JP2003071775A

JP2003071775A - ロボット装置

Info

Publication number: JP2003071775A
Application number: JP2001268131A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ietoku; 隆史家徳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】内部に備える電池からの発熱を効率的に放熱
するとともに、発熱源から電池に対する熱伝導を効率的
に遮断する。【解決手段】ロボット装置１の内部構造体１０１にお
ける電池収納部１０４の断熱面１０８とメイン基板１０
５との間に空気断熱層１１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動電源を内部に
備えるロボット装置に関し、特に、駆動電源としての電
池の発熱を効率よく放射するとともに、内部の発熱源か
ら電池への熱伝導を遮断する構造を備えるロボット装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的又は磁気的な作用を用いて人間
（生物）の動作に似た運動を行う機械装置を「ロボッ
ト」という。我が国においてロボットが普及し始めたの
は、１９６０年代末からであるが、その多くは、工場に
おける生産作業の自動化・無人化等を目的としたマニピ
ュレータや搬送ロボット等の産業用ロボット（Industri
al Robot）であった。

【０００３】最近では、人間のパートナーとして生活を
支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な
場面における人的活動を支援する実用ロボットの開発が
進められている。このような実用ロボットは、産業用ロ
ボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面におい
て、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適
応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、
猫のように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作
を模した「ペット型」ロボット、或いは、２足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザ
インされた「人間型」又は「人間形」ロボット（Humano
id Robot）等の脚式移動ロボットは、既に実用化されつ
つある。これらの脚式移動ロボットは、動物や人間の容
姿にできるだけ近い外観形状を有し、産業用ロボットと
比較して動物や人間の動作に近い動作を行うことがで
き、さらにエンターテインメント性を重視した様々な動
作を行うことができるため、エンターテインメントロボ
ットと呼称される場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、エンターテ
インメントロボットでは、設計上の制約で電源として備
える電池が機器の内部に配置される場合がある。このよ
うなロボット装置では、ＬＳＩ、ＣＰＵ等の発熱源から
伝導する熱量と電池の充電又は放電による自己発熱量の
合計が放熱量よりも大きいと、電池の温度が上昇してし
まう。電池の温度が上昇すると、電池のサイクル特性が
低下し電池の寿命（繰り返し使用回数）を縮める原因と
なったり、電池特性が不安定になり機器の動作に不具合
が生じる原因となる。

【０００５】そのため、電池の温度が上昇した場合に
は、充電中であれば充電を一時停止したり、機器の動作
中であれば機器の電源をオフにして放電を停止したりす
る策が講じられていた。例えば、リチウムイオン電池等
では、放電中にバッテリパック内温度が６５℃を超えた
場合や、充電中にバッテリパック内の温度が６０℃を超
えた場合に、放電又は充電を一時停止して、バッテリパ
ック内温度が所定の温度以下になるまで待機するように
なっているため、機器の連続動作が中断されたり、充電
が中断されたりする弊害が生じていた。

【０００６】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、内部に備える電池からの
発熱を効率的に放熱するとともに、制御回路基板等の発
熱源から電池に対する熱伝導を効率的に遮断する放熱構
造及び断熱構造を備えるロボット装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係るロボット装置は、駆動電源として
の電池を内部に備えるロボット装置において、外筐体
と、発熱源と、電池の熱を放射する放熱面と断熱構造を
有する断熱面とを有する電池収納部とを備え、断熱面を
発熱源側に配置するとともに、断熱面と発熱源との間に
断熱手段と設けることを特徴としている。

【０００８】また、本発明に係るロボット装置におい
て、外筐体は、吸気及び排気のための開口部を備え、放
熱面は、開口部を有し、この開口部は、所定の開口率を
超えないように開口されていることが好ましい。

【０００９】また、本発明に係るロボット装置は、電池
から発生する熱を伝導し外部に直接放射する放熱手段を
有していてもよく、特に、放熱手段は、ヒートシンクや
ヒートパイプであることが好ましい。さらには、電池
は、断熱構造を有する断熱面と放熱構造を有する放熱面
とを有することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の具体例として示すロボッ
ト装置は、駆動電源としてのバッテリを内部に備えるロ
ボット装置において、外筐体と、制御回路基板等の発熱
源と、バッテリの熱を放射する放熱面と断熱構造を有す
る断熱面とを有する電池収納部とを備え、断熱面を発熱
源側に配置するとともに、断熱面と発熱源との間に断熱
手段と設けることによって、バッテリからの発熱を効率
的に放熱するとともに、制御回路基板からバッテリに対
する熱伝導を効率的に遮断することができるロボット装
置である。また、このロボット装置は、内部状態に応じ
て自律動作するロボット装置である。

【００１１】このロボット装置は、頭部と上肢と体幹部
と下肢とを備え、上肢及び下肢、又は下肢のみを移動手
段とする脚式移動ロボットである。脚式移動ロボットに
は、４足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模倣
したペット型ロボットや、下肢のみを移動手段として使
用する２足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模
倣したロボット装置があるが、本実施の形態として示す
ロボット装置は、４足歩行タイプの脚式移動ロボットで
ある。

【００１２】このロボット装置は、住環境その他の日常
生活上の様々な場面における人的活動を支援する実用ロ
ボットであり、内部状態（怒り、悲しみ、喜び、楽しみ
等）に応じて行動できるほか、４足歩行の動物が行う基
本的な動作を表出できるエンターテインメントロボット
である。

【００１３】このロボット装置は、特に、頭部、胴体
部、上肢部、下肢部等を有している。各部の連結部分及
び関節に相当する部位には、運動の自由度に応じた数の
アクチュエータ及びポテンショメータが備えられてお
り、制御部の制御によって目標とする動作を表出でき
る。

【００１４】さらに、ロボット装置は、周囲の状況を画
像データとして取得するための撮像部や、外部から受け
る作用を検出するための各種センサや、外部から受ける
物理的な働きかけ等を検出するための各種スイッチ等を
備えている。撮像部には、小型のＣＣＤ（Charge-Coupl
ed Device）カメラを使用する。センサには、角速度を
検出する角速度センサ、ＣＣＤカメラによって撮像され
た対象物までの距離を計測する距離センサ等がある。各
種スイッチには、主としてユーザによる接触を検出する
押下式スイッチ、ユーザからの操作入力が可能な操作ス
イッチ等がある。これら各種センサ及び各種スイッチ
は、ロボット装置外部又は内部の適切な箇所に設置され
ている。

【００１５】以下、本発明の具体例として示すロボット
装置について、図面を参照して説明する。

【００１６】本実施の形態では、ロボット装置１は、図
１に示すように、「動物」を模した形状のいわゆるペッ
ト型ロボットである。ロボット装置１は、胴体部ユニッ
ト２の前後左右に脚部ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ
が連結され、胴体部ユニット２の前端部に頭部ユニット
４が連結されて構成されている。また、胴体部ユニット
２の後端部には、尻尾部５が設けられている。

【００１７】胴体部ユニット２には、図２に示すよう
に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＤＲＡ
Ｍ（Dynamic Random Access Memory）１１、フラッシュ
ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＰＣ（Personal Com
puter）カードインターフェイス回路１３及び信号処理
回路１４が内部バス１５を介して相互に接続されること
により形成されたコントロール部１６と、このロボット
装置１の動力源としてのバッテリ１７とが収納されてい
る。また、胴体部ユニット２には、ロボット装置１の向
きや動きの加速度を検出するための角速度センサ１８及
び加速度センサ１９が収納されている。また、胴体部ユ
ニット２には、鳴き声等の音声又はメロディを出力する
ためのスピーカ２０が設けられている。

【００１８】また、胴体部ユニット２の尻尾部５には、
外部（ユーザ）からの入力を検出する機能として、操作
スイッチ２１が設けられている。本具体例では、例えば
「誉める」、「叱る」等に対応する操作入力が予め決め
らており、ユーザは、この操作スイッチ２１を介して、
これらを入力できるようになっている。

【００１９】頭部ユニット４には、外部の状況や対象物
の色、形、動き等を撮像するためのＣＣＤ（Charge Cou
pled Device）カメラ２２と、前方に位置する対象物ま
での距離を測定するための距離センサ２３と、外部音を
集音するためのマイク２４と、例えばＬＥＤ（Light Em
itting Diode）を備えた発光部２５等が、図１に示すよ
うに所定位置にそれぞれ配置されている。ただし、発光
部２５は、構成の説明等においては、必要に応じてＬＥ
Ｄ２５と示す。

【００２０】また、頭部ユニット４内部には、図１には
図示しないが、ユーザの頭部ユニット４に対する接触を
間接的に検出するための検出機構として頭部スイッチ２
６が備えられている。頭部スイッチ２６は、例えば、ユ
ーザの接触によって頭部が動かされた場合、その傾き方
向を検出できるスイッチであって、ロボット装置１は、
頭部スイッチ２６によって検出される頭部の傾き方向に
応じて、「誉められた」か「叱られた」かを認識してい
る。

【００２１】各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部分、各
脚部ユニット３Ａ〜３Ｄと胴体部ユニット２との連結部
分、頭部ユニット４と胴体部ユニット２との連結部分に
は、自由度数分のアクチュエータ２８_１〜２８_ｎ及びポ
テンショメータ２９_１〜２９ _ｎがそれぞれ配設されてい
る。アクチュエータ２８_１〜２８_ｎは、例えば、サーボ
モータを備えている。サーボモータの駆動により、脚部
ユニット３Ａ〜３Ｄが制御されて目標の姿勢、或いは動
作に遷移する。各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの先端の「肉
球」に相当する位置には、主としてユーザからの接触を
検出する検出機構としての肉球スイッチ２７Ａ〜２７Ｄ
が設けられ、ユーザによる接触等を検出できるようにな
っている。

【００２２】ロボット装置１は、このほかにも、ここで
は図示しないが、該ロボット装置１の内部状態とは別の
動作状態（動作モード）を表すための発光部や、充電
中、起動中、起動停止等、内部電源の状態を表す状態ラ
ンプ等を、適切な箇所に適宜備えていてもよい。

【００２３】ロボット装置１において、操作スイッチ２
１、頭部スイッチ２６、肉球スイッチ２７等の各種スイ
ッチ、角速度センサ１８、加速度センサ１９、距離セン
サ２３等の各種センサ、スピーカ２０、マイク２４、発
光部２５、各アクチュエータ２８_１〜２８_ｎ、各ポテン
ショメータ２９_１〜２９_ｎは、それぞれ対応するハブ３
０_１〜３０_ｎを介してコントロール部１６の信号処理回
路１４と接続されている。一方、ＣＣＤカメラ２２及び
バッテリ１７は、それぞれ信号処理回路１４と直接接続
されている。

【００２４】信号処理回路１４は、上述の各種スイッチ
から供給されるスイッチデータ、各種センサから供給さ
れるセンサデータ、画像データ及び音声データを順次取
り込み、これらをそれぞれ内部バス１５を介してＤＲＡ
Ｍ１１内の所定位置に順次格納する。また信号処理回路
１４は、これらデータとともにバッテリ１７から供給さ
れるバッテリ残量を表すバッテリ残量データを順次取り
込み、ＤＲＡＭ１１内の所定位置に格納する。

【００２５】このようにしてＤＲＡＭ１１に格納された
各スイッチデータ、各センサデータ、画像データ、音声
データ及びバッテリ残量データは、ＣＰＵ１０が当該ロ
ボット装置１の動作制御を行う際に使用される。

【００２６】ＣＰＵ１０は、ロボット装置１の電源が投
入された初期時において、フラッシュＲＯＭ１２に格納
された制御プログラムを読み出して、ＤＲＡＭ１１に格
納する。又は、ＣＰＵ１０は、図１に図示しない胴体部
ユニット２のＰＣカードスロットに装着された半導体メ
モリ装置、例えば、メモリカード３１に格納された制御
プログラムをＰＣカードインターフェイス回路１３を介
して読み出してＤＲＡＭ１１に格納する。

【００２７】ＣＰＵ１０は、上述のように信号処理回路
１４よりＤＲＡＭ１１に順次格納される各センサデー
タ、画像データ、音声データ、及びバッテリ残量データ
に基づいて自己及び周囲の状況や、ユーザからの指示及
び働きかけの有無を判断している。

【００２８】さらに、ＣＰＵ１０は、この判断結果とＤ
ＲＡＭ１１に格納した制御プログラムとに基づく行動を
決定する。ＣＰＵ１０は、当該決定結果に基づいてアク
チュエータ２８_１〜２８_ｎの中から必要とするアクチュ
エータを駆動することによって、例えば頭部ユニット４
を上下左右に振らせたり、各脚部ユニット３Ａ乃至３Ｄ
を駆動して歩行させたりする。また、ＣＰＵ１０は、必
要に応じて音声データを生成し、信号処理回路１４を介
してスピーカ２０に供給する。また、ＣＰＵ１０は、上
述の発光部２５におけるＬＥＤの点灯及び消灯を指示す
る信号を生成し、ＬＥＤを点灯したり消灯したりする。

【００２９】このように、ロボット装置１は、自己及び
周囲の状況や、ユーザからの指示及び働きかけに応じて
自律的に行動するロボット装置である。

【００３０】続いて以下に、本発明の第１の具体例とし
て示すロボット装置１の断熱構造及び放熱構造を詳細に
説明する。

【００３１】ロボット装置１は、バッテリの発熱を放射
し、内部の発熱源からバッテリへの熱伝導を遮断するた
めに、図３に示す断熱構造及び放熱構造を有している。
図３は、ロボット装置１の胴体部ユニット２を一部切り
欠いた断面図を示している。

【００３２】図３に示すように、ロボット装置１の胴体
部ユニット２は、回路基板や機構を備える内部構造体１
０１が、外筐体である保護筐体１０２によって覆われて
いる。内部構造体１０１には、ロボット装置１の駆動電
源としてのバッテリ１０３を収納する電池収納部１０４
が設けられ、内部構造体１０１内部には、ロボット装置
１の制御回路等を有するメイン基板１０５が格納されて
いる。

【００３３】内部構造体１０１は、図３では、密閉され
た箱型形状として図示されているが、各アクチュエー
タ、各センサ、各スイッチ等とメイン基板１０５との間
の配線や、ロボット装置１の図示しない機械的な構造等
のために、実際は、メイン基板１０５及びバッテリ１０
３の熱を放射するに十分な通気のための隙間、開口等が
随所に設けられている。

【００３４】電池収納部１０４は、メイン基板１０５と
対峙する側面に断熱体１０６を有し、メイン基板１０５
と対峙する側面とは反対の側面に所定の開口率を超えな
いように開口されたスリット１０７を有する。以下、メ
イン基板１０５と対峙し断熱体１０６を備えた電池収納
部側面を断熱面１０８と記し、スリット１０７が設けら
れた電池収納部側面を放熱面１０９と記す。

【００３５】メイン基板１０５は、ＣＰＵのように主と
してロボット装置１の制御に関わる回路基板を備えてい
るため、電池収納部１０４の断熱面１０８と所定の距離
をおいて設けられている。所定の距離間を空気断熱層１
１０とすることにより、メイン基板１０５からの発熱に
対する断熱効果が向上する。

【００３６】また、保護筐体１０２には、該保護筐体１
０２内の通気性を高めるために、ロボット装置１の腹部
に相当する位置に吸気口１１１が設けられている。ロボ
ット装置１では、各脚部ユニット３の連結口１１２及び
頭部ユニット４の連結口１１３で生じる隙間が排気口と
なる。ただし、吸気口１１１と排気口に相当する連結口
１１２、１１３は、説明の便宜上区別するものであっ
て、実際には、吸気と排気は、保護筐体１０２内部にお
いて自然に生じる対流によって、保護筐体１０２の内部
から外部へと通じる隙間及び開口部分から区別なく行わ
れている。

【００３７】さらに、バッテリ１０３は、充電電池１１
４の周囲を保護するバッテリ筐体１１５の一方の面が肉
厚に形成されたバッテリ断熱面１１６とされ、他方の面
が肉薄に形成されたバッテリ放熱面１１７とされてい
る。バッテリ１０３は、通常のバッテリでもよいが、上
述のように、それ自体に断熱及び放熱構造が設けられた
ものであれば、本具体例として示すロボット装置１の断
熱及び放熱効果をより一層高めるものとして有効であ
る。

【００３８】したがって、図３に示すロボット装置１
は、図中の矢印方向の対流が生じて、バッテリ１０３か
らの放熱が促進される。上述した構造によってロボット
装置１は、メイン回路１０５からの発熱を空気断熱層１
１０によって遮断するとともに、例えば、冷却ファンの
ような装置を用いることなく、自然に生じる対流によっ
て保護筐体１０２内部のバッテリ１０３からの発熱を放
射できる。

【００３９】また、本発明の第２の具体例として示すロ
ボット装置２は、図４に示すように断熱を目的とした空
気断熱層１１０の代わりに断熱材１２０を用いて、より
大きな断熱効果を得ている。断熱材１２０としては、ガ
ラス繊維、コルク等の汎用の断熱材が使用できる。ただ
し、図４では、図３と同様の機能及び作用を有する構成
に関しては、図３と同一の番号を付して詳細な説明を省
略している。

【００４０】図４に示すロボット装置２では、図中の矢
印方向の対流が生じて、バッテリ１０３からの放熱が促
進され、メイン回路１０５からの発熱を断熱材１２０に
よって遮断するとともに、冷却ファンのような装置を用
いることなく、自然に生じる対流によって保護筐体１０
２内部のバッテリ１０３からの発熱を放射できる。

【００４１】上述の２つの具体例では、空気の自然な対
流によって放熱が行われているが、さらなる放熱効率を
得るために、ヒートシンク及びヒートパイプ等を用いた
熱伝導による放熱を適用することもできる。

【００４２】第３の具体例として図５に示すロボット装
置３は、電池収納部１０４内部から保護筐体１０２外部
に延長されたヒートシンク１３０を備えている。ヒート
シンク１３０は、電池収納部１０４に装着されたバッテ
リ１０３に所定の面積で接触する熱伝導板１３１と、バ
ッテリ１０３の熱を放熱部へと伝導する熱伝導部１３２
と、外部へと放熱する放熱部１３３とを有している。

【００４３】また、第４の具体例として図６に示すロボ
ット装置４は、電池収納部１０４内部から保護筐体１０
２外部に延長されたヒートシンク１４０を備えている。
ヒートシンク１４０は、電池収納部１０４に装着された
バッテリ１０３に所定の面積で接触する熱伝導板１４１
と、バッテリ１０３の熱を放熱部へと伝導するヒートパ
イプ１４２と、外部へと放熱する放熱部１４３とを有し
ている。

【００４４】ロボット装置３、４では、ヒートシンク１
３０，１４０、ヒートパイプ１４２によって、バッテリ
１０３からの発熱が直接外部に伝導され、放射されるた
め、さらに効率的な放熱が可能になる。

【００４５】また、第３の具体例及び第４の具体例とし
て示すロボット装置では、バッテリ１０３からの放熱を
ヒートシンク１３０、１４０、ヒートパイプ１４２によ
って行うことにより、仮に、例えば、水中等での駆動を
目的として、保護筐体１０２が完全に密閉されたロボッ
ト装置等であっても理想的な放熱効率を得ることができ
る。

【００４６】なお、電池収納部１０４の断熱面１０８と
メイン基板１０５との間は、第１の具体例及び第２の具
体例として示したロボット装置のように、空気断熱層１
１０であっても断熱材１２０であってもよい。

【００４７】また、放熱部１３３及び放熱部１４３は、
様々な形状、寸法が考えられるが、効率よく放熱できる
構造であればよい。また、放熱部１３３及び放熱部１４
３は、ロボット装置１の動作を妨げない位置に設けられ
ることが好ましい。

【００４８】ここでは、図３に示した放熱構造を備えた
ロボット装置と備えていないロボット装置とで、熱源温
度、すなわちメイン基板１０５に対するバッテリ１０３
内の温度上昇を比較した。その結果を図７及び図８に示
す。

【００４９】図７は、保護筐体１０２に１１１吸気口を
設け、電池収納部１０４にスリット１０７を設けた場合
のバッテリ１０３内の温度上昇を示しており、図８は、
保護筐体１０２に対して吸気口を設けず、電池収納部１
０４にスリット１０７を設けない場合のバッテリ１０３
内の温度上昇を示している。図７及び図８において、Ｔ
Ｓは、熱源温度を示し、ＴＰは、バッテリ１０３内温度
を示している。この例では、室温２５℃下において２時
間放電をする間のバッテリ内の温度変化を示す。

【００５０】電池収納部１０４にスリット１０７を備え
る場合と、備えない場合とでは、後者の方がバッテリ１
０３内の温度が５℃高くなっていることが認められた。
したがって、本具体例として示すロボット装置では、ス
リット１０７及び吸気口１１１を備えることによって、
放熱効果が向上していることが明らかである。

【００５１】したがって、以上説明したように、本発明
の具体例として示す断熱構造及び放熱構造を備えるロボ
ット装置によれば、メイン基板１０５とバッテリ１０３
との間の熱移動を遮断し、冷却ファンのように構造的に
複雑な機構を適用することなく、効率的に放熱（冷却）
できる。

【００５２】ところで、本実施の形態として示すロボッ
ト装置１は、内部状態に応じて自律的に行動できるロボ
ット装置である。ロボット装置１を制御する制御プログ
ラムのソフトウェア構成の一例は、図９に示すようにな
る。この制御プログラムは、上述したように、予めフラ
ッシュＲＯＭ１２に格納されており、ロボット装置１の
電源投入初期時において読み出される。

【００５３】図９において、デバイス・ドライバ・レイ
ヤ２００は、制御プログラムの最下位層に位置し、複数
のデバイス・ドライバからなるデバイス・ドライバ・セ
ット２０１から構成されている。この場合、各デバイス
・ドライバは、ＣＣＤカメラ２２（図２）やタイマ等の
通常のコンピュータで用いられるハードウェアに直接ア
クセスすることを許されたオブジェクトであり、対応す
るハードウェアからの割り込みを受けて処理を行う。

【００５４】また、ロボティック・サーバ・オブジェク
ト２０２は、デバイス・ドライバ・レイヤ２００の最下
位層に位置し、例えば上述の各種センサやアクチュエー
タ２８_１〜２８_ｎ等のハードウェアにアクセスするため
のインターフェイスを提供するソフトウェア群でなるバ
ーチャル・ロボット２０３と、電源の切換えなどを管理
するソフトウェア群でなるパワーマネージャ２０４と、
他の種々のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア
群でなるデバイス・ドライバ・マネージャ２０５と、ロ
ボット装置１の機構を管理するソフトウェア群でなるデ
ザインド・ロボット２０６とから構成されている。

【００５５】マネージャ・オブジェクト２０７は、オブ
ジェクト・マネージャ２０８及びサービス・マネージャ
２０９から構成されている。オブジェクト・マネージャ
２０８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０
２、ミドル・ウェア・レイヤ２１０、及びアプリケーシ
ョン・レイヤ２１１に含まれる各ソフトウェア群の起動
や終了を管理するソフトウェア群であり、サービス・マ
ネージャ２０９は、メモリカード３１（図２）に格納さ
れたコネクションファイルに記述されている各オブジェ
クト間の接続情報に基づいて各オブジェクトの接続を管
理するソフトウェア群である。

【００５６】ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、ロボテ
ィック・サーバ・オブジェクト２０２の上位層に位置
し、画像処理や音声処理などのこのロボット装置１の基
本的な機能を提供するソフトウェア群から構成されてい
る。また、アプリケーション・レイヤ２１１は、ミドル
・ウェア・レイヤ２１０の上位層に位置し、当該ミドル
・ウェア・レイヤ２１０を構成する各ソフトウェア群に
よって処理された処理結果に基づいてロボット装置１の
行動を決定するためのソフトウェア群から構成されてい
る。

【００５７】なお、ミドル・ウェア・レイヤ２１０及び
アプリケーション・レイヤ２１１の具体的なソフトウェ
ア構成をそれぞれ図１０に示す。

【００５８】ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、図１０
に示すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出
用、音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、接触検出
用、操作入力検出用、動き検出用及び色認識用の各信号
処理モジュール２２０〜２２９並びに入力セマンティク
スコンバータモジュール２３０などを有する認識系２５
０と、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７
並びに姿勢管理用、トラッキング用、モーション再生
用、歩行用、転倒復帰用、ＬＥＤ点灯用及び音再生用の
各信号処理モジュール２４０〜２４６等を有する出力系
２５１とから構成されている。

【００５９】認識系２５０の各信号処理モジュール２２
０〜２２９は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２
０２のバーチャル・ロボット２０３によりＤＲＡＭ１１
（図２）から読み出される各スイッチデータ、各センサ
データ、画像データ及び音声データのうちの対応するデ
ータを取り込み、当該データに基づいて所定の処理を施
して、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュ
ール２３０に与える。ここで、例えば、バーチャル・ロ
ボット２０３は、所定の通信規約によって、信号の授受
或いは変換をする部分として構成されている。

【００６０】入力セマンティクスコンバータモジュール
２３０は、これら各信号処理モジュール２２０〜２２８
から与えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、
「暑い」、「明るい」、「ドミソの音階が聞こえた」、
「障害物を検出した」、「転倒を検出した」、「叱られ
た」、「誉められた」、「動く物体を検出した」又は
「ボールを検出した」等の自己及び周囲の状況や、ユー
ザからの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリ
ケーション・レイヤ２１１に出力する。

【００６１】アプリケーション・レイヤ２１１は、図１
１に示すように、行動モデルライブラリ２６０、行動切
換モジュール２６１、学習モジュール２６２、感情モデ
ル２６３及び本能モデル２６４の５つのモジュールから
構成されている。

【００６２】行動モデルライブラリ２６０には、図１２
に示すように、「バッテリ残量が少なくなった場合」、
「転倒復帰する場合」、「障害物を回避する場合」、
「感情を表現する場合」、「ボールを検出した場合」な
どの予め選択されたいくつかの条件項目にそれぞれ対応
させて、それぞれ独立した行動モデルが設けられてい
る。

【００６３】そして、これら行動モデルは、それぞれ入
力セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識
結果が与えられたときや、最後の認識結果が与えられて
から一定時間が経過したときなどに、必要に応じて後述
のように感情モデル２６３に保持されている対応する情
動のパラメータ値や、本能モデル２６４に保持されてい
る対応する欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動
をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュール２６
１に出力する。

【００６４】なお、本具体例として示すロボット装置１
の場合、各行動モデルは、次の行動を決定する手法とし
て、図１３に示すような１つのノード（状態）ＮＯＤＥ
_０〜ＮＯＤＥ_ｎから他のどのノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤ
Ｅ_ｎに遷移するかを有限確率オートマトンと呼ばれるア
ルゴリズムを用いて次の行動を決定している。有限確率
オートマトンとは、ノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎのう
ちの１つのノードから他のどのノードに遷移するか否か
を各ノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎの間を接続するアー
クＡＲＣ_１〜ＡＲＣ_ｎ１に対してそれぞれ設定された遷
移確率Ｐ_１〜Ｐ _ｎに基づいて確率的に決定するアルゴリ
ズムである。

【００６５】具体的に、各行動モデルは、それぞれ自己
の行動モデルを形成するノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎ
にそれぞれ対応させて、これらノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯ
ＤＥ _ｎ毎に図１４に示すような状態遷移表２７０を有し
ている。

【００６６】この状態遷移表２７０では、そのノードＮ
ＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎにおいて遷移条件とする入力イベ
ント（認識結果）が「入力イベント名」の行に優先順に
列記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「デ
ータ名」及び「データ範囲」の行における対応する列に
記述されている。

【００６７】したがって、図１４の状態遷移表２７０で
表されるノードＮＯＤＥ_１００では、「ボールを検出
（ＢＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当
該認識結果とともに与えられるそのボールの「大きさ
（ＳＩＺＥ）」が「０から１０００」の範囲であること
や、「障害物を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識
結果が与えられた場合に、当該認識結果とともに与えら
れるその障害物までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が
「０から１００」の範囲であることが他のノードに遷移
するための条件となっている。

【００６８】また、このノードＮＯＤＥ_１００では、認
識結果の入力がない場合でも、行動モデルが周期的に参
照する感情モデル２６３及び本能モデル２６４にそれぞ
れ保持された各情動及び各欲求のパラメータ値のうち、
感情モデル２６３に保持された「喜び（Joy）」、「驚
き（Surprise）」若しくは「悲しみ（Sadness）」のい
ずれかのパラメータ値が「５０から１００」の範囲であ
るときには他のノードに遷移することができるようにな
っている。

【００６９】また、状態遷移表２７０では、「他のノー
ドヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の列に
そのノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎから遷移できるノー
ド名が列記されているとともに、「入力イベント名」、
「データ名」及び「データの範囲」の行に記述された全
ての条件が揃ったときに遷移できるほかの各ノードＮＯ
ＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷
移確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、そ
のノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに遷移する際に出力す
べき行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における
「出力行動」の行に記述されている。なお、「他のノー
ドヘの遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００
［％］となっている。

【００７０】したがって、図１４の状態遷移表２７０で
表されるノードＮＯＤＥ_１００では、例えば「ボールを
検出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大き
さ）」が「０から１０００」の範囲であるという認識結
果が与えられた場合には、「２００［％］」の確率で
「ノードＮＯＤＥ_１２０（node 120）」に遷移でき、そ
のとき「ＡＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとな
る。

【００７１】各行動モデルは、それぞれこのような状態
遷移表２７０として記述されたノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯ
ＤＥ_ｎが幾つも繋がるようにして構成されており、入力
セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識結
果が与えられたときなどに、対応するノードＮＯＤＥ_０
〜ＮＯＤＥ_ｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動
を決定し、決定結果を行動切換モジュール２６１に出力
するようになされている。

【００７２】図１２に示す行動切換モジュール２６１
は、行動モデルライブラリ２６０の各行動モデルからそ
れぞれ出力される行動のうち、予め定められた優先順位
の高い行動モデルから出力された行動を選択し、当該行
動を実行すべき旨のコマンド（以下、これを行動コマン
ドという。）をミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セ
マンティクスコンバータモジュール２４７に送出する。
なお、この実施の形態においては、図１２において下側
に表記された行動モデルほど優先順位が高く設定されて
いる。

【００７３】また、行動切換モジュール２６１は、行動
完了後に出力セマンティクスコンバータモジュール２４
７から与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が
完了したことを学習モジュール２６２、感情モデル２６
３及び本能モデル２６４に通知する。

【００７４】学習モジュール２６２は、入力セマンティ
クスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結
果のうち、「叱られた」や「誉められた」等、ユーザか
らの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力する。
そして、学習モジュール２６２は、この認識結果及び行
動切換モジュール２６１からの通知に基づいて、「叱ら
れた」ときにはその行動の発現確率を低下させ、「誉め
られた」ときにはその行動の発現確率を上昇させるよう
に、行動モデルライブラリ２６０における対応する行動
モデルの対応する遷移確率を変更する。

【００７５】また、感情モデル２６３は、「喜び（Jo
y）」、「悲しみ（Sadness）」、「怒り（Anger）」、
「驚き（Surprise）」、「嫌悪（Disgust）」及び「恐
れ（Fear）」の合計６つの情動について、各情動毎にそ
の情動の強さを表すパラメータを保持している。そし
て、感情モデル２６３は、これら各情動のパラメータ値
を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール
２３０から与えられる「叱られた」及び「誉められた」
などの特定の認識結果と、経過時間及び行動切換モジュ
ール２６１からの通知となどに基づいて周期的に更新す
る。

【００７６】具体的には、感情モデル２６３は、入力セ
マンティクスコンバータモジュール２３０から与えられ
る認識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前
回更新してからの経過時間となどに基づいて所定の演算
式により算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ
［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、そ
の情動の感度を表す係数をｋ_ｅとして、（１）式によっ
て次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋
１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ
［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値
を更新する。また、感情モデル２６３は、これと同様に
して全ての情動のパラメータ値を更新する。

【００７７】

【数１】

【００７８】なお、各認識結果や出力セマンティクスコ
ンバータモジュール２４７からの通知が各情動のパラメ
ータ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるか
は予め決められており、例えば「叱られた」といった認
識結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与え、「誉められた」といった認
識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。

【００７９】ここで、出力セマンティクスコンバータモ
ジュール２４７からの通知とは、いわゆる行動のフィー
ドバック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果
の情報であり、感情モデル２６３は、このような情報に
よっても感情を変化させる。これは、例えば、「吠え
る」といった行動により怒りの感情レベルが下がるとい
ったようなことである。なお、出力セマンティクスコン
バータモジュール２４７からの通知は、上述した学習モ
ジュール２６２にも入力されており、学習モジュール２
６２は、その通知に基づいて行動モデルの対応する遷移
確率を変更する。

【００８０】なお、行動結果のフィードバックは、行動
切換モジュール２６１の出力（感情が付加された行動）
によりなされるものであってもよい。

【００８１】また、本能モデル２６４は、「運動欲（ex
ercise）」、「愛情欲（affection）」、「充電欲（以
下、食欲（appetite）と記す。）」及び「好奇心（curi
osity）」の互いに独立した４つの欲求について、これ
ら欲求毎にその欲求の強さを表すパラメータを保持して
いる。そして、本能モデル２６４は、これらの欲求のパ
ラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータ
モジュール２３０から与えられる認識結果や、経過時間
及び行動切換モジュール２６１からの通知などに基づい
て周期的に更新する。

【００８２】具体的には、本能モデル２６４は、「運動
欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結
果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュ
ール２４７からの通知などに基づいて所定の演算式によ
り算出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ
［ｋ］、現在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、そ
の欲求の感度を表す係数ｋ_ｉとして、所定周期で（２）
式を用いて次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ
［ｋ＋１］を算出し、この演算結果を現在のその欲求の
パラメータ値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求
のパラメータ値を更新する。また、本能モデル２６４
は、これと同様にして「食欲」を除く各欲求のパラメー
タ値を更新する。

【００８３】

【数２】

【００８４】なお、認識結果及び出力セマンティクスコ
ンバータモジュール２４７からの通知などが各欲求のパ
ラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与え
るかは予め決められており、例えば出力セマンティクス
コンバータモジュール２４７からの通知は、「疲れ」の
パラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与える
ようになっている。

【００８５】なお、本実施の形態においては、各情動及
び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ０から１０
０までの範囲で変動するように規制されており、また係
数ｋ _ｅ、ｋ_ｉの値も各情動及び各欲求毎に個別に設定さ
れている。

【００８６】ミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セマ
ンティクスコンバータモジュール２４７は、図１０に示
すように、上述のようにしてアプリケーション・レイヤ
２１１の行動切換モジュール２６１から与えられる「前
進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボール
を追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力
系２５１の対応する信号処理モジュール２４０〜２４６
に与える。

【００８７】そしてこれら信号処理モジュール２４０〜
２４６は、行動コマンドが与えられると当該行動コマン
ドに基づいて、その行動をするために対応するアクチュ
エータ２８_１〜２８_ｎ（図２）に与えるべきサーボ指令
値や、スピーカ２０（図２）から出力する音の音声デー
タ及び／又は発光部２５のＬＥＤに与える駆動データを
生成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブ
ジェクト２０２のバーチャル・ロボット２０３及び信号
処理回路１４（図２）を介して対応するアクチュエータ
２８_１〜２８_ｎ、スピーカ２０、発光部２５に順次送出
する。

【００８８】このようにしてロボット装置１は、制御プ
ログラムに基づいて自己（内部）及び周囲（外部）の状
況や、ユーザからの指示及び働きかけに応じた自律的な
行動ができる。

【００８９】また、上述したようなロボット装置１を制
御する制御プログラムは、予めフラッシュＲＯＭ１２に
格納されているものとして説明したが、ロボット装置が
読取可能な形式で記録媒体に記録して提供してもよい。
制御プログラムを記録する記録媒体としては、磁気読取
方式の記録媒体（例えば、磁気テープ、磁気ディスク、
磁気カード）、光学読取方式の記録媒体（例えば、ＣＤ
−ＲＯＭ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ）等が考えられる。
記録媒体には、半導体メモリ（（矩形型、正方形型等の
形状は問わない。）ＩＣカード）等の記憶媒体も含まれ
る。また、制御プログラムは、いわゆるインターネット
等の情報ネットワークを介して提供されてもよい。

【００９０】なお、本発明は、上述した実施の形態のみ
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲において種々の変更が可能であることは勿論であ
る。本実施の形態では、４足歩行の脚式移動ロボットに
関して説明したが、ロボット装置は、内部状態に応じて
動作するものであれば適用可能であって、移動手段は、
４足歩行、さらには脚式移動方式に限定されない。

【００９１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るロボット装置は、駆動電源としての電池を内部に備え
るロボット装置において、外筐体と、発熱源と、電池の
熱を放射する放熱面と断熱構造を有する断熱面とを有す
る電池収納部とを備え、断熱面を発熱源側に配置すると
ともに、断熱面と発熱源との間に断熱手段と設けること
により、冷却のためのファンを設けることなく、内部に
備える電池からの発熱を効率的に放熱するとともに、発
熱源から電池に対する熱伝導を効率的に遮断することが
できる。

【００９２】また、本発明に係るロボット装置におい
て、外筐体に吸気及び排気のための開口部を備えること
により、放熱面は、開口部を設けることにより、さらに
効率よく内部に備える電池からの発熱を放熱するととも
に、発熱源から電池に対する熱伝導を遮断することがで
きる。

【００９３】また、本発明に係るロボット装置は、電池
から発生する熱を伝導し外部に直接放射する放熱手段を
備えることによって、外筐体が密閉されているような場
合であっても、理想的な放熱効率を得ることができる。

【００９４】本発明に係るロボット装置は、効率的な放
熱を行うことにより、電池内温度が上昇して駆動電源を
オフにしたり、充電を一時的に停止させる等の必要がな
くなる。また、ロボット装置を駆動するうえでの安全性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体例として示すロボット装置の外観
を示す外観図である。

【図２】本発明の具体例として示すロボット装置の構成
を示す構成図である。

【図３】本発明の第１の具体例として示すロボット装置
の縦断面を示す断面図である。

【図４】本発明の第２の具体例として示すロボット装置
の縦断面を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の具体例として示すロボット装置
の縦断面を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の具体例として示すロボット装置
の縦断面を示す断面図である。

【図７】本発明の第１の具体例として示すロボット装置
の熱源温度とバッテリ内温度との関係を示す図である。

【図８】放熱機構を備えないロボット装置の熱源温度と
バッテリ内温度との関係を示す図である。

【図９】本発明の具体例として示すロボット装置の制御
プログラムのソフトウェア構成を示す構成図である。

【図１０】本発明の具体例として示すロボット装置の制
御プログラムのうち、ミドル・ウェア・レイヤの構成を
示す構成図である。

【図１１】本発明の具体例として示すロボット装置の制
御プログラムのうち、アプリケーション・レイヤの構成
を示す構成図である。

【図１２】本発明の具体例として示すロボット装置の制
御プログラムのうち、行動モデルライブラリの構成を示
す構成図である。

【図１３】本発明の具体例として示すロボット装置の行
動を決定するためのアルゴリズムである有限確率オート
マトンを説明する模式図である。

【図１４】本発明の具体例として示すロボット装置の行
動を決定するための状態遷移条件を表す図である。

【符号の説明】

１ロボット装置、２胴体部ユニット、３Ａ，３Ｂ，
３Ｃ，３Ｄ脚部ユニット、４頭部ユニット、５尻
尾部、１０ＣＰＵ、１１ＤＲＡＭ、１２フラッシュ
ＲＯＭ、１３ＰＣカードインターフェイス回路、１４
信号処理回路、１５内部バス、１６コントロール
部、１７バッテリ、１８角速度センサ、１９加速
度センサ、２０スピーカ、２１操作スイッチ、２２
ＣＣＤカメラ、２３距離センサ、２４マイク、２
５、発光部、２６頭部スイッチ、２７肉球スイッ
チ、２８_１〜２８_ｎアクチュエータ、２９_１〜２９_ｎ
ポテンショメータ、３０_１〜３０_ｎハブ、３１メモ
リカード、１０１内部構造体、１０２保護筐体、１
０３バッテリ、１０４電池収納部、１０５メイン基
板、１０６断熱体、１０７開口部、１０８断熱
面、１０９放熱面、１１０空気断熱層、１１１吸
気口、１１２連結口、１１３連結口、１１４充電
電池、１１５バッテリ筐体、１１６バッテリ断熱
面、１１７バッテリ放熱面、１２０断熱材、１３０
ヒートシンク、１３１熱伝導板、１３２熱伝導部、
１３３放熱部、１４０ヒートシンク、１４１熱伝
導板、１４２ヒートパイプ、１４３放熱部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０５Ｋ 7/20 ＡＦターム(参考） 2C150 CA02 DA05 DA24 DA26 DA27 DA28 EB01 FA03 FA04 FA57 3C007 AS36 CS08 CY02 CY34 HS09 JS06 WA02 WA14 WC21 5E322 AA02 BA01 BA05 DB08 EA01 EA06 FA04 5H031 KK02 KK04 KK08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動電源としての電池を内部に備えるロ
ボット装置において、外筐体と、発熱源と、上記電池の熱を放射する放熱面と断熱構造を有する断熱
面とを有する電池収納部とを備え、上記断熱面を上記発熱源側に配置するとともに、上記断
熱面と上記発熱源との間に断熱手段と設けることを特徴
とするロボット装置。
【請求項２】上記外筐体は、吸気及び排気のための開
口部を備えることを特徴とする請求項１記載のロボット
装置。
【請求項３】上記放熱面は、開口部を有することを特
徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項４】上記開口部は、所定の開口率を超えない
ように開口されていることを特徴とする請求項３記載の
ロボット装置。
【請求項５】上記電池から発生する熱を伝導し外部に
直接放射する放熱手段を有することを特徴とする請求項
１記載のロボット装置。
【請求項６】上記放熱手段は、ヒートシンクであるこ
とを特徴とする請求項５記載のロボット装置。
【請求項７】上記放熱手段は、ヒートパイプであるこ
とを特徴とする請求項５記載のロボット装置。
【請求項８】上記電池は、断熱構造を有する断熱面と
放熱構造を有する放熱面とを有することを特徴とする請
求項１記載のロボット装置。