JPH0822317B2 - 人の２足歩行運動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、人間の２足歩行運動を高めるための装置に
関する。更に詳細には、本発明は、いづれかの脚または
双方の脚でトランポリンのような跳躍並びに他の点では
通常の歩行または走行動作における大きな歩幅を可能に
する機械的装置に関する。

発明の背景 過去において、歩行、走行または跳躍のとき人間を補
助するため種々の機械的装置が開発されてきた。これら
の装置は、標準的には、スポーツまたは他の娯楽目的の
ため、あるいは部分的に手足の不自由な人々の助けのた
めに使用されている。典型的には、これらの装置は、使
用者の足の体力的能力を向上するため、ばねまたは他の
エネルギー制御装置と共に、機械的リンク装置を含んで
いる。脚の運動は、３つの基本的方向、すなわち伸長及
び引っ込み、左右、前後に高められ、補助される。いく
つかの装置は、高性能に、且つ普通の人が標準的に可能
である以上の高い移動性に設計されている。これらの装
置は典型的に、使用者の足の相似運動によって多かれ少
なかれ直接行なわれる左右及び前後運動と共に、伸長及
び引っ込みのみを高め、補助する。本発明自身は主にこ
の形式の装置に関係している。この増進はいくつかの基
本形式の１つをとればよい。

装置の型式の１つは、使用者の胴を、多かれ少なかれ
直接地上の係合する彼の足に連結し、そして使用者が自
分の足に掛ける力を加えることによって使用者の足の強
さを増進するように作用する。従って、この第１の型式
は、ばねまたは他のエネルギー制御装置によって、脚の
能力を増進するため使用者自身の足と並行して作用可能
であるリンク装置を使用する。この型式の装置は、使用
者の下方運動エネルギーを回復し、そしてそれを戻し、
あるいは使用者が再び跳ね上がるとき、一次動力源によ
ってそれに加えることができる。それは、加えた力が使
用者の足によって伝えられないので付加的な力及び安全
性という利点を使用者に与える。欠点は（１）脚の力は
高められるが、有効な脚の伸長が不変のままである。
（２）離脱部材が設けられていなければ、装置によって
与えられる力が、使用者を地上に係合していない脚の引
き戻しを邪魔して、標準的歩行または走行動作を妨げ
る。この離脱部材は典型的に、総てか無かという特性を
有し、そして例えば、どちらの足がもっと遠方にあるか
というような物理的条件によって、オンまたはオフに切
換えられる。従って、更に他の欠点は、この装置はその
応答が可変であり、いくつかの環境では、予言できない
結果を生ずることがあることである。最近の米国特許第
4,872,665号はこの型式の装置の１例である。

第２の型式の装置は、使用者の脚または足に取付けら
れており、そして使用者自身の足の代りに、使用者自身
の足の延長部に加える可変長さにより地上に係合してい
る。この装置は、ばね作用、さもなくば使用者の足と地
上との間の増進作用を行なうように設計されている。こ
の作用は、使用者の足の能力を増進するため使用者自身
の足の作用と直列に作用する。この型式の装置は、使用
者の下方運動エネルギーを回復し、使用者が再び跳び上
がったときそれを戻すことができ、且つ使用者自身の足
に比べて足の伸長の増加という利点を有している。欠点
は（１）脚の伸長は増進されるが、すべての力が使用者
自身の足によって供給されなければならない。（２）使
用者の膝の左右及び前後の曲げモーメントが、余分の長
さにより増加され、従って、使用者に対し危険が増加す
る。そして（３）いづれかの足に対するばね作用の実質
的圧縮が、他方の足に対する装置をして、その余分の長
さにより地上を引きずる傾向を生じ、従って、標準の歩
行または走行動作を妨げる傾向を生ずる。米国特許第3,
065,962号及び第3,110,492号はこの型式の装置の実施例
である。

第３の型式の装置は、最初の２つの型式の特徴を組合
わせている。それは胴及び足の双方に取付けられ、使用
者自身の足を超えて可変の長さに延長可能で、使用者自
身の足に関係なく地上に係合している。胴に取付けるこ
とにより、付加的な力を使用者の足によって与えられる
力に加えて作用させることができる一方、可変な長さ延
長部で脚の延長部を増加することができる。使用者の足
の作用と並列または直列に作用するのみならず、この型
式の装置は、ばねまたは他のエネルギー制御装置によ
り、使用者の足と並列及び直列の双方に作用可能であ
る。この型式の装置は、使用者の下方運動のエネルギー
を回復し、それを戻すことができ、あるいは使用者が再
び跳び上るとき、一次動力源によりそれに加えることが
できる。それは、付加的な力が使用者の足によって伝わ
らないので、力の増加と安全制御の利点、また、使用者
自身の足に比べて増加した伸長の利点を提供する。更に
他の利点は、増加した脚の長さによって生じた増加した
左右及び前後曲げモーメントが、使用者の膝に加わら
ず、左右及び前後に剛性を与えている装置によって使用
者の足と胴との間にのみ加えられることである。

この第３の型式の上記の実施例、米国特許第406,328
号は、各足に対する２つの別々のばねを含んでいる並列
及び直列接続の特定の形式を使用する。この場合、１つ
のばねが、使用者の足と、地上に接触している要素との
間に作用するように配置される一方、第２のばねが胴と
地上に接触している要素との間に作用する。この装置
は、使用者の足と直列の１つのばねを使用し、一方第２
のばねが、脚、そしてまた第１のばねと並列に作用す
る。この実施例の欠点は、脚のひきづり及び脚の持ち上
がりに関連した最初に述べた２つの型式の装置双方の問
題を含む。進むため脚を持ち上げるとき、胴に取付けら
れたばねが、脚の上がるのを妨げ、従って、このばねを
交互に嵌脱する部材が付加された。そのようなシステム
固有の柔軟性及び予測可能性の欠如は、重大な欠点であ
る。例えば、胴のばねは、確実に離脱できなければ、脚
を引き戻すことはできないし、またばねは確実に係合し
なければ、予期したばね力を欠くことになる。更に、脚
のひきづりがこの装置の性能を制限し、脚と地上との間
で荷重支持脚に対してある程度まで受け入れ可能である
圧縮力を制限することによって、使用者は自分の他方の
足を高く上げることによって補償できる。

本発明はまた、上述の第３の型式の人間の機械的２足
歩行運動装置を提供する。本発明は、この第３の型式の
装置の利点を維持しながら、脚のひきずり及び脚の上昇
に関する欠点を処理し、除去する方法において前の実施
例と異なっている。その主な特徴は、以下の通りであ
る。

第１に、各脚のための機構が、ばね作用と直列に1:1
よりも大きい機械的利得をもったレバー作用を行なう。
このレバー作用は、使用者の足によって加えられる力を
増加する一方、ばね作用がその伸長を増進する。１つの
ばねのみを用いたそのような機能は、使用者の足と直列
及び並列の両方のばね作用を行なう。てこ作用により生
じた力の増加は、増加した強さに対して、地上と使用者
の胴との間に直接伝えられ、一方使用者の足と直列のば
ね作用が増加した伸長を可能にするように作用する。第
１及び第３の型式の前の実施例と対照的に、この作用
は、使用者としていかなるときでも彼の足を自由に引き
上げるのを可能にし、従って、いつでも大きな安全性、
予想可能性及び作動の柔軟性を保証することができる。

第２に、整合すべき２本の脚の圧縮を可能にするため
並列に脚に作用する２本の脚に対して共通の主ばねが使
用され、従って、地上に対する一方の脚の実質的圧縮に
より誘起される脚のひきずりを防止する。前に説明した
作用と共に、各脚に対するてこ作用が与えられ、これが
共通の主ばねと直列に作用する。従って、脚のいづれか
が持ち上げられると、その脚に対する装置は、ばね作用
によって可能であるいかなる圧縮にも関係なく、他方の
脚に対する装置に対して地面の上方に持ち上げられる。

この新装置は、第３の型式の装置に対する上述のすべ
ての利点を有している。これらの利点が、柔軟性及び作
動の予想可能性と共に、その他の方法で可能な方法より
も高い性能を可能にする。また、増加した力及び曲げモ
ーメントからの使用者の足及び足関節の保護によって安
全性が高められる。更に、２本の脚によって交互に使用
される単一のばねの使用が、高エネルギー貯蔵能力を有
する大きなばね要素に関連した重量を減少する。使用者
の背部に保持されているばね要素では、足の重量は、軽
快さの増加のため減少される。この場合の欠点は、追加
のパワーがなく、使用者の足よりも長い脚では、足の引
き上げに対する脚の応答が、てこ効果により使用者自身
の足の応答よりも小さく、これが凹凸のある地域を通り
抜けるとき困難を増し、そして倒れたとき回復を妨げ
る。

本発明により、その他の標準的歩行または走行動作の
ときの大きな跳躍の歩幅のような、いづれかまたは両方
の脚の大きな跳躍が可能となった。これらの課題を達成
するために、多くの問題を克服しなければならない。こ
の装置は、身体への不当な力を防止するため身体に作用
する持ち上げ力をバランスよく分布させ、しかもこの装
置は安全で扱い易く、そして標準的歩行または走行動作
を妨げないものでなければならない。この装置は、使用
者の身体への重量を増すので、不当な疲労が長い使用で
の問題とならないように、かなり重量を軽くしなければ
ならない。この装置はまた、速やかに身体の運動に応答
し、そして標準的運動のときの走行及び歩行を妨げては
ならない。それはまた、いづれかの足の標準的前後及び
左右運動を可能にしなければならない。不当な衝撃力が
また直接使用者の身体に伝えられてはならない。更に、
衝撃力は、例えば、膝関節のような身体に不当な応力を
加えてはならない。

本発明に係わる人の２足歩行運動装置は、制御された
トランポリンのような跳躍を特徴とする自然な運動によ
って、種々の形状の地形上での厳しい歩行、走行または
跳躍を可能にすることによって問題を克服する。実施例
によれば、本装置の１実施態様は、使用者により、両足
で垂直に1.2メートル（４フィート）ないし1.5メートル
（５フィート）の跳躍、あるいは片足で地上を約0.6メ
ートル（２フィート）ないし0.9メートル（３フィー
ト）の跳躍が可能である。スポーツ、運動または娯楽装
置としてのその使用の外に、本発明はまた、芸能演劇興
行界における特殊効果に使用でき、また軍事用にも使用
される。

以下に機械的な面を簡単に述べる。ばね作用と直列の
レバー作用の機械的利得は、使用者の足の運動及び力の
場合について、伸長及び引っ込みと、地面に対する装置
の合成運動及び力との関係で明示される、すなわち、2:
1の機械的利得は、地面に対して、装置に対する使用者
の脚力の２倍の力を発生し、一方使用者の足の伸張は、
半分だけ地上に対し装置を延ばす。使用者の足により供
給され且つこの作用により要求される力以上の地上に対
する余分の力が、そのとき使用者の胴から伝えられるの
で、胴への取付はそのようなレバー作用を可能にする。
本装置の直列／並列制御を決定する機械的利得の役割
は、２つの極端な場合を検討することによって理解でき
る。1:1の機械的利得のとき、使用者の足によって与え
られる力に加えられる追加の力はなく、ばねは使用者の
足部と地上との間に単に直列的に作用する。また、非常
に大きな機械的利得、つまり1000:1の場合は、使用者の
足部が直接地上に接触することで生じる力と並列に、胴
と地上との間でばね作用が働いている間、使用者の足は
自由となる。ばね作用と直列のレバー作用のすべての実
現は、ばねが機械的回路内に置かれている場所に関係な
く、機能的に同らであることは注目に値する。レバー作
用の特質のみが、明らかに特性化される必要がある。直
列機械作用の通常の定義は直列作用を意味しているか
ら、構成部分の機械的利得により決定される比例定数を
除けば、レバー及びばね双方の力はらしくなる一方、レ
バー及びばねの運動による伸張は算術的に加算される。

発明の概要 簡単に言うと、本発明の一実施例は、使用者の上体に
取付けるための外部フレームと、使用者の足の代りに地
上に接地する使用者の足よりも長く、且つ伸長するよう
に可変の長さを有している一対の脚フレームとを具備す
る人間の２足歩行運動装置を提供するもので、外部フレ
ーム上に保持され、且つ脚フレームのいづれかの圧縮が
テンション部材を介してばね部材にエネルギーを伝える
ように脚フレームの方に延びているテンション部材に係
合されているばね部材と、前後及び左右運動が使用者の
足の相似運動によって直接行なわれるように、各脚フレ
ームを使用者の足に取りつけているリンク装置とを具備
し、従って垂直運動もまた２つの方法で間接的に制御さ
れる。即ち第１に、レバー作用によって、使用者の足の
力が外部フレームから地上に伝えられる追加の力により
増加され、そして第２にテンション部材に取付けること
によって、てこ作用が外部フレーム上に保持されている
ばね部材の作動を介してばね作用と直列に作用するよう
に配置されているので、使用者の身体及び足の下方運動
が脚フレームを圧縮し、使用者の下方運動のエネルギー
を吸収し、それから圧縮中にばね内に貯えられたエネル
ギーを再生し、そして、てこ作用により彼の足のみによ
って発生できるよりも大きな跳躍及び大きな力を有する
ばね作用によって歩行、走行または跳躍中に使用者を再
び持ち上げるようになっている。

更に具体的な、そして本発明の他の実施例によれば、
人の２足歩行運動装置は、使用者の上部胴に取付けら
れ、且つ背部フレームの下部に回動可能に取付けられた
左右の脚フレームに別々に関節式に連結されて背に取付
けられるフレームを含む。使用者の足は、左右の脚フレ
ームに固定されているので、脚フレームの底部は、使用
者の足でなく地上に接触する。各脚フレームは、圧縮及
び伸長が可能なように関節式に連結されている。使用者
の足に接触する脚フレームの部分もまた、使用者の足を
圧縮及び伸長可能にしながら、使用者の足と背部フレー
ムとの間に、地上との接触により生じた体を持ち上げる
力を分布するように関節式に連結されている。この方法
では、装置の総重量、背部フレームの荷重及び使用者の
胴の重量の一部は脚フレームによって直接保持され、使
用者の足及び脚によっては保持されない。足が接触する
リンク装置のてこ作用が、使用者の脚及び足によって発
生した力を増加して、使用者の足が他の方法で発生でき
るよりも大きな地上への力を発生し、垂直加速及び荷重
保持能力の増加を可能にする。使用者の脚の圧縮または
伸長は脚フレームに相似の運動をひき起すが、足に接触
するリンク装置のてこ作用によりその量は僅かなもので
ある。背部フレームに取付けられた弾性コードの主ばね
が、テンション線によって左右の脚フレームに取付けら
れている。このテンション線は、使用者の足及び胴の下
方運動の力によって生じた脚フレームの圧縮がテンショ
ン線の一方または双方を引張って主ばねを延伸するよう
に配置されている。それによって延伸した主ばねに貯え
られたエネルギーが次に更に使用者の胴及び使用者の足
に伝えられて、使用者を地上のある距離だけ空中に跳躍
させるがその距離は、脚フレームの圧縮量及び主ばねに
伝えられる張り量に左右される。

むしろ各脚フレームは、対応する後方に向いている膝
継手または圧縮及び伸張を可能にするリニアベアリング
を有していることが望ましい。脚フレームは、対応する
Ｕ−ジョイントによって背部フレームの下方部分に回動
可能に取付けられ、各脚フレームに独立的な前後及び左
右運動を可能にし、且つ脚フレームのねじれまたは回転
を防止する。各脚のテンション部材は、最近接点におい
てその対応するＵ−ジョイントからずれた位置に配置さ
れ、背部フレームへの脚フレームの持ち上げ作用により
使用者が前方及び脚フレームから離れて側部に倒れるの
を防止している。

別のピックアップばねが、好ましくは各脚フレームに
接続されていて、脚フレームを上昇及び圧縮し、それに
よってテンション線を正のテンション下で各脚フレーム
に保持しているので、脚フレームに対するテンション線
は弛緩することなく、しかも垂直の力が地上により脚フ
レームに加えられていないときでも、長さを一定に保っ
ている。背部フレームにはスプリングアクチュエータが
取付けられ、主ばねを張り、または解放するように運動
を規制している。双方の脚からのテンション線が共通に
ばねアクチュエータを引っ張っているので、一方の線が
引っ張られると、アクチュエータの運動が他方の線を弛
緩せしめる、またこの逆も行なわれる。かくして、一方
の脚フレームが、背部フレーム及び使用者の足を下方に
圧縮する使用者の体重作用によって、脚フレームに対す
るテンション線が引っ張られるとき、他方の脚フレーム
のテンション線は弛緩する傾向になる。このとき、引き
上げばねが自動的に他方の脚フレームを引き上げる力を
このフレームに加えて、地面の上方に保持し、脚フレー
ムが地上をひきづるのを防止して自然な歩き方を容易に
する。

本発明は、使用者の足及び脚よりも大きな地上への力
を可能にし、そして脚もまた大きな伸長を生ずることが
でき、且つまた大きな垂直加速及び実質的重量保持を可
能にする。この装置は、脚が圧縮され、そして主ばねの
テンションが増加するにつれて、使用者の足に力を与え
る。外方の脚が圧縮されるにつれて、地上からの増加し
た力は、胴と足との間に分割される。これにより使用者
の足が、装置の全作動範囲にわたって有効にパワーを発
生可能にする。この装置が持上げ力を制御し、そしてそ
れらの力を装置が安定するように配分し、それによっ
て、標準的歩行または走行動作を妨げることなく、ある
いは不当な加速または実質的衝撃を使用中身体に伝える
ことなく安全に使用できる。

本発明のこれら及び他の要件は、下記の詳細な説明及
び添付図面を参照することによってより完全に理解され
るであろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による人の２足歩行運動装置を例示し
ている側部立面図であり、この図では、この装置は標準
静止位置で例示されている。

図２は、圧縮状態における装置の使用態様を例示して
いる側部立面図である。

図３は、静止位置における装置の斜視図である。

図４は、本装置の脚フレームの構造の詳細を例示して
いる拡大部分斜視図である。

図５は、主ばね組立体を例示している斜視図である。

図６は、図５の６−６線に沿って見たときの横断面図
である。

図７は、図３の円７内を見たときの詳細な構造を示し
ている部分斜視図である。

図８は、図７の８−８線で見た拡大部分的側部立面図
である。

図９は、図８の９−９線で見た拡大部分頂部平面図で
ある。

図10は、本発明の他の実施態様を例示している側部立
面図であり、この図では装置は静止位置にある。

図11は、圧縮状態における図10に示された装置の側部
立面図である。

図12から図15までは、本発明の使用時に歩行中の一連
の動作で見られる本発明の機能を例示した概略的側部立
面図である。

詳細な説明 図１及び図２は、本発明の原理による人の２足歩行運
動装置10の一実施態様を例示している。この装置は、歩
行、走行または地上14からの跳躍を増進するため、人12
によって着用されている。図１は、接地時の標準静止
（非圧縮）位置における装置を例示している。図２は、
跳躍、歩行、または走行中のいづれかのとき、地上から
人を持上げる前の圧縮状態における装置を例示してい
る。図１及び図２は、簡略化のため装置の１側部を例示
している。装置の両側分は、図３の後部斜視図に例示さ
れており、この図もまた標準静止位置で示されている。

本発明に係わる人の２足歩行運動装置は、適切なパッ
ドをいれて使用者の背部に取付けた全体的に長方形の剛
性背部フレーム16と、肩掛けベルト18と、ウエストバン
ド22を有する下部骨盤ハーネス20とを含む。これが、背
部フレームを使用者の背部に快適に、且つ固定した直立
位置に保持する。

それぞれ左右の脚フレーム24,26が、背部フレームの
下部左右側のピボット点に回動可能に取付けられてい
る。これらの脚フレームは、使用者の足よりも長いの
で、使用者自身の足の代りに地面に接地し、使用者自身
の足の圧縮または伸長に関係なく圧縮及び伸長できる。
好ましくは、左右の脚フレームの頂部は、左右のＵ−ジ
ョイント28,30によって、背部フレームの底部上を回転
するよう連結している。左のＵ−ジョイント28は、背部
フレームの基部において剛性水平クロスバー32の下部左
側にしっかりと取付けられている。右のＵ−ジョイント
の頂部は、クロスバー32の下部右側にしっかりと取付け
られている。左のＵ−ジョイントの底部は、左の脚フレ
ームの細長い剛性上部脚リンク34の頂部にしっかりと取
付けられており、そして右の装置は、右の脚フレームの
細長い剛性上部脚リンク36の頂部にしっかりと取付けら
れている。これらのＵ−ジョイントは、左右の脚フレー
ムが、互いに関係なく背部フレームの底部を中心として
回動可能にする。各脚フレームの頂部は、Ｕ−ジョイン
トを介してそれぞれ水平軸の周りに前後に回動できる。
この回転は、図１及び図２に示された左の上部脚リンク
34と背部フレームとの間の異なる回転角を比較すること
によって理解できる。これらのＵ−ジョイントはまた、
左右脚フレームの頂部と独立に左右に回動可能にする。

左右の脚フレーム24,26は、後方に向いている膝継手
を介して図１の静止位置と図２の圧縮状態との間を回動
する。足フレームの膝継手構造は、図４に示された左の
脚フレームの拡大斜視図を参照することによって最もよ
く理解される。これらの図は、脚フレームの一実施例を
表わしており、更に他の実施例については以下により詳
細に説明する。左右の上部脚リンク34及び36の底部は、
対応する下方に向いているヨーク38,39を有している。
左の脚フレーム上のヨークの底部は、トランスファーピ
ボットピン42を介して細長い左のレバーアーム40のほぼ
中央に取付けられている。同様に、右の脚フレーム上の
ヨークの底部は、ピボットピン46を介して右のレバーア
ーム44の中央に取付けられている。これらの接続は、レ
バーアームを上部脚フレームと相互的に回動可能にす
る。

左の脚フレームは、地面に向けて下方に延び且つ第２
の下部脚リンク50の方に収斂している第１の下部脚リン
ク48を含む剛性３角形構造体を介して地面に接地してい
る。２つの下部脚リンクの底フレームは、地面のやや上
方で互いにしっかりと取付けられており、そして第１の
脚リンクの底部は、下方の位置で、且つ使用者の足部の
後方に距離をおいて地面に接地している。第１の下部脚
リンク48の頂部は、横フレーム取付け用ピボットピンの
近くで左のレバーアーム40のほぼ中央にしっかりと取付
けられている。第２の下部脚リンク50の頂部は、左のレ
バーアーム40の底部に固定して取付けられている。従っ
て、左の脚フレームが後方に向いている膝継手を形成
し、この継手の上部部材は左の上部脚リンク34によって
形成され、下部部材は、レバーアームと、第１及び第２
の下部脚リンクとを含む３角形構造体によって形成され
る。膝継手はピボットピン42を中心に回転し、圧縮中、
上部脚リンクは、膝継手ピボットとほぼ同じ高さに下部
部材の方にある角度だけ下方移動する。圧縮中、レバー
アームの中央を通るピボットは、レバーアームの頂部を
図２に示した直立位置の方に上方に回転可能にする。

右の脚フレームは、右のレバーアーム44と、横フレー
ムをレバーアームに取付けている横のピボットピン46
と、右側の反対の膝継手の地面に接地する下部部材を形
成している第１及び第２の下部脚リンク52及び54とを含
む類似の構成部材を有している。

脚フレームは、細長い剛性左足リンク56と、類似の右
足リンク58とを含む足作動リンク装置により独立に作動
される。これらの足リンクは、その底部に、使用者の足
が使用中に支持される横の足台バーを含む。左右の足リ
ンクは、使用者の足から離れるような角度で上方に延び
ている。横の軸60が、左の足リンクの頂部を一対の剛性
の細長い下部平行リンク62及び64に接続している。左の
下部平行リンク62,64は、左のレバーアーム40の反対側
の方に足リンクバーから離れるような角度で下方に延び
ている。横軸66が左の平行リンク62,64の後部端を左の
レバーアーム40の底部に回動可能に固定している。右の
足作動リンク装置は一対の右の下部平行リンク68,70
と、平行リンクの前端を右の足リンク58の頂部に固定し
ている前部軸72と、平行リンクの後部端を右のレバーア
ーム44の底部に回動可能に固定している後部軸74とを含
む点で類似している。

左の脚フレームは更に、底部が前部軸60に回動可能に
固定されており、且つ左の足リンク56に固定して取付け
らた直立テンションバー76を含む。テンションバー76
は、使用者の左の足の後方で上方に延びている。ピボッ
トピン78が、剛性の細長い左の上部リンク80の頂部を左
のテンションバー76の頂部に回動可能に固定している。
左の上部リンク80は、後部リンク82の底部の方にテンシ
ョンバーから離れるような角度で下方に延びている。左
の上部リンク80の底部は、後部リンク82の底部に回動可
能に取付けられている。後部リンク82の頂部は、軸46に
よって左のレバーアーム40の中央に回動可能に固定され
ている。剛性斜柱84が、左の脚バー34の底部にある横フ
レーム38と、後部リンク82の底部との間に固定して取付
けられている。

同様に、右の脚フレームは更に、右の前部リンク86
と、右の上部リンク88と、右の後部リンク90と、右の斜
柱92とを含む。

左の脚フレームは更に、左の脚フレームの底部足部分
の近くに、左の脚バー34のほぼ中央と第１の下部リンク
48のほぼ中央との間に延びる細長い左の引き上げばね86
を含む。この引き上げばねは、以下の詳細説明のよう
に、３角形下部脚部材上のテンションが弛緩傾向にある
とき、脚フレームの３角形の下部の地面に接地する部分
を持上げることができる。類似の右の脚引き上げばね
（図示せず）が右の脚フレームの類似の構成部品間に延
びている。

脚フレームの伸長は、使用者の脚及び足の伸長に応じ
て伸張する。使用者の足が延びると、左の足リンク56及
び固定取付けのテンションバー76は、プーリ112の周り
のケーブル108を引っ張りながら、平行リンク62,64と上
部リンク80によって束縛されているので、前方に回転す
る。このためプーリ112を前方に引こうとし、そして下
部脚部がピン42を中心に回動しながら伸張する。使用者
が足を収縮し、上昇させると、バー76は、そのピボット
60及び78を中心に後方に回転し、ケーブルのテンション
を開放して地上または引き上げばねからの力により脚を
収縮せしめる。

脚フレームの伸長は、使用者の脚の伸長に比べて、主
に、比較的小さいケーブル108上のテンションバー76に
よる引張り運動に係わるてこ作用により使用者の足の伸
長よりも小さくなる傾向がある。てこ作用はまたプーリ
112の作用により増加され、これはテンションバー76に
よるケーブル108上の引っ張り量よりも動きが少なくな
る傾向にある。各々の場合に、このより少ない運動は、
力またはテンションの対応する増加を伴う。図示の寸法
形状に対するてこ比は、脚部48の底部における接触を経
て地上14への使用者の足の力の約２倍、及びその運動の
1/2とすれば、約2:1である。このてこ比は、テンション
バー76に対するケーブル108の取付位置、及び左のアー
ムレバー40に対するプーリ112の取付位置の調整により
変更してもよい。てこ比の正確な値は、脚フレームの伸
長または圧縮によって、多少変化する。プーリ112の更
に他の機能は、使用者の足のこのてこ作用を、次に説明
する共通のばね部材による作用と直列に置くことであ
る。プーリの特質により、その運動及びその結果生ずる
下部脚部の応答は、使用者の足の運動によって開始され
るようなケーブル108の下部端か、あるいは以下に説明
する共通のばね部材によって制御されるような上部端の
いづれかからの引っ張りにも左右される。この加算、ま
たは合計した運動が、直列機械的作動の特徴である。

背部フレーム16は、共通のばね部材と、使用中いづれ
かの脚フレームの圧縮に応じてばね部材に作用するばね
アクチュエータとを備えている。以下により詳細に説明
されているように、ばね部材は、いづれかの脚フレーム
の圧縮に応答してテンション下に置かれ、それによって
エネルギーを貯え、このエネルギーの一部が次に、（次
の歩行または跳躍中の）脚フレームを伸長するため脚フ
レームに伝えられ、そして一部分は、使用者の上部胴を
持ち上げるため背部フレームに伝えられる。ばね部材は
また、脚フレームが地面に接地係合により対応する伸長
を行なうのを妨げられていれば、使用者の脚及び足の伸
長によりテンション状態におくこともできる。図３及び
図５に明確に例示された実施態様では、ばね部材は、１
本以上の無端コード状主ばね90を具備し、これは、ばね
にテンションを加えるための垂直に可動な水平テンショ
ンバー92を具備しているばねアクチュエータの周りに延
在している。一対の無端主ばねを示したが、一部はコー
ドのばねテンションによって、種々の数の個別のばねが
使用されてもよい。例示した実施態様では、各主ばね
は、453Kg（1000Lb_s）のばねコードであればよいが、他
のレベルのばね力を使用してもよい。

垂直に可動なテンションバー92は、垂直側部フレーム
バー96の頂部に固定して取付けられている水平固定バー
94を含む長方形外部フレームの内側を摺動し、且つ垂直
側部フレームバー96は更に背部フレーム16の後部側に取
付けられている。フレームの底部は、垂直側部バー96の
底部に取付けられた一対の短い内方に延びている水平バ
ー98を具備する。この側部バー96は、水平テンションバ
ー92の垂直摺動運動を案内するためのレールとして作用
する。図７の横断面図に最もよく例示されているよう
に、この垂直レールは、横断面が長方形で、且つ長方形
フレームを通り、垂直面に対して45度回転して取付けら
れている。またテンションバーの端部は、側部バーの隣
接するコーナの方に45度の角度に延びている。別個の対
の下部ベアリングブロック100が、フレーム内側のレー
ル上を摺動するためにテンションバーの外部端に45度の
角度で取付けられテンションバーの外方コーナに取付け
られている一対の垂直に延びているベアリング支持バー
102が、上方に延びて45度の角度に取付けられ、且つフ
レームの内側レール上を摺動するために配置された別個
の対の上部ベアリングブロック104を備えている。フレ
ーム内側のレール上のばねアクチュエータの垂直摺動運
動は、上部水平バー94と、ベアリング支持バー102の頂
部との間に取付けられている一対のコイルばね106によ
って安定化されている。

使用中、各脚フレームの圧縮または、使用者の足の伸
長によって発生したテンション部材の引張りに応じてば
ね部材内にエネルギーを発生するため、テンション線が
別々に各脚フレームからばね部材に延びている。このテ
ンション部材は、左の脚フレームの前部においてテンシ
ョン線バー76に一端を取付けた左のテンション線108を
含む。右のテンション線110は、右の脚フレームの前部
においてテンション線バー86に一端を取付けられてい
る。左のテンション線は、左のテンションバーから離れ
るように後方に延び、そして左のレバーアーム40の上部
端に取付けられている左の下部ガイドプーリ112の周り
に延びている。テンション線は下部ガイドプーリから、
左のＵ−ジョイント28に隣接する左の脚バー34の外側に
取付けられた左の上部ガイドプーリ114に接触するまで
続いている。次に左のテンション線は、ばねテンション
バー92の左側の開口116を通り、ばねフレームの内側に
取付けた前部主プーリ118の頂部の周りを上方に延び、
そのプーリを離れて、ばねテンションバーの右側の開口
120を通り下方に延び、線端部は、ばねフレームの右の
底部フレーム部材98の内側の122に固定して取付けられ
ている。

同様に、右のテンション線110は、右の脚フレーム上
の右のテンションバー86から離れて下方へ、下部の右の
ガイドプーリ124の周り及び右の上部ガイドプーリ126の
周りを経て、水平ばねテンションバー92内の通路を通
り、後部主プーリ128の周りに延び、続いてテンション
バー92の通路を通り、左の底部フレーム部材98の内側の
130の剛性固定点まで延びている。

使用中、ばねテンションバーは、右または左のテンシ
ョン線のいづれかからバーに加えられたテンションによ
って主ばねを張るように動きが強制されている。テンシ
ョンは、脚フレームのいづれかの圧縮の結果としてテン
ションバーに加えられる。圧縮中、左右の脚フレームの
レバーアーム40または44は、後方に動き、そしてそれら
のそれぞれのテンション線にテンションを加えてテンシ
ョンバーを下方に引き、それが主ばねを張る。従って、
双方の脚フレームからのテンション線は、ばねアクチュ
エータを共通に引くので、一方の線が引かれると、ばね
アクチュエータの運動は他方の線を弛緩せしめる。すな
わち、一方の脚フレームが、背部フレーム及び使用者の
足を下方に押している使用者の体重使用により圧縮さ
れ、そしてその脚フレームに対するテンション線が引っ
張られているとき、他方の脚フレームのテンション線
は、弛緩する傾向がある。しかしながら、他方の脚フレ
ームに対する引き上げばねが、引き上げる力を他方の脚
フレームに加えて、脚フレームを地面の上方に保持し、
脚フレームが地上をひきずるのを防止する自然な歩き方
を容易にする。

従って、本発明は、別々の関節式に連結された左右の
脚フレームが、背部フレームの下部に独立して回動可能
に取付けられている人間の２足歩行運動装置を提供す
る。使用者の足は脚フレームに固定されていて、脚フレ
ームの底部が使用者の足の代わりに地面に接地する。各
脚フレームは、圧縮及び伸張可能に関節式に連結されて
いる。使用者の足に接触する脚フレーム部分はまた、使
用者の足を圧縮及び伸長可能にしながら、地面との接触
から、使用者の足と背部フレームとの間に持ち上げる力
を配分するように関節式に連結される。この方法では、
装置の重量、背部フレームに取付けたいかなる荷重及び
使用者の胴の重量も直接脚フレームによって保持され、
使用者の足及び脚によって保持されない。足に接触して
いるリンク装置のてこ比が、使用者の脚及び足によって
発生した力を増加して、使用者の足がさもなくば発生で
きるよりも大きな地面への力を発生し、そして増加した
垂直の加速及び荷重保持能力を可能にする。使用者の足
の圧縮または伸長は、直接各脚フレームの相似運動をひ
きおこすが、足に接触しているリンク装置のてこ比のた
め、より少ない量で生ずる。しかしながら、このてこ比
は、主ばねの作用と直列に作用して、使用者の足と地面
との間にばね作用を行なう。従って、跳びはね歩行のと
き、使用者の足の運動と主ばねの運動の結合効果により
脚フレームの運動は、使用者の足のみの動きによる運動
よりも大きい。適切な主ばねでは、それは実際に使用者
の足の動きよりも大きく、それにもかかわらず力もまた
より大きい。使用者の脚に比べて、伸長及び力の双方の
増加を提供するこの利点は本発明の装置独自のものであ
る。そのような跳びはね歩行では、使用者の下方運動に
よるエネルギーは、主ばねに貯えられ、次に使用者の胴
体及び使用者の足に再び伝えられて、使用者を、胴フレ
ームの圧縮及び主ばねに伝えられた張りの量にほぼ比例
した上方への距離だけ、空気中に跳躍させる。主ばねに
貯えられたエネルギーは次に、使用者の胴体及び使用者
の足に再び伝えられて、使用者を、脚フレームの圧縮及
び主ばねに伝えられた張りの量にほぼ比例した地上の上
方の距離だけ空気中に跳躍させる。

図12ないし図15は、本発明の使用中の歩行の標準シー
ケンスを例示している。これらの歩行は、順に、左足を
前に出した時の装置の静止状態、跳躍装置の圧縮、大き
な跳躍形の歩行を生ずるため装置から伝えられた引き上
げる力、次の歩行の用意のため右足を前に出したときの
地上への着地を示している。

前述のように、脚フレームは、対応するＵ−ジョイン
トによって背部フレームの下部に回動可能に取付けられ
て、各脚フレームの独立の前後及び側部運動を可能にす
る。対応するＵ−ジョイントに対する各テンション線の
配置が、図７ないし図９に最もよく例示されており、こ
れらの図は、各脚フレームに対する各テンション線が最
も接近した点で対応するＵ−ジョイントからずれている
ため、背部フレームへの脚フレームの持上げ作用によ
り、使用者が前方及び脚フレームから離れて側部へ倒れ
るのを防止しているのを示している。

図10及び図11は、本発明の他の形式の例示である。こ
の場合には左右の関節式に連結された脚フレームは、前
述の後方に向いている膝継手の代りにリニアベアリング
から構成される。この実施態様では、背部フレーム、主
ばね90及びばねアクチュエータバー92は、主ばねが左右
の脚フレーム上のテンション線に加えられるテンション
に応じて張られる前述の実施態様と類似の方法で作動す
る。図10及び図11の実施態様では、左の脚フレームが例
示されているが、右の脚フレームも同様である。左の脚
フレーム132は、使用者の後方に上方に延びている細長
い脚バー138に沿って摺動する下部リニアベアリング136
の底部に固定して取付けられた足台134を含む。上部脚
リンク140は、使用者から離れる角度で左のＵ−ジョイ
ント28から下方に延びており、その底部を、左の脚バー
138上の摺動可能な上部リニアベアリング142の下部に固
定されている。左のテンション線144は、その底部を足
台134に固定され、このテンション線は、上方に延びて
左の脚バー138の頂部に固定された上部ガイドプーリ146
に接触している。テンション線は、上部ガイドプーリの
周りに延び、更に上部可動リニアベアリング142に固定
された下部ガイドプーリ148の底部に係合するため下方
に延びている。次に左のテンション線は、続いて、下部
ガイドプーリから離れるように、ガイドプーリ114と類
似の方法で左のＵ−ジョイントに隣接して取付けられた
ガイドプーリ150の周りに延びている。更に、テンショ
ン線144は、上方に延びて背部フレーム上に保持された
主プーリに接触し、前述と類似の方法で主ばね90を張る
ようになっている。

本発明の他の形式の簡単な形状によって、背負い機器
上の主ばねによるばね作用と直列の使用者の足作用の運
動によるレバー作用は多少判り易くなっている。ここ
で、使用者の足の力は、足台134に加えられ、直接テン
ション線144に伝えられる。上部ガイドプーリ146は、脚
バー138上の下方への力を発生するように作用し、この
力は、機械的利得が正確に2:1のため、使用者の足によ
る力の丁度２倍となる。上部ガイドプーリ146はまた、
テンション線144の下部端の使用者の足によるレバー運
動を、テンション線の上部端の主ばねの作用によるレバ
ー運動に加える作用をする。この追加された運動は、背
部フレームへの主ばねの効果と連続する機械的作用の特
徴となっている。

図10及び図11の実施例に示す右の脚フレームはすでに
説明した左の脚フレームと同様である。

図10は、主ばね90が引張られていない静止位置におけ
る使用中の脚フレームを示しており、図11は、テンショ
ン線により主ばねを引張っている脚フレームの圧縮を例
示している。圧縮中、上部及び下部リニアベアリング
は、左の脚フレームに沿って下方に摺動し、この下方へ
の力がプーリ148を下方に、また、２つのプーリ間の距
離を長くするように固定プーリ146から遠ざかるように
移動する。このためプーリ150とばね作動バー92との間
の距離が短縮して、ばね作動バー92を下方に移動せし
め、主ばね90を張ることになる。

従って、図10及び図11の実施例では、各脚フレームに
関連したテンション線は、独立に力をばね作動バーに加
えて、主ばねを独立に張り、使用者の下方運動による一
方の脚フレームの強制圧縮が主ばね内にエネルギーを発
生し、次に、主ばね内のエネルギーが、脚フレームの伸
長により回復されて使用者の足及び胴に伝わり、使用者
を再び上方に跳ね上げることができる。２つの脚フレー
ムは、主ばねに並列に作用するように主ばねに接続され
ているので、いづれかの脚フレームの圧縮が、ばね部材
へのそれらの脚フレームの共通の取付によって他方の脚
フレームの必然的且つ類似の圧縮を誘起する。この共通
の取付が、他方の脚が地上をひきずるのを防止して、大
きな脚フレーム圧縮、大きな歩幅及び高い跳躍による２
足移動を可能にする。

更に他の実施例として、パワー補助部材を、使用者が
より少ない作用力で脚フレームの引き上げ及び伸長を増
加するのに使用してもよい。この補助パワーは、つまり
約1.5Kw（２馬力）の小型モーターによって発生するこ
とがき、テンション線ケーブルの固定点122及び130に加
えられる（図５参照）。この補助パワーは、パワーを受
けているケーブルを伸長するかまたは解放するように２
本のテンション線の端においてケーブル巻取り及び解放
を与えることができる。脚の引き上げに応じて、ケーブ
ルが巻き戻され、引き上げばねによって発生した脚フレ
ーム運動量を増加して、追加の操作性及び安全性のた
め、脚フレームを地上から引き上げる。使用者の足の伸
長に応じて、ケーブルが引っ張られるので、使用者の足
のレバー運動のみによる長さ以上に脚フレームを伸ばす
ことができ性能の向上と使用する力の減少が図れる。

更に他の実施例としては、単一の主ばねを、対応する
脚フレームの圧縮により作動する各脚フレームに取付け
られたばねに取替えてもよい。更に、機械的カップリン
グを２つのばね間に設け、それらのばねの一方のばねが
作動したとき、他方も作動するようにタンデムに動くこ
とを強制するようにしてもよい。この方法では、使用者
の体重による一方の脚フレームの圧縮が、他方の脚フレ
ームの類似の圧縮を誘起して、脚フレームを地面上方に
保持し、それによって地上でフレームのひきづりを防止
する。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】使用者の上体に取付けるための外部フレー
   ムと、 この外部フレームに回動可能に取付けられ、且つ使用者
   の体重の下で地上に着地するときエネルギーを吸収する
   ため圧縮されるように配置されて、各々が使用者の対応
   する足よりも長く、且つ使用者の足領域に取付けられた
   第１の部分と、その第１の部分から間隔をへだて、且つ
   第１の部分の下方で地上に接触するようになっている第
   ２の部分とを有している一対の脚フレームと、 外部フレーム上に保持され、且つ脚フレームに延びてい
   るテンション部材と係合するばね部材であって、脚フレ
   ームのいづれかの圧縮が、脚フレームの前記第２の部分
   と地上との間で接触するとき、エネルギーをテンション
   部材を介してばね部材に伝えて、使用者の身体を引き上
   げる力と使用者の足と地上との間にばね作用を与え、使
   用者がばね作用で歩行または走行中、使用者を持上げら
   れるようにしたばね部材とからなる人の２足歩行運動装
   置。
2. 【請求項２】前記脚フレームは独立して前後左右に動か
   すことができるように、各脚フレームが対応するＵ−ジ
   ョイントによって外部フレームに装着されており、それ
   に各テンション部材が独立に対応する脚フレームに連結
   され、他のテンション部材に関係なくばね部材にエネル
   ギーを伝えるためばね部材に引っ張り力を加えるように
   した請求項（１）に記載の装置。
3. 【請求項３】前記ばね部材は前記外部フレームに保持さ
   れており、またこの外部フレームに保持されている主ば
   ねに係合するばね作動部材を含み、且つこのばね作動部
   材が、脚フレームに関連したテンション部材のいずれか
   のテンションに応じて前記主力ばねを張るように移動可
   能に配置され、その中で各脚フレームが関節で接合され
   ており、この関節接合された脚フレームの圧縮及び伸張
   が後向きの膝継手によって発生するようにした請求項
   （１）または（２）に記載の装置。
4. 【請求項４】使用者の上部胴に取付けるための背部フレ
   ームと、 この背部フレームの下部に回動可能に取付けられ関節で
   連結した右脚フレームと、 前記右脚フレームに隣接して背部フレームの下部に回動
   可能に取付けられ関節で連結した左脚フレームと、 使用者の右左それぞれの足に対応する脚フレーム取付け
   部材と、 使用者の足が左右対応する脚フレームに装着される点よ
   り後方で各脚フレームの部分を地面に接触させる部材
   と、 背部フレーム上に保持されたばね部材と、 背部フレームに保持され、且つ前記ばね部材を張るよう
   に移動可能であるばね作動部材と、 前記脚フレームが、標準静止位置と、使用者の足の下方
   運動及び脚フレームに下向きにかかる使用者の体重とに
   よって生じる圧縮状態の位置との間で可動であるように
   配置された各脚フレーム上のピボット部材と、 各脚フレームからばね作動部材に別々に延在し、脚フレ
   ームのいずれかが圧縮されたときテンション状態に置か
   れるように配置され、それによってばね作動部材を作動
   してばね部材を張り、このばね部材内にエネルギーを発
   生させ、そこでそのエネルギーを引続き再び使用者の上
   胴部及び使用者の足に伝達して、使用者を脚フレームの
   圧縮量とばね部材に伝達された伸長量に比例した距離だ
   け使用者を地面から空中に跳躍させるテンション部材と
   からなる人の２足歩行運動装置。
5. 【請求項５】使用者の胴に取付けるための外部フレーム
   と、 背部フレームの下部に回動可能に装着され、圧縮及び伸
   長可能に関節式に連結されており、使用者の足より長く
   使用者の足代りに地面と接触し、且つその最下端に地面
   との接触部材を設けた右脚フレームと、 背部フレームの下部に回動可能に装着され、圧縮及び伸
   長可能に関節式に連結されており、使用者の足より長く
   使用者の足代りに地面と接触し、且つその最下端に地面
   との接触部材を設けた左脚フレームと、 各関節式に連結された脚フレームの圧縮及び伸長運動の
   ため、地上に着地したとき使用者の下方運動のエネルギ
   ーを吸収し、引続き再び上方に跳ね上るときエネルギー
   を回復するため機械的に連結されているエネルギー制御
   部材と、 各々の脚フレームを使用者の足に接続し、使用者の足の
   相似運動により脚フレームの前後及び左右運動のほぼ直
   接且つ剛性的な機械制御を提供しながら使用者の足の圧
   縮及び伸長を可能にするように関節式に連結されている
   脚アタッチメント部材と、 地上に対し脚フレームによって加えられた力が使用者の
   足によって加えられる力よりも大きくなるように、1:1
   よりも大きい機械的利得を有し、使用者の足の伸長及び
   圧縮運動を脚フレームの相似の伸長または圧縮に結合す
   るため、各脚フレーム及びその脚アタッチメント部材に
   連結し、且つ脚フレームのカップリングと連結して作用
   するためのエネルギー制御部材に接続したてこ部材とか
   らなる人の２足歩行運動装置。
6. 【請求項６】前記エネルギー制御部材は外部フレームに
   装着したばね部材で、このばね部材から対応する脚フレ
   ームに延びるテンション部材によって各脚フレームに連
   結されており、且つこのばね部材が２つの脚フレームに
   取付けられたテンション部材により並列に作用するよう
   にした請求項（５）に記載の装置。
7. 【請求項７】前記脚フレームに対応するテンション部材
   が弛緩した状態にあって、この弛緩を除去するような時
   に、脚フレームに引き上げ力を作用して脚フレームを圧
   縮し、地面より上に持上げる引き上げばねを各脚フレー
   ムに個別に係合させて設けた請求項（５）または（６）
   に記載の装置。
8. 【請求項８】前記各脚フレームに独立に連結したテンシ
   ョン部材が、ばね部材に力を作用してこのばね部材を独
   立に張り、使用者の下方運動による１方の脚フレームの
   強制圧縮が、その脚フレームのテンション部材を引っ張
   ることができ、そのばね作動部材の運動の発生が、他の
   脚フレームに連結したテンション部材を弛緩せしめ、前
   記引き上げばねを介して、他方の脚フレームに圧縮と持
   上げが生じて、一方の脚フレームが地面を引き摺られて
   いくのを防止し、大きな脚フレーム圧縮、大きな歩幅及
   び高い跳躍の２足移動が可能な請求項（６）に記載の装
   置。
9. 【請求項９】使用者の上体に取付けるための外部フレー
   ムと、 この外部フレームに回動可能に取付けられ、且つ使用者
   の体重の下で地上に着地するときエネルギーを吸収する
   ため圧縮されるように配置されて、各々が使用者の対応
   する足よりも長く、且つ使用者の足領域に取付けられた
   第１の部分と、その第１の部分から間隔をへだて、且つ
   第１の部分の下方で地上に接触するようになっている第
   ２の部分とからなり、フレームの圧縮が、使用者の身体
   及び足の垂直運動を可能にし、一方フレームの第２の部
   分が更に地面に接地しているようになっている１対の脚
   フレームと、 外部フレーム上に保持されているばね部材と、 各脚フレームがてこ部材を備え、脚フレームの第２の部
   分と地上との間の接触が、脚フレームの圧縮を生じ、こ
   のてこ部材によって生じた機械的利得を介して地上にて
   こ作用力を加えるようにした各脚フレームと、 各脚フレームの圧縮が、使用者と地上との間に加えられ
   る垂直跳躍力を増進するため脚フレームによって生じた
   てこ作用力と直列に垂直跳躍力を生ずるためばね部材内
   にエネルギーを貯えるように、ばね部材と直列に脚フレ
   ームのてこ部材を接続している部材とからなる人の２足
   歩行運動装置。