JP2019187917A

JP2019187917A - 表情可変ロボット

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Publication number: JP2019187917A
Application number: JP2018085351A
Authority: JP
Inventors: 高行藤堂; Takayuki Todo
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Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-26
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Abstract

【課題】簡易な構成で、かつ多種の表情を安定して表すことが可能な表情可変ロボット１００を提供する。【解決手段】模擬顔面１０と、模擬顔面１０の表面上に配置される眉体４０と、を有する表情可変ロボット１００であって、眉体４０は可撓性を有し、眉体４０の外端４１を支持する第１の支持部５０と、眉体４０の内端４２を支持する第２の支持部６０と、第１の支持部５０又は第２の支持部６０を駆動することにより、外端４１及び内端４２を回動させる駆動部８１、８２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、表情可変ロボットに関する。

近年、人間のように振る舞うロボットが開発されている。そのようなロボットにおいては、より人間らしい振る舞いを実現するため多種の表情を表せることが重要となる。例えば、特許文献１には、軟質剛性樹脂製のマスクを人間型ロボットや人形の頭部に被せて、マスクを伸縮させることで表情を変化させる装置が開示されている。

特開平８−１０７９８３号公報

しかしながら、上記特許文献１のように軟質なマスクを伸縮させることで表情を変化させる装置においては、安定して表情を表すことが難しい。また、多種の表情を表現するために多数のアクチュエータ等が必要であり、その構造が煩雑となってしまう。

上記課題を鑑みて、本発明は、簡易な構成で、かつ多種の表情を安定して表すことが可能な表情可変ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

（１）模擬顔面と、前記模擬顔面の表面上に配置される眉体と、を有する表情可変ロボットであって、前記眉体は可撓性を有し、前記眉体の外端を支持する第１の支持部と、前記眉体の内端を支持する第２の支持部と、前記第１の支持部又は前記第２の支持部の少なくともいずれか一方を駆動することにより、前記外端及び前記内端のうち少なくともいずれか一方を回動させる駆動部と、を有する、表情可変ロボット。

（２）（１）において、前記第２の支持部は、前記内端を回動可能に支持し、かつ上下移動するように設けられる、表情可変ロボット。

（３）（１）又は（２）において、前記模擬顔面は、前記第２の支持部が上下移動する際の前記内端の移動経路となる長孔を有し、前記第２の支持部は、前記長孔を塞ぐように延びる面を有する、情可変ロボット。

（４）（３）において、前記模擬顔面は、裏面のうち前記長孔の周辺に、前記第２の支持部の上下移動に沿うように形成される溝を有する、表情可変ロボット。

（５）（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記眉体は、前記外端又は前記内端の少なくともいずれか一方が回動することにより、前記模擬顔面の表面に対する距離が変わるように弾性変形する、表情可変ロボット。

上記（１）〜（５）の側面によれば、簡易な構成で、かつ多種の表情を安定して表すことが可能な表情可変ロボットを提供することができる。

本実施形態に係る表情可変ロボットの分解斜視図である。本実施形態に係る表情可変ロボットのシステム構成の一例について示すブロック図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。本実施形態に係る表情可変ロボットを上方から見た上面図である。

以下に、本発明の実施形態（以下、本実施形態ともいう）について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

なお、各図面において、例えば、顔面の右側（図中の左側）の眉体を「眉体４０ａ」のように符号を付して表し、顔面の左側（図中の右側）の眉体を「眉体４０ｂ」のように符号を付して表すが、以下の説明において、特に左右を区別して説明する必要がない場合は、単に「眉体４０」と符号を付して表す。眉体４０以外であって顔面の左右の双方に設けられる各構成についても同様とする。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る表情可変ロボット１００の全体構成の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る表情可変ロボットの分解斜視図であって、模擬顔面１０、筐体２０、眉体４０を分解した状態を示す図である。なお、図１においては、本実施形態の構成を理解する上で説明が不要な構成について適宜簡略化して図示している。

表情可変ロボット１００は、人間の頭部を模したロボットであって、可撓性を有する眉体４０の外端４１を回動可能に支持し、内端４２を回動可能かつ上下方向に移動可能に支持する構成を採用することにより、その表情を可変にするロボットである。

図１に示すように、表情可変ロボット１００は、模擬顔面１０と、骨格を構成すると共に、模擬眼球や、各種機構、駆動部等を保持する筐体２０と、を有する。模擬顔面１０及び筐体２０は、熱硬化性樹脂等の硬質な材料で構成されるとよい。

模擬顔面１０の表面には、模擬鼻、模擬唇などの種々の顔要素を表すように凹凸が形成されている。模擬顔面１０は、筐体２０に保持される内部構造を覆うように、筐体２０に対して固定可能に構成される。また、模擬顔面１０は、筐体２０に対して固定された状態において後述の軸受け部５１を露出させる外端孔１１と、後述の軸受け部６１を露出させる内端孔１２とを有する。外端孔１１は略円形の孔であり、内端孔１２は上下方向に延びる長孔（スリット）である。

また、表情可変ロボット１００は、模擬顔面１０の表面上に配置される眉体４０を有する。眉体４０は線状の部材である。また、眉体４０は、模擬顔面１０の表面上に配置される本体部４３と、本体部４３の一端側において屈曲して形成される外端４１と、他端側において屈曲して形成される内端４２とを有する。外端４１は模擬顔面１０の眉尻に対応する部分に配置され、内端４２は模擬顔面１０の眉頭に対応する部分に配置されるものである。また、本体部４３は眉山に対応する部分である。

眉体４０のうち少なくとも本体部４３は、可撓性を有し、弾性変形可能な部材で構成されるとよい。外端４１と内端４２は、本体部４３と別体であって金属等で構成されてもよいし、本体部４３と一体に構成される可撓性部材からなり、その可撓性部材に金属等が被覆されて構成されるものであってもよい。

さらに、表情可変ロボット１００は、眉体４０の外端４１を支持する第１の支持部５０と、眉体４０の内端４２を支持する第２の支持部６０と、を有する。

本実施形態においては、第１の支持部５０は、筐体２０に設けられており、眉体４０の外端４１を、図中Ｒ１方向に回動可能に支持する軸受け部５１を有する。軸受け部５１には、模擬顔面１０に形成される外端孔１１を介して、外端４１が圧入される回動穴５２が形成されている。

また、本実施形態においては、第２の支持部６０は、図中Ｒ３方向に移動可能に、筐体２０に取り付けられている。また、第２の支持部６０は、眉体４０の内端４２を、図中Ｒ２方向に回動可能に支持する軸受け部６１を有する。軸受け部６１には、模擬顔面１０に形成される内端孔１２を介して、内端４２が圧入される回動穴６２が形成されている。なお、第２の支持部６０は、直線的に上下移動する必要はなく、少なくとも正面視において、回動穴６２を上下に移動させる構成であればよい。本実施形態においては、第２の支持部６０は、模擬顔面１０の曲面に沿うように回動し、それにより回動穴６２が上下方向に移動するよう構成される。

回動穴６２に圧入された内端４２は、第２の支持部６０が上下方向に移動することにより、模擬顔面１０に形成される内端孔１２を移動経路として移動する。また、第２の支持部６０は、模擬顔面１０の裏側から内端孔１２を塞ぐように上下方向に延びる面６５を有する。面６５は、模擬顔面１０と同質の材料、同色で構成されるとよい。それにより、模擬顔面１０のうち内端孔１２の周辺の領域と、内端孔１２を裏側から塞ぐ面６５とが一体化したように視認され、模擬顔面１０の内端孔１２が目立たなくなる。

また、図１に示すように、模擬顔面１０は、裏面のうち内端孔１２の周辺に、第２の支持部６０の上下移動に沿うように形成される溝１５を有するとよい。図１の点線は、透視した溝１５を示している。このように、溝１５を形成し、第２の支持部６０の面６５を溝に摺動可能に構成することにより、第２の支持部６０の姿勢を安定させて、かつスムーズに眉体４０の内端４２を上下移動させることが可能となる。

なお、以上説明した各構成は、顔面左側（図中の右側）、及び顔面右側（図中の左側）に、模擬顔面１０の中心を境に対称にそれぞれ設けられる。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る表情可変ロボットのシステム構成の概要について説明する。図２は、本実施形態に係る表情可変ロボットのシステム構成の一例について示すブロック図である。

図１を参照して上述したように、表情可変ロボット１００は、軸受け部５１が設けられる第１の支持部５０、及び軸受け部６１が設けられる第２の支持部６０を有する。また、図２に示すように、表情可変ロボット１００は、第１の支持部５０及び第２の支持部６０を駆動する駆動装置８０を含むとよい。また、表情可変ロボット１００の外部には、駆動装置８０を制御するコントローラ９０が設けられるとよい。

駆動装置８０は、筐体２０の内部に取り付けられているとよい。また、駆動装置８０は、第１の支持部５０に設けられる軸受け部５１を回動させる第１の駆動部８１と、第２の支持部６０に設けられる軸受け部６１を回動させる第２の駆動部８２と、第２の支持部６０を上下移動させる第３の駆動部８３とを含む。なお、図２においては、顔面左側又は顔面右側のいずれか一方の構成のみを図示するが、図２に示す駆動装置８０は、顔面右側の眉体４０ａを支持する第１の支持部５０ａ及び第２の支持部６０ａを駆動するものと、顔面左側の眉体４０ｂを支持する第１の支持部５０ｂ及び第２の支持部６０ｂを駆動するものとが独立してそれぞれ設けられるとよい。

なお、駆動装置８０に含まれる各駆動部は、例えば、市販のサーボモータ等であるとよい。これらサーボモータは、コントローラ９０と有線又は無線で繋がっており、ユーザがコントローラ９０を操作することにより、その動作が制御されるものであるとよい。または、センサー等を用いて、各駆動部の動作が自動で制御される構成としても構わない。

さらに、図１〜図８を参照して、本実施形態に係る表情可変ロボット１００により表される表情の例について説明する。図３〜図８は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。図４は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。図５は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。図６は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。図７は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。図８は、本実施形態に係る表情可変ロボットにおける表情の一例を示す正面図である。なお、回動穴５２、回動穴５２に圧入される外端４１、回動穴６２、回動穴６２に圧入する内端４２は、正面視において眉体４０の本体部４３により隠れるため、図３〜図８においては、それらの図示を省略した。

コントローラ９０により第１の駆動部８１の駆動が制御されることにより、第１の支持部５０に設けられる軸受け部５１が回動する。これにより、軸受け部５１に形成される回動穴５２に圧入される眉体４０の外端４１が、図１中のＲ１方向に回動する。そして、外端４１が回動することで、可撓性を有する眉体４０が弾性変形することとなる。なお、図３〜図８においては、図中の時計回り方向をＲ１１、反時計回り方向をＲ１２として図示する。

また、コントローラ９０により第２の駆動部８２の駆動が制御されることにより、第２の支持部６０に設けられる軸受け部６１が回動する。これにより、軸受け部６１に形成される回動穴６２に圧入される眉体４０の内端４２が、図１中のＲ２方向に回動する。そして、内端４２が回動することで、可撓性を有する眉体４０が弾性変形することとなる。なお、図３〜図８においては、図中の時計回り方向をＲ２１、反時計回り方向をＲ２２として図示する。

また、コントローラ９０により第３の駆動部８３の駆動が制御されることにより、第２の支持部６０が上下移動する。これにより、軸受け部６１に形成される回動穴６１に圧入される眉体４０の内端４２が、図１中のＲ３方向に上下移動する。そして、内端４２が上下移動することで、可撓性を有する眉体４０が弾性変形することとなる。なお、図３〜図８においては、図中の上方向をＲ３１、下方向をＲ３２として図示する

図３においては、顔面右側において、外端４１ａを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ａを上方向Ｒ３１に移動させると共に時計回り方向Ｒ２１に回動させた状態を示す。また、顔面左側において、外端４１ｂを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、かつ、内端４２ｂを上方向Ｒ３１に移動させると共に反時計回り方向Ｒ２２に回動させた状態を示す。このような状態においては、眉体４０ａ、眉体４０ｂは、眉全体が大きく上弦の弧を描くような形状となり、表情可変ロボット１００は、朗らかな印象を与える表情を表すこととなる。

図４においては、顔面右側において、外端４１ａを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ａを下方向Ｒ３２に移動させると共に反時計回り方向Ｒ２２に回動させた状態を示す。また、顔面左側において、外端４１ｂを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、かつ、内端４２ｂを下方向Ｒ３２に移動させると共に時計回り方向Ｒ２１に回動させた状態を示す。この状態においては、眉体４０ａ、眉体４０ｂは、略Ｓ字状であって、眉間をしかめ、眉山がつり上がったような形状となり、表情可変ロボット１００は、怒ったような印象を与える表情を表すこととなる。

図５においては、顔面右側において、外端４１ａを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、かつ、内端４２ａを上方向Ｒ３１に移動させると共に反時計回り方向Ｒ２２に回動させた状態を示す。また、顔面左側において、外端４１ｂを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ｂを上方向Ｒ３１に移動させると共に時計回り方向Ｒ２１に回動させた状態を示す。この状態においては、眉体４０ａ、眉体４０ｂは、眉間から眉尻にかけて下弦の弧を描くような形状となり、表情可変ロボット１００は、悲しそうな印象を与える表情を表すこととなる。

図６においては、顔面右側において、外端４１ａを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ａを下方向Ｒ３２に移動させた状態を示す。また、顔面左側において、外端４１ｂを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、かつ、内端４２ｂを下方向Ｒ３２に移動させた状態を示す。この状態においては、眉体４０ａ、眉体４０ｂは、眉頭から眉山にかけてまっすぐつり上がったような形状となり、表情可変ロボット１００は、凛々しい印象を与える表情を表すこととなる。

図７においては、顔面右側において、外端４１ａを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ａを反時計回り方向Ｒ２２に回動させた状態を示す。また、顔面左側において、外端４１ｂを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、内端４２ｂを時計回り方向Ｒ２１に回動させた状態を示す。この状態においては、眉体４０ａ、眉体４０ｂは、図４と比較して緩やかな略Ｓ字状となり、表情可変ロボット１００は、怪訝そうな印象を与える表情を表すこととなる。

図３〜図７においては、左右対称となるように眉体４０ａ、４０ｂの形状を変形させた例について示したが、これに限られるものではない。すなわち、眉体４０ａと眉体４０ｂは非対称になるように形状を変形させても構わない。図８においては、顔面右側が図７で示した眉体４０ａと同じ形状であって、顔面左側が図４で示した眉体４０ｂと同じ形状である例について示す。具体的には、顔面右側において、外端４１ａを反時計回り方向Ｒ１２に回動させ、かつ、内端４２ａを反時計回り方向Ｒ２２に回動させた状態を示す。一方、顔面左側において、外端４１ｂを時計回り方向Ｒ１１に回動させ、かつ、内端４２ｂを下方向Ｒ３２に移動させると共に時計回り方向Ｒ２１に回動させた状態を示す。

図９は、本実施形態に係る表情可変ロボットを上方から見た上面図である。眉体４０は弾性変形するものの伸縮はしないため、その長さは常に一定である。一方、眉体４０は、外端４１又は内端４２の少なくともいずれか一方が回動することにより、弾性変形するように捻れている状態と、弾性変形しておらず捻れていない状態とでは、正面視における長さが変わる。すなわち、弾性変形するように捻られていない状態の方が、捻られている状態よりも、正面視における長さは短い。そこで、本実施形態においては、眉体４０の長さを、捻られていない状態において、模擬顔面１０の表面に対して、本体部４３が離間される長さにした。図９において、眉体４０ａは捻られていない状態を示す。一方、図９において、眉体４０ｂは捻られている状態を示す。このように、本実施形態においては、眉体４０は、外端４１又は内端４２の少なくともいずれか一方が回動することにより、模擬顔面１０の表面に対する距離が変わるように弾性変形する。

本実施形態においては、上述のように、眉体４０の本体部４３の形状を弾性変形させるように、第１の支持部５０と第２の支持部６０を駆動させることにより、表情を可変にできる。また、眉体４０の動作の制御が簡易であるため、表情の再現性が高く、安定して多種の表情を表すことができる。また、構成が簡易なことより、量産も容易である。なお、本実施形態においては、図３〜図８に示した表情に限らず、外端４１ａ、４１ｂの回動角度や回動方向、内端４２ａ、４２ｂの回動角度や回動方向、内端４２ａ、４２ｂの上下移動量や移動方向を様々な組み合わせにすることにより、多様の表情を表すことができる。すなわち、本実施形態に係る表情可変ロボット１００においては、単に喜怒哀楽のみでなく、細かな表情の変化を表現することでき、より実際の人間に近い、豊かな表情形成を実現することができる。

なお、本実施形態においては、外端４１が回動可能であり、内端４２が回動可能かつ上下移動可能な構成について示したが、これに限られるものではなく、眉体４０が弾性変形することにより表情を可変とする構成であればよく、少なくとも外端４１又は内端４２のいずれか一方が回動可能に支持されるものであればよい。

なお、本実施形態においては、表情可変ロボット１００として、実際の人間の頭部を模したものを示したが、これに限られるものではなく、その他の動物や、アニメーションキャラクターの頭部を模したものであってもよい。また、眉体４０の形状、太さ、長さ等は、図示したものに限られるものではない。また、眉体４０の全部又は一部は黒色等に着色されていてもよい。

なお、本実施形態においては、眉体４０が弾性変形することにより表情が可変する表情可変ロボット１００を示したが、さらに、眼球、目頭、首などが駆動される機能を備えさせてもよい。それにより、より豊かな表情を形成することが可能となる。

１０模擬顔面、１１外端孔、１２内端孔、１５溝、２０筐体、４０眉体、４１外端、４２内端、４３本体部、５０第１の支持部、５１軸受け部、５２回動穴、６０第２の支持部、６１軸受け部、６２回動穴、６５面、８０駆動装置、８１第１の駆動部、８２第２の駆動部、８３第３の駆動部、９０コントローラ。

Claims

模擬顔面と、前記模擬顔面の表面上に配置される眉体と、を有する表情可変ロボットであって、
前記眉体は可撓性を有し、
前記眉体の外端を支持する第１の支持部と、
前記眉体の内端を支持する第２の支持部と、
前記第１の支持部又は前記第２の支持部の少なくともいずれか一方を駆動することにより、前記外端及び前記内端のうち少なくともいずれか一方を回動させる駆動部と、
を有する、
表情可変ロボット。
前記第２の支持部は、前記内端を回動可能に支持すると共に、上下移動可能に設けられる、
請求項１に記載の表情可変ロボット。
前記模擬顔面は、前記第２の支持部が上下移動する際の前記内端の移動経路となる長孔を有し、
前記第２の支持部は、前記長孔を塞ぐように延びる面を有する、
請求項１又は２に記載の表情可変ロボット。
前記模擬顔面は、裏面のうち前記長孔の周辺に、前記第２の支持部の上下移動に沿うように形成される溝を有する、
請求項３に記載の表情可変ロボット。
前記眉体は、前記外端又は前記内端の少なくともいずれか一方が回動することにより、前記模擬顔面の表面に対する距離が変わるように弾性変形する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表情可変ロボット。