(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾力性を有する充填材料からなる動作部と、
前記充填材料の内部を貫通するように、又は前記充填材料の外側に沿うように配設された少なくとも１本の糸と、
前記糸の巻き取り、巻出しを行うアクチュエータと、
前記糸の長さを検出する第１のセンサと、
前記糸の張力を検出する第２のセンサと、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサから検出された値に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記動作部の動作を選択する動作切替部と、
前記動作切替部からの信号に基づいて、前記糸の目標の長さを決定する動作生成部と、
前記第１のセンサで検出された糸の長さと、前記動作生成部で決定された糸の目標の長さを比較する第１の比較部と、
前記糸の長さと、前記糸の張力との対応関係が記憶されたテーブルを参照し、前記第１のセンサで検出された糸の長さに対応する糸の張力を出力するテーブル参照部と、
前記テーブル参照部から出力された張力と、前記第２のセンサで検出された張力とを比較する第２の比較部と、
前記第２の比較部において比較された前記テーブル参照部から出力された張力と、前記第２のセンサで検出された張力との差分により、前記動作部に、外力が加えられているか判断する外力判断部と
から構成されるぬいぐるみロボット。
【請求項２】
前記充填材料は、形状維持袋に充填され、前記充填材料の外側に沿うように配設される前記糸は、前記形状維持袋の外側に配設される
請求項１に記載のぬいぐるみロボット。
【請求項３】
前記充填材料は、前記充填材料よりも大きい弾力性を有する動作補助部を被覆して充填され、前記糸は、所望の位置において、前記動作補助部内を貫通して配設される
請求項２に記載のぬいぐるみロボット。
【請求項４】
前記充填材料は、綿で構成され、前記動作補助部は、スポンジで構成される
請求項３に記載のぬいぐるみロボット。
【請求項５】
前記第２のセンサは、前記糸に発生する張力に対応して幅が変化する可動溝と、前記可動溝に埋め込まれた、光源と受光部を有するフォトリフレクタと、から構成される
請求項４に記載のぬいぐるみロボット。
【請求項６】
弾力性を有する充填材料からなる動作部と、
前記充填材料の内部を貫通するように、又は前記充填材料の外側に沿うように配設された少なくとも１本の糸と、
前記糸の巻き取り、巻出しを行うアクチュエータと、
前記糸の長さを検出する第１のセンサと、
前記糸の張力を検出する第２のセンサであって、前記糸に発生する張力に対応して幅が変化する可動溝と、前記可動溝に埋め込まれた、光源と受光部を有するフォトリフレクタとを含む第２のセンサと、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサから検出された値に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備える
ぬいぐるみロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動くぬいぐるみ、すなわち、ぬいぐるみロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、共存・共生を目指したロボットの研究が注目されている。例えば、家庭や、公共施設などで人間と同居し、人間とコミュニケーションを行いながら、人間相手の物理的な作業支援を行うことのできる、人間共差棲ロボットが提案されている。
こうした人間共棲ロボットは、物を対象として、工場の中で加工・組み立て・運搬等の作業を行う産業ロボットと比較し、人間の傍らで緊密に、かつ長時間はたらくという特徴を持つ。このような人間共棲ロボットが、実世界で人間と安定したインタラクションを行うためには、安全性以外に、人間に対して親和的な印象を与えることが重要となり、人間からの主観的評価が重視される。
【０００３】
このように、人間に対して親和的な印象を与える人間共棲ロボットとして、非特許文献１では、ぬいぐるみロボットが提案されている。この非特許文献１に記載されているぬいぐるみロボットは、くまのぬいぐるみを用いたぬいぐるみロボットであり、離れた場所にある二体のロボットのジェスチャを情報として伝えることができるものである。非特許文献１では、ぬいぐるみロボットの両腕と首が可動部とされ、この可動部の動きの記録再生も可能とされている。このぬいぐるみロボットにおいては、首、及び両腕の内部には、モータが一つずつ構成されており、また、胴部には、外部のコンピュータに接続される駆動装置が構成されている。外部のコンピュータにより、駆動装置に指令値を入力することにより、首、及び両腕に構成されたモータがそれぞれ駆動される。これにより、首部、両腕部が動く構成とされている。
【０００４】
このぬいぐるみロボットは、一般的に、視覚、聴覚情報によって行われるテレコミュニケーションに、触覚情報を取り入れた新しいインターフェースを実現している。
【０００５】
また、非特許文献２には、かわいさや、心地良さといった人からの主観的評価を重視し、人との相互作用によって人に楽しみや安らぎなどの精神的な働きかけを行うことを目的とした、メンタルコミットロボットが記載されている。このメンタルコミットロボットは、タテゴトアザラシの赤ちゃんをモデルとしており、また、視覚、聴覚、触覚、運動感覚を機能させるセンサを備えている。このようなメンタルコミットロボットは、癒しの効果を奏するものであり、ロボットセラピーとして役立つ可能性が高い。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１、及び２に記載されたぬいぐるみロボットは、可動部となる首部や、両腕部に、モータが構成されているために、触り心地は硬い。このため、ぬいぐるみという親和的な印象を有する外見に反して、実際にさわったときには、機械的な印象を有する。
【０００７】
また、一般的に市販されている、動くぬいぐるみにおいても、可動部が、プラスチックのような硬い材料で作られており、また、駆動装置も、プラスチックからなるケースに入れられており、その可動部やケースを、毛皮で覆う構造となっている。
【０００８】
このように、従来の動くぬいぐるみロボットは、見た目の印象に反し、触り心地の硬いものが多く、本来、柔らかく、触り心地がよいというぬいぐるみの特徴が失われている。ぬいぐるみの柔らかい触り心地は、人間にとって、癒しの効果を奏することもあり、触り心地の良さは、重要といえる。
【非特許文献１】Dairoku Sekiguchi,Masahiko Inami,SusumuTachi,RobotoPHONE:RUI For Interpersonal Comunication CHI 2001,Extended Abstracts,pp.277-278,2001
【非特許文献２】Takanori Shibata,An Overview of Human Interactive Robots for Psychological Enrichment,PROCEEDINGS OF TKE IEEE,Vol.92,No.11,pp1749-1758,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の点に鑑み、本発明は、玩具としてだけでなく、人間にとって癒しの効果を有し、かつ、人間とコミュニケーションをとることのできるぬいぐるみロボットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のぬいぐるみロボットは、弾力性を有する充填材料からなる動作部と、充填材料の内部を貫通するように、又は充填材料の外側に沿うように配設された少なくとも１本の糸と、糸の巻き取り、巻出しを行うアクチュエータと、糸の長さを検出する第１のセンサと、糸の張力を検出する第２のセンサと、第１のセンサ及び第２のセンサから検出された値に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備え、制御部は、動作部の動作を選択する動作切替部と、動作切替部からの信号に基づいて、糸の目標の長さを決定する動作生成部と、第１のセンサで検出された糸の長さと、動作生成部で決定された糸の目標の長さを比較する第１の比較部と、糸の長さと、糸の張力との対応関係が記憶されたテーブルを参照し、第１のセンサで検出された糸の長さに対応する糸の張力を出力するテーブル参照部と、テーブル参照部から出力された張力と、第２のセンサで検出された張力とを比較する第２の比較部と、第２の比較部において比較されたテーブル参照部から出力された張力と、第２のセンサで検出された張力との差分により、動作部に、外力が加えられているか判断する外力判断部とから構成される。
また、本発明のぬいぐるみロボットは、弾力性を有する充填材料からなる動作部と、充填材料の内部を貫通するように、又は充填材料の外側に沿うように配設された少なくとも１本の糸と、糸の巻き取り、巻出しを行うアクチュエータと、糸の長さを検出する第１のセンサと、糸の張力を検出する第２のセンサであって、糸に発生する張力に対応して幅が変化する可動溝と、可動溝に埋め込まれた、光源と受光部を有するフォトリフレクタとを含む第２のセンサと、第１のセンサ及び第２のセンサから検出された値に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備える。
【００１１】
本発明のぬいぐるみロボットでは、糸の巻き取り、巻出しを行うことにより、動作部を動作させることができる。また、その動作部に外部から加えられた力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、触り心地の良さを維持しながら、動作部が動作するぬいぐるみロボットを得ることができる。また、ぬいぐるみロボットに、外部から加えられた力に対応して動作する機能を付すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に、本発明の一実施形態に係るぬいぐるみロボットの外観図を示す。本実施形例のぬいぐるみロボット１は、姿形は、くま型のぬいぐるみ、いわゆるテディベア（登録商標）であり、頭部３０、胴部３２、２本の腕部２、２本の脚部３１から構成されている。このぬいぐるみロボット１の姿形、そして、触ったときの感触は、一般的なぬいぐるみと同じである。しかしながら、本実施形態例のぬいぐるみロボット１は、腕部２、脚部３１、首部など、所定の部位を動かすことのできる構成とすることができるものであり、本実施形態例では、例として片方の腕部２を動かすことのできるぬいぐるみロボット１とする。すなわち、本実施形態例では、片方の腕部２を動作部とする。
【００１５】
図２に、本実施形態例のぬいぐるみロボット１の内部概略構成を示す。図２に示すように、本実施形態例のぬいぐるみロボット１は、向って左側の腕部２内部に、腕部２の動作に寄与する３本の糸３ａ，３ｂ，３ｃが配設され、また、その胴部３２には、腕部２に配設された糸３ａ，３ｂ，３ｃを駆動するための駆動装置９が内蔵されている。動作部である腕部２と、腕部２を駆動するための駆動装置９以外の構成は、通常のぬいぐるみと同様であり、所望の形をした毛被１０に、弾力性を有する充填材料４が詰められることにより形成されている。本実施形態例では、充填材料４として、通常のぬいぐるみと同様に、綿を用いる例とした。
【００１６】
［動作部の構成］
以下に、本実施形態例のぬいぐるみロボット１の動作部である、腕部２の構成を詳述する。
まず、図３Ａ，Ｂに、本実施形態例のぬいぐるみロボット１の動作可能な腕部２の内部の概略断面構成を示す。図３Ａは、腕部２において、ぬいぐるみロボット１の肩部から手先方向へ沿う平面の概略断面構成であり、図３Ｂは、図３Ａに示す断面に直交する方向（図３ＡにおけるＢ−Ｂ線上）に沿う平面の概略断面構成である。図３Ａにおいては、紙面左側が腕部２の手先に相当する部分であり、右側が腕部２の肩部に相当する部分である。図３Ｂにおいては、紙面上側が、ぬいぐるみロボット１の頭部３０側に相当する上方とし、紙面下側が、ぬいぐるみロボット１の脚部３１側に相当する下方とする。また、紙面左側が、ぬいぐるみロボット１の背中側に相当する後方とし、紙面右側が、ぬいぐるみロボット１の腹側に相当する前方とする。
【００１７】
図３Ａ，Ｂに示すように、ぬいぐるみロボット１の腕部２は、特に、腕部２の形状を構成する充填材料４と、その充填材料４の形状を維持するための形状維持袋７と、駆動機構を構成する複数本の糸３ａ，３ｂ，３ｃとから構成される。充填材料４は、前述したように、弾力性を有する材料であり、本実施形態例では、一般的なぬいぐるみと同材料の綿を用いる例とする。また、形状維持袋７は、例えば、やわらかい布の袋を用いる例とする。
【００１８】
そして、本実施形態例では、腕部２の形状は、肩部から手先に架けて長細く、棒状に構成され、その形状は、形状維持袋７に充填材料４である綿が充填されることにより維持される。さらに、本実施形態例では、腕部２の中心には、細い棒状のウレタンスポンジからなる動作補助部５が、肩部から手先に架けて配設されており、その動作補助部５を被覆して充填材料４が充填された構成とされている。
【００１９】
糸３ａ，３ｂ，３ｃの本数は、腕部２を動作させるときの自由度により設定可能であり、１以上であればよく、本実施形態例では３本の糸３ａ、３ｂ、３ｃを構成する例とする。
【００２０】
糸３ａは、腕部２を上方に上げる動作をさせるための糸であり、腕部２上方であって、形状維持袋７の外側に沿うように肩部から手先に配設される。
また、糸３ｂは、腕部２を前方に曲げる動作をさせるための糸であり、腕部２前方であって、形状維持袋７の外側に沿うように肩部から手先に配設される。
糸３ｃは、腕部２の手先部分を主に、前方に曲げる動作をさせるための糸であり、腕部２の途中、例えば、手先から肩部方向に、腕部２の約１／３の長さに相当する位置までは、糸３ｂと同様に、腕部２前方であって、形状維持袋７の外側に沿うように配設される。そして、糸３ｃは、腕部の手先から１／３を過ぎてからは、腕部２の中心に構成された動作補助部５内に配設位置が変化され、そこから、肩部までは、動作補助部５内を貫通するように配設される。本実施形態例においては、腕部２の手先から１／３の長さ部分を、手先部分とし、また、残りの、肩部にかけた２／３の長さ部分を、上腕部分と言うこととする。
また、本実施形態例では、糸３ｃは、動作補助部５内において、例えば摩擦の少ないサテン生地からなる摩擦低減部材６により被覆されながら、肩部方向に配設される。
【００２１】
糸３ａ，３ｂ，３ｃの材料は、大きな加重に耐えられる強度を有し、切れにくく、また、他の布等に接触したときの摩擦が少ない材料であることが好ましい。本実施形態例では、糸３ａ，３ｂ，３ｃの材料として、高密度ポリエチレンからなる釣り糸を用いた。この糸３ａ，３ｂ，３ｃは、手先端部において、形状維持袋７端部に固定されており、また、肩部側方向に延びる糸３ａ、３ｂ、３ｃは、胴部３２に内蔵された駆動装置９内に導入される。さらに、これらの糸３ａ〜３ｃは、それぞれ、配設される位置が変化しないように、途中２カ所程度において、形状維持袋７に固定されている。
【００２２】
そして、本実施形態例では、糸３ａ〜３ｃが固定された形状維持袋７を、摩擦の少ない低摩擦袋８で被覆する。本実施形態例において、動作部となる腕部２は、通常のぬいぐるみと同様に、最後に、毛被１０で被覆されて完成されるが、毛被１０と形状維持袋７との間における摩擦で、糸３ａ〜３ｃが劣化する場合がある。本実施形態例では、糸３ａ〜３ｃが固定された形状維持袋７全体を、摩擦の少ない生地からなる、低摩擦袋８で覆うことにより、糸３ａ〜３ｃが劣化するのを防止される。また、本実施系形態例では、駆動装置９にて、この糸３ａ〜３ｃの長さを変化させることにより、腕部２を動作させることができるものであるが、低摩擦袋８を構成することにより、糸３ａ〜３ｃに張力をかけて、長さを変化させる場合にも、余分な力が発生するのを防ぐことができる。
【００２３】
図４Ａ，Ｂに、腕部２の形状維持袋７を、リング７ａの集合体とみなし、形状維持袋７内部の充填材料４及び動作補助部５を、それぞれ、バネ定数ｋ１、ｋ２のバネとみなしたモデル図を示す。すなわち、本実施形態例の腕部２は、リング７ａの間を、バネの効果を有する充填材料４及び動作補助部５が繋いでいるというモデルで表すことができる。
【００２４】
バネの式Ｆ＝ｋｘ（ｋ：バネ定数、ｘ：バネの移動距離、Ｆ：力）を考えると、バネを同じ距離だけ縮ませたとき、バネ定数ｋが小さいほうが、力Ｆも小さい。そうすると、小さな力Ｆで腕部２を動作させるためには、バネ定数の小さな材料を用いるほうがよいといえる。また、動作した腕部２が元に戻りやすい材料について考える。すなわち、これは、材料のヒステリシスを考えるということになる。ヒステリシスは、バネ定数ｋの大きな材料程小さく、元の形状に戻りやすいという性質を有する。
【００２５】
本実施形態例では、腕部２中心部の動作補助部５に、バネ定数ｋ２のウレタンスポンジを用い、その動作補助部５を被覆するように構成される充填材料４に、バネ定数ｋ１の綿を用いる例とする。ウレタンスポンジのバネ定数ｋ２は、綿のバネ定数ｋ１よりも大きい。すなわち、腕部２の中心がバネ定数の大きなバネ、外側がバネ定数の小さなバネで構成されているとみることができる。
【００２６】
このような構成の腕部２において、図４Ｂに示すように、腕部２の側面に配設された糸３を力Ｆで引張ると、糸３が配設された面の充填材料４が縮む。そうすると、腕部２は、糸が配設された方向（図４Ｂにおいては、紙面上方）に動作する。また、糸３への力Ｆの印加をやめると、充填材料４の有する復元力により、縮んだ充填材料４が元に戻り、腕部２が元の位置に戻る。
【００２７】
図５，６を用いて、本実施形態例の腕部２の具体的な動作を説明する。図５，６では、糸３，形状維持袋７、動作補助部５等の要部のみを図示し、他の構成の図示は省略する。
【００２８】
まず、図５Ａ，Ｂを用い、糸３ａ又は３ｂを引張ったときの腕部２の動作を説明する。図５Ａは、糸３ａ（３ｂ）を引張っていない状態である。その状態から、図５Ｂに示すように、腕部２に配設された糸３ａ（３ｂ）を肩側方向に、力Ｆで引張る。そうすると、主に、糸３ａが配設された面の充填材料４が縮む。糸３ａを引張った場合は、腕部２全体は、上方に引張られるように、上がる動作がなされ、糸３ｂを引張った場合は、腕部２全体が、前方に引張られるように、腕部２を前に閉じる動作がなされる。また、逆に、糸３ａへの力Ｆの印加をやめると、上がった腕部２、は下がる方向に動作し、また、糸３ｂへの力Ｆの印加をやめると、前に閉じた腕部２は、閉じた腕部２を開く方向に動作される。
【００２９】
次に、図６Ａ，Ｂを用い、糸３ｃを引張ったときの腕部２の動作をする。図６Ａは、糸３ｃを引張っていない状態である。その状態から、図６Ｂに示すように、糸３ｃを肩側に力Ｆで引張る。そうすると、途中までは、糸３ｂと同様に、腕部２の前方に配設されているので、糸３ｂを引張ったときと同様に、腕部２を前に閉じる動作がなされる。それと同時に、糸３ｃは、途中から肩部に架けて、動作補助部５を構成するウレタンスポンジからなる動作補助部５の内部を貫通するように配設されている。そうすると、この動作補助部５を構成するウレタンスポンジのバネ定数ｋ１は、周辺部を構成する充填材料４である綿のバネ定数ｋ２よりも大きい。このため、図６Ｂに示すように、糸３ｃが動作補助部５の内部に配設された部分からは、腕部２が前方に曲がりにくくなる。その代わり、糸３ｃが腕部２の前方に配設された、手先部分に、上腕部分よりも先に力が働き、手先が曲がるように動作する。すなわち、糸３ｃを引張ると、腕部２は、前に閉じる動作ともに、手先部分が主に曲がるように動作する。
そして、逆に、糸３ｃへの力Ｆの印加をやめると、手先部分は、元の通りまっすぐに戻り、また、前方に閉じた腕部２も開く方向に動作される。
【００３０】
このように、バネ定数ｋの異なる材料を組み合わせて腕部２の内部の性質を部分的に変えることにより、動作部の動作方向を調整することができる。
【００３１】
［駆動装置の構成］
次に、本実施形態例のぬいぐるみロボット１に用いられる駆動装置９について説明する。図７は、本実施形態例のぬいぐるみロボット１に用いられる駆動装置９の概略構成である。
【００３２】
本実施形態例で用いられる駆動装置９は、ぬいぐるみロボット１の胴部３２内に収納可能な大きさの筐体２５内に、第１〜第３の駆動部本体１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、図示しない制御部と、図示しない電源部とが構成されている。この筐体２５は、ぬいぐるみロボット１の胴部３２内に収納されて、筐体２５外部は、綿からなる充填材料４により被覆される。そのため、外部からぬいぐるみロボット１を触ったときには、この筐体２５の硬い感触は低減されている。この第１〜第３の駆動部本体１０ａ〜１０ｃには、肩側から延びる糸３ａ〜３ｃが１本ずつ接続されている。すなわち、糸の本数だけ駆動部本体が構成される。また、本実施形態例で用いられる第１〜第３の駆動部本体１０ａ〜１０ｃは、全て同じ仕様とされており、以下、第１〜第３の駆動部本体１０ａ〜１０ｃを区別しないときは、駆動部本体１０として記載する。同様に、糸３ａ〜３ｃを区別しないときは、糸３として記載する。
【００３３】
図８に、本実施形態例に用いられる駆動部本体１０の概略構成図を示す。本実施形態例の駆動部本体１０は、糸３の長さを調整するためのアクチュエータであるモータ１１と、糸３の長さを検出する第１のセンサであるエンコーダと、糸３に掛かる張力を検出する第２のセンサである力センサ２４と、それらを固定するモータマウント１３とから構成される。
【００３４】
まず、本実施形態例で用いられるモータ１１は、図９に示すように、モータ本体１１ａと、モータ本体１１ａから延びる回転可能なモータ軸１８と、モータ軸１８に直接固定される、溝部１６ａを有するプーリ１６とから構成されている。また、本実施形態例のモータ本体１１ａは、第１のセンサであるエンコーダを内蔵したものである。
【００３５】
モータ本体１１ａは、ぬいぐるみロボット１の胴部３２内に構成される筐体２５に収納されるため、極力小さく、軽量で、かつ、必要なトルクが出力できるものである必要がある。本実施形態例では、モータ本体１１ａとしてエンコーダとギアとが予め付いているモータ（maxson製、モータＲＥ１０）を用いた。このモータ本体１１ａは、減速比１６：１のプーリギアヘッドと、２５６カウントエンコーダが付いたものである。このモータ本体１１ａは、ギアとエンコーダが付いて、１個あたり、全長４４．６ｍｍの円柱型で、質量１７．２ｇと小さく、軽量なため、本実施形態例に好適に用いることができる。また、このモータ本体１１ａの最大連続トルクは、１．５ｍＮｍであるため、１６：１のギアがついて、２４ｍＮｍである。事前に、バネばかりを用いて、本実施形態例のぬいぐるみロボット１の腕部２を動かすのに必要な力を計測した際、その大きさは、動かし方により異なるが、０．５ｋｇから０．７ｋｇｆ程度であった。
【００３６】
そして、モータ軸１８に固定されるプーリ１６は、半径が２．３ｍｍであるものを用いた。半径が２．３ｍｍであるとすると、前述した最大連続トルクを有するモータ本体１１ａを用いれば、ぬいぐるみロボット１の腕部２を動作させるのに必要なトルクが出力できる。
【００３７】
そして、このプーリ１６の溝部１６ａに糸３が巻かれており、プーリ１６が回転することにより、糸３の巻き取り、巻出しがなされ、糸３の長さが調整される。モータ軸１８とプーリ１６とは、図示しないイモネジにより固定され、また、プーリ１６の外側には、プーリケース１２が取り付けられている。このプーリケース１２は、プーリ１６全体を覆うように取り付けられる物であり、プーリケース１２に設けられた小さな開口から糸３がプーリ１６外部に導出される。すなわち、プーリケース１２は、糸３の出口方向へのガイドの役割と、糸３をプーリ１６の溝部１６ａに巻いたときに、糸３がプーリ１６から外れてモータ軸１８に絡まってしまう現象を防ぐものである。本実施形態例で仕様するモータ本体１１ａの外形が、１０ｍｍであるから、プーリケース１２の外形も１０ｍｍに揃えることで、組み立てが容易になり、他の部品との干渉が起こりにくくなる。
【００３８】
そして、本実施形態例においては、このように構成されたモータ１１は、モータマウント１３に固定される。このモータマウント１３は、例えばプラスチック樹脂から構成されるものであり、筐体２５内部に固定するための固定部１３ｂと、前述したモータ１１を固定するためのモータ固定部１３ａと、モータ固定部１３ａとの間に構成されたセンサ部２１を構成するための可動溝１３ｃから構成されている。モータ固定部１３ａは上下に貫通する開口を有しており、その開口に、前述した円柱型のモータ１１を、割溝を介して狭持できる構成とされている。そして、開口にモータ１１を狭持した状態で、モータ固定部１３ａを両側から例えばネジ１５により固定することにより、モータ固定部１３ａに、モータ１１を固定することができる。また、固定部１３ｂとモータ固定部１３ａとの間に形成される可動溝１３ｃには、フォトリフレクタ２０が埋設され、さらに、そのフォトリフレクタ２０が埋設された可動溝１３ｃを埋め込むように、ウレタンスポンジからなる光拡散部材１４が構成されている。すなわち、本実施形態例では、可動溝１３ｃと、フォトリフレクタ２０と、光拡散部材１４により、第２のセンサである、力センサ２４が構成される。
【００３９】
ところで、フォトリフレクタとは、発光素子と受光素子とが一体となったセンサであり、光によって物体の有無や位置を検出できる小型のセンサである。本実施形態例においては、反射型のフォトリフレクタ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ製、ＳＧ１０５）を用いた。
【００４０】
このフォトリフレクタ２０は、モータマウント１３の可動溝１３ｃの幅を測定することができるものである。本実施形態例においては、可動溝１３ｃにフォトリフレクタ２０を埋設し、そのフォトリフレクタ２０を被覆して、ウレタンスポンジからなる光拡散部材１４が埋め込まれている。このウレタンスポンジからなる光拡散部材１４には、多くの気泡が構成されているため、光を拡散させる作用がある。このため、フォトリフレクタ２０の発光部から出射した光は、光拡散部材１４による光拡散により回り込み、フォトリフレクタ２０の受光部に入る。すなわち、光拡散部材１４により拡散されて回り込んだ光量をフォトリフレクタ２０の受光部で検出することにより、モータマウント１３の可動溝１３ｃの溝幅の変化を検出することができる。また、本実施形態例では、モータマウント１３を黒色の樹脂で構成することにより、効率良く光を検出することができる。
【００４１】
そして、この可動溝１３ｃの溝幅は、糸３に張力がかかり、引張られることで変化するものである。すなわち、可動溝１３ｃの溝幅の変化を検出することで、糸３にかかる張力を検出することができる。そして、この糸３にかかる張力は、モータにかかる力である。
【００４２】
以上の構成を有する駆動装置本体１０の動作を説明する。
【００４３】
図１０Ａに示すように、プーリ１６から延びる糸３が、一定の張力を有して張られているとする。このとき、糸３には、モータマウント１３の可動溝１３ｃを動かす張力は発生しておらず、この状態を初期状態とする。
【００４４】
そして、図１０Ａに示す初期状態から、糸３に、張力を増大させる方向に、外力Ｆを負荷する。そうすると、図１０Ｂに示すように、糸３に張力Ｆａが印加され、プーリ１６が、糸３に引張られる方向に力が働く。これにより、モータ１１全体が傾くともに、モータマウント１３の可動溝１３ｃの溝幅Ｗが縮まる。すなわち、モータ固定部１３ａが、固定部１３ｂに対して、可動溝１３ｃが縮まる方向に傾く。そうすると、可動溝１３ｃに埋め込まれたウレタンスポンジからなる光拡散部材１４が潰れる。これにより、埋設されたフォトリフレクタ２０から出射される光の、光拡散部材１４内で回り込む量が減少し、フォトリフレクタ２０の受光部で検出される光の光量が減少する。
【００４５】
そして、フォトリフレクタ２０の受光部において、この光量を検出することにより、モータマウント１３の可動溝１３ｃの溝幅Ｗの変化を検出し、糸３にかかる張力Ｆａ、さらには、モータ１１にかかる力を計測することができる。
【００４６】
また、モータ１１には、前述したように、エンコーダが内蔵されている。このエンコーダは、位置の検出ができるものであり、本実施形態例では、糸３の長さを検出する。エンコーダにより、糸３の長さを検出することにより、腕部２に配設された糸３に、どの程度張力が印加されているかを検出することができる。
【００４７】
以上のように、駆動装置本体１０では、糸３の巻き取り、巻出しを行うと共に、糸３の長さや、張力、そして、モータ１１にかかる力の検出が行われる。
【００４８】
図１１に、上述の駆動装置本体１０を用いた、本実施形態例の駆動装置９を構成するブロック図を示す。
制御部２２は、モータ１１の回転を制御するものであり、例えば制御部２２において、予め設定された所定の指令値に基づいて、モータ１１の回転を制御する。また、制御部２２には、フォトリフレクタ２０によって検出されたモータ１１にかかる力や、エンコーダ２１によって検出された糸の長さ等の測定値がフィードバックされる。そして、制御部１１により、予め設定された指令値と、そのフィードバックされた測定値とを比較し、適切な値によりモータ１１が駆動される。
また、電源部２３は、制御部２２及びモータ１１に所望の電源を供給するものである。
【００４９】
以上のような構成を有する駆動装置９において、駆動部本体のモータ１１を制御することにより、ぬいぐるみロボット１の腕部２を動作させることができる。
以下に、モータ１１を駆動して糸３の長さを変化させたときの、ぬいぐるみロボット１の動作を具体的に説明する。
【００５０】
［動作説明］
図１２は、本実施形態例のぬいぐるみロボット１における駆動装置本体１０のうち、糸３ａに接続された駆動装置本体１０ａと、糸３ｃに接続された駆動装置本体１０ｃのモータ１１を駆動したときの、時間に対する、糸３ａ，３ｃの長さの変化図である。そして、図１３は、その糸３ａ，３ｃの長さの変化に対応したぬいぐるみロボット１の動作を図示したものである。
【００５１】
図１２の時間Ｍ１〜Ｍ５における糸３ａ，３ｃの長さに対応するぬいぐるみロボット１の動作を、図１３のＭ１〜Ｍ５に示す。この動作例では、糸３ａ，３ｃの長さを制御する指令値は、予め制御部２２に入力されているものとする。すなわち、制御部２２に入力された指令値に基づいて、制御部２２が、モータ１１の駆動を制御し、糸３ａ，３ｃの巻き取り、巻出しを行っている。
【００５２】
まず、時間Ｍ１では、糸３ａ，３ｃの長さは初期状態とされており、ぬいぐるみロボット１の腕部２は、図１３のＭ１に示すように、まだ、動作していない状態である。
次に、図１２に示すように、時間Ｍ１〜Ｍ２にかけて、糸３ｃのみ巻き取られるようにモータ１１を駆動し、糸３ｃの長さを短くする。そうすると、図１３のＭ２に示すように、ぬいぐるみロボット１の腕部２が、前側に閉じると共に、腕部２の手先部分が曲がる動作がなされる。
続いて、図１２に示すように、時間Ｍ２〜Ｍ３にかけて、糸３ａのみ巻き取られるようにモータ１１を駆動し、糸３ａの長さを短くする。そうすると、図１３のＭ３に示すように、ぬいぐるみロボット１の腕部２が、上方に上がるように動作される。このとき、糸３ｃの長さはほとんど変化されていないので、腕部２は、図１３のＭ２の状態を保ったままで、上方に上がるように動作されることとなる。
そして、図１２に示すように、時間Ｍ３〜Ｍ５にかけては、糸３ａ，３ｃを巻出すようにモータ１１を駆動し、糸３ａ，３ｃの長さを長くしていく。そうすると、図１３のＭ４に示すように、腕部２は、下方に下がりながら、後方に開いて行き、かつ、曲げられた手先部分がまっすぐに戻る動作がなされる。そして、糸３ａ，３ｃの長さが初期状態にもどされたときに、図１３のＭ５に示すように、腕部２も、もとの位置に戻る。
【００５３】
図１２に示す図では、この動作を２回繰り返して行っている。
【００５４】
ところで、本実施形態例のぬいぐるみロボット１においては、糸３の長さを検出するエンコーダ２１と、糸３にかかる張力を検出するフォトリフレクタ２０が構成されている。このため、例えば、腕部２に、外部から力を加えたときには、糸３にかかる張力が変化するので、外部から印加された力を検出することもできる。
【００５５】
図１４は、腕部２に外力を加えた場合Ａと、加えなかった場合Ｂとにおける、フォトリフレクタ２０からの出力電圧を計測したものである。図１４からわかるように、外力を加えた場合Ａには、外力を加えなかった場合Ｂよりも、出力電圧が大きくなっていることがわかる。これにより、糸３を巻取る際に糸３にかかる張力以外に、腕部２に加えられた外力を検出できているといえる。本実施形態例では、腕部２に、外力が加えられた場合においても、制御部２２において、外力を考慮した制御を行う構成とすることにより、外力に基づいた動作が為される構成とすることができる。
【００５６】
図１５は、腕部２に触らない、すなわち、腕部２に外力を加えない場合の機能構成例であり、図１６は、腕部２に触ったとき、すなわち、腕部２に外力が加えられた場合の機能構成例である。図１５、１６に示すように、制御部２２は、動作切替部５０、動作生成部５１、第１の比較部５２、モータドライバ５３、テーブル参照部５４、第２の比較部５５、外力判断部５６を有する。また、駆動装置本体１０は、前述したように、モータ１１、エンコーダ２１、力センサ２４を有する。
【００５７】
動作切替部５０は、ぬいぐるみロボット１に命令する動作をランダムに選択するものである。ここで選択された動作命令は、動作生成部５１に送られる。
動作生成部５１は、動作切替部５０からの命令に基づいて、糸３の長さの目標値を決定するものである。ここで決定された糸３の長さの目標値が第１の比較部５２に送られる。
第１の比較部５２は、動作生成部５１から送られてきた糸３の長さの目標値と、エンコーダ２１から送られてきた、現在の糸３の長さとを比較するものである。目標値よりも、現在の糸３の長さが長いか、短いかが検出され、その糸３の長さの差分が、モータドライバ５３に送られる。
モータドライバ５３は、第１の比較部５２から送られてきた情報を元に、モータ１１を必要な分だけ駆動するものである。これにより、動作生成部５１で決定された目標値と、現在の糸３の長さから求められた差分に対応して、モータ１１が駆動され、糸３の長さが調整される。
【００５８】
テーブル参照部５４は、エンコーダ２１から送られてくる現在の糸３の長さを、予め制御部２２の、糸３の長さと、対応する糸３の張力との関係が記憶されたテーブルに照らし合わせることにより、現在の糸３の長さに対応する張力を求めるものである。ここにおいて求められた張力は、第２の比較部５５に送られる。
【００５９】
第２の比較部５５は、力センサ２４から送られてくる現在の糸３の張力と、テーブル参照部５４から送られてくる張力とを比較するものである。ここにおいて、現在の糸３の張力と、テーブル参照部５４から送られてきた張力との差分が求められ、この差分が、外力判断部５６に送られる。
【００６０】
外力判断部５６は、第２の比較部５５において求められ張力の差分により、腕部２に、外力が加えられているか、加えられていないかを判断する。現在の糸３の張力が、テーブル参照部５４から得られた張力の値とあまり違わない、すなわち、差分が小さければ、外力が加えられていないと判断され、差分が大きければ、外力が加えられていると判断される。
【００６１】
そして、外力判断部５６からの出力に基づき、次の動作が、動作切替部５０により選択される。
【００６２】
図１６に示すように、腕部２に、例えば、人が触れる等して、腕部２に外力が与えられており、第２の比較部５５において、現在の糸３の張力と、糸３の長さに対応して糸３に通常発生する張力との差分があった場合には、その求められた値が、動作生成部５１に送られて、次の動作にその値が寄与される。
【００６３】
以上のように、本実施形態例のぬいぐるみロボット１では、外力を検知し、その外力に基づいた制御が可能となるので、例えば、使用者が、外部から与える外力に基づいて動作されるように構成することができ、その動作は、プログラムの設定により、種々の変更が可能である。
【００６４】
図１７に、外力に基づいて、腕部２が動作されるようなプログラム構成とした場合のフローチャートを示す。
使用者が、ぬいぐるみロボット１と握手する（Ｓ１）とする。そうすると、腕部２内の糸３の張力が増加したかが判断される（Ｓ２）。増加していない場合には、動作は行われず（Ｓ３）、糸３の張力が増加したと判断された場合は、制御部２２に伝達される（Ｓ４）。そして、制御部２２から、「握り返す」という命令が駆動部本体１０に送信され（Ｓ５）、モータ１１が駆動される。そうすると、腕部２内の糸３の長さが変化され（Ｓ６）、腕部１において、使用者の手を握り返すような動作がなされる。
【００６５】
このように、本実施形態例のぬいぐるみロボット１においては、制御部１１において、外力から力が加わった場合に、動作するようなプログラム構成をしておくことにより、使用者と、所定のコミュニケーションをとることを可能とするように構成することもできる。
【００６６】
本実施形態例においては、動作部を腕部２としたが、これに限定されるものではない。例えば、脚部３１に糸を構成して、脚部３１を動作させる例としても良いし、また、首部に糸を構成して、首部を動作させる例としても良い。
【００６７】
図１８Ａ，Ｂ，Ｃに、ぬいぐるみロボット１において、首部を動作させる場合の糸の構成例を示す。図１８Ａ〜Ｃにおいて、図１に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。図１８Ａは、ぬいぐるみロボット１を正面から見たときの構成図であり、図１８Ｂ，１８Ｃは、それぞれ、ぬいぐるみロボット１を左右から見たときの構成図である。
【００６８】
図１８Ａ〜Ｃに示すように、首部を動作させる場合には、２本の糸１７ａ，１７ｂを、ぬいぐるみロボット１の頭部３０と、胴部３２との付け根部分であって、右側と、左側に、左右対象となるように配設する。この２本の糸１７ａ，１７ｂは、後方から前方にかけて、クロスするように配設する。このように、４本の糸１７ａ，１７ｂを配設することで、首の動作が可能となる。そして、これらの糸１７ａ，１７ｂも、胴部内に収納された図示しない駆動装置に接続されて、モータにより巻き取り、巻出しがなされる。これにより、首の動作が可能となる。
【００６９】
また、本実施形態例では、アクチュエータとして、モータ１１を用いる例としたが、これに限られる物ではなく、糸の巻取り、巻出しのできる構成であればよい。また、第１のセンサとして、エンコーダを用いる例としたが、これに限られるものではなく、糸の長さを検出できる構成であればよい。さらに、第２のセンサとなる力センサ２４を、フォトリフレクタ２０で構成する例としたが、これに限られるものではない。糸にかかる張力を測定し、検出できる構成であれば良く、従来用いられている方法を用いることができる。さらに、制御部２２及び電源部２３を筐体内部に構成する例としたが、ぬいぐるみロボットの外部に構成する例としてもよい。
【００７０】
［本実施形態例の効果］
本実施形態例によれば、動作部は、通常のぬいぐるみと同素材の綿等の柔らかい素材を用いることができる。また、動作部を動作させるための構成としては、糸を配設するのみでよいので、動作部において、触った感触は、通常のぬいぐるみと同じ感触を保つことができる。すなわち、従来の動くぬいぐるみでは、動作部に硬い素材が用いられていたが、本実施形態例では、やわらかい感触を維持された状態で、動作が可能なぬいぐるみロボット１が提供される。
また、本実施形態例によれば、力センサ２４において、糸３の張力を検出することにより、外部から加えられた力を検出することができる。これにより、外力が加えられたときの動作を制御部２２においてプログラミングしておくことにより、使用者とのコミュニケーションをとることのできるぬいぐるみロボット１を提供することができる。
このように、やわらかい感触を維持したままで、かつ、使用者とのコミュニケーションが可能とされるので、より癒しの効果を有するメンタルコミットロボットとして、使用者に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態におけるぬいぐるみロボットの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるぬいぐるみロボットの概略内部構成図である。
【図３】Ａ，Ｂぬいぐるみロボットの動作部（腕部）の概略断面構成図である。
【図４】Ａ，Ｂ  ぬいぐるみロボットの動作部（腕部）の構成におけるモデル図である。
【図５】Ａ，Ｂ  ぬいぐるみロボットの動作部（腕部）の動作説明図である。
【図６】Ａ，Ｂ  ぬいぐるみロボットの動作部（腕部）の動作説明図である。
【図７】ぬいぐるみロボットの駆動装置の概略構成図である。
【図８】ぬいぐるみロボットの駆動部本体の概略構成図である。
【図９】駆動部本体のモータの概略構成図である。
【図１０】Ａ，Ｂ  ぬいぐるみロボットの駆動部本体の動作説明図である。
【図１１】駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】ぬいぐるみロボットの糸の長さを変化させたときの図である。
【図１３】ぬいぐるみロボットの糸の長さを変化させたときの動作部（腕部）の動きを説明する図である。
【図１４】ぬいぐるみロボットの動作部（腕部）に外力を加えたときと、しないときの、センサ部によって検出される出力電圧を測定した図である。
【図１５】ぬいぐるみロボットの機能構成を示したブロック図である。
【図１６】ぬいぐるみロボットの機能構成を示したブロック図である。
【図１７】ぬいぐるみロボットの制御部に所望の動作プログラムを入力した場合の動作を説明するフローチャートである。
【図１８】Ａ，Ｂ，Ｃ  ぬいぐるみロボットの糸の配設位置の他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・ぬいぐるみロボット、２・・腕部、３・・糸、４・・胴部、５・・動作補助部、９・・駆動装置、１０・・駆動部本体、１１・・モータ、２０・・フォトリフレクタ、２４・・力センサ
【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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【図１４】
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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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