特許 6678897 ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6678897

(24)【登録日】2020年3月23日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20200406BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20200406BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   B25J11/00 D

   B25J5/00 A

   B25J17/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2019-542295(P2019-542295)

(86)(22)【出願日】2018年9月14日

(86)【国際出願番号】JP2018034091

(87)【国際公開番号】WO2019054464

(87)【国際公開日】20190321

【審査請求日】2019年8月14日

(31)【優先権主張番号】特願2017-177267(P2017-177267)

(32)【優先日】2017年9月15日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515337268

【氏名又は名称】ＧＲＯＯＶＥ Ｘ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】横山 智彰

(72)【発明者】

【氏名】林 要

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３３９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１７２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９３６７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部位と第２部位とが接続されるロボットであって、
前記第１部位を構成する第１ベースと、
前記第２部位を構成する第２ベースと、
前記第１ベースと前記第２ベースとを近接および離間可能に接続する接続機構と、
前記接続機構を駆動する駆動部と、
を備え、
前記接続機構の中心軸と平行であり、かつ、前記接続機構の中心軸から離隔した回動軸が設けられ、
前記第２ベースは、前記回動軸周りに回動可能に支持され、
前記第２ベースが前記接続機構の中心軸に沿って変位することで前記第１ベースに対して近接又は離間し、
前記第１部位が胴部であり、
前記第２部位が頭部であり、
前記回動軸が、前記中心軸の後方に設けられていることを特徴とすることを特徴とするロボット。

【請求項2】

前記回動軸が、前記第２部位のヨー軸として設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

前記接続機構を外側から覆いつつ前記第１部位および前記第２部位に被せられ、少なくとも前記接続機構に対応する位置において伸縮性を有する外皮を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。

【請求項4】

前記接続機構が、前記第２部位のローリングおよびピッチングを実現するための複数のリンク機構を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロボット。

【請求項5】

前記第２部位のヨーイングを実現するために前記回転軸周りに前記第２ベースを回動させるアクチュエータをさらに備え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。

【請求項6】

第１部位と第２部位とが接続されるロボットであって、
前記第１部位を構成する第１ベースと、
前記第２部位を構成する第２ベースと、
前記第１ベースと前記第２ベースとを近接および離間可能に接続する接続機構と、
前記接続機構を駆動する駆動部と、
前記接続機構を外側から覆いつつ前記第１部位および前記第２部位に被せられ、少なくとも前記接続機構に対応する位置において伸縮性を有する外皮と、
を備え、
前記第２ベースが前記接続機構の中心軸に沿って変位することで前記第１ベースに対して近接又は離間し、
前記中心軸と平行な回動軸が設けられ、
前記第２ベースは、前記回動軸周りに回動可能に支持され、
前記回動軸が、前記第２部位のヨー軸として前記中心軸と平行であり、かつ、前記接続機構の中心軸から離隔して設けられ、
前記第１部位が胴部であり、
前記第２部位が頭部であり、
前記回動軸が、前記中心軸の後方に設けられていることを特徴とするロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットにおける２つの部位を接続するための構造に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３２３２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなロボットの開発に際し、その表情や仕草、あるいは行動を如何に違和感なく可愛らしくみせられるかは重要である。本発明者は、ロボットにおける接続部位の構造を工夫することで、ロボットのコミカルな動きを簡易に実現できるとの認識に到った。

【0005】

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、ロボットの可愛らしい動きを簡易な構成にて実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様は、第１部位と第２部位とが接続されるロボットである。このロボットは、第１部位を構成する第１ベースと、第２部位を構成する第２ベースと、第１ベースと第２ベースとを接続する接続機構と、接続機構を駆動する駆動部と、を備える。駆動部は、第１ベースに配設された第１〜第３アクチュエータを含む。接続機構は、互いに並列に配置され、第１〜第３アクチュエータにそれぞれ駆動される第１〜第３リンク機構を含む。各リンク機構は、アクチュエータの回転軸に対して固定された駆動リンクと、第１ジョイントを介して駆動リンクに接続され、第２ジョイントを介して第２ベースに接続される従動リンクと、を含む。第１ジョイントが単軸のヒンジジョイントであり、第２ジョイントがユニバーサルジョイントである。

【0007】

本発明の別の態様もロボットである。このロボットは、頭部と胴部とを接続する接続機構と、接続機構を駆動するアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御部と、を備える。制御部は、頭部を胴部に近接又は離間させる方向に駆動する第１の制御と、頭部を方向と直交するロール軸周りに回動させる第２の制御とを同時又は連続的に実行可能である。

【0008】

本発明のさらに別の態様はリンク構造である。このリンク構造は、第１ベースと、第２ベースと、第１ベースと第２ベースとを接続する接続機構と、接続機構を駆動する駆動部と、を備える。駆動部は、第１ベースに配設された第１〜第３アクチュエータを含む。接続機構は、互いに並列に配置され、第１〜第３アクチュエータにそれぞれ駆動される第１〜第３リンク機構を含む。各リンク機構は、アクチュエータの回転軸に対して固定された駆動リンクと、第１ジョイントを介して駆動リンクに接続され、第２ジョイントを介して第２ベースに接続される従動リンクと、を含む。第１ジョイントが単軸のヒンジジョイントであり、第２ジョイントがユニバーサルジョイントである。

【0009】

本発明のさらに別の態様は、第１部位と第２部位とが接続されるロボットである。このロボットは、第１部位を構成する第１ベースと、第２部位を構成する第２ベースと、第１ベースと第２ベースとを近接および離間可能に接続する接続機構と、接続機構を駆動する駆動部と、接続機構を外側から覆いつつ第１部位および第２部位に被せられ、少なくとも接続機構に対応する位置において伸縮性を有する外皮と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ロボットの独特の動きを簡易な構成にて実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るロボットの外観を表す図である。

【図2】ロボットの構造を概略的に表す断面図である。

【図3】リンク構造およびその周辺構造を表す説明図である。

【図4】リンク構造の動作を例示する説明図である。

【図5】リンク構造の動作を例示する説明図である。

【図6】リンク構造の動作を例示する説明図である。

【図7】リンク構造の動作を例示する説明図である。

【図8】ロボットシステムの構成図である。

【図9】ロボットのハードウェア構成図である。

【図10】ロボットシステムの機能ブロック図である。

【図11】ロボットから外皮を取り除いた状態を表す図である。

【図12】ロボットに外皮が装着された状態を表す図である。

【図13】リンク構造の駆動によるロボットの動作を模式的に表す説明図である。

【図14】リンク構造の駆動によるロボットの動作を模式的に表す説明図である。

【図15】リンク構造の駆動によるロボットの動作を模式的に表す説明図である。

【図16】変形例に係るリンク構造およびその動作を表す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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」とよぶ。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、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、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。

【0018】

前輪１０２および後輪１０３は、図示しない駆動機構（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。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着座面１０８が床面Ｆに当接する。

【0019】

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、図示しない内蔵ワイヤを引っ張る又は緩めることにより、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。

【0020】

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は、液晶素子または有機ＥＬ素子により、様々な表情で表示される。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。ツノ１１２には全天球カメラが内蔵され、上下左右全方位を一度に撮影できる。また、ロボット１００の頭部正面には、高解像度カメラが設けられる（図示せず）。

【0021】

図２は、ロボット１００の構造を概略的に表す断面図である。
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、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、ロアプレート３３４に複数のサイドプレート３３６を立設して構成される。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。

【0022】

本体フレーム３１０は、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の下端部が、ロアプレート３３４に固定されている。頭部フレーム３１６は、リンク構造３３０を介して胴部フレーム３１８に接続されている。

【0023】

頭部フレーム３１６は、ヨー軸３２１、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３を有する。頭部フレーム３１６のヨー軸３２１周りの回動（ヨーイング）により首振り動作が実現され、ピッチ軸３２２周りの回動（ピッチング）により頷き動作，見上げ動作および見下ろし動作が実現され、ロール軸３２３周りの回動（ローリング）により首を左右に傾げる動作が実現される。各軸は、リンク構造３３０の駆動態様に応じて三次元空間における位置や角度が変化し得る。詳細については後述する。

【0024】

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。車輪駆動機構３７０は、前輪１０２を駆動する前輪駆動機構と、後輪１０３を駆動する後輪駆動機構と、これらの駆動機構を駆動するアクチュエータ３７９を含み、ロボット１００を移動させる「移動機構」として機能する。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、上半部が滑らかな曲面形状とされている。胴部フレーム３１８の下半部は、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、前輪１０２の回動軸３７８を支持している。

【0025】

一対のホイールカバー３１２は、胴部フレーム３１８の下半部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、胴部フレーム３１８の上半部と連続した滑らかな外面（曲面）を形成する。ホイールカバー３１２の上端部が、上半部の下端部に沿って連結されている。それにより、下半部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。

【0026】

前輪駆動機構は、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。前輪駆動機構の駆動により、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。

【0027】

外皮３１４は、本体フレーム３１０を外側から覆う。外皮３１４は、人が弾力を感じる程度の厚みを有し、ウレタンスポンジなどの伸縮性を有する素材で形成される。これにより、ユーザがロボット１００を抱きしめると、適度な柔らかさを感じ、人がペットにするように自然なスキンシップをとることができる。本体フレーム３１０と外皮３１４の間には、静電容量型のタッチセンサが設けられる。タッチセンサは、複数箇所に設けられ、ロボット１００のほぼ全域におけるタッチを検出する。タッチセンサは外皮３１４の内側に設けられているので、外皮３１４が変形すると検出レベルが高くなる。つまり、人がロボット１００を強く抱きしめているか、そっと抱きしめているか等の接触状態を判断できる。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。

【0028】

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。

【0029】

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に通電することで腕（手１０６）を上げることができ、通電遮断することで腕（手１０６）を下げることができる。また、別の形態では、手１０６の先端付近にワイヤを取り付け、胴部フレーム３１８にワイヤを巻き取る機構を設け、ワイヤの長さを巻き取り機構の出し入れで調整することにより手１０６を駆動してもよい。

【0030】

図３は、リンク構造３３０およびその周辺構造を表す説明図である。図３（ａ）は拡大断面図であり、図３（ｂ）は平面図である。
図３（ａ）に示すように、リンク構造３３０は、胴部（第１部位）を構成する第１ベース３３１と、頭部（第２部位）を構成する第２ベース３３２と、両ベースを接続する接続機構３３３とを含む。

【0031】

図３（ｂ）にも示すように、第１ベース３３１は、円板状をなし、胴部フレーム３１８の上端部に固定されている。第１ベース３３１は、ロアプレート３３４と平行に設けられ、その中央には配線を通すための挿通孔３３５が設けられている。第１ベース３３１には、その軸線Ｌを中心とした仮想円ＶＣ上に３つのモータ（第１モータ３４４，第２モータ３４６，第３モータ３４８）が等間隔（１２０度おき）で設置されている。ロボット１００の中心軸に対して、第１モータ３４４は後方、第２モータ３４６は右前方、第３モータ３４８は左前方にそれぞれ位置する。これらのモータは、接続機構３３３を駆動する「駆動部」を構成し、後述するリンク機構（後述する）を駆動して頭部のピッチングおよびローリングを実現する「第１〜第３アクチュエータ」として機能する。

【0032】

第２ベース３３２は、段付円筒状をなし、頭部フレーム３１６に同軸状に接続されている。頭部フレーム３１６の底部と第２ベース３３２との間には、環状のスペーサ３３７（滑り軸受）が介装されている。接続機構３３３は、ロボット１００の頭部と胴部とをつなぐ首部（首関節）として機能する。

【0033】

頭部フレーム３１６の底部中央には、下方に向けて突出する円筒状の回動軸３５０（円筒軸）が設けられている。回動軸３５０は、第２ベース３３２に同軸状に挿通されている。回動軸３５０は、ヨー軸３２１を中心に第２ベース３３２に対して回動できる。頭部フレーム３１６内の周縁部にはモータ３５４が設置されている。モータ３５４の回転軸は頭部フレーム３１６の底部を貫通し、その先端にギヤ３５６が設けられている。モータ３５４は、頭部のヨーイングを実現する「アクチュエータ」として機能する。

【0034】

接続機構３３３は、胴部フレーム３１８の軸線方向（つまり鉛直方向）に伸縮可能な３つのリンク機構（第１リンク機構３６１，第２リンク機構３６２，第３リンク機構３６３）を含み、それらの伸縮により首部の伸縮動作を実現できる。第１リンク機構３６１は第１モータ３４４に接続され、第２リンク機構３６２は第２モータ３４６に接続され、第３リンク機構３６３は第３モータ３４８に接続されている。

【0035】

各リンク機構は、駆動リンク３７１および従動リンク３７２を直列に接続して構成され、互いに並列に配置されている。駆動リンク３７１の一端はモータの回転軸に対して固定され、他端が第１ジョイント３７４を介して従動リンク３７２の一端に接続されている。各モータの回転軸と各駆動リンク３７１との連結部が、上述した仮想円ＶＣ上に位置する。従動リンク３７２の他端は第２ジョイント３７６を介して第２ベース３３２に接続されている。第１ジョイント３７４は単軸のヒンジジョイントであり、第２ジョイント３７６はユニバーサルジョイントである。なお、駆動リンク３７１は、モータの回転軸に直接固定されてもよいし、減速機（ギア）等を介して固定されてもよい。

【0036】

第１ジョイント３７４の回動軸（軸線）は、モータの回転軸と平行とされている。第２ジョイント３７６は、第２ベース３３２から半径方向に延出したアーム部３７５の先端に設けられている。このような構成により、第２ベース３３２を鉛直方向（Ｚ方向）に駆動でき、第２ベース３３２をピッチ軸３２２やロール軸３２３を中心に回動させることができる。すなわち、首の伸縮動作、頷き動作（見上げ／見下ろし動作）、傾げ動作等を実現できる。詳細については後述する。

【0037】

各モータの回転軸に外挿させるように、荷重キャンセル用のねじりばね３４９（トーションばね）が設けられている。ねじりばね３４９の一端側がモータの本体に対して固定され、他端側が駆動リンク３７１に対して固定されている。それにより、頭部の重力方向の荷重を一部キャンセルでき、モータのオフ時にも頭部を予め設定した基準位置に保つことができる。言い換えれば、頭部を基準位置に保持するためにモータを駆動する必要がない。モータの駆動により頭部をその基準位置に対して上昇又は降下させることで、首の伸縮動作を実現できる。頭部の全荷重をモータで受けとめる必要がないため、モータの負荷（トルク）を軽減でき、消費電力を抑えることができる。

【0038】

また、第２ベース３３２の外周の所定範囲にギヤ３８０が設けられ、モータ３５４のギヤ３５６と噛合している。このような構成により、モータ３５４を駆動することで頭部フレーム３１６をヨー軸３２１を中心に回動させることができ、首振り動作を実現できる。

【0039】

バッテリー１１８から延びる電源線や、制御回路３４２等から延びる信号線等の配線は、挿通孔３３５および回動軸３５０を通って頭部や首部のアクチュエータに接続される。これは、ヨーイング駆動を行うモータ３５４を頭部の中央に配置せず、周縁部に配置したことによる。配線を軸線に沿って延ばすことで、首振り動作を行ってもそれらの配線が絡まったり、その動作を妨げたりすることを防止又は抑制できる。

【0040】

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やロール軸３２３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。

【0041】

本実施形態では、ピッチ軸３２２を中心とする頭部フレーム３１６の上下可動範囲を９０度とし、ロボット１００の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が上向く角度（見上げ角）の限界値が４５度とされ、下向く角度（見下ろし角）の限界値が−４５度とされている。

【0042】

また、ヨー軸３２１を中心とする頭部フレーム３１６の左右可動範囲を８０度とし、視線が正面となる状態から左右に４０度ずつとしている。すなわち、ロボット１００が正面に対して右を向く角度の限界値が４０度とされ、左を向く角度の限界値が−４０度とされている。

【0043】

さらに、ロール軸３２３を中心とする頭部フレーム３１６の傾き可動範囲を６０度とし、頭部を真っ直ぐに立てた状態から左右への傾きが３０度ずつとしている。すなわち、ロボット１００が右側に傾げる限界値が３０度とされ、左側に傾げる限界値が−３０度とされている。なお、変形例においては、各軸周りの可動範囲を適宜変更してもよい。

【0044】

図４〜図７は、リンク構造３３０の動作を例示する説明図である。図４は首を伸ばしたときの状態を示し、図５は首を縮めたときの状態を示す。図６は頷き動作をするときの状態を示し、図７は傾げ動作をするときの状態を示す。各図の（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図である。なお、以下では便宜上、三次元空間においてロボット１００の上下方向をＺ方向とし、これと垂直な左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向と表現することがある。

【0045】

図４に示すように、モータ３４４〜３４８は、仮想円ＶＣに沿って同方向を向く（回転軸がモータの本体からみて同じ側に位置する）ように配置されている。これらのモータ３４４〜３４８を一方向に同角度回転させることで、全てのリンク機構３６１〜３６３を均等に伸ばすことができ、接続機構３３３を伸長させることができる。それにより、第２ベース３３２をその姿勢を一定に保ったまま第１ベース３３１から離間させ、ロボット１００の首部を伸ばす動作を実現できる。

【0046】

一方、図５に示すように、モータ３４４〜３４８を反対方向に同角度回転させることで、全てのリンク機構３６１〜３６３を均等に折りたたむことができ、接続機構３３３を縮小させることができる。それにより、第２ベース３３２をその姿勢を一定に保ったまま第１ベース３３１に近接させ、ロボット１００の首部を縮めることができる。すなわち、モータ３４４〜３４８を同方向（一方向又は反対方向）に回転させることで、首部を伸縮させる動作を実現できる。

【0047】

また、図６に示すように、第１モータ３４４を一方向に回転させ、第２モータ３４６および第３モータ３４８を反対方向に回転させることで、第２ベース３３２をピッチ軸３２２を中心に回動させて前方に傾けることができる。それにより、ロボット１００の頭部を前傾させることができ、頷き動作や見下ろし動作を実現できる。図示を省略するが、第２モータ３４６および第３モータ３４８を一方向に回転させ、第１モータ３４４を反対方向に回転させることで、見上げ動作を実現できる。

【0048】

図７に示すように、第２モータ３４６を一方向に回転させ、第１モータ３４４および第３モータ３４８を反対方向に回転させることで、第２ベース３３２をロール軸３２３を中心に回動させて左方に傾けることができる。それにより、ロボット１００の頭部を左側に傾げる動作を実現できる。図示を省略するが、第３モータ３４８を一方向に回転させ、第１モータ３４４および第２モータ３４６を反対方向に回転させることで、ロボット１００の頭部を右側に傾げる動作を実現できる。

【0049】

なお、モータ３４４〜３４８のそれぞれの回転方向や回転速度を調整することにより、例えば見上げ動作をしながら首を傾げるなど、上記各種動作を組み合わせた（混合した）様々な動作を実現可能であることは言うまでもない。

【0050】

リンク構造３３０の構成上、３つのリンク機構は、互いの動きに制約を与える。頭部の並進運動については、実質的にＺ方向の動きのみが許容され、Ｘ方向およびＹ方向の動きは許容されない（第２ベース３３２の傾動による微少変位を除く）。このことは、例えば頭部の軸が胴部の軸に対して平行移動するなど、生物的に違和感のある動作を防止できることを意味する。これは、各リンク機構の第１ジョイント３７４を単軸のヒンジジョイントとし、その軸をモータの軸と平行としたことによる。

【0051】

一方、頭部の傾動については、頭部の高さに応じて変位するピッチ軸３２２（Ｘ軸に平行な軸）およびロール軸３２３（Ｙ軸に平行な軸）周りに許容される。これは、各リンク機構の第２ジョイント３７６をユニバーサルジョイントとしたことによる。

【0052】

なお、頭部の回動（首振り運動）については、既述のように、第２ベース３３２に設置されたモータ３５４の駆動により実現される。第２ベース３３２を基準として頭部フレーム３１６自体が回転するため、その回転はリンク構造３３０の作動による制約は受けない。つまり、首部の伸縮動作，頷き動作，傾げ動作等とは独立に首振り動作を実現でき、生物の骨格の動きに沿ったものとなる。

【0053】

図８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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

図９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、上述した接続機構３３３（リンク機構３６１〜３６３）や車輪駆動機構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。

【0057】

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，高解像度カメラ）、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、静電容量の変化に基づいて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。

【0058】

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。

【0059】

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により得られる様々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）や頭部（頭部フレーム３１６）の動きを制御する。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。

【0060】

図１０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。

【0061】

（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。

【0062】

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、蛇行しながらユーザに近づく、首をかしげたままユーザを見つめる、など様々なモーションが定義される。

【0063】

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。

【0064】

マップ格納部２１６は、状況に応じたロボットの行動を定義した行動マップのほか、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。

【0065】

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。

【0066】

データ処理部２０２は、位置管理部２０８、認識部２１２、動作制御部２２２および親密度管理部２２０を含む。位置管理部２０８は、ロボット１００の位置座標を、図８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。

【0067】

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１５０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。

【0068】

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。

【0069】

応対認識部２２８は、ロボット１００になされた様々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の行動に対するユーザ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。

【0070】

動作制御部２２２は、ロボット１００の動作制御部１５２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、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。

【0071】

親密度管理部２２０は、ユーザごとの親密度を管理する。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はそのユーザ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ユーザの親密度は徐々に低下する。

【0072】

（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９参照）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９参照）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。

【0073】

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。様々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。

【0074】

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。

【0075】

データ処理部１３６は、認識部１５０および動作制御部１５２を含む。認識部１５０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１５０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。

【0076】

認識部１５０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１５０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。

【0077】

認識部１５０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。

【0078】

動作制御部１５２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１５２の指示にしたがって前輪１０２（車輪駆動機構３７０）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。

【0079】

動作制御部１５２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。

【0080】

動作制御部１５２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。モーションファイルに頭部の動作が定義されている場合、動作制御部１５２は、接続機構３３３を駆動してその動作制御を実行する。

【0081】

動作制御部１５２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１５２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に様々なモーションを表現させる。

【0082】

次に、ロボット１００の特徴的構成および動作について説明する。
図１１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１２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。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。

【0083】

図１１に示すように、頭部フレーム３１６と胴部フレーム３１８との間に接続機構３３３が介装される。上述のようにねじりばね３４９を設けたことで頭部の荷重がキャンセルされるため（図３（ｂ）参照）、接続機構３３３の非駆動時においても、頭部フレーム３１６が胴部フレーム３１８の上方の所定位置に保持される。

【0084】

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。

【0085】

図１２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。

【0086】

外皮３１４は、伸縮性を有する基材の外面を表皮層で覆うようにして構成され、全体的に手触りが良い柔軟素材からなる。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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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、頭部の回動や首部の伸縮があるため、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、当接領域間に捩れや伸びが生じやすい。本実施形態では、このような捩れや伸び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。

【0090】

すなわち、基材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。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５５６〜５６０は、接続機構３３３を外側から覆うように設けられ、外皮３１４における接続機構３３３に対応する位置の伸縮性を向上させている。

【0091】

基材は多孔質発泡材料（本実施形態ではウレタンスポンジ）からなる。各伸縮向上領域は、基材において対応する領域に多数の空隙を最適配置することで構成される。各空隙は、各対応領域を基材の厚み方向に貫通する。このような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の作動に必要な駆動力を小さくできる。すなわち、接続機構３３３（リンク機構３６１〜３６３）を円滑に駆動することができる。また、基材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。

【0092】

図１３〜図１５は、リンク構造３３０の駆動によるロボット１００の動作を模式的に表す説明図である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、リンク構造３３０による頭部の動作を例示している。図１４および図１５は、頭部の動作に伴うロボット１００の全体動作を例示している。各図の（ａ）〜（ｄ）はその動作過程を示している。

【0093】

既に説明したように、接続機構３３３（リンク構造３３０）を図５に示したように駆動することで、図１３（ａ）に示すように、ロボット１００の首部を縮める動作を実現できる。接続機構３３３を図４に示したように駆動することで、図１３（ｂ）に示すように、ロボット１００の首部を伸ばす動作を実現できる。動作制御部１５２は、これらの動作に際し、頭部を胴部に近接又は離間させる方向に駆動する「第１の制御」を実行する。

【0094】

接続機構３３３を図７に示したように駆動することで、図１３（ｃ）および（ｄ）に示すように、ロボット１００の頭部を左右に傾げる動作を実現できる。動作制御部１５２は、この動作に際し、頭部をロール軸周りに回動させる「第２の制御」を実行する。このような動作を組み合わせることにより、ロボット１００にコミカルな動きをさせることができる。

【0095】

例えば、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ロボット１００を走行させながら首部の伸長と縮小を繰りかえすことで、リズミカルな動きを実現できる。また、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ロボット１００を走行させながら首部を左右に傾げる動作を繰りかえすことで（具体的には、（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）・・・のような動作の繰り返し）、コミカルで可愛らしい動きを実現できる。動作制御部１５２は、これらの動作に際し、車輪駆動機構３７０を駆動してロボット１００の移動を制御しつつ、接続機構３３３を駆動して第１の制御と第２の制御とを同時又は連続的に実行する。

【0096】

以上、実施形態に基づいて、ロボット１００のリンク構造３３０およびその動作について説明した。本実施形態によれば、３つのリンク機構３６１〜３６３を並列に設け、それらのジョイント部にヒンジジョイントとユニバーサルジョイントとの組み合わせを採用するという簡易な構成により、ロボット１００の独特の動きを実現できる。すなわち、駆動リンクの両端に位置するモータの回転軸とヒンジジョイントの回動軸とを平行とすることで、首部の伸縮動作を胴部の軸線に沿って行わせることができる。さらに、従動リンクと第２ベースとをユニバーサルジョイントを介して接続することで、首部の伸縮動作に干渉することなく頷き動作や傾げ動作を実現できる。これは、生物の骨格構造に沿ったものであり、ユーザに違和感がなく自然な印象を与えることができる。特に、首部の伸縮と頭部のローリングとを同時又は連続的に行うことで、上述のようなコミカルで可愛らしい動きも実現でき、ユーザに愛着を感じさせることが期待される。そのことが、ペットのようにロボット１００の市場価値を高めるとも考えられる。

【0097】

また、リンク構造３３０による頭部の回動をローリングとピッチングに留め、ヨーイングについては別途アクチュエータ（モータ３５４）を設けることで、リンク構造３３０の簡素化および作動安定性を図ることができる。リンク構造３３０の制御について簡易化および安定性を図ることもできる。

【0098】

さらに、接続機構３３３（リンク機構３６１〜３６３）を外側から覆うように柔軟な外皮３１４を設けたことで、接続機構３３３がユーザに干渉することを防止できる。ユーザは、ロボット１００に触れることを躊躇することなく、むしろ外皮３１４の手触り感の良さから積極的に触れるようになる。また、このような外皮３１４を設けても、その接続機構３３３を覆う部分については伸縮向上領域としたため、頭部の作動抵抗となることを抑制できる。

【0099】

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。

【0100】

上記実施形態では、第１ベース３３１を胴部フレーム３１８に組み付け、その第１ベース３３１にモータ３４４〜３４８を設置する構成を例示した。変形例においては、胴部フレーム３１８の一部を第１ベースとし、モータ３４４〜３４８を胴部フレーム３１８に直接固定してもよい。

【0101】

上記実施形態では、３つのリンク機構により接続機構３３３を構成した。変形例においては、４つ以上のリンク機構により接続機構を構成してもよい。ただし、１軸方向（Ｚ方向）の並進と２軸周りの回動（ローリング，ピッチング）を実現する観点からは、上記実施形態のように３つのリンク機構で必要十分であり、機構を簡易に実現するうえでも最適と言える。

【0102】

上記実施形態では、頭部と胴部との間の荷重キャンセル（頭部の重量による荷重キャンセル）のために、モータ３４４〜３４８の回転軸に沿ってねじりばね３４９を設ける例を示した。変形例においては、例えば第２ベース３３２と第１ベース３３１との間にばね（コイルばねや板ばね等）を介装することで荷重キャンセルしてもよい。すなわち、各アクチュエータの回転軸に限らず、第１部位と第２部位との間に荷重キャンセル用のばねを設けてもよい。

【0103】

上記実施形態ではロボットの一態様を示したが、上記リンク構造は、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。頭部と胴部に限らず、例えば胴部と腕部など、ロボットのいずれかの接続部（関節等）を境に「第１部位」と「第２部位」を設定してよい。そして、両部位の間に上記リンク機構を適用してもよい。また、椅子、テーブルの脚部、スタンド（電気スタンド等）のアーム部、ラウンドオンタイプのアーケードゲームにおいて物理的動作を伴う部位等に上記リンク構造を適用してもよい。

【0104】

上記実施形態では、接続機構をリンク機構により実現する例を示した。上述したコミカルな動きを実現する観点では、このような機構に限らず、主として制御によりこれを実現してもよい。例えば、２軸周りの回動（ローリング，ピッチング）をそれぞれ実現するための複数のモータを別途設けてもよい。あるいは、複数のリンク機構に代えて複数の油圧ピストンを配置し、各ピストンのストロークを制御することにより、上述した１軸方向の並進と２軸周りの回動を実現してもよい。あるいは、ソレノイドその他のアクチュエータを採用してもよい。このような構成を採用しても、上述した第１および第２の制御を実行できる。

【0105】

上記実施形態では述べなかったが、伸縮性を有する布材を基材の表面に配置して外皮を構成してもよい。それにより、基材の多孔質部分を目立たなくし、手触り感をより向上させることができる。基材の表面に布材を配置する構造としては、基材の形状に合わせた袋を布材で作成し、その袋で基材を包み込むことで形成されてよい。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

上記実施形態では、外皮の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。

【0110】

上記実施形態では、頭部の動きを中心に説明したが、左右の前輪１０２の昇降位置を変えることで更に躍動的でコミカルな動作を実現してもよい。すなわち、ロボット１００は、前輪１０２を昇降させる機構を備えてもよい。それにより、ロボット１００は、左右の前輪１０２の昇降位置がずれるように昇降機構を制御することでボディ１０４の全体を左右に傾けることもできる。また、走行中に右側に旋回するときは、ボディ１０４が右側に傾くように左右の前輪１０２の昇降位置を調整し、左側に旋回するときは、ボディ１０４が左側に傾くように左右の前輪１０２の昇降位置を調整してもよい。このように、頭部の動きに加えて、左右の前輪１０２の昇降状態を調整することで、より躍動感があり、コミカルな動きを実現できる。

【0111】

図１６は、変形例に係るリンク構造およびその動作を表す説明図である。図１６（ａ）は平面図である。図１６（ｂ）はリンク構造周辺を表す側面図である。図１６（ｃ）はリンク構造による頭部の動作を模式的に表す平面図である。図中矢印は、ロボットからみた前方を表している。

【0112】

上記実施形態では図３（ｂ）に示したように、第１ベース３３１の軸線Ｌとヨー軸３２１とを一致させた。軸線Ｌは、頭部フレーム３１６の軸線であり、接続機構３３３の中心軸でもあった。第２ベース３３２が軸線Ｌに沿って変位することで第１ベース３３１に対して近接又は離間し、首部の伸縮動作を実現した。

【0113】

本変形例では図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、ヨー軸３２１を軸線Ｌからずらし、頭部フレーム４１６の中心から偏心させる。具体的には、ヨー軸３２１を軸線Ｌの後方にずらしている。これに伴い、頭部フレーム４１６と第２ベース４３２との嵌合部（つまり回動軸３５０の位置）およびギヤ３８０のピッチ円の中心も、ヨー軸３２１に合わせて軸線Ｌの後方にずれている。

【0114】

このような構成により、ロボットが左右に振り向く際の頭部の挙動を生物に近づけ、より自然に見せることができる。すなわち、図３（ｂ）に示した上記実施形態では、頭部フレーム３１６がその中心軸周りに回動するため、振り向き動作に際して頭部と胴部との間にずれが生じず、生物的な挙動として違和感を与える可能性がある。この点、本実施形態によれば、図１６（ｃ）に示すように、頭部フレーム４１６のヨー軸３２１が中心軸からずれているため、振り向き動作に際して頭部と胴部との間にずれを生じさせることができる。外皮３１４にも適度な変形を生じさせることができる。それにより、生物的な挙動により近づけることが可能となる。

【0115】

なお、本変形例においても接続機構３３３を覆うように外皮３１４を設けることで、接続機構３３３がユーザに干渉することを防止できる。また、第１ベース３３１と第２ベース３３２とを近接および離間可能に接続することで、コミカルな動きを実現できる。

【0116】

上記実施形態では、第１ジョイント３７４を単軸のヒンジジョイントとし、第２ジョイント３７６をユニバーサルジョイントとする例を示した。変形例においては、第１ジョイント３７４および第２ジョイント３７６の双方をユニバーサルジョイントとするなど、ジョイントの種類および組み合わせを適宜変更してもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】