JP2002355783A - コミュニケーションロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 肩関節３０Ｒおよび３０Ｌ，上腕３２Ｒおよ
び３２Ｌ，前腕３６Ｒおよび３６Ｌなどにタッチセンサ
を設ける。人が肩や腕に触れると触れた個所のタッチセ
ンタがオン状態になる。すると、首関節４０が制御され
てタッチセンサがオン状態の個所、つまり人が触れた個
所を見るように頭部４２が変位される。 【効果】 触れられたことを認識していることを人に知
らせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コミュニケーション
ロボットに関し、特にたとえば、触覚を備えたコミュニ
ケーションロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボットには、触覚を備えたもの
が存在した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のロボッ
トでは触覚を使って触られたことを知覚してもそれを人
に伝える手段を備えておらず、せっかく触れても人はロ
ボットが触られたことを知覚しているかどうか知ること
ができなかった。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、触
られたことをロボットが知覚できたことを人に知らせる
ことができる、コミュニケーションロボットを提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、アクション
を用いてコミュニケーションを図るコミュニケーション
ロボットであって、胴体、胴体上に首関節を介して取り
付けられた頭部、コミュニケーションロボットの任意の
箇所に設けられた複数のタッチセンサ、および首関節を
制御して、オン状態のタッチセンサの方向に向くように
頭部を変位させる頭部変位手段を備える、コミュニケー
ションロボットである。

【０００６】

【作用】この発明においては、人がコミュニケーション
ロボットに触れると、タッチセンサがオン状態になって
人が触れたことを検知する。すると、座標算出手段は肩
関節や可動腕の位置およびロボットの各部位の大きさか
らオン状態のタッチセンサがある箇所、つまり人が触れ
た箇所の３次元座標を求める。そして、頭部変位手段は
首関節を制御して座標算出手段が求めた３次元座標が示
す箇所、つまり人が触れた箇所に頭部が向くようにす
る。

【０００７】好ましい実施例では、タッチセンサがオン
状態になると、腕変位手段が肩関節および肘関節を制御
して、たとえば手を上げて上げた手を左右に振り、さら
に音声発生手段が「なぁ〜に」という音声を発生させ
る。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、人がコミュニケーシ
ョンロボットに触れると、タッチセンサがそれを検知
し、触れられた箇所の方向に頭部が向く。したがって、
コミュニケーションロボットが触れられたことを認識し
ていることを人に伝えることができ、ロボットと人との
コミュニケーションが図れる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の全体構成を示しており、同図
を参照して、この実施例のコミュニケーションロボット
（以下、単に「ロボット」ということがある。）１０
は、台車１２を含み、この台車１２の下面には、このロ
ボット１０を自律移動させる車輪１４が設けられる。こ
の車輪１４は、車輪モータ（図３において参照番号「７
０」で示す。）によって駆動され、台車１２すなわちロ
ボット１０を前後左右任意の方向に動かすことができ
る。なお、図示しないが、この台車１２の前面には、衝
突センサ（図２において、参照番号「７４」で示す。）
が取り付けられ、この衝突センサは、台車１２への人や
他の障害物の接触を検知する。そして、ロボット１０の
移動中に障害物との接触を検知すると、直ちに車輪１４
の駆動を停止してロボット１０の移動を急停止させて衝
突を未然に防ぐ。

【００１１】なお、ロボット１０の背の高さは、この実
施例では、人、特に子供に威圧感をあたえることがない
ように、１００ｃｍ程度とされている。ただし、この背
の高さは任意に変更可能である。

【００１２】台車１２の上には、多角形柱のセンサ取付
パネル１６が設けられ、このセンサ取付パネル１６の各
面には、超音波距離センサ１８が取り付けられる。この
超音波距離センサ１８は、取付パネル１６すなわちロボ
ット１０の周囲の主として人との間の距離を計測するも
のである。

【００１３】台車１２の上には、さらに、下部が上述の
取付パネル１６に囲まれて、ロボット１０の胴体が直立
するように取り付けられる。この胴体は下部胴体２０と
上部胴体２２とから構成され、これら下部胴体２０およ
び上部胴体２２は、連結部２４によって、連結される。
連結部２４には、図示しないが、昇降機構が内蔵されて
いて、この昇降機構を用いることによって、上部胴体２
２の高さすなわちロボット１０の高さを変化させること
ができる。昇降機構は、後述のように、腰モータ（図３
において参照番号「６８」で示す。）によって駆動され
る。上で述べたロボット１０の身長１００ｃｍは、上部
胴体２２をそれの最下位置にしたときの値である。した
がって、ロボット１０の身長は１００ｃｍ以上にするこ
とができる。

【００１４】上部胴体２２のほぼ中央には、１つの全方
位カメラ２６と、１つのマイク２８とが設けられる。全
方位カメラ２６は、ロボット１０の周囲を撮影するもの
で、後述の眼カメラ４６と区別される。マイク２８は、
周囲の音、とりわけ人の声を取り込む。

【００１５】上部胴体２２の両肩には、それぞれ、肩関
節３０Ｒおよび３０Ｌによって、上腕３２Ｒおよび３２
Ｌが取り付けられる。肩関節３０Ｒおよび３０Ｌは、そ
れぞれ３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節３０Ｒ
は、Ｘ軸，Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれの軸廻りにおいて
上腕３２Ｒの角度を制御できる。Ｙ軸は、上腕３２Ｒの
長手方向（または軸）に並行な軸であり、Ｘ軸およびＺ
軸は、そのＹ軸に、それぞれ異なる方向から直交する軸
である。肩関節３０Ｌは、Ａ軸，Ｂ軸およびＣ軸のそれ
ぞれの軸廻りにおいて上腕３２Ｌの角度を制御できる。
Ｂ軸は、上腕３２Ｌの長手方向（または軸）に並行な軸
であり、Ａ軸およびＣ軸は、そのＢ軸に、それぞれ異な
る方向から直交する軸である。

【００１６】上腕３２Ｒおよび３２Ｌのそれぞれの先端
には、肘関節３４Ｒおよび３４Ｌを介して、前腕３６Ｒ
および３６Ｌが取り付けられる。肘関節３４Ｒおよび３
４Ｌは、それぞれ、Ｗ軸およびＤ軸の軸廻りにおいて、
前腕３６Ｒおよび３６Ｌの角度を制御できる。

【００１７】なお、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前
腕３６Ｒおよび３６Ｌ（いずれも図１）の変位を制御す
るＸ，Ｙ，Ｘ，Ｗ軸およびＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ軸では、「０
度」がホームポジションであり、このホームポジション
では、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよ
び３６Ｌは下方向に向けられる。

【００１８】また、図示しないが、上部胴体２２の肩関
節３０Ｒおよび３０Ｌを含む肩の部分や上述の上腕３２
Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌには、
それぞれ、タッチセンサが設けられていて、これらのタ
ッチセンサは、人がロボット１０のこれらの部位に接触
したかどうかを検知する。これらのタッチセンサも図３
において参照番号７２で包括的に示す。

【００１９】前腕３６Ｒおよび３６Ｌのそれぞれの先端
には、手に相当する球体３８Ｒおよび３８Ｌがそれぞれ
固定的に取り付けられる。なお、この球体３８Ｒおよび
３８Ｌに代えて、この実施例のロボット１０と異なり指
の機能が必要な場合には、人の手の形をした「手」を用
いることも可能である。

【００２０】上部胴体２２の中央上方には、首関節４０
を介して、頭部４２が取り付けられる。この首関節４０
は、３つの自由度を有し、Ｓ軸，Ｔ軸およびＵ軸の各軸
廻りに角度制御可能である。Ｓ軸は首から真上に向かう
軸であり、Ｔ軸およびＵ軸は、それぞれ、このＳ軸に対
して異なる方向で直交する軸である。頭部４２には、人
の口に相当する位置に、スピーカ４４が設けられ、目に
相当する位置に眼カメラ４６が設けられる。スピーカ４
４は、ロボット１０が、それの周囲の人に対して音声ま
たは声によってコミュニケーションを図るために用いら
れる。眼カメラ４６は、ロボット１０に接近した人の顔
や他の部分を撮影してその映像信号を取り込む。ただ
し、スピーカ４４は、ロボット１０の他の部位たとえば
胴体に設けられてもよい。

【００２１】なお、上述の全方位カメラ２６および眼カ
メラ４６のいずれも、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのよう
に個体撮像素子を用いるカメラであってよい。

【００２２】図２は図１のロボット１０とは異なる構成
のロボット１０の主要部の上面を示しており、上部胴体
２２は、前面２２ａ，背面２２ｂ，右側面２２ｃ，左側
面２２ｄ，上面２２ｅおよび底面２２ｆを含み、右側面
２２ｃおよび左側面２２ｄは表面が斜め前方に向くよう
に形成してもよい。つまり、前面２２ａの横幅が背面２
２ｂの横幅よりも短く、上部胴体２２を上から見た形状
が台形になるように形成される。このような場合、ロボ
ット１０の腕は肩関節３０Ｒおよび３０Ｌが支持部８０
Ｒおよび８０Ｌを介して右側面２２ｃおよび左側面２２
ｄに取り付けられる。なお、支持部８０Ｒおよび８０Ｌ
の表面はそれぞれ右側面２２ｃおよび左側面２２ｄと平
行である。上述したように上腕３２ＲはＹ軸廻りに回動
可能であり、上腕３２ＬはＢ軸廻りに回動が可能である
が、上腕３２Ｒおよび上腕３２Ｌの回動範囲は、支持部
８０Ｒおよび８０Ｌの表面（取り付け面）によって規制
される。このため、上腕３２Ｒおよび３２Ｌが取り付け
面を超えて回動することはない。

【００２３】図２から分かるように、上腕３２Ｒの基端
である肩関節３０Ｒと上腕３２Ｌの基端である肩関節３
０Ｌとを結ぶ線Ｌ１と右側面２２ｃ（取り付け面）とが
なす角度θ１は、０°＜θ１＜９０°の条件を満たす。
上述の結線Ｌ１と左側面２２ｄとがなす角度θ２もま
た、０°＜θ２＜９０°の条件を満たす。結線Ｌ１はロ
ボット１０の前方向と直交しているため、右側面２２ｃ
に垂直なＸ軸と前方向とがなす角度θ３は“１８０°−
θ１”に等しく、左側面２２ｄに垂直なＡ軸と前方向と
がなす角度θ４も“１８０°−θ２”に等しい。なお、
角度θ１およびθ２の各々は、好ましくは３０°≦θ１
≦７０°および３０°≦θ２≦７０°の条件を満たすの
がよい。さらに、上腕３２Ｒおよび３２Ｌの各々の長さ
を２３０ｍｍとし、前腕３６Ｒおよび３６Ｌの長さを２
３５ｍｍとし、そしてＹ軸とＢ軸との間の距離を５１８
ｍｍとした場合、角度θ１およびθ２は６０°とするこ
とが好ましい。このとき、角度θ３およびθ４は１２０
°となる。

【００２４】このようにすれば、上腕３２Ｒおよび３２
Ｌは前方を越えてより内側まで回動できるので、たとえ
Ｗ軸およびＤ軸による腕の自由度がなくてもロボット１
０の腕は前方で交差できる。したがって、腕の自由度が
少ない場合でも正面に位置する人と抱き合うなどの密接
なコミュニケーションを図ることができる。

【００２５】図１に示すロボット１０の制御系の構成が
図３のブロック図に示される。図３に示すように、この
ロボット１０は、全体の制御のためにマイクロコンピュ
ータまたはＣＰＵ５０を含み、このＣＰＵ５０には、バ
ス５２を通して、メモリ５４，モータ制御ボード５６，
センサ入力／出力ボード５８および音声入力／出力ボー
ド６０が接続される。

【００２６】メモリ５４は、図示しないが、ＲＯＭやＲ
ＡＭを含み、ＲＯＭにはこのロボット１０の制御プログ
ラムが予め書き込まれているとともに、スピーカ４４か
ら発生すべき音声または声の音声データが格納されてい
る。ＲＡＭは、一時記憶メモリとして用いられるととも
に、ワーキングメモリとして利用され得る。

【００２７】モータ制御ボード５６は、たとえばＤＳＰ
(Digital Signal Processor)で構成され、各腕や頭部の
各軸モータを制御する。すなわち、モータ制御ボード５
６は、ＣＰＵ５０からの制御データを受け、右肩関節３
０ＲのＸ，ＹおよびＺ軸のそれぞれの角度を制御する３
つのモータと右肘関節３４Ｒの軸Ｗの角度を制御する１
つのモータとの計４つのモータ（図３ではまとめて、
「右腕モータ」として示す。）６２の回転角度を調節す
る。また、モータ制御ボード５６は、左肩関節３０Ｌの
Ａ，ＢおよびＣ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモ
ータと左肘関節３４ＬのＤ軸の角度を制御する１つのモ
ータとの計４つのモータ（図３ではまとめて、「左腕モ
ータ」として示す。）６４の回転角度を調節する。モー
タ制御ボード５６は、また、頭部４２のＳ，ＴおよびＵ
軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータ（図２では
まとめて、「頭部モータ」として示す。）６６の回転角
度を調節する。モータ制御ボード５６は、また、腰モー
タ６８、および車輪１４を駆動する２つのモータ（図３
ではまとめて、「車輪モータ」として示す。）７０を制
御する。

【００２８】なお、この実施例の上述のモータは、車輪
モータ７０を除いて、制御を簡単化するためにそれぞれ
ステッピングモータまたはパルスモータであるが、車輪
モータ７０と同様に、直流モータであってよい。

【００２９】センサ入力／出力ボード５８も、同様に、
ＤＳＰで構成され、各センサやカメラからの信号を取り
込んでＣＰＵ５０に与える。すなわち、超音波距離セン
サ１８の各々からの反射時間に関するデータがこのセン
サ入力／出力ボード５８を通して、ＣＰＵ５０に入力さ
れる。また、全方位カメラ２６からの映像信号が、必要
に応じてこのセンサ入力／出力ボード５８で所定の処理
が施された後、ＣＰＵ５０に入力される。眼カメラ４６
からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ５０に与えられ
る。なお、この図３では、図１で説明したタッチセンサ
は、まとめて「タッチセンサ７２」として表され、それ
らのタッチセンサ７２からの信号がセンサ入力／出力ボ
ード５８を介して、ＣＰＵ５０に与えられる。

【００３０】なお、スピーカ４４には音声入力／出力ボ
ード６０を介して、ＣＰＵ５０から、合成音声データが
与えられ、それに応じて、スピーカ４４からはそのデー
タに従った音声または声が出力される。そして、マイク
２８からの音声入力が、音声入力／出力ボード６０を介
して、ＣＰＵ５０に取り込まれる。

【００３１】この実施例のロボット１０は、触覚機能を
備えておりボディーを触られると、その触られた箇所の
方向に頭部を向けることによって、ロボット１０が触ら
れたことを認識していることを人に伝える。この動作を
図４に示すフローを用いて説明する。

【００３２】まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ５０
は、タッチセンサからの信号をセンサ入力／出力ボード
５８から読み込み、ステップＳ３においてタッチセンサ
からの値が「タッチセンサのオン」を示しているタッチ
センサが存在するかどうか判断する。ステップＳ３でオ
ン状態のタッチセンサが存在しないと判断すると処理を
終了する。一方、ステップＳ３でオン状態のタッチセン
サが存在すると判断するとステップＳ５に進む。

【００３３】ステップＳ５では、ロボット１０の各部位
の関節の角度データをモータ制御ボード５６から読み出
し、続くステップＳ７ではロボット１０の各部位の大き
さデータをメモリ５４から読み出す。

【００３４】そして、ステップＳ９では、大きさデータ
および関節の角度データからオン状態のタッチセンサが
ある３次元座標（α，β，γ）を算出する。続くステッ
プＳ１１ではロボット１０の頭部４２が首関節４０を用
いてオン状態のタッチセンサがある３次元座標（α，
β，γ）の方向を向くような図１のＳ軸廻りの回転角度
ｓ、Ｔ軸廻りの回転角度ｔ、Ｕ軸廻りの回転角度ｕを算
出する。

【００３５】ステップＳ１３では、ロボット１０の頭部
を人の触った箇所を見るように傾ける。具体的には、Ｓ
軸の回転角度を調整するモータに角度「ｓ」を与え、Ｔ
軸の回転角度を調整するモータに角度「ｔ」を与え、Ｕ
軸の回転角度を調整するモータに角度「ｕ」を与え、残
りのモータにはすべて角度「０」を与える。したがっ
て、このステップＳ１３では、ロボット１０の頭部４２
がＳ軸を中心として角度ｓだけ、Ｔ軸を中心として角度
ｔだけ、Ｕ軸を中心として角度ｕだけそれぞれ回転さ
れ、オン状態のタッチセンサがある方向を向く。

【００３６】つぎに、ステップＳ１５からステップＳ１
９では、ロボットが右手を上げて手を左右に振る。つま
り、まず、ステップＳ１５では、Ｘ軸の回転角度を調整
するモータに角度「１８０」を与え、残りのモータには
すべて角度「０」を与える。したがって、ステップＳ１
５では、ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度
「１８０」だけ回転され、右手を上に上げる。つぎに、
ステップＳ１７では、Ｘ軸の回転角度を調整するモータ
に角度「１８０」を与え、Ｚ軸の回転角度を調整するモ
ータに角度「３０」を与え、残りのモータにはすべて角
度「０」を与える。したがって、ステップＳ１７では、
ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度「１８０」
だけ回転され、かつＺ軸を中心として角度「３０」だけ
回転され、右手を上に上げた状態で右手を右に振る。そ
して、ステップＳ１９では、Ｘ軸の回転角度を調整する
モータに角度「１８０」を与え、Ｚ軸の回転角度を調整
するモータに角度「−３０」を与え、残りのモータには
すべて角度「０」を与える。したがって、ステップＳ１
７では、ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度
「１８０」だけ回転され、かつＺ軸を中心として角度
「−３０」だけ回転され、右手を上に上げた状態で右手
を左に振る。

【００３７】最後にステップＳ２１において、ＣＰＵ５
０は、メモリ５４から、音声入出力ボード６０へ音声デ
ータを送る。したがって、スピーカ４４から合成音声
「なぁ〜に」が出力される。

【００３８】このように、人がロボット１０に触れる
と、ロボット１０の頭部４２が人の触れた箇所を見て、
右手を振るとともに「なぁ〜に」と応えるという行動を
する。このようにして、人がロボット１０に触れると、
ロボット１０が触れられたことを認識していることを伝
えることができるので、人とのコミュニケーションをよ
り深めることができる。

【００３９】また、ロボット１０が、触れたものを壊さ
ないようにする機構を備えていれば、ロボット１０が触
れた方向を見ることによって、人はロボット１０が触れ
た物を回避することが予測できるので、ロボット１０の
非常停止ボタンなどを不用意に押さなくても済むように
なる。

【００４０】なお、この発明の実施の形態は種々に変更
して適用してもよい。たとえば、上述の実施例では、タ
ッチセンサは上部胴体２２の肩関節３０Ｒおよび３０Ｌ
を含む肩の部分，上腕３２Ｒおよび３２Ｌ，前腕３６Ｒ
および３６Ｌ，ならびに台車１２の前面に設けることと
したが、上部胴体２２の肩の部分，肩関節３０Ｒおよび
３０Ｌ，上腕３２Ｒおよび３２Ｌ，前腕３６Ｒおよび３
６Ｌ，台車１２のいずれかひとつにタッチセンサを設け
るようにしてもよい。また、上部胴体２２の全体にタッ
チセンサを設けるようにしてもよく、台車１２の全面に
タッチセンサを設けるようにしてもよい。さらに言え
ば、肘関節３４Ｒおよび３４Ｌなど、ロボット１０のど
の部位にタッチセンサを設けるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体構成を示す正面図で
ある。

【図２】この発明の一実施例の全体構成を示す上面図で
ある。

【図３】図１の実施例のブロック図である。

【図４】図１の実施例における動作の一部を説明するフ
ロー図である。

【符号の説明】

１０ …コミュニケーションロボット ２０ …下部胴体 ２２ …上部胴体 ３０Ｒ、３０Ｌ …肩関節 ３２Ｒ、３２Ｌ …上腕 ３４Ｒ、３４Ｌ …肘関節 ３６Ｒ、３６Ｌ …前腕 ４０ …首関節 ４２ …頭部 ４４ …スピーカ ５０ …ＣＰＵ ５４ …メモリ ５６ …モータ制御ボード ５８ …センサ入出力ボード ６０ …音声入出力ボード ６２ …右腕モータ ６４ …左腕モータ ６６ …頭部モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 崇行 京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２ 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信 研究所内 (72)発明者 小野 哲雄 京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２ 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信 研究所内 (72)発明者 石黒 浩 京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２ 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信 研究所内 Ｆターム(参考） 2C150 BA11 CA01 DA24 DA26 DA27 DA28 DF03 DF06 DF08 DF33 ED42 ED52 EE02 EF07 EF16 EF23 3C007 AS36 BS27 CS08 KS10 KS11 KS31 KS36 KS39 KT02 KT04 KX05 MT14 WA03 WA16 WB18 WB26 WC06 WC30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクションを用いてコミュニケーションを
   図るコミュニケーションロボットであって、 胴体、 前記胴体上に首関節を介して取り付けられた頭部、 前記コミュニケーションロボットの任意の箇所に設けら
   れた複数のタッチセンサ、および前記首関節を制御し
   て、オン状態の前記タッチセンサの方向に向くように頭
   部を変位させる頭部変位手段を備える、コミュニケーシ
   ョンロボット。
2. 【請求項２】オン状態の前記タッチセンサが存在する３
   次元座標を算出する座標算出手段をさらに備え、前記頭
   部変位手段は前記座標算出手段が算出した３次元座標の
   方向に前記頭部が向くように前記首関節を制御する、請
   求項１記載のコミュニケーションロボット。
3. 【請求項３】前記胴体上に肩関節を介して取り付けられ
   た上腕、前記上腕に肘関節を介して取り付けられた前
   腕、および前記タッチセンサのいずれかがオン状態にな
   ったときに、前記肩関節および前記肘関節の少なくとも
   一方を制御して前記上腕および前記前腕の少なくとも一
   方を変位させる腕変位手段をさらに備える、請求項１ま
   たは２記載のコミュニケーションロボット。
4. 【請求項４】前記タッチセンサのいずれかがオン状態に
   なったときに、音声を発生する音声発生手段をさらに備
   える、請求項１ないし３のいずれかに記載のコミュニケ
   ーションロボット。