JP5818128B2 - Biped walking device - Google Patents
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Description
本発明は、左右の揺動を伴う三次元的二脚式歩行装置に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional biped walking device with left and right swinging.
特許文献１に記載された二足歩行ヒューマノイドロボットは、多数の関節部に内蔵された多数のモーターをコンピュータにより複雑に制御することにより、静歩行および動歩行を実現している。 The biped walking humanoid robot described in Patent Document 1 realizes both static walking and dynamic walking by controlling a large number of motors built in a large number of joints in a complex manner by a computer.
非特許文献１には、左右の揺動を伴う三次元的歩行機が販売されている旨が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes that a three-dimensional walking machine with left and right swinging is sold.
また、非特許文献２のように、二脚受動歩行機の研究が進められており、これらは左右への揺動を伴わない二次元型と、左右への揺動を伴う三次元型に分類される。 Also, as in Non-Patent Document 2, research on biped passive walkers is underway, and these are classified into two-dimensional types that do not swing left and right and three-dimensional types that swing left and right. Is done.
特許文献１に記載の二足歩行ヒューマノイドロボットは、静歩行および動歩行を可能とするため、多数の関節部に内蔵された多数のモーターをコンピュータにより複雑に制御しており、いったんコンピュータの不具合が発生した場合は転倒の可能性があり、貴重品の輸送・移動や人間の搭乗は、危険であり不向きである。また、単独歩行時においても、コンピュータの不具合時の転倒の際には他の物体の破損の可能性があり、危険である。 In the biped walking humanoid robot described in Patent Document 1, in order to enable static walking and dynamic walking, a large number of motors built in a large number of joints are controlled in a complicated manner by a computer. If it occurs, there is a possibility of falling, and transportation and movement of valuables and boarding by humans are dangerous and unsuitable. Further, even when walking alone, there is a possibility that other objects may be damaged when the computer falls down, which is dangerous.
非特許文献１に記載の左右の揺動を伴う三次元的歩行機は、最適な形状決定の理論が存在しない状態で試行錯誤で形状・動作が決定されており、安定性確保のため歩幅が小さく、移動速度が遅いのが現状である。 The three-dimensional walking machine with left and right swing described in Non-Patent Document 1 has a shape / motion determined by trial and error in the absence of an optimal shape determination theory. The current situation is that they are small and move slowly.
また、非特許文献２に記載の受動歩行機は、左右への揺動を伴わない二次元型と、左右への揺動を伴う三次元型に分類される。二次元型は、人間のもつ二脚とは異なる構成となっており本来の人間の動作を模擬するものではない。一方、左右への揺動を伴う三次元型には様々な形状のものが非特許文献２で挙げられているが、より安定した歩容が求められる。 Moreover, the passive walker described in Non-Patent Document 2 is classified into a two-dimensional type that does not swing left and right and a three-dimensional type that swings left and right. The two-dimensional type has a different structure from a human biped and does not simulate the original human movement. On the other hand, non-patent literature 2 mentions various shapes of three-dimensional types that swing left and right, but a more stable gait is required.
本発明は上記点に鑑みて、大きな歩幅と安定性とを両立させることを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to achieve both a large stride and stability.
上記目的を達成するため、本発明は以下のようである。
発明１は、少なくとも３点の接地点を有する右足裏および左足裏と、右足裏から上方側に向かって延びるとともに右足裏に対して回転接続される右脚と、左足裏から上方側に向かって延びるとともに左足裏に対して回転接続される左脚とを備え、仮想円柱である基本円柱に対して、両方の円形側面の外周に、一定中心角度毎に頂点を左右互い違いに設け、連続した２つの頂点と反対側側面外周の相対する頂点とを３頂点とする二等辺三角形で連続的に円柱を切り落とした立体形状の仮想側面のことをジグザグ平面ローラーとしたとき、右足裏の接地点の内２点は、二等辺三角形のうち１つの二等辺三角形の底辺側部位上の２つの等辺にそれぞれに位置させるとともに、左足裏の接地点の内２点は、右足裏の位置する１つの二等辺三角形に隣り合う二等辺三角形の底辺側部位上の２つの等辺にそれぞれに位置させた位置関係に、右足裏と左足裏を配置することが可能であり、二脚式歩行装置の歩行が、ジグザグ平面ローラーが転がる際に二等辺三角形が順番に接地して進行する態様にならって進行するように、右足裏および左足裏のうち一方の足裏が接地した状態から他方の足裏が接地した状態へと移行させる際には、一方の足裏の前縁上の接地点と他方の足裏の後縁の接地点とを、隣り合う二等辺三角形の共通する辺上に位置させて、二脚式歩行装置全体を共通する辺を中心に進行方向へ転がり動作を行うとともに、当該転がり動作の間は、共通する辺上に位置した接地点のみを接地させるように動作させることで、歩行を実行することを特徴とする二脚式歩行装置である。
発明２は、右足裏および左足裏のうち一方の足裏が接地し、他方の足裏が一方の足裏の後方側にて地面から離れている状態において、一方の足裏に対応する脚を支持脚とし、他方の足裏に対応する脚を遊脚としたとき、遊脚が支持脚の前方に振り出され、かつ重心が移動することにより、他方の足裏が接地して一方の足裏が地面から離れることを特徴とする発明１に記載の二脚式歩行装置である。
発明３は、重心を移動させる手段を搭載した搭載部と、搭載部を右脚のうち右足裏の反対側部位と、左脚のうち左足裏の反対側部位とを回転接続している主軸に連結する搭載部連結機構とを備えることを特徴とする発明２に記載の二脚式歩行装置である。
発明４は、右足裏および左足裏は、ジグザグ平面ローラーの軸方向中央線から離れていることを特徴とする発明１乃至３に記載の二脚式歩行装置である。
発明５は、右足裏および左足裏は、二等辺三角形の底辺側部位をなす台形と、ジグザグ平面ローラーの軸方向中央線とに接する放物線形状を有していることを特徴とする発明１乃至３に記載の二脚式歩行装置である。
発明６は、右足裏および左足裏の外縁は、地面と干渉しない範囲で二等辺三角形の底辺よりも外側に拡張されていることを特徴とする発明４または５に記載の二脚式歩行装置である。
発明７は、右脚に対する右足裏の角度および左脚に対する左足裏の角度を足首角度としたとき、足首角度を調節する足首角度調節機構を備え、足首角度調節機構は、支持脚側の足首角度を直角に固定し、遊脚が支持脚の後方側にある場合には遊脚側の足裏前縁が地面から離れ、遊脚が支持脚の前方側に振り出されている場合には遊脚側の足裏後縁が地面から離れるように遊脚側の足首角度を非直角にし、遊脚が前方側へ最大に開いたとき遊脚側の足首角度を直角に固定することを特徴とする発明２に記載の二脚式歩行装置である。
発明８は、搭載部連結機構は、右脚と左脚の最大開き角を保持する機構を有していることを特徴とする発明３または３に記載の二脚式歩行装置である。
発明９は、右足裏および左足裏は何れも、その前縁および後縁のそれぞれに少なくとも１点の接地点を有していることを特徴とする発明１ないし８のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
発明１０は、右足裏および左足裏は何れも、その前縁および後縁のいずれか一方に２点の接地点を有し、その前縁および後縁の他方に１点の接地点を有していることを特徴とする発明１ないし８のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
発明１１は、右足裏および左足裏には、接地して回転する複数の回転体が配置されていることを特徴とする発明１ないし１０のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
発明１２は、右脚および左脚が基本円柱の中心軸を中心として回転する動作を、右脚および左脚が滑り接続されるレールによって実現することを特徴とする発明１ないし１１のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
発明１３は、右足裏および左足裏に、着地の際の位置エネルギーおよび衝撃力を吸収し、力学エネルギーとして一旦蓄え、当該足裏が非接地となる際に、蓄えた力学エネルギーを地面を押す力として利用できる装置を具備することを特徴とする発明１ないし１２のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
発明１４は、右脚のうち右足裏の反対側部位と、左脚のうち左足裏の反対側部位とを回転接続する主軸を備え、 主軸は、基本円柱の中心軸上に位置していることを特徴とする発明１ないし１３のいずれか１つに記載の二脚式歩行装置である。
In order to achieve the above object, the present invention is as follows.
Invention 1 includes a right foot and a left foot having at least three contact points, a right leg extending upward from the right foot and rotatingly connected to the right foot, and from the left foot toward the upper side. A left leg that extends and is rotationally connected to the left foot sole, and with respect to a basic cylinder that is a virtual cylinder, vertices are provided on the outer circumference of both circular side surfaces in a staggered left and right direction at a constant central angle, and two continuous When the three-dimensional virtual side surface is a three-dimensional isosceles triangle with three vertices on the opposite side outer periphery, and the zigzag plane roller is the three-dimensional virtual side surface , Two points are located on two isosceles sides on the base side of one isosceles triangle, and two of the ground contact points on the left sole are one isosceles located on the right sole next to the triangle Cormorant the positional relation is located in each of the two equal sides of the bottom side portion of the isosceles triangle, it is possible to arrange the right back and left back, it is walking biped type walking apparatus, a zigzag plane rollers Transition from a state in which one sole of the right and left soles is grounded to a state in which the other sole is grounded so that the isosceles triangle proceeds in a manner in which the isosceles triangle contacts and proceeds in order when rolling. When doing this, place the grounding point on the front edge of one sole and the grounding point on the rear edge of the other sole on the common side of adjacent isosceles triangles, and use the biped walking device While performing the rolling motion in the traveling direction centering on the common side as a whole, during the rolling motion, it is possible to perform walking by operating only the grounding point located on the common side. This is a bipedal walking device.
Invention 2 has a leg corresponding to one sole in a state where one sole of the right sole and the left sole is grounded and the other sole is separated from the ground on the rear side of one sole. When the support leg is a free leg corresponding to the other sole, the free leg is swung out forward of the support leg and the center of gravity moves, so that the other sole contacts the ground. 2. The biped walking device according to claim 1, wherein the back is separated from the ground.
A third aspect of the present invention provides a mounting portion on which means for moving the center of gravity is mounted, and a main shaft that rotationally connects the mounting portion to a portion of the right leg opposite to the right sole and a portion of the left leg opposite to the left sole. The biped walking device according to claim 2 , further comprising a mounting portion coupling mechanism for coupling.
A fourth aspect of the present invention is the biped walking device according to any one of the first to third aspects , wherein the right sole and the left sole are separated from the axial center line of the zigzag plane roller.
Invention 5, right back and left back are invention 1 to 3, characterized in that has a trapezoid forming the bottom side portion of the isosceles triangle, a parabolic shape in contact with the axial center line of the zigzag planar roller It is a biped walking device described in 1.
A sixth aspect of the present invention is the biped walking device according to the fourth or fifth aspect, wherein the outer edges of the right and left soles are extended outward from the bottom of the isosceles triangle within a range that does not interfere with the ground. is there.
The invention 7 includes an ankle angle adjustment mechanism that adjusts the ankle angle when the angle of the right sole with respect to the right leg and the angle of the left sole with respect to the left leg is an ankle angle, and the ankle angle adjustment mechanism is an ankle angle on the support leg side. If the free leg is on the back side of the support leg, the front edge of the sole on the free leg side is away from the ground, and if the free leg is swung out to the front side of the support leg, The ankle angle on the free leg side is set at a non-right angle so that the rear edge of the sole on the leg side is away from the ground, and the ankle angle on the free leg side is fixed at a right angle when the free leg is fully opened forward. The biped walking device according to the second aspect of the invention.
A eighth aspect of the present invention is the biped walking device according to the third or third aspect, wherein the mounting portion coupling mechanism has a mechanism for maintaining a maximum opening angle between the right leg and the left leg.
A ninth aspect of the invention is the invention according to any one of the first to eighth aspects, wherein the right sole and the left sole both have at least one grounding point on each of the front edge and the rear edge. Biped walking device.
The tenth aspect of the present invention is that each of the right and left soles has two grounding points on either the front edge or the rear edge and one grounding point on the other of the front edge or the rear edge. A biped walking device according to any one of inventions 1 to 8, wherein
The eleventh aspect of the present invention is the biped walking device according to any one of the first to tenth aspects, wherein a plurality of rotating bodies that rotate in contact with the ground are disposed on the right and left soles. .
A twelfth aspect of the invention is any one of the first to eleventh aspects of the invention, wherein the operation of rotating the right leg and the left leg about the central axis of the basic cylinder is realized by a rail in which the right leg and the left leg are slidingly connected. It is a biped walking device described in 1.
A thirteenth aspect of the present invention absorbs the potential energy and impact force at the time of landing on the right and left soles, temporarily stores them as mechanical energy, and pushes the stored mechanical energy against the ground when the soles are not grounded. A biped walking device according to any one of inventions 1 to 12, characterized in that it comprises a device that can be used as a device.
Invention 14 includes a main shaft that rotationally connects a portion of the right leg opposite the right foot and a portion of the left leg opposite the left foot , and the main shaft is located on the central axis of the basic cylinder A biped walking device according to any one of inventions 1 to 13, characterized in that.
これによると、「ジグザグ平面ローラー」の一部が下り坂を転がり落ちる様子、あるいは、同ローラーが重心のわずかな移動により水平面を転がり進む様子を、二脚歩行の歩容に応用することで、大きな歩幅と安定性とを両立させることができる。 According to this, by applying to the gait of biped walking, a part of the `` zigzag plane roller '' rolling downhill, or the roller rolling on the horizontal plane with a slight movement of the center of gravity, A large stride and stability can be achieved at the same time.
ここで、「ジグザグ平面ローラー」とは、図１に示すように、原形となる円柱に対して、両方の円形側面の外周に、一定中心角度（Ｔ゜）毎に頂点を左右互い違いに設け、連続した２つの頂点と反対側側面外周の相対する頂点とを３頂点とする二等辺三角形で連続的に円柱を切り落とした立体形状の側面のことを言う。ただし、角度Ｔ゜は任意の角度であり、３６０゜の整数分の１である必要は無い。 Here, the “zigzag plane roller” is, as shown in FIG. 1, provided on the outer periphery of both circular side surfaces with respect to the original cylinder, with vertices alternately at the left and right at every fixed central angle (T °), It refers to a three-dimensional side surface in which a circular cylinder is continuously cut out by an isosceles triangle having three consecutive vertices and three opposite vertices on the opposite side surface outer periphery. However, the angle T ° is an arbitrary angle and does not have to be an integral number of 360 °.
このローラーを平面（地面）上に置き、回転方向に転がすと、図２のように二等辺三角形の平面が順番に接地すると同時に、ローラー全体が左右に角度Ｆ °ずつ揺動し、装置の重心点から地面へ垂線の足が接地三角形の外側領域（斜線部で示す）に移動し、静的に安定な回転進行が実現される。 When this roller is placed on a flat surface (ground) and rolled in the direction of rotation, the plane of the isosceles triangle contacts the ground sequentially as shown in Fig. 2, and at the same time, the entire roller swings left and right by an angle F °, and the center of gravity of the device The perpendicular foot from the point to the ground moves to the outer area of the ground triangle (indicated by the shaded area), and a static and stable rotation progress is realized.
本発明では、「ジグザグ平面ローラー」の接地二等辺三角形の外側の台形領域が支持脚の足裏部となり、転がる「ジグザグ平面ローラー」の二等辺三角形部が順番に接地して進行するように、左右の足裏部が順番に接地し歩行を実行する（後述の図３を参照）。 In the present invention, the trapezoid area outside the grounded isosceles triangle of the `` zigzag plane roller '' is the sole of the support leg, and the isosceles triangle part of the rolling `` zigzag plane roller '' is grounded in order and proceeds. The left and right soles touch the ground in order and execute walking (see FIG. 3 described later).
例えば、右足が支持脚であり右足裏が接地している場合、後方にあった左足裏は、次に接地する二等辺三角形の位置まで前方に振り出される。さらに、支持脚の交換の際には、支持脚の前縁と前方に振り出された遊脚の後縁が地面上で一直線となっており、この直線を回転軸として前方に倒れることで、重心が新たな支持脚に移動し、安定・安全に支持脚と遊脚の交換が完了し、歩を進めることができる。また、下り坂では重力により自動的に歩行を行うことができる。すなわち、重心の移動だけで安定した歩幅の広い二脚歩行が可能である。 For example, when the right foot is a support leg and the right foot is in contact with the ground, the left foot on the rear is swung forward to the position of an isosceles triangle to be contacted next. Furthermore, when replacing the support leg, the front edge of the support leg and the rear edge of the swinging leg swung forward are in a straight line on the ground, and by falling forward with this straight line as the rotation axis, The center of gravity moves to a new support leg, and the exchange of the support leg and the free leg is completed stably and safely, so that walking can be advanced. On the downhill, it is possible to walk automatically by gravity. That is, a stable bipedal walk with a wide stride is possible only by moving the center of gravity.
なお、本発明における「ジグザグ平面ローラーが転がる際に二等辺三角形が順番に接地して進行するように、右足裏および左足裏が順番に接地する」とは、左右の足裏部がジグザグ平面ローラーの二等辺三角形と厳密に一致して接地することのみを意味するものではなく、製造上の誤差や作動上の誤差等により左右の足裏部がジグザグ平面ローラーの二等辺三角形と若干ずれて接地することをも含む意味のものである。 In the present invention, “the right and left soles are grounded in order so that the isosceles triangles are sequentially grounded and advanced when the zigzag planar roller rolls” means that the right and left soles are zigzag planar rollers. It does not mean that the ground is in exact agreement with the isosceles triangle, but the left and right soles are slightly misaligned with the isosceles triangle of the zigzag plane roller due to manufacturing errors and operational errors. It is meant to include.
（第１実施形態）
図４および図５に第１実施形態を示す。図４（ａ）および図５中の各部は、１：右足裏平面、２：右脚、３：左足裏平面、４：左脚、５：基本円柱右側側面中心、６：基本円柱左側側面中心、７：主軸、８：右足首軸、９：左足首軸、１０：基本円柱（仮想）、１１：ジグザグ平面ローラー（仮想）、１２：ジグザグ平面ローラー中央線（仮想）、１３：ジグザグ平面ローラー最外線（仮想）、１４：搭載部、１５：搭載部連結機構、１６：足裏拡張部（両脚）、１７：ジグザグ平面ローラー平面部の辺、１８：ジグザグ平面ローラー平面部の辺である。
(First embodiment)
4 and 5 show a first embodiment. Each part in FIG. 4A and FIG. 5 is: 1: right foot plane, 2: right leg, 3: left foot plane, 4: left leg, 5: basic cylinder right side surface center, 6: basic cylinder left side surface center , 7: main axis, 8: right ankle axis, 9: left ankle axis, 10: basic cylinder (virtual), 11: zigzag plane roller (virtual), 12: zigzag plane roller center line (virtual), 13: zigzag plane roller Outermost line (virtual), 14: mounting portion, 15: mounting portion connecting mechanism, 16: sole extension portion (both legs), 17: side of zigzag plane roller plane portion, 18: side of zigzag plane roller plane portion.
右脚２および左脚４が回転接続される主軸７は、基本円柱１０の側面中心５、６を含む直線上、すなわち基本円柱１０の中心軸上に位置する。搭載部連結機構１５により、主軸７に固定される搭載部１４の角度が右脚２と左脚４の開き角の半分の角度に自動的に設定される。また、搭載部連結機構１５により、右脚２と左脚４の最大開き時に、遊脚の足裏がジグザグ平面ローラー１１の平面に一致するように脚の開き角が制限される。なお、搭載部１４に、駆動装置や人間を搭載し重心を移動することで、遊脚を前方へ振り出すことができる。また、主軸７を支持点とした場合の、脚２、４の重心、あるいは、搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図４（ａ）では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出し動作を確実することが可能となり、さらに、遊脚の前方への振り出し動作を静的にも行うことが可能となる。具体的には、足裏が接地した状態で、主軸７と足裏の後縁とを結ぶ直線よりも後方に重心を設定するのが好ましい。 The main shaft 7 to which the right leg 2 and the left leg 4 are rotationally connected is located on a straight line including the side centers 5 and 6 of the basic cylinder 10, that is, on the central axis of the basic cylinder 10. By the mounting portion connecting mechanism 15, the angle of the mounting portion 14 fixed to the main shaft 7 is automatically set to half the opening angle of the right leg 2 and the left leg 4. Further, the opening angle of the leg is limited by the mounting portion coupling mechanism 15 so that the sole of the free leg coincides with the plane of the zigzag plane roller 11 when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened. Note that the free leg can be swung forward by mounting a driving device or a person on the mounting portion 14 and moving the center of gravity. Further, the center of gravity of the legs 2 and 4 when the main shaft 7 is used as a supporting point, or the free leg (the left foot sole 3 and the left leg 4 in FIG. 4A) and the mounting portion connected by the mounting portion connecting mechanism 15. By setting the center of gravity of 14 to the rear, it is possible to ensure the swing-out operation of the free leg forward, and it is also possible to perform the swing-out operation of the free leg forward statically. Specifically, it is preferable to set the center of gravity behind the straight line connecting the main shaft 7 and the rear edge of the sole with the sole in contact with the ground.
足裏１、３は、ジグザグ平面ローラー１１の二等辺三角形の外側部（底辺側部位）であるが、遊脚の振り出しの際に地面とのクリアランスを確保するために、ジグザグ平面ローラー中央線（ジグザグ平面ローラー１１の軸方向中央線）１２から離れている必要がある。また、足裏１、３の前縁は、ジグザグ平面ローラー最外線を含まない。 The soles 1 and 3 are the isosceles triangle outer side (bottom side part) of the zigzag plane roller 11, but the zigzag plane roller central line ( It is necessary to be away from the axial center line 12 of the zigzag plane roller 11. Further, the front edges of the soles 1 and 3 do not include the zigzag plane roller outermost line.
脚２、４には、それぞれ、足裏１、３が、足首軸８、９によって回転接続される。足首軸８、９は、ジグザグ平面ローラー１１の二等辺三角形の二等分線上に位置する。脚と足裏の角度は、基本的には直角であるが、力あるいは衝撃力が加われば、わずかに（３〜１０゜程度）に傾くようになっている。 The soles 1 and 3 are rotationally connected to the legs 2 and 4 by ankle shafts 8 and 9, respectively. The ankle shafts 8 and 9 are located on the bisector of the isosceles triangle of the zigzag plane roller 11. The angle between the leg and the sole is basically a right angle, but when a force or an impact force is applied, it is inclined slightly (about 3 to 10 °).
支持脚・遊脚の交換時の安定性を高めるため、地面と干渉しない範囲で、足裏１、３の外縁を拡張することができる。 In order to improve the stability at the time of exchanging the support legs / free legs, the outer edges of the soles 1 and 3 can be expanded within a range not interfering with the ground.
基本円柱の直径および厚さとジグザグ平面ローラー１１の頂点間の中心角Ｔ゜により決定される左右の傾き角Ｆ゜は、装置の重心点から地面への垂線の足が支持脚の足裏にあるように定められる。 The left and right inclination angle F ° determined by the diameter and thickness of the basic cylinder and the central angle T ° between the vertices of the zigzag plane roller 11 is that the foot perpendicular to the ground from the center of gravity of the device is on the sole of the supporting leg. It is determined as follows.
上記の足裏平面は、平面である必要はなく、上記の足裏形状の範囲内に最少で直線上に配置されない３点の接地点があればよいが、搭載部連結機構１５が例えばラチェット機構とラチェット解放機構を具備し、右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有している場合には、足裏の前縁および後縁にはそれぞれ１点の接地点があればよい。一方、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き角を保持する機構を有していない場合には、足裏の前縁および後縁の片方には２点の接地点があり、もう片方には１点の接地点があればよい。 The sole plane need not be a plane, and it is sufficient that there are three grounding points that are not arranged on a straight line within the range of the sole shape. And a ratchet release mechanism, and a mechanism for maintaining the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, each of the front and rear edges of the sole is connected to one point. You just need a spot. On the other hand, when the mounting portion connecting mechanism 15 does not have a mechanism for maintaining the maximum opening angle of the right leg 2 and the left leg 4, two grounding points are provided on one of the front and rear edges of the sole. There is only one ground point on the other side.
図４（ｂ）に、足裏の前縁および後縁にそれぞれ１点の接地点がある場合の例を示す。この例では、右足裏１および左足裏３は矩形状になっている。右足裏１の前縁内側および後縁内側にそれぞれ１点の接地点２５、２６があり、他の１点の接地点（図示せず）は、接地点２５、２６を結ぶ直線から離れて配置されている。同様に、左足裏３の前縁内側および後縁内側にそれぞれ１点の接地点２７、２８があり、他の１点の接地点（図示せず）は、接地点２７、２８を結ぶ直線から離れて配置されている。 FIG. 4B shows an example in which there is one grounding point on each of the front and rear edges of the sole. In this example, the right sole 1 and the left sole 3 are rectangular. There is one grounding point 25, 26 inside the front edge and the rear edge of the right foot sole 1, respectively, and the other grounding point (not shown) is arranged away from the straight line connecting the grounding points 25, 26. Has been. Similarly, there are one grounding points 27 and 28 on the front edge inner side and rear edge inner side of the left sole 3, respectively, and the other one grounding point (not shown) is from a straight line connecting the grounding points 27 and 28. Are located apart.
図４（ｃ）に、足裏の前縁および後縁の片方に２点の接地点があり、もう片方に１点の接地点がある場合の例を示す。この例では、右足裏１および左足裏３は台形状になっている。右足裏１の前縁に２点の接地点２９、３０があり、右足裏１の後縁に１点の接地点３１がある。同様に、左足裏３の前縁に２点の接地点３２、３３があり、左足裏３の後縁に１点の接地点３４がある。 FIG. 4C shows an example in which there are two grounding points on one of the front and rear edges of the sole and one grounding point on the other side. In this example, the right foot sole 1 and the left foot sole 3 are trapezoidal. There are two contact points 29 and 30 on the front edge of the right foot sole 1, and one contact point 31 on the rear edge of the right foot sole 1. Similarly, there are two contact points 32 and 33 on the front edge of the left sole 3, and one contact point 34 on the rear edge of the left sole 3.
作動状態の説明を以下に記す。 A description of the operating state is given below.
はじめに図４（ａ）のように右足が支持脚であり、左足が前方に振り出された結果、左足裏３の後縁が接地している状態であるとする。このとき、右脚裏１と左足裏３は、ジグザグ平面ローラー１１の面に一致しており、右足裏１の前縁と左足裏３の後縁は、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７と一致する。 First, as shown in FIG. 4A, it is assumed that the right foot is a support leg and the left foot is swung forward, so that the rear edge of the left sole 3 is in contact with the ground. At this time, the right leg sole 1 and the left sole 3 coincide with the surface of the zigzag plane roller 11, and the front edge of the right sole 1 and the rear edge of the left sole 3 are aligned with the side 17 of the zigzag plane roller on the ground. Match.
この状態では、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有している場合には、重心移動によって搭載部１４に前方へ力が掛かっても、両脚２、４がねじれて、開き角が小さくなることはない。一方、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有していない場合には、足裏の前縁および後縁の片方には最低でも２点の接地点があり、もう片方には最低でも１点の接地点があるため、同様に両脚２、４がねじれて、開き角が小さくなることはない。 In this state, when the mounting portion connecting mechanism 15 has a mechanism that maintains the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, a force is applied to the mounting portion 14 forward by the movement of the center of gravity. However, the legs 2 and 4 are not twisted and the opening angle is not reduced. On the other hand, when the mounting portion coupling mechanism 15 does not have a mechanism for maintaining the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, at least 2 is provided on one of the front and rear edges of the sole. Since there is a contact point of one point and there is at least one contact point on the other side, both the legs 2 and 4 are similarly twisted and the opening angle is not reduced.
重心移動によって、この状態のまま、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７を回転軸として前方へ回転し、図５のように左足裏３が接地し、左脚が支持脚となる。この支持脚・遊脚の交換の直後には、右足裏１の前縁は接地しているが、衝撃で左脚４が左首軸９を回転軸として前方へわずかに傾き、足首軸９の直線より後方に位置するように制限された右足裏１の前縁は、地面から離れ遊脚となり前方へ振り出され、右足裏１の後縁が、１面分前方へ回転したジグザグ平面ローラーの次の辺１８と一致したところで停止する。こうして、右足裏１の後縁は左足裏３の前縁と一直線となる。 By moving the center of gravity, while keeping this state, the side 17 of the zigzag plane roller on the ground is rotated forward, the left sole 3 is grounded as shown in FIG. 5, and the left leg is the support leg. Immediately after the exchange of the support leg and the free leg, the front edge of the right sole 1 is in contact with the ground, but the left leg 4 is slightly tilted forward with the left neck shaft 9 as the rotation axis due to the impact, and the ankle shaft 9 The front edge of the right sole 1 that is restricted to be located behind the straight line is a free leg that swings away from the ground and swings forward, and the rear edge of the right sole 1 rotates forward by one surface. Stop when it coincides with the next side 18. Thus, the rear edge of the right sole 1 is aligned with the front edge of the left sole 3.
以上で、１ストライド分の動作説明を終了するが、この過程が左右交互に連続することで、安定した二脚歩行が実現する。また、下り坂では重力により自動的に歩行を行うことができる。 This is the end of the description of the operation for one stride, but this process is alternately alternated, so that stable bipedal walking is realized. On the downhill, it is possible to walk automatically by gravity.
遊脚の振り出し開始から終了までに、遊脚の足裏が地面に接地する場合には、遊脚の足裏と脚の角度がわずかに直角からずれて、干渉を緩め、振り出し動作を続行させる。 If the sole of the free leg comes in contact with the ground from the start to the end of swinging out the swinging leg, the angle between the sole and leg of the swinging leg slightly deviates from the right angle, loosens the interference, and continues swinging out. .
（第２実施形態）
図６および図７に第２実施形態を示す。図６および図７中の各部は、１：右足裏平面、２：右脚、３：左足裏平面、４：左脚、５：基本円柱右側側面中心、６：基本円柱左側側面中心、７：主軸、８：右足首軸、９：左足首軸、１０：基本円柱（仮想）、１１：ジグザグ平面ローラー（仮想）、１２：ジグザグ平面ローラー中央線（仮想）、１３：ジグザグ平面ローラー最外線（仮想）、１４：搭載部、１５：搭載部連結機構、１６：足裏拡張部（両脚）、１７：ジグザグ平面ローラー平面部の辺、１８：ジグザグ平面ローラー平面部の辺である。
(Second Embodiment)
6 and 7 show a second embodiment. 6 and FIG. 7 are: 1: right foot plane, 2: right leg, 3: left foot plane, 4: left leg, 5: basic cylinder right side surface center, 6: basic cylinder left side center, 7: Main axis, 8: right ankle axis, 9: left ankle axis, 10: basic cylinder (virtual), 11: zigzag plane roller (virtual), 12: zigzag plane roller center line (virtual), 13: zigzag plane roller outermost line ( (Virtual), 14: mounting part, 15: mounting part coupling mechanism, 16: sole extension part (both legs), 17: side of zigzag plane roller plane part, 18: side of zigzag plane roller plane part.
右脚２および左脚４が回転接続される主軸７は、基本円柱１０の側面中心５、６を含む直線上に位置する。搭載部連結機構１５により、主軸に固定される搭載部１４の角度が右脚２と左脚４の開き角の半分の角度に自動的に設定される。また、搭載部連結機構１５により、右脚２と左脚４の最大開き時に、遊脚の足裏がジグザグ平面ローラーの平面に一致するように脚の開き角が制限される。さらに、例えばラチェット機構とラチェット解放機構を具備する搭載部連結機構１５は、右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有している。なお、搭載部１４に、駆動装置や人間を搭載し重心を移動することで、遊脚を前方へ振り出すことができる。また、主軸７を支持点とした場合の、脚２、４の重心、あるいは、搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図６では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出し動作を確実することが可能となり、さらに、遊脚の前方への振り出し動作を静的にも行うことが可能となる。具体的には、足裏が接地した状態で、主軸７と足裏の後縁とを結ぶ直線よりも後方に重心を設定するのが好ましい。 The main shaft 7 to which the right leg 2 and the left leg 4 are rotationally connected is located on a straight line including the side centers 5 and 6 of the basic cylinder 10. The mounting portion coupling mechanism 15 automatically sets the angle of the mounting portion 14 fixed to the main shaft to an angle that is half the opening angle of the right leg 2 and the left leg 4. Further, the opening angle of the leg is limited by the mounting portion coupling mechanism 15 so that the sole of the free leg coincides with the plane of the zigzag plane roller when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened. Further, for example, the mounting portion coupling mechanism 15 including a ratchet mechanism and a ratchet release mechanism has a mechanism that maintains a maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened. Note that the free leg can be swung forward by mounting a driving device or a person on the mounting portion 14 and moving the center of gravity. Further, the center of gravity of the legs 2 and 4 when the main shaft 7 is used as a support point, or the center of gravity of the free leg (the left foot sole 3 and the left leg 4 in FIG. 6) and the mounting part 14 connected by the mounting part connecting mechanism 15. By setting the position to the rear, it is possible to ensure the swing-out operation of the free leg forward, and it is also possible to perform the swing-out operation of the free leg forward statically. Specifically, it is preferable to set the center of gravity behind the straight line connecting the main shaft 7 and the rear edge of the sole with the sole in contact with the ground.
足裏１、３は、ジグザグ平面ローラーの二等辺三角形の外側部の台形とジグザグ平面ローラー中央線１２に接する放物線形状である。また、足裏１、３の前縁部は、ジグザグ平面ローラー最外線を含まない。 The soles 1 and 3 have a parabolic shape in contact with the trapezoid of the outer side of the isosceles triangle of the zigzag plane roller and the center line 12 of the zigzag plane roller. Further, the front edge portions of the soles 1 and 3 do not include the zigzag plane roller outermost line.
脚２、４には、それぞれ、足裏１、３が、足首軸８、９によって回転接続される。足首軸８、９は、ジグザグ平面ローラーの二等辺三角形の二等分線上に位置する。脚と足裏の角度は、基本的には直角であるが、力あるいは衝撃力が加われば、わずかに（３〜１０゜程度）に傾くようになっている。 The soles 1 and 3 are rotationally connected to the legs 2 and 4 by ankle shafts 8 and 9, respectively. The ankle shafts 8 and 9 are located on the bisector of the isosceles triangle of the zigzag plane roller. The angle between the leg and the sole is basically a right angle, but when a force or an impact force is applied, it is inclined slightly (about 3 to 10 °).
支持脚・遊脚の交換時の安定性を高めるため、地面と干渉しない範囲で、足裏１、３の外縁を拡張することができる。 In order to improve the stability at the time of exchanging the support legs / free legs, the outer edges of the soles 1 and 3 can be expanded within a range not interfering with the ground.
基本円柱の直径および厚さとジグザグ平面ローラーの頂点間の中心角Ｔ゜により決定される左右の傾き角Ｆ゜は、装置の重心点から地面への垂線の足が支持脚の足裏にあるように定められる。 The left / right tilt angle F °, determined by the diameter and thickness of the basic cylinder and the center angle T ° between the vertices of the zigzag plane roller, is such that the vertical foot from the center of gravity of the device to the ground is on the sole of the support leg Determined.
上記の足裏平面は、平面である必要はなく、上記の足裏形状の範囲内に最少で直線上に配置されない３点の接地点があればよいが、足裏の後縁部にはジグザグ平面ローラー最外部に、また、足裏の前縁部にはジグザグ平面ローラーの近くに、それぞれ少なくとも１点の接地点を必要とする。一般に、放物線状の平面とした方が地面との摩擦が少なく滑らかな動作が期待できる。 The above-mentioned sole plane does not need to be a plane, and it is sufficient if there are three contact points that are not arranged in a straight line within the range of the above-mentioned sole shape, but the rear edge of the sole is zigzag At least one contact point is required on the outermost surface of the flat roller and on the front edge of the sole near the zigzag flat roller. In general, a parabolic flat surface can be expected to have a smooth operation with less friction with the ground.
作動状態の説明を以下に記す。 A description of the operating state is given below.
はじめに図６のように右足が支持脚であり、左足が前方に振り出された結果、左足裏３の後縁が接地している状態であるとする。このとき、右脚裏１と左足裏３は、ジグザグ平面ローラーの面に一致しており、右足裏１の前縁部の最外部と左足裏３の後縁部の最外部は、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７と一致する。この状態では、搭載部連結機構１５により、右脚２と左脚４の最大開き角が保持されている。重心移動によって、この状態のまま、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７を回転軸として前方へ回転し、図７のように左足裏３が接地し、左脚が支持脚となる。この支持脚・遊脚の交換の直後には、右足裏１の前縁部は接地しているが、衝撃で左脚４が左首軸９を回転軸として前方へわずかに傾き、足首軸９の直線より後方に位置するように制限された右足裏１の前縁は、地面から離れ遊脚となり前方へ振り出され、右足裏１の後縁部が、１面分前方へ回転したジグザグ平面ローラーの次の辺１８と一致したところで停止し、さらに、搭載部連結機構１５により、右脚２と左脚４の最大開き角が保持される。 First, as shown in FIG. 6, it is assumed that the right foot is a support leg and the left foot is swung forward, and as a result, the rear edge of the left foot sole 3 is in contact with the ground. At this time, the right leg sole 1 and the left sole 3 coincide with the surface of the zigzag plane roller, and the outermost part of the front edge of the right sole 1 and the outermost part of the rear edge of the left sole 3 are on the ground. It coincides with side 17 of the zigzag planar roller. In this state, the maximum opening angle of the right leg 2 and the left leg 4 is maintained by the mounting portion connecting mechanism 15. By moving the center of gravity, in this state, the side 17 of the zigzag plane roller on the ground is rotated forward with the rotation axis as the rotation axis, the left sole 3 is grounded as shown in FIG. 7, and the left leg is the support leg. Immediately after the replacement of the support leg / free leg, the front edge of the right sole 1 is in contact with the ground, but the left leg 4 is slightly tilted forward with the left neck shaft 9 as the rotation axis due to the impact, and the ankle shaft 9 The front edge of the right sole 1 that is limited to be located behind the straight line is a zigzag plane in which the rear edge of the right sole 1 is rotated forward by one surface, leaving a free leg away from the ground and swinging forward. It stops when it coincides with the next side 18 of the roller, and the maximum opening angle of the right leg 2 and the left leg 4 is maintained by the mounting portion connecting mechanism 15.
以上で、１ストライド分の動作説明を終了するが、この過程が左右交互に連続することで、安定した二脚歩行が実現する。また、下り坂では重力により自動的に歩行を行うことができる。 This is the end of the description of the operation for one stride, but this process is alternately alternated, so that stable bipedal walking is realized. On the downhill, it is possible to walk automatically by gravity.
遊脚の振り出し開始から終了までに、遊脚の足裏が地面に接地する場合には、遊脚の足裏と脚の角度がわずかに直角からずれて、干渉を緩め、振り出し動作を続行させる。 If the sole of the free leg comes in contact with the ground from the start to the end of swinging out the swinging leg, the angle between the sole and leg of the swinging leg slightly deviates from the right angle, loosens the interference, and continues swinging out. .
（第３実施形態）
図８および図９に第３実施形態を示す。図８および図９中の各部は、１：右足裏平面、２：右脚、３：左足裏平面、４：左脚、５：基本円柱右側側面中心、６：基本円柱左側側面中心、７：主軸、８：右足首軸、９：左足首軸、１０：基本円柱（仮想）、１１：ジグザグ平面ローラー（仮想）、１２：ジグザグ平面ローラー中央線（仮想）、１３：ジグザグ平面ローラー最外線（仮想）、１４：搭載部、１５：搭載部連結機構、１６：足裏拡張部（両脚）、１７：ジグザグ平面ローラー平面部の辺、１８：ジグザグ平面ローラー平面部の辺、１９：アーム、２０：バネ付きリンク、２１：足首角度固定装置（両脚）、２２：足裏非接地センサー（両脚）である。
(Third embodiment)
8 and 9 show a third embodiment. 8 and FIG. 9 are: 1: right foot plane, 2: right leg, 3: left foot plane, 4: left leg, 5: basic cylinder right side surface center, 6: basic cylinder left side surface center, 7: Main axis, 8: right ankle axis, 9: left ankle axis, 10: basic cylinder (virtual), 11: zigzag plane roller (virtual), 12: zigzag plane roller center line (virtual), 13: zigzag plane roller outermost line ( (Virtual), 14: mounting part, 15: mounting part connecting mechanism, 16: sole extension part (both legs), 17: side of zigzag plane roller plane part, 18: side of zigzag plane roller plane part, 19: arm, 20 : Link with spring, 21: Ankle angle fixing device (both legs), 22: Non-ground sensor (both legs) of the sole.
右脚２および左脚４が回転接続される主軸７は、基本円柱１０の側面中心５、６を含む直線上に位置する。搭載部連結機構１５により、主軸７に固定される搭載部１４の角度が右脚２と左脚４の開き角の半分の角度に自動的に設定される。また、搭載部連結機構１５により、右脚２と左脚４の最大開き時に、遊脚の足裏がジグザグ平面ローラーの平面に一致するように脚の開き角が制限される。なお、搭載部１４に、駆動装置や人間を搭載し重心を移動することで、遊脚を前方へ振り出すことができる。また、主軸７を支持点とした場合の、脚２、４の重心、あるいは、搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図８では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出し動作を確実することが可能となり、さらに、遊脚の前方への振り出し動作を静的にも行うことが可能となる。具体的には、足裏が接地した状態で、主軸７と足裏の後縁とを結ぶ直線よりも後方に重心を設定するのが好ましい。 The main shaft 7 to which the right leg 2 and the left leg 4 are rotationally connected is located on a straight line including the side centers 5 and 6 of the basic cylinder 10. By the mounting portion connecting mechanism 15, the angle of the mounting portion 14 fixed to the main shaft 7 is automatically set to half the opening angle of the right leg 2 and the left leg 4. Further, the opening angle of the leg is limited by the mounting portion coupling mechanism 15 so that the sole of the free leg coincides with the plane of the zigzag plane roller when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened. Note that the free leg can be swung forward by mounting a driving device or a person on the mounting portion 14 and moving the center of gravity. Further, the center of gravity of the legs 2 and 4 when the main shaft 7 is used as a support point, or the center of gravity of the free leg (the left sole 3 and the left leg 4 in FIG. 8) and the mounting part 14 connected by the mounting part connecting mechanism 15. By setting the position to the rear, it is possible to ensure the swing-out operation of the free leg forward, and it is also possible to perform the swing-out operation of the free leg forward statically. Specifically, it is preferable to set the center of gravity behind the straight line connecting the main shaft 7 and the rear edge of the sole with the sole in contact with the ground.
足裏１、３は、ジグザグ平面ローラーの二等辺三角形の外側部であるが、遊脚の振り出しの際に地面とのクリアランスを確保するために、ジグザグ平面ローラー中央線１２から離れている必要がある。 The soles 1 and 3 are the outer sides of the isosceles triangle of the zigzag plane roller, but need to be separated from the center line 12 of the zigzag plane roller in order to ensure clearance with the ground when swinging the free leg. is there.
脚２、４には、それぞれ、足裏１、３が、足首軸８、９によって回転接続される。足首軸８、９は、ジグザグ平面ローラーの二等辺三角形の二等分線上に位置する。足裏の角度は、足首角度固定装置２１が作動していない場合には、搭載部１４に固定されているアーム１９と、各足裏１、３を繋ぐバネ付きリンク２０により構成される平行リンクによって、搭載部１４と直角に固定される。一方、足首角度固定装置２１が作動している場合には、足裏の角度は脚に対して直角である。足首角度固定装置２１は、反対脚の足裏が接地となり、足裏非接地センサー２２が作動した場合に、機械的あるいは電気的に作動し、足首角度が直角に固定される。また、搭載部連結機構１５により遊脚の前方への開き角が最大と検知された場合にも、当該脚（遊脚）の足首角度固定装置２１が機械的あるいは電気的に作動し、足首角度が直角に固定される。 The soles 1 and 3 are rotationally connected to the legs 2 and 4 by ankle shafts 8 and 9, respectively. The ankle shafts 8 and 9 are located on the bisector of the isosceles triangle of the zigzag plane roller. When the ankle angle fixing device 21 is not operating, the sole angle is the parallel link formed by the arm 19 fixed to the mounting portion 14 and the spring-loaded link 20 connecting the soles 1 and 3. Thus, the mounting portion 14 is fixed at a right angle. On the other hand, when the ankle angle fixing device 21 is operating, the angle of the sole is perpendicular to the leg. The ankle angle fixing device 21 is mechanically or electrically operated when the sole of the opposite leg is grounded and the sole non-grounding sensor 22 is activated, and the ankle angle is fixed at a right angle. Further, even when the opening angle of the free leg is detected to be the maximum by the mounting portion connecting mechanism 15, the ankle angle fixing device 21 of the leg (free leg) is mechanically or electrically operated, and the ankle angle Is fixed at a right angle.
支持脚・遊脚の交換時の安定性を高めるため、地面と干渉しない範囲で、足裏１、３の外縁を拡張することができる。 In order to improve the stability at the time of exchanging the support legs / free legs, the outer edges of the soles 1 and 3 can be expanded within a range not interfering with the ground.
基本円柱の直径および厚さとジグザグ平面ローラーの頂点間の中心角Ｔ゜により決定される左右の傾き角Ｆ゜は、装置の重心点から地面への垂線の足が支持脚の足裏にあるように定められる。 The left / right tilt angle F °, determined by the diameter and thickness of the basic cylinder and the center angle T ° between the vertices of the zigzag plane roller, is such that the vertical foot from the center of gravity of the device to the ground is on the sole of the support leg Determined.
上記の足裏平面は、平面である必要はなく、上記の足裏形状の範囲内に最少で直線上に配置されない３点の接地点があればよいが、搭載部連結機構１５が例えばラチェット機構とラチェット解放機構を具備し、右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有している場合には、足裏の前縁および後縁にはそれぞれ１点の接地点があればよい。一方、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き角を保持する機構を有していない場合には、足裏の前縁および後縁の片方には２点の接地点があり、もう片方には１点の接地点があればよい。 The sole plane need not be a plane, and it is sufficient that there are three grounding points that are not arranged on a straight line within the range of the sole shape. And a ratchet release mechanism, and a mechanism for maintaining the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, each of the front and rear edges of the sole is connected to one point. You just need a spot. On the other hand, when the mounting portion connecting mechanism 15 does not have a mechanism for maintaining the maximum opening angle of the right leg 2 and the left leg 4, two grounding points are provided on one of the front and rear edges of the sole. There is only one ground point on the other side.
作動状態の説明を以下に記す。 A description of the operating state is given below.
はじめに図８のように右足が支持脚であり、左足が前方に振り出された結果、左足裏３の後縁が接地している状態であるとする。このとき、右脚裏１と左足裏３は、ジグザグ平面ローラーの面に一致しており、右足裏１の前縁と左足裏３の後縁は、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７と一致する。 First, as shown in FIG. 8, it is assumed that the right foot is a support leg and the left foot is swung forward, and as a result, the rear edge of the left foot sole 3 is in contact with the ground. At this time, the right sole 1 and the left sole 3 coincide with the surface of the zigzag plane roller, and the front edge of the right sole 1 and the rear edge of the left sole 3 coincide with the side 17 of the zigzag plane roller on the ground. To do.
左足裏３が非接地であるため、支持脚の右足裏１の足首角度固定装置２１が作動し、右足首は直角に固定されている。また、搭載部連結機構１５により遊脚である左脚の前方への開き角が最大と検知されるため、左脚の足首角度固定装置２１が作動し、左足首角度も直角に固定されている。 Since the left sole 3 is not grounded, the ankle angle fixing device 21 of the right sole 1 of the supporting leg is operated, and the right ankle is fixed at a right angle. Further, since the opening angle of the left leg, which is the free leg, is detected as the maximum opening angle by the mounting portion connecting mechanism 15, the ankle angle fixing device 21 of the left leg is operated, and the left ankle angle is also fixed at a right angle. .
この状態では、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有している場合には、重心移動によって搭載部１４に前方へ力が掛かっても、両脚２、４がねじれて、開き角が小さくなることはない。一方、搭載部連結機構１５が右脚２と左脚４の最大開き時に最大開き角を保持する機構を有していない場合には、足裏の前縁および後縁の片方には最低でも２点の接地点があり、もう片方には最低でも１点の接地点があるため、同様に両脚２、４がねじれて、開き角が小さくなることはない。 In this state, when the mounting portion connecting mechanism 15 has a mechanism that maintains the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, a force is applied to the mounting portion 14 forward by the movement of the center of gravity. However, the legs 2 and 4 are not twisted and the opening angle is not reduced. On the other hand, when the mounting portion coupling mechanism 15 does not have a mechanism for maintaining the maximum opening angle when the right leg 2 and the left leg 4 are fully opened, at least 2 is provided on one of the front and rear edges of the sole. Since there is a contact point of one point and there is at least one contact point on the other side, both the legs 2 and 4 are similarly twisted and the opening angle is not reduced.
重心移動によって、この状態のまま、地面上のジグザグ平面ローラーの辺１７を回転軸として前方へ回転しはじめ、まず、右足裏１が非接地となり、右足裏１の足裏非接地センサー２２が作動し、支持脚となる左脚の足首角度が直角に固定される。ついで、図９のように左足裏３が接地し、左脚が支持脚、右脚が遊脚となる。このとき、左足裏３の足裏非接地センサー２２が非作動となり、反対側の右足首の角度固定が解除され、搭載部１４に固定されているアーム１９と、足裏１を繋ぐバネ付きリンク２０により構成される平行リンクによって、右足裏の角度が搭載部１４と直角に固定され、結果として右足裏の前縁が地面から離れ、右脚２の前方への振り出しが始まる。両脚の開き角は最大ではなくなるが、右足裏１の足裏非接地センサー２２が作動しているため、支持脚である左脚の足首角度は直角に固定されている。 By moving the center of gravity, in this state, the zigzag flat roller side 17 on the ground starts to rotate forward, and the right sole 1 is ungrounded, and the sole non-grounding sensor 22 of the right sole 1 is activated. In addition, the ankle angle of the left leg as the support leg is fixed at a right angle. Next, as shown in FIG. 9, the left sole 3 is grounded, the left leg is the supporting leg, and the right leg is the free leg. At this time, the sole non-grounding sensor 22 of the left sole 3 is deactivated, the angle fixing of the right ankle on the opposite side is released, and the spring link that connects the arm 19 fixed to the mounting portion 14 and the sole 1 The angle of the right foot sole is fixed at a right angle to the mounting portion 14 by the parallel link constituted by 20, and as a result, the front edge of the right foot sole is separated from the ground, and the right leg 2 starts to swing forward. Although the opening angle of both legs is not maximum, the ankle angle of the left leg, which is the supporting leg, is fixed at a right angle because the sole non-grounding sensor 22 of the right sole 1 is operating.
地面から離れ遊脚となり前方へ振り出された右脚が前方へ最大に開いたとき、搭載部連結機構１５により遊脚の前方への開き角が最大と検知されるため、右脚の足首角度が直角に固定され、右足裏の後縁が、１面分前方へ回転したジグザグ平面ローラーの次の辺１８と一致したところで停止する。こうして、右足裏１の後縁は左足裏３の前縁と一直線となる。 When the right leg swinging away from the ground and swinging forward opens to the maximum forward, the mounting portion connecting mechanism 15 detects the maximum opening angle of the free leg forward, so the ankle angle of the right leg Is fixed at a right angle and stops when the trailing edge of the right sole coincides with the next side 18 of the zigzag plane roller rotated forward by one surface. Thus, the rear edge of the right sole 1 is aligned with the front edge of the left sole 3.
以上で、１ストライド分の動作説明を終了するが、この過程が左右交互に連続することで、安定した二脚歩行が実現する。また、下り坂では重力により自動的に歩行を行うことができる。 This is the end of the description of the operation for one stride, but this process is alternately alternated, so that stable bipedal walking is realized. On the downhill, it is possible to walk automatically by gravity.
遊脚の振り出し開始から終了までに、遊脚の足裏は平行リンク機構により、地面に接地することはなく、スムーズな振り出し動作が行われる。 From the start to the end of swinging out the free leg, the sole of the free leg is not grounded to the ground by the parallel link mechanism, and a smooth swing out operation is performed.
（第４実施形態）
図１０に第４実施形態を示す。第４実施形態では、第１実施形態に対して両脚のほぼ中央の位置に膝回転関節２３、２４を追加している。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 shows a fourth embodiment. In the fourth embodiment, knee rotation joints 23 and 24 are added to the positions of the centers of both legs compared to the first embodiment.
右脚膝回転関節２３および右脚膝回転関節２４は、足首関節が後方へは回転するが、脚が前方へは回転しない可動範囲を持っている。 The right leg knee rotary joint 23 and the right leg knee rotary joint 24 have a movable range in which the ankle joint rotates backward but the leg does not rotate forward.
遊脚となっている間は、足首関節の角度は非直角で、膝関節は非伸展（膝を曲げた状態）であるが、遊脚が前方への振り出された時のみは足首関節は直角に固定され、膝関節は伸展状態（膝を伸ばした状態）となる。 While it is a free leg, the angle of the ankle joint is non-right angle and the knee joint is not extended (the knee is bent), but only when the free leg is swung forward, the ankle joint is It is fixed at a right angle, and the knee joint is in an extended state (a state in which the knee is extended).
遊脚となっている間は、足首関節の角度は非直角で、膝関節は非伸展であるが、この動作は、バネや、遊脚の前方への振り出し動作による慣性力や、カムなどによる決定論的動作によって成し遂げられる。 While it is a free leg, the angle of the ankle joint is non-right angle and the knee joint is not extended, but this movement is due to the inertia force by the spring, swinging forward movement of the free leg, cam etc. Accomplished by deterministic behavior.
一方、遊脚が前方への振り出された時のみは足首関節は直角に固定され、膝関節は伸展状態となる動作については、遊脚の前方への振り出し動作による慣性力、あるいは、カムなどによる決定論的動作によって成し遂げられる。 On the other hand, only when the free leg is swung forward, the ankle joint is fixed at a right angle, and the knee joint is in an extended state. Achieved by deterministic behavior.
膝回転関節２３、２４を有することによって、遊脚の振り出しの際に地面との干渉を確実に防止できる。 By having the knee rotation joints 23 and 24, it is possible to reliably prevent interference with the ground when swinging the swing leg.
（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下に述べるように種々変形が可能である。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments can be variously modified as described below.
（１）搭載部１４に人間や大きな積載物が搭載される場合、図４、５、６、７、８、９および１０より、脚２、４の前面投影幅を狭く設定し、主軸７の中央部を後方に移動させることにより、搭載空間を作り出すとよい。図１１に、人間が搭乗する場合の第１実施形態の模式図を示す。この場合、積載部１４の形状は、前方に開いた駕籠型となる。 (1) When a human or a large load is mounted on the mounting portion 14, the front projection width of the legs 2 and 4 is set narrower than in FIGS. It is preferable to create a mounting space by moving the center part backward. In FIG. 11, the schematic diagram of 1st Embodiment in case a human boarding is shown. In this case, the shape of the stacking portion 14 is a bowl shape opened forward.
（２）搭載部１４への人間の搭乗の場合、人間の重心は主軸７より下方に設定するとよい。このとき、重心の前方への移動により遊脚の前方への振り出しが可能となる。 (2) In the case of human boarding on the mounting unit 14, the human center of gravity may be set below the main shaft 7. At this time, it is possible to swing the free leg forward by moving the center of gravity forward.
（３）主軸７を支持点とした脚２、４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出しを確実に行うことが可能である。また、主軸７を支持点とした脚２、４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出しを静的も行うことが可能である。具体的には、足裏が接地した状態で、主軸７と足裏の後縁とを結ぶ直線よりも後方に重心を設定するのが好ましい。 (3) By setting the center of gravity of the legs 2 and 4 with the main shaft 7 as a supporting point to the rear, it is possible to reliably swing the free leg forward. Further, by setting the center of gravity of the legs 2 and 4 with the main shaft 7 as a support point to the rear, the swinging of the free leg forward can be performed statically. Specifically, it is preferable to set the center of gravity behind the straight line connecting the main shaft 7 and the rear edge of the sole with the sole in contact with the ground.
（４）搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図４（ａ）では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心に関し、固定した支持脚（図４（ａ）では右足裏１および右脚２）の上部の主軸７を支持点とした重心を、できるだけ後方に設定することで、遊脚（図４（ａ）では左足裏３および左脚４）の前方への振り出しを確実に行うことが可能である。 (4) With respect to the center of gravity of the free leg (left foot sole 3 and left leg 4 in FIG. 4 (a)) and the mounting portion 14 connected by the mounting portion connecting mechanism 15, a fixed support leg (right foot sole in FIG. 4 (a)). 1 and the center of gravity with the main shaft 7 at the upper part of the right leg 2) as the support point is set as far back as possible, so that the free leg (the left foot sole 3 and the left leg 4 in FIG. 4A) swings forward. It can be done reliably.
（５）搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図４（ａ）では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心に関し、固定した支持脚（図４（ａ）では右足裏１および右脚２）の上部の主軸７を支持点とした重心を、できるだけ後方に設定することで、遊脚（図４（ａ）では左足裏３および左脚４）の前方への振り出しを静的に行うことが可能である。 (5) With respect to the center of gravity of the free leg (left foot sole 3 and left leg 4 in FIG. 4 (a)) and the mounting portion 14 connected by the mounting portion connecting mechanism 15, a fixed support leg (right foot sole in FIG. 4 (a)). 1 and the center of gravity with the main shaft 7 at the upper part of the right leg 2) as the support point is set as far back as possible, so that the free leg (the left foot sole 3 and the left leg 4 in FIG. 4A) swings forward. It can be done statically.
（６）重心の移動は、左右あるいは前後への１つの向きへの揺動の他に、支持脚上位置から、前方に振り出された遊脚上への斜め前方方向への重心移動、前動作で遊脚が着地し支持脚となった支持脚上での後方への重心移動、を繰り返す重心移動（上方からみて「８の字」または「Ｚ形」）が望ましい。 (6) The movement of the center of gravity is not only to swing left and right or back and forth in one direction, but also from the position on the support leg to the front of the swinging leg swinged forward, to the front of the center of gravity. It is desirable to move the center of gravity repeatedly ("8-shaped" or "Z-shaped" as viewed from above) by repeatedly moving the center of gravity backward on the support leg that has become a support leg by landing on the free leg.
（７）全動作を遊脚の位置エネルギーを利用するなどせず、モータ、リンク、ギヤなどを用いて全ての動作を確定動作とすることも可能である。 (7) It is possible not to use the potential energy of the free leg for all the operations, but to make all the operations a deterministic operation using a motor, a link, a gear or the like.
（８）遊脚−支持脚の交換は、重心移動の代わりに、足裏から地面を押す機構によって行ってもよい。例えば、足裏からピストン状部材が突出したり、板状部材が起き上がる等によって足裏から地面を押すことができる。足裏から地面を押す機構の位置は、足裏の後縁に近い方が好ましい。 (8) The exchange between the free leg and the support leg may be performed by a mechanism that pushes the ground from the sole instead of moving the center of gravity. For example, the piston-like member protrudes from the sole, or the plate-like member rises, so that the ground can be pushed from the sole. The position of the mechanism for pushing the ground from the sole is preferably close to the rear edge of the sole.
（９）遊脚の前方への最大振り出しが不完全でも、遊脚−支持脚の交換が可能なように、遊脚の前方への不完全な振り出しでもラチェット等で遊脚の振り出しをロックする機構を有していてもよい。 (9) Lock the swinging of the free leg with a ratchet or the like so that the swinging leg-supporting leg can be exchanged even if the swinging of the swinging leg forward is incomplete. You may have a mechanism.
（１０）足首角度調整機構の動作が不完全でも、足首角度の固定が可能なように、足首角度をラチェット等でロックする機構を有していてもよい。 (10) A mechanism for locking the ankle angle with a ratchet or the like may be provided so that the ankle angle can be fixed even if the operation of the ankle angle adjustment mechanism is incomplete.
（１１）進行方向を左右に変えることが出来るように、遊脚−支持脚の交換の際に、両脚の角度を固定するラチェット機構を解除するレバー装置を設けてもよい。 (11) A lever device that releases a ratchet mechanism that fixes the angle of both legs when exchanging the free leg and the support leg may be provided so that the traveling direction can be changed to the left and right.
このレバー装置に関し、左脚が遊脚から支持脚に交換する際にのみ、両脚の角度を固定するラチェット機構を解除する右偏向用レバーと、右脚が遊脚から支持脚に交換する際にのみ、両脚の角度を固定するラチェット機構を解除する左偏向用レバーとの２個のレバーを有しているのが好ましい。 With regard to this lever device, only when the left leg is exchanged from the free leg to the support leg, a right deflection lever that releases the ratchet mechanism that fixes the angle of both legs, and when the right leg is exchanged from the free leg to the support leg Preferably, it has two levers, a left deflection lever that releases a ratchet mechanism that fixes the angle of both legs.
（１２）足裏に、接地して回転する複数の回転体（ローラーやキャスター等）が配置され、スケートの様に地面上を滑走できるようになっていてもよい。複数の回転体は、進行方向が自由になっているのが好ましい。滑走状態を連続させたい場合には、当該回転体の配置位置を、遊脚・支持脚の交換時にも複数の回転体が接地点となるように設定すると良い。このようにして滑走機能を付与する場合には、安全および操作性の向上のため、任意のタイミングで滑走速度を調整し、あるいは滑走を止める、ブレーキ装置を具備しておくことが望ましい。ブレーキ装置は、回転体の回転を抑制する装置、あるいは、足裏から回転しない接地点が接地し、滑走を阻害する装置、などにより実現される。 (12) A plurality of rotating bodies (rollers, casters, etc.) that rotate in contact with the ground may be arranged on the soles so that they can slide on the ground like skates. It is preferable that the traveling direction of the plurality of rotating bodies is free. When it is desired to keep the sliding state, it is preferable to set the arrangement position of the rotating body so that the plurality of rotating bodies become grounding points even when the free leg / support leg is replaced. When the gliding function is provided in this way, it is desirable to provide a brake device that adjusts the gliding speed at an arbitrary timing or stops gliding in order to improve safety and operability. The brake device is realized by a device that suppresses the rotation of the rotating body, or a device that grounds a grounding point that does not rotate from the sole and inhibits the sliding.
（１３）上記第３、第４実施形態に関し、遊脚となっている間は、足首関節の角度は非直角であるが、遊脚が前方への振り出された時のみは足首関節は直角に固定されるのが好ましい。 (13) Regarding the third and fourth embodiments, the angle of the ankle joint is non-right angle while it is a free leg, but the ankle joint is right angle only when the free leg is swung forward. It is preferable to fix to.
（１４）右脚２および左脚４が主軸７に回転接続され、主軸７を中心として回転する動作を、図１２に図示するように、右脚２および左脚４が滑り接続される円弧レールを有する搭載部１４によって実現することもできる。この場合、右脚２、左脚４および搭載部１４は、搭載部接続機構１５により接続されていても、接続されていなくてもよい。このとき、主軸７は実際に存在しないので、この形態では低重心を実現でき、安定性が高い二脚歩行動作が実現できる。搭載部１４に人間が搭乗し、当該人間が本装置を駆動および操作するために、搭載部１４には図１２に示すような棒状あるいはその他の形状のハンドル部を設けるとよい。このときハンドル部は搭載部に固定されていてもよいが、上記（１１）項のレバー装置を設置しておくことが好ましい。また、ハンドル部は搭載部１４に対して左右に揺動できるようにし、左右の揺動により上記（１１）項の機能を発現させてもよい。搭載部１４の円弧レールに滑り接続された状態での、脚２、４のそれぞれの重心、あるいは、搭載部連結機構１５によって連結された遊脚（図１２では左足裏３および左脚４）および搭載部１４の重心を、後方に設定することで、遊脚の前方への振り出し動作を確実することが可能となり、さらに、遊脚の前方への振り出し動作を静的にも行うことが可能となる。なお、円弧レールとは、正円の円弧形状のレールのみを意味するものではなく、楕円の円弧形状のレール等をも含む意味のものである。また、円弧レールに限定されるものではなく、種々の形状のレールを用いることができる。 (14) An arc rail in which the right leg 2 and the left leg 4 are slidably connected to each other as shown in FIG. It can also be realized by the mounting portion 14 having In this case, the right leg 2, the left leg 4, and the mounting portion 14 may or may not be connected by the mounting portion connecting mechanism 15. At this time, since the main shaft 7 does not actually exist, in this embodiment, a low center of gravity can be realized, and a biped walking operation with high stability can be realized. In order for a person to ride on the mounting portion 14 and to drive and operate the apparatus, the mounting portion 14 may be provided with a handle portion having a rod shape or other shape as shown in FIG. At this time, the handle portion may be fixed to the mounting portion, but it is preferable to install the lever device of the above item (11). Further, the handle portion may be allowed to swing left and right with respect to the mounting portion 14, and the function described in the above item (11) may be expressed by swinging left and right. The center of gravity of each of the legs 2 and 4 in a state of being slidably connected to the arc rail of the mounting portion 14, or the free leg (left foot sole 3 and left leg 4 in FIG. 12) connected by the mounting portion connecting mechanism 15 and By setting the center of gravity of the mounting portion 14 to the rear, it is possible to reliably swing the swing leg forward, and it is also possible to statically swing the swing leg forward. Become. The arc rail means not only a perfect circular arc-shaped rail but also an elliptical arc-shaped rail. Moreover, it is not limited to a circular arc rail, A rail of various shapes can be used.
（１５）遊脚−支持脚の交換の際に、新たに支持脚となる足裏に生じる衝撃力を足裏に設置したバネ機構などにより力学エネルギーをして一旦蓄え、次回に遊脚となる際に、蓄えた力学エネルギーを地面を押す力として利用することで、遊脚−支持脚の交換を援助することもできる。 (15) When replacing the free leg-support leg, the impact force generated on the sole that becomes the new support leg is temporarily stored as mechanical energy by a spring mechanism or the like installed on the sole, and becomes the free leg next time In this case, the exchange of the free leg-support leg can be assisted by using the stored dynamic energy as a force pushing the ground.
以下、上記した実施形態から把握できる発明について述べる。 The invention that can be grasped from the above-described embodiment will be described below.
本発明は、少なくとも３点の接地点を有する右足裏および左足裏と、
右足裏から上方側に向かって延びるとともに右足裏に対して回転接続される右脚と、
左足裏から上方側に向かって延びるとともに左足裏に対して回転接続される左脚と、
右脚のうち右足裏の反対側部位と、左脚のうち左足裏の反対側部位とを回転接続する主軸とを備え、
仮想円柱である基本円柱に対して、両方の円形側面の外周に、一定中心角度毎に頂点を左右互い違いに設け、連続した２つの頂点と反対側側面外周の相対する頂点とを３頂点とする二等辺三角形で連続的に円柱を切り落とした立体形状の仮想側面のことをジグザグ平面ローラーとしたとき、
主軸は、基本円柱の中心軸上に位置し、
右足裏は、二等辺三角形のうち１つの二等辺三角形の底辺側部位上に位置し、
左足裏は、二等辺三角形のうち右足裏に隣り合う二等辺三角形の底辺側部位上に位置し、
ジグザグ平面ローラーが転がる際に二等辺三角形が順番に接地して進行するように、右足裏および左足裏が順番に接地し歩行を実行することを特徴とする。
The present invention comprises a right sole and a left sole having at least three contact points;
A right leg that extends upward from the right sole and is rotationally connected to the right sole;
A left leg that extends upward from the left sole and is rotationally connected to the left sole;
A main shaft that rotationally connects a portion of the right leg opposite the right foot and a portion of the left leg opposite the left foot,
With respect to the basic cylinder which is a virtual cylinder, vertices are provided on the outer circumference of both circular side surfaces in a staggered manner at every fixed center angle, and two consecutive vertices and the opposite vertices of the opposite side surface outer periphery are three vertices. When the zigzag plane roller is a three-dimensional virtual side that is continuously cut off of a cylinder with an isosceles triangle,
The main axis is located on the central axis of the basic cylinder,
The right foot sole is located on the base side part of one isosceles triangle among the isosceles triangles,
The left sole is located on the base side part of the isosceles triangle adjacent to the right sole of the isosceles triangle,
When the zigzag flat roller rolls, the right foot sole and the left sole touch the ground in order and execute walking so that the isosceles triangles sequentially touch and advance.
これによると、「ジグザグ平面ローラー」の一部が下り坂を転がり落ちる様子、あるいは、同ローラーが重心のわずかな移動により水平面を転がり進む様子を、二脚歩行の歩容に応用することで、大きな歩幅と安定性とを両立させることができる。 According to this, by applying to the gait of biped walking, a part of the `` zigzag plane roller '' rolling downhill, or the roller rolling on the horizontal plane with a slight movement of the center of gravity, A large stride and stability can be achieved at the same time.
また、本発明は、右足裏および左足裏のうち一方の足裏が接地し、他方の足裏が一方の足裏の後方側にて地面から離れている状態において、一方の足裏に対応する脚を支持脚とし、他方の足裏に対応する脚を遊脚としたとき、
遊脚が支持脚の前方に振り出され、かつ重心が移動することにより、他方の足裏が接地して一方の足裏が地面から離れることを特徴とする。
Further, the present invention corresponds to one sole in a state where one of the right sole and the left sole is grounded and the other sole is separated from the ground on the rear side of the one sole. When the leg is a supporting leg and the leg corresponding to the other sole is a free leg,
When the free leg is swung out in front of the support leg and the center of gravity moves, the other sole is grounded and one sole is separated from the ground.
また、本発明は、右足裏および左足裏は、ジグザグ平面ローラーの軸方向中央線から離れていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the right sole and the left sole are separated from the axial center line of the zigzag plane roller.
これにより、遊脚の振り出しの際に地面とのクリアランスを良好に確保することができる。 Thereby, the clearance with the ground can be ensured satisfactorily when swinging the swing leg.
また、本発明は、右足裏および左足裏は、二等辺三角形の底辺側部位をなす台形と、ジグザグ平面ローラーの軸方向中央線とに接する放物線形状を有していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the right foot sole and the left foot sole have a parabolic shape in contact with a trapezoid forming a base side portion of an isosceles triangle and an axial center line of a zigzag plane roller.
これにより、地面との摩擦が少なく滑らかな動作を実現できる。 Thereby, a smooth operation with little friction with the ground can be realized.
また、本発明は、右足裏および左足裏の外縁は、地面と干渉しない範囲で二等辺三角形の底辺よりも外側に拡張されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the outer edges of the right foot sole and the left foot sole are extended outward from the base of the isosceles triangle within a range that does not interfere with the ground.
これにより、支持脚・遊脚の交換時の安定性を高めることができる。 Thereby, the stability at the time of replacement | exchange of a support leg and a free leg can be improved.
また、本発明は、右脚に対する右足裏の角度および左脚に対する左足裏の角度を足首角度としたとき、
足首角度を調節する足首角度調節機構を備え、
足首角度調節機構は、
支持脚側の足首角度を直角に固定し、
遊脚が支持脚の後方側にある場合には遊脚側の足裏前縁が地面から離れ、遊脚が支持脚の前方側に振り出されている場合には遊脚側の足裏後縁が地面から離れるように遊脚側の足首角度を非直角にし、
遊脚が前方側へ最大に開いたとき遊脚側の足首角度を直角に固定することを特徴とする。
Further, the present invention, when the angle of the right sole with respect to the right leg and the angle of the left sole with respect to the left leg are ankle angles,
Equipped with an ankle angle adjustment mechanism to adjust the ankle angle,
The ankle angle adjustment mechanism
The ankle angle on the support leg side is fixed at a right angle,
When the free leg is on the rear side of the support leg, the front edge of the sole on the free leg side is separated from the ground, and when the free leg is swung out to the front side of the support leg, the back of the sole on the free leg side Make the ankle angle on the free leg side non-right angle so that the edge is away from the ground,
When the free leg is fully opened forward, the ankle angle on the free leg side is fixed at a right angle.
これにより、支持脚・遊脚の交換時において、足裏の前縁が地面から離れて脚の前方への振り出しを開始し、遊脚が前方側へ最大に開いたときに足裏の後縁が接地するという作動を滑らかに行うことができる。 As a result, when replacing the support leg / free leg, the front edge of the sole leaves the ground and starts swinging forward, and the back edge of the sole when the free leg is fully opened forward The operation of grounding can be performed smoothly.
また、本発明は、重心を移動させる手段を搭載した搭載部と、
搭載部を主軸に連結する搭載部連結機構とを備えることを特徴とする。
The present invention also includes a mounting portion on which means for moving the center of gravity is mounted;
And a mounting portion connecting mechanism for connecting the mounting portion to the main shaft.
これにより、下り坂のみならず、水平面や上り坂においても自動的に歩行を行うことができる。 Thereby, walking can be performed automatically not only on a downhill but also on a horizontal plane or an uphill.
また、本発明は、搭載部連結機構は、右脚と左脚の最大開き角を保持する機構を有していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the mounting portion connecting mechanism has a mechanism for holding the maximum opening angle of the right leg and the left leg.
これによると、両足裏の前縁および後縁にそれぞれ１点の接地点があればよい。また、重心移動によって搭載部に前方へ力が掛かっても、両脚がねじれて開き角が小さくなることを防止できる。 According to this, it is only necessary to have one grounding point on each of the front and rear edges of both soles. Further, even if a force is applied forward on the mounting portion by moving the center of gravity, it is possible to prevent both legs from being twisted to reduce the opening angle.
また、本発明は、右足裏および左足裏は何れも、その前縁および後縁のそれぞれに少なくとも１点の接地点を有していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that each of the right sole and the left sole has at least one contact point on each of the front edge and the rear edge.
また、本発明は、右足裏および左足裏は何れも、その前縁および後縁のいずれか一方に２点の接地点を有し、その前縁および後縁の他方に１点の接地点を有していることを特徴とする。 Further, according to the present invention, both the right and left soles have two grounding points on either the front edge or the rear edge, and one grounding point on the other of the front edge or the rear edge. It is characterized by having.
また、本発明は、右足裏および左足裏には、接地して回転する複数の回転体が配置されていることを特徴とする。これにより、スケートの様に地面上を滑走することができる。 Further, the present invention is characterized in that a plurality of rotating bodies that are grounded and rotated are arranged on the right and left soles. Thereby, it can slide on the ground like skating.
また、本発明は、右脚および左脚が基本円柱の中心軸を中心として回転する動作を、右脚および左脚が滑り接続されるレールによって実現することを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that the operation in which the right leg and the left leg rotate about the central axis of the basic cylinder is realized by a rail in which the right leg and the left leg are slidingly connected.
これにより、低重心を実現でき、安定性が高い二脚式歩行動作が実現できる。 Thereby, a low center of gravity can be realized and a bipedal walking operation with high stability can be realized.
また、本発明は、右足裏および左足裏に、着地の際の位置エネルギーおよび衝撃力を吸収し、力学エネルギーとして一旦蓄え、当該足裏が非接地となる際に、蓄えた力学エネルギーを地面を押す力として利用できる装置を具備することを特徴とする。 Further, the present invention absorbs the potential energy and impact force at the time of landing on the right and left soles, temporarily stores them as mechanical energy, and stores the stored mechanical energy on the ground when the soles are not grounded. A device that can be used as a pressing force is provided.
これにより、遊脚−支持脚の交換を援助することができる。 Thereby, exchange of a free leg-support leg can be assisted.
また、本発明は、右脚のうち右足裏の反対側部位と、左脚のうち左足裏の反対側部位とを回転接続する主軸を備え、
主軸は、基本円柱の中心軸上に位置していることを特徴とする。
Further, the present invention comprises a main shaft that rotationally connects a portion of the right leg opposite the right foot and a portion of the left leg opposite the left foot,
The main axis is located on the central axis of the basic cylinder.
１ 右足裏
２ 右脚
３ 左足裏
４ 左脚
７ 主軸
１０ 基本円柱
１１ ジグザグ平面ローラー
１２ ジグザグ平面ローラー中央線（軸方向中央線）
１４ 搭載部
１５ 搭載部連結機構
1 Right foot 2 Right leg 3 Left foot 4 Left leg 7 Main shaft 10 Basic cylinder 11 Zigzag plane roller 12 Zigzag plane roller center line (axial center line)
14 Mounting part 15 Mounting part connecting mechanism
Claims (7)
前記右足裏から上方側に向かって延びるとともに前記右足裏に対して回転接続される右脚と、
前記左足裏から上方側に向かって延びるとともに前記左足裏に対して回転接続される左脚とを備え、
仮想円柱である基本円柱に対して、両方の円形側面の外周に、一定中心角度毎に頂点を左右互い違いに設け、連続した２つの頂点と反対側側面外周の相対する頂点とを３頂点とする二等辺三角形で連続的に円柱を切り落とした立体形状の仮想側面のことをジグザグ平面ローラーとしたとき、
前記右足裏の接地点の内２点は、前記二等辺三角形のうち１つの二等辺三角形の底辺側部位上の２つの等辺にそれぞれに位置させるとともに、
前記左足裏の接地点の内２点は、前記右足裏の位置する前記１つの二等辺三角形に隣り合う二等辺三角形の底辺側部位上の２つの等辺にそれぞれに位置させた位置関係に、右足裏と左足裏を配置することが可能であり、
二脚式歩行装置の歩行が、前記ジグザグ平面ローラーが転がる際に前記二等辺三角形が順番に接地して進行する態様にならって進行するように、
前記右足裏および前記左足裏のうち一方の足裏が接地した状態から他方の足裏が接地した状態へと移行させる際には、
一方の足裏の前縁上の接地点と他方の足裏の後縁の接地点とを、
前記隣り合う二等辺三角形の共通する辺上に位置させて、
二脚式歩行装置全体を前記共通する辺を中心に進行方向へ転がり動作を行うとともに、
当該転がり動作の間は、前記共通する辺上に位置した接地点のみを接地させるように動作させることで、
歩行を実行することを特徴とする二脚式歩行装置。 Right and left soles having at least three contact points;
A right leg that extends upward from the right sole and is rotationally connected to the right sole;
A left leg that extends upward from the left sole and is rotationally connected to the left sole,
With respect to the basic cylinder which is a virtual cylinder, vertices are provided on the outer circumference of both circular side surfaces in a staggered manner at every fixed center angle, and two consecutive vertices and the opposite vertices of the opposite side surface outer periphery are three vertices. When the zigzag plane roller is a three-dimensional virtual side that is continuously cut off of a cylinder with an isosceles triangle,
Two of the ground contact points on the right foot sole are respectively located on two isosceles sides on the base side portion of one isosceles triangle among the isosceles triangles ,
2 points of the ground point of the left back is in a positional relationship that is located in each of the two equal sides of the bottom side portion of the isosceles triangle adjacent to the one of isosceles triangles located in the right back, right foot It is possible to place the back and left foot sole,
As the walking of the biped walking device progresses according to the mode in which the isosceles triangles are sequentially grounded and advanced when the zigzag plane roller rolls,
When shifting from the state where one of the right sole and the left sole is grounded to the state where the other sole is grounded,
The grounding point on the front edge of one sole and the grounding point on the rear edge of the other sole,
Located on a common side of the adjacent isosceles triangles,
While rolling the entire biped walking device in the direction of travel around the common side,
During the rolling operation, by operating only the grounding point located on the common side,
A biped walking device characterized by executing walking.
前記遊脚が前記支持脚の前方に振り出され、かつ重心が移動することにより、前記他方の足裏が接地して前記一方の足裏が地面から離れることを特徴とする請求項１に記載の二脚式歩行装置。 In the state where one sole of the right sole and the left sole is grounded and the other sole is separated from the ground on the rear side of the one sole, a leg corresponding to the one sole is When it is a support leg and the leg corresponding to the other sole is a free leg,
2. The free leg is swung out in front of the support leg and the center of gravity moves, whereby the other sole is grounded and the one sole is separated from the ground. Biped walking device.
前記搭載部を前記右脚のうち前記右足裏の反対側部位と、前記左脚のうち前記左足裏の反対側部位とを回転接続している主軸に連結する搭載部連結機構とを備えることを特徴とする請求項２に記載の二脚式歩行装置。 A mounting portion on which means for moving the center of gravity is mounted;
A mounting portion coupling mechanism that couples the mounting portion to a main shaft that rotationally connects a portion of the right leg opposite to the right sole and a portion of the left leg opposite to the left sole ; The biped walking device according to claim 2 ,
前記足首角度を調節する足首角度調節機構を備え、
前記足首角度調節機構は、
前記支持脚側の足首角度を直角に固定し、
前記遊脚が前記支持脚の後方側にある場合には前記遊脚側の足裏前縁が地面から離れ、前記遊脚が前記支持脚の前方側に振り出されている場合には前記遊脚側の足裏後縁が地面から離れるように前記遊脚側の足首角度を非直角にし、
前記遊脚が前方側へ最大に開いたとき前記遊脚側の足首角度を直角に固定することを特徴とする請求項２または３に記載の二脚式歩行装置。 When the angle of the right sole with respect to the right leg and the angle of the left sole with respect to the left leg are ankle angles,
An ankle angle adjusting mechanism for adjusting the ankle angle;
The ankle angle adjustment mechanism is:
The ankle angle on the support leg side is fixed at a right angle,
When the free leg is on the rear side of the support leg, the front edge of the sole on the free leg side is separated from the ground, and when the free leg is swung out to the front side of the support leg, The ankle angle on the free leg side is set to a non-right angle so that the rear sole of the sole on the leg side is separated from the ground,
The bipedal walking device according to claim 2 or 3 , wherein the ankle angle on the free leg side is fixed at a right angle when the free leg is fully opened forward.
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