KR101196299B1 - 안드로이드용 얼굴 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표정의 구현이 가능한 안드로이드용 얼굴 로봇에서 안드로이드가 웃는 표정을 구현하기 위하여 윗입술을 움직일 때 윗입술이 자연스럽게 움직일 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇에 관한 것으로서,

얼굴의 골격을 형성하는 내피(10)와; 부드러운 재질로 형성되며 내피(10)의 외측에 부착되는 외피(20)와; 외피(20)를 움직이는 기구부를 포함하는 안드로이드용 얼굴 로봇에 있어서, 내피(10)는 외피(20)에 형성된 윗입술(25) 부분의 움직임에 방해가 되지 않도록 코끝(13) 하부의 콧대와 콧방울 일부가 절개되어 코끝(13)의 하부에 공간부(15)가 형성되도록 하고, 외피(20)의 윗입술(25) 부분을 움직일 때 윗입술(25) 중앙 상측 부분이 공간부(15)에 유입되어 윗입술(25) 부분이 자연스럽게 움직이도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서, 크게 웃을 때 윗입술이 상측으로 움직여 내피의 코끝 아래에 형성된 공간으로 유입되므로 윗입술의 움직임이 원활하여 웃는 표정이 자연스러운 느낌을 주게 된다.

안드로이드, 얼굴 로봇, 내피, 외피, 코끝, 공간부, 윗입술, 웃음, 휴머노이드, 표정

Description

안드로이드용 얼굴 로봇{Face Robot for Android}

본 발명은 표정의 구현이 가능한 안드로이드용 얼굴 로봇에 관한 것으로서, 특히 안드로이드가 웃는 표정을 구현하기 위하여 윗입술을 움직일 때 윗입술이 자연스럽게 움직일 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업 현장에서 사용되는 산업용 로봇과 인간과 유사한 형태도 이루어진 인간형 로봇으로 구분된다. 산업용 로봇은 인간이 직접 작업하기가 어려운 환경에서 원격 조정에 의해 작동하여 작업을 수행하거나, 자유도 1~2의 단순 반복 작업 또는 전자 제어를 이용하여 자유도 3 이상의 작업을 수행하는 로봇으로서, 무인화생산시스템(Flexible Manufacturing System;FMS)을 실현시키기 위한 작업원으로 이용되고 있다.

인간형 로봇은 사람의 형태를 가지는 로봇으로서, 로봇 기술의 궁극적인 목표에 해당하며, 크게 휴머노이드와 안드로이드로 구분된다. 휴머노이드는 외모가 인간과 유사한 로봇으로, 두 팔과 두 다리 및 머리를 가지고 있고 어느 정도의 거리를 이동할 수 있는 일체의 로봇을 의미한다. 일본 혼다사에서 개발한 "아시모(ASIMO)"와 국내 연구진(KAIST)에 의해 개발된 휴보(HUBO) 등이 이에 속한다.

반면, 안드로이드는 인간을 닮은 로봇으로서 겉보기에는 인간과 거의 구별이 되지 않는 로봇을 의미한다. 이러한 안드로이드는 아직 제작할 수 없지만, 감정 표현이 가능한 로봇에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 이에 따라 다양한 로봇들이 개발되고 있는데, 현재까지 개발된 로봇들은 사람의 얼굴을 본 딴 기계적인 얼굴로 그 심리상태나 감정 등을 표현하고 있다. 이러한 로봇으로는 기계적으로 얼굴의 근육을 모사한 미국 MIT에서 개발한 키스멧(Kissmet)이 있으며, 실리콘을 사용하여 사람의 피부와 비슷하게 만든 일본 도쿄대학의 사야(SAYA) 등이 있다.

그러나, 이러한 기계적인 얼굴로는 다양한 인간의 표정을 자연스럽게 표현하기가 어렵고, 생성된 표정이 사람들에게 거부감을 주는 경우도 발생하고 있다. 이에 따라 다양한 인간의 표정을 모사하여 구현할 수 있도록 한, "표정 구현이 가능한 얼굴로봇"이 특허출원되어 10-2009-0022875호로 공개된 바 있다.

<참고문헌>

10-2009-0022875호 "표정 구현이 가능한 얼굴 로봇"

상기 특허출원에 따르면, 얼굴 로봇은 얼굴 골격 위에 형성되고 유연한 소재로 형성된 인공피부와, 상기 인공피부의 각 부분에 설치되어 상기 인공피부를 당기거나 밀어주는 복수의 접촉모듈과, 상기 접촉모듈에 각각 별개의 와이어로 연결되어 해당 접촉모듈을 움직이는 복수의 액츄에이터 및 상기 액츄에이터들을 제어하는 마이크로 프로세서로 이루어진 표정 발생부를 이용하여 다양한 표정을 구현할 수 있도록 하고 있다. 이에 따라 인간과 최대한 유사한 표정을 짓는 얼굴로봇을 얻을 수 있게 된다.

한편, 안드로이드는 사람과 닮은 로봇을 의미하므로, 안드로이드의 얼굴에서는 자연스러운 사람의 표정을 구현하는 것이 중요하다. 일반적으로 사람의 얼굴에는 무수히 많은 근육이 구비되어 있어 다양한 표정을 아주 자연스럽게 지을 수 있지만, 안드로이드의 경우에는 얼굴의 공간 안에 인간의 근육과 유사한 보형물과 이의 제어를 위한 모터를 설치하여 표정이 구현되도록 하고 있다. 그러나, 안드로이드의 얼굴 공간은 제한되어 있으므로, 사람의 얼굴에 구비된 모든 근육에 해당하는 보형물 및 모터를 설치하는 것이 불가능하며, 그로 인해 지을 수 있는 표정 또한 제한적이다.

사람이 웃는 표정을 지을 경우에는 많은 근육이 사용되고 있는데, 대표적으로 입술의 좌우가 벌어지고 턱이 열리게 됨으로써, 다른 사람들이 보았을 때 웃고 있다는 느낌을 받게 된다. 이때, 윗입술도 위쪽 치아가 드러날 정도까지 올라가야만 자연스러운 느낌을 받게 된다.

또한, 일반적으로 안드로이드용 얼굴 로봇을 제작할 경우에는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 자유곡면이 들어가는 얼굴의 특성을 고려하여 피부에 해당하는 외피(50)와 얼굴의 골격을 형성하는 내피(60)를 별개로 제작하고 있다. 여기서, 상기 내피(60)를 제작하기 위해서는 얼굴 곡면으로부터 일정 두께로 거리를 두고 제작하고 있으며, 상기 외피(50)는 자연스러운 표정 변화를 나타낼 수 있도록 실리콘과 같은 부드러운 소재를 이용하여 제작하고 있다.

그런데 상기한 과정을 통해 제작된 내피(60)에 접촉 모듈과 같은 구동부재를 개재하고 외피(50)를 부착하더라도 크게 웃는 표정을 구현하기는 쉽지 않다. 이는 크게 웃는 표정에 사용되는 윗입술을 들어올리는 구동수단이 없기 때문이며, 윗입술 구동수단을 설치하여 윗입술을 움직일 수 있다 하더라도 코가 윗입술의 움직임을 제한하여 부자연스러운 표정으로 나타나게 된다. 이러한 점은 상기한 인용문헌에서도 마찬가지인데, 인용문헌의 경우 입술을 움직이기 위한 접촉 모듈이 모두 입술의 양측 가장자리 외측에 설치되어 있어 윗입술을 움직이기가 쉽지 않다.

다시 말해서 종래의 안드로이드용 얼굴 로봇은, 크게 웃을 때 윗입술을 움직이지 않는 경우가 많고 윗입술을 움직이더라도 코에 의해 윗입술의 움직임이 제한되므로, 안드로이드가 크게 웃는 표정을 지을 때 자연스러운 느낌을 받기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내피의 코 형상 일부를 변경하여 안드로이드가 크게 웃을 때 윗입술이 자연스럽게 움직일 수 있도록 함으로써 웃는 표정에서 자연스러운 느낌이 나도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은 골격을 형성하는 내피의 코 부분을 디자인할 때 코끝 하부의 콧대와 콧방울의 일부를 절개하여 윗입술이 움직일 수 있는 공간을 형성함으로써 크게 웃을 때 윗입술이 움직여 자연스러운 느낌을 줄 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 얼굴의 골격을 형성하는 내피와, 부드러운 재질로 형성되며 상기 내피의 외측에 부착되는 외피와, 상기 외피를 움직이는 기구부를 포함하는 안드로이드용 얼굴 로봇에 있어서, 상기 내피는 상기 외피에 형성된 윗입술 부분의 움직임에 방해가 되지 않도록 코끝 하부의 콧대와 콧방울 일부가 절개되어 상기 코끝의 하부에 공간부가 형성되도록 하고, 상기 외피의 윗입술 부분을 움직일 때 상기 윗입술 중앙 상측 부분이 상기 공간부에 유입되어 상기 윗입술 부분이 자연스럽게 움직이도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 공간부는 코의 아래쪽 끝단으로부터 이마 방향으로 5~10㎜ 절개되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 공간부는 얼굴면으로부터 코끝 방향으로는 5~8㎜ 절개되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 기구부는 상기 외피의 윗입술을 움직이는 윗입술 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은, 크게 웃을 때 윗입술이 상측으로 움직여 내피의 코끝 아래에 형성된 공간으로 유입되므로 윗입술의 움직임이 원활하여 웃는 표정이 자연스러운 느낌을 주게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 다양한 제어접점을 이용하여 표정을 구현할 때 추가의 구동수단을 설치하지 않고 자연스러운 웃음을 표현할 수 있도록 함으로써 적은 수의 구동수단으로도 자연스러운 표정 구현이 가능하며, 양산시 제작비가 절감되어 상용화에 이바지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 윗입술을 구동하는 구동수단을 별도로 설치하여 웃을 때 윗입술을 움직임으로써 자연스러운 표정이 구현되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇의 내피에서 공간부의 위치를 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은, 얼굴의 골격을 형성하는 내피(10)와, 부드러운 재질로 형성되며 상기 내피(10)의 외측에 부착되는 외피(20)와, 상기 외피(20)를 움직이는 기구부(도시 생략)를 포함하여 이루어지며, 상기 내피(10)는 상기 외피(20)에 형성된 윗입술(25) 부분의 움직임에 방해가 되지 않도록 코끝(13) 하부의 콧대와 콧방울 일부가 절개되어 상기 코끝(13)의 하부에 공간부(15)가 형성되도록 함으로써, 상기 외피(20)의 윗입술(25) 부분을 움직일 때 상기 윗입술(25) 중앙 상측 부분이 상기 공간부(15)에 유입되어 상기 윗입술(25) 부분이 자연스럽게 움직이도록 한다.

여기서, 상기 공간부(15)는 코의 아래쪽 끝단으로부터 이마 방향으로 5~10㎜ 절개되어 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기한 절개 부분이 5㎜ 미만인 경우에는 상기 윗입술(25) 부분의 움직임이 원활하지 않고, 10㎜를 초과하는 경우 상기 내피(10)의 코부분 강도가 약해져 상기 외피(20)를 지지하는데 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

또, 상기 공간부(15)는 얼굴면으로부터 코끝(13) 방향으로는 5~8㎜ 절개되어 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기한 절개 부분이 5㎜ 미만인 경우에는 상기 윗입술(25) 부분의 움직임이 원활하지 않고, 8㎜를 초과하는 경우 상기 내피(10)의 코끝(13) 부분의 강도가 약해져 상기 외피(20)를 지지하는데 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 기구부는 상기 외피(20)의 윗입술(25)을 움직이는 윗입술 구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기구부에 윗입술 구동수단이 더 포함되는 경우 웃는 표정을 지을 때 윗입술 구동수단을 통해 외피의 윗입술을 의도적으로 움직임으로써 웃는 표정을 더욱 자연스럽게 표출할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은 크게 웃을 때 윗입술이 위로 움직여 내피의 코 아래에 구비된 공간부에 유입되도록 한다.

안드로이드용 얼굴 로봇은 표정을 지을 때 기구부의 액츄에이터 및 접촉 모듈과 같은 구동수단을 이용하여 입술의 좌우가 벌어지도록 함과 아울러 턱이 벌어지도록 함으로써 웃는 표정을 나타내게 된다. 이때, 외피(20)의 윗입술(25)이 자연스럽게 위로 올라가게 되는데, 내피(10)의 코끝(13) 하부에 공간부(15)가 구비되어 있으므로, 상기 윗입술(25) 주변이 상기 공간부(15)로 유입되어 움직임이 자연스럽게 된다. 즉, 웃는 표정을 지을 때 상기 윗입술(25) 부분이 상기 내피(10)의 코 부분에 의해 움직임의 제한을 받지 않고 원활하게 움직여 웃는 표정이 자연스럽게 표출되는 것이다.

이와 같이 상기 윗입술(25)을 위쪽으로 움직이는 직접적인 구동수단을 구비하지 않고도 상기 윗입술(25)이 자연스럽게 위로 움직일 수 있도록 하게 되면, 상기 윗입술(25)을 구동하기 위한 별도의 구동수단을 설치하지 않고도 자연스러운 표정을 얻을 수 있으며, 양산시에는 적은 수의 구동수단으로 인해 제작비가 절감되어 제품의 상용화에 이바지할 수 있게 된다.

물론, 상기 기구부에 상기 윗입술(25)을 위아래로 움직일 수 있는 윗입술 구동수단이 더 포함될 수도 있다. 이 경우에는 상기 윗입술 구동수단의 설치로 인해 원가가 일부 상승하는 단점은 있으나, 상기 윗입술(25)이 위아래로 움직이도록 직접 제어함으로써 더욱 자연스러운 느낌의 표정을 지을 수 있게 되는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 일반적인 안드로이드용 얼굴 로봇을 개략적으로 나타낸 참고도.

도 2는 일반적인 안드로이드용 얼굴 로봇의 내피가 도시된 참고도.

도 3은 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇의 내피에서 공간부의 위치를 설명하기 위한 참고도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 내피

13: 코끝

15: 공간부

20: 외피

25: 윗입술

Claims (4)

1. 얼굴의 골격을 형성하는 내피(10)와; 부드러운 재질로 형성되며 상기 내피(10)의 외측에 부착되는 외피(20)와; 상기 외피(20)를 움직이는 기구부를 포함하는 안드로이드용 얼굴 로봇에 있어서,

   상기 내피(10)는 상기 외피(20)에 형성된 윗입술(25) 부분의 움직임에 방해가 되지 않도록 코끝(13) 하부의 콧대와 콧방울 일부가 절개되어 상기 코끝(13)의 하부에 공간부(15)가 형성되도록 하고,

   상기 외피(20)의 윗입술(25) 부분을 움직일 때 상기 윗입술(25) 중앙 상측 부분이 상기 공간부(15)에 유입되어 상기 윗입술(25) 부분이 자연스럽게 움직이도록 한 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공간부(15)는 코의 아래쪽 끝단으로부터 이마 방향으로 5~10㎜ 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공간부(15)는 얼굴면으로부터 코끝(13) 방향으로는 5~8㎜ 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기구부는 상기 외피(20)의 윗입술(25)을 움직이는 윗입술 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.

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