JP3989698B2

JP3989698B2 - Communication robot

Info

Publication number: JP3989698B2
Application number: JP2001166018A
Authority: JP
Inventors: 倫太今井; 武志前田; 崇行神田; 哲雄小野; 浩石黒
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002355783A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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、触覚を備えたコミュニケーションロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロボットには、触覚を備えたものが存在した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のロボットでは触覚を使って触られたことを知覚してもそれを人に伝える手段を備えておらず、せっかく触れても人はロボットが触られたことを知覚しているかどうか知ることができなかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、触られたことをロボットが知覚できたことを人に知らせることができる、コミュニケーションロボットを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、胴体、および胴体上に首関節を介して取り付けられた頭部を備え、アクションを用いてコミュニケーションを図るコミュニケーションロボットであって、コミュニケーションロボットの任意の箇所に設けられた複数のタッチセンサ、およびオン状態のタッチセンサが検出されたとき、当該タッチセンサの存在する方向に頭部を向ける制御データによって首関節を制御する頭部変位手段を備える、コミュニケーションロボットである。
【０００６】
【作用】
この発明においては、人がコミュニケーションロボットに触れると、タッチセンサがオン状態になって人が触れたことを検知する。すると、座標算出手段は肩関節や可動腕の位置およびロボットの各部位の大きさからオン状態のタッチセンサがある箇所、つまり人が触れた箇所の３次元座標を求める。そして、頭部変位手段は首関節を制御して座標算出手段が求めた３次元座標が示す箇所、つまり人が触れた箇所に頭部が向くようにする。
【０００７】
好ましい実施例では、タッチセンサがオン状態になると、腕変位手段が肩関節および肘関節を制御して、たとえば手を上げて上げた手を左右に振り、さらに音声発生手段が「なぁ〜に」という音声を発生させる。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、人がコミュニケーションロボットに触れると、タッチセンサがそれを検知し、触れられた箇所の方向に頭部が向く。したがって、コミュニケーションロボットが触れられたことを認識していることを人に伝えることができ、ロボットと人とのコミュニケーションが図れる。
【０００９】
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。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明の全体構成を示しており、同図を参照して、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」ということがある。）１０は、台車１２を含み、この台車１２の下面には、このロボット１０を自律移動させる車輪１４が設けられる。この車輪１４は、車輪モータ（図３において参照番号「７０」で示す。）によって駆動され、台車１２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。なお、図示しないが、この台車１２の前面には、衝突センサ（図３において、参照番号「７４」で示す。）が取り付けられ、この衝突センサは、台車１２への人や他の障害物の接触を検知する。そして、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１４の駆動を停止してロボット１０の移動を急停止させて衝突を未然に防ぐ。
【００１１】
なお、ロボット１０の背の高さは、この実施例では、人、特に子供に威圧感をあたえることがないように、１００ｃｍ程度とされている。ただし、この背の高さは任意に変更可能である。
【００１２】
台車１２の上には、多角形柱のセンサ取付パネル１６が設けられ、このセンサ取付パネル１６の各面には、超音波距離センサ１８が取り付けられる。この超音波距離センサ１８は、取付パネル１６すなわちロボット１０の周囲の主として人との間の距離を計測するものである。
【００１３】
台車１２の上には、さらに、下部が上述の取付パネル１６に囲まれて、ロボット１０の胴体が直立するように取り付けられる。この胴体は下部胴体２０と上部胴体２２とから構成され、これら下部胴体２０および上部胴体２２は、連結部２４によって、連結される。連結部２４には、図示しないが、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２２の高さすなわちロボット１０の高さを変化させることができる。昇降機構は、後述のように、腰モータ（図３において参照番号「６８」で示す。）によって駆動される。上で述べたロボット１０の身長１００ｃｍは、上部胴体２２をそれの最下位置にしたときの値である。したがって、ロボット１０の身長は１００ｃｍ以上にすることができる。
【００１４】
上部胴体２２のほぼ中央には、１つの全方位カメラ２６と、１つのマイク２８とが設けられる。全方位カメラ２６は、ロボット１０の周囲を撮影するもので、後述の眼カメラ４６と区別される。マイク２８は、周囲の音、とりわけ人の声を取り込む。
【００１５】
上部胴体２２の両肩には、それぞれ、肩関節３０Ｒおよび３０Ｌによって、上腕３２Ｒおよび３２Ｌが取り付けられる。肩関節３０Ｒおよび３０Ｌは、それぞれ３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節３０Ｒ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３２Ｒの角度を制御できる。Ｙ軸は、上腕３２Ｒの長手方向（または軸）に並行な軸であり、Ｘ軸およびＺ軸は、そのＹ軸に、それぞれ異なる方向から直交する軸である。肩関節３０Ｌ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３２Ｌの角度を制御できる。Ｂ軸は、上腕３２Ｌの長手方向（または軸）に並行な軸であり、Ａ軸およびＣ軸は、そのＢ軸に、それぞれ異なる方向から直交する軸である。
【００１６】
上腕３２Ｒおよび３２Ｌのそれぞれの先端には、肘関節３４Ｒおよび３４Ｌを介して、前腕３６Ｒおよび３６Ｌが取り付けられる。肘関節３４Ｒおよび３４Ｌは、それぞれ、Ｗ軸およびＤ軸の軸廻りにおいて、前腕３６Ｒおよび３６Ｌの角度を制御できる。
【００１７】
なお、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌ（いずれも図１）の変位を制御するＸ，Ｙ，Ｚ，Ｗ軸およびＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ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、上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌは下方向に向けられる。
【００１８】
また、図示しないが、上部胴体２２の肩関節３０Ｒおよび３０Ｌを含む肩の部分や上述の上腕３２Ｒおよび３２Ｌならびに前腕３６Ｒおよび３６Ｌには、それぞれ、タッチセンサが設けられていて、これらのタッチセンサは、人がロボット１０のこれらの部位に接触したかどうかを検知する。これらのタッチセンサも図３において参照番号７２で包括的に示す。
【００１９】
前腕３６Ｒおよび３６Ｌのそれぞれの先端には、手に相当する球体３８Ｒおよび３８Ｌがそれぞれ固定的に取り付けられる。なお、この球体３８Ｒおよび３８Ｌに代えて、この実施例のロボット１０と異なり指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。
【００２０】
上部胴体２２の中央上方には、首関節４０を介して、頭部４２が取り付けられる。この首関節４０は、３つの自由度を有し、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軸は首から真上に向かう軸であり、Ｔ軸およびＵ軸は、それぞれ、このＳ軸に対して異なる方向で直交する軸である。頭部４２には、人の口に相当する位置に、スピーカ４４が設けられ、目に相当する位置に眼カメラ４６が設けられる。スピーカ４４は、ロボット１０が、それの周囲の人に対して音声または声によってコミュニケーションを図るために用いられる。眼カメラ４６は、ロボット１０に接近した人の顔や他の部分を撮影してその映像信号を取り込む。ただし、スピーカ４４は、ロボット１０の他の部位たとえば胴体に設けられてもよい。
【００２１】
なお、上述の全方位カメラ２６および眼カメラ４６のいずれも、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのように個体撮像素子を用いるカメラであってよい。
【００２２】
図２は図１のロボット１０とは異なる構成のロボット１０の主要部の上面を示しており、上部胴体２２は、前面２２ａ，背面２２ｂ，右側面２２ｃ，左側面２２ｄ，上面２２ｅおよび底面２２ｆを含み、右側面２２ｃおよび左側面２２ｄは表面が斜め前方に向くように形成してもよい。つまり、前面２２ａの横幅が背面２２ｂの横幅よりも短く、上部胴体２２を上から見た形状が台形になるように形成される。このような場合、ロボット１０の腕は肩関節３０Ｒおよび３０Ｌが支持部８０Ｒおよび８０Ｌを介して右側面２２ｃおよび左側面２２ｄに取り付けられる。なお、支持部８０Ｒおよび８０Ｌの表面はそれぞれ右側面２２ｃおよび左側面２２ｄと平行である。上述したように上腕３２ＲはＹ軸廻りに回動可能であり、上腕３２ＬはＢ軸廻りに回動が可能であるが、上腕３２Ｒおよび上腕３２Ｌの回動範囲は、支持部８０Ｒおよび８０Ｌの表面（取り付け面）によって規制される。このため、上腕３２Ｒおよび３２Ｌが取り付け面を超えて回動することはない。
【００２３】
図２から分かるように、上腕３２Ｒの基端である肩関節３０Ｒと上腕３２Ｌの基端である肩関節３０Ｌとを結ぶ線Ｌ１と右側面２２ｃ（取り付け面）とがなす角度θ１は、０°＜θ１＜９０°の条件を満たす。上述の結線Ｌ１と左側面２２ｄとがなす角度θ２もまた、０°＜θ２＜９０°の条件を満たす。結線Ｌ１はロボット１０の前方向と直交しているため、右側面２２ｃに垂直なＸ軸と前方向とがなす角度θ３は“１８０°−θ１”に等しく、左側面２２ｄに垂直なＡ軸と前方向とがなす角度θ４も“１８０°−θ２”に等しい。なお、角度θ１およびθ２の各々は、好ましくは３０°≦θ１≦７０°および３０°≦θ２≦７０°の条件を満たすのがよい。さらに、上腕３２Ｒおよび３２Ｌの各々の長さを２３０ｍｍとし、前腕３６Ｒおよび３６Ｌの長さを２３５ｍｍとし、そしてＹ軸とＢ軸との間の距離を５１８ｍｍとした場合、角度θ１およびθ２は６０°とすることが好ましい。このとき、角度θ３およびθ４は１２０°となる。
【００２４】
このようにすれば、上腕３２Ｒおよび３２Ｌは前方を越えてより内側まで回動できるので、たとえＷ軸およびＤ軸による腕の自由度がなくてもロボット１０の腕は前方で交差できる。したがって、腕の自由度が少ない場合でも正面に位置する人と抱き合うなどの密接なコミュニケーションを図ることができる。
【００２５】
図１に示すロボット１０の制御系の構成が図３のブロック図に示される。図３に示すように、このロボット１０は、全体の制御のためにマイクロコンピュータまたはＣＰＵ５０を含み、このＣＰＵ５０には、バス５２を通して、メモリ５４，モータ制御ボード５６，センサ入力／出力ボード５８および音声入力／出力ボード６０が接続される。
【００２６】
メモリ５４は、図示しないが、ＲＯＭやＲＡＭを含み、ＲＯＭにはこのロボット１０の制御プログラムが予め書き込まれているとともに、スピーカ４４から発生すべき音声または声の音声データが格納されている。ＲＡＭは、一時記憶メモリとして用いられるとともに、ワーキングメモリとして利用され得る。
【００２７】
モータ制御ボード５６は、たとえばＤＳＰ(Digital Signal Processor)で構成され、各腕や頭部の各軸モータを制御する。すなわち、モータ制御ボード５６は、ＣＰＵ５０からの制御データを受け、右肩関節３０ＲのＸ，Ｙ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３４Ｒの軸Ｗ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」として示す。）６２の回転角度を調節する。また、モータ制御ボード５６は、左肩関節３０ＬのＡ，Ｂ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３４Ｌ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」として示す。）６４の回転角度を調節する。モータ制御ボード５６は、また、頭部４２のＳ，Ｔ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」として示す。）６６の回転角度を調節する。モータ制御ボード５６は、また、腰モータ６８、および車輪１４を駆動する２つのモータ（図３ではまとめて、「車輪モータ」として示す。）７０を制御する。
【００２８】
なお、この実施例の上述のモータは、車輪モータ７０を除いて、制御を簡単化するためにそれぞれステッピングモータまたはパルスモータであるが、車輪モータ７０と同様に、直流モータであってよい。
【００２９】
センサ入力／出力ボード５８も、同様に、ＤＳＰで構成され、各センサやカメラからの信号を取り込んでＣＰＵ５０に与える。すなわち、超音波距離センサ１８の各々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５８を通して、ＣＰＵ５０に入力される。また、全方位カメラ２６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５８で所定の処理が施された後、ＣＰＵ５０に入力される。眼カメラ４６からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ５０に与えられる。なお、この図３では、図１で説明したタッチセンサは、まとめて「タッチセンサ７２」として表され、それらのタッチセンサ７２からの信号がセンサ入力／出力ボード５８を介して、ＣＰＵ５０に与えられる。
【００３０】
なお、スピーカ４４には音声入力／出力ボード６０を介して、ＣＰＵ５０から、合成音声データが与えられ、それに応じて、スピーカ４４からはそのデータに従った音声または声が出力される。そして、マイク２８からの音声入力が、音声入力／出力ボード６０を介して、ＣＰＵ５０に取り込まれる。
【００３１】
この実施例のロボット１０は、触覚機能を備えておりボディーを触られると、その触られた箇所の方向に頭部を向けることによって、ロボット１０が触られたことを認識していることを人に伝える。この動作を図４に示すフローを用いて説明する。
【００３２】
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ５０は、タッチセンサからの信号をセンサ入力／出力ボード５８から読み込み、ステップＳ３においてタッチセンサからの値が「タッチセンサのオン」を示しているタッチセンサが存在するかどうか判断する。ステップＳ３でオン状態のタッチセンサが存在しないと判断すると処理を終了する。一方、ステップＳ３でオン状態のタッチセンサが存在すると判断するとステップＳ５に進む。
【００３３】
ステップＳ５では、ロボット１０の各部位の関節の角度データをモータ制御ボード５６から読み出し、続くステップＳ７ではロボット１０の各部位の大きさデータをメモリ５４から読み出す。
【００３４】
そして、ステップＳ９では、大きさデータおよび関節の角度データからオン状態のタッチセンサがある３次元座標（α，β，γ）を算出する。続くステップＳ１１ではロボット１０の頭部４２が首関節４０を用いてオン状態のタッチセンサがある３次元座標（α，β，γ）の方向を向くような図１のＳ軸廻りの回転角度ｓ、Ｔ軸廻りの回転角度ｔ、Ｕ軸廻りの回転角度ｕを算出する。
【００３５】
ステップＳ１３では、ロボット１０の頭部を人の触った箇所を見るように傾ける。具体的には、Ｓ軸の回転角度を調整するモータに角度「ｓ」を与え、Ｔ軸の回転角度を調整するモータに角度「ｔ」を与え、Ｕ軸の回転角度を調整するモータに角度「ｕ」を与え、残りのモータにはすべて角度「０」を与える。したがって、このステップＳ１３では、ロボット１０の頭部４２がＳ軸を中心として角度ｓだけ、Ｔ軸を中心として角度ｔだけ、Ｕ軸を中心として角度ｕだけそれぞれ回転され、オン状態のタッチセンサがある方向を向く。
【００３６】
つぎに、ステップＳ１５からステップＳ１９では、ロボットが右手を上げて手を左右に振る。つまり、まず、ステップＳ１５では、Ｘ軸の回転角度を調整するモータに角度「１８０」を与え、残りのモータにはすべて角度「０」を与える。したがって、ステップＳ１５では、ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度「１８０」だけ回転され、右手を上に上げる。つぎに、ステップＳ１７では、Ｘ軸の回転角度を調整するモータに角度「１８０」を与え、Ｚ軸の回転角度を調整するモータに角度「３０」を与え、残りのモータにはすべて角度「０」を与える。したがって、ステップＳ１７では、ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度「１８０」だけ回転され、かつＺ軸を中心として角度「３０」だけ回転され、右手を上に上げた状態で右手を右に振る。そして、ステップＳ１９では、Ｘ軸の回転角度を調整するモータに角度「１８０」を与え、Ｚ軸の回転角度を調整するモータに角度「−３０」を与え、残りのモータにはすべて角度「０」を与える。したがって、ステップＳ１７では、ロボット１０の右手がＸ軸を中心として角度「１８０」だけ回転され、かつＺ軸を中心として角度「−３０」だけ回転され、右手を上に上げた状態で右手を左に振る。
【００３７】
最後にステップＳ２１において、ＣＰＵ５０は、メモリ５４から、音声入出力ボード６０へ音声データを送る。したがって、スピーカ４４から合成音声「なぁ〜に」が出力される。
【００３８】
このように、人がロボット１０に触れると、ロボット１０の頭部４２が人の触れた箇所を見て、右手を振るとともに「なぁ〜に」と応えるという行動をする。このようにして、人がロボット１０に触れると、ロボット１０が触れられたことを認識していることを伝えることができるので、人とのコミュニケーションをより深めることができる。
【００３９】
また、ロボット１０が、触れたものを壊さないようにする機構を備えていれば、ロボット１０が触れた方向を見ることによって、人はロボット１０が触れた物を回避することが予測できるので、ロボット１０の非常停止ボタンなどを不用意に押さなくても済むようになる。
【００４０】
なお、この発明の実施の形態は種々に変更して適用してもよい。たとえば、上述の実施例では、タッチセンサは上部胴体２２の肩関節３０Ｒおよび３０Ｌを含む肩の部分，上腕３２Ｒおよび３２Ｌ，前腕３６Ｒおよび３６Ｌ，ならびに台車１２の前面に設けることとしたが、上部胴体２２の肩の部分，肩関節３０Ｒおよび３０Ｌ，上腕３２Ｒおよび３２Ｌ，前腕３６Ｒおよび３６Ｌ，台車１２のいずれかひとつにタッチセンサを設けるようにしてもよい。また、上部胴体２２の全体にタッチセンサを設けるようにしてもよく、台車１２の全面にタッチセンサを設けるようにしてもよい。さらに言えば、肘関節３４Ｒおよび３４Ｌなど、ロボット１０のどの部位にタッチセンサを設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の全体構成を示す正面図である。
【図２】この発明の一実施例の全体構成を示す上面図である。
【図３】図１の実施例のブロック図である。
【図４】図１の実施例における動作の一部を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１０ …コミュニケーションロボット
２０ …下部胴体
２２ …上部胴体
３０Ｒ、３０Ｌ …肩関節
３２Ｒ、３２Ｌ …上腕
３４Ｒ、３４Ｌ …肘関節
３６Ｒ、３６Ｌ …前腕
４０ …首関節
４２ …頭部
４４ …スピーカ
５０ …ＣＰＵ
５４ …メモリ
５６ …モータ制御ボード
５８ …センサ入出力ボード
６０ …音声入出力ボード
６２ …右腕モータ
６４ …左腕モータ
６６ …頭部モータ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a communication robot, and more particularly to a communication robot having a tactile sense.
[0002]
[Prior art]
Some conventional robots have tactile sensations.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional robots do not have a means of telling people that they have been touched using tactile sensations, and even if they touch it, they know if the person perceives that the robot has been touched. I couldn't.
[0004]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a communication robot capable of notifying a person that the robot can perceive touching.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a body, and includes a head portion attached via a neck joint on the fuselage, a communication robot that promote communication with an action, a plurality of touch sensors provided anywhere in communication robot When the touch sensor in the ON state is detected, the communication robot includes head displacement means for controlling the neck joint by control data for directing the head in the direction in which the touch sensor exists.
[0006]
[Action]
In this invention, when a person touches the communication robot, the touch sensor is turned on to detect that the person has touched. Then, the coordinate calculation means obtains the three-dimensional coordinates of the location where the touch sensor is in an on state, that is, the location touched by a person, from the position of the shoulder joint or the movable arm and the size of each part of the robot. Then, the head displacing means controls the neck joint so that the head is directed to the place indicated by the three-dimensional coordinates obtained by the coordinate calculating means, that is, the place touched by a person.
[0007]
In a preferred embodiment, when the touch sensor is turned on, the arm displacing means controls the shoulder joint and elbow joint, for example, the hand raised up and swung to the left and right, and the sound generating means is The sound is generated.
[0008]
【The invention's effect】
According to this invention, when a person touches the communication robot, the touch sensor detects it and the head faces in the direction of the touched part. Therefore, it is possible to tell the person that the communication robot has been touched, and communication between the robot and the person can be achieved.
[0009]
The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
[0010]
【Example】
FIG. 1 shows the overall configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, a communication robot (hereinafter sometimes simply referred to as “robot”) 10 of this embodiment includes a carriage 12, and this carriage 12 is shown in FIG. A wheel 14 for autonomously moving the robot 10 is provided on the lower surface of the robot. The wheel 14 is driven by a wheel motor (indicated by reference numeral “70” in FIG. 3), and the carriage 12, that is, the robot 10 can be moved in any direction, front, back, left, and right. Although not shown, a collision sensor (indicated by reference numeral “74” in FIG. 3 ) is attached to the front surface of the carriage 12, and this collision sensor is used to detect a person or other obstacle to the carriage 12. Detect contact. When contact with an obstacle is detected during the movement of the robot 10, the driving of the wheels 14 is immediately stopped to suddenly stop the movement of the robot 10 to prevent a collision.
[0011]
In this embodiment, the height of the robot 10 is set to about 100 cm so as not to intimidate people, particularly children. However, this height can be arbitrarily changed.
[0012]
A polygonal column sensor mounting panel 16 is provided on the carriage 12, and an ultrasonic distance sensor 18 is mounted on each surface of the sensor mounting panel 16. The ultrasonic distance sensor 18 measures a distance between the mounting panel 16, that is, a person mainly around the robot 10.
[0013]
On the carriage 12, the lower part is surrounded by the above-described mounting panel 16, and the body of the robot 10 is attached so as to stand upright. This body is composed of a lower body 20 and an upper body 22, and the lower body 20 and the upper body 22 are connected by a connecting portion 24. Although not shown, the connecting portion 24 has a built-in lifting mechanism, and the height of the upper body 22, that is, the height of the robot 10 can be changed by using the lifting mechanism. As will be described later, the elevating mechanism is driven by a waist motor (indicated by reference numeral “68” in FIG. 3). The height 100 cm of the robot 10 described above is a value when the upper body 22 is at its lowest position. Therefore, the height of the robot 10 can be 100 cm or more.
[0014]
One omnidirectional camera 26 and one microphone 28 are provided in the approximate center of the upper body 22. The omnidirectional camera 26 photographs the surroundings of the robot 10 and is distinguished from an eye camera 46 described later. The microphone 28 captures ambient sounds, particularly human voice.
[0015]
Upper arms 32R and 32L are attached to both shoulders of the upper body 22 by shoulder joints 30R and 30L, respectively. The shoulder joints 30R and 30L each have three degrees of freedom. That is, the shoulder joint 30R can control the angle of the upper arm 32R around each of the X axis, the Y axis, and the Z axis. The Y axis is an axis parallel to the longitudinal direction (or axis) of the upper arm 32R, and the X axis and the Z axis are axes orthogonal to the Y axis from different directions. The shoulder joint 30L can control the angle of the upper arm 32L around each of the A, B, and C axes. The B axis is an axis parallel to the longitudinal direction (or axis) of the upper arm 32L, and the A axis and the C axis are axes orthogonal to the B axis from different directions.
[0016]
Forearms 36R and 36L are attached to the respective distal ends of upper arms 32R and 32L via elbow joints 34R and 34L. The elbow joints 34R and 34L can control the angles of the forearms 36R and 36L around the axes of the W axis and the D axis, respectively.
[0017]
In the X, Y, Z , W axis and A, B, C, and D axes that control the displacement of the upper arms 32R and 32L and the forearms 36R and 36L (FIG. 1), “0 degree” is the home position. In this home position, the upper arms 32R and 32L and the forearms 36R and 36L are directed downward.
[0018]
Although not shown, touch sensors are provided on the shoulder portion of the upper body 22 including the shoulder joints 30R and 30L, the upper arms 32R and 32L, and the forearms 36R and 36L, respectively. , It detects whether a person has touched these parts of the robot 10. These touch sensors are also generally indicated by reference numeral 72 in FIG.
[0019]
Spheres 38R and 38L corresponding to hands are fixedly attached to the tips of the forearms 36R and 36L, respectively. Instead of the spheres 38R and 38L, a “hand” in the shape of a human hand can be used when a finger function is required unlike the robot 10 of this embodiment.
[0020]
A head portion 42 is attached to the upper center of the upper body 22 via a neck joint 40. The neck joint 40 has three degrees of freedom and can be angle-controlled around each of the S, T, and U axes. The S-axis is an axis that goes directly from the neck, and the T-axis and the U-axis are axes that are orthogonal to the S-axis in different directions. The head 42 is provided with a speaker 44 at a position corresponding to a human mouth, and an eye camera 46 at a position corresponding to the eyes. The speaker 44 is used by the robot 10 to communicate with a person around it by voice or voice. The eye camera 46 captures the video signal by photographing the face and other parts of the person approaching the robot 10. However, the speaker 44 may be provided in another part of the robot 10, for example, the trunk.
[0021]
Note that each of the omnidirectional camera 26 and the eye camera 46 described above may be a camera using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS.
[0022]
2 shows the top surface of the main part of the robot 10 having a configuration different from that of the robot 10 of FIG. 1, and the upper body 22 has a front surface 22a, a back surface 22b, a right side surface 22c, a left side surface 22d, an upper surface 22e and a bottom surface 22f. In addition, the right side surface 22c and the left side surface 22d may be formed so that the surfaces face obliquely forward. That is, the width of the front surface 22a is shorter than the width of the back surface 22b, and the upper body 22 is formed in a trapezoidal shape when viewed from above. In such a case, the shoulder joints 30R and 30L of the arm of the robot 10 are attached to the right side surface 22c and the left side surface 22d via the support portions 80R and 80L. The surfaces of the support portions 80R and 80L are parallel to the right side surface 22c and the left side surface 22d, respectively. As described above, the upper arm 32R can be rotated about the Y axis, and the upper arm 32L can be rotated about the B axis. However, the upper arm 32R and the upper arm 32L can be rotated within the surfaces of the support portions 80R and 80L. It is regulated by (mounting surface). For this reason, the upper arms 32R and 32L do not rotate beyond the attachment surface.
[0023]
As can be seen from FIG. 2, the angle θ1 formed by the line L1 connecting the shoulder joint 30R, which is the base end of the upper arm 32R, and the shoulder joint 30L, which is the base end of the upper arm 32L, and the right side surface 22c (attachment surface) is 0 °. The condition of <θ1 <90 ° is satisfied. The angle θ2 formed by the connection line L1 and the left side surface 22d also satisfies the condition of 0 ° <θ2 <90 °. Since the connection line L1 is orthogonal to the front direction of the robot 10, the angle θ3 formed by the X axis perpendicular to the right side surface 22c and the front direction is equal to “180 ° −θ1”, and the A axis perpendicular to the left side surface 22d The angle θ4 formed by the forward direction is also equal to “180 ° −θ2”. Each of the angles θ1 and θ2 preferably satisfies the conditions of 30 ° ≦ θ1 ≦ 70 ° and 30 ° ≦ θ2 ≦ 70 °. Further, when the length of each of the upper arms 32R and 32L is 230 mm, the length of the forearms 36R and 36L is 235 mm, and the distance between the Y axis and the B axis is 518 mm, the angles θ1 and θ2 are 60 °. It is preferable that At this time, the angles θ3 and θ4 are 120 °.
[0024]
In this way, the upper arms 32R and 32L can turn to the inner side beyond the front, so that the arms of the robot 10 can cross forward even if there is no degree of freedom of the arms by the W axis and the D axis. Therefore, even when the degree of freedom of arms is small, close communication such as embracing with a person located in front can be achieved.
[0025]
The configuration of the control system of the robot 10 shown in FIG. 1 is shown in the block diagram of FIG. As shown in FIG. 3, the robot 10 includes a microcomputer or a CPU 50 for overall control. The CPU 50 is connected to a memory 54, a motor control board 56, a sensor input / output board 58, and a voice through a bus 52. An input / output board 60 is connected.
[0026]
Although not shown, the memory 54 includes a ROM and a RAM, in which a control program for the robot 10 is written in advance and voice or voice data to be generated from the speaker 44 is stored. The RAM is used as a temporary storage memory and can be used as a working memory.
[0027]
The motor control board 56 is constituted by, for example, a DSP (Digital Signal Processor), and controls each axis motor of each arm and head. That is, the motor control board 56 receives the control data from the CPU 50, and controls the angles of the three motors for controlling the X, Y, and Z axes of the right shoulder joint 30R and the axis W of the right elbow joint 34R. The rotation angle of a total of four motors (one in FIG. 3 and collectively shown as “right arm motor”) 62 with one motor is adjusted. The motor control board 56 includes a total of four motors including three motors that control the angles of the A, B, and C axes of the left shoulder joint 30L and one motor that controls the angle of the D axis of the left elbow joint 34L. (They are collectively shown as “left arm motor” in FIG. 3). The motor control board 56 also adjusts the rotation angle of three motors 66 (collectively shown as “head motors” in FIG. 3 ) that control the angles of the S, T, and U axes of the head 42. To do. The motor control board 56 also controls a waist motor 68 and two motors 70 (referred to collectively as “wheel motors” in FIG. 3) that drive the wheels 14.
[0028]
In addition, the above-described motors of this embodiment are stepping motors or pulse motors for simplifying the control, except for the wheel motors 70, but may be DC motors similarly to the wheel motors 70.
[0029]
Similarly, the sensor input / output board 58 is configured by a DSP, and takes in signals from each sensor and camera and gives them to the CPU 50. That is, data relating to the reflection time from each of the ultrasonic distance sensors 18 is input to the CPU 50 through the sensor input / output board 58. The video signal from the omnidirectional camera 26 is input to the CPU 50 after being subjected to predetermined processing by the sensor input / output board 58 as required. The video signal from the eye camera 46 is also given to the CPU 50 in the same manner. In FIG. 3, the touch sensors described in FIG. 1 are collectively expressed as “touch sensors 72”, and signals from these touch sensors 72 are given to the CPU 50 via the sensor input / output board 58. .
[0030]
The speaker 44 is provided with synthesized voice data from the CPU 50 via the voice input / output board 60, and in response to this, the speaker 44 outputs voice or voice according to the data. Then, the voice input from the microphone 28 is taken into the CPU 50 via the voice input / output board 60.
[0031]
The robot 10 of this embodiment has a tactile function. When the body is touched, the robot 10 recognizes that the robot 10 has been touched by pointing the head in the direction of the touched portion. To tell. This operation will be described with reference to the flow shown in FIG.
[0032]
First, in step S1, the CPU 50 reads a signal from the touch sensor from the sensor input / output board 58, and whether or not there is a touch sensor whose value from the touch sensor indicates “touch sensor on” in step S3. to decide. If it is determined in step S3 that there is no touch sensor in the on state, the process ends. On the other hand, if it is determined in step S3 that there is an on-state touch sensor, the process proceeds to step S5.
[0033]
In step S5, joint angle data of each part of the robot 10 is read from the motor control board 56, and in step S7, size data of each part of the robot 10 is read from the memory 54.
[0034]
In step S9, the three-dimensional coordinates (α, β, γ) where the touch sensor is in the ON state are calculated from the size data and the joint angle data. In the subsequent step S11, the rotation angle s around the S axis in FIG. 1 is such that the head 42 of the robot 10 faces the direction of the three-dimensional coordinates (α, β, γ) where the touch sensor is turned on using the neck joint 40. , The rotation angle t around the T axis and the rotation angle u around the U axis are calculated.
[0035]
In step S13, the head of the robot 10 is tilted so as to see a part touched by a person. Specifically, the angle “s” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the S axis, the angle “t” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the T axis, and the angle is adjusted to the motor that adjusts the rotation angle of the U axis. “U” is given and all the remaining motors are given an angle “0”. Therefore, in this step S13, the head 42 of the robot 10 is rotated by the angle s around the S axis, the angle t around the T axis, and the angle u around the U axis, and the on-state touch sensor is turned on. Turn in a certain direction.
[0036]
Next, in step S15 to step S19, the robot raises the right hand and shakes the hand left and right. That is, first, in step S15, the angle “180” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the X axis, and the angle “0” is given to all the remaining motors. Accordingly, in step S15, the right hand of the robot 10 is rotated by an angle “180” about the X axis, and the right hand is raised upward. Next, in step S17, an angle “180” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the X axis, an angle “30” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the Z axis, and the angle “0” is given to all the remaining motors. "give. Accordingly, in step S17, the right hand of the robot 10 is rotated by the angle “180” about the X axis and rotated by the angle “30” about the Z axis, and the right hand is moved to the right with the right hand raised upward. shake. In step S19, an angle “180” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the X axis, an angle “−30” is given to the motor that adjusts the rotation angle of the Z axis, and the angle “0” is given to all the remaining motors. "give. Accordingly, in step S17, the right hand of the robot 10 is rotated by an angle “180” about the X axis and rotated by an angle “−30” about the Z axis, and the right hand is moved to the left with the right hand raised upward. Shake to.
[0037]
Finally, in step S 21, the CPU 50 sends audio data from the memory 54 to the audio input / output board 60. Therefore, the synthesized voice “NAA-NI” is output from the speaker 44.
[0038]
In this way, when a person touches the robot 10, the head 42 of the robot 10 sees the part touched by the person, shakes his right hand, and responds to "What?" In this way, when a person touches the robot 10, it can be notified that the robot 10 has been touched, so that communication with the person can be further deepened.
[0039]
In addition, if the robot 10 has a mechanism that prevents the touched object from being broken, by looking at the direction in which the robot 10 touched, a person can predict that the robot 10 will avoid the touched object. There is no need to carelessly press the emergency stop button or the like of the robot 10.
[0040]
The embodiment of the present invention may be applied with various modifications. For example, in the above-described embodiment, the touch sensor is provided on the shoulder portion of the upper body 22 including the shoulder joints 30R and 30L, the upper arms 32R and 32L, the forearms 36R and 36L, and the front surface of the carriage 12. Touch sensors may be provided in any one of the shoulder portions 22, shoulder joints 30 R and 30 L, upper arms 32 R and 32 L, forearms 36 R and 36 L, and the carriage 12. Further, a touch sensor may be provided on the entire upper body 22, or a touch sensor may be provided on the entire surface of the carriage 12. Furthermore, a touch sensor may be provided at any part of the robot 10 such as the elbow joints 34R and 34L.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of the embodiment of FIG.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a part of the operation in the embodiment of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Communication robot 20 ... Lower body 22 ... Upper body 30R, 30L ... Shoulder joint 32R, 32L ... Upper arm 34R, 34L ... Elbow joint 36R, 36L ... Forearm 40 ... Neck joint 42 ... Head 44 ... Speaker 50 ... CPU
54 ... Memory 56 ... Motor control board 58 ... Sensor I / O board 60 ... Voice I / O board 62 ... Right arm motor 64 ... Left arm motor 66 ... Head motor

Claims

胴体、および前記胴体上に首関節を介して取り付けられた頭部を備え、アクションを用いてコミュニケーションを図るコミュニケーションロボットであって、
前記コミュニケーションロボットの任意の箇所に設けられた複数のタッチセンサ、および
オン状態の前記タッチセンサが検出されたとき、当該タッチセンサの存在する方向に前記頭部を向ける制御データによって前記首関節を制御する頭部変位手段を備える、コミュニケーションロボット。 A communication robot comprising a torso and a head attached to the torso via a neck joint, and communicating with an action ,
When a plurality of touch sensors provided at arbitrary locations of the communication robot and the touch sensor in an on state are detected, the neck joint is controlled by control data for directing the head in a direction in which the touch sensor exists. A communication robot provided with a head displacement means.

オン状態の前記タッチセンサが存在する３次元座標を算出する座標算出手段をさらに備え、
前記頭部変位手段は前記座標算出手段によって算出された前記３次元座標に基づいて前記制御データを算出し、当該制御データによって前記首関節を制御する、請求項１記載のコミュニケーションロボット。Coordinate calculating means for calculating three-dimensional coordinates where the touch sensor in the on state exists,
The communication robot according to claim 1, wherein the head displacement unit calculates the control data based on the three-dimensional coordinates calculated by the coordinate calculation unit, and controls the neck joint by the control data.

前記胴体上に肩関節を介して取り付けられた上腕、前記上腕に肘関節を介して取り付けられた前腕、および前記タッチセンサのいずれかがオン状態になったときに、前記肩関節および前記肘関節の少なくとも一方を制御して前記上腕および前記前腕の少なくとも一方を変位させる腕変位手段をさらに備える、請求項１または２記載のコミュニケーションロボット。 The shoulder joint and the elbow joint when any of an upper arm attached to the trunk via a shoulder joint, a forearm attached to the upper arm via an elbow joint, and the touch sensor is turned on The communication robot according to claim 1, further comprising arm displacement means for controlling at least one of the upper arm and the forearm to displace at least one of the upper arm and the forearm.

前記タッチセンサのいずれかがオン状態になったときに、音声を発生する音声発生手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載のコミュニケーションロボット。 The communication robot according to any one of claims 1 to 3, further comprising sound generation means for generating a sound when any of the touch sensors is turned on.