(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
該フレームに枢着され該フレーム内に位置付けられ、表面及び複数の表情制御構造を有する回転要素であり、列状に並んだ前記表情制御構造のそれぞれが前記表面に配置され、前記表面に対してずれ距離を有する回転要素と、
少なくとも１列に並び、前記表情制御構造にそれぞれ突き当たるよう構成された複数の押し棒と、
前記回転要素を駆動して回転させるよう該回転要素に接続されたアクチュエータと、
前記押し棒の延在方向に配置された連係組立体であり、前記押し棒が前記回転要素と前記連係組立体との間に位置付けられることにより、前記表情制御構造にそれぞれ突き当たった前記押し棒の運動を複数の表情制御点に繋げて対応の表情を発生させる連係組立体と
を備え、
前記連係組立体は、
前記フレームに組み付けられた第１組立用プレートであって、前記押し棒が挿通される第１組立用プレートと、
前記押し棒により駆動される複数の制御棒と、
該制御棒を貫通する回転軸であって、該制御棒が前記押し棒により駆動されると前記制御棒が前記回転軸上で枢動するよう構成されるようにした回転軸と
を備え、前記制御棒は軸線方向を有し、該制御棒の前記軸線方向と前記押し棒の前記軸線方向との間に挟角が形成されることにより、前記押し棒が前記表情制御構造の対応列にそれぞれ突き当たると、前記制御棒の回転角が前記表情制御構造の前記ずれ距離に従って相対的に変わる表情制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表情制御装置において、前記回転要素は、
回転軸と、
該回転軸の周りに配置され該回転軸に固定されたスリーブと、
前記回転軸の周りに配置され前記スリーブの脇に位置付けられた伝動要素であって、該アクチュエータが動作すると、前記アクチュエータと接触して該アクチュエータにより回転させられることにより前記回転軸及び前記スリーブを回転させる伝動要素と
を備える表情制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の表情制御装置において、任意の２つの隣接する表情制御構造の前記ずれ距離又は延在方向は異なる表情制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の表情制御装置において、前記連係組立体は、
前記押し棒の周りにそれぞれ配置された複数の制限リングと、
前記押し棒の周りにそれぞれ配置され、対応の前記押し棒において前記回転要素から遠い方の端にそれぞれ位置付けられた複数のばねと
をさらに備える表情制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の表情制御装置において、該表情制御装置は複数の接続構造をさらに備え、前記制御棒は前記接続構造を介して前記押し棒に連結される表情制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表情制御装置において、前記接続構造は、配線構造、リンク構造、係止構造、又は歯車及びラック構造からなる群から選択される表情制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の表情制御装置において、前記連係組立体は、前記フレームに組み付けられて前記押し棒を挿通させる第２組立用プレートをさらに備え、前記回転軸は、前記第１組立用プレートと前記第２組立用プレートとの間に位置付けられる表情制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の表情制御装置において、前記表情制御装置をロボットヘッドに組み付けるためのメインベースをさらに備える表情制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の表情制御装置において、該表情制御装置は前記メインベースに配置された押圧組立体をさらに備え、該押圧組立体は前記表情制御装置に接続され、該表情制御装置が前記押圧組立体により押されると、前記表情制御装置が前記押し棒の前記延在方向に沿って前記メインベースに対して移動可能であるようにした表情制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置に関し、より詳細には、表情制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人型の外見を有するエミュレーションロボットヘッドの技術が、東京工業大学の原及び小林により提案されている。両氏の技術では、空気圧式アクチュエータを使用してシリコーンゴム製の人工顔面皮膚を制御した。人工顔面皮膚は柔軟性を備えており、したがってこの顔面皮膚は、その背後に配置された１９個の制御点を引っ張ることにより６基本表情（驚き、恐怖、悲しみ、怒り、幸福、及び嫌悪）を表現することができる。制御点の選択はエクマンが提案した表情記述法に基づき、６基本表情の構成に十分な１４個の表情制御単位が選択され使用される。その定義によれば、人間の顔の表情は、４４個の表情制御単位群から構成することができ、すなわち、表情制御単位の数が表情変化の数を決定する。したがって、多くの研究者がこれを基準とみなすことで、形状記憶合金、モータ、電気活性高分子（ＥＶＡ）等を使用する方法により顔面皮膚変化を制御する技術を含むロボットヘッドに関する技術が次々に発表されており、表情変化のためにモータを使用して顔面皮膚を制御する方法が最も一般的に使用されている。モータを使用して表情を制御する主な理由は、モータは反応速度が速く、電力を電源として使用し、他の補助装置（例えば空気圧縮機）が不要だからである。
【０００３】
エミュレーションロボットヘッドの関連製品を開発している既知の企業として、日本の株式会社ココロ、米国のHanson Robotic及びWow Wee、並びに中国のXi'an Supermanが挙げられる。上記企業それぞれのロボットヘッドは、その種々の目的に従って異なる自由度（ＤＯＦ）（表情変化）を有する。しかしながら、表情変化は、使用したアクチュエータの数に応じて主に決まる。さらに、ロボットヘッドに関する特許として、特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１は、筐体内に配置された複数のアクチュエータと、アクチュエータに接続されたリンケージと、リンケージに接続された外皮とを含む、表情形成可能なヒューマノイドフェイスを開示している。特許文献２は、皮膚の内側の特定の場所に配置された複数の可撓性係止リングを含み、係止リングが特殊接続用接着剤により皮膚に接続された、表情形成可能なヒューマノイドフェイスを開示している。
【０００４】
現在既知の特許、引例、及び製品を見直してみると、表情を達成する方法とは関係なく、表情形成可能なロボットヘッドは概して、多数のモータ（例えば、１０個〜２０個のモータ）、空気圧式アクチュエータ、電力駆動式記憶合金（electric power driving memory alloy）等を使用して顔面皮膚の制御点を変えることで種々の表情を達成しなければならないことが分かり得る。従来のロボットヘッドで使用される多数のアクチュエータ（モータ、空気圧式アクチュエータ、電力駆動式記憶合金）のそれぞれが、１つの制御点の位置を変えること（１自由度）が可能であるよう動作する。したがって、ロボットヘッドが十分な表情（喜び、怒り、悲しみ、幸福等）を有するためには、種々の制御点をそれぞれ駆動するのに少なくとも１２個のモータが必要であり、結果としてロボットヘッドの製造費が高いままで機構設計及び修理の難しさが増す。最も重要なのは、製品の信頼性が低下し得ることである。また、これらの理由は、表情形成可能なロボットヘッドが製品として普及する際の主な障害となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，１１３，８４８号明細書
【特許文献２】特開２００２−３５４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在既知の特許、文献、及び製品によれば、表情形成可能なロボットヘッドは、多数のアクチュエータを使用して顔面皮膚の制御点を駆動することで多様な表情を示さなければならないことが分かり得る。使用されるアクチュエータが多いほど、ロボットヘッドの表情が多くなり、結果としてロボットヘッドの製造費が高くなると共に製作プロセスが複雑になる。したがって、本発明は、少ない使用アクチュエータで様々な表情を有する簡略化された装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、フレームと、回転要素と、複数の押し棒と、アクチュエータと、連係組立体とを含む表情制御装置を提供する。連係組立体は、フレームに組み付けられて押し棒が挿通される第１組立用プレートと、押し棒により駆動される複数の制御棒と、制御棒を貫通する回転軸とを備える。アクチュエータが回転要素を駆動して回転させることにより、同じ長さを有する押し棒がそれに対応して回転要素と押し棒との相対運動により回転要素の表情制御構造に突き当たり、表情制御構造のそれぞれは、回転要素の表面に対する凹部又は凸部とすることができるので、表面に対してずれ距離（shifting distance）を有し、したがって押し棒が表情制御構造に突き当たると、回転要素の表面から突出する長さが変わり、連係組立体の制御棒がさらに駆動されて回転する。したがって、制御棒と連結された顔面皮膚の制御点が駆動され、顔面皮膚に表情変化を示させる。
【０００８】
上記に鑑みて、本発明における表情制御装置は、表情選択組立体の回転要素に配置されて複数のずれ距離を提供する高さ又は深さの異なる表情制御構造列を有し、表情制御構造と表情制御装置を押し引きする押し棒との協働により、表情制御装置を使用するロボットヘッドは、少数のアクチュエータで様々な表情を表すことができる。
【０００９】
本開示の上記特徴及び利点をより理解し易くするために、添付図面を参照した実施形態をより詳細に後述する。
【００１０】
本発明の理解をさらに深めるために、本願の一部を構成する添付図面を以下の説明で用いる。ここで、図面は本発明の実施形態を示すものであり、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ロボットのヘッドから得たロボットヘッドの顔面皮膚の概略図である。
【図２】ヘッド内に配置された表情制御装置の概略図である。
【図３】図２の表情制御装置の分解図である。
【図４Ａ】表情制御構造の別の実施形態の概略図である。
【図４Ｂ】表情制御構造の別の実施形態の概略図である。
【図４Ｃ】表情制御構造の別の実施形態の概略図である。
【図５】別の角度から見た図２の表情制御装置の概略図である。
【図６】連係組立体及び表情制御装置を組み合わせた様子を示す概略図である。
【図７】押圧組立体が表情制御装置を押している様子を示す概略図である。
【図８】図７の回転要素及び連係組立体の概略図である。
【図９】本発明の第１実施形態の回転要素の概略図である。
【図１０】制限リングが突き当たる表情制御構造列が変わると異なる制御棒が引かれて回転することを示す概略図である。
【図１１】制限リングが突き当たる表情制御構造列が変わると異なる制御棒が引かれて回転することを示す概略図である。
【図１２】本発明の第２実施形態のフレーム、回転要素、及びアクチュエータの概略図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の概略図である。
【図１４】本発明の第４実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。
【図１５】本発明の第５実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。
【図１６】本発明の第６実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現在の技術に基づく関連技術によれば、ロボットが十分な表情を有する必要がある場合には複数の制御点を顔面皮膚に配置する必要があるので、制御点をそれぞれ駆動するアクチュエータの必要数量を事実上減らすことができない。現在の技術の制約により、製造費を事実上減らすことができないことが、様々な表情が可能なロボットを広範に使用できないことに繋がり得る。他方では、アクチュエータの数量を減らした場合、ロボットの表情変化が少なくなってロボットに柔軟性がないように見え得る。
【００１３】
したがって、本発明は、表情制御装置を提供する。高さ又は深さの異なる複数列の表情制御構造が表情制御装置の回転要素に配置されて、ずれ距離を提供する。表情制御装置は、押し棒と協働し、１つの回転要素のみを使用して顔面皮膚の複数の制御点を駆動することにより様々な表情を示すことができる。換言すれば、本発明では、ロボットヘッドが正確なエミュレーションで多くの表情変化を有するように、複数の制御点が比較的少数のアクチュエータにより制御される。以下において、本発明の表情制御装置の構成及び用途を説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、ロボットのヘッドから得たロボットヘッドの顔面皮膚を取り外した概略図である。図２は、ヘッド内に配置された表情制御装置の概略図である。図１及び図２を併せて参照すると、ロボットヘッドは、ヘッド１１０、顔面皮膚（図示せず）、表情制御装置１３０、メインベース１３２、及び押圧組立体１３６を含み、ヘッド１１０は、表情制御装置１３０を入れるのに使用される空洞（図示せず）を有する。メインベース１３２はキャビティ内に配置され、顔面皮膚はヘッド１１０を覆う。表情制御装置１３０は、メインベース１３２に組み付けられて顔面皮膚と接続される。押圧組立体１３６は、ヘッド１３０の比較的後方に位置付けられる。押圧組立体１３６は、顔面皮膚の制御点を引っ張ることでロボットヘッドに表情を示させるよう表情制御装置１３０を押す。
【００１５】
図３は、図２の表情制御装置の分解図である。図２及び図３を併せて参照すると、本実施形態のメインベース１３２は、一対の第１側壁１３２ａ及び第２側壁１３２ｂを含む。第１側壁１３２ａは実質的に相互に平行である。第２側壁１３２ｂは第１側壁１３２ａ間に接続される。表情制御装置１３０はメインベース１３２に組み付けられ、押圧組立体１３６は第２側壁１３２ｂに組み付けられる。さらに、第１側壁１３２ａのそれぞれが組立用スロット１３２ｃを有し、２つの組立用スロット１３２ｃの場所が相互に対応することにより、表情制御装置１３０が組立用スロット１３２ｃへ可動に組み付けられるようになる。
【００１６】
表情制御装置１３０は、フレーム１３４２、回転要素１３４４、複数の押し棒１３４６、及びアクチュエータ１３４８を含む。フレーム１３４２は、一対の第３側壁１３４２ａ及び第４側壁１３４２ｂを含み、２つの第３側壁１３４２ａは実質的に相互に平行であり、第４側壁１３４２ｂは第２側壁１３２ｂに対向して２つの第３側壁１３４２ａ間に接続され、第４側壁１３４２ｂは複数の孔１３４２ｃを有する。回転要素１３４４は、フレーム１３４２の第３側壁１３４２ａに枢着され、第３側壁１３４２ａ、第４側壁１３４２ｂ、及び第２側壁１３２ｂにより囲まれる空間内に位置付けられる。表情制御装置１３０は、押圧組立体１３６により押されてメインベース１３２に対して移動する。
【００１７】
回転要素１３４４は、少なくとも１つの表面１３４４ａと、表面１３４４ａに列状に並んだ複数列の表情制御構造１３４４ｂと有し、表情制御構造１３４４ｂのそれぞれが、表面１３４４ａに対してずれ距離を有する。より具体的には、回転要素１３４４は、回転軸１３４４ｃ、スリーブ１３４４ｄ、伝動要素１３４４ｅ、及び一対の摺動要素１３４４ｆを有し、スリーブ１３４４ｄは、回転軸１３４４ｃの周りに配置されてこれに固定され、スリーブ１３４４ｄは、必要に応じて円柱又は多面プリズムとすることができる。本実施形態では、スリーブ１３４４ｄは円柱であり、表面１３４４ａ及び表情制御構造１３４４ｂはスリーブ１３４４ｄに配置される。図示しない他の実施形態では、スリーブ１３４４ｄが多面プリズムであり得ることで、回転要素１３４４は順次接続された複数の表面を有することができ、要件に従って複数列の表情制御構造１３４４ｂを各表面に配置することができる。さらに、図２及び図３の表情制御構造１３４４ｂは、例えば、回転軸１３４４ｃに向かって表面１３４４ａ上で窪んでいる凹部（図４Ａに示す）である。当業者であれば、実際の要求に従って、凸部を回転軸１３４４ｃから相対的に離れる方向に表面１３４４ａから突出させて（図４Ｂに示す）、又は凹部及び凸部を組み合わせて（図４Ｃに示す）、表情制御構造１３４４ｂを設計することができる。上記方法の全てが、表情制御構造１３４４ｂの機能及び目的を達成することができる。
【００１８】
上述のように、伝動要素１３４４ｅは、回転軸１３４４ｃの周りに配置されてスリーブ１３４４ｄの脇に位置付けられ、伝動要素１３４４ｅは、フレーム１３４２に固定されたアクチュエータ１３４８と接触することで、アクチュエータ１３４８が駆動されるとアクチュエータ１３４８により回転させられることにより、回転軸１３４４ｃ及びスリーブ１３４４ｄを駆動して回転させる。第２リング１３４４ｆは、回転軸１３４４ｃの周りに配置されてスリーブ１３４４ｄの両側に位置付けられる。メインベース１３２は、組立用スロット１３２ｃの一部と重なる一対の摺動スロット１３２ｄをさらに有する。摺動要素１３４４ｆのそれぞれが突出部１３４４ｇを有し、突出部１３４４ｇは摺動スロット１３２ｄ内にそれぞれ位置付けられる。摺動スロット１３２ｄは組立用プレート１５０に形成することができ、組立用プレート１５０の場所は組立用スロット１４３２ｃの場所に対応し、摺動スロット１３２ｄはメインベース１３２の第１側壁１３２ａに組み付けられる。
【００１９】
さらに、押し棒１３４６は、一列に並んでフレーム１３４２の第４側壁１３４２ｂの孔１３４２ｃをそれぞれ通過し、さらにそれぞれが、回転要素１３４４の表面１３４４ａに配置された一列の表情制御構造１３４４ｂに突き当たる。さらに、各列の表情制御構造１３４４ｂの数量は、異なっているか又は同じであり、本実施形態では、表情制御構造１３４４ｂの数量は全列で同じである。押し棒１３４６の数は、実際の要件に従って各列の表情制御構造１３４４ｂの数と同数以下であり得る。換言すれば、回転要素１３４４のスリーブ１３４４ｄは製作時にモジュール化され（modulized）、したがって各列の表情制御構造１３４４ｂの数量は予め決まっている。あらゆるロボットヘッドの表情数の要求を満たすために、押し棒１３４６の数量を変えることができる。例えば、多種多様な表情を有するロボットヘッドが必要な場合、押し棒１３４６の最大数は各列の表情制御構造１３４４ｂの数に等しく、表情を有するロボットヘッドの表情を比較的少なくする必要がある場合、顔面皮膚（図示せず）を駆動する制御点を減らすことができ、したがって、押し棒１３４６の数を各列の表情制御構造１３４４ｂの数よりも少なくすることができる。
【００２０】
さらに、表情制御構造１３４４ｂが表面１３４４ａに対して窪んだ凹部であるか表面１３４４ａから突出した凸部であるかに関係なく、表面１３４４ａに対する任意の２つの隣接する表情制御構造１３４４ｂの端の距離が異なり得ることにより、顔面皮膚（図示せず）がはるかに多くの表情を示すことができる。より詳細には、任意の２つの隣接する表情制御構造１３４４ｂの両方を凸部（又は凹部）とすることができ、表面１３４４ａに対する任意の２つの隣接する凸部（又は凹部）の端の距離は、同じであるか又は異なる。さらに、隣接する表情制御構造１３４４ｂの任意の２つを凸部及び凹部とすることができ、凸部の上端と表面１３４４ａとの間の距離及び凹部と表面１３４４ａとの間の距離も同じにするか又は異ならせることができる。
【００２１】
図５は、別の角度から見た図２の表情制御装置の概略図である。図２、図３、及び図５を参照すると、押圧組立体１３６は、メインベース１３２の第２側壁１３２ｂに配置され、ヘッド１１０（図１に示す）の比較的後方に位置付けられる。押圧組立体１３６は、表情制御装置１３０と接続される。表情制御装置１３０と摺動スロット１３２ｄとの協働により、押圧組立体１３６は、表情制御装置１３０を押してメインベース１３２に対して移動させることができる。より具体的には、押圧組立体１３６は、アクチュエータ１３６ａ及び連係組立体１３６ｂを含み、アクチュエータ１３６ａはモータであり、第２側壁１３２ｂに配置される。連係組立体１３６ｂは、第１リンケージ１３６ｃ及び第２リンケージ１３６ｄを含む。第１リンケージ１３６ｃは、表情制御装置１３０の第３側壁１３４２ａ間に枢着される。第２リンケージ１３６ｄの一端はアクチュエータ１３６ａに接続され、第２リンケージ１３６ｄの他端は第１リンケージ１３６ｃに接続される。アクチュエータ１３６ａが作動されると、第２リンケージ１３６ｄが第１リンケージ１３６ｃを押し引きすることにより、表情制御装置１３０は、突出部１３４４ｇと摺動スロット１３２ｄとの協働によりメインベースに対して移動することができる。本明細書において、本実施形態の第２リンケージ１３６ｄは、２つの連結ロッドから構成される。図示しない他の実施形態では、第２リンケージ１３６ｄは単一のロッドであってもよい。
【００２２】
図２及び図３を参照すると、連係組立体１３８は、メインケース１３２に配置され、ヘッド１１０（図１に示す）の比較的前方に位置付けられる。表情制御装置１３０は押圧組立体１３６と連係組立体１３８との間に位置付けられ、連係組立体１３８は複数の制御棒１３８ａを含む。制御棒１３８ａの軸線方向Ａ１及び押し棒１３４６の軸線方向Ａ２は、相互に垂直である。制御棒１３８ａは、押し棒１３４６と顔面皮膚（図示せず）との間との連係運動を駆動し、したがって制御棒１３８ａの運動は、顔面皮膚（図示せず）を駆動して表情を示させる。本実施形態では、制御棒１３８ａに接続された係止リング１４０（図１に示す）が、顔面皮膚（図示せず）内に配置されて顔面皮膚に影響を及ぼす。
【００２３】
図６は、連係組立体及び表情制御装置を組み合わせた様子を示す。図３及び図６を併せて参照すると、具体的には、連係組立体１３８は、上述の複数の制御棒１３８ａ、複数の制限リング１３８ｂ、複数のばね１３８ｃ、第１組立用プレート１３８ｄ、回転軸１３８ｅ、複数の第１ワイヤ１３８ｆ、複数の第２ワイヤ１３８ｇ、及び第２組立用プレート１３８ｈを含む。制限リング１３８ｂは、押し棒１３４６の周りにそれぞれ配置され、第４側壁１３４２ｂに対する押し棒１３４６の深さを制限する。ばね１３８ｃは、押し棒１３４６において回転要素１３４４から遠い方の端の周りにそれぞれ配置され、フレーム１３４２の第１組立用プレート１３８ｄと制限リング１３８ｂとの間に突っ張る。回転軸１３８ｅは、フレーム１３４２の２つの第２側壁１３４２ａ間に枢着される。回転軸１３８ｅは制御棒１３８ａを貫通し、制御棒１３８ａが押し棒１３４６により駆動されると制御棒１３８ａが回転軸１３８ｅを中心に枢動するようになっている。第２組立用プレート１３８ｈは、フレーム１３４２と第１組立用プレート１３８ｄとの間に位置付けられ、押し棒１３４６は、第２組立用プレート１３８ｈを通過する。各第１ワイヤ１３８ｆは、一端が制御棒１３８ａの１つにそれぞれ固定され、第２組立用プレート１３８ｈを貫通し、他端が制限リング１３８ｂに固定される。このように、第１ワイヤ１３８ｆは、回転要素１３４４の表面１３４４ａから突出する押し棒１３４６により形成された長さに従って、対応の制御棒１３８ａを引いて回転させる。各第２ワイヤ１３８ｇは、一端が制御棒１３８ａの１つにそれぞれ固定され、他端に係止リング１４０（図１に示す）が配置される。係止リング１４０が、顔面皮膚（図示せず）内に配置された係止リング（図示せず）にさらに係止することで、第２ワイヤ１３８ｇは、制御棒１３８ａの回転角に従って顔面皮膚（図示せず）の制御点を引っ張ることができる。
【００２４】
以下において、表情制御装置１３０が顔面皮膚（図示せず）を駆動して表情を示させる方法を詳細に説明する。
【００２５】
図３、図５、及び図６を参照すると、押圧組立体１３６が駆動されていない場合、第１リンケージ１３６ｃは、メインベース１３２の第２側壁１３２ｂの比較的近くに位置付けられ、表情制御装置１３０の押し棒１３４６において連係組立体１３８から遠い方の端と回転要素１３４４との間に距離がある。このとき、連係組立体１３８の制御棒１３８ａは駆動されておらず、したがって各制御棒１３８ａの軸線方向Ａ１が押し棒１３４６の軸線方向Ａ２に対して垂直である。さらに、回転要素１３４４の表面１３４４ａの一部に表情制御構造１３４４ｂがなく、表面１３４４ａにおいて表情制御構造１３４４ｂが配置されていない場所に押し棒１３４６が突き当たる場合がある。さらに、ロボットヘッドに表情がない場合、制御棒１３８ａの軸線方向Ａ１及び押し棒１３４６の軸線方向Ａ２が相互に垂直であることは、可能な実施形態の１つにすぎない。他の実施形態では、制御棒１３８ａの軸線方向Ａ１及び押し棒１３４６の軸線方向Ａ２は、相互に垂直でなくてもよい。
【００２６】
図７は、押圧組立体が表情制御装置を押している様子を示す概略図である。図８は、図７の回転要素及び連係組立体の概略図である。図７及び図８は、異なる角度から見たものである。図３、図６、図７、及び図８を参照すると、表情制御装置１３０が駆動されると、アクチュエータ１３４８が伝動要素１３４４ｅを駆動することにより回転要素１３４４が駆動されて回転する。続いて、表情制御構造１３４４ｂの列の１つがそれに対応して押し棒１３４６と位置合わせされる。このとき、押圧組立体１３６のアクチュエータ１３６ａが駆動され、第１リンケージ１３６ｃが第２リンケージ１３６ｄを駆動し、表情制御装置１３０を押して前進させ、摺動要素１３４４ｆの突出部１３４４ｇが組立用スロット１３２ｃ内でそれぞれ摺動し、押し棒１３４６が回転要素１３４４の表情制御構造１３４４ｂにそれぞれ突き当たる。表面１３４４ａに対する表情制御構造１３４４ｂの端の距離が様々であるので、回転要素１３４４の表面１３４４ａから突出する押し棒１３４６の長さも変わる。またこのとき、第１ワイヤ１３８ｆは、押し棒１３４６により引かれ、回転軸１３８ｅを回転中心とすることにより制御棒１３８ａを駆動して回転させる。本明細書において、制御棒１３８ａの回転角は、表面１３４４ａに対する表情制御構造１３４４ｂの端のずれ距離に関連し、第２ワイヤ１３８ｇが制御棒１３８ａの回転により影響を受け、第２ワイヤ１３８ｇの端に位置付けられた係止リング１４０が顔面皮膚（図示せず）に配置された対応の制御点をさらに駆動し、顔面皮膚（図示せず）が引っ張られて表情を示す。
【００２７】
押圧組立体１３６が表情制御装置１３０を引き戻して元の位置に戻すと、押し棒１３４６の運動に起因して制限リング１３８ｂと第１組立用プレート１３８ｄとの間で変わる距離だけ圧縮されるばね１３８ｃが、その復元力により制限リング１３８ｂを駆動して元の位置に戻す。
【００２８】
図９は、本発明の第１実施形態の回転要素の概略図である。図１０及び図１１は、制限リングが突き当たる表情制御構造列が変わると異なる制御棒が引かれて回転することを示す概略図である。図９を参照すると、表情制御構造１３４４ｂの列毎に顔面皮膚（図示せず）が示す表情が変わる。例えば、図７及び図８に示す押し棒１３４６が、図９に示すａ１と記した表情制御構造１３４４ｂの列にそれぞれ挿入される結果として、ロボットヘッドがある表情を示す。しかしながら、押し棒１３４６が表情制御構造１３４４ｂのａ２又はａ３と記した列又は他の列に挿入されると、制御棒１３８ａが引かれることで、ロボットヘッドは、押し棒１３４６が挿入された表情制御構造１３４４ｂの列に従って別の表情を示し、表情は図１０又は図１１に示すように表される。
【００２９】
上述のように、本実施形態の表情制御装置１３０では、回転要素１３４４を駆動して回転させるためにアクチュエータ１３４８が１つしか必要なく、押し棒１３４６は、押圧組立体１３６と協働する表情制御構造１３４４ｂにさらにそれぞれ突き当たることができ、押圧組立体１３６が表情制御装置１３０を押して連係組立体１３８を駆動して顔面皮膚（図示せず）を引っ張らせ、表情に影響を及ぼすための制御点の数は、押し棒１３４６の数及び回転要素１３４４に配置された表情制御構造１３４４ｂの数に従って決まる。さらに、各列の表情制御構造１３４４ｂの数を要件に従って変えることができるので、表情制御構造１３４４ｂの数を増やして顔面皮膚（図示せず）が正確なエミュレーションではるかに多くの様々な表情を示すことを促すことができる。
【００３０】
これに比べて、従来のロボットヘッドの顔面皮膚は制御点の駆動に多数のアクチュエータを必要とし、したがって従来のロボットヘッドの製造費はかなり高価である。本発明のロボットヘッドでは顔面皮膚の複数の制御点を制御するのに使用されるアクチュエータが少ないので、多様に正確なエミュレーションで達成されるロボットヘッドの表情がより多く、製造費も事実上低減する。
【００３１】
［第２実施形態］
図１２は、本発明の第２実施形態のフレーム、回転要素、及びアクチュエータの概略図である。図３及び図１２を参照すると、上記実施形態では、１つの回転要素１３４４を直接制御するために１つのアクチュエータ１３４８しか使用されないが、表情の多様性を高めるために、本実施形態では２部品に分けられた１つの回転要素２３４４が使用され、他の機械的駆動法、例えば、リンケージ、歯車、又はそれらの組み合わせが使用されることにより、１つのアクチュエータ１３４８が２つの回転要素２３４４を同時に駆動することができ、回転要素２３４４の２部品の回転方向は同じであっても逆であってもよく、同時に、回転要素２３４４の２部品の回転角は同じであっても異なっていてもよい。このようにして、回転要素２３４４の表情制御構造２３４４ｂの組み合わせをはるかに多くすることができ、したがってロボットヘッドがはるかに多くの表情変化を有することができる。
【００３２】
［第３実施形態］
さらに、第１実施形態の説明では１列の押し棒及び１列の表情制御構造が使用されているが、この教示により、当業者は実際の要件に従って他の変更を導くことができる。例えば、押し棒１３４６の列及び表情制御構造１３４４ｂの列をより多く配置することができる。図１３は、本発明の第３実施形態の概略図である。図１３を参照すると、回転要素１３４４′は多面プリズムである。図１３では、多面プリズムの断面における任意の２つの隣接縁１３４４ａ′及び１３４４ａ″間に形成された挟角は同じであり、２列の表情制御構造１３４４ｂ′を縁１３４４ａ′（又は１３４４ａ″）のそれぞれに配置することができる。２つの押し棒１３４６は、回転要素１３４４′の２列の表情制御構造１３４４ｂ′にそれぞれ挿入される。これに対応して、連係組立体１３８（図３に示す）及び押し棒１３４６がそれぞれ配置され、２つの連係組立体１３８は、上部及び下部を対称にして配置されるが、制御棒１３８ａ（図３に示す）の突出方向は逆である。したがって、回転要素１３４４′を１つだけ使用することにより、それに接続される顔面皮膚（図示せず）の制御点の数が増える。
【００３３】
このような構成では、表情変化の組み合わせの数量を増やすことができ、したがってロボットヘッドがはるかに多くの表情を多様に正確なエミュレーションで示すことができる。
【００３４】
さらに、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態で説明した押し棒と制御棒との間の接続構造にワイヤが使用されるが、押し棒と制御棒との間の接続は、他の実施形態において本発明の押し棒及び制御棒を駆動するという趣旨の範囲内で変更することができる。以下において、可能な実施形態の別の３つを説明する。
【００３５】
［第４実施形態］
図１４は、本発明の第４実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。図１４を参照すると、本実施形態では、制御棒３３８ａのそれぞれが複数の挿通孔３３８ｂを有し、第２ワイヤ１３８ｇ（図６に示す）が要件に従って制御棒３３８ａの１つに配置された挿通孔３３８ｂを通過できる。顔面皮膚（図示せず）の制御点の範囲は、挿通孔３３８ｂのどれを第２ワイヤ１３８ｇが通過するかに影響されるので、顔面皮膚（図示せず）が示す表情は、制御点の押し引きの程度に従って僅かに変化し得る。さらに、押し棒及び押し棒は係止により接続される。より具体的には、制御棒３３８ａのそれぞれにおいて押し棒１３４６に近い方の端が第１係止構造３３８ｃを有し、押し棒１３４６のそれぞれにおいて制御棒３３８ａに近い方の端が第２係止構造１３４６ａを有し、第１係止構造３３８ｃは係止スロットであり、第２係止構造１３４６ａは係止軸であることにより、第１係止構造３３８ｃ及び第２係止構造１３４６ａを相互に係止する。
【００３６】
このように、押し棒１３４６が第２組立用プレート１３８ｈに対して移動すると、第１係止構造３３８ｃ及び第２係止構造１３４６ａの協働により、制御棒３３８ａは回転軸１３８ｅを回転中心とすることにより回転し、顔面皮膚（図示せず）をさらに駆動して表情を示させることができる。
【００３７】
［第５実施形態］
図１５は、本発明の第５実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。図１５を参照すると、本実施形態と第４実施形態との間の相違点は、制御棒及び押し棒がリンケージにより接続されることである。より具体的には、押し棒２３４６のそれぞれにおいて制御棒３３８ａに近い方の端がリンケージ２３４６ａである。押し棒１３４６が軸線方向Ａ２に沿って制御棒３３８ａに接近すると、制御棒３３８ａと接続されたリンケージ２３４６ａは、回転軸１３８ａを回転中心とすることにより制御棒３３８ａを回転させる。
【００３８】
［第６実施形態］
図１６は、本発明の第６実施形態の押し棒及び制御棒の接続を示す概略図である。図１６を参照すると、本実施形態と第４実施形態及び第５実施形態との間の相違点は、制御棒及び押し棒が歯車及びラックにより接続されることである。より具体的には、制御棒４３８ａのそれぞれにおいて押し棒３３４６に近い方の端が歯車４３８ｃであり、押し棒３３４６のそれぞれにおいて制御棒４３８ａに近い方の端がラック３３４６ａであり、歯車４３８ｃ及びラック３３４６ａは相互に係合される。押し棒３３４６が軸線方向Ａ２に沿って制御棒４３８ａに対して移動すると、ラック３３４６ａ及び歯車４３８ｃが協働して、回転軸１３８ｅを回転中心とすることにより制御棒４３８ａを回転させる。歯車４３８ｃ及びラック３３４６ａの構成を使用することにより、制御棒４３８ａの回転角を精密に制御することができる。
【００３９】
上記に鑑みて、本発明の表情制御装置及び該表情制御装置を使用するロボットでは、アクチュエータを１つだけ使用して回転要素を駆動して回転させ、押し棒が表情制御構造にそれぞれ突き当たることにより形成される高さ又は深さが協働して、また顔面皮膚を駆動するよう連係組立体を駆動するために表情制御装置を押す押圧組立体との協働により、ロボットヘッドが様々な表情をさらに示す。従来のロボットヘッドと比べて、このロボットヘッドは、少ないアクチュエータで制御点を制御して多くの表情を正確なエミュレーションで示すので、アクチュエータの数が従来のロボットと比べて減り、製造費も事実上低減する。ロボットヘッドはさらに、ロボットヘッドの製作費全体を減らすことができるようモジュール化して作製することができ、これがロボットの評判を高める。
【００４０】
さらに、表情制御構造の各列の数量を要件に従って変えることができ、表情制御構造及び押し棒の構成並びに押し棒と制御棒との間の接続も要件に従って変えることができるので、アクチュエータの数量を変えずに正確なエミュレーション及びより多くの変化を有する顔面皮膚で十分な表情が得られ、表情の設計がさらに柔軟になる。
【００４１】
上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の趣旨から逸脱せずに記載の実施形態に対する変更を行うことができることが、当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記詳細な説明ではなく添付の特許請求の範囲により規定される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
表情制御装置を顔面ロボットに適用した場合、複数の基本表情を発生させるのに必要なアクチュエータの数が従来の手法と比べて大幅に低減する。したがって、ロボットヘッドの製造費も事実上低減する。ロボットヘッドにおける表情制御装置をモジュールとして作製することができるので、ロボットヘッドの製作時間及び製作費をさらに低減することができ、これが顔面ロボットの人気を高める。
【符号の説明】
【００４３】
１１０  ヘッド
１３０  表情制御装置
１３２  メインベース
１３２ａ  第１側壁
１３２ｂ  第２側壁
１３２ｃ  組立用スロット
１３２ｄ  摺動スロット
１３４２  フレーム
１３４２ａ  第３側壁
１３４２ｂ  第４側壁
１３４２ｃ  孔
１３４４  回転要素
１３４４′  回転要素
２３４４  回転要素
１３４４ａ  表面
１３４４ａ  縁
１３４４ａ″  縁
１３４４ｂ  表情制御構造
１３４４ｂ′  表情制御構造
２３４４ｂ  表情制御構造
１３４４ｃ  回転軸
１３４４ｄ  スリーブ
１３４４ｅ  伝動要素
１３４４ｆ  摺動要素
１３４４ｇ  突出部
１３４６  押し棒
２３４６  押し棒
３３４６  押し棒
１３４６ａ  第２係止構造
２３４６ａ  リンケージ
１３４８  アクチュエータ
１３６  押圧組立体
１３６ａ  アクチュエータ
１３６ｂ  連係組立体
１３６ｃ  第１リンケージ
１３６ｄ  第２リンケージ
１３８  連係組立体
１３８ａ  制御棒
３３８ａ  制御棒
４３８ａ  制御棒
１３８ｂ  制限リング
１３８ｃ  ばね
１３８ｄ  第１組立用プレート
１３８ｅ  回転軸
１３８ｆ  第１ワイヤ
１３８ｇ  第２ワイヤ
１３８ｈ  第２組立用プレート
１４０  係止リング
１５０  組立用プレート
３３８ｂ  挿通孔
３３８ｃ  第１係止構造
４３８ｃ  歯車
３３４６ａ  ラック
Ａ１  軸線方向
Ａ２  軸線方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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