(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手部，下腕部及び上腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置と、を有している二脚歩行式人型ロボットにおいて、
多様な動作を連続して行う際に、上記動作制御装置が、検出部により検出された現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えるか否かを判断し、
上記動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えないと判断した場合に、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作の初期姿勢までの中間動作を実行するように各駆動手段を駆動制御することを特徴とする、二脚歩行式人型ロボット。
【請求項２】
前記動作制御装置が動作ライブラリを備えていて、
ロボットの動作の要素となる各種の基本動作の姿勢データが前記動作ライブラリに格納されており、
前記姿勢データが現在の姿勢に対して可能な動作を示す補助記述を含み、
前記動作制御装置が、前記動作ライブラリに格納された各姿勢データの補助記述を参照して、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えるか否かを判断することを特徴とする、請求項１に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項３】
前記動作制御装置が、前記動作ライブラリに格納された各種の姿勢データの何れかを前記中間動作として読み出して実行することを特徴とする、請求項２に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項４】
前記動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えないときには、前記中間動作を外部に対して掲示することを特徴とする、請求項１に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二脚歩行式人型ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所謂二脚歩行式人型ロボットは、前もって設定された歩行パターン（以下、歩容という）データを生成して、この歩容データに従って歩行制御を行なって所定の歩行パターンで脚部を動作させることにより、二脚歩行を実現するようにしている。
その際、歩行姿勢を安定させるために、ロボットの足裏における床反力と重力との合成モーメントがゼロとなる点（以下、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ  Ｍｏｍｅｎｔ  Ｐｏｉｎｔ）という）を目標値に収束させる、所謂ＺＭＰ補償を行なうことにより、ＺＭＰ規範によりロボットの安定化を図るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二脚歩行式人型ロボットの動作としては、歩行の他に、歩行を行なわない直立動作、向きを変更する所謂旋回動作、あるいは椅子等に座った座位から立ち上がる立上り動作等を行なうことも可能である。そして、より実用的な人型ロボットを実現するためには、このような多様な動作を素早く且つスムースに行なう必要がある。
【０００４】
しかしながら、このような各動作はそれぞれ互いに独立して行なうように設計されており、各動作を連続して行なわせる場合、連続的なスムーズな動作にはならなくなってしまう。特に、素早い動作の連続生成は、各動作から発生する慣性力によってバランスが崩れるために、ロボットが転倒するおそれが大きくなる。このため、従来の二脚歩行式人型ロボットは、一つの動作が完了した後、一旦停止してからゆっくりと他の動作に移行するように制御されるので、いかにも機械的な動作になってしまう。
【０００５】
さらに、従来の二脚歩行式人型ロボットにおいては、利便性やリアルタイムの観点から、外部の制御装置によりオペレータが操縦することが多く、制御装置に動作選択のためのメニュー表示や、操作ボタン，ジョイスティック等を設けて、これらを用いてロボットに行なわせるべき動作を選択するようになっている。
従って、オペレータがロボットに行なわせるべき次の動作を選択したとき、現在のロボットの姿勢あるいは動作によっては、ロボットが選択された次の動作を実行することにより、バランスが崩れ、ロボットが転倒してしまったり、無理な姿勢によりロボットの各部を駆動するための駆動手段に過大な負荷がかかってしまうことがある。
このようにして、従来は、二脚歩行式人型ロボットに多様な動作を連続的に且つスムースに行なわせることは困難であった。
【０００６】
本発明は、以上の点にかんがみて、容易に多様な動作をスムースに連続して行なわせることができるようにした、二脚歩行式人型ロボットを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手部，下腕部及び上腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを有している二脚歩行式人型ロボットにおいて、多様な動作を連続して行う際に、上記動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えるか否かを判断し、動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えないと判断した場合に、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作の初期姿勢までの中間動作を実行するように各駆動手段を駆動制御することを特徴とする二脚歩行式人型ロボットにより達成される。
【０００８】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、前記動作制御装置が動作ライブラリを備えていて、ロボットの動作の要素となる各種の基本動作の姿勢データが動作ライブラリに格納されており、姿勢データが現在の姿勢に対して可能な動作を示す補助記述を含み、動作制御装置が、動作ライブラリに格納された各姿勢データの補助記述を参照して、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えるか否かを判断する。
【００１１】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、前記動作制御装置が、動作ライブラリに格納された各種の姿勢データの何れかを前記中間動作として読み出す。
【００１２】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、前記動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作を連続して行えないときには、前記中間動作を外部に対して掲示する。
【００１３】
上記構成によれば、二脚歩行式人型ロボットが各種動作を連続して行なう際、動作制御装置が、現在のロボットの姿勢を検出して、次の動作指令による動作を実行する際に、連続することが無理であるような動作については、このような動作を行なわないようにして、中間動作を挿入する。
従って、この動作制御装置が中間動作を基にロボットの各部を駆動制御することにより、ロボットは現在の姿勢から次の動作指令による動作に移行できる。
また、ロボットを操作するオペレータが不慣れであっても、ロボット操作による多様な動作の組合せにて、連続する各動作の適不適をオペレータが認識する必要がなく、複雑な連続動作を容易に操作することが可能であると共に、オペレータの誤操作による不適な動作を実行することが防止される。
【００１５】
上記動作制御装置が、ロボットの動作の要素となる基本動作の姿勢データを格納した動作ライブラリを備えており、上記動作制御装置が、現在のロボットの姿勢から次の動作指令の初期姿勢までの中間動作に関する補完データ及び動作データを生成する際に、動作ライブラリから対応する姿勢データを読み出して、組合せ動作のシーケンスとして補完データ及び動作データを生成する場合には、ロボットの各種動作を分解したときの要素となる基本動作の姿勢データが動作ライブラリに格納されているので、動作制御装置は、補完データ及び動作データを生成する際に、リアルタイムで基本動作の要素となる姿勢データを動作ライブラリから読み出して組み合わせることにより、所望の補完データ及び動作データを生成することができる。
このように、基本動作のリアルタイムな組合せによって多様な動作を実現するので、実際にロボットを人間と同環境、即ちロボットの操作と無関係に環境が変化し、ロボット自身の行動によっても環境が変化し、予想状況と現実が必ずしも一致しないような環境において作業させる場合に、その場の状況に応じて柔軟に対応することができる。さらに、動作制御装置の計算量が低減され、迅速な補完データ及び動作データの生成を行なうことが可能になる。
【００１６】
上記動作制御装置が、外部からの動作指令を記憶する記憶手段を備えており、頻繁に指定される特定の連続する動作指令群に関して、新たな基本データとしてその姿勢データを動作ライブラリに格納する場合には、頻繁に指定される特定の連続する動作指令群が外部から入力されたとき、動作ライブラリに格納されているこの動作指令群に対応する姿勢データを読み出して、これをそのまま動作データとすることができる。
従って、この場合、基本動作の組合せシーケンスの演算が不要となり、容易に且つ迅速に当該動作指令群に対応する動作データを生成することができる。
【００１７】
上記動作制御装置が、次の動作指令が現在のロボットの姿勢に対して安定限界外であるときには次の動作指令に基づいて動作データを生成せず、当該動作を行なわない場合には、現在のロボットの姿勢に対して安定限界外の動作指令に関する動作を行なわないことによって、次の動作指令に対応する動作によってロボットが不安定となり転倒することを未然に防止することができる。
【００１８】
上記動作制御装置が、次の動作指令が現在のロボットの姿勢に対して安定限界外であるときには、現在のロボットの姿勢に対して安定限界内にある代わりの動作を外部に対して掲示する場合には、外部から入力された次の動作指令が現在のロボットの姿勢に対して安定限界外にあって、その動作を行なわない場合に、そのとき可能な他の動作を例えばロボットのオペレータに対して掲示することにより、オペレータは掲示された代わりの動作の中から所望の動作を選択して新たな次の動作指令をロボットに対して入力することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１乃至図２は、本発明による二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の構成を示している。図１において、二脚歩行式人型ロボット１０は、胴体部１１と、胴体部１１の下部両側に取り付けられた脚部１２Ｌ，１２Ｒと、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部１３Ｌ，１３Ｒと、胴体部の上端に取り付けられた頭部１４と、を含んでいる。
【００２０】
上記胴体部１１は上方の胸部１１ａと下方の腰部１１ｂとに分割されており、胸部１１ａが、前屈部１１ｃにて腰部１１ｂに対して前後方向に揺動可能に、特に前方に前屈可能に、そして左右方向に旋回可能に支持されている。さらに、胴体部１１の胸部１１ａには、後述する歩行制御装置５０が内蔵されている。
なお、上記前屈部１１ｃは、前後揺動用の関節部１１ｄ及び左右旋回用の関節部１１ｅを備えており、各関節部１１ｄ及び１１ｅは、それぞれ関節駆動用モータ（図２参照）により構成されている。
【００２１】
上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ大腿部１５Ｌ，１５Ｒ，下腿部１６Ｌ，１６Ｒ及び足部１７Ｌ，１７Ｒと、から構成されている。
ここで、上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、図２に示すように、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体部１１の腰部１１ｂに対する脚部回旋用の関節部１８Ｌ，１８Ｒ、脚部のロール方向（ｘ軸周り）の関節部１９Ｌ，１９Ｒ、脚部のピッチ方向（ｙ軸周り）の関節部２０Ｌ，２０Ｒ、大腿部１５Ｌ，１５Ｒと下腿部１６Ｌ，１６Ｒの接続部分である膝部２１Ｌ，２１Ｒのピッチ方向の関節部２２Ｌ，２２Ｒ、足部１７Ｌ，１７Ｒに対する足首部のピッチ方向の関節部２３Ｌ，２３Ｒ、足首部のロール方向の関節部２４Ｌ，２４Ｒを備えている。なお、各関節部１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２２】
このようにして、腰関節は上記関節部１１ｄ，１１ｅから構成され、股関節は上記関節部１８Ｌ，１８Ｒ，１９Ｌ，１９Ｒ，２０Ｌ，２０Ｒから構成され、また足関節は関節部２３Ｌ，２３Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒから構成されることになる。これにより、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の脚部１２Ｌ，１２Ｒはそれぞれ６自由度を与えられることになり、各種動作中にこれらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータにて適宜の角度に駆動制御することにより、脚部１２Ｌ，１２Ｒ全体に所望の動作を与えて、例えば任意に三次元空間を歩行することができるように構成されている。
【００２３】
上記腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒと、から構成されている。
ここで、上記腕部１３Ｌ，１３Ｒの上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒは、上述した脚部１２Ｌ，１２Ｒと同様にして、図２に示すように、それぞれ五個の関節部、即ち上方から順に、肩部にて、胴体部１１に対する上腕部２５Ｌ，２５Ｒのピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８Ｒ、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ、そして左右方向の関節部３０Ｌ，３０Ｒ、上腕部２５Ｌ，２５Ｒと下腕部２６Ｌ，２６Ｒの接続部分である肘部３１Ｌ，３１Ｒにてピッチ方向の関節部３２Ｌ，３２Ｒ、手首部にて下腕部２６Ｌ，２６Ｒに対する手部２７Ｌ，２７Ｒのピッチ方向の関節部３３Ｌ，３３Ｒを備えている。なお、各関節部２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２４】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の腕部１３Ｌ，１３Ｒはそれぞれ５自由度を与えられ、各種動作中にこれらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータにて適宜の角度に駆動制御して、腕部１３Ｌ，１３Ｒ全体に所望の動作を与えることができるように構成されている。
ここで、上記肩部におけるピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８Ｒは、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ及び左右方向の関節部３０Ｌ，３０Ｒに対して回転軸が前方にずれて配設されており、前方への腕部１３Ｌ，１３Ｒの振り角度が大きく設定されている。
【００２５】
上記頭部１４は胴体部１１の上部１１ａの上端に取り付けられており、例えば視覚としてのカメラや聴覚としてのマイクが搭載されている。ここで、上記頭部１４は、図２に示すように、首のピッチ方向の関節部３５及び左右方向の関節部３６を備えている。なお、各関節部３５，３６は、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２６】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の頭部１４は２自由度を与えられることにより、各種動作中にこれらの２個の関節部３５，３６をそれぞれ駆動モータにて適宜の角度に駆動制御して、頭部１４を左右方向または前後方向に動かすことができるように構成されている。
ここで、上記ピッチ方向の関節部３５は、左右方向の関節部３６に対して回転軸が前方にずれて配設されており、前方への頭部１４の揺動角度が大きく設定されている。
【００２７】
さらに、上記二脚歩行式人型ロボット１０においては、胴体部１１の前屈部１１ｃの関節部１１ｄと、脚部１２Ｌ，１２Ｒの前後方向の関節部、即ち股関節の関節部２０Ｌ，２０Ｒ，膝部の関節部２２Ｌ，２２Ｒ，足首部の関節部２３Ｌ，２３Ｒは、図３及び図４に示す角度範囲で揺動可能に支持されている。
【００２８】
即ち、足首部の関節部２３Ｌ，２３Ｒは、その揺動角度θ１が−２０乃至＋２０度以上の角度範囲で揺動可能である。
また、膝部の関節部２２Ｌ，２２Ｒは、その揺動角度θ２が−１２０乃至０度以上の角度範囲で揺動可能である。
さらに、腰関節の関節部２０Ｌ，２０Ｒは、その揺動角度θ３が−４５乃至＋６０度以上の角度範囲で揺動可能である。
また、胴体部１１の前屈部１１ｃは、その揺動角度θ４が、−１０乃至＋６０度以上の角度範囲で揺動可能である。
【００２９】
これに対して、胴体部１１の前屈部１１ｃの関節部１１ｅは、図５に示す角度範囲で揺動可能に支持されている。即ち、前屈部１１ｃの関節部１１ｅは、その揺動角度θ５が図５（Ａ）に示す左方に関して−４５度以上、そして図５（Ｂ）に示す右方に関して＋４５度以上の角度範囲で旋回可能である。
【００３０】
図６は図１乃至図５に示した二脚歩行式人型ロボット１０の電気的構成を示している。図６において、二脚歩行式人型ロボット１０は、駆動手段、即ち上述した各関節部、つまり関節駆動用モータ１１ｄ，１１ｅ，１８Ｌ，１８Ｒ乃至３６を駆動制御する動作制御装置４０を備えている。
【００３１】
上記動作制御装置４０は、動作計画部４１と、動作生成部４２と、補償部４３と、制御部４４と、検出部としてのロボットの各関節部の角度を検出する角度計測ユニット４５及び両足部１７Ｌ，１７Ｒに備えられたＺＭＰ検出センサ（図示せず）と、動作監視部４６と、を備えている。なお、二脚歩行式ロボット１０の座標系として、前後方向をｘ方向（前方＋），横方向をｙ方向（内方＋）そして上下方向をｚ方向（上方＋）とするｘｙｚ座標系を使用する。
【００３２】
上記動作計画部４１は、外部から入力された次の動作指令に基づいて当該動作指令に対応する動作を計画する。即ち、動作計画部４１は、当該動作指令に対応する動作を行なうために必要なロボットの各部の角運動量を計算して、ロボットの動作軌道すなわち動作計画を生成する。なお、この動作計画部４１は、後述するように動作監視部４６からロボットの現在の姿勢等が入力されており、動作計画の生成の際にこのロボットの現在の姿勢等を参照する。
【００３３】
上記外部から入力される動作指令は、例えばオペレータが外部の制御装置４７にてジョイスティックやマウス，操作ボタン等を使用して、任意の動作指令が選択され得るようになっている。
ここで、動作計画部４１は、好ましくは、後述するように、ロボットの現在の姿勢等を参照して、そのとき選択可能な動作を、外部の制御装置４７に画面表示等により掲示するようになっている。
【００３４】
ここで、動作計画部４１は、動作ライブラリ４１ａを備えている。この動作ライブラリ４１ａは、前もってロボットの動作の要素となる基本動作の姿勢データ等が種類別にデータベースとして格納されている。この姿勢データは、ロボットの関節パラメータの時系列データ及び動作を生成するプログラムである。そして、姿勢データは、動作に関する補助記述、例えば使用する時間，動作が作用するロボットの部分，動作の基本的使用目的等を、本来人間が理解している付加情報がロボットでも判断できるように含んでいる。
【００３５】
また、姿勢データは、動作を実行するための必要な環境条件（例えば前進歩行時の前方障害物等）と、ロボットの動作開始及び終了時の安定性の指標（例えばＺＭＰや重心位置等）とを含んでいる。さらに、姿勢データは、動作が固定動作ではなくパラメータを調整することにより出力を変化させることが可能な場合には、主要パラメータとその可変範囲等をも含んでいる。
ここで、上記補助記述は、例えば現在座っている状態において、可能な動作として例えば立上り動作，旋回動作，足踏み動作等が用意されているというようなものである。
【００３６】
これにより、動作計画部４１は、上述した動作計画を行なう際に、必要に応じて各種姿勢データ等を動作ライブラリ４１ａから選択して読み出し、組合せ動作のシーケンスとして動作計画を生成し、動作計画として、シーケンス毎に姿勢データを動作生成部４２に出力するようになっている。
【００３７】
その際、動作計画部４１は、動作監視部４６から現在のロボットの姿勢等が入力されており、動作計画を行なう際に、この現在のロボットの姿勢と次の動作指令とを比較して、現在のロボットの姿勢等で、次の動作指令による動作を安定限界内で行なうことができるか否かを判断する。この場合、動作計画部４１は、動作ライブラリ４１ａに格納された各動作データの補助記述を参照することにより、容易に上記判断を行なうことができる。
【００３８】
そして、次の動作指令による動作が安定限界外のときは、動作計画部４１は、この次の動作指令に基づいて動作計画を実行せず、現在のロボットの姿勢等にて選択可能な動作を外部の制御装置に対して例えば画面表示等により掲示する。
また、次の動作指令による動作が安定限界内のときには、動作計画部４１は、現在のロボットの姿勢から安定して次の動作指令による動作に移行できるか否かを判断する。この場合も、動作計画部４１は、同様にして動作ライブラリ４１ａに格納された各動作データの補助記述を参照することにより、容易に上記判断を行なうことができる。
【００３９】
ここで、次の動作指令による動作が安定して移行できる場合には、動作計画部４１は、次の動作指令に基づいて、動作ライブラリ４１ａから対応する姿勢データを読み出して、動作計画を生成する。
また、次の動作指令による動作が安定して移行できない場合には、動作計画部４１は、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作の初期状態までの中間動作に関して補完計算を行ない、または動作ライブラリ４１ａから中間動作に対応する姿勢データを読み出して補完動作の動作計画を生成すると共に、次の動作指令による動作に基づいて、動作ライブラリ４１ａから対応する姿勢データを読み出して動作計画を生成して、補完動作及び次の動作指令による動作の双方の動作計画を動作生成部４２に出力するようになっている。なお、上述した補完動作に関する姿勢データは、例えばどの姿勢からどの姿勢への遷移に使用できるかを補助記述として備えている。
【００４０】
さらに、上記動作計画部４１は、外部からの動作指令を記憶装置としてのヒストリーフィルタ４１ｂに記録しておく。これにより、ヒストリーフィルタ４１ｂは、頻繁に複数の連続する動作に関する動作指令群があったときには、このような動作指令群による動作を、新たな基本動作として、動作ライブラリ４１ａに登録する。
【００４１】
上記動作生成部４２は、動作データとして、二脚歩行式人型ロボット１０の動作に必要な各関節部１５Ｌ，１５Ｒ乃至３６の角度データを生成する。その際、上記動作生成部４２は、後述する補償部４３からの指令に基づいて、内部のパラメータ及び角度データを修正するようになっている。
【００４２】
上記補償部４３は、動作生成部４２からの各関節部の角度データθｒｅｆに基づいてＺＭＰ目標値を計算すると共に、角度計測ユニット４５からの姿勢情報及び前記ＺＭＰ検出センサからの検出出力に基づいて、ＺＭＰ実際値を計算する。そして、上記補償部４３は、このＺＭＰ実際値をＺＭＰ目標値と比較して、その差に基づいてＺＭＰ補償量を計算して、動作生成部４２に出力する。
【００４３】
ここで、動作生成部４２は、補償部４３からのＺＭＰ補償量がフィードバックされることにより、このＺＭＰ補償量に基づいて動作データを修正して制御部４４に出力する。上記制御部４４は、動作生成部４２からの修正された動作データに基づいて各関節駆動用モータの制御信号を生成し、各関節駆動用モータを駆動制御するようになっている。
【００４４】
上記角度計測ユニット４５は、各関節部１５Ｌ，１５Ｒ乃至３６の関節駆動用モータに備えられた例えばロータリエンコーダ等により各関節駆動用モータの角度情報が入力されることにより、各関節駆動用モータの角度位置、即ち角度及び角速度そして回転モーメントに関する状態情報、即ちロボット１０の姿勢情報θｒｅａｌを計測して、補償部４３及び動作監視部４６に出力するようになっている。
【００４５】
上記動作監視部４６は、動作計画部４１からの動作計画，補償部４３からのＺＭＰ目標値，角度計測ユニット４５及びＺＭＰ検出センサからのＺＭＰ実際値としての（角度及び角度モーメントを含む）角度情報が入力されており、これらに基づいて、常に二脚歩行式人型ロボット１０の状態を監視している。そして、動作監視部４６は、動作計画，ＺＭＰ目標値から実際のロボットの動作のずれ量及び現在のロボットの姿勢等を動作計画部４１へフィードバックする。さらに、動作監視部４６は、ロボットの状態が不安定になるようなときには、安定化のための補償または動作の停止を動作計画部４１へ指令する。
【００４６】
本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット１０は以上のように構成されており、図７のフローチャートに示すように動作する。
図７のフローチャートにおいて、先ず動作計画部４１が、ステップＳＴ１にて動作監視部４６からの現在のロボットの姿勢等を取得して、ステップＳＴ２にて現在のロボットの姿勢等に対応する実行可能な動作を動作ライブラリ４１ａから取得し、制御装置４７に対してこれらの動作を提示する。
【００４７】
そして、動作計画部４１は、ステップＳＴ３にてオペレータが制御装置４７により入力した次の動作に関する動作指令を取得して、ステップＳＴ４にて当該次の動作指令が現在のロボットの姿勢等と比較して安定限界内で実行可能であるか否かを判断する。
ここで、安定限界内である場合には、動作計画部４１は、ステップＳＴ５にて当該次の動作指令をヒストリーフィルタ４１ｂに登録すると共に、ステップＳＴ６にて当該次の動作指令が頻繁に適用する動作であるか否かを判断する。
頻繁に適用する動作である場合には、動作計画部４１は、ステップＳＴ７にてヒストリーフィルタ４１ｂに登録した当該次の動作指令を新たな基本動作として動作ライブラリ４１ａに追加登録した後、また頻繁に適用する動作でない場合には、そのままステップＳＴ８に進み、動作計画部４１は現在のロボットの姿勢から安定して次の動作指令による動作に移行できるか否かを判断する。
【００４８】
そして、安定して移行できない場合には、動作計画部４１は、ステップＳＴ９にて補完動作を適用して、現在のロボットの姿勢から次の動作指令による初期姿勢までの中間動作である補完動作計画を生成した後、また安定して移行できる場合には、そのままステップＳＴ１０に進み、動作計画部４１は次の動作指令による動作の動作計画を生成する。
このようにして動作計画部４１が動作計画および補完動作計画を生成すると、動作生成部４２が、これらの動作計画および補完動作計画に基づいて動作データ及び補完データを生成し、制御部４３がこれらの動作データ及び補完データに従ってロボットの各関節部における関節駆動モータを駆動制御する。
そして、ステップＳＴ１０にて上記動作をロボットが行なう間、動作監視部４６が、ロボットの姿勢等及びＺＭＰ実測値に基づいてロボットの状態を予測し、ステップＳＴ１１にて安定動作しているか否かを判断する。
ここで、安定動作している場合にはロボットがそのまま動作を継続し、動作監視部４６は、ステップＳＴ１２にて動作が終了したか否かを判断する。そして、動作が終了するまで、上記ステップＳＴ１０乃至ＳＴ１２を繰り返し行なう。
また、動作が終了した場合には、動作監視部４６は、ステップＳＴ１３にて動作計画部４１，動作生成部４２及び制御部４３を制御して、動作が完了する。
【００４９】
これに対して、ステップＳＴ１１にて安定動作していない場合には、動作監視部４６はステップＳＴ１３に進み、即座に動作計画部４１に対して動作中止指令を出力し、動作計画部４１は動作計画を中断し、ロボットの動作が終了する。
【００５０】
さらに、上記ステップＳＴ４にて、次の動作指令による動作が実行可能でない場合には、動作計画部４１は、ステップＳＴ１４にて現在のロボットの姿勢から次の動作指令による動作の初期姿勢までの中間動作に対応する姿勢データを、動作ライブラリ４１ａから検索する。
そして、ステップＳＴ１５にて、このような中間動作に対応する姿勢データがない場合には、動作計画部４１はステップＳＴ１３に進み、即座に動作計画を中断し、ロボットの動作が終了する。
これに対して、このような中間動作に対応する姿勢データがある場合には、動作計画部４１はステップＳＴ１６にて、このような中間動作を制御装置４７に画面表示等により掲示して、ステップＳＴ３に戻る。
【００５１】
このようにして、本発明実施形態の二脚歩行式人型ロボット１０によれば、現在のロボットの姿勢等を参照しながら、次の動作指令による動作を実行する際に、連続することが無理であるような動作については、このような動作を行なわないようにして、ロボットの安定性を損なわずにロボットの多様な動作を可能にすることができる。これにより、二脚歩行式人型ロボットの連続した動作をスムースに安定して確実に行なうことが可能になる。
【００５２】
ここで、例えば図８に示すように、二脚歩行式人型ロボット１０が座っている状態について説明する。
動作計画部４１は、図９（Ａ）に示すように、現在のロボットの姿勢「座位」に基づいて、動作ライブラリ４１ａから、ロボットの座位Ａに関して登録されている補助説明から、次の動作として、先ず優先的に以前にオペレータが選択した動作を、そして動作ライブラリ４１ａに最初から登録されている「立上り動作，旋回動作，足踏み動作」を制御装置４７の画面表示等に掲示する。なお、掲示される動作の一覧には、実行可能ではない動作も含まれており、オペレータによって強制的に選択することができるようになっている。
【００５３】
ここで、図９（Ｂ）に示すように、オペレータにより制御装置４７から次の動作として旋回動作（図８にて符号Ｂ）が選択された場合、制御装置４７からの次の動作指令に基づいて、動作計画部４１は動作ライブラリ４１ａの旋回動作に関する姿勢データを検索する。
そして、当該姿勢データの補助説明から、旋回動作Ｂは、立位Ｃが前提条件になっていることから、動作計画部４１はこの次の動作指令を受け付けず、座位Ａからの旋回動作Ｂについては、補完動作として例えば立ち上がり動作が必要であることから、動作計画部４１は、図９（Ｃ）に示すように、この立上り動作を補完動作として制御装置４７へ出力し、その画面表示等に掲示する。
【００５４】
ここで、オペレータが制御装置４７により当該補完動作としての立上り動作を選択すると、動作計画部４１は座位からの旋回動作に関して、立上り動作及び旋回動作を一連の基本動作として、ヒストリーフィルタ４１ｂに記録すると共に、図９（Ｄ）に示すように立上り動作を、そして図９（Ｅ）に示すように旋回動作を連続して実行する。
【００５５】
なお、現在のロボットの姿勢から、次の動作指令による動作までの補完動作が複数個存在する場合には、すべての補完動作が制御装置４７に画面表示等により掲示され、オペレータは何れかの補完動作を選択することができる。
複数個の補完動作がある場合、好ましくは、ロボットの動作をリアルタイムで実行するためには補完動作の選択の時間がないとき、前もってオフラインで定められた既定の優先順位により所定時間後に、補完動作を自動選択するようにしてもよい。
ここで、次の動作指令の初期姿勢に対する補完動作がない場合、あるいは補完動作ではロボットの安定性を確保することができない場合には、動作計画部４１は、次の動作指令を破棄して動作の実行を中断することになる。
【００５６】
上述した実施形態においては、脚部１２Ｌ，１２Ｒは６自由度を、そして腕部１３Ｌ，１３Ｒは５自由度を有しているが、これに限らず、より小さい自由度またはより大きい自由度を有していてもよい。
また、上述した実施形態においては、制御装置４７はオペレータが操作するようになっているが、これに限らず、制御装置４７を制御する上位プログラムによりプログラムコマンドにて制御装置４７に対する入力操作を行なうようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、二脚歩行式人型ロボットが各種動作を連続して行なう際、動作制御装置が現在のロボットの姿勢を検出して、次の動作指令による動作を実行する際に、連続することが無理であるような動作については、このような動作を行なわないようにして、中間動作を挿入する。従って、動作制御装置が、中間動作を基にロボットの各部を駆動制御することにより、ロボットは現在の姿勢から次の動作指令による動作を行なうことになる。これにより、ロボットは連続的な動作をスムースに安定して行なうことができる。
また、次の動作指令が安定限界内にあるときのみ、ロボットは次の動作指令に対応する動作を行なうので、ロボットを操作するオペレータが不慣れであっても、ロボット操作による多様な動作の組合せにて、連続する各動作の適不適をオペレータが認識する必要がなく、複雑な連続動作を容易に操作することが可能であると共に、オペレータの誤操作によって不適な動作を実行することが防止され得る。
さらに、上記動作制御装置が、ロボットの動作の要素となる基本動作の姿勢データを格納した動作ライブラリを備えている場合には、基本動作のリアルタイムな組合せによって多様な動作を実現するので、実際にロボットを人間と同環境、即ちロボットの操作と無関係に環境が変化し、ロボット自身の行動によっても環境が変化し、予想状況と現実が必ずしも一致しないような環境において作業させる場合に、その場の状況に応じて柔軟に対応することができる。さらに、動作制御装置の計算量が低減され、迅速な補完データ及び動作データの生成を行なうことが可能になる。
このようにして、本発明によれば、容易に多様な動作をスムースに連続して行なわせることができるようにした、極めて優れた二脚歩行式人型ロボットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の外観を示し、（Ａ）は概略正面図、（Ｂ）は概略側面図である。
【図２】図１の二脚歩行式人型ロボットの機械的構成を示す概略図である。
【図３】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部及び脚部の各関節部の前方への揺動限界を示す概略図である。
【図４】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部及び脚部の各関節部の後方への揺動限界を示す概略図である。
【図５】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部の各関節部の概略図で、（Ａ）は左方向への旋回限界を、（Ｂ）は右方向への旋回限界をそれぞれ示す。
【図６】図１の二脚歩行式人型ロボットの電気的構成を示すブロック図である。
【図７】図１の二脚歩行式人型ロボットの動作制御を示すフローチャートである。
【図８】図１の二脚歩行式人型ロボットの動作例を示す図である。
【図９】図８の動作におけるロボットの姿勢及び掲示を順次に示す図である。
【符号の説明】
１０      二脚歩行式人型ロボット
１１      胴体部
１１ａ    上部
１１ｂ    下部
１１ｃ    前屈部
１１ｄ，１１ｅ    関節部（関節駆動用モータ）
１２Ｌ，１２Ｒ    脚部
１３Ｌ，１３Ｒ    腕部
１４    頭部
１５Ｌ，１５Ｒ    大腿部
１６Ｌ，１６Ｒ    下腿部
１７Ｌ，１７Ｒ    足部
１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒ    関節部（関節駆動用モータ）
２１Ｌ，２１Ｒ    膝部
２５Ｌ，２５Ｒ    上腕部
２６Ｌ，２６Ｒ    下腕部
２７Ｌ，２７Ｒ    手部
２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ    関節部（関節駆動用モータ）
３１Ｌ，３１Ｒ    肘部
３５，３６    関節部（関節駆動用モータ）
４０    動作制御装置
４１    動作計画部
４１ａ  動作ライブラリ
４１ｂ  ヒストリーフィルタ（記憶装置）
４２    動作生成部
４３    補償部
４４    制御部
４５    角度計測ユニット
４６    動作監視部
【図１】
0003731118.tif 000002
【図２】
0003731118.tif 000003
【図３】
0003731118.tif 000004
【図４】
0003731118.tif 000005
【図５】
0003731118.tif 000006
【図６】
0003731118.tif 000007
【図７】
0003731118.tif 000008
【図８】
0003731118.tif 000009
【図９】
0003731118.tif 000010