JP2007130691A - コミュニケーションロボット - Google Patents

Abstract

【課題】視線移動に際して眼球だけでなく首（頭部）も回転し、視線の演出によってコミュニケーションロボットの意図を伝達するときの視線の動きがごく自然で、ロボットの意図を確実に表現できるロボットを提供する。
【解決手段】コミュニケーションロボット１０では、頭部６４は所定軸たとえば鉛直軸（Ｓ軸）周りに回転できる首を介して設けられ、その頭部には、同じく鉛直軸周りに回転できる眼球４８が設けられる。ＣＰＵは、注視対象者に視線を移動するとき、眼球による視線の移動に対する首の寄与率（Ａ１）を設定し、寄与率に従って計算した首の関節角度θおよび眼球の関節角度αに基づいて首および眼球を制御する。
【選択図】図２

Description

この発明はコミュニケーションロボットに関し、特にたとえば、視線制御によりロボットの意図を演出する、コミュニケーションロボットに関する。

この種の背景技術の一例が非特許文献１および非特許文献２に開示される。非特許文献１には、３つの視線パラメータ、凝視量，凝視持続時間および非凝視時視線位置に基づいて擬人化エージェントの視線制御をすることによって、その擬人化エージェントからユーザが受ける印象を操作できることが示されている。

また、非特許文献２には、視野内の特徴的な領域を次々に選択して注視するＣＧ（Computer Graphics）の研究において、人間を規範としたルールにより視線の動きを首と目の自由度に配分して実現する方法が提案されている。
深山等「擬人化エージェントの印象操作のための視線制御方法」情報処理学会論文誌Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１２，ｐｐ３５９６‐３６０６ ２００２年１２月 L. Itti et al. "Realistic Avatar Eye and Head Animation Using a Neurobiological Model of Visual Attention" In Proc. SPIE 48th Annual International Symposium on Optical Science and Technology pp. 64-78, Aug. 2003.

非特許文献１の従来技術では、視線パラメータだけが考慮され、首の自由度が利用されていなので、かなり不自然な感じを受ける。

これに対して、非特許文献２の従来技術では、視線の動きを首と目の自由度に配分するようにしているので、首の自由度は考慮されてはいるものの、その配分の割合は固定であり、首の自由度がエージェントの意図の演出に利用されているとはいえない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、コミュニケーションロボットを提供することである。

この発明の他の目的は、視線だけでなく、首の自由度もロボットの意図の演出に利用する、新規なコミュニケーションロボットを提供することである。

請求項１の発明は、所定軸周りに回転できる首を介して設けられる頭部と、頭部に設けられ所定軸周りに回転できる眼球とを有し、眼球による視線を用いて意図を演出するようにしたコミュニケーションロボットであって、視線の移動に対する首および眼球の寄与率を設定する寄与率設定手段、および視線を移動するとき、寄与率に従って計算した首の関節角度および眼球の関節角度に基づいて首および眼球を制御する制御手段を備える、コミュニケーションロボットである。

請求項１の発明では、コミュニケーションロボット（１０：実施例で相当する部分を例示する参照符号。以下同様。）では、頭部（６４）は所定軸たとえば鉛直軸（Ｓ軸）周りに回転できる首を介して設けられ、その頭部には、同じく鉛直軸周りに回転できる眼球（４８）が設けられる。たとえばＣＰＵ（７２）であってよい寄与率設定手段（Ｓ９）が、その眼球による視線の移動に対する首の寄与率（Ａ１）を設定する。そして、同じくたとえばＣＰＵ（７２）のような制御手段（Ｓ９，Ｓ２５）は、寄与率に従って計算した首の関節角度および眼球の関節角度に基づいて首および眼球を制御する。

請求項１の発明によれば、視線移動に際して眼球だけでなく首（頭部）も回転するので、視線の演出によってコミュニケーションロボットの意図を伝達するときの視線の動きがごく自然である。しかも、その寄与率は適宜変更できるので、寄与率によってロボットの意図を確実に表現できるようになる。

請求項２の発明は、注視対象を注視する注視時間を設定する時間設定手段、および注視時間だけ視線を注視対象にとどめる注視時間制御手段をさらに備える、請求項１記載のコミュニケーションロボットである。

請求項２の発明では、たとえばＣＰＵ（７２）であってよい時間設定手段（Ｓ９）が注視時間（ｆ（Ｔ））を設定するので、たとえばＣＰＵ（７２）であってよい注視時間制御手段（Ｓ９，Ｓ２５）によってその注視時間だけ対象を注視することができる。

請求項３の発明は、注視時間内において視線を注視対象から逃避させる逃避頻度を設定する逃避頻度設定手段、および逃避頻度に従って視線を注視対象から逃避させる逃避制御手段をさらに備える、請求項２記載のコミュニケーションロボットである。

請求項３の発明では、たとえばＣＰＵ（７２）であってよい逃避頻度設定手段（Ｓ９）が逃避頻度（ｅ（Ｔ））を設定するので、たとえばＣＰＵ（７２）であってよい逃避制御手段（Ｓ９，Ｓ２５）によって視線がその注視対象からその逃避頻度に従って逃避する。したがって、視線逃避による演出を効果的に行える。

この発明によれば、眼球だけでなく首（頭部）も回転させて視線移動を行うので、視線の演出によってコミュニケーションロボットの意図を伝達するときの視線の動きが自然である。しかも、その寄与率は適宜変更できるので、寄与率によってロボットの意図を確実に表現できるようになる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例のコミュニケーションロボット（以下、単に「ロボット」とも言う。）１０は、主として人間のようなコミュニケーションの対象とコミュニケーションすることを目的とした相互作用指向のもので、身振り手振りのような身体動作を用いてコミュニケーション行動を行う機能を備えている。ただし、コミュニケーション行動には音声が含まれる場合もある。

ロボット１０は、たとえば或る会社（組織）の建物内や或るイベント会場のような現実空間に配置される。詳細な構成は後述するが、ロボット１０は、自律移動するための機構を備え、現実空間に存在する人間（図１では、人間Ａ，Ｂ，Ｃ）と出会ったり、当該人間とコミュニケーションを図ったりする。

なお、図１では、簡単のため、３人の人間を示してあるが、これに限定される必要はなく、１人以上であれば何人でも構わない。

また、図１に示すように、人間Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、無線タグ１４を装着ないし所持しており、無線タグ１４から送信される識別情報がロボット１０によって検出される。

無線タグ１４としては、たとえばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを用いることができる。図示は省略するが、ＲＦＩＤタグは、識別情報を記憶するためのメモリや通信用の制御回路等を備えるＩＣチップおよびアンテナ等を含む。この実施例では、後述するように、ロボット１０は出会った人間の行動の履歴を記録したり、出会った人間に噂を流したりするので、たとえば、交信距離の比較的長い電磁誘導方式（最大１ｍ程度）またはマイクロ波方式（最大５ｍ程度）のＲＦＩＤタグを使用することが望ましい。

なお、通信距離の比較的短い静電結合方式（数ｍｍ程度）や電磁結合方式（数ｃｍ程度）のＲＦＩＤタグなどを使用することもできるが、これらの場合にはロボット１０は人間に接近して、無線タグ読取装置１８（図３参照）を当該人間（厳密には無線タグ１４）に近づけさせる必要がある。

また、無線タグ１４は電池内蔵の能動型（アクティブタイプ）および電池無しの受動型（パッシブタイプ）のどちらでもよい。

図２はロボット１０の外観を示す正面図であり、この図２を参照して、ロボット１０のハードウェアの構成について説明する。ロボット１０は台車２２を含み、この台車２２の下面にはロボット１０を自律移動させる車輪２４が設けられる。車輪２４は車輪モータ２６（図３参照）によって駆動され、台車２２すなわちロボット１０を前後左右任意の方向に動かすことができる。このように、ロボット１０は組織の空間内を移動可能なものであるが、場合によっては空間内の所定位置に固定的に設けられてもよい。

なお、図２においては省略するが、台車２２の前面には、衝突センサ２８（図３参照）が取り付けられ、この衝突センサ２８は台車２２への人や他の障害物の接触を検知する。つまり、ロボット１０の移動中に障害物との接触を検知すると、直ちに車輪２４の駆動を停止してロボット１０の移動を急停止させる。

また、この実施例では、ロボット１０の背の高さは、人、特に子供に威圧感を与えることのないように、１００ｃｍ程度とされる。ただし、この背の高さは変更可能である。

台車２２の上には、多角形柱のセンサ取付パネル３０が設けられ、このセンサ取付パネル３０の各面には、超音波距離センサ３２が取り付けられる。この超音波距離センサ３２は、センサ取付パネル３０すなわちロボット１０の周囲の主として人との距離を計測するものである。

また、台車２２の上には、さらに、その下部がセンサ取付パネル３０に囲まれて、ロボット１０の胴体が直立するように設けられる。この胴体は、下部胴体３４と上部胴体３６とによって構成され、下部胴体３４および上部胴体３６は、連結部３８によって互いに連結される。図示は省略するが、連結部３８には昇降機構が内蔵されていて、この昇降機構を用いることによって、上部胴体３６の高さすなわちロボット１０の背の高さを変化させることができる。昇降機構は、後述するように、腰モータ４０（図３参照）によって駆動される。

なお、上述したロボット１０の背の高さは、上部胴体３６をそれの最下位置にしたときのものである。したがって、ロボット１０の背の高さは、１００ｃｍ以上にすることも可能である。

上部胴体３６のほぼ中央には、１つの全方位カメラ４２と１つのマイク４６とが設けられる。全方位カメラ４２は、ロボット１０の周囲を撮影するものであり、後述する眼カメラ４８とは区別される。この全方位カメラ４２としては、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いるカメラを採用することができる。また、マイク４６は、周囲の音、とりわけコミュニケーション対象である人の声を取り込む。なお、これら全方位カメラ４２およびマイク４６の設置位置は上部胴体３６に限られず適宜変更され得る。

上部胴体３６の両肩には、それぞれ、肩関節５０Ｒおよび５０Ｌによって、上腕５２Ｒおよび５２Ｌが設けられる。肩関節５０Ｒおよび５０Ｌは、それぞれ、３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節５０Ｒは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕５２Ｒの角度を制御できる。Ｙ軸は、上腕５２Ｒの長手方向（または軸）に平行な軸であり、Ｘ軸およびＺ軸は、そのＹ軸に対して、それぞれ異なる方向から直交する軸である。他方、肩関節５０Ｌは、Ａ軸、Ｂ軸およびＣ軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕５２Ｌの角度を制御できる。Ｂ軸は、上腕５２Ｌの長手方向（または軸）に平行な軸であり、Ａ軸およびＣ軸は、そのＢ軸に対して、それぞれ異なる方向から直交する軸である。

また、上腕５２Ｒおよび５２Ｌのそれぞれの先端には、肘関節５４Ｒおよび５４Ｌを介して、前腕５６Ｒおよび５６Ｌが設けられる。肘関節５４Ｒおよび５４Ｌは、それぞれ、Ｗ軸およびＤ軸の軸廻りにおいて、前腕５６Ｒおよび５６Ｌの角度を制御できる。

なお、上腕５２Ｒおよび５２Ｌならびに前腕５６Ｒおよび５６Ｌの変位を制御するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｗ軸およびＡ軸，Ｂ軸，Ｃ軸，Ｄ軸では、それぞれ、「０度」がホームポジションであり、このホームポジションでは、図２に示すように、上腕５２Ｒおよび５２Ｌならびに前腕５６Ｒおよび５６Ｌは下方に向けられる。

また、図示は省略するが、上部胴体３６の肩関節５０Ｒおよび５０Ｌを含む肩の部分や上述の上腕５２Ｒおよび５２Ｌならびに前腕５６Ｒおよび５６Ｌには、それぞれ、タッチセンサ（図３で包括的に示す。：５８）が設けられていて、これらのタッチセンサ５８は、人がロボット１０の当該各部位に触れたかどうかを検知する。

前腕５６Ｒおよび５６Ｌのそれぞれの先端には、手に相当する球体６０Ｒおよび６０Ｌがそれぞれ固定的に設けられる。ただし、指や掌の機能が必要な場合には、人の手の形をした「手」を用いることも可能である。

上部胴体３６の中央上方には、首関節６２を介して頭部６４が設けられる。首関節６２は、３軸の自由度を有し、Ｓ軸、Ｔ軸およびＵ軸の各軸廻りに角度制御可能である。Ｓ軸は首から真上（鉛直上向き）に向かう軸であり、Ｔ軸およびＵ軸は、それぞれ、そのＳ軸に対して異なる方向で直交する軸である。頭部６４のＳ軸周りの関節角度を「θ」とする。頭部６４には、人の口に相当する位置に、スピーカ６６が設けられる。スピーカ６６は、ロボット１０が、それの周辺の人に対して音声ないし音によってコミュニケーションを取るために用いられる。ただし、スピーカ６６は、ロボット１０の他の部位、たとえば胴体などに設けられてもよい。

また、頭部６４には、目に相当する位置に眼球部６８Ｒおよび６８Ｌが設けられる。眼球部６８Ｒおよび６８Ｌは、それぞれ眼カメラ４８Ｒおよび４８Ｌを含む。以下、右の眼球部６８Ｒと左の眼球部６８Ｌとをまとめて眼球部６８ということがあり、また、右の眼カメラ４８Ｒと左の眼カメラ４８Ｌとをまとめて眼カメラ４８ということもある。

眼カメラ４８は、ロボット１０に接近した人の顔や他の部分ないし物体等を撮影して、それに対応する映像信号を取り込む。眼カメラ４８としては、上述した全方位カメラ４２と同様のカメラを用いることができる。

たとえば、眼カメラ４８は眼球部６８内に固定され、眼球部６８は眼球支持部（図示せず）を介して頭部６４内の所定位置に取り付けられる。眼球支持部は、２軸の自由度を有し、α軸およびβ軸の各軸廻りに角度制御可能である。α軸およびβ軸は頭部６４に対して設けられる軸であり、α軸は頭部６４の上へ向かう方向の軸であり、β軸はα軸に直交しかつ頭部６４の正面側（顔）が向く方向に直交する方向の軸である。この実施例では、頭部６４がホームポジションにあるとき、α軸はＳ軸と平行であり、β軸はＵ軸と平行であるように設定される。このような頭部６４において、眼球支持部がα軸およびβ軸の各軸廻りに回転されることによって、眼球部６８ないし眼カメラ４８の先端（正面）側が変位され、カメラ軸すなわち視線方向が移動される。

なお、眼カメラ４８の変位を制御するα軸およびβ軸では、「０度」がホームポジションであり、このホームポジションでは、図２に示すように、眼カメラ４８のカメラ軸は頭部６４の正面側（顔）が向く方向に向けられ、視線は正視状態となる。

さらに、たとえば頭部６４の横の右肩部には、無線タグ読取装置１８のアンテナ７０が設けられる。アンテナ７０は無線タグ１４から送信される識別情報が重畳された電磁波ないし電波を受信する。

図３はロボット１０の電気的な構成を示すブロック図であり、この図３を参照して、ロボット１０は、全体を制御するＣＰＵ７２を含む。ＣＰＵ７２は、マイクロコンピュータ或いはプロセサとも呼ばれ、バス７４を介して、メモリ７６、モータ制御ボード７８、センサ入力／出力ボード８０および音声入力／出力ボード８２に接続される。

メモリ７６は、図示は省略するが、ＲＯＭやＲＡＭを含み、ＲＯＭにはロボット１０の制御プログラムが予め記憶されるとともに、コミュニケーション行動を実行する際にスピーカ６６から発生すべき音声または声の音声データ（音声合成データ）および所定の身振りを提示するための角度データ等も記憶される。ＲＡＭは、ワークメモリやバッファメモリとして用いられる。また、メモリ７６には、無線タグ１４の識別情報を取得して人間の行動履歴を記録するための記録プログラム、噂を作成するための作成プログラム、噂を伝達するための伝達プログラムおよび外部コンピュータ２０と通信するための通信プログラム等が記録される。さらに、メモリ７６にはまた、ロボットが存在する建物や会場の床、壁、天井を撮影した画像の画像データが各場所の名称（識別情報）に対応して記憶される。

モータ制御ボード７８は、たとえばＤＳＰで構成され、各腕や頭部および眼球部等の各軸モータの駆動を制御する。すなわち、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、右眼球部６８Ｒのα軸およびβ軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図３では、まとめて「右眼球モータ」と示す。）８４の回転角度を制御する。同様に、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、左眼球部６８Ｌのα軸およびβ軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図３では、まとめて「左眼球モータ」と示す。）８６の回転角度を制御する。つまり、後述の眼球の関節角度αｒおよびαｅは、ＣＰＵ７２が、眼球モータ６８（６８Ｌ，６８Ｒ）すなわちモータ制御ボード７８を制御することによって調整される。

また、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、右肩関節５０ＲのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと右肘関節５４ＲのＷ軸の角度を制御する１つのモータとの計４つのモータ（図３では、まとめて「右腕モータ」と示す。）８８の回転角度を調節する。同様に、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、左肩関節５０ＬのＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと左肘関節５４ＬのＤ軸の角度を制御する１つのモータとの計４つのモータ（図３では、まとめて「左腕モータ」と示す。）９０の回転角度を調整する。

さらに、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、頭部６４のＳ軸、Ｔ軸およびＵ軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータ（図３では、まとめて「頭部モータ」と示す。）９２の回転角度を制御する。したがって、後述の首の関節角度θｒおよびθｅは、ＣＰＵ７２がこの頭部モータ９２すなわちモータ制御ボード７８を制御することによって調整される。さらにまた、モータ制御ボード７８は、ＣＰＵ７２からの制御データを受け、腰モータ４０および車輪２４を駆動する２つのモータ（図３では、まとめて「車輪モータ」と示す。）２６の回転角度を制御する。

なお、この実施例では、車輪モータ２６を除くモータは、制御を簡素化するために、ステッピングモータ或いはパルスモータを用いるようにしてある。ただし、車輪モータ２６と同様に、直流モータを用いるようにしてもよい。

センサ入力／出力ボード８０もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、各センサからの信号を取り込んでＣＰＵ７２に与える。すなわち、超音波距離センサ３２のそれぞれからの反射時間に関するデータがこのセンサ入力／出力ボード８０を通してＣＰＵ７２に入力される。また、全方位カメラ４２からの映像信号が、必要に応じてこのセンサ入力／出力ボード８０で所定の処理を施された後、ＣＰＵ７２に入力される。眼カメラ４８からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ７２に入力される。また、上述した複数のタッチセンサ（図３では、まとめて「タッチセンサ５８」と示す。）からの信号がセンサ入力／出力ボード８０を介してＣＰＵ７２に与えられる。さらに、上述した衝突センサ２８からの信号も、同様にして、ＣＰＵ７２に与えられる。

音声入力／出力ボード８２もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ７２から与えられる音声合成データに従った音声または声がスピーカ６６から出力される。すなわち、噂が音声または声としてスピーカ６０から発せられる。また、マイク４６からの音声入力が、音声入力／出力ボード８２を介してＣＰＵ７２に取り込まれる。

また、ＣＰＵ７２は、バス７４を介して通信ＬＡＮボード９４および無線タグ読取装置１８に接続される。通信ＬＡＮボード９４は、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ７２から送られる送信データを無線通信装置９６に与え、無線通信装置９６から送信データを、図示は省略するが、たとえば、無線ＬＡＮのようなネットワークを介して外部コンピュータ２０に送信させる。また、通信ＬＡＮボード９４は、無線通信装置９６を介してデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ７２に与える。つまり、この通信ＬＡＮボード９４および無線通信装置９６によって、ロボット１０は外部コンピュータ２０等と無線通信を行うことができる。

無線タグ読取装置１８は、無線タグ１４から送信される識別情報の重畳された電波を、アンテナ７０を介して受信し、電波信号を増幅し、当該電波信号から識別情報を分離し、当該情報を復調（デコード）してＣＰＵ７２に与える。ただし、ＲＦＩＤの情報は、外部コンピュータでデコードして、ＣＰＵ７２に与えるようにしてもよい。

具体的には、図３に示したＣＰＵ７２が図４に示すフロー図に従って全体処理を実行する。なお、図７では、簡単のため、ロボット１０が人間（厳密には、ＲＦＩＤ）を検出した後の処理を示してあるが、人間を検出する以前においては、ロボット１０は組織の建物内やイベント会場を移動（巡回）したり、一定時間或る場所に留まったりしている。

この実施例においては、たとえば、表１に例示する視線による意図を演出する。

表１を参照して、たとえば最上行には、視線による演出の意図として、「探し物をしている／落ち着かない」を挙げている。この演出内容を実現するための「状況・人の位置」には、「正面／正面でない」と設定しているが、このことは、この演出のための相手がロボット１０の正面にいてもよいし、正面から外れていてもよいことを意味している。また、演出のための「注視対象」は、「人／人でない」と設定しているが、このことは、注視対象が人間であっても、人間でなくてもよいことを意味している。また、「注視物の位置」としては「任意」と設定されている。このことは、注視物（人）の位置は遠くても近くても任意の位置にあってよいことを意味している。

さらに、「注視時間（ｆ）」としては、「小」が設定されている。この「注視時間」とは、視線制御パラメータの１つで、どのぐらいの時間注視対象物（人）を見続ける（注視する）かを示すパラメータである。注視時間「小」とは、実施例では、たとえば１秒以下が想定され、「中」が２‐３秒、「大」が５秒以上と想定されている。

「動作の主（Ａ１）」としては、「首」が設定されている。この「動作の主」とは、その注視対象を注視するための視線の移動（動き）を首と目のどちらの動きで行うかを示す制御パラメータである。つまり、このパラメータＡ１は、視線の移動のためには、目に加えて首がどの程度寄与すべきかを示す寄与率であり、０−１の範囲の数値として設定される。たとえば、動作の主が「首」のときは、パラメータＡ１としてたとえば「０．７以上」が設定され、視線の動きの殆どが首の回転で達成されるように設定される。動作の主が「目」のときは、パラメータＡ１としてたとえば「０．３以下」が設定され、視線の動きの殆どが目の回転で達成されるように設定される。これらに対し、たとえば表１の演出の内容のうち「考え事をしている／注視物について考えている」、「睨んでいる」、「対象物に興味があるが、周りの目を気にしている」、「そのままコミュニケーションを続ける」などのように、動作の主が「首／目」のときは、寄与率（パラメータ）Ａ１としてたとえば「０．４‐０．６」が設定され、視線の動きが首と目の両方の回転で達成されるように設定される。

このように、視線移動に対する「首」および「目」の寄与率を適宜設定するようにした点で、この実施例の視線による意図の演出の方法は従来と大きく異なる。

制御パラメータの３番目のものは、「逃避頻度（ｅ）」である。このパラメータ「逃避頻度」とは、上述のように対象物または対象人物を注視している（見続けている）ときに、その視線を外して別のところを見ることを「逃避」といい、その「逃避」が注視時間のなかでどの程度の頻度で行われるのかを示すパラメータを「逃避頻度」と呼ぶ。この「逃避頻度」も「大」，「中」，「小」で設定されるが、「小」の場合には逃避頻度（ｅ）が１（ｅ＝１）と設定するようにしてもよい。また、「大」の場合だと、注視時間がたとえば５秒だとすると逃避頻度をたとえば「８」程度に設定する。

なお、この実施例では、注視対象を注視しているときにも視線をそらせる（逃避する）場合があるが、この「逃避」の際にも上記した首および目の寄与率を考慮して視線を動かすようにしてもよい。そのためにこの実施例では、視線逃避の際の寄与率を「Ａ２」として設定するこことした。ただし、このパラメータＡ２は先のパラメータＡ１と同じでも違ってもよい。

表１には最後の欄に「逃避対象」を記入しているが、この逃避対象とは、上述のように視線逃避させるときに視線を向ける方向や対象のことであり、「拘束なし」とはどこへ視線を外してもよいという意味である。この実施例では、たとえば眼カメラ４８や全方位カメラ４２の撮影画像を処理し、その画像中の「特異な色」の部分または位置（人物や物）へ視線を向けるようにしている。ただし、他の方法で視線逃避先を決定するようにしてもよい。

このような表１を前提にして、以下、図４および図５のフロー図とともに、この実施例の動作を説明する。

図４の最初のステップＳ１では、ロボット１０は、がその視線の意図を表出するべき人がロボットに対してどこにいるのかを検出する。たとえば、ＣＰＵ７２は無線タグ読取装置１８からのデータを見て、対象人物が近くに来たことを知り、たとえば眼カメラ４８からの画像を処理することによって、その対象人物がロボット１０に対してどこにいるのか、たとえば正面にいるのか、そうでないのかなどを検出する。

ただし、このような対象の特定や対象者の位置の特定のためには、別の手段、たとえば赤外線タグや、あるいは床センサ（床面にたとえば圧力センサを分散配置しておき、一定の分解能で人間がどこに存在するか、さらには爪先がどちらに向いているかなどを検知できるセンサシステム）を利用することもできる。

ステップＳ３では、どのような視線の意図を演出したいのか、表１から選択する。

さらに、ステップＳ５で、表１に従って、注視対象を選ぶ。そして、その表１に基づいて、視線制御パラメータ、すなわち、寄与率Ａ１（Ｔ），注視時間ｆ（Ｔ），逃避頻度ｅ（Ｔ）さらに必要なら寄与率Ａ２（Ｔ）をそれぞれ設定する。それとともに、次に注視対象を変更すべき時刻ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）を設定する。ただし、この注視対象変更時刻ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）は数１に従って設定すればよい。また、このステップＳ５において、逃避タイミングの判定に用いる変数Ｎを「１」に設定する（Ｎ＝１）。ただし、このＮ、表１の逃避頻度（ｅ）の値そのままでもよい。
（数１）
ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）＝ｔ＿ｆ（Ｔ）＋ｆ（Ｔ）
ただし、ｔ＿ｆ（Ｔ）は、前回設定した、今回の変更予定時刻であり、ｆ（Ｔ）は、上述のように、今回の注視時間である。

そして、次のステップＳ７において、ＣＰＵ７２は、ロボットの１０の顔の正面方向に対する注視対象の角度γ（Ｔ）を計算する。首のたとえば図６を参照して、ロボット１０の前方に対象者Ａ氏が存在するとした場合、この角度γは、図６に示すように、ロボットの顔の正面からのその対象人物Ａ氏の存在位置のずれ角をいうものとする。

その後、ステップＳ９において、ＣＰＵ７２は、注視対象（たとえばＡ氏）に対して、
寄与率Ａ１（Ｔ）に基づいて、注視対象を注視するための首の目標関節角度θｒ（Ｔ＋１）および眼球の目標関節角度αｒ（Ｔ＋１）を数２および数３に従って計算する。ただし、数２の例においては、角度γｄ１は、そのとき対象人物を注視するためにロボットの視線を動かす量（移動角）を示し、図６の例でロボットの正面に対象人物を配置する必要があるときは、その視線移動角度はγとなる。
（数２）
θｒ（Ｔ＋１）＝θｒ（Ｔ）＋Ａ１（Ｔ）γｄ１（Ｔ）
（数３）
αｒ（Ｔ＋１）＝αｒ（Ｔ）＋（１−Ａ１（Ｔ））γｄ１（Ｔ）
そして、同じステップＳ９で、ＣＰＵ７２は必要な制御データをモータ制御ボード７８へ送り、上で計算した首関節角度θｒ（Ｔ＋１）および眼球関節角度α（Ｔ＋１）になるように、頭部モータ９２および眼球モータ８４および８６を制御する。つまり、首の関節角度θをθｒ（Ｔ＋１）とするとともに、眼球の関節角度αをαｒ（Ｔ＋１）にするように、モータ制御ボード７８に必要な制御データを出力する。

なお、数３において、眼球の移動角度αを計算する際に、全移動角度γｄ１に対して係数（１−Ａ１）を乗算しているのは、その全移動角度γｄ１を首（頭部）の移動角度と眼球の移動角度とを寄与率Ａ１で按分するためである。つまり、首関節角度θｒの計算で寄与率Ａ１をそのまま使用したので、眼球関節角度αｒの計算には（１−Ａ１）を用いる。

このようにして、ロボットの１０の視線が注視対象に移動されて注視が開始されると、ＣＰＵ７２は次のステップＳ１１において、眼カメラ４８および／または全方位カメラ４２の画像信号を処理することによって、逃避対象を決定し、その位置を計算する。たとえば、表１に従った逃避先の条件が「拘束なし」であるときには、画像信号を処理することによってたとえば上述の「特異な色」の部分または位置（人物や物）を逃避先として決定する。ただし、逃避先の条件が「正面の人」であるときには、同じくカメラ画像から、ロボットの正面に存在する他の人物を逃避先として決定すればよい。ただし、前述したように、別の方法で逃避先を決定するようにしてもよいことは勿論である。

そして、ステップＳ１３において、ＣＰＵ７２は、ステップＳ１１で決定した逃避先へ視線を移動させるべく、首（頭部）の目標関節角度θｅ（Ｔ＋１）および眼球の目標関節角度αｅ（ｔ＋１）を数４および数５に従って計算する。この場合、注視対象からの逃避であるため、角度の基準としては今回の目標関節角度θｒ（Ｔ＋１）およびαｒ（Ｔ＋１）である。
（数４）
θｅ（Ｔ＋１）＝θｒ（Ｔ＋１）＋Ａ２（Ｔ）γｄ２（Ｔ）
（数５）
αｅ（Ｔ＋１）＝αｒ（Ｔ）＋（１−Ａ２（Ｔ））γｄ２（Ｔ）
ただし、Ａ２は逃避移動の際の首の寄与率であり、γｄ２はステップＳ１１で決定した逃避先への全移動角度である。

その後、図５のステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、現在時刻ｔが次に注視対象を変更すべき時刻ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）に達したかどうか判断する。“ＹＥＳ”なら、ステップＳ１７でＴ＝Ｔ＋１として時間を更新した後、最初のステップＳ１に戻る。

ステップＳ１５で“ＮＯ”の判断がなされたときには、続くステップＳ１９において、ＣＰＵ７２は、次の逃避タイミングになったかどうか判断する。

逃避タイミングの計算は数６による。つまり、今回の注視対象変更時刻ｔ＿ｆ（Ｔ）と注視時間ｔ（Ｔ）を逃避頻度ｅ（Ｔ）で割りＮ倍した時間を、今回の注視対象変更時刻ｔ＿ｆ（Ｔ）に加えた時刻が、逃避タイミングの時刻である。
（数６）
ｔ＞ｔ＿ｆ（Ｔ）＋ｆ（Ｔ）／ｅ（Ｔ）＊Ｎ
そして、ステップＳ１９で“ＮＯ”が判断されたときには、ステップＳ１５に戻るが、“ＹＥＳ”が判断されたときには、次のステップＳ２１において、ＣＰＵ７２は、首の関節角度が目標関節角度θｒ（Ｔ＋１）でかつ眼球の目標関節角度がαｒ（Ｔ＋１）になったかどうか判断する。つまり、ステップＳ９で実行した、注視対象への視線の移動が完了したかどうか判断する。

ステップＳ２１において“ＹＥＳ”が判断されたときは、ＣＰＵ７２は続いて逃避先への視線移動のためにステップＳ２３を実行する。つまり、首の関節角度θをθｅ（Ｔ＋１）とするとともに、眼球の関節角度αをαｅ（Ｔ＋１）にするように、モータ制御ボード７８に必要な制御データを出力する。そして、ステップＳ２１で“ＮＯ”なら、ステップＳ２５で、今回の注視のための視線移動を続行する。そして、ステップＳ２３またはステップＳ２５の後、ステップＳ２７で逃避タイミング判定のための変数Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）した後、ステップＳ１５に戻る。

そして、ステップＳ１５では、逃避頻度の変数Ｎが表１に基づいて設定した逃避頻度（ｅ）の値になったかどうか、すなわち、現在時刻ｔがｔ＞ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）になったかどうか判定し、現在時刻ｔがｔ＞ｔ＿ｆ（Ｔ＋１）となるまで、ｆ（Ｔ）／ｅ（Ｔ）秒に１回、目標関節角度θｒ（Ｔ＋１），αｒ（Ｔ＋１）と、逃避先を注視するための関節角度θｅ（Ｔ），αｅ（Ｔ）とを交互に実現する。

なお、表１に列挙した「演出の内容」は単なる一例であり、必要に応じて任意の視線による意図の演出方法が考えられることは勿論である。

たとえば、上の実施例では、首すなわち頭部と眼球とがともに鉛直軸周りに回転または回動できるロボットについて説明したが、この頭部および眼球の回転または回動軸は水平軸であっても同じようにこの発明を適用できる。さらに、鉛直軸および水平軸を同時に制御する場合にも同様に適用可能である。

また、表１に関連して述べた視線制御パラメータｆ（Ｔ），Ａ1（Ｔ），ｅ（Ｔ）などの具体的数値もまた単なる例示に過ぎず、適宜変更され得るものである。

上述の実施例では、無線タグを用いて人間を識別するようにしたが、これに限定される必要はない。たとえば、予め人間の顔画像をデータベース（顔画像データベース）に記憶しておき、ロボットが遭遇した（出会った）人間の顔画像を撮影して、顔画像データベースと照合することにより、当該人間を特定することもできる。ただし、かかる画像処理は膨大であるため、各人間に異なるマーク（記号、模様、図形、数値など）を付した衣服を着させておき、当該マークを撮影して、ロボットが遭遇した人間を特定するようにしてもよい。

図１はこの発明の一実施例のコミュニケーションロボットおよび当該コミュニケーションロボットが存在する現実空間の様子を示す図解図である。 図２は図１に示すコミュニケーションロボットの外観を正面から見た図解図である。 図３は図１に示すコミュニケーションロボットの電気的な構成を示すブロック図である。 図４は図３に示すＣＰＵの全体処理動作の一部を示すフロー図である。 図５はＣＰＵの全体処理動作の図４に後続する残りの部分を示すフロー図である。 図６は実施例におけるロボットと注視対象との角度を例示する図解図である。

符号の説明

１０ …コミュニケーションロボット
１４ …無線タグ
１８ …無線タグ読取装置
４２ …全方位カメラ
４８ …眼カメラ
７２ …ＣＰＵ

Claims (3)

1. 所定軸周りに回転できる首を介して設けられる頭部と、前記頭部に設けられ前記所定軸周りに回転できる眼球とを有し、前記眼球による視線を用いて意図を演出するようにしたコミュニケーションロボットであって、
   前記視線の移動に対する前記首および前記眼球の寄与率を設定する寄与率設定手段、および
   前記視線を移動するとき、寄与率に従って計算した前記首の関節角度および前記眼球の関節角度に基づいて前記首および前記眼球を制御する制御手段を備える、コミュニケーションロボット。
2. 前記注視対象を注視する注視時間を設定する時間設定手段、および
   前記注視時間だけ前記視線を前記注視対象にとどめる注視時間制御手段をさらに備える、請求項１記載のコミュニケーションロボット。
3. 前記注視時間内において前記視線を前記注視対象から逃避させる逃避頻度を設定する逃避頻度設定手段、および
   前記逃避頻度に従って前記視線を前記注視対象から逃避させる逃避制御手段をさらに備える、請求項２記載のコミュニケーションロボット。

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