JP6468598B2 - コミュニケーション装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、視線の指向性を変更可能なコミュニケーション装置、制御方法及び制御プログラムに関する。

近年、遠隔操作により制御される機械又は自動的に制御される機械を使用して、人とコミュニケーションを行う技術について、様々な研究がおこなわれている。従来は、特に、このような機械とコミュニケーションを行う人が、実際の人と会話をしているかのような感覚を得やすいように、視線の指向性を高める装置が提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。ここで、視線の指向性とは、目（眼球）の動きと目の動きによって人が感じる視線の変化との相関性をいい、目の向きが変化すると視線も目の向きの変化に伴って変化していると人が感じやすい場合、視線の指向性が高いと表現され、目の向きを変化させても視線の変化を感じにくい場合、視線の指向性が低いと表現される。

三澤加奈、石黒祥生、歴本純一、「LiveMask：立体顔形状ディスプレイを用いたテレプレゼンスシステムにおけるコミュニケーションの評価」、情報処理学会 インタラクション ２０１２、２０１２年３月１５日、ｐ４１−４８ 岡島知也、田中一晶、中西英之、「眼球ロボットにより視線を提示するスクリーンの開発」、The 28th Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence, 2014、２０１４年、ｐ１−４

人とコミュニケーションを行う機械の目として指向性が低いものを使用すると、機械の目を見ることができる範囲内において、機械に対する人の位置に関わらず、人はその目の視線を感じやすくなる。つまり、低指向性の視線を使用することにより、不特定多数の人に対して、直視している感覚を同時に与えやすくなる。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、状況に応じたコミュニケーションを実現しやすいコミュニケーション装置、制御方法及び制御プログラムを提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、本発明に係るコミュニケーション装置は、正面側に位置する観察者とコミュニケーションを行うコミュニケーション装置であって、前記正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球と、前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御する制御部とを備える。
また、本発明に係る制御方法は、正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球を備えるコミュニケーション装置により実行される制御方法であって、前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御するステップを含む。
また、本発明に係る制御プログラムは、正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球を備えるコミュニケーション装置に、前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御するステップを実行させる。

上記のように構成された本発明に係るコミュニケーション装置、制御方法及び制御プログラムによれば、状況に応じたコミュニケーションを実現しやすくなる。

本発明の第１実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な正面図である。 本発明の第１実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な上面図である。 本発明の第１実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な右側面図である。 図１のコミュニケーション装置において、眼球部の凹面が正面側に向けられた場合の概略的な右側面図である。 図１の眼球部の凸面が正面側を向いている場合についての説明図である。 図１の眼球部の凹面が正面側を向いている場合についての説明図である。 本発明の第２実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な正面図である。 本発明の第２実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な右側面図である。 図７のコミュニケーション装置における可動部の動作についての説明図である。 本発明の第３実施形態に係るコミュニケーション装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な正面図であり、図２は、本実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な上面図であり、図３は、本実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な右側面図である。コミュニケーション装置１００は、人の目を模したものであり、例えば、人型又は他の形状のロボットの顔に相当する部分に２つ搭載されて、当該ロボットの目として使用されうる。このロボットは、例えば単数又は複数の人とコミュニケーションを行う。ここで、正面は、コミュニケーション装置１００を見る観察者がコミュニケーション装置１００を見る方向である。つまり、観察者は、コミュニケーション装置１００の正面側から見ているため、背面側は見えない。また、コミュニケーション装置１００の背面側は、例えばロボットの顔で覆われていてもよい。

本実施形態に係るコミュニケーション装置１００は、眼球部１１０と、第１のサーボモータ１１１と、第２のサーボモータ１１２と、第３のサーボモータ１１３と、回転軸１１４と、フレーム部１１５とを備える。

眼球部１１０は、半球殻形状に形成されている。つまり、眼球部１１０は、図１において正面から見える表側の球面が突出した球形状になっており、背面から見える裏側の球面が窪んだ球形状になっている。眼球部１１０は、例えば白色の硬質材料で形成されており、眼球部１１０の正面視及び背面視における中央部分は、人の瞳孔及び虹彩を模して、例えば円形に黒色に着色されている。眼球部１１０において黒色に着色された箇所を、以下「黒目」ともいう。眼球部１１０は、回転軸１１４に接着されて支持されている。以下、本明細書において、図１の状態における眼球部１１０の表側の面を凸面、裏側の面を凹面ともいう。

第１のサーボモータ１１１、第２のサーボモータ１１２及び第３のサーボモータ１１３は、それぞれ図示しない駆動部に接続されて、駆動部により駆動される。

第１のサーボモータ１１１及び第２のサーボモータ１１２は、眼球部１１０の球面凸面が正面側を向いている場合における眼球部１１０の方向を変更する。つまり、第１のサーボモータ１１１は、図１に矢印で模式的に示すように、フレーム部１１５を左右方向にそれぞれ９０°回転させることにより、眼球部１１０の左右方向の向きを最大１８０°変更することができる。また、第２のサーボモータ１１２は、図１に矢印で模式的に示すように、回転軸１１４を上下方向にそれぞれ９０°回転させることにより、眼球部１１０の上下方向の向きを最大１８０°変更することができる。第１のサーボモータ１１１及び第２のサーボモータ１１２により、コミュニケーション装置１００における眼球の動きを決定できる。

なお、本実施形態において、第１のサーボモータ１１１及び第２のサーボモータ１１２は、眼球部１１０の凹面が正面側を向いている場合には動作しない。つまり、眼球部１１０の凹面が正面側を向いている場合には、眼球部１１０の向きは変化しない。

第３のサーボモータ１１３は、コミュニケーション装置１００において正面側に向けられる面を変更する。つまり、第３のサーボモータ１１３は、回転軸１１４を１８０°回転させることにより、コミュニケーション装置１００において、正面側に向けられる面を、凸面から凹面へ、又は凹面から凸面へ切り替える。図４は、第３のサーボモータ１１３の切り替えにより、コミュニケーション装置１００において、眼球部１１０の凹面が正面側に向けられた場合の概略的な右側面図である。図３と図４とを比較すると、図３では、凸面が正面側に向けられているのに対し、図４では、凹面が正面側に向けられていることが理解される。なお、第１のサーボモータ１１１又は第２のサーボモータ１１２が３６０°回転可能な場合には、第３のサーボモータ１１３を省略し、第１のサーボモータ１１１又は第２のサーボモータ１１２が凸面と凹面との切り替え機能を有していてもよい。

コミュニケーション装置１００において、上記説明した各機構のうち、眼球部１１０以外の機構は、眼球部１１０の向いている方向を制御する制御部として機能する。

次に、コミュニケーション装置１００において正面を向いている眼球部１１０の面と、視線の指向性との関係について説明する。図５は、眼球部１１０の凸面が正面側を向いている場合についての説明図である。

図５（ａ）は、観察者が眼球部１１０の向いている方向の真正面にいる場合を示す図である。この場合、図５（ａ）に矢印で模式的に示すように、眼球部１１０の黒目が自分の方向を向いているため、観察者は、眼球部１１０が自分の方向を向いていると感じやすい。

これに対し図５（ｂ）は、第１のサーボモータ１１１又は第２のサーボモータ１１２の制御により、眼球部１１０の向いている方向が変化した状態を示す図である。この場合、眼球部１１０の黒目が自分の方向からそれた方向を向いているため、観察者は、眼球部１１０が自分の方向を向いているとは感じにくい。このように、眼球部１１０の凸面がコミュニケーション装置１００の正面側を向いている場合には、視線の指向性が高くなる。

図６は、眼球部１１０の凹面が正面側を向いている場合についての説明図である。上述したように、本実施形態において、眼球部１１０の凹面側が正面側を向いている場合、眼球部１１０の向きは変化しない。

図６（ａ）は、眼球部１１０に対して、観察者が真正面に存在する場合を示す図である。この場合、観察者には、眼球部１１０の中央に黒目が見えており、観察者は、眼球部１１０が自分の方向を向いていると感じやすい。

図６（ｂ）は、眼球部１１０に対して、観察者が真正面から外れた（横の）方向に存在する場合を示す図である。この場合、観察者には、図６（ｂ）に点線で示すように、黒目が、眼球部１１０の凹面上ではなく、凹面から浮き上がった位置に存在するように見える。つまり、観察者は、眼球部１１０の凹面における黒目の位置と観察者の位置との関係に基づいて、黒目が眼球部１１０において観察者側に寄った状態で見える。そのため、観察者は、眼球部１１０が自分の方向を向いていると感じやすい。このように、眼球部１１０が自分の方向を向いていると感じる現象（錯視）は、観察者の位置によらず発生する。そのため、凹面が正面側に向いている場合には、コミュニケーション装置１００の正面側に存在する任意の観察者が、眼球部１１０が自分の方向を向いていると感じやすくなる。このように、眼球部１１０の凹面がコミュニケーション装置１００の正面側を向いている場合には、視線の指向性は低くなる。

図５及び図６を参照して説明したように、眼球部１１０の凸面がコミュニケーション装置１００の正面側を向いている場合には、視線の指向性が高く、眼球部１１０の凹面がコミュニケーション装置１００の正面側を向いている場合には、視線の指向性は低い。コミュニケーション装置１００では、この性質を利用して、制御部が、正面側を向く面を凸面又は凹面に切り替える。例えば、特定の人とコミュニケーションを行う場合や、コミュニケーションを行っている人と視線を共有する共同注視を行う場合には、制御部は、凸面が正面側を向くように制御する。一方、例えばプレゼンテーション等、不特定多数の人に対してコミュニケーションを行う場合には、制御部は、これら不特定多数の人に対して視線を合わせているような感覚を与えやすい凹面が正面を向くように制御する。制御部が行う凸面又は凹面の切り替えは、例えば、制御部が自動的に決定してもよく、コミュニケーション装置１００を含むロボットが話す内容に合わせて予めプログラムされていてもよい。また、凸面又は凹面の切り替えは、例えば遠隔の操作者の操作に基づいて、制御部が行ってもよい。

以上説明したコミュニケーション装置１００は、コミュニケーション装置１００の正面側を向く眼球部１１０の面を切り替えることにより、高指向性の視線と、低指向性の視線との双方を、状況に応じて切り換えることができる。そのため、高指向性の視線により、共同注視や１対１のコミュニケーションを保証しつつ、低指向性の視線により、多人数に対しても、より高い信頼感を持ったコミュニケーションを実現できる。このようにして、コミュニケーション装置１００によれば、状況に応じたコミュニケーションを実現しやすくなる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な正面図であり、図８は、本実施形態に係るコミュニケーション装置の概略的な右側面図である。第２実施形態に係るコミュニケーション装置２００は、第１実施形態に係るコミュニケーション装置１００と異なる方法により、第１実施形態のコミュニケーション装置１００で実現した眼球の凸面及び凹面を実現する。以下、第１実施形態と同じ点については説明を適宜省略し、異なる点について説明を行う。

本実施形態に係るコミュニケーション装置２００は、基台部２１０と、可動部２２０とを備える。

基台部２１０は、図８に示すように右側面視で略コの字型の外枠部２１１を有する。外枠部２１１は、上面２１２と、底面２１３と、背面２１４とにより構成される。上面２１２の底面２１３側と、底面２１３の上面２１２側には、それぞれ可動部２２０の歯車２２４及び２２５の歯面と噛み合う歯面が設けられている。

また、基台部２１０は、背面２１４の中央に、正面側に突出する、正面視で略四角形の筒部２１５を有する。筒部２１５の正面側の開口は、膜２１６で覆われている。膜２１６と筒部２１５の開口とは接着されている。膜２１６は、例えば白色のシリコン等の伸縮性の材料で構成されている。筒部２１５の内部は中空になっている。また、膜２１６の中央部分は、人の瞳孔及び虹彩を模して、例えば円形に黒色に着色されている。

可動部２２０は、第１の半球面２２１と、第２の半球面２２２と、第１の半球面２２１及び第２の半球面２２２を支持するフレーム部２２３とを備える。第１の半球面２２１及びフレーム部２２３は、例えばアクリル板等の透明な硬質材料で形成されている。正面視において、第１の半球面２２１は背面側に突出しており、第２の半球面２２２は正面側に突出している。また、第１の半球面２２１と、第２の半球面２２２とは、球面同士で基台部２１０の膜２１６を挟み込むようにして、正面視で前後方向に配置される。フレーム部２２３の上側には、回転軸２２６を通すための軸受け２２７が接続され、フレーム部２２３の下側には、回転軸２２８を通すための軸受け２２９が接続されている。

また、可動部２２０は、基台部２１０の上面２１２と接する２つの歯車２２４及び底面２１３と接触する２つの歯車２２５とを備える。歯車２２４の歯面は上面２１２の歯面と噛み合い、歯車２２５の歯面は底面２１３の歯面と噛み合う。２つの歯車２２４には、回転軸２２６が挿入されている。また、２つの歯車２２５のうち、一方には回転軸２２８が挿入されており、他方には、モータ２３０の回転軸が挿入されている。モータ２３０は、フレーム部２２３の下側に取り付けられている。モータ２３０として、例えばサーボモータ又はエンコーダ付きＤＣモータ等を使用できる。モータ２３０が駆動することにより、歯車２２５が回転し、可動部２２０が基台部２１０に対して、正面視における前後方向に変位する。モータ２３０は、例えば図示しない駆動部により駆動される。

コミュニケーション装置２００において、第１の半球面２２１と、第２の半球面２２２と、膜２１６とは眼球を構成し、モータ２３０は、眼球について、正面側に対して凸形状を向けるか、凹形状を向けるかを制御する制御部として機能する。

図９は、本実施形態に係るコミュニケーション装置２００における可動部２２０の動作についての説明図である。以下、基台部２１０に対して、図８に示す可動部２２０の位置を、初期位置と称して説明を行う。

モータ２３０が駆動することにより、図９（ａ）に示すように可動部２２０が初期位置から正面側に変位すると、膜２１６は第２の半球面２２２に貼り付くように変形する。その結果、膜２１６は、正面視において凸形状となる。これにより、第１実施形態のコミュニケーション装置１００において、凸面を正面側に向けた状態と同じ状態が実現される。

一方、モータ２３０が駆動することにより、図９（ｂ）に示すように可動部２２０が初期位置から背面側に変位すると、膜２１６は第１の半球面２２１に貼り付くように変形する。その結果、膜２１６は、正面視において凹形状となる。これにより、第１実施形態のコミュニケーション装置１００において、凹面を正面側に向けた状態と同じ状態が実現される。

なお、制御部が行う凸面又は凹面の切り替えは、第１実施形態のコミュニケーション装置１００と同様に、例えば、制御部が自動的に決定してもよく、コミュニケーション装置を含むロボットが話す内容に合わせて予めプログラムされていてもよい。また、凸面又は凹面の切り替えは、例えば遠隔の操作者の操作に基づいて、制御部が行ってもよい。

また、本実施形態に係るコミュニケーション装置２００において、基台部２１０をさらに他のフレームによって支持し、当該フレームをサーボモータにより左右方向及び上下方向に回転されることにより、膜２１６が凸形状となった場合に形成される眼球の視線の向きを変えることができる。

このように、本実施形態に係るコミュニケーション装置２００によれば、膜２１６の形状について、正面視における凸形状又は凹形状を切り替えることにより、視線の指向性が高い状態と低い状態とが実現できる。従って、本実施形態に係るコミュニケーション装置２００においても、高指向性の視線により、共同注視や１対１のコミュニケーションを保証しつつ、低指向性の視線により、多人数に対しても、より高い信頼感を持ったコミュニケーションを実現できる。このようにして、コミュニケーション装置２００によっても、状況に応じたコミュニケーションを実現しやすくなる。

なお、膜２１６の形状を変更する方法は、本明細書で示した方法に限られず、膜２１６を変形させる他の任意の方法で行うことができる。膜２１６の形状を凸形状又は凹形状に切り替えることにより、上述の効果と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係るコミュニケーション装置の概略図である。第３実施形態に係るコミュニケーション装置３００は、３Ｄディスプレイにより構成される立体画像表示部３１０と、立体画像表示部３１０に表示される画像を制御する制御部３２０とを備える。コミュニケーション装置３００は、制御部３２０の制御により、立体画像表示部３１０に立体画像としての眼球３３０を表示する。このとき、図１０（ａ）に示すように、立体画像表示部３１０に、正面側に凸形状の眼球３３０の立体画像を表示すると、第１実施形態のコミュニケーション装置１００において、凸面を正面側に向けた状態と同じ状態が実現される。また、図１０（ｂ）に示すように、立体画像表示部３１０に、正面側に凹形状の眼球３３０の立体画像を表示すると、第１実施形態のコミュニケーション装置１００において、凹面を正面側に向けた状態と同じ状態が実現される。

３Ｄディスプレイに表示される眼球３３０の凸形状又は凹形状の切り替えは、制御部３２０により行われる。制御部３２０は、眼球３３０の凸形状又は凹形状の表示の切替えについて、例えば、コミュニケーション装置３００を含むロボットが話す内容に合わせて自動的に決定する。また、制御部３２０は、眼球３３０の凸形状又は凹形状の表示の切替えを、例えば遠隔の操作者の操作に基づいて行ってもよい。

また、本実施形態に係るコミュニケーション装置３００において、立体画像表示部３１０に凸形状の眼球３３０の立体画像を表示している場合には、表示される眼球３３０の方向を変更して表示することにより、表示される眼球３３０の視線の向きを変えることができる。

なお、立体画像表示部３１０は、必ずしも３Ｄディスプレイでなくてもよい。立体画像表示部３１０は、例えば、ホログラムにより眼球３３０の立体画像を表示可能な装置で合ってもよい。

このように、本実施形態に係るコミュニケーション装置３００において、正面視で凸形状となる眼球３３０の立体画像及び正面視で凹形状となる眼球３３０の立体画像の表示の切替えを行うことにより、視線の指向性が高い状態と低い状態とが実現できる。従って、本実施形態に係るコミュニケーション装置３００においても、高指向性の視線により、共同注視や１対１のコミュニケーションを保証しつつ、低指向性の視線により、多人数に対しても、より高い信頼感を持ったコミュニケーションを実現できる。このようにして、コミュニケーション装置３００によっても、状況に応じたコミュニケーションを実現しやすくなる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１００、２００、３００ コミュニケーション装置
１１０ 眼球部
１１１ 第１のサーボモータ
１１２ 第２のサーボモータ
１１３ 第３のサーボモータ
１１４ 回転軸
１１５、２２３ フレーム部
２１０ 基台部
２１１ 外枠部
２１２ 上面
２１３ 底面
２１４ 背面
２１５ 筒部
２１６ 膜
２２０ 可動部
２２１ 第１の半球面
２２２ 第２の半球面
２２４、２２５ 歯車
２２６、２２８ 回転軸
２２７、２２９ 軸受け
２３０ モータ
３１０ 立体画像表示部
３２０ 制御部
３３０ 眼球

Claims (6)

1. 正面側に位置する観察者とコミュニケーションを行うコミュニケーション装置であって、
   前記正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球と、
   前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御する制御部と
   を備えるコミュニケーション装置。
2. 前記眼球は半球殻形状であり、
   前記制御部は、前記眼球が有する球面の方向を反転させることにより、前記正面側に向ける面を切り替える、請求項１に記載のコミュニケーション装置。
3. 前記眼球は伸縮性の膜を備え、
   前記制御部は、前記伸縮性の膜を、前記正面側に対して凸形状又は凹形状に変形することにより、前記正面側に向ける面を切り替える、請求項１に記載のコミュニケーション装置。
4. 前記眼球は立体画像表示部により表示され、
   前記制御部は、前記正面側に対して凸形状又は凹形状の眼球の立体画像を前記立体画像表示部に表示させることにより、前記正面側に向ける面を切り替える、請求項１に記載のコミュニケーション装置。
5. 正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球を備えるコミュニケーション装置により実行される制御方法であって、
   前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御するステップ
   を含む制御方法。
6. 正面側に対して凸形状となる面と凹形状となる面とを向けることが可能な人工的な眼球を備えるコミュニケーション装置に、
   前記正面側に対して向ける面を、前記凸形状となる面又は前記凹形状となる面のいずれかに制御するステップ
   を実行させる制御プログラム。

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