JPWO2019138618A1 - 動物型の自律移動体、動物型の自律移動体の動作方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
1.構成
1.1.自律移動体10の概要
1.2.自律移動体10のハードウェア構成例
1.3.システム構成例
1.4.自律移動体10の機能構成例
1.5.情報処理サーバ20の機能構成例
2.動作
2.1.第1の動作例
2.2.第2の動作例
3.むすび
<<1.1.自律移動体10の概要>>
まず、本開示の一実施形態に係る自律移動体10の概要について説明する。本開示の一実施形態に係る自律移動体10は、収集したセンサ情報に基づく状況推定を実行し、状況に応じた種々の動作を自律的に選択し実行する情報処理装置である。自律移動体10は、単にユーザの指示コマンドに従った動作を行うロボットとは異なり、状況ごとに最適であると推測した動作を自律的に実行することを特徴の一つとする。
次に、本開示の一実施形態に係る自律移動体10のハードウェア構成例について説明する。なお、以下では、自律移動体10がイヌ型の四足歩行ロボットである場合を例に説明する。
マイクロフォン515は、周囲の音を収集する機能を有する。上記の音には、例えば、ユーザの発話や、周囲の環境音が含まれる。自律移動体10は、例えば、頭部12に4つのマイクロフォンを備えてもよい。複数のマイクロフォン515を備えることで、周囲で発生する音を感度高く収集すると共に、音源の定位を実現することが可能となる。
カメラ520は、ユーザや周囲環境を撮像する撮像部である。自律移動体10は、例えば、鼻先に位置するカメラ520A、および腰に位置するカメラ520Bを有する。カメラ520Aおよび520Bは、広角カメラまたは魚眼カメラであってもよい。鼻先に配置されるカメラ520Aは、自律移動体10の前方視野(すなわち、イヌの視野)に対応した画像を撮像し、腰部のカメラ520Bは、上方を中心とする周囲領域の画像を撮像する。自律移動体10は、例えば、腰部に配置されるカメラ520Bにより撮像された画像に基づいて、天井の特徴点などを抽出し、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)を実現することができる。
ToFセンサ525は、頭部12の前方に存在する物体との距離を検出する機能を有する。ToFセンサ525は、頭部12の鼻先に備えられる。ToFセンサ525によれば、種々の物体との距離を精度高く検出することができ、ユーザを含む対象物や障害物などとの相対位置に応じた動作を実現することが可能となる。
人感センサ530は、ユーザやユーザが飼育するペットなどの所在を検知する機能を有する。人感センサ530は、例えば、胸部に配置される。人感センサ530によれば、前方に存在する動物体を検知することで、当該動物体に対する種々の動作、例えば、興味、恐怖、驚きなどの感情に応じた動作を実現することが可能となる。
PSDセンサ535は、自律移動体10の前方床面の状況を取得する機能を有する。PSDセンサ535は、例えば、胸部に配置される。PSDセンサ535によれば、自律移動体10の前方床面に存在する物体との距離を精度高く検出することができ、当該物体との相対位置に応じた動作を実現することができる。
タッチセンサ540は、ユーザによる接触を検知する機能を有する。タッチセンサ540は、例えば、頭頂、あご下、背中など、ユーザが自律移動体10に対し触れる可能性が高い部位に配置される。タッチセンサ540は、例えば、静電容量式や感圧式のタッチセンサであってよい。タッチセンサ540によれば、ユーザによる触れる、撫でる、叩く、押すなどの接触行為を検知することができ、当該接触行為に応じた動作を行うことが可能となる。
照度センサ545は、自律移動体10が位置する空間の照度を検出する。照度センサ545は、例えば、胴体部13の背面側であって、尾部15の付け根に配置されてもよい。照度センサ545によれば、周囲の明るさを検出し、当該明るさに応じた動作を実行することが可能となる。
足裏ボタン550は、自律移動体10の脚部14の底面が床と接触しているか否かを検知する機能を有する。このために、足裏ボタン550は、4つの脚部14の肉球に該当する部位にそれぞれ配置される。足裏ボタン550によれば、自律移動体10と床面との接触または非接触を検知することができ、例えば、自律移動体10がユーザにより抱き上げられたことなどを把握することが可能となる。
慣性センサ555は、頭部12や胴体部13の速度や加速度、回転などの物理量を検出する6軸センサである。すなわち、慣性センサ555は、X軸、Y軸、Z軸の加速度および角速度を検出する。慣性センサ555は、頭部12および胴体部13にそれぞれ配置される。慣性センサ555によれば、自律移動体10の頭部12および胴体部13の運動を精度高く検出し、状況に応じた動作制御を実現することが可能となる。
続いて、本開示の一実施形態に係る自律移動体10の関節部の構成例について説明する。図2は、本開示の一実施形態に係る自律移動体10が備えるアクチュエータ570の構成例である。本開示の一実施形態に係る自律移動体10は、図2に示す回転箇所に加え、耳と尾部15に2つずつ、口に1つの合計22の回転自由度を有する。
続いて、図5を参照して、本開示の一実施形態に係る自律移動体10が備えるディスプレイ510の機能について説明する。図5は、本開示の一実施形態に係る自律移動体10が備えるディスプレイ510の機能について説明するための図である。
Diode)により実現される。OLEDによれば、眼球の曲面を再現することが可能となり、1枚の平面ディスプレイにより一対の眼球を表現する場合や、2枚の独立した平面ディスプレイにより2つの眼球をそれぞれ表現する場合と比較して、より自然な外装を実現することができる。
次に、本開示の一実施形態に係るシステム構成例について説明する。図7は、本開示の一実施形態に係るシステム構成の一例を示す図である。図7を参照すると、本開示の一実施形態に係る情報処理システムは、複数の自律移動体10および情報処理サーバ20を備える。なお、自律移動体10と情報処理サーバ20、また自律移動体10同士は、ネットワーク30を介して互いに通信が行えるように接続される。
本開示の一実施形態に係る自律移動体10は、収集したセンサ情報に基づく状況推定を実行し、状況に応じた種々の動作を自律的に選択し実行する情報処理装置である。上述したように、本開示の一実施形態に係る自律移動体10は、例えば、ヒトやイヌなどの動物を模した形状や、動作能力を有する自律移動型ロボットであってもよい。
本開示の一実施形態に係る情報処理サーバ20は、複数の自律移動体10と接続され、自律移動体10から各種の情報を収集する機能を有する情報処理装置である。情報処理サーバ20は、例えば、自律移動体10により収集されたセンサ情報から、自律移動体10のハードウェアの状態や、自律移動体10に対するユーザ熱中度に係る分析などを行うことができる。
ネットワーク30は、自律移動体10と情報処理サーバ20、自律移動体10同士を接続する機能を有する。ネットワーク30は、インターネット、電話回線網、衛星通信網などの公衆回線網や、Ethernet(登録商標)を含む各種のLAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などを含んでもよい。また、ネットワーク30は、IP−VPN(Internet Protocol−Virtual Private Network)などの専用回線網を含んでもよい。また、ネットワーク30は、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)など無線通信網を含んでもよい。
次に、本開示の一実施形態に係る自律移動体10の機能構成例について説明する。図8は、本開示の一実施形態に係る自律移動体10の機能構成例を示す図である。図8を参照すると、本開示の一実施形態に係る自律移動体10は、入力部110、認識部120、学習部130、行動計画部140、動作制御部150、駆動部160、出力部170、およびサーバ通信部180を備える。
入力部110は、ユーザや周囲環境に係る種々の情報を収集する機能を有する。入力部110は、図1を参照して説明した各種のセンサを包含する機能ブロックであり、例えば、ユーザの発話や周囲で発生する環境音、ユーザや周囲環境に係る画像情報、および種々のセンサ情報を収集する。
認識部120は、入力部110が収集した種々の情報に基づいて、ユーザや周囲環境、また自律移動体10の状態に係る種々の認識を行う機能を有する。一例としては、認識部120は、人識別、表情や視線の認識、物体認識、色認識、形認識、マーカー認識、障害物認識、段差認識、明るさ認識などを行ってよい。
学習部130は、環境(状況)と行動、また当該行動による環境への作用を学習する機能を有する。学習部130は、例えば、深層学習(Deep Learning)などの機械学習アルゴリズムを用いて、上記の学習を実現する。なお、学習部130が採用する学習アルゴリズムは、上記の例に限定されず、適宜設計可能である。
行動計画部140は、認識部120が推定した状況と学習部130が学習した知識に基づいて、自律移動体10が行う行動を計画する機能を有する。本開示の一実施形態に係る行動計画部140の機能詳細については別途後述する。
動作制御部150は、行動計画部140による行動計画に基づいて、駆動部160および出力部170の動作を制御する機能を有する。動作制御部150は、例えば、上記の行動計画に基づいて、アクチュエータ570の回転制御や、ディスプレイ510の表示制御、スピーカによる音声出力制御などを行う。本開示の一実施形態に係る動作制御部150の機能詳細については別途詳細に説明する。
駆動部160は、動作制御部150による制御に基づいて、自律移動体10が有する複数の関節部を屈伸させる機能を有する。駆動部160は、図2を参照して説明したアクチュエータ570を包含し、各関節部が備えるアクチュエータ570は、動作制御部150による制御に基づき駆動する。
出力部170は、動作制御部150による制御に基づいて、視覚情報や音情報の出力を行う機能を有する。このために、出力部170は、ディスプレイ510やスピーカを備える。
サーバ通信部180は、情報処理サーバ20や他の自律移動体10との情報通信を行う機能を有する。例えば、サーバ通信部180は、認識部120が認識した状況に係る情報などを情報処理サーバ20に送信する。また、例えば、サーバ通信部180は、情報処理サーバ20から推奨行動や当該推奨行動に係る制御シーケンスデータを受信する。
次に、本開示の一実施形態に係る情報処理サーバ20の機能構成例について説明する。図9は、本開示の一実施形態に係る情報処理サーバ20の機能構成例を示す図である。図9を参照すると、本開示の一実施形態に係る情報処理サーバ20は、学習部210、行動推奨部220、分析部230、記憶部240、および端末通信部250を備える。
学習部130は、環境(状況)と行動、また当該行動による環境への作用を学習する機能を有する。この際、学習部210は、複数の自律移動体10から収集した行動履歴に基づく学習を行うことを特徴とする。すなわち、学習部210は、複数の自律移動体10に共通する集合知ということができる。
行動推奨部220は、自律移動体10から受信した状況推定に係る情報と、学習部210が有する集合知としての知識に基づいて、自律移動体10に推奨する推奨行動を決定する機能を有する。また、行動推奨部220は、推奨行動とともに当該推奨行動を自律移動体10に実現させるための制御シーケンスデータを端末通信部250を介して自律移動体に送信することを特徴の一つとする。
分析部230は、自律移動体10から受信した情報に基づいて、種々の分析を行う機能を有する。分析部230は、例えば、自律移動体10から受信した行動履歴や稼働状況に基づいて、アクチュエータ570などの状態を分析することが可能である。また、分析部230は、自律移動体10から受信したユーザの接触や反応などの情報に基づいて、自律移動体10に対するユーザの興味(熱中度)などを分析することが可能である。
記憶部240は、情報処理サーバ20の各構成が利用する情報を蓄積する機能を有する。記憶部240は、例えば、自律移動体10から受信した制御シーケンスデータを状況やユーザの反応と関連付けて記憶する。また、記憶部240は、分析部230が分析に利用する情報や分析の結果を記憶する。
端末通信部250は、ネットワーク30を介して、複数の自律移動体10と情報通信を行う機能を有する。端末通信部250は、例えば、自律移動体10から状況推定に係る情報を受信する。また、端末通信部250は、例えば、行動推奨部220が決定した推奨行動や制御シーケンスデータに係る情報を自律移動体10に送信する。
以上、本開示による自律移動体10などの構成を説明した。上述した本開示による自律移動体10の動作制御部150は、認識部120および行動計画部140などの演算部が演算処理を実行している際に、演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を筐体部に行わせる。かかる構成により、ユーザが、自律移動体10において実行されている演算処理の種類を知ることが可能となる。さらに、演算部が実行している演算処理に、当該演算処理に対応または類似する動物の活動を模した動作が関連付けられる。このため、ユーザは直感的に自律移動体10が実行している演算処理を理解することができ、かつ、自律移動体10の動物らしさをより強めることが可能となる。以下、演算処理の種類に応じた動作について、幾つかの具体例を順次詳細に説明する。
(第1の動作例の要旨)
上述したように、自律移動体10はカメラ520Bを有する。カメラ520Bは、図10に示したように、胴体部13の尾部15側の背面に設けられる。このような位置に設けられたカメラ520Bは、頭部12の鼻先に設けられた520Aよりも、上半球側の広い範囲を撮像することが可能である。
続いて、図13を参照し、第1の動作例の流れを整理する。図13は、第1の動作例の流れを示すフローチャートである。自律移動体10がSLAMモードに移行すると、自律移動体10の行動計画部140は、SLAM処理を実行するためのSLAM実行位置を選定する(S304)。そして、動作制御部150が駆動部160を駆動することにより、自律移動体10がSLAM実行位置に移動する(S308)。自律移動体10が移動を停止した後、自律移動体10はSLAM処理を開始する(S312)。すなわち、カメラ520Bが撮像を開始し、認識部120が地図情報の作成および自己位置推定を開始する。
マーキング動作により、胴体部13の姿勢が変化し、カメラ520Bの視野も変化する。また、マーキング動作の態様により、例えば、後脚部14Cおよび14Dのいずれが持ち上げられるかにより、カメラ520Bの視野の変化の仕方も異なる。そこで、動作制御部150は、マーキング動作において、地図情報が不足している領域にカメラ520Bの視野が向くように胴体部13の姿勢を変化させてもよい。かかる構成により、不足している地図情報を効率的に収集することが可能となる。また、動作制御部150は、1つの停止位置において、マーキング動作の姿勢を変化させてもよい。各姿勢において認識部120がSLAM処理を行うことにより、1つの停止位置においてより多くの地図情報を得ることが可能となる。
次に、自律移動体10の第2の動作例を説明する。図1を参照して説明したように、自律移動体10はマイクロフォン515を有し、認識部120は、マイクロフォン515に入力された音声を認識するための音声認識処理を行う。動物は、周囲の音を注意深く聞く場合、耳を広げるまたは耳を立てるなどして、周囲の音をより効率的に取り込もうとする。このため、動作制御部150は、認識部120が音声認識処理を行っている場合、図16に示したように、頭部12の耳が持ち上がるように駆動部160を制御してもよい。かかる構成により、ユーザは、自律移動体10が音声認識処理を実行中であることを耳の状態に基づいて直感的に理解することが可能である。
以上説明したように、本開示の実施形態による自律移動体10の動作制御部150は、認識部120および行動計画部140などの演算部が演算処理を実行している際に、演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を筐体部に行わせる。かかる構成により、実際の動物と同様に、内部で行われている活動を、文字表示などを用いずにユーザに示すことが可能となる。また、演算部が実行している演算処理に、当該演算処理に対応または類似する動物の活動を模した動作が関連付けられる。このため、ユーザは直感的に自律移動体10が実行している演算処理を理解することができ、かつ、自律移動体10の動物らしさをより強めることが可能となる。
(1)
動物型に形成された筐体部と、
演算部と、
前記演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を前記筐体部に行わせる動作制御部と、
を備える、動物型の自律移動体。
(2)
前記演算部が実行している演算処理が、地図情報の作成処理または前記動物型の自律移動体の位置推定処理である場合、前記動作制御部は、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、前記(1)に記載の動物型の自律移動体。
(3)
前記動物型の自律移動体は撮像部を有し、
前記演算部は、前記撮像部により取得される撮像画像を解析することで、前記地図情報として3次元の地図情報を生成する、前記(2)に記載の動物型の自律移動体。
(4)
前記筐体部は、胴体部、頭部、尾部および複数の脚部を含み、
前記複数の脚部は、前記頭部側に位置する2本の前脚部と、前記尾部側に位置する2本の後脚部を含み、
前記撮像部は、前記胴体部の尾部側の背面に設けられる、前記(3)に記載の動物型の自律移動体。
(5)
前記動作制御部は、前記動物型の自律移動体に移動と停止を繰り返させ、
前記演算部は、前記動物型の自律移動体の移動が停止している間に前記地図情報の作成処理または前記位置推定処理を行い、
前記動作制御部は、前記動物型の自律移動体の停止位置に所定の条件を満たす物が存在する場合に、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、前記(2)〜(4)のいずれか一項に記載の動物型の自律移動体。
(6)
前記所定の条件を満たす物は、高さが所定の高さ以上である物である、前記(5)に記載の動物型の自律移動体。
(7)
前記動物型の自律移動体は、ユーザの存在を検出するユーザ検出部をさらに有し、
前記動作制御部は、前記ユーザ検出部により前記ユーザが検出されている場合に、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の動物型の自律移動体。
(8)
前記自律移動体は、前記停止位置において実行された演算処理の結果、および前記停止位置において前記マーキング動作が行われたか否かを示す情報を情報処理サーバに送信する通信部をさらに備える、前記(5)に記載の動物型の自律移動体。
(9)
前記通信部は、前記情報処理サーバから、ある位置における前記演算処理の結果、および当該位置において前記マーキング動作が行われたか否かを示す情報を受信し、
前記動物型の自律移動体が前記位置に存在し、かつ、前記位置における前記演算処理の結果、および前記位置において前記マーキング動作が行われたことを示す情報が前記通信部により受信された場合、前記動作制御部は、前記筐体部に匂いを嗅ぐ動作を行わせる、前記(8)に記載の動物型の自律移動体。
(10)
前記筐体部は、耳を有する頭部を含み、
前記演算部が実行している演算処理が、ユーザの音声を認識する音声認識処理である場合、前記動作制御部は、前記筐体部に前記耳を開かせる、前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の動物型の自律移動体。
(11)
前記演算処理は、時間幅を有する期間に亘って実行される処理である、前記(1)〜(10)のいずれか一項に記載の動物型の自律移動体。
(12)
プロセッサが演算処理を実行することと、
前記プロセッサが実行している前記演算処理の種類に応じた動作を、動物型に形成された筐体部に行わせることと、
を含む、動物型の自律移動体の動作方法。
(13)
コンピュータを、
演算部と、
前記演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を、動物型に形成された筐体部に行わせる動作制御部と、
として機能させるための、プログラム。
12 頭部
13 胴体部
14 脚部
15 尾部
20 情報処理サーバ
30 ネットワーク
110 入力部
120 認識部
130 学習部
140 行動計画部
150 動作制御部
160 駆動部
170 出力部
180 サーバ通信部
210 学習部
220 行動推奨部
230 分析部
240 記憶部
250 端末通信部
510 ディスプレイ
515 マイクロフォン
520 カメラ
525 ToFセンサ
530 人感センサ
535 PSDセンサ
540 タッチセンサ
545 照度センサ
550 足裏ボタン
555 慣性センサ
570 アクチュエータ
Claims (13)
- 動物型に形成された筐体部と、
演算部と、
前記演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を前記筐体部に行わせる動作制御部と、
を備える、動物型の自律移動体。 - 前記演算部が実行している演算処理が、地図情報の作成処理または前記動物型の自律移動体の位置推定処理である場合、前記動作制御部は、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、請求項1に記載の動物型の自律移動体。
- 前記動物型の自律移動体は撮像部を有し、
前記演算部は、前記撮像部により取得される撮像画像を解析することで、前記地図情報として3次元の地図情報を生成する、請求項2に記載の動物型の自律移動体。 - 前記筐体部は、胴体部、頭部、尾部および複数の脚部を含み、
前記複数の脚部は、前記頭部側に位置する2本の前脚部と、前記尾部側に位置する2本の後脚部を含み、
前記撮像部は、前記胴体部の尾部側の背面に設けられる、請求項3に記載の動物型の自律移動体。 - 前記動作制御部は、前記動物型の自律移動体に移動と停止を繰り返させ、
前記演算部は、前記動物型の自律移動体の移動が停止している間に前記地図情報の作成処理または前記位置推定処理を行い、
前記動作制御部は、前記動物型の自律移動体の停止位置に所定の条件を満たす物が存在する場合に、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、請求項2に記載の動物型の自律移動体。 - 前記所定の条件を満たす物は、高さが所定の高さ以上である物である、請求項5に記載の動物型の自律移動体。
- 前記動物型の自律移動体は、ユーザの存在を検出するユーザ検出部をさらに有し、
前記動作制御部は、前記ユーザ検出部により前記ユーザが検出されている場合に、前記筐体部にマーキング動作を行わせる、請求項1に記載の動物型の自律移動体。 - 前記自律移動体は、前記停止位置において実行された演算処理の結果、および前記停止位置において前記マーキング動作が行われたか否かを示す情報を情報処理サーバに送信する通信部をさらに備える、請求項5に記載の動物型の自律移動体。
- 前記通信部は、前記情報処理サーバから、ある位置における前記演算処理の結果、および当該位置において前記マーキング動作が行われたか否かを示す情報を受信し、
前記動物型の自律移動体が前記位置に存在し、かつ、前記位置における前記演算処理の結果、および前記位置において前記マーキング動作が行われたことを示す情報が前記通信部により受信された場合、前記動作制御部は、前記筐体部に匂いを嗅ぐ動作を行わせる、請求項8に記載の動物型の自律移動体。 - 前記筐体部は、耳を有する頭部を含み、
前記演算部が実行している演算処理が、ユーザの音声を認識する音声認識処理である場合、前記動作制御部は、前記筐体部に前記耳を開かせる、請求項1に記載の動物型の自律移動体。 - 前記演算処理は、時間幅を有する期間に亘って実行される処理である、請求項1に記載の動物型の自律移動体。
- プロセッサが演算処理を実行することと、
前記プロセッサが実行している前記演算処理の種類に応じた動作を、動物型に形成された筐体部に行わせることと、
を含む、動物型の自律移動体の動作方法。 - コンピュータを、
演算部と、
前記演算部が実行している演算処理の種類に応じた動作を、動物型に形成された筐体部に行わせる動作制御部と、
として機能させるための、プログラム。
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