JP2005279895A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 対面者に他者を意識させるとともに対面者と親密で個別的な関係を持つことができるロボットを提供することである。
【解決手段】 外被１２の球形部１４のほぼ中心に透明球殻１８が露出するように設けられる。外被１２の内部において、透明球殻１８の後方にカメラ２０およびディスプレイ６０が設けられている。カメラ２０により得られた映像がディスプレイ６０の表示画面に表示される。透明球殻１８、カメラ２０およびディスプレイ６０により眼が構成される。ディスプレイ６０が瞳に相当し、透明球殻１８の向きにより視線を表現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも１つの眼部を有するロボットに関する。

近年、例えば電子ペットとして使用されるロボットが種々提案および開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−１３６７７２号公報

一般に、人間同士の対話では、相手に働きかけると同時に、相手の中に自己を見つめるまなざしを感じ、相手に自己の発話がどのように捉えられているかを考慮にいれながら会話が行われる。すなわち、相手の中に自己を重ね合わせることにより会話が行われる。この場合、互いに相手を他者として意識し、相手の視点から自己を捉えることが行われる。また、相手の視線により意図を読み合うような「こころ」の交流が行われ、互いの共感が得られる。その結果、互いの親密感が高まる。

しかしながら、従来のロボットでは、対面者がロボットに他者を意識することが不十分である。また、対面者はロボットにより見つめられている感覚を持つことがないため、「こころ」の交流および互いの共感が得られない。したがって、対面者はロボットに対して親密感を持つことが困難である。

本発明の目的は、対面者に他者を意識させるとともに対面者と親密で個別的な関係を持つことができるロボットを提供することである。

本発明に係るロボットは、外被を有する本体部と、本体部に設けられ、視線を表現する眼部を構成する少なくと１つの透明体と、外被内に設けられ、透明体を通して外被の外部を撮像する撮像手段と、外被内において透明体の後方に設けられた表示画面を有し、撮像手段により得られた映像を表示画面に表示する表示手段とを備えたものである。

本発明に係るロボットにおいては、視線を表現する眼部を構成する少なくとも１つの透明体が外被を有する本体部に設けられている。外被に設けられた透明体を通して外被の外部が撮像手段により撮像され、撮像手段により得られた映像が表示手段の表示画面に表示される。この場合、ロボットの視線が向けられた対象が眼部の奥に映し出されるので、対面者は、ロボットが見つめている対象を認識することができる。

ロボットの視線が対面者に向けられている場合には、眼部の奥に対面者の映像が映し出される。それにより、ロボットは、対面者の視線を受け止めて視線を変えることができる他者性を有することになる。その結果、対面者は、ロボットが自分を見つめる他者であることを認識するとともに、ロボットの存在に自己を見出すことによりロボットと親密で個別的な関係を持つことができる。

表示手段は、表示画面に時空間をさらに表示してもよい。それにより、ロボットの思考を表現することができる。

ロボットは、眼部により表現される視線を移動させる視線移動手段と、対面者の視線を認識する認識手段と、認識手段により認識された視線が眼部を向いている場合に、眼部により表現される視線が対面者の眼の方向を向くように視線移動手段を制御し、認識手段により認識された視線が眼部を向いていない場合に、眼部により表現される視線が対面者の眼とは異なる方向を向くように視線移動手段を制御する制御手段とをさらに備えてもよい。

この場合、対面者の視線がロボットの眼部を向いている場合に、眼部により表現される視線が対面者の眼の方向を向き、対面者の視線がロボットの眼部を向いていない場合に、眼部により表現される視線が対面者の眼とは異なる方向を向く。それにより、対面者とロボットとが互いに他者を意識することができ、対面者がロボットへの共感を高めることができる。その結果、対面者とロボットとの心の交流が可能となる。

撮像手段はズーム機能を有し、表示手段は、撮像手段のズーム機能に連動して映像を拡大または縮小して表示画面に表示してもよい。

この場合、ロボットの視線が向けられた対象の映像を拡大または縮小して眼部の奥に表示することができる。それにより、ロボットが関心を示す対象を対面者または周囲の人に印象づけることができる。

物体または人体を追尾するように本体部の位置および姿勢の少なくとも一方を変化させる追尾手段と、撮像手段は、追尾手段により追尾される物体または人体を撮像し、表示手段は、撮像手段により得られる物体または人体の映像を表示画面に表示してもよい。

この場合、物体または人体を追尾するように本体部の位置および姿勢の少なくとも一方が変化し、追尾される物体または人物の映像を眼部の奥に表示することができる。それにより、ロボットが興味を示して追いかける対象を対面者または周囲の人に認識させることができる。

撮像手段により得られる映像を加工し、加工された映像を表示手段の表示画面に表示させる加工手段をさらに備えてもよい。

この場合、ロボットの視線が向けられている対象の映像を強弱をつけて眼部の奥に表示することができる。それにより、対象への関心の高さを対面者または周囲の人に認識させることができる。

本発明によれば、対面者は、ロボットが自分を見つめる他者であることを認識するとともに、ロボットの存在に自己を見出すことによりロボットとの親密で個別的な関係を持つことができる。

図１は本発明の一実施の形態に係るロボットの正面図である。図２は図１のロボットの側面図である。図３は図１のロボットの内部構造図である。

図１および図２において、ロボット１０は仮想的な生命体であり、全体としてティアドロップ形状である外被１２を有する。外被１２は、柔軟で触感の良好な発泡ウレタン等の材料により形成される。外被１２は、後述する球形の内殻に被せられる球形部１４と、その球形部１４の頂部から延びかつ先細りで先端が丸みを有する頭尾１６とを有する。

頭尾１６には、金属、プラスチック、合成ゴム等の弾性体からなる棒状の芯材１７が内蔵されている。芯材１７の基端は、図３の内部構造物２４により支持される。これにより、頭尾１６は、前後左右に連続的に揺動する。この頭尾１６は、後述の透明球殻１８とともにロボット１０の姿勢および方向を強調する機能を果たす。したがって、使用者の様々な関与の結果としてのロボット１０の反応を頭尾１６の動きに増幅して表示することができる。

外被１２の球形部１４のほぼ中心に、透明プラスチック等からなる透明球殻１８が露出するように設けられる。外被１２の内部において、透明球殻１８の後方にカメラ２０およびディスプレイ６０が設けられている。カメラ２０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。ディスプレイ６０は、例えば液晶ディスプレイである。

カメラ２０は、透明球殻１８を通して外部の人物、物体または風景を撮像することができる。カメラ２０により得られた映像がディスプレイ６０の表示画面に表示される。使用者は、外部から透明球殻１８を通してディスプレイ６０の表示画面に表示された映像を見ることができる。透明球殻１８、カメラ２０およびディスプレイ６０により眼が構成される。ディスプレイ６０が瞳に相当し、透明球殻１８の向きにより視線を表現することができる。この場合、ロボット１０が見つめる対象がディスプレイ６０の表示画面に表示される。

また、カメラ２０により得られた映像に基づいて画像認識により対面者の顔を認識することができるとともに対面者の視線の方向を認識することができる。

本実施の形態では、ロボット１０が透明球殻１８からなる１つの眼を有するが、ロボット１０が複数の眼を有してもよい。

外被１２の下端から移動用の車輪２２が露出するように設けられる。ロボット１０は、車輪２２により床面上を自在に移動することができる。

図１に点線で示すように、外被１２内の透明球殻１８の近傍には、２つのマイク２１１，２１２が設けられる。これらのマイク２１１，２１２により使用者の音声を入力することができる。また、マイク２１１，２１２は、ステレオマイクとして機能する。マイク２１１，２１２に入力される音声の位相差で音源方向を認識することができる。後述するように、ロボット１０は、音源を追尾するように位置および姿勢を変化させることができる。

また、外被１２内には、スピーカ２３が設けられる。ロボット１０は、スピーカ２３から音声を出力することにより使用者に対して発話することができる。このようにスピーカ２３を設けかつ上述のマイク２１１，２１２を設けることにより、このロボット１０を音声インタフェース手段として利用することができる。

外被１２内の下部には、複数の測距センサ（距離測定センサ）２５およびヒトセンサ２９が設けられる。測距センサ２５は、例えば、レーザ測距センサ、超音波測距センサ、マイクロ波測距センサ等からなり、人物、物体等の対象までの距離を測定する。ヒトセンサ２９は、赤外線近接センサ等からなり、人物の存在を検出する。また、測距センサ２５およびヒトセンサ２９が設けられる外被１２の位置には、レーザ光、超音波、マイクロ波、赤外線等を通過させるための開口または孔が形成される。

図３には、外被１２に覆われる内部構造物２４が示される。内部構造物２４は、プラスチック、金属板等からなるベースフレーム２６を含む。ベースフレーム２６は、上面板とその両端から垂下する２つの側面板とにより構成され、断面コ字形に形成されている。このベースフレーム２６の側面板を貫通して車軸２７が軸受けにより回転可能に支持される。側面板の外側でその車軸２７の両端に、図１を参照して説明した移動用の車輪２２が取り付けられる。

ベースフレーム２６の上面板上には、弾性体としてコイルばね２８を介してプラスチック、軽量金属等からなる支持台３０が取り付けられる。支持台３０上には、収納部３２が設けられる。収納部３２には、後述のコンピュータ４６および移動モータ５０（図４）が収納される。それにより、ロボット１０が全体として、コイルばね２８により支持される。

支持台３０上には、ロボット１０をパン動作（横首振り）およびチルト動作（縦首振り）させるアクチュエータが構成される。このアクチュエータは、コンピュータ４６（図４）により制御される。

収納部３２上には、支持筒３４を介して上述のディスプレイ６０が装着される。ディスプレイ６０上には、取り付け板３６が固着され、その取り付け板３６によりディスプレイ６０と一体的に支持板３８が取り付けられる。支持板３８は、プラスチック、軽量金属等からなる平面円形の板である。

支持筒３４内には、パン動作を行うためのパンモータ５４（図４）、チルト動作を行うためのチルトモータ５８（図４）、およびそれらのモータの駆動力を支持板３８に伝達する動力伝達機構（図示せず）が収納される。

支持板３８の下面には、プラスチック等からなる截頭半球状の第１内殻４０が固着部４０ａと支持板３８の周縁とを接着または溶着することにより固着される。支持板３８の上面には、プラスチック等からなりかつ球の頭部を切り取った形状を有する球頭形状の第２内殻４２が、固着部４２ａと支持板３８の周縁とを接着または溶着することにより固着される。

第１内殻４０および第２内殻４２により球形の内殻が形成される。支持台３０の外面が第１内殻４０の下方に連続する球形部を形成するように截頭半球状に形成されている。このような球形内殻上に、図１に示す外被１２の球形部１４が被せられる。

球形内殻すなわち第１内殻４０および第２内殻４２の表面には、リミットスイッチ等からなる複数の接触センサ４４が規則的に分布して、または意図的に偏在して取り付けられる。つまり、複数の接触センサ４４は、球形内殻の表面上に一定の規則的な配列で配置されるかまたは人が触るであろう部位または領域に集中的に配置される。

図４は図１のロボット１０の制御系を示すブロック図である。

マイク２１１，２１２により得られる音声信号、カメラ２０により得られる映像信号、測距センサ２５の出力信号、ヒトセンサ２９の出力信号および接触センサ４４の出力信号が所定のインタフェース（図示せず）を介してコンピュータ４６に取り込まれる。

コンピュータ４６は、カメラ２０により取り込まれた映像信号に基づいてディスプレイ６０の表示画面に映像を表示させる。また、コンピュータ４６は、移動モータ駆動回路４８、パンモータ駆動回路５２およびチルトモータ駆動回路５６を制御する。それにより、移動モータ駆動回路４８、パンモータ駆動回路５２およびチルトモータ駆動回路５６は、移動モータ５０、パンモータ５４およびチルトモータ５８を所定のタイミングで駆動する。

移動モータ５０が駆動されると、図１および図２の車輪２２が回転し、ロボット１０が前進または後退する。それにより、ロボット１０の位置を変化させることができる。

パンモータ５４およびチルトモータ５８の駆動力が所定の動力伝達機構を介して図３の支持板３８に伝達される。上記のように、第１内殻４０および第２内殻４２が支持板３８と一体的に動くように取り付けられているので、支持板３８の横向きの変位により第１内殻４０および第２内殻４２も横向きに変位し、支持板３８の縦向きの変位により第１内殻４０および第２内殻４２も縦向きに変位する。それにより、図１および図２の外被１２がパン動作およびチルト動作することができる。このようなパン動作およびチルト動作によりロボット１０の姿勢を変化させることができる。

したがって、パン動作およびチルト動作によりロボット１０の透明球殻１８の向きを変化させ、ロボット１０の視線の方向を変化させることができる。具体的には、ロボット１０は、視線を対面者に向けるかまたは対面者から外すことができる。

また、チルト動作によりうなずく等の肯定的な意思表示を表現することができる。また、パン動作により否定的な意思表示を表現することができる。チルト動作またはパンの動作の大きさを変化させることにより、強い肯定もしくは否定または弱い肯定もしくは否定を表現することができる。

なお、ロボット１０自身の動きを測定するために加速度センサを設けてもよい。

図５はロボット１０のディスプレイ６０に対面者の映像を表示した状態を示す正面図である。

図５に示すように、カメラ２０により対面者の顔が撮像され、対面者の顔の映像がディスプレイ６０の表示画面に表示される。それにより、対面者は、ロボット１０が自分を見ていることを意識する。

図６および図７は図１のロボット１０の動作を示すフローチャートである。ロボット１０は、コンピュータ４６のメモリに記憶された制御プログラムに従って動作する。

まず、ロボット１０のコンピュータ４６は、ヒトセンサ２９により人を感知したか否かを判定する（ステップＳ１）。ヒトセンサ２９が人を感知した場合には、ロボット１０の覚醒水準が高いか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、覚醒水準とは、ロボット１０の外部環境への関心度をいい、外部環境からの刺激の程度により自律的に定める。例えば、周囲が暗い場合には覚醒水準は低く、周囲が明るい場合には覚醒水準は高い。

ステップＳ１でヒトセンサ２９が人を感知しない場合またはステップＳ２で覚醒水準が低い場合には、コンピュータ４６はディスプレイ６０の表示画面に映像を表示しないか、表示画面に眼を閉じたようなスリープ映像を表示するかまたは表示画面にモザイク映像を表示する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２においてロボット１０の覚醒水準が高い場合には、コンピュータ４６はディスプレイ６０の表示画面に予め設定された起動映像を鮮明に表示し（ステップＳ４）、カメラ２０により得られる映像に基づいて対面者を検出したか否かを判定する（ステップＳ５）。

対面者を検出した場合には、カメラ２０により撮像された対面者の顔をディスプレイ６０の表示画面に表示する（ステップＳ６）。さらに、ロボット１０の関心が持続しているか否かを判定する（ステップＳ７）。ロボット１０の関心の持続は、同じ状態が所定時間以上継続しているか否かで判定する。この場合には、カメラ２０により撮像された対面者の顔をディスプレイ６０の表示画面に表示している時間が所定時間に達するまでは関心が持続していると判定し、所定時間を超えると関心が持続していないと判定する。

ロボット１０の関心が持続している場合には、コンピュータ４６は、カメラ２０により撮像された対面者の顔の画像に基づいて対面者の視線を検出する（ステップＳ８）。そして、検出された視線に基づいて対面者が自分を見ているか否かを判定する（ステップＳ９）。対面者が自分を見ている場合には、カメラ２０により得られる対面者の映像をディスプレイ６０の表示画面に表示し（ステップＳ１０）、ステップＳ７に戻る。

ステップＳ５において対面者を検出していない場合またはステップＳ７においてロボット１０の関心が持続していない場合には、コンピュータ４６は、カメラ２０により対面者以外の物を撮像してディスプレイ６０の表示画面に表示する（ステップＳ１２）。

その後、コンピュータ４６は、ロボット１０の関心が持続しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。ロボット１０の関心が持続している場合には、移動モータ５０を駆動することにより物へ接近し（ステップＳ１４）、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１３においてロボット１０の関心が持続していない場合には、ステップＳ５に戻る。

ステップＳ９において対面者が自分を見ていない場合には、コンピュータ４６は、対面者が見ている物をディスプレイ６０の表示画面に表示し（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進む。

本実施の形態に係るロボット１０においては、透明球殻１８の奥にロボット１０の視線が向けられた対象が映し出されるので、対面者は、ロボット１０が見つめている対象を認識することができる。

ロボット１０の視線が対面者に向けられている場合には、透明球殻１８の奥に対面者の映像が映し出される。それにより、ロボット１０は、対面者の視線を受け止めて視線を変えることができる他者性を有することになる。その結果、対面者は、ロボット１０が自分を見つめる他者であることを認識するとともに、ロボット１０の存在に自己を見出すことによりロボット１０との親密で個別的な関係を持つことができる。

また、対面者の視線がロボット１０の透明球殻１８を向いている場合に、ロボット１０の視線を対面者の眼の方向に向け、対面者の視線がロボット１０の透明球殻１８を向いていない場合に、ロボット１０の視線を対面者の眼とは異なる方向に向ける。それにより、対面者とロボット１０とが互いに他者を意識することができ、対面者がロボット１０への共感を高めることができる。その結果、対面者とロボット１０との心の交流が可能となる。

また、カメラ２０はズーム機能を有し、ディスプレイ６０は、カメラ２０のズーム機能に連動して映像を拡大または縮小して表示画面に表示してもよい。

この場合、ロボット１０の視線が向けられた対象の映像を拡大または縮小して透明球殻１８の奥に表示することができる。それにより、ロボット１０が関心を示す対象を対面者または周囲の人に印象づけることができる。例えば、対面者は、ロボット１０が対面者の身体全体を見ているのか、対面者の顔を見ているのか、対面者の目を見ているのか、対面者のホクロを見ているのか等を認識することにより、ロボット１０の心的状態を把握することができる。

さらに、物体または人体を追尾するようにロボット１０の位置および姿勢の少なくとも一方を変化させ、追尾される物体または人物の映像を透明球殻１８の奥に表示することができる。それにより、ロボット１０が興味を示して追いかける対象を対面者または周囲の人に認識させることができる。

ディスプレイ６０の表示画面に時空間を表示してもよい。それにより、ロボット１０の思考を表現することができる。時空間としては、例えば、過去の出来事を表す映像、未来の出来事を予測する映像、他の場所の映像等をディスプレイ６０の表示画面に表示する。このように、現在のその場所以外の映像をディスプレイ６０の表示画面に表示することにより、ロボット１０が現在のこの場所を離れて思考していることを表示することができる。それにより、ロボット１０が「こころ」すなわち思考を持ち、自己の歴史を持つ主体であることを使用者に印象づけることができる。

カメラ２０により得られる映像を加工し、加工された映像をディスプレイ６０の表示画面に表示させてもよい。

この場合、ロボット１０の視線が向けられている対象の映像を強弱をつけて透明球殻１８の奥に表示することができる。それにより、対象への関心の高さを対面者または周囲の人に認識させることができる。たとえば、カメラ２０により得られる対面者の顔または身体の映像にモザイク、ぼかし等の加工を施すことにより対面者への関心の高低を表現することができる。

本実施の形態において、球形部１４が本体部に相当し、透明球殻１８が透明体に相当し、カメラ２０が撮像手段および認識手段に相当し、ディスプレイ６０が表示手段に相当し、パンモータ５４およびチルトモータ５８が視線移動手段に相当し、コンピュータ４６が制御手段および加工手段に相当し、マイク２１１，２１２および移動モータ５０が追尾手段に相当する。

本発明は、使用者と個別的な関係を築くペットロボット、ロボットセラピー等に利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るロボットの正面図である。 図１のロボットの側面図である。 図１のロボットの内部構造図である。 図１のロボットの制御系を示すブロック図である。 ロボットのディスプレイに対面者の映像を表示した状態を示す正面図である。 図１のロボットの動作を示すフローチャートである。 図１のロボットの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ 球形部
１８ 透明球殻
２０ カメラ
４６ コンピュータ
５０ 移動モータ
５４ パンモータ
５８ チルトモータ
６０ ディスプレイ
２１１，２１２ マイク

Claims (6)

1. 外被を有する本体部と、
   前記本体部に設けられ、視線を表現する眼部を構成する少なくとも１つの透明体と、
   前記外被内に設けられ、前記透明体を通して前記外被の外部を撮像する撮像手段と、
   前記外被内において前記透明体の後方に設けられた表示画面を有し、前記撮像手段により得られた映像を前記表示画面に表示する表示手段とを備えたことを特徴とするロボット。
2. 前記表示手段は、前記表示画面に時空間をさらに表示することを特徴とする請求項１記載のロボット。
3. 前記眼部により表現される視線を移動させる視線移動手段と、
   対面者の視線を認識する認識手段と、
   前記認識手段により認識された視線が前記眼部を向いている場合に、前記眼部により表現される視線が前記対面者の眼の方向を向くように前記視線移動手段を制御し、前記認識手段により認識された視線が前記眼部を向いていない場合に、前記眼部により表現される視線が前記対面者の眼とは異なる方向を向くように前記視線移動手段を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載のロボット。
4. 前記撮像手段はズーム機能を有し、
   前記表示手段は、前記撮像手段のズーム機能に連動して映像を拡大または縮小して前記表示画面に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロボット。
5. 物体または人体を追尾するように前記本体部の位置および姿勢の少なくとも一方を変化させる追尾手段と、
   前記撮像手段は、前記追尾手段により追尾される物体または人体を撮像し、
   前記表示手段は、前記撮像手段により得られる物体または人体の映像を前記表示画面に表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロボット。
6. 前記撮像手段により得られる映像を加工し、加工された映像を前記表示手段の前記表示画面に表示させる加工手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロボット。

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