CN110382181A - 适合机器人的关节的接头构造 - Google Patents

Abstract

本发明的接头构造用于连接机器人的第一部位和第二部位。该接头构造具备：第一构件(504)，设于第一部位；第二构件(506)，设于第二部位，具有与第一构件(504)嵌合的嵌合面；连结机构，发挥第一构件(504)与第二构件(506)的连结力以维持第一构件(504)与第二构件(506)的嵌合状态。当第一构件(504)与第二构件(506)相对于嵌合状态的相对位移超过规定量时，连结机构解除嵌合状态。

Description

适合机器人的关节的接头构造

技术领域

本发明涉及将多个构件相互连结的接头构造，尤其涉及适合机器人的关节的接头构造。

背景技术

类人机器人、宠物机器人等提供与人类的交流、慰藉的行为自主型机器人的开发已有进展(例如参照专利文献1)。这样的机器人中，有些机器人会通过基于周围状况自主学习而使行为进化，成为近似于生物的存在。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－323219号公报

发明内容

发明所要解决的问题

而当这样的机器人在室内来回移动时，可以想象到其在自主学习的过程中会碰到障碍物或者被台阶绊倒。或者，可能会抬起室内某个物体。此时，可能会对机器人的关节施加意料之外的负荷。这样的机器人由于其行为会进化，难以预先假定出所负载的负荷范围来进行设计。

本发明是基于上述问题认知而完成的发明，其目的在于提供适合机器人的关节的接头构造。

用于解决问题的方案

本发明的某一方案是用于连接机器人的第一部位和第二部位的接头构造。该接头构造具备：第一构件，设于第一部位；第二构件，设于第二部位，具有与第一构件嵌合的嵌合面；以及连结机构，发挥第一构件与第二构件的连结力以维持第一构件与第二构件的嵌合状态。当第一构件与第二构件相对于嵌合状态的相对位移超过规定量时，连结机构解除嵌合状态。

本发明的另一方案也是接头构造。该接头构造具备：第一构件；第一轴，支承于第一构件；第二轴，经由接头以能转动的方式连结于第一轴；以及第二构件，支承于第二轴。形成贯通第一轴和第二轴的贯通路，配线插通贯通路。

本发明的另一方案是一种机器人，其第一部位和第二部位被连接。该机器人具备：第一构件，构成第一部位；第二构件，构成第二部位，具有与第一构件嵌合的嵌合面；以及连结机构，发挥第一构件与第二构件的连结力以维持第一构件与第二构件的嵌合状态。当第一构件与第二构件相对于嵌合状态的相对位移超过规定量时，连结机构解除嵌合状态。

本发明的另一方案也是机器人。该机器人具备：第一构件，构成第一部位；第一轴，支承于第一构件；第二轴，以接头为关节能转动地连结于第一轴；以及第二构件，支承于第二轴，构成第二部位。形成贯通第一轴和第二轴的贯通路，配线插通贯通路。

发明效果

根据本发明，能提供适合机器人的关节的接头构造。

附图说明

图1是表示实施方式的机器人的外观的图。

图2是概略地表示机器人的构造的剖面图。

图3是以框架为中心来表示机器人的构造的侧视图。

图4是机器人系统的构成图。

图5是情感地图的概念图。

图6是机器人的硬件构成图。

图7是机器人系统的功能框图。

图8是表示角的外观的立体图。

图9是表示接头机构的立体图。

图10是表示接头机构的内部构造的剖面图。

图11是表示接头机构的内部构造的剖面图。

图12是表示第二构件的旋转限制构造的说明图。

图13例示出第二构件的脱离过程(嵌合解除)的图。

图14是表示变形例的接头构造的剖面图。

图15是表示其他变形例的接头构造的剖面图。

图16是表示其他变形例的接头构造的剖面图。

图17是表示其他变形例的接头构造的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，在以下的说明中，为了方便，有时以图示的状态为基准来表现各构造的位置关系。此外，对于以下实施方式及其变形例，有时候会对于大致相同的构成要素标注相同的附图标记并适当省略其说明。

在本实施方式中，为了使机器人的关节等连接第一部位和第二部位的部分不容易损坏而引入了形如人、动物的脱臼的构造。即，用于工厂等的具有臂的机械被设计为：预先确定处理负荷的范围，如果在该范围内，则无损地理想地移动。另一方面，以家庭中的使用为主要目的的机器人难以确定负荷的范围。若要使耐负荷能力绰绰有余，则重量级会达到工业用机器人的程度，难以用于家庭。话虽如此，在以往家庭允许的范围的耐负荷设计中，在对机器人施加超过假定界限的负荷时，其关节等会损坏。特别是，近年来开发有所进展的行为自主型机器人根据自己的选择而作出行为，其行为发生进化，因此难以预测关节所能负载的负荷范围。因此，在本实施方式中，当对关节作用了超过界限的负载时，会主动引发脱臼这种受控的破坏来移除负载，实现防止损坏的结构。以下，对其详细情况进行说明。

图1是表示实施方式的机器人100的外观的图。图1的(a)是主视图，图1的(b)是侧视图。

本实施方式中的机器人100是基于外部环境和内部状态来决定行为、举动(gesture)的行为自主型机器人。外部环境通过摄像头、热敏传感器(thermosensor)等各种传感器来识别。内部状态被量化为表现机器人100的情感的各种参数。

机器人100以房屋内行动为前提，例如，以主人家的房屋内为行动范围。以下，将与机器人100有关联的人称为“用户”，将作为机器人100所属的家庭的成员的用户称为“主人”。

机器人100的主体104具有整体上圆润的形状，包括由聚氨酯、橡胶、树脂、纤维等柔软而有弹性的材料形成的外皮。可以给机器人100着装。通过采用圆润而柔软的手感好的主体104，机器人100提供给用户安心感和舒服的触感。

机器人100总重量在15千克以下，优选10千克以下，进一步优选5千克以下。机器人100的身高在1.2米以下，优选0.7米以下。用户耗费与抱起小婴同等的力气就能抱起机器人100。

机器人100具备用于进行三轮行进的三个轮子。如图所示，包括一对前轮102(左轮102a、右轮102b)和一个后轮103。前轮102为驱动轮，后轮103为从动轮。前轮102不具有转向机构，但能独立控制旋转速度、旋转方向。后轮103由所谓的全向轮(omniwheel)构成，能自由旋转以便使机器人100向前后左右移动。机器人100能通过使右轮102b的转速大于左轮102a来进行左转或逆时针旋转。机器人100能通过使左轮102a的转速大于右轮102b来进行右转或顺时针旋转。

前轮102以及后轮103能通过后述的驱动机构(转动机构、连杆机构)而完全收纳于主体104。行进时各轮子的大部分也隐藏在主体104中，而当各轮子完全收纳于主体104时，机器人100会变为不可移动的状态。即，随着轮子的收纳动作，主体104下降而就座于地面。在该就座状态下，形成于主体104的底部的平坦状的就座面108(接地底面)与地面F抵接。

机器人100具有一双手106。手106不具有抓持物体的功能。手106能进行抬起、摆动、振动等简单的动作。两只手106也能独立控制。

机器人100的头部正面(面部)设有两只眼睛110。眼睛110内置有高分辨率摄像头402。眼睛110还能通过液晶元件或有机EL元件来进行图像显示。机器人100还能内置扬声器来发出简单的声音。机器人100的头顶部装配有角112。

本实施方式的机器人100在角112中内置有全景摄像头400(第一摄像头)。全景摄像头400能通过鱼眼镜头一次性拍摄上下左右所有方位(360度：特别是机器人100上方的大致整个区域)。内置于眼睛110的高分辨率摄像头402(第二摄像头)只能拍摄机器人100的正面方向。全景摄像头400拍摄范围宽，但其分辨率低于高分辨率摄像头402。

除此之外，机器人100内置有：将周边温度分布成像的温度传感器(热敏传感器)、具有多个麦克风的麦克风阵列、能测定测量对象的形状的形状测定传感器(深度传感器)、超声波传感器等各种传感器。

图2是概略地表示机器人100的构造的剖面图。图3是以框架为中心来表示机器人100的构造的侧视图。图2对应于图3的A－A剖面。

如图2所示，机器人100的主体104包括：基础框架308、主体框架310、一对轮罩312以及外皮314。基础框架308包含金属，构成主体104的轴心并且支承内部机构。基础框架308通过多个侧板336将上板332和下板334上下连结而构成。在多个侧板336间设有足够的间隔，以便能通气。在基础框架308的内侧容纳有电池118、控制电路342以及各种致动器等。

主体框架310包含树脂材料，包括头部框架316和躯干部框架318。头部框架316呈中空半球状，形成机器人100的头部骨架。躯干部框架318呈有起伏的筒状，形成机器人100的躯干部骨架。躯干部框架318与基础框架308固定为一体。头部框架316以可相对位移的方式组装于躯干部框架318的上端部。

头部框架316设有偏转(yaw)轴321、俯仰(pitch)轴322和滚转(roll)轴323这三个轴以及旋转驱动各轴的致动器324、325。致动器324包括用于驱动偏转轴321的伺服马达。致动器325包括用于分别驱动俯仰轴322和滚转轴323的多个伺服马达。为了进行摆头动作而驱动偏转轴321，为了进行点头动作、抬头动作以及低头动作而驱动俯仰轴322，为了进行歪头动作而驱动滚转轴323。头部框架316的上部固定有支承于偏转轴321的板326。

以从下方支承头部框架316及其内部机构的方式设有金属制的基板328。基板328经由接头330与上板332(基础框架308)连结。基板328设有支承台335，支承致动器324、325和桥接(crosslink)机构329(伸缩(pantograph机构)。桥接机构329将致动器324、325上下连结，能使它们之间的间隔发生变化。

更详细而言，致动器325的滚转轴323经由省略图示的齿轮机构与支承台335连结。致动器325的俯仰轴322与桥接机构329的下端部连结。另一方面，在桥接机构329的上端部固定有致动器324。致动器324的偏转轴321与板326连结。需要说明的是，致动器325设有用于伸缩驱动桥接机构329的省略图示的旋转驱动机构。

通过这样的构成，使滚转轴323旋转，由此能使致动器325与头部框架316一体旋转(rolling：滚转运动)，能实现歪头的动作。此外，通过使俯仰轴322旋转，能使桥接机构329与头部框架316一体旋转(pitching：俯仰运动)，能实现点头动作等。通过使偏转轴321旋转，能使板326与头部框架316一体旋转(yawing：偏转运动)，能实现摆头动作。而且，通过使桥接机构329伸缩，能实现头部的伸缩动作。

躯干部框架318容纳基础框架308和轮子驱动机构370。图3中还示出了轮子驱动机构370包括前轮驱动机构374和后轮驱动机构376。躯干部框架318的上半部380以使主体104的轮廓带有弧度的方式形成为平滑的曲面形状。上半部380形成为宽度朝向与颈部对应的上部逐渐变窄。躯干部框架318的下半部382为了在其与轮罩312之间形成前轮102的收纳空间S而宽度变窄。上半部380与下半部382的边界为阶梯形状。

构成下半部382的左右侧壁相互平行，贯穿前轮驱动机构374的后述的转动轴378对其进行支承。设有下板334，以便关闭下半部382的下端开口部。换而言之，基础框架308固定于躯干部框架318的下端部并由其支撑。

一对轮罩312设置为从左右覆盖躯干部框架318的下半部382。轮罩312包含树脂，以形成与躯干部框架318的上半部380连续的平滑的外表面(曲面)的方式被组装。轮罩312的上端部沿着上半部380的下端部被连结。由此，在下半部382的侧壁与轮罩312之间形成有朝向下方敞开的收纳空间S。

外皮314包含聚氨酯橡胶或海绵，从外侧覆盖主体框架310和轮罩312。手106与外皮314一体成形。在外皮314的上端部设有开口部390。角112的下端部经由开口部390与头部框架316连接。角112具有作为关节发挥功能的接头机构500。在对角112施加过大负载时，通过接头机构500的脱臼作用释放该负荷，防止角112破损。此外，与控制电路342相连的(电源线130、信号线132)贯通接头机构500与全景摄像头400连接。关于该接头机构500的详细情况在后文加以叙述。

前轮驱动机构374包括：旋转驱动机构，用于使前轮102旋转；以及收纳动作机构，用于使前轮102从收纳空间S进退。即，前轮驱动机构374包括转动轴378和致动器379。前轮102在其中心部具有直驱马达(以下记为“DD马达”)396。DD马达396具有外转子结构，定子固定于轮轴398，转子同轴状地固定于前轮102的轮毂397。轮轴398经由臂350与转动轴378一体化。在躯干部框架318的下部侧壁，埋设有贯通转动轴378且可转动地对其进行支承的轴承352。轴承352设有用于气密性地密封躯干部框架318的内外的密封构造(轴封)。通过致动器379的驱动，能从收纳空间S向外部进退驱动前轮102。

后轮驱动机构376包括转动轴354和致动器356。两条臂358从转动轴354伸出，在其顶端一体地设有轮轴360。后轮103可旋转地支承于轮轴360。在躯干部框架318的下部侧壁，埋设有贯通转动轴354且可转动地对其进行支承的省略图示的轴承。该轴承也设有轴封构造。通过致动器356的驱动，能从收纳空间S向外部进退驱动后轮103。

收起轮子时，致动器379、356向一个方向被驱动。此时，臂350以转动轴378为中心转动，前轮102从地面F上升。此外，臂358以转动轴354为中心转动，后轮103从地面F上升。由此，主体104降下，就座面108与地面F相接。由此，实现机器人100坐下的状态。通过反向驱动致动器379、356，能使各轮子从收纳空间S伸出，使机器人站起来。

用于驱动手106的驱动机构包括埋设于外皮314的金属线134和其驱动电路340(通电电路)。在本实施方式中，金属线134包括形状记忆合金线，被加热时收缩硬变，被去热时舒张伸长。从金属线134的两端引出的引线与驱动电路340连接。当驱动电路340的开关接通时，金属线134(形状记忆合金线)通电。

金属线134以从外皮314向手106延伸的方式被模制(mold)或编入。引线从金属线134的两端引出至躯干部框架318的内侧。金属线134既可以在外皮314的左右各设置一根，也可以并列设置多根。通过对金属线134通电能抬起手106，通过切断通电能放下手106。

机器人100通过控制俯仰轴322的旋转角度，能调整视线(参照虚线箭头)的角度。需要说明的是，在本实施方式中为了方便说明，将通过俯仰轴322和眼睛110的假想直线的方向设为视线的方向。高分辨率摄像头402的光轴与视线一致。此外，为了便于后述的计算处理，设定为连接全景摄像头400和俯仰轴322的直线与视线呈直角。

头部框架316的前后设置有能供躯干部框架318插通的上端部的狭缝362、364。因此，能将以俯仰轴322为中心的头部框架316的可动范围(旋转范围)设置得大。在本实施方式中，将该可动范围设为90度，从视线呈水平的状态向上向下各45度。即，机器人100的视线向上的角度(仰视角)的极限值为45度，视线向下的角度(俯视角)的极限值也为45度。

图4是机器人系统300的构成图。

机器人系统300包括：机器人100、服务器200以及多个外部传感器114。在房屋内预先设置多个外部传感器114(外部传感器114a、114b、……114n)。外部传感器114既可以固定在房屋的墙面上，也可以放置在地上。服务器200中录入了外部传感器114的位置坐标。位置坐标在被假定为机器人100的行动范围的房屋内被定义为x、y坐标。

服务器200设置于住宅内。本实施方式中的服务器200与机器人100一一对应。服务器200基于由机器人100的内置传感器和多个外部传感器114获取的信息，来决定机器人100的基本行为。外部传感器114用于加强机器人100的感觉器，服务器200用于加强机器人100的头脑。

外部传感器114定期发送包含外部传感器114的ID(以下，称为“信标ID”)的无线信号(以下，称为“机器人搜索信号”)。机器人100在接收到机器人搜索信号时会回复包含信标ID的无线信号(以下，称为“机器人应答信号”)。服务器200测量从外部传感器114发送机器人搜索信号开始到接收到机器人应答信号为止的时间，来测量出从外部传感器114到机器人100的距离。通过测量多个外部传感器114与机器人100的各自距离，来确定机器人100的位置坐标。当然，也可以采用机器人100定期向服务器200发送自身位置坐标的方式。

图5是情感地图116的概念图。

情感地图116是储存于服务器200的数据表。机器人100根据情感地图116来作出行为选择。情感地图116表示机器人100对场所的好恶情感的程度。情感地图116的x轴和y轴表示二维空间坐标。z轴表示好恶情感的程度。z值为正值时表示对该场所的好感高，z值为负值时表示厌恶该场所。

在情感地图116中，坐标P1是作为机器人100的行动范围而由服务器200管理的屋内空间中好感高的地点(以下，称为“好感地点”)。好感地点可以是沙发的背面、桌子下等“安全场所”，也可以是像客厅这种经常聚人的场所、热闹的场所。此外，也可以是曾经被轻抚或触碰过的场所。机器人100喜欢怎样的场所的定义是任意的，但一般而言理想的是将小孩或狗、猫等小动物喜欢的场所设定为好感地点。

坐标P2是厌恶感高的地点(以下，称为“厌恶地点”)。厌恶地点可以是电视机附近等声音大的场所、浴缸和洗面台这种经常被弄湿的场所、密闭空间、暗处、会勾起被用户粗暴对待的不愉快记忆的场所等。机器人100厌恶怎样的场所的定义也是任意的，但一般而言理想的是将小孩或狗、猫等小动物害怕的场所设定为厌恶地点。

坐标Q表示机器人100的当前位置。服务器200根据由多个外部传感器114定期发送的机器人搜索信号和与之对应的机器人应答信号，来确定机器人100的位置坐标。例如，在信标ID＝1的外部传感器114和信标ID＝2的外部传感器114分别检测到机器人100时，求出机器人100与两个外部传感器114的距离，并据此求出机器人100的位置坐标。

或者，信标ID＝1的外部传感器114向多个方向发送机器人搜索信号，机器人100在接收到机器人搜索信号时回复机器人应答信号。由此，服务器200可以掌握机器人100在哪个方向距哪个外部传感器114多远的距离。此外，在其他实施方式中，可以根据轮子(前轮102)的转速来计算机器人100的移动距离而确定当前位置，也可以基于由摄像头获取到的图像来确定当前位置。在被赋予了情感地图116的情况下，机器人100会向靠近好感地点(坐标P1)的方向、远离厌恶地点(坐标P2)的方向移动。

情感地图116会动态变化。当机器人100到达坐标P1时，坐标P1处的z值(好感)会随时间降低。由此，机器人100能模拟出到达好感地点(坐标P1)而“情感得到满足”且不久后会对该场所产生“厌倦”这样的生物行为。同样，坐标P2处的厌恶感也会随时间而减轻。随着时间推移，会产生新的好感地点、厌恶地点，由此机器人100会作出新的行为选择。机器人100对新的好感地点有“兴趣”，会不断地作出行为选择。

情感地图116作为机器人100的内部状态而体现出情感的起伏。机器人100会靠近好感地点而避开厌恶地点，暂时停留在好感地点，不久会进行下一行为。通过这样的控制，能将机器人100的行为选择设计成人类/生物式的行为选择。

需要说明的是，影响机器人100的行为的地图(以下，统称为“行为地图”)不限于图3所示的类型的情感地图116。例如，能定义好奇、躲避恐惧的情绪、寻求安心的情绪以及寻求安静或昏暗、凉爽或温暖等肉体的舒适的情绪等各种行为地图。并且，可以通过对多个行为地图各自的z值进行加权平均，来决定机器人100的目的地点。

机器人100除了行为地图之外，还可以具有表示各种情感、感觉的程度的参数。例如，在寂寞这样的情感参数值变高时，可以将评估安心的场所的行为地图的加权系数设定得大，并通过到达目标地点来降低该情感参数值。同样，在表示无聊这样的感觉的参数的值变高时，将评估满足好奇心的场所的行为地图的加权系数设定得大即可。

图6是机器人100的硬件构成图。

机器人100包括：内部传感器128、通信器126、存储装置124、处理器122、驱动机构120以及电池118。驱动机构120包括上述的轮子驱动机构370。处理器122和存储装置124包含于控制电路342。各单元通过电源线130和信号线132而相互连接。电池118经由电源线130向各单元供电。各单元通过信号线132来收发控制信号。电池118为锂离子二次电池等二次电池，是机器人100的动力源。

内部传感器128是内置于机器人100的各种传感器的集合体。具体而言，除了是摄像头410(全景摄像头400和高分辨率摄像头402)、麦克风阵列404、温度传感器406、形状测定传感器408以外，还是红外线传感器、触摸传感器、加速度传感器、嗅觉传感器等。嗅觉传感器是一种已知的传感器，其应用了电阻因作为气味源的分子的吸附而变化的原理。

通信器126是以服务器200、外部传感器114、用户持有的便携设备等各种外部设备为对象来进行无线通信的通信模块。存储装置124由非易失性内存和易失性内存构成，存储计算机程序、各种设定信息。处理器122是计算机程序的执行部。驱动机构120是控制内部机构的致动器。除此之外，还搭载有显示器、扬声器等。

处理器122在经由通信器126与服务器200、外部传感器114进行通信的同时，进行机器人100的行为选择。由内部传感器128获取的各种外部信息也会影响行为选择。

驱动机构120主要控制轮子(前轮102)、头部(头部框架316)以及躯干部(手106)。驱动机构120通过改变两个前轮102各自的旋转速度、旋转方向，来改变机器人100的移动方向、移动速度。此外，驱动机构120也能使轮子(前轮102和后轮103)升降。当轮子上升时，轮子完全收纳在主体104中，机器人100通过就座面108与地面抵接，变为就座状态。

驱动机构120能经由金属线134拉动手106，由此抬起手106。还能通过使手106摆动来实现摆手这种举动。如果利用许多金属线134则能表现更复杂的举动。

图7是机器人系统300的功能框图。

如上所述，机器人系统300包括：机器人100、服务器200以及多个外部传感器114。机器人100和服务器200的各构成要素由硬件和软件来实现，其中，硬件包括中央处理器(CentralProcessingUnit：CPU)和各种协处理器等计算器、内存(memory)和存储器(storage)等存储装置、将这些装置连结起来的有线或无线的通信线，软件储存于存储装置，将处理命令提供给计算器。计算机程序可以由设备驱动程序、操作系统、位于它们的上位层的各种应用程序以及为这些程序提供共通功能的程序库构成。以下所说明的各区组不表示硬件单位的构成，而表示功能单位的区组。机器人100的部分功能可以由服务器200来实现，服务器200的部分或全部功能也可以由机器人100来实现。

(服务器200)

服务器200包括：通信部204、数据处理部202以及数据储存部206。通信部204负责与外部传感器114和机器人100的通信处理。数据储存部206储存各种数据。数据处理部202基于由通信部204获取到的数据和储存在数据储存部206的数据来执行各种处理。数据处理部202也作为通信部204以及数据储存部206的接口来发挥功能。

数据储存部206包括：动作储存部232、地图储存部216以及个人数据储存部218。机器人100具有多个动作模式(motion)。定义有抖动手、蛇行接近主人、歪头注视主人等各种各样的动作。

动作储存部232储存对动作的控制内容进行定义的“动作文件”。各动作通过动作ID来识别。动作文件也被下载到机器人100的动作储存部160。执行哪一动作有时由服务器200来决定，有时由机器人100来决定。

机器人100的很多动作构成为包括多个单位动作的复合动作。例如，在机器人100接近主人时，可以表现为转向主人的单位动作、一边抬手一边接近的单位动作、一边晃动身体一边接近的单位动作以及一边举起双手一边坐下的单位动作的组合。通过这样的四个动作的组合，会实现“接近主人、中途抬手、最后晃动身体坐下”的动作。动作文件中，与时间轴建立关联地定义了设于机器人100的致动器的旋转角度、角速度等。依据动作文件(致动器控制信息)，随着时间经过来控制各致动器，由此实现各种动作。

将从前一个单位动作变化到下一个单位动作时的过渡时间称为“间隔”。根据单位动作变更所需的时间、动作的内容来定义间隔即可。间隔的长度可调整。以下，将何时选择哪个动作、为了实现动作而进行的各致动器的输出调整等与机器人100的行为控制有关的设定统称为“行为特性”。机器人100的行为特性由动作选择算法、动作的选择概率、动作文件等来定义。

地图储存部216储存多个行为地图。个人数据储存部218储存用户特别是主人的信息。具体而言，储存对用户的亲密度、用户的身体特征/行为特征等各种参数。也可以储存年龄、性别等其他属性信息。

机器人100基于用户的身体特征、行为特征来识别用户。机器人100不断通过内置的摄像头来拍摄周围。然后，提取现于图像的人物的身体特征和行为特征。所谓身体特征，可以是身高、喜欢穿的衣服、是否戴眼镜、肤色、发色、耳朵大小等身体附带的视觉特征，也可以包括平均体温、气味、音质等其他特征。所谓行为特征，具体而言，是用户喜欢的场所、动作的活跃度、是否吸烟等行为附带的特征。例如，提取出被识别为父亲的主人经常不在家，在家时经常在沙发上不动弹，而母亲经常在厨房、行动范围广之类的行为上的特征。机器人100基于根据大量的图像信息、其他传感信息而获取到的身体特征和行为特征，将高频率出现的用户归类为“主人”。

通过用户ID来识别用户的方式简单可靠，但前提是用户持有能提供用户ID的设备。另一方面，虽然通过身体特征、行为特征来识别用户的方法的图像识别处理负担大，但具有即使是不持有便携设备的用户也能被识别的优点。两种方法既可以仅采用一方，也可以互补地并用两种方法来进行用户确定。在本实施方式中，根据身体特征和行为特征来对用户进行归类，并通过深度学习(多层神经网络)来识别用户。

机器人100根据每个用户具有亲密度这样的内部参数。机器人100在识别出抱起自己、打招呼等对自己示好的行为时，对该用户的亲密度会提高。对与机器人100无关的用户、动粗的用户、见面频率低的用户的亲密度会降低。

数据处理部202包括：位置管理部208、地图管理部210、识别部212、动作判断部222以及亲密度管理部220。位置管理部208通过用图4说明过的方法来确定机器人100的位置坐标。位置管理部208也可以实时追踪用户的位置坐标。

地图管理部210通过与图5关联地进行过说明的方法，针对多个行为地图改变各坐标的参数。地图管理部210管理作为行为地图的一种的温度地图。

地图管理部210既可以选择多个行为地图中的任一个，也可以对多个行为地图的z值进行加权平均。例如，行为地图A中坐标R1、坐标R2处的z值为4和3，行为地图B中坐标R1、坐标R2处的z值为－1和3。在简单平均的情况下，坐标R1的合计z值为4－1＝3，坐标R2的合计z值为3+3＝6，因此，机器人100会前往坐标R2的方向，而不是坐标R1的方向。在使行为地图A五倍着重于行为地图B时，坐标R1的合计z值为4×5－1＝19，坐标R2的合计z值为3×5+3＝18，因此，机器人100会前往坐标R1的方向。

识别部212识别外部环境。外部环境的识别包括基于温度、湿度的气候、季节的识别；基于光量、温度的隐蔽处(安全地带)的识别等多种识别。识别部212还包括人物识别部214和应对识别部228。人物识别部214根据由机器人100的内置摄像头拍摄到的拍摄图像来识别人物，并提取出该人物的身体特征、行为特征。然后，基于录入个人数据储存部218的身体特征信息、行为特征信息，来判定拍摄到的用户即机器人100所看见的用户为父亲、母亲、长子等中的哪位人物。人物识别部214包括表情识别部230。表情识别部230通过对用户的表情进行图像识别来推定用户的情感。需要说明的是，人物识别部214也对人物以外的，例如作为宠物的猫、狗进行特征提取。

应对识别部228识别机器人100所受到的各种应对行为，并将其分类为愉快/不愉快行为。此外，应对识别部228还通过识别主人对机器人100的行为的应对行为，分类为肯定/否定反应。愉快/不愉快行为根据用户的应对行为对生物而言是舒服的还是不愉快的来判别。例如，对于机器人100而言，被抱起是愉快行为，被踢是不愉快行为。根据用户的应对行为表现出了用户的愉快情感还是不愉快情感，来判别肯定/否定反应。例如，被抱起是表示用户的愉快情感的肯定反应，被踢是表示用户的不愉快情感的否定反应。

动作判断部222与机器人100的控制部150相互配合，决定机器人100的动作。动作判断部222基于地图管理部210所作出的行为地图选择，制定机器人100的移动目标地点和移动至该移动目标地点的移动路线。动作判断部222可以制作多条移动路线并在此基础上选择任一条移动路线。

动作判断部222从动作储存部232的多个动作中选择机器人100的动作。各动作根据不同的状况与选择概率建立对应。例如，定义了以下的选择方法：在从主人处受到愉快行为时有20％的概率执行动作A，在气温为30度以上时有5％的概率执行动作B。在行为地图中决定移动目标地点、移动路线，并根据后述的各种事件选择动作。

亲密度管理部220管理每个用户的亲密度。如上所述，亲密度作为个人数据的一部分被录入个人数据储存部218。在检测到愉快行为时，亲密度管理部220会增加对该主人的亲密度。在检测到不愉快行为时亲密度会下降。此外，长时间未见到的主人的亲密度会逐渐下降。

(机器人100)

机器人100包括：内部传感器128、通信部142、数据处理部136、数据储存部148以及驱动机构120。内部传感器128是各种传感器的集合体。内部传感器128包括：麦克风阵列404、摄像头410、温度传感器406以及形状测定传感器408。

麦克风阵列404是组合多个麦克风而成的单元，是检测声音的声音传感器。麦克风阵列404是能检测声音并检测声源方向的设备即可。麦克风阵列404内置于头部框架316。声源与各麦克风的距离不一致，因此集音的时间点会有偏差。因此，能根据各麦克风中的声音强度和相位来确定声源的位置。机器人100通过麦克风阵列404检测声源的位置，特别是声源的方向。

摄像头410是拍摄外部的设备。摄像头410包括全景摄像头400和高分辨率摄像头402。温度传感器406检测外部环境的温度分布并将其成像。形状测定传感器408是红外线深度传感器，其通过从发射器(projector)照射近红外线并用近红外线摄像头检测近红外线的反射光，来读取对象物体的深度，进而读取凹凸形状。

通信部142与通信器126(参照图6)对应，负责与外部传感器114和服务器200的通信处理。数据储存部148储存各种数据。数据储存部148与存储装置124(参照图6)对应。数据处理部136基于由通信部142获取到的数据和储存在数据储存部148的数据来执行各种处理。数据处理部136与处理器122和由处理器122执行的计算机程序对应。数据处理部136也作为通信部142、内部传感器128、驱动机构120以及数据储存部148的接口来发挥功能。

数据储存部148包括定义机器人100的各种动作的动作储存部160。各种动作文件从服务器200的动作储存部232下载到动作储存部160。通过动作ID来识别动作。为了表现收起前轮102并坐下、抬起手106、通过使两个前轮102反转或仅使单侧的前轮102旋转来使机器人100作出旋转行为、通过在收起前轮102的状态下使前轮102旋转来颤动、在远离用户时一度停止并回头等各种各样的动作，在动作文件中按时序定义有各种致动器(驱动机构120)的动作定时、动作时间、动作方向等。

数据处理部136包括：识别部156、控制部150以及传感器控制部172。控制部150包括移动控制部152和动作控制部154。移动控制部152与服务器200的动作判断部222一起决定机器人100的移动方向。可以由服务器200来决定基于行为地图的移动，并由机器人100来决定躲避障碍物等的即时移动。驱动机构120按照移动控制部152的指示来驱动前轮102，由此使机器人100前往移动目标地点。

动作控制部154与服务器200的动作判断部222相互配合，协作地决定机器人100的动作。可以是，部分动作由服务器200来决定，其他动作由机器人100来决定。此外，也可以是，由机器人100来决定动作，但在机器人100的处理负荷高时由服务器200来决定动作。也可以是，由服务器200来决定基础动作，由机器人100来决定追加动作。根据机器人系统300的规格来设计在服务器200和机器人100中如何分担动作的决定处理即可。动作控制部154指示驱动机构1200执行选定的动作。驱动机构120根据动作文件来控制各致动器。

动作控制部154既能在亲密度高的用户接近时，执行抬起双手106的动作作为求“抱抱”的举动，也能在厌倦了“抱抱”时通过在收起左右前轮102的状态下交替反复进行反向旋转和停止来表现厌恶拥抱的动作。驱动机构120按照动作控制部154的指示来驱动前轮102、手106、头部(头部框架316)，由此使机器人100表现出各种各样的动作。

传感器控制部172控制内部传感器128。具体而言，控制高分辨率摄像头402、温度传感器406以及形状测定传感器408的测量方向。搭载于机器人100的头部的高分辨率摄像头402、温度传感器406以及形状测定传感器408的测量方向根据头部框架316的方向而发生变化。传感器控制部172控制高分辨率摄像头402的拍摄方向(就是说，配合其拍摄方向来控制头部的移动)。传感器控制部172和摄像头410作为“摄像部”发挥功能。

识别部156对由内部传感器128获取的外部信息进行解释。识别部156能进行视觉识别(视觉部)、气味识别(嗅觉部)、声音识别(听觉部)以及触觉识别(触觉部)。识别部156定期获取摄像头410、温度传感器406以及形状测定传感器408的检测信息，来检测人、宠物等移动物体。这些信息被发送给服务器200，服务器200的人物识别部214提取出移动物体的身体特征。此外，也检测用户的气味、用户的声音。气味、声音(声)通过已知的方法被分类为多个种类。

在机器人100受到强冲击时，识别部156通过内置的加速度传感器来对其进行识别，服务器200的应对识别部228识别出邻近的用户作出了“粗暴行为”。在用户抓住角112提起机器人100时，也可以识别为粗暴行为。在处于与机器人100正对的状态下的用户以特定音域和特定频带发声时，服务器200的应对识别部228可以识别出对自己进行了“打招呼行为”。此外，在检测到体温级别的温度时识别为用户进行了“接触行为”，在已作出接触识别的状态下检测到向上方的加速度时识别为被“抱起”。可以感应用户提起主体104时的物理接触，也可以通过施加给前轮102的负荷降低来识别拥抱。

服务器200的应对识别部228识别用户对机器人100的各种应对。各种应对行为中的一部分典型的应对行为与愉快或不愉快、肯定或否定建立对应。一般而言作为愉快行为的应对行为几乎都为肯定反应，作为不愉快行为的应对行为几乎都为否定反应。愉快/不愉快行为与亲密度关联，肯定/否定反应会影响机器人100的行为选择。

包括检测、分析、判定的一系列的识别处理既可以仅通过服务器200的识别部212来进行，也可以仅通过机器人100的识别部156来进行，还可以双方分工来执行上述识别处理。

根据由识别部156识别出的应对行为，服务器200的亲密度管理部220使针对用户的亲密度改变。原则上讲，对进行过愉快行为的用户的亲密度会变高，对进行过不愉快行为的用户的亲密度会降低。

服务器200的识别部212根据应对来判定愉快/不愉快，地图管理部210可以改变表现“对场所的喜爱”的行为地图中经历愉快/不愉快行为的地点的z值。例如，在客厅经历了愉快行为时，地图管理部210可以高概率地将客厅设定为喜欢地点。在该情况下，实现了机器人100喜欢客厅并因在客厅受到愉快行为而越来越喜欢客厅这样的正反馈效果。

服务器200的人物识别部214根据由外部传感器114或内部传感器128获取的各种数据来检测移动物体，并提取其特征(身体特征和行为特征)。然后，基于这些特征来对多个移动物体进行集群分析。作为移动物体，不仅是人类，有时狗、猫等宠物也会成为分析对象。

机器人100定期进行图像拍摄，人物识别部214根据这些图像来识别移动物体，并提取移动物体的特征。在检测到移动物体时，也会由嗅觉传感器、内置的收音麦克风、温度传感器等来提取身体特征、行为特征。例如，在移动物体被拍摄入图像时，会提取出长胡子、在清晨活动、身穿红衣、香水味、声音大、戴眼镜、穿裙子、白发、个子高、胖、肤黑、在沙发上等各种特征。

在完成这种基于特征提取的集群分析的状态下，机器人100会重新识别移动物体(用户)。此时，服务器200的人物识别部214根据得自机器人100的图像等传感信息来进行特征提取，并通过深度学习(多层神经网络)来判断机器人100附近的移动物体对应于哪个集群。

基于特征提取的集群形成(集群分析)、和向伴随特征提取的集群的套用(深度学习)可以同时并行地执行。根据被移动物体(用户)施以怎样的行为，对该用户的亲密度会发生变化。

机器人100可以对经常遇到的人、经常接触的人、经常打招呼的人设定高的亲密度。另一方面，对很少遇到的人、很少接触的人、粗暴的人、大声呵斥的人的亲密度会降低。机器人100也基于由传感器(视觉、触觉、听觉)检测到的各种外界信息来改变每个用户的亲密度。

接着，对角112及其接头机构500进行详细说明。

图8是表示角112的外观的立体图。图9是表示接头机构500的立体图。

图9的(a)是从斜前方(图2中角112的下方)观察接头机构500的连结解除状态的图，图9的(b)是从斜后方(图2中角112的上方)观察接头机构500的连结解除状态的图。

如图8所示，角112通过将角主体502组装于接头机构500(接头构造)而构成。角主体502收容有作为“传感模块”的全景摄像头400。接头机构500包括第一构件504和第二构件506。第一构件504组装于头部框架316。在第二构件506组装有角主体502。需要说明的是，在本实施方式中，头部框架316对应于“第一部位”，角主体502对应于“第二部位”。第一构件504和第二构件506在本实施方式中包含树脂材料，但也可以通过将金属件成型而获得。

第一构件504具有凸缘状的大径部508，该大径部508的周缘的一部分被平坦地切掉(缺口510)。在头部框架316的顶部还设有与其嵌合的大致相同形状的圆孔，并以使组装作业时的定位变得容易地方式进行设计。此外，在大径部508的后表面的周缘部，在周向上形成有具有台阶的嵌合构造512。在头部框架316也形成有与此对应的嵌合构造。以使形状匹配的方式使大径部508抵接至头部框架316的圆孔，使第一构件504绕轴线旋转，由此能将第一构件504固定于头部框架316。在第一构件504，形成有用于供配线(电源线130和信号线132)穿过的插通孔514。

如图9的(a)和图9的(b)所示，接头机构500包括从第一构件504延伸的第一轴516和从第二构件506延伸的第二轴518。这些第一轴516和第二轴518经由接头520而被连结起来。接头520为万向接头，包括分别与第一轴516和第二轴518可转动地连接的连结构件522。

第一构件504以使第一轴516能绕本轴转动的方式支承第一轴516。第二轴518以使第二构件506能沿轴线方向滑动的方式支承第二构件506。通过使第二构件506从图9所示的状态向前方(接近第一构件504的方向)滑动，如图8所示，能使第一构件504与第二构件506嵌合。在第一构件504的内周面设有多个嵌合突起524，在第二构件506的顶端部外周面设有多个嵌合槽526。各嵌合突起524与对应的嵌合槽526嵌合，由此，能将第二构件506相对于第一构件504的旋转锁定。此外，在第一构件504的后表面设有环状的弹性构件528(本实施方式中为橡胶)。弹性构件528在第一构件504与第二构件506嵌合时、第二构件506从第一构件504脱离时吸收作用于两者之间的力，防止它们破损、变形。弹性构件528还作为具有弹力并纳入第二构件506来提高两构件的嵌合部的连结力的“连结机构”发挥功能。

图10和图11是表示接头机构500的内部构造的剖面图。图10示出了两构件的嵌合解除状态。图10的(a)是纵剖面，图10的(b)是图10的(a)的B-B剖面图。另一方面，图11示出了两构件的嵌合状态。图11的(a)与图10的(a)对应，图11的(b)与图10的(b)对应。

如图10的(a)和(b)所示，第一构件504具有有底圆筒状的主体530。凸缘部从主体530的侧面向半径方向外侧延伸，构成大径部508。第一轴516呈同轴状地组装至主体530。在主体530的底部531的中央形成有插通第一轴516的一端部的插通孔532。

第一轴516具有：圆板状的基座部534、从基座部534的一侧面分岔状延伸的一对臂536以及从基座部534的相反侧面呈同轴状延伸的圆凸台状的轴部538。轴部538插通于插通孔532。一对臂536相对于基座部534的轴线对称地配置。

轴部538设为从插通孔532稍微突出的长度尺寸，以与其顶端面抵接的方式配置有垫圈(washer)540。垫圈540的外径比轴部538大，通过螺钉542被紧固于轴部538。如图所示，底部531夹在基座部534与垫圈540之间，而基座部534与垫圈540的间隔比底部531的厚度稍大。通过这样的构成，第一轴516以能相对于第一构件504绕本轴旋转的方式被支承。

在一对臂536的顶端，以被夹持的方式支承有连结构件522。连结构件522呈截面正方形的方筒状，一对枢轴544从连结构件522的四个侧面中互为相反侧的两个侧面突出，一对枢轴545从另外两个侧面突出。一对枢轴544以同轴状并且朝向相反的方式突出从而形成第一转动轴。一对枢轴545以同轴状并且朝向相反的方式突出从而形成第二转动轴。这些转动轴的轴线相互正交。在一对臂536各自的顶端部设有圆形的支承孔546，供一对枢轴544分别嵌合。由此，第一轴516和连结构件522能绕第一转动轴的轴线进行相对转动。

在主体530的内周面，以规定间隔配设有多个嵌合突起524。在主体530的开口端突出设置有环状的装接部548。在弹性构件528的背面形成有环状的凹槽550。弹性构件528以使该凹槽550与装接部548嵌合的方式装接于第一轴516。此外，弹性构件528的开口端形成为斜坡状(斜坡部552)，使第二构件506的纳入变得容易。第二构件506即使相对于第一构件504稍微倾斜，也能以其顶端部沿着弹性构件528滑入的方式进行组装。

另一方面，第二构件506具有阶梯圆筒状的主体560。主体560具有与第一构件504嵌合或脱离的小径部562和供角主体502连接的大径部564。第二轴518呈同轴状地组装至主体560。小径部562的顶端部为圆弧形，在其周面以规定间隔设有多个嵌合槽526。需要说明的是，该呈圆弧形的小径部562的外周面作为与第一构件504嵌合的“嵌合面”发挥功能。在小径部562的后端部固定有环状的磁性构件566。此外，在小径部562的内周面突出设置有沿轴线方向延伸的多个引导部568。

第二轴518具有圆筒状的基座部570和从基座部570的一侧面呈分岔状延伸的一对臂572。一对臂572相对于基座部570的轴线对称配置。在基座部570的中央，形成有供配线L穿过的插通孔574。插通孔514、连结构件522的内部通路、插通孔574以及将它们连起来的通路作为贯通第一轴516和第二轴518的“贯通路”发挥功能。在基座部570的外周面设有分别与多个引导部568嵌合并沿轴线方向延伸的多个引导槽(凹槽)。通过基座部570与多个引导部568的嵌合，防止第二构件506相对于第二轴518的旋转。需要说明的是，第二构件506的绕轴线的旋转通过第一轴516的旋转来确保。

在一对臂572各自的顶端部分别设有圆形的支承孔573。这两个支承孔573分别与一对枢轴545嵌合。由此，第二轴518和连结构件522能绕第二转动轴的轴线进行相对转动。通过这样的构成，第一轴516和第二轴518能经由连结构件522而相互转动(图中点划线箭头)。

基座部570的外径与小径部562的内径大致相等，第二构件506由第二轴518沿轴线方向可滑动地支承。在基座部570的后表面设有环状的嵌合槽576，嵌装有环状的磁铁578(本实施方式中为永磁铁)。磁铁578在轴线方向与磁性构件566对置。

当使第二构件506从图示的状态相对于第二轴518滑动时，第二构件506接近第一构件504，抵接于弹性构件528。当克服该弹性构件528的弹力进一步将第二构件506压入时，如图11的(a)和图11的(b)所示，小径部562插入至第一构件504的主体530。通过弹性构件528的斜坡部552和小径部562的圆弧形，来促进该插入。此时，能通过使嵌合槽526与嵌合突起524嵌合来锁定第二构件506的旋转。如此，能以正确的姿势将第一构件504稳定地固定于第二构件506。

此外，此时，会在磁铁578与磁性构件566之间产生磁力，因此第二构件506被沿轴线方向吸引(施力)，牢固地固定到第二轴518。即，第二构件506相对于第一构件504的轴线方向的固定也稳固。换言之，第二构件506在嵌合于第一构件504的状态下，只要不作用大于该磁力的外力，就不会从第一构件504脱离。就是说，角112不会从机器人100的头部脱离。能通过设定磁铁578的磁力来调整角112对外力的承受度。需要说明的是，磁铁578和磁性构件566作为发挥第一构件504与第二构件506的连结力的“连结机构”发挥功能，此外，也作为提高两构件的连结方向的施加力的“施力机构”发挥功能。

需要说明的是，在本实施方式中，将角112的连结机构(施力机构)以外的主要构件(第一构件504、第二构件506、第一轴516、第二轴518、连结构件522等)的强度设为比磁铁578与磁性构件566的连结力大。由此，防止了在没有发生接头机构500的脱臼作用的状态下角112损坏。此外，通过将机器人100的自重(重力方向的负荷)设为比上述连结力大，只要拉动角112就会脱离(在脱臼作用下脱离)。而且，通过将角112的重量(重力方向的负荷)设为比上述连结力小，在机器人100正常工作时，能通过该连结力来保持角112(保持第一构件504与第二构件506的嵌合状态)。

另一方面，即使通过对角112作用超过磁铁578与磁性构件566的连结力的外力来解除第一构件504与第二构件506的嵌合，第一轴516与第二轴518也还连结着，因此第二构件506与第一构件504的连接也不会解除。也就是说，角112即使以脱臼的状态从头部框架316脱离也不会脱落。第一轴516、第二轴518以及连结构件522介于第一构件504与第二构件506之间而作为将两者相连的“连接构件”发挥功能。需要说明的是，连结构件522将第一轴516与第二轴518连接的连接强度具有足够的大小，从而能在第一构件504和第二构件506脱离后保持角112(第二构件506)。

图12是表示第二构件506的旋转限制构造的说明图。图12的(a)是图11的(a)的C-C向视剖面图。图12的(b)和图12的(c)是表示第二构件506从图12的(a)的状态开始旋转时的旋转界限的示意图。

如图12的(a)所示，在第一构件504的底部531与第一轴516的基座部534之间设有限制第一轴516绕本轴旋转的旋转角度范围的旋转限制构造。即，在底部531的与基座部534的对置面，形成有环状的引导槽580。虽然在本实施方式中将引导槽580的范围设定为以基座部534的轴线为中心330度的范围，但该角度范围能在小于360度的范围内适当设定。

另一方面，在基座部534的与底部531的对置面，突出设置有扇形的卡定片582，间隙嵌合于引导槽580。虽然在本实施方式中将卡定片582的宽度设定为以基座部534的轴线为中心30度的范围，但该角度范围能适当设定。

如图12的(b)所示，当第一轴516向一个方向旋转时，会卡定在位于引导槽580的一侧的周端的壁584。如图12的(c)所示，当第一轴516向另一个方向旋转时，会卡定在位于引导槽580的另一侧的周端的壁586。因此，第一轴516的旋转角度被限制为小于360度的规定角度范围(在本实施方式中为300度范围)。如上所述，第二构件506绕轴线的旋转通过第一轴516的旋转来确保，因此其旋转角度范围也与第一轴516同样地受到限制。

图13是例示出第二构件506的脱离过程(解除嵌合)的图。图13的(a)和(b)示出了该脱离过程。如图13的(a)所示，为了使第二构件506从第一构件504脱离，至少需要解除嵌合突起524与嵌合槽526的嵌合，为此需要对第二构件506作用轴线方向的力分量。

当第二构件506向远离第一构件504的方向位移规定量时，嵌合突起524与嵌合槽526的嵌合被解除。如图13的(b)所示，通过在该状态下对第二构件506作用径向的力分量，能使第二构件506相对于第一构件504转动。此时，第二构件506能绕第一轴516的轴线L1、连结构件522的第一转动轴的轴线L2以及连结构件522的第二转动轴的轴线L3(也就是绕三轴)转动。由此，角112的动作自由度提高。

以上，基于实施方式，对应用于机器人100的接头构造进行了说明。根据本实施方式，以可嵌合或可脱离(解除嵌合)的方式配置设于机器人100的主体的第一构件504和构成角112的第二构件506。即使在机器人100的行动过程中对角112施加意料之外的外力，通过在两构件的相对位移超过规定量时解除嵌合状态而产生脱臼这种现象，也能移除由该外力造成的负荷。由此，能防止角112损坏。此外，即使两构件脱离，也能确保第一轴516和第二轴518的连结状态，因此，能防止角112脱落。

此外，根据本实施方式，形成有贯通第一轴516、连结构件522以及第二轴518的贯通路，配线L插通该贯通路。接头520本身被配线L穿过，因此能以最短距离进行构件间的接线。即使接头520进行复杂的旋转动作，配线L也不会干涉其动作。而且，由于将第一轴516的旋转角度范围限制为小于360度，因此还能防止或抑制配线L(电源线130、信号线132)扭曲。因此，能有效防止配线L折断、破损。

[变形例]

图14是表示变形例的接头构造的剖面图。图14的(a)表示第一变形例，图14的(b)表示第二变形例。

在第一变形例中，设有弹簧610(拉伸弹簧)来作为“连结机构”和“施力机构”。弹簧610的一端固定于第二轴618，另一端固定于第二构件606的大径部564。在小径部562的后端附近设有用于防止第二轴618脱落的挡圈666。根据这种构成，能通过选择弹簧610的规格(负荷)来调整会使角脱臼的外力的大小(易脱臼/难脱臼)。

在第二变形例中，设有电磁铁630来作为“连结机构”和“施力机构”。在小径部562的后端附近，沿其内周面配置有多个电磁铁630。在第二轴628的与各电磁铁的对置面配设有磁性构件678。控制部150控制对电磁铁630供电。根据这种构成，能通过调整对电磁铁630的供应电流值来控制第一构件504与第二构件626的嵌合力(连结力、施加力)。即，能根据机器人100被放置的状况来调整应使角脱臼的外力的大小(易脱臼/难脱臼)。

图15是表示其他变形例(第三变形例)的接头构造的剖面图。

在第三变形例中，除了第一变形例的构成，还设有能锁定第一构件704与第二构件706的嵌合状态的锁定机构710。锁定机构710包括能紧固第一构件704和第二构件706的螺钉712(螺栓)、将螺钉712向紧固或解除方向驱动的马达714。控制部150控制马达714。

在第一构件704，贯通形成有供螺钉712插通的插通孔716。在插通孔716的开口端部配设有轴承718。在螺钉712的后端部同轴且一体地设有齿轮720。齿轮720与马达714的输出齿轮722咬合。垫圈726夹装于第一构件704的端面与齿轮720之间。另一方面，在第二构件706的大径部764设有与螺钉712的外螺纹部728螺合的内螺纹部730，。

通过向一个方向旋转驱动马达714，能向紧固方向(图的右方)驱动螺钉712。通过向另一方向旋转驱动马达714，能向紧固解除方向(图的左方)驱动螺钉712。通过向紧固解除方向驱动螺钉712而使外螺纹部728从内螺纹部730拔出，能使第一构件704与第二构件706脱离。根据这种构成，能通过第一构件704与第二构件706之间的紧固来提高两者的连结强度。例如，在即使角损坏也需要维持连结状态的情况下，这种构成是有效的。

图16是表示其他变形例(第四变形例)的接头构造的剖面图。图16的(a)表示第一构件与第二构件的嵌合状态，图16的(b)表示脱离状态。

在第四变形例中，设有波纹管810来作为“连结机构”和“施力机构”。波纹管810的一端固定于第一构件804，另一端固定于第二构件806。波纹管810由于具有轴线方向的弹力，因此作为将第一构件804和第二构件806向嵌合方向施力的“施力机构”发挥功能。在本变形例中，不设置第一轴和第二轴。第一构件804设有供配线L插通的插通孔514。

通过在图16的(a)所示的嵌合状态下施加外力，如图16的(b)所示，能使第二构件806以脱臼状态脱离。此时，波纹管810作为防止第二构件806脱落的“连接构件”发挥功能。根据这种构成，能减少接头构造的构件数量，能谋求成本降低。

需要说明的是，可以配置海绵(聚氨酯)等外皮来代替波纹管810。此外，可以通过金属线连接两个构件。也可以将该金属线设为形状记忆合金线。通过对金属线进行通电或断电，能使该金属线张紧或松弛。例如，可以在维持两构件的嵌合状态时使其张紧，在允许脱离时使其松弛。

图17是表示其他变形例(第五变形例)的接头构造的剖面图。

在第五变形例中，将上述实施方式的接头机构500应用于机器人900(类人机器人)的肩关节。机器人900的肩部902对应于“第一部位”，臂部904对应于“第二部位”。第一构件504构成肩部902，第二构件506构成臂部904。需要说明的是，省略对臂部904的详细说明。

以夹在螺钉542与垫圈540之间的方式固定有齿轮920。齿轮920与马达914的输出齿轮922咬合。控制部150控制马达914。通过驱动马达914，能使臂部904旋转。并且，在对臂部904施加规定值以上的外力的情况下，能使第二构件506从第一构件504脱离来移除该外力。这样，上述实施方式的接头机构500也能应用于肩部的关节。当然，也可以将接头机构500组合至每个设于机器人900的关节。需要说明的是，变形例1～4当然也同样能应用于机器人900的肩关节。

需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式、变形例，可以在不脱离技术精神的范围内对构成要素进行变形来具体化。也可以通过适当组合上述实施方式、变形例中所公开的多个构成要素来形成各种发明。此外，也可以从上述实施方式、变形例中所示的全部构成要素中去掉若干构成要素。

对由一个机器人100和一个服务器200、多个外部传感器114构成机器人系统300的情况进行了说明，但机器人100的部分功能可以由服务器200来实现，服务器200的部分或全部功能也可以分配给机器人100。既可以是一个服务器200控制多个机器人100，也可以是多个服务器200协同控制一个以上的机器人100。

机器人100、服务器200以外的第三装置也可以承担部分功能。图7中所说明的机器人100的各功能和服务器200的各功能的集合体也可以整体作为一个“机器人”来掌握。关于怎样为一个或多个硬件分配实现本发明所需的多个功能，只要能鉴于各硬件的处理能力、机器人系统300所要求的规格等来决定即可。

虽然在上述实施方式中例示出了全景摄像头400来作为设于第二构件的“传感模块”，但并不限于此，也能设置例如温度传感器等各种传感器。也可以使用马达等“致动模块”来代替“传感模块”。该致动模块也连接有配线L(电源线、信号线等)。

虽然在上述实施方式中并未加以说明，但也可以在磁性构件566的附近配置包括霍尔元件等的磁传感器(非接触传感器)来感测磁铁578与磁性构件566的吸附/脱离(也就是第一构件504与第二构件506是否嵌合)。也可以根据该脱离感测来判定出角112被拔出而输出警报信号。控制部150可以根据警报信号的输入来断开机器人100的动力系统电源等。或者也可以切断电源电路本身。

在上述实施方式和变形例中示出了将上述接头构造应用于角、肩关节的例子。在其他变形例中，也可以应用于手臂、手足的关节、手指的关节等其他关节部分。例如，当双足步行机器人跌倒时，可能会对手臂施加意料之外的力而导致关节损坏。双足步行机器人可能会在步行中单脚打滑而使其胯部张开程度超过预期，损坏髋关节。在这种情况下，如果存在由上述这种接头机构构成的脱臼构造，则能防止致命的损坏。脱臼构造也可以不设在一处而分别设在例如，手臂的各关节(手腕、肘、肩)的。通过在跌倒时从手腕开始依次脱臼，能使其在移除冲击的同时跌倒。

虽然在上述实施方式中例示出了万向接头来作为接头520，但也可以采用线管接头等其他接头。需要说明的是，考虑到要将配线穿过接头的转动部分，优选采用万向接头。

在上述实施方式中，如图11所示，示出了通过弹性构件528将第二构件506导入第一构件504中并由主体530进行固定的例子。就是说，第一构件504中第二构件506所嵌合的部分的根部采用了硬质的树脂件，顶端部分采用了弹性构件。在变形例中，也可以是，第一构件504中第二构件506所嵌合的部分整体采用弹性构件。

虽然在上述实施方式中并未加以说明，但能根据连结构件522相对于第二构件506的位置(转动支点位置)来调整会使第二构件脱离(脱臼)的负荷的大小。这是因为旋转力矩因外力所作用的位置与支点位置的距离而异。例如，由于第二轴518越长则旋转力矩越大，因此能容易脱离。需要说明的是，在像这样物理调整会使其脱离的负荷的情况下，可以省略由嵌合突起524和嵌合槽526构成的嵌合构造。由此，能使第二构件506不沿轴线方向滑动而脱离。

虽然在上述实施方式中并未加以说明，但也可以具备使第一构件和第二构件在嵌合状态下相互卡定的卡定部。例如，也可以采用将第二构件挂在第一构件上的构造。也可以通过卡定部的弹性形变来解除卡定状态。

在上述实施方式中，在第二轴与第二构件之间配置了磁铁(连结机构、施力机构)，但也可以在第一构件与第二构件之间配置磁铁。

在上述第五变形例中，将马达914和第一轴516进行齿轮连接，但也可进行离合器连接。

需要说明的是，上述实施方式的接头构造也可以如下设计。即，该接头构造具备：第一构件；第一轴，支承于所述第一构件；第二轴，经由接头以可转动的方式连结于所述第一轴；以及第二构件，可相对位移地支承于所述第二轴，所述第二构件构成为能根据所述第二构件相对于所述第二轴的相对位移而从所述第一构件拆装。该接头构造设有引导部，所述引导部引导所述第二构件向所述第二轴的长尺寸方向的滑动。

在上述实施方式中，如图10的(a)所示，示出了将插通孔514设置在与第一构件504的轴线错开的位置并使从第二构件506延伸的配线L插通于插通孔514的构成。在这种构成中，根据第二构件506相对于第一构件504的旋转角度范围，配线L可能会绕第一轴516的外周卷绕。因此，配线L的长度可以设定为考虑其旋转角度范围而留有富余。

在上述实施方式中，示出了将插通孔514设于与第一构件504的轴线错开的位置，另一方面将第一轴516的旋转角度范围限制为小于360度，由此来抑制配线L的扭曲，防止折断、损坏的例子。在变形例中，可以将插通孔设于第一构件504的轴线上(也就是第一轴516的轴线上)。例如，可以以在轴线方向贯通螺钉542的方式设置插通孔来作为上述“贯通路”的一部分。“贯通路”由将第一轴516在其轴线方向贯通的通路、将第二轴518在其轴线方向贯通的通路、贯通连结构件522(连接构件)的通路构成。通过这种构成，能使配线L沿着第一轴516和第二轴518的轴线延伸。其结果是，即便使第二构件506绕轴线旋转，配线L也难以扭曲，能防止其折断、断裂。不需要将第一轴516的旋转角度范围限制为小于360度就能使第二构件506绕轴线自由旋转。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种接头构造，用于连接机器人的第一部位和第二部位，其特征在于，具备：

第一构件，设于所述第一部位；

第二构件，设于所述第二部位，具有与所述第一构件嵌合的嵌合面；

连结机构，发挥所述第一构件与所述第二构件的连结力以维持所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态；

第一轴，支承于所述第一构件；以及

第二轴，经由连结构件与所述第一轴连结，

所述第二轴插通所述第二构件，以能在所述第二轴的轴线方向上滑动的方式支承所述第二构件，

通过使所述第二构件在所述第二轴的轴线方向上滑动，使所述第二构件的嵌合面接近或远离所述第一构件，

所述第二构件具有将向远离所述第一构件的方向的位移量限制在规定范围的止动件。

2.根据权利要求1所述的接头构造，其特征在于，

所述连结机构是对所述第二构件向与所述第一构件嵌合的方向施力的施力机构。

3.根据权利要求1或2所述的接头构造，其特征在于，

在所述第一构件和所述第二构件中的至少一方的嵌合部，设有弹性构件。

4.根据权利要求1或2所述的接头构造，其特征在于，

形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通。

5.根据权利要求1或2所述的接头构造，其特征在于，具备：

传感器，所述传感器检测所述第一构件与所述第二构件的脱离。

6.一种接头构造，其特征在于，具备：

第一构件；

第一轴，支承于所述第一构件；

第二轴，经由接头以能位移的方式连结于所述第一轴；以及

第二构件，支承于所述第二轴，

所述接头构造形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通，

在所述第二构件固定有传感模块，

所述配线与所述传感模块连接。

7.根据权利要求6所述的接头构造，其特征在于，

所述第一轴由所述第一构件以能绕本轴旋转的方式支承。

8.根据权利要求7所述的接头构造，其特征在于，还具备：

旋转限制构造，所述旋转限制构造将所述第一轴的旋转角度范围限制为小于360度的规定角度范围。

9.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一构件，构成所述第一部位；

第二构件，构成所述第二部位，具有与所述第一构件嵌合的嵌合面；

连结机构，发挥所述第一构件与所述第二构件的连结力以维持所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态；

第一轴，支承于所述第一构件；以及

第二轴，经由连结构件与所述第一轴连结，

所述第二轴插通所述第二构件，以能在所述第二轴的轴线方向上滑动的方式支承所述第二构件，

通过使所述第二构件在所述第二轴的轴线方向上滑动，使所述第二构件的嵌合面接近或远离所述第一构件，

所述第二构件具有将向远离所述第一构件的方向的位移量限制在规定范围的止动件。

10.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一构件，构成所述第一部位；

第一轴，支承于所述第一构件；

第二轴，经由接头以能位移的方式连结于所述第一轴；以及

第二构件，支承于所述第二轴，构成所述第二部位，

所述机器人形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通，

在所述第二构件固定有传感模块，

所述配线与所述传感模块连接。

11.根据权利要求3所述的接头构造，其特征在于，

在所述第一构件的嵌合部设有所述弹性构件，

所述第二构件的嵌合部具有圆弧形的外周面来作为所述嵌合面。

12.根据权利要求11所述的接头构造，其特征在于，

在所述弹性构件的开口端设有斜坡部，

所述斜坡部纳入所述嵌合面。

Claims (13)

1.一种接头构造，用于连接机器人的第一部位和第二部位，其特征在于，具备：

第一构件，设于所述第一部位；

第二构件，设于所述第二部位，具有与所述第一构件嵌合的嵌合面；以及

连结机构，发挥所述第一构件与所述第二构件的连结力以维持所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态，

当所述第一构件与所述第二构件相对于所述嵌合状态的相对位移超过规定量时，所述连结机构解除所述嵌合状态。

2.根据权利要求1所述的接头构造，其特征在于，

所述连结机构是对所述第二构件向与所述第一构件嵌合的方向施力的施力机构。

3.根据权利要求1或2所述的接头构造，其特征在于，具备：

连接构件，即使所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态被解除，所述连接构件也夹在所述第一构件与所述第二构件之间将两者相连。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的接头构造，其特征在于，

在所述第一构件和所述第二构件中的至少一方的嵌合部，设有弹性构件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的接头构造，其特征在于，还具备：

第一轴，支承于所述第一构件；以及

第二轴，经由接头以能转动的方式连结于所述第一轴，

所述第二构件以能相对于所述第二轴位移的方式支承于所述第二轴，

所述连结机构根据所述第二构件相对于所述第二轴的相对位置关系来实现或解除所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态。

6.根据权利要求5所述的接头构造，其特征在于，

形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的接头构造，其特征在于，具备：

传感器，所述传感器检测所述第一构件与所述第二构件的脱离。

8.一种接头构造，其特征在于，具备：

第一构件；

第一轴，支承于所述第一构件；

第二轴，经由接头以能转动的方式地连结于所述第一轴；以及

第二构件，支承于所述第二轴，

所述接头构造形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通。

9.根据权利要求8所述的接头构造，其特征在于，

所述第一轴由所述第一构件以能绕本轴旋转的方式支承。

10.根据权利要求9所述的接头构造，其特征在于，还具备：

旋转限制构造，所述旋转限制构造将所述第一轴的旋转角度范围限制为小于360度的规定角度范围。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的接头构造，其特征在于，

在所述第二构件固定有传感模块，

所述配线与所述传感模块连接。

12.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一构件，构成所述第一部位；

第二构件，构成所述第二部位，具有与所述第一构件嵌合的嵌合面；以及

连结机构，发挥所述第一构件与所述第二构件的连结力以维持所述第一构件与所述第二构件的嵌合状态，

当所述第一构件与所述第二构件相对于所述嵌合状态的相对位移超过规定量时，所述连结机构解除所述嵌合状态。

13.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一构件，构成所述第一部位；

第一轴，支承于所述第一构件；

第二轴，经由接头以能转动的方式连结于所述第一轴；以及

第二构件，支承于所述第二轴，构成所述第二部位，

所述机器人形成有贯通所述第一轴和所述第二轴的贯通路，

所述贯通路供配线插通。