WISS2011PINOKY：ぬいぐるみを駆動するリング型のデバイス
PINOKY: A Ring that Animates Your Plush Toys

杉浦 裕太

リー カリスタ

尾形 正泰

牧野 泰才

坂本 大介

稲見 昌彦

五十嵐 健夫∗

Summary. We present a PINOKY, a mobile, ring-like device that can be externally attached to any
plush toy as an accessory. It allows the user to animate plush toys, such as moving its arms, legs, body, or
tails. The device consists of a microcontroller, motors, photoreﬂectors, a wireless module and a battery.
By using the device, users are able to control the toy remotely or record and playback movements on
the toy. Instead of using other methods which animate plush toys, our method is non-intrusive, notrequiring the user to make any alterations to the toy. Thus, the user is able to instantly make any ofhis/her favorite existing plush toys at home into soft robots. This paper describes the prototype device
and reports on our evaluation of the system. Finally, we show several usage scenarios using PINOKY.

1

はじめに

ぬいぐるみのような外観をしたロボットは，子供の玩具だけでなく [5]，近年ではセラピーやコミュニ
ケーションツール，ペットの代替としての有効性が期待されている [17][14]．それらは感触が良く，キャラクタなどのフレンドリな外観を保持しているため，
人はそれらを撫でたり，抱擁するなどの身体的なイ
ンタラクションを行うことができる [9]．一方で，従来のぬいぐるみロボットにおいては，駆動部位を動かすための装置が内部に埋め込まれている構造が一般的であり，素人レベルではそれらを自由に組み替えることができなかった．また，ロボットの動作においても基本的には制作者によって決められている
ことがほとんどであった．そこで本研究では，特に工学的な知識を持たない素人でもぬいぐるみロボッ
トの動作部位を自由に組み替えることができるシステムの構築を目的としている．
本研究のもう一つの目的としては，既存のぬいぐ
るみをロボット化することにある．ユビキタスコン
ピューティングの文脈において，既に存在する日用品にコンピュータを埋め込み，環境に馴染みやすい
インタフェースを構築するような試みがされている[2][7]．我々が今回注目しているぬいぐるみは，一般
的に家庭に浸透しているものである．これらは，人型，動物型といったようにキャラクター付けがなされており，また手足などの身体を持っている．これ
ら既存の外見のままインタラクティブな存在にする
ことで，例えば人と家電をつなぐエージェントのよ∗

Copyright is held by the author(s).
Yuta Sugiura and Masahiko Inami, 慶応大学 / JST ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト, Calista
Lee, Masayasu Ogata and Yasutoshi Makino, 慶応大学,
Daisuke Sakamoto and Takeo Igarashi, 東京大学/ JSTERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト

図 1. ぬいぐるみに PINOKY が装着された様子

うな役割として，またそこに遠隔地の人を投射し，コミュニケーションのメディアとして利用することが考えられる．ぬいぐるみを駆動する方法がいくつか提案されているが [15][18]，一方でユーザが大切にしているぬいぐるみを割いてシステムを埋め込むことを要求することは難しい．それ故に，本研究では，既存のぬいぐるみを傷つけることなく，インタ
ラクティブなロボットシステムにすることを目的とする．
そこで本研究では，PINOKY（ピノキー）というぬいぐるみの手足，尻尾などの部位を動かすことができるリング型のデバイスを提案する（図 1）．デバ
イスにはバッテリーや無線機器などが一つのモジュー
ルになっているため，ブレスレッドのようにアクセ
サリ感覚でぬいぐるみの動かしたい部分に取り付けることができ，駆動させることができる．PINOKY
は，マイクロコントローラ，サーボモータ，センサ（フォトリフレクタ），無線モジュール，バッテリー

WISS 2011

によって構成されている．2 つのサーボモータによってぬいぐるみの表面の布を引っ張り合うことで稼働させ，フォトリフレクタは駆動部がどれだけ屈曲しているかを認識する．またユーザが動作の教示を行う際にもこのセンサを用いて計測する．本稿では，
このデバイスのプロトタイプを行い，それを利用したいくつかのアプリケーションを作成したのでこれを報告する．

2

関連研究

ぬいぐるみロボットはこれまで子供の玩具として普及してきたが [5]，近年では，これらはセラピーやコミュニケーションメディア，エージェントとしての可能性が示唆されている．Wada らは，アザラシのような柔らかい手触りのロボットを作成し，これを高齢者へのセラピーとしての有効性を実験によって検証している [17]．Breazeal らは，ぬいぐるみロ
ボットでジェスチャー等を組み合わせた協調作業支援システムを提案している [1]．Sekiguchi らは，テディベア型のロボットを用いて，声だけでなくモーション，触覚的な要素を伝達するコミュニケーショ
ンツールを提案している [14]．これらのぬいぐるみを動かす技術としては，ぬいぐるみ内部に DC モー
タとエンコーダを埋め込むというのが一般的である[5][14]．Stiehl らは，ボイスコイルモータを用いることで，バックラッシュなしで，生物のようにスムーズに動作する仕組みを提案している [15]．また，石川らは，複数の糸を使うことでぬいぐるみの柔らかさを損なわない駆動手法を開発している [18]．一方で，これらの手法においては，制作者によって駆動箇所が決定されており，コンピュータやアクチュエータ
がぬいぐるみ内部に埋め込まれているため，素人が簡単にカスタマイズできるものではない．本研究で提案するデバイスは，リング型のアクチュエータであり，ブレスレッドのようにアクセサリ感覚でユー
ザが動かしたい場所に取り付けることが可能である．
素人でも既存の日用品に対してコンピュータを埋め込むことができ，それらをインタフェースにする技術が開発されている [2]．筧らは，既存のクッショ
ンや枕などの柔軟物体をタッチデバイスするセンサ
モジュールを開発した [7]．既存に存在する物体に実体のある動きを与えて対話能力を持たせる技術として，大澤らは，手，目，口などのモジュール化されたロボットでバイスを電化製品に貼付けることで，エージェントにするような試みをしている [10]．小泉らは紙にバイオメタルを貼付け，それをレーザで照射することで動かすことができる Animated Paperというシステムを提案している [8]．Probst らも小泉らと同様，紙にバイオメタルを貼付けて，一般的なポストイットを動きをもった I/O メディアにするシステムを提案している [11]．Coelho らもバイオ
メタル利用して，スポンジや布を駆動することに成図 2. PINOKY の構成

図 3. PINOKY の外観功している [3]．Furukawa らは，動物の毛皮に一般的な振動モータを貼付けることで毛皮を逆立てる現象を引き起こすことに成功している [6]．本研究では，一般的に市販されているぬいぐるみに動きを付加し，それをインタラクティブなロボットに変換する技術を提案する．

3

PINOKY

ぬいぐるみを動かす技術としては，ぬいぐるみの内部に埋め込む構造のものが一般的であり，これは，ぬいぐるみを切り開いて埋め込むことを要求する．
本研究で提案するデバイスはぬいぐるみを傷つけることなく，ぬいぐるみの外側から駆動させるものである．PINOKY はぬいぐるみに簡単に取り外し可能な構造になっているため，工学的知識がない人でも自由に動かしたい部位をカスタマイズすることが可能である．以下の段落では，システム構成，ぬい
ぐるみの駆動方法，関節角度の計測方法，PINOKYとの基本的なインタラクション方法を説明する．

3.1 システム構成
PINOKY はサーボモータ，フォトリフレクタ，ZigBee，Arduino Pro Mini，リチウムポリマーバッテ
リー（350mA）によって構成されている (図 2)．サー

PINOKY: A Ring That Animates Your Plush Toys

図 4. 関節の駆動と計測

図 6. ワークショップの様子

図 5. 関節角とフォトリフレクタの関係

ボモータはぬいぐるみの表面の布を引っ張ることで屈曲させるために利用され，また，フォトリフレク
タはぬいぐるみの関節角度を読み取るために利用される．センサデータは ZigBee を用いてデバイス同士や PC に送られ，PINOKY 同士を同期させるために用いられる．リングは磁石によって開閉可能な仕組みになっており，特別な道具を必要とせずぬいぐ
るみに PINOKY を着脱できるような仕組みになっている．PINOKY は常に動かしている状態で約 1
時間使用できる．デバイスの外装は，ぬいぐるみの素材と適合できるようにフェルトで覆われている (図
3)．

3.2

駆動方法

我々は，外側からぬいぐるみを駆動するリング型のアクチュエータを開発した．このアクチュエータ
は 2 つのサーボモータによってぬいぐるみの関節を屈曲させる．サーボモータには，フレームが取り付けられており，これが図 4 のようにぬいぐるみの表面の布に接地している．図 4 の左のようにフレー
ムが動くと一方のぬいぐるみの表面の布は引き込まれ，もう一方は押し出されるために屈曲する．また，サーボモータの回転方向を逆にすることで反対方向にも曲げることができる．またサーボモータの回転スピードや角度によって，ぬいぐるみを曲げるスピー
ドや動作角度を制御することが可能である．現在のデバイスでは，最大左右に 50◦ ずつぬいぐるみを駆動できることを確認している．
ぬいぐるみの関節角度を認識する手法として，フォトリフレクタを用いている．一般的にフォトリフレ
クタは対象物体までの距離を計測する目的で利用されるが，我々はこの特徴を関節角度を認識するために応用する．フォトリフレクタは図 4 のようにリング型デバイスの周囲に貼付けられている．ぬいぐるみがユーザによって曲げられたとき，センサとぬいぐ
るみの表面の布との距離が縮まるため，屈曲したことを認識することが可能である．図 5 は直径 8.5cmのぬいぐるみを −50◦ < θ < 50◦ で傾けたときのフォトリフレクタの値を示す．グラフ中の赤線は人が指で直接センサに触れたときの値である．これを考慮すると，本センサは θ < −31.2◦ ，34.2◦ < θ の範囲において有効に機能する．

PINOKY とのインタラクション方法
我々は PINOKY とのインタラクションを設計するに当たって，Raﬄe らが開発した Topobo を参考にした [12]．PINOKY との基本的なインタラクショ
3.3

ン方法としては，記録・再生，同期モードが用意されている．これらのモードは，デバイスの背面に取り付けられている押しボタン式スイッチで切り替える(図 3)．記録・再生モードでは，ユーザがぬいぐるみの関節を屈曲させることで動作を記録させ，それを再生することができる．同期モードでは，一つのぬいぐるみの関節を屈曲させると，複数の PINOKYが同様の方向，タイミングで屈曲させる．

4

運用テスト

日本科学未来館の協力のもと，一般の方を対象としたワークショップを開催し，本デバイスの有効性について簡単な検証を行った (図 11)．ワークショッ
プには 9 才から 45 才までの 10 名の一般人が参加した．実験は一回に 1〜2 名で行った．ぬいぐるみは
予め実験者が 15 種類準備したものを用いた．はじめに簡単なチュートリアルを行って，システムの使い方を簡単に練習したあと，自由にぬいぐるみにデバイスを取り付けて，楽しんでもらった．
全ての被験者が，デバイスを各ぬいぐるみに取り付けて駆動させることに成功した．また被験者によっWISS 2011てデバイスの取り付ける部分や動作教示の内容が異なっていたり，ぬいぐるみに複数取り付けるユーザも観察することができた．実験を通してデバイスがぬいぐるみを破損するということは一度も確認されなかった．システムの課題としては，センサがうま
く関節の傾きを認識せず，何度か動作を記録できな
いということが挙げられた．また通信の遅延が生じる場面もあった．事後にインタビューを行ったとこ
ろ，全ての被験者が「自分の大切にしているぬいぐ
るみを動かすことができる」というにコンセプトに共感していた．体験者からは「ワンタッチで取り付けることができて良い」や「これを用いて友達と通信したい」などこちらの意図に合った意見を得ることができた．さらに「デバイスの駆動音を消すことはできないか」「もう少しサイズを小さくすることはできないか」「もっと複雑な動きをしてほしい」「ぬいぐるみ以外に PINOKY を付けて動かせるものはないだろうか」など今後の検討すべきことやデバイスの新しい使い方などに関してもコメントを得ることができた．

図 7. ストーリーテリング

図 8. テレコミュニケーション

5

議論

前章において開発したシステムの運用試験における結果を述べた．本稿ではこれらを踏まえて，実生活における具体的な PINOKY の利用方法，既存の日用品にコンピューティングする意義，現状のシス
テムの限界と今後の展望を議論する．

5.1

アプリケーションシナリオ

5.1.1

ストーリーテリング

子供は周囲にある日用品や環境を使って独自の物
語を作り，遊ぶことがある．ぬいぐるみは日用品の中でも人間や動物に近い身体を持っており，物語の登場人物として扱うことができる．これに PINOKYを用いてぬいぐるみの動作を取り入れることで，より創造的に物語を作成することができると考える．
例えば，今まではぬいぐるみの動作は毎回手で操作していたが，PINOKY を使うことで，これをアーカイブ化し，一人で複数のぬいぐるみを同時に扱うことができるようになる．現在の実装では，別途用意された PC によってどのタイミングでデバイスが教示されたかを管理している．自動的に動くぬいぐ
るみや人形は，それ自身が動いているように見えるため，新しい遊びを誘発することもあるだろう．

5.1.2

テレコミュニケーション

音声や映像を超えて触覚やロボットの動作を伝送してコミュニケーションを行う提案が近年多くされている [13][14][16]．PINOKY をサーバーと接続させることで離れた場所でも動作を同期させることが可能である．今回は TCP/IP を通してデバイス同士が同期するシステムを構築した．またデバイス間だ
けでなく，Kinect や iPhone を用いて PINOKY を操作できるような仕組みを構築することで，よりコ
ミュニケーションの幅を広げることができるだろう．

5.1.3 既存の動画配信サービスとの連動
PINOKY と動画配信サービスと連動させること
で，映像コンテンツをより没入させて提供することができると考えている．一つは，PINOKY が取り付けられたぬいぐるみを PC 画面の横に配置して，人と対面した形をとることで，その映像を身振り手振りを使って説明するようなナレーターとしての役割を担うことができるだろう．もう一方で，PINOKYをつけたぬいぐるみと一緒に映像を見ているような体験を提供することができるだろう．Fukushima ら
は，視覚的な映像，特にコメディなどにある「観客による笑い」を環境に配置したロボットが行うこと
で，実際映像だけの提供よりも強いエンタテインメ
ントを提供できることを確認している [4]．この研究は特別に用意したロボットであるのに対して，我々はいつも側にあるぬいぐるみと一緒に映像をみるといった経験を提供する．例えばホラー映画の視聴時に，抱きかかえている PINOKY が盛り上がるポイ
ントで驚いたように手足をバタバタさせたりすると言ったことが考えられるだろう．PINOKY は，ぬいぐるみの柔らかさを損なわないため，容易にユーザは抱えることができ，ロボットの視覚的な存在感だけでなく，触覚的な要素も組み合わせて視聴者に提供することが可能となる．
我々はその初歩段階として既存の映像配信サービ

PINOKY: A Ring That Animates Your Plush Toys

ス「ニコニコ動画」に PINOKY を連動させる試みをした．これは視聴者が動画時間軸に沿ってコメン
トを残すことができるような仕組みになっており，
一度コメントを記入すると，次回以降，そのコメントが映像にオーバーレイされて視聴者に表示されるような仕組みになっている．この時間情報，投稿者を含んだコメントを取得できる API が用意されており，我々はまずはこれらのコメントを取得，解析
して PINOKY がリアクションを行うような簡単な実装を行った．具体的には，拍手を表すコメントとして利用される「88888」や笑いの意味で用いられる「wwww」などの言語を抽出してそれにあった動きを PINOKY に行わせるようにした．今回は APIが用意されているニコニコ動画との連動を行ったが，YouTube においても時間軸に沿ってアノテーショ
ンを付加できる機能があるので，API が用意されれ
ば同様のことができるだろう．

5.2

既存の日用品をインタフェースに用いる意義

コンピュータが埋め込まれた日用品や環境が連携して最適なサービスを提供するような取り組みがユ
ビキタスコンピューティングの文脈において盛んに行われている．一方で，これまでの研究の多くは，
コンピュータを新たに埋め込むことを想定して，対象物の日用品や環境が設計されていることが多い．
この場合，新規に専用の日用品を購入する必要があ
るため，コストがかかってしまうという課題や，部屋の外観を大幅に変更必要となる恐れがあり，導入の敷居が高い．これらの理由で，特にユビキタスコ
ンピューティングへの移行期においては，既に家庭に存在する物体にコンピュータを埋め込む技術が重要になると考えている．また，その日用品の本質的な機能（今回はぬいぐるみであるため，その触感や可愛さなど）を失わずにコンピュータを埋め込むということも必要な要件と考える．

5.3

システム限界と今後の展望

本稿でプロトタイプしたデバイスにおいて，いく
つかハードウェアの課題がある．まずデバイスのサ
イズの課題がある．現在は，一般的に市販されているマイクロコントローラや ZigBee モジュールを用いているため，これを本モジュール専用のものを作成することで，デバイスのサイズを小さくすることができるだろう．現在はサーボモータを用いてぬいぐるみを駆動しているため，駆動音が生じてしまうという課題もある．これをバイオメタルなどのアク
チュエータに変更することで，デバイスのサイズを小さくできると同時に駆動音を消すことができると考えている．また現状，ぬいぐるみの関節の太さに合わせて取り付けるデバイスのサイズをユーザ自身が選択する必要があり，汎用的ではない．今後は，ぬいぐるみのサイズに合わせてリングのサイズが変更可能なフレームを設計していく．ぬいぐるみの関節角度の認識手法としてフォトリフレクタを用いており，これは環境光の外乱による影響が出やすい．
今後は，圧力センサや曲げセンサで代用可能か検討する．さらに，本デバイスが実現できる動作としては単純に屈曲させるだけであり，例えばこのデバイ
スを用いて表現豊かな動作を実現するためにはこれで十分とは言い難い．今後はぬいぐるみに捻り動作
や伸縮動作をさせることが可能なデバイスの構造を検討していきたい．

6

まとめ

本稿では，一般的に市販されているぬいぐるみの手足や尻尾を駆動させるデバイス，PINOKY を紹介した．これは従来の埋め込みタイプのアクチュエー
タとは反対に，ぬいぐるみを外側から屈曲させることができるため，自分の大切にしているぬいぐるみを切り裂くことなくインタラクティブなロボットに変換することができる．デバイスはリング形状をしており，バッテリー，計算機，モータ，センサなどが一つのモジュールになっているため，ユーザはブレスレッドのようにアクセサリ感覚でデバイスを取り付けることができる．本論文ではプロトタイプを作成し，このデバイスを用いて複数のアプリケーションを制作した．また，日本科学未来館においてワー
クショップを行い，初めて PINOKY を触った人でもぬいぐるみにデバイスを取り付け思い通りに駆動させることができることを確認した．今回のプロト
タイプデバイスでは，サイズや着脱できるぬいぐる
みの種類に制約があったため，今後はこれらを改善していきたいと考えている．

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interfaces. Personal Ubiquitous Comput. 15, 2(February 2011), pp. 161–173.
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[5] Furby (1998). http://www.furby.com.
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[7] Y. Sugiura, G. Kakehi, A. Withana, C. Lee, N.
Nagaya, D. Sakamoto, M. Sugimoto, M. Inami
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pp. 509–516.
[8] N. Koizumi, K. Yasu, A. Liu, M. Sugimoto and
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moving toys, Computers in Entertainment (CIE),
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[9] S. Marti and C. Schmandt. Physical embodiments for mobile communication agents. In Proc.
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[12] H. Raﬄe, A. Parkes and H. Ishii. Topobo:
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[13] H. Raﬄe, R. Wang, K. Seada and H. Ishii.
Communiclay: a modular system for tangible
telekinetic communication. In Ext. Abst. CHI ’11,
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[14] D. Sekiguchi, M. Inami and S. Tachi. RobotPHONE: RUI for Interpersonal Communication.
In Ext. Abst. CHI 01, ACM (2001), pp. 277–278.

未来ビジョン「もし自分が大切にしているぬいぐるみに命を吹き込むことができたら...」映画ピノキオ（ディズニーよるアニメーション）では，子供がいないゼペットはピノキオが自分の子供だったらと星に願いをかける．する
とブルー・フェアリーが人形ピノキオに生命を授ける．我々はこれにインスパイアされ，本デバイスに PINOKY（ピノキー）と名付けた．
ぬいぐるみは，幼児期において心理的安定
にとって重要な価値を持つモノ・子供に母親の愛情や優しさの代理的満足を与えてくれるモノ（移行対象）となることがある [19]．著者もこの時期においては，ぬいぐるみ無しでは寝ることができず，ある時期がきて両親からこれを取り上げられたときは酷く混乱したものだ．
著者以外にもぬいぐるみに対して特別な感情を持っている，もしくは以前は持っていた人は[15] W. Stiehl and C. Breazeal. Design of a Therapeutic Robotic Companion for Relational, Aﬀective Touch. In Proc. Ro-Man ’05, IEEE (2005),
pp. 408–415.
[16] H. Tsujita, K. Tsukada and I. Siio. SyncDecor:
communication appliances for virtual cohabitation. In Proc. AVI ’08, ACM (2008), pp. 449–453.
[17] K. Wada and T. Shibata. Social eﬀects of robot
therapy in a care house - change of social networkof the residents for two months. In Proc. ICRA
’07, IEEE (2007), pp. 1250–1255.
[18] 石川 達也, 長谷川 晶一 : 柔らかいぬいぐるみロ
ボットの動作制御, 第 20 回エンタテインメントコ
ンピューティング研究発表会, セッション EC19-13,
2011.
[19] D. Winnicott. (1953). Transitional objects andtransitional phenomena, Int. J. Psychoanal, 34,
pp. 89–97.

アピールチャート

少なくないだろう．これに命が吹き込まれ（ロボット化され）人とインタラクションをすることができるようになれば，単に懐かしいと感じるだけでなくインタフェースとしても馴染
みやすいものになると考えている．我々は，新規にロボットを導入するよりも愛着を抱いているものがロボットになる方が，初期導入時に起こりうる心理的バリアを軽減できるだろうという仮説を立てている．特に年配の方は見たことも無いロボットを目の前にして恐怖心を持つだろう．
今回のプロトタイプではサーボモータを用いたためデバイスのサイズに課題があったが，理想形態としては「リボンのようにぬいぐる
みに結びつけるとその部分が駆動する」ということを考えており，駆動していないときでもアクセサリとしてぬいぐるみに馴染むデバイスを目指している．