JP4873607B2 - 皮膚センサを有する電子機器 - Google Patents

Description

この発明は皮膚センサを有する電子機器に関し、特にたとえば、コミュニケーションロボットのように全身に分布する皮膚センサを用いてたとえば人間の触行動を認識する、皮膚センサを有する電子機器に関する。

非特許文献１では、触覚情報を出力するピエゾセンサ（触覚センサ）を全身に配置したコミュニケーションロボットを用いて、人間のロボットに対する代表的な触り方の抽出および認識を行っている。ここでは、触覚センサからの出力を抽出した後、この出力ベクトルをＩＳＯＤＡＴＡ法によりクラスタリングし、クラスタ核を得る。様々な触り方における触覚センサ出力の時系列データを、最近近傍法を用いてこのクラスタ核の遷移データに変換する。この遷移データどうしの距離をＤＰマッチングを用いて求め、この距離情報によりクラスタリングする、という方法を用いている。
田近太一，宮下敬宏，石黒浩、"ヒューマノイドの触覚を用いた人間の特徴的動作の抽出"、平成１６年度 情報処理学会関西支部 支部大会 講演論文集，ｐｐ．１１７−１２０

しかし、非特許文献１の方法では、人間のロボットに対する触り方は細かく識別はできるが、上記のように、触覚センサ出力の時系列データを圧縮し、クラスタリング等を行うという複雑なコンピュータ処理が必要となる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、複雑なコンピュータ処理を行うことなく、皮膚センサを用いて人間の接触状態を識別できる、皮膚センサを有する電子機器を提供することである。

請求項１の発明は、柔らかい素材に埋め込まれた皮膚センサを有する電子機器であって、皮膚センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換して源信号を出力するＡ／Ｄ変換手段、源信号にハイパスフィルタ処理を施してハイパス信号を出力するハイパスフィルタ手段、および源信号およびハイパス信号のレベルに基づいて皮膚センサに対する接触状態を識別する識別手段を備える、電子機器である。

請求項１の発明では、電子機器はたとえばコミュニケーションロボット（１０：実施例で相当する部分を示す参照符号。以下同じ。）であり、コミュニケーションロボットは、皮膚センサ（５８，５０１−５４８）を有し、各皮膚センサからのセンサ信号はＡ／Ｄ変換手段（７６）によって、源信号として取り出される。この源信号は、たとえばいくつかの皮膚センサ毎に設けられたＳＨ２マイコン（７４）に与えられる。ハイパスフィルタ手段（９２）として働くこのＳＨ２マイコン（７４）は、この源信号をハイパスフィルタ処理し、ハイパス信号を出力する。そして、識別手段としても機能するＳＨ２マイコン（７４）は、源信号とハイパス信号とに基づいて、人間による接触状態を識別する。一例として、ＳＨ２マイコン（７４）は、源信号およびハイパス信号のレベルによって接触状態を識別する。

請求項２の発明は、請求項１の発明に従属し、その識別手段が源信号の出力が所定以上でかつハイパス信号の出力が所定以上のとき、叩かれていると判断し、源信号の出力が所定以上でかつハイパス信号の出力が所定未満のとき、撫でられていると判断する、電子機器である。

請求項２の発明では、源信号のレベルとハイパス信号のレベルとの組み合わせで接触状態を識別する。人間が触っているときには、皮膚センサの出力すなわち源信号のレベルは比較的大きい。また、叩いたか撫でたかに応じてハイパス信号のレベルが異なる。従って、識別手段（７４）は、源信号およびハイパス信号がともに所定レベル以上のとき、叩かれたと判断し、源信号は所定レベル以上であるが、ハイパス信号が所定レベル未満のときには撫でられていると判断する。

請求項３の発明は、請求項１および請求項２に従属する電子機器であり、さらに、源信号にバンドパスフィルタ処理を施してバンドパス信号を出力するバンドパスフィルタ手段を備え、識別手段は、源信号およびバンドパス信号に基づいて皮膚センサに対する接触状態を識別する。

請求項３の発明では、バンドパスフィルタ手段（９４）として働くＳＨ２マイコン（７４）が源信号をバンドパスフィルタ処理し、バンドパス信号を出力する。そして、識別手段すなわちＳＨ２マイコン（７４）は、源信号とバンドパス信号とに基づいて、人間による接触状態を識別する。一例としてＳＨ２マイコン（７４）は、源信号およびバンドパス信号のレベルによって接触状態を識別する。

請求項４の発明は、請求項３の発明に従属し、識別手段が、源信号の出力が所定未満でかつバンドパス信号の出力が所定以上のとき、手を添えられていると判断し、源信号の出力が所定未満でかつバンドパス信号の出力が所定未満のとき、接触はないと判断する、電子機器である。

請求項４の発明では、源信号のレベルとバンドパス信号のレベルとの組み合わせで接触状態を識別する。人間が手を添えているだけもしくは接触がないときには、皮膚センサの出力すなわち源信号のレベルは比較的小さい。また、手を添えているか無接触かに応じてバンドパス信号のレベルが異なる。従って、識別手段（７４）は、源信号は所定レベル以下であるが、バンドパス信号が所定レベル以上のとき、手を添えられていると判断し、源信号およびバンドパス信号がともに所定レベル未満のときには接触はないと判断する。

請求項５の発明は、柔らかい素材に埋め込まれた皮膚センサを有する電子機器であって、皮膚センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換して源信号を出力するＡ／Ｄ変換手段、源信号にバンドパスフィルタ処理を施してバンドパス信号を出力するバンドパスフィルタ手段、および源信号およびバンドパス信号のレベルに基づいて皮膚センサに対する接触状態を識別する識別手段を備える、電子機器である。

請求項５の発明では、電子機器はたとえばコミュニケーションロボット（１０：実施例で相当する部分を示す参照符号。以下同じ。）であり、コミュニケーションロボットは、皮膚センサ（５８，５０１−５４８）を有し、各皮膚センサからのセンサ信号はＡ／Ｄ変換手段（７６）によって、源信号として取り出される。この源信号は、たとえばいくつかの皮膚センサ毎に設けられたＳＨ２マイコン（７４）に与えられる。バンドパスフィルタ手段（９４）として働くＳＨ２マイコン（７４）は、この源信号をバンドパス処理し、バンドパス信号を出力する。そして、識別手段としても機能するＳＨ２マイコン（７４）は、源信号とバンドパス信号とに基づいて、人間による接触状態を識別する。一例として、ＳＨ２マイコン（７４））は、源信号およびバンドパス信号のレベルによって接触状態を識別する。

請求項６の発明は、請求項５の発明に従属し、識別手段が源信号の出力が所定未満でかつバンドパス信号の出力が所定以上のとき、手を添えられていると判断し、源信号の出力が所定未満でかつバンドパス信号の出力が所定未満のとき、接触はないと判断する、電子機器である。

請求項６の発明では、源信号のレベルとバンドパス信号のレベルとの組み合わせで接触状態を識別する。人間が手を添えているだけもしくは接触がないときには、皮膚センサの出力すなわち源信号のレベルは比較的小さい。また、手を添えているか無接触かに応じてバンドパス信号のレベルが異なる。従って、識別手段（７４）は、源信号が所定レベル以下であるが、バンドパス信号が所定レベル以上のとき、手を添えられていると判断し、源信号およびバンドパス信号がともに所定レベル未満のときには接触はないと判断する。

この発明によれば、複雑なコンピュータ処理を行うことなく、皮膚センサからの出力信号に簡単な信号処理をするだけで、人間による接触状態を識別することができる。

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「１６」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、多角形柱状のセンサ取付パネル１８が設けられ、このセンサ取付パネル１８の各面には、超音波距離センサ２０が取り付けられる。この実施例ではたとえば２４個の超音波距離センサ２０が周囲３６０度にわたるように設けられる。この超音波距離センサ２０は、センサ取付パネル１８すなわちロボット１０の周囲の主として人間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２０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２０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。

台車１２の上には、人体状部２２が直立するように取り付けられる。このロボット本体としての人体状部２２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２４によって覆われる。人体状部２２は、たとえば鉄板のような筐体（図示せず）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２４は、その筐体上に被せられる。皮膚２４の下の筐体の上部ほぼ中央にはマイク２６が設けられる。このマイク２６は、周囲の音声、特に人間の声を収集するためのものである。

人体状部２２は、右腕２８Ｒおよび左腕２８Ｌを含み、右腕２８Ｒおよび左腕２８Ｌすなわち上腕３０Ｒおよび３０Ｌは、それぞれ、肩関節３２Ｒおよび３２Ｌ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３２Ｒおよび３２Ｌ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３４Ｒおよび３４Ｌによって、前腕３６Ｒおよび３６Ｌが取り付けられ、この前腕３６Ｒおよび３６Ｌには、手３８Ｒおよび３８Ｌが取り付けられる。これら右腕２８Ｒおよび左腕２８Ｌ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２８Ｒおよび左腕２８Ｌ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４０および左腕モータ４２として表される。

人体状部１８の上部には首関節４４を介して頭部４６が、人間の頭と同様に俯仰・回転可能に取付けられる。この３軸の首関節４４は、図４に示す頭部モータ４８によって制御される。頭部４６の前面の「目」に相当する位置には２つの眼カメラ５０が設けられ、この眼カメラ５０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４６の前面の目カメラ５０の下方にはスピーカ５２が設けられる。このスピーカ５２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２２の胴体や頭部４６および腕は上記したようにすべて柔軟な素材からなる皮膚２４に覆われる。この皮膚２４は、図２に示すように、下層のウレタンフォーム５４と、その上に積層される比較的肉厚のシリコンゴム層５６ａおよび比較的肉薄のシリコンゴム層５６ｂとを含む。そして、２つのシリコンゴム層５６ａおよび５６ｂの間に、ピエゾセンサシート（皮膚センサ）５８が埋め込まれる。このピエゾセンサシート５８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）。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。このピエゾフィルムは、圧電フィルム（たとえばＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオロイド））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する。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し、すなわち、電荷があらわれて電位差が生じる。

実施例では、上述のように、発泡ウレタンとシリコンゴムとを使って皮膚２４の柔らかさを得た。シリコ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、重くなりすぎてエネルギ消費量が大きくなるだけでなく、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のシリコンゴムで覆う形を採用することとした。そして、シリコンゴム層を２つにし、それらのシリコンゴム層５６ａおよび５６ｂの間に、上述のピエゾセンサシート５８を埋め込んだ。このとき、内側のシリコンゴム層５６ａを厚く（約１５ｍｍ）し、表面側のシリコンゴム層５６ｂ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、な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。つまり、シリコンゴム層の厚みはロボット１０の構造やパワーによるが、なるべく薄く、しかし変形が伝わり易く、雑音となる振動が伝わり難いものが必要となる。また、この柔らかい皮膚を介して、人との間で触行動によるコミュニケーションを行うことができるので、人に対して安心感を与えて親和性を高めることができるし、触れたりぶつかったりした場合の人のけがを防止して安全性も高めることができる。

なお、皮膚２４の素材は軟性素材であればよく、上述のものに限定されずたとえば他のゴム素材等でもよい。ただし、ピエゾフィルムシートの表面金属薄膜が腐食しない材質で
ある必要がある。また、皮膚２４の厚み（各層の厚み）は、素材によって適宜変更され得る。

上述のピエゾセンサシートすなわち皮膚センサ５８は人体状部２２の全身にわたって埋め込まれ、それによって、人間等が接触することによって皮膚２４に加えられた圧力を圧覚（触覚）情報として検知する。この実施例では、図３に示すように、ロボット１０の全身にわたって４８枚のピエゾセンサシート５０１−５４８を埋め込んだ。つまり、ロボット１０は全身分布型皮膚センサを有するといえる。埋め込み状況（場所）に関しては、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、皮膚センサ５８として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ＣＰＵ６０を含み、このＣＰＵ６０には、バス６２を通して、メモリ６４，モータ制御ボード６６，センサ入力／出力ボード６８およびサウンド入力／出力ボード７０が接続される。

メモリ６４は、図示しないが、ＲＯＭやＨＤＤ、ＲＡＭを含む。ＲＯＭやＨＤＤ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。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６４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５２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各関節軸の角度制御データ等を含む。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る。

モータ制御ボード６６は、たとえばＤＳＰ(Digital Signal Processor) で構成され、
各腕や頭部などの各軸モータを制御する。すなわち、モータ制御ボード６６は、ＣＰＵ６０からの制御データを受け、右肩関節３２Ｒ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３４Ｒ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。）４０の回転角度を調節する。また、モータ制御ボード６６は、左肩関節３２Ｌの３軸と左肘関節３４Ｌ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。）４２の回転角度を調節する。モータ制御ボード６６は、また、頭部４６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。）４８の回転角度を調節する。そして、モータ制御ボード６６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。）１６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１６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１６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６８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ＣＰＵ６０に与える。すなわち、図示しない衝突センサの各々からの接触に関するデータがこのセンサ入力／出力ボード６８を通して、ＣＰＵ６０に入力される。また、眼カメラ５０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６８で所定の処理が施された後、ＣＰＵ６０に入力される。

このセンサ入力／出力ボード６８は、さらに、図５に示すように、基板７２を含み、基板７２には、ＳＨ２マイコン７４が設けられる。ＳＨ２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１６ビット）をビット直列信号として出力する。なお、図５では１つの基板７２だけが図示されるが、実際には、上述の用に多数設けられた皮膚センサを分担するように、複数の図５に示す基板７２が設けられる。

皮膚センサ５８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は、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６０（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を皮膚センサ５８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ＳＨ２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ＣＰＵ６０へ送るようにした。なお、ピエゾフィルムシートの電極の配置の一例として、導体８０ａは皮膚２４の表面側に配置され、導体８０ｂは筐体側に配置される。

実施例では、それぞれが８チャネル１６ビットの２つのＡ／Ｄ変換器７６を用いた。従って、１つの基板７２が１６の皮膚センサ５８を受け持つことができる。基板７２には、１６個のピエゾセンサシートのために１６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間に与えられた皮膚センサ５８からの電圧は、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つの皮膚センサ５８が示されるだけであるが、他の皮膚センサ５８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２２の皮膚２４中には４８個のピエゾセンサシート５０１−５４８が全身にわたって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６０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）を皮膚センサ５８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ＲＳ４２２（規格名）で繋いだ、いわゆるシリアルバスを形成した。

Ａ／Ｄ変換器７６（図５）からはたとえば１６ビットの値が出力されるが、この１６ビットのデータが源信号となる。そして、ＳＨ２マイコン７４は、後述のように、センサ信号すなわちＡ／Ｄ変換器７６からの源信号を信号処理することによって、人間によるそのコミュニケーションロボット１０への接触状態を識別し、その情報をＣＰＵまたはコンピュータ６０に伝達する。したがって、コンピュータ６０は、１つのシリアルポートで全身の皮膚センサ５８への接触状態の識別情報を取り込めるようになっている。

つまり、ＳＨ２マイコン７４は、後述の識別結果、すなわち叩かれているかを「１」または「０」で、撫でられているかを「１」または「０」で、さらには触られているかを「１」または「０」で出力する。そして、各ＳＨ２マイコン７４からは、各皮膚センサあたり８ビットのデータとして、このような識別結果とともに源信号の大きさ(たとえば５ビットで)を、コンピュータ６０に伝送する。

図４に戻って、スピーカ５２にはサウンド入力／出力ボード７０を介して、ＣＰＵ６０から、合成音声データが与えられ、それに応じて、スピーカ５２からはそのデータに従った音声または声が出力される。また、マイク２６からの音声入力が、サウンド入力／出力ボード７０を介して、ＣＰＵ６０に取り込まれる。

また、ＣＰＵ６０には、バス６２を介して通信ＬＡＮボード８８および無線通信装置９０が接続される。通信ＬＡＮボード８８は、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ６０から送られる送信データを無線通信装置９０に与え、無線通信装置９０から送信データを、図示は省略するが、たとえば無線ＬＡＮまたはインター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８８は、無線通信装置９０を介してデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ６０に与える。つまり、この通信ＬＡＮボード８８および無線通信装置９０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。

ところで、コミュニケーションロボットに与えられる触覚刺激を識別する方法はすでに報告されているが（非特許文献１）、複雑なコンピュータ処理を必要としていたので、この発明者らは、もっと簡易に識別する手法はないかを検討する実験を行ったところ、皮膚センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換した源信号の特性が、以下に示すような、人間との接触状態により異なる特徴的な出力レベルおよび周波数特性を示すという実験結果を得た。
例えば、人間との接触がない場合、皮膚センサ５８からの出力はないため、源信号の出力にはわずかなノイズ成分のみが検出される（図６、図７）。

人間に手を添えられているだけの場合、皮膚センサ５８に与えられる圧力変化は小さいため、源信号の出力レベルは低く、たとえば１０００以下のレベルである（図８）。一方、手を添えている人間の体がアンテナの役割をするため、信号には増幅された商用電源のノイズ（５０/６０［Ｈｚ］）が、たとえば１００００以上のレベルで検出される（図９）。

人間に撫でられている場合、人間に手を添えられている場合と比べると皮膚センサ５８にかかる圧力変化は大きいため、たとえば５０００以上の高いレベルの源信号が検出される（図１０）。また、周波数分析の結果を見ると、手を添えられている場合と同様に商用電源のノイズが検出されるが、たとえば７０［Ｈｚ］以上の高周波成分は比較的少なく、たとえば１０００未満のレベルである（図１１）。

人間に叩かれた場合、皮膚センサ５８には大きな圧力変化を生じるため、たとえば１００００以上の高い出力レベルの源信号が検出される（図１２）。また、叩かれたときの衝撃はインパルス性の信号として検出されるため、撫でられたときに比べ、たとえば７０［Ｈｚ］以上の高周波成分を多く含み、たとえば２０００以上のレベルとなる（図１３）。

これらの接触状態により異なる源信号の出力レベルと周波数特性に基づいて、皮膚センサに対する接触状態を識別するためには、源信号にハイパスフィルタ処理またはバンドパスフィルタ処理を施す必要がある。

そこで、この実施例では、図５に示すように、ＳＨ２マイコン７４にハイパスフィルタ９２およびバンドパスフィルタ９４を設けた。つまり、ＳＨ２マイコン７４は、ソフトウェア処理によって、ハイパスフィルタ９２およびバンドパスフィルタ９４の機能を果し、ハイパスフィルタ９２では、上述の特定の周波数、たとえば７０［Ｈｚ］以上の高周波成分を通過させ、それ以下の低周波成分を阻止する。バンドパスフィルタ９４では、特定の周波数帯域、たとえば５０−７０［Ｈｚ］の周波数帯域のみを通過させる。この周波数帯域５０−７０［Ｈｚ］は、アンテナとして働く人体により増幅される商用周波数を含む範囲である。

なお、実施例のようなソフトウェア処理によるハイパスフィルタ９２およびバンドパスフィルタ９４に代えて、これらのフィルタ９２および９４を、たとえばＤＳＰなどのハードウェア回路で構成するようにしてもよい。

この実施例において、具体的な識別動作は、ＳＨ２マイコン７４によって、図１４に示すフロー図に従って行われる。

図１４の最初のステップＳ１では、ＳＨ２マイコン７４は、皮膚センサ５８から得たセンサ信号をＡ／Ｄ変換した源信号のレベルが所定値（たとえば、３０００）以上かどうかを判断し、以上の場合はステップＳ２に進み、未満の場合はステップＳ５に進む。この実施例のコミュニケーションロボット１０において、叩かれている場合あるいは撫でられている場合には、源信号の出力レベルはいずれも大きく、図１２および図１０に示すように、共にたとえば３０００以上である。一方、手を添えられている場合および接触がない場合は、源信号の出力レベルは小さく、図８および図６に示すように、共にたとえば３０００未満である。

次に、ステップＳ２では、源信号を、たとえば７０［Ｈｚ］以上の周波数領域を通すハイパスフィルタ処理した、ハイパス信号のレベルが所定値（たとえば、１０００）以上かどうか判断する。以上の場合はステップＳ３に進み、未満の場合はステップＳ４に進む。叩かれている場合の源信号の出力は、図１３に示すように、高周波成分を多く含み、そのハイパス信号は、たとえば１０００以上のレベルで検出される。従って、先のステップＳ１で“ＹＥＳ”となりかつステップＳ２でも“ＹＥＳ”と判断したとき、ＳＨ２マイコン７４は、そのときコミュニケーションロボット１０は人間に叩かれていると認識する。

一方、撫でられている場合は、図１１に示すように、高周波成分が少なく、ハイパス信号は、たとえば１０００未満のレベルで検出される。従って、ＳＨ２マイコン７４は、ステップＳ１で“ＹＥＳ”と判断しかつステップＳ２で “ＮＯ”と判断したとき、撫でられていると認識する。

また、ステップＳ５では、源信号を、たとえば５０−７０［Ｈｚ］の周波数帯域を通すバンドパスフィルタ処理した、バンドパス信号のレベルが所定値（たとえば、５０００）以上かどうか判断する。以上の場合はステップＳ６に進み、未満の場合はステップＳ７に進む。手を添えられている場合の源信号の出力は、図９に示すように、５０／６０［Ｈｚ］付近の周波数成分を多く含み、そのバンドパス信号は、たとえば５０００以上のレベルで検出される。従って、ＳＨ２マイコン７４は、ステップＳ１で“ＮＯ”と判断しかつステップＳ５で “ＹＥＳ”と判断したとき、手を添えられていると認識する。

一方、接触がない場合は、図７に示すように、バンドパス信号は、たとえば５０００未満のレベルで検出される。従って、ＳＨ２マイコン７４は、ステップＳ１で“ＮＯ”と判断しかつステップＳ５で “ＮＯ”と判断したとき、接触はないと認識する。

このようにして、ＳＨ２マイコン７４は４種類の接触状態を簡単に信号処理で判別でき、その結果をＣＰＵないしコンピュータ６０に与える。そして、実施例のコミュニケーションロボット１０においては、ＣＰＵないしコンピュータ６０は、そのＳＨ２マイコン７４からの識別情報に従って、該当の接触状態に応じた動作をコミュニケーションロボット１０に行わせる。たとえば、人に触られていないときには、コンピュータ６０は、ロボット１０の発話機構（７０，５２）を用いて、近くの人に、たとえば「こっち向いて」などと話しかける。たとえば、叩かれたときには、コンピュータ６０は、移動機構（６６，１６）を制御して、叩いた人から離れる方向にロボット１０を移動させる。

なお、コミュニケーションロボットの形状、皮膚センサの構造や皮膚センサの数の具体例などは実施例のものに限定されず、適宜変更され得る。ただし、柔らかい素材に圧電素子を埋め込んだもの、すなわち実施例の皮膚２４を全体として皮膚センサと考えることもできる。

また、上述の実施例では、コミュニケーションロボット１０に皮膚センサ５８を設け、その皮膚センサ５８からのセンサ信号を処理することによって、人間による触り方（接触状態）を判別し、その判別した接触状態に応じた動作や処理をするようにした。しかしながら、皮膚センサを有する電子機器としては、この実施例のコミュニケーションロボット１０に限らず、種々の電子機器、たとえば、おもちゃ、携帯端末、家電製品などが考えられる。

たとえば、ぬいぐるみおもちゃに皮膚センサを被せ、その皮膚センサ出力によって人間によるぬいぐるみへの触り方を識別し、ぬいぐるみおもちゃが、接触状態に応じた発声または発話をするようにすることが考えられる。

たとえば、携帯電話機、あるいは携帯オーディオプレーヤに皮膚センサを被せ、その皮膚センサへの人の触り方に応じて、その携帯電話機や携帯オーディオプレーヤに動作（終話処理、音楽再生停止など）を行わせることも考えられる。

なお、上述の実施例では接触状態の判定を皮膚センサ５８に関連して設けたＳＨ２マイコン７４（図５）で行うようにした。しかしながら、この判定は、コミュニケーションロボット１０のＣＰＵ６０（図４）で行うようにしてもよい。つまり、判定動作はどのコンピュータで実行してもよい。

この発明の一実施例のコミュニケーションロボットを示す図解図である。 図１実施例のコミュニケーションロボット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。 ピエゾセンサシートの配置位置を示す図解図である。 図１実施例のコミュニケーションロボットの電気的構成を示すブロック図である。 図１実施例のコミュニケーションロボットにおけるピエゾセンサシート（皮膚センサ）から検知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１実施例において人と接触がない場合の源信号の出力レベルを示すグラフである。 図１実施例において人と接触がない場合の源信号の周波数特性を示すグラフである。 図１実施例において人に手を添えられている場合の源信号の出力レベルを示すグラフである。 図１実施例において人に手を添えられている場合の源信号周波数特性を示すグラフである。 図１実施例において人に撫でられている場合の源信号の出力レベルを示すグラフである。 図１実施例において人に撫でられている場合の源信号の周波数特性を示すグラフである。 図１実施例において人に叩かれた場合の源信号の出力レベルを示すグラフである。 図１実施例において人に叩かれた場合の源信号の周波数特性を示すグラフである。 図１実施例における接触状態を識別するため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
２２ …人体状部
２４ …皮膚
５８，５０１−５４８ …皮膚センサ（ピエゾセンサシート）
６０ …ＣＰＵ
６４ …メモリ
６８ …センサ入力／出力ボード
７４ …ＳＨ２マイコン
７６ …Ａ／Ｄ変換器
９２ …ハイパスフィルタ
９４ …バンドパスフィルタ

Claims (6)

1. 柔らかい素材に埋め込まれた皮膚センサを有する電子機器であって、
   前記皮膚センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換して源信号を出力するＡ／Ｄ変換手段、
   前記源信号にハイパスフィルタ処理を施してハイパス信号を出力するハイパスフィルタ手段、および
   前記源信号および前記ハイパス信号のレベルに基づいて前記皮膚センサに対する接触状態を識別する識別手段を備える、電子機器。
2. 前記識別手段は、前記源信号の出力が所定以上でかつ前記ハイパス信号の出力が所定以上のとき、叩かれていると判断し、前記源信号の出力が所定以上でかつ前記ハイパス信号の出力が所定未満のとき、撫でられていると判断する、請求項１記載の電子機器。
3. さらに、前記源信号にバンドパスフィルタ処理を施してバンドパス信号を出力するバンドパスフィルタ手段を備え、
   前記識別手段は、前記源信号および前記バンドパス信号に基づいて前記皮膚センサに対する接触状態を識別する、請求項１または請求項２記載の電子機器。
4. 前記識別手段は、前記源信号の出力が所定未満でかつ前記バンドパス信号の出力が所定以上のとき、手を添えられていると判断し、前記源信号の出力が所定未満でかつ前記バンドパス信号の出力が所定未満のとき、接触はないと判断する、請求項３記載の電子機器。
5. 柔らかい素材に埋め込まれた皮膚センサを有する電子機器であって、
   前記皮膚センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換して源信号を出力するＡ／Ｄ変換手段、
   前記源信号にバンドパスフィルタ処理を施してバンドパス信号を出力するバンドパスフィルタ手段、および
   前記源信号および前記バンドパス信号のレベルに基づいて前記皮膚センサに対する接触状態を識別する識別手段を備える、電子機器。
6. 前記識別手段は、前記源信号の出力が所定未満でかつ前記バンドパス信号の出力が所定以上のとき、手を添えられていると判断し、前記源信号の出力が所定未満でかつ前記バンドパス信号の出力が所定未満のとき、接触はないと判断する、請求項５記載の電子機器。

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