JP7162879B2 - ロボット頭部装置及びロボット - Google Patents

Description

この発明は、頭部形状を有する支持体へと弾性素材の外皮を被せて成るロボット頭部装置又は当該ロボット頭部装置を備えたロボットに関する。

近年、様々な分野において、人間等の顔の表情をより写実的に表現することが可能なロボットの開発が待たれている。

そのようなニーズに応えるため、近年、本願の発明者は、頭部形状を有し各部に所定の動作部を備えた支持体に、シリコン素材等から成る弾性素材の外皮を被せ、様々な表情を表出可能なロボット頭部装置を提案している。

特開２０１８－１６７３５６号公報

ところで、人間の顔の表情は、各所に配置された筋肉の収縮と弛緩に伴って皮膚が伸長、萎縮することにより形成されており、その動きは非常に複雑である。そのため、モータ等のアクチュエータを用いた工学的な手法で、顔の表情を写実的に表出させようとする場合、多くの工夫が必要となる。

しかしながら、上述のロボット頭部装置において頭部のどの部分をどのように動作させれば表情を写実的に表現できるかについて未だ十分な検討がなされていない。

本発明は、上述の技術的背景の下になされたものであり、その目的とすることころは、写実的な表情を表出可能なロボット頭部装置、及び、当該ロボット頭部装置を備えたロボットを提供することにある。

本発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

上述の技術的課題は、以下の構成を有する情報処理装置により解決することができる。

すなわち、本発明に係るロボット頭部装置は、頭部形状の支持体に弾性素材から成る外皮を被覆することにより構成されるロボット頭部装置であって、前記支持体は、前記支持体の頬に相当する領域に左右一対の頬部動作表現機構を備え、前記頬部動作表現機構は、それぞれ、前記外皮の頬に相当する領域の内面の一部と面状に接着される頬部接着片と、前記頬部接着片を保持し、かつ、前記頬部接着片を前記支持体の側面方向に引き上げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の頬に相当する領域を前記支持体の側面方向に引き上げるよう弾性変形させる、頬部接着片変位部材と、を備え、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材に対して回動自在に保持されており、それにより、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材による変位に伴って従動的に回動する、ものである。

このような構成によれば、頬部の外皮に弾性変形をもたらす頬部接着片が、変位に伴って従動的に回動するので、頬にしわが寄ったような三次元的に自然な頬の動きを表現することができる。そのため、例えば、笑顔などの表情を表現する際の頬の動きを三次元的により写実的に表現することができる。なお、ここで、頭部とは、首より上の部分を意味するものである。

前記頬部接着片変位部材は、動力源へと直接又は間接的に接続されて引き込み又は押し出しされ、前記頬部接着片をその一部に保持するワイヤ部材と、前記ワイヤ部材を内包して摺動させ、前記ワイヤ部材に保持された前記頬部接着片の変位軌道を定義するガイドパイプと、を含む、ものであってもよい。

このような構成によれば、動力源を変位部材の周辺に配置する必要がなく、動作部をコンパクトにまとめることができる。

前記頬部接着片は、貫通孔を有し、前記ワイヤ部材は、１本のワイヤ部材を折り返すことにより形成されたＵ字の底辺部に、前記貫通孔を介して前記頬部接着片を挿通させることにより、前記頬部接着片を回動自在に保持し、前記ガイドパイプは、前記Ｕ字の残りの２辺に相当する前記ワイヤ部材を内包して摺動させ、前記ワイヤ部材に保持された前記頬部接着片の変位軌道を定義する、１組のガイドパイプを含む、ものであってもよい。

このような構成によれば、比較的簡易な構造でありながら、２本のワイヤで頬部接着片を保持するのと同様の構造となるので、外皮の弾性に負けることなく、より安定的に所望の軌道で頬部の接着片を変位させることができる。

前記支持体は、さらに、前記支持体の１又は複数の領域に動作表現機構を備えており、前記動作表現機構は、それぞれ、前記外皮の対応する領域の内面の一部と面状に接着される接着片と、前記接着片を保持し、かつ、前記接着片を所定の軌道で変位させ、それにより、前記外皮の対応する領域を弾性変形させる、接着片変位部材と、を備え、前記接着片は、前記接着片変位部材へと回動不能に固定されている、ものである。

このような構成によれば、頬については接着片の従動的な回動を許容して三次元的に自然な頬の動きを表現しつつも、頭部の他の領域については、接着片の回動を敢えて許容しないことで、自然かつ写実的な顔の表現を実現することができる。

前記外皮及び前記支持体は、口に相当する領域を有し、前記動作表現機構は、さらに、前記口の直上に左右一対に配置され、前記口の直上を各側面方向に引き上げるか又は中心方向に押し下げる、一対の口上部動作表現機構と、前記口の中心の直下に配置され、前記口の直下を下向きに引き下げるか又は上向きに押し上げる、口下部動作表現機構と、を備える、ものであってもよい。

このような構成によれば、口の直上２カ所、口の直下１カ所、頬２カ所の５カ所を動作させることができるので、口の動作を写実的に表現することができる。また、写実的に口を動かすことができるので、例えば、微笑みから大笑いまで様々な種類の笑顔を表現することも可能となる。

前記支持体は、さらに、左右一対の眼球部と、各前記眼球部の正面側に配置され、前記眼球部に沿って前記球状面の一部をカバーし、上下に開閉可能に構成された一対のカバー部材と、備え、前記カバー部材の末端には、目に相当する外皮の切り欠き部の周縁部を載せることが可能な突状部が設けられている、ものであってもよい。

このような構成によれば、より写実的な目の開閉を実現することができる。

前記眼球の直下に左右一対に配置され、前記目に相当する外皮部分を下方向に引き下げるか又は上方向に押し上げる、一対の目下動作表現機構と、を備えるものであってもよい。

このような構成によれば、目の周りの動作をより写実的に表現することができる。

前記支持体は、さらに、前記支持体の額に相当する領域に額部動作表現機構を備え、前記額部動作表現機構は、前記外皮の額に相当する領域の内面の一部と面状に接着される額部接着片と、前記額部接着片を保持し、かつ、前記額部接着片を前記支持体形状に沿って上方向に引き上げるか又は下方向に押し下げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の額に相当する領域を前記支持体の形状に沿って上方向に引き上げるか又は下方向に押し下げるよう弾性変形させる、額部接着片変位部材と、を備えるものであってもよい。

このような構成によれば、額部を上方へと引き上げることにより、併せて眉などを引き上げることができ、眉から額にかけての自然な動きを表現することができる。

また、本発明は、ロボット頭部装置を備えたロボットとしても観念することができる。すなわち、本発明に係るロボットは、頭部形状の支持体に弾性素材から成る外皮を被覆することにより構成されるロボット頭部装置を備えたロボットであって、前記支持体は、前記支持体の頬に相当する領域に左右一対の頬部動作表現機構を備え、前記頬部動作表現機構は、それぞれ、前記外皮の頬に相当する領域の内面の一部と面状に接着される頬部接着片と、前記頬部接着片を保持し、かつ、前記頬部接着片を前記支持体の側面方向に引き上げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の頬に相当する領域を前記支持体の側面方向に引き上げるよう弾性変形させる、頬部接着片変位部材と、を備え、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材に対して回動自在に保持されており、それにより、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材による変位に伴って従動的に回動する、ものである。

本発明に係るロボットによれば、写実的な表情を表出可能なロボット頭部装置、及び、当該ロボット頭部装置を備えたロボットを提供することができる。

図１は、ロボット頭部の外観斜視図である。 図２は、頭部支持体の外観斜視図（その１）である。 図３は、頭部支持体の外観斜視図（その２）である。 図４は、頭部支持体の外観斜視図（その３）である。 図５は、電気的全体構成図である。 図６は、動作説明図（斜視図）である。 図７は、動作説明図（正面図）である。 図８は、瞼に関する構造説明図である。 図９は、各動作片の動作概略図である。 図１０は、頬部動作片の動作図である。 図１１は、表情についての説明図（その１）である。 図１２は、表情についての説明図（その２）である。

以下、本発明に係るロボット頭部装置又は当該ロボット頭部装置を備えたロボットの実施の一形態を、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１．構成＞
＜１．１ 外皮と支持体の構成＞
図１は、ロボット頭部５００の外観斜視図である。同図から明らかな通り、ロボット頭部５００は、人間の頭部を模した外観を有している。ロボット頭部５００は、後述の頭部支持体７００の上に所定の弾性を有するシリコン製の外皮６００を被せることにより構成されている。外皮６００は、左右の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒ、左右の耳部６０５Ｌ、６０５Ｒ（図示せず）を有しており、その前面には鼻部６０４と口部６０２とが設けられている。左右の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒ及び口部６０２には、その開閉を許容するよう、それぞれ適当な切り込みが設けられている。

図２は、ロボット頭部５００内で外皮６００を支持する頭部支持体７００の外観斜視図である。同図において、斜線で示される領域は、外皮６００を被せる際に接着剤を塗布して外皮６００の内面側と接着される領域を表している。本実施形態においては、まず、頭部支持体７００の斜線の表面領域に接着剤を塗布し、その接着剤が固化するより前に、外皮６００を被せて位置合わせを行うことにより、外皮６００と頭部支持体７００とが固定される。

外皮６００は、頭部支持体７００の前面側乃至側面側を覆いおよその頭部形状を形成する略半球状の外殻体７１と、頭部支持体７００の前面中央部に配置され鼻の形状を模して前方へと突出した形状を有する鼻部支持体７３により支持されている。外殻体７１の額から頭頂部にかけての領域には、その曲面に沿って略長方形の開口部７１０が設けられている。外殻体７１及び鼻部支持体７３はいずれも所定の構造部材へと固定されており、眼、頬、額及び口の周辺に相当する領域を除いた領域をおよそ被覆している。

外殻体７１の額から頭頂部にかけて設けられた開口部７１０の内部には、その曲面に沿って上下動可能なように配置され、外皮と接着される略長方形の額部接着片１０が設けられている。

ロボット頭部５００の眼の位置に相当する領域には、左右一対に、球状の眼球部２１Ｌ、２１Ｒと、前記眼球部２１Ｌ、２１Ｒに沿って前記球状面の略上半分をカバーし上下に開閉可能に構成された瞼部材２０Ｌ、２０Ｒとが設けられている。瞼部材２０Ｌ、２０Ｒの下端には、外皮６００の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒの切欠き部の周縁部を載せることが可能な程度に前方へと突出した突状部２０１Ｌ、２０１Ｒが設けられている。

ロボット頭部５００の眼に相当する領域の直下には、左右一対に、上下に変位可能に構成された小片である眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒが設けられている。眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒは、外皮６００の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒの直下の背面に接着され、外皮６００の左右の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒの直下部分を略垂直方向に押し上げたり引き下げたりするよう動作する。

ロボット頭部５００の頬に相当する領域には、左右一対に、変位可能に構成された小片である頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒが設けられている。後述するように、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒは、外皮６００の頬部の背面に接着され、外皮６００の頬部を左右の側面方向に引き上げたり中心方向へと押し下げたりするように変位する。

ロボット頭部５００の口部６０２の直上領域には、左右一対に、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒが設けられている。後述するように、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒは、外皮６００の口部６０２の直上領域の背面に接着され、口部６０２を左右の側面方向に引き上げたり、中心方向へと押し下げたりするように変位する。

ロボット頭部５００の口部６０２の直下領域には、変位可能に構成された小片である口直下部接着片６０が設けられている。後述するように、口直下部接着片６０は、外皮６００の口部６０２の直下領域の背面に接着され、口部６０２を下から押し上げたり引き下げたりするように変位する。

ロボット頭部５００の最下端には、ロボット頭部５００の輪郭を形成する略Ｕ字形状の部材である顎部接着片７２が設けられている。後述するように、顎部接着片７２は、外皮６００の顎の輪郭に相当する領域の背面に接着され、顎の付け根部分に設けられたモータを動作させることで、顎の付け根を起点として口部６０２の開閉動作を実現するよう変位する。

次に、図３及び図４を参照しつつ、頭部支持体７００に設けられた各モータと各動作部との連結関係について説明する。

図３は、頭部支持体７００の外観斜視図（その２）であり、図２の頭部支持体７００から外殻体７１を取り除いた状態の外観斜視図である。同図から明らかな通り、動作する各接着片は、頭部側面に設けられた７つのモータ（１０１Ｌ、１０１Ｒ～１０７Ｌ、１０７Ｒ）の出力部と接続されている。なお、このような構成によれば、モータ等の動力源を変位する部材の周辺に配置する必要がなく、動作部をコンパクトにまとめることができる。

左右一対の瞼部材２０Ｌ、２０Ｒは、それぞれ、左右一対のモータ１０１Ｌ、１０１Ｒへと接続されている。具体的には、瞼部材２０Ｌ、２０Ｒの上端の小孔と、第１のモータ１０１Ｌ、１０１Ｒの回転出力部に接続された回転伝達部品２３Ｌ、２３Ｒの先端とは、棒部材２２Ｌ、２２Ｒを介して接続されている。このとき、瞼部材２０Ｌ、２０Ｒは、左右からそれぞれ回動自在に支持されているので、モータの回転に伴なって、瞼部材２０Ｌ、２０Ｒは、眼球部２１Ｌ，２１Ｒの被覆の割合を変えるよう上下動する。

眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒは、動力伝達部材３１Ｌ、３１Ｒを介して、図示しないモータと接続されており、外皮６００の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒの直下部分を上下動させるよう変位する。

頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒは、ワイヤ５１Ｌ、５１Ｒを介して、左右一対のモータ１０５Ｌ、１０５Ｒと接続されている。具体的には、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒに設けられた貫通孔に通されたワイヤ５１Ｌ、５１Ｒは、Ｕ字状に折り返してモータ１０５Ｌ、１０５Ｒの出力部に接続された回転伝達部品５５Ｌ、５５Ｒの先端へと接続されている。このとき、ワイヤ５１Ｌ、５１Ｒは、ガイドパイプ５３Ｌ、５３Ｒに挿通されてその経路が定義され、ガイドパイプ５３Ｌ、５３Ｒは、その両端をガイドパイプ固定部５２Ｌ、５２Ｒ、５４Ｌ、５４Ｒにより固定されている。また、後述するように、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒは回動可能にＵ字状のワイヤ５１Ｌ、５１ＲのＵ字底辺部に係合している。このような構成により、モータ１０５Ｌ、１０５Ｒの回転に伴なって、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒは、所定の軌道で、側面方向に引き上げられたり、中心方向へと押し下げられたりするよう変位する。

口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒは、ワイヤ４１Ｌ、４１Ｒを介して、左右一対のモータ１０４Ｌ、１０４Ｒと接続されている。具体的には、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒに設けられた貫通孔に通されたワイヤ４１Ｌ、４１Ｒは、Ｕ字状に折り返してモータ１０４Ｌ、１０４Ｒの出力部に接続された回転伝達部品４５Ｌ、４５Ｒの先端へと接続されている。このとき、ワイヤ４１Ｌ、４１Ｒは、ガイドパイプ４３Ｌ、４３Ｒに挿通されてその経路が定義され、ガイドパイプ４３Ｌ、４３Ｒは、その両端をガイドパイプ固定部４２Ｌ、４２Ｒ、４４Ｌ、４４Ｒにより固定されている。このような構成により、モータ１０４Ｌ、１０４Ｒの回転に伴なって、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒは、所定の軌道で、側面方向に引き上げられたり、中心方向へと押し下げられたりするよう変位する。

口直下部接着片６０は、ワイヤ６１を介して、モータ１０７Ｌと接続されている。具体的には、口直下部接着片６０に設けられた貫通孔に通されたワイヤ６１は、Ｕ字状に折り返してモータ１０７Ｌの出力部に接続された回転伝達部品６５Ｌの先端へと接続されている。このような構成により、モータ１０７Ｌの回転に伴なって、口直下部接着片６０は、所定の軌道で、上方向に押し上げられたり、下方向へと引き下げられたりするよう変位する。

顎部接着片７２は、顎の付け根の図示しないモータにより下顎の開閉を行うよう駆動される。

図４は、頭部支持体の外観斜視図（その３）であり、具体的には、額部接着片１０を後方から観察した斜視図である。同図から明らかな通り、額部接着片１０は、モータ１０３Ｌと接続されている。具体的には、頭部接着片１０の背面に設けられた突部１０１とスライド部材１１の端面とは接合されている。スライド部材１１を向かい合う左右の基板９０Ｌ、９０Ｒの間に挟持した上で、各基板９０Ｌ、９０Ｒの長孔部９０１Ｌ、９０１Ｒ、９０２Ｌ、９０２Ｒと、２つの孔部１１１、１１２とを位置合わせしてボルトを挿通することにより、スライド部材１１を上下にスライド可能に構成することができる。一方、スライド部材１１に設けられた小孔にはワイヤ１２がＵ字状に挿通され、ワイヤ１２は、前後をガイドパイプ固定部１３、１５に固定され下方から支持部材９１により支持されたガイドパイプ１４へと挿通されている。また、ワイヤ１２の端部は、モータ１０３Ｌの出力部の回転伝達部品１６の先端と連結されている。このような構成により、モータ１０３Ｌの回転に伴なって、額部接着片１０を上下に変位させることができる。

＜１．２ 電気的構成＞
図５は、ロボット頭部５００を動作させるための電気的全体構成図である。同図から明らかな通り、頭部支持体７００に搭載された基板７５０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から成る情報処理装置３００と接続されている。

情報処理装置３００は、制御部３０１、通信部３０２、入出力部３０３、表示出力部３０４、音声出力部３０５及び記憶部３０６とを備え、それらは互いにバス等介して接続されている。制御部３０１は、ＣＰＵ等の演算装置であり各種プログラムの実行処理を行う。通信部３０２は、無線又は有線通信を行うための通信ユニットである。入出力部３０３は、外部装置との入出力処理を行うものである。表示出力部３０４は、図示しないディスプレイの間に介在して表示出力処理を行うものである。音声出力部３０５は、図示しないスピーカの間に介在して音声出力処理を行うものである。記憶部３０６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク等から成り、プログラム又はデータの記憶を行うものである。

基板７５０は、入出力部７５１、通信部７５２、制御部７５３、記憶部７５４、及び駆動制御部７５５とを搭載しており、それらは互いにバス等を介して接続されている。入出力部７５１は、外部装置との間の信号の入出力処理を行うものである。通信部７５２は、無線又は有線通信を行うための通信ユニットである。制御部７５３は、ＭＰＵ等の演算装置であり各種プログラムの実行処理を行う。記憶部７５４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク等から成り、プログラム又はデータの記憶を行うものである。駆動制御部は、制御部７５３からの指令に基づき、接続される第１～第７の左右のモータ１０１Ｌ、１０１Ｒ～１０７Ｌ、１０７Ｒの駆動制御を行う。

すなわち、情報処理装置３００の制御部３０１からロボットの表情に関する指令信号が基板７５０へと送信されると、当該指令信号を受けて、制御部７５３において各モータ１０１Ｌ、１０１Ｒ～１０７Ｌ、１０７Ｒへの指令信号が生成され、当該指令信号を受けて、駆動制御部により各モータ１０１Ｌ、１０１Ｒ～１０７Ｌ、１０７Ｒが制御される。すなわち、この各モータ１０１Ｌ、１０１Ｒ～１０７Ｌ、１０７Ｒの作動により表情が形成される。

＜２．動作＞
＜２．１ 動作箇所の配置＞
図６及び図７を参照しつつ、頭部支持体７００の動作箇所の配置について説明する。図６は、頭部支持体７００の動作説明図（斜視図）である。図７は、頭部支持体７００の動作説明図（正面図）である。

頭部支持体７００の額部には、一カ所の動作部が設けられている。すなわち、モータの回転に伴なって、頭部支持体７００の額部中心に設けられた略長方形の額部接着片１０が矢印の通り上下に変位する。

頭部支持体７００の各眼部６０１Ｌ、６０１Ｒ周辺には、二カ所の動作部が設けられている。すなわち、頭部支持体７００の眼部の上下には、その直上部に瞼部材２０Ｌ、２０Ｒ、その直下部に眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒが設けられており、連結される各モータの回転に伴なって、それぞれ眼を開閉するよう矢印の通り上下動する。

頭部支持体７００の口部６０２周辺には、五カ所の動作部が設けられている。すなわち、口部６０２の直上には、左右一対の口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒ、口部６０２の両脇から頬部にかけての領域には、左右一対の頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒ、及び口部６０２の直下には、口直下部接着片６０が設けられている。各モータの回転に伴なって、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒは、側面方向に引き上げられたり、中心方向へと押し下げられたりするよう変位する。また、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒは、各モータの回転に伴なって、側面方向に引き上げられたり、中心方向へと押し下げられたりするよう変位する。さらに、口直下部接着片６０は、各モータの回転に伴なって、矢印の通り、上方向に押し上げられたり、下方向へと引き下げられたりするよう変位する。

顎部接着片７２の付け根には、一カ所の動作部が設けられている。すなわち、顎部接着片７２の付け根には、図示しないモータが配置されており、顎部接着片７２は、図６のＡ軸を中心として回転して下顎に相当する部分を開閉させる。

なお、いずれの矢印もおよその軌道を示すものであって、その変位量を示すものではない点に注意されたい。

＜２．２ 瞼部材の動作＞
図８は、瞼部材２１Ｌ、２１Ｒに関する構造説明図である。同図においては、頭部支持体７００上に外皮６００が接着されている。同図から明らかな通り、瞼部材２０Ｌ、２０Ｒの下端部には、前方へと突出した突状部２０１Ｌ、２０１Ｒが設けられている。当該突状部２０１Ｌ、２０１Ｒには、外皮６００の眼部６０２の切欠きの周縁部が載せられるか又は覆い被される。従って、瞼部材２０Ｌ、２０Ｒを上下動させることにより、眼部６０２の切欠きの周縁部がそれに伴って上下動する。

このような構成によれば、写実的な目の開閉を実現することができる。

＜２．３ 動作片の基本動作＞
図９は、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒ、及び、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒの基本的構造を示した動作概略図であり、例示的に頬部接着片５０Ｌが示されている。同図から明らかな通り、頬部接着片５０Ｌに設けられた貫通孔に通された金属製のワイヤ５１Ｌは、Ｕ字状に折り返してモータ１０５Ｌの出力部に接続された回転伝達部品５５Ｌの先端へと接続されている。このとき、ワイヤ５１Ｌは、ガイドパイプ５３Ｌに挿通されてその経路が定義され、ガイドパイプ５３Ｌは、その両端をガイドパイプ固定部５２Ｌ、５４Ｌにより固定されている。

このようにワイヤ５１ＬのＵ字の底辺に相当する部分に頬部接着片５０Ｌを設けることで、頬部接着片５０Ｌを実質的に２本のワイヤ５１Ｌで支持することができるので、外皮６００の弾性に基づく反力等にも負けず、より安定した軌道で頬部接着片５０Ｌを変位させることができる。

また、このような構成によれば、モータ等の動力源を変位する部材の周辺に配置する必要がなく、動作源をコンパクトにまとめて適切に配置することができる。

＜２．４ 頬部接着片の動作＞
本実施形態においては、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒのみワイヤ５１Ｌ、５１Ｒに対して回動自在に支持されおり、その他の接着片（４０Ｌ、４０Ｒ、６０）はワイヤに対して回動不能に固定されている。

図１０は、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒの動作説明図である。

図１０（ａ）は、頬部接着片５０Ｌの基本的動作について示す斜視図である。同図から明らかな通り、ワイヤ５１Ｌが挿通された頬部接着片５０Ｌは、外皮６００が接着されない状態においては、その大面積面を外皮６００におよそ沿わせる向きで、口部６０２の内部に配置される歯列部材８０におよそ沿うように変位する。

図１０（ｂ）は、外皮６００を頬部接着片５０Ｌに接着した場合の動作前後の状態説明図である。同図から明らかな通り、変位開始時点においては、頬部接着片５０Ｌは、外皮６００の内面に沿って配置されている。しかしながら、一定程度変位が進むと、頬部接着片５０Ｌは、外皮６００の内面と接着されていることにより、ワイヤ５１Ｌに対して従動的に回動する。このまま、さらに変位が進むと、外皮６００がさらに弾性変形していくこととなる。

すなわち、このような構成によれば、頬にしわが寄るような三次元的に自然な頬の動きを表現することができる。そのため、例えば、笑顔などの表情を表現する際の頬の動きを三次元的により写実的に表現することができる。

＜２．５ 表情の表出動作＞
続いて、図１１を参照しつつ、ロボット頭部５００を用いた段階的な笑顔の表現について説明する。なお、表情に関する制御指令は前述の情報処理装置３００等を介して提供される。

初期状態において、同図上段の表情（表情Ａ）が提示されている。このとき、左右一対の口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒ、左右一対の頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒ、口直下部接着片６０、及び、顎部接着片７２は、それぞれ破線の位置に配置されている。

同表情（表情Ａ）において、頬部接着片５０Ｌ、５０Ｒを矢印の側面方向へとそれぞれ引き上げることで頬に皺が寄った微笑となる（同図下段左の表情Ｂ）。

同表情（表情Ｂ）において、さらに、口直上部接着片４０Ｌ、４０Ｒを矢印の方向に引き上げると共に、口直下部接着片６０を矢印の方向へと引き下げることにより、口部６０２内の歯列部材８０が見えるような笑顔となる（同図下段中央の表情Ｃ）。

同表情（表情Ｃ）において、さらに、顎部接着片７２を下方向へと開くことで、口を大きく開けた笑顔となる（同図下段右の表情Ｄ）。

すなわち、このような構成によれば、口の直上２カ所、口の直下１カ所、頬２カ所の５カ所を動作させることができるので、口の動作を写実的に表現することができる。また、例えば、微笑みから大笑いまで様々な種類の笑顔を表現することも可能となる。

なお、本実施形態では、段階的に笑顔を作るように記載したが、このような形態に限定されず、中間表情を設けずに各表情をすぐに生成してもよいことは勿論である。

次に、図１２を参照しつつ、ロボット頭部５００を用いた驚きの表情の表現について説明する。

初期状態においては、同図左側の表情（表情Ａ）が提示されている。このとき、左右一対の眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒ及び額部接着片１０とは図の破線の位置に配置されている。また、同図においては、左右一対の眉部６０５Ｌ、６０５Ｒが、外皮６００の眼部６０１Ｌ、６０１Ｒの直上に設けられている。

同状態（表情Ａ）において、眼下接着片３０Ｌ、３０Ｒをそれぞれ矢印の通り下に引き下げ、額部接着片１０を矢印の通り情報に引き上げると、眼部６０１Ｌ、６０１Ｒが見開かれた状態になると共に額が弾性変形して眉が上がることとなる。

このような構成によれば、額部を上方へと引き上げることにより、併せて眉などを引き上げることができ、眉から額にかけての自然な動きを表現することができる。これにより、例えば、自然な驚いた表情等を実現することができる。

＜３．変形例＞
上述の実施形態では、接着片の変位機構として、ワイヤを用いた駆動機構について説明した。しかしながら、本発明はそのような構成に限定されない。従って、既知の種々の駆動方法による変位機構が採用可能である。

上述の実施形態では、人間の頭部を模した例について説明したが、本発明はそのような構成に限定されない。従って、例えば、動物やキャラクタ、空想上の生き物など他の種々の形状を採用してもよいことは勿論である。

上述の実施形態では、ロボット頭部のみについて説明したが、本発明はそのような構成に限定されない。従って、例えば、ロボット頭部に対してさらに首から下の装置を取り付け、四肢を備えたロボット等として構成してもよいことは勿論である。

本発明は、アンドロイド等のロボットを製造等する産業等にて利用可能である。

５００ ロボット頭部
６００ 外皮
７００ 頭部支持体

Claims (9)

1. 頭部形状の支持体に弾性素材から成る外皮を被覆することにより構成されるロボット頭部装置であって、
   前記支持体は、前記支持体の頬に相当する領域に左右一対の頬部動作表現機構を備え、
   前記頬部動作表現機構は、それぞれ、
   前記外皮の頬に相当する領域の内面の一部と面状に接着される頬部接着片と、
   前記頬部接着片を保持し、かつ、前記頬部接着片を前記支持体の側面方向に引き上げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の頬に相当する領域を前記支持体の側面方向に引き上げるよう弾性変形させる、頬部接着片変位部材と、を備え、
   前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材に対して回動自在に保持されており、それにより、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材による変位に伴って従動的に回動する、ロボット頭部装置。
2. 前記頬部接着片変位部材は、
   動力源へと直接又は間接的に接続されて引き込み又は押し出しされ、前記頬部接着片をその一部に保持するワイヤ部材と、
   前記ワイヤ部材を内包して摺動させ、前記ワイヤ部材に保持された前記頬部接着片の変位軌道を定義するガイドパイプと、を含む、請求項１に記載のロボット頭部装置。
3. 前記頬部接着片は、貫通孔を有し、
   前記ワイヤ部材は、１本のワイヤ部材を折り返すことにより形成されたＵ字の底辺部に、前記貫通孔を介して前記頬部接着片を挿通させることにより、前記頬部接着片を回動自在に保持し、
   前記ガイドパイプは、前記Ｕ字の残りの２辺に相当する前記ワイヤ部材を内包して摺動させ、前記ワイヤ部材に保持された前記頬部接着片の変位軌道を定義する、１組のガイドパイプを含む、請求項２に記載のロボット頭部装置。
4. 前記支持体は、さらに、
   前記支持体の１又は複数の領域に動作表現機構を備えており、
   前記動作表現機構は、それぞれ、
   前記外皮の対応する領域の内面の一部と面状に接着される接着片と、
   前記接着片を保持し、かつ、前記接着片を所定の軌道で変位させ、それにより、前記外皮の対応する領域を弾性変形させる、接着片変位部材と、を備え、
   前記接着片は、前記接着片変位部材へと回動不能に固定されている、請求項１に記載のロボット頭部装置。
5. 前記外皮及び前記支持体は、口に相当する領域を有し
   前記動作表現機構は、さらに、
   前記口の直上に左右一対に配置され、前記口の直上を各側面方向に引き上げるか又は中心方向に押し下げる、一対の口上部動作表現機構と、
   前記口の中心の直下に配置され、前記口の直下を下向きに引き下げるか又は上向きに押し上げる、口下部動作表現機構と、を備える、請求項４に記載のロボット頭部装置。
6. 前記支持体は、さらに、
   左右一対の眼球部と、
   各前記眼球部の正面側に配置され、前記眼球部に沿って前記眼球部の有する球状面の一部をカバーし、上下に開閉可能に構成された一対のカバー部材と、備え、
   前記カバー部材の末端には、目に相当する外皮の切り欠き部の周縁部を載せることが可能な突状部が設けられている、請求項１に記載のロボット頭部装置。
7. 前記眼球部の直下に左右一対に配置され、前記目に相当する外皮部分を下方向に引き下げるか又は上方向に押し上げる、一対の目下動作表現機構と、を備える請求項６に記載のロボット頭部装置。
8. 前記支持体は、さらに、
   前記支持体の額に相当する領域に額部動作表現機構を備え、
   前記額部動作表現機構は、
   前記外皮の額に相当する領域の内面の一部と面状に接着される額部接着片と、
   前記額部接着片を保持し、かつ、前記額部接着片を前記支持体の形状に沿って上方向に引き上げるか又は下方向に押し下げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の額に相当する領域を前記支持体の形状に沿って上方向に引き上げるよう弾性変形させる、額部接着片変位部材と、を備える請求項１に記載のロボット頭部装置。
9. 頭部形状の支持体に弾性素材から成る外皮を被覆することにより構成されるロボット頭部装置を備えたロボットであって、
   前記支持体は、前記支持体の頬に相当する領域に左右一対の頬部動作表現機構を備え、
   前記頬部動作表現機構は、それぞれ、
   前記外皮の頬に相当する領域の内面の一部と面状に接着される頬部接着片と、
   前記頬部接着片を保持し、かつ、前記頬部接着片を前記支持体の側面方向に引き上げるような軌道で変位させ、それにより、前記外皮の頬に相当する領域を前記支持体の側面方向に引き上げるよう弾性変形させる、頬部接着片変位部材と、を備え、
   前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材に対して回動自在に保持されており、それにより、前記頬部接着片は、前記頬部接着片変位部材による変位に伴って従動的に回動する、ロボット。

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