JP6747506B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関する。

ロボットには、設置型のロボットと、人型のロボットとがある。ヴィストン株式会社製のソータ（Sota,登録商標）は、設置型のロボットの一例である。また、ソフトバンクロボティクス株式会社製のペッパー（Pepper,登録商標）は、人型のロボットの一例である。

設置型のロボットは、ユーザからの問いに対して、例えば手を差し出して方向を指し示すといった単純な動作を行う。設置型のロボットの動作の自由度は比較的低く、音声出力に合わせたジェスチャーに近い。設置型のロボットは、構成が簡単であるため、サイズ及びコストを低減可能である。しかし、設置型のロボットでは、ユーザとのインタラクションの際に、身振りで感情表現などの表現を行うことは難しい。

一方、人型のロボットは、人と略同様の関節を有し、腕、手、または指で方向を示したり、首を傾けたりすることができる。人型のロボットの動作の自由度は比較的高く、身振りで感情表現などの表現を行うこともできる。しかし、人型のロボットが、例えばお辞儀をするためには、腕、足、肩、腰、首などの多くの関節を適切に制御しなければならない。このため、人型のロボットでは、関節などの複雑な構成に加え、関節などの複雑な制御が要求される。また、人型のロボットは、関節などの複雑な構成により、サイズ及びコストを低減することが難しい。

従って、設置型のロボットのように動作の自由度を減らすと、身振りで感情表現などの表現を行うことが難しくなり、人間型のロボットのように動作の自由度を増やして身振りで感情表現などの表現を可能にすると、ロボットのサイズやコストを低減することが難しくなる。このような、ロボットの動作の自由度の増減によるトレードオフの関係において、少ない動作の自由度の身振で多くの感情表現などの表現を行うことが望まれている。

従来のロボットでは、少ない動作の自由度の身振りで多種の表現を行うことことは難しい。

そこで、１つの側面では、少ない動作の自由度の身振りで多種の表現を行うことが可能なロボットを提供することを目的とする。

１つの案によれば、身振りを含む非言語反応で表現を行うロボットであって、設置面上の支点に対してパン及びチルト可能に設けられた下部を有する胴体と、前記胴体の側部に上下動可能に設けられた一対の腕と、前記胴体の上部にパン及びチルト可能に設けられた頭と、前記胴体、前記一対の腕、及び前記頭を駆動する駆動部と、ユーザまでの距離を検知する第１の検知部と、前記距離に応じて駆動パターンと、前記駆動パターンによる表現を行う順番とを決定し、決定した前記駆動パターン及び前記順番で前記胴体と、前記一対の腕及び前記頭のうち少なくとも一方とを駆動するように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記非言語反応は、前記駆動パターンに対応する、前記胴体の前記支点に対するチルトと、前記一対の腕及び前記頭のうち少なくとも一方の動きとの組み合わせであるロボットが提供される。

一態様によれば、少ない動作の自由度の身振りで多種の表現を行うことができる。

一実施例におけるシステムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 駆動部の一例を示すブロック図である。 ロボットの一例を示す斜視図である。 ロボットの機能構成の第１の例を示す機能ブロック図である。 傾き設定テーブルの一例を示す図である。 表現順序テーブルの一例を示す図である。 ロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。 ロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。 インタラクション状態推定テーブルの一例を示す図である。 能動動作テーブルの一例を示す図である。 受動動作テーブルの一例を示す図である。 ロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。 ＬＥＤ表現テーブルの一例を示す図である。 音声表現テーブルの一例を示す図である。 一実施例におけるロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。 ロボットのお辞儀の一例を示す斜視図である。 ロボットの驚きの一例を示す斜視図である。 ロボットの落胆の一例を示す斜視図である。 ロボットの機能構成の第２の例を示す機能ブロック図である。

開示のロボットは、身振りを含む非言語反応で感情表現などの表現を行う。ロボットは、設置面上の支点に対してパン及びチルト可能に設けられた下部を有する胴体と、胴体の側部に上下動可能に設けられた一対の腕と、胴体の上部にパン及びチルト可能に設けられた頭とを備える。非言語反応は、胴体の支点に対するチルトと、一対の腕及び頭のうち少なくとも一方の動きとの組み合わせである。

以下に、開示のロボットの各実施例を図面と共に説明する。

図１は、一実施例におけるシステムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１に示すシステム１は、ロボット２−１と、センサビーコン３と、ゲートウェイ（ＧＷ：Gate-Way）４とを有する。このシステム１は、例えば展示会場に適用されるので、ロボット２−１及びＧＷ４は、展示会場内に設けられており、同じ位置に設けられていても良い。ロボット２−１は、展示会場内の例えば１つの展示ブース内に設けられている。センサビーコン３は、展示会場内で見学する来場者により所持される。センサビーコン３は、例えば来場者が首からかけられる、首かけカードホルダに収納されていても良い。来場者は、サービスの提供を受けるユーザの一例である。

ロボット２−１は、検知部２１と、制御部２２と、表現部２３と、表現蓄積部２４と、ビーコン通信部２５とを有する。検知部２１は、背中接触センサ２１１と、頭接触センサ２１２と、マイクロホン２１３と、人感センサ２１４と、カメラ２１５と、タブレット２１６と、測距センサ２１７と、温度センサ２１８とを有する。制御部２２は、ＣＰＵ２２１と、メモリ２２２と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）２２３を有する。表現部２３は、駆動部２３１と、スピーカ２３２と、光源の一例である発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）２３３とを有する。表現蓄積部２４は、検知部２１により検知された検知情報に応じて決まる表現を行うためのロボット２−１の胴体、腕、及び頭の駆動パターンを蓄積する。この例では、表現蓄積部２４は、インタラクション状態推定テーブル２４１と、案内行動（以下、「ビヘイビア」とも言う）テーブル２４２と、心理ビヘイビアテーブル２４３とを有する。検知部２１が検知した情報と、ビーコン通信部２５がセンサビーコン３から受信したビーコンＩＤとは、制御部２２内のＡＤＣ２２３を介してメモリ２２２に格納される。制御部２２内のＣＰＵ２２１は、表現蓄積部２４内のインタラクション状態推定テーブル２４１と、案内ビヘイビアテーブル２４２と、心理ビヘイビアテーブル２４３とから、インタラクション状態、案内ビヘイビア、及び心理ビヘイビアを読み出す。また、制御部２２内のＣＰＵ２２１は、表現部２３内の駆動部２３１と、スピーカ２３２と、ＬＥＤ２３３とを駆動する。

センサビーコン３は、アクティブタグの一例である。センサビーコン３は、メモリ３１と、送信機３２とを有する。送信機３２は、ＧＷ４と、例えばＢＬＥ（Bluetooth Low Energy、登録商標）に準拠した通信を行う。メモリ３１は、個々のセンサビーコン３を識別するための識別情報の一例であるビーコンＩＤを格納する。

ＧＷ４は、センサビーコン３が送信するビーコンＩＤを受信すると共に、ロボット２−１と通信可能な通信制御装置の一例である。ＧＷ４は、受信機４１と、個人情報データベース（ＤＢ：Data-Base）４２と、メモリ４３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４４と、ロボット通信部４５とを有する。ＣＰＵ４４は、ＧＷ４全体の動作を制御するプロセッサの一例である。受信機４１は、ＣＰＵ４４の制御下でセンサビーコン３から送信されてくるビーコンＩＤを受信して、受信電波強度（即ち、信号受信強度）などを検知する。ロボット通信部４５は、ＣＰＵ４４の制御下でロボット２−１と、例えばWebSocket（ＨＴＴＰ、登録商標）に準拠した通信を行う。メモリ４３は、ＣＰＵ４４が実行するプログラムなどを格納しても良い。この例では、個々のセンサビーコン３には、例えば展示会場の受付での来場者の登録時に来場者の名前が登録される。このため、ＤＢ４２には、来場者を特定するためのユーザＩＤが、来場者の名前と共に、当該センサビーコン３のビーコンＩＤと紐付けて登録される。ユーザＩＤは、個々のユーザを識別するための識別情報の一例である。ＣＰＵ４４は、センサビーコン３からのビーコンＩＤに基づいて、ロボット２−１の動作を制御することもできる。

図２は、駆動部の一例を示すブロック図である。図２に示すように、駆動部２３１は、制御部２２（即ち、ＣＰＵ２２１）の制御下で、ロボット２−１の左右の腕を上下動させる腕動作用モータ２３１−１と、ロボット２−１の首をパン及びチルトさせる首動作用モータ２３１−２と、ロボット２−１の胴体をパン及びチルトさせる胴動作用モータ２３１−３とを駆動する。

図３は、ロボットの一例を示す斜視図である。図３に示すロボット２−１は、土台２０５の設置面２０５Ａ上の支点２０５Ｂに対してパン及びチルト可能に設けられた胴体２０１と、胴体２０１の側部に上下動可能に設けられた左右一対の腕２０２Ｌ，２０２Ｒと、胴体２０１の上部にパン及びチルト可能に設けられた頭２０３とを有する。頭２０３の正面部には、表現部２３のＬＥＤ２３３が設けられている。この例では、ＬＥＤ２３３が駆動されてオンになると、ＬＥＤ２３３から出射された光は頭２０３の正面部を透過するので、ユーザには、フルカラーの透過光が見える。胴体２０１は、胴動作用モータ２３１−３により駆動されて、矢印Ｂｐで示す方向にパン可能であり、矢印Ｂｔで示す方向にチルト可能である。左腕２０２Ｌは、腕動作用モータ２３１−１により駆動されて矢印Ａｌｖで示す方向に上下動可能であり、右腕２０２Ｒは、腕動作用モータ２３１−１により駆動されて矢印Ａｒｖで示す方向に上下動可能である。頭２０３は、首動作用モータ２３１−２により駆動されて、矢印Ｈｐで示す方向にパン可能であり、矢印Ｈｔで示す方向にチルト可能である。土台２０５の形状は特に限定されないが、例えば箱状であっても良い。また、土台２０５は、ロボット２−１の一部を形成しても良い。

駆動部２３１は、胴動作用モータ２３１−３を駆動して、胴体２０１を矢印Ｂｐで示す方向に例えば±９０度の捻り角度だけパン可能であり、矢印Ｂｔで示す方向に例えば±１５度の傾き角度だけチルト可能である。また、駆動部２３１は、腕動作用モータ２３１−１を駆動して、各腕２０２Ｌ，２０２Ｒを別々に矢印Ａｒｖで示す方向に、例えば±９０度の振り上げ角度だけ上下動可能である。さらに、駆動部２３１は、首動作用モータ２３１−２を駆動して、頭２０３を矢印Ｈｐで示す方向に例えば±１５０度の首振り角度だけパン可能であり、矢印Ｈｔで示す方向に例えば±３０度の頷き角度だけチルト可能である。このように、胴体２０１の自由度は２、各腕２０２Ｌ，２０２Ｒの自由度は１、頭２０３の自由度は２であるため、ロボット２−１全体の自由度は合計６である。

なお、ロボット２−１の胴動作用モータ２３１−３またはアクチュエータ、重力キャンセラなどは、土台２０５内に配置することで、胴体２０１などを小型化可能である。また、少なくとも制御部２２は、土台２０５内に配置可能である。

背中接触センサ２１１は、ロボット２−１の胴体２０１の背中部分に設けられ、頭接触センサ２１２は、ロボット２−１の頭２０３に設けられている。マイクロホン２１３と、人感センサ２１４と、カメラ２１５と、タブレット２１６と、測距センサ２１７と、温度センサ２１８とは、いずれも、ロボット２−１側に設けても、土台２０５側に設けても良い。例えば、カメラ２１５は、ロボット２−１の頭２０３の中央部分に配置し、ユーザの顔をトラッキングするようにしても良い。また、マイクロホン２１３と、人感センサ２１４と、タブレット２１６と、測距センサ２１７と、温度センサ２１８とは、土台２０５に配置しても良い。人感センサ２１４は、例えば土台２０５の４箇所に、例えばロボット２−３の前後左右の４方向に沿って人を感知できるように配置しても良い。なお、ロボット２−１とＧＷ４とをケーブルで接続する場合には、例えば土台２０５の背面などからケーブルを引き出しても良い。

ロボット２−１の胴体２０１の下部は、設置面２０５Ａ上の支点２０５Ｂで支持されており、矢印Ｂｐで示す方向にパン可能であり、矢印Ｂｔで示す方向にチルト可能である。胴体２０１のチルトにより、ロボット２−１にオーバーアクションを行わせることができる。つまり、胴体２０１の支点２０５Ｂに対するチルトと、一対の腕２０２Ｌ，２０２Ｒ及び頭２０３のうち少なくとも一方の動きとの組み合わせにより、身振りを含む非言語反応で感情表現などの表現を行うことができる。また、非言語反応は、スピーカ２３２からの音声出力及びＬＥＤ３３３のオンまたはオフのうち、少なくとも一方とのさらなる組み合わせであっても良い。

図４は、ロボットの機能構成の第１の例を示す機能ブロック図である。図４に示すロボット２−１は、人及び環境検知部５１と、表現決定部５２−１と、表現実行部５３とを有する。人及び環境検知部５１は、顔トラッキング機能５１１と、個人情報検知機能５１２と、接触検知機能５１３と、ユーザ意思検知機能５１４と、ユーザ存在検知機能５１５と、距離検知機能５１６と、環境検知機能５１７とを有する。

顔トラッキング機能５１１は、カメラ２１５が撮影したユーザの顔をトラッキングするＣＰＵ２２１の機能である。個人情報検知機能５１２は、マイクロホン２１３が検知したユーザの音声入力、または、タブレット２１６が検知したユーザの手動入力から、ユーザの個人情報を検知するＣＰＵ２２１の機能である。ビーコン通信部２５が、センサビーコン３から送信されるビーコンＩＤを受信するＧＷ４の個人情報ＤＢ４２の内容を受信してメモリ２２２に格納している場合には、個人情報検知機能５１２は、ユーザの音声入力または手動入力に応じてメモリ２２２内の個人情報を参照することで、ユーザの個人情報を検知できる。接触検知機能５１３は、背中接触センサ２１１、頭接触センサ２１２、及びタブレット２１６のうち、少なくとも１つがユーザによる接触（即ち、タッチ）を検知すると、ユーザがロボット２−１と接触（即ち、タッチ）したことを検知するＣＰＵ２２１の機能である。ユーザ意思検知機能５１４は、マイクロホン２１３が検知したユーザの音声入力、または、タブレット２１６が検知したユーザの手動入力から、ユーザの意思（または、ユーザ距離）を検知するＣＰＵ２２１の機能である。ユーザ意思検知機能５１４は、音声入力の発話内容を認識する周知の音声認識機能を含んでも良い。一方、手動入力は、ユーザの意思を直接ロボット２−１に入力しても良い。ユーザ存在検知機能５１５は、人感センサ２１４がユーザのロボット２−１への接近を検知すると、ユーザの存在を検知するＣＰＵ２２１の機能である。距離検知機能５１６は、測距センサ２１７がロボット２−１へ接近するユーザまでの距離を測定すると、距離を検知するＣＰＵ２２１の機能である。環境検知機能５１７は、温度センサ２１８が温度を検知すると、ロボット２−１が設置された環境の温度を検知するＣＰＵ２２１の機能である。

表現決定部５２−１は、インタラクション状態推定機能５２１−１と、表現蓄積機能５２２−１と、表現選定機能５２３−１とを有する。表現選定機能５２３−１は、強調レベル調整機能５２４−１と、表現順番決定機能５２５−１とを含む。表現蓄積機能５２２−１は、ロボット２−１が表現する複数種類の表現内容を蓄積するＣＰＵ２２１の機能であり、身振りを含む非言語反応による感情表現などの表現を含む。表現蓄積機能５２２−１は、例えば基本的なビヘイビアテーブル、案内サービスに特化した案内ビヘイビアテーブル２４２などを含んでも良い。インタラクション状態推定機能５２１−１は、例えば後述するインタラクション状態推定テーブル２４１を用いて、ロボット２−１とユーザとの間のインタラクション状態を推定し、人及び環境検知部５１が検知した情報に応じた表現内容を決定するＣＰＵ２２１の機能である。表現選定機能５２３−１は、インタラクション状態推定機能５２１−１が推定したインタラクション状態に基づき、後述する能動動作テーブル２４４及び受動動作テーブル２４５を参照することで、表現蓄積機能５２２−１が蓄積する複数種類の表現内容から、ロボット２−１の傾き角度を含むロボット２−１の大まかな表現内容を決定するＣＰＵ２２１の機能である。

強調レベル調整機能５２４−１は、表現選定機能５２３−１が決定した表現内容を強調する強調レベルを調整するＣＰＵ２２１の機能である。例えば、表現内容がお辞儀の場合、個人情報検知機能５１２が検知した個人情報に基づいて、例えば図５に示す傾き設定テーブル２４６を参照することで、胴体２０１を個人情報に応じた傾きに調整する。図５は、傾き設定テーブルの一例を示す図である。図５に示す例では、ユーザ情報がＶＩＰであると傾きは「大」、一般であると「中」、社員であると「小」に調整される。表現順番決定機能５２５−１は、表現選定機能５２３−１が決定した表現内容を、どの順番で行うかを決定するＣＰＵ２２１の機能である。例えば、表現内容がお辞儀の場合、ユーザ意思検知機能５１４が検知したユーザ距離に基づいて、例えば図６に示す表現順序テーブル２４７を参照することで、頭２０３を下げた後で胴体２０１を傾けるか、或いは、胴体２０１を傾けた後に頭２０３を下げるかなどを決定する。図６は、表現順序テーブルの一例を示す図である。図６に示す例では、ユーザ距離がユーザが近づいた場合（近傍に着目）を示すと「胴体の傾きが先、頭の傾きが後」、ユーザがロボット２−１から遠ざかる場合（遠方に着目）を示すと「胴体の傾き及び頭の傾きが同時」、ユーザがロボット２−１にお礼を言う場合（挨拶したい）を示すと「胴体の傾きが後、頭の傾きが先」の表現順序を決定する。

傾き設定テーブル２４６及び表現順序テーブル２４７は、例えば表現蓄積部２４内に設けても良い。

表現実行部５３は、駆動機能５３１と、光表現機能５３３と、音声出力機能５３４とを有する。駆動機能５３１は、傾き駆動機能５３２を含む。駆動機能５３１は、駆動部２３１により腕動作用モータ２３１−１と、首動作用モータ２３１−２と、胴動作用モータ２３１−３とを駆動して、ロボット２−１の動作を制御することで表現を実行するＣＰＵ２２１の機能である。駆動機能５３１の傾き駆動機能５３２は、胴体２０１の傾き及び頭２０３の傾きを制御する。光表現機能５３３は、ＬＥＤ２３３のオンまたはオフを制御して、発光の有無及び発光色により表現を実行するＣＰＵ２２１の機能である。音声出力機能５３４は、スピーカ２３２からの音声出力を制御して、音声出力により表現を実行するＣＰＵ２２１の機能である。光表現機能５３３によるＬＥＤ２３３を用いた表現と、音声出力機能５３４によるスピーカ２３２からの音声出力を用いた表現とは、傾き駆動機能５３２による胴体２０１、腕２０２Ｌ，２０２Ｒ、及び頭２０３の動きを用いた表現と連動している。

図７、図８、及び図１２は、ロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。図７において、ステップＳ１〜Ｓ８，Ｓ１１〜Ｓ１４の処理は、ロボット２−１のＣＰＵ２２１により実行可能である。図７に示すステップＳ１では、ＣＰＵ２２１が、ロボット２−１が設置された環境に関する環境データを取得する。例えば、環境設定ＳＴ１は、予め定義または設定されていても良い。図７に示す例では、環境設定ＳＴ１は、グローバル変数定義Ｓ１１１と、検知機能変数定義Ｓ１１２と、近傍指示対象の音声定義Ｓ１１３と、遠方指示対象の音声定義Ｓ１１４と、案内サービス設定（Ｇｕｉｄｅ＝０または１）Ｓ１１５とを含む。

ステップＳ２では、ＣＰＵ２２１が、グローバル変数を初期化し、ステップＳ３では、ＣＰＵ２２１が、検知変数を初期化する。ステップＳ４では、ＣＰＵ２２１が、タイマフラグをオン（ＯＮ）にして、ステップＳ５では、ＣＰＵ２２１が、割り込み設定をＦ＝０にリセットする。ここで、Ｆは、人感センサ２１４（或いは、ユーザ存在検知機能５１５）がロボット２−１の近傍でユーザを検知した場合にＦ＝１に設定される実行フラグを表す。ステップＳ６では、ＣＰＵ２２１が、Ｆ＝１であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ７へ進み、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ８へ進む。ステップＳ７では、ＣＰＵ２２１が、ユーザタスクを実行し、処理は一方ではステップＳ８へ進み、他方では図８に示すステップＳ２１へ進む。ステップＳ８では、ＣＰＵ２２１が、タイマフラグをオフ（ＯＦＦ）にし、処理はステップＳ５へ戻る。

タイマ処理は、ステップＳ１１〜Ｓ１４を含む。ステップＳ１１では、ＣＰＵ２２１が、タイマフラグをＯＮにし、ステップＳ１２では、ＣＰＵ２２１が、ロボット２−１近傍のユーザの存在を検知する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ２２１が実行フラグＦをＦ＝１に設定する。ステップＳ１４では、ＣＰＵ２２１が、タイマフラグをＯＦＦとし、処理はステップＳ６へ進む。

図８において、ステップＳ２１〜Ｓ４３の処理は、ロボット２−１のＣＰＵ２２１により実行可能である。図８に示すステップＳ２１では、ＣＰＵ２２１が、ユーザタスクの実行をスタートさせる。ステップＳ２２では、ＣＰＵ２２１が、ＡＤＣ２２３を初期化し、ステップＳ２３では、ＣＰＵ２２１が、検知部２１の各センサ２１１〜２１８の検知情報を取得する。ステップＳ２４では、ＣＰＵ２２１が、各センサ２１１〜２１８の検知情報を入力として、インタラクション状態推定テーブル２４１を参照することで、出力する表現の種類を示す状態推定データを取得する。図９は、インタラクション状態推定テーブルの一例を示す図である。図９中、○印は該当する表現の項目を示し、シーンはロボット２−１とユーザとの間のインタラクション状態の一例を示す。ステップＳ２５では、ＣＰＵ２２１が、Ｇｕｉｄｅ＝１であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ２６へ進み、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２６では、ＣＰＵ２２１が、各センサ２１１〜２１８の検知情報を入力として、案内ビヘイビアテーブル２４２を参照することで、案内シーンでの表現の種類を示す案内日へビヘイビアデータを取得する。この例では、案内ビヘイビアテーブル２４２は、図９に示すインタラクション状態推定テーブル２４１に含まれる。ステップＳ２７では、ＣＰＵ２２１が、状態推定データと、案内ビヘイビアデータとを照合し、ステップＳ２８では、ＣＰＵ２２１が、照合により表現の種類が決定したか否かを判定する。ステップＳ２８の判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２４へ戻り、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ２９へ進む。

ステップＳ２９では、ＣＰＵ２２１が、決定した表現の種類が能動表現であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ３０へ進み、判定結果がＮＯであると処理は後述するステップＳ３７へ進む。ステップＳ３０では、ＣＰＵ２２１が、各センサ２１１〜２１８の検知情報を入力として、図１０に示す能動動作テーブル２４４を参照することで、能動動作を表すアクションデータを取得する。図１０は、能動動作テーブルの一例を示す図である。図１０は、頭チルト、頭パン、右腕、左腕、胴チルト、胴パンなどの能動動作が、近傍指示、遠方指示、お辞儀、考え中または迷い、主張、人によって態度を変える、つっこみ（を入れる）、応援などを表現する例を示す。

ステップＳ３３では、ＣＰＵ２２１が、ＩＤ＿ｆｌａｇ＝１であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ３４へ進む、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３１へ進む。ステップＳ３１では、ＣＰＵ２２１が、マイクロホン２１３またはタブレット２１６（或いは、個人情報検知機能５１２）により検知したユーザＩＤを取得する。ステップＳ３２では、ＣＰＵ２２１が、ＩＤ＿ｆｌａｇ＝１に設定し、処理はステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３４では、ＣＰＵ２２１が、ユーザＩＤを入力として、個人情報ＤＢ２４８を参照することで、個人情報データを取得する。個人情報ＤＢ２４８は、例えばメモリ２２２内に設けても、表現蓄積部２４内に設けても良い。

ステップＳ３５では、ＣＰＵ２２１が、ユーザ情報を表す個人情報データを入力として、図５に示す傾き設定テーブル２４６を参照することで、ユーザ情報に合わせた傾きの強調レベルを表す強調レベルデータを取得する。ステップＳ３６では、ＣＰＵ２２１が、傾きの強調レベルが決定したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３４へ戻り、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ４１へ進む。

一方、ステップＳ３７では、ＣＰＵ２２１が、決定した表現の種類が受動表現であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ３８へ進み、判定結果がＮＯであると処理は後述するステップＳ２４へ戻る。ステップＳ３８では、ＣＰＵ２２１が、各センサ２１１〜２１８の検知情報を入力として、図１１に示す受動動作テーブル２４５を参照することで、受動動作を表すアクションデータを取得する。図１１は、受動動作テーブルの一例を示す図である。図１１は、頭チルト、頭パン、右腕、左腕、胴チルト、胴パンなどの受動動作が、驚き、喜び、落胆、恥、疑問、怒り、退屈などを表現する例を示す。ステップＳ３８の後、処理はステップＳ３３へ進む。

一方、ステップＳ３９では、ＣＰＵ２２１が、測距センサ２１７（或いは、距離検知機能５１６）により検知した距離を取得する。ステップＳ４０では、ＣＰＵ２２１が、距離ＸをＸ＝０にリセットし、処理はステップＳ４１へ進む。ステップＳ４１では、ＣＰＵ２２１が、Ｘ＞１０００であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３９へ戻り、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ４２へ進む。

ステップＳ４２では、ＣＰＵ２２１が、ユーザ距離を入力として、図６に示す表現順序テーブル２４７を参照することで、ロボット２−１の各部の表現の順序を表す表現順序データを取得する。ステップＳ４３では、ＣＰＵ２２１が、表現順序データが決定したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ４２へ戻り、判定結果がＹＥＳであると処理は図１２の処理へ進む。

図１２において、ステップＳ５１〜Ｓ５６の処理は、ロボット２−１のＣＰＵ２２１により実行可能である。ステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５４の処理は、並行して実行可能である。ステップＳ５１では、ＣＰＵ２２１が、駆動部２３１（或いは、駆動機能５３１）に各モータ２３１−１，２３１−２，２３１−３への制御を指示し、処理はステップＳ５６へ進む。ステップＳ５２では、ＣＰＵ２２１が、図１３に示すＬＥＤ表現テーブル６０１を参照することで、驚き、喜び、落胆などの表現に応じてオンまたはオフに制御する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）のＬＥＤ２３３のＬＥＤ表現パターンを取得する。図１３は、ＬＥＤ表現テーブルの一例を示す図である。図１３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）のＬＥＤ２３３の出力が驚き、喜び、及び落胆を表現する例を示す。図１３中、◎印は、該当する表現の項目を示す。ステップＳ５３では、ＣＰＵ２２１が、取得したＬＥＤ表現パターンデータに応じたＬＥＤ２３３の制御を指示し、処理はステップＳ５６へ進む。

ステップＳ５４では、ＣＰＵ２２１が、図１４に示す音声表現テーブル６０２を参照することで、驚き、喜び、落胆などの表現に応じてスピーカ２３２から出力する音声データを取得する。この例では、音声データは、例えばブザー音などである。図１４は、音声表現テーブルの一例を示す図である。図１４は、スピーカ２３２からの高音、中音、及び低音の音声出力が驚き、喜び、及び落胆を表現する例を示す。図１４中、◎印は、該当する表現の項目を示す。ステップＳ５５では、ＣＰＵ２２１が、取得した音声データをスピーカ２３２へ出力する制御を指示し、処理はステップＳ５６へ進む。

ステップＳ５６では、ＣＰＵ２２１が、駆動部２３１、ＬＥＤ２３３、及びスピーカ２３２に対する制御の指示に基づくタスクを実行し、処理は図７に示すステップＳ１へ戻る。ステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５４の処理は、並行して実行可能であるため、ＬＥＤ２３３を用いた表現と、スピーカ２３２からの音声出力を用いた表現とは、胴体２０１、腕２０２Ｌ，２０２Ｒ、及び頭２０３の動きを用いた表現と連動している。

図１５は、一実施例におけるロボットの動作の一例を説明するフローチャートである。図１５に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理は、例えばロボット２−１のＣＰＵ２２１により実行可能である。図１５は、図４に示す各機能と対応させたＣＰＵ２２１の処理を示す。

図１５において、ステップＳ１０１では、ＣＰＵ２２１が、人及び環境検知部５１により、ユーザとロボット２−１との接触を示す接触情報と、ユーザの意思とを取得する。具体的には、接触検知機能５１３が、背中接触センサ２１１、頭接触センサ２１２、及びタブレット２１６のうち、少なくとも１つがユーザによる接触（即ち、タッチ）を検知すると、ユーザがロボット２−１と接触（即ち、タッチ）したことを検知すると、接触を示す接触情報を取得する。また、ユーザ意思検知機能５１４が、マイクロホン２１３が検知したユーザの音声入力、または、タブレット２１６が検知したユーザの手動入力を検知すると、ユーザの意思（または、ユーザ距離）を取得する。

ステップＳ１０２では、ＣＰＵ２２１が、表現決定部５２−１のインタラクション状態推定機能５２１−１により、取得した接触情報及びユーザの意思に応じてインタラクション状態を推定し、ロボット２−１がどのような表現をするかをインタラクション状態推定テーブル２４１を用いて推定する。

ステップＳ１０３では、ＣＰＵ２２１が、表現蓄積機能５２２−１により案内ビヘイビアテーブル２４２などに蓄積された、ロボット２−１が表現する複数種類の表現内容を参照する。また、ステップＳ１０３では、ＣＰＵ２２１が、表現選定機能５２３−１により、インタラクション状態推定機能５２１−１が推定したインタラクション状態に基づき、能動動作テーブル２４４及び受動動作テーブル２４５を参照することで、ロボット２−１の傾き角度を含む、遠方指示、近傍指示などの、ロボット２−１の大まかな表現内容を決定する。

ステップＳ１０４では、ＣＰＵ２２１が、表現選定機能５２３−１の強調レベル調整機能５２４−１により、表現選定機能５２３−１が決定した表現内容を強調する強調レベルを調整する。例えば、表現内容がお辞儀の場合、個人情報検知機能５１２が検知した個人情報に基づいて、傾き設定テーブル２４６を参照することで、胴体２０１を個人情報に応じた傾きに調整する。

ステップＳ１０５では、ＣＰＵ２２１が、表現順番決定機能５２５−１により、表現選定機能５２３−１が決定した表現内容を、どの順番で行うかを決定する。例えば、表現内容がお辞儀の場合、ユーザ意思検知機能５１４が検知したユーザ距離に基づいて、表現順序テーブル２４７を参照することで、頭２０３を下げた後で胴体２０１を傾けるか、或いは、胴体２０１を傾けた後に頭２０３を下げるかなどを決定する。

ステップＳ１０６では、ＣＰＵ２２１が、表現実行部５３の駆動機能５３１内の傾き駆動機能５３２により、決定された表現内容の順番に応じて、胴体２０１の傾き及び頭２０３の傾きを制御する。

ステップＳ１０７では、ＣＰＵ２２１が、光表現機能５３３によるＬＥＤ２３３を用いた表現と、音声出力機能５３４によるスピーカ２３２からの音声出力を用いた表現とを、傾き駆動機能５３２による胴体２０１、腕２０２Ｌ，２０２Ｒ、及び頭２０３の動きを用いた表現と連動して行い、処理は終了する。

次に、身振りを含む非言語反応で感情表現などの表現を行う例について、図１６乃至図１８と共に説明する。身振りを含む非言語反応で感情表現などの表現を行う場合、ブザー音などの音声出力を行っても良いが、この例では説明の便宜上、言語による感情表現などの表現は行わないものとする。また、身振りを含む非言語反応で感情表現などの表現を行う場合、発光の有無及び発光色による光表現を行っても良い。音声出力による感情表現などの表現及び光表現による感情表現などの表現のうち、少なくとも一方は、身振りを含む非言語反応と連動していても良い。

なお、ロボットは、コミュニケーションロボットとして機能しても良い。コミュニケーションロボットの場合、ユーザとの対話を可能とする、周知の対話機能を設けて、上記非言語反応と並行して言語による感情表現などの表現を行っても良いことは、言うまでもない。

図１６は、ロボットのお辞儀の一例を示す斜視図である。図１０の能動動作テーブル２４４に示すように、お辞儀をする場合、頭チルトは下向き、頭パンは正面、右腕は下向き、左腕は下向き、胴チルトは前傾、胴パンは正面となるようにロボット２−１の各モータ２３１−１〜２３１−３が駆動される。これにより、人型のロボットのような複雑な構成及び複雑な制御を行うことなく、図１６に示すように、ユーザから見て容易にお辞儀と認識できる動作をロボット２−１に行わせることができる。また、図５の傾き設定テーブル２４６を用いて、表現内容を強調する強調レベルを調整することもできる。この場合、ユーザ情報に応じて胴チルトの傾きを変えることで、例えばユーザに合わせた気軽なお辞儀や、丁寧なお辞儀などをロボット２−１に行わせることもできる。さらに、表現順序テーブル２４７を用いて、ユーザ距離に応じてロボット２−１の各部による表現の順序を決定することもできる。

図１７は、ロボットの驚きの一例を示す斜視図である。図１１の受動動作テーブル２４５に示すように、驚きを表現する場合、頭チルトは上向き、頭パンは無し（−）、右腕は上向き、左腕は上向き、胴チルトは仰け反り、胴パンは無し（−）となるようにロボット２−１の各モータ２３１−１〜２３１−３が駆動される。この場合も、表現内容を強調する強調レベルを調整して、驚きの度合が増える程、例えば胴チルトの傾きを大きくするようにしても良い。また、図１３のＬＥＤ表現テーブル６０１を用いて赤のＬＥＤ２３３をオンにして驚きを表現したり、図１４の音声表現テーブル６０２を用いてスピーカ２３２から高音の音声出力を行うことで驚きを表現したりすることもできる。

図１８は、ロボットの落胆の一例を示す斜視図である。図１１の受動動作テーブル２４５に示すように、落胆を表現する場合、頭チルトは下向き、頭パンは無し（−）、右腕は前向き、左腕は前向き、胴チルトは前傾、胴パンは無し（−）となるようにロボット２−１の各モータ２３１−１〜２３１−３が駆動される。この場合も、表現内容を強調する強調レベルを調整して、落胆の度合が増える程、例えば胴チルトの傾きを大きくするようにしても良い。また、図１３のＬＥＤ表現テーブル６０１を用いて青のＬＥＤ２３３をオンにして落胆を表現したり、図１４の音声表現テーブル６０２を用いてスピーカ２３２から低音の音声出力を行うことで落胆を表現したりすることもできる。

このように、ロボット２−１は、特に胴体２０１のチルトにより、オーバーアクションを行うことができるので、腕２０２Ｌ，２０２Ｒの上下動及び頭２０３のパン及びチルトと組み合わせることで、ユーザが認識し易い感情表現を行うことができる。

なお、ロボット２−１は、感情表現の他に、近くを指し示す、遠くを指し示すなどの案内表現を行うこともできる。この場合も、特に胴体２０１のチルトにより、オーバーアクションを行うことができるので、腕２０２Ｌ，２０２Ｒの上下動及び頭２０３のパン及びチルトと組み合わせることで、ユーザが認識し易い案内表現を行い、ユーザとのインタラクションを円滑にすることができる。例えば、方向を指示する案内表現の場合、一方の腕２０２Ｌのみで方向を示すよりも、胴体２０１を傾けてオーバーアクションを伴う方が、ユーザには注目され易く、且つ、認識され易い。

また、感情表現または案内表現を行う際、ロボット２−１が、ユーザの印象に残る動きをすることで、ロボット２−１からのサービス提供を支援することもできる。さらに、ロボット２−１がオーバーアクションを行うことで、ユーザがロボット２−１をより身近に感じるような心理的な効果も得られる。例えば、ロボット２−１からの距離が遠いユーザであっても、当該ユーザに向かってロボット２−１の胴体２０１を傾けることで、この例では図９のインタラクション状態推定テーブル２４１に含まれる心理ビヘイビアテーブル２４３で心理表現シーンの心理表現が高親和性の場合のように、ユーザとロボット２−１との間で親和性のあるインタラクションが可能となる。

図１９は、ロボットの機能構成の第２の例を示す機能ブロック図である。図１９中、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１９に示すロボット２−２の表現決定部５２−２は、インタラクション状態推定機能５２１−２と、表現蓄積機能５２２−２と、表現選定機能５２３−２と、強調レベル調整機能５２４−２と、表現順番決定機能５２５−２とを有する。

インタラクション状態推定機能５２１−２は、例えばインタラクション状態推定テーブル２４１を用いて、ロボット２−２とユーザとの間のインタラクション状態を推定し、人及び環境検知部５１の顔トラッキング機能５１１、接触検知機能５１３、ユーザ意思検知機能５１４、ユーザ存在検知機能５１５、及び環境検知機能５１７が検知した情報に応じた表現内容を決定するＣＰＵ２２１の機能である。表現蓄積機能５２２−２は、ロボット２−２が表現する複数種類の表現内容を蓄積するＣＰＵ２２１の機能であり、身振りを含む非言語反応による感情表現などの表現を含む。

強調レベル調整機能５２４−２は、人及び環境検知部５１の個人情報検知機能５１２が検知した個人情報に応じて、表現選定機能５２３−２が決定した表現内容を強調する強調レベルを調整するＣＰＵ２２１の機能である。例えば、表現内容がお辞儀の場合、個人情報検知機能５１２が検知した個人情報に基づいて、傾き設定テーブル２４６を参照することで、胴体２０１を個人情報に応じた傾きに調整する。

表現順番決定機能５２５−２は、人及び環境検知部５１の距離検知機能５１６が検知した距離情報に応じて、表現選定機能５２３−２が決定した表現内容を、どの順番で行うかを決定するＣＰＵ２２１の機能である。例えば、表現内容がお辞儀の場合、ユーザ意思検知機能５１４が検知したユーザ距離に基づいて、表現順序テーブル２４７を参照することで、頭２０３を下げた後で胴体２０１を傾けるか、或いは、胴体２０１を傾けた後に頭２０３を下げるかなどを決定する。

表現選定機能５２３−２は、インタラクション状態推定機能５２１−２が推定したインタラクション状態に基づき、能動動作テーブル２４４及び受動動作テーブル２４５を参照することで、表現蓄積機能５２２−２が蓄積する複数種類の表現内容から、ロボット２−２の傾き角度を含むロボット２−２の大まかな表現内容を決定するＣＰＵ２２１の機能である。

上記の各実施例によれば、少ない動作の自由度の身振りで多種の感情表現などの表現を行うことが可能となる。特に胴体のチルトにより、オーバーアクションを行うことができるので、腕の上下動及び頭のパン及びチルトと組み合わせることで、ユーザが認識し易い感情表現などの表現を行うことができる。また、ロボットの構成が比較的簡単であるため、サイズ及びコストを低減可能である。

以上、開示のロボットを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１ システム
２−１，２−２ ロボット
３ センサビーコン
４ ＧＷ
２１ 検知部
２２ 制御部
２３ 表現部
２４ 表現蓄積部
２２１ ＣＰＵ
２３１ 駆動部
２３２ スピーカ
２３３ ＬＥＤ

Claims (8)

1. 身振りを含む非言語反応で表現を行うロボットであって、
   設置面上の支点に対してパン及びチルト可能に設けられた下部を有する胴体と、
   前記胴体の側部に上下動可能に設けられた一対の腕と、
   前記胴体の上部にパン及びチルト可能に設けられた頭と、
   前記胴体、前記一対の腕、及び前記頭を駆動する駆動部と、
   ユーザまでの距離を検知する第１の検知部と、
   前記距離に応じて駆動パターンと、前記駆動パターンによる表現を行う順番とを決定し、決定した前記駆動パターン及び前記順番で前記胴体と、前記一対の腕及び前記頭のうち少なくとも一方とを駆動するように前記駆動部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記非言語反応は、前記駆動パターンに対応する、前記胴体の前記支点に対するチルトと、前記一対の腕及び前記頭のうち少なくとも一方の動きとの組み合わせであることを特徴とする、ロボット。
2. 前記頭に設けられた光源をさらに備え、
   前記非言語反応は、前記光源のオンまたはオフとのさらなる組み合わせであることを特徴とする、請求項１記載のロボット。
3. 前記光源は、異なる複数の色の光源を含み、
   前記非言語反応は、前記異なる複数の色の光源のオンまたはオフとのさらなる組み合わせであることを特徴とする、請求項２記載のロボット。
4. スピーカをさらに備え、
   前記非言語反応は、前記スピーカからの音声出力とのさらなる組み合わせであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載のロボット。
5. ユーザと前記ロボットとの接触を示す接触情報と、前記ユーザの意思とを含む検知情報を検知する第２の検知部と、
   前記表現を行うための前記胴体、前記一対の腕、及び前記頭の駆動パターンを蓄積する表現蓄積部と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記検知情報に応じて駆動パターンを決定し、決定した駆動パターンで前記駆動部を制御する
   ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載のロボット。
6. 前記制御部は、前記決定した駆動パターンによる表現を強調する強調レベルを調整する手段を有し、前記胴体の前記設置面に対する傾きを前記強調レベルに応じて増やすように前記胴体の駆動部を制御することを特徴とする、請求項５記載のロボット。
7. 前記第２の検知部は、
   前記接触情報を検知する接触センサ及びタブレットのうち、少なくとも一方と、
   前記ユーザの意思を検知するマイクロホン及び前記タブレットのうち少なくとも一方と、
   を有することを特徴とする、請求項５又は６項記載のロボット。
8. 前記設置面を有する箱状の土台をさらに備え、
   前記制御部は、前記箱状の土台内に配置されていることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１項記載のロボット。

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