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1. WO2005068136 - GENERATEUR DE DEMARCHE POUR ROBOT MOBILE

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請求の範囲

[1] 移動ロボットの瞬時目標運動と瞬時目標床反力とからなる瞬時目標歩容を逐次発 生する瞬時歩容発生手段を備えた歩容生成装置において、

前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点とのうちの少な くとも、ずれか一方を要素として、複数の要素からなるモデルで表現し、

前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と 前記モデルの各要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に 従って決定される前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、

前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と 前記モデルの各要素の配置との関係を規定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に 従って決定される前記モデルの各要素の配置を第 2の配置とし、

さらに前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動のうちの前記移動ロボット の所定の部位の位置と姿勢とのうちの少なくともいずれか一方を補正してなる補正後 瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデル の各要素の配置を第 3の配置としたとき、

前記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度 とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力が所定の点まわりに発生す るモーメント成分力 S、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の 配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力が前記所 定の点まわりに作用するモーメント成分よりも所定の値に近づくように、前記補正後瞬 時目標運動を決定する瞬時目標運動補正手段を備えたことを特徴とする移動ロボッ トの歩容生成装置。

[2] 前記瞬時目標運動補正手段は、前記第 3の配置と第 1の配置との間での前記モデ ルの各要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の 合力 F3の並進力成分が前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要 素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力 F2の 並進力成分よりも 0に近づき、且つ、前記合力 F3が前記所定の点まわりに作用する モーメント成分が、前記合力 F2が前記所定の点まわりに作用するモーメント成分より も前記所定の値に近づくように、前記補正後瞬時目標運動を決定することを特徴と する請求項 1記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[3] 移動ロボットの瞬時目標運動を逐次発生する瞬時歩容発生手段を備えた歩容生成 装置において、

前記移動ロボットの全体または一部を、イナ一シャをもつ剛体と質点とのうちの少な くとも、ずれか一方を要素として、複数の要素からなるモデルで表現し、

前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動から、移動ロボットの瞬時運動と 前記モデルの各要素の配置との関係を規定する所定の第 1の幾何学的拘束条件に 従って決定される前記モデルの各要素の配置を第 1の配置とし、

前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動のうちの前記移動ロボットの所定 の部位の位置と姿勢とのうちの少なくとも、ずれか一方を補正してなる補正後瞬時目 標運動から、該移動ロボットの瞬時運動と前記モデルの各要素の配置との関係を規 定する所定の第 2の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の 配置を第 2の配置としたとき、

前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデルの各要素の配置の差を加速度 とみなすことによって算出される各要素の慣性力の合力が所定の点まわりに作用す るモーメント成分がほぼ所定の値になるように、前記補正後瞬時目標運動を決定す る瞬時目標運動補正手段を備えたことを特徴とする移動ロボットの歩容生成装置。

[4] 前記瞬時目標運動補正手段は、前記第 2の配置と第 1の配置との間での前記モデ ルの各要素の配置の差を加速度とみなすことによって算出される各要素の慣性力の 合力の並進力成分がほぼ 0になり、且つ、該合力が前記所定の点まわりに作用する モーメント成分がほぼ前記所定の値になるように、前記補正後瞬時目標運動を決定 することを特徴とする請求項 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[5] 前記第 2の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成 分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記 第 2の配置における位置 Bの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを 結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 Bとを結ぶ線分とがなす角度から、該角度に 関する実質的に単調な関数を用いて算出され、

前記第 3の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成 分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記 第 3の配置における位置 Cの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを 結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 Cとを結ぶ線分とがなす角度から前記単調な 関数を用いて算出されることを特徴とする請求項 1記載の移動ロボットの歩容生成装 置。

[6] 前記第 2の配置と第 1の配置との間の各要素の配置の差に係わる前記モーメント成 分のうち、前記モデルの質量をもつ各要素の、前記第 1の配置における位置 Aと前記 第 2の配置における位置 Bの差に起因する成分は、前記所定の点と前記位置 Aとを 結ぶ線分と、前記所定の点と前記位置 Bとを結ぶ線分とがなす角度から、該角度に 関する実質的に単調な関数を用いて算出されることを特徴とする請求項 3記載の移 動ロボットの歩容生成装置。

[7] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す動力学モデルであって、少なくとも該移動ロボットの 1つ以上の 特定部位の特定の運動成分によって発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築され た動力学モデルを用いて決定されており、前記モデルは、前記特定部位のうちの少 なくとも 1つの部位に対応する要素を含むことを特徴とする請求項 1または 3記載の移 動ロボットの歩容生成装置。

[8] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す所定の動力学モデル上での目標床反力または目標 ZMPを満 足するように決定されており、

前記瞬時目標運動から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モ デルの各要素の配置の時間的変化によって発生する各要素の慣性力の合力に釣り 合う床反力と、前記瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的拘束条件に従って決定 される前記モデルの各要素の配置の時間的変化によって発生するその各要素の慣 性力の合力に釣り合う床反力との差に所定の定常オフセットを加えたもの力前記瞬 時目標運動によって前記動力学モデルで発生する床反力の誤差に略一致するよう に前記第 1および第 2の幾何学的拘束条件が設定されていることを特徴とする請求 項 1または 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[9] 前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標運動は、前記移動ロボットの運動と床 反力との関係を表す所定の動力学モデル上での目標床反力または目標 ZMPを満 足するように決定されており、

前記瞬時目標運動から、前記第 1の幾何学的拘束条件に従って決定される前記モ デルの各要素の配置の全体重心と、前記瞬時目標運動から、前記第 2の幾何学的 拘束条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置の全体重心との差に該要 素の総質量を乗じたもの力前記瞬時目標運動における前記動力学モデルの全体 重心の誤差に該動力学モデルの総質量を乗じたものが略一致するように前記第 1お よび第 2の幾何学的拘束条件が設定されていることを特徴とする請求項 1または 3記 載の移動ロボットの歩容生成装置。

[10] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えるロボットであり、前記第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先 端部近傍の所定の点と、該可動体の前記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線 分に平行な直線上に前記モデルの要素のうちのいずれかが存在するという条件を含 むことを特徴とする請求項 1または 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[11] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えるロボットであり、前記第 1の幾何学的拘束条件は、前記モデル上 での前記上体と各可動体とが所定の一定姿勢状態に保持されるという条件を含むこ とを特徴とする請求項 1または 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[12] 前記所定の一定姿勢は、前記移動ロボットの上体と複数の可動体とをほぼ鉛直方 向に向けた姿勢であることを特徴とする請求項 11記載の移動ロボットの歩容生成装 置。

[13] 前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボットの任意の瞬時目標運動から、 その条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置が、前記瞬時目標運動に 従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の配置に略一致するように設定され ていることを特徴とする請求項 1または 3記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[14] 前記移動ロボットは、上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の 可動体として備えると共に、各可動体の上体との連結部と該可動体の先端部との間 の中間部とに屈曲可能な関節を有し、前記瞬時歩容発生手段が発生する瞬時目標 運動は、前記ロボットの運動と床反力との関係を表す動力学モデルであって、各可 動体の屈伸運動に起因して該可動体の中間部もしくはその近傍で発生する慣性力 がほぼ 0であるとして構築された動力学モデルを用いて決定されており、前記モデル は少なくとも前記各可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応させた質点を要素 として含むモデルであることを特徴とする請求項 1または 3記載の移動ロボットの歩容 生成装置。

[15] 前記第 1の幾何学的拘束条件は、各可動体の先端部近傍の所定の点と、該可動 体の前記上体との連結部近傍の所定の点を結ぶ線分に、前記モデルの要素のうち の、該可動体の中間部もしくはその近傍部位に対応させた質点が存在すると、ぅ条 件を含み、前記第 2の幾何学的拘束条件は、前記移動ロボットの任意の瞬時目標運 動から、その条件に従って決定される前記モデルの各要素の配置が、前記瞬時目標 運動に従う前記ロボットにおける該要素に対応する部位の配置に略一致するように 設定されていることを特徴とする請求項 14記載の移動ロボットの歩容生成装置。

[16] 上体から延設された複数の脚体を備えると共に、各脚体の上体との連結部と該脚 体の先端部との間の中間部とに屈曲可能な関節を有する移動ロボットの瞬時目標運 動を逐次発生する瞬時歩容発生手段を備え、その瞬時目標運動が、前記ロボットの 運動と床反力との関係を表す動力学モデルであって、各脚体の屈伸運動に起因して 該脚体の中間部もしくはその近傍で発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築された 動力学モデルを用いて生成された移動ロボットの歩容生成装置において、

少なくとも前記ロボットの直立姿勢状態またはその近傍の姿勢状態から、各脚体の 先端部近傍の所定の点と、該脚体の上体との連結部近傍の所定の点とを結ぶ線分 の長さが縮まるように各脚体の中間部の関節を屈曲させて、該関節を前記線分と交 差する方向に突出させる歩容を生成するとき、前記上体と各脚体との連結部の位置 を、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動で定まる該連結部の位置から 該脚体の中間部の関節の突出の向きとほぼ逆向きに変位させ、且つ、前記上体の 下端に対する上端の位置を、前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動で定

まる該上体の下端に対する上端の位置力該脚体の中間部の関節の突出の向きと ほぼ同じ向きに変位させるように該瞬時目標運動を補正する瞬時目標運動補正手 段を備えたことを特徴とする移動ロボットの歩容生成装置。

[17] 上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の可動体として備えると 共に、各可動体の上体との連結部と該可動体の先端部との間の中間部とに屈曲可 能な関節を有する移動ロボットの瞬時目標運動を逐次発生する瞬時歩容発生手段 を備え、その瞬時目標運動が、前記ロボットの運動と床反力との関係を表す動力学 モデルであって、各可動体の屈伸運動に起因して該可動体の中間部もしくはその近 傍で発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築された動力学モデルを用いて生成さ れた移動ロボットの歩容生成装置において、

前記各可動体の中間部の関節の曲げ角に応じて、フィードフォワード制御則により 前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動の上体位置と上体姿勢とのうちの 少なくともいずれか一方の補正量を決定し、その決定した補正量で該瞬時目標運動 の上体位置と上体姿勢とのうちの少なくともいずれか一方を補正するように目標瞬時 運動を補正する瞬時目標運動補正手段を備えたことを特徴とする移動ロボットの歩 容生成装置。

[18] 前記各可動体は脚体であり、前記瞬時目標運動補正手段は、前記各可動体の中 間部の関節の曲げ角が増加するに伴、、前記瞬時目標運動の上体姿勢をより大きく 前傾させ、且つ、前記複数の可動体を除いた移動ロボットの全体の重心位置をより後 方に変位させるように前記補正量を決定することを特徴とする請求項 17記載の移動 ロボットの歩容生成装置。

[19] 上体から延設された複数の脚体または複数の腕体を複数の可動体として備えると 共に、各可動体の上体との連結部と該可動体の先端部との間の中間部とに屈曲可 能な関節を有する移動ロボットの瞬時目標運動を逐次発生する瞬時歩容発生手段 を備え、その瞬時目標運動が、前記ロボットの運動と床反力との関係を表す動力学 モデルであって、各可動体の屈伸運動に起因して該可動体の中間部もしくはその近 傍で発生する慣性力がほぼ 0であるとして構築された動力学モデルを用いて生成さ れた移動ロボットの歩容生成装置において、

前記各可動体の先端部近傍の所定の点と、該可動体の上体との連結部近傍の所 定の点とを結ぶ線分と、該可動体の中間部の関節の中心または該関節に連結され たリンクの重心との前記線分に交差する方向での相対位置に応じて、フィードフォヮ ード制御則により前記瞬時歩容発生手段が発生した瞬時目標運動の上体位置と上 体姿勢とのうちの少なくともいずれか一方の補正量を決定し、その決定した補正量で 該瞬時目標運動の上体位置と上体姿勢とのうちの少なくともいずれか一方を補正す るように目標瞬時運動を補正する瞬時目標運動補正手段を備えたことを特徴とする 移動ロボットの歩容生成装置。

前記各可動体は脚体であり、前記瞬時目標運動補正手段は、前記線分と、前記各 可動体の中間部の関節の中心または該関節に連結されたリンクの重心との距離を前 記相対位置として用い、その距離が増加するに伴い、前記瞬時目標運動の上体姿 勢をより大きく前傾させ、且つ、前記複数の可動体を除いた移動ロボットの全体の重 心位置をより後方に変位させるように前記補正量を決定することを特徴とする請求項

19記載の移動ロボットの歩容生成装置。