サービスロボット
【課題】高い処理能力を必要とせずに多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能なサービスロボットの制御技術を提供する。
【解決手段】条件記憶部８３は、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃごとに、モーションプログラムとこのモーションプログラムの実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を記憶している。モーションＩＤ検出部８５は、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を順番に繰り返し取得し、センサ値の取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの実施条件のなかから、取得したセンサ値を含む実施条件を検出する。そして、この実施条件に対応付けられているモーションプログラムを実行してモータ５、６１、６２を制御し、腕付きトルソ型サービスロボット１に行動をさせる。
【解決手段】条件記憶部８３は、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃごとに、モーションプログラムとこのモーションプログラムの実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を記憶している。モーションＩＤ検出部８５は、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を順番に繰り返し取得し、センサ値の取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの実施条件のなかから、取得したセンサ値を含む実施条件を検出する。そして、この実施条件に対応付けられているモーションプログラムを実行してモータ５、６１、６２を制御し、腕付きトルソ型サービスロボット１に行動をさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人型、動物型を含む、少なくとも一つの可動部を備えたサービスロボットに関し、特に、多様なポーズを自律的に取ることが可能なサービスロボットの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、魅力的で美しい動きをする人型ロボットの技術が開示されている。この技術において、人型ロボットの胴体は、胸部と腰部とに分離されており、胸部および腰部が体幹中心で互いに捩じれる動きと、肩および股関節の間が左右交互に開閉する動きとが同期して連動するように構成されている。このようにすることで、ファッションモデルの歩行のような魅力的な動きを実現している。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の人型ロボットは、所定の動き（胸部および腰部が捩じれる動きと、肩および股関節の間が左右交互に開閉する動きとの連動）を繰り返し行うものであるため、例えばこのような人型ロボットを衣服等のディスプレイに用いても、最初は利用者の興味を引くかもしれないが、利用者がすぐに慣れてしまう。このため、宣伝効果が長続きしないという問題がある。
【０００４】
これに対して、特許文献２には、外部環境および内部状態に基づいて状況を総合的に評価し、行動を選択するロボットの制御技術が開示されている。この技術をマネキン、トルソ等の人型ロボットに適用して、衣服等のディスプレイに用いることにより、人型ロボットは、利用者とのインタラクティブな行動を自律的に取ることが可能となるので、長期間に亘って高い宣伝効果を期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１４２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のロボットの制御技術では、ＣＣＤ等の撮像装置により取得した撮像データに対する画像認識処理、マイク等の集音装置により取得した音声データに対する音声認識処理、およびタッチセンサ等を利用した接触認識処理を組み合わせることにより、外部環境を認識している。このため、コストが高い。また、親子関係にある複数のスキーマで構成されたツリー構造の状況依存行動階層を用いて状況の評価および行動の選択を行うという高度な行動選択アルゴリズムを採用しており、その演算処理も複雑である。このため、高い処理能力が必要である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い処理能力を必要とせずに多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能なサービスロボットの制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のサービスロボットでは、少なくとも一種類のセンサを複数備えたセンサアレイを用いるとともに、センサアレイを構成するセンサごとに、サービスロボットの可動部の制御内容とこの制御内容の実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を少なくとも一つ記憶しておく。そして、センサアレイを構成する複数のセンサを順番に繰り返しモニタして、モニタ対象センサの実施条件のなかから、このモニタ対象センサのセンサ値を含む実施条件を検出し、この実施条件に対応付けられている制御内容に従ってサービスロボットの可動部を制御する。
【０００９】
例えば、本発明は、制御命令に従い動作する可動部を少なくとも一つ備えたサービスロボットであって、
少なくとも一種類のセンサを複数備えて構成されたセンサアレイ手段と、
前記センサアレイ手段を構成するセンサごとに、前記可動部に対する制御内容および当該制御内容の実施条件であるセンサ値範囲が対応付けられて少なくとも一組記憶された条件記憶手段と、
前記センサアレイ手段を構成する各センサのセンサ値を順番に繰り返し取得し、当該センサ値の取得対象センサについて、当該センサ値を含む実施条件に対応付けられている制御内容を、前記条件記憶手段から逐次検出する制御内容検出手段と、
前記制御内容検出手段により制御内容が検出される度に、当該制御内容に従い前記可動部の動作を制御する制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサアレイを構成するセンサを順番に繰り返しモニタし、その都度、モニタ対象センサのセンサ値に応じた制御内容に従いサービスロボットの可動部を制御するので、センサアレイを構成するセンサのうちのいずれかが周囲の状況変化（例えば人の移動、増減）によってセンサ値を変化させることにより、サービスロボットの動作を自動的に変えることができる。また、センサアレイを構成するセンサのそれぞれに、実施条件（センサ値範囲）と制御内容とを少なくとも一組対応付けているので、センサアレイの出力に対して多様な制御内容の組み合わせを実現できる。このため、本発明は、高い処理能力を必要とせずに多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能なサービスロボットの制御技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１の概略構成図である。
【図２】図２は、条件記憶部８３の登録内容例を模式的に表した図である。
【図３】図３は、モーションプログラム記憶部８４の登録内容を模式的に表した図である。
【図４】図４は、腕付きトルソ型サービスロボット１の動作制御を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１の概略構成図である。
【００１４】
図示するように、本実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１は、人間の胴体の形状を模し、筺体としても機能する胴体部２と、人間の腕の形状を模し、胴体部２の両肩に取り付けられた左右の腕部３ａ、３ｂ（以下、単に腕部３とも呼ぶ）と、胴体部２を下から支えるように胴体部２の片方の腿付根に取り付けられたピラー４と、ピラー４の軸心回りに胴体部２を回転させるモータ５と、腕部３の関節部分（肩、肘）に設けられた可動部６ａ〜６ｄ（以下、単に可動部６とも呼ぶ）と、ピラー４に取り付けられたセンサアレイ７と、胴体部２に内蔵された制御盤８および電源盤９と、を備えている。
【００１５】
腕部３は、上腕を模した上腕リンク部と、下腕を模した下腕リンク部とを有しており、可動部６は、上腕リンク部と腕リンク部との間、および、上腕リンク部と胴体部２の肩との間を連結しており、それぞれ、互いの回転軸が所定の角度で交差（例えば直交）するように配置された２つのモータ６１、６２を備えている。これらのモータ６１、６２により、可動部６が設けられた関節部分の２自由度の回転運動を実現する。なお、ここでは、肩、肘に相当する関節部分に可動部６を設けているが、手首、指関節等のその他の関節部分に、それぞれの関節部分の動きに適した自由度の可動部６を設けてもよい。
【００１６】
センサアレイ７は、それぞれの測定方向を異ならせて配列された複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを備えている。ここでは、３つの赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いているが、２つあるいは４つ以上の赤外線測距センサを用いてセンサアレイ７を構成するようにしてもよい。
【００１７】
制御盤８は、センサアレイ７の出力に基づいて、モータ５および各可動部６を構成するモータ６１、６２の動きを制御する。図示するように、制御盤８は、センサアレイインターフェース（ＩＦ）部８１と、モータインターフェース（ＩＦ）部８２と、条件記憶部８３と、モーションプログラム（ＰＧ）記憶部８４と、モーションＩＤ検出部８５と、モーション制御部８６と、を備えている。
【００１８】
センサアレイインターフェース部８１は、図示していない信号線もしくは無線により、センサアレイ７を構成する各赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃからセンサ値を取得する。
【００１９】
モータインターフェース部８２は、図示していない信号線もしくは無線により、各モータ５、６１、６２に対して制御命令を指示する。
【００２０】
条件記憶部８３には、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃ各々について、各モータ５、６１、６２に対する制御内容（回転角度等）とこの制御内容の実施条件（センサ値範囲）との対応関係が少なくとも一つ記憶されている。
【００２１】
図２は、条件記憶部８３の登録内容例を模式的に表した図である。図示するように、条件記憶部８３には、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃおよび実施条件の組み合わせごとにレコード８３０が記憶されている。レコード８３０は、レコード８３０の識別情報であるレコードＩＤが登録されたフィールド８３１と、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの識別番号であるセンサＩＤが登録されたフィールド８３２と、実施条件（センサ値範囲）が登録されたフィールド８３３と、後述するモーションプログラムの識別情報であるモーションＩＤが登録されたフィールド８３４と、を有する。フィールド８３３は、実施条件の下限値が登録されたサブフィールド８３３１と、実施条件の上限値が登録されたサブフィールド８３３２と、を有する。
【００２２】
なお、図２に示す例では、複数の実施条件に対して、同じ実施条件ごとに、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃが所定の順番で並ぶように、レコード８３０を条件記憶部８３に記憶している。すなわち、実施条件のフィールド８３３（具体的にはサブフィール８３３１、８３３２）に同じ値が登録されている複数のレコード８３０が、フィールド８３２に登録されているセンサＩＤが例えば「ＡＤＣ−０」、「ＡＤＣ−１」、「ＡＤＣ−２」の順番でソートされて、まとまって記憶されている。しかし、レコード８３０の記憶順は、この順番に限定されるものではなく、ユーザが任意に設定可能である。
【００２３】
モーションプログラム記憶部８４にはモーションプログラムが記憶されている。図３は、モーションプログラム記憶部８４の登録内容例を模式的に表した図である。図示するように、モーションプログラム記憶部８４には、モーションＩＤごとにレコード８４０が記憶されている。レコード８４０は、モーションＩＤが登録されたフィールド８４１と、モーションプログラムが登録されたフィールド８４２と、を有する。ここで、モーションプログラムとは、腕付きトルソ型サービスロボット１に所望の行動をさせるための、各モータ５、６１、６２に対する制御内容が記述された制御プログラムである。
【００２４】
モーションＩＤ検出部８５は、センサアレイインターフェース部８１を介して、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃから所定の順番にセンサ値を繰り返し取得する。そして、センサ値を取得する度に、条件記憶部８３を参照して、取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃおよび取得したセンサ値を含む実施条件に対応付けられているモーションＩＤを検出する。
【００２５】
モーション制御部８６は、モーションＩＤ検出部８５によりモーションＩＤが検出される度に、検出されたモーションＩＤに対応付けられてモーションプログラム記憶部８４に記憶されているモーションプログラムを実行して、モータインターフェース部８２を介して各モータ５、６１、６２に、必要に応じて制御命令を指示する。
【００２６】
電源盤９は、図示していない電源ケーブルを介して、モータ５、各可動部６のモータ６１、６２、センサアレイ７、および制御盤８に、外部電源からの受電電力、もしくは内蔵バッテリの蓄電電力を駆動電力として供給する。
【００２７】
図４は、腕付きトルソ型サービスロボット１の動作制御を説明するためのフロー図である。
【００２８】
まず、モーションＩＤ検出部８５は、条件記憶部８３において最初に記憶されているレコード８３０（図２において、レコードＩＤ「００１」のレコード８３０）を選択する（Ｓ１０）。そして、センサアレイインターフェース部８１を介して、選択したレコード８３０のフィールド８３２に登録されているセンサＩＤにより特定される赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃをモニタして、この赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を取得する（Ｓ１１）。
【００２９】
つぎに、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０のフィールド８３３に登録されている実施条件を参照し、取得したセンサ値がこの実施条件に該当するか否か、具体的には、取得したセンサ値がサブフィールド８３３１、８３３２に登録されている実施条件の下限値と上限値との間に含まれているか否かを調べる（Ｓ１２）。取得したセンサ値が実施条件に該当しない場合は（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ１５に進む。
【００３０】
一方、取得したセンサ値が実施条件に該当する場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０のフィールド８３４に登録されているモーションＩＤを、検出結果としてモーション制御部８６に渡す。これを受けて、モーション制御部８６は、このモーションＩＤがフィールド８４１に登録されているレコード８４０をモーションプログラム記憶部８４から検索する。そして、検索したレコード８４０のフィールド８４２に登録されているモーションプログラムを読み出して実行し、モータインターフェース部８２を介して各モータ５、６１、６２に、必要に応じて、腕付きトルソ型サービスロボット１に所定の行動をさせるための制御命令を指示する（Ｓ１４）。その後、Ｓ１５に進む。
【００３１】
Ｓ１５において、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０が条件記憶部８３において最後に記憶されているレコード８３０であるか否かを判断する。最後に記憶されているレコード８３０であるならば（Ｓ１５でＹＥＳ）、Ｓ１０に戻る。一方、最後に記憶されているレコード８３０でないならば（Ｓ１５でＮＯ）、条件記憶部８３において、選択したレコード８３０の次に記憶されているレコード８３０を新たに選択し（Ｓ１６）、それから、Ｓ１１に戻る。
【００３２】
なお、Ｓ１５でＹＥＳの場合に、ユーザの指示、所定のタイムアウト時間の経過、このフローの実行回数を示すカウンタ値の所定値へ到達等の所定の終了イベントが発生しているか否かを判断し、発生しているならば、このフローを終了させるようにしてもよい。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。
【００３４】
本実施の形態では、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃごとに、モーションプログラムとこのモーションプログラムの実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を少なくとも一つ記憶している。そして、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を所定の順番で繰り返し取得して、取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの実施条件のなかから、取得したセンサ値を含む実施条件を検出し、この実施条件に対応付けられているモーションプログラムを実行する。これにより、各モータ５、６１、６２を制御し、腕付きトルソ型サービスロボット１に、自動的に、センサアレイ７の出力に応じた行動をさせる。
【００３５】
このため、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのいずれかが、周囲の状況変化（例えば人の移動、増減）によってセンサ値を変化させることにより、腕付きトルソ型サービスロボット１の行動を変えることができる。また、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのそれぞれに、実施条件（センサ値範囲）とモーションプログラムとを少なくとも一つ対応付けているので、センサアレイ７の出力に対して、腕付きトルソ型サービスロボット１に取らせるポーズの多様な組み合わせを実現できる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、複数種類の認識処理の実行、および、高度な行動選択メカニズムの採用を伴わないため、高い処理能力を必要とせず、かつ安価な構成で多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能な腕付きトルソ型サービスロボット１の制御技術を提供できる。
【００３７】
また、本実施の形態では、それぞれ測定方向を異ならせて配列された複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いてセンサアレイ７を構成しているので、センサアレイ７から、周囲の状況変化（例えば人の移動、人数の増減による空間構成の変化）に応じた様々な値（赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値の組み合わせ）が出力される。これにより、例えば、利用者が予測できない様々な動き等、周囲の状況変化に応じて変化する動きを腕付きトルソ型サービスロボット１に行わせることが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、条件記憶部８３に、センサＩＤ、実施条件、およびモーションＩＤを登録したレコード８３０が実施条件単位で所定のセンサＩＤの順番で並ぶように記憶されている。モーションＩＤ検出部８５は、条件記憶部８３から順番にレコード８３０を選択し、レコード８３０を選択するごとに、選択したレコード８３０に登録されているセンサＩＤに対応する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を取得して、このセンサ値が、選択したレコード８３０に登録されている実施条件に含まれているか否か判断する。そして、センサ値が、選択したレコード８３０に登録されている実施条件に含まれているならば、選択したレコード８３０のモーションＩＤを検出する。モーション制御部８６は、モーションＩＤが検出される度に、このモーションＩＤにより特定されるモーションプログラムを実行する。このため、条件記憶部８３から順番にレコード８３０を読み出し、読み出したレコード８３０に基づく処理を行うという簡単な処理の繰り返しで、腕付きトルソ型サービスロボット１に多様な行動を取らせることができる。ここで、選択したレコード８３０の実施条件に含まれるか否かの判断対象となるセンサ値を、条件記憶部８３における、実施条件ごとのセンサＩＤ登録順と同じ順番で赤外線測距離センサ７１ａ〜７１ｃから取得すれば、選択したレコード８３０の実施条件に含まれるか否かの判断対象となるセンサ値を取得すべき赤外線測距離センサ７１ａ〜７１ｃを特定するための処理が不要となるため、処理速度が向上し、周囲の状況変化に対する腕付きトルソ型サービスロボット１の追従性をよくことができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、上記の実施の形態では、複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いてセンサアレイ７を構成したが、センサアレイ７は少なくとも一種類のセンサを複数用いて構成したものであればよい。例えば、測距センサ、温度センサ、湿度センサ、光センサ、音センサ、超音波センサ、放射線センサ等の複数種類のセンサを混在させてセンサアレイを構成してもよい。
【００４１】
また、上記の実施の形態では、可動部６を２つのモータ６１、６２を用いて構成したが、モータを含む少なくとも一つのアクチュエータを用いて可動部６を構成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施の形態において、図１に示す制御盤８の機能構成は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。または、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の補助記憶装置、およびＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等の通信インターフェースを備えた汎用コンピュータにおいて、ＣＰＵが所定のプログラムを補助記憶装置からメモリ上にロードして実行することで実現されるものでもよい。
【００４３】
また、上記の実施の形態では、ピラータイプの腕付きトルソ型サービスロボット１に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、ピラータイプに限らず、吊り下げタイプのトルソ型サービスロボットにも適用可能である。また、本発明は、腕付きトルソ型サービスロボット１に限らず、マネキン等のその他の人型サービスロボット、および動物型サービスロボット等、少なくとも一つの可動部を備えた様々な外観のロボットにも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：腕付きトルソ型サービスロボット、２：胴体部、３、３ａ、３ｂ：腕部、４：ピラー、５：モータ、６、６ａ〜６ｄ：可動部、７：センサアレイ、８：制御盤、９：電源盤、６１、６２：モータ、７１ａ〜７１ｃ：赤外線測距センサ、８１：センサアレイインターフェース部、８２：モータインターフェース部、８３：条件記憶部、８４：モーションプログラム記憶部、８５：モーションＩＤ検出部、８６：モーション制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人型、動物型を含む、少なくとも一つの可動部を備えたサービスロボットに関し、特に、多様なポーズを自律的に取ることが可能なサービスロボットの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、魅力的で美しい動きをする人型ロボットの技術が開示されている。この技術において、人型ロボットの胴体は、胸部と腰部とに分離されており、胸部および腰部が体幹中心で互いに捩じれる動きと、肩および股関節の間が左右交互に開閉する動きとが同期して連動するように構成されている。このようにすることで、ファッションモデルの歩行のような魅力的な動きを実現している。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の人型ロボットは、所定の動き（胸部および腰部が捩じれる動きと、肩および股関節の間が左右交互に開閉する動きとの連動）を繰り返し行うものであるため、例えばこのような人型ロボットを衣服等のディスプレイに用いても、最初は利用者の興味を引くかもしれないが、利用者がすぐに慣れてしまう。このため、宣伝効果が長続きしないという問題がある。
【０００４】
これに対して、特許文献２には、外部環境および内部状態に基づいて状況を総合的に評価し、行動を選択するロボットの制御技術が開示されている。この技術をマネキン、トルソ等の人型ロボットに適用して、衣服等のディスプレイに用いることにより、人型ロボットは、利用者とのインタラクティブな行動を自律的に取ることが可能となるので、長期間に亘って高い宣伝効果を期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１４２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のロボットの制御技術では、ＣＣＤ等の撮像装置により取得した撮像データに対する画像認識処理、マイク等の集音装置により取得した音声データに対する音声認識処理、およびタッチセンサ等を利用した接触認識処理を組み合わせることにより、外部環境を認識している。このため、コストが高い。また、親子関係にある複数のスキーマで構成されたツリー構造の状況依存行動階層を用いて状況の評価および行動の選択を行うという高度な行動選択アルゴリズムを採用しており、その演算処理も複雑である。このため、高い処理能力が必要である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い処理能力を必要とせずに多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能なサービスロボットの制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のサービスロボットでは、少なくとも一種類のセンサを複数備えたセンサアレイを用いるとともに、センサアレイを構成するセンサごとに、サービスロボットの可動部の制御内容とこの制御内容の実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を少なくとも一つ記憶しておく。そして、センサアレイを構成する複数のセンサを順番に繰り返しモニタして、モニタ対象センサの実施条件のなかから、このモニタ対象センサのセンサ値を含む実施条件を検出し、この実施条件に対応付けられている制御内容に従ってサービスロボットの可動部を制御する。
【０００９】
例えば、本発明は、制御命令に従い動作する可動部を少なくとも一つ備えたサービスロボットであって、
少なくとも一種類のセンサを複数備えて構成されたセンサアレイ手段と、
前記センサアレイ手段を構成するセンサごとに、前記可動部に対する制御内容および当該制御内容の実施条件であるセンサ値範囲が対応付けられて少なくとも一組記憶された条件記憶手段と、
前記センサアレイ手段を構成する各センサのセンサ値を順番に繰り返し取得し、当該センサ値の取得対象センサについて、当該センサ値を含む実施条件に対応付けられている制御内容を、前記条件記憶手段から逐次検出する制御内容検出手段と、
前記制御内容検出手段により制御内容が検出される度に、当該制御内容に従い前記可動部の動作を制御する制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサアレイを構成するセンサを順番に繰り返しモニタし、その都度、モニタ対象センサのセンサ値に応じた制御内容に従いサービスロボットの可動部を制御するので、センサアレイを構成するセンサのうちのいずれかが周囲の状況変化（例えば人の移動、増減）によってセンサ値を変化させることにより、サービスロボットの動作を自動的に変えることができる。また、センサアレイを構成するセンサのそれぞれに、実施条件（センサ値範囲）と制御内容とを少なくとも一組対応付けているので、センサアレイの出力に対して多様な制御内容の組み合わせを実現できる。このため、本発明は、高い処理能力を必要とせずに多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能なサービスロボットの制御技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１の概略構成図である。
【図２】図２は、条件記憶部８３の登録内容例を模式的に表した図である。
【図３】図３は、モーションプログラム記憶部８４の登録内容を模式的に表した図である。
【図４】図４は、腕付きトルソ型サービスロボット１の動作制御を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１の概略構成図である。
【００１４】
図示するように、本実施の形態に係る腕付きトルソ型サービスロボット１は、人間の胴体の形状を模し、筺体としても機能する胴体部２と、人間の腕の形状を模し、胴体部２の両肩に取り付けられた左右の腕部３ａ、３ｂ（以下、単に腕部３とも呼ぶ）と、胴体部２を下から支えるように胴体部２の片方の腿付根に取り付けられたピラー４と、ピラー４の軸心回りに胴体部２を回転させるモータ５と、腕部３の関節部分（肩、肘）に設けられた可動部６ａ〜６ｄ（以下、単に可動部６とも呼ぶ）と、ピラー４に取り付けられたセンサアレイ７と、胴体部２に内蔵された制御盤８および電源盤９と、を備えている。
【００１５】
腕部３は、上腕を模した上腕リンク部と、下腕を模した下腕リンク部とを有しており、可動部６は、上腕リンク部と腕リンク部との間、および、上腕リンク部と胴体部２の肩との間を連結しており、それぞれ、互いの回転軸が所定の角度で交差（例えば直交）するように配置された２つのモータ６１、６２を備えている。これらのモータ６１、６２により、可動部６が設けられた関節部分の２自由度の回転運動を実現する。なお、ここでは、肩、肘に相当する関節部分に可動部６を設けているが、手首、指関節等のその他の関節部分に、それぞれの関節部分の動きに適した自由度の可動部６を設けてもよい。
【００１６】
センサアレイ７は、それぞれの測定方向を異ならせて配列された複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを備えている。ここでは、３つの赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いているが、２つあるいは４つ以上の赤外線測距センサを用いてセンサアレイ７を構成するようにしてもよい。
【００１７】
制御盤８は、センサアレイ７の出力に基づいて、モータ５および各可動部６を構成するモータ６１、６２の動きを制御する。図示するように、制御盤８は、センサアレイインターフェース（ＩＦ）部８１と、モータインターフェース（ＩＦ）部８２と、条件記憶部８３と、モーションプログラム（ＰＧ）記憶部８４と、モーションＩＤ検出部８５と、モーション制御部８６と、を備えている。
【００１８】
センサアレイインターフェース部８１は、図示していない信号線もしくは無線により、センサアレイ７を構成する各赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃからセンサ値を取得する。
【００１９】
モータインターフェース部８２は、図示していない信号線もしくは無線により、各モータ５、６１、６２に対して制御命令を指示する。
【００２０】
条件記憶部８３には、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃ各々について、各モータ５、６１、６２に対する制御内容（回転角度等）とこの制御内容の実施条件（センサ値範囲）との対応関係が少なくとも一つ記憶されている。
【００２１】
図２は、条件記憶部８３の登録内容例を模式的に表した図である。図示するように、条件記憶部８３には、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃおよび実施条件の組み合わせごとにレコード８３０が記憶されている。レコード８３０は、レコード８３０の識別情報であるレコードＩＤが登録されたフィールド８３１と、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの識別番号であるセンサＩＤが登録されたフィールド８３２と、実施条件（センサ値範囲）が登録されたフィールド８３３と、後述するモーションプログラムの識別情報であるモーションＩＤが登録されたフィールド８３４と、を有する。フィールド８３３は、実施条件の下限値が登録されたサブフィールド８３３１と、実施条件の上限値が登録されたサブフィールド８３３２と、を有する。
【００２２】
なお、図２に示す例では、複数の実施条件に対して、同じ実施条件ごとに、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃが所定の順番で並ぶように、レコード８３０を条件記憶部８３に記憶している。すなわち、実施条件のフィールド８３３（具体的にはサブフィール８３３１、８３３２）に同じ値が登録されている複数のレコード８３０が、フィールド８３２に登録されているセンサＩＤが例えば「ＡＤＣ−０」、「ＡＤＣ−１」、「ＡＤＣ−２」の順番でソートされて、まとまって記憶されている。しかし、レコード８３０の記憶順は、この順番に限定されるものではなく、ユーザが任意に設定可能である。
【００２３】
モーションプログラム記憶部８４にはモーションプログラムが記憶されている。図３は、モーションプログラム記憶部８４の登録内容例を模式的に表した図である。図示するように、モーションプログラム記憶部８４には、モーションＩＤごとにレコード８４０が記憶されている。レコード８４０は、モーションＩＤが登録されたフィールド８４１と、モーションプログラムが登録されたフィールド８４２と、を有する。ここで、モーションプログラムとは、腕付きトルソ型サービスロボット１に所望の行動をさせるための、各モータ５、６１、６２に対する制御内容が記述された制御プログラムである。
【００２４】
モーションＩＤ検出部８５は、センサアレイインターフェース部８１を介して、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃから所定の順番にセンサ値を繰り返し取得する。そして、センサ値を取得する度に、条件記憶部８３を参照して、取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃおよび取得したセンサ値を含む実施条件に対応付けられているモーションＩＤを検出する。
【００２５】
モーション制御部８６は、モーションＩＤ検出部８５によりモーションＩＤが検出される度に、検出されたモーションＩＤに対応付けられてモーションプログラム記憶部８４に記憶されているモーションプログラムを実行して、モータインターフェース部８２を介して各モータ５、６１、６２に、必要に応じて制御命令を指示する。
【００２６】
電源盤９は、図示していない電源ケーブルを介して、モータ５、各可動部６のモータ６１、６２、センサアレイ７、および制御盤８に、外部電源からの受電電力、もしくは内蔵バッテリの蓄電電力を駆動電力として供給する。
【００２７】
図４は、腕付きトルソ型サービスロボット１の動作制御を説明するためのフロー図である。
【００２８】
まず、モーションＩＤ検出部８５は、条件記憶部８３において最初に記憶されているレコード８３０（図２において、レコードＩＤ「００１」のレコード８３０）を選択する（Ｓ１０）。そして、センサアレイインターフェース部８１を介して、選択したレコード８３０のフィールド８３２に登録されているセンサＩＤにより特定される赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃをモニタして、この赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を取得する（Ｓ１１）。
【００２９】
つぎに、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０のフィールド８３３に登録されている実施条件を参照し、取得したセンサ値がこの実施条件に該当するか否か、具体的には、取得したセンサ値がサブフィールド８３３１、８３３２に登録されている実施条件の下限値と上限値との間に含まれているか否かを調べる（Ｓ１２）。取得したセンサ値が実施条件に該当しない場合は（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ１５に進む。
【００３０】
一方、取得したセンサ値が実施条件に該当する場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０のフィールド８３４に登録されているモーションＩＤを、検出結果としてモーション制御部８６に渡す。これを受けて、モーション制御部８６は、このモーションＩＤがフィールド８４１に登録されているレコード８４０をモーションプログラム記憶部８４から検索する。そして、検索したレコード８４０のフィールド８４２に登録されているモーションプログラムを読み出して実行し、モータインターフェース部８２を介して各モータ５、６１、６２に、必要に応じて、腕付きトルソ型サービスロボット１に所定の行動をさせるための制御命令を指示する（Ｓ１４）。その後、Ｓ１５に進む。
【００３１】
Ｓ１５において、モーションＩＤ検出部８５は、選択したレコード８３０が条件記憶部８３において最後に記憶されているレコード８３０であるか否かを判断する。最後に記憶されているレコード８３０であるならば（Ｓ１５でＹＥＳ）、Ｓ１０に戻る。一方、最後に記憶されているレコード８３０でないならば（Ｓ１５でＮＯ）、条件記憶部８３において、選択したレコード８３０の次に記憶されているレコード８３０を新たに選択し（Ｓ１６）、それから、Ｓ１１に戻る。
【００３２】
なお、Ｓ１５でＹＥＳの場合に、ユーザの指示、所定のタイムアウト時間の経過、このフローの実行回数を示すカウンタ値の所定値へ到達等の所定の終了イベントが発生しているか否かを判断し、発生しているならば、このフローを終了させるようにしてもよい。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。
【００３４】
本実施の形態では、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃごとに、モーションプログラムとこのモーションプログラムの実施条件であるセンサ値範囲との対応関係を少なくとも一つ記憶している。そして、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を所定の順番で繰り返し取得して、取得元の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃの実施条件のなかから、取得したセンサ値を含む実施条件を検出し、この実施条件に対応付けられているモーションプログラムを実行する。これにより、各モータ５、６１、６２を制御し、腕付きトルソ型サービスロボット１に、自動的に、センサアレイ７の出力に応じた行動をさせる。
【００３５】
このため、赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのいずれかが、周囲の状況変化（例えば人の移動、増減）によってセンサ値を変化させることにより、腕付きトルソ型サービスロボット１の行動を変えることができる。また、センサアレイ７を構成する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのそれぞれに、実施条件（センサ値範囲）とモーションプログラムとを少なくとも一つ対応付けているので、センサアレイ７の出力に対して、腕付きトルソ型サービスロボット１に取らせるポーズの多様な組み合わせを実現できる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、複数種類の認識処理の実行、および、高度な行動選択メカニズムの採用を伴わないため、高い処理能力を必要とせず、かつ安価な構成で多様な行動を自律的かつインタラクティブに取ることが可能な腕付きトルソ型サービスロボット１の制御技術を提供できる。
【００３７】
また、本実施の形態では、それぞれ測定方向を異ならせて配列された複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いてセンサアレイ７を構成しているので、センサアレイ７から、周囲の状況変化（例えば人の移動、人数の増減による空間構成の変化）に応じた様々な値（赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値の組み合わせ）が出力される。これにより、例えば、利用者が予測できない様々な動き等、周囲の状況変化に応じて変化する動きを腕付きトルソ型サービスロボット１に行わせることが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、条件記憶部８３に、センサＩＤ、実施条件、およびモーションＩＤを登録したレコード８３０が実施条件単位で所定のセンサＩＤの順番で並ぶように記憶されている。モーションＩＤ検出部８５は、条件記憶部８３から順番にレコード８３０を選択し、レコード８３０を選択するごとに、選択したレコード８３０に登録されているセンサＩＤに対応する赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃのセンサ値を取得して、このセンサ値が、選択したレコード８３０に登録されている実施条件に含まれているか否か判断する。そして、センサ値が、選択したレコード８３０に登録されている実施条件に含まれているならば、選択したレコード８３０のモーションＩＤを検出する。モーション制御部８６は、モーションＩＤが検出される度に、このモーションＩＤにより特定されるモーションプログラムを実行する。このため、条件記憶部８３から順番にレコード８３０を読み出し、読み出したレコード８３０に基づく処理を行うという簡単な処理の繰り返しで、腕付きトルソ型サービスロボット１に多様な行動を取らせることができる。ここで、選択したレコード８３０の実施条件に含まれるか否かの判断対象となるセンサ値を、条件記憶部８３における、実施条件ごとのセンサＩＤ登録順と同じ順番で赤外線測距離センサ７１ａ〜７１ｃから取得すれば、選択したレコード８３０の実施条件に含まれるか否かの判断対象となるセンサ値を取得すべき赤外線測距離センサ７１ａ〜７１ｃを特定するための処理が不要となるため、処理速度が向上し、周囲の状況変化に対する腕付きトルソ型サービスロボット１の追従性をよくことができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、上記の実施の形態では、複数の赤外線測距センサ７１ａ〜７１ｃを用いてセンサアレイ７を構成したが、センサアレイ７は少なくとも一種類のセンサを複数用いて構成したものであればよい。例えば、測距センサ、温度センサ、湿度センサ、光センサ、音センサ、超音波センサ、放射線センサ等の複数種類のセンサを混在させてセンサアレイを構成してもよい。
【００４１】
また、上記の実施の形態では、可動部６を２つのモータ６１、６２を用いて構成したが、モータを含む少なくとも一つのアクチュエータを用いて可動部６を構成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施の形態において、図１に示す制御盤８の機能構成は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。または、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の補助記憶装置、およびＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等の通信インターフェースを備えた汎用コンピュータにおいて、ＣＰＵが所定のプログラムを補助記憶装置からメモリ上にロードして実行することで実現されるものでもよい。
【００４３】
また、上記の実施の形態では、ピラータイプの腕付きトルソ型サービスロボット１に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、ピラータイプに限らず、吊り下げタイプのトルソ型サービスロボットにも適用可能である。また、本発明は、腕付きトルソ型サービスロボット１に限らず、マネキン等のその他の人型サービスロボット、および動物型サービスロボット等、少なくとも一つの可動部を備えた様々な外観のロボットにも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：腕付きトルソ型サービスロボット、２：胴体部、３、３ａ、３ｂ：腕部、４：ピラー、５：モータ、６、６ａ〜６ｄ：可動部、７：センサアレイ、８：制御盤、９：電源盤、６１、６２：モータ、７１ａ〜７１ｃ：赤外線測距センサ、８１：センサアレイインターフェース部、８２：モータインターフェース部、８３：条件記憶部、８４：モーションプログラム記憶部、８５：モーションＩＤ検出部、８６：モーション制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御命令に従い動作する可動部を少なくとも一つ備えたサービスロボットであって、
少なくとも一種類のセンサを複数備えて構成されたセンサアレイ手段と、
前記センサアレイ手段を構成するセンサごとに、前記可動部に対する制御内容および当該制御内容の実施条件であるセンサ値範囲が対応付けられて少なくとも一組記憶された条件記憶手段と、
前記センサアレイ手段を構成する各センサのセンサ値を順番に繰り返し取得し、当該センサ値の取得対象センサについて、当該センサ値を含む実施条件に対応付けられている制御内容を、前記条件記憶手段から逐次検出する制御内容検出手段と、
前記制御内容検出手段により制御内容が検出される度に、当該制御内容に従い前記可動部の動作を制御する制御手段と、を有する
ことを特徴とするサービスロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のサービスロボットであって、
前記センサアレイ手段は、
それぞれ測定方向を異ならせて配列された複数の測距センサであり、
前記条件記憶手段には、
前記センサの識別情報であるセンサＩＤ、前記実施条件、および前記制御内容の識別情報である制御ＩＤを登録したレコードが、前記実施条件ごとに、前記センサＩＤに付与された順番の並びとなるように記憶されており、
前記制御内容検出手段は、
前記条件記憶手段に記憶されている複数のレコードに対して順番に、
前記レコードに登録されている前記センサＩＤに対応するセンサのセンサ値を取得し、当該取得したセンサ値が当該レコードの前記実施条件に含まれているならば、当該レコードの前記制御ＩＤを検出する処理を繰り返し実行し、
前記制御手段は、
前記制御内容検出手段により前記制御ＩＤが検出される度に、当該制御ＩＤにより特定される制御内容を実現するための制御プログラムを実行する
ことを特徴とするサービスロボット。
【請求項１】
制御命令に従い動作する可動部を少なくとも一つ備えたサービスロボットであって、
少なくとも一種類のセンサを複数備えて構成されたセンサアレイ手段と、
前記センサアレイ手段を構成するセンサごとに、前記可動部に対する制御内容および当該制御内容の実施条件であるセンサ値範囲が対応付けられて少なくとも一組記憶された条件記憶手段と、
前記センサアレイ手段を構成する各センサのセンサ値を順番に繰り返し取得し、当該センサ値の取得対象センサについて、当該センサ値を含む実施条件に対応付けられている制御内容を、前記条件記憶手段から逐次検出する制御内容検出手段と、
前記制御内容検出手段により制御内容が検出される度に、当該制御内容に従い前記可動部の動作を制御する制御手段と、を有する
ことを特徴とするサービスロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のサービスロボットであって、
前記センサアレイ手段は、
それぞれ測定方向を異ならせて配列された複数の測距センサであり、
前記条件記憶手段には、
前記センサの識別情報であるセンサＩＤ、前記実施条件、および前記制御内容の識別情報である制御ＩＤを登録したレコードが、前記実施条件ごとに、前記センサＩＤに付与された順番の並びとなるように記憶されており、
前記制御内容検出手段は、
前記条件記憶手段に記憶されている複数のレコードに対して順番に、
前記レコードに登録されている前記センサＩＤに対応するセンサのセンサ値を取得し、当該取得したセンサ値が当該レコードの前記実施条件に含まれているならば、当該レコードの前記制御ＩＤを検出する処理を繰り返し実行し、
前記制御手段は、
前記制御内容検出手段により前記制御ＩＤが検出される度に、当該制御ＩＤにより特定される制御内容を実現するための制御プログラムを実行する
ことを特徴とするサービスロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９４９２３（Ｐ２０１３−９４９２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１８８４（Ｐ２０１１−２４１８８４）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５１１２６７８７１）有限会社杉浦機械設計事務所 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５１１２６７８７１）有限会社杉浦機械設計事務所 (1)
【Ｆターム（参考）】
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