WO2019175937A1

WO2019175937A1 - ロボット

Info

Publication number: WO2019175937A1
Application number: PCT/JP2018/009544
Authority: WO
Inventors: 良雄宮崎
Original assignee: 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-19

Abstract

ロボット１は、外装部材で囲まれた空間にアクチュエータ２５などの発熱体を備える。伝熱部２６は、発熱体の熱を外装部材に伝える。伝熱制御部１０４は、伝熱部２６による伝熱を制御する。状態管理部１０１は、ロボット１の感情の状態および／または運動の状態を管理する。伝熱制御部１０４は、状態管理部１０１により管理されているロボット１の状態にしたがって、伝熱部２６による伝熱を制御する、

Description

ロボット

　本発明はロボットに関し、特にペット型ロボットに関する。

　動物の外観を模したペット型ロボットは、ユーザとのインタラクションに際して、ユーザを楽しませるような行動をとることが期待される。特許文献１は、行動選択確率にもとづいて探査的行動と知識利用的行動を選択して自律行動するペット型ロボットを開示する。このペット型ロボットは、行動に対する報酬から行動価値を更新して新たな行動選択確率を決定することで、ユーザを飽きさせない行動を選択する。

特開２００３－３４０７５９号公報

　従来から人は動物と触れ合うことで、楽しみや安らぎ、癒しを得て、ストレスを軽減できることが知られている。自律行動するペット型ロボットにも動物と同様の効果が期待されるが、ペット型ロボットは体温を有しないために、ユーザが触っても動物のような「温かさ」は感じない。そこで体温や体温変化をユーザに感じさせる仕組みをロボットに組み込む技術の開発が望まれている。

　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボット外装の温度を変化させる技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様のロボットは、外装部材で囲まれた空間に発熱体を備えたロボットであって、発熱体の熱を外装部材に伝える伝熱部と、伝熱部による伝熱を制御する伝熱制御部と、当該ロボットの感情の状態および／または運動の状態を管理する状態管理部と、を備える。伝熱制御部は、状態管理部により管理されている当該ロボットの状態にしたがって、伝熱部による伝熱を制御する。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した記録媒体、データ構造などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

実施例のロボットの外観構成の一例を示す図である。ロボットの機能ブロック図である。伝熱部による熱伝導を実現するための構成を示す図である。伝熱部による熱伝達を実現するための構成を示す図である。

　図１は、実施例のロボット１の外観構成の一例を示す。ロボット１は子犬を模した外観を有するペット型ロボットであり、自律行動機能をもつ。ロボット１は複数のパーツの組合せにより構成され、各パーツは外表面を構成する外装部材を有する。実施例の外装部材はユーザにロボット１の温度および／または温度変化を感じさせるために、外装部材で囲まれた空間に存在する発熱体の熱を外表面に伝える伝熱性の高い材料（以下、「伝熱性材料」とも呼ぶ）で形成される。なお外装部材の全てが伝熱性材料で形成される必要はないが、ユーザがよく触る部位は、ユーザが外装面の温度変化を感じ取れるように、伝熱性材料で形成されることが好ましい。

　実施例のロボット１はパーツとして、胴体部２と、胴体部２に連結する足部３、頭部４および尾部１０とを備える。足部３は、右前足３ａ、左前足３ｂ、右後足３ｃ、左後足３ｄを有し、それぞれが胴体部２に回動可能に連結される。足部３のそれぞれは、４軸以上の自由度をもち、犬と同様の動きを実現する。胴体部２の前方上部に連結された頭部４は、首５、口６、右耳７ａ、左耳７ｂ、鼻８、右目９ａおよび左目９ｂを有する。首５は胴体部２に回動可能に連結され、口６、右耳７ａ、左耳７ｂは可動式に構成される。口６や鼻８には排気口が形成され、頭部内部の放熱ファンが間欠的に回転駆動されることで、内部空気が排気口から周期的に排出され、犬と同じように呼吸をしている状態が表現されてもよい。また右目９ａ、左目９ｂは、眼の表情を演出する有機ＥＬディスプレイで形成されてよい。

　ロボット１を構成する胴体部２、足部３、頭部４および尾部１０には、関節を構成するモータを含むアクチュエータが設けられる。犬の動きに近づけるために、各パーツには複数のアクチュエータが設けられて、きめ細かな動きを実現できることが好ましい。モータはコイルへの通電により発熱する発熱体であり、実施例のロボット１では、この発熱をロボット１の体温を表現するために有効利用する。なおロボット１には発熱体として、ペルチェ素子などの温度制御可能な熱電素子が設けられてもよい。

　ロボット１は、人を感知する人感センサ、触られたことを検知するタッチセンサ、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロセンサを含むモーションセンサ、外装部材または発熱体の温度を検知する温度センサ、対象物との距離を検知する距離センサ、外界の音声を入力するマイク、ロボット周辺を撮影するカメラなどの各種センサを備える。このうち温度センサは、各パーツの外装部材の表面温度を検知または推定するために、各パーツに設けられることが好ましい。またロボット１は、出力機能として、音声を出力するスピーカ、両眼を構成する有機ＥＬディスプレイを有する。

　図２は、ロボット１の機能ブロック図である。
　胴体部２には、ロボット１の全体動作を制御する制御部１００と、人感センサ２１、タッチセンサ２２、モーションセンサ２３、温度センサ２４などの各種センサと、アクチュエータ２５、伝熱部２６およびバッテリ（図示せず）が設けられる。制御部１００は、状態管理部１０１、駆動制御部１０２、出力制御部１０３および伝熱制御部１０４を有する。

　制御部１００は、ハードウェア的には、集積回路ブロック、メモリ、その他のＬＳＩで構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。実施例において制御部１００は、集積回路への通電により発熱する発熱体としての役割をもつ。

　伝熱部２６は、発熱体であるアクチュエータ２５および制御部１００で発生した熱を、胴体部２の外装部材に伝える機能をもつ。伝熱部２６は、機械的に動作可能な部材および／または装置であり、伝熱制御部１０４により動作制御される。伝熱制御部１０４は、伝熱部２６を動作させることで、発熱体と外装部材との間の伝熱量を調整する。伝熱部２６の構成については後述する。

　頭部４には、タッチセンサ４１、カメラ４２、マイク４３、スピーカ４４、ディスプレイ４５、距離センサ４６、温度センサ４７、アクチュエータ４８および伝熱部４９が設けられる。ここでディスプレイ４５は、両眼を構成する有機ディスプレイであるが、それ以外にもユーザへの情報通知用のディスプレイが設けられてもよい。足部３における右前足３ａ、左前足３ｂ、右後足３ｃ、左後足３ｄには、それぞれ温度センサ３１、アクチュエータ３２および伝熱部３３が設けられる。尾部１０には、温度センサ１１、アクチュエータ１２および伝熱部１３が設けられる。頭部４における伝熱部４９、足部３における伝熱部３３、尾部１０における伝熱部１３も、胴体部２における伝熱部２６と同様に、発熱体の熱を外装部材に伝える。

　状態管理部１０１は、ロボット１の感情の状態および／または運動の状態を管理する。
　状態管理部１０１は、「うれしさ」、「悲しさ」、「怒り」、「驚き」、「恐れ」等の各感情カテゴリにおけるロボット１の状態（度合い）を、たとえば０～１００の範囲内の値をとる感情パラメータによって表現する。状態管理部１０１は、頭部４におけるタッチセンサ４１や、胴体部２におけるタッチセンサ２２の検出値を用いて、ユーザによる接触行為が、たとえば「なでた」ものであるか、または「叩いた」ものであるか判定する。ここで「なでた」ことが判定されると、状態管理部１０１は「うれしさ」の感情パラメータ値を現在の値よりも上げ、「悲しさ」の感情パラメータ値を現在の値よりも下げる。一方で「叩いた」ことが判定されると、状態管理部１０１は「悲しさ」の感情パラメータ値を上げ、「うれしさ」の感情パラメータ値を下げる。

　状態管理部１０１は、カメラ４２で撮影したユーザの画像や、マイク４３に入力されたユーザ音声から、ユーザの感情を推定し、その推定したユーザの感情に応じて、ロボット１の感情パラメータ値を導出してもよい。ユーザに寄り添う行動基準が設定されている場合、状態管理部１０１は、ユーザが喜んでいることを推定すると、「うれしさ」の感情パラメータ値を上げて「悲しさ」の感情パラメータ値を下げ、一方でユーザが悲しんでいることを推定すると、「悲しさ」の感情パラメータ値を上げて「うれしさ」の感情パラメータ値を下げる。

　以上は「うれしさ」と「悲しさ」のカテゴリに関する説明であるが、状態管理部１０１は、マイク４３に大きな音声が入力されると「驚き」の感情パラメータ値を上げ、ユーザに意地悪なことを言われると「怒り」の感情パラメータ値を上げてよい。このように状態管理部１０１は、ロボット１の感情の状態を管理し、各カテゴリの最新の感情パラメータ値をメモリに記憶する。

　また状態管理部１０１は、駆動制御部１０２における各アクチュエータ１２、２５、３２、４８の駆動状態や、モーションセンサ２３の検出値にもとづいて、ロボット１の運動の状態を管理する。感情状態の管理と同様に、状態管理部１０１は、ロボット１の運動の状態を、たとえば０～１００の範囲内の値をとる運動パラメータによって表現してよい。

　たとえばロボット１が高速で運動している場合、状態管理部１０１は、ロボット１の運動負荷が高いことを判定し、運動パラメータ値を上げる。逆にロボット１の動きがゆっくりである場合、状態管理部１０１は、ロボット１の運動負荷が低いことを判定し、運動パラメータ値を下げる。このように状態管理部１０１は、ロボット１の運動の状態を管理し、最新の運動パラメータ値をメモリに記憶する。

　駆動制御部１０２は、状態管理部１０１によって管理されるロボット１の感情の状態に応じて、各パーツに搭載されたアクチュエータを駆動制御する。たとえば「うれしさ」の感情パラメータ値が高ければ、ロボット１は尾部１０を振るなどして、うれしさを表現する。駆動制御部１０２は、感情の状態に応じた行動選択肢を設定した行動モデルライブラリを有し、状態管理部１０１により管理されている最新の感情状態に応じた行動を選択して、ロボット１を自律行動させる。

　出力制御部１０３は、スピーカ４４およびディスプレイ４５からの出力を制御する。ロボット１がユーザと会話できる設定である場合、出力制御部１０３は、スピーカ４４に入力されたユーザ音声を解析して、ユーザの発話内容に対する応答音声をスピーカ４４から出力してよい。また出力制御部１０３は、ロボット１の感情状態に応じて、両眼に設けられたディスプレイ４５の画面を変化させてもよい。

　伝熱制御部１０４は、外装部材で囲まれた空間に熱を放出する発熱体と、外装部材との間の伝熱量を調整する機能をもつ。図２に示すように、各パーツは、温度センサ、アクチュエータおよび伝熱部を有しており、以下、パーツを代表して、胴体部２における伝熱制御について説明する。

　図３（ａ）、（ｂ）は、伝熱部２６による熱伝導を実現するための構成を示す。胴体部２において、アクチュエータ２５および制御部１００は発熱体であり、伝熱部２６は、発熱体で生成される熱を、胴体部２の外装部材１５０に伝える。外装部材１５０を伝熱性材料で形成することで、熱は外装部材１５０の外装面に伝わり、ユーザは、該外装面に触れることで、ロボット１の温かさや温度変化を感じられる。

　伝熱部２６は、発熱体の熱を吸収する熱吸収部材２００と、熱吸収部材２００が吸収した熱を外装部材１５０に伝える熱伝導部材２０１と、熱吸収部材２００および熱伝導部材２０１を動作可能に連結する連結部２０２を有する。連結部２０２には、モータからの動力が伝達されるようになっており、伝熱制御部１０４は、連結部２０２に接続するモータを制御して、熱伝導部材２０１を動作させる。なお連結部２０２に接続するモータは、アクチュエータ２５のモータとは異なるモータであってよい。

　図３（ａ）は、熱伝導部材２０１が外装部材１５０に接触し、発熱体と外装部材１５０とを熱的に結合する結合位置にある状態を示す。図３（ｂ）は、熱伝導部材２０１が外装部材１５０から離され、発熱体と外装部材１５０との間の熱伝導を遮断する遮断位置にある状態を示す。熱伝導部材２０１は、結合位置（図３（ａ））と遮断位置（図３（ｂ））との間を、連結部２０２を支点として回転移動可能である。

　図示されるように、図３に示す伝熱部２６はリンク機構を有し、伝熱制御部１０４は、リンク機構を動作させることで、熱伝導部材２０１を結合位置と遮断位置との間で移動させる。なお熱伝導部材２０１は可撓性を有して、連結部２０２に接続するモータの回転トルクに応じて、外装部材１５０との接触面積が変化するように構成されてもよい。この場合、伝熱制御部１０４は、発熱体と外装部材１５０との熱的結合の程度を、リンク機構の動作量に応じて調整して、外装部材１５０の温度を制御できる。図示されるように温度センサ２４は外装部材１５０の温度を測定し、伝熱制御部１０４は、測定された外装部材１５０の温度が所望値となるように、リンク機構の動作量を調整してよい。

　図４は、伝熱部２６による熱伝達を実現するための構成を示す。アクチュエータ２５および制御部１００は発熱体であり、伝熱部２６は、発熱体で生成される熱を、胴体部２の外装部材１５０に伝える。図４に示す伝熱部２６は、流体（空気）を介して熱を伝える熱伝達部材２１０ａ、２１０ｂ（以下、まとめて「熱伝達部材２１０」と呼ぶこともある）を有し、発熱体により加熱された熱流体の流れを生成する。この例で熱伝達部材２１０は、放熱用のファンである。

　伝熱制御部１０４は、熱伝達部材２１０による熱流体の流れを制御する。伝熱制御部１０４は、熱伝達部材２１０の流量を調整できるだけでなく、熱伝達部材２１０の姿勢も調整できる。熱伝達部材２１０の姿勢を調整することで、伝熱制御部１０４は熱流体の流れの方向を制御でき、外装部材１５０における所望の位置の温度を調整できる。図示のように、１つの発熱体に対して複数の熱伝達部材２１０が設けられることで、伝熱制御部１０４は、熱流体の流れ方向を自在に制御できるようになる。

　実施例のロボット１では、アクチュエータ２５や制御部１００で発生する熱を、伝熱部２６によりロボット１の体温として有効利用する。これによりユーザはロボット１の体温や体温変化を感じることができ、現実の動物と触れ合っているような感覚を得られる。図３，４では、胴体部２における伝熱構造について説明したが、他のパーツの伝熱構造も同様に構成される。

　なお実施例のロボット１では、温度変化を実現可能な伝熱構造を全てのパーツに組み込んでいるが、一部のパーツに限定して組み込んでもよい。たとえば伝熱構造は、ユーザがロボット１を比較的長い時間触るパーツのみに設けられてよい。比較的長い時間触るパーツとしては、たとえばユーザがロボット１を抱きかかえているときの胴体部２や、ユーザによって撫でられる頭部４が該当する。ロボット１が胴体部２、足部３、頭部４、尾部１０から構成されている場合、胴体部２と頭部４には、タッチセンサに加えて伝熱構造が設けられ、足部３と尾部１０には、タッチセンサおよび伝熱構造の双方が設けられなくてもよい。

　伝熱制御部１０４は、状態管理部１０１により管理されているロボット１の状態にしたがって、伝熱部２６による伝熱を制御してもよい。伝熱制御部１０４は、外装部材１５０の温度を制御することで、ロボット１の感情の状態や運動の状態を、ユーザに感じさせるようにする。

　たとえば感情パラメータのうち、「怒り」の感情パラメータ値が所定値よりも高くなれば、伝熱制御部１０４は、外装部材１５０の温度を高くしてよい。また伝熱制御部１０４は、「うれしさ」の感情パラメータ値が所定値よりも高くなれば、外装部材１５０の温度を低くしてよい。このように伝熱制御部１０４は、感情パラメータ値にしたがって外装部材１５０の温度を変化させてよい。ユーザは温度変化を感じることで、ロボット１の感情を推測できるようになる。また伝熱制御部１０４は、運動パラメータ値が所定値よりも高くなれば、外装部材１５０の温度を高くし、所定値よりも低くなれば、外装部材１５０の温度を低くしてもよい。

　伝熱制御部１０４は、外装部材１５０の温度を、所定値よりも高く、または所定値よりも低くなるように制御してよいが、温度センサ２４により測定された現在の温度を基準として、測定温度よりも高く、または低くなるように制御してもよい。現在の温度から変化させることで、ユーザはロボット１の状態変化を感じ取ることができるため、ロボット１の状態変化の表現として温度変化を利用する場合には、現在温度から変化させることは有効である。

　なお伝熱制御部１０４は、ロボット１の状態にしたがって、外装部材１５０への伝熱量を調整してよい。たとえば「怒り」の感情パラメータ値の複数の閾値を段階的に設定しておき、感情パラメータ値が上昇して、閾値を超えるごとに、伝熱制御部１０４は伝熱量を段階的に増やして、外装面温度を段階的に上昇させてよい。

　なお伝熱制御部１０４は、ロボット１の状態にしたがって、全ての発熱体の熱を外装部材１５０に伝えるように各伝熱部を動作させてもよいが、一部の発熱体の熱のみが外装部材１５０に伝えるように、各伝熱部を制御してよい。つまり伝熱制御部１０４は、ロボット１の状態にしたがって、外装部材１５０に伝熱する発熱体を定めてもよい。たとえば「怒り」の感情パラメータ値が所定値よりも高い場合に、伝熱制御部１０４は、頭部４の外装部材１５０のみを加熱し、他のパーツの外装部材を加熱させないように伝熱制御してよい。ロボット１は、伝熱されるパーツと、伝熱されないパーツとの組合せによって、ロボット１の状態を表現して、ユーザがロボット１の状態を感じ取れるようにしてもよい。

　以上、本発明を実施例をもとに説明した。実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　伝熱制御部１０４は、バッテリの充電量に応じて、外装部材１５０の温度を制御してもよい。たとえば充電量が不足していれば、外装部材１５０の温度を低くし、充電量が十分であれば、外装部材１５０の温度を高くしてもよい。また伝熱制御部１０４は、ロボット１の姿勢状態の変化にしたがって、伝熱制御を行ってもよい。たとえばロボット１がユーザによって抱き上げられると、伝熱制御部１０４は、外装部材１５０を加熱してもよい。

　外装部材１５０の外表面（外装面）は、温度変化により色が変わる塗料を塗られてもよい。温度変化により外装面の色が変化することで、ロボット１の状態を外装面に表現できるようになる。

１・・・ロボット、２・・・胴体部、３・・・足部、４・・・頭部、１０・・・尾部、１１・・・温度センサ、１２・・・アクチュエータ、１３・・・伝熱部、２１・・・人感センサ、２２・・・タッチセンサ、２３・・・モーションセンサ、２４・・・温度センサ、２５・・・アクチュエータ、２６・・・伝熱部、３１・・・温度センサ、３２・・・アクチュエータ、３３・・・伝熱部、４１・・・タッチセンサ、４２・・・カメラ、４３・・・マイク、４４・・・スピーカ、４５・・・ディスプレイ、４６・・・距離センサ、４７・・・温度センサ、４８・・・アクチュエータ、４９・・・伝熱部、１００・・・制御部、１０１・・・状態管理部、１０２・・・駆動制御部、１０３・・・出力制御部、１０４・・・伝熱制御部、１５０・・・外装部材、２００・・・熱吸収部材、２０１・・・熱伝導部材、２０２・・・連結部、２１０・・・熱伝達部材。

　本発明は、ロボット分野に利用できる。

Claims

　外装部材で囲まれた空間に発熱体を備えたロボットであって、
　前記発熱体の熱を前記外装部材に伝える伝熱部と、
　前記伝熱部による伝熱を制御する伝熱制御部と、
　当該ロボットの感情の状態および／または運動の状態を管理する状態管理部と、を備え、
　前記伝熱制御部は、前記状態管理部により管理されている当該ロボットの状態にしたがって、前記伝熱部による伝熱を制御する、
　ことを特徴とするロボット。
　当該ロボットは、複数の発熱体を有し、
　前記伝熱制御部は、当該ロボットの状態にしたがって、前記外装部材に伝熱する前記発熱体を定める、
　ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
　前記伝熱制御部は、当該ロボットの状態にしたがって、前記外装部材への伝熱量を調整する、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。