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【発明の名称】 人工耳を有するロボットヘッド
【発明者】 【氏名】フランク・ジョブリン
【要約】 【課題】人工耳を有するロボットヘッドを提供すること。

【構成】ヘッドは、それぞれ耳介形状の構造体およびマイクロフォンを備える人工両耳を指示する。聴覚の位置測定手掛りを高めるために、ヘッドの少なくとも上側部分は音響的減衰表面をもたらす。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工両耳(binaural artificial ears)を支持するヘッドであって、それぞれの耳が耳介形状の構造をもち、マイクロフォンを備え、前記ヘッドの少なくとも上側部分が音響的減衰表面をもたらす前記人工両耳を支持するヘッド。
【請求項２】
前記ヘッドを音源の推測される位置に向かって移動させるアクチュエータ手段が装備される、請求項１に記載のヘッド。
【請求項３】
前記人工耳が、例えばITDおよびILDの一方または両方の聴覚の位置測定手掛りに基づいて音源の位置を推測するように設計されるコンピューティング手段と機能的に接続される、請求項２に記載のヘッド。
【請求項４】
前記音響的減衰表面が２ｋＨｚより上の周波数に対して効果的である、請求項１から３のいずれかに記載のヘッド。
【請求項５】
前記音響的減衰表面が前記人工両耳の２台のマイクロフォンの距離と等しい、またはそれより小さな波長を有する音響波に対して効果的である、請求項１に記載のヘッド。
【請求項６】
前記音響的減衰表面が前記ヘッドに取付けられる表面層である、請求項１から５のいずれかに記載のヘッド。
【請求項７】
前記音響的減衰表面がシリコンのような材料から作られる、請求項６に記載のヘッド。
【請求項８】
前記音響的減衰表面が前記ヘッドの表面処理によって形成される、請求項１から５のいずれかに記載のヘッド。
【請求項９】
胴体、２本の脚、２本の腕および請求項１から８のいずれかに記載のヘッドを有する人型ロボット。
【請求項１０】
ヘッドに取付けられ、またはヘッド内に一体化され支持される人工両耳を介して検知される聴覚の位置測定手掛りを高める方法であって、前記方法が前記人工両耳を支持するヘッドの少なくとも上側部分に音響的減衰表面を設けるステップを含む方法。
【請求項１１】
前記音響的減衰表面が２ｋＨｚより上の周波数に対して効果的であるように選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記音響的減衰表面が前記人工両耳の２つのマイクロフォンの距離と同じまたはそれより小さい波長を有する音響波に対して効果的であるように選択される、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記音響的減衰表面が前記ヘッドに表面層を取付けることによって形成される、請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記音響的減衰表面がシリコンのような材料から作られる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記音響的減衰表面が前記ヘッドの表面処理によって形成される、請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、以下で「人工耳(artificial ear)」と呼ばれる専用の音響検知システムを装備するロボットのヘッドの分野に関する。人工耳は、本発明の説明および添付の特許請求の範囲の枠組みで人工耳介(artificial auricle)と呼ばれるであろう、少なくとも１個のマイクロフォンおよび音響案内要素を備える。
【背景技術】
【０００２】
一例だけ挙げれば、本発明は、胴体、脚、腕、およびヘッドを含む一そろいの人間の身体を全体的に有することを特徴とする人型ロボット用に使用することができる。本発明による人工耳は特に、人型ロボットのヘッドに取付けられるまたは一体化されるように設計される。
【０００３】
したがって本発明は、目的が人間の頭および耳の複製品に可能な限り似かよった模造のヘッドおよび両耳ステレオ・マイクロフォンを作ることにある、両耳ステレオ・マイクロフォンを有する模造ヘッドと比較することはできない。そのような模造ヘッドは、実物の人間の頭の音響伝達特性を真似るように作られる、「鼓膜」位置に埋め込まれる２つのマイクロフォン挿入体を有する、人間の頭の人工モデルを使用することによって、例えば模造ヘッド録音用に使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人工両耳(artificial binaural ears)を装備するロボットのヘッドを提案することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、独立請求項の特徴を使用して達成される。
【０００６】
従属請求項は、本発明の中心的な着想をさらに展開する。
【０００７】
一態様によれば、本発明は検出された音源の推測位置を注視するために、少なくとも１自由度でヘッドを移動させるためのアクチュエータ手段を備えるロボット用のヘッドを提案する。このヘッドは、耳状部形状の構造体およびマイクロフォンをそれぞれ備える両耳の人工耳を装備する。このヘッドの上側部分は音響的に減衰させる表面(acoustically damping surface)をもたらす。
【０００８】
この人工耳は、ヘッドの内側または外側のコンピューティング手段と機能的に接続させることができ、このコンピューティング手段は、例えば、ITDおよびILDの一方または両方の聴覚の位置測定手掛り(auditory localization cue)に基づく音源の位置を推測するように設計される。
【０００９】
この音響的減衰表面は、２ｋＨｚより上の周波数に対して効果的であるようにすることができる。
【００１０】
音響的減衰表面は、人工両耳の２つのマイクロフォンの距離と同じまたはそれより短い波長を有する音響波に対して効果的であるようにすることができる。
【００１１】
音響的減衰表面は、ヘッドに取付けられる表面層であることができる。
【００１２】
音響的減衰表面は、シリコンのような材料から作ることができる。
【００１３】
音響的減衰表面は、ヘッドの表面処理によって形成することができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、任意の前述の説明による、胴体、２本の脚、２本の腕およびヘッドを有する人型ロボットに関する。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、ロボットのヘッドに取付けられるまたはその中に一体化される人工両耳を介して検知される聴覚の位置測定手掛りを高めるための方法に関し、この方法は、少なくとも音響的減衰表面を有するヘッドの上側部分を設けるステップを含む。
【００１６】
本発明の別の利点、特徴および目的は、添付の図面の図と共に行われる好ましい実施形態の添付の詳細な説明を読むとき、技術者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１で引用符号１は、本発明による人工耳を全体的に示す。
【００１８】
図１から既に明らかなように、人間の耳の複製品を作ることは本発明の目的ではなく、ロボットと共にかつ特にロボットヘッドと共に使用するようになされた人工耳を作ることである。
【００１９】
本発明による人工耳１は、円形の基礎ベース・プレート２を有することが好ましい。耳介形状の構造体３(auricle-shaped structure)が、ベース・プレート２の外側に延びる。耳介形状の部材３の後端部のところに、例えばプリアンプ手段などの例えば電気回路１２を格納することができる延長部４が一体化されている。電気回路１２は、前処理された電気信号を例えばロボットのコンピューティング・ユニットに転送するためのインターフェース１３が設けられている。次いでコンピューティング・ユニットは、人型ロボットを音源の推測された位置に焦点を定めさせまたは移動させるために、音源の位置測定推測を例えば実行することによって、処理された信号に基づいてロボットの動きの目標を例えば決めることができる。
【００２０】
この長手方向延長部４は、図１に示す人工耳１に対して対称的に配置される第２の人工耳に対する弾力性のある曲げ可能な機械的な（電子的または電気的接続にも使用することができる）接続部材を表すために延ばすことができる（５参照）。
【００２１】
人工耳１の耳介形状の構造体３は中空の外耳(concha)区域４を規定し、この音響的中心にマイクロフォン６が配置される。中空外耳区域４は、前方から来る音響信号を高める円錐の形状をもたらすことができる。外耳区域は、外側に対して開きかつ外耳区域の底部に配置されるマイクロフォンを外側に接続する耳介形状の構造体に規定される中空体である。
【００２２】
マイクロフォン６は、マイクロフォン６によって検出される信号用の処理回路１２との機能的な接続部１４内にある。
【００２３】
図１を見れば分かるように、耳介形状の構造体３の後端部および下側端部の一方または両方は、音響遮蔽／遮断手段７、８を設けることができる。これらの音響遮断手段７、８は、人工耳１の後および下の一方または両方のある位置のところの雑音源から発する雑音を遮断するように設計される。
【００２４】
この遮蔽手段７、８は、耳介形状の構造体３の折り重ねられた外側縁部の形状を有することができる。
【００２５】
この後側遮蔽手段７は、人工耳１の後ろの典型的な雑音に対して効果的に人工耳１を遮蔽するために少なくとも部分的に重なり合うように外耳区域４を基本的に覆うことが好ましい。
【００２６】
他方、下側遮蔽手段８の幅は、ベース・プレート２による下側遮蔽手段８からの重なり合いがベース・プレート２による後遮蔽手段７からの対応する重なり合いよりずっと小さくなるように、後遮蔽手段７の幅よりずっと小さく作ることができる。
【００２７】
人工耳の上側区域１６および前面区域１５の一方または両方は、（音響的に）完全に露出される、すなわち人工耳１の上方および前方の一方または両方の（すなわち、図１で右側の）音源から発するどのような音も中空外耳区域４に、次いでマイクロフォン６に入ることができるのが好ましい。
【００２８】
外耳領域４の内側にそれぞれ、人工耳１の上方からくる音響信号と人工耳１の下の位置からくる音響信号の間の対称性を破るように設計される内部耳介(pinnae)要素９を配置することができる。
【００２９】
この内部耳介要素９は、３Ｄ位置測定手掛りを高め、かつ前方信号を高めるように設計される。
【００３０】
内部耳介要素９によって導入される非対称性および前方音源信号の増幅は、それぞれ前方および後方からのILD手掛りのより良好な分離に寄与する。
【００３１】
この人工耳１は、音響遮蔽手段７、８の配置に起因して、人工耳１の下側および後ろ側の一方または両方に配置される、例えばファンなどのロボットの一部分である騒音源を有する人型ロボットに特に適している。
【００３２】
さらに、音響遮蔽手段７、８の配置および内部耳介要素９に起因して、この耳はこの人工耳１を装備するロボットの前にあり、かつ人工耳１の位置より若干高いところにある音源からの信号を選択的に受信するのに特に適している。
【００３３】
したがって図示の人工耳１は、人間より小さな寸法を有し、かつ人型ロボットが人間と交信するように設計される人型ロボットのロボットヘッドに使用するように特になされている。
【００３４】
図２は、本発明による人工耳１の側面図を示す。
【００３５】
基本的な輪郭は対称的なベース・プレート２によって規定される。
【００３６】
図２を見れば分かるように、人工耳１の上側および前面部分は音響的に透過的でかつ任意選択で交換可能なカバー１０によって覆うことができる。音響的に透過的なカバー１０は、多孔質または格子のような材料から作ることができる。
【００３７】
音響的に透過的なカバー１０と音響的遮蔽手段７、８の間の分割線は、「Ｓ」字型または逆「Ｓ」字型の形状を有することが好ましい。
【００３８】
これらの２つのカバー部品１０および７、８の間の分割線１１はそれぞれ、凸および凹のセグメントの組合せである。
【００３９】
（耳介形状の構造体３の折り重ねられた外側縁部の延長部である）重なり合った遮蔽手段７、８と音響的に透過的なカバー１０の間のこの分離は、人型ロボットのヘッドに特に適合することが分かってきている。それは大人の人間と同じまたはそれより小さな寸法、すなわち１６０ｃｍまたはそれより小さな寸法を有し、人間と音響的（音声）交信のために設計されるロボットに特に適している。
【００４０】
図３は、そのような人型ロボットの一例を示す。この例はより具体的には、２本の腕１７、前面に２台のカメラを装備するヘッド１８（詳細は図４参照）、胴体１９、２本の脚２０および蓄電池を収納するバックパック２１を有する２足人型ロボットであるホンダのアシモ（ＡＳＩＭＯ）ロボットを示す。バックパックはさらに冷却ファンを収容し、これは人型ロボットのヘッド１８の２つの横面のところに配置される人工耳１をそれから遮蔽しなければならない騒音源を示す。
【００４１】
図３は説明の目的のためだけである。本発明は人工耳用のどのような移動または静止支持体と共にも使用できることに留意されたい。術語「ヘッド」は説明目的のためにのみに使用されてきた。「ヘッド」は単に、人工耳を互いにある距離に支持しなければならないだけである。
【００４２】
このヘッドは移動（回転する、歩く、．．．）支持体または静止支持体に装着することができる。このヘッドは単純に任意の他の支持構造体に装着することができ、その支持体に対して可動にしても非可動にしてもよい。
【００４３】
図４は、その前面に２台のカメラ２２を有するロボット１８のヘッドを示す。人工耳１は弾性要素５によって互いに連結され、イアホンのようなユニットとしてヘッド１８から取り外すことができる。
【００４４】
別法として、人工耳１の耳介形状の構造体３は、ヘッド１８の一体化した部品であることもできる。
【００４５】
図４に示すようなロボットヘッド１８上の人工耳１の配置は、次いで２つのマイクロフォン６が互いからいくらかの距離で配置されることの結果として寸法差を有しており、そのことがいわゆる乱信号円錐域(cone of confusion)内の音源方向の位置測定(localization)に役立つことができる両耳時間差（interaural time differences）(ITD)の認知を可能にする。
【００４６】
マイクロフォン位置の間のヘッド１８は、この両耳時間差(ITD)を改善するために音レベルに影効果(shadow effect)を有するように選択される。
【００４７】
上記で既に簡単に説明したように、このヘッド１８は位置測定された音源の推測位置に向かって移動させることができる。この移動は、音源の推測位置に向かってヘッド１８を注視させるために、相対的な移動、特にロボットの胴体１９に対する相対的なヘッド１８の回転、かつ／またはロボット全体の完全な胴体の動きのどちらによっても行うことができる。
【００４８】
従来技術から、聴覚手掛り信号を位置測定、例えば音源の位置の推測を行うために使用できることはよく知られている。
【００４９】
そのような手掛りに対する一例として、両耳時間差(ITD)ならびに両耳レベル差(interaural level differences)(ILD)も言及されるべきである。
【００５０】
要約すると、人工耳１を介して音響信号が検知され、それが次いで聴覚手掛りを抽出するためにロボットのコンピューティング・ユニットで処理される。例えば、この聴覚手掛りを座標系にマッピングすることによって、音源の位置を推測することができ、ヘッド１８の前方顔を音源の推測された位置に向かって注視させるために、対応する作動命令をロボットのヘッド１８および他の部分の一方または両方に発することができる。
【００５１】
聴覚手掛り信号を高めるために、本発明は、ヘッド１８の少なくとも一部分をヘッド１８での音響的反射を減少させるために適合される音響的減衰表面(acoustically damping surface)で覆うことを提案する。
【００５２】
図４に示すように、この音響的減衰表面は、例えば人工耳１を取り囲む横面２３および特にヘッド１８の上側部分２４とすることができる。
【００５３】
音声信号の聴覚的手掛りの検出を促進させるために、この音響的減衰表面が２ｋＨｚから始まる周波数に対して特に効果的であることが好ましい。
【００５４】
音響的減衰表面は、人工両耳１の２つのマイクロフォン６の間の距離と等しいまたはそれより小さな波長を有する音波に対して特に効果的であるように形成することができる。
【００５５】
音響的減衰表面は、ヘッド１８の少なくとも一部分に取付けられる、例えばシリコン材料から作られる表面層であることができる。加えるにまたは別法として、例えば、ヘッドの表面に確実に音響的減衰ひだを装備することによって、この音響的減衰表面はヘッド１８の表面によって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による人工耳の斜視図である。
【図２】音響的に透過的なカバーを有する人工耳の側面図である。
【図３】一緒に本発明を使用することができる人型ロボットの図である。
【図４】本発明によるロボットヘッドの図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 人工耳
３ 耳介形状の構造体
６ マイクロフォン
１７ 腕
１８ ヘッド
１９ 胴体
２０ 脚
２３ 横面
２４ 上側部分
【出願人】 【識別番号】５０３１１３１８６
【氏名又は名称】ホンダ リサーチ インスティテュート ヨーロッパ ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｅｕｒｏｐｅ ＧｍｂＨ
【出願日】 平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【代理人】 【識別番号】１１００００２４６
【氏名又は名称】特許業務法人オカダ・フシミ・ヒラノ
【公開番号】 特開２００８−５４７２（Ｐ２００８−５４７２Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願番号】 特願２００７−１２５７６３（Ｐ２００７−１２５７６３）