JPH08317840A

JPH08317840A - 人間の歩行をシミュレートするシステム

Info

Publication number: JPH08317840A
Application number: JP7108276A
Authority: JP
Inventors: Boris Kotlarsky; コトゥラースキーボリス; Gideon Gelman; ゲルマンギデオン
Original assignee: NEW DIMENSION PROD Ltd; New Dimension Products Ltd
Current assignee: NEW DIMENSION PROD Ltd; New Dimension Products Ltd
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-12-03
Also published as: US5443188A; EP0676224A1

Abstract

(57)【要約】【目的】人間が歩行特性を具現化して、人間の歩行を
シミュレートする。【構成】人間の歩行をシミュレートするシステムが、
第１トラック（１１４）；この第１トラックに沿って進
む右脚（１０４）；第１トラックに沿って右脚を１ステ
ップ分前進させる第１駆動手段（１２６）；第１トラッ
クとほぼ平行な第２トラック（１１６）；第２トラック
に沿って進む左脚（１０６）；第２トラックに沿って左
脚を１ステップ分前進させる第２駆動手段（２２８）；
第１及び第２駆動手段を交互に作動させて右脚及び左脚
を歩行しているように進ませるコントロール手段（１２
０）とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的に人体の動きをシ
ミュレートするシステムに関し、特に人間の歩行をシミ
ュレートするシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ショウウインドウで被服を着て陳列され
ているマネキンはもう何年も知られている。しかしなが
ら、このようにショウウインドウに陳列されたマネキン
は静止したポーズのみであるので、見る人の目を引きつ
ける魅力が欠けていた。最近ではショウウインドウでの
陳列が人の目を引きつけるようにする試みがなされてお
り、例えば、マネキンをベルトコンベア上に乗せて連続
的に移動するようなことも試みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにマネキンが単にコンベア上を連続して移動するだけ
では、実際に人の目を引きつけるまでには至っておら
ず、ショウウインドウ内でのマネキンを、あたかも生身
の人間が歩行しているように見せることが望まれてい
る。

【０００４】このようなことから、本発明は、特にショ
ウウインドウ内でマネキンを本当の人間が歩いているよ
うにシミュレートさせるシステムを提供することを主目
的とする。

【０００５】標準的な身長の人間が３〜５ｋｍ／ｈの速
さで歩くときの歩行特性は、歩幅が６０〜７０ｃｍで、
両脚のなす角度（交差角）は最大歩幅のときに５０゜〜
６０゜であり、歩行中に脚を持ち上げるときから下ろす
ときまでの足の前後方向の揺動運動角は１５゜というの
が典型的である。このため、できる限り生身の人間が歩
行しているようにシミュレートするには、人間の体格寸
法にできるだけ近い外観を有し、かつ上記人間の歩行特
性を具現化するシステムが求められる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は人間の歩行をシ
ミュレートするシステムを提供するものであり、このシ
ステムは、（ａ）第１トラック；（ｂ）この第１トラッ
クに沿って進む右脚；（ｃ）第１トラックに沿って右脚
を１ステップ分前進させる第１駆動手段；（ｄ）第１ト
ラックとほぼ平行な第２トラック；（ｅ）第２トラック
に沿って進む左脚；（ｆ）第２トラックに沿って左脚を
１ステップ分前進させる第２駆動手段；（ｇ）第１及び
第２駆動手段を交互に作動させて右脚及び左脚を歩行し
ているように進ませるコントロール手段とから構成され
る。

【０００７】このシステムは、システムの適用目的に応
じて、マネキン、案山子などのように人間をモデルとし
た外観を用いて作るのが好ましい。左右の脚の上端部は
腰の位置において左右に距離をおいて互いに揺動自在に
連結され、両トラック上を一歩一歩進ませるときにはさ
みを動かせるような運動（交差運動）を行うようになっ
ている。

【０００８】モデルをトラック上で一歩一歩進ませる駆
動システムは、一対のベルト駆動式搬送体を備えてお
り、これら搬送体はモデルを支持してトラック上を移動
する車輪付き搬送体を介して左右の脚に着脱可能に連結
されている。ベルト駆動式搬送体自身は、上記一対のト
ラックの下方に所定距離を置いて並んで配設されたもう
一対の互いに平行なトラックの上を移動する。駆動シス
テムはさらに、モデルがトラック端部に到達したことを
検知するリミットスイッチと、モデルの進行方向を逆転
させる回転ターミナルとを有している。

【０００９】腰部は、疑似歩行運動の間、モデルの背骨
をほぼまっすぐに保つためのバランス機構を有してい
る。さらに、左右の脚は膝関節のように連結された上部
脚および下部脚からなり、屈曲が可能であるとともにこ
れをまっすく伸ばす手段を有している。さらに、脚の下
端には足部材が揺動自在に繋がっており、前後ショック
アブソーバが設けられており歩行運動をスムーズに行わ
せる。

【００１０】要するに、本発明は、その重量、慣性モー
メントならびに静的及び動的特性に基づいて、空間的お
よび時間的に組み合わせて人間の歩行をシミュレートす
るように設計された要素を有したユニークなシステムで
ある。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。本発明は人間の歩行をシミュレートする
システムであり、人間のようなモデルを駆動システムに
より一対のトラックに沿って歩行するように移動させる
ようにしたシステムである。本発明のシステム１００の
原理及び作動は、図面および以下の説明により一層よく
理解できる。

【００１２】まず図１および図２には、システム１００
の適用目的に応じてマネキン、案山子等となる人間に似
せたモデル１０２を示している。このモデル１０２は右
脚１０４と左脚１０６とを有し、両脚は腰部１０８を介
して左右に所定距離だけ離れて互いに揺動自在に連結さ
れている。左右脚１０４，１０６は一対の車輪付き搬送
体１１０，１１２の上に取り付けられており、これら搬
送体は一対のトラック１１４，１１６に沿って移動す
る。トラック１１４，１１６は例えば１８０ｃｍの長さ
を有している。

【００１３】コントローラ１２０の制御の下で駆動され
る駆動システム１１８は、一対のベルト駆動搬送体１２
２，１２４によりトラック１１４，１１６に沿ってモデ
ル１０２を一歩ずつ進ませる。なお、搬送体１２２，１
２４は搬送体１１０，１１２と着脱自在に連結されてい
る。搬送体１２２，１２４はモーター１２６，１２８に
より駆動されて、トラック１１４，１１６の下方に所定
距離を置いて整列して設けられた一対トラック１３０，
１３２に沿って進められる。

【００１４】駆動システム１１８がモデル１０２を左か
ら右へ且つ右から左へ移動させるようになっているのが
本発明の特徴の一つである。モデル１０２を左から右へ
移動させるために、左右搬送体１１０，１１２がそれぞ
れトラック１１４，１１６に沿って移動し、モデル１０
２を右から左へ移動させるために、左右搬送体１１０，
１１２がそれぞれトラック１１６，１１４に沿って移動
する。

【００１５】リミットスイッチ１３４，１３６は、脚１
０４，１０６がそれぞれトラック１１４，１１６の右に
到達したことを検知し、リミットスイッチ１３６，１３
７は脚１０４，１０６がそれぞれトラック１１４，１１
６の左に到達したことを検知する。リミットスイッチ１
３４〜１３７はコントローラ１２０に検知信号を送り、
モーター１４２，１４４により駆動される回転ターミナ
ル１３８，１４０を用いて搬送体１１０，１１２とトラ
ック１１４，１１６とを逆に繋ぎ変える。このことから
分かるように、ターミナル１３８，１４０はトラック１
１４，１１６の端部を構成するトラックを有している。

【００１６】次に図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照し
て右及び左脚１０４，１０６を説明するが、これらは同
一部材から構成されているので同一番号を用い、右脚１
０４のみについて説明する。右脚１０４は膝のようなジ
ョイント１５０により互いに揺動自在に連結された上部
脚１４８と下部脚１５２とを有し、脚１０４は矢印Ａ方
向に屈曲するようになっている。膝のようなジョイント
１５０はＴ字状ヘッド１５４を有する下部脚１５２に設
けられており、その前部１５６において上部脚１４８と
揺動自在に連結されている。

【００１７】脚１０４の屈曲運動に抗するため、スプリ
ング１５８がＴ字状ヘッド１５４の後部１６０と上部脚
１４８の中間点１６２との間に配設されており、上部脚
１４８に対して下部脚１５２をほぼ真っ直ぐに伸ばすよ
うになっている。上部脚１４８における中間点１６２の
正確な位置はスプリング１５８のバネ定数及び長さや設
計的に必要とされる種々のパラメータに基づいて設定さ
れる。

【００１８】左右上部脚１４８の上端には右及び左プレ
ート１６４，１６６が取り付けられており、左右下部脚
１５２の下端には足首状プレート１７４，１７６を介し
て右及び左足部材１７０，１７２が取り付けられてい
る。プレート１６４，１６６は、図５および図６から最
もよく分かるように、横軸１８０を支えるベアリング１
７８を有しており、これにより両脚１０４，１０６が交
差運動を行うことができるようになっている。

【００１９】次に図４に示すように、足部材１７０が、
搬送体１１０に取り付けられたアンカー１８２に揺動自
在に取り付けられている。同様にして、足部材１７２が
搬送体１１２に取り付けられたアンカー１８４に揺動自
在に取り付けられている。前後ショックアブソーバ１８
８，１９０がアンカー１８２，１８４の前後に設けられ
ており、モデル１０２が疑似歩行運動を行うときに、ア
ンカー１８２，１８４の回りにおける矢印Ｂで示すよう
な足部材１７０，１７２の揺動運動を減衰させる。

【００２０】全体としては、右脚１０４が前進すると、
これに対応する膝関節状ジョイント１５０が約１５゜屈
曲し、右足部材１７０がアンカー１８２に対して反時計
回りに約１５゜揺動し、右後部ショックアブソーバ１９
０が圧縮される。一方、左脚１０６はほぼ真っ直ぐのま
まで、左足部材１７２はアンカー１８４に対して時計回
りに約１５゜揺動し、左前部ショックアブソーバ１８８
を圧縮させる。左脚１０６が前進するときはこれと同様
で逆の作動がなされ、左脚の膝関節状ジョイント１５０
が約１５゜屈曲し、左足部材１７２がアンカー１８４に
対して反時計回りに約１５゜揺動し、左後部ショックア
ブソーバ１９０が圧縮され、一方、右脚１０４はほぼ真
っ直ぐのままで、右足部材１７０はアンカー１８２に対
して時計回りに約１５゜揺動し、右前部ショックアブソ
ーバ１８８を圧縮させる。

【００２１】なお、上述のような膝関節状ジョイント１
５０の屈曲およびアンカー１８２，１８４に対する左右
足部材１７０，１７２の揺動角はそれぞれ、左右足の歩
幅によって大きく異なる。

【００２２】次に図５〜図７を参照して説明する。図に
は腰部１０８が示されており、この腰部１０８は、右及
び左ベアリング１９８，２００と右及び左スロット２０
２，２０４とを有したベース１９４を有しており、これ
により疑似歩行運動に際してモデル１０２の背骨をほぼ
真っ直ぐに保持するためのバランス機構１９６が構成さ
れている。バランス機構１９６は、固定ベアリング１９
８，２００により支持された前バランス軸２０６と、ス
ロット２０２，２０４に沿って移動するローラー２０７
に取り付けられた後バランス軸２０８とを有する。前バ
ランス軸２０６と後バランス軸２０８の距離を記号ａで
示している。

【００２３】前バランス軸２０６は左脚１０６によって
回動され、後バランス軸２０８は右脚１０４によって往
復動される。バランス機構１９６において、後バランス
軸２０８は、右及び左脚１０４，１０６が横軸１８０を
中心として交差運動を行うときに、スロット２００，２
０４内で往復運動を行い、モデル１０２の背骨をほぼ真
っ直ぐに保持する。特に、後バランス軸２０８は、左脚
１０６が前進したときに番号２０９で示す最も前に移動
した位置に位置して距離ａが最小となり（図５参照）、
右脚１０４が前進したときに番号２１１で示す最も後に
移動した位置に位置して距離ａが最大となる（図７参
照）。両位置の間に番号２１０で示す中立位置があり、
両脚１０４，１０６がほぼ垂直に直立したときに後バラ
ンス軸２０８が中立位置に位置する（図６参照）。

【００２４】右及び左プレート１６４，１６６には、図
３に示すように、斜めに傾斜した切り欠き２１２が形成
されており、両脚１０４，１０６が交差運動を行うとき
に、これらプレートとベアリング１９８，２０７とが干
渉するのを防止している。

【００２５】右脚１０４もしくは左脚１０６が前進した
ときに、腰部１０８は最低高さｈminとなり、両脚１０
４，１０６が直立したときに、腰部１０８は最高高さｈ
maxとなる。両高さの差（ｈmax−ｈmin）は通常数ｃｍ
であり、その値は左右両足の歩幅に応じて決まる。

【００２６】次に、図８、図９に示す駆動システム１１
８を説明する。このシステム１１８は、搬送体１１０，
１１２と搬送体１２２，１２４とを連結するカップリン
グを有している。このカップリングは、搬送体１２２，
１２４に設けられたソレノイド駆動ボルト２１４，２１
６と、このボルトを受容する受容孔２１８，２２０とか
ら構成される。ソレノイド駆動ボルト２１４，２１６の
作動は、コントローラ１２０により制御される。

【００２７】図示のように、ターミナル１３４，１３６
は、コントローラ１２０により制御されるソレノイド駆
動ラッチ２２２，２２４がそれぞれターミナル１３８の
溝２２６，２２８及びターミナル１４０の溝２３０，２
３２に係合して、所定位置に固定保持されている。この
ようにターミナル１３８，１４０にはそれぞれ二つの溝
が形成されており、これが１８０゜回転されて、搬送体
１１０，１１２とトラック１１４，１１６との係合を逆
転させることができるようになっている。なお、搬送体
１１０，１１２はこの回転作動中においては機械ラッチ
機構（図示せず）によりターミナル１３８，１４０（の
上のトラック上）に固定保持される。

【００２８】次に、図１０〜図１３を参照して説明す
る。図には左脚が前に踏み出された状態から右足を前進
させて人間の歩行をシミュレートさせる様子を示してい
る。モデル１０２は実際には、その重量、慣性モーメン
トならびに静的及び動的特性に基づいて、空間的および
時間的に組み合わせて人間の歩行をシミュレートするよ
うに設計された運動要素を有する。このような運動要素
としては、まず、図３において矢印Ａで示す屈曲運動が
あり、第２に図４において矢印Ｂで示す足部材１７０，
１７２の揺動運動があり、最後にモデル１０２の背骨を
ほぼ真っ直ぐに保持するための矢印Ｃで示す後バランス
軸２０８の往復運動（図５〜図７参照）がある。

【００２９】図１０には、モデル１０２の左脚が前に位
置した状態、すなわち、左足部材１７２が右足部材１７
０に対して約６０ｃｍ前進した状態を示している。この
ため、右及び左脚１０４，１０６は支持横軸１８０に対
してはさみ状に開いた状態となり、後バランス軸２０６
は番号２０９で示す位置に位置し前後バランス軸２０
６，２０８の距離ａが最小となり、腰部１０８の高さが
最小ｈminとなる。さらに、左脚１７２が前進している
ときには、膝関節状ジョイント１５０は約１５゜屈曲
し、左足部材１７２はアンカー１８４に対して約１５゜
反時計回りに揺動し、左後ショックアブソーバ１９０を
圧縮させる。一方、右脚１０４はほぼ真っ直ぐ伸びてお
り、アンカー１８２に対して約１５゜時計回りに揺動
し、右前ショックアブソーバ１８８が圧縮される。

【００３０】右足部材１７０がこの状態から図における
右方に移動（前進移動）開始すると、右及び左脚１０
４，１０６は支持横軸１８０を中心としてはさみを閉じ
る方向の運動を開始する。すなわち、モデル１０２が図
の右方に（前進方向に）移動すると、支持横軸１８０を
中心として、右プレート１６４は反時計回りに揺動し、
左プレート１６６は時計回りに揺動する。これにより、
後バランス軸２０８は後方にスライド移動してモデル１
０２の背骨を真っ直ぐ保持したまま腰部１０８を移動さ
せる。同時に、右及び左足部材１７０，１７２が近づく
につれて、右足部材１７０は右アンカー１８２に対して
反時計回りに揺動を開始し、左足部材１７２は左アンカ
ー１８４に対して時計回りに揺動を開始する。

【００３１】ここで図１１を参照して説明する。右足部
材１７０が図における右方向に進む（前進する）につれ
て、脚１０４，１０６はほぼ直立する位置まで移動する
と、後バランス軸２０８は番号２１０で示す位置に位置
し、腰部１０８の高さが最大高さｈmaxとなる。

【００３２】次に図１２の状態を説明する。右脚及び腰
部１０８が前進する、すなわち、モデル１０２が図にお
いて右方向に進むにつれて、右及び左脚１０４，１０６
が支持横軸１８０を中心としてはさみを開くような運動
を開始する。このようなはさみを開く運動により、支持
横軸１８０を中心として、右プレート１６４は反時計回
りに揺動し続け、左プレート１６６は時計回りに揺動し
続ける。これにより、後バランス軸２０８は番号２１０
で示す位置から番号２１１で示す位置に向かって左方向
にスライド移動する。同時に、右足部材１７０は右アン
カー１８２に対して反時計回りに揺動し続け、左足部材
１７２は左アンカー１８４に対して時計回りに揺動し続
け、左右の脚１０４，１０６は離れる。

【００３３】そして図１３に示すように、モデル１０２
の右足部材は最も前方に踏み出した状態となり右足部材
１７０は最終的に接地する。この位置においては、右脚
１０４はその膝関節状ジョイント１５０において約１５
゜屈曲し、足部材１７０はアンカー１８２に対して約１
５゜反時計回りに揺動して右後ショックアブソーバ１９
０を圧縮する。一方、左脚１０６はほぼ真っ直ぐ伸びた
状態となり、足部材１７２はアンカー１８２に対して時
計回りに約１５゜揺動して左前ショックアブソーバ１８
８を圧縮する。さらに、後バランス軸２０６は番号２１
０の位置の後に位置する番号２１１の位置に位置し、前
及び後バランス軸２０６，２０８間の距離ａは最大とな
り、腰部１０８の高さは再び最小高さｈmimとなる。

【００３４】コントローラ１２０は右及び左脚１０４，
１０６をトラック１１４，１１６に沿って一歩一歩交互
に駆動し、リミットスイッチ１３４，１３５によりモデ
ルがトラック１１４，１１６の右端に到達したことが検
知されるまで疑似歩行運動を行わせる。通常一歩進むの
に約３秒を要し、このためモデル１０２は、トラック１
１４，１１６の端から端まで１．８ｍの距離を歩くのに
約３０秒を要する。

【００３５】右端に到達したことが検知されると、リミ
ットスイッチ１３４，１３５は、コントローラ１２０に
搬送体１１０，１１２とトラック１１４，１１６との係
合を逆転させる信号を送る。これにより駆動システム１
１８はモデル１０２を、次のような順序で右から左に進
ませることができる。まずコントローラ１２０は搬送体
１２２，１２４のボルト２１４，２１６を搬送体１１
０，１１２の挿入孔２１８，２２０から引き抜く。次
に、機械ラッチ２３４，２３６を搬送体１１０，１１２
に係合させ、搬送体１１０，１１２をターミナル１３８
に固定する。三番目に、コントローラ１２０はラッチ２
２２をターミナル１３８の溝２２６から引き抜き、モー
ター１４２を駆動してターミナル１３８を１８０゜だけ
回転させる。そして、ラッチ２２２をターミナル１３８
の溝２２８内に挿入させる。そして、コントローラ１２
０は、搬送体１２２，１２４のボルト２１４，２１６を
搬送体１１２，１１０の挿入孔２２０，２１８に挿入さ
せる。これにより搬送体１１０，１１２とトラック１１
４，１１６との係合が逆転され、右から左へのモデル１
０２の移動に切り替わる。

【００３６】上記と同様にして、コントローラ１２０は
右及び左脚１０４，１０６をトラック１１４，１１６に
沿って一歩ずつ駆動して、リミットスイッチ１３６，１
３７によりモデル１０２がトラック１１４，１１６の左
端に到達したことが検知されるまで疑似歩行運動を行わ
せる。このときリミットスイッチ１３６，１３７はコン
トローラに検知信号を出力し、上記と同様な作動を行わ
せて搬送体１１０，１１２とトラック１１４，１１６と
の係合を逆転させ、駆動システム１１８はモデル１０２
を再び左から右へ移動させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る人間の歩行をシミュレートするシ
ステムの正面図である。

【図２】本発明に係る人間の歩行をシミュレートするシ
ステムの平面図である。

【図３】上記システムを構成する右および左脚を示す正
面図である。

【図４】上記システムを構成する足部材の周りを拡大し
て示す部分断面正面図である。

【図５】上記システムにおける腰部を拡大して示す斜視
図である。

【図６】上記システムにおける腰部を拡大して示す斜視
図である。

【図７】上記システムにおける腰部を拡大して示す斜視
図である。

【図８】上記システムを構成する駆動システムの正面図
である。

【図９】上記システムを構成する駆動システムの平面図
である。

【図１０】上記システムにおける左右の脚の疑似歩行運
動を示す正面図である。

【図１１】上記システムにおける左右の脚の疑似歩行運
動を示す正面図である。

【図１２】上記システムにおける左右の脚の疑似歩行運
動を示す正面図である。

【図１３】上記システムにおける左右の脚の疑似歩行運
動を示す正面図である。

【符号の説明】

１０２モデル１０４，１０６脚１１４，１１６トラック１１８駆動システム１２０コントローラ１５０ジョイント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）第１トラック、（ｂ）この第１トラ
ックに沿って進む右脚、（ｃ）前記第１トラックに沿っ
て前記右脚を１ステップ分前進させる第１駆動手段、
（ｄ）前記第１トラックとほぼ平行な第２トラック、
（ｅ）この第２トラックに沿って進む左脚、（ｆ）前記
第２トラックに沿って前記左脚を１ステップ分前進させ
る第２区動手段、および（ｇ）前記第１及び第２区動手
段を交互に駆動して、前記右及び左脚を疑似歩行運動さ
せるコントロール手段からなることを特徴とする人間の
歩行をシミュレートするシステム。
【請求項２】前記左右両脚の上端部が腰部において左
右に所定距離を置いて並んだ状態で互いに揺動自在に連
結され、前記左右両脚が交差運動を行うことを特徴とす
る請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記腰部が前記疑似歩行運動に際して背
骨部材をほぼ真っ直ぐに保持するバランス手段を有して
いることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】前記左右両脚がそれぞれ上部脚及び下部
脚からなるとともに、膝関節状ジョイントを介して屈曲
運動可能に連結されていることを特徴とする請求項１に
記載のシステム。
【請求項５】前記各脚が前記上部脚に対して前記下部
脚を真っ直ぐに伸ばさせる手段を有していることを特徴
とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】前記各脚の下端に足部材が揺動自在に連
結されていることを特徴とする請求項１に記載のシステ
ム。
【請求項７】前記疑似歩行運動を和らげる減衰手段を
有していることを特徴とする請求項１に記載のシステ
ム。
【請求項８】前記減衰手段が前部及び後部ショックア
ブソーバからなることを特徴とする請求項７に記載のシ
ステム。
【請求項９】前記脚が前記トラックの端部に到達した
ことを検知するリミットスイッチを有していることを特
徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】前記トラックに沿った前記脚の移動方
向を逆転させる転回手段を有していることを特徴とする
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】人間のようなモデルを用いることを特
徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】マネキンを用いることを特徴とする請
求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】案山子を用いることを特徴とする請求
項１１に記載のシステム。