JP2005254454A - コミュニケーションロボット - Google Patents

Abstract

【構成】 コミュニケーションロボット１０は、人体状部２０の全身を覆う皮膚２２を含み、この皮膚２２は発泡ウレタンとシリコーンゴム層とを積層して形成され、皮膚中に複数のピエゾセンサシートが分散配置される。各ピエゾセンサシートから出力される圧力検知電圧がＡ／Ｄ変換器で圧力値データに変換され、ＰＩＣマイコンによって、デイジーチェーンの形式で、ビットシリアル信号として、ロボット制御用コンピュータに入力される。ロボット制御用コンピュータは、圧力の強弱、圧力の持続時間、圧力変化の周波数を計測し、その計測したパラメータ値に応じた動作をロボットに実行させる。
【効果】 一層安全で親和性の高いコミュニケーションロボットが得られる。
【選択図】 図１

Description

この発明はコミュニケーションロボットに関し、特にたとえば、音声や動作あるいは仕草によって人間とコミュニケーションを行う、コミュニケーションロボットに関する。

人間とのコミュニケーションにおいて、皮膚は最初に触れることのできるインターフェースであり、皮膚の柔らかさ（感触）と鋭敏な感覚は触れる側にとっても触れられる側にとっても非常に重要である。コミュニケーションにおける触行動は自分の意思や気持ちを相手に伝えるための行動であり、強く握ったり、やさしくなでたりするという触行動は、根本的なコミュニケーション行動の１つということができる。この行動の必要性はコミュニケーションを対象として初めてでてくるものであり、工業用ロボットとしてはあまり重要視されてこなかった問題である。

本件出願人は、先に、たとえば特許文献１，２および３などによって、コミュニケーションロボットと称し、工業用ロボットとは違って、音声や所作によって人間とのコミュニケーションをうまく図ることを企図したロボット（商品名：ロボビー）を提案した。

このような従来のロボットは、非常に敏感な接触センサを持っているが、情報がオン／オフの２値であることと、接触センサが特定の場所にしか設けられていないことから、上述した触行動コミュニケーションのための情報を取得することはできなかった。

他方、従来、部分的な圧覚を持ったロボットは数多く存在する。たとえば、非特許文献１では、ロボット用の導電性ファブリークを用いた全身の触覚スーツが提案される。
特開２００２−３５５７８３号公報［Ｂ２５Ｊ１３／００］ 特開２００２−３６１５８４号公報［Ｂ２５Ｊ１３／０８］ 特開２００２−３６１５８５号公報［Ｂ２５Ｊ１３／０８］ 稲葉雅幸，星野由紀子，井上博允"導電性ファブリックを用いた全身被服型触覚センサスーツ"日本ロボット学会誌，Ｖｏｌ．１６, Ｎｏ．１，ｐｐ．８０−８６，１９９８

非特許文献１で提案されるロボット用センサスーツにおいても、情報はオン／オフ信号であり圧覚ではない。しかも、このセンサスーツは、服であり、柔らかさを持った皮膚を形成するものではない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、柔らかい皮膚を持ち、しかも圧覚情報を得ることができる、コミュニケーションロボットを提供することである。

この発明は、ロボット本体上に被せられる柔軟素材からなる皮膚、皮膚中に分散配置される複数の圧力センサシート、複数の圧力センサシートで検知した圧力を圧力データとして入力する入力手段、および圧力データに反応して所定の動作を実行させるロボット制御用コンピュータを備える、コミュニケーションロボットである。

請求項１に従属する請求項２の発明では、皮膚は人体形状に形成され、圧力センサシートは頭に配置される。

請求項１または２に従属する請求項３の発明では、圧力センサシートは肩に配置される。

請求項１ないし３のいずれかに従属する請求項４の発明では、圧力センサシートは腕または手に配置される。

請求項１ないし４のいずれかに従属する請求項５の発明では、所定の動作は怒りを表す動作を含む。

請求項１ないし５のいずれかに従属する請求項６の発明では、所定の動作は喜びを表す動作を含む。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに従属するもので、ロボット制御用コンピュータが、圧力データによって圧力の強弱を計測し、その強弱に応じた動作を実行させる。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかに従属するもので、ロボット制御用コンピュータが、圧力データによって圧力の持続時間を計測し、その持続時間に応じた動作を実行させる。

請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかに従属するもので、ロボット制御用コンピュータが、圧力データによって圧力変化の周波数を計測し、その周波数に応じた動作を実行させる。

請求項１０では、圧力センサシートが分散配置される複数のピエゾセンサシートを含むことを明らかにし、請求項１１の発明は、請求項１０に従属し、入力手段が、複数のピエゾセンサシートが発生した電圧を圧力データに変換する複数のＡ／Ｄ変換器、および複数のＡ／Ｄ変換器からの圧力データをロボット制御用コンピュータにビットシリアルデータとして出力する複数の出力手段を含む、コミュニケーションロボットである。

この発明のコミュニケーションロボットにおいては、たとえば発泡ウレタンとシリコーンゴム層とを積層したような、柔軟素材で皮膚を形成する。この皮膚はたとえば筐体のような本体に被せられるとともに、その中に圧力センサシート、たとえばピエゾセンサシートを埋め込んでいる。実施例のように複数のピエゾセンサシートを、たとえば頭部、肩、あるいは腕または手に分散配置する場合、各ピエゾセンサシートから出力される圧力検知電圧がＡ／Ｄ変換器で圧力値データに変換される。この圧力値データは、実施例では、ＰＩＣマイコンによって、いわゆるデイジーチェーンの形式で、ビットシリアル信号として、たとえばＲＳ２３２Ｃを通して、ロボット制御用コンピュータの１つの入力ポートに入力される。

ロボット制御用コンピュータは、たとえば３つのパラメータ、圧力の強弱、圧力の持続時間、圧力変化の周波数を計測し、その計測したパラメータ値に応じた動作をロボットに実行させる。そのような動作としては、たとえば、怒りを表す動作や、喜びを表す動作がある。

発泡ウレタン層とシリコーンゴム層と積層して皮膚を形成すると、皮膚が、軽くて柔らかくなり、しかも裂傷などに強くなる。

また、内層の比較的肉厚の第１シリコーンゴム層と外層の比較的肉薄の第２シリコーンゴム層との間に圧力センサシートを埋め込めば、高周波ノイズを生じることがなく、また、圧力センサシートが変形し易いので、圧力を計測し易い。

この発明によれば、コミュニケーションロボットの全身を柔らかい皮膚で覆ったので、コミュニケーションの相手の人間により一層安心感を与えるとともに、物理的に怪我をさせたりすることがないので、安全である。それとともに、圧力センサシートから圧覚情報を得ることができるので、触行動を生成することができる。そのため、従来に比べて一層安全性、親和性の向上した、コミュニケーションロボットが得られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１に示すこの実施例のコミュニケーションロボット（以下、単に「ロボット」ということがある。）１０は、台車１２を含み、この台車１２の側面には、このロボット１０を自律移動させる車輪１４が設けられる。この車輪１４は、車輪モータ（図４において参照番号「７０」で示す。）によって駆動され、台車１２すなわちロボット１０を前後左右任意の方向に動かすことができる。なお、図示しないが、この台車１２の前面には、衝突センサが取り付けられ、この衝突センサは、台車１２への人間や他の障害物の接触を検知する。

台車１２の上には、多角形柱のセンサ取付パネル１６が設けられ、このセンサ取付パネル１６の各面には、超音波センサ１８が取り付けられる。この超音波センサ１８は、取付パネル１６すなわちロボット１０の周囲の主として人間との間の距離を計測するものである。

台車１２の上には、人体状部２０が直立するように取り付けられる。この人体状部２０の全身は、後に詳しく説明するように、柔軟素材からなる皮膚２２によって覆われる。人体状部２０は、図示しないが、たとえば鉄板のような筐体を含み、その筐体にコンピュータやその他必要なコンポーネントを収容している。そして、皮膚２２は、その筐体（図示せず）上に被せられる。皮膚２２の下の筐体の上部ほぼ中央にはマイク２４が設けられる。このマイク２４は、周囲の音声、特に人間の声を収集するためものである。

人体状部２０は、右腕２６Ｒおよび左腕２６Ｌを含み、右腕２６Ｒおよび左腕２６Ｌすなわち上腕３０Ｒおよび３０Ｌは、それぞれ、肩関節２８Ｒおよび２８Ｌによって、胴体部分に変位自在に取り付けられる。この肩関節２８Ｒおよび２８Ｌは、３軸の自由度を有する。上腕３０Ｒおよび３０Ｌには、１軸の肘関節３２Ｒおよび３２Ｌによって、前腕３４Ｒおよび３４Ｌが取り付けられ、この前腕３４Ｒおよび３４Ｌには、手３６Ｒおよび３６Ｌが取り付けられる。これら右腕２６Ｒおよび左腕２６Ｌの各関節における各軸はここでは図示しないモータによってそれぞれ制御される。すなわち、右腕２６Ｒおよび左腕２６Ｌのそれぞれ４個のモータが、図４において、それぞれ右腕モータ６４および左腕モータ６６として表される。

人体状部２０の上部には首関節３８を介して頭部４０が、人間の頭と同様に俯仰・回転可能に取付けられる。この２軸の首関節は、図４に示す頭部モータ６８によって制御される。頭部４０の前面の「目」に相当する位置には２つの眼カメラ４２が設けられ、この眼カメラ４２は、ロボット１０に接近した人間の顔や他の部分を撮影してその映像信号を取り込む。頭部前面の目カメラ４２の下方にはスピーカ４４が設けられる。このスピーカ４４は、ロボット１０が、それの周囲の人間に対して音声によってコミュニケーションを図るために用いられる。

上で説明した人体状部２０の胴体や頭部および腕はすべて柔軟な素材からなる皮膚２２に覆われるが、この皮膚２２は、図２に示すように、下層のウレタンフォーム４６と、その上に積層される比較的肉厚のシリコーンゴム層４８ａおよび比較的肉薄のシリコーンゴム層４８ｂとを含む。そして、２つのシリコーンゴム層４８ａおよび４８ｂの間に、ピエゾセンサシート５０を埋め込んだ。このピエゾセンサシート５０は、たとえば米国ＭＳＩ社製、株式会社東京センサ販売のピエゾフィルムを用いる（ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｔ-ｓｅｎｓｏｒ．ｃｏ．ｊｐ／ＰＩＥＺＯ／ＴＯＰ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）。このピエゾフィルムは、圧電フィルムの両面に金属薄膜が形成された構造、つまり、圧電体が導体で挟まれた構造を有し、圧力等で変形すると両面金属薄膜間にピエゾ電気を発生する。実施例のロボットに使用したのはＡ４サイズ（型番：２００×１４０×２８）のピエゾフィルムを１／２、１／３、１／４、１／６の大きさにはさみでカットしたピエゾセンサシートであるである。

実施例では、上述のように、発泡ウレタンとシリコーンゴムとを使って皮膚２２の柔らかさを得た。シリコーンゴムだけである程度の厚みと柔らかさとを得ようとすると、重くなりすぎるだけでなく、裂傷に弱くなる。そこで、発明者等は、実験を重ねた結果、大まかな形と厚みはウレタンフォームで作り、その表面を約２０ｍｍのシリコーンゴムで覆う形を採用することとした。そして、シリコーンゴム層を２つにし、それらのシリコーンゴム層４８ａおよび４８ｂの間に、上述のピエゾセンサシート５０を埋め込んだ。このとき、内側のシリコーンゴム層４８ａを厚く（約１５ｍｍ）し、表面側のシリコーンゴム層４８を薄く（約５ｍｍ）した。このようにすると、ロボット１０の振動や人間が表面を押したときに生じる高周波の振動をカットでき、かおかつフィルムが変形し易くなるので、圧力の計測が容易になる。

この実施例のロボット１０の特徴は、上述のピエゾセンサシート５０を人体状部２０の全身に埋め込み、それによって人間によって皮膚２２に加えられた圧力を圧覚情報として検知しようとすることである。そのために、実施例では、図３に示すように、４８枚のピエゾセンサシート５０１−５４８を埋め込んだ。人間に触られやすい部位、たとえば頭頂や肩それに腕（手を含む）には、圧力を正確かつ確実に検知できるように、隙間なくピエゾセンサシートを埋め込み、あまり触られることを想定していない部位たとえば背中や足あるいは脇腹には許容できる隙間を持ってピエゾセンサシートを埋め込んだ。それによって、検出精度と製造コストとのトレードオフを解決した。なお、これら４８枚のピエゾセンサシート５０１−５４８は、場合によっては、参照番号５０で区別なしに示されることがあることに留意されたい。

図１に示すロボット１０の電気的構成が図４のブロック図に示される。図４に示すように、このロボット１０は、全体の制御のためにマイクロコンピュータまたはＣＰＵ５２を含み、このＣＰＵ５２には、バス５４を通して、メモリ５６，モータ制御ボード５８，センサ入力／出力ボード６０およびサウンド入力／出力ボード６２が接続される。

メモリ５６は、図示しないが、ＲＯＭやＲＡＭを含み、ＲＯＭにはこのロボット１０の制御プログラムが予め書き込まれているとともに、スピーカ４４から発生すべき音声または声の音声データが格納されている。ＲＡＭは、一時記憶メモリとして用いられるとともに、ワーキングメモリとして利用され得る。

モータ制御ボード５８は、たとえばＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成され、各腕や頭部の各軸モータを制御する。すなわち、モータ制御ボード５８は、ＣＰＵ５２からの制御データを受け、右肩関節２８Ｒの３軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと右肘関節３２Ｒの１軸の角度を制御する１つのモータとの計４つのモータ（図４ではまとめて、「右腕モータ」として示す。）６４の回転角度を調節する。また、モータ制御ボード５８は、左肩関節２８Ｌの３軸と左肘関節３２Ｌの１軸、計４つのモータ（図４ではまとめて、「左腕モータ」として示す。）６６の回転角度を調節する。モータ制御ボード５８は、また、頭部４０の３軸のモータ（図４ではまとめて、「頭部モータ」として示す。）６８の回転角度を調節する。そして、モータ制御ボード５８は、車輪１４を駆動する２つのモータ（図４ではまとめて、「車輪モータ」として示す。）７０を制御する。

なお、この実施例の上述のモータは、車輪モータ７０を除いて、制御を簡単化するためにそれぞれステッピングモータまたはパルスモータであるが、車輪モータ７０と同様に、直流モータであってよい。

センサ入力／出力ボード６０も、同様に、ＤＳＰで構成され、各センサやカメラからの信号を取り込んでＣＰＵ５２に与える。すなわち、超音波センサ１８の各々からの反射時間に関するデータがこのセンサ入力／出力ボード６０を通して、ＣＰＵ５２に入力される。また、眼カメラ４２からの映像信号が、必要に応じてこのセンサ入力／出力ボード６０で所定の処理が施された後、ＣＰＵ５２に入力される。

このセンサ入力／出力ボード６０は、さらに、図５に示すように、複数（実施例では１２枚）の基板７２，７２…を含み、各基板７２には、それぞれ１つのＰＩＣマイコン７４が設けられる。ＰＩＣマイコン７４はたとえばＡＳＩＣで構成され、同じく基板７２に設けられたＡ／Ｄ変換器７６からの電圧データ（たとえば１０ビット）をビット直列信号として出力する。

ピエゾセンサシート５０は図５に示すようにピエゾフィルム７８を電極ないし導体８０ａおよび８０ｂで挟んだものであり、圧力が加えられるとそのピエゾフィルム７８が電圧を発生し、その電圧が２つの導体８０ａおよび８０ｂ間に現れる。ただし、このとき発生される電圧（電位）は高いが電流が微弱なため、この発生電圧をそのまま長いケーブルでコンピュータ５２（図４）に取り込むことは、ノイズが多く乗ってしまうので難しい。そこで、この実施例では、図５に示す基板７２をピエゾセンサシートに近い位置に配置し、その中に高インピーダンスの読み取り装置、すなわちＡ／Ｄ変換器７６を配置し、このＡ／Ｄ変換器７６で変換した電圧値をＰＩＣマイコン７４で読み取ってシリアル信号として出力し、それをコンピュータ５２へ送るようにした。

Ａ／Ｄ変換器７６は、実施例では４チャネル１０ビットのものを用いた。したがって、１つの基板７２が４つのピエゾセンサシート５０を受け持つことができる。基板７２には、４つのピエゾセンサシートのために４対の端子８２ａおよび８２ｂが設けられ、それぞれに電極８０ａおよび８０ｂが接続される。端子８２ａおよび８２ｂ間にはノイズ除去用コンデンサ８４が接続されている。したがって、端子８２ａおよび８２ｂ間に与えられたピエゾセンサシート５０からの電圧は、ノイズ除去された後、オペアンプ８６によって電流増幅され、上述のＡ／Ｄ変換器７６の１つのチャネルに入力される。図５では１つのピエゾセンサシートが示されるだけであるが、他のピエゾセンサシートおよびそれに関連する回路も同様に構成されるものである。

上述のように人体状部２０の皮膚２２中には４８個のピエゾセンサシート５０が埋め込まれているが、それらをすべてロボット制御用のＣＰＵないしコンピュータ５２で読み取ろうとすると、ノイズを拾い易いだけでなく、コンピュータのＡ／Ｄポートを非常に多く必要としてしまい、現実的ではない。そこで、上述のように読み取り装置（基板７２、Ａ／Ｄ変換器７６）をピエゾセンサシートの近傍に分散配置し、それぞれの出力を１本のシリアルケーブル、たとえばＲＳ２３２Ｃ（商品名）でつないだ、いわゆるデイジーチェーンを形成した。したがって、図５に示す１つの基板７２のＰＩＣマイコン７４から出力されたビットシリアル信号は、次段の基板７２のＰＩＣマイコン７４のシリアル入力ポートに与えられる。当該次段のＰＩＣマイコン７４は、前段のＰＩＣマイコンから送られてきたデータに自分が担当するＡ／Ｄ変換器から読み込んだデータを加えて、ビット直列信号として出力する。したがって、コンピュータ５２は、１つのシリアルポートで全身の圧力センサからの圧力値を取り込めるようになっている。

なお、各ＰＩＣマイコン７４から出力される圧力値データは、図３に示す４８個のピエゾセンサシート５０１−５４８のどれであるかを示す識別子と、圧力値とを含むので、コンピュータ５２は、どの（部位の）ピエゾセンサシートがどの程度の圧力を受けているかを容易に特定できる。

具体的には、コンピュータ５２は、たとえば５０ｍｓｅｃの周期で、ビットシリアルデータを出力する最終段のＰＩＣマイコンにポーリングをかけ、５０ｍｓｅｃ周期ですべてのピエゾセンサシート５０１−５４８の圧力データを読み取ることができる。

コンピュータないしＣＰＵ５２では、読み取ったデータに基づいて次の３種類の計測を行う。

皮膚２２が押される、押された状態から元の状態へ戻る、といった圧力変化はＡ／Ｄ変換器７６（図５）からは正負３２段階、合計６４段階で出力する。つまり、１０ビットのうち下位４ビットはノイズ成分として捨て、上位６ビットのデータだけが各ＰＩＣマイコン７４（図５）から出力される。そして、コンピュータ５２は、１度にどれくらい強く押されたかという情報としてこの６４段階の圧力データを使い、「ひどく叩かれたか」、「軽く叩かれたか」、「やさしく手を置かれたか」、「軽く触られたか」などの触られ方の強弱を計測ないし判断する。

また、押された状態がどれくらい長く続くか、その持続時間を計測することによって、「叩かれたか」、「押されたか」などの継続状態を計測または判断する。

そして、圧力センサの電圧変化の波形の周波数（圧力変化の周波数）を計測することによって、「叩かれているのか」、「なでられているのか」、「くすぐられているのか」、という触られ方の種類を計測ないし判断する。

図４に戻って、スピーカ４４にはサウンド入力／出力ボード６２を介して、ＣＰＵ５２から、合成音声データが与えられ、それに応じて、スピーカ４４からはそのデータに従った音声または声が出力される。そして、マイク２４からの音声入力が、サウンド入力／出力ボード６２を介して、ＣＰＵ５２に取り込まれる。

この実施例のロボット１０は、圧力センサ（ピエゾセンサシート）によって検知した圧力にもとづいて計測した上述のパラメータに応じて、次のような動作や行動を行う。

たとえば、頭部をなでられると喜ぶが、叩かれるといやがる。握手したときに、相手が手を強く握りすぎると嫌がり、やさしく握ると仲良くしようとする。この際、握る場所は、手先だけでなく腕でもよい。人間に呼ばれるとき、肩の叩かれ方で態度が変わる。軽く叩くと普通に振り向き、強く叩くと痛がりつつ急いで振り向く。さらに、肩を揺さぶられると嫌がる。あるいは、脇腹や脇の下などを触られると嫌がり、くすぐられると悶える。また、だっこ動作の際、相手の抱きしめ方が強すぎたり弱すぎたりすると文句をいい、適度な力でだっこされると喜ぶ。

幾つかの具体的な動作を、以下、対応するフロー図を参照して説明する。ただし、いずれの動作も単なる一例であることを予め指摘しておく。

図６および図７に示すフロー図は、ロボット１０が人間に対して、抱っこして欲しいとねだることによって、人間をしてロボット１０を抱くようにさせる場合の動作を示す。

図６の最初のステップＳ１では、ＣＰＵ５２は、メモリ５６から、サウンド入力／出力ボード６２へ、音声データを送る。したがって、スピーカ４４から、合成音声「だっこしてね」が出力される。続くステップＳ３において、ＣＰＵ５２は、超音波センサ１８（図１）からの距離値をセンサ入力／出力ボード６０を介して取り込む。すなわち、このステップＳ３では、超音波センサ１８からの信号がセンサ入力／出力ボード６０に入力される。応じて、このボード６０では、超音波センサ１８から超音波が発射され、その超音波が人間から反射されて超音波センサ１８に入射されたタイミングを計測し、ロボット１０と人間との間の距離値を示すデータをＣＰＵ５２に与える。

ＣＰＵ５２は、次のステップＳ５において、センサ入力／出力ボード６０から入力された距離データが所定値以下かどうか判断する。この「距離」が所定値以下であるということは、人間がロボット１０に近づいたことを意味し、このステップＳ５で“ＮＯ”を判断したときには、次のステップＳ７でＣＰＵ５２は衝突センサ（図示せず）の値を取り込み、ステップＳ９で衝突センサがオンかどうか判断する。衝突センサがオフであれば、そのまま終了する。

ステップＳ５で“ＹＥＳ”を判断すると、人間がロボット１０に近づいたことを意味し、ＣＰＵ５２は、続くステップＳ１１で、ＣＰＵ５２は眼カメラ４２の映像信号によって人間を検知したかどうかを判断する。ステップＳ１１で“ＹＥＳ”が判断されると、すなわち眼カメラ４２で人間を検知すると、ステップＳ１３で、ＣＰＵ５２は音声入力／出力ボードに音声データを送り、スピーカ４４から「だいすき」を発声させる。それとともに、ステップＳ１５で、ＣＰＵ５２は各軸モータを制御し、腕などを「抱っこ」の形にする。

続いて、ステップＳ１７で、ＣＰＵ５２はピエゾセンサシート５０すなわちセンサ入力／出力ボード６０から圧力検知入力があるかどうか判断する。ここで“ＹＥＳ”が判断されるということは、ロボット１０の「だっこしてね」の呼びかけに人間が応答したことを意味する。

ステップＳ１７で“ＹＥＳ”が判断されると、ＣＰＵ５２は、次のステップＳ１９で、先に述べた３種類のパラメータの１つ （強弱）を計測し、肩、脇、背中のどれかが強く押されているかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら、ＣＰＵ５２はステップＳ２１で「いたい」を発声させる。それとともに、痛いから放して欲しいというように、たとえば車輪モータ７０を制御して後ずさりさせる。

ステップＳ１９で“ＮＯ”が判断されると、続くステップＳ２３で、ＣＰＵ５２は、先に述べた３種類のパラメータの１つ（強弱）を計測し、肩、脇、背中のすべての押され方が弱いかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら、ＣＰＵ５２はステップＳ２５で「もっと強く」を発声させる。ステップＳ２３で“ＮＯ”なら、適度な強さで「だっこ」が行われたことを意味し、この場合には、ＣＰＵ５２は、スピーカ４４から「だいすき」と発声させる。

図８および図９に示すフロー図は、ロボット１０が人間に対して、握手して欲しいとねだることによって、人間をしてロボット１０と握手するようにさせる場合の動作を示す。

図８の最初のステップＳ３１では、ＣＰＵ５２は、メモリ５６から、サウンド入力／出力ボード６２へ、音声データを送る。したがって、スピーカ４４から、合成音声「握手してね」が出力される。続くステップＳ３３−Ｓ４３は、先のステップＳ３−Ｓ１３と同様であり、ここでは重複する説明は省略する。

ステップＳ４５では、先の実施例では「だっこ」の形にしたが、この実施例では、たとえば右腕を前に差し出すなどして、ＣＰＵ５２はロボット１０に握手の形態をとらせる。

続いて、ステップＳ４７で、ＣＰＵ５２はピエゾセンサシート５０すなわちセンサ入力／出力ボード６０から圧力検知入力があるかどうか判断する。ここで“ＹＥＳ”が判断されるということは、ロボット１０の「握手してね」の呼びかけに人間が応答したことを意味する。

ステップＳ４７で“ＹＥＳ”が判断されると、ＣＰＵ５２は、次のステップＳ４９で、先に述べた３種類のパラメータの１つ（強弱）を計測し、手や腕が強く握られたかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら、ＣＰＵ５２はステップＳ５１で「いたい」を発声させる。それとともに、痛いから放して欲しいというように、たとえば右腕モータ６４（図４）を制御して腕を引っ込ませる。

ステップＳ４９で“ＮＯ”が判断されると、続くステップＳ５３で、ＣＰＵ５２は、先に述べた３種類のパラメータの１つ（時間）を計測し、手や腕が優しく握られ続けているかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら、ＣＰＵ５２はステップＳ４５で「よろしく」を発声させるとともに、右腕モータ６４や頭部モータ６８を制御して、握手の動作を行わせる。ただし、このステップＳ５３で“ＮＯ”なら、そのまま終了する。

頭に配置したピエゾセンサシート、たとえば図３で示すセンサシート５０１−５０４のどれかから圧力信号が出力された場合、図１０の動作が実行される。すなわち、ＣＰＵ５２は、これらのセンサシート５０１−５０４から入力があると、先に挙げた３種類のパラメータの１つ（強弱）を計測して、頭を叩かれたかどうか、ステップＳ６１で判断する。ステップＳ６１で“ＹＥＳ”を判断すると、ＣＰＵ５２は、ステップＳ６３において、怒ったことを示す行動をさせる。ステップＳ６１で“ＮＯ”なら、次のステップＳ６５において、ＣＰＵ５２は、３種類のパラメータの１つ（周波数）を計測して、頭をなでられたのかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら喜んでいることを示す行動をさせる。“ＮＯ”なら、ＣＰＵ５２は、嫌がるときにみせる行動を行わせる。

肩に配置したピエゾセンサシート、たとえば図３で示すセンサシート５０９−５１３のどれかから圧力信号が出力された場合、図１１の動作が実行される。すなわち、ＣＰＵ５２は、これらのセンサシート５０９−５１２から入力があると、先に挙げた３種類のパラメータの１つ（時間）を計測して、肩を叩かれたかどうか、ステップＳ７１で判断する。ステップＳ７１で“ＮＯ”を判断すると、ＣＰＵ５２は、次のステップＳ７３で、パラメータ（周波数）を計測し、肩が揺さぶられているのかどうか判断スする。“ＹＥＳ”なら、ＣＰＵ５２は、次のステップＳ７５で嫌がる動作を行わせる。“ＮＯ”なら、ステップＳ７７で、ＣＰＵ５２は、手をどけて欲しいとお願いするような所作を実行させる。

テップＳ７１で“ＹＥＳ”を判断すると、ＣＰＵ５２は、ステップＳ７９において、パラメータ（強弱）を計測して、叩かれ方が強いかどうか判断する。 “ＹＥＳ”なら、次のステップＳ８１で、ＣＰＵ５２は、「いたい」と発声させ、急に振り向く動作を実行させる。“ＮＯ”なら、ＣＰＵ５２は、次のステップＳ８３で、「こんにちは」と発声させるとともに、普通に振り向くような動作を行わせる。

脇の下に配置したピエゾセンサシート、たとえば図３で示すセンサシート５２２２−５２５のどれかから圧力信号が出力された場合、図１２の動作が実行される。すなわち、ＣＰＵ５２は、これらのセンサシート５２２−５２５から入力があると、先に挙げた３種類のパラメータの１つ（周波数）を計測して、くすぐられているのかどうか、ステップＳ９１で判断する。ステップＳ９１で“ＹＥＳ”を判断すると、ＣＰＵ５２は、ステップＳ９３において、「くすぐったい」と発声させるとともに、悶える動作を実行せさる。ステップＳ９１で“ＮＯ”なら、次のステップＳ９５において、ＣＰＵ５２は、各軸モータを制御して、触られたところを見るかのような所作をさせる。そして、ステップＳ９７において、３種類のパラメータの１つ（周波数）を計測して、なでられているのかどうか判断する。“ＹＥＳ”ならそのまま終了し、“ＮＯ”なら、ＣＰＵ５２は、嫌がる行動を行わせる。

なお、上述の実施例において部分的にピエゾセンサの感度を上げておけば、人が近づいてくることによって反応する非接触の気配センサとしての利用も可能である。センサの感度は，読み取り装置（Ａ／Ｄ変換器）に取り付ける抵抗によって変化させることができる。発明者等は、具体的には抵抗値を３３０ｋΩにすると人が近づいたときに生じる空気の流れでセンサが反応するようになることを確認済みであり、この感度の高い圧力センサを織り交ぜることで気配を感じて振り向くなどの動作を実現することも原理的に可能である。

また、上述の実施例では、人体状部２０の頭部、肩、腕や手などの全身に圧力センサシートを分散配置した。しかしながら、どこか１つの部位に１つだけ圧力センサシートを配置するようにしてもよい。

図１はこの発明の一実施例のコミュニケーションロボットを示す図解図である。 図２は図１実施例に用いる皮膚とその中に埋め込まれるピエゾセンサシートとを示す図解図である。 図３はピエゾセンサシートの配置位置を示す図解図である。 図４は図１実施例の電気的構成を示すブロック図である。 図５は図１実施例におけるピエゾセンサシートから圧力信号を入力するセンサ入力／出力ボードを部分的に示す図解図である。 図６は図１実施例において「だっこ」をねだるときの動作を示すフロー図である。 図７は図６に後続する動作を示すフロー図である。 図８は図１実施例において「握手」をねだるときの動作を示すフロー図である。 図９は図８に後続する動作を示すフロー図である。 図１０は図１実施例において頭部に配置したピエゾセンサシートが圧力を検知したときの動作を示すフロー図である。 図１１は図１実施例において肩に配置したピエゾセンサシートが圧力を検知したときの動作を示すフロー図である。 図１２は図１実施例において脇の下に配置したピエゾセンサシートが圧力を検知したときの動作を示すフロー図である。

符号の説明

１０ …コミュニケーションロボット
２０ …ロボット部分
２２ …皮膚
５０，５０１−５４８ …ピエゾセンサシート
５２ …ＣＰＵ
５８ …モータ制御ボード
６０ …センサ入力／出力ボード
６２ …サウンド入力／出力ボード
７２ …基板
７４ …ＰＩＣマイコン
７６ …Ａ／Ｄ変換器
７８ …ピエゾフィルム
８０ａ，８０ｂ …導体

Claims (11)

1. ロボット本体上に被せられる柔軟素材からなる皮膚、
   前記皮膚中に配置される圧力センサシート、
   前記圧力センサシートで検知した圧力を圧力データとして入力する入力手段、および
   前記圧力データに反応して所定の動作を実行させるロボット制御用コンピュータを備える、コミュニケーションロボット。
2. 前記皮膚は人体形状に形成され、前記圧力センサシートは頭に配置される、請求項１記載のコミュニケーションロボット。
3. 前記皮膚は人体形状に形成され、前記圧力センサシートは肩に配置される、請求項１または２記載のコミュニケーションロボット。
4. 前記皮膚は人体形状に形成され、前記圧力センサシートは腕または手に配置される、請求項１ないし３のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
5. 前記所定の動作は怒りを表す動作を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
6. 前記所定の動作は喜びを表す動作を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
7. 前記ロボット制御用コンピュータは、前記圧力データによって圧力の強弱を計測し、その強弱に応じた動作を実行させる、請求項１ないし６のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
8. 前記ロボット制御用コンピュータは、前記圧力データによって圧力の持続時間を計測し、その持続時間に応じた動作を実行させる、請求項１ないし７のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
9. 前記ロボット制御用コンピュータは、前記圧力データによって圧力変化の周波数を計測し、その周波数に応じた動作を実行させる、請求項１ないし８のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
10. 前記圧力センサシートは分散配置される複数のピエゾセンサシートを含む、請求項１ないし９のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。
11. 前記入力手段は、前記複数のピエゾセンサシートが発生した電圧を圧力データに変換する複数のＡ／Ｄ変換器、および前記複数のＡ／Ｄ変換器からの圧力データを前記ロボット制御用コンピュータにビットシリアルデータとして出力する複数の出力手段を含む、請求項１０記載のコミュニケーションロボット。

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