(57)【要約】【課題】強度と耐久性を保ちながら、自然な動きおよび外観が可能となるロボット用の表皮構造を提供することを目的としている。【解決手段】弾性体の基材の中に、少なくとも１部分に補強材を配置したことを特徴とするロボット用薄型弾性表皮とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの表面を構成する弾性基材の内面側の少なくとも1部分に補強材を配置したことを特徴とするロボット用薄型弾性表皮。
【請求項２】
上記補強材が伸縮性のある織布、もしくは、伸縮性のある糸を用いた不織布である事を特徴とする請求項１記載のロボット用薄型弾性表皮。
【請求項３】
上記弾性基材が多層構造となっている、もしくは部位に応じて厚みに変化を持たせていることを特徴とする請求項１乃至２記載のロボット用薄型弾性表皮。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のロボット用薄型弾性表皮の内面側の少なくとも一部に、電気付加により色が変色するシートを埋め込んだことを特徴とするロボット用薄型弾性表皮。
【請求項５】
上記電気付加により色が変色するシートが、LEDシート、有機EL、電子ペーパーのいずれかであることを特徴とする請求項４記載のロボット用薄型弾性表皮。
【請求項６】
上記ロボット用薄型弾性表皮の最外層に微細な穴を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載のロボット用薄型弾性表皮。
【請求項７】
上記ロボット用薄型弾性表皮の内面側の少なくとも一部に、冷却装置を設置したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載のロボット用薄型弾性表皮。
【請求項８】
上記冷却装置がペルチェ素子であることを特徴とする請求項７に記載のロボット用薄型弾性表皮。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの表面を構成する弾性状表皮に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からロボットの表面に弾性を持った表皮を被せることはあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、強度や耐久性の理由もあり、厚みが分厚いものしか存在しない。
このような表皮はいわゆる「アンドロイド」と呼ばれる人型ロボットに使用されることが多いが、厚みが分厚いため、例えば、顔面に使用した場合、表情が乏しくなり、人が見た際に違和感を生じる原因となっている。
【０００４】
その他、例えば手になどに使用した場合は、表皮が変形しにくくなるため、指を動かすサーボに大きな出力のものが必要になるなどの課題があった。
【０００５】
将来、ロボットの存在がますます人に近くなることが考えられるため、コミュニケーションのための表情を豊かにし、きめ細やかで省エネルギーの動作ができるロボット構造が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する為、本発明の請求項１に記載のロボット用薄型弾性表皮は、ロボットの表面を構成する弾性基材の内面側の少なくとも1部分に補強材を配置したことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、補強材により、強度や耐久性を確保できるため、表皮を薄型に構成できる。
これにより、表情が豊かなロボットや、きめ細やかに動くロボットが実現可能となる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記補強材が伸縮性のある織布、もしくは、伸縮性のある糸を用いた不織布である事を特徴とする。
【０００９】
この構成によると、ロボットの動作により、補強材が配置した場所が伸ばされた場合でも、表皮が追従できるため、強度と耐久性を保ちながら、自然な表現が可能となる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記弾性基材が多層構造となっている、もしくは部位に応じて厚みに変化を持たせていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、表皮を多層構造とし、基材の固さを変更することで、人間でいう皮膚の下の筋肉や脂肪の質感を再現できる。
【００１２】
例えば、人間でいうと頬のような皮膚の下に筋肉が存在する部位において、表皮の下に、筋肉を模した固めの層を構成することで、触感や外観をより人間に近い状態を再現できるほか、眉間のような場所は表皮のみで薄く保つことにより、しわの出かたなどをより自然に近い状態で再現できる。
【００１３】
また、筋肉の場所を固めの基材で製作することで、筋肉の代わりとなるサーボの取付けなどを容易に行うことができる。
【００１４】
また、多層構造とせず、厚みを変化させた構成とすることで、上記の特徴を持った表皮構造を容易に製造できる。
【００１５】
本発明の請求項４に記載のロボット用薄型弾性表皮は、請求項１乃至３記載のロボット用薄型弾性表皮の内面側の少なくとも一部に、電気付加により色が変色するシート（いわゆる電子ペーパー）を埋め込んだことを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、シートの変色により、表皮の表面の色を変化させることができ、例えば、この構造を顔に使った場合には、状況によって顔色を変えるなど豊かな表情を再現できる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記電気付加により色が変色するシートが、LEDシート、有機EL、電子ペーパーのいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、LEDで変色シートを構成すると安価に実現できる。
有機ELで変色シートを構成すると、ムラのない色彩が低電力で実現可能となる。
電子ペーパーで変色シートを構成すると、ムラのない色彩が極低電力で実現ができ、電子ペーパーは自らが発光しないため、暗所でも目立たず、自然な表面色を実現できる。
【００１９】
本発明の請求項６に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記ロボット用薄型弾性表皮の最外層に微細な穴を設けたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、微細な穴から水を染みださせることにより、汗を再現できる。
【００２１】
本発明の請求項７に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記ロボット用薄型弾性表皮の内面側の少なくとも一部に、冷却装置を設置したことを特徴とする。
【００２２】
この構成によると、冷却装置を作動させ、表皮の温度を低下させることにより、結露を発生させ、汗を再現させることができる。
【００２３】
本発明の請求項４に記載のロボット用薄型弾性表皮は、上記冷却装置がペルチェ素子であることを特徴とする。
【００２４】
この構成によると、冷却装置を小型化できるため、表皮内部に設置しやすくなる。
【発明の効果】
【００２５】
上記構成のロボット用薄型弾性表皮では、表皮を構成する基材の中に補強材を配置することにより、耐久性があり薄型に表皮を作成できるため、より自然な動きおよび表情を実現でき、ロボットと人とのコミュニケーションを取りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】補強材入り弾性基材をロボットの頭部に適用した部分断面斜視図
【図２】多層構造に構成したロボット用薄型弾性表皮を、ロボットの頭部に適用した状態を示す部分断面斜視図
【図３】サーボによって、表情を変化させた状態を示すロボット頭部の部分断面斜視図
【図４】表皮構造の裏に変色シートを配置した状態を示すロボット頭部の部分断面斜視図
【図５】微細な穴を設けた表皮構造を示した状態を示すロボット頭部の部分断面斜視図
【図６】表皮の裏に、冷却装置を設置した状態を示すロボット頭部の部分断面斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態について図を参照して説明する。
図1は補強材入り弾性基材をロボットの頭部に適用した部分断面斜視図である。
【００２８】
同図に示すように、本発明のロボット用薄型弾性表皮は、ロボットの骨格となるフレーム１の外側に位置し、弾性体の基材２の中に、補強材３を配置して構成されている。
弾性体の基材２はシリコンやウレタン樹脂が考えられるが一般的ではあるが、これに限定するものではない。
補強材は織布、もしくは不織布の形態が考えられ、素材は樹脂であれば、ポリプロピレン、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリウレタンなどが考えられる。樹脂以外の繊維であれば、カーボン、絹、綿などが考えられるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
このようにすると、表皮が引っ張られるなどして、弾性体の基材２に力がかかった際、補強材３にも力が分担されるため、表皮としての強度と耐久性が向上する。
特に強度が要求される部位には、カーボンやアラミド繊維が適している。
また、伸縮性を要求される部位にはナイロンやポリエステルから製作した伸縮性の糸を使用し、補強材にも伸縮性を持たせることが考えられる。補強材に伸縮性を持たせることにより、多くの可動部分に適用できるようになる。
【００３０】
図２は多層構造に構成したロボット用薄型弾性表皮を、ロボットの頭部に適用した状態を示す部分断面斜視図である。
同図では弾性体の基材２が、最外部に位置する第一層４と第二層５に分かれており、第二層５には表皮を動かすためのサーボ６のリンケージ７が接続されている。
【００３１】
このようにすると、例えば第二層５の固さを柔らかくすることで、人間でいう皮膚の下の脂肪や、第二層５の固さを固くすることで筋肉の質感を再現できる。
【００３２】
また、層の数は、例えば第一層４の下に、脂肪を模した第二層を配置し、その下に筋肉を模した第三層を配置するなどしてもよく、ここでは特に限定はしない。
【００３３】
また、第一層４と第二層５の材質は、同一のものを使用してもよいし、変更してもよいため、ここでは限定しない。
【００３４】
このようにすると、触感や外観をより人間に近い状態を再現できる。
【００３５】
さらに、例えば目じりのような場所では第二層５を設けず、第一層４のみで薄く保つようにすると、サーボ６などで表皮を動かした際の、しわの出かたなどをより自然に近い状態で再現できる。
【００３６】
図３は第二層５に取り付けたリンケージ７を動かし、表情を変化させた状態を示すロボット頭部の部分断面斜視図である。
同図ではサーボ６を操作させ、頬の筋肉を模した第二層５とリンケージ７を上方向に移動させている。
【００３７】
その結果、頬を模した第二層５が盛り上がり、第二層５に押された第一層の目じりの部分にしわが発生し、笑じわを再現しているほか、口の端も引き上げられ、自然な笑顔が再現できている。
【００３８】
また、上記のような、多層構造ではなく、厚みを変化させた構成とすることで、上記の特徴を容易に製造できる。              
【００３９】
図４は表皮構造の裏もしくは内側に変色シート８を配置した場合のロボット頭部の部分断面斜視図である。
図４-（a）では基材２の裏側に変色シート８を配置し、図４-（b）では第一層４と第二層５の間に変色シート８を配置している。変色シート８はシート制御器９に接続されており、シート制御器９からの出力により、シート６の色調を変更する。
【００４０】
前記変色シート８は、薄さや柔軟性、消費電力の観点からLEDシート、有機EL、電子ペーパーのいずれかが好ましいと考える。
それぞれ、変色シート８をLEDで構成すると安価に実現できる。
変色シート８を有機ELで構成すると、ムラのない色彩を低電力で実現できる。アンドロイドは電池駆動となる可能性も高いため、消費電力が少ないシステムが望ましい。
変色シート８を電子ペーパーで構成すると、ムラのない色彩が極低電力で実現ができるほか、電子ペーパーは自らが発光しないため、暗所でも目立たず、自然な表面色を実現できる。
【００４１】
図５は表皮に微細な穴を設けた表皮構造を示した、アンドロイド頭部の部分断面斜視図である。
表皮の基材２に、基材２を貫通する穴１０が設けられている。穴１０の奥には液溜まり１１と加圧器１２が設置されている。
【００４２】
このようにすると、基材２に設けた穴１０から水を染みださせることにより、汗を再現できる。
【００４３】
上記の穴１０は表皮の成型時に、穴１０を設ける場所の基材に塩を混ぜ成形後に塩を溶かす方法、レーザーで穴を開ける方法などが考えられるが、穴を設ける方法はこれに限定するものではない。
【００４４】
図６は表皮の裏もしくは内側に、冷却装置１３を設置した表皮構造を示すロボット頭部の部分断面斜視図である。
同図では基材２の裏側に冷却装置１３を配置している。冷却装置１３は冷却装置制御器１４に接続されており、状況に応じて冷却装置制御器１４からの出力により、冷却装置１３を稼働させる。
【００４５】
このようにすると、冷却装置１３を作動させ、表皮の温度を低下させることにより、結露を発生させ、汗を再現することができる。
【００４６】
上記冷却装置１３は特にペルチェ素子が、薄型かつ可動部分がないため、簡単な構成で実現できるため、適していると考えられる。
【実施例】
【００４７】
図３および４を用いて、上記構成のロボット用薄型弾性表皮の実施例を説明する。
発明のロボット用薄型弾性表皮は、ロボットの骨格となるフレーム１の外側に位置し、弾性体の基材２の中に、補強材３を配置して構成されている。
また、この基材２は、最外部に位置する第一層４と第二層５に分かれており、第二層５には表皮を動かすためのサーボ６のリンケージ７が接続されている。
【００４８】
図中では、リンケージ７は頬の筋肉を模した第二層５に接続されており、例ロボットを笑った表情にしたいときは、サーボ６によって、リンケージ７を上方向に移動させる。
その結果、頬を模した第二層５が盛り上がり、第二層５に押された第一層の目じりの部分にしわが発生し、笑じわを再現しているほか、口の端も引き上げられ、自然な笑顔が再現できる。
【００４９】
さらに、例えば目じりのような場所では第二層５を設けず、第一層４のみで表皮全体の厚みを薄く保つようにすると、サーボ６などで表皮を動かした際の、しわの出かたなどをより自然に近い状態で再現できる。
【００５０】
次に、図４を用いて、顔色を変化する流れについて説明する
顔色を変える時は、シート制御器９から、変色シート８に対して、変色の信号を出す。
通常の変色シート８、およびフレーム１の色を「白」とし、基材２の色を変色シート８およびフレーム１の白が後ろに来た際に、肌色に見えるようあらかじめ着色しておき、シート制御器９の信号で、変色シート８を赤色に変色させることにより、赤面した状態を作りだし、よりきめ細やかな表情を実現する。
【００５１】
次に、図５を用いて、汗を表現する流れについて説明する。
汗を表現する時は、加圧器１２を作動させ、水などの液体が入っている液溜まり１１を加圧する。
すると、液溜まり１１につながっている。穴１０を通じて、液体が基材２の表面まで送り出され、汗を表現する。
【００５２】
次に、図６を用いて、汗を表現するもう一例の流れについて説明する。
汗を表現する時は、冷却装置制御器１４から冷却装置１３に信号を送ることにより、冷却装置１３を作動させる。
冷却装置がペルチェ素子の場合は電圧を付加してもよい。
すると、冷却装置１３により、基材２の表面温度が低下し、結露により基材2の表面に水滴が発生し、これにより、汗を表現する。
【符号の説明】
【００５３】
フレーム１
基材２
補強材３
第一層４
第二層５
サーボ６
リンケージ７
変色シート８
シート制御器９
穴１０
液溜まり１１
加圧器１２
冷却装置１３
冷却装置制御器１４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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