CN113438965B - 机器人及其外皮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使机器人具有适当的温度的有效结构。机器人(100)具备：框架(500)；表皮(502)，覆盖框架(500)；热源，对流体进行加热；以及加压部，对由框架(500)包围的空间(504)进行加压。通过空间(504)被加压，加热的流体从空间(504)流出。利用从空间(504)流出的流体，在覆盖框架(500)的表皮(502)的内侧形成流体层(506)。

Description

机器人及其外皮

技术领域

本发明涉及机器人及其外皮的结构。

背景技术

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(参照专利文献1)。作为这样的机器人的例子，可例举出类人机器人、宠物机器人等。作为这样的机器人，也正在逐渐出现通过基于周围状况自主学习而使行为进化，使人有生命感的机器人(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－323219号公报

专利文献2：国际公开第2017/169826号

发明内容

发明所要解决的问题

生命具有温度。如果用户在抱起宠物时感受到其温度，用户会本能地觉得安心。进而，自然地促进与宠物的身体接触，用户会对宠物倾注喜爱之情。关于这一点，现有的机器人注重模拟生物的外观、功能，基本不涉及温度。为了防止内部部件的过热而需要冷却这一认知是常识，而加热机器人这一想法是以往没有的。发明人想到利用机器人的结构使其具有适当的温度会有效地激发用户的喜爱之情。

本发明是基于上述问题认知而完成的发明，其主要目的在于提供一种使机器人具有适当的温度的有效结构。

用于解决问题的方案

本发明的某一方案是机器人。该机器人具备：框架；表皮，覆盖框架；热源，对流体进行加热；以及加压部，对由框架包围的空间进行加压来使加热的流体从空间流出，由此在覆盖框架的表皮的内侧形成流体层。

本发明的另一方案也是机器人。该机器人具备：头部框架；躯干部框架，与头部框架连接；表皮，以覆盖头部框架与躯干部框架之间的空间的方式包覆于各框架；第一热源，容纳于头部框架；第一扇，设于途经第一热源的通气通路，将由第一热源进行了加热的流体向空间送出；第二热源，容纳于躯干部框架；以及第二扇，设于途经第二热源的通气通路，将由第二热源进行了加热的流体向空间送出。向空间流出的流体被加压，由此在各框架与表皮之间形成流体层。

本发明的又一方案是能以覆盖头部框架和躯干部框架的方式拆装于机器人的外皮。该外皮具备：基材，具有挠性；以及布料，覆盖基材的至少外表面。基材具有使头部框架与躯干部框架之间的空间和基材与布料之间的间隙连通的连通孔。

发明效果

根据本发明，能使机器人的体表具有适当的温度。

附图说明

上述的目的和其他目的、特征以及优点通过以下叙述的优选的实施方式以及随附的以下的附图进一步明确。

图1A是用于说明机器人的概要的图，是表示加热机器人的体表的机制的图。

图1B是用于说明机器人的概要的图，是示意性地表示保温原理的局部放大剖视图。

图2A是表示机器人的外观的主视图。

图2B是表示机器人的外观的侧视图。

图3是概略地表示机器人的结构的剖视图。

图4A是示意性地表示轮子收纳机构的结构和动作的侧视图。

图4B是示意性地表示轮子收纳机构的结构和动作的主视图。

图5是机器人的硬件配置图。

图6是机器人系统的功能框图。

图7A是表示机器人的外观的右视图。

图7B是表示机器人的外观的主视图。

图7C是表示机器人的外观的后视图。

图8A是表示通气结构的主要部分的局部放大图，是图7C的A部放大图。

图8B是表示通气结构的主要部分的局部放大图，表示图8A的相反侧面即外皮314的内侧面。

图8C是图8B的B－B向视剖视图。

图9是表示机器人的结构的剖视图。

图10A是表示机器人的通气结构的详情的剖视图，是从侧方观察机器人100的上半部的剖视图。

图10B是图10A的C部放大图，表示扇被停止的状态下的低通气阻力区域。

图10C是图10A的C部放大图，表示扇被驱动的状态下的低通气阻力区域。

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结构的位置关系。此外，对于以下的实施方式及其变形例，有时候会对大致相同的结构要素标注相同的附图标记并适当省略其说明。

图1是用于说明机器人100的概要的图。图1A是表示加热机器人100的体表的机制的图。图1B是示意性地表示保温原理的局部放大剖视图。

一般来说，对于内部存在热源的机器人而言，靠近该热源的体表会变热。但是，例如像手指、指尖等这样的身体末端等远离热源的部位不会变热。因此，仅在内部具有热源的话无法均匀地加热体表。热源附近被加热是理所当然的现象，但体表的局部被加热与均匀地加热体表是不同的。需要说明的是，在此所说的“均匀地加热”是指以体表的局部区域与其他区域相比不会达到规定以上的温度差的方式加热。

通过均匀地加热体表，与机器人的身体接触的人能以不会有不协调感的方式感受到温度。由此，能使用户具有想主动与机器人接触这样的心情。均匀地加热机器人的体表会促进用户对机器人的身体接触，有助于用户对机器人形成依恋。在考虑以上内容的基础上构成了本实施方式的机器人100。

机器人100使体表维持适当的温度。在用户与机器人100接触时，用户会感受到机器人100仿佛具有体温，进而用户会感受到机器人100具有生命的温度。由此，促进用户对机器人100的身体接触，本能地激发用户对机器人100的喜爱之情。该温度通过利用在体内流动的暖风形成沿体表的温暖的空气层来实现。

如图1A所示，机器人100具有形成骨架的框架500，以覆盖该框架500的方式包覆有表皮502。表皮502能拆装于框架500。另一方面，在框架500的规定部位设有吸气口，参照实线箭头所示，导入外部空气。在框架500内设有发热部件等热源，因此以该热源不会过热的方式通过外部空气实现冷却。通过与热源的热交换而被加热的空气如虚线箭头所示汇聚到由框架500包围的特定的空间504中。

如图1B所示，通过集中到空间504中而被加压的空气如点划线箭头所示，其中一部分通过表皮502的纤维排出到外部。但是，由于表皮502具有通气阻力，因此部分空气会被导向框架500与表皮502之间，在两者间形成空气层506。加热的空气被持续导入空间504，因此如双点划线箭头所示，该空气会形成空气层506并且在整个体表循环。由此，维持机器人100适当的温度。以下，对这样的机器人100的具体结构进行说明。

[基本结构]

图2是表示机器人100的外观的图。图2A是主视图，图2B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以主人家的房屋内为行动范围。以下，将与机器人100有关的人称为“用户”。

机器人100的主体104具有整体上圆润的形状，包括由聚氨酯、橡胶、树脂、纤维等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。机器人100的总重量在5～15千克左右，身高在0.5～1.2米左右。通过适度的重量和圆润、柔软、手感好这样的诸多属性，实现用户容易抱起且愿意抱起机器人100的效果。

机器人100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，但能独立地控制左右轮的旋转速度、旋转方向。后轮103是脚轮，自由旋转以使机器人100向前后左右移动。后轮103也可以是万向轮。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和后轮103能通过驱动机构(转动机构、连杆机构)来完全收纳于主体104。在主体104的下半部设有左右一对罩312。罩312由具有挠性和弹性的树脂材料(橡胶、硅橡胶等)形成，构成柔软的躯体并且能收纳前轮102。罩312形成有从侧面开口到前表面的窄缝313(开口部)，能经由该窄缝313使前轮102伸出，向外部露出。

行进时各轮子大半隐藏在主体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F。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具有两只手臂106。在手臂106的前端有手，但不具有抓持物体的功能。通过后述的致动器的驱动，手臂106能进行抬臂、曲臂、挥手、颤臂等简单的动作。两只手臂106都能分别被独立控制。

在机器人100的头部正面露出有面部区域116。在面部区域116设有两只眼睛110。眼睛110能通过液晶元件或有机EL元件来进行图像显示。在面部区域116的中央设有鼻子109。在鼻子109设有模拟摇杆，除了能检测上下左右所有方向，还能检测按入方向。此外，机器人100设有多个触摸传感器，能针对头部、躯干部、臀部、手臂等机器人100的几乎整个区域来检测用户的触摸。机器人100搭载有能确定声源方向的麦克风阵列、超声波传感器等各种传感器。此外，还能内置扬声器来发出简单的声音。

在机器人100的头部装配有角112。角112中装配有全景摄像头113，能一次性拍摄机器人100的上部整个区域。角112中还内置有热敏传感器115(热敏摄像头)。角112中设有紧急停止用的开关，用户能通过拉扯角112来紧急停止机器人100。

图3是概略地表示机器人100的结构的剖视图。

主体104包括：主体框架310、一对手臂106、一对罩312以及外皮314。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呈方筒形状，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经由连接机构330连接于躯干部框架318。

躯干部框架318构成主体104的核心。躯干部框架318配置为将左右一对侧板336固定于下板334，支承一对手臂106和内部机构。在躯干部框架318的内方容纳有电池118、控制电路342以及各种致动器等。下板334的底面形成就座面108。

躯干部框架318在其上部具有上板332。在上板332固定有有底圆筒状的支承部319。上板332、下板334、一对侧板336以及支承部319构成躯干部框架318。支承部319的外径比左右的侧板336的间隔小。一对手臂106通过与环状构件340一体组装而构成臂单元350。环状构件340呈圆环状，以在其中心线上沿径向分开的方式装配有一对手臂106。环状构件340同轴状地插通于支承部319，载置于一对侧板336的上端面。臂单元350由躯干部框架318从下方支承。

头部框架316具有偏转(yaw)轴321、俯仰(pitch)轴322和滚转(roll)轴323。通过头部框架316的绕偏转轴321的转动(偏转)来实现摇头动作，通过绕俯仰轴322的转动(俯仰)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。各轴可以根据连接机构330的驱动方式来改变三维空间中的位置、角度。连接机构330包括连杆机构，由设置于躯干部框架318的多个马达来驱动。

躯干部框架318容纳有轮子驱动机构370。轮子驱动机构370包括使前轮102和后轮103分别从主体104进出的前轮驱动机构和后轮驱动机构。前轮102和后轮103作为使机器人100移动的“移动机构”发挥功能。在前轮102的中心部具有直驱马达。因此，能独立地驱动左轮102a和右轮102b。前轮102可旋转地支承于轮罩105，该轮罩105可转动地支承于躯干部框架318。

一对罩312设为从左右覆盖躯干部框架318，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。在躯干部框架318与罩312之间形成有封闭空间，该封闭空间为前轮102的收纳空间S。后轮103容纳于设于躯干部框架318的下部后方的收纳空间。

外皮314从外侧覆盖主体框架310和一对手臂106。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，当用户拥抱机器人100时会有适度的柔软感，人能像抱宠物那样得到自然的身体接触。外皮314以使罩312露出的形态装接于主体框架310。在外皮314的上端部设有开口部390。该开口部390插通角112。外皮314能拆装于主体框架310。

在主体框架310与外皮314之间配设有触摸传感器。在罩312埋设有触摸传感器。这些触摸传感器均为静电容传感器，检测机器人100的几乎整个区域的接触。需要说明的是，可以将触摸传感器埋设于外皮314，也可以配设于主体框架310的内侧。

手臂106具有第一关节352和第二关节354，在两关节之间具有手臂356，在第二关节354的前端具有手358。第一关节352对应于肩关节，第二关节354对应于腕关节。在各关节设有马达，分别驱动手臂356和手358。用于驱动手臂106的驱动机构包括这些马达及其驱动电路344。

图4是示意性地表示轮子收纳机构的结构和动作的图。图4A是侧视图，图4B是主视图。图中虚线表示轮子从收纳空间S伸出而能行进的状态，图中实线表示轮子收纳于收纳空间S的状态。

轮子驱动机构370包括前轮驱动机构374和后轮驱动机构376。前轮驱动机构374包括转动轴378和致动器379。转动轴378连结于轮罩105。在本实施方式中，采用马达来作为致动器379。通过致动器379的驱动使轮罩105转动，由此能从收纳空间S向外部进退驱动前轮102。

在本实施方式中，能独立地控制左轮102a和右轮102b的进退驱动。即，设有左轮102a用的致动器379a和右轮102b用的致动器379b，能分别独立地进行驱动。左轮102a的轮罩105经由转动轴378a连接于致动器379a，右轮102b的轮罩105经由转动轴378b连接于致动器379a。需要说明的是，在以下的说明中，在不特别对转动轴378a、378b进行区分时称为“转动轴378”，在不特别对致动器379a、379b进行区分时称为“致动器379”。

后轮驱动机构376包括转动轴404和致动器406。转动轴404设为与前轮驱动机构374的转动轴378平行，将后轮103以能绕其轴线转动的方式支承。后轮103是脚轮，具有主轴407(旋转轴)和车轴408。从主轴407延伸出两条臂410，在这两条臂410的前端设有车轴408。轮子自由旋转地支承于车轴408。主轴407的上端连接于转动轴404的中央，被支承为绕本轴自由转动。车轴408不在主轴407的轴线上而偏离该轴线。主轴407使后轮103的朝向(进行方向)任意变化。转动轴404通过致动器406的驱动而转动，能从后部收纳空间向外部进退驱动后轮103。

在轮子收纳时，致动器379、406被向一个方向驱动。此时，轮罩105以转动轴378为中心转动，前轮102从地面F上升。此外，臂410以转动轴404为中心转动，后轮103从地面F上升(参照点划线箭头)。由此，主体104下降，就座面108与地面F相接(参照实线箭头)，实现机器人100坐下的状态。通过反向驱动致动器379、406，能使各轮子伸出，使机器人100站起。

需要说明的是，在后轮103的外侧设有模仿尾巴的后部罩107，与后轮103的进退联动地开闭主体104的后部下开口部。即，在使后轮103伸出时后部罩107进行打开动作，在收纳后轮103时后部罩107进行关闭动作。

图5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330和轮子驱动机构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来相互连接。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，是摄像头、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、气压传感器、嗅觉传感器等。触摸传感器对应于主体104的大部分区域，基于静电容量的变化来检测用户的接触。嗅觉传感器是已知的传感器，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是以各种外部设备为对象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、各种配置信息。处理器122是计算机程序的执行部。驱动机构120包括多个致动器。除此之外，还搭载有显示器、扬声器等。

驱动机构120主要控制轮子和头部。驱动机构120除了使机器人100的移动方向、移动速度变化，还能使轮子升降。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控制手臂106。

图6是机器人系统300的功能框图。

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。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(CentralProcessing Unit：CPU)和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，软件储存于存储装置，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元的结构，而表示功能单元的区组。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。

房屋内预先设置有多个外部传感器114。服务器200管理外部传感器114，根据需要向机器人100提供由外部传感器114获取到的检测值。机器人100基于从内部传感器128和多个外部传感器114得到的信息来决定基本行为。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的处理能力。机器人100的通信器126与服务器200定期通信，服务器200负责通过外部传感器114确定机器人100的位置的处理(参照专利文献2)。

(服务器200)

服务器200包括通信部204、数据处理部202以及数据存储部206。通信部204负责与外部传感器114及机器人100的通信处理。数据保存部206保存各种数据。数据处理部202基于通过通信部204获取到的数据和存储在数据存储部206中的数据来执行各种处理。数据处理部202还作为通信部204和数据保存部206的接口发挥功能。

数据储存部206包括动作储存部232和个人数据储存部218。机器人100具有多个动作模式(motion)。定义有抖动手臂106、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的很多动作配置为包括多个单位动作的复合动作。

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、亲密度管理部220以及状态管理部244。位置管理部208确定机器人100的位置坐标。状态管理部244管理充电率、内部温度、处理器122的处理负荷等各种物理状态等各种内部参数。此外，状态管理部244管理表示机器人100的情感(寂寞、好奇心、认可欲等)的各种情感参数。

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156通过内部传感器128来获取各种环境信息，在对该环境信息进行一次处理后将其转发至服务器200的识别部212。

识别部212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)。此外，识别部212通过对用户的表情进行图像识别来推测用户的情感。识别部212也对人物以外的移动物体例如作为宠物的猫、狗进行用户识别处理。

识别部212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。识别部212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。

动作控制部222与机器人100的动作控制部150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：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5)对应，负责与外部传感器114、服务器200以及其他机器人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5)对应。数据处理部136基于由通信部142获取到的数据和储存于数据储存部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。为了表现收起轮子就座、抬起手臂106、通过使两个前轮102反向旋转或者仅使一个前轮102旋转来使机器人100进行旋转行为、通过在收起轮子的状态下使前轮102旋转来颤动、在离开用户时停一下并回头等各种动作，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。也可以是，各种数据从个人数据储存部218下载到数据储存部148。

数据处理部136包括识别部156和动作控制部150。识别部156对获取自内部传感器128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)、触觉识别(触觉部)。

识别部156从图像中提取与移动物体特别是人物、动物对应的图像区域，从提取到的图像区域中提取作为表示移动物体的身体特征、行为特征的特征量的集合的“特征向量”。特征向量分量(特征量)是将各种身体/行为特征量化得到的数值。例如，人类的眼睛的横宽被数值化为0～1的范围，形成一个特征向量分量。从人物的拍摄图像提取特征向量的方法是已知的面部识别技术的应用。在检测到移动物体时，还会从嗅觉传感器、内置的收音麦克风、热敏传感器等提取身体特征、行为特征。这些特征也被量化为特征向量分量。识别部156基于专利文献2等中所记载的已知的技术，根据特征向量来确定用户。机器人100将特征向量发送给服务器200。

包括检测、分析、判定的一系列的识别处理中，识别部156进行识别所需的信息的取舍选择、提取，判定等解释处理由服务器200的识别部212执行。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。机器人100通过内部传感器128获取用户的行为来作为物理信息，服务器200的识别部212判定愉快/不愉快。此外，服务器200的识别部212执行基于特征向量的用户识别处理。

服务器200的识别部212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、肯定或否定相关联。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。

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。

动作控制部150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的规格来设计服务器200和机器人100如何分担动作的决定处理即可。

动作控制部150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。

动作控制部150既能在亲密度高的用户接近时执行抬起两只手臂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150的指示来驱动前轮102、手臂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，以以上的基本结构为前提，对本实施方式的机器人100的安装进行说明。以下特别以与基本结构的不同点为中心进行说明。

图7是表示机器人100的外观的图。图7A是右视图，图7B是主视图，图7C是后视图。需要说明的是，机器人100的外观为大致左右对称。机器人100的框架(主体框架310，参照图3)是设于外皮314的内侧的骨架结构，包含与外皮314紧贴来形成机器人100的外观的部分。

在机器人100中的躯干部框架318的后部下方设有用于容纳后轮103的容纳口377。在容纳口377的左右突出设置有一对充电端子510。充电端子510呈异径圆柱状，通过连接于未图示的充电站的供电端子来接收电力。充电端子510的基端位于躯干部框架318的内部，经由布线连接于充电电路进而连接于电池118。充电端子510的前端被扩径为圆板状，呈按钮形态。

通过将外皮主体420和弹性装接部422缝合而构成外皮314。外皮主体420与弹性装接部422一体构成。外皮主体420和弹性装接部422均由比框架柔软的材料形成。外皮主体420包括具有伸缩性的基材520和容纳该基材520的布袋522。基材520由聚氨酯海绵(多孔材料)等具有伸缩性的材料形成。基材520包含绝热材料。布袋522通过将聚酯纤维等具有光滑的手感并具有伸缩性的布料缝制成袋装而制成。外皮主体420包括：包覆头部框架316的袋状部424、从袋状部424的左右侧面向下方延伸的一对手部426、从袋状部424的正面向下方延伸的前延伸部428以及从袋状部424的背面向下方延伸的后延伸部430。在袋状部424的前表面侧设有用于使面部区域116露出的开口部432。需要说明的是，外皮314的材料虽然优选这样柔软而具有伸缩性的材料，但只要是至少具有挠性的材料即可。

弹性装接部422构成外皮314的底部，将外皮主体420的前延伸部428、后延伸部430于下方处连结起来。在弹性装接部422的与容纳口377对应的位置设有开口部434。在弹性装接部422的后部下方形成有一对孔436。孔436是按钮孔那样的宽度较小的形状的孔，由于弹性装接部422是柔软的，因此能在宽度方向上按扁。一对充电端子510插通这些孔436。孔436的长尺寸方向的长度形成为比充电端子510的前端部(扩径部)的直径长，孔436的短尺寸方向的长度比充电端子510的前端部的直径短。在充电端子510插通孔436后，孔436会由于弹力而恢复到原来的宽度较小的形状。由此，充电端子510的头部卡在孔436的周边，能防止外皮314从框架脱离。即，充电端子510是用于充电的端子，同时是用于防止或减轻外皮314的脱离的构件。

需要说明的是，基材520配置成为包含在达到规定的温度阈值以上的温度时放出自熄性气体的阻燃性材料(例如阻燃性海绵)。即，外皮主体420形成为通过布袋522来包入阻燃性的基材520，因此即使布袋522达到规定的温度以上，也能从基材520放出自熄性气体，能防止布袋522起火或火势蔓延。基材520产生自熄性气体时的阈值温度优选为比布袋522的布料的着火温度低。在该情况下，即使布袋522的布料的温度上升，也能在布袋522的布料着火前产生自熄性气体，因此能防止布袋522起火。外皮主体420由阻燃性的基材520和在该基材520的外侧保持温暖空气的布袋522构成，因此能兼顾与机器人100接触时的温度和针对高温的安全性。

外皮主体420具有用于使温暖的空气向背面侧流出的通气结构(图7C的A部)。该通气结构包括在基材520的规定区域排列有多个连通孔524的多孔结构。

图8是表示通气结构的主要部分的局部放大图。图8A是图7C的A部放大图。图8B表示图8A的相反侧面即外皮314的内侧面。图8C是图8B的B－B向视剖视图。

如图8A和图8B所示，在基材520的规定区域纵横配设有连通孔524，形成多孔结构。连通孔524由圆孔构成，远大于布袋522的气孔。该多孔结构在基材520的局部具有比布袋522的通气阻力低的通气阻力，作为本发明的“低通气阻力区域”和“低通过阻力区域”发挥功能。需要说明的是，低通气阻力区域不限于图示的连通孔524的形状、大小、配置等，只要通气阻力比布袋522低就可以适当选择。

如图8B和图8C所示，在布袋522的内侧面的与低通气阻力区域对应的位置设有开口部526，以覆盖该开口部526的方式缝接有补丁布530。补丁布530具有网眼底，其网眼尺寸小于连通孔524，远大于布袋522的气孔。补丁布530从内侧保护基材520，并且确保低通气阻力区域的通气性。通过这样将补丁布530缝接于布袋522，防止或抑制开口部526变形，维持外皮314的形状。

图9是表示机器人100的结构的剖视图。

在机器人100中，主体框架310作为框架500(参照图1)发挥功能。机器人100在头部框架316与躯干部框架318之间具有空间504。外皮314以在内方形成该空间504的方式覆盖主体框架310。即，外皮314的内侧面相对于空间504露出。

在手臂106的基端附近，与外皮314一体地设有环状的内皮315。内皮315由比作为外皮314的构成要素的布袋522的伸缩性高的布料形成，沿机器人100的腋位置缝接于布袋522。内皮315的下端周缘部嵌合于形成于躯干部框架318与罩312之间的环状槽317从而被固定。具体而言，沿内皮315的下端开口部缝制有过绳部。省略了图示的绳插通于该过绳部并使该绳呈紧缩状态，由此收束内皮315的下端开口部并将内皮315的下端开口部固定于环状槽317。当机器人100抬起手臂106时内皮315伸展，当放下手臂106时内皮315收缩，但该下端部会维持固定状态。因此，无论手臂106的动作如何，都能避免加热的空气从内皮315的下端开口部流出。

需要说明的是，不仅是内皮315，外皮314中的涉及可动区域的部分也优选配置为比外皮314的其他部分薄，以确保可动性。但是，如果配置为较薄，则接触该部分时的触感容易比其他部分硬，或与其他部分相比容易从较薄部分释放热量。为了避免这些问题，优选的是，外皮314中的涉及可动区域部分由比其他部分弹性高且比其他部分绝热性高的材料构成。

在上板332的中央设有使躯干部框架318的内方与支承部319的内方连通的连通孔540。在支承部319的底部中央设有使支承部319的内方与空间504连通的连通孔542。在躯干部框架318的左右侧部设有通气孔544，在各通气孔544装配有防尘用的滤网。该滤网的网眼尺寸被设定为能以不影响通气的方式发挥防尘功能。在连通孔540的正下位置配设有扇550。

机器人100在工作中驱动扇550，进行通过通气来实现的冷却。即，通过驱动扇550来将外部空气摄入躯干部框架318内。外部空气经由图7所示的窄缝313导入罩312内，进而经由通气孔544导入躯干部框架318内(参照双点划线箭头)。由此，配置于躯干部框架318的电池118、控制电路342、各致动器等作为发热部件的电气部件被冷却。扇550将通过由该冷却实现的热交换而被加热了的空气以暖风的形式向上方送出。该空气通过连通孔540、542向空间504排出。即，通气孔544作为“吸气口”发挥功能，连通孔540、542作为“排气口”发挥功能。

另一方面，在头部框架316的内部配置有多个控制电路基板532，成为发热的原因。因此，在头顶部设置吸气口并在下部设置排气口，并在将吸气口和排气口相连的通路中设置吸气扇552、排气扇554，由此进行通过外部空气来实现的冷却(参照双点划线箭头)。

图10是表示机器人100的通气结构的详情的剖视图。图10A是从侧方观察机器人100的上半部的剖视图。图10B和图10C是图10A的C部放大图，表示低通气阻力区域。图10B表示扇被停止的状态，图10C表示扇被驱动的状态。

如图10A所示，在头部框架316的顶部设有引导件560。引导件560呈异径圆筒状，在其外周面嵌合有外皮314的开口部390。引导件560支承角112，另一方面在固定外皮314时用于定位。引导件560由具有挠性的树脂材料形成，还在将角112组装至头部框架316时发挥密封功能。

在引导件560的内侧设有环状的吸气口562，在头部框架316的下部设有排气口564。在吸气口562的入口设有防尘用的滤网568。滤网568的网眼尺寸被设定为能以不影响通气的方式发挥防尘功能。在头部框架316内的上部设有分隔壁570，划分出其上方的外部空气导入室572和下方的容纳室574。在容纳室574容纳有控制电路板532等电气部件。

在分隔壁570的前半部设有台阶576，该台阶576的后方进一步降低而形成排水用的槽(排水槽578)。另一方面，在台阶576的上表面设有通气用的开口部580。在头部框架316的后方设有排出口582。排出口582与外部空气导入室572连通。即使水分从外部经由吸气口562进入外部空气导入室572，也能经由排水槽578和排出口582排出到外部。

在台阶576的内方中的开口部580的正下位置配设有吸气扇552。引导件560的下端开口部(吸气口562)位于向后方偏离台阶576的位置。因此，即使假设水分从外部通过引导件560进入，也不会被引导至开口部580，而会在台阶576的后方滴下。即，防止水分进入容纳室574。

在头部框架316中的排气口564的正上位置配设有排气扇554。由此，在吸气扇552与排气扇554之间形成有通气通路。控制电路板532位于该通气通路中。

机器人100在工作中驱动扇552、554，进行通过通气来实现的冷却。即，从吸气口562导入外部空气导入室572的外部空气经由开口部580被导入容纳室574，对控制电路板532等发热部件(电气部件)进行冷却。排气扇554将通过由该冷却实现的热交换而被加热了的空气以暖风的形式向下方送出。该空气通过排气口564向空间504排出。

如上所述，在头部框架316和躯干部框架318分别进行通过通气来实现的发热部件的冷却时，机器人100利用通过该热交换而被加热了的空气来适当地加热体表。

即，通过将加热的空气持续向空间504导入来提高空间504的压力(也称为“内压”)。其结果是，内压与大气压的压差变大(内压达到适当的正压)，加热的空气被向体表挤出。此时，紧贴于基材520的外表面的布袋522的外布522a被扩展(图10B、图10C)。内布522b保持紧贴于基材520的内表面的状态。需要说明的是，在本实施方式中，外布522a作为“表皮”发挥功能。排气口564和连通孔540、542作为“开口”发挥功能。排气扇554作为“第一扇”发挥功能，扇550作为“第二扇”发挥功能。这些扇作为“加压部”发挥功能。

加热的空气在低通气阻力区域通过补丁布530和连通孔524。该空气的一部分穿过外布522a的纤维要向大气排出(参照虚线箭头)，但该排出会被外布522a的通气阻力抑制。即，空气大部分流入基材520与外布522a之间的间隙，形成空气层506(参照双点划线箭头)。空气层506遍布外皮主体420的几乎整个外表面，适当地加热机器人100的体表。在扇被驱动期间，空气层506的空气会流动，因此与空气层506接触的外布522a会被加热，稳定地维持该体表的温度。基材520具有绝热性这一点容易使温暖的空气遍及几乎整个体表，并且容易维持由该空气形成的空气层506的温度。即，能避免机器人100的体表中只有内部的热源的周边会被局部加热的状况，能使体表的温度大致均匀。需要说明的是，以空气层506的厚度比基材520的厚度小的方式设定布袋522的尺寸、材质(弹性)。因此，布袋522即使因扇的驱动而鼓胀开，也能维持作为外皮314的触感。

以上，基于实施方式对机器人100进行了说明。根据本实施方式，能利用对发热部件的冷却这一不可或缺的功能来高效地加热机器人的体表。由此，虽然是机器人，却能使用户感受到生命的温度。通过使暖风在形成于框架间的特定空间中合流，提高该空间的压力(机器人的内压)，将加热的空气向外皮挤出。另一方面，通过使外皮的内侧(低通气阻力区域)与外侧(表皮)的通气阻力形成差异，由流出到框架与表皮之间的空气形成温暖的空气层。即，能通过着眼于通气阻力的平衡来简易地实现使机器人具有温度的结构。

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，例示了在头部框架316与躯干部框架318之间形成空间504并将温暖的空气从两个框架内向空间504排出的结构。在变形例中，也可以仅从头部框架316和躯干部框架318中的一方向空间504排出空气。例如，也可以仅从内置的发热部件的发热量多的框架向该空间排出空气。或者反之，也可以仅从内置的发热部件的发热量少的框架向该空间排出空气。还可以是，对发热量多的框架优先进行冷却，并将热交换后的空气向外部主动排出。

在上述实施方式中，例示了在头部框架316与躯干部框架318之间形成空间504并使暖风合流的结构。在存在手臂部框架的情况下，也可以是，由表皮覆盖手臂部框架与躯干部框架之间的空间，将热交换后的温暖的空气导入手臂部框架与躯干部框架之间的空间。即，能适当选择机器人中的使暖风合流的区域。机器人配置为：具备形成第一部位的骨架的第一框架和形成第二部位的骨架的第二框架，温暖的空气向第一框架与第二框架之间的空间合流。该空间的空气被加压，由此该空间的空气向各框架与表皮之间流出，在各框架与表皮之间形成空气层。在由基材和表皮构成外皮的情况下，在向该空间露出的部分设有低通气阻力区域。

在上述实施方式中，例示了作为“热源”容纳于主体框架310的电路板、致动器等涉及机器人100的驱动的电气部件(发热部件)。在变形例中，也可以另外准备例如电热丝等用于加热空气的发热体来作为“热源”。在上述实施方式中，在头部框架316和躯干部框架318各自的内部(各框架内)配置有热源，但也可以在头部框架316与躯干部框架318之间的空间504(框架间的空间)中配置热源。

在上述实施方式中，例示了将外部空气摄入各框架并将途经了热源的空气汇聚至框架间的空间中进行加压的结构。就是说，例示了将框架间的空间设为“由框架包围的空间”并设为加压区域的结构。在变形例中，也可以将框架的内部空间设为“由框架包围的空间”。例如，也可以在框架的侧壁设置开口来使外皮(表皮)向框架内露出并将该框架内设为加压区域。在该情况下，框架的内压升高，因此存在即使设置了吸气口也无法导入外部空气的可能性。因此，可以在框架内配置使用煤气罐等储存高压气体的容器进行加压的加压装置(加压部)来进行加压。即，通过以恒定流量从煤气罐放出气体来对框架内进行加压。通过将向开口露出的外皮的部分设为低通气阻力区域，能在框架与表皮之间形成温暖的空气层。如果采用这样的结构，则不需要用于摄入外部空气的开口部。

在上述实施方式中，例示了在各框架内存在热源并将由该热源进行了加热的流体导出到框架间的空间来对该空间进行加压的结构。在变形例中，也可以在该框架间的空间中设置热源来对该空间进行加压。即，也可以不以在各框架内存在热源为前提。

在上述实施方式中，示出了将基材容纳于由单一材料形成的布袋来构成外皮并使外布作为“表皮”发挥功能的例子。在变形例中，也可以使外布与内布由互不相同的材料形成并形成一体地具有外布和内两者的布袋。在该情况下，也可以将内布设为网眼布等由比外布通气性高的材料形成的布料。由此，不需要如上述实施方式那样缝接补丁布。或者，也可以不将外布和内布缝接而使外布贴附于基材的外表面并使内布贴附于基材的内表面。在用户接触基材的内表面的频率少的情况、基材耐磨损性优异的情况下，也可以省略内布。或者，也可以采用取消基材而通过一个或多个表皮来覆盖框架的结构。在该情况下，表皮也可以由布料形成。在该情况下，会带来成本的降低。

在上述实施方式中，示出了将设于基材的低通气阻力区域的连通孔设为圆孔的例子，但连通孔的形状不限于此。连通孔的剖面形状既可以是多边形，也可以是Y字状、V字形状、X字状等各种形状。但是，连通孔的剖面形状优选设为在机器人100工作时基材不容易因变形而产生局部应力集中的形状。

在上述实施方式中，例示了加热的空气向大气的排出取决于外布522a本身的通气结构(纤维的间隙)的方案。在这样的方案中，如果通气阻力过大，则加热的空气会滞留在机器人100中，可能会阻碍作为本来的功能的发热部件的冷却。此外，还可能会达到超过传递机器人100的温度这一目的的高温，甚至给用户带来不愉快感。因此，外布522a的通气阻力优选为与内压和大气压的差压、形成空气层的空气的流动阻力、外部空气温度等相应的阻力。换言之，优选由能得到适当的通气阻力的材质来构成外布522a。根据该通气阻力来选定材质以使空气层的温度为规定的温度(例如30℃～40℃)即可。也可以根据外布(表皮)的材质或其通气阻力来控制扇的驱动负荷(转速)，以使空气层的温度与外部空气温度等相应地成为规定的温度(例如30℃～40℃)。

作为使空气向外部泄露的排出结构，也可以不采用这样仅取决于外布(表皮)的通气性能的结构而进一步设置排气口。例如，可以在形成外皮的空气层的区域的规定的位置(例如远离低通气阻力区域的端部)设置排气口。也可以将排气口设为节流孔，得到至少能在驱动扇时确保空气层的程度的排出阻力(压力损耗)。或者，也可以设置开闭排出口的阀。通过采用在空气层的压力超过设定压力时开阀的开闭阀，能抑制内压上升进而抑制框架内的温度上升。

在上述实施方式中，示出了将机器人100的表皮设为布料的例子。在变形例中，例如也可以由乙烯基塑料等柔软的树脂材料形成表皮。这样的结构也能在框架与表皮之间形成空气层。在该情况下，可以在树脂材料的表面设置通气孔(小孔)以在表皮上得到适当的通气阻力。或者，也可以在树脂材料的规定部位(端部等)形成排出口。

在上述实施方式中没有叙述，但也可以是，表皮具有伸缩性，在伸展时通气阻力降低。具体而言，可以以如下方式进行材料的选定：通过由加压部升高内压，外布会鼓胀，该外布的纤维的间隙(气孔)会适当扩大。

在上述实施方式中没有叙述，但也可以采用通过加压部的工作来实现的外部空气的吸气量比从表皮泄漏的空气的排出量多的结构。

在上述实施方式中，对于通过上述空气层的形成来实现的外表面的保温结构，示出了在机器人中具现化的例子，但只要是用户通过接触感受到温度的装置，就不限于机器人。例如，也能应用于玩具、玩偶、暖手袋、被炉、被子(以下统称为“保温装置”)。这样的保温装置能如下表现。

该保温装置具备：主体；表皮，覆盖所述主体；开口，设于所述主体；热源，对所述主体内的空气进行加热；以及加压部，通过对由所述主体包围的空间进行加压，利用从所述开口流出的空气在所述主体与所述表皮之间形成空气层。根据本方案，能使保温装置具有适当的温度，能给用户提供舒适感

此外，作为为了保温而使其以经过热交换的方式进行流动的介质，也可以使用空气以外的气体、水等其他流体。该保温装置具备：主体；表皮，覆盖所述主体；开口，设于所述主体；热源，对所述主体内的流体进行加热；以及加压部，通过对由所述主体包围的空间进行加压，利用从所述开口流出的流体在所述主体与所述表皮之间形成保温介质层(流体层)。在将基材容纳于袋状构件来形成外皮的情况下，比基材靠外侧的部分构成表皮。在袋状构件中的比基材靠内侧的部分设有流体的通过阻力比外侧部分低的低通过阻力区域。

需要说明的是，“通过阻力”是指流体通过构件所具有的孔(可以是由纤维的间隙等形成的小孔)时受到的阻力，在流体为空气的情况下是指通气阻力。即，“通过阻力”可能包括通气阻力、流动阻力、流通阻力等概念。“低通过阻力区域”可能包括低通气阻力区域、低流动阻力区域、低流通阻力区域等概念。通过阻力越小，流体通过时的压力损耗越小。

本申请主张以2019年2月19日提出的日本申请特愿2019-27070号为基础的优先权并将其公开的全部内容引用于此。

Claims (15)

1.一种机器人，其特征在于，具备：

框架；

表皮，覆盖所述框架；

热源，对流体进行加热；以及

加压部，对由所述框架包围的空间进行加压来使加热的流体从所述空间流出，由此在覆盖所述框架的所述表皮与所述框架之间形成流体层，

在所述框架与所述表皮之间设有基材，

在所述基材与所述表皮之间形成有所述流体层。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述表皮能拆装于所述框架。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

还具备将所述流体层中的流体排出到外部的排出结构。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，

所述表皮为布料，

所述排出结构包括形成所述布料的纤维的间隙。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

在所述基材设有将从所述空间流出的流体导向所述流体层的连通孔。

6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，

具备容纳所述基材并形成外皮的袋状构件，

所述袋状构件中的比所述基材靠外侧的部分构成所述表皮，

在所述袋状构件中的比所述基材靠内侧的部分设有流体的通过阻力比所述外侧部分低的低通过阻力区域。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述基材具有绝热性。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

在所述空间未被加压时，所述基材与所述表皮紧贴。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述基材包含在达到规定的温度阈值以上的温度时放出自熄性气体的材料。

10.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述热源是电气部件，因被驱动而产生热量。

11.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述流体是空气。

12.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述加压部包括：扇，设于所述热源与所述流体层之间的路径上，将由所述热源进行了加热的所述流体向所述流体层送出。

13.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，

在所述基材配置有覆盖所述基材的所述低通过阻力区域的网眼布，

所述网眼布的网眼尺寸大于所述袋状构件的气孔且小于所述连通孔。

14.根据权利要求13所述的机器人，其特征在于，

所述网眼布配置于所述基材的内侧面。

15.一种机器人，其特征在于，具备：

框架；

表皮，覆盖所述框架；

热源，对流体进行加热；以及

加压部，对由所述框架包围的空间进行加压来使加热的流体从所述空间流出，由此在覆盖所述框架的所述表皮与所述框架之间形成流体层，

所述表皮能够以覆盖所述框架的方式拆装于机器人，

所述表皮具备：

基材，具有绝热性；以及

布料，覆盖所述基材的至少外表面，

所述基材具有使所述空间和所述基材与所述布料之间的间隙连通的连通孔。