(57)【要約】【課題】  頭部の可動角度が大きく、かつ、人間に似た動きができる頭部支持構造であって、１つの駆動装置によって頭部を前後方向に傾けることができる人型ロボットの頭部支持構造を提供することを目的とする。【解決手段】  人型ロボットの頭部と胴部とをつなぐ頭部支持構造１を４節リンク機構によって構成し、１つの駆動装置によって頭部を前後方向に傾けさせる。この４節リンク機構を構成する下方リンク２を胴部に取付け、この下方リンク２と対向する上方リンク３を両節がつながれた方向を前後として頭部に取り付けて、上方リンク３と下方リンク２とを長さが異なる一対の連結リンク４，５を交差させた状態で連結し、４節リンク機構の少なくとも１つのリンクを回動させることによって頭部が前方に移動しながら下向きに傾くようにする。【選択図】      図３
2006167832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人型ロボットの頭部と胴部とを４節リンク機構によってつなぐ頭部支持構造であって、
前記４節リンク機構を構成する下方リンクが前記胴部に取り付けられ、
前記下方リンクと対向する上方リンクが両節をつないだ方向を前後として前記頭部に取り付けられ、
前記上方リンクと前記下方リンクとを連結する一対の連結リンクが交差した状態で連結され、
前記４節リンク機構の少なくとも１つのリンクを回動させることによって前記頭部が前方に移動しながら下向きに傾くことを特徴とする人型ロボットの頭部支持構造。
【請求項２】
前記上方リンクの前側と連結する前記連結リンクが、前記上方リンクの後側と連結する連結リンクよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットの頭部支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人型ロボットの頭部支持構造に関し、特に、頭部を前後方向に傾けることができる人型ロボットの頭部支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
人型ロボットの頭部支持構造は、頭部に備えたカメラなどの視聴覚装置の認識範囲を広げるために、頭部の可動角度を大きくすることが望まれている。また、人型ロボットの頭部支持構造は、お辞儀などの人間らしい表現をするために、より人間に近い動きをすることも望まれている。
【０００３】
頭部の可動角度が大きい人型ロボットの頭部支持構造として、前後方向に回動する２つの回動軸を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この人型ロボットの頭部支持構造は、頭部支持構造の頭部側と胴部側とに前後方向に回動する２つの回動軸を備え、頭部を胴部に対して前方に突き出し、下をのぞき込むような動作ができるように構成されている。
【特許文献１】特開２００３−２００３６６号公報（段落０００９，００８０、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記２つの回動軸を備えた人型ロボットの頭部支持構造では、２つの駆動装置が必要であり、この２つの駆動装置を関連づけて駆動させるための制御装置も必要である。また、２つの回動軸では、多くの関節から構成される人間の首の動きを表現することが困難であり、動作が不自然であった。
【０００５】
さらに、胴部が厚い人型ロボットや、制御装置を背部に備える人型ロボットでは、頭部を傾けると頭部の下部が胴部や制御装置に当たり、頭部の可動角度が制限されるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、頭部の可動角度が大きく、かつ、人間に似た動きができる頭部支持構造であって、１つの駆動装置によって頭部を前後方向に傾けることができる人型ロボットの頭部支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、人型ロボットの頭部と胴部とをつなぐ頭部支持構造を４節リンク機構によって構成した。そして、この４節リンク機構を構成する下方リンクを胴部に取付け、この下方リンクと対向する上方リンクを両節がつながれた方向を前後として頭部に取り付けて、上方リンクと下方リンクとを連結する一対の連結リンクを交差させた状態で連結し、４節リンク機構の少なくとも１つのリンクを回動させることによって頭部が前方に移動しながら下向きに傾くようにした。
【０００８】
なお、上方リンクを両節がつながれた方向を前後として頭部に取り付けてとは、頭部の左右方向ではなく前後方向に向けてという意味で、水平であることを意味しない。すなわち、両節がつながれた方向は、下方または上方に傾いていても構わない。また、上方リンクの両節とは、上方リンクの前側と後側とに設けた節をいう。
【０００９】
請求項２に係る発明では、上方リンクの前側と連結する連結リンクを、上方リンクの後側と連結する連結リンクよりも短くした。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、人型ロボットの頭部支持構造を４節リンク機構によって構成したので、１つの駆動装置で頭部を前後方向に傾けることができる。
【００１１】
また、請求項１に係る発明によれば、４節リンク機構を構成する下方リンクを胴部に取付け、この下方リンクと対向する上方リンクを両節がつながれた方向を前後として頭部に取り付けて、上方リンクと下方リンクとを連結する一対の連結リンクを交差させた状態で連結したので、連結リンクの回動に連動して上方リンクを揺動させることができる。そのために、頭部が前方に移動しながら下向きに傾くので、頭部の可動角度を大きくすることができる。さらに、モータなどの駆動装置の回転角度よりも大きな可動角度が得られるので、頭部の動きを速くすることもできる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、上方リンクの前側と連結する連結リンクを、上方リンクの後側と連結する連結リンクよりも短くしたので、連結リンクが正方向に回動する場合と逆方向に回動する場合とで上方リンクの動きを変えることができる。具体的には、頭部を前方に移動させながら下向きに傾けさせることができるようになる。このように、頭部を前方に傾ける場合に頭部が前方に移動するので、頭部を下向きに傾けても頭部が胴部に当たりにくくなり、頭部の可動角度を大きくできる。また、この頭部の動きは、人間の動きに似ているので、頭部の動きによって人間らしさを表現することもできる。
【００１３】
一方、頭部を後方に傾ける場合には、連結リンクをわずかに回動させるだけで、上方リンクを大きく後方に傾けさせることができるので、頭部を後方に移動させることなく頭部を上方に向けることができる。また、この頭部の動きは、人間の動きに似ているので、頭部の動きによって人間らしさを表現することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る頭部支持構造が適用される人型ロボットの外観図である。図１に示すように、人型ロボットＲは、頭部Ｒ１と胴部Ｒ２と腕部Ｒ３と脚部Ｒ４とを有して構成される。この人型ロボットＲは、頭部Ｒ１にカメラなどの視聴覚装置を備え、頭部Ｒ１が首部Ｒ５によって胴部Ｒ２に回動可能に取り付けられている。また、この人型ロボットＲは、脚部Ｒ４などの動作を制御するための制御装置を収納した制御装置搭載部Ｒ６を背中に備えている。
【００１５】
図２は、人型ロボットＲの上部の関節構造を示した斜視図である。図２に示すように、人型ロボットＲの上部は、腕部Ｒ３を動かす左右の肩関節３１と、頭部Ｒ１を動かす首関節５１とを有して構成される。このうち、首関節５１は、頭部Ｒ１を前後方向に傾ける第１首関節５１ａと、頭部Ｒ１を左右に振る第２首関節５１ｂとを有している。そして、本発明に係る頭部支持構造は、第１首関節５１ａに関するものである。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態に係る頭部支持構造の斜視図である。ここでは、矢印で示すように、図３の左手前側を人型ロボットＲの前方とし、右奥側を人型ロボットＲの後方とする。頭部支持構造１は、４節リンク機構によって図示しない頭部Ｒ１と胴部Ｒ２とをつないでいる。この４節リンク機構は、胴部Ｒ２に取り付けられる下方リンク２と、この下方リンク２と対向し頭部Ｒ１に取り付けられる上方リンク３と、上方リンク３と下方リンク２とを連結する一対の連結リンク４，５を有して構成される。
【００１７】
下方リンク２は、中央に第２首関節５１ｂと連結する筒状の関節部材２ａと、この関節部材２ａの側面から周囲に延出した延出板２ｂと、この延出板２ｂの両側部に立設した節支持部材２ｃとを有している。両側の節支持部材２ｃには、前側と後側に節６が形成され、連結リンク４，５との連結を可能にしている。前側の節６同士、および後側の節６同士は、ともに側面視において前後と上下の位置が一致しているために、各節６が連結リンク４、５と連結した場合に、連結リンク４，５が滑らかに回動できる。
【００１８】
上方リンク３は、板部材を枠状に形成したものであって、両側部に連結リンク４，５と連結するための節６を前側に２つ、後側に２つ、合わせて４つ有し、前側にカメラなどの視聴覚装置を取り付ける視聴覚装置取付け部材３ａを備えている。前側の節６同士、および後側の節６同士は、ともに側面視において前後と上下の位置が一致している。
【００１９】
連結リンク４，５は棒状の部材であり、この連結リンク４，５には、長さの短い第１連結リンク４と、長さの長い第２連結リンク５とがある。第１連結リンク４は、上方リンク３の両側部における前側の節６と下方リンク２の両側部における後側の節６とを連結しており、第２連結リンク５は、上方リンク３の両側部における後側の節６と、下方リンク２の両側部における前側の節６とを連結している。すなわち、第１連結リンク４と第２連結リンク５とが交差した状態で上方リンク３と下方リンク２とを連結している。なお、本実施形態では、２組の連結リンク４，５によって、上方リンク３の両側部と下方リンク２の両側部とを連結することで、頭部Ｒ１をしっかりと支持している。
【００２０】
このように構成された４節リンク機構では、上方リンク３と下方リンク２とは、ほぼ平行に配置されている。そして、下方リンク２は、その両節６をつないだ方向がほぼ水平方向、かつ、前後方向に向けて図示しない胴部Ｒ２に取り付けられる。そのために、上方リンク３の両節６をつないだ方向もほぼ水平になり、この両節６をつないだ方向に図示しない頭部Ｒ１の前後を合わせて、上方リンク３に頭部Ｒ１が取り付けられる。なお、頭部Ｒ１の人間らしい動きを実現するために、下方リンク２と上方リンク３とは、互いに平行から±１０度の範囲の向きになるように配置されることが望ましい。
【００２１】
また、第１連結リンク４は、下方リンク２に対してほぼ垂直に配置されており、本実施形態では、下方リンク２に対する第１連結リンク４の角度θ（図４参照）が８５度の角度で配置されている。この角度θも、頭部Ｒ１の人間らしい動きを実現するために、７５度から９５度に設定するのが望ましい。
【００２２】
頭部支持構造１は、連結リンク４，５を回動させるために、モータ７が上方リンク３の後側の節６ａの位置に配置されている。このモータ７の一端に設けられた出力軸７ａ（図３における手前側）は、節６ａの位置で上方リンク３に固着されており、モータ７のハウジング７ｂが、第２連結リンク５の上端に固着されている。なお、モータ７の他端（図３における奥側）は、図示しないベアリングによって上方リンク３に回動可能に支持されている。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態に係る頭部支持構造１の動作を示した側面図である。図４の（ａ）は直立状態を示し、（ｂ）は頭部Ｒ１を前方に傾けた状態を示し、（ｃ）は頭部Ｒ１を後方に傾けた状態を示す。図４の（ａ）に示すように、直立状態においては、上方リンク３と下方リンク２とは、ほぼ平行に保持されており、頭部Ｒ１は正面を向いている。
【００２４】
図４の（ｂ）に示すように、頭部Ｒ１を前方に傾けた状態では、上方リンク３が前方に出た状態で、上方リンク３が前方に対して下向きに傾いている。そのために、頭部Ｒ１を下向きに傾けても胴部Ｒ２に当たりにくくなるので、頭部Ｒ１の可動角度を大きくできる。さらに、頭部Ｒ１を前方に傾けるとともに、頭部Ｒ１を下向きに傾けるので、頭部Ｒ１の可動角度をさらに大きくできる。また、直立状態から頭部Ｒ１を前方に傾けた状態までの動きは、頭を前に傾けながら顎を引くといった人間の動きに似ているので、頭部Ｒ１の動きによって人間らしさを表現することができる。
【００２５】
一方、図４の（ｃ）に示すように、頭部Ｒ１を後方に傾けた状態では、上方リンク３が後方にわずかに移動した状態で、上方リンク３が前方に対して上向きに傾いている。このように、頭部Ｒ１の位置を後方に移動させないで頭部Ｒ１を上向きに傾けるので、頭部Ｒ１が制御装置搭載部Ｒ６に当たりにくくなり、頭部Ｒ１の可動角度を大きくできる。また、頭部Ｒ１の重心が後方にずれないので、人型ロボットＲがバランスを崩して転倒することもない。さらに、直立状態から頭部Ｒ１を後方に傾けた状態までの動きは、頭の位置を変えないで、顎を上げて上方を向くといった人間の動きに似ているので、頭部Ｒ１の動きによって人間らしさを表現することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、各リンクの構造は頭部Ｒ１などに取り付けやすいように適宜変更することができる。また、モータ７の取付け位置も節６ａの位置に限られず、他の節６の位置や下方リンク２などに配置しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る頭部支持構造が適用される人型ロボットの外観図である。
【図２】本発明に係る頭部支持構造が適用される人型ロボットの上部の関節構造を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る頭部支持構造の斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態に係る頭部支持構造の動作を示した側面図のうち、直立状態を示す図であり、（ｂ）は頭部を前方に傾けた状態を示す図であり、（ｃ）は頭部を後方に傾けた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      頭部支持構造
２      下方リンク
３      上方リンク
４      第１連結リンク
５      第２連結リンク
６      節
７      モータ
Ｒ      人型ロボット
Ｒ１    頭部
Ｒ２    胴部
【図１】
2006167832.tif 000003
【図２】
2006167832.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006167832.tif 000006