JP3891413B2 - ロボット装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外見上の目を備えたロボット装置に係り、特に感情の表現が可能な外見上の目の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ユーザからの指示や周囲の環境に応じて自律的に行動する４足歩行型のペットロボット等が提案されており、例として、特開２００１−２５９８４公報に記載されているロボット装置がある。
このロボット装置は、感情の表現を、「外見上の目」として設けた発光手段を点滅させる方法で行う構成になっている。
【０００３】
また、特開平６−２３３８７１号公報に記載されている自動販売機型のサービスロボットでは、感情の表現を、頭部に相当する頭部外皮の内側に顔面シェルを構成し、その内側に設けた瞼部材と口蓋部材とをそれぞれ瞼駆動エアーシリンダと口蓋駆動エアーシリンダとにより駆動して瞼と口を開閉することで表情を創成する方法を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のロボットは、感情を表現する構成が簡単であるため、その表現が単調になり複雑な感情表現を行うことが困難であり、「外見上の目」も人間の「目」には程遠く親近感がわきにくいという問題があった。
【０００５】
具体的に説明すると、特開２００１−２５８９４公報に示される発光手段を用いたものは、発光パターンが限られており、可能な感情の表現も豊富ではなく、機械的な冷たい印象をユーザー与えてしまうものであった。
特に暗所での使用においては、不気味に映ってユーザに不快感や恐怖感を与えてしまう場合があった。
さらに、発光手段が平面上に固定されているので、奥行きを感じさせる動きによって感情を表現することができないという問題があった。
【０００６】
一方、特開平−２３３８７１号公報に示される目の表現方法では、アクチュエータにエアーシリンダーを使用しているため、これを動作させるための圧縮空気を供給するコンプレッサなどの大型の装置が必要であり、家庭用には不適であるという問題があった。また、騒音が大きいことも問題であった。
さらに、表現方法が瞼及び口の開閉に限られるため、ユーザーとのコミュニケーションを十分にとることが困難であることも問題であった。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、人間の目に似せた外観にしてユーザに親近感を与えると共に、多様で複雑な感情表現を静かな動作で行うことが可能な「外見上の目」を備えたロボット装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明は、次の１）〜６）の手段を有する。
１） 白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）と、該白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）の範囲内に配置された瞳部（１７Ｒ，１７Ｌ）と、から構成される目部（９Ｒ，９Ｌ）を有したロボット装置において、
前記白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）は、球面形状を有して形成された透明の外殻（１８ａ）と、該外殻（１８ａ）の内方側に設けられて該外殻（１８ａ）とにより密閉の空洞部（１８ｃ）を形成する内殻（１８ｂ）と、を備え、
前記目部（９Ｒ，９Ｌ）は、前記空洞部（１８ｃ）に流動自在に内装されて前記瞳部の形成に使用される磁性体（１９）と、前記内殻（１８ｂ）の内方側に近接配置されて前記流動自在に内装された磁性体（１９）を磁気吸引力により所定の形状パターンに形成する磁石（２２ａ）と、を備えたことを特徴とするロボット装置（１）である。
【０００９】
２） 前記磁石（２２ａ）を前記内殻（１８ｂ）に沿って移動させることにより前記所定の形状パターンに形成された磁性体（１９，１７Ｒ，１７Ｌ）を前記空洞部内で移動する磁石移動手段（１８０）を備え、
前記磁気吸引により所定の形状パターンに形成された磁性体（１９，１７Ｒ，１７Ｌ）を前記空洞部（１８ｃ）内で移動する磁石移動手段（１８０）を備えたことを特徴とする１）に記載のロボット装置（１）である。
【００１０】
３） 前記目部（９Ｒ，９Ｌ）は、前記磁石（２２ａ）を含めて互いに異なる磁力パターンを有する複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を備えると共に、前記内殻（１８ｂ）の内方に近接配置された磁石（２２ａ）を前記複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の内の他の磁石（２２ｂ，２２ｃ）と置換する磁石置換手段（１８０）と、を備えたことを特徴とする１）又は２）に記載のロボット装置（１）である。
【００１１】
４） 複数種類の感情表現と前記複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の各磁力パターンとが対応づけられており、
外部の状況又は外部からの入力情報を検出する外部センサ（１５）と、
該外部センサからの検出信号（Ｓ１）に基づいて、前記複数種類の感情表現に対応する磁力パターンの中から一の磁力パターンを選択して決定する制御手段（１１）と、を備え、
該制御手段（１１）は、前記磁石置換手段（１８０）に対し、前記決定した一の磁力パターンを有する前記磁石を、前記内殻（１８ｂ）の内方に近接配置するよう制御することを特徴とする３）に記載のロボット装置（１）である。
【００１２】
５） 前記磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、電磁石であることを特徴とする１）乃至４）のいずれかに記載のロボット装置（１）である。
【００１３】
６） 前記電磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に供給する電流を制御する電流制御部を備える一方、前記電磁石は前記複数種類の感情表現に対応する複数の磁力パターンが得られるコイル捲線パターンを有しており、
前記電流制御部は、前記決定した一の磁力パターンが得られるよう前記電磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に供給する電流を制御することを特徴とする５）に記載のロボット装置（１）である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１乃至図１５を用いて説明する。
図１は、本発明のロボット装置の実施例を示す概略正面図であり、
図２は、本発明のロボット装置の実施例の構成を説明するブロック図であり、
図３は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＢ−Ｂ断面図であり、
図４は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示す正面図であり、
図５は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図６は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態での動作を説明する図であり、
図７は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示す正面図であり、
図８は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図９は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態での動作を説明する図であり、
図１０は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示す正面図であり、
図１１は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図１２は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態での動作を説明する図であり、
図１３は、本発明のロボット装置の実施例における要部の他の状態を説明する図であり、
図１４は、本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示す正面図であり、
図１５は、本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示すＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
まず、実施例のロボット装置の外見を図１を用いて説明する。
ロボット装置１は、胴体部ユニット２と、その上方の左右側面にそれぞれ連結した腕部ユニット３Ｒ，３Ｌと、下面に連結された一対の脚部ユニット４Ｒ，４Ｌと、上面に連結された頭部ユニット５とにより構成される。
これらの各ユニットには、後述するアクチュエータ１６1〜１６nが内蔵されており、これらのアクチュエータ１６1〜１６nを駆動させることで所定の動作が可能になっている。
【００１６】
胴体部ユニット２には、図２に示すように、このロボット装置１の全体の動作を制御する、メモリ１１Ａを内蔵したコントローラ１１と、このロボット装置１の動力源であるバッテリ１２と、内部センサであるバッテリの残量を検出するバッテリセンサ１４とが収納されている。
【００１７】
頭部ユニット５には、このロボットの「実質的な目」として機能するＣＣＤカメラ６と、「耳」として機能するＲ／Ｌ一対のマイクロフォン７Ｒ，７Ｌと、「口」として機能するスピーカ８と、「外見上の目」として機能する目部９Ｒ，９Ｌと、タッチセンサ１０と、温度センサ１３と（以下、これらをまとめて外部センサ１５と呼ぶ）からなる外部センサ１５がそれぞれ図１に示す所定の位置に配置される。
【００１８】
ＣＣＤカメラ６は、周囲の状況を撮影し、得られた画像信号Ｓ１Ａをコントローラ１１に送出する。
【００１９】
マイクロフォン７Ｒ，７Ｌは、周囲の音やユーザの声などを集音し、得られた音声信号Ｓ１ＢＲ、Ｓ１ＢＬをコントローラ１１に送出する。
【００２０】
タッチセンサ１０は、頭部ユニット５の上面に設けられており、ユーザからの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけによって受けた圧力を検出し、その検出結果を圧力検出信号Ｓ１Ｃとしてコントローラ１１に送出する。
【００２１】
温度センサ１３は、ロボット装置１の周囲温度を検出し、その検出結果を温度検出信号Ｓ１Ｄとしてコントローラ１１に送出する。
【００２２】
バッテリセンサ１４は、バッテリ１２の残量を検出し、その検出結果をバッテリ残量検出信号Ｓ２としてコントローラ１１に送出する。
【００２３】
コントローラ１１は、外部センサ１５であるＣＣＤカメラ６、マイクロフォン７Ｒ，７Ｌ、タッチセンサ１０及び温度センサ１３からそれぞれ供給される画像信号Ｓ１Ａ、音声信号Ｓ１ＢＲ，Ｓ１ＢＬ、圧力検出信号Ｓ１Ｃ及び温度検出信号Ｓ１Ｄ（以下、これらの信号をまとめて外部センサ信号Ｓ１と呼ぶ）と、バッテリ残量量検出信号Ｓ２とに基づいて、ロボット装置１の周囲及び内部の状況や、ユーザからの指令あるいはユーザからの働きかけの有無等を判断する。
【００２４】
そして、コントローラ１１は、この判断による結果と予めメモリ１１Ａに格納されている制御プログラムとに基づいて続く動作と表現すべき感情とを決定し、この決定結果に基づいて必要なアクチュエータ１６1〜１６nを駆動させることにより、頭部ユニット５を上下左右に振らせたり、脚部ユニット４Ｒ，４Ｌを駆動して歩行させたり、腕部ユニット３Ｒ，３Ｌを駆動して腕を曲げたり振ったりさせるといった動作を行わせるとともに、後に詳述するように、頭部ユニット５の「外見上の目」である目部９Ｒ，９Ｌの内部に設けた「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌを駆動してロボット装置１に感情表現を行わせる。
【００２５】
また、この際にコントローラ１１は、必要に応じて所定の音声信号Ｓ３をスピーカ８に送ってその音声信号Ｓ３に基づく音声を外部に出力させたり、目部９Ｒ，９Ｌの内部に設けた発光パネル２４に発光駆動信号Ｓ４を出力してこれを点灯あるいは点滅させる。
【００２６】
以上の構成によって、このロボット装置１は、周囲及び内部の状況、ユーザからの指令及び働きかけの有無等に基づいて自律的に行動し、感情表現をすることができるようになされている。
【００２７】
次に、ロボット１の「外見上の目」である目部９Ｒ，９Ｌについて詳述する。
この目部９Ｒ，９Ｌの具体的な構成の一例を図３〜図５に示す。
目部９Ｒ，９Ｌは左右対称構造であり、以下においては片方の目部９Ｌについて順次説明する。
図４は目部９Ｌの正面図であり、図３及び図５はそれぞれそのＢ−Ｂ断面図、Ａ−Ａ断面図である。
【００２８】
目部９Ｌの筐体は、アイケース２０，アイカバー１８及びアイボトム２７で構成される。
アイケース２０は、一方の開口部２０ａを球面状に径を絞った開口形状にした略円筒状に形成される。
他方の開口部２０ｂには、外側に張り出したフランジ２０ｃが３ヶ所設けられ、それぞれにアイボトム２７を固定するためのねじを貫通するねじ孔が設けられている。
【００２９】
開口部２０ａにはアイカバー１８が接着により固着される。
このアイカバー１８は、内部に略密閉空間の空洞部１８ｃを設けた略球面状に形成される。
アイカバー１８の外面側アイカバー１８ａはＰＭＭＡ等の非磁性で透明な材料で形成され、内面側アイカバー１８ｂは、内部構造が外側から見えない程度の半透明な非磁性材で形成される。もちろん透明材料を用いて表面処理等で半透明に形成してもよい。
【００３０】
このアイカバー１８の空洞部１８ｃには、流動性を有する磁性体１９が封入されている。
この磁性体１９としては、フェライト粉末等の磁性粉や磁性流体を使用することができる。
目部９Ｌは、アイボトム２７を図示しないねじで頭部外装ケース２９に固定することで、ロボット装置１に搭載される。そして、アイカバー１８がロボット装置１の「外見上の目」として外部から視認される。
そして、この「外見上の目」は、略円形の輪郭と、その輪郭に囲まれた部分の、後に詳述する磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌと、この「外見上の瞳」１７Ｌ以外の白目に相当する白目部１７０Ｌとが認識され、人間の目に極めて似た外見となっている。
【００３１】
アイケース２０の内部には、長柱２１ｄとこれに直交結合した短柱２１ｅとからなる略Ｔ字支柱のアイジョイント２１が備えられ、そのアイジョイント２１の支柱の先端３ヶ所には、内面側アイカバー１８ｂの内面形状に倣った曲面を外側面として形成した皿状の磁石テーブル２１ａ〜２１ｃが装着されている。
この磁石テーブル２１ａ〜２１ｃの外側面には、任意の形に形成された磁石２２ａ〜２２ｃが固定されている。
【００３２】
磁性体１９は、内面側アイカバー１８ｂの内側にアイジョイント２１の回転駆動により配置された磁石２２ａ〜２２ｃの着磁パターンに対応した形状に吸引造形される。
例えば、図３〜図５においては、円形の着磁パターンを有する円形の磁石２２ａが内面側アイカバー１８ｂの内側に近接配置されているので、磁性体１９は磁石２２ａの磁力に吸引されて円形に造形される。
従って、「外見上の目」においてこの円形になった磁性体１９が「外見上の瞳」１７Ｌとして認識される。
【００３３】
他の磁石テーブル２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ円形の磁石２２ａとは異なる形状の磁石２２ｂ，２２ｃが固定されており、これについては後述する。
アイジョイント２１は、アクチュエータであるモータ２５，２６によりをＣ−Ｃ軸（紙を貫く方向）及びＤ−Ｄ軸まわりに回転駆動され、磁石２２ａを上下左右に自由に移動させることができる。
従って、その動きに対応して「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃ中で上下左右に移動させることができ、これにより感情表現をすることができる。
以降、Ｃ−Ｃ軸回りの回転をロール方向回転と称し、Ｄ−Ｄ軸回りの回転をピッチ方向回転と称する。
この回転駆動はモータ２５，２６を駆動源としているので極めて静かに行うことができる。
【００３４】
次に、アイケース２０の内部構造とアイジョイント２１の移動手段１８０及び駆動方法とについて詳述する。
アイケース２０は、アイボトム２７にねじ２８ａ〜２８ｃによって固定され、内部は略密閉状態になっている。
アイボトム２７は、大径と小径の２つの外径からなる円筒を連接した形状に形成される。
大径円筒部２７ａ側の端部はアイケース２０の開口部２０ｂに固定され、小径円筒部２７ｂの内面には軸受３０ａ，３０ｂが圧入固定される。
そして、この軸受３０ａ，３０ｂによりシャフト３１が回転自在に支持される。
【００３５】
シャフト３１のアイケースの反対側端部３１ａには、ロールギア３２が圧入固定され、さらに外側はロール角度検出センサ３３が嵌合される。
ロール角検出センサ３３はプレート３４によって保持されており、プレート３４はねじ３５によってアイボトム２７に固定されている。
ロール角度検出センサ３３の角度検出信号Ｓ５は、フレキシブル基板３３ａによって図３〜図５には図示しないコントローラ１１へと送出される（図２参照）。
【００３６】
アイボトム２７にはモータ２５が固定されており、そのモータ２５の回転軸２５ａに圧入固定されたギア３６とロールギア３２とが噛合している。
モータ２５にはフレキシブル基板４４が接続されており、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉの情報に基づいてモータ２５は回転駆動される（図２参照）。
【００３７】
図３に示すように、シャフト３１のアイケース１９側端部３１ｂは略コ字形状のアイブラケット３７に固定される。
また、アイブラケット３７のコ字腕部のやや先端方向位置を回転軸（Ｄ−Ｄ）の支点としてアイジョイント２１の長柱２１ｄが回転自在に支持される。
長柱２１ｄの一方の端部には、ピッチギア３８が圧入固定され、さらに外側にはピッチ角度検出センサ３９が嵌合される。
そして、ピッチ角度検出センサ３９の角度検出信号Ｓ６はフレキシブル基板４０によってコントローラ１１へと送出される（図２参照）。
【００３８】
ピッチ角度検出センサ３９はブラケット４１によって支持されており、ブラケット４１はネジ４２によってアイブラケット３７に固定されている。
ブラケット４１にはモータ２６が固定されており、モータ２６の回転軸２６ａに圧入固定されたギア４３とピッチギア３８とが噛合している。
モータ２６にはフレキシブル基板４０が接続されており、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊの情報に基づいてモータ２６は回転駆動される（図２参照）。
【００３９】
アイボトム２７には発光パネル２４がねじ４５によって固定される。
この発光パネル２４とコントローラ１１とはフレキシブル基板４４で接続され、コントローラ１１からの発光駆動信号Ｓ４が発光パネル２４に送出されてこれを点灯又は点滅させる。
従って、「外見上の目」の白目部１７０Ｌを点灯又は点滅させることで感情を表現することができる。
【００４０】
以上の構成において、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉによってモータ２５が回転し、アイブラケット３７に連結したアイジョイント２１がＣ−Ｃ軸を中心に回転する。
さらに、感情決定信号Ｓ７ｊによってモータ２６が回転し、アイジョイント２１が軸Ｄ−Ｄを中心に回転する。
【００４１】
これらのロール方向回転及びピッチ方向回転を組み合わせることによって、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になり、左右の目部９Ｌ，９Ｒを組み合わせると、図６のように「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの位置を動的に自由に変化させることができる。ここで言う動的とは「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌを動かすという意味である。
図６では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００４２】
「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの位置が「外見上の目」９Ｒ，９Ｌの白目部１７０Ｒ，１７０Ｌの中のどこにあるかは、コントローラ１１がロール角度検出センサ３３とピッチ角度検出センサ３９との角度検出信号Ｓ５，Ｓ６を受信することで判断することができる。
ロール方向回転量は、図４の状態を基準としてＣ―Ｃ軸の周りを、時計回り方向に９０°、反時計周り方向に９０°それぞれ回転可能に設定される。
ピッチ方向回転量は、方向の規制なく３６０°回転可能に設定される。
【００４３】
発光による感情表現は、ＣＣＤカメラ６がロボット装置１の周囲の明暗を検出して画像処理信号Ｓ１Ａをコントローラ１１に送出し、この信号Ｓ１Ａからコントローラ１１が状況を判断して表現すべき感情を決定し、それを表現するように制御信号Ｓ４を発光パネル２４に送出してこれを点灯又は点滅させて行う。
その他の外部センサＳ１の状況によってもコントローラ１１から発光パネル２４の点灯又は点滅の指示をして「驚き」などの感情を表現することができる。
【００４４】
次に、前述した「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの形状を置き替える置換手段１８０と置換方法について詳述する。
本実施例では前述の移動手段１８０と置換手段１８０とは構造を共用する。
磁石２２ｂはその正面方向から見て略弓形の着磁パターンを有して形成される。
コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊでアイジョイント２１が図４の状態からピッチ方向半時計回り約９０°回転すると、磁石２２ａに替わって磁石２２ｂが内面側アイカバー１８ｂの内側に近接配置されて磁性体１９が磁石２２ｂの着磁パターン形状に変化し、図７に示すような「外見上の瞳」１７Ｌの状態になる。
ここでの回転角度の検出は前述したピッチ角度検出センサ３９で行う。
【００４５】
この磁石２２ａから磁石２２ｂへの置き換えにおいては、アイジョイント２１をピッチ方向半時計回り約１８０°回転させて一旦磁性体１９を磁石２２ａ〜２２ｃの磁力から解放して空洞部１８ｃの下方へ堆積させ、そこからアイジョイント２１をピッチ方向時計回り約９０°回転し、堆積した磁性体１９を磁石２２ｂに吸引するという動作にすることで磁性体１９を確実に集めることができる。
【００４６】
磁石２２ｂの磁性体１９の吸引に有効な表面積は、磁石２２ａと比較して小さく、余った磁性体１９ａはアイカバー１８の空洞部１８ｃの下部に溜まる。
このように磁石２２ｂに吸い寄せられた磁性体１９と下に溜まった磁性体１９ａとによって、図７のように、図４とは違った「瞳」の形状が得られて「笑う」感情をさらに的確に表現することができる。
【００４７】
さらに、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉ、Ｓ７ｊに対応したアイジョイント２１のロール方向回転及びピッチ方向回転の組み合わせにすることで、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になる。
さらに、左右の目部９Ｌ，９Ｒの組み合わせにより、図９のように「外見上の瞳」を自由に変化させることができて「笑う」感情表現に幅をもたせることができる。図９では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００４８】
同様にして、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊでアイジョイント２１が図５の状態からピッチ方向時計回り約９０°回転すると図１０，図１１に示すような状態に変化する。
ここでの回転角度の検出は、前述したピッチ角度検出センサ３９で行う。
この磁石２２ｃの形状は、その正面方向から見て直線形状をしており、図１０に示すように、アイカバー１８の空洞部１８ｃの磁性体１９はその着磁パターンに対応した形状に吸引造形される。
【００４９】
磁石２２ｃの磁性体１９の吸引に有効な表面積は、磁石２２ａと比較して小さく、前述同様に余った磁性体１９ｂは空洞部１８ｃの下部に溜まる。
このように磁石２２ｃに吸い寄せられた磁性体１９と下に溜まった磁性体１９ｂとによって、図１０のように図４とは違った「外見上の瞳」１７Ｌの形状が得られ、「嘆き」や「悲しみ」の感情表現をすることができる。
【００５０】
また、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉ，Ｓ７ｊに対応したアイジョイント２１をロール方向回転及びピッチ方向回転の組み合わせて動作させることで、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になる。
さらに、左右の目部９Ｌ，９Ｒを組み合わせにより、図１２のように「外見上の瞳」を自由に変化させることができ、図１２のＡ列に示すような「嘆き」や「悲しみ」及びＣ列に示すような「怒り」や「嫌悪」の感情を動的に表現することができる。図１２では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００５１】
「外見上の瞳」の形状パターンは左目部９Ｌ，右目部９Ｒが同じである必要はなく、異なるパターンを組み合わせることによって、例えば図１３に示すようないわゆる「ウィンク」を表現することも可能である。
【００５２】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において例えば下記のように変更が可能である。
磁石として永久磁石を用いてもよいが、磁石テーブル２１ａ〜２１ｃにコイルを形成してこれを電磁石で構成してもよい。
この場合は、コイル電流をコントローラ１１によって制御して発生する磁力を変化させることもできるので、磁石に吸引される磁性体１９の量を変化させて、「外見上の瞳」の濃度を変えることが可能になり、より一層感情表現の幅が広がる。
【００５３】
アイジョイント２１の支柱の数をさらに増やしてもよく、その本数分の着磁パターン形状を得られるように、それぞれに磁石を装着することは自由である。
また、磁石を永久磁石と電磁石とを組み合わせた構成にしてもよい。
これにより、永久磁石による基本形状に対して電磁石によって微妙に形状パターンや濃度を変化させることが可能になる。
磁石の移動手段と置換手段は別々の手段で構成してもよいが、部品点数が増えコストアップになるので本実施例のように共用とするのが好ましい。
【００５４】
さらに、構造を簡素化して、図１４，図１５に示すように、一部を透明窓４８ａとして内部に空洞部のない略球面形状に形成したアイカバー４８を用い、その球面形状に倣った外殻面４６ａを有してその一部を切除した略球体形状のアイボール４６をアイカバー４８の内面に沿って移動可能に配置し、外殻面４６ａに、「外見上の瞳」４７ａ，４７ｂ，４８ｃとなるパターン形状を塗料などで描いて設けて上述のアイジョイント２１に置き換えて同様の駆動を行う構造にしてもよい。
この構造によれば、磁石２２ａ，２２ｂ，２２ｃと磁性体１９が不要となり、アイカバー４８の構造も簡単になるのでコスト的に優れたものである。
この構造を簡略化した例を含めて、いずれの場合も、アイカバー１８の可視部範囲は略円形でなくてもよく、横長円や略菱形となるように形成してもよい。
【００５５】
様々な「見かけ上の瞳」の形状を造形してさらに多彩な感情表現を可能にするためには、磁石を、様々な磁力パターンが得られるコイル捲線パターンにした電磁石で構成し、制御コントローラで供給電流のパターンを制御して所望の形状に磁性体を吸引造形させることが可能である。
【００５６】
ロボット装置１は、腕部ユニット３Ｒ，３Ｌや脚部ユニット４Ｒ，４Ｌを備えていなくてもよい。
少なくとも、目部９Ｒ，９Ｌを有して人の顔に相当する部分を含んだ頭部ユニット５を備えていればよく、また、コントローラ１１等を収納した胴体部ユニット２を頭部ユニット５から分離して有線又は無線により頭部ユニットと相互通信が可能なように構成してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、ロボット装置における「外見上の目」を人間の目に似せた外観としてユーザーに親近感を与えると共に多様で複雑な感情表現が静かな動作で可能になるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボット装置の実施例を示す概略正面図である。
【図２】本発明のロボット装置の実施例の構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示す正面図である。
【図５】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態での動作を説明するである。
【図７】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示す正面図である。
【図８】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態での動作を説明する図である。
【図１０】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示す正面図である。
【図１１】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１２】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態での動作を説明する図である。
【図１３】本発明のロボット装置の実施例における要部の他の状態を説明する図である。
【図１４】本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示す正面図である。
【図１５】本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示すＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ ロボット装置
２ 胴体部ユニット
３Ｒ，３Ｌ 腕部ユニット
４Ｒ，４Ｌ 脚部ユニット
５ 頭部ユニット
６ ＣＣＤカメラ
７ マイクロフォン
８ スピーカ
９Ｒ，９Ｌ （外見上の）目部
１０ タッチセンサ
１１ コントローラ（制御手段）
１２ バッテリ
１３ 温度センサ
１４ バッテリセンサ
１５ 外部センサ
１７Ｒ，１７Ｌ 外見上の瞳（瞳部）
１８，４８ アイカバー
１８ａ 外面側アイカバー（外殻）
１８ｂ 内面側アイカバー（内殻）
１８ｃ 空洞部
１９，１９ａ，１９ｂ 磁性体
２０ アイケース
２１ アイジョイント
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 磁石テーブル
２１ｄ 長柱
２１ｅ 短柱
２２ａ 第１の磁石
２２ｂ，２２ｃ 磁石
２４ 発光パネル
２５，２６ モータ
２７ アイボトム
３３，３９ 角度検出センサ
３７ アイブラケット
４６ アイボール
４６ａ 外殻面
４８ アイカバー
４８ａ 透明窓
１７０Ｒ，１７０Ｌ 白目部
１８０ 移動手段，磁石置換手段
Ｓ１ 外部センサ信号（検出信号）
Ｓ７ｉ，Ｓ７ｊ 感情決定信号（制御信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、外見上の目を備えたロボット装置に係り、特に感情の表現が可能な外見上の目の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ユーザからの指示や周囲の環境に応じて自律的に行動する４足歩行型のペットロボット等が提案されており、例として、特開２００１−２５９８４公報に記載されているロボット装置がある。
このロボット装置は、感情の表現を、「外見上の目」として設けた発光手段を点滅させる方法で行う構成になっている。
【０００３】
また、特開平６−２３３８７１号公報に記載されている自動販売機型のサービスロボットでは、感情の表現を、頭部に相当する頭部外皮の内側に顔面シェルを構成し、その内側に設けた瞼部材と口蓋部材とをそれぞれ瞼駆動エアーシリンダと口蓋駆動エアーシリンダとにより駆動して瞼と口を開閉することで表情を創成する方法を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のロボットは、感情を表現する構成が簡単であるため、その表現が単調になり複雑な感情表現を行うことが困難であり、「外見上の目」も人間の「目」には程遠く親近感がわきにくいという問題があった。
【０００５】
具体的に説明すると、特開２００１−２５８９４公報に示される発光手段を用いたものは、発光パターンが限られており、可能な感情の表現も豊富ではなく、機械的な冷たい印象をユーザー与えてしまうものであった。
特に暗所での使用においては、不気味に映ってユーザに不快感や恐怖感を与えてしまう場合があった。
さらに、発光手段が平面上に固定されているので、奥行きを感じさせる動きによって感情を表現することができないという問題があった。
【０００６】
一方、特開平−２３３８７１号公報に示される目の表現方法では、アクチュエータにエアーシリンダーを使用しているため、これを動作させるための圧縮空気を供給するコンプレッサなどの大型の装置が必要であり、家庭用には不適であるという問題があった。また、騒音が大きいことも問題であった。
さらに、表現方法が瞼及び口の開閉に限られるため、ユーザーとのコミュニケーションを十分にとることが困難であることも問題であった。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、人間の目に似せた外観にしてユーザに親近感を与えると共に、多様で複雑な感情表現を静かな動作で行うことが可能な「外見上の目」を備えたロボット装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明は、次の１）〜６）の手段を有する。
１） 白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）と、該白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）の範囲内に配置された瞳部（１７Ｒ，１７Ｌ）と、から構成される目部（９Ｒ，９Ｌ）を有したロボット装置において、
前記白目部（１７０Ｒ，１７０Ｌ）は、球面形状を有して形成された透明の外殻（１８ａ）と、該外殻（１８ａ）の内方側に設けられて該外殻（１８ａ）とにより密閉の空洞部（１８ｃ）を形成する内殻（１８ｂ）と、を備え、
前記目部（９Ｒ，９Ｌ）は、前記空洞部（１８ｃ）に流動自在に内装されて前記瞳部の形成に使用される磁性体（１９）と、前記内殻（１８ｂ）の内方側に近接配置されて前記流動自在に内装された磁性体（１９）を磁気吸引力により所定の形状パターンに形成する磁石（２２ａ）と、を備えたことを特徴とするロボット装置（１）である。
【０００９】
２） 前記磁石（２２ａ）を前記内殻（１８ｂ）に沿って移動させることにより前記所定の形状パターンに形成された磁性体（１９，１７Ｒ，１７Ｌ）を前記空洞部内で移動する磁石移動手段（１８０）を備え、
前記磁気吸引により所定の形状パターンに形成された磁性体（１９，１７Ｒ，１７Ｌ）を前記空洞部（１８ｃ）内で移動する磁石移動手段（１８０）を備えたことを特徴とする１）に記載のロボット装置（１）である。
【００１０】
３） 前記目部（９Ｒ，９Ｌ）は、前記磁石（２２ａ）を含めて互いに異なる磁力パターンを有する複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を備えると共に、前記内殻（１８ｂ）の内方に近接配置された磁石（２２ａ）を前記複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の内の他の磁石（２２ｂ，２２ｃ）と置換する磁石置換手段（１８０）と、を備えたことを特徴とする１）又は２）に記載のロボット装置（１）である。
【００１１】
４） 複数種類の感情表現と前記複数の磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の各磁力パターンとが対応づけられており、
外部の状況又は外部からの入力情報を検出する外部センサ（１５）と、
該外部センサからの検出信号（Ｓ１）に基づいて、前記複数種類の感情表現に対応する磁力パターンの中から一の磁力パターンを選択して決定する制御手段（１１）と、を備え、
該制御手段（１１）は、前記磁石置換手段（１８０）に対し、前記決定した一の磁力パターンを有する前記磁石を、前記内殻（１８ｂ）の内方に近接配置するよう制御することを特徴とする３）に記載のロボット装置（１）である。
【００１２】
５） 前記磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、電磁石であることを特徴とする１）乃至４）のいずれかに記載のロボット装置（１）である。
【００１３】
６） 前記電磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に供給する電流を制御する電流制御部を備える一方、前記電磁石は前記複数種類の感情表現に対応する複数の磁力パターンが得られるコイル捲線パターンを有しており、
前記電流制御部は、前記決定した一の磁力パターンが得られるよう前記電磁石（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に供給する電流を制御することを特徴とする５）に記載のロボット装置（１）である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１乃至図１５を用いて説明する。
図１は、本発明のロボット装置の実施例を示す概略正面図であり、
図２は、本発明のロボット装置の実施例の構成を説明するブロック図であり、
図３は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＢ−Ｂ断面図であり、
図４は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示す正面図であり、
図５は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図６は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態での動作を説明する図であり、
図７は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示す正面図であり、
図８は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図９は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態での動作を説明する図であり、
図１０は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示す正面図であり、
図１１は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示すＡ−Ａ断面図であり、
図１２は、本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態での動作を説明する図であり、
図１３は、本発明のロボット装置の実施例における要部の他の状態を説明する図であり、
図１４は、本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示す正面図であり、
図１５は、本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示すＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
まず、実施例のロボット装置の外見を図１を用いて説明する。
ロボット装置１は、胴体部ユニット２と、その上方の左右側面にそれぞれ連結した腕部ユニット３Ｒ，３Ｌと、下面に連結された一対の脚部ユニット４Ｒ，４Ｌと、上面に連結された頭部ユニット５とにより構成される。
これらの各ユニットには、後述するアクチュエータ１６1〜１６nが内蔵されており、これらのアクチュエータ１６1〜１６nを駆動させることで所定の動作が可能になっている。
【００１６】
胴体部ユニット２には、図２に示すように、このロボット装置１の全体の動作を制御する、メモリ１１Ａを内蔵したコントローラ１１と、このロボット装置１の動力源であるバッテリ１２と、内部センサであるバッテリの残量を検出するバッテリセンサ１４とが収納されている。
【００１７】
頭部ユニット５には、このロボットの「実質的な目」として機能するＣＣＤカメラ６と、「耳」として機能するＲ／Ｌ一対のマイクロフォン７Ｒ，７Ｌと、「口」として機能するスピーカ８と、「外見上の目」として機能する目部９Ｒ，９Ｌと、タッチセンサ１０と、温度センサ１３と（以下、これらをまとめて外部センサ１５と呼ぶ）からなる外部センサ１５がそれぞれ図１に示す所定の位置に配置される。
【００１８】
ＣＣＤカメラ６は、周囲の状況を撮影し、得られた画像信号Ｓ１Ａをコントローラ１１に送出する。
【００１９】
マイクロフォン７Ｒ，７Ｌは、周囲の音やユーザの声などを集音し、得られた音声信号Ｓ１ＢＲ、Ｓ１ＢＬをコントローラ１１に送出する。
【００２０】
タッチセンサ１０は、頭部ユニット５の上面に設けられており、ユーザからの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけによって受けた圧力を検出し、その検出結果を圧力検出信号Ｓ１Ｃとしてコントローラ１１に送出する。
【００２１】
温度センサ１３は、ロボット装置１の周囲温度を検出し、その検出結果を温度検出信号Ｓ１Ｄとしてコントローラ１１に送出する。
【００２２】
バッテリセンサ１４は、バッテリ１２の残量を検出し、その検出結果をバッテリ残量検出信号Ｓ２としてコントローラ１１に送出する。
【００２３】
コントローラ１１は、外部センサ１５であるＣＣＤカメラ６、マイクロフォン７Ｒ，７Ｌ、タッチセンサ１０及び温度センサ１３からそれぞれ供給される画像信号Ｓ１Ａ、音声信号Ｓ１ＢＲ，Ｓ１ＢＬ、圧力検出信号Ｓ１Ｃ及び温度検出信号Ｓ１Ｄ（以下、これらの信号をまとめて外部センサ信号Ｓ１と呼ぶ）と、バッテリ残量量検出信号Ｓ２とに基づいて、ロボット装置１の周囲及び内部の状況や、ユーザからの指令あるいはユーザからの働きかけの有無等を判断する。
【００２４】
そして、コントローラ１１は、この判断による結果と予めメモリ１１Ａに格納されている制御プログラムとに基づいて続く動作と表現すべき感情とを決定し、この決定結果に基づいて必要なアクチュエータ１６1〜１６nを駆動させることにより、頭部ユニット５を上下左右に振らせたり、脚部ユニット４Ｒ，４Ｌを駆動して歩行させたり、腕部ユニット３Ｒ，３Ｌを駆動して腕を曲げたり振ったりさせるといった動作を行わせるとともに、後に詳述するように、頭部ユニット５の「外見上の目」である目部９Ｒ，９Ｌの内部に設けた「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌを駆動してロボット装置１に感情表現を行わせる。
【００２５】
また、この際にコントローラ１１は、必要に応じて所定の音声信号Ｓ３をスピーカ８に送ってその音声信号Ｓ３に基づく音声を外部に出力させたり、目部９Ｒ，９Ｌの内部に設けた発光パネル２４に発光駆動信号Ｓ４を出力してこれを点灯あるいは点滅させる。
【００２６】
以上の構成によって、このロボット装置１は、周囲及び内部の状況、ユーザからの指令及び働きかけの有無等に基づいて自律的に行動し、感情表現をすることができるようになされている。
【００２７】
次に、ロボット１の「外見上の目」である目部９Ｒ，９Ｌについて詳述する。
この目部９Ｒ，９Ｌの具体的な構成の一例を図３〜図５に示す。
目部９Ｒ，９Ｌは左右対称構造であり、以下においては片方の目部９Ｌについて順次説明する。
図４は目部９Ｌの正面図であり、図３及び図５はそれぞれそのＢ−Ｂ断面図、Ａ−Ａ断面図である。
【００２８】
目部９Ｌの筐体は、アイケース２０，アイカバー１８及びアイボトム２７で構成される。
アイケース２０は、一方の開口部２０ａを球面状に径を絞った開口形状にした略円筒状に形成される。
他方の開口部２０ｂには、外側に張り出したフランジ２０ｃが３ヶ所設けられ、それぞれにアイボトム２７を固定するためのねじを貫通するねじ孔が設けられている。
【００２９】
開口部２０ａにはアイカバー１８が接着により固着される。
このアイカバー１８は、内部に略密閉空間の空洞部１８ｃを設けた略球面状に形成される。
アイカバー１８の外面側アイカバー１８ａはＰＭＭＡ等の非磁性で透明な材料で形成され、内面側アイカバー１８ｂは、内部構造が外側から見えない程度の半透明な非磁性材で形成される。もちろん透明材料を用いて表面処理等で半透明に形成してもよい。
【００３０】
このアイカバー１８の空洞部１８ｃには、流動性を有する磁性体１９が封入されている。
この磁性体１９としては、フェライト粉末等の磁性粉や磁性流体を使用することができる。
目部９Ｌは、アイボトム２７を図示しないねじで頭部外装ケース２９に固定することで、ロボット装置１に搭載される。そして、アイカバー１８がロボット装置１の「外見上の目」として外部から視認される。
そして、この「外見上の目」は、略円形の輪郭と、その輪郭に囲まれた部分の、後に詳述する磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌと、この「外見上の瞳」１７Ｌ以外の白目に相当する白目部１７０Ｌとが認識され、人間の目に極めて似た外見となっている。
【００３１】
アイケース２０の内部には、長柱２１ｄとこれに直交結合した短柱２１ｅとからなる略Ｔ字支柱のアイジョイント２１が備えられ、そのアイジョイント２１の支柱の先端３ヶ所には、内面側アイカバー１８ｂの内面形状に倣った曲面を外側面として形成した皿状の磁石テーブル２１ａ〜２１ｃが装着されている。
この磁石テーブル２１ａ〜２１ｃの外側面には、任意の形に形成された磁石２２ａ〜２２ｃが固定されている。
【００３２】
磁性体１９は、内面側アイカバー１８ｂの内側にアイジョイント２１の回転駆動により配置された磁石２２ａ〜２２ｃの着磁パターンに対応した形状に吸引造形される。
例えば、図３〜図５においては、円形の着磁パターンを有する円形の磁石２２ａが内面側アイカバー１８ｂの内側に近接配置されているので、磁性体１９は磁石２２ａの磁力に吸引されて円形に造形される。
従って、「外見上の目」においてこの円形になった磁性体１９が「外見上の瞳」１７Ｌとして認識される。
【００３３】
他の磁石テーブル２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ円形の磁石２２ａとは異なる形状の磁石２２ｂ，２２ｃが固定されており、これについては後述する。
アイジョイント２１は、アクチュエータであるモータ２５，２６によりをＣ−Ｃ軸（紙を貫く方向）及びＤ−Ｄ軸まわりに回転駆動され、磁石２２ａを上下左右に自由に移動させることができる。
従って、その動きに対応して「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃ中で上下左右に移動させることができ、これにより感情表現をすることができる。
以降、Ｃ−Ｃ軸回りの回転をロール方向回転と称し、Ｄ−Ｄ軸回りの回転をピッチ方向回転と称する。
この回転駆動はモータ２５，２６を駆動源としているので極めて静かに行うことができる。
【００３４】
次に、アイケース２０の内部構造とアイジョイント２１の移動手段１８０及び駆動方法とについて詳述する。
アイケース２０は、アイボトム２７にねじ２８ａ〜２８ｃによって固定され、内部は略密閉状態になっている。
アイボトム２７は、大径と小径の２つの外径からなる円筒を連接した形状に形成される。
大径円筒部２７ａ側の端部はアイケース２０の開口部２０ｂに固定され、小径円筒部２７ｂの内面には軸受３０ａ，３０ｂが圧入固定される。
そして、この軸受３０ａ，３０ｂによりシャフト３１が回転自在に支持される。
【００３５】
シャフト３１のアイケースの反対側端部３１ａには、ロールギア３２が圧入固定され、さらに外側はロール角度検出センサ３３が嵌合される。
ロール角検出センサ３３はプレート３４によって保持されており、プレート３４はねじ３５によってアイボトム２７に固定されている。
ロール角度検出センサ３３の角度検出信号Ｓ５は、フレキシブル基板３３ａによって図３〜図５には図示しないコントローラ１１へと送出される（図２参照）。
【００３６】
アイボトム２７にはモータ２５が固定されており、そのモータ２５の回転軸２５ａに圧入固定されたギア３６とロールギア３２とが噛合している。
モータ２５にはフレキシブル基板４４が接続されており、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉの情報に基づいてモータ２５は回転駆動される（図２参照）。
【００３７】
図３に示すように、シャフト３１のアイケース１９側端部３１ｂは略コ字形状のアイブラケット３７に固定される。
また、アイブラケット３７のコ字腕部のやや先端方向位置を回転軸（Ｄ−Ｄ）の支点としてアイジョイント２１の長柱２１ｄが回転自在に支持される。
長柱２１ｄの一方の端部には、ピッチギア３８が圧入固定され、さらに外側にはピッチ角度検出センサ３９が嵌合される。
そして、ピッチ角度検出センサ３９の角度検出信号Ｓ６はフレキシブル基板４０によってコントローラ１１へと送出される（図２参照）。
【００３８】
ピッチ角度検出センサ３９はブラケット４１によって支持されており、ブラケット４１はネジ４２によってアイブラケット３７に固定されている。
ブラケット４１にはモータ２６が固定されており、モータ２６の回転軸２６ａに圧入固定されたギア４３とピッチギア３８とが噛合している。
モータ２６にはフレキシブル基板４０が接続されており、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊの情報に基づいてモータ２６は回転駆動される（図２参照）。
【００３９】
アイボトム２７には発光パネル２４がねじ４５によって固定される。
この発光パネル２４とコントローラ１１とはフレキシブル基板４４で接続され、コントローラ１１からの発光駆動信号Ｓ４が発光パネル２４に送出されてこれを点灯又は点滅させる。
従って、「外見上の目」の白目部１７０Ｌを点灯又は点滅させることで感情を表現することができる。
【００４０】
以上の構成において、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉによってモータ２５が回転し、アイブラケット３７に連結したアイジョイント２１がＣ−Ｃ軸を中心に回転する。
さらに、感情決定信号Ｓ７ｊによってモータ２６が回転し、アイジョイント２１が軸Ｄ−Ｄを中心に回転する。
【００４１】
これらのロール方向回転及びピッチ方向回転を組み合わせることによって、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になり、左右の目部９Ｌ，９Ｒを組み合わせると、図６のように「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの位置を動的に自由に変化させることができる。ここで言う動的とは「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌを動かすという意味である。
図６では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００４２】
「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの位置が「外見上の目」９Ｒ，９Ｌの白目部１７０Ｒ，１７０Ｌの中のどこにあるかは、コントローラ１１がロール角度検出センサ３３とピッチ角度検出センサ３９との角度検出信号Ｓ５，Ｓ６を受信することで判断することができる。
ロール方向回転量は、図４の状態を基準としてＣ―Ｃ軸の周りを、時計回り方向に９０°、反時計周り方向に９０°それぞれ回転可能に設定される。
ピッチ方向回転量は、方向の規制なく３６０°回転可能に設定される。
【００４３】
発光による感情表現は、ＣＣＤカメラ６がロボット装置１の周囲の明暗を検出して画像処理信号Ｓ１Ａをコントローラ１１に送出し、この信号Ｓ１Ａからコントローラ１１が状況を判断して表現すべき感情を決定し、それを表現するように制御信号Ｓ４を発光パネル２４に送出してこれを点灯又は点滅させて行う。
その他の外部センサＳ１の状況によってもコントローラ１１から発光パネル２４の点灯又は点滅の指示をして「驚き」などの感情を表現することができる。
【００４４】
次に、前述した「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌの形状を置き替える置換手段１８０と置換方法について詳述する。
本実施例では前述の移動手段１８０と置換手段１８０とは構造を共用する。
磁石２２ｂはその正面方向から見て略弓形の着磁パターンを有して形成される。
コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊでアイジョイント２１が図４の状態からピッチ方向半時計回り約９０°回転すると、磁石２２ａに替わって磁石２２ｂが内面側アイカバー１８ｂの内側に近接配置されて磁性体１９が磁石２２ｂの着磁パターン形状に変化し、図７に示すような「外見上の瞳」１７Ｌの状態になる。
ここでの回転角度の検出は前述したピッチ角度検出センサ３９で行う。
【００４５】
この磁石２２ａから磁石２２ｂへの置き換えにおいては、アイジョイント２１をピッチ方向半時計回り約１８０°回転させて一旦磁性体１９を磁石２２ａ〜２２ｃの磁力から解放して空洞部１８ｃの下方へ堆積させ、そこからアイジョイント２１をピッチ方向時計回り約９０°回転し、堆積した磁性体１９を磁石２２ｂに吸引するという動作にすることで磁性体１９を確実に集めることができる。
【００４６】
磁石２２ｂの磁性体１９の吸引に有効な表面積は、磁石２２ａと比較して小さく、余った磁性体１９ａはアイカバー１８の空洞部１８ｃの下部に溜まる。
このように磁石２２ｂに吸い寄せられた磁性体１９と下に溜まった磁性体１９ａとによって、図７のように、図４とは違った「瞳」の形状が得られて「笑う」感情をさらに的確に表現することができる。
【００４７】
さらに、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉ、Ｓ７ｊに対応したアイジョイント２１のロール方向回転及びピッチ方向回転の組み合わせにすることで、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｒ，１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になる。
さらに、左右の目部９Ｌ，９Ｒの組み合わせにより、図９のように「外見上の瞳」を自由に変化させることができて「笑う」感情表現に幅をもたせることができる。図９では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００４８】
同様にして、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｊでアイジョイント２１が図５の状態からピッチ方向時計回り約９０°回転すると図１０，図１１に示すような状態に変化する。
ここでの回転角度の検出は、前述したピッチ角度検出センサ３９で行う。
この磁石２２ｃの形状は、その正面方向から見て直線形状をしており、図１０に示すように、アイカバー１８の空洞部１８ｃの磁性体１９はその着磁パターンに対応した形状に吸引造形される。
【００４９】
磁石２２ｃの磁性体１９の吸引に有効な表面積は、磁石２２ａと比較して小さく、前述同様に余った磁性体１９ｂは空洞部１８ｃの下部に溜まる。
このように磁石２２ｃに吸い寄せられた磁性体１９と下に溜まった磁性体１９ｂとによって、図１０のように図４とは違った「外見上の瞳」１７Ｌの形状が得られ、「嘆き」や「悲しみ」の感情表現をすることができる。
【００５０】
また、コントローラ１１からの感情決定信号Ｓ７ｉ，Ｓ７ｊに対応したアイジョイント２１をロール方向回転及びピッチ方向回転の組み合わせて動作させることで、磁性体１９からなる「外見上の瞳」１７Ｌをアイカバー１８の空洞部１８ｃで自在に動かすことが可能になる。
さらに、左右の目部９Ｌ，９Ｒを組み合わせにより、図１２のように「外見上の瞳」を自由に変化させることができ、図１２のＡ列に示すような「嘆き」や「悲しみ」及びＣ列に示すような「怒り」や「嫌悪」の感情を動的に表現することができる。図１２では、列Ａ，Ｂ，Ｃに左右方向の代表的な位置パターン３種を、行１，２，３に上下方向の代表的な位置パターン３種を示して計９種類の位置パターンを表している。
【００５１】
「外見上の瞳」の形状パターンは左目部９Ｌ，右目部９Ｒが同じである必要はなく、異なるパターンを組み合わせることによって、例えば図１３に示すようないわゆる「ウィンク」を表現することも可能である。
【００５２】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において例えば下記のように変更が可能である。
磁石として永久磁石を用いてもよいが、磁石テーブル２１ａ〜２１ｃにコイルを形成してこれを電磁石で構成してもよい。
この場合は、コイル電流をコントローラ１１によって制御して発生する磁力を変化させることもできるので、磁石に吸引される磁性体１９の量を変化させて、「外見上の瞳」の濃度を変えることが可能になり、より一層感情表現の幅が広がる。
【００５３】
アイジョイント２１の支柱の数をさらに増やしてもよく、その本数分の着磁パターン形状を得られるように、それぞれに磁石を装着することは自由である。
また、磁石を永久磁石と電磁石とを組み合わせた構成にしてもよい。
これにより、永久磁石による基本形状に対して電磁石によって微妙に形状パターンや濃度を変化させることが可能になる。
磁石の移動手段と置換手段は別々の手段で構成してもよいが、部品点数が増えコストアップになるので本実施例のように共用とするのが好ましい。
【００５４】
さらに、構造を簡素化して、図１４，図１５に示すように、一部を透明窓４８ａとして内部に空洞部のない略球面形状に形成したアイカバー４８を用い、その球面形状に倣った外殻面４６ａを有してその一部を切除した略球体形状のアイボール４６をアイカバー４８の内面に沿って移動可能に配置し、外殻面４６ａに、「外見上の瞳」４７ａ，４７ｂ，４８ｃとなるパターン形状を塗料などで描いて設けて上述のアイジョイント２１に置き換えて同様の駆動を行う構造にしてもよい。
この構造によれば、磁石２２ａ，２２ｂ，２２ｃと磁性体１９が不要となり、アイカバー４８の構造も簡単になるのでコスト的に優れたものである。
この構造を簡略化した例を含めて、いずれの場合も、アイカバー１８の可視部範囲は略円形でなくてもよく、横長円や略菱形となるように形成してもよい。
【００５５】
様々な「見かけ上の瞳」の形状を造形してさらに多彩な感情表現を可能にするためには、磁石を、様々な磁力パターンが得られるコイル捲線パターンにした電磁石で構成し、制御コントローラで供給電流のパターンを制御して所望の形状に磁性体を吸引造形させることが可能である。
【００５６】
ロボット装置１は、腕部ユニット３Ｒ，３Ｌや脚部ユニット４Ｒ，４Ｌを備えていなくてもよい。
少なくとも、目部９Ｒ，９Ｌを有して人の顔に相当する部分を含んだ頭部ユニット５を備えていればよく、また、コントローラ１１等を収納した胴体部ユニット２を頭部ユニット５から分離して有線又は無線により頭部ユニットと相互通信が可能なように構成してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、ロボット装置における「外見上の目」を人間の目に似せた外観としてユーザーに親近感を与えると共に多様で複雑な感情表現が静かな動作で可能になるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボット装置の実施例を示す概略正面図である。
【図２】本発明のロボット装置の実施例の構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示す正面図である。
【図５】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明のロボット装置の実施例における要部の第１の状態での動作を説明するである。
【図７】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示す正面図である。
【図８】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明のロボット装置の実施例における要部の第２の状態での動作を説明する図である。
【図１０】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示す正面図である。
【図１１】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１２】本発明のロボット装置の実施例における要部の第３の状態での動作を説明する図である。
【図１３】本発明のロボット装置の実施例における要部の他の状態を説明する図である。
【図１４】本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示す正面図である。
【図１５】本発明のロボット装置の他の実施例における要部を示すＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ ロボット装置
２ 胴体部ユニット
３Ｒ，３Ｌ 腕部ユニット
４Ｒ，４Ｌ 脚部ユニット
５ 頭部ユニット
６ ＣＣＤカメラ
７ マイクロフォン
８ スピーカ
９Ｒ，９Ｌ （外見上の）目部
１０ タッチセンサ
１１ コントローラ（制御手段）
１２ バッテリ
１３ 温度センサ
１４ バッテリセンサ
１５ 外部センサ
１７Ｒ，１７Ｌ 外見上の瞳（瞳部）
１８，４８ アイカバー
１８ａ 外面側アイカバー（外殻）
１８ｂ 内面側アイカバー（内殻）
１８ｃ 空洞部
１９，１９ａ，１９ｂ 磁性体
２０ アイケース
２１ アイジョイント
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 磁石テーブル
２１ｄ 長柱
２１ｅ 短柱
２２ａ 第１の磁石
２２ｂ，２２ｃ 磁石
２４ 発光パネル
２５，２６ モータ
２７ アイボトム
３３，３９ 角度検出センサ
３７ アイブラケット
４６ アイボール
４６ａ 外殻面
４８ アイカバー
４８ａ 透明窓
１７０Ｒ，１７０Ｌ 白目部
１８０ 移動手段，磁石置換手段
Ｓ１ 外部センサ信号（検出信号）
Ｓ７ｉ，Ｓ７ｊ 感情決定信号（制御信号）
Claims (6)
- 白目部と、該白目部の範囲内に配置された瞳部と、から構成される目部を有したロボット装置において、
前記白目部は、球面形状を有して形成された透明の外殻と、該外殻の内方側に設けられて該外殻とにより密閉の空洞部を形成する内殻と、を備え、
前記目部は、前記空洞部に流動自在に内装されて前記瞳部の形成に使用される磁性体と、前記内殻の内方側に近接配置され前記流動自在に内装された磁性体を磁気吸引力により前記瞳部としての所定の形状パターンに形成する磁石と、を備えたことを特徴とするロボット装置。 - 前記磁石を前記内殻に沿って移動させることにより前記所定の形状パターンに形成された磁性体を前記空洞部内で移動する磁石移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
- 前記磁石を含めて互いに異なる磁力パターンを有する複数の磁石を備えると共に、前記内殻の内方側に近接配置された磁石を前記複数の磁石の内の他の磁石と置換する磁石置換手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボット装置。
- 複数種類の感情表現と前記複数の磁石の各磁力パターンとが対応づけられており、
外部の状況又は外部からの入力情報を検出する外部センサと、
該外部センサからの検出信号に基づいて、前記複数種類の感情表現に対応する磁力パターンの中から一の磁力パターンを選択して決定する制御手段と、を備え、
該制御手段は、前記磁石置換手段に対し、前記決定した一の磁力パターンを有する前記磁石を、前記内殻の内方に近接配置するよう制御することを特徴とする請求項３記載のロボット装置。 - 前記磁石は、電磁石であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット装置。
- 前記電磁石に供給する電流を制御する電流制御部を備える一方、前記電磁石は前記複数種類の感情表現のそれぞれに対応する複数の磁力パターンが得られるコイル捲線パターンを有しており、
前記電流制御部は、前記決定した一の磁力パターンが得られるよう前記電磁石に供給する電流を制御することを特徴とする請求項５記載のロボット装置。
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