JP2005074536A - ロボット装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンターテインメント性を格段と向上し得るロボット装置及びその制御方法を実現しようとするものである。
【解決手段】ロボット装置及びその制御方法において、所定部位にアレイ状に配列され、それぞれ外部からの接触を受けたときに所定時間ごとの接触強度を検出する複数のセンサ手段１５Ａ〜１５Ｃと、各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段１６Ａ〜１６Ｄと、各センサ手段の検出結果に基づいて、対応する所定数の発光手段１６Ａ〜１６Ｄを発光させる制御手段とを設けるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明はロボット装置及びその制御方法に関し、例えばペットロボットに適用して好適なものである。

近年、ユーザからの指令や周囲の環境等に応じて行動を行う４脚歩行型のペットロボットが本願特許出願人によって開発され、販売されている。かかるペットロボットは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやマイクロホンを搭載しており、当該ＣＣＤカメラによって撮像した周囲の状況や、マイクロホンにより集音したユーザからの指令音及び周囲音等に基づいて周囲の状況やユーザからの指令の有無を判断し、この判断結果に基づいて自律的に行動を決定してこれを発現するようになされたものである。

この種のペットロボットには、頭部や背中などの部位にユーザの接触を感知するタッチセンサが搭載されたものがある。かかるタッチセンサとしては、一般的なスイッチ類や平面型の静電センサ等が用いられている。
特開平２０００−１３５１４６号公報

ところでかかるペットロボットにおいて、ユーザが頭部や背中を叩いたり撫でたりした場合に、ペットロボットがユーザから接触を受けたことをユーザ自身にフィードバック的に認識させることができれば、ユーザはあたかも本物の動物に触れたときに近い気分を味わうことができるため、エンターテインメント性を向上させる点において非常に望ましい。

そのようなペットロボットがユーザの接触を受けたことを直接ユーザにフィードバックさせる手法として、タッチセンサがスイッチ類の場合には、スイッチの作動力によりユーザに触知させるいわゆるタクタイル（tactile）フィードバック法がある。

しかしこのタクタイルフィードバック法では、スイッチの作動音をユーザが触知するだけであるため容易な手法ではあるが、当該スイッチに作動力があるため、ユーザが軽く触れたり撫でたりした場合を検出することは非常に困難である。

またタッチセンサが静電センサの場合には、スイッチ類のような作動力を必要とせず、微妙な接触の検出が可能となるが、ユーザの接触を受けたことをフィードバックさせる手法を当該静電センサ自体は有していない。このため静電センサの検知と連動して発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光デバイスを一体的に設けておき、静電センサの検知と連動して発光デバイスを発光させることによりユーザの視覚に訴えてフィードバックさせる手法が考えられる。

ところが、かかる静電センサ及び発光デバイスの組み合わせによるフィードバック法では、発光デバイスとして一般的に投光スイッチが用いられるが、この投光スイッチによる発光は、静電センサの検知結果であるオン又はオフに連動しているため、ユーザの接触の微妙な変化等を視覚的に表現することは非常に困難であり、実用上未だ不十分な問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、エンターテインメント性を格段と向上し得るロボット装置及びその制御方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、所定部位にアレイ状に配列され、それぞれ外部からの接触を受けたときに所定時間ごとの接触強度を検出する複数のセンサ手段と、各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段と、各センサ手段の検出結果に基づいて、対応する所定数の発光手段を発光させる制御手段とを設けるようにした。この結果このロボット装置によれば、ユーザに自己の接触状態を視覚的に確実に認識させることができる。

また本発明においては、所定部位にアレイ状に配列された複数のセンサ手段のうち、外部からの接触を受けた各センサ手段がそれぞれ所定時間ごとの接触強度を検出した後、各センサ手段の検出結果に基づいて、当該各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段を発光させるようにした。この結果このロボット装置の制御方法によれば、ユーザに自己の接触状態を視覚的に確実に認識させることができる。

上述のように本発明によれば、ロボット装置において、所定部位にアレイ状に配列され、それぞれ外部からの接触を受けたときに所定時間ごとの接触強度を検出する複数のセンサ手段と、各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段と、各センサ手段の検出結果に基づいて、対応する所定数の発光手段を発光させる制御手段とを設けるようにしたことにより、ユーザに自己の接触状態を視覚的に確実に認識させることができる。かくするにつきユーザはあたかも本物の動物に触れたときに近い気分を味わうことができ、かくしてエンターテインメント性を格段と向上し得るロボット装置を実現できる。

また本発明によれば、ロボット装置の制御方法において、所定部位にアレイ状に配列された複数のセンサ手段のうち、外部からの接触を受けた各センサ手段がそれぞれ所定時間ごとの接触強度を検出した後、各センサ手段の検出結果に基づいて、当該各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段を発光させるようにしたことにより、ユーザに自己の接触状態を視覚的に確実に認識させることができる。かくするにつきユーザはあたかも本物の動物に触れたときに近い気分を味わうことができ、かくしてエンターテインメント性を格段と向上し得るロボット装置の制御方法を実現できる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態によるペットロボットの構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるペットロボットを示し、胴体部ユニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２の前後部及び後端部にそれぞれ頭部ユニット４及び尻尾部ユニット５が連結されることにより構成されている。

この場合胴体部ユニット２には、図２に示すように、このペットロボット１全体の動作を制御するコントローラ１０と、このペットロボット１の動力源としてのバッテリ１１と、バッテリセンサ１２及び温度センサ１３等からなる内部センサ部１４とが収納されている。

また胴体部ユニット２には、このペットロボット１の「背中」に相当する頭側の前方部、中央部及び尻尾側の後方部にそれぞれ静電容量検出方式のタッチセンサ（以下、これを触覚センサと呼ぶ）１５Ａ〜１５Ｃがアレイ状に配設されており、当該各触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃに隣接する所定位置に所定数の発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄが配設されている。そして１つの触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃ及び対応する所定数の発光部１６Ａ〜１６Ｄで１つのユニット（以下、これを接触発光ユニットと呼ぶ）１７Ａ〜１７Ｃを形成するようになされている。

これら各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃを形成する各発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄには、単数又は複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）（図示せず）が内蔵されている。そして各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃを形成する触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃは、ユーザから受けた接触の強度及び時間を検出し、検出結果を接触検出信号Ｓ１としてコントローラ１０に送出する。

コントローラ１０は、各触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃから得られた接触検出信号Ｓ１に基づいて発光制御信号Ｓ２を生成し、これを駆動制御部１８を介して同一の接触発光ユニット１７Ａ〜１７内の該当する各ＬＥＤに送出することにより、当該各ＬＥＤを発光制御するようになされている。

また頭部ユニット４には、このペットロボット１の「目」に相当するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）カメラ１９、「耳」に相当するマイクロホン２０及びタッチセンサ２１からなる外部センサ部２２と、「口」に相当するスピーカ２３となどがそれぞれ所定位置に配設されている。

さらに各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部分や、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体部ユニット２の各連結部分、頭部ユニット４及び胴体部ユニット２の連結部分、並びに尻尾部ユニット５及び胴体部ユニット２の連結部分などには、それぞれアクチュエータ２４_１
〜２４_ｎが配設されている。

そして外部センサ部２２のマイクロホン２０は、ユーザから図示しないサウンドコマンダを介して音階として与えられる「歩け」、「伏せ」又は「ボールを追いかけろ」などの指令音を集音し、得られた音声信号Ｓ３Ａをコントローラ１０に送出する。またＣＣＤカメラ１９は、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号Ｓ３Ｂをコントローラ１０に送出する。

さらにタッチセンサ２１は、図１において明らかなように、頭部ユニット４の上部に設けられており、ユーザからの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけにより受けた圧力を検出し、検出結果を圧力検出信号Ｓ３Ｃとしてコントローラ１０に送出する。

また内部センサ部１４のバッテリセンサ１２には、バッテリ１１のエネルギー残量を検出し、検出結果をバッテリ残量検出信号Ｓ４Ａとしてコントローラ１０に送出する。また温度センサ１３は、ペットロボット１内部の温度を検出し、検出結果を温度検出信号Ｓ４Ｂとしてコントローラ１０に送出する。

コントローラ１０は、外部センサ部２１から与えられる音声信号Ｓ３Ａ、画像信号Ｓ３Ｂ及び圧力検出信号Ｓ３Ｃ等と、各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃにおける触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃから与えられる接触検出信号Ｓ１（以下、これらをまとめて外部情報信号Ｓ５と呼ぶ）と、内部センサ部１５から与えられるバッテリ残量信号Ｓ４Ａ及び温度検出信号Ｓ４Ｂ等（以下、これらをまとめて内部情報信号Ｓ４と呼ぶ）とに基づいて、外部及び内部の状態や、ユーザからの指令及び働きかけの有無などを判断する。

そしてコントローラ１０は、この判断結果と、予めメモリ１０Ａに格納されている制御プログラムとに基づいて続く行動を決定し、当該決定結果に基づいて必要なアクチュエータ２４_１〜２４_ｎを駆動させることにより、頭部ユニット４を上下左右に振らせたり、尻尾部ユニット５の尻尾５Ａを動かせたり、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを駆動して歩行させるなどの行動や動作を行わせる。

またこの際コントローラ１０は、必要に応じて音声信号Ｓ６を生成してこれをスピーカ２２に与えることにより、当該音声信号Ｓ６に基づく音声を外部に出力させたり、このペットロボット１の「目」の位置に配設された図示しないＬＥＤを点滅させる。

このようにしてこのペットロボット１においては、外部及び内部の状態や、ユーザからの指令及びユーザからの働きかけの有無などに応じて自律的に行動することができるようになされている。

（２）本実施の形態による接触発光ユニットの構成
図３に、ペットロボット１の胴体部ユニット２において、当該ペットロボット１の「背中」に相当する背中部２Ａを示す。この背中部２Ａの表面にアレイ状に配設されている複数の接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃについて説明する。

頭側の前方に位置する接触発光ユニット１７Ａは、略半トラック平板状の触覚センサ１５Ａに隣接しかつこれを取り囲むように略Ｃ字状に形成された発光デバイス部１６Ａが配設されている。また中央に位置する接触発光ユニット１７Ｂは、略長方形状の触覚センサ１５Ｂに隣接しかつこれの両側に沿って線状にそれぞれ形成された発光デバイス部１６Ｂ、１６Ｃが配設されている。さらに尻尾側の後方に位置する接触発光ユニット１７Ｃは、略半トラック平板状の触覚センサ１５Ｃに隣接しかつこれを取り囲むように略Ｃ字状に形成された発光デバイス部１６Ｃが配設されている。

そして前方及び後方の接触発光ユニット１７Ａ、１７Ｃにおける発光デバイス部１６Ａ、１６Ｄは、それぞれ所定配列に内蔵された３個のＬＥＤ（図示せず）を、散乱材を含む導光用の樹脂材で覆うことにより構成されている。同様に、中央の接触発光ユニット１７Ｂにおける発光デバイス部１６Ｂ、１６Ｃも、それぞれ所定位置に内蔵された１個のＬＥＤ（図示せず）を、散乱材を含む導光用の樹脂材で覆うことにより構成されている。

これら発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄは、それぞれ内蔵されたＬＥＤが発光した際に、導光用の樹脂材を介することにより、当該各ＬＥＤの配設位置にかかわらず面全体として均一に発光するようになされている。また発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄでは、各ＬＥＤが散乱材を介することにより柔らかな印象を与える光を発することができ、外部から目視するユーザに対して優しい印象を表現できるようになされている。

なお、このように複数の接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃとして触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃを胴体部ユニット２の背中部２Ａに個別に配置するようにしたことにより、第１に、当該背中部２Ａのような曲面形状の外装に沿って配置することが容易となる利点がある。また第２に、触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃの検知範囲を比較的広範囲（約100〔mm〕×20〔mm〕）に設定することができる利点がある。第３に、触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃの接触位置の特定が容易で、外乱の影響を受け難い利点がある。第４に、接触しているユーザの指等の移動方向を特定し、また、ユーザの指等の接触に連動（応答）して発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄの各ＬＥＤを発光することができ、この結果、ユーザが撫でた印象を発光デバイス１５Ａ〜１５Ｄの発光状態によって表現することができる利点がある。

（３）駆動制御部１８による発光処理
ここでコントローラ１０（図２）は、各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃを形成する触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃから得られた接触検出信号Ｓ１に基づいて、ユーザから受けた接触の強度及び時間に応じて生成した発光パターンを表す発光制御信号Ｓ２を生成して、これを駆動制御部１８に送出する。

この駆動制御部１８は、ソフトウェアで構成されたエンベロープジェネレータ（波形発生器）において波形を生成し、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式で各発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内のＬＥＤを駆動制御する。その際、駆動制御部１８は、ＬＥＤにおける発光強度の立上り又は立下りが速いことから、比較的高い値である１〔ｋＨｚ〕の周波数で駆動することにより、パルス幅変調方式によるちらつきが発生するのを未然に防止するようになされている。

また駆動制御部１８は、コントローラ１０から得られた発光制御信号Ｓ２に基づく発光パターンに従って、対応する各ＬＥＤの発光強度及び発光時間等を設定する。この発光パターンは、ユーザの接触強度及び時間と、現在のＬＥＤの発光状態と、予め入力設定された数値とをパラメータとして演算される波形による表される。

この発光パターンは、予め複数種類が用意されており、その選択及びパラメータの変更をコントローラ１０が任意のタイミングで行い得る。コントローラ１０がこれらの選択及びパラメータの変更を行わない場合には、駆動制御部１８は、予めデフォルトとして設定されている発光パターンを採用する。その際、駆動制御部１８は、特定の発光パターンに従った発光処理を行っている間に当該発光パターンのパラメータが変更された場合には、現在の発光パターンによる発光処理が完了するまではパラメータの変更を反映させることなく、次回のユーザからの接触に基づく発光パターンによる発光処理に反映させる。

（４）コントローラ１０による接触検出処理
コントローラ１０は、ユーザが所望の接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃを形成する触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃに接触したことを確実に検知すべく、当該触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃの検出結果である接触検出信号Ｓ１に対して所定のデータ処理を施す。

例えば図４において、横軸に時間をとり縦軸に接触強度をとったグラフを示すと、所定のサンプリング時間に対応する接触検出信号Ｓ１に基づく接触強度は特性曲線Ｆ１のように表される。この特性曲線Ｆ１では、サンプリング時点ｔ_０においてユーザが所望の接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃに対応する触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃに接触し始めてサンプリング時点ｔ_１で接触強度が閾値ＳＴ１を越えると、接触を検知したこととし、やがて接触強度が閾値ＳＴ２を下回ると、接触の検知を解除したこととする。

このとき閾値ＳＴ１を閾値ＳＴ２以上に設定しておくことにより、接触強度が変化の経路によって異なる履歴現象であるいわゆるヒステリシス現象の効果を得ることができる。なおこれら閾値ＳＴ１、ＳＴ２の指定が行われない場合には、コントローラ１０は予め設定されている値を閾値ＳＴ１、ＳＴ２として採用する。

コントローラ１０は、接触強度が閾値ＳＴ１を越えた後、所定のサンプリング時間ごとに所定回数だけ接触検出信号Ｓ１に基づく接触強度の値を検出することにより、後続する接触強度を予測する。コントローラ１０は、接触の検出開始後に接触強度に応じて駆動制御部１８を用いて対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄを駆動制御させるが、実際の接触検出信号Ｓ１に基づく接触強度のピーク（最大値）を検出する前に、発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内の対応するＬＥＤ（図示せず）を発光させることによりレスポンス性を高める利点がある。

ここで予測接触強度Ｐ_ｅｓｔは、各サンプリング時点ｔ_ｎ、ｔ_ｎ＋１における接触検出信号Ｓ１に基づく接触強度Ｖ_ｎ、Ｖ_ｎ＋１とし、ゲインをＧ_ｖｐとすると、次式

で表される。ここで予測接触強度Ｐ_ｅｓｔを所定のサンプリング回数（例えば２回）で平均化した値を最終的な接触強度とする。

実際にコントローラ１０は、ユーザが接触した接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃの触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃから出力される接触検出信号Ｓ１を受け取ると、図５に示す接触検出処理手順ＲＴ１をステップＳＰ０から開始し、続くステップＳＰ１において、接触検出信号Ｓ１に基づく所定のサンプリング時点ごとの接触強度を検出する。

続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ２に進んで、接触強度が閾値ＳＴ１以上であるか否かを判断する。このステップＳＰ２において肯定結果を得ると、コントローラ１０は、ステップＳＰ３に進んで、発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内の対応するＬＥＤの発光強度を計算する。この後コントローラ１０は、ステップＳＰ４に進んで、駆動制御部１８に発光処理を開始させた後、そのままステップＳＰ５に進んで、当該接触検出処理手順ＲＴ１を終了する。

一方、ステップＳＰ２において否定結果を得ることは、接触強度が閾値ＳＴ１より小さいことを意味し、このときコントローラ１０は、ステップＳＰ６に進んで、当該接触強度が閾値ＳＴ２以下であるか否かを判断する。

そしてコントローラ１０は、このステップＳＰに６おいて肯定結果を得ると、ステップＳＰ７に進んで、駆動制御部１８に残光処理を開始させた後、そのままステップＳＰ５に進んで、当該接触検出処理手順ＲＴ１を終了する。これに対してステップＳＰ６において否定結果を得ることは、接触強度が閾値ＳＴ２より大きいことを表しており、このときコントローラ１０は、再度ステップＳＰ２に戻って上述と同様の処理を繰り返す。

（５）コントローラ１０による発光パターン生成処理
駆動制御部１８は、コントローラ１０から得られた発光制御信号Ｓ２に基づく発光パターンに従って、対応する各ＬＥＤの発光強度及び発光時間等を設定するが、この発光パターンは、ユーザの接触強度及び時間と、現在のＬＥＤの発光状態と、予め入力設定された数値とをパラメータとして演算される波形による表される。

このため図６において、発光パターンの波形曲線Ｗ１を、横軸に時間をとり縦軸に発光強度をとったグラフに具体例として示す。この波形曲線Ｗ１は、時点ｔ０から時点ｔ９までの期間に、９個の期間Ｔ１〜Ｔ９に区分けされ、各区間Ｔ１〜Ｔ９ごとに発光パターンの生成処理が行われる。

この発光パターンの波形曲線Ｗ１において、区間Ｔ１（時点ｔ_０〜時点ｔ_１）では、接触の検出開始に応じて発光強度を０とする処理が行われ、続く区間Ｔ２（時点ｔ_１〜時点ｔ_２）では、発光強度を開始時点から所定の最大値Ｉ_ａまで比例的に増加させる処理が行われ、区間Ｔ３（時点ｔ_２〜時点ｔ_３）では、一定時間の間、発光強度を最大値Ｉ_ａに保持する処理が行われる。そして区間Ｔ４（時点ｔ_３〜時点ｔ_４）では、発光強度を最大値Ｉ_ａから所定の最小値Ｉ_ｄまで比例的に減少させる処理が行われ、区間Ｔ５（時点ｔ_４〜時点ｔ_５）では、接触が継続している限り、発光強度を最小値Ｉ_ｄに保持する処理が行われる。続いて区間Ｔ６（時点ｔ_５〜時点ｔ_６）では、接触が継続している限り、発光強度を接触強度に応じて変化させる処理が行われる。やがて区間Ｔ７（時点ｔ_６〜時点ｔ_７）では、接触が解除されたことを検出したときに発光強度を開始時点から所定の最小値Ｉ_ｒまで比例的に減少させる残光処理が行われ、区間Ｔ８（時点ｔ_７〜時点ｔ_８）では、区間Ｔ７よりも減少率を低下させた状態で残光処理が行われる。そしれ区間Ｔ９（時点ｔ_８〜時点ｔ_９）では、発光強度を０にする処理が行われる。

（５−１）区間Ｔ１における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、接触検出の開始時点ｔ_０から図７に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ２をステップＳＰ１０から開始し、続くステップＳＰ１１において、システムクロックを基準として時間をカウントし始めると同時に発光強度を０に設定する。続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ１２に進んで、区間Ｔ１の終了時点ｔ_１になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ１３に進んで、時間のカウントを終了した後、そのままステップＳＰ１４において発光パターン生成処理手順ＲＴ２を終了すると同時に区間Ｔ２（図６）に遷移する。

このように区間Ｔ１における発光パターン生成処理Ｔ２では、接触の検出開始に応じて発光強度を０（すなわちＬＥＤを消灯）にする処理を行う。発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内のＬＥＤが発光している状態にあるときに、ユーザの接触が検出された場合には、この区間Ｔ１の存在により当該区間Ｔ１以降の波形曲線Ｗ１（図６）の立上りを明確にすることができるため、ユーザは自分がペットロボット１に接触したことを容易にフィードバックして感知できる。

最適な区間Ｔ１の時間は０〜20〔msec〕であり、区間Ｔ１の時間が０のときに接触が検出されると、区間Ｔ２から開始され、このときは既にその時点で発光強度を初期値として波形曲線Ｗ１（図６）が立ち上がることにより、対応するＬＥＤの発光が途切れないという視覚的な効果を得られる。

（５−２）区間Ｔ２における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ２（図６）の開始時点ｔ_１になると図８に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ３をステップＳＰ１４（図７）から開始し、続くステップＳＰ１５において発光強度の最大値Ｉ_ａを計算する。かかる発光強度の最大値Ｉ_ａは、所定のサンプリング回数で平均化された接触強度をＰ_ｉｔとし、接触強度に基づいて最大発光強度を算出するためのゲインをＧ_ａとすると、次式

のように表される。

続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ１６に進んで、発光強度を増加させる。すなわち区間Ｔ２の開始時点ｔ_１における発光強度をＩ_ｉｔとし、増加率をＲ_ａとするとき、区間Ｔ２の時間は（ｔ_２−ｔ_１）であるため、発光強度Ｉ_２は、次式

のように表される。また、最大値を固定することも可能であり、このときは接触強度によらず、常に一定となる。増加率Ｒ_ａとして最適な値は、発光強度のフルスケール（最大度合い）を200〔msec〕で除算した値である。

やがてコントローラ１０は、ステップＳＰ１７に進んで、区間Ｔ２の終了時点ｔ_２になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ１８に進んで、発光パターン生成処理手順ＲＴ３を終了すると同時に区間Ｔ３（図６）に遷移する。

このように区間Ｔ２における発光パターン生成処理Ｔ２では、発光強度を開始時点ｔ_１から所定の最大値まで、接触強度に応じて比例的に増加させる処理を行う。

（５−３）区間Ｔ３における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ３（図６）の開始時点ｔ_２から図９に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ４をステップＳＰ１８（図８）から開始し、続くステップＳＰ１９において、時間をカウントし始めると同時に発光強度を最大値Ｉ_ａに設定する。続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ２０に進んで、区間Ｔ３の終了時点ｔ_３になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ２１に進んで、時間のカウントを終了した後、そのままステップＳＰ２２において発光パターン生成処理手順ＲＴ４を終了すると同時に区間Ｔ４（図６）に遷移する。

このように区間Ｔ３における発光パターン生成処理では、一定時間の間、発光強度を最大値に保持する処理を行うことにより、ユーザが発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄを目視したときに、各ＬＥＤの発光のピークを確認し易くなり、接触が検出されたことのフィードバックを視覚的に与えることができる。最適な区間Ｔ３の時間（ｔ_３−ｔ_２）は100〔msec〕である。

（５−４）区間Ｔ４における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ４（図６）の開始時点ｔ_３になると図１０に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ５をステップＳＰ２２（図９）から開始し、続くステップＳＰ２３において発光強度の最小値Ｉ_ｄを計算する。かかる発光強度の最小値Ｉ_ｄは、最大値Ｉ_ａから最小値を算出するためのゲインをＧ_ｄとすると、次式

のように表される。ゲインＧ_ｄとして最適な値は60〔％〕である。

続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ２４に進んで、発光強度を減少させる。すなわち減少率をＲ_ｄとするとき、区間Ｔ４の時間は（ｔ_４−ｔ_３）であるため、発光強度Ｉ_４は、次式

のように表される。減少率Ｒ_ｄとして最適な値は、発光強度のフルスケールを400〔msec〕で除算した値である。

やがてコントローラ１０は、ステップＳＰ２５に進んで、区間Ｔ２の終了時点ｔ_２になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ２６に進んで、発光パターン生成処理手順ＲＴ５を終了すると同時に区間Ｔ５（図６）に遷移する。

このように区間Ｔ４における発光パターン生成処理Ｔ４では、発光強度を開始時点ｔ_３から所定の最小値Ｉ_ｄまで、接触強度に応じて比例的に減少させる処理を行う。これまでの区間Ｔ２〜Ｔ４において凸型の波形をもつ波形曲線Ｗ１（図６）は生成することにより、ユーザが目視した際に接触が検出されたことに対するフィードバックを視覚的に与えることができる。

なお区間Ｔ４の終了時点ｔ_４までの間に接触が解除されたことを検出した場合には、後続する区間Ｔ５及びＴ６の処理を行うことなく、区間Ｔ７以降の残光処理に遷移するようになされている。

（５−５）区間Ｔ５における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ５（図６）の開始時点ｔ_４から図１１に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ６をステップＳＰ２６（図１０）から開始し、続くステップＳＰ２７において、時間をカウントし始めると同時に発光強度を最小値Ｉ_ｄに保持する。続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ２８に進んで、接触が解除されたか否かを判断し、否定結果が得られた場合には、ステップＳＰ２９に進んで、区間Ｔ５の終了時点ｔ_５になったか否かを判断する。

このステップＳＰ２９において、コントローラ１０は、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ３０に進んで、時間のカウントを終了した後、そのままステップＳＰ３０において発光パターン生成処理手順ＲＴを終了すると同時に区間Ｔ６に遷移する。これに対して上述のステップＳＰ２８において否定結果が得られると、このことは接触の解除を検出したことを意味し、このときコントローラ１０は、ステップＳＰ３２に進んで、区間Ｔ７に遷移する。

このように区間Ｔ５における発光パターン生成処理では、接触が継続している限り、所定時間の間、発光強度を最小値Ｉ_ｄに保持することにより、ユーザに対して接触が維持していることを認識させることができる。

この区間Ｔ５に後続する区間Ｔ６では、接触強度に応じて発光強度を変化させるのに対して、当該区間Ｔ５では、発光強度を一定に保つようにしたことにより、接触直後は接触強度が不安定となっており、発光がちらつくのを未然に防止することができる利点がある。最適な区間Ｔ５の時間（ｔ_５−ｔ_４）は800〔msec〕である。区間Ｔ５中に接触が解除された場合には、区間Ｔ６に遷移することなく、区間Ｔ７以降の残光処理に遷移する。

（５−６）区間Ｔ６における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ６（図６）の開始時点ｔ_５になると図１２に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ７をステップＳＰ３１（図１１）から開始し、続くステップＳＰ３３において接触が解除されたか否かを判断する。

このステップＳＰ３３において否定結果が得られたとき、コントローラ１０は、ステップＳＰ３４に進んで、接触強度を検出した後、ステップＳＰ３５において、発光強度の演算を行う。すなわち区間Ｔ６の任意のサンプリング時点における発光強度Ｉ_６は、接触強度の変化率を（Ｐ_ｔ−Ｐ_ｔ−１）とし、当該接触強度の変化率に基づいて発光強度を算出するためのゲインをＧ_ｓとし、直前の発光強度をＩ_６´とすると、次式

のように表される。ここで値Ｄ_ｍｉｎ及びＤ_ｍａｘは、発光のちらつきを防止するためのリミッタであり、飽和演算を行うようになされている。

続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ３６に進んで、区間Ｔ６の終了時点ｔ_５になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ３２（すなわち図１１と同じ）に進んで、発光パターン生成処理手順ＲＴ７を終了すると同時に区間Ｔ７に遷移する。

これに対して上述したステップＳＰ３３において肯定結果が得られると、このことは接触の解除を検出したことを意味し、このときコントローラ１０は、ステップＳＰ３２に進んで、区間Ｔ７に遷移すると同時に発光パターン生成処理手順ＲＴ７を終了する。

このように区間Ｔ６では、接触が継続している限り、接触強度に応じて発光強度を変化させることにより、接触強度が変化したことをユーザに認識させることができる。

（５−７）区間Ｔ７における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ７（図６）の開始時点ｔ_６になると図１３に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ８をステップＳＰ３２（図１１及び図１２）から開始し、続くステップＳＰ３７において発光強度を減少させる。すなわち区間Ｔ７の開始時点ｔ_６での発光強度をＩ_６とし、減少率をＲ_ｒ、発光強度の最小値をＩ_ｒとするとき、区間Ｔ７の時間は（ｔ_７−ｔ_６）であるため、発光強度Ｉ_７は、次式

のように表される。減少率Ｒ_ｄとして最適な値は、発光強度のフルスケールを600〔msec〕で除算した値である。

やがてコントローラ１０は、ステップＳＰ３８に進んで、発光強度が最小値Ｉ_ｒに達したか否かを判断し、肯定結果が得られるのを待った後、ステップＳＰ３９に進んで、発光パターン生成処理手順ＲＴ８を終了すると同時に区間Ｔ８に遷移する。

このように区間Ｔ７における発光パターン生成処理では、接触の解除を検出すると、発光強度を開始時点ｔ_６から所定の最小値まで比例的に減少させる処理を行う。発光強度がＩ_ｒに達すると、区間Ｔ８に遷移する。

（５−８）区間Ｔ８における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ８（図６）の開始時点ｔ_７になると図１４に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ９をステップＳＰ３９（図１３）から開始し、続くステップＳＰ４０において発光強度を減少させる。すなわち区間Ｔ８の開始時点ｔ_７での発光強度をＩ_ｒ（すなわち最小値）とし、減少率をＲ_ｚとするとき、区間Ｔ８の時間は（ｔ_８−ｔ_７）であるため、発光強度Ｉ_８は、次式

のように表される。減少率Ｒ_ｚとして最適な値は、発光強度のフルスケールを250〔msec〕で除算した値である。

やがてコントローラ１０は、ステップＳＰ４１に進んで、発光強度が０になったか否かを判断し、肯定結果が得られるのを待った後、ステップＳＰ４２に進んで、発光パターン生成処理手順ＲＴ９を終了すると同時に区間Ｔ９に遷移する。

このように区間Ｔ８における発光パターン生成処理では、区間Ｔ７の場合と同様に時間の経過とともに発光強度を減少させるが、このときの減少率を区間Ｔ７よりも低下させるようにして、よりゆっくりと減少させる処理を行う。これは人間の目で見た場合、発光強度が大きいときよりも小さい（消灯しかかっている）ときの方が、発光強度の変化に敏感なため、より滑らかに残光が消えていく様子を表現するための処理である。発光強度が０に達すると、区間Ｔ９に遷移する。

（５−９）区間Ｔ９における発光パターン生成処理
コントローラ１０は、区間Ｔ８（図６）の終了時点ｔ_８から図１５に示す発光パターン生成処理手順ＲＴ１０をステップＳＰ４２（図１４）から開始し、続くステップＳＰ４３において、時間をカウントし始めると同時に発光強度を０に設定する。続いてコントローラ１０は、ステップＳＰ４４に進んで、区間Ｔ９の終了時点ｔ_９になったか否かを判断し、肯定結果が得られた場合のみステップＳＰ４５に進んで、時間のカウントを終了した後、そのままステップＳＰ４５において発光パターン生成処理手順ＲＴ１０ を終了する。

このように区間Ｔ９における発光パターン生成処理では、発光強度を０（すなわちＬＥＤを消灯）にする処理を行うことにより、ユーザに発光終了を明示させる。最適な区間Ｔ９の時間は０〜20〔msec〕である。

（６）本実施の動作及び効果
以上の構成において、このペットロボット１では、ユーザが胴体部ユニット２の背中部２Ａを手で接触しながら所望方向に撫でると、対応する接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃの触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃが所定のサンプリング時間ごとの接触強度を検出した後、当該触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃに対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内の各ＬＥＤを発光させる。

その際、各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃが胴体部ユニット２の背中部２Ａの表面に頭側の前方から尻尾側の後方に向かってアレイ状に配設されていることから、ユーザが背中部２Ａのどの部位に接触したのかのみならず、どの方向に沿って撫でたのかを、対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄの発光状態を目視することによりユーザ自身が確認することができる。

さらにユーザが接触した各触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃの接触強度に応じて、対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内の各ＬＥＤの発光強度を多段階に変化させるようにしたことにより、ユーザの接触の微妙な変化をも発光強度の変化として追従させることができ、この結果、ユーザは自己の接触状態を繊細なところに至るまで目視確認することができる。

特にユーザの接触が解除された直後に、対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄ内の各ＬＥＤをすぐに消灯させることなく、当該各ＬＥＤの発光強度を時間の経過に比例して緩やかに減少させるようにして、次第に消灯しつつある残光をより滑らかに表現するようにしたことにより、ユーザは自己の接触履歴を確実に認識することができる。

以上の構成によれば、ペットロボット１の胴体部ユニット２に複数の接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃをアレイ状に配設して、当該各接触発光ユニット１７Ａ〜１７Ｃを形成する触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃがユーザから接触を受けた際に、当該触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃに対応する発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄの各ＬＥＤを、当該接触強度に応じて発光強度を変化させながら発光させるようにしたことにより、ユーザに自己の接触状態を視覚的に確実に認識させることができ、この結果、ユーザはあたかも本物の動物に触れたときに近い気分を味わうことができ、かくしてエンターテインメント性を格段的に向上させ得るペットロボット１を実現できる。

（７）他の実施の形態
なお上述のように本実施の形態においては、本発明を図１及び図２のように構成された４足歩行型のペットロボット１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の形状のロボット装置（いわゆる玩具（おもちゃ、トイ（Toy）を含む）に広く適用することができる。

また上述のように本実施の形態においては、外部からの接触を受けたときに所定時間ごとの接触強度を検出する複数のセンサ手段として、複数の触覚センサ１５Ａ〜１５Ｃを適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は接触強度を検出するこの他種々のセンサ手段を広く適用することができる。

これら複数の触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃを、図３に示すように胴体部ユニット２の背中部２Ａに頭側の前方から尻尾側の後方に向かって１列に配置した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、胴体部ユニット２以外の頭部ユニット４などの種々の所定部位に複数配列するようにしても良く、またアレイ状であれば、一列以外にも複数列や所定パターンで散在させるように配列しても良い。

さらに上述のように本実施の形態においては、各触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃに対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段として、複数の発光デバイス部１６Ａ〜１６Ｄを適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、光を発光するこの他種々の発光手段に広く適用することができる。

さらに上述のように本実施の形態においては、各触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃの検出結果に基づいて、対応する所定数の発光デバイス部（発光手段）１６Ａ〜１６Ｄを発光させる制御手段を、コントローラ１０及び駆動制御部１８から構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら一体でなくとも、コントローラ１０又は駆動制御部１８の単体で制御するようにしても良い。この場合、駆動制御部１８が各触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃの検出結果を直接処理してローカルで行うようにすれば応答性能を向上させることができる。一方コントローラ１０が直接対応する発光デバイス部（発光手段）１６Ａ〜１６Ｄを発光させるようにすれば、ペットロボット１の制御全体を司る上で、接触による認識結果を他の動作等に反映させることができる。

さらに上述のように本実施の形態においては、駆動制御部１８から出力される発光制御信号Ｓ２に基づく発光パターンの波形曲線Ｗ１を図６に示すようなグラフで表した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、区間Ｔ１〜Ｔ９の区分の有無及びその時間、パラメータ等はプログラマブルに設定するようにしても良い。例えば図１６に示すように、接触検出中は発光させ、離れると消灯するという２値化方式の発光パターンも容易に実現することができる。この場合、区間Ｔ２において最大値Ｉａを発光強度のフルスケールとすると共に増加率Ｒａを∞とし、区間Ｔ３の時間を接触検出後の最小発光時間とし、区間Ｔ４においてゲインＧｄを１とすると共に減少率を０とし、区間Ｔ６においてゲインＧｓを０とし、区間Ｔ８において開始時点での発光強度Ｉｒを０とすれば良い。このように区間Ｔ１〜Ｔ９のいずれかで波形処理を行っている間に、ユーザの接触が解除され再び接触した場合に、現状の処理を中断し、区間Ｔ１からの処理を行うようにすれば、反応応答性を高めることができる

さらに上述のように本実施の形態においては、制御手段としてのコントローラ１０及び駆動制御部１８は、各触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃにより検出された接触強度に応じて、対応する各発光デバイス部（発光手段）１６Ａ〜１６Ｄの発光強度を変化させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、ユーザが接触した後にさらに強く押し込んだり弱く撫でたりした場合の変化を明確にすることができれば、この他種々の制御手段に広く適用することができる。

さらに上述のように本実施の形態においては、制御手段としてのコントローラ１０及び駆動制御部１８は、各触覚センサ（センサ手段）１５Ａ〜１５Ｃによる検出が解除された直後に、対応する各発光デバイス部（発光手段）１６Ａ〜１６Ｄの発光強度を時間の経過に比例して緩やかに減少させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、ユーザが自己の接触履歴を認識し得る程度の残光処理であれば良く、発光強度を減少を図６の区間７及び区間８のような２段階のみならず、１段階や３段階以上で行うようにしても良い。

ロボット装置及びその制御方法において、アミューズメントロボットや介護ロボットなどに適用することができる。

本実施の形態によるロボットの外観構成を示す斜視図である。 本実施の形態によるロボットの内部構成を示すブロック図である。 図１に示す胴体部ユニットの背中部の外観構成を示す斜視図である。 接触強度と時間との関係の説明に供するグラフである。 接触検出処理手順の説明に供するフローチャートである。 発光強度と時間との関係の説明に供するグラフである。 区間Ｔ１における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ２における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ３における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ４における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ５における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ６における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ７における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ８における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 区間Ｔ９における発光パターン生成処理手順の説明に供するフローチャートである。 他の実施の形態による発光強度と時間との関係の説明に供するグラフである。

符号の説明

１……ロボット、２……胴体部ユニット、２Ａ……背中部、３……脚部ユニット、４……頭部ユニット、５……尻尾部ユニット、１０……コントローラ、１５Ａ〜１５Ｃ……触覚センサ、１６Ａ〜１６Ｄ……発光デバイス部、１７Ａ〜１７Ｃ……接触発光ユニット、１８……駆動制御部、ＲＴ１…接触検出処理手順、ＲＴ２〜ＲＴ１０……発光パターン生成処理手順。

Claims (6)

1. 所定部位にアレイ状に配列され、それぞれ外部からの接触を受けたときに所定時間ごとの接触強度を検出する複数のセンサ手段と、
   各上記センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段と、
   各上記センサ手段の検出結果に基づいて、対応する所定数の上記発光手段を発光させる制御手段と
   を具えることを特徴とするロボット装置。
2. 上記制御手段は、
   各上記センサ手段により検出された上記接触強度に応じて、対応する各上記発光手段の上記発光強度を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 上記制御手段は、
   各上記センサ手段による検出が解除された直後に、対応する各上記発光手段の上記発光強度を時間の経過に比例して緩やかに減少させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
4. 所定部位にアレイ状に配列された複数のセンサ手段のうち、外部からの接触を受けた各上記センサ手段がそれぞれ所定時間ごとの接触強度を検出する第１のステップと、
   各上記センサ手段の検出結果に基づいて、当該各センサ手段に対応して所定数ずつ設けられた複数の発光手段を発光させる第２のステップと
   を具えることを特徴とするロボット装置の制御方法。
5. 各上記センサ手段により検出された上記接触強度に応じて、対応する各上記発光手段の上記発光強度を変化させる第３のステップ
   を具えることを特徴とする請求項４に記載のロボット装置の制御方法。
6. 各上記センサ手段による検出が解除された直後に、対応する各上記発光手段の上記発光強度を時間の経過に比例して緩やかに減少させる第４のステップ
   を具えることを特徴とする請求項４に記載のロボット装置の制御方法。

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