(57)【要約】  骨格を模して成型された骨格部（２）と、骨格部（２）の一部又は全部を覆うように骨格部（２）に取り付けられ、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部（３）と、筋肉部（３）の骨格部（２）側に両端が取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ（５）と、筋肉部（３）の内圧を調整する内圧調整部とを備える。
2014045617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮自在の筋肉伸縮部と、
前記筋肉伸縮部の一部又は全部を覆うように設けられ、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部と、
前記筋肉部の内圧を調整する内圧調整部と、
を備えたことを特徴とする人体模擬装置。
【請求項２】
骨格を模して成型された骨格部、をさらに備え、
前記筋肉伸縮部は、
各端部が前記筋肉部又は前記骨格部に取り付けられた
ことを特徴とする請求項１記載の人体模擬装置。
【請求項３】
前記内圧調整部は、
前記筋肉部及び前記筋肉伸縮部に、気体を給気する給気部と、
前記筋肉部から気体を吸引する気体吸引部と、を備え、
前記筋肉部は、
前記給気部により給気されることにより膨張し、前記気体吸引部により気体が吸引されることにより収縮し、
前記筋肉伸縮部は、
中空円筒形状を有し、前記気体充填部により内部に気体が送り込まれることにより軸方向に収縮し、前記中空円筒形状の内部圧力が大気圧になることにより軸方向に伸張する
ことを特徴とする請求項１記載の人体模擬装置。
【請求項４】
前記内圧調整部は、
前記給気部により給気される気体の流量と、前記気体吸引部により吸引される気体の流量とを制御する制御部
を更に備えたことを特徴とする請求項３記載の人体模擬装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記給気部に前記筋肉伸縮部へ給気させると共に、前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させる
ことを特徴とする請求項４記載の人体模擬装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記給気部に前記筋肉伸縮部へ断続的に給気させる
ことを特徴とする請求項４記載の人体模擬装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させると共に、前記給気部に前記筋肉部へ断続的に給気させる
ことを特徴とする請求項４記載の人体模擬装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させる排気動作と、前記給気部に前記筋肉部へ給気させる給気動作とを、所定間隔で交互に行わせる
ことを特徴とする請求項４記載の人体模擬装置。
【請求項９】
外部環境変化を検出する検出部と、
前記制御部は、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記給気部により給気される気体の流量と、前記気体吸引部により吸引される気体の流量とを制御する
ことを特徴とする請求項４記載の人体模擬装置。
【請求項１０】
前記検出部は、振動、音声、圧力、静電容量のうち１以上を検出する
ことを特徴とする請求項９記載の人体模擬装置。
【請求項１１】
前記筋肉部は、少なくとも前記骨格部の反対側が皮膚を模擬した皮膚シートで覆われている
ことを特徴とする請求項１記載の人体模擬装置。
【請求項１２】
内部に粒子及び気体が充填され、伸縮自在の筋肉伸縮部と、
前記筋肉伸縮部の内圧を調整する内圧調整部と、
を備えたことを特徴とする人体模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を模擬する装置であり、特に筋肉の動きによる皮膚の表面状態を模擬する人体模擬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒューマノイドロボットの研究が盛んに行われており、人間の姿形や動作の再現において大きく進展している。ヒューマノイドロボットの開発を行うこれまでのモチベーションは、その運動性能を追求する技術至上主義的な方向性と、人間とのコミュニケーションを目的として案内役として働くことや心理的な癒しなどを与えることを目的とした娯楽主義的な方向性とに大きく分けることができる。【０００３】
前者に関しては、人型という制約の下で高い運動能力を備えることに対して未だ技術的な課題が多いが、人間同等の歩行能力を実現するための研究開発が進められている。【０００４】
一方、後者に関しては、依然として不自然な動作はあるものの人工皮膚や複数の関節機構等を用いて姿形、表情、ジェスチャを実際のヒトのそれと非常に近い表現まで行えるようになって来ており、「アイデンティティを持った人工生物」として人間とロボットのコミュニケーションを築き得るという期待が高まって来ている。【０００５】
特許文献１には、操作者の身体各部の各関節に配置され、これら各関節の曲り角度を検知し、検知信号を出力する動作検出器と、操作者の身体各部の筋肉に配置され、これら筋肉の動作を検知する動作検出器と、これら動作検出器からの検知信号を伝送信号に変換する第一信号変換器と、この伝送信号を入力し、動作信号に変換する第二信号変換器と、この第二信号変換器からの動作信号にもとづいて身体各部を動作させ、操作者の動作を再現するロボットに関する技術が提案されている。【０００６】
また、特許文献２には、予めストレッチされたポリマーフィルム上に柔軟電極の複数のパターンを印刷工程により一括成型し、柔軟電極に印可する電圧を独立に制御することにより、ポリマーフィルムは多自由度の変形を起こすことが可能となり、目や口等の形状・位置を制御する表情ディスプレイに関する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２９９７７３号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、身体各部の動作や、目や口等の形状・位置の制御を行うが、これらの動作のみでは、表現力が不足しており、コミュニケーションを築き得る対象物として現実味が欠如していた。【０００９】
具体的には、筋肉のはたらきに伴う皮膚上の凹凸形状の再現や、触った感触のフィードバックの変化を再現するための制御を行うことは不可能であり、このような考えに基づいたロボットの身体表現に関してこれまで試みがなされて来なかったとともに、ヒトの皮膚感覚の変化の再現は困難であった。【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ヒトの皮膚の表面状態の変化を表現することができる人体模擬装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第１の特徴は、伸縮自在の筋肉伸縮部と、前記筋肉伸縮部の一部又は全部を覆うように設けられ、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部と、前記筋肉部の内圧を調整する内圧調整部と、を備えたことにある。【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第２の特徴は、骨格を模して成型された骨格部、をさらに備え、前記筋肉伸縮部は、各端部が前記筋肉部又は前記骨格部に取り付けられたことにある。【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第３の特徴は、前記内圧調整部は、前記筋肉部及び前記筋肉伸縮部に、気体を給気する給気部と、前記筋肉部から気体を吸引する気体吸引部と、をさらに備え、前記筋肉部は、前記給気部により給気されることにより膨張し、前記気体吸引部により気体が吸引されることにより圧縮及び硬化し、前記筋肉伸縮部は、中空円筒形状を有し、前記気体充填部により内部に気体が送り込まれることにより軸方向に収縮し、前記中空円筒形状の内部圧力が大気圧になることにより軸方向に伸張することにある。【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第４の特徴は、前記内圧調整部は、前記給気部により給気される気体の流量と、前記気体吸引部により吸引される気体の流量とを制御する制御部と、を更に備えたことにある。【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第５の特徴は、前記制御部は、前記給気部に前記筋肉伸縮部へ給気させると共に、前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させることにある。【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第６の特徴は、前記制御部は、前記給気部に前記筋肉伸縮部へ断続的に給気させることにある。【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第７の特徴は、前記制御部は、前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させると共に、前記給気部に前記筋肉部へ断続的に給気させることにある。【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第８の特徴は、前記制御部は、前記気体吸引部により前記筋肉部から気体を吸引させる排気動作と、前記給気部に前記筋肉部へ給気させる給気動作とを、所定間隔で交互に行わせることにある。【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第９の特徴は、外部環境変化を検出する検出部と、前記制御部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記給気部により給気される気体の流量と、前記気体吸引部により吸引される気体の流量とを制御することにある。【００２０】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第１０の特徴は、前記検出部は、振動、音声、圧力、静電容量のうち１以上を検出することにある。【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第１１の特徴は、前記筋肉部は、少なくとも前記骨格部の反対側が皮膚を模擬した皮膚シートで覆われていることにある。【００２２】
上記目的を達成するため、本発明に係る人体模擬装置の第１２の特徴は、内部に粒子及び気体が充填され、伸縮自在の筋肉伸縮部と、前記筋肉伸縮部の内圧を調整する内圧調整部と、を備えたことにある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の人体模擬装置によれば、ヒトの皮膚の表面状態の変化を表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の原理を模式的に説明した説明図である。
【図２】本発明の一実施形態である人体模擬装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例１に係る人体模擬装置を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置のモデルとなる人体の部位を示している。（ｂ）は、（ａ）に示した上腕二頭筋を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置の斜視図である。
【図４】（ａ）は、図３（ａ）に示した上腕二頭筋を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置の背面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）に示した上腕二頭筋を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置の側面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る人体模擬装置の構成図である。
【図６】本発明の実施例１に係る人体模擬装置における緊張の動作を示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施例１に係る人体模擬装置における弛緩の動作を示したタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施例１に係る人体模擬装置における鼓動の動作を示したタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例１に係る人体模擬装置における痙攣の動作を示したタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例１に係る人体模擬装置における突き出しの動作を示したタイミングチャートである。
【図１１】本発明の実施例２に係る人体模擬装置を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置のモデルとなる人体の部位を示している。図１１（ｂ）は、（ａ）に示した頬筋を模擬した本発明の実施例２に係る人体模擬装置の正面図である。
【図１２】本発明の実施例３に係る人体模擬装置の概略構成を示した図である。
【図１３】本発明の実施例４に係る人体模擬装置の機器の構成を示した図である。
【図１４】本発明の実施例４に係る人体模擬装置の構成図である。
【図１５】本発明の実施例４に係る人体模擬装置における痙攣の動作を示したタイミングチャートである。
【図１６】本発明の実施例４に係る人体模擬装置における緊張の動作を示したタイミングチャートである。
【図１７】本発明の実施例４に係る人体模擬装置における鼓動の動作を示したタイミングチャートである。
【図１８】本発明の実施例５に係る人体模擬装置を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例５に係る人体模擬装置に圧縮空気が給気された状態を示しており、（ｂ）は、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１に圧縮空気が吸引された状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２６】
以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに限定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２７】
まず、本発明の原理について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の原理を模式的に説明した説明図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の一実施形態である人体模擬装置１は、骨格を模した骨格部２と、筋肉の表面状態を模した筋肉部３と、筋肉の動きを模した筋肉伸縮部であるアクチュエータ５と、皮膚を模した皮膚シート６とを備えている。
【００３０】
骨格部２は、例えば、硬質ポリウレタン等の素材を用いて、ヒトの骨格を模して成型されている。
【００３１】
筋肉部３は、内部を膨張及び収縮することが可能なように、ポリ塩化ビニル等のビニル系素材やナイロンなどを用いて、バルーン形状を有するように成型されており、アクチュエータ５の一部又は全部を覆うように、骨格部２に少なくとも１カ所が取り付けられている。
【００３２】
筋肉部３の内部には、プラスティックビーズなどの粒子３ａ、及び空気３ｂが充填されており、空気３ｂを吸引又は給気するためのチューブ３ｃが取り付けられている。このチューブ３ｃを介して、筋肉部３の内部の空気３ｂが吸引されると、粒子３ａ同士が接触し隣接する粒子間の摩擦力が大きくなるため、筋肉部３は硬化する。一方、このチューブ３ｃを介して、筋肉部３の内部へ空気３ｂが給気されると、粒子３ａは同士が離れ自在に筋肉部３内を移動できるので、筋肉部３は軟化する。なお、筋肉部３の内部に給気される気体は、空気３ｂに限らず、不活性ガスなどでもよい。
【００３３】
アクチュエータ５には、例えばマッキベン（McKibben）型人工筋肉を用いることができる。すなわち、アクチュエータ５は、図示しない円筒形状を有する管状の弾性体（管状体）と、弾性体の外表面を覆う網状体５ａと、弾性体の先端部の開口をそれぞれ密封する密封部材５ｂとを備えている。
【００３４】
アクチュエータ５は、筋肉部３の骨格部２側に配置されており、両端、即ち、密封部材５ｂが筋肉部３に取り付けられている。ここで、網状体５ａは、非伸縮性の縦糸と横糸を所定の編み上げ角で編んだものである。なお、アクチュエータ５は、必ずしも筋肉部３に取り付けられている必要はなく、筋肉部３又は骨格部２に取り付けられていればよい。例えば、骨格部２が関節を含む骨格を模擬している場合、関節を跨ぐように、アクチュエータ５の両端部が、骨格部２に取り付けられるようにしてもよい。これにより、関節の動作まで模擬することができる。
【００３５】
そして、網状体５ａで覆われた弾性体の内部圧力を大気圧とすることで、弾性体の軸方向（Ｙ１Ｙ２方向）に伸長するとともに径方向（Ｘ１Ｘ２方向）に収縮する。また、弾性体に気体を給気することで、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張する。アクチュエータ５の両端は筋肉部３に取り付けられているので、軸方向に伸長又は収縮することにより、その動きに応じて筋肉部３の形状が変化することになる。なお、弾性体に気体を給気し、又は気体を吸引するために、アクチュエータ５には、チューブ５ｃが取り付けられている。
【００３６】
皮膚シート６は、皮膚を模して形成されており、筋肉部３を覆うことで、皮膚シート６を介して筋肉部３の動作を目視することができる。
【００３７】
図２は、本発明の一実施形態である人体模擬装置１の構成図である。
【００３８】
図２に示すように、本発明の一実施形態である人体模擬装置１は、筋肉部３と、アクチュエータ５と、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１２，１４，１５と、圧力調整バルブ２１，２２，２３，２４と、エアフィルタ３１とを備える。これらの構成のうち、筋肉部３と、アクチュエータ５とについては、上述したので、説明を省略する。なお、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１２，１４，１５と、圧力調整バルブ２１，２２，２３，２４とを、内圧調整部といい、この内圧調整部が、これらの構成を有することにより、筋肉部３の内圧調整が可能となる。
【００３９】
コンプレッサー７は、筋肉部３及びアクチュエータ５に、圧縮空気（空気３ｂ）を送り込む。具体的には、コンプレッサー７から吐出された圧縮空気は、圧力調整バルブ２４により圧力が所定圧力Ｐに調整された後、バルブ１１に供給される。
【００４０】
バルブ１１は、三方弁であり、後述する制御部９からの制御信号に基づき、圧縮空気の給気又は給気の遮断を行う。具体的には、バルブ１１は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、バルブ１１の二次側への給気が遮断される。一方、バルブ１１は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１１の二次側へと給気される。
【００４１】
バルブ１１の二次側から給気された圧縮空気は、バルブ１１と同一の構成を有するバルブ１２に供給される。
【００４２】
バルブ１２は、ポートＮＯ３にアクチュエータ５への供給ラインが接続され、ポートＮＯ１に筋肉部３への供給ラインが接続されている。バルブ１２は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ３からアクチュエータ５側へ給気され、圧力調整バルブ２３により圧力が所定圧力ＰＡ１に調整された後、アクチュエータ５に供給される。また、バルブ１２は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ１からバルブ１２の二次側である筋肉部３側へ給気される。
【００４３】
バルブ１２のポートＮＯ１から供給された圧縮空気は、圧力調整バルブ２２により圧力が所定圧力ＰＡ２に調整された後、バルブ１１と同一の構成を有するバルブ１４に供給される。
【００４４】
バルブ１４は、ポートＮＯ２に筋肉部３への供給ラインが接続されている。バルブ１４は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３からバルブ１４内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１４の二次側、即ち、筋肉部３へ給気される。一方、バルブ１４は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断されるため、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３へ給気されることはない。
【００４５】
真空ポンプ８は、バルブ１５と、エアフィルタ３１と、圧力調整バルブ２１とを介して、筋肉部３に充填された空気３ｂを吸引する。
【００４６】
バルブ１５は、バルブ１１と同一の構成を有しており、後述する制御部９からの制御信号に基づき、空気３ｂの吸引又は吸引の遮断を行う。具体的には、バルブ１５は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、ポートＮＯ２からバルブ１５の二次側、即ち、筋肉部３に充填された空気３ｂが吸引されることはない。一方、バルブ１５は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１により筋肉部３に充填された空気３ｂの圧力が所定圧力ＰVを目標値として、筋肉部３に充填された空気３ｂが吸引される。
【００４７】
加速度センサ３２は、筋肉部３の近傍に設けられ、ユーザによるストロークや打撃を検出し、検出した検出信号を制御部９に供給する。
【００４８】
制御部９は、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、人体模擬装置１によって表現される動作（例えば、緊張、弛緩、鼓動、痙攣、突き出しのうちいずれか１つ）を選択し、選択された動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。ここでは、動作パターンとは、動作毎に関連づけられたバルブ１１，１２，１４，１５のオンオフ等の動作シーケンスであり、予め、制御部９内に記憶している。
【００４９】
例えば、制御部９は、緊張の動作パターンが選択された場合、コンプレッサー７にアクチュエータ５への給気を行わせると共に、真空ポンプ８により筋肉部３から空気３ｂを吸引させる。
【００５０】
また、制御部９は、痙攣の動作パターンが選択された場合、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、真空ポンプ８により筋肉部３から空気３ｂを吸引させると共に、コンプレッサー７に筋肉部３へ断続的に給気させる。
【００５１】
また、制御部９は、突き出しの動作パターンが選択された場合、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、真空ポンプ８により筋肉部３から気体を吸引させる排気動作と、コンプレッサー７に筋肉部３へ給気させる給気動作とを、所定間隔で交互に行わせる。
【００５２】
本発明の実施形態となる人体模擬装置１によれば、筋肉伸縮部であるアクチュエータ５の伸縮制御によって人体の形状の概略的な変化を模擬するとともに、粒子が充填されたバルーン状の筋肉部３の内圧を制御することによって、人体の表面の硬度や細かい動きを模擬することが可能になるので、人体により近い、形状や動作の表現が実現される。
【００５３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００５４】
＜実施例１＞
図３は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１のモデルとなる人体の部位を示している。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、人間の上肢には上腕二頭筋１０１と呼ばれる筋肉がある。この上腕二頭筋１０１は、二頭の名の通り起始部が長頭１０１Ａと短頭１０１Ｂとに分かれている。
【００５６】
本発明の実施例１では、図３（ａ）に示した上腕二頭筋を模擬した人体模擬装置１を例に挙げて説明する。
【００５７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した上腕二頭筋１０１を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置１の斜視図である。また、図４（ａ）は、図３（ａ）に示した上腕二頭筋１０１を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置１の背面図であり、図４（ｂ）は、図３（ａ）に示した上腕二頭筋１０１を模擬した本発明の実施例１に係る人体模擬装置１の側面図である。
【００５８】
図３（ｂ），図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１は、骨格を模した骨格部２と、上腕二頭筋１０１の表面状態を模した筋肉部３Ａ，３Ｂと、上腕二頭筋１０１の動きを模した筋肉伸縮部であるアクチュエータ５と、これらを覆う、皮膚を模した皮膚シート６とを備えている。なお、ここでは、皮膚シート６は、説明のため図示を省略している。
【００５９】
骨格部２は、例えば、硬質ポリウレタン等の素材を用いて、上腕二頭筋１０１が接続されるヒトの骨格を模して成型されている。
【００６０】
筋肉部３は、上腕二頭筋１０１の上腕二頭筋長頭腱側を模擬した筋肉部３Ａと、上腕二頭筋１０１の上腕二頭筋短頭腱側を模擬した筋肉部３Ｂとを備えている。このように、本発明の実施例１では、筋肉部３Ａ，３Ｂが、１つの上腕二頭筋１０１を模擬している。
【００６１】
筋肉部３Ａ，３Ｂは、内部を膨張及び収縮することが可能なように、ポリ塩化ビニル等のビニル系素材やナイロンなどを用いて、バルーン形状を有するように成型されており、骨格部２の一部を覆うように、骨格部２に少なくとも１カ所が取り付けられている。
【００６２】
筋肉部３Ａ，３Ｂは同一構成を有しており、筋肉部３Ａ，３Ｂそれぞれの内部には、ビーズなどの粒子３ａ、及び空気３ｂが充填されており、空気３ｂを吸引又は給気するためのチューブ３ｃが取り付けられている。なお、筋肉部３の内部に充填される気体は、空気３ｂに限らず、不活性ガスなどでもよい。
【００６３】
アクチュエータ５は、筋肉部３Ａ，３Ｂを跨ぐように、筋肉部３Ａ，３Ｂの骨格部２側に両端が取り付けられている。アクチュエータ５の内部構成については、上述したので省略する。
【００６４】
図５は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１の構成図である。
【００６５】
図５に示すように、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１は、筋肉部３Ａ，３Ｂと、アクチュエータ５と、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１〜１６と、圧力調整バルブ２１〜２４と、エアフィルタ３１とを備える。これらの構成のうち、筋肉部３Ａ，３Ｂと、アクチュエータ５と、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１２と、圧力調整バルブ２１，２２，２３，２４と、エアフィルタ３１とについては、上述したので、説明を省略する。
【００６６】
バルブ１３は、ポートＮＯ２に筋肉部３Ａへの供給ラインが接続されている。バルブ１３は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３Ａへ給気される。一方、バルブ１３は、通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断されるため、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３Ａへ給気されることはない。
【００６７】
バルブ１４は、ポートＮＯ２に筋肉部３Ｂへの供給ラインが接続されている。バルブ１４は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３からバルブ１４内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１４の二次側、即ち、筋肉部３Ｂへ給気される。一方、バルブ１４は、通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断されるため、ポートＮＯ３からバルブ１４内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１４の二次側、即ち、筋肉部３Ｂへ給気されることはない。
【００６８】
バルブ１５は、バルブ１１と同一の構成を有しており、制御部９からの制御信号に基づき、空気３ｂの吸引又は吸引の遮断を行う。具体的には、バルブ１５は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、ポートＮＯ２からバルブ１５の二次側、即ち、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引されることはない。一方、バルブ１５は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１により筋肉部３Ａに充填された空気３ｂの圧力が所定圧力ＰＶを目標値として、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引される。
【００６９】
バルブ１６は、バルブ１１と同一の構成を有しており、制御部９からの制御信号に基づき、空気３ｂの吸引又は吸引の遮断を行う。具体的には、バルブ１６は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、ポートＮＯ２からバルブ１６の二次側、即ち、筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂが吸引されることはない。一方、バルブ１６は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１により筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂの圧力が所定圧力ＰＶを目標値として、筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂが吸引される。
【００７０】
次に、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１の動作について説明する。
【００７１】
本発明の実施例１では、動作として、緊張、弛緩、鼓動、痙攣、突き出しの５つの動作を例に挙げて説明する。なお、ここでは、コンプレッサー７及び真空ポンプ８は、常時オンであるとする。
【００７２】
≪緊張≫
図６は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１における緊張の動作を示したタイミングチャートである。
【００７３】
図６に示すように、ｔ１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、緊張と判定し、選択された緊張の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【００７４】
具体的には、制御部９は、ｔ１時点において、バルブ１１をオン（通電）すると共に、バルブ１５，１６をオン（通電）する。
【００７５】
バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１２へ給気される。
【００７６】
バルブ１２は、オフ（非通電）であるので、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ３からアクチュエータ５側へ給気され、圧力調整バルブ２４により圧力が所定圧力ＰＡ１に調整された後、アクチュエータ５に供給される。
【００７７】
これにより、アクチュエータ５の内部の圧力は、ｔ１時点の値である大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ１に上昇するので、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張することで、アクチュエータ５は軸方向に収縮する。
【００７８】
また、バルブ１５がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１により筋肉部３Ａに充填された空気３ｂの圧力が所定圧力ＰＶを目標値として、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引される。
【００７９】
さらに、バルブ１６がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１により筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂの圧力が所定圧力ＰＶを目標値として、筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂが吸引される。
【００８０】
これにより、筋肉部３Ａ，３Ｂの内部の粒子３ａ同士が接触し、隣接する粒子間の摩擦力が大きくなるため、筋肉部３Ａ，３Ｂは硬化する。
【００８１】
このように、制御部９が、緊張と判定し、選択された緊張の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御することにより、アクチュエータ５は軸方向に収縮すると共に、筋肉部３Ａ，３Ｂは硬化するので、まるで、人が緊張により筋肉が強ばった状態を表現することができる。
【００８２】
≪弛緩≫
図７は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１における弛緩の動作を示したタイミングチャートである。
【００８３】
図７に示すように、人体模擬装置１が弛緩状態にあるとき、バルブ１１〜１６は、オフ、即ち非通電されている。
【００８４】
これにより、筋肉部３Ａ，３Ｂと、アクチュエータ５との内部の圧力は、大気圧Ｐ０となっている。
【００８５】
このように、制御部９が、弛緩と判定し、選択された弛緩の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御することにより、アクチュエータ５は軸方向に伸張すると共に、筋肉部３Ａ，３Ｂは軟化するので、まるで、緊張が弛んだ状態を表現することができる。
【００８６】
≪鼓動≫
図８は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１における鼓動の動作を示したタイミングチャートである。
【００８７】
図８に示すように、ｔ２１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、鼓動と判定し、選択された鼓動の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【００８８】
具体的には、制御部９は、ｔ２１時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ２１時点から２００（ミリ秒）経過後のｔ２２時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。
【００８９】
さらに、制御部９は、ｔ２２時点から２０００（ミリ秒）経過後のｔ２３時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ２３時点から２００（ミリ秒）経過後のｔ２４時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。以降、この一連の動作を繰り返す。
【００９０】
バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１２へ給気される。このとき、バルブ１２は、オフ（非通電）であるので、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ３からアクチュエータ５側へ給気され、圧力調整バルブ２３により圧力が所定圧力ＰＡ１に調整された後、アクチュエータ５に供給される。
【００９１】
これにより、アクチュエータ５との内部の圧力は、ｔ２１時点において、大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ１に上昇するので、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張することで、アクチュエータ５は軸方向に収縮する。
【００９２】
一方、バルブ１１がオフ（非通電）されることにより、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、バルブ１１の二次側への給気が遮断される。
【００９３】
これにより、アクチュエータ５との内部の圧力は、大気圧Ｐ０まで低下し、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に伸張するとともに径方向に収縮することで、アクチュエータ５は軸方向に伸張する。
【００９４】
このように、制御部９が、鼓動と判定し、選択された鼓動の動作に対応する動作パターンに基づいて、バルブ１１のオンオフにより、コンプレッサー７に筋肉部３へ断続的に給気させることにより、筋肉の鼓動を表現することができる。
【００９５】
≪痙攣≫
図９は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１における痙攣の動作を示したタイミングチャートである。
【００９６】
図９に示すように、ｔ３１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、痙攣と判定し、選択された痙攣の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【００９７】
具体的には、制御部９は、ｔ３１時点において、バルブ１１，１２，１５，１６をオン（通電）した後、ｔ３１時点から５０（ミリ秒）経過後のｔ３２時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。
【００９８】
さらに、制御部９は、ｔ３２時点から８０（ミリ秒）経過後のｔ３３時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ３３時点から５０（ミリ秒）経過後のｔ３４時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。以降、この一連の動作を繰り返す。
【００９９】
バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１２へ給気される。
【０１００】
また、バルブ１２がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ１からバルブ１２の二次側である筋肉部３Ａ，３Ｂ側へ給気される。
【０１０１】
また、バルブ１５がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引される。
【０１０２】
さらに、バルブ１６がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂが吸引される。
【０１０３】
これにより、ｔ３１時点からｔ３２時点までの間、真空ポンプ８により空気３ｂが吸引されながら、コンプレッサー７により空気３ｂが給気されるので、筋肉部３Ａ，３Ｂの圧力は、上昇する。そして、ｔ３２時点からｔ３３時点までの間、真空ポンプ８により空気３ｂが吸引されるので、筋肉部３Ａ，３Ｂの圧力は下降する。
【０１０４】
このように、制御部９が、痙攣と判定し、選択された痙攣の動作に対応する動作パターンに基づいて、バルブ１１，１２，１５，１６のオンオフ動作を行い、真空ポンプ８により筋肉部３Ａ，３Ｂから空気３ｂを吸引させると共に、コンプレッサー７に筋肉部３Ａ，３Ｂへ断続的に給気させることにより、筋肉の痙攣を表現することができる。
【０１０５】
≪突き出し≫
図１０は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１における突き出しの動作を示したタイミングチャートである。
【０１０６】
図１０に示すように、ｔ４１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、突き出しと判定し、選択された突き出しの動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【０１０７】
具体的には、制御部９は、ｔ４１時点において、バルブ１１，１２，１３，１５をオン（通電）した後、ｔ４１時点から４００（ミリ秒）経過後のｔ４２時点において、バルブ１４，１６をオン（通電）すると共に、バルブ１５をオフ（非通電）する。そして、ｔ４２時点から５００（ミリ秒）経過後のｔ４３時点において、バルブ１３をオフ（非通電）し、ｔ４３時点から４００（ミリ秒）経過後のｔ４４時点において、バルブ１３，１５をオン（通電）すると共に、バルブ１６をオフ（非通電）する。以降、この一連の動作を繰り返す。
【０１０８】
ｔ４１時点において、バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１２へ給気される。そして、バルブ１２がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２からバルブ１２内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ１からバルブ１２の二次側である筋肉部３Ａ，３Ｂ側へ給気される。
【０１０９】
また、バルブ１３がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断されるため、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３Ａへ給気されることはない。
【０１１０】
そのため、アクチュエータ５の内部圧力は、大気圧Ｐ０となり、アクチュエータ５は軸方向に伸張する。
【０１１１】
このとき、バルブ１５がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引される。これにより、筋肉部３Ａの内部圧力が低下する。
【０１１２】
一方、筋肉部３Ｂは、バルブ１４がオフ（非通電）であるので、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３からバルブ１４内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１４の二次側、即ち、筋肉部３Ｂへ給気される。これにより、筋肉部３Ｂの内部圧力は、大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ２を目標値として上昇する。
【０１１３】
次に、ｔ４２時点において、バルブ１４がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断され、さらに、バルブ１６がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、筋肉部３Ｂに充填された空気３ｂが吸引される。これにより、筋肉部３Ｂの内部圧力が低下する。
【０１１４】
ｔ４３時点において、バルブ１３がオフ（非通電）されることにより、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３Ａへ給気される。これにより、筋肉部３Ａの内部圧力は、大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ２を目標値として上昇する。
【０１１５】
ｔ４４時点において、バルブ１３がオン（通電）されることにより、また、バルブ１３がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ２とポートＮＯ３との接続が遮断されるため、ポートＮＯ３からバルブ１３内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からバルブ１３の二次側、即ち、筋肉部３Ａへ給気されることはない。また、バルブ１５がオン（通電）されることにより、オンポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、筋肉部３Ａに充填された空気３ｂが吸引される。これにより、筋肉部３Ａの内部圧力がさらに低下する。
【０１１６】
このように、筋肉部３Ｂの圧力は、ｔ４１時点からｔ４２時点までの間、ゆっくりと上昇し、ｔ４２時点からゆっくりと下降し、筋肉部３Ａの圧力は、ｔ４１時点より、９００（ミリ秒）経過したｔ４３時点からｔ４４時点までの間、ゆっくりと上昇し、ｔ４４時点からゆっくりと下降する。
【０１１７】
以上のように、制御部９が、突き出しと判定し、選択された突き出しの動作に対応する動作パターンに基づいて、バルブ１１，１２，１５，１６のオンオフ動作を行い、真空ポンプ８により筋肉部３から気体を吸引させる排気動作と、コンプレッサー７に筋肉部３へ給気させる給気動作とを、所定間隔で交互に行わせることにより、力んだ際の筋肉の突き出しを表現することができる。
【０１１８】
本発明の実施例１に係る人体模擬装置１では、制御部９は、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、動作（例えば、緊張、弛緩、鼓動、痙攣、突き出しのうちいずれか１つ）を選択したが、加速度センサ３２に限らず、音声を検出するマイクロフォンや、圧力を検出する圧力センサや、静電容量を測定する静電センサなどを用いてもよい。
【０１１９】
本発明の実施例１に係る人体模擬装置１では、アクチュエータ５は、筋肉部３Ａ，３Ｂを跨ぐように、筋肉部３Ａ，３Ｂの骨格部２側に両端が取り付けられているが、これに限らず、筋肉部３Ａ，３Ｂそれぞれにアクチュエータ５を設けるようにしてもよい。この場合、アクチュエータ５の軸方向と筋肉部３Ａ，３Ｂの軸方向、即ち、人体の筋肉の伸縮方向と同一の方向に一致させることができるので、より詳細に筋肉の状態を表現することができる。
【０１２０】
また、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１では、バルブ１１〜１６のオンオフ動作により、流量を制御したがこれに限らず、バルブ開度を調整する調整弁を用いてもよい。
【０１２１】
＜実施例２＞
本発明の実施例１では、上腕二頭筋を模擬した人体模擬装置１を例に挙げて説明したが、これに限らず、人体の様々な筋肉を模擬することができる。
【０１２２】
図１１は、本発明の実施例２に係る人体模擬装置１を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１のモデルとなる人体の部位を示している。
【０１２３】
図１１（ａ）に示すように、人間の顔には頬筋１０２と呼ばれる筋肉がある。この頬筋１０２は、笑筋らと共に、口角を外側に引く働きをする筋肉であり、頬の左右にある。
【０１２４】
本発明の実施例２では、図１１（ａ）に示した頬筋１０２を模擬した人体模擬装置１を例に挙げて説明する。
【０１２５】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した頬筋１０２を模擬した本発明の実施例２に係る人体模擬装置１の正面図である。
【０１２６】
図１１（ｂ）に示すように、本発明の実施例２に係る人体模擬装置１は、骨格を模した骨格部２と、頬筋１０２の表面状態を模した筋肉部３Ａ，３Ｂと、頬筋１０２の動きを模した筋肉伸縮部であるアクチュエータ５Ａ，Ｂと、これらを覆う、皮膚を模した皮膚シート６とを備えている。なお、ここでは、皮膚シート６は、説明のため図示を省略している。
【０１２７】
骨格部２は、例えば、硬質ポリウレタン等の素材を用いて、頬筋１０２が接続されるヒトの骨格を模して成型されている。
【０１２８】
筋肉部３は、右頬の頬筋１０２を模擬した筋肉部３Ａと、右頬の頬筋１０２を模擬した筋肉部３Ｂとを備えている。このように、本発明の実施例２では、筋肉部３Ａ，３Ｂが、それぞれ頬筋１０２を模擬している。
【０１２９】
筋肉部３Ａ，３Ｂは、それぞれ本発明の実施例１に係る人体模擬装置１が備える筋肉部３Ａ，３Ｂと同様の構成を有している。
【０１３０】
アクチュエータ５Ａは、筋肉部３Ａの長手方向、即ち頬筋１０２の筋肉の伸縮方向に略平行となるように、両端が取り付けられている。同様に、アクチュエータ５Ｂは、筋肉部３Ｂの長手方向、即ち頬筋１０２の筋肉の伸縮方向に略平行となるように、両端が取り付けられている。
【０１３１】
アクチュエータ５Ａ，５Ｂの構成は、上述したアクチュエータ５の内部構成と同一であるので、説明を省略する。
【０１３２】
そして、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１と同様に、制御部９は、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、動作（例えば、緊張、弛緩、鼓動、痙攣、突き出しのうちいずれか１つ）を選択し、選択された動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【０１３３】
以上のように、本発明の実施例２では、筋肉部３Ａ，３Ｂが、頬筋１０２それぞれの筋肉を模擬しているので、より筋肉の状態をより詳細に表現することができる。
【０１３４】
なお、本発明の実施例１では、上腕二頭筋を模擬した人体模擬装置１を例に挙げて説明し、本発明の実施例２では、頬筋を模擬した人体模擬装置１を例に挙げて説明したが、その他の筋肉でもよく、胸筋や、大殿筋などを模擬するようにしても、もちろんよい。
【０１３５】
＜実施例３＞
本発明の実施例１では、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部３と、筋肉部３の骨格部２側に配置され、両端が筋肉部３に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５を備えた人体模擬装置１を例に挙げて説明したが、これに限らない。
【０１３６】
本発明の実施例３では、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部と、筋肉部の内部に配置され、各端部が骨格部又は筋肉部に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータを備えた人体模擬装置１を例に挙げて説明する。
【０１３７】
図１２は、本発明の実施例３に係る人体模擬装置１の概略構成を示した図である。
【０１３８】
図１２に示すように、本発明の実施例３である人体模擬装置１は、骨格を模した骨格部２と、筋肉の表面状態を模した筋肉部３３，３４と、筋肉の動きを模した筋肉伸縮部であるアクチュエータ５Ａ，５Ｂと、皮膚を模した皮膚シート６とを備えている。なお、ここでは、皮膚シート６は、説明のため図示を省略している。
【０１３９】
骨格部２は、例えば、硬質ポリウレタン等の素材を用いて、上腕二頭筋１０１が接続されるヒトの骨格を模して成型されている。
【０１４０】
アクチュエータ５Ａ，５Ｂは、一方の端部が、骨格部２に取り付けられている。アクチュエータ５Ａ，５Ｂの内部の構成は、上述したアクチュエータ５の内部構成と同一であるので、説明を省略する。
【０１４１】
筋肉部３３，３４は、内部を膨張及び収縮することが可能なように、ポリ塩化ビニル等のビニル系素材やナイロンなどを用いて、バルーン形状を有するように成型されており、それぞれアクチュエータ５Ａ，５Ｂの全部を覆うように設けられている。即ち、筋肉部３３の内部にアクチュエータ５Ａが配置され、筋肉部３４の内部にアクチュエータ５Ｂが配置されており、アクチュエータ５Ａ，５Ｂは、それぞれ筋肉部３３，３４の内壁面３３ａ，３４ａに沿うように取り付けられている。なお、筋肉部３３，３４の内壁と外壁とは同一素材で成形されている。
【０１４２】
なお、ここでは、筋肉部３３，３４の内壁面３３ａ，３４ａに沿うようにそれぞれアクチュエータ５Ａ，５Ｂが設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、筋肉部３３，３４は、内壁面３３ａ，３４ａを省略して、それぞれアクチュエータ５Ａ、５Ｂを内包するバルーン形状を有するようにしてもよい。具体的には、アクチュエータ５Ａの両端部と筋肉部３３の両端部とをそれぞれ固定し、アクチュエータ５Ｂの両端部と筋肉部３４の両端部とをそれぞれ固定することにより、筋肉部３３，３４の中に、アクチュエータ５Ａ、５Ｂを有する構成としてもよい。
【０１４３】
筋肉部３３，３４は、同一構成を有しており、筋肉部３３，３４それぞれの内部には、ビーズなどの粒子３ａ、及び空気３ｂが充填されており、空気３ｂを吸引又は給気するためのチューブ３ｃが取り付けられている。なお、筋肉部３３，３４の内部に充填される気体は、空気３ｂに限らず、不活性ガスなどでもよい。
【０１４４】
以上のように、本発明の実施例３では、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部３３，３４と、筋肉部３３，３４の内部に配置され、各端部が骨格部２又は筋肉部３３，３４に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５Ａ，５Ｂを備えているので、ユーザは、外部からアクチュエータ５Ａ，５Ｂに直接接触することがないので、外観上より自然な筋肉を模擬できる。
【０１４５】
＜実施例４＞
本発明の実施例１では、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部３と、筋肉部３の骨格部２側に配置され、両端が筋肉部３に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５を備えた人体模擬装置１を例に挙げて説明したが、これに限らない。
【０１４６】
本発明の実施例４では、内部に粒子及び気体を充填し、一方の端部が骨格部２に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５１を備えた人体模擬装置１を例に挙げて説明する。
【０１４７】
図１３は、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１の機器の構成を示した図である。
【０１４８】
図１３に示すように、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１は、骨格を模した骨格部２と、筋肉の表面状態と筋肉の動きを模した筋肉伸縮部であるアクチュエータ５と、皮膚を模した皮膚シート６とを備えている。これらの構成のうち、骨格部２と、皮膚シート６とについては、本発明の実施例１に係る人体模擬装置１が備える骨格部２と、皮膚シート６と同一構成を有するので、説明を省略する。
【０１４９】
アクチュエータ５１には、例えばマッキベン（McKibben）型人工筋肉を用いることができる。すなわち、アクチュエータ５１は、図示しない円筒形状を有する管状の弾性体（管状体）と、弾性体の外表面を覆う網状体５ａと、弾性体の先端部の開口をそれぞれ密封する密封部材５ｂとを備えており、内部にはプラスティックビーズなどの粒子５ｄが充填されている。
【０１５０】
そして、網状体５ａで覆われた弾性体の内部圧力を大気圧とすることで、弾性体の軸方向（Ｙ１Ｙ２方向）に伸長するとともに径方向（Ｘ１Ｘ２方向）に収縮する。また、弾性体に気体を給気することで、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張する。アクチュエータ５１の一方の端部は骨格部２に取り付けられているので、軸方向に伸長又は収縮することにより、この動作が皮膚シート６に伝わる。なお、弾性体に気体を給気し、又は気体を吸引するために、アクチュエータ５には、チューブ５ｃが取り付けられている。
【０１５１】
また、網状体５ａで覆われた弾性体への気体の給気により軸方向に収縮し径方向に膨張した状態から、急激に内部の気体を吸引すると、弾性体は、軸方向に最長位置まで伸長する前に、径方向に収縮し、内部に充填された粒子５ｄ同士が接触する。このように、弾性体は、急激に内部の気体を吸引されると軸方向に最長位置まで伸長することなく一定の長さで形状が安定するので、硬化し過ぎることがない。これにより、ユーザが皮膚シート６の表面に触れた場合に、粒子５ｄの感覚が伝わり、より詳細に筋肉の状態を表現することができる。
【０１５２】
なお、アクチュエータ５１の内部に給気される気体は、空気に限らず、不活性ガスなどでもよい。
【０１５３】
図１４は、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１の構成図である。
【０１５４】
図１４に示すように、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１は、アクチュエータ５１と、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１５，１７，１８と、圧力調整バルブ２１，２４と、エアフィルタ３１と、加速度センサ３２とを備える。これらの構成のうち、アクチュエータ５１と、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１５と、圧力調整バルブ２１，２４と、エアフィルタ３１と、加速度センサ３２とについては、上述したので、説明を省略する。なお、コンプレッサー７と、真空ポンプ８と、制御部９と、バルブ１１，１５，１７，１８と、圧力調整バルブ２１，２４とを、内圧調整部といい、この内圧調整部が、これらの構成を有することにより、アクチュエータ５１の内圧調整が可能となる。
【０１５５】
バルブ１７は、三方弁であり、制御部９からの制御信号に基づき、圧縮空気の排気又は排気の遮断を行う。具体的には、バルブ１７は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３から圧縮空気が排気される。一方、バルブ１７は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続されるが、ポートＮＯ１は、図示したように常時閉としているので、バルブ１７からの排気は停止する。
【０１５６】
バルブ１８は、三方弁であり、制御部９からの制御信号に基づき、大気の吸気又は吸気の遮断を行う。具体的には、バルブ１８は、非通電時には、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ３から空気が吸気される。一方、バルブ１８は、通電時には、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続されるが、ポートＮＯ１は、図示したように常時閉としているので、バルブ１８からの吸気は停止する。
【０１５７】
なお、バルブ１７，１８は、三方弁としたが、オンオフを行う二方の開閉弁を用いてもよい。
【０１５８】
制御部９は、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、人体模擬装置１によって表現される動作（例えば、痙攣、緊張、鼓動のうちいずれか１つ）を選択し、選択された動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。ここでは、動作パターンとは、動作毎に関連づけられたバルブ１１，１５，１７，１８のオンオフ等の動作シーケンスであり、予め、制御部９内に記憶している。
【０１５９】
例えば、制御部９は、痙攣の動作パターンが選択された場合、加速度センサ３２による検出結果に基づいて、真空ポンプ８によりアクチュエータ５１から気体を吸引させると共に、コンプレッサー７にアクチュエータ５１へ断続的に給気させる。なお、他の動作（緊張、鼓動）については、詳細に後述する。本発明の実施例４に係る模擬装置１によれば、粒子が充填された筋肉伸縮部であるアクチュエータ５１の伸縮制御によって人体の形状の概略的な変化を模擬するとともに、人体の表面の硬度や細かい動きを模擬することが可能になるので、簡易な装置構成で、人体により近い、形状や動作の表現が実現される。
【０１６０】
≪痙攣≫
図１５は、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１における痙攣の動作を示したタイミングチャートである。
【０１６１】
図１５に示すように、ｔ５１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、痙攣と判定し、選択された痙攣の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【０１６２】
具体的には、制御部９は、ｔ５１時点において、バルブ１１，１５，１７，１８をオン（通電）した後、ｔ５１時点から５０（ミリ秒）経過後のｔ５２時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。
【０１６３】
さらに、制御部９は、ｔ５２時点から８０（ミリ秒）経過後のｔ５３時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ５３時点から５０（ミリ秒）経過後のｔ５４時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。以降、この一連の動作を繰り返す。
【０１６４】
バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からアクチュエータ５１へ給気される。ここで、バルブ１７がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続されるが、ポートＮＯ１は、図示したように常時閉としているので、バルブ１７からの排気は停止する。
【０１６５】
また、バルブ１５がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、アクチュエータ５１に充填された空気が吸引される。ここで、バルブ１８がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続されるが、ポートＮＯ１は、常時閉としているので、バルブ１８からの吸気は停止する。
【０１６６】
これにより、ｔ５１時点からｔ５２時点までの間、真空ポンプ８により空気が吸引されながら、コンプレッサー７により空気が給気されるので、アクチュエータ５１の圧力は、ゆっくりと上昇する。そして、ｔ５２時点からｔ５３時点までの間、コンプレッサー７による給気が停止し、真空ポンプ８により空気が吸引されるので、アクチュエータ５１の圧力は下降する。
【０１６７】
このように、制御部９が、痙攣と判定し、選択された痙攣の動作に対応する動作パターンに基づいて、バルブ１１，１５，１７，１８のオンオフ動作を行い、真空ポンプ８によりアクチュエータ５１から気体を吸引させると共に、コンプレッサー７にアクチュエータ５１へ断続的に給気させることにより、筋肉の痙攣を表現することができる。
【０１６８】
≪緊張≫
図１６は、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１における緊張の動作を示したタイミングチャートである。
【０１６９】
図１６に示すように、ｔ６１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、緊張と判定し、選択された緊張の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【０１７０】
具体的には、制御部９は、ｔ６１時点において、バルブ１１をオン（通電）すると共に、バルブ１７，１８をオン（通電）する。
【０１７１】
バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からアクチュエータ５１へ給気される。このとき、バルブ１７，１８もオン（通電）されているので、いずれも吸排気が停止されている。
【０１７２】
これにより、アクチュエータ５１の内部の圧力は、ｔ１時点の値である大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ１に上昇するので、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張することで、アクチュエータ５１は軸方向に収縮する。
【０１７３】
また、ｔ６２時点において、バルブ１１がオフ（非通電）されることにより、ポートＮＯ２とポートＮＯ３とが接続され、ポートＮＯ１からの圧縮空気の供給が停止される。それと同時に、バルブ１５がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され連通するので、エアフィルタ３１によりダストが除去され、圧力調整バルブ２１によりアクチュエータ５１に充填された空気の圧力が所定圧力ＰＶを目標値として、アクチュエータ５１に充填された空気が急激に吸引される。
【０１７４】
これにより、アクチュエータ５１の内部の粒子５ｄ同士が接触し、隣接する粒子間の摩擦力が大きくなるため、アクチュエータ５１はやや硬化する。
【０１７５】
このように、制御部９が、緊張と判定し、選択された緊張の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御することにより、アクチュエータ５１は軸方向に収縮し、その後、アクチュエータ５１内の空気が急激に吸引されるので、アクチュエータ５１は、軸方向に最長位置まで伸長することなく一定の長さで形状が安定するので、硬化し過ぎることがない。これにより、ユーザが皮膚シート６の表面に触れた場合に、粒子５ｄの感覚が伝わり、人が緊張により筋肉が強ばった状態を表現することができる。
【０１７６】
≪鼓動≫
図１７は、本発明の実施例４に係る人体模擬装置１における鼓動の動作を示したタイミングチャートである。
【０１７７】
図１７に示すように、ｔ７１時点において、加速度センサ３２が、所定の加速度を検出した場合、制御部９は、鼓動と判定し、選択された鼓動の動作に対応する動作パターンに基づいて、コンプレッサー７により給気される気体の流量と、真空ポンプ８により吸引される気体の流量とを制御する。
【０１７８】
具体的には、制御部９は、ｔ７１時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ７１時点から２００（ミリ秒）経過後のｔ７２時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。
【０１７９】
さらに、制御部９は、ｔ７２時点から２０００（ミリ秒）経過後のｔ７３時点において、バルブ１１をオン（通電）した後、ｔ７３時点から２００（ミリ秒）経過後のｔ７４時点において、バルブ１１をオフ（非通電）する。以降、この一連の動作を繰り返す。
【０１８０】
コンプレッサー７からの圧縮空気は、圧力調整バルブ２４により圧力が所定圧力ＰＡ１に調整される。そして、ｔ７１時点において、バルブ１１がオン（通電）されることにより、ポートＮＯ１とポートＮＯ２とが接続され、ポートＮＯ１からバルブ１１内部に供給された圧縮空気は、ポートＮＯ２からアクチュエータ５１に供給される。
【０１８１】
このとき、バルブ１５，１７は、オフ（非通電）であるので、バルブ１１からバルブ１５へ供給された圧縮空気は、バルブ１８へ供給され、バルブ１８のポートＮＯ３から大気に放散される。
【０１８２】
これにより、アクチュエータ５１の内部の圧力は、ｔ７１時点において、大気圧Ｐ０から圧力ＰＡ１に除々に上昇するので、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に収縮するとともに径方向に膨張することで、アクチュエータ５１は軸方向に収縮する。
【０１８３】
一方、ｔ７２時点において、バルブ１１がオフ（非通電）されることにより、ポートＮＯ２とポートＮＯ３が接続され、ポートＮＯ１とポートＮＯ２との接続が遮断されるため、バルブ１１の二次側への給気が遮断される。
【０１８４】
これにより、アクチュエータ５との内部の圧力は、大気圧Ｐ０まで低下し、網状体５ａで覆われた弾性体が軸方向に伸張するとともに径方向に収縮することで、アクチュエータ５は軸方向に伸張する。
【０１８５】
このように、制御部９が、鼓動と判定し、選択された鼓動の動作に対応する動作パターンに基づいて、バルブ１１のオンオフにより、コンプレッサー７からアクチュエータ５１へ断続的に給気させることにより、筋肉の鼓動を表現することができる。
【０１８６】
以上のように、本発明の実施例４に係る模擬装置１によれば、内部に粒子及び気体を充填し、一方の端部が骨格部２に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５１を備えたので、人体により近い、形状や、痙攣、緊張、鼓動等の動作の表現が実現することができる。
【０１８７】
また、本発明の実施例４に係る模擬装置１によれば、例えば、本発明の実施例１のように、筋肉部３とアクチュエータ５とを別個に設けて別個に圧力制御を行うことなく、筋肉部３とアクチュエータ５とが一体化されたアクチュエータ５１を用いて１系統の圧力制御によって、痙攣、緊張、鼓動等の動作を表現できるので、省スペースを実現すると共に、複雑な装置構成や、複雑な制御を必要とせず、簡易な構成で実現することができる。
【０１８８】
＜実施例５＞
本発明の実施例１では、内部に粒子及び気体を充填する筋肉部３と、筋肉部３の骨格部２側に配置され、両端が筋肉部３に取り付けられた伸縮自在のアクチュエータ５を備え、筋肉が強ばった状態を表現することができる人体模擬装置１を例に挙げて説明したが、これに限らない。
【０１８９】
本発明の実施例５では、皮膚に鳥肌が立った状態を表現する人体模擬装置１を例に挙げて説明する。
【０１９０】
図１８は、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１を説明した図である。（ａ）は、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１に圧縮空気が給気された状態を示しており、（ｂ）は、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１に圧縮空気が吸引された状態を示している。
【０１９１】
図１８（ａ）に示すように、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１は、皮膚を模した皮膚シート６と、この皮膚シート６との間で密閉空間を有するように設けられたハウジング部２０１と、ハウジング部２０１に接続され、バルブを介してコンプレッサー７又は真空ポンプ８に接続された給排気チューブ２０２と、ハウジング部２０１内に設けられた突起シート２０４と、弾性部材２０５とを備えている。なお、本発明の実施例１〜３の筋肉部３や実施例４のアクチュエータ５１は、図１８の各構成要素の内側（体内側）に設けることができる。言い換えると、図１８の各構成要素は、本発明の実施例１〜４の皮膚シート６を置換するように設けることができる。
【０１９２】
突起シート２０４は、表面に突起２０４ａが複数設けられており、この突起２０４ａが皮膚シート６側となるように、ハウジング部２０１内に設けられている。
【０１９３】
また、ハウジング部２０１内には、突起シート２０４の突起２０４ａを有する面と対向する面側に、弾性部材２０５が設けられている。この弾性部材２０５は、例えば、スポンジ素材で成形されており、内部に多数の空間を有している。そのため、弾性部材２０５は、収縮又は膨張する。
【０１９４】
図１８（ａ）に示すように、通常状態では、ハウジング部２０１内に空気２０６が充填されており、弾性部材２０５は、最大サイズまで膨張している。このとき、ハウジング部２０１は大気と繋がっており、大気圧となっている。
【０１９５】
そして、給排気チューブ２０２を介して、真空ポンプ８によりＺ１方向に空気が吸引されると、図１８（ｂ）に示すように、ハウジング部２０１内の空気２０６が吸引される。
【０１９６】
これにより、皮膚シート６と、突起シート２０４と、弾性部材２０５とが密着し、さらに、密着した状態で弾性部材２０５内に設けられた多数の空間の空気も吸引されることで、突起シート２０４の突起２０４ａが、下方から皮膚シート６を押し上げる。
【０１９７】
これにより、皮膚シート６上に、突起２０４ａが浮き出た状態になるので、鳥肌を表現することができる。
【０１９８】
一方、給排気チューブ２０２を介して、コンプレッサー７によりＺ２方向に給気されると、図１８（ａ）に示すように、ハウジング部２０１内に空気２０６が充填される。
【０１９９】
これにより、皮膚シート６と突起シート２０４との間に隙間が開くことで、鳥肌ななくなった状態を表現できる。
【０２００】
このように、本発明の実施例５に係る人体模擬装置１によれば、皮膚を模した皮膚シート６と、この皮膚シート６との間で密閉空間を有するように設けられたハウジング部２０１と、突起２０４ａが皮膚シート６側となるように、ハウジング部２０１内に設けられた突起シート２０４と、突起シート２０４の突起２０４ａを有する面と対向する面側に設けられた弾性部材２０５とを備えているので、ハウジング部２０１内の空気を吸引することにより、まるで、皮膚に鳥肌が立ったような状態を表現することができる。
【０２０１】
（その他の実施の形態）
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０２０２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
人体を模擬する装置であり、特に筋肉の動きによる皮膚の表面状態を模擬する人体模擬装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０２０４】
１…人体模擬装置
２…骨格部
３，３Ａ，３Ｂ，３３，３４…筋肉部
３ａ…粒子
３ｂ…空気
５，５Ａ，５Ｂ，５１…アクチュエータ（筋肉伸縮部）
６…皮膚シート
７…コンプレッサー（給気部）
８…真空ポンプ（気体吸引部）
９…制御部
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…バルブ
２１，２２，２３，２４…圧力調整バルブ
３１…エアフィルタ
３２…加速度センサ
２０１…ハウジング部
２０２…給排気チューブ
２０４…突起シート
２０４ａ…突起
２０５…弾性部材
２０６…空気
【図１】
2014045617.tif 000003
【図２】
2014045617.tif 000004
【図３】
2014045617.tif 000005
【図４】
2014045617.tif 000006
【図５】
2014045617.tif 000007
【図６】
2014045617.tif 000008
【図７】
2014045617.tif 000009
【図８】
2014045617.tif 000010
【図９】
2014045617.tif 000011
【図１０】
2014045617.tif 000012
【図１１】
2014045617.tif 000013
【図１２】
2014045617.tif 000014
【図１３】
2014045617.tif 000015
【図１４】
2014045617.tif 000016
【図１５】
2014045617.tif 000017
【図１６】
2014045617.tif 000018
【図１７】
2014045617.tif 000019
【図１８】
2014045617.tif 000020
【国際調査報告】
2014045617.tif 000021
2014045617.tif 000022
2014045617.tif 000023
2014045617.tif 000024