JP6158665B2

JP6158665B2 - ロボット、ロボット制御方法、およびロボット制御プログラム

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Publication number: JP6158665B2
Application number: JP2013202688A
Authority: JP
Inventors: 浩司川邊; 横山　太郎; 太郎横山; 神田　崇行; 崇行神田; 聡佐竹; 尊優飯尾; 林　宏太郎; 宏太郎林; フェレリフローラン
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015066632A

Description

本発明は、ロボット、ロボット制御方法、およびロボット制御プログラムに関する。

従来、展示品等を案内するロボットについて研究が進められている。例えば、２本のアーム部を備え、いずれかのアーム部で対象を指し示す動作を行うロボットの発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、関連する技術として、展示品の説明ロボットとは別にレーザ表示装置を備え、レーザ光を照射した展示品についての案内音声を再生する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、展示品に対して向けられた見物人の視線を遮らずに、展示物について説明を行う位置に移動するロボットの発明が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１−２２４７３７号公報特開２０１１―２０２２３号公報特許第５０７７０７７号明細書

従来の技術では、自律的に移動するロボットが案内の対象物を指し示す際に、案内を受ける人の視線を効果的に誘導することができない場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することが可能なロボット、ロボット制御方法、およびロボット制御プログラムを提供することを目的の一つとする。

請求項１記載のロボットは、方向を指し示すための指示体と、前記指示体を駆動する駆動部と、前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部を備える連結部と、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御することができる。

請求項２記載のロボットは、請求項１記載のロボットであって、前記制御部は、前記移動部により前記ボディ部が移動する前後において、前記指示体の指し示す方向に前記対象物が位置する状態を維持するように、前記駆動部を制御する。

請求項３記載のロボットは、請求項１または２記載のロボットであって、前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記一以上の中間関節部が前記直線から逸脱した状態で、前記直線上を前記指示体が往復移動するように、前記駆動部を制御することができる。

請求項４記載のロボットは、請求項１から３のうちいずれか１項記載のロボットであって、前記駆動部は、前記連結部を前記ボディ部における前記所定の箇所（例えば実施形態の肩関節部２４における回転中心２４Ａ）を中心として回転駆動する。

請求項５記載のロボットは、請求項１から４のうちいずれか１項記載のロボットであって、人の位置を検知する検知部（例えば実施形態のカメラ１２、環境認識部９２）を備え、前記制御部は、前記ボディ部が人を中心とした領域内にある場合に、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御する。

請求項６記載のロボットは、請求項５記載のロボットであって、前記制御部は、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御する際に、前記ボディ部の向きを変えずに移動するように前記移動部を制御し、その後、前記ボディ部を旋回させて、前記前記対象物の位置に基づいて決定される目標位置まで前記ボディ部が移動するように前記移動部を制御する。

請求項７記載のロボットは、請求項１から６のうちいずれか１項記載のロボットであって、人の位置を検知する検知部（例えば実施形態のカメラ１２、環境認識部９２）を備え、前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させる前に、前記ボディ部が前記対象物の位置を基準とした初期位置に移動するように前記移動部を制御し、その後、人が前記ボディ部に接近することが前記検知部により検知された場合に、前記ボディ部が前記初期位置から離れるように前記移動部を制御する。

請求項８記載のロボットは、請求項７記載のロボットであって、音声を出力する出力部（例えば実施形態のスピーカ７０）を備え、前記制御部は、前記ボディ部が前記初期位置に移動したときに、前記初期位置に来るように人に呼び掛ける音声を出力するように、前記出力部を制御する。

請求項９記載のロボットは、請求項８記載のロボットであって、前記制御部は、人が前記初期位置に移動したときに、音声による前記対象物についての案内を開始するように前記出力部を制御する。

請求項１０記載のロボットは、請求項１から９のうちいずれか１項記載のロボットであって、人の位置を検知する検知部を備え、前記制御部は、前記ボディ部の位置と前記検知部により検知された人の位置との間の距離が第１の所定距離以上となり、且つ、前記ボディ部の位置と前記対象物の位置との間の距離が第２の所定距離以上となるように、前記移動部を制御する。

請求項１１記載のロボットは、請求項１から１０のうちいずれか１項記載のロボットであって、２つのアーム部の先端に前記指示体が取り付けられ、前記移動部は、２つの脚部を備える。

請求項１２記載のロボット制御方法は、方向を指し示すための指示体と、前記指示体を駆動する駆動部と、前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部と、を備えるロボットの制御方法であって、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の位置を計算するステップと、前記計算した位置に前記指示体が位置し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように前記駆動部を制御するステップと、を備え、前記駆動部を制御するステップにおいて、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御する、ロボット制御方法である。

請求項１３記載のロボット制御プログラムは、方向を指し示すための指示体と、前記指示体を駆動する駆動部と、前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部と、を備えるロボットの制御プログラムであって、コンピュータに、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の位置を計算するステップと、前記計算した位置に前記指示体が位置し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように前記駆動部を制御するステップと、を実行させ、前記駆動部を制御するステップにおいて、前記コンピュータに、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御させる、ロボット制御プログラムである。

請求項１〜４、１２、１３記載の発明によれば、ボディ部における所定の箇所と対象物の位置を結ぶ直線上に指示体の少なくとも一部が延在するように制御するため、案内を受ける人は、ロボットが指し示す方向を、直感的に把握することができる。この結果、案内を受ける人の視線を、更に効果的に誘導することができる。

請求項２記載の発明によれば、移動部によりボディ部が移動する前後において、指示体の指し示す方向に対象物が位置する状態が維持されるため、案内を受ける人は、ロボットが指し示す方向を、直感的に把握することができる。この結果、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することができる。

請求項５記載の発明によれば、人の位置を検知する検知部を備え、前記制御部は、前記ボディ部が人を中心とした領域内にある場合に、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御するため、人との干渉を防止することができる。

請求項６記載の発明によれば、前記制御部は、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御する際に、前記ボディ部の向きを変えずに移動するように前記移動部を制御し、その後、前記ボディ部を旋回させて、前記前記対象物の位置に基づいて決定される目標位置まで前記ボディ部が移動するように前記移動部を制御するため、旋回によって人と干渉することを防止することができる。

請求項７〜９記載の発明によれば、指示体に対象物の方向を指示させる前に、ボディ部が対象物の位置を基準とした初期位置に移動するように移動部を制御し、その後、人がボディ部に接近することが検知部により検知された場合に、ボディ部が初期位置から離れるように移動部を制御するため、対象物を見やすい位置に人を誘導することができる。

請求項１０記載の発明によれば、ボディ部の位置と検知部により検知された人の位置との間の距離が第１の所定距離以上となり、且つ、ボディ部の位置と対象物の位置との間の距離が第２の所定距離以上となるように制御するため、人や対象物との干渉を避けつつ、スムーズに移動することができる。

一実施形態に係るロボット１の外観構成の一例を示す図である。ロボット１が備える機能構成の一例を示す図である。ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の定義を説明するための図である。手部４０を拡大して示す図である。制御部９０の機能構成を、より詳細に示す図である。ロボット１の移動原理を説明するための図である。ロボット１が人との干渉を避ける様子を示す図である。干渉計算部９４Ａが立ち位置を計算する処理を説明するための図である。ロボット１が対象物を指し示す際の姿勢の一例を示す図である。ロボット１が対象物を指し示す際の姿勢の一例を示す図である。ロボット１が人差し指部４３の延在方向を位置ＯＢ１に向け続ける様子を示す図である。ロボット１が対象物を指し示す際の姿勢の他の例を示す図である。ロボット１が対象物を指し示す際に行う動作を模式的に示す図である。ロボット１が対象物を指し示す際に行う動作を模式的に示す図である。手首方位計算部９４Ｅａによる処理を説明するための図である。位置ＯＢ１が角度範囲ＡＲ、ＡＬの重複部分に存在する場合に、指し示す腕が決定される様子を示す図である。腰／腕分配部９４Ｅｂがひねりの量を分配する際の分配傾向の一例を示す図である。制御部９０により実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。ロボット１が、人Ｈを好適位置ＷＡに誘導する様子を示す図である。ロボット１が、人Ｈを好適位置ＷＡに誘導する際に実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。

以下、図面を参照し、ロボット、ロボット制御方法、およびロボット制御プログラムの実施形態について説明する。以下に説明するロボットは、例えば、左右一対の脚部と左右一対の腕部とを備え、脚部の動作によって移動可能な人型ロボットである。なお、これに限らず、ロボットは、車輪やホバークラフト等によって移動可能なロボットであってもよいし、腕部を一つまたは三つ以上有するものであってもよい。

［構成］
図１は、一実施形態に係るロボット１の外観構成の一例を示す図である。また、図２は、ロボット１が備える機能構成の一例を示す図である。ロボット１は、例えば、頭部１０と、ボディ部２０と、左右一対の腕部３０と、左右一対の手部４０と、左右一対の脚部５０とを備える。なお、以下では、左右一対の構成要素について、左右いずれの構成要素であるかを区別せずに説明する。

頭部１０には、左右一対のカメラ１２が取り付けられている。カメラ１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を有するカメラである。カメラ１２は、可視光または赤外光を撮像し、撮像した画像を制御部９０に送信する。

ボディ部２０は、首関節部２２を介して頭部１０と連結され、肩関節部２４を介して腕部３０と連結され、腰関節部２６および股関節部２８を介して脚部５０と連結される。首関節部２２は、頭部１０をボディ部２０に対して、例えばロール方向に１自由度で回動させる。以下の説明では、回動方向をヨー方向、ピッチ方向、ロール方向と表現して説明する。図３は、ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の定義を説明するための図である。図示するように、関節部Ａから見た被駆動部材Ｂの方向Ｃを軸として被駆動部材Ｂを回動させる方向をロール方向と定義する。また、方向Ｃ自体を第１の方向に回動させる方向をピッチ方向と、方向Ｃ自体を第１の方向に直交する第２の方向に回動させる方向をヨー方向と定義する。

肩関節部２４は、腕部３０をボディ部２０に対して、例えばヨー方向、ピッチ方向、およびロール方向に３自由度で回動させる。腰関節部２６は、股関節部２８をボディ部に対して、例えばロール方向に１自由度で回動させる。股関節部２８は、脚部５０を腰関節部２６に対して、例えばヨー方向、ピッチ方向、およびロール方向に３自由度で回動させる。なお、ボディ部２０には、図示しない腰カメラ等が内蔵されてよい。

腕部３０は、例えば、二の腕に相当する腕第１リンク部３２と、肘関節部３４と、前腕部に相当する腕第２リンク部３６と、手首関節部３８とを備える。肘関節部３４は、腕第２リンク部３６を腕第１リンク部３２に対して、例えばピッチ方向に（腕の内側に）１自由度で回動させる。手首関節部３８は、手部４０を腕第２リンク部３６に対して、例えばヨー方向、ピッチ方向、およびロール方向に３自由度で回動させる。

手部４０は、例えば、掌部４１と、親指部４２と、人差し指部４３と、中指部４４と、薬指部４５と、小指部４６とを備える。図４は、手部４０を拡大して示す図である。各指部は掌部４１に対して、基節関節部４１Ａ〜４１Ｅにより、ピッチ方向およびロール方向に２自由度で回動することができる。親指部４２は、親指先端部４２Ａと、親指第１関節部４２Ｂと、親指第１リンク部４２Ｃとを備える。親指第１関節部４２Ｂは、親指先端部４２Ａを親指第１リンク部４２Ｃに対して、ピッチ方向に（手のひら側に）１自由度で回動させる。人差し指部４３は、人差し指先端部４３Ａと、人差し指第１関節部４３Ｂと、人差し指第１リンク部４３Ｃと、人差し指第２関節部４３Ｄと、人差し指第２リンク部４３Ｅとを備える。人差し指第１関節部４３Ｂは、人差し指先端部４３Ａを人差し指第１リンク部４３Ｃに対して、ピッチ方向に（手のひら側に）１自由度で回動させる。人差し指第２関節部４３Ｄは、人差し指第１リンク部４３Ｃを人差し指第２リンク部４３Ｅに対して、ピッチ方向に（手のひら側に）１自由度で回動させる。中指部４４、薬指部４５、小指部４６の構成については人差し指部４３と同様に先端部、第１関節部、第１リンク部、第２関節部、第２リンク部を備える。これらについての詳細な説明は省略する。

脚部５０は、例えば、脚第１リンク部５１と、膝関節部５２と、脚第２リンク部５３と、足首関節部５４と、足部５５とを備える。膝関節部５２は、脚第２リンク部５３を脚第１リンク部５１に対して、例えばピッチ方向に１自由度で回動させる。足首関節部５４は、足部５５を脚第２リンク部５３に対して、例えばピッチ方向およびロール方向に２自由度で回動させる。

ロボット１は、関節部に回動力を付与し、被駆動部材（膝関節部５２であれば脚第２リンク部５３）を連結元部材（膝関節部５２であれば脚第１リンク部５１）に対して回動させるアクチュエータ群６０を備える。アクチュエータ群６０の各アクチュエータは、関節部毎に設けられてもよいし、複数の関節部に回動力を付与するアクチュエータが存在してもよい。また、アクチュエータは、関節部に内蔵されてもよいし、関節部の外に配置されてもよい。後者の場合、アクチュエータは、ワイヤーやベルト、プーリ、油圧機構等によって関節部や被駆動部材と接続されることで、関節部に回動力を付与する。

また、アクチュエータ群６０に含まれる各アクチュエータには、ロータリーエンコーダ群６２に含まれる各ロータリーエンコーダが取り付けられる。各ロータリーエンコーダは、対応するアクチュエータの回転角度をそれぞれ検出して制御部９０に送信する。なお、ロータリーエンコーダ群６２は、アクチュエータ群６０の回転角度ではなく、関節部の回転角度を検出してもよい。

ロボット１は、音声を出力するためのスピーカ７０を備える。スピーカ７０が出力する音声の内容は、制御部９０によって決定される。ロボット１は、更に、記憶部８０と制御部９０を備える。記憶部８０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等を含む。記憶部８０には、制御部９０が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが実行する制御プログラム８２、ロボット１が案内の対象とする対象物ＯＢの位置を示す対象物座標データ８４、案内用音声データ８６等のデータが格納される。制御プログラム８２は、予め記憶部８０に格納されていてもよいし、インターネットを介して他のコンピュータ装置からダウンロードされてもよい。また、可搬型記憶媒体に格納された制御プログラム８２が記憶部８０にインストールされてもよい。

制御部９０は、例えば、環境認識部９２と、姿勢制御部９４と、音声案内制御部９６とを備える。これらの機能部のうち一部または全部は、制御部９０のプロセッサが、制御プログラム８２を実行することにより機能するソフトウェア機能部である。なお、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

環境認識部９２は、カメラ１２から入力された撮像画像を解析し、前述した対象物や、人の位置を把握する。なお、ロボット１には、例えば対象物ＯＢの置かれた家屋の天井等に取り付けられたカメラの撮像画像が入力され、この撮像画像を解析することで対象物や人の位置を把握してもよい。こうすれば、俯瞰的な情報を得ることができるため、より正確に環境を認識することができる。また、環境認識部９２は、赤外線レーダや超音波レーダ等によって物体の位置を把握してもよい。姿勢制御部９４は、対象物について案内をする際に、手部４０によって対象物を指し示すようにアクチュエータ群を制御する。音声案内制御部９６は、対象物を案内する音声を出力するようにスピーカ７０を制御する。

図５は、制御部９０の機能構成を、より詳細に示す図である。姿勢制御部９４は、干渉計算部９４Ａと、立ち位置決定部９４Ｂと、移動指令計算部９４Ｃと、指差しタイミング計算部９４Ｄと、指差し指令計算部９４Ｅと、腕制御部９４Ｆと、腰・脚制御部９４Ｇとを備える。指差し指令計算部９４Ｅは、更に、手首方位計算部９４Ｅａと、腰／腕分配部９４Ｅｂと、手首位置計算部９４Ｅｃと、手先姿勢計算部９４Ｅｄとを備える。

［ロボット１の移動］
ロボット１は、対象物ＯＢとの位置や案内を受ける人の位置に応じて移動する。そして、移動する前後において、例えば人差し指部４３の指し示す方向に、対象物ＯＢの所定の位置ＯＢ１が位置する状態を維持するように、アクチュエータ群６０を制御する。以下、これについて説明する。

図６は、ロボット１の移動原理を説明するための図である。ロボット１は、対象物ＯＢの位置領域を対象物座標データ８４として格納しており、立ち位置決定部９４Ｂは、その位置領域の外縁から所定距離以内の領域を禁止領域ＢＡとして設定する。また、対象物ＯＢの位置ＯＢ１は、対象物ＯＢを視認するのに適した代表的な位置として予め対象物座標データ８４に記述されている。そして、位置ＯＢ１の正面に位置し、位置ＯＢ１を中心とした扇型領域から禁止領域ＢＡを除外した好適領域ＷＡは、人Ｈが対象物ＯＢの代表点である位置ＯＢ１を視認するのに最適な領域となっている。また、好適領域ＷＡの両側に位置し、位置ＯＢ１を中心とした好適領域ＷＡよりも角度範囲の広い扇型領域から禁止領域ＢＡを除外した領域が、移動可能領域ＭＡが設定される。ロボット１は、対象物ＯＢの音声案内をするときには、移動領域ＭＡと好適領域ＷＡを合わせた領域内で移動するように制御される。立ち位置決定部９４Ｂは、このような領域内にロボット１の立ち位置を決定し、移動指令計算部９４Ｃに出力する。移動指令計算部９４Ｃは、立ち位置決定部９４Ｂにより決定された立ち位置に移動するように、腰・脚制御部９４Ｇに指示する。腰・脚制御部９４Ｇは、移動指令計算部９４Ｃからの指示に応じて移動するように、腰関節部２６から下側の関節部に取り付けられたアクチュエータを制御する。

干渉計算部９４Ａは、ロボット１が案内を受ける人に干渉（接触）しないための計算を行う。図７は、ロボット１が人との干渉を避ける様子を示す図である。干渉計算部９４Ａは、環境認識部９２から入力される人Ｈの位置が、ボディ部２０や腕部３０、手部４０の位置から所定距離以内であるか否かを判定する。そして、干渉計算部９４Ａは、所定距離以内である場合に、腕部３０を引っ込めたり、ロボット１を後退させるための制御量（腕の縮み量や立ち位置）を、立ち位置決定部９４Ｂや指差し指令計算部９４Ｅに出力する。図７に示すように、ロボット１は、人Ｈが接近して来ると、図７（Ｂ）における矢印方向に腕部３０を縮めて人Ｈから遠ざけ、肩からの干渉半径を短くすると共に、図７（Ｃ）における矢印方向（人Ｈと反対の方向）に後退する。

図８は、干渉計算部９４Ａが立ち位置を計算する処理を説明するための図である。図中、Ｐ１点が、元々ロボット１の立ち位置である。人Ｈが接近すると（例えば所定距離以内となると）、干渉計算部９４Ａは、まず、人Ｈの位置から直線的に遠ざかる位置Ｐ２に仮の立ち位置を決定する。そして、干渉計算部９４Ａは、仮の立ち位置Ｐ２が禁止領域ＢＡ内であるか否かを判定し、禁止領域ＢＡ内である場合には、例えば対象物ＯＢの最も近い位置ＯＢ２（ＯＢ１でもよいし、対象物ＯＢの領域の中心点でもよい）から直線的に遠ざかる位置であって、好適領域ＷＡまたは移動可能領域ＭＡ内に位置Ｐ３を、新たな立ち位置として決定する。この際に、干渉計算部９４Ａは、ボディ部２０や腕部３０の向きを変えずに移動するように、立ち位置決定部９４Ｂや移動指令計算部９４Ｃを介して腕制御部９４Ｆや腰・脚制御部９４Ｇに指示する。これによって、ロボット１は、ボディ部２０や腕部３０の旋回によって人Ｈと干渉することを防止することができる。その後、干渉計算部９４Ａは、ロボット１の向きを旋回させて（図８の場合は左に旋回させて）、位置Ｐ３まで移動するように、立ち位置決定部９４Ｂや移動指令計算部９４Ｃを介して腕制御部９４Ｆや腰・脚制御部９４Ｇに指示する。これらによって、ロボット１は、人や対象物ＯＢとの干渉を避けつつ、スムーズに移動することができる。

［案内姿勢、および動作］
図９および図１０は、ロボット１が対象物を指し示す際の姿勢の一例を示す図である。図９は上面視であり、図１０は側面視である。図示するように、ロボット１は、対象物ＯＢにおける特定の位置ＯＢ１の方向を指し示すとき、肩関節部２４における腕第１リンク部３２の回転中心２４Ａ（ボディ部２０における「所定の箇所」の一例である）と、特定の位置ＯＢ１を結ぶ直線Ｌ上に人差し指部４３が延在する姿勢を形成する。ロボット１は、対象部ＯＢにおける所定の位置ＯＢ１の座標の情報を、対象物座標データ８４として記憶部８０に格納している。姿勢制御部９４は、このような姿勢を実現するように、肩関節部２４、肘関節部３４、手首関節部３８、および手部４０の関節部のアクチュエータを制御する。これによって、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、直感的に把握することができる。すなわち、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することができる。

また、ロボット１は、干渉計算部９４Ａの処理等によって移動する前後において、人差し指部４３の延在方向（指示方向）が位置ＯＢ１に向く状態を維持する。図１１は、ロボット１が人差し指部４３の延在方向を位置ＯＢ１に向け続ける様子を示す図である。これによって、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、直感的に把握することができる。すなわち、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することができる。

なお、「指示体」の一例として人差し指部４３を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、ロボット１は、手部４０全体と指示体として扱ってもよい。ロボット１は、例えば全ての指部を伸ばした状態で、手部４０を対象物ＯＢに向けてもよい。この場合、姿勢制御部９４は、直線Ｌ上に手部４０全体が延在する姿勢をとるように、肩関節部２４、肘関節部３４、手首関節部３８、および手部４０の関節部のアクチュエータを制御する。図１２は、係る姿勢を示す図であり、ロボット１が対象物を指し示す際の姿勢の他の例を示す図である（上面視は図５とほぼ同じであるため、側面視のみ示す）。また、ロボット１は、指示棒などの道具を手部４０で把持し、その把持した指示棒などを対象物ＯＢに向けてもよい。

また、図１３および図１４は、ロボット１が対象物を指し示す際に行う動作を模式的に示す図である。図１３は上面視であり、図１４は側面視である。図示するように、ロボット１は、対象物ＯＢにおける特定の位置ＯＢ１の方向を指し示すとき、人差し指部４３が直線Ｌ上に延在する状態を維持したまま、人差し指部４３が直線Ｌ上を行ったり来たりする動作を行う。姿勢制御部９４は、このような動作を実現するように、肩関節部２４、肘関節部３４、および手首関節部３８のアクチュエータを制御する。これによって、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、更に直感的に把握することができる。すなわち、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、更に効果的に誘導することができる。なお、このような動作は、ロボット１の腕部３０から先の部材が対象物ＯＢや人に干渉する場合にも行われる。

以下、図９〜１４で説明した姿勢が実現されるまでの処理の流れについて、図５を参照しながら説明する。指差し指令計算部９４Ｅには、例えば、指差しタイミング計算部９４Ｄから指示タイミング信号や対象物ＯＢの識別情報が、干渉計算部９４Ａから腕の縮み量を指定する情報が、対象物座標データ８４から全ての対象物ＯＢの位置が、それぞれ入力される。

手首方位計算部９４Ｅａは、まず、対象物ＯＢの識別情報を用いて全ての対象物ＯＢの位置から、案内を行う対象物ＯＢの位置ＯＢ１を特定する。この位置ＯＢ１は、例えば、実座標系上の位置（展示会場を平面とした場合の位置）として記述されている。手首方位計算部９４Ｅａは、実座標系上の位置からロボット座標系上の位置に変換する処理を行う。図１５は、手首方位計算部９４Ｅａによる処理を説明するための図である。図中、破線矢印でしめすｘ軸、ｙ軸が実座標系の座標軸を示し、実線矢印で示すＸ軸、Ｙ軸がロボット座標系の座標軸を示す。ロボット座標系のＸ軸は、例えば、ロボット１のつま先に相当する部位の向く方向と定義される。実座標系上の位置からロボット座標系上の位置への変換は、実座標系上のロボット１の位置および方位に基づいて行われる。

また、手首方位計算部９４Ｅａは、上記の変換によって位置ＯＢ１のロボット座標系上の位置および方位が求められると、位置ＯＢ１を右腕部で指し示すか、左腕部で指し示すかを決定する。図１５において、角度範囲ＡＲは右腕で指し示すことの可能な範囲を示し、角度範囲ＡＬは左腕で指し示すことの可能な範囲を示している。手首方位計算部９４Ｅａは、基本的に、位置ＯＢ１の方位が角度範囲ＡＲの範囲内であれば右腕で、位置ＯＢ１の方位が角度範囲ＡＬの範囲内であれば左腕で指し示すと決定する。

ここで、角度範囲ＡＲ、ＡＬのいずれにも含まれない範囲は、その立ち位置からは指し示すことが不可能な範囲である。この場合、例えば、手首方位計算部９４Ｅａは、音声案内制御部９６に指し示すことが不能である旨の情報を出力し、音声案内制御部９６は、指差しをしながら行う必要のない音声案内に切り替える制御を行う。また、図１５において、角度範囲ＡＲ、ＡＬの重複部分が存在する。この範囲内に位置ＯＢ１が存在する場合、手首方位計算部９４Ｅａは、例えば人の位置に応じていずれの腕で指し示すかを決定する。図１６は、位置ＯＢ１が角度範囲ＡＲ、ＡＬの重複部分に存在する場合に、指し示す腕が決定される様子を示す図である。ロボット１は、例えば人Ｈに対して頭部１０の頭部正面１４（カメラ１２の存在する面）を正対させて説明を行う。そして、手首方位計算部９４Ｅａは、肩関節部２４の回転中心２４Ａ、手部４０、位置ＯＢ１を結ぶ直線Ｌが、頭部１０と人とを結ぶ直線と交わらないように、いずれの腕で指し示すかを決定する。図１６に示すような場面では、仮に左腕で位置ＯＢ１を指し示した場合、回転中心２４Ａ、手部４０、位置ＯＢ１を結ぶ直線が、頭部正面１４と人とを結ぶ直線と交差してしまい、見かけ上、不自然な姿勢となってしまう。従って、手首方位計算部９４Ｅａは、図１６に示すような場面では、右腕によって位置ＯＢ１を指し示して音声案内を行うものと決定する。

手首方位計算部９４Ｅａによって、位置ＯＢ１の方位、すなわち人差し指部４３の延在方向を決定付ける手部４０の方位が決定されると、腰／腕分配部９４Ｅｂが、ロボット座標系上のＸ方向と人差し指部４３の延在方向との角度差（例えば図１５における、Ｘ軸と直線Ｌのなす角度）を実現するための各関節部の「ひねり」を、腰関節部２６と、肩から腕にかけての関節部（肩関節部２４、肘関節部３４、および手首関節部３８）とに分配する。腰／腕分配部９４Ｅｂは、例えば、角度差が大きくなるほど腰関節部２６のひねりの割合が大きくなるように、ひねりの量を分配する。図１７は、腰／腕分配部９４Ｅｂがひねりの量を分配する際の分配傾向の一例を示す図である。腰関節部２６のひねり量θ_２６は、Ｘ軸と直線Ｌのなす角度をθ_ＸＬとすると、例えば式（１）で求められる。
θ_２６＝―θ_ＸＬ×｛１―ｅｘｐ（｜θ_ＸＬ／π｜）｝ ‥（１）

腰／腕分配部９４Ｅｂによって、ひねり量の分配程度が決定されると、分配されたひねり量を実現するように、腰・脚制御部９４Ｇによって腰関節部２６に取り付けられたアクチュエータが制御される。また、手首位置計算部９４Ｅｃにより、ロボット座標系上における手部４０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）が計算される。また、手先姿勢計算部により、人差し指部４３の掌部４１に対してなす角度が計算される。これらの計算結果を用いて腕制御部９４Ｆが肩関節部２４から先の関節部に取り付けられたアクチュエータを駆動することで、図９、１０等に示した姿勢が実現される。

［処理フロー］
以下、ロボット１の立ち位置が決定されて音声案内が行われるまでの処理の流れについて、フローチャートの形式で説明する。図１８は、制御部９０により実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。まず、制御部９０は、対象物ＯＢと案内内容を決定する（ステップＳ１００）。次に、制御部９０は、指差しの必要な案内内容であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。指差しの必要な案内内容でない場合、指差しをせずに、音声案内制御部９６が音声案内を出力するようにスピーカ７０を制御する（ステップＳ１１６）。

指差しの必要な案内内容である場合、対象物ＯＢに干渉しない位置に立ち位置を決定する（ステップＳ１０４）。次に、姿勢制御部９４は、人に接近歩行し、頭部１０の正面１４が人の方向を向くようにアクチュエータ群６０を制御する（ステップＳ１０６）。

次に、姿勢制御部９４は、ジェスチャが制限されている位置関係であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ジェスチャが制限されている位置関係である場合、姿勢制御部９４は、離脱歩行を行い（ステップＳ１１０）、再度、ステップＳ１０８の判定を行う。

ジェスチャが制限されている位置関係でない場合、姿勢制御部９４は、指差しをする腕を決定する（ステップＳ１１２）。次に、姿勢制御部９４は、指差し可能な位置を決定できたか否かを判定する（ステップＳ１１４）。指差し可能な位置を決定できなかった場合、指差しをせずに、音声案内制御部９６が音声案内を出力するようにスピーカ７０を制御する（ステップＳ１１６）。

指差し可能な位置を決定できた場合、前述したように、姿勢制御部９４は、手首方位角度を決定し（ステップＳ１１８）、腰／腕分配比を決定し（ステップＳ１２０）、手首位置を決定し（ステップＳ１２２）、手先姿勢を決定する（ステップＳ１２４）。そして、姿勢制御部は、指差しが人と干渉するか否かを判定する（ステップＳ１２６）。指差しが人と干渉する場合、姿勢制御部９４は、離脱歩行を行い（ステップＳ１２８）、ステップＳ１１８に戻る。

一方、指差しが人と干渉しない場合、姿勢制御部９４が指差し姿勢を形成するようにアクチュエータ群６０を制御しつつ、音声案内制御部９６が音声案内を出力するようにスピーカ７０を制御する（ステップＳ１３０）。その後、制御部９０は、音声案内が終了したか否かを判定する（ステップＳ１３２）。音声案内が終了していない場合は、アクチュエータ群６０の動作履歴やカメラ１２の撮像画像解析によって、ロボット１の位置を取得し（ステップＳ１３４）、ステップＳ１１８に戻る。音声案内が終了した場合、本フローチャートの１ルーチンが終了する。

［呼びかけ制御］
ロボット１は、以下に説明するように、対象物ＯＢについての音声案内を行う前に、人Ｈを好適位置ＷＡに誘導する動作を行ってもよい。図１９は、ロボット１が、人Ｈを好適位置ＷＡに誘導する様子を示す図である。図１９（Ａ）に示すように、ロボット１は、まず好適領域ＷＡ内に立ち、対象物ＯＢを指し示しながら人Ｈに対して自己の位置に来るように呼びかける音声（「こっちだよ」など）を出力する。そして、図１９（Ｂ）に示すように、人Ｈが接近して来るのに応じて対象物ＯＢを指し示しながら移動可能領域ＭＡに後退し、人Ｈが好適領域ＷＡに入ると、対象物ＯＢについての音声案内を出力する。係る制御によって、ロボット１は、対象物ＯＢを見やすい位置に人を誘導することができる。

図２０は、ロボット１が、人Ｈを好適位置ＷＡに誘導する際に実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。まず、姿勢制御部９４は、好適領域ＷＡまたは移動可能領域ＭＡ内に人がいないか否かを判定する（ステップＳ２００）。好適領域ＷＡまたは移動可能領域ＭＡ内に人がいる場合は、本フローチャートの１ルーチンが終了される。この場合、例えば図１８のフローチャートの処理が実行される。

好適領域ＷＡまたは移動可能領域ＭＡ内に人がいない場合、姿勢制御部９４は、ロボット１を好適領域ＷＡ内に移動させる（ステップＳ２０２）。そして、環境認識部９２により遠い位置で人が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２０４）。「遠い位置」とは、好適領域ＷＡと移動可能領域ＭＡの領域外の位置を意味してもよいし、好適領域ＷＡと移動可能領域ＭＡの外縁から所定距離以上、或いはロボット１から所定距離以上の位置を意味してもよい。遠い位置で人が検知されなかった場合は、本フローチャートの１ルーチンが終了される。

遠い位置で人が検知された場合、ロボット１は、人に対して自己の位置に来るように呼びかける音声を出力する（ステップＳ２０６）。そして、姿勢制御部９４は、人が接近しているか否かを判定する（ステップＳ２０８）。人が接近している場合、姿勢制御部９４は、人の接近に応じてロボット１を後退させる（ステップＳ２１０）。

次に、姿勢制御部９４は、人が好適領域ＷＡに入ったか否かを判定する（ステップＳ２１２）。人が好適領域ＷＡに入ると、音声案内制御部９６は、対象物ＯＢについての音声案内を開始するようにスピーカ７０を制御する（ステップＳ２１４）。なお、ステップＳ２０８またはＳ２１２で否定的な判定が得られた場合、ステップＳ２０４の判定処理に戻る。

以上説明した本実施形態のロボット１によれば、干渉計算部９４Ａの処理等によって移動する前後において、人差し指部４３の延在方向（指示方向）が位置ＯＢ１に向く状態を維持するため、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、直感的に把握することができる。この結果、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することができる。

また、本実施形態のロボット１によれば、対象物ＯＢにおける特定の位置ＯＢ１の方向を指し示すとき、肩関節部２４における腕第１リンク部３２の回転中心２４Ａと、特定の位置ＯＢ１を結ぶ直線Ｌ上に人差し指部４３が延在する姿勢を形成するため、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、直感的に把握することができる。この結果、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、より効果的に誘導することができる。

また、本実施形態のロボット１によれば、対象物ＯＢにおける特定の位置ＯＢ１の方向を指し示すとき、人差し指部４３が直線Ｌ上に延在する状態を維持したまま、人差し指部４３が直線Ｌ上を行ったり来たりする動作を行うため、案内を受ける人は、ロボット１が指し示す方向を、更に直感的に把握することができる。この結果、ロボット１は、案内を受ける人の視線を、更に効果的に誘導することができる。

また、本実施形態のロボット１によれば、まず好適領域ＷＡ内に立ち、人Ｈに対して自己の位置に来るように呼びかける音声を出力し、人Ｈが接近して来るのに応じて移動可能領域ＭＡに後退し、人Ｈが好適領域ＷＡに入ると、対象物ＯＢについての音声案内を出力するため、ロボット１は、対象物ＯＢを見やすい位置に人を誘導することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１ロボット（ロボット）
１０頭部
１２カメラ（検知部）
２０ボディ部（ボディ部）
２４肩関節部
３０腕部（連結部）
３２腕第１リンク部
３４肘関節部（中間関節部）
３６腕第２リンク部
３８手首関節部
４０手部
５０脚部
４１掌部
４２親指部
４３人差し指部（指示体）
４４中指部
４５薬指部
４１Ａ〜４１Ｅ基節関節部
４３Ａ人差し指先端部
４３Ｂ人差し指第１関節部
４３Ｃ人差し指第１リンク部
４３Ｄ人差し指第２関節部
４３Ｅ人差し指第２リンク部
６０アクチュエータ群（駆動部）
６２ロータリーエンコーダ群
７０スピーカ（出力部）
８０記憶部
９０制御部
９２環境認識部
９４姿勢制御部（制御部）
９６音声案内制御部

Claims

方向を指し示すための指示体と、
前記指示体を駆動する駆動部と、
前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、
前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部を備える連結部と、
前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御することができる、
ロボット。
請求項１記載のロボットであって、
前記制御部は、前記移動部により前記ボディ部が移動する前後において、前記指示体の指し示す方向に前記対象物が位置する状態を維持するように、前記駆動部を制御する、
ロボット。
請求項１または２記載のロボットであって、
前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記一以上の中間関節部が前記直線から逸脱した状態で、前記直線上を前記指示体が往復移動するように、前記駆動部を制御することができる、
ロボット。
請求項１から３のうちいずれか１項記載のロボットであって、
前記駆動部は、前記連結部を前記ボディ部における前記所定の箇所を中心として回転駆動する、
ロボット。
請求項１から４のうちいずれか１項記載のロボットであって、
人の位置を検知する検知部を備え、
前記制御部は、前記ボディ部が人を中心とした領域内にある場合に、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御する、
ロボット。
請求項５記載のロボットであって、
前記制御部は、前記ボディ部が前記人から離れるように前記移動部を制御する際に、前記ボディ部の向きを変えずに移動するように前記移動部を制御し、その後、前記ボディ部を旋回させて、前記前記対象物の位置に基づいて決定される目標位置まで前記ボディ部が移動するように前記移動部を制御する、
ロボット。
請求項１から６のうちいずれか１項記載のロボットであって、
人の位置を検知する検知部を備え、
前記制御部は、前記指示体に前記対象物の方向を指示させる前に、前記ボディ部が前記対象物の位置を基準とした初期位置に移動するように前記移動部を制御し、その後、人が前記ボディ部に接近することが前記検知部により検知された場合に、前記ボディ部が前記初期位置から離れるように前記移動部を制御する、
ロボット。
請求項７記載のロボットであって、
音声を出力する出力部を備え、
前記制御部は、前記ボディ部が前記初期位置に移動したときに、前記初期位置に来るように人に呼び掛ける音声を出力するように、前記出力部を制御する、
ロボット。
請求項８記載のロボットであって、
前記制御部は、人が前記初期位置に移動したときに、音声による前記対象物についての案内を開始するように前記出力部を制御する、
ロボット。
請求項１から９のうちいずれか１項記載のロボットであって、
人の位置を検知する検知部を備え、
前記制御部は、前記ボディ部の位置と前記検知部により検知された人の位置との間の距離が第１の所定距離以上となり、且つ、前記ボディ部の位置と前記対象物の位置との間の距離が第２の所定距離以上となるように、前記移動部を制御する、
ロボット。
請求項１から１０のうちいずれか１項記載のロボットであって、
２つのアーム部の先端に前記指示体が取り付けられ、
前記移動部は、２つの脚部を備える、
ロボット。
方向を指し示すための指示体と、前記指示体を駆動する駆動部と、前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部と、を備えるロボットの制御方法であって、
前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の位置を計算するステップと、
前記計算した位置に前記指示体が位置し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように前記駆動部を制御するステップと、を備え、
前記駆動部を制御するステップにおいて、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御する、
ロボット制御方法。
方向を指し示すための指示体と、前記指示体を駆動する駆動部と、前記駆動部が取り付けられたボディ部を移動させる移動部と、前記ボディ部と前記指示体とを連結し、前記ボディ部との連結箇所と前記指示体との連結箇所の間に一以上の中間関節部と、を備えるロボットの制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記指示体に前記対象物の方向を指示させるとき、前記ボディ部における予め定められた所定の箇所と前記対象物の位置を結ぶ直線上に前記指示体の位置を計算するステップと、
前記計算した位置に前記指示体が位置し、且つ前記直線の方向と前記指示体の指し示す方向が一致するように前記駆動部を制御するステップと、を実行させ、
前記駆動部を制御するステップにおいて、前記コンピュータに、前記一以上の中間関節部のうち少なくとも１つが前記直線上から逸脱した状態で、前記直線上に前記指示体の少なくとも一部が延在するように、前記駆動部を制御させる、
ロボット制御プログラム。