JP5640160B2 - ロボット用舌モジュール - Google Patents

Description

本発明は、人間の顔と外観とが類似に形成され、感情表現をすることができるようにしたアンドロイド顔ロボットに設けられるロボット用舌モジュールに関し、特に、二つのサーボモーターを利用して舌本体が前後および上下に動くようにすることにより、アンドロイド顔ロボットが多様な表情を駆使できるようにするとともに、構造が簡単で小型化が可能なロボット用舌モジュールに関する。

一般的にロボットは、産業現場で使用される産業用ロボットと、人間と類似の形態とされた人間型ロボットに区分される。産業用ロボットは、人間が直接作業するのが難しい環境において、遠隔調整によって作動して作業を遂行するか、自由度１から２の単純反復作業または電子制御を利用して自由度３以上の作業を遂行するロボットであって、無人化生産システム（Flexible Mａnufａcturing System；ＦＭＳ）を実現するための作業源に利用されている。

人間型ロボットは人の形態を有するロボットであって、ロボット技術の究極的な目標に該当し、大きくヒユーマノイドロボットとアンドロイドロボットとに区分される。ヒユーマノイドロボットは、外貌が人間と類似なロボットであって、二つの腕と二つの脚（足）および頭を有しており、ある程度の距離を移動することができる一体のロボットを意味する。日本のホンダ社で開発した“アシモ（ASIMO）”と韓国内研究陣（KAIST）によって開発されたフユボ（HUBO）などがこれに属する。

反面、アンドロイドロボットは人間を似たロボットであって、外観では人間と殆ど区別ができないロボットを意味する。このようなアンドロイドロボットは未だ製作することができないが、感情を表現することができるロボットに対する研究が引続き進行されている。これによって多様なロボット等が開発されているが、現在まで開発されたロボットなどは人の顔を型取った機械的な顔でその心理状態や感情などを表現している。このようなロボットとしては、機械的に顔の筋肉を模写した米国ＭＩＴで開発したキスメット（Kismet）があり、シリコンを使用して人の皮膚と似たように作った日本東京大学のサヤ（SAYA）などがある。

このようなアンドロイドロボットの顔部分だけを、別途にアンドロイド顔ロボットと言い、このようなアンドロイド顔ロボットは、図１に示すように、多様な感情表現を具現するために人と類似に設計され、皮膚と顔の骨格が存在し顔筋肉を動かす機構部が配置されている。すなわち、アンドロイド顔ロボットは、他のロボット等のように鋼体からなる筺体でなく、実際の人の皮膚と類似な皮膚を有するように、シリコンやホットフオームの如き柔軟な材質の外皮（１１０）を顔骨格に該当する内皮（１２０）に接着剤によって固定してその形状を維持する。そして、人間の脳に該当する機構部（１３０）は内皮（１２０）内に有機的に連結配置され、顔筋肉運動と感情表現を具現できるようにマイクロプロセッサー、センサー、モーター、エックチェイターなどで構成される。このような機構部（１３０）は、剛性が低いワイヤや糸などの線材を利用して内皮（１２０）に連結され、機構部（１３０）が動けば内皮（１２０）と外皮（１１０）かつ機構部（１３０）の動きに準じて動くように設計されている。前記内皮（１２０）は、顎をなす下部内皮（１２０ａ）と顎を除いた顔面部をなす上部内皮（１２０ｂ）とから構成されている。

このような形状のアンドロイド顔ロボットにおいて、表情を表すための手段として口腔の動きを具現できる口腔構造があり、このようなアンドロイド顔ロボットの口腔構造は、人間との親密感を与えることができるようにするために、人間の口腔構造と殆ど類似に設計されている。また、表情を表す他の要素である上唇を動かすことができるように設計することもある。

しかしながら、従来のアンドロイド顔ロボットは、表情を表す多数の要素中の一つである舌が無いか、単に形態のみを摸造した舌だけを有するので、より多様な表情の具現が難しい問題点がある。

もちろん現在も舌の動きを模写する装置があるが、このような装置の大半は構造が複雑であるため、維持補修が難しく、製造コストが上昇する。またアンドロイド顔ロボットに広く適用することができない他の問題点がある。

本発明は前記の従来の問題点を解決するために案出されたものであって、簡単な２自由度駆動装置を利用して舌本体を前後および上下方向に移動させることができるようにすることにより、アンドロイド顔ロボットに設ける場合、多様な表情を駆使できるようにするロボット用舌モジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は実際の舌と類似な質感を有しながら上下方向に曲がられるように舌本体を構成することにより、実際の舌と類似に動作するとともに外観上にも優れたロボット用舌モジュールを提供することを目的とする。

さらに、本発明はステップモーターとクランクアーム、回転アーム、およびワイヤを利用して、２自由度駆動装置を簡単に構成できるようにすることにより、装置の小型化を通じて現行のアンドロイド顔ロボットに適用できるようにするとともに、製作費用を節減できるロボット用舌モジュールを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために本発明は、人間の顔と外観が類似に形成され感情表現ができるようにしたアンドロイド顔ロボットに設けられるロボット用舌モジュールにおいて、柔らかな質感を表すように複合シリコン材質で形成された舌本体と；クランクアームとサーボモーターを利用して前記舌本体を前後方向に移動させる前後駆動部と；ワイヤとサーボモーターを利用して前記舌本体を上下方向に曲げる上下駆動部と；前記舌本体が直線移動するようにするリニアレール組立体と；を含むことを特徴とする。

また、本発明のロボット用舌モジュールによれば、前記舌本体は、屈曲が可能なプラスチック材質の骨組みと、前記骨組みを覆い被せ、舌の外観を形成する複合シリコン材質の外皮と、前記骨組みに一定間隔で形成され前記ワイヤを固定して前記骨組みが上下方向に曲がれるようにする複数個の角度調節ホルダーを含むことを特徴とする。

さらに、本発明のロボット用舌モジュールによれば、前記前後駆動部は、顔ロボットの内部に具備された固定ブラケットに設けられる第１サーボモーターと、前記第１サーボモーターによって発生した回転運動を直線運動に変換させて前記舌本体を前後移動させるクランクアームと、前方に前記舌本体が連結され前記クランクアームによって前後移動する可動ブラケットとを含むことを特徴とする。

また、本発明のロボット用舌モジュールによれば、前記上下駆動部は、前記可動ブラケットに設けられる第２サーボモーターと、前記舌本体の端部分を覆い被せるとともに前記舌本体に具備された角度調節ホルダーの上方と下方に各々掛かるように設けられ位置によって前記舌本体を屈曲させるワイヤと、前記第２サーボモーターの軸に設けられ両端部に前記ワイヤの両側端部が各々連結される回転アームとを含むことを特徴とする。

さらに、本発明のロボット用舌モジュールによれば、前記リニアレール組立体は、前記固定ブラケットと可動ブラケットの一方に設けられるリニアガイドと、前記固定ブラケットと可動ブラケットの他方に設けられて前記リニアガイドに対して摺動可能に挿入されるリニアバーからなることを特徴とする。

本発明のロボット用舌モジュールは、前後駆動装置を利用して舌本体を前後方向に移動させ上下駆動装置を利用して舌本体を上下方向に曲げることにより実際の舌と類似な動きを見せることができるので舌の動きを描写できる効果がある。

また、本発明のロボット用舌モジュールによれば、２つのサーボモーターとクランクアームおよびワイヤを利用して舌本体を前後方向および上下方向に動くようになるので、構造が簡単で維持補修費用が節減される効果がある。

さらに、本発明のロボット用舌モジュールは、簡単な構造により小型化が可能であるので、現行のアンドロイド顔ロボットに適用することができ、製作費用が節減される効果がある。

一般的なアンドロイド顔ロボットを概略的に示す構成図である。 本発明に係るロボット用舌モジュールを示す外観斜視図である。 本発明に係るロボット用舌モジュールを示す構造図である。 本発明に係るロボット用舌モジュールが適用されたアンドロイド顔ロボットの概念図である。 本発明に係るロボット用舌モジュールが適用されたアンドロイド顔ロボットにおいて、舌モジュールの動きを表した概要図である。

添付された図面を参照しつつ、本発明に係るロボット用舌モジュールを以下説明する。

本発明に係るロボット用舌モジュールは、図２と図３に示すように、柔らかな質感を表わすように複合シリコン材質で形成された舌本体（１０）と；クランクアーム（２６）とサーボモーター（２５）を利用して前記舌本体（１０）を前後方向に移動させる前後駆動部（２０）と；ワイヤ（３６）とサーボモーター（３５）を利用して前記舌本体（１０）を上下方向に曲げる上下駆動部（３０）と；前記舌本体（１０）が直線移動するようにするリニアレール組立体（４０）と；を含んでなり、図４と図５に示すように、人間の顔と外観が類似に形成され感情表現をすることができるようにしたアンドロイド顔ロボットに設けられる。

ここで、前記舌本体（１０）は、屈曲が可能なプラスチック材質の骨組み（１１）と、舌の外観を形成し前記骨組み（１１）を覆い被せている複合シリコン材質の外皮（１３）と、前記骨組み（１１）に一定間隔に形成され前記ワイヤ（３６）を固定して前記骨組み（１１）を上下方向へ屈曲可能に案内する複数個の角度調節ホルダー（１２）とを含んで構成される。

そして、前記前後駆動部（２０）は、顔ロボットの内部に具備された固定ブラケット（２１）に設けられる第１サーボモーター（２５）と、前記第１サーボモーター（２５）によって発生した回転運動を直線運動に変換させて前記舌本体（１０）を前後移動させるクランクアーム（２６）と、前方に前記舌本体（１０）が連結され前記クランクアーム（２６）によって前後移動する可動ブラケット（２２）からなる。

また、前記上下駆動部（３０）は、前記可動ブラケット（２２）に設けられる第２サーボモーター（３５）と、前記舌本体（１０）の端部分を覆い被せるとともに前記舌本体（１０）に具備された角度調節ホルダー（１２）の上方と下方に各々掛かるように設けられ、位置によって前記舌本体（１０）を屈曲させるワイヤ（３６）と、前記第２サーボモーター（３５）の軸に設けられ、両端部に前記ワイヤ（３６）の両側端部が各々連結される回転アーム（３７）とからなる。

前記リニアレール組立体（４０）は、前記固定ブラケット（２１）に設けられるリニアガイド（４２）と、前記可動ブラケット（２２）に設けられ前記リニアガイド（４２）に対して摺動可能に挿入されるリニアバー（４１）とからなる。勿論、前記可動ブラケット（２２）にリニアガイド（４２）が設けられ、前記固定ブラケット（２１）にリニアバー（４１）が設けられても差し支えない。

前記のように構成された本発明のロボット用舌モジュールは、ロボット顎関節とともに舌が動くようにすることにより、アンドロイド顔ロボットが一層多様な表情を駆使できるようにする。

舌は、一般的に生物の組織の中でも最も多彩な動きを見せる器官に該当するので、舌の動きを具体的に具現するには多くの制約が伴う。これによって、舌の動きの中で最も多く使われる突き出しと引き入れ、上下に曲げなど２自由度の動きが可能に舌モジュールを構成し、舌の柔らかな質感を表現するためにシリコン複合物で舌本体（１０）を製作する。

舌の突き出しと引き入れを描写するためには、前後駆動部（２０）を構成する第１サーボモーター（２５）を作動させる。前記第１サーボモーター（２５）を作動させるとクランクアーム（２６）によって前記舌本体（１０）が前後方向に動くことにより突き出しと引き入れ動作を遂行する。すなわち、前記第１サーボモーター（２５）によって前記クランクアーム（２６）が回転し、前記クランクアーム（２６）の回転に従って前記舌本体（１０）が設けられた可動ブラケット（２２）が前後方向に移動することにより、前記舌本体（１０）が前後に移動するようにするものである。このとき、前記第１サーボモーター（２５）が設けられた固定ブラケット（２１）と前記可動ブラケット（２２）との間に設けられるリニアレール組立体（４０）は、リニアガイド（４２）とリニアバー（４１）を利用して前記可動ブラケット（２２）が直線移動するようにする。このような方式を通じて前記舌本体（１０）を口腔の外側に突き出すか口腔の内側に引き入れるようになるので、顎関節とともに舌が動いて多様な表情を具現することができるようになる。

また、舌を上下に曲げようとする動作を描写するためには、上下駆動部（３０）を構成する第２サーボモーター（３５）を作動させる。前記可動ブラケット（２２）に設けられた前記第２サーボモーター（３５）を回転させると両側端部にワイヤ（３６）が連結された回転アーム（３７）が回転するようになり、前記回転アーム（３７）によって前記ワイヤ（３６）の一側端部は引き寄せられ、他側端部は解けて前記舌本体（１０）が上下に曲がるようになる。

このとき、前記舌本体（１０）の骨組み（１１）に一定間隔に形成された角度調節ホルダー（１２）により前記ワイヤ（２６）の動きに制約が発生する。この制約により、前記舌本体（１０）の骨組み（１１）が曲がりながら前記舌本体（１０）が全体または部分的に上下方向に動くようになることにより、前記舌本体（１０）が顎関節とともに表情を表すようにする。

上記においては、前記第１サーボモーター（２５）と第２サーボモーター（３５）が各々作動する旨を記載した。前記第１サーボモーター（２５）と第２サーボモーター（３５）は、互いに独立的に作動して前記舌本体（１０）の位置と曲げ程度を表すようになり、場合によって同時に作動することによりさらに多様な表情を表出できるようになる。

以上、好適な実施形態の例を通じて本発明について詳しく説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、多様に変更、応用されうることは当業者にとって明らかである。よって、本発明の真正な保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術的思想は、本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきである。

１０：舌本体、１１：骨組み、１２：角度調節ホルダー、１３：外皮、２０：前後駆動部、２１：固定ブラケット、２２：可動ブラケット、２５：第１サーボモーター、２６:クランクアーム、３０：上下駆動部、３５：第２サーボモーター、３６：ワイヤ、３７：回転アーム、４０：リニアレール組立体、４１：リニアバー、４２：リニアガイド

Claims (4)

1. 人間の顔と外観が類似に形成され、感情表現をすることができるようにしたアンドロイド顔ロボットに設けられるロボット用舌モジュールにおいて、
   柔らかな質感を表すように複合シリコン材質で形成された舌本体（１０）と；
   クランクアーム（２６）とサーボモーター（２５）を利用して前記舌本体（１０）を前後方向に移動させる前後駆動部（２０）と；
   ワイヤ（３６）とサーボモーター（３５）を利用して前記舌本体（１０）を上下方向に曲げる上下駆動部（３０）と；
   前記舌本体（１０）が直線移動するように案内するリニアレール組立体（４０）と；を含み、
   前記舌本体（１０）は、
   屈曲が可能なプラスチック材質の骨組み（１１）と、
   舌の外観を形成し前記骨組み（１１）を覆い被せている複合シリコン材質の外皮（１３）と、
   前記骨組み（１１）に一定間隔に形成され前記ワイヤ（３６）を固定して前記骨組み（１１）が上下方向に曲げられるようにする複数個の角度調節ホルダー（１２）とを含むことを特徴とするロボット用舌モジュール。
2. 前記前後駆動部（２０）は、
   顔ロボットの内部に具備された固定ブラケット（２１）に設けられる第１サーボモーター（２５）と、
   前記第１サーボモーター（２５）によって発生した回転運動を直線運動に変換させ前記舌本体（１０）を前後移動させるクランクアーム（２６）と、
   前方に前記舌本体（１０）が連結され、前記クランクアーム（２６）によって前後移動する可動ブラケット（２２）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のロボット用舌モジュール。
3. 前記上下駆動部（３０）は、
   前記可動ブラケット（２２）に設けられる第２サーボモーター（３５）と、
   前記舌本体（１０）の端部分を覆い被せるとともに前記舌本体（１０）に具備された角度調節ホルダー（１２）の上方と下方に各々掛かるように設けられ、位置によって前記舌本体（１０）を屈曲させるワイヤ（３６）と、
   前記第２サーボモーター（３５）の軸に設けられ両端部に前記ワイヤ（３６）の両側端部が各々連結される回転アーム（３７）とを含むことを特徴とする、請求項２に記載のロボット用舌モジュール。
4. 前記リニアレール組立体（４０）は、
   前記固定ブラケット（２１）と可動ブラケット（２２）の一方に設けられるリニアガイド（４２）と、
   前記固定ブラケット（２１）と可動ブラケット（２２）の他方に設けられ、前記リニアガイド（４２）に対して摺動可能に挿入されるリニアバー（４１）からなることを特徴とする、請求項２に記載のロボット用舌モジュール。

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