JP2017140678A - Driving device and control method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device and a control method of the same used for expressing emotion by driving an eyelid, an eyeball, an eyebrow, a lip and the like of a humanoid robot, which realizes both of a quick movement and a minute movement in a simple structure.SOLUTION: In a driving device, one end of a first horn 103 is connected with a rotation shaft 102 of a first RC servo motor 101. A body of a second RC servo motor 105 is directly or indirectly connected with the other end of the first horn 103. Length of a second horn 107 is shorter than that of the first horn 103, and one end of the second horn is connected with a rotation shaft 106 of the second servo motor 105. One end of a linkage 108, 109 and 110 is connected with the other end of the second horn 107, the other end of the linkage is connected with an eyelid 114. The eyelid 114 is quickly blinked by controlling drive of the first RC servo motor 101, and the eyelid 114 is slowly and minutely moved by controlling drive of the second RC servo motor 105.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ヒューマノイドロボットの瞼、眼球、眉、唇等を駆動して情動を表出する等の目的で用いられる駆動装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a drive device used for the purpose of expressing emotions by driving the eyelids, eyeballs, eyebrows, lips and the like of a humanoid robot, and a control method therefor.

ヒューマノイドや架空の動物の情動を表出するためには、瞼、眼球、眉、唇などに多数の駆動装置を取り付ける必要があり、しかも高度な情動を表出するためには、それぞれの情動表出パーツが素早く動いたり、ゆっくりと微妙に動いたりできる必要がある。   In order to express the emotions of humanoids and fictitious animals, it is necessary to attach a large number of driving devices to the eyelids, eyeballs, eyebrows, lips, etc. The out parts need to be able to move quickly or slowly and delicately.

そのため第1の従来技術として、頭部の瞼部等に超音波リニアアクチュエータ等の専用の駆動装置を取り付けることにより、瞼部等での高速運動と精密な制御を両立するようにして情動表出を実現する研究が知られている(例えば非特許文献1、2に記載の技術)。   For this reason, as a first conventional technique, by attaching a dedicated drive device such as an ultrasonic linear actuator to the buttocks of the head, etc., the emotional expression is achieved so as to achieve both high-speed motion and precise control in the buttocks and the like. Research that realizes the above is known (for example, techniques described in Non-Patent Documents 1 and 2).

一方、第2の従来技術として、球面体の眼球部材を覆うように配置される瞼部材を、サーボモータを用いて回転駆動させることにより、多彩な表情を実現するようにした表情変化装置が知られている(例えば特許文献1に記載の技術)。   On the other hand, as a second conventional technique, there is known a facial expression changing device that realizes a variety of facial expressions by rotationally driving a heel member arranged so as to cover a spherical eyeball member using a servo motor. (For example, the technique described in Patent Document 1).

特許第3738908号公報Japanese Patent No. 3738908

「全身を用いた情動表出が可能な2足歩行ヒューマノイドロボット KOBIAN-RIII」、早稲田大学理工学術院高西淳夫研究室ホームページ内研究紹介、[平成28年1月30日検索]、インターネット<URL:http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/kobian/KOBIAN-R/index_j.htm>“KOBIAN-RIII, a bipedal humanoid robot that can express emotions using the whole body”, Research introduction on the homepage of Ikuo Takanishi Laboratory, Waseda University, [Search January 30, 2016], Internet <URL : Http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/kobian/KOBIAN-R/index_j.htm> 岸竜弘、遠藤信綱、大谷拓也、Przemyslaw Kryczka、橋本健二、中田圭、高西淳夫、「顔面各部の広い可動域および顔色により豊かな表情表現が可能な 2 足ヒューマノイドロボット頭部の開発」、2013年5月、日本ロボット学会誌、Vol.31、No.4、pp.106-116Kishi Tatsuhiro, Endo Nobutsuna, Otani Takuya, Przemyslaw Kryczka, Hashimoto Kenji, Nakata Satoshi, Takanishi Tatsuo May 2013, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol.31, No.4, pp.106-116

しかし、第1の従来技術では、専用の駆動装置の開発に大きなコストと時間がかかるという課題があった。   However, the first conventional technique has a problem that it takes a large cost and time to develop a dedicated drive device.

一方、第2の従来技術において、サーボモータとして、ラジコン用途等で使われている安価なRC(Radio Control)サーボモータの利用を考えた場合、瞼等の豊かな情動表出の用途としては適していないという課題がある。元々RCサーボモータはラジコン飛行機やラジコンカーなどの舵取りなどに用いることを想定して作られているために、角度150度程の可動範囲を0.2秒/60度程度の速度で回転するように作られている。従って、RCサーボモータのホーンに連結されたリンク機構を介して眼球駆動や瞼の駆動を行っても、RCサーボモータの可動範囲を広く使ってリンクさせた場合、ゆっくりとした動きしか表現できない。   On the other hand, in the second prior art, considering the use of an inexpensive RC (Radio Control) servo motor that is used for radio control applications, etc. as a servo motor, it is suitable as a rich emotional expression application such as a bag. There is a problem that is not. The RC servo motor was originally designed to be used for steering a radio controlled airplane or a radio controlled car, so that the movable range with an angle of about 150 degrees is rotated at a speed of about 0.2 seconds / 60 degrees. Is made. Therefore, even if eyeball driving or eyelid driving is performed via a link mechanism connected to the horn of the RC servomotor, only slow movement can be expressed when the RC servomotor is linked using a wide range of motion.

第2の従来技術の課題について、図6を用いてより詳しく説明する。図6は、RCサーボモータ603を駆動装置として、ロボットの眼球602上の瞼601を駆動するリンク機構の従来例を示す側面図である。図6(a)、(b)、(c)、及び(d)において、同じ番号が付された部位は同じ機構を指すものとする。   The problem of the second prior art will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6 is a side view showing a conventional example of a link mechanism that drives the eyelid 601 on the eyeball 602 of the robot using the RC servo motor 603 as a driving device. 6 (a), (b), (c), and (d), the same numbered parts indicate the same mechanism.

まず、例えば図6(a)に示されるように、リンク機構606は、その一端が瞼601の根本に角度固定で結合され、他端が眼球602の側面に水平に突設したピン609に回転自在に接続される。またこの他端には、リンク機構606と例えば直角を成すように、リンク機構607の一端が角度固定で結合される。そして、リンク機構606とリンク機構607は、例えば直角を保ったまま、ピン609を中心として自在に回転することができる。一方、RCサーボモータ603の回転軸604には、短い固定長のホーン605が結合される。このホーン605は、回転軸604を中心として一定角度(例えば150度)の範囲で、RCサーボモータ603の駆動に応じて回転駆動される。ホーン605の他端には、ピン611によって、リンク機構608の一端が回転自在に接続される。リンク機構608の他端は、ピン610によって、リンク機構607の他端が回転自在に接続される。   First, for example, as shown in FIG. 6A, the link mechanism 606 is rotated by a pin 609 whose one end is coupled to the root of the eyelid 601 at a fixed angle and the other end projects horizontally on the side surface of the eyeball 602. Connect freely. In addition, one end of the link mechanism 607 is coupled to the other end at a fixed angle so as to form a right angle with the link mechanism 606, for example. The link mechanism 606 and the link mechanism 607 can freely rotate around the pin 609 while maintaining a right angle, for example. On the other hand, a short fixed-length horn 605 is coupled to the rotation shaft 604 of the RC servo motor 603. The horn 605 is rotationally driven according to the drive of the RC servomotor 603 within a range of a certain angle (for example, 150 degrees) around the rotation shaft 604. One end of a link mechanism 608 is rotatably connected to the other end of the horn 605 by a pin 611. The other end of the link mechanism 608 is rotatably connected to the other end of the link mechanism 607 by a pin 610.

以上の構成において、RCサーボモータ603の回転軸604に接続されるホーン605の角度が、図6(a)に示される角度を維持する場合、瞼601は眼球602に対して開いている状態となる。これに対して、図6(b)では、RCサーボモータ603が駆動されることにより、ホーン605の角度が、図6(a)に対応するポジション605′から120度程度回転することにより、瞼601は眼球602に対して閉じた状態に変化する。図6(a)及び(b)に示されるように、ホーン605の長さが比較的短い場合は、RCサーボモータ603の回転速度を0.2秒/60度程度とすると、瞼601を閉じるまでにホーン605を120度回転させるのに、0.2×120/60=0.4秒程度かかることになる。ここで、瞼601の瞬きは、閉じてからまた開くまでの往復の動作なので、図6(a)→(b)→(a)という瞬きの変化の場合、瞬きには0.4×2=0.8秒程度かかることになる。通常の瞼の瞬きは0.1から0.15秒程度なので、上述の速度では、瞬きには遅すぎて、自然な瞬きの表現ができない。   In the above configuration, when the angle of the horn 605 connected to the rotation shaft 604 of the RC servo motor 603 maintains the angle shown in FIG. 6A, the eyelid 601 is open with respect to the eyeball 602. Become. On the other hand, in FIG. 6B, when the RC servo motor 603 is driven, the angle of the horn 605 rotates about 120 degrees from the position 605 ′ corresponding to FIG. 601 changes to a closed state with respect to the eyeball 602. As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), when the length of the horn 605 is relatively short, when the rotational speed of the RC servo motor 603 is about 0.2 seconds / 60 degrees, the hook 601 is closed. It takes about 0.2 × 120/60 = 0.4 seconds to rotate the horn 605 by 120 degrees by the time. Here, since the blink of 瞼 601 is a reciprocating operation from closing to reopening, in the case of the blink change of FIG. 6 (a) → (b) → (a), 0.4 × 2 = It will take about 0.8 seconds. Since normal eyeblink blinks are on the order of 0.1 to 0.15 seconds, the above speed is too slow to blink and cannot express natural blinks.

図6(c)及び(d)は、上述の問題を解決するために、ホーン609を、図6(a)及び(b)のホーン605より長くすることで、RCサーボモータ603の使用可動域を狭くしたリンク機構の従来例を示す側面図である。図6(c)の瞼601を開いた状態から図6(d)の瞼601を閉じた状態までのホーン609の角度変化は、図6(d)のホーン609′からホーン609までの30度程度である。従って、RCサーボモータ603の回転速度を0.2秒/60度程度とすると、瞼601を閉じるためにホーン609を30度回転させるのに必要な時間は、0.2×30/60=0.1秒程度でよく、瞬きに必要な時間はこの2倍の0.2秒程度となり、自然な瞬きに近い表現ができる。   6 (c) and 6 (d) show that the horn 609 is made longer than the horn 605 in FIGS. 6 (a) and 6 (b) in order to solve the above-described problem, thereby allowing the RC servomotor 603 to be used. It is a side view which shows the prior art example of the link mechanism which narrowed. The angle change of the horn 609 from the state in which the ridge 601 in FIG. 6C is opened to the state in which the ridge 601 in FIG. 6D is closed is 30 degrees from the horn 609 ′ to the horn 609 in FIG. Degree. Therefore, when the rotational speed of the RC servo motor 603 is about 0.2 seconds / 60 degrees, the time required to rotate the horn 609 by 30 degrees to close the flange 601 is 0.2 × 30/60 = 0. About 1 second is sufficient, and the time required for blinking is about 0.2 seconds, which is twice this, and the expression close to natural blinking can be achieved.

しかしながら、図6(c)及び(d)の構成では、RCサーボモータ603の狭い範囲の可動域しか用いないため、位置決め精度が低下し、眠気を催した時の瞼601の緩慢な動きなどの微妙な動きの表現力が低下するという課題があった。   However, in the configuration of FIGS. 6C and 6D, only the narrow range of motion of the RC servo motor 603 is used, so that the positioning accuracy is lowered, and the slow movement of the heel 601 when drowsiness is caused. There was a problem that the expressive power of subtle movements declined.

そこで、本発明は、簡単な構成で素早い動きと微妙な動きを共に実現できるようにすることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to realize both a quick movement and a subtle movement with a simple configuration.

態様の一例では、1つの駆動対象物を動かすために、前記駆動対象物と直接又は間接に結合され前記駆動対象物を動かす第2のモータと、前記第2のモータと直接又は間接に結合され前記第2のモータを動かす第1のモータと、を直列に結合してなる。   In one example, in order to move one driving object, the second motor that is directly or indirectly coupled to the driving object and moves the driving object, and the second motor is directly or indirectly coupled. A first motor that moves the second motor is connected in series.

本発明によれば、簡単な構成で素早い動きと微妙な動きを共に実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to realize both quick movement and subtle movement with a simple configuration.

本実施形態によるリンク機構の構成例を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the structural example of the link mechanism by this embodiment. 本実施形態によるリンク機構の構成例を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the structural example of the link mechanism by this embodiment. 本実施形態のシステム構成例を示す図である。It is a figure which shows the system configuration example of this embodiment. 本実施形態の制御処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the control processing of this embodiment. RCサーボモータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of RC servomotor. 従来技術の問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the problem of a prior art.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1及び図2は、本実施形態によるリンク機構の構成例を示す図である。図1(a)、(b)及び図2(a)、(b)において、同じ番号が付された部位は同じ機構を指すものとする。本実施形態は、頭部116とボディ部117とを備えるヒューマノイドロボットにおいて、頭部116が備える2つの眼球115の各瞼114の瞬き動作を駆動する駆動装置及びその制御システムに関するものである。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are diagrams showing a configuration example of the link mechanism according to the present embodiment. In FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, the same numbered parts indicate the same mechanism. The present embodiment relates to a driving device that drives a blinking operation of each eyelid 114 of two eyeballs 115 provided in the head 116 and a control system thereof in a humanoid robot including a head 116 and a body portion 117.

まず、例えば図1(a)に示されるように、本実施形態によるリンク機構は、第1のRCサーボモータ101(第1のモータ)と第2のRCサーボモータ105(第2のモータ)がリンケージ上で直列に配置される構成を備える。これらのモータとしては、ラジコン用途等で使われている安価なRCサーボモータを使用することができる。   First, as shown in FIG. 1A, for example, the link mechanism according to the present embodiment includes a first RC servo motor 101 (first motor) and a second RC servo motor 105 (second motor). A structure is arranged in series on the linkage. As these motors, inexpensive RC servo motors used for radio control applications and the like can be used.

具体的には、第1のホーン103は、その一端が第1のRCサーボモータ101の回転軸(駆動回転軸)102に固定的に結合される。次に、この第1のホーン103は、その他端に、結合点104で、第2のRCサーボモータ105が固定的に結合される。第1のホーン103は、回転軸102を中心として一定角度(例えば150度)の範囲で、第1のRCサーボモータ101の駆動に応じて回転駆動される。   Specifically, one end of the first horn 103 is fixedly coupled to the rotation shaft (drive rotation shaft) 102 of the first RC servo motor 101. Next, the second RC servomotor 105 is fixedly coupled to the other end of the first horn 103 at a coupling point 104. The first horn 103 is rotationally driven in accordance with the driving of the first RC servo motor 101 within a range of a certain angle (for example, 150 degrees) around the rotation shaft 102.

第2のホーン107は、その一端が第2のRCサーボモータ105の回転軸(駆動回転軸)106に固定的に結合される。この第2のホーン107は、第1のホーン103よりも短い長さを有する。第2のホーン107は、第1のホーン103と同様に、回転軸106を中心として一定角度(例えば150度)の範囲で、第2のRCサーボモータ105の駆動に応じて回転駆動される。   One end of the second horn 107 is fixedly coupled to the rotation shaft (drive rotation shaft) 106 of the second RC servo motor 105. The second horn 107 has a shorter length than the first horn 103. Similar to the first horn 103, the second horn 107 is rotationally driven in accordance with the driving of the second RC servo motor 105 within a range of a certain angle (for example, 150 degrees) around the rotation shaft 106.

次に、リンク機構108のロッドは、その一端が瞼114の根本に角度固定で結合され、他端が眼球115の側面に水平に突設したピン111に回転自在に接続される。また、リンク機構108の他端には、リンク機構108と例えば直角を成すように、リンク機構109のロッドの一端が角度固定で結合される。そして、リンク機構108とリンク機構109は、例えば直角を保ったまま、ピン111を中心として自在に回転することができる。一方、第2のホーン107の他端には、ピン113によって、リンク機構110の一端が回転自在に接続される。リンク機構110の他端は、ピン112によって、リンク機構108の他端が回転自在に接続される。   Next, one end of the rod of the link mechanism 108 is coupled to the root of the eyelid 114 at a fixed angle, and the other end is rotatably connected to a pin 111 projecting horizontally on the side surface of the eyeball 115. In addition, one end of a rod of the link mechanism 109 is coupled to the other end of the link mechanism 108 at a fixed angle so as to form a right angle with the link mechanism 108, for example. The link mechanism 108 and the link mechanism 109 can freely rotate around the pin 111 while maintaining a right angle, for example. On the other hand, one end of the link mechanism 110 is rotatably connected to the other end of the second horn 107 by a pin 113. The other end of the link mechanism 110 is rotatably connected to the other end of the link mechanism 108 by a pin 112.

以上の構成において、図1(a)に示されるように、第1のRCサーボモータ101の回転軸102に接続される第1のホーン103の角度がニュートラルの角度を維持し、かつ、第2のRCサーボモータ105の回転軸106に接続される第2のホーン107の角度が、同図に示される角度を維持する場合、瞼114は眼球115に対して開いている状態となる。これに対して、図1(b)では、第1のホーン103の角度がニュートラルの角度を維持したまま、第2のRCサーボモータ105が駆動される。この場合、第2のホーン107は、その長さが比較的短いものが使用されるため、第2のホーン107の角度が、図1(a)のポジションから120度程度回転することにより、瞼114は眼球115に対して閉じた状態に変化する。第2のRCサーボモータ105の回転速度を0.2秒/60度程度とすると、瞼114を閉じるまでに第2のホーン107を120度回転させるのに、0.2×120/60=0.4秒程度かかることになる。従って、この場合は、眠そうなときに瞼114がゆっくりと閉じるような情動を表現することが可能となる。しかも、第2のRCサーボモータ105と第2のホーン107の組合せにおいては回転角度を大きくとることができるので、瞼114がゆっくりと閉じかけてまた開くというような微妙な情動を表現することが可能となる。   In the above configuration, as shown in FIG. 1A, the angle of the first horn 103 connected to the rotating shaft 102 of the first RC servo motor 101 maintains the neutral angle, and the second When the angle of the second horn 107 connected to the rotation shaft 106 of the RC servo motor 105 is maintained at the angle shown in the figure, the eyelid 114 is open with respect to the eyeball 115. In contrast, in FIG. 1B, the second RC servo motor 105 is driven while the angle of the first horn 103 is maintained at the neutral angle. In this case, since the second horn 107 having a relatively short length is used, when the angle of the second horn 107 rotates about 120 degrees from the position of FIG. 114 changes to a closed state with respect to the eyeball 115. Assuming that the rotation speed of the second RC servo motor 105 is about 0.2 seconds / 60 degrees, 0.2 × 120/60 = 0 is required to rotate the second horn 107 120 degrees before closing the flange 114. It will take about 4 seconds. Therefore, in this case, it is possible to express an emotion that the cocoon 114 closes slowly when it seems sleepy. Moreover, since the rotation angle can be increased in the combination of the second RC servo motor 105 and the second horn 107, it is possible to express subtle emotions such as the bag 114 slowly closing and opening again. It becomes possible.

次に、図2(a)に示されるように、第1のRCサーボモータ101の回転軸102に接続される第1のホーン103の角度がニュートラルの角度より少し下の位置になり、かつ、第2のRCサーボモータ105の回転軸106に接続される第2のホーン107の角度がニュートラルの角度を維持する場合、瞼114は眼球115に対して目一杯開くような状態となる。これに対して、図2(b)では、第1のホーン103の角度が図2(a)の角度から30度ほど上の状態になるように第1のRCサーボモータ101が駆動される。一方、第2のRCサーボモータ105は、ニュートラルの角度を維持する。この場合、第1のホーン103は、その長さが第2のホーン107に比較して長いものが使用されるため、第1のホーン103の角度が、図2(a)のポジションから30度程度回転することにより、瞼114は眼球115に対して一気に閉じた状態に変化する。第1のRCサーボモータ101の回転速度を0.2秒/60度程度とすると、瞼114を閉じるまでに第1のホーン10330度回転させるのに、0.2×30/60=0.1秒程度しかかからない。従って、この場合は、通常時に瞼114が瞬きするような自然な情動を表現することが可能となる。   Next, as shown in FIG. 2A, the angle of the first horn 103 connected to the rotation shaft 102 of the first RC servo motor 101 is slightly below the neutral angle, and When the angle of the second horn 107 connected to the rotating shaft 106 of the second RC servo motor 105 maintains the neutral angle, the eyelid 114 opens to the eyeball 115 fully. On the other hand, in FIG. 2B, the first RC servo motor 101 is driven so that the angle of the first horn 103 is about 30 degrees above the angle of FIG. On the other hand, the second RC servo motor 105 maintains the neutral angle. In this case, since the first horn 103 is longer than the second horn 107, the angle of the first horn 103 is 30 degrees from the position of FIG. By rotating about a certain amount, the eyelid 114 changes into a closed state with respect to the eyeball 115 at a stretch. Assuming that the rotation speed of the first RC servo motor 101 is about 0.2 seconds / 60 degrees, 0.2 × 30/60 = 0.1 is required to rotate the first horn 10330 degrees before closing the flange 114. It only takes about a second. Therefore, in this case, it is possible to express a natural emotion such that the eyelid 114 blinks during normal times.

以上のように、図1及び図2に示される本実施形態のリンク機構の構成例により、2つの安価なRCサーボモータ(第1のRCサーボモータ101及び第2のRCサーボモータ105)をリンケージ上で直列に配置した簡単な構成で、瞼114の素早い動きと微妙な動きを共に実現することが可能となる。   As described above, two inexpensive RC servo motors (first RC servo motor 101 and second RC servo motor 105) are linked by the configuration example of the link mechanism of the present embodiment shown in FIGS. With a simple configuration arranged in series above, it is possible to realize both a quick movement and a subtle movement of the ridge 114.

図3は、図1及び図2の構成を含む本実施形態のシステム構成例を示す図である。カメラ302は、例えば図1の2つの眼球115内にそれぞれ設置される。マイク303は、例えば図1の頭部116内の特には図示しない2つの耳の位置にそれぞれ設置される。カメラ302からの撮像情報信号306とマイク303からの音声情報信号307は、制御用マイコン(制御部)301に入力する。制御用マイコン301は、撮像情報信号306及び音声情報信号307によって、特には図示しないアルゴリズムにより、どのような情動を表現すべきかを決定し、その決定結果に応じて、図1の第1のRCサーボモータ101又は第2のRCサーボモータ105に、第1のサーボ制御パルス信号304又は第2のサーボ制御パルス信号305の何れかを選択的に出力し、図1及び図2に示される動作を実行させる。   FIG. 3 is a diagram showing a system configuration example of the present embodiment including the configurations of FIGS. 1 and 2. For example, the camera 302 is installed in each of the two eyeballs 115 shown in FIG. For example, the microphones 303 are respectively installed at two ear positions (not shown) in the head 116 shown in FIG. The imaging information signal 306 from the camera 302 and the audio information signal 307 from the microphone 303 are input to the control microcomputer (control unit) 301. The control microcomputer 301 determines what kind of emotion is to be expressed by an imaging information signal 306 and an audio information signal 307, in particular by an algorithm not shown, and the first RC shown in FIG. Either the first servo control pulse signal 304 or the second servo control pulse signal 305 is selectively output to the servo motor 101 or the second RC servo motor 105, and the operations shown in FIGS. 1 and 2 are performed. Let it run.

図4は、制御用マイコン301による制御処理の例を示すフローチャートである。この制御処理は、制御用マイコン301が、内蔵する特には図示しないワークRAM(ランダムアクセスメモリ)を作業領域として用いながら、内蔵する特には図示しないプログラムROMに記憶された制御処理プログラムを実行する動作である。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of control processing by the control microcomputer 301. This control processing is an operation in which the control microcomputer 301 executes a control processing program stored in a built-in program ROM (not shown) while using a built-in work RAM (random access memory) (not shown) as a work area. It is.

制御用マイコン301はまず、撮像情報信号306及び音声情報信号307に基づいて、図1又は図2の構成のヒューマノイドロボット(頭部116、ボディ部117)の周囲の状況を判定する(ステップS401)。   First, the control microcomputer 301 determines the situation around the humanoid robot (head 116, body 117) having the configuration shown in FIG. 1 or 2 based on the imaging information signal 306 and the audio information signal 307 (step S401). .

次に、制御用マイコン301は、ステップS401での判定の結果、周囲の状況が眠くなったときの情動表現をする状況であるか否かを判定する(ステップS402)。   Next, as a result of the determination in step S401, the control microcomputer 301 determines whether or not it is a situation that expresses emotion when the surrounding situation becomes sleepy (step S402).

ステップS402の判定がYESならば、第2のサーボ制御パルス信号305を第2のRCサーボモータ105に出力して、図1(a)及び(b)で前述した、瞼114をゆっくりとスムースに動かす動作を実行させる(ステップS403)。この動作をステップS401で決定された時間だけ実行させた後、制御用マイコン301は、図4のフローチャートで示される今回の瞼114を動かす制御処理を終了する。   If the determination in step S402 is YES, the second servo control pulse signal 305 is output to the second RC servo motor 105, and the rod 114 described above with reference to FIGS. The moving operation is executed (step S403). After executing this operation for the time determined in step S401, the control microcomputer 301 ends the control process of moving the current bag 114 shown in the flowchart of FIG.

ステップS402の判定がNOならば、制御用マイコン301は、ステップS401での判定の結果、自然な瞬きの情動表現をする状況であるか否かを判定する(ステップS404)。   If the determination in step S402 is NO, the control microcomputer 301 determines whether or not the result of the determination in step S401 is a situation where an emotional expression of natural blinks is present (step S404).

ステップS404の判定がYESならば、第1のサーボ制御パルス信号304を第1のRCサーボモータ101に出力して、図2(a)及び(b)で前述した、瞼114を素早く瞬きさせる動作を実行させる(ステップS405)。この動作をステップS401で決定された時間だけ実行させた後、制御用マイコン301は、図4のフローチャートで示される今回の瞼114を動かす制御処理を終了する。   If the determination in step S404 is YES, the first servo control pulse signal 304 is output to the first RC servo motor 101 to quickly blink the eyelid 114 as described above with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). Is executed (step S405). After executing this operation for the time determined in step S401, the control microcomputer 301 ends the control process of moving the current bag 114 shown in the flowchart of FIG.

ステップS402及びステップS404の判定が何れもNOならば、制御用マイコン301は、瞼114を動かす制御処理は行わずに、図4のフローチャートで示される制御処理をそのまま終了する。   If both the determinations in step S402 and step S404 are NO, the control microcomputer 301 does not perform the control process for moving the bag 114, and ends the control process shown in the flowchart of FIG.

図5は、第1のサーボ制御パルス信号304による第1のRCサーボモータ101又は第2のサーボ制御パルス信号305による第2のRCサーボモータ105の動作説明図である。図5(b)に示されるように、図3の制御用マイコン301が、第1のサーボ制御パルス信号304又は第2のサーボ制御パルス信号305として、パルス幅が例えば1.5ms(ミリ秒)のパルスを一定間隔(例えば15〜20ms程度)で出力し続けることにより、第1のRCサーボモータ101又は第2のRCサーボモータ105は、第1のホーン103又は第2のホーン107を、ニュートラルの角度に維持する。図5(a)に示されるように、図3の制御用マイコン301が、第1のサーボ制御パルス信号304又は第2のサーボ制御パルス信号305として、パルス幅が例えば2msのパルスを上記一定間隔で出力し続けることにより、第1のRCサーボモータ101又は第2のRCサーボモータ105は、第1のホーン103又は第2のホーン107を、ニュートラルの角度から時計方向に最大角度まで、一定の回転速度(例えば前述した0.2秒/60度程度)で、回転駆動させる。逆に、図5(c)に示されるように、図3の制御用マイコン301が、第1のサーボ制御パルス信号304又は第2のサーボ制御パルス信号305として、パルス幅が例えば1msのパルスを上記一定間隔で出力し続けることにより、第1のRCサーボモータ101又は第2のRCサーボモータ105は、第1のホーン103又は第2のホーン107を、ニュートラルの角度から反時計方向に最大角度まで、上記一定の回転速度で、回転駆動させる。制御用マイコン301は、パルス幅を更に細かく制御することにより、第2のRCサーボモータ105は120度、第1のRCサーボモータ101は30度回転させるといった制御が可能である。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the first RC servo motor 101 based on the first servo control pulse signal 304 or the second RC servo motor 105 based on the second servo control pulse signal 305. As shown in FIG. 5B, the control microcomputer 301 shown in FIG. 3 uses the first servo control pulse signal 304 or the second servo control pulse signal 305 as a pulse width of 1.5 ms (milliseconds), for example. The first RC servo motor 101 or the second RC servo motor 105 causes the first horn 103 or the second horn 107 to be neutralized by continuing to output the above-mentioned pulse at a constant interval (for example, about 15 to 20 ms). Keep the angle at. As shown in FIG. 5 (a), the control microcomputer 301 in FIG. 3 uses, as the first servo control pulse signal 304 or the second servo control pulse signal 305, a pulse having a pulse width of, for example, 2 ms as described above. 1, the first RC servo motor 101 or the second RC servo motor 105 keeps the first horn 103 or the second horn 107 constant from the neutral angle to the maximum angle in the clockwise direction. It is rotated at a rotational speed (for example, about 0.2 seconds / 60 degrees as described above). On the other hand, as shown in FIG. 5C, the control microcomputer 301 in FIG. 3 generates a pulse having a pulse width of, for example, 1 ms as the first servo control pulse signal 304 or the second servo control pulse signal 305. By continuing to output at the above-mentioned regular intervals, the first RC servo motor 101 or the second RC servo motor 105 causes the first horn 103 or the second horn 107 to move the maximum angle counterclockwise from the neutral angle. Until the rotation speed is constant. The control microcomputer 301 can control the second RC servo motor 105 to rotate 120 degrees and the first RC servo motor 101 to rotate 30 degrees by further finely controlling the pulse width.

通常、ロボット等の動作にあたっては、末端の動作は微妙かつ小変位であるが、許されるスペースが非常に限られており、更に、アクチュエータとしての重量が大きくなってしまうと、基幹部を駆動するアクチュエータの負荷が非常に大きくなるため、全体としての機器の小型化、軽量化、省電力化に対しては大きな阻害要因になってしまう。本実施形態によれば、このような点に鑑みて、末端部分に微細な第2のRCサーボモータ105を配し、微細かつ繊細な運動を担わせつつ、速い動きや大きな動きは基幹部に配置された、より大型の第1のRCサーボモータ101に担わせることによって、簡単な構成で素早い動きと微妙な動きを共に実現することが可能となる。また、本実施形態では、第1のRCサーボモータ101と第2のRCサーボモータ105の連結長を変更することで、モータの性能を変更することなく容易に、動作速度と位置決め精度のバランスを変えることが可能となる。これにより、本実施形態によれば、ヒューマノイドロボット等のリアルな情動表現を低コストで実現することが可能となる。   Normally, in the operation of a robot or the like, the movement of the end is subtle and small displacement, but the space allowed is very limited, and further, if the weight as an actuator becomes large, the main part is driven. Since the load on the actuator becomes very large, it becomes a major obstacle to downsizing, weight reduction, and power saving of the device as a whole. According to the present embodiment, in view of such points, the second RC servo motor 105 is arranged at the end portion, and a fast movement and a large movement are performed on the backbone while carrying a fine and delicate movement. By having the larger first RC servo motor 101 disposed, it is possible to realize both quick movements and subtle movements with a simple configuration. Further, in this embodiment, by changing the connection length of the first RC servo motor 101 and the second RC servo motor 105, it is possible to easily balance the operation speed and the positioning accuracy without changing the performance of the motor. It can be changed. Thus, according to the present embodiment, it is possible to realize realistic emotional expression such as a humanoid robot at a low cost.

以上の実施形態では、眼球115上の瞼114を駆動対象物としたが、その他、ヒューマノイドロボットの眼球、眉、唇の何れかを駆動対象物としてもよい。また、ロボットに限ることなく、素早い動きと微妙な動きを共に実現することが必要な装置、例えば玩具等にも適用可能である。   In the above embodiment, the eyelid 114 on the eyeball 115 is the driving target, but any of the eyeballs, eyebrows, and lips of a humanoid robot may be the driving target. Further, the present invention is not limited to a robot, and can be applied to a device that needs to realize both a quick movement and a subtle movement, such as a toy.

以上の実施形態では、第2のRCサーボモータ105は1台としたが、第2のRCサーボモータ105はリンケージ上に1台以上直列に配置されてもよい。   In the above embodiment, the number of the second RC servo motors 105 is one, but one or more of the second RC servo motors 105 may be arranged in series on the linkage.

以上の実施形態では、第1のRCサーボモータ101又は第2のRCサーボモータ105の何れかを選択的に駆動させたが、両方を同時に駆動させてもよい。   In the above embodiment, either the first RC servo motor 101 or the second RC servo motor 105 is selectively driven, but both may be driven simultaneously.

以上の実施形態では、第1のRCサーボモータ101と第2のRCサーボモータ105を用いたが、2つのステッピングモータが用いられてもよい。   In the above embodiment, the first RC servo motor 101 and the second RC servo motor 105 are used, but two stepping motors may be used.

以上の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
1つの駆動対象物を動かすために、前記駆動対象物と直接又は間接に結合され前記駆動対象物を動かす第2のモータと、前記第2のモータと直接又は間接に結合され前記第2のモータを動かす第1のモータと、を直列に結合してなる駆動装置。
(付記2)
第1のモータと、
一端が前記第1のモータの駆動回転軸に結合される第1のホーンと、
前記第1のホーンの他端に直接又は間接に本体が結合される第2のモータと、
一端が前記第2のモータの駆動回転軸に結合される第2のホーンと、
一端が前記第2のホーンの他端に接続され、他端が駆動対象物に結合されるリンク機構と、
を備える駆動装置。
(付記3)
前記第2のホーンは前記第1のホーンよりも短い長さを有する、付記2に記載の駆動装置。
(付記4)
前記第1のモータと前記第2のモータの連結長を変更可能である、付記1ないし3記載の駆動装置。
(付記5)
前記第1のモータ及び前記第2のモータの少なくとも一方はサーボモータである、付記1ないし4の何れか記載の駆動装置。
(付記6)
前記第1のモータ及び前記第2のモータの少なくとも一方はステッピングモータである、付記1ないし4の何れか記載の駆動装置。
(付記7)
前記駆動対象物は、ロボットの瞼、眼球、眉、唇の何れかである、付記1乃至6の何れか記載の駆動装置。
(付記8)
前記駆動対象物を大きくかつ速く動かすときには前記第1のモータを駆動制御し、前記駆動対象物を小さくかつ遅く動かすときには前記第2のモータを駆動制御する制御部を更に備える付記1乃至7の何れか記載の駆動装置。
(付記9)
第1のモータと、一端が前記第1のモータの駆動回転軸に結合される第1のホーンと、前記第1のホーンの他端に直接又は間接に本体が結合される1台以上の第2のモータと、一端が前記第2のモータの駆動回転軸に結合され第2のホーンと、一端が前記第2のホーンの他端に接続され、他端が駆動対象物に結合されるリンク機構とを備える駆動装置の制御方法であって、
前記駆動対象物を大きくかつ速く動かすときには前記第1のモータを駆動制御し、
前記駆動対象物を小さくかつ遅く動かすときには前記第2のモータを駆動制御する
制御方法。
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
In order to move one driving object, the second motor that is directly or indirectly coupled to the driving object and moves the driving object; and the second motor that is directly or indirectly coupled to the second motor. And a first motor that moves the motor, and a drive device that is connected in series.
(Appendix 2)
A first motor;
A first horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the first motor;
A second motor having a body coupled directly or indirectly to the other end of the first horn;
A second horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the second motor;
A link mechanism in which one end is connected to the other end of the second horn and the other end is coupled to the driven object;
A drive device comprising:
(Appendix 3)
The drive device according to appendix 2, wherein the second horn has a shorter length than the first horn.
(Appendix 4)
The drive device according to appendixes 1 to 3, wherein a connection length of the first motor and the second motor can be changed.
(Appendix 5)
The drive device according to any one of appendices 1 to 4, wherein at least one of the first motor and the second motor is a servo motor.
(Appendix 6)
The drive device according to any one of appendices 1 to 4, wherein at least one of the first motor and the second motor is a stepping motor.
(Appendix 7)
The drive device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the drive object is any one of a eyelid, an eyeball, an eyebrow, and a lip of a robot.
(Appendix 8)
Any one of appendices 1 to 7, further comprising: a control unit that drives and controls the first motor when moving the driving object large and fast, and further controls the driving of the second motor when moving the driving object small and slow. Or the drive device according to any one of the above.
(Appendix 9)
A first motor, a first horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the first motor, and one or more first horns having a main body coupled directly or indirectly to the other end of the first horn. A second motor, one end connected to the drive rotation shaft of the second motor, a second horn, one end connected to the other end of the second horn, and the other end connected to the drive object A drive device control method comprising a mechanism,
When moving the driving object large and fast, the first motor is driven and controlled,
A control method in which the second motor is driven and controlled when the driven object is moved small and slowly.

101 第1のRCサーボモータ
102、106 回転軸
103 第1のホーン
104 結合点
105 第2のRCサーボモータ
107 第2のホーン
108、109、110 リンク機構
111、112、113 ピン
114 瞼
115 眼球
116 頭部
117 ボディ部
301 制御用マイコン
302 カメラ
303 マイク
304 第1のサーボ制御パルス信号
305 第2のサーボ制御パルス信号
306 撮像情報信号
307 音声情報信号
101 First RC servo motor 102, 106 Rotating shaft 103 First horn 104 Connection point 105 Second RC servo motor 107 Second horn 108, 109, 110 Link mechanism 111, 112, 113 Pin 114 瞼 115 Eyeball 116 Head 117 Body 301 Microcontroller for control 302 Camera 303 Microphone 304 First servo control pulse signal 305 Second servo control pulse signal 306 Imaging information signal 307 Audio information signal

Claims (9)

1つの駆動対象物を動かすために、前記駆動対象物と直接又は間接に結合され前記駆動対象物を動かす第2のモータと、前記第2のモータと直接又は間接に結合され前記第2のモータを動かす第1のモータと、を直列に結合してなる駆動装置。   In order to move one driving object, the second motor that is directly or indirectly coupled to the driving object and moves the driving object; and the second motor that is directly or indirectly coupled to the second motor. And a first motor that moves the motor, and a drive device that is connected in series. 第1のモータと、
一端が前記第1のモータの駆動回転軸に結合される第1のホーンと、
前記第1のホーンの他端に直接又は間接に本体が結合される第2のモータと、
一端が前記第2のモータの駆動回転軸に結合される第2のホーンと、
一端が前記第2のホーンの他端に接続され、他端が駆動対象物に結合されるリンク機構と、
を備える駆動装置。
A first motor;
A first horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the first motor;
A second motor having a body coupled directly or indirectly to the other end of the first horn;
A second horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the second motor;
A link mechanism in which one end is connected to the other end of the second horn and the other end is coupled to the driven object;
A drive device comprising:
前記第2のホーンは前記第1のホーンよりも短い長さを有する、請求項2に記載の駆動装置。   The drive device according to claim 2, wherein the second horn has a shorter length than the first horn. 前記第1のモータと前記第2のモータの連結長を変更可能である、請求項1ないし3記載の駆動装置。   The drive device according to claim 1, wherein a connection length between the first motor and the second motor can be changed. 前記第1のモータ及び前記第2のモータの少なくとも一方はサーボモータである、請求項1ないし4の何れか記載の駆動装置。   The drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the first motor and the second motor is a servo motor. 前記第1のモータ及び前記第2のモータの少なくとも一方はステッピングモータである、請求項1ないし4の何れか記載の駆動装置。   The drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the first motor and the second motor is a stepping motor. 前記駆動対象物は、ロボットの瞼、眼球、眉、唇の何れかである、請求項1乃至6の何れか記載の駆動装置。   The drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the drive object is one of a robot's eyelid, eyeball, eyebrow, and lips. 前記駆動対象物を大きくかつ速く動かすときには前記第1のモータを駆動制御し、前記駆動対象物を小さくかつ遅く動かすときには前記第2のモータを駆動制御する制御部を更に備える請求項1乃至7の何れか記載の駆動装置。   The control unit according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control unit that controls driving of the first motor when the driving target is moved large and fast, and controls driving of the second motor when the driving target is moved small and slow. Any one of the drive devices. 第1のモータと、一端が前記第1のモータの駆動回転軸に結合される第1のホーンと、前記第1のホーンの他端に直接又は間接に本体が結合される1台以上の第2のモータと、一端が前記第2のモータの駆動回転軸に結合され第2のホーンと、一端が前記第2のホーンの他端に接続され、他端が駆動対象物に結合されるリンク機構とを備える駆動装置の制御方法であって、
前記駆動対象物を大きくかつ速く動かすときには前記第1のモータを駆動制御し、
前記駆動対象物を小さくかつ遅く動かすときには前記第2のモータを駆動制御する
制御方法。
A first motor, a first horn having one end coupled to the drive rotation shaft of the first motor, and one or more first horns having a main body coupled directly or indirectly to the other end of the first horn. A second motor, one end connected to the drive rotation shaft of the second motor, a second horn, one end connected to the other end of the second horn, and the other end connected to the drive object A drive device control method comprising a mechanism,
When moving the driving object large and fast, the first motor is driven and controlled,
A control method in which the second motor is driven and controlled when the driven object is moved small and slowly.
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