JP2003266364A

JP2003266364A - ロボット装置

Info

Publication number: JP2003266364A
Application number: JP2002075149A
Authority: JP
Inventors: Masaki Fukuchi; 正樹福地; Takeshi Igarashi; 健五十嵐; Masaki Nagatsuka; 正樹永塚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】人間とのインタラクションを円滑に行う。【解決手段】ロボット装置１の眼の位置に、導光部材２
３２を内壁とする凹部を形成する。この凹部の底面に
は、レンズ２３３とＣＣＤカメラ２０３を設け、ＣＣＤ
カメラ２０３は、レンズ２３３に形成された像を電気信
号に変換する。凹部は、レンズ２３３が外部から視認さ
れる範囲を制限するためのものであり、凹部の深さは、
レンズ２３３が外部から視認される範囲と、レンズ２３
３の視野が一致するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボット装置に関
し、特に、外部情報、外部からの働きかけに応じた動作
及び／又は内部状態に基づく自律的動作を実行するロボ
ット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、人間のパートナーとして生活
を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々
な場面における人的活動を支援する実用ロボットの開発
が進められている。このような実用ロボットは、産業用
ロボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面にお
いて、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への
適応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、
犬、猫のように４足歩行の動物の身体メカニズムやその
動作を模した「ペット型」ロボット、或いは、２足直立
歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにして
デザインされた「人間型」又は「人間形」ロボット（Hu
manoid Robot）等の脚式移動ロボットは、既に実用化さ
れつつある。

【０００３】これらの脚式移動ロボットは、産業用ロボ
ットと比較してエンターテインメント性を重視した様々
な動作を行うことができるため、エンターテインメント
ロボットと呼称される場合もある。

【０００４】また、認知心理学において、アフォーダン
スという考え方が存在する。このアフォーダンスという
のは、認知心理学者のギブソンがアフォード（与える、
できるという意味）という言葉から作った造語であり、
「環境が与える行動」や「環境によって想起される行
動」と解釈される。

【０００５】ギブソンによると、動物は、知覚器から得
た情報を脳の中で処理することで環境を認識するわけで
はなく、環境（他の動物、植物、物体）そのものに依存
する情報を直接得て認識を行っている。

【０００６】例えば、ドアがあるとする。この取っ手部
を平板にすると、このドアは、ヒトに対して「押す」こ
とをアフォードする。また、取っ手部をリング状にする
と、「引く」ことをアフォードする。すなわち、このド
アの例では、「押し」入る側を平板にした場合は、出る
側の取っ手部をリングにするのがアフォーダンス理論に
基づいた自然な対応付けとなる。

【０００７】また、一本の棒きれは、握る、叩く、振り
回す、折る、等の動作をヒトに対してアフォードする。
例えば、「テニス」という競技を知らないヒトであって
も、ラケットを掴むとき柄の部分を掴む。それはラケッ
トの先端よりも柄の部分の方が「掴む」動作に対するア
フォーダンスをもつからである。

【０００８】このように、物体の形状そのものが人間に
対してその機能や性能を想起させるという考え方は、物
体に何らかの機能を付与する際に非常に重要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ロボット装置のデザイ
ンにも、アフォーダンス理論が適用できる。ロボット装
置の足は「歩く」という機能を想起させるし、ロボット
の眼や耳は「見る」「聞く」という機能を想起させる。

【００１０】人間や動物を模したヒューマノイド型ロボ
ットや動物型ロボットにおいては、「アフォーダンス」
という概念はさらに重要となる。これらのロボットは、
ヒトや動物とほぼ同じ身体特性をもつようにみえるた
め、これらのロボットを見れば、自然とその機能や性能
に関しても人間や動物と同等であることを想起するわけ
である。

【００１１】しかしながら、ロボット装置の中には、人
間や動物を模した形状に作られているだけであって、そ
の性能や身体性は、人間や動物とは異なるものもある。
これらの相違には、機能そのものがない場合と、機能は
あっても性能が異なる場合とがある。

【００１２】例えば、脚部に相当する部分が設けられて
いるロボットでも、デザインのみであって全く動けない
ロボットや、脚部はあっても「歩く」動作は行わず、足
裏の車輪で進むロボットもある。同様に、「眼」が設け
られているロボットでも、実は、視覚機能は有していな
いロボット、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）
等の単純な光センサ等が代替として機能しているロボッ
トもある。

【００１３】人間と全く同じ様態をしたヒューマノイド
型ロボットがあった場合、このロボットを見た人間は、
例えば「手を叩いたり、手を振ったりしてみる」「”お
ーい”と呼んでみる」「名前を呼んでみる」「”こっち
へおいで”といってみる」「押してみる」「叩いてみ
る」等のインタラクションを試みるかも知れない。とこ
ろが、このヒューマノイド型ロボットに、視覚機能や聴
覚機能が搭載されていない場合、視覚機能や聴覚機能は
あっても、この入力に基づいて人間の行動を認識するこ
とができない場合等には、このロボットは、人間からの
インタラクションに対して何のリアクションも起こさな
いことになる。

【００１４】このように、デザインから想起される機能
が実際には装備されていない場合や、人間が想起する機
能や性能と実際の性能とがかけ離れている場合、人間は
違和感を覚えたり、人間とロボットとのコミュニケーシ
ョンが円滑に行われないといった事態が生じる。

【００１５】ここで、一例として、ロボットの眼が人間
に想起させる機能、性能について考える。デザインとし
て眼に相当するものを採用しているロボットを見たとき
に、人間は、「このロボットには、眼がある」、「この
ロボットは、”環境が見えている”」「このロボット
は、”見えているものに対して反応する”」「このロボ
ットは、”物が動いたことがわかる”」「このロボット
は、”ヒトの顔を認識できる”」「このロボットは、”
こっち（そっち）を見ている”」等というロボットの機
能、動作を想起する。

【００１６】このように人間は、ロボットの眼に対し
て、人間や動物と同等の視野角を想定し、その視野角に
対応する視界を想像する。ヒトの視界は、片眼で約１２
０度、両眼で１８０度以上の視野角を有するため、ヒト
は、相手の瞳が見えると、相手の視界に自分が入ってい
ることを想定する。

【００１７】そのため、ロボットの瞳（眼の中心）が見
えると、ヒトは、ロボットからも自分が見えていると考
え、ロボットに対して何らかのインタラクションがとれ
ること期待する。しかし、実際にはロボットの視野角
は、ＣＣＤカメラの特性によって決定されるため、人間
程の視野角をもたないのが現状である。

【００１８】このように、人間は、ロボットの様態から
そのロボットの性能や機能を想起し、ロボットとのコミ
ュニケーションを図ろうとする。特に、視覚機能におけ
るヒトとロボットの相違点は、人間とロボットとのコミ
ュニケーションを図る際に、非常に重要になる。

【００１９】従来のロボットにおける視覚装置の具体例
を説明する。図２２には、犬やライオンに模した形状を
有するペット型ロボットが示されている。このロボット
の眼にあたるＣＣＤカメラは、口に設置されている。ま
た、このロボットの口にあたる部分には複数のＬＥＤが
設置され、ＬＥＤはキャノピーによって覆われている。
このロボットは、口に設置されたＬＥＤが発光する光の
色によってロボットの感情を表現する。

【００２０】また、図２３には、熊をモチーフとしたペ
ット型ロボットが示されている。このロボットの眼にあ
たるＣＣＤカメラも、ロボットの口に設置されている。
ロボットの眼の部分には、球状のプラスチックが設置さ
れているが、プラスチックの眼は特に機能をもたない。

【００２１】上述した、２つのペット型ロボットは、ロ
ボットの眼に相当するＣＣＤカメラが、ロボットの鼻先
や口に位置する部分に設置されている。このようなロボ
ットの場合でも、人間はロボットの外観からロボットの
機能を想定するため、ロボットの眼の場所に眼があるこ
とを前提にロボットとのインタラクションをとろうとす
る。例えば、ロボット装置にボールを見せる場合、通常
の人間はＣＣＤカメラの設置された口ではなく、何のセ
ンサも設置されていない眼の部分に向かってボールを差
し出す。そのため、人間の想定するロボットの視野と実
際のロボットの視野に隔たりが生じ、人間とロボットと
のやりとりにずれが生じる。

【００２２】図２４は、ヒトの形を模したヒューマノイ
ド型ロボットを示している。ロボットの眼にあたるＣＣ
Ｄカメラは、ロボットの顔の中央に設置される。ロボッ
トの眼の部分には、ロボットの感情を表現するＬＥＤが
配置されている。このロボットの顔の前面は、黒色のキ
ャノピーで覆われており、ロボットの瞳は人間からは見
えなくなっている。

【００２３】上述のヒューマノイド型ロボットでは、ロ
ボットの眼にあたるＣＣＤカメラが、人間の眼とほぼ同
じ位置に設置されているが、このＣＣＤカメラは黒色の
キャノピーで覆われているため、ロボットがどこを見て
いるか人間にはわからない。そのため、人間はキャノピ
ー全体でものを見ているという誤解を生む。

【００２４】図２５は、ヒトの形を模したヒューマノイ
ド型ロボットを示している。このロボットの眼にあたる
ＣＣＤカメラは、人間の眼とほぼ同じ位置に設置されて
おり、ロボットの眼は外部に剥き出しになっている。人
間はロボットの外形からロボットの視野角は、人間とほ
ぼ同等であると想定するが、このロボットの視野角は、
ＣＣＤカメラの特性からすると５０度前後である。この
場合も、人間の想定するロボットの視野と実際のロボッ
トの視野に隔たりが生じ、人間とロボットと間のコミュ
ニケーションにずれが生じる。

【００２５】人間は、物体の形状によって物体の機能や
特性を判断する。このため、特に、人間や動物の形を模
したロボットを見た人間は、人間や動物と同等の機能や
特性を有すると誤解するおそれがある。このような人間
の認識するロボットの機能と実際のロボットの機能との
間のずれから、人間とロボットのコミュニケーションが
円滑に行えない場合が生じる。更には、ストレスや不便
さを感じることになる。

【００２６】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、ヒトとの円滑なコミュニ
ケーションを可能とし、エンターテインメント性を向上
することを可能にしたロボット装置を提供することを目
的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係るロボット装置は、外部情報、外部
からの働きかけに応じた動作及び／又は内部状態に基づ
く自律的動作を実行するロボット装置であって、見かけ
の眼の位置に配置され外部情報を取得する撮像手段と、
撮像手段が外部から視認される範囲を制限する遮蔽部と
を備えることを特徴としている。

【００２８】ここで、遮蔽部は、撮像手段が外部から視
認される範囲と撮像手段によって撮像される画像の画角
とが略一致するように設ける。また、遮蔽部は、凹部と
して形成し、撮像手段を該凹部の底部に設置する。さら
に、凹部の深さによって、撮像手段を視認可能な範囲を
規定する。

【００２９】また、遮蔽部を撮像手段の周囲に形成され
た筒状部とし、筒状部の高さによって撮像手段が視認可
能な範囲を規定する。

【００３０】さらに、遮蔽部を開口底面を撮像方向とす
る略円錐形状の部材として形成し、撮像手段をこの円錐
形状部材の頂点部に設置する。また、円錐形状部材の頂
角角度によって撮像手段が視認可能な範囲を規定する。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一構成例として示
す２足歩行タイプのロボット装置１について、図面を参
照して詳細に説明する。この人間型のロボット装置１
は、住環境その他の日常生活上の様々な場面における人
的活動を支援する実用ロボットであり、内部状態（怒
り、悲しみ、喜び、楽しみ等）に応じて行動できるほ
か、人間が行う基本的な動作を表出できるエンターテイ
ンメントロボットである。

【００３２】図１に示すように、ロボット装置１は、体
幹部ユニット２の所定の位置に頭部ユニット３が連結さ
れると共に、左右２つの腕部ユニット４Ｒ／Ｌと、左右
２つの脚部ユニット５Ｒ／Ｌが連結されて構成されてい
る（但し、Ｒ及びＬの各々は、右及び左の各々を示す接
尾辞である。以下において同じ。）。

【００３３】このロボット装置１が具備する関節の自由
度を図２に模式的に示す。頭部ユニット３を支持する首
関節は、首関節ヨー軸１０１と、首関節ピッチ軸１０２
と、首関節ロール軸１０３という３自由度を有してい
る。

【００３４】また、上肢を構成する各々の腕部ユニット
４Ｒ／Ｌは、、肩関節ピッチ軸１０７と、肩関節ロール
軸１０８と、上腕ヨー軸１０９と、肘関節ピッチ軸１１
０と、前腕ヨー軸１１１と、手首関節ピッチ軸１１２
と、手首関節ロール軸１１３と、手部１１４とで構成さ
れる。手部１１４は、実際には、複数本の指を含む多関
節・多自由度構造体である。但し、手部１１４の動作
は、ロボット装置１の姿勢制御や歩行制御に対する寄与
や影響が少ないので、本明細書ではゼロ自由度と仮定す
る。したがって、各腕部は７自由度を有するとする。

【００３５】また、体幹部ユニット２は、体幹ピッチ軸
１０４と、体幹ロール軸１０５と、体幹ヨー軸１０６と
いう３自由度を有する。

【００３６】また、下肢を構成する各々の脚部ユニット
５Ｒ／Ｌは、股関節ヨー軸１１５と、股関節ピッチ軸１
１６と、股関節ロール軸１１７と、膝関節ピッチ軸１１
８と、足首関節ピッチ軸１１９と、足首関節ロール軸１
２０と、足部１２１とで構成される。本明細書中では、
股関節ピッチ軸１１６と股関節ロール軸１１７の交点
は、ロボット装置１の股関節位置を定義する。人体の足
部１２１は、実際には多関節・多自由度の足底を含んだ
構造体であるが、ロボット装置１の足底は、ゼロ自由度
とする。したがって、各脚部は、６自由度で構成され
る。

【００３７】以上を総括すれば、ロボット装置１全体と
しては、合計で３＋７×２＋３＋６×２＝３２自由度を
有することになる。但し、エンターテインメント向けの
ロボット装置１が必ずしも３２自由度に限定されるわけ
ではない。設計・制作上の制約条件や要求仕様等に応じ
て、自由度すなわち関節数を適宜増減することができる
ことはいうまでもない。

【００３８】上述したようなロボット装置１がもつ各自
由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装される。
外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に近似
させること、２足歩行という不安定構造体に対して姿勢
制御を行うこと等の要請から、アクチュエータは小型且
つ軽量であることが好ましい。

【００３９】次に、ロボット装置１の頭部ユニット３に
ついて、図３〜図７を用いて詳細に説明する。図３は、
頭部ユニット３の正面外観を示し、図４は、頭部ユニッ
ト３の側面外観を示す。頭部ユニット３は、頭部２０１
と頸部２０２とからなる。頭部２０１には、ＣＣＤカメ
ラ２０３と、前方に位置する物体までの距離を測定する
ための距離センサ２０４と、外部音を集音するためのマ
イクロフォン２０５と、音声を出力するためのスピーカ
２０６等がそれぞれ所定位置に配置されている。

【００４０】本具体例では、特に、このロボット装置１
の親近感を増すとともにエンターテインメント性を高め
るため、外部の状況を撮影するためのＣＣＤカメラ２０
３は、ヒトでいう「眼」の位置に設け、マイクロフォン
２０５は、ヒトでいう「耳」の位置に設け、音声を出力
するためのスピーカ２０６は、ヒトの「口」に相当する
位置に設けている。

【００４１】頭部２０１は、頭部外装筐体２０７によっ
て保護されており、この頭部外装筐体２０７は、眼用開
口部２０８、センサ用開口部２０９、マイクロフォン取
付部２１０、スピーカ開口部２１１所定の位置に有して
おり、ユーザに「ヒト」を想起させる頭部形状となって
いる。

【００４２】頭部２０１は、この頭部２０１を駆動する
ための頭部駆動機構２２１を備えており、頸部２０２
は、この頸部を駆動するための頸部駆動機構２２２を備
えている。頭部ユニット３の頭部外装筐体２０７及び頸
部外装筐体２１６を取り外した外観図５及び６に基づい
て、頭部２０１及び頸部２０２をさらに詳細に説明す
る。図５は、ロボット装置１の正面外観を示し、図６
は、ロボット装置１の側面外観を示している。

【００４３】頭部２０１は、頭部駆動機構２２１と一体
化された頭部碗状部材２２３と、頭部碗状部材２２３に
対して頭部駆動機構２２１を介して回動自在に取り付け
られた頭部シャーシ２２４とから構成されている。頭部
碗状部材２２３には、画像処理回路等が設置されていて
もよく、頭部碗状部材２２３は、このように内部に配設
された回路等を保護する役割を果たすとともに、ロボッ
ト装置１の顔・顎部の一部を構成している。

【００４４】頭部シャーシ２２４には、顔前面に相当す
る位置に、カメラ固定部材２２５が取り付けられてい
る。このカメラ固定部材２２５には、ＣＣＤカメラ２０
３が設置されている。また、カメラ固定部材２２５は、
距離センサ取付部２２６を有しており、ここに距離セン
サ２０４が取り付けられている。頭部外装筐体２０７
は、頭部に装着される際に、ＣＣＤカメラ２０３及び距
離センサ２０４に対応する箇所にそれぞれ眼用開口部２
０８、距離センサ用開口部２０９が設けられているた
め、ここからＣＣＤカメラ２０３及び距離センサ２０４
が外部に露呈される。

【００４５】カメラ固定部材２２５の前面には、ロボッ
ト装置１の内部状態を表出するため等に用いられるＬＥ
Ｄ２３１や、このＬＥＤ２３１からの光を眼周囲に一様
に導くための導光部材２３２等を備えた、図７に示すよ
うな眼底部基板２３０が設置されているため、この眼底
部基板２３０の外側が頭部外装筐体２０７に覆われるこ
とになる。

【００４６】したがって、上述したように、頭部２０１
において、頭部シャーシ２２４、カメラ固定部材２２
５、眼底部基板２３０、頭部外装筐体２０７等を組み合
わせた際、眼底部基板２３０に設けられた導光部材２３
２が眼部内側壁となって頭部外装筐体表面に略円筒状の
凹部が形成される。

【００４７】このように形成される凹部は、ロボット装
置１の視野を人間に想起させる機能を有する。ロボット
装置１の視野を人間に想起させるとは、ロボット装置１
の形状からロボット装置１の実際の視野を人間に理解さ
せるということである。上述したように、ロボット装置
１は、人間の形状を模しているため、人間は、ロボット
装置１が自分と同様の視野を有すると錯覚する傾向があ
る。

【００４８】図８は、凹部を形成していないロボット装
置１を上側からみた断面図である。図８のロボット装置
１は、ＣＣＤカメラとレンズを有し、ＣＣＤカメラはレ
ンズ表面に結像した像を電気信号に変換する。レンズ
は、ロボット装置１の顔面に露呈しており、ロボット装
置１の周囲にいる人間は、ロボットのレンズを視認する
ことができる。ロボット装置１のレンズを視認した人間
は、ロボット装置１がこちらを見ていると感じるため。
人間は、ロボット装置１の視野角が人間の視野角と同じ
１２０度程度になると感じる。

【００４９】しかしながら、実際のロボット装置１の視
野角は、人間ほど広くなく、人間の認識とロボットの実
装の間にずれが生じ、ロボット装置１と人間とのインタ
ラクションが悪化するのみならず、人間にストレスを感
じさせてしまう。

【００５０】図９は、本具体例におけるロボット装置１
を上からみた断面図である。図９に示すロボット装置
は、図８のロボット装置１と同様、ＣＣＤカメラ２０３
とレンズ２３３を有しており、このＣＣＤカメラ２０３
とレンズ２３３は凹部の底面に設置されている。凹部
は、レンズ２３３を外部から遮蔽する機能を有し、人間
が所定の位置に立たない限りロボット装置１のレンズ２
３３は視認できない。図９の点線は、ロボット装置１の
レンズ２３３が人間の視界に入る範囲を示している。人
間の視界に入る範囲とは、人間がそこに立ってレンズを
視認することのできる位置のことであり、この範囲は、
凹部の内周とレンズを結ぶ空間の内側に形成される。な
お、本具体例では、レンズが人間の視界に入る範囲の臨
界面とレンズの視軸のなす角を臨界角と呼び、臨界角を
用いて、人間がレンズを視認できる空間の大きさを表現
する。

【００５１】以下、ロボット装置１に形成された凹部の
形状が、人間の想定するロボットの視野角（推定視野角
と呼ぶ）に与える影響を調べた実験について説明する。
図１０、この実験に使用されるロボット装置１の眼の構
造を示す模式図である。このロボット装置１は、人間の
「眼」に相当する位置に円筒形の凹部が形成されてお
り、凹部の底面にはＣＣＤカメラ２０３が設置されてい
る。ＣＣＤカメラ２０３の前面にはレンズ２３３が固定
されており、レンズ２３３は所定の画角を有する。ここ
で、ロボット装置１の臨界角をθ、凹部の内径をｒ、凹
部の深さをａとすると、ロボット装置１の臨界角θは、
θ＝２＊ＡＴＡＮ（ｒ／ａ）という式によって算出され
る（ＡＴＡＮはアークタンジェントを意味する）。上記
の式によれば、ロボット装置１の臨界角θは、凹部の内
径ｒ、もしくは凹部の深さａを変更させることにより、
変化させることができる。そのため、本実験では、凹部
の深さａを変更することによりロボット装置１の臨界角
を変更し、ロボット装置１の臨界角に応じて、人間が想
定する推定視野角がどのように変化するかを調べる。

【００５２】推定視野角の変化は、図１１に示すよう
に、ロボット装置１の周囲Ａ〜Ｅの地点を人間が移動す
ることにより調べる。すなわち、ロボット装置１の周囲
を人間が移動し、人間がロボット装置１の視野から離れ
たと感じた位置をロボット装置１の推定視野角とする。
図１２の上図は、ロボット装置１の臨界角を６０度とし
たときのロボット装置１の外観を示す図である。ここ
で、ロボット装置１の臨界角は６０度に設定してあるの
で、人間がロボット装置１の正面から移動するにしたが
って、ロボット装置１のレンズ２３３は見えにくくな
る。そして、図１１のＣの位置、すなわち、臨界角に人
間が移動すると、ロボット装置１のレンズ２３３は見え
なくなる。また、図１２の下図は、凹部の深さａを０と
し、ロボット装置１の臨界角を１８０度としたときのロ
ボット装置１の外観を示す図である。ここで、ロボット
装置１の臨界角は１８０度に設定してあるので、図１１
のＥの位置に人間が移動しても、人間は、ロボット装置
１のレンズ２３３を見ることができる。

【００５３】図１３は、推定視野角と臨界角との関係を
示すグラフである。臨界角と推定視野角は、臨界角が１
２０度になるまで、推定視野角＝臨界角の関係が成り立
つ。そのため、ロボット装置１のレンズ２３３の画角と
臨界角が一致するように、ロボット装置１の凹部の形状
をデザインすると、レンズ２３３の画角＝推定視野角の
関係が成り立つようになり、人間の想定するロボット装
置１の視野と実際のロボット装置１の視野が一致する。
このように、レンズの画角＝推定視野角となるように、
ロボット装置１の凹部の形状を決定すると、人間がロボ
ット装置１の視野を誤解することがなくなり、人間とロ
ボット装置１が円滑にコミュニケーションをとれるよう
になる。

【００５４】なお、図１３のグラフでは、臨界角が１２
０度を超えると推定視野角が一定になり、推定視野角＝
臨界角の関係がなくなるが、これは人間の視野角が１２
０度前後であり、臨界角が１２０度を超えると視野の範
囲から離れたと感じるためである。

【００５５】次に、本発明を適用したほかの具体例につ
いて説明する。他の具体例は、図１４に示すように、Ｃ
ＣＤカメラ２０３の前面にレンズ２３３を取り付け、こ
のレンズ２３３の周囲にレンズ２３３の画角と同一の開
口角を有するカバー２３４を取り付けている。このよう
に、レンズ２３３の画角と同一の開口角を有するカバー
２３４を取り付けると、人間はこのカバー２３４の内側
の空間に入るまで、レンズ２３３を見ることができな
い。そのため、人間の推定視野角＝開口角の関係が生ま
れ、さらに推定視野角＝レンズ２３３の画角という関係
が生まれる。以上のように、レンズ２３３の周囲にレン
ズ２３３の画角と同一の開口角を有するカバー２３４を
設けると、人間の推定視野角がレンズ２３３の画角と同
一になり、人間の想定するロボット装置１の視野と、実
際のロボット装置１の視野が一致する。このことによ
り、人間がロボット装置１の視野を誤解することがなく
なり、人間とロボット装置１が円滑にコミュニケーショ
ンをとることができるようになる。

【００５６】また、本具体例におけるカバー２３４の開
口角を少し広くすると、カバー２３４はレンズ２３３の
視野角の範囲外に存在する。そのため、カバー２３４を
導光部材で形成し、ＬＥＤの点等によりカバー２３４が
発光しても、カバー２３４から発した光はＣＣＤカメラ
２０３に入射されることはなく、ロボット装置１の感情
を表現するために眼の周辺のカバー２３４を光らせて
も、その光によってＣＣＤカメラ２０３の撮影する像が
変化することはない。なお、カバー２３４の開口角は、
レンズの画角より５度前後広くすることが適当である。

【００５７】図１５には、ロボット装置１の制御システ
ム構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボ
ット装置１は、ヒトの四肢を表現した体幹部ユニット
２，頭部ユニット３，腕部ユニット４Ｒ／Ｌ，脚部ユニ
ット５Ｒ／Ｌと、各ユニット間の協調動作を実現するた
めの適応制御を行う制御ユニット１０とで構成される。

【００５８】ロボット装置１全体の動作は、制御ユニッ
ト１０によって統括的に制御される。制御ユニット１０
は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＤＲＡ
Ｍ、フラッシュＲＯＭ等の主要回路コンポーネント（図
示しない）で構成される主制御部１１と、電源回路やロ
ボット装置１の各構成要素とのデータやコマンドの授受
を行うインターフェイス（何れも図示しない）等を含ん
だ周辺回路１２とで構成される。

【００５９】本発明を実現するうえで、この制御ユニッ
ト１０の設置場所は、特に限定されない。図１５では体
幹部ユニット２に搭載されているが、頭部ユニット３に
搭載してもよい。或いは、ロボット装置１外に制御ユニ
ット１０を配備して、ロボット装置１の機体とは有線又
は無線で交信するようにしてもよい。

【００６０】図２に示したロボット装置１内の各関節自
由度は、それぞれに対応するアクチュエータによって実
現される。すなわち、頭部ユニット３には、首関節ヨー
軸１０１、首関節ピッチ軸１０２、首関節ロール軸１０
３の各々を表現する首関節ヨー軸アクチュエータＡ_２、
首関節ピッチ軸アクチュエータＡ_３、首関節ロール軸ア
クチュエータＡ_４が配設されている。

【００６１】また、頭部ユニット３には、外部の状況を
撮像するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメ
ラが設けられているほか、前方に位置する物体までの距
離を測定するための距離センサ、外部音を集音するため
のマイクロフォン、音声を出力するためのスピーカ、使
用者からの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働き
かけにより受けた圧力を検出するためのタッチセンサ等
が配設されている。

【００６２】また、体幹部ユニット２には、体幹ピッチ
軸１０４、体幹ロール軸１０５、体幹ヨー軸１０６の各
々を表現する体幹ピッチ軸アクチュエータＡ_５、体幹ロ
ール軸アクチュエータＡ_６、体幹ヨー軸アクチュエータ
Ａ_７が配設されている。また、体幹部ユニット２には、
このロボット装置１の起動電源となるバッテリを備えて
いる。このバッテリは、充放電可能な電池によって構成
されている。

【００６３】また、腕部ユニット４Ｒ／Ｌは、上腕ユニ
ット４_１Ｒ／Ｌと、肘関節ユニット４_２Ｒ／Ｌと、前腕
ユニット４_３Ｒ／Ｌに細分化されるが、肩関節ピッチ軸
１０７、肩関節ロール軸１０８、上腕ヨー軸１０９、肘
関節ピッチ軸１１０、前腕ヨー軸１１１、手首関節ピッ
チ軸１１２、手首関節ロール軸１１３の各々表現する肩
関節ピッチ軸アクチュエータＡ_８、肩関節ロール軸アク
チュエータＡ_９、上腕ヨー軸アクチュエータＡ_１０、肘
関節ピッチ軸アクチュエータＡ_１１、肘関節ロール軸ア
クチュエータＡ_１２、手首関節ピッチ軸アクチュエータ
Ａ_１３、手首関節ロール軸アクチュエータＡ_１４が配備
されている。

【００６４】また、脚部ユニット５Ｒ／Ｌは、大腿部ユ
ニット５_１Ｒ／Ｌと、膝ユニット５ _２Ｒ／Ｌと、脛部ユ
ニット５_３Ｒ／Ｌに細分化されるが、股関節ヨー軸１１
５、股関節ピッチ軸１１６、股関節ロール軸１１７、膝
関節ピッチ軸１１８、足首関節ピッチ軸１１９、足首関
節ロール軸１２０の各々を表現する股関節ヨー軸アクチ
ュエータＡ_１６、股関節ピッチ軸アクチュエータ
Ａ_１７、股関節ロール軸アクチュエータＡ_１８、膝関節
ピッチ軸アクチュエータＡ_１９、足首関節ピッチ軸アク
チュエータＡ_２０、足首関節ロール軸アクチュエータＡ
_２１が配備されている。各関節に用いられるアクチュエ
ータＡ_２，Ａ_３・・・は、より好ましくは、ギア直結型で
旦つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニット
内に搭載したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータ
で構成することができる。

【００６５】体幹部ユニット２、頭部ユニット３、各腕
部ユニット４Ｒ／Ｌ、各脚部ユニット５Ｒ／Ｌ等の各機
構ユニット毎に、アクチュエータ駆動制御部の副制御部
２０，２１，２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌが配備されてい
る。さらに、各脚部ユニット５Ｒ／Ｌの足底が着床した
か否かを検出する接地確認センサ３０Ｒ／Ｌを装着する
とともに、体幹部ユニット２内には、姿勢を計測する姿
勢センサ３１を装備している。

【００６６】接地確認センサ３０Ｒ／Ｌは、例えば足底
に設置された近接センサ又はマイクロ・スイッチ等で構
成される。また、姿勢センサ３１は、例えば、加速度セ
ンサとジャイロ・センサの組み合わせによって構成され
る。

【００６７】接地確認センサ３０Ｒ／Ｌの出力によっ
て、歩行・走行等の動作期間中において、左右の各脚部
が現在立脚又は遊脚何れの状態であるかを判別すること
ができる。また、姿勢センサ３１の出力により、体幹部
分の傾きや姿勢を検出することができる。

【００６８】主制御部１１は、各センサ３０Ｒ／Ｌ，３
１の出力に応答して制御眼標をダイナミックに補正する
ことができる。より具体的には、副制御部２０，２１，
２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌの各々に対して適応的な制御を
行い、ロボット装置１の上肢、体幹、及び下肢が協調し
て駆動する全身運動パターンを実現できる。

【００６９】ロボット装置１の機体上での全身運動は、
足部運動、ＺＭＰ（Zero Moment Point）軌道、体幹運
動、上肢運動、腰部高さ等を設定するとともに、これら
の設定内容にしたがった動作を指示するコマンドを各副
制御部２０，２１，２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌに転送す
る。そして、各々の副制御部２０，２１，・・・等で
は、主制御部１１からの受信コマンドを解釈して、各ア
クチュエータＡ_２，Ａ_３・・・等に対して駆動制御信号
を出力する。ここでいう「ＺＭＰ」とは、歩行中の床反
力によるモーメントがゼロとなる床面上の点のことであ
り、また、「ＺＭＰ軌道」とは、例えばロボット装置１
の歩行動作期間中にＺＭＰが動く軌跡を意味する。な
お、ＺＭＰの概念並びにＺＭＰを歩行ロボットの安定度
判別規範に適用する点については、Miomir Vukobratovi
c著“LEGGED LOCOMOTION ROBOTS”（加藤一郎外著『歩
行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））に記載さ
れている。

【００７０】以上のように、ロボット装置１は、各々の
副制御部２０，２１，・・・等が、主制御部１１からの
受信コマンドを解釈して、各アクチュエータＡ_２，Ａ_３
・・・に対して駆動制御信号を出力し、各ユニットの駆
動を制御している。これにより、ロボット装置１は、眼
標の姿勢に安定して遷移し、安定した姿勢で歩行でき
る。

【００７１】また、ロボット装置１における制御ユニッ
ト１０では、上述したような姿勢制御のほかに、加速度
センサ、タッチセンサ、接地確認センサ等の各種セン
サ、及びＣＣＤカメラ２０３からの画像情報、マイクロ
フォンからの音声情報等を統括して処理している。制御
ユニット１０では、図示しないが加速度センサ、ジャイ
ロ・センサ、タッチセンサ、距離センサ、マイクロフォ
ン、スピーカ等の各種センサ、各アクチュエータ、ＣＣ
Ｄカメラ２０３及びバッテリが各々対応するハブを介し
て主制御部１１と接続されている。

【００７２】主制御部１１は、上述の各センサから供給
されるセンサデータや画像データ及び音声データを順次
取り込み、これらをそれぞれ内部インターフェイスを介
してＤＲＡＭ内の所定位置に順次格納する。また、主制
御部１１は、バッテリから供給されるバッテリ残量を表
すバッテリ残量データを順次取り込み、これをＤＲＡＭ
内の所定位置に格納する。ＤＲＡＭに格納された各セン
サデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量デ
ータは、主制御部１１がこのロボット装置１の動作制御
を行う際に利用される。

【００７３】主制御部１１は、ロボット装置１の電源が
投入された初期時、制御プログラムを読み出し、これを
ＤＲＡＭに格納する。また、主制御部１１は、上述のよ
うに主制御部１１よりＤＲＡＭに順次格納される各セン
サデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量デ
ータに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者からの指
示及び働きかけの有無等を判断する。

【００７４】さらに、主制御部１１は、この判断結果及
びＤＲＡＭに格納した制御プログラムに基づいて自己の
状況に応じて行動を決定するとともに、当該決定結果に
基づいて必要なアクチュエータを駆動させることにより
ロボット装置１に、いわゆる「身振り」、「手振り」と
いった行動をとらせる。

【００７５】このようにしてロボット装置１は、制御プ
ログラムに基づいて自己及び周囲の状況を判断し、使用
者からの指示及び働きかけに応じて自律的に行動でき
る。

【００７６】ところで、このロボット装置１は、内部状
態に応じて自律的に行動することができる。そこで、ロ
ボット装置１における制御プログラムのソフトウェア構
成例について、図１６〜図２１を用いて説明する。

【００７７】図１６において、デバイス・ドライバ・レ
イヤ４０は、制御プログラムの最下位層に位置し、複数
のデバイス・ドライバからなるデバイス・ドライバ・セ
ット４１から構成されている。この場合、各デバイス・
ドライバは、ＣＣＤカメラ２０３やタイマ等の通常のコ
ンピュータで用いられるハードウェアに直接アクセスす
ることを許されたオブジェクトであり、対応するハード
ウェアからの割り込みを受けて処理を行う。

【００７８】また、ロボティック・サーバ・オブジェク
ト４２は、デバイス・ドライバ・レイヤ４０の最下位層
に位置し、例えば上述の各種センサや各アクチュエータ
Ａ_２，Ａ_３・・・等のハードウェアにアクセスするため
のインターフェイスを提供するソフトウェア群でなるバ
ーチャル・ロボット４３と、電源の切換え等を管理する
ソフトウェア群でなるパワーマネージャ４４と、他の種
々のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア群でな
るデバイス・ドライバ・マネージャ４５と、ロボット装
置１の機構を管理するソフトウェア群でなるデザインド
・ロボット４６とから構成されている。

【００７９】マネージャ・オブジェクト４７は、オブジ
ェクト・マネージャ４８及びサービス・マネージャ４９
から構成されている。オブジェクト・マネージャ４８
は、ロボティック・サーバ・オブジェクト４２、ミドル
・ウェア・レイヤ５０、及びアプリケーション・レイヤ
５１に含まれる各ソフトウェア群の起動や終了を管理す
るソフトウェア群であり、サービス・マネージャ４９
は、メモリカードに格納されたコネクションファイルに
記述されている各オブジェクト間の接続情報に基づいて
各オブジェクトの接続を管理するソフトウェア群であ
る。

【００８０】ミドル・ウェア・レイヤ５０は、ロボティ
ック・サーバ・オブジェクト４２の上位層に位置し、画
像処理や音声処理等のこのロボット装置１の基本的な機
能を提供するソフトウェア群から構成されている。ま
た、アプリケーション・レイヤ５１は、ミドル・ウェア
・レイヤ５０の上位層に位置し、当該ミドル・ウェア・
レイヤ５０を構成する各ソフトウェア群によって処理さ
れた処理結果に基づいてロボット装置１の行動を決定す
るためのソフトウェア群から構成されている。

【００８１】なお、ミドル・ウェア・レイヤ５０及びア
プリケーション・レイヤ５１の具体なソフトウェア構成
をそれぞれ図１７に示す。

【００８２】ミドル・ウェア・レイヤ５０は、図１７に
示すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、
音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、タッチセンサ
用、動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール６
０〜６８並びに入力セマンティクスコンバータモジュー
ル６９等を有する認識系７０と、出力セマンティクスコ
ンバータモジュール７８並びに姿勢管理用、トラッキン
グ用、モーション再生用、歩行用、転倒復帰用、ＬＥＤ
点灯用及び音再生用の各信号処理モジュール７１〜７７
等を有する出力系７９とから構成されている。

【００８３】認識系７０の各信号処理モジュール６０〜
６８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト４２のバ
ーチャル・ロボット４３によりＤＲＡＭから読み出され
る各センサデータや画像データ及び音声データのうちの
対応するデータを取り込み、当該データに基づいて所定
の処理を施して、処理結果を入力セマンティクスコンバ
ータモジュール６９に与える。ここで、例えば、バーチ
ャル・ロボット４３は、所定の通信規約によって、信号
の授受或いは変換をする部分として構成されている。

【００８４】入力セマンティクスコンバータモジュール
６９は、これら各信号処理モジュール６０〜６８から与
えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑
い」、「明るい」、「ボールを検出した」、「転倒を検
出した」、「撫でられた」、「叩かれた」、「ドミソの
音階が聞こえた」、「動く物体を検出した」又は「障害
物を検出した」等の自己及び周囲の状況や、使用者から
の指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケーシ
ョン・レイヤ４１に出力する。

【００８５】アプリケーション・レイヤ５１は、図１８
に示すように、行動モデルライブラリ８０、行動切換モ
ジュール８１、学習モジュール８２、感情モデル８３及
び本能モデル８４の５つのモジュールから構成されてい
る。

【００８６】行動モデルライブラリ８０には、図１９に
示すように、「バッテリ残量が少なくなった場合」、
「転倒復帰する」、「障害物を回避する場合」、「感情
を表現する場合」、「ボールを検出した場合」等の予め
選択されたいくつかの条件項眼にそれぞれ対応させて、
それぞれ独立した行動モデルが設けられている。

【００８７】そして、これら行動モデルは、それぞれ入
力セマンティクスコンバータモジュール６９から認識結
果が与えられたときや、最後の認識結果が与えられてか
ら一定時間が経過したとき等に、必要に応じて後述のよ
うに感情モデル８３に保持されている対応する情動のパ
ラメータ値や、本能モデル８４に保持されている対応す
る欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動をそれぞ
れ決定し、決定結果を行動切換モジュール８１に出力す
る。

【００８８】なお、この実施の形態の場合、各行動モデ
ルは、次の行動を決定する手法として、図８に示すよう
な１つのノード（状態）ＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎから他
のどのノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに遷移するかを各
ノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ _ｎに間を接続するアークＡ
ＲＣ_１〜ＡＲＣ_ｎ１に対してそれぞれ設定された遷移確
率Ｐ_１〜Ｐ_ｎに基づいて確率的に決定する有限確率オー
トマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いる。

【００８９】具体的に、各行動モデルは、それぞれ自己
の行動モデルを形成するノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎ
にそれぞれ対応させて、これらノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯ
ＤＥ _ｎ毎に図２０に示すような状態遷移表９０を有して
いる。

【００９０】この状態遷移表９０では、そのノードＮＯ
ＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎにおいて遷移条件とする入力イベン
ト（認識結果）が「入力イベント名」の列に優先順に列
記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「デー
タ名」及び「データ範囲」の列における対応する行に記
述されている。

【００９１】したがって、図２１の状態遷移表９０で表
されるノードＮＯＤＥ_１００では、「ボールを検出（Ｂ
ＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認
識結果とともに与えられるそのボールの「大きさ（SIZ
E）」が「0から1000」の範囲であることや、「障害物を
検出（OBSTACLE）」という認識結果が与えられた場合
に、当該認識結果とともに与えられるその障害物までの
「距離（DISTANCE）」が「0から100」の範囲であること
が他のノードに遷移するための条件となっている。

【００９２】また、このノードＮＯＤＥ_１００では、認
識結果の入力がない場合においても、行動モデルが周期
的に参照する感情モデル８３及び本能モデル８４にそれ
ぞれ保持された各情動及び各欲求のパラメータ値のう
ち、感情モデル８３に保持された「喜び（Joy）」、
「驚き（Surprise）」又は「悲しみ（Sadness）」の何
れかのパラメータ値が「50から100」の範囲であるとき
には他のノードに遷移することができるようになってい
る。

【００９３】また、状態遷移表９０では、「他のノード
ヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の行にそ
のノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎから遷移できるノード
名が列記されているとともに、「入力イベント名」、
「データ名」及び「データの範囲」の列に記述された全
ての条件が揃ったときに遷移できるほかの各ノードＮＯ
ＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷
移確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、そ
のノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯＤＥ_ｎに遷移する際に出力す
べき行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における
「出力行動」の行に記述されている。なお、「他のノー
ドヘの遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００
［％］となっている。

【００９４】したがって、図２１の状態遷移表９０で表
されるノードＮＯＤＥ_１００では、例えば「ボールを検
出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大き
さ）」が「0から1000」の範囲であるという認識結果が
与えられた場合には、「30［％］」の確率で「ノードＮ
ＯＤＥ_１２０（node 120）」に遷移でき、そのとき「Ａ
ＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとなる。

【００９５】各行動モデルは、それぞれこのような状態
遷移表９０として記述されたノードＮＯＤＥ_０〜ＮＯ
ＤＥ_ｎが幾つも繋がるようにして構成されており、入力
セマンティクスコンバータモジュール６９から認識結果
が与えられたとき等に、対応するノードＮＯＤＥ_０〜Ｎ
ＯＤＥ_ｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動を決
定し、決定結果を行動切換モジュール８１に出力するよ
うになされている。

【００９６】図１８に示す行動切換モジュール８１は、
行動モデルライブラリ８０の各行動モデルからそれぞれ
出力される行動のうち、予め定められた優先順位の高い
行動モデルから出力された行動を選択し、当該行動を実
行すべき旨のコマンド（以下、行動コマンドという。）
をミドル・ウェア・レイヤ５０の出力セマンティクスコ
ンバータモジュール７８に送出する。なお、この実施の
形態においては、図１９において下側に表記された行動
モデルほど優先順位が高く設定されている。

【００９７】また、行動切換モジュール８１は、行動完
了後に出力セマンティクスコンバータモジュール７８か
ら与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が完了
したことを学習モジュール８２、感情モデル８３及び本
能モデル８４に通知する。

【００９８】一方、学習モジュール８２は、入力セマン
ティクスコンバータモジュール６９から与えられる認識
結果のうち、「叩かれた」や「撫でられた」等、使用者
からの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力す
る。

【００９９】そして、学習モジュール８２は、この認識
結果及び行動切換モジュール７１からの通知に基づい
て、「叩かれた（叱られた）」ときにはその行動の発現
確率を低下させ、「撫でられた（誉められた）」ときに
はその行動の発現確率を上昇させるように、行動モデル
ライブラリ７０における対応する行動モデルの対応する
遷移確率を変更する。

【０１００】他方、感情モデル８３は、「喜び（Jo
y）」、「悲しみ（Sadness）」、「怒り（Anger）」、
「驚き（Surprise）」、「嫌悪（Disgust）」及び「恐
れ（Fear）」の合計６つの情動について、各情動毎にそ
の情動の強さを表すパラメータを保持している。そし
て、感情モデル８３は、これら各情動のパラメータ値
を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール
６９から与えられる「叩かれた」及び「撫でられた」等
の特定の認識結果や、経過時間及び行動切換モジュール
８１からの通知等に基づいて周期的に更新する。

【０１０１】具体的には、感情モデル８３は、入力セマ
ンティクスコンバータモジュール６９から与えられる認
識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前回更
新してからの経過時間と等に基づいて所定の演算式によ
り算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ
［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、そ
の情動の感度を表す係数をｋ_ｅとして、（１）式によっ
て次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋
１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ
［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値
を更新する。また、感情モデル８３は、これと同様にし
て全ての情動のパラメータ値を更新する。

【０１０２】

【数１】

【０１０３】なお、各認識結果や出力セマンティクスコ
ンバータモジュール７８からの通知が各情動のパラメー
タ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるかは
予め決められており、例えば「叩かれた」といった認識
結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与え、「撫でられた」といった認
識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ
［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。

【０１０４】ここで、出力セマンティクスコンバータモ
ジュール７８からの通知とは、いわゆる行動のフィード
バック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果の
情報であり、感情モデル８３は、このような情報によっ
ても感情を変化させる。これは、例えば、「叫ぶ」とい
った行動により怒りの感情レベルが下がるといったよう
なことである。なお、出力セマンティクスコンバータモ
ジュール７８からの通知は、上述した学習モジュール８
２にも入力されており、学習モジュール８２は、その通
知に基づいて行動モデルの対応する遷移確率を変更す
る。

【０１０５】なお、行動結果のフィードバックは、行動
切換モジュール８１の出力（感情が付加された行動）に
よりなされるものであってもよい。

【０１０６】一方、本能モデル８４は、「運動欲（exer
cise）」、「愛情欲（affection）」、「食欲（appetit
e）」及び「好奇心（curiosity）」の互いに独立した４
つの欲求について、これら欲求毎にその欲求の強さを表
すパラメータを保持している。そして、本能モデル８４
は、これらの欲求のパラメータ値を、それぞれ入力セマ
ンティクスコンバータモジュール６９から与えられる認
識結果や、経過時間及び行動切換モジュール８１からの
通知等に基づいて周期的に更新する。

【０１０７】具体的には、本能モデル８４は、「運動
欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結
果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュ
ール７８からの通知等に基づいて所定の演算式により算
出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ［ｋ］、現
在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、その欲求の感
度を表す係数ｋ_ｉとして、所定周期で（２）式を用いて
次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ＋１］
を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメータ
値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求のパラメー
タ値を更新する。また、本能モデル８４は、これと同様
にして「食欲」を除く各欲求のパラメータ値を更新す
る。

【０１０８】

【数２】

【０１０９】なお、認識結果及び出力セマンティクスコ
ンバータモジュール７８からの通知等が各欲求のパラメ
ータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与えるか
は予め決められており、例えば出力セマンティクスコン
バータモジュール７８からの通知は、「疲れ」のパラメ
ータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与えるように
なっている。

【０１１０】なお、本実施の形態においては、各情動及
び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ０から１０
０までの範囲で変動するように規制されており、また係
数ｋ _ｅ、ｋ_ｉの値も各情動及び各欲求毎に個別に設定さ
れている。

【０１１１】一方、ミドル・ウェア・レイヤ５０の出力
セマンティクスコンバータモジュール７８は、図１７に
示すように、上述のようにしてアプリケーション・レイ
ヤ５１の行動切換モジュール８１から与えられる「前
進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボール
を追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力
系７９の対応する信号処理モジュール７１〜７７に与え
る。

【０１１２】そしてこれら信号処理モジュール７１〜７
７は、行動コマンドが与えられると当該行動コマンドに
基づいて、その行動をするために対応するアクチュエー
タに与えるべきサーボ指令値や、スピーカから出力する
音の音声データ及び又はＬＥＤに与える駆動データを生
成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブジ
ェクト４２のバーチャル・ロボット４３及び信号処理回
路を順次介して対応するアクチュエータ又はスピーカ又
はＬＥＤに順次送出する。

【０１１３】このようにしてロボット装置１は、上述し
た制御プログラムに基づいて、自己（内部）及び周囲
（外部）の状況や、使用者からの指示及び働きかけに応
じた自律的な行動ができる。

【０１１４】このような制御プログラムは、ロボット装
置１が読取可能な形式で記録された記録媒体を介して提
供される。制御プログラムを記録する記録媒体として
は、磁気読取方式の記録媒体（例えば、磁気テープ、フ
レキシブルディスク、磁気カード）、光学読取方式の記
録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶ
Ｄ）等が考えられる。記録媒体には、半導体メモリ（い
わゆるメモリカード（矩形型、正方形型等形状は問わな
い。）、ＩＣカード）等の記憶媒体も含まれる。また、
制御プログラムは、いわゆるインターネット等を介して
提供されてもよい。

【０１１５】これらの制御プログラムは、専用の読込ド
ライバ装置、又はパーソナルコンピュータ等を介して再
生され、有線又は無線接続によってロボット装置１に伝
送されて読み込まれる。また、ロボット装置１は、半導
体メモリ、又はＩＣカード等の小型化された記憶媒体の
ドライブ装置を備える場合、これら記憶媒体から制御プ
ログラムを直接読み込むこともできる。

【０１１６】なお、本発明は、上述した具体例に限定さ
れることはなく、本発明の要旨を含む範囲での変形、改
良は本発明に含まれるものとする。ここで、本発明の要
旨とは、人間がロボット装置の「眼」を視認できる範囲
を狭め、人間がロボット装置の「眼」を視認できる範囲
と、ロボット装置の実際の視野角とを一致することであ
る。

【０１１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るロボット装置は、外部情報、外部からの働きかけに応
じた動作及び／又は内部状態に基づく自律的動作を実行
するロボット装置であって、見かけの眼の位置に配置さ
れ外部情報を取得する撮像手段と、撮像手段が外部から
視認される範囲を制限する遮蔽部とを備えることによっ
て、人間がロボット装置の「眼」を視認できる範囲を狭
め、ロボット装置の眼を視認できる範囲とロボット装置
のもつ実際の視野とを一致することができる。

【０１１８】これにより、人間とロボット装置との間の
コミュニケーションが円滑に行えるようになるととも
に、ロボット装置のエンターテインメント性を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態におけるロボット装置の外観構成
を示す斜視図である。

【図２】同ロボット装置の自由度構成モデルを模式的に
示す図である。

【図３】頭部ユニットの正面外観を示す図である。

【図４】頭部ユニットの側面外観を示す図である。

【図５】ロボット装置の正面外観を示す図である。

【図６】ロボット装置の側面外観を示す図である。

【図７】眼底部基板の構造を示す図である。

【図８】人間の想定するロボット装置の視野を示す図で
ある。

【図９】凹部の形成する臨界角を示す図である。

【図１０】ロボット装置の眼の構造を示す模式図であ
る。

【図１１】推定視野角と臨界角の関連を調査する実験の
方法を示す図である。

【図１２】異なる臨界角を有するロボット装置の外観を
示す図である。

【図１３】推定視野角と臨界角の関連を示す図である。

【図１４】他の具体例におけるロボット装置の眼の構造
を示す模式図である。

【図１５】ロボット装置の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図１６】ロボット装置のソフトウェア構成を示すブロ
ック図である。

【図１７】ロボット装置のソフトウェア構成におけるミ
ドル・ウェア・レイヤの構成を示すブロック図である。

【図１８】ロボット装置のソフトウェア構成におけるア
プリケーション・レイヤの構成を示すブロック図であ
る。

【図１９】アプリケーション・レイヤの行動モデルライ
ブラリの構成を示すブロック図である。

【図２０】ロボット装置の行動決定のための情報となる
有限確率オートマトンを説明する図である。

【図２１】ロボット装置の行動決定のための情報となる
有限確率オートマトンを説明する図である。

【図２２】従来のペット型ロボットの外観を示す図であ
る。

【図２３】従来のペット型ロボットの外観を示す図であ
る。

【図２４】従来のペット型ロボットの外観を示す図であ
る。

【図２５】従来のヒューマノイド型ロボットの外観を示
す図である。

【符号の説明】１ロボット装置、２０３ＣＣＤカメラ、２０７頭
部外装筐体、２０８眼用開口部、２３０眼底部基
板、２３３レンズ、２３２導光部材、２３４カバ
ー、ａ凹部の深さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永塚正樹千葉県香取郡小見川町小見川2170番地ソニーコンポーネント千葉株式会社内Ｆターム(参考） 2H105 CC01 3C007 AS36 CS08 KT03 KT04 MT04 WA03 WA13 WC25 5C022 AA01 AC42 AC77

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部情報、外部からの働きかけに応じた
動作及び／又は内部状態に基づく自律的動作を実行する
ロボット装置において、見かけの眼の位置に配置され外部情報を取得する撮像手
段と、上記撮像手段が外部から視認される範囲を制限する遮蔽
部とを備えることを特徴とするロボット装置。
【請求項２】上記遮蔽部は、上記撮像手段が外部から
視認される範囲と上記撮像手段によって撮像される画像
の画角とが略一致するように設けられていることを特徴
とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】上記遮蔽部は、凹部として形成され、上
記撮像手段は、該凹部の底部に設置され、上記凹部の深
さによって、上記撮像手段を視認可能な範囲を規定する
ことを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項４】上記遮蔽部は、上記撮像手段の周囲に形
成された筒状部であり、上記筒状部の高さによって、上
記撮像手段が視認可能な範囲を規定することを特徴とす
る請求項１記載のロボット装置。
【請求項５】上記遮蔽部は、開口底面を撮像方向とす
る略円錐形状の部材として形成され、上記撮像手段は、
上記円錐形状部材の頂点部に設置され、上記円錐形状部
材の頂角角度によって、上記撮像手段を視認可能な範囲
を規定することを特徴とする請求項１記載のロボット装
置。