JP2009274184A - Expression-variable structure of facial expression producing robot - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a facial expression variable structure of a facial expression expression robot capable of simulating various facial expressions of human beings.
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。
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。 However, in the device of Patent Document 1, a mechanism and a motor for winding and feeding out the same number of filamentous bodies are necessary, so that the structure for expressing the expression becomes complicated, There is an inconvenience that the head of the robot becomes larger and heavier. In particular, in the mechanism of Patent Document 1, it is considered that the eyebrows can be deformed in a complicated manner and more various facial expressions can be expressed by attaching filaments to the eyebrows at a plurality of locations. The above-mentioned inconvenience becomes more remarkable. In addition, if the eyebrow body with a different design shape is exchanged, expression on a different face can be expressed. In this case, the eyebrow to be exchanged is removed after all the filaments fixed at a plurality of locations on the eyebrow body are removed. There is also an inconvenience that the replacement of the eyebrows becomes complicated because each filamentous body must be fixed again at a plurality of locations on the body. Similarly, when performing maintenance on the head of the robot, it is necessary to remove and attach the filamentous body to the eyebrows, resulting in inconvenience that the maintenance work becomes complicated.
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。 The present invention has been devised by paying attention to such inconveniences, and its purpose is to express a human facial expression with a simple structure, and to reduce the size and weight of the entire head. Another object of the present invention is to provide a facial expression variable structure of a facial expression expression robot that can improve the exchangeability of a simulated movable body such as an eyebrow and a mouth or a simulated face, and can improve the maintainability.
(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。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a simulated face simulating a human face, a simulated movable body operably attached to the surface side of the simulated face, and operating the simulated movable body. In the facial expression variable structure of the facial expression expression robot equipped with facial expression forming means for simulating human facial expression,
The expression forming means has a configuration in which a magnetic force is generated between the facial expression forming means and the simulated movable body is operated by the magnetic force.
(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。
(2) The present invention also provides a simulated face that simulates a human face, a simulated movable body that is operatively attached to the surface side of the simulated face, and a facial expression of a human by operating the simulated movable body. In a facial expression variable structure of a facial expression expression robot equipped with a facial expression forming means that simulates expression,
The simulated face is made of a magnetically permeable material and thickness,
The facial expression forming means includes a front side member attached to the simulated movable body, a back side member disposed relative to the front side member across the simulated face, and a moving mechanism for moving the back side member,
One of the front side member and the back side member is constituted by a magnet, and either one is constituted by a magnet or a magnetic material.
(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。
(3) Furthermore, the present invention provides a simulated face that simulates a human face, a simulated movable body that is operatively attached to the surface side of the simulated face, and a human facial expression by operating the simulated movable body. In a facial expression variable structure of a facial expression expression robot equipped with a facial expression forming means that simulates expression,
The simulated face is made of a magnetically permeable material and thickness,
The facial expression forming means comprises a back side member disposed relative to the simulated movable body, and a moving mechanism for moving the back side member,
Any one of the simulated movable body and the back side member may be configured by a magnet, and either the other may be configured by a magnet or a magnetic body.
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。 In the claims and the specification, “up”, “down”, “front”, “back”, “left”, and “right” refer to the simulated face of the robot on the near side unless otherwise specified. Means “up”, “down”, “front”, “back”, “left”, “right”.
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。 According to the present invention, since the simulated movable body can be operated using a magnetic force without directly operating with a wire, a mechanism for winding and feeding the wire is not necessary, and the number of wires is the same. A motor is not required, and human facial expressions can be expressed with a simple structure, and the entire head can be reduced in size and weight. In addition, since it is not necessary to fix the wire directly to the simulated movable body, it is not necessary to remove or attach the complicated face or simulated movable body when replacing the simulated face or simulated movable body. In addition, the maintenance performance of the robot head can be improved.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a schematic front view of a face part of a facial expression expression robot to which the expression variable mechanism of the present invention is applied, and FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a part above the nose of the face part. The figure is shown. In these figures, the facial
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。
Although the simulated
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。
The
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。
The facial
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The upper plate 39 is formed with two
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。
The moving
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。
2 and 3, the
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。
The main body
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。
The
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。
The
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。
Next, pre-preparation and operation of the
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。
The
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。
When the above preparation is completed and a power source (not shown) is turned on to rotate the
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。
Therefore, according to such an embodiment, the following effects are produced. That is, in the conventional structure, in order to realize the up-and-down movement (two degrees of freedom) of the
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。
In the above embodiment, only the
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。
Further, either one of the
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。
Furthermore, the front-
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。
Moreover, in the said embodiment, although the moving
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。 In addition, the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
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
10 facial
16 Facial
Claims (3)
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。 A simulated face simulating a human face, a simulated movable body operably attached to the surface side of the simulated face, and facial expression forming means for simulating and expressing a human facial expression by operating the simulated movable body In the facial expression variable structure of the facial expression expression robot provided,
The expression changing structure of a facial expression expression robot, wherein the expression forming means generates a magnetic force with the simulated movable body and operates the simulated movable body with the magnetic force.
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。 A simulated face simulating a human face, a simulated movable body operably attached to the surface side of the simulated face, and facial expression forming means for simulating and expressing a human facial expression by operating the simulated movable body In the facial expression variable structure of the facial expression expression robot provided,
The simulated face is made of a magnetically permeable material and thickness,
The facial expression forming means includes a front side member attached to the simulated movable body, a back side member disposed relative to the front side member across the simulated face, and a moving mechanism for moving the back side member,
One of the front side member and the back side member is constituted by a magnet, and one of the other side is constituted by a magnet or a magnetic body.
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。 A simulated face simulating a human face, a simulated movable body operably attached to the surface side of the simulated face, and facial expression forming means for simulating and expressing a human facial expression by operating the simulated movable body In the facial expression variable structure of the facial expression expression robot provided,
The simulated face is made of a magnetically permeable material and thickness,
The facial expression forming means comprises a back side member disposed relative to the simulated movable body, and a moving mechanism for moving the back side member,
One of the simulated movable body and the back side member is constituted by a magnet, and the other is constituted by a magnet or a magnetic body.
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