(57)【要約】【課題】状況に応じた多彩な表情を実現することができる。【解決手段】ロボット頭部Ｈの前面左右位置に設けた開口Ｈ１内に眼球部材１と瞼部材２が各一対設けてある。眼球部材１は球面体をなし、当該球面体の中心を通って上下方向へ延びる第１軸線回りと当該第１軸線に直交する面内で上記中心を通って左右方向へ延びる第２軸線回りとに回動可能に設けられている。瞼部材２は眼球部材１よりも大径の中空球面体でかつ眼球部材１の前面の少なくとも一部を覆う大きさを有してこれと同心に配され、上記中心を通って前後方向へ延びる第３軸線回りと当該第３軸線に直交する面内で上記中心を通って延びる第４軸線回りとに回動可能に設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面体をなし、当該球面体の中心を通って上下方向へ延びる第１軸線回りと当該第１軸線に直交する面内で前記中心を通って左右方向へ延びる第２軸線回りとに回動可能に設けられた眼球部材と、前記眼球部材よりも大径の中空球面体でかつ前記眼球部材の前面の少なくとも一部を覆う大きさを有してこれと同心に配され、前記中心を通って前後方向へ延びる第３軸線回りと当該第３軸線に直交する面内で前記中心を通って延びる第４軸線回りとに回動可能に設けられた瞼部材と、前記眼球部材を前記第１軸線および第２軸線回りに回動させるとともに、前記瞼部材を前記第３軸線および第４軸線回りに回動させる駆動手段とを具備する表情変化装置。
【請求項２】
前記眼球部材および瞼部材の各一対をロボット頭部の前面左右位置に設けた開口内にそれぞれ位置させ、前記眼球部材および瞼部材の膨出する球面を各開口より前方へ露出させた請求項１に記載の表情変化装置。
【請求項３】
前記眼球部材は後部が欠けた中空の球面体で、前記第１軸線に一致させて設けた支持部材によって第１軸線回りに回動可能に支持されており、前記支持部材は前記中心位置で前記第２軸線回りに屈曲可能となっている請求項１又は２に記載の表情変化装置。
【請求項４】
前記瞼部材は前記第４軸線に一致させてその側面に設けた軸体が、前記第３軸線に一致させて設けた回転軸の外周から延びる支持部材によって回転可能に保持されている請求項１ないし３のいずれかに記載の表情変化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表情変化装置に関し、特に会話型ロボットの頭部等に内設するのに適した表情変化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表情変化装置として特許文献１には、モータによって二つの眼球体を左右に同期させて動かすとともに眉毛体を上下に回動させて種々の表情を現出させるようにしたものが提案されている。また特許文献２には、マグネットとコイルによって左右の眼球を独立に回動させるようにしたものが示されている。
【特許文献１】特開２００１−２３９０６８
【特許文献２】特開２０００−２９６２７６
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記各特許文献に記載の表情変化装置では、未だ充分に多彩な表情を実現できないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、状況に応じた多彩な表情を実現することができる表情変化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、球面体をなし、当該球面体の中心を通って上下方向へ延びる第１軸線（Ｌ１）回りと当該第１軸線（Ｌ１）に直交する面内で上記中心を通って左右方向へ延びる第２軸線（Ｌ２）回りとに回動可能に設けられた眼球部材（１）と、眼球部材（１）よりも大径の中空球面体でかつ眼球部材（１）の前面の少なくとも一部を覆う大きさを有してこれと同心に配され、上記中心を通って前後方向へ延びる第３軸線（Ｌ３）回りと当該第３軸線（Ｌ３）に直交する面内で上記中心を通って延びる第４軸線（Ｌ４）回りとに回動可能に設けられた瞼部材（２）と、眼球部材（１）を第１軸線（Ｌ１）および第２軸線（Ｌ２）回りに回動させるとともに、瞼部材（２）を第３軸線（Ｌ３）および第４軸線（Ｌ４）回りに回動させる駆動手段（５３，５４，５５，５６）とを具備している。
【０００６】
なお、眼球部材（１）および瞼部材（２）は各一対をロボット頭部（Ｈ）の前面左右位置に設けた開口（Ｈ１）内にそれぞれ位置させて、眼球部材（１）および瞼部材（２）の膨出する球面が各開口（Ｈ１）より前方へ露出するようにできる。
【０００７】
ここで、眼球部材（１）を後部が欠けた中空の球面体として、第１軸線（Ｌ１）に一致させて設けた支持部材（３４）によって第１軸線（Ｌ１）回りに回動可能に支持させ、かつ支持部材（３４）を、上記中心位置で第２軸線（Ｌ２）回りに屈曲可能とした構造を採用することができる。
【０００８】
さらにここで、瞼部材（２）の、第４軸線（Ｌ４）に一致させてその側面に設けた軸体（２１）を、第３軸線（Ｌ３）に一致させて設けた回転軸（６４）の外周から延びる支持部材（５７，５９）によって回転可能に保持する構造を採用することができる。
【０００９】
本発明においては、眼球部材（１）が、その球面体の中心を通って左右方向へ延びる軸線（Ｌ２）回りに前後方向の所定角度位置へピッチ回動させられるとともに、ピッチ回動させられた状態で軸線（Ｌ１）回りに左右方向の所定角度位置へヨー回動させられる。また、瞼部材（２）は、軸線（Ｌ３）回りに所定角度位置へロール回動させられるとともに、ロール回動させられた状態で軸線（Ｌ４）回りに所定角度位置へピッチ回動させられる。このようにして、眼球部材（１）を適宜位置へピッチないしヨー回動させ、これと独立に瞼部材（２）を適宜位置へロールないしピッチ回動させることで、多彩な表情を実現することができる。
【００１０】
なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の表情変化装置を備えた会話型ロボットの頭部Ｈを示す。ロボット頭部Ｈは半透明材よりなる略半球面体で、その前面左右位置に円形開口Ｈ１が設けられて、これら開口Ｈ１内に円形の眼球部材１が位置するとともに、図１では各眼球部材１の上半を覆うように各開口Ｈ１内に瞼部材２が位置している。
【００１２】
ロボット頭部Ｈは図２に示すようにその半球面体が前方（図２の左方）へ傾斜した姿勢で図略のロボット胴体に結合されている。すなわち、ロボット頭部Ｈ内には図２に示す状態で略水平に基板３が位置しており、基板３は図３に示すように左右の両端３１，３２が頭部Ｈの内面に結合されている。基板３は、垂直壁４１（図２）と水平壁４２を有するＬ字形のブラケット板４に結合されており、傾斜姿勢のブラケット板４の水平壁４２下面には筒状の支軸４３が突設されて斜め後方へ向いている。支軸４３は外周のベアリング４３１を介して筒状軸受け部材４４に回転可能に支持されている。軸受け部材４４は左右方向へ延びる支持板４５（図３）上の中央に設けられており、支持板４５がロボット胴体に固定される。このような構造により、ロボット頭部Ｈはブラケット４および基板３を介して、傾斜した支軸４３を中心に旋回可能である。
【００１３】
軸受け部材４４の外周には円形の歯車板４６が装着されており、この歯車板４６の外周に小型歯車４７（図４）が噛合している。小型歯車４７はブラケット板４の水平壁４２に上下方向へ設けたモータ５１（図３）の出力軸に装着されており、モータ５１を正逆転させると、ロボット頭部Ｈは支軸４３を中心に左右方向へ旋回させられる。
【００１４】
図３において、ブラケット板４の垂直壁４１とこれと対向するように水平壁４２上に形成された立壁４２１との間にはベアリングを介して回転軸４８が架設されている。回転軸４８は上記支軸４３の中心延長線上を横断するように位置し、これに上記基板３が固定されるとともに、回転軸４８の一端には四分円形の歯車板４９（図５）が装着されている。歯車板４９の外周には小型歯車５２１が噛合している。小型歯車５２１はブラケット板４の垂直壁４１に設けたモータ５２（図３）の出力軸に装着されており、モータ５２を正逆転させると、基板３すなわちロボット頭部Ｈは回転軸４８を中心に上下方向へ旋回させられる。
【００１５】
図３、図４に示すように、左右の眼球部材１は後部（図３の上方）が欠けた中空の球面体で、ロボット頭部Ｈの開口Ｈ１からその膨出する球面が突出している。各眼球部材１内には基板３の一部が進入しており、進入部３３の先端板面には支持部材３４（図２）が立設されている。支持部材３４は図６に示すように外側に位置する枠体Ｆｒと、枠体Ｆｒの中心を上下に貫通する軸体Ａｘとで構成されている。枠体Ｆｒは八字状の枠片３４１，３４２を上下に対称に配したもので、下側枠片３４２が進入部３３の板面上に固定されるとともに、下側枠体３４２と上側枠体３４１とは眼球部材１の球面体の中心を通って左右方向へ延びる軸線Ｌ２上で互いに屈曲可能に結合されている。また、軸体Ａｘは上下の枠片３４１，３４２中央を自転可能に貫通する上下の軸片３４３，３４４よりなり、これら軸片３４３，３４４は上記軸線Ｌ２上でユニバーサルジョイント構造によって互いに屈曲可能に結合されている。上側軸片３４３は、眼球部材１の球面体の中心を通って上記軸線Ｌ２に直交して上下方向へ延びる軸線Ｌ１に一致して位置し、その上端に眼球部材１の球面体頂部の内面が固着されている。
【００１６】
上側枠体３４１の、下側枠体３４２との結合部より下方へ延びる脚部３４５には、リンクアーム６１の先端が回動可能に結合されている。リンクアーム６１は基板３の進入部３３に沿ってその上方を延び（図３）、リンクアーム６１の基端は基板３上に設けたサーボモータ５３の出力軸外周に回動可能に結合されている（図２）。また、下側軸片３４４の下端は一部が側方へ突出させてあり、この突出部３４６にリンクアーム６２の先端が回動可能に結合されている。リンクアーム６２は基板３の進入部３３に沿ってその下方を延び（図４）、リンクアーム６２の基端は基板３の下面に設けたサーボモータ５４の出力軸外周に回動可能に結合されている。
【００１７】
このような構造により、サーボモータ５３を所定角度回転作動させると、リンクアーム６１を介して上側枠片３４１が下側枠片３４２に対して屈曲し、この時同時に上側軸片３４３も一体に屈曲して、眼球部材１が、その球面体の中心を通って左右方向へ延びる軸線Ｌ２回りに前後方向の所定角度位置へピッチ回動させられる。この状態でサーボモータ５４を所定角度回転作動させると、リンクアーム６２を介して上下の軸片３４３，３４４が屈曲状態で自転させられて、眼球部材１が、前後方向へ傾動させられた上記軸線Ｌ１回りに左右方向の所定角度位置へヨー回動させられる。
【００１８】
各瞼部材２は図７、図８に示すように、後部（図８の右方）が欠けた中空の半球面体で、眼球部材１の球面体よりも大径でその表面の上半を覆って眼球部材１と同心に配設されている。瞼部材２はその側面に水平に突設したピン体２１が、後上方より至った支持アーム５７の先端に回動自在に保持されて、上記水平姿勢に保持されている。なお、ピン体２１は瞼部材２の半球面体の中心（眼球部材１の球面体の中心）を通って左右方向へ延びる軸線Ｌ４に一致している。
【００１９】
支持アーム５７の基端は後上方で水平に屈曲して支持基体５８（図８）に至っており、支持基体５８は旋回アーム５９の先端に固定されている。旋回アーム５９の基端には、基板３上の軸受け部材６３に支持された回転軸６４が貫通固定されるとともに、サーボモータ５５の出力軸端面が結合されている。モータ出力軸は眼球部材１の球面体の中心を通って前後方向（図８の左右方向）へ延びる軸線Ｌ３に一致しており、サーボモータ５５を所定角度回転作動させると、旋回アーム５９から支持基体５８、支持アーム５７を介して瞼部材２が、上記軸線Ｌ３回りに所定角度位置へロール回動させられる。その一例を図９に示し、本図では向かって左側の瞼部材２が軸線Ｌ３回りに水平から時計方向へ回動させられ、右側の瞼部材２が軸線Ｌ３回りに水平から反時計方向へ回動させられている。
【００２０】
図８において、上記支持基体５８にはサーボモータ５６が設けてあり、その出力軸外周と上記ピン体２１周囲の瞼部材２側面とに両端が回動可能に結合されてリンクアーム６５が設けてある。これにより、サーボモータ５６を所定角度回転作動させると、リンクアーム６５を介して瞼部材２が、その半球面体の中心を通って左右方向へ延びる上記軸線Ｌ４回りに所定角度位置へピッチ回動させられる。その一例を図１０に示し、本図では瞼部材が軸線Ｌ４回りに水平から下方へ回動させられている。
【００２１】
図１１には表情変化装置の電気系ブロック図を示す。図１１において、ロボット胴体に設けられたＣＣＤカメラ７１およびマイク７２によって外界の映像情報および音声情報を取得したコンピュータ７３は、当該外界の状況に応じて、サーボモータ５３，５４を適当に作動させることによって、眼球部材１を図１の状態から例えば図１２（Ａ）〜（Ｃ）で示す状態へ動かし、また、サーボモータ５５，５６を適当に作動させることによって、瞼部材２を図１の状態から例えば図１３（Ａ），（Ｂ）に示す状態へ動かす。これにより、外界からの刺激に応じてロボット頭部Ｈの表情を好適に種々変化させることができる。なお、この際同時に、スピーカ７４を介して最適な音声出力を発するとともに、ロボット頭部Ｈ内の「口」領域や左右の「耳」領域等に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）７５（図１）を適宜選択点灯させると、より効果的である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の表情変化装置によれば、眼球部材と瞼部材を設けてこれらを独立駆動することにより、状況に応じた多彩な表情を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す、ロボット頭部の斜視図である。
【図２】ロボット頭部を一方から見た垂直断面図である。
【図３】ロボット頭部を上方から見た水平断面図である。
【図４】ロボット頭部を下方から見た水平断面図である。
【図５】ロボット頭部を他方から見た垂直断面図である。
【図６】左右の眼球部材を後方から見た半部断面図である。
【図７】左右の瞼部材の正面図である。
【図８】瞼部材の駆動機構を示す部分断面側面図である。
【図９】左右の瞼部材の正面図である。
【図１０】瞼部材の駆動機構を示す部分断面側面図である。
【図１１】表情変化装置の電気系ブロック図である。
【図１２】ロボット頭部の表情変化を示す斜視図である。
【図１３】ロボット頭部の表情変化を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…眼球部材、２…瞼部材、２１…ピン体、３４…支持部材、５３，５４，５５，５６…サーボモータ、５７…支持アーム、５９…旋回アーム、６４…回転軸、Ｈ…ロボット頭部、Ｈ１…開口、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…軸線。
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年6月14日(2004.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
球面体をなし、当該球面体の中心を通って上下方向へ延びる第１軸線回りと当該第１軸線に直交する面内で前記中心を通って左右方向へ延びる第２軸線回りとに回動可能に設けられた眼球部材と、前記眼球部材よりも大径の中空球面体でかつ前記眼球部材の前面の少なくとも一部を覆う大きさを有してこれと同心に配され、前記中心を通って前後方向へ延びる第３軸線回りと当該第３軸線に直交する面内で前記中心を通って延びる第４軸線回りとに回動可能に設けられた瞼部材と、前記眼球部材を前記第1軸線および第２軸線回りに回動させるとともに、前記瞼部材を前記眼球部材とは独立に前記第３軸線および第４軸線回りに回動させる駆動手段とを具備する表情変化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、球面体をなし、当該球面体の中心を通って上下方向へ延びる第１軸線（Ｌ１）回りと当該第１軸線（Ｌ１）に直交する面内で上記中心を通って左右方向へ延びる第２軸線（Ｌ２）回りとに回動可能に設けられた眼球部材（１）と、眼球部材（１）よりも大径の中空球面体でかつ眼球部材（１）の前面の少なくとも一部を覆う大きさを有してこれと同心に配され、上記中心を通って前後方向へ延びる第３軸線（Ｌ３）回りと当該第３軸線（Ｌ３）に直交する面内で上記中心を通って延びる第４軸線（Ｌ４）回りとに回動可能に設けられた瞼部材（２）と、眼球部材（１）を第1軸線（Ｌ１）および第２軸線（Ｌ２）回りに回動させるとともに、瞼部材（２）を眼球部材（１）とは独立に第３軸線（Ｌ３）および第４軸線（Ｌ４）回りに回動させる駆動手段（５３，５４，５５，５６）とを具備している。