JP6436548B2 - 自律行動型ロボット - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係るロボット100の外観を表す図である。図1(a)は正面図であり、図1(b)は側面図である。
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。
図2に示すように、ロボット100のボディ104は、ベースフレーム308、本体フレーム310、一対のホイールカバー312および外皮314を含む。ベースフレーム308は、金属からなり、ボディ104の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム308は、アッパープレート332とロアプレート334とを複数のサイドプレート336により上下に連結して構成される。複数のサイドプレート336間には通気が可能となるよう、十分な間隔が設けられている。ベースフレーム308の内方には、バッテリー118、制御装置342および各種アクチュエータ等が収容されている。
図4は、車輪収納動作を模式的に示す図である。図4(a)は側面図であり、図4(b)は正面図である。図中点線は車輪が収納スペースSから進出して走行可能な状態を示し、図中実線は車輪が収納スペースSに収納された状態を示す。
駆動回路620のスイッチがオンからオフにされると、図5(a)に示すように、形状記憶合金線610が弛緩伸長する(実線矢印参照)。それにより、外皮314が元の状態に膨らみ、本体フレーム310の内圧が負圧になる。その結果、吸気弁352が開弁し、ボディ104の内部に外気が導入される(二点鎖線矢印参照)。このとき、排気弁362は閉じた状態を保つ。外観上は、ロボット100の胴部が膨らみ、手106がやや押し上げられる状態となる。
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。
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。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。
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、通信部142、データ処理部136、データ格納部148、駆動機構120および内部センサ128を含む。通信部142は、通信機126(図8参照)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8参照)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。
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。
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。
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。
一般的なロボットは、運搬のために持ち上げられることはあっても、ユーザに愛情をもって抱き上げられることは想定されていない。ロボットにいかに生物的な行動をさせようとも、所詮は機械であるという固定観念が設計者にあるからである。ロボット100ではその固定観念が取り除かれ、ユーザに抱っこされることを想定した設計がなされている。上述した車輪収納機能がその一つである。
一般的なロボットには、ファンなどの強制的に空気を循環させる装置が搭載される。しかしながら、生物的な行動特性をエミュレートするロボット100において、ファンの作動音はユーザに「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、本実施形態のロボット100は、CPUなどの発熱部品の冷却のために発生する機械的な騒音を極力減らすよう、膨縮駆動機構372を駆動してボディ104内に外気を取り込み、内部の空気を排出させる。上述のように、ロボット100の膨縮動作は外観上、生物の呼吸のようにみえるため、ロボット100をより生物(生命体)に近いものと感じさせることができる。
本図の処理は、所定の制御周期にて繰り返し実行される。内部センサ128は、定期的にロボット100の内部温度や室温(周辺温度)を計測する。認識部156によりユーザが近くにいることが検出されると(S10のY)、車輪収納状態でなければ(S12のN)、行動判断部140が行動駆動部146に車輪収納指示を出す(S14)。それにより、車輪(前輪102および後輪103)がボディ104に収納され、ロボット100が床面にお座りした状態となる。既に車輪が収納されていれば(S12のY)、S14の処理をスキップする。
[第2実施形態]
図11は、第2実施形態に係るロボット500の構成および動作を表す模式図である。図11(a)は側面図であり、図11(b)は正面図である。図中点線は車輪が収納スペースSから進出して走行可能な状態を示し、図中実線は車輪が収納スペースSに収納された状態を示す。
図12は、第3実施形態に係るロボット600の構成および動作を表す図である。図12(a)は車輪(前輪102,後輪103)が収納スペースSから進出して走行可能な状態を示し、図12(b)は車輪が収納スペースSに収納された状態を示す。
Claims (12)
- ボディと、
移動時の接地面を有する移動機構と、
内部および外部の少なくともいずれかの状態を検出するセンサと、
前記センサの検出情報に基づいて、予め定める収納条件が成立したか否かを判断する収納条件判断部と、
前記収納条件が成立すると、前記ボディに設けた収納スペースへ前記移動機構を退避させる駆動機構と、
を備えることを特徴とする自律行動型ロボット。 - 前記移動機構が車輪であ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。
- 前記センサの検出情報に基づいて、予め定める駆動条件が成立したか否かを判断する駆動条件判断部を備え、
前記駆動機構は、前記移動機構が前記収納スペースに収納された状態で前記駆動条件が成立すると、前記移動機構を前記収納スペースにて駆動することを特徴とする請求項1または2に記載の自律行動型ロボット。 - 抱き上げられたことを判定する抱き上げ判定部を備え、
前記駆動機構は、抱き上げられたと判定されて前記駆動条件が成立したときに、前記移動機構を駆動す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。 - 前記ボディは、前記移動機構が非接地状態にて前記収納スペースに収納されたときに接地する接地底面を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の自律行動型ロボット。
- ユーザが近くにいることを検出する認識部を備え、
前記収納条件として、ユーザが近くにいることが検出されることが含まれることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の自律行動型ロボット。 - ユーザの応対行為を認識する応対認識部と、
前記応対行為に応じてユーザに対する親密度を変化させるとともに管理する親密度管理部と、
管理された情報に基づき、応対するユーザの親密度を判定する親密度判断部を備え、
前記駆動機構は、前記移動機構が前記収納スペースに収納された状態で抱き上げられたと判定された場合、その収納状態での前記移動機構の駆動有無又は駆動態様をユーザの親密度に応じて変化させ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。 - 前記移動機構が収納された状態で前記収納スペースを開閉するカバーと、
前記収納スペースの開閉を検出するセンサと、
を備え、
前記駆動条件として、前記収納スペースが閉じられていることが含まれ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。 - 当該ロボットの落下を判定する落下判定部と、
当該ロボットの落下中の体勢を検出する体勢検出部と、
を備え、
当該ロボットの特定部位がアプローチポイントとして設定され、
前記駆動機構は、落下が判定されたときに検出される体勢に基づき、前記アプローチポイントが最初に接地するようにその体勢をバランスさせるよう、前記移動機構を駆動することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の自律行動型ロボット。 - 当該ロボットの落下を判定する落下判定部を備え、
前記駆動機構は、前記移動機構が前記収納スペースに収納された状態で落下が判定されたときに、前記移動機構を前記収納スペースから外部へ進出させることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の自律行動型ロボット。 - ボディと、
抱き上げられたことを判定する抱き上げ判定部と、
内部および外部の少なくともいずれかの状態を検出するセンサと、
前記センサの検出情報に基づいて、予め定める駆動条件が成立したか否かを判断する駆動条件判断部と、
抱き上げられたと判定されて所定の駆動条件が成立すると、抱き上げられた状態のまま前記ボディの体勢を変化させるよう駆動する駆動機構と、
抱き上げ状態の継続時間を計測する計時部と、
を備え、
前記駆動条件判断部は、前記センサの検出情報にかかわらず、前記継続時間が予め定める基準時間を経過したときに前記駆動条件が成立したと判断することを特徴とする自律行動型ロボット。 - ボディと、
抱き上げられたことを判定する抱き上げ判定部と、
抱き上げられたと判定されて所定の駆動条件が成立すると、前記ボディの体勢を変化させるよう駆動する駆動機構と、
前記ボディの内部温度を検出する温度センサと、を備え、
前記ボディの内部温度が予め定める判定基準値を超えたとき、または判定基準を超えると判定されるときに前記駆動条件が成立することを特徴とする自律行動型ロボット。
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