(57)【要約】  【課題】  低コストで、しかも従来よりＣＰＵやメモリに掛かる負荷を軽減して、対象物を追跡することが可能なロボット装置を提供する。  【解決手段】  所定の行動面上を行動するロボット装置であって、対象物を含む視野からの入射光を前記行動面と略平行な方向に集光する集光レンズ１２と、集光された光を受光して信号に変換する複数の光電変換素子とを有するカメラユニット部と、  前記複数の光電変換素子からの出力信号に基づいて対象物の方位を求め、当該方位に応じた方向に前記カメラユニット部を向ける行動を生成する行動生成部とを備える。【選択図】  図４
2006229486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の行動面上を行動するロボット装置であって、
対象物を含む視野からの入射光を前記行動面と略平行な方向に集光する集光レンズと、集光された光を受光して信号に変換する複数の光電変換素子とを有するカメラユニット部と、
前記複数の光電変換素子からの出力信号に基づいて対象物の方位を求め、当該方位に応じた方向に前記カメラユニット部を向ける行動を生成する行動生成部と
を備えることを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記カメラユニット部は、さらに、前記集光レンズと前記複数の光電変換素子との間の光路上に、対象物の発する波長領域以外の光を遮断するフィルタを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記カメラユニット部を構成している集光レンズは、シリンドリカルレンズが用いられており、このシリンドリカルレンズを複数積み重ねて配置するとともに、各シリンドリカルレンズと光電変換素子との間の光路上のフィルタの遮断光波長を異ならしめたことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追跡行動や回避行動等の対象物の位置に応じた行動をするロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、周囲の環境に応じた行動を行なう学習教材等の用途に用いられるロボット装置が開発されている。このようなロボット装置は、移動を実現させるためのアクチュエータ、このアクチュエータの動作を制御し、所定の行動を生成する行動生成部、外界の状況を撮像するＣＣＤカメラなどを含んでいる。
係るロボット装置の中には、数十万画素といった高画質なＣＣＤカメラを備えており、このＣＣＤカメラで撮像した画像内に存在する対象物を所定の画像処理を行なうことにより検出し、ＣＣＤカメラを対象物の方位（あるいは対象物以外の方位）に向けることにより、その対象物を追跡（あるいは回避）するものがある。
【特許文献１】特開２００３−１９１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した高画質なＣＣＤカメラは高価であることが多い。
また、撮像した画像の画素数が多いと、画像処理のために高いスペック（ＣＰＵの処理能力、作業領域となるメモリの容量等）が要求される傾向にある。
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであって、低コストで、しかも従来よりＣＰＵやメモリに掛かる処理負荷を軽減して、対象物の方位に応じた行動をすることが可能なロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明に係るロボット装置は、所定の行動面上を行動するロボット装置であって、対象物を含む視野からの入射光を前記行動面と略平行な方向に集光する集光レンズと、集光された光を受光して信号に変換する複数の光電変換素子とを有するカメラユニット部と、前記複数の光電変換素子からの出力信号に基づいて対象物の方位を求め、当該方位に応じた方向に前記カメラユニット部を向ける行動を生成する行動生成部とを備えることを特徴とする
また、前記カメラユニット部は、さらに、前記集光レンズと前記複数の光電変換素子との間の光路上に、対象物の発する波長領域以外の光を遮断するフィルタを有していることを特徴とする。
【０００５】
また、前記カメラユニット部を構成している集光レンズは、シリンドリカルレンズが用いられており、このシリンドリカルレンズを複数積み重ねて配置するとともに、各シリンドリカルレンズと光電変換素子との間の光路上のフィルタの遮断光波長を異ならしめたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、対象物の追跡や回避等の対象物の方位に応じた行動をすることが可能となる。従来のような高画質なＣＣＤカメラを用いる必要はなく、またＣＰＵやメモリに掛かる負荷を軽減できるのでコストを低くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るアヒル型のロボット装置１等の概略構成を示す模式図である。
ロボット装置１の本体を構成する筐体２は、胴体部３と頭部４とを備える。
【０００８】
胴体部３は前後左右に、車輪６ａ、６ｂ，６ｃ，６ｄ（図中、車輪６ｄは胴体部３によって隠れている。）を有している。
頭部４内部にはＣＰＵやメモリなどの電子機器が収納され、頭部４前端の口ばし部４ａ内には後述するカメラユニット１０が収納されている。なお、頭部４は胴体部３に対して回転しないものとする。
【０００９】
ロボット装置１の図中右方には、追跡対象となる物体であるボール９が位置している。ボール９は、緑色に発光しているものとする。
図２は、ロボット装置１の構成を示す機能ブロック図である。
ロボット装置１は、カメラユニット１０、行動生成部３０、アクチュエータ４０ａ〜４０ｄを備えている。
【００１０】
行動生成部３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６を備えている。
ＲＯＭ３４は、不揮発性のメモリであり、制御プログラム等を格納している。
ＲＡＭ３６は、揮発性のメモリであり、ＣＰＵ３２が実行する演算処理のための作業領域を提供する。
アクチュエータ４０ａ〜４０ｄは、例えばサーボモータを含んでおり、それぞれ車輪６ａ〜６ｄを駆動させる。
【００１１】
行動生成部３０は、所定の駆動信号を送出してアクチュエータ４０ａ〜４０ｄの制御を行なうことにより、ロボット装置１を回転させて向きを変えたり、所定の行動面Ｓ（図１参照）上を前後左右に走行させる。
図３はカメラユニット１０の外観図である。図４は、カメラユニット１０の分解斜視図である。図３、図４を参照してカメラユニット１０（カメラユニット部）の構成について説明する。
【００１２】
カメラユニット１０は、樹脂製のケース１１、このケース１１の先端部に収納された集光レンズ１２、フィルタ１５、光電変換部１４ａ〜１４ｅを備えている。
樹脂製のケース１１の前方には、集光レンズ１２が収納されている。集光レンズ１２は、円柱をその軸方向に割ったような形状をしたシリンドリカルレンズであり、入射光を集光レンズ１２の幅方向に集光させる。
【００１３】
カメラユニット１０は、集光レンズ１２（及びケース１１）の平坦部分の面が行動面Ｓ（図１参照）と略平行になる姿勢で、口ばし部４ａの先端に収納される。このとき、集光レンズ１２の曲率を有する方向と行動面Ｓとは略平行となるので、集光レンズ１２は、筐体２正面（前方）の視野から入射する入射光を行動面Ｓ方向にのみ集光させることとなる。
【００１４】
光電変換部１４ａ〜１４ｅには、電力供給線（power)を介して所定の電力が供給されると共に、クロック線（clock)を介してクロック信号が入力されており、当該光電変換部１４ａ〜１４ｅは受光量が所定量より大きい場合に、上記クロック信号と同期して信号Ｄ１〜Ｄ５をそれぞれ出力する。この信号Ｄ１〜Ｄ５はそれぞれ１ビットの信号である。
集光レンズ１２と光電変換部１４ａ〜１４ｅとの間の光路上には、フィルタ１５が配置されている。このフィルタ１５は、ボール９の発光色である緑色に対応しており、緑色の波長領域以外の光を遮断する。フィルタ１５は、緑色の波長領域のみの光を透過させるとも言い得る。
【００１５】
図５は、光電変換部１４ａの回路構成図である。５つの光電変換部１４ａ〜１４ｅは、同一の回路構成をしているので、光電変換部１４ａのみを説明する。
光電変換素子であるフォトトランジスタＦＴは、受光した光（light)の量に応じた電気信号を出力する。
アナログ・デジタル変換器１４２は、入力する電気信号が所定量より大きい場合に、ビットを立てた信号を出力する。
【００１６】
図６は、ロボット装置の真上方向から見たときのボール９から放射される光の光路等を模式的に示す図である。図６では説明の便宜上、ボール９を１点で示している。
緑色に発光するボール９から放射され集光レンズ１２に入射する光は、集光レンズ１２によって集光レンズ１２の幅方向に集光される。そして、フィルタ１５により緑色の波長領域以外の光は遮断されるので、緑色の波長領域のみの光が光電変換部１４ａ〜１４ｅに入射する。
【００１７】
上記光電変換部１４ａ〜１４ｅは、行動面Ｓ上のロボット装置本体（筐体２）を基準とした方位に対応して配列されている。
すなわち、光電変換部１４ｃは、正面の方位に対応し、光電変換部１４ａ，１４ｂは右方の方位に対応し、光電変換部１４ｄ，１４ｅは左方の方位に対応している。
図６に示す例では、ボール９は筐体２の右方に位置しており、ボール９から放射された光は、光電変換部１４ｂに集光されている。このとき、この光電変換部１４ｂから信号（Ｄ２＝１）が出力され、他の光電変換部１４ａ，１４ｃ〜１４ｅからは出力されない（Ｄ１＝Ｄ３＝Ｄ４＝Ｄ５＝０）。
【００１８】
図７は、筐体２とボール９の位置関係の遷移を示す模式図である。
筐体２の正面の方位にボール９が位置している場合には[図７（ａ）］、当該方位に対応して配設された光電変換部１４ｃから信号（Ｄ３＝１）が出力される。行動生成部３０は、この信号を受け取り、この信号に基づいてボール９が筐体２の正面にボール９が位置していると求める。なお、行動生成部３０の信号処理は、ＲＯＭ３４内に格納されている制御プログラムに従って実行される。
【００１９】
そして、行動生成部３０はアクチュエータ４０ａ〜４０ｄを制御し、筐体２を直進させてボール９の追跡を行なう。
ボール９が動いたことにより、筐体２の左方にボールが位置している場合には[図７（ｂ）］、光電変換部１４ａ〜１４ｅの出力信号はＤ４＝１（またはＤ５＝１）となり、この信号を受け取った行動生成部３０は筐体２を左に回転させる[図７（ｃ）］。この回転途中に出力信号がＤ３＝１に切り替わると（このとき、集光レンズ１２の光軸がボール９の方位に向いている。）、行動生成部３０は回転を停止させ、再び直進させてボール９の追跡を行なう[図７（ｄ）］。
（変形例１）
本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、上述の実施の形態に限定されないのは勿論である。
【００２０】
上述の実施の形態においては、ボール９が位置する方位へ集光レンズ１２を向けてボール９を追跡する行動を行なっているが、視野から対象物を外すことで対象物を回避する行動を行なうようにしてもよい。
図８は、変形例１に係る筐体２とボール８の位置関係の遷移を示す模式図である。なお、ボール８は赤色に発光しているものとする。
【００２１】
筐体２の正面の領域に赤色のボール８が位置し[図８（ａ）］、光電変換部１４ｃから信号（Ｄ３＝１）が出力されると、行動生成部３０は、すべての光電変換部１４ａ〜１４ｅから信号が出力されなくなるまで筐体２を左方（右方としても構わない。）に回転させてボール８を回避する行動を行なう[図８（ｂ），図８（ｃ）］。
（変形例２）
集光レンズ１２は平坦な形状をしているので、その平坦面と垂直な方向に容易に積層することができ、頭部４内の限られたスペース内に収納することが可能である。
【００２２】
図９は、変形例２に係るカメラユニットの外観図である。
本変形例では、第１のカメラユニット１０ａの上面に、第２のカメラユニット１０ａが積まれている。このような構成によれば、例えば、第１のカメラユニット１０ａに、緑色波長領域透過性フィルタを設けて緑色のボール９が位置する方位を示す信号を出力させ、第２のカメラユニット１０ｂに、赤色波長領域透過性フィルタを設けて赤色のボール８が位置する方位を示す信号を出力させれば、緑色に発光するボール９を追跡する行動（図７参照）と、赤色に発光するボール８を回避する行動（図８参照）を組み合わせることができ、簡単な構成でロボット装置１に複雑な動きを行なわせることができる。
（変形例３）
本発明は、移動機構を備えていないロボット装置にも本発明を適用することができ、例えば、移動機構は有していないが、頭部を回転（回転行動）する機構を有するロボット装置に、低いコストで対象物の位置に応じた行動をする機能をもたらすことができる。
【００２３】
図１０は、変形例３に係るロボット装置１００を示す図である。
クマのぬいぐるみ状のロボット装置１００は、頭部の鼻に対応する位置にはカメラユニット１０が埋設されており、座った姿勢でボール９の方向を向いている。
ロボット装置１００は、ロボット装置１と基本的には同様の構成をしているが、移動機構を備えていない。もっとも、ロボット装置１は、頭部を左右に回転させる図示しないアクチュエータを有しており、眼前のボール９の動きに追従して頭部を左右に振る。係る動作をするロボット装置１００は、ユーザに親近感を抱かせることができるであろう。
（その他）
（１）集光レンズ１２の形状について
集光レンズ１２は、行動面Ｓと直交する面に対して、曲率を有する形状にしても構わない。このようにすれば、ロボット装置１の上下方向（高さ方向）の光をも集光することができ、ロボット装置１の視界を広げることができ好適である。
【００２４】
（２）光電変換素子の数について
本実施の形態では、光電変換部１４ａ〜１４ｅはそれぞれ１個の光電変換素子ＦＴ（図５参照）を有するので、５個の光電変換素子を備えている。このように光電変換素子の数が奇数であれば、中央の光電変換部１４ｃの出力信号を対象物が正面に位置するものとすることにより、集光レンズ１２の光軸をボール９へ向けることが容易である。
【００２５】
なお、最低限３個の光電変換部（３個の光電変換素子）を備えれば、左方、正面、右方の３方位に対応することができるので対象物の追跡が可能である。
光電変換部の数が多いほど、追跡・回避動作をよりスムーズで精緻にすることができるのは勿論である。もっとも、数が多くなるに連れてコストが増大するので、例えば、１５個もあれば十分である。
【００２６】
（３）フィルタ１５について
本実施の形態では、集光レンズ１２と光電変換部１４ａ〜１４ｅの光電変換素子ＦＴとの間の光路上にフィルタ１５を配置して、ボール９の発する緑色の波長領域以外の外乱光が光電変換部１４ａ〜１４ｅに入らないようにしていたが、フィルタ１５に代えて、緑色の波長領域に感度を持つ光電変換素子を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係るロボット装置は、低コストで、しかも従来よりＣＰＵやメモリに掛かる負荷を軽減して対象物に応じた行動をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】アヒル型のロボット装置１等の概略構成を示す模式図である。
【図２】ロボット装置１の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】カメラユニット１０の外観図である。
【図４】カメラユニット１０の分解斜視図である。
【図５】光電変換部１４ａの回路構成図である。
【図６】行動面Ｓに直交する方向から見たときのボール９から放射される光の光路等を模式的に示す図である。
【図７】筐体２とボール９の位置関係の遷移を示す模式図である。
【図８】変形例１に係る筐体２とボール８の位置関係の遷移を示す模式図である。
【図９】変形例２に係るカメラユニットの外観図である。
【図１０】変形例３に係るロボット装置１００を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１００  ロボット装置
２      筐体
３      胴体部
４      頭部
６ａ〜６ｄ    車輪
８      ボール(赤色に発光している）
９      ボール（緑色に発光している）
１０      カメラユニット
１２      集光レンズ
１４ａ〜１４ｅ  光電変換部
ＦＴ      光電変換素子
Ｓ      行動面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006229486.tif 000009
【図８】
2006229486.tif 000010
【図９】
2006229486.tif 000011
【図１０】
2006229486.tif 000012