JPH08202679A

JPH08202679A - ロボット

Info

Publication number: JPH08202679A
Application number: JP848795A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujita; 雅博藤田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】使用者を積極的にロボットの学習・成長に参
加させ、あるいは、手助けさせることを促す機能を付加
したロボットを提供する。【構成】使用者１０２は、誘導装置１０３を用いてロ
ボット１０１を学習あるいは成長させる。ロボット１０
１は、所定の状態まで学習が進むと、使用者１０２に情
報１１１を知らせる。使用者１０２が情報１１１を用い
て第２のシステム１０４に情報１１２を伝えると、シス
テム１０４は所定のビデオ信号あるいはオーディオ信号
を出力して、使用者１０２に映像や音楽・音声等の娯楽
情報を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの学習および
成長の過程、あるいは、その結果を理解したり楽しんだ
りするロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からロボットの研究分野において、
ロボットがボールをゴールへ運ぶ等の行動を獲得するた
めの学習方法などが研究されている。また、「特開平２
ー５４３０４号公報（非線形システム学習制御装置）」
に開示されるように、ロボットアーム等の制御対象が非
線形な要素を含む場合であっても、フィードバック制御
を用いて制御対象に要求する応答をさせることができる
非線形システム学習制御方法が従来から知られている。
また、魚の集団行動や繁殖、捕食などといった行動を予
め設定し、コンピュータシミュレーションにより魚の生
態を研究したり、ゲームとして楽しんだりする方法も知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術により、実際
のロボットを学習させ、成長させる過程を娯楽に用いる
ことができることができると推察される。しかし、従来
技術よれば、ロボットの使用者は、その学習・成長過程
を傍観者として楽しむことができるだけである。また、
使用者がロボットに刺激等の情報を入力して学習・成長
を助けることができる場合であっても、情報の入力が面
倒である等の理由により、積極的にロボットの学習・成
長を助けなくなってしまう可能性がある。

【０００４】本発明は以上述べた従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、実際のロボットが学習・成長
する過程を使用者に見せることを娯楽あるいは教育とし
て捉え、使用者にロボットの学習・成長を単純に楽しん
でもらうだけでなく、使用者自身がその結果として新た
な情報を得ることができるロボットを提供することを目
的とする。また、本発明は、使用者を積極的にロボット
の学習・成長に参加させ、あるいは、手助けさせること
を促す機能を付加したロボットを提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るロボットは、所定の動作を行う駆動手
段と、外部からの刺激信号を順次、受信する刺激信号受
信手段と、前記刺激信号受信手段が受信した前記刺激信
号に基づいて、前記駆動手段それぞれの動作を順次、変
更する位相変更手段と、予め設定された所望の動作と、
変更された前記駆動手段の動作との一致を検出する一致
検出手段と、前記一致検出手段により前記２つの動作の
一致が検出された場合に、所定の出力信号を出力する信
号出力手段と、前記出力信号に基づいて、所定の情報を
提供する情報提供手段とを有する。

【０００６】好適には、前記駆動手段は複数であって、
それぞれ独立した動作位相で動作し、前記位相変更手段
は、前記刺激信号受信手段が受信した前記刺激信号に基
づいて、前記複数の駆動手段それぞれの動作位相を順
次、変更し、前記一致検出手段は、前記複数の駆動手段
それぞれに対応して予め設定された所望の動作位相と、
変更された前記複数の駆動手段それぞれの動作位相との
一致を検出し、前記信号出力手段は、前記一致検出手段
により前記２つの動作位相の一致が検出された場合に、
所定の出力信号を出力する。

【０００７】好適には、前記複数の駆動手段は複数であ
って、それぞれ独立した動作位相で動作して当該ロボッ
トを移動させ、前記位相変更手段は、前記刺激信号受信
手段が受信した前記刺激信号に基づいて、前記複数の駆
動手段それぞれの動作位相を順次、変更し、前記一致検
出手段は、前記駆動手段の動作位相が変更された後の当
該ロボットの移動の軌跡と、予め設定された所望の当該
ロボットの移動の軌跡との一致を検出し、前記信号出力
手段は、前記一致検出手段により前記２つの軌跡の一致
が検出された場合に、所定の出力信号を出力する。

【０００８】好適には、前記位相変更手段は、所定の時
間経過に対応して前記動作位相の変更を行う。好適に
は、前記位相変更手段は、前記刺激信号受信手段が受信
した刺激信号を計測する測定手段をさらに有し、前記計
測手段により計測された前記刺激信号の特徴に対応づけ
て前記動作位相の変更を行う。好適には、前記刺激信号
受信手段は、前記刺激信号として、電磁波、音波、磁
気、温度、湿度または当該ロボットへの接触、または、
これらの任意の組み合わせを受信する。

【０００９】好適には、前記駆動手段は、前記動作位相
に応じて動力を発生するアクチュエータである。好適に
は、前記信号出力手段は、音響信号の形式で前記出力信
号を出力する。好適には、前記信号出力手段は、視覚信
号の形式で前記出力信号を出力する。好適には、前記情
報提供手段は、コンピュータ制御の電子機器である。

【００１０】好適には、前記情報提供手段は、視覚信号
および音響信号、またはこれらのいずれかの形式で前記
所定の情報を提供する。好適には、前記信号出力手段
は、前記情報提供手段に前記所定の情報を提供させるた
めに必要なデータを含む前記出力信号を出力する。好適
には、前記所定の情報はスクランブルされており、前記
信号出力手段は、前記所定の情報をデスクランブルする
ために必要なデータを含む前記出力信号を出力する。好
適には、前記所定の情報をデスクランブルするために必
要なデータは、信号出力手段から情報提供手段に対して
直接伝送される。

【００１１】

【作用】複数の駆動手段は、例えばそれぞれ独立した位
相で回転するサーボモータを有しており、それぞれ歩行
用の足あるいは車輪等を動かして当該ロボットを移動さ
せる。刺激信号受信手段は、例えば光信号等の形式で使
用者が当該ロボットに対して入力する外部からの刺激信
号を順次、受信する。位相変更手段は、前記複数の駆動
手段それぞれを刺激信号受信手段が受信した刺激信号に
基づいて制御し、複数の駆動手段それぞれの動作位相を
順次、変更する。

【００１２】一致検出手段は、複数の駆動手段それぞれ
に対応して予め設定された所望のサーボモータの回転位
相（動作位相）と、変更された複数の駆動手段それぞれ
の動作位相とを比較し、これらの一致を検出する。信号
出力手段は、所定の情報を得るために情報提供手段に入
力すべきデータ、例えばキーワードを含む出力信号を出
力して使用者に知らせる。情報提供手段は、例えば、使
用者により入力されたキーワードが正しい場合に、提供
すべき情報のスクランブルを解除して使用者に提供す
る。

【００１３】

【実施例１】以下、本発明の第１の実施例を説明する。
図１は、第１の実施例における本発明に係るロボット１
０１の使用態様を示す図である。図１に示すように、使
用者１０２は、誘導装置１０３を用いてロボット１０１
を学習あるいは成長させる。ロボット１０１は、所定の
状態まで学習が進むと、使用者１０２に情報１１１を知
らせる。

【００１４】使用者１０２が情報１１１を用いて第２の
システム１０４に情報１１２を伝えると、システム１０
４は所定のビデオ信号あるいはオーディオ信号を出力し
て、使用者１０２に映像や音楽・音声等の娯楽情報を提
供する。このように、使用者１０２はロボット１０１を
成長させ、あるいは、ロボット１０１が成長するのを見
守るだけでなく、ロボット１０１を所定の状態まで学習
させることにより新しい娯楽情報の提供を受けることに
なる。従って、使用者１０２自身がその情報の提供を受
ける目的でロボット１０１に学習させるように動機づけ
られることになる。

【００１５】図２は、図１に示したロボット１０１の構
成を示す図である。図２に示すようにロボット１０１
は、受信装置２０１、受信時間計測装置２０２および制
御用マイクロプロセッサ２０３を有する。制御用マイク
ロプロセッサ２０３は、歩行用の６本の足に付いている
サーボモーターを制御するインタラプト信号２１４をパ
ルス発生器２０４に対して出力する。パルス発生器２０
４は、インタラプト信号２１４に基づいて各脚ごとに２
つずつ、全部で１２個設けられたサーボモーターを制御
するパルスを発生し、各サーボモーターに対してパルス
２１３を出力する。また、パルス発生器２０４は、イン
タラプト信号２１４を出力するタイミングを規定する信
号としてインタラプト信号２１２をマイクロプロセッサ
２０３に対して出力する。

【００１６】ロボット１０１の受信装置２０１は、使用
者１０２の操作に対応する信号１１０を誘導装置１０３
から受信する。受信時間計測装置２０２は、信号１１０
の受信時間を計測する。受信時間計測装置２０２は、例
えば１秒間計測を行うごとに、インタラプト信号２１１
をマイクロプロセッサ２０３に対して出力する。マイク
ロプロセッサ２０３は、インタラプト信号２１１に基づ
いてインタラプト処理を行う。

【００１７】マイクロプロセッサ２０３は、インタラプ
ト信号２１１に基づくインタラプト処理、あるいは、イ
ンタラプト信号２１１を契機として実行される処理によ
ってロボットの歩行制御を行なう制御パラメータを変更
して、次第にロボット１０１が所望の形態で歩行するよ
うに学習を行う。マイクロプロセッサ２０３が、所望の
歩行形態になったことを検出すると、検出信号２１５を
信号発生部２０５に対して出力し、信号発生部２０５
は、使用者１０２に対して情報１１１を出力する。使用
者１０２は情報１１１を用いてシステム１０４に対して
情報１１２を入力することによりシステム１０４を動作
させる。

【００１８】以下、受信装置２０１の動作を説明する。
図３は、図２に示した受信装置２０１の構成を示す図で
ある。受信装置２０１において、誘導装置１０３は可視
光線１１０を発生し、受信装置２０１の可視光線用のフ
ォトディテクタ３０１が可視光線１１０を検出し、電気
的な信号に変換してオペアンプ３０２に対して出力す
る。

【００１９】オペアンプ３０２は、フォトディテクタ３
０１の出力信号を増幅し、比較器３０３に対して出力す
る。比較器３０３のスレッショルドＴＨは、フォトディ
テクタ３０１が可視光線１１０を受けている場合にのみ
出力の論理値が１（以下、特に断らない限り、論理値１
の場合にアクティブとする）になるように設定されてお
り、比較器３０３の出力信号２１０が受信時間計測装置
２０２に対して出力される。

【００２０】以下、受信時間計測装置２０２の動作を説
明する。図４は、図２に示した受信時間計測装置２０２
の構成を示す図である。受信装置２０１の出力信号は、
受信時間計測装置２０２のカウンタ４０１のカウントイ
ネーブル端子ＥＮに入力される。カウンタ４０１は２０
ビットのカウンターであって、そのクロック端子ＣＫに
は、水晶発信器（ＯＳＣ）４０２から１ＭＨｚの周波数
のクロック信号が入力されており、カウンタ４０１は、
カウントイネーブル端子ＥＮに入力される信号の論理値
が１の場合にのみ水晶発振器４０２から入力されたクロ
ック信号を計数する。

【００２１】また、カウンタ４０１が計数値オーバーフ
ローした場合には、ＲＣＯ端子より、１クロック幅の論
理値１の信号２１１が出力されて計数値が０に戻り、カ
ウンタ４０１は計数値０から計数を続ける。なお、カウ
ントイネーブル端子ＥＮに入力される信号の論理値が連
続的に１となった場合、カウンタ４０１は水晶発振器４
０２から入力される１ＭＨｚのクロック信号を２²⁰回、
計数することになる。従って、信号２１１は約１秒ごと
に論理値１となる。マイクロプロセッサ２０３は信号２
１１が論理値１となった場合にインタラプトを受け付
け、後述するような処理を行なって所望の歩行形態へ収
束するように記述されたプログラムを実行する。

【００２２】以下、サーボモーターの制御方法を説明す
る。市販のラジオコントロールのヘリコプター等に用い
られるサーボモータは、一般的には電源、グラウンド、
および制御パルス信号線の３本のコードを有しており、
制御パルスのパルス幅でモーターの絶対角度を指定する
ように構成されている。具体例としては、このようなサ
ーボモータは１ｍ秒のパルス幅で絶対角度−９０°、
１．５ｍ秒のパルス幅で絶対角度０°、２ｍ秒のパルス
幅で絶対角度＋９０°となり、これらの間のパルス幅と
絶対角度とは直線的な関数で表すことができる。さら
に、サーボモータの絶対角度を指定した位置に止めるた
めには、２０ｍ間、同一パルス幅の制御パルスを入力し
つづける必要がある。したがって、上述したサーボモー
タを制御するためには、２０ｍ秒周期で希望の角度に対
応するパルス幅を出せばよいことになる。

【００２３】歩行用の足の内の一本を例に、その機構を
説明する。図５は、図１に示したロボット１０１の歩行
用の足の内の１本の構成を示す図であって、（ａ）は正
面から見た足を示し、（ｂ）は真横から見た足を示す。
なお、図示の簡略化のために、図５においてはロボット
１０１本体の図示は省略されている。また、図５に示し
た歩行用の足は、図６を参照して後述するロボット１０
１の足の一本である。

【００２４】第１のサーボモータ５０１の回転磁区に
は、円形の治具（円形治具５０２）が固定されており、
円形治具５０２はサーボモータ５０１により回転させら
れる。実際には、サーボモータ５０１は、円形治具５０
２によりロボット本体と結合される。第２のサーボモー
タ５０３には円形治具５０４が固定されており、円形治
具５０４もモーターにより回転させられる。ここで、円
形治具５０２は、ロボット１０１本体に固定されてお
り、ロボット１０１本体が不動であると考えたと考えた
場合には、モーターの回転力によりサーボモータ５０１
が回転することになる。

【００２５】円形治具５０４は、固い棒（歩行用足５０
５）が固定されており、歩行用足５０５が実際に動く足
部になる。歩行用足５０５は、第２のサーボモーター５
０３により図５（ａ）に示すように上下に動かされ、ま
た、第１のサーボモーターにより図５（ｂ）に示すよう
に前後に動かされる。このように歩行用足５０５は、上
下・前後に可動となっており、ロボット１０１において
は、全ての足が同じ動きを行なう。

【００２６】図６は、ロボット１０１の６本の足の取り
付け方法を示す図である。歩行用足５０５は、図６に示
すようにロボット１０１の左右に３本ずつ取り付けら
れ、サーボモータ５０１は、図５（ｂ）に示すように進
行方向を左にして足を真横から見た場合に、手前に位置
する足が反時計回りに四角を描いて回転するように制御
される。

【００２７】マイクロプロセッサ２０３の処理は、サー
ボモータ５０１に対する制御信号を生成してスイッチ２
０４に対して出力する第１の処理、ロボット１０１が所
望の歩行状態へ次第に近づくように、処理サーボモータ
５０１への制御信号を生成するために用いられるパラメ
ータを更新する第２の処理、および、ロボット１０１が
所望の状態で歩行するようになったことを検出して信号
発生部２０５に信号２１５を出力する第３処理の３つに
大きく分けられる。これらの処理の概要を図９に示す。

【００２８】制御信号を生成する第１の処理に先立っ
て、サーボモータ５０１の動作を振動子の位相に対比さ
せて説明する。マイクロプロセッサ２０３は、マイクロ
プロセッサは、以下に示す振動子の位相に基づいてサー
ボモータ５０１を制御する。図７は、マイクロプロセッ
サ２０３が制御信号を生成する処理を、サーボモータ５
０１の動作を振動子の位相に対比させて説明する図であ
って、（ａ）は振動子の位相を示し、（ｂ）は足６０１
の第２のサーボモータ５０３の角度の時間変化を示し、
（ｃ）はサーボモータ５０１のサーボモータ５０１の角
度の時間変化を示す。なお、図７（ａ）においては縦軸
は位相（０°〜３６０°）を示し、（ｂ），（ｃ）にお
いては縦軸はサーボモータ５０３，５０１それぞれの回
転角度（＋９０°〜−９０°）を示し、これらの横軸は
時間（ｔ）を示す。

【００２９】ここで、足６０１（図６）のサーボモータ
５０３，５０１の角度は図８（ａ），（ｂ）に示すよう
に定義される。なお、他の足６０２のサーボモータ５０
３，５０１の角度も同様に定義される。すなわち、サー
ボモータ５０３，５０１の角度は、上下方向においては
上方向が＋、下方向が−と定義され、前後においては、
前方向が＋、後ろ方向が−と定義される。図７（ａ）に
示す振動子は、例えば６秒周期で振動しており、この場
合には、足６０１は時間ｔ＝０〜１（秒）の間に歩行用
足５０５を上げて前方に出し、時間ｔ＝１（秒）で歩行
用足５０５を下げて接地し、時間ｔ＝１〜６（秒）の間
は歩行用足５０５で地面を蹴って前に進む力を出してい
る。この動作は、ロボット１０１が歩行している間、繰
り返される。

【００３０】上述のように、足６０１の歩行用足５０５
の動作は、図７（ａ）に示す振動子の位相に対応付けら
れて決定され、その他の足６０１〜６０６の歩行用足５
０５は、足６０１に対応する振動子と所定の位相差を有
する同一の振動子に対応付けられて決定される。足６０
１〜６０６それぞれの歩行用足５０５の動作は、下式で
表される。

【００３１】

【数１】ｐｈ₁（ｔ＋ｄｔ）＝ｐｈ₁（ｔ）＋ａ₁×ｄｔ（１）

【００３２】

【数２】ｐｈ_i（ｔ＋ｄｔ）＝ｐｈ₁（ｔ）＋ｄｐｈ_i （２）（i ＝２，３，…，６）但し、ｔは時間、ｄｔはパルス発生器２０４が出力する
インタラプト信号２１４の時間間隔、ｐｈ_i（ｔ）はｉ
＝１，２，…，６インデックスとする足６０１〜６０６
の振動子の位相である（但し、ｐｈ_i（ｔ）は３６０の
剰余系であって、０≦ｐｈ_i（ｔ）＜３６０）。

【００３３】マイクロプロセッサ２０３は、上述した位
相ｐｈ_i（ｔ）を用いて各足６０１〜６０６それぞれに
対応する振動子の位相を決定し、図７（ｂ），（ｃ）に
示した振動子とサーボモータ５０３，５０１の角度との
関係に基づいてサーボモータ５０３，５０１の角度を決
定し、図７（ｂ），（ｃ）の位相と角度の関係より各サ
ーボモーターの角度を決定し、サーボモータ５０３，５
０１と制御パルスのパルス幅との関係に基づいてパルス
発生器２０４に対する制御信号の値を計算することがで
きる。

【００３４】振動子の位相ｐｈ_i（ｔ）とサーボモータ
５０３，５０１との関係は、ＲＯＭテーブルに記憶さ
せ、また、サーボモータ５０３，５０１の角度とパルス
発生器２０４から出力される制御パルスのパルス幅との
関係は前述の通り、１．５ｍ秒を０°として１ｍ秒で−
９０°、２ｍ秒で＋９０°の関係を直線補間することに
より得ることができる。ただし、ロボット１０１の左右
において、サーボモータ５０３，５０１の回転角度と図
８に示した定義した角度は逆の関係になる。図１０に、
パルス発生器２０４に対して出力する信号を生成する処
理のフローチャートを示す。この処理は、インタラプト
信号２１４に基づいて行われる。

【００３５】ところで、ムカデ等の多足で歩行する動物
の各足は、ある位相差で動いていると考えることができ
る。ロボット１０１の足６０１〜６０６と同様に６本の
足を有する実際の昆虫は例えば次式で示される位相差で
歩行する。

【００３６】

【数３】｀ＤＰＨ＝〔ｄｐｈ₁，ｄｐｈ₂，ｄｐｈ₃，ｄｐｈ₄，ｄｐｈ₅，ｄｐｈ₆〕＝〔０，３６０×４／６，３６０×２／６，３６０×３／６，３６０× １／６，３６０×５／６〕＝｀ＤＰＨ（１）（３）

【００３７】上式において｀ＤＰＨは、列ベクトルＤＰ
Ｈの転置を示す。また、次式で表せるような場合も考え
られる。

【００３８】

【数４】｀ＤＰＨ＝〔０，３６０／２，０，３６０／２，０，３６０／２〕（４）

【００３９】ロボット１０１においては、初期状態で位
相差を乱数で与え、インタラプト信号２１１が入力され
るたびにこの位相差を更新して目標の位相差へ収束させ
る。以下に位相差の更新に関する第２の処理ついて説明
する。

【００４０】第１の実施例において位相差の更新はホッ
プフィールドネットワークを利用する。まず位相ｐｈ_i
（ｔ）を８ビットで表現し、各ビットを１つのニューロ
ンとしてネットワークを構成する。ニューロンの出力を
出力ｙ_l（ｉ）として表現する。但し、ｌ＝０，１，
…，７であり、ｌ＝０がＬＳＢを示し、ｌ＝７がＭＳＢ
を示す。数式で表すと下式のようになる。

【００４１】

【数５】但し、−１≦ｙ_l（ｉ）≦１である。

【００４２】ニューロンは内部状態ｕ_l（ｉ）を有して
おり、出力ｙ_l（ｉ）との関係は下式で表される。

【００４３】

【数６】ｙ_l（ｉ）＝ｓｉｇｎ（ｕ_l（ｉ））（６）但し、ｓｉｇｎ（）は、ｓを正の定数として次式で定
義される関数である。

【００４４】

【数７】ｓｉｇｎ（ｘ）＝２／（１＋ｅｘｐ〔−ｘ／ｓ〕）−１（７）但し、ｓを正の無限大とした場合の極限値は、ｘ≧０の
場合にはｓｉｇｎ（ｘ）＝１、ｘ＜０の場合にはｓｉｇ
ｎ（ｘ）＝−１とする。

【００４５】ｉ番目の足の位相を表現するｌ番目のビッ
トに対応するニューロンへの、ｊ番目の足の位相を表現
するｋ番目のビットに対応するニューロンからの結合強
度を強度ｗ（ｌ，ｋ）（ｉ，ｊ）で表すと、内部状態ｕ
_l（ｉ）は次式で定義される規則によって更新されてい
く。

【００４６】

【数８】

【００４７】次に、この結合強度の決め方について説明
する。結合強度ｗ（ｌ，ｋ）（ｉ，ｊ）は、式３および
式４で定義されるＤＰＨ（ｐ）（ｐ＝１，２）を記憶す
る。ここで、表記の簡略化のために下式に示す４２次元
のベクトルを定義する。

【００４８】

【数９】｀ｗ（ｌ，ｉ）＝〔ｗ（ｌ，０）（ｉ，１），ｗ（ｌ，１）（ｉ，１），…，ｗ（ｌ，０）（ｉ，２），…，ｗ（ｌ，７）（ｉ，６）〕（９）

【００４９】但し、ＤＰＨの１要素ｄｐｈ_iは８ビット
表現であり、下式に示す８次元のベクトルが定義でき
る。

【００５０】

【数１０】ｙ（ｉ）＝〔ｙ₀（ｉ），ｙ₁（ｉ），…，ｙ₇（ｉ）〕（１０）

【００５１】式１０で示されるベクトルは足６０１〜６
０６それぞれの分だけあるので、記憶させたい位相差Ｄ
ＰＨ（ｐ）は、次式で表される４２次元のベクトルで定
義できる。

【００５２】

【数１１】 ’ｙ＝〔’ｖｄｐｈ₁｜’ｖｄｐｈ₂，｜，…，｜’ｖｄｐｈ₆〕（１１）

【００５３】したがって、記憶させたい位相差は式１１
を用いて４２次元のベクトルで表現できる。ＤＰＨ
（ｐ）に対応するこの表現をＶＤＰＨ（ｐ）と表す。

【００５４】ここで、結合強度を行列表現においてｉ行
目の要素を’ｗ（ｌ，ｉ）として持つものとして次式の
ように定義する。

【００５５】

【数１２】

【００５６】求めるべき結合強度は、この行列表記でＶ
ＤＰＨ（ｐ）を用いて次式で表される。

【００５７】

【数１３】

【００５８】式１３で決定した結合強度ｗを用いて式６
〜式８の方法でｙ_l（ｉ）を更新していくことにより、
ＶＤＰＨ（ｐ）を含む所定の状態に収束する。図１１に
パルス発生器へ渡す信号を作る部分の処理のフローチャ
ートを示す。これはインタラプト信号２１４に基づいて
行われる処理である。

【００５９】第１の実施例では所望の状態をＤＰＨ
（２）で表される状態とし、それ以外の収束点は所望の
状態でないとして再び初期化からやり直すものとする。
従って、図９に示した処理を変更し図１２に示す処理を
行う。図１２に示すフローチャートで表される処理が、
所望の状態を検出して信号２１５を信号発生器２０５に
渡す部分の第３の処理である。

【００６０】更新部分のマイクロプロセッサの処理のフ
ローを図１１に示す。これは、インタラプト信号２１１
の処理である。図１１においてｙ_l（ｉ）の収束を判定
する方法として、ｕ_l（ｉ）の変化の２乗和がある値Ｅ
以下であれば、収束していると見なす。収束していれば
ｓ_FLAG=1としてフラグをセットしておく。

【００６１】以下、パルス発生器２０４の構成および動
作を説明する。図１３は、図２に示したパルス発生器２
０４の構成を示す図である。ＯＳＣ１１０１は、クロッ
ク発生器であって、２５６ｋＨのクロック信号１１２０
を８ビットカウンタ１１０２に対して出力する。８ビッ
トカウンタ１１０２は、８ビットのカウンタ回路であっ
て、クロック信号１１２０を分周し、１ｍ秒のタイミン
グ信号１１２１を分周器１１０３に対して出力する。分
周器１１０３は、５ビットの分周回路であって、タイミ
ング信号１１２１を２０分周して２０ｍ秒のタイミング
信号１１２８を生成し、ＳＲフリップフロップ１１０９
のセット端子Ｓに対して出力する。

【００６２】また、分周器１１０３は、２ｍ秒目のパル
スの立ち上がりエッジを有効エッジとするインタラプト
信号２１４としてマイクロプロセッサ２０３に対して出
力する。２ｍ秒とした理由は、マイクロプロセッサ２０
３がインタラプト処理として図１０に示した処理を行
い、インタラプト信号２１２の値をセットするまでの余
裕を見るためである。

【００６３】分周器１１０３は、２０ｍ秒の計数が完了
するたびに計数値が０にクリアされ、タイミング信号１
１２８は、分周器１１０３の値は、計数値が０の場合に
のみ論理値１となる。一方、８ビットカウンタ１１０２
の出力信号は８ビットコンパレータ１１０５に対して出
力され、マイクロプロセッサ２０３が８ビットラッチ１
１０７に設定した設定値１１２３と比較される。８ビッ
トカウンタ１１０２の出力信号の値と設定値１１２３が
一致している場合にのみ、比較結果１１２５が論理値１
となる。

【００６４】また、分周器１１０３の出力信号はデコー
ダ１１０６に対して出力され、デコーダ１１０６は、分
周器１１０３の出力信号の値が１のときにのみ論理値１
となる出力信号をＡＮＤ回路１１０８に対して出力す
る。ＡＮＤ回路１１０８は比較結果１１２５とデコーダ
１１０６との論理積をＳＲフリップフロップ１１０９の
リセット端子Ｒに対して出力する。

【００６５】ＳＲフリップフロップ１１０９は、セット
端子Ｓに論理値１の信号が入力された場合には出力端子
Ｑから論理値１の信号を出力し、リセット端子Ｒからに
論理値１の信号が入力された場合には出力端子Ｑから論
理値０の信号を出力する。すなわち、８ビットカウンタ
１１０２と分周器１１０３とが構成するタイマがの計数
値が０のときＳＲフリップフロップ１１０９の出力端子
Ｑから論理値１の信号が出力され、１ｍ秒＋α８ビット
ラッチ１１０７の値が定義する時間において出力端子Ｑ
から論理値０の信号が出力される。ＳＲフリップフロッ
プ１１０９の出力信号がサーボモータ５０３，５０４の
制御信号として用いられる。なお、図１３に示す制御信
号発生回路１１０４の部分は、足６０１〜６０６のサー
ボモータ５０３，５０１ごとに設けられているが、図示
の簡略化のために１回路のみ示してある。

【００６６】以下、信号発生部２０５の構成および動作
を説明する。図１４は、信号発生部２０５の構成を示す
図である。マイクロプロセッサ２０３の出力信号２１５
はカウンタ１２０１に対して出力され、カウンタ１２０
１は出力信号２１５に基づいて発振回路（ＯＳＣ）１２
０２から入力されたクロック信号１２１１を計数する。
このカウンタ１２０１の出力信号１２１０は、ＲＯＭ１
２０３のアドレスを指定する。

【００６７】ＲＯＭ１２０３は、出力信号１２１０の値
で指定されたアドレスに記憶されたデータを順次、出力
する。ＲＯＭ１２０３の出力信号１２１２は、ディジタ
ル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ１２０４によりアナログ
信号１２１３に変換され、スピーカ（ＳＰ）１２０５か
ら音声信号として出力される。ＲＯＭ１２０３の内容と
して、キーワードとして１０桁の数字を音声データで記
録しておけば、このキーワードを情報１１１として使用
者１０２に対して伝えることが可能になる。

【００６８】ここで、再び図１を参照する。使用者１０
２が１０桁の数字を情報１１１として音声により受け取
って、その１０桁の数字をそのまま、あるいは変換し
て、システム１０４に対して情報１１２として入力する
方法について説明する。システム１０４がゲームマシン
である場合には、システム１０４で実行されるゲームプ
ログラムは、ゲームの進行に応じて１０桁の数字の入力
を使用者１０２へ要求する。使用者１０２がキーワード
としてシステム１０４に入力した１０桁の数字がゲーム
プログラム内に記憶されているキーワードに合わない場
合は、ゲームは次の段階へ進むことができない。このゲ
ーム内に記憶されてあるキーワードを情報１１１の１０
桁の数字と同じものにしておく。使用者１０２はロボッ
ト１０１を学習させ、情報１１１を得て、その１０桁の
数字をシステム１０４のユーザーインターフェースを用
いて入力する。これによりゲームをさらに進行させるこ
とができる。

【００６９】以下、第１の実施例の変形例について説明
する。第１の実施例の図１の誘導装置１０３、図２の受
信部２０１受信時間計測部２０２については、第１の実
施例では光を用いた例を示したが、光に限らず、例え
ば、音波、電波、磁気、温度、湿度あるいはガスなどを
用いてデータの送受信を行ってもよい。また、光等を用
いて遠隔的にデータを伝送するのではなく、接触センサ
ーなどを用いる方法も考えられる。また、実質上は信号
１１０を必要とせずにロボット１０１内部の処理のみに
よって、ロボットが自発的に成長していくように構成し
てもよい。

【００７０】例えば、図２のインタラプト信号２１１が
常に出ているのと同じ状況であっても使用者１０２はロ
ボットの歩行形態が変化していくのを楽しむことがで
き、かつある状態で情報１１１を得ることができる。ま
た、第１の実施例では受信時間計測装置２０２により受
信時間を計測していたが、本発明はこれに限るものでは
ない。例えば、信号の特徴検出器を備え、ある特徴をも
つ信号が可視光線１１０から伝送されてきた場合にのみ
反応するようにロボット１０１を構成してもよい。な
お、誘導装置１０３は必ずしも必要ではない。例えば、
音声を使用者１０２が直接発生し、それを可視光線１１
０の代わりに利用することも考えられる。

【００７１】また、システム１０４はゲームマシンに限
らず、一般にコンピューターを内蔵する装置あって、情
報１１２を受信する機能を備えている他の装置に置換可
能である。また、第１の実施例では情報１１１を音声と
してあるが、例えば、図２の信号発生部２０５の部分
を、７セグメントのＬＥＤを備えて視覚的に使用者１０
２に情報１１１を伝えるように構成してもよい。また、
第１の実施例では情報１１１を１０桁の数字としたが、
例えば、そのほかの文字情報であってもよい。また、キ
ーワードではなく使用者１０２にシステム１０４への操
作を指示する情報であってもよい。

【００７２】また、第１の実施例では情報１１１と情報
１１２は一旦使用者１０２を介してシステム１０４に入
力されるが、例えば、情報１１１が直接、情報１１２と
してシステム１０４に入力されるように構成してもよ
い。この場合には、システム１０４が情報１１１の検出
回路を備える必要がある。また、第１の実施例では状態
の変化の方法をホップフィールドネットワークを用いた
が本発明はこれに限るものではない。ホップフィールド
ネットワークはある評価関数の極小解を求める特殊な例
であるが、一般にある評価関数を評価しながら極小ある
いは最小解を求めていく方法は考えられる。（評価関数
にマイナスを付ければ、極大あるいは最大を求める方法
は等価である。）また、このように評価関数を求める方
法ではない方法も用いることは可能である。非常に簡便
な方法としてはあらかじめ更新するデータを記録してお
き、それを読みだしていく方法なども考えられる。

【００７３】また、第１の実施例では更新する状態とし
て足６０１〜６０６の位相を用いたが本発明はこれに限
るものではない。例えば、足の周波数に相当するパラメ
ータ（式１のａ_l）を足６０１〜６０６それぞれに独立
に導入して、これらのパラメータをを更新するものであ
ってもよい。また、ロボット１０１の歩行に関する状態
以外の状態の更新するパラメータに対して処理を行うよ
うにロボット１０１を構成してもよい。

【００７４】また、第１の実施例では更新する内部状態
と情報１１１は関係のないものであったが、これを関係
づけてもよい。例えば、式１１で定義されるような更新
する内部状態を表現するデータをそのまま、あるいは適
当な変換をして情報１１１として用いることは可能であ
る。例えば、式１１の４２ビットを十進の数値に直し
て、情報１１１とすることができる。また、第１の実施
例ではロボット１０１とシステム１０４を分離して構成
したが、ロボット１０１とシステム１０４を一体として
構成してもよい。

【００７５】

【実施例２】以下、本発明の第２の実施例を説明する。
第２の実施例においては、実施例１に示した本発明に係
るロボットの変形例としては表現しにくい場合について
説明する。実施例１において、システム１０４（図２）
は、キーワードの解釈あるいはデスクランブルを行う機
能等を必要としていた。しかし、現在において一般商品
としての普及などを考えた場合、現在存在するエンター
テイメント装置、例えば、ＶＣＲやＣＤなどの映像、音
響再生装置をそのまま利用することが望ましい。一つの
方法として、例えばシステム１０４として一般的なＶＣ
Ｒを考え、さらにアダプターとしてＶＣＲの出力をデス
クランブルする装置を取り付けることが考えられる。

【００７６】図１５に一般的なＶＣＲにデスクランブル
装置を付加して構成したシステム１４０４の構成を示
す。ＶＣＲ１３０１は、スクランブルされた映像信号が
記録されたビデオテープ（Ｔａｐｅ）１３０３を再生
し、スクランブルされた映像信号１３１０を出力する。
デスクランブラ(Descrambler) １３０３は、通常は、映
像信号１３１０をそのまま出力する。従って、使用者１
４０２は、ビデオテープ１３０２に記録された映像を見
ることができない。しかし、デスクランブラ１３０３は
キーボードを有しており、使用者１４０２がキーワード
として適切な１０桁の数字を入力すればスクランブルを
解き、正常な映像に変換して出力信号１３１１として出
力して使用者１４０２に示す。

【００７７】第２の実施例に示すロボットにおいては、
ＶＣＲ装置１３０１がロボットの内部に存在し、使用者
１４０２が情報１１２をシステム１０４に入力すること
による操作ではなく、ロボット内部で直接デスクランブ
ル機能を働かせる。実施例２のロボットの全体構成を図
１６に示し、ロボット１４０１の構成を図１７に示す。
図１６において、ロボット１４０１、システム１４０４
から構成されており、システム１４０４は映像、音響信
号を再生する。また、ロボット１４０１への刺激信号１
４１０は電波により伝送され、スクランブルされた映像
信号である。信号１４１４は、ロボット１４０１内部で
信号１４１３を処理することにより生成され、信号１４
１５は、ディスプレイモニターなどにより使用者１４０
２が見ることができる信号である。

【００７８】さらに第２の実施例においては、ロボット
１４０１はＣＣＤカメラを有し、刺激信号１４１０はこ
のカメラに対して提示される。従って、第２の実施例の
ロボットの目標は提示信号１４１０の与え方に大きく依
存する。すなわち、ロボット１４０１はカメラによって
使用者１４０２が示す空間的な位置へ向かって進もうと
する。使用者１４０２が適切にその提示位置を変更し、
ロボット１４０１に適切な軌道を描かせることができた
場合に成功報酬としてシステム１４０４から送られてく
るスクランブルされた映像信号１４１３をデスクランブ
ルし、信号１４１４としてシステム１４０４に送り返
す。システム１４０４は、信号１４１４を受信し、映像
信号を信号１４１５として使用者１４０２に対して表示
する。

【００７９】ロボット１４０１の起動が適正であるか否
かは、加速度センサー１５０６（図１７）により検出さ
れる信号１５１６をマイクロプロセッサ５０３において
処理をすることにより決定される。

【００８０】図１７は第１の実施例における図２に対応
し、第２の実施例においても第１の実施例と同様にロボ
ット１４０１は６本の足を有している。ただし、外部か
らの刺激信号１４１０のロボット１４０１への入力処理
には、上述のようにカメラが用いられる。第２の実施例
において使用者１４０２は、ペンライトのような光源を
用い、カメラ１５０１によって撮像された画像信号は通
常のＮＴＳＣ信号の形式で信号１５１０として出力され
る。

【００８１】画像処理部１５０２において、画像信号は
フレームメモリに蓄えられる。画像処理部１５０２の構
成を図１８に示す。図１８において、入力された映像信
号１５１０から、タイミング発生器１６０３によりサン
プリング用クロック１６１１、フレームごとのタイミン
グ信号１６１４、フレームメモリ１６０２への書き込み
信号、および、メモリアドレス信号１６１２が生成さ
れ、それぞれアナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄコ
ンバータ１６０１、フレームメモリ１６０２および画像
処理用マイクロプロセッサ１６０４へ入力される。

【００８２】一方、ＲＧＢコンバータ（ＲＧＢｃｏｎ）
１６０５によりＮＴＳＣ形式からＲＧＢ形式に変換され
た信号１６１５は、Ａ／Ｄコンバータ１６０１によりデ
ジタル形式の信号に変換され、フレームメモリ１６０２
に記憶される。タイミング発生器１６０３は、１フレー
ムたまるごとに画像処理用マイクロプロセッサ１６０４
に対して取り込みを要請する要請信号１６１４を出力す
る。マイクロプロセッサ１６０４は、フレームメモリ１
６０２より画像信号を入力し、以下の処理をする。

【００８３】すなわち、第２の実施例におけるロボット
１４０１は、画像処理により使用者１４０２が持ってい
るペンライトの位置を検出する。ペンライトの位置は、
最も輝度信号が明るい場所として定義される。したがっ
て、画像処理用マイクロプロセッサ１６０４の処理は輝
度最大の点をフレーム中から捜すことである。画像処理
用マイクロプロセッサ１６０４は、画像中心を原点
（０，０）とし、時刻ｔにおける輝度最大の点を（ｘ
（ｔ），ｙ（ｔ））として、それぞれ８ビットデータの
座標１５１１として出力される。

【００８４】再び図１７を参照してマイクロプロセッサ
１５０３の処理を説明する。同調コンデンサ１５０３の
処理は、歩行制御処理、座標センサー部１５０６から軌
道計算をする軌道計算処理、および、計算した軌道とあ
らかじめ記憶してある軌道との比較を行ない、条件を満
たせばデスクランブル部１５０５を働かせる信号を発生
するデスクランブル処理の３つに大別される。

【００８５】まず、第１の歩行制御処理について説明す
る。ロボット１４０１の基本的な歩行制御は第１の実施
例に示したロボット１０１と同じである。ただし、初期
条件として、ロボット１４０１の各足の位相関係は、安
定な歩行をする条件を満たしている。ロボット１４０１
においては、ＤＰＨ（２）を位相差固定とし、第１の実
施例に示したような位相差の更新は行なわず、式１、式
２で定義される位相発生の方法により、各足の位相が決
定される。

【００８６】ロボット１４０１における基本的な歩行制
御はこのように定義されるが、第２の実施例では進行方
法の制御が新たに追加されており、ペンライトの位置信
号１５１１を受信して歩行制御に反映させ進行方向を変
化させる。具体的には、ペンライトの位置信号１５１１
（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））を画像の中心線（０，ｙ’）に
なるように進行方向を制御する。ここで、y'は任意の値
である。進行方向は、左右の足の歩幅を変えることによ
り行ない、ｘ（ｔ）＜０の場合にはペンライトは中心よ
り左にあるので右足を前後に大きく回転させ、左足を小
さく回転させることによりロボットは左へ進行方向を曲
げる。進行方向を変えるための調節は、位相より決定す
るサーボモーターの角度をｘ０（ｔ）により適当に調節
することにより行なわれる。

【００８７】以上の処理を図１９を参照して説明する。
図１９は図７に対応しており、これらの違いは、図１９
（ｃ）が振幅方向に可変となっている点だけである。図
１９（ｃ）は時間ｔに対するグラフであり、図１９
（ａ）の位相ｐｈｉ（ｔ）に対するグラフでもある。し
たがって、図１９（ｃ）、あるいは、図５の足の構成を
示した前後に振るためのサーボモーター５０３が決定す
る角度をａｎｇ_i2（ｐｈ_i（ｔ））と表す（但し、ｉ＝
１，２，…，６）。図１９（ｃ）より、

【００８８】

【数１４】ａｎｇ_i2（ｐｈ_i）＝Ａｉ×（ｐｈ_i−３６０×２／６）（０≦ｐｈ_i＜３６０／６）＝Ａ２×（ｐｈ_i−３６０×／６＋３６０／６×５／２））（３６０／６≦ｐｈ_i＜３６０）（１４）

【００８９】

【数１５】Ａ１＝Ａ（３６０／６）（１５）

【００９０】

【数１６】Ａ２＝−Ａ／（３６０／６×５）（１６）

【００９１】となる。ここで、Ａは、足の前後への振り
の角度であり、第２の実施例ではｘ（ｔ）により制御さ
れる。ｘ０は８ビットなので、−１２８≦ｘ０＜１２７
である。

【００９２】したがって、振り角度を３５度プラスマイ
ナス１０度で制御するものとして、右足は、

【００９３】

【数１７】Ａ＝３５−ｘ（ｔ）／１２８×１０（１７）

【００９４】左足は、

【００９５】

【数１８】Ａ＝３５＋ｘ（ｔ）／１２８×１０（１８）

【００９６】と表すことができる。実際には、図１８に
示した画像処理結果取り込み要求信号１５１９による
（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））の取り込みと、式１７、式１８
に示した演算処理とをインタラプト処理として実行す
る。パルス発生器１５０４に対する出力信号を生成する
ための処理は、第１の実施例に示したロボット１０１と
全く同じに行なわれる。これらは、インタラプト１５１
３の処理ルーチンで行なわれる。これらの処理の概要を
図２０に示し、詳細を図２１および図２２にフローチャ
ートとして示す。

【００９７】以下、第２の処理である座標センサー部の
処理について説明する。座標センサー部１５０６の詳細
は後述する。ロボットは重力方向に垂直な平面でしか運
動しないものとする。座標センサー部１５０６は、ロボ
ット１４０１の進行方向に対して時間ｔにおける平行な
方向の加速度成分ａｃ１（ｔ）と、それに垂直でロボッ
トの本体と平行の平面上の加速度成分ａｃ２（ｔ）とを
出力する。マイクロプロセッサ１５０３は、これらの加
速度成分ａｃ１（ｔ），ａｃ２（ｔ）により位置を求め
ることができる。ただし、速度と位置に関しては適当な
初期値が必要である。したがって、１分に一回程度の割
合で１秒間サーボモーターへの出力を禁止し、停止状態
とすることにより速度と位置を初期化する。

【００９８】停止状態とする時間をｔ₀と表す。記述の
簡略化のために時間ｔ₀の時のロボットの位置（ｐｘ，
ｐｙ）を原点とし、速度（ｖｘ，ｖｙ）＝（０，０）と
する。ただし、位置（ｐｘ，ｐｙ）および速度（ｖｘ，
ｖｙ）の座標系は、時間ｔ₀のロボットの進行方法を第
２の要素ｐｙ，ｖｙの軸で正の方向、垂直で右手方向を
ｐｘ，ｖｘの軸で正の方向とする。以下、時刻ｔ₀にお
ける座標系をグローバル（Global）座標系とする。つま
り、センサーの検出方向はロボットとともに移動、回転
するため以下単に位置、角度といった場合、グローバル
座標系にもとづいて表現するものとする。

【００９９】一方、加速度のみでは回転運動を等加速度
運動と区別するのが困難であるため角速度を検出する必
要がある。第２の実施例に示すロボット１４０１におい
ては、重力方向を回転軸とする回転の角速度検出を行な
う。加速度の時と同様に時間ｔ₀のときを停止状態とし
て座標系の角度を初期化する。これは、上述のようにｐ
ｘ軸，ｐｙ軸を設定し現在の角度を０度とすることにほ
かならない。また、角度は反時計回りを正の方向とす
る。なお、単位としては位置はメーター（meter ）角度
は度とする。

【０１００】なお、センサー部からのサンプリングレー
トは適当に設定され、これをΔとし、簡単のためサンプ
リング間の加速度、角速度は０次ホールドされているも
のとする。すなわち、時間ｔ_iにおける角度θ（ｔ_i）
と時間ｔ_i+1における角度θ（ｔ_i+1）の関係は、時刻
ｔ_iの角速度センサーの出力をｗ（ｔ_i）として次式で
与えられる。

【０１０１】

【数１９】 θ（ｔ_i+1）＝θ（ｔ_i）＋ｗ（ｔ_i）Δ （１９）

【０１０２】一方、時間ｔ_iにおける速度（ｖｘ
（ｔ_i），ｖｙ（ｔ_i））と時間ｔ_i+1における速度
（ｖｘ（ｔ_i+1），ｖｙ（ｔ_i+1））の関係は時間ｔ_i
における加速度センサーの出力をａｃ１（ｔ_i），ａｃ
２（ｔ_i）として次式で与えられる。

【０１０３】

【数２０】ｖｘ（ｔ_i+1）＝ｖｘ（ｔ_i）＋〔ａｃ１（ｔ_i）ｓｉｎ（θ（ｔ_i））＋ａｃ２（ｔ_i）ｃｏｓ（θ（ｔ_i））〕Δ （２０）

【０１０４】

【数２１】ｖｙ（ｔ_i+1）＝ｖｙ（ｔ_i）＋〔ａｃ１（ｔ_i）ｃｏｓ（θ（ｔ_i））＋ａｃ２（ｔ_i）ｓｉｎ（θ（ｔ_i））〕Δ （２１）

【０１０５】また、位置についても同様に、以下の式で
与えられる。

【０１０６】

【数２２】ｐｘ（ｔ_i+1）＝ｐｘ（ｔ_i）＋ｖｘ（ｔ_i）Δ ＋１／２×〔ａｃ１（ｔ_i）ｓｉｎ（θ（ｔ_i））＋ａｃ２（ｔ_i）ｃｏｓ（θ_i（ｔ_i））〕ΔΔ （２２）

【０１０７】

【数２３】ｐｙ（ｔ_i+1）＝ｐｙ（ｔ_i）＋ｖｙ（ｔ_i）Δ ＋１／２×〔ａｃ１（ｔ_i）ｃｏｓ（θ（ｔ_i））＋ａｃ２（ｔ_i）ｓｉｎ（θ_i（ｔ_i））〕ΔΔ （２２）

【０１０８】したがって、式１９〜式２３を時間ｔ₀か
ら順次計算していくことにより、ロボットの軌道が求め
られることになる。これらの処理は図１７の座標センサ
ー部からの取り込み要求１５１８に基づいた割り込み処
理として行なう。この処理のフローチャートを図２３に
示す。

【０１０９】以下、第３の処理である軌道の比較とデス
クランブル部への信号の出力に関係する部分について説
明する。前述のように求められた軌道と記憶してある軌
道との比較は一般的なパターン認識の問題と捉えること
ができる。ロボット１４０１における処理においては、
簡単のために以下の特徴量のみを調べる。第１に一分後
の角度を調べる。第２の実施例に示すロボット１４０１
においては、記憶してあるパターンの一分後の角度を３
６０度とする。第２に一分後の位置を調べる。第２の実
施例に示すロボット１４０１においては、記憶してある
パターンの一分後の位置を（０，０）とする。第３に、
原点（０，０）から最大に離れた距離の値を調べる。第
２の実施例に示すロボット１４０１においては、記憶し
てあるパターンの橙に離れた距離を１ｍ×ｍとする。こ
の３つがある誤差範囲であれば記憶パターンと一致した
ことにする。

【０１１０】これらは時間ｔ_Iを時間ｔ₀から一分後と
して次式のように表される。

【０１１１】

【数２４】３６０−５＜θ（ｔ_I）＜３６０＋５（２４）

【０１１２】

【数２５】ｐｘ（ｔ_L）²＋ｐｙ（ｔ_L）²＜０．０１（２５）

【０１１３】

【数２６】１−０．１＜ｍａｘ（ｐｘ（ｔ_I）²＋ｐｙ（ｔ_I）²）＜１＋０．０１（２６）

【０１１４】ただし、上式でｍａｘ（）は、ｉ＝０，
１，…，Ｌの範囲内の最大値を示す。以上の評価で記憶
との一致と判断された場合、マイクロプロセッサ１５０
３はデスクランブル部１５０５に対して必要な信号を出
力する。第２の実施例に示すロボット１４０１において
は、簡単のために単純なイネーブル信号として論理値１
を用いる。以上の処理はマイクロプロセッサ内のタイマ
ーを用いて１分毎の内部インタラプト処理として行な
う。この内部インタラプト処理のフローチャートを図２
４に示す。

【０１１５】以下、座標センサー部１５０６を説明す
る。図２５は、座標センサー部１５０６の構成を示す図
である。座標センサー部１５０６は、２つの加速度セン
サーと１つの角速度センサーを有し、これらのセンサか
らの出力信号がタイミング発生器２００７が発生するタ
イミング信号に同期してアナログ／ディジタル変換され
てマイクロプロセッサ１５０３に信号１５１６として入
力される。また、座標センサー部１５０６は、これらの
センサからの出力信号がＡ／Ｄ２００４〜２００６によ
りアナログ／ディジタルされるタイミングでマイクロプ
ロセッサ１５０３に取り込み要求１５１８を出力する。
加速度センサーとしては例えばＡＮＡＬＯＧＤＥＶＩ
ＣＥＳ社のアンプ内蔵型モノリシック加速度センサーＬ
ＳＩ（ＡＤＸＬ５０）が使用できる。また、角速度セン
サーとしてはＭＵＲＡＴＡのＧＹＲＯＳＴＡＲ（ENC-05
A)などが使用できる。

【０１１６】座標センサー部１５０６における２つの加
速度センサーの取付け方法を図２６に示す。なお、加速
度センサーとして前述のＡＤＸＬ５０を使用しており、
ＡＤＸＬ５０は１０ピンＴＯ−１００パッケージで端子
５から端子１０にむけて感度軸が設定されている。第１
の加速度センサ２００１内のＡＤＸＬ５０（２１０１）
の感度軸を、ロボット１４０１の正面の方向の第２の加
速度センサ２００２内のＡＤＸＬ５０（２１０２）の感
度軸を、加速度センサ２００１と直角で上から見て時計
回りの方向に合わせてロボット１４０１に取り付ける。

【０１１７】以下、デスクランブル部１５０５を説明す
る。図２７はデスクランブル部１５０５の構成を示す図
である。図２７に示すように、デスクランブル部１５０
５は、受信部２１０１、デスクランブル信号処理部２１
０５、送信部２１０２およびアンテナ２１０３，２１０
４から構成される。第２の実施例に示すロボット１４０
１においては、受信部２１０１および送信部２１０２に
ＵＨＦのテレビ信号を用いるものとして、受信部２１０
１はテレビ受信機として動作し、送信部２１０２はテレ
ビ送信機として動作する。電波信号としてスクランブル
された信号１４１３がアンテナ２１０３を介して受信部
２１０１へ入力され、ベースバンドの映像信号２１１０
とオーデイオ信号２１１２が再生されてデスクランブル
信号処理部２１０５へ入力される。

【０１１８】デスクランブル信号処理部２１０５により
処理されたベースバンド映像信号２１１０とオーデイオ
信号２１１３は、デスクランブルイネーブル信号１５１
５が論理値１の場合にはデスクランブルされ、論理値０
の場合はそのまま信号２１１１，２１１３として送信部
２１０２に対して出力される。信号２１１２，２１１３
は、送信部２１０２で再び、ＲＦ信号に変調され送信ア
ンテナ２１０４から信号１４１４として出力される。

【０１１９】なお、受信用のＵＨＦのチャンネルと送信
用のＵＨＦのチャンネルを異なるものとしておく必要が
ある。また、受信部２１０１および送信部２１０２は通
常のＵＨＦのテレビジョン用の受信機および送信機と同
一の構成および動作を有するので細かい説明は省略す
る。

【０１２０】以下、デスクランブル信号処理部２１０５
を説明する。まず、スクランブルとデスクランブルの方
法について説明する。第２の実施例に示すロボット１４
０１においては、アナログ信号のスクランブルおよびデ
スクランブルを行うので、すでに実用化されている方法
が使える。例えば、ＢＳ２の衛星放送あるいは５チャン
ネルにおいて、このようなスクランブル放送が実施され
ている。また、ケーブルを用いた放送でも、同様のスク
ランブル放送が行なわれている。

【０１２１】しかし、第２の実施例では簡単のため、ま
た、記録媒体にすでにスクランブルされた信号が記録さ
れており、時間管理が困難なためフレームで完結するよ
うなスクランブルおよびデスクランブル方法を採用す
る。最も簡単な方法としては、１フレームでライン信号
を１要素としてライン同士の入れ替えを行なう方法が挙
げられる。図２８にデスクランブル信号処理部２１０５
の構成を示す。まず、オーディオ信号に関しては、スク
ランブルがかかっていないものとしてそのまま出力す
る。映像信号に関しては、スクランブルされた信号２１
１０は、タイミング発生器２２０１において水平、垂
直、およびカラーバーストキャリアを再生され、これら
の信号を用いて、Ａ／Ｄコンバータ２２０４に対してサ
ンプリング信号２２１０を、ライトアドレス発生器（Ｗ
アドレス発生器）２２０２に対してアドレスクロック、
カウンターリセット信号２２１１を、フレームメモリ２
２０６に対してライト／リード信号２２１２を、Ｄ／Ａ
コンバーターに対してクロック２２１５を出力する。

【０１２２】一方、映像信号はＡ／Ｄコンバータ２２０
４でデジタル形式の信号に変換され、Ｗアドレス発生器
２２０２により自然に増加していくアドレスの順にフレ
ームメモリ２２０６に書き込まれていく。ただし、上述
のようにスクランブル操作によってライン信号は入れ替
えられている。一方、Ｒアドレス発生器２２０３は、デ
スクランブルイネーブル信号１５１５が論理値１である
場合には、スクランブルしたラインの順番を元通りに直
すべくＷアドレス２２１８に対応したアドレス信号２２
１６を発生し、１フレーム遅れで読み出され、デスクラ
ンブルされたデータ２２１７を読み出す。デスクランブ
ルイネーブル信号１５１５が論理値０の場合には、Ｗア
ドレス２２１８と同じ順番にアドレスを発生し、スクラ
ンブルしたままのデータ２２１７を出力する。

【０１２３】これらのデータは、Ｄ／Ａコンバータ２２
０７によってアナログ信号２２１５に変換され、さらに
同期信号（Ｓｙｎｃ）付加回路２２０５において必要な
水平同期信号、垂直同期信号、カラーバースト信号が付
加され、再び通常のＮＴＳＣ形式の信号に変換され、出
力信号２１１１として出力される。以上でロボット部１
４０１の具体的な説明を終える。なお、パルス発生器１
５０４およびサーボモーターなどは実施例１と同じであ
るため省略する。

【０１２４】再び、図２９および第２の実施例に示すロ
ボット１４０１の全体構成を示す図１６を参照して、シ
ステム１４０４の構成および動作を説明する。図２９
は、システム１４０４の構成を示す図である。ビデオテ
ープ（Ｔａｐｅ）２３０１にはスクランブルされた信号
が記録されている。これは通常の家庭用ＶＣＲ２３０２
で再生され、ベースバンドのＮＴＳＣ信号およびオーデ
ィオ信号２３１０を出力する。送信回路（Ｔｒａｎｓ）
２３０３においてＵＨＦに変調され、電波信号１４１３
として出力される。一方、ロボット１４０１により変換
されたＵＨＦ信号は通常のＵＨＦ受信可能な家庭用ＴＶ
２３０４によって受信され、ＴＶモニターから映像をス
ピーカーから信号１４２５として使用者１４０２に対し
て表示する。

【０１２５】以上で、第２の実施例に示したロボット１
４０１の説明を終了する。なお、第１の実施例において
は、所望の状態の検出は特にセンサーを用いなくとも可
能であったのにたいし、第２の実施例では使用者１４０
２の刺激によりロボット１４０１が外部環境にはたらき
かけ進行方向を変化させ、それを座標センサーで検出す
ることによってなしている。また、実施例１では使用者
はただ刺激をあたえればよかったのにたいし、第２の実
施例では適切な刺激パターンを与えなければならない。
使用者はこの刺激パターンを捜すような努力をしなけれ
ばならない。また、第２の実施例では使用者を介してデ
スクランブル情報をあたえてはいない。ロボット本体に
デスクランブルの処理装置が存在している。

【０１２６】以下、第２の実施例の変形を示す。第１の
実施例に示したロボット１０１に対する刺激の与え方
や、状態変更の方法、所望の状態との一致などは第２の
実施例に示したロボット１４０１に対しても適用可能で
ある。また、第２の実施例ではロボットとして６足の歩
行ロボットを用いたが本発明はこれに限るものではな
い。すなわち、６足以外の歩行ロボット、または車輪に
よる移動型ロボット、空中を移動するロボットなどは第
２の実施例より類推可能である。

【０１２７】また、第２の実施例に示したロボット１４
０１において、記憶パターンとの一致は円軌道であった
が本発明はこれに限るものではない。すなわち、円以外
の軌道、あるいは、例えば、手を持つロボットの場合、
手の動きなどが考えられる。また、軌道に限るものでは
ない。

【０１２８】また、第２の実施例に示したロボット１４
０１においては、状態の検出に加速度センサーなどを用
いたが、本発明はこれに限るものではない。その他の、
座標を測定する方法、あるいは、所望の状態が座標によ
らないのであれば、所望の状態を検出するのに必要なセ
ンサーを用いればよい。また、実施例１に示したロボッ
ト１０１と同様に、センサーを必要としない場合もあ
る。

【０１２９】また、第２の実施例におけいては、ロボッ
ト１４０１に対して、ペンライトを用いてデータを入力
する例を示したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、音なども考えられる。また、通常のラジオコン
トロールにより使用者が直接的に行動を設定する方法で
もよい。また、単純な方向検出ではなく、画像認識、音
信号の認識を用いてロボットの行動を指定することによ
り、行動を誘導したり、学習を進めることも可能であ
る。

【０１３０】また、第２の実施例に示したシステム１４
０４として、家庭用ＶＣＲやテレビを例示したが、その
他のビデオ信号を扱う装置、あるいはオーディオ信号を
扱う装置、ゲームを提供する装置で置換することも可能
である。また、第２の実施例では、図１６に示したよう
に、ロボット１４０１とシステム１４０４との間のデー
タ伝送に電波を用いたが、これに限定されず、有線、無
線によるすべての情報伝達手段が利用できる。また、第
２の実施例ではスクランブルの方法として映像信号のラ
インの入れ替えを行なったが本発明はこれに限定されな
い。ロボットに時計を搭載して、時間毎にスクランブル
の規則が変わる方法も利用できる。また、アナログ信
号、デジタル信号の種類によらない。

【０１３１】実施例１と第２の実施例を比較しながら本
発明を再び一般的に述べる。まず、実施例１では歩行の
位相という内部状態を外部からの刺激（これは必ずしも
必要でない）により更新し、それに基づいて歩行という
行動をしている。第２の実施例では、外部刺激により進
行方向を制御している。実施例１では、歩行の位相とい
う内部状態がある条件を満たせば使用者に暗号を教え
る。第２の実施例では、進行方向が変化することを座標
センサーを介して検出し、それがある条件を満足すれ
ば、ロボット内にあるデスクランブラーによってスクラ
ンブルされた情報をデスクランブル処理を施している。

【０１３２】実施例１では、いわゆる教師が存在しない
で内部状態を変更しているが、一般的な学習方法はすべ
て用いることができる。たとえば、第２の実施例ではあ
らかじめ外部刺激に対して行動が決定されていたが、式
１７、１８だけは A = F(x)のように一般的な関数とし
て例えば、３層のフィードフォワードがたのニューラル
ネットワークで表現し、あらかじめ記憶してあるｘとＡ
の対応で学習を進めたり（教師あり学習）、あるいは適
当にｘに対してＡをそのたび決めてみて、ペンライトの
光点（ｘ，ｙ）が中心に近づけばその対応で教育をし、
そうでないときは何もしない、といった学習法（強化学
習）なども利用できる。

【０１３３】また、実施例１、第２の実施例ともに行動
は歩行という動きであったが、例えば、音声合成による
発話なども行動と見なせる。すなわち、音声合成のパラ
メータを内部状態により決定すれば、しだいに正しい発
話ができるようになり、ある条件を満たせば、その発話
機能により暗号を使用者に教える、という事は本発明に
属するものである。また、コンピュータグラフィックス
などをもちいて描画をパラメータをもちいて行なう（例
えばフラクタルの絵を発生する）ことを行動と見なし、
ただしい描画ができるようになったと判断するとデスク
ランブル機能をアクティブにする、ということも変形と
して考えられる。

【０１３４】

【発明の効果】以上のように本発明に係るロボットによ
れば、使用者がロボットなどの成長を楽しむと同時に成
長させた場合の使用者への利益が生じるため、そこに新
たな目的が生じ、積極的に成長をさせる促進を行なった
り、成長を待ち望む心理状態を生成することが可能にな
り、娯楽性がさらに強化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における本発明に係るロボットの
使用態様を示す図である。

【図２】図１に示したロボットの構成を示す図である。

【図３】図２に示した受信装置の構成を示す図である。

【図４】図２に示した受信時間計測装置の構成を示す図
である。

【図５】図１に示したロボットの歩行用の足の内の１本
の構成を示す図である。

【図６】ロボットの６本の足の取り付け方法を示す図で
ある。

【図７】サーボモータの動作を振動子の位相に対比させ
て説明する図である。

【図８】図６に示したロボットの足のサーボモータの角
度の定義を示す図である。

【図９】図２に示したマイクロプロセッサの処理の概要
を示すフローチャートである。

【図１０】図２に示したパルス発生器に対して出力する
信号を生成する処理を示すフローチャートである。

【図１１】図２に示したパルス発生器へ渡す信号を作る
部分の処理を示すフローチャートである。

【図１２】所望の状態を検出して信号を信号発生器に渡
す第３の処理を示すフローチャートである。

【図１３】図２に示したパルス発生器の構成を示す図で
ある。

【図１４】信号発生部の構成を示す図である。

【図１５】一般的なＶＣＲにデスクランブル装置を付加
して構成したシステムの構成を示す。

【図１６】実施例２における本発明に係るロボットの全
体構成示す図である。

【図１７】図１６に示した本発明に係るロボットの内部
構成を示す図である。

【図１８】図１７に示した画像処理部の構成を示す図で
ある。

【図１９】サーボモータの動作を振動子の位相に対比さ
せて説明する図である。

【図２０】図１７に示したパルス発生器に対する出力信
号を生成するための処理の概要を示すフローチャートで
ある。

【図２１】図１７に示したパルス発生器に対する出力信
号を生成するための処理を示す第１のフローチャートで
ある。

【図２２】図１７に示したパルス発生器に対する出力信
号を生成するための処理の概要を示す第２のフローチャ
ートである。

【図２３】座標センサー部の処理に関する第２の処理を
示すフローチャートである。

【図２４】軌道の比較とデスクランブル部への信号の出
力に関する第３の処理を示すフローチャートである。

【図２５】図１７に示した座標センサー部の構成を示す
図である。

【図２６】図２５に示した座標センサー部における２つ
の加速度センサーの取付け方法を示す図である。

【図２７】図１７に示したデスクランブル部の構成を示
す図である。

【図２８】図２５に示したデスクランブル信号処理部の
構成を示す図である。

【図２９】図２９は、図１６に示したシステムの構成を
示す図である。

【符号の説明】

１０１…ロボット、１０２…使用者、１０３…誘導装
置、１０４…システム、１１０…可視光線、１１１，１
１２…情報、２０１…受信装置、２０２…受信時間計測
装置、２０３…マイクロプロセッサ、２０４…パルス発
生器、２０５…信号発生部、３０１…フォトディテク
タ、３０２…オペアンプ、３０３…比較器、４０１…カ
ウンタ、４０２…水晶発振器、５０１，５０３…サーボ
モータ、５０２，５０４…円形治具、５０５…歩行用
足、１１０１…ＯＳＣ、１１０２…８ビットカウンタ、
１１０３…分周器、１１０４…制御信号発生回路、１１
０５…８ビットコンパレータ、１１０６…デコーダ、１
１０７…８ビットラッチ、１１０８…ＡＮＤ回路、１１
０９…ＳＲフリップフロップ、１２０１…カウンタ、１
２０３…ＲＯＭ、１２０４…Ｄ／Ａ、１２０５…スピー
カ、１３０１…ＶＣＲ装置、１３０２…ビデオテープ、
１３０３…デスクランブラ、１４０１…ロボット、１４
０２…使用者、１４０３…システム、１５０２…画像処
理部、１５０３…マイクロプロセッサ、１５０４…パル
ス発生器、１５０５…デスクランブル部、１５０６…座
標センサー部、１６０２…フレームメモリ、１６０３…
タイミング発生器、１６０４…画像処理用マイクロプロ
セッサ、１６０５…ＲＧＢコンバータ、２００１〜２０
０３…加速度センサ、２００４〜２００６…Ａ／Ｄ、２
００７…タイミング発生器、２１０１…受信部、２１０
２…送信部、２１０３，２１０４…アンテナ、２１０５
…デスクランブル信号処理部、２２０１…タイミング発
生器、２２０２…ｗアドレス発生器、２２０３…Ｒアド
レス発生器、２２０４…Ａ／Ｄコンバータ、２２０５…
同期信号付加回路、２２０６…フレームメモリ、２２０
７…Ｄ／Ａ、２３０１…ビデオテープ、２３０２…ＶＣ
Ｒ、２３０３…送信回路、２３０４…家庭用ＴＶ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 19/4155 Ｇ０５Ｄ 1/02 ＺＧ０６Ｆ 15/18 ５５０Ｅ // Ａ６３Ｈ 3/33 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の動作を行う駆動手段と、外部からの刺激信号を順次、受信する刺激信号受信手段
と、前記刺激信号受信手段が受信した前記刺激信号に基づい
て、前記駆動手段それぞれの動作を順次、変更する位相
変更手段と、予め設定された所望の動作と、変更された前記駆動手段
の動作との一致を検出する一致検出手段と、前記一致検出手段により前記２つの動作の一致が検出さ
れた場合に、所定の出力信号を出力する信号出力手段
と、前記出力信号に基づいて、所定の情報を提供する情報提
供手段とを有するロボット。
【請求項２】前記駆動手段は複数であって、それぞれ独
立した動作位相で動作し、前記位相変更手段は、前記刺激信号受信手段が受信した
前記刺激信号に基づいて、前記複数の駆動手段それぞれ
の動作位相を順次、変更し、前記一致検出手段は、前記複数の駆動手段それぞれに対
応して予め設定された所望の動作位相と、変更された前
記複数の駆動手段それぞれの動作位相との一致を検出
し、前記信号出力手段は、前記一致検出手段により前記２つ
の動作位相の一致が検出された場合に、所定の出力信号
を出力する請求項１に記載のロボット。
【請求項３】前記複数の駆動手段は複数であって、それ
ぞれ独立した動作位相で動作して当該ロボットを移動さ
せ、前記位相変更手段は、前記刺激信号受信手段が受信した
前記刺激信号に基づいて、前記複数の駆動手段それぞれ
の動作位相を順次、変更し、前記一致検出手段は、前記駆動手段の動作位相が変更さ
れた後の当該ロボットの移動の軌跡と、予め設定された
所望の当該ロボットの移動の軌跡との一致を検出し、前記信号出力手段は、前記一致検出手段により前記２つ
の軌跡の一致が検出された場合に、所定の出力信号を出
力する請求項１に記載のロボット。
【請求項４】前記位相変更手段は、所定の時間経過に対
応して前記動作位相の変更を行う請求項２または３に記
載のロボット。
【請求項５】前記位相変更手段は、前記刺激信号受信手
段が受信した刺激信号を計測する測定手段をさらに有
し、前記計測手段により計測された前記刺激信号の特徴に対
応づけて前記動作位相の変更を行う請求項２〜４のいず
れかに記載のロボット。
【請求項６】前記刺激信号受信手段は、前記刺激信号と
して、電磁波、音波、磁気、温度、湿度または当該ロボ
ットへの接触、または、これらの任意の組み合わせを受
信する請求項１〜５のいずれかに記載のロボット。
【請求項７】前記駆動手段は、前記動作位相に応じて動
力を発生するアクチュエータである請求項２〜６のいず
れかに記載のロボット。
【請求項８】前記信号出力手段は、音響信号の形式で前
記出力信号を出力する請求項１〜７のいずれかに記載の
ロボット。
【請求項９】前記信号出力手段は、視覚信号の形式で前
記出力信号を出力する請求項１〜７のいずれかに記載の
ロボット。
【請求項１０】前記情報提供手段は、コンピュータ制御
の電子機器である請求項１〜９のいずれかに記載のロボ
ット。
【請求項１１】前記情報提供手段は、視覚信号および音
響信号、またはこれらのいずれかの形式で前記所定の情
報を提供する請求項１〜１０のいずれかに記載のロボッ
ト。
【請求項１２】前記信号出力手段は、前記情報提供手段
に前記所定の情報を提供させるために必要なデータを含
む前記出力信号を出力する請求項１〜１１のいずれかに
記載のロボット。
【請求項１３】前記所定の情報はスクランブルされてお
り、前記信号出力手段は、前記所定の情報をデスクランブル
するために必要なデータを含む前記出力信号を出力する
請求項１〜１２のいずれかに記載のロボット。
【請求項１４】前記所定の情報をデスクランブルするた
めに必要なデータは、信号出力手段から情報提供手段に
対して直接伝送される請求項１３に記載のロボット。