家事を楽しくするための家電装着型ロボット
大野 敬子

1(指導教員：椎尾 一郎)

はじめに

3実装

一般に家事は単調であり，孤独で辛い作業になりがちである．こうした問題を軽減するために，我々は，任意の家電に装着し，その状態を穏やかな動きで表現する小型ロボットを提案する (図 1)．本システムにより，ユーザはロボットと共に家事を行うことになり，孤独感が軽減される．また，家電の状態に応じてロボットが動くことで，ユーザは家電に愛着を持ち，家事を楽しく行うことが出来る．

このようなロボットを実現するために，外装部，駆動部，制御部，センサ／家電固定部の 4 層から成るハードウェアを開発した (図 2).

図 1: 家電装着型ロボットのコンセプト：様々な家電• 制御部
制御部には，ArduinoProMini，バッテリー，電源スイッチ等が実装されている．マイコン（ArduinoProMini）によって，駆動部，センサ部を制御している．

• 外装部／駆動部
外装部は，駆動部のアクチュエータに任意の人形を簡単に着脱できる．現在は，内部形状を整えた指人形を使用している．駆動部には，2 種類のアクチュエータを用意し，家電によって取り替えられるようにしている．1 つは，線状の形状記憶合金を用いた静音アクチュエータであり，シリコンチューブと BMF75（バイオメタル・ファイバー75）を用いて実装した．
（図 2 駆動部 右側）360◦の範囲で可動する．このアクチュエータは，静かで穏やかな動きをするが，可動幅が小さい．もう1 つは，サーボモータを用いて実装した．
（図 2 駆動部 左側）小型サーボモータの形状を，前述のアクチュエータと同じ直径に整えている．このアクチュエータは，可動幅が大きいが，モータ音がうるさく，左右のみの動作である．に手軽に装着可能である．

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家電装着型ロボット

本システムは，任意の家電に装着することで，家電の状態を穏やかな動きで表現するロボットである．ロボットを家電に装着し家事を行うと，ロボットに取り付けている複数のセンサによって家電やユーザの状態を取得する．シンプルなシステム構成で複数の家電に対応するために，アクチュエータとセンサは，付け替えを可能にした．またロボットには，任意の人形をかぶせることができ，お気に入りの人形と家事を楽しむことができる．図 2 に，プロトタイプの外観を示す．

• センサ／家電固定部
センサ／家電固定部には，アナログ入力が 5 本あり，3 軸加速度センサに加えて任意のセンサ 2 つを取り付けることが可能である．家電への取り付け部分には，マグネットと吸盤の 2 種類を用意しており，これにより任意の家電に簡単に取り付けられる．

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動作設計

本研究では，家電とユーザの関係性に着目し，以下の三つの観点から動作設計を行った．

• ユーザが一緒に仕事をする家電ユーザが主体となって家電を道具のように扱い，一緒に家事をする家電である．例として，掃除機やアイロン等がある．ユーザが主体的に家電を動かすことから，センサによって家電の動きを取得する．ユーザを運転手，家電を乗り物と見立て，ロボットが乗り物に乗っているような動きを設計する．
• ユーザに対して仕事をする家電一緒に仕事をするわけではないが，ユーザと関わる時間の長い家電である．例として，TV やエアコン等がある．家電がユーザに対して仕事をすることから，家電を使用することによってユーザの状態に変化があると考え，センサによってユーザ

図 2: プロトタイプ：外装部，駆動部，制御部，センサ／家電固定部から成る．外装部は付け替え可能．

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の状態を取得する．ユーザの状態を穏やかに知らせるために，ロボットがユーザの状態を表現する動きを設計する．

• ユーザが仕事を任せる家電
ユーザがボタンを押すだけで，勝手に仕事をするような家電である．例として，洗濯機や空気清浄機等がある．家電を見た時，家電が何をしているのかわかるように，センサによって家電の状態を取得し，ロボットが家電の状態を表す動きを設計する．

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応用

本論文で開発した小型ロボットを掃除機に装着した様子を図 3 に示す．以下に，掃除機に本デバイスを取り付ける例を説明する．

• 掃除機
掃除機は，上記の分類のユーザが一緒に仕事をする家電にあたる．センサによって掃除機の動きを取得し，掃除機を車と見立て，ロボットがドライブをしているイメージで動作を設計した．掃除機が大きく動くことから，駆動部は，可動範囲の大きいサーボモータを使用した．センサは，掃除機の ON ／ OFF を取得するためのマイクロフォンと，動きを取得するための加速度センサを用いている．次に，掃除機の状態に応じた動作設計例を示す．

図 4: 掃除機に装着した際の動作例

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関連研究

駆動部の線状形状記憶合金を用いたアクチュエータ
は辰田らの研究 [3] を参考にした．本研究では，素速く滑らかな動きを可能にした．家電に装着するインタフェースとして，Attachable Computer[1] では，家電の操作を補佐する情報などを提示しているが，本研究では，ロボットの動作によって家電の状態やユーザの状態を提示している．また，インタラクティブな掃除機 [2] は，掃除機を改造することで，掃除を楽しくしようとしているが，本研究では，家電製品を加工することなく，着脱可能な装着型のデバイスを目指した．

– 起動時（図 4(a)）
エンジンが始動するイメージで設計した．短時間，素早く左右に小さく震える．

7– 掃除機の動きが止まっている時（図 4(b)）
ロボットがつまらなさそうにしているイメージで設計した．横に傾いてから，上下に小さくゆっくりと動く．

まとめと今後の予定

本論文では，任意の家電に装着し，その状態を穏やかな動きで表現する小型ロボットを提案し，ハードウェアの実装と基礎的な動作設計を行った．今後は，家電やユーザの状態のセンシング精度の向上や家電の識別を目指す．家電の識別は，RFID を用いる方法や，家電の音や振動パターンから推測する方法などを検討している．また，パナソニック株式会社の支援のもと，一般家庭の主婦を対象とした評価実験を行う予定である．

– 掃除機の動きが速すぎる時（図 4(c)）
ロボットが吹き飛ばされて怯えるイメージで設計した．大きく横に傾いてから，左右に小刻みに揺れつつ中心に戻ってくる．
– 掃除機の動きが丁度良い時（図 4(d)）
ロボットがドライブを楽しんでいるイメージで設計した．掃除機が前後に動くタイミングに合わせて，左右に動く．

謝辞
本研究を進めるにあたり，JST 研究員塚田浩二氏にご指導をいただきました．深く感謝いたします．また，本研究はパナソニック株式会社の支援を受けました．

– 掃除機を壁等にぶつけた時（図 4(e)）
ロボットがイテッとなっているイメージで設計した．素早く横に動き，中心に戻ってくる．

参考文献[1] 伊賀聡一郎, 安村通晃, 装着型コンピュータ : 家庭電化製品のユーザインタフェース用超小型計算機,
情報処理学会論文誌, Vol. 40, No. 2, pp. 381–388(1999).
[2] 山木妙子, 小笠原遼子, 椎尾一郎, インタラクティ
ブな掃除機による情報提示, 全国大会講演論文集,
Vol. 70, No. 4 (2008).
[3] 辰田恵美, 塚田浩二, 椎尾一郎, ビーズアクチュエー
タの試作とその応用, 全国大会講演論文集, Vol.
2011, No. 1, pp. 241–243 (2011).

図 3: 掃除機に装着した様子

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