(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタと、
上記成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から上記成長要素の累積度に応じた性格を選択し、上記成長要素の累積度に応じて上記基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御部と、
上記外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、上記選択された性格における上記基本行動系から、上記設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定部と、
上記行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御部と
を有するロボット装置。
【請求項２】
上記成長制御部は、
次の成長段階へ移行する際、前の性格に応じて次の性格を選択する
請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
上記駆動部は、
動物型ロボット装置における手や足を駆動するアクチュエータでなる
請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタステップと、
上記成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から上記成長要素の累積度に応じた性格を選択し、上記成長要素の累積度に応じて上記基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御ステップと、
上記外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、上記選択された性格における上記基本行動系から、上記設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定ステップと、
上記行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御ステップと
を有するロボット装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボット装置及びその制御方法に関し、例えばペットロボットに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ユーザからの指示や周囲の環境に応じて自律的に行動するようになされたペットロボットが本願特許出願人により開発されている。かかるペットロボットは、一般家庭において飼育される犬や猫に似せた外観を有し、それぞれ所定部位に配設されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、マイクロホン及びタッチセンサ等の出力に基づいて周囲及び自己内部の状況や、ユーザからの指令及び働きかけの有無などを認識し、認識結果に基づいて行動するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる従来のペットロボットにおいては、行動モデルと呼ばれる行動様式を規定した１つのモデルを用いて発現する行動を決定するように構築されており、このため行動様式の変更が煩雑であったり、表現の多様化を行い難い問題があった。
【０００４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、行動様式の変更及び多様化を容易化し得るロボット装置及びその制御方法を提案しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタと、成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から成長要素の累積度に応じた性格を選択し、成長要素の累積度に応じて基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御部と、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、選択された性格における基本行動系から、設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定部と、行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御部とを設けるようにした。
【０００６】
この結果このロボット装置では、行動パターンのバリエーションを増加させることができる。
【０００７】
また本発明においては、外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタステップと、成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から成長要素の累積度に応じた性格を選択し、成長要素の累積度に応じて基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御ステップと、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、選択された性格における基本行動系から、設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定ステップと、行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御ステップとを設けるようにした。
【０００８】
この結果このロボット装置では、行動パターンのバリエーションを増加させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１０】
（１）本実施の形態によるペットロボット１の構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるペットロボットを示し、胴体部ユニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２の前端部及び後端部にそれぞれ頭部ユニット４及び尻尾部ユニット５が連結されることにより構成されている。
【００１１】
この場合胴体部ユニット２には、図２に示すように、このペットロボット１全体の行動を制御するコントローラ１０と、このペットロボット１の動力源としてのバッテリ１１と、バッテリセンサ１２及び温度センサ１３等からなる内部センサ部１４となどが収納されている。
【００１２】
また頭部ユニット４には、このペットロボット１の実質的な「目」として機能するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１５、「耳」として機能するマイクロホン１６及びタッチセンサ１７等からなる外部センサ部１８と、外見上の「目」として機能するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１９と、「口」として機能するスピーカ２０となどがそれぞれ所定位置に配設されている。
【００１３】
さらに各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部分や、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体部ユニット２の各連結部分、頭部ユニット４及び胴体部ユニット２の連結部分、並びに尻尾部ユニット５における尻尾５Ａ（図１）の付根部分などには、それぞれ必要な自由度数分のアクチュエータ２１１〜２１ｎが配設されている。
【００１４】
そして外部センサ部１８のＣＣＤカメラ１５は、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号Ｓ１Ａをコントローラ１０に送出する。またマイクロホン１６は、ユーザから図示しないサウンドコマンダを介して音階として与えられる「歩け」、「伏せ」又は「ボールを追いかけろ」等の指令音を集音し、得られた音声信号Ｓ１Ｂをコントローラ１０に送出する。
【００１５】
さらにタッチセンサ１７は、図１において明らかなように頭部ユニット４の上部に設けられており、ユーザからの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけにより受けた圧力を検出し、検出結果を圧力検出信号Ｓ１Ｃとしてコントローラ１０に送出する。
【００１６】
一方、内部センサ部１４のバッテリセンサ１２は、バッテリ１１の残量を検出して、検出結果をバッテリ残量検出信号Ｓ２Ａとしてコントローラ１０に送出し、温度センサ１３は、ペットロボット１の内部温度を検出して検出結果を温度検出信号Ｓ２Ｂとしてコントローラ１０に送出する。
【００１７】
コントローラ１０は、ＣＣＤカメラ１５、マイクロホン１６及びタッチセンサ１７からそれぞれ供給される画像信号１Ａ、音声信号Ｓ１Ｂ及び圧力検出信号Ｓ１Ｃ（以下、これらをまとめて外部センサ信号Ｓ１と呼ぶ）と、バッテリセンサ１２及び温度センサ１３からそれぞれ与えられるバッテリ残量検出信号Ｓ２Ａ及び温度検出信号Ｓ２Ｂ（以下、これらをまとめて内部センサ信号Ｓ２と呼ぶ）となどに基づいて、ペットロボット１の周囲及び内部の状況や、ユーザからの指令、ユーザからの働きかけの有無などを判断する。
【００１８】
そしてコントローラ１０は、この判断結果と、予めメモリ１０Ａに格納されている制御プログラムとに基づいて続く行動を決定し、決定結果に基づいて必要なアクチュエータ２１１〜２１ｎを駆動させることにより、頭部ユニット４を上下左右に振らせたり、尻尾部ユニット５の尻尾５Ａを動かせたり、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを駆動して歩行させるなど行動を行わせる。
【００１９】
またこの際コントローラ１０は、必要に応じて所定の音声信号Ｓ３をスピーカ２０に与えることにより当該音声信号Ｓ３に基づく音声を外部に出力させたり、外見上の「目」としてのＬＥＤ１９にＬＥＤ駆動信号Ｓ４を出力することによりこれを点滅させる。
【００２０】
このようにしてこのペットロボット１においては、周囲又は内部の状況や、ユーザからの指令及び働きかけの有無などに基づいて自律的に行動することができるようになされている。
【００２１】
かかる構成に加えこのペットロボット１の場合、ユーザからの働きかけやサウンドコマンダを用いた指令などの操作入力の履歴と、自己の行動及び動作履歴とに応じて、あたかも本物の動物が「成長」するかのごとく行動及び動作を変化させるようになされている。
【００２２】
すなわちこのペットロボット１には、図３に示すように、成長過程として「幼年期」、「少年期」、「青年期」及び「成人期」の４つの「成長段階」が設けられている。そしてコントローラ１０のメモリ１０Ａには、これら各「成長段階」ごとの「歩行状態」、「モーション（動き）」及び「サウンド（鳴き声）」などの行動及び動作の基礎となる制御パラメータが予め格納されている。
【００２３】
そしてコントローラ１０は、初期時には「幼年期」の制御パラメータに従って、例えば「歩行状態」については歩幅を小さくするなどして「よちよち歩き」となるように、「モーション」については単に「歩く」、「立つ」、「寝る」程度の「単純」な動きとなるように、また「サウンド」については音声信号Ｓ６の増幅率を低下させるなどして「小さく短い」鳴き声となるように、各アクチュエータ２１１〜２１ｎ及び音声出力を制御する。
【００２４】
またこの際コントローラ１０は、サウンドコマンダを用いた指令入力と、「なでる」及び「たたく」に該当するタッチセンサ１７を介してのセンサ入力及び決められた行動及び動作の成功回数などでなる強化学習と、「なでる」及び「たたく」に該当しないタッチセンサ１７を介してのセンサ入力と、「ボールで遊ぶ」などの所定の行動及び動作となどの予め決められた「成長」に関与する複数の要素（以下、これらを成長要素と呼ぶ）について、その発生を常時監視してカウントする。
【００２５】
そしてコントローラ１０は、これら成長要素の累積度数に基づいて、各成長要素の累積度数の合計値（以下、これを成長要素の総合経験値と呼ぶ）が予め設定された閾値を越えると、使用する制御パラメータを「幼年期」よりも成長レベル（行動や動作の難易度や煩雑さなどのレベル）が高い「少年期」の制御パラメータに変更する。
【００２６】
そしてコントローラ１０は、この後この「少年期」の制御パラメータに従って、例えば「歩行状態」については各アクチュエータ２１１〜２１ｎの回転速度を速くするなどして「少しはしっかり」と歩くように、「モーション」については動きの数を増加させるなどして「少しは高度かつ複雑」な動きとなるように、また「サウンド」については音声信号Ｓ６の増幅率を上げるなどして「少しは長く大きい」鳴き声となるように、各アクチュエータ２１１〜２１ｎやスピーカ２０からの音声出力を制御する。
【００２７】
さらにコントローラ１０は、この後これと同様にして、成長要素の総合経験値が「青年期」や「成人期」にそれぞれ対応させて予め設定された各閾値を越えるごとに、制御パラメータをより成長レベルの高い「青年期」又は「成人期」の行動及び動作モデルに順次変更し、当該制御パラメータに従って各アクチュエータ２１１〜２１ｎの回転速度やスピーカ２０に与える音声信号Ｓ３の長さや増幅率を徐々に上げたり、１つの動作を行う際の各アクチュエータ２１１〜２１ｎの回転量などを変化させる。
【００２８】
この結果ペットロボット１は、「成長段階」が上がる（すなわち「幼年期」から「少年期」、「少年期」から「青年期」、「青年期」から「成人期」に変化する）に従って、「歩行状態」が「よちよち歩き」から「しっかりした歩き」に、「モーション」が「単純」から「高度・複雑」に、かつ「サウンド」が「小さく短い」から「長く大きい」に段階的に変化する。
【００２９】
このようにしてこのペットロボット１においては、外部からの入力や自己の行動及び動作の履歴に応じて、「幼年期」、「少年期」、「青年期」及び「成人期」の４段階で「成長」するようになされている。
【００３０】
なおこの実施の形態の場合、図３において明らかなように、「少年期」、「青年期」及び「成人期」の各「成長段階」について、それぞれ複数の「性格」が用意されている。
【００３１】
実際上例えば「少年期」の「性格」として、動きが雑で速い「荒々しい性格」（Ｃｈｉｌｄ  １）と、これよりも動きが滑らかで遅い「おっとりとした性格」（Ｃｈｉｌｄ  ２）とがある。
【００３２】
また「青年期」の「性格」として、「少年期」の「荒々しい性格」よりもより動きが雑で速い「いらいら性格」（Ｙｏｕｎｇ  １）と、これよりも動きが遅くかつ滑らかな「普通の性格」（Ｙｏｕｎｇ  ２）と、これよりも一層動作が遅く、かつ行動量が少ない「おっとりとした性格」（Ｙｏｕｎｇ  ３）とがある。
【００３３】
さらに「成人期」の「性格」として、それぞれ「青年期」の「いらいらした性格」よりもより動きが雑で速く、かつユーザからの指令に応じた動きを行い難い「攻撃的な性格」（Ａｄｕｌｔ  １）と、これよりも動きが滑らかで遅く、かつユーザからの指令に応じた動きを行い易い「少し荒々しい性格」（Ａｄｕｌｔ  ２）と、これによりも動きが滑らかで遅く、行動量が少く、かつユーザからの指令に応じた動きを必ず行う「少しおとなしい性格」（Ａｄｕｌｔ  ３）と、これによりもさらに一層動きが遅く、行動量が少なく、かつユーザからの指令に応じた動きを必ず行う「おとなしい性格」（Ａｄｕｌｔ  ４）とがある。
【００３４】
そしてコントローラ１０は、「成長段階」を上げる際、各成長要素の累積度数に基づいて次の「成長段階」内の１つの「性格」を選択する。
【００３５】
この場合「少年期」以降では、次の「成長段階」に移る際、現在の「成長段階」の「性格」から遷移できる次の「成長段階」の「性格」は決まっており、図３において矢印で結ばれた「性格」間の遷移しかできない。従って例えば「少年期」において「荒々しい性格」（Ｃｈｉｌｄ  １）が選択されている場合には、「青年期」において「おっとりとした性格」（Ｙｏｕｎｇ  ３）に遷移することができない。
【００３６】
このようにこのペットロボットにおいては、あたかも本物の動物が飼い主の飼育の仕方等によって性格を形成してゆくかのごとく、ユーザからの働きかけ及び指令の入力履歴や自己の行動履歴に応じて、「成長」に伴って「性格」をも変化させるようになされている。なおこのようにして選択された「性格」に応じた行動や動作をペットロボット１に行わせるための手法については後述する。
【００３７】
（２）コントローラ１０の処理
次にこのペットロボット１におけるコントローラ１０の具体的な処理について説明する。
【００３８】
コントローラ１０は、メモリ１０Ａ（図２）に格納された制御プログラムに従って各種処理を実行する。ここで、かかるコントローラ１０の処理内容を機能的に分類すると、図４に示すように、外部センサ部１８（図２）及び内部センサ部１４（図２）の出力に基づいて外部及び内部の状態を認識する状態認識部３０と、状態認識部３０の認識結果に基づいてペットロボット１の感情及び本能の状態を決定する感情・本能モデル部３１と、状態認識部３０の認識結果や、ペットロボット１の感情及び本能の状態に基づいて続く行動を決定する行動決定部３２と、行動決定部３２の決定結果に応じた行動をペットロボット１に発現させる行動生成部３３と、ペットロボット１の「成長」を制御する成長制御部３４とに分けることができる。
【００３９】
以下、これら状態認識部３０、感情・本能モデル部３１、行動決定部３２、行動生成部３３及び成長制御部３４について詳細に説明する。
【００４０】
（２−１）状態認識部３０の構成
状態認識部３０は、外部センサ部１８から与えられる外部センサ信号Ｓ１と、内部センサ部１４から与えられる内部センサ信号Ｓ２とに基づいて特定の状態を認識し、認識結果を状態認識情報Ｓ１０として感情・本能モデル部３１及び行動決定部３２に通知する。
【００４１】
実際上、状態認識部３０は、外部センサ部１８のＣＣＤカメラ１５（図２）から与えられる画像信号Ｓ１Ａを常時監視し、当該画像信号Ｓ１Ａに基づく画像内に例えば「赤い丸いもの」や「垂直な平面」を検出したときには、「ボールがある」、「壁がある」と認識し、認識結果を感情・本能モデル部３１及び行動決定部３２に通知する。
【００４２】
また状態認識部３０は、マイクロホン１６（図２）から与えられる音声信号Ｓ１Ｂを常時監視し、当該音声信号Ｓ１Ｂに基づいて「歩け」、「伏せ」、「ボールを追いかけろ」などの指令音が入力されたことを認識すると、かかる認識結果を感情・本能モデル部３１及び行動決定部３２に通知する。
【００４３】
さらに状態認識部３０は、タッチセンサ１７（図２）から与えられる圧力検出信号Ｓ１Ｃを常時監視し、当該圧力検出信号Ｓ１Ｃに基づいて所定の閾値以上のかつ短時間（例えば２秒未満）の圧力を検出したときには「叩かれた（叱られた）」と認識し、所定の閾値未満で長時間（例えば２秒以上）かつ広範囲の圧力を検出したときには「撫でられた（誉められた）」と認識し、認識結果を感情・本能モデル部３１及び行動決定部３２に通知する。
【００４４】
さらに状態認識部３０は、内部センサ部１４の温度センサ１３（図２）から与えられる温度検出信号Ｓ２Ｂを常時監視し、当該温度検出信号Ｓ２Ｂに基づいて所定以上の温度を検出したときには「内部温度が上昇しすぎた」と認識し、認識結果を感情・本能モデル部３１及び行動決定部３２に通知する。
【００４５】
（２−２）感情・本能モデル部３１の構成
感情・本能モデル部３１は、「喜び」、「悲しみ」、「驚き」、「恐怖」、「嫌悪」及び「怒り」の合計６つの情動について、各情動ごとにその情動の強さを表すパラメータを保持している。そして感情・本能モデル部３１は、これら各情動のパラメータ値を、それぞれ状態認識部３０から状態認識情報Ｓ１０として与えられる「叩かれた」又は「撫でられた」などの特定の認識結果と、後述のように行動決定部３２から与えられる決定された出力行動を表す行動決定情報Ｓ１１と、経過時間となどに基づいて順次更新する。
【００４６】
具体的に感情・本能モデル部３１は、状態認識情報Ｓ１０に基づき得られる認識結果及び行動決定情報Ｓ１１に基づく出力行動がその情動に対して作用する度合い（予め設定されている）と、他の情動から受ける抑制及び刺激の度合いと、経過時間となどに基づいて所定の演算式により算出されるその情動の変化量をΔＥ〔ｔ〕、現在のその情動のパラメータ値をＥ〔ｔ〕、認識結果等に応じてその情動を変化させる割合を表す係数をｋｅとして、所定周期で次式
【００４７】
【数１】
0004419035.tif 000002
【００４８】
を用いて次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ〔ｔ＋１〕を算出する。
【００４９】
そして感情・本能モデル部３１は、この演算結果を現在のその情動のパラメータ値Ｅ〔ｔ〕と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値を更新する。なお各認識結果や各出力行動に対してどの情動のパラメータ値を更新するかは、予め決められており、例えば「叩かれた」といった認識結果が与えられた場合には「怒り」の情動のパラメータ値が上がると共に「喜び」の情動のパラメータ値が下がり、「撫でられた」といった認識結果が与えられた場合には「喜び」の情動のパラメータ値が上がると共に「悲しみ」及び「怒り」の各情動のパラメータ値が下がる。
【００５０】
これと同様にして、感情・本能モデル部３１は、「運動欲」、「愛情欲」、「食欲」、「好奇心」及び「睡眠欲」の互いに独立した５つの欲求について、これら欲求ごとにその欲求の強さを表すパラメータ値を保持している。そして感情・本能モデル部３１は、これら各欲求のパラメータ値を、それぞれ状態認識部３０からの認識結果や、経過時間及び行動決定部３２からの通知などに基づいて順次更新する。
【００５１】
具体的に感情・本能モデル部３１は、「運動欲」、「愛情欲」及び「好奇心」についてはペットロボット１の出力行動、経過時間及び認識結果などに基づいて所定の演算式により算出されるその欲求の変動量ΔＩ〔ｋ〕、現在のその欲求のパラメータ値をＩ〔ｋ〕、その欲求の感度を表す係数をｋｉとして、所定周期で次式
【００５２】
【数２】
0004419035.tif 000003
【００５３】
を用いて次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ〔ｋ＋１〕を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメータ値Ｉ〔ｋ〕と置き換えるようにしてその欲求のパラメータ値を更新する。この場合、出力行動や認識結果等に対してどの欲求のパラメータ値を変化させるかは予め定められており、例えば行動決定部３２から何らかの行動を発現したとの通知があった場合には「運動欲」のパラメータ値が下がる。
【００５４】
また感情・本能モデル部３１は、「食欲」については、状態認識部３０を介して与えられるバッテリ残量検出信号Ｓ２Ａ（図２）に基づいて、バッテリ残量をＢＬとして所定周期で次式
【００５５】
【数３】
0004419035.tif 000004
【００５６】
により「食欲」のパラメータ値〔ｋ＋１〕を算出し、この演算結果を現在の食欲のパラメータ値Ｉ〔ｋ〕と置き換えるようにして当該「食欲」のパラメータ値を更新する。
【００５７】
さらに感情・本能モデル部４１は、「睡眠欲」については１日を１同期として所定時間ごとにパラメータ値を増減変更する。
【００５８】
なお本実施の形態においては、各情動及び各欲求のパラメータ値がそれぞれ０から１００までの範囲で変動するように規制されており、また係数ｋｅ、ｋｉの値も各情動及び各欲求ごとに個別に設定されている。
【００５９】
（２−３）行動決定部３２の構成
行動決定部３２は、メモリ１０Ａ内に複数の行動モデルを有している。そして行動決定部３２は、状態認識部３０から与えられる状態認識情報Ｓ１０と、感情・本能モデル部３１における各情動及び各欲求のパラメータ値と、対応する行動モデルと、経過時間となどに基づいて次の行動を決定し、決定結果を行動決定情報Ｓ１１として感情・本能モデル部３１、行動生成部３３及び成長制御部３４に出力する。なお行動決定部３２についての詳細は後述するので、ここでは簡単に行動モデルを利用した次の行動の決定手法について説明する。
【００６０】
このペットロボット１では、次の行動を決定する手法として、図５に示すように１つのノード（状態）ＮＯＤＥ０から同じ又は他のどのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移するかを各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎ間を接続するアークＡＲＣ０〜ＡＲＣｎに対してそれぞれ設定された遷移確率Ｐ０〜Ｐｎに基づいて確率的に決定する確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いる。
【００６１】
より具体的には、メモリ１０Ａには、各行動モデルごとに、その行動モデルの各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎごとの図６に示すような状態遷移表３５が格納されている。
【００６２】
ここで状態遷移表３５では、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにおいて遷移条件とする入力イベント（状態認識部３０の認識結果）が「入力イベント」の行に優先順に列記され、その条件についてのさらなる条件が「データ名」及び「データ範囲」の行における対応する列に記述されている。
【００６３】
従って図６の状態遷移表３５で定義されたノードＮＯＤＥ１００では、「ボールを検出した（ＢＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果と共に与えられるそのボールの「大きさ（ＳＩＺＥ）」が「０から１００の範囲（０，１０００）」であることや、「障害物を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果と共に与えられるその障害物までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が「０から１０００の範囲（０，１０００）」であることが自己又は他のノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移するための条件となる。
【００６４】
またこのノードＮＯＤＥ１００では、認識結果の入力がない場合においても、行動決定部３２が周期的に参照する感情・本能モデル部３１の各情動及び各欲求のパラメータ値のうち「喜び（ＪＯＹ）」、「驚き（ＳＵＰＲＩＳＥ）」又は「悲しみ（ＳＵＤＮＥＳＳ）」のいずれかの情動のパラメータ値が「５０から１００の範囲（５０，１００）」であるときには自己又は他のノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移することができる。
【００６５】
さらに状態遷移表３５では、「他のノードへの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の列にそのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから遷移できるいくつかのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎが列記されると共に、「入力イベント名」、「データ値」及び「データの範囲」の各行に記述された全ての条件が揃った場合におけるそのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎへの遷移確率が「他のノードへの遷移確率」の欄におけるそのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの行に記述され、このとき出力される行動及び動作が「出力行動」の行に記述される。なお「他のノードへの遷移確率」の欄における各行の遷移確率の和は１００  〔％〕となっている。
【００６６】
従ってこの例のノードＮＯＤＥ１００では、例えば「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「大きさ（ＳＩＺＥ）」が「０から１０００の範囲（０，１０００）」であるという認識結果が与えられた場合には、「３０〔％〕」の確率で「ノードＮＯＤＥ１２０（ｎｏｄｅ１２０）」に遷移でき、そのとき「ＡＣＴＩＯＮ  １」の行動又は動作が出力されることとなる。
【００６７】
そして各行動モデルは、それぞれこのような状態遷移表３５として記述されたノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎがいくつも繋がるようにして形成されている。
【００６８】
かくして行動決定部３２は、状態認識部３０から状態認識情報Ｓ１０が与えられたときや、最後に行動を発現してから一定時間が経過したときなどに、メモリ１０Ａに格納されている対応する行動モデルのうちの対応するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの状態遷移表３５を利用して次の行動や動作（「出力行動」の行に記述された行動又は動作）を確率的に決定し、決定結果を行動決定情報Ｓ１１として感情・本能モデル部３２、行動生成部３３及び成長制御部３４に出力する。
【００６９】
（２−４）行動生成部３３の構成
行動生成部３３は、各「成長段階」にそれぞれ対応させて、その「成長段階」に応じた「成長レベル」の「歩行状態」、「モーション」及び「サウンド」等の行動や動作をペットロボット１に発現させるための各種制御パラメータをメモリ１０Ａ内に有している。
【００７０】
そして行動生成部３３は、行動決定部３２から行動決定情報Ｓ１１が与えられると、メモリ１０Ａに格納されているこれら各種制御パラメータのうち、後述のように予め成長制御部３４により指定された「成長段階」の制御パラメータに基づいて必要なアクチュエータ２１１〜２２ｎを所定状態に駆動させたり、音声信号Ｓ３に基づく音声をスピーカ２０から出力させたり、外見上の「目」としてのＬＥＤ１９を所定パターンで点滅駆動する。
【００７１】
このようにして行動生成部３３は、行動決定部３２により決定された行動を、そのときの「成長段階」に応じたレベルでペットロボット１に発現させ得るようになされている。
【００７２】
（２−５）成長制御部３４の構成
成長制御部３４は、図７（Ａ）に示すように、状態認識部３０から与えられる状態認識情報Ｓ１０に基づく各種状態のうち、「成長段階」を上げる際の参考要素とすべき上述の成長要素のリスト（以下、これを第１の成長要素リストと呼ぶ）４０Ａと、これら成長要素の累積度数をそれぞれ計数するための図７（Ｂ）のようなカウンタテーブル（以下、これを第１の成長要素カウンタテーブルと呼ぶ）４１Ａとをメモリ１０Ａ内に有している。
【００７３】
そして成長制御部３４は、状態認識部３０から状態認識情報Ｓ１０が与えられると、当該状態認識情報Ｓ１０に基づき得られる状態が成長要素か否かを第１の成長要素リスト４０Ａに基づいて判断し、当該状態が成長要素である場合には第１の成長要素カウンタテーブル４１Ａ内の対応するカウント値（経験値）を１つ増加させる。
【００７４】
また成長制御部３４は、図８（Ａ）に示すように、上述のように行動決定部３２から与えられる行動決定情報Ｓ１１に基づき得られる行動のうち、「成長段階」を上げる際の参考要素とすべき上述の成長要素のリスト（以下、これを第２の成長要素リストと呼ぶ）４０Ｂと、これら成長要素の累積度数をそれぞれ計数するための図８（Ｂ）のようなカウンタテーブル（以下、これを第２の成長要素カウンタテーブルと呼ぶ）４１Ｂとをメモリ１０Ａ内に有している。
【００７５】
そして成長制御部３４は、行動決定部３２から行動決定情報Ｓ１１が与えられると、当該行動決定情報Ｓ１１に基づき得られる行動が成長要素か否かを第２の成長要素リスト４０Ｂに基づいて判断し、当該行動が成長要素である場合には第２の成長要素カウンタテーブル４１Ｂ内の対応するカウント値（経験値）を１つ増加させる。
【００７６】
さらに成長制御部３４は、上述のように第１又は第２の成長要素カウンタテーブル４１Ａ、４１Ｂ内のカウント値を増加させたときには、これら第１及び第２の成長要素カウンタテーブル４１Ａ、４１Ｂとは別に用意した「成長段階」を上げるか否かを判定するためのカウンタ（以下、これを総合経験値カウンタと呼ぶ）のカウント値を１増加させ、この後当該総合経験値カウンタのカウント値が現在の「成長段階」の終了条件として予め設定されたカウント値に達したか否かを判断する。
【００７７】
そして成長制御部３４は、総合経験値カウンタのカウント値が現在の「成長段階」の終了条件として予め設定されたカウント値に達した場合には、ペットロボット１の「性格」を次の「成長段階」におけるどの「性格」とするかを第１及び第２の成長要素カウンタテーブル４１Ａ、４１Ｂ内の各カウント値に基づいて決定し、決定結果を性格指定情報Ｓ２０として行動決定部３２及び行動生成部３３に出力する。なお成長制御部３４は、初期時には「幼年期」の「性格」（Ｂａｂｙ  １）を選択すべき旨の性格指定情報Ｓ２０を行動決定部３２及び行動生成部３３に与える。
【００７８】
この結果行動決定部３２は、かかる性格指定情報Ｓ２０に基づいて、メモリ１０Ａに格納されている複数の行動モデルの中から指定された「性格」と対応付けられた行動モデルを選択し、これ以降はこの行動モデルを用いて上述のように現在のペットロボット１の行動に対する次の行動を決定するようになる。
【００７９】
また行動生成部３３は、かかる性格指定情報Ｓ２０に基づいて、指定された「成長段階」と対応付けられた「歩行状態」、「モーション」及び「サウンド」等についての制御パラメータを選択し、これ以降はこの制御パラメータを用いて各アクチュエータ２１１〜２１ｎ等を駆動する。
【００８０】
このようにして成長制御部３４は、ペットロボット１の「成長」を制御し得るようになされている。
【００８１】
（３）行動決定部３２の詳細構成
次にこのペットロボット１の行動決定部３２の詳細構成について説明する。
【００８２】
このペットロボット１では、当該ペットロボット１の行動をその内容に応じて図９のように「システム系」、「転倒復帰系」、「反応系」、「障害物回避系」、「感情がやや高いとき系」、「基本行動系」などの幾つかの系統（以下、これらを主分類系統と呼ぶ）５０〜５５、……に分け、これら各主分類系統５０〜５５、……ごとに、それぞれペットロボット１の「成長段階」や「性格」に応じた行動を発現し得るように１又は複数の行動モデルを用意している。
【００８３】
またこのペットロボット１では、自律モード時における当該ペットロボット１の状態を、図１０のようにしばらくの間ユーザからの入力がないときなどの状態である「退屈状態」と、ユーザやボールと遊んでいるときなどの状態である「わんぱく状態」、ボール等を探すなどして歩き回っている「お散歩状態」と、退屈そうにごろごろと寝ころがっているときなどの状態である「ぐうたら状態」と、座った姿勢でユーザと遊んでいる「おはなし／おしえて状態」と、寝ているときなどの状態である「おやすみ状態」の６つの基本状態に分け、これら６つの基本状態のうちの行動が発現されない「おやすみ状態」を除く残りの５つの基本状態にそれぞれ対応させて、「基本行動系」の主分類系統５５を「退屈系」、「追跡系」、「歩き回り系」、「狸寝入り系」及び「インタラクション系」の５つの系統（以下、この系統を副分類系統と呼ぶ）５５Ａ〜５５Ｅに分け、これら各副分類系統５５Ａ〜５５Ｅごとにそれぞれペットロボット１の「性格」に応じた行動を発現し得るように複数の行動モデルを用意している。
【００８４】
そして行動決定部３２は、例えば成長制御部３４から上述の性格指定情報Ｓ２０が与えられた場合には、２以上の行動モデルが用意されている「基本行動系」以外の各主分類系統５０〜５４について、性格指定情報Ｓ２０により指定された「性格」の行動を発現し得るように、予めその「性格」に対応付けられている行動モデルを１つ選択する。
【００８５】
例えばこの図９の例では、指定された「性格」が幼児期の「おっとりとした性格」（Ｃｈｉｌｄ  １）（図３）であったことから、「転倒復帰系」については転倒したときに復帰できずに呼ぶ又は失神するという行動を発現し易い「復帰できずに呼ぶ／失神」という行動モデルが選択され、「障害物回避系」については障害物に対して近寄らない行動を発現し易い「チキン（臆病者）」という行動モデルが選択されていることを示している。なお「システム系」、「反応系」及び「感情がやや高いとき系」については、もともと行動モデルが１つしか用意されていないため、それぞれ「Ｐｌａｎｅ（平常）」という行動モデルが選択される。
【００８６】
またこれと共に行動決定部３２は、「基本行動系」の主分類系統５５に関しても、当該「基本行動系」内の各副分類系統５５Ａ〜５５Ｅについて、それぞれ性格指定情報Ｓ２０により指定された「性格」の行動を発現し得るように、予めその「性格」に対応付けられている行動モデルを１つずつ選択する。
【００８７】
例えば図９に示す例では、「退屈系」については「きょろ系」、「追跡系」については「ユーザ系」、「歩き回り系」については「ユーザ探索場所移動系」、「狸寝入り系」については「すやすや系」、「インタラクション系」については「すなお系」の行動モデルがそれぞれ選択されたことを示している。
【００８８】
そして行動決定部３２は、この後、状態認識部３０から状態認識情報Ｓ１０が与えられたときや、最後に行動を発現してから一定時間が経過したときなどに、「基本行動系」を除く主分類系統５０〜５４のうちの対応する全ての主分類系統５０〜５４の行動モデルをそれぞれ用いて次の行動をそれぞれ決定する。
【００８９】
なおここでいう『対応する全ての主分類系統５０〜５４』とは、状態認識部３０からの認識結果等に対して予め対応付けられている主分類系統５０〜５４のことを意味し、例えば状態認識部３０からの「内部温度が所定温度以上となった」や「バッテリ残量が少なくなった」という認識結果に対しては「システム系」のみが対応付けられ、「転倒した」という認識結果に対しては「転倒復帰系」のみが対応付けられている。また最後に行動を発現してから一定時間が経過した場合に対しては、「感情がやや高いとき系」及び「基本行動系」が対応付けられている。従ってこの場合には、「感情がやや高いとき系」及び「基本行動系」のそれぞれの行動モデルを用いて続く行動がそれぞれ決定される。
【００９０】
またこれと共に行動決定部３２は、「基本行動系」については、状態認識部３０からの認識結果等に対して予め対応付けられている１つの副分類系統５５Ａ〜５５Ｅの行動モデルを用いて続く行動を決定する。例えば状態認識部３０からの「ボールを検出した」との認識結果には、「追跡系」が対応付けられており、従ってこの場合には「追跡系」の行動モデルを用いて続く行動が決定される。
【００９１】
そして行動決定部３２は、上述のようにして対応する全ての主分類系統５０〜５４の各行動モデルや、対応する副分類系統５５Ａ〜５５Ｅ内の１つの行動モデルを用いて次の行動を決定すると、この後これら決定した行動の中から予め定められた優先順位の高い主分類系統５０〜５５によって選択された行動を１つ選択し、当該選択した行動を上述のように行動決定情報Ｓ１１として行動生成部３２及び成長制御部３４に通知する。因にこの実施の形態においては、図９において上側に表記された主分類系統５０〜５５ほど優先順位が高く設定されている。
【００９２】
このようにしてこの行動決定部３２は、そのときのペットロボット１の「性格」に応じた行動モデルを利用して続く行動を決定し得るようになされている。
【００９３】
なおこの実施の形態においては、同じ「成長段階」の同じ「性格」のペットロボット１でも、それまでの外部からの入力履歴や自己の行動履歴に応じて、出力行動の難易度や煩雑さに変化を生じさせ得るようになされている。
【００９４】
すなわちこのペットロボット１の場合、行動決定部３２は、図１１に示すように、各種芸や、大きな音に対する反応（ＬＯＵＤ）、動きの難易度（ＭＯＶＥ）、ボールに対する反応（ＢＡＬＬ）及び好きな色に対する反応（ＦＡＶ）などの幾つかの行動や動作について、同じ行動や動作でも難易度や煩雑さ等が異なる幾つかのパターンを有している。
【００９５】
そして成長制御部３４は、上述のようにペットロボット１の「成長段階」を上げる際に第１及び第２の成長要素カウンタテーブル４１Ａ、４１Ｂ（図７（Ｂ）、図８（Ｂ））内の各カウント値に基づいて、かかる行動や動作についてそれぞれどのパターンの行動や動作を使用すべきかを行動決定部３２に通知（以下、これを行動難易度指定通知と呼ぶ）する。例えばこの図１１は「性格」が幼児期の「おっとりとした性格」（Ｃｈｉｌｄ  １）（図３）である場合の一例を示すのもであり、この例では出力される各種芸については「稚拙」、大きな音に対する反応については「失神」、ボールに対する接触の仕方については「稚拙」、お手の仕方については「稚拙」が指定されたことを表す。
【００９６】
また行動決定部３２は、かかる行動難易度指定通知に基づいて、指定された行動や動作のパターンを選択し、かかる行動や動作についてそのパターンが発現されるように、図９に示す「基本行動系」に属する全ての行動モデル（「きょろ系」、「のんびり系」、……、「すやすや系」、「下品系」、……、「いたずら系」、「すなお系」、「独立系」、……、「ＦＡＶ定住場所微少系」、「ボール探索場所移動系」、「ユーザ探索場所移動系」、……、「アイテム系」、「ユーザ系」、……）における対応する状態遷移表３５（図６）内の対応する出力行動の欄を対応する出力行動に変更する。
【００９７】
この結果「基本行動系」に属する行動モデルを用いて次の行動としてかかる行動や動作が選択されたときに、成長制御部３４により指定されたパターンの行動や動作が発現されることとなる。
【００９８】
このようにしてこのペットロボット１では、同じ「成長段階」の同じ「性格」のものであっても、各行動や動作ごとにそれぞれ異なるパターン（難易度・煩雑さ）の行動や動作を発現し得るようにすることができ、これによりペットロボット１に多様な個性をもたせ得るようになされている。
【００９９】
（４）本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、このペットロボット１では、自律モード時における当該ペットロボット１の状態を複数の基本状態に分けたときの各基本状態ごとの行動モデル（図９の「基本状態系」の「退屈系」、「追跡系」、「歩き回り系」、「狸寝入り系」又は「インタラクション系」に属する各行動モデル）を用意し、これら行動モデルのうち、状態認識部３０の認識結果等に応じた行動モデルを用いて行動決定部３２において行動を決定し、当該決定した行動を発現するようにアクチュエータ２１１〜２１ｎ等を制御する。
【０１００】
従ってこのペットロボット１では、それまで１つであった「基本状態系」の行動モデルの規模を縮小させてその取扱いを容易化させることができ、また基本状態の分け方によっては行動モデルの数を増加させることができるため、ペットロボット１の行動様式を多様化させることができる。
【０１０１】
以上の構成によれば、自律モード時における当該ペットロボット１の状態を複数の基本状態に分けたときの各基本状態ごとの行動モデル（図９の「基本状態系」の「退屈系」、「追跡系」、「歩き回り系」、「狸寝入り系」又は「インタラクション系」に属する各行動モデル）を用意し、これら行動モデルのうち、状態認識部３０の認識結果等に応じた行動モデルを用いて行動決定部３２において行動を決定し、当該決定した行動を発現するようにアクチュエータ２１１〜２１ｎ等を制御するようにしたことにより、行動モデルの規模を縮小させてその取扱いを容易化させることができると共に、基本状態の分け方によっては行動モデルの数を増加させることができることからペットロボット１の行動様式を多様化させることができ、かくして行動様式の変更及び多様化を容易化し得るペットロボットを実現できる。
【０１０２】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図１のように構成された４足歩行型のペットロボットに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、外部センサ及び又は内部センサの出力に基づいて外部及び又は内部の状態を認識し、認識結果に基づいて行動する自律型のロボット装置であるのならば、この他種々の形態のロボット装置に広く適用することができる。
【０１０３】
また上述の実施の形態においては、自律モード時におけるペットロボット１のの基本状態を「退屈状態」、「わんぱく状態」、「お散歩状態」、「ぐうたら状態」、「おはなし／おしえて状態」及び「おやすみ状態」の６つの状態に分けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の状態に分けるようにしても欲、また６以外の状態に分けるようにしても良い。
【０１０４】
さらに上述の実施の形態においては、各種行動モデルを記憶する記憶手段としてメモリ１０Ａを適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これ以外の記憶手段を適用するようにしても良い。
【０１０５】
さらに上述の実施の形態においては、メモリ１０Ａに格納された各種行動モデルのうち、外部及び又は内部の状況に応じた行動モデルを用いて行動を決定する行動決定手段としての行動決定部３２と、行動決定部３２により決定された行動を発現するように所定の制御処理を実行する制御手段としての行動生成部３３と、外部からの入力履歴及び又は自己の行動履歴に応じて、上記記憶手段に記憶された各上記行動モデルを変更する変更手段としての成長制御部３４とを同じコントローラ１０により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらを別体として構成するようにしても良い。
【０１０６】
さらに上述の実施の形態においては、ペットロボット１の「成長段階」を上げる際に図９に示す「基本行動系」に属する各行動モデルの内容を変更するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、そのタイミングとしては「成長段階」を上げる以外のタイミングであっても良い。この場合においては、例えば外部からの入力履歴及び又は自己の行動履歴に基づく学習によりそのタイミングを設定するようにすれば良い。
【０１０７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタと、成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から成長要素の累積度に応じた性格を選択し、成長要素の累積度に応じて基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御部と、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、選択された性格における基本行動系から、設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定部と、行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御部とを設けるようにしたことにより、行動パターンのバリエーションを増加させることができ、かくして行動様式の変更及び多様化を容易かし得るロボット装置を実現できる。
【０１０８】
また本発明によれば、外部センサ及び内部センサのうち少なくともいずれか一方の出力に基づいて外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況を認識し、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況のうち、予め定められた成長に関する複数の成長要素の累積度を当該成長要素ごとにカウントするカウンタステップと、成長要素の累積度の合計に応じ、次の成長段階へ移行すると共に、行動パターンの系列である基本行動系が定められた複数の性格から成長要素の累積度に応じた性格を選択し、成長要素の累積度に応じて基本行動系に属する行動パターンに対する難易度を設定する成長制御ステップと、外部及び内部のうち少なくともいずれか一方の状況に対し、選択された性格における基本行動系から、設定された難易度でなる行動パターンを選択する行動決定ステップと、行動決定部によって選択された行動パターンに従って行動するよう、駆動部を制御する駆動制御ステップとを設けるようにしたことにより、行動パターンのバリエーションを増加させることができ、かくして行動様式の変更及び多様化を容易かし得るロボット装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるペットロボットの外観構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態によるペットロボットの内部構成を示すブロック図である。
【図３】ペットロボットの「成長」の説明に供する概念図である。
【図４】コントローラの処理の説明に供するブロック図である。
【図５】確率オートマトンを示す概念図である。
【図６】状態遷移表を示す概念図である。
【図７】第１の成長要素リスト及び第１の成長要素カウンタテーブルの説明に供する概念図である。
【図８】第２の成長要素リスト及び第２の成長要素カウンタテーブルの説明に供する概念図である。
【図９】行動決定部の説明に供する概念図である。
【図１０】自律モード時におけるペットロボットの各種基本状態の説明に供する略線図である。
【図１１】自律モード時におけるペットロボットの各種基本状態の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
１……ペットロボット、１０……コントローラ、１０Ａ……メモリ、３０……状態認識部、３１……感情・本能モデル部、３２……行動決定部、３３……行動生成部、３４……成長制御部、５０〜５５……主分類系統、５５Ａ〜５５Ｅ……副分類系統、Ｓ１０……状態認識情報、Ｓ１１……行動決定情報、Ｓ２０……性格指定情報。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004419035.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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