JP2018167355A - ロボット及び外皮の固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外皮の経年劣化の問題が生じた場合であっても、実用に耐え得るロボットを提供すること。【解決手段】 支持体と、弾性素材から成り前記支持体を被覆する外皮と、前記支持体に設けられ、前記外皮へと沿うように所定の変位動作を行う動作部と、前記外皮と前記動作部との間に設けられて両者を結合し、前記所定の変位動作を前記外皮へと伝達して前記外皮の一部又は全体を弾性変形させる着脱自在な結合片対と、を備えるロボット。【選択図】図１

Description

この発明は、ロボットに関し、特に、所定の支持体へと弾性素材の外皮を被せて成るロボット、及び、当該ロボットにおける支持体への外皮の固定方法に関する。

近年、娯楽や福祉等の分野において、人間等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。例えば、特許文献１には、ロボットの眉体を磁力により動作させることで顔表情を表出しようとするロボットが開示されている。

また、近年、動作する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、人間類似の肌の質感を再現しつつ写実的な表情を表出するロボットの開発も試みられている。

特開２００９−２７４１８４号公報

しかしながら、シリコン素材等から成る弾性素材の外皮は、人間の肌の質感等を再現する上では好適であるものの、経年劣化が比較的に生じやすく、従って、１年乃至数年の使用により疲労してしまうという問題点があった。このような問題は、この種のロボットの実用・普及の大きな妨げとなるものである。

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、外皮の経年劣化の問題が生じた場合であっても、実用に耐え得るロボット、及び、当該ロボットにおける外皮の固定方法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ロボット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は、支持体と、弾性素材から成り前記支持体を被覆する外皮と、前記支持体に設けられ、前記外皮へと沿うように所定の変位動作を行う動作部と、前記外皮と前記動作部との間に設けられて両者を結合し、前記所定の変位動作を前記外皮へと伝達して前記外皮の一部又は全体を弾性変形させる着脱自在な結合片対と、を備えている。

このような構成によれば、支持体と外皮とは着脱自在な結合片対を介して結合しているので、外皮が使用により経年劣化した場合であっても、一方の結合片を備えた外皮のみを捨てて、新たな外皮へと交換することができる。これにより、外皮の経年劣化等の問題が生じた場合であっても容易に外皮を交換でき、実用に耐え得るロボットを提供することができる。

また、前記結合片対は、所定の位置決め構造を介して結合していてもよい。

このような構成によれば、結合片対は位置決め構造を介して結合していることから、常に一定の位置に外皮を被覆させることができる。そのため、例えばメンテナンス等が容易となる。

さらに、前記所定の位置決め構造は、前記結合片対の結合面における位置決めボスとボス穴との嵌め合い構造であってもよい。

このような構成によれば、外皮を支持体へと被覆する際に、結合片対が直接見えなくとも、感覚的かつ容易に適切な位置に外皮を配置することができる。

また、変位量の比較的大きい動作部に対応する結合片対の位置決めボスとボス穴の嵌め合い深さは、変位量の比較的少ない動作部に対応する結合片対の位置決めボスとボス穴の嵌め合い深さよりも大きくてもよい。

このような構成によれば、動作部と外皮とを結合している結合片対が、動作部の変位量の大きさに耐えられず外れてしまうことを防止することができる。

さらに、前記結合片対は、磁力により結合されていてもよい。

このような構成によれば、結合片同士の着脱が容易であり、また、外皮を被覆させる際の位置決め等を容易に行うことができる。

また、前記結合片対の各結合片は、いずれも前記結合片同士の接触面の背面側に配置された磁石を有していてもよい。

このような構成によれば、磁石同士が直接的に隣り合わないことから、外皮の交換の際などに意図せず磁石と結合片とが分離してしまうことを防止することができる。

さらに、前記磁石は、ネオジム磁石であってもよい。

このような構成によれば、結合片対の間で、外皮の弾性変形という機能は担保しつつも、 外皮の交換が容易といった程度の適度な結合を実現することができる。

また、前記ロボットは、さらに、前記支持体へと固定されたアクチュエータと、前記アクチュエータへと固定されたアーム部材と、を備え、前記動作部は、前記アーム部材の先端部に備えられ、前記アーム部材の動作に合わせて変位動作を行うものであってもよい。

このような構成によれば、実際に変位する箇所と動作源となるアクチュエータとをアームを介して離間させることができるので、多数の変位動作部が集中する箇所等が存在する場合であっても、支持体空間内に各部品を無理なく配置することができる。

さらに、前記ロボットは、さらに、前記支持体へと固定されたアクチュエータと、前記支持体へと固定されたガイドパイプと、前記ガイドパイプへと挿通され、一端が前記アクチュエータ、他端が前記動作部と結合されたワイヤと、を有し、前記ワイヤが前記アクチュエータにより駆動されて送り出され又は引き込まれることにより、前記動作部が変位動作を行うものであってもよい。

このような構成によれば、実際に変位する箇所と動作源となるアクチュエータとをワイヤを介して離間させることができるので、多数の変位動作部が集中する箇所等が存在する場合であっても、支持体空間内に各部品を無理なく配置することができる。

また、本発明は外皮の固定方法としても観念することもできる。すなわち、本発明に係る方法は、支持体と、弾性素材から成り前記支持体を被覆する外皮と、前記支持体に設けられ前記外皮へと沿うように所定の変位動作を行う動作部と、前記外皮と前記動作部との間に設けられて両者を結合し前記所定の変位動作を前記外皮へと伝達して前記外皮の一部又は全体を弾性変形させる着脱自在な結合片対と、を備えるロボットにおいて、前記支持体へと前記外皮を固定するための方法であって、前記結合片対の前記外皮との接触面となる面に接着剤を塗布するステップと、前記接着剤が生乾き状態であることを利用して前記支持体へと前記外皮をあてがって位置合わせを行うステップと、前記接着剤を乾燥固化させることにより前記結合片対の外側面を前記外皮の裏面へと固定するステップと、を備えている。

このような構成によれば、外皮が使用により経年劣化した場合であっても、外皮のみを容易に交換することができるような形態で、外皮を固定することができる。

本発明によれば、外皮の経年劣化等の問題が生じた場合であっても容易に外皮を交換できるので、実用に耐え得るロボットを提供することができる。

図１は、ロボット頭部の全体構成について示す図である。 図２は、支持体の正面図である。 図３は、顎部結合部品の分解斜視図である。 図４は、額部結合部品の分解斜視図である。 図５は、ガイドパイプを備えた支持体の斜視図である。 図６は、接着面に関する説明図である。 図７は、ロボット頭部の分解斜視図である。 図８は、外皮の裏面について示す図である。 図９は、アーム部材付結合片の拡大図である。 図１０は、アーム部材付結合片の分解斜視図である。 図１１は、アーム部材付結合片の動作図である。 図１２は、ワイヤ駆動結合片の動作図である。 図１３は、上唇中央部動作部の分解斜視図である。 図１４は、上唇中央部動作部の動作図である。 図１５は、下唇中央部動作部の斜視図である。 図１６は、下唇中央部動作部の動作図である。 図１７は、上唇の両脇部動作部の部分分解斜視図である。 図１８は、下唇の両脇部動作部の部分分解斜視図である。 図１９は、口の動作例について示す図である。 図２０は、変形例について示す説明図である。

以下、本発明に係る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．全体構成＞
＜１．１ 外皮と支持体の構成＞
図１〜図５を参照しつつ、ロボット頭部１の構成について説明する。

図１は、ロボット頭部１の全体構成について示す図である。ロボット頭部１は、骨組み及び動作部としての機能を有し人間の頭部類似の形状を有する支持体５０に、シリコン等の弾性素材から成る外皮１０を被せることにより構成されている。なお、同図において、外皮１０は、理解の容易のため、部分的に破断した状態にて示されている。また、外皮１０と支持体５０とは、後述するように基本的に支持体５０の動作部を介して結合している。しかしながら、支持体５０上における外皮１０の張力の維持や安定的な配置のため、外皮１０と支持体５０との間に、支持体５０の一部へと着脱可能に結合されるものの外皮１０とは接着等されない補助支持部材３０を設けてもよい。

図２は、支持体５０の正面図である。同図から明らかな通り、支持体５０は、人間の首に相当する位置から支持体５０の中央部へと至る中央構造部材５０１と、中央構造部材５０１の上端に設けられた台部５０２と、台部５０２上に配置されアクチュエータ等の後述の種々の部材を取り付けることが可能な左側構造部材５０３と右側構造部材５０４とを有している。

支持体５０は、外皮１０と接着され、変位動作を行うことにより外皮１０の一部を弾性変形させる複数の動作部を有している。すなわち、支持体５０の眉に相当する位置の周辺には、左右一対に、外皮１０の眉に相当する位置周辺を略上下に動作させる右側眉周辺部動作部５０８及び左側眉周辺部動作部５０９が設けられている。支持体５０の左右の眼球部５１２、５１３の直下周辺には、左右一対に、外皮１０の眼の直下位置周辺を略上下に動作させる右眼直下位置動作部５１４及び左眼直下位置動作部５１５が設けられている。支持体５０の頬の上部には、左右一対に、外皮１０の頬上部周辺を略上下に動作させる右頬上部動作部５１６及び左頬上部動作部５１７が設けられている。支持体５０の頬の下部には、左右一対に、外皮１０の頬下部周辺を略上下に動作させる右頬下部動作部５１８及び左頬下部動作部５１９が設けられている。支持体５０の上唇の中央には、外皮１０の上唇の中央を略上下に動作させる上唇中央部動作部５２４が設けられている。支持体５０の下唇の中央には、外皮１０の下唇の中央を略上下に動作させる下唇中央部動作部５２５が設けられている。支持体５０の上唇の両脇上部周辺には、左右一対に、外皮１０の上唇の両脇上部を略水平方向に動作させる上唇右上部動作部５２０及び上唇左上部動作部５２１が設けられている。支持体５０の下唇の両脇下部周辺には、左右一対に、外皮１０の下唇の両脇下部を略水平方向に動作させる下唇右下部動作部５２２及び下唇左下部動作部５２３が設けられている。なお、支持体５０の左右の眼球部５１２、５１３には、左右一対に、瞼の開閉動作を行う左眼瞼動作部５１０及び右目瞼動作部５１１が設けられている。また、支持体５０の前面の中央上部には、補助支持部材３０との結合部となる第１の補助支持部材結合片５２６及び第２の補助支持部材結合片５２７が設けられている。

また、支持体５０の額及び顎に相当する部分には、外皮１０との結合部となり、ロボット頭部１の前面周囲に沿って半円弧状の形状を有する額部結合部品５０５及び顎部結合部品５０６が配置されている。これらの結合部品はともに、後述するように、動作はしないもののその内面側において支持体５０と磁力により結合され、その外面側において外皮１０と接着される。

図３は、顎部結合部品５０６の分解斜視図である。顎部結合部品５０６は、支持体５０の顎部に設けられた支持体側顎部結合片５０６ｂと、その外面を外皮１０に接着される外皮側顎部結合片５０６ａとから成る。外皮側顎部結合片５０６ａは、その中央及び左右の所定箇所に、外皮１０との接着面側に磁石を有する中央部磁力結合部５０６１ａ、左側磁力結合部５０６３ａ、及び、右側磁力結合部５０６２ａを備え、一方、支持体側顎部結合片５０６ｂは、その中央及び左右の所定箇所に、外皮側顎部結合片５０６ａとの接触面の背面側（支持体側）に磁石を有する中央部磁力結合部５０６１ｂ、左側磁力結合部５０６３ｂ、及び、右側磁力結合部５０６２ｂとを備え、それらが磁力を介して互いに結合することにより、外皮側顎部結合片５０６ａと支持体側顎部結合片５０６ｂとは結合される。なお、中央部磁力結合部５０６１ｂは、外皮側顎部結合片５０６ａとの接触面に２つのボスを有しており、このボスが外皮側顎部結合片５０６ａの中央部磁力結合部５０６１ａに設けられた対応する図示しない２つのボス穴と嵌合することにより、位置決めが実現される。

図４は、額部結合部品５０５（図２参照）の分解斜視図である。額部結合部品５０５は、支持体側に設けられ、後述する中央部磁力結合部５０５１ａ、左側磁力結合部５０５３ａ、及び、右側磁力結合部５０５２ａとから成る支持体側額部結合片５０５ｂと、外皮１０とその外面を接着される外皮側額部結合片５０５ａとから成る。外皮側額部結合片５０５ａは、その中央及び左右側面の所定箇所に、外皮１０との接着面側に磁石を有する中央部磁力結合部５０５１ａ、左側磁力結合部５０５３ａ、及び、右側磁力結合部５０５２ａを備え、それらが中央部磁力結合部５０５１ａ、左側磁力結合部５０５３ａ、及び、右側磁力結合部５０５２ａと、それぞれ、磁力を介して結合されることにより、外皮側額部結合片５０５ａと支持体側額部結合片５０５ｂとは結合される。なお、中央部磁力結合部５０５１ｂは、外皮側額部結合片５０５ａとの接触面に２つのボス穴を有しており、このボス穴が外皮側額部結合片５０５ａの中央部磁力結合部５０５１ａに設けられた対応する図示しない２つのボスと嵌合することにより位置決めが行われる。また、外皮側額部結合片５０５ａの右側磁力結合部５０５２ａと左側磁力結合部５０５３ａは、それぞれ２つのボスを有しており、このボスが、支持体５０に設けられた右側磁力結合部５０５２ｂと左側磁力結合部５０５３ｂに設けられた図示しない２つボス穴と、それぞれ嵌合することにより位置決めが行われる。

上述のボスとボス穴を利用した位置決め機構によれば、一旦外皮１０を取り外した場合であっても、容易に、元の位置に外皮１０を被せることができる。

なお、図２〜図４に記載の支持体５０は、理解の容易化のため簡略化されており、一部の動作部をワイヤ駆動させるためのワイヤと当該ワイヤをガイドするガイドパイプの記載が省略されている。

図５は、ワイヤとガイドパイプを明示した支持体５０の斜視図である。同図において、支持体５０の上唇中央に配置される外皮側上唇中央結合片５２４ａは、Ｖ字形状の支持体側上唇中央結合片５２４ｂの一端と嵌合して一体となっている（図１３参照）。また、Ｖ字形状の支持体側上唇中央結合片５２４ｂの他端は、所定の締結具を介してワイヤ５２４ｃと接続されている（図１３参照）。ワイヤ５２４ｃは、支持体５０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５２４ｄによりその途中を被覆され、図示しないアクチュエータ５２４ｅの出力部と接続されている。

また、図５において、外皮側の上唇右上部結合片５２０ａ及び上唇左上部結合片５２１ａは、支持体５０側の上唇右上部結合片５２０ｂ（図１７参照）及び上唇左上部結合片５２１ｂ（図１７参照）と、それぞれ磁力を介して結合している。上唇右上部結合片５２０ｂと上唇左上部結合片５２１ｂとは、その一部に設けられた歯車部を介して連動するよう構成されており、上唇左上部結合片５２１ｂは端部においてワイヤ５２１ｅと接続されている。ワイヤ５２１ｅは、その途中を支持体５０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５２１ｄに被覆され、支持体５０の中央部から側部へと延び、アクチュエータ５２１ｆの出力部へと接続されている。

さらに、図５において、支持体５０の下唇中央に配置される外皮側下唇中央結合片５２５ａは、所定の係止構造を介して支持体５０側の支持体側下唇中央結合片５２５ｂ（図１５参照）と一体となっている。支持体側下唇中央結合片５２５ｂは、その端部においてワイヤ５２５ｅと所定の締結具を介して接続される。ワイヤ５２５ｅは、支持体５０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５２５ｄにより顎下から側頭部に至る経路を被覆され、アクチュエータ５２５ｆの出力部に接続される。

さらに、図５において、外皮側の下唇右下部結合片５２２ａ及び下唇左下部結合片５２３ａは、支持体５０側の下唇右下部結合片５２２ｂ（図１８参照）及び下唇左下部結合片５２３ｂ（図１８参照）と、それぞれ磁力を介して結合している。同図においては明示的な図示はないものの、下唇右下部結合片５２２ｂと下唇左下部結合片５２３ｂとは、上唇の両脇部と同様に、歯車部を介して連動するよう構成されており、下唇左下部結合片５２２ｂは端部においてワイヤ５２２ｅと接続されている。また、明示的図示はないものの、ワイヤ５２２ｅは、その途中を支持体５０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５２２ｄに被覆され、支持体５０の中央部から右側部へと延び、右側面に設けられた図示しないアクチュエータ５２２ｆの出力部へと接続されている。

加えて、図５において、外皮側の左頬下部結合片５１９ａは、支持体側の左頬下部結合片５１９ｂ（図１２参照）と磁力を介して結合されている。左頬下部結合片５１９ｂは、直方体形状を有する延長部５１９ｃと一体形成されており、当該延長部５１９ｃは、その中央に断面四角形状のガイド孔を有するガイド片５１９ｄへと挿通されている。延長部５１９ｃは、その端部においてワイヤ５１９ｅと所定の締結具を介して接続され、ワイヤ５１９ｅは支持体５０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５１９ｆで被覆されつつ、アクチュエータ５１９ｇの出力部と接続されている。図示はないものの、右頬下部も左右対称に同様の構成を有している。

なお、下唇中央結合片５２５ａ、下唇右下部結合片５２２ａ及び下唇左下部結合片５２３ａは、顎部結合片５０６ｂと連動するよう構成されている。そのため、顎部結合片５０６ｂがアクチュエータにより作動されて下方へ変位し口が開くと、下唇中央結合片５２５ａ、下唇右下部結合片５２２ａ及び下唇左下部結合片５２３ａが、共に下方へ移動することとなる。

＜１．２ 外皮の固定方法及び着脱方法＞
次に、図６〜図８を参照しつつ、支持体５０への外皮１０の固定方法について説明する。

図６は、外皮１０を支持体５０へと接着する際の支持体５０の接着面に関する説明図である。同図から明らかな通り、外皮１０側の各結合片５０８ａ〜５０９ａ、５１４ａ〜５２５ａ、及び、外皮側の額部結合片５０５ａ及び顎部結合片５０６ａは、支持体側の各結合片５０８ｂ〜５０９ｂ、５１４ｂ〜５２５ｂ、及び、支持体側の額部結合片５０５ｂ及び顎部結合片５０６ｂと対応し、これらは初期状態において互いに磁力を介して結合された状態にある。

この外皮１０側の各結合片５０８ａ〜５０９ａ、５１４ａ〜５２５ａ、及び、外皮側の額部結合片５０５ａ及び顎部結合片５０６ａの外側面、すなわち、外皮１０との接触面側（同図中ではハッチング又は斜線にて表示された部分）に対して接着剤を塗布する。このとき用いる接着剤は瞬間的に固化する性質のものではなく、外皮１０との位置合わせを行うことを可能にする程度の固化時間を有するものが望ましい。また、接着剤としては公知の種々のものを利用することができるが、例えば、外皮１０がシリコン系材料であればシリコン系の接着剤を用いることが好適である。

その後、外皮側の各結合片５０８ａ〜５０９ａ、５１４ａ〜５２５ａ、及び、外皮側の額部結合片５０５ａ及び顎部結合片５０６ａの外側面に塗布された接着剤が、未だ生乾き状態となっているうちに、支持体５０へと弾性素材から成る外皮１０を被せる。このとき、接着剤は、外皮１０との位置合わせを行うことを可能にする程度の固化時間を有することから、両者を適当に摺り動かすことで各接着面を外皮１０に対して適切な位置、すなわち、頬周辺の接着面は頬周辺の適切な位置に、口元の接着面は口元周辺の適切な位置に、眼の周囲の接着面については目の周囲の適切な位置に等、適切に配置することができる。各接着面を外皮１０の適切な位置に配置した後、所定時間放置することで、接着剤が乾燥固化し、各接着面と外皮１０との間が固定される。

このような固定方法によれば、支持体５０と外皮１０とは着脱自在な結合片対を介して結合しているので、外皮が使用により経年劣化した場合等であっても、一方の結合片を備えた外皮のみを捨てて、新たな外皮へと交換することができる。これにより、外皮の経年劣化等の問題が生じた場合であっても容易に外皮を交換でき、実用に耐え得るロボットを提供することができる。

次に、図７及び図８を参照しつつ、上述の工程により支持体５０に対して固定された外皮１０を一時的に取り外した場合の外皮１０及び支持体５０の態様について説明する。

図７は、上述の構成により支持体５０に対して固定された外皮１０を支持体５０から取り外した様子について示すロボット頭部１の分解斜視図である。なお、同図においては、支持体５０の一部へと着脱可能に結合されるものの外皮１０とは接着等されない補助支持部材３０が外皮１０と支持体５０との間に配置されている。同図から明らかな通り、ロボット頭部１を分解すると、外皮１０側の各結合片５０８ａ〜５０９ａ、５１４ａ〜５２５ａ、及び、外皮側の額部結合片５０５ａ及び顎部結合片５０６ａは、支持体５０との磁力による結合を解除されて、外皮１０の裏面へと付随する。一方、支持体５０側の各結合片５０８ｂ〜５０９ｂ、５１４ｂ〜５２５ｂ、及び、支持体５０側の額部結合片５０５ｂ及び顎部結合片５０６ｂは支持体５０側に留まることとなる。

図８は、外皮側の各結合片５０８ａ〜５０９ａ、５１４ａ〜５２５ａ、及び、外皮側の額部結合片５０５ａ及び顎部結合片５０６ａが付随した状態の外皮１０の裏面についての説明図である。同図から明らかな通り、外皮１０の裏面の額部分には外皮側額部結合片５０５ａが、顎部分には外皮側顎部結合片５０６ａが、眉に相当する位置周辺には左右に右側眉周辺部結合片５０８ａと左側眉周辺部結合片５０９ａが、眼の下位置周辺には左右に右眼直下位置結合片５１４ａと左眼直下位置結合片５１５ａが、頬上部周辺には左右に右頬上部結合片５１６ａと左頬上部結合片５１７ａが、頬下部周辺には左右に右頬下部結合片５１８ａと左頬下部結合片５１９ａが、口の周囲には上唇右上部結合片５２０ａ、上唇左上部結合片５２１ａ、下唇右下部結合片５２２ａ、下唇左下部結合片５２３ａ、上唇中央部結合片５２４ａ、下唇中央部結合片５２５ａが、それぞれ接着固定されている。なお、上述した通り、各結合片同士は互いにボスとボス穴の嵌め合い構造を利用して位置決めを行いつつ磁力を介して結合可能に構成されている。また、同図から明らかな通り、外皮１０の眼と口の部分には切り込みが設けられており、それらの周囲の動作部により弾性変形してそれらの切り込みは開閉可能に構成されている。

このような構成によれば、各結合片対は位置決め構造を介して結合していることから、常に一定の位置に外皮１０を被覆させることができ、例えば、メンテナンス等が容易となる。また、結合片同士の間では特にボスとボス穴との嵌め合い構造を採用していることから、外皮１０を支持体５０へと被覆する際に、結合片対が直接見えなくとも、感覚的かつ容易に適切な位置に外皮１０を配置することができる。

＜２．各部の動作＞
次に、図９〜図１８を参照しつつ、各部の構成と動作について詳細に説明する。

＜２．１ アーム部材を用いた動作＞
本実施形態に係るロボット頭部１は種々の態様により動作する。図９は、左頬上部動作部５１７の駆動方法について説明する図であり、特に、アクチュエータ５１７ｃによりアーム部材付駆動片５１７ｂを変位動作させる例について示している。

同図から明らかな通り、アクチュエータ（サーボモータ）５１７ｃの出力部は、アーム部材付結合片５１７ｂの一端と接続されており、アーム部材付結合片５１７ｂの他端は外皮側に接着される左頬上部結合片５１７ａとボスを利用した位置決め構造を介して磁力により結合されている。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、左頬上部結合片５１７ａとアーム部材付結合片５１７ｂを２つの異なる角度から観察した場合の分解斜視図である。左頬上部結合片５１７ａは、結合片本体５１７１ａと、結合片本体５１７１ａの一面に設けられた２つの孔部に埋設固定された２つのネオジム磁石５１７２ａと、結合片本体５１７１ａの他方の面に設けられた２つのボス５１７３ａとから構成されている。一方、アーム部材付結合片５１７ｂの左頬上部結合片５１７ａとの結合箇所には略長円形状の結合片本体部５１７１ｂが設けられ、結合片本体部５１７１ｂの左頬上部結合片５１７ａとの結合面側には２つのボス５１７３ａの位置と対応して２つのボス穴５１７３ｂ、他方の面には前述の２つのネオジム磁石５１７２ａの位置と対応する位置に配置された２つの孔部に埋設された２つのネオジム磁石５１７２ｂが固定されている。また、結合片本体部５１７１ｂは、鈍角を為して屈曲したアーム部５１７４ｂと一体に形成されており、当該アーム部５１７４ｂは結合片本体部５１７１ｂの他端側において環状をなしてアクチュエータ５１７ｃの出力部と結合している。

図１１は、左頬上部動作部５１７ｂの駆動方法について説明する図である。まず、所定の制御部へと接続されたアクチュエータ５１７ｃが駆動されると、アクチュエータ５１７ｃの出力部は、図面中央の矢印の通り時計方向へ回転する。アクチュエータ５１７ｃの出力部と接続されたアーム部材付結合片５１７ｂは、当該出力部の出力軸を中心として時計方向へ回転し、左頬上部結合片５１７ａを時計方向へと回転させ（図面中央左の時計周り方向の矢印）、これにより、外皮１０を略上方向へと引き上げることとなる。

なお、このとき、アーム長を長くする程、アーム先端部の結合片が描く軌道の曲率半径は大きくなり、結合片の変位動作はより垂直な上下動へと近似することとなる。また、アクチュエータ５１７ｃを逆方向へと回転させると、上述の回転とは逆方向の回転処理がなされる。

以上のようにアームを用いた動作方法によれば、実際に変位する箇所と動作源となるアクチュエータとをアームを介して離間させることができるので、多数の変位動作部が集中する箇所（例えば、微妙な表情の表出を求められるような箇所）等が存在する場合であっても、頭部空間内に各部品を無理なく配置することができる。

なお、ここでは左頬上部結合片５１７ａを取り上げて例示を行ったものの、本実施形態においては、右頬上部動作部５１６、眼の下周辺の動作部５１４及び５１５、眉に相当する位置周辺の動作部５０８及び５０９についても、同種のアームを用いた動作方法が採用されている。

＜２．２ ガイドパイプとワイヤを用いた動作＞
次に、図１２を参照しつつ、ガイドパイプとワイヤとを用いた左頬下部結合片５１９ａの動作について説明する。

図１２は、支持体５０の左側面図であり、左頬下部結合片５１９ａの動作に関する説明図である。

まず、アクチュエータ５１９ｇが作動すると、アクチュエータ５１９ｇの出力部が、時計周り方向へと回転する。この回転に伴って、アクチュエータ５１９ｇの出力部へと所定の締結具を介して接続されたワイヤ５１９ｅが、支持体１０へと固定され所定の形状保持力を有するガイドパイプ５１９ｆ内を摺動する。ワイヤ５１９ｅの他端は、所定の締結具を介して延長部５１９ｃと接続され、ワイヤ５１９ｅがガイド片５１９ｄのガイド孔に直交してガイドパイプ５１９ｆ内を摺動することで、左頬下部結合片５１９ａ及び５１９ｂが略後方へと変位する。また、この逆に、アクチュエータが半時計周り方向に回転すると、左頬下部結合片５１９ａ及び５１９ｂは略前方へと変位することとなる。

以上のようにワイヤを用いた動作方法によれば、実際に変位する箇所と動作源となるアクチュエータとをワイヤを介して離間することができるので、多数の変位動作部が集中する箇所（例えば、微妙な表情の表出を求められるような箇所）等が存在する場合であっても、頭部空間内に各部品を無理なく配置することができる。

また、ワイヤは所定の形状保持力を有するガイドパイプにより、その経路をガイドされているので、例えば、アクチュエータによりワイヤを引き込む又は送り出す場合であっても、変位動作部とアクチュエータとの間を結ぶ経路は常に一定となるので、アクチュエータによるワイヤの引き込み量又は送り出し量を直接的に変位動作量へと変換することができる。

なお、同図からは必ずしも明らかでないものの、右頬下部結合片５１８ａについても、左右対称に同様の構成が採用されている。また、本実施形態においては、ワイヤとガイドパイプを用いた駆動方法は、口周辺の各動作部、すなわち、上唇右上部動作部５２０、上唇左上部動作部５２１、下唇右下部動作部５２２、下唇左下部動作部５２３、上唇中央部動作部５２４、下唇中央部動作部５２５でも採用されている。

＜２．２ 上唇中央の動作＞
次に、図１３〜図１４を参照しつつ、上唇中央部動作部５２４の動作について説明する。上唇中央部動作部５２４の構造も基本的にはガイドパイプとワイヤとを用いた駆動であるが、特に、支持体５０側の上唇中央結合片５２４ｂの形状及び動作において特徴がある。

図１３は、上唇中央部動作部５２４の分解斜視図である。外皮１０側の上唇中央結合片５２４ａは、一面に後述する係合部５２４１ｂとの係合部を備え他方の面にネオジム磁石５２４２ａを埋設するための埋設孔を有し先端に外皮１０との接着面５２４３ａを有する略鍵型形状の結合片本体５２４１ａと、結合片本体５２４１ａの埋設孔へと埋設されて固定されるネオジム磁石５２４２ａとから構成されている。一方、支持体５０側の上唇中央結合片５２４ｂは、上述の係合部と嵌め合いにより係合する係合部５２４１ｂと、嵌め合い面の背面側に埋設固定されるネオジム磁石５２４２ｂと、Ｖ字形状を有し中央構造部材５０１の一端においてそのＶ字の頂点を水平に軸止されＶ字の一端の先端をワイヤ５２４ｃと、他方の先端を係合部５２４１ｂと接続したＶ字動力伝達部５２４３ｂとを有している。

図１４は、上唇中央動作部５２４の動作について説明する図である。図示しないアクチュエータ５２４ｅによりワイヤ５２４ｃが図面上方向に引き込まれると、Ｖ字動力伝達部５２４３ｂは、Ｖ字の頂点を中心に回転し、その一端に延在する係合部５２４１ｂとそれと係合した上唇中央結合片５２４ａを図中の矢印の通り時計周り方向に回転させる。このように回転することで、末端の外皮１０との接着面５２４３ａが回転し、すなわち、外皮１０を備えたロボット頭部１の上唇中央部は上方向に引き上げられるに連れて前方へと突き出るような変位を行うこととなる。

このような構成によれば、口を前方へと突き出す、或いは窄めるような動作を写実的又は自然に表現することができる。これは、特に、例えば、「う」や「お」などを発音する際の表情などを再現しようとした場合に顕著である。

また、このように比較的に変位量が大きい口元の中央部分については、磁力のみではなく嵌め合いによる係合を採用することで、より確実に駆動側からの変位動作を伝達することができる。

＜２．３ 下唇中央の動作＞
次に、図１５及び図１６を参照しつつ、下唇中央部動作部５２５の構成及び動作について説明する。

図１５は、下唇中央部動作部５２５の組立状態及び分解状態の斜視図である。外皮１０側の下唇中央結合片５２５ａは、接着面５２５１ａと、接着面５２５１ａの裏面から延び後述の係合部５２５ｂへと嵌め合いにより係合する係合部５２５２ａとから構成されている。一方、支持体側の下唇中央結合片５２５ｂは、アクチュエータ５２５ｆにより駆動され上方に向けて延在するワイヤ５２５ｅの末端に所定の締結具を用いて接続された係合部５２５ｂを有している。なお、ワイヤ５２５ｅの略垂直方向の上下動を保証するため、ワイヤ５２５ｅは下唇中央部の直下にてガイド部５２５ｃが設けられている。また、ワイヤ５２５ｅは図示しないガイドパイプ５２５ｄによりその途中を被覆されている。

図１６は、下唇中央部動作部５２５の動作について説明する図である。アクチュエータ５２５ｆ（図５参照）の出力部へと接続されたワイヤ５２５ｅがガイドパイプ５２５ｄ内を摺動すると、下唇中央結合片５２５ａ、５２５ｂが図中の矢印の通り上下動する。これにより、外皮１０の下唇中央部は略上下に変位することとなる。

このように比較的に変位量が大きい口元の中央部分については、磁力ではなく嵌め合いによる係合を採用することで、より確実に駆動側からの変位動作を伝達することができる。

＜２．４ 上唇の両脇の動作＞
次に、図１７を参照しつつ、上唇右上部動作部５２０と上唇左上部動作部５２１の構成と動作について説明する。

同図から明らかな通り、上唇右上部結合片５２０ａは、一の面に外皮１０との接着面、他方の面に２つのボス５２０３ａを有し内部にネオジム磁石５２０２ａを内包する空間を有する結合片本体５２０１ａと、ネオジム磁石５２０２ａとを有している。また、上唇右上部結合片５２０ｂは、上唇右上部結合片５２０ａとの結合面に２つのボス穴を有し内部にネオジム磁石５２０３ｂを内包するための空間を有する結合片本体５２０２ｂと、結合片本体５２０２ｂの背面に連結されたアーム部５２０４ｂと、アーム部５２０４ｂに連結され円周上の一部が歯車形状を有する歯車部５２０５ｂとを有している。

一方、上唇左上部結合片５２１ａは、一の面に外皮１０との接着面、他方の面に２つのボス５２１３ａを有し内部にネオジム磁石５２１２ａを内包する空間を有する結合片本体５２１１ａと、ネオジム磁石５２１２ａとを有している。また、上唇左上部結合片５２１ｂは、上唇左上部結合片５２１ａとの結合面に２つのボス穴５２１１ｂを有し内部にネオジム磁石５２１３ｂを内包するための空間を有する結合片本体５２１２ｂと、結合片本体５２１２ｂの背面に連結されたアーム部５２１４ｂと、アーム部５２１４ｂに連結され円周上の一部が歯車形状を有する歯車部５２１５ｂとを有している。

なお、上唇右上部結合片５２０ｂの歯車部５２０５ｂと上唇左上部結合片５２１ｂの歯車部５２１５ｂとは適切に歯車同士が噛み合うように（例えば、歯車のピッチ円が接するように）その中心を離間して配置されている。また、上唇左上部結合片５２１ｂの歯車部５２１５ｂの一部はワイヤ５２１ｅと接続されている。

また、上述のボス５２０３ａ及びボス５２１３ａと、ボス穴５２０１ｂ及び５２１１ｂの嵌め合い深さは、他の動作部（左側眉周辺部動作部５０９、右側眉周辺部動作部５０８、左眼直下位置動作部５１５、右眼直下位置動作部５１４、左頬上部動作部５１７、右頬上部動作部５１６、左頬下部動作部５１９、右頬下部動作部５１８）におけるボスとボス穴の嵌め合い深さよりも深いよう構成されている。

このような構成によれば、変位量が比較的に大きい口周辺の動作部と外皮とを結合している結合片対が、動作部の変位量の大きさに耐えられず外れてしまうことを防止することができる。

次に動作について説明する。アクチュエータ５２１ｆ（図５参照）が作動すると、ワイヤ５２１ｅが引き込まれ或いは繰り出される。このワイヤ５２１ｅがガイドパイプ５２１ｆ内を摺動すると同時に歯車部５２１５ｂが回転する。上唇右上部結合片５２０ｂと上唇左上部結合片５２１ｂとは歯車部を介して連動するよう構成されているため、上唇右上部結合片５２０ａと上唇左上部結合片５２１ａとは、互いに離れる方向又は互いに近づく方向に略水平方向に変位する。

上述の通り、上唇右上部結合片５２０ａと上唇左上部結合片５２１ａとは連動する構成となっているので、口の動きは通常左右対称であるから、口の動きを効率的かつ十分に表出することができる。

＜２．５ 下唇の両脇の動作＞
次に、図１８を参照しつつ、下唇右下部動作部５２２と下唇左下部動作部５２３の構成と動作について説明する。

同図から明らかな通り、下唇右下部結合片５２２ａは、一の面に外皮１０との接着面、他方の面に２つのボス５２２３ａを有し内部にネオジム磁石５２２２ａを内包する空間を有する結合片本体５２２１ａと、ネオジム磁石５２２２ａとを有している。また、下唇右下部結合片５２２ｂは、下唇右下部結合片５２２ａとの結合面に２つのボス穴５２２１ｂを有し内部にネオジム磁石５２２３ｂを内包するための空間を有する結合片本体５２２２ｂと、結合片本体５２２２ｂの背面に連結されたアーム部５２２４ｂと、アーム部５２２４ｂに連結され円周上の一部が歯車形状を有する歯車部５２２５ｂとを有している。

一方、下唇左下部結合片５２３ａは、一の面に外皮１０との接着面、他方の面に２つのボス５２３３ａを有し内部にネオジム磁石５２３２ａを内包する空間を有する結合片本体５２３１ａと、ネオジム磁石５２３２ａとを有している。また、下唇左下部結合片５２３ｂは、上唇左上部結合片５２３ａとの結合面に２つのボス穴５２３１ｂを有し内部にネオジム磁石５２３３ｂを内包するための空間を有する結合片本体５２３２ｂと、結合片本体５２３２ｂの背面に連結されたアーム部５２３４ｂと、アーム部５２３４ｂに連結され円周上の一部が歯車形状を有する歯車部５２３５ｂとを有している。

なお、下唇右下部結合片５２２ｂの歯車部５２２５ｂと下唇左下部結合片５２３ｂの歯車部５２３５ｂとは適切に歯車同士が噛み合うように（例えば、歯車のピッチ円が接するように）その中心を離間して配置されている。また、下唇左下部結合片５２２ｂの歯車部５２２５ｂの一部はワイヤ５２２ｅと接続されている。

次に動作について説明する。アクチュエータ５２２ｆが作動すると、ワイヤ５２２ｅが引き込まれ或いは繰り出される。このワイヤ５２２ｅがガイドパイプ５２２ｆ内を摺動すると同時に歯車部５２２５ｂが回転する。下唇右下部結合片５２２ｂと下唇左下部結合片５２２ｂとは歯車部を介して連動するよう構成されているため、下唇右下部結合片５２２ａと下唇左下部結合片５２３ａとは、互いに離れる方向又は互いに近づく方向に略水平方向に変位する。

上述の通り、下唇右下部結合片５２２ａと下唇左下部結合片５２３ａとは連動する構成となっているので、口の動きは通常左右対称であるから、口の動きを効率的かつ十分に表出することができる。

また、唇の周囲は、外皮１０の裏面から、上唇右上部動作部５２０、上唇中央部動作部５２４、上唇左上部動作部５２１、下唇右下部動作部５２２、下唇中央部動作部５２５、下唇左下部動作部５２３の６点により支持されている。そのため、適切な制御により、中央部は略垂直方向、両脇部は略水平左右方向に弾性変形し、又、それらの弾性変形が組み合わされるので、人間のような写実的な口の動きを再現させることができる。

さらに、上述の唇周辺の６点の動作に合わせて、右頬下部動作部５１８、左頬下部動作部５１９の頬に沿った前後方向の動作を合わせることで、口元だけでなく頬の動きまで含めた写実的な口の動きを再現することができる。

＜３．動作例＞
次に、図１９を参照しつつ、口周辺の各動作部を協調させて動作させた場合の口の動作例について説明する。

図１９（ａ）は、日本語の母音の「あ」を発声する際の口の形、すなわち、口を上下に開く口の形を再現する際の各動作部の動き方について矢印を用いて示したものである。「あ」を発声する際、顎部結合部品５０６が下方に変位する。そのため、下唇右下部動作部５２２と、下唇左下部動作部５２３と、下唇中央部動作部５２５が全体として顎部結合部品５０６と共に下方に変位する。

図１９（ｂ）は、日本語の母音の「い」を発声する際の口の形、すなわち、口を左右に引き付ける口の形を再現する際の各動作部の動き方について矢印を用いて示したものである。「い」を発声する際、右頬下部動作部５１８、上唇右上部動作部５２０、下唇右下部動作部５２２は所定量だけ右方向（外側方向）へ、左頬下部動作部５１９、上唇左上部動作部５２１、下唇左下部動作部５２３は所定量だけ左方向（外側方向）へ変位する。

図１９（ｃ）は、日本語の母音の「う」を発声する際の口の形、すなわち、口を突き出す或いは窄めた形を再現する際の各動作部の動き方について矢印を用いて示したものである。「う」を発声する際、上唇右上部動作部５２０、下唇右下部動作部５２２は所定量だけ左方向（内側方向）へ、上唇左上部動作部５２１、下唇左下部動作部５２３は所定量だけ右方向（内側方向）へ、上唇中央部動作部５２４及び下唇中央部動作部５２５は上方へ所定量だけ変位する。

図１９（ｄ）は、日本語の母音の「え」を発声する際の口の形、すなわち、口を上下に開くと共に軽く頬を左右に引き付ける口の形を再現する際の各動作部の動き方について矢印を用いて示したものである。「え」を発声する際、顎部結合部品５０６は下方に、右頬下部動作部５１８は所定量だけ右方向（外側方向）へ、左頬下部動作部５１９は所定量だけ左方向（外側方向）へ変位する。

図１９（ｅ）は、日本語の母音の「お」を発声する際の口の形、すなわち、口を窄めつつ上下へ開いた形を再現する際の各動作部の動き方について矢印を用いて示したものである。「お」を発声する際、上唇右上部動作部５２０、下唇右下部動作部５２２は所定量だけ左方向（内側方向）へ、上唇左上部動作部５２１、下唇左下部動作部５２３は所定量だけ右方向（内側方向）へ、上唇中央部動作部５２４は所定量だけ上方へ、下唇中央部動作部５２５は所定量だけ下方へ変位する。

以上のように、適切な制御により、中央部は略垂直方向、両脇部は略水平左右方向に弾性変形し、又、それらの弾性変形が組み合わされるので、人間のような写実的な口の動きを再現させることができる。さらに、上述の唇周辺の６点の動作に合わせて、右頬下部動作部５１８、左頬下部動作部５１９の頬に沿った前後方向の動作を合わせることで、口元だけでなく頬の動きまで含めた写実的な口の動きを再現することができる。

＜４．変形例＞
本発明は、上述の実施形態に限定されない。従って、種々の変形が可能である。

上述の実施形態では、下唇右下部動作部５２０と下唇左下部動作部５２１とは、歯車同士の噛み合いを介して連動するよう構成されている。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されない。従って、例えば、図２０に示すように、左右独立に動作するよう構成してもよい。図２０は、変形例に係る支持体５０の左側面図である。同図から明らかな通り、磁力を介して結合された下唇左下部結合片５３０ａ、５３０ｂから延びるワイヤ５３０ｇは、第１のガイドパイプ支持片５３０ｃと第２のガイドパイプ支持片５３０ｆの間を結ぶガイドパイプ５３０ｄへと挿通され、その末端は所定の締結具を介してアクチュエータ５３０ｈの出力部へと接続されている。なお、同図中の拡大図からも明らかな通り、ガイドパイプ５３０ｄの両端は、第１のガイドパイプ支持片５３０ｃ内部の所定の面、及び第２のガイドパイプ支持片５３０ｆ内部の所定の面と当接し、固定されている。すなわち、このような構成によれば、アクチュエータ５３０ｈを作動させ、ワイヤを送り出し又は引き込むことで、下唇左下部結合片５３０ａ、５３０ｂを略水平左右方向に変位させることができる。このような構成を左右に配置することで、下唇右下部動作部５２０と下唇左下部動作部５２１とを独立に動作させることが可能となる。なお、これは上唇の両脇部でも同様である。

また、上述の実施形態では、各結合片に設けられた磁石の磁力を介して各結合片同士を結合させる構成とした。しかしながら、磁力による結合を行うにあたっては、必ずしも両結合片に磁石を設ける必要はない。従って、例えば、結合片の一方に磁石を設け、他方を所定の金属等から成る磁性体として磁力による結合を実現してもよい。

さらに、上述の実施形態においては、磁石としてネオジム磁石を採用した。ネオジム磁石は、その強い結合力の観点から採用されたものではあるが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されない。従って、例えば、他の希土類磁石であるサマリウムコバルト磁石、ブラセオジム磁石、サマリウム鉄窒素磁石等を採用することも可能である。

本発明は、ロボット、特に、所定の支持体へと弾性素材の外皮を被せて成るロボットを製造等する産業等にて利用可能である。

１ ロボット頭部
１０ 外皮
５０ 支持体
５０１ 中央構造部材
５０２ 台部
５０３ 左側構造部材
５０４ 右側構造部材
５０５ 額部結合部品
５０６ 顎部結合部品
５０８ 右側眉周辺部動作部
５０９ 左側眉周辺部動作部
５１０ 左眼瞼動作部
５１１ 右目瞼動作部
５１２ 右眼球部
５１３ 左眼球部
５１４ 右眼直下位置動作部
５１５ 左眼直下位置動作部
５１６ 右頬上部動作部
５１７ 左頬上部動作部
５１８ 右頬下部動作部
５１９ 左頬下部動作部
５２０ 上唇右上部動作部
５２１ 上唇左上部動作部
５２２ 下唇右下部動作部
５２３ 下唇左下部動作部
５２４ 上唇中央部動作部
５２５ 下唇中央部動作部
５３０ 下唇左下部動作部（変形例）

Claims (10)

1. 支持体と、
   弾性素材から成り前記支持体を被覆する外皮と、
   前記支持体に設けられ、前記外皮へと沿うように所定の変位動作を行う動作部と、
   前記外皮と前記動作部との間に設けられて両者を結合し、前記所定の変位動作を前記外皮へと伝達して前記外皮の一部又は全体を弾性変形させる着脱自在な結合片対と、
   を備えるロボット。
2. 前記結合片対は、所定の位置決め構造を介して結合している、請求項１に記載のロボット。
3. 前記所定の位置決め構造は、前記結合片対の結合面における位置決めボスとボス穴との嵌め合い構造である、請求項２に記載のロボット。
4. 変位量の比較的大きい動作部に対応する結合片対の位置決めボスとボス穴の嵌め合い深さは、変位量の比較的少ない動作部に対応する結合片対の位置決めボスとボス穴の嵌め合い深さよりも大きい、請求項３に記載のロボット。
5. 前記結合片対は、磁力により結合されている、請求項１に記載のロボット。
6. 前記結合片対の各結合片は、いずれも前記結合片同士の接触面の背面側に配置された磁石を有している、請求項５に記載のロボット。
7. 前記磁石は、ネオジム磁石である、請求項６に記載のロボット。
8. 前記ロボットは、さらに、
   前記支持体へと固定されたアクチュエータと、
   前記アクチュエータへと固定されたアーム部材と、を備え、
   前記動作部は、前記アーム部材の先端部に備えられ、前記アーム部材の動作に合わせて変位動作を行う、請求項１に記載のロボット。
9. 前記ロボットは、さらに、
   前記支持体へと固定されたアクチュエータと、
   前記支持体へと固定されたガイドパイプと、
   前記ガイドパイプへと挿通され、一端が前記アクチュエータ、他端が前記動作部と結合されたワイヤと、を有し、
   前記ワイヤが前記アクチュエータにより駆動されて送り出され又は引き込まれることにより、前記動作部が変位動作を行う、請求項１に記載のロボット。
10. 支持体と、弾性素材から成り前記支持体を被覆する外皮と、前記支持体に設けられ前記外皮へと沿うように所定の変位動作を行う動作部と、前記外皮と前記動作部との間に設けられて両者を結合し前記所定の変位動作を前記外皮へと伝達して前記外皮の一部又は全体を弾性変形させる着脱自在な結合片対と、を備えるロボットにおいて、前記支持体へと前記外皮を固定するための方法であって、
    前記結合片対の前記外皮との接触面となる面に接着剤を塗布するステップと、
    前記接着剤が生乾き状態であることを利用して前記支持体へと前記外皮をあてがって位置合わせを行うステップと、
    前記接着剤を乾燥固化させることにより前記結合片対の外側面を前記外皮の裏面へと固定するステップと、を備える方法。

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