KR20110077741A - Face robot for android - Google Patents

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허만홍
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이호길
박현섭
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한국생산기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A face robot for Android is provided to show natural expression by moving a lower eyelid when smiling, since driving contact for controlling the lower eyelid of the outer cover is installed in the inner cover. CONSTITUTION: A face robot for Android comprises the inner cover(10), the outer cover(20), a mechanism unit and a driving contact(30). The inner skin forms the frame of the face. The outer cover is formed from a soft material. The outer cover is attached to the outside of the inner skin. The mechanism unit makes the outer cover move. The driving contact is formed on the inner skin. The driving contact controls the lower eyelid(25) of the outer cover.

Description

안드로이드용 얼굴 로봇{Face Robot for Android}Face Robot for Android {Face Robot for Android}

본 발명은 표정의 구현이 가능한 안드로이드용 얼굴 로봇에 관한 것으로서, 특히 안드로이드가 웃는 표정을 구현하기 위하여 눈꺼풀을 움직일 때 위쪽 눈꺼풀과 아래쪽 눈꺼풀이 동시에 움직이도록 함과 아울러 아래쪽 눈꺼풀의 바깥쪽 부분이 더 많이 움직이도록 함으로써 자연스러운 표정의 웃음을 표현할 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a facial robot for Android capable of expressing an expression, and in particular, when the upper eyelid and the lower eyelid move simultaneously when Android moves the eyelid to realize a smile, the outer portion of the lower eyelid has more. It's about a face robot for Android that allows you to express your natural smile by letting it move.

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.In general, robots are divided into industrial robots used in industrial sites and humanoid robots that are similar to humans. Industrial robots are robots that operate by remote control in environments that are difficult for humans to work directly, or perform tasks with 3 or more degrees of freedom using simple repetitive tasks with 1 to 2 degrees of freedom or electronic control. It is used as a worker to realize a flexible manufacturing system (FMS).

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 거 리를 이동할 수 있는 일체의 로봇을 의미한다. 일본 혼다사에서 개발한 "아시모(ASIMO)"와 국내 연구진(KAIST)에 의해 개발된 휴보(HUBO) 등이 이에 속한다. Humanoid robot is a human-shaped robot, which is the ultimate goal of robot technology, and is largely divided into humanoid and android. Humanoid is a human-like robot, which means any robot that has two arms, two legs and a head and can move some distance. These include "ASIMO" developed by Honda, Japan, and HUBO developed by domestic researchers (KAIST).

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. Android, on the other hand, is a robot that resembles a human being, which means a robot that is apparently indistinguishable from a human being. Android is not yet available, but research on robots that can express emotions is ongoing. Accordingly, various robots are being developed. The robots developed to date express the psychological state or emotion with a mechanical face after human face. These robots include Kismet, developed by MIT in the United States, which mimics the muscles of the face, and SAYA of the University of Tokyo, Japan, which uses silicon to resemble human skin.

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.However, it is difficult to express various human expressions naturally with such a mechanical face, and there are cases where generated expressions give people a sense of rejection. Accordingly, a "face robot capable of expressing facial expression" has been disclosed in Korean Patent Application No. 10-2009-0022875 to simulate various human expressions.

<참고문헌><References>

10-2009-0022875호 "표정 구현이 가능한 얼굴 로봇"10-2009-0022875 "Face Robot with Facial Expression"

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. According to the patent application, the facial robot is formed on the face skeleton and formed of a flexible material, a plurality of contact modules installed on each part of the artificial skin to pull or push the artificial skin, and the contact module, respectively Various expressions can be realized by using a facial expression generator including a plurality of actuators connected to separate wires to move the corresponding contact module and a microprocessor for controlling the actuators. Accordingly, it is possible to obtain a face robot that looks as close as possible to humans.

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.On the other hand, Android means a robot that looks like a human, so it is important to realize a natural human expression on the face of Android. In general, there are countless muscles on the face of a person, so that various expressions can be made very naturally, but in the case of Android, the implant is similar to the human muscle in the space of the face and a motor for controlling the expression is realized. have. However, since Android's face space is limited, it is impossible to install implants and motors corresponding to all the muscles provided on the face of a person, and thus the facial expressions that can be built are also limited.

사람의 표정에는 자연스러운 표정과 부자연스러운 억지 표정이 있다. 이 두표정의 차이는 웃는 경우에 주로 나타나는데, 억지웃음의 경우에는 눈은 웃지 않고 입만 웃는 형태가 된다. 특히 웃을 때 자연스러운 느낌을 주기 위해서는 윗쪽 눈꺼풀과 동시에 아래쪽 눈꺼풀이 동시에 움직여야 한다.Human expressions have natural and unnatural forced expressions. The difference between the two expressions is mainly in the case of laughing, but in the case of forced laughter, the eyes do not laugh but only the mouth. In particular, the upper and lower eyelids must be moved at the same time to give a natural feeling when laughing.

그런데, 대부분의 안드로이드용 얼굴 로봇에서는 아래쪽 눈꺼풀을 움직이지 않고 있으며, 이는 상기한 종래문헌에서도 확인이 가능하다. By the way, most of the Android face robot does not move the lower eyelid, which can be confirmed in the above-mentioned conventional literature.

또한, 일반적으로 안드로이드용 얼굴 로봇을 제작할 경우에는 도 1에 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 제작하 고 있으며, 상기 외피(50)는 자연스러운 표정 변화를 나타낼 수 있도록 실리콘과 같은 부드러운 소재를 이용하여 제작하고 있다.In addition, when manufacturing a face robot for Android in general, as shown in Figure 1, taking into account the characteristics of the face entering the free curved surface the outer skin 50 corresponding to the skin and the inner skin 60 forming the skeleton of the face I make it separately. Here, in order to manufacture the endothelium 60, a certain thickness is produced at a distance from the curved surface, and the envelope 50 is manufactured using a soft material such as silicon so as to exhibit a natural facial expression change.

이때, 외피의 눈꺼풀과 같은 부분을 움직이기 위해서는 해당 부분에 구동 접점을 설치하고 있는데, 대부분 아래쪽 눈꺼풀을 움직이기 위한 구동 접점은 설치하지 않고 위쪽 눈꺼풀을 움직이기 위한 구동 접점만 설치하고 있다. 이는 상기 내피에 설치 가능한 구동 접점의 수가 제한되어 있고 제조 원가의 상승을 고려하기 때문이다.In this case, in order to move a part such as the outer lid of the outer shell, a driving contact is installed in the corresponding part. Most of the driving contact for moving the lower eyelid is not installed, and only a driving contact for moving the upper eyelid is installed. This is because the number of drive contacts that can be installed in the endothelial is limited and the rise in manufacturing cost is taken into account.

다시 말해서, 종래의 안드로이드용 얼굴 로봇은 아래쪽 눈꺼풀이 움직이지 않도록 하고 있어 자연스러운 웃음을 짓도록 하는 것이 불가능한 문제점이 있다.In other words, the conventional facial robot for Android has a problem that it is impossible to make a natural smile because the lower eyelids do not move.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웃을 때 위쪽 눈꺼풀과 아래쪽 눈꺼풀이 동시에 움직이도록 하여 더욱 자연스러운 표정을 지을 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a face robot for Android to make a more natural expression by moving the upper and lower eyelids at the same time when laughing.

구체적으로 본 발명은 아래쪽 눈꺼풀이 위쪽 눈꺼풀과 함께 움직일 때 아래쪽 눈꺼풀의 바깥쪽 부분이 더 많이 움직이도록 함으로써 웃는 표정에서 자연스러운 느낌이 나도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.Specifically, an object of the present invention is to provide a facial robot for Android that allows the outer part of the lower eyelid to move more when the lower eyelid moves together with the upper eyelid, thereby allowing a natural feeling in the smiling expression.

또, 본 발명은 골격을 형성하는 내피에 외피의 아래쪽 눈꺼풀을 제어하는 구동 접점을 설치함으로써 웃을 때 아래쪽 눈꺼풀이 움직여 자연스러운 느낌을 줄 수 있도록 한 안드로이드용 얼굴 로봇을 제공하는데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a face robot for Android that allows the lower eyelid to move and give a natural feeling when smiling by installing a driving contact that controls the lower eyelid of the outer skin to the inner skin forming the skeleton.

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 로봇으로서, 상기 내피에 상기 외피의 아래쪽 눈꺼풀을 제어하는 구동 접점이 구비된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the endothelial to form a skeleton of the face, the outer surface is formed of a soft material and is attached to the outside of the endothelial, and the android robot including a mechanism for moving the outer skin, the endothelial It characterized in that the drive contact for controlling the lower eyelid of the outer shell.

또한, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 구동 접점은 상기 내피의 아래쪽 눈꺼풀 부위의 하부 바깥쪽에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the face robot for Android of the present invention, the driving contact is characterized in that it is installed on the lower outer side of the lower eyelid portion of the endothelium.

또, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 구동 접점의 중심은 정면을 바라보는 동공의 중심으로부터 15~25㎜ 위치에 설치되는 것을 특징으로 한 다.In addition, according to the Android face robot of the present invention, the center of the drive contact is characterized in that it is installed at a position of 15 ~ 25mm from the center of the pupil facing the front.

또한, 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇에 따르면, 상기 구동 접점의 중심은 정면을 바라보는 동공의 중심을 지나는 수직선에 대하여 바깥쪽 방향으로 20~25도 벗어난 위치에 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, according to the Android face robot of the present invention, the center of the drive contact is characterized in that installed in a position 20 to 25 degrees outward with respect to the vertical line passing through the center of the pupil facing the front.

본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은, 웃을 때 윗쪽 눈꺼풀과 함께 아래쪽 눈꺼풀이 움직이게 됨은 물론 아래쪽 눈꺼풀을 움직이는 구동 접점이 외피의 아래쪽 눈꺼풀의 저부에 바로 설치되지 않고 하부 바깥쪽에 설치되어 아래쪽 눈꺼풀의 바깥쪽 부분이 더 많이 움직이도록 하게 되므로 표정이 자연스러운 느낌을 주게 되는 효과가 있다.In the facial robot for Android of the present invention, the lower eyelid is moved together with the upper eyelid when laughing, and the driving contact for moving the lower eyelid is not directly installed at the bottom of the lower eyelid of the outer shell, but is installed outside the lower outer portion of the lower eyelid. The more you move, the more natural your facial expression will be.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be given of the Android face robot of the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇의 다른 실시 예가 도시된 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 안드로이드용 얼굴 로봇의 내피에서 아래쪽 눈꺼풀을 구동하는 구동 접점의 위치를 설명하기 위한 참고도이다.2 is a block diagram of an Android face robot according to the present invention, Figure 3 is a block diagram showing another embodiment of the Android face robot according to the present invention, Figure 4 is a view of the Android face robot shown in FIG. It is a reference diagram for explaining the position of the driving contact for driving the lower eyelid in the endothelium.

본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은, 얼굴의 골격을 형성하는 내피(10)와, 부드러운 재질로 형성되며 상기 내피(10)의 외측에 부착되는 외피(20)와, 상기 외 피(20)를 움직이는 기구부(도시 생략)와, 상기 내피(10)에 구비되어 상기 외피(20)의 아래쪽 눈꺼풀(25)을 제어하는 구동 접점(30)을 포함하여 이루어진다.Android facial robot of the present invention, the endothelial 10 to form a skeleton of the face, the outer shell 20 formed of a soft material and attached to the outside of the endothelial 10, and the outer shell 20 moving It includes a mechanism (not shown) and a drive contact 30 provided in the endothelial 10 to control the lower eyelid 25 of the outer shell 20.

여기서, 상기 구동 접점(30)은 상기 내피(10)의 아래쪽 눈꺼풀 부위의 하부 바깥쪽에 설치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 외피(20)의 아래쪽 눈꺼풀(25)이 움직일 때 바깥쪽 부분이 더 많이 움직이는 것이 더욱 자연스러운 웃음으로 표현되기 때문이다. 구체적인 상기 구동 접점(30)의 위치는, 상기 구동 접점(30)의 중심과 정면을 바라보는 동공(15)의 중심 사이의 거리인 중심거리(ℓ)를 15~25㎜로 하고, 상기 구동 접점(30)의 중심과 정면을 바라보는 동공(30)의 중심을 잇는 선과 상기 동공(30)의 중심을 지나는 수직선 사이의 각도인 설치각(θ)을 20~25도로 한다.Here, the driving contact 30 is preferably installed on the lower outer side of the lower eyelid portion of the endothelial 10. This is because more movement of the outer part is expressed as a more natural smile when the lower eyelid 25 of the outer shell 20 moves. Specifically, the position of the drive contact 30 is a center distance ℓ, which is a distance between the center of the drive contact 30 and the center of the pupil 15 facing the front side, to be 15 to 25 mm, and the drive contact An installation angle θ, which is an angle between a line connecting the center of the pupil 30 and the vertical line passing through the center of the pupil 30, facing the center and front of the cavity 30, is 20 to 25 degrees.

이는 상기 중심거리(ℓ)가 15㎜ 미만이거나 상기 설치각(θ)이 20도 미만인 경우에는 상기 구동 접점(30)이 상기 아래쪽 눈꺼풀에 대응하는 부분을 벗어난 위치에 설치되었음에도 불구하고 눈꺼풀(25)이 전체적으로 움직일 위험이 있고, 상기 중심거리(ℓ)가 25㎜를 초과하거나 상기 설치각(θ)이 25도를 초과하는 경우에는 상기 구동 접점(30)을 통해 상기 아래쪽 눈꺼풀(25)을 움직이기가 쉽지 않기 때문이다.This is because, when the center distance ℓ is less than 15 mm or the installation angle θ is less than 20 degrees, the eye contact 25 is installed even though the driving contact 30 is installed at a position outside the portion corresponding to the lower eyelid. There is a risk of movement as a whole, and when the center distance ℓ exceeds 25 mm or the installation angle θ exceeds 25 degrees, the lower eyelid 25 is moved through the drive contact 30. Because it is not easy.

상기와 같이 구성된 본 발명의 안드로이드용 얼굴 로봇은 웃을 때 이래쪽 눈꺼풀이 위쪽 눈꺼풀과 동시에 움직여 자연스러운 느낌이 되도록 한다.The facial robot for Android of the present invention configured as described above allows the eyelid to move naturally with the upper eyelid at the same time when laughing.

안드로이드용 얼굴 로봇은 표정을 지을 때 기구부의 액츄에이터 및 접촉 모 듈과 같은 구동수단을 이용하여 입술이 좌우로 벌어지고 턱이 상하로 벌어지도록 함과 아울러 외피(20)의 위쪽 눈꺼풀과 아래쪽 눈꺼풀(25)이 동시에 움직이도록 하여 자연스럽게 웃는 표정이 나타나도록 한다. 이때, 상기 아래쪽 눈꺼풀(25)은 하부 바깥쪽에 설치된 구동 접점(30)에 의해 바깥쪽 부분이 안쪽에 비해 더 많이 움직이게 되며, 그로 인하여 더욱 자연스러운 느낌이 들도록 한다.The face robot for Android uses a driving mechanism such as an actuator and a contact module of the mechanism to open the lips so that the lips open side to side and the jaws open up and down, and the upper and lower eyelids (25) of the outer skin 20 (25). ) Move at the same time so that the smile naturally appears. At this time, the lower eyelid 25 is moved by the drive contact 30 installed on the lower outer side is more moving than the inner side, thereby allowing a more natural feeling.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those of ordinary skill in the art are appropriately within the scope described in the claims of the present invention. Changes will be possible.

도 1은 일반적인 안드로이드용 얼굴 로봇을 개략적으로 나타낸 참고도.1 is a reference diagram schematically showing a typical face robot for Android.

도 2는 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇의 구성도.2 is a block diagram of an Android face robot according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 안드로이드용 얼굴 로봇의 다른 실시 예가 도시된 구성도.Figure 3 is a block diagram showing another embodiment of the face robot for Android according to the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 안드로이드용 얼굴 로봇의 내피에서 아래쪽 눈꺼풀을 구동하는 구동 접점의 위치를 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 4 is a reference diagram for explaining a position of a driving contact for driving the lower eyelid in the endothelium of the face robot for Android illustrated in FIG. 3.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 내피10: endothelial

20: 외피20: shell

25: 아래쪽 눈꺼풀25: lower eyelid

30: 구동 접점30: drive contact

ℓ: (구동 접점의) 중심거리ℓ: center distance (of driving contact)

θ: (구동 접점의) 설치각θ: mounting angle (of driving contact)

Claims (4)

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 로봇으로서, Endothelial (10) forming the skeleton of the face; An outer shell 20 formed of a soft material and attached to an outer side of the endothelial 10; As a face robot for Android including a mechanism for moving the shell 20, 상기 내피(10)에 상기 외피(20)의 아래쪽 눈꺼풀(25)을 제어하는 구동 접점(30)이 구비된 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇. Face robot for android, characterized in that the endothelial 10 is provided with a drive contact 30 for controlling the lower eyelid 25 of the outer shell (20). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동 접점(30)은 상기 내피(10)의 아래쪽 눈꺼풀 부위의 하부 바깥쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇. The driving contact 30 is a face robot for android, characterized in that installed on the lower outer side of the lower eyelid portion of the endothelium (10). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 구동 접점(30)의 중심은 정면을 바라보는 동공(15)의 중심으로부터 15~25㎜ 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.The center of the drive contact (30) is a face robot for Android, characterized in that it is installed at a position of 15 ~ 25mm from the center of the pupil 15 facing the front. 제2항 또는 제3항에 있어서, The method according to claim 2 or 3, 상기 구동 접점(30)의 중심은 정면을 바라보는 동공(30)의 중심을 지나는 수직선에 대하여 바깥쪽 방향으로 20~25도 벗어난 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 안드로이드용 얼굴 로봇.The center of the driving contact 30 is a face robot for Android, characterized in that installed in a position 20 to 25 degrees outward with respect to the vertical line passing through the center of the pupil 30 facing the front.
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