JP7055402B2 - ゲストを受け入れる自律行動型ロボット - Google Patents
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Description
ロボットに対する把持を検出する把持検出部と、ホスト・ロボットの特定箇所と自己のロ
ボットの特定箇所との近接を検出する近接検出部と、前記把持検出部により前記把持が検
出されている状態で前記近接検出部により前記近接が検出されたことを条件として、前記
ホスト・ロボットがアクセス可能なリソースへのアクセス権を取得するアクセス管理部と
、を備える。
本実施形態におけるロボット100は、外部環境および内部状態に基づいて行動や仕草(ジェスチャー)を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット100の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。これらについては後述する。
図2に示すように、ロボット100のボディ104は、ベースフレーム308、本体フレーム310、一対の樹脂製のホイールカバー312および外皮314を含む。ベースフレーム308は、金属からなり、ボディ104の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム308は、アッパープレート332とロアプレート334とを複数のサイドプレート336により上下に連結して構成される。複数のサイドプレート336間には通気が可能となるよう、十分な間隔が設けられる。ベースフレーム308の内方には、バッテリー118、制御回路342および各種アクチュエータが収容されている。
ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ114(外部センサ114a、114b、・・・、114n)が設置される。外部センサ114は、家屋の壁面に固定されてもよいし、床に載置されてもよい。サーバ200には、外部センサ114の位置座標が登録される。位置座標は、ロボット100の行動範囲として想定される家屋内においてx,y座標として定義される。
外部センサ114はロボット100の感覚器を補強するためのものであり、サーバ200はロボット100の頭脳を補強するためのものである。
もちろん、ロボット100が自らの位置座標を定期的にサーバ200に送信する方式でもよい。
感情マップ116は、サーバ200に格納されるデータテーブルである。ロボット100は、感情マップ116にしたがって行動選択する。図4に示す感情マップ116は、ロボット100の場所に対する好悪感情の大きさを示す。感情マップ116のx軸とy軸は、二次元空間座標を示す。z軸は、好悪感情の大きさを示す。z値が正値のときにはその場所に対する好感が高く、z値が負値のときにはその場所を嫌悪していることを示す。
ロボット100がどのような場所を好むかという定義は任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が好む場所を好意地点として設定することが望ましい。
ロボット100がどのような場所を嫌うかという定義も任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が怖がる場所を嫌悪地点として設定することが望ましい。
図4に示す感情マップ116が与えられた場合、ロボット100は好意地点(座標P1)に引き寄せられる方向、嫌悪地点(座標P2)から離れる方向に移動する。
ロボット100は、内部センサ128、通信機126、記憶装置124、プロセッサ122、駆動機構120およびバッテリー118を含む。駆動機構120は、上述した車輪駆動機構370を含む。プロセッサ122と記憶装置124は、制御回路342に含まれる。各ユニットは電源線130および信号線132により互いに接続される。バッテリー118は、電源線130を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線132により制御信号を送受する。バッテリー118は、リチウムイオン二次電池であり、ロボット100の動力源である。
サーバ200およびホスト・ロボット100aを含むロボットシステム300は、新たなゲスト・ロボット100bを受け入れることができる。サーバ200はホームXに設置され、ホスト・ロボット100aはホームXのサーバ200により行動支援を受けるロボット100である。ここでいう「受け入れる」とは、外来者であるゲスト・ロボット100bが、サーバ200に接続し、サーバ200が管理するリソース(ハードウェア、ソフトウェアおよびデータ)にアクセスすることでサーバ200からの行動支援を受けることが可能となることをいう。サーバ200は、ホスト・ロボット100aおよびゲスト・ロボット100bの2つのロボット100の行動を支援することになる。各ロボット100は、ロボット返答信号に「ロボットID」を含めて送信する。ロボットIDは、MACアドレス(Media Access Control address)や製造番号など、ロボット100を一意に識別する情報であればよい。これにより、サーバ200は2つのロボット100それぞれを特定できる。
ロボット100の額には、NFC(Near Field Communication)に対応するチップが埋め込まれている(近距離無線通信手段)。NFCは、近距離無線通信技術の国際標準規格であり、本実施形態においては13.56MHzにて10センチメートル程度の近距離通信が可能である。ロボット100は、定期的にロボットIDをNFCチップにより発信する。ホスト・ロボット100aの額にゲスト・ロボット100bの額を近づけると、ゲスト・ロボット100bのロボットIDがホスト・ロボット100aにより検出される。本実施形態における「認証」は、ホスト・ロボット100aがゲスト・ロボット100bのロボットIDを検出することにより完了する。ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bの額を近づけるだけで簡単にゲスト・ロボット100bをロボットシステム300に受け入れることができる。
ロボット100は、抱っこを検出したときには、安全のために前輪102(左輪102aおよび右輪102b)をボディ104に収納する。
上述のように、ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。ロボット100およびサーバ200の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
ロボット100の機能の一部はサーバ200により実現されてもよいし、サーバ200の機能の一部または全部はロボット100により実現されてもよい。
サーバ200は、通信部204、データ処理部202、制約設定部224およびデータ格納部206を含む。
制約設定部224は、ゲスト・ロボット100bに対する行動制約(後述)を設定する。通信部204は、外部センサ114およびロボット100との通信処理を担当する。データ格納部206は各種データを格納する。データ処理部202は、通信部204により取得されたデータおよびデータ格納部206に格納されるデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部202は、通信部204、制約設定部224およびデータ格納部206のインタフェースとしても機能する。
ロボット100は、複数の動作パターン(モーション)を有する。手106を震わせる、蛇行しながらオーナーに近づく、首をかしげたままオーナーを見つめる、などさまざまなモーションが定義されている。
以下、いつ、どのモーションを選ぶか、モーションを実現する上での各アクチュエータの出力調整など、ロボット100の行動制御に関わる設定のことを「行動特性」と総称する。ロボット100の行動特性は、モーション選択アルゴリズム、モーションの選択確率、モーションファイル等により定義される。
ロボットシステム300は、大量の画像情報やその他のセンシング情報から得られる身体的特徴および行動的特徴に基づいて、高い頻度で出現するユーザを「オーナー」としてクラスタリングする。
本実施形態においては、身体的特徴と行動的特徴からユーザをクラスタリングし、ディープラーニング(多層型のニューラルネットワーク)によってユーザを識別する。詳細は後述する。
位置管理部208は、ロボット100の位置座標を、図3を用いて説明した方法にて特定する。位置管理部208はユーザの位置座標もリアルタイムで追跡してもよい。
行動マップAを行動マップBの5倍重視するときには、座標R1の合計z値は4×5-1=19、座標R2の合計z値は3×5+3=18であるから、ロボット100は座標R1の方向に向かう。
なお、人物認識部214は、人物以外の移動物体、たとえば、ペットである猫や犬についても特徴抽出を行う。
快・不快行為は、ユーザの応対行為が、生物として心地よいものであるか不快なものであるかにより判別される。たとえば、抱っこされることはロボット100にとって快行為であり、蹴られることはロボット100にとって不快行為である。肯定・否定反応は、ユーザの応対行為が、ユーザの快感情を示すものか不快感情を示すものであるかにより判別される。たとえば、抱っこされることはユーザの快感情を示す肯定反応であり、蹴られることはユーザの不快感情を示す否定反応である。
行動マップに移動目標地点や移動ルートが決定され、後述の各種イベントによりモーションが選択される。
ロボット100は、ホスト・ロボット100aとしてもゲスト・ロボット100bとしても機能する。
ロボット100は、通信部142、データ処理部136、データ格納部148、内部センサ128および駆動機構120を含む。
通信部142は、通信機126(図5参照)に該当し、外部センサ114、サーバ200および他のロボット100との通信処理を担当する。データ格納部148は各種データを格納する。データ格納部148は、記憶装置124(図5参照)に該当する。データ処理部136は、通信部142により取得されたデータおよびデータ格納部148に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部136は、プロセッサ122およびプロセッサ122により実行されるコンピュータプログラムに該当する。データ処理部136は、通信部142、内部センサ128、駆動機構120およびデータ格納部148のインタフェースとしても機能する。
指示送信部134は、ロボット100がホスト・ロボット100aであるとき、ゲスト・ロボット100bに対して行動指示を送信する(後述)。指示受信部138は、ロボット100がゲスト・ロボット100bであるとき、ホスト・ロボット100aから行動指示を受信する。行動特性取得部140は、サーバ200の行動特性送信部240から行動特性情報を受信する。
ロボット100のモーション格納部160には、サーバ200のモーション格納部232から各種モーションファイルがダウンロードされる。モーションは、モーションIDによって識別される。前輪102を収容して着座する、手106を持ち上げる、2つの前輪102を逆回転させることで、あるいは、片方の前輪102だけを回転させることでロボット100を回転行動させる、前輪102を収納した状態で前輪102を回転させることで震える、ユーザから離れるときにいったん停止して振り返る、などのさまざまなモーションを表現するために、各種アクチュエータ(駆動機構120)の動作タイミング、動作時間、動作方向などがモーションファイルにおいて時系列定義される。
ロボット100の動作制御部150は、サーバ200の動作制御部222と協働してロボット100のモーションを決める。一部のモーションについてはサーバ200で決定し、他のモーションについてはロボット100で決定してもよい。また、ロボット100がモーションを決定するが、ロボット100の処理負荷が高いときにはサーバ200がモーションを決定するとしてもよい。サーバ200においてベースとなるモーションを決定し、ロボット100において追加のモーションを決定してもよい。モーションの決定処理をサーバ200およびロボット100においてどのように分担するかはロボットシステム300の仕様に応じて設計すればよい。
認識部156は、内蔵カメラ(内部センサ128)により定期的に外界を撮像し、人やペットなどの移動物体を検出する。移動物体の画像はサーバ200に送信され、サーバ200の人物認識部214は移動物体の身体的特徴を抽出する。また、ユーザの匂いやユーザの声も検出する。匂いや音(声)は既知の方法にて複数種類に分類される。
以上は、簡単な設例であるが、上述の方法により、父親に対応する第1のプロファイルと母親に対応する第2のプロファイルが形成され、この家には少なくとも2人のユーザ(オーナー)がいることをロボット100は認識する。
このとき、サーバ200の人物認識部214は、ロボット100から得られる画像等のセンシング情報から特徴抽出を行い、ディーブラーニング(多層型ニューラルネットワーク)により、ロボット100の近くにいる移動物体がどのプロファイル(クラスタ)に該当するかを判断する。たとえば、ひげが生えている移動物体を検出したとき、この移動物体は父親である確率が高い。この移動物体が早朝行動していれば、父親に該当することはいっそう確実である。一方、メガネをかけている移動物体を検出したときには、この移動物体は母親である可能性もある。この移動物体にひげが生えていれば、母親ではなく父親でもないので、クラスタ分析されていない新しい人物であると判定する。
移動物体(ユーザ)からどのような行為をされるかによってそのユーザに対する親密度が変化する。
(1)親密度が非常に高いクラスタ
ロボット100は、ユーザに近づき(以下、「近接行動」とよぶ)、かつ、人に好意を示す仕草としてあらかじめ定義される愛情仕草を行うことで親愛の情を強く表現する。
(2)親密度が比較的高いクラスタ
ロボット100は、近接行動のみを行う。
(3)親密度が比較的低いクラスタ
ロボット100は特段のアクションを行わない。
(4)親密度が特に低いクラスタ
ロボット100は、離脱行動を行う。
サーバ200は、制約設定画面180をモニタ(不図示)に表示させる。ホスト・ロボット100aのオーナーAは、ゲスト・ロボット100bに行動制約を課すことができる。オーナーAは、サーバ200が表示する制約設定画面180において「行動制約情報」を設定する。行動制約情報は、ゲスト・ロボット100bがホームXのサーバ200に接続しているときに実行可能な行動を定義する情報である。
ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bが近接し、ホスト・ロボット100aの認証部154がゲスト・ロボット100bのロボットIDを検出したときゲスト・ロボット100bを認証し、続いて図10に示す認証処理が実行される。
ホスト・ロボット100aは、抱っこされているときでなければ、ロボットIDを検出しない、あるいは、ゲスト・パスワード等をゲスト・ロボット100bに発信しないとしてもよい。この場合には、認識部156が抱っこを検出していなければ、認証処理は実行されない。
ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bが近接し、ゲスト・ロボット100bの認証部154がホスト・ロボット100aのロボットIDを検出したとき、ゲスト・ロボット100bは図11に示す認証処理を実行する。図10に示すホスト・ロボット100aの認証処理と図11に示すゲスト・ロボット100bの認証処理は同時実行される。
ゲスト・ロボット100bは、抱っこされているときでなければ、ロボットIDを検出しない、あるいは、ロボットIDを発信しないとしてもよい。この場合には、認識部156が抱っこを検出していなければ、認証処理は実行されない。
サーバ200およびロボット100は、第1通信回線302および第2通信回線304の2つの通信回線により接続される。サーバ200の通信部204は、第1通信回線302が切断されていなければ(S30のN)、サーバ200とロボット100は第1通信回線302を介してデータを送受する(S34)。第1通信回線302が切断されている場合でも(S30のY)、第2通信回線304が維持されていれば(S32のN)、サーバ200とロボット100は第2通信回線304を介してデータを送受する(S36)。第2通信回線304も切断されているときには(S32のY)、接続部226はエラーを報知する(S38)。
第1通信回線302が切断される場合のほか、通信スループットの低下など、第1通信回線302が不調となったときに第1通信回線302から第2通信回線304への切換えを行ってもよい。
ホスト・ロボット100aは、随時、モーションを選択する(S40)。特定のモーション(以下、「起動モーション」とよぶ)が選択されたとき(S41のN)、ホスト・ロボット100aの指示送信部134は「行動指示」をゲスト・ロボット100bに送信する(S42)。行動指示には、起動モーションにあらかじめ対応づけられるモーション(以下、「連動モーション」とよぶ)のモーションIDが通知される。起動モーションが選択されなかったときには(S41のN)、行動指示は送信されない。その後、ホスト・ロボット100aは、選択した起動モーションを実行する(S46)。
本実施形態においては、ゲスト・ロボット100bとサーバ200の接続時間は30分に制限される。制限時間の30分が経過すると、無効化条件が成立し、ゲスト・ロボット100bの通信部142はサーバ200との接続を終了させる(S50)。無効処理部152は、サーバ200との接続後に取得したデータであって、ゲスト・ロボット100bのデータ格納部148(不揮発性メモリ)に保存されているデータを無効化する(S52)。本実施形態における無効化とは、記憶装置からデータを完全消去することを意味する。知識情報、ホームXの撮像画像データや録音データ等の保存(持ち出し)が行動制約情報によって禁止されている場合は、これらの情報も無効化される。
本実施形態によれば、ホスト・ロボット100aおよびゲスト・ロボット100bを近づけるだけで、ゲスト・ロボット100bを簡単にホームXのロボットシステム300に受け入れることができる。ロボットシステム300において、ユーザが関わるのはロボット100であり、ユーザはサーバ200の存在を意識することはなく、また、サーバ200はユーザに認識させたくないものである。サーバ200とゲスト・ロボット100bではなく、ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bで認証処理を実行できるため、認証処理に際してもユーザにサーバ200を意識させにくいというメリットがある。また、ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bの近接行為により、ホスト・ロボット100aとゲスト・ロボット100bの間で暗黙のコミュニケーションが成立したかのような演出が可能となる。
同様に、ホスト・ロボット100aがソファの後ろやテーブルの下など、壁や天井に囲まれた場所に隠れ、それをゲスト・ロボット100bが見つける「かくれんぼ」を実行してもよい。
モバイル端末Bのユーザは、コンテンツ・サーバ本体にアクセスしなくても、モバイル端末Aから認証されるだけでコンテンツ・サーバに接続できる。このときにも、モバイル端末Bがアクセス可能なリソースやアクセス時間については制限を設定してもよい。
Claims (5)
- センサと、
前記センサの出力に基づいて自己のロボットに対する把持を検出する把持検出部と、
ホスト・ロボットの特定箇所と自己のロボットの特定箇所との近接を検出する近接検出
部と、
前記把持検出部により前記把持が検出されている状態で前記近接検出部により前記近接
が検出されたことを条件として、前記ホスト・ロボットがアクセス可能なリソースへのア
クセス権を取得するアクセス管理部と、
を備えることを特徴とするロボット。 - センサと、
前記センサの出力に基づいて自己に対する把持を検出する把持検出部と、
ゲスト・ロボットの特定箇所と自己のロボットの特定箇所との近接を検出する近接検出
部と、
前記把持検出部により前記把持が検出されている状態で前記近接検出部により前記近接
が検出されたことを条件として、前記ゲスト・ロボットを認証する認証部と、
認証後、前記ゲスト・ロボットに対して所定のリソースへのアクセス権を設定するアク
セス管理部と、を備えることを特徴とするロボット。 - ホスト・ロボットに行動特性情報を送信する行動特性送信部と、
前記ホスト・ロボットが有するセンサの出力に基づいて自己に対する把持を検出する接
触検出部により前記把持が検出されている状態で、前記ホスト・ロボットにおいてゲスト
・ロボットの特定箇所と前記ホスト・ロボットの特定箇所との近接を検出する近接検出部
により前記近接が検出されたことを条件として前記ゲスト・ロボットを認証した前記ホス
ト・ロボットから、前記ゲスト・ロボットを判別するための情報を受け、当該情報に基づ
いて前記ゲスト・ロボットの接続要求を許可する接続部と、を備え、
前記行動特性送信部は、前記ゲスト・ロボットに対して、前記ゲスト・ロボットの一部
の機能を制限する行動特性情報を送信することを特徴とするサーバ。 - ホスト・ロボットに行動選択方法を定義する行動特性情報を送信する機能と、
前記ホスト・ロボットが有するセンサの出力に基づいて自己に対する把持を検出する接
触検出部により前記把持が検出されている状態で前記ホスト・ロボットにおいてゲスト・
ロボットの特定箇所と前記ホスト・ロボットの特定箇所との近接を検出する近接検出部に
より前記近接が検出されたことを条件として前記ゲスト・ロボットを認証した前記ホスト
・ロボットから、前記ゲスト・ロボットを判別するための情報を受け、当該情報に基づい
て前記ゲスト・ロボットの接続要求を許可する機能と、
前記ゲスト・ロボットに対して、前記ゲスト・ロボットの一部の機能を制限する行動特
性情報を送信する機能と、をコンピュータに発揮させることを特徴とする行動制御プログ
ラム。 - 第1距離を通信可能距離とする近距離無線通信手段と、前記第1距離よりも長い第2距離
を通信可能距離とする遠距離無線通信手段の双方により通信可能であって、
センサと、
前記センサの出力に基づいて自己のロボットに対する把持を検出する把持検出部と、
前記把持検出部により前記把持が検出されていることを条件として、前記近距離無線通
信手段を介してゲスト・ロボットを認証する認証部と、
認証後、前記ゲスト・ロボットに対して前記遠距離無線通信手段を介して所定のリソー
スの利用を許可するアクセス権を設定するアクセス管理部と、を備えることを特徴とする
ロボット。
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