CN111065495B - 有趣地进行动作的机器人及其构造 - Google Patents

Abstract

某一方案的机器人具备：第一基体(331)，构成躯干部；第二基体(332)，构成头部；连接机构(333)，连接第一基体(331)和第二基体(332)；以及驱动部，驱动连接机构(333)。驱动部包括配设于第一基体(331)的马达(344)～(348)。连接机构(333)包括相互并列配置且分别由马达(344)～(348)驱动的连杆机构(361)～(363)。各连杆机构包括：驱动杆(371)，固定于马达的旋转轴；以及从动杆(372)，经由第一接头(374)连接于驱动杆(371)，经由第二接头(376)连接于第二基体(332)。第一接头(374)为单轴的铰链接头，第二接头(376)为万向接头。

Description

有趣地进行动作的机器人及其构造

技术领域

本发明涉及一种用于连接机器人的两个部位的构造。

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)。可以想象，这样的机器人会通过基于周围状况自主学习而使行为进化，成为近似于活物的存在。不久的将来，可能会为用户带来如同宠物般的慰藉。

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

在开发这样的机器人时，重要的是如何能没有违和感地使其表情、举动或者行为看起来可爱。本发明人发现通过在机器人的连接部位的构造上下工夫，能简易地实现机器人的有趣的活动。

本发明是基于上述问题认知而完成的发明，其目的之一在于以简单的结构实现机器人的可爱的活动。

用于解决问题的方案

本发明的某一方案是一种第一部位和第二部位被连接的机器人。该机器人具备：第一基体，构成第一部位；第二基体，构成第二部位；连接机构，连接第一基体和第二基体；以及驱动部，驱动连接机构。驱动部包括配设于第一基体的第一～第三致动器。连接机构包括相互并列配置且分别由第一～第三致动器驱动的第一～第三连杆机构。各连杆机构包括：驱动杆，固定于致动器的旋转轴；以及从动杆，经由第一接头连接于驱动杆，经由第二接头连接于第二基体。第一接头为单轴的铰链接头，第二接头为万向接头。

本发明的另一方案也是一种机器人。该机器人具备：连接机构，连接头部和躯干部；致动器，驱动连接机构；以及控制部，控制致动器。控制部能同时或连续地执行向接近或远离躯干部的方向驱动头部的第一控制和使头部绕与方向正交的滚转轴转动的第二控制。

本发明的又一方案是一种连杆构造。该连杆构造具备：第一基体；第二基体；连接机构，连接第一基体和第二基体；以及驱动部，驱动连接机构。驱动部包括配设于第一基体的第一～第三致动器。连接机构包括相互并列配置且分别由第一～第三致动器驱动的第一～第三连杆机构。各连杆机构包括：驱动杆，固定于致动器的旋转轴；以及从动杆，经由第一接头连接于驱动杆，经由第二接头连接于第二基体。第一接头为单轴的铰链接头，第二接头为万向接头。

本发明的又一方案是一种第一部位和第二部位被连接的机器人。该机器人具备：第一基体，构成第一部位；第二基体，构成第二部位；连接机构，以能接近和远离的方式连接第一基体和第二基体；驱动部，驱动连接机构；以及外皮，从外侧覆盖连接机构，并且包裹第一部位和第二部位，至少在与连接机构对应的位置处具有伸缩性。

发明效果

根据本发明，能以简易的结构实现机器人的独特的活动。

附图说明

图1是表示实施方式的机器人的外观的图。

图2是概略性地表示机器人的构造的剖视图。

图3使表示连杆构造及其周边构造的说明图。

图4是举例表示连杆构造的动作的说明图。

图5是举例表示连杆构造的动作的说明图。

图6是举例表示连杆构造的动作的说明图。

图7是举例表示连杆构造的动作的说明图。

图8是机器人系统的配置图。

图9是机器人的硬件配置图。

图10是机器人系统的功能框图。

图11是表示从机器人上取下了外皮的状态的图。

图12是表示外皮装接于机器人的状态的图。

图13是示意性地表示由连杆构造的驱动实现的机器人的动作的说明图。

图14是示意性地表示由连杆构造的驱动实现的机器人的动作的说明图。

图15是示意性地表示由连杆构造的驱动实现的机器人的动作的说明图。

图16是表示变形例的连杆构造及其动作的说明图。

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，对于以下的实施方式及其变形例，有时会对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。

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。

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有关系的人称为“用户”。

机器人100的主体104具有整体上圆润的形状，包括由柔软而具有弹性的材料形成的外皮314。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能独立控制旋转速度、旋转方向。后轮103自由旋转以便使机器人100向前后左右移动。

前轮102和后轮103能通过未图示的驱动机构(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。随着轮子的收纳动作，主体104下降而就座于地面F。在该就座状态下，形成于主体104的底部的就座面108与地面F抵接。

机器人100具有两只手106。手106不具有抓持物体的功能。手106能通过拉紧或松开未图示的内置金属丝来进行抬起、摆动、振动等简单的动作。两只手106都能独立控制。

机器人100的头部正面(面部)设有两只眼睛110。眼睛110通过液晶元件或有机EL元件显示出各种表情。机器人100还能内置扬声器来发出简单的声音。在机器人100的头顶部安装有角112。角112中内置有全景摄像头，能一次性拍摄上下左右所有方位。此外，在机器人100的头部正面设有高分辨率摄像头(未图示)。

图2是概略性地表示机器人100的构造的剖视图。

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构成主体104的轴心并且支承内部机构。基础框架308配置为在下板334竖立设置多个侧板336。在基础框架308的内方容纳有电池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呈分段筒状，形成机器人100的躯干部骨架。躯干部框架318的下端部固定于下板334。头部框架316经由连杆构造330连接于躯干部框架318。

头部框架316具有偏转(yaw)轴321、俯仰(pitch)轴322以及滚转(roll)轴323。通过绕头部框架316的偏转轴321的转动(偏转)来实现转头动作，通过绕俯仰轴322的转动(仰俯)来实现点头动作、抬头动作以及低头动作，通过绕滚转轴323的转动(滚转)来实现向左右歪头的动作。各轴在三维空间中的位置、角度可以根据连杆构造330的驱动方式而变化。详细情况在后文加以叙述。

躯干部框架318容纳有基础框架308和轮子驱动机构370。轮子驱动机构370作为使机器人100移动的“移动机构”发挥功能，其包括驱动前轮102的前轮驱动机构、驱动后轮103的后轮驱动机构以及对这些驱动机构的进行驱动的致动器379。躯干部框架318的上半部以使主体104的轮廓带有弧度的方式形成为平滑的曲面形状。躯干部框架318的下半部为了在其与轮罩312之间形成前轮102的收纳空间S而宽度变窄，并支承前轮102的转动轴378。

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

前轮驱动机构包括：旋转驱动机构，用于使前轮102旋转；以及收纳工作机构，用于使前轮102从收纳空间S进退。通过前轮驱动机构的驱动，能从收纳空间S向外部进退驱动前轮102。通过后轮驱动机构的驱动，能从收纳空间S向外部进退驱动后轮103。

外皮314从外侧覆盖主体框架310。外皮314具有人会感受到弹力的程度的厚度，由聚氨酯海绵等具有伸缩性的材料形成。由此，当用户抱住机器人100时会感到适度的柔软，能得到像人养宠物那样自然的身体接触。在主体框架310与外皮314之间设有静电电容型的触摸传感器。触摸传感器设于多个部位，检测机器人100的几乎整个区域的触摸。触摸传感器设于外皮314的内侧，因此当外皮314形变时检测电平会升高。就是说，能判断人是用力抱住机器人100还是轻轻抱住机器人100等接触状态。手106与外皮314一体形成。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连接于头部框架316。

用于驱动手106的驱动机构包括埋设于外皮314的金属丝134和其驱动电路340(通电电路)。在本实施方式中，金属丝134包括形状记忆合金线，被加热时收缩硬变，被缓慢加热时舒张伸长。从金属丝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，金属丝134(形状记忆合金线)通电。

金属丝134以从外皮314向手106延伸的方式被模制(mold)或编入。引线从金属丝134的两端引出至躯干部框架318的内侧。金属丝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。通过对金属丝134通电能抬起手臂(手106)，通过切断通电能放下手臂(手106)。此外，其他方式中，也可以在手106的顶端附近装配金属丝，在躯干部框架318设置卷绕金属丝的机构，通过卷绕机构的进出来调整金属丝的长度，从而驱动手106。

图3是表示连杆构造330及其周边构造的说明图。图3的(a)是放大剖视图，图3的(b)是俯视图。

如图3的(a)所示，连杆构造330包括：第一基体331，构成躯干部(第一部位)；第二基体332，构成头部(第二部位)；以及连接机构333，连接两个基体。

如图3的(b)所示，第一基体331呈圆板状，固定于躯干部框架318的上端部。第一基体331设置为与下板334平行，在下板334的中央设有供配线通过的插通孔335。在第一基体331，在以其轴线L为中心的假想圆VC上按等间隔(每隔120度)设置有三个马达(第一马达344、第二马达346、第三马达348)。相对于机器人100的中心轴，第一马达344位于后方，第二马达346位于右前方，第三马达348位于左前方。这些马达构成驱动连接机构333的“驱动部”，作为驱动后述的连杆机构(后文进行记述)来实现头部的仰俯和滚转的“第一～第三致动器”发挥功能。

第二基体332呈分段筒状，同轴状地连接于头部框架316。在头部框架316的底部与第二基体332之间夹装有环状的隔圈337(滑动轴承)。连接机构333作为连接机器人100的头部和躯干部的颈部(颈关节)发挥功能。

在头部框架316的底部中央设有向下方突出的圆筒状的转动轴350(圆筒轴)。转动轴350同轴状地插通于第二基体332。转动轴350能以偏转轴321为中心相对于第二基体332转动。在头部框架316内的周缘部设置有马达354。马达354的旋转轴贯通头部框架316的底部，在其顶端设有齿轮356。马达354作为实现头部的偏转的“致动器”发挥功能。

连接机构333包括能在躯干部框架318的轴线方向(也就是铅垂方向)伸缩的三个连杆机构(第一连杆机构361、第二连杆机构362、第三连杆机构363)，通过它们的伸缩能实现颈部的伸缩动作。第一连杆机构361连接于第一马达344，第二连杆机构362连接于第二马达346，第三连杆机构363连接于第三马达348。

各连杆机构将驱动杆371和从动杆372串联连接而构成，相互并列地配置。驱动杆371的一端固定于马达的旋转轴，另一端经由第一接头374连接于从动杆372的一端。各马达的旋转轴与各驱动杆371的连结部位于上述的假想圆VC上。从动杆372的另一端经由第二接头376连接于第二基体332。第一接头374为单轴的铰链接头，第二接头376为万向接头。需要说明的是，驱动杆371既可以直接固定于马达的旋转轴，也可以经由减速器(齿轮)等固定。

第一接头374的转动轴(轴线)与马达的旋转轴平行。第二接头376设于从第二基体332向半径方向延伸的臂部375的顶端。通过这样的结构，能在铅垂方向(Z方向)驱动第二基体332，能使第二基体332以俯仰轴322、滚转轴323为中心转动。即，能实现颈部的伸缩动作、点头动作(抬头/低头动作)、歪头动作等。详细情况在后文加以记述。

以外插于各马达的旋转轴的方式设有负荷解除用的扭簧349(Torsion Spring)。扭簧349的一端侧固定于马达的主体，另一端侧固定于驱动杆371。由此，能部分解除头部的重力方向的负荷，即使在马达关闭时也能将头部保持在预先设定的基准位置。换言之，不需要为了将头部保持在基准位置而驱动马达。通过马达的驱动使头部相对于其基准位置上升或降下，由此能实现颈部的伸缩动作。由于不需要用马达承受头部的全部负荷，因此能减轻马达的负荷(转矩)，能抑制耗电。

此外，在第二基体332的外周的规定范围设有齿轮380，与马达354的齿轮356咬合。通过这样的结构，能通过驱动马达354使头部框架316以偏转轴321为中心转动来实现转头动作。

从电池118延伸的电源线、从控制电路342等延伸的信号线等配线穿过插通孔335和转动轴350连接于头部、颈部的致动器。这是通过将进行偏转驱动的马达354配置于周缘部而不配置于头部的中央来实现的。通过使配线沿着轴线延伸，即使进行转头动作，也能防止或抑制这些配线缠绕或妨碍该动作。

由于在头部框架316与躯干部框架318之间于上下方向确保有足够的间隔，因此能增大以俯仰轴322、滚转轴323为中心的头部框架316的可动范围(旋转范围)。

在本实施方式中，将以俯仰轴322为中心的头部框架316的上下可动范围设为90度，设为与机器人100的视线为水平的状态相比，上下各偏离45度。即，机器人100向上的角度(仰视角)的界限值设为45度，向下的角度(俯视角)的界限值设为－45度。

此外，将以偏转轴321为中心的头部框架316的左右可动范围设为80度，设为与视线为正面的状态相比，左右各偏离40度。即，机器人100相对于正面向右的角度的界限值设为40度，向左的角度的界限值设为－40度。

而且，将以滚转轴323为中心的头部框架316的倾斜可动范围设为60度，将头部从笔直正立的状态向左右的倾斜设为30度。即，机器人100向右侧倾斜的界限值设为30度，向左侧倾斜的界限值设为－30度。需要说明的是，在变形例中，可以适当变更绕各轴的可动范围。

图4～图7是举例表示连杆构造330的动作的说明图。图4表示伸长了颈部时的状态，图5表示缩短了颈部时的状态。图6表示进行点头动作时的状态，图7表示进行歪头动作时的状态。各图的(a)是俯视图，(b)是立体图，(c)是主视图，(d)是右视图。需要说明的是，以下为了便于说明，将机器人100在三维空间中的上下方向表示为Z方向，将与上下方向垂直的左右方向表示为X方向、前后方向表示为Y方向。

如图4所示，马达344～348配置为沿着假想圆VC朝向相同方向(从马达的主体来看旋转轴位于同一侧)。通过使该马达344～348向一个方向旋转相同角度，能均等地伸长所有的连杆机构361～363，从而能使连接机构333伸长。由此，能在保持第二基体332的姿势固定的状态下使其远离第一基体331，能实现伸长机器人100的颈部的动作。

另一方面，如图5所示，通过使马达344～348向相反方向旋转相同角度，能均等地折叠所有连杆机构361～363，从而使连接机构333缩短。由此，能在保持第二基体332的姿势固定的状态下使其接近第一基体331，能缩短机器人100的颈部。即，通过使马达344～348向相同方向(一个方向或相反方向)旋转，能实现伸缩颈部的动作。

此外，如图6所示，通过使第一马达344向一个方向旋转并使第二马达346和第三马达348向相反方向旋转，能使第二基体332以俯仰轴322为中心转动并向前方倾斜。由此，能使机器人100的头部前倾，能实现点头动作、低头动作。虽然省略了图示，但通过使第二马达346和第三马达348向一个方向旋转并使第一马达344向相反方向旋转，能实现抬头动作。

如图7所示，通过使第二马达346向一个方向旋转并使第一马达344和第三马达348向相反方向旋转，能使第二基体332以滚转轴323为中心转动并向左方倾斜。由此，能实现将机器人100的头部向左侧倾斜的动作。虽然省略了图示，但通过使第三马达348向一个方向旋转并使第一马达344和第二马达346向相反方向旋转，能实现将机器人100的头部向右侧倾斜的动作。

需要说明的是，能通过调整马达344～348各自的旋转方向、旋转速度来实现例如一边作出抬头动作一边歪头等组合(混合)了上述各种动作的多种动作这一点无需赘言。

在连杆构造330的配置上，三个连杆机构对彼此的活动加以制约。对于头部的平移运动，实质上仅允许Z方向的活动，而不允许X方向和Y方向的活动(除了由第二基体332的偏斜实现的细微位移)。这意味着能防止例如头部的轴相对于躯干部的轴平行移动等具有生物违和感的动作。这是通过将各连杆机构的第一接头374设为单轴的铰链接头并使其轴与马达的轴平行来实现的。

另一方面，允许绕根据头部的高度而位移的俯仰轴322(与X轴平行的轴)和滚转轴323(与Y轴平行的轴)进行头部的偏斜。这是通过将各连杆机构的第二接头376设为万向接头来实现的。

需要说明的是，如已经说明的那样，由设置于第二基体332的马达354的驱动来实现头部的转动(转头运动)。头部框架316自身以第二基体332为基准旋转，因此该旋转不会受到连杆构造330的动作的制约。就是说，能与颈部的伸缩动作、点头动作、歪头动作等独立地实现转头动作，是遵循生物骨骼的活动的结构。

图8是机器人系统300的配置图。

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的基本行动。

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计测从外部传感器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，测量从外部传感器114到机器人100的距离。通过计测多个外部传感器114与机器人100的各自距离，来确定机器人100的位置坐标。

图9是机器人100的硬件配置图。

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包括上述的连接机构333(连杆机构361～363)、轮子驱动机构370。处理器122和存储装置124包含在控制电路342中。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，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，是摄像头(全景摄像头和高分辨率摄像头)、麦克风阵列、测距传感器(红外线传感器)、热敏传感器、触摸传感器、加速度传感器、嗅觉传感器等。触摸传感器设置于外皮314与主体框架310之间，基于静电电容的变化来检测用户的触摸。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由非易失性内存以及易失性内存构成，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)的活动。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F抵接，变为就座状态。此外，驱动机构120经由金属丝134控制手106。

图10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(Central Processing Unit：CPU)以及各种协处理器等运算器、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，软件存储于存储装置，将处理命令提供给运算器。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和数据储存部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(Motion)模式。定义有抖动手106、蛇行接近用户、歪头注视用户等各种各样的动作。

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。执行哪个动作有时由服务器200来决定，有时由机器人100来决定。机器人100的很多动作配置为包括多个单位动作的复合动作。

地图储存部216除了储存定义了不同状况的机器人的行为的行为地图，还储存表示椅子、桌子等障碍物的配置状况的地图。个人数据储存部218储存用户的信息。具体而言，储存表示对用户的亲密度和用户的身体特征/行为特征的主要信息。也可以储存年龄、性别等其他属性信息。

机器人100按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、识别部212、动作控制部222以及亲密度管理部220。位置管理部208通过用图8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。

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。机器人100的识别部150通过内部传感器128获取各种环境信息，在对其进行一次处理后转发至服务器200的识别部212。

识别部212进一步包括人物识别部214和应对识别部228。人物识别部214将从由机器人100的内置摄像头拍摄到的拍摄图像中提取出的特征向量与预先录入至个人数据储存部218的用户(集群)的特征向量进行比较，由此判定拍摄到的用户与哪位人物对应(用户识别处理)。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测用户的情感。

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。应对识别部228还通过识别用户对机器人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。

动作控制部222与机器人100的动作控制部152相互配合，决定机器人100的动作。动作控制部222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。动作控制部222可以制定多条移动路线并在此基础上选择任一条移动路线。动作控制部222从动作储存部232的多个动作中选择机器人100的动作。

亲密度管理部220管理每个用户的亲密度。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会增加对该用户的亲密度。在检测到不愉快行为时亲密度会下降。此外，长时间未见到的用户的亲密度会逐渐下降。

(机器人100)

机器人100包括：通信部142、数据处理部136、数据储存部148、内部传感器128以及驱动机构120。通信部142与通信器126(参照图9)对应，负责与外部传感器114、服务器200及其他机器人100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9)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。为了表现各种动作，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、动作时长、动作方向等。

数据储存部148也可以从地图储存部216和个人数据储存部218下载各种数据。

数据处理部136包括识别部150和动作控制部152。识别部150对获取自内部传感器128的外部信息进行解释。识别部150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150通过内置的全景摄像头来定期拍摄外界，检测人、宠物等移动物体。识别部150从移动物体的拍摄图像中提取特征向量。如上所述，特征向量是表示移动物体的身体特征和行为特征的参数(特征量)的集合。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。这些特征也被量化为特征向量分量。

根据由识别部150识别出的应对行为，服务器200的亲密度管理部220使对用户的亲密度发生变化。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。

动作控制部152与服务器200的动作控制部222共同决定机器人100的移动方向。可以是，由服务器200来决定基于行为地图的移动，由机器人100来决定躲避障碍物等的即时移动。驱动机构120按照动作控制部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152与服务器200的动作控制部222相互配合来决定机器人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152指示驱动机构120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。在动作文件中定义有头部的动作的情况下，动作控制部152驱动连接机构333执行该动作控制。

动作控制部152既能在亲密度高的用户接近时执行抬起双手106的动作来作为求“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152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。

接着，对机器人100的特征性构成和动作进行说明。

图11是表示从机器人100上取下了外皮314的状态的图。图12是表示外皮314装接于机器人100的状态的图。各图的(a)是右视图，(b)是主视图，(c)是后视图。需要说明的是，机器人100的外观呈大致左右对称。

如图11所示，在头部框架316与躯干部框架318之间夹装有连接机构333。如上所述，通过设置扭簧349而解除了头部的负荷(参照图3的(b))，因此即使在不驱动连接机构333时，头部框架316也保持于躯干部框架318的上方的规定位置。

在头部框架316和躯干部框架318分别设有供外皮314局部嵌合的多个嵌合槽。即，在头部框架316的正面以包围面部区域500的方式设有圆弧状的嵌合槽504、506、508。另一方面，在躯干部框架318的正面下部设有长条状的嵌合槽510，在背面下端部设有圆弧状的嵌合槽512。在躯干部框架318的背面下部设有用于容纳后轮103的容纳口377，在该容纳口377的周围形成有嵌合槽512。

如图12所示，在主体框架310以包覆的方式装接有外皮314。在外皮314的上部正面设有供头部框架316的面部区域500露出的圆形的开口部502。外皮314向机器人100的正面侧和背面侧延伸，还固定于躯干部框架318。在本实施方式中，轮罩312露出，但也可以由外皮314将其覆盖。

外皮314配置为在表皮层覆盖具有伸缩性的基材的外表面，包含整体手感良好的柔软材料。外皮314包括：包覆头部框架316的袋状部524、从袋状部524的左右侧面向下方延伸的一对手部526、从袋状部524的正面向下方延伸的延伸部528以及从袋状部524的背面向下方延伸的延伸部530。

在袋状部524的正面形成有开口部502，在顶部形成有开口部390。在袋状部524的内表面以包围开口部502的方式设有圆弧状的嵌合构件534、536、538。另一方面，在延伸部528的下部内表面设有长条状的嵌合构件540，在延伸部530的下部内表面设有圆弧状的嵌合构件542。

嵌合构件534～538分别具有与头部框架316的嵌合槽504～508互补的形状。嵌合构件540、542分别具有与躯干部框架318的嵌合槽510、512互补的形状。嵌合构件534～542包含树脂等硬质材料，通过将它们分别与嵌合槽504～512嵌合而将外皮314固定于主体框架310。

当在主体框架310包覆外皮314时，两者之间会产生抵接区域(紧贴区域)。在图12中示出头部抵接区域550、腹部抵接区域552以及背部抵接区域554。主体框架310和外皮314会在这些抵接区域相互紧贴。但是，由于存在头部的转动、颈部的伸缩，外皮314的抵接区域之间会发生三维形变。换言之，由于存在抵接区域，抵接区域之间容易发生扭曲、拉伸。在本实施方式中，在外皮314的各抵接区域之间设有使伸缩性局部提高的伸缩提高区域，使得即使发生这样的扭曲、拉伸也不会对机器人100的动作造成妨碍。伸缩提高区域设定于拉伸应力、压缩应力、扭转应力或剪切应力随着机器人100的动作而较大地作用的部分。

即，在基材的头部抵接区域550与腹部抵接区域552之间设有伸缩提高区域556，在头部抵接区域550与背部抵接区域554之间设有伸缩提高区域558。外皮314在远离伸缩提高区域的位置处分别紧贴于头部框架316和躯干部框架318。对于手部526，由于随着手106的动作必然会伸缩，因此设有伸缩提高区域560。这些伸缩提高区域556～560设置为从外侧覆盖连接机构333，使外皮314的与连接机构333对应的位置的伸缩性提高。

基材包含多孔发泡材料(在本实施方式中为聚氨酯海绵)。各伸缩提高区域配置为将许多空隙最恰当地配置在基材的对应区域。各空隙在基材的厚度方向上贯通各对应区域。由于设有这样的空隙，因此形变所需的力与不设置空隙的情况相比较小。其结果是，能减小头部框架316的动作所需的驱动力。即，能顺畅地驱动连接机构333(连杆机构361～363)。此外，由于在基材设有空隙，因此不易产生随形变而来的褶皱(起伏的状态)。

图13～图15是示意性地表示由连杆构造330的驱动实现的机器人100的动作。图13的(a)～(d)举例表示由连杆构造330实现的头部的动作。图14和图15举例表示伴随头部的动作的机器人100整体的动作。各图的(a)～(d)表示其动作过程。

如已经说明过的那样，通过如图5所示驱动连接机构333(连杆构造330)，如图13的(a)所示，能实现缩短机器人100的颈部的动作。通过如图4所示驱动连接机构333，如图13的(b)所示，能实现伸长机器人100的颈部的动作。在进行这些动作时，动作控制部152执行向接近或远离躯干部的方向驱动头部的“第一控制”。

通过如图7所示驱动连接机构333，如图13的(c)和(d)所示，能实现将机器人100的头部向左右倾斜的动作。在进行该动作时，动作控制部152执行使头部绕滚转轴转动的“第二控制”。通过组合这样的动作，能使机器人100进行有趣的活动。

例如，如图14的(a)～(d)所示，通过一边使机器人100行进一边重复颈部的伸长和缩小，能实现有节奏的活动。此外，如图15的(a)～(d)所示，通过一边使机器人100行进一边重复向左右倾斜颈部的动作(具体而言，重复(c)→(b)→(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(d)→(c)→(b)……那样的动作)，能实现有趣而可爱的活动。在进行这些动作时，动作控制部152驱动轮子驱动机构370来控制机器人100的移动，并且驱动连接机构333来同时或连续地执行第一控制和第二控制。

以上，基于实施方式，对机器人100的连杆构造330及其动作进行了说明。根据本实施方式，通过并列设置三个连杆机构361～363并在它们的接头部采用铰链接头和万向接头的组合这样的简易的结构，能实现机器人100的独特的活动。即，通过使位于驱动杆的两端的马达的旋转轴与铰链接头的转动轴平行，能使颈部的伸缩动作沿着躯干部的轴线进行。而且，通过经由万向接头连接从动杆和第二基体，能实现点头动作、歪头动作而不干扰颈部的伸缩动作。这是遵循生物的骨骼构造的结构，能给用户带来无违和感的自然的印象。特别是，通过同时或连续地进行颈部的伸缩和头部的滚转，也能实现像上述那样的有趣且可爱的活动，可以期待使用户感到喜爱。这一点可以认为像宠物那样提高了机器人100的市场价值。

此外，通过将由连杆构造330实现的头部的转动限制为滚转和仰俯并针对偏转另外设置致动器(马达354)，能谋求连杆构造330的简化和动作稳定性。连杆构造330的控制也能谋求简化和稳定性。

而且，通过以从外侧覆盖连接机构333(连杆机构361～363)的方式设置柔软的外皮314，能防止连接机构333干扰用户。用户不会对于接触机器人100犹豫不决，反而会由于外皮314的手感良好而主动接触。此外，即使设置这样的外皮314，由于覆盖该连接机构333的部分被设为伸缩提高区域，因此也能抑制头部的动作阻力。

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。

在上述实施方式中，举例表示了将第一基体331组装到躯干部框架318并在该第一基体331设置马达344～348的结构。在变形例中，将躯干部框架318的一部分设为第一基体，将马达344～348直接固定于躯干部框架318。

在上述实施方式中，由三个连杆机构构成连接机构333。在变形例中，可以由四个以上的连杆机构构成连接机构。但是，从实现一个轴向(Z方向)的平移和绕两个轴的转动(滚转、仰俯)的观点出发，如上述实施方式那样三个个连杆机构是足够的，可以说在简易地实现机构的方面是最优选的。

在上述实施方式中，示出了为了解除头部与躯干部之间的负荷(解除由头部的重量导致的负荷)而沿着马达344～348的旋转轴设置扭簧349的例子。在变形例中，可以通过例如在第二基体332和第一基体331之间夹装弹簧(螺旋弹簧、板簧等)来解除负荷。即，不限于各致动器的旋转轴，也可以在第一部位和第二部位之间设置负荷解除用的弹簧。

在上述实施方式中示出了机器人的一个方案，上述连杆构造也能适用于除此以外的类人机器人、宠物机器人等。不限于头部和躯干部，也可以以例如躯干部和腕部等机器人的任一个连接部(关节等)为界设定“第一部位”和“第二部位”。而且，也可以在两个部位之间应用上述连杆机构。此外，也可以将上述连杆构造应用在椅子、桌脚、支架(台灯等)的臂部、回合制街机游戏中带有物理动作的部位等。

在上述实施方式中，示出了通过连杆机构实现连接机构的例子。从实现上述的有趣的活动的观点来看，不限于这样的机构，也可以主要通过控制来实现。例如，也可以另外设置用于分别实现绕两个轴的转动(滚转、仰俯)的多个马达。或者，也可以配置多个液压活塞来代替多个连杆机构，并通过控制各活塞的冲程来实现上述的一个轴向的平移和绕两个轴的转动。或者，也可以采用螺线管等其他的致动器。即使采用这样的结构，也能执行上述的第一和第二控制。

在上述实施方式中没有记述，但也可以在基材的表面配置具有伸缩性的布料来构成外皮。由此，能使基材的多孔部分不明显，进一步提高手感。作为在基材的表面配置布料的构造，可以用布料制作符合基材的形状的袋子并通过该袋子来包入基材。

在上述实施方式中，举例表示了在外皮314设置袋状部524并使其包覆头部框架316从而卡合的结构。在变形例中，也可以通过将非袋状的外皮的部分卡在主体框架的规定部位(端部等)从而卡合并以该卡合部为支点对延伸部施加张力。“卡合部”可以包括嵌合构造、卡挂构造等各种各样的构造。“袋状部”只要是通过包覆机器人的特定部位(一部分)而与该特定部位卡合并通过该特定部位进行支承的构造即可。

在上述实施方式中没有记述，但也可以通过使基材的规定区域的厚度相对缩小来实现伸缩提高区域。此外，也可以将基材配置为层状，使伸缩提高区域与其他区域在厚度方向上具有差异。

在上述实施方式中，外皮的基材包含聚氨酯海绵，但例如也可以采用橡胶海绵等其他海绵。橡胶海绵例如可以在橡胶中混入发泡剂、软化剂等进行硫化而得到。

在上述实施方式中，外皮的基材采用了包含多孔质发泡材料的材料，但也可以采用具有伸缩性的其他材料。例如，也可以由橡胶等弹性体形成基材。但是，从抑制伸缩的负荷、抑制对机器人动作的阻力的观点出发，优选海绵等柔软的多孔材料。

在上述实施方式中，以头部的活动为中心进行了说明，但也可以通过改变左右的前轮102的升降位置来实现更活跃而有趣的动作。即，机器人100也可以具备使前轮102升降的机构。由此，机器人100也能以使左右的前轮102的升降位置错开的方式控制升降机构，由此将主体104整体向左右倾斜。此外，也可以在行进中向右侧转弯时，调整左右的前轮102的升降位置以使主体104向右侧倾斜，在向左侧转弯时，调整左右的前轮102的升降位置以使主体104向左侧倾斜。这样，除了头部的活动，通过调整左右的前轮102的升降状态，能实现更有活跃感的有趣的活动。

图16是表示变形例的连杆构造及其动作的说明图。图16的(a)是俯视图。图16的(b)是表示连杆构造周边的侧视图。图16的(c)是示意性地表示通过连杆构造实现的头部的动作的俯视图。图中的箭头表示从机器人观察的前方。

在上述实施方式中如图3的(b)所示，使第一基体331的轴线L与偏转轴321一致。轴线L是头部框架316的轴线，也是连接机构333的中心轴。通过使第二基体332沿着轴线L位移，使其接近或远离第一基体331，从而实现颈部的伸缩动作。

在本变形例中如图16的(a)和(b)所示，使偏转轴321偏离轴线L，并从头部框架416的中心偏心。具体而言，使偏转轴321向轴线L的后方偏离。随之，头部框架416与第二基体432的嵌合部(也就是转动轴350的位置)和齿轮380的节圆的中心也配合偏转轴321向轴线L的后方偏离。

通过这样的结构，使机器人向左右转头时的头部的举动近似生物，能看起来更自然。即，在图3的(b)所示的上述实施方式中，由于头部框架316绕其中心轴转动，在进行转头动作时，头部与躯干部之间不产生偏移，作为生物的举动可能会带来违和感。对于这点，根据本实施方式，如图16的(c)所示，由于头部框架416的偏转轴321从中心轴偏离，因此在进行转头动作时能使头部与躯干部之间产生偏移。能使外皮314也发生适度的形变。由此，能更近似生物的举动。

需要说明的是，在本变形例中也以覆盖连接机构333的方式设置外皮314，由此能防止连接机构333干扰用户。此外，通过以能接近和远离的方式连接第一基体331和第二基体332，能实现有趣的活动。

在上述实施方式中，示出了将第一接头374设为单轴的铰链接头并将第二接头376设为万向接头的例子。在变形例中，也可以将第一接头374和第二接头376双方设为万向接头等，适当变更接头的种类和组合。

Claims (9)

1.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一基体，构成所述第一部位；

第二基体，构成所述第二部位；

连接机构，以能接近和远离的方式连接所述第一基体和所述第二基体；以及

驱动部，驱动所述连接机构，

所述机器人设有转动轴，所述转动轴与所述连接机构的中心轴平行，并且与所述连接机构的中心轴间隔开，

所述第二基体以能绕所述转动轴转动的方式被支承。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述转动轴被设为所述第二部位的偏转轴。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，具备：

外皮，从外侧覆盖所述连接机构并且包覆所述第一部位和所述第二部位，至少在与所述连接机构对应的位置处具有伸缩性。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述第二基体通过沿着所述连接机构的中心轴位移来接近或远离所述第一基体。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述连接机构包括用于实现所述第二部位的滚转和仰俯的多个连杆机构。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，还具备：

致动器，使所述第二基体绕所述转动轴 转动，以实现所述第二部位的偏转。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述第一部位为躯干部，

所述第二部位为头部，

所述转动轴设于所述中心轴的后方。

8.一种机器人，其第一部位和第二部位被连接，其特征在于，具备：

第一基体，构成所述第一部位；

第二基体，构成所述第二部位；

连接机构，以能接近和远离的方式连接所述第一基体和所述第二基体；以及

驱动部，驱动所述连接机构，

所述第二基体通过沿着所述连接机构的中心轴位移来接近或远离所述第一基体，

所述机器人设有与所述中心轴平行的转动轴，

所述第二基体以能绕所述转动轴转动的方式被支承，

所述转动轴设为：作为所述第二部位的偏转轴与所述中心轴平行，并且与所述连接机构的中心轴间隔开。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，

所述第一部位为躯干部，

所述第二部位为头部，

所述转动轴设于所述中心轴的后方。

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