(57)【要約】【課題】胴体に対して頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りの２自由度を持つ頭部を有するとともに、各関節軸回りに頭部を動作させたときに内部構造を隠蔽する。【解決手段】首ピッチ軸の高さを頭部ロール軸よりも低く設定する。また、球形状の外装は、首ピッチ軸とは平行であるが、首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能に支持されている。球形状の外装は、上記回転軸回りに支持された複数の連結カバーからなる。首ピッチ軸回りの頭部の動作に追従して連結カバーが開閉することによって、頭部の開口を塞ぐ。首部の首ピッチ軸回り±６０度程度の可動範囲を確保するために頭部を切り取る面積が小さくて済む。【選択図】  図９
2013013978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体及び首部と、
前記首部に対し、首ピッチ軸回り及び頭部ロール軸回りの自由度を以って連結される頭部と、
を具備し、
前記首ピッチ軸と前頭部ロール軸は前記首ピッチ軸が下方に配置されたねじれの位置関係にあり、
前記頭部は、前記首部を貫挿する開口部を有する、
ロボット装置。
【請求項２】
前記首部は、前記頭部ロール軸回りに±１０度程度、前記首ピッチ軸回りに±６０度程度の可動範囲を有する、
請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記首部の前記首ピッチ軸回り及び前記頭部ロール軸回りの動作に追従しながら、前記開口部を覆う外装をさらに備える、
請求項１に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記外装は、前記頭部内に収容されるほぼ球形状からなる、
請求項３に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能に支持されている、
請求項３に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能にそれぞれ支持され、半径が段階的に変化したほぼ球面状の複数のカバーからなる、
請求項３に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記外装は、前記首部の前記首ピッチ軸の回転位置に応じて、各カバー間の距離を伸縮させる、
請求項６に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記ロボット装置の位置を移動させる移動部をさらに備える、
請求項１に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、脚式又は車輪移動式の移動手段を備えたヒト型のロボット装置に係り、特に、胴体に対して自由度を持つ頭部を有するロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、脚式又は車輪移動式の移動手段を備えたヒト型のロボットの開発が行なわれている。急激な高齢化社会の到来により、高齢者介護施設や高齢者を抱える家庭を中心として、家事や介護を人に代行することを目的としたロボット装置への要求が高まっている。
【０００３】
ヒト型のロボット装置の多くは、胴体に対して自由度を持つ頭部を備えている（例えば、特許文献１、２を参照のこと）。頭部が備えるべき自由度として、例えば、頭部を左右に振る頭部ロール軸回りの回転自由度と（図３Ａを参照のこと）、頭部を前後方向に振る（お辞儀する、仰け反る）首ピッチ軸回りの回転自由度を（図３Ｂを参照のこと）、挙げることができる。
【０００４】
ヒト型のロボット装置がヒトとほぼ同じ動きを有することを設計仕様とするならば、頭部ロール軸回りに±１０度程度、首ピッチ軸回りに±６０度程度の可動範囲を持つことが好ましいと考えられる。
【０００５】
他方、ロボット装置の各関節部位においては、可動角を確保しながら機体の内部構造を隠蔽する必要がある。何故ならば、駆動時に機体の外殻の隙間が生じると、ユーザの指の挟み込みや、隙間からの異物混入による故障の原因となりかねないからである。
【０００６】
例えば、関節軸回りに回転可能に取り付けられ、関節軸の駆動に伴って回動することによって内部構造を隠蔽し続ける連結カバーを備えたロボット装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【０００７】
内部構造を隠蔽しなければならない部位における関節自由度が１自由度であれば、上記のように連結カバーを用いて比較的容易に内部構造の隠蔽を実現することができる。
【０００８】
上記のように、頭部が胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回りと前後方向に振る首ピッチ軸回りの合計２自由度を有する場合、内部構造の隠蔽を実現するのは困難になる。例えば、頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りのうちいずれか一方の関節軸回りに回転自由度を適合させた連結カバーでは、他方の関節軸回りの頭部を動作させたときにも内部構造の隠蔽を実現するのは難しい。また、首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ頭部を回転させると、かなりの傾斜となることからも、内部構造の隠蔽を実現するのは難しい。
【０００９】
例えば、首ピッチ軸回りの関節軸を胴体側に、頭部ロール軸回りの関節軸を頭部側に、２自由度を分散して配置することによって（例えば、特許文献４を参照のこと）、内部構造の隠蔽を実現するのが容易になると思料される。しかしながら、よりヒトに近い頭部動作を実現するには、頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りの両方の関節自由度を頭部内に配置することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２６９１０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８４７１号公報
【特許文献３】特許第４２３２３７６号公報
【特許文献４】特許第３９５６４１４号公報、段落００２４〜００２５、図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本明細書で開示する技術の目的は、胴体に対して頭部を左右に振る頭部ロール軸回りの回転自由度及び頭部を前後方向に振る首ピッチ軸回りの回転自由度を持つ頭部を有する、優れたヒト型のロボット装置を提供することにある。
【００１２】
本明細書で開示する技術のさらなる目的は、胴体に対して頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りの２自由度を持つ頭部を有するとともに、各関節軸回りに頭部を動作させたときに内部構造を隠蔽することができる、優れたロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の技術は、
胴体及び首部と、
前記首部に対し、首ピッチ軸回り及び頭部ロール軸回りの自由度を以って連結される頭部と、
を具備し、
前記首ピッチ軸と前頭部ロール軸は前記首ピッチ軸が下方に配置されたねじれの位置関係にあり、
前記頭部は、前記首部を貫挿する開口部を有する、
ロボット装置である。
【００１４】
本願の請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載のロボット装置の首部は、前記頭部ロール軸回りに±１０度程度、前記首ピッチ軸回りに±６０度程度の可動範囲を有している。
【００１５】
本願の請求項３に記載の技術によれば、請求項１に記載のロボット装置は、首部の前記首ピッチ軸回り及び前記頭部ロール軸回りの動作に追従しながら、前記開口部を覆う外装をさらに備えている。
【００１６】
本願の請求項４に記載の技術によれば、請求項３に記載のロボット装置の外装は、前記頭部内に収容されるほぼ球形状からなる。
【００１７】
本願の請求項５に記載の技術によれば、請求項３に記載のロボット装置の外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能に支持されている。
【００１８】
本願の請求項６に記載の技術によれば、請求項３に記載のロボット装置の外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能にそれぞれ支持され、半径が段階的に変化したほぼ球面状の複数のカバーからなる。
【００１９】
本願の請求項７に記載の技術によれば、請求項６に記載のロボット装置の外装は、前記首部の前記首ピッチ軸の回転位置に応じて、各カバー間の距離を伸縮させるように構成されている。
【００２０】
本願の請求項８に記載の技術によれば、請求項１に記載のロボット装置は、ロボット装置の位置を移動させる移動部をさらに備えている。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書で開示する技術によれば、胴体に対して頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りの２自由度を持つ頭部を有するとともに、各関節軸回りに頭部を動作させたときに内部構造を隠蔽することができる、優れたロボット装置を提供することができる。
【００２２】
本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本明細書で開示する技術を適用可能なロボット装置１００の外観を示した図である。
【図２】図２は、ロボット装置１００の関節自由度構成を模式的に示した図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ロボット装置１００の頭部の胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回り動作を示した図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ロボット装置１００の頭部の前後方向に振る首ピッチ軸回りと胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回り動作を示した図である。
【図４】図４は、頭部と首部の接合部分を覆う球形状の外装に対して、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を示した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、球形状の外装を、頭部の内部に完全に収容させずに、外装の下面を露出させる構成例を模式的に示した図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、球形状の外装を頭部の内部に完全に収容させる構成例を模式的に示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａに示した構成例において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を模式的に示した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５Ｂに示した構成例において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を模式的に示した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図５Ａに示した球形状の外装の収容位置において、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する可動範囲を示した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図５Ｂに示した球形状の外装の収容位置において、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する可動範囲を示した図である。
【図８】図８は、頭部ロール軸よりも低い位置に首ピッチ軸の高さを設定したときの、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する可動範囲を示した図である。
【図９】図９は、首ピッチ軸の高さを頭部ロール軸よりも低く設定した構成において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は、頭部内に首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１と頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２を配置した様子を示した図である。
【図１１】図１１は、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１と頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２が球形状の外装内で互いの出力軸がねじれの位置関係となるように配設されている様子を示した図である。
【図１２】図１２は、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１が頭部を前方に振ったとき（お辞儀したとき）の様子を、側面から示した図である。
【図１３】図１３は、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１が頭部を後方に振ったとき（仰け反るとき）の様子を、側面から示した図である。
【図１４】図１４は、首部ピッチ軸の回転位置毎の首部を貫挿させるための球形状の外装の穴の大きさの変化を示した図である。
【図１５】図１５は、球形状の外装が第１乃至第４のカバーで構成される例を示した図である。
【図１６】図１６は、首ピッチ軸の回転位置が０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装を斜め下方から眺めた様子を示した図である。
【図１７】図１７は、首ピッチ軸の回転位置が０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装が頭部内に収容されている様子を示した図である。
【図１８】図１８は、首ピッチ軸の回転位置が−６０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装を側面から眺めた様子を示した図である。
【図１９】図１９は、首ピッチ軸の回転位置が−６０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装を斜め下方から眺めた様子を示した図である。
【図２０】図２０は、首ピッチ軸の回転位置が−６０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装が頭部内に収容されている様子を示した図である。
【図２１】図２１は、首ピッチ軸の回転位置が＋３０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装を側面から眺めた様子を示した図である。
【図２２】図２２は、首ピッチ軸の回転位置が＋３０度のときの第１乃至第４のカバーからなる外装が頭部内に収容されている様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１には、本明細書で開示する技術を適用可能なロボット装置１００の外観を示している。ロボット装置１００は、複数のリンクを関節で接続されたリンク構造体であり、各関節はアクチュエーターによって動作する。図２には、このロボット装置１００の関節自由度構成を模式的に示している。図示のロボット装置１００は、主に家庭環境に設置されて家事や介護などを行なうが、産業用などさまざまな用途で使用することも可能である。
【００２６】
図示のロボット装置１００は、移動手段として、ベース部に対向する２輪の駆動輪１０１Ｒ及び１０１Ｌを備えている。各駆動輪１０１Ｒ及び１０１Ｌは、それぞれピッチ回りに回転する駆動輪用アクチュエーター１０２Ｒ及び１０２Ｌによって駆動する。なお、図２中において、参照番号１５１、１５２、１５３は、実在しない劣駆動関節であり、ロボット装置１００の床面に対するＸ方向（前後方向）の並進自由度、Ｙ方向（左右方向）の並進自由度、並びに、ヨー回りの回転自由度にそれぞれ相当し、ロボット装置１００が仮想世界を動き回ることを表現したものである。
【００２７】
移動手段は、腰関節を介して上体に接続される。腰関節は、ピッチ回りに回転する腰関節ピッチ軸アクチュエーター１０３によって駆動する。上体は、左右２肢の腕部と、首関節を介して接続される頭部で構成される。左右の腕部は、それぞれ肩関節３自由度、肘関節２自由度、手首関節２自由度の、計７自由度とする。肩関節３自由度は、肩関節ピッチ軸アクチュエーター１０４Ｒ／Ｌ、肩関節ロール軸アクチュエーター１０５Ｒ／Ｌ、肩関節ヨー軸アクチュエーター１０６Ｒ／Ｌによって駆動する。肘関節２自由度は、肘関節ピッチ軸アクチュエーター１０７Ｒ／Ｌ、肘関節ヨー軸アクチュエーター１０８Ｒ／Ｌによって駆動する。手首関節２自由度は、手首関節ロール軸アクチュエーター１０９Ｒ／Ｌ、手首関節ピッチ軸アクチュエーター１１０Ｒ／Ｌによって駆動する。また、首関節２自由度は、首関節ピッチ軸アクチュエーター１１１、頭部ロール軸アクチュエーター１１２によって駆動する。また、手関節１自由度は、手関節ロール軸アクチュエーター１１３Ｒ／Ｌによって駆動する。
【００２８】
なお、図示のロボット装置１００は、対向２輪式の移動手段を備えているが、本明細書で開示する技術の要旨は、対向２輪式の移動手段に限定されるものではない。例えば、脚式の移動手段を備えたロボット装置１００であっても、同様に本明細書で開示する技術を適用することができる。
【００２９】
図２からも分かるように、ロボット装置１００は、頭部と胴体を連結する首部分において、首関節ピッチ軸アクチュエーター１１１と頭部ロール軸アクチュエーター１１２を備え、前後方向に振る首ピッチ軸回りと、頭部が胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回りの、直交する２つの回転自由度を有している。首関節ピッチ軸アクチュエーター１１１は±６０度程度、頭部ロール軸アクチュエーター１１２は±１０度程度の可動範囲をそれぞれ持つ。図３Ａ及び図３Ｂには、ロボット装置１００の頭部の前後方向に振る首ピッチ軸回りと胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回り動作を示している。
【００３０】
これら２つの直交する関節軸を、首ピッチ軸回りの関節軸を胴体側に、頭部ロール軸回りの関節軸を頭部側に、分散して配置する設計も考えられるが（例えば、特許文献４を参照のこと）、ヒトに近い頭部動作を実現することなどを考慮して、頭部ロール軸回りと首ピッチ軸回りの両方の関節自由度を頭部内に配置することにしている。
【００３１】
ロボット装置１００の各関節部位においては、可動角を確保しながら機体の内部構造を隠蔽する必要がある。何故ならば、駆動時に機体の外殻の隙間が生じると、ユーザの指の挟み込みや、隙間からの異物混入による故障の原因となりかねないからである。図３Ａ及び図３Ｂに示したように、頭部は首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ可動範囲を持つことから、内部構造を隠蔽する方法を検討する必要がある。
【００３２】
前後方向に振る首ピッチ軸回りと、頭部が胴体に対して左右に振る頭部ロール軸回りの回転自由度は直交している。当業界では、ボール・ジョイントのような球形状の関節を使用することにより、直交する回転軸を一致（交差）させることができることが知られている。
【００３３】
首ピッチ軸及び頭部ロール軸の関節軸からなる頭部と首部の接合部分を、ほぼ球形状の外装で覆うものとし、この外装を頭部の内部に収めることで、頭部の内部構造を隠蔽することができる。また、球形状の外装は、首ピッチ軸回りに回転可能に支持されている。
【００３４】
首部は、頭部と首部の接合部分に対して首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ可動範囲を持つ。図４には、頭部と首部の接合部分を覆う球形状の外装に対して、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を示している。
【００３５】
この球形状の外装を頭部の内部に収める位置として、図５Ａに示すように、球形状の外装を、頭部の内部に完全に収容させずに、外装の下面を露出させる場合と、図５Ｂに示すように、球形状の外装を頭部の内部に完全に収容させる場合が考えられる。ここで、球形状の外装を、頭部の内部に完全に収容させない配置では、図５Ａに示すように、頭部の中心よりも直交する首ピッチ軸及び頭部ロール軸が下方に位置する。また、球形状の外装を頭部の内部に完全に収容させる配置では、頭部の中心と直交する首ピッチ軸及び頭部ロール軸の高さがほぼ同じである。図５Ｂに示すように、図５Ａと図５Ｂを比較すると、図５Ｂに示すように、球形状の外装を頭部の内部に完全に収容させる方が美観は優れていると考えられる。
【００３６】
次いで、図５Ａと図５Ｂの各々の球形状の外装の収容位置において、図４に示したように首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する場合についてさらに検討してみる。いずれの場合も、首ピッチ軸の高さは球形状の外装の中心とほぼ同じとする。
【００３７】
図６Ａには、図５Ａに示した球形状の外装の収容位置において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を示している。また、図７Ａには、図５Ａに示した球形状の外装の収容位置において、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する可動範囲を示している。
【００３８】
一方、図６Ｂには、図５Ｂに示した球形状の外装の収容位置において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を示している。また、図７Ｂには、図５Ｂに示した球形状の外装の収容位置において、首部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する可動範囲を示している。
【００３９】
図７Ａと図７Ｂを比較すると、図７Ａに示すように、球形状の外装の一部を頭部の下方から突出させた方が、首部の首ピッチ軸回り±６０度程度の可動範囲を確保するために頭部を切り取る面積が小さくて済む。したがって、図７Ａに示した構成例の方が、頭部が動作してもオペレーターの指を挟み込むことが少なくなり、安全性が向上する。球形状の外装が頭部の下方により突出し、首部の可動範囲と頭部の外周が重ならなれければ、頭部の切り欠きは全くない。一方、球形状の外挿が頭部に埋没していると、首ピッチ軸回りの動作に伴い首部が通過する範囲と重なる頭部の外周を切り取らなければならなくなり、頭部の外周に大きな開口ができてしまう（頭部ロール軸回りの動作に伴い首部が通過する範囲と重なる領域も、同様に頭部の外周を切り取らなければならない）。すなわち、図６Ａと図６Ｂ並びに図７Ａと図７Ｂを比較した結果は、図５Ａと図５Ｂを比較した結果とは相反する。
【００４０】
美観などを考慮すると、球形状の外装の頭部の下方からの突き出しを極力小さくした方がよく、他方、安全性を考慮すると、首部の首ピッチ軸回り±６０度程度の可動範囲を確保するために頭部を切り取る面積をなるべく小さくした方がよい。本出願人は、この２つの要求を同時に満足させるために、上記のように、首ピッチ軸及び頭部ロール軸の関節軸の高さを一致させるのではなく、これら直交する２つの関節軸の高さをずらす構成を提案する。
【００４１】
具体的には、図８に示すように、首ピッチ軸の高さを頭部ロール軸よりも低く設定する。また、球形状の外装は、首ピッチ軸とは平行であるが、首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能に支持されている（図示の例では、球形状の外装は、首ピッチ軸とは平行で、頭部ロール軸とほぼ同じ高さの回転軸に支持されている）。首ピッチ軸に対する球形状の外装の回転軸のオフセット量、並びに、球の半径は、球形状の外装が頭部の下方から付き出す部分が大きくならないように設定されている。後述するが、球形状の外装は、上記回転軸回りに支持された複数の連結カバーからなる。首ピッチ軸回りの頭部の動作に追従して連結カバーが開閉することによって、頭部の開口を塞ぐようになっている。また、図９には、図８に示したように、首ピッチ軸の高さを頭部ロール軸よりも低く設定した構成において、頭部が首ピッチ軸回りに±６０度程度だけ動作する様子を模式的に示している。図８を、図７Ａ及び図７Ｂと比較すると、球形状の外装を頭部の内部にほぼ収容することができるとともに、首部の首ピッチ軸回り±６０度程度の可動範囲を確保するために頭部を切り取る面積が小さくて済むことが分かる。また、頭部を切り取った開口部分の面積が小さいことから、球形状の外装をあまり露出させないで済む。これにより、頭部が動作してもオペレーターの指を挟み込むことが少なくなり、安全性が向上する。
【００４２】
上述したように、直交する首ピッチ軸と頭部ロール軸の高さをずらし、ねじれの位置関係にすると、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１と頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２の配置スペースを確保し易くなり、頭部の小型化が可能になる。図１０には、頭部内に首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１と頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２を配置した様子を示している。図示のように、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１は、頭部内の下方で、球形状の外装１６０の底部付近に固定されている。また、頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２は、頭部内のほぼ中央に固定されている。また、図１１には、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１と頭部ロール軸駆動用アクチュエーター１１２が球形状の外装１６０内で互いの出力軸がねじれの位置関係となるように配設されている様子を、側面から示している。また、図１２並びに図１３には、首ピッチ軸駆動用アクチュエーター１１１が頭部を前後方向に振ったときの各様子を（お辞儀する、仰け反る）、側面から示している。
【００４３】
図５Ａ並びに図５Ｂに示した構成例ではいずれも、球形状の外装を支持する回転軸と首ピッチ軸の高さがほぼ一致することから、首部ピッチ軸の回転位置に拘わらず、首部を貫挿させるための球形状の外装の穴の大きさは変化しない。これに対し、図８及び図９に示したように、球形状の外装を支持する回転軸の高さが首ピッチ軸の高さからオフセットされた構成例では、首部ピッチ軸の回転位置に応じて、首部を貫挿させるための球形状の外装１６０の穴１６０Ａの大きさが変化する。図１４からも分かるように、頭部がほぼ直立している姿勢では、首部が球形状の外装１６０と交差する形状、すなわち、首部を貫挿させるための球形状の外装１６０の穴１６０Ａは円形である。これに対し、頭部がお辞儀をしたり仰け反ったりして、首ピッチ軸の回転位置が±６０度程度と大きいときには、首部が球形状の外装１６０と交差する形状、すなわち、首部を貫挿させるための球形状の外装１６０の穴１６０Ａは、ピッチ軸回りを長軸方向とする楕円形に拡張する。したがって、球形状の外装１６０は、首部ピッチ軸の回転位置に追従して首部を貫挿させるための穴の大きさを変化させなければならない。
【００４４】
そこで、本実施形態では、球形状の外装１６０を、首ピッチ軸に対し高さ方向にオフセットされた回転軸回りに支持された複数の連結カバーで構成し、首部ピッチ軸の回転位置に追従して首部を貫挿させるための穴の大きさを変化させるようにしている。
【００４５】
図１５には、球形状の外装１６０が第１乃至第４のカバー１６１〜１６４で構成される例を示している。これら第１乃至第４のカバー１６１〜１６４はいずれも、首ピッチ軸とは平行であるが、首ピッチ軸よりも高い支持軸１７０回りに回転可能に支持されている。第１乃至第４のカバー１６１〜１６４をそれぞれ構成する球面の半径を段階的に変化させることによって、お互いに支持軸１７０回りに回転しても干渉しないような位置関係となっている。また、第１のカバー１６１から第４のカバー１６４に向かって半径が大きい球面とすることによって、切り欠き空間を小さくすることができる。
【００４６】
第１のカバー１６１及び第４のカバー１６４はそれぞれ端縁部分が頭部側に取り付けられており、図中の矢印Ａ方向並びにＡ´方向に引っ張る力が常に加わっている。この引っ張り力は、首ピッチ軸の回転位置に拘わらず、第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装の全長を伸ばす方向に作用し、頭部の開口部を塞ぐことができる。
【００４７】
また、第２のカバー１６２及び第３のカバー１６３間は、（図示しない）バネで接続され、図中の矢印Ｂ方向及びＢ´方向に引っ張り力が常に加わっている。この引っ張り力によって、首ピッチ軸の回転位置に拘わらず、第２のカバー１６２と第３のカバー１６３間に隙間がしないように引き寄せ合い、頭部の開口部を塞ぐことができる。
【００４８】
図１５には、首ピッチ軸の回転位置が０度のときの第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装を側面（すなわち、支持軸１７０と平行な方向）から眺めた様子を示している（図１１は、この断面に相当する）。図１６には、この首ピッチ軸の回転位置のときの第１乃至第４のカバーからなる外装を斜め下方から眺めた様子を示している。また、図１７には、同じ首ピッチ軸の回転位置のときの第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装が頭部内に収容されている様子を示している。
【００４９】
続いて、図１８には、首ピッチ軸の回転位置が−６０度のとき（頭部を仰け反らせたとき）の第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装を側面（すなわち、支持軸１７０と平行な方向）から眺めた様子を示している（図１３は、この断面に相当する）。図１９には、この首ピッチ軸の回転位置のときの第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装を斜め下方から眺めた様子を示している。また、図２０には、同じ首ピッチ軸の回転位置のときの第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装が頭部内に収容されている様子を示している。図示のように、第１のカバー１６１と第２のカバー１６２間の距離が縮む一方、第３のカバー１６３と第４のカバー１６４間の距離が延びる。また、第２のカバー１６２と第３のカバー１６３間の距離が延びる。したがって、首ピッチ軸の回転位置が−６０度程度と大きいとき、首部を貫挿させるための球形状の外装の穴は、首部が球形状の外装と交差する形状に近似されるので、第１乃至第４のカバー１６１〜１６４によって頭部の開口部を好適に覆うことができる。
【００５０】
続いて、図２１には、首ピッチ軸の回転位置が＋３０度のとき（頭部をお辞儀させたとき）の第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装を側面（すなわち、支持軸１７０と平行な方向）から眺めた様子を示している（図１２は、この断面に相当する）。図２１には、この首ピッチ軸の回転位置が＋３０度のときの第１乃至第４のカバー１６１〜１６４からなる外装が頭部内に収容されている様子を示している。図示のように、第１のカバー１６１と第２のカバー１６２間の距離が延びる一方、第３のカバー１６３と第４のカバー１６４間の距離が縮む。また、第２のカバー１６２と第３のカバー１６３間の距離が延びる。したがって、首ピッチ軸の回転位置が＋６０度程度と大きいとき、首部を貫挿させるための球形状の外装の穴は、首部が球形状の外装と交差する形状に近似されるので、第１乃至第４のカバー１６１〜１６４によって頭部の開口部を好適に覆うことができる。
【００５１】
なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）胴体及び首部と、前記首部に対し、首ピッチ軸回り及び頭部ロール軸回りの自由度を以って連結される頭部と、を具備し、前記首ピッチ軸と前頭部ロール軸は前記首ピッチ軸が下方に配置されたねじれの位置関係にあり、前記頭部は、前記首部を貫挿する開口部を有する、ロボット装置。
（２）前記首部は、前記頭部ロール軸回りに±１０度程度、前記首ピッチ軸回りに±６０度程度の可動範囲を有する、上記（１）に記載のロボット装置。
（３）前記首部の前記首ピッチ軸回り及び前記頭部ロール軸回りの動作に追従しながら、前記開口部を覆う外装をさらに備える、上記（１）又は（２）のいずれかに記載のロボット装置。
（４）前記外装は、前記頭部内に収容される球形状からなる、上記（３）に記載のロボット装置。
（５）前記外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能に支持されている、上記（３）に記載のロボット装置。
（６）前記外装は、前記首ピッチ軸とは平行で且つ前記首ピッチ軸よりも高くに配置された支持軸回りに回転可能にそれぞれ支持され、半径が段階的に変化した球面状の複数のカバーからなる、上記（３）に記載のロボット装置。
（７）前記外装は、前記首部の前記首ピッチ軸の回転位置に応じて、各カバー間の距離を伸縮させる、上記（６）に記載のロボット装置。
（８）前記ロボット装置の位置を移動させる移動部をさらに備える、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のロボット装置。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００５３】
本明細書では、対向２輪型のロボット装置に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本明細書で開示する技術の要旨はこれに限定されるものではない。他の移動手段を備えたロボット装置や、移動手段を備えていないロボット装置についても、同様に本技術を適用することができる。
【００５４】
また、本明細書で開示するロボット装置は、家庭用、産業用を始めさまざまな用途に適用することができる。
【００５５】
また、本明細書で開示する技術は、ロボットの首以外にも、監視カメラの首振り機構にも適用することができる。また、第１乃至第４のカバーと首の上下の位置関係を反転させると、車のシフト・レバーや銃器の操作レバーに適用可能であることも分かる。
【００５６】
要するに、例示という形態で本技術を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００５７】
１００…ロボット装置
１０１…駆動輪
１０２…駆動輪用アクチュエーター
１０３…腰関節ピッチ軸アクチュエーター
１０４…肩関節ピッチ軸アクチュエーター
１０５…肩関節ロール軸アクチュエーター
１０６…肩関節ヨー軸アクチュエーター
１０７…肘関節ピッチ軸アクチュエーター
１０８…肘関節ヨー軸アクチュエーター
１０９…手首関節ロール軸アクチュエーター
１１０…首関節ピッチ軸アクチュエーター
１１１…首関節ピッチ軸アクチュエーター
１１２…頭部ロール軸アクチュエーター
１１３…手関節ロール軸アクチュエーター
１５１、１５２、１５３…劣駆動関節
１６０…外装
１６１…第１のカバー、１６２…第２のカバー、１６３…第３のカバー、１６４…第４のカバー
１７０…支持軸
【図１】
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【図２】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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