JP2004148439A - Spherical robot and spherical robot control method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球形ロボット及びその制御方法に関するものであり、特に、自律的に行動を出現させ、外部からの入力情報に応じて行動を制御することによって、人間との間で双方向通信が可能な球形ロボット及びその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
人間や動物等の動作に類似した運動を、例えば電気的又は磁気的作用を用いて行う機械装置のことを一般に「ロボット」という。わ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・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット(industrial robot)であった。
【0003】
アーム式ロボットのように、ある特定の場所に設置して用いる据置きタイプのロボットは、部品の組立・選別作業といった固定的・局所的な作業空間でのみ活動する。これに対し、移動式ロボットは、非限定的な作業空間の所定経路上又は無経路上を自在に移動して、所定又は任意の人的作業を代行したり、ヒトやイヌ或いはその他の生命体に置き換わるような種々の幅広いサービスを提供することができる。
【0004】
移動手段としては、クローラ式やタイヤ式等があるが、なかでも脚式の移動ロボットは、不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段や梯子の昇降、障害物の乗り越え、整地・不整地の区別を間わない柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。
【0005】
最近では、イヌやネコのように4足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模した、いわゆるペット型ロボット、或いはヒトのような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」のロボット(humanoid robot)など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待もますます高まってきている。
【0006】
このようなロボット装置は、所定の自由度をもつアクチュエータと所定の物理量を検出するセンサ等を所定の位置に配置された機構部とを有し、マイクロコンピュータを用いた制御部によって、外部からの情報に対して所定の動作を行うように構成されている(例えば、特許文献1参照。)。このように、ロボット装置が実際の動物の示す行動により近づくことができれば、ロボット装置の生物感が一層増し、ユーザは、ロボット装置に一層の親近感や満足感を感じる。またこれにより、ロボット装置のエンターテインメント性、アミューズメント性が向上する。
【0007】
一方で、例えば、安全性の高い移動機構として、ロボット装置自体を球形にすることが考えられる。これにより、人間と最も触れ合う機会が高い家庭内であっても外部に対して高い安全性を有するだけでなく、優れた移動性能を発揮する(例えば、特許文献2参照。)。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−154679
【特許文献2】
特開2000−218578
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のロボット装置において、外部から与えられる情報を検出する方法としては、例えば、(1)マイク等から得られる音声データを検出し、この音声データの音声認識結果を使用する方法、(2)CCDカメラ等から得られる画像データを検出し、この画像データの画像認識結果を使用する方法、(3)タッチセンサ等による物理的な働きかけにより受けた圧力を検出し、その選出結果を使用する方法、(4)温度センサ、湿度センサや匂いセンサ等により周辺の環境状況を検出し、この検出結果を使用する方法等が知られている。
【0010】
しかしながら、音声、画像、圧力、環境状況といった外部情報を検出する手法では、例えば、周囲に騒音がある場合、マイク等から得られる音声データにノイズが重畳されて正しい音声認識結果が得られないことがある。また、表面の状態や形状が似ているが異なる物体が複数存在する場合、これらの物体を識別することが困難である。更に、物体を認識する際には、画像データを検出して、この画像データを解析して認識する手法が最も有力であるが、画像データを検出するためには「明るさ」が重要であり、外部が暗い場合には、得られる画像データの情報量が低下し正確な認識結果が得られない。また、外部環境の明るさや周囲の配色等は、一定ではないため、画像解析に十分な明るさが合ったとしても常に正確な認識結果が得られるとは限らない。
【0011】
特に、イヌやネコのような動物の身体メカニズムやその動作を模したロボット装置であれば、手足部にタッチセンサ、顔部にCCDカメラ、耳部にマイクロフォンというようにセンサの配置を決定することができるが、球形ロボットは、その本体形状の特性から、タッチセンサ、CCDカメラといった外部情報を取得するためのセンサ類を都合良く設けることが難しい。
【0012】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識等を可能とする球形ロボット及びそのための制御方法を提供することを目的とする。
【0013】
【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、本発明に係る球形ロボットは、中空部を有している球殻と、上記球殻内に配置される本体部とを有する球形ロボットにおいて、外部に対して情報を出力する情報出力手段と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて情報出力手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【0014】
ここで、この球形ロボットには、無線タグ読取手段により読み取られたデータと物体に関する情報とを関連付けたテーブルが記憶された記憶手段を設けてもよく、制御手段は、無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて情報出力手段を制御する。
【0015】
また、情報出力手段としては、外部に対して可視光を発光する可視光線発光部、外部に対して赤外線を発光する赤外線発光部、球殻外部に音声を出力するための音声出力部、球殻内部で所定の動作をする回転駆動手段が挙げられ、制御手段は、無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて、これら情報出力手段を制御する。
【0016】
また、球形ロボットは、外部から情報を取得する外部情報取得手段と、情報出力手段で出力する情報を外部情報取得手段にて取得される情報に関連づけて予め記憶している出力情報記憶手段とを備え、制御手段が外部情報取得手段により取得された情報に関連づけられて出力情報記憶手段から読み出した情報を出力するように情報出力手段を制御してもよい。このとき、制御手段は、外部情報取得手段により情報が取得されると、一定期間、無線タグ読取手段の動作を実行するようにもできる。
【0017】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る球形ロボットの制御方法は、自律的に行動を出現させるとともに、外部からの入力情報に応じて行動が制御される球形ロボットの制御方法であって、外部に対して情報を出力する情報出力工程と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程とを有することを特徴とする。
【0018】
この制御方法は、外部から情報を取得する外部情報取得工程を有し、制御工程では、外部情報取得工程で取得された情報に対応して情報出力手段から出力される情報を予め記憶した出力情報記憶手段から出力すべき情報が読み出される。
【0019】
また、制御工程では、外部情報取得工程で情報が取得された場合、一定期間、無線タグ読取工程の動作を実行するようにしてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる具体例は本発明を好適に実現した一例であるから、以下に説明する具体例で技術的に種々の限定が付されていても本発明を限定する旨の記載がない限り、本発明は、この具体例によって限定されない。
【0021】
図1は、本発明の球形ロボットの具体例を示す正面図及び背面図を示し、図2は、上面図及び側面図を示す。図1及び図2に示す球形ロボット1は、球殻11、本体部20等を有し、本体部20は、球殻11によって覆われている。
【0022】
球殻11は、例えば、分離可能な2つの半球11a、11bからなっており、球殻内部に配置された本体部20が取り出せる構造になっている。球殻11は、例えば、ポリオレフィン系の分子構造をもつ樹脂であり、紫外線域から赤外線域の光を透過するような材質である。これにより、後述する赤外線発光部22及び可視光線発光部25から出射された光線を球殻外部に透過できる。
【0023】
本体部20は、回転駆動部21、赤外線発光部22、スピーカ23、マイク24、可視光線発光部25、受光部26、記憶部27等を有している。回転駆動部21は、車輪21a,21a、モータ21b,21b等からなっている。車輪21a,21aは、本体部20の下部に設けられ、球殻11の内周面と接触している。車輪21a,21aは、それぞれモータ21b,21bと接続されており、各モータの作動により独立に回転できる。これにより球殻11を動作させている。
【0024】
また、本体部20には、外部の物体に設けられたRFIDタグ(無線タグ)の情報(IDデータ等)を読み取る読取手段としてのRFIDリード部28が所定位置に設けられている。
【0025】
ここで、RFID(Radio Frequency Identification)とは、非接触型の自動認識技術のことであり、例えばICと小型アンテナが組み込まれたタグ等の媒体から電波等を介して情報を読み取る。媒体となるタグ(付け札)は、RFIDタグ、無線タグ、ICタグ等と称され、カード状やラベル状、マイクロチップ状等、種々の形状がある。RFID識別技術は、バーコードに代わる技術として、RFIDタグをあらゆる製品に埋め込んで製品の情報を管理することが期待されているのみならず、ゲートやドアの開閉、通過管理や、小包や荷物の配送管理等の種々の利用形態が提案されている。RFIDリード部28は、このようなRFIDタグ(無線タグ)に記憶されているデータ(IDデータ等)を読み取るためのものである。なお、RFIDシステムの情報伝送方式には、電磁誘導方式、電磁結合方式、マイクロ波方式、静電結合方式、光方式等が挙げられるが、上記RFIDリード部28としては、何れの方式に対応する情報読取手段を用いてもよく、複数の方式に対応できるようにしてもよい。
【0026】
また、本体部20は、更に、RFIDタグに対して情報を記録するためのRFIDライト部29を備えている。
【0027】
続いて、各部を具体的に説明する。回転駆動部21は、車輪21a,21aを有しており、車輪21a,21aが同一方向に同一速度で回転すると、球殻11が車輪21a,21aの回転方向とは反対方向に回転して球形ロボット1自身が前進し、車輪21a,21aが互いに反対方向に回転すると球形ロボット1はその場で旋回する。また、車輪21a,21aがそれぞれ同一方向に回転しているが回転速度が異なる場合には、車輪間の回転速度差に応じた回転半径で旋回することができる。このように、球形ロボット1は、回転駆動部21によって種々の移動動作ができる。球形ロボット1は、この「動き」によっても何らかの情報を外部に伝達できる。
【0028】
赤外線発光部22は、例えば、赤外線LED(発光ダイオード)であり、本体部20の正面側及び背面側に設けられている。赤外線発光部22は、本体部20の正面方向及び背面方向に赤外線を発光し、この赤外線発光によって情報の出力又は情報の入力を行っている。本体部20には、この赤外線発光部22に対応して、フォトトランジスタやフォトダイオードからなる受光部26が設けられており、外部から赤外線を受光することによって情報を取得できる。
【0029】
赤外線発光部22は、外部のリモートコントローラ等に対して情報を赤外線を介して出力する。また、リモートコントローラから出力された赤外線を受光部26にて受光することにより、外部の情報を取得することができる。更に、赤外線発光部22が、正面方向に出力した赤外線の反射光を受光部26にて検出することによって、障害物等、外部の情報を得ることができる。
【0030】
図1及び図2に示すように、本体部20にはスピーカ23とマイク24が設けられている。スピーカ23は、外部に向かって音を発生し、マイク24は、外部の音を集音する。したがって、球形ロボット1から人間に対してスピーカ23により音情報を伝達することができ、人間から球形ロボット1に対してマイク24により音情報を伝達することができる。球形ロボット1のスピーカ23から出力された音声は、球殻11を介して外部に伝達されるため球殻全体が振動し、音声が全方向に均一に発散されて音声伝播がよくなるという利点もある。
【0031】
本体部20には、ROM(Read Only Memory)、読み書き可能なフラッシュメモリやメモリカード等といった記憶部27が着脱可能に取り付けられている。記憶部27は、例えば、第1記憶部27aと第2記憶部27bからなり、第1記憶部27aには、モータ21b、スピーカ23等からなる、後述する情報出力部52における動作情報が記憶されている。このように、球形ロボット1の動作についての情報を記憶している第1記憶部27aと音声内容等を記憶する第2記憶部27bとを分離することにより、それぞれの記憶容量を変更することができ、記憶できる動作のバリエーションを増やすことができるという利点がある。
【0032】
一方、第2記憶部27bには、マイク24、受光部26及び磁気センサ30等からなるセンサ部51から入力された情報を判別するために必要な情報が記憶されている。後述するように、記憶部27は、通信機能を用いて書き換え可能になっており、動作のための情報や判別のための情報等、ここに記憶された情報を随時変更できる。このため、各記憶部27a、27bが取り替えられること、又は通信機能により記憶部の内容が書き換られることにより、情報出力部52から出力される情報が変化する。
【0033】
可視光線発光部25は、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタからなり、可視光を外部に照射して発光の有無又は点滅等することにより、外部へ情報を伝達することができる。また、本体内部には、ホールセンサのような磁気センサ30が設けられている。磁気センサ30は、外部に設置されている磁石やコイル等の磁気発生部による磁界を検知することによって、情報を取得するものである。
【0034】
RFIDリード部28は、周囲の物体に備え付けられたRFIDタグから、そのRFIDタグに記録された情報(IDデータ等)を非接触又は接触により読み取る。更に、ここで読み取った信号をRFID信号として本体部20へ送出する。
【0035】
RFIDライト部29は、周囲の物体に備え付けられたRFIDタグに対して、記録すべき情報(IDデータ等)を非接触又は接触により書き込むことができる。記録すべき情報は、RFID信号に変換され、特定周波数の記録用電波として発せられる。ここで記録すべき信号は、RFID信号として本体部20から送られる。
【0036】
図3には、球形ロボット1の本体部20の構成例を示す。本体部20は、図3に示すように、インテリジェント制御部53、電源部54、駆動制御部55、センサ制御部56、通信部57を有している。
【0037】
インテリジェント制御部53は、球形ロボット1全体の動作を制御するものであって、例えば、一般的に知られているマイクロコンピュータやFPGA(Field Programmable Gate Array)から構成されている。インテリジェント制御部53は、センサ制御部56からのセンサ情報を高速且つパラレルに演算処理する。
【0038】
電源部54は、球形ロボット1が動作するために必要な電力を供給するものであって、例えば、リチウムイオン電池やニッカド電池等の2次電池やアルカリ乾電池やマンガン乾電池の一次電池である。これらが着脱可能になっている。電源部54には、外部から操作可能なスイッチ58が接続されていて、スイッチ58により電源部54のオン/オフが制御される。駆動制御部55は、本体部20に設けられている赤外線発光部22、可視光線発光部25、モータ21b及びスピーカ23により構成されているセンサ部51の動作を制御するものである。
【0039】
駆動制御部55は、インテリジェント制御部53の指令により情報出力部52に所定の動作を行わせる。
【0040】
センサ制御部56は、マイク24や、受光部26、RFIDリード部28、磁気センサ30等から与えられる音声信号、RFID信号といった各種検出信号に基づいて、特定の外部状態、ユーザからの特定の働きかけ、ユーザからの指示等を認識し、認識結果を表す状態認識情報をインテリジェント制御部53に通知する。すなわち、センサ制御部56には、音声認識部も含まれ、音声認識部は、マイク24から入力した音声信号を認識している。
【0041】
また、センサ制御部56は、ID認識部40を有しており、ID認識部40は、RFIDリード部28から与えられるRFID信号を用いて、RFIDに記録された信号の認識処理を行う。そして、ID認識部40は、その処理の結果、例えば、「段差」、「壁」、「斜面」等を認識し、認識結果を状態認識情報としてインテリジェント制御部53に通知する。ID認識部40の構成に関しては、後述する。
【0042】
通信部57は、有線又は無線通信により外部との間で情報を送受しており、外部と通信するために、例えばアンテナや配線等からなるコミュニケータ57aを有している。また、通信部57は、記憶部27と情報の授受ができ、受信した情報又は記録した情報は、記憶部27に書込可能な形式になっている。また、通信部57は、記憶部27が取り付けられているか否かを認識する機能を有する。
【0043】
インテリジェント制御部53は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等を内蔵しており、CPUにおいて、メモリに記憶された制御プログラムが実行されることにより各種処理を行う。すなわち、インテリジェント制御部53は、マイク24、RFIDリード部28、磁気センサ30等から与えられる音声信号、RFID信号等に基づいて、特定の外部状態、ユーザからの指令、ユーザからの特定の働きかけ等を認識する。
【0044】
インテリジェント制御部53は、この判断結果等に基づいて、関連する行動を決定し、その決定結果に基づいて、例えば、車輪21a,21bを駆動させ、前進、後退、回転等の行動を表現する。また、インテリジェント制御部53は、必要に応じて合成音を生成してスピーカ23から出力させたり、例えば、LED(Light Emitting Diode)等である可視光線発光部25を点灯、消灯又は点滅させる。
【0045】
更に、インテリジェント制御部53は、マイク24等からの信号に基づいて、上記RFIDリード部28の読取動作を制御するようにしてもよい。例えば、インテリジェント制御部53は、所定の音声信号を検出すると、一定期間、RFIDリード部28の動作を実行する。
【0046】
以上のような構成を備えることによって、球形ロボット1は、周囲の状況等に基づいて自律的に行動をとることができる。図4を用いて、球形ロボット1がある動作を実行するときのデータの授受を説明する。
【0047】
記憶部27には、球形ロボット1の動作、例えば可視光線発光部25の点滅速度やモータ21bの回転速度等の情報出力部52に関する動作情報が予め記憶されている。センサ部51を構成するマイク24、受光部26、磁気センサ30、RFIDリード部28等から情報が入力されると、センサ制御部56を介してインテリジェント制御部53に送られる。インテリジェント制御部53は、センサ制御部56から入力された情報と、通信部57を介して記憶部27から得られる情報とに基づいて球形ロボット1の動作を決定する。インテリジェント制御部53は、決定した駆動指令を駆動制御部55に転送する。駆動制御部55は、駆動指令に基づいて情報出力部52を動作させて外部に情報を出力する。
【0048】
続いて、ID認識部40の構成例を図5を用いて説明する。ID認識部40は、センサ制御部56内部に設けられ、ID照合部41とIDテーブル記憶部42とを有する。ID照合部41には、RFIDリード部28によって読み取られたRFID信号が供給される。IDテーブル記憶部42は、予め登録されたRFIDタグ(無線タグ)のID番号及びそのID番号に対応した状態認識情報のテーブル(以下IDテーブルと呼ぶ)が記録されている。図6に、IDテーブルの例を示す。この図6の例では、状態認識情報として、例えば、「壁」、「段差」、「斜面」等の動作空間の状態を示した状態認識情報1と、状態識別情報1に示した動作空間で実際にとるべき行動(「停止」、「衝突」、「左折回避」、「後退」等)を示した状態認識情報2とがある。ID番号に対応する状況認識情報は、複数存在してもよい。また、このIDテーブルは、図1、図3等に示す記憶部27に格納されていてもよい。
【0049】
ID照合部41は、RFIDリード部28において読み取られたRFID信号がIDテーブル記憶部42のIDテーブルに記録された情報に属するかどうかを判定する。このRFID信号がIDパターン記憶部42に記録されたものであると判定した場合、IDパターン記憶部42に記録されたIDテーブルに基づいて、RFID信号のID番号に対応する状況認識情報をインテリジェント制御部53へ通知する。
【0050】
RFID信号のフォーマットとしては、例えば、ヘッダ部、識別子部、データ部を有し、全体として128ビットで構成されているものが挙げられ、このほか、種々のフォーマットを使用可能である。一般にRFIDタグは、バーコードに比べて書き込める情報量が多く、物体の詳細なデータ等を盛り込むこともできる。また、RFIDシステムは、非接触で情報通信が可能であるため、耐久性に優れており、汚れやほこり等の影響を受けない。また、移動しながらの読み取りが可能である。このため、カメラ等の光学検出手段と比べて、環境の光量に関係なく暗闇でも認識できる等の利点を有している。
【0051】
このようなRFIDリード部28をロボット装置に設ければ、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった物体の情報の確認や物体の識別、行動範囲の制約、認識した結果に応じた行動をとらせる等といった応用が可能である。例えば、行動範囲の制約としては、壁や段差部分等に無線タグを付けることにより、球形ロボットがこの無線タグを認識すれば、壁に衝突したり段差部分から落下することを未然に回避できる。
【0052】
図7及び図8を用いて、本発明を行動範囲の制約に適用する例について説明する。図7には、上述した球形ロボット1と、この球形ロボット1が動作する領域の一部とが示されている。ここでは、この領域は、領域外よりも高くなっているが、例えば、壁であってもよいし、領域外が斜面であってもよい。
【0053】
領域100の縁部は、所定間隔毎にRFIDタグ1011〜101nが貼付されたテープ102によって縁取りされている。この具体例では、約10センチ間隔であり、このRFIDタグの各々には、図6に示したようなID番号が割り当てられている。ただし、ここでは、RFIDタグには、予めこの領域に関する情報が書き込まれているものとする。
【0054】
球形ロボット1がこの領域100の縁部に向かって進行し、RFIDリード部28によって、RFIDタグが読み取り可能な位置に達すると、図8に示すように、RFIDリード部28から発生される読み取り電波103によって、RFIDタグ101kに記録された情報(RFIDタグのID番号)がリードされる。ここでは、説明のため、RFIDタグ101kのID番号が図6に示す「20000001」であるとする。
【0055】
リードされたRFIDタグのID番号は、センサ制御部56を介してインテリジェント制御部53に送られる。インテリジェント制御部53は、RFIDリード部28から送られたID番号が第2記憶部27bのIDテーブルに属するか否か判別する。第2記憶部27bに記録されている場合、インテリジェント制御部53は、このID番号に対応する状況認識情報1と状況認識情報2とを取得し、このID番号「20000001」から、「段差」があることを認識し、「後退」によって対処する。インテリジェント制御部53は、決定された駆動指令(「後退」)駆動制御部55に送る。駆動制御部55は、情報出力部32のモータ31bにこの指令に基づいて後退するための制御信号を送る。
【0056】
このように本具体例によれば、「段差」、「壁」といった障害物の情報や環境の情報をRFIDタグに書き込んで球形ロボット1の行動空間中に点在させることにより、周囲の状態の識別が有効且つ確実に行える。
【0057】
また、球体ロボット1が行動する平面に位置情報を記録した無線タグを付けて、位置情報を認識させて所定の経路を進行させたり、この球形ロボット1を充電するための充電器に識別のための無線タグを付けてこの球形ロボット1が充電器の無線タグを認識して独力で充電器に接続するようにもできる。また、球形ロボット1を構成する部品(パーツ)に無線タグを付けて球形ロボット自身にパーツを認識させ、着脱を行わせることもできる。
【0058】
更に、認識したID番号に対応した行動パターンを用意しておいてこれを出現させることができることから、行動範囲の制約のみならず、人間や仲間ロボットとこの球形ロボット1との間のコミュニケーションの一手段としても適用できる。具体的には、所有者を認識するRFIDタグを所有者(ユーザ)の所持品等に設け、球形ロボット1がユーザを認識した場合、特有の動作を表出したり、RFIDタグにより相手(人間又は他のロボット装置)との面識を記憶したりできる。
【0059】
以上説明したように、この球形ロボット1は、交換又は通信等により記憶部27の内容を更新を可能とし、球形ロボット1の動作のバリエーションを容易に増やすことができる。また、光、音、磁気等の情報を、動き、音、光等へ翻訳する機能を追加することにより、家庭やオフィス内で人間や仲間ロボットとの双方向通信を実現することができる。すなわち、球形ロボット1がセンサ機能を有することで、人間や他のロボットとの双方向通信を実現できる。また、ロボット装置にRFIDリード部28を設けることにより、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった物体の情報の確認や物体の識別が有効且つ確実に行える。認識した結果に応じた行動パターンを表出させることができる。
【0060】
本具体例では、上述した一連の処理をインテリジェント制御部53に格納されたプログラムを実行させることで行うようにしたが、一連の処理は、それ専用のハードウェアによって行うことも可能である。また、プログラムは、上述のように予めメモリに記憶させておくほか、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory),MO(Magneto optical)ディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体に一時的又は永続的に格納(記録)することができる。このようなリムーバブル記録媒体を、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供し、球形ロボット1にインストールして用いるようにもできる。
【0061】
また、プログラムは、リムーバブル記録媒体からインストールするほか、ダウンロードサイトやディジタル衛星放送用の人工衛星を介して無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワークを介して有線で転送して提供できる。例えば、プログラムがバージョンアップされたとき等には、バージョンアップされたプログラムを入手して球形ロボット1にインストールすれば、バージョンアップが容易に行える。
【0062】
本具体例において、インテリジェント制御部53に各種の処理を行わせるためのプログラムを記述する処理ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的或いは個別に実行される処理(例えば、並列処理或いはオブジェクトによる処理)も含むものである。また、プログラムは、ひとつのCPUにより処理されるものであってもよいし、複数のCPUによって分散処理されるものであってもよい。
【0063】
なお、本発明は、上述した具体例に限定されない。例えば、図1においてセンサ部51として赤外線発光部22等を例示しているが、その他、例えば球殻11表面に振動を利用した超音波センサを使用して、球殻11そのものをセンサ部として使用してもよい。また、球殻11が透明な部材で形成されるようにして、本体部20にCCDカメラのような撮像素子を配置することにより、映像情報が取得できるようにしてもよい。例えば、CCDカメラからの画像信号を画像認識することにより、「壁」らしきものが認識された場合に、RFIDリード部28によってこの物体に設けられたRFIDタグを読み取り、RFIDリード部28から得られたRFID信号に基づいて、ID認識部40にて「壁」であることを認識する。
【0064】
これにより、例えば全方向を直接監視できる監視装置として応用することもできる。CCDカメラや赤外線センサ等を設けて物体の有無や状態を光学的に検出するようにした場合、光学的検出手段からの光学的検出結果により物体の有無や状態を検出したときに、一定期間、RFIDリード部28の動作を実行するようにもできる。動作空間に無線タグを配置しておけば、光量不足等でCCDカメラから得られる情報が乏しくなっても、障害物回避等の動作が確実に行われる。
【0065】
また、情報出力部52として液晶ディスプレイ装置等の表示部を設けてもよい。この場合、球形ロボット1からより幅広い情報(応答)が出力できる。このほかにも、タッチセンサ、感熱センサ、感圧センサ等といった各種センサを設けることができる。
【0066】
更に、記憶部27は、第1記憶部27a、第2記憶部27bの2つの記憶部からなっているが、例えば、音声を記憶する記憶部、光に関する情報を記憶する記憶部、動作を記憶する記憶部というように、記憶する情報を細分化して、種類毎に記憶部を設けてもよい。この場合、各記憶部に記憶されている情報が変更されると、それぞれの記憶部の組み合わせにより球形ロボット1から出力される情報のバリエーションを増やすことができる。一方、記憶部27を1つの記憶部として構成すれば、記憶部27を交換する作業が効率的に行えるという利点もある。
【0067】
上述した具体例では、球殻11は、樹脂材料であるが、このほかにゴム等の変形自在な材料を用いてもよい。この場合、安全性や割れ等に対する強度を高めることができる。
【0068】
また、通信部57は、第2記憶部27bを介して動作決定を判別するための情報を取得しているが、コミュニケータ57aを介して外部から動作決定を判別するための情報を取得するようにしてもよい。
【0069】
以上、本発明を球形ロボット1に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、産業用のロボットや人間型ロボット等の各種ロボット装置に広く適用できる。
【0070】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る球形ロボットは、中空部を有している球殻と、上記球殻内に配置されて上記球殻を回転駆動させるための本体部とを有する球形ロボットにおいて、外部に対して情報を出力する情報出力手段と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて情報出力手段を制御する制御手段とを有することにより、マイク、カメラ、種々のセンサといった他の情報取得手段で検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識が有効且つ確実に行える。
【0071】
ここで、この球形ロボットには、無線タグ読取手段により読み取られたデータと物体に関する情報とを関連付けたテーブルが記憶された記憶手段を設け、制御手段が無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて情報出力手段を制御することにより、物体や状況に応じた幅広い行動パターンを用意でき、この球形ロボットのエンターテインメント性が向上する。
【0072】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る球形ロボットの制御方法は、自律的に行動を出現させるとともに、外部からの入力情報に応じて行動が制御される球形ロボットの制御方法であって、外部に対して情報を出力する情報出力工程と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程とを有する。これにより、マイク、カメラ、種々のセンサといった他の情報取得手段で検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識が有効且つ確実に行えるとともに、物体や状況に応じた幅広い行動パターンを用意でき、この制御方法によって制御される球形ロボットのエンターテインメント性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の具体例として示す球形ロボットの球殻を透過して示す正面図であり、(b)は、上記球形ロボットの球殻を透過して示す背面図である。
【図2】(a)は、本発明の具体例として示す球形ロボット球殻を透過して示す上面図であり、(b)は、上記球形ロボットの球殻を透過して示す側面図である。
【図3】上記球形ロボットの本体部を説明する構成図である。
【図4】上記球形ロボットがある動作をするときのデータの授受を説明する図である。
【図5】上記球形ロボットのID認識部を説明する構成図である。
【図6】上記球形ロボットが記憶するIDテーブルの例を示す図である。
【図7】上記球形ロボットの動作を説明する模式図である。
【図8】上記球形ロボットの動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
1 球形ロボット、11 球殻、20 本体部、21 回転駆動部、27 記憶部、28 RFIDリード部、29 RFIDライト部、40 ID認識部、41 ID照合部、42 IDテーブル記憶部、51 センサ部、52 情報出力部、53 インテリジェント制御部、55 駆動制御部、56 センサ制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spherical robot and a control method thereof, and in particular, enables two-way communication with a human by causing an action to appear autonomously and controlling the action according to input information from the outside. The present invention relates to a spherical robot and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
A mechanical device that performs a motion similar to the motion of a human or animal using, for example, an electric or magnetic action is generally called a “robot”. Robots began to spread in Japan in the late 1960s, but most of them were industrial robots (industrial robots) such as manipulators and transfer robots for the purpose of automation and unmanned production work in factories. there were.
[0003]
A stationary type robot, such as an arm type robot, which is installed and used in a specific place, operates only in a fixed and local work space such as assembling and sorting parts. On the other hand, a mobile robot can freely move on a predetermined path or a non-path in a non-restricted work space to perform predetermined or arbitrary human work, or to perform human or dog or other living organisms. A wide variety of services can be provided that can replace.
[0004]
There are crawler type and tire type as a means of movement, but among them, a leg type mobile robot is unstable and makes posture control and walking control difficult. It is excellent in that it can realize a flexible walking / running operation without distinguishing between rough terrain.
[0005]
Recently, it has been modeled on the so-called pet-type robot that imitates the body mechanism and operation of a four-legged animal such as a dog or cat, or the body mechanism and motion of an animal that walks upright on two legs such as a human. Research and development on legged mobile robots, such as designed "humanoid robots", has been progressing, and expectations for practical use have been increasing.
[0006]
Such a robot device has an actuator having a predetermined degree of freedom and a mechanical unit in which a sensor or the like for detecting a predetermined physical quantity is arranged at a predetermined position, and a control unit using a microcomputer controls an external device. It is configured to perform a predetermined operation on information (for example, see Patent Document 1). As described above, if the robot device can approach the behavior of the actual animal more, the biological feeling of the robot device further increases, and the user feels a closer feeling and satisfaction with the robot device. This also improves the entertainment and amusement properties of the robot device.
[0007]
On the other hand, for example, it is conceivable to make the robot device itself spherical as a highly safe moving mechanism. As a result, even in a home where people have the highest chance to come into contact with humans, not only high security to the outside, but also excellent mobility performance is exhibited (for example, see Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-154679 A
[Patent Document 2]
JP-A-2000-218578
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned robot apparatus, as a method of detecting information given from the outside, for example, (1) a method of detecting voice data obtained from a microphone or the like and using a voice recognition result of the voice data; ) A method of detecting image data obtained from a CCD camera or the like and using an image recognition result of the image data. (3) Detecting pressure received by physical action by a touch sensor or the like and using the selection result. (4) A method is known in which a surrounding environmental condition is detected by a temperature sensor, a humidity sensor, an odor sensor, or the like, and the detection result is used.
[0010]
However, in the method of detecting external information such as voice, image, pressure, and environmental conditions, for example, when there is noise around, noise is superimposed on voice data obtained from a microphone or the like, and a correct voice recognition result cannot be obtained. There is. Also, when there are a plurality of different objects having similar surface states or shapes, it is difficult to identify these objects. Furthermore, when recognizing an object, the most effective method is to detect image data and analyze and recognize this image data. However, "brightness" is important for detecting image data. On the other hand, when the outside is dark, the information amount of the obtained image data is reduced, and an accurate recognition result cannot be obtained. In addition, since the brightness of the external environment, the color scheme of the surroundings, and the like are not constant, an accurate recognition result is not always obtained even if the brightness is sufficient for image analysis.
[0011]
In particular, in the case of a robot device that mimics the body mechanism and operation of animals such as dogs and cats, the arrangement of sensors such as touch sensors on the limbs, CCD cameras on the face, and microphones on the ears should be determined. However, it is difficult for the spherical robot to conveniently provide sensors for acquiring external information, such as a touch sensor and a CCD camera, due to the characteristics of the main body shape.
[0012]
Accordingly, the present invention has been proposed in view of such circumstances, and it has been difficult to detect surrounding information, object information, and external environments that were difficult to detect with a microphone, a camera, or various sensors. It is an object of the present invention to provide a spherical robot capable of recognizing an object at the time and a control method therefor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a spherical robot according to the present invention is a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell. Information output means for outputting the data stored in the wireless tag from the wireless tag provided on the external object; and information output means based on the data read by the wireless tag read means. And control means for controlling the
[0014]
Here, the spherical robot may be provided with storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information on the object are stored, and the control means is read by the wireless tag reading means. The information output means is controlled based on the object information read from the storage means in association with the data.
[0015]
The information output means includes a visible light emitting unit that emits visible light to the outside, an infrared light emitting unit that emits infrared light to the outside, a sound output unit for outputting sound to the outside of the spherical shell, and a spherical shell. There is a rotation drive unit that performs a predetermined operation inside, and the control unit controls these information output units based on the object information read from the storage unit in association with the data read by the wireless tag reading unit.
[0016]
In addition, the spherical robot includes an external information acquisition unit that acquires information from outside, and an output information storage unit that stores information output by the information output unit in advance in association with information acquired by the external information acquisition unit. The information output means may be controlled such that the control means outputs the information read from the output information storage means in association with the information acquired by the external information acquisition means. At this time, the control unit may execute the operation of the wireless tag reading unit for a certain period when the information is obtained by the external information obtaining unit.
[0017]
In addition, in order to achieve the above-described object, a method of controlling a spherical robot according to the present invention is a method of controlling a spherical robot in which an action is caused to appear autonomously and the action is controlled in accordance with externally input information. There is an information output step of outputting information to the outside, a wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and a wireless tag reading step. And a control step of controlling information output in the information output step based on the obtained data.
[0018]
This control method has an external information acquisition step of acquiring information from the outside, and in the control step, output information in which information output from the information output means corresponding to the information acquired in the external information acquisition step is stored in advance. Information to be output is read from the storage means.
[0019]
In the control step, when the information is obtained in the external information obtaining step, the operation of the wireless tag reading step may be performed for a certain period.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, since the specific examples described below are examples of suitably implementing the present invention, even if various technical limitations are given in the specific examples described below, unless there is a description that the present invention is limited. However, the present invention is not limited by this specific example.
[0021]
FIG. 1 shows a front view and a rear view showing a specific example of the spherical robot of the present invention, and FIG. 2 shows a top view and a side view. The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
Further, the
[0025]
Here, RFID (Radio Frequency Identification) is a non-contact type automatic recognition technology, and reads information via a radio wave or the like from a medium such as a tag in which an IC and a small antenna are incorporated, for example. Tags (tags) serving as media are called RFID tags, wireless tags, IC tags, and the like, and have various shapes such as a card shape, a label shape, and a microchip shape. RFID identification technology is not only expected to embed an RFID tag in all products to manage product information as an alternative to barcodes, but also to control the opening and closing of gates and doors, to control passage, and to manage parcels and luggage. Various utilization forms such as delivery management have been proposed. The RFID read
[0026]
The
[0027]
Then, each part is demonstrated concretely. The rotation drive unit 21 has wheels 21a, 21a. When the wheels 21a, 21a rotate in the same direction and at the same speed, the
[0028]
The infrared
[0029]
The infrared
[0030]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0031]
A
[0032]
On the other hand, the
[0033]
The visible
[0034]
The RFID read
[0035]
The
[0036]
FIG. 3 shows a configuration example of the
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
Based on various detection signals such as an audio signal and an RFID signal provided from the
[0041]
Further, the
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Further, the
[0046]
With the above configuration, the
[0047]
The
[0048]
Next, a configuration example of the ID recognition unit 40 will be described with reference to FIG. The ID recognition unit 40 is provided inside the
[0049]
The
[0050]
As a format of the RFID signal, for example, a format having a header portion, an identifier portion, and a data portion and having a total of 128 bits can be used. In addition, various formats can be used. Generally, an RFID tag has a larger amount of information that can be written than a barcode, and can include detailed data of an object. In addition, since the RFID system can perform information communication in a non-contact manner, the RFID system has excellent durability and is not affected by dirt or dust. Further, reading while moving is possible. Therefore, as compared with an optical detection means such as a camera, there is an advantage that it can be recognized even in darkness regardless of the amount of light in the environment.
[0051]
If such an
[0052]
An example in which the present invention is applied to the restriction of the range of action will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the above-described
[0053]
The edge of the
[0054]
When the
[0055]
The ID number of the read RFID tag is sent to the
[0056]
As described above, according to this specific example, information on obstacles such as “steps” and “walls” and information on the environment are written in the RFID tag and are scattered in the action space of the
[0057]
In addition, a wireless tag that records position information is attached to a plane on which the
[0058]
Further, since an action pattern corresponding to the recognized ID number can be prepared and displayed, not only the action range is restricted, but also the communication between the human or fellow robot and the
[0059]
As described above, the
[0060]
In this specific example, the above-described series of processing is performed by executing a program stored in the
[0061]
In addition to installing the program from a removable recording medium, the program may be transmitted wirelessly via a download site or an artificial satellite for digital satellite broadcasting, or may be transmitted via a wire such as a LAN (Local Area Network) or the Internet. Can be provided. For example, when the program is upgraded, if the upgraded program is acquired and installed in the
[0062]
In this specific example, processing steps for writing a program for causing the
[0063]
Note that the present invention is not limited to the specific examples described above. For example, in FIG. 1, the infrared
[0064]
Thus, for example, it can be applied as a monitoring device that can directly monitor all directions. When a CCD camera, an infrared sensor, or the like is provided to optically detect the presence or absence or state of an object, when the presence or absence or state of the object is detected based on the optical detection result from the optical detection unit, The operation of the RFID read
[0065]
Further, a display unit such as a liquid crystal display device may be provided as the
[0066]
Furthermore, the
[0067]
In the specific example described above, the
[0068]
In addition, the
[0069]
The case where the present invention is applied to the
[0070]
【The invention's effect】
As described in detail above, a spherical robot according to the present invention is a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell and configured to rotationally drive the spherical shell. In the robot, information output means for outputting information to the outside, wireless tag reading means for reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and wireless tag reading means Control means for controlling the information output means based on the received data, thereby confirming surrounding information and object information which were difficult to be detected by other information acquisition means such as a microphone, a camera, and various sensors. In addition, the object can be effectively and reliably recognized when the external environment is dark.
[0071]
Here, the spherical robot is provided with storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information on the object are stored, and the control means associates the data read by the wireless tag reading means with the data read by the wireless tag reading means. By controlling the information output means based on the object information read out from the storage means and read out from the storage means, it is possible to prepare a wide range of action patterns according to the object and the situation, thereby improving the entertaining property of the spherical robot.
[0072]
In addition, in order to achieve the above-described object, a method of controlling a spherical robot according to the present invention is a method of controlling a spherical robot in which an action is caused to appear autonomously and the action is controlled in accordance with externally input information. There is an information output step of outputting information to the outside, a wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and a wireless tag reading step. Controlling the information output in the information output step based on the obtained data. Accordingly, it is possible to effectively and reliably confirm surrounding information and object information that were difficult to be detected by other information acquisition means such as a microphone, a camera, and various sensors, and recognize an object when the external environment is dark. At the same time, a wide range of behavior patterns can be prepared according to the object and the situation, and the entertainment of the spherical robot controlled by this control method is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a front view showing a spherical shell of a spherical robot shown as a specific example of the present invention, and FIG. 1 (b) is a rear view showing a spherical shell of the spherical robot shown above. is there.
FIG. 2 (a) is a top view showing a spherical robot spherical shell shown as a specific example of the present invention, and FIG. 2 (b) is a side view showing a spherical robot spherical shell shown above. .
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a main body of the spherical robot.
FIG. 4 is a diagram for explaining data transfer when the spherical robot performs a certain operation.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an ID recognition unit of the spherical robot.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an ID table stored by the spherical robot.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the operation of the spherical robot.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the operation of the spherical robot.
[Explanation of symbols]
Claims (15)
外部に対して情報を出力する情報出力手段と、
外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、
上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて上記情報出力手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする球形ロボット。In a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell,
Information output means for outputting information to the outside,
Wireless tag reading means for reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object;
Control means for controlling the information output means based on the data read by the wireless tag reading means.
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記情報出力手段を制御することを特徴とする請求項1記載の球形ロボット。Having storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information relating to the object are stored;
2. The spherical shape according to claim 1, wherein said control means controls said information output means based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記可視光線発光部を制御することを特徴とする請求項2記載の球形ロボット。The information output unit has a visible light emitting unit that emits visible light to the outside,
3. The control device according to claim 2, wherein the control unit controls the visible light emitting unit based on the object information read from the storage unit in association with data read by the wireless tag reading unit. Spherical robot.
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記赤外線発光部を制御することを特徴とする請求項2記載の球形ロボット。The information output means has an infrared light emitting unit that emits infrared light to the outside,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein the control unit controls the infrared light emitting unit based on the object information read from the storage unit in association with data read by the wireless tag reading unit. robot.
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記音声出力部を制御することを特徴とする請求項2記載の球形ロボット。The information output unit has a sound output unit for outputting a sound outside the spherical shell,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein said control means controls said audio output unit based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記回転駆動手段を制御することを特徴とする請求項2記載の球形ロボット。The information output unit has a rotation driving unit that performs a predetermined operation inside the spherical shell,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein said control means controls said rotation driving means based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.
上記情報出力手段で出力する情報を上記外部情報取得手段にて取得される情報に関連づけて予め記憶している出力情報記憶手段とを備え、
上記制御手段は、上記外部情報取得手段により取得された情報に関連づけられて上記出力情報記憶手段から読み出した情報を出力するように上記情報出力手段を制御することを特徴とする請求項1記載の球形ロボット。External information acquisition means for acquiring information from outside;
An output information storage unit that stores information output by the information output unit in advance in association with the information acquired by the external information acquisition unit,
2. The information output unit according to claim 1, wherein the control unit controls the information output unit to output information read from the output information storage unit in association with the information acquired by the external information acquisition unit. Spherical robot.
外部に対して情報を出力する情報出力工程と、
外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、
上記無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて上記情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程と
を有することを特徴とする球形ロボットの制御方法。A method for controlling a spherical robot in which an action is made to appear autonomously and the action is controlled according to input information from the outside,
An information output step of outputting information to the outside,
A wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object;
A control step of controlling information output in the information output step based on data read in the wireless tag reading step.
上記制御工程では、上記外部情報取得工程で取得された情報に対応して上記情報出力工程にて出力される情報を予め記憶した出力情報記憶手段から出力すべき情報が読み出されることを特徴とする請求項13記載の球形ロボットの制御方法。Having an external information acquisition step of acquiring information from outside,
In the control step, information to be output is read from output information storage means that stores information output in the information output step in advance corresponding to the information obtained in the external information obtaining step. The method for controlling a spherical robot according to claim 13.
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