JP3942599B2 - コミュニケーションロボット - Google Patents

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、コミュニケーションの相手の挙動に応じて行動する、コミュニケーションロボットに関する。

従来のコミュニケーションロボットの一例が、たとえば本件出願人による特許文献１および特許文献２に開示される。特許文献１の従来技術ではタッチセンサを利用することによってコミュニケーション相手との接触が認識され、特許文献２の従来技術ではカメラを利用することによってコミュニケーション相手が認識される。

一方、赤外線タグからの識別情報を赤外線センサを用いて検出することによって、相手を個体識別可能に認識する技術の一例が、本件出願人によって平成１５年１月１５日付で出願された特願２００３−７２９２号に開示される。
特開２００２−３５５７８３号公報 特開２００２−３６１５８４号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２では、相手の存在の有無を捉えることは可能であったが、コミュニケーションの間にたとえば相手がどちらを向いているか等の細かな挙動を認識することはできなかった。

一方、赤外線タグを利用する場合には、たとえば人間の正面に赤外線タグが装着されるとともにロボットの正面に赤外線センサが設けられるので、人とロボットとが向かい合っているような状態では、ロボットはその人の存在を認識することが可能である。しかしながら、人がロボットとのコミュニケーション中にたとえば横を向いたりすると、赤外線の指向性のためにロボットは赤外線を検出することができなくなってしまう。このような場合、ロボットは、相手が目前に存在するにもかかわらず、その相手がいなくなったと判断してしまって、たとえばその相手とのコミュニケーションを途中で終了するなど、コミュニケーションに支障をきたすという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、コミュニケーションの相手の細かな挙動を認識することができる、コミュニケーションロボットを提供することである。

請求項１の発明は、コミュニケーションの相手の挙動に応じて話題を転換するコミュニケーションロボットであって、相手がコミュニケーションロボットの方を向いているかどうかを検知する第１検知手段、相手がコミュニケーションロボットの付近の所定領域内に存在するかどうかを検知する第２検知手段、相手がコミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されたかどうかを履歴に基づいて判断する第３判断手段、および第１検知手段を用いて相手がコミュニケーションロボットの方を向いていないことが検知され、第２検知手段を用いて相手が所定領域内に存在することが検知され、かつ、第３判断手段を用いて相手がコミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する行動制御手段を備える、コミュニケーションロボットである。

請求項１の発明では、第１検知手段は、相手がコミュニケーションロボットの方を向いているかどうかを検知する。第２検知手段は、相手がコミュニケーションロボットの付近の所定領域内に存在するかどうかを検知する。そして、行動制御手段は、第１検知手段および第２検知手段による検知結果に基づいてコミュニケーションロボットの行動を制御する。したがって、請求項１の発明によれば、コミュニケーションの相手がこのロボットの
付近の所定領域内に存在してこのロボットの方を向いているのか、このロボットの付近の所定領域内に存在するがこのロボットの方を向いていないのか、あるいは、このロボットの付近には存在しないのか、といった相手の細かな挙動を認識することができる。そして、その相手の挙動に応じた行動を実行することができる。たとえば、相手がこのロボットの付近の所定領域内に存在しているが、このロボットの方を向いていないときには、相手がこのロボットとのコミュニケーションに対する興味を失っている状況にあると把握することができ、その状況に相応しい行動を実行することができる。さらに、第３判断手段は、第２判断手段によって相手の存在が検出されたと判断されたときに、相手の向きを変えさせるような向き変更行動を前に実行していたか否かを判断する。つまり、この第３判断手段は、相手がこのロボットの目前など付近に存在するがこのロボットの方を向いていない状態であることが把握される場合において、相手の向きの変更された原因が、このロボットが前に実行していた行動にあるのかを確かめている。そして、行動制御手段は、この第３判断手段によって向き変更行動が実行されていなかったと判断されたときには、相手がこのロボットとのコミュニケーションに興味を失っていると把握できるので、それまでと話題の異なる行動を実行する。したがって、請求項１の発明によれば、相手がこのロボットとのコミュニケーションに興味を失っている場合に、話題の転換を図ることができるので、コミュニケーションの幅を広げて、より高度なコミュニケーションが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明に従属し、第１検知手段は、コミュニケーションロボットの前方からの赤外線を検出するように設けられて、相手に装着された赤外線タグから相手の前方へ放射される赤外線を検出する赤外線センサを含み、第２検知手段は、相手との間の距離を測定するための超音波距離センサもしくはレーザレンジファインダ、または相手に装着された無線タグからの識別情報を検出する無線タグ読取装置のいずれか１つを含み、行動制御手段は、相手とコミュニケーションを行っている間に第１検知手段によって赤外線が検出されたか否かを判断する第１判断手段、および第１判断手段によって赤外線が検出されていないと判断されたときに第２検知手段を用いて相手の存在が検出されたか否かを判断する第２判断手段を備え、第１判断手段を用いて赤外線が検出されていないことが判断され、第２判断手段を用いて相手が検出されたことが判断され、かつ、第３判断手段を用いて相手がコミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する。

請求項２の発明では、第１検知手段は赤外線センサを含む。赤外線センサは、このロボットの前方からの赤外線を検出するように設けられており、コミュニケーション相手に装着された赤外線タグから該相手の前方へ放射される赤外線を検出する。また、第２検知手段は、超音波距離センサ、レーザレンジファインダ、または無線タグ読取装置のいずれか１つを含む。超音波距離センサもしくはレーザレンジファインダが設けられる場合には、相手との間の距離情報によってロボットの付近の所定領域内における相手の存在が検知される。所定領域はたとえばロボットの目前に設定される。あるいは、無線タグ読取装置が設けられる場合には、相手に装着された無線タグからの識別情報によってロボットの付近の所定領域内における相手の存在が検知される。第１判断手段は、相手とコミュニケーションを行っている間に赤外線センサによって赤外線が検出されたか否かを判断する。つまり、この第１判断手段は、コミュニケーション中に相手がこのロボットの目前に存在してかつこのロボットの方を向いている状態であるのかを確かめている。また、第２判断手段は、第１判断手段によって赤外線が検出されていないと判断されたときに第２検知手段を用いて相手の存在が検出されたか否かを判断する。つまり、この第２判断手段は、相手がこのロボットの方を向いていないと把握される場合において相手がこのロボットの目前などの所定領域に存在しているのかを確かめている。そして、行動制御手段は、第１判断手段または第２判断手段による判断の結果に応じて、相手に対する行動を制御する。したがって、請求項２の発明によれば、コミュニケーションの相手がロボットの目前など付近に存在してこのロボットの方を向いているのか、このロボットの目前など付近に存在するがこのロボットの方を向いていないのか、あるいは、このロボットの目前など付近には存在しないのか、といった相手の細かな挙動を認識することができ、その相手の挙動に応じた行動を実行することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明に従属し、第１検知手段は、コミュニケーションロボットの前方からの超音波を検出するように設けられて、相手に装着された超音波タグから相手の前方へ発射される超音波を検出する超音波受信装置を含み、第２検知手段は、相手との間の距離を測定するためのレーザレンジファインダ、または相手に装着された無線タグからの識別情報を検出する無線タグ読取装置のいずれか１つを含み、行動制御手段は、相手とコミュニケーションを行っている間に第１検知手段によって超音波が検出されたか否かを判断する第１判断手段、および第１判断手段によって超音波が検出されていないと判断されたときに第２検知手段を用いて相手の存在が検出されたか否かを判断する第２判断手段を備え、第１判断手段を用いて超音波が検出されていないことが判断され、第２判断手段を用いて相手が検出されたことが判断され、かつ、第３判断手段を用いて相手がコミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する。

請求項３の発明では、第１検知手段は超音波受信装置を含む。超音波受信装置は、このロボットの前方からの超音波を検出するように設けられており、相手に装着された超音波タグから該相手の前方へ発射される超音波を検出する。また、第２検知手段は、レーザレンジファインダ、または無線タグ読取装置のいずれか１つを含む。請求項２の発明で述べたように、レーザレンジファインダが設けられる場合には、相手との距離情報によって相手の存在が検知され、または無線タグ読取装置が設けられる場合には、無線タグの識別情報によって相手の存在が検知される。第１判断手段は、超音波受信装置によって超音波が検出されたか否かを判断して、ミュニケーション中に相手がこのロボットの目前に存在してかつこのロボットの方を向いている状態であるのかを確かめている。第２判断手段は、第１判断手段によって超音波が検出されていないと判断されたときに第２検知手段を用いて相手の存在が検出されたか否かを判断して、相手がこのロボットの方を向いていないと把握される場合において相手がこのロボットの目前などの所定領域に存在しているのかを確かめている。そして、行動制御手段は、第１判断手段または第２判断手段による判断の結果に応じて、相手に対する行動を制御する。したがって、請求項３の発明によれば、請求項２の発明と同様に、コミュニケーションの相手の細かな挙動を認識することができ、その相手の挙動に応じた行動を実行することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に従属し、行動制御手段は、第３判断手段を用いて相手がコミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていたと判断されたとき、相手に対してコミュニケーションロボットの方を向くように指示する行動を実行する。

請求項４の発明では、行動制御手段は、第３判断手段によって向き変更行動が実行されていたと判断された場合には、つまり、相手がこのロボットとのコミュニケーションの結果その向きを変更していた場合には、相手に対してこのロボットの方を向くように指示する。したがって、この請求項４の発明によれば、相手がこのロボットとのコミュニケーションに興味を失っていない場合に、相手に対して向きを変えるように指示するので、相手との更なるコミュニケーションを継続していくことが可能になり、コミュニケーションの幅を広げて、より高度なコミュニケーションが可能になる。

この発明によれば、コミュニケーションを行っている間に相手がこのロボットの方を向いているのかどうかを検知するとともに、相手がこのロボットの付近の所定領域内に存在するのかどうかを検知するようにしたので、コミュニケーション相手の細かな挙動を認識できる。具体的には、相手がこちらを向いているのか、こちらを向いていないのか、あるいは相手が存在しないのかといった、挙動を把握できる。それによって、コミュニケーションの幅を広げることができ、相手とのより高度なコミュニケーションが可能になる。

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を参照して、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」とも言う。）１０は、自律移動するための機構を備えた自律移動型のコミュニケーションロボットであり、主として人間のようなコミュニケーションの対象とコミュニケーションすることを目的とした相互作用指向のもので、身振りおよび音声の少なくとも一方を用いてコミュニケーションを行う機能を備えている。

なお、この発明の適用されるコミュニケーションロボットはたとえばぬいぐるみのような玩具も含んだ概念を意味する。

この実施例では、コミュニケーションの対象となる人間のそれぞれには、赤外線タグ（ＩＲタグ）１２（図４参照）が装着される。赤外線は強い指向性を有しており、赤外線タグは、人間の前方へ赤外線が放射されるように、たとえばその身体の前方（胸等）に装着される。赤外線タグ１２は、赤外線ＬＥＤ，その駆動回路および内蔵電池等を含む。赤外線ＬＥＤは、そのタグ１２が取り付けられた人間を識別可能なように、所定の点滅パターン（点滅周期）で赤外線を発光するよう制御される。

ロボット１０は台車１４を含み、この台車１４の下面にはロボット１０を移動させる車輪１６が設けられる。車輪１６は車輪モータ１８（図２参照）によって駆動され、台車１４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１においては省略するが、台車１４の前面には、衝突センサ２０（図２参照）が取り付けられ、この衝突センサ２０は台車１４への人や他の障害物の接触を検知する。つまり、ロボット１０の移動中に障害物との接触を検知すると、直ちに車輪１６の駆動を停止してロボット１０の移動を急停止させる。

また、この実施例では、ロボット１０の背の高さは、人、特に子供に威圧感を与えることのないように、１００ｃｍ程度とされる。ただし、この背の高さは変更可能である。

台車１４の上には、多角形柱のセンサ取付パネル２２が設けられ、このセンサ取付パネル２２の各面には超音波距離センサ２４が取り付けられる。この実施例では２４個の超音波距離センサ２４が周囲３６０度にわたるように設けられるが、少なくともロボット１０の前方における対象物を検出可能なように前方にのみ設けるようにしてもよい。この超音波距離センサ２４は、センサ取付パネル２２すなわちロボット１０の周囲の主として人との距離を計測するものである。具体的には、超音波距離センサ２４は超音波を発射し、その超音波が人から反射されて超音波距離センサ２４に入射されたタイミングを測定して、人との間の距離情報を出力する。また、この超音波距離センサ２４によって検出可能な領域は、ロボット１０の付近の所定領域に設定され、たとえばロボット１０の目前の人間がコミュニケーションを行うのに適した範囲に設定される。

また、台車１４の上には、さらに、その下部がセンサ取付パネル２２に囲まれて、ロボット１０の胴体が直立するように設けられる。この胴体は、下部胴体２６と上部胴体２８とによって構成され、下部胴体２６および上部胴体２８は、連結部３０によって互いに連結される。図示は省略するが、連結部３０には昇降機構が内蔵されていて、この昇降機構を用いることによって、上部胴体２８の高さすなわちロボット１０の背の高さを変化させることができる。昇降機構は、後述するように、腰モータ３２（図２参照）によって駆動される。

なお、上述したロボット１０の背の高さは、上部胴体２８をそれの最下位置にしたときのものである。したがって、ロボット１０の背の高さは、１００ｃｍ以上にすることも可能である。

上部胴体２８のほぼ中央には、１つの全方位カメラ３４と１つの赤外線カメラ３６と１つのマイク３８とが設けられる。全方位カメラ３４は、ロボット１０の周囲を撮影するものであり、後述する眼カメラ４０とは区別される。この全方位カメラ３４としては、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いるカメラを採用することができる。

赤外線カメラ３６は、赤外線を検出するための赤外線センサであり、所定数の赤外線検出素子を含み、ロボット１０の前方からの赤外線を検出するように設けられる。この赤外線カメラ３６の画角ないし視野の領域内に相手がロボット１０に向かい合う状態で存在する場合、その相手に装着された赤外線タグ１２から発せられた赤外線が取得され、赤外線の点滅パターンによってその相手が識別されることとなる。

また、マイク３８は、周囲の音、とりわけコミュニケーション対象である人の声を取り込む。なお、これら全方位カメラ３４，赤外線カメラ３６およびマイク３８の設置位置は上部胴体２８に限られず適宜変更され得る。

上部胴体２８の両肩には、それぞれ、肩関節４２Ｒおよび４２Ｌによって、上腕４４Ｒおよび４４Ｌが設けられる。肩関節４２Ｒおよび４２Ｌは、それぞれ、３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節４２Ｒは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕４４Ｒの角度を制御できる。Ｙ軸は、上腕４４Ｒの長手方向（または軸）に平行な軸であり、Ｘ軸およびＺ軸は、そのＹ軸に対して、それぞれ異なる方向から直交する軸である。他方、肩関節４２Ｌは、Ａ軸、Ｂ軸およびＣ軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕４４Ｌの角度を制御できる。Ｂ軸は、上腕４４Ｌの長手方向（または軸）に平行な軸であり、Ａ軸およびＣ軸は、そのＢ軸に対して、それぞれ異なる方向から直交する軸である。

また、上腕４４Ｒおよび４４Ｌのそれぞれの先端には、肘関節４６Ｒおよび４６Ｌを介して、前腕４８Ｒおよび４８Ｌが設けられる。肘関節４６Ｒおよび４６Ｌは、それぞれ、Ｗ軸およびＤ軸の軸廻りにおいて、前腕４８Ｒおよび４８Ｌの角度を制御できる。

なお、上腕４４Ｒおよび４４Ｌならびに前腕４８Ｒおよび４８Ｌの変位を制御するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｗ軸およびＡ軸，Ｂ軸，Ｃ軸，Ｄ軸では、それぞれ、「０度」がホームポジションであり、このホームポジションでは、図１に示すように、上腕４４Ｒおよび４４Ｌならびに前腕４８Ｒおよび４８Ｌは下方に向けられる。

また、図示は省略するが、上部胴体２８の肩関節４２Ｒおよび４２Ｌを含む肩の部分や上述の上腕４４Ｒおよび４４Ｌならびに前腕４８Ｒおよび４８Ｌには、それぞれ、タッチセンサ（図２で包括的に示す。：５０）が設けられていて、これらのタッチセンサ５０は、人がロボット１０の当該各部位に触れたかどうかを検知する。

前腕４８Ｒおよび４８Ｌのそれぞれの先端には、手に相当する球体５２Ｒおよび５２Ｌがそれぞれ固定的に設けられる。ただし、指や掌の機能が必要な場合には、人の手の形をした「手」を用いることも可能である。

なお、ロボット１０の形状・寸法等は適宜設定されるが、他の実施例では、たとえば、上部胴体２８は、前面、背面、右側面、左側面、上面および底面を含み、右側面および左側面は表面が斜め前方に向くように形成してもよい。つまり、前面の横幅が背面の横幅よりも短く、上部胴体２８を上から見た形状が台形になるように形成されてもよい。

このような場合、肩関節４２Ｒおよび４２Ｌは、右側面および左側面に、その表面が左右両側面とそれぞれ平行である左右の支持部を介して設けられる。そして、上腕４４Ｒおよび上腕４４Ｌの回動範囲は、これら左右側面または支持部の表面（取り付け面）によって規制され、上腕４４Ｒおよび４４Ｌは取り付け面を超えて回動することはない。

しかし、左右側面の傾斜角、Ｂ軸とＹ軸との間隔、上腕４４Ｒおよび４４Ｌの長さ、ならびに前腕４８Ｒおよび４８Ｌの長さ等を適宜に設定すれば、上腕４４Ｒおよび４４Ｌは前方を超えてより内側まで回動できるので、たとえＷ軸およびＤ軸による腕の自由度がなくてもロボット１０の腕は前方で交差できる。したがって、腕の自由度が少ない場合でも正面に位置する人と抱き合うなどの密接で親密なコミュニケーション行動を実行することができる。

上部胴体２８の中央上方には、首関節５４を介して頭部５６が設けられる。首関節５４は、３軸の自由度を有し、Ｓ軸、Ｔ軸およびＵ軸の各軸廻りに角度制御可能である。Ｓ軸は首から真上（鉛直上向き）に向かう軸であり、Ｔ軸およびＵ軸は、それぞれ、そのＳ軸に対して異なる方向で直交する軸である。頭部５６には、人の口に相当する位置に、スピーカ５８が設けられる。スピーカ５８は、ロボット１０が、それの周辺の人に対して音声ないし音によってコミュニケーションを取るために用いられる。ただし、スピーカ５８は、ロボット１０の他の部位、たとえば胴体などに設けられてもよい。

また、頭部５６には、目に相当する位置に眼球部６０Ｒおよび６０Ｌが設けられる。眼球部６０Ｒおよび６０Ｌは、それぞれ眼カメラ４０Ｒおよび４０Ｌを含む。以下、右の眼球部６０Ｒと左の眼球部６０Ｌとをまとめて眼球部６０ということがあり、また、右の眼カメラ４０Ｒと左の眼カメラ４０Ｌとをまとめて眼カメラ４０ということもある。

眼カメラ４０は、ロボット１０に接近した人の顔や他の部分ないし物体等を撮影して、それに対応する映像信号を取り込む。眼カメラ４０としては、上述した全方位カメラ３４と同様のカメラを用いることができる。

たとえば、眼カメラ４０は眼球部６０内に固定され、眼球部６０は眼球支持部（図示せず）を介して頭部５６内の所定位置に取り付けられる。眼球支持部は、２軸の自由度を有し、α軸およびβ軸の各軸廻りに角度制御可能である。α軸およびβ軸は頭部５６に対して設けられる軸であり、α軸は頭部５６の上へ向かう方向の軸であり、β軸はα軸に直交しかつ頭部５６の正面側（顔）が向く方向に直交する方向の軸である。この実施例では、頭部５６がホームポジションにあるとき、α軸はＳ軸と平行であり、β軸はＵ軸と平行であるように設定される。このような頭部５６において、眼球支持部がα軸およびβ軸の各軸廻りに回転されることによって、眼球部６０ないし眼カメラ４０の先端（正面）側が変位され、カメラ軸すなわち視線方向が移動される。

なお、眼カメラ４０の変位を制御するα軸およびβ軸では、「０度」がホームポジションであり、このホームポジションでは、図１に示すように、眼カメラ４０のカメラ軸は頭部５６の正面側（顔）が向く方向に向けられ、視線は正視状態となる。

図２はロボット１０の電気的な構成を示すブロック図であり、この図２を参照して、ロボット１０はＣＰＵ６２を含む。ＣＰＵ６２はマイクロコンピュータ或いはプロセサとも呼ばれ、ロボット１０の全体的な制御を担当する。ＣＰＵ６２は、バス６４を介して、メモリ６６、モータ制御ボード６８、センサ入力／出力ボード７０および音声入力／出力ボード７２に接続される。

メモリ６６は、図示は省略するが、ＲＯＭもしくはＨＤＤおよびＲＡＭを含み、ＲＯＭやＨＤＤにはロボット１０の制御プログラムが予め記憶され、ＲＡＭはワークメモリやバッファメモリとして用いられる。制御プログラムはたとえばコミュニケーション行動を実行するためのプログラム、外部のコンピュータと通信するためのプログラム等を含む。メモリ６６にはまた、コミュニケーション行動を実行するためのデータが記憶され、そのデータは、たとえば、個々の行動を実行する際に、スピーカ５８から発生すべき音声または声の音声データ（音声合成データ）、および所定の身振りを提示するための角度データ等を含む。

このメモリ６６に記憶されたプログラムおよびデータに基づいて、ロボット１０は、コミュニケーション行動の一例として次に挙げるような種々の行動を取ることが可能である。たとえば、「こんにちは」と話しかけて返事があった場合、「握手しよう」と言って一方の腕を前方に差し出す。「こんにちは」と話しかけて返事がなかった場合、「バイバイ」と言う。所定の方向に一方の腕４４、４８および手５２を向けて指差しを行い、「あっちを見て」と言う。眼カメラ４０からの画像データに人の顔を認識した場合、その人の顔の方向に頭部５６の顔側や眼球部６０を向ける。触られた場合、触られた部位の方に頭部５６の顔側を向ける。このように、ロボット１０は、自ら能動的にコミュニケーション行動を提示し、それに対する人間の反応を認識してその認識結果に応じた行動をさらに提示することができるし、人間と同じような反応動作を行うことができる。

モータ制御ボード６８は、たとえばＤＳＰで構成され、各腕や頭部および眼球部等の各軸モータの駆動を制御する。すなわち、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、右眼球部６０Ｒのα軸およびβ軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図２では、まとめて「右眼球モータ」と示す。）７４の回転角度を制御する。同様に、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、左眼球部６０Ｌのα軸およびβ軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図２では、まとめて「左眼球モータ」と示す。）７６の回転角度を制御する。

また、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、右肩関節４２ＲのＸ軸、Ｙ軸およびＺ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４６ＲのＷ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２では、まとめて「右腕モータ」と示す。）７８の回転角度を調節する。同様に、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、左肩関節４２ＬのＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと左肘関節４６ＬのＤ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２では、まとめて「左腕モータ」と示す。）８０の回転角度を調整する。

さらに、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、頭部５６のＳ軸、Ｔ軸およびＵ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータ（図２では、まとめて「頭部モータ」と示す。）８２の回転角度を制御する。さらにまた、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、腰モータ３２および車輪１６を駆動する２つのモータ（図２では、まとめて「車輪モータ」と示す。）１８の回転角度を制御する。

なお、この実施例では、車輪モータ１８を除くモータは、制御を簡素化するために、ステッピングモータ或いはパルスモータを用いるようにしてある。ただし、車輪モータ１８と同様に、直流モータを用いるようにしてもよい。

センサ入力／出力ボード７０もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、各センサからの信号を取り込んでＣＰＵ６２に与える。すなわち、超音波距離センサ２４のそれぞれからの反射時間（距離情報）に関するデータがこのセンサ入力／出力ボード７０を通してＣＰＵ６２に入力される。また、全方位カメラ３４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７０で所定の処理を施された後、ＣＰＵ６２に入力される。眼カメラ４０からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ６２に入力される。また、上述した複数のタッチセンサ５０からの信号がセンサ入力／出力ボード７０を介してＣＰＵ６２に与えられる。さらに、上述した衝突センサ２０からの信号も、同様にして、ＣＰＵ６２に与えられる。また、赤外線カメラ３６からの赤外線画像はこのセンサ入力／出力ボード７０で処理されることによって、赤外線タグ１２から発せられる識別情報およびその画像における位置情報等が取得された後、ＣＰＵ６２に与えられる。

音声入力／出力ボード７２もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ６２から与えられる音声合成データに従った音声または声がスピーカ５８から出力される。また、マイク３８からの音声入力が、音声入力／出力ボード７２を介してＣＰＵ６２に取り込まれる。

また、ＣＰＵ６２は、バス６４を介して通信ＬＡＮボード８４および無線通信装置８６に接続される。通信ＬＡＮボード８４は、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ６２から送られる送信データを無線通信装置８６に与え、無線通信装置８６から送信データを、図示は省略するが、たとえば無線ＬＡＮまたはインタネットのようなネットワークを介して外部のコンピュータに送信させる。また、通信ＬＡＮボード８４は、無線通信装置８６を介してデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ６２に与える。つまり、この通信ＬＡＮボード８４および無線通信装置８６によって、ロボット１０は外部のコンピュータ等と無線通信を行うことができる。

さらに、ＣＰＵ６２は、バス６４を介してユーザ情報データベース（ＤＢ）８８に接続される。ただし、このデータベースは、外部のコンピュータまたは外部のネットワーク上にアクセス可能に設けるようにしてもよい。

ユーザ情報ＤＢ８８は、ロボット１０とコミュニケーションするユーザに関する情報を登録しているデータベースであり、この実施例では、図３に示すようなユーザ情報のテーブルを記憶している。ユーザ情報ＤＢ８８には、たとえば、ユーザＩＤに対応付けて、ユーザ名、装着される赤外線タグ１２の識別情報（点滅パターン）等が記憶される。図３では、たとえばユーザＩＤがＩａであるユーザ名Ａには、“Ｔａ”の点滅パターン（点滅周期）で発光される赤外線タグ１２が装着されていることが分かる。このように、ユーザに赤外線タグ１２によって識別情報が与えられるので、ロボット１０は、コミュニケーションの相手に合わせた個別のコミュニケーション行動を実行することが可能である。たとえば、各人の名前に相当する音声データを記憶しておけば、識別情報を取得することによってコミュニケーションの相手を特定して、その人の名前を呼ぶことができる。また、どのユーザとの間でどのようなコミュニケーション行動を実行したかを示す実行履歴データを記録しておいて、その履歴データに基づいたコミュニケーション行動を実行することも可能である。たとえば、初めてコミュニケーションするユーザに対しては「はじめまして」と、久しぶりにコミュニケーションするユーザに対しては「久しぶり」と呼びかけるなど、ユーザごとに適応した行動を実行できる。

このようなロボット１０では、ユーザとのコミュニケーションをしている間に、赤外線カメラ３６を用いてそのコミュニケーションの相手の存在が確認される。つまり、赤外線カメラ３６からのデータに基づいて相手の識別情報を認識できたかどうかが判断される。上述のように赤外線カメラ３６がロボット１０の前方に設けられるとともに赤外線タグ１２が相手の前方に装着されていることから、相手の存在が確認された場合には、図４（Ａ）に示すように、赤外線タグ１２が赤外線カメラ３６の方を向いた状態で、その相手が赤外線カメラ３６の視野ないし画角の範囲内に存在していることが分かる。つまり、この場合には、相手はロボット１０の目前に存在して、かつ、ロボット１０の方を向いているということを把握できる。したがって、相手はロボット１０とのコミュニケーションに興味を持っていると考えられるので、ロボット１０はその相手とのコミュニケーションを続ける。

なお、図４はロボット１０とユーザとの位置関係を上からの視点で表した図解図であり、この図４では、赤外線カメラ３６の検出可能な視野範囲は点線で示され、超音波距離センサ２４の検出可能な距離による領域は破線で示されている。

一方、赤外線カメラ３６からのデータに基づいて相手の存在を確認できなかった場合には、前方に設けられた超音波距離センサ２４によって相手の存在が検出されるか否かが調べられる。前方の超音波距離センサ２４に反応があった場合には、図４（Ｂ）に示すように、相手に装着された赤外線タグ１２が赤外線カメラ３６の方を向いていない状態であり、かつ、その相手が超音波距離センサ２４の検出領域内に存在することが分かる。つまり、この場合には、相手はロボット１０の目前に存在するが、ロボット１０の方を向いていないということを把握できる。

そして、たとえば、相手の向きを変えさせるような行動を前に実行したか否かに応じて、以降の行動を変化させる。すなわち、たとえばある特定の場所や物を指差したり「あっちを見て」と発話して異なる方向を向くように指示したりする等、相手の向きを変えさせるような行動（「向き変更行動」というものとする。）を前に実行していた場合には、相手がその変更行動に応じて行動した結果、ロボット１０の方を向いていない状態にあると考えられるので、たとえば「こっちを向いて」と発話するなど、ロボット１０の方を向くように指示する指示行動を実行する。これに対して、向き変更行動を前に実行していなかった場合には、相手がロボット１０とのコミュニケーションに対しての興味を失っていると考えられるので、たとえば、それまでの行動とは話題の異なる行動を実行して話題の転換を図ることなどによって、相手に興味を起こさせるようにする。

また、前方の超音波距離センサ２４に反応がなかった場合には、図４（Ｃ）に示すように、相手に装着された赤外線タグ１２が赤外線カメラ３６の方を向いていない状態であり、かつ、その相手が超音波距離センサ２４の検出領域内に存在していないことが分かる。つまり、この場合には、相手がロボット１０の目前にもはや存在していないことを把握できる。したがって、相手が去ってしまったと考えられるので、ロボット１０は、たとえばもう一度コミュニケーションをするために相手を呼び戻すように行動する。

図５のフロー図には、ロボット１０のＣＰＵ６２の動作の一例が示される。図６の最初のステップＳ１では、赤外線カメラ３６からのデータを取得する。赤外線タグ１２を装着したユーザがロボット１０の方を向いた状態でロボット１０の目前に存在する場合には、赤外線タグ１２から発せられる識別情報が赤外線カメラ３６およびセンサ入力／出力ボード７０によって検出される。たとえば、ＣＰＵ６２は、赤外線カメラ３６からの所定時間分の画像データを解析して得られた識別情報を、センサ入力／出力ボード７０のバッファから取得してメモリ６６に書き込む。このようにユーザがロボット１０の方を向いてロボット１０の目前に存在する場合には、ユーザはロボット１０とコミュニケーションを図ることができる状態にある。なお、赤外線カメラ３６およびセンサ入力／出力ボード７０によって識別情報が検出されていない場合には、たとえば一定時間ごとに識別情報の取得を試みる。

次に、ステップＳ３では、取得された識別情報をユーザ情報ＤＢ８８で探索することによって、目前の人物をたとえばユーザＩＤまたはユーザ名等で特定する。そして、ステップＳ５でその相手とのインタラクション（コミュニケーション）を開始する。

この実施例では、インタラクションの一例として、ロボット１０はユーザに話題を提供する。提供される話題はたとえば話題データとしてメモリ６６に予め記憶される。一例として、展示会場で展示物としてのポスタを閲覧したユーザとの間でインタラクションするような場合を想定すると、話題データとしては、たとえば、展示された複数のポスタごとに、印象を尋ねたり、設置場所を指差したり、要約を説明したりするといった個々の行動が設定されている。

続いて、ステップＳ７で話題データのうち１つを選択して、ステップＳ９でその話題の提供を処理して、選択された行動を実行する。これによって、たとえば上述したようにポスタの印象を尋ねたり設置場所を指差したりといった行動が提示されて相手に話題が提供される。なお、実行したコミュニケーション行動をメモリ６６の所定領域に実行履歴として記録しておく。

そして、ステップＳ１１で、赤外線カメラ３６によって相手のＩＤ（識別情報）を認識できているか否かを判断する。たとえば、ＣＰＵ６２は、ステップＳ３で特定した相手の赤外線タグ１２の識別情報がセンサ入力／出力ボード７０に取得されているかどうかを判断する。ステップＳ１１で“ＹＥＳ”であれば、図４（Ａ）に示したように相手がロボット１０の方を向いた状態でロボット１０の目前に存在していることを把握できる。この場合には、ロボット１０とのコミュニケーションあるいは提供した話題に対して相手は興味を失っていないと考えられる。そこで、続くステップＳ１３で、他に提供できる話題があるかどうかを判断し、“ＹＥＳ”であればステップＳ９に戻って、その話題を提供する。相手が興味を失っていないと把握される場合には、たとえば同じあるいは関連するポスタに関する行動など、先に提供した話題と関連性のあるような話題を選択するのが望ましい。また、ステップＳ１３で“ＮＯ”であれば、続くステップＳ２９で、その相手に対するインタラクションの終了処理を実行して、処理を終了する。

一方、ステップＳ１１で“ＮＯ”であれば、つまり、赤外線カメラ３６によって相手の識別情報を認識できていない場合には、続くステップＳ１５で、前方の超音波距離センサ２４に反応があるか否かを判断する。たとえば、センサ入力／出力ボード７０のバッファに前方の超音波距離センサ２４からの距離情報が取得されているか否かを判断する。このステップＳ１５で“ＹＥＳ”であれば、図４（Ｂ）に示したように、相手はロボット１０の目前に存在しているが、ロボット１０の方を向いていない状態であることを把握できる。この場合には、相手がロボット１０の方を向いていない原因を明らかにすべく、続くステップＳ１７で、たとえば特定の場所を指差すなど、相手の向きを変えさせるような行動を前に実行したか否かを、メモリ６６に記録しておいた実行履歴に基づいて判断する。

このステップＳ１７で“ＹＥＳ”であれば、相手は、ロボット１０の行動に応じてその向きを変更したと判断することができ、ロボット１０とのインタラクションに興味を失っているものではないと考えられる。したがって、続くステップＳ１９で、たとえば「こっち向いて」と発話するなど、相手に対してロボット１０の方を向くように指示し、ステップＳ２１で、一定時間内に赤外線カメラ３６によって相手の識別情報を認識することができたか否かを判断する。ステップＳ２１で“ＹＥＳ”であれば、相手がロボット１０の指示を聞いてロボット１０の方を向いたことを意味するので、この相手とのインタラクションを継続すべく、ステップＳ１３へ進む。一方、ステップＳ２１で“ＮＯ”であれば、相手がロボット１０の指示に従わなかったことを意味し、相手はロボット１０とのインタラクションを続ける意思がないと考えられるので、ステップＳ２９へ進んでインタラクションの終了処理を実行する。

他方、ステップＳ１７で“ＮＯ”であれば、相手は、ロボット１０とのインタラクションに興味を失ってその向きを変更したものと判断することができる。したがって、続くステップＳ２３で、相手に興味を起こさせるように話題を転換すべく、違う話題を準備する。たとえば、それまでとは異なるポスタに関する話題や、天気情報のような展示物を離れた日常的な話題などを選択するようにする。そして、ステップＳ１３で、提供すべき違う話題が存在する場合には、ステップＳ９へ戻ってその話題を提供して、話題を転換する。

また、ステップＳ１５で“ＮＯ”であれば、図４（Ｃ）に示したように、相手はロボット１０の前から去ってしまっていると判断することができる。したがって、続くステップＳ２５で、たとえば「こっちにおいでよ」と発話するなど、相手にロボット１０の方に戻ってくるように指示し、ステップＳ２７で、一定時間内に赤外線カメラ３６によって相手の識別情報を認識することができたか否かを判断する。ステップＳ２７で“ＹＥＳ”であれば、相手がロボット１０の指示を聞いてロボット１０の前に戻ったことを意味するので、この相手とのインタラクションを継続すべくステップＳ１３へ進む。一方、ステップＳ２７で“ＮＯ”であれば、相手がロボット１０の前に戻って来なかったことを意味し、相手がロボット１０とのコミュニケーションを終わらせたと考えられるので、ステップＳ２９へ進んでインタラクションの終了処理を実行する。

この実施例によれば、コミュニケーション相手の赤外線タグ１２からの識別情報を赤外線カメラ３６によって認識できなくなったときに、超音波距離センサ２４を用いて相手の存在を確認するようにしたので、コミュニケーションをしている間に相手が向きを変えてしまった場合であっても、相手の存在の認識を保持することができる。そして、相手がロボット１０の目前にいてロボット１０の方を向いているのか、またはロボット１０の目前に存在するがロボット１０の方を向いていないのか、あるいはロボット１０の前から去ってしまったのかといった、相手の存在および向きの変化などの相手の細かな挙動を把握することができる。したがって、たとえば相手がロボット１０の目前に存在するのにロボット１０の方を向いていない場合には相手がコミュニケーションに対する興味を失っていると理解して、話題の転換を図ったりすることができ、相手の存在および向きに応じてより高度なコミュニケーションを展開することができる。

なお、上述の実施例では、相手がロボット１０の方を向いているかどうかを検知する手段として赤外線カメラ３６を使用し、相手がロボット１０の付近の所定領域内（前方）に存在するか否かを検知する手段として超音波距離センサ２４を使用するようにしていた。しかし、相手の向きと存在を検知するための手段はこれらに限られるものではない。

たとえば図６に示す他の実施例のロボット１０では、図１実施例の超音波距離センサ２４の代わりに、相手との間の距離を測定するためのレーザレンジファインダ９０が設けられる。レーザレンジファインダ（レーザ距離計）９０は、レーザ光線を利用した画像センサであり、目標物にパルスレーザを照射し、そのレーザ光が反射して戻ってきた時間から目標物との距離を瞬時に測定する。したがって、この図６実施例では、図５のステップＳ１５で、前方に設けたレーザレンジファインダ９０に反応があったかどうか、つまり、相手までの距離情報が得られたか否かを判断すればよい。この図６実施例でも、超音波距離センサ２４を用いた上述の図１実施例と同様に、赤外線カメラ３６によって相手の識別情報を認識できなくなった場合に、レーザレンジファインダ９０を用いて相手がロボット１０の目前に存在しているのかどうかを確認することができるので、相手の細かな挙動を認識することができる。

また、たとえば図７に示すその他の実施例のロボット１０では、図１実施例の超音波距離センサ２４に代えて、ＲＦＩＤ読取装置（無線タグ読取装置）９２が設けられる。この図７実施例では、図示は省略するが、コミュニケーション相手には無線タグ（ＲＦＩＤタグ）がさらに装着され、ユーザ情報ＤＢ８８にはユーザごとにＲＦＩＤタグの識別情報が予め登録される。ＲＦタグは識別情報の重畳された電磁波ないし電波を発信し、ＲＦＩＤ読取装置９２はたとえばアンテナおよびコントローラ等を含み、ＲＦタグからの電磁波等を受信してその識別情報を取得する。そして、赤外線カメラ３６によって相手の赤外線タグの識別情報を認識できなくなったときには、図５のステップＳ１５で、ＲＦＩＤ読取装置９２によって相手のＲＦタグの識別情報を認識できているか否かを判断すればよい。これによって、ロボット１０の方を向いていない相手がロボット１０の周辺に存在しているかどうかを確認することができる。なお、ＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤ読取装置９２として、たとえばマイクロ波方式（周波数２．４５ＧＨｚ）のもののように指向性の強いものを用いた場合には、相手がロボット１０の周辺のうち特に前方に存在しているかどうかを確認することも可能になる。

また、たとえば図８に示すさらにその他の実施例のロボット１０では、図７実施例の赤外線カメラ３６に代えて、超音波を受信するためのセンサを備える超音波受信装置９４が設けられる。この図８実施例では、コミュニケーション相手には、赤外線タグ１２に代えて超音波タグが装着される。超音波タグは指向性の強い（単一指向性に近い）超音波を発するものを適用する。超音波タグは、図７実施例の赤外線タグ１２と同様に、相手の前方へ超音波を発射するように、相手の前方（たとえば胸等）に装着される。また、超音波受信装置９４は、図７実施例の赤外線カメラ３６と同様にして、ロボット１０の前方からの超音波を検出するように設けられる。この超音波の指向性の強さを利用することで、赤外線を利用した図７実施例と同様に、相手の向きを検知することが可能になる。ユーザ情報ＤＢ８８には、図９に示すように、ユーザごとに、ユーザＩＤ、ユーザ名、ＲＦタグの識別情報とともに超音波タグの識別情報が予め登録される。超音波タグは超音波に重畳された識別情報を発信し、超音波受信装置９４は超音波タグからの超音波を受信してその識別情報を取得する。

この図８実施例のロボット１０の動作の一例が図１０に示される。なお、図１０の動作のうち図１実施例の動作を示した図５と重複する部分には同符号を付してその説明は省略する。図１０の最初のステップＳ１’では、ＣＰＵ６２は、センサ入力／出力ボード７０を介して超音波受信装置９４からのデータを取得し、ステップＳ３で超音波タグの識別情報に基づいてロボット１０の目前の人物を特定する。また、ステップＳ１１’では、超音波受信装置９４によって相手の超音波の識別情報を認識できているのか否かが判断される。このステップＳ１１’で“ＹＥＳ”であるときは相手がロボット１０の目前に居てロボット１０の方を向いていることが把握される。一方、ステップＳ１１’で“ＮＯ”であるとき、つまり、超音波受信装置９４によって相手を認識できなくなったときには、ステップＳ１５’で、ＲＦＩＤ読取装置９２によって相手を認識しているか否かが判断される。これによって、相手がロボット１０の周辺または目前にまだ存在しているかどうかを確認することができる。

なお、図８実施例では、超音波受信装置９４によって相手を認識できなくなった場合に相手の存在を確認する手段として、ＲＦＩＤ読取装置９２を設けるようにしていた。しかし、ＲＦＩＤ読取装置９２に代えて、図６実施例のようにレーザレンジファインダ９０を設けて、レーザレンジファインダ９０によって相手がロボット１０のたとえば目前に存在しているのかどうかを確認するようにしてもよい。

この発明の一実施例のコミュニケーションロボットの外観を示す図解図（正面図）である。 図１のコミュニケーションロボットの内部構成を示すブロック図である。 図２のユーザ情報ＤＢの内容の一例を示す図解図である。 コミュニケーションロボットと相手との位置関係を示す図解図であり、図４（Ａ）はロボットの目前で相手と向かい合っている状態を示し、図４（Ｂ）はロボットの目前で相手が他の方向を向いた状態を示し、図４（Ｃ）はロボットの目前から相手が去った状態を示す。 コミュニケーションロボットの動作の一例を示すフロー図である。 この発明の他の実施例のコミュニケーションロボットの内部構成を示すブロック図である。 この発明のその他の実施例のコミュニケーションロボットの内部構成を示すブロック図である。 この発明のさらにその他の実施例のコミュニケーションロボットの内部構成を示すブロック図である。 図８実施例におけるユーザ情報ＤＢの内容の一例を示す図解図である。 図８実施例の動作の一例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
１２ …赤外線タグ
２４ …超音波距離センサ
３６ …赤外線カメラ
６２ …ＣＰＵ
６６ …メモリ
７０ …センサ入力／出力ボード
９０ …レーザレンジファインダ
９２ …ＲＦＩＤ読取装置
９４ …超音波受信装置

Claims (4)

1. コミュニケーションの相手の挙動に応じて話題を転換するコミュニケーションロボットであって、
   前記相手が前記コミュニケーションロボットの方を向いているかどうかを検知する第１検知手段、
   前記相手が前記コミュニケーションロボットの付近の所定領域内に存在するかどうかを検知する第２検知手段、
   前記相手が前記コミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されたかどうかを履歴に基づいて判断する第３判断手段、および
   前記第１検知手段を用いて前記相手が前記コミュニケーションロボットの方を向いていないことが検知され、前記第２検知手段を用いて前記相手が前記所定領域内に存在することが検知され、かつ、前記第３判断手段を用いて前記相手が前記コミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、前記相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する行動制御手段を備える、コミュニケーションロボット。
2. 前記第１検知手段は、前記コミュニケーションロボットの前方からの赤外線を検出するように設けられて、前記相手に装着された赤外線タグから前記相手の前方へ放射される赤外線を検出する赤外線センサを含み、
   前記第２検知手段は、前記相手との間の距離を測定するための超音波距離センサもしくはレーザレンジファインダ、または前記相手に装着された無線タグからの識別情報を検出する無線タグ読取装置のいずれか１つを含み、
   前記行動制御手段は、
   前記相手とコミュニケーションを行っている間に前記第１検知手段によって前記赤外線が検出されたか否かを判断する第１判断手段、および
   前記第１判断手段によって前記赤外線が検出されていないと判断されたときに前記第２検知手段を用いて前記相手の存在が検出されたか否かを判断する第２判断手段を備え、
   前記第１判断手段を用いて前記赤外線が検出されていないことが判断され、前記第２判断手段を用いて前記相手が検出されたことが判断され、かつ、前記第３判断手段を用いて前記相手が前記コミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、前記相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する、請求項１記載のコミュニケーションロボット。
3. 前記第１検知手段は、前記コミュニケーションロボットの前方からの超音波を検出するように設けられて、前記相手に装着された超音波タグから前記相手の前方へ発射される超音波を検出する超音波受信装置を含み、
   前記第２検知手段は、前記相手との間の距離を測定するためのレーザレンジファインダ、または前記相手に装着された無線タグからの識別情報を検出する無線タグ読取装置のいずれか１つを含み、
   前記行動制御手段は、
   前記相手とコミュニケーションを行っている間に前記第１検知手段によって前記超音波が検出されたか否かを判断する第１判断手段、および
   前記第１判断手段によって前記超音波が検出されていないと判断されたときに前記第２検知手段を用いて前記相手の存在が検出されたか否かを判断する第２判断手段を備え、
   前記第１判断手段を用いて前記超音波が検出されていないことが判断され、前記第２判断手段を用いて前記相手が検出されたことが判断され、かつ、前記第３判断手段を用いて前記相手が前記コミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていないことが判断されたことによって、前記相手が興味を失ったと判断されるとき、話題を転換する、請求項１記載のコミュニケーションロボット。
4. 前記行動制御手段は、前記第３判断手段を用いて前記相手が前記コミュニケーションロボットの方と異なる方向を向くように指示する行動が実行されていたと判断されたとき、前記相手に対して前記コミュニケーションロボットの方を向くように指示する行動を実行する、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。

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