JP6343800B2 - 涼しさを求める自律行動型ロボット - Google Patents
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Description
したがって、人間的・生物的な行動をエミュレートできるロボットであれば、いいかえれば、人間的・生物的な行動を自律的に選択可能なロボットであれば、ロボットへの共感を大きく高めることができると考えられる。
動作判断部は、現在地点よりも低温の地点である冷涼地点を移動目標地点として指定する。
動作判断部は、ロボットの内部温度が所定値以上となるとき、または、内部温度が所定値以上になると推定されるとき、冷房装置またはコントローラが存在する方向を移動方向として設定する。
動作判断部は、ファンの回転速度が所定値以上となるとき、または、ファンの回転速度が所定値以上となると推定されるとき、ユーザから離れる方向に移動方向を設定する。
冷却機構は、所定範囲内にユーザが存在するときには、ファンの回転速度の上限値を、ユーザが存在しないときより低く設定する。
動作判断部は、ユーザの体温が所定値以上であるとき、ユーザを冷涼地点に導くための所定のモーションの実行を駆動機構に指示する。
本実施形態におけるロボット100は、外部環境および内部状態に基づいて行動や仕草(ジェスチャー)を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット100の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。これらについては後述する。
本実施形態のロボット100は、屋内行動が前提とされており、たとえば、オーナー家庭の家屋内を行動範囲とする。以下、ロボット100に関わる人間を「ユーザ」とよび、ロボット100が所属する家庭の構成員となるユーザのことを「オーナー」とよぶ。
生後2ヶ月未満の赤ちゃんの平均体重は男女ともに5キログラム未満である。したがって、ロボット100の総重量が5キログラム以下であれば、ユーザは乳児を抱っこするのと同等の労力でロボット100を抱っこできる。
本実施形態におけるロボット100にとって、抱きかかえることができるというのは重要なコンセプトである。
目110にはカメラが内蔵される。目110は、液晶素子または有機EL素子による画像表示も可能である。ロボット100は、目110に内蔵されるカメラのほか、集音マイクや超音波センサなどさまざまなセンサを搭載する。また、スピーカーを内蔵し、簡単な音声を発することもできる。
ロボット100の頭部にはツノ112が取り付けられる。上述のようにロボット100は軽量であるため、ユーザはツノ112をつかむことでロボット100を持ち上げることも可能である。
ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ114(外部センサ114a、114b、・・・、114n)が設置される。外部センサ114は、家屋の壁面に固定されてもよいし、床に載置されてもよい。サーバ200には、外部センサ114の位置座標が登録される。位置座標は、ロボット100の行動範囲として想定される家屋内においてx,y座標として定義される。
外部センサ114はロボット100の感覚器を補強するためのものであり、サーバ200はロボット100の頭脳を補強するためのものである。
もちろん、ロボット100が自らの位置座標を定期的にサーバ200に送信する方式でもよい。
感情マップ116は、サーバ200に格納されるデータテーブルである。ロボット100は、感情マップ116にしたがって行動選択する。図3に示す感情マップ116は、ロボット100の場所に対する好悪感情の大きさを示す。感情マップ116のx軸とy軸は、二次元空間座標を示す。z軸は、好悪感情の大きさを示す。z値が正値のときにはその場所に対する好感が高く、z値が負値のときにはその場所を嫌悪していることを示す。
ロボット100がどのような場所を好むかという定義は任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が好む場所を好意地点として設定することが望ましい。
ロボット100がどのような場所を嫌うかという定義も任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が怖がる場所を嫌悪地点として設定することが望ましい。
あるいは、ビーコンID=1の外部センサ114は、ロボット探索信号を複数方向に送信し、ロボット100はロボット探索信号を受信したときロボット返答信号を返す。これにより、サーバ200は、ロボット100がどの外部センサ114からどの方向のどのくらいの距離にいるかを把握してもよい。また、別の実施の形態では、車輪102の回転数からロボット100の移動距離を算出して、現在位置を特定してもよいし、カメラから得られる画像に基づいて現在位置を特定してもよい。
図3に示す感情マップ116が与えられた場合、ロボット100は好意地点(座標P1)に引き寄せられる方向、嫌悪地点(座標P2)から離れる方向に移動する。
ロボット100は、内部センサ128、通信機126、記憶装置124、プロセッサ122、駆動機構120およびバッテリー118を含む。各ユニットは電源線130および信号線132により互いに接続される。バッテリー118は、電源線130を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線132により制御信号を送受する。バッテリー118は、リチウムイオン二次電池などの二次電池であり、ロボット100の動力源である。
このほかには、表示器やスピーカーなども搭載される。
上述のように、ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。ロボット100およびサーバ200の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
ロボット100の機能の一部はサーバ200により実現されてもよいし、サーバ200の機能の一部または全部はロボット100により実現されてもよい。
サーバ200は、通信部204、データ処理部202およびデータ格納部206を含む。通信部204は、外部センサ114およびロボット100との通信処理を担当する。データ格納部206は各種データを格納する。データ処理部202は、通信部204により取得されたデータおよびデータ格納部206に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部202は、通信部204およびデータ格納部206のインタフェースとしても機能する。
ロボット100は、大量の画像情報やその他のセンシング情報から得られる身体的特徴および行動的特徴に基づいて、高い頻度で出現するユーザを「オーナー」としてクラスタリングする。
本実施形態においては、身体的特徴と行動的特徴からユーザをクラスタリングし、ディープラーニング(多層型のニューラルネットワーク)によってユーザを識別する。詳細は後述する。
位置管理部208は、ロボット100の位置座標を、図2を用いて説明した方法にて特定する。位置管理部208はユーザの位置座標もリアルタイムで追跡してもよい。
マップ管理部210は、複数の行動マップのいずれかを選択してもよいし、複数の行動マップのz値を加重平均してもよい。たとえば、行動マップAでは座標R1、座標R2におけるz値が4と3であり、行動マップBでは座標R1、座標R2におけるz値が−1と3であるとする。単純平均の場合、座標R1の合計z値は4−1=3、座標R2の合計z値は3+3=6であるから、ロボット100は座標R1ではなく座標R2の方向に向かう。
行動マップAを行動マップBの5倍重視するときには、座標R1の合計z値は4×5−1=19、座標R2の合計z値は3×5+3=18であるから、ロボット100は座標R1の方向に向かう。
なお、人物認識部214は、人物以外、たとえば、ペットである猫や犬についても特徴抽出を行う。以下、ユーザ、または、オーナーとは、人に限らず、ペットも含まれるものとして説明する。
快・不快行為は、ユーザの応対行為が、生物として心地よいものであるか不快なものであるかにより判別される。たとえば、抱っこされることはロボット100にとって快行為であり、蹴られることはロボット100にとって不快行為である。肯定・否定反応は、ユーザの応対行為が、ユーザの快感情を示すものか不快感情を示すものであるかにより判別される。たとえば、抱っこされることはユーザの快感情を示す肯定反応であり、蹴られることはユーザの不快感情を示す否定反応である。
ロボット100は、通信部142、データ処理部136、データ格納部148、駆動機構120、内部センサ128および冷却機構162を含む。
通信部142は、通信機126(図4参照)に該当し、外部センサ114およびサーバ200との通信処理を担当する。データ格納部148は各種データを格納する。データ格納部148は、記憶装置124(図4参照)に該当する。データ処理部136は、通信部142により取得されたデータおよびデータ格納部148に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部136は、プロセッサ122およびプロセッサ122により実行されるコンピュータプログラムに該当する。データ処理部136は、通信部142、内部センサ128、駆動機構120およびデータ格納部148のインタフェースとしても機能する。
温度検出部152は、ユーザの体温や周辺温度を測定する。温度検出部152は、放射温度計やサーモグラフィーなど非接触型温度センサと、サーミスタや測温抵抗体、熱電対、IC温度センサなどの接触型温度センサを含む。
サーバ200の動作パターン格納部160においては、動作IDと動作の選択条件が対応づけられる。たとえば、不快行為を検出したときの動作パターンAの選択確率が動作IDと対応づけて記録される。サーバ200の行動判断部236は、このような選択条件に基づいて動作パターンを選択する。
駆動機構120は、移動駆動部144と行動駆動部146を含む。移動判断部138は、サーバ200の移動判断部234とともにロボット100の移動方向を決める。行動マップに基づく移動をサーバ200で決定し、障害物をよけるなどの即時的移動をロボット100の移動判断部138により決定してもよい。移動駆動部144は、移動判断部138の指示にしたがって車輪102を駆動することで、ロボット100を移動目標地点に向かわせる。
ロボット100の移動方向の大枠を決めるのは行動マップであるが、ロボット100は親密度に対応した行動も可能である。
認識部156は、内蔵カメラ(内部センサ128)により定期的に外界を撮像し、人やペットなどの移動物体であるユーザを検出する。これらの特徴はサーバ200に送信され、サーバ200の人物認識部214は移動物体の身体的特徴を抽出する。また、ユーザの匂いやユーザの声も検出する。匂いや音(声)は既知の方法にて複数種類に分類される。また、温度検出部152により、触られたときの温度も検出できる。
検出・分析・判定を含む一連の認識処理は、サーバ200の認識部212だけで行ってもよいし、ロボット100の認識部156だけで行ってもよいし、双方が役割分担をしながら上記認識処理を実行してもよい。
認識部156により認識された応対行為に応じて、サーバ200の親密度管理部220はユーザに対する親密度を変化させる。原則的には、快行為を行ったユーザに対する親密度は高まり、不快行為を行ったユーザに対する親密度は低下する。
以上は、簡単な設例であるが、上述の方法により、父親に対応する第1のプロファイルと母親に対応する第2のプロファイルが形成され、この家には少なくとも2人のユーザ(オーナー)がいることをロボット100は認識する。
このとき、サーバ200の人物認識部214は、ロボット100から得られる画像等のセンシング情報から特徴抽出を行い、ディーブラーニング(多層型ニューラルネットワーク)により、ロボット100の近くにいる移動物体がどのクラスタに該当するかを判断する。たとえば、ひげが生えている移動物体を検出したとき、この移動物体は父親である確率が高い。この移動物体が早朝行動していれば、父親に該当することはいっそう確実である。一方、メガネをかけている移動物体を検出したときには、この移動物体は母親である可能性もある。この移動物体にひげが生えていれば、母親ではなく父親でもないので、クラスタ分析されていない新しい人物であると判定する。
特徴抽出によるクラスタの形成(クラスタ分析)と、特徴抽出にともなうクラスタへの当てはめ(ディープラーニング)は同時並行的に実行されてもよい。
移動物体(ユーザ)からどのような行為をされるかによってそのユーザに対する親密度が変化する。
ロボット100の撮影画像に幼児が検出された場合、幼児はロボット100に「視認」される。より具体的には、撮影画像から得られる特徴情報と撮影時にニオイセンサ等から得られる他の特徴情報に基づくディープラーニングにより、検出した移動物体の特徴が幼児のクラスタ(プロファイル)に一致すると判定したとき、視認判定となる。視認判定がなされると、親密度管理部220は幼児の親密度をアップさせる。検出頻度が高いユーザほど親密度が高くなりやすい。
このような制御方法により、よく出会う人について親近感をいだきやすい、という生物的行動をエミュレートする。
単なる検出に限らず、「目が合う」ときに親密度が高くなるとしてもよい。ロボット100の認識部156は、正対するユーザの顔画像を認識し、その顔画像から視線方向を認識し、視線方向が自らに向けられている時間が所定時間以上であるとき、「目が合った」と認識してもよい。
ロボット100がユーザを視認し、かつ、ユーザからのタッチ(物理的接触)を検出したときには、ユーザからロボット100に対する興味を示されたと判定し、親密度はアップする。たとえば、母親に触られたとき、親密度管理部220は母親の親密度をアップさせる。ロボット100は、圧電ファブリックによって外殻を覆うことにより、自らに対するタッチを検出してもよい。温度センサにより、ユーザの体温を検知することでタッチを検出してもよい。ロボット100が抱っこを検出したときには、ロボット100に対する強い親愛が示されたとして、親密度を大きくアップさせてもよい。
一方、蹴られる、叩かれる、ツノ112を掴まれるなどの乱暴行為を検出したときには、親密度管理部220は親密度をダウンさせる。たとえば、幼児に放り投げられたときには、親密度管理部220は幼児に対する親密度を大幅に低下させる。
このような制御方法により、ソフトにタッチしてくれる人には親近感を抱きやすいが乱暴な人は嫌う、という生物的行動をエミュレートする。
ロボット100は、自らに向けられた声を検出したときにも親密度を変化させる。たとえば、自分の名前や親愛用語を所定の音量範囲にて検出したとき、親愛度はアップする。親愛用語として「かわいい」「おもしろい」「おいで」のようにあらかじめ典型的な用語パターンを登録しておき、音声認識により親愛用語か否かを判定してもよい。一方、通常の音量範囲を超えた大音量で声を掛けられたときには親密度をダウンさせてもよい。大声で叱られたとき、びっくりさせられたときには親愛度は低下する。
また、嫌悪用語をかけられたときには、親愛度を低下させてもよい。嫌悪用語として、「こら」「くるな」「あっちへいけ」「ばか」のようにあらかじめ典型的な用語パターンを登録しておき、音声認識によって嫌悪用語か否かを判定してもよい。
(1)親密度が非常に高いクラスタ
ロボット100は、ユーザに近づき(以下、「近接行動」とよぶ)、かつ、人に好意を示す仕草としてあらかじめ定義される愛情仕草を行うことで親愛の情を強く表現する。
(2)親密度が比較的高いクラスタ
ロボット100は、近接行動のみを行う。
(3)親密度が比較的低いクラスタ
ロボット100は特段のアクションを行わない。
(4)親密度が特に低いクラスタ
ロボット100は、離脱行動を行う。
ロボット100は、外気を取り込むことでCPUなどの発熱部材を冷却する。外気温が低いほど発熱部材を冷やしやすくなり、ファンなどの強制的に空気を循環させる装置の動作レベルを抑制できる。一般に、冷却装置の動作レベルが高まれば、ファンの回転数があがり、騒音が増す。生物的な行動特性をエミュレートするロボット100にとっては、冷却時の騒音は「機械」を感じさせてしまうことになり、極力抑えることが好ましい。そこで、本実施の形態におけるロボット100は、冷却のために発生する機械的な騒音を極力減らすように、涼しい場所へ自ら移動する機能を備える。
本実施形態におけるロボット100の移動可能範囲は、図6に示される屋内全体である。屋内の各部に外部センサ114が設置されている。ロボット100は、屋内を動くとき、定期的に室温(周辺温度)を計測する。温度マップ管理部226は、室温と計測地点の位置座標を対応付けることで移動可能範囲における周辺温度分布を示す温度マップを作成する。温度マップは、室温と位置座標を対応付ける情報であり、温度マップにより高温領域170と低温領域172が特定される。高温領域170は、室温が閾値M1以上の領域であり、高温領域170は室温が閾値M2未満(M2≦M1)である。
高温領域170は、たとえば、窓際や電化製品などの発熱体の近くが考えられる。低温領域172は、エアコンディショナーの風があたる場所や物陰などが考えられる。
サーバ200は、移動目標地点(冷涼地点C)とそのためのルートR1をロボット100に通知し、ロボット100はルートR1を通って冷涼地点Cに向かう。
室温は、時間によって変化する。図7は、6:00〜9:00の温度マップ180a、9:00〜12:00の温度マップ180b、12:00〜15:00の温度マップ180cの3つの時間帯の温度マップ180を示す。
ロボットシステム300は、移動開始時点の時間帯に応じた温度マップ180を参照することで冷涼地点Cを適切に特定できる。
内部センサ128は、定期的にロボット100の内部温度を計測する。図8に示す処理は、内部温度の計測タイミングにおいて繰り返し実行される。内部温度tが、所定の閾値T1よりも大きいとき(S10のY)、移動判断部234は温度マップ180を参照して冷涼地点Cをサーチする(S14)。
内部温度tが閾値T1以下で(S10のN)、かつ、内部温度の変化率Δtが閾値T2以下のときには(S12のN)、ロボット100は冷涼地点Cへ移動しない。
図8は、複数の行動マップのうち、温度マップ180のみに基づく移動特性を模式的に示すフローチャートである。
1以上の行動マップによりパターン化できず予測しづらい、かつ、生物的な行動選択を表現している。このような方法により生物的な行動選択をエミュレートする。
生物の行動はさまざまな要因の影響を受けるが、室温はその一つである。生物は体温が上昇すると、日陰に移動するなどして体温上昇を抑制しようとする。本実施形態におけるロボット100も、内部温度、特に、バッテリー118やプロセッサ122などの発熱源付近の温度が上昇したときには、自ら冷涼地点Cを探して自律的に移動する。このため、ロボット100において生物的な行動特性を表現できる。
ロボット100やサーバ200以外の第3の装置が、機能の一部を担ってもよい。図5において説明したロボット100の各機能とサーバ200の各機能の集合体は大局的には1つの「ロボット」として把握することも可能である。1つまたは複数のハードウェアに対して、本発明を実現するために必要な複数の機能をどのように配分するかは、各ハードウェアの処理能力やロボットシステム300に求められる仕様等に鑑みて決定されればよい。
同様にして、あらかじめ1以上の冷涼地点Cが「先天的知識」としてサーバ200において初期設定されてもよい。たとえば、ソファの後ろや寝室を冷涼地点Cとしてあらかじめ設定してもよい。ロボット100は、このように決められた冷涼地点Cを「現在地点よりも低温の地点」と推定して行動してもよい。
なお、冷却機構162はファンに限られるものではなく、ロボット100の内部の空気を排出し、外部の空気を取り込む機構であればよい。
サーバ200は、温度マップ180に基づいて、各移動ルートのルート温度を推定する。そして、ルート温度の低い移動ルートを優先的に選択する。ここで「優先的に選択する」とは、ルート温度の低い移動ルートほど高い確率にて選択することであってもよい。
外部センサ114は、温度センサを内蔵してもよい。そして、温度マップ管理部226は、複数の外部センサ114から得られる温度情報により、温度マップ180を形成・更新してもよい。
変形例1のロボットシステム300において、通信部142は冷涼報知部154を含む。冷涼報知部154は、他のロボットに対して後述の「冷涼報知」を行う。内部センサ128は、体温検出部164を含む。体温検出部164は、ユーザまたは他のロボットの温度(体温)を検出する。体温検出部164は、放射温度計やサーモグラフィーなど非接触型温度センサと、サーミスタや測温抵抗体、熱電対、IC温度センサなどの接触型温度センサを含む。温度検出部152が体温検出部164の機能を兼用してもよい。
以下、いつ、どのモーションを選ぶか、モーションを実現する上での各アクチュエータの出力調整など、ロボット100の行動制御に関わる設定のことを「行動特性」と総称する。ロボット100の行動特性は、モーション選択アルゴリズム、モーションの選択確率、モーションファイル等により定義される。
Claims (14)
- 移動方向を指定する動作判断部と、
前記動作判断部により指定された移動を実行する駆動機構と、を備え、
前記動作判断部は、現在地点よりも低温の地点である冷涼地点を移動目標地点として指定し、前記移動目標地点に到達可能な複数のルートのうち、低温と推定されるルートを優先的に選択することを特徴とする自律行動型ロボット。 - 周辺温度を検出する温度検出部、を更に備え、
前記動作判断部は、検出された周辺温度に基づいて冷涼地点を特定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。 - 前記動作判断部は、ロボットの移動可能範囲における周辺温度分布を示す温度マップを参照することにより、冷涼地点を特定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。
- 周辺温度を検出する温度検出部と、
前記検出された周辺温度に基づいて、前記温度マップを作成する温度マップ形成部と、を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の自律行動型ロボット。 - 前記温度マップ形成部は、時間帯に応じて温度マップを作成することを特徴とする請求項4に記載の自律行動型ロボット。
- 前記動作判断部は、内部温度が所定値以上となるとき、または、内部温度が所定値以上となると推定されるとき、冷涼地点を移動目標地点として設定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。
- 前記動作判断部は、筐体内部の冷却機能の動作レベルが所定値以上となるとき、または、動作レベルが所定値以上になると推定されるとき、冷涼地点を移動目標地点として設定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。
- 前記冷却機能として、内部温度に基づいて、ファンの回転速度を変化させる冷却機構、を含み、
前記動作判断部は、ファンの回転速度が所定値以上となるとき、または、ファンの回転速度が所定値以上となると推定されるとき、ユーザから離れる方向に移動方向を設定することを特徴とする請求項7に記載の自律行動型ロボット。 - 前記冷却機構は、ロボットから所定範囲内にユーザが存在するときには、ファンの回転速度の上限値を、ユーザが存在しないときより低く設定することを特徴とする請求項8に記載の自律行動型ロボット。
- 移動物体の体温を検出する体温検出部、を更に備え、
前記動作判断部は、前記移動物体の体温が所定値以上であるとき、前記移動物体を冷涼地点に導くための所定のモーションの実行を前記駆動機構に指示することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の自律行動型ロボット。 - 他のロボットの温度を検出する体温検出部と、
前記他のロボットの温度が所定値以上であるとき、冷涼地点を前記他のロボットに通知する冷涼報知部と、を更に備えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の自律行動型ロボット。 - 前記動作判断部は、所定の閾値温度よりも高温の領域を通過するときには、前記閾値温度よりも低温の領域を通過するときよりも移動速度を高く設定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。
- 前記動作判断部は、冷涼地点が見つからない場合に、外部にある冷房装置または前記冷房装置のコントローラのある方向を移動方向として設定することを特徴とする請求項1に記載の自律行動型ロボット。
- 現在地点よりも低温の地点である冷涼地点を移動目標地点として指定する機能と、
前記移動目標地点に到達可能な複数のルートのうち、低温と推定されるルートを優先的に選択する機能と、
前記指定された移動を駆動機構に指示する機能と、を自律行動型ロボットに発揮させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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