(57)【要約】【課題】簡単な構造で人間の顔表情を表出することができ、頭部全体の小型化、軽量化を実現できる他、眉や口等の模擬可動体又は模擬顔面の交換性を良好にし、また、メンテナンス性を向上させること。【解決手段】顔表情表出ロボット１０は、人間の顔面を模擬した模擬顔面１２と、模擬顔面１２の表面側に動作可能に取り付けられた眉体１４と、眉体１４を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段１６とを備えている。模擬顔面１４は、磁気を透過可能な材料及び厚みからなる。表情形成手段１６は、眉体１４に取り付けられた表側部材２２と、模擬顔面１４を挟んで表側部材２２に相対配置された裏側部材２４と、裏側部材２４を移動させる移動機構１６とを備えている。表側部材２２及び裏側部材２４は、何れか一方が磁石により構成され、何れか他方が磁石若しくは磁性体により構成されている。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体との間に磁力を発生させ、当該磁力によって前記模擬可動体を動作させることを特徴とする顔表情表出ロボットの表情可変構造。
【請求項２】
人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記模擬顔面は、磁気を透過可能な材料及び厚みからなり、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体に取り付けられた表側部材と、前記模擬顔面を挟んで前記表側部材に相対配置された裏側部材と、当該裏側部材を移動させる移動機構とを備え、
前記表側部材及び前記裏側部材は、何れか一方が磁石により構成され、何れか他方が磁石若しくは磁性体により構成されていることを特徴とする顔表情表出ロボットの表情可変構造。
【請求項３】
人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記模擬顔面は、磁気を透過可能な材料及び厚みからなり、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体に相対配置された裏側部材と、当該裏側部材を移動させる移動機構とを備え、
前記模擬可動体及び前記裏側部材は、何れか一方が磁石により構成され、何れか他方が磁石若しくは磁性体により構成されていることを特徴とする顔表情表出ロボットの表情可変構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の様々な顔表情を模擬的に表出することのできる顔表情表出ロボットの表情可変構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療福祉やエンターテイメント用のロボットが研究開発されており、その中でも、人間と同様に情動表出を行いながらコミュニケーションをとることのできるロボットが盛んに研究されている。特許文献１には、このようなロボットの顔表情を表出するための感情表現装置が開示されている。この感情表現装置は、ロボットの眉体の左右両端側に糸状体が連結され、モータの回転による糸状体の巻き取りや送り出しにより、眉体を上下動させ、ロボットの顔表情を変化させる。
【特許文献１】特開２００３−８０４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１の装置にあっては、糸状体の本数分だけ、それらの巻き取り、送り出しのための機構やモータが必要になるため、表情表出のための構造が複雑になり、ロボットの頭部が大型化、重量化してしまうという不都合がある。特に、特許文献１の機構では、眉体に対し更に複数箇所に糸状体を取り付ければ、眉体を複雑に変形させることができ、更に多彩な表情を表出可能になると考えられるが、このときには、前述した不都合が一層顕著となる。また、デザイン形状の異なる眉体に交換すれば、異なる顔での表情表出が可能となるが、このときには、眉体の複数箇所に固定された糸状体を全て取り外した後で、交換する眉体の複数箇所に各糸状体を固定し直さなければならず、眉体の交換作業が煩雑になるという不都合もある。同様に、ロボットの頭部のメンテナンスを行う際にも、眉体に対する糸状体の取り外しや取り付けが必要になり、メンテナンス作業が煩雑になるという不都合がある。
【０００４】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な構造で人間の顔表情を表出することができ、頭部全体の小型化、軽量化を実現できる他、眉や口等の模擬可動体又は模擬顔面の交換性を良好にし、また、メンテナンス性を向上させることができる顔表情表出ロボットの表情可変構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体との間に磁力を発生させ、当該磁力によって前記模擬可動体を動作させる、という構成を採っている。
【０００６】
（２）また、本発明は、人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記模擬顔面は、磁気を透過可能な材料及び厚みからなり、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体に取り付けられた表側部材と、前記模擬顔面を挟んで前記表側部材に相対配置された裏側部材と、当該裏側部材を移動させる移動機構とを備え、
前記表側部材及び前記裏側部材は、何れか一方が磁石により構成され、何れか他方が磁石若しくは磁性体により構成される、という構成を採っている。
【０００７】
（３）更に、本発明は、人間の顔面を模擬した模擬顔面と、当該模擬顔面の表面側に動作可能に取り付けられた模擬可動体と、当該模擬可動体を動作させて人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段とを備えた顔表情表出ロボットの表情可変構造において、
前記模擬顔面は、磁気を透過可能な材料及び厚みからなり、
前記表情形成手段は、前記模擬可動体に相対配置された裏側部材と、当該裏側部材を移動させる移動機構とを備え、
前記模擬可動体及び前記裏側部材は、何れか一方が磁石により構成され、何れか他方が磁石若しくは磁性体により構成される、という構成を採ることができる。
【０００８】
なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」は、特に明示しない限り、ロボットの模擬顔面を手前側から見た場合の「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」を意味する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、模擬可動体を直接ワイヤで動作させずに、磁力を使って動作させることができるため、ワイヤの巻き取りや送り出しのための機構が不要になるとともに、ワイヤの本数分のモータが不要になり、人間の顔表情を簡単な構造で表出することができ、頭部全体の小型化、軽量化を実現することができる。また、模擬可動体に直接ワイヤを固定する必要がないため、模擬顔面や模擬可動体の交換時やメンテナンス時における煩雑なワイヤの取り外し、取り付け作業が不要になり、模擬顔面や模擬可動体の交換性を良好にすることができるとともに、ロボットの頭部のメンテナンス性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１には、本発明の表情可変機構が適用された顔表情表出ロボットの顔部の概略正面図が示され、図２には、前記顔部のうち鼻から上側の部分の概略分解斜視図が示されている。これらの図において、前記顔表情表出ロボット１０は、人間の顔面を模擬した模擬顔面１２と、模擬顔面１２の表面側に取り付けられ、人間の顔面内での可動部分である眉部分を模擬した模擬可動体としての眉部１４と、当該眉部１４を動作させることで人間の顔表情を模擬表出する表情形成手段１６（図２参照）とを備えて構成されている。
【００１２】
前記模擬顔面１２は、特に限定されるものではないが、光硬化樹脂によって形成されており、後述するように、眉部１４を動作させるための磁気を透過可能な厚みとなっている。なお、模擬顔面１２としては、後述する眉部１４の動作が可能となるように、磁気を透過可能な材料及び厚みからなるものであれば、何でも適用可能である。
【００１３】
前記眉部１４は、模擬顔面１２の左右両側に設けられ、それぞれ後述する変形動作を可能にする所定の樹脂製の弾性体によって形成されている。本実施形態の眉部１４，１４は、特に限定されるものではないが、変形動作前の初期状態が緩やかに湾曲した線状に設けられており、模擬顔面１２に対して回転可能且つ着脱自在となるように、左右両端側がピン１９，１９（図２参照）で固定されている。
【００１４】
前記表情形成手段１６は、左右両眉部１４，１４にそれぞれ取り付けられて模擬顔面１２の表面側に配置された表側部材２２と、模擬顔面１２の裏面側に配置され、当該模擬顔面１２を挟んで表側部材２２に相対配置された裏側部材２４と、模擬顔面１２が着脱自在に取り付けられるとともに、裏側部材２４を移動させる頭部機構２７とを備えて構成されている。
【００１５】
前記表側部材２２及び裏側部材２４は、相反する極性を有する円盤状の磁石からなり、表側部材２２は、左右両眉部１４，１４の裏面における左右方向ほぼ中央に固定され、裏側部材２４は、頭部機構２７側に固定されている。
【００１６】
前記頭部機構２７は、各種部材を支持するフレーム部２９と、裏側部材２４を移動させる移動機構３０と、フレーム部２９に対して回転可能に支持された左右一対の眼球部３２と、各眼球部３２の上方でそれぞれ上下動可能にフレーム部に支持された目瞼部３３と、眼球部３２及び目瞼部３３を駆動させる目瞼駆動機構３５とを備えている。
【００１７】
前記フレーム部２９は、下端側に位置する下板３７と、この下板３７の前寄りの左右両端側から起立する側板３８，３８と、側板３８，３８の上端間に掛け渡された上板３９と、下板３７の後方で起立する後部フレーム４１とを備えている。
【００１８】
前記側板３８，３８は、それぞれ、上端部分の前後二箇所にボルト４３の挿通穴４５，４６が形成されており、これら挿通穴４５，４６にそれぞれ差し込まれたボルト４３によって、上板３９が側板３８に固定される。前側の挿通穴４５は、ボルト４３の径よりも僅かに大きい内径の丸穴状に形成される一方、後側の挿通穴４６は、図示省略しているが、上下方向に湾曲しながら延びる長穴状に形成されている。従って、後側の挿通穴４６は、ボルト４３の挿通位置を上下方向に調整できるようになっており、ボルト４３を緩めた状態では、前側の挿通穴４５に差し込まれたボルト４３を回転支点として、上板３９の後側が上下方向に回転可能になり、ボルト４３を締めることで、上板３９を所望の傾斜角度に固定することができる。つまり、上板３９は、その上下方向の傾斜角度を調整可能となっている。
【００１９】
前記上板３９には、左右両方の領域に、左右方向に延びるスロット穴４８，４８が前後二箇所ずつ形成されている。
【００２０】
前記移動機構３０は、左右両側に設けられて裏側部材２４を上下動可能に保持する側面視ほぼＬ字状の保持フレーム５０と、後部フレーム４１に支持されたモータ５２と、モータ５２の駆動によって回転可能なプーリ５３と、プーリ５３に掛け回され、保持フレーム５０に繋がるワイヤ５５とを備えて構成されている。
【００２１】
前記保持フレーム５０は、図２及び図３に示されるように、上板３９に着脱自在に取り付けられる本体上部５７と、本体上部５７の前端側から手前側に垂下する本体前部５８と、本体前部５８に設けられ、ワイヤ５５が掛けられる上下二個のローラ６０，６０と、これらローラ６０，６０の間の位置でワイヤ５５に固定されて、当該ワイヤ５５と一体的に上下動可能に設けられるとともに、前端側に裏側部材２４が固定された可動部６２とを備えている。
【００２２】
前記本体上部５７は、上板３９のスロット穴４８の任意の位置にボルト止めすることで固定されるようになっており、本体上部５７の左右方向の取り付け位置を調整することで、裏側部材２４の左右方向の位置決めが可能になる。
【００２３】
前記ワイヤ５５は、弾性変形の少ない材料によって形成されており、プーリ５３と上下両側のローラ６０，６０に掛け回されている。プーリ５３は、一箇所に設けられており、図２に示されるように、左右両側の保持フレーム５０，５０からのワイヤ５５，５５が掛け回されるようになっている。従って、モータ５２の駆動によってプーリ５３が回転すると、左右両側の保持フレーム５０，５０からのワイヤ５５，５５が同時に動き、左右両側の裏側部材２４が同期して上下動することになる。
【００２４】
前記目瞼駆動機構３５は、モータからの動力により、プーリ、ベルト等の伝達機構を介して眼球部３２及び目瞼部３３に所望の動作をさせることができる公知の構造となっており、これら眼球部３２及び目瞼部３３の動作は、本発明の要旨ではないため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２５】
次に、前記顔表情表出ロボット１０における眉部１４の事前準備及び動作について説明する。
【００２６】
模擬顔面１２の形状を考慮しながら、裏側部材２４の位置決めが行われる。すなわち、先ず、模擬顔面１２の上側領域の湾曲形状にほぼ沿って裏側部材２４が上下動するように、模擬顔面１２の形状に基づき、左右両側の保持フレーム５０，５０の傾斜角度が調整される。ここでは、上板３９の傾斜角度が調整され、保持フレーム５０，５０の本体前部５８，５８の姿勢が所望の状態になったところで、上板３９がボルト４３で側板３８，３８に固定される。次に、頭部機構２７に模擬顔面１２を取り付けたときに、眉部１４に固定された表側部材２２が模擬顔面１２を挟んで裏側部材２４に相対するように、上板３９に対する各保持フレーム５０，５０の左右方向の取り付け位置が決定され、保持フレーム５０，５０が上板３９にボルト止めされる。その後、模擬顔面１２が頭部機構２７に取り付けられる。
【００２７】
以上の事前準備が終了し、図示しない電源を投入してモータ５２を所定方向に回転させると、モータ５２に追従してプーリ５３が回転して左右両側のワイヤ５５，５５が回転動作し、各ワイヤ５５，５５と一体的に、左右両側の可動部６２，６２が同時に上方に移動する。これにより、各可動部６２，６２に固定された裏側部材２４，２４も同時に上方に移動し、模擬顔面１２，１２を透過する磁気により、逆の極性の表側部材２２，２２が追従して上方に移動する。すると、左右両側の眉部１４，１４は、それぞれ、模擬顔面１２に対して左右両端側が回転可能に固定され、且つ、弾性変形可能に設けられているため、左右両端側を回転支点として、表側部材２２が固定された眉部１４，１４のほぼ中央が持ち上がって、図４（Ａ）中二点鎖線で示されるように、眉部１４，１４がへ字状に変形動作する。一方、モータ５２を前述と逆方向に回転させると、裏側部材２４，２４が下方に移動し、図４（Ｂ）中二点鎖線で示されるように、眉部１４，１４が逆へ字状に変形動作する。なお、表側部材２２及び裏側部材２４は、これら部材２２，２４が模擬顔面１２に接触する際の摩擦力に勝り、且つ、眉部１４を弾性変位させることのできる磁力を発生可能となっている。
【００２８】
従って、このような実施形態によれば、以下の効果を奏することになる。つまり、従来の構造では、眉部１４の上下動（２自由度）を実現するためには、ワイヤを眉部の上下両側に固定し、各ワイヤに対して巻き取り又は送り出しを行うためのモータが２個必要であった。ところが、本実施形態によれば、同様の動きを１個のモータ５２で実現でき、頭部機構２７の小型化、軽量化を図ることができる。また、眉部１４にワイヤ５５が直接繋がっていないため、頭部機構２７から模擬顔面１２を簡単に取り外すことができ、頭部機構２７のメンテナンスが容易になる。更に、デザイン形状の異なる模擬顔面１２や眉部１４に交換する際に、眉部１４に対するワイヤ５５の取り付け、取り外し作業が不要になるため、前述した保持フレーム５０の取り付け位置の調整だけで、面倒な作業を行うことなく模擬顔面１２や眉部１４を交換することができ、顔タイプの異なる表情の表出を簡単な作業で行えることになる。
【００２９】
なお、前記実施形態では、説明を簡略化するために、前記模擬可動体として眉部１４のみについて説明したが、人間の唇部分を模擬した口唇部、その他の模擬可動体等についても、同様の機構にて変形動作させることができる。また、これら模擬可動体としては、樹脂製に限らず、前述する変形動作を可能とする限り、他の材料からなる弾性体を採用することもできる。更に、模擬可動体として、弾性変形可能な磁石或いは磁性体を用いると、表側部材２２を不要にすることができる。
【００３０】
また、表側部材２２及び裏側部材２４は、何れか一方を磁石で構成し、何れか他方を磁性体により構成することもできる。
【００３１】
更に、表側部材２２及び裏側部材２４は、前述した形状、構成数及び配置に限定されるものではなく、眉部１４等の模擬可動体に対して所望とする動作を得ることができる限り、種々の変形が可能である。例えば、模擬可動体に対して表側部材２２を更に多く設ける他、裏側部材２４の動作を上下動だけでなく、左右方向に動作させることで、模擬可動体を更に複雑に動作させることができる。
【００３２】
また、前記実施形態では、ワイヤ５５で裏側部材２４を動作させる移動機構３０を採用しているが、本発明はこれに限らず、裏側部材２４を移動させることができる限り、種々の構造を採用することができる。
【００３３】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態の顔表情表出ロボットの顔部の概略正面図。
【図２】前記顔表情表出ロボットの顔部のうち鼻から上側の部分の概略分解斜視図。
【図３】表情形成手段の要部のみを概念的に示した概略断面側面図。
【図４】（Ａ）は、初期状態から眉部が上がる動作を説明するための概念図であり、（Ｂ）は、初期状態から眉部が下がる動作を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  顔表情表出ロボット
１２  模擬顔面
１４  眉部（模擬可動体）
１６  表情形成手段
２２  表側部材
２４  裏側部材
３０  移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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