JP4394602B2 - サービスロボット - Google Patents

Description

本発明はサービスロボットに関する。

ロボットとしての従来の技術としては、接客ロボットが、来訪者が携帯するＩＤ送信装置からのＩＤ情報を受信すると、サーバに対して詳細情報を要求し、来訪者の入場状態を判別し、詳細情報に応じたアクションを実行するものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、ロボットのカメラの視野方向を外部からの制御信号に応じて順次ずらしていくものが知られている（例えば特許文献２参照）。また、移動ロボットが電波の届かない場所に移動してしまった場合に、無線接続の可能な地点に復帰する復帰手段により電波の届く範囲にロボットを移動させる技術が知られている（例えば特許文献３参照）。

移動型のサービスロボットには、人と対面して実現するアプリケーションＡと、人を引き連れて実現するアプリケーションＢが考えられる。常に、同じ方向を正面として定義してあるロボットは、この２つのケースで人に向ける側のロボットのボディ面は反対になる。一般に、移動型のサービスロボットでは、これらのアプリケーションを人の行動レベルの実行速度でシームレスに実現することが求められる。
特開２００５−２２０２９号公報（段落００１０〜００１３、図１〜図３） 特開２００４−２５５５５２号公報（段落０００９〜００１２、図１〜図３） 特開２００４−２６０７６９号公報（段落０００６〜０００９、図１〜図３）

前述した移動型のサービスロボットでは、対人安全性の面でみれば、危険源となる動きをできるだけ抑制し、周囲障害物の確認が容易な行動アルゴリズムを選択しなければならない。作業や身振りを実行可能な少なくとも１本の腕と、カメラの向きを回転させて周囲の環境状態を画像で計測可能な頭部と、所定の半径で左右旋回・前後移動が可能な移動機構を有する従来のサービスロボットは、正面の概念を一意に確定しているため、余分な危険動作や余分なコミュニケーションデバイスが必要であった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、高度でかつ信頼性の高いコミュニケーション及び情報提供サービスが可能なサービスロボットを提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、作業や身振りを実行可能な少なくとも１本の腕と、首の自由度でカメラの向きを回転させて周囲の環境状態を画像で計測可能な頭部と、所定の半径で左右回転・前後移動が可能な移動手段と、音声認識、音声発話、文字や絵やボタンを表示するモニタの少なくとも一つを用いて人とコミュニケーションする手段と、第１面と、該第１面と反対側にある第２面とを有するボディと、を有し、プレゼンテーションのように人と対面して実現するアプリケーションＡと、案内のように後に人を引き連れて移動するアプリケーションＢを実行する移動ロボットであって、ロボットの腕と頭の向き及び姿勢を変更することで、その形状からロボットの正面が上記第１面と第２面のいずれの側なのかを周囲の人に認識させることにより、所定の前記アプリケーションにおいて人に対面させるロボット面をボディを回転させることなく変更する機能を有し、前記アプリケーション切り替えと同期してロボットの身体座標の定義の切り替え制御を実行することを特徴としている。
（２）請求項２記載の発明は、前記アプリケーションＡ，Ｂの異なる方向を正面として用いるアプリケーションにおいて、カメラの向きの回転範囲と腕の可動範囲を各々のアプリケーションで均等に割り振ったことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、上記人とコミュニケーションする手段は上記第１面に設けられ、上記アプリケーションＡの実行時にはロボットの正面を上記第１面であると周囲に人に認識させ、上記アプリケーションＢの実行時にはロボットの正面が上記第２面であると周囲の人に認識させるよう、ロボットの腕と頭の向き及び姿勢を変更することを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、人の安全性を確保すると共に、信頼性の高いコミュニケーション及び情報提供サービスを実現することができ、また周囲の人の感じる正面とロボットのもつ正面の定義のズレが生じず、アプリケーション単位では左右の変更を意識する必要がなくなる。
（２）請求項２記載の発明によれば、どちらが正面になった場合でも可動範囲の差を意識しないで、共通的に使用できるライブラリ動作及びアプリケーション開発が可能になる。
（３）請求項３記載の発明によれば、アプリケーションＡとＢの違いによる正面を周囲の人に認識させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例の外観構成例を示す図である。図において、１は頭部、２はボディ、３は首、４は腕、５は移動装置、６はマイク、７はモニタ、８はスピーカ、９はカメラである。即ち、作業や身振りを実行可能な２本の腕４、カメラ９の向きを回転させて周囲の環境状態を画像で計測可能な頭部１、所定の半径で左右旋回・前後移動が可能な移動装置５を有し、音声認識、音声発話やモニタ７を使用した文字や絵やボタン等で人とコミュニケーションをとる手段を有している。

本発明では、プレゼンテーション等のように人と対面して実現するアプリケーションＡと、案内等のように後に人を引き連れて移動するアプリケーションＢを実行するようになっている。図１に示す構成例は、人とのコミュニケーションを取り易くするため人の上半身を模擬した形状としている。このように一般の人が共通に概念として保有している形状を用いると、図２に示すように、頭と腕の向き、姿勢を変更することで、ロボットの正面の定義を外観を使用して人に対して受動的に知らせることができる。

図２は頭部と腕の姿勢によるロボット正面の違いの説明図である。（ａ）はＰ面がロボットの「正面」と思わせる形体Ｃ、（ｂ）はＰ面がロボットの「背面」と思わせる形体Ｄである。形体Ｃから形体Ｄに変更するためには、頭１を１８０度回転させ、ロボットの腕４を関節部分からねじって腕の関節から下がそれまでの反対の向きになるようにすればよい。なお、腕をねじって反対向きにする技術は既存のものを利用することができる。モニタ７を含むボディ２は（ａ）に示すものと同じであるが、頭と腕の関節を回転させることにより、（ｂ）に示すようにその形体によって人にはロボットが後ろ向きになったと判断させることができる。

これにより、形体Ｃではモニタ７を胸側に位置させて行なうサービスのアプリケーションに適した形体となる。これらのアプリケーションとしては、モニタ７に絵を出しながらの身振り手振りのプレゼンテーション等がある。一方、形体Ｄでは、モニタ７を背中側に位置させて行なうアプリケーションに適した形体となる。

このアプリケーションの例としては、人を背中側に引き連れた引率型の案内等がある。ロボットの走行方向の環境をカメラ９で撮影した画像で計測しながら引率し、背中側のユーザに対してモニタ７に絵、写真、文字等を表示させてその場に適した情報を提供することが可能である。このように、本発明によれば、モニタを別途搭載することなく、２形体のロボットとして利用することが可能である。このように、本発明によれば、ロボットの向きを変える時に、ボディ自体を旋回することがないので、人の安全性を確保すると共に、信頼性の高いコミュニケーション及び情報提供サービスを実現することができる。

これらの形体の切り替えは、ロボットの正面を共通の概念としてイメージさせる特定の最小限の関節を切り替える（ねじる）ことで可能である。本構成例でいえば、ボディ２に対する頭部１の顔面方向を制御する首回転関節、及び肘の曲げ方向がロボットの正面をイメージさせる。

Ａ，Ｂタイプのアプリケーションが連動した出迎え、接見、引率案内という複雑なアプリケーションにおいては、人とロボットの相対位置関係を人やロボット全体が動くことなく、ロボットの限られた関節を動かして形体を変えることで変更可能であり、スムーズなアプリケーションの遂行を可能にする。その一例として、図３のような挨拶、引き連れての案内の流れを示す。

図３はロボットの正面定義を切り替えてのサービスの例を示す図である。（ａ）では、人１８とロボットとが対面している。（ｂ）では、ロボットが「●さん。ようこそいらっしゃいました。それでは、ご案内しますね。」とスピーカ８から発音する。この後、首の向きと腕の形体の変形による前後定義の切り替え動作を行なう。この結果、（ｃ）に示すようにロボットの方の形体が変化し、人はロボットの後についていく形となる。ロボットはスピーカ８から、「私の後ろについてきてください。」と発音する。そして、移動中も背中側にあるモニタ７で館内の情報を表示することができる。

前述したロボットにおいて、ロボットの正面の定義を切り替える場合、ロボットの左右の腕の定義が切り替わることから分かるように、会話や腕、首、走行装置の制御等、左右の定義が影響するソフトウェアの設定を全て変更する必要がある。即ち、ロボット周囲に位置する人が感じる右腕の定義とロボット内部で持つ右腕の概念を一致させないと、“右手側に見える×××は△△です。”という会話が成り立たない。

そこで、形体の変化で正面の定義の変更をさせる手順として図４に例を示す。図４は正面定義の切り替えと座標設定、形体変形の流れを示すフローチャートである。図４は、正面の定義を例えばＡタイプのアプリケーションの場合を［１］、Ｂタイプのアプリケーションを［２］等と単純なコードで識別し、これを切り替える時には会話エンジンや腕、
首、走行装置の制御に関わる座標変換処理部にこのコードを使用して一斉に同期させて設定、修正し、その後に形体変形処理を実行する。このように、一括して同時変更することで、周囲の人の感じる正面とロボットのもつ正面の定義のずれが生じず、更にアプリケーション単位では左右の変更を意識する必要がなくなる。

図４の動作を説明する。先ず、設定アプリケーションを実行すると（Ｓ１）、正面定義の切り替えイベントの有無をチェックする（Ｓ２）。正面定義の切り替えイベントがない場合にはステップＳ１に戻る。正面定義の切り替えイベントがある場合には、正面定義の判別コードの設定を行なう（Ｓ３）。次に、判別コードに応じて身体パラメータを更新する。身体パラメータとしては、会話エンジン２０、腕座標変換マトリックス２１、走行座標変換マトリックス２２、首座標変換マトリックス２３がある。そして、形体変形を実行し（Ｓ５）、ステップＳ１に戻る。

次に、形体Ｃ，Ｄのように異なる方向を正面として用いるアプリケーションにおいて、ロボットカメラ９の向きの回転範囲を決定する、例えば首３の回転角範囲及び腕４の可動範囲を均等に割り振ることで、どちらが正面になった場合も可動範囲の差を意識しないで、共通に使用できるライブラリ開発、及びアプリケーション開発が可能になる。

図５は上から見た首の回転可動範囲の例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。１は頭部、２はボディ、４は腕、Ｊはカメラ視線方向、Ｋは首３（図示せず）の回転可動範囲である。この首の回転可動範囲はカメラの視線可動範囲と一致する。Ｐ面側は、図２の場合と同じである。首の回転可動範囲を均等に割り振ることで、どちらが正面になった場合も可動範囲の差を意識しなくてすむ。

図６は腕の特定関節の形体変更によるロボット正面位置の切り替えの説明図である。（ａ）の場合には、上腕ねじり関節４ａにより形状変更の場合を示す。ねじり関節４ａをねじることで、正面位置の定義が前後逆になる。（ｂ）の場合には、肘関節４ｂをねじることで、正面位置の定義が前後逆になる。このように、本発明によれば、腕の部分の関節をねじることで、ロボット自体が回転しなくても人が常識として有している腕の形体の概念を利用すれば、正面位置の定義を変更することができる。なお、関節をねじって腕を回転させる機構については、既存の技術を用いることができる。

図７は本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。カメラ部分の撮影機構と、音声ガイド部、首、腕等の動作機構等については省略して示す。図において、３０は主制御装置で、主記憶装置３１と全体の動作を制御するＣＰＵ３２から構成されている。３３は第１腕コントロール部、３４は第２腕コントロール部であり、ＣＰＵ３２及び主記憶装置３１と接続されている。３５は頭コントロール部であり、ＣＰＵ３２と接続されている。１６は各種のアプリケーションを格納するアプリケーション記憶部である。このように構成されたロボットの動作を説明すれば、以下の通りである。

ＣＰＵ３２は、アプリケーション記憶部３６にアクセスして、ロボットにそれぞれの動作を行わせるためのアプリケーションを主記憶装置３１にダウンロードさせる。そして、主記憶装置３１に記憶されたアプリケーションに基づいて、前述したような動作を行わせる。ＣＰＵ３２は、第１腕コントロール部３３と第２腕コントロール部３４に制御信号を送り、それぞれの腕を右腕又は左腕として機能させるための腕関節のねじり動作を行わせる。また、ＣＰＵ３２は頭コントロール部３５に制御を送り、首３の回転運動を制御する。

この実施の形態例によれば、第１腕コントロール部３３と、第２腕コントロール部３４を制御することにより、どちらが右腕、左腕になるかが決定する。そして、右腕と左腕の定義が行われると、どちらがロボットの正面又は背面であるかが決定する。なお、右腕のねじり動作と左腕のねじり動作はＣＰＵ３２が自動で行なうことができるが、モニタ７から人が手動で切り替え動作を行わせるようにすることができる。第１腕コントロール部１３と第２腕コントロール部３４は、主記憶装置３１を参照することにより、参照データと正面の定義を読み込み、腕を所定の方向に向けることができる（図６参照）。

このように、本発明によれば、ボディを回転することなくロボットの向きを変えることでき、高度でかつ信頼性の高いコミュニケーション及び情報提供サービスが可能なサービスロボットを提供することができる。

本発明の一実施の形態例の外観構成例を示す図である。 頭部と腕の姿勢によるロボット正面の違いの説明図図である。 ロボットの正面定義を切り替えてのサービスの例を示す図である。 正面定義の切り替えと座標設定、形体変形の流れを示すフローチャートである。 上から見た首の回転可動範囲の例を示す図である。 腕の特定関節の形体変更によるロボット正面位置の切り替えの説明図である。 本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 頭部
２ ボディ
３ 首
４ 腕
５ 移動装置
６ マイク
７ モニタ
８ スピーカ
９ カメラ

Claims (3)

1. 作業や身振りを実行可能な少なくとも１本の腕と、
   首の自由度でカメラの向きを回転させて周囲の環境状態を画像で計測可能な頭部と、
   所定の半径で左右回転・前後移動が可能な移動手段と、
   音声認識、音声発話、文字や絵やボタンを表示するモニタの少なくとも一つを用いて人とコミュニケーションする手段と、
   第１面と、該第１面と反対側にある第２面とを有するボディと、
   を有し、プレゼンテーションのように人と対面して実現するアプリケーションＡと、案内のように後に人を引き連れて移動するアプリケーションＢを実行する移動ロボットであって、
   ロボットの腕と頭の向き及び姿勢を変更することで、その形状からロボットの正面が上記第１面と第２面のいずれの側なのかを周囲の人に認識させることにより、所定の前記アプリケーションにおいて人に対面させるロボット面をボディを回転させることなく変更する機能を有し、
   前記アプリケーション切り替えと同期してロボットの身体座標の定義の切り替え制御を実行することを特徴とするサービスロボット。
2. 前記アプリケーションＡ，Ｂの異なる方向を正面として用いるアプリケーションにおいて、カメラの向きの回転範囲と腕の可動範囲を各々のアプリケーションで均等に割り振ったことを特徴とする請求項１記載のサービスロボット。
3. 上記人とコミュニケーションする手段は上記第１面に設けられ、
   上記アプリケーションＡの実行時にはロボットの正面を上記第１面であると周囲に人に認識させ、上記アプリケーションＢの実行時にはロボットの正面が上記第２面であると周囲の人に認識させるよう、ロボットの腕と頭の向き及び姿勢を変更することを特徴とする請求項１記載のサービスロボット。

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