JPWO2019163312A1 - 情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム - Google Patents

情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】自律移動体の豊かな動作表現をより容易な姿勢制御で実現する。
【解決手段】自律移動体の動作を制御する動作制御部、を備え、前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、情報処理装置が提供される。
【選択図】図１５

Description

本開示は、情報処理装置、情報処理方法、およびプログラムに関する。
近年、技術の発展に伴い種々のロボット装置が開発されている。上記のようなロボット装置には、ユーザや周囲の状況に応じて柔軟な自律動作を行う自律動作型のロボット装置が含まれる。例えば、特許文献１には、自律動作の一つとして情報獲得行動を行うイヌ型のロボット装置が開示されている。
特開２００２−２１９６７７号公報
ところで、特許文献１に開示されるような自律動作型のロボット装置では、種々の自律動作を実現するための姿勢制御が重要となる。姿勢制御は、ロボット装置の構造が複雑であるほど難化する傾向がある一方、ロボット装置の構造を単純化した場合、ロボット装置による動作表現の幅が限定されユーザに無機質な印象を与えることも想定される。
そこで、本開示では、自律移動体の豊かな動作表現をより容易な姿勢制御で実現することが可能な、新規かつ改良された情報処理装置、情報処理方法、およびプログラムを提案する。
本開示によれば、自律移動体の動作を制御する動作制御部、を備え、前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、情報処理装置が提供される。
また、本開示によれば、プロセッサが、自律移動体の動作を制御すること、を含み、前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、前記制御することは、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させること、をさらに含む、情報処理方法が提供される。
また、本開示によれば、コンピュータを、自律移動体の動作を制御する動作制御部、を備え、前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、情報処理装置、として機能させるためのプログラムが提供される。
以上説明したように本開示によれば、自律移動体の豊かな動作表現をより容易な姿勢制御で実現することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の一実施形態に係る自律移動体の正面図および背面図である。 同実施形態に係る自律移動体の斜視図である。 同実施形態に係る自律移動体の側面図である。 同実施形態に係る自律移動体の上面図である。 同実施形態に係る自律移動体の底面図である。 同実施形態に係る自律移動体の内部構造について説明するための概略図である。 同実施形態に係る基板の構成を示す図である。 同実施形態に係る基板一断面図である。 同実施形態に係る車輪の周辺構造を示す図である。 同実施形態に係る車輪の周辺構造を示す図である。 同実施形態に係る自律移動体の前傾走行について説明するための図である。 同実施形態に係る自律移動体の前傾走行について説明するための図である。 実施形態に係る自律移動体１０の前傾動作が奏する効果について説明するための図である。 実施形態に係る自律移動体１０の前傾動作が奏する効果について説明するための図である。 同実施形態に係る自律移動体の機能構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る停留時および移動動作時における姿勢制御について説明するための図である。 同実施形態に係る停留時および移動動作時における姿勢制御について説明するための図である。 同実施形態に係る位状態への遷移時における車輪制御について説明するための図である。 同実施形態に係る位状態への遷移時における車輪制御について説明するための図である。 同実施形態に係るフライホイールの配置について説明するための図である。 同実施形態に係るフライホイールのジャイロ効果により発生する回転力について説明するための図である。 同実施形態に係る転倒状態からの復帰制御の流れを説明するための図である。 同実施形態に係る転倒状態からの復帰制御の流れを説明するための図である。 同実施形態に係る転倒状態からの復帰制御の流れを説明するための図である。 同実施形態に係る転倒状態からの復帰制御の流れを説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．実施形態
１．１．概要
１．２．自律移動体１０の構成例
１．３．自律移動体１０の機能構成例
１．４．姿勢制御の詳細
２．まとめ
＜１．実施形態＞
＜＜１．１．概要＞＞
まず、本開示の一実施形態の概要について述べる。上述したように、自律動作を行う種々のロボット装置が開発されている。上記のようなロボット装置は、ユーザ、周囲また自身の状況に応じて、移動などを含む種々の動作を自律的に実行することが可能である。
ここで、上記のような自律動作を実現するためには、ロボット装置（以下、自律移動体、とも称する）の姿勢制御が重要となる。上記の姿勢制御には、例えば、自律移動体が備えるジャイロセンサが検出した角速度に基づいて、当該自律移動体のバランスを制御するジャイロ制御が含まれる。係る制御によれば、例えば、意図しない転倒が発生しないよう自律移動体の姿勢を微細に調整することなどが可能となる。
一方、ジャイロ制御を行う場合であっても、自律移動体が移動を行わずその場で停留する場合では、装置本体がふらふらと安定しない状態となるのが一般的である。また、停留時にも自律移動体が転倒しないようジャイロ制御を継続して実行することで電力コストが増大する傾向がある。
本開示に係る技術思想は上記の点に着目して発想されたものであり、停留時には、自律移動体を座位状態とすることで設置面との接触面積を増加させ、ジャイロ制御なしでも本体を安定的な状態で静止させることを特徴の一つとする。係る特徴によれば、移動を必要としない場合には、自律移動体をその場でしっかりと静止させるとともに、不要なジャイロ制御を行わないことで、電力消費を効果的に低減することが可能である。
また、本実施形態に係る自律移動体は、前傾姿勢を維持した立位状態で前後運動、旋回運動、回転運動などの移動動作を行うことを特徴の一つとする。係る特徴によれば、自律移動体が例えば長楕円体などの比較的単純な外形を有する場合であっても、頭部や腰部を明確に想起させることで、人工的物体である印象を拭い去り、より現実の生命体に近い引用をユーザに与えることが可能となる。
以下、本実施形態に係る自律移動体１０が有する特徴と、当該特徴が奏する効果について詳細に説明する。
＜＜１．２．自律移動体１０の構成例＞＞
次に、本開示の一実施形態に係る自律移動体１０の構成例について説明する。本実施形態に係る自律移動体１０は、環境認識に基づく自律動作を行う種々の装置であり得る。以下においては、本実施形態に係る自律移動体１０が車輪による自律走行を行う長楕円体のエージェント型のロボット装置である場合を例に説明する。本実施形態に係る自律移動体１０は、例えば、ユーザ、周囲、また自身の状況に応じた自律動作を行うことで、情報提示を含む種々のコミュニケーションを実現する。本実施形態に係る自律移動体１０は、ユーザが片手で容易に持ち上げられる程度の大きさおよび重量を有する小型ロボットであってもよい。
まず、図１〜５を参照して、本実施形態に係る自律移動体１０の外装について一例を述べる。図１は、本実施形態に係る自律移動体１０の正面図および背面図である。また、図２は、本実施形態に係る自律移動体１０の斜視図である。また、図３は、本実施形態に係る自律移動体１０の側面図である。また、図４および図５は、それぞれ本実施形態に係る自律移動体１０の上面図および底面図である。
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、本体上部に右眼および左眼に相当する２つの眼部５１０を備える。眼部５１０は、例えば、ＬＥＤなどにより実現され、視線や瞬きなどを表現することができる。なお、眼部５１０は、上記の例に限定されず、例えば、単一または独立した２つのＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などにより実現されてもよい。
また、本実施形態に係る自律移動体１０は、眼部５１０の上方に２つのカメラ５１５を備える。カメラ５１５は、ユーザや周囲環境を撮像する機能を有する。また、自律移動体１０は、カメラ５１５により撮像された画像に基づいて、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を実現することができる。
なお、本実施形態に係る眼部５１０およびカメラ５１５は、外装表面の内部に配置される基板５０５上に配置される。また、本実施形態に自律移動体１０の外装表面は、基本的に不透明な素材を用いて形成されるが、眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板５０５に対応する部位については、透明、あるいは半透明素材を用いた頭部カバー５５０が設けられる。これにより、ユーザは、自律移動体１０の眼部５１０を認識することができ、また自律移動体１０は外界を撮像することができる。
また、図１、図２、および図５に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、正面下部にＴｏＦセンサ５２０を備える。ＴｏＦセンサ５２０は、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５２０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、また段差などを検出することで、落下や転倒を防止することができる。
また、図１、図３などに示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、背面に外部装置の接続端子５５５および電源スイッチ５６０を備えてもよい。自律移動体１０は、接続端子５５５を介して外部装置と接続し情報通信を行うことができる。
また、図５に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、底面に２つの車輪５７０を備える。本実施形態に係る車輪５７０は、それぞれ異なるモータ５６５により駆動される。これにより自律移動体１０は、前進、後退、旋回、回転などの移動動作を実現することができる。また、本実施形態に係る車輪５７０は、本体内部への格納、および外部への突出が可能なように備えられる。本実施形態に係る自律移動体１０は、例えば、２つの車輪５７０を勢いよく外部へと突出させることでジャンプ動作を行うことも可能である。なお、図５には、車輪５７０が本体内部へ格納された状態が示されている。
以上、本実施形態に係る自律移動体１０の外装について説明した。続いて、本実施形態に係る自律移動体１０の内部構造について説明する。図６は、本実施形態に係る自律移動体１０の内部構造について説明するための概略図である。
図６の左側に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、電子基板上に配置される慣性センサ５２５および通信装置５３０を備える。慣性センサ５２５は、自律移動体１０の加速度や角速度を検出する。また、通信装置５３０は、外部との無線通信を実現するための構成であり、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）アンテナなどを含む。
また、自律移動体１０は、例えば、本体側面の内部にスピーカ５３５を備える。自律移動体１０は、スピーカ５３５により、音声を含む種々の音情報を出力することができる。
また、図６の右側に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、本体上部の内側に複数のマイクロフォン５４０を備える。マイクロフォン５４０は、ユーザの発話や、周囲の環境音を収集する。また、自律移動体１０は、複数のマイクロフォン５４０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できる。
また、自律移動体１０は、図６に示すように、複数のモータ５６５を備える。自律移動体１０には、例えば、眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板を垂直方向および水平方向に駆動するために２つのモータ５６５、左右の車輪５７０を駆動するために２つのモータ５６５、および自律移動体１０の前傾姿勢を実現するための１つのモータ５６５を備えてもよい。本実施形態に係る自律移動体１０は、上記複数のモータ５６５により豊かな動作を表現することができる。
次に、本実施形態に係る眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板５０５の構成、および眼部５１０の構成について詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る基板５０５の構成を示す図である。また、図８は、本実施形態に係る基板５０５の一断面図である。図７を参照すると、本実施形態に係る基板５０５は、２つのモータ５６５に接続される。上述したように、２つのモータ５６５は、眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板５０５を垂直方向および水平方向に駆動することができる。これによれば、自律移動体１０の眼部５１０を垂直方向および水平方向に柔軟に動かすことができ、状況や動作に応じた豊かな眼球動作を表現することが可能となる。
また、図７および図８に示すように、眼部５１０は、虹彩に対応する中央部５１２と、いわゆる白目に対応する周縁部５１４から構成される。中央部５１２は、青、赤、緑などを含む任意の色を、周縁部５１４は白色をそれぞれ表現する。このように、本実施形態に係る自律移動体１０は、眼部５１０の構成を２つに分離することで、より実際の生物に近い自然な眼球表情を表現することができる。
次に、図９および図１０を参照して、本実施形態に係る車輪５７０の構造について詳細に説明する。図９および図１０は、本実施形態に係る車輪５７０の周辺構造を示す図である。図９に示すように、本実施形態に係る２つの車輪５７０は、それぞれ独立したモータ５６５により駆動される。係る構成によれば、単純な前進や後退に加え、旋回やその場での回転などの移動動作を細やかに表現することが可能である。
また、上述したように、本実施形態に係る車輪５７０は、本体内部への格納と外部への突出が可能なように備えられる。また、本実施形態に係る車輪５７０と同軸に、ダンパー５７５が設けられることで、車軸や本体への衝撃や振動の伝達を効果的に低減することが可能である。
また、図１０に示すように、本実施形態に係る車輪５７０には、補助ばね５８０が設けられてもよい。本実施形態に係る車輪の駆動は、自律移動体１０が有する駆動部の中で最もトルクを要するが、補助ばね５８０を設けることで、駆動部のそれぞれに異なるモータ５６５を用いることなく、すべてのモータ５６５を共通化することが可能である。
次に、本実施形態に係る自律移動体１０の走行時における特徴について説明する。図１１は、本実施形態に係る自律移動体１０の前傾走行について説明するための図である。本実施形態に係る自律移動体１０は、前傾姿勢を保ちながら、前後運動、旋回運動、回転運動などの移動動作を行うことを特徴の一つとする。図１１には、走行時における自律移動体１０を側面から見た様子が示されている。
図１１に示すように、本実施形態に係る自律移動体１０は、垂直方向に角度θだけ前方向に傾いて移動動作を行うことを特徴の一つとする。角度θは、例えば、１０°であり得る。
この際、後述する動作制御部１６０は、図１２に示すように、自律移動体１０の重心ＣｏＧが車輪５７０の回転軸ＣｏＷの鉛直上に位置するように自律移動体１０の移動動作を制御する。また、本実施形態に係る自律移動体１０の背面側には、前傾姿勢時にバランスを保つために重量部品ｈｐが配置される。本実施形態に係る重量部品ｈｐは、自律移動体１０が備える他の構成部品と比較し、より重要のある部品であってよく、例えば、モータ５６５やバッテリーなどであり得る。上記の部品配置によれば、頭部が前方に傾いてもバランスを維持した状態でジャイロ制御が容易となり、自律移動体１０の意図しない転倒を防止し安定した前傾走行を実現することができる。
続いて、本実施形態に係る自律移動体１０による前傾姿勢を維持した移動動作についてより詳細に説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは、本実施形態に係る自律移動体１０の前傾動作が奏する効果について説明するための図である。
ここで、図１３Ａには、自律移動体が前傾姿勢を取らない場合の回転動作の一例が示されている。図１３Ａに示すように、自律移動体１０が前傾姿勢を取らず長楕円体を直立させたまま回転や前後運動などの移動動作を行う場合、長楕円体のボディに方向性が感じられず、自律移動体が人工的物体である印象を拭い去ることが困難である。
一方、本実施形態に係る自律移動体１０は、図１３Ｂに示すように、前傾姿勢を維持した状態で回転などの移動動作を行うことを特徴の一つとする。係る特徴によれば、自律移動体１０の前方上部が頭部を、後方下部が腰を想起させることで、単純な長楕円体にも方向性が生じることとなる。
このように、本実施形態に係る自律移動体１０の前傾動作によれば、ヒトが有する身体部位に相当する構造を比較的単純な外装で表現することができ、単純形態を擬人化することで、単なる人工物を超えた生命体としての印象をユーザに与えることが可能となる。以上説明したように、本実施形態に係る前傾動作は、長楕円体などの比較的単純な外装を有するロボットの表情を豊かに表現することを可能とし、また実際の生物のような複雑な動作を想起させることが可能な非常に有効な手段といえる。
以上、本開示の一実施形態に係る自律移動体１０の構成例について詳細に説明した。なお、図１〜１３Ｂを用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本開示の一実施形態に係る自律移動体１０の構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る自律移動体１０の形状および内部構造は任意に設計可能である。
＜＜１．３．自律移動体１０の機能構成例＞＞
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述べる。図１４は、本実施形態に係る自律移動体１０の機能構成例を示すブロック図である。図１４を参照すると、本実施形態に係る自律移動体１０は、センサ部１１０、入力部１２０、光源１３０、音声出力部１４０、駆動部１５０、および動作制御部１６０を備える。
（センサ部１１０）
本実施形態に係るセンサ部１１０は、ユーザや周囲に係る種々のセンサ情報を収集する機能を有する。このために、本実施形態に係るセンサ部１１０は、例えば、上述したカメラ５１５、ＴｏＦセンサ５２０、マイクロフォン５４０、慣性センサ５２５などを備える。また、センサ部１１０は、上記の他、例えば、地磁気センサ、タッチセンサ、赤外線センサなどを含む種々の光センサ、温度センサ、湿度センサなどの様々なセンサを備えてよい。
（入力部１２０）
本実施形態に係る入力部１２０は、ユーザによる物理的な入力操作を検出する機能を有する。本実施形態に係る入力部１２０は、例えば、電源スイッチ５６０などのボタンを備える。
（光源１３０）
本実施形態に係る光源１３０は、自律移動体１０の眼球動作を表現する。このために、本実施形態に係る光源１３０は、２つの眼部５１０を備える。
（音声出力部１４０）
本実施形態に係る音声出力部１４０は、音声を含む種々の音を出力する機能を有する。このために、本実施形態に係る音声出力部１４０は、スピーカ５３５やアンプなどを備える。
（駆動部１５０）
本実施形態に係る駆動部１５０は、自律移動体１０の身体動作を表現する。このために、本実施形態に係る駆動部１５０は、２つの車輪５７０や複数のモータ５６５を備える。
（動作制御部１６０）
本実施形態に係る動作制御部１６０は、自律移動体１０が備える各構成を制御する機能を有する。動作制御部１６０は、例えば、センサ部１１０が収集したセンサ情報に基づいて行動計画を行い、光源１３０による眼球表現や、音声出力部１４０による音声出力を制御する。また、動作制御部１６０は、上記の行動計画に基づいて、駆動部１５０の動作を制御してよい。
以上、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した。なお、図１４を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本開示の一実施形態に係る自律移動体１０の機能構成は係る例に限定されない。例えば、本実施形態に係る自律移動体１０の動作は、自律移動体１０と通信を行う情報処理サーバにより制御されてもよい。この場合、自律移動体１０は、上述した通信装置５３０を介して、情報処理サーバにセンサ情報を送信し、情報処理サーバから制御信号を受信してよい。本実施形態に係る自律移動体１０の機能構成は、自律移動体１０の形状などに応じて柔軟に変形可能である。
＜＜１．４．姿勢制御の詳細＞＞
次に、本実施形態に係る動作制御部１６０による自律移動体１０の姿勢制御について詳細に説明する。上述したように、本実施形態に係る動作制御部１６０は、自律移動体１０が前傾姿勢を維持した状態で移動動作を行うよう制御を行うことを特徴の一つとする。本実施形態に係る動作制御部１６０が有する上記の機能によれば、自律移動体１０に方向性を生じさせることで、より現実の生命体に近い豊かな動作表現を実現することが可能となる。
また、本実施形態に係る動作制御部１６０は、停留時と移動動作時とで異なる姿勢制御を行ってよい。図１５は、本実施形態に係る停留時および移動動作時における姿勢制御について説明するための図である。図１５の左側には、自律移動体１０が移動動作を行わずその場で停留する場合が示されている。この際、本実施形態に係る動作制御部１６０は、車輪５７０を自律移動体１０の本体内部へと格納させ、自律移動体１０を座位状態で静止させてよい。
本実施形態に係る動作制御部１６０による上記の制御によれば、移動動作が必要ない場合には、車輪５７０を本体内部へと格納し底部を設置面に接触させることで、自律移動体１０をしっかりと静止させ、一般的なロボット装置のような停留時におけるふらつきを防止することが可能となる。また、係る制御によれば、ジャイロ制御なしでも自律移動体１０を安定させることができ、ジャイロ制御に要する電力消費を効果的に低減することが可能となる。
一方、図１５の右側には、自律移動体が移動動作を行う場合が示されている。この際、本実施形態に係る動作制御部１６０は、車輪５７０を自律移動体１０の本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、車輪５７０の駆動制御やジャイロ制御を行う。
なお、動作制御部１６０は、上述したように、自律移動体１０の重心ＣｏＧが車輪５７０の鉛直上に位置するように制御することで、自律移動体１０に前傾姿勢を維持させる。なお、この際、動作制御部１６０は、車輪５７０の位置を重心ＣｏＧの位置に合わせて調整してもよい。
本実施形態に係る動作制御部１６０による上記の制御によれば、前傾姿勢を維持した状態で自律移動体１０に移動動作を行わせることができ、自律移動体１０が比較的単純な外形を有する場合であっても、現実の生命体により近い豊かな動作表現を実現することが可能となる。
なお、図１５に示した一例では、自律移動体１０が座位状態においても前傾姿勢を維持する場合を示したが、本実施形態に係る座位状態の姿勢は係る例に限定されない。図１６は、本実施形態に係る自律移動体１０が座位状態において直立姿勢を取る場合の一例が示されている。図１６に示す一例の場合、底面部の角度が本体の体軸に対し垂直となるように形成されていることがわかる。このように、座位状態における自律移動体１０の姿勢は、底面部の角度を変化させることで適宜調整可能である。
なお、図１５に示すように、底面部の角度を、前方が開くように体軸に対し斜めとした場合、移動動作時に前方下部が走行面に接触する可能性をより低減することが可能である。一方、図１６に示すように、底面部の角度を体軸に対し垂直に形成する場合、座位状態において自律移動体１０をより安定的に静止させる効果が期待される。
しかし、この場合、図１６の左側に示すように、座位状態においては、自律移動体１０の重心ＣｏＧが、車輪５７０の回転軸からズレることとなる。ここで、何ら制御を行わない場合、立位状態へ遷移した瞬間に重心ＣｏＧにより自律移動体１０の本体が後方へ動くこととなる。
上記のような事態を防止するため、本実施形態に係る動作制御部１６０は、座位状態から立位状態への遷移に際し、鉛直方向における自律移動体１０の重心ＣｏＧと車輪５７０の回転軸とのズレ量に基づいて車輪５７０を回転させてよい。
図１７は、本実施形態に係る立位状態への遷移時における車輪制御について説明するための図である。図１７には、自律移動体１０の車輪５７０が、突出に伴い走行面と接触する際の状況が示されている。この際、本実施形態に係る動作制御部１６０は、車輪５７０を、上記のズレ量＋αだけ回転させ、重心ＣｏＧを車輪５７０の回転軸の鉛直上に位置させた後、ジャイロ制御を行ってよい。動作制御部１６０による上記の制御によれば、座位状態において重心と車輪５７０の回転軸とにズレが生じている場合であっても、当該ズレを相殺し、後方に動くことなく安定的に自律移動体１０を立位状態に遷移させることが可能となる。
なお、上記では、底面部を体軸と垂直に形成することにより、重心と回転軸とにズレが生じる場合を例に述べたが、上記のようなズレは、図１８に示すように、走行面が傾斜を有する場合にも生じ得る。図１８に示す一例の場合、底面部の角度は図１５に示した一例と同様であるが、走行面が傾いているために、座位状態における重心ＣｏＧが、車輪５７０の回転軸からズレてしまっている。
しかし、この場合であっても、図１７を用いて説明したように、動作制御部１６０が、鉛直方向における重心ＣｏＧと車輪５７０の回転軸のズレ量に基づいて、車輪５７０を回転させることで、後方に動くことなく自律移動体１０を安定的に立位状態へ遷移させることが可能である。
以上、本実施形態に係る座位状態および立位状態の姿勢制御について説明した。続いて、本実施形態に係るフライホイールを用いた姿勢制御について説明する。上述した構成に加え、本実施形態に係る自律移動体１０は、フライホイール６１０をさらに備えてもよい。本実施形態に係る動作制御部１６０は、フライホイール６１０の回転により生じるジャイロ効果を利用して自律移動体１０の姿勢制御をより精度高く実現することが可能である。
図１９は、本実施形態に係るフライホイール６１０の配置について説明するための図である。図１９には、本実施形態に係るフライホイールおよび基板５０５の配置関係が種々の角度から示されている。図１９に示すように、本実施形態に係るフライホイール６１０は、眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板５０５の内側に配置される。この際、本実施形態に係るフライホイール６１０は、３つの回転軸を有するよう、基板５０５と連動するジンバル上に配置され得る。
図１９の左側に示す回転軸Ｒｗは、フライホイール６１０を高速回転させるための軸である。本実施形態に係る動作制御部１６０は、モータ５６５ｗを駆動することでフライホイール６１０を高速回転させ、発生したジャイロ効果により、自律移動体１０の姿勢をより安定的に保つことができる。
また、図１９の中央に示す回転軸Ｒａは、基板５０５と連動してフライホイール６１０をチルト方向に回転させるための軸である。本実施形態に係る動作制御部１６０は、モータ５６５ａを駆動することで、基板５０５、および高速回転するフライホイールをチルト方向に傾け、ジャイロ効果による大きな回転力を発生させることが可能である。
また、図１９の右側に示す回転軸Ｒｂは、基板５０５と連動してフライホイール６１０をパン方向に回転させるための軸である。本実施形態に係る動作制御部１６０は、モータ５６５ｂを駆動することで、基板５０５およびフライホイール６１０をパン方向における向きを調整することが可能である。係る制御によれば、ジャイロ効果による回転力の発生方向を任意の方向に定めることが可能となる。
以上、本実施形態に係るフライホイール６１０の配置について説明した。続いて、本実施形態に係るフライホイール６１０を利用した転倒状態からの復帰について説明する。上述したように、本実施形態に係る動作制御部１６０は、フライホイールの６１０を高速回転させ、また高速回転するフライホイール６１０をチルト方向に傾けることで、ジャイロ効果による大きな回転力を発生させることができる。
図２０は、本実施形態に係るフライホイール６１０のジャイロ効果により発生する回転力について説明するための図である。当該回転力を利用した姿勢制御を行う場合、動作制御部１６０は、まず、回転軸Ｒｗを中心にフライホイール６１０を高速回転させることで、大きな角運動量を保持させる。
次に、本実施形態に係る動作制御部１６０は、高速回転するフライホイール６１０を、回転軸Ｒａを中心にチルト方向へ傾けることで、ジャイロ効果により大きな回転力を発生させる。この際、ジャイロ効果により発生する回転力の発生方向Ｄは、図２０に示すように、回転軸ＲｗおよびＲａに対し垂直となる。本実施形態に係る動作制御部１６０は、上記のように発生する回転力を利用することで、例えば、転倒状態にある自律移動体１０を立位状態に復帰させることが可能である。
図２１〜図２４は、本実施形態に係る転倒状態からの復帰制御の流れを説明するための図である。図２１には、自律移動体１０が横向き転倒した場合の一例を示す図である。この場合、動作制御部１６０は、センサ部１１０が収集したセンサ情報に基づいて、転倒状態における自律移動体１０の向きを検出する。
次に、動作制御部１６０は、上記で検出した向きに基づいて、図２２に示すように、基板５０５が起き上がる方向を向くように、モータ５６５ｂを駆動し基板５０５およびフライホイール６１０を回転軸Ｒｂを中心にパン方向に回転させる。すなわち、動作制御部１６０は、ジャイロ効果による回転力の発生方向を、フライホイール６１０をパン方向に傾けることで調整することができる。係る制御によれば、自律移動体１０がどの方向に倒れた場合であっても、力学上において正しい位置において自律移動体１０を立位状態に復帰させることができる。
次に、動作制御部１６０は、図２３に示すように、モータ５６５ｗを駆動しフライホイール６１０を高速回転させる。ここで、フライホイール６１０の回転速度が閾値を超えた際、動作制御部１６０は、モータ５６５ａを駆動し基板５０５およびフライホイール６１０を回転軸Ｒａを中心にチルト方向に高速で傾ける。
以上説明した制御によれば、ジャイロ効果による回転力により自律移動体１０が図２４に示すように転倒状態から立位状態へと復帰することが可能である。
なお、本実施形態に係る動作制御部１６０は、上記で述べた転倒状態からの復帰に限らず、フライホイール６１０を利用した種々の動作制御を行うことが可能である。動作制御部１６０は、例えば、フライホイール６１０のジャイロ効果を利用して、自律移動体１０の体軸が水平に近い状態で静止させたり、当該状態から立位状態へ復帰させることなども可能である。また、動作制御部１６０は、例えば、自律移動体１０にジャンプ、前転、側転などを実行させることも可能である。本実施形態に係るフライホイール６１０および動作制御部１６０によれば、自律移動体１０の安定した姿勢制御を実現するとともに、より豊かな動作表下を実現することが可能となる。
＜２．まとめ＞
以上説明したように、本開示の一実施形態に係る自律移動体１０は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪５７０を備える。また、本開示の一実施形態に係る動作制御部１６０は、自律移動体１０の移動に際し、車輪５７０を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、車輪５７０の駆動制御および自律移動体１０の姿勢制御を行う。また、動作制御部１６０は、自律移動体１０の停留時に、車輪５７０を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる。係る構成によれば、自律移動体の豊かな動作表現をより容易な姿勢制御で実現することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
自律移動体の動作を制御する動作制御部、
を備え、
前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、
情報処理装置。
（２）
前記動作制御部は、前記立位状態において、前記自律移動体が前傾姿勢を維持するように姿勢制御を行う、
前記（１）に記載の情報処理装置。
（３）
前記動作制御部は、前記自律移動体を前傾姿勢を維持した状態で移動動作させ、
前記移動動作は、前後運動、旋回運動、または回転運動のうち少なくともいずれかを含む、
前記（２）に記載の情報処理装置。
（４）
前記動作制御部は、前記立位状態において、前記自律移動体の重心が、前記車輪の回転軸の鉛直上に位置するように制御する、
前記（２）または（３）に記載の情報処理装置。
（５）
前記動作制御部は、前記座位状態から前記立位状態への遷移に際し、鉛直方向における前記自律移動体の重心と前記回転軸とのズレ量に基づいて前記車輪を回転させる、
前記（４）に記載の情報処理装置。
（６）
前記動作制御部は、前記座位状態から前記立位状態への遷移において、前記車輪が走行面に接触する際、前記ズレ量に基づいて前記車輪を回転させることで、前記自律移動体の重心が前記車輪の回転軸の鉛直上に位置するように制御する、
前記（５）に記載の情報処理装置。
（７）
前記動作制御部は、前記座位状態において、前記自律移動体を前傾姿勢を維持したまま静止させる、
前記（１）〜（６）のいずれかに記載の情報処理装置。
（８）
前記動作制御部は、前記座位状態において、前記自律移動体を直立姿勢を維持したまま静止させる、
前記（１）〜（６）のいずれかに記載の情報処理装置。
（９）
前記自律移動体は、本体内部にフライホイールを備え、
前記動作制御部は、前記自律移動体の姿勢状況に基づいて前記フライホイールを回転させることで、前記自律移動体の姿勢制御を行う、
前記（１）〜（８）のいずれかに記載の情報処理装置。
（１０）
前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、前記フライホイールの回転制御により前記自律移動体を前記立位状態に復帰させる、
前記（９）に記載の情報処理装置。
（１１）
前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、回転させた前記フライホイールをチルト方向に傾けることで、前記自律移動体を前記立位状態に復帰させる、
前記（１０）に記載の情報処理装置。
（１２）
前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、ジャイロ効果による前記フライホイールの回転力の発生方向を、前記フライホイールをパン方向に傾けることで調整する、
前記（１１）に記載の情報処理装置。
（１３）
前記自律移動体である、
前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の情報処理装置。
（１４）
プロセッサが、自律移動体の動作を制御すること、
を含み、
前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
前記制御することは、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させること、
をさらに含む、
情報処理方法。
（１５）
コンピュータを、
自律移動体の動作を制御する動作制御部、
を備え、
前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、
情報処理装置、
として機能させるためのプログラム。
１０ 自律移動体
１１０ センサ部
１２０ 入力部
１３０ 光源
１４０ 音声出力部
１５０ 駆動部
１６０ 動作制御部
５７０ 車輪
６１０ フライホイール

Claims (15)

  1. 自律移動体の動作を制御する動作制御部、
    を備え、
    前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
    前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、
    情報処理装置。
  2. 前記動作制御部は、前記立位状態において、前記自律移動体が前傾姿勢を維持するように姿勢制御を行う、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記動作制御部は、前記自律移動体を前傾姿勢を維持した状態で移動動作させ、
    前記移動動作は、前後運動、旋回運動、または回転運動のうち少なくともいずれかを含む、
    請求項２に記載の情報処理装置。
  4. 前記動作制御部は、前記立位状態において、前記自律移動体の重心が、前記車輪の回転軸の鉛直上に位置するように制御する、
    請求項２に記載の情報処理装置。
  5. 前記動作制御部は、前記座位状態から前記立位状態への遷移に際し、鉛直方向における前記自律移動体の重心と前記回転軸とのズレ量に基づいて前記車輪を回転させる、
    請求項４に記載の情報処理装置。
  6. 前記動作制御部は、前記座位状態から前記立位状態への遷移において、前記車輪が走行面に接触する際、前記ズレ量に基づいて前記車輪を回転させることで、前記自律移動体の重心が前記車輪の回転軸の鉛直上に位置するように制御する、
    請求項５に記載の情報処理装置。
  7. 前記動作制御部は、前記座位状態において、前記自律移動体を前傾姿勢を維持したまま静止させる、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  8. 前記動作制御部は、前記座位状態において、前記自律移動体を直立姿勢を維持したまま静止させる、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  9. 前記自律移動体は、本体内部にフライホイールを備え、
    前記動作制御部は、前記自律移動体の姿勢状況に基づいて前記フライホイールを回転させることで、前記自律移動体の姿勢制御を行う、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  10. 前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、前記フライホイールの回転制御により前記自律移動体を前記立位状態に復帰させる、
    請求項９に記載の情報処理装置。
  11. 前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、回転させた前記フライホイールをチルト方向に傾けることで、前記自律移動体を前記立位状態に復帰させる、
    請求項１０に記載の情報処理装置。
  12. 前記動作制御部は、前記自律移動体が転倒した場合、ジャイロ効果による前記フライホイールの回転力の発生方向を、前記フライホイールをパン方向に傾けることで調整する、
    請求項１１に記載の情報処理装置。
  13. 前記自律移動体である、
    請求項１に記載の情報処理装置。
  14. プロセッサが、自律移動体の動作を制御すること、
    を含み、
    前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
    前記制御することは、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させること、
    をさらに含む、
    情報処理方法。
  15. コンピュータを、
    自律移動体の動作を制御する動作制御部、
    を備え、
    前記自律移動体は、本体内部への格納、および本体外部への突出が可能な車輪を備え、
    前記動作制御部は、前記自律移動体の移動に際し、前記車輪を本体外部へ突出させ立位状態を維持するとともに、前記車輪の駆動制御および前記自律移動体の姿勢制御を行い、前記自律移動体の停留時に、前記車輪を本体内部へと格納することで座位状態で静止させる、
    情報処理装置、
    として機能させるためのプログラム。
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北村 駿 他３名: "多様な制御系設計に利用可能な車輪駆動型倒立振子ロボットの開発", 第５７回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集［ＣＤ−ＲＯＭ］, JPN6023004344, 15 May 2013 (2013-05-15), ISSN: 0004982952 *
和久井 郁 他１名: "動的姿勢制御による倒立振子型二輪ロボットの障害物回避", ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１４講演論文集［ＤＶＤ−ＲＯＭ］, JPN6023004345, 24 May 2014 (2014-05-24), pages 2 - 08, ISSN: 0004982953 *

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