JPH11320461A - 人工足部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人間に装着する義足、或いは歩行ロボットの
足部として適用することができ、滑りやすい路面であっ
ても、滑ることなく、安定した歩行を得ることができ、
また、義足として、或いは歩行ロボットの足部として寿
命の長く、更に、路面に与える損傷も少ない人工足部を
提供することを課題とする。 【解決手段】 足部１の接地面に突出自在にスパイクパ
ット６、６、・・・を設け、該スパイクパットを突出さ
せる突出駆動手段１５を設け、路面状態認識手段１６に
より認識した路面状態に基づいて、スパイクパットを突
出させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規な人工足部に関
する。詳しくは、路面が滑りやすい状態であっても、歩
行ロボット、或いは義足を使用した人間が、容易に転倒
しないようにする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歩行ロボットの足部、或いは義足
には、足部の底面が路面の状態の変化に対応して、変化
する又は変更されるようなものはなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】路面には、コンクリー
ト面、アスファルト面、砂利面、タイル面など様々な路
面があり、これに加え、天候により、濡れた路面、雪
面、アイスバーンなど、路面の状況も様々に変化する。

【０００４】このような路面の状況下において、人間が
歩行するときは、視覚、触覚（先に接地させた足部によ
る感覚）などにより路面の状態を把握し、判断した後、
これに対応させて歩行動作を行なう。即ち、滑りそうな
路面状態であった場合、歩幅を小さくしたり、体重の移
動をゆっくりさせたり、或いは体重を後ろ足に残したま
ま前足をゆっくり差し出したりするようにして、歩行動
作を調整する。

【０００５】ところが、歩行ロボットにあっては、路面
状態を適切に把握する検出手段がなく、また、ロボット
であるが故に、微細な動きができないなどの理由によ
り、歩行時に体重の移動や歩幅の調整を適切に行なうこ
とができず、特に、滑りやすい路面では転倒するという
問題があった。

【０００６】また、義足を使用する人間にあっては、あ
る程度、路面の状態を把握できても、義足であるが故
に、先に出した足部の接地により、路面状況を把握する
ことはできず、また、微細な動きもできないため、歩行
ロボットと同様に、滑りやすい路面において転倒すると
いう事故があった。

【０００７】そのため、予め、足部の底面にスパイクを
設けることも考えられるが、滑りやすい路面でない場合
にもスパイクにより歩行することになり、スパイクの寿
命が短くなってしまうこと、路面をスパイクで常に削っ
てしまうこと、更に、スパイクが引っ掛かって歩行の妨
げになることなどの理由により採用されていない。

【０００８】そこで、本発明は上記した欠点を解消し、
人間に装着する義足、或いは歩行ロボットの足部として
適用することができ、滑りやすい路面であっても、滑る
ことなく、安定した歩行を得ることができ、また、義足
として、或いは歩行ロボットの足部として寿命の長く、
更に、路面に与える損傷も少ない人工足部を提供するこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明人工足部は、上記
した課題を解決するために、足部の接地面から突出自在
にされたスパイクと、該スパイクを突出させる突出駆動
手段とを設けたものである。

【００１０】従って、本発明人工足部にあっては、路面
の状態を判断した後、滑りやすい路面の時に、スパイク
を突出させることができ、微細な動きができない義足、
又は歩行ロボットの足部であっても、滑りやすい路面で
転倒することなく歩行することができ、しかも、滑りや
すい路面でない場合には、スパイクを引っ込めることに
より、スパイクを路面に接触させることはなく、従っ
て、スパイクを削ることもなく、路面を痛めることもな
く、また、安定した歩行動作を行なうことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明人工足部の
実施の形態を示すものである。

【００１２】足部１は、足部本体２と、接地面となる底
面部３とを有し、底面部３には複数の凹部４、４、・・
・が形成されている。

【００１３】また、底面部３は硬化ゴムで構成されてお
り、その下面には衝撃吸収素材から成る足裏材５が貼着
されている。

【００１４】凹部４の奥部にはスパイクパット６が設け
られており、該スパイクパット６は凹部４内を摺動自在
に設けられており、下方へ摺動したときは、底面部３の
足裏材５よりも、下方に突出するようになっている。

【００１５】尚、図中、３つのスパイクパット６、６、
６を底面部３に形成したものを示したが、実際には、多
数、例えば、１０乃至２０個くらいのスパイクパット
６、６、・・・を形成した方が、スパイクパット６とし
ての効果を更に奏する。

【００１６】スパイクパット６は、硬化ゴムから成り下
面が閉塞された円柱状のスパイク本体７と該スパイク本
体７の凹部に取着されたベローズ８とから成る。

【００１７】スパイク本体７の外径は、上記底面部３の
凹部４の内径とほぼ同じか又はやや小さく形成されてお
り、また、その下面には、底面部３と同様に衝撃吸収素
材から成る足裏材９が貼着されている。

【００１８】尚、スパイクパット６の下面に足裏材９を
貼着させたが、このようにすると、スパイクパット６、
６、・・・の使用時にあっても、歩行による衝撃を吸収
することができるが、本発明はこれに限らず、路面がア
イスバーンである場合には、スパイク本体７そのものを
硬質な材料、例えば金属などにしても良く、更に、先端
を尖らせることにより、アイスバーンでの滑りを防止す
ることができる。

【００１９】上記ベローズ８の内部空間は、パイプ１０
を介して調節シリンダ１１に接続されており、調節シリ
ンダ１１、パイプ１０及びベローズ８内には、流体、例
えば、オイル１２が充填されている。尚、オイル１２の
代わりに、液状シリコーンや液漏れ事故が発生しても人
体に影響が少ない生理食塩水又はヒアルロン酸ナトリウ
ム等を用いても良い。

【００２０】また、調節シリンダ１１に接続されたパイ
プ１０は途中で分岐され、各スパイクパット６、６、・
・・の各ベローズ８、８、・・・に接続されている。

【００２１】調節シリンダ１１は、例えば、足部本体２
の取着されており、調節シリンダ１１内のピストン１３
を調節シリンダ１１に対して摺動させることにより、調
節シリンダ１１、パイプ１０及びベローズ８、８、・・
・内の内圧が変化して、各ベローズ８、８、・・・を伸
縮するようになっている。

【００２２】尚、調節シリンダ１１の取り付け箇所は、
足部本体２に限らず、足部よりの上方に位置する脛骨部
材や上半身に取り付けても良い。

【００２３】また、上記ピストン１３の駆動部１４は、
図面にはその詳細は省略したが、モータ、空気圧、油圧
などの他、あらゆる駆動源、例えば、本出願人による平
成１０年１月２６日の出願（特願平１０−１２３２８
号）にかかる発明（駆動装置）を適用することができ
る。

【００２４】尚、上記ベローズ８、調節シリンダ１１、
ピストン１３及びピストン１３の駆動部１４が上記スパ
イクパット６、６、・・・の突出駆動手段１５に相当す
る。勿論、本発明人工足部は、このような突出駆動手段
１５に限らず、スパイクパットを直接突出させるプラン
ジャーやモータなどでも良く、スパイクパットを各別に
又はまとめて突出させるようにしても良い。

【００２５】これにより、調節シリンダ１１のピストン
１３を摺動させてオイル１０の圧力を変えることによ
り、ベローズ８を伸縮させ、スパイクパット６を底面部
３に対して突出させたり、引っ込ませたりするようにな
っている。

【００２６】そして、上記ベローズ８が伸長したとき
に、スパイクパット６が底面部３から下方へ突出し、ベ
ローズ８が収縮した時に、スパイクパット６が底面部３
の凹部４内に引っ込むようになっている。

【００２７】尚、ベローズ８、８、・・・が収縮したと
きに、スパイクパット６、６、・・・が底面部３の凹部
４内に引っ込むようにしたが、このようにすると、スパ
イク６、６、・・・の非使用時でも足部裏面に凹凸が形
成され、例えば、雪面を歩行するときに滑りにくくな
る。但し、本発明はこれに限らず、スパイクパット６、
６、・・・と底面部３とが面一になるようにしてもよ
い。

【００２８】また、調節シリンダ１１にロック機構を設
け、突出したスパイクパット６、６、・・・の突出量が
一定になるようにしても良い。

【００２９】しかして、このような人工足部１は、路面
状態認識手段１６により、路面の状態を認識した後、ス
パイクパット６、６、・・・の使用が必要なときに、上
記ピストン１３を駆動させて、スパイクパット６、６、
・・・を突出させる。

【００３０】これにより、路面が滑りやすい場合であっ
ても、突出したスパイクパット６、６、・・・が、路面
をしっかり捕らえ、滑ることなく歩行することができ
る。

【００３１】そして、路面状態認識手段１６としては、
次のような手段が考えられる。

【００３２】 足部１の底面部３の裏面に温度センサ
を設けておき、温度差により、土、コンクリート、アス
ファルト等の熱吸収率の差異を認識して、これにより、
路面が土であるか、コンクリートであるか又はアスファ
ルトであるかを判断し、予め入力しておいたそれぞれの
路面の摩擦係数を予測して、スパイクパット６、６、・
・・の使用を必要とするか否かを決定する。

【００３３】 足部１の底面部３の裏面であって、接
地時に路面と所定の間隔が空くように音響反射装置を設
けておき、接地面の固有振動数を認識して、これによ
り、路面の摩擦係数を予測して、スパイクパット６、
６、・・・の使用を必要とするか否かを決定する。

【００３４】 足部１の底面部３に電極を設けてお
き、足部１が水没している場合には、電極の短絡により
足部１が水中にあることを判断することができ、その
分、水の粘性抵抗、浮力を考慮して、スパイクパット
６、６、・・・の使用を必要とするか否かを決定する。

【００３５】 歩行経路情報による路面データをピス
トン１３の駆動制御系に入力して置き、これに基づいて
ピストン１３の駆動系を制御する。即ち、歩行経路情報
は、予め備えた地図データに路面情報を入力して置き、
ＧＰＳ（Global Positioning System）で自分の位置を
確認しつつ、歩行位置の路面状況を判断し、その路面状
況に基づき、路面の摩擦係数を予測して、スパイクパッ
ト６、６、・・・の使用を必要とするか否かを決定す
る。

【００３６】尚、これら路面状態認識手段１６を複数組
み合わせることにより、スパイクパット６、６、・・・
の使用の可否の適正化を図ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明人工足部は、足部の接地面に突出自在に設け
られたスパイクと、該スパイクを突出させる突出駆動手
段とを設けたものである。

【００３８】従って、本発明人工足部にあっては、路面
の状態を判断した後、滑りやすい路面の時には、スパイ
クを突出させることができ、微細な動きができない義
足、又は歩行ロボットの足部であっても、滑りやすい路
面で転倒することなく歩行することができ、しかも、滑
りやすい路面でない場合には、スパイクを引っ込めるこ
とにより、スパイクを路面に接触させることはなく、従
って、スパイクを削ることもなく、路面を痛めることも
なく、また、スパイクが引っ掛かることがなく、安定し
た歩行動作を行なうことができる。

【００３９】請求項２に記載した発明にあっては、スパ
イクを足部の接地面に形成された凹部内に設け、スパイ
クが引っ込んだ状態で、足部の接地面に凹部が形成され
るようにしたので、スパイクが引っ込んだ状態でも足部
の底面部に凹凸ができ、滑りにくくすることができる。

【００４０】請求項３及び請求項４に記載した発明にあ
っては、路面状態認識手段により認識した路面状態に基
づいて、スパイクを突出させるようにしたので、スパイ
クの使用の可否を瞬時に判断し、しかも、これに基づ
き、スパイクを突出させるため、路面状態の変化に即応
することができ、路面の状態に変化があっても転倒する
ことを防止することができる。

【００４１】尚、上記した実施の形態において示した各
部の形状乃至構造は、何れも本発明を実施するに際して
行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これら
によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されること
があってはならないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２と共に、本発明人工足部の実施の形態を示
すものであり、本図はスパイクを突出させない状態を示
す要部の断面図である。

【図２】スパイクを突出させた状態を示す要部の断面図
である。

【符号の説明】

１…人工足部、、４…凹部、６…スパイクパット（スパ
イク）、１５…突出駆動手段、１６…路面状態認識手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 足部の接地面に突出自在に設けられたス
   パイクと、 該スパイクを突出させる突出駆動手段とを備えたことを
   特徴とする人工足部。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の人工足部において、 スパイクが足部の接地面に形成された凹部に設けられ、 スパイクが引っ込んだ状態で、足部の接地面に凹部が形
   成されていることを特徴とする人工足部。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の人工足部において、 路面状態認識手段により認識した路面状態に基づいて、
   スパイクを突出させるようにしたことを特徴とする人工
   足部。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の人工足部において、 路面状態認識手段により認識した路面状態に基づいて、
   スパイクを突出させるようにしたことを特徴とする人工
   足部。