JP2004167627A - 画像投射機能を有するロボット及びそのロボットを用いた情報交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】離れた場所にいる人間とロボットの周囲にいる人間とが、画像を介して情報交換できるようにしたロボットを提供する。
【解決手段】携帯電話１００と情報の送受信が可能な送受信装置２９と、周部を撮影する撮像カメラ６と、画像を周部の被投射物体に投射するプロジェクタ装置７と、送受信装置２９、撮像カメラ６及びプロジェクタ装置７を制御するＣＰＵ１１とを備えたロボット１である。距離を置いた人間同士が、ロボット１を介して、必要な画像情報を交換しコミュニケーションを図ることができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部通信装置から受信した情報を周辺の人に伝達でき、また周辺の情報を外部通信装置に送信できるロボットに関する。また、このようなロボットを用いて外部通信装置と情報の交換を行うシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多くのロボットが提供されるようになってきている。これらには、遠隔操作で歩行操作を行いながら遊ぶ玩具ロボットや、対話形式でコミュニケーションが図れるペット型ロボットなどがある。さらに、ペット型のロボットでは、自律状態で操作者とのコミュニケーションが図れる高度なものも提供されるようになっている。
【０００３】
一般に、前述した従来のロボットは、玩具あるいは人工ペットとして作製されている。そして、主にその場に居る人間（玩具の場合は主に子供）との関係に配慮して設計されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のロボットは、主にその場に居る人間を和ませ、楽しませることを主眼にして製作されている。よって、このようなロボットは距離が離れた人間同士のコミュニケーションを図る補助役（エージェント）としては機能していない。
【０００５】
従来において、例えば子供とペット型ロボットとを家に残して親が外出した場合、ロボットは玩具あるいは擬似ペットして機能しているだけである。外出先からこのロボットを介して、親が子供の様子を確認でき、必要な指示を与えることができれば便利である。しかし、このように人間同士のコミュニケーションを媒介する機能を備えたロボットについては未だ十分な検討がなされていない。
【０００６】
また、地震、火災等の災害が発生したときに、近くに居るロボットが避難誘導等の補助を行えれば人命救助に有効である。しかし、このような避難補助機能を備えたロボットについても十分な検討がなされていない。特に従来においては、ロボット側から周囲に居る人間に必要な情報を画像で提供するという観点の検討はなされていない。
【０００７】
したがって、本発明は前述した種々の従来の課題を解決し、離れた場所にいる人間とロボットの周囲にいる人間とが、画像等を介して情報交換できるようにした新規なロボットを提供するを主な目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項１に記載するロボットにより達成される。このロボットは、以下のような構成、外部通信装置と情報の送受信が可能な通信手段と、周部を撮影する撮像手段と、画像を周部の被投射物体に投射する画像投射手段と、前記通信手段、撮像手段及び前記投射手段を制御する制御手段とを備えている。
【０００９】
本発明によるロボットは、周囲の画像を撮像手段で撮影でき、また、画像投射手段を用いて周囲の人間に画像情報を提示できる。よって、外部通信装置及び通信手段を介し、ロボットの傍にいる人間と距離の離れた所にいる人間とが画像を用いて正確な情報交換を行うことができる。すなわち、本ロボットを介することで、距離を置いた人間同士が画像での情報交換を通じて、コミュニケーションを図ることができる。
【００１０】
そのために、前記制御手段は前記通信手段を介して受信した前記通信装置からの情報に基づき、前記画像投射手段を駆動して前記被投射物体上に所定の画像を投射させるように設定されていることが好ましい。同様に、前記制御手段は前記通信手段を介して、前記撮像手段で撮像した画像情報を前記通信装置に送信するように設定されていることが好ましい。
【００１１】
前記通信手段が前記通信装置と送受信する情報には、画像情報及び文字情報を含めることが好ましい。また、本ロボットは移動手段をさらに備えていることが望ましい。さらに、前記制御手段は、前記通信装置から所定の指示信号を受けたときに、該指示信号に基づいて前記撮像手段及び画像投射手段を強制的に駆動するように設定されていることが望ましい。画像投射手段において用いられる光源には、好ましくは半導体発光素子が用いられる。半導体発光素子は、例えば半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは半導体レーザダイオード（ＬＤ）である。
【００１２】
上記目的は請求項８に記載の情報交換システムによっても達成される。この情報交換システムは以下の構成、ディスプレイを備えた外部通信装置と、前記外部通信装置と情報の送受信が可能な通信手段と、周部を撮影する撮像手段と、画像を周部の被投射物体に投射する画像投射手段と、前記通信手段、撮像手段及び前記投射手段を制御する制御手段とを備えたロボットとを用いて情報の交換を行うものである。
【００１３】
本システムによっても、ロボットの傍にいる人間と、そこから離れた人間とが画像等を介して情報交換を行うことができる。よって、ロボットを介して、人間同士のコミュニケーションを図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施形態に係るペット型のロボット１について説明する。図１（ａ）は、ペット型ロボット１の外観を示した図である。図１に示すようにペット型ロボット１は、胴体２、前脚部３、後脚部４、頭部５及び尻尾９を備えた動物様の外形を有している。
【００１５】
本ロボット１の胴体２内には、図示しないアクチュエータが内蔵されており、前脚部３及び後脚部４、並びに頭部５を駆動できるようになっている。図１（ｂ）に示すように、頭部５の目の部分には撮像手段としてのＣＣＤカメラ６、口に相当する部分には画像投射手段としてのプロジェクタ装置７が埋設されている。また、胴体２内には物体に接触したことを検知する接触センサ、移動状態を検出する加速度センサ等の各種センサが内蔵されている。さらに、胴体２内にはＣＰＵ等で構成した制御部を備え、上記アクチュエータ、カメラ、各種センサの駆動を制御するようになっている。
【００１６】
接触センサ、加速度センサ等のセンサ信号並びにカメラからの撮像信号に基づいて、制御部が前・後脚部３、４及び頭部５などの動作を制御するので、ロボット１があたかも感情な仕草を行う。
【００１７】
図２は、上記ペット型ロボット１の主要構成を示したブロック図である。この図では胴体２内に配置した接触センサ２１、加速度センサ２２が例示されている。これらセンサ２１、２２からのセンサ信号はエモーション演算部１２に供給される。頭部５は頭部用モータ２７により駆動され、前後の脚部３、４は脚部用モータ２８により駆動される。これら頭部用モータ２７及び脚部用モータ２８はアクチュエータ制御部１３により制御される。
【００１８】
頭部５に設けたカメラ６からの撮像データは入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２６を介して、エモーション演算部１２及びＣＰＵ（中央処理装置）１１に供給されている。同様に頭部５に設けられたプロジェクタ装置７は出力インターフェースを介してＣＰＵ１１に接続されている。さらに、本ロボット１の尻尾９は、アンテナとして機能している。このアンテナ９はＣＰＵ１１により制御されている送受信装置２９に接続されている。
【００１９】
ロボット１の制御部は、前記エモーション演算部１２、アクチュエータ制御部１３及びこれらの全体制御を行うＣＰＵ１１により構成されている。ロボット１が前述したようなペットして機能しているときは、エモーション演算部１２が上記センサ信号及び撮像データに基づいて所定の演算を行い、その結果に基づいてアクチュエータ制御部１３が頭部用モータ２７及び脚部用モータ２８を制御してペットの仕草が実行される。
【００２０】
一方、ＣＰＵ１１は予め設定した携帯電話１００から所定の無線信号を受信したときに、優先的にその指示信号に対応するように設定されている。ＣＰＵ１１は携帯電話１００から指示信号に基づいて、前記エモーション演算部１２及びアクチュエータ制御部１３、並びにカメラ６及びプロジェクタ装置７を制御してロボット１が所定動作を実行するように制御する。この動作内容については後詳する動作の説明で明らかにする。
【００２１】
ロボット１はさらにプロジェクタ装置７を備え、携帯電話１００から送信された文字、図形等の画像情報をプロジェクタ装置７によりその周囲の壁等に投射する機能を有している。一般に、プロジェクタ装置７は、光源、照明光学系、投射光学系、および変調装置を必要とし、ペット型ロボットに搭載するためにはそれらを小型化、軽量化する必要がある。
【００２２】
プロジェクタ装置７は、光源からの光をＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）方式により画像の投射を行うものである。
【００２３】
光源には、赤、青、緑の発光ダイオードを採用することにより、光源の小型化、軽量化を図っている。一般に、４０インチ以上の大画面表示を行うプロジェクタの場合、５００ルーメン以上の高照度な光源が必要であり、超高圧水銀ランプなどが用いられる。発光ダイオードによる場合でも１４インチ程度の表示であれば十分に明るい表示を確保することができる。
【００２４】
図３は、プロジェクタ装置７の光源部３０の構成を拡大して示した図である。赤色（Ｒ）３１、青色（Ｂ）３２、緑色（Ｇ）３３の発光ダイオードそれぞれが６個並列に接続されている。これらと供給電源３５との間には、それぞれＭＯＳトランジスタ３６、３７、３８が接続されている。これらのＭＯＳトラジスタ３６、３７、３８のゲートは、光源駆動回路３９に接続され、駆動パルス信号φＲ、φＢ、φＧによって交互に異なるタイミングで駆動される。図７に駆動パルス信号にタイミングを示す。発光ダイオード３１、３２、３３は、ＭＯＳトランジスタにより導通されるとき、その順方向に５Ｖの電圧が印加され、１Ａの電流で駆動される。
【００２５】
発光ダイオード３１〜３３は、側壁が反射板を形成する絶縁ケース４０内に配置されている。絶縁ケース４０の裏面には、接地電位を供給する電極層が形成されている。
【００２６】
発光ダイオード３１〜３３の上面のコンタクト層は、ワイヤボンディングを介してＭＯＳトランジスタ３６、３７、３８のソース電極に電気的に接続されている。光源駆動回路３９は、ロジックシーケンスＩＣやマイコンコンピュータにより構成することができる。本例によるプロジェクタ装置７は、各発光色とも３０Ｗ程度の光源を形成することができるが、発光ダイオード数を増減してより高照度あるいは低照度とすることが可能である。
【００２７】
図４は、上記のような発光ダイオードを備えた光源部３０を含むＤＬＰ方式プロジェクタ装置７内の主要な構成を示したブロック図である。プロジェクタ装置７は、ＣＰＵ１１からの画像信号７１を入力し、これをＤＭＤと同じ画素数のＲＧＢデジタル画像データに変換する前処理部７２と、前処理部７２からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ７５の駆動を制御するとともに光源駆動回路３９を制御する制御部７３と、クロック信号を生成するクロック発生回路７４と、複数のミラー素子をアレイ状に配置させそれらのミラー素子をスイッチングさせるＤＭＤ７５と、複数の発光ダイオードを含む上記光源部３０と、この光源部３０からの光をＤＭＤへ照射させる照射光学系７６と、ＤＭＤ７５によって反射された光をスクリーン上へ投射する投射光学系７７とを含んでいる。
【００２８】
光源駆動回路３９は、制御部７３およびクロック発生回路７４に接続される。制御部７３からのイネーブル信号ＥＢが入力されると、クロック信号ＣＬＫに同期したタイミングパルス信号φＲ、φＢ、φＧを生成し、これにより各発光ダイオード３１〜３３の点灯を制御する。さらに、タイミングパルス信号と同期した同期信号Ｓを制御部７３へ出力する。
【００２９】
図５にプロジェクタ装置７の光学システムを例示する。照明光学系は、ライトトンネル８１と、複数のコンデンサレンズ８２と、球面ミラー８３、８４と、コンデンサレンズ８５とを含んでいる。ライトトンネル８１は、光源部３０の発光ダイオードから発光された光を入射し、これを内部で全反射させ、均一な照度の光線を出射する。出射口のアスペクト比は、投射される画像のアスペクト比を決定し、例えば４：３あるいは１６：９に設定される。ライトトンネル８１からの光は、複数のコンデンサレンズ８２によって球面ミラー８３へ集光される。そこで反射された光は、球面ミラー８４により反射されてコンデンサレンズ８５の凸面側に入射され、そこで集光されてＤＭＤ７５上に照射される。ＤＭＤ７５によって反射された光は、再びコンデンサレンズ８５の平面側から入射され、投影レンズ群８６を含む投射光学系７７を介して壁等の被投射物体上に投射される。
【００３０】
以上のような構成を有するロボット１が、携帯電話１００から所定の指示電波を受けた場合の動作について説明する。ここでは、子供とペット型ロボット１とを家に残している親が外出先から携帯電話１００で連絡を取ったような状況を想定して動作を説明する。
【００３１】
図２を参照すると、親の携帯電話１００からの所定電波をロボット１が送受信装置２９を介して受信した場合、ＣＰＵ１１は前記エモーション演算部１２からアクチュエータ制御部１３への信号の入力を中止する。さらに、ＣＰＵ１１は、携帯電話からの指示信号に基づいてアクチュエータ制御部１３を介して頭部用モータ２７及び脚部用モータ２８の動作を強制的に制御する。
【００３２】
具体的には、ＣＰＵ１１は携帯電話１００からの所定の信号を受けると、ペットロボットとしての動作を停止させる。その後、例えば図６に示すように、前脚部３及び後脚部４の動作を制御して直立状態に保持し、ロボット頭部５に内蔵したカメラ６により撮像した画像情報を携帯電話１００に送信する。さらに好ましい形態としては、携帯電話１００からの特定の指示信号によりＣＰＵ１１が頭部５を回転駆動させてカメラ６で周辺を撮影し、画像情報を携帯電話１００に送信する。これにより、携帯電話１００のディスプレイ１０１でロボット１周辺の状態を知ることができる。
【００３３】
また、ＣＰＵ１１は携帯電話１００から画像情報を受信すると、プロジェクタ装置７を起動し周部にある壁面６５等の被投射物体上に送信された情報に基づいた映像を投射する。この情報には例えば携帯電話１００で撮影した写真等の画像情報やメール機能で作成した文字情報を含めることができる。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、ロボット１のカメラ７で撮像した画像を携帯電話１００に送信することでロボットの近辺の情報をディスプレイ１０１から把握できる。また、携帯電話から命令や指示等の情報を伝達したいときには携帯電話１００から文字や画像を送信することで、プロジェクタ装置７により壁面、床面等にその内容を投射させる。こうして、ロボットを仲介とした画像のコミュニケーションを実行することができる。
【００３５】
ペットロボット１は、上記のように小型のプロジェクタ装置７を備えているので、ペットとしてばかりでなく、距離が離れた人間同士の情報交換を媒介するエージェントとしても機能する。また、本ロボット１は災害発生時にも有効に活用できる。ロボット１は遠隔操作が可能であり且つ外部からの情報を投射して伝達できるという特徴がある。よって、特に本ロボットを傍に置いて災害にあったような場合には、ロボット１のプロジェクタ装置７を介して被災者に避難路等の情報を視覚的に伝達できる。
【００３６】
前記実施形態では携帯電話１００から画像を送信する例を説明したがこのような態様には限定されない。例えばロボット１のメモリに予め種々の画像を記憶しておき、携帯電話１００からの指令により、その記録画像の中から選択された画像情報を表示するように設定しておいてもよい。
【００３７】
上記実施形態では、移動電話として携帯電話１００を例示したがこれに限らずもちろんＰＨＳ等の他の移動体通信機器であってもよい。さらに、通信装置は移動電話以外でも、前述したと同様の指示と情報を無線によりロボットに与えることができる通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどの電子機器であってもよい。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３９】
例えば、移動手段は、歩行用の前・後脚の他、車輪による移動手段を有するロボットであっても良い。このような移動手段を備えたロボットの例を図８に示す。また、投射壁までの距離を計測する距離センサを付加しても良いし、さらに、投射映像の焦点を適切に自動修正するオードフォーカス機能を付加しても良い。距離センサを付加した場合、計測された距離データを送信し、操作者がそのデータに基づいてロボットを遠隔操作し、投射映像が適切な大きさに表示されるようにロボットを移動させることが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、外部通信装置及び通信手段を介し、ロボットの傍にいる人間と距離の離れた所にいる人間とが画像により情報交換を行うことができる。したがって、距離を置いた人間同士が、本ロボットを介して、必要な情報を交換しコミュニケーションを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係るペット型ロボットの外観を示した図である。
【図２】図１に示したペット型ロボットの主要構成を示したブロック図である。
【図３】ロボットが備えるプロジェクタ装置の光源部の構成を示した図である。
【図４】発光ダイオードを用いた光源部を含むＤＬＰ方式プロジェクタ装置の主要な構成を示したブロック図である。
【図５】プロジェクタ装置の光学システム例示した図である。
【図６】ロボットの動作の具体例を示した図である。
【図７】光源の駆動タイミングを示す図である。
【図８】他の移動手段を備えたロボットの例を示す図である。
【符号の説明】
１ ロボット
２ 胴体
３、４ 脚部
５ 頭部
６ カメラ（撮像手段）
７ プロジェクタ装置（画像投射手段）
１１ ＣＰＵ（制御手段）
１２ エモーション演算部
１３ アクチュエータ制御部
２８ 脚部用モータ（移動手段）
２９ 送受信装置（通信手段）
６５ 壁面（被投射物体）
１００ 携帯電話（外部通信装置）
１０１ ディスプレイ

Claims (13)

1. 通信機能を備えた電子装置と情報の送受信が可能な通信手段と、撮像手段と、画像を被投射物体に投射する画像投射手段と、前記通信手段、撮像手段及び前記投射手段を制御する制御手段とを、備えたロボット。
2. 前記制御手段は、前記通信手段を介して受信した前記電子装置からの情報に基づき、前記画像投射手段を駆動して前記被投射物体上に画像を投射させる請求項１に記載のロボット。
3. 前記制御手段は、前記通信手段を介して、前記撮像手段で撮像した画像情報を前記電子装置に送信する請求項１に記載のロボット。
4. 前記通信手段が前記電子装置と送受信する情報には、画像情報及び文字情報が含まれている請求項１ないし３のいずれに記載のロボット。
5. 前記ロボットはさらに移動手段を備えた請求項１ないし３のいずれかに記載のロボット。
6. 前記制御手段は、前記電子装置から所定の指示信号を受けたときに、前記移動手段を介してロボットの位置を制御し、前記撮像手段により撮像された撮像情報を前記通信手段を介して前記電子装置に送信する請求項５に記載のロボット。
7. 前記画像投射手段は、ＤＭＤを用いたＤＬＰ方式により画像を投射し、その光源に半導体発光素子を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のロボット。
8. ディスプレイを備えた外部通信装置と、
   前記外部通信装置と情報の送受信が可能な通信手段と、撮像手段と、画像を被投射物体に投射する画像投射手段と、前記通信手段、撮像手段及び前記投射手段を制御する制御手段とを備えたロボットとを用いて、情報の交換を行う情報交換システム。
9. 前記外部通信装置から送信された指示信号により、前記制御手段を遠隔制御する請求項８に記載の情報交換システム。
10. 前記外部通信装置は、前記ロボットの撮像手段で撮像した画像情報を前記通信手段を介して受信し、前記ディスプレイ上に表示する請求項８に記載の情報交換システム。
11. 前記情報には画像情報及び文字情報が含まれている請求項８ないし１０のいずれかに記載の情報交換システム。
12. 前記外部通信装置は、移動体電話である請求項８ないし１０のいずれかに記載の情報交換システム。
13. 前記ロボットは移動手段を有する、請求項８ないし１２いずれかに記載の情報交換システム。

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