(57)【要約】【課題】  電子的なディスプレイを用いて、より少ない風の検出手段で安価に且つ違和感なく周囲の風に反応するロボットを提供すること。【解決手段】  人間や動物の頭部を表現した三次元モデルのデータ３，４，５と、それをディスプレイ１に表示する三次元モデル表示手段２と、前記ディスプレイ１の周辺の風を検出する風量検出手段７と、前記風量検出手段７の検出結果から風の振る舞いを推定する風量推定手段６を有し、前記風量推定手段６の推定結果により前記頭部を表現する三次元モデルのデータ中の風の振る舞いに関するデータ３，５を更新し、それを前記三次元モデル表示手段２により前記ディスプレイ１に表示する構成とした。【選択図】        図１
2005092675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間や動物の頭部を表現した三次元モデルのデータと、前記データをディスプレイに表
示する三次元モデル表示手段と、前記ディスプレイの周辺の風を検出する風量検出手段と
、前記風量検出手段の検出結果から風の振る舞いを推定する風量推定手段を有し、前記風
量推定手段の推定結果により前記頭部を表現する三次元モデルのデータ中の風の振る舞い
に関するデータを更新し、それを前記三次元モデル表示手段により前記ディスプレイに表
示する構成としたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
上記風量検出手段にマイクロフォンを用いることを特徴とする、請求項１に記載のロボ
ット。
【請求項３】
上記風量推定手段における風の振る舞いの推定に流体解析を使用することを特徴とする
、請求項１又は２に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部の表情、特に髪の毛の動きが自然に見えるようにしたロボットに関する
ものである。
【背景技術】
【０００２】
人間や動物の形をしたロボットを実現する上で、その頭部は顔や髪の毛があり、人間が
見たときに違和感のないようなものである必要性がある。
【０００３】
そこで、特許文献１の「コミュニケーションロボット」には、電磁モータによって機械
的にゴム皮膜を駆動し、顔の表情を作り出す技術が開示されている。
しかし、機械的に顔の表情を実現する場合、構造が複雑となり、コストがかかることや
故障が起きやすいなどの問題点がある。
【０００４】
一方、電子的な表示装置により顔の表情を実現する試みも成されている。
例えば、特許文献２の「表情を有する知的ロボット」では、複数用意された表情のパタ
ーンを電子的な表示装置に描画することにより、ロボットの顔を実現している。
しかし、この方法の場合、上記した機械式の場合と比較して周辺の環境、例えば光、風
などに左右されずに顔が表現されてしまい、違和感のあるものとなる。
【０００５】
このような課題を解決するため、特許文献３の「ロボット」では、電子的なディスプレ
イと周囲の光或いは風を検出する手段を有して、周囲の状況に連動して違和感なく顔の表
情が変化するロボットを実現した技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６１９８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５９４０号公報
【特許文献３】特開２００３−１８７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３に記載された技術のように、三次元コンピュータグラフィクスの技術と
外部環境要因を検出する手段を利用すれば、環境に連動した人間や動物の顔をリアルに表
現し、ディスプレイ上に表示することが可能である。そして、これをロボットの顔として
利用することは、前述の機械式の場合と比較して、安価に且つ故障がすくなくリアルな顔
を実現できることとなる。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された技術においては、外部環境要因の一つである風
を検出する手段は有していたが、風の振る舞いを推定する手段を有しておらず、多くの風
の検出手段を設けなければ風の反映が不十分となり、風になびくロボットの髪に不自然差
が感じられものと成っていた。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電子的なディスプレイを用いて、より少な
い風の検出手段で安価に且つ違和感なく周囲の風に反応する頭部を有するロボットを提供
することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明のロボットは、人間や動物の頭部を表現した三次元モ
デルのデータと、前記データをディスプレイに表示する三次元モデル表示手段と、前記デ
ィスプレイの周辺の風を検出する風量検出手段と、前記風量検出手段の検出結果から風の
振る舞いを推定する風量推定手段を有し、前記風量推定手段の推定結果により前記頭部を
表現する三次元モデルのデータ中の風の振る舞いに関するデータを更新し、それを前記三
次元モデル表示手段により前記ディスプレイに表示する構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明に係るロボットによれば、人間や動物の頭部を表現した三次元モデルの
データを有し、それをディスプレイに表示する三次元モデル表示手段と、頭部が表示され
たディスプレイの周辺の風の強さ或いは方向などを検出する風量検出手段を有し、前記風
量検出手段の検出結果から風量推定手段において風の振る舞いを推定し、この風の振る舞
いの推定結果により前記三次元モデルのデータ中の風の振る舞いに関するデータ、例えば
風になびく髪の毛の形状データなどを更新し、それを三次元モデル表示手段によりディス
プレイに表示するため、頭部が表示されたディスプレイの周辺に風が吹くと、その風の強
弱、或いは方向に応じてディスプレイ表示されるロボットの頭部が変化することとなり、
人間や動物の頭部をリアルに表示できる。
また、機械式のロボットでは髪の質や色、髪型などを変更することが自由にできないが
、本発明のロボットでは、所謂コンピュータグラフィクスを使用しているから、それらが
自由に変更でき、汎用性が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、上記した本発明に係るロボットの最良の実施の形態を、図面などを示して詳細に
説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るロボットのシステム構成の一例を示した図である。この図に示した
ように、本発明に係るロボットは、ロボットの頭部を表示するディスプレイ１、このディ
スプレイ１に三次元モデルを表示する三次元モデル表示部２、この三次元モデル表示部２
に与えるデータとしての風量データ３、材質データ４及び形状データ５などの三次元モデ
ルのデータ、そして、一個或いは複数個からなる風量センサ７、この風量センサ７からの
データを解析して上記三次元モデル表示部２に与えるデータを更新する風量推定部６とか
ら構成されている。
なお、上記三次元モデル表示部２、風量推定部６は計算機内部の処理部であり、上記風
量データ３、材質データ４及び形状データ５などの三次元モデルのデータは計算機内部の
データである。
【００１４】
上記頭部を表示するディスプレイ１の周辺には、図２に示したように、上記風量センサ
７が配置され、ディスプレイ１の周辺の風量や風圧を検出できるようになっている。
上記風量センサ７としては、マイクロフォンなどを使用することができ、特に、微弱な
風を感知できることから圧力型マイクロフォンが好ましい。圧力型マイクロフォンには、
ダイナミック型マイクロフォン，コンデンサマイクロフォン，エレクトレット型コンデン
サマイクロフォンなどがあるが、メンテナンスの容易性、耐久性及びコストなどの観点か
ら、エレクトレット型コンデンサマイクロフォンが特に好ましい。
【００１５】
上記ディスプレイ１上には、髪の毛やリボンなどの風で動くものも対象とした頭部の形
状データ５が表示される。もちろん、風に反応しない形状も同時に表示してよい。風量推
定部６は、上記風量センサ７の検出結果から風の振る舞いを推定し、その推定結果に基づ
き計算機内部の風量データ３、風になびく髪の毛の形状データ５などの三次元モデルのデ
ータ中の風の振る舞いに関するデータを更新する。そして、風量推定部６から得られた頭
部の形状を表現した形状データ５、頭部の形状データ５と対応して色や質感などを示した
材質データ４、そして、風量データ３を使って三次元モデル表示部２によりディスプレイ
１上にロボットの頭部の画像が表示される。
なお、上記ディスプレイ１は、現状で長方形のものしか入手できないが、人間や動物の
頭部の形状に近いディスプレイを使用することもできる。
【００１６】
図３は、本発明に係るロボットの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
このフローチャートに示したように、まず、解析部分を初期化し、セットする（Ｐ１）。
ここでは、図４に示したように、各軸を任意の数に等分し、解析のための格子点を定義す
ることや、形状データ５にそって、顔の有る格子点、無い格子点を区別することや、また
、解析の際に空間上に存在する障害物となるものを定義するといった、解析に関する諸設
定を行う。
【００１７】
次に、風量センサ７からデータを得る（Ｐ２）。そして、風量センサ７のデータを境界
条件として、風の振る舞いを流体解析により求める。即ち、各格子点の速度ベクトルＶと
圧力Ｐを求める（Ｐ３）。次に、流体解析の結果から形状データ５などの三次元モデルの
データを更新し（Ｐ５）、その更新したデータを基に三次元モデルをディスプレイ１上に
表示する（Ｐ５）。
以上の処理を繰り返すことにより、ロボットの頭部の周辺で風が吹くと同時に、ディス
プレイ１内部に表示されたロボットの頭部の形状をその周辺の風に応じて変化させること
ができる。例えば、風が右から当たればロボットの髪が左側になびき、右から風が当たれ
ばロボットの髪が左側になびくということが可能である。
【００１８】
図４は、頭部の形状データ５の周りに配置された解析のための格子点の一例を示した図
である。この図に示したように、形状データ５が配置されたところも含め、各軸を任意の
数に等分し、格子点を定める。なお、この実施の形態では、通常格子を用いたが、スタッ
ガード格子などを用いても良い。
【００１９】
図５は、上記図３の解析部分（Ｐ３）の動作の一例を詳細に説明するためのフローチャートである。
この実施の形態では、音速よりも風速の方が十分小さいとして非圧縮性と仮定し、以下
の（１）、（２）式よりなるナビエ・ストークス方程式をＭＡＣ法により解析する。
【数１】
2005092675.tif 000003
【数２】
2005092675.tif 000004
なお、（１）式は運動量保存の式であり、（２）式はエネルギー保存の式である。（２
）式より、速度Ｖは時間発展型になっているが、圧力Ｐは時間発展型になってないことが
明らかである。
したがって、速度Ｖを時間発展型で求めるためには、各時間ステップで、連続の式であ
る（１）式を満足するように圧力Ｐを求める必要がある。
【００２０】
上記（１）、（２）式をそれぞれ変形すると、
【数３】
2005092675.tif 000005
【数４】
2005092675.tif 000006
となる。
ここで、レイノルズ数は、物理的には慣性力と粘性力の比を表す無次元のパラメータで
あり、
【数５】
2005092675.tif 000007
で表される。
【００２１】
図５のフローチャートに示したように、まず、風量センサ７によって得られた風圧より
ディスプレイ面の風圧を線形近似し、これを境界条件とする（Ｑ１）。この圧力を上記の
（４）式に代入することにより、現時刻の速度Ｖを求める（Ｑ２）。次に、この速度Ｖを
上記の（３）式に代入することにより、次の時間ステップでの圧力Ｐを求める（Ｑ３）。
（Ｑ４）部分では、風量センサ７によって風が検出されるか、各格子点の風速Ｖ，風圧Ｐ
が標準状態に戻るかしなければ、Ｎｏを出力し、上記（Ｑ２）に戻り、（Ｑ３）で求めた
風圧Ｐを使用して次の時間ステップでの速度Ｖを求める。
このようにして、（Ｑ２）、（Ｑ３）を繰り返すことにより、風の様子を風量センサ７
により得られた圧力を元に推定する。
なお、この実施の形態では、解析部分にＭＡＣ法を使用したが、ＳＭＡＣ法やＳＩＭＰ
ＬＥ法を使用しても良い。
【００２２】
図６は、髪の表示方法の一例を説明するための図である。この図に示したように、髪の
表示部分は、半球に沿って髪表示のための点群を置き、つむじとなる半球の中心からライ
ンで結んでいる。
流体解析により現実世界と連動した風の場が仮想空間上に求まると、図６及び下記の式
（６）に示すように、ロボットの髪に置かれた無数の点群に、風速が加わり髪が揺らぐ仕
組みになっている。
【数６】
2005092675.tif 000008
なお、この実施の形態では、風速をそのまま格子点の速度とした。
また、この実施の形態では、髪の表示に点群を用いたが、Ｂｅｚｉｅｒ曲線やＢ−ｓｐ
ｌｉｎｅ曲線などのスプライン曲線の制御点を風の速度ベクトルで動かしても良い。
【００２３】
以上、本発明に係るロボットの実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の
形態に限定されず、特許請求の範囲の記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種
々の変形及び変更が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るロボットのシステム構成の一例を示した図である。
【図２】本発明に係るロボットの頭部の概観の一例を示した図である。
【図３】本発明に係るロボットの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明に係るロボットの解析のための格子点例を示した図である。
【図５】本発明に係るロボットの解析部分の動作の一例を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明に係るロボットの髪の表示方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      ディスプレイ
２      三次元モデル表示部
３      風量データ
４      材質データ
５      形状データ
６      風量推定部
７      風量センサ
【図１】
2005092675.tif 000009
【図２】
2005092675.tif 000010
【図３】
2005092675.tif 000011
【図４】
2005092675.tif 000012
【図５】
2005092675.tif 000013
【図６】
2005092675.tif 000014