JP2004306242A - ホームロボット制御システム及びそのホームロボットの運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット自体のプロセシング負担を最小化し且つロボットの製造コストを最小化できるホームロボット制御システムを提供する。
【解決手段】本発明によれば、スーパーコンピュータを用いたホームロボットの制御システムを提供し、ユーザがホームロボットに音声命令をすれば、ホームロボットでは、音声命令を単純にＡ／Ｄ変換してホームゲートウェイを介してスーパーコンピュータに転送し、スーパーコンピュータで音声命令を解析し、それに対する応答を音声として生成してホームロボットに転送するようにし、ホームロボットは、スーパーコンピュータから伝達された音声をスピーカーを介して再生する。
【効果】大容量のプロセシングを要求する作業を低価のロボットにより実現することができ且つサービスアップグレード時にもロボットのハードウェア交換を要せず、高級サービスを持続させられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ホームロボット制御システム及びそのホームロボットの運用方法に関するもので、より詳しくは、ロボットに要求されるプロセシング作業を最小化させ、且つ、その他のプロセシング作業はネットワークを介してスーパーコンピュータにより実行させた後、ロボットはその結果を用いてユーザの命令を実行するようにする、ホームロボット制御システム及びそのホームロボットの運用方法に関するものである。

ロボットは、１以上の仕事を速く且つ正確に反復的に処理するために設計された。ロボットの形態は、彼らが実行する仕事に応じて多様である。ロボットは、時には遠隔地の操作者により制御することも可能である。しかし、大部分のロボットは、コンピュータにより制御され、自律ロボット（autonomous robot）又はインセクトロボット（insect robot）の一方に分類される。自律ロボットは、それ自体にコンピュータを備え、独立システムとして行動する。また、インセクトロボットは、１つのコントローラの監督下に、数個から数千個に達する数で整列された群集体（fleet）として働く。

インセクトという用語は、個体は単純であるが、群集すれば、精巧によく発達した（sophisticated）昆虫の巣を連想させる。

ロボットは、広く使われた時代順によって世代別に区分することができる。第１世代のロボットは、１９７０年代から開発され始め、静的で、プログラム可能ではなく、且つセンサのない電子機械的な装置よりなる。第２世代のロボットは、１９８０年代に発展し、センサとプログラム可能なコントローラを含むことができる。第３世代のロボットは、１９９０年から現在までに発展した。これら機械は、静的または移動、自律またはインセクト型、精巧にプログラムが可能であり、音声認識及び／又は合成、その他の進歩した特性を有している。

第４世代のロボットは、研究開発中にあり、人工頭脳、自己複製（self-replication）、自己組立（self-assembly）、ナノ技術（１０^−９）を含む。

コボット（cobot）または相互協同ロボット（collaborative robot）は、特別な業務において案内者または介助者として人を支援するために製作されたロボットである。通常のロボットは、多少自律的に働くようにプログラム設計される。コボット設計に対する１つのアプローチとして、コボットは、人がタスク範囲内で適切に行動していれば、所定の作業を首尾良く実行させ、人がタスク範囲から離脱する時に正しい方へ案内するようにする。

或る進歩したロボットは、人類との見かけ上の類似性の点から人造人間（android）と呼ばれる。人造人間は、移動性があり、通常、車輪やトラック（ロボットの脚は不完全で、エンジニアにとって難しい）を用いて移動する。人造人間がロボット革命の先端とは言えない。最も秘密で且つ強力なロボットのうちいくつかは、人類のように見えたり行動することはない。ロボット知能と精巧性の最終的な姿を想像することはまだ難しい。

特許文献１（発明の名称：Multi functional Robot with Remote and Video System）に開示されたロボットは、胴体と、２つのアームと、２つの脚、いくつかのセンサと、１つのオーディオシステムと、照明結合体と、ビデオ装置とを結合して構成されている。

部屋にある物体を感知して障害物との衝突を防止するエッジ検知センサと結合して、センサがロボットの胴体各所に配置される。

オーディオシステムは、ロボットが声を検知したり、転送することができるようにする。ビデオ装置は、ユーザが遠隔でもロボットの前方地域を見ることができるようにする。追加機能として、ロボットは、自律的に動作できるようにする各種のモードで動作できる。ロボットは、自動モード、保安モード、挨拶モード（greet mode）、モニターモードで自律的に動作できる。さらに、ロボットは、遠隔制御を使用できるように製作することもできる。

特許文献２（発明の名称：Electronic Pet System, Network System、Robot、and Storage Medium）は、モデムやブルートゥースのような無線インタフェースを介してロボットをインターネットに接続することについて開示している。

この場合、ロボットと仮想電子ペット装置またはパソコンは、各々無線送受信部としてブルートゥースモジュールを具備している。したがって、モデムやブルートゥースモジュールは、インターネット（例えば、公衆電話網）に連結され、データの送受信は、ロボットにおけるブルートゥースモジュールと仮想電子ペット装置またはパソコンにおけるブルートゥースとにより実行される。この場合、ブルートゥースは、転送周波として使用許可を受ける必要のない２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Industrial Scientific Medical）帯域を使用する無線インタフェースである。

特許文献３（発明の名称：Robot Managing System, Robot Managing Method, and Information Managing Device）は、ロボットをサーバとパソコンを介してインターネットに接続することについて開示している。パソコンは、ロボットに関する情報を通信線に転送する機能と、通信線を介してロボットユーザにサービスを提供するサーバから応答を受信する機能とを有する。サーバは、通信線を介してパソコンから転送されたロボット関連情報と、以前に情報ストレージ装置に格納された参照情報に基づいて、そのロボット関連情報に相当する応答情報を生成し、 該応答情報を通信線を介してパソコンに送る。応答情報は、ロボットに関する診断情報である。

特許文献４（発明の名称：Mobile Robot and Method for Controlling a Mobile Robot）は、自律位置決定装置と、マイクと、大型スピーカーと、移動電話モジュールと、移動電話モジュールにより移動ロボットの位置を制御できる音声命令を解析できる音声分析モジュールとを備えるロボットを開示している。

図１は、多機能ホームパーソナルロボットに関する特許文献５に開示されたパーソナルロボットの構造図である。

同図に示されたように、従来のホームパーソナルロボット２００は、映像感知センサ２０１で感知した映像を映像処理部２０７により処理し、音声感知センサ２０２で感知した音声を音声処理部２０８により処理して、無線通信モジュール２１２により遠隔転送する。また、音声を再生するためのスピーカー２０３と、映像を再生するための表示部２０４と、動きを処理するためのモーション処理部２１０と、モーターアレイ２０６とを備え、障害物検出モジュール２０５をさらに備えている。また、このような各モジュールを制御するための主制御部２０９を備えている。

このように、従来のホームパーソナルロボット２００は、ユーザの全ての命令、センシングデータ、その他にロボットが実行すべき作業を、主制御部及び各モジュール部分の補助プロセッサー、すなわち映像処理部、モーション処理部、音声処理部などが実行する。一方、通信機能は、ユーザからの命令を入出力したり、ロボットに必要なソフトウェアを遠隔アップグレードするために用いている。

このような従来のロボットは、ハイレベルプロセシング作業はもちろん、ロウレベルプロセシング作業も共にロボット内部のマイクロプロセッサ（主プロセッサー及び補助プロセッサー）が処理するように設計されている。

このような従来のロボットは、多数のプロセッサーを使用しなければならないので、製造コストが高くなり、重量の増加に伴ってバッテリーが早期に消費されてしまうという問題がある。また、ロボットの演算速度は、最終的には主制御部プロセッサーの性能に左右されるので、大容量の計算を要するハイレベルプロセシング命令を円滑に実行することができないという問題がある。

米国特許第６，５０７，７７３号明細書 米国特許第６，５６０，５１１号明細書 米国特許第６，５７７，９２４号明細書 米国特許第６，５８４，３７６号明細書 韓国特許公開第２００１−０１６０４８号

本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、ロボット自体のプロセシング負担を最小化し、且つ、ロボットの製造コストを最小化できるホームロボット制御システム及びそのホームロボットの運用方法を提供することをその目的とする。

この目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ユーザ及びホームロボットが位置するホームから離れた場所に位置し、ホームロボットを制御するためのユーザの命令に対応する遠隔スーパーコンピュータと、ホームの外部に位置したネットワークを介してホームロボットとスーパーコンピュータとの間の通信経路を提供するためのホームゲートウェイとを備え、そのホームロボットは、ユーザの命令に応答しスーパーコンピュータにより生成される命令結果信号に応答して動作を実行するように制御されることを特徴とするホームロボット制御システムを提供する。

この場合のホームロボットは、ユーザから外部音声命令信号としてユーザの命令を受信し、該音声命令信号を電気的命令信号に変換するマイクと、その電気的命令信号をデジタル命令信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、そのデジタル命令信号を無線命令信号に変換して、該無線命令信号をホームゲートウェイ及びネットワークを介してスーパーコンピュータに転送し、ネットワーク及びホームゲートウェイを介してスーパーコンピュータから無線命令結果信号を受信し、該無線命令結果信号をデジタル命令結果信号に変換する無線通信部と、そのデジタル命令結果信号にデジタル音声信号が含まれている場合、該デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換部と、このＤ／Ａ変換部から受信されるアナログ音声信号に対応してオーディオ音声信号を生成するスピーカーと、無線通信部から受信されたデジタル命令結果信号を解析し、この解析に基づいて１以上の行動を制御し、１以上のデジタル音声信号、駆動制御信号及び映像信号を出力する制御部と、デジタル命令結果信号に基づいて各々制御部により行われた解析により定められる１以上の駆動制御信号に対応してホームロボットの胴体を駆動する駆動部と、映像信号に対応して映像を表示する表示部とを備えることができる。

その制御部は、無線通信部にデジタル命令信号を転送するものとすることが可能で、無線通信部は、ＷＬＡＮ（wireless local area network）信号を生成し受信するものとすることができる。また、ホームゲートウェイは、命令信号をネットワークに転送して通信を行うために、無線命令信号をネットワークに適切な形態に変換するものとすることができる。

この態様における通信経路として、ホームロボットとホームゲートウェイとの間には、ＷＬＡＮを用いることができる。また、スーパーコンピュータは、当該スーパーコンピュータとホームロボットが互いに通信を行うために、ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行う認証部を備えることもできる。

また、この態様におけるスーパーコンピュータは、ホームゲートウェイ及びネットワークを介してユーザの命令を受信するホームゲートウェイインタフェース部と、このホームゲートウェイインタフェース部により受信されたユーザの命令から１以上のユーザの命令及び該当ホームロボットの状態信号を抽出して解析し、各解析された命令に対応する命令応答信号及び状態信号に対応する状態応答信号を生成する制御部と、その命令応答信号に対応して該当命令結果信号を生成し、状態応答信号に対応して該当状態結果信号を生成し、制御部及びホームゲートウェイインタフェース部を介してホームロボットに転送するサービスモジュール部とを備えることができる。この場合のスーパーコンピュータは、ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行う認証部と、ホームロボットが当該スーパーコンピュータを利用する場合、費用を課金するための課金部と、ホームロボットの登録情報、操作情報、事故情報及び主住居位置を含むホームロボットの諸履歴を管理するロボット情報管理部とをさらに備えることができる。

本発明の他の態様によれば、ホームロボットと、ホームゲートウェイと、ホームロボットを制御するためのスーパーコンピュータとで構成され、ホームロボットを制御するシステムとして、ホームゲートウェイ及び通信ネットワークを介してユーザの命令を受信するホームゲートウェイインタフェース部と、該ホームゲートウェイインタフェース部により受信されたユーザの命令から１以上のユーザの命令及び該当ホームロボットの状態信号を抽出して解析し、各解析されたた命令に対応する命令応答信号及び状態信号に対応する状態応答信号を生成する制御部と、その命令応答信号に対応して該当命令結果信号を生成し、状態応答信号に対応して該当状態結果信号を生成し、制御部及びホームゲートウェイインタフェース部を介してホームロボットに転送するサービスモジュール部と、制御部の動作のためにホームロボットの登録情報、操作情報、事故情報及び主住居位置を含むホームロボットの諸履歴を管理するロボット情報管理部とをスーパーコンピュータに備えることを特徴とするホームロボット制御システムを提供する。

この態様においては、ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行い、該ホームロボットの認証がなされた状態で、ホームロボットとスーパーコンピュータとの間の通信を可能にする認証部と、ホームロボットがスーパーコンピュータを利用する場合、費用を課金するための課金部とをさらに備えることができる。また、サービスモジュール部は、各ユーザに共通のサービスを提供する共通サービスモジュール部と、各ユーザに個別的なサービスを提供する個別サービスモジュール部とを備えることができる。さらにサービスモジュール部は、音声命令を認識する音声認識モジュールと、音声を合成し再生するための音声合成モジュールと、ホームロボットを駆動するための駆動制御信号を生成するホームロボット駆動管理モジュールとを備えることができる。

この態様におけるホームロボットの登録情報は、ホームロボットのＩＤ、ホームロボットの製品番号、製品仕様、所有者の個人情報のうち少なくとも１つを含むものとすることができる。また、通信ネットワークは、ＷＬＡＮとすることができる。

本発明のさらに他の態様によれば、ホームロボットがユーザの音声命令を受信する段階と、その音声命令をデジタル音声命令に変換する段階と、ホームゲートウェイを介してデジタル音声命令をスーパーコンピュータに転送する段階と、スーパーコンピュータで音声認識により、ホームゲートウェイを介してホームロボットから転送されたデジタル音声命令を解析する段階と、該音声命令に対する応答メッセージを生成する段階と、その応答メッセージを音声メッセージに合成する段階と、その合成された音声メッセージをホームゲートウェイを介してホームロボットに転送する段階と、当該合成された音声メッセージをアナログ音声信号に変換して、スピーカーを介して可聴音声に再生する段階とを実行する、スーパーコンピュータを用いたホームロボットの運用方法を提供する。

この態様におけるホームゲートウェイを介してデジタル音声命令をスーパーコンピュータに転送する段階では、デジタル音声命令をＷＬＡＮ信号に変換する段階と、そのＷＬＡＮ信号をホームロボットからホームゲートウェイに転送する段階と、該ＷＬＡＮ信号を、スーパーコンピュータとホームゲートウェイとの間の通信ネットワークへの転送に適切な形態に変換する段階とを実行することができる。

本発明によれば、高価なロボットによっても十分に実現されなかった大容量のプロセシングを要求する作業を、低価のロボットにより実現することができ、且つ、サービスのアップグレード時にもロボットのハードウェア交換を必要としないので、持続的に高級サービスを実現することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図２は、本発明に係るネットワーク構成の一実施例を示す図である。ネットワークは、スーパーコンピュータ１０と、物理的ネットワーク２０と、ホームゲートウェイ３０と、ホームロボット４０とで構成される。

一般的に、ネットワークは、通信経路により相互連結されるポイント又はノードの連結体（series）である。ネットワークは、他のネットワークと相互連結することもでき、サブネットワークを含むこともできる。最も共通のトポロジー又は一般的なネットワーク構造は、バス（bus）、スター（star）、トークンリング（token ring）トポロジーを含む。また、ネットワークは、ＬＡＮ（local area network）、ＭＡＮ（metropolitan area networks）、ＷＡＮ（wide area networks）のように空間的な距離により特徴付けられる。また、このようなネットワークは、使用するデータ転送技術（例えば、ＴＣＰ／ＩＰまたはSystems Network Architecture network）の形態によって特徴付けられ、音声、データ、音声及びデータのいずれかを転送するかによって特徴付けられ、ネットワークを使用する主体（公衆網または私設網）によって特徴付けられる。また、接続環境（ダイヤルアップまたはスイッチ、専用回線または非交換回線、仮想連結）によって特徴付けられる。

また、物理的リンクのタイプ（例えば、光ファィバー、同軸ケーブル、非シールドより対線（unshielded twisted pair））によって特徴付けられる。

大型の電話ネットワークとそれらのインフラ（インターネットのような）を利用するネットワークは、より大きいネットワークを作るために、他の会社と配置を共有したり、交換したりすることがある。ゲートウェイは、他のネットワークに入るネットワークポイントである。インターネット上で、ノード又は停止ポイント（stopping point）は、ゲートウェイノード又はホスト（エンドポイント）ノードの１つになり得る。インターネットユーザのコンピュータとユーザにページを提供するコンピュータは、ホストノードである。会社のネットワーク内で、またはローカルＩＳＰ（Internet Service Provider）においてトラフィックを制御するコンピュータは、ゲートウェイノードである。また、企業用ネットワークにおいてゲートウェイとして動作するコンピュータは、時にはプロキシサーバやファイアウォールサーバとして動作する。ゲートウェイはよく、ゲートウェイに到着したデータパケットの案内先を知っているルータと、受信したパケットのためにゲートウェイの内外で実際経路を提供するスイッチとを結合したものとされる。スーパーコンピュータは、コンピュータの中に最上の動作水準を実行するコンピュータである。

スーパーコンピュータ１０は、ホームロボット４０から転送される任意の無線信号をホームゲートウェイ３０を介して受信する。ホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０から無線信号が受信されると、該無線信号からユーザの命令及び該当ロボットの状態信号を抽出して解析し、解析されたユーザの命令に対する演算及びロボットの駆動を制御するための演算を行う。また、演算結果によってホームロボット４０により再生される音声応答信号または映像応答信号と、ホームロボットの駆動を制御するためのホームロボットの駆動制御信号を生成し、ホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０に転送する。

スーパーコンピュータ１０により最初にロボットが動作を始める時、スーパーコンピュータ１０のデータベースに該当ホームロボット４０の情報を登録するプロセスが行われる。この際、登録作業は、１回だけ行うとよい。登録作業は、スーパーコンピュータ１０とホームロボット４０の両方に必要である。これは、携帯電話の最初開通時に携帯電話固有ＩＤを移動通信事業者に登録する過程と類似している。

登録後、ユーザがホームロボット４０に音声命令を出せば、ホームロボット４０は、これをＡ／Ｄ変換して、得られたデータをホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に転送する。ホームロボット４０の内部では、これ以上の処理は行われない。ユーザがホームロボット４０に命令を出す方法は、音声に限定する必要はなく、タッチスクリーンや無線キーボードなどの方法も使うことができる。但し、本例は、ホームロボット４０自体の構成が最も簡単な場合を想定しているので、他の方法については説明を省略する。

ＷＬＡＮ（wireless ＬＡＮ）は、ユーザが無線を介してＬＡＮ（local area network）に接続できるようにする通信技術である。標準ＩＥＥＥ ８０２．１１は、無線ＬＡＮに関する技術を特定化している。ＩＥＥＥ標準は、本発明に使用することができる圧縮方法、有線等価個人アルゴリズム（Wired Equivalent Privacy algorithm）を含む。

ホームゲートウェイ３０は、このようにホームロボット４０から命令を受信すれば、ＷＬＡＮデータを、ホームゲートウェイ３０が接続している外部ネットワーク形態に合うデータに変換した後、ＩＤを付加してスーパーコンピュータ１０に転送する。この場合は、ホームゲートウェイ３０がホームロボット４０に常時接続しているケースに該当する。

スーパーコンピュータ１０は、ホーム内に固定されているホームゲートウェイ３０及びホームロボット４０のＩＤを確認した後、要請される命令を実行するので、ロボットの紛失や盗難などの場合にも保安問題は発生しない。すなわち、スーパーコンピュータ１０がホームロボット４０を制御するためには、ホームロボット４０は、ホームゲートウェイ３０と同じ場所に位置しなければならず、ホームロボット４０のＩＤは、ホームゲートウェイ３０に格納されていなければならない。

スーパーコンピュータ１０は、内部の音声認識モジュールを介して受信された命令を分析し、音声命令結果を得、該当サービスモジュールを動作させる。サービスを要求する命令は、共通サービスを要求するものであることができ、又は、個別サービスを要求するものであることができる。

ホームロボット４０は、ＣＰＵ、マイク、ＬＣＤ、スピーカー、ネットワークモジュールなどの最小限の基本モジュールで構成することができる。すなわち従来のロボットにおけるような各機能別モジュール別サブ−プロセッサーを有しない。このように最小限の基本モジュールだけでロボットを構成することによって、製造コストとバッテリー問題などを解決することができる。ホームロボット４０は、図４と関連してさらに説明する。

図３は、スーパーコンピュータの構成ブロック図である。後述するサービスモジュールの構成方法は、一例に過ぎず、より多様なサービスを提供するためのサービスモジュールの追加、変更も可能である。

図３を参照すれば、スーパーコンピュータ１０は、サービスモジュール１１と、制御部１２と、ロボット情報管理部１３と、ホームゲートウェイインタフェース部１４と、認証部１５と、課金部１６とを備えて構成される。

サービスモジュール１１は、スーパーコンピュータ１０でホームロボット４０を制御するために提供するサービスモジュールである。このサービスモジュールは、必要に応じて追加又は削除することができる。

ここで、サービスモジュール１１は、大きく共通サービスモジュール（ＣｏｍｍｏｎＳＶＣ）１１ａと、個別サービスモジュール（ＳＶＣ１，ＳＶＣ２，…ＳＶＣｎ）１１ｂとからなる。

共通サービスモジュール１１ａは、あらゆるユーザに与えられる共通のサービスを言う。一方、個別サービスモジュール１１ｂは、ユーザに応じた個別提供が要望されるサービスを指すものである。このような個別サービスは、別途の料金が賦課されるようにサービス政策を定めることができる。

例えば、ユーザの音声命令を認識する音声認識モジュールや、音声を合成し再生してユーザに提供するための音声合成モジュールがあり得る。また、ホームロボット４０を駆動するためのホームロボット駆動管理モジュールを備えることができる。また、家電製品制御モジュールやインターネット情報検索モジュールを用意することができる。

家電製品制御モジュールやインターネット情報検索モジュールを介して家庭の家電製品を制御したり、インターネット情報を検索してユーザに提供できる。

また、スーパーコンピュータ１０には、マップビルディングと、ロボットの経路制御のためのモジュールを具現することもできる。マップビルディングとは、ロボットが新しい環境で周辺からイメージ情報を入手して、この新しい環境のマップを作る機能である。これに関する先行特許は多数存在するので、当業者が容易に具現できる。

経路制御とは、走行距離判別センサなどから入手した情報を用いて一方の地点から他方の地点までのロボットの最適経路を具現する機能である。これに関する先行特許も多数存在するので、当業者が容易に具現できる。

制御部１２は、ホームロボット４０により生成され、ホームゲートウェイ３０及びホームゲートウェイインタフェース部１４により変換された無線信号からユーザの命令及び該当ロボットの状態信号を抽出して解析し、ユーザの命令による動作とホームロボット４０の駆動を制御するための動作を実行し、動作結果によってホームロボット４０により再生される音声応答信号または映像応答信号と、ホームロボット４０の駆動を制御するためのホームロボット４０の駆動制御信号を生成し、ホームゲートインタフェース部１４を介してホームゲートウェイ３０に出力する。ホームロボット４０の動作状態はＬＣＤ表示部４６に表示される。

ロボット情報管理部１３は、制御部１２での演算のために各種ホームロボット４０の情報を管理する。図示したように、ホームロボット４０の情報はユーザ毎に違ったものとなり得る。ロボット情報管理部１３で管理するロボットの情報は、ホームロボット３７の各種登録情報、操作情報、事故情報、主住居位置などのようなホームロボット３７の諸履歴とすることができる。登録情報には、ホームロボットのＩＤ、製品番号、製品仕様、所有者の人的事項（氏名、住所、電話番号、住民登録番号）を含むことができる。このような人的事項は、必須的な要素ではなく、ホームロボット４０を效果的に管理するためのものである。

ホームゲートウェイインタフェース部１４は、ホームロボット４０から転送される任意の無線信号をホームゲートウェイ３０を介して受信したり、ホームゲートウェイ３０を介して該当ホームロボット４０に任意の応答信号及び行動制御信号を転送する。

認証部１５は、任意のホームロボット４０がホームゲートウェイ３０を介して任意の情報を転送して来るか、或るサービスを要請する場合、該当ホームロボット４０に対する認証を行う機能を実行する。このように認証を行うモジュールは、既に広く使われている公知のものなので、ここでは詳細に説明しない。

課金部１６は、ホームロボット４０でスーパーコンピュータ１０を利用するために必要な費用を課金するための機能モジュールである。このような課金のための機能モジュールは、既に広く使われているので、詳細な説明を省略する。

図４は、本発明のホームロボットの一実施例を示す構成ブロック図である。

図４を参照すれば、無線通信部４１と、制御部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３と、Ｄ／Ａ変換部４４と、駆動部４５と、ＬＣＤ表示部４６と、スピーカー４７と、マイク４８とを備えて構成される。

無線通信部４１は、Ａ／Ｄ変換部４３で変換された信号を無線信号に変換し、ホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に転送する。また、ホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０から転送される無線信号を受信し、制御部４２に転送する。

マイク４８を介してユーザから音声命令が受信される場合、Ａ／Ｄ変換部４３は、音声信号に変換して制御部４２に転送し、制御部４２は、音声命令を無線通信部４１及びホームゲートウェイ３０を介しててスーパーコンピュータ１０に転送する。

スーパーコンピュータ１０が前記命令を解析し、命令に対する応答を生成する場合、制御部４２は、ホームゲートウェイ３０及び無線通信部４１を介して応答結果を受信する。制御部４２は、応答結果をスピーカー４７によりオーディオ出力するために、アナログ音声信号に変換するためのＤ／Ａ変換部４４に転送したり、ホームロボット４０の１つまたはそれ以上の構成要素を駆動させるための駆動制御信号を生成して駆動部４５に転送したり、ＬＣＤ表示部４６に表示するための映像信号に変換する。

制御部４２のメモリも一種のキャッシュの役目をすることができる程度の最小限のメモリ仕様だけを要求するので、従来のように大量の信号処理のための大容量メモリは必要としない。

Ａ／Ｄ変換部４３は、マイク４８を介して入力された外部の音声信号をホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に転送するために、アナログ−デジタル信号変換を行う。

Ｄ／Ａ変換部４４は、無線通信部４１を介してスーパーコンピュータ１０から受信した音声信号に対してデジタル−アナログ信号変換を行い、スピーカー４７に送る。

Ａ／Ｄ変換部４３及びＤ／Ａ変換部４４は、デジタル通信を可能にするための最小限の機能だけを実行する点から従来の技術と異なる。

駆動部４５は、制御部４２の駆動制御信号によって胴体を移動させる等の機能を実行する。

ＬＣＤ表示部４６は、無線通信部４１を介してスーパーコンピュータ１０から受信された映像信号を再生する機能を実行する。

スピーカー４７は、スーパーコンピュータ１０から伝達された音声信号に対してＤ／Ａ変換部４４でＤ／Ａ変換された信号を音声に再生し、ユーザに聞かせる。

マイク４８は、ユーザの音声を入力して電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部４３に転送する。

このように、本発明によるロボットは、最小限のモジュールで構成される。

このようなロボットの構成は、当業者が容易に具現でき、必要に応じて若干のセンサ−カメラなど映像感知部やその他のセンサをさらに備えることができる。

本発明によるロボットは、一種の携帯型インタフェース装置あるいはリモートコントローラを介して機能を実行する。

このように構成されたホームロボットにおいてユーザの音声命令を処理する過程を説明する。

ユーザがロボットに音声命令を出せば、ロボット４０は、マイク４８を介してユーザの音声命令を電気的な信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部４３によりＡ／Ｄ変換し、得られたデータをホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に転送する。

スーパーコンピュータ１０とロボット４０との間は、ホームゲートウェイ３０を介して通信を行う。このために、ホームロボット４０には、ネックワークモジュールである無線通信部４１が備えられている。ここで、ネットワークモジュールには、デジタル無線通信モジュールを使用することが好ましい。ネットワークモジュールは、多様な方式のものを使うことができ、転送速度が速いほどよい。例えば、８０２．１１ｂ ＷＬＡＮ方式の場合、１０Ｍｂｐｓの速度が実現されており、８０２．１１ａ ＷＬＡＮ方式の場合、５０Ｍｂｐｓの速度が可能であると言われるので、本発明の好適な実施例においては、最小１０Ｍｂｐｓの通信速度を実現する通信モジュールの使用を薦める。

ロボットの使用用途が主にホーム（家庭）に限定されているので、スーパーコンピュータ１０が接続されたホームゲートウェイ３０とホームロボット４０との間の通信距離による通信速度制約の問題はほとんど発生しない。

スーパーコンピュータ１０は、ホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０から命令を受信すれば、スーパーコンピュータ１０は、サービスモジュール１１に備えられた音声認識モジュールを介してこれを分析し、制御部１２に転送する。制御部１２では、それによる演算を行い、音声命令結果を得、サービスモジュール１１で該当サービスモジュールを動作させる。

例えば、ホームロボットを移動させるために、制御部１２は、サービスモジュール１１に命令結果を提供し、サービスモジュール１１に備えられたホームロボット駆動管理モジュールを制御して、ホームロボット４０が移動できるように駆動制御信号をホームロボット４０に転送する。

また、個別サービスモジュール１１ｂがスーパーコンピュータ１０に多様に追加できるので、個別ユーザは、スーパーコンピュータ１０で提供するサービスをホームロボット４０を介して受けることができる。

例えば、スーパーコンピュータ１０のサービスモジュール１１に備えられた家電製品制御モジュールやインターネット情報検索モジュールを介して家庭の家電製品を制御したり、インターネット情報を検索してユーザに提供できる。

例えば、ＴＶをＯＮにせよという命令の場合、サービスモジュール１１に備えられた家電製品制御モジュールをさらに動作させて命令を実行する。

また、インターネット情報検索機能を実行する場合の例として、翌日の天気を知らせよという命令の場合、インターネット情報検索モジュールを動作させて、結果を入手した後、その結果をサービスモジュール１１に備えられた音声合成モジュールを介して音声形態に変換した後、ホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０に転送する。ホームロボット４０は、受信された音声情報をＤ／Ａ変換部４４によりＤ／Ａ変換して、スピーカー４７を介してユーザに知らせる。

他の方式では、スーパーコンピュータ１０でインターネットを介して検索された情報をそのままホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０に転送し、ホームロボット４０は、これをＬＣＤ表示部４６の画面を通じてユーザに知らせる方法を選択することもできる。

他の実施例では、メッセンジャー機能を実行することもできる。

すなわち、ユーザがホームロボット４０に、メッセージを他の人に伝達せよという命令を実行する場合である。この場合、ロボットは、カメラと走行距離判別センサとを備える必要がありえる。

また、スーパーコンピュータ１０には、マップビルディングと、ロボットの経路制御のためのモジュールを備えることができる。マップビルディングとは、ロボットが新しい環境で周辺からイメージ情報を入手して、この新しい環境のマップを作る機能である。これに関する先行特許は多数存在するので、当業者が容易に具現できる。

経路制御とは、走行距離判別センサなどから入手した情報を用いて、一地点から他の地点までのロボットの最適経路を計算する機能である。これに関する先行特許も多数存在するので、当業者が容易に具現できる。

ユーザが任意の部屋で、ロボットに対して他の部屋にある他のユーザにメッセージを伝達せよという命令をした場合を説明する。

ホームロボット４０は、ユーザの命令を理解しこれを実行する。この時、実際にユーザの命令を理解するのはスーパーコンピュータ１０であるが、ユーザの観点から見れば、ロボットが自ら理解するようにして行動する。

ここでは、ホームロボット４０の移動が要求される。ホームロボット４０の位置情報は、続いてホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に伝達され、スーパーコンピュータ１０は、ホームロボット４０の位置情報とマップビルディング機能及び経路制御機能により、ホームロボット４０を他のユーザが居るところまで移動制御する。

ホームロボット４０は、スーパーコンピュータ１０の命令によって移動するだけで、移動中に自ら何ら判断を行わない。ホームロボット４０が他の部屋まで移動すれば、スーパーコンピュータ１０は、ホームゲートウェイ３０を介してホームロボット４０から伝達されて内部メモリに格納していたメッセージをホームロボット４０に送信し、ホームロボット４０は、これをスピーカー４７を介してそのまま他のユーザに提供する。

ユーザが留守中なら、留守中なのか否かを判断するために、顔認識モジュールをさらに備えると、容易に実現することができる。その後、指定されたユーザに改めて遭遇した時、スーパーコンピュータ１０がホームロボット４０に該当メッセージを転送して再生する。

上記のような動作実行中に問題になり得る点は、リアルタイムの問題であるが、ホーム内部でロボットの移動速度は最大５０ｃｍ／ｓｅｃ程度と速くないし、スーパーコンピュータ１０とホームゲートウェイ３０とは、現在数十Ｍｂｐｓ、将来ギガ級のｂｐｓで通信することが予想され、ホームゲートウェイ３０とロボット４０とは、少なくとも数十Ｍｂｐｓ級で通信できることが予想されるので、リアルタイムの問題はあまり大きくない。

また、このようなホームロボット４０の他の使用例を見れば、ホーム内におけるモニタリングサービスに使うことができる。すなわち人、家電及び防犯などに関する情報をホームゲートウェイ３０を介してスーパーコンピュータ１０に転送して、データベースを構築することによって、所定の状況が発生した場合に、分析した後、適切な措置を行うようにするものである。この際、スーパーコンピュータ１０に構築されるデータベースの具体的な例については、既に多くの分野において人、家電及び防犯などに関するデータベースが構築されて使用されているので、詳細な説明は省略する。

次に、教育分野にホームロボット４０を活用できる。すなわちユーザから音声質問を受ければ、この音声質問をＡ／Ｄ変換部４３によりＡ／Ｄ変換して、無線通信部４１を介してホームゲートウェイ３０を経由してスーパーコンピュータ１０に転送し、スーパーコンピュータ１０で前記音声質問に対する説明を探してホームロボット４０に転送して来ると、音声信号を無線通信部４１を介して受信し、Ｄ／Ａ変換部４４でＤ／Ａ変換して、スピーカー４７を介して再生することによって、音声質問に対する説明及び応答機能を実行するものである。

仮りに、ロボットをホーム以外の地域でも使用したい場合は、無線電話モデムを追加に内蔵すればよい。例えば、ＣＤＭＡ２０００ｘ ＥＶ−ＤＯモデムを内蔵できる。また、携帯電話と同様に電話番号を割り当てられれば、ホーム以外の地域でも無線公衆網を介してスーパーコンピュータと通信を行うことができる。但し、認証手続は、ロボットＩＤだけでなされなければならない。

従来の多機能ホームパーソナルロボットの構成ブロック図。 本発明に係るホームネットワークの一実施例を示す構成ブロック図。 図２に示されたスーパーコンピュータの構成ブロック図。 図２に示されたホームロボットの構成ブロック図。

符号の説明

１０ スーパーコンピュータ
１１ サービスモジュール
１１ａ 共通サービスモジュール
１１ｂ 個別サービスモジュール
１２ 制御部
１３ ロボット情報管理部
１４ Ｈ／Ｇインタフェース部
１５ 認証部
１６ 課金部
２０ ネットワーク
３０ ホームゲートウェイ
４０ ホームロボット
４１ 無線通信部
４２ 制御部
４３ Ａ／Ｄ変換部
４４ Ｄ／Ａ変換部
４５ 駆動部
４６ ＬＣＤ表示部
４７ スピーカー
４８ マイク

Claims (17)

1. ユーザ及びホームロボットが位置するホームから離れた場所に位置し、前記ホームロボットを制御するためのユーザの命令に対応する遠隔スーパーコンピュータと、
   ホームの外部に位置したネットワークを介して前記ホームロボットと前記スーパーコンピュータとの間の通信経路を提供するためのホームゲートウェイとを備え、
   前記ホームロボットは、ユーザの命令に応答し前記スーパーコンピュータにより生成される命令結果信号に応答して動作を実行するように制御されることを特徴とするホームロボット制御システム。
2. ホームロボットは、
   ユーザから外部音声命令信号としてユーザの命令を受信し、該音声命令信号を電気的命令信号に変換するマイクと、
   前記電気的命令信号をデジタル命令信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記デジタル命令信号を無線命令信号に変換して、該無線命令信号をホームゲートウェイ及びネットワークを介してスーパーコンピュータに転送し、前記ネットワーク及び前記ホームゲートウェイを介して前記スーパーコンピュータから無線命令結果信号を受信し、該無線命令結果信号をデジタル命令結果信号に変換する無線通信部と、
   前記デジタル命令結果信号にデジタル音声信号が含まれている場合、該デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換部と、
   前記Ｄ／Ａ変換部から受信されるアナログ音声信号に対応してオーディオ音声信号を生成するスピーカーと、
   前記無線通信部から受信されたデジタル命令結果信号を解析し、この解析に基づいて１以上の行動を制御し、１以上のデジタル音声信号、駆動制御信号及び映像信号を出力する制御部と、
   前記デジタル命令結果信号に基づいて各々前記制御部により行われた解析により定められる１以上の前記駆動制御信号に対応して前記ホームロボットの胴体を駆動する駆動部と、
   前記映像信号に対応して映像を表示する表示部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のホームロボット制御システム。
3. 制御部は、無線通信部にデジタル命令信号を転送することを特徴とする請求項２に記載のホームロボット制御システム。
4. 無線通信部は、ＷＬＡＮ（wireless local area network）信号を生成し受信することを特徴とする請求項２に記載のホームロボット制御システム。
5. ホームゲートウェイは、命令信号をネットワークに転送して通信を行うために、無線命令信号を前記ネットワークに適切な形態に変換することを特徴とする請求項２に記載のホームロボット制御システム。
6. 通信経路として、ホームロボットとホームゲートウェイとの間には、ＷＬＡＮを用いることを特徴とする請求項１に記載のホームロボット制御システム。
7. スーパーコンピュータは、
   ホームゲートウェイ及びネットワークを介してユーザの命令を受信するホームゲートウェイインタフェース部と、
   前記ホームゲートウェイインタフェース部により受信されたユーザの命令から１以上のユーザの命令及び該当ホームロボットの状態信号を抽出して解析し、各解析された命令に対応する命令応答信号及び前記状態信号に対応する状態応答信号を生成する制御部と、
   前記命令応答信号に対応して該当命令結果信号を生成し、前記状態応答信号に対応して該当状態結果信号を生成し、前記制御部及び前記ホームゲートウェイインタフェース部を介して前記ホームロボットに転送するサービスモジュール部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のホームロボット制御システム。
8. スーパーコンピュータは、
   ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行う認証部と、
   前記ホームロボットが当該スーパーコンピュータを利用する場合、費用を課金するための課金部と、
   前記ホームロボットの登録情報、操作情報、事故情報及び主住居位置を含む前記ホームロボットの諸履歴を管理するロボット情報管理部とをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のホームロボット制御システム。
9. スーパーコンピュータは、当該スーパーコンピュータとホームロボットが互いに通信を行うために、前記ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行う認証部を備えることを特徴とする請求項１に記載のホームロボット制御システム。
10. ホームロボットと、ホームゲートウェイと、前記ホームロボットを制御するためのスーパーコンピュータとで構成され、前記ホームロボットを制御するシステムであって、
    前記スーパーコンピュータは、
    前記ホームゲートウェイ及び通信ネットワークを介してユーザの命令を受信するホームゲートウェイインタフェース部と、
    前記ホームゲートウェイインタフェース部により受信されたユーザの命令から１以上のユーザの命令及び該当ホームロボットの状態信号を抽出して解析し、各解析されたた命令に対応する命令応答信号及び前記状態信号に対応する状態応答信号を生成する制御部と、
    前記命令応答信号に対応して該当命令結果信号を生成し、前記状態応答信号に対応して該当状態結果信号を生成し、前記制御部及び前記ホームゲートウェイインタフェース部を介して前記ホームロボットに転送するサービスモジュール部と、
    前記制御部の動作のために前記ホームロボットの登録情報、操作情報、事故情報及び主住居位置を含む前記ホームロボットの諸履歴を管理するロボット情報管理部とを備えることを特徴とするホームロボット制御システム。
11. ホームロボットがホームゲートウェイを介して任意の情報を転送して来たり、サービスを要請する場合、該当ホームロボットに対する認証を行い、該ホームロボットの認証がなされた状態で、前記ホームロボットとスーパーコンピュータとの間の通信を可能にする認証部と、
    前記ホームロボットが前記スーパーコンピュータを利用する場合、費用を課金するための課金部とをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のホームロボット制御システム。
12. サービスモジュール部は、
    各ユーザに共通のサービスを提供する共通サービスモジュール部と、
    各ユーザに個別的なサービスを提供する個別サービスモジュール部とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のホームロボット制御システム。
13. サービスモジュール部は、
    音声命令を認識する音声認識モジュールと、
    音声を合成し再生するための音声合成モジュールと、
    ホームロボットを駆動するための駆動制御信号を生成するホームロボット駆動管理モジュールとを備えることを特徴とする請求項１０に記載のホームロボット制御システム。
14. 登録情報は、ホームロボットのＩＤ、ホームロボットの製品番号、製品仕様、所有者の個人情報のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載のホームロボット制御システム。
15. 通信ネットワークは、ＷＬＡＮであることを特徴とする請求項１０に記載のホームロボット制御システム。
16. ホームロボットがユーザの音声命令を受信する段階と、
    前記音声命令をデジタル音声命令に変換する段階と、
    ホームゲートウェイを介して前記デジタル音声命令をスーパーコンピュータに転送する段階と、
    前記スーパーコンピュータで音声認識により、前記ホームゲートウェイを介して前記ホームロボットから転送されたデジタル音声命令を解析する段階と、
    前記音声命令に対する応答メッセージを生成する段階と、
    該応答メッセージを音声メッセージに合成する段階と、
    該合成された音声メッセージを前記ホームゲートウェイを介して前記ホームロボットに転送する段階と、
    前記合成された音声メッセージをアナログ音声信号に変換して、スピーカーを介して可聴音声に再生する段階とを実行する、スーパーコンピュータを用いたホームロボットの運用方法。
17. ホームゲートウェイを介してデジタル音声命令をスーパーコンピュータに転送する段階は、
    前記デジタル音声命令をＷＬＡＮ信号に変換する段階と、
    前記ＷＬＡＮ信号をホームロボットから前記ホームゲートウェイに転送する段階と、
    前記ＷＬＡＮ信号を、前記スーパーコンピュータと前記ホームゲートウェイとの間の通信ネットワークへの転送に適切な形態に変換する段階とを実行することを特徴とする請求項１６に記載のスーパーコンピュータを用いたホームロボットの運用方法。

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