JP4565196B2 - 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を図る機能を備えたものであって、人の目ないし眼球に相当する部分すなわち眼球部を備えるコミュニケーションロボットに関する。

従来のロボットには、眼球部をたとえば左右に動かしたり回したりするなど、一定の意図を伝達するために眼球運動をさせるものがあった。

しかしながら、従来技術では、単一の目的指向の眼球運動を機械的に行っているに過ぎず、生命感を創り出せなかった。したがって、コミュニケーションを図ろうとする人が違和感を覚えてしまって、コミュニケートしている感覚が阻害されてしまうおそれがあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、違和感無くコミュニケーションを図ることができる、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、コミュニケーションを図る機能を備えたコミュニケーションロボットであって、胴体、胴体に首関節を介して取り付けられる頭部、首関節を制御して頭部を変位させる頭部変位手段、頭部において変位可能に設けられる眼球部、眼球部の変位を制御する眼球部変位手段、および頭部が変位されているかどうかを判断する頭部動作判断手段を備え、眼球部変位手段は、頭部動作判断手段によって頭部が変位されていると判断されるとき、頭部の運動速度に比例する角度データに基づいて眼球部の変位を制御する、コミュニケーションロボットである。

眼を表すものと外観上認められる眼球部がたとえば目に相当する位置に設けられる。対象とする物体は物体検出手段によって検出される。たとえば、コミュニケーションロボットの適宜な箇所にはカメラが設けられており、第１検出手段は、カメラから取得した画像に基づいて画像中の物体を検出し、たとえばその位置や方位等を算出する。物体としては、たとえば人の顔や特定の物等が設定され得る。また、コミュニケーションロボットの任意の箇所に複数のタッチセンサが設けられる場合には、第２検出手段は、たとえば人によって触れられることによってオン状態となったタッチセンサを物体として検出する。そして、眼球部は、検出された物体の方向に向くように眼球部変位手段によって変位される。つまり、人の顔，特定の物体あるいは触れられた箇所等の方向に視線が向けられる。したがって、コミュニケーションロボットは、たとえば人と対話する場合などに、人と視線を合わせたり、あるいは話題とする特定の物体方向や触れられた部分を注視したりする格好となる。

また、頭部を含んで構成される場合には、眼球部はこの頭部に設けられる。頭部は、頭に相当する部分であるため、たとえば胴体に首関節を介して取り付けられ、頭部変位手段によって変位される。頭部は、たとえば頭部の正面側すなわち顔が物体の方向に向くように変位され得る。また、眼球部は、眼球部変位手段によって、頭部の動きに関連して変位され得る。具体的には、たとえば頭部の運動速度に比例する角度データが算出され、この角度データに基づいて眼球部が変位されることによって、頭部が向こうとする方向に視線が向けられる。このように、眼球部は頭部が動作しているときその動きに応じた自然な眼球運動をすることができる。

この発明によれば、人と視線を合わせたり、物体方向を注視したりすることができる。つまり、自然な目の動きでコミュニケーションを図ることができる。さらに、眼球部は頭部の動きに関連した眼球運動をすることができる。したがって、人と同じような極自然な眼の動きを伴ったコミュニケーションとなるので、人は違和感を覚えることなくコミュニケーションロボットとコミュニケーションをすることができる。

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は本発明の全体構成を示しており、同図を参照して、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」ということがある。）１０は、台車１２を含み、この台車１２の下面には、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（図４において、参照番号「７４」で示す。）が取り付けられ、この衝突センサは、台車１２への人や他の障害物の接触を検知する。そして、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１４の駆動を停止してロボット１０の移動を急停止させて衝突を未然に防ぐ。

なお、ロボット１０の背の高さは、この実施例では、人、特に子供に威圧感をあたえることがないように、１００ｃｍ程度とされている。ただし、この背の高さは任意に変更可能である。

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、超音波距離センサ１８が取り付けられる。この超音波距離センサ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との間の距離を計測するものである。

台車１２の上には、さらに、下部が上述の取付パネル１６に囲まれて、ロボット１０の胴体が直立するように取り付けられる。この胴体は下部胴体２０と上部胴体２２とから構成され、これら下部胴体２０および上部胴体２２は、連結部２４によって、連結される。連結部２４には、図示しないが、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２２の高さすなわちロボット１０の高さを変化させることができる。昇降機構は、後述のように、腰モータ（図４において参照番号「６８」で示す。）によって駆動される。上で述べたロボット１０の身長１００ｃｍは、上部胴体２２をそれの最下位置にしたときの値である。したがって、ロボット１０の身長は１００ｃｍ以上にすることができる。

上部胴体２２のほぼ中央には、１つの全方位カメラ２６と、１つのマイク２８とが設けられる。全方位カメラ２６は、ロボット１０の周囲を撮影するもので、後述の眼カメラ４６と区別される。マイク２８は、周囲の音、とりわけ人の声を取り込む。

上部胴体２２の両肩には、それぞれ、肩関節３０Ｒおよび３０Ｌによって、上腕３２Ｒおよび３２Ｌが取り付けられる。肩関節３０Ｒおよび３０Ｌは、それぞれ３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節３０Ｒ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３２Ｒの角度を制御できる。Ｙ軸は、上腕３２Ｒの長手方向（または軸）に並行な軸であり、Ｘ軸およびＺ軸は、そのＹ軸に、それぞれ異なる方向から直交する軸である。肩関節３０Ｌ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３２Ｌの角度を制御できる。Ｂ軸は、上腕３２Ｌの長手方向（または軸）に並行な軸であり、Ａ軸およびＣ軸は、そのＢ軸に、それぞれ異なる方向から直交する軸である。

上腕３２Ｒおよび３２Ｌのそれぞれの先端には、肘関節３４Ｒおよび３４Ｌを介して、前腕３６Ｒおよび３６Ｌが取り付けられる。肘関節３４Ｒおよび３４Ｌは、それぞれ、Ｗ軸およびＤ軸の軸廻りにおいて、前腕３６Ｒおよび３６Ｌの角度を制御できる。

なお、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌ（いずれも図１）の変位を制御するＸ，Ｙ，Ｘ，Ｗ軸およびＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ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、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌは下方向に向けられる。

また、図示しないが、上部胴体２２の肩関節３０Ｒおよび３０Ｌを含む肩の部分や上述の上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌには、それぞれ、タッチセンサが設けられていて、これらのタッチセンサは、人がロボット１０のこれらの部位に接触したかどうかを検知する。これらのタッチセンサも図４において参照番号７２で包括的に示す。

前腕３６Ｒおよび３６Ｌのそれぞれの先端には、手に相当する球体３８Ｒおよび３８Ｌがそれぞれ固定的に取り付けられる。なお、この球体３８Ｒおよび３８Ｌに代えて、この実施例のロボット１０と異なり指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・寸法等は適宜に設定されるが、他の実施例では、たとえば、上部胴体２２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２２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３０Ｒおよび３０Ｌ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取り付けられる。そして、上腕３２Ｒおよび上腕３２Ｌ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３２Ｒおよび３２Ｌ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３２Ｒおよび３２Ｌの長さ，ならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌの長さ等を適宜に設定すれば、上腕３２Ｒおよび３２Ｌは前方を越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なコミュニケーションを図ることができる。

上部胴体２２の中央上方には、首関節４０を介して、頭部４２が取り付けられる。この首関節４０は、３つの自由度を有し、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軸は首から真上に向かう軸であり、Ｔ軸およびＵ軸は、それぞれ、このＳ軸に対して異なる方向で直交する軸である。頭部４２には、人の口に相当する位置に、スピーカ４４が設けられる。スピーカ４４は、ロボット１０が、それの周囲の人に対して音声または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。ただし、スピーカ４４は、ロボット１０の他の部位たとえば胴体に設けられてもよい。

また、頭部４２には、目に相当する位置に眼球部７６Ｒおよび７６Ｌが設けられる。眼球部７６Ｒおよび７６Ｌは、それぞれ眼カメラ４６Ｒおよび４６Ｌを含む。なお、右の眼球部７６Ｒおよび左の眼球部７６Ｌをまとめて眼球部７６といい、右の眼カメラ４６Ｒおよび左の眼カメラ４６Ｌをまとめて眼カメラ４６ということもある。眼カメラ４６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の映像信号を取り込む。

なお、上述の全方位カメラ２６および眼カメラ４６のいずれも、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのように個体撮像素子を用いるカメラであってよい。

たとえば、眼カメラ４６は眼球部７６内に固定され、眼球部７６は眼球支持部（図示せず）を介して頭部４２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（図２）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４２に対して設定される軸であり、α軸は頭部４２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４２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４２がホームポジションにあるとき、α軸はＳ軸に平行し、β軸はＵ軸に平行するように設定されている。このような頭部４２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７６ないし眼カメラ４６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（図３）。

なお、眼カメラ４６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２に示すように、眼カメラ４６のカメラ軸は頭部４２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１に示すロボット１０の制御系の構成が図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ＣＰＵ５０を含み、このＣＰＵ５０には、バス５２を通して、メモリ５４，モータ制御ボード５６，センサ入力／出力ボード５８および音声入力／出力ボード６０が接続される。

メモリ５４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５６は、たとえばＤＳＰ(Digital Signal Processor)で構成され、各腕や頭部および眼球部等の各軸モータを制御する。すなわち、モータ制御ボード５６は、ＣＰＵ５０からの制御データを受け、右肩関節３０ＲのＸ，Ｙ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３４Ｒの軸Ｗ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。）６２の回転角度を調節する。また、モータ制御ボード５６は、左肩関節３０ＬのＡ，Ｂ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３４Ｌ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４ではまとめて、「左腕モータ」として示す。）６４の回転角度を調節する。モータ制御ボード５６は、また、頭部４２のＳ，Ｔ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４ではまとめて、「頭部モータ」として示す。）６６の回転角度を調節する。モータ制御ボード５６は、また、腰モータ６８、および車輪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。

さらに、モータ制御ボード５６は、右眼球部７６Ｒ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４ではまとめて、「右眼球モータ」として示す。）７８の回転角度を調節し、また、左眼球部７６Ｌ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４ではまとめて、「左眼球モータ」として示す。）８０の回転角度を調節する。

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５８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ＣＰＵ５０に与える。すなわち、超音波距離センサ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５８を通して、ＣＰＵ５０に入力される。また、全方位カメラ２６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５８で所定の処理が施された後、ＣＰＵ５０に入力される。眼カメラ４６からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ５０に与えられる。なお、この図４では、図１で説明したタッチセンサは、まとめて「タッチセンサ７２」として表され、それらのタッチセンサ７２からの信号がセンサ入力／出力ボード５８を介して、ＣＰＵ５０に与えられる。

スピーカ４４には音声入力／出力ボード６０を介して、ＣＰＵ５０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２８からの音声入力が、音声入力／出力ボード６０を介して、ＣＰＵ５０に取り込まれる。

この実施例のロボット１０は眼球部７６を備えており、人や物など対象とする特定の物体の位置を検知してこの眼球部７６をその物体の方向を向くように変位させる。さらに、このロボット１０では頭部４２の動きに関連した眼球運動が行われる。

たとえば、このロボット１０では、眼カメラ４６から取得した画像中に人の顔がある場合には、対象物体としての人の顔の位置が検出され、その方向に眼球部７６および眼カメラ４６を向けるためのα軸およびβ軸の制御角度データが算出される。この角度データが右眼球モータ７８および左眼球モータ８０に与えられると、眼球部７６および眼カメラ４６が変位されて視線方向が人の顔方向に向く。したがって、このロボット１０は人と視線を合わせることができ、人は違和感を覚えることなくコミュニケートできる。

また、頭部４２が動作しているとき、たとえば首関節を制御する軸（Ｓ軸およびＵ軸）廻りの運動速度等に基づいてα軸およびβ軸の制御角度データを算出して、このデータによって眼球支持部を制御することもある。この場合には、頭部４２の動きに合った眼球部７６の動きを表すことができ、人が違和感を覚えるのを防止できる。

また、このロボット１０では、人の顔だけでなく、眼カメラ４６から取得した画像中の特定物の位置も検出して、その方向に視線を向けることができる。つまり、たとえば壁等に貼ってあるポスター等の紹介をするような場合、ポスター等の紹介物の位置を検出して、これに顔を向ける動作を挟みつつ紹介を行うというような自然な動作を行うこともできる。

具体的には、このロボット１０はたとえば図５および図６に示すフロー図に従って動作する。このフロー図では、壁に設置されたポスター紹介を行う場合の動作の一例が示されている。

まず、ステップＳ１からＳ５において、初期設定が行われる。ステップＳ１では、ＣＰＵ５０は、頭部４２を前方に向けるように、メモリ５４から角度データを取り出してモータ制御ボード５６に送る。つまり、Ｓ軸，Ｔ軸およびＵ軸の回転角度を制御するモータ（頭部モータ６６）にそれぞれ角度「０」を与える。したがって、このステップＳ１では、頭部４２が正面を向く。ステップＳ３では、ＣＰＵ５０は、眼球部７６を正面に向けるように、メモリ５４から角度データを取り出してモータ制御ボード５６に送る。つまり、α軸およびβ軸の回転角度を制御するモータ（右眼球モータ７８および左眼球モータ８０）にそれぞれ角度「０」を与える。したがって、このステップＳ３では、眼球部７６および眼カメラ４６が正面を向き、視線が正面を向いた正視状態となる。ステップＳ５では、変数ｔ１，ｔ２およびｔ３に現在の時刻の値が設定される。なお、図示は省略しているが、変数ｃも初期設定として１より小さい値が設定される。

続くステップＳ７で、ＣＰＵ５０は、眼カメラ４６からの映像信号をセンサ入力／出力ボード５８に取り込み、ステップＳ９では映像信号処理することによって、カメラ画像中に人の顔があればその位置を検出する。なお、人の顔の決定手法としては種々の方法が用いられ得るが、たとえば肌色部分を人の顔であると決めるようにしてもよい。また、たとえば、予めメモリ５４に特定の人の顔または特徴等のデータを記憶しておき、このデータを参照することによってこの特定人物に対してだけ視線を合わせるようにしてもよい。

ステップＳ１１では、時刻ｔ１から一定時間が経過し、かつ、人の顔が画像中にあるかどうかを判断する。ステップＳ１１で“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ１５で、ＣＰＵ５０は、検出された人の顔の位置の方向に該当するα軸およびβ軸の角度データを算出し、この角度データをモータ制御ボード５６に送る。右眼球モータ７８および左眼球モータ８０にはそれぞれ算出されたα軸およびβ軸の制御角度が与えられる。したがって、このステップＳ１５では、視界に人がいれば、眼球部７６が人の顔方向に向けられ、人とロボット１０は視線を合わすことができる。

続くステップＳ１７では、変数ｔ１に現在時刻が設定され、このステップＳ１７の後はステップＳ２５へ進む。このように、ステップＳ１５の処理が実行されて人の顔方向に視線が向けられると、変数ｔ１が現在の時刻に再設定されるので、その後一定時間が経過するまでは、このステップＳ１５の処理は実行されない。

一方、ステップＳ１１で“ＮＯ”であれば、つまり、時刻ｔ１から一定時間がまだ経過していない場合、または、画像中に人の顔がない場合には、ＣＰＵ５０は、ステップＳ１３で、時刻ｔ２から一定時間が経過し、かつ、頭部モータ６６のうちＳ軸またはＵ軸の回転角度を調整するモータが動作中であるかどうかを判断する。

ステップＳ１３で“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ１９で、動作しているＳ軸およびＵ軸の運動速度ＶｓおよびＶｕを検出し、この運動速度ＶｓおよびＶｕに基づいてα軸およびβ軸の制御角度データを算出する。具体的には、α軸の回転角度はＳ軸の運動速度Ｖｓに比例する値（ａＶｓ）に設定され、β軸の回転角度はＵ軸の運動速度Ｖｕに比例する値（ｂＶｕ）に設定される。ここで、ａおよびｂは定数であり、適宜に設定される。そして、この角度データをモータ制御ボード５６に送って、α軸の回転角度を制御するモータに角度「ａＶｓ」を与え、β軸の回転角度を制御するモータに角度「ｂＶｕ」を与える。すると、α軸およびβ軸はそれぞれＳ軸およびＵ軸に対応しているので、眼球部７６は頭部４２の移動方向すなわち頭部４２の顔が向こうとする方向に向けられる。このようにして、頭部４２を動かすときは、その移動する方向に視線が向けられ、頭の動きに応じた極自然な眼球運動を実現することができる。この実施例では、具体的には、後述するステップＳ３５およびステップＳ３９の処理によって頭部４２が動作するときに、このような眼球運動が実現される。続くステップＳ２１では、変数ｔ２に現在時刻が設定され、このステップＳ２１の後はステップＳ２５へ進む。このように、変数ｔ２が現在の時刻に再設定されるので、その後一定時間が経過するまでは、このステップＳ１９の処理は実行されない。

他方、ステップＳ１３で“ＮＯ”であれば、つまり、時刻ｔ２から一定時間が経過していない場合、または、Ｓ軸およびＵ軸の回転角度を調整するモータがいずれも動作中でない場合には、続くステップＳ２３で、ＣＰＵ５０は、眼球部７６を正面に向けるように、メモリ５４から角度データを取り出してモータ制御ボード５６に送る。つまり、α軸およびβ軸の回転角度を制御するモータ（右眼球モータ７８および左眼球モータ８０）にそれぞれ角度「０」を与える。したがって、このステップＳ２３では、眼球部７６および眼カメラ４６が正面に向けられる。すなわち、たとえばステップＳ１５やステップＳ１９等で動かされた視線が正面に戻されることとなる。

ステップＳ１７，Ｓ２１またはＳ２３の処理を終えると、ＣＰＵ５０は、続くステップＳ２５で、時刻ｔ３から一定時間が経過したかどうかを判断する。ステップＳ２５で“ＮＯ”であればステップＳ７に戻る。したがって、時刻ｔ３から一定時間が経過するまでは、ステップＳ７からステップＳ２５までの処理が繰り返し実行される。一方、ステップＳ２５で“ＹＥＳ”であれば、図６のステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７で、ＣＰＵ５０は変数ｃが１以上であるかどうかを判断する。ステップＳ２７で“ＮＯ”であれば、つまり、変数ｃが１より小さければ、ステップＳ３１へ進む。ステップＳ３１では、ＣＰＵ５０は、眼カメラ４６からの映像信号をセンサ入力／出力ボード５８に取り込み、ステップＳ３３では映像信号処理することによって、カメラ画像中から壁のポスターの位置を検出する。なお、ポスターの特徴等のデータは予めメモリ５４に記憶しておき、このデータを参照することによってポスター位置を検出する。

なお、この実施例ではロボット１０の視界内にポスターが設置されている場合を想定しているが、ポスターがステップＳ３１で取得した画像中にない場合は、たとえばステップＳ３５およびＳ３７の処理を飛ばして進むようにしたり、あるいは頭部４２を動かして周囲を走査しポスターを発見するようにしたりしてもよい。

ステップＳ３５では、ＣＰＵ５０は、検出されたポスターの位置の方向に該当するＳ軸，Ｔ軸およびＵ軸の角度データを算出し、このデータをモータ制御ボード５６に送る。したがって、ステップＳ３５では、頭部４２の正面側（顔）がポスターのある方向に向けられ、ロボット１０はポスターを注視しているような格好となる。

そして、ステップＳ３７では、変数ｔ３が現在時刻に設定され、また、変数ｃが１に設定される。このステップＳ３７の後は、図５のステップＳ７に戻り、処理が繰り返される。このように、変数ｔ３が現在の時刻に再設定されるので、その後一定時間が経過するまでは、ステップＳ２７以降の処理は実行されない。また、変数ｃが１に設定されるので、次にステップＳ２７が処理されるときは、“ＹＥＳ”と判断されてステップＳ２９へ進むこととなる。

一方、ステップＳ２７で“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ２９で変数ｃが２以上であるかどうかを判断する。ステップＳ２９で“ＮＯ”であれば、つまり、変数ｃが１以上２未満であれば、ステップＳ３９へ進む。ステップＳ３９では、ＣＰＵ５０は、頭部４２を上にむけるように、メモリ５４から角度データを取り出してモータ制御ボード５６に送る。つまり、Ｓ軸およびＴ軸の回転角度を制御するモータにそれぞれ角度「０」与え、Ｕ軸の回転角度を制御するモータに角度「４５」を与える。したがって、このステップＳ３９では、ポスター方向に向けられていた頭部４２が前方斜め上方向に向き直されて、仰ぎ見るような格好となる。なお、この格好は、たとえば人が予めロボット１０の前方に誘導されているような場合等を想定した動作である。

そして、ステップＳ４１で、ＣＰＵ５０は、メモリ５４から所定の音声データを取り出して音声入出力ボード６０に送る。したがって、スピーカ４４からたとえば「ポスター見てね」といった合成音声が出力される。このように、特定の物体に関係する合成音声を出力することで人と対話することができ、また、頭部１２や眼球部７６の動きの意味合を伝達することができる。

このようにして、紹介の対象物であるポスターに対して顔を向ける動作（ステップＳ３５）といった極自然な動作を挟みつつ、人と対話することができる。なお、近くに人がいない場合であっても、このような人を勧誘する動作や音声を発する動作等（ステップＳ３９およびＳ４１）によって人が近づいてくるのを期待できる。

続くステップＳ４３では、変数ｔ３が再び現在時刻に設定され、また変数ｃが２に設定される。このステップＳ４３の後は、図２のステップＳ７に戻り、処理が繰り返される。このように、変数ｔ３が現在の時刻に再び設定されるので、その後一定時間が経過するまでは、ステップＳ２７以降の処理は実行されない。また、変数ｃが２に設定されるので、次にステップＳ２９を処理するときは、ＣＰＵ５０は“ＹＥＳ”と判断し、この頭部４２および眼球部７６の動作処理を終了する。なお、このような図５および図６の一連の動作処理はたとえば所定時間経過ごと等に繰り返し実行されてよいのは言うまでもない。

この実施例によれば、人と対話する際などに、人と視線を合わせたり、話題にする特定の物体方向を注視したりすることができる。つまり、自然な目の動きでコミュニケーションを図ることができる。さらに、眼球部７６は頭部４２の動きに関連した眼球運動をすることができる。したがって、人や動物等と同じような極自然な眼の動きを伴ったコミュニケーションとなるので、人は違和感を覚えることなくロボット１０とコミュニケーションをすることができる。

なお、この発明の実施の形態は種々に変更して適用されてもよい。たとえば、上述の実施例では、ステップＳ３５で頭部１２を変位させてポスターに顔を向けるようにしているが、ポスターには眼球部７６のみを向けるようにしてもよい。

また、上述の各実施例では、ステップＳ３９で、前方斜め上方のように所定方向に頭部４２の顔を向けるようにしているが、たとえばステップＳ７，Ｓ９およびＳ３５と同様な処理を実行することで、人の顔の位置を検出してその顔方向に頭部４２の顔を向けるようにしてもよい。

また、上述の各実施例では、ロボット１０の視界内に人がいる場合等を想定しているが、たとえば、ステップＳ７を処理する前に、頭部４２を動かして周囲を走査して人を発見するようにしてもよいし、あるいは周囲を見回しても人がいない場合等には、ステップＳ４１と同様にして、予め合成音声等を発することで人を近くまたは視界内に呼び寄せるようにしてもよい。なお、人を呼び寄せるための行動としては、たとえば光を発するなど他の方法を適用してもよい。

また、その他の実施例では、たとえば、人によって触られた場合に、オン状態のタッチセンサ７２を検知して触られた箇所の位置を算出し、必要な角度データを必要なモータにそれぞれ与えて頭部４２および眼球部７６を適宜動かして、その方向に視線を向けるようにしてもよい。すなわち、オン状態のタッチセンサ７２を物体として検出し、その物体の方向に向くように眼球部７６および頭部１２等の変位制御をするようにしてもよい。この場合にも、上述の各実施例と同様に、頭部４２の動作に関連して眼球部７６を動かすことができ、また、極自然な眼球運動を行うことができるので、人に違和感を覚えさせない。

また、触れられた箇所に目を向けるにあたっては、たとえば、現在の目の位置と触れられた位置との関係から、頭部４２と眼球部７６とで動く距離（角度）を分担し、全体として触れられた位置の方向に視線を向けるように、頭部４２および眼球部７６を変位させるようにしてもよい。具体的には、触れられた箇所までの距離を算出し、たとえばその距離の半分までは頭部４２を動かし、残りの半分は眼球部７６を動かすようにする。このような眼球運動も頭部４２の動きに関連した自然なものであり、人に違和感を生じさせない。

なお、触れられた箇所に頭部４２を向ける技術は、本願出願人による特許願２００１−１６６０１８号に詳述されるので参照されたい。

また、上述の各実施例では、左右の眼球部７６の制御にあたって、左右それぞれの眼球モータに同じ角度データを与えて両目を揃えて動かすようにしているが、別個の角度データをそれぞれ算出して与えることにより左右の眼球部７６を別々に動かすようにしてもよい。また、場合によっては、１つの眼球モータで左右の眼球部７６を同時に動かすようにしてもよい。

また、上述の各実施例では、人と同様に眼球部７６を左右２つ設けるようにしているが、眼球部７６は目に相当する部分であると外観上認識できるものであれば良く、したがって、眼球部７６の数は任意であり適宜変更され得る。また、同様に、眼カメラ４６の数も適宜変更され得る。

また、上述の各実施例では、眼カメラ４６からの画像を基に人やポスター等の物体の位置を検出しているが、可能であれば全方位カメラ２６からの画像を用いて物体の位置を検出するようにしてもよい。

また、上述の各実施例では、物体の位置を検出して眼球部７６または頭部１２の変位制御を行うようにしているが、たとえば、物体の方位を検出したり、画像の時間差分が生じた領域（移動していそうな物体が存在すると考えられる。）を検出したりすること等によって、物体を検出して、そこを向くように眼球部７６または頭部１２等の変位制御を行うようにしてもよい。

また、上述の各実施例では、眼球部７６は眼カメラ４６を含んで構成されたが、場合によっては、眼カメラ４６は頭部４２の他の部分等の眼球部７６以外の部分に設けられてもよい。この場合は、眼球部７６はカメラがないため視覚器ではなくなり、見かけ上の眼を表す部分ないしダミーとなるが、眼球部７６は目に相当する位置に設けられて、ロボット１０の眼であると外観上認識されるように構成されているので、ロボット１０とコミュニケートする人にとっては特には問題ないであろう。

なお、上述の各実施例では、物体に目や顔を向けるのみであったが、場合によってはたとえば腕部分等を用いて物体方向を指すなどの動作を目の動きと組み合わせるようにしてもよい。つまり、右腕モータ６２および左腕モータ６４等の適宜な軸のモータに対して必要な角度データを与えることによって、たとえばポスター等の物体の方向を前腕の先端部（手）で指し示すような紹介動作等をさらに組み合わせて行うようにしてもよい。

この発明の一実施例の全体構成を示す正面図である。 図１実施例の頭部を拡大して示す正面図である。 図１実施例の眼球部の変位を示す正面図である。 図１実施例を示すブロック図である。 図１実施例における動作の一部を示すフロー図である。 図１実施例における動作の他の一部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 …下部胴体
２２ …上部胴体
４０ …首関節
４２ …頭部
４６，４６Ｒ，４６Ｌ …眼カメラ
５０ …ＣＰＵ
５４ …メモリ
５６ …モータ制御ボード
５８ …センサ入出力ボード
６０ …音声入出力ボード
６６ …頭部モータ
７６，７６Ｒ，７６Ｌ …眼球部
７８ …右眼球モータ
８０ …左眼球モータ

Claims (7)

1. コミュニケーションを図る機能を備えたコミュニケーションロボットであって、
   胴体、
   前記胴体に首関節を介して取り付けられる頭部、
   前記首関節を制御して前記頭部を変位させる頭部変位手段、
   前記頭部において変位可能に設けられる眼球部、
   前記眼球部の変位を制御する眼球部変位手段、および
   前記頭部が変位されているかどうかを判断する頭部動作判断手段を備え、
   前記眼球部変位手段は、前記頭部動作判断手段によって前記頭部が変位されていると判断されるとき、前記頭部の運動速度に比例する角度データに基づいて前記眼球部の変位を制御する、コミュニケーションロボット。
2. 前記頭部変位手段は、所定の方向に前記頭部を変位させる、請求項１記載のコミュニケーションロボット。
3. 対象とする物体を検出する物体検出手段をさらに備え、
   前記頭部変位手段は、前記物体検出手段によって検出された所定の物体の方向を向くように前記頭部を変位させる、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. 前記物体検出手段は、人の顔を検出する、請求項３記載のコミュニケーションロボット。
5. 前記人の顔は特定の人の顔である、請求項４記載のコミュニケーションロボット。
6. 前記物体検出手段はカメラから得られる画像に基づいて前記物体を検出する第１検出手段を含む、請求項３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. 前記胴体に肩を介して変位可能に取り付けられる腕部をさらに備え、
   前記物体検出手段は、前記胴体、前記頭部、前記肩および前記腕部の少なくともいずれか１つの部位に設けられる複数のタッチセンサのうちオン状態の前記タッチセンサを前記物体として検出する第２検出手段を含む、請求項３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。

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