专利名称：机器人装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及机器人装置及其控制方法，并且适合应用于比如宠物机器人。
背景技术：
最近几年，本发明申请人已经提出并开发了一种能根据使用者命令或周围环境情况执行预定动作的具有四肢类型的宠物机器人。此种宠物机器人外形类似一般家庭拥有的狗或者猫，而且可以根据使用者命令或周围环境情况执行动作。
作为此类宠物机器人的尾巴，提供一种可以按照装在身体部分尾部的电机的驱动而在垂直方向或水平方向摇摆的尾巴，而不是只简单悬挂于身体部分的尾部的绳状尾巴。
另外，在此类宠物机器人中，作为储电单元的电池装在身体内部用作主电源。各种电路和致动器分别基于上述电池供应的电力工作。
在上述宠物机器人中，可以认为在根据致动器的驱动而摇摆尾巴的情况下，如果上述的尾巴每次都象真狗或真猫一样，可以与其感情相应地在一个方向上弯曲或摇摆，则可以进一步给使用者亲切的感受和满意的感觉，宠物机器人的娱乐特性也可以进一步改善。
进一步讲，尾巴并不需要象腿那样偶尔命令其运动。尾巴可以在任何时候自由地运动。因此，可以进一步期望宠物机器人内部发生问题时，此事实能够通过尾巴的动作通知使用者。
另外，在上述的宠物机器人中，即使装在身体部分的电池几乎用尽，然而并没有提供通知使用者需要充电或者更换上述电池的设计。
如果电池真的用尽并且宠物机器人处于停止状态，就好象死了似的。导致宠物机器人与追求娱乐的目标相反。因此，非常希望能够使宠物机器人向使用者表达真实动物所具有的食欲那样应该给它充电了。
许多情况下，在此宠物机器人中，包括电池在内的驱动系统已经安装在身体部分。在这种情况下，已经在身体部分的预定位置形成了通风口。外部空气可以通过上述通风口进入身体部分。因此，可以防止身体部分内部的温度急剧上升。
但是，在此宠物机器人中，当宠物机器人躺下来的时候将关闭通风口，从而外部空气不能进入宠物机器人内部。因此，担心身体部分内部的温度变的非常高，并且使电池不可使用。
由于这个原因，为了保障其安全，在宠物机器人的内部温度达到“临界温度”之前，非常希望上述的宠物机器人处于直立状态并且可以通过通风口循环内部空气。
发明概述考虑上述几点，本发明提出一种机器人系统及其控制方法，其娱乐特性可以明显改善，另外用其姿势表现电池充电的必要性，并且可以保证它的安全。
为了解决这些问题，依照本发明，在装有其一端可以至少在一个轴或更多轴方向上转动自由地连接的可活动部件的机器人系统中，提供了根据供给的输入信息来操作可活动部分的动作控制装置；和具有动作引起的感情/本能模型的感情/本能模型改变装置，用于根据输入信息改变感情/本能模型并决定可活动部分的动作。作为结果，在此宠物机器人系统中，可以通过可活动部分的动作和其姿势表现真实动物基于与使用者接触所获得的感情、输入的命令和它本身的动作。因此，可以进一步给使用者亲切的感受和满意的感觉等，宠物机器人的娱乐特性也可以进一步改善。
依照本发明，在装有其一端可以至少在一个轴或更多轴方向上转动自由地连接的可活动部件的机器人系统中，提供了用于检测机器人系统内部状态的检测装置；和感情控制装置，用于根据检测装置的检测结果操作可活动部分。作为结果，在此宠物机器人系统中，上述机器人的内部状态可以通过可活动部分的动作和其姿势表现。因此，可以展示给使用者类似动物的反应，并且给使用者亲切的感受和满意的感觉。
依照本发明，在内装有电池作为电源的机器人系统中，提供了用于检测电池余量的电池余量检测装置；和动作控制装置，用于在由电池余量检测装置检测的电池余量变到预定水平或更低时，将机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。作为结果，在此机器人系统中，它表达食欲的方式就象它是真的动物一样可以传递给使用者，并给使用者一种亲切的感受和满意的感觉，它的娱乐特性也可以进一步改善。
依照本发明，在内装有电池作为电源的机器人系统中，并且其中已经在上述身体部分的预定位置形成了排气口，提供了用于检测身体部分内部温度的温度检测装置；和动作控制装置，用于在温度检测装置检测的内部温度达到预定温度或超出时，将机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。作为结果，在此机器人系统中，可以防止内部电源的损坏。因此，可以保证它的安全。
依照本发明，在内装有电池作为电源的机器人系统的控制方法中，第一步为检测电池的余量；和第二步为，如果上述检测的电池余量变到预定水平或更低，则将机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。作为结果，可以控制机器人系统，从而使它表达食欲的方式就象它是真的动物一样可以传递给使用者，并给使用者一种亲切的感受和满意的感觉。因此，可以实现一种机器人系统的控制方法，其中它的娱乐特性得到了明显改善。
进一步讲，依照本发明，对于内装有电池作为电源的机器人系统，并且其中已经在上述身体部分的预定位置形成了排气口，其控制方法为第一步检测身体部分的内部温度；和第二步，如果温度检测装置检测的内部温度达到预定温度或超出时，将机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。作为结果，可以控制机器人系统，从而可以防止此宠物机器人系统的电源损坏。因此，可以实现一种保证其安全的机器人系统控制方法。
图1为应用本发明的宠物机器人系统的构造透视图；图2为宠物机器人的构造透视图；图3为图1中的宠物机器人的构造透视图；图4为图1中的机座(station)的构造透视图；图5为图1中的宠物机器人的结构方框图；图6为尾巴单元中尾巴部分的示意图；图7为尾巴单元基座部件的内部结构透视示意图；图8为图7中基座部分齿轮箱的内部结构局部剖视图；
图9A和图9B为说明图8的齿轮箱中差动齿轮机构工作状态的局部剖视图；图10为尾巴单元的总结构透视示意图；图11为说明控制器数据处理过程的示意图；图12为说明感情/本能模型部分数据处理过程的示意图；图13为说明感情/本能模型部分数据处理过程的示意图；图14为说明感情/本能模型部分数据处理过程的示意图；图15为说明感情/本能模型部分数据处理过程的示意图；图16为说明感情/本能模型部分数据处理过程的示意图；图17为动作决定机构部分的有限自动机(automaton)的状态变换图；图18为姿势变换机构部分的姿势变换图；图19为说明电池充电请求的处理过程流程图；图20为说明内部温度控制处理过程的流程图。
实现本发明的最佳方式下面将结合附图对本发明实施例进行详细阐述。
(1)本发明应用的宠物机器人系统的结构标号1表示本实施例的宠物机器人系统的整体。当以预定的姿势将宠物机器人2置于专用电池充电装置(在下文中称为机座)3的特定位置时，给位于上述宠物机器人2内部的电池(未示出)充电。
实际上，如图2和图3所示，上述宠物机器人2的构成为腿单元5A至5D分别与身体单元4的前部和后部的两侧相连、头部单元6和尾巴单元7分别接到身体部分4的前端部分和后端部分。
在尾巴单元7中，将具有2自由度、可以自由弯曲和摇摆的尾巴部分7T从位于身体单元4顶部的基座部分7B中引出。
在身体单元4内部装有冷却风扇(未示出)。通过上述的冷却风扇在顶部4A和底部4B分别形成排气口4AX和进气口4BX。因此，在宠物机器人2中，可以降低上述身体单元4的内部温度，由排气口4AX排出取自进气口4BX并通过身体单元4内部的空气。
在身体单元4的底部4B，设有多个暴露电极(焊点)组成的第一连接器半体(first connector half body)4C。
另外，就机座3来说，从所设电池充电装置拉出的接线通过AC(交流)适配器与家用电源线相连。如图4所示，在外观上，在主体部分3A顶部中央形成了与宠物机器人2的身体单元4相应的凹陷空间3AH，并且沿着长度方向在上述的凹陷空间3AH两侧分别形成平坦表面3AR和3AL。
在机座3的凹陷空间3AH中，设有与宠物机器人2上第一连接体半体4C的各电极相对应的带有凸起电极端子(未示出)的第二连接体半体(secondconnector half body)3C。
另外，在机座3的主体部分3A的前端，设有多个发光二极管(LED)灯泡3L。分别以预定的发光颜色通过闪亮或闪亮和闪灭，它们通知使用者通过电线与机座3相连的AC适配器(未示出)的插孔是否与电源连接，设在宠物机器人2中的电池(未示出)是否在充电，或者嵌在机座3上的可拆下的备用电池是否在充电。
实际上当宠物机器人2和机座3组合在一起的时候，宠物机器人2首先应该改变为“躺倒”姿势，也就是说，一种每个腿单元5A到5D弯曲和身体单元4的底部4B接近地板的姿势(下文中，这种姿势称为移向机座的姿势)。
在这种状态下，使用者应举起宠物机器人2并放在机座3上，从而使身体单元4嵌入机座3上的凹陷空间3AH中。因此，身体单元4的第一连接体半体4C和机座3的第二连接体半体3C相邻并形成线连接。
此时，由于宠物机器人2处于移向机座姿势，分别位于上述腿单元5A到5D顶端的脚部分相邻并固定于机座3的主体部分3A上的两个平坦表面3AR和3AL上，当身体单元4嵌入凹陷空间3AH时不会成为障碍。
(2)宠物机器人2的内部构造这里，如图5所示，宠物机器人2的身体单元4包括控制器10，用于控制此宠物机器人2的一般动作；电池11，用作此宠物机器人2的电源；包含电池传感器12的内部传感部分14等。
在头部单元6中，相当于“耳朵”的麦克风15、相当于“眼睛”的电荷耦合器件(CCD)摄象机16、触摸传感器17、相当于“嘴”的扬声器18等分别设置在预定位置。
致动器5AA1到5AAK、5BA1到5BAK、5CA1到5CAK、5DA1到5DAK、6A1到6AL、7A1和7A2分别设置在腿单元5A到5D的相应连接部分、腿单元5A到5D和身体单元4的相应连接部分、头部单元6和身体单元4的连接部分、尾巴单元7和身体单元4的连接部分。
头部单元6的麦克风15拾取命令声音，比如“走”、“躺倒”、“追球”或类似的由使用者通过未示出的声音命令器(commander)装置给出的音阶(命令器(commander)用于根据操作内容产生不同的音阶声音)，并将因此获取的声音信号S1传输给控制器10。另一方面，CCD摄象机16拾取宠物机器人周围的图象并将由此获取的图象信号S2传输给控制器10。
触摸传感器17设置于如图2所示的头部单元6的顶部。它检测来自使用者物理接触的压力，比如“抚摸”、“拍打”或其他，并将检测结果作为压力检测信号S3传输给控制器10。
位于身体单元4的电池传感器12以5段等级(phased level)检测电池11的余量，接下来将检测结果以上述的水平作为电池余量检测信号S4传输给控制器10。在这种情况下，电池传感器12检测电池11的余量的分段等级，当为80[％]及以上、80至50[％]、50至25[％]、25至20[％]和20[％]或更低时，分别作为“满”、“中等满”、“中等”、“低”和“极低”。
身体单元4的热传感器13检测宠物机器人2的内部温度，并将检测结果作为热检测信号S5传输给控制器10。
控制器10根据来自麦克风15、CCD摄像机16、触觉传感器17、电池传感器12和热传感器13的声音信号S1、图象信号S2、压力检测信号S3、电池余量检测信号S4和热检测信号S5确定宠物机器人2周围的状况、命令存在状况或使用者接触状况或类似情况。
然后，控制器10根据这些确定的结果和事先置入的控制程序判断随后的动作。根据判断结果驱动必要的致动器5AA1到5AAK、5BA1到5BAK、5CA1到5CAK、5DA1到5DAK、6A1到6AL、7A1和7A2，并驱动各个腿单元5A至5D。从而，宠物机器人2表演动作，比如垂直和水平晃动头部单元6、活动尾巴单元7、走路等。
另外，此时，控制器10根据需要送出预定的声音信号S6给扬声器18，并且基于上述的声音信号S6对外发出声音，或者使位于此宠物机器人2“眼睛”位置的LED(未示出)闪亮、闪灭或闪亮和闪灭。
在此种方式中，此宠物机器人可以根据周围状况、控制程序等自动移动。
(3)宠物机器人尾巴单元的结构这里，就尾巴单元7来说，如上述图2所示，尾巴部分7T的一端与设于身体单元4顶部的基座部分7B中齿轮箱(未示出)相连接。
如图6所示，此尾巴部分7T形成由两片几乎平行的通过在中心部分将比如一片几乎为U型(或几乎为V型)的高弹性合金制成的金属丝7W弯曲形成发丝杆形状(hair pin shape)的金属丝部件7WA和7WB组成的曲线机构。
在此发丝杆形状的金属丝部件7WA和7WB的外围，依次插入由合成树脂或轻金属或类似物模压的多个柱状部件7PA至7PD。上述各柱状部件7PA至7PD以所谓的球面轴承(一种万向接头)自由地弯曲连接，从而构成多关节机构。
另外，在尾巴部分7T最末端的柱状部件7PA的末端，与轴线方向垂直地设有一销7P，通过邻接支撑金属7W的弯曲部分7WC。因此，可以防止金属7W从柱状部件7PA滑落。
进一步讲，从几乎最底端的柱状部件7PD始，两个金属丝部分7WA和7WB的底端7WAS和7WBS被凸出以相反方向弯曲成几乎L形状，并且分别与后面将叙述的齿轮箱22(图7)相连接。
这里，图7示出基座部分7B中基座盖(未示出)的内部结构。由齿轮电机成型的一对致动器7A1和7A2固定在由几乎为U型断面形状的轴承部件20的背板20A上。上述致动器7A1和7A2的输出轴7A1X和7A2X通过分别形成在背板20A上的穿通孔20AH分别穿进去。
在此轴承部件20中，设有齿轮传动机构21。致动器7A1和7A2的输出轴7A1X和7A2X通过上述的齿轮传动机构21与齿轮箱22相啮合。也就是说，在此齿轮传动机构21中，螺旋齿轮23A和23B固定在致动器7A1和7A2的输出轴7A1X和7A2X上，分别与其啮合的有螺旋齿轮26A和26B，齿轮26A和26B绕支撑在齿轮部件20的顶板20B和底板20C之间的第一和第二轴24和25自由旋转地安装。
在第一轴24的顶端，以上述第一轴24为中心旋转的齿轮27A与螺旋齿轮26A组合成一个整体。并且在第二轴25的底端，绕上述第二轴25旋转的齿轮27B与螺旋齿轮26B组合成一个整体。
在支撑于轴承部件20的顶板20B和底板20C之间的第三轴的顶端和底端，安装有齿轮29和30分别自由地以上述的第三轴28为中心旋转。在顶端的齿轮29与装在第一轴24顶端的齿轮27A相啮合。在底端的齿轮30与固定于第二轴25底端的齿轮27B相啮合。
进一步讲，通过轴承部件20的顶板20B和底板20C，分别支撑一对垂直相互共轴的第四和第五轴31和32的一端。几乎为球形的齿轮箱22被固定以便于连接上述的第四和第五轴31和32。与此齿轮箱22的顶端和底端一起，分别绕第四和第五轴31和32自由旋转的固定齿轮33和34与相应的安装在第三轴28顶端和底端的齿轮29和30相啮合。
如图8所示，为图7中沿直线P-P’的截面图，此齿轮箱22成形为由一对半球壳体22A1和22A2组成的球壳体22A。如此成形是为了在上述的球壳体22A的中空部分22H配置差动齿轮机构35以便于与第四和第五轴31和32相啮合。
此差动齿轮机构35包括在球壳体22A中自由旋转安装的轴杆36以和第四和第五轴31和32正交。嵌入中空部分22H按箭头“a”方向或者相反方向绕着上述轴杆36自由旋转的一对大直径横向伞形(bell-shaped)齿轮37和38与和装在第四和第五轴31和32上的齿轮33和34共轴合成一体的一对小直径竖向伞形齿轮39和40相啮合。
在这对横向伞形齿轮37和38之间，用合成树脂或类似东西制成的滑动导轨(slide guide)41安装成绕上述轴杆36自由旋转从而在长度方向上与轴杆36正交，同样一对竖向滑块(slider)42A和42B在长度方向上与滑动导轨41成自由滑动的接合，以便于在它们之间支撑上述的轴杆36。
在这种情况下，在滑动导轨41的一侧，一对平行的竖向导轨41A和41B沿着长度方向成形。另一方面，在滑块42A和42B的一侧，与上述的导轨41A和41B相对应分别形成导引凹槽(guide groove)42AG和42BG。在滑块的导引凹槽中，金属丝部分7WA和7WB的一端分别沿凹槽方向嵌入以支撑整个尾巴部分7T。
进一步讲，在其中一个大直径伞形齿轮38内部，一对销状(pin shape)的竖向突起38A和38B形成为一体，以便于保持位置关系为相互为180°。在该对竖向滑块42A和42B的另一侧，与上述的突起38A和38B相对应分别形成与第四和第五轴31和32平行的一对竖向滑动凹槽(slide groove)42AH和42BH。
因此，如图9A和图9B所示的沿图7中直线Q-Q’的截面图，当大直径伞形齿轮37和38以相互相反方向(箭头“a”的方向和反方向)绕轴杆36旋转时，上述伞形齿轮38的每个突起38A和38B沿伞形齿轮38的旋转方向邻接并压紧，同时分别沿着滑动凹槽42AH和42BH滑动。从而滑块42A和42B可以沿相互相反方向在滑动导轨41上滑动。因此，在头部部分7B，当以相同的旋转速度控制驱动一对致动器7A1和7A2使其各自的输出轴7A1X和7A2X以相互相反方向旋转时，装在第四和第五轴31和32上的一对竖向齿轮33和34通过齿轮传动机构21以相互相反的方向(箭头“b”的方向和反方向)与形成差动齿轮机构35的那对小直径伞形齿轮39和40一体旋转。因此，在以相互相反的方向(箭头“a”的方向和反方向)旋转同时，该对形成差动齿轮机构35的横向大直径伞形齿轮37和38在滑动导轨41的长度方向上推出该对滑块42A和42B中的一个，同时拉回另一个。
此种方式下，在尾巴单元7中，根据齿轮箱22中通过差动齿轮机构35使滑块42A和42B的滑动运动来使尾巴部分7T中的两片金属丝部分7WA和7WB相互被推出或被拉回，从而金属丝7W可以弯曲。
因此，在尾巴单元7中，当控制驱动一对致动器7A1和7A2使其各自的输出轴7A1X和7A2X以相互相反的方向相同的旋转速度旋转时，尾巴部分7T能够以期望的幅度在垂直方向上弯曲，或者以期望的幅度并按照上述驱动控制的速度在垂直方向上摇摆。
如图7所示，在齿轮箱22中球壳体22A的前端预定位置，按预定尺寸开了一个平行于第四和第五轴31和32的长形(oblong)孔22L。通过上述的长形孔22L尾巴部分7T从滑动导轨41中拉出并且齿轮箱22中的该对竖向滑块42A和42B突出出来。因此，在不超出长形孔22L竖向上两端之间的范围内尾巴部分7T能够在垂直方向上弯曲或摇摆。
进一步讲，在头部部分7B中，当以相同的旋转速度控制驱动一对致动器7A1和7A2使其各自的输出轴7A1X和7A2X以相同方向旋转时，则装在第四和第五轴31和32上那对竖向齿轮33和34通过齿轮传动机构21以相同方向(箭头“b”的方向或其反方向)旋转。此时，形成差动齿轮机构35的小直径伞形齿轮对39和40不能以相同的方向旋转，这是因为它们都和横向大直径伞形齿轮对37和38相啮合。作为结果，差动齿轮机构35也就是齿轮箱22以与一体的一对竖向齿轮33和34绕着第四和第五传动轴31和32旋转相同的方向旋转。
这样，在尾巴单元7中，如图10所示，当控制驱动一对致动器7A1和7A2使输出轴7A1X和7A2X以相互相同的方向相同的旋转速度旋转时，齿轮箱22和内部的差动齿轮机构35按照上述的驱动控制以期望的方向旋转。因此，尾巴部分7T能够在箭头“c”的方向上或相反的横向方向上弯曲，或者箭头“d”方向上或相反的垂直方向上弯曲，或者类似并以期望的幅度，或者以期望的幅度和速度在横向方向上摇摆。
(4)控制器10的处理过程这里将阐述产生此宠物机器人1的动作时控制器10的处理过程。
如图11所示，如果当产生宠物机器人2的动作时按照功能来划分控制器10处理过程的内容，可以分为传感器输入处理部分50，用于识别特定的外部状态；感情/本能模型部分51，用于通过累积上述传感器输入处理部分50的识别结果表示感情和本能的状态；动作确定机构部分52，用于基于上述传感器输入处理部分50的识别结果确定随后的动作；姿势变换机构部分53，用于基于上述动作确定机构部分52的确定结果和上述感情/本能模型部分51代表的结果使宠物机器人2实际执行一种动作；和控制机构部分54，用于驱动控制每个致动器5AA1至7A1和7A2。
此种情况下，传感器输入处理部分50基于来自麦克风15、CCD摄象机16和触摸传感器17的声音信号S1、图象信号S2和压力检测信号S3检测和识别特定的外部状态、来自使用者特定的触摸和来自使用者的指令。然后，传感器输入处理部分50将上述的识别结果转换为真实动物所感受的听觉状态、视觉状态和知觉状态。同时，基于构成内部传感器部分14的电池传感器12和热传感器13提供的电池余量检测信号S4和热检测信号S5识别电池11的余量状态和宠物机器人2的内部温度。从而将获取的状态识别信息D1通知感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52。
具体地说，传感器输入处理部分50在所有时间监视麦克风15提供的声音信号S1。当按照作为上述声音信号S1的频谱比如“走”、“躺倒”、“追球”等的命令检出具有相同音阶的频谱作为由声音命令器(未示出)提供的命令声音时，它意识到已经有命令发出，并将上述的识别结果通知感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52。
传感器输入处理部分50在所有时间监视CCD摄象机16提供的图象信号S2。当在基于图象信号S2的图象中检测到比如“一个红色圆形物体”或“垂直于地面并具有预定高度或更高的平面”时，它意识到“这儿有一个球”、“这是一堵墙”并将上述的识别结果通知感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52。
传感器输入处理部分50在所有时间监视触觉传感器17提供的压力检测信号S3。当基于上述压力检测信号S3检测到在短时间内(比如小于2分钟)的预定阈值或更长的压力时，它意识到宠物机器人2被“拍打(训斥)”了。当基于上述压力检测信号S3检测到长时间(比如2秒或更长)小于预定阈值的压力时，它意识到宠物机器人2被“抚摸(表扬)”了。并且将上述的识别结果通知感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52。
传感器输入处理部分50在所有时间监视电池传感器12提供的电池余量检测信号S4，以基于上述的电池余量检测信号S4辨别检测电池11的余量为80％及以上、80至50％、50至25％、25至20％或者20％或更低，并且将上述的识别结果通知感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52。
进一步讲，传感器输入处理部分50在所有时间监视热传感器13提供的热检测信号S5，当基于上述的热检测信号S5检测到宠物机器人2的内部温度为预定危险温度或超出时，它意识到“危险了”并且将上述的识别结果通知感情/本能模型部分51和动作判断机构部分52。
如图12所示，感情/本能模型部分51在控制器10的存储器10A中存有由作为多个独立感情模式的感情单元60A至60D组成的基本感情组60和由作为多个独立欲望模式的欲望单元61A至61D组成的基本欲望组61的控制参数。
在基本感情组60中，感情单元60A示为“高兴”感情，感情单元60B示为“沮丧”感情和感情单元60C示为“愤怒”感情。
感情单元60A至60D分别通过比如强度水平0至100代表感情程度。各感情强度根据所提供的状态识别信息D1在每个时刻分别改变。感情/本能模型部分51组合感情单元60A至60D每个时刻改变的强度，并表示宠物机器人2的感情状态和模拟其感情短时的改变。
另一方面，在基本欲望组61中，欲望单元61A示为“食欲”欲望，欲望单元61B示为“好奇心”欲望，和欲望单元61C示为“运动欲”欲望。
与感情单元60A至60D相似，欲望单元61A至61D分别通过比如强度水平0至100代表感情程度。欲望强度根据所提供的状态识别信息D1在每个时刻分别改变。感情/本能模型部分51组合欲望单元61A至61D每个时刻改变的强度，并表示宠物机器人2的本能状态和模拟其本能短时的改变。
以这种方式，感情/本能模型部分51根据所提供的状态识别信息D1在每个时刻分别改变感情单元60A至60D和欲望单元61A至61D的强度。然后，感情/本能模型部分51累积组合感情单元60A至60D改变的强度并确定其感情状态，而且累积组合欲望单元61A至61D改变的强度并确定其本能状态。上述确定的感情和本能状态作为感情/本能状态信息D2传输给动作确定机构部分52。
顺便，感情/本能模型部分51相互抑制地或相互刺激地组合基本感情组60内的感情单元60A至60D中的所需的两个。如果上述的组合感情单元60A至60D中的一个强度改变了，则与此相应的另一个感情单元强度改变。因此，可以实现具有自然感情的宠物机器人。
那就是，如图13所示，通过相互抑制地组合“高兴”感情单元60A和“沮丧”感情单元60B，当使用者表扬宠物机器人2时，感情/本能模型部分51增加“高兴”感情单元60A的强度。并且同时，即使没有提供改变“沮丧”感情单元60B强度的状态识别信息D1，但是与增加“高兴”感情单元60A的强度相对应感情/本能模型部分51自然减低“沮丧”感情单元60B的强度。相似地，如果增加了“沮丧”感情单元60B的强度，与增加上述“沮丧”感情单元60B的强度相对应感情/本能模型部分51自然减低“高兴”感情单元60A的强度。
另一方面，通过相互刺激地组合“沮丧”感情单元60B和“愤怒”感情单元60C，当使用者拍打宠物机器人2时，感情/本能模型部分51增加“愤怒”感情单元60C的强度。并且同时，即使没有提供改变“沮丧”感情单元60B强度的状态识别信息D1，但是与增加“愤怒”感情单元60C的强度相对应感情/本能模型部分51自然增加“沮丧”感情单元60B的强度。相似地，如果增加了“沮丧”感情单元60B的强度，与增加上述“沮丧”感情单元60B的强度相对应感情/本能模型部分51自然增加“愤怒”感情单元60C的强度。
进一步讲，与组合感情单元60A至60C中的两个的情况相类似，如果感情/本能模型部分51相互抑制地或相互刺激地组合基本欲望组60内的欲望单元61A至61C中的所需的两个，并且上述的组合欲望单元61A至61C中的一个强度改变了，则与此相应的另一个欲望单元强度改变。因此，可以实现具有自然本能的宠物机器人。
那就是，如图14所示，通过相互抑制地组合“食欲”欲望单元61A和“运动欲”欲望单元61C，当宠物机器人2内部的电池11的余量不足时，感情/本能模型部分51增加“食欲”欲望单元61A的强度。并且同时，即使没有提供改变“运动欲”欲望单元61C强度的状态识别信息D1，但是与增加“食欲”欲望单元61A的强度相对应感情/本能模型部分51自然减低“运动欲”欲望单元61C的强度。相似地，如果增加了“运动欲”欲望单元61C的强度，与增加上述“运动欲”欲望单元61C的强度相对应感情/本能模型部分51自然减低“食欲”欲望单元61A的强度。
另一方面，通过相互刺激地组合“好奇心”欲望单元61B和“运动欲”欲望单元61C，当在预定时间内没有移动宠物机器人2时，感情/本能模型部分51增加“运动欲”欲望单元61C的强度。并且同时，即使没有提供改变“好奇心”欲望单元61B强度的状态识别信息D1，但是与增加“运动欲”欲望单元61C的强度相对应感情/本能模型部分51自然增加“好奇心”欲望单元61B的强度。相似地，如果增加了“好奇心”欲望单元61B的强度，与增加上述“好奇心”欲望单元61B的强度相对应感情/本能模型部分51自然增加“运动欲”欲望单元61C的强度。
参照图11，表明宠物机器人2自身当前或过去的动作内容的动作信息D3，比如象“它已经走了很长时间了”的动作，将通过下面阶段的动作确定机构部分52提供给感情/本能模型部分51。因此，即使给出同样的状态识别信息D1，将依照宠物机器人2通过上述的动作信息D3表明的动作产生不同的感情/本能状态信息D2。
具体地，如图15所示，在感情/本能模型部分51中，在感情单元60A至60C的前一阶段中，分别提供根据表明宠物机器人2动作的动作信息D3和状态识别信息D1来增强/减弱感情单元60A至60C的强度的用于产生强度信息D4A至D4C的强度增强/减弱功能块(function)65A至65C。根据上述强度增/减功能块65A至65C提供的强度信息D4A至D4C分别增强/减弱感情单元60A至60C的强度。
举例来说，当宠物机器人2向使用者问好时，如果使用者抚摸它的头部，也就是说，如果表明它对使用者问好的动作信息D3和表明头部被抚摸的状态识别信息D1输给了强度增强/减弱功能块65A，感情/本能模型部分51增加“高兴”感情单元60A的强度。但是另一方面，即使表明它在执行一项工作的动作信息D3和表明头部被抚摸的状态识别信息D1输给了强度增强/减弱功能块65A，感情/本能模型部分51并不改变“高兴”感情单元60A的强度。
这样，感情/本能模型部分51不仅参照状态识别信息D1，而且参照表明当前或过去宠物机器人2的动作的动作信息D3来确定每个感情单元60A至60C的强度。因此，可以避免宠物机器人2出现不自然的感情，象比如如下情况，当它执行某项任务时使用者以开玩笑的意图抚摸它的头部，“高兴”感情单元60A的强度增强。
在此方面，类似地，同样在欲望单元61A至61C的情况下，感情/本能模型部分51基于提供的状态识别信息D1和动作信息D3分别增强/减弱欲望单元61A至61C的强度。
具体地说，如图16所示，在感情/本能模型部分51中，在每个欲望单元61A至61C的前一阶段中，分别提供根据表明宠物机器人2动作的动作信息D3和状态识别信息D1来增强/减弱欲望单元61A至61C的强度的用于产生强度信息D4D至D4F的强度增强/减弱功能块(function)66A至66C。根据上述强度增强/减弱功能块66A至66C提供的强度信息D4D至D4F分别增强/减弱欲望单元61A至61C的强度。
举例来说，如果表示它看见一个它喜欢颜色的物体的动作信息D3和表明它在一段时间内没有被移动的状态识别信息D1输给了强度增强/减弱功能块66A，感情/本能模型部分51增加“好奇心”欲望单元61B的强度。但是另一方面，即使表明它在立即行走后正在休息的动作信息D3和表明在没有感兴趣东西的环境中一段时间内它没有被移动的状态识别信息D1输给了强度增强/减弱功能块65A，感情/本能模型部分51并不改变“好奇心”欲望单元61B的强度。
这样，感情/本能模型部分51不仅参照状态识别信息D1，而且参照表明当前或过去宠物机器人2的动作的动作信息D3来确定每个欲望单元61A至61C的强度。因此，可以避免宠物机器人2出现不自然的本能，象比如当它走的累了并在休息时发现了它喜欢的颜色的物体，“好奇心”欲望单元61B的强度增强。
如上所述，强度增强/减弱功能块(function)65A至65C、66A至66C为在状态识别信息D1和动作信息D3输入时根据事先设置的参数产生并发送强度信息D4A至D4F的功能块。通过给每个宠物机器人2设置不同值的上述参数，上述宠物机器人2可以具有独立个性，比如一个温和的宠物机器人2或者一个欢乐的宠物机器人2或者其他类似的。
参照图11，动作确定机构部分52基于状态识别信息D1和感情/本能状态信息D2确定下一个动作，并将上述确定的动作内容作为动作命令信息D5传送给姿势变换机构部分53。
具体地说，如图17所示，动作确定机构部分52采用一种具有有限个状态的称为有限自动机70的算法，其中提供的过去状态识别信息D1的历史用一个动作状态(下文中称为状态)表示，并且基于当前提供的状态识别信息D1和当时的状态来上述的状态改变到另一个状态，以确定下一个动作。这样，每次在提供状态识别信息D1时，动作确定机构部分52改变状态并根据上述改变的状态确定动作。因此，不仅参照当前的状态识别信息D1，而且参照过去的状态识别信息D1确定动作。
因此，比如处于“它正在追球”的状态ST1时，如果提供表明“它看不见球了”的状态识别信息D1，将转换到“它正在站立”的状态ST5。另一方面，在“它正在躺着”的状态ST2时，如果提供表明“起来”的状态识别信息D1，将转换到“它正在站立”的状态ST4。在此种情况下，对于状态ST4和状态ST5来说，动作是一致的，但是过去状态识别信息D1的历史是不相同的。因此，可以发现它们之间的状态也是不相同的。
实际上，如果检测到一个预定的触发，动作确定机构部分52从当前状态变换到下一个状态。作为触发的一个具体例子，比如当前状态的动作的执行时间已经达到预定值，或者特定状态识别信息D1的强度或感情/本能模型部分51提供的用感情/本能状态信息D2所表示的在感情单元60A至60C和欲望单元61A至61C中所需单元的强度已经达到预定的阈值，或者所能给出的类似情况。
此时，动作确定机构部分52根据感情/本能模型部分51提供的感情/本能状态信息D2所表示的在感情单元60A至60C和欲望单元61A至61C中所需单元的强度是否超出预定的阈值，在变换目标中选择一个状态。因此，即使比如输入了相同的状态识别信息D1，动作确定机构部分52根据感情单元60A至60C和欲望单元61A至61C的强度作出不同的状态变换。
因此，如果动作判断机构部分52基于提供的状态识别信息D1检测到比如一只手掌在它的右前方伸了出来，和基于感情/本能状态信息D2的“愤怒”感情单元60C的强度达到预定的阈值或更低并且“它不饿”。也就是说，由状态识别信息D1知道电池电压为预定的阈值或更高，动作确定机构部分52产生动作命令信息D5使宠物机器人2执行“给我一只手”的动作以响应一只手掌在它右前方伸出来了，并将此传送给姿势变换机构部分53。
如果检测到比如一只手掌在它的右前方伸了出来，和“愤怒”感情单元60C的强度达到预定的阈值或更低并且“它饿了”。也就是说，电池电压低于预定的阈值，动作确定机构部分52产生动作命令信息D5使宠物机器人2执行象“它舔手掌”的动作并将此传送给姿势变换机构部分53。
如果检测到比如一只手掌在它的右前方伸了出来和“愤怒”感情单元60C的强度达到预定的阈值及以上，动作确定机构部分52产生动作命令信息D5使宠物机器人2执行“它看起来生气了”的动作，不管是否“它不饿”，也就是说不管电池电压是否为预定的阈值或更低，并将此信息传送给姿势变换机构部分53。
进一步讲，如果基于提供的状态识别信息D1检测到比如电池11余量为预定的阈值或更低和基于感情/本能状态信息D2的“食欲”欲望单元61A的强度达到预定的阈值或超出，动作确定机构部分52产生动作命令信息D5使宠物机器人2执行“催促使用者充电其电池”的动作，并将此传送给姿势变换机构部分53。
同时，动作确定机构部分52根据感情/本能模型部分51提供的用感情/本能状态信息D2表示的在感情单元60A至60C和欲望单元61A至61C中所需单元的强度来确定在变换目标的状态中要执行的动作的参数，比如行走速度、腿活动时动作的幅度和速度、发声时声音的音调和音量等等，并按照上述的动作参数产生动作命令信息D3及将此传送给姿势变换机构部分53。
在这方面，由传感器输入处理部分50提供的状态识别信息D1随着传送给感情/本能模型部分51和动作确定机构部分52的时间不同其信息内容也不同。因此，在供给感情/本能模型部分51的同时也供给动作确定机构部分52。
举例来说，如果供给“头部被抚摸”的状态识别信息D1，控制器10通过感情/本能模型部分51产生表明“它很高兴”的感情/本能状态信息D2，并将上述感情/本能状态信息D2提供给动作确定机构部分52。但是在此状态中，如果供给表示“在它的右前方有一只手掌”的状态识别信息D1，则控制器10基于上述的表示“它很高兴”的感情/本能状态信息D2和表示“在它的右前方有一只手”的状态识别信息D1在动作确定机构部分52中产生表明“它高兴地伸出手”的动作命令信息D5，并将此传送给姿势变换机构部分53。
另一方面，举例来说，如果供给“电池11几乎没有余量”的状态识别信息D1，控制器10通过感情/本能模型部分51产生表明“它饿了”的感情/本能状态信息D2，并将上述感情/本能状态信息D2提供给动作确定机构部分52。但是在此状态中，如果供给表明“宠物机器人2的内部温度异常高”的状态识别信息D1，则控制器10基于上述的表明“它饿了”的感情/本能状态信息D2和表示“它需要降温”的状态识别信息D1使动作确定机构部分52产生表明“它请求站起来”的动作命令信息D5，并将此传送给姿势变换机构部分53。
参照图11，姿势变换机构部分53基于动作确定机构部分52提供的动作命令信息D5产生使其从当前的姿势变换为下一个姿势的姿势变换信息D6，并将此信息传送给控制机构部分54。在此情况下，可以由当前姿势变换的下一个姿势决定于宠物机器人2比如身体和腿的形状、体重、各部分之间的连接状态等等的物理形状，及致动器5AA1至7A1和7A2比如关节弯曲时的方向和角度。
同时，此可以变换到的姿势分类为能否由当前姿势直接变换。举例来说，四足宠物机器人2可以由伸展腿的躺倒姿势直接变换为脸朝下的躺倒姿势。但是，不能直接转换为站立状态。这需要两步动作，在宠物机器人2转换为躺倒姿势的同时将腿拉到接近身体，然后站立起来。更进一步，不能安全执行某些动作。比如如下情况，在四足宠物机器人通过将前腿都举起来尝试欢呼万岁(banzai)动作时容易摔倒。
因此，在姿势变换机构部分53中事先记录了那些能够变换的姿势。并且在此情况下，动作确定机构部分52提供的动作命令信息D5表示可以直接变换到的姿势，上述的动作命令信息D5原样作为姿势变换信息D6被传送给控制机构部分54。另一方面，在表示为不能直接变换到的姿势的情况下，姿势变换机构部分53产生先作出到另一个可以变换到的姿势的变换然后作出到目标姿势的变换的姿势变换信息D6，并将此信息传送给控制机构部分54。因此，宠物机器人2能够避免试图强迫执行不能变换到的姿势的情形或摔倒的情形。
具体地说，在姿势变换机构部分53中，宠物机器人2能做的姿势已经事先记录，并且同时记录了在能够变换到的两个姿势之间的动作。
举例来说，如图18所示，姿势变换机构部分53采用称作定向图(directedgraph)80的算法，其中宠物机器人2能做的姿势表示为节点NODE1至NODE5，并且在两个可以变换到的姿势之间，也就是说在节点NODE1至NODE5之间用弧线ARC1至ARC10直接相连。
如果动作命令信息D5从动作确定机构部分52提供，姿势变换机构部分53按照定向弧线ARC的方向通过搜索得到从当前节点NODE到下一个节点NODE的路径来计划姿势变换，以连接对应于当前姿势的节点NODE到动作命令信息D5表示的对应于下一个要采取姿势的下一个节点NODE，并且按顺序记录上述搜索路径的节点NODE。因此，宠物机器人2可以实现由动作确定机构部分52指令的动作，而避免强迫执行不能变换到的姿势的情形或摔倒的情形。
比如，当前姿势位于表示“躺倒”姿势的节点NODE2时，如果供给意思为“坐下”的动作命令信息D5，姿势变换机构部分53发出表示“坐下”的姿势变换信息D6给控制机构部分54，其中使用从表示“躺倒”姿势的节点NODE2到表示“坐下”姿势的节点NODE5可以直接作出的变换。
相反，如果供给意思为“走”的动作命令信息D5，姿势变换机构部分53通过搜索从表示“躺倒”姿势的节点NODE2到表示“走”姿势的节点NODE4的路径来计划姿势变换。作为结果，姿势变换机构部分53产生作出“站起来”指令然后作出“走”指令的姿势变换信息D6，并将此信息传送给控制机构部分54。
参照图11，控制机构部分54基于姿势变换信息D6产生驱动致动器5AA1至7A1和7A2的控制信号S10，并且将此信号传送给致动器5AA1至7A1和7A2及驱动上述的致动器5AA1至7A1和7A2，使宠物机器人2执行期望的动作。
(5)电池充电请求处理程序RT1实际上，在工作时，此宠物机器人中的控制器10从步骤SP0进入如图19所示的电池充电请求处理程序RT1。在接下来的步骤SP1中，控制器10令电池传感器12检测装配于宠物机器人2中的电池11的余量。
然后，控制器10进行到步骤SP2，确定电池11的余量是否为“极低”的20％或更低。在此步骤SP2中，如果得到否定的结果，意味着电池11的余量为“满”的80％及以上、“中等满”的80至50％、“中等”的50至25％或“低”的25至20％中的一个。此时，控制器10根据电池11的余量水平分别控制宠物机器人2的动作，然后再转回步骤SP1。
在此种情况下，如果电池11的余量为“满”的80％及以上，控制器10控制行走步骤并且速度相对要大。当电池11的余量为80至20％时，也就是从“中等满”越过“中等”变为“低”时，控制器10控制每个单元5A至5D、6和7以随着余量减少而减少宠物机器人2的活动量。相反，如果在步骤SP2中得到肯定的结果，控制器10进行到步骤SP4，改变宠物机器人2到上面提到的姿势移动到机座上并向使用者请求需要充电电池。接下来控制器10进行到步骤SP5并完成上述的电池充电请求处理过程RT1。
具体地说，控制器10驱动控制每个腿单元5A至5D使宠物机器人2处于移向机座的姿势，同时驱动控制尾巴单元7以特定的幅度和速度在特定的方向上摆动尾巴部分和驱动控制头部单元6使装配于“眼睛”位置的LED以预定的发光模式闪亮和闪灭。并且在同一时间，控制器10使其从装于“嘴”位置的扬声器18中产生预定的警告声音(比如“我饿了”或类似的)。
(6)内部温度控制处理过程RT2实际上，在工作时，此宠物机器人中的控制器10从步骤SP10进入如图20所示的内部温度控制处理过程RT2。在接下来的步骤SP11中，控制器10令热传感器13检测宠物机器人2中的身体单元4的内部温度。
然后，控制器10进行到步骤SP12，确定宠物机器人2的内部温度是否为达到预定的危险温度(比如60℃普通电池的可用耐热温度)。当得到否定的结果时，再次返回步骤SP11。相反，当得到肯定的结果时，进行到步骤SP13。
在此步骤SP13中，控制器10确定宠物机器人2当前是否处于“躺倒”或“腹卧”姿势。当得到肯定结果时，控制器10进行到步骤SP14，驱动控制宠物机器人2的每个腿单元5A至5D并切换宠物机器人2为“站立”姿势。接下来，控制器10再次返回到步骤SP11并重复类似于上述的处理。
相反，如果在步骤SP13中得到否定的结果，意味着对于此宠物机器人2，装于身体单元4的电池11坏了或排气口4AX和/或进气口4BX处于关闭状态，因为某些东西粘住或盘绕在上述的身体单元4上。此时，控制器进行到步骤SP15，向使用者发出“发生麻烦了”的呼吁，然后再次返回到步骤SP11并重复类似于上述的处理。
具体地说，控制器10驱动控制每个腿单元5A至5D和尾巴单元7使宠物机器人2变为直立状态，同时驱动控制头部单元6使装配于“眼睛”位置的LED以预定的发光模式闪亮和闪灭。并且在同一时间，控制器10使其从装配于“嘴”位置的扬声器18中产生预定的警告声音。
(7)本实施例的操作和效果按照上述结构，在宠物机器人2中，如果使用者通过“拍打”或“抚摸”接触宠物机器人2，或者如果使用者通过嘴或声音指挥器装置发出声音比如“走”或“躺倒”，或者如果一个具有明显颜色或形状特征的物体放置于宠物机器人2可以移动到的区域，这些识别结果将被转换成真实动物感觉的不同的情感。
此时，在宠物机器人2中，将按照“高兴”、“悲伤”和“愤怒”的感情强度驱动控制每个腿单元5A至5D、头部单元6和尾巴单元7的致动器5AA1至7A1和7A2。因此，宠物机器人2象真实动物表达感情那样执行相同的姿势和动作。
更为特别地，在上述的尾巴单元7中，连接到基座部分7B中的齿轮箱22的尾巴部分7T不仅能在竖向和横向方向上而且能在旋转方向上摇摆，与此同时，也可以暂停为竖向方向上的弯曲或期望的状态。因此，在尾巴单元7中，根据尾巴部分7T的摇摆或弯曲方向、它的摇摆幅度和速度、它的弯曲停顿位置、它的即时动作等等可以代表多种感情表达。
举例来说，当宠物机器人2表现“高兴”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T将在横向方向上以与“高兴”程度成正比的幅度和速度摇摆。当表现“悲伤”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T将处于在较低方向上弯曲低垂的静立状态。当表现“愤怒”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T将在竖向方向上以与“愤怒”程度成正比的幅度和速度摇摆。
因此，在此宠物机器人2中，可以通过尾巴单元7中尾巴部分7T的动作和姿势表现多种感情表达。它也可以进一步给使用者亲切的感受或满意的感觉。
更进一步讲，按照上述的结构，在此宠物机器人系统1中，当宠物机器人2活动时，以分段等级检测配置于身体单元4的电池11的余量。并且将控制各单元5A至5D、6和7的动作，以使宠物机器人2的动作量随着余量减少到上述的每个等级而减少。因此，可以节省电池11的功率消耗。
然后当电池的余量减到最低等级时，驱动控制每个腿单元5A至5D并使宠物机器人2改变为移动到机座的姿势。同时驱动控制头部单元6和/或尾巴单元7，使LED以预定的发光模式闪亮和闪灭、从扬声器18中产生预定的警告声音或以特定的幅度和速度在特定的方向上摆动尾巴单元7。从而，宠物机器人2可以直接通知使用者电池11几乎没有余量了。因此，一方面能够以一种宠物机器人2好象它是真正的动物一样吁求食欲的方式传递给使用者，另一方面可以预防宠物机器人2突然停下来并进入一种好象它死了的状态。
此外，在此宠物机器人系统1中，当宠物机器人2活动时，检测身体单元4的内部温度。并且在宠物机器人2当前处于“躺倒”或“腹卧”的姿势时，如果内部温度达到预定的危险温度，则驱动控制各单元5A至5D并使宠物机器人2转换到“站立”姿势。从而，宠物机器人2可以自然通风降低身体单元4的内部温度。因此，宠物机器人2可以通过其自身的动作防止故障。
与此相反，如果内部温度达到预定的危险温度而宠物机器人2当前没有处于“躺倒”或“腹卧”的姿势，则控制头部单元6和/或尾巴单元7，使LED以预定的发光模式闪亮和闪灭，从扬声器18中产生预定的警告声音并且以特定的幅度和速度在特定的方向上摆动尾巴单元7。从而，可以直接通知使用者宠物机器人2处于危险状态。因此，即使宠物机器人2不能通过其自身的动作防止故障，发生故障的可能性也可以明显降低。
按照上述的结构，在此宠物机器人2中，基于使用者的触摸、输入的命令和其自身的动作，在转换为象真实动物一样的感情后，上述感情将通过尾巴单元7中的尾巴部分7T的动作和姿势表达出来。从而，可以进一步给使用者一种亲切的感受和满意的感觉等。因此，可以实现娱乐特性进一步改善的宠物机器人2。
更进一步讲，在此宠物机器人系统1中，当宠物机器人2活动时，如果检测到装配在身体单元4中的电池11的余量几乎没有了，则宠物机器人2改变为移动到机座的姿势，并且与此同时驱动控制头部单元6和/或尾巴单元7，用它的方式表达此信息并通知使用者。从而，通过就象它是真的动物一样的表达食欲的方式可以给使用者一种亲切的感受和满意的感觉等。因此，可以实现娱乐特性进一步改善的宠物机器人系统1。
另外，在此宠物机器人系统1中，当宠物机器人2活动时，如果身体单元4的内部温度达到预定的危险温度，一方面在宠物机器人2当前处于“躺倒”或“腹卧”的姿势时，宠物机器人2转换到“站立”姿势；另一方面在它处于其他姿势时，则驱动控制头部单元6和/或尾巴单元7，用它的方式表达此信息并通知使用者。从而，可以防止宠物机器人2内部的电池11出问题。因此，可以实现其安全得到保障的宠物机器人系统1。
(8)其他实施例在上述的实施例中涉及的情况为，其中作为可活动部分的应用在宠物机器人2的尾巴单元7中的尾巴部分7T，其一端组装成至少在一个轴方向上或更多轴向上可以自由旋转。但是，本发明不仅限于此，同样在象昆虫机器人这样的情况下，可能采用触须。本发明可以广泛应用于机器人中提供的使它执行各种动作(比如弯曲、摇摆和/或回旋)的其他可活动部分。
在上述的实施例中涉及的情况为，其中作为用于操作尾巴单元7的尾巴部分7T的动作控制装置使用了控制器10、根据上述控制器的控制被驱动的基座部分7B中的致动器7A1和7A2、上述基座部分7B中的齿轮传动机构21和齿轮箱22。但是，本发明不仅限于此，其他不同于此的各种结构也可以广泛应用。
在此情况中，涉及的情形为，其中动作控制装置使用包含通过麦克风15、CCD摄象机16和触觉传感器17得到的识别结果的状态识别信息D1作为确定尾巴部分7T动作的输入信息。但是，本发明不仅限于此，其他不同于此的从使用者获得的信息、宠物机器人2周围的环境信息也可以用作输入信息。
进一步讲，在上述实施例中涉及的情况为，其中作为通过改变感情/本能模型用于确定尾巴单元7的尾巴部分7T的动作的感情/本能模型改变装置应用了身体单元4中的控制器10和存储器10A。但是，本发明不仅限于此，其他不同于此的各种结构也可以广泛应用。
另外，在上述实施例中涉及的情况为，其中作为通过尾巴单元7的尾巴部分7T的动作和姿势表达的感情，只应用了三种表达“高兴”、“悲伤”和“愤怒”。但是，本发明不仅限于此，也可以应用各种感情表达比如“惊奇”、“恐慌”、“厌恶”等等。
在此情况下，参照图12，可以将表现如“惊奇”、“恐慌”和“厌恶”感情的感情单元添加到感情单元60A至60C形成上述的基本感情单元组60。从而，举例来说，当宠物机器人2表现“惊奇”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T可以只是以与“惊奇”程度成正比的幅度在横向或竖向方向上不连续地摇摆。当表现“恐慌”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T可以为静立状态并在水平方向上伸直。而当表现“厌恶”时，在尾巴单元7中尾巴部分7T可以以与“厌恶”程度相关的幅度和速度回旋。
进一步讲，不仅限于感情表达，也可以应用于本能表达。在此种情况下，举例来说，当表现“饥饿”或“困倦”时，尾巴部分7T可以改变到与上述的“悲伤”一样的姿势。相反，当表现“充满”或“想运动”时，尾巴部分7T可以和上述的“高兴”一样的方式与程度相关地活动。
另外，作为通过尾巴部分7T表达感情，如果在以预定动作模式摇摆它的同时，在头部单元6中从扬声器18发出声音或LED(未示出)的发光模式象“眼睛”一样，则宠物机器人2表达的强度可以进一步加强。
进一步讲，在上述实施例中涉及的情况为，其中作为由尾巴单元7中尾巴部分7T的姿势和动作代表的内容，应用了使用麦克风15、CCD摄象机16和触觉传感器17象真实动物确定那样确定的不同感情表达。但是，本发明不仅限于此，同样可以应用构成宠物机器人2的各种硬件的表达状态。
在此情况下，在尾巴单元7中，基于尾巴部分7T的摇摆或弯曲方向、摇摆幅度及其速度、弯曲时停顿的位置和即时的动作，可以表现构成宠物机器人2的不同硬件的状态。从而，将展现给使用者象动物一样的反应，并且可以给使用者一种亲切的感受和满意的感觉。
举例来说，在宠物机器人2中，当没有经麦克风15、CCD摄象机16等的输入或检测到象除了尾巴单元7之外的各单元4、5A至5D或6中的一部分脱落(come off)的各电路之间有连接不良时，或者当检测到伺服系统或各单元4、5A至5D或6的各个传感器中的一个发生不正常现象时，或者当身体单元4中的内部传感器部分14检测到宠物机器人2的内部处于过热状态时，或者当身体单元4中的内部传感器部分14检测到电池11的余量不足时，更进一步，或者当事先检测到宠物机器人2的一个立足处不稳并且有倾倒的可能性时，或者当存储器10A存储的程序停止执行时，可以使尾巴部分7T执行一个比如幅度大周期短的摇摆的不会在正常动作中执行的动作。
进一步讲，可以应用一未示出的装在宠物机器人2外部的温度测量部分，使尾巴部分根据测量结果执行所期望的姿势和动作。另外，当身体单元4中的控制器10执行写或读程序从/到存储器10A中时，可以使尾巴部分7T执行期望的姿势和动作。进一步，在身体单元4中提供的未示出的通信装置使尾巴部分7T只有在通过上述通信装置发送/接收数据时按照数据传输的总量或通信状态或其他等执行期望的比如摇摆的姿势和动作。
在上述实施例中涉及的情况为，其中本发明适用于如图所示结构的四肢行走类机器人。但是，不仅限于此，也可以广泛适用于具有不同结构的不同于如配置象电池11这样的电源的或类似的机器人。另外，至少一个或更多触角(未示出)可以装在头部单元6和尾巴单元7中的尾巴部分7T，并使其象尾巴部分7T一样以同样的方式活动。
在上述的实施例中涉及的情况为，其中使用称为有限自动机70的算法确定下一个动作。但是，本发明并不仅限于此，同样下一个动作也可以使用状态数目不定的称作状态机(state machine)的算法来确定。在此情况下，每次当提供状态识别信息D1时生成一个新的状态，下一个动作可以根据上述生成的状态确定。进一步讲，下一个动作可以使用称作或然有限自动机(probabilistic finite automaton)的算法确定，其中基于当前提供的状态识别信息D1和当时的状态选择多个状态作为变换目标的候选者，并且变换目标的状态通过随机数随机地从上述选择的多个状态中确定。
在上述实施例中涉及的情况为，其中作为检测电池11余量的电池余量检测装置，使用了在身体单元4中构成内部传感器部分14的电池传感器20。但是，本发明并不仅限于此，同样也可以应用不同的多种结构。
在上述实施例中涉及的情况为，其中控制器10用作动作控制装置，用于当电池11的余量变到预定水平或更低时将宠物机器人2改变到特定的姿势和/或使其执行特定的动作。但是，本发明并不仅限于此，同样根据从存储器10A读入的感情/本能模型部分51驱动控制头部单元6和/或尾巴单元7使其通过姿势执行并能通知使用者的各种结构也可以广泛应用。
在上述实施例中涉及的情况为，其中当电池11的余量变到预定水平或更低时，将宠物机器人2改变到移向机座的姿势。但是，本发明并不仅限于此，同样姿势也可以是各种其他适合于充电电池的姿势。
在上述实施例中涉及的情况为，其中电池11的余量以5级水平检测并且宠物机器人2的动作根据上述的每级水平而减少。但是，本发明并不仅限于此，使宠物机器人2改变到特定姿势和/或表现特定动作的电池11的余量可以自由设定。
在上述实施例中涉及的情况为，其中用于检测身体单元4的内部温度的温度检测装置，使用了身体单元4中构成内部传感器部分14的热传感器13。但是，本发明并不仅限于此，同样也可以应用不同的多种结构。
在上述实施例中涉及的情况为，其中控制器10用作动作控制装置，用于当身体单元4的内部温度达到预定水平或超出时将宠物机器人2改变到特定的姿势和/或使其执行特定的动作。但是，本发明并不仅限于此，同样根据从存储器10A读入的感情/本能模型部分51驱动控制各腿单元5A至5D使宠物机器人2通过姿势执行并能通知使用者的各种结构也可以广泛应用。
在上述实施例中涉及的情况为，其中当身体单元4的内部温度达到预定水平或超出时，宠物机器人2转换到抬起身体单元4的动作(也就是“站立”的姿势)。但是，本发明并不仅限于此，同样可以转换为使身体单元4中由排气口4AX和进气口4BX组成的通气口打开的各种动作。
在上述实施例中涉及的情况为，其中根据电池11余量的检测结果和内部温度的检测结果使宠物机器人2改变到特定姿势或表现特定的动作。但是，本发明并不仅限于此，宠物机器人2的动作同样也可以根据宠物机器人2不同的各种内部状态或外部环境来控制。
举例来说，宠物机器人2可以有选择地活动以使各致动器5AA1至7A2的齿轮传动比或旋转速度处于最有效状态。另外，可以是电池11的余量下降越多，越是在动作确定机构部分51中有限元自动机的状态变换阶段将状态变换到最节省能量的阶段。进一步讲，通过实时测量外部温度，当外部温度上升时可以使宠物机器人2朝相对凉爽的方向行进。
工业应用性机器人系统及其控制方法可以应用于宠物机器人和娱乐机器人或类似的场合。
权利要求
1．一种机器人系统，装有其一端至少在一个轴或更多轴方向上转动自由地连接的可活动部分，包括动作控制装置，用于根据供给的输入信息操作所述可活动部分；和感情/本能模型改变装置，具有由所述动作引起的感情/本能模型，用于根据所述输入信息改变所述感情/本能模型并确定所述可活动部分的所述动作。
2．如权利要求1所述的机器人系统，其中所述动作控制装置操作所述可活动部分使得以所述一端为中心弯曲、摇摆和/或回旋。
3．如权利要求1所述的机器人系统，其中所述输入信息是从使用者给予的信息和/或所述机器人系统周围环境的信息。
4．一种机器人系统，装有其一端至少在一个轴或更多轴方向上转动自由地连接的可活动部分，包括检测装置，用于检测所述机器人系统的内部状态；和动作控制装置，用于根据所述检测装置的检测结果操作所述可活动部分。
5．如权利要求4所述的机器人系统，其中所述动作控制装置操作所述可活动部分使得以所述一端为中心弯曲、摇摆和/或回旋。
6．如权利要求4所述的机器人系统，其中所述检测装置检测作为所述机器人系统的内部状态的在所述机器人系统中各电路之间连接状态的一个或多个状态、在所述机器人系统中驱动系统和/或传感器系统的工作状态、在所述机器人系统中电池余量的状态、所说机器人系统的行走状态和在所述机器人系统中存储装置存储的程序的起始状态。
7．如权利要求4所述的机器人系统，包括温度测量装置，用于测量所述机器人系统周围的温度；和在所述机器人系统中，所述动作控制装置根据所述温度测量装置的测量结果操作所述可活动部分。
8．如权利要求4所述的机器人系统，包括通信装置，用于与外界通信；以及在所述机器人系统，所述动作控制装置根据所述通信装置的数据传输总量或通信状态来操作所述可活动部分。
9．一种机器人系统，内装有电池作为电源，包括电池余量检测装置，用于检测所述电池的余量；和动作控制装置，在由所述电池余量检测装置检测的所述电池的余量变到预定水平或更低时，用于将所述机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。
10．如权利要求9所述的机器人系统，其中所述特定姿势是适合于充电电池的姿势。
11．如权利要求9所述的机器人系统，其中所述电池余量检测装置分段等级水平检测所述电池余量；和所述动作控制装置在通过所述电池余量检测装置检测的每个所述段减少所述机器人系统的所述特定的动作。
12．一种机器人系统，具有一身体部分，装有内置电源，并且在上述身体部分的预定位置形成了排气口，包括温度检测装置，用于检测所述身体部分的内部温度；和动作控制装置，在所述温度检测装置所检测的所述内部温度达到预定温度或超出时，用于将所述机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定的动作。
13．如权利要求12所述的机器人系统，其中所述预定动作是将所述身体部分抬升的动作。
14．一种控制机器人系统的方法，机器人系统中内装有电池作为电源，包括第一步，检测所述电池的余量；和第二步，如果所述检测的所述电池的余量变到预定水平或更低，则将所述机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定的动作。
15．如权利要求14所述的机器人系统的控制方法，其中在所述第二步，所述预定姿势是适合于充电电池的姿势。
16．如权利要求14所述的机器人系统的控制方法，其中在所述第一步，以分段等级水平检测所述电池的余量；和在所述第二步，随着每个所述检测的段减少所述机器人系统的所述预定的动作。
17．一种控制机器人系统的方法，机器人系统具有一身体部分，装有内置电源，并且在上述身体部分的预定位置形成了排气口，包括第一步，检测所述身体部分的内部温度；和第二步，如果所述温度检测装置检测的所述内部温度达到预定温度或超出时，将所述机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定动作。
18．如权利要求17所述的机器人系统的控制方法，其中在所述第二步中，所述预定动作是将所述身体部分抬升的动作。
全文摘要
在机器人装置及其控制方法中,根据输入信息通过改变感情/本能模型来确定其一端至少在一个轴或更多轴方向上转动自由地连接的可活动部分的动作。另一方面,检测电池的余量并且如果上述检测的电池余量变到预定水平或更低,同时检测身体部分的内部温度并且如果上述检测的内部温度达到预定温度或超出时,将机器人系统改变成预定姿势和/或使其表现预定的动作。
文档编号G06N3/00GK1304346SQ00800823
公开日2001年7月18日 申请日期2000年5月10日 优先权日1999年5月10日
发明者井上真, 野间英树 申请人:索尼公司