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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023008500
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】ロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 5/00 20060101AFI20230112BHJP
【ＦＩ】
B25J5/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021112116
(22)【出願日】2021-07-06
(71)【出願人】
【識別番号】000191353
【氏名又は名称】新明工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村田 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】加藤 亮太
(72)【発明者】
【氏名】村尾 大樹
(72)【発明者】
【氏名】城山 吉隆
(72)【発明者】
【氏名】辻井 栄一郎
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707HS27
3C707JS07
3C707KS07
3C707KS16
3C707KS21
3C707KS31
3C707KS36
3C707KT01
3C707KT04
3C707KX02
3C707KX10
3C707LV15
3C707MT03
3C707WA15
3C707WL02
3C707WL06
(57)【要約】
【課題】
可動部材の先端が地面に接地した状態にて胴体の後方に移動させる動作と、その先端を地面から離したうえで胴体の前方に移動させる動作と、を繰返し実行することによって歩行するロボットであって、可動部材の先端に接地センサを備えることなく先端が地面に到達したか否かを判定できるロボットを提供する。
【解決手段】
ロボットの胴体に対して可動する可動部材の先端の移動先の情報を外界センサによって検知し、検知された情報に基づいて移動先の立体形状を取得し、取得された立体形状に基づいて目標位置を取得し、且つ目標位置へ可動部材の先端を移動させる。可動部材の先端が目標位置に到達したと判定したとき、可動部材を胴体に対して停止させる。
【選択図】図７
可動部材の先端が地面に接地した状態にて胴体の後方に移動させる動作と、その先端を地面から離したうえで胴体の前方に移動させる動作と、を繰返し実行することによって歩行するロボットであって、可動部材の先端に接地センサを備えることなく先端が地面に到達したか否かを判定できるロボットを提供する。
【解決手段】
ロボットの胴体に対して可動する可動部材の先端の移動先の情報を外界センサによって検知し、検知された情報に基づいて移動先の立体形状を取得し、取得された立体形状に基づいて目標位置を取得し、且つ目標位置へ可動部材の先端を移動させる。可動部材の先端が目標位置に到達したと判定したとき、可動部材を胴体に対して停止させる。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
胴体と、
前記胴体に対して可動する１つ又は複数の可動部材と、
前記可動部材を前記胴体に対して移動させるアクチュエータと、
前記可動部材の前記胴体に対する位置を取得する位置センサと、
前記可動部材の先端の移動先の情報を検知する外界センサと、
前記外界センサの出力信号に基づいて前記移動先の立体形状を取得し、取得された前記立体形状に基づいて目標位置を取得する目標位置取得手段と、
前記目標位置へ向けて前記可動部材の前記先端を移動させるようにアクチュエータを制御し、且つ前記位置センサの出力信号に基づいて前記可動部材の前記先端が前記目標位置に到達したと判定しときに前記可動部材を前記胴体に対して停止させるアクチュエータ制御手段と、
を有するロボット。
前記胴体に対して可動する１つ又は複数の可動部材と、
前記可動部材を前記胴体に対して移動させるアクチュエータと、
前記可動部材の前記胴体に対する位置を取得する位置センサと、
前記可動部材の先端の移動先の情報を検知する外界センサと、
前記外界センサの出力信号に基づいて前記移動先の立体形状を取得し、取得された前記立体形状に基づいて目標位置を取得する目標位置取得手段と、
前記目標位置へ向けて前記可動部材の前記先端を移動させるようにアクチュエータを制御し、且つ前記位置センサの出力信号に基づいて前記可動部材の前記先端が前記目標位置に到達したと判定しときに前記可動部材を前記胴体に対して停止させるアクチュエータ制御手段と、
を有するロボット。
【請求項2】
請求項１に記載のロボットであって、
前記可動部材は、脚であって、前記脚の先端が地面に接したことを感知する接地センサを有していないロボット。
前記可動部材は、脚であって、前記脚の先端が地面に接したことを感知する接地センサを有していないロボット。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のロボットであって、
前記目標位置取得手段は、
前記外界センサの出力信号に基づいて生成された映像を表示する映像表示手段と、
前記表示された映像を参照した操作者が所望する前記目標位置に係る情報を入力する入力手段と、
前記入力手段に入力された情報に基づいて前記操作者が所望する前記目標位置を特定する特定手段と、
を備えるロボット。
前記目標位置取得手段は、
前記外界センサの出力信号に基づいて生成された映像を表示する映像表示手段と、
前記表示された映像を参照した操作者が所望する前記目標位置に係る情報を入力する入力手段と、
前記入力手段に入力された情報に基づいて前記操作者が所望する前記目標位置を特定する特定手段と、
を備えるロボット。
【請求項4】
請求項１～３の何れか１つに記載のロボットであって、
前記可動部材は、
前記胴体から左前方へ延びる領域へ先端が到達可能な左前脚と、前記胴体から右前方へ延びる領域へ先端が到達可能な右前脚と、を含むロボット。
前記可動部材は、
前記胴体から左前方へ延びる領域へ先端が到達可能な左前脚と、前記胴体から右前方へ延びる領域へ先端が到達可能な右前脚と、を含むロボット。
【請求項5】
請求項４に記載のロボットであって、
前記外界センサは、
少なくとも、前記左前脚の前記先端が到達可能な領域と、前記右前脚の前記先端が到達可能な領域と、の情報を検知するロボット。
前記外界センサは、
少なくとも、前記左前脚の前記先端が到達可能な領域と、前記右前脚の前記先端が到達可能な領域と、の情報を検知するロボット。
【請求項6】
請求項４に記載のロボットであって、
前記可動部材は、
前記右前脚及び前記左前脚とは異なる追従脚を含み、
前記外界センサは、
少なくとも、前記左前脚の前記先端が到達可能な領域と、前記右前脚の前記先端が到達可能な領域と、の情報を検知し、
前記目標位置取得手段は、
前記追従脚に係る前記目標位置として、前記右前脚及び前記左前脚の一方に係る前記目標位置又はその近傍の位置を取得する、
ロボット。
前記可動部材は、
前記右前脚及び前記左前脚とは異なる追従脚を含み、
前記外界センサは、
少なくとも、前記左前脚の前記先端が到達可能な領域と、前記右前脚の前記先端が到達可能な領域と、の情報を検知し、
前記目標位置取得手段は、
前記追従脚に係る前記目標位置として、前記右前脚及び前記左前脚の一方に係る前記目標位置又はその近傍の位置を取得する、
ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットに関する。例えば、胴体に対して可動するアームを備えるロボット、又は胴体に対して可動する複数の脚を備える歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
歩行ロボットは、複数の脚の脚先の胴体に対する位置を制御することによって前進する。一般的には、接地脚移動動作と遊脚移動動作とを交互に実行してロボットが前進する。接地脚移動動作では、地面に接触している脚先を胴体に対して後ろ方向へ移動させる。遊脚移動動作では、脚先が地面に接触していない脚を胴体に対して前方向へ移動させたうえで地面に接地させる。
【0003】
加えて、この種の歩行ロボットは、脚先が地面に接触したことを検出するため、脚先に接地センサを備えている。接地センサは、力覚センサとも称呼され、例えば、ひずみゲージによって実現される。接地センサによれば、遊脚移動動作が完了したか否かを容易に判定できる（例えば、特許文献１参照）。
【0004】
しかしながら、脚先のそれぞれが接地センサを備えることは、歩行ロボットの製造コストが増加する原因となり得る。加えて、歩行ロボットが歩行を繰り返すことによって接地センサの故障及び顕著な劣化等が発生し、その結果として歩行ロボットが歩行を継続することが困難となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００５－１５３０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従って、脚先等、可動部材の先端に接地センサを備えることなく可動部材の先端が対象物又は地面に到達したか否かを判定することが可能なロボットが従来必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の１つの特徴によると、ロボットは、胴体、胴体に対して可動する１つ又は複数の可動部材を有している。アクチュエータが可動部材を胴体に対して移動させる。位置センサが可動部材の胴体に対する位置を取得する。外界センサが可動部材の先端の移動先の情報を検知する。
【0008】
目標位置取得手段は、外界センサの出力信号に基づいて移動先の立体形状を取得し、取得された立体形状に基づいて目標位置を取得する。アクチュエータ制御手段は、目標位置へ向けて可動部材の先端を移動させるようにアクチュエータを制御し、かつ位置センサの出力信号に基づいて可動部材の先端が目標位置に到達したと判定しときに可動部材を胴体に対して停止させる。
【0009】
可動部材は、例えば、胴体から延び且つ１つ又は複数の回転関節を含む脚によって構成される。アクチュエータは、例えば、回転関節の角度（回転角度）を変更するためのトルクを発生させるモータである。位置センサは、例えば、モータの実際の回転角度に関する情報を出力する回転角度センサである。外界センサは、例えば、赤外線深度センサである。
【0010】
目標位置取得手段は、可動部材の移動先の立体形状を、例えば、胴体における特定位置を原点とする３次元座標系の座標値の集合として取得する。この場合、目標位置は、この３次元座標系の座標値（目標座標値）として取得されても良い。アクチュエータ制御手段は、可動部材の先端が目標座標値によって表される位置に到達したときに稼働部材の移動を（一時的に）停止させる。
【0011】
従って、可動部材がセンサ等を備えることなく可動部材が移動先に到達したか否かを判定できる。可動部材が移動先に到達すると、可動部材が停止する。そのため例えば、ロボットの脚の移動動作（遊脚移動動作）から脚の動作を利用した胴体の移動動作（接地脚移動動作）への切換えを速やかに行うことができる。あるいはロボットのアームの対象目的物への移動動作を速やかに行うことができる。あるいは脚先が接地したことを検知する接地センサ（接触センサ）やアームの先端が目標物に接したことを検知する圧力センサ（接触センサ）を設けることなく、可動部材が目標位置に到達したことを判断する。そのため接触センサを設けないことで、接触センサが破損することを防止、あるいはロボットを安価にすることができる。
【0012】
本開示の他の特徴によると、可動部材は、脚である。脚の先端が地面に接したことを感知する接地センサを有していない。ロボットの脚が地面に接した際、通常、脚を介してロボットの重さが脚の先端部に加わる。そのため仮に脚の先端部に接地センサを設けていれば、大きな荷重が接地センサに加わる。しかし本特徴によれば、接地センサを有していない。そのため接地センサが破損する心配を避けることができる。
【0013】
本開示の他の特徴によると、目標位置取得手段は、映像表示手段、入力手段、及び特定手段を備える。映像表示手段は、外界センサの出力信号に基づいて生成された映像を表示する。入力手段は、表示された映像を参照した操作者が所望する目標位置に係る情報を入力するために用いられる。特定手段は、入力手段に入力された情報に基づいて操作者が所望する目標位置を特定する。
【0014】
本特徴において、例えば、可動部材の先端の移動先の立体形状を表す画像が映像表示手段によって表示される。本特徴によれば、操作者は、表示された立体形状に基づいて目標位置（目標接地位置）を適切に決定し、その目標位置を入力手段に入力することができるので、ロボットのより安定した移動（歩行）が可能となる。
【0015】
本開示の他の特徴によると、可動部材は、胴体から左前方へ延びる領域へ先端が到達可能な左前脚と、胴体から右前方へ延びる領域へ先端が到達可能な右前脚と、を含む。
【0016】
ロボットが、例えば、４脚歩行ロボットであれば、左前脚の後ろ側に左後脚があり、右前脚の後ろ側に右後脚がある。ロボットが６脚歩行ロボットであれば、左前脚の後ろ側に２本の脚（即ち、左中脚及び左後脚）があり、右前脚の後ろ側に２本の脚（即ち、右中脚及び右後脚）がある。
【0017】
本特徴において、外界センサは、少なくとも、左前脚の先端が到達可能な領域と、右前脚の先端が到達可能な領域と、の情報を検知するように構成されても良い。この場合、外界センサは、左前脚及び右前脚以外の可動部材の先端が到達可能な領域であって左前脚及び右前脚の先端が到達できない領域の情報は出力しなくても良い。換言すれば、外界センサは、左前脚及び右前脚の先端が到達可能な領域の情報のみを出力するように構成されても良い。更に、外界センサは、左前脚の先端が到達可能な領域の情報を出力するセンサと、右前脚の先端が到達可能な領域の情報を出力するセンサと、から構成されても良い。従って、外界センサとして、広範な領域の情報を取得できない安価なセンサを用いることができる。
【0018】
或いは、本態様において、可動部材は、右前脚及び左前脚とは異なる追従脚を含み、且つ、外界センサは、少なくとも、左前脚の先端が到達可能な領域と、右前脚の先端が到達可能な領域と、の情報を検知するように構成されても良い。この場合、目標位置取得手段は、追従脚のそれぞれに係る目標位置として、左前脚及び右前脚の一方に係る目標位置又はその近傍の位置を取得しても良い。
【0019】
この場合、追従脚の先端が到達する位置（即ち、目標位置）は、左前脚及び右前脚の何れか一方の先端が到達する位置と同一であるか、或いはその近傍の位置となる。従って、外界センサを利用して取得された立体形状に基づいて適切な場所が左前脚及び右前脚の先端の到達位置（即ち、目標位置）として特定されると、追従脚の先端もその適切な場所に到達することとなり、以て、ロボットのより安定した歩行が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本開示の実施形態に係るロボットの斜視図である。
【図2】ロボット及びロボットの歩行操作端末のブロック図である。
【図3】ロボットの脚先の到達可能領域、及び外界センサの検出領域を示した平面概略図である。
【図4】ロボットが備える脚のリンク及び回転関節を示した簡略図である。
【図5】ロボットが歩行する様子を示した平面概略図である。
【図6】外界センサの検出結果に基づいて生成された立体形状の例を示した図である。
【図7】ロボットの制御装置が実行する脚状態管理処理ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の１つ好ましい実施形態を、図１～図７を参照して下記に詳しく説明する。説明中の同じ参照番号は、重複する説明をしないが、同じ機能を有する同じ要素を意味する。本実施形態では、図１に示されるロボット１は、胴体２、並びに、胴体２に対して可動する可動部材である左前脚３、左中脚４、左後脚５、右前脚６、右中脚７及び右後脚８を備えている。即ち、ロボット１は６脚歩行ロボットである。
【0022】
ロボット１のブロック図である図２から理解されるように、ロボット１は、制御装置９、左方深度センサ１０、右方深度センサ１１、光学カメラ１２、ＩＭＵ１３、及び無線通信装置１４（１４ａ）を備えている。
【0023】
制御装置９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及び不揮発性メモリを備えたマイクロコンピュータを主要素として含んでいる。ＣＰＵは、所定のプログラム（ルーチン）を逐次実行することによってデータの読み込み、数値演算、及び演算結果の出力等を行う。ＲＡＭは、ＣＰＵによって参照されるデータを一時的に記憶する。不揮発性メモリは、ＲＯＭ、及びデータの書き換え可能なフラッシュメモリにより構成され、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムの実行時に参照されるルックアップテーブル（マップ）等を記憶する。
【0024】
左方深度センサ１０及び右方深度センサ１１は、胴体２の前端突出部に配設されている（図３参照）。左方深度センサ１０及び右方深度センサ１１のそれぞれは、周知のＴｏＦ（Time of Flight）方式の赤外線深度センサにより構成されている。左方深度センサ１０及び右方深度センサ１１は、便宜上、「外界センサ」とも総称される。外界センサは、所定の領域（検出領域）に対して赤外線を送信波として送信（照射）する送信部と、送信波が検出領域にある物標に反射して生じた反射波を受信する受信部と、を備えている。
【0025】
外界センサは、反射波を受信すると、送信波を送信してから反射波を受信するまでの時間差を送信波と受信波との位相差に基づいて取得し、その時間差に基づいて送信波を送信した方向にある物標との距離を取得する。外界センサは、ある方向（送信方向）へ送信波を送信し且つ送信方向にある物標との距離を取得する処理を、送信方向を検出領域に含まれる範囲において少しずつ変化させながら繰り返し実行する。
【0026】
左方深度センサ１０の検出領域は、図３における領域Ｒ１０によって示される。右方深度センサ１１の検出領域は、領域Ｒ１１によって示される。外界センサのそれぞれは、送信方向と、送信方向にある物標との距離と、の多数の組合せに関する情報（距離情報）を制御装置９へ出力する。
【0027】
制御装置９は、外界センサから受信した距離情報に基づいて検出領域の立体形状を胴体座標系における胴体座標（ｘ，ｙ，ｚ）の集合として取得する。胴体座標系は、胴体２の幾何学的中心が原点Ｏであり、胴体２に対して前後方向がｘ軸であり、左右方向がｙ軸であり、上下方向がｚ軸である直交座標系である。ｚ座標は、原点Ｏよりも上方において正の値となる。以下、胴体座標（ｘ，ｙ，ｚ）の集合として取得された立体形状は、「３次元マップ」とも称呼される。制御装置９は、３次元マップをＲＡＭに記憶する。
【0028】
領域Ｒ１０によって示される左方深度センサ１０の検出領域は、左前脚３の脚先の地面上の到達可能領域（具体的には、後述される領域Ｒ３）と重複している。この重複した領域は、後述される接地点追従法によって後に決定される左中脚４及び左後脚５の目標接地位置を含む可能性が高い領域でもある。同様に、領域Ｒ１１によって示される右方深度センサ１１の検出領域は、右前脚６の脚先の地面上の到達可能領域（具体的には、後述される領域Ｒ６）と重複している。この重複した領域は、後述される接地点追従法によって後に決定される右中脚７及び右後脚８の目標接地位置を含む可能性が高い領域でもある。
【0029】
光学カメラ１２は、外界センサと同様に胴体２の前端突出部に配設されている。光学カメラ１２は、外界センサのそれぞれの検出領域を含む胴体２の前方領域の映像（前方画像）を取得（撮影）し、前方画像を表す信号を制御装置９へ送信する。ＩＭＵ１３は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のそれぞれの方向の加速度であるｘ軸加速度Ａｘ、ｙ軸加速度Ａｙ及びｚ軸加速度Ａｚ、並びにｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のそれぞれの方向の回転速度（角速度）であるｘ軸角速度ωｘ、ｙ軸角速度ωｙ、ｚ軸角速度ωｚを検出する。ＩＭＵ１３によって検出されるこれらの値の組合せは、胴体移動値Ｍ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ）とも称呼される。ＩＭＵ１３は、周知の慣性計測装置により構成されている。
【0030】
無線通信装置１４（１４ａ）は、後述される歩行操作端末３０に含まれる無線通信装置１４（１４ｂ）とのデータ通信を行う。具体的には、無線通信装置１４（１４ａ）は制御装置９から入力された情報（データ）を無線通信装置１４（１４ｂ）へ送信する一方、無線通信装置１４（１４ｂ）から受信した情報を制御装置９へ出力する。
【0031】
左前脚３の簡略図である図４から理解されるように、左前脚３は、第１リンク３ａ、第２リンク３ｂ、第３リンク３ｃ及び基部３ｄを含んでいる。基部３ｄの一端は、胴体２に固結されている。基部３ｄの他端は、第１リンク３ａの一端と回転関節（第１関節）を介して互いに連結されている。第１リンク３ａの他端は、第２リンク３ｂの一端と回転関節（第２関節）を介して互いに連結されている。第２リンク３ｂの他端は、第３リンク３ｃの一端と回転関節（第３関節）を介して互いに連結されている。第３リンク３ｃの他端（即ち、左前脚３の先端）は、地面（接地面）と接するようになっている。
【0032】
第１関節の回転軸と、胴体座標系におけるｚ軸に対して垂直な平面（例えば、ｚ＝０によって表される平面であり、以下、「胴体水平面」とも称呼される。）と、のなす角度は４５°である。上面視において、第１関節の回転軸は胴体２から斜め前方に延在していて、第１関節の回転軸と、胴体座標系におけるｘ軸に対して垂直な平面（例えば、ｘ＝０によって表される平面であり、以下「胴体垂直面」とも称呼される。）と、のなす角度は３０°である。第２関節の回転軸及び第３関節の回転軸のそれぞれは、胴体水平面と平行である。第１関節の回転軸と、第２関節の回転軸と、は互いに垂直である。第２関節の回転軸と、第３関節の回転軸と、は互いに平行である。
【0033】
第１関節の回転角度（即ち、基部３ｄに対する第１リンク３ａの回転角度）である回転角度αは、モータ２０（モータ２０ａ）が発生させるトルクによって制御される（図２参照）。モータ２０は、周知のＤＣサーボモータによって構成されている。第２関節の回転角度（即ち、第１リンク３ａに対する第２リンク３ｂの回転角度）である回転角度βは、モータ２０（モータ２０ｂ）が発生させるトルクによって制御される。第３関節の回転角度（即ち、第２リンク３ｂに対する第３リンク３ｃの回転角度）である回転角度γは、モータ２０（モータ２０ｃ）が発生させるトルクによって制御される。モータ２０のそれぞれは、便宜上、「アクチュエータ」とも称呼される。
【0034】
角度センサ２１（角度センサ２１ａ）は、左前脚３の第１関節の回転角度αを検出し、回転角度αを表す信号を制御装置９へ出力する。角度センサ２１は、周知のレゾルバ装置によって構成されている。角度センサ２１（角度センサ２１ｂ）は、左前脚３の第２関節の回転角度βを検出し、回転角度βを表す信号を制御装置９へ出力する。角度センサ２１（角度センサ２１ｃ）は、左前脚３の第３関節の回転角度γを検出し、回転角度γを表す信号を制御装置９へ出力する。角度センサ２１のそれぞれは、便宜上、「位置センサ」とも称呼される。
【0035】
以下、回転角度α、回転角度β及び回転角度γの組合せは、回転角度Ｌ（α，β，γ）とも称呼される。制御装置９は、回転角度Ｌ、並びに第１リンク３ａ～第３リンク３ｃの長さ及び第１関節の回転軸と胴体垂直面とのなす角度等に基づき、周知の方法により左前脚３の脚先の胴体座標である脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得（算出）する。
【0036】
ロボット１が「基準状態」であるときの左前脚３の脚先が到達可能な地面上の領域（即ち、左前脚３の先端の移動先となり得る範囲）は、図３の領域Ｒ３により簡略化して示されている。基準状態は、ロボット１が平坦で水平な地面を走行していて、且つ、胴体２が地面に対して水平であって地面と胴体重心Ｇｂとの距離が所定の基準距離Ｄｓである状態である。胴体重心Ｇｂは、胴体２の質量中心であり、本実施形態において、胴体２の幾何学的中心（即ち、胴体座標系における原点Ｏ）に略等しい。領域Ｒ３から理解されるように、左前脚３は、先端が胴体２から左前方へ延びる領域へ到達可能に構成されている。
【0037】
図１に示す左中脚４、左後脚５、右前脚６、右中脚７及び右後脚８のそれぞれは、左前脚３と同様の構成を有している。左中脚４は、第１リンク４ａ、第２リンク４ｂ及び第３リンク４ｃを含んでいる。左中脚４の第１関節の回転軸は、胴体２から真横に延在している。即ち、左中脚４の第１関節の回転軸は胴体垂直面に対して垂直である。制御装置９は、左中脚４が備えるモータ２０（モータ２０ｄ、モータ２０ｅ及びモータ２０ｆ）を制御することにより、左中脚４の回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。加えて、制御装置９は、角度センサ２１（角度センサ２１ｄ、角度センサ２１ｅ及び角度センサ２１ｆ）によって検出された実際の回転角度Ｌ（α，β，γ）に基づいて左中脚４の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得する。ロボット１が基準状態にある場合における左中脚４の脚先の地面上の到達可能領域は、図３の領域Ｒ４により簡略化して示されている。
【0038】
左後脚５は、第１リンク５ａ、第２リンク５ｂ及び第３リンク５ｃを含んでいる。左後脚５の第１関節の回転軸は、上面視において斜め後方に延在していて、左後脚５の第１関節の回転軸と、胴体垂直面と、のなす角度は３０°である。制御装置９は、左後脚５が備えるモータ２０（モータ２０ｇ、モータ２０ｈ及びモータ２０ｉ）を制御することにより、左後脚５の回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。加えて、制御装置９は、角度センサ２１（角度センサ２１ｇ、角度センサ２１ｈ及び角度センサ２１ｉ）によって検出された実際の回転角度Ｌ（α，β，γ）に基づいて左後脚５の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得する。ロボット１が基準状態にある場合における左後脚５の脚先の地面上の到達可能領域は、領域Ｒ５により簡略化して示されている。
【0039】
右前脚６は、第１リンク６ａ、第２リンク６ｂ及び第３リンク６ｃを含んでいる。右前脚６の第１関節の回転軸は、上面視において斜め前方に延在していて、右前脚６の第１関節の回転軸と、胴体垂直面と、のなす角度は３０°である。制御装置９は、右前脚６が備えるモータ２０（モータ２０ｊ、モータ２０ｋ及びモータ２０ｍ）を制御することにより、右前脚６の回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。加えて、制御装置９は、角度センサ２１（角度センサ２１ｊ、角度センサ２１ｋ及び角度センサ２１ｍ）によって検出された実際の回転角度Ｌ（α，β，γ）に基づいて右前脚６の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得する。ロボット１が基準状態にある場合における右前脚６の脚先の地面上の到達可能領域は、領域Ｒ６により簡略化して示されている。
領域Ｒ６から理解されるように、右前脚６は、先端が胴体２から右前方へ延びる領域へ到達可能に構成されている。
領域Ｒ６から理解されるように、右前脚６は、先端が胴体２から右前方へ延びる領域へ到達可能に構成されている。
【0040】
右中脚７は、第１リンク７ａ、第２リンク７ｂ及び第３リンク７ｃを含んでいる。右中脚７の第１関節の回転軸は、胴体２から真横に延在している。即ち、右中脚７の第１関節の回転軸は胴体垂直面に対して垂直である。制御装置９は、右中脚７が備えるモータ２０（モータ２０ｎ、モータ２０ｐ及びモータ２０ｑ）を制御することにより、右中脚７の回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。加えて、制御装置９は、角度センサ２１（角度センサ２１ｎ、角度センサ２１ｐ及び角度センサ２１ｑ）によって検出された実際の回転角度Ｌ（α，β，γ）に基づいて右中脚７の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得する。ロボット１が基準状態にある場合における右中脚７の脚先の地面上の到達可能領域は、領域Ｒ７により簡略化して示されている。
【0041】
右後脚８は、第１リンク８ａ、第２リンク８ｂ及び第３リンク８ｃを含んでいる。右後脚８の第１関節の回転軸は、上面視において斜め後方に延在していて、右後脚８の第１関節の回転軸と、胴体垂直面と、のなす角度は３０°である。制御装置９は、右後脚８が備えるモータ２０（モータ２０ｒ、モータ２０ｓ及びモータ２０ｔ）を制御することにより、右後脚８の回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。加えて、制御装置９は、角度センサ２１（角度センサ２１ｒ、角度センサ２１ｓ及び角度センサ２１ｔ）によって検出された実際の回転角度Ｌ（α，β，γ）に基づいて右後脚８の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）を取得する。ロボット１が基準状態にある場合における右後脚８の脚先の地面上の到達可能領域は、領域Ｒ８により簡略化して示されている。
【0042】
歩行操作端末３０は、無線通信装置１４（１４ｂ）、操作制御装置３１、ディスプレイ３２及び入力装置３３を含んでいる。操作制御装置３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及び不揮発性メモリを含む汎用コンピュータによって構成されている。ディスプレイ３２に表示される画像は、操作制御装置３１によって制御される。入力装置３３は、キーボード及びマウスを含んでいる。入力装置３３は、操作者が入力装置３３に対して行った操作を表す信号を操作制御装置３１へ出力する。
【0043】
後述されるように、ロボット１の歩行時、操作者が入力装置３３を操作して「次接地脚」の目標接地位置を操作制御装置３１に入力すると、操作制御装置３１は入力された次接地脚の目標接地位置を表す情報を制御装置９へ無線通信装置１４（１４ａ及び１４ｂ）経由で送信する。次接地脚は、左前脚３及び右前脚６の一方であって次に脚先が地面に接触（接地）する脚である。目標接地位置は、単に、「目標位置」とも称呼される。
【0044】
例えば、左前脚３が次接地脚である場合、操作者は、左前脚３が接地する位置を目標接地位置として操作制御装置３１に入力する。入力された左前脚３の目標接地位置が制御装置９に送信されると、制御装置９は、その目標接地位置に左前脚３の脚先が接地（到達）するように左前脚３～右後脚８のそれぞれの回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。次いで、操作者が右前脚６（即ち、新たな次接地脚）の目標接地位置を操作制御装置３１に入力すると、制御装置９は、その目標接地位置に右前脚６の脚先が接地するように左前脚３～右後脚８のそれぞれの回転角度Ｌ（α，β，γ）を制御する。
【0045】
制御装置９によるロボット１の歩行制御について、より詳細に説明する。ロボット１が歩行しているとき、制御装置９は、左前脚３～右後脚８のそれぞれの制御モード（制御状態）を管理している。制御モードは第１制御モード～第４モードの何れかに分類される。
【0046】
第１制御モードは、接地している脚先を地面から離して所定の脚先待機位置Ｌｓまで移動させる制御状態である。脚先が脚先待機位置Ｌｓにある場合における回転角度Ｌ（α，β，γ）の組合せは、脚先待機位置Ｌｓ（αｓ，βｓ，γｓ）によって表される。第２制御モードは、脚先が脚先待機位置Ｌｓにある状態にて待機する制御状態である。
【0047】
第３制御モードは、脚先を脚先待機位置Ｌｓから目標接地位置まで移動させる制御状態である。第１制御モード～第３制御モードにある脚の脚先を、地面から離して胴体２に対して前方向へ移動させたうえで地面に接地させる動作は、「遊脚移動動作」とも称呼される。
【0048】
第４制御モードは、脚先が地面に設置している状態にて脚先を胴体２に対して前方から後方へ移動させる制御状態である。換言すれば、左前脚３～右後脚８の内の第４制御モードにある脚（以下、「接地移動脚」とも称呼される。）の脚先移動によって胴体２が前進する。接地移動脚が地面に接地している脚先を胴体２に対して後ろ方向へ移動させる動作は、「接地脚移動動作」とも称呼される。
【0049】
制御装置９は、左前脚３～右後脚８のそれぞれの制御モードを管理するため、「脚状態管理処理」を所定の制御周期Δｔが経過する毎に実行する。制御装置９は、脚状態管理処理の実行時、左前脚３～右後脚８のそれぞれが制御モードの後述される遷移条件が成立しているか否かを判定し、且つ遷移条件が成立している脚の制御モードを変更する。
【0050】
制御モードが第１制御モードから第２制御モードに切替わるための条件（第２制御モードへの遷移条件）は、脚先が脚先待機位置Ｌｓ（αｓ，βｓ，γｓ）に到達したときに成立する。左前脚３及び右前脚６の制御モードが第２制御モードから第３制御モードに切替わるための条件（第３制御モードへの遷移条件）は、操作者によって目標接地位置が入力されたときに成立する。一方、左前脚３及び右前脚６以外の脚の第３制御モードへの遷移条件は、胴体２に対して前方に隣接する脚の脚先が自脚の到達可能領域（この場合、地面より上の立体領域）に含まれるようになったときに成立する。以下、左前脚３及び右前脚６以外の脚（即ち、左中脚４、左後脚５、右中脚７及び右後脚８）は、「追従脚」とも称呼される。例えば、左中脚４の胴体２に対して前方に隣接する脚は、左前脚３である。
【0051】
制御モードが第３制御モードから第４制御モードに切替わるための条件（第４制御モードへの遷移条件）は、脚先が目標接地位置に到達したときに成立する。左前脚３、左中脚４、右前脚６及び右中脚７の制御モードが第４制御モードから第１制御モードに切替わるための条件（第１制御モードへの遷移条件）は、胴体２に対して前方に隣接する脚の脚先と、胴体２に対して左右反対側の脚の脚先と、が共に接地したときに成立する。例えば、左中脚４の胴体２に対して左右反対側の脚は、右中脚７である。一方、左後脚５の第１制御モードへの遷移条件は、右後脚８の脚先が接地したときに成立する。同様に、右後脚８の第１制御モードへの遷移条件は、左後脚５の脚先が接地したときに成立する。
【0052】
制御装置９による左前脚３～右後脚８の制御について、より具体的に説明する。制御装置９は、ロボット１が歩行するとき、左前脚３、右中脚７及び左後脚５のそれぞれの脚先が接地している状態と、右前脚６、左中脚４及び右後脚８のそれぞれの脚先が接地している状態と、が交互に現れるように左前脚３～右後脚８を制御する。以下、左前脚３、右中脚７及び左後脚５は「第１脚群」とも総称され、右前脚６、左中脚４及び右後脚８は「第２脚群」とも総称される。換言すれば、制御装置９は、第１脚群の全てが第４制御モードにある状態と、第２脚群の全てが第４制御モードにある状態と、が交互に出現するようにモータ２０のそれぞれを制御する。
【0053】
加えて、制御装置９は、ロボット１が歩行するとき、胴体重心Ｇｂが、上面視において「支持三角形」に含まれるように胴体２を移動させる。第１脚群の全てが第４制御モードにあるとき、支持三角形は、第１脚群のそれぞれの脚先を頂点とする三角形である。第２脚群の全てが第４制御モードにあるとき、支持三角形は、第２脚群のそれぞれの脚先を頂点とする三角形である。胴体水平面への胴体重心Ｇｂの投影点が、この平面に投影された支持三角形（即ち、２次元座標系における三角形）に含まれていると、胴体重心Ｇｂが上面視において支持三角形に含まれているといえる。
【0054】
更に、制御装置９は、ロボット１が歩行するとき、追従脚の目標接地位置を「接地点追従法」により決定する。接地点追従法は、追従脚の目標接地位置として「胴体２に対して前方に隣接する脚」の接地位置の近傍位置を取得する目標接地位置の決定方法である。
【0055】
例えば、制御装置９は、「追従脚である左中脚４の目標接地位置」として「左中脚４の胴体２に対して前方に隣接する脚である左前脚３の接地位置の後ろ側に隣接する位置」を取得する。同様に、制御装置９は、「追従脚である右後脚８の目標接地位置」として「右後脚８の胴体２に対して前方に隣接する脚である右中脚７の接地位置の後ろ側に隣接する位置」を取得する。
【0056】
ロボット１の歩行に伴う胴体重心Ｇｂの移動、及び接地点追従法によって決定される追従脚の目標接地位置について、図５を参照しながら具体的に説明する。図５において、黒丸は脚先が接地した直後の接地位置を示し、白丸は脚先が地面から離れる直前の接地位置を示している。換言すれば、ある時点において黒丸により示された脚先位置は、その後、胴体２に対して後方に移動して白丸により示される脚先位置に変化する。図５における胴体位置２ａは、第１脚群の脚先が接地して状態にて胴体２が前進し、更に、第２脚群の脚先が新たに接地した状態にある胴体２の位置を示している。
【0057】
従って、胴体位置２ａにある胴体２から延びる第１脚群の脚先は白丸によって示され、第２脚群の脚先は黒丸によって示されている。具体的には、左前脚３、右中脚７及び左後脚５のそれぞれの脚先は、白丸である点ＰＬ１１、点ＰＲ２１、点ＰＬ３１によって示される。一方、右前脚６、左中脚４及び右後脚８のそれぞれの脚先は、黒丸である点ＰＲ１１、点ＰＬ２１、点ＰＲ３１によって示される。
【0058】
左中脚４の接地点である点ＰＬ２１は、左前脚３の接地点である点ＰＬ１１の後ろ側に隣接する位置である。加えて、右後脚８の接地点である点ＰＲ３１は、右中脚７の接地点である点ＰＲ２１の後ろ側に隣接する位置である。即ち、追従脚である左中脚４及び右後脚８の接地点が、接地点追従法によって決定されている。
【0059】
換言すれば、左前脚３の脚先が胴体２に対して移動して左中脚４の到達可能領域（例えば、左前脚３の脚先が図３の領域Ｒ３と領域Ｒ４とが互いに重複する領域）に到達した後、左中脚４の脚が接地する。同様に、右中脚７の脚先が胴体２に対して移動して右後脚８の到達可能領域（例えば、領域Ｒ７と領域Ｒ８とが互いに重複する領域）に到達した後、左中脚４の脚が接地する。
【0060】
胴体２が胴体位置２ａに到達する直前のタイミング（即ち、第１脚群の脚先が接地し且つ第２脚群の脚先が未だ接地していないとき）における支持三角形は、三角形Ｓａによって示される。図５から理解されるように、この時点おいて胴体重心Ｇｂは、上面視において三角形Ｓａに含まれている。
【0061】
その後、第２脚群の脚先が胴体２に対して後方に移動し、更に、第１脚群の脚先が新たに接地した状態にある胴体２の位置が胴体位置２ｂによって示される。第２脚群の脚先が胴体２に対して後方に移動した結果、胴体２は、胴体位置２ａによって示される位置から胴体位置２ｂによって示される位置まで移動（前進）している。
【0062】
このとき、右前脚６、左中脚４及び右後脚８のそれぞれの脚先は、白丸である点ＰＲ１１、点ＰＬ２１、点ＰＲ３１によって示される。一方、左前脚３、右中脚７及び左後脚５のそれぞれの脚先は、黒丸によって示される新たな接地点である点ＰＬ１２、点ＰＲ２２、点ＰＬ３２によって示される。
【0063】
右中脚７の接地点である点ＰＲ２２は、右前脚６の接地点である点ＰＲ１１の後ろ側に隣接する位置である。加えて、左後脚５の接地点である点ＰＬ３２は、左中脚４の接地点である点ＰＬ２１の後ろ側に隣接する位置である。即ち、追従脚である右中脚７及び左後脚５の接地点が、接地点追従法によって決定されている。
【0064】
胴体２が胴体位置２ｂに到達する直前のタイミング（即ち、第２脚群の脚先が接地し且つ第１脚群の脚先が未だ接地していないとき）における支持三角形は、三角形Ｓｂによって示される。図５から理解されるように、この時点おいて胴体重心Ｇｂは、上面視において三角形Ｓｂに含まれている。
【0065】
更に、第１脚群の脚先が胴体２に対して後方に移動し、更に、第２脚群の脚先が新たに接地した状態にある胴体２の位置が胴体位置２ｃによって示される。第１脚群の脚先が胴体２に対して後方に移動した結果、胴体２は、胴体位置２ｂによって示される位置から胴体位置２ｃによって示される位置まで移動している。
【0066】
このとき、左前脚３、右中脚７及び左後脚５のそれぞれの脚先は、白丸である点ＰＬ１２、点ＰＲ２２、点ＰＬ３２によって示される。一方、右前脚６、左中脚４及び右後脚８のそれぞれの脚先は、黒丸によって示される新たな接地点である点ＰＲ１２、点ＰＬ２２、点ＰＲ３２によって示される。
【0067】
左中脚４の接地点である点ＰＬ２２は、左前脚３の接地点である点ＰＬ１２の後ろ側に隣接する位置である。加えて、右後脚８の接地点である点ＰＲ３２は、右中脚７の接地点である点ＰＲ２２の後ろ側に隣接する位置である。即ち、追従脚である左中脚４及び右後脚８の接地点が、接地点追従法によって決定されている。
【0068】
胴体２が胴体位置２ｃに到達する直前のタイミング（即ち、第１脚群の脚先が接地し且つ第２脚群の脚先が未だ接地していないとき）における支持三角形は、三角形Ｓｃによって示される。図５から理解されるように、この時点おいて胴体重心Ｇｂは、上面視において三角形Ｓｃに含まれている。
【0069】
以上の説明をまとめると、操作者が次接地脚の目標接地位置を入力すると、制御装置９は、次接地脚が属する脚群（即ち、第１脚群及び第２脚群の一方）の追従脚の目標接地位置を接地点追従法に基づいて決定する。加えて、制御装置９は、その脚群の目標接地位置によって特定される新たな支持三角形に上面視において胴体重心Ｇｂが含まれるように胴体重心Ｇｂの目標位置である目標重心位置Ｇｔ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を決定する。目標重心位置Ｇｔは胴体座標系における座標によって表される。更に、制御装置９は、胴体重心Ｇｂが目標重心位置Ｇｔに接近するように左前脚３～右後脚８のモータ２０（モータ２０ａ～モータ２０ｔ）を制御する。
【0070】
胴体重心Ｇｂを目標重心位置Ｇｔに接近させるため、制御装置９は、制御周期Δｔが経過する毎に「目標重心位置取得処理」、「胴体移動値取得処理」及び「脚先移動値取得処理」を順に実行する。次いで、制御装置９は、左前脚３～右後脚８の内の第２制御モード以外の制御モードにある脚のそれぞれに対して「脚先速度取得処理」及び「脚先移動処理」を順に実行する。以下、第２制御モード以外の制御モードにある脚（即ち、制御モードが第１制御モード、第３制御モード及び第４制御モードの何れかである脚）は、「動作脚」とも称呼される。
【0071】
目標位置取得処理は、目標重心位置Ｇｔを取得（決定又は更新）する処理である。操作者によって次接地脚の目標接地位置が入力された後、最初に目標位置取得処理が実行されると、制御装置９は、次接地脚が属する脚群の追従脚の目標接地位置を接地点追従法に基づいて決定する。即ち、制御装置９は、新たな支持三角形を特定する。目標接地位置の胴体座標は、目標脚先位置Ｆｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）とも称呼される。換言すれば、制御装置９は、次接地脚が属する脚群の３つの目標脚先位置Ｆｔを取得する。
【0072】
より具体的に述べると、制御装置９は、追従脚の目標接地位置として「その追従脚の胴体２に対して前方に隣接する脚の接地位置（先行接地位置）」の後ろ側に隣接する位置を取得する。このとき、制御装置９は、先行接地位置の周辺の３次元マップを参照しながら追従脚の目標接地位置を取得する（３次元マップの具体的な取得方法は後述される）。例えば、先行接地位置が胴体２に対して後方になるほど低地となる傾斜した地面上にあれば、追従脚の目標脚先位置Ｆｔのｚ座標は、先行接地位置のｚ座標よりも小さくなる。このように、追従脚の目標脚先位置Ｆｔを取得するときに３次元マップに基づいて追従脚の目標脚先位置Ｆｔのｚ座標を調整する処理は、「追従脚位置調整処理」とも称呼される。
【0073】
次接地脚が属する脚群の３つの目標脚先位置Ｆｔが取得されると、制御装置９は、その支持三角形に上面視において胴体重心Ｇｂが含まれるように目標重心位置Ｇｔを決定する。
【0074】
その後、操作者によって新たな次接地脚の目標接地位置が入力されるまでの期間において目標位置取得処理が実行されると、制御装置９は、目標重心位置Ｇｔを更新する。より具体的に述べると、制御装置９は、目標位置取得処理が前回実行されてから現時点までの期間における胴体２の移動量（移動した距離及び回転量）を、その期間においてＩＭＵ１３によって検出された１つ又は複数の胴体移動値Ｍに基づいて取得する。次いで、制御装置９は、取得された胴体２の移動量に基づいて次接地脚の脚群の目標脚先位置Ｆｔ（即ち、新たな支持三角形の頂点の座標）を更新する。換言すれば、胴体２の移動に伴って目標接地位置（即ち、地面上の特定の位置）の相対位置（即ち、胴体座標）が変化すると、制御装置９は、その目標接地位置の相対位置を新たな目標脚先位置Ｆｔとして取得する。更に、制御装置９は、更新された支持三角形の頂点の座標に基づいて目標重心位置Ｇｔを決定する。
【0075】
胴体移動値取得処理は、現時点から制御周期Δｔが経過するまで期間における胴体２の移動量の目標値である目標胴体移動値ΔＣ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ，Δφ，Δψ，Δθ）を取得する処理である。目標胴体移動値ΔＣは、制御周期Δｔ経過後の胴体重心Ｇｂの胴体座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）並びに制御周期Δｔ経過後の胴体２のｘ軸周りの回転角度Δφ、ｙ軸周りの回転角度Δψ及びｚ軸周りの回転角度Δθの組合せによって表される。
【0076】
制御装置９は、胴体重心Ｇｂが目標重心位置Ｇｔに接近し且つロボット１の状態が基準状態に近づくように目標胴体移動値ΔＣを取得する。このとき、制御装置９は、制御周期Δｔが経過するまでの胴体２の移動距離が所定の目標移動速度相関値と等しくなり且つΔφ、Δψ及びΔθのそれぞれの大きさが所定の回転上限値を超えないように目標胴体移動値ΔＣを取得する。
【0077】
脚先移動値取得処理は、制御周期Δｔが経過した時点における接地移動脚のそれぞれの回転角度Ｌである脚先移動角度Ｌｄ（αｄ，βｄ，γｄ）を取得する処理である。制御装置９は、脚先移動値取得処理の実行時、胴体２が目標胴体移動値ΔＣによって表される移動及び回転をした場合における接地移動脚の脚先位置Ｆである脚先移動値Ｆｄ（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）を取得する。次いで、制御装置９は、接地移動脚の脚先位置Ｆが脚先移動値Ｆｄ（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）である場合における回転角度Ｌを脚先移動角度Ｌｄとして取得する。
【0078】
脚先速度取得処理は、動作脚のそれぞれの目標脚先速度Ｒｔ（ωａ，ωｂ，ωｃ）を取得する処理である。角速度ωａは、第１関節の回転角度αの単位時間当たりの変化量の目標値である。角速度ωｂは、第２関節の回転角度βの単位時間当たりの変化量の目標値である。角速度ωｃは、第３関節の回転角度γの単位時間当たりの変化量の目標値である。
【0079】
第１制御モードである動作脚の目標脚先速度Ｒｔは、回転角度Ｌ（α，β，γ）が脚先待機位置Ｌｓに接近し且つ脚先が所定の遊脚速度にて移動するように取得される。第３制御モードである動作脚の目標脚先速度Ｒｔは、回転角度Ｌが目標脚先位置Ｆｔに接近し且つ脚先が遊脚速度にて移動するように取得される。第４制御モードである動作脚（即ち、接地移動脚）の目標脚先速度Ｒｔは、制御周期Δｔが経過した時点における回転角度Ｌが脚先移動角度Ｌｄとなるように取得される。
【0080】
脚先移動処理は、動作脚のそれぞれの回転角度α、回転角度β及び回転角度γの単位時間あたりの変化量（即ち、角速度）の組合せが目標脚先速度Ｒｔと等しくなるように、モータ２０（モータ２０ａ～モータ２０ｔ）を制御する処理である。制御装置９は、脚先移動処理の実行時、角度センサ２１（角度センサ２１ａ～２１ｔ）の検出値（即ち、実際の回転角度Ｌ（α，β，γ））を参照しながらモータ２０を制御する。即ち、制御装置９は、フィードバック制御を行う。
【0081】
次に、制御装置９が実行する３次元マップを取得する処理、及び操作者が３次元マップを参照しながら次接地脚の目標接地位置（即ち、目標脚先位置Ｆｔ）を操作制御装置３１に入力する方法について説明する。制御装置９は、「マップ取得処理」を所定の更新周期が経過する毎に実行する。マップ取得処理は、外界センサから受信した距離情報に基づいて３次元マップを生成し且つ更新する処理である。
【0082】
制御装置９は、マップ取得処理の実行時、マップ取得処理が前回実行されてから現時点までの期間における胴体２の移動量（移動した距離及び回転量）を、その期間においてＩＭＵ１３によって検出された１つ又は複数の胴体移動値Ｍに基づいて取得する。次いで、制御装置９は、取得された胴体２の移動量に基づいて３次元マップの構成する胴体座標のそれぞれを更新する。
【0083】
具体的には、胴体２の前進に伴って３次元マップを構成する胴体座標によって表される位置が胴体２に対して後方に移動すると（即ち、胴体２に対する相対位置が変化すると）、制御装置９は、３次元マップを構成する胴体座標としてその新たな相対位置を取得する。その結果、制御装置９は、外界センサの検出領域よりも胴体２に対して後方の領域の３次元マップを保持することとなる。換言すれば、追従脚の脚先の到達可能領域の大部分は外界センサの検出領域に含まれていないにも拘らず、制御装置９は、追従脚の目標接地位置の３次元マップを保持している。
【0084】
更に、制御装置９は、マップ取得処理の実行時、マップ取得処理を前回実行してから現時点までの期間において外界センサから距離情報を受信していれば、外界センサの検出領域の３次元マップを生成する。具体的には、制御装置９は、外界センサのそれぞれの胴体２における取付け位置及び角度等に基づいて距離情報に含まれる送信波の送信方向と、その送信方向にある物標上の点（対象物標点）との距離と、の組合せのそれぞれを対象物標点の胴体座標に変換する。
【0085】
なお、制御装置９は、距離情報を胴体座標に変換するとき、周知の手法によりノイズ除去を行う。具体的には、制御装置９は、ローパスフィルタを用いて距離情報の時間的な変化における高周波ノイズの除去を行う。加えて、制御装置９は、メディアンフィルタを用いてある対象物標点に対応する値（即ち、対象物標点までの距離）を、対象物標点の周囲の点に対応する値の中央値に変換することによって対象物標点の位置の変化における高周波ノイズの除去を行う。
【0086】
従って、外界センサの検出領域に対応する領域に係る３次元マップは、外界センサから最後に受信した距離情報に基づいて生成されている。一方、外界センサの検出領域よりも胴体２に対して後方にある領域の３次元マップは、外界センサから過去に受信した距離情報に基づいて生成されている。
【0087】
マップ取得処理が終了すると、制御装置９は、外界センサの検出領域に含まれる３次元マップを表す情報を、光学カメラ１２によって取得された前方画像を表す情報と共に操作制御装置３１へ送信する。操作制御装置３１は、制御装置９から受信した情報に基づいて前方画像、及び３次元マップ（即ち、外界センサの出力信号に基づいて生成された映像）をディスプレイ３２に表示する。
【0088】
【0089】
本例において、領域３２ａに表示された前方画像には、ロボット１の前方にある平坦で平らな地面４０、並びに地面４０上の突起物４１～突起物４６が含まれている。突起物４１は、斜めに切断された円柱形体を有している。突起物４２～突起物４６のそれぞれは、比較的薄い円柱形体を有している。
【0090】
領域３２ａに含まれる領域Ｒｂは、左方深度センサ１０の検出領域を示している。従って、地面４０の内の領域Ｒｂに含まれる領域の立体形状が３次元マップとして領域３２ｂに表示される。同様に、領域３２ａに含まれる領域Ｒｃは、右方深度センサ１１の検出領域を示している。従って、地面４０の内の領域Ｒｃに含まれる領域の立体形状が３次元マップとして領域３２ｃに表示される。具体的には、突起物４１の全体及び突起物４２の一部が領域Ｒｂに含まれているので、それらの立体形状が領域３２ｂに表示される。同様に、突起物４５及び突起物４６の全体が領域Ｒｃに含まれているので、それらの立体形状が領域３２ｃに表示される。
【0091】
操作制御装置３１は、領域３２ｂ及び領域３２ｃに含まれる３次元マップを構成する胴体座標のそれぞれをｚ座標が大きくなるほど濃い点（ピクセル）として表示する。具体的には、領域３２ｂ及び領域３２ｃにおいて地面４０は白色の領域として表示される。一方、領域３２ｂ及び領域３２ｃに表示される突起物を構成するピクセルのそれぞれは、地面４０と比較して高い位置にあるほど濃くなる色が付されている。
【0092】
上述したように、領域３２ｂに対応する左方深度センサ１０の検出領域は、左前脚３の地面上の接地可能領域と重複している。この重複した領域の大部分は、後に左中脚４及び左後脚５の地面上の接地可能領域とも重複している。同様に、領域３２ｃに対応する右方深度センサ１１の検出領域は、右前脚６の地面上の接地可能領域と重複している。この重複した領域の大部分は、後に右中脚７及び右後脚８の地面上の接地可能領域とも重複している。
【0093】
従って、操作者は、領域３２ｂ及び領域３２ｃに表示された３次元マップを参照することによって、左前脚３及び右前脚６のそれぞれの目標接地位置として適切な場所（例えば、平坦な箇所）を選択することができる。操作者が、左前脚３及び右前脚６の目標接地位置として適切な場所を選択すると、その場所の近傍（胴体２に対して後方に隣接する位置）が追従脚の目標接地位置となる。
【0094】
操作者は、入力装置３３のマウスを操作してディスプレイ３２上のマウスポインタを次接地脚の目標接地位置に相当する位置まで移動させた後、マウスのボタンをクリックすることにより次接地脚の目標接地位置を操作制御装置３１に入力する。操作制御装置３１は、入力された次接地脚の目標接地位置に相当する位置に記号Ｔｐを表示させると共に目標接地位置に関する情報（目標位置情報）を制御装置９へ送信する。
【0095】
制御装置９は、操作制御装置３１から受信した目標位置情報に基づいて次接地脚の目標接地位置の胴体座標（即ち、目標脚先位置Ｆｔ）を取得する。その後、ロボット１の歩行（即ち、胴体２の前進）に伴い目標位置取得処理によって次接地脚の目標脚先位置Ｆｔが更新されると、制御装置９は、３次元マップを表す情報を操作制御装置３１へ送信するときに更新された目標脚先位置Ｆｔを表す情報も送信する。
【0096】
操作制御装置３１は、目標脚先位置Ｆｔを表す情報を受信すると、ディスプレイ３２に表示している記号Ｔｐを目標脚先位置Ｆｔに応じて移動させる。従って、ロボット１の歩行に伴って記号Ｔｐはディスプレイ３２における下方に移動する。操作者が入力した次接地脚（即ち、左前脚３及び右前脚６の一方）の目標接地位置に脚先が到達すると、操作者は、左前脚３及び右前脚６の他方の目標接地位置を入力する。
【0097】
（具体的作動）
次に、脚状態管理処理に係る制御装置９の具体的作動について、図７を参照しながら説明する。制御装置９のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）は、図７にフローチャートにより表された「脚状態管理処理ルーチン」を制御周期Δｔが経過する毎に実行する。
次に、脚状態管理処理に係る制御装置９の具体的作動について、図７を参照しながら説明する。制御装置９のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）は、図７にフローチャートにより表された「脚状態管理処理ルーチン」を制御周期Δｔが経過する毎に実行する。
【0098】
適当なタイミングとなると、ＣＰＵは、図７のステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、処理対象の脚を選択する。具体的には、ＣＰＵは、左前脚３～右後脚８の中から以下に説明する処理が実行されていない脚の１つを選択する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７１０に進み、選択された脚の制御モードが第１制御モードであるか否かを判定する。
【0099】
選択された脚の制御モードが第１制御モードであれば、ＣＰＵは、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１５に進み、選択された脚の上述した第２制御モードへの遷移条件が成立しているか否かを判定する。第２制御モードへの遷移条件が成立していれば、ＣＰＵは、ステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、選択された脚の制御モードを第２制御モードへ変更する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７６５に進む。
【0100】
一方、第２制御モードへの遷移条件が成立していなければ、ＣＰＵは、ステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７６５に直接進む。
【0101】
ステップ７６５にてＣＰＵは、左前脚３～右後脚８の全てに対して本ルーチンの処理が実行されたか否かを判定する。全ての脚に対して処理が実行されていなければ、ＣＰＵは、ステップ７６５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７０５に進み、左前脚３～右後脚８の内の未だ処理が実行されていない脚の１つを選択する。
【0102】
一方、左前脚３～右後脚８の全てに対して本ルーチンの処理が実行されていれば、ＣＰＵは、ステップ７６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンの処理を終了する。
【0103】
ステップ７１０の判定条件が成立していなければ（即ち、選択された脚の制御モードが第１制御モードでなければ）、ＣＰＵは、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７２５に進み、選択された脚の制御モードが第２制御モードであるか否かを判定する。選択された脚の制御モードが第２制御モードであれば、ＣＰＵは、ステップ７２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、選択された脚の上述した第３制御モードへの遷移条件が成立しているか否かを判定する。
【0104】
第３制御モードへの遷移条件が成立していれば、ＣＰＵは、ステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３５に進み、選択された脚の制御モードを第３制御モードへ変更する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７６５に進む。一方、第３制御モードへの遷移条件が成立していなければ、ＣＰＵは、ステップ７３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７６５に直接進む。
【0105】
ステップ７２５の判定条件が成立していなければ（即ち、選択された脚の制御モードが第２制御モードでなければ）、ＣＰＵは、ステップ７２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、選択された脚の制御モードが第３制御モードであるか否かを判定する。選択された脚の制御モードが第３制御モードであれば、ＣＰＵは、ステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、選択された脚の脚先が目標接地位置に到達しているか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、上述した第４制御モードへの遷移条件が成立しているか否かを判定する。
【0106】
具体的には、ＣＰＵは、選択された脚の脚先位置Ｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）が目標脚先位置Ｆｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）と実質的に一致しているか否かを判定する。ＣＰＵは、脚先位置Ｆと目標脚先位置Ｆｔとの距離（即ち、｛（ｘｔ－ｘｆ）2＋（ｙｔ－ｙｆ）2＋（ｚｔ－ｚｆ）2｝1/2によって表される値）が所定の距離閾値よりも小さければ、脚先位置Ｆと目標脚先位置Ｆｔとが実質的に一致していると判定する。
【0107】
第４制御モードへの遷移条件が成立していれば、ＣＰＵは、ステップ７４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７５０に進み、選択された脚の制御モードを第４制御モードへ変更する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７６５に進む。一方、第４制御モードへの遷移条件が成立していなければ、ＣＰＵは、ステップ７４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７６５に直接進む。
【0108】
ステップ７４０の判定条件が成立していなければ（即ち、選択された脚の制御モードが第４制御モードであれば）、ＣＰＵは、ステップ７４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７５５に進み、選択された脚の上述した第１制御モードへの遷移条件が成立しているか否かを判定する。
【0109】
第１制御モードへの遷移条件が成立していれば、ＣＰＵは、ステップ７５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進み、選択された脚の制御モードを第１制御モードへ変更する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７６５に進む。一方、第１制御モードへの遷移条件が成立していなければ、ＣＰＵは、ステップ７５５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７６５に直接進む。
【0110】
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１によれば左前脚３～右後脚８の脚先に接地状態を感知する接地センサを備えることなく脚先が目標接地位置に到達したか否かを判定することが可能となる。その結果、遊脚移動動作から接地脚移動動作への移行（即ち、第３制御モードから第４制御モードへの遷移）を速やかに行うことができる。具体的には、脚先を地面へ向けて移動させる動作を適切なタイミングにて停止し、脚先が地面に接した状態にて胴体２の後方へ移動させる動作に移行することが可能となる。
【0111】
加えて、追従脚の目標接地位置が接地点追従法によって決定されるので、操作者は、追従脚の目標接地位置を操作制御装置３１に入力する必要がない。換言すれば、操作者が次接地脚の目標接地位置として適した位置（例えば、地面における平坦な場所）を選択すれば、その適した位置が追従脚の目標接地位置としても選択される。従って、左方深度センサ１０及び右方深度センサ１１の検出領域に追従脚の目標接地位置が含まれていなくても（即ち、広範な検出領域を有するセンサが外界センサとして用いられなくても）、ロボット１の安定した歩行が実現される。
【0112】
本発明の形態を上記の構造を参照して説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの交代、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかである。従って本発明の形態は、添付された請求項の精神と目的を逸脱しない全ての交代、改良、変更を含み得る。例えば本発明の形態は、前記特別な構造に限定されず、下記のように変更が可能である。
【0113】
上記実施形態おけるロボット１は、可動部材として６本の脚（即ち、左前脚３～右後脚８）を有していた。これに代えて、ロボット１は、胴体２が移動するために対象物を把持するアームを備えていても良い。
【0114】
加えて、ロボット１は６脚歩行ロボットであった。これに代えて、ロボット１は、４脚歩行ロボットであっても良く、或いは、８脚歩行ロボットであっても良い。
【0115】
加えて、ロボット１の６本の脚のそれぞれは、３つの回転関節を備えていた。これに代えて、直動関節（スライド関節）及び／又は球状関節（ボールジョイント）を備える脚によって脚先の位置が制御されても良い。この場合、アクチュエータとしてモータ２０（即ち、電動モータ）に代わり、油圧シリンダ及び／又は油圧モータが用いられても良い。
【0116】
加えて、ロボット１は、位置センサ（角度センサ２１）としてレゾルバ装置を備えていた。これに代えて、光学式のロータリーエンコーダ装置が位置センサとして用いられても良い。
【0117】
加えて、ロボット１は、外界センサとして左方深度センサ１０及び右方深度センサ１１を備えていた。これに代えて、左前脚３及び右前脚６の接地可能領域の情報を検知する１つの赤外線深度センサを備えていても良い。或いは、外界センサとして、赤外線深度センサに代わりミリ波レーダ及び／又はステレオカメラが用いられても良い。
【0118】
加えて、ロボット１の歩行に際して操作者が歩行操作端末３０を用いて次接地脚の目標接地位置を入力していた。これに代えて、制御装置９が左方深度センサ１０、右方深度センサ１１及び光学カメラ１２から入力された情報に基づいて次接地脚の目標接地位置を自動的に決定しても良い。
【0119】
加えて、制御装置９は、追従脚の目標接地位置として胴体２に対して前方に隣接する脚（先行脚）の接地位置に隣接する位置を選択していた。これに代えて、制御装置９は、追従脚の目標接地位置として先行脚の接地位置と同一の位置を選択しても良い。この場合、制御装置９は、先行脚の脚先が地面から離れた後、その追従脚の脚先を地面に接地させる。
【0120】
加えて、制御装置９は、外界センサの検出領域よりも胴体２に対して後方の３次元マップを記憶していた。これに代えて、制御装置９は、左前脚３～右後脚８のそれぞれの目標接地位置周辺の領域の３次元マップのみを記憶しても良い。或いは、制御装置９は、外界センサの検出領域に対応する３次元マップのみを記憶しても良い。更に、上述した追従脚位置調整処理は割愛されても良い。
【0121】
加えて、制御装置９は、脚先移動処理（即ち、モータ２０のそれぞれの制御）を制御周期Δｔが経過する毎に実行していた。これに代えて、制御装置９は、脚先移動処理を制御周期Δｔよりも短い周期にて繰返し実行しても良い。
【符号の説明】
【0122】
１…ロボット
２…胴体
３…左前脚（可動部材）
３ａ…第１リンク
３ｂ…第２リンク
３ｃ…第３リンク
３ｄ…基部
４…左中脚（可動部材、追従脚）
５…左後脚（可動部材、追従脚）
６…右前脚（可動部材）
７…右中脚（可動部材、追従脚）
８…右後脚（可動部材、追従脚）
９…制御装置（目標位置取得手段、アクチュエータ制御手段、特定手段）
１０…左方深度センサ（外界センサ）
１１…右方深度センサ（外界センサ）
１２…光学カメラ
１４…無線通信装置
２０…モータ（アクチュエータ）
２１…角度センサ（位置センサ）
３０…歩行操作端末
３１…操作制御装置（特定手段）
３２…ディスプレイ（映像表示手段）
３３…入力装置（入力手段）
４１～４６…突起物
２…胴体
３…左前脚（可動部材）
３ａ…第１リンク
３ｂ…第２リンク
３ｃ…第３リンク
３ｄ…基部
４…左中脚（可動部材、追従脚）
５…左後脚（可動部材、追従脚）
６…右前脚（可動部材）
７…右中脚（可動部材、追従脚）
８…右後脚（可動部材、追従脚）
９…制御装置（目標位置取得手段、アクチュエータ制御手段、特定手段）
１０…左方深度センサ（外界センサ）
１１…右方深度センサ（外界センサ）
１２…光学カメラ
１４…無線通信装置
２０…モータ（アクチュエータ）
２１…角度センサ（位置センサ）
３０…歩行操作端末
３１…操作制御装置（特定手段）
３２…ディスプレイ（映像表示手段）
３３…入力装置（入力手段）
４１～４６…突起物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】