專利名稱：機器人設備及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人設備及控制該機器人設備的方法，并可應用于，如腿式移動機器人。本發(fā)明能夠通過以下方式精確表達觀察目標通過運用運動學計算機器人設備到目前已經與地面相接觸的部分和機器人設備與地面相接觸的下一個部分之間的移動量，并通過切換變換(transformation)至用作觀察參照的坐標系作為地面接觸部件之間轉換的結果。另外，本發(fā)明通過對單獨檢測的參照坐標系的移動量施加上述操作，能夠精確地表達觀察目標。
背景技術：
迄今，已經研究了通過感知障礙自動移動的步行智能機器人，如申請?zhí)枮镹o.2000-317868的日本未審專利申請中所公開的。在這樣的機器人中，如附圖1所示，參照傳感器安裝位置P1所檢測到的障礙物等，可通過用作機器人處理參照的機器人中心坐標系(其原點由附圖2中的P2示出)進行處理。因此，在這種類型的機器人中，運用機器人中心坐標系至傳感器之間的機器人取向的改變，表達觀察結果。
在這樣的機器人中，當因為機器人按照箭頭a所指取向行進使得機器人中心坐標系的原點P2移動時，根據移動量修正基于機器人中心坐標系的觀察結果的坐標，并且根據每個移動要求行進的機器人步幅確定所述移動量。
如附圖2所示，也研究了使用兩條腿走路的機器人。同樣在這樣的機器人中，由傳感器所檢測到的觀察目標可由其原點為P2的機器人中心坐標系所表示。
通過向對應的模塊分別發(fā)出命令來執(zhí)行上述機器人的行走。比較而言，機器人的實際移動是連續(xù)執(zhí)行的。因此，按照機器人中心坐標系所表示的觀察結果包括步幅所引起的誤差。另外，在命令發(fā)出時間和實際移動時間之間還存在一定差值。因此，所述機器人不能精確表達傳感器所檢測的觀察結果。
上述誤差在例如以新的觀察為基礎選擇移動的機器人中不是一個顯著的問題，其中如在分類結構(subsumption architecture)中，觀測結果與所述移動相關聯(lián)。可是，當將各個時刻所獲取的觀測結果合并進行處理時，例如機器人可能不能避開障礙物。因此，在這種情況中，誤差就成為一個嚴重的問題。特別地，根據附圖3(A)至3(C)中機器人的擺動行走所引起的取向改變所示，當機器人在從右腿抬起時刻至其著地的時刻之間所進行的一步中，以60度的角度擺動時，擺動期間的觀察結果(由時刻t2所指示的觀察結果)變得不確定。當合并觀察結果對其進行處理時，這成為一個嚴重的問題。附圖3示出了通過廣域坐標系(由W示出)標示的合并觀察結果的結果。在移動開始時刻t1和移動完成時刻t3的觀察結果能夠由旋轉角被確定為相同目標的結果，而這些時刻之間的觀察結果不能容易地被確定為相同目標的結果。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于前述觀點實現(xiàn)的，并且提供能夠比現(xiàn)有機器人更精確表達觀察目標的機器人設備，以及控制機器人設備的方法。
為了克服上述問題，本發(fā)明應用于一種機器人設備，該機器人設備包括主體，多個與主體相連的可移動部分，設置在主體中的參照坐標系，設置在一第一地面接觸位置處的第一局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的一個與地面相接觸，用于在第一局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第一移動量計算裝置，設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的另一個與地面相接觸，用于在第二局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第二移動量計算裝置，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的計算裝置。在基于第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述局部坐標系之間的距離的基礎上計算所述參照坐標系的移動量。在此，術語“主體”表示設置有參照坐標系的機器人軀體的一部分。通常地，這對應于如機器人主要部分的腰部?？墒牵绻麉⒄兆鴺讼当辉O置在頭部，則術語“主體”表示頭部。術語“主體”的使用不限于軀體的這些部分。
根據本發(fā)明的這種結構，機器人設備包括主體，多個與主體相連的可移動部分，設置在主體中的參照坐標系，設置在第一地面接觸位置處的第一局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的一個與地面相接觸，用于在第一局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第一移動量計算裝置，設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的另一個與地面相接觸，用于在第二局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第二移動量計算裝置，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的計算裝置。在基于第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述局部坐標系之間的距離的基礎上計算所述參照坐標系的移動量。因此，能夠根據地面接觸位置計算參照坐標的移動量并同時使用運動學原理連續(xù)計算第一或第二地面接觸位置的移動量。這時，即使由于單獨外部輸入命令引起取向(orientation)改變，例如機器人根據一個這樣的命令進行相當大的擺動，進而能夠比現(xiàn)有機器人(related robot)更精確地表現(xiàn)與參照坐標相關的目標。這樣，通過精確表現(xiàn)傳感器所檢測到的觀察結果，能夠比現(xiàn)有機器人更精確地表達觀察目標。
本發(fā)明應用于機器人設備，其中由于取向改變在著地位置之間發(fā)生動態(tài)改變。所述機器人設備包括用于通過外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境，并輸出對應外部觀察傳感器的傳感器坐標系所產生的觀察結果的觀察裝置，用于檢測關節(jié)角度的取向檢測傳感器，所述關節(jié)角度涉及至少在外部觀察傳感器與著地位置之間設置的關節(jié)的取向改變，用于檢測著地位置之間變換的著地檢測裝置，以及用于將從觀察裝置中獲取的觀察結果的坐標轉換為預定參照坐標系坐標的坐標轉換裝置。所述觀察裝置連續(xù)輸出由取向改變引起改變的觀察結果坐標和時間信息。所述坐標轉換裝置由取向檢測傳感器根據觀察結果的時間信息獲得的檢測結果中相對隨著取向改變而改變的著地位置來檢測移動量，所述著地位置變化取向改變所引起，并且所述裝置根據按照所述移動量進行的修正，將觀察結果的坐標轉換成參照坐標系的坐標，以便變換移動量檢測的著地位置，其是著地檢測裝置所獲得的著地位置之間變換的檢測結果。
根據本發(fā)明的構造，其中在由于取向改變引起的著地位置之間發(fā)生動態(tài)變化的機器人設備，包括用于通過外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境，并輸出對應外部觀察傳感器的傳感器坐標系的觀察結果的觀察裝置，用于檢測關節(jié)角度的取向檢測傳感器，所述關節(jié)角度涉及至少在外部觀察傳感器到著地位置設置的關節(jié)中的取向改變，用于檢測著地位置之間變換的著地檢測裝置，以及用于將從觀察裝置中獲取的觀察結果的坐標轉換為預定參照坐標系坐標的坐標轉換裝置。所述觀察裝置連續(xù)輸出由取向改變而改變的帶有時間信息的觀察結果的坐標。所述坐標轉換裝置由取向檢測傳感器參照觀察結果的時間信息獲得的檢測結果中檢測對應于外部觀察傳感器并相對于由取向變化而變化的著地位置的移動量，并且所述裝置通過按照所述移動量進行的修正，將觀察結果的坐標轉換成參照坐標系的坐標，以便變換移動量檢測的著地位置，其是著地檢測裝置所獲得的著地位置之間變換的檢測結果。因此，觀察結果的坐標由計算的移動量所修正并被轉換成參照坐標，同時連續(xù)計算到目前已經與地面接觸的機器人設備的一個部件，和機器人運用運動學與地面相接觸的下一個部件之間的移動量。這樣，即使由于單獨外部輸入命令引起取向改變，以及如機器人根據一個這樣的命令進行相當大的擺動，也能夠比現(xiàn)有機器人更精確地表現(xiàn)與參照坐標相關的目標。通過按照與觀察結果相關的時間信息執(zhí)行這些操作，即使在命令發(fā)出時間和實際移動時間之間存在一定的差異，也能夠精確地表現(xiàn)傳感器檢測到的觀察結果。因此，能夠比現(xiàn)有機器人更精確地表達觀察目標。
本發(fā)明應用于機器人設備，其包括軀干，多個與軀干相連的可移動的腿，設置在軀干中的參照坐標系，設置在一個可移動腿接觸地面的第一地面接觸位置處的第一局部坐標系，用于在第一局部坐標系基礎上計算該參照坐標系的移動量的第一移動量計算裝置，設置在另一可移動腿接觸地面的第二地面接觸位置處的第二局部坐標系，用于在第二局部坐標系基礎上計算該參照坐標系的移動量的第二移動量計算裝置，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的計算裝置。在基于第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及由于接觸地面的可移動腿之間變換所引起的局部坐標系之間距離的基礎上連續(xù)計算所述參照坐標系的移動量。
根據本發(fā)明這種結構的優(yōu)點，能夠提供具有多個可移動腿并能夠比現(xiàn)有機器人設備更精確表達觀察目標的機器人設備。
本發(fā)明應用于控制機器人設備的方法，所述機器人設備包括主體和多個與主體相連的可移動部分。所述方法包括用于以設置在第一地面接觸位置處的第一局部坐標系為基礎計算設置在主體中參照坐標系的移動量的第一移動量計算步驟，其中在所述第一地面接觸位置處所述可移動部分中的一個接觸地面，用于以設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系為基礎計算該參照坐標系移動量的第二移動量計算步驟，其中在所述第二地面接觸位置處所述可移動部分中的另一個接觸地面，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的距離計算步驟。在基于第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述坐標系之間距離的基礎上計算所述參照坐標系的移動量。
根據本發(fā)明該結構的優(yōu)點，能夠提供一種用于控制具有多個可移動腿并能比現(xiàn)有機器人設備更精確地表達觀察目標的機器人的方法。
本發(fā)明應用于控制機器人的方法，在所述機器人中，由于取向改變而引起在著地位置之間發(fā)生動態(tài)變化。所述方法包括用于通過外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境并通過對應外部觀察傳感器的傳感器坐標系輸出觀察結果的觀察步驟，用于檢測著地位置之間變換的著地檢測步驟，以及用于將通過觀察步驟獲得的觀察結果的坐標轉化為預定參照坐標系坐標的坐標轉化步驟。所述觀察步驟包括連續(xù)輸出由取向改變所引起的變化的觀察結果的坐標和時間信息。所述坐標變化步驟包括取向檢測傳感器根據觀察結果的時間信息而獲得的檢測結果中檢測取向變化所引起著地位置變化之間的移動量，以及根據移動量進行的修正將觀察結果的坐標轉化成參照坐標系的坐標，以便變換用于移動量檢測的著地位置，所述移動量為著地步驟中著地位置之間變換的檢測結果，取向檢測傳感器檢測至少包含于設置在外部觀察傳感器至著地位置之間關節(jié)中取向變化的關節(jié)角度。
根據本發(fā)明該結構的優(yōu)點，能夠提供一種用于控制能夠比現(xiàn)有機器人設備更精確表達觀察目標的機器人設備的方法。
本發(fā)明應用于一種控制機器人設備的方法，所述機器人設備包括軀體和與所述軀體相連的多個移動腿。所述方法包括用于以設置在第一地面接觸位置處的第一局部坐標系為基礎計算設置在主體中參照坐標系的移動量的第一移動量計算步驟，其中在所述第一地面接觸位置處所述可移動部分中的一個接觸地面，用于以設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系為基礎計算該參照坐標系移動量的第二移動量計算步驟，其中在所述第二地面接觸位置處所述可移動部分中的另一個接觸地面，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的距離計算步驟。在基于第一坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述坐標系之間距離的基礎上連續(xù)計算所述參照坐標系的移動量。
根據本發(fā)明該結構的優(yōu)點，能夠提供一種用于控制能夠比現(xiàn)有機器人設備更精確表達觀察目標的機器人設備的方法。


圖1為說明相關四腳走路機器人中識別結果處理的示意圖。
圖2為說明相關兩腳走路機器人中識別結果處理的示意圖。
圖3(A)、3(B)、3(C)和3(D)為說明擺動過程中識別結果處理的示意圖。
圖4為本發(fā)明第一實施例的機器人的前透視圖。
圖5為圖4中所示機器人的后透視圖。
圖6為說明圖4中所示機器人的接合處自由度的示意圖。
圖7為圖4中所示機器人的控制單元部分構造的功能性框圖。
圖8(A)和8(B)為說明著地腿之間轉換的示意圖。
圖9為說明參照坐標系移動量的示意圖。
圖10為說明合并存儲單元處坐標變換的示意圖。
圖11為說明關于球體觀察結果的坐標變換的示意圖。
圖12(A)和12(B)為說明合并存儲單元處識別結果合并的一個實例的示意圖。
圖13(A)和13(B)為說明與與圖12所述實例不同的識別結果合并實例的示意圖。
圖14為說明本發(fā)明第二實施例的機器人中坐標變換的示圖。
圖15為說明圖14中識別結果合并的示意圖。
圖16(A)和16(B)為說明關于彎腿坐下的坐標變換的示意圖。
圖17(A)、17(B)和17(C)為說明坐標變換另一個實例的示意圖。
具體實施例方式
下面，參照必要的附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
(1)第一實施例(1-1)第一實施例的結構附圖4和5為本發(fā)明一個實施例的直立腿式移動機器人1的前透視圖和后透視圖。所述腿式移動機器人1是被稱作人型機器人的機器人。其具有一個用腿移動的軀干，在所述軀干上附接有頭部、上左肢和上右肢、以及下左肢和下右肢或下左腿和下右腿。通過安裝在軀干中的控制單元控制整體移動。
所述下左肢和下右肢與軀干大致最下方的端部相連接，并且每個肢部從軀干向下順序包括股、膝關節(jié)、脛、踝和足。所述上左肢和上右肢與軀干大致最上方的端部相連接，并且每個肢部從軀干向下順序包括上臂、肘關節(jié)和前臂。頭部通過頸關節(jié)與軀干大致最上方的中間部分相連接。
在腿式移動機器人1中，致動器被設置在如上肢和下肢的關節(jié)中，以對應附圖6中所示的關節(jié)的自由度。通過控制單元控制這些致動器的驅動而使得整體移動協(xié)調，進而使機器人能夠使用兩腿行走。通常，通過重復以下過程能夠實現(xiàn)兩條腿行走一條腿支撐周期，在所述周期中，右腿抬起而左腿支撐機器人設備；兩條腿都接觸地面的兩腿支撐周期；一條腿支撐周期，在所述周期中，左腿抬起而右腿支撐機器人設備；以及兩腿都接觸地面的兩腿支撐周期。
在腿式機器人1中，角度傳感器被設置在關節(jié)中，所述關節(jié)的角度變化至少是安裝有外部觀察傳感器(在下文予以說明)的頭部和著地位置之間關節(jié)中兩腿行走的結果。所述角度傳感器被用作用于檢測涉及取向改變的關節(jié)角度的取向檢測傳感器。由于取向而引起改變的每個部件的移動量，可由控制單元根據地面接觸位置予以確定。
重量配置(weight placement)傳感器被設置在下左肢和下右肢中，作為用于檢測著地位置之間轉換的著地位置檢測裝置的部分。每個重量配置傳感器測量配置在相連的右腿或左腿中的重量以及由行走所引起的變化。這樣，例如，根據重量配置傳感器所測量的結果能夠確定當前哪條腿與地面接觸。在該實施例中，盡管重量配置傳感器被設置在與地面接觸的兩個腳底部件處，但其可以被設置在踝部、膝關節(jié)、髖關節(jié)或重量配置變化類似于腳底的任何其他部件中。
在腿式移動機器人1中，一對用作外部觀察傳感器的成像機構被設置在頭部中的眼部處。通過控制單元處理這對成像機構提供的成像結果，例如，可用稱作立體視覺的方法確定用戶或障礙物的坐標。
在腿式機器人1中，聲音獲取機構包括多個設置在頭部中的類似用作外部觀察傳感器的傳聲器。這樣，控制單元分析聲音獲取機構所獲取的聲音信號，以便檢測出人的聲音或確定聲音到達方向。
附圖7為用于合并及控制部件移動的一部分控制單元結構的功能性框圖。控制單元10包括用于執(zhí)行存儲器中記錄的預定處理程序的計算機。設置各種具有通過執(zhí)行處理程序而獲取預定功能以便控制整體移動的模塊。
在所述模塊中，識別器10A至10C分別處理從作為外部觀察傳感器設置在頭部的成像機構11和聲音獲取機構12獲取的成像結果和聲音信號，以便觀察機器人周圍情況并輸出觀察結果。在此，于該實施例中，根據成像結果的圖像識別，設置如根據形狀識別球體的識別器、根據顏色識別球體的識別器、識別人臉的識別器和識別障礙物的識別器。
所述識別器10A至10C輸出對應外部觀察傳感器的傳感器坐標系所得到的觀察結果。識別器10A至10C連續(xù)處理外部觀察傳感器的輸出結果，以及由處理目標所獲得的帶有時間信息的輸出識別結果。這樣，這些識別器10A至10C用作通過外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境的觀察裝置，并輸出對應外部觀察傳感器的傳感器坐標系所獲得的觀察結果。在該實施例中，由于兩腿行走而產生的取向改變所引起改變的觀察結果的坐標系，可與時間信息一起被連續(xù)輸出。
移動量運動學計算器10D通過確定重量配置傳感器13的重量配置檢測結果檢測著地的腿。在此，著地腿指其上承受機器人重量的腿。在一條腿支撐周期中，所述著地腿對應與地面相接觸的腿。在兩條腿都與地面相接觸的兩條腿支撐周期中，使用直到目前已經在地面上的任一條著地腿。
更特別地，移動量運動學計算器10D根據預定閾值估算設置在左腿和右腿中的重量配置傳感器13所檢測的重量配置值之間的差值，以便在兩腳的重量配置值之間差值超過預定時間周期的閾值時，將承受更多重量的腳確定為著地的腳(或重量配置腳)。當兩腳上的重量基本相等時，如機器人設備豎直站立時，所述差值未超過閾值，使得任意著地腳繼續(xù)為之前的狀態(tài)。
將通過上述方法檢測的著地腳用作參照，移動量運動學計算器10D，連續(xù)地檢測和輸出用作機器人中心坐標的原坐標(軀體參照點)的移動量。移動量運動學計算器10D在通過運動學(幾何運動學)對檢測的移動量基進行計算，其中將角度傳感器14所檢測到的關節(jié)角度用作參照。在該實施例中，將用作機器人中心坐標的原坐標設置在腰部。
所述移動量運動學計算器10D輸出由齊次變換矩陣T表示的按照上述方法檢測的軀體參照點的移動量，其中軀體參照點由具有設置在著地腳底處的參照位置的坐標系表示。所述齊次變換矩陣T如下所示T=r11r12r13xr21r22r23yr31r32r33z0001---(1)]]>這樣，在一條腿支撐周期中，當右腿在由附圖8(A)中機器人前面來看的兩條腿方向懸浮時，移動量運動學計算器10D將左腿設置成著地腿，并使用從左腿到下一著地腿的關節(jié)角度(變換A)計算移動量。當懸浮腳接觸地面并且重量等于或大于預定值的重量配置在腳上，而引起著地腿改變時，用作參照坐標的機器人中心坐標的變換轉換為以下一個著地腳為基礎的變換(變換B)。在每次由附圖8(B)中所示的加到變換A和B的腳碼所示的腳著地時，按照上述方法由下一個著地腳提供的移動量單獨給出。可是，當腳在這些時間之間懸浮的時候，取向中的改變由變換B給出。因此，通過使變換A和B相乘，使得在軀體參照點處連續(xù)發(fā)生變換。
更特別地，從側面觀看這些移動，如附圖9所示，通過使用運動學，其中由設置在著地腳處的角度傳感器14檢測的關節(jié)角度用作參照，根據基于設置在著地腳腳底處的用作參照位置的第一地面接觸點的坐標系(相對于軀體參照坐標系的所謂的局部坐標系)，連續(xù)計算軀體參照點P(t1)、P(t2)和P(t3)的移動量。類似地，根據以著地腳轉換時的第二地面接觸點為基礎的局部坐標系，連續(xù)計算軀體參照點P(t3)、P(t4)和P(t5)的移動量。另外，通過根據第二地面接觸點再變換軀體參照點P(t1)、P(t2)和P(t3)的移動量，使得再著地腳之間變換前后所檢測到的參照點P(t1)至P(t3)至P(t5)的移動量被確定得使其連續(xù)變換。這樣，在該實施例中，通過使用這樣軀體參照用作參照，外部觀察結果能夠精確地表達觀察目標。
從以上說明中，在該實施例中，軀干和與所述軀干相連的下肢、上肢和頭部等，包括主體和多個與分別與主體相連的可移動部分，并且設置在軀干中的軀體參照坐標系為機器人參照坐標系。設置在兩個下肢接觸地面的第一地面接觸位置和第二地面基礎位置處的第一局部坐標系和第二局部坐標系，被設置在兩個下肢中。所述角度傳感器14和移動量運動學計算器10D包括用于在第一局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系移動量的第一移動量計算裝置，在第二局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系移動量的第二移動量計算裝置，以及用于計算第一局部坐標系和第二局部坐標系之間距離的裝置。所述角度傳感器14和移動量運動學計算器10D用于根據基于第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述局部坐標系之間距離來計算該參照坐標系移動量。
除上述地面接觸點對軀體參照點的坐標變換以外，移動量運動計算器10D計算類似于由關節(jié)角度的軀體參照點對外部觀察傳感器安裝位置的坐標變換，并將其返回。以此方式改變的地面著地位置之間的移動量，由于地面著地腳之間的轉換而被計算并輸出。時間信息被設置在這些信息中(根據要求，在下文稱作取向信息)并被輸出。
合并存儲部分10E合并及存儲識別器10A至10C的識別結果，并根據移動描述部分10F的要求輸出存儲的識別結果。在此，移動描述部分10F是一種用于通過提供機器人計劃目標行走路徑以及對模塊(未示出)發(fā)出命令并借助合并存儲部分10E的合并結果修正所述計劃的路徑，移動機器人，以便如避免障礙物和追隨所要球的模塊。
所述合并存儲部分10E根據機器人中心坐標合并觀察結果，以便移動描述部分10F中的處理。換句話說，如果根據機器人中心坐標表示識別結果，能夠描述移動，如按照機器人的觀察，如果球在右邊則向右擺動。這樣，相對比于以廣域坐標系中坐標(x1，y1)描述所述球的情況，能夠簡化說明。
更特別地，根據識別結果的時間信息，合并存儲部分10E將所述識別結果變換成這樣表示的結果，即根據使用以下公式進行計算的、按照用作預定參照坐標系并將著地腳腳底作為參照的自中心坐標系進行表示的結果。此時，相對于隨兩腳行走引起的取向變化而變化的著地位置，對移動量進行的修正而執(zhí)行坐標變換。T指代表示上述坐標變換并由公式(1)表示的齊次變換矩陣，T左下部指代原坐標，而T右下部指代變換后的坐標系。lf指代左腳底坐標系，而rf指代右腳底坐標系。b指代用作機器人中心的軀體參照坐標系，s表示傳感器坐標系，而圓括號()中指代時間。小寫字母矢量指代識別目標的位置。這樣，通過在時間t從左腳底變換到參照坐標系后，從參照坐標系變換到傳感器坐標系時，乘以基于傳感器坐標系的目標位置，給出左腳底坐標系的目標位置。在公式(2)中，lfTb(t)和bT(t)表示移動量運動學計算器10D所獲取的取向信息，而sv(t)表示基于傳感器坐標系并且從每個識別器10A至10C獲取的識別結果。
lfTb(t)×bT(t)×sv(t)＝lfv(t) (2)合并存儲部分10E臨時地將移動量運動學計算器10D和識別器10A至10C的輸出結果記錄和保存在存儲器中(稱作隊列)，當提供對應識別結果的時間信息的數(shù)據時(在此情況中因為需要大多數(shù)時間進行識別而獲得識別結果的時候)搜索隊列，并使用公式(2)進行計算。根據識別結果中的時間信息，由對應時間的移動量執(zhí)行上述的操作。
更特別地，如附圖10所示，在時刻t+1、t+2和t+3獲得的識別結果sv(t+1)，sv(t+2)和sv(t+3)被乘以對應時間的取向信息lfTb(t+1)、lfTb(t+2)和lfTb(t+3)和bT(t+1)、bT(t+2)和bT(t+3)，以便將識別結果連續(xù)轉換成按照基于左腿的坐標系表示的結果。這樣，合并存儲部分10E合并所述識別結果并記錄和保存由預定時間周期的坐標變換提供的合并的識別結果。
當右腿在t+4時刻著地時，移動量運動學計算器10D提供移動量lfTrf(t+4)。連續(xù)輸入其中右腿用作參照的取向信息rfTb(t)，而替換其中左腿作為參照的取向信息lfTb(t)。因此，從t+4時刻向前，合并存儲部分10E使用其中右腿用作參照的取向信息rfTb(t)類似地執(zhí)行基于公式(2)的計算，以便連續(xù)執(zhí)行識別變換以按照基于右腿的坐標進行表示。這樣，合并存儲部分10E在沒有以任何方式控制著地腳之間轉換的情況下，能夠處理連續(xù)獲得的識別結果。
合并存儲部分10E根據移動量運動學計算器10D給出的移動量lfTrf(t+4)通知，在記錄和保存移動量的時間基礎上變換之前的識別結果，使得由變換參照或著地腳而產生的識別結果對應記錄和保存的識別結果。在此，通過將移動量運動學計算器10D提供的lfTrf(t+4)的逆矩陣(lfTrf(t+4))-1乘以記錄和保存的識別結果lfv(t+1)、lfv(t+2)和lfv(t+3)，而執(zhí)行所述坐標變換。
相應地，合并存儲部分10E能很容易地合并記錄和保存的識別結果并對其處理。更特別地，能夠檢查不同傳感器的不同時刻和過濾之前觀察結果的識別結果之間的關系。
將描述識別結果為球體識別結果的一個更特別的實例。如附圖11所示，檢測t1和t3時刻的基于傳感器坐標系的球體觀察結果cTball(t1)和cTball(t3)。當在t1時刻，左腿為著地腿，在t2時刻右腿為著地腿，以及在時刻t3右腿為著地腿時，使用時刻t1基于傳感器坐標系的觀察結果cTball(t1)和基于參照坐標系處傳感器坐標系原點的取向信息rTc(t1)，以通過等式rTball(t1)＝rTc(t1)·cTball(t1)表示t1時刻的rTball(t1)。在附圖11中示出的實施例中，為了簡單示出與傳感器坐標系的關系，參照坐標系的原點被設置在腰部上和傳感器坐標系原點后面。在此情況中，t1時刻的參照坐標系由以左腿局部坐標系為基礎的lfTt(t+1)表示。
當此狀態(tài)后，右腿在t2時刻著地時，通過局部坐標系之間的距離或在t2時刻從左腿的地面接觸點到右腿地面接觸點的移動量，即通過基于左腿的局部坐標系，使得第二地面接觸點能用lfTrf(t2)表示。這樣，t1時刻的參照坐標lfTr(t1)與移動量lfTrf(t2)的逆矩陣(lfTrf(t2))-1相乘，并可參照第二地面基礎點由等式(lfTrf(t2))-1·lfTr(t1)表示。類似地，t1時刻的球體位置rTball(t1)與逆矩陣(lfTrf(t2))-1相乘，并可參照第二地面接觸點由等式(lfTrf(t2))-1·rTball(t1)表示。
相反，T3時刻檢測的球體位置rTball(t3)參照第二地面接觸點由等式rTball(t3)＝rTc(t3)·cTball(t3)表示。因此，在參照坐標中參照右腿(即第二地面接觸點)示出t1至t3時刻的觀察結果，以便處理連續(xù)獲得的識別結果。
相反，附圖12(A)為說明合并存儲部分10E合并來自t1時刻臉部識別器的識別結果(臉)和來自t3時刻聲音識別器的識別結果(聲音)的示意圖。當合并存儲部分10E合并這些識別結果，并由附圖12(B)中所示機器人取向改變所引起的機器人移動時根據移動量來確定這兩個識別結果的坐標可被修正并且將兩個識別結果彼此疊加時，來確定來自不同時刻的臉部識別器和聲音識別器的識別結果是某人的識別結果，從而根據自中心坐標系適當?shù)卮_定該人存在的方向。
如附圖13(A)所示，當由顏色識別器在t1、t2和t3時刻的識別結果來確定一粉紅色目標在移動時，以及確定在這些時刻內的t1時刻球體識別器的識別結果所包括的圓形物體的坐標基本與粉紅色目標坐標相匹配時，所述合并存儲部分10E能確定球體為粉紅色，并由自中心坐標系適當?shù)睾喜⒑透兄R別結果。
相應地，在腿式移動機器人1中，成像機構和聲音獲取機構被用作外部觀察傳感器。所述識別器10A至10C用作通過這些外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境、并通過每個外部觀察傳感器的傳感器坐標系統(tǒng)輸出觀察結果的觀察裝置。設置在每個關節(jié)中的角度傳感器用作檢測關節(jié)角度的取向檢測傳感器，所述關節(jié)角度涉及在外部觀察傳感器至著地位置之間設置的關節(jié)中取向的變化。設置在左腿和右腿中的重量配置傳感器與移動量運動學計算器10D共同包括，用于檢測著地位置變換的著地檢測裝置。所述合并存儲部分10E與移動量運動學計算器10D共同包括，用于將觀察裝置的觀察結果坐標變換成預定參照坐標系坐標的坐標變換裝置。在該實施例中，根據觀察結果的時間信息，從取向檢測傳感器的檢測結果中檢測出相對隨著取向改變而變化的著地位置的移動量。觀察結果的坐標由移動量修正并被轉換成預定參照坐標系的坐標。著地檢測裝置檢測著地位置的變換以變換用于移動量檢測的著地位置。
(1-2)第一實施例操作在具有上述結構的腿式移動機器人，設置在每個部件中的致動器由設置在軀干中控制單元處的移動描述部分10F所驅動，以便使機器人用兩腳行走。在腿式機器人1中，由兩腳行走中使用的腳關節(jié)所引起的取向改變，使得右腿和左腿交替著地。因此，由于取向改變，使得著地位置動態(tài)改變，進而使得機器人按照移動描述部分10F給出的控制操作進行移動。
在腿式移動機器人1這樣的移動中，通過設置在腳處的重量配置傳感器探測在移動量運動學計算器10D處配置重量的腳。參照作為重量配置腿并以此方式檢測的著地腳，根據運動學檢測移動量，其中設置在關節(jié)中的角度傳感器檢測到的關節(jié)角度用作參照。根據這樣的移動量，產生相對著地位置的軀體參照點的齊次變換矩陣，并將基于齊次變換矩陣的取向信息輸出到合并存儲部分10E。
所述識別器10A至10C處理來自設置于頭部中外部識別傳感器的成像結果和聲音獲取結果。其中每個外部識別傳感器的坐標系用作參照的識別結果，與時間信息一起被輸出到合并存儲部分10E?；趶能|體參照點到設置有外部識別傳感器的部分之間設置的關節(jié)處的角度傳感器，移動量運動學計算器10D產生用于將基于傳感器坐標系的識別結果變換至軀體參照點坐標系的齊次變換矩陣?；邶R次變換矩陣的取向信息，與時間信息一起被輸出到所述合并存儲部分10E。
在腿式移動機器人1中，基于齊次變換矩陣并相對檢測到的著地位置表示軀體參照點的取向信息，基于齊次變換矩陣并相對軀體參照點表示傳感器坐標系的取向信息，以及基于所述傳感器坐標的識別結果，都參照識別結果的時間信息被處理，以便參照著地位置表示識別結果。
基于用作上述處理參照的軀體參照的參照坐標系，通過轉換地面接觸點而被變換并由連續(xù)的移動量示出。
因此，在機器人中，即使在命令發(fā)出時間和實際移動時間之間存在差值或在按照設置在軀干處機器人中心坐標系表示的觀察結果中存在步調的誤差，也能夠準確地表達傳感器所檢測到的觀察結果。例如，類似在附圖3所示t2時刻的識別結果在擺動中獲取的識別結果，能夠通過修正基于傳感器移動的觀察結果的坐標系變換與之前和后述的結果相比較。因此，能夠有效地消除識別結果不明確的情況。進而，腿式移動機器人1能夠相對隨取向改變而變化的環(huán)境表現(xiàn)識別結果，并很容易地合并不同時刻的識別結果。如下文所述，用作控制地面接觸點和取向的模塊的移動描述部分10F及用作合并模塊的合并存儲部分10E，可明確地按照單獨元件形成。因此，易于通過移動描述部分10F來描述移動。
在腿式移動機器人1中，基于所述識別結果的坐標變換，可通過對應設置在識別結果中的時間信息的取向信息進行處理和實現(xiàn)。所述識別結果被記錄和保存，并由合并存儲部分10E所合并。
在腿式移動機器人1中，移動量運動學計算器10D根據預定閾值估算左腿和右腿處重量配置傳感器的檢測結果之間的差值。在此情況中，通過比較預定閾值和差值而確定著地腳轉換，有效地阻止了，單個重量配置腿或如兩腿支撐機器人周期期間兩個重量配置腿的錯誤探測。
在腿式移動機器人1中，當檢測到著地腿之間的轉換時，具有參照軀干的取向信息參照被轉換，使得具有參照下一個著地腿的取向信息被隨后而連續(xù)的輸出。根據著地腿之間的轉換，檢測由于著地腿之間轉換所引起的移動量，并將其輸出到合并存儲部分10E。因此，合并存儲部分10E參照參照著地位置表示軀體參照點的取向信息、參照軀體參照點表示傳感器坐標系的取向信息、時間信息以及基于傳感器坐標的識別信息，以直到當前已經存在的相同方法執(zhí)行所述識別結果的坐標變換，以便參照著地位置表示識別結果。相應地，在沒有以任何方法控制著地腳之間轉換的情況下，能夠處理連續(xù)獲得的識別結果。
作為著地腿之間轉換之前的坐標變換結果而被記錄的識別結果，與指示著地腿之間轉換所產生的移動量的齊次變換矩陣的逆矩陣相乘，以便執(zhí)行坐標變換，使得識別結果由其中下一個著地腿用作參照的坐標系表示并被記錄。因此，在腿式移動機器人1中，能夠很容易地并可靠地合并多個相同時刻的識別結果以外的不同時刻的識別結果，從而使得如適當?shù)囊苿颖粚崿F(xiàn)。
換句話說，在腿式移動機器人1中，以此方式記錄在合并存儲部分10E中的識別結果被合并，以便關于著地位置表示如最喜愛的球體或障礙物。根據這些識別結果，機器人能夠移動，如跟隨球體或避開障礙物。
(1-3)第一實施例的優(yōu)勢根據上述結構，通過表示作為由于地面接觸點之間轉換而引起的坐標變換結果的參照坐標系的移動量，能夠精確地表示觀察目標。
換句話說，通過在參照坐標系的移動量的基礎上修正每個傳感器的測量值的坐標，能夠精確地表示觀察目標。
根據所記錄和保存的修正結果的坐標變換，同樣能夠簡單而可靠地處理腳與地面接觸之前和之后提供的觀察結果，所述修正結果對應于地面接觸點之間轉換的修正結果。
通過計算機器人設備中直到現(xiàn)在已經與地面相接觸的部分和機器人設備中按照運動學原理與地面相接觸的下一個部分之間的移動量，以及通過轉換用作作為地面接觸部分結果的觀察參照的坐標系變換，能夠精確地表示觀察目標。
由于取向改變而引起的著地位置之間的這種動態(tài)改變，對應兩腳行走中使用的左腿和右腿的著地位置之間的改變。所述取向檢測傳感器為設置在左腿和右腿關節(jié)中的角度傳感器。所述著地檢測裝置為用于檢測左腿和右腿上配置的重量的重量配置傳感器，以及用于根據預定閾值估算重量配置傳感器檢測到的重量配置值之間差值的估算裝置。因此能夠有效地消除在單條重量配置腿和，如兩腿支撐機器人周期期間兩條重量配置腿的不正確檢測。
通過記錄和保存坐標變換結果并通過著地裝置檢測著地位置的轉換，根據著地位置的轉換，能夠變換所記錄和保存的坐標變換結果。這樣，能夠使連續(xù)坐標變換獲得的識別結果和之前記錄并保存的識別結果相一致。因此，能夠很容易地合并所述識別結果。
通過合并以此方法記錄并保存的坐標變換結果，以及在移動中將其反映出，能夠提供精確自動的移動。
因為涉及上述坐標變換的參照坐標為以著地腳腳底作為參照的自中心坐標，所以能夠很容易地描述移動。
(2)第二實施例在本實施例中，關于前述識別結果的坐標變換的參照被設定為國際坐標。除關于參照坐標的處理不同外，本實施例的結果與第一實施例中的相同。在下文，根據需求，參照第一實施例的結構描述第二實施例的結構。
在此，如附圖14所示，合并存儲部分確定初始值wTlf(t)為根據廣域坐標系中一條著地腿的取向信息。在腿式移動機器人1中，關于該初始值wTlf(t)的左腿被設定為著地腿并且該機器人開始行走。根據具有作為參照的左腿的取向信息，在識別結果上執(zhí)行坐標變換到廣域坐標系并將其從移動量運動學計算器10D中輸出。在此情況中，通過將關于初始值wTlf(t)的變換矩陣與附圖10中計算出的處理結果相乘，按照廣域坐標系而不是使用著地腿作為參照的坐標系表示所述識別結果。
由于著地腿的轉換，使得關于參照著地腳的初始值wTlf(t)，按照移動量運動學計算器10D輸出的移動而被更新，以便產生涉及右腿的變換矩陣wTrf(t)。隨后，基于傳感器坐標系的識別結果被涉及右腿的變換矩陣wTrf(t)所處理。
附圖15為示出廣域坐標系中識別結果和移動路徑的障礙物圖。通過在是否存在球和地面之間邊界的基礎上識別地面，通過按照類似圖像處理識別障礙物，以及通過由這些識別結果在每次距離數(shù)據基礎上隨機地更新二維格柵信息(grid information)來提供所述識別結果。在預定路徑中，機器人移動以避開所述障礙物，并在附圖14所示的狀態(tài)中，機器人已經通過預定路徑移至一半路徑。在此任務中，在移動的同時進行觀察并使其在時間方向上被合并。因此，盡管這些觀察結果包括相關方法至多引起的一步偏差，但能夠精確表示這些觀察結果，以便實現(xiàn)適當?shù)淖R別。
在參照坐標系被設定為廣域坐標系的情況下，當對識別結果執(zhí)行坐標變換時，計算的次數(shù)增加，但不必將逆矩陣與涉及著地腿轉換的記錄和保存的識別結果相乘，以便通過相應地簡化處理操作提供與第一實施例相同的優(yōu)勢。
在所述處理中，能夠使識別結果按照廣域坐標系表示，并將按照廣域坐標系表示的識別結果變換成當移動描述部分被告知識別結果時，按照具有作為參照的著地腳的局部坐標系予以表示的識別結果。
(3)第三實施例盡管在上述實施例中，本發(fā)明應用于兩腳行走引起的取向改變，但本發(fā)明不限制于此。本發(fā)明可應用于方向中各種其他類型的改變，例如附圖16中所示彎腿坐所引起的取向改變。附圖16中所示出的實例是，從機器人使用彎腿站立時腳底在地面上的狀態(tài)(附圖16(A))至腳底未在地面上的狀態(tài)(附圖16(B))，而產生取向改變的一個實例。在此情況中，使用按照地面接觸點限定的底部，即機器人中在機器人彎腿站立時與地面最穩(wěn)定接觸的一部分，使得在取向改變時說明從腳底至底部之間的向前運動，以便確定移動量并告知機器人該確定的移動量。相反，通過簡單的將取向改變從底部的地面接觸點返回到合并部分，可在即使是合并部分處用相同的方法合并觀察結果。換句話說，能夠合并取向改變前和改變后的識別結果。
本發(fā)明不僅應用于簡單以重量配置地點為基礎的地面接觸位置的轉換，也不同地應用于，由于取向如附圖17(A)至17(C)中分別所示的站立取向、彎腰取向和睡覺取向中的各種其他改變所引起的地面接觸位置的改變。即使在這些情況中，取向改變之前和之后的識別結果可以被合并。
盡管在上述實施例中，著地腿的腳底和廣域坐標系被設定為參照坐標，以便執(zhí)行坐標變換，但本發(fā)明并不限于此。因此，本發(fā)明可廣泛地應用于，如按照機器人軀體參照點表現(xiàn)識別結果。
盡管在上述實施例中，討論了由于地面接觸點轉換而引起的對之前記錄的觀察結果執(zhí)行的坐標變換，但本發(fā)明并不限于此。因此，根據需要，可在各種時間選擇情況下，如處理觀察結果時，設定上述坐標變換。
盡管在上述實施例中，本發(fā)明應用于兩腳行走機器人，但本發(fā)明并不限于此。因此，本發(fā)明可廣泛應用于，如四腳行走機器人。
相比于現(xiàn)有機器人，本發(fā)明能夠提供精確表示的觀察機器人。
工業(yè)應用性本發(fā)明涉及一種機器人設備及控制該機器人設備的方法，并應用于如腿式移動機器人。
權利要求
1.一種機器人設備，包括主體；多個與所述主體相連的可移動部分；設置在所述主體中的參照坐標系；設置在第一地面接觸位置處的第一局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的一個與地面相接觸；用于在所述第一局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第一移動量計算裝置；設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系，在所述位置處所述可移動部分中的另一個與地面相接觸；用于在所述第二局部坐標系的基礎上計算該參照坐標系的移動量的第二移動量計算裝置；以及用于計算所述第一局部坐標系和所述第二局部坐標系之間距離的計算裝置，其中在基于所述第一局部坐標系的所述參照坐標系的移動量、基于所述第二局部坐標系的所述參照坐標系的移動量、以及所述局部坐標系之間的距離的基礎上計算所述參照坐標系的移動量。
2.根據權利要求1所述的機器人設備，其中進一步包括設置在所述主體中的傳感器可移動部分；設置在所述傳感器可移動部分中用于測量目標的傳感器；設置在所述傳感器中的傳感器坐標系統(tǒng)；和用于執(zhí)行所述傳感器坐標系和所述參照坐標系之間的坐標變換的傳感器坐標變換裝置，所述傳感器坐標變換裝置在所述參照坐標系的移動量基礎上，修正由所述傳感器提供的測量值的坐標。
3.根據權利要求2所述的機器人設備，其中所述測量值的坐標修正結果被記錄和保存，并且所述傳感器坐標變換裝置在所記錄和保存的修正結果上執(zhí)行坐標變換，以便與對應于由所述第一地面接觸位置切換到所述第二地面接觸位置的所述第二地面接觸位置處地面接觸之后獲得的坐標修正結果相對應。
4.由于取向改變在著地位置之間發(fā)生動態(tài)改變的一種機器人設備，其中該機器人設備包括用于通過外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境，并輸出對應所述外部觀察傳感器的傳感器坐標系的觀察結果的觀察裝置；用于檢測關節(jié)角度的取向檢測傳感器，所述關節(jié)角度涉及至少從所述外部觀察傳感器到著地位置之間設置的關節(jié)的取向變化；用于檢測著地位置之間變換的著地檢測裝置，以及用于將從所述觀察裝置中獲取的觀察結果的坐標轉換為預定參照坐標系坐標的坐標轉換裝置，其中所述觀察裝置連續(xù)輸出由于取向改變而引起改變的觀察結果的坐標和時間信息，和其中所述坐標轉換裝置由所述取向檢測傳感器根據觀察結果的時間信息獲得的檢測結果中根據由取向改變而改變的著地位置檢測移動量，并且所述裝置通過所述移動量的修正，將觀察結果的坐標轉換成參照坐標系的坐標，以便根據著地檢測裝置所獲得的著地位置之間變換的檢測結果變換用于移動量檢測的著地位置。
5.根據權利要求4所述的機器人設備，其中由于取向改變引起的著地位置之間的動態(tài)變化為兩腿行走中使用的左腳和右腳的著地位置之間變化，所述取向檢測傳感器為設置在左腳和右腳關節(jié)處的角度傳感器，而所述著地檢測裝置為用于檢測左腳和右腳上重量配置值的重量配置傳感器，以及用于根據預定閾值估算所述重量配置傳感器檢測的重量配置值之間差值的裝置。
6.根據權利要求4所述的機器人設備，其中著地位置之間轉換被所述著地檢測裝置所檢測時，所述坐標變換裝置記錄并保存坐標變換的結果，并將記錄和保存的坐標變換結果變換，以便對應著地位置之間轉換。
7.根據權利要求6所述的機器人設備，其中進一步包括用于合并坐標變換裝置所記錄和保存的坐標變換結果，以便在移動中反映合并結果的移動描述裝置。
8.根據權利要求5所述的機器人設備，其中所述參照坐標系為自中心坐標系，其中左腳和右腳的腳底用作參照。
9.根據權利要求4所述的機器人設備，其中所述參照坐標系為廣域坐標系。
10.一種機器人設備，包括軀干；多個與所述軀干相連的可移動的腿；設置在所述軀干中的參照坐標系；設置在所述可移動腿中的一個接觸地面的第一地面接觸位置處的第一局部坐標系；用于在所述第一局部坐標系基礎上計算該參照坐標系的移動量的第一移動量計算裝置；設置在所述可移動腿中的另一個接觸地面的第二地面接觸位置處的第二局部坐標系；用于在所述第二局部坐標系基礎上計算該參照坐標系的移動量的第二移動量計算裝置；以及用于計算所述第一局部坐標系和所述第二局部坐標系之間距離的計算裝置，其中在基于所述第一局部坐標系的移動量、基于所述第二局部坐標系的移動量、以及由于接觸地面的可移動腿之間變換所引起的局部坐標系之間距離的基礎上連續(xù)計算所述參照坐標系的移動量。
11.一種用于控制機器人設備的方法，所述機器人設備包括主體和多個與主體相連的可移動部分，所述方法包括用于以設置在第一地面接觸位置處的所述第一局部坐標系為基礎計算設置在主體中參照坐標系的移動量的第一移動量計算步驟，其中在所述第一地面接觸位置處所述可移動部分中的一個接觸地面；用于以設置在第二地面接觸位置處的所述第二局部坐標系為基礎計算該參照坐標系移動量的第二移動量計算步驟，其中在所述第二地面接觸位置處所述可移動部分中的另一個接觸地面；以及用于計算所述第一局部坐標系和所述第二局部坐標系之間距離的距離計算步驟，其中在基于所述第一局部坐標系的參照坐標系的移動量、基于所述第二局部坐標系的參照坐標系的移動量、以及所述局部坐標系之間距離的基礎上計算所述參照坐標系的移動量。
12.根據權利要求11所述的控制機器人設備的方法，其中所述機器人設備進一步包括設置在所述主體中的傳感器可移動部分以及設置在所述傳感器可移動部分中用于檢測目標的傳感器，其中所述方法進一步包括用于執(zhí)行設置在所述傳感器中傳感器坐標系與所述參照坐標系之間坐標變換，和用于在所述參照坐標系的移動量基礎上修正由所述傳感器提供的測量值坐標的傳感器坐標變換步驟。
13.根據權利要求12所述的控制機器人設備的方法，其中所述測量值的坐標修正結果被記錄和保存，并且所述傳感器坐標變換步驟包括在所記錄和保存的修正結果上執(zhí)行坐標變換，以便與對應于第一地面接觸位置至第二地面接觸位置的變換的，第二地面接觸位置處地面接觸之后的坐標修正結果相對應。
14.一種控制機器人設備的方法，在所述機器人中，由于取向改變而引起在著地位置之間發(fā)生動態(tài)變化，所述方法包括用于通過所述外部觀察傳感器觀察外部環(huán)境并通過對應所述外部觀察傳感器的傳感器坐標系輸出觀察結果的觀察步驟；用于檢測著地位置之間變換的著地檢測步驟；以及用于將通過所述觀察步驟獲得的觀察結果的坐標轉化為預定參照坐標系坐標的坐標轉化步驟，其中所述觀察步驟包括連續(xù)輸出由取向改變所引起變化的觀察結果坐標和時間信息，以及所述坐標變化步驟包括由所述取向檢測傳感器根據觀察結果的時間信息而獲得的檢測結果中檢測在取向變化所引起變化的著地位置之間的移動量，以及根據移動量進行的修正將觀察結果的坐標轉化成所述參照坐標系的坐標，以便變換用于移動量檢測的著地位置，所述移動量為所述著地檢測步驟中著地位置之間變換的檢測結果，所述取向檢測傳感器檢測涉及至少設置在所述外部觀察傳感器至著地位置之間關節(jié)的取向變化的關節(jié)角度。
15.根據權利要求14所述的控制機器人設備的方法，其中由于取向改變引起的著地位置之間的動態(tài)變化為兩腿行走中使用的左腳和右腳的著地位置之間變化，所述取向檢測傳感器為設置在左腳和右腳關節(jié)處的角度傳感器，而所述著地檢測步驟包括根據預定閾值估算所述重量配置傳感器檢測的重量配置值之間差值，所述重量配置檢測傳感器檢測左腳和右腳上重量配置值。
16.根據權利要求14所述的控制機器人設備的方法，其中當所述著地檢測裝置檢測到著地位置之間轉換時，所述坐標變換步驟包括記錄和保存坐標變換結果，并變換所記錄和保存的坐標變換結果，以便對應著地位置之間的轉換。
17.根據權利要求16所述的控制機器人設備的方法，其中進一步包括用于合并所述坐標變換步驟中記錄并保存的坐標變換結果，以便在移動中反映該合并結果的移動描述步驟。
18.根據權利要求15所述的控制機器人設備的方法，其中參照坐標系為自中心坐標系，其中左腳和右腳的腳底用作參照。
19.根據權利要求14所述的控制機器人設備的方法，其中所述參照坐標系為廣域坐標系。
20.一種控制機器人設備的方法，所述機器人設備包括軀體和與所述軀體相連的多個移動腿，所述方法包括用于以設置在一第一地面接觸位置處的第一局部坐標系為基礎計算設置在身體中的參照坐標系的移動量的第一移動量計算步驟，其中在所述第一地面接觸位置處所述可移動部分中的一個接觸地面；用于以設置在第二地面接觸位置處的第二局部坐標系為基礎計算該參照坐標系移動量的第二移動量計算步驟，其中在所述第二地面接觸位置處所述可移動部分中的另一個接觸地面；以及用于計算所述第一局部坐標系和所述第二局部坐標系之間距離的距離計算步驟；其中在基于所述第一坐標系的移動量、基于所述第二坐標系的移動量、以及由于接觸地面的可移動腿之間的變換引起的所述局部坐標系之間距離的基礎上連續(xù)計算所述參照坐標系的移動量。
全文摘要
應用于例如腿式移動機器人的一種機器人系統(tǒng)?；谶\動學原理計算機器人從其已經著地的位置到其將要著地位置之間的移動量，并根據著地位置的轉換，將坐標系轉化變換至觀察參照的坐標系。
文檔編號B25J13/08GK1697724SQ20048000026
公開日2005年11月16日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權日2003年3月27日
發(fā)明者佐部浩太郎, 大橋武史, 河本獻太 申請人:索尼株式會社