JP2004148439A - Spherical robot and spherical robot control method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spherical robot control method which positively carries out recognition of environmental information and object information which have been conventionally difficult to be detected by various sensors. <P>SOLUTION: A main body section 20 arranged in the spherical shell formed of a spherical shell consisting of two separable semi-spheres 11a, 11b is provided with an RFID reading section 28 as a reading means for reading information (ID data etc.) of an RFID tag (radio tag) allotted to an external object, and an RFID writing section 29. The external object has the RFID tag allotted thereto, in which the object information (environmental information) is written. The spherical robot 1 has actions (behavior patterns) stored therein as a table beforehand, and the operations are developed according to ID numbers described in the RFID tag, whereby the robot is controlled to carry out the operation according to a recognized ID number. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球形ロボット及びその制御方法に関するものであり、特に、自律的に行動を出現させ、外部からの入力情報に応じて行動を制御することによって、人間との間で双方向通信が可能な球形ロボット及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間や動物等の動作に類似した運動を、例えば電気的又は磁気的作用を用いて行う機械装置のことを一般に「ロボット」という。わが国においてロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００３】
アーム式ロボットのように、ある特定の場所に設置して用いる据置きタイプのロボットは、部品の組立・選別作業といった固定的・局所的な作業空間でのみ活動する。これに対し、移動式ロボットは、非限定的な作業空間の所定経路上又は無経路上を自在に移動して、所定又は任意の人的作業を代行したり、ヒトやイヌ或いはその他の生命体に置き換わるような種々の幅広いサービスを提供することができる。
【０００４】
移動手段としては、クローラ式やタイヤ式等があるが、なかでも脚式の移動ロボットは、不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段や梯子の昇降、障害物の乗り越え、整地・不整地の区別を間わない柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。
【０００５】
最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模した、いわゆるペット型ロボット、或いはヒトのような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」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待もますます高まってきている。
【０００６】
このようなロボット装置は、所定の自由度をもつアクチュエータと所定の物理量を検出するセンサ等を所定の位置に配置された機構部とを有し、マイクロコンピュータを用いた制御部によって、外部からの情報に対して所定の動作を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。このように、ロボット装置が実際の動物の示す行動により近づくことができれば、ロボット装置の生物感が一層増し、ユーザは、ロボット装置に一層の親近感や満足感を感じる。またこれにより、ロボット装置のエンターテインメント性、アミューズメント性が向上する。
【０００７】
一方で、例えば、安全性の高い移動機構として、ロボット装置自体を球形にすることが考えられる。これにより、人間と最も触れ合う機会が高い家庭内であっても外部に対して高い安全性を有するだけでなく、優れた移動性能を発揮する（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１５４６７９
【特許文献２】
特開２０００−２１８５７８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のロボット装置において、外部から与えられる情報を検出する方法としては、例えば、（１）マイク等から得られる音声データを検出し、この音声データの音声認識結果を使用する方法、（２）ＣＣＤカメラ等から得られる画像データを検出し、この画像データの画像認識結果を使用する方法、（３）タッチセンサ等による物理的な働きかけにより受けた圧力を検出し、その選出結果を使用する方法、（４）温度センサ、湿度センサや匂いセンサ等により周辺の環境状況を検出し、この検出結果を使用する方法等が知られている。
【００１０】
しかしながら、音声、画像、圧力、環境状況といった外部情報を検出する手法では、例えば、周囲に騒音がある場合、マイク等から得られる音声データにノイズが重畳されて正しい音声認識結果が得られないことがある。また、表面の状態や形状が似ているが異なる物体が複数存在する場合、これらの物体を識別することが困難である。更に、物体を認識する際には、画像データを検出して、この画像データを解析して認識する手法が最も有力であるが、画像データを検出するためには「明るさ」が重要であり、外部が暗い場合には、得られる画像データの情報量が低下し正確な認識結果が得られない。また、外部環境の明るさや周囲の配色等は、一定ではないため、画像解析に十分な明るさが合ったとしても常に正確な認識結果が得られるとは限らない。
【００１１】
特に、イヌやネコのような動物の身体メカニズムやその動作を模したロボット装置であれば、手足部にタッチセンサ、顔部にＣＣＤカメラ、耳部にマイクロフォンというようにセンサの配置を決定することができるが、球形ロボットは、その本体形状の特性から、タッチセンサ、ＣＣＤカメラといった外部情報を取得するためのセンサ類を都合良く設けることが難しい。
【００１２】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識等を可能とする球形ロボット及びそのための制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、本発明に係る球形ロボットは、中空部を有している球殻と、上記球殻内に配置される本体部とを有する球形ロボットにおいて、外部に対して情報を出力する情報出力手段と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて情報出力手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、この球形ロボットには、無線タグ読取手段により読み取られたデータと物体に関する情報とを関連付けたテーブルが記憶された記憶手段を設けてもよく、制御手段は、無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて情報出力手段を制御する。
【００１５】
また、情報出力手段としては、外部に対して可視光を発光する可視光線発光部、外部に対して赤外線を発光する赤外線発光部、球殻外部に音声を出力するための音声出力部、球殻内部で所定の動作をする回転駆動手段が挙げられ、制御手段は、無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて、これら情報出力手段を制御する。
【００１６】
また、球形ロボットは、外部から情報を取得する外部情報取得手段と、情報出力手段で出力する情報を外部情報取得手段にて取得される情報に関連づけて予め記憶している出力情報記憶手段とを備え、制御手段が外部情報取得手段により取得された情報に関連づけられて出力情報記憶手段から読み出した情報を出力するように情報出力手段を制御してもよい。このとき、制御手段は、外部情報取得手段により情報が取得されると、一定期間、無線タグ読取手段の動作を実行するようにもできる。
【００１７】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る球形ロボットの制御方法は、自律的に行動を出現させるとともに、外部からの入力情報に応じて行動が制御される球形ロボットの制御方法であって、外部に対して情報を出力する情報出力工程と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
この制御方法は、外部から情報を取得する外部情報取得工程を有し、制御工程では、外部情報取得工程で取得された情報に対応して情報出力手段から出力される情報を予め記憶した出力情報記憶手段から出力すべき情報が読み出される。
【００１９】
また、制御工程では、外部情報取得工程で情報が取得された場合、一定期間、無線タグ読取工程の動作を実行するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる具体例は本発明を好適に実現した一例であるから、以下に説明する具体例で技術的に種々の限定が付されていても本発明を限定する旨の記載がない限り、本発明は、この具体例によって限定されない。
【００２１】
図１は、本発明の球形ロボットの具体例を示す正面図及び背面図を示し、図２は、上面図及び側面図を示す。図１及び図２に示す球形ロボット１は、球殻１１、本体部２０等を有し、本体部２０は、球殻１１によって覆われている。
【００２２】
球殻１１は、例えば、分離可能な２つの半球１１ａ、１１ｂからなっており、球殻内部に配置された本体部２０が取り出せる構造になっている。球殻１１は、例えば、ポリオレフィン系の分子構造をもつ樹脂であり、紫外線域から赤外線域の光を透過するような材質である。これにより、後述する赤外線発光部２２及び可視光線発光部２５から出射された光線を球殻外部に透過できる。
【００２３】
本体部２０は、回転駆動部２１、赤外線発光部２２、スピーカ２３、マイク２４、可視光線発光部２５、受光部２６、記憶部２７等を有している。回転駆動部２１は、車輪２１ａ，２１ａ、モータ２１ｂ，２１ｂ等からなっている。車輪２１ａ，２１ａは、本体部２０の下部に設けられ、球殻１１の内周面と接触している。車輪２１ａ，２１ａは、それぞれモータ２１ｂ，２１ｂと接続されており、各モータの作動により独立に回転できる。これにより球殻１１を動作させている。
【００２４】
また、本体部２０には、外部の物体に設けられたＲＦＩＤタグ（無線タグ）の情報（ＩＤデータ等）を読み取る読取手段としてのＲＦＩＤリード部２８が所定位置に設けられている。
【００２５】
ここで、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とは、非接触型の自動認識技術のことであり、例えばＩＣと小型アンテナが組み込まれたタグ等の媒体から電波等を介して情報を読み取る。媒体となるタグ（付け札）は、ＲＦＩＤタグ、無線タグ、ＩＣタグ等と称され、カード状やラベル状、マイクロチップ状等、種々の形状がある。ＲＦＩＤ識別技術は、バーコードに代わる技術として、ＲＦＩＤタグをあらゆる製品に埋め込んで製品の情報を管理することが期待されているのみならず、ゲートやドアの開閉、通過管理や、小包や荷物の配送管理等の種々の利用形態が提案されている。ＲＦＩＤリード部２８は、このようなＲＦＩＤタグ（無線タグ）に記憶されているデータ（ＩＤデータ等）を読み取るためのものである。なお、ＲＦＩＤシステムの情報伝送方式には、電磁誘導方式、電磁結合方式、マイクロ波方式、静電結合方式、光方式等が挙げられるが、上記ＲＦＩＤリード部２８としては、何れの方式に対応する情報読取手段を用いてもよく、複数の方式に対応できるようにしてもよい。
【００２６】
また、本体部２０は、更に、ＲＦＩＤタグに対して情報を記録するためのＲＦＩＤライト部２９を備えている。
【００２７】
続いて、各部を具体的に説明する。回転駆動部２１は、車輪２１ａ，２１ａを有しており、車輪２１ａ，２１ａが同一方向に同一速度で回転すると、球殻１１が車輪２１ａ，２１ａの回転方向とは反対方向に回転して球形ロボット１自身が前進し、車輪２１ａ，２１ａが互いに反対方向に回転すると球形ロボット１はその場で旋回する。また、車輪２１ａ，２１ａがそれぞれ同一方向に回転しているが回転速度が異なる場合には、車輪間の回転速度差に応じた回転半径で旋回することができる。このように、球形ロボット１は、回転駆動部２１によって種々の移動動作ができる。球形ロボット１は、この「動き」によっても何らかの情報を外部に伝達できる。
【００２８】
赤外線発光部２２は、例えば、赤外線ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、本体部２０の正面側及び背面側に設けられている。赤外線発光部２２は、本体部２０の正面方向及び背面方向に赤外線を発光し、この赤外線発光によって情報の出力又は情報の入力を行っている。本体部２０には、この赤外線発光部２２に対応して、フォトトランジスタやフォトダイオードからなる受光部２６が設けられており、外部から赤外線を受光することによって情報を取得できる。
【００２９】
赤外線発光部２２は、外部のリモートコントローラ等に対して情報を赤外線を介して出力する。また、リモートコントローラから出力された赤外線を受光部２６にて受光することにより、外部の情報を取得することができる。更に、赤外線発光部２２が、正面方向に出力した赤外線の反射光を受光部２６にて検出することによって、障害物等、外部の情報を得ることができる。
【００３０】
図１及び図２に示すように、本体部２０にはスピーカ２３とマイク２４が設けられている。スピーカ２３は、外部に向かって音を発生し、マイク２４は、外部の音を集音する。したがって、球形ロボット１から人間に対してスピーカ２３により音情報を伝達することができ、人間から球形ロボット１に対してマイク２４により音情報を伝達することができる。球形ロボット１のスピーカ２３から出力された音声は、球殻１１を介して外部に伝達されるため球殻全体が振動し、音声が全方向に均一に発散されて音声伝播がよくなるという利点もある。
【００３１】
本体部２０には、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、読み書き可能なフラッシュメモリやメモリカード等といった記憶部２７が着脱可能に取り付けられている。記憶部２７は、例えば、第１記憶部２７ａと第２記憶部２７ｂからなり、第１記憶部２７ａには、モータ２１ｂ、スピーカ２３等からなる、後述する情報出力部５２における動作情報が記憶されている。このように、球形ロボット１の動作についての情報を記憶している第１記憶部２７ａと音声内容等を記憶する第２記憶部２７ｂとを分離することにより、それぞれの記憶容量を変更することができ、記憶できる動作のバリエーションを増やすことができるという利点がある。
【００３２】
一方、第２記憶部２７ｂには、マイク２４、受光部２６及び磁気センサ３０等からなるセンサ部５１から入力された情報を判別するために必要な情報が記憶されている。後述するように、記憶部２７は、通信機能を用いて書き換え可能になっており、動作のための情報や判別のための情報等、ここに記憶された情報を随時変更できる。このため、各記憶部２７ａ、２７ｂが取り替えられること、又は通信機能により記憶部の内容が書き換られることにより、情報出力部５２から出力される情報が変化する。
【００３３】
可視光線発光部２５は、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタからなり、可視光を外部に照射して発光の有無又は点滅等することにより、外部へ情報を伝達することができる。また、本体内部には、ホールセンサのような磁気センサ３０が設けられている。磁気センサ３０は、外部に設置されている磁石やコイル等の磁気発生部による磁界を検知することによって、情報を取得するものである。
【００３４】
ＲＦＩＤリード部２８は、周囲の物体に備え付けられたＲＦＩＤタグから、そのＲＦＩＤタグに記録された情報（ＩＤデータ等）を非接触又は接触により読み取る。更に、ここで読み取った信号をＲＦＩＤ信号として本体部２０へ送出する。
【００３５】
ＲＦＩＤライト部２９は、周囲の物体に備え付けられたＲＦＩＤタグに対して、記録すべき情報（ＩＤデータ等）を非接触又は接触により書き込むことができる。記録すべき情報は、ＲＦＩＤ信号に変換され、特定周波数の記録用電波として発せられる。ここで記録すべき信号は、ＲＦＩＤ信号として本体部２０から送られる。
【００３６】
図３には、球形ロボット１の本体部２０の構成例を示す。本体部２０は、図３に示すように、インテリジェント制御部５３、電源部５４、駆動制御部５５、センサ制御部５６、通信部５７を有している。
【００３７】
インテリジェント制御部５３は、球形ロボット１全体の動作を制御するものであって、例えば、一般的に知られているマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）から構成されている。インテリジェント制御部５３は、センサ制御部５６からのセンサ情報を高速且つパラレルに演算処理する。
【００３８】
電源部５４は、球形ロボット１が動作するために必要な電力を供給するものであって、例えば、リチウムイオン電池やニッカド電池等の２次電池やアルカリ乾電池やマンガン乾電池の一次電池である。これらが着脱可能になっている。電源部５４には、外部から操作可能なスイッチ５８が接続されていて、スイッチ５８により電源部５４のオン／オフが制御される。駆動制御部５５は、本体部２０に設けられている赤外線発光部２２、可視光線発光部２５、モータ２１ｂ及びスピーカ２３により構成されているセンサ部５１の動作を制御するものである。
【００３９】
駆動制御部５５は、インテリジェント制御部５３の指令により情報出力部５２に所定の動作を行わせる。
【００４０】
センサ制御部５６は、マイク２４や、受光部２６、ＲＦＩＤリード部２８、磁気センサ３０等から与えられる音声信号、ＲＦＩＤ信号といった各種検出信号に基づいて、特定の外部状態、ユーザからの特定の働きかけ、ユーザからの指示等を認識し、認識結果を表す状態認識情報をインテリジェント制御部５３に通知する。すなわち、センサ制御部５６には、音声認識部も含まれ、音声認識部は、マイク２４から入力した音声信号を認識している。
【００４１】
また、センサ制御部５６は、ＩＤ認識部４０を有しており、ＩＤ認識部４０は、ＲＦＩＤリード部２８から与えられるＲＦＩＤ信号を用いて、ＲＦＩＤに記録された信号の認識処理を行う。そして、ＩＤ認識部４０は、その処理の結果、例えば、「段差」、「壁」、「斜面」等を認識し、認識結果を状態認識情報としてインテリジェント制御部５３に通知する。ＩＤ認識部４０の構成に関しては、後述する。
【００４２】
通信部５７は、有線又は無線通信により外部との間で情報を送受しており、外部と通信するために、例えばアンテナや配線等からなるコミュニケータ５７ａを有している。また、通信部５７は、記憶部２７と情報の授受ができ、受信した情報又は記録した情報は、記憶部２７に書込可能な形式になっている。また、通信部５７は、記憶部２７が取り付けられているか否かを認識する機能を有する。
【００４３】
インテリジェント制御部５３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリ等を内蔵しており、ＣＰＵにおいて、メモリに記憶された制御プログラムが実行されることにより各種処理を行う。すなわち、インテリジェント制御部５３は、マイク２４、ＲＦＩＤリード部２８、磁気センサ３０等から与えられる音声信号、ＲＦＩＤ信号等に基づいて、特定の外部状態、ユーザからの指令、ユーザからの特定の働きかけ等を認識する。
【００４４】
インテリジェント制御部５３は、この判断結果等に基づいて、関連する行動を決定し、その決定結果に基づいて、例えば、車輪２１ａ，２１ｂを駆動させ、前進、後退、回転等の行動を表現する。また、インテリジェント制御部５３は、必要に応じて合成音を生成してスピーカ２３から出力させたり、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等である可視光線発光部２５を点灯、消灯又は点滅させる。
【００４５】
更に、インテリジェント制御部５３は、マイク２４等からの信号に基づいて、上記ＲＦＩＤリード部２８の読取動作を制御するようにしてもよい。例えば、インテリジェント制御部５３は、所定の音声信号を検出すると、一定期間、ＲＦＩＤリード部２８の動作を実行する。
【００４６】
以上のような構成を備えることによって、球形ロボット１は、周囲の状況等に基づいて自律的に行動をとることができる。図４を用いて、球形ロボット１がある動作を実行するときのデータの授受を説明する。
【００４７】
記憶部２７には、球形ロボット１の動作、例えば可視光線発光部２５の点滅速度やモータ２１ｂの回転速度等の情報出力部５２に関する動作情報が予め記憶されている。センサ部５１を構成するマイク２４、受光部２６、磁気センサ３０、ＲＦＩＤリード部２８等から情報が入力されると、センサ制御部５６を介してインテリジェント制御部５３に送られる。インテリジェント制御部５３は、センサ制御部５６から入力された情報と、通信部５７を介して記憶部２７から得られる情報とに基づいて球形ロボット１の動作を決定する。インテリジェント制御部５３は、決定した駆動指令を駆動制御部５５に転送する。駆動制御部５５は、駆動指令に基づいて情報出力部５２を動作させて外部に情報を出力する。
【００４８】
続いて、ＩＤ認識部４０の構成例を図５を用いて説明する。ＩＤ認識部４０は、センサ制御部５６内部に設けられ、ＩＤ照合部４１とＩＤテーブル記憶部４２とを有する。ＩＤ照合部４１には、ＲＦＩＤリード部２８によって読み取られたＲＦＩＤ信号が供給される。ＩＤテーブル記憶部４２は、予め登録されたＲＦＩＤタグ（無線タグ）のＩＤ番号及びそのＩＤ番号に対応した状態認識情報のテーブル（以下ＩＤテーブルと呼ぶ）が記録されている。図６に、ＩＤテーブルの例を示す。この図６の例では、状態認識情報として、例えば、「壁」、「段差」、「斜面」等の動作空間の状態を示した状態認識情報１と、状態識別情報１に示した動作空間で実際にとるべき行動（「停止」、「衝突」、「左折回避」、「後退」等）を示した状態認識情報２とがある。ＩＤ番号に対応する状況認識情報は、複数存在してもよい。また、このＩＤテーブルは、図１、図３等に示す記憶部２７に格納されていてもよい。
【００４９】
ＩＤ照合部４１は、ＲＦＩＤリード部２８において読み取られたＲＦＩＤ信号がＩＤテーブル記憶部４２のＩＤテーブルに記録された情報に属するかどうかを判定する。このＲＦＩＤ信号がＩＤパターン記憶部４２に記録されたものであると判定した場合、ＩＤパターン記憶部４２に記録されたＩＤテーブルに基づいて、ＲＦＩＤ信号のＩＤ番号に対応する状況認識情報をインテリジェント制御部５３へ通知する。
【００５０】
ＲＦＩＤ信号のフォーマットとしては、例えば、ヘッダ部、識別子部、データ部を有し、全体として１２８ビットで構成されているものが挙げられ、このほか、種々のフォーマットを使用可能である。一般にＲＦＩＤタグは、バーコードに比べて書き込める情報量が多く、物体の詳細なデータ等を盛り込むこともできる。また、ＲＦＩＤシステムは、非接触で情報通信が可能であるため、耐久性に優れており、汚れやほこり等の影響を受けない。また、移動しながらの読み取りが可能である。このため、カメラ等の光学検出手段と比べて、環境の光量に関係なく暗闇でも認識できる等の利点を有している。
【００５１】
このようなＲＦＩＤリード部２８をロボット装置に設ければ、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった物体の情報の確認や物体の識別、行動範囲の制約、認識した結果に応じた行動をとらせる等といった応用が可能である。例えば、行動範囲の制約としては、壁や段差部分等に無線タグを付けることにより、球形ロボットがこの無線タグを認識すれば、壁に衝突したり段差部分から落下することを未然に回避できる。
【００５２】
図７及び図８を用いて、本発明を行動範囲の制約に適用する例について説明する。図７には、上述した球形ロボット１と、この球形ロボット１が動作する領域の一部とが示されている。ここでは、この領域は、領域外よりも高くなっているが、例えば、壁であってもよいし、領域外が斜面であってもよい。
【００５３】
領域１００の縁部は、所定間隔毎にＲＦＩＤタグ１０１_１〜１０１_ｎが貼付されたテープ１０２によって縁取りされている。この具体例では、約１０センチ間隔であり、このＲＦＩＤタグの各々には、図６に示したようなＩＤ番号が割り当てられている。ただし、ここでは、ＲＦＩＤタグには、予めこの領域に関する情報が書き込まれているものとする。
【００５４】
球形ロボット１がこの領域１００の縁部に向かって進行し、ＲＦＩＤリード部２８によって、ＲＦＩＤタグが読み取り可能な位置に達すると、図８に示すように、ＲＦＩＤリード部２８から発生される読み取り電波１０３によって、ＲＦＩＤタグ１０１_ｋに記録された情報（ＲＦＩＤタグのＩＤ番号）がリードされる。ここでは、説明のため、ＲＦＩＤタグ１０１_ｋのＩＤ番号が図６に示す「２００００００１」であるとする。
【００５５】
リードされたＲＦＩＤタグのＩＤ番号は、センサ制御部５６を介してインテリジェント制御部５３に送られる。インテリジェント制御部５３は、ＲＦＩＤリード部２８から送られたＩＤ番号が第２記憶部２７ｂのＩＤテーブルに属するか否か判別する。第２記憶部２７ｂに記録されている場合、インテリジェント制御部５３は、このＩＤ番号に対応する状況認識情報１と状況認識情報２とを取得し、このＩＤ番号「２００００００１」から、「段差」があることを認識し、「後退」によって対処する。インテリジェント制御部５３は、決定された駆動指令（「後退」）駆動制御部５５に送る。駆動制御部５５は、情報出力部３２のモータ３１ｂにこの指令に基づいて後退するための制御信号を送る。
【００５６】
このように本具体例によれば、「段差」、「壁」といった障害物の情報や環境の情報をＲＦＩＤタグに書き込んで球形ロボット１の行動空間中に点在させることにより、周囲の状態の識別が有効且つ確実に行える。
【００５７】
また、球体ロボット１が行動する平面に位置情報を記録した無線タグを付けて、位置情報を認識させて所定の経路を進行させたり、この球形ロボット１を充電するための充電器に識別のための無線タグを付けてこの球形ロボット１が充電器の無線タグを認識して独力で充電器に接続するようにもできる。また、球形ロボット１を構成する部品（パーツ）に無線タグを付けて球形ロボット自身にパーツを認識させ、着脱を行わせることもできる。
【００５８】
更に、認識したＩＤ番号に対応した行動パターンを用意しておいてこれを出現させることができることから、行動範囲の制約のみならず、人間や仲間ロボットとこの球形ロボット１との間のコミュニケーションの一手段としても適用できる。具体的には、所有者を認識するＲＦＩＤタグを所有者（ユーザ）の所持品等に設け、球形ロボット１がユーザを認識した場合、特有の動作を表出したり、ＲＦＩＤタグにより相手（人間又は他のロボット装置）との面識を記憶したりできる。
【００５９】
以上説明したように、この球形ロボット１は、交換又は通信等により記憶部２７の内容を更新を可能とし、球形ロボット１の動作のバリエーションを容易に増やすことができる。また、光、音、磁気等の情報を、動き、音、光等へ翻訳する機能を追加することにより、家庭やオフィス内で人間や仲間ロボットとの双方向通信を実現することができる。すなわち、球形ロボット１がセンサ機能を有することで、人間や他のロボットとの双方向通信を実現できる。また、ロボット装置にＲＦＩＤリード部２８を設けることにより、マイク、カメラや種々のセンサで検出することが困難であった物体の情報の確認や物体の識別が有効且つ確実に行える。認識した結果に応じた行動パターンを表出させることができる。
【００６０】
本具体例では、上述した一連の処理をインテリジェント制御部５３に格納されたプログラムを実行させることで行うようにしたが、一連の処理は、それ専用のハードウェアによって行うことも可能である。また、プログラムは、上述のように予めメモリに記憶させておくほか、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、磁気ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体に一時的又は永続的に格納（記録）することができる。このようなリムーバブル記録媒体を、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供し、球形ロボット１にインストールして用いるようにもできる。
【００６１】
また、プログラムは、リムーバブル記録媒体からインストールするほか、ダウンロードサイトやディジタル衛星放送用の人工衛星を介して無線で転送したり、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介して有線で転送して提供できる。例えば、プログラムがバージョンアップされたとき等には、バージョンアップされたプログラムを入手して球形ロボット１にインストールすれば、バージョンアップが容易に行える。
【００６２】
本具体例において、インテリジェント制御部５３に各種の処理を行わせるためのプログラムを記述する処理ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的或いは個別に実行される処理（例えば、並列処理或いはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、ひとつのＣＰＵにより処理されるものであってもよいし、複数のＣＰＵによって分散処理されるものであってもよい。
【００６３】
なお、本発明は、上述した具体例に限定されない。例えば、図１においてセンサ部５１として赤外線発光部２２等を例示しているが、その他、例えば球殻１１表面に振動を利用した超音波センサを使用して、球殻１１そのものをセンサ部として使用してもよい。また、球殻１１が透明な部材で形成されるようにして、本体部２０にＣＣＤカメラのような撮像素子を配置することにより、映像情報が取得できるようにしてもよい。例えば、ＣＣＤカメラからの画像信号を画像認識することにより、「壁」らしきものが認識された場合に、ＲＦＩＤリード部２８によってこの物体に設けられたＲＦＩＤタグを読み取り、ＲＦＩＤリード部２８から得られたＲＦＩＤ信号に基づいて、ＩＤ認識部４０にて「壁」であることを認識する。
【００６４】
これにより、例えば全方向を直接監視できる監視装置として応用することもできる。ＣＣＤカメラや赤外線センサ等を設けて物体の有無や状態を光学的に検出するようにした場合、光学的検出手段からの光学的検出結果により物体の有無や状態を検出したときに、一定期間、ＲＦＩＤリード部２８の動作を実行するようにもできる。動作空間に無線タグを配置しておけば、光量不足等でＣＣＤカメラから得られる情報が乏しくなっても、障害物回避等の動作が確実に行われる。
【００６５】
また、情報出力部５２として液晶ディスプレイ装置等の表示部を設けてもよい。この場合、球形ロボット１からより幅広い情報（応答）が出力できる。このほかにも、タッチセンサ、感熱センサ、感圧センサ等といった各種センサを設けることができる。
【００６６】
更に、記憶部２７は、第１記憶部２７ａ、第２記憶部２７ｂの２つの記憶部からなっているが、例えば、音声を記憶する記憶部、光に関する情報を記憶する記憶部、動作を記憶する記憶部というように、記憶する情報を細分化して、種類毎に記憶部を設けてもよい。この場合、各記憶部に記憶されている情報が変更されると、それぞれの記憶部の組み合わせにより球形ロボット１から出力される情報のバリエーションを増やすことができる。一方、記憶部２７を１つの記憶部として構成すれば、記憶部２７を交換する作業が効率的に行えるという利点もある。
【００６７】
上述した具体例では、球殻１１は、樹脂材料であるが、このほかにゴム等の変形自在な材料を用いてもよい。この場合、安全性や割れ等に対する強度を高めることができる。
【００６８】
また、通信部５７は、第２記憶部２７ｂを介して動作決定を判別するための情報を取得しているが、コミュニケータ５７ａを介して外部から動作決定を判別するための情報を取得するようにしてもよい。
【００６９】
以上、本発明を球形ロボット１に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、産業用のロボットや人間型ロボット等の各種ロボット装置に広く適用できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る球形ロボットは、中空部を有している球殻と、上記球殻内に配置されて上記球殻を回転駆動させるための本体部とを有する球形ロボットにおいて、外部に対して情報を出力する情報出力手段と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて情報出力手段を制御する制御手段とを有することにより、マイク、カメラ、種々のセンサといった他の情報取得手段で検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識が有効且つ確実に行える。
【００７１】
ここで、この球形ロボットには、無線タグ読取手段により読み取られたデータと物体に関する情報とを関連付けたテーブルが記憶された記憶手段を設け、制御手段が無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて記憶手段から読み出した物体情報に基づいて情報出力手段を制御することにより、物体や状況に応じた幅広い行動パターンを用意でき、この球形ロボットのエンターテインメント性が向上する。
【００７２】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る球形ロボットの制御方法は、自律的に行動を出現させるとともに、外部からの入力情報に応じて行動が制御される球形ロボットの制御方法であって、外部に対して情報を出力する情報出力工程と、外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程とを有する。これにより、マイク、カメラ、種々のセンサといった他の情報取得手段で検出することが困難であった周囲の情報、物体の情報の確認、外部環境が暗い際の物体の認識が有効且つ確実に行えるとともに、物体や状況に応じた幅広い行動パターンを用意でき、この制御方法によって制御される球形ロボットのエンターテインメント性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の具体例として示す球形ロボットの球殻を透過して示す正面図であり、（ｂ）は、上記球形ロボットの球殻を透過して示す背面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の具体例として示す球形ロボット球殻を透過して示す上面図であり、（ｂ）は、上記球形ロボットの球殻を透過して示す側面図である。
【図３】上記球形ロボットの本体部を説明する構成図である。
【図４】上記球形ロボットがある動作をするときのデータの授受を説明する図である。
【図５】上記球形ロボットのＩＤ認識部を説明する構成図である。
【図６】上記球形ロボットが記憶するＩＤテーブルの例を示す図である。
【図７】上記球形ロボットの動作を説明する模式図である。
【図８】上記球形ロボットの動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ 球形ロボット、１１ 球殻、２０ 本体部、２１ 回転駆動部、２７ 記憶部、２８ ＲＦＩＤリード部、２９ ＲＦＩＤライト部、４０ ＩＤ認識部、４１ ＩＤ照合部、４２ ＩＤテーブル記憶部、５１ センサ部、５２ 情報出力部、５３ インテリジェント制御部、５５ 駆動制御部、５６ センサ制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spherical robot and a control method thereof, and in particular, enables two-way communication with a human by causing an action to appear autonomously and controlling the action according to input information from the outside. The present invention relates to a spherical robot and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
A mechanical device that performs a motion similar to the motion of a human or animal using, for example, an electric or magnetic action is generally called a “robot”. Robots began to spread in Japan in the late 1960s, but most of them were industrial robots (industrial robots) such as manipulators and transfer robots for the purpose of automation and unmanned production work in factories. there were.
[0003]
A stationary type robot, such as an arm type robot, which is installed and used in a specific place, operates only in a fixed and local work space such as assembling and sorting parts. On the other hand, a mobile robot can freely move on a predetermined path or a non-path in a non-restricted work space to perform predetermined or arbitrary human work, or to perform human or dog or other living organisms. A wide variety of services can be provided that can replace.
[0004]
There are crawler type and tire type as a means of movement, but among them, a leg type mobile robot is unstable and makes posture control and walking control difficult. It is excellent in that it can realize a flexible walking / running operation without distinguishing between rough terrain.
[0005]
Recently, it has been modeled on the so-called pet-type robot that imitates the body mechanism and operation of a four-legged animal such as a dog or cat, or the body mechanism and motion of an animal that walks upright on two legs such as a human. Research and development on legged mobile robots, such as designed "humanoid robots", has been progressing, and expectations for practical use have been increasing.
[0006]
Such a robot device has an actuator having a predetermined degree of freedom and a mechanical unit in which a sensor or the like for detecting a predetermined physical quantity is arranged at a predetermined position, and a control unit using a microcomputer controls an external device. It is configured to perform a predetermined operation on information (for example, see Patent Document 1). As described above, if the robot device can approach the behavior of the actual animal more, the biological feeling of the robot device further increases, and the user feels a closer feeling and satisfaction with the robot device. This also improves the entertainment and amusement properties of the robot device.
[0007]
On the other hand, for example, it is conceivable to make the robot device itself spherical as a highly safe moving mechanism. As a result, even in a home where people have the highest chance to come into contact with humans, not only high security to the outside, but also excellent mobility performance is exhibited (for example, see Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-154679 A
[Patent Document 2]
JP-A-2000-218578
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned robot apparatus, as a method of detecting information given from the outside, for example, (1) a method of detecting voice data obtained from a microphone or the like and using a voice recognition result of the voice data; ) A method of detecting image data obtained from a CCD camera or the like and using an image recognition result of the image data. (3) Detecting pressure received by physical action by a touch sensor or the like and using the selection result. (4) A method is known in which a surrounding environmental condition is detected by a temperature sensor, a humidity sensor, an odor sensor, or the like, and the detection result is used.
[0010]
However, in the method of detecting external information such as voice, image, pressure, and environmental conditions, for example, when there is noise around, noise is superimposed on voice data obtained from a microphone or the like, and a correct voice recognition result cannot be obtained. There is. Also, when there are a plurality of different objects having similar surface states or shapes, it is difficult to identify these objects. Furthermore, when recognizing an object, the most effective method is to detect image data and analyze and recognize this image data. However, "brightness" is important for detecting image data. On the other hand, when the outside is dark, the information amount of the obtained image data is reduced, and an accurate recognition result cannot be obtained. In addition, since the brightness of the external environment, the color scheme of the surroundings, and the like are not constant, an accurate recognition result is not always obtained even if the brightness is sufficient for image analysis.
[0011]
In particular, in the case of a robot device that mimics the body mechanism and operation of animals such as dogs and cats, the arrangement of sensors such as touch sensors on the limbs, CCD cameras on the face, and microphones on the ears should be determined. However, it is difficult for the spherical robot to conveniently provide sensors for acquiring external information, such as a touch sensor and a CCD camera, due to the characteristics of the main body shape.
[0012]
Accordingly, the present invention has been proposed in view of such circumstances, and it has been difficult to detect surrounding information, object information, and external environments that were difficult to detect with a microphone, a camera, or various sensors. It is an object of the present invention to provide a spherical robot capable of recognizing an object at the time and a control method therefor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a spherical robot according to the present invention is a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell. Information output means for outputting the data stored in the wireless tag from the wireless tag provided on the external object; and information output means based on the data read by the wireless tag read means. And control means for controlling the
[0014]
Here, the spherical robot may be provided with storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information on the object are stored, and the control means is read by the wireless tag reading means. The information output means is controlled based on the object information read from the storage means in association with the data.
[0015]
The information output means includes a visible light emitting unit that emits visible light to the outside, an infrared light emitting unit that emits infrared light to the outside, a sound output unit for outputting sound to the outside of the spherical shell, and a spherical shell. There is a rotation drive unit that performs a predetermined operation inside, and the control unit controls these information output units based on the object information read from the storage unit in association with the data read by the wireless tag reading unit.
[0016]
In addition, the spherical robot includes an external information acquisition unit that acquires information from outside, and an output information storage unit that stores information output by the information output unit in advance in association with information acquired by the external information acquisition unit. The information output means may be controlled such that the control means outputs the information read from the output information storage means in association with the information acquired by the external information acquisition means. At this time, the control unit may execute the operation of the wireless tag reading unit for a certain period when the information is obtained by the external information obtaining unit.
[0017]
In addition, in order to achieve the above-described object, a method of controlling a spherical robot according to the present invention is a method of controlling a spherical robot in which an action is caused to appear autonomously and the action is controlled in accordance with externally input information. There is an information output step of outputting information to the outside, a wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and a wireless tag reading step. And a control step of controlling information output in the information output step based on the obtained data.
[0018]
This control method has an external information acquisition step of acquiring information from the outside, and in the control step, output information in which information output from the information output means corresponding to the information acquired in the external information acquisition step is stored in advance. Information to be output is read from the storage means.
[0019]
In the control step, when the information is obtained in the external information obtaining step, the operation of the wireless tag reading step may be performed for a certain period.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, since the specific examples described below are examples of suitably implementing the present invention, even if various technical limitations are given in the specific examples described below, unless there is a description that the present invention is limited. However, the present invention is not limited by this specific example.
[0021]
FIG. 1 shows a front view and a rear view showing a specific example of the spherical robot of the present invention, and FIG. 2 shows a top view and a side view. Thespherical robot 1 shown in FIGS. 1 and 2 has aspherical shell 11, amain body 20, and the like, and themain body 20 is covered by thespherical shell 11.
[0022]
Thespherical shell 11 includes, for example, twoseparable hemispheres 11a and 11b, and has a structure in which themain body 20 disposed inside the spherical shell can be taken out. Thespherical shell 11 is, for example, a resin having a polyolefin-based molecular structure, and is made of a material that transmits light in an ultraviolet region to an infrared region. Thereby, the light emitted from the infraredlight emitting part 22 and the visiblelight emitting part 25 described later can be transmitted to the outside of the spherical shell.
[0023]
Themain body unit 20 includes a rotation drive unit 21, an infraredlight emitting unit 22, aspeaker 23, amicrophone 24, a visiblelight emitting unit 25, alight receiving unit 26, astorage unit 27, and the like. The rotation drive unit 21 includes wheels 21a, 21a,motors 21b, 21b, and the like. The wheels 21 a, 21 a are provided at a lower portion of themain body 20 and are in contact with the inner peripheral surface of thespherical shell 11. The wheels 21a, 21a are connected tomotors 21b, 21b, respectively, and can rotate independently by the operation of each motor. Thus, thespherical shell 11 is operated.
[0024]
Further, themain body unit 20 is provided with anRFID read unit 28 at a predetermined position as reading means for reading information (ID data or the like) of an RFID tag (wireless tag) provided on an external object.
[0025]
Here, RFID (Radio Frequency Identification) is a non-contact type automatic recognition technology, and reads information via a radio wave or the like from a medium such as a tag in which an IC and a small antenna are incorporated, for example. Tags (tags) serving as media are called RFID tags, wireless tags, IC tags, and the like, and have various shapes such as a card shape, a label shape, and a microchip shape. RFID identification technology is not only expected to embed an RFID tag in all products to manage product information as an alternative to barcodes, but also to control the opening and closing of gates and doors, to control passage, and to manage parcels and luggage. Various utilization forms such as delivery management have been proposed. The RFID readunit 28 is for reading data (such as ID data) stored in such an RFID tag (wireless tag). Note that the information transmission method of the RFID system includes an electromagnetic induction method, an electromagnetic coupling method, a microwave method, an electrostatic coupling method, an optical method, and the like. An information reading means may be used, and a plurality of methods may be supported.
[0026]
Themain unit 20 further includes anRFID write unit 29 for recording information on the RFID tag.
[0027]
Then, each part is demonstrated concretely. The rotation drive unit 21 has wheels 21a, 21a. When the wheels 21a, 21a rotate in the same direction and at the same speed, thespherical shell 11 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the wheels 21a, 21a to form a spherical shape. When therobot 1 moves forward and the wheels 21a and 21a rotate in opposite directions, thespherical robot 1 turns on the spot. When the wheels 21a and 21a are rotating in the same direction but have different rotation speeds, the vehicle can turn with a rotation radius corresponding to the difference in rotation speed between the wheels. As described above, thespherical robot 1 can perform various moving operations by the rotation drive unit 21. Thespherical robot 1 can transmit some information to the outside also by this “movement”.
[0028]
The infraredlight emitting section 22 is, for example, an infrared LED (light emitting diode), and is provided on the front side and the back side of themain body section 20. The infraredlight emitting section 22 emits infrared light in the front direction and the back direction of themain body section 20, and outputs or inputs information by the infrared light emission. Themain body section 20 is provided with alight receiving section 26 composed of a phototransistor or a photodiode corresponding to the infraredlight emitting section 22, and can acquire information by receiving infrared rays from the outside.
[0029]
The infraredlight emitting section 22 outputs information to an external remote controller or the like via infrared rays. External information can be acquired by receiving the infrared light output from the remote controller by thelight receiving unit 26. Further, the infraredlight emitting unit 22 detects reflected light of infrared light output in the front direction by thelight receiving unit 26, so that external information such as an obstacle can be obtained.
[0030]
As shown in FIGS. 1 and 2, themain body 20 is provided with aspeaker 23 and amicrophone 24. Thespeaker 23 generates sound toward the outside, and themicrophone 24 collects external sound. Therefore, sound information can be transmitted from thespherical robot 1 to the human through thespeaker 23, and sound information can be transmitted from the human to thespherical robot 1 through themicrophone 24. The sound output from thespeaker 23 of thespherical robot 1 is transmitted to the outside through thespherical shell 11, so that the whole spherical shell vibrates, and the sound is uniformly diverged in all directions, so that there is an advantage that the sound propagation is improved. .
[0031]
Astorage unit 27 such as a ROM (Read Only Memory), a readable and writable flash memory, a memory card, or the like is detachably attached to themain body unit 20. Thestorage unit 27 includes, for example, afirst storage unit 27a and asecond storage unit 27b, and thefirst storage unit 27a stores operation information in aninformation output unit 52, which will be described later, including amotor 21b, aspeaker 23, and the like. ing. As described above, by separating thefirst storage unit 27a that stores the information on the operation of thespherical robot 1 from thesecond storage unit 27b that stores the voice content and the like, it is possible to change the respective storage capacities. There is an advantage that the number of operation variations that can be stored can be increased.
[0032]
On the other hand, thesecond storage unit 27b stores information necessary for determining information input from thesensor unit 51 including themicrophone 24, thelight receiving unit 26, themagnetic sensor 30, and the like. As described later, thestorage unit 27 is rewritable using a communication function, and can change information stored therein, such as information for operation and information for determination, at any time. Therefore, the information output from theinformation output unit 52 changes when each of thestorage units 27a and 27b is replaced or the content of the storage unit is rewritten by the communication function.
[0033]
The visiblelight emitting section 25 is composed of, for example, a photodiode or a phototransistor, and can transmit information to the outside by emitting visible light to the outside and emitting or not emitting light or blinking. Amagnetic sensor 30 such as a Hall sensor is provided inside the main body. Themagnetic sensor 30 acquires information by detecting a magnetic field generated by a magnetic generator such as a magnet or a coil installed outside.
[0034]
The RFID readunit 28 reads information (ID data and the like) recorded on the RFID tag from a RFID tag provided on a surrounding object by non-contact or contact. Further, the read signal is transmitted to themain unit 20 as an RFID signal.
[0035]
TheRFID writer 29 can write information to be recorded (such as ID data) to an RFID tag provided on a surrounding object in a non-contact or contact manner. The information to be recorded is converted into an RFID signal and emitted as a recording radio wave of a specific frequency. The signal to be recorded here is sent from themain unit 20 as an RFID signal.
[0036]
FIG. 3 shows a configuration example of themain body 20 of thespherical robot 1. Themain unit 20 includes anintelligent control unit 53, apower supply unit 54, adrive control unit 55, asensor control unit 56, and acommunication unit 57, as shown in FIG.
[0037]
Theintelligent control unit 53 controls the entire operation of thespherical robot 1, and is composed of, for example, a generally known microcomputer or FPGA (Field Programmable Gate Array). Theintelligent control section 53 performs high-speed and parallel arithmetic processing on sensor information from thesensor control section 56.
[0038]
Thepower supply unit 54 supplies electric power necessary for thespherical robot 1 to operate, and is, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel cadmium battery, or a primary battery of an alkaline dry battery or a manganese dry battery. These are detachable. An externally operable switch 58 is connected to thepower supply unit 54, and the switch 58 controls on / off of thepower supply unit 54. Thedrive control unit 55 controls the operation of thesensor unit 51 including the infraredlight emitting unit 22, the visiblelight emitting unit 25, themotor 21b, and thespeaker 23 provided in themain body unit 20.
[0039]
Thedrive control unit 55 causes theinformation output unit 52 to perform a predetermined operation according to a command from theintelligent control unit 53.
[0040]
Based on various detection signals such as an audio signal and an RFID signal provided from themicrophone 24, thelight receiving unit 26, the RFID readunit 28, themagnetic sensor 30, and the like, thesensor control unit 56 performs a specific external state or a specific action from the user. Recognize an instruction from the user or the like, and notify theintelligent control unit 53 of state recognition information indicating the recognition result. That is, thesensor control unit 56 includes a voice recognition unit, and the voice recognition unit recognizes a voice signal input from themicrophone 24.
[0041]
Further, thesensor control unit 56 has an ID recognition unit 40, and the ID recognition unit 40 performs a recognition process of a signal recorded in the RFID using an RFID signal provided from the RFID readunit 28. Then, the ID recognition unit 40 recognizes the result of the processing, for example, “step”, “wall”, “slope”, etc., and notifies theintelligent control unit 53 of the recognition result as state recognition information. The configuration of the ID recognition unit 40 will be described later.
[0042]
Thecommunication unit 57 transmits and receives information to and from the outside by wire or wireless communication, and has acommunicator 57a including, for example, an antenna and a wiring in order to communicate with the outside. Thecommunication unit 57 can exchange information with thestorage unit 27, and the received information or the recorded information is in a format that can be written to thestorage unit 27. Further, thecommunication unit 57 has a function of recognizing whether or not thestorage unit 27 is attached.
[0043]
Theintelligent control unit 53 has a built-in CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like. The CPU executes various processes by executing a control program stored in the memory. That is, theintelligent control unit 53 performs a specific external state, a command from the user, a specific action from the user, and the like based on the audio signal, the RFID signal, and the like provided from themicrophone 24, the RFID readunit 28, themagnetic sensor 30, and the like. Recognize.
[0044]
Theintelligent control unit 53 determines a related action based on the determination result and the like, and based on the determined result, for example, drives thewheels 21a and 21b to express actions such as forward, backward, and rotation. In addition, theintelligent control unit 53 generates a synthesized sound as necessary and outputs the synthesized sound from thespeaker 23, or turns on, off, or blinks the visiblelight emitting unit 25 such as an LED (Light Emitting Diode).
[0045]
Further, theintelligent control unit 53 may control the reading operation of theRFID reading unit 28 based on a signal from themicrophone 24 or the like. For example, upon detecting a predetermined audio signal, theintelligent control unit 53 executes the operation of the RFID readunit 28 for a certain period.
[0046]
With the above configuration, thespherical robot 1 can take an autonomous action based on surrounding conditions and the like. The transfer of data when thespherical robot 1 executes a certain operation will be described with reference to FIG.
[0047]
Thestorage unit 27 stores in advance operation information on the operation of thespherical robot 1, for example, theinformation output unit 52 such as the blinking speed of the visiblelight emitting unit 25 and the rotation speed of themotor 21b. When information is input from themicrophone 24, thelight receiving unit 26, themagnetic sensor 30, the RFID readunit 28 and the like constituting thesensor unit 51, the information is sent to theintelligent control unit 53 via thesensor control unit 56. Theintelligent control unit 53 determines the operation of thespherical robot 1 based on information input from thesensor control unit 56 and information obtained from thestorage unit 27 via thecommunication unit 57. Theintelligent control unit 53 transfers the determined drive command to thedrive control unit 55. Thedrive control unit 55 operates theinformation output unit 52 based on the drive command to output information to the outside.
[0048]
Next, a configuration example of the ID recognition unit 40 will be described with reference to FIG. The ID recognition unit 40 is provided inside thesensor control unit 56, and includes anID collation unit 41 and an IDtable storage unit 42. The RFID signal read by the RFID readunit 28 is supplied to theID collation unit 41. The IDtable storage unit 42 stores an ID number of an RFID tag (wireless tag) registered in advance and a table of state recognition information corresponding to the ID number (hereinafter, referred to as an ID table). FIG. 6 shows an example of the ID table. In the example of FIG. 6, the state recognition information includes, for example,state recognition information 1 indicating the state of the operation space such as “wall”, “step”, “slope”, and the operation space indicated by thestate identification information 1. There is state recognition information 2 indicating actions to be actually taken (“stop”, “collision”, “left turn avoidance”, “retreat”, etc.). A plurality of pieces of situation recognition information corresponding to the ID number may exist. This ID table may be stored in thestorage unit 27 shown in FIGS.
[0049]
TheID collating unit 41 determines whether the RFID signal read by theRFID reading unit 28 belongs to information recorded in the ID table of the IDtable storage unit 42. If it is determined that the RFID signal is recorded in the IDpattern storage unit 42, the situation recognition information corresponding to the ID number of the RFID signal is intelligently controlled based on the ID table recorded in the IDpattern storage unit 42. Notifysection 53.
[0050]
As a format of the RFID signal, for example, a format having a header portion, an identifier portion, and a data portion and having a total of 128 bits can be used. In addition, various formats can be used. Generally, an RFID tag has a larger amount of information that can be written than a barcode, and can include detailed data of an object. In addition, since the RFID system can perform information communication in a non-contact manner, the RFID system has excellent durability and is not affected by dirt or dust. Further, reading while moving is possible. Therefore, as compared with an optical detection means such as a camera, there is an advantage that it can be recognized even in darkness regardless of the amount of light in the environment.
[0051]
If such anRFID read unit 28 is provided in the robot device, it is possible to confirm the information of the object, identify the object, restrict the action range, and recognize the result of the recognition, which were difficult to detect with a microphone, a camera or various sensors. It is possible to apply such an action as to take an appropriate action. For example, as a restriction on the action range, if a spherical robot recognizes the wireless tag by attaching a wireless tag to a wall, a step portion, or the like, it is possible to prevent a collision with the wall or a fall from the step portion.
[0052]
An example in which the present invention is applied to the restriction of the range of action will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the above-describedspherical robot 1 and a part of an area where thespherical robot 1 operates. Here, this region is higher than the outside of the region. However, for example, the region may be a wall, or the outside of the region may be a slope.
[0053]
The edge of thearea 100 is provided at every predetermined interval with theRFID tag 101.₁ ~ 101_n Is bordered by thetape 102 to which the label is attached. In this specific example, the intervals are about 10 cm, and each of the RFID tags is assigned an ID number as shown in FIG. However, here, it is assumed that information on this area is written in advance on the RFID tag.
[0054]
When thespherical robot 1 advances toward the edge of thearea 100 and reaches a position where the RFID tag can be read by the RFID readunit 28, the read radio wave generated from the RFID readunit 28 as shown in FIG. 103, theRFID tag 101_k Is read (ID number of the RFID tag). Here, for the sake of explanation, theRFID tag 101_k Is "20000001" shown in FIG.
[0055]
The ID number of the read RFID tag is sent to theintelligent control unit 53 via thesensor control unit 56. Theintelligent control unit 53 determines whether the ID number sent from theRFID reading unit 28 belongs to the ID table of thesecond storage unit 27b. When recorded in thesecond storage unit 27b, theintelligent control unit 53 acquires thesituation recognition information 1 and the situation recognition information 2 corresponding to this ID number, and from this ID number “20000001”, “step” is obtained. Recognize that there is and deal with "retreat". Theintelligent control unit 53 sends the determined drive command (“retreat”) to thedrive control unit 55. Thedrive control unit 55 sends a control signal for retreating to the motor 31b of the information output unit 32 based on this command.
[0056]
As described above, according to this specific example, information on obstacles such as “steps” and “walls” and information on the environment are written in the RFID tag and are scattered in the action space of thespherical robot 1, so that the surrounding state can be reduced. Identification can be performed effectively and reliably.
[0057]
In addition, a wireless tag that records position information is attached to a plane on which thespherical robot 1 acts, so that the position information can be recognized and a predetermined route can be advanced, or a charger for charging thespherical robot 1 can be identified by a charger. And thespherical robot 1 can recognize the wireless tag of the charger and connect to the charger by itself. Further, it is also possible to attach a wireless tag to the parts (parts) constituting thespherical robot 1 so that the spherical robot itself recognizes the parts and detaches the parts.
[0058]
Further, since an action pattern corresponding to the recognized ID number can be prepared and displayed, not only the action range is restricted, but also the communication between the human or fellow robot and thespherical robot 1 is not limited. It can also be applied as a means. Specifically, an RFID tag for recognizing the owner is provided in the possession of the owner (user) or the like, and when thespherical robot 1 recognizes the user, a specific operation is expressed or the other party (human or human) is displayed by the RFID tag. Or an acquaintance with another robot device).
[0059]
As described above, thespherical robot 1 can update the contents of thestorage unit 27 by exchanging or communicating, and can easily increase the variations of the operation of thespherical robot 1. Further, by adding a function of translating information such as light, sound, magnetism, and the like into motion, sound, light, and the like, two-way communication with a human or a fellow robot in a home or office can be realized. That is, since thespherical robot 1 has a sensor function, bidirectional communication with a human or another robot can be realized. Further, by providing the RFID readunit 28 in the robot device, it is possible to effectively and reliably confirm information on an object and identify an object, which have been difficult to detect with a microphone, a camera, or various sensors. An action pattern according to the recognized result can be expressed.
[0060]
In this specific example, the above-described series of processing is performed by executing a program stored in theintelligent control unit 53. However, the series of processing may be performed by dedicated hardware. In addition to the program being stored in the memory in advance as described above, a flexible disk, CD-ROM (Compact Disc Only Memory), MO (Magneto optical) disk, DVD (Digital Versatile Disc), magnetic disk, semiconductor It can be temporarily or permanently stored (recorded) in a removable recording medium such as a memory. Such a removable recording medium may be provided as so-called package software, and may be installed on thespherical robot 1 and used.
[0061]
In addition to installing the program from a removable recording medium, the program may be transmitted wirelessly via a download site or an artificial satellite for digital satellite broadcasting, or may be transmitted via a wire such as a LAN (Local Area Network) or the Internet. Can be provided. For example, when the program is upgraded, if the upgraded program is acquired and installed in thespherical robot 1, the version can be easily upgraded.
[0062]
In this specific example, processing steps for writing a program for causing theintelligent control unit 53 to perform various processes do not necessarily need to be processed in chronological order in the order described in the flowchart, and may be performed in parallel or individually. The processing to be executed (for example, parallel processing or processing by an object) is also included. Further, the program may be processed by one CPU, or may be processed in a distributed manner by a plurality of CPUs.
[0063]
Note that the present invention is not limited to the specific examples described above. For example, in FIG. 1, the infraredlight emitting unit 22 and the like are illustrated as thesensor unit 51. In addition, for example, an ultrasonic sensor using vibration on the surface of thespherical shell 11 is used, and thespherical shell 11 itself is used as the sensor unit. May be. Alternatively, thespherical shell 11 may be formed of a transparent member, and an image sensor such as a CCD camera may be arranged on themain body 20 so that video information can be obtained. For example, when an image signal from a CCD camera is image-recognized and an object that appears to be a “wall” is recognized, the RFID tag provided on the object is read by the RFID readunit 28 and obtained from the RFID readunit 28. The ID recognition unit 40 recognizes the “wall” based on the RFID signal.
[0064]
Thus, for example, it can be applied as a monitoring device that can directly monitor all directions. When a CCD camera, an infrared sensor, or the like is provided to optically detect the presence or absence or state of an object, when the presence or absence or state of the object is detected based on the optical detection result from the optical detection unit, The operation of the RFID readunit 28 may be executed. If a wireless tag is arranged in the operation space, even if information obtained from the CCD camera becomes insufficient due to insufficient light amount or the like, an operation such as obstacle avoidance is reliably performed.
[0065]
Further, a display unit such as a liquid crystal display device may be provided as theinformation output unit 52. In this case, wider information (response) can be output from thespherical robot 1. In addition, various sensors such as a touch sensor, a heat sensor, and a pressure sensor can be provided.
[0066]
Furthermore, thestorage unit 27 includes two storage units, afirst storage unit 27a and asecond storage unit 27b. For example, a storage unit that stores audio, a storage unit that stores information about light, and a storage unit that stores operations The information to be stored may be subdivided, and a storage unit may be provided for each type. In this case, when the information stored in each storage unit is changed, the variation of the information output from thespherical robot 1 can be increased by a combination of the storage units. On the other hand, if thestorage unit 27 is configured as one storage unit, there is an advantage that the work of replacing thestorage unit 27 can be performed efficiently.
[0067]
In the specific example described above, thespherical shell 11 is made of a resin material, but may be made of a deformable material such as rubber. In this case, safety and strength against cracking can be increased.
[0068]
In addition, thecommunication unit 57 acquires information for determining an operation determination via thesecond storage unit 27b, but acquires information for externally determining the operation determination via thecommunicator 57a. It may be.
[0069]
The case where the present invention is applied to thespherical robot 1 has been described above. However, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to various robot devices such as industrial robots and humanoid robots.
[0070]
【The invention's effect】
As described in detail above, a spherical robot according to the present invention is a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell and configured to rotationally drive the spherical shell. In the robot, information output means for outputting information to the outside, wireless tag reading means for reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and wireless tag reading means Control means for controlling the information output means based on the received data, thereby confirming surrounding information and object information which were difficult to be detected by other information acquisition means such as a microphone, a camera, and various sensors. In addition, the object can be effectively and reliably recognized when the external environment is dark.
[0071]
Here, the spherical robot is provided with storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information on the object are stored, and the control means associates the data read by the wireless tag reading means with the data read by the wireless tag reading means. By controlling the information output means based on the object information read out from the storage means and read out from the storage means, it is possible to prepare a wide range of action patterns according to the object and the situation, thereby improving the entertaining property of the spherical robot.
[0072]
In addition, in order to achieve the above-described object, a method of controlling a spherical robot according to the present invention is a method of controlling a spherical robot in which an action is caused to appear autonomously and the action is controlled in accordance with externally input information. There is an information output step of outputting information to the outside, a wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object, and a wireless tag reading step. Controlling the information output in the information output step based on the obtained data. Accordingly, it is possible to effectively and reliably confirm surrounding information and object information that were difficult to be detected by other information acquisition means such as a microphone, a camera, and various sensors, and recognize an object when the external environment is dark. At the same time, a wide range of behavior patterns can be prepared according to the object and the situation, and the entertainment of the spherical robot controlled by this control method is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a front view showing a spherical shell of a spherical robot shown as a specific example of the present invention, and FIG. 1 (b) is a rear view showing a spherical shell of the spherical robot shown above. is there.
FIG. 2 (a) is a top view showing a spherical robot spherical shell shown as a specific example of the present invention, and FIG. 2 (b) is a side view showing a spherical robot spherical shell shown above. .
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a main body of the spherical robot.
FIG. 4 is a diagram for explaining data transfer when the spherical robot performs a certain operation.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an ID recognition unit of the spherical robot.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an ID table stored by the spherical robot.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the operation of the spherical robot.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the operation of the spherical robot.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 spherical robot, 11 spherical shell, 20 main body, 21 rotation drive, 27 storage, 28 RFID read, 29 RFID write, 40 ID recognition, 41 ID verification, 42 ID table storage, 51 sensor , 52 Information output unit, 53 Intelligent control unit, 55 Drive control unit, 56 Sensor control unit

Claims (15)

Translated fromJapanese

中空部を有している球殻と、上記球殻内に配置される本体部とを有する球形ロボットにおいて、
外部に対して情報を出力する情報出力手段と、
外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取手段と、
上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに基づいて上記情報出力手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする球形ロボット。In a spherical robot having a spherical shell having a hollow portion and a main body disposed in the spherical shell,
Information output means for outputting information to the outside,
Wireless tag reading means for reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object;
Control means for controlling the information output means based on the data read by the wireless tag reading means.上記無線タグ読取手段により読み取られたデータと上記物体に関する情報とを関連付けたテーブルが記憶された記憶手段を有し、
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連付けられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記情報出力手段を制御することを特徴とする請求項１記載の球形ロボット。Having storage means for storing a table in which data read by the wireless tag reading means and information relating to the object are stored;
2. The spherical shape according to claim 1, wherein said control means controls said information output means based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.上記情報出力手段は、外部に対して可視光を発光する可視光線発光部を有し、
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記可視光線発光部を制御することを特徴とする請求項２記載の球形ロボット。The information output unit has a visible light emitting unit that emits visible light to the outside,
3. The control device according to claim 2, wherein the control unit controls the visible light emitting unit based on the object information read from the storage unit in association with data read by the wireless tag reading unit. Spherical robot.上記情報出力手段は、外部に対して赤外線を発光する赤外線発光部を有し、
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記赤外線発光部を制御することを特徴とする請求項２記載の球形ロボット。The information output means has an infrared light emitting unit that emits infrared light to the outside,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein the control unit controls the infrared light emitting unit based on the object information read from the storage unit in association with data read by the wireless tag reading unit. robot.上記情報出力部は、上記球殻外部に音声を出力するための音声出力部を有し、
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記音声出力部を制御することを特徴とする請求項２記載の球形ロボット。The information output unit has a sound output unit for outputting a sound outside the spherical shell,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein said control means controls said audio output unit based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.上記情報出力部は、上記球殻内部で所定の動作をする回転駆動手段を有し、
上記制御手段は、上記無線タグ読取手段により読み取られたデータに関連づけられて上記記憶手段から読み出した上記物体情報に基づいて、上記回転駆動手段を制御することを特徴とする請求項２記載の球形ロボット。The information output unit has a rotation driving unit that performs a predetermined operation inside the spherical shell,
3. The spherical shape according to claim 2, wherein said control means controls said rotation driving means based on said object information read from said storage means in association with data read by said wireless tag reading means. robot.上記球殻外部から出力される、又は上記情報出力部から出力される赤外線の反射光を検出する光検出部を有することを特徴とする請求項４記載の球形ロボット。The spherical robot according to claim 4, further comprising a light detection unit that detects infrared reflected light output from the outside of the spherical shell or output from the information output unit.上記記憶手段は、上記本体部に対して着脱可能であり、外部と通信することにより書き換え可能であることを特徴とする請求項２記載の球形ロボット。3. The spherical robot according to claim 2, wherein the storage means is detachable from the main body, and is rewritable by communicating with the outside.外部から情報を取得する外部情報取得手段と、
上記情報出力手段で出力する情報を上記外部情報取得手段にて取得される情報に関連づけて予め記憶している出力情報記憶手段とを備え、
上記制御手段は、上記外部情報取得手段により取得された情報に関連づけられて上記出力情報記憶手段から読み出した情報を出力するように上記情報出力手段を制御することを特徴とする請求項１記載の球形ロボット。External information acquisition means for acquiring information from outside;
An output information storage unit that stores information output by the information output unit in advance in association with the information acquired by the external information acquisition unit,
2. The information output unit according to claim 1, wherein the control unit controls the information output unit to output information read from the output information storage unit in association with the information acquired by the external information acquisition unit. Spherical robot.上記制御手段は、上記外部情報取得手段により情報が取得された場合、一定期間、上記無線タグ読取手段の動作を実行することを特徴とする請求項９記載の球形ロボット。10. The spherical robot according to claim 9, wherein the control unit executes the operation of the wireless tag reading unit for a certain period when the information is obtained by the external information obtaining unit.上記外部情報取得手段は、接触を検出する接触検出手段を有することを特徴とする請求項９記載の球形ロボット。10. The spherical robot according to claim 9, wherein the external information acquisition unit includes a contact detection unit that detects a contact.上記外部情報取得手段は、物体の有無や状態を光学的に検出する光学的検出手段を有することを特徴とする請求項９記載の球形ロボット。10. The spherical robot according to claim 9, wherein said external information acquisition means includes an optical detection means for optically detecting the presence or absence and state of an object.自律的に行動を出現させるとともに、外部からの入力情報に応じて上記行動が制御される球形ロボットの制御方法であって、
外部に対して情報を出力する情報出力工程と、
外部の物体に設けられた無線タグから該無線タグに記憶されているデータを読み取る無線タグ読取工程と、
上記無線タグ読取工程により読み取られたデータに基づいて上記情報出力工程で出力される情報を制御する制御工程と
を有することを特徴とする球形ロボットの制御方法。A method for controlling a spherical robot in which an action is made to appear autonomously and the action is controlled according to input information from the outside,
An information output step of outputting information to the outside,
A wireless tag reading step of reading data stored in the wireless tag from a wireless tag provided on an external object;
A control step of controlling information output in the information output step based on data read in the wireless tag reading step.外部から情報を取得する外部情報取得工程を有し、
上記制御工程では、上記外部情報取得工程で取得された情報に対応して上記情報出力工程にて出力される情報を予め記憶した出力情報記憶手段から出力すべき情報が読み出されることを特徴とする請求項１３記載の球形ロボットの制御方法。Having an external information acquisition step of acquiring information from outside,
In the control step, information to be output is read from output information storage means that stores information output in the information output step in advance corresponding to the information obtained in the external information obtaining step. The method for controlling a spherical robot according to claim 13.上記制御工程では、上記外部情報取得工程で情報が取得された場合、一定期間、上記無線タグ読取工程の動作を実行することを特徴とする請求項１４記載の球形ロボットの制御方法。15. The control method for a spherical robot according to claim 14, wherein in the control step, when information is obtained in the external information obtaining step, the operation of the wireless tag reading step is performed for a certain period.

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