專利名稱：腿式移動機器人及其控制裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過腿來移動的腿式移動機器人、控制該腿式移動機器 人的腿式移動機器人控制裝置、以及腿式移動機器人控制方法。
背景技術(shù)：
'
以往，已知通過腿來行走或跑步(以下稱作移動)的腿式移動機器 人。這樣的腿式移動機器人為了實現(xiàn)與人的自然交流而通常采用具有頭 部、臂部、軀體部以及腿部的人型。
此外， 一般的機器人特別是產(chǎn)業(yè)用機器人中看到的多是組裝物品或 把持物品或運送物品的機器人。
這樣的產(chǎn)業(yè)機器人多數(shù)的情況是僅由組裝物品或把持物品的臂部 (稱作機器人手、機器人臂)構(gòu)成。
在日本特開2004-160594號公報中公開的^機器人手'通過接觸傳 感器、張開角度傳感器等計算把持對象物的概略形狀，從而決定把持動 作。
在日本特開2004-167674號中公開的^機器人把持控制裝置，由外 力傳感器檢測作用于把持物品的機器人手的外力的值，在該外力的值變 化時，減少或增加機器人手把持物品的把持力，并進行該物品的交付。
但是，將以往公開的機器人手或機器人把持控制裝置組裝在腿式移 動機器人中，當想要在不需要操作者的操作的情況下通過自主控制 (autonomous control)來使該腿式移動機器人把持物品并載置于特定 的位置時，存在不能水平地保持該物品，產(chǎn)生傾斜或腿式移動機器人的姿勢走樣的問題。
特別是在要使腿式移動機器人的臂部把持物品并將該把持的物品載 置于特定位置(一定高度的桌子等)上時，存在特定位置的高度受到該 臂部的可伸展的范圍的制約的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明中，其目的在于提供一種解決上述問題，不需要操作 者的操作而能夠?qū)⑼仁揭苿訖C器人的姿勢保持為規(guī)定的姿勢，同時能夠 將物品載置于減少了臂部的可伸展范圍的制約的高度的特定位置的腿式 移動機器人控制裝置和腿式移動機器人，以及腿式移動機器人控制方法。
本發(fā)明提供一種腿式移動機器人控制裝置，該腿式移動機器人控制 裝置對于在基體上連接了為把持物品而具有多個連桿的臂部、以及為移 動而具有多個連桿的腿部的腿式移動機器人，基于與該腿式移動機器人 的姿勢以及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于所述臂部的外 力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)進行控制，該腿式移動機器人控制裝置包括數(shù)據(jù)取 得單元，其取得所述姿勢位置數(shù)據(jù)和所述外力數(shù)據(jù)；全身協(xié)調(diào)控制單元， 其在基于由該數(shù)據(jù)取得單元取得的所述姿勢位置數(shù)據(jù)、將由所述臂部把 持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，假設(shè)將所述臂部以及所述腿部 的部位或所述連桿的可動位置作為頂點連接而成的多面體，來控制所述 臂部的動作和所述腿部的動作；以及載置判定單元，其根據(jù)由所述數(shù)據(jù) 取得單元取得的外力數(shù)據(jù)，判定所述物品通過該全身協(xié)調(diào)控制單元的動 作而被載置于所述指定位置的情況，本發(fā)明的所述腿式移動機器人控制 裝置的特征在于，其中的所述多面體的頂點至少由下述位置構(gòu)成作為 所述臂部的部位的手腕位置、連接所述臂部和所述基體的連桿的可動位 置、連接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述腿部的 部位的腳后跟位置或膝蓋位置，在所述腿式移動機器人將由所述臂部把 持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，全身協(xié)調(diào)控制單元利用作為連 接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置的所述多面體的頂點的動作來 補償作為所述手腕位置的所述多面體的頂點的動作。另外，本發(fā)明提供一種腿式移動機器人控制裝置，該腿式移動機器 人控制裝置對于在基體上連接了為把持物品而具有多個連桿的臂部、以 及為移動而具有多個連桿的腿部的腿式移動機器人，基于與該腿式移動 機器人的姿勢以及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于所述臂 部的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)進行控制，該腿式移動機器人控制裝置包括 數(shù)據(jù)取得單元，其取得所述姿勢位置數(shù)據(jù)和所述外力數(shù)據(jù)；全身協(xié)調(diào)控 制單元，其基于由該數(shù)據(jù)取得單元取得的所述姿勢位置數(shù)據(jù)，在將由所 述臂部把持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，根據(jù)所述臂部的動作 來控制所述腿部的動作；以及載置判定單元，其根據(jù)由所述數(shù)據(jù)取得單 元取得的外力數(shù)據(jù)，判定所述物品通過該全身協(xié)調(diào)控制單元的動作而被 載置于所述指定位置的情況，本發(fā)明的所述腿式移動機器人控制裝置的 特征在于，其中的所述全身協(xié)調(diào)控制單元在降低所述臂部的位置或伸展 所述臂部而所述指定位置位于機器人臂部所能達到的范圍下方時，在由 所述載置判定單元判定為所述物品未被載置于所述指定位置的情況下， 使所述腿部的各連桿相互連接的部分彎曲。
另外，本發(fā)明提供一種腿式移動機器人控制方法，該腿式移動機器 人控制方法對于在基體上連接了為把持物品而具有多個連桿的臂部、以 及為移動而具有多個連桿的腿部的腿式移動機器人，基于與該腿式移動 機器人的姿勢以及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于所述臂 部的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)進行控制，該腿式移動機器人控制方法的特征 在于，該腿式移動機器人控制方法包括由數(shù)據(jù)取得單元取得所述姿勢 位置數(shù)據(jù)和所述外力數(shù)據(jù)的步驟；在基于由該數(shù)據(jù)取得單元取得的姿勢 位置數(shù)據(jù)、將由所述臂部把持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，由 全身協(xié)調(diào)控制單元假設(shè)將所述臂部以及所述腿部的部位或所述連桿的可 動位置作為頂點連接而成的多面體，來控制所述臂部和所述腿部的動作 的步驟；以及由載置判定單元進行判定的步驟，該載置判定單元根據(jù)由 所述數(shù)據(jù)取得單元取得的外力數(shù)據(jù)，判定所述物品通過該全身協(xié)調(diào)控制 單元的動作而被載置于所述指定位置的情況，其中，在由所述全身協(xié)調(diào) 控制單元控制的步驟中，所述多面體的頂點至少由下述位置構(gòu)成作為所述臂部的部位的手腕位置、連接所述臂部和所述基體的連桿的可動位 置、連接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述腿部的 部位的腳后跟位置或膝蓋位置，在所述腿式移動機器人將由所述臂部把 持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，全身協(xié)調(diào)控制單元利用作為連 接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置的所述多面體的頂點的動作來 補償作為所述手腕位置的所述多面體的頂點的動作。
進而，本發(fā)明提供具有上述的腿式移動機器人控制裝置的腿式移動 機器人。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的腿式移動機器人的外觀的側(cè)視圖。
圖2是示意地表示圖1所示的腿式移動機器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖3是表示圖1所示的腿式移動機器人的結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖4是圖3所示的腿式移動機器人控制裝置的方框圖。 圖5是表示圖1所示的腿式移動機器人的整體動作的概略的流程圖。 圖6是表示圖5所示的腿式移動機器人的整體動作中的載置動作的 細節(jié)的流程圖。
圖7是示意地表示腿式移動機器人的移動、載置動作以及返回動作 的概略的圖。
圖8A-8C是具體說明對多面體的頂點突出進行補償?shù)姆椒ǖ膱D。
圖9A、 9B是將有腿式移動機器人控制裝置的控制的情況和沒有控制 的情況進行比較表示的圖(關(guān)于作業(yè)區(qū)域的確保)。
圖10A-10D是將有腿式移動機器人控制裝置的控制的情況和沒有控 制的情況進行比較表示的圖(關(guān)于手臂的柔性控制、手腕可動角的補償)。
圖IIA、 11B是將有腿式移動機器人控制裝置的控制的情況和沒有控 制的情況進行比較表示的圖(關(guān)于具體的作業(yè)范圍)。
圖12是圖11所示的作業(yè)范圍的平面圖。
具體實施方式
.接著，適當參照附圖來詳細地說明本實施方式。
在該實施方式的說明中，首先說明腿式移動機器人的概略、驅(qū)動構(gòu) 造以及結(jié)構(gòu)，接著說明腿式移動機器人控制裝置的結(jié)構(gòu)。然后，說明腿 式移動機器人的從物品的接受到載置的整體動作，接著說明腿式移動機 器人載置物品時的詳細的動作。 (腿式移動機器人的概略)
圖1是表示腿式移動機器人的整體的示意圖。
如該圖l所示，腿式移動機器人R是自主移動型的雙腳移動機器人， 與人同樣，通過兩個腿部R1 (僅圖示一個)站立、移動(走路、跑步等)， 具有上體部(基體)R2、兩個臂部R3 (僅圖示一個)以及頭部R4，自主 進行移動。此外，腿式移動機器人R以背負的形式在后背(上體部R2的 后部)具有控制裝置搭載部R5，該控制裝置搭載部R5控制這些腿部R1、 上體部R2、臂部R3以及頭部R4的動作。在以下的說明中，腿式移動機 器人R的前后方向取X軸，左右方向取Y軸，上下方向取Z軸。 (腿式移動機器人的驅(qū)動構(gòu)造)
接著說明腿式移動機器人R的驅(qū)動構(gòu)造。圖2是示意地表示圖1所 示的腿式移動機器人R的驅(qū)動構(gòu)造的立體圖。另外，圖2中的關(guān)節(jié)部通 過驅(qū)動該關(guān)節(jié)部的電機表示。 (腿部Rl)
如圖2所示，左右各個腿部R1包括6個關(guān)節(jié)部11R (L) 16R (L) (以下，將右側(cè)設(shè)為R，左側(cè)設(shè)為L。且，有時還不加以R， L。)。左右共 12個關(guān)節(jié)由如下部分構(gòu)成胯部(腿部R1和上體部R2的連接部分)的 腿部旋轉(zhuǎn)用(圍繞Z軸)的胯關(guān)節(jié)部11R、 IIL、圍繞胯部的仰俯(pitch) 軸(Y軸)的胯關(guān)節(jié)部12R、 12L、圍繞胯部的搖擺(roll)軸(X軸)的 胯關(guān)節(jié)部13R、 13L、圍繞膝部的仰俯軸(Y軸)的膝關(guān)節(jié)部14R、 14L、 圍繞腳踝的仰俯軸(Y軸)的踝關(guān)節(jié)部15R、 15L、以及圍繞腳踝的搖擺 軸(X軸)的踝關(guān)節(jié)部16R、 16L。而且，在腿部R1下方安裝有腳部17R、 17L。
艮P，腿部R1包括胯關(guān)節(jié)部11R (L)、 12R (L)、 13R (L)，膝關(guān)節(jié)部14R (L)以及踝關(guān)節(jié)部15R (L)、 16R (L)?？桕P(guān)節(jié)部11R (L) 13R (L) 和膝關(guān)節(jié)部14R (L)由大腿連桿51R、 51L連接，膝關(guān)節(jié)部14R (L)和 踝關(guān)節(jié)部15R (L)、 16R (L)由小腿連桿52R、 52L連接。 (上體部R2)
如圖2所示，上體部R2是腿式移動機器人R的基體部分，與腿部 Rl、臂部R3以及頭部R4連接。g卩，上體部R2 (上體連桿53)經(jīng)由胯關(guān) 節(jié)部11R (L) 13R (L)與腿部R1連接。此外，上體部R2經(jīng)由后述的 肩關(guān)節(jié)部31R (L) 33R (L)與臂部R3連接。此外，上體部R2經(jīng)由后 述的頸關(guān)節(jié)部41、 42與頭部R4連接。此外，上體部R2具有上體旋轉(zhuǎn)用 (圍繞Z軸)的關(guān)節(jié)部21。' (臂部R3)
如圖2所示，左右各個臂部R3具有7個關(guān)節(jié)部31R (L) 37R (L)。 左右共14個關(guān)節(jié)部由圍繞肩部(臂部R3和上體部R2的連接部分)的仰 俯軸(Y軸)的肩關(guān)節(jié)部31R、 31L、圍繞肩部的搖擺軸(X軸)的肩關(guān)節(jié) 部32R、 32L、臂部旋轉(zhuǎn)用(圍繞2軸)的肩關(guān)節(jié)部33R、 33L、圍繞肘部 的仰俯軸(Y軸)的肘關(guān)節(jié)部34R、 34L、手腕旋轉(zhuǎn)用(圍繞Z軸)的臂 關(guān)節(jié)部35R、 35L、圍繞手腕的仰俯軸(Y軸)的手腕關(guān)節(jié)部36R、 36L以 及圍繞手腕的搖擺軸(X軸)的手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L構(gòu)成。而且，在臂 部R3的前端安裝有把持部(手)71R、 71L。
艮P，臂部R3包括肩關(guān)節(jié)部31R (L)、 32R (L)、 33R (L)、肘關(guān)節(jié)部 34R (L)、臂關(guān)節(jié)部35R (L)以及手腕關(guān)節(jié)部36R (L)、 37R (L)。肩關(guān) 節(jié)部31R (L) 33R (L)和肘關(guān)節(jié)部34R (L)通過上臂連桿54R (L)連 接，肘關(guān)節(jié)部34R (L)和手腕關(guān)節(jié)部36R (L)、 37R (L)通過下臂連桿 55R (L)連接。 (頭部R4)
如圖2所示，頭部R4包括圍繞頸部(頭部R4和上體部R2的連接部 分)的Y軸的頸關(guān)節(jié)部41、圍繞頸部的Z軸的頸關(guān)節(jié)部42。頸關(guān)節(jié)部41 用于設(shè)定頭部R4的傾斜角，頸關(guān)節(jié)部42用于設(shè)定頭部R4的平面。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，左右的腿部R1提供合計12個自由度，通過在移動中以適當?shù)慕嵌闰?qū)動12個關(guān)節(jié)部11R (L) 16R (L)，可以對腿部R1 提供所期望的動作，機器人R能夠任意地在三維空間中移動。此外，左 右的臂部R3提供合計14個自由度，通過以適當?shù)慕嵌闰?qū)動14個關(guān)節(jié)部 31R (L) 37R (L)，腿式移動機器人R能夠進行所期望的作業(yè)。
此外，踝關(guān)節(jié)部15R (L)、 16R (L)和腳部17R (L)之間設(shè)有公知 的6軸力傳感器61R (L)。 6軸力傳感器61R (L)檢測從地面對腿式移動 機器人R作用的地面反作用力的三個方向分量Fx、 Fy、 Fz和力矩的三個 方向分量Mx、 My、 Mz。
此外，手腕關(guān)節(jié)部36R (L)、 37R (L)和把持部71R (L)之間設(shè)有 公知的6軸力傳感器62R (L)。 6軸力傳感器62R (L)檢測作用于腿式移 動機器人R的把持部71R (L)的反作用力的三個方向分量Fx、 Fy、 Fz和 力矩的三個方向分量Mx、 My、.Mz。
此外，在上體部R2設(shè)有傾斜傳感器63。傾斜傳感器63檢測對于上 體部R2的重力軸(Z軸)的斜率和其角速度。
此外，各關(guān)節(jié)部的電機通過對其輸出進行減速、增力的減速器(未 圖示)使所述大腿連桿51R (L)、小腿連桿52R (L)等相對位移。這些 各關(guān)節(jié)部的角度由關(guān)節(jié)角度檢測單元(例如，回轉(zhuǎn)式編碼器)檢測。
控制裝置搭載部R5容納有后述的自主移動控制部150、把持部控制 部160、無線通信部170、主控制部200、電池(未圖示)等。各傳感器 61 63等的檢測數(shù)據(jù)被傳送到控制裝置搭載部R5內(nèi)的各控制部以及后述 的腿式移動機器人控制裝置l。此外，各電機由來自各控制部的驅(qū)動指示 信號驅(qū)動。
(腿式移動機器人的結(jié)構(gòu))
圖3是表示圖1所示的腿式移動機器人的結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖3所 示，腿式移動機器人R除了腿部R1、臂部R3以及頭部R4之外，還包括 照相機C、 C、揚聲器S、傳聲器MC、 MC、圖像處理部100、聲音處理部 110、對象檢測部120、自主移動控制部150、把持部控制部160、無線通 信部170、主控制部200、存儲部300以及腿式移動機器人控制裝置1。
此外,腿式移動機器人R包括陀螺儀傳感器SR1以及GPS接收器SR2。陀螺儀傳感器SR1檢測與腿式移動機器人R的朝向有關(guān)的數(shù)據(jù)(朝向數(shù) 據(jù))。此外，GPS接收器SR2檢測與腿式移動機器人R的位置有關(guān)的數(shù)據(jù) (位置數(shù)據(jù))。陀螺儀傳感器SR1以及GPS接收器SR2檢測出的數(shù)據(jù)被輸 出到主控制部200，用于決定腿式移動機器人R的行動。 [照相機]
照相機C、 C可以將圖像作為數(shù)字數(shù)據(jù)取入，例如使用彩色CCD (Charge-Coupled Device,電荷耦合裝置)照相機。照相機C、 C左右 平行地排列配置，所拍攝的圖像被輸出到圖像處理部IOO。該照相機C、 C和揚聲器S以及傳聲器MC、 MC都配置在頭部R4的內(nèi)部。
圖像處理部100對照相機C、 C拍攝的圖像進行處理，根據(jù)拍攝的圖 像掌握腿式移動機器人R的周圍狀況，因此是進行周圍的障礙物或人物 的識別的部分。該圖像處理部100包括立體處理部101、移動體提取部 102以及臉識別部103。 '
立體處理部101以左右的照相機C、 C拍攝的兩個圖像的一個作為基 準進行圖形匹配，計算左右的圖像中的對應(yīng)的各像素的視差而生成視差 圖像，并對移動體提取部102輸出所生成的視差圖像以及原來的圖像。 另外，該視差表示從腿式移動機器人R到所拍攝的物體的距離。
移動體提取部102基于從立體處理部101輸出的數(shù)據(jù)，提取拍攝的 圖像中的移動體。提取移動的物體(移動體)是為了推定移動的物體為 人物而進行人物的識別。
為了進行移動體的提取，移動體提取部102存儲過去的幾幀(畫面) 圖像，比較最新的幀(圖像)和過去的幀(圖像)，進行圖形匹配，計算 各像素的移動量，并生成移動量圖像。然后，根據(jù)視差圖像和移動量圖 像，在離照相機C、 C規(guī)定的距離范圍內(nèi)，存在移動量多的像素的情況下， 推定為在該位置存在人物，基于僅是該規(guī)定距離范圍的視差圖像來提取 移動體，并對臉識別部103輸出移動體的圖像。
此外，移動體提取部102計算提取出的移動體的高度即身高，輸出 到臉識別部103。即，移動體提取部102可以確定人相對于腿式移動機器人R的位置，此外，可以計算人的身高。
臉識別部103從提取出的移動體提取膚色的部分，根據(jù)其大小、形 狀等識別臉的位置。另外，同樣也根據(jù)膚色的區(qū)域和大小、形狀等來識 別手的位置。
識別出的臉的位置作為腿式移動機器人R移動時的信息而且為了取 得與該人之間的通訊而被輸出到主控制部200，同時被輸出到無線通信部 170，并被發(fā)送到基站2 (對于腿式移動機器人R進行無線通信之處)。
揚聲器S基于由后述的聲音合成部111生成的聲音數(shù)據(jù)輸出聲音。 [傳聲器]
傳聲器MC、 MC用于收集腿式移動機器人R的周圍的聲音。被收集的 聲音被輸出到后述的聲音識別部112以及音源定位部113。 [聲音處理部]
聲音處理部110包括聲音合成部111、聲音識別部112以及音源定 位部113。
聲音合成部111是基于主控制部200決定并輸出的講話行動的指令， 根據(jù)文字信息生成聲音數(shù)據(jù)，并對揚聲器S輸出聲音的部分。聲音數(shù)據(jù) 的生成利用預(yù)先存儲的文字信息和聲音數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。
聲音識別部112從傳聲器MC、 MC輸入聲音數(shù)據(jù)，基于預(yù)先存儲的聲 音數(shù)據(jù)和文字信息的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)聲音數(shù)據(jù)生成文字信息，并輸出到 主控制部200。
音源定位部113基于傳聲器MC、 MC之間的聲壓差以及聲音的到達時 間差，確定音源的位置(離腿式移動機器人R的距離以及方向)。 [對象檢測部]
對象檢測部120檢測在腿式移動機器人R的周圍是否存在具有檢測 用標簽(未圖示)的檢測對象(未圖示)，同時在檢測到檢測對象的存在 的情況下，確定該檢測對象的位置。
自主移動控制部150包括頭部控制部151、臂部控制部152以及腿部控制部153。
頭部控制部151按照主控制部200的指示驅(qū)動頭部R4，臂部控制部 152按照主控制部200的指示驅(qū)動臂部R3，腿部控制部153按照主控制 部200的指示驅(qū)動腿部Rl。
把持部控制部160按照主控制部200的指示驅(qū)動把持部71。把持部 71由一對把持部71R、 71L (參照圖2)構(gòu)成，這一對把持部71R、 71L被 鏡面對稱地配置。
此外，該把持部71上設(shè)有檢測作用于該把持部71的外力的外力檢 測單元(未圖示)。作為該外力檢測單元，這里，采用6軸力傳感器。該 6軸力傳感器也可檢測外力的方向，所以能夠分別檢測從物品作用于把持 部71的外力中X軸方向的力Fx、 Y軸方向的力Fy、 Z軸方向的力Fz。
無線通信部170連接到基站2上，是與進行腿式移動機器人的管理 的機器人管理裝置4進行數(shù)據(jù)收發(fā)的通信裝置。無線通信部170包括公 共線路通信裝置171以及無線通信裝置172。
公共線路通信裝置171是利用攜帶電話線路或PHS (Personal Handyphcme System,個人手機系統(tǒng))線路等公共線路的無線通信單元。 另一方面，無線通信裝置172是符合IEEE802. lib標準的無線LAN等近 距離無線通信的無線通信單元。
無線通信部170按照來自機器人管理裝置4 (進行腿式移動機器人R 的管理之處)的連接要求，選擇公共線路通信裝置171或無線通信裝置 172來與機器人管理裝置4進行數(shù)據(jù)通信。
主控制部200基于從陀螺儀傳感器SR1、 GPS接收器SR2、圖像處理 部100、聲音處理部110、對象檢測部120、自主移動控制部150、把持 部控制部160、無線通信部170、存儲部300以及腿式移動機器人控制裝 置l輸入的各種信號、數(shù)據(jù)，主管腿式移動機器人R的全部控制。另外， 在該實施方式中，主控制部200和腿式移動機器人控制裝置1單獨構(gòu)成，但腿式移動機器人控制裝置1的各控制單元也可以被組裝在該主控制部200中。[存儲部]存儲部300由一般的存儲介質(zhì)構(gòu)成，存儲了人數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、物 品數(shù)據(jù)、講話數(shù)據(jù)。人數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)了與腿式移動機器人R移動的范圍(移動區(qū)域)中存在 的人有關(guān)的數(shù)據(jù)(人數(shù)據(jù))。例如，作為人數(shù)據(jù)，包含與人識別號(ID)、 姓名、所屬、標簽識別號、通常所在處、桌子位置、臉圖像等有關(guān)的數(shù) 據(jù)。地圖數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)了與腿式移動機器人R移動的范圍(移動區(qū)域)的地 圖有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，作為地圖數(shù)據(jù)，包含與移動區(qū)域的地形、墻位置、 桌子位置等有關(guān)的數(shù)據(jù)。物品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)了與腿式移動機器人R運送的物品有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如， 作為物品數(shù)據(jù)，包含有與物品識別號、物品的名稱、大小、重量等有關(guān) 的數(shù)據(jù)。講話數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)了用于腿式移動機器人R講話的數(shù)據(jù)。例如，作為講 話數(shù)據(jù)，包含與日常會話中的問候等有關(guān)的聲音波形數(shù)據(jù)。 (腿式移動機器人控制裝置的結(jié)構(gòu))接著，參照圖4說明腿式移動機器人控制裝置的結(jié)構(gòu)(適當參照圖 2、圖3)。圖4是腿式移動機器人控制裝置1的方框圖，如該圖4所示， 腿式移動機器人控制裝置1用于在腿式移動機器人R的各種動作中控制 載置由臂部R3 (把持部71R (L))把持的物品(物)時的動作，包括數(shù) 據(jù)取得單元3、全身協(xié)調(diào)控制單元5、載置判定單元7。另外，在該實施方式中，作為腿式移動機器人R把持的物品，假設(shè) 載置了杯子或玻璃等的托盤(盤)，作為載置該托盤的指定位置，假設(shè)一 般的桌子。而且，如果該桌子的高度具有規(guī)定范圍內(nèi)的高度，則該腿式 移動機器人控制裝置1通過腿式移動機器人R能夠進行將托盤水平地載 置到桌子上的動作，所謂盤放置動作。而且，本發(fā)明的實施方式的腿式移動機器人控制裝置1在進行該盤放置動作時，可以使腿式移動機器人R在直立地伸展臂部R3的狀態(tài)下將 托盤載置于固定了高度的桌子上，不僅如此，在即使在桌子的高度變低 的情況下(限于規(guī)定范圍內(nèi))，也能夠協(xié)調(diào)控制腿式移動機器人K的全身 的連桿，從而進行載置托盤的動作。數(shù)據(jù)取得單元3取得腿式移動機器人R把持物品移動并達到要載置 該物品的目的地(例如，桌子前)時的與該腿式移動機器人R的姿勢和 各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與對臂部R3的前端(指尖)施加的 外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)，包括姿勢控制輸入單元3a、當前手腕姿勢取得單 元3b、指尖目標位置輸入單元3c、位置柔性輸入單元3d、 二階濾波器 3e。姿勢控制輸入單元3a通過輸入腿式移動機器人R的肩即肩關(guān)節(jié)部 31R 33R的姿勢位置數(shù)據(jù)和腰即胯部(腿部Rl和上體部R2的連接部分) 的姿勢位置數(shù)據(jù)，輸入肩和腰的相對的位置關(guān)系。當前手腕姿勢取得單元3b從自主移動控制部150的臂部控制部152 取得當前的手腕的姿勢。當前的手腕的姿勢由用于旋轉(zhuǎn)手腕的臂關(guān)節(jié)部 35R、 35L、圍繞手腕的仰俯軸(Y軸)的手腕關(guān)節(jié)部36R、 36L以及圍繞 手腕的搖擺軸(X軸)的手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L各自的角度而決定。指尖目標位置輸入單元3c用于輸入腿式移動機器人R的臂部R3的 前端(指尖)的目標值。指尖的目標值由以踝關(guān)節(jié)部16R和踝關(guān)節(jié)部16L 的中點位置為基準的情況下的把持部71R (L)的位置(指尖位置)來決 定。位置柔性輸入單元3d用于輸入與作用于把持部71R (L)的外力有 關(guān)的外力數(shù)據(jù)(柔性輸入值)。由于該外力數(shù)據(jù)在把持部71R (L)接觸到 某物體時增加，所以根據(jù)該輸入的外力數(shù)據(jù)是否增加，能夠判定由臂部 R3的把持部71R (L)把持的物品被載置于指定位置(桌子的上面)的情 況(把持部71R (L)接觸到桌子上面的情況)。二階濾波器3e用于將從位置柔性輸入單元3d輸入的外力數(shù)據(jù)分為 臂部R3的響應(yīng)頻率和腰即胯部(腿部Rl和上體部R2的連接部分)的響 應(yīng)頻率的濾波器。全身協(xié)調(diào)控制單元5基于由數(shù)據(jù)取得單元3取得的姿勢位置數(shù)據(jù)(各 部分的位置)以及外力數(shù)據(jù)(柔性輸入值)，在腿式移動機器人R載置物 品時進行控制以協(xié)調(diào)各部分(各連桿)，包括腰控制校正量計算單元5a、 手腕姿勢校正量計算單元5b、位置偏差比較單元5c、雅可比矩陣(Jacobian Matrix)制作單元5d、各軸目標值計算單元5e、各軸目標值計算單元5f、 各軸校正量總計單元5g、 一階延遲濾波器5h、積分運算單元5i、肘角度 控制運算單元5j、積分運算單元5k、正向運動學(xué)計算單元51、平衡校正 量計算單元5m。另外，通過基于由數(shù)據(jù)取得單元3取得的姿勢位置數(shù)據(jù)，對于特定 的動作(例如，盤放置動作、搖擺臂部R3的問候動作等)，按照腿式移 動機器人R的姿勢的一系列變化被預(yù)先設(shè)定的信息即全身計劃輸出對各 連桿的指令值，從而實現(xiàn)該全身協(xié)調(diào)控制單元5對各部分(各連桿)進 行協(xié)調(diào)的控制。對各部分(各連桿)進行協(xié)調(diào)的控制由于是對腿式移動 機器人R的全身姿勢(posture)進行控制，所以被稱作所謂姿勢控制。而且，在該姿勢控制中，將各部分的位置或各連桿的可動位置作為 頂點連接而形成多面體，在該多面體的一對頂點突出的情況下，使位于 與該一對頂點的對角處的另一對頂點也突出，以多面體的頂點的突出互 相得到補償，從而維持平衡，腿式移動機器人控制裝置1以上述方式對 各連桿輸出指令值。在此，參照圖8A-圖8C來具體說明對該多面體的頂點突出進行補償 的方法。將左右的作為臂部R3的部位的手腕的位置、連接臂部R3和基體R2 的連桿的可動位置(即肩關(guān)節(jié)部)、連接腿部Rl和基體R2的連桿的可動 位置(即胯關(guān)節(jié)部)、作為腿部Rl的部位的腳后跟位置或膝蓋位置作為 頂點，形成圖8A所示的多面體。此處，通過連接右側(cè)的手腕的位置、連接臂部R3和基體Rl的連桿 的可動位置、連接腿部Rl和基體R2的連桿的可動位置、作為腿部Rl的 部位的腳后跟的位置或膝蓋的位置所對應(yīng)的頂點來形成多面體的第一側(cè) 面，而且，通過連接左側(cè)的手腕的位置、連接臂部R3和基體Rl的連桿的可動位置、連接腿部R1和基體R2的連桿的可動位置、作為腿部R1的 部位的腳后跟的位置或膝蓋的位置所對應(yīng)的頂點來在與前述的側(cè)面對置 的位置形成第二側(cè)面(參照圖8A的陰影部分)。從而，根據(jù)腿式移動機 器人R的姿勢或連桿的位置的變化，兩個對置的側(cè)面的形狀相同地發(fā)生 變化。圖8B和圖8C是從腿式移動機器人R的行進方向右側(cè)看到圖8A的側(cè) 視圖，即，從右面?zhèn)瓤吹剿龆嗝骟w時的圖。此處，該多面體的一對頂點突出時，該一對的對置頂點的對角處的 另一對頂點也突出。具體講，以后述的移動結(jié)束后(到達指定位置的指 尖位置后)的姿勢作為基準姿勢(基準多面體，參照圖8B)，例如，將把 持的部件載置于指定位置時、手腕的位置(第一對頂點，參照圖8A的'a') 從基準姿勢突出(延伸)的情況下，手腕的位置的對角處的胯關(guān)節(jié)部的 位置(第二對頂點，參照圖8A的'b')也從基準姿勢(基準多面體)突 出(參照圖8C)。這樣，可通過相互補償該多面體的頂點的突出來取得平 衡。腰控制校正量計算單元5a基于從數(shù)據(jù)取得單元3的姿勢控制輸入單 元3a輸入的肩關(guān)節(jié)部31R 33R的姿勢位置數(shù)據(jù)以及胯部(腿部Rl和上 體部R2的連接部分)的姿勢位置數(shù)據(jù)(肩和腰的位置關(guān)系)、正向運動 學(xué)計算單元51計算出的系數(shù)(詳細在后面敘述)，計算對腰位置(胯部 的位置)進行校正的校正量(腰位置校正量)。手腕姿勢校正量計算單元5b基于數(shù)據(jù)取得單元3的當前手腕姿勢取 得單元3b取得的當前的手腕姿勢，即臂關(guān)節(jié)部35R、 35L、手腕關(guān)節(jié)部 36R、 36L、手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L各自的角度，計算對手腕姿勢進行校正 (將物品保持為水平)的校正量(手腕角度校正量)。另外，在該手腕姿勢校正量計算單元5b中，計算手腕角度校正量以 不使臂關(guān)節(jié)部35R、 35L、手腕關(guān)節(jié)部36K、 36L、手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L 各自的角度達到極限(為避免極限)。換言之，這里，為了改變臂部R3 的肘的高度，并改變雙臂的手腕(手腕關(guān)節(jié)部36R、 36L、手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L)形成的面，計算手腕角度校正量。位置偏差比較單元5c對由指尖目標位置輸入單元3c輸入的指尖的 目標值和由正向運動學(xué)計算單元51輸入的當前的指尖位置進行比較。該 比較通過從指尖的目標值減去當前的指尖位置來進行，相減的結(jié)果(位 置偏差)被輸出到各軸目標值計算單元5f 。雅可比矩陣制作單元5d基于由腰控制校正量計算單元5a計算的腰 位置校正量、由正向運動學(xué)計算單元51計算的系數(shù)、由平衡校正量計算 單元5m計算的平衡校正量(詳細后面敘述)，制作與各連桿中包含的各 軸的移動容易度對應(yīng)的雅可比矩陣J。各軸目標值計算單元5e基于由手腕姿勢校正量計算單元5b計算的 手腕角度校正量和由雅可比矩陣制作單元5d制作的雅可比矩陣J，計算 對臂部R3 (除了把持部71)的各軸目標值(對各連桿的指令值)。各軸目標值計算單元5f基于從位置偏差比較單元5c輸出的位置偏 差和由各軸目標值計算單元5e計算出的對臂部R3的各軸目標值，計算 對把持部71的各軸目標值。另外，在這些各軸目標值計算單元5e以及各軸目標值計算單元5f 中，將輸入的數(shù)據(jù)(手腕角度校正量、位置偏差等)設(shè)為x，將各軸目標 值設(shè)為9時，使用下面表示的算式(1)來計算該各軸目標值9。 delta9=inv (J) *delta x …算式(1)在該算式(1)中，inv (J)是利用了雅可比矩陣J的函數(shù)。另外， 詳細地說，是使用了 J*=F\JT (kl+JFT)—,雅可比矩陣。各軸校正量總計單元5g基于由雅可比矩陣制作單元5d制作的雅可 比矩陣、由各軸目標值計算單元5e計算的對臂部R3的各軸目標值、由 各軸目標值計算單元5f計算的對把持部71的各軸目標值，對各軸的校 正量進行總計，同時根據(jù)總計的結(jié)果對每個軸運算各軸目標值。換言之， 通過該各軸校正量總計單元5g，根據(jù)由指尖目標位置輸入單元3c輸入的 目標值(目標位置姿勢輸入)、由當前手腕姿勢取得單元3b取得的當前 的手腕的姿勢(手腕姿勢輸入)、由姿勢控制輸入單元3a輸入的肩和腰 的相對的位置關(guān)系(突出補償輸入)，運算各軸目標值。一階延遲濾波器5h是用于平滑由各軸校正量總計單元5g運算的每個軸的各軸目標值的輸出的濾波器，用于對各軸目標值乘以傳遞函數(shù)(1/Ts + l (T:時間常數(shù)，S:微分算子))。另外，將各軸目標值的輸出延遲的理由是為了使腿式移動機器人R的上體的移動的特性和對于該機器人的動作預(yù)先設(shè)定的模型特性適合。
積分運算單元5i對由一階延遲濾波器5h乘以了傳遞函數(shù)的各軸目
標值施加積分運算。然后，該積分運算單元5i運算的結(jié)果被輸出到平衡校正量計算單元5m，同時經(jīng)由主控制部200被輸出到自主移動控制部150的腿部控制部153，反映到腿式移動機器人R的動作上。
肘角度控制運算單元5j基于由各軸校正量總計單元5g運算的每個軸的各軸目標值，運算肘角度目標值，并根據(jù)該肘角度目標值運算用于校正肩角度的肩角度校正量。肘角度目標值為設(shè)定圍繞肘部的仰俯軸(Y軸)的肘關(guān)節(jié)部34R、 34L的角度而使用，肩角度校正量是用于校正圍繞肩部(臂部R3和上體部R2的連接部分)的仰俯軸(Y軸)的肩關(guān)節(jié)部31R、 31U圍繞肩部的搖擺軸(X軸)的肩關(guān)節(jié)部32R、 32L以及臂部旋轉(zhuǎn)用(圍繞Z軸)的肩關(guān)節(jié)部33R、 33L的角度的校正量。
積分運算單元5k用于對由肘角度控制運算單元5j運算的肩角度校正量施加積分運算。然后，由該積分運算單元5k運算的結(jié)果被輸出到平衡校正量計算單元5m，同時經(jīng)由主控制部200被輸出到自主移動控制部150的臂部控制部152，反映到腿式移動機器人R的動作上。
另外，在積分運算單元5i以及積分運算單元5k中，將當前(動作前)的狀態(tài)設(shè)為state (n—l)，將微小時間中的狀態(tài)的變化量設(shè)為delta(n—l)，將動作后的狀態(tài)設(shè)為state (n)時，使用以下表示的算式(2)計算該動作后的狀態(tài)state (n)。
state (n) =state (n—l)十delta (n —1) …算式(2)
正向運動學(xué)計算單元51基于由積分運算單元5k運算的結(jié)果和由平衡校正量計算單元5m計算的平衡校正量，計算對于在各部分(各連桿)中，形成各關(guān)節(jié)的角度而連接關(guān)節(jié)間的線段進行坐標變換用的系數(shù)。換言之，通過該系數(shù)可以將腿式移動機器人R的連桿之間置換為規(guī)定的線段。平衡校正量計算單元5m基于由積分運算單元5i運算的結(jié)果計算平衡校正量。平衡校正量用于補償上體部R2和腿部Rl的重心移動量，即腿式移動機器人R通過伸展臂部R3而產(chǎn)生的上半身動作引起的力矩。
由于載置判定單元7基于由位置柔性輸入單元3d輸入的與作用于把持部71R (L)的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)(柔性輸入值)，判定物品是否被載置于指定位置，所以具有判定單元7a。
判定單元7a用于判定外力數(shù)據(jù)是否超過了預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值。腿式移動機器人控制裝置1直到通過該判定單元7a判定為外力數(shù)據(jù)超過了規(guī)定值為止，控制物品的載置動作，使得繼續(xù)進行伸展腿式移動機器人R的臂部R3或彎曲腿部Rl的動作，在判定為外力數(shù)據(jù)超過了規(guī)定值的情況下，認為物品的載置動作完成，并進行控制，以使腿式移動機器人R返回到原來的姿勢(后述的返回動作)。
根據(jù)這樣構(gòu)成的腿式移動機器人控制裝置1，基于由數(shù)據(jù)取得單元3取得的姿勢位置數(shù)據(jù)將腿式移動機器人R的姿勢保持為規(guī)定的姿勢，同時不需要操作者的操作而將把持的物品水平地載置于減輕了臂部R3可伸展范圍的制約的高度的指定位置。
接著，參照圖5所示的流程圖說明腿式移動機器人R的從物品(例如，托盤)的接受到載置為止的整體動作(適當參照圖2、 3、 4)。
首先說明腿式移動機器人R向接受物品的接受位置的移動(步驟
Sl)。
首先，腿式移動機器人R在預(yù)先設(shè)定的原位置進行等待，腿式移動機器人R接收到從機器人管理裝置4發(fā)送的執(zhí)行命令信號時，腿式移動機器人R開始從原位置向人的通常所在處(參照人數(shù)據(jù))的移動。然后，到達人的通常所在處后，腿式移動機器人R中止移動，開始人的搜索。然后，對象檢測部120檢測到人H的標簽識別號時，腿式移動機器人R由照相機C、 C取得人的圖像，向人的正面移動。
另外，對象檢測部120在規(guī)定的時間內(nèi)沒有檢測到人H的標簽識別號的情況下，腿式移動機器人R生成用于傳達不能執(zhí)行任務(wù)的意思的行 動報告信號，并對機器人管理裝置4輸出，同時移動到原位置。
接著，說明腿式移動機器人R的物品(托盤)的接受動作(步驟S2)。 移動到接受位置的腿式移動機器人R將手指打開狀態(tài)的把持部71 (71R、 71L)伸出到接受高度。此時，腿式移動機器人K伸出把持部71R、 71L，使其成為從把持部71到人的距離一定的位置，進而使把持部71R、 71L的伸出方向與移動體提取部102計算出的人的中心(中心鉛直線)一 致。
把持部71R、 71L的伸出完成后，接受狀態(tài)處于'等待接受中'，腿 式移動機器人R說出'請交付物品(托盤)'。在該等待接受狀態(tài)下，腿 式移動機器人R由6軸力傳感器62R、 62L檢測出Fxl以上的外力Fx時， 將接受狀態(tài)設(shè)定為'接受中'，同時腿式移動機器人R幵始關(guān)閉把持部71R、 71L。然后，在接受中狀態(tài)下，在腿式移動機器人R由6軸力傳感器62R、 62L檢測出的力Fx為Fx2以下，或把持角度偏差9為6 1以下時，將接 受狀態(tài)設(shè)定為'接受動作完成'。
兩個把持部71R、 71L的開度，即把持角度偏差9為規(guī)定值0 3以上 的情況下，判定為物品厚，兩個把持部71R、 71L把持了物品，將接受狀 態(tài)設(shè)定為'把持完成'。
此外，在把持部71R、 71L的至少一個的把持角度偏差0小于規(guī)定值 0 3的情況下，將接受狀態(tài)設(shè)定為'判定是否把持成功'，同時判定是否 把持成功。
詳細地說，腿式移動機器人R使把持部71R、 71L接近或遠離，由6 軸力傳感器62R、 62L檢測從物品作用的反作用力Fy。在反作用力Fy為 規(guī)定值Fyl以上的情況下，判定為把持成功，將接受狀態(tài)設(shè)定為 <接受 動作完成，，同時把持部71R、 71L把持物品。然后，在反作用力Fy小于 規(guī)定值Fyl的情況下，判定為把持失敗，并將接受狀態(tài)設(shè)定為'接受失 敗，。接著，說明腿式移動機器人R的重新接受準備。 將把持部71R、 71L的接受狀態(tài)設(shè)定為'接受失敗'，由6軸力傳感 器62R、 62L的至少一個檢測到規(guī)定值Fy2以上的外力Fy的情況下，將 接受狀態(tài)設(shè)定為'等待交付'，腿式移動機器人R說出'請接受物品(托 盤)并再次交付'。
然后，腿式移動機器人R由6軸力傳感器62R、 62L中正在把持物品 (托盤)的一個檢測出規(guī)定值Fx5以上的外力Fx時，將接受狀態(tài)設(shè)定為 '交付中'，同時把持部71R、 71L被開放，再次執(zhí)行接受動作。
另外，在把持部71R、 71L的把持角度偏差e為規(guī)定值e4以下的情
況下(例如，9 =0)，腿式移動機器人R說出'請再次交付物品(托盤)'， 把持部71R、 71L被幵放，并再次執(zhí)行接受動作。 [運送移動]
接著，說明腿式移動機器人R的物品運送移動(步驟S3)。 物品把持完成后，腿式移動機器人R將把持部71R、 71L移動到照相 機C、 C的拍攝區(qū)域以外的位置(死角)。這是為了防止被把持的物品(托 盤)妨礙照相機C、 C的視場。然后，腿式移動機器人A開始從接受位置 到指定位置(載置位置)的近前位置的移動，到達近前位置時，腿式移 動機器人R中止移動，并開始指定位置的搜索。 [載置動作]
移動到指定位置的近前位置的腿式移動機器人R對指定位置進行物 品的載置(步驟S4)。然后，腿式移動機器人R在物品的載置完成后，返 回未把持物品的狀態(tài)，并進行到原位置的移動。
參照圖6詳細說明該載置動作。 (腿式移動機器人載置物品時的詳細的動作)
圖6是用于說明腿式移動機器人控制裝置1將物品載置于指定位置 (桌子的上面)時的腿式移動機器人R的動作的流程圖(適當參照圖2、 3、 4)。
首先，腿式移動機器人控制裝置1在移動結(jié)束后(到達指定位置的 近前位置后)，通過數(shù)據(jù)取得單元3取得表示腿式移動機器人R的狀態(tài)的姿勢位置數(shù)據(jù)(步驟Sll)。
艮P，腿式移動機器人控制裝置1通過數(shù)據(jù)取得單元3的姿勢控制輸 入單元3a輸入腿式移動機器人R的肩關(guān)節(jié)部31R 33R的姿勢位置數(shù)據(jù)、 腿部Rl和上體部R2的連接部分的姿勢位置數(shù)據(jù)，并通過當前手腕姿勢 取得單元3b取得手腕旋轉(zhuǎn)用的臂關(guān)節(jié)部35R、 35L、圍繞手腕的仰俯軸(Y 軸)的手腕關(guān)節(jié)部36R、 36L以及圍繞手腕的搖擺軸(X軸)的手腕關(guān)節(jié) 部37R、 37L各自的角度，并通過指尖目標位置輸入單元3c輸入踝關(guān)節(jié) 部16R (L)的位置以及把持部71R a)的位置(指尖位置)。
接著，腿式移動機器人控制裝置1為了控制臂部R3以及腿部Rl的 動作以使由數(shù)據(jù)取得單元3取得的與各連桿位置相關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)按 照預(yù)先設(shè)定了腿式移動機器人R的姿勢的一系列變化的信息即全身計劃， 通過全身協(xié)調(diào)控制單元5根據(jù)取得的姿勢位置數(shù)據(jù)決定要進行哪種姿勢 控制的輸入(腰增益開啟)(步驟S12)。即，腿式移動機器人控制裝置l 為了確保將物品載置于指定位置時的作業(yè)范圍，對腿式移動機器人R的 全身姿勢進行協(xié)調(diào)控制，進而為了協(xié)調(diào)控制全身而決定處理姿勢位置數(shù) 據(jù)的順序。
換言之，腿式移動機器人控制裝置1通過全身協(xié)調(diào)控制單元5進行 控制，以使互相補償將指尖(把持部71R (L)的位置)、兩肩(肩關(guān)節(jié)部 31R (L) 33R (L)的位置)、腰(腿部Rl和上體部R2的連接部分的位 置)以及腳后跟(踝關(guān)節(jié)部16R (L)的位置)連接的多面體的頂點的突 出，從而確保作業(yè)范圍。
然后，腿式移動機器人控制裝置1通過全身協(xié)調(diào)控制單元5在姿勢 控制設(shè)為開啟的狀態(tài)即確保了作業(yè)范圍的狀態(tài)下，開始將物品載置于指 定位置的動作(步驟S13)。
此處，腿式移動機器人控制裝置1通過全身協(xié)調(diào)控制單元5將物品 對于水平面的朝向保持為水平，以使手腕旋轉(zhuǎn)用的臂關(guān)節(jié)部35R、 35L、 圍繞手腕的仰俯軸(Y軸)的手腕關(guān)節(jié)部36R、 36L以及圍繞手腕的搖擺 軸(X軸)的手腕關(guān)節(jié)部37R、 37L各自的角度不是極限值(避免極限)。
然后，腿式移動機器人控制裝置1從位置柔性輸入單元3d輸入與作用于把持部71的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)，通過載置判定單元7的判定單元 7a根據(jù)外力數(shù)據(jù)是否在規(guī)定值以上來判定是否載置了物品(步驟S14)。 即，在該外力數(shù)據(jù)在規(guī)定值以上的情況下，載置判定單元7判定為物品 被載置于指定位置。換言之，因為可以根據(jù)施加于把持部71的反作用力 為規(guī)定值以上的情況，認為把持部71可靠地接觸到指定位置。此外，也 可以在將物品載置于指定位置時，在腿式移動機器人R中，通過聲音處 理部110的聲音合成部111以及揚聲器S，說出'茶水久等了，請用'。
腿式移動機器人控制裝置1通過載置判定單元7的判定單元7a在外 力數(shù)據(jù)達到規(guī)定值以上之前不視為載置完成(步驟S14，否)，返回步驟 S13并繼續(xù)進行載置動作，在外力數(shù)據(jù)達到規(guī)定值以上的情況下認為載置 完成(步驟S14，是)。然后，腿式移動機器人控制裝置1將當前的臂部 R3的指尖的高度設(shè)定為返回動作(未持有物品的狀態(tài)，將臂部R3返回上 體部R2的側(cè)部的動作)的初始值(步驟S15)，將腰增益開啟置位，開始 返回動作(步驟S16)。該返回動作是使該連接部分的彎曲伸展以在降低 臂部R3的同時使腿部Rl和上體部R2的連接部分的位置位于從重心沿鉛 直方向下降的直線上的動作。
(關(guān)于腿式移動機器人的動作狀況，作業(yè)范圍等)
接著參照圖7和圖9至圖11，將腿式移動機器人R的動作狀況與以 往的控制(沒有腿式移動機器人控制裝置1的控制的情況) 一邊進行比 較一邊說明，同時也說明具體的作業(yè)范圍。
圖7以直線的連接簡化圖示腿式移動機器人R，同時圖示了該腿式 移動機器人R的一系列動作。圖7A中以箭頭方向來表示運送動作，圖7B 中以箭頭方向來表示載置動作，圖7C中以箭頭方向來表示返回動作。
如該圖7所示，腿式移動機器人R把持物品M并移動，并水平地將 物品M載置于指定位置S (特別是，如圖7B的最右側(cè)的圖)。腿式移動機 器人控制裝置1中，在載置物品M時，通過來自指定位置S和臂部R3 (把 持部71 (參照圖2))的反作用力(通過柔性控制)來檢測載置完成。
圖9以及圖10是對在由腿式移動機器人R進行物品的載置動作時， 有腿式移動機器人控制裝置1的控制的情況(有控制)和沒有的情況(沒有控制)進行比較表示的圖。
圖9A表示有控制的情況，圖9B表示沒有控制的情況。 如該圖9B所示，在沒有控制的情況下，腿式移動機器人R進行載置 動作時，不僅確保作業(yè)區(qū)域(作業(yè)范圍)而且如圖9B的粗虛線表示的那 樣向后方傾斜。相對于此，在有控制的情況下(圖9A)，腿式移動機器人 R通過使由連接上體部(兩肩)、手腕、胯部(上體部和腿部的連接部分) 和腳踝的8個頂點構(gòu)成的多面體的頂點的突出互相補償，將陰影部分所 示的位置確保為作業(yè)區(qū)域，姿勢也穩(wěn)定。另夕卜，如該圖9A所示，也可以 代替腳踝而將膝蓋作為虛擬的頂點來構(gòu)成多面體。
此外，圖10A以及圖10C表示沒有控制的情況，圖10B以及圖10D
表示有控制的情況。
如該圖10所示，在與'追隨手臂的柔性控制'有關(guān)的動作中，在沒 有控制的情況下(圖IOA)，通過對指尖施加的力，腰(胯部、上體部和 腿部的連接部分)不活動(不追隨)，而在有控制的情況下(圖IOB)，通 過對指尖施加的力，腰(胯部、上體部和腿部的連接部分)活動(追隨)。
另外，在與'補償手腕可動角'有關(guān)的動作中，在沒有控制的情況 下(圖10C)，指尖不追隨目標姿勢，而在有控制的情況下(圖10D)，指 尖追隨目標姿勢并且可維持。
圖11以及圖12是在通過腿式移動機器人R進行物品的載置動作時，
對有腿式移動機器人控制裝置1的情況(有控制)和沒有的情況(無控
制)進行比較，進而表示具體的作業(yè)范圍的圖。
圖IIA表示沒有控制的情況，圖IIB表示有控制的情況。
如圖IIB所示，腿式移動機器人R能夠?qū)⒀?胯部)下降到離接地
面為420mm的高度，并且能夠從離接地面680mm的高度到800mm (680mm
+ 120ram)的高度為止，確保100ram寬度的作業(yè)范圍。
圖12是從腿式移動機器人R的正上方表示圖11的作業(yè)范圍的圖。 M又Arm'表示沒有控制的情況下的作業(yè)范圍，'全身進入，表示有控制
的情況下的作業(yè)范圍。如該圖12所示，在有控制的情況下(全身進入)，
與沒有控制的情況(僅Am)相比，從平面上來看能夠確保約2倍以上的作業(yè)范圍。
艮P，'全身進入'有控制的情況下，通過使腿式移動機器人的腿部
Rl的胯關(guān)節(jié)部12R (L)和膝關(guān)節(jié)部14R (L)彎曲來確保作業(yè)范圍(參照 圖7B)。
以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明不限定于所述實施方式。 例如，在本實施方式中，作為腿式移動機器人控制裝置1進行了說明， 但也可以歸納為使用該裝置1的腿式移動機器人控制方法。
此外，腿式移動機器人R的各關(guān)節(jié)部的數(shù)目、配置等也可以適當變 更設(shè)計。
根據(jù)本實施方式的發(fā)明，能夠基于姿勢位置數(shù)據(jù)將腿式移動機器人 的姿勢保持為規(guī)定的姿勢，并且無操作者的操作而將物品載置于減輕了 臂部的可伸展范圍的制約的高度的指定位置。進而，只要無操作者的操 作而將物品載置于指定位置的高度在規(guī)定范圍內(nèi)，可以將把持的物品水 平地進行載置。
權(quán)利要求
1.一種腿式移動機器人控制裝置，該腿式移動機器人控制裝置對于在基體上連接了為把持物品而具有多個連桿的臂部、以及為移動而具有多個連桿的腿部的腿式移動機器人，基于與該腿式移動機器人的姿勢以及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于所述臂部的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)進行控制，該腿式移動機器人控制裝置的特征在于，該腿式移動機器人控制裝置包括數(shù)據(jù)取得單元，其取得所述姿勢位置數(shù)據(jù)和所述外力數(shù)據(jù)；全身協(xié)調(diào)控制單元，其在基于由該數(shù)據(jù)取得單元取得的姿勢位置數(shù)據(jù)、將由所述臂部把持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，假設(shè)將所述臂部以及所述腿部的部位或所述連桿的可動位置作為頂點連接而成的多面體，來控制所述臂部的動作和所述腿部的動作；以及載置判定單元，其根據(jù)由所述數(shù)據(jù)取得單元取得的外力數(shù)據(jù)，判定所述物品通過該全身協(xié)調(diào)控制單元的動作而被載置于所述指定位置的情況，所述多面體的頂點至少由下述位置構(gòu)成作為所述臂部的部位的手腕位置、連接所述臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，在所述腿式移動機器人將由所述臂部把持的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，全身協(xié)調(diào)控制單元利用作為連接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置的所述多面體的頂點的動作來補償作為所述手腕位置的所述多面體的頂點的動作。
2. 如權(quán)利要求1所述的腿式移動機器人控制裝置，其特征在于， 所述多面體包括位于彼此的對角處的、構(gòu)成第一對的頂點和構(gòu)成第二對的頂點， -所述構(gòu)成第一對的頂點分別由對置的左右側(cè)面的頂點構(gòu)成，所述構(gòu)成第二對的頂點分別由對置的左右側(cè)面的頂點構(gòu)成， 全身協(xié)調(diào)控制單元在所述第一對的頂點和所述第二對的頂點中的任一對頂點突出于規(guī) 定的基準多面體的對應(yīng)的對的頂點的情況下，使位于對角處的另一對頂 點也突出于規(guī)定的基準多面體的對應(yīng)的對的頂點，從而控制所述臂部、 所述腿部的動作，以便對于所述多面體的部分頂點的動作、由其他頂點 的動作來進行補償。 '
3. 如權(quán)利要求2所述的腿式移動機器人控制裝置，其特征在于， 所述腿式移動機器人的臂部和腿部分別配置在左右側(cè)， 所述多面體包括相互對置的第一側(cè)面和第二側(cè)面， 第一側(cè)面由如下的頂點連接而成，該頂點由下述位置構(gòu)成作為右臂部的部位的手腕位置、連接所述右臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接右腿部和所述基體的連桿的可動位置、.以及 ^作為所述右腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，第二側(cè)面由如下的頂點連接而成，該頂點由下述位置構(gòu)成.作為左臂部的部位的手腕位置、連接所述左臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接左腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述左腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，根據(jù)所述腿式移動機器人的姿勢和各連桿的位置的變化，所述對置 的第一側(cè)面和第二側(cè)面的形狀相同地發(fā)生變化。
4. 如權(quán)利要求l所述的腿式移動機器人控制裝置，其特征在于，所 述全身協(xié)調(diào)控制單元在將所述臂部把持的所述物品保持為水平的狀態(tài)下 使所述腿部的各連桿相互連接的部分彎曲。
5. —種腿式移動機器人，該腿式移動機器人具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中的任何一項所述的腿式移動機器人控制裝置。
6. —種腿式移動機器人控制方法，該腿式移動機器人控制方法對于 在基體上連接了為把持物品而具有多個連桿的臂部、以及為移動而具有 多個連桿的腿部的腿式移動機器人，基于與該腿式移動機器人的姿勢以 及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于所述臂部的外力有關(guān)的 外力數(shù)據(jù)進行控制，該腿式移動機器人控制方法的特征在于，該腿式移動機器人控制方法包括由數(shù)據(jù)取得單元取得所述姿勢位置數(shù)據(jù)和所述外力數(shù)據(jù)的步驟； 在基于由該數(shù)據(jù)取得單元取得的姿勢位置數(shù)據(jù)、將由所述臂部把持 的物品載置于預(yù)先指定的指定位置時，由全身協(xié)調(diào)控制單元假設(shè)將所述 臂部以及所述腿部的部位或所述連桿的可動位置作為頂點連接而成的多 面體，來控制所述臂部和所述腿部的動作的步驟；以及由載置判定單元進行判定的步驟，該載置判定單元根據(jù)由所述數(shù)據(jù) 取得單元取得的外力數(shù)據(jù)，判定所述物品通過該全身協(xié)調(diào)控制單元的動作而被載置于所述指定位置的情況，在由所述全身協(xié)調(diào)控制單元控制的步驟中，所述多面體的頂點至少由下述位置構(gòu)成作為所述臂部的部位的手腕位置、連接所述臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接所述腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，在所述腿式移動機器人將由所述臂部把持的物品載置于預(yù)先指定的 指定位置時，全身協(xié)調(diào)控制單元利用作為連接所述腿部和所述基體的連 桿的可動位置的所述多面體的頂點的動作來補償作為所述手腕位置的所 述多面體的頂點的動作。
7. 如權(quán)利要求6所述的腿式移動機器人控制方法，其特征在于， 所述多面體包括位于彼此的對角處的、構(gòu)成第一對的頂點和構(gòu)成第二對的頂點，所述構(gòu)成第一對的頂點分別由對置的左右側(cè)面的頂點構(gòu)成， 所述構(gòu)成第二對的頂點分別由對置的左右側(cè)面的頂點構(gòu)成，通過全身協(xié)調(diào)控制單元在所述第一對的頂點和所述第二對的頂點中的任一對頂點突出于規(guī) 定的基準多面體的對應(yīng)的對的頂點的情況下，使位于對角處的另一對頂 點也突出于規(guī)定的基準多面體的對應(yīng)的對的頂點，從而控制所述臂部、 所述腿部的動作，以便對于所述多面體的部分頂點的突出、由其他頂點 的突出來進行補償。
8. 如權(quán)利要求7所述的腿式移動機器人控制方法，其特征在于， 所述腿式移動機器人的臂部和腿部分別配置在左右側(cè)， 所述多面體包括相互對置的第一側(cè)面和第二側(cè)面， 第一側(cè)面由如下的頂點連接而成，該頂點由下述位置構(gòu)成'作為右臂部的部位的手腕位置、連接所述右臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接右腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述右腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，第二側(cè)面由如下的頂點連接而成，該頂點由下述位置構(gòu)成-作為左臂部的部位的手腕位置、連接所述左臂部和所述基體的連桿的可動位置、連接左腿部和所述基體的連桿的可動位置、以及作為所述左腿部的部位的腳后跟位置或膝蓋位置，根據(jù)所述腿式移動機器人的姿勢和各連桿的位置的變化，所述對置 的第一側(cè)面和第二側(cè)面的形狀相同地發(fā)生變化。
9. 如權(quán)利要求6所述的腿式移動機器人控制方法，其特征在于， 由所述全身協(xié)調(diào)控制單元進行的控制步驟中，在將所述臂部把持的所述物品保持為水平的狀態(tài)下使所述腿部的各連桿相互連接的部分彎 曲。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種能夠無操作者操作地將物品水平地載置于特定位置并且能夠?qū)⑽锲份d置于減輕了臂部的可伸展范圍的制約的高度的特定位置的腿式移動機器人及其控制裝置和控制方法。作為解決手段，腿式移動機器人控制裝置(1)對于將由多個連桿構(gòu)成的把持物品的臂部以及用于移動的腿部連接于上體部的腿式移動機器人，根據(jù)與該腿式移動機器人(R)的姿勢以及各連桿的位置有關(guān)的姿勢位置數(shù)據(jù)和與作用于臂部(R3)的外力有關(guān)的外力數(shù)據(jù)來進行控制，該腿式移動機器人控制裝置(1)包括數(shù)據(jù)取得單元(3)、全身協(xié)調(diào)控制單元(5)、以及載置判定單元(7)。
文檔編號B25J5/00GK101628415SQ20091016030
公開日2010年1月20日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者杉山謙一郎, 織田豊生, 長谷川忠明 申請人:本田技研工業(yè)株式會社