兩足步行機(jī)器人控制方法和兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種兩足步行機(jī)器人控制方法以及兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)，更具體 地，涉及一種用于兩足步行機(jī)器人的主從式控制的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本未經(jīng)審查專利申請公布第10-217159號公開了一種裝備有主設(shè)備裝置的有 腿式移動機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該主設(shè)備裝置用于以主從式方式控制有腿式移動機(jī)器 人。主設(shè)備裝置包括：腳支撐機(jī)構(gòu)，可移動地支撐操作者的腳；腳支撐機(jī)構(gòu)驅(qū)動單元，驅(qū)動 腳支撐機(jī)構(gòu)；主設(shè)備側(cè)腳作用力檢測裝置，檢測操作者的腳上的作用力。此外，有腿式移動 機(jī)器人包括機(jī)器人側(cè)腳作用力檢測裝置，其從地面檢測出有腿式移動機(jī)器人的腳上的作用 力。
[0003] 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)確定相對于操作者的上體的腳的目標(biāo)位置和姿勢，使得操作者的腳 上的作用力與機(jī)器人的腳上的作用力彼此對應(yīng)；并且遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使用腳支撐機(jī)構(gòu)驅(qū)動單 元根據(jù)所確定的目標(biāo)位置和姿勢控制腳支撐機(jī)構(gòu)。此外，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)確定相對于機(jī)器人 的上體的腳的目標(biāo)位置和姿勢，并且根據(jù)所確定的目標(biāo)位置和姿勢控制機(jī)器人中的腿致動 單元。
[0004] 換言之，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)執(zhí)行控制，使得操作者和機(jī)器人在其腳上接收到相等的作 用力。這能夠使得操作者將機(jī)器人的穩(wěn)定性或不穩(wěn)定性識別為他/她自身的穩(wěn)定性或不穩(wěn) 定性，從而對機(jī)器人執(zhí)行精確的操縱以維持穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 然而，在專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)具有下述問題：為了將軀體感覺反饋給操作 者，該裝置需要為大型的。
[0006] 本發(fā)明被實現(xiàn)為解決上述問題，并且因此本發(fā)明的目的是提供一種能夠使得采用 簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)器人的直觀操作的兩足步行機(jī)器人控制方法以及兩足步行機(jī)器人控制 系統(tǒng)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的兩足步行機(jī)器人控制方法是用于兩足步行機(jī)器人的步 行的主從式控制的兩足步行機(jī)器人控制方法，包括：加重檢測步驟，檢測由操作者的右腿和 左腿分別施加到地面的加重；目標(biāo)零力矩點ZMP計算步驟，計算當(dāng)兩足步行機(jī)器人產(chǎn)生具 有所檢測到的右腿加重與左腿加重的比例的加重時的目標(biāo)ZMP;以及控制步驟，依照所計 算出的目標(biāo)ZMP控制兩足步行機(jī)器人。根據(jù)此方面，操作者可以直觀地控制兩足步行機(jī)器 人的右腿加重和左腿加重。此外，因為僅需檢測操作者的右腿加重和左腿加重，所以可以通 過簡單的結(jié)構(gòu)實施該方法。
[0008] 此外，上述兩足步行機(jī)器人控制方法還可以包括：檢測步驟，根據(jù)所檢測到的右腿 加重和左腿加重的改變檢測操作者進(jìn)行的一步；以及游走腿軌跡計算步驟，根據(jù)當(dāng)操作者 進(jìn)行的一步結(jié)束時所檢測到的右腿加重和左腿加重，計算用于與操作者進(jìn)行的一步相對應(yīng) 的兩足步行機(jī)器人的一步的游走腿軌跡，并且控制步驟還可以控制兩足步行機(jī)器人沿著所 計算出的游走腿軌跡步行。因為不需要始終反映游走腿軌跡，所以可以以簡單并且容易的 方式控制兩足步行機(jī)器人。
[0009] 此外，在上述兩足步行機(jī)器人控制方法中，游走腿軌跡計算步驟可以生成游走腿 軌跡信息并且將游走腿軌跡信息存儲到緩沖器中，該游走腿軌跡信息以與操作者進(jìn)行的一 步的游走腿時段相對應(yīng)的大小指示游走腿軌跡，控制步驟可以依照由在緩沖器中所存儲的 游走腿軌跡信息所指示的游走腿軌跡，控制兩足步行機(jī)器人；該兩足步行機(jī)器人控制方法 還可以包括游走腿時段計算步驟，該游走腿時段計算步驟根據(jù)所檢測到的右腿加重和左腿 加重的改變計算操作者進(jìn)行的一步的游走腿時段，以及當(dāng)所計算出的游走腿時段長于用于 將游走腿軌跡信息存儲到存儲器中的時間段的上限時，游走腿時段計算步驟可以在對游走 腿時段進(jìn)行校正以滿足上限之后生成游走腿軌跡信息。從而，即使當(dāng)操作者進(jìn)行的一步非 常長時也可以適當(dāng)?shù)乜刂苾勺悴叫袡C(jī)器人。
[0010] 此外，上述兩足步行機(jī)器人控制方法還可以包括游走腿時段計算步驟，該游走腿 時段計算步驟根據(jù)所檢測到的右腿加重和左腿加重計算操作者進(jìn)行的一步的游走腿時段， 并且當(dāng)所計算出的游走腿時段短于用于兩足步行機(jī)器人再現(xiàn)與操作者進(jìn)行的一步相對應(yīng) 的一步的時間段的下限時，游走腿時段計算步驟在對操作者進(jìn)行的一步的游走腿時段進(jìn)行 校正以滿足下限之后生成游走腿軌跡。從而，即使當(dāng)操作者進(jìn)行的一步非常短時也可以適 當(dāng)?shù)乜刂苾勺悴叫袡C(jī)器人。
[0011] 此外，上述兩足步行機(jī)器人控制方法還可以包括：游走腿時段計算步驟，該游走腿 時段計算步驟根據(jù)所檢測到的右腿加重和左腿加重計算操作者進(jìn)行的一步的游走腿時段， 并且當(dāng)所計算出的游走腿時段短于用于兩足步行機(jī)器人再現(xiàn)與操作者進(jìn)行的一步相對應(yīng) 的一步的時間段的下限時，游走腿時段計算步驟可以使得操作者進(jìn)行的一步無效。從而，即 使當(dāng)操作者進(jìn)行的一步非常短時也可以適當(dāng)?shù)乜刂苾勺悴叫袡C(jī)器人。
[0012] 此外，上述兩足步行機(jī)器人控制方法還可以包括：臀部姿勢計算步驟，該臀部姿勢 計算步驟將兩足步行機(jī)器人的垂直軸周圍的臀部姿勢計算為通過依照所檢測到的右腿加 重和左腿加重的加重比例對兩足步行機(jī)器人的右腿姿勢和左腿姿勢進(jìn)行組合所獲得的姿 勢，并且控制步驟還可以控制兩足步行機(jī)器人以實現(xiàn)所計算出的臀部姿勢。從而，操作者可 以直觀地控制兩足步行機(jī)器人的上體。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面的兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)是如下兩足步行機(jī)器人控制 系統(tǒng)：該兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)用作主設(shè)備并且對用作從設(shè)備（slave)的兩足步行機(jī)器 人的步行執(zhí)行主從式控制，該兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)包括：加重檢測單元，檢測由操作者 的右腿和左腿分別施加到地面的加重；目標(biāo)ZMP計算單元，計算當(dāng)兩足步行機(jī)器人產(chǎn)生具 有所檢測到的右腿加重與左腿加重的比例的加重時的目標(biāo)ZMP;以及控制單元，依照所計 算出的目標(biāo)ZMP控制兩足步行機(jī)器人。根據(jù)此方面，操作者可以直觀地控制兩足步行機(jī)器 人的右腿加重和左腿加重，并且可以通過簡單的結(jié)構(gòu)實施系統(tǒng)，就如同上述兩足步行機(jī)器 人控制方法一樣。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的上述方面，可以提供一種能夠使得采用簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)器人的直 觀操作的兩足步行機(jī)器人控制方法以及兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)。
[0015] 根據(jù)在下文中所給出的詳細(xì)說明和附圖將更全面地理解本發(fā)明的以上的和其他 目的、特征以及優(yōu)點，在下文中所給出的詳細(xì)說明和附圖僅以示例的方式給出，并且因此不 應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
【附圖說明】
[0016] 圖1是根據(jù)此實施例的主從式控制系統(tǒng)的示意圖；
[0017] 圖2是示出了根據(jù)此實施例的穩(wěn)定化處理的概念的圖；
[0018] 圖3是示出了根據(jù)此實施例的主從式控制系統(tǒng)的處理的流程圖；
[0019] 圖4是示出了緩沖器更新位置與操作延遲和穩(wěn)定性之間的關(guān)系的圖；
[0020] 圖5是示出了根據(jù)此實施例的著陸確定的圖；
[0021] 圖6是示出了根據(jù)此實施例的提起確定的圖；
[0022] 圖7是示出了操作者的步行的軌跡的圖；
[0023] 圖8是示出了從操作者的一個腿的提起到著陸的游走腿時段的圖像的圖；
[0024] 圖9是示出了根據(jù)此實施例的游走腿時段的上限和下限的圖；
[0025] 圖10是示出了用于根據(jù)此實施例的游走腿軌跡的生成的參數(shù)的圖；
[0026] 圖11是示出了根據(jù)此實施例的目標(biāo)腿位置/姿勢的更新的示例的圖；
[0027] 圖12是示出了根據(jù)此實施例的目標(biāo)ZMP的更新的示例的圖；
[0028] 圖13是示出了根據(jù)此實施例的實驗結(jié)果的圖；
[0029] 圖14是示出了根據(jù)此實施例的實驗結(jié)果的圖；
[0030] 圖15是示出了預(yù)見（preview)控制增益的示例的圖；
[0031] 圖16是示出了根據(jù)此實施例的機(jī)器人的直觀操作的圖像的圖；
[0032] 圖17是示出了根據(jù)此實施例的機(jī)器人的直觀操作的圖像的圖；
[0033] 圖18是示出了根據(jù)此實施例的機(jī)器人的障礙物避免的圖像的圖；以及
[0034] 圖19是示出了根據(jù)此實施例的坐下的操作者控制機(jī)器人的示例的圖。
【具體實施方式】
[0035] 在下文中將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)注意，在下面的實施例中僅 出于示意的目的給出了具體的數(shù)值等，并且除非特別指明否則這些值不限于此。此外，在下 面的說明和附圖中，為了使得說明簡要，適當(dāng)?shù)厥÷浴⒖s短以及簡化了對本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言明顯的事項等。
[0036] 〈1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)〉
[0037] 在下文中參照圖1描述根據(jù)此實施例的主從式控制系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。圖1是根據(jù)此 實施例的主從式控制系統(tǒng)1的示意圖。
[0038] 主從式控制系統(tǒng)1包括兩足步行機(jī)器人3(在下文中，還簡稱為"機(jī)器人"）、一對 測力板4、多個動作（motion)捕捉裝置5、以及測量PC(個人計算機(jī)）6。主從式控制系統(tǒng)1 用作兩足步行機(jī)器人控制系統(tǒng)。
[0039] 包括測力板4、動作捕捉裝置5、以及測量PC6的單元對應(yīng)于主從式控制中的主設(shè) 備裝置2。機(jī)器人3對應(yīng)于主從式控制中的從設(shè)備裝置。
[0040] 一對測力板4由通過將左腳放置在一個測力板4上而右腳放置在另一個測力板4 上而站立在其上的操作者所使用。從而，一對測力板4中的每個檢測由操作者的右腳和左 腳中的每個的腳底施加到地面的加重。當(dāng)在地面上檢測到來自操作者的腳底的加重時，一 對測力板4中的每個生成指示加重量的信息的加重信息，并且將該加重信息傳送到測量PC 6。測量PC6將從測力板4所接收到的加重信息傳送到機(jī)器人3。從而，機(jī)器人3可以根據(jù) 由從測力板4中的每個所傳送的加重信息所指示的加重量，識別出由操作者的右腳和左腳 分別地施加到地面的加重量。
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