JP4635135B2

JP4635135B2 - 歩行装置

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Publication number: JP4635135B2
Application number: JP2005184374A
Authority: JP
Inventors: 英一郎田中; 透小俣
Original assignee: 学校法人芝浦工業大学
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP2006043871A

Description

本発明は歩行装置に関し、特に二足歩行用ロボットに使用される歩行装置或いは人の歩行を支援するための歩行支援装置に関する。

周知のように、近年、二足歩行ロボットについて種々の研究及び開発が進められているが、例えば、従来の二足歩行ロボットでは、歩行装置として、足部、下腿部及び大腿部から成るシリアルリンク機構を用いるのが一般的である。詳述すると、左右の脚部をシリアルリンク機構で構成する場合、各シリアルリンク機構には足首関節、膝関節及び股関節の３つの関節が設けられ、これら関節のそれぞれには駆動手段としてアクチュエータが組み込まれて、足部、下腿部及び大腿部が駆動されるようになっている。

このようなシリアルリンク機構を用いる二足歩行ロボットには、特許文献１に指摘されているような種々の問題点がある。例えば、足首関節に組み込まれるアクチュエータの出力が小さく、このため構造的に大きな負荷に耐えることができず、二足歩行ロボットの上半身を大型化し得ないという点が問題となる。また、シリアルリンク機構を用いる二足歩行ロボットは一般的に構造的安定性に欠けるために、その下半身即ち歩行装置とその上半身とを協調的に動作させなければならず、このため歩行装置は上半身の構造及び動作を考慮して設計されなけらばならないという制約を受ける。更には、比較的重量のあるアクチュエータが各関節に組み込まれるために、その関節部の体積及び重量が増し、このため各アクチュエータの出力を大きくしなけらばなず、その結果、大型のアクチュエータを用いると、更に各関節部の体積及び重量が増大するという悪循環に見舞われるという問題もある。

そこで、上記特許文献１では、上述したようなシリアルリンク機構の問題点を解決すべく、左右の各脚部に６本の直線駆動リンクを用いて平行リンク機構を構成する歩行装置が提案されている。しかし、各脚部が６本の直線駆動リンクで構成する歩行装置では、膝関節に対応する関節部が無く、このため各直線駆動リンクの駆動ストローク長が制限されるので、その足部の可動範囲が限定される。また、６本の直線駆動リンクの幾何学的配置の制約のために、足部の可動範囲は更に狭められる。

上記特許文献１に開示された歩行装置の別の問題点として、各直線駆動リンクには駆動手段が内蔵されているために、各直線駆動リンク自体の重量は比較的大きく、このため歩行装置の全体の重量も増大して大型化するという点も挙げられる。

特開２００３−２９１０８０号公報

一方、特許文献２及び３には二足歩行ロボット玩具が開示され、この二足歩行玩具では、その左右の各脚部が平行リンク機構から構成される。このような平行リンク機構にあっては、一方の脚部を持ち上げ、前方に送り出して着地させた後に他方の脚部を同様に動作させることにより、歩行動作が行われるようになっている。しかしながら、この二足歩行ロボット玩具の歩行装置にあっては、その歩行動作は固定カム機構に基づく単純な繰り返しに過ぎず、このような歩行装置は本格的な二足歩行用ロボットに使用するための歩行装置として満足され得るものではない。

特開２００１−２５９２４５号公報特開２００２−３６０９４３号公報

従って、本発明の目的は、二足歩行用ロボットに使用される歩行装置であって、大きな負荷に耐え得るだけでなく安定した歩行動作を達成し得るように構成され、しかも設計上の自由度に優れた歩行装置を提供することである。

本発明の別の目的は、上述した歩行装置を人の脚に装着し得るように構成した歩行支援装置を提供することである。

本発明による歩行装置は足部と、腰部と、該足部及び腰部の間に設けられた脚部とを具備する。脚部は、下腿部リンク機構と、この下腿部リンク機構に膝関節手段を介して接続された大腿部リンク機構とから構成され、下腿部リンク機構は足首関節手段を介して足部に連結され、大腿部リンク機構が股関節手段を介して腰部に連結される。下腿部リンク機構は、下腿部側矩形状リンク機構と、この下腿部側矩形状リンク機構と協働する下腿部側駆動リンク部材とを含み、大腿部リンク機構は、大腿部側矩形状リンク機構と、この大腿部側矩形状リンク機構と協働する大腿部側駆動リンク部材とを含み、下腿部側駆動リンク部材の上端と大腿部側駆動リンク部材の下端とが固着されて駆動リンク機構を構成する。腰部には駆動手段が保持され、この駆動手段は、大腿部側駆動リンク部材をその長さ方向に駆動させるための第１の直線駆動アクチュエータと、第１の直線駆動アクチュエータを回転駆動させるための第１の回転駆動アクチュエータと、腰部に固着され、第１の回転駆動アクチュエータをその軸方向に駆動させるための第２の直線駆動アクチュエータとを包含する。

上記歩行装置において、大腿部側駆動リンク部材が第１の大腿部側リンク駆動部材として定義されたとき、大腿部リンク機構は該第１の大腿部側リンク部材に加えて更にこの第１の大腿部側駆動リンク部材に並列に第２の大腿部側駆動リンク部材を含み得る。この場合、第２の大腿部側駆動リンク部材は下腿部側駆動リンク部材及び第１の大腿部側駆動リンク部材に固着され、しかも第２の大腿部側駆動リンク部材の上端側には第１の大腿部側駆動リンク部材を第２の大腿部側駆動リンク部材の長さ方向に駆動させるための第３の直線駆動アクチュエータが組み込まれる。一方、股関節手段には上腿部リンク機構の回りで回動駆動させるための第２の回転駆動アクチュエータが組み込まれる。このような構成の歩行装置にあっては、足部がその前後方向軸線及び左右方向軸線のそれぞれの回りで回動駆動させられるので、該歩行装置はその歩行動作が起伏（スロープ）や凹凸（小石や窪み等）のある床面或いは地面でも保証され得る。

また、上記歩行装置において、腰部が第１の腰部として定義されたとき、第１の腰部に加えて更に第２の腰部が設けられ得る。この場合、第１の腰部を第２の腰部に対して垂直軸線の回りで回動駆動させるべくその間に回転駆動アクチュエータが介在させられる。このような構成の歩行装置によれば、歩行行動中、該回転駆動アクチュエータを駆動することにより、歩行方向を容易に変更することが可能となる。

本発明による歩行装置は人の歩行を支援するための歩行支援装置としても構成される。この場合、駆動リンク機構は足部の後方側に配置されて、該足部の前方側に人の脚を収容するためのスペースが確保される。

本発明の別の局面による歩行装置は、足部と、腰部と、該足部及び腰部の間に設けられた脚部とを具備し、該脚部は、下腿部リンク機構と、この下腿部リンク機構に膝関節手段を介して接続された大腿部リンク機構とから構成され、該下腿部リンク機構は足首関節手段を介して足部に連結され、該大腿部リンク機構は股関節手段を介して腰部に連結され、該下腿部リンク機構は、第１の下腿部側矩形状リンク機構と、この第１の下腿部側矩形状リンク機構の面に対して実質的に直交する面を有する第２の下腿部矩形状リンク機構とを含み、該大腿部リンク機構は、第１の大腿部側矩形状リンク機構と、この第１の大腿部側矩形状リンク機構の面に対して実質的に直交する面を有する第２の大腿部矩形状リンク機構とを含む。第１の下腿部側矩形状リンク機構は第２の下腿部側矩形状リンク機構の面に平行かつ実質的に上下方向に延在する２つの下腿部側リンク部材を含み、該第１の下腿部側矩形状リンク機構の変形のために２つのリンク部材のいずれか一方を駆動させるための第１の駆動アクチュエータが設けられ、該第１の大腿部側矩形状リンク機構は第２の大腿部側矩形状リンク機構の面に平行かつ実質的に上下方向に延在する２つの大腿部側リンク部材を含み、該第１の大腿部側矩形状リンク機構の変形のために２つの大腿部側リンク部材のいずれか一方を駆動させるための第２の駆動アクチュエータが設けられる。

また、好ましい実施形態においては、第１の大腿部側矩形状リンク機構が実質的に水平方向に延在するリンク部材を含み、第２の下腿部側矩形状リンク機構と第２の大腿部側矩形状リンク機構との変形のために該リンク部材を駆動するための第３の駆動アクチュエータが設けられる。

次に、添付図面を参照して、本発明による歩行装置の種々の実施形態について説明する。

先ず、図１を参照すると、そこには、本発明による歩行装置の第１の実施形態が図示され、この歩行装置は二足歩行ロボットの右脚を構成する。なお、図１には図示されないが、二足歩行ロボットの左脚の歩行装置についてはその垂直中心軸線に対して該右脚の歩行装置の対象構造となる。

図１では、歩行装置を構成する主要な構成要素は象徴化されて図示され、その象徴化された構成要素について解説する。歩行装置は多数のリンク部材から成り、個々のリンク部材は太目の実線で図示される。また、多数のリンク部材は３つのタイプの関節継手、即ち一軸関節継手、二軸関節継手及び全方向継手によって適宜連結される。

一軸関節継手は図２（ａ）に参照符号Ｊ１で示すように象徴化され、この一軸関節継手Ｊ１によって２つのリンクＬ１及びＬ２が連結されたとき、リンクＬ１及びＬ２は一軸関節継手Ｊ１の回動軸線Ａの回りで互いに回動し得る。また、一軸関節継手は図２（ｂ）に参照符号Ｊ２で示すようにも象徴化され、この一軸関節継手Ｊ２によって連結された３つのリンク部材Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は一軸関節継手Ｊ２の回動軸線Ａの回りで回動させられる。なお、双方の一軸関節継手Ｊ１及びＪ２の代表的な形態としては、２つ以上のリンク部材の端部に挿通させられたピボット軸を挙げることができる。

また、二軸関節継手は図２（ｃ）に参照符号Ｊ３で示すように象徴化され、この二軸関節継手Ｊ３によって２つのリンクＬ１及びＬ２が連結されたとき、リンクＬ１及びＬ２は二軸関節継手Ｊ３の互いに直交する２つの回動軸線Ａ１及びＡ２の回りで互いに回動し得る。二軸関節継手Ｊ３の代表的な例としては、ユニバーサル継手が挙げられる。

更に、全方向継手は図２（ｄ）に参照符号Ｊ４で示すように象徴化され、この全方向関節継手Ｊ４によって連結された２つのリンクＬ１及びＬ２は互いに全方向に対して回動し得る。全方向継手の代表的な形態としては、スイベル継手及びボール継手等が挙げられる。

図１に示す歩行装置には駆動源として２つのタイプのアクチュエータ、即ち直線駆動アクチュエータ及び回転駆動アクチュエータが用いられる。

回転駆動アクチュエータは図３（ａ）に参照符号Ｍ１で示すように象徴化され、この回転駆動アクチュエータＭ１によりその出力シャフトＳは矢印ＡＷで示す回転方向のいずれかの向きに選択的に駆動させられる。回転駆動アクチュエータの代表的な形態としては、適当な電動モータ例えばサーボモータやステッピングモータ、流体回転モータ等が挙げられる。

直線駆動アクチュエータは図３（ｂ）に参照符号Ｍ２で示すように象徴化され、この直線駆動アクチュエータＭ２によりリンク部材Ｌは矢印ＡＷで示すようにその長さ方向に沿ういずれかの向きに選択的に駆動させられる。直線駆動アクチュエータＭ２の代表的な形態としては、流体シリンダ、電磁ソレノイド等が挙げられる。また、回転駆動力を直線駆動力に変換する機構例えばボールねじ機構、ラックピニオン機構、往復スライダクランク機構等を回転駆動アクチュエータに組み込んだものを直線駆動アクチュエータとして使用することもできる。なお、図３（ｂ）の例では、直線駆動アクチュエータＭ２はリンク部材Ｌをその長さ方向に沿って駆動させるものとして説明されているが、図３（ａ）に示すような回転駆動アクチュエータＭ１をその出力シャフトＳの長さ方向に駆動させるためにも使用され得るものである。

再び図１に戻って本発明による歩行装置の第１の実施形態について説明すると、この歩行装置は足部１０と、腰部１２と、その間に設けられた脚部１４とを具備する。足部１０及び腰部１２は適当な剛性材料から形成される。脚部１４は下腿部リンク機構１６及び大腿部リンク機構１８から成る。なお、図１では、足部１０及び腰部１２はそれぞれ足部板及び腰部板として図示される。

下腿部リンク機構１６は３つのリンク部材１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃを包含し、これらリンク部材１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃのそれぞれの下端は二軸関節継手２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃを介して足部板１０上に適宜に固着される。図１から明らかなように、二軸関節継手２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃの各々はその互いに直交する回動軸線が矢印ＦＢで示される前後方向及び矢印ＲＬで示される左右方向にそれぞれ延在するように配置され、このとき二軸関節継手２０Ａ及び２０Ｂの双方の前後方向の回動軸線は互いに同軸とされ、二軸関節継手２０Ａ及び２０Ｃの双方の左右方向の回動軸線は互いに同軸とされる。

大腿部リンク機構１８は３つのリンク部材１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃを包含する。リンク部材１８Ａ及び１８Ｂのそれぞれの下端は一軸関節継手２２Ａ及び２２Ｂを介してリンク部材１６Ａ及び１６Ｂの上端に連結され、このとき一軸関節継手２２Ａ及び２２Ｂの各々はその回動軸線が矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。リンク部材１８Ｃの下端は全方向関節継手２２Ｃを介してリンク部材１６Ａにその上端側に接近した個所で適宜固着されると共にリンク部材１８Ｃはその下端側に接近した個所で二軸関節継手２２Ｄを介して駆動リンク部材１６Ｃの上端に適宜固着され、このとき二軸関節継手２２Ｄはその互いに直交する回動軸線が矢印ＦＢで示される前後方向及び矢印ＲＬで示される左右方向にそれぞれ延在するように配置される。

大腿部リンク機構１８はリンク部材１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃに加えて更に２つのリンク部材１８Ｄ及び１８Ｅを包含する。リンク部材１８Ｄの両端のそれぞれは上述の一軸関節継手２２Ａ及び２２Ｂを介してリンク部材１８Ａ及び１８Ｂの下端に連結される。リンク部材１８Ｅの両端のそれぞれは一軸関節継手２４Ａ及び２４Ｂを介してリンク部材１８Ａ及び１８Ｂの上端に連結され、このとき一軸関節継手２４Ａ及び２４Ｂの各々はその回動軸線が矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。

図１に示すように、大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｃの上端側には直線駆動アクチュエータ２６Ａが設けられ、これによりリンク部材１８Ｃはその長さ方向に沿って駆動させられる。直線駆動アクチュエータ２６Ａは回転駆動アクチュエータ２８の一方の出力シャフトに固着され、このとき回転駆動アクチュエータ２８はその双方の出力シャフトが矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。また、回転駆動アクチュエータ２８の他方の出力シャフトには直線駆動アクチュエータ２６Ｂが設けられ、この直線駆動アクチュエータ２６Ｂは腰部板１２に適宜固着される。要するに、リンク部材１８Ｃは直線駆動アクチュエータ２６Ａでその長さ方向に沿って駆動させられると共に回転駆動アクチュエータ２８によってその出力シャフトの回りで回動させられ、しかも直線駆動アクチュエータ２６Ｂにより回転駆動アクチュエータ２８は矢印ＲＬで示される左右方向に沿って駆動させられ、その結果リンク部材１８Ｃも左右方向（ＲＬ）に沿って移動させられる。

大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｅの中間部は一軸関節継手２４Ｃを介して腰部板１２に適宜固着され、このとき一軸関節継手２４Ｃはその回動軸線が矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。即ち、リンク部材１８Ｅは一軸関節継手２４Ｃの回動軸線の回りで回動自在とされる。

本実施形態では、足部板１０と、下腿部リンク機構１６のリンク部材１６Ａ及び１６Ｂと、大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｄとが下腿部側平行四辺形リンク機構を構成し、また大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｄ及び１８Ｅが大腿部側平行四辺形リンク機構を構成する。図１に示す歩行装置を人間の右脚に譬えるとすると、下腿部側平行四辺形リンク機構及び大腿部側平行四辺形機構はそれぞれの下腿骨格及び大腿骨格に対応する。また、３つの二軸関節継手２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃは足首関節に対応し、2つの一軸関節継手２２Ａ及び２２Ｂと、全方向継手２２Ｃと、二軸関節継手２２Ｄとは膝関節に対応し、一軸関節継手２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃは股関節に対応する。一方、リンク部材１６Ｃ及び１８Ｃは駆動リンク機構を構成し、リンク部材１６Ｃは駆動リンク部材として下腿筋に対応し、リンク部材１８Ｃは駆動リンク部材として大腿筋に対応する。

即ち、図１に示す歩行装置の構成上の特徴について言及すると、関節継手２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ及び２２Ｂは変形自在な平行四辺形の頂点を成し、関節継手２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ及び２４Ｂも変形自在な平行四辺形の頂点を成す。更に、図１に示す歩行装置の構成上の特徴としては、関節継手２０Ａ、２０Ｃ、２２Ｃ及び２２Ｄが変形自在な四辺形の頂点を成すことも挙げられる。

図１に示す歩行装置の構成上の更に別な特徴として、本歩行装置が初期状態にあるとき、即ち足部板１０が図１に示すように平坦な地面或いは床面に置かれているとき、一軸関節継手２４Ａの回転軸線と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とが互いに一致させられている点も挙げられる。なお、本歩行装置の動作時には、駆動リンク部材１６Ｃが直線駆動アクチュエータ２６Ａにより駆動されて大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｅが一軸関節継手２４Ｃの回動軸線の回りで回動させられると、一軸関節継手２４Ａの回動軸線と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とは互いに交差することとなる。また、関節継手２２Ａ、２２Ｃ及び２４Ａは変形自在な三角形の頂点を形成し、駆動リンク部材１６Ｃ及び１８Ｃを直線駆動アクチュエータ２６Ａにより駆動しない限り、該三角形は変形されず、膝関節（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）を曲げることはできない。

以上で説明したような歩行装置の構成によれば、足部板１０は腰部板１２に対して常に平行状態を維持しつつ、矢印ＦＢ、ＲＬ及びＵＬのそれぞれで示す前後方向、左右方向及び上下方向に沿って移動することが可能である。

詳述すると、駆動リンク部材１８Ｃがその長さ方向に沿って直線駆動アクチュエータ２６Ａで駆動させられると、関節継手２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ及び２２Ｂによって形成される平行四辺形が関節継手２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ及び２４Ｂによって形成される平行四辺形を実質的に変形させることなく変形させられ、これにより足部板１０は前後方向（ＦＢ）に沿う若干の並進運動を伴ないつつ上下方向（ＵＬ）の並進運動を行うことになる。

また、直線駆動アクチュエータ２６Ａ（従って、駆動リンク部材１８Ｃ）が回転駆動アクチュエータ２８でその出力シャフトの回りで回転駆動させられると、関節継手２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ及び２４Ｂにより形成される平行四辺形が変形させられ、これにより足部板１０は腰部板１２に対して前後方向（ＦＢ）に沿って回動運動を行うことになる。

更に、回転駆動アクチュエータ２８（従って、駆動リンク部材１８Ｃ）がその出力シャフトの軸線方向に沿って直線駆動アクチュエータ３６Ｂで駆動させられると、関節継手２０Ａ、２０Ｃ、２２Ｃ及び２２Ｄにより形成される平行四辺形が変形させられ、これにより足部板１０は上下方向（ＵＬ）に沿う若干の並進運動を伴ないつつ左右方向（ＲＬ）の並進運動を行うことになる。

要するに、直線駆動アクチュエータ２６Ａ及び２６Ｂ及び回転駆動アクチュエータ２８の駆動を選択的に適宜制御することにより、足部板１０は腰部板１２に対して平行状態を維持しつつ、上下方向（ＵＬ）、前後方向（ＦＢ）及び左右方向（ＲＬ）の三方向に沿って並進運動を行うことになり、これにより歩行装置のスムーズな歩行動作が保証される。勿論、先にも述べたが、二足歩行ロボットの歩行のためには、図１に示す歩行装置の対象構造となる左脚としての歩行装置も必要である。

本発明による歩行装置の第１の実施形態によれば、下腿部リンク機構１６及び大腿部リンク機構１８のそれぞれには平行四辺形リンク機構が含まれるので、シリアルリンク機構を用いる従来の歩行装置に比べると、一層大きな構造上の強度が得られ、腰部板１２上に大きな荷重を担うことが可能である。また、本発明による歩行装置では、３つの駆動アクチュエータ（２６Ａ、２６Ｂ、２８）がすべて腰部板１２の付近に纏めて設置されるので、従来の歩行装置の構成、即ちシリアルリンク機構の足首関節部、膝関節部に駆動アクチュエータを設けなければならない構成に比べると、本発明による歩行装置では、その設計上の自由度が大幅に改善され得ることになる。

図４を参照すると、図１に示す歩行装置の具体的な構成が図示され、同図では、図１に示す構成要素と同様な構成要素については、同じ参照符号が用いられている。図４に示す歩行装置の補足的な事項について以下に説明する。

先ず、図４に示す歩行装置では、図１に図示された腰部板１２に対応する構成要素として、一軸関節継手２４Ｃに枢着された矩形ロッド部材が用いられる。

図４に示す歩行装置では、直線駆動アクチュエータ２６Ａとして、流体シリンダが用いられ、この流体シリンダ２６Ａの作動ロッドは駆動リンク部材１８Ｃの一部を成す。なお、図４では、流体シリンダ２６Ａに加圧流体を供給するための加圧流体配管については省かれている。一方、図４では、直線駆動アクチュエータ２６Ｂは矩形ロッド部材１２に沿って摺動自在に装着された摺動板を具備し、この摺動板２６Ｂは矩形ロッド部材１２に適宜支持された流体シリンダ（図示されない）の作動ロッドに接続される。また、回転駆動アクチュエータ２８については流体回転モータが使用され、この流体回転モータ２８の出力シャフトは流体シリンダ２６Ａに適宜固着される。

図５を参照すると、図１に示す歩行装置と構造的に等価な歩行装置が示され、この歩行装置は例えば歩行機能に障害を持つ障害者の歩行支援装置として用いられるものである。なお、図５では、図１に示す構成要素に対応する構成要素については、同じ参照符号が用いられている。

図５に示す歩行支援装置は歩行機能に障害を持つ障害者の右脚に装着されるようになっており、その右脚の装着のためのスペースを確保するために、駆動リンク機構を構成する駆動リンク部材１６Ｃ及び１８Ｃは腰部板１２の後方側に配置される。詳述すると、二軸関節継手２０Ｃは足部板１０の後方側に二軸関節継手２０Ｂと並んで配置され、駆動リンク部材１６Ｃの下端はその後方側の二軸関節継手２０Ｃを介して足部板１０上に適宜固着される。また、駆動リンク部材１８Ｃの下端は全方向関節継手２２Ｃを介してリンク部材１６Ｂにその上端側に接近した個所で適宜固着されると共に駆動リンク部材１８Ｃはその下端側に接近した個所で二軸関節継手２２Ｄを介して駆動リンク部材１６Ｃの上端に適宜固着される。図１に示す歩行装置の場合と同様に、図５に示す歩行支援装置でも、足部板１０と、下腿部リンク機構１６のリンク部材１６Ａ及び１６Ｂと、大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｄとが下腿部側平行四辺形リンク機構を構成し、また大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｄ及び１８Ｅが大腿部側平行四辺形リンク機構を構成する。要するに、関節継手２０Ｂ、２０Ｃ、２２Ｃ及び２２Ｄが変形自在な平行四辺形の頂点を成し、この平行四辺形の変形により腰部板１２に対する足部板１０の左右方向（ＲＬ）の並進運動が保証される。

図１に示す歩行装置の場合と同様に、図５に示す歩行支援装置でも、本歩行支援装置が初期状態にあるとき、即ち足部板１０が図５に示すように平坦な地面或いは床面におかれているとき、一軸関節継手２４Ｂの回動軸線と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とが互いに一致させられ、本歩行支援装置の動作時には、駆動リンク部材１６Ｃが直線駆動アクチュエータ２６Ａにより駆動されて大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｅが一軸関節継手２４Ｃの回動軸線の回りで回動させられると、一軸関節継手２４Ａの回動軸線と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とは互いに交差することとなる。また、関節継手２２Ｂ、２２Ｃ及び２４Ｂは変形自在な三角形の頂点を形成し、駆動リンク部材１６Ｃを直線駆動アクチュエータ２６Ａにより駆動しない限り、該三角形は変形されず、膝関節（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）を曲げることはできない。

図６を参照すると、図５に示す歩行支援装置の具体的構成が図示され、同図では、図５に示す構成要素と同様な構成要素については、同じ参照符号が用いられている。図６に示す歩行支援装置の補足的な事項について以下に説明する。

先ず、図６に示す歩行支援装置では、図４に示した歩行装置の場合と同様に、図５に図示された腰部板１２に対応する構成要素として、一軸関節継手２４Ｃに枢着された矩形ロッド部材１２が用いられる。

図４に示した歩行装置の場合と同様に、図６に示した歩行支援装置でも、直線駆動アクチュエータ２６Ａとして、流体シリンダが用いられ、この流体シリンダ２６Ａの作動ロッドは駆動リンク部材１８Ｃの一部を成し、また直線駆動アクチュエータ２６Ｂも矩形ロッド部材１２に沿って摺動自在に装着された摺動板を具備するが、図６では、該摺動板は矩形ロッド部材１２に隠れて見ることはできない。更に、図４の歩行装置の場合と同様に、回転駆動アクチュエータ２８についても流体回転モータが使用され、この流体回転モータ２８の出力シャフトは流体シリンダ２６Ａに適宜固着される。

なお、図６には、歩行機能に障害を持つ障害者の右脚に歩行支援装置を装着させるための装着具が参照符号３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄで象徴的に図示されているが、これら装着具装着具３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄは例えば歩行支援装置の適当な個所に取り付けられた装着バンドとして構成され得るものである。

なお、上述した歩行支援装置については健常者が装着してもよく、この場合には歩行支援装置は所謂パワースーツとして機能することになる。

上述したように、本発明による歩行（支援）装置の第１の実施形態にあっては、その歩行動作については、足部板１０を常に腰部板１２に対して平行状態としつつ、矢印ＦＢ、ＲＬ及びＵＬのそれぞれで示す前後方向、左右方向及び上下方向に沿って移動させることにより達成させられる。要するに、第１の実施形態においては、足部板１０には腰部板１２に対する前後方向（ＦＢ）、左右方向（ＲＬ）及び上下方向（ＵＬ）の並進三自由度が与えられるだけなので、歩行（支援）装置の歩行動作は平坦な床面或いは地面だけに限定されることになる。

図７を参照すると、本発明による歩行装置の第２の実施形態が示され、この歩行装置はその歩行動作が起伏（スロープ）や凹凸（小石や窪み等）のある床面或いは地面でも保証されるように構成される。図７でも、図１の場合と同様に、歩行装置を構成する主要な構成要素は図２及び図３を参照して説明したように象徴化されて図示されている。なお、第２の実施形態は図１及び図５に示す第１の実施形態の基本構成を含み、その基本構成の構成要素については同じ参照符号が用いられている。

第２の実施形態では、大腿部リンク機構１８の駆動リンク部材１８Ｃの下端は全方向関節継手２２Ｃを介してリンク部材１６Ａにその上端側に接近した個所で固着される点については上述の第１の実施形態と同様であるが、しかし駆動リンク部材１８Ｃは先ずその下端側に接近した個所で追加の一軸関節継手３０Ａ及び３０Ｂと二軸関節継手２２Ｄとを介して駆動リンク部材１６Ｃの上端に連結される。

詳述すると、先ず、リンク部材１８Ｃの下端側は一軸関節継手３０Ａに適宜固着され、このとき一軸関節継手３０Ａはその回動軸線が矢印ＦＢで示される前後方向に延在するように配置される。次いで、一軸関節継手３０Ａはリンク部材３２を介して一軸関節継手３０Ｂと互いに連結され、このとき一軸関節継手３０Ｂもその回動軸線が矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。続いて、一軸関節継手３０Ｂはその回転軸線が二軸関節継手２２Ｄの一方の回動軸線即ち矢印ＲＬで示される左右方向に延在する回動軸線の回りで回動自在となるように該二軸関節継手２２Ｄに連結される。

また、第２の実施形態では、大腿部リンク機構１８には駆動リンク部材１８Ｃに加えて駆動リンク部材３４が更に設けられ、この駆動リンク部材３４は駆動リンク部材１６Ｃ及び１８Ｃと共に駆動リンク機構を構成する。駆動リンク部材３４の下端は一軸関節継手３０Ｂに適宜連結され、駆動リンク部材３４の上端側には直線駆動アクチュエータ３６が設けられる。一方、駆動リンク部材１８Ｃの上端には一軸関節継手３８が適宜連結され、このとき一軸関節継手３８はその回動軸線が矢印ＦＢで示される前後方向に沿って延在するように配置される。図７から明らかなように、一軸関節継手３８はその回動軸線の回りで直線駆動アクチュエータ３６が回動自在となるように該直線駆動アクチュエータ３６に適宜固着される。かくして、駆動リンク部材３４は一軸関節継手３８の回動軸線の回りで回動自在とされた状態でその長さ方向に沿って該直線駆動アクチュエータ３６により駆動させられる。

上述の第１の実施形態では、大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｅの中間部が一軸関節継手２４Ｃを介して腰部板１２に適宜固着されるが（図１）、しかし第２の実施形態では、一軸関節継手２４Ａが回転駆動アクチュエータ４０及び一軸関節継手２４Ｃを介して腰部板１２に適宜固着される。

詳述すると、先ず、回転駆動アクチュエータ４０はその一方の出力シャフトが一軸関節継手２４Ａの回動軸線と共軸となるように該一軸関節継手２４Ａに連結させられる。次いで、回転駆動アクチュエータ４０の他方の出力シャフトは前後方向（ＦＢ）に延在するリンク部材４２の一端に連結され、そのリンク部材４２の他端は腰部板１２上に固着された一軸関節継手２４Ｃに連結させられる。要するに、図７から明らかなように、リンク部材４２自体は一軸関節継手２４Ｃの回動軸線の回りで回動自在とされる。

また、第１の実施形態の場合と同様に、第２の実施形態が初期状態にあるとき、即ち足部板１０が図７に示すように平坦な地面或いは床面におかれているとき、回転駆動アクチュエータ４０の回転軸線と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とが互いに一致させられ、歩行動作時には、駆動リンク部材１６Ｃが直線駆動アクチュエータ２６Ａにより駆動されて大腿部リンク機構１８のリンク部材１８Ｅが一軸関節継手２４Ｃの回動軸線の回りで回動させられると、回転駆動アクチュエータ４０と回転駆動アクチュエータ２８の回転軸線とは互いに交差することとなる。

上述したように、図７に示す第２の実施形態は図１及び図５に示す第１の実施形態の基本構成を含むので、足部板１０には腰部板１２に対する前後方向（ＦＢ）、左右方向（ＲＬ）及び上下方向（ＵＬ）の並進三自由度が保証され、この並進三自由度に加えて、足部板１０には前後方向軸線回りでの回動運動と左右方向軸線回りの回動運動とが保証される。即ち、駆動リンク部材３４がその長さ方向に沿って直線駆動アクチュエータ３６で駆動させられると、足部板１０は二軸関節継手２０Ａ及び２０Ｂの前後方向軸線ＦＢＡの回りで回動させれ、回動駆動アクチュエータ４０が駆動させられると、足部板１０は二軸関節継手２０Ａ及び２０Ｃの左右方向軸線ＲＬＡの回りで回動させられる。かくして、図７に示す第２の実施形態においては、起伏（スロープ）や凹凸（小石や窪み等）のある床面或いは地面でも安定した歩行動作が保証され得ることになる。

なお、図５及び図６に示すような歩行支援装置についても、第２の実施形態の場合と同様に、足部板１０に対して前後方向軸線回りでの回動運動と左右方向軸線回りでの回動運動とを保証し得るように構成され得ることは勿論である。

図８を参照すると、本発明による歩行装置の第３の実施形態が示され、この歩行装置は歩行中にその歩行方向を容易に変え得るように構成される。図８でも、図１の場合と同様に、歩行装置を構成する主要な構成要素は図２及び図３を参照して説明したように象徴化されて図示されている。なお、第３の実施形態は上述の第２の実施形態の構成全体を含むものであり、図８では、図７に示す構成要素については同じ参照符号が用いられている。

図８に示すように、第３の実施形態では、腰部板１２を第１の腰部板として定義すると、第１の腰部板１２上に第２の腰部板４４が平行に設けられ、この第２の腰部板４４と第１の腰部板とは回転駆動アクチュエータ４６によって互いに連結される。回転駆動アクチュエータ４６は第１及び第２の腰部板１２及び４４のいずれか一方をその他方に対して垂直軸線の回りで相対的に回動するように構成される。例えば、回転駆動アクチュエータ４６の駆動により、第１の腰部板１２が第２の腰部板４４に対して該回転駆動アクチュエータ４６の回動軸線の回りで回動させられる。歩行装置の歩行行動中、回転駆動アクチュエータ４６を駆動することにより、歩行方向を容易に変更することが可能となる。

なお、第３の実施形態で用いられる第２の腰部板４４及び回転駆動アクチュエータ４６については、図１に示す第１の実施形態の歩行装置の腰部板１２に適用してもよく、勿論、この場合には、第１の実施形態の歩行装置の歩行中、その歩行方向を容易に変更することが可能となる。

図９を参照すると、上述の第３の実施形態の変形実施形態が示される。この変形実施形態では、図８に示す二軸関節継手２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃがそれぞれ一対の一軸関節継手２０Ａ_１及び２０Ａ_２と、一対の一軸関節継手２０Ｂ_１及び２０Ｂ_２と、一対の一軸関節継手２０Ｃ_１及び２０Ｃ_２とによって置き換えられ、このとき一軸関節継手２０Ａ_１、２０Ｂ_１及び２０Ｃ_１の各々はその回動軸線が左右方向（ＲＬ）に延在するように配置され、一軸関節継手２０Ａ_２、２０Ｂ_２及び２０Ｃ_２の各々はその回動軸線が前後方向（ＦＢ）に延在するように配置される。一軸関節継手２０Ａ_１、２０Ｂ_１及び２０Ｃ_１の各々はそれに対応した一軸関節継手（２０Ａ_２、２０Ｂ_２、２０Ｃ_２）の回動軸線の回りで回動自在となるように該一軸関節継手に連結され、これにより各対の一軸関節継手（２０Ａ_１及び２０Ａ_２、２０Ｂ_１及び２０Ｂ_２、２０Ｃ_１及び２０Ｃ_２）はその該当二軸関節継手（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）と同様に機能することになる。

また、図９に示す変形実施形態においては、図８に示す全方向関節継手２２Ｃが３つの一軸関節継手２２Ｃ_１、２２Ｃ_２及び２２Ｃ_３によって置き換えられ、このとき一軸関節継手２２Ｃ_１はその回動軸線が左右方向（ＲＬ）に延在するように配置され、一軸関節継手２２Ｃ_２はその回動軸線が前後方向（ＦＢ）に延在するように配置され、一軸関節継手２２Ｃ_３はその回動軸線が上下方向（ＵＬ）に延在するように配置される。一軸関節継手２２Ｃ_１は一軸関節継手２２Ｃ_２の回動軸線の回りで回動自在となるように該一軸関節継手２２Ｃ_２に連結され、一軸関節継手２２Ｃ_２は一軸関節継手２２Ｃ_３の回動軸線の回りで回動自在となるように該一軸関節継手２２Ｃ_３に連結され、これにより３つの一軸関節継手２２Ｃ_１、２２Ｃ_２及び２２Ｃ_３は全方向関節継手２２Ｃと同様に機能することになる。

更に、図９に示す変形実施形態においては、二軸関節継手２２Ｄは一対の一軸関節継手２２Ｄ_１及び２２Ｄ_２によって置き換えられ、このとき一軸関節継手２２Ｄ_１はその回動軸線が左右方向（ＲＬ）に延在するように配置され、一軸関節継手２２Ｄ_２はその回動軸線が前後方向（ＦＢ）に延在するように配置される。一軸関節継手２２Ｄ_１は一軸関節継手２２Ｄ_２の回動軸線の回りで回動自在となるように該一軸関節継手２２Ｄ_２に連結され、これにより一対の一軸関節継手２２Ｄ_１及び２２Ｄ_２は二軸関節継手２２Ｄと同様に機能することになる。

なお、図９の変形実施形態で説明したように、二軸関節継手を一対の一軸関節継手で置き換えること、また全方向関節継手を３つの一軸関節継手で置き換えることについては、図１及び図５にそれぞれ示す実施形態でも行い得ることである。

図１０を参照すると、本発明による歩行装置を座椅子ＳＥに取り付けて構成した二足歩行ロボットＲＢが概念的に例示される。図１０の左側に示す歩行装置ＷＲは例えば図１及び図４に示す歩行装置として構成されるものであるが、歩行装置ＷＲは概略的に図示されている。一方、図１０の右側に示す歩行装置ＷＬは座椅子ＳＥの中心垂直線に対して図１に示したものの対象構造となっているものである。図１０には図示されていなが、座椅子ＳＥは双方の歩行装置の腰部板（１２）上に設置され、該座椅子ＳＥには歩行機能に障害を持つ障害者或いは歩行機能の低下した高齢者ＨＭが座れるようになっている。

このような二足歩行ロボットＲＢでは、左右の歩行支援装置ＷＲ及びＷＬのそれぞれに設けられる流体シリンダ（２６Ａ、２６Ｂ）や流体回転モータ（２８）を駆動するための加圧流体源としては、例えば油圧装置装置（図示されない）が使用され、このような油圧装置は座椅子ＳＥの適当な個所に装備され得る。なお、図１０に示す二足歩行ロボットＲＢに本発明による歩行装置の第２の実施形態（図７）或いは第３の実施形態（図８、図９）を適用し得ることは勿論である。

図１１を参照すると、本発明による歩行支援装置を装着した障害者ＨＭが概念的に例示される。勿論、障害者ＨＭの右脚（図１１の観察者にとっては左側の脚）に装着された歩行支援装置ＷＡＲは図５及び図６に示したものであり、また障害者ＨＭの左脚（図１１の観察者にとっては右側の脚）に装着された歩行支援装置ＷＡＬは障害者ＨＭの中心垂直線に対して図５及び図６に示したものの対象構造となっているものである。この場合、左右の歩行支援装置ＷＲ及びＷＬのそれぞれに設けられる流体シリンダ（２６Ａ、２６Ｂ）や流体回転モータ（２８）を駆動するための加圧流体源としては、例えばエアコンプレッサ装置（図示されない）が使用され、このようなエアコンプレッサ装置は障害者或いは高齢者ＨＭの腰回りに装着ベルトでもって保持されてもよいし、或いは障害者或いは高齢者ＨＭによって背負われてもよい。

また、上述したような歩行支援装置は脳梗塞等で歩行機能に障害を受けた患者の機能回復訓練（リハビリテーション）に使用することもできる。この場合、流体シリンダ（２６Ａ、２６Ｂ）や流体回転モータ（２８）を駆動するための加圧流体源を移動自在な台車等に設置し、該加圧流体源と流体シリンダ（２６Ａ、２６Ｂ）や流体回転モータ（２８）との間を可撓性耐圧ホースで接続させて、その可撓性耐圧ホースを通して加圧流体を源流体シリンダ（２６Ａ、２６Ｂ）や流体回転モータ（２８）に供給することが好ましい。

図１２を参照すると、本発明による歩行装置の第４の実施形態が示される。図１２でも、図１の場合と同様に、歩行装置を構成する主要な構成要素は図２及び図３を参照して説明したように象徴化されて図示される。また、図１の場合と同様に、図示の歩行装置は二足歩行ロボットの右脚を構成し、その左脚は図１２に示した右脚に対して対象な構造となる。

図１２に示すように、この歩行装置も上述の実施形態の場合と同様に、足部５０と、腰部５２と、その間に設けられた脚部５４とを具備する。足部５０及び腰部５２は適当な構成材料から形成される。脚部５４は下腿部リンク機構５６及び大腿部リンク機構５８から成る。なお、図１２では、足部５０及び腰部５２はそれぞれ足部板及び腰部板として図示される。

下腿部リンク機構５６は４つのリンク部材５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ及び５６Ｄを包含し、大腿部リンク機構５８は５つのリンク部材５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、５８Ｄ及び５８Ｅを包含する。

下腿部リンク機構５６では、リンク部材５６Ａ、５６Ｂ及び５６Ｃのそれぞれの下端は二軸関節継手６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃを介して足部板１０上に適宜に連結される。図１２から明らかなように、二軸関節継手６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃの各々はその互いに直交する回動軸線が矢印ＦＢで示される前後方向及び矢印ＲＬで示される左右方向にそれぞれ延在するように配置され、このとき二軸関節継手６０Ａ及び６０Ｂの双方の前後方向の回動軸線は互いに同軸とされ、二軸関節継手６０Ｃは二軸関節継手６０Ａ及び６０Ｂの双方の前後方向の回動軸線に対して離間するように配置される。このような関係が維持される限り、二軸関節継手６０Ａ、６０Ｂ及び６０Ｃは必ずしも図示するように配置される必要はない。例えば、図示の配置では、二軸関節継手６０Ｃはその左右方向の回動軸線が二軸関節継手６０Ａ及び６０Ｂの間に延在するように配置されているが、二軸関節継手６０Ｂが二軸関節継手６０Ｃの左右方向の回動軸線を越えて二軸関節継手６０Ａ側に接近した位置に配置されてもよい。

また、下腿部リンク機構５６においては、リンク部材５６Ａ及び５６Ｂの上端はそれぞれ一軸関節継手６２Ａ及び６２Ｂに連結され、このとき一軸関節継手６２Ａ及び６２Ｂはそれぞれの回動軸線が矢印ＲＬで示される左右方向に延在するように配置される。また、リンク部材５６Ｃの上端は二軸関節継手６２Ｃを介してリンク部材５６Ｄの一端に連結され、このとき二軸関節継手６２Ｃはその互いに直交する回動軸線が前後方向（ＦＢ）及び左右方向（ＲＬ）に延在するように配置される。また、リンク部材５６Ｄの他端は一軸関節継手６２Ｄを介して大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｄに接続され、このとき一軸関節継手６２Ｄはその回動軸線が前後方向（ＦＢ）に延在するように配置される。

大腿部リンク機構５８では、リンク部材５８Ａ及び５８Ｂの下端はそれぞれ一軸関節継手６２Ａ及び６２Ｂに接続され、このとき一軸関節継手６２Ａ及び６２Ｂの各々はその回動軸線が左右方向（ＲＬ）に延在するように配置される。大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｃの下端は二軸関節継手６２Ｅに接続され、この二軸関節継手６２Ｅはその互いに直交する回動軸線が前後方向（ＦＢ）及び左右方向（ＲＬ）に延在するように配置される。図示するように、二軸関節継手６２Ｅの左右方向（ＲＬ）の回動軸と二軸関節継手６２Ｃの左右方向の左右方向（ＲＬ）の回動軸とは互いに共軸とされて連結される。大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｄの一端は一軸関節継手６２Ａに接続され、その他端は一軸関節継手６２Ｂに接続される。

また、大腿部リンク機構５８においては、リンク部材５８Ａ及び５８Ｂの上端はそれぞれ一軸関節継手６４Ａ及び６４Ｂに接続され、このとき一軸関節継手６４Ａ及び６４Ｂの各々はその回動軸線が左右方向（ＲＬ）に延在するように配置される。大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｃの上端は二軸関節継手６４Ｃに接続され、この二軸関節継手６４Ｃはその互いに直交する回動軸線が前後方向（ＦＢ）及び左右方向（ＲＬ）に延在するように配置される。図示するように、二軸関節継手６４Ｃの左右方向（ＲＬ）の回動軸の一端は腰部板５２に連結される。大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｅの一端は一軸関節継手６４Ａに接続され、その他端は一軸関節継手６４Ｂに接続される。また、リンク部材５８Ｅは一軸関節継手６４Ｄを介して腰部板５２に連結される。

図１２に示す第４の本実施形態においては、足部板５０と、下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ａ及び５６Ｂと、大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｄとが第１の下腿部側平行四辺形リンク機構を構成し、また足部板５０と、下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ｂ、５６Ｃ及び５６Ｄとが第２の下腿部側平行四辺形リンク機構を構成することになる。一方、大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｄ及び５８Ｅが第１の大腿部側平行四辺形リンク機構を構成し、また腰部板５２と、下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ｄと、大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ｂ及び５８Ｃとが第２の平行四辺形リンク機構を構成する。

図１２から明らかなように、第１及び第２の下腿部側平行四辺形リンク機構は互いに実質的に直交するような態様で配置され、また第１及び第２の大腿部側平行四辺形リンク機構も互いに実質的に直交するような態様で配置され、更に第１及び第２の下腿部側平行四辺形リンク機構と第１及び第２の大腿部側平行四辺形リンク機構とは互いに協働するようになっている。

このような構成の歩行装置によれば、第１の下腿部側平行四辺形リンク機構及び第１の大腿部側平行四辺形機構のいずれか一方若しくは双方を変形させることにより、足部板５０が地面或いは床面に対して平行に維持した状態で矢印ＦＢで示す前後方向と矢印ＵＬで示す上下方向との双方において移動させられることになる。また、第２の下腿部側平行四辺形リンク機構及び第２の大腿部側平行四辺形機構を変形させることにより、足部板５０が地面或いは床面に対して平行に維持した状態で矢印ＲＬで示す左右方向において移動させられる。なお、第１の下腿部側平行四辺形リンク機構の変形と第１の大腿部側平行四辺形機構の変形とは互いに独立しているが、第２の下腿部側平行四辺形リンク機構の変形と第２の大腿部側平行四辺形機構の変形とは互いに連動したものとなる。

図１２に示す実施形態では、第１の下腿部側平行四辺形リンク機構を変形させるために、回転駆動アクチュエータ６６Ａが設けられ、この回転駆動アクチュエータ６６Ａは大腿部リンク機構のリンク部材５８Ｂによって支持される。なお、回転駆動アクチュエータ６６Ａの支持態様については図示の複雑化を避けるために省かれている。回転駆動アクチュエータ６６Ａの出力シャフトに歯車６７Ａが取り付けられ、その回転駆動力は歯車６７Ａに掛けられた歯付き駆動伝達ベルト６８Ａを介して一軸関節継手６２Ｂの回動軸に伝達させられて下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ｂを該回動軸の回りで回動させるようになっており、これにより第１の下腿部側平行四辺形リンク機構が変形させられることになる。本実施形態では、回転駆動アクチュエータ６６Ａはリンク部材５８Ｂによって支持されるが、リンク部材５８Ａによって支持されてもよく、この場合には、下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ａが一軸関節継手６２Ａの回動軸の回りで回動させられることになる。なお、図１２では、回転駆動アクチュエータ６６Ａは便宜的にリンク部材５８Ｂの下端側に図示されているが、実際には該リンク部材５８Ｂの上端側に取り付ける。

また、図１２に示す実施形態では、第１の大腿部側平行四辺形リンク機構を変形させるために、回転駆動アクチュエータ６６Ｂが設けられ、この回転駆動アクチュエータ６６Ｂは大腿部リンク機構のリンク部材５８Ｅによって支持される。なお、回転駆動アクチュエータ６６Ａの場合と同様、回転駆動アクチュエータ６６Ｂの支持態様についても図示の複雑化を避けるために省かれている。回転駆動アクチュエータ６６Ｂの出力シャフトに歯車６７Ｂが取り付けられ、その回転駆動力は歯車６７Ｂに掛けられた歯付き駆動伝達ベルト６８Ｂを介して一軸関節継手６４Ａの回動軸に伝達させられて大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ａを該回動軸の回りで回動させるようになっており、これにより第１の大腿部側平行四辺形リンク機構が変形させられることになる。本実施形態では、回転駆動アクチュエータ６６Ｂにより、リンク部材５８Ａが一軸関節継手６４Ａの回動軸の回りで回動させるようになっているが、必要に応じて、リンク部材５８Ｂが一軸関節継手６４Ｂの回動軸の回りで回動させられるようにしてもよい。

更に、図１２に示す実施形態では、第２の下腿部側平行四辺形リンク機構及び第２の大腿部側平行四辺形機構の変形のために、回転駆動アクチュエータ６６Ｃが設けられ、この回転駆動アクチュエータ６６Ｃは腰部板５２によって支持される。なお、回転駆動アクチュエータ６６Ａ及び６６Ｂの場合と同様、回転駆動アクチュエータ６６Ｃの支持態様についても図示の複雑化を避けるために省かれている。回転駆動アクチュエータ６６Ｃの出力シャフトに歯車６７Ｃが取り付けられ、その回転駆動力は歯車６７Ｃに掛けられた歯付き駆動伝達ベルト６８Ｃを介して一軸関節継手６４Ｄの回動軸に伝達させられて大腿部リンク機構５８のリンク部材５８Ａ及び５８Ｂを該回動軸の回りで回動させるようになっており、これにより第２の下腿部側平行四辺形リンク機構及び第２の大腿部側平行四辺形機構が変形させられることになる。

上述した第１の実施形態の場合と同様、本発明による歩行装置の第４の実施形態においても、下腿部リンク機構５６及び大腿部リンク機構５８のそれぞれには平行四辺形リンク機構が含まれるので、シリアルリンク機構を用いる従来の歩行装置に比べると、一層大きな構造上の強度が得られ、腰部板５２上に大きな荷重を担うことが可能である。また、本実施形態でも、３つの回転駆動アクチュエータ（６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ）がすべて腰部板２２の付近に纏めて設置されるので、従来の歩行装置の構成、即ちシリアルリンク機構の足首関節部、膝関節部に駆動アクチュエータを設けなければならない構成に比べると、本実施形態でも、その設計上の自由度が大幅に改善され得ることになる。

図１３を参照すると、図１２に示す歩行装置を歩行支援装置として構成した場合の具体的な構成例が図示され、同図では、図１２に示す構成要素と同様な構成要素については、同じ参照符号が用いられている。図１３に示す歩行装置の補足的な事項について以下に説明する。なお、図１３では、歩行支援装置は右脚及び左脚の双方を持つものとして図示されている。

図１３に示す歩行支援装置の補足的な事項について以下に説明する

図示された腰部板５２に対応する構成要素として矩形ロッド部材が用いられ、この矩形ロッド部材５２には腰当て板７０がそこから延びる一対の取付棒によって固着される。また、腰当て板７０の裏側にはロッド部材７２が水平に固着され、このロッド部材７２の両端からは前方に棒部材７４が延び、各棒部材７４には側板７６が固着される。本歩行支援装置が人に装着されたとき、その腰部が腰当て板７２及び側板７６によって安定して保持され収容されることになる。

各一軸関節継手６２Ｂの回動軸には歯車７７が取り付けられ、そこには歯付き駆動伝達ベルト６８Ａが掛けられる。図示するように、歯車７７は上述した歯車６７Ａよりも大径であり、このため下腿部リンク機構５６のリンク部材５６Ｂは大きなトルクで回動させられ得るようになっている。同様に、各一軸関節継手６４Ａの回動軸には歯車７８が取り付けられ、そこには歯付き駆動伝達ベルト６８Ｂが掛けられる。図示するように、歯車７８も上述した歯車６７Ｂよりも大径であり、このため大腿部リンク機構５８のリンク部材５６Ａは大きなトルクで回動させられ得るようになっている。

なお、図１３に示す歩行支援装置には図１２に示す回転駆動アクチュエータ６６Ｃが設けられていないが、これは該歩行支援装置が一応は自分で立つことができるが歩行が困難な高齢者等を対象としているためである。即ち、図１３に示す歩行支援装置は歩行困難な高齢者等をパワーアシストするために構成されたものである。勿論、歩行機能に障害のある患者を対象とする場合には、図１２に示す回転駆動アクチュエータ６６Ｃを設けて左右方向（ＲＬ）へのパワーアシストを行うようにしてもよい。

また、図１２及び１３に示す第４の実施形態において、歩行方向の転換を行うためには上下方向（ＵＬ）の軸線回りでの回転が必要となるが、この場合には６つの二軸回転継手６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６２Ｃ、６２Ｅ及び６４Ｃを全方向関節継手（Ｊ４）、例えばスイベル継手及びボール継手等に代えることが好ましい。このような構成にすると、歩行装置の全体の構造的剛性が低減すると共に該歩行装置に弾性的な変形若しくは遊びが付与されることになり、歩行方向の転換がスムーズに行い得ることとなる。

また、上述した第４の実施形態（図１３）において、回転駆動アクチュエータ６６Ａの回動軸を一軸関節継手６４Ｂの回動軸となるように回転駆動アクチュエータ６６Ａをリンク部材５８Ｅに固着支持させると共に歯車６７Ａと歯車７７との間を適当な動力伝達要素例えばベルトや歯車等により連結させることにより下腿部材リンク機構５６を干渉駆動させるようにしてもよい。即ち、この場合には歯車７７は回転駆動アクチュエータ６６Ｂからも回転駆動力が得られ、下腿部リンク機構５６を一層大きなトルクで回動させることが可能である。

図１４を参照すると、図１２に示した第４の実施形態の第１の変形実施形態が示される。なお、図１４では、図１２に示した構成要素と同様な構成要素には同じ参照符号が用いられ、また図１４からは回転駆動アクチュエータ６６Ａ、６６Ｂ及び６６Ｃが省かれている。

図１４に示す第１の変形実施形態では、二軸関節継手６２Ｅが一軸関節継手６２Ｅ_１でもって置き換えられ、この一軸関節継手６２Ｅ_１はその回動軸線が二軸軸関節継手６２Ｃの左右方向（ＲＬ）の回動軸線と共軸となるように設けられる。この場合、リンク部材５６Ｃはその上端で二軸回転継手６２Ｃと一軸関節継手６２Ｅ_１との共軸回りで回動し得るようにその双方の関節継手に接続され、またリンク部材５６Ｄはその一端で二軸回転継手６２Ｃの前後方向（ＦＢ）の回動軸の回りで回動するように該二軸回転継手６２Ｃに接続され、更にリンク部材５８Ｃはその下端で一軸関節継手６２Ｅ_１に接続される。このような歩行装置は図１２に示した第４の実施形態のものと構造的に等価なものである。

図１５を参照すると、図１２に示した第４の実施形態の第２の変形実施形態が示される。なお、図１５では、図１２に示した構成要素と同様な構成要素には同じ参照符号が用いられ、また図１５からは回転駆動アクチュエータ６６Ａ、６６Ｂ及び６６Ｃが省かれている。

図１４に示す第１の変形実施形態の場合と同様、図１５に示す第２の変形実施形態でも、二軸関節継手６２Ｅが一軸関節継手６２Ｅ_２でもって置き換えられ、この一軸関節継手６２Ｅ_２はその回動軸線が二軸軸関節継手６２Ｃの左右方向（ＲＬ）の回動軸線と共軸となるように設けられる。この場合、リンク部材５６Ｃはその上端で一軸関節継手６２Ｅ_２に接続され、またリンク部材５６Ｄはその一端で二軸回転継手６２Ｃの前後方向（ＦＢ）の回動軸の回りで回動するように該二軸回転継手６２Ｃに接続され、更にリンク部材５８Ｃはその下端で二軸回転継手６２Ｃと一軸関節継手６２Ｅ_２との共軸回りで回動し得るようにその双方の関節継手に接続される。このような歩行装置も図１２に示した第４の実施形態のものと構造的に等価なものである。

以上に述べた種々の実施形態では、下腿部リンク機構（１６、５６）及び大腿部リンク機構（１８、５８）のそれぞれには平行四辺形リンク機構が含まれ、これにより歩行動作中に足部板（１０、５０）が地面或いは床面に対して平行に維持されることが保証されているが、しかし歩行動作において足部板（１０、５０）が地面或いは床面に対して常に平行に維持されることは必ずしも必須の要件ではない。従って、本発明において、下腿部リンク機構（１６、５６）及び大腿部リンク機構（１８、５８）に含まれる平行四辺形リンク機構は矩形状リンク機構であってもよい。

本発明による歩行装置の第１の実施形態を概念的に示す斜視図であって、該歩行装置の構成要素のそれぞれを象徴化して示す図である。図１に象徴化して図示された構成要素の説明図であって、図２（ａ）は象徴化された一軸関節継手の斜視図、図２（ｂ）は象徴化された別のタイプの一軸関節継手の斜視図、図２（ｃ）は象徴化された二軸関節継手の斜視図、図２（ｄ）は象徴化された全方向関節継手の斜視図である。図１に象徴化して図示された構成要素の説明図であって、図３（ａ）は象徴化された直線駆動アクチュエータの斜視図、図３（ｂ）は象徴化された回転駆動アクチュエータの斜視図である。図１に示す歩行装置の具体的構成を示す斜視図である。図１に示す歩行装置と構造的に等価な歩行装置であって、歩行機能に障害を持つ人の歩行支援装置として構成された歩行装置の斜視図である。図５に示す歩行支援装置の具体的構成を示す斜視図である。本発明による歩行装置の第２の実施形態を概念的に示す斜視図であって、該歩行装置の構成要素のそれぞれを象徴化して示す図である。本発明による歩行装置の第３の実施形態を概念的に示す斜視図であって、該歩行装置の構成要素のそれぞれを象徴化して示す図である。本発明による歩行装置の第３の実施形態の変形実施形態を示す斜視図である。図１及び図４に示す歩行装置を座椅子に取り付けて構成した二足歩行ロボットを概念的に示す正面図である。図５及び図６に示す歩行支援装置を双方の脚に装着した人を概念的に示す正面図である。本発明による歩行装置の第４の実施形態を概念的に示す斜視図であって、該歩行装置の構成要素のそれぞれを象徴化して示す図である。図１２に示す歩行装置を歩行支援装置として具体的に構成した例を示す斜視図である。本発明による歩行装置の第４の実施形態の第１の変形実施形態を示す斜視図である。本発明による歩行装置の第４の実施形態の第２の変形実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１０：足部板
１２：腰部板
１４：脚部
１６：下腿部リンク機構
１６Ａ・１６Ｂ・１６Ｃ：リンク部材
１８：大腿部リンク機構
１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ・１８Ｄ・１８Ｅ：リンク部材
２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ：二軸関節継手
２２Ａ・２２Ｂ：一軸関節継手
２２Ｃ：全方向関節継手
２２Ｄ：二軸関節継手
２４Ａ・２４Ｂ・２４Ｃ：一軸関節継手
２６Ａ・２６Ｂ：直線駆動アクチュエータ
２８：回転駆動アクチュエータ
５０：足部板
５２：腰部板
５４：脚部
５６：下腿部リンク機構
５６Ａ・５６Ｂ・５６Ｃ：リンク部材
５８：大腿部リンク機構
５８Ａ・５８Ｂ・５８Ｃ・５８Ｄ・５８Ｅ：リンク部材
６０Ａ・６０Ｂ・６０Ｃ：二軸関節継手
６２Ａ・６２Ｂ・６２Ｄ：一軸関節継手
６２Ｃ・６２Ｅ：二軸関節継手
６２Ｅ_１・６２Ｅ_２：一軸関節継手
６４Ａ・６４Ｂ・６４Ｄ：一軸関節継手
６４Ｃ：二軸関節継手
６６Ａ・６６Ｂ・６６Ｃ：回転駆動アクチュエータ
６７Ａ・６７Ｂ・６７Ｃ：歯車
６８Ａ・６８Ｂ・６８Ｃ：歯付き駆動伝達ベルト
７７・７８：歯車

Claims

足部（１０）と、腰部（１２）と、該足部及び腰部の間に設けられた脚部（１４）とを具備する歩行装置において、
前記脚部は、下腿部リンク機構（１６）と、この下腿部リンク機構に膝関節手段（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）を介して接続された大腿部リンク機構（１８）とから構成され、
前記下腿部リンク機構は足首関節手段（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）を介して前記足部に連結され、前記大腿部リンク機構は股関節手段（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）を介して前記腰部に連結され、
前記下腿部リンク機構は、下腿部側矩形状リンク機構と、この下腿部側矩形状リンク機構と協働する下腿部側駆動リンク部材（１６Ｃ）とを含み、
前記大腿部リンク機構は、大腿部側矩形状リンク機構と、この大腿部側矩形状リンク機構と協働する大腿部側駆動リンク部材（１８Ｃ）とを含み、
前記下腿部側駆動リンク部材の上端と前記大腿部側駆動リンク部材の下端とが固着されて駆動リンク機構を構成し、
前記腰部には駆動手段（２６Ａ、２６Ｂ、２８）が保持され、前記駆動手段は、前記大腿部側駆動リンク部材をその長さ方向に駆動させるための第１の直線駆動アクチュエータ（２６Ａ）と、前記第１の直線駆動アクチュエータを回転駆動させるための第１の回転駆動アクチュエータ（２８）と、前記腰部に固着され、前記第１の回転駆動アクチュエータをその軸方向に駆動させるための第２の直線駆動アクチュエータ（２６Ｂ）とを包含することを特徴とする歩行装置。
請求項１に記載の歩行装置において、前記大腿部側駆動リンク部材（１８Ｃ）が第１の大腿部側駆動リンク部材として定義されたとき、前記大腿部リンク機構は該第１の大腿部側駆動リンク部材（１８Ｃ）に加えて更にこの第１の大腿部側駆動リンク部材に並列に第２の大腿部側駆動リンク部材（３４）を含み、この第２の大腿部側駆動リンク部材は前記下腿部側駆動リンク部材（１６Ｃ）及び前記第１の大腿部側駆動リンク部材（１８Ｃ）に固着され、しかも前記第２の大腿部側駆動リンク部材の上端側には前記第１の大腿部側駆動リンク部材を前記第２の大腿部側駆動リンク部材の長さ方向に駆動させるための第３の直線駆動アクチュエータ（３６）が組み込まれ、一方、前記股関節手段には前記大腿部側矩形状リンク機構を回動駆動させるための第２の回転駆動アクチュエータ（４０）が組み込まれることを特徴とする歩行装置。
請求項１または２に記載の歩行装置において、前記腰部（１２）が第１の腰部として定義されたとき、前記第１の腰部（１２）に加えて更に第２の腰部（４４）が設けられ、前記第１の腰部を前記第２の腰部に対して垂直軸線の回りで回動駆動させるべくその間に第３の回転駆動アクチュエータ（４６）が介在させられることを特徴とする歩行装置。
請求項１から３までのいずれか１項に記載の歩行装置において、前記駆動リンク機構（１６Ｃ、１８Ｃ、３４）が前記足部（１０）の後方側に配置されて、該足部の前方側に人の脚を収容するためのスペースが確保されることを特徴とする歩行装置。
足部（５０）と、腰部（５２）と、該足部及び腰部の間に設けられた脚部（５４）とを具備する歩行装置において、
前記脚部は、下腿部リンク機構（５６）と、この下腿部リンク機構に膝関節手段（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ）を介して接続された大腿部リンク機構（５８）とから構成され、前記下腿部リンク機構は足首関節手段（６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ）を介して前記足部に連結され、前記大腿部リンク機構は股関節手段（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ）を介して前記腰部に連結され、
前記下腿部リンク機構は、第１の下腿部側矩形状リンク機構と、この第１の下腿部側矩形状リンク機構の面に対して実質的に直交する面を有する第２の下腿部矩形状リンク機構とを含み、
前記大腿部リンク機構は、第１の大腿部側矩形状リンク機構と、この第１の大腿部側矩形状リンク機構の面に対して実質的に直交する面を有する第２の大腿部矩形状リンク機構とを含み、
前記第１の下腿部側矩形状リンク機構は前記第２の下腿部側矩形状リンク機構の面に平行かつ実質的に上下方向に延在する２つの下腿部側リンク部材（５６Ａ、５６Ｂ）を含み、該第１の下腿部側矩形状リンク機構の変形のために前記２つの下腿部側リンク部材のいずれか一方を駆動させるための第１の駆動アクチュエータ（６６Ａ）が設けられ、
前記第１の大腿部側矩形状リンク機構は前記第２の大腿部側矩形状リンク機構の面に平行かつ実質的に上下方向に延在する２つの大腿部側リンク部材（５８Ａ、５８Ｂ）を含み、該第１の大腿部側矩形状リンク機構の変形のために前記２つの大腿部側リンク部材のいずれか一方を駆動させるための第２の駆動アクチュエータ（６６Ｂ）が設けられることを特徴とする歩行装置。
請求項５に記載の歩行装置において、前記第１の大腿部側矩形状リンク機構は実質的に水平方向に延在するリンク部材（５８Ｅ）を含み、前記第２の下腿部側矩形状リンク機構と前記第２の大腿部側矩形状リンク機構との変形のために前記リンク部材を駆動するための第３の駆動アクチュエータ（６６Ｃ）が設けられることを特徴とする歩行装置。