JP6517457B2 - 外皮を装着するロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに被せる外皮およびその取付構造に関する。

ヒューマノイドロボットやペットロボット等、人間との対話や癒しを提供する自律行動型ロボットの開発が進められている（例えば特許文献１参照）。このようなロボットは、周囲の状況に基づいて自律的に学習することで行動を進化させ、生き物に近い存在になっていくと予想される。近い将来、ペットが感じさせるような癒しをユーザに与えてくれるかもしれない。

特開２０００−３２３２１９号公報

ロボットを生き物のように感じさせる場合、その手触り感は重要である。思わず触りたくなるような存在であることがユーザにスキンシップを促し、ペットに対するような愛情を抱かせる。このような手触り感を実現するために、ロボットに外皮を被せることが考えらえる。しかし、外皮が着ぐるみのようでは、ロボットの動作に伴って不自然な皺がよるなど、外観上の違和感を生じさせる。このため、外皮をロボットの外面に適度にフィットさせるのが好ましい。また、ロボットに外皮を被せる作業が簡易であることが望ましい。

本発明は上記課題認識に基づいて完成された発明であり、その目的の一つは、ロボットに好適な外皮構造を提供することにある。

本発明のある態様は、本体に被せられる外皮を備えるロボットである。外皮は、本体に被せられることで本体に係合する係合部と、係合部から延びる延在部と、延在部に幅方向に延びるように取り付けられた硬質素材からなる取付部材と、を含む。取付部材が本体に固定されることで、外皮が本体に固定されている。

本発明の別の態様も、本体に被せられる外皮を備えるロボットである。本体の外面に沿って凹状嵌合部が延設されている。外皮に凹状嵌合部と相補形状の嵌合部材が設けられている。嵌合部材が凹状嵌合部に嵌合することにより、外皮が本体に固定されている。

本発明のさらに別の態様は、ロボットの本体に被せられる外皮である。この外皮は、本体の外面に沿って延設された凹状嵌合部と相補形状の嵌合部材が設けられ、その嵌合部材を凹状嵌合部に嵌合させることにより本体に固定される。

本発明によれば、ロボットに好適な外皮構造を提供できる。

実施形態に係るロボットの外観を表す図である。 ロボットの構造を概略的に表す断面図である。 ロボットの構造をフレームを中心に表す側面図である。 ロボットシステムの構成図である。 感情マップの概念図である。 ロボットのハードウェア構成図である。 ロボットシステムの機能ブロック図である。 ロボットに外皮が装着された状態を表す図である。 ロボットから外皮を取り除いた状態を表す図である。 外皮のみを表す図である。 外皮の展開図である。 基材の裁断図である。 基材における伸縮向上領域を示す部分拡大図である。 外皮の裏面（内面）を表す図である。 外皮の取付方法を表す図である。 図１５（ｃ）のＢ部拡大図であり、外皮の固定方法を表す図である。 変形例に係る外皮の基材に形成される空隙態様を表す図である。 変形例に係る外皮の基材に形成される空隙態様を表す図である。 他の変形例による外皮の固定方法を表す図である。 他の変形例に係るロボットから外皮を取り除いた状態を表す図である。 外皮のみを表す図である。 ロボットに外皮が装着された状態を表す図である。 他の変形例に係る外皮およびその固定方法を表す図である。 他の変形例に係る外皮を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。

図１は、実施形態に係るロボット１００の外観を表す図である。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。
ロボット１００は、外部環境および内部状態に基づいて行動や仕草（ジェスチャー）を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット１００の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。

ロボット１００は、屋内行動が前提とされており、例えば、オーナー家庭の家屋内を行動範囲とする。以下、ロボット１００に関わる人間を「ユーザ」とよび、ロボット１００が所属する家庭の構成員となるユーザのことを「オーナー」とよぶ。

ロボット１００のボディ１０４は、全体的に丸みを帯びた形状を有し、柔軟で弾力性のある素材により形成された外皮３１４を含む。ロボット１００に服を着せてもよい。丸くてやわらかく、手触りのよいボディ１０４とすることで、ロボット１００はユーザに安心感とともに心地よい触感を提供する。この外皮３１４およびその取付構造の詳細については後述する。

ロボット１００は、総重量が１５キログラム以下、好ましくは１０キログラム以下、さらに好ましくは、５キログラム以下である。ロボット１００の身長は１．２メートル以下、好ましくは、０．７メートル以下である。ユーザは、乳児を抱っこするのと同等の労力でロボット１００を抱っこできる。

ロボット１００は、３輪走行するための３つの車輪を備える。図示のように、一対の前輪１０２（左輪１０２ａ，右輪１０２ｂ）と、一つの後輪１０３を含む。前輪１０２が駆動輪であり、後輪１０３が従動輪である。前輪１０２は、操舵機構を有しないが、回転速度や回転方向が個別に制御可能とされている。後輪１０３は、いわゆるオムニホイールからなり、ロボット１００を前後左右への移動させるために回転自在となっている。左輪１０２ａよりも右輪１０２ｂの回転数を大きくすることで、ロボット１００が左折したり、左回りに回転できる。右輪１０２ｂよりも左輪１０２ａの回転数を大きくすることで、ロボット１００が右折したり、右回りに回転できる。

前輪１０２および後輪１０３は、後述する駆動機構（回動機構、リンク機構）によりボディ１０４に完全収納できる。走行時においても各車輪の大部分はボディ１０４に隠れているが、各車輪がボディ１０４に完全収納されるとロボット１００は移動不可能な状態となる。すなわち、車輪の収納動作に伴ってボディ１０４が降下し、床面Ｆに着座する。この着座状態においては、ボディ１０４の底部に形成された平坦状の着座面１０８（接地底面）が床面Ｆに当接する。

ロボット１００は、２つの手１０６を有する。手１０６には、モノを把持する機能はない。手１０６は上げる、振る、振動するなど簡単な動作が可能である。２つの手１０６も個別制御可能である。

ロボット１００の頭部正面（顔）には２つの目１１０が設けられている。目１１０には高解像度カメラ４０２が内蔵される。目１１０は、液晶素子または有機ＥＬ素子による画像表示も可能である。ロボット１００は、スピーカーを内蔵し、簡単な音声を発することもできる。ロボット１００の頭頂部にはツノ１１２が取り付けられる。

本実施形態のロボット１００は、ツノ１１２に全天球カメラ４００（第１のカメラ）が内蔵される。全天球カメラ４００は、魚眼レンズにより上下左右全方位（３６０度：特に、ロボット１００の上方略全域）を一度に撮影できる。目１１０に内蔵される高解像度カメラ４０２（第２のカメラ）は、ロボット１００の正面方向のみを撮影できる。全天球カメラ４００は撮影範囲が広いが高解像度カメラ４０２よりは解像度が低い。

このほか、ロボット１００は、周辺温度分布を画像化する温度センサ（サーモセンサ）、複数のマイクロフォンを有するマイクロフォンアレイ、計測対象の形状を測定可能な形状測定センサ（深度センサ）、超音波センサなどさまざまなセンサを内蔵する。

図２は、ロボット１００の構造を概略的に表す断面図である。図３は、ロボット１００の構造をフレームを中心に表す側面図である。図２は図３のＡ−Ａ矢視断面に対応する。
図２に示すように、ロボット１００のボディ１０４は、ベースフレーム３０８、本体フレーム３１０、一対のホイールカバー３１２および外皮３１４を含む。ベースフレーム３０８は、金属からなり、ボディ１０４の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム３０８は、アッパープレート３３２とロアプレート３３４とを複数のサイドプレート３３６により上下に連結して構成される。複数のサイドプレート３３６間には通気が可能となるよう、十分な間隔が設けられている。ベースフレーム３０８の内方には、バッテリー１１８、制御回路３４２および各種アクチュエータ等が収容されている。

本体フレーム３１０は、樹脂材からなり、頭部フレーム３１６および胴部フレーム３１８を含む。頭部フレーム３１６は、中空半球状をなし、ロボット１００の頭部骨格を形成する。胴部フレーム３１８は、段付筒形状をなし、ロボット１００の胴部骨格を形成する。胴部フレーム３１８は、ベースフレーム３０８と一体に固定されている。頭部フレーム３１６は、内部機構およびジョイント３３０等を介してアッパープレート３３２に接続され、胴部フレーム３１８に対して相対変位可能に組み付けられている。

頭部フレーム３１６には、ヨー軸３２１、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３の３軸と、各軸を回転駆動するアクチュエータ３２４，３２５が設けられている。アクチュエータ３２４は、ヨー軸３２１を駆動するためのサーボモータを含む。アクチュエータ３２５は、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３をそれぞれ駆動するための複数のサーボモータを含む。首振り動作のためにヨー軸３２１が駆動され、頷き動作，見上げ動作および見下ろし動作のためにピッチ軸３２２が駆動され、首を傾げる動作のためにロール軸３２３が駆動される。頭部フレーム３１６の上部には、ヨー軸３２１に支持されるプレート３２６が固定されている。

頭部フレーム３１６およびその内部機構を下方から支持するように、金属製のベースプレート３２８が設けられている。ベースプレート３２８は、ジョイント３３０を介してアッパープレート３３２（ベースフレーム３０８）と連結されている。ベースプレート３２８には支持台３３５が設けられ、アクチュエータ３２４，３２５およびクロスリンク機構３２９（パンタグラフ機構）が支持されている。クロスリンク機構３２９は、アクチュエータ３２４，３２５を上下に連結し、それらの間隔を変化させることができる。

より詳細には、アクチュエータ３２５のロール軸３２３が、図示略のギア機構を介して支持台３３５に連結されている。アクチュエータ３２５のピッチ軸３２２は、クロスリンク機構３２９の下端部に連結されている。一方、クロスリンク機構３２９の上端部にアクチュエータ３２４が固定されている。アクチュエータ３２４のヨー軸３２１が、プレート３２６に連結されている。なお、アクチュエータ３２５には、クロスリンク機構３２９を伸縮駆動するための図示略の回転駆動機構が設けられている。

このような構成により、ロール軸３２３を回転させることにより、アクチュエータ３２５と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ローリング）させることができ、首を傾げる動作を実現できる。また、ピッチ軸３２２を回転させることにより、クロスリンク機構３２９と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ピッチング）させることができ、頷き動作等を実現できる。ヨー軸３２１を回転させることにより、プレート３２６と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ヨーイング）させることができ、首振り動作を実現できる。さらに、クロスリンク機構３２９を伸縮させることにより、首の伸縮動作を実現できる。

胴部フレーム３１８は、ベースフレーム３０８および車輪駆動機構３７０を収容している。図３にも示すように、車輪駆動機構３７０は、前輪駆動機構３７４および後輪駆動機構３７６を含む。胴部フレーム３１８は、ボディ１０４のアウトラインに丸みをもたせるよう、上半部３８０が滑らかな曲面形状とされている。上半部３８０は、首部に対応する上部に向けて徐々に小幅となるように形成されている。胴部フレーム３１８の下半部３８２は、ホイールカバー３１２との間に前輪１０２の収納スペースＳを形成するために小幅とされている。上半部３８０と下半部３８２との境界は段差形状となっている。

下半部３８２を構成する左右の側壁は互いに平行とされ、前輪駆動機構３７４の後述する回動軸３７８を貫通させ、これを支持している。下半部３８２の下端開口部を閉止するようにロアプレート３３４が設けられている。言い換えれば、ベースフレーム３０８は、胴部フレーム３１８の下端部に固定され、支持されている。

一対のホイールカバー３１２は、胴部フレーム３１８の下半部３８２を左右から覆うように設けられている。ホイールカバー３１２は、樹脂からなり、胴部フレーム３１８の上半部３８０と連続した滑らかな外面（曲面）を形成するように組み付けられている。ホイールカバー３１２の上端部が、上半部３８０の下端部に沿って連結されている。それにより、下半部３８２の側壁とホイールカバー３１２との間に、下方に向けて開放される収納スペースＳが形成されている。

外皮３１４は、ウレタンスポンジからなり、本体フレーム３１０を外側から覆う。手１０６は、外皮３１４と一体に形成されている。外皮３１４の上端部には、開口部３９０が設けられる。ツノ１１２の下端部が、開口部３９０を介して頭部フレーム３１６に接続されている。ツノ１１２は、関節として機能するジョイント機構４０１を有する。ツノ１１２に過負荷がかかると、ジョイント機構４０１の脱臼作用によりその荷重が逃がされ、ツノ１１２の破損が防止される。また、制御回路３４２につながる（電源線１３０，信号線１３２）が、ジョイント機構４０１を貫通して全天球カメラ４００に接続されている。

前輪駆動機構３７４は、前輪１０２を回転させるための回転駆動機構と、前輪１０２を収納スペースＳから進退させるための収納作動機構とを含む。すなわち、前輪駆動機構３７４は、回動軸３７８およびアクチュエータ３７９を含む。前輪１０２は、その中心部にダイレクトドライブモータ（以下「ＤＤモータ」と表記する）３９６を有する。ＤＤモータ３９６は、アウターロータ構造を有し、ステータが車軸３９８に固定され、ロータが前輪１０２のホイール３９７に同軸状に固定されている。車軸３９８は、アーム３５０を介して回動軸３７８と一体化されている。胴部フレーム３１８の下部側壁には、回動軸３７８を貫通させつつ回動可能に支持する軸受３５２が埋設されている。軸受３５２には、胴部フレーム３１８の内外を気密にシールするためのシール構造（軸受シール）が設けられている。アクチュエータ３７９の駆動により、前輪１０２を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。

後輪駆動機構３７６は、回動軸３５４およびアクチュエータ３５６を含む。回動軸３５４からは２本のアーム３５８が延び、その先端に車軸３６０が一体に設けられている。車軸３６０に後輪１０３が回転可能に支持されている。胴部フレーム３１８の下部側壁には、回動軸３５４を貫通させつつ回動可能に支持する図示略の軸受が埋設されている。その軸受にも軸シール構造が設けられている。アクチュエータ３５６の駆動により、後輪１０３を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。

車輪収納時には、アクチュエータ３７９，３５６が一方向に駆動される。このとき、アーム３５０が回動軸３７８を中心に回動し、前輪１０２が床面Ｆから上昇する。また、アーム３５８が回動軸３５４を中心に回動し、後輪１０３が床面Ｆから上昇する。それにより、ボディ１０４が降下し、着座面１０８が床面Ｆに接地する。これにより、ロボット１００がお座りした状態が実現される。アクチュエータ３７９，３５６を反対方向に駆動することにより、各車輪を収納スペースＳから進出させ、ロボット１００を立ち上がらせることができる。

手１０６を駆動するための駆動機構は、外皮３１４に埋設されたワイヤ１３４と、その駆動回路３４０（通電回路）を含む。ワイヤ１３４は、本実施形態では形状記憶合金線からなり、加熱されると収縮硬化し、徐熱されると弛緩伸長する。ワイヤ１３４の両端から引き出されたリード線が、駆動回路３４０に接続されている。駆動回路３４０のスイッチがオンされるとワイヤ１３４（形状記憶合金線）に通電がなされる。

ワイヤ１３４は、外皮３１４から手１０６に延びるようにモールド又は編み込まれている。ワイヤ１３４の両端から胴部フレーム３１８の内方にリード線が引き出されている。ワイヤ１３４は外皮３１４の左右に１本ずつ設けてもよいし、複数本ずつ並列に設けてもよい。ワイヤ１３４に通電することで手１０６を上げることができ、通電遮断することで手１０６を下げることができる。

ロボット１００は、ピッチ軸３２２の回転角度を制御することにより、視線（点線矢印参照）の角度を調整できる。なお、本実施形態では便宜上、ピッチ軸３２２と目１１０とを通る仮想直線の方向を視線の方向とする。高解像度カメラ４０２の光軸は視線と一致する。また、後述の演算処理を容易にするため、全天球カメラ４００とピッチ軸３２２とを結ぶ直線と視線とが直角となるように設定されている。

頭部フレーム３１６は、ベースプレート３２８およびジョイント３３０等を介して胴部フレーム３１８と連結されている。図示のように、頭部フレーム３１６と胴部フレーム３１８との間には、上下方向に十分な間隔が確保されているため、ピッチ軸３２２を中心とする頭部フレーム３１６の可動範囲（回転範囲）を大きくとることができる。本実施形態では、この可動範囲を９０度とし、視線が水平となる状態から上下に４５度ずつとしている。すなわち、ロボット１００の視線が上向く角度（見上げ角）の限界値が４５度とされ、視線が下向く角度（見下ろし角）の限界値も４５度とされている。

図４は、ロボットシステム３００の構成図である。
ロボットシステム３００は、ロボット１００、サーバ２００および複数の外部センサ１１４を含む。家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ１１４（外部センサ１１４ａ、１１４ｂ、・・・、１１４ｎ）が設置される。外部センサ１１４は、家屋の壁面に固定されてもよいし、床に載置されてもよい。サーバ２００には、外部センサ１１４の位置座標が登録される。位置座標は、ロボット１００の行動範囲として想定される家屋内においてｘ，ｙ座標として定義される。

ロボット１００の内蔵するセンサおよび複数の外部センサ１１４から得られる情報に基づいて、サーバ２００がロボット１００の基本行動を決定する。

外部センサ１１４は、定期的に外部センサ１１４のＩＤ（以下、「ビーコンＩＤ」とよぶ）を含む無線信号（以下、「ロボット探索信号」とよぶ）を送信する。ロボット１００はロボット探索信号を受信するとビーコンＩＤを含む無線信号（以下、「ロボット返答信号」とよぶ）を返信する。サーバ２００は、外部センサ１１４がロボット探索信号を送信してからロボット返答信号を受信するまでの時間を計測し、外部センサ１１４からロボット１００までの距離を測定する。複数の外部センサ１１４とロボット１００とのそれぞれの距離を計測することで、ロボット１００の位置座標を特定する。

図５は、感情マップ１１６の概念図である。
感情マップ１１６は、サーバ２００に格納されるデータテーブルである。ロボット１００は、感情マップ１１６にしたがって行動選択する。感情マップ１１６は、ロボット１００の場所に対する好悪感情の大きさを示す。感情マップ１１６のｘ軸とｙ軸は、二次元空間座標を示す。ｚ軸は、好悪感情の大きさを示す。ｚ値が正値のときにはその場所に対する好感が高く、ｚ値が負値のときにはその場所を嫌悪していることを示す。

感情マップ１１６において、座標Ｐ１は、ロボット１００の行動範囲としてサーバ２００が管理する屋内空間のうち好感情が高い地点（以下、「好意地点」とよぶ）である。好意地点は、ソファの陰やテーブルの下などの「安全な場所」であってもよいし、リビングのように人が集まりやすい場所、賑やかな場所であってもよい。また、過去にやさしく撫でられたり、触れられたりした場所であってもよい。ロボット１００がどのような場所を好むかという定義は任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が好む場所を好意地点として設定することが望ましい。

座標Ｐ２は、悪感情が高い地点（以下、「嫌悪地点」とよぶ）である。嫌悪地点は、テレビの近くなど大きな音がする場所、お風呂や洗面所のように濡れやすい場所、閉鎖空間や暗い場所、ユーザから乱暴に扱われたことがある不快な記憶に結びつく場所などであってもよい。ロボット１００がどのような場所を嫌うかという定義も任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が怖がる場所を嫌悪地点として設定することが望ましい。

座標Ｑは、ロボット１００の現在位置を示す。複数の外部センサ１１４が定期的に送信するロボット探索信号とそれに対するロボット返答信号により、サーバ２００はロボット１００の位置座標を特定する。例えば、ビーコンＩＤ＝１の外部センサ１１４とビーコンＩＤ＝２の外部センサ１１４がそれぞれロボット１００を検出したとき、２つの外部センサ１１４からロボット１００の距離を求め、そこからロボット１００の位置座標を求める。感情マップ１１６が与えられた場合、ロボット１００は好意地点（座標Ｐ１）に引き寄せられる方向、嫌悪地点（座標Ｐ２）から離れる方向に移動する。

感情マップ１１６は動的に変化する。ロボット１００が座標Ｐ１に到達すると、座標Ｐ１におけるｚ値（好感情）は時間とともに低下する。これにより、ロボット１００は好意地点（座標Ｐ１）に到達して、「感情が満たされ」、やがて、その場所に「飽きてくる」という生物的行動をエミュレートできる。同様に、座標Ｐ２における悪感情も時間とともに緩和される。時間経過とともに新たな好意地点や嫌悪地点が生まれ、それによってロボット１００は新たな行動選択を行う。ロボット１００は、新しい好意地点に「興味」を持ち、絶え間なく行動選択する。

感情マップ１１６は、ロボット１００の内部状態として、感情の起伏を表現する。ロボット１００は、好意地点を目指し、嫌悪地点を避け、好意地点にしばらくとどまり、やがてまた次の行動を起こす。このような制御により、ロボット１００の行動選択を人間的・生物的なものにできる。

なお、ロボット１００の行動に影響を与えるマップ（以下、「行動マップ」と総称する）は、図５に示したようなタイプの感情マップ１１６に限らない。例えば、好奇心、恐怖を避ける気持ち、安心を求める気持ち、静けさや薄暗さ、涼しさや暖かさといった肉体的安楽を求める気持ち、などさまざまな行動マップを定義可能である。そして、複数の行動マップそれぞれのｚ値を重み付け平均することにより、ロボット１００の目的地点を決定してもよい。

ロボット１００は、行動マップとは別に、さまざまな感情や感覚の大きさを示すパラメータを有する。例えば、寂しさという感情パラメータの値が高まっているときには、安心する場所を評価する行動マップの重み付け係数を大きく設定し、目標地点に到達することでこの感情パラメータの値を低下させる。同様に、つまらないという感覚を示すパラメータの値が高まっているときには、好奇心を満たす場所を評価する行動マップの重み付け係数を大きく設定すればよい。

図６は、ロボット１００のハードウェア構成図である。
ロボット１００は、内部センサ１２８、通信機１２６、記憶装置１２４、プロセッサ１２２、駆動機構１２０およびバッテリー１１８を含む。駆動機構１２０は、上述した車輪駆動機構３７０を含む。プロセッサ１２２と記憶装置１２４は、制御回路３４２に含まれる。各ユニットは電源線１３０および信号線１３２により互いに接続される。バッテリー１１８は、電源線１３０を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線１３２により制御信号を送受する。バッテリー１１８は、リチウムイオン二次電池であり、ロボット１００の動力源である。

内部センサ１２８は、ロボット１００が内蔵する各種センサの集合体である。具体的には、カメラ（全天球カメラ）、マイクロフォンアレイ、測距センサ（赤外線センサ）、サーモセンサ、タッチセンサ、加速度センサ、ニオイセンサ、タッチセンサなどである。タッチセンサは、外皮３１４と本体フレーム３１０の間に設置され、ユーザのタッチを検出する。ニオイセンサは、匂いの元となる分子の吸着によって電気抵抗が変化する原理を応用した既知のセンサである。

通信機１２６は、サーバ２００や外部センサ１１４、ユーザの有する携帯機器など各種の外部機器を対象として無線通信を行う通信モジュールである。記憶装置１２４は、不揮発性メモリおよび揮発性メモリにより構成され、コンピュータプログラムや各種設定情報を記憶する。プロセッサ１２２は、コンピュータプログラムの実行手段である。駆動機構１２０は、内部機構を制御するアクチュエータである。このほかには、表示器やスピーカーなども搭載される。

プロセッサ１２２は、通信機１２６を介してサーバ２００や外部センサ１１４と通信しながら、ロボット１００の行動選択を行う。内部センサ１２８により得られるさまざまな外部情報も行動選択に影響する。駆動機構１２０は、主として、車輪（前輪１０２）と頭部（頭部フレーム３１６）を制御する。駆動機構１２０は、２つの前輪１０２それぞれの回転速度や回転方向を変化させることにより、ロボット１００の移動方向や移動速度を変化させる。また、駆動機構１２０は、車輪（前輪１０２および後輪１０３）を昇降させることもできる。車輪が上昇すると、車輪はボディ１０４に完全に収納され、ロボット１００は着座面１０８にて床面Ｆに当接し、着座状態となる。また、駆動機構１２０は、ワイヤ１３４を介して、手１０６を制御する。

図７は、ロボットシステム３００の機能ブロック図である。
上述のように、ロボットシステム３００は、ロボット１００、サーバ２００および複数の外部センサ１１４を含む。ロボット１００およびサーバ２００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。ロボット１００の機能の一部はサーバ２００により実現されてもよいし、サーバ２００の機能の一部または全部はロボット１００により実現されてもよい。

（サーバ２００）
サーバ２００は、通信部２０４、データ処理部２０２およびデータ格納部２０６を含む。通信部２０４は、外部センサ１１４およびロボット１００との通信処理を担当する。データ格納部２０６は各種データを格納する。データ処理部２０２は、通信部２０４により取得されたデータおよびデータ格納部２０６に格納されるデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部２０２は、通信部２０４およびデータ格納部２０６のインタフェースとしても機能する。

データ格納部２０６は、モーション格納部２３２、マップ格納部２１６および個人データ格納部２１８を含む。ロボット１００は、複数の動作パターン（モーション）を有する。手１０６を震わせる、蛇行しながらオーナーに近づく、首をかしげたままオーナーを見つめる、などさまざまなモーションが定義される。

モーション格納部２３２は、モーションの制御内容を定義する「モーションファイル」を格納する。各モーションは、モーションＩＤにより識別される。モーションファイルは、ロボット１００のモーション格納部１６０にもダウンロードされる。どのモーションを実行するかは、サーバ２００で決定されることもあるし、ロボット１００で決定されることもある。

ロボット１００のモーションの多くは、複数の単位モーションを含む複合モーションとして構成される。例えば、ロボット１００がオーナーに近づくとき、オーナーの方に向き直る単位モーション、手を上げながら近づく単位モーション、体を揺すりながら近づく単位モーション、両手を上げながら着座する単位モーションの組み合わせとして表現されてもよい。このような４つのモーションの組み合わせにより、「オーナーに近づいて、途中で手を上げて、最後は体をゆすった上で着座する」というモーションが実現される。モーションファイルには、ロボット１００に設けられたアクチュエータの回転角度や角速度などが時間軸に関連づけて定義される。モーションファイル（アクチュエータ制御情報）にしたがって、時間経過とともに各アクチュエータを制御することで様々なモーションが表現される。

以下、いつ、どのモーションを選ぶか、モーションを実現する上での各アクチュエータの出力調整など、ロボット１００の行動制御に関わる設定のことを「行動特性」と総称する。ロボット１００の行動特性は、モーション選択アルゴリズム、モーションの選択確率、モーションファイル等により定義される。

マップ格納部２１６は、複数の行動マップのほか、椅子やテーブルなどの障害物の配置状況を示すマップも格納する。個人データ格納部２１８は、ユーザ、特に、オーナーの情報を格納する。具体的には、ユーザに対する親密度とユーザの身体的特徴・行動的特徴を示すマスタ情報を格納する。年齢や性別などの他の属性情報を格納してもよい。

ロボット１００は、ユーザごとに親密度という内部パラメータを有する。ロボット１００が、自分を抱き上げる、声をかけてくれるなど、自分に対して好意を示す行動を認識したとき、そのユーザに対する親密度が高くなる。ロボット１００に関わらないユーザや、乱暴を働くユーザ、出会う頻度が低いユーザに対する親密度は低くなる。

データ処理部２０２は、位置管理部２０８、マップ管理部２１０、認識部２１２、動作制御部２２２、親密度管理部２２０および状態管理部２４４を含む。位置管理部２０８は、ロボット１００の位置座標を、図４を用いて説明した方法にて特定する。位置管理部２０８はユーザの位置座標もリアルタイムで追跡してもよい。

状態管理部２４４は、充電率や内部温度、プロセッサ１２２の処理負荷などの各種物理状態など各種内部パラメータを管理する。状態管理部２４４は、感情管理部２３４を含む。感情管理部２３４は、ロボット１００の感情（寂しさ、好奇心、承認欲求など）を示すさまざまな感情パラメータを管理する。これらの感情パラメータは常に揺らいでいる。感情パラメータに応じて複数の行動マップの重要度が変化し、行動マップによってロボット１００の移動目標地点が変化し、ロボット１００の移動や時間経過によって感情パラメータが変化する。

例えば、寂しさを示す感情パラメータが高いときには、感情管理部２３４は安心する場所を評価する行動マップの重み付け係数を大きく設定する。ロボット１００が、この行動マップにおいて寂しさを解消可能な地点に至ると、感情管理部２３４は寂しさを示す感情パラメータを低下させる。また、後述の応対行為によっても各種感情パラメータは変化する。例えば、オーナーから「抱っこ」をされると寂しさを示す感情パラメータは低下し、長時間にわたってオーナーを視認しないときには寂しさを示す感情パラメータは少しずつ増加する。

マップ管理部２１０は、複数の行動マップについて図５に関連して説明した方法にて各座標のパラメータを変化させる。マップ管理部２１０は、複数の行動マップのいずれかを選択してもよいし、複数の行動マップのｚ値を加重平均してもよい。例えば、行動マップＡでは座標Ｒ１、座標Ｒ２におけるｚ値が４と３であり、行動マップＢでは座標Ｒ１、座標Ｒ２におけるｚ値が−１と３であるとする。単純平均の場合、座標Ｒ１の合計ｚ値は４−１＝３、座標Ｒ２の合計ｚ値は３＋３＝６であるから、ロボット１００は座標Ｒ１ではなく座標Ｒ２の方向に向かう。行動マップＡを行動マップＢの５倍重視するときには、座標Ｒ１の合計ｚ値は４×５−１＝１９、座標Ｒ２の合計ｚ値は３×５＋３＝１８であるから、ロボット１００は座標Ｒ１の方向に向かう。

認識部２１２は、外部環境を認識する。外部環境の認識には、温度や湿度に基づく天候や季節の認識、光量や温度に基づく物陰（安全地帯）の認識など多様な認識が含まれる。ロボット１００の認識部１５６は、内部センサ１２８により各種の環境情報を取得し、これを一次処理した上でサーバ２００の認識部２１２に転送する。

具体的には、ロボット１００の認識部１５６は、画像から移動物体、特に、人物や動物に対応する画像領域を抽出し、抽出した画像領域から移動物体の身体的特徴や行動的特徴を示す特徴量の集合として「特徴ベクトル」を抽出する。特徴ベクトル成分（特徴量）は、各種身体的・行動的特徴を定量化した数値である。例えば、人間の目の横幅は０〜１の範囲で数値化され、１つの特徴ベクトル成分を形成する。人物の撮像画像から特徴ベクトルを抽出する手法については、既知の顔認識技術の応用である。ロボット１００は、特徴ベクトルをサーバ２００に送信する。

サーバ２００の認識部２１２は、更に、人物認識部２１４と応対認識部２２８を含む。
人物認識部２１４は、ロボット１００の内蔵カメラによる撮像画像から抽出された特徴ベクトルと、個人データ格納部２１８にあらかじめ登録されているユーザ（クラスタ）の特徴ベクトルと比較することにより、撮像されたユーザがどの人物に該当するかを判定する（ユーザ識別処理）。人物認識部２１４は、表情認識部２３０を含む。表情認識部２３０は、ユーザの表情を画像認識することにより、ユーザの感情を推定する。なお、人物認識部２１４は、人物以外の移動物体、例えば、ペットである猫や犬についてもユーザ識別処理を行う。

応対認識部２２８は、ロボット１００になされたさまざまな応対行為を認識し、快・不快行為に分類する。応対認識部２２８は、また、ロボット１００の行動に対するオーナーの応対行為を認識することにより、肯定・否定反応に分類する。快・不快行為は、ユーザの応対行為が、生物として心地よいものであるか不快なものであるかにより判別される。例えば、抱っこされることはロボット１００にとって快行為であり、蹴られることはロボット１００にとって不快行為である。肯定・否定反応は、ユーザの応対行為が、ユーザの快感情を示すものか不快感情を示すものであるかにより判別される。例えば、抱っこされることはユーザの快感情を示す肯定反応であり、蹴られることはユーザの不快感情を示す否定反応である。

動作制御部２２２は、ロボット１００の動作制御部１５０と協働して、ロボット１００のモーションを決定する。動作制御部２２２は、マップ管理部２１０による行動マップ選択に基づいて、ロボット１００の移動目標地点とそのための移動ルートを作成する。動作制御部２２２は、複数の移動ルートを作成し、その上で、いずれかの移動ルートを選択してもよい。

動作制御部２２２は、モーション格納部２３２の複数のモーションからロボット１００のモーションを選択する。各モーションには状況ごとに選択確率が対応づけられている。例えば、オーナーから快行為がなされたときには、モーションＡを２０％の確率で実行する、気温が３０度以上となったとき、モーションＢを５％の確率で実行する、といった選択方法が定義される。行動マップに移動目標地点や移動ルートが決定され、後述の各種イベントによりモーションが選択される。

親密度管理部２２０は、ユーザごとの親密度を管理する。上述したように、親密度は個人データ格納部２１８において個人データの一部として登録される。快行為を検出したとき、親密度管理部２２０はそのオーナーに対する親密度をアップさせる。不快行為を検出したときには親密度はダウンする。また、長期間視認していないオーナーの親密度は徐々に低下する。

（ロボット１００）
ロボット１００は、通信部１４２、データ処理部１３６、データ格納部１４８、内部センサ１２８、および駆動機構１２０を含む。通信部１４２は、通信機１２６（図６参照）に該当し、外部センサ１１４、サーバ２００および他のロボット１００との通信処理を担当する。データ格納部１４８は各種データを格納する。データ格納部１４８は、記憶装置１２４（図６参照）に該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２により取得されたデータおよびデータ格納部１４８に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１３６は、プロセッサ１２２およびプロセッサ１２２により実行されるコンピュータプログラムに該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２、内部センサ１２８、駆動機構１２０およびデータ格納部１４８のインタフェースとしても機能する。

データ格納部１４８は、ロボット１００の各種モーションを定義するモーション格納部１６０を含む。モーション格納部１６０には、サーバ２００のモーション格納部２３２から各種モーションファイルがダウンロードされる。モーションは、モーションＩＤによって識別される。前輪１０２を収容して着座する、手１０６を持ち上げる、２つの前輪１０２を逆回転させることで、あるいは、片方の前輪１０２だけを回転させることでロボット１００を回転行動させる、前輪１０２を収納した状態で前輪１０２を回転させることで震える、ユーザから離れるときにいったん停止して振り返る、などのさまざまなモーションを表現するために、各種アクチュエータ（駆動機構１２０）の動作タイミング、動作時間、動作方向などがモーションファイルにおいて時系列定義される。

データ格納部１４８には、マップ格納部２１６および個人データ格納部２１８からも各種データがダウンロードされてもよい。

内部センサ１２８は、各種センサの集合体である。内部センサ１２８は、マイクロフォンアレイ４０４、カメラ４１０、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８を含む。マイクロフォンアレイ４０４は、複数のマイクロフォンをつなぎ合わせたユニットであり、音を検出する音声センサである。マイクロフォンアレイ４０４は、音を検出し、音源の方向を検出可能なデバイスであればよい。マイクロフォンアレイ４０４は、頭部フレーム３１６に内蔵される。音源と各マイクロフォンの距離は一致しないため、集音タイミングにばらつきが生じる。このため、各マイクロフォンにおける音の強さと位相から音源の位置を特定できる。ロボット１００は、マイクロフォンアレイ４０４により音源の位置、特に音源の方向を検出する。

カメラ４１０は外部を撮影するデバイスである。カメラ４１０は、全天球カメラ４００と高解像度カメラ４０２を含む。温度センサ４０６は、外部環境の温度分布を検出し、画像化する。形状測定センサ４０８は、プロジェクタから近赤外線を照射し、近赤外線カメラにて近赤外線の反射光を検出することにより、対象物体の深度、ひいては、凹凸形状を読み取る赤外線深度センサである。

データ処理部１３６は、認識部１５６、動作制御部１５０およびセンサ制御部１５２を含む。動作制御部１５０は、サーバ２００の動作制御部２２２とともにロボット１００の移動方向を決める。行動マップに基づく移動をサーバ２００で決定し、障害物をよけるなどの即時的移動をロボット１００で決定してもよい。駆動機構１２０は、動作制御部１５０の指示にしたがって前輪１０２を駆動することで、ロボット１００を移動目標地点に向かわせる。

動作制御部１５０は、サーバ２００の動作制御部２２２と協働してロボット１００のモーションを決める。一部のモーションについてはサーバ２００で決定し、他のモーションについてはロボット１００で決定してもよい。また、ロボット１００がモーションを決定するが、ロボット１００の処理負荷が高いときにはサーバ２００がモーションを決定するとしてもよい。サーバ２００においてベースとなるモーションを決定し、ロボット１００において追加のモーションを決定してもよい。モーションの決定処理をサーバ２００およびロボット１００においてどのように分担するかはロボットシステム３００の仕様に応じて設計すればよい。

ロボット１００の動作制御部１５０は、サーバ２００の動作制御部２２２とともにロボット１００の移動方向を決める。行動マップに基づく移動をサーバ２００で決定し、障害物をよけるなどの即時的移動をロボット１００の動作制御部１５０により決定してもよい。駆動機構１２０は、動作制御部１５０の指示にしたがって前輪１０２を駆動することで、ロボット１００を移動目標地点に向かわせる。

ロボット１００の動作制御部１５０は選択したモーションを駆動機構１２０に実行指示する。駆動機構１２０は、モーションファイルにしたがって、各アクチュエータを制御する。

動作制御部１５０は、親密度の高いユーザが近くにいるときには「抱っこ」をせがむ仕草として両方の手１０６をもちあげるモーションを実行することもできるし、「抱っこ」に飽きたときには左右の前輪１０２を収容したまま逆回転と停止を交互に繰り返すことで抱っこをいやがるモーションを表現することもできる。駆動機構１２０は、動作制御部１５０の指示にしたがって前輪１０２や手１０６、首（頭部フレーム３１６）を駆動することで、ロボット１００にさまざまなモーションを表現させる。

センサ制御部１５２は、内部センサ１２８を制御する。具体的には、高解像度カメラ４０２、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８の計測方向を制御する。頭部フレーム３１６の方向に合わせて、ロボット１００の頭部に搭載される高解像度カメラ４０２、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８の計測方向が変化する。センサ制御部１５２は、高解像度カメラ４０２の撮像方向を制御する（つまり、その撮像方向に合わせて頭部の動きを制御する）。センサ制御部１５２およびカメラ４１０が、「撮像部」として機能する。

ロボット１００の認識部１５６は、内部センサ１２８から得られた外部情報を解釈する。認識部１５６は、視覚的な認識（視覚部）、匂いの認識（嗅覚部）、音の認識（聴覚部）、触覚的な認識（触覚部）が可能である。

認識部１５６は、内蔵の全天球カメラにより定期的に外界を撮像し、人やペットなどの移動物体を検出する。認識部１５６は、特徴抽出部１４６を含む。特徴抽出部１４６は、移動物体の撮像画像から特徴ベクトルを抽出する。上述したように、特徴ベクトルは、移動物体の身体的特徴と行動的特徴を示すパラメータ（特徴量）の集合である。移動物体を検出したときには、ニオイセンサや内蔵の集音マイク、温度センサ等からも身体的特徴や行動的特徴が抽出される。これらの特徴も定量化され、特徴ベクトル成分となる。

ロボットシステム３００は、大量の画像情報やその他のセンシング情報から得られる身体的特徴および行動的特徴に基づいて、高い頻度で出現するユーザを「オーナー」としてクラスタリングする。例えば、ひげが生えている移動物体（ユーザ）は早朝に活動すること（早起き）が多く、赤い服を着ることが少ないのであれば、早起きでひげが生えていて赤い服をあまり着ないクラスタ（ユーザ）、という第１のプロファイルができる。一方、メガネをかけている移動物体はスカートを履いていることが多いが、この移動物体にはひげが生えていない場合、メガネをかけていてスカートを履いているが絶対ひげは生えていないクラスタ（ユーザ）、という第２のプロファイルができる。以上は、簡単な設例であるが、上述の方法により、父親に対応する第１のプロファイルと母親に対応する第２のプロファイルが形成され、この家には少なくとも２人のユーザ（オーナー）がいることをロボット１００は認識する。

ただし、ロボット１００は第１のプロファイルが「父親」であると認識する必要はない。あくまでも、「ひげが生えていて早起きすることが多く、赤い服を着ることはめったにないクラスタ」という人物像を認識できればよい。プロファイルごとに、プロファイルを特徴づける特徴ベクトルが定義される。

このようなクラスタ分析が完了している状態において、ロボット１００が新たに移動物体（ユーザ）を認識したとする。このとき、サーバ２００の人物認識部２１４は、新たな移動物体の特徴ベクトルに基づいてユーザ識別処理を実行し、移動物体がどのプロファイル（クラスタ）に該当するかを判断する。例えば、ひげが生えている移動物体を検出したとき、この移動物体は父親である確率が高い。この移動物体が早朝行動していれば、父親に該当することはいっそう確実である。一方、メガネをかけている移動物体を検出したときには、この移動物体は母親である可能性もある。この移動物体にひげが生えていれば、母親ではなく父親でもないので、クラスタ分析されていない新しい人物であると判定する。

特徴抽出によるクラスタ（プロファイル）の形成（クラスタ分析）と、特徴抽出にともなうクラスタへの当てはめは同時並行的に実行されてもよい。

検出・分析・判定を含む一連の認識処理のうち、ロボット１００の認識部１５６は認識に必要な情報の取捨選択や抽出を行い、判定等の解釈処理はサーバ２００の認識部２１２により実行される。認識処理は、サーバ２００の認識部２１２だけで行ってもよいし、ロボット１００の認識部１５６だけで行ってもよいし、上述のように双方が役割分担をしながら上記認識処理を実行してもよい。

ロボット１００に対する強い衝撃が与えられたとき、認識部１５６は内蔵の加速度センサによりこれを認識し、サーバ２００の応対認識部２２８は、近隣にいるユーザによって「乱暴行為」が働かれたと認識する。ユーザがツノ１１２を掴んでロボット１００を持ち上げるときにも、乱暴行為と認識してもよい。ロボット１００に正対した状態にあるユーザが特定音量領域および特定周波数帯域にて発声したとき、サーバ２００の応対認識部２２８は、自らに対する「声掛け行為」がなされたと認識してもよい。また、体温程度の温度を検知したときにはユーザによる「接触行為」がなされたと認識し、接触認識した状態で上方への加速度を検知したときには「抱っこ」がなされたと認識する。ユーザがボディ１０４を持ち上げるときの物理的接触をセンシングしてもよいし、前輪１０２にかかる荷重が低下することにより抱っこを認識してもよい。まとめると、ロボット１００は内部センサ１２８によりユーザの行為を物理的情報として取得し、サーバ２００の応対認識部２２８は快・不快を判定し、サーバ２００の認識部２１２は特徴ベクトルに基づくユーザ識別処理を実行する。

サーバ２００の応対認識部２２８は、ロボット１００に対するユーザの各種応対を認識する。各種応対行為のうち一部の典型的な応対行為には、快または不快、肯定または否定が対応づけられる。一般的には快行為となる応対行為のほとんどは肯定反応であり、不快行為となる応対行為のほとんどは否定反応となる。快・不快行為は親密度に関連し、肯定・否定反応はロボット１００の行動選択に影響する。

認識部１５６により認識された応対行為に応じて、サーバ２００の親密度管理部２２０はユーザに対する親密度を変化させる。原則的には、快行為を行ったユーザに対する親密度は高まり、不快行為を行ったユーザに対する親密度は低下する。

移動物体（ユーザ）からどのような行為をされるかによってそのユーザに対する親密度が変化する。

ロボット１００は、よく出会う人、よく触ってくる人、よく声をかけてくれる人に対して高い親密度を設定する。一方、めったに見ない人、あまり触ってこない人、乱暴な人、大声で叱る人に対する親密度は低くなる。ロボット１００はセンサ（視覚、触覚、聴覚）によって検出するさまざまな外界情報にもとづいて、ユーザごとの親密度を変化させる。

実際のロボット１００は行動マップにしたがって自律的に複雑な行動選択を行う。ロボット１００は、寂しさ、退屈さ、好奇心などさまざまなパラメータに基づいて複数の行動マップに影響されながら行動する。ロボット１００は、行動マップの影響を除外すれば、あるいは、行動マップの影響が小さい内部状態にあるときには、原則的には、親密度の高い人に近づこうとし、親密度の低い人からは離れようとする。

次に、外皮３１４およびその取付構造について説明する。
図８は、ロボット１００に外皮３１４が装着された状態を表す図である。図９は、ロボット１００から外皮３１４を取り除いた状態を表す図である。図１０は、外皮３１４のみを表す図である。各図の（ａ）は右側面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は背面図である。なお、ロボット１００の外観は、ほぼ左右対称となっている。

図８に示すように、本体フレーム３１０に被せられるように外皮３１４が装着されている。外皮３１４の上部正面には、頭部フレーム３１６の顔領域５００を露出させるための円形の開口部５０２が設けられている。外皮３１４は、ロボット１００の正面側および背面側に延在しており、胴部フレーム３１８にも固定されている。本実施形態では、ホイールカバー３１２が露出しているが、これを外皮３１４により覆ってもよい。外皮３１４は、後述する嵌合構造により本体フレーム３１０に固定されている。なお、本実施形態では、胴部フレーム３１８（より詳細には、その正面部および背面部）が「第１部位」に該当し、頭部フレーム３１６が「第２部位」に該当する。また、本体フレーム３１０が「本体」に該当し、顔領域５００は「露出部」に該当する。

図９に示すように、頭部フレーム３１６および胴部フレーム３１８のそれぞれには、外皮３１４を部分的に嵌合させるための複数の嵌合溝が設けられている。すなわち、頭部フレーム３１６の正面には、顔領域５００を囲むように円弧状の嵌合溝５０４，５０６，５０８が設けられている。一方、胴部フレーム３１８の正面下部には長尺状の嵌合溝５１０が設けられ、背面下端部には円弧状の嵌合溝５１２が設けられている。胴部フレーム３１８の背面下部には後輪１０３を収容するための収容口３７７が設けられており、嵌合溝５１２は、その収容口３７７の周囲に形成されている。これら嵌合溝５０４〜５１２は、「凹状嵌合部」として機能する。

図１０に示すように、外皮３１４は、伸縮性を有する基材５２０を布袋５２２に収容して構成され、全体的に手触りが良い柔軟素材からなる。布袋５２２は、ポリエステルなどの滑らかな手触りの布材を袋状に縫製したものであり、ロボット１００に装着した際に外側になる面の内側に不繊布（不織布）が設けられる。基材５２０と布袋５２２の間に不繊布を挟み込むことで、不織布を挟み込まない場合より、柔らかく滑らかな感触を実現する。外皮３１４は、頭部フレーム３１６に被せられる袋状部５２４と、袋状部５２４の左右側面から下方に延びる一対の手部５２６と、袋状部５２４の正面から下方に延びる延在部５２８と、袋状部５２４の背面から下方に延びる延在部５３０とを含む。本実施形態において、布袋５２２が基材５２０を被覆する「被覆シート」に該当する。また、延在部５２８が「第１延在部」に該当し、延在部５３０が「第２延在部」に該当する。

袋状部５２４は、頭部フレーム３１６に被せられることで本体フレーム３１０に係合する「係合部」として機能する。袋状部５２４の正面に開口部５０２が形成され、頂部に開口部３９０が形成されている。袋状部５２４の内面には、開口部５０２を囲むように円弧状の嵌合部材５３４，５３６，５３８が設けられている。一方、延在部５２８の下部内面には長尺状の嵌合部材５４０が設けられ、延在部５３０の下部内面には円弧状の嵌合部材５４２が設けられている。これら嵌合部材５３４〜５４２は、外皮３１４の周縁部に沿って設けられ、外皮３１４を本体フレーム３１０に固定するための「取付部材」として機能する。

嵌合部材５３４〜５３８は、それぞれ頭部フレーム３１６の嵌合溝５０４〜５０８と相補形状を有する。嵌合部材５４０，５４２は、それぞれ胴部フレーム３１８の嵌合溝５１０，５１２と相補形状を有する。嵌合部材５３４〜５４２は、樹脂等の硬質素材からなり、これらがそれぞれ嵌合溝５０４〜５１２と嵌合することにより、外皮３１４が本体フレーム３１０に固定される。その固定構造の詳細については後述する。

図８に戻り、本体フレーム３１０に外皮３１４を被せると、両者間に当接領域（密着領域）が生じる。同図には、頭部当接領域５５０、腹部当接領域５５２および背部当接領域５５４が示されている。本体フレーム３１０と外皮３１４とは、これらの当接領域においては互いに密着する。しかし、頭部フレーム３１６が胴部フレーム３１８に対して回動および伸縮するため、外皮３１４の当接領域間で３次元的な変形が生じる。言い換えれば、当接領域があるが故に、当接領域間に捩れが生じやすい。本実施形態では、このような捩れが生じてもロボット１００の作動に支障が生じないよう、外皮３１４における各当接領域の間に基材５２０の伸縮性を部分的に向上させた伸縮向上領域が設けられている。伸縮向上領域は、ロボット１００の動作に伴って引張応力、圧縮応力、ねじり応力、またはせん断応力が大きく作用する部分に設定されている。

すなわち、図１０に示すように、基材５２０における頭部当接領域５５０と腹部当接領域５５２との間に伸縮向上領域５５６が設けられ、頭部当接領域５５０と背部当接領域５５４との間に伸縮向上領域５５８が設けられている。外皮３１４は、伸縮向上領域から離れた位置にて頭部フレーム３１６および胴部フレーム３１８のそれぞれに密着している。また、手部５２６についても、手１０６の動作に伴う伸縮を要するため、伸縮向上領域５６０が設けられている。これらの伸縮向上領域を実現するための具体的構成については、後に詳述する。

図１１は、外皮３１４の展開図である。図１１（ａ）は外皮３１４を特定の裁断線に沿って展開した状態を示し、図１１（ｂ）はそれに対応する基材５２０の展開状態を示す。図１２は、基材５２０の裁断図である。図１３は、基材５２０における伸縮向上領域を示す部分拡大図である。図１３（ａ）は伸縮向上領域の一部を示し、図１３（ｂ）は伸縮向上領域を構成する空隙単位を示し、図１３（ｃ）は空隙単位に引っ張り力が作用した状態を示す。図１４は、外皮３１４の裏面（内面）を表す図である。

図１１（ａ）に示すように、外皮３１４は、基材５２０を外形状がほぼ同じ（相似形状）の布袋５２２に収容して構成される。外皮３１４は、正面対応部５６２、右側面対応部５６４、左側面対応部５６６、および背面対応部５６８，５６８を有する。正面対応部５６２は、ロボット１００の胴部正面に被せられる。背面対応部５６８は、ロボット１００の胴部背面に被せられる。右側面対応部５６４および左側面対応部５６６は、一対の手１０６を形成する。各対応部の上部により袋状部５２４が形成される。

右側面対応部５６４と左側面対応部５６６の互いの頂辺Ｓ１を接続し、一対の背面対応部５６８の互いの端辺Ｓ２を接続することにより、図１０に示した外皮３１４が形成される。このとき、正面対応部５６２の上辺Ｓ３、右側面対応部５６４の上辺Ｓ４、および左側面対応部５６６の上辺Ｓ５により開口部５０２が形成される。なお、図示の例では、背面対応部５６８が２分割されているが、分割位置はこれに限られないし、隣接するいずれか２つの対応部の境界で分割してもよい。

図１１（ｂ）に示すように、基材５２０は、正面対応部５６２に収容される正面対応領域５７２、右側面対応部５６４に収容される右側面対応領域５７４、左側面対応部５６６に収容される左側面対応領域５７６、および一対の背面対応部５６８に収容される一対の背面対応領域５７８を有する。境界線Ｌ１〜Ｌ６は、基材５２０を作成する際の裁断線に対応する。なお、図示の例では、背面対応領域が２分割されているが、分割位置はこれに限られないし、隣接するいずれか２つの対応領域の境界で分割してもよい。基材５２０は、基材５２０の変形を考慮して若干小さめに形成される。これにより、外皮３１４を本体フレーム３１０に装着した際に、外皮３１４が本体フレーム３１０の外形に密着して綺麗な外観になる。

図１２に示すように、基材５２０の各対応領域は、多孔質発泡材料からなる基材シート５７０を図示の裁断線に沿って切り出すことにより得られる。多孔質発泡材料には連泡式のものが採用される。基材シート５７０は、本実施形態ではウレタンスポンジからなるが、伸縮性を有する他の素材から作製してもよい。基材シート５７０の各対応領域には、伸縮向上領域５５６〜５６０が予めプレスによる孔あけ加工（打ち抜き加工）により形成されている。

各伸縮向上領域は、多数の空隙を各対応領域に最適配置して構成される。本実施形態では図１３（ａ）に示すように、所定断面形状の空隙単位Ｓｕを、各対応領域の縦横に規則的に配置している。各空隙単位Ｓｕは、各対応領域を基材５２０の厚み方向に貫通する。本実施形態では、空隙単位Ｓｕを断面Ｙ字状としている。図１３（ｂ）に示すように、空隙単位Ｓｕは、Ｙ字状（三つ又状）の切れ目Ｓｂの３つの先端部に円孔Ｓｒを有する。円孔Ｓｒの直径は、切れ目Ｓｂの幅よりも大きい。

このような構成により、ロボット１００の動作に起因して基材５２０に引っ張り力（二点鎖線矢印参照）が生じたとしても、図１３（ｃ）に示すように、各空隙単位Ｓｕがその中心から三方向に広がることで各対応領域が伸び（一点鎖線矢印参照）、その力を吸収できる。図１３（ａ）に示したように、空隙単位Ｓｕは、切れ目が引っ張り方向に対して斜めに傾いている。言い換えれば、例えば横方向の引っ張りにより、斜めにせん断されるような切れ込みの角度が付されている。また、多数の空隙単位Ｓｕの配置角度は、引っ張り方向に対して斜めに傾いている。また、空隙が設けられることにより、変形に必要とされる力が空隙が設けられない場合より小さくなる。その結果、頭部フレーム３１６の駆動に必要なトルクを小さくできる。また、基材５２０に空隙が設けられることにより、変形にともない生じる皺（波打つような状態）が生じにくくなる。

図１４に示すように、外皮３１４の裏側（内側）に嵌合部材５３４〜５４２が配設されている。嵌合部材５３４〜５３８は、外皮３１４における上辺Ｓ３〜Ｓ５のやや内側に貼着又は縫い付けられている。嵌合部材５４０は、正面対応部５６２の下端近傍位置にて布袋５２２に収容されている。嵌合部材５４２は、２つの背面対応部５６８を跨ぐように、それらの下端近傍位置にて布袋５２２に収容される。

図１５は、外皮３１４の取付方法を表す図である。図１５（ａ）〜（ｄ）は、本体フレーム３１０への外皮３１４の取付過程を示す。図１６は、図１５（ｃ）のＢ部拡大図であり、外皮３１４の固定方法を表す図である。図１６（ａ）は固定前状態を示し、図１６（ｂ）は固定状態を示す。

外皮３１４の取り付けは、以下の手順で行う。まず、図１５（ａ）に示すように、本体フレーム３１０の上方から外皮３１４を被せていく。このとき、図１５（ｂ）に示すように、延在部５２８と延在部５３０との間隔をやや広げた状態とし、頭部フレーム３１６を袋状部５２４の内方へ挿入していく。

このようにして頭部フレーム３１６が袋状部５２４に収容された後、嵌合部材５３４〜５３８を嵌合溝５０４〜５０８にそれぞれ嵌合させる。図１５（ｃ）に示す状態になると、頭部フレーム３１６と袋状部５２４との当接部が支点となって、延在部５２８，５３０に延在方向へのテンションをかけることができる。両延在部にテンションをかけた状態で嵌合部材５４０，５４２を嵌合溝５１０，５１２にそれぞれ嵌合させることで、図１５（ｄ）に示すように、外皮３１４を本体フレーム３１０に固定できる。

図１６（ａ）に示すように、延在部５３０において、布袋５２２の先端部には狭小部（くびれ部）を介して収容部５２５が形成されており、その収容部５２５に嵌合部材５４２が収容されている。つまり、嵌合部材５４２は布袋５２２の先端部に縫い込まれ袋とじ状態とされ、その狭小部を境に基材５２０と嵌合部材５４２とが分離されている。その狭小部は、布袋５２２の内面側に凹部５２７を形成する。

一方、嵌合溝５１２は、胴部フレーム３１８の外面に形成された突条５１５に形成されている。延在部５３０を胴部フレーム３１８に固定する際には、収容部５２５に収容された状態の嵌合部材５４２を嵌合溝５１２に嵌合させる（二点鎖線矢印参照）。このとき、図１６（ｂ）に示すように、突条５１５の上側の壁が凹部５２７に入り込む態様となり、嵌合部材５４２と嵌合溝５１２とがしっかりと嵌合する。嵌合部材５４２が嵌合溝５１２（突条５１５）により延在部５３０の延在方向に係止されるため、外皮３１４に適度なテンションをかけ続けることができる。なお、嵌合部材５４０と嵌合溝５１０との嵌合構造については、嵌合部材５４２と嵌合溝５１２とのそれと同様であり、延在部５２８の取付構造も、延在部５３０のそれと同様である。

このような取付構造により、外皮３１４の頭部当接領域５５０を頭部フレーム３１６に密着させ、腹部当接領域５５２および背部当接領域５５４を胴部フレーム３１８に密着させることができる。嵌合部材５４２が延在部５３０の周縁部にてほぼ全幅に延び、また、嵌合部材５４も延在部５２８の周縁部にてほぼ全幅に延びているため、外皮３１４の取付時に局所的な応力集中が生じることもなく、布袋５２２の劣化や破損を防止できる。

以上、実施形態に基づいて、ロボット１００およびその外皮構造について説明した。本実施形態によれば、外皮３１４を厚みのある柔軟な素材で構成することで、ユーザが触れたり、抱っこしたりしたときに柔らかく心地のよい感触を与えることができる。また、外皮３１４を備えることで、転倒や激突などの衝撃からロボット１００を保護することもできる。また、人とロボット１００とが意図せず衝突した場合においても、柔らかい外皮３１４を備えることで人に与える衝撃が緩和される。

外皮３１４を本体フレーム３１０に装着する際には、頭部フレーム３１６に被せられた袋状部５２４を支点として延在部５２８，５３０に程よいテンションをかけることができる。そして、両延在部に設けられた嵌合部材５４０，５４２を胴部フレーム３１８の嵌合溝５１０，５１２に嵌合させることで、そのテンションを維持できる。特に、これらの嵌合部材および嵌合溝に比較的大きな幅をもたせ、両延在部の延在方向と直角な方向にある程度の長さを有するようにしたため、延在部の全体に均等にテンションをかけやすい。このテンションにより、外皮３１４に本体フレーム３１０に対する適度なフィット感をもたせることができる。特に嵌合部材５３４〜５４２を外皮の周縁部に沿って配置することで、外皮３１４の全体を本体フレーム３１０にフィットさせることができる。それにより、ロボット１００の作動時に外皮３１４が不自然に変形することを防止又は抑制でき、外皮３１４をロボット１００の一部として自然に見せることができる。このような嵌合構造により、外皮３１４をロボット１００における適切な位置に、適切な状態で装着できる。このため、外皮３１４が装着不良のままロボット１００が各部を駆動することを防止できる。つまり、外皮３１４の装着不良によりロボット１００に想定外の負荷がかかることを防止できる。

また、本実施形態によれば、袋状部５２４を頭部フレーム３１６に被せ、嵌合部材５３４〜５４２を胴部フレーム３１８に嵌合させるのみの簡易な作業により、外皮３１４の装着を完了させることができる。これにより、ユーザが外皮３１４を容易に着脱できるので、外皮３１４が汚れたら、ユーザ自身で交換したり、洗濯したりすることで清潔さを保つことができる。

また、本実施形態によれば、外皮３１４の基材５２０において、ロボット１００の頭部および胴部との各当接領域の間に伸縮向上領域が設けられる。それにより、ロボット１００が頭部を動かすときも外皮３１４のフィット感を維持しつつ、作動トルクの増大を抑えることができる。また、頭部の変位に追従して伸縮向上領域が良好に伸縮することで、外皮３１４に皺が発生することを抑制できる。基材５２０自体が多孔質発泡材料からなるために、全体として一定の伸縮性を有するところ、伸縮向上領域においてその伸縮性をさらに高めることで、ロボット１００の可動部を考慮した外皮３１４の伸縮特性を最適化できる。さらに、基材５２０を布袋５２２に収容したことで、基材５２０に多数配置される空隙を目立たなくすることができる。その結果、ロボット１００について、違和感のない外観を維持できる。

［変形例］
上記実施形態では、空隙単位Ｓｕの形状およびその配置構成の一例を示した。変形例においては、これと異なる構成を採用することもできる。
図１７および図１８は、変形例に係る外皮の基材に形成される空隙態様を表す図である。図１７（ａ）〜（ｄ）は、第１〜第４変形例を示し、図１８（ａ）〜（ｄ）は、第５〜第８変形例を示す。

第１変形例では、空隙単位Ｓｕ１が比較的大きな円孔からなる（図１７（ａ））。第２変形例では、空隙単位Ｓｕ２が比較的小さい円孔からなる（図１７（ｂ））。これらの変形例は円孔の大きさの差こそあれ、円形状そのものが広がり難いため、上記実施形態と比較すると、基材において十分な伸びが得られ難い。ただ、基材を多孔質発泡材料で構成することで、その材料自体の空隙との相乗効果により一定の効果は見込める。

第３変形例では、空隙単位Ｓｕ３が比較的長い直線状の切れ目と、その切れ目の両端に設けられた円孔からなる（図１７（ｃ））。第４変形例では、空隙単位Ｓｕ４が比較的短い直線状の切れ目と、その切れ目の両端に設けられた円孔からなる（図１７（ｄ））。これらの変形例では、基材がその切れ目と垂直な方向には伸びやすいが、切れ目に沿った方向には伸び難い。したがって、基材の伸縮に一方向という方向性が現れ、外皮の引っ張り方向によっては、その力を十分に吸収できない可能性がある。

第５変形例では、空隙単位Ｓｕ５が十字状の切れ目とされ、切れ目の先端に円孔が設けられる（図１８（ａ））。第６変形例では、空隙単位Ｓｕ６がＸ字状の切れ目とされ、切れ目の先端に円孔が設けられる（図１８（ｂ））。これらの変形例では、２つの切れ目が直角に交わるようにして空隙単位が形成される。２つの切れ目の交点を空隙単位の中心として、全体として放射状の切れ目を形成している。基材の伸縮性に関し、第５変形例によれば縦横方向、第６変形例によれば斜め４５度および１３５度方向の伸縮が促進される。ただし、いずれにしても二方向という方向性が現れる。

第７変形例では、空隙単位Ｓｕ７がＹ字状（三つ又状）の切れ目とされ、切れ目の先端には円孔が設けられている（図１８（ｃ））。左右に隣接する列間では、空隙単位Ｓｕ７のＹ字の向きが上下に反転されている。そして、多数の空隙単位Ｓｕ７が基材の縦横に整列配置されている。このような構成により、基材に負荷される縦横の引張応力を各空隙単位Ｓｕ７において三方向に分散できる。すなわち、第５，第６変形例と比較しても、切れ目が開く方向に関して自由度が高められている。

第８変形例では、空隙単位Ｓｕ８として第７変形例と同様の構成が採用されるが、その空隙単位Ｓｕ８の配列に関し、隣接する列同士が縦方向にずれて千鳥状に配置されている（図１８（ｄ））。これにより、基材に負荷される縦横の引張応力に対して、空隙単位Ｓｕ８の配列が斜角をなし、その引張応力を基材全体として三方向に分散できる。

以上の第１〜第８変形例のなかでは、第８変形例が基材の伸縮性について最も自由度が高いといえる。上記実施形態は、この第８変形例の切れ目の幅を大きくしたものである（図１３参照）。それにより、外皮３１４が撚れたときに切れ目の対向面同士が擦れることを抑制し、伸縮性をさらに高めたものである。

以上のように、基材に設ける空隙単位ついては、様々な形状を採用することが可能である。空隙単位の形状は、想定される変位の方向に基づいて、最適な形状が採用されればよい。本実施形態のロボット１００の場合、回動と伸縮を組み合わせた多自由度であることから、伸縮方向の自由度が大きいほうが良く、上記実施形態や図１８に示した変形例のような放射状の切れ目を採用するのが好ましい。さらに、その空隙単位の分布について、第５〜第７変形例のように縦横に整列させるよりも、上記実施形態や第８変形例のように多少ずらして配置するのが好ましい。

また、上記実施形態では、外皮の延在部に「取付部材」として嵌合部材を取り付け、本体フレームの嵌合溝に嵌合させる構造を例示した。変形例においては、このような嵌合構造ではなく、延在部に取り付けた所定幅の取付部材を、本体フレームの端部に引っ掛ける構成としてもよい。あるいは、取付部材をねじやフック等の別部材を用いて本体フレームに固定してもよい。

図１９は、他の変形例による外皮３１４の固定方法を表す図である。図１９（ａ）は固定前状態を示し、図１９（ｂ）は固定状態を示す。本変形例では、図１９（ａ）に示すように、延在部６３０において布袋５２２の先端部内側に収容部５２５が形成され、嵌合部材５４２が収容されている。つまり、嵌合部材５４２は、布袋５２２の先端部内側に袋とじ状態とされている。延在部６３０を胴部フレーム３１８に固定する際には、収容部５２５に収容された状態の嵌合部材５４２を、胴部フレーム３１８の下端部６１５に引っ掛ける（二点鎖線矢印参照）。すなわち、凹凸嵌合ではない態様で嵌合部材５４２を胴部フレーム３１８に係合させる。

このとき、図１９（ｂ）に示すように、嵌合部材５４２と基材５２０とにより形成される角部内側が、胴部フレーム３１８の下端角部に引っ掛かり、嵌合部材５４２と胴部フレーム３１８との間に適度な当接力が作用する（一点鎖線矢印参照）。それにより、上記実施形態と同様に、延在部６３０の延在方向に適度なテンションをかけることができる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１つのロボット１００と１つのサーバ２００、複数の外部センサ１１４によりロボットシステム３００が構成されるとして説明したが、ロボット１００の機能の一部はサーバ２００により実現されてもよいし、サーバ２００の機能の一部または全部がロボット１００に割り当てられてもよい。１つのサーバ２００が複数のロボット１００をコントロールしてもよいし、複数のサーバ２００が協働して１以上のロボット１００をコントロールしてもよい。

ロボット１００やサーバ２００以外の第３の装置が、機能の一部を担ってもよい。図６において説明したロボット１００の各機能とサーバ２００の各機能の集合体は大局的には１つの「ロボット」として把握することも可能である。１つまたは複数のハードウェアに対して、本発明を実現するために必要な複数の機能をどのように配分するかは、各ハードウェアの処理能力やロボットシステム３００に求められる仕様等に鑑みて決定されればよい。

上述したように、「狭義におけるロボット」とはサーバ２００を含まないロボット１００のことであるが、「広義におけるロボット」はロボットシステム３００のことである。サーバ２００の機能の多くは、将来的にはロボット１００に統合されていく可能性も考えられる。

上記実施形態では、ロボットの頭部および胴部のそれぞれに外皮が密着する当接領域を設け、基材における両当接領域の間に伸縮向上領域を設ける例を示した。変形例においては、ロボットの胴部および腕部のそれぞれに外皮が密着する当接領域（密着領域）を設け、基材における両当接領域の間に伸縮向上領域を設けてもよい。具体的には、上記実施形態の構成に加え、ロボットの腕を構成する腕部フレームを設けてもよい。そして、外皮を胴部フレームおよび腕部フレームのそれぞれに密着させ、両フレーム間に位置する基材部分に空隙単位を分布させてもよい。

上記実施形態および変形例に示した空隙単位は例示に過ぎず、それらと異なる形状や大きさの空隙単位を採用してもよい。例えば、中心から５方向、６方向、あるいはそれ以上の方向に延びる放射状の空隙単位を採用し、それらの分布により伸縮向上領域を形成してもよい。

上記実施形態および変形例においては、多数の空隙単位の形状および大きさを１種類とする例を示した。変形例においては、空隙単位として大きさや形状が異なるものを複数種類設定し、伸縮向上領域に適切に配置してもよい。例えば、上記実施形態の空隙単位と、変形例１〜８のいずれかの空隙単位とを組み合わせて配置してもよい。あるいは、変形例１〜８のいずれか複数の空隙単位を組み合わせて配置してもよい。

上記実施形態では、外皮３１４に袋状部５２４を設け、それを頭部フレーム３１６に被せることで係合させる構成を例示した。変形例においては、袋状でない外皮の部分を本体フレームの所定箇所（端部等）に引っ掛けることで係合させ、その係合部を支点として延在部にテンションをかけてもよい。「係合部」は、嵌合構造、引っ掛け構造等、種々の構造を含み得る。「袋状部」は、ロボットの特定部位（一部分）に被せられることでその特定部位と係合し、その特定部位によって支持される構造であればよい。

上記実施形態では、嵌合部材を硬質素材からなるものとしたが、嵌合溝から脱落しなければ硬質である必要はなく、例えばゴム等の弾性部材としてもよい。

上記実施形態では、外皮の基材をウレタンスポンジからなるものとしたが、例えばゴムスポンジその他のスポンジを採用してもよい。ゴムスポンジは、例えばゴムに発泡剤、軟化剤などを練り込み加硫して得ることができる。

上記実施形態では、外皮３１４を柔軟素材からなるものとしたが、例えばある程度弾性変形可能な樹脂材等からなるものとしてもよい。取付部材は、外皮の周縁部から離れた位置に取り付けられてもよい。

上記実施形態では、図１４に示したように、嵌合部材５３４〜５３８を外皮の内面に取り付け、嵌合部材５４０，５４２を外皮の端部に収容した。すなわち、嵌合部材５３４〜５３８を布袋５２２の表面に取り付け、嵌合部材５４０，５４２を布袋５２２に収容する構成を例示した。変形例においては逆に、嵌合部材５３４〜５３８を外皮に収容し、嵌合部材５４０，５４２を外皮の表面に取り付けてもよい。あるいは、嵌合部材５３４〜５４２の全てを外皮に収容してもよいし、又は外皮の表面に取り付けてもよい。

上記実施形態では、外皮３１４からの露出部として顔領域５００を露出させる構成を例示した。変形例においては、例えばロボットの手のひらや足裏等の領域を「露出部」として露出させてもよい。ペットロボット等である場合に、その尻尾等の領域を「露出部」として露出させてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、基材の所定領域の厚みを相対的に小さくすることにより伸縮向上領域を実現してもよい。また、基材を層状に構成し、伸縮向上領域とその他の領域とで厚み方向の差をもたせてもよい。

上記実施形態では、空隙単位を切れ目とその先端の円孔により構成したが、切れ目の幅よりも大きな角孔としてもよい。その角孔の角部に面取り（Ｃ面取りやＲ面取り）を施してもよい。基材（多孔質材料）の強度によっては、円孔や角孔を省略してもよい。孔よりも切れ目を採用することで、基材の凹凸感を少なくでき、手触り感を向上できる。

上記実施形態では、基材を布袋に収容する構成を例示した。変形例においては、基材の表面に布地を貼り付けてもよい。

上記実施形態では、図１２に空隙単位の分布の一例を示したが、その分布は、基材を構成する多孔質素材の特性（伸縮性、柔軟性など）や、伸縮向上領域が覆う可動部（関節等）の可動方向や可動範囲等に応じて適宜設定することができる。

上記実施形態では述べなかったが、伸縮向上領域とその他の領域とで多孔質発泡材料の種類を異ならせることにより、伸縮向上領域の空隙率を相対的に大きくしてもよい。相対的に空隙率の大きい材料と、相対的に空隙率の小さい材料とを結合して基材を構成してもよい。その場合、切れ目や孔を貫通させない構成としてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、基材における伸縮向上領域を高反発素材（高反発ウレタン等）で形成し、その他の領域を低反発素材（低反発ウレタン等）で構成してもよい。あるいは、高反発素材と低反発素材とを積層して伸縮向上領域を形成してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、基材における当接領域の内面に、例えばゴム等の滑り防止部材を設けてもよいし、滑り防止用のコーティングを施してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、図１６等の構成において、嵌合部材を磁石にて構成し、嵌合溝を磁性部材で構成してもよい。それにより、嵌合部材と嵌合溝との嵌合状態を安定に保つことができる。

上記実施形態では述べなかったが、嵌合部材と嵌合溝との嵌合を検出するセンサを設けてもよい。例えば、嵌合部材に磁石を設ける一方、嵌合溝の近傍にホール素子等による磁気センサ（非接触センサ）を配置し、嵌合部材と嵌合溝との着脱（嵌合有無）を検知してもよい。ロボット１００が、この嵌合検知により外皮３１４の装着を判定してもよい。

上記実施形態および変形例では述べなかったが、「外皮」をロボットの「衣装」を含む概念として捉えてもよい。

上記実施形態および変形例ではロボットの一態様を示したが、上記外皮構造の技術思想は、それ以外のヒューマノイドロボットやペットロボット等にも適用可能である。ロボットのいずれかの接続部（関節）を境に「第１部位」と「第２部位」を設定してよい。そして、外皮の基材に各部位への「当接領域（密着領域）」を設け、第１部位への当接領域と第２部位への当接領域との間（接続部対応領域、関節部対応領域）に「伸縮向上領域」を設けてもよい。上記外皮構造は、ロボットのボディ（肢体）のほか、指関節等に対しても適用できる。

上記実施形態のように、空隙単位は放射状の切れ目からなるのが好ましく、Ｖ字状、Ｙ字状、あるいは十字状の切れ目を含めてよい。放射方向が中心から６方向である場合、Ｙ字状の切れ目を２つ含む、あるいはＶ字状の切れ目を３つ含むと捉えてもよい。放射方向が中心から８方向である場合、十字状の切れ目を２つ含む、あるいはＶ字状の切れ目を４つ含むと捉えてもよい。

上記実施形態および変形例では、基材に多孔質発泡材料からなるものを採用したが、伸縮性を有する他の材料を採用してもよい。例えば、ゴム等の弾性体から基材を形成してもよい。ただし、伸縮のための荷重を抑える、ロボットへの作動抵抗を抑える観点からは、スポンジ等の柔軟な多孔質素材が好ましい。

上記実施形態では、基材５２０と基材５２０を内包する布袋５２２の材質については特に言及しなかったが、ロボット１００の駆動にともない基材５２０と布袋５２２とが擦れても静電気が生じにくい材質の組み合わせであることが好ましい。

図２０〜図２２は、他の変形例に係る外皮およびその固定方法を表す図である。図２０は、ロボットから外皮を取り除いた状態を表す図である。図２１は、外皮のみを表す図である。図２２は、ロボットに外皮が装着された状態を表す図である。各図の（ａ）は右側面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は背面図である。

本変形例では、外皮７１４の本体フレーム７１０への固定構造が上記実施形態とは異なる。図２０に示すように、頭部フレーム７１６の前面に円形の開口部７１７が設けられ、顔部材７１２が組み付けられている。顔部材７１２は、開口部７１７と相補となる円板状をなし、その前面が顔領域を形成している。顔部材７１２と開口部７１７との隙間により、環状の嵌合凹部７０６が形成される。頭部フレーム７１６における顔部材７１２の下方位置に、一対の嵌合孔７０８が設けられている。これら嵌合凹部７０６および嵌合孔７０８が、外皮７１４を頭部フレーム７１６に固定するための固定構造を構成する。

胴部フレーム７１８の後部下方には、一対の突起７２０が後方に突設されている。突起７２０は、その先端がやや大径の円板状とされ、ボタン態様の形状を有する。胴部フレーム７１８の下面には、一対の面ファスナー７２２が設けられている。これら突起７２０および面ファスナー７２２が、外皮７１４を胴部フレーム７１８に固定するための固定構造を構成する。

図２１に示すように、外皮７１４は、外皮本体７２８と弾性装着部７３０とを縫い合わせて構成される。外皮本体７２８は、上記実施形態と同様に基材５２０を布袋５２２に収容して構成される。外皮本体７２８の開口部５０２に沿って紐通し部７４０が縫製されている。この紐通し部７４０に挿通された紐７４２の両端を引っ張ることにより、開口部５０２を適度な大きさに絞ることができる。

外皮本体７２８には、また、開口部５０２の下部に沿って留め具７５０が縫い付けられている。留め具７５０は、硬質の樹脂からなり、顔部材７１２の周縁とほぼ同じ曲率を有する長尺状の部材である。留め具７５０の中間部には、一対の突起７５２が設けられている。これらの突起７５２は、上記一対の嵌合孔７０８に嵌合可能とされている。図２１（ｂ）に示すように、留め具７５０は、その外径側（凸側）を開口部５０２に沿わせるように設けられている。本実施形態において、一対の嵌合孔７０８が「凹状嵌合部」として機能し、一対の突起７５２（留め具７５０）が、「嵌合部材」として機能する。

弾性装着部７３０は、外皮本体７２８の前後の延在部５２８，延在部５３０を下方で連結している。弾性装着部７３０は、外皮本体７２８と同じように柔軟素材で形成され、外皮７１４の底部を構成する。また、弾性装着部７３０は、外皮本体７２８とは伸縮性が異なる柔軟素材（スポンジ等）で形成されてもよい。弾性装着部７３０には、収容口３７７と対応する位置に開口部７３１が設けられている。弾性装着部７３０の後部下方には一対の孔７３４が形成されている。孔７３４は、ボタン穴のような小幅形状を有するが、弾性装着部７３０が柔軟であるため、幅方向に押し広げることができる。これらの孔７３４に、それぞれ上記一対の突起７２０を挿通可能とされている。弾性装着部７３０の底部上面には一対の面ファスナー７３２が設けられ、それぞれ上記一対の面ファスナー７２２と装着可能とされている。

本体フレーム７１０に外皮７１４を取り付ける際には、外皮７１４の側部開口部（外皮本体７２８と弾性装着部７３０とに囲まれる左右開口部のいずれか一方）から頭部フレーム７１６を挿入する。そして、頭部フレーム７１６が袋状部５２４に収容された後、突起７５２を嵌合孔７０８に嵌合させ、留め具７５０を頭部フレーム７１６に組み付ける。このとき、図２１（ｂ）に示す状態から留め具７５０を開口部５０２の内方に向けて上下反転させつつ、開口部５０２周辺を捲り上げる。それにより、図２２に示すように、留め具７５０が布袋５２２に巻かれ、外部への露出しないように取り付けられる。そして、紐７４２を引っ張ることで開口部５０２を適度に絞り、その開口端縁を嵌合凹部７０６に嵌合させる。それにより、図示のように、外皮７１４が頭部フレーム７１６にしっかりと固定されるとともに、顔部材７１２の顔領域をきれいに露出させることができる。本実施形態において、嵌合凹部７０６が「凹状嵌合部」として機能し、外皮７１４の開口部５０２（周縁部）が「嵌合部材（嵌合部分）」として機能する。

続いて、弾性装着部７３０を胴部フレーム７１８の底面に固定する。このとき、一対の突起７２０をそれぞれ対応する孔７３４に挿通させる。突起７２０の孔７３４への挿通後、孔７３４は弾性力により元の小幅形状に戻ろうとする。それにより、突起７２０の頭部がボタン態様で孔７３４の周辺に引っ掛かり、胴部フレーム７１８からの離脱が防止される。また、一対の面ファスナー７３２をそれぞれ対応する面ファスナー７２２に取り付ける。このようにして、外皮７１４を本体フレーム７１０に対して適正に固定できる。

本変形例では、ロボットの底部を外皮７１４で覆う構成とし、車輪収納後の着座状態があえて不安定となるようにした。これにより、ロボットがお座りした状態で手や頭を動かしたときに身体が自然に揺れるようになり、生き物のように感じさせることができる。また、ロボットの底部が柔らかくなり、ユーザが抱き上げたときの感触が良くなる。

なお、本変形例では、紐７４２を締め付けることで外皮７１４の開口部５０２を適度な大きさにして嵌合凹部７０６に嵌合させる構成とした。他の変形例においては、外皮７１４の開口部５０２周辺を結束バンドその他の固定手段により嵌合凹部７０６に固定してもよい。本変形例では、留め具７５０およびその外皮７１４への固定方法の一例を示したが、これ以外の方法を採用してもよい。例えば、留め具の形状として弧状以外の形状を採用してもよい。留め具を分割型とし、第１留め具と第２留め具との間に外皮７１４の一部（開口部５０２近傍等）を挟み込む構造としてもよい。留め具を外皮７１４の一部に嵌合させる構造としてもよい。留め具に設ける突起の位置（突起を設ける面）についても適宜設定することができる。

本変形例のロボットは、以下ように表現することもできる。
このロボットは、本体に被せられる外皮を備える。前記外皮は、外皮本体と、伸縮性のある柔軟な素材からなる弾性装着部と、を備える。前記外皮本体は、前記本体に被せられることで前記本体に係合する係合部と、前記係合部から互いに反対側に延びる第１延在部および第２延在部と、を含む。前記弾性装着部は、第１延在部と第２延在部とをつなぐように設けられる。前記弾性装着部、前記第１延在部および前記第２延在部により囲まれる空間に前記本体が収容される。前記外皮本体は、硬質素材からなる取付部材（嵌合部材）を含んでもよい。前記取付部材が前記本体に固定されることで、前記外皮が前記本体に固定される。

図２３は、他の変形例に係る外皮およびその固定方法を表す図である。図２３（ａ）は本体フレームと外皮とを取り付ける前の状態を示し、図２３（ｂ）は両者を取り付けた状態を示す。

本変形例では、頭部フレーム７１６の頂部にガイド７６０が設けられている。ガイド７６０は、外皮７１４を固定する際の位置決めとなる。ガイド７６０は、段付円筒状をなし、外周面に沿って環状の嵌合部７６２が形成されている。ガイド７６０は、可撓性を有する樹脂材からなり、頭部フレーム７１６にツノ１１２を組み付けた際にシール機能も発揮する。図２３（ａ）に示すように、開口部３９０にガイド７６０を挿通させつつ、外皮７１４を頭部フレーム７１６に被せる。それにより、図２３（ｂ）に示すように、開口部３９０が嵌合部７６２に嵌合し、外皮７１４を頭部フレーム７１６に対して位置決めしつつ固定できる。

本変形例によれば、ガイド７６０を設けたことにより、頭頂部において外皮７１４をしっかりと固定でき、外皮７１４がツノ１１２に干渉することを防止できる。なお、他の変形例においては、ガイド７６０を頭部フレーム７１６ではなく、外皮７１４と一体に設けてもよい。そして、そのガイド７６０にツノ１１２を挿通しつつ、外皮７１４を頭部フレーム７１６に組み付けてもよい。

図２４は、他の変形例に係る外皮を表す図である。図２４（ａ）〜（ｃ）は外皮のバリエーションを示す。図２４（ｄ）〜（ｆ）は外皮の縦断面を示す。（ｄ）は（ａ）に対応し、（ｅ）は（ｂ）に対応し、（ｆ）は（ｃ）に対応する。
上記実施形態では、ひょうたん型の外皮を例示したが、例えば、図２４（ａ）および（ｄ）に示すように、寸胴型の外皮７７０を採用してもよい。あるいは、図２４（ｂ）および（ｅ）に示すような卵型の外皮７７２や、図２４（ｃ）および（ｆ）に示すような矩形型の外皮７７４を採用してもよい。基材（スポンジ等）の形状を変更することで、図２４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、本体フレーム７１０を変更しなくとも、様々な形状の外皮を装着させてロボットの外観を変えることができる。本体フレームの形状や腕部の形状等に合わせて外皮の形状を適宜変更してもよい。

また、図２４（ｄ）に示すように、外皮の内部にタッチセンサ７７１および無線送信機７７３を設け、これらを接続してもよい。そして、各タッチセンサ７７１での検出信号をロボットの通信部１４２に送信してもよい。図２４（ｆ）に示すように、外皮の内部にモータ等のアクチュエータ７７７ａ，７７７ｂを設けてもよい。各アクチュエータに無線通信機を設けてもよい。データ処理部１３６は、この無線通信機と通信を行い、駆動対象（腕部７７７ａ，７７７ｂ等）を制御することができる。

上記実施形態では述べなかったが、ロボットの外皮の上に衣装を装着可能とする一方、外皮については基本的にユーザによる着脱を想定しない構成としてもよい。そして、外皮が強引に外された場合に、ロボットにおいてこれを検出する機能を備えてもよい。例えば、内部温度を検出するセンサを設けてもよい。データ処理部１３６は、内部温度が急激に下がった場合（時間あたりの温度降下率が所定値以上となった場合）、外皮が外されたと判定してもよい。

あるいは、ロボットの動作に関わるアクチュエータの負荷が異常に低下した場合、データ処理部１３６は、外皮が外されたと判定してもよい。例えばモータの駆動トルクを検出するセンサを設け、ロボットの所定動作時の駆動トルクが判定基準値を下回った場合、外皮が外されたと判定してもよい。あるいは、外皮の内側、つまり本体フレーム３１０の表面に光センサを設けてもよい。光センサは、外皮が正常に装着されている場合に外皮に隠れる箇所に設けられる。データ処理部１３６は、検出される光強度が判定基準値を上回った場合、外皮が外されたと判定してもよい。

このようにして外皮の離脱が検出された場合、その旨を示すイベントを発生し、所定の処理を実行してもよい。データ処理部１３６は、ロボットの次回動作開始時に、各部が正常動作するかをチェックする処理を実行してもよい。正常動作しない場合にアラームを出力してもよい。また、外皮の離脱が検出されたことを示すログを記録してもよい。別のロボットと通信して当該ロボット（自己）の姿を撮影させ、記録に残してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、基材の厚みが大きくなると、内蔵のタッチセンサではユーザのタッチを検出し難くなる可能性がある。そこで、外皮内（スポンジ等の基材内、あるいは基材と布袋との間など）に独立したセンサを配設し、その検出値を無線や有線によりデータ処理部１３６に送信してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、無線で制御できるアクチュエータを外皮内（基材内）に配設してもよい。独立したバッテリーを外皮内（基材内）に配設してもよい。外皮内（基材内）に膨縮体を設け、空気の給排を行えるようにしてもよい。空気圧の供給又は排出により膨縮体を膨縮させることで、外皮の形状を変化できるようにしてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、弾性装着部７３０と胴部フレーム７１８の底面とを固定するために、弾性装着部７３０の胴部フレーム７１８と向かい合う面に、図２１の留め具７５０のように胴部フレーム７１８の表面形状を相補する形状の留め具を設け、留め具に設けた突起と、胴部フレーム７１８側に設けた嵌合孔とが嵌合することで固定してもよい。留め具の外側に柔軟素材が位置するので触感は変わらない。

本実施の形態のロボットは、樹脂などの硬質の素材と、布などの柔軟な素材で形成される。硬質な素材と柔軟な素材とを組み合わせて外観を形成するために、長手状の樹脂材を用いた嵌合構造や、突起と嵌合孔による嵌合構造や、巾着袋の口のように絞って固定する構造などが適宜利用される。

図２０に示した変形例では述べなかったが、頭部フレーム７１６と顔部材７１２との接続部の形状を側面視直線状となるようにしてもよい。このような構成を採用することで、頭部フレーム７１６における開口部７１７の加工（カット）が容易となる。また、紐７４２の両端を引っ張って開口部５０２を絞る際に、顔部材７１２に頭部フレーム７１６から離脱する方向への力も作用し難く、外皮７１４を取り付ける際の作業性が向上する。

上記実施形態では述べなかったが、本体フレームの所定箇所に吸気口と排気口を設け、内部に外気を流通させてもよい。それにより、内部の発熱部品を冷却できる。そして、外皮（基材）において吸気口および排気口に対応する部分（又は吸気口および排気口の近傍）にそれぞれ相対的に多くの空隙を配置してもよい。あるいは、空隙一つあたりの面積を相対的に大きくしてもよい。それにより、本体フレームの通気を促進できる。

Claims (14)

1. 本体に被せられる外皮を備えるロボットであって、
   前記外皮は、
   前記本体に被せられることで前記本体に係合する係合部と、
   前記係合部からそれぞれ延びる第１延在部および第２延在部と、
   前記第１延在部と前記第２延在部とをつなぐように設けられた弾性装着部と、
   を含み、
   前記本体に突起が設けられ、
   前記弾性装着部が前記突起に対応する位置に孔を有し、
   前記突起が前記孔に挿通されることを特徴とするロボット。
2. 前記外皮は、前記本体に対向する面とは反対側の面に硬質の取付部材を含み、
   前記外皮の前記取付部材周辺が折り返され、前記取付部材が前記本体に固定されることで、前記取付部材が前記外皮と前記本体との間に位置し、前記外皮が前記本体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記係合部、前記第１延在部および前記第２延在部が外皮本体を構成し、
   前記弾性装着部は、前記外皮本体とは伸縮性が異なることを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記外皮が、前記係合部として前記本体の端部に被せられる袋状部を含み、
   前記第１延在部および前記第２延在部が、前記袋状部から延びるように設けられていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のロボット。
5. 前記外皮は、
   伸縮性を有する基材を布袋に収容して構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロボット。
6. 前記本体が、互いに相対変位可能な胴部と頭部を含み、
   前記外皮が、前記係合部として前記本体の端部に被せられる袋状部を含み、
   前記袋状部が前記頭部に被せられ、前記突起が前記胴部に設けられることを特徴とする請求項５に記載のロボット。
7. 前記本体の外面に沿って凹状嵌合部が延設され、
   前記外皮が、前記凹状嵌合部に対応する位置に開口部を有し、
   前記開口部の縁に沿った紐が備えられ、
   前記紐によって前記開口部の大きさが調節され、前記開口部の縁が前記凹状嵌合部に嵌合することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のロボット。
8. 本体に被せられる外皮を備えるロボットであって、
   前記本体の外面に沿って凹状嵌合部が延設され、
   前記外皮に前記凹状嵌合部と相補形状の嵌合部材が設けられ、
   前記嵌合部材が前記凹状嵌合部に嵌合することにより、前記外皮が前記本体に固定され、
   前記外皮が、伸縮性を有する基材を布袋に収容して構成され、
   前記布袋の周縁部に前記嵌合部材が収容されていることを特徴とするロボット。
9. 前記本体は、外部に露出されるべき露出部を有し、
   前記露出部の周囲に前記凹状嵌合部が設けられ、
   前記外皮は、前記露出部を露出させるための開口部を有し、
   前記嵌合部材は、前記外皮の内面における前記開口部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のロボット。
10. ロボットの本体に被せられる外皮であって、
    伸縮性を有する基材を布袋に収容して構成され、
    前記本体の外面に沿って延設された凹状嵌合部と相補形状の嵌合部材が設けられ、
    前記布袋の周縁部に前記嵌合部材が収容され、
    前記嵌合部材を前記凹状嵌合部に嵌合させることにより、前記本体に固定されることを特徴とする外皮。
11. ロボットの本体に被せられる外皮であって、
    外皮本体と、
    前記外皮本体のうち、前記ロボットの本体に対向する面とは反対側の面に備えられる取付部材と、
    を含み、
    前記外皮本体の前記取付部材周辺が折り返され、前記取付部材が前記本体に固定されることで、前記本体との間に前記取付部材を位置させ、前記本体に固定されることを特徴とする外皮。
12. 前記本体が、互いに相対変位可能な胴部と頭部を含み、
    前記本体の頭部に嵌合部が設けられ、
    前記係合部が開口部を有し、
    前記開口部が前記嵌合部に嵌合することで、前記外皮が前記本体に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
13. 本体に被せられる外皮を備えるロボットであって、
    前記本体に設けられたセンサの検出情報に基づいて前記外皮の前記本体からの離脱を判定するデータ処理部を備えることを特徴とする請求項１〜９、１３のいずれかに記載のロボット。
14. 前記データ処理部は、前記外皮が前記本体から離脱したと判定すると、予め定める処理を実行することを特徴とする請求項１４に記載のロボット。

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