JPH11291189A - Artificial leg mechanism - Google Patents
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- JPH11291189A JPH11291189A JP10245698A JP10245698A JPH11291189A JP H11291189 A JPH11291189 A JP H11291189A JP 10245698 A JP10245698 A JP 10245698A JP 10245698 A JP10245698 A JP 10245698A JP H11291189 A JPH11291189 A JP H11291189A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は新規な人工足機構に
関する。詳しくは、歩行動作における蹴り出し方向の調
節を容易に行なうことができ、適正な蹴り出し動作を実
現することができ、歩行ロボット、義足等における人工
足機構として好適なものを提供する技術に関する。The present invention relates to a novel artificial foot mechanism. More specifically, the present invention relates to a technique for easily adjusting a kicking direction in a walking motion, realizing a proper kicking motion, and providing a suitable artificial foot mechanism for a walking robot, a prosthesis, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】歩行周期、即ち、一方の足の踵が接地し
てから、再び、その足の踵が接地するまでの動作には、
立脚相と遊脚相とがあり、立脚相は足の踵が接地してか
らその足の爪先（足尖）が離地するまで、遊脚相は足の
爪先（足尖）が離地してからその足の踵が接地するまで
をいい、また、立脚相には、踵接地、足底接地、立脚中
期、踵離地、足尖離地の５相があることが知られてお
り、足関節に関しては、これが最も曲った状態（背屈し
た状態：背屈状態）、ほぼ直角な状態（中間位）及び伸
びた状態（底屈した状態：底屈状態）の３つの状態があ
る。2. Description of the Related Art The walking cycle, that is, the operation from when one heel of the foot touches the ground until the heel of the foot touches the ground again, includes:
There is a stance phase and a swing phase. In the stance phase, the toe of the foot (foottip) takes off until the toe (foottip) of the foot comes off after the heel of the foot touches the ground. It is known that the heel phase of the foot touches the ground, and the stance phase has five phases: heel contact, sole contact, middle stance, heel off, and apex off. Regarding the ankle joint, there are three states, that is, the most bent state (dorsiflexion state: dorsiflexion state), the almost perpendicular state (middle position), and the extended state (plantar flexion state: plantar flexion state).
【０００３】そして、歩行動作中、立脚相の後半におけ
る踵離地から足尖離地（蹴り出し動作）かけて、地面を
蹴って推進力を得る。[0003] During the walking operation, the heel takes off from the heel in the latter half of the standing phase to the tiptoe (kick-out operation) to kick the ground and obtain a propulsive force.
【０００４】そこで、従来から、脛骨の下部に湾曲した
板バネで構成した足部を結合した人工足機構があり、立
脚相のうち、踵接地、足底接地、立脚中期において、上
記足部を屈曲させて撓ませて（背屈状態）、足部にエネ
ルギーを蓄積し、踵離地から足尖離地にかけて、屈曲し
た足部をその弾発力により伸ばして（底屈状態）エネル
ギーを放出するようにしたものがある。[0004] Therefore, conventionally, there has been an artificial foot mechanism in which a foot constituted by a curved leaf spring is connected to the lower part of the tibia. Bend and bend (dorsiflexion state), accumulate energy in the foot, and release the energy from the heel release to the tiptoe release by extending the bent foot by its elastic force (plantar flexion state) There are things that I try to do.
【０００５】かかる従来の人工足機構によれば、足尖離
地において、足部が地面を後方へ蹴ることになり、推進
力となって人体又は歩行ロボットを前方に移動させるよ
うになっている。According to such a conventional artificial foot mechanism, when the foot is separated from the foot, the foot kicks the ground backward, so that the human body or the walking robot is moved forward as a propulsive force. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、歩行中の蹴
り出し動作は、人体又は歩行ロボット本体を上下に振動
させると共に、左右片方づつ行われるため、人体又は歩
行ロボットには左右の揺れも発生する。By the way, since the kicking-out operation during walking vibrates the human body or the walking robot body up and down and is performed one by one on the left and right, the human body or the walking robot also shakes left and right. .
【０００７】一方、人体の歩行動作には、生まれつきの
骨格の違いや性格の相違により、個体差があることが知
られており、蹴り出し動作にも個人差がある。[0007] On the other hand, it is known that there are individual differences in the walking motion of the human body due to differences in the skeleton and personality of the human body, and there are also individual differences in the kicking motion.
【０００８】即ち、人体の脚形には、Ｏ脚、Ｘ脚等があ
り、また、その歩行姿も、がに股、内股等、千差万別で
あり、歩行動作中、足部の蹴り出し方向は、個人の歩行
癖により異なり、必ずしも、まっすぐな後方とは限らな
い。That is, the legs of the human body include O-legs, X-legs, and the like, and their walking styles vary widely, such as the crotch and the inner crotch. Varies depending on the walking habit of the individual, and is not always straight back.
【０００９】そのため、画一的に作られた人工足機構を
義足として装着すると、足部の蹴り出し方向がその個人
に合わない場合があり、かかる場合には、装着者に違和
感を与え、場合によっては、歩行動作がスムーズに行え
ないという問題があった。[0009] Therefore, when a uniform artificial leg mechanism is worn as a prosthesis, the kicking direction of the foot may not be suitable for the individual. In such a case, the wearer may feel uncomfortable, In some cases, there is a problem that the walking operation cannot be performed smoothly.
【００１０】また、歩行ロボットにおいては、その本体
の形状、大きさ、重量など様々であり、歩行における最
適な蹴り出し方向は、その歩行ロボットにより相違す
る。In a walking robot, the shape, size, weight, etc. of the main body of the walking robot are various, and the optimum kicking direction in walking differs depending on the walking robot.
【００１１】そのため、蹴り出し方向がその歩行ロボッ
トに合っていないと、歩行ロボットの安定な歩行を実現
することができないという問題があった。[0011] Therefore, there is a problem that the walking robot cannot achieve a stable walking unless the kicking direction matches the walking robot.
【００１２】そこで、本発明は上記した欠点を解消し、
人体における義足、歩行ロボットの足部として適用する
ことができ、義足として用いる場合には、蹴り出し方向
をその個人に合わせることが容易で、個人に適応した義
足を提供すること及び、歩行ロボットに用いる場合に
は、その歩行ロボットに合った蹴り出し方向の最適化を
図ることを課題とする。Therefore, the present invention solves the above-mentioned disadvantages,
It can be applied as a prosthesis in the human body, as a foot of a walking robot, and when used as a prosthesis, it is easy to match the kicking direction to the individual. When used, it is an object to optimize the kicking direction suitable for the walking robot.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明人工足機構は、上
記した課題を解決するために、人体の脛骨に相当する脛
骨部材と、人体の足に相当する足部材とを備え、足部材
を、弾性材料で形成すると共に、その上端を上記脛骨部
材の下端部に結合し、少なくとも下端部を下端に行くに
従い前方に変位するように湾曲し、足部材には、その幅
方向においてバネ定数が異なるようにバネ定数調節手段
を取着したものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the artificial foot mechanism of the present invention comprises a tibia member corresponding to a human tibia and a foot member corresponding to a human body foot. Formed of an elastic material, the upper end of which is connected to the lower end of the tibial member, the lower end is curved so as to be displaced forward toward the lower end, and the foot member has a spring constant in the width direction thereof. The spring constant adjusting means is attached differently.
【００１４】従って、本発明人工足機構にあっては、足
部材のバネ定数調節手段を取着した部分とその幅方向に
おける他の部分とでバネ定数を異ならせて、蹴り出し動
作において、内側と外側とでその反発力を異ならせるこ
とができ、よって、簡単な構造でありながら、蹴り出し
方向を外側又は内側に偏らせることができ、これを適宜
調節することにより、個人差がある蹴り出し方向の調整
及び歩行ロボットにおける蹴り出し方向の最適化を図る
ことができる。Therefore, in the artificial foot mechanism of the present invention, the spring constant of the portion where the spring constant adjusting means of the foot member is attached and the other portion in the width direction of the foot member are made different so that the inside of the kicking operation can be performed in the kicking operation. The kicking direction can be deviated to the outside or the inside while having a simple structure. It is possible to adjust the launching direction and optimize the kicking-out direction of the walking robot.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下に、本発明人工足機構の実施
の形態を添付図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the artificial foot mechanism of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図１乃至図６は本発明人工足機構の基本的
構成を示すものである。FIGS. 1 to 6 show the basic structure of the artificial foot mechanism of the present invention.
【００１７】人工足機構１は、人体における脛骨に相当
する脛骨部材２と、人体における足に相当する足部材３
とを有し、該足部材３は、弾性材料から成り、その上端
が上記脛骨部材２の下端部に結合され、下端部において
下方に行くに従い前方に変位するように湾曲され、ほぼ
Ｊ字状を呈している（図１参照）。尚、足部材３は、そ
の全体が湾曲されていても良い。The artificial foot mechanism 1 includes a tibial member 2 corresponding to a tibia in a human body, and a foot member 3 corresponding to a foot in a human body.
The foot member 3 is made of an elastic material, the upper end of which is connected to the lower end of the tibial member 2 and is curved at the lower end so as to be displaced forward as it goes downward, and has a substantially J-shape. (See FIG. 1). Note that the foot member 3 may be entirely curved.
【００１８】脛骨部材２は、強化プラスチック、セラミ
ック、軽金属等、比較的軽量な材料によって形成するこ
とが好ましい。The tibial member 2 is preferably formed of a relatively lightweight material such as reinforced plastic, ceramic, light metal, or the like.
【００１９】また、脛骨部材２は、人体における脛骨の
全体と同じ形状である必要はなく、脛骨のうちその少な
くとも下端部に相当する部分であれば良い。The tibial member 2 does not need to have the same shape as the entire tibia in the human body, but may be any portion of the tibia corresponding to at least the lower end thereof.
【００２０】足部材３は、例えば、合板、グラファイ
ト、カーボングラファイト、強化プラスチック、軽金属
等、比較的軽量な材料によって構成することが好まし
い。The foot member 3 is preferably made of a relatively lightweight material such as plywood, graphite, carbon graphite, reinforced plastic, light metal and the like.
【００２１】足部材３は、板状部材を湾曲させた如き形
状をしており、側方から見て弓形状に形成されている。
尚、足部材３の側方から見た形状は、弓形状に限らず、
円弧状でも良く、或いは屈曲部が円弧状で上端部及び下
端部が直線状になっていても良い。The foot member 3 has a shape as if a plate-like member is curved, and is formed in a bow shape when viewed from the side.
The shape of the foot member 3 as viewed from the side is not limited to the bow shape.
The shape may be an arc shape, or the bent portion may be an arc shape and the upper end portion and the lower end portion may be linear.
【００２２】足部材３には、その幅方向においてバネ定
数が異なるようにバネ定数調節手段４が取着されてい
る。A spring constant adjusting means 4 is attached to the foot member 3 so that the spring constant differs in the width direction.
【００２３】即ち、バネ定数調節手段４は、帯状のゴム
様部材から成り、足部材３の基端から先端にかけてその
外側、即ち、小指側に貼着されている。これにより、足
部材３はその幅方向において、外側（小指側）がバネ定
数調節手段４の緩衝作用によりバネ定数が低下し、内側
（親指側）がもともとの足部材３の材質のバネ定数のま
まで、外側（小指側）よりもバネ定数が高くなってい
る。That is, the spring constant adjusting means 4 is made of a band-like rubber-like member, and is attached to the outside of the foot member 3 from the base end to the tip end, that is, on the little finger side. As a result, in the width direction of the foot member 3, the outer side (little finger side) has a lower spring constant due to the buffering action of the spring constant adjusting means 4, and the inner side (thumb side) has the original spring constant of the material of the foot member 3. As it is, the spring constant is higher than the outside (little finger side).
【００２４】バネ定数調節手段４の材質としては、例え
ば、シリコーンゴム等の合成ゴム、高分子合成物質等が
考えられる。尚、ここで記述した材質は、すべて、緩衝
作用により足部材３のバネ定数を低下させるものである
が、本発明は、これに限らず、足部材３のバネ定数を高
めるものであっても良く、その場合、足部材３を構成す
る材質よりもバネ定数の高い材質、例えば、金属、カー
ボングラファイト等で構成することが考えられる。The spring constant adjusting means 4 may be made of, for example, synthetic rubber such as silicone rubber, or a polymer synthetic material. In addition, all the materials described here reduce the spring constant of the foot member 3 by the buffering action. However, the present invention is not limited to this, and may increase the spring constant of the foot member 3. In this case, it is conceivable that the foot member 3 is made of a material having a higher spring constant than the material of the foot member 3, for example, metal, carbon graphite, or the like.
【００２５】また、バネ定数調節手段４の材質を足部材
３の材質と同じにしても良く、この場合は、バネ定数調
節手段４を取り付けた部分において断面係数が他の部位
（幅方向における他の部位）より大きくなるため、その
分、バネ定数が高くなる。要は、足部材３の幅方向にお
けるバネ定数が異なるようになっていれば良い。Further, the material of the spring constant adjusting means 4 may be the same as the material of the foot member 3, and in this case, the section modulus of the portion where the spring constant adjusting means 4 is attached is different from that of the other part (other than the width direction). Portion), the spring constant increases accordingly. The point is that the spring constant in the width direction of the foot member 3 only needs to be different.
【００２６】そして、この人工足機構１により、歩行し
た場合、足部材３は、以下のようにエネルギーの蓄積及
び放出をくり返して人体又は歩行ロボットを前進させ
る。When the artificial foot mechanism 1 walks, the foot member 3 repeatedly stores and releases energy to advance the human body or the walking robot as follows.
【００２７】先ず、足部材３が接地する（図２参照）。
尚、足部材３は、側方から見た形状がＪ字状をしている
ため、踵部がなく、最初に爪先（足尖）が接地する。First, the foot member 3 is grounded (see FIG. 2).
Since the foot member 3 has a J-shape when viewed from the side, the foot member 3 has no heel portion, and the toe (foot tip) first comes into contact with the ground.
【００２８】爪先（足尖）が接地し、更に体重が前方に
移動すると、足部材３はその屈曲の度合を増加させ、足
部材３がほぼ直角（中間位）となり（図３参照）、さら
に、鋭角（背屈状態）になって、エネルギーが足部材３
に蓄積される（図４、図５参照）。When the toe (tip of the foot) touches the ground and the weight further moves forward, the degree of bending of the foot member 3 is increased, and the foot member 3 becomes a substantially right angle (middle position) (see FIG. 3). , Becomes an acute angle (dorsiflexion state), and energy is
(See FIGS. 4 and 5).
【００２９】体重が前方に移動して、体重の重心線が当
該人工足機構１よりも前方に位置すると、体重は徐々に
反対側の足に移行されると共に、当該人工足機構１の足
部材３に蓄積されたエネルギーが足部材３が伸びること
により放出される（図６参照）。When the weight moves forward and the center of gravity line of the weight is located ahead of the artificial foot mechanism 1, the weight is gradually transferred to the opposite foot and the foot member of the artificial foot mechanism 1 The energy stored in 3 is released by the extension of the foot member 3 (see FIG. 6).
【００３０】そして、足部材３のエネルギーの放出（伸
び）は、地面５を後方に蹴ることになり、その足部材３
の伸びは、足尖離地まで行われて、人体又は歩行ロボッ
トの推進力となる。The energy release (extension) of the foot member 3 kicks the ground 5 backward, and the foot member 3
Of the human body or the walking robot.
【００３１】このように、人工足機構１によれば、歩行
において、足部材に蓄積した力を、有効に蹴り出し動作
に利用することができ、足首（足関節）を伸ばす（底屈
する）ために特段の駆動装置を必要とせず、かつ、人工
足機構１の構造は極めて、シンプルである。As described above, according to the artificial foot mechanism 1, in walking, the force accumulated in the foot member can be effectively used for the kick-out operation, and the ankle (ankle) is extended (plantar flexion). No special drive device is required, and the structure of the artificial foot mechanism 1 is extremely simple.
【００３２】また、上記人工足機構１にあっては、バネ
定数調節手段４を足部材３の外側（小指側）に取着した
ため、その足部材３の内側（親指側）のバネ定数が高
く、蹴り出し動作において、その蹴り出し方向が外側を
向くことになる。In the artificial foot mechanism 1, since the spring constant adjusting means 4 is attached to the outside (the little finger side) of the foot member 3, the spring constant inside the foot member 3 (the thumb side) is high. In the kicking operation, the kicking direction is outward.
【００３３】尚、上記実施の形態で説明した人工足機構
１においては、そのバネ定数調節手段４を足部材３の外
側に沿うようにほぼ直線状に取着したが、本発明はこれ
に限らず、図７に示すように、足部材３の基端において
外側（小指側）で、先端に行くに従い内側（親指側）に
寄って、先端においては、最も内側（親指側）に位置す
るように、バネ定数調節手段４Ａを足部材３に取着して
も良い。In the artificial foot mechanism 1 described in the above embodiment, the spring constant adjusting means 4 is attached almost linearly along the outside of the foot member 3, but the present invention is not limited to this. Instead, as shown in FIG. 7, the foot member 3 is located on the outer side (little finger side) at the base end, toward the inner side (thumb side) toward the distal end, and at the innermost side (thumb side) at the distal end. Alternatively, the spring constant adjusting means 4A may be attached to the foot member 3.
【００３４】かかるバネ定数調節手段４Ａを取着した人
工足機構１によれば、蹴り出し動作において、足部材３
が伸びるに従って、最も反発力を生じさせる部位が足部
材３の長さ方向に変位して行き、これにより、バネ定数
調節手段４Ａが取着された部位が、内側から外側に変移
して行くため、蹴り出し方向は、外側から内側に変化し
て行くことになる。According to the artificial foot mechanism 1 to which the spring constant adjusting means 4A is attached, the foot member 3
As the position of the spring member elongates, the portion that generates the most repulsive force is displaced in the length direction of the foot member 3, whereby the portion where the spring constant adjusting means 4A is attached shifts from the inside to the outside. The kicking direction changes from outside to inside.
【００３５】従って、バネ定数調節手段４Ａを取着した
人工足機構１にあっては、足部材３の屈曲の程度によ
り、足部材３の幅方向におけるバネ定数を異ならしめる
ことができ、屈曲された足部材３の反発力が放出される
とき、蹴り出しの方向を変化させることができ、実際の
人体の動きに近い動作をさせることができる。Therefore, in the artificial foot mechanism 1 to which the spring constant adjusting means 4A is attached, the spring constant in the width direction of the foot member 3 can be varied depending on the degree of bending of the foot member 3, and the foot member 3 can be bent. When the repulsive force of the foot member 3 is released, the direction of kicking can be changed, and an operation close to the actual movement of the human body can be performed.
【００３６】即ち、人体における蹴り出し動作における
蹴り出し方向は、蹴り出し動作中、一定ではなく、体重
の移動、特に左右への移動（揺れ）に合わせて、バラン
スを取るように変化する。また、歩行ロボットにあって
も、歩行時に左右の揺れが生じるため、バランスを取る
ためには、上記蹴り出し方向が一定であるよりは、左右
の揺れに合わせて変化させる必要がある。That is, the kicking direction in the kicking operation of the human body is not constant during the kicking operation, but changes so as to balance the movement of the weight, particularly the movement to the left and right (swaying). Further, even in the case of a walking robot, right and left sway occurs during walking. Therefore, it is necessary to change the kicking direction in accordance with the left and right sway rather than to keep the kicking direction constant in order to balance.
【００３７】そのため、本発明人工足機構１を、義足と
して用いたり、歩行ロボットの足部として用いることに
より、人体の歩行動作により近くなり、また、歩行ロボ
ットの歩行動作をスムーズにすることができる。Therefore, by using the artificial foot mechanism 1 of the present invention as a prosthesis or as a foot of a walking robot, it becomes closer to the walking motion of the human body, and the walking motion of the walking robot can be made smooth. .
【００３８】尚、足部材３及びバネ定数調節手段４を脛
骨部材２に対して脛骨部材２が伸びる方向を軸として回
動するように取り付けても良い。このようにすると、歩
行時において回内動作、回外動作を行なうことができる
ようになる。The foot member 3 and the spring constant adjusting means 4 may be attached to the tibial member 2 so as to rotate about the direction in which the tibial member 2 extends. This makes it possible to perform a pronation operation and a supination operation during walking.
【００３９】[0039]
【実施例】以下に、本発明人工足機構の詳細を図８乃至
図１３に示した第１の実施例に従って説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the artificial foot mechanism of the present invention will be described below with reference to the first embodiment shown in FIGS.
【００４０】人工足機構６は、脛骨部材７と、足部材８
と、これら足部材８の上面にそれぞれ取着された２つの
バネ定数調節手段９ａ、９ｂとを有する。尚、この第１
の実施例にかかる人工足機構６は、右足用のものとして
説明する。The artificial foot mechanism 6 includes a tibial member 7 and a foot member 8
And two spring constant adjusting means 9a and 9b attached to the upper surfaces of the foot members 8, respectively. In addition, this first
The artificial foot mechanism 6 according to the embodiment is described as one for the right foot.
【００４１】足部材８は、同質、かつ、同形状をした２
つの部分足部材８ａ、８ｂ（以下、外側（小指側）の部
分足部材を「小指側足部材」、内側（親指側）の部分足
部材を「親指側足部材」という。）とからなり、これら
部分足部材８ａ、８ｂは共に、正面から見て左右方向の
幅が上記脛骨部材７の左右幅の半分よりやや小さな合板
から成り、下端部において下方に行くに従い前方に変位
するように湾曲され、ほぼＪ字状に形成されており、そ
れぞれの上端が上記脛骨部材７の下端部に左右に並んで
結合されている（図８参照）。The foot members 8 are made of the same material and have the same shape.
And two partial foot members 8a and 8b (hereinafter, the outer (little finger side) partial foot member is referred to as a "little finger side foot member" and the inner (thumb side) partial foot member is referred to as a "thumb side foot member". Both of the partial leg members 8a and 8b are made of plywood having a width in the left-right direction slightly smaller than half of the left-right width of the tibial member 7 when viewed from the front. , The upper end of which is connected to the lower end of the tibial member 7 side by side (see FIG. 8).
【００４２】小指側足部材８ａと親指側足部材８ｂと
は、その先端よりやや上方の部位（以下、「先端部位」
という。）及び該先端部位より更に上方の部位（以下、
「中央部位」という。）において、左右方向に長い板状
の連結片１０ａ、１０ｂにより連結されている。これに
より、小指側足部材８ａと親指側足部材８ｂとは一体化
され、左右方向に互いに離れる方向に力がかかっても、
両部分足部材８ａと８ｂとが離れてしまうことはない。The little finger-side foot member 8a and the thumb-side foot member 8b are located at a position slightly above the tip (hereinafter referred to as "tip portion").
That. ) And a portion further above the tip portion (hereinafter, referred to as
It is called the "central part". ), They are connected by plate-shaped connecting pieces 10a and 10b which are long in the left-right direction. As a result, the little finger-side foot member 8a and the thumb-side foot member 8b are integrated, and even if a force is applied in a direction in which they are separated from each other in the left-right direction,
The two leg members 8a and 8b do not separate from each other.
【００４３】バネ定数調節手段９ａは、帯状をした合成
ゴムからなり、小指側足部材８ａの上面にその全長に亘
って貼着されており、該バネ定数調節手段９ａが貼着さ
れた部分において小指側足部材８ａのバネ定数が低くな
っている。The spring constant adjusting means 9a is made of a band-shaped synthetic rubber, and is attached to the upper surface of the little finger side foot member 8a over the entire length thereof, and at a portion where the spring constant adjusting means 9a is attached. The spring constant of the little finger side foot member 8a is low.
【００４４】バネ定数調節手段９ｂは、帯状をしたカー
ボングラファイトからなり、上記親指側部材８ｂにその
全長に亘って貼着されており、該バネ定数調節手段９ｂ
が貼着された部分において足部材８のバネ定数が高くな
っている。The spring constant adjusting means 9b is made of strip-shaped carbon graphite and is attached to the thumb-side member 8b over its entire length.
The spring constant of the foot member 8 is high in the portion where is attached.
【００４５】そして、このように形成された足部材８
は、人体の足の形をしたシリコーンゴムで形成された足
型１１で覆われており、より人体の足の形状に近似する
ようになっている。The foot member 8 thus formed is
Is covered with a footprint 11 formed of silicone rubber in the shape of a human body foot, so as to more closely resemble the shape of a human body foot.
【００４６】尚、人工足機構６の足部材８は、接地して
いない状態で弓形状をしたいるため、その状態において
足型１１で覆われた形状は、人体における足関節が伸び
た状態、即ち、底屈状態になっている。Since the foot member 8 of the artificial foot mechanism 6 has an arcuate shape when not in contact with the ground, the shape covered by the last 11 in that state is a state in which the ankle joint of the human body is extended. That is, it is in a plantar flexion state.
【００４７】また、足型１１の下面には、ゲルニック、
シリコーンゴム、フォーム軟質ウレタンなどから成る衝
撃吸収部材１２が貼着されている。On the lower surface of the last 11, a gel nick,
An impact absorbing member 12 made of silicone rubber, foamed soft urethane, or the like is stuck.
【００４８】しかして、この人工足機構６により、歩行
した場合、先ず、人工足機構６の足型１１の裏面に貼着
された衝撃吸収部材１２が接地する（図９参照）。そし
て、人工足機構６が接地したときの衝撃は衝撃吸収部材
１２により吸収される。When the artificial foot mechanism 6 walks, first, the shock absorbing member 12 attached to the back surface of the last 11 of the artificial foot mechanism 6 comes into contact with the ground (see FIG. 9). Then, the impact when the artificial foot mechanism 6 touches the ground is absorbed by the impact absorbing member 12.
【００４９】次に、体重が前方に移動して行くと、足部
材８は、徐々に折れ曲ることになり、これにより、足部
材８には、エネルギーが蓄積される（図１０参照）。Next, as the body weight moves forward, the foot member 8 gradually bends, whereby energy is stored in the foot member 8 (see FIG. 10).
【００５０】そして、足部材８が中間位から背屈状態に
なると（図１１、図１２参照）、足部材８にはエネルギ
ーの蓄積が増加し、体重の重心線が当該人工足機構６よ
りも前方に位置して、体重は徐々に反対側の足に移行さ
れると、当該人工足機構６の足部材８に蓄積されたエネ
ルギーが足部材８が伸びることにより放出される（図１
３参照）。When the foot member 8 is in the dorsiflexion state from the intermediate position (see FIGS. 11 and 12), the energy accumulation in the foot member 8 increases, and the center of gravity of the body weight is lower than that of the artificial foot mechanism 6. When the weight is gradually shifted to the opposite foot, the energy stored in the foot member 8 of the artificial foot mechanism 6 is released by the extension of the foot member 8 (FIG. 1).
3).
【００５１】尚、足部材８の２つの部分足部材、即ち、
小指側足部材８ａと親指側足部材８ｂとがあるが、これ
らは、足関節が曲った状態、即ち、背屈状態においては
ほぼ同じように屈曲されている。The two partial leg members of the leg member 8, ie,
There are a little finger-side foot member 8a and a thumb-side foot member 8b, which are bent in a similar manner in a state where the ankle is bent, that is, in a dorsiflexion state.
【００５２】そして、足部材８のエネルギーの放出（伸
び）は、地面１３を後方に蹴ることになり、その足部材
８の伸びは、足尖離地まで行われて、人体又は歩行ロボ
ットの推進力となる。The release (extension) of the energy of the foot member 8 kicks the ground 13 backward, and the extension of the foot member 8 is performed until the foot is separated from the ground, and the human body or the walking robot is propelled. Help.
【００５３】また、上記人工足機構６にあっては、バネ
定数調節手段９ａを小指側足部材８ａに取着し、バネ定
数調節手段９ｂを親指側足部材８ｂに取着したので、そ
の足部材８のバネ定数は幅方向において、小指側が低
く、親指側が高くなっており、従って、人工足機構６
を、正面から見てその足部材８を脛骨部材７に真っ直ぐ
になるように結合した場合には、蹴り出し動作の蹴り出
し方向は外側を向くことになる。In the artificial foot mechanism 6, the spring constant adjusting means 9a is attached to the little finger side foot member 8a, and the spring constant adjusting means 9b is attached to the thumb side foot member 8b. The spring constant of the member 8 is lower on the little finger side and higher on the thumb side in the width direction.
When the foot member 8 is connected to the tibial member 7 so as to be straight when viewed from the front, the kicking direction of the kicking operation is outward.
【００５４】従って、第１の実施例にかかる人工足機構
６によれば、蹴り出し方向を外側に向けることができる
ため、蹴り出し方向がまっすぐ後方であると歩行がスム
ーズでない人体や歩行ロボットにおいて、その蹴り出し
方向の補正をすることができ、より適切な歩行動作を実
現することができる。Therefore, according to the artificial foot mechanism 6 according to the first embodiment, since the kicking direction can be directed to the outside, if the kicking direction is straight backward, the human body or walking robot cannot walk smoothly. The kicking direction can be corrected, and a more appropriate walking operation can be realized.
【００５５】尚、上記第１の実施例にあっては、足部材
を左右に分けて部分足部材として、それぞれの部分足部
材に各別のバネ定数調節手段を設けるようにしたが、本
発明人工足機構は、足部材を分割せず、これに２つのバ
ネ定数調節手段を設けるようにしても良い。In the first embodiment, the leg members are divided into left and right parts as partial leg members, and each of the partial leg members is provided with a different spring constant adjusting means. The artificial foot mechanism may be provided with two spring constant adjusting means without dividing the foot member.
【００５６】図１４及び図１５は本発明人工足機構の第
２の実施例を示すものである。FIGS. 14 and 15 show a second embodiment of the artificial foot mechanism of the present invention.
【００５７】この第２の実施例が前記第１の実施例と比
較して相違する点は、足部材が分割されていない点及び
バネ定数調節手段が１つで、これにバネ定数変更機構を
設けた点のみである。The second embodiment is different from the first embodiment in that the foot member is not divided and one spring constant adjusting means is provided. Only the provided points.
【００５８】この第２の実施例にかかる人工足機構６Ａ
の足部材１４は、上記実施の形態において説明したもの
と同様に、板状部材を湾曲状に折り曲げた如き形状をし
ており、側方から見て弓形状に形成されている。The artificial foot mechanism 6A according to the second embodiment.
The foot member 14 has a shape like a plate-like member bent in a curved shape, similar to that described in the above embodiment, and is formed in a bow shape when viewed from the side.
【００５９】人工足機構６Ａのバネ定数調節手段１５に
は、適時、足部材１４のバネ定数を変更するためのバネ
定数変更機構１６が設けられている。The spring constant adjusting means 15 of the artificial foot mechanism 6A is provided with a spring constant changing mechanism 16 for changing the spring constant of the foot member 14 as appropriate.
【００６０】バネ定数調節手段１５は、一端が閉塞され
たチューブ体１７と、該チューブ体１７内に充填された
液状シリコーン１８とから成る。The spring constant adjusting means 15 comprises a tube body 17 having one end closed and a liquid silicone 18 filled in the tube body 17.
【００６１】また、バネ定数変更機構１６は、上記チュ
ーブ体１７の開放端に取着された調節シリンダ１９と、
該調節シリンダ１９内を摺動するピストン２０とから成
り、チューブ体１７と調節シリンダ１９とが連通されて
いて、調節シリンダ１９内にも液状シリコーン１８が充
填されている。尚、液状シリコーン１８の代わりに、液
漏れ事故が発生しても人体に影響が少ない生理食塩水又
はヒアルロン酸ナトリウム等を用いても良い。The spring constant changing mechanism 16 includes an adjusting cylinder 19 attached to the open end of the tube body 17,
The tube body 17 and the adjusting cylinder 19 are communicated with each other, and the adjusting cylinder 19 is filled with the liquid silicone 18. In place of the liquid silicone 18, physiological saline or sodium hyaluronate which has little effect on the human body even when a liquid leakage accident occurs may be used.
【００６２】チューブ体１７は、その閉塞端が足部材１
４の先端に位置し、開放端が脛骨部材７の下端まで延
び、かつ、足部材１４の外側（小指側）に取着されてお
り、また、上記調節シリンダ１９は脛骨部材７に取着さ
れている。The closed end of the tube body 17 is
4, the open end extends to the lower end of the tibial member 7 and is attached to the outside (little finger side) of the foot member 14, and the adjusting cylinder 19 is attached to the tibial member 7. ing.
【００６３】そして、ピストン２０を調節シリンダ１９
に対して摺動させると、調節シリンダ１９及びチューブ
体１７の内圧が変化して、バネ定数変更機構１６の弾性
係数が変化することにより、足部材１４のバネ定数調節
手段１５が取着された部分のバネ定数が変更されるよう
になっている。Then, the piston 20 is moved to the adjusting cylinder 19
, The internal pressure of the adjusting cylinder 19 and the tube body 17 changes, and the elastic constant of the spring constant changing mechanism 16 changes, whereby the spring constant adjusting means 15 of the foot member 14 is attached. The spring constant of the part is changed.
【００６４】尚、バネ定数変更機構は、例えば、油圧式
のショックアブソーバでも良く、かかるショックアブソ
ーバはその減衰率が適時調節可能となっており、減衰率
を調節することにより、足部材１４のバネ定数調節手段
１５が取着された部分のバネ定数が変更される。The spring constant changing mechanism may be, for example, a hydraulic shock absorber, and the damping rate of such a shock absorber can be adjusted as appropriate. By adjusting the damping rate, the spring of the foot member 14 can be adjusted. The spring constant of the portion where the constant adjusting means 15 is attached is changed.
【００６５】しかして、この第２の実施例にかかる人工
足機構６Ａによれば、上記第１の実施例にかかる人工足
機構６と同様に、歩行動作に伴い、足部材１４の屈曲
（背屈）によるエネルギーの蓄積、足部材の伸び（底
屈）によるエネルギーの放出により、有効に蹴り出し動
作を行なうことができ、また、足首（足関節）を伸ばす
（底屈する）ために特段の駆動装置を必要とせず、か
つ、人工足機構１の構造は極めて、シンプルである。According to the artificial foot mechanism 6A according to the second embodiment, like the artificial foot mechanism 6 according to the first embodiment, the foot member 14 is bent (back) in accordance with the walking operation. Bending), energy is released, and energy is released due to leg member elongation (plantar flexion), so that kicking operation can be performed effectively, and special driving is performed to extend the ankle (ankle) (plantar flexion). No device is required, and the structure of the artificial foot mechanism 1 is extremely simple.
【００６６】しかも、この人工足機構６Ａによれば、同
じ背屈状態にあっても足部材１４のバネ定数調節手段１
５が取着された部分のバネ定数を異ならしめることがで
き、人体の歩行動作により近い歩行動作を実現すること
ができる。Further, according to the artificial foot mechanism 6A, the spring constant adjusting means 1 of the foot member 14 can be provided even in the same dorsiflexion state.
The spring constant of the part to which 5 is attached can be made different, and a walking operation closer to the walking operation of the human body can be realized.
【００６７】即ち、歩行動作は、上体の重量や歩行速度
が一定の場合には、最適な蹴り出し方向は一定である
が、上体の重量や歩行速度が変化すると、そのときの最
適な蹴り出し方向も変化する。そして、人体における歩
行動作は、その状況が一定でないことがあり、かかる場
合に、蹴り出し方向をそれに見合った方向に変更するこ
とが好ましい。That is, when the weight of the upper body and the walking speed are constant, the optimal kicking direction is constant. However, when the weight and the walking speed of the upper body change, the optimal movement at that time is the optimum. The kicking direction also changes. The situation of the walking motion of the human body may not be constant. In such a case, it is preferable to change the kicking direction to a direction corresponding to the situation.
【００６８】従って、第２の実施例にかかる人工足機構
６Ａによれば、バネ定数変更機構１６の弾性係数を変更
することにより、バネ定数調節手段１５が取着された足
部材１４の部位のバネ定数を変更して、蹴り出し方向を
適宜変更することができ、歩行状況に合せて蹴り出し方
向の最適化を図り、人体の歩行動作により近い歩行動作
を実現することができる。Therefore, according to the artificial foot mechanism 6A according to the second embodiment, by changing the elastic constant of the spring constant changing mechanism 16, the portion of the foot member 14 to which the spring constant adjusting means 15 is attached is formed. By changing the spring constant, the kicking direction can be changed as appropriate, and the kicking direction can be optimized according to the walking situation, and a walking motion closer to the walking motion of the human body can be realized.
【００６９】尚、歩行状況の把握は、例えば、足部材１
４に速度センサや圧力センサを取り付け、速度センサや
圧力センサの検出結果に基づいて行なわれる。It is to be noted that the walking state can be grasped by, for example, the foot member 1.
4, a speed sensor or a pressure sensor is attached, and the detection is performed based on the detection result of the speed sensor or the pressure sensor.
【００７０】図１６及び図２１は本発明人工足機構の第
３の実施例を示すものである。FIGS. 16 and 21 show a third embodiment of the artificial foot mechanism of the present invention.
【００７１】この第３の実施例が前記第１の実施例と比
較して相違する点は、足部材が分割されていない点及び
バネ定数調節手段が足部材に内蔵されている点のみであ
る。The third embodiment differs from the first embodiment only in that the foot member is not divided and that the spring constant adjusting means is incorporated in the foot member. .
【００７２】この第３の実施例にかかる人工足機構６Ｂ
の足部材２１は、カーボングラファイトから成り、上記
実施の形態において説明したものと同様に、側方から見
て弓形状に形成され、その内部には、その小指側（外
側）縁部に沿って中空部２２が形成されており、該中空
部２２の先端は閉塞され、基端は開口されている。The artificial foot mechanism 6B according to the third embodiment
The foot member 21 is made of carbon graphite, and is formed in a bow shape when viewed from the side similarly to that described in the above-described embodiment. Inside the foot member 21, along the little finger side (outside) edge portion A hollow portion 22 is formed, the distal end of the hollow portion 22 is closed, and the proximal end is open.
【００７３】また、中空部２２の基端開口部には、ショ
ックアブソーバ２３が取着されている。尚、ショックア
ブソーバ２３の足部材２１への取り付けは、例えば、捩
じ込みより行なう。この場合、中空部２２の開口部に雌
ネジ溝を形成し、また、ショックアブソーバ２３の一端
部に雄ネジ溝を形成すれば良い。A shock absorber 23 is attached to the opening at the base end of the hollow portion 22. The shock absorber 23 is attached to the foot member 21 by, for example, screwing. In this case, a female screw groove may be formed at the opening of the hollow portion 22 and a male screw groove may be formed at one end of the shock absorber 23.
【００７４】そして、上記中空部２２及びショックアブ
ソーバ２３内には、液状シリコーン２４が充填されてお
り、これにより、中空部２２に液状シリコーン２４が充
填された部分がバネ定数調節手段２５として機能し、ま
た、ショックアブソーバ２３がバネ定数変更機構として
機能する。The hollow portion 22 and the shock absorber 23 are filled with liquid silicone 24, so that the portion of the hollow portion 22 filled with liquid silicone 24 functions as a spring constant adjusting means 25. The shock absorber 23 functions as a spring constant changing mechanism.
【００７５】尚、バネ定数変更機構としてのショックア
ブソーバ２３は、その減衰率が適時調節可能となってお
り、減衰率を調節することにより、足部材２１のバネ定
数調節手段２５が取着された部分のバネ定数が変更され
る。The damping rate of the shock absorber 23 as a spring constant changing mechanism can be adjusted as needed, and the spring constant adjusting means 25 of the foot member 21 is attached by adjusting the damping rate. The spring constant of the part is changed.
【００７６】しかして、この第３の実施例にかかる人工
足機構６Ｂによれば、上記第１の実施例にかかる人工足
機構６と同様に、歩行動作に伴い、足部材２１の屈曲
（背屈）によるエネルギーの蓄積、足部材の伸び（底
屈）によるエネルギーの放出により、有効に蹴り出し動
作を行なうことができ、また、足首（足関節）を伸ばす
（底屈する）ために特段の駆動装置を必要とせず、か
つ、人工足機構６Ｂの構造は極めて、シンプルである。According to the artificial foot mechanism 6B according to the third embodiment, like the artificial foot mechanism 6 according to the first embodiment, the foot member 21 is bent (back) in accordance with the walking operation. Bending), energy is released, and energy is released due to leg member elongation (plantar flexion), so that kicking operation can be performed effectively, and special driving is performed to extend the ankle (ankle) (plantar flexion). No device is required, and the structure of the artificial foot mechanism 6B is extremely simple.
【００７７】また、この人工足機構６Ｂによれば、上記
第２の実施例にかかる人工足機構６Ａと同様に、同じ背
屈状態にあっても足部材２１のバネ定数調節手段２５が
取着された部分のバネ定数を異ならしめることができ、
人体の歩行動作により近い歩行動作を実現することがで
きると共に、バネ定数変更機構としてのショックアブソ
ーバ２３の減衰率を変更することにより、バネ定数調節
手段２５が形成された足部材２１の部位のバネ定数を変
更して、蹴り出し方向を適宜変更することができ、歩行
状況に合せて蹴り出し方向の最適化を図り、人体の歩行
動作により近い歩行動作を実現することができる。According to the artificial foot mechanism 6B, the spring constant adjusting means 25 of the foot member 21 is attached even in the same dorsiflexion state as in the artificial foot mechanism 6A according to the second embodiment. You can vary the spring constant of the part
A walking movement closer to the walking movement of the human body can be realized, and by changing the damping rate of the shock absorber 23 as a spring constant changing mechanism, the spring at the portion of the foot member 21 in which the spring constant adjusting means 25 is formed. By changing the constant, the kicking direction can be changed as appropriate, and the kicking direction can be optimized according to the walking situation, and a walking motion closer to the walking motion of the human body can be realized.
【００７８】更に、この第３の実施例にかかる人工足機
構６Ｂにあっては、バネ定数調節手段２５としての液状
シリコーン２４を足部材２１の中空部２２に充填するだ
けで良いため、構造が極めて簡単であり、上記第２の実
施例におけるチューブ体１７を足部材１４に取着する工
程を削減することができる。Further, in the artificial foot mechanism 6B according to the third embodiment, since the liquid silicone 24 as the spring constant adjusting means 25 only needs to be filled in the hollow portion 22 of the foot member 21, the structure is reduced. It is very simple, and the step of attaching the tube body 17 to the foot member 14 in the second embodiment can be reduced.
【００７９】図１８は、足部材の第１の変形例を示すも
のである。FIG. 18 shows a first modification of the foot member.
【００８０】この第１の変形例にかかる足部材２１Ａ
は、その先端部に５つの指部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、
２６ｄ、２６ｅを有し、これら指部２６ａ〜２６ｅに対
応して中空部２７ａ〜２７ｅが形成されている。The foot member 21A according to the first modification example
Has five fingers 26a, 26b, 26c at its tip.
26d and 26e, and hollow portions 27a to 27e are formed corresponding to the finger portions 26a to 26e.
【００８１】即ち、中空部２７ａ〜２７ｅは、互いに平
行で共に、これらの上端が足部材２１Ａの上端から開口
されており、先端は各指部２６ａ〜２６ｅ内にそれぞれ
達するように形成されている。尚、図１８では、中空部
２７ａ〜２７ｅの口径を異なるように図示したが、これ
に限らず、これら中空部２７ａ〜２７ｅを同じ口径で形
成するようにしても良い。That is, the hollow portions 27a to 27e are parallel to each other, the upper ends thereof are opened from the upper ends of the foot members 21A, and the tips are formed so as to reach the respective finger portions 26a to 26e. . In FIG. 18, the diameters of the hollow portions 27a to 27e are illustrated as being different from each other. However, the present invention is not limited thereto, and the hollow portions 27a to 27e may be formed with the same diameter.
【００８２】そして、各中空部２７ａ〜２７ｅの開口端
には、各別にバネ定数変更機構としてのショックアブソ
ーバ２８ａ〜２８ｅが取着され、これら中空部２７及び
ショックアブソーバ２８には、液状シリコーン２９が充
填されており、各別の中空部２７ａ〜２７ｅ及び液状シ
リコーン２９により、５つのバネ定数調節手段３０ａ〜
３０ｅが構成されている。At the open ends of the hollow portions 27a to 27e, shock absorbers 28a to 28e serving as spring constant changing mechanisms are separately attached. It is filled with each of the different hollow portions 27a to 27e and the liquid silicone 29, thereby forming five spring constant adjusting means 30a to 30e.
30e is configured.
【００８３】しかして、かかる足部材２１Ａにあって
は、５つのバネ定数調節手段３０ａ〜３０ｅを適宜調節
することにより、バネ定数を変更して、蹴り出し方向を
適宜変更することができ、歩行状況に合せて蹴り出し方
向の最適化を図り、人体の歩行動作により近い歩行動作
を実現することができる。In the foot member 21A, the spring constant can be changed by appropriately adjusting the five spring constant adjusting means 30a to 30e, so that the kicking direction can be changed appropriately. By optimizing the kicking direction according to the situation, it is possible to realize a walking operation closer to the walking operation of the human body.
【００８４】尚、上記中空部２７ａ〜２７ｅに各別に充
填する液状シリコーン２９を、その種類を変えたり、別
の液状部材或いはジェル部材とし、各中空部２７ａ〜２
７ｅ毎に異なるようにすることにより、更に足部材２１
Ａのバネ定数を更に精密に変化させることが可能とな
り、歩行状況に合せて蹴り出し方向を緻密に制御するこ
とができ、更に人体の歩行動作により近い動作をさせる
ことが可能となる。The liquid silicone 29 to be separately filled into the hollow portions 27a to 27e may be changed in kind or used as another liquid member or gel member to form the respective hollow portions 27a to 27e.
7e, the foot member 21 can be further improved.
The spring constant of A can be changed more precisely, the kicking direction can be precisely controlled in accordance with the walking situation, and an operation closer to the walking operation of the human body can be performed.
【００８５】図１９乃至図２１は、足部材の第２の変形
例を示すものである。FIGS. 19 to 21 show a second modification of the foot member.
【００８６】この第２の変形例にかかる足部材２１Ｂ
は、内部の中空部３１が厚さ方向に２層に形成されてお
り、上側の中空部３１ａはその基端が内側（親指側）に
位置され、先端に行くに従い外側（小指側）に変位する
ように形成されており、下側には４つのの中空部３１
ｂ、３１ｂ、・・・が互いに平行に形成されている。The foot member 21B according to the second modification example
Has an inner hollow portion 31 formed in two layers in the thickness direction, and the upper hollow portion 31a has its base end located inside (thumb side) and displaces outward (little finger side) toward the tip end. The lower part has four hollow parts 31.
are formed parallel to each other.
【００８７】各中空部３１、３１、・・・の開口端には
バネ定数変更機構としてのショックアブソーバ２８、２
８、・・・が各別に取着され、中空部３１及びショック
アブソーバ２８内には、液状シリコーン２９が充填され
ており、これにより、中空部３１及びシリコーン２９と
により、各別のバネ定数調節手段３０が構成されてい
る。The open ends of the hollow portions 31, 31,... Are provided with shock absorbers 28, 2 as a spring constant changing mechanism.
.. Are attached separately, and the hollow portion 31 and the shock absorber 28 are filled with liquid silicone 29, whereby the hollow portion 31 and the silicone 29 allow the spring constant of each to be adjusted. Means 30 are constituted.
【００８８】しかして、かかる足部材２１Ｂにあって
も、上述の足部材２１、２１Ａと同様に、バネ定数変更
機構としてのショックアブソーバ２８の減衰率を変更す
ることにより、バネ定数調節手段３０が形成された足部
材２１Ｂの部位のバネ定数を変更して、蹴り出し方向を
適宜変更することができ、歩行状況に合せて蹴り出し方
向の最適化を図り、人体の歩行動作により近い歩行動作
を実現することができ、また、中空部３１、３１、・・
・に液状シリコーン２９を充填するだけなので、構造が
極めて簡単であり、上記第２の実施例におけるチューブ
体１７を足部材１４に取着する工程を削減することがで
きる。However, even in the case of the foot member 21B, the spring constant adjusting means 30 is changed by changing the damping rate of the shock absorber 28 as a spring constant changing mechanism, similarly to the above-mentioned foot members 21 and 21A. By changing the spring constant of the portion of the formed foot member 21B, the kicking direction can be changed as appropriate, and the kicking direction is optimized according to the walking situation, and the walking motion closer to the walking motion of the human body is achieved. Can be realized, and the hollow portions 31, 31,...
Since the liquid silicone 29 is merely filled, the structure is extremely simple, and the step of attaching the tube body 17 to the foot member 14 in the second embodiment can be reduced.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明人工足機構は、人体の脛骨に相当する脛骨部
材と、人体の足に相当する足部材とを備え、足部材を、
弾性材料で形成すると共に、その上端を上記脛骨部材の
下端部に結合し、少なくとも下端部を下端に行くに従い
前方に変位するように湾曲し、足部材には、その幅方向
においてバネ定数が異なるようにバネ定数調節手段を取
着したものである。As is apparent from the above description, the artificial foot mechanism of the present invention includes a tibial member corresponding to a tibia of a human body and a foot member corresponding to a foot of a human body.
It is formed of an elastic material, and its upper end is connected to the lower end of the tibial member, and the lower end is curved so as to be displaced forward toward the lower end. The spring constant adjusting means is attached as described above.
【００９０】従って、本発明人工足機構にあっては、足
部材のバネ定数調節手段を取着した部分とその幅方向に
おける他の部分とでバネ定数を異ならせて、蹴り出し動
作において、内側と外側とでその反発力を異ならせるこ
とができ、よって、簡単な構造でありながら、蹴り出し
方向を外側又は内側に偏らせることができ、これを適宜
調節することにより、個人差がある蹴り出し方向の調整
及び歩行ロボットにおける蹴り出し方向の最適化を図る
ことができる。Therefore, in the artificial foot mechanism of the present invention, the spring constant is made different between the portion where the spring constant adjusting means of the foot member is attached and the other portion in the width direction of the leg member, so that the inside of the kick-out operation is performed in the kicking-out operation. The kicking direction can be deviated to the outside or the inside while having a simple structure. It is possible to adjust the launching direction and optimize the kicking-out direction of the walking robot.
【００９１】請求項２に記載した発明にあっては、足部
材に、複数のバネ定数調節手段を取着するようにしたの
で、足部材の幅方向におけるバネ定数を積極的に変更す
ることができ、より人体の歩行に近い歩行動作を実現す
ることができ、或いは歩行ロボットにおける蹴り出し方
向の最適化を図ることができる。In the second aspect of the present invention, since a plurality of spring constant adjusting means are attached to the foot member, the spring constant in the width direction of the foot member can be positively changed. It is possible to realize a walking motion closer to the walking of the human body, or to optimize a kicking direction of the walking robot.
【００９２】請求項３に記載した発明にあっては、バネ
定数調節手段を、足部材にその基端から先端にかけて幅
方向に変位させて取着するようにしたので、足部材の屈
曲状態により、その幅方向におけるバネ定数が変化し、
これにより、蹴り出し動作中における蹴りだし方向を変
化させることができ、実際の人体における蹴り出し動作
に近い動作を実現することができる。According to the third aspect of the present invention, the spring constant adjusting means is attached to the foot member by being displaced in the width direction from the base end to the tip end thereof. , The spring constant in the width direction changes,
Accordingly, the kicking direction during the kicking operation can be changed, and an operation close to the kicking operation of an actual human body can be realized.
【００９３】請求項４乃至請求項６に記載した発明にあ
っては、足部材を幅方向において分割して複数の部分足
部材から構成し、その少なくとも、一の部分足部材にバ
ネ定数調節手段を取着するようにしたので、人体の蹴り
出し動作中における蹴り出し方向の変化に合わせて、足
部材のバネ定数を細かく設定することができ、より人体
の動作に近い歩行動作を実現することができる。According to the invention set forth in claims 4 to 6, the foot member is divided in the width direction to be constituted by a plurality of partial foot members, and at least one of the partial foot members is provided with a spring constant adjusting means. As it is attached, it is possible to finely set the spring constant of the foot member according to the change of the kicking direction during the kicking operation of the human body, and realize a walking motion closer to the movement of the human body Can be.
【００９４】請求項７乃至請求項９に記載した発明にあ
っては、足部材を複数の部分足部材で構成し、隣接する
部分足部材と部分足部材とを連結片により結合するよう
にしたので、隣接する部分足部材が蹴り出し動作中に離
れることがなく、安定した歩行動作を行なうことができ
る。In the present invention, the foot member is constituted by a plurality of partial foot members, and the adjacent partial foot members are connected to each other by connecting pieces. Therefore, the adjacent partial leg members do not separate during the kicking operation, and a stable walking operation can be performed.
【００９５】請求項１０乃至請求項１８に記載した発明
にあっては、バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設
けたので、バネ定数調節手段の弾性係数を変更すること
により、バネ定数調節手段の取着された足部材の部位の
バネ定数を変更することができ、足部材の屈曲状態に対
応させて蹴り出し方向を適宜変更することができ、歩行
状況に合せて蹴り出し方向の最適化を図り、人体の歩行
動作により近い歩行動作を実現することができる。According to the tenth to eighteenth aspects of the present invention, the spring constant adjusting means is provided with a spring constant changing mechanism. Therefore, by changing the elastic coefficient of the spring constant adjusting means, the spring constant adjusting means can be changed. The spring constant of the part of the foot member attached can be changed, the kicking direction can be changed appropriately according to the bending state of the foot member, and the kicking direction is optimized according to the walking situation Therefore, a walking operation closer to the walking operation of the human body can be realized.
【００９６】尚、上記した実施の形態及び各実施例にお
いて示した各部の形状乃至構造は、何れも本発明を実施
するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過
ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解
釈されることがあってはならないものである。It should be noted that the shapes and structures of the respective parts shown in the above-described embodiment and each example are merely examples of the embodiment to be carried out when carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Should not be construed as limiting the technical scope of the present invention.
【図１】図２乃至図６と共に、本発明人工足機構の基本
構成を概念的に示すものであり、本図は斜視図である。FIG. 1 conceptually shows the basic configuration of the artificial foot mechanism of the present invention together with FIGS. 2 to 6, and is a perspective view.
【図２】図３乃至図６と共に、歩行動作を順に説明する
ための側面図であり、本図は歩行初期において、爪先
（足尖）が接地した状態を示す。FIG. 2 is a side view for sequentially explaining a walking operation together with FIG. 3 to FIG. 6, and this figure shows a state in which a toe (foot tip) is in contact with a ground at an early stage of walking.
【図３】図２の状態から、体重を前方に移動させ、中間
位になった状態を示す。FIG. 3 shows a state in which the weight has been moved forward from the state of FIG. 2 to a middle position.
【図４】図３の状態から、体重を前方に移動させて、や
や背屈状態になった状態を示す。FIG. 4 shows a state in which the weight has been moved forward from the state of FIG.
【図５】図４の状態から、体重を前方に移動させて、最
も背屈状態になった状態を示す。FIG. 5 shows a state in which weight is moved forward from the state of FIG.
【図６】図５の状態から、体重を前方に移動させて、足
尖離地の状態を示す。FIG. 6 shows a state in which the weight is moved forward from the state of FIG.
【図７】バネ定数調節手段の変形例を示す斜視図であ
る。FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the spring constant adjusting means.
【図８】図９乃至図１３と共に、本発明に係る人工足機
構の第１の実施例を示すものであり、本図は斜視図であ
る。8 shows a first embodiment of the artificial foot mechanism according to the present invention, together with FIGS. 9 to 13, and is a perspective view. FIG.
【図９】図１０乃至図１３と共に、歩行動作を順に説明
するための側面図であり、本図は歩行初期において、爪
先（足尖）が接地した状態を示す。FIG. 9 is a side view for sequentially explaining a walking operation together with FIG. 10 to FIG. 13, and shows a state in which a toe (foot tip) is in contact with the ground at the beginning of walking.
【図１０】図９の状態から、体重を前方に移動させ、中
間位になった状態を示す。FIG. 10 shows a state in which the weight has been moved forward from the state of FIG. 9 to the intermediate position.
【図１１】図１０の状態から、体重を前方に移動させ
て、やや背屈状態になった状態を示す。FIG. 11 shows a state in which the weight has been moved forward from the state of FIG.
【図１２】図１１の状態から、体重を前方に移動させ
て、最も背屈状態になった状態を示す。12 shows a state in which the weight has been moved forward from the state of FIG.
【図１３】図１２の状態から、体重を前方に移動させ
て、足尖離地の状態を示す。13 shows a state in which the weight is moved forward from the state of FIG.
【図１４】図１５と共に、本発明に係る人工足機構の第
２の実施例を示すものであり、本図は斜視図である。FIG. 14 shows a second embodiment of the artificial foot mechanism according to the present invention together with FIG. 15, and this figure is a perspective view.
【図１５】縦断面図である。FIG. 15 is a longitudinal sectional view.
【図１６】図１７乃至図２１と共に、本発明に係る人工
足機構の第３の実施例を示すものであり、本図は縦断面
図である。FIG. 16 shows a third embodiment of the artificial foot mechanism according to the present invention, together with FIGS. 17 to 21, which is a longitudinal sectional view.
【図１７】図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う
断面図である。17 is a sectional view taken along the line XVII-XVII in FIG.
【図１８】足部材の第１の変形例を示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing a first modification of the foot member.
【図１９】図２０及び図２１と共に、足部材の第２の変
形例を示すものであり、本図は縦断面図である。FIG. 19 shows a second modification of the foot member together with FIG. 20 and FIG. 21, and this figure is a longitudinal sectional view.
【図２０】図１９におけるＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図で
ある。FIG. 20 is a sectional view taken along the line XX-XX in FIG.
【図２１】図１９におけるＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う断面
図である。21 is a sectional view taken along the line XXI-XXI in FIG.
１…人工足機構、２…脛骨部材、３…足部材、４…バネ
定数調節手段、４Ａ…バネ定数調節手段、６…人工足機
構、７…脛骨部材、８…足部材、９…バネ定数調節手
段、１０ａ…連結片、１０ｂ…連結片、６Ａ…人工足機
構、１４…足部材、１５…バネ定数調節手段、１６…バ
ネ定数変更機構、６Ｂ…人工足機構、２１…足部材、２
３…ショックアブソーバ（バネ定数変更機構）、２５…
バネ定数調節手段、２１Ａ…足部材、２８ａ〜２８ｅ…
ショックアブソーバ（バネ定数変更機構）、３０ａ〜３
０ｅ…バネ定数調節手段、２１Ｂ…足部材、２８…ショ
ックアブソーバ（バネ定数変更機構）、３０…バネ定数
調節手段DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Artificial foot mechanism, 2 ... Tibial member, 3 ... Foot member, 4 ... Spring constant adjustment means, 4A ... Spring constant adjustment means, 6 ... Artificial foot mechanism, 7 ... Tibial member, 8 ... Foot member, 9 ... Spring constant Adjusting means, 10a: connecting piece, 10b: connecting piece, 6A: artificial foot mechanism, 14: foot member, 15: spring constant adjusting means, 16: spring constant changing mechanism, 6B: artificial foot mechanism, 21: foot member, 2
3: Shock absorber (spring constant changing mechanism), 25:
Spring constant adjusting means, 21A ... foot member, 28a-28e ...
Shock absorber (spring constant changing mechanism), 30a-3
0e: spring constant adjusting means, 21B: foot member, 28: shock absorber (spring constant changing mechanism), 30: spring constant adjusting means
Claims (18)
の足に相当する足部材とを備え、 足部材は、弾性材料で形成されていて、その上端が上記
脛骨部材の下端部に結合され、少なくとも下端部が下端
に行くに従い前方に変位するように湾曲されており、 足部材には、その幅方向においてバネ定数が異なるよう
にバネ定数調節手段が取着されたことを特徴とする人工
足機構。1. A tibial member corresponding to a tibia of a human body, and a foot member corresponding to a foot of a human body, wherein the foot member is formed of an elastic material, and an upper end thereof is connected to a lower end of the tibial member. Wherein at least the lower end is curved so as to be displaced forward toward the lower end, and a spring constant adjusting means is attached to the foot member so that the spring constant is different in the width direction. Artificial foot mechanism.
徴とする人工足機構。2. The artificial foot mechanism according to claim 1, wherein a plurality of spring constant adjusting means are attached to the foot member.
て幅方向に変位させて取着したことを特徴とする人工足
機構。3. The artificial foot mechanism according to claim 1, wherein the spring constant adjusting means is attached to the foot member so as to be displaced in a width direction from a base end to a front end thereof.
らなり、 少なくとも、一の部分足部材にバネ定数調節手段が取着
されたことを特徴とする人工足機構。4. The artificial foot mechanism according to claim 1, wherein the foot member is divided in the width direction and includes a plurality of partial foot members, and at least one of the partial foot members has spring constant adjusting means attached thereto. An artificial foot mechanism, characterized in that:
らなり、 少なくとも、一の部分足部材にバネ定数調節手段が取着
されたことを特徴とする人工足機構。5. The artificial foot mechanism according to claim 2, wherein the foot member is divided in the width direction and includes a plurality of partial foot members, and at least one of the partial foot members has spring constant adjusting means attached thereto. An artificial foot mechanism, characterized in that:
らなり、 少なくとも、一の部分足部材にバネ定数調節手段が取着
されたことを特徴とする人工足機構。6. The artificial foot mechanism according to claim 3, wherein the foot member is divided in the width direction and includes a plurality of partial foot members, and at least one of the partial foot members has spring constant adjusting means attached thereto. An artificial foot mechanism, characterized in that:
したことを特徴とする人工足機構。7. The artificial foot mechanism according to claim 4, wherein adjacent partial foot members are connected to each other by connecting pieces.
したことを特徴とする人工足機構。8. The artificial foot mechanism according to claim 5, wherein adjacent partial foot members are connected to each other by connecting pieces.
したことを特徴とする人工足機構。9. The artificial foot mechanism according to claim 6, wherein adjacent partial foot members are connected to each other by connecting pieces.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。10. The artificial foot mechanism according to claim 1, wherein a spring constant changing mechanism is provided in the spring constant adjusting means.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。11. The artificial foot mechanism according to claim 2, wherein the spring constant adjusting means includes a spring constant changing mechanism.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。12. The artificial foot mechanism according to claim 3, wherein a spring constant changing mechanism is provided in the spring constant adjusting means.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。13. The artificial foot mechanism according to claim 4, wherein the spring constant adjusting means includes a spring constant changing mechanism.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。14. The artificial foot mechanism according to claim 5, wherein a spring constant changing mechanism is provided in the spring constant adjusting means.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。15. The artificial foot mechanism according to claim 6, wherein a spring constant changing mechanism is provided in the spring constant adjusting means.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。16. The artificial foot mechanism according to claim 7, wherein a spring constant changing mechanism is provided in the spring constant adjusting means.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。17. The artificial foot mechanism according to claim 8, wherein the spring constant adjusting means includes a spring constant changing mechanism.
て、 バネ定数調節手段にバネ定数変更機構を設けたことを特
徴とする人工足機構。18. The artificial foot mechanism according to claim 9, wherein the spring constant adjusting means includes a spring constant changing mechanism.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10245698A JPH11291189A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Artificial leg mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10245698A JPH11291189A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Artificial leg mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11291189A true JPH11291189A (en) | 1999-10-26 |
Family
ID=14327980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10245698A Pending JPH11291189A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Artificial leg mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11291189A (en) |
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-
1998
- 1998-04-14 JP JP10245698A patent/JPH11291189A/en active Pending
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