JP2017173548A - 学習支援装置、学習支援システム、学習支援方法、ロボット及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】相対距離を考慮した、より実際的な学習を可能にする。【解決手段】学習支援システム１００は、教師役ロボット２０Ａと表示装置２０Ｄを備える。教師役ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄとの距離情報、ユーザと表示装置２０Ｄとの距離情報を取得する。教師役ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄとの距離に応じた表現で、ユーザに、表示装置２０Ｄの表示内容について問い合わせる。教師役ロボット２０Ａは、ユーザの応答を取得すると、その応答が、ユーザと表示装置２０Ｄとの距離に適合する表現になっているか否かを判別し、評価を出力する。学習支援システム１００は、各距離を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、学習支援装置、学習支援システム、学習支援方法、ロボット及びプログラムに関する。

教育情報を記憶し、ユーザに教育情報を提供する自律型のロボット装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このロボット装置は、音声認識機能、映像認識機能、アクション機能などを備え、ユーザと一対一でインタラクティブに対応しながら、教育情報を提供する。

特開２００１−２４２７８０号公報

語学学習等では、相手との位置関係、例えば、相手との距離や相対的な方向に応じて、使用すべき語彙や表現が異なる場合がある。また、多人数での会話の場面でも、参加者の空間的な位置関係により、使用すべき語彙や表現が異なる場合がある。
しかし、引用文献１に記載のロボット装置は、ユーザとのインタラクティブな応答は可能であるものの、相手との距離や位置関係、多人数が参加する場面等に応じた対応が困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、位置関係に応じた対応が可能な学習支援装置、学習支援システム、学習支援方法、ロボット及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る学習支援装置は、
学習相手との距離情報を記憶する距離情報記憶手段と、
前記距離情報記憶手段に記憶されている距離情報が示す距離に対応する学習情報を出力する出力手段と、
を備える。

本発明に係る学習支援システムは、
上述の学習支援装置と、生徒役の前記学習支援装置と、を備える。

本発明に係る学習支援システムは、
ユーザに対して問題を出す教師役のロボットと、前記問題に応答する生徒役のロボットと、を含み、前記生徒役のロボットは、前記ユーザの学習を支援するように動作し、
それぞれの距離を測定する測定手段を備え、
前記測定手段が測定した距離に応じて、前記動作の内容を異ならせる。

本発明に係るロボットは、上述の学習支援装置を搭載した教師役のロボットである。

本発明に係るロボットは、上述の学習支援装置を搭載した生徒役のロボットである。

本発明に係る学習支援方法は、
学習相手との距離を記憶し、
学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する。

本発明に係るプログラムは、
コンピュータに、
学習相手との距離を記憶する処理、
学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する処理、
を実行させる。

本発明によれば、相対距離に対応した学習情報が提供可能となる。

実施形態に係る学習支援システムの構成を示す概略図である。 実施形態に係る上位装置の構成を示すブロック図である。 実施形態を説明するための英語会話シナリオの一例を示す図である。 実施形態を説明するための英語会話シナリオの一例を示す図である。 （ａ）実施形態に係るロボットの構成を示す概略図である。（ｂ）実施形態に係る表示装置の構成を示す概略図である。 （ａ）各学習支援装置の相対的な位置関係の求め方を説明する図である。（ｂ）各学習支援装置とユーザの相対的な位置関係の求め方を説明する図である。 各学習支援装置間の距離と、各学習支援装置とユーザとの間の距離を求める処理のフローチャートである。 求められた各学習支援装置間の距離が記憶されたテーブルである。 その他の実施形態に係る学習支援装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態に係る学習支援装置、学習支援システム、学習支援方法、ロボット及びプログラムを、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る学習支援システムは、学習者であるユーザと教師役と生徒役のロボット相互間の距離・方向等の位置関係に応じて、適切な語彙・表現などを選択して出力する英語学習用の学習支援システムである。各ロボットは、本実施の形態に係る学習支援装置を内蔵している。

図１に示すように、本実施の形態に係る学習支援システム１００は、上位装置１０と、複数の学習支援装置２０（２０Ａ〜２０Ｄ）とから構成される。学習支援装置２０は、教師役ロボット２０Ａと、生徒役ロボット２０Ｂ、２０Ｃと、黒板代わりとなる表示装置２０Ｄとに搭載されていている。学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄは、それぞれ、上位装置１０に制御される。ユーザ、即ち、受講者ＳＴは、生徒役ロボット２０Ｂ、２０Ｃと共に生徒として授業に参加し、教師役ロボット２０Ａの指導に従って学習を進める。

上位装置１０は、学習支援装置２０を制御して、学習の進行を制御する装置であり、図２に示すように、制御部１１，ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、外部装置と通信する外部通信装置１４、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄと通信するための内部通信装置１５、から構成される。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、ＲＯＭ１２に記憶された学習進行プログラムを実行し、ＲＯＭ１２に記憶されている学習用の英語会話のシナリオを読み出し、シナリオに従って、各学習支援装置２０の役割設定に応じて、相互に会話させながら、学習を進行する。

ＲＯＭ１２は、制御部１１が実行する学習進行プログラムと、複数の学習用の英会話のシナリオを記憶する。

ＲＯＭ１２に記憶されている英会話のシナリオは、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃ（ロボット２０Ａ〜２０Ｃ）とユーザとの会話の内容や表示装置２０Ｄの表示内容等を含む。会話中には、話者と相手との位置関係に応じて変化する表現を含む。

シナリオは予め任意に作成されており、図３と図４に示されるシナリオを例として、学習の進行について以下説明する。

図３に示すシナリオ１は、第１行で、教師役ロボット２０Ａと生徒役ロボット２０Ｂが、互いに「Hello!」と挨拶して開始し、続いて、第２行で、教師役ロボット２０Ａが「How are you?」と問いかけ、第３行で、生徒役ロボット２０Ｂが「I'm fine. Thank you.」と返し、続いて、第４行で、表示装置２０Ｄが「りんご」の画像を表示する、ことが特定されている。なお、「りんご」の画像は、その画像データを記憶した記憶領域のアドレスなどで適宜特定される。

続いて、第５行で、教師役ロボット２０Ａが「What is displayed on the screen?」とユーザＳＴに問いかけ、その時刻Ｔを記憶する。
続いて、第６行で、教師役ロボット２０ＡがユーザＳＴからの音声を取得したか否かを判別し、Ｙｅｓなら第８行へ、Ｎｏなら第７行に進む。
第６行でＮｏの場合、第７行で、教師役ロボット２０Ａは、時刻Ｔから２０秒経過したか否かを判別し、Ｙｅｓなら第９行へ、Ｎｏなら第６行に進む。
第６行でＹｅｓの場合、第８行で、教師役ロボット２０ＡがユーザＳＴの音声が「An apple.」であるか否かを判別し、ＹＥＳであれば、「Yes, very good.」と発声して、第９行に進み、ＮＯであれば、「No.」と発声し、第６行の処理に戻る。
以下、同様の学習処理が進行する。

一方、図４に示すシナリオ２では、第１行で、表示装置２０Ｄが赤いりんごの画像を表示する。
次に、第２行で、教師用ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄとの距離ｄ（Ａ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１以下であるか否かを判別する。なお、閾値ＴＨ１は、単語の「This」と「That」を使い分ける基準となる距離である。Ｙｅｓの場合、第３行に進み、Ｎｏの場合、第４行に進む。

第２行でＹｅｓの場合、第３行において、教師用ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄを指さし、「What is this?」と発声し、この発声時刻Ｔを記憶する。
第２行でＮｏの場合、第４行において、教師用ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄを指さし、「What is that?」と発声し、この発声時刻Ｔを記憶する。
このように、このシナリオでは、距離に応じて、単語、表現、選択肢、動作の内容を変更している。

第５行で、教師役ロボット２０ＡがユーザＳＴからの音声を取得したか否かを判別し、Ｙｅｓなら第７行へ、Ｎｏなら第６行に進む。
第５行でＮｏの場合、第６行で、教師用ロボット２０Ａは、発声時刻Ｔから回答の制限時間である２０秒を経過したか否かを判別する。Ｙｅｓ（回答の制限時間を経過した）の場合、制限時間内に回答が無かったので、第２３行に進み対応する処理を行う。一方、Ｎｏ（回答の制限時間を経過していない）の場合、第５行に戻って回答を待機する。
なお、第２３行以降の処理については、図示はされていないが、予め用意されているものとする。

第５行でＹｅｓの場合、第７行で、教師用ロボット２０Ａは、ユーザＳＴと表示装置２０Ｄの距離ｄ（ＳＴ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１以下であるか否かを判別する。Ｙｅｓの場合、第８行に進み、Ｎｏの場合、第９行に進む。
第７行でＹｅｓの場合、第８行で、教師役ロボット２０Ａは、ユーザＳＴの発声が「This is an apple.」であるか否かを判別し、Ｙｅｓならば、「Yes, very good!」と発声し、第２４行に進み、次の学習に進む。一方、Ｎｏならば、「No.」と発声し、第２５行で、正解を教示する。

第７行でＮｏの場合、第９行で、教師役ロボット２０Ａは、ユーザＳＴの発声が「That is an apple.」であるか否かを判別し、Ｙｅｓならば、「Yes, very good!」と発声し、第２４行に進み、次の学習に進む。一方、Ｎｏならば、「No.」と発声し、第２６行で、正解を教示する。
以下、同様の学習処理が進行する。

図２に示すＲＡＭ１３は、制御部１１のワークエリアとして機能する。

外部通信装置１４は、外部装置と通信を行うための装置であり、ＮＴＰ(Network Time Protocol)サーバ、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等から現在時刻情報を取得する。

内部通信装置１５は、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄと通信を行い、学習進行指示や現在時刻情報等を送受信する。

図１に示す教師役ロボット２０Ａは、ユーザＳＴの教師を勤めるロボットであり、上位装置１０の指示に従って、上述したシナリオに沿って、教師として講義を行う。

一方、生徒役ロボット２０Ｂと２０Ｃは、ユーザＳＴと共に生徒を勤めるロボットであり、上位装置１０の指示に従って、上述したシナリオに従って、生徒として講義を受講する。

各学習支援装置２０は、それぞれ、ユーザＳＴが興味を示したり、愛着を感じたりするような、動物、キャラクタ、怪獣、妖怪等のぬいぐるみなどに収容される。

教師役ロボット２０Ａと生徒役ロボット２０Ｂと２０Ｃは、実質的に同一の構成であり、図５（ａ）に示すように、制御部２１，ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、内部通信装置２４、音波出力装置２５、音波入力装置２６、動作制御装置２７、センサ群２８とから構成される。

制御部２１は、ＣＰＵ等から構成され、ＲＯＭ２２に記憶された学習進行プログラムを実行し、上位装置１０からの指示に従って、学習処理を進行する。

ＲＯＭ２２は、マスクＲＯＭ，フラッシュメモリ等から構成され、制御部２１が実行する学習進行プログラムを記憶する。

ＲＡＭ２３は、制御部２１のワークエリアとして機能する。

内部通信装置２４は、無線通信により、上位装置１０の内部通信装置１５と情報を送受信するためのものである。教師役ロボット２０Ａ、生徒役ロボット２０Ｂ及び２０Ｃは、内部通信装置２４を介して、上位制御装置１０から現在時刻情報や学習内容に係るデータ等を取得する。

音波出力装置２５は、スピーカ等から構成され、制御部２１の制御に従って、可聴音及び超音波を出力する。
音波入力装置２６は、外部からの音波を検知するためのマイクロフォンアレイ、超音波センサ、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器やノイズ除去機能を有する装置等から構成され、音声及び超音波を入力し、制御部２１に供給する。

ロボット２０Ａ〜２０Ｃそれぞれの動作制御装置２７は、ロボット２０Ａ〜２０Ｃそれぞれの首、腕等の可動部の動きを制御する。
センサ群２８は、方位計、タイマ、温度計等の各種センサを含み、測定値を制御部２１に供給する。

図１に示す表示装置２０Ｄは、学習用の種々の画像を表示するものであり、図５（ｂ）に示すように、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、内部通信装置２４、音波出力装置２５、音波入力装置２６、センサ群２８、及び表示部２９を備える。

制御部２１〜音波入力装置２６の構成は、教師用ロボット２０Ａの構成と同一である。

表示部２９は、液晶表示装置等から構成され、授業における黒板と同様の機能を有し、制御部２１の制御に従って文字、画像等を表示する。

図３、図４に例示したシナリオで示したように、学習支援システム１００では、近くにあるものを指すときは「ｔｈｉｓ」、遠くにあるものを指すときは「ｔｈａｔ」というように、距離に応じて表現を変化させる。換言すると、距離に応じて、記憶している複数の選択肢の中から選択する選択肢を切り替え、あるいは、距離に応じて動作の内容を変更する。また、相手を指し示すこともある。このため、学習支援装置２０は、ユーザＳＴと各学習支援装置２０との間の位置関係を把握する。

以下、ユーザＳＴと各学習支援装置２０との間の位置関係を求める手法を説明する。

本実施の形態においては、各学習支援装置２０から発せられた音波が、他の学習支援装置２０に伝搬する時間から、各学習支援装置２０間の距離を求める。距離の測定に使用する音波は、授業の邪魔にならないよう非可聴音、例えば、超音波を使用する。

教師役ロボット２０Ａが、音波出力装置２５から音波を出射してから、生徒役ロボット２０Ｂ、２０Ｃが音波入力装置２６で音波を検出するまでの時間をＴab、Ｔacとすると、教師役ロボット２０Ａから生徒役ロボット２０Ｂ、２０Ｃまでの距離は、それぞれ、Ｖ＊Ｔab、Ｖ＊Ｔacと表現することができる。さらに、生徒役ロボット２０Ｂが、音波出力装置２５から音波を出射してから、生徒役ロボット２０Ｃが音波入力装置２６で音波を検出するまでの時間をＴbcとすると、生徒役ロボット２０Ｂから生徒役ロボット２０Ｃまでの距離は、Ｖ＊Ｔbcと表現することができる。ここで、Ｖは空気中の音の速度であり、331.5+ 0.61t ｍ／ｓ（tは摂氏温度）で表される。センサ群２８中の温度計で求めた温度ｔから正確な音速を求めて使用してもよく、あるいは、固定の近似値、例えば、３４５ｍ／ｓを使用してもよい。

これら３つの距離を求めることで、図６（ａ）に示すように、３角形の３辺の距離が求められ、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃの位置関係を特定することができる。表示装置２０Ｄの位置も同様に求めることができる。

次に、ユーザＳＴから、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃまでの距離をＬａ〜Ｌｃとし、ユーザＳＴが発した音声を学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃの音波入力装置２６が受信したタイミングをＴＡ、ＴＢ，ＴＣとすると、次の３式が成立する。
Ｌａ−Ｌｂ＝Ｖ＊（ＴＡ−ＴＢ）
Ｌａ−Ｌｃ＝Ｖ＊（ＴＡ−ＴＣ）
Ｌｂ−Ｌｃ＝Ｖ＊（ＴＢ−ＴＣ）

従って、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃの音波入力装置２６が受信したユーザＳＴの音声の受信タイミングの差を求めれば、ユーザＳＴと各学習支援装置２０Ａ〜２０Ｃまでの距離と配置を求めることができる。
上位装置１０の制御部１１は、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄを制御して各距離を求め、求めた距離に基づいて、学習支援装置２０Ａ〜２０ＤとユーザＳＴの空間配置を示すマップを作成し、作成したマップをＲＡＭ１３に格納する。上位装置１０は、ＲＡＭ１３に格納しているマップを適宜更新すると共に学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄに適宜提供する。学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄは、提供されたマップを距離情報記憶手段として機能するＲＡＭ２３に格納させる。

上記の処理のため、上位装置１０の制御部１１は、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄが共通の時刻情報を保有するように、外部通信装置１４を介して正確な時刻情報を取得し、内部通信装置１５を介して、学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄに通知することにより、タイマを同期制御する。

次に、上記構成を有する学習支援システム１００の動作を説明する。

まず、各学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄは、適宜の間隔を置いて配置され、ユーザ（生徒）ＳＴは、この中に参加する。

学習をスタートすると、上位装置１０の制御部１１は、まず、図７に示す準備処理を開始し、内部通信装置１５を介して学習支援装置２０Ａ〜２０Ｄのタイマの同期を取る（ステップＳ１）。

次に、制御部１１は、１台の学習支援装置２０を選択する（ステップＳ２）。
制御部１１は、内部通信装置１５を介して、選択した学習支援装置２０に、超音波の出力を指示し、他の学習支援装置２０に超音波の受信を指示する（ステップＳ３）。ここでは、選択した学習支援装置２０を教師役ロボット２０Ａ、他の学習支援装置２０を学習支援装置２０Ｂ〜２０Ｄとする。

学習支援装置２０Ａの制御部２１は、内部通信装置２４を介して上位装置１０からの指示を受信し、音波出力装置２５から超音波を出射する。他の学習支援装置２０Ｂ〜２０Ｄの制御部２１は、内部通信装置２４を介して上位装置１０からの指示を受信し、音波入力装置２６で教師役ロボット２０Ａから出射された超音波を受信する。

教師役ロボット２０Ａの制御部２１は、超音波を出射した時刻ＴＡを、センサ群２８内のタイマから読み取り、内部通信装置２４を介して自己の識別情報と共に上位装置１０に通知し、他の学習支援装置２０Ｂ〜２０Ｄは超音波の受信時刻ＴＢ〜ＴＤを自己の識別情報と共に上位装置１０に通知する。

上位装置１０の制御部１１は、各学習支援装置２０から、超音波の出射時刻と受信時刻とを受信する（ステップＳ４）。

上位装置１０の制御部１１は、超音波の出射時刻ＴＡから受信時刻ＴＢ〜ＴＤまでの遅れ（時間差）、即ち、教師役ロボット２０Ａから他の学習支援装置２０Ｂ〜２０Ｄへの音波の伝搬時間を求め、さらに、音速Ｖを乗算して、距離を求め、図８に示すような距離テーブルに登録する（ステップＳ５）。

続いて、制御部１１は、全ての学習支援装置２０から超音波を出射したか否かを判別し（ステップＳ６）、未送信の学習支援装置２０が残っていれば（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ２に戻って、処理を継続する。

以後、同様にして、超音波の送信元と受信先を切り替えながら、同様の動作を実行し、図８の表を埋める。

全ての学習支援装置２０の処理が終了すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、図６に示したように、各学習支援装置２０間の音波の伝達時間から距離を求めることにより、図６（ａ）に示す配置図を求める。

続いて、上位装置１０は、教師役ロボット２０Ａに、ユーザＳＴの発声を促すため、例えば、「こんにちは」と問いかけ、応答を求めるように指示する。また、各学習支援装置２０に音声の取得を指示する（ステップＳ７）。
ユーザＳＴが問いかけに答えると、その音声は、各学習支援装置２０の音波入力装置２６で受信され、時刻情報と共に記録される。各学習支援装置２０の制御部２１は、記録した音声信号と時刻情報を自己の識別情報と共に上位装置１０に送信する。

上位装置１０の制御部１１は、各学習支援装置２０から送信されてきた音声波形の相互相関を求めることにより、ユーザＳＴが発した音声の受信タイミングのずれを求め、計算により各学習支援装置２０からユーザＳＴまでの距離を求める。
こうして、上位装置１０の制御部１１は、学習支援装置２０とユーザＳＴの位置関係を、図６（ｂ）に示すようにマップ化し、ＲＡＭ１３に格納する。

続いて、実際の学習を開始し、何れかのシナリオが選択される。
ここでは、図４に示すシナリオ２が選択されたとする。
すると、上位装置１０の制御部１１は、ＲＯＭ１２からシナリオ２を読み出し、ＲＡＭ１３に記憶しているマップと共に各学習支援装置２０に送信する。各学習支援装置２０は、受信したシナリオ２と配置マップをＲＡＭ２３に格納する。
以後、学習支援装置２０の制御部２１は、与えられたシナリオ２とマップに従って、動作する。

以下、図４を参照してシナリオ２に沿った学習処理を説明する。

まず、表示装置２０Ｄがりんごの画像を表示部２９に表示する（第1行）。
次に、教師役ロボット２０Ａの制御部２１は、ＲＡＭ２３に記憶しているマップから、表示装置２０Ｄまでの距離ｄ（Ａ−Ｄ）を求め、距離情報記憶手段として機能するＲＡＭ２３に格納する。続いて、距離ｄ（Ａ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１以下であるか否かを判別する（第２行）。距離ｄ（Ａ−Ｄ）は、教師役ロボット２０Ａと表示画像との距離を示す第１の距離に該当する。閾値ＴＨ１は、単語の「This」と「That」を使い分ける基準となる距離であり、例えば、５０ｃｍに設定されている。距離ｄ（Ａ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１以下の場合、教師役ロボット２０Ａから表示装置２０Ｄに表示されているりんごまでの距離が近い。このため、シナリオの第３行に進み、教師用ロボット２０Ａの制御部２１は、距離情報が示す距離に対応する学習情報を出力する出力手段として機能し、動作制御装置２７を制御して表示装置２０Ｄを指さし、音波出力装置２５を制御して、距離に対応した学習情報である「What is this?」を選択的に発声させる。さらにそのときの時刻ＴをＲＡＭ２３に記憶する。
なお、教師役ロボット２０Ａが指さす方向は、例えば、マップと方位計等から求められる。

一方、ＲＡＭ２３に記憶されている距離ｄ（Ａ−Ｄ）が閾値ＴＨ１より大きい場合、教師役ロボット２０Ａから表示装置２０Ｄに表示されているりんごまでの距離が遠い。このため、シナリオの第４行に進み、教師役ロボット２０Ａは、表示装置２０Ｄを指さし、音波出力装置２５を制御して、距離に対応した学習情報である「What is that?」を選択的に発声させる。このように、教師役ロボット２０Ａに搭載された学習支援装置は、学習相手との距離に応じて、出力する単語、出力する表現、選択する選択肢、動作の内容を変更し、異ならせている。

次に、教師役ロボット２０Ａの制御部２１は、ユーザＳＴからの音声を、音波入力装置２６を介して取得したか否かを判別する（第５行）。受信していれば、ＲＡＭ２３に記憶されているユーザＳＴと表示装置２０Ｄの距離ｄ（ＳＴ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１以下であるか否かを判別する（第７行）。距離ｄ（ＳＴ−Ｄ）は、ユーザＳＴと表示画像との距離を示す第２の距離に該当する。Ｙｅｓの場合、ユーザＳＴと表示されているりんごの距離が近いので、ユーザＳＴの発声が第２の距離に適合する「This is an apple.」であるか否かを、音声認識技術等を用いて判別し、Ｙｅｓならば、「Yes, very good!」と発声し、Ｎｏならば、「No.」と発声する（第８行）。即ち、ユーザＳＴの応答が距離に即したものか否かを判定する。

また、教師役ロボット２０Ａは、ユーザＳＴからの音声を取得した場合に、ユーザＳＴと表示装置２０Ｄの距離ｄ（ＳＴ−Ｄ）が、閾値ＴＨ１より大きければ、ユーザＳＴと表示されているりんごの距離が遠いので、ユーザＳＴの発声が第２の距離に適合する「That is an apple.」であるか否かを、音声認識技術等を用いて判別し（第９行）、Ｙｅｓならば、「Yes, very good!」と発声し、Ｎｏならば、「No.」と発声する。即ち、ユーザＳＴの応答が距離に即したものか否かを判定する。

また、教師役ロボット２０Ａは、ユーザＳＴからの音声を取得できていない場合には、発声時刻Ｔから制限時間の２０秒を経過したか否かを判別する（第６行）。経過していなければ、第５行で発声を待機し、経過していれば、第２３行に移行し、制限時間オーバーの処理に移る。

以上説明したように、上記実施の形態にかかる学習支援システム１００では、ユーザＳＴと学習支援装置２０相互間の距離に応じて、教師役ロボット２０Ａが発声する単語・表現が距離に応じた適切なものに変化する。また、ユーザＳＴの発言に関しても、距離に対応して適切なものであるか否かが検証され、評価が報知される。従って、高い学習効果が得られる。

また、ユーザＳＴと学習支援装置２０相互間の向き・位置等を特定できるので、指し示したり、「I am in front of you.」と位置関係を指摘したりすることも可能であり、臨場感のある学習が可能である。

上記実施の形態においては、理解を容易にするため、距離に依存して使い分ける単語として、「Ｔｈａｔ」と「Ｔｈｉｓ」を例示したが、他の単語や表現にも適用可能である。例えば、「here」と「there」、「ｓｈｏｒｔ」と「ｌｏｎｇ」、「ｓｍａｌｌ」と「ｌａｒｇｅ」等の単語、これらの単語を用いる表現などにも適用可能である。また、英語に限らず、「あれ」、「これ」、「ここ」、「そこ」、「あっち」、「こっち」、「そっち」など日本語等の他の任意の学習情報の提供に利用可能であり、ユーザＳＴの距離感に応じた違和感のない学習情報の提供が可能となる。

上記では、教師役ロボット２０Ａと表示装置２０Ｄ（又は画像）との距離、ユーザＳＴ（生徒）と表示装置２０Ｄ（又は画像）との距離に応じて単語を選択する利を示したが、さらに、教師役ロボット２０ＡとユーザＳＴ（生徒）との距離、他の生徒役ロボット２０Ｂ、２０Ｃとの距離に応じて学習情報を選択して出力する例に広く適用できる。

さらに、距離に依存する単語に限定されず、任意の表現に利用可能である。
例えば、ユーザＳＴ（生徒）が教師役ロボット２０Ａから基準より離れて座っている場合には、教師役ロボット２０Ａが「もっとそばにおいでよ」と呼びかけたり、また教師役ロボット２０Ａが「時計回りに答えてね。最初はＢ君、次はＣ君」等、位置情報を基にして授業を進めたりすることも可能であり、「正面にいるよ」、「右を向いて」、「左を向いて」等、距離や配置によって変化する学習情報（単語、単語を含む表現）を選択的に出力する場合に広く適用可能である。
また出力に係る内容は各ロボット２０Ａ〜２０Ｃからの音声には限らず、例えば、表示装置２０Ｄがりんごの画像と「Ｌｏｏｋ ａｔ ｔｈｉｓ ａｐｐｌｅ．」と表示するなど、文章による出力も選択可能である。

また、距離も２段階に限定されず、例えば３段階に分け、第１の基準より遠い場合いは、「もっとそばにおいでよ」と呼びかけ、距離が第１の基準より小さいが第２の基準より大きい場合には、「あと少しそばにおいでよ」と呼びかけ、距離が第２の基準以下の場合には、「そこにいてね」と呼びかけるなどしてもよい。

上記実施の形態においては、音波の伝達時間により距離を求めたが、距離の求め方自体は、既知の種々の手法を利用可能である。例えば、各学習支援装置２０に配置する音波入力装置２６をステレオ構成として、音源（他の学習支援装置２０）から左右の音波入力装置２６に入射する音の位相差で音源の距離と方向を求め、マップの作成に利用してもよい。

また、図９に示すように、各学習支援装置２０にステレオカメラ３１Ｒと３１Ｌを配置し、ステレオカメラ３１Ｒと３１Ｌで撮影したステレオ画像中の他の学習支援装置２０及びユーザＳＴの画像をパターンマッチング等で特定し、ステレオ画像中のその画像までの視差から、特定した画像までの距離を求めるようにしてもよい。

上記実施の形態では、理解を容易にするため、学習開始時点の準備段階で図６（ｂ）に例示するような配置マップを成形することとしたが、学習の途中でマップを作成し、あるいは、更新するようにしてもよい。
さらに、学習中の各学習支援装置２０及びユーザＳＴが発する音声を用いて、マップの作成及び構成を行ってもよい。

また、距離が求められるならば、図６（ａ），（ｂ）に例示するマップや、図８に示すテーブルを作成する必要はない。

上記実施の形態においては、教師役ロボット２０Ａと表示装置２０Ｄとを別体としたが、教師役ロボット２０Ａが表示装置２０Ｄを備えるように構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、上位装置１０が、学習支援装置２０間の調整を行ったが、学習支援装置２０のうちの１台、例えば、教師役ロボット２０Ａが上位装置１０の機能を兼ね備えるようにしてもよい。この場合、学習支援装置２０相互間での通信を可能とする。

上記実施の形態においては、各学習支援装置２０が動作プログラムを記憶し、シナリオに沿って動作するように説明したが、全ての学習支援装置２０がプログラムを記憶する必要はない。上位装置１０又は何れかの学習支援装置２０のみが動作プログラムを記憶し、他の学習支援装置２０は、指示に従って、動作するようにしてもよい。

シナリオに沿って、授業の進行を規定する例を示したが、プログラム自体で授業の進行を規定してもよい。

ユーザＳＴのやる気を高めるために、最後の学習の終了時刻を記憶し、次に電源等を入れて学習を開始した時刻を求め、開始時刻が終了時刻から一定時間以内であれば喜びのメッセージなどの、機嫌が良いとする擬似感情が伝わる言葉を各学習支援装置２０が選択して発するなどのシナリオを設けてもよい。なまた開始時刻が終了時刻から一定時間を過ぎている場合には、その長さの程度により、淡々とした言葉やもの悲しさを表現する言葉を各学習支援装置２０に発するようにさせてもよい。また言葉だけではなく動作制御装置２７を用いて、動作で擬似感情を表現させてもよい。

上記実施の形態では、学習支援装置２０を二次元に配置する例を示したが、３次元的に配置することも可能である。即ち、高さの異なる位置にロボットを配置してもよい。この場合、鉛直方向の配置を含めてマップを作成すればよい。

上記実施形態では、ユーザの人数が考慮されていないが、２人以上の場合には、声紋判定、音源の位置等を用いて、利用者を識別することができる。

また、上述したように、ロボットの外観は、学習を楽しみながら継続等するため、子供に親しみやすい外観などにすることが望ましく、表情を変化できるようにしてもよい。ただし、これに限定されない。

また、本発明に係る装置、システム、方法は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータを用いても実現可能である。例えば、コンピュータに、上記動作、処理、工程を実行するためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶して配布し、これをコンピュータシステムにインストールすることにより、上述の処理を実行する電力供給システムを構成しても良い。

さらに、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等にプログラムを記憶しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。

また、ＯＳ（オペレーティングシステム）が機能の一部を提供する場合には、ＯＳが提供する機能以外の機能を提供する部分のみを提供するようにしてもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記１）
学習相手との距離情報を記憶する距離情報記憶手段と、
前記距離情報記憶手段に記憶されている距離情報が示す距離に対応する学習情報を出力する出力手段と、
を備える学習支援装置。

（付記２）
前記出力手段は、前記距離情報記憶手段に記憶されている距離情報が示す距離に対応する学習情報を、音声で選択的に出力する、付記１に記載の学習支援装置。

（付記３）
ユーザからの応答を取得し、該応答が前記距離情報記憶手段に記憶された距離情報に適合するものであるか否かを判別する手段を備える、
付記１または２に記載の学習支援装置。

（付記４）
前記距離情報記憶手段は、前記出力手段と画像を表示する画像表示手段との第１の距離と、前記ユーザと前記画像表示手段との第２の距離を記憶し、
前記出力手段は、前記第１の距離に対応する表現で学習情報を出力し、
ユーザからの応答を取得し、該応答が前記第２の距離に適合するものであるか否かを判別する手段を備える、
付記３に記載の学習支援装置。

（付記５）
前記学習情報を記憶する学習情報記憶手段を更に備え、
前記学習情報は、距離に対応して異なる２つの表現を含み、
前記出力手段は、前記距離に応じて前記２つの表現の１つを選択して出力する、
付記１ないし４の何れか１つに記載の学習支援装置。

（付記６）
さらに、ユーザ又は他の学習支援装置までの距離を求める測距手段と、
前記測距手段で求めた距離を前記距離情報記憶手段に記憶させる手段と、
を備える、
付記１ないし５の何れか１つに記載の学習支援装置。

（付記７）
前記測距手段は、非可聴音の到達時間に基づいて、距離を測定する、
付記６に記載の学習支援装置。

（付記８）
付記１ないし７の何れか１つに記載の学習支援装置と、
生徒役の前記学習支援装置と、
を備える学習支援システム。

（付記９）
ユーザに対して問題を出す教師役のロボットと、前記問題に応答する生徒役のロボットと、を含み、前記生徒役のロボットは、前記ユーザの学習を支援するように動作する、学習支援システムであって、
それぞれの距離を測定する測定手段を備え、
前記測定手段が測定した距離に応じて、前記動作の内容を異ならせる学習支援システム。

（付記１０）
付記１ないし７の何れか１つに記載の学習支援装置を搭載した教師役のロボット。

（付記１１）
付記１ないし７の何れか１つに記載の学習支援装置を搭載した生徒役のロボット。

（付記１２）
学習相手との距離を記憶し、
学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する、
学習支援方法。

（付記１３）
コンピュータに、
学習相手との距離を記憶する処理、
学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する処理、
を実行させるプログラム。

１０…上位装置、２０（２０Ａ〜２０Ｄ）…学習支援装置、２０Ａ…教師役ロボット、２０Ｂ、２０Ｃ…生徒役ロボット、２０Ｄ…表示装置、１１、２１…制御部、１２、２２…ＲＯＭ、１３、２３…ＲＡＭ、１４…外部通信装置、１５、２４…内部通信装置、２５…音波出力装置、２６…音波入力装置、２７…動作制御装置、２８…センサ群、２９…表示部、３１Ｒ，３１Ｌ…ステレオカメラ、１００…学習支援システム、ＳＴ…受講者（ユーザ）

Claims (13)

1. 学習相手との距離情報を記憶する距離情報記憶手段と、
   前記距離情報記憶手段に記憶されている距離情報が示す距離に対応する学習情報を出力する出力手段と、
   を備える学習支援装置。
2. 前記出力手段は、前記距離情報記憶手段に記憶されている距離情報が示す距離に対応する学習情報を、音声で選択的に出力する、請求項１に記載の学習支援装置。
3. ユーザからの応答を取得し、該応答が前記距離情報記憶手段に記憶された距離情報に適合するものであるか否かを判別する手段を備える、
   請求項１または２に記載の学習支援装置。
4. 前記距離情報記憶手段は、前記出力手段と画像を表示する画像表示手段との第１の距離と、前記ユーザと前記画像表示手段との第２の距離を記憶し、
   前記出力手段は、前記第１の距離に対応する表現で学習情報を出力し、
   ユーザからの応答を取得し、該応答が前記第２の距離に適合するものであるか否かを判別する手段を備える、
   請求項３に記載の学習支援装置。
5. 前記学習情報を記憶する学習情報記憶手段を更に備え、
   前記学習情報は、距離に対応して異なる２つの表現を含み、
   前記出力手段は、前記距離に応じて前記２つの表現の１つを選択して出力する、
   請求項１ないし４の何れか１項に記載の学習支援装置。
6. さらに、ユーザ又は他の学習支援装置までの距離を求める測距手段と、
   前記測距手段で求めた距離を前記距離情報記憶手段に記憶させる手段と、
   を備える、
   請求項１ないし５の何れか１項に記載の学習支援装置。
7. 前記測距手段は、非可聴音の到達時間に基づいて、距離を測定する、
   請求項６に記載の学習支援装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の学習支援装置と、
   生徒役の前記学習支援装置と、
   を備える学習支援システム。
9. ユーザに対して問題を出す教師役のロボットと、前記問題に応答する生徒役のロボットと、を含み、前記生徒役のロボットは、前記ユーザの学習を支援するように動作する、学習支援システムであって、
   それぞれの距離を測定する測定手段を備え、
   前記測定手段が測定した距離に応じて、前記動作の内容を異ならせる学習支援システム。
10. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の学習支援装置を搭載した教師役のロボット。
11. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の学習支援装置を搭載した生徒役のロボット。
12. 学習相手との距離を記憶し、
    学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する、
    学習支援方法。
13. コンピュータに、
    学習相手との距離を記憶する処理、
    学習情報の複数の選択肢のうち、記憶している距離に対応する選択肢を選択して出力する処理、
    を実行させるプログラム。

Images