WO2020152838A1

WO2020152838A1 - ロボット

Info

Publication number: WO2020152838A1
Application number: PCT/JP2019/002418
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: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US20220096944A1; JPWO2020152838A1; US11833441B2; JP7171767B2

Abstract

ロボット１は、基礎パーツと複数の部位パーツとを備え、部位パーツは、基礎パーツに着脱可能に構成される。基礎パーツは、複数の部位パーツを識別するパーツ識別情報を取得する情報処理部１１と、情報処理部１１が取得したパーツ識別情報に対応付けられた制御態様で、少なくとも１つの部位パーツの動きを制御する駆動処理部２１とを有する。

Description

ロボット

　本発明はロボットに関し、特に複数のパーツを組み合わせることで形成されるロボットに関する。

　特許文献１は、路面状況や歩行状態などから適切な足部を選択して、自律的に足部の交換作業を行い、交換した足部で定まる条件下で適当な歩行動作パターンを決定する脚式移動ロボットを開示する。

特開２００１－３４７４７６号公報

　ロボットの機能は日々進化している。四足歩行タイプのペット型ロボットが市販モデルとしては主流であるが、近年ではダンスなど様々な動作を行うことのできる人型ロボットも流通している。計算機の処理能力の向上および学習モデルの改良によって、ディープラーニングが実用化されていることから、ロボットにＡＩ（artificial intelligence：人工知能）を搭載して、ロボットが既存機能の向上や新たな機能の獲得を学習により実現できるようになることが期待されている。

　家庭用ロボットの販売価格は下がってはいるものの、１人のユーザが何台も購入するレベルまで安価ではないため、通常、ユーザが所持するロボットは１台である。そのため時間がたつと、ユーザは、ロボットの自律行動パターンを大体把握できるようになり、新鮮さを欠く。本開示者は、ユーザがロボットとの触れ合いを楽しめるように、ロボットのエンタテイメント性を向上する仕組みを考案した。

　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、ロボットのエンタテイメント性を向上す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、基礎パーツと、複数の部位パーツとを備え、部位パーツは、基礎パーツに着脱可能に構成されており、基礎パーツは、複数の部位パーツを識別するパーツ識別情報を取得する情報処理部と、情報処理部が取得したパーツ識別情報に対応付けられた制御態様で、少なくとも１つの部位パーツの動きを制御する駆動処理部と、を有する。

　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を示す図である。頭パーツを交換したロボットの外観構成を示す図である。ロボットの機能ブロックを示す図である。センサ情報のデータフォーマットを示す図である。

　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は複数のパーツを組み合わせて形成され、図１に示す例では子犬を模した外観を有している。

　実施例のロボット１は、基礎パーツと、複数の部位パーツとを備え、部位パーツは基礎パーツに着脱可能に構成される。ユーザが基礎パーツに部位パーツを取り付けることで、１体のロボット１が形成される。基礎パーツ、部位パーツのそれぞれに電子部品を含む回路基板やアクチュエータ、センサ等が搭載されているが、部位パーツを基礎パーツに着脱する際、電源を切らずに活線状態で着脱可能であることが好ましい。実施例において基礎パーツは胴体パーツ２であり、部位パーツを取り付けられた状態のロボット１の動作を制御するためのプロセッサを搭載される。部位パーツは、ロボット１の各部位を構成するパーツであり、ロボット１の移動機能を実現する脚パーツ３、ロボット１の頭部を構成する頭パーツ４を含む。

　ロボット１は、右前脚３ａ、左前脚３ｂ、右後脚３ｃ、左後脚３ｄの４つの脚パーツ３を有し、それぞれが胴体パーツ２に回動可能に連結される。脚パーツ３のそれぞれは、犬と同様の動きを実現するために、４軸以上の自由度をもってよい。頭パーツ４は、首部分で胴体パーツ２に回動可能に連結される。胴体パーツ２、脚パーツ３および頭パーツ４には、ロボット１が歩行などの運動機能を実現するためのアクチュエータおよびセンサが設けられる。アクチュエータは、関節部分に配置されるモータと、モータ間を連結するリンク機構とを少なくとも含む。

　ユーザは、胴体パーツ２に対して部位パーツを連結することで、所望のロボット１を作り上げることができる。ユーザは、複数種類の頭パーツ４、複数種類の脚パーツ３を所有して、胴体パーツ２に自由に付け替えてよい。たとえばユーザは、図１に示す犬型ロボットを最初に購入し、その後、オプションとして販売されている部位パーツを購入する。オプション販売されている部位パーツには、たとえば猫の頭部分および首部分を模した形状を有する頭パーツ、キリンの頭部分および首部分を模した形状を有する頭パーツ、馬の脚部を模した形状を有する脚パーツ、などがあってよい。実在の動物だけでなく、空想の動物の部位パーツが販売されていてもよい。ユーザは、基礎パーツである胴体パーツ２に、様々な部位パーツを取り付けることができ、ユーザ独自のロボット１を形成できる。

　ロボット１は学習により、基本的な運動機能を取得できる。たとえばロボット１は「歩く」という運動機能を、実際にアクチュエータを動かすことで学習して覚える。うまく歩行できるようになったときの学習結果は、各種アクチュエータの制御態様を示す駆動パラメータとして記憶される。駆動パラメータは、運動機能を担当する全てのアクチュエータの状態変化を時間的に規定したものであり、駆動パラメータが取得された後は、同じ条件下における学習は行わなくてよい。学習後のロボット１は、駆動パラメータから、各アクチュエータに供給する電力量を調整して各アクチュエータを駆動し、安定した歩行動作を行える。なおロボット１は、歩行に限らず、ジャンプ、後脚立ちなどの運動機能も学習により実行できるようになる。

　図２は、犬の頭パーツ４を、キリンの頭パーツ４ａに交換したロボット１を示す。図２に示す例でユーザは頭パーツのみを交換し、脚パーツは交換していない。キリンの頭パーツ４ａは、犬の頭パーツ４と比べて高さがあるため、ロボット１における安定姿勢の重心位置は変化する。そのためロボット１は、図１に示す犬ロボットとして学習したときの駆動パラメータを使うことはできず、別の駆動パラメータにより各アクチュエータを制御する必要がある。このときキリンの頭パーツ４ａを取り付けた状態で学習した結果が存在していなければ、ロボット１は、頭パーツ４ａおよび脚パーツ３が取り付けられた状態で、運動機能を学習して、新しい駆動パラメータを取得する必要がある。

　図３は、ロボット１の機能ブロックを示す。基礎パーツである胴体パーツ２と、部位パーツである脚パーツ３および頭パーツ４との間は、有線通信または無線通信で信号送受するように接続される。なお胴体パーツ２と、脚パーツ３および頭パーツ４の間は、活線抜挿可能に接続されていることが好ましい。

　胴体パーツ２は、メイン制御部１０および駆動制御部２０を備える。メイン制御部１０は、情報処理部１１、ＮＦＣブロック１２、属性情報保持部１３およびスピーカ１４を有し、駆動制御部２０は、駆動処理部２１、機械学習部２２、駆動パラメータ保持部２３、アクチュエータ２４、センサ２５および仕様情報保持部２６を有する。属性情報保持部１３は、胴体パーツ２を識別するための情報、具体的には胴体パーツ２のメーカＩＤ、部位ＩＤ、型番、シリアル番号を含む。ここで部位ＩＤは、胴体パーツであることを識別する情報である。センサ２５は、胴体パーツ２の動きを検出するためのセンサであって、回転角センサ、モーションセンサを含む。

　脚パーツ３である右前脚３ａは、制御部３１、アクチュエータ３２、センサ３３および属性情報保持部３４を備える。他の左前脚３ｂ、右後脚３ｃ、左後脚３ｄも、同様に、制御部３１、アクチュエータ３２、センサ３３および属性情報保持部３４を備える。属性情報保持部３４は、脚パーツ３を識別するための情報、具体的には脚パーツ３のメーカＩＤ、部位ＩＤ、型番、シリアル番号を含む。部位ＩＤは、どの脚部であるか、つまり右前脚、左前脚、右後脚、左後脚のいずれであるかを識別する情報である。センサ３３は、脚パーツ３の動きを検出するためのセンサであって、回転角センサ、モーションセンサを含む。センサ３３は、胴体パーツ２への脱着を検出するセンサを含んでもよい。

　頭パーツ４は、制御部４１、アクチュエータ４２、センサ４３および属性情報保持部４４を備える。属性情報保持部４４は、頭パーツ４を識別するための情報、具体的には頭パーツ４のメーカＩＤ、部位ＩＤ、型番、シリアル番号を含む。部位ＩＤは、頭パーツであることを識別する情報である。センサ４３は、頭パーツ４の動きを検出するためのセンサであって、回転角センサ、モーションセンサを含む。センサ４３は、胴体パーツ２への脱着を検出するセンサを含んでもよい。

　胴体パーツ２におけるメイン制御部１０および駆動制御部２０、脚パーツ３における制御部３１、頭パーツ４における制御部４１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、メイン制御部１０と駆動制御部２０とは、別の回路基板上に設けられたＣＰＵにより構成されるが、別の例では、同じ回路基板上に構成されてもよい。

　メイン制御部１０において、情報処理部１１は、取り付けられた各パーツから、パーツ識別情報を取得する。脚パーツ３である右前脚３ａ、左前脚３ｂ、右後脚３ｃ、左後脚３ｄが、胴体パーツ２に取り付けられると、それぞれ制御部３１が属性情報保持部３４からパーツ識別情報を読み出して、情報処理部１１に送信する。同じく、頭パーツ４が胴体パーツ２に取り付けられると、制御部４１が属性情報保持部４４からパーツ識別情報を読み出して、情報処理部１１に送信する。情報処理部１１は、取得したパーツ識別情報を、駆動制御部２０に供給する。

　部位パーツが胴体パーツ２に取り付けられると、すぐに情報処理部１１が、取り付けられた部位パーツからパーツ識別情報を取得することが好ましい。たとえば、各部位パーツにおけるセンサ３３、４３が胴体パーツ２に取り付けられたことを検出すると、制御部３１、４１が、パーツ識別情報を情報処理部１１に送信してよい。センサ３３、４３は、胴体パーツ２との間で通信可能となったときに、胴体パーツ２に取り付けられたことを検出してよい。また情報処理部１１は、定期的に各部位パーツにパーツ識別情報を問い合わせ、部位パーツの制御部３１、４１がパーツ識別情報を情報処理部１１に返信してもよい。このように情報処理部１１は、胴体パーツ２に接続されている複数の部位パーツのパーツ識別情報を取得し、駆動制御部２０に通知する。これにより駆動制御部２０は、胴体パーツ２に接続している各部位パーツを把握する。

　駆動処理部２１は、アクチュエータ２４、脚パーツ３におけるアクチュエータ３２および頭パーツ４におけるアクチュエータ４２を駆動して、胴体パーツ２、脚パーツ３、頭パーツ４の動きを制御する。駆動処理部２１は、各部位パーツのパーツ識別情報を通知されると、駆動パラメータ保持部２３に、通知された複数の部位パーツ識別情報の組合せに対して、駆動パラメータが保持されているか確認する。

　駆動パラメータ保持部２３は、複数のパーツ識別情報の組合せに対して、各部位パーツの動きを制御するための駆動パラメータを保持する。駆動パラメータは、運動機能に関与する全てのアクチュエータの状態変化を時間的に規定する。具体的に駆動パラメータは、時間の経過に応じた各アクチュエータ（モータ）における状態変化量を規定するパラメータであってよく、または各アクチュエータにおける適切な状態変化量をリアルタイムで算出可能なパラメータであってよい。駆動パラメータは、複数の部位パーツの組合せに対して、機械学習部２２が運動機能を学習することで取得されてよい。

　仕様情報保持部２６は、パーツ識別情報ごとに、駆動機構に関する仕様情報を保持する。仕様情報は、外部サーバや、ＵＳＢメモリなどから取得されて、仕様情報保持部２６に記憶される。仕様情報は、パーツに設けられているアクチュエータの構造、種類、配置や、各関節の可動範囲を含む。機械学習部２２は仕様情報をもとに、駆動処理部２１、制御部３１、制御部４１によるモータの駆動電流を調節して、運動機能を学習する。機械学習部２２は、任意の種類の学習アルゴリズムで運動機能を学習してよい。

　機械学習部２２は、たとえばユーザがロボット１の動作モードとして「学習モード」を選択したときに、歩行などの基本的な運動機能の学習を開始してよい。学習には終了条件が定められていてよく、たとえば「歩行」動作の学習は、所定距離を所定時間内に歩行できるようになれば、終了してよい。

　図１に示す部位パーツ、つまり子犬の脚パーツ３、子犬の頭パーツ４が胴体パーツ２に取り付けられると、運動機能が未学習の場合に、機械学習部２２は運動機能の学習を実施し、学習した結果である駆動パラメータを、脚パーツ３、頭パーツ４のパーツ識別情報の組合せに対して、駆動パラメータ保持部２３に記憶する。これにより駆動パラメータ保持部２３は、脚パーツ３の識別情報、頭パーツ４の識別情報の組合せに対応付けて、ロボット１が子犬の形状をしたときの駆動パラメータを保持する。このとき胴体パーツ２のパーツ識別情報も、組合せの１つとして追加してよい。

　図２に示す部位パーツ、つまり子犬の脚パーツ３、キリンの頭パーツ４ａが胴体パーツ２に取り付けられると、運動機能が未学習の場合に、機械学習部２２は運動機能の学習を実施し、学習した結果である駆動パラメータを、脚パーツ３、頭パーツ４ａのパーツ識別情報の組合せに対して、駆動パラメータ保持部２３に記憶する。このとき胴体パーツ２のパーツ識別情報も、組合せの１つとして追加してよい。これにより駆動パラメータ保持部２３は、キリンの頭と子犬の脚をもつロボット１の駆動パラメータを保持する。

　駆動処理部２１は、接続された各部位パーツのパーツ識別情報を通知されると、駆動パラメータ保持部２３に、通知された複数の部位パーツ識別情報の組合せに対して、駆動パラメータが保持されているか確認する。駆動パラメータが保持されている場合、駆動処理部２１は、駆動パラメータ保持部２３から該当する駆動パラメータを読み出して、アクチュエータ２４、３２、４２の少なくとも１つを駆動する。このように駆動処理部２１は、部位パーツのパーツ識別情報に対応付けられた制御態様で、少なくとも１つの部位パーツの動きを制御することで、部位パーツが変更された場合であっても、好適にロボット１を動かすことができる。

　情報処理部１１から通知された複数のパーツ識別情報の組合せに対して駆動パラメータ保持部２３に駆動パラメータが保持されていなければ、機械学習部２２が、自動的に運動機能の学習を開始してもよく、上記したようにユーザが「学習モード」を選択することで、運動機能の学習を開始してもよい。なお駆動制御部２０が機械学習機能を有しない場合、情報処理部１１は、通知された複数のパーツ識別情報の組合せに対応付けられた駆動パラメータを、外部サーバから取得してもよい。このとき情報処理部１１は、属性情報保持部１３からパーツ識別情報を読み出して、胴体パーツ２のパーツ識別情報と、部位パーツ識別情報の組合せを外部サーバに通知し、外部サーバから、パーツ識別情報の組合せに対応付けられている駆動パラメータを、外部サーバから取得する。

　駆動処理部２１による制御中、各パーツは、情報処理部１１にセンサの検出情報（センサ情報）を送信する。脚パーツ３において、制御部３１がセンサ情報を情報処理部１１に送信し、頭パーツ４において、制御部４１がセンサ情報を情報処理部１１に送信する。センサ情報は、アクチュエータ３２、４２におけるモータの回転角や、モーションセンサ値であってよい。情報処理部１１は、受信したセンサ情報を、駆動処理部２１に転送する。駆動処理部２１は、センサ２５のセンサ情報も加味して、ロボット１の挙動が駆動パラメータにより規定される挙動に追従するようにフィードバック制御を実施する。

　図４は、部位パーツから送信されるセンサ情報のデータフォーマットを示す。データフォーマットには、ヘッダ、センサ情報、パーツＩＤ（パーツ識別情報）が含まれる。パーツＩＤは、メーカＩＤ、部位ＩＤ、型番、シリアル番号を少なくとも含む。情報処理部１１は、受信したセンサ情報を、駆動処理部２１に転送する。

　駆動処理部２１は、図４に示すデータフォーマットでセンサ情報を取得することで、センサ情報の送信元をパーツＩＤから特定できる。これにより駆動処理部２１は、適切なフィードバック制御を実施できる。特にロボット１が、電源を切らずに部位パーツを活線抜挿可能な仕組みを提供している場合、センサ情報とともにパーツＩＤが送信されることで、駆動処理部２１は、部位パーツに変更があったことをセンサ情報に付随するパーツＩＤから認識でき、対応する制御態様に速やかに変更できる。

　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。実施例では、ロボット１がペット型ロボットである場合について説明したが、人型ロボットであってもよい。

　実施例では、駆動処理部２１が、取り付けられている部位パーツに応じた制御態様で、部位パーツの動きを制御することを説明した。つまり実施例では、駆動処理部２１が部位パーツに応じて運動機能の駆動パラメータを決定し、ロボット１の適切な動きを実現可能とした。変形例では部位パーツの交換にともない、情報処理部１１が、ロボット１の性格等を規定する状態パラメータ値を変更する。

　たとえば子犬の頭パーツ４が取り付けられたときと、キリンの頭パーツ４ａが取り付けられたときとで、情報処理部１１は、ロボット１の性格などの状態パラメータ値を異ならせてよい。情報処理部１１は、カメラやマイク（図示せず）などから入力される情報から、周囲の状況を検知して、駆動処理部２１に通知する機能をもつが、変形例では、検知した状況に加えて、変更したパラメータ値を駆動処理部２１に通知してよい。

　駆動処理部２１は、通知された周囲の状況に応じてロボット１の自律行動を決定し、動作させる機能をもつ。変形例で駆動処理部２１は、さらに通知された状態パラメータ値に応じて、ロボット１の自律行動を決定してよい。情報処理部１１は、子犬の頭パーツ４が取り付けられると、従順な性格を示すパラメータ値を設定し、一方で、キリンの頭パーツ４ａが取り付けられると、攻撃的な性格を示すパラメータ値を設定する。駆動処理部２１は、従順な性格を示すパラメータ値を通知されると、ロボット１にユーザに寄り添うような自律行動をとらせ、攻撃的な性格を示すパラメータ値を通知されると、ユーザに対してぶつかりにいくような攻撃的な自律行動をとらせてよい。またロボット１がスピーカ１４から人間の言葉を話せる場合には、情報処理部１１が、性格を示すパラメータ値に応じて口調を異ならせてもよい。

　このようにユーザは、部位パーツを交換することで、新しいロボット１に出会うことができ、ロボット１のエンターテイメント性を向上できる。また実施例では、部位パーツが脚パーツ３、頭パーツ４の２種類としたが、さらに細分化された部位パーツが用意されてもよい。また実施例では、基礎パーツが胴体パーツ２であるとしたが、変形例では、基礎パーツが脚パーツ３または頭パーツ４であってもよい。

　なおロボット１の外装を変更したり、服を着させて、ユーザがロボット１の外観を変更できてもよい。このとき外装部材や服には、ＮＦＣ（Near Field Communication）タグが設けられ、近距離無線通信用のリーダモジュールであるＮＦＣブロック１２は、ＮＦＣタグから、パーツ識別情報を取得して、情報処理部１１に供給する。情報処理部１１は、パーツ識別情報を取得すると、仕様情報保持部２６から仕様情報を読み出して、部位パーツの仕様を特定し、たとえば状態パラメータ値を更新してもよい。

１・・・ロボット、２・・・胴体パーツ、３・・・脚パーツ、４，４ａ・・・頭パーツ、１０・・・メイン制御部、１１・・・情報処理部、１２・・・ＮＦＣブロック、１３・・・属性情報保持部、１４・・・スピーカ、２０・・・駆動制御部、２１・・・駆動処理部、２２・・・機械学習部、２３・・・駆動パラメータ保持部、２４・・・アクチュエータ、２５・・・センサ、２６・・・仕様情報保持部、３１・・・制御部、３２・・・アクチュエータ、３３・・・センサ、３４・・・属性情報保持部、４１・・・制御部、４２・・・アクチュエータ、４３・・・センサ、４４・・・属性情報保持部。

　本発明は、ロボット分野に利用できる。

Claims

　基礎パーツと、複数の部位パーツとを備えたロボットであって、前記部位パーツは、前記基礎パーツに着脱可能に構成されており、
　前記基礎パーツは、
　複数の前記部位パーツを識別するパーツ識別情報を取得する情報処理部と、
　前記情報処理部が取得したパーツ識別情報に対応付けられた制御態様で、少なくとも１つの前記部位パーツの動きを制御する駆動処理部と、を有する、
　ことを特徴とするロボット。
　前記部位パーツは、当該ロボットの移動機能を実現する脚パーツを含む、
　ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
　前記部位パーツは、当該ロボットの頭部を構成する頭パーツを含む、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
　前記基礎パーツは、当該ロボットの銅体部として構成される、
　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のロボット。
　複数のパーツ識別情報の組合せに対して、前記部位パーツの動きを制御するための駆動パラメータを保持する保持部をさらに備え、
　前記情報処理部が、複数の前記部位パーツを識別するパーツ識別情報を取得すると、前記駆動処理部が、複数のパーツ識別情報に組合せに対して保持されている駆動パラメータを前記保持部から読み出して、前記部位パーツの動きを制御する、
　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のロボット。
　前記部位パーツは、センサの検出情報を、パーツ識別情報とともに送信する、
　ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のロボット。