JP4274372B2 - 歩行運動装置および方法 - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は２００２年、７月２日出願の米国仮出願番号６０／３９４，０５７号および２００３年２月７日出願の米国仮出願番号６０／４４５，９８１号について優先権を主張する。上記仮出願は、参照によりここに組込まれている。

本発明は脚型運動構造体上の物体に歩行推進を模擬させるシステム、より詳細には支持面上でかかる脚型構造体に一定直進運動させて上記物体を安定、且つ制御可能な様式にて推進させる脚型構造体および関連駆動システムに関する。

ロボットビークルから玩具のムシまで、物体を推進させる脚型の機械システムを作製する試みが数多く行われてきており、そのうちの幾つかはその機能を果たすことができるものである。しかし、機械的な制御システムの複雑さを最小限にとどめた安定した装置を得るという課題は未だに達成されていない。例えば従来技術の脚型機械構造体の多く、特に非関節式および単純関節式の脚型機械構造体の多くは、各ステップを進行する際に物体をいくらかボビング（上下）および／またはウィービング（横揺れ）および／またはサージング（前後揺れ）運動させる。この様なボビング、ウィービングおよびサージング運動のいくらかは、低速時には許容可能であり、そしていくらかは電子式またはその他独立した関節制御機能を組込んだ、より複雑な関節式の機械的脚構造体により最小化し、場合によっては排除することもできる。

しかし、単純な、関節式および非関節式の機械的脚構造体の場合には、この様なボビング、ウィービングおよびサージング運動のいずれか一つ、または全てがインパルスとなり、これがチャタリング、牽引力の損失および制御不能を引き起こし、場合によっては、物体はバランスを崩し、進路を外し、そして／または床、地面もしくはその他支持面外に出て、ひっくり返ることさえある。またこの様なボビングおよびウィービングはエネルギーを浪費させ、その結果効率が低下することもあり、また特に脚型構造体がステップサイクル中に物体および支持面に対し速度を変えて動く場合には、支持面上での無駄な脚の滑りも問題となる。これらの問題は、複雑に入り組んだ制御システムを持つ関節式脚構造体により緩和することも可能であるが、より単純で経費のかからない形で解決することが望ましい。

それ故に本発明の目的は、様々な物体：もとよりこれらに限定されないが、例えば玩具、ロボットビークル、娯楽装置、輸送、武器システム等に適した良好な安定性および制御特性を持ち、歩行運動により物体を推進できる比較的単純な脚型システムを提供することである。
本発明の別の目的は、可動構造体上にある点を、ある物体に関して、循環的な一定直進運動させる機械的システムを提供することである。
本発明のその他目的、利点および新規特徴を以下の部分的に記述するが、その他の点は以下の記述および図面を検証することにより当業者に明らかになり、または本発明を実施することにより習得できるだろう。更に、本発明の目的および利点は添付の特許請求の範囲に具体的に指示した手段および組み合わせにより実現および達成できるだろう。

本明細書に具体的および広範に記述されている本発明の目的に一致する上記およびその他目的を達成するために、移動装置および方法はクランクにより駆動して、該クランクに隣接して配置されたピボット軸の回りを回転するように配置された脚部レバーを包含するが、該脚部レバーはその末端部もしくは脚部レバーより伸びる脚部ストラットの末端部が、移動装置および方法により推進する本体に関し一定直進運動となるストライドストローク歩行により移動し、ストライドストローク歩行終了時には加速的に移行して、次の直進ストライドストローク歩行の始点にアーチ型のステップストローク歩行で戻る。クランクの寸法、末端部までの脚部レバーの長さ、およびクランク軸からピボットまでの距離の関係は、末端部または足部の速度が均一または一定となるように角度プロフィールＱ＝ＡＲＣＴＡＮ（ＶＲ／ωｄ）で表されるように調整されている。末端部または足部の動きは、幾つかある方法のいずれかによって直進的に拘束されている（直線運動）。

実施態様の一つでは、脚部レバーは、クランク駆動脚部レバーがピボットに対し縦方向には動くことができるが横方向には動くことができない様に拘束できる。クランク駆動装置を支持面に対し傾斜させることにより、本例の末端部または足部が支持面の上に置かれた時には末端部または足部をクランクサイクルのストライドストローク時には本体に対し一定直進運動に拘束するが、しかしクランクサイクルのステップストローク時には末端部または足部を支持面の上方に持ち上げるように強制できる。ステップストロークを試みる場合、複数のその他脚部がその末端部または足部を支持面上に植設した状態および各ストライドストローク運動状態にあって、本体を支えている。

別の実施態様では脚部レバーは、ピボット部では、脚部レバーに回転運動を与えるクランクピンに対し縦および横両方向に拘束できるが、脚部レバーが横方向に拘束されている間は縦方向に動くことができる。受動ストラットが末端部または足部を直進歩行のストライドストロークに強制し、そして能動ストラットがステップストローク中に末端部または足部を持ち上げる。

本発明によるステップストロークに続いてストライドストロークを行い一定の直進運動をもたらす移動装置および方法のこれら実施態様には様々な変形が存在する。
更に、望まれる本発明の応用に応じて、最適なバランス、効率、外観およびその他属性にあった複式クランク駆動脚部、連動、位相またはシーケンス等の組み合わせが数多くある。

本明細書の中に組込まれ、その一部を成している添付の図面は、本発明の好適実施態様を描写しており、記載の説明および特許請求の範囲と合わせ、本発明の原理を説明するものである。

図１では便宜上歩行推進システム１２を備えた物体１０を一般的な箱形の本体１４で表しているが、極細線で例としてムシ型本体１４‘を示したように、物体１０に希望に応じた構成または形状の本体を提供することができる。歩行システム１２を以下に示し詳しく説明するが、図１に示した幾つかの顕著な特徴は本発明の実施例の少なくとも１つと本発明の実施態様の全てに共通する概念および原理の幾つかを示すことができる。

図１に示すように歩行推進システム１２は、ムシ型の外観に合わせて、それぞれ駆動メカニズム３１、３２、３３，３４、３５、３６を持った６本の脚部ストラット２１、２２、２３、２４、２５、２６を含むか、または別の本数の脚部ストラットおよび付属する駆動機構を含むことができ、それらは物体１０を支持面１６の上を安定した形で推進する。支持面１６は床、テーブル、ゲームボード、地面、プラットホームまたはその他多彩な構造体であろう。図１に示す物体１０の本実施例では、脚部ストラット２１、２２，２３、２４、２５、２６は本体１４を上に支えた状態で、支持面１６の上でそれを推し進める。かかる推進力の向きは矢印１８で示す様な前方向でも、または後ろ方向でもよい。輸送手段１０はまた一定速度または速度を変えて推進することもできるが、このことは以下詳しく説明する様に、クランクの速度に対し個々の脚部ストラットの速度を望ましくなく、バラバラに変更することとは別である。物体１０は、例えば本体１４の片側の脚部ストラットを本体１４の反対側の脚部ストラットより高速に動かすことによって、または以下に詳しく説明するその他操縦もしくは回転システムを用いて、片側もしくはその反対側に回転もしくは舵を切ることもできる。

本発明の大きな特徴の一つは、脚部ストラット２１、２２、２３、２４、２５、２６の少なくとも幾本もしくは全てを駆動し、ストライドストローク５１中それぞれの末端部もしくは「足部」４１，４２、４３，４４，４５、４６を一定直進運動させることができ、そしてステップストロークではその足部を上方向に持ち上げ支持面１６から離して、次のストライドストローク５１の開始に備えることができることである。さらに詳しく説明すると、例えば図１の右前方の脚部ストラット２１に注目せよ。物体１０を支持面１６の上方で均一、即ち一定速度で推進するために、脚部ストラット２１は、その末端部または「足部」４１を、直線の、即ち循環パターンのストライド部またはストライドストロークと呼ばれる直進路５１を含む循環パターンで動くように駆動する。続いてストライドストローク５１が終了した時点で、足部４１は本体１４および支持面１６に関し、循環パターンのステップ部またはステップストロークと呼ばれる曲線路６１を上方向に動き、そして足部４１は次のサイクルに備え直進路５１の開始位置に戻る。直進路５１運動、即ちストライドストロークの間、足部４１は支持面１６と接触し、物体１０を支持して支持面１６の上で物体１０を推進する。続いてストライドストローク５１終了時に、物体１０を別の足部もしくはその他構造体で支えながら、足部４１を支持面１６の上方に持ち上げ、直進路５１の開始位置に戻すステップストローク６１を動く。

図１に示す歩脚システム実施態様例では、他足部４２、４３、４４、４５、４６それぞれの典型的な循環経路でもある足部４１の循環経路は支持面１６に極細線で示したストライドストロークの直線路５１をとり、このストライドストローク５１に関する説明は、ストライドストローク５１の経路を本体１４との関係から眺めた場合にあてはまる。また図１の実施態様例のステップストローク６１では、本体１４と関連付け眺めた場合に、足部４１は、本体１４に関して外側７１および上側８１に伸びているステップストローク６１のアーチ形路で動く。しかし、本体１４は矢印１８で示す様に前方向に推し進められるため、足部４１、４２、４３、４４、４５、４６は図１に示す様に各ストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６で駆動する場合、運動中の物体を静止画として描写する際には制限を伴うので、ある長さを有する直線として支持面１６上に明瞭に描かれたストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６は実際にはその通りではない。実際には、ストライドストローク５１開始時に足部４１が、例えば支持面１６上のスポット８７に植設されている場合、本体１４は支持面１６に対し前方向に推し進められる間、丁度ヒトが歩行ストライドで脚を前に進める時に床の上の一点に一方の足をしっかりと植設されている様に、前記足部をストライドストローク中、支持面１６上のスポット８７に植設されている。次に、足部４１のストライドストローク５１が終了する時点で、本体１４は、残りの脚部ストラット２２、２３、２４、２５、２６の幾つかによって矢印１８が示す様に前方向に連続的に押し進められるが、その間足部４１は支持面１６から上に持ち上げられ、アーチ型の極細線８８で示すように歩を前に進め、次のストライドストローク５１を開始するために支持面１６上の別のスポット８９に植設される。即ち、図１のアーチ型の極細線８８、８８’は、支持面１６に対する足部４１の運動をより正確に描いており、一方極細線５１、６１は本体１４に対する足部４１の動きを描いている。

もちろん、上記の如く、右前方脚部ストラット２１およびその末端部にある足部４１の動きの描写は、物体１０を前方向１８に推進した時の、他の脚部ストラット２２、２３、２４、２５、２６およびそれらの各足部４２、４３、４４、４５、４６の動きも表している。脚部ストラット２１、２２、２３、２４、２５、２６およびそれらの足部４１、４２、４３、４４、４５、４６の動きを逆にすると、もちろん物体１０を逆方向、即ち矢印１８と反対方向に推進する。

また、上記の如く、安定性を得るためには、足部４１、４２、４３、４４、４５、４６の幾つかが−本体１４の一方側で少なくとも２つ、そして本体１４の他側で少なくとも１つ−が同時に各ストライドストローク内のいずれかの位置にあり、その結果いずれの瞬間においても遅れずに、少なくとも３つの足部が、相互に三脚（三角形）の関係にあって物体１０を支持面１６の上に支持していることが好ましい。したがって、図１に示す実施態様例の各脚部ストラット２１、２２、２３、２４、２５、２６がそれ独自のクランク型駆動機構３１、３２、３３，３４、３５、３６で駆動している間、以下より詳細に説明する様に、かかる安定性を得るためにはそれらの間の位相を調整することが好ましい。一例を挙げれば、図１に例示するように、物体１０の右側では、右後方足部４５が支持面１６上のスポット９８の上に植設され、そのストライドストローク終了間近であるときに、右前方足部４１は支持面１６上のスポット８７に植設されていて、まさにストライドストローク５１を開始しつつあるところである。一方、右中央の足部４３は支持面１６の上高さ８３に持ち上げられており、次のストライドストローク５３にむかって進むステップストローク６３の最中にある。右後方足部４５がストライドストローク５５の終点に達してステップストローク６５の中で支持面１６から持ち上げられるまでには、右中央足部４３は支持面１６上に植設され、そのストライドストローク５３を開始する。同時に、右前方足部４１は支持面１６の上にまだ植設されており、ストライドストローク５１のほぼ中間地点にある。次に、右前方脚部４１が支持面１６の上方でそのステップストローク６１を行うまでに、右後方足部４５は支持面１６に戻り、次のストライドストローク５５を開始し、そして右中央足部４３は支持面１６上にあって、そのストライドストローク５３のほぼ中間地点にある。左足部４２、４４、４６は、それぞれの駆動クランク機構３２、３４、３６によって同様の形で位相調整され描かれている。したがって、例えば図１に示す実施態様１０では、いずれの瞬間においても遅れずに必ず支持面１６上に少なくとも２つの右足部と２つの左足部が在る。

本発明の、不可欠ではないものの重要であるその他特徴は、物体１０が加速または減速中であるに関わらず、ストライドストローク中の足部の本体１４に対する速さは一様であること、即ち一定速度であることである。ここでは用語「速さ」および「速度」は互換的に用いられ同一の意味、即ち長さの方向または座標系とは無関係に運動の速度を意味している。また物体１０の同一側にある足部のストライドストローク速度は全て同一であり、そして物体１０が右または左に回転する場合以外は、物体１０の両側にある足部のストライドストロークの速度は全て同一である。かかる足部４１、４２、４３、４４、４５、４６の一定（一定速度）直進（直線）は、それら足部が各ストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６の中で表面１６と接触している間、物体１０が本発明の歩行推進システム１２を装備している場合には、物体１０に極めて高い安定性を与える。物体１０を右に舵取りまたは回転する場合は、右側の足部４１、４３、４５のストライドストローク速度は、左側の足部４２，４４、４６のストライドストローク速度に比べ遅いか、場合によっては停止もしくは逆行してもよい。逆に物体１０を左に舵取り、もしくは回転する場合には、左側足部４２、４４、４６のストライドストローク速度は、右側足部４１、４３、４５のストライドストローク速度に比べ遅いか、場合によっては停止もしくは逆行してもよい。

ステップストローク中の足部が表面１６から上に持ち上げられている間に、一定直進ストライドストローク中の足部だけが表面１６上の物体１０を支持し推進させるというこの組み合わせにより、本体１４をボビング、ウィービングまたはサージングさせることなく支持面１６に対しスムーズに動かすことができる。またこの組み合わせはある足部が別の足部の動きを妨害することを回避させるが、この妨害により、足部の引きずり、摩擦損失および駆動部の固着が起こる可能性がある。この様にして、物体１０は転倒あるいは制御不能に陥ることなく、支持面上を最高速度で動き、加速、減速および回転することができる。本体１４の各側にある１本またはそれ以上の足部、好ましくは本体１４の左右それぞれの中央足部４３、４５に、ゴム製もしくはその他滑りにくい物質を取り付けて、摩擦力を大きくして回転時にピボット点として機能させながら、一方その他足部は回転時に若干滑らせて固着することを防ぐことができる。

本発明の、不可欠ではないものの特有の、都合のよい、望ましいその他特徴は、各ステップストローク６１、６２、６３、６４、６５、６６中の足部４１、４２，４３、４４、４５、４６の速度は、各ストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６中の足部４１、４２、４３、４４、４５、４６の速度に比べ早いことである。換言すると、例えばストライドストローク５１にある足部４１の速度は、ストライドストローク経路５１の全長で一様または一定であるが、ステップストローク経路６１ではその速度を上げ、そして足部が次のストライドストローク５１の始点に近づき、到達するとその速度をストライドストローク速度まで下げる。この特徴もまた、いずれの時点でも遅れずに６本ある足部４１、４２、４３、４４、４５、４６のうち少なくとも３本、好ましくは４本が必ず支持面１６上に植設されていることを可能にし、そしてその状態を容易に保つことによって本発明の歩行推進システム１２を装備した物体１０の安定性および可転性に寄与する。

本発明の好適実施態様では、上記のように各脚部ストラット４１、４２、４３、４４、４５、４６はそれぞれのクランク９１、９２、９３、９４、９５、９６により駆動するが、これらクランクは一定速度で物体１０を推進する場合には一定角速度で回転でき、支持面１６に対し物体１０を加速もしくは減速する場合、あるいは回転する場合には可変角速度で回転できるそれぞれの駆動機構３１、３２、３３、３４、３５、３６の一部である。それぞれの直進ストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６にある足部４１、４２、４３、４４、４５、４６の速度は、以下詳しく説明するように、各駆動機構３１、３２、３３、３４、３５、３６のクランクホイール９１、９２、９３、９４、９５、９６の角速度に直接比例する。したがってクランク機構３１、３２、３３、３４、３５、３６内のクランクホイール９１、９２、９３、９４、９５、９６の角速度を加速または減速すると、それに比例し物体１０は支持面１６に対し加速または減速する。

図１に示す歩行推進システム１２の好適実施態様例では、以下詳しく説明するように、足部運動循環のストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６は、各クランク９１、９２、９３、９４、９５、９６の回転の半分以上、好ましくは約２／３を使用する。したがって足部運動循環のステップストローク６１、６２、６３、６４、６５、６６は各クランク９１、９２、９３、９４、９５、９６の回転の半分未満、好ましくは約１／３を使用する。この好適実施態様は、上記のようなストライド／ステップ循環位相順序および一側当たり３本の脚部ストラットの組を調整して、物体１０の左右それぞれに３つある足部のうち少なくとも２つが常にストライドストロークにあり、そして残りの足部がステップストロークにあるようにするのが理想的である。この配置を実施するために、３つの右側クランク機構９１、９３、９５を互いに１２０度位相をずらして設置して運転され、そして３つの左側クランク機構９２、９４、９６も互いに１２０度位相をずらして設置し運転される。しかし連動する脚部のかかる位相設定については、注意する点がある。なぜなら、これは幾つかの位相設定では物体１０に安定した支持を提供しない脚位置がクランク循環内に１またはそれ以上存在するからである。例えば、３つのクランク機構を互いに１２０度位相をずらして設定したものの、角度方向が不良な形で連動させた場合には、ある角度位置では連動する３つの足部、例えば足部４１、４３、４５または足部４２、４４、４６が互いに近接しすぎて植設され、物体１０を不安定な状態にしてしまう。クランク循環の別の部分で位相が同じになると、末端脚部の一つが持ち上げられてステップストライドに入りながら、もう一端の脚部および中央脚部が踏ん張った状態ではなく、即ち物体１０の重心が同一側になり、これによっても物体の支持が不安定となる。具体的には、以下詳しく説明するように、この望ましくない不安定例は隣接するクランク機構の後方に配置された各クランク駆動機構が、該隣接クランク駆動装置に対し約１０５〜１３５度の範囲、特には約１２０度遅れている場合に起こることがある。クランク機構のこの問題およびその他望ましくない位相遅延問題を回避するよう注意を払えば、別の循環位相順序を、図１の６脚実施態様１０で用いることができ、なお良好な安定性を得ることができる。ストライドストロークに対しクランク回転の２／３が、そしてステップストロークに対してはクランク回転の１／３が与えられる望ましい位相関係では、以下詳細に説明するように安定した４脚型物体も可能である。もちろん本発明は、各ストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６に対しクランク回転の１／２未満、例えば５度といった回転を用いることさえ包含し、また働かせることができるが、このような配置をして、それを実行するには、安定性を保つためにより多くのクランクおよび脚部の組立体を必要とするだろう。一般に、ストライドストロークに用いるクランク回転の角度が小さいほど、物体１０の安定性を得るにはより多くのクランクおよび脚部組立体が必要となる。

次に足部４１、４２、４３、４４、４５、４６のストライドストローク５１、５２、５３、５４、５５、５６で一定直進運動させるのに用いるクランク機構９１，９２，９３，９４，９５，９６に目を向けると、５つある駆動機構３１、３２、３３、３４、３５、３６は全て実質的に同一である。したがって、これらクランク機構の一つだけ、例えば右前方のクランク機構３１について詳しく説明するが、これは他のクランク機構３２、３３、３４、３５、３６についても同様であると理解するものとする。

図１に示す歩行推進システム１２を包含する本発明の歩行推進システムに利用される幾何学原理を図２に示す。駆動機構の機能は、脚部レバーが点Ｂで脚部レバー１００を貫通して伸びる固定ピボット軸１０２の回りを回転するときに、脚部レバー１００上のポイントＤにある足部４１を直進路５１内に動かすことである。脚部レバー１００は、ストライドストローク中の足部４１の直進（直線）経路５１と直交しているライン１０４と角度Ｑを形成する。脚部レバー１００が固定軸１０２の回りを回転して足部４１を直進路５１に沿って動くと、角度Ｑは変化する。

足部４１を一定の速さまたは速度Ｖで直進路５１に沿って、矢印１０６が示す方向に動かすためには、角度Ｑを一定速度以上で変化させる必要がある。任意の時間ｔでの足部４１の移動距離、即ち直進路５１上での位置はＶ×ｔまたはＶｔである。垂直線１０４上の点ＢとO間の距離dは変わらない。したがって、距離Ｖｔ、距離ｄ、および角度Ｑ間の数学的関係は次の通りである：

ＴＡＮ（Ｑ） ＝ Ｖｔ ／ ｄ （１）

そして任意の時間ｔの角度Ｑは次式から得られる：

Ｑ ＝ ＡＲＣＴＡＮ （Ｖｔ ／ ｄ） （２）

式（２）のこの関係は固定ピボット軸１０２を用いて脚部レバー１００を、脚部レバー上の一点または複数の点またはその突起部を、直線路５１に沿って一定の速さまたは速度Vで動かすことができる形で揺動する機構に適用される一般的な結果である。故に、直線路５１に沿って一定直線速度Ｖで足部４１を動かし続けるためにどのような技術を用いるかにかかわらず、角度Ｑは式（２）による角度変化プロフィールに従わなければならない。

脚部レバー１００を式（２）の角度変化プロフィールに極めて近いように揺動することができる駆動機構３１の概略図を図３に示したが、この場合脚部レバー１００上の点Ｄにある足部４１がとのようにして直進経路５１を正確に追ったかについては無視している。このクランク機構３１では、式（２）の角度プロフィールの近似値は、脚部レバー１００が、点Ｂを貫通して伸びる軸１０２の回りを回転し、そしてクランク９１により駆動されることで生じる。クランク９１は、レバー、ホイールまたはその他の構造体でもよく、点Ｃを通って伸びる軸１０８の回りを回転し、そしてそれは結合クランクピン１１０により脚部レバー１００と回転可能な形で結合している。クランクピン１１０は、脚部レバー１００の点Ａを通って伸びる軸を有している。クランクピン１１０、即ち脚部レバー１００上の点Ａは、クランク軸１０８の回りを点ＣとＡ間の距離に等しい半径、即ち半径ＣＡで回転する。クランク軸１０８はピボット軸１０２に関し不動位置に固定されており、したがってクランクピン１１０がクランク軸１０８の回りを回転すると、クランクピン１１２とピボット軸１０２間の距離ＡＢは変わる。その結果、距離ＡＢはクランク軸１０８とクランクピン１１０の間に伸びるクランクアーム１１２と、直進路５１と直交するライン１０４とが成す角度Ｒの関数として変化する。ピン１１０がクランク軸１０８の回りを回転すると距離ＡＢは変わること、および軸１０２が固定されていることから、何らかの方法により、固定軸１０２に関し脚部レバー１００が横方向運動しないようにしながら、固定軸１０２に対する脚部レバー１００の縦方向運動を調節する必要がある。かかる調節は以下詳しく説明する様に様々な方法により、例えば溝の付いた孔（図３には示していない）またはその他縦方向に摺動可能なガイドを利用することで実施できる。クランクアーム１１２が矢印１１４で示すようにクランク軸１０８の回りを回転する時に、このクランクおよびレバー駆動システム３１の幾何学から生ずる運動は２つのパラメータ、即ち半径ＣＡとクランク軸１０８からピボット軸１０２までの距離ＣＢにより特徴付けることができる。

ここでは、直進路５１はピボット軸１０２と平行であるストライド面のどこに於いてもラインＢＯと直交し、そして末端部もしくは足部４１を貫通していなければならないが、末端部もしくは足部はクランク９１と同一平面であっても、またはなくても良い。実際、以下に示すように、末端部または足部４１は通常はクランク９１の面（第一面）下から第一面の下にある別の面（第２面）に伸びて、クランク９１および支持面１６上にある物体１０のその他部分を支持している。

上記の如く、クランク角度Ｒが一定の角速度ωで進むとき図３の駆動システム３１内の角度Ｑは式（２）の角度プロフィールに従い、上記の如く脚部レバー１００上の足部４１は直進路５１に沿って一定速度Ｖで動くことが望ましい。クランクピン１１０は一定の角速度ωで回転するとき、

Ｒ＝ωｔ （３）

である。クランク角度Ｒと脚部レバー角度Ｑとの間には関連が見出せるが、それは時間ｔを式（３）のＲの関数、即ち

ｔ ＝ Ｒ／ω （４）

として表し、式（２）のｔをＲ／ωに置き換え

Ｑ ＝ ＡＲＣＴＡＮ （ＶＲ／ωｄ） （５）

として表せる。言い換えれば、脚部レバー１００上の点Ｄにある足部４１を直進路５１に沿って一定の線速度Ｖで動かすには、クランクピン１１０が一定の角速度ωで回転しているとすれば、脚部レバー角度Ｑは式（５）で示すクランク角度Rに一致しなければならない。

クランク半径ＣＡおよびクランク軸１０８からピボット軸１０２までの距離ＣＢに関する数値またはパラメータ（長さ）のセットを変えると、図３の概念的駆動機構３１は脚部レバー角度Ｑとクランク角度Ｒとを関連付ける曲線群を生ずるだろう。数値を最適化したとき、具体的には距離ＣＢのＣＡに対する比が１．５３７０８である時に見出されるクランク半径ＣＡおよび距離ＣＢに関するパラメータのかかるセットの一つは、駆動機構３１を式（２）および（５）の望ましい脚部レバー角度Ｑおよびクランク角度Ｒに非常に近似させることができる。したがって、比が

｜ＣＢ ／ ＣＡ｜ ＝ １．５３７０８ （６）

であるとき、クランクピン１１０は、クランク軸１０８の周囲、全３６０度のクランクピン１１０の回転の少なくとも一部を一定角速度ωで回るため、図３の概念上のクランク駆動機構は足部４１を直進路５１に沿って一様の（一定）線速度Ｖで動くだろう。

クランク半径ＣＡと距離ＣＢが式（６）の比の時に得られる角度ＱとＲとの関係を示す曲線を、比較のために正確な式（２）の関数と重ねて図４に示した。図４に見られる様に、この技術、即ち式（６）の比を持つこの種のクランク駆動システム３１によって、式（５）の望ましい角度プロフィールは、実際のＱとＲの角度プロフィールの優れた近似値に近づく。足部４１は、クランクピン１１０がクランク軸１０８の回りを約２４０度回転する間、一定直進運動を続ける。

具体的には、図４に示すように、クランクが約６０〜３００度回転する間、即ちクランク角度Ｒが６０〜３００度の間にあるときは、「クランクとレバー」角度の関係曲線は理想的な式（５）の角度関係ＡＲＣＴＡＮ（ＶＲ／ωｄ）によく適合する。
図４の「クランクおよびレバー」曲線の端は、式（５）の角度プロフィールもしくは関係に従わない部分である、クランク軸１０８周囲のクランクピン１１０回転の残りの１２０度の部分、即ち０〜６０度および３００〜３６０度の部分では、本発明のクランク駆動機構は足部４１を素早くアーチ形経路６１を通り（図３には示していないが、図１に示されている）直進経路５１の始点に戻す。

図３に示した上記説明したこの種のクランク駆動機構３１の使用は本発明による歩脚運動の成立にとって好適であるが、それはこの機構がクランク軸１０８周囲のクランクピン１１０の回転のかなりの部分について、足部４１の一定直進運動に関し式（５）の角度関係およびプロフィールに極めて近似できること、および上記の様に足部４１が素早く出発点に戻れることによる。足部４１をより広いクランクピン回転範囲について直進路５１に残すことができることは直進路５１がより長くなるという利点をもたらし、そして足部４１をより長い時間、支持面１６（図１）に踏みしめた状態にすることができ、言い換えれば少ない脚部でより大きな安定とおよび牽引が実現できる。さらにクランク軸１０８周囲のクランクピン１１０の回転のより狭い範囲で足部４１が迅速に復帰することにより不安定性を軽減し、物体１０（図１）の転倒の機会も減らすこともできる。上記の如く、これらパラメータおよび利点は、式（６）の寸法比を与えることで最適化できる。しかしその他設計上の配慮または制約により最適比が別のものになることもあるが、これは本発明を逸脱するものではない。

上記の式（６）の比、またはそれに近い比の寸法を持つクランク機構３１で駆動する足部４１は、図３に示すように直線路５１を進む場合には、ほぼ一定の速度Ｖで動くだろう。図５のグラフは、クランク機構３１により駆動する足部４１の正規化速度を例示しているが、ここでも直進運動域はクランク角度Ｒが約６０度〜３００度である範囲である。さらに、前述の如く、本発明ではより小さな角度範囲で直進運動させることもできるが、かかるシステムは安定させるにためにより多くの脚部を必要とするだろう。図５に示すように、このような速度は殆ど一定であり−変動は平均値１で上下７％未満である。本発明の実施では、かかる速度の変動は平均値より３０％未満の範囲であることが好ましく、より好ましくは１０〜２０％、最も好ましくは１０％未満である。

クランク駆動機構３１の一例は、上記の如く脚部レバー１００上の点Ｄにある足部４１を、経路５１を実質的に一定である直進運動で動かすものであり、図６に例示している。このクランク機構３１では、クランクホイール９１はクランク軸１０８の回りを回転するが、クランクホイール９１の上、クランク軸１０８より半径距離ＣＡの位置に配置されたクランクピン１１０はクランク軸１０８の回りを回転する。脚部レバー１００基端部１１６はクランクピン１１０に回転可能な形に取り付けられており、一方ピボット軸１０２のピボットピン１２０は脚部レバー１００の溝孔１２２を貫通して伸びている。ピボットピン１２０と溝孔１２２が組合わさって脚部１００がピボット軸１０２に対し横方向に動かないよう機能すると同時に、脚部レバー１００がピボット軸１０２に対し縦方向には動けるようにしている。クランクピン１１０がクランク軸１０８の回りを回転する際の距離ＡＢの最大変化に対応できるよう、溝孔１２２は少なくとも半径距離ＣＡの２倍の長さでなければならない。したがって、クランクピン１１０がクランク軸１０８の回りを回転すると、レバー１００はピボットピン１２０を軸として回転し、同時にピボットピン１２０に対し前後に摺動する。その結果、上記のように半径距離ＣＡと距離ＣＢの比を適当にとれば、クランクピン１１０はクランク軸１０８の回りを実質的な角度で回転している間、脚部レバー１００は末端部１１８にある足部４１を均一速度Ｖで直進経路５１に沿って動かす。上記の様に、本発明はこの様なクランクピン１１０が小角度で回転する直進運動にも有効である。しかし、そのようなクランクピンの小角度の回転では、足部４１を直進運動させる場合、物体１０を安定して支えて推進するにはより多くの脚部１００が必要とする。したがって足部４１のこの様な直進運動を、クランク軸１０８周囲のクランクピン１１０回転を９０度より大きくして、より好ましくは約１８０度より大きくし、最も好ましくは約２４０度より大きくして維持することが望ましい。次に脚部レバー１００の長さを適切に選ぶこと、即ち適切な距離ＡＤ（クランクピン１１０の軸から垂直方向に点Ｄの足部４１までの距離）を選ぶことにより、足部４１は図７に描くように直進路５１を一定速度で動く。図７では、点Ｄの足部４１を一定直進運動させるのに好ましい式（６）のＣＡとＣＢの比を適当な長さＡＤを用いて図示している。図示するために、クランク軸１０８の回りを回転したときにクランクピン１１０が通る循環クランク路１２２の上に一連の無作為点Ａを選び出した。脚部レバー１００の様々な位置および向きを表している放射状の線は点Ａからが出て点Ｂにあるピボット軸１０２を通り、それぞれの線の点Ｄにある足部４１位置まで伸びている。この場合も距離ＡＤは不変であり、したがっていずれの線も同じ長さである。図７に見られる様に、このクランク機構３１は、適当な比および長さを有しており、クランクピン１１０が矢印１２２の角度方向に回転する時、点Ｄの足部４１は矢印１２４の方向に直進路５１を辿る。もちろんクランクピン１１０の回転が逆向きの場合には、足部４１は逆方向に動く。

したがって、クランク機構３１は３つの長さ：（１）クランク半径ＣＡ；（２）クランク軸１０８からピボット軸１０２までの距離ＣＢ；および（３）ピボットピン１１０から足部４１までの脚部レバー１００の長さＡＤにより特徴付けられる。ＣＡに対するＣＢの比が狭い範囲の場合にのみ、上記の様な角関係、即ち足部４１を一定速度にする式（５）の各プロフィールＱ＝ＡＲＣＴＡＮ（ＶＲ／ωｄ）が与えられる。換言すれば、本発明は広範なＣＢ対ＣＡ比で良好に機能するとはいえ、ＣＢ対ＣＡ比の小さな変動でも理想に近い式（５）の関係は低下、即ち理想的でないものにする。例えば、合理的に使用できる本発明による歩行装置、即ち大きなボビング、ウェービングおよび／またはサージングがない歩行装置は、ＣＢ／ＣＡ比は約１．５〜２．６の範囲内であり、またＡＤ／ＣＡ比は約３〜１２の範囲内である。しかし、足部４１を一定速度にすることに関し可能な限り式（５）の理想関係に近づけようとした場合、ＣＢ／ＣＡ比は狭い範囲内にとどめるべきであり、そして長さＡＤは実際的に直線路５１を得る上で調節可能な唯一のパラメータである。このような長さＡＤの調節または設定は経験に基づいて簡単に行われるか、または好ましい場合には数値最適化の様に数学的に行われる。出来うる限り直線運動および一定速度に近い最適な組み合わせを獲得するために、これらパラメータ３つの全てについてある程度妥協してもよい。数値最適化により得た最適足部経路プロフィール５１、６１の例を図８に示す。図８のプロフィール５１、６１内の各点はクランク軸１０８の回りをクランクピン１１０が５度進んだことを表している。直線路５１に沿ってある等間隔の点は、望む一定（一定速度）直進（直線）運動が達成される範囲を示しており、曲線帰路６１内にある点間の距離が一様ではなく、そしてより長いことは、帰路６１では足部４１の非直線運動が大きく加速されてから減速したことを示している。

図８の点プロフィールの駆動に用いた数値最適化は、一定速度の完全な直進運動と実際に得た足部運動との間の誤差に基づいていた。誤差の関数を２４０度のクランク回転の希望範囲について積分した。本例では、用いた誤差関数は理想的な直進運動を実行できる足部の理想位置と実際の足部位置との差の平方であった。この積分の結果は、以下２つの比の変動に基づき最小化されている：（１）クランク軸１０８からピボット軸１０２までの距離ＣＢとクランク半径ＣＡとの比、即ち｜ＣＢ｜対｜ＣＡ｜；および（２）脚部レバー１００の長さＡＤとクランク半径ＣＡとの比、即ち｜ＡＤ｜対｜ＣＡ｜である。本例で得た実際の比は｜ＣＢ｜／｜ＣＡ｜＝１．５３７０８および｜ＡＤ｜／｜ＣＡ｜＝６．３１９１０５であった。これらの比は、用いた特定の誤差関数に対し好ましい比である。しかし、設計目標内の変動（誤差変動）によりこれらの比はごく僅か変化する。

点Ｄの足部４１が描く、または辿る運動および結果生じる経路５１、６１は、クランク軸１０８に対し垂直である第一平面内にあり、距離ＡＤはクランク軸に対し垂直である線内にある。したがって、脚部レバー１００から上方または下方に伸びる下脚部ストラット２１を用いると、第一平面と平行である別の平面内に経路５１、６１を描くことができる。例えば図９に示すように脚部レバー１００から下方に伸びる下脚部ストラット２１が足部４１を配置しており、したがって経路５１、６１は脚部レバー１００より下方に位置し、しかし尚第一平面同様にクランク軸１０８に対しては垂直である第二平面１２６内にある。図１の物体例１０内ではこの特徴を活かして足部４１、４２、４３、４４、４５、４６を本体１４より下に配置して、本体１４が支持面１６の上になるよう保持している。上記の様に、ストライド路５１、即ちストライドストローク中の足部４１もまたストライド平面内にあるが、この平面はピボット軸１０２と平行であり、そしてラインＣＢと第一面に対し垂直である。

実際の歩行推進システムを形作るには、足部４１は図１に示すように物体１０を推進するストライドストロークまたはパワーストローク５１中は支持面１６と接触していなければならず、そしてステップストロークまたはリターンストローク６１の間は支持面１６の上に持ち上げられなければならない。図１および９に示すクランク駆動機構３１では、図１０に示すように駆動機構３１を傾けてクランク軸１０８を支持面１６に対する垂線（垂直線）Ｎに関し傾斜させることにより、足部４１を上記様式で動かすことができる。足部４１が描く、または辿る経路５１、６１（図９）はクランク軸１０８に対し垂直である平面１２６内にあることから、クランク軸１０８を支持面１６の垂線Ｎに対し角度α傾けると、足部経路５１、６１の平面１２６もまた支持面１６に対し角度α傾斜するだろう。したがって、クランク駆動機構を支持面１６の上に適当な高さで配置して足部経路の直線部５１を傾斜面１２６内に配置すれば、足部経路の残りのアーチ部６１は足部経路直線部５１の始点に復帰する前に、支持面１６の上にある高さ８１だけ持ち上げられる。したがって、上記の様に、支持面１６に対しクランク駆動機構３１を傾斜させることで、簡単ではあるが洗練された方法で足部４１を、それが復帰またはステップストローク６１にある間、支持面１６から持ち上げることができる。以下詳しく説明するように、ステップストローク中に足部４１を支持面１６の上方に持ち上げる方法は他にもあり、したがって本発明はクランク駆動機構３１を支持面１６に対し傾斜させるこの一つの方法に限定されない。

角度αの向きは、支持面１６および足部４１が経路５１、６１で動く平面１２６が、足部４１の直進運動の直線経路５１と同一ラインに沿って交差する方向である。図１０に示すように、駆動機構３１は支持面１６から一定の間隔ｂを空けなければならないため、０とＡＲＣＴＡＮ（ｓ／ｂ）の間にある任意角度αを用いることができるが、この場合のｓは、図１０に示す様に駆動機構１６の最下点３９の真下にある支持面１６上の点３９’と足部４１が支持面１６に接触している点８７との間の支持面１６上の距離である。角度αおよび間隙ｂを実際に選ぶ場合には、駆動機構３１の寸法を計測して、足部４１が距離ｓをあけて植設されるように垂直方向に伸びる脚部ストラット２１の長さを選ばなければならない。しかし、角度αが大きすぎる場合には、駆動機構３１を小型化して、ストライドストローク５１の長さ、およびステップストロークの高さ８１を調節しなければならない。角度αが小さすぎる場合にはストライドストローク５１は大きくなるが、角度αが小さいことで角度αは浅くなるため、ステップストロークの高さ８１を調節する。この２つの極端例の間に、ステップストロークの高さ８１が最大となるのに最適な角度αが幾つか存在する。この様な最適角度αは、数値的または分析的に見つけ出すことができる。分析方法を用いると、以下のように適正角度αを決定できる：

ａ ＝ ＡＲＣＣＯＳ （Ｊ ／ Ｋ） （７）

式中：
Ｌ ＝ ｂ ／ ｓ （８）

例えば、図１の物体１０の様な６脚式のムシ型物体を考案する実施態様では、図６および１０を参考に、次の比を設計パラメータとして使用できる：

ｂ ／ ｜ＣＡ｜ ＝ ４．０３８７ （１１）

および

ｓ ／ ｜ＣＡ｜ ＝ ９．４２３６ （１２）

本例では、最適なステップストローク高さ８１を得るには、支持面１６と足部経路５１、６１の平面１２６とが成す最適な二面角αは約３３．４でなければならない。この比較的浅い角度αは、比較的大きなストライドストローク５１も同時に可能にする。

ストライドストローク５１の直線性とストライドストローク５１での足部４１の定速度Ｖとの調和を考え、そして更に上記の様に傾斜面１２６でのステッピングを考慮した場合の、本実施態様例の駆動機構３１の性能を図１１に示す。図１１のこのグラフは、物体１０例が傍らを移動するときに、平面１６上の観察者に対し足部４１がどのように観察されるか示したものである。理想的には、足部４１は、図１の点８７に相当する図１１の０、０の位置にいる観察者の正面に置かれ、次に持ち上げられて支持面１６から離れて図１に示す次の点８９に植設される。理想的には、ストライドストロークまたはパワーストローク５１の間、足部４１は図１の参考点８７（図１１の０、０）に植設されることである。しかし、本例での数値決定ではある近似を行っており、実際には足部４１が支持面１６と接触している間も、足部４１は支持面１６上の点８７（０、０）に対し若干動いている。図１１のグラフ例に関するデータは、ｂ＝０．３７５インチおよびｓ＝０．８７５インチに基づいている。最適高さｂおよび物体１０全体の前進距離（１脚部のみのストライドではない）は、クランクピン１１０の回転当たり約０．８１インチである。上記のＣＢ／ＣＡ＝１．５３７０８およびＡＤ／ＣＡ＝６．３１９１０５の例では、直線からのずれはおよそ±０．００１３インチであり、速度Ｖが不均一であることによるずれは±０．００１９であり、これは性能的には問題とならない。

より実際のムシの脚に近い外観といった美観上の理由から、図１、９および１０に示した直線的な脚部ストラット伸長部２１ではなく、図１３の曲線的な脚部ストラット２１’の様な様々な形の脚部ストラットの使用が望まれることもある。足部４１がクランクピン１１０、ピボット軸１０２および摺動式脚部レバー１００に対し同一位置に保持される限り、足部４１をそのように配置するために脚部ストラットがどのような形または配置であっても、脚部ストラットの形状が足部４１の動きまたは性能を変えることはない。言い換えれば、クランク軸１０８に対し垂直である平面に必要な距離ＡＤが保たれている限りにおいて、図１２の実施態様で説明した様に、脚部ストラット２１の形状は問題ではない。

上記の如く、図１に示す６脚式物体１０に関しては、安定を得るために、互いの位相を１２０度ずらして固定した各クランクホイール９１を備えた右側の３つの駆動機構３１、３３，３５を連動させることが望ましい。例えば図１３の６０度のクランク回転の順序で示すように、３つある足部４１、４３、４５のうちの少なくとも２つがいずれの瞬間に於いても遅れずに、ストライドストローク中の支持面１６を踏みしめることが望まれる。左側の３つの駆動機構３２、３４、３６もまた同一目的のために同様に連動する。必須ではないが、中央脚部ストラット２３、２４は、図１４に示すように外観上の問題から、外側に向かい互い違いに配列することが望ましい。脚部レベル１００が本体部１４から外側に向かって傾斜角αで伸びているため、中央脚部レバー１００は前方および後方脚部レバーに比べより高い位置にある「膝」２７まで伸びており、そのため中央脚部ストラット２４はより長くなければならない。しかし上記の原理により、本発明はこの変化を、例えば図１５に示すように中央駆動機構３３、３４を前方および後方駆動機構３１、３２、３５、３６よりさらに横方向外側に配置することで調節できる。

また図１５に示すように、右側駆動機構３１、３３、３５は、アイドラーギア１３１、１３３によって連結するギア形クランクホイール９１、９３、９５を提供することで、一つに連結することもできる。同様に左側駆動機構３２、３４、３６もアイドラーギア１３２、１３４により一つに連結できる。この場合も、連結した右側駆動機構３１、３３、３５は、連結した左側駆動機構３２、３４、３６とは独立して運転されるため、独立して加速または減速することができ、より高い操舵性、回転性および運動性を得ることができる。

連結駆動機構３１、３３、３５の実施例を図１６、１７および１８に示すが、これらは図１の物体１０の本体１４内に組込むことができる。動力はギア減速組立体１４２を通してモーター１４０が作り出し、右中央クランク駆動ギア９３に伝えられる。動力はアイドラーギア１３１により右前方駆動ギア９１に、そしてアイドラーギア１３３により右後方駆動ギア９５に伝えられる。駆動ギア９１、９３、９５は中心をはずれた偏心クランクピン１１０により脚部レバー１００と連結している。脚部レバー１００は、胴体プレートまたはフレーム１４４とカバープレート１４６の間に挟まれている。このサンドイッチ構造がクランク軸１０８に対する垂直面での脚部レバー１００の運動を平面運動に拘束しており、そして前記クランク軸は上記のように支持面１６に対し傾斜している。左側駆動機構３２、３４、３６（図１７〜１８では完全には示していない）は、右側駆動機構３１、３３、３５と同一である。図１９〜２１には、図６および１６に最もよく見ることができる溝孔１２１と摺動式および回転式にはめ合い連結する６本のピボットピンを持つ胴体プレートまたはフレーム１４４が単独で示されている。モーター１４０およびギア減速組立体は、図２２〜２４の据付けブラケット１４８の上に最もよく示されている。

上記の如く、後方に配置されたクランク機構での位相関係の遅延または負であることが不安定という問題につながることがあるため、可能であれば、後方に配置されたクランク機構の位相関係は前進または正であるように維持することが望ましい。望ましくない遅延した、または負の位相関係を説明するので、図２５を参照されたい。不安定状態を招くことがある望ましくない、遅延した位相関係を説明する上で、幾つかの定義が役立つ。例えば、この説明の目的では、前方とは駆動機構が物体１０の推進を実行している、または試みている方向を意味しており、後方とはかかる推進方向の反対である。したがって、この定義によれば、本体１４が矢印１８の方向に推進される場合、物体１０の右側のクランク機構３１、３３、３５のなかではクランク機構３１が最も前方に位置すると考えられ、一方中央クランク機構３３はクランク機構３１に対しては後方に位置し、最後のクランク機構３５は中央クランク機構３３に対して後方に位置することになる。さらに、クランク機構３１、３３、３５の位相関係は、それらが物体１０を推進している際のクランク９１、９３、９５の回転の角度方向に関係する。推進方向が矢印１８で示すように前方である場合、クランク９１、９３、９５の回転の角度方向は矢印２５１、２５３、２５５が示すように時計回りである。したがってこの文脈に於いて、前進または正の位相関係とは、角回転２５１、２５３、２５５の方向であり、遅延または負の位相関係とは、角回転方向２５１、２５２、２５５と逆方向である。この説明の目的に関しては、前進および正の位相関係という用語は互換的に用いられ、遅延および負の位相関係もまた互換的に用いられる。

逆に、駆動機構３１、３３、３５が物体１０を矢印１８と反対の方向に推進する場合は、駆動機構３５が最前方となり、それに駆動機構３３が続き、さらに駆動機構３１が続く。また物体１０が矢印１８と逆方向に推進される時は、クランク９１、９３、９５は矢印２５１、２５３、２５５と逆の角方向に回転し、結果として前進および遅延位相関係も逆になるだろう。
これらと同一の定義が、物体１０の左側の連結駆動機構３２、３４、３６にもあてはまり、この場合物体を矢印１８の方向に推進する場合には、クランク９２、９４、９６は矢印２５２、２５４、２５６が示す様に反時計回りに回転し、逆向き、即ち矢印１８と反対方向の場合には時計回りに回転する。

より詳細には、図２５の実施態様に於いて、物体１０の右側の前方のクランク９１および駆動機構３１は直後にある、即ち中央のクランク９３および駆動機構３３に対し１２０度進んでいる。同様に中央のクランク９３および駆動機構３３は、最後方のクランク９５および駆動機構３５に対し１２０度進んでいる。別の形で表現すると、物体１０の右側最前方のクランク９１は右側中央のクランク９３に対し１２０度進み、右側最後方のクランク９５は右中央のクランク９３に対し１２０度遅れる。

同様に物体左側でも、左側最前方のクランク９２は左中央のクランク９４に対し１２０度進み、左側最後方のクランク９６は左中央のクランク９４に対し１２０度遅れる。
それぞれ後に続くクランクおよび駆動機構が更に１２０度遅延するという、望ましくない形で連続的に位相が後方に向かって遅延すると、脚部レバーの配置が不安定となり、図２５にはその例が２つ描かれている。物体１０右側については、右側連結クランク９１、９３、９５で起こったこの連続遅延を、右側足部４１、４３、４５の全てが支持面１６上にあるが、互いが可能な限り接近している形で示されている。足部４１、４３、４５がこの様に接近して配置すると、物体１０は不安定になり、容易に転倒する。

左側足部４２、４４、４６は上記の連続後方位相遅延から生ずる別の不安定状態の例を示している。具体的には、左前方足部４２は地面または支持面１６から持ち上げられており、一方残り２つの左足部４４、４６は互いに接近した状態で装置１０の重心Ｃ．Ｇ．の後方に於かれている。この場合も、クランク９２、９４、９６のこの連続後方位相遅延の結果生ずる足部４２、４４、４６のこの不安定な配置により、物体１０は転倒し易くなり、そしてもし右側も植設された足部だけが重心Ｃ．Ｇ．の後方にあるという同じ状態であれば、物体１０は重力だけで転倒するだろう。また、図２５に描かれた不安定な配置例は、この配置から生ずる不安定な位置関係だけでなく、その問題も描き出している。

これらの、およびその他の不安定な配置を回避するために、図２６に描かれた好ましい位相関係では、右側駆動機構３１、３３、３５が連動して配置されており、そのため連続する各後方クランク３３、３５が最後方のクランク駆動機構に対し１２０度進んでいるクランク９１、９３、９５を備えている。言い換えると、図２６では右中央のクランク９３は右前方クランク９１に対し１２０度進んでおり、そして右後方クランク９５は右中央クランク９３に対し１２０度進んでいる。図２６の物体１０の左側でも同様に、左中央クランク９４は左最前方クランク９２に対し１２０度進んでおり、また左最後方クランク９６は左中央クランク９４に対し１２０度進んでいる。

図２６に描かれる様な、後方に向かってクランクの位相が連続的に前進する関係では、図２５に示した後方に向かって連続的にクランクの位相が遅れることによる脚部および足部位置の不安定化を回避する。例えば、図２５および２６の左側前方足部４２が伸びて支持面１６から上に持ち上がった場合でも、図２６の残り２本の左足部４４、４６は一方が重心Ｃ．Ｇ．の前に、そしてもう一方が重心Ｃ．Ｇ．の後方に、距離をおいて支持面１６上に植設されて安定性を高めるが、このことは図２５で左足部４４、４６が共に重心Ｃ．Ｇ．の後方に近接して置かれたこととは対照的である。図２６の右側例は、図２６のクランクの連続的に後方に位相が進む関係では、前方足部４１および後方足部４５が最も互いに接近しても、図２５の連続的に後方に位相が遅延する関係で見られた足部４１、４５の例ほど近づかないことを示している。

上記の如く、クランクホイールまたはギア回転の多くの部分（２／３程度）が割かれるストライドストロークの間、足部が支持面１６に踏みしめた状態を保つ能力によって、４脚のみの装置の中でも本発明のクランク脚部駆動機構を使用でき、そして安定性が維持されるようにできる。この様な４脚式ムシ型装置１５０の例を図２７に示す。４本の脚部１５１、１５２、１５３、１５４は前後の間隔を狭めて順番に並べるか、または位相を等しくして、４本ある脚部１５１、１５２、１５３、１５４のうち少なくとも３本がいずれの瞬間も遅れずにストライドストロークにあって、常に支持面と接触している。ある１本の脚部が上記のようにして持ち上げた状態のステップストロークに戻っている間は、ストライドストローク中の残り３本の脚部が三脚の形を作り、これが物体１５０の重心を支持し、安定にする。この様な４脚式の物体１５０は、自由走行、未制御装置、壁が案内する装置等の、回転または操舵能力を持たない直線運動が望ましいか、または直線運動が望ましい用途やその他同様の用途に好適である。

この様な４脚式物体１５０の好ましい脚部の位相合わせを図２８に示すが、脚部位相の順番１〜４は、９０度、位相を増加させた駆動ギアの全回転を示している。極細線は、上記６脚式物体１０と同様に、脚部１５１、１５２、１５３、１５４の末端部にある足部のストライド１５８およびステップ１５９経路を表している。

旋回式クロスアクスル１５７で連結した２本の偽脚１５５、１５６を更に備えている改良型の４脚式装置１６０を図２９〜３３に示す。この実施態様１６０は、迅速かつスムーズに前方に直進でき、適当に平坦な支持面上で転倒しないで逆方向に向きを変えることができる。装置１６０が前進する場合は、２本ある偽脚１５５、１５６は軽く引きずられるが、４本ある脚部１５１、１５２、１５３、１５４の通常のストライド１５８およびステッピング１５９のストロークを妨害しない。しかし４本の脚部１５１、１５２、１５３、１５４を逆向きに動かす場合は、左側の偽脚１５６より長く、また正規の脚部１５１、１５２、１５３、１５４より長い右側の偽脚１５５が支持面を踏みしめ、装置１６０の右側を十分に持ち上げ、右脚部１５１、１５３を支持面から持ち上げる。そのことで、脚部が踏みしめている表面に対するピボット点となって、装置１６０の向きを変える。

図３０に最もよく見られる様に、２本の偽脚１５５、１５６はアクスル１５７でつながれており、アクスルは装置１６０を横断して、即ち縦軸１６１の方向の前進運動に垂直に伸びている。２本の偽脚１５５、１５６はアスクル１５７にしっかり結合しており、アスクルは矢印１６３で示す回転運動ができるように本体１６２と回転可能な形で取り付けられている。したがって、偽脚１５５、１５６は共に互いに同調して回転する。

偽脚１５５、１５６の一方、例えば右偽脚１５５は正規の脚部１５１、１５２、１５３，１５４の長さよりも若干長く、左偽脚１５６は脚部１５１、１５２、１５３、１５４の正規の脚部よりも若干短いか、またはほぼ同じである。図３１に描かれている様に、前進運動１６４中右偽脚は支持面１６を後方に引きずられる。右偽脚１５５が後方に引きずられ始めると、アクスル１５７が回転して短い左偽脚１５６を支持面１６の上に僅かに持ち上げる。この状態においては、装置１６０は支持面１６の上に右偽脚１５５を僅かに、一般に意味のないていど引きずる以外は、正常に前進運動１６４する。

しかし装置１６０の運動をクランク駆動機構（図３２には示していない）の回転方向を逆転して逆向き１６５すると、右偽脚１５５は支持面１６と摩擦力によりひっかかり、図３２に示すように本体１６２を動かす逆向き１６５に対して回転する。右偽脚１５５が他の脚部１５１、１５２、１５３、１５４よりも若干長いため、右偽脚は装置１６０の右側を持ち上げ、それにより図３２に示す様に右前方脚１５１および／または右後方脚１５３は持ち上げられて支持面から離れる。アクスル１５７に結合するある種の制限装置１６６を取り付けて、逆方向１６５の引きずりが殆ど起こらないように右偽脚の回転を阻止することができる。もはや右脚部１５１、１５３は支持面１６を踏みしめていないため、右偽脚１５５が装置１６０を回転させるピボット点となる。これと同時に左脚部１５６は、図３３に示す様にアクスル１５７によって回転し、他の左脚部１５２、１５４がそれぞれストライドそしてステップする時に、高さ、バランスおよび安定性を維持する位置になる。

図３４では８脚型の歩行物体２６０を示し、４脚連結のステッピングの順序の例における本発明のクランク駆動機構の応用例を描いている。ここに記載または包含されるクランク駆動機構はいずれもが利用可能であるが、図３４の例は図１〜１０に示し既に説明されている様式で組み立てられたクランク駆動機構２６１、２６２、２６３、２６４、２６５、２６６、２６７、２６８を用いて描かれている。

図８では、物体例２６０は、物体２６０の両側にそれぞれ１セット、合計２セットの脚部を有している。例えば物体２６０右側にある４本の脚部２８１、２８３、２８５、２８７は、それぞれのクランク駆動機構２６１、２６３、２６５、２６７によって駆動し、これら駆動装置ではアイドラーギア３０１、３０３、３０５がそれぞれクランクギア２７１、２７３、２７５、２７７を駆動し、また一つに連結している。同様に、物体２６０左側のもう１セットの４本の脚部２８２、２８４、２８６、２８８はそれぞれクランク駆動機構２６２、２６４、２６６、２６８が駆動しており、これら駆動装置ではアイドラーギア３０２、３０４、３０６がそれぞれクランクギア２７２、２７４、２７６、２７８を駆動し、そして一つに連結している。４本の脚部の各セットは、バランスおよび安定性が保たれる形で一つに連結され、並べられている。物体２６０はここに記すステッピングの順序については、物体１０に関する上記説明と同様に（図１、参照）、これら各脚部のセットを相互に独立して運転するのに必要な組操縦能力を持っていると考えられる。

便宜上および図３４の４脚連結についての本説明を容易にするために、物体２６０両側にある脚部には前方から後方に向かって１、２、３、４と番号を付けた。即ち右側の脚部２８１、２８３、２８５、２８７の連結セット（右側脚部）については、脚部２８１は１とし、脚部２８３は２とし、脚部２８５は３とし、そして脚部２８７は４とする。同様に左側の脚部２８２、２８４、２８６、２８８の連結セットについては（左側脚部）、脚部２８２は１とし、脚部２８４は２とし、脚部２８６は３とし、そして脚部２８８は４とする。

また便宜上、各脚部のステッピングの順番は一定間隔で行われ、例えば脚部の新らたなステップは、右側クランクギア２７１、２７３、２７５、２７７がそれぞれ９０度回転して起こる。同様に左側脚部２８２、２８４、２８６、２８８については、これら脚部の新たなステップは、左側クランクギア２７２、２７４、２７６、２７８がそれぞれ９０度回転して起こる。

これら２点を描写するために、例えば図３４の左側脚部２８２、２８４，２８６、２８８が示す特定のステッピングの順番を「４−２−３−１」の様にして表すことができる。言い換えると、まず脚番号４（後脚２８８）がステップを開始する。次にクランクギア２７２、２７４、２７６、２７８が１／４回転、即ち９０度回転した後、脚番号２（前方に近い脚部２８４）がステップを開始する。次にクランクギア２７２、２７４、２７６、２７８がさらに１／４回転した後、脚番号３（後方に近い脚部２８６）がステップを開始する。次にクランクギア２７２、２７４、２７６、２７８がさらに１／４回転してから、脚番号１（前方脚部２８２）がステップを開始する。クランクギアがさらに１／４回転した後、この順番が再び始まる。

２本またはそれ以上の脚部が一緒にステップするステッピングの順番には６種類のものが考えられる：
１−２−３−４
１−２−４−３
１−３−２−４
１−３−４−２
１−４−３−２
１−４−２−３
これらの各順番について、一方の側にある脚部２８１、２８３、２８５、２８７および反対側の脚部２８２、２８４、２８６、２８８は本体３００に沿って、右側連結機構内の足部２９１、２９３、２９５、２９７または左側連結機構内の足部２９２、２９４、２９６、２９８が互いに接触しないように、可能な限り近づけて配置されることが望ましい。また安定性のために重心Ｃ．Ｇ．周囲のバランスを保つ必要もある。

しかし、本体３００の端に沿う脚部の間隔を接近させる必要がある場合、隣接する脚部が接触する問題を避ける２つの脚順が考えられる。即ち：
１−２−３−４
１−３−４−２
である。言い換えると、これら各順番では、２本の隣接する脚部の一方が完全に後ろ向きの時には、もう一方が全面的に前向きになることはなく、これにより隣接する２足部間が接触するのを防ぐ。この２つの順番のうち、順番１−３−４−２の方がバランスに優れているが、それはいずれの瞬間に於いても重心Ｃ．Ｇ．をまたぐ足部間の距離が順番１−２−３−４の場合より広いからである。

バランスのみを考えるのであれば、即ち隣接する足部または脚部間の接触を避けるために脚部の間隔を十分広くとることができるのであれば、のこり４つの脚順は：
１−２−４−３
１−３−２−４
１−４−３−２
１−４−２−３
である。これら４つの脚順のなかでは、１−４−３−２の順番が最もバランスに優れている。

連結している４脚のうちの２脚またはそれ以上を同時に歩行させるようにクランクの位相を設定することも可能である。もちろん連結する４脚の中の３脚のバランスを崩すことなく同時に歩行させるように設定または位相合わせすることは、植設している足部が１本だけになるため不可能である。したがって、正確に２脚が同時歩行する順番、即ち：
（１，２）−（３，４）
（１，３）−（２，４）
（１，４）−（３，２）
のみ考慮することが合理的である。これら３つの脚順に於いてはバランス問題から、「Ｘ」型の順番は排除されるため、次の順番が残る：
（１，３）−（２，４）
（１，４）−（３，２）
これら２つの脚順のうち、最もバランスが良いのは（１，３）−（２，４）である。

まとめると、それぞれ異なる設計目標について最も望ましいステッピングの順番が３種類ある。滑らかな運動および最小の脚間距離を望む場合には、順番１−２−３−４が最適である。滑らかな動き、バランスならびに脚部の間隔の良好な組合せを目的とする場合は、順番１−３−４−２を使用するとよい。良好な滑らかさ最善のバランスを求める場合は、順番１−４−３−２を使用するとよいだろう。順番（１，３）−（２，４）は、振動が問題とならず、タンデム歩行が望まれる場合に使用するとよい。

上記のように、当業者は、ひとたび本発明の原理を理解すれば、本発明の実施に適したクランクおよびレバー駆動機構の多くの好適な機構の変形および実施態様を考案できる。上記記載の分析が不十分な傾斜クランク駆動の実施態様の重要な特徴は、クランク、ピボットおよび前記クランクに結合し、且つ脚部レバーのピボットに対する縦方向の運動は可能であるが、横方向には動かないように制限されている脚部レバーであり、これにより上記説明した様に、脚部レバーはピボットの回りを回転できると同時にピボットに対し縦方向に動くことができる。この種の変形または別実施態様の一つであるクランク駆動機構または組立体３１’を図３５に示す。この変形例または実施態様３１’は、脚部レバー１００と脚部ストラット２１を含む形に曲げられるか、または成形された１本のロッドまたはワイヤ１７０を有しており、これは容易に製造できる、そして確実に動かすことができる。クランクホイールまたはギア９１は底フレームプレート１４４から上向きに伸びるスピンドルまたはアクスル１７６の上に回転式に取り付けられている。細長のロッド１７０を曲げて、基端部にクランクピン部１１０を作るが、この部分がクランクギア９１の周縁近くにあるクランク孔１７２に差し込まれる。ロッド１７０の脚部レバー部１００はクランクピン部１１０から旋回支持構造１８０の横孔または溝１８６を通り膝ベンド部１８８まで伸び、ここでロッド１７０は曲げられて脚部ストラット２１となり末端部にある足部４１まで伸びる。クランク駆動機構３１’は前記同様傾けられており、その結果クランク軸１０８は支持面１６の垂線Ｎに対し角度αを持つ。それ故に、クランクギア９１がアクスル１７６に乗りクランク軸１０８の回りを回転すると、クランクギア９１は脚部レバー１００を上記の如く、極細線１００”で示すようにピボット軸１０２に対し縦方向に旋回して動かし、脚部ストラット２１および足部４１を本発明のストライドおよびステップストロークの直進路およびアーチ形路に運動させる（例えば図７および８を参照）。重い物体の場合、各脚部ストラット２１およびレバー１００はかなりの重量を支えなければならず、旋回支持構造体１８０は、図３５に示す様に、その頂端部１８２およびその底端部１８４がそれぞれ上部フレームプレート１４６および底フレームプレート１４４の陥凹孔１８１および１８３に回転可能な形で取り付けられる、実質的ピボットピンの形を取り、その結果支持構造体１８０がピボット軸１０２の回りを回転できることが好ましい。旋回支持構造体１８０の横孔または溝１８６は、脚部レバー１００が前記孔または溝１８６の中の縦方向に前後摺動するときに、脚部レバー１００上の物体の重量を支えるベアリング面を提供し、支持構造体１８０が陥凹取付け孔１８１、１８３の中で回転でき、脚部レバーがクランクギア９１で駆動される時にピボット軸１０２の回りを脚部レバー１００が旋回できるようにしている。

支持構造体１８０から外側に離れている、支持面１６上の点８７の足部４１が支える物体の重量は、ロッド１７０のクランクピン部分１１０をクランク孔１７２に押し込み、そこに保持するような支持構造体１８０の回りを、垂直面内で細長ロッド１７０が回転しようとする偶力を作り出し、クランクピン部１７０にカラー１７４を取り付けて、脚部レバー１００をクランクギア９１上面から離すこともできる。この役割は、クランクギア９１を貫通していないクランク孔１７２でも果たすことができる。したがってクランクピン部１１０が該クランク孔１７２の底に当たる。この場合も、これら組立体を作製し、本発明の上記基本構造および機能を提供する方法は数多くある。

小型の物体で軽量なものについては、支持構造体１８０をより薄い固定壁またはストラット等のより単純なものにして、支持構造体１８０全体をピボット軸１０２の回りに回転させることなく脚部レバー１００を孔１８６の中を滑らせ、旋回することもできる。この様な固定壁またはストラットの孔１８６の変形としては、ロッド１７０の直径よりも若干大きくなければならず、そして孔１８６の縦軸に対しロッドの角度が大きい場合には、孔１８６を若干長めにして（未表示）結合を防いでも良い。ロッド１７０とかかる固定支持構造体１８０が共に金属の場合は、この組み合わせにより支持面上にある電気板（未表示）からの電流はロッド１７０の脚部ストラット２１およびレバー１００部分を通し、ピボット孔１８６内のロッド１７０と支持構造体１８０の金属−金属接触部を経て、支持構造体１８０を通り電気モーター（図３５には未表示）に伝わる。

この場合もクランクギア９１は様々な方法で駆動できる。例えば、電気モーター（図３５では未表示）を、上記のようにクランクギア９１の外周に取り付けられたギアの歯１４５と嵌合する、ギア減速組立体１４２（図１６〜１８）に取り付けられたピニオンギア１４３（図１６〜１８および３６参照）と共に上部フレームプレート１４６の上に取り付けることができる。また、前述の様に複数のクランク機構を、複数の隣接するクランクギアの歯と嵌合するアイドラーギアを使って一つに連結して駆動することもできる。

図３７に示す別の駆動機構１９０は、前記のように図６、１０および３５に示した別のクランク駆動実施態様に関する記述と同様に、脚部レバー１００が縦方向に旋回運動できる形でピボットピン１２０が溝孔１２１内に納まる範囲で横方向、外側に向かって伸びている修正脚部レバー１００’を有している。さらに脚部１００は、図６、１０および３５に示した様に膝部１８８まで、または脚部ストラット２１まで横方向に真っ直ぐ伸びる変わりに、細長の脚部レバー伸長部１００’は脚部レバー１００の基端部１１６から下方に向かって、脚部レバー１００より低い位置を横方向、外側に膝部１８８に伸び、脚部ストラット２１となって脚部ストラット２１の末端にある足部４１につながる。この変形または実施態様１９０は特に脚部が物体の横方向部ではなく腹側から伸びるカブトムシ型装置のクランクおよびレバー機構として有用であり、故に以下この機構を「腹底部型」脚部実施態様とよぶことがある。

この腹底部型脚部実施態様１９０では、クランクギア９１は、上部フレームプレート１４６から下に向かって突き出て、そしてクランク軸１０８を画定しているスピンドルまたはクランクアクスル１７６に回転可能に取り付けられている。脚部レバー１００はクランクギア９１と底フレームプレート１４４の間に摺動可能に挟まれており、そして脚部レバー１００の基端部１１６近くの脚部レバー１００より上向きに突き出てクランクギア９１のクランクピンホール１７２に入るクランクピン１１０を持っている。したがってクランクギアがクランク軸１０８の回りを回転すると、クランクギアが脚部レバー１００を、底プレート１４４から上向きに突き出て脚部レバー１００の溝孔１２１を通っているピボットピン１２０に対し横方向に旋回するように動かす。

図３７に示すように、脚部取付けシャフト１９３は脚部レバー１００から下向きに伸びて底プレート１４４の大型孔１９２を通る。脚部レバー伸長部１００’は、シャフト１９３に回転も動くこともできない形でしっかりと取り付けられ、そして例えばネジおよび／またはセルフタッピングネジ１９５のような固定具を使ってそこに固定されているソケット１９４から横方向に向かって伸びている。絶対的ではないが、脚部レバー伸長部１００’および脚部ストラット２１は十分に横方向、外側に伸びて適当な間隔Ｄを提供して、上述したような一定直進ストライドストロークとアーチ形の素早い復帰ステップストロークを作り出すことが望ましい。ソケット１９４の内部形状に結合もしくは嵌合するように、シャフト１９３に溝をつけるか、または例えば六角形またはその他多角形の外周を持つ形状にすることができ、ソケット１９４および脚部レバー伸長部１００’が脚部レバー１００に対し不要に回転するのを防ぐことができる。前記の他実施態様で説明した様に、クランクギア９１はピニオンギア（図３７には表示されていない）および電気モーター（図３７には表示されていない）もしくはその他駆動機構により動かすことができる。

上記のクランクおよびレバー駆動システムは全て、クランク駆動システムを支持面１６に対し傾斜させることによって足部経路のステップストローク６１時に足部４１を支持面１６から持ち上げるが、図３８および３９に示す本発明の別の実施態様では、別の方法で足部を持ち上げる。この別の実施態様２００では、第一クランク２０１および旋回式の脚部レバー２０３を用いて式（５）が求める角度プロフィールを実現して、ストライドストローク中の速度を一定にする。受動ストラット２０２を用いて足部４１に平坦運動を続けさせる一方で、第二クランク２０４を用いて足部４１の動きをストライドストローク５１中は直進方向に拘束し、そしてステップストローク６１の間は必要な足部４１の持ち上げを提供する。

図３８は、図３９に図示される上記別実施態様の歩行構造体および制御部を備えた物体２００の概略図である。本実施態様を描写する際の参考として、右回りの座標系２０６を示している。図３８および３９では、物体２００に望まれる前進運動方向がＹ軸方向であるとすると、図３９では、Ｙ軸方向は紙面に対し垂直な方向、紙面に向かう方向である。

図３９および４０に最もよく見られる様に、大腿部２０を含む脚部レバー２０３は、本体２０８（図３８）に対し固定位置にあるピボット軸２０７の回りを旋回して式（５）の望ましい角度プロフィールを作り出す。しかし本実施態様では、脚部レバー２０３はピボット軸２０７に対し縦方向に前後して摺動することはない。その代わりに、脚部レバー２０３はピボットピン２１２に替わってクランクピン２１０を受ける溝孔２０９を持つ。したがって、第一クランク２０１がクランク軸２１３の回りを矢印２１１の方向（またはその反対方向）に回転すると、クランクピン２１０が脚部レバー２０３およびその大腿部２０５を動かし、矢印２１４が示す様に、式（５）の角度プロフィール通りにピボット軸２０７の回りを前後に旋回させる。この場合も、クランク２０１は図４０の中では、例えばピニオン２１５により駆動するギアとして描かれているが、それはホイール、プーリー、レバーまたはその他回転可能な装置であればよく、そして機械工学分野の当業者にとって自明である様々な方法で駆動することができる。

脚部レバー２０３の旋回運動２１４のピボット軸２０７は、座標系２０６のＺ軸に対し垂直または平行でなければならず、したがってピボット軸２０７を回る脚部レバー２０３の旋回運動２１４は必ずＸ−Ｙ平面にある。しかし脚部レバー２０３の大腿部２０５の基端部２１８は、図４０に示す様にヒンジピン等を用いて、脚部レバー２０３のベース部２１７に旋回可能な形で結合しており、したがって大腿部２０５の末端部２１９もまた、図３９で矢印２２３が示す様に、水平方向のピボット軸２２１の回りをＺ方向に上下して動くか、または旋回することができる。もちろん、例えばボールジョイント、ユニバーサルジョイント等の様に、大腿部２０５の末端部２１９をＺ方向に垂直にだけでなく、Ｘ−Ｙ平面上で前後に動かすか、または旋回させることができる当業者周知のその他旋回式結合部が多数ある。

大腿部の末端部２１９にある膝結合部２２０およびふくらはぎ部または下脚部ストラット２１の基端部２２２もまた、図３９に最もよく見られるように旋回式またはヒンジ式に結合されている。膝結合部２２０は、下脚部ストラット２１の膝部２２０および基端部２２２と足部４１がピボット軸２０７および大腿部２０５の基端部よび末端部２１８、２１９が存在する平面内にくるように配置する。（もし大腿部２０５および下脚部ストラット２１が直線であれば、それらは同一平面内に存在する） 言い換えると、上から見た場合、ピボットピン２１２、ヒンジ２２０および足部４１は共線的、即ち全てのものが同一直線上にあり、そしてクランク２０１が回転するとかかる直線はピボット軸２０７の回りを旋回する。また、かかる直線は一定速度で足部４１を動かすための式（５）の角度プロフィール獲得の基礎である。

足部４１を直進運動させるために、ストライドストロークの間、第一クランク２０１が脚部レバー２０３、大腿部２０５、膝部２２０、下脚部ストラット２１および足部４１を式（５）の角度プロフィールに従い揺動する一方で、受動ストラット２０２は足部４１を平面Ｘ＝０内に保つように下脚部ストラット２１を拘束し、能動ストラット２２４が下脚部ストラット２１を拘束して足部４１を平面Ｚ＝０内に保持する。したがって、受動ストラット２０２によって足部４１を平面Ｘ＝０に、そして能動ストラット２２４により平面Ｚ＝０内に保持されると、その結果足部４１は平面Ｘ＝０と平面Ｚ＝０が交差（図３８）する直進（即ち直線）路５１内だけを動くように拘束される。その結果、受動ストラット２０２および能動ストラット２２４が拘束する形に、第一クランク２０１が引き起こす運動のこの組み合わせにより、本発明のストライドストロークに適した、直線路５１に沿った足部４１の望ましい一定直進運動が生まれる。直進ストライドストローク路５１の終点では、能動ストラット２２４も用いて足部４１を平面Ｚ＝０の上に持ち上げてステップストローク６１に備え、次に足部４１を加速して素早く次のストライドストローク５１の始点に戻す。

ステップストローク６１中に足部４１をＸ＝０（垂直）面にとどめる必要がない場合でも、そうすることは幾つかの応用にとって有利である。例えば足部４１をＸ＝０（垂直）面に維持すれば、地面またはその他支持面に対する物体２０８の垂直運動を、不要な拘束なしにいくらか調節する幾つかの形態の屈曲性サスペンション（未表示）の実現が見込める。

図３９に示す様に、受動ストラット２０２は、受動ストラットが垂直軸２２８および水平軸２２９の両方の回りを旋回して、大腿部２０５と能動ストラット２２４によって生み出される下脚部ストラット２１の運動を調節する旋回型結合部２２６によって本体２０８または物体２００のその他フレーム構造体に固定されている。しかし旋回型結合部２２６は、受動ストラット２０２基端部２３１の、本体２０８に対する横（Ｘ方向）、縦（Ｙ方向）または垂直（Ｚ方向）いずれの運動も許さない。受動ストラット２０２の末端部２３２は膝部２２０の下方で下脚部ストラット２１と旋回可能な形で、好ましくはボールジョイントもしくはＸおよびＺ方向２本の直交軸の回りを旋回運動できるその他結合部２３３により結合している２３３。したがって、受動ストラット２０２は下脚部ストラット２１のある特定の動きだけを阻止するか、または許可する。これは下脚部ストラット２１にいかなる運動も起こさない。一方能動ストラット２２４は第二クランク２０４により動かされ、下脚部ストラット２１に特定の動き、即ち足部４１の平面運動を起こす。最適な解決策の選定には、結果の得やすさや意図する応用への適合性を含む様々な要素が考えられる。例えば、単純な連結方法を用いる場合には、本体２０８への旋回型結合部２２６の取り付けにはある範囲に限定され、結合部２２６のかかる取り付けが可能な他の場所は他の構成要素に接触するかもしれない。

本発明を例示するために、受動ストラット２０２の結合部２２６および２３３の配置が、クランクおよびレバー機構といった他の構成部分にこの様に接触しないようにする本発明の一例をここに示す。この具体的なデザイン例のパラメータは、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系２０６に関連付けて考えるが、この場合座標（０，０，０）を任意に、大腿部２０５が脚部レバー２０３に旋回可能に結合している場所２１２、２１６とする。したがってこの座標設定では、足部４１に望ましい垂直面は図３５に示したようなＸ＝０ではなく、若干Ｘ値からずれている。この例では、足部拘束に望ましい垂直面はＸ＝５、即ち足部に好適な垂直面は旋回結合部２１２、２１６から横に５インチずれている。本例に適したパラメータ（インチ表示、ストライドストローク５１中間点で画定）

図３９の構成に適したパラメータのこのセットでは、足部４１に望ましい運動範囲は−３．３＜Ｙ＜３．３、−５．５＜Ｚ＜−３．９およびＸ＝５である。足部４１の運動の平面Ｘ＝５からの誤差は垂直方向の足部運動１インチに対し０．０３０インチ未満であり、運動全範囲に対して０．２インチ未満である。

上記の様に、足部４１は式（５）の角度プロフィール（Ｘ−Ｙ（即ち水平）面上に投影された）に従って動く。この角度運動プロフィールでは、上記の様に、クランク２０１サイクルまたは回転の中のストライドストローク５１部では、足部４１が定められた通りに一定速度であることを見込んでおり、そしてステップストローク６１に加速して迅速に戻ることを含む。ストライドストローク５１では、能動ストラット８４は足部４１を一定Ｚ値、例えば図３８ではＺ＝０に維持しなければならず、これにより足部４１は支持面上に植設された状態と本体２０８に対して直線５１上を動く状態を続ける。ステップストローク６１では、能動ストラット２２４（リフティングストラットとも呼ぶ）は足部４１を支持面１６の上に持ち上げて（図３９）引きずらないようにしなければならない。

能動ストラット２２４は第二クランク２０４により作動または駆動して上記機能を実行するが、該第二クランクは、図３９に最もよく見ることが出来るように、クランク軸２１３と同一であるＺ方向（即ち水平Ｘ−Ｙ支持面に対し垂直）と平行な軸の回りを回転する。第二クランク２０４は大腿部２０５が実行する角度プロフィール（Ｘ−Ｙ平面上に投影された）と同期しなければならず、該大腿部は上記のように第一クランクが駆動する。したがって第二クランク２０４は第一クランク２０１の真上に配置することができ、第一クランク２０１と第二クランク２０４の両方と結合する垂直シャフト２３０を使って駆動し、クランク軸２１３の回りを回転することができる。能動ストラット２２４は旋回式結合部２３５によって、垂直面および水平面の両方で能動ストラット２２４が旋回運動できる形で、基端部２３６で第二クランクピン２３８と結合している。さらに能動ストラットはその末端部２３７に於いて、大腿部２０５および脚部ストラット２１両方に対し、水平軸および垂直軸両方の回りの回転運動を可能にするボールジョイント等の旋回式結合部によって、膝部２２０に旋回可能に結合している。

経験的には、第二クランク２０４は、図４１に示すように動く。この図は、サイクルの４連続点、即ちクランク２２４の回転の４連続点にある、第二クランク２０４、能動ストラット２２４、大腿部２０５および膝部２２０の平面図である。ストライドストローク（１）および（２）の間、膝部は通常第二クランク２２４と同一方向に回転するが、これは足部４１を一定のＺ値に保つのに必要な運動、即ち支持面にある足部４１を持ち上げない運動である。しかし、ステップストローク６１開始時では、大腿部２０５は前方に動き始めるが、一方第二クランク２０４は旋回式クランク結合部３３５を循環路で回転させ続ける。この位相またはサイクル部分では、膝部２２０およびクランク結合部３３５は通常相互に反対方向に動くが、これが膝部２８０および下部脚部ストラット２１を比較的唐突に持ち上げて、ステップストローク６１へ入る足部４１を持ち上げる。図４１のステップストローク（４）の中点近くでクランク結合部２３５は旋回式結合部２１２、２１６のピボット軸２０７から最も遠くなり、足部４１をその最高点まで持ち上げる。

ひとたびこの全体像が決定されると、数値最適化を行って設計を仕上げることができる。第二クランク軸２１３位置および半径は数値決定され、運動面をそのままにするために、初期に決定された他の脚部パラメータの決定とは柔軟に結びつくものである。

以下のパラメータは、上記記載の適切に位置決めされ、最適な半径を持つ第二クランク２０４を用いて、歩行における直線運動に最適なものとして数値決定した：

第二クランク半径０．３３。

足部４１は受動ストラット２０２よってある平面、例えば図３８では平面Ｘ＝０に拘束されていること、そして上記の様に膝部２２０によって足部は常に旋回式結合部２１２、２１６と同一直線上に並ぶこと、そして更に摺動脚部レバー２０３および大腿部２０５の角度プロフィールが式（５）の角度プロフィールに近似することから、第一クランク２０１が回転の大きな部分を動く間、足部４１が一定直進運動５１で動くことは明らかである。この様にした足部４１の、本体２０８に対する平面Ｘ＝０での運動を図４２に示す。図４２のグラフに示される様に、足部運動サイクルのストライドストローク５１中、足部４１の動きは極めて直線に近く、そしてストライドストローク５１中のチェックマークの間隔が均一であることから、足部４１の動きがほぼ一定速度であることが分かる。次に足部４１は上方向に進むと、ステップストローク６１のチェックマークの間隔は開いて不均一となるが、このことは足部４１が迅速に戻るためにステップストローク６１に加速して入り、続いて次のストライドストローク５１の始点に減速しながら戻ることを表している。

地面または支持面上の固定点から眺めると、足部４１は図４３に示す軌跡を描く。このプロフィールは理想に近いものであり、足部４１はほぼ垂直な形で上下して障害物を容易にまたぎ、そうでない時に起こることがある足部引きずりによる停滞を防ぐ。また図４３に示すように、ストライドストローク中、足部４１はほぼ完全な形で植設され続け、例えば図４３ではゼロの位置に在り続ける。

上記図３８〜４０のクランクおよびレバー駆動装置の変形を図４４に示す。この変形は図３９の２１２、２１６および２２０にあった複雑な旋回式結合部を必要としない。図４４に示す様に、脚部レバー２０３と大腿部２０５が旋回結合２４０をされる点は、基点ではなく、ピボット軸２０７のピボット基点２１２から横に距離２３９離れており、その結果点は実際にＺ軸（垂直）と平行であり、基点を通る軸２０７の回りを、Ｘ−Ｙ平面でアーチ形路を描く、即ち旋回する。大腿部２０５は結合点２４０の回りを、２４０、２４１、２１２の３点がＺ軸を含む面を画定するように旋回する。この配置では各結合で調節が必要な回転軸が１本であることから、結合部２４０および２１２での結合は、前記実施態様での複雑な結合２１２、２１６に比べて単純である。同様に、前記実施態様の複雑な膝部結合２２０も、図４４の実施態様では、簡素化した旋回接続部２４１の上を、能動ストラット２２４と脚部ストラット２１との旋回式追加結合部２４４まで伸びた脚部ストラット２１の伸長部２４３によって、簡素化されている。そのため、大腿部２０５と能動ストラット２２４の両方を同一ピボット軸で下脚部ストラット２１と結合する必要がなくなっている。しかしそれでも旋回式結合部２４４は垂直軸および水平軸の回りの回転、即ち自由度２の回転ができる必要がある。第一クランク２０１および第二クランク２０４は、図３６のこれらクランク２０１、２０４と実質的に同一であるため、図４４には示していない。図４４の変形を最適化することで、図３９の実施態様と実質同じ性能が実現できる。

図４４のこの変形のデザインは、サスペンション（未表示）の追加の可能性を考慮にいれながら、２段階で最適化された。サスペンションがない場合、足部４１はストライドストローク５１の間、共直線になることだけが求められる。サスペンションを追加した場合には、足部４１をその全運動を通してＹ−Ｚ面と平行な面、例えば図５５の平面Ｘ＝０に拘束することが必要である。それ故、２種類の最適化を行った。第一の最適化は、全運動を通して足部４１が同一平面運動をするように、受動ストラット２０２に対して旋回式アンカー結合部２２６の位置を固定した。第二の最適化は、第二（持ち上げ）クランク２０４（図４４では示していない）の位置および半径を最適な歩行に合わせて設定した。第一の最適化の結果を表３に示す。

足部４１にとって望ましい運動域は−２．７＜Ｙ＜２．７、−５．９＜Ｚ＜−５．０およびＸ＝５である。平面Ｘ＝５からの足部４１の運動誤差を図４５に示した。図の６つの曲線は、運動域を画定する面内の６つの経路を通る足部４１のＸ座標を表したものである。平面Ｘ＝５からの偏差は０．０３０インチ以内である。

図４６には６つの経路が示されている。最適化に用いた誤差関数は、これら６つの経路の積分に基づいた。
この方法は、平面内にあるこの経路上にないその他の点の誤差が同程度以下の誤差をもつと仮定している。これら経路間にある曲線の幾つかを調べて、この仮定を検証した。図４５の誤差については、パラメータを適当に選んだ場合、足部４１の動きは望まれる運動域全体について誤差０．６％の範囲内である面に拘束されると解釈される。

第二の最適化を行い、駆動軸２１３および第二（持ち上げ）クランク２０４の半径の最適位置を見出した。最適パラメータの完全な組み合わせを表４に示す。特徴的な足部４１の動きは、図３９のクランクおよびレバー機構の特徴的な動きと実際的に区別がつかない。

ストラットクランク半径０．３３．

上記の説明は本発明の原理の例示と解釈される。更に、数多くの改良および変更が当業者にとって容易であることから、本発明を上記示し、説明した構造および行程そのものに限定することは望ましくない。したがって、適当な変更および均等物は全て本発明の範囲内であることを主張する。「（一つのものを）含む」、「（複数のものを）含む」、「含んでいる」、「包含している」および「包含する」という言葉は、本明細書の中で使用される場合には、記載された特徴、数値、構成要素またはステップの存在を明記するものであるが、１またはそれ以上の、その他特徴、数値、構成要素、ステップまたはその組み合わせの存在または追加を排除するものではない。

本発明による物体を推進するための機械式歩行システムの一例を備えた動力化物体の等測図である。 本発明による機械脚部および足部の一定直進運動を達成するのに必要な角度プロフィールを説明するレバー図である。 本発明の直進運動を達成するためのクランクシステムを包含する図２に類似のレバー図である。 図３に示したレバーおよびクランク機構より導出される角度プロフィールに、本発明の一定直進運動に望ましい角関数を重ねた図。 本発明のレバーおよびクランク機構により達成できる、クランク角度に対する脚部正規化速度を示すグラフ。 本発明による一定直進運動の達成に使用できるクランクおよびレバー機構例の概略図。 様々なクランク回転角度を通じて図６のクランクおよびレバー機構が描いた直進およびアーチ形経路を示す図。 図７の経路を拠り詳しく、正確に示した図。図中の点および点間の距離は本発明によるクランク定角回転時のレバー足部の相対線形速度を示している。 図３、６および７のクランクおよびレバーの平面図および／または機構を示す図であるが、図では図１に類似のムシ型脚部としての使用を構築するのに有用な様に、クランクの水平面からのレバーの垂直に伸びる伸長部を含む。 どのように図９のクランクおよびレバーシステムを傾斜させることを利用して、クランクおよびレバー機構の足部を駆動し、直進部を地面またはその他支持面上に置き、そしてアーチ形部を地面またはその他支持面の上方に持ち上げるかを示す図。 どのように図１０の脚部レバーの形状を変更して、それでも本発明による脚部レバーの末端部の足部の望まれる直進およびアーチ形運動を提供できるかを示す図。 クランクおよびレバー装置により生じる足部運動例を示す図。 本発明で複数の脚部をどのような順序で動かし、装置に安定性を提供しながら装置を推進するか示す図。 装置本体に関し幾つかの脚部が横方向にオフセット配置されてもよいことを示す本発明の装置の正面図。 装置の左右角横方向に配置された脚部のクランクおよびレバー機構が、どのように連動して図１４に例示した脚部連続運動を調和し、同時に図１６に示す左右各中心脚部に横方向オフセットプロフィールを提供するかを示す６脚型装置の平面図。 本発明のクランクおよびレバーシステムを用い歩行装置を構造化するのに好適なフレームおよびコンポーネントの正面図。 図１６のフレームおよび機構の側面図。 図１６のフレームおよび機構の上面図。 図１６の装置の底部フレームのみの正面図。 図１９のフレームの側面図。 図１９のフレームの上面図。 図１６の機構のモーターおよびギアドライブの正面図。 図１６の機構のモーターおよびギアドライブの側面図。 図１６の機構のモーターおよびギアドライブの上面図。 クランク駆動機構の望ましくない連続位相遅延を示す、６脚型装置の平面図。 図２５に類似に類似するが、クランク駆動機構の望ましい連続位相進行を例示する平面図。 本発明の４クランクおよびレバー脚部機構で駆動するムシ型装置の平面図。 装置に安定性を提供する脚ステップの順番を併せて示す、図２７の４脚式装置の平面図。 図２７の４脚式装置に類似するが、更に操舵能を加える２本の偽脚が２本追加されている装置の斜視図。 偽脚の構造および機能を描く、図２９の装置の平面図。 前進運動中の偽脚の位置を示す、図２９の装置の側面図。 図３１に類似するが、逆転／方向転換運動中の、装置一側にある長い方の偽脚の位置および機能を描いている側面図。 逆転／方向転換運動中の、短い方の偽脚の位置および機能を示す、図２９の装置の反対側側面図。 連動する４脚の位相の順番を示す平面図。 本発明のクランクおよびレバーの別実施態様の上面図。 図３５の断面斜線３６−３６で切ったクランクおよびレバーの別実施態様の平面図。 脚部駆動装置およびアタッチメントがクランクギアの下にある、本発明の別実施態様の断面図。 能動および受動ストラットをクランク角運動発生の構成部分と共に用いて足部を一定直進運動させる、本発明の別実施態様の斜視図。 本発明の図３８の実施態様のクランクおよびレバー機構の正面図。 図３９の断面斜線４０−４０に実質的に沿って切り取った、図３８の第一クランクおよび脚部レバー機構の拡大図。 サイクル中の連続する４つの角回転時での、大腿部に対する第二（持ち上げ）クランクおよび受動（持ち上げ）ストラットの位置関係を示す概略図。 図３９の実施態様の歩行機構により生ずる、本体に対する足部経路のプロフィール図。 支持面に対する図４２の足部経路のプロフィール図。 単純なピボット接続結合を用いた、本発明の図３９実施態様の変形。 本発明の図４４実施態様の数値最適化例に用いた各種運動経路を通る足部運動図。 図４５に示す数値最適化に用いたＸ＝５平面に於ける６つの経路例を示す図。

Claims (6)

1. クランク軸（１０８）の回りを回転するクランク（９１）の回転運動を、クランク軸（１０８）に平行なストライド平面における直線路（５１）に沿うと共に、クランク（９１）の角速度（ω）に直接比例する速度（Ｖ）での脚部（４１）の繰り返し動作に変換し、次いで、クランク（９１）の角速度（ω）に直接比例しない増加速度で、異なる経路（６１）に沿って脚部（４１）を戻し、再び直線路（５１）に戻るというクランクの回転運動を繰り返す歩行運動装置であって、
   クランク軸（１０８）及びピボット軸（１０２）の両方を通じて延び、ストライド平面に対して垂直であるライン（１０４）上でストライド平面とクランク軸（１０８）との間に位置するピボット軸（１０２）を有し、そのピボット軸（１０２）はクランク軸（１０８）とは距離（ＣＢ）をおいて互いに動かないように固定されているピボットピン（１２０）と、
   ピボットピン（１２０）に長手方向にスライド可能に取り付けられ、クランク軸（１０８）から半径（ＣＡ）で回転するクランクピン（１１０）の回転接続部へ向かう方向へ、ピボットピン（１２０）から距離（ＢＡ）だけ延び、かつピボットピン（１２０）から脚部（４１）へ向けて、脚部レバー（１００）、ピボット軸（１０２）、クランクピン（１１０）及び脚部（４１）が、ストライド平面と距離（ＡＤ）で交差する平面内に位置するように延びる脚部レバー（１００）とを備えると共に、
   Ｑ＝ＡＲＣＴＡＮ（ＶＲ／ωｄ）
   但し、
   Ｑ：ピボット軸（１０２）を通るライン（１０４）に対して脚部レバー（１００）がなす角度
   Ｖ：直線路（５１）における脚部（４１）の速度
   Ｒ：クランクピン（１１０）とクランク軸（１０８）とを結ぶ仮想線がライン（１０４）に対してなす角度
   ω：クランク軸（１０８）に対するクランクピン（１１０）の角速度
   ｄ：ピボット軸（１０２）とストライド平面との間の垂直長さ
   の関係を満たすように、クランク回転軸（１０８）とピボット軸（１０２）との間の距離（ＣＢ）の半径（ＣＡ）に対する比を１．５〜２．６の範囲に、クランクピン（１１０）とストライド平面との間の距離（ＡＤ）の半径（ＣＡ）に対する比を３〜１２の範囲にした歩行運動装置。
2. クランク軸（１０８）とピボット軸（１０２）との間の距離（ＣＢ）の半径（ＣＡ）に対する比が１．５４であって、クランクピン（１１０）とストライド平面との間の距離（ＡＤ）の半径（ＣＡ）に対する比が６．３２である請求項１に記載の歩行運動装置。
3. 机、台板、競争路、グラウンド又は他の表面のような支持面上で、自動車、玩具又は他の物を支持かつ駆動するために自動車、玩具又は他の物に装備され、支持面（１６）上を脚部（４１）がサイクルの戻り経路（６１）において動くように、クランク軸（１０８）と共にストライド平面も支持面に対して９０°未満かつ０°以上で傾けた請求項１に記載の歩行装置。
4. クランク（９１）をクランク軸（１０８）の回りに回転させ、脚部（４１）を直線路（５１）及び戻り経路（６１）において動かすことができるように、クランク（９１）がモーター（１４０）と接続している請求項１に記載の歩行運動装置。
5. モーター（１４０）が、クランク（９１）を一定又は可変のいずれの角速度（ω）でも駆動する請求項４に記載の歩行運動装置。
6. 脚部レバー（１００）がピボットピン（１２０）に対してスライド可能に嵌め込まれている請求項１に記載の歩行運動装置。

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