５】
この第五の実施例の非常停止判断手段２１Ｅにおいては、先ず、接地状態判断処理３１Ａにより、第一の実施例と同様に、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。なお、図１１では、接地状態判断処理を、第一の実施例において説明した接地状態判断処理３１Ａにより構成している場合を示しているが、第二実施例〜第四実施例として説明したような接地状態判断処理３１Ｂ〜３１Ｄにより、非常停止可能信号を出力するような構成としてもよい。
【００５６】
そして、次の非常停止判断処理３２Ｂにより、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、動作生成装置１１の出力信号と、脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号に基づき、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うように構成される。詳しく説明すると、動作生成装置１１から出力される上体７の目標姿勢と脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号の偏差（姿勢偏差）を算出し、姿勢偏差が閾値以上に達した場合に、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。そして、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００５７】
このような処理を行うことにより、脚式ロボットが転倒しそうになって姿勢偏差が過大になった場合で、且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対して、非常停止開始要求信号を送出する（非常停止開始要求を行う）ことが可能になる。なお、姿勢センサの出力信号に含まれるノイズが多く、誤って非常停止待機信号が生成されてしまうような場合には、
（１）姿勢偏差が閾値以上を越した総回数が閾値に達した場合において非常停止待機信号を生成する、
（２）姿勢偏差が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する、
（３）姿勢偏差が閾値以上の場合にプラス／閾値以下の場合にマイナスとした積分演算により積分値が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する
などの処理を施して、信頼性を向上させた処理を行うようにする。図１２は、非常停止判断処理３２Ｂ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートであり、図１２に示すタイミングチャートでは、姿勢センサの出力信号に含まれるノイズを考慮し姿勢偏差が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する処理を行っているタイミングチャートとなっている。
【００５８】
図１３は、非常停止判断手段の第六の実施例を説明する図である。この第六の実施例の非常停止判断手段２１Ｆは、動作生成装置１１の出力信号と、脚式ロボットに搭載した足裏の力センサの信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成されている。
【００５９】
この第六の実施例の非常停止判断手段２１Ｆにおいては、先ず、接地状態判断処理３１Ａにより、第一の実施例と同様に、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになったら場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うように構成する。なお、前述した実施例の場合と同様に、図１３では、接地状態判断処理を、第一の実施例において説明した接地状態判断処理３１Ａにより構成している場合を示しているが、第二実施例〜第四実施例として説明したような接地状態判断処理３１Ｂ〜３１Ｄにより、非常停止可能信号を出力するような構成としてもよい。
【００６０】
そして、次の非常停止判断処理３２Ｃにおいて、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットに搭載した足裏の力センサの信号に基づき、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。更に詳しく説明すると、足裏の力センサの出力が閾値以上に達した場合に、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。そして、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００６１】
これにより、足裏の力センサ出力が過大になるような予期せぬ段差を脚式ロボットが踏んで転倒しそうになった場合で且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対して、非常停止開始要求を行うことが可能になる。なお、足裏の力センサの出力信号に含まれるノイズが多く、誤って非常停止待機信号が生成されてしまうような場合には、
（１）力センサの出力が閾値以上を越した総回数が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する、
（２）力センサの出力が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する、
（３）力センサの出力が閾値以上の場合にプラス／閾値以下の場合にマイナスとした積分演算により積分値が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する
などの処理を施して、信頼性を向上させた処理を行うように構成しても良い。図１４は、非常停止判断処理３２Ｃ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。図１４に示すタイムチャートは、足裏の力センサの出力信号に含まれるノイズを考慮し、足裏の力センサの出力が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する処理を行っているタイミングチャートとなっている。
【００６２】
図１５は、非常停止判断手段の第七の実施例を説明する図である。この第七の実施例の非常停止判断手段２１Ｇは、動作生成装置１１の出力信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令と関節角センサ信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成されたものとなっている。
【００６３】
この第七の実施例の非常停止判断手段２１Ｇにおいては、先ず、接地状態判断処理３１Ａにより、第一の実施例と同様に、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行うにように構成する。なお、前述した実施例の場合と同様に、図１５では、接地状態判断処理を、第一の実施例において説明した接地状態判断処理３１Ａにより構成している場合を示しているが、第二実施例〜第四実施例として説明したような接地状態判断処理３１Ｂ〜３１Ｄにより、非常停止可能信号を出力するような構成としてもよい。
【００６４】
そして、次の非常停止判断処理３２Ｄにおいて、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令（第一の関節角指令など）と関節角センサ信号に基づいて、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。更に詳しく説明すると、関節角制御装置１３に入力される関節角指令と脚式ロボットに搭載した関節角センサの信号の偏差（関節角偏差）を算出し、関節角偏差が閾値以上に達した場合において、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。そして、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００６５】
これにより、脚式ロボットが転倒しそうになって関節角偏差が過大になった場合で且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対し、非常停止開始要求を行うことが可能になる。なお、関節角センサの出力信号に含まれるノイズが多く、誤って非常停止待機信号が生成されてしまうような場合には、
（１）関節角偏差が閾値以上を越した総回数が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する、
（２）関節角偏差が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する、
（３）関節角偏差が閾値以上の場合にプラス／閾値以下の場合にマイナスとした積分演算により積分値が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する
などの処理を施して、信頼性を向上させた処理を行うように構成されても良い。図１６は、非常停止判断処理３２Ｄ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。図１６に示すタイミングチャートでは、関節角センサの出力信号に含まれるノイズを考慮し関節角偏差が連続して閾値以上を越した場合に非常停止待機信号を生成する処理を行っているタイミングチャートとなっている。
【００６６】
なお、図１６は、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令と関節角センサ信号の偏差（関節角偏差）に基づき、非常停止判断処理を行っているタイミングチャートとなっているが、このような非常停止判断処理において、関節の可動範囲を超える関節角指令の入力を防ぎたい場合には、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令に基づき、非常停止判断処理を行うようにしても良く、また、関節の可動範囲を超える関節角を関節角センサが出力してしまうような関節角センサの故障に対して非常停止をかけたい場合には、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットに搭載している関節角センサの信号に基づいて、非常停止判断処理を行うようにしても良い。
【００６７】
図１７は、非常停止判断手段の第八の実施例を説明する図である。この第八の実施例の非常停止判断手段２１Ｈは、動作生成装置１１の出力信号と、ＣＣＤカメラや超音波センサなどの脚式ロボットに搭載した環境認識センサからの信号に基づき、非常停止判断の処理を行うように構成している。
【００６８】
この第八の実施例の非常停止判断手段２１Ｈにおいては、先ず、接地状態判断処理３１Ａにより、第一の実施例と同様に、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。なお、図１７では、前述した実施例の場合と同様に、接地状態判断処理を、第一の実施例において説明した接地状態判断処理３１Ａにより構成している場合を示しているが、第二実施例〜第四実施例として説明したような接地状態判断処理３１Ｂ〜３１Ｄにより、非常停止可能信号を出力するような構成としてもよい。
【００６９】
そして、次の非常停止判断処理３２Ｅにおいて、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、脚式ロボットに搭載した環境認識センサの信号に基づき、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。更に詳しく説明すると、脚式ロボットに搭載した環境認識センサにより、歩行経路上に障害物があると認識された場合に、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。そして、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００７０】
これにより、脚式ロボットが障害物に接触しそうな場合で且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対して、非常停止開始要求を行うことが可能になる。なお、環境認識センサの出力信号に含まれるノイズが多く、誤って非常停止待機信号が生成されてしまうような場合には、
（１）環境認識センサによる障害物認識結果の総回数が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する、
（２）環境認識センサによる障害物認識結果が連続して障害物を認識した場合に非常停止待機信号を生成する、
（３）環境認識センサにより障害物を認識した場合にはプラスとし、認識しなかった場合にはマイナスとした積分演算により積分値が閾値に達した場合に非常停止待機信号を生成する
などの処理を施して、信頼性を向上させた処理を行うようにしても良い。図１８は、非常停止判断処理３２Ｅ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。図１８に示すタイミングチャートは、環境認識センサによる障害物認識結果が連続して障害物を認識した場合に非常停止待機信号を生成する処理を行っているタイミングチャートとなっている。
【００７１】
図１９は、非常停止判断手段の第九の実施例を説明する図である。この第九の実施例の非常停止判断手段２１Ｊは、動作生成装置１１の出力信号に基づく接地状態判断処理３１Ａと、非常停止判断処理３２Ｆに基づき、非常停止判断の処理を行うように構成しているが、この非常停止判断処理３２Ｆとしては、第一の実施例により説明した非常停止判断処理３２Ａ、または第五〜八の実施例により説明した非常停止判断処理３２Ｂ〜３２Ｅに基づき、非常停止判断の処理を行うように構成してもよい。
【００７２】
この場合、先ず、第九の実施例の非常停止判断手段２１Ｊにおいては、接地状態判断処理３１Ａにより、第一の実施例と同様に、動作生成装置１１から出力される第一の目標各関節角指令と上体７の目標姿勢から、接地状態を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止可能信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。なお、図１９では、接地状態判断処理を、第一の実施例において説明した接地状態判断処理３１Ａにより構成している場合を示しているが、第二実施例〜第四実施例として説明したような接地状態判断処理３１Ｂ〜３１Ｄにより、非常停止可能信号を出力するような構成としてもよい。
【００７３】
そして、次の非常停止判断処理３２Ｆにおいて、接地状態判断処理３１Ａから出力される非常停止可能信号と、動作生成装置１１の出力信号と、無線や有線を問わず脚式ロボットを操作する操作端末からの信号と、脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号と、脚式ロボットに搭載した少なくとも一つの力・モーメントを検出するセンサの信号と、脚式ロボットを駆動する関節角指令または関節角センサ信号と、ＣＣＤカメラや超音波センサなどの脚式ロボットに搭載した環境認識センサの信号に基づき、非常停止開始を判断し、非常停止動作を開始できるタイミングになった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００７４】
更に詳しく説明すると、
（１）操縦者操作端末１５からの非常停止要求信号、
（２）動作生成装置１１から出力される上体７の目標姿勢と脚式ロボットに搭載した姿勢センサの信号の偏差（姿勢偏差）が閾値以上の場合に出力される姿勢偏差過大信号、
（３）足裏の力センサの出力が閾値以上の場合に出力される足裏力センサ過大信号、
（４）関節角制御装置１３に入力される関節角指令と脚式ロボットに搭載した関節角センサの信号の偏差（関節角偏差）が閾値以上の場合に出力される関節角偏差過大信号、
（５）環境認識センサにより障害物を認識した場合に出力される環境認識センサ障害物認識信号など
の各種非常停止判別信号の内、少なくとも１つの信号が検出されたら検出された信号分だけプラスし、全く検出されなかった場合にマイナスとした積分演算により積分値が閾値に達した場合に、非常停止待機信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。
【００７５】
そして、接地状態判断処理３１Ａの出力である非常停止可能信号と非常停止待機信号の両信号ともにＨｉｇｈ信号になった場合に、非常停止開始信号を、例えばＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに上げる処理を行う。これにより、脚式ロボットが転倒しそうになった場合で且つ非常停止を効果的に開始できるタイミングにおいて、非常停止動作制御手段２２に対して、非常停止開始要求を行うことが可能になる。図２０は、このような非常停止判断処理３２Ｆ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。図２０に示すタイミングチャートは、動作生成装置の出力と各種センサの出力信号に基づく非常停止処理におけるタイミングチャートとなっている。
【００７６】
次に、非常停止装置１０の非常停止動作制御手段２２について説明する。図２１は、本発明の非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段２２の第一の実施例を説明する図であり、図２２は、非常停止動作制御手段の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。また、図２３は、上体の並進移動による非常停止動作を説明するための模式図である。図２１に示すように、非常停止動作制御手段２２Ａは、動作生成装置１１の出力信号と、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号に基づき、第二の関節角指令や上体姿勢角指令を出力する処理を行う。動作の概略について説明すると、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＬｏｗの場合は、非常停止の必要性がないため、動作生成装置１１が出力する第一の関節角指令と上体姿勢角指令などの動作指令の信号は、そのまま動作指令切替処理を通過させて、第一の関節角指令と上体姿勢角指令などを、そのまま第二の関節角指令と上体姿勢角指令として出力する。逆に、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈの場合には、非常停止の必要性があるため、非常停止動作制御手段２２Ａ内で非常停止するための非常停止動作パターンを生成し、動作指令切替処理により、この新規に生成された非常停止動作パターンを実現する関節角指令や上体姿勢角指令を、第二の関節角指令と上体姿勢角指令として出力する。
【００７７】
具体的に、非常停止動作制御手段２２Ａにおける非常停止動作パターン生成に関して説明すると、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈになった時に、非常停止動作パターンの生成を開始し、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の関節角と上体姿勢角を記録しておく。同時に、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の上体の並進速度を計算する。そして、非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和するように、算出した非常停止開始時の上体並進初速度に連続する上体並進速度／並進移動量を求める。ここで、求める上体並進速度は、上体並進初速度と非常停止時の上体並進速度（＝ゼロ）に滑らかに連続することがより望ましいが、図２２のタイミングチャートに示すように、上体並進初速度と非常停止時の上体並進速度（＝ゼロ）までの単調減少でも、実用上は問題ない。
【００７８】
また、算出された非常停止動作の上体並進速度／並進移動量から、非常停止動作の両足裏並進移動量を算出し、そして、記録した非常停止動作開始時の姿勢と、この算出した非常停止動作の両足裏並進移動量から、非常停止動作を実現する足裏位置を決定し、最終的には逆運動学を用いて、各関節の関節角指令を求めるようにすることができる。
【００７９】
このように、非常停止動作制御手段２２Ａにより、非常停止判断手段から非常停止開始信号が出た場合には、図２３に示すように、オリジナル動作と非常停止動作が切り替えられて、上体を並進移動することにより非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和しながら安全に脚式ロボットを停止することが可能になる。
【００８０】
図２４は、本発明の非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段の第二の実施例を説明する図であり、図２５は、非常停止動作制御手段の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。また、図２６は、足裏位置の回転による非常停止動作を説明するための模式図である。図２４に示すように、この非常停止動作制御手段２２Ｂは、動作生成装置１１の出力信号と、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号に基づき、第二の関節角指令や上体姿勢角指令を出力する処理を行う。
【００８１】
この非常停止動作制御手段２２Ｂは、第一の実施例の非常停止動作制御手段２２Ａと同様に、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＬｏｗの場合は、非常停止の必要性がないため、動作生成装置１１が出力する第一の関節角指令と上体姿勢角指令などを、そのまま動作指令切替処理を通過させ、第一の関節角指令と上体姿勢角指令などをそのまま第二の関節角指令と上体姿勢角指令として出力する。逆に、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈの場合には、非常停止の必要性があるため、非常停止動作制御手段２２Ｂ内で非常停止するための非常停止動作パターンを生成し、動作指令切替処理により、この新規に生成された非常停止動作パターンを実現する関節角指令や上体姿勢角指令を、第二の関節角指令と上体姿勢角指令として出力する。
【００８２】
具体的に、第二の実施例の非常停止動作制御手段２２Ｂと、第一の実施例の非常停止動作制御手段２２Ａとの相違点は、非常停止動作生成処理における非常停止動作パターンの生成についての違いである。非常停止動作制御手段２２Ｂにおける非常停止動作パターン生成に関して説明すると、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈになった時に、非常停止動作パターンの生成を開始し、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の関節角と上体姿勢角を記録しておく。同時に、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の上体の並進速度を計算し、図２５のタイミングチャートに示すように、非常停止動作によって発生するモーメントを抑制するように、算出した非常停止開始時の上体並進初速度に応じて、両足裏の回転量を算出する。そして、記録した非常停止動作開始時の姿勢と、この算出した非常停止動作の足裏位置の回転量から、非常停止動作を実現する足裏位置を決定し、最終的には逆運動学を用いて、各関節の関節角指令を求める。
【００８３】
このように、非常停止動作制御手段２２Ｂにより、非常停止判断手段から非常停止開始信号が出た場合には、図２６の非常停止動作の模式図に示すように、オリジナル動作と非常停止動作が切り替えられて、例えば前進歩行中に急に一時停止した際、前のめりになるモーメントを両足裏で踏ん張ることにより抑制しながら、安全に脚式ロボットを停止することが可能になる。
【００８４】
図２７は、本発明の非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段の第三の実施例を説明する図であり、図２８は、上体の並進移動と足裏位置の回転の組み合わせによる非常停止動作を説明するための模式図である。図２７に示すように、この非常停止動作制御手段２２Ｃは、第一の実施例の非常停止動作制御手段２２Ａおよび第二実施例の非常停止動作制御手段２２Ｂの処理要素の組み合わせにより構成している。この非常停止動作制御手段２２Ｃにおいては、動作生成装置１１の出力信号と、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号に基づき、第二の関節角指令や上体姿勢角指令を出力する。
【００８５】
この第三の実施例の非常停止動作制御手段２２Ｃは、第一の実施例の非常停止動作制御手段２２Ａ、第二の実施例の非常停止動作制御手段２２Ｂと同様に、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＬｏｗの場合には、非常停止の必要性がないため、動作生成装置１１が出力する第一の関節角指令と上体姿勢角指令などを、そのまま動作指令切替処理を通過させ、第一の関節角指令と上体姿勢角指令などをそのまま第二の関節角指令と上体姿勢角指令として出力する。逆に、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈの場合には、非常停止の必要性があるため、非常停止動作制御手段２２Ａ内で非常停止するための非常停止動作パターンを生成し、動作指令切替処理により、この新規に生成された非常停止動作パターンを実現する関節角指令および上体姿勢角指令を、第二の関節角指令および上体姿勢角指令として出力する。
【００８６】
より具体的に、非常停止動作制御手段２２Ｃでの非常停止動作パターン生成に関して説明すると、非常停止判断手段２１からの非常停止開始信号がＨｉｇｈになった時に、非常停止動作パターンの生成を開始し、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の関節角と上体姿勢角を記録しておく。同時に、動作生成装置１１の出力を用いて、非常停止開始時の上体の並進速度を計算する。そして、第一の実施例の非常停止動作制御手段２２Ａと同様にして、非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和するように、算出した非常停止開始時の上体並進初速度に連続する上体並進速度／並進移動量を求めてから、非常停止動作の両足裏並進移動量を算出する。また、第二実施例の非常停止動作制御手段２２Ｂと同様にして、非常停止動作によって発生するモーメントを抑制するように、算出した非常停止開始時の上体並進初速度に応じて、両足裏の回転量を算出する。そして、記録した非常停止動作開始時の姿勢と、算出した非常停止動作の両足裏並進移動量と両足裏の回転量から、非常停止動作を実現する足裏位置を決定し、最終的には逆運動学を用いて、各関節の関節角指令を求める。
【００８７】
このように、非常停止動作制御手段２２Ｃにより、非常停止判断手段から非常停止開始信号が出た場合には、図２８の非常停止動作の模式図に示すように、例えば前進歩行中に急に一時停止した際、上体を並進移動することにより非常停止動作によって発生する並進慣性を緩和するとともに、前のめりになるモーメントを両足裏で踏ん張ることにより抑制しながら、安全に脚式ロボットを停止することが可能になる。
【００８８】
図２９は、非常停止装置１０による非常停止動作を効果的に実現する非常停止動作開始タイミングを説明する図である。図２９では、前進歩行中のロボットの足裏位置の推移を例示している。左図は、動作生成装置１１が生成するオリジナル歩行動作であり、右足裏位置を実線の四角で、左足裏位置を一点鎖線の四角で、ＺＭＰ［ゼロモーメントポイント：鉛直成分を除きモーメントがゼロになるポイントゼロモーメントポイント］軌道を太線の実線で、また、重心位置の移動を点線で表現している。右図は、本発明による非常停止装置１０を効果的に実現する非常停止動作開始タイミングで、脚式ロボットを非常停止させた場合の動作例を示している。左図と同様に、右足裏位置を実線の四角で、左足裏位置を一点鎖線の四角で、ＺＭＰ［ゼロモーメントポイント］軌道を太線の実線で、また、重心位置の移動を点線で表現している。加えて非常停止終了時の重心位置を黒丸印、脚式ロボットの両脚による支持多角形［地面と接している部分の包絡線で作られる凸多角形］を長鎖線で表記している。
【００８９】
動作生成装置１１では、動的な歩行の場合にＺＭＰが支持多角形の外側にくるような動作パターンや、静的な歩行や静止時に重心位置を地面に投影した点が支持多角形の外側にくるような動作パターンであると、脚式ロボットは転倒してしまうため、動的な歩行の場合にはＺＭＰが支持多角形の内側にくるように、静的な歩行や静止時に重心位置を地面に投影した点が支持多角形の内側にくるように、動作パターンが生成されている。歩容がよりダイナミックになればなるほど、ＺＭＰ軌道と重心位置を地面に投影した点の軌道は離れ、ゆっくりとした歩容になればなるほど、ＺＭＰ軌道と重心位置を地面に投影した点の軌道は近づく。
【００９０】
非常停止動作が終了した際、ロボットは立ち止まっていることから（静止していることから）、ＺＭＰ位置と重心位置を地面に投影した点は一致する。また、非常停止動作終了時に転倒しないためには、ＺＭＰ位置（重心位置を地面に投影した点）が、支持多角形の内側にあるように動作する非常停止動作パターンである必要がある。
【００９１】
そこで、本発明による非常停止装置１０を効果的に実現するタイミングの第一実施例であるが、図２９に示すように、脚式ロボットの重心位置を地面に投影した点が支持多角形の重心位置近傍に来たタイミングにおいて非常停止動作に移行すると、脚式ロボットの重心位置を地面に投影した点と支持多角形のエッジまでの距離がなくなり安定余裕が広がるため、効果的な非常停止動作が可能になる。
【００９２】
本発明による非常停止装置１０を効果的に実現するタイミングの第二実施例であるが、同じく図２９に示すように、ＺＭＰ軌道の方向と重心位置を地面に投影した点の軌道の方向がほぼ一致するこのタイミングにおいて非常停止動作に移行すると、よりスムーズな非常停止が可能になる。なお、両脚が接地した両脚支持の中間付近においては、上体７の水平速度も小さくなることからも、より安定した非常停止動作が可能になる。
【００９３】
本発明による非常停止装置１０を効果的に実現するタイミングの第三実施例であるが、既知の歩行周期である場合には、両脚支持期間の中間点を、非常停止を効果的に実現するタイミングと判断することができる。これは、歩行時の両脚支持機関の中間点では、ＺＭＰ軌道の方向と重心位置を地面に投影した点の軌道の方向がほぼ一致するため、第二実施例と同様にこのタイミングにおいてよりスムーズな非常停止が可能になる。例え、歩行周期もが未知である場合には、動作生成装置１１からは少なくとも各関節角指令が出力されているので、上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置を計算し、「上体７から見た各足裏の水平方向の足裏位置がほぼ等しくなった」際に、歩行時の両脚支持機関の中間点と判断すると同時に、本発明の非常停止装置１０を効果的に実現するタイミングと、実用上、判断しても問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上に説明したように、本発明による脚式ロボットの非常停止装置を用いることによって、少なくとも上体と、前記上体に連結された複数本の脚部からなる脚式ロボットは、動作中の脚式ロボットを非常停止させたい場合に、対人安全性を確保しつつ脚式ロボットを安全に停止することができるものとなる。この非常停止装置は、脚式ロボットの非常停止を判断する非常停止判断手段と、脚式ロボットの動作を非常停止させる非常停止動作制御手段とを備えることで、脚式ロボットと環境とが少なくとも２箇所で接する状態において非常停止することになり、動作が停止した状態においても安定性が保たれており、脚式ロボット自体の転倒が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の脚式ロボットの非常停止装置を一態様で実施する脚式ロボットの脚部の構造を概略的に説明する図である。
【図２】脚式ロボットの制御装置により制御される動作制御系の構造を概略的に説明する図である。
【図３】脚式ロボットの非常停止装置の基本的な構成を説明するブロック図である。
【図４】非常停止判断手段の第一の実施例を説明する図である。
【図５】動作生成装置の出力に基づく接地状態判断処理の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図６】非常停止要求信号に基づく非常停止判断処理の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図７】非常停止判断手段の第二の実施例を説明する図である。
【図８】非常停止判断手段の第三の実施例を説明する図である。
【図９】接地検出センサの出力に基づく接地状態判断処理の各信号のタイムチャートである。
【図１０】非常停止判断手段の第四の実施例を説明する図である。
【図１１】非常停止判断手段の第五の実施例を説明する図である。
【図１２】非常停止判断処理３２Ｂ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図１３】非常停止判断手段の第六の実施例を説明する図である。
【図１４】非常停止判断処理３２Ｃ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図１５】非常停止判断手段の第七の実施例を説明する図である。
【図１６】非常停止判断処理３２Ｄ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図１７】非常停止判断手段の第八の実施例を説明する図である。
【図１８】非常停止判断処理３２Ｅ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図１９】非常停止判断手段の第九の実施例を説明する図である。
【図２０】非常停止判断処理３２Ｆ内の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図２１】非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段の第一の実施例を説明する図である。
【図２２】非常停止動作制御手段の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図２３】上体の並進移動による非常停止動作を説明するための模式図である。
【図２４】非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段の第二の実施例を説明する図である。
【図２５】非常停止動作制御手段の各処理値と出力信号のタイミング関係を示すタイムチャートである。
【図２６】足裏位置の回転による非常停止動作を説明するための模式図である。
【図２７】非常停止装置１０内の非常停止動作制御手段の第三の実施例を説明する図である。
【図２８】上体の並進移動と足裏位置の回転の組み合わせによる非常停止動作を説明するための模式図である。
【図２９】非常停止装置１０による非常停止動作を効果的に実現する非常停止動作開始タイミングを説明する図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  左足
２  右足
３  足裏
４  股部関節設置部
５  足部関節設置部
６ａ  第１脚部
６ｂ  第２脚部
７  ロボット上体
８ａ  第１の関節モータ
８ｂ  第２の関節モータ
８ｃ  第３の関節モータ
９  制御装置
【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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