CN116176728A - 一种两段式足端及双足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两段式足端，包括足部分和鞋部分，所述鞋部分采用一体成型的柔性材料并以鞋底的形式覆盖于所述足部分的底面，所述鞋部分的中间区域设置有凹槽，所述凹槽将所述鞋部分分隔为前段和后段，从而形成由所述鞋部分的凹槽模拟足弓、由所述鞋部分的前段和后段模拟前后脚掌的两段式足端结构；本发明还公开了一种使用上述两段式足端的双足机器人；本发明能够更好地模拟人类步态，同时还能够减小足端的体积和质量，由于不在足端上增加主动或被动关节，大大减少了足端的复杂度和机器人控制的难度，并降低成本。

Description

一种两段式足端及双足机器人

技术领域

本发明涉及双足机器人的技术领域，特别是涉及一种两段式足端。

背景技术

双足机器人的足端对于双足机器人来说至关重要，在双足机器人行走的过程种，首要任务是保持身体的稳定。足端直接与地面接触，足端的形状和材质直接关系到了机器人是否会出现打滑的现象，一旦足端打滑，机器人就会摔倒。这不仅无法完成指定任务和进行后续算法研究，而且会造成机器人本体的损坏，或是伤害环境和实验者，带来经济和安全风险。此外，除了打滑以外，由于目前双足机器人质量较为大，在行走过程中，足端和地面接触时发生刚性性接触，从而收到一个很大的地面反作用冲击力，也会严重影响机器人的稳定性。最后，根据零力矩点(ZMP，Zero Moment Point)原理，只要机器人重心处于支撑面内，机器人就可以保持稳定。双足机器人与多足机器人不同，多足机器人在静止或行走过程中，由多个足端组成的支撑面积大，因此多足机器人的稳定性较好。而双足机器人的支撑面积仅由两个足端组成，面积小，可以说是天然不稳定的，因此足端的设计直接影响双足机器人稳定性。

除了稳定性以外，双足机器人的足端对于机器人在复杂崎岖环境下的行走也有直接帮助。目前双足机器人的研究空间大部分集中于平坦的无障碍物的地面，原因是目前双足机器人的设计还较为简单，大多仅致力于保持机器人的稳定，因此只配备接触传感器、力传感器，缺乏对地面环境的甄别能力。

最后，未来双足机器人的应用场景集中在医护、养老陪伴方面，因此机器人必须具备很好的拟人特性，这样在满足用户日常任务的同时，也可以满足其情感需求。因此双足机器人在行走过程中，应做到尽可能的和人类一样自然流畅，避免僵硬。

在结构设计方面，目前的双足机器人足端主要有以下几类：

(1)单端式足端。机器人足端由一款面积较大的平板构成，由于支撑面积较大，使用此类足端的机器人易于稳定，且控制较为简单，可以在平台的环境下行走。典型代表为图1a所示的ASIMO(阿西莫，一种防机器人)、HRP-4(另一种防机器人)，如图1b所示。

(2)两段式足端。在单端式足端的基础上，增加一个脚趾部分，从而将机器人的足端分为脚趾-脚跟两部分，来模仿人类前后脚掌的结构。用这样的足端，零力矩点(ZMP)不必限制在支撑多边形内，从而可以使机器人的步态更流畅、更接近人类。同时，还可以增加机器人步态的多样性以及行走速度。采用这类足端的著名机器人有WABIAN-2R(一种机器人)，如图2a所示；HRP-4C(一种机器人)，如图2b所示等。

(3)弓形足端。同样是为了模仿人类行走过程中前脚掌-脚跟的模式，将机器人足端设计为圆弧形或弓形，这类足端在运动过程中通过复杂的运动学和动力学运算来求得落足点位置，因此在实际中不多见，典型的有Emu(一种机器人)，如图3所示。

上述机器人的足端分别具有如下缺点：

(1)单端式足端。首先，单端式足端由于底部式一个平面，因此进能够在平坦的地面上进行行走，若地面环境存在凸起，就会导致机器人失去平衡。其次，单端式足端缺乏柔顺性，行走过程中与地面进行硬接触，从而导致接触力冲击大，在触底过程中无法吸收冲击力，易于失去平衡。最后，单端式足端行走步态与人类真实姿态相差较大，在家庭陪护、娱乐、养老等需求愈发兴盛的双足机器人应用市场上，这类足端较难模拟真实人类，从而无法满足消费者的心理和情感需求。

(2)两段式足端。足端的前后两端大多用被动关节或者主动关节链接。对于链接关节来说，机器人本体质量大，加上大接触力和多次的旋转，易于损坏关节，而足端更换繁琐且成本高，会影响机器人的正常使用。

(3)足端传感器。一方面，目前的双足机器人足端大多只配备了接触传感器和力/力矩传感器，因此只能检测出机器人是否与地面接触以及接触力为多少，无法检测足端与地面的打滑、扭动等严重影响机器人平衡的动作。此外，足端与地面接触包含了许多信息，比如在不同地质上接触产生的声音、视觉信息等。另一方面，使用多传感器阵列由于带宽的限制，会造成通信延迟(例如采用傅里叶变化进行滑动检测大约有17毫秒延迟)，而双足机器人是一个高动态的过程，大延迟会导致机器人失控。另外，多传感器阵列也会造成成本的上升。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的机器人足端尤其是两段式足端存在的上述问题，提供一种两段式足端及双足机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种两段式足端，用于双足机器人，包括足部分和鞋部分，所述鞋部分采用一体成型的柔性材料并以鞋底的形式覆盖于所述足部分的底面，所述鞋部分的中间区域设置有凹槽，所述凹槽将所述鞋部分分隔为前段和后段，从而形成由所述鞋部分的凹槽模拟足弓、由所述鞋部分的前段和后段模拟前后脚掌的两段式足端结构。

在本发明的一些实施例中，所述凹槽的宽度小于所述足端的宽度。

在本发明的一些实施例中，所述足端的长度为180-200mm，宽度为48mm-60mm，所述凹槽的深度为6-10mm，长度为36-50mm，宽度为40-50mm。

在本发明的一些实施例中，所述鞋部分的前段的端部和所述鞋部分的后段的端部分别具有半径2mm-5mm的圆角。

在本发明的一些实施例中，所述鞋部分采用弹性介于塑料和橡胶之间的柔韧材料，优选为软质泡沫材料。

在本发明的一些实施例中，所述软质泡沫材料为聚氨酯软泡沫，所述鞋部分的外表面设置有聚氨酯涂层；所述足部分的主体采用硬聚氨酯纤维材料，所述主体与所述鞋部分贴合的表面设置有碳纤维涂层。

在本发明的一些实施例中，所述足部分的顶部设置有踝关节接点和跟腱关节接点；优选地，所述足部分包括支架和位于所述支架两侧的平面，所述踝关节接点和跟腱关节接点设置在所述支架的顶部。

在本发明的一些实施例中，还包括触觉传感器和声学传感器，所述触觉传感器设置在所述鞋部分内，所述声学传感器设置在所述足部分或所述鞋部分上；优选地，所述声学传感器设置在所述凹槽中。

在本发明的一些实施例中，所述足部分的底表面设置有一对带孔的装配凸耳，所述鞋部分的顶表面设置有一对装配槽，所述装配槽的端壁上设置有装配孔，所述装配凸耳装入所述装配槽，通过穿过所述装配孔的连接件将所述装配凸耳固定在所述装配槽内，由此将所述足部分与所述所述鞋部分固定连接。

本发明还提供一种双足机器人，具有如上所述的两段式足端。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种用于双足机器人的两段式足端，其具有鞋部分，所述鞋部分采用一体成型的柔性材料并以鞋底的形式覆盖于足部分的底面，且所述鞋部分的中间区域设置有凹槽，通过所述凹槽将柔性材料的鞋部分分隔为前段和后段，从而形成由所述鞋部分的凹槽模拟足弓、由所述鞋部分的前段和后段模拟前后脚掌的两段式足端结构，与传统的两段式足端的前后两端用被动关节或者主动关节链接的结构相比，本发明能够更好地模拟人类步态，而且能够减小足端的体积和质量，降低结构复杂度，同时还能够避免链接关节由于大接触力和多次的旋转而易于损坏的问题，以及由此带来的足端更换繁琐和高成本等问题。

具体而言，本发明的两段式足端设计具有如下优点：

使双足机器人的步态更加接近于人类真实步态，同时具备一定的不平坦地面行走能力。

增加足端与地面的摩擦，防止机器人行走时打滑。同时吸收地面冲击，使其具备一定的柔顺性，避免摔倒。

增强足端的强度和耐用度，减小更换成本。同时便于拆卸和更换，减小更换足端对机器人使用的影响。

质量轻，结构简化，减小机器人控制难度。

本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

附图说明

图1a是现有技术中单端式足端ASIMO足端的示意图；

图1b是现有技术中单端式足端HRP-4足端的示意图；

图2a是现有技术中两段式足端WABIAN-2R足端的示意图；

图2b是现有技术中两段式足端HRP-4C足端的示意图；

图3是现有技术中弓形足端Emu机器人足端的示意图；

图4是本发明实施例中两段式足端与机器人腿的组合示意图；

图5是本发明实施例中两段式足端的爆炸图；

图6a是本发明实施例中两段式足端足部分的示意图；

图6b是本发明实施例中两段式足端足部分的俯视图；

图7a是现有技术中PNEUMAT-BB足端的示意图；

图7b是现有技术中SoftFoot足端的示意图；

图8是本发明实施例中两段式足端鞋部分的示意图；

图9a是本发明实施例中两段式足端行走时前脚掌受力分析图；

图9b是本发明实施例中两段式足端站立时的受力分析图；

图9c是机器人行走或奔跑时脚掌状态变化示意图；

图10是本发明实施例中两段式足端使用材料分布图；

图11是本发明实施例中制作鞋部分的模具的示意图；

图12a至图12e分别是本发明实施例中鞋部分与足部分组装前的多种不同视角的示意图；

图13是传感器安装在鞋垫内的厚度与传感器压力敏感性变化的折线图；

附图标记如下：

1为足部分、2为鞋部分、3为触觉传感器、4为触觉传感器覆盖层、5为声学传感器、6为惯性运动单元；

11为关节接点、12为支架、13为支架槽、14为平面、15为装配凸耳；

21为装配槽、22为模拟脚尖、23为模拟脚跟、24为凹槽、25为横条纹；

71为硬聚氨酯纤维、721为碳纤维涂层、722为聚氨酯软泡沫、723为聚氨酯涂层。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

在未来的产品化、应用级层面，机器人的足端应该配备丰富的传感器来捕捉地形特征，包括接触片面积、摩擦特性、刚度和地形湿度，这不仅能够实现复杂的任务空间，还可以将足端信息和视觉信息进行融合，增强机器人系统的稳定性和鲁棒性。

因此双足机器人在行走过程中，为了做到尽可能的和人类一样自然流畅，避免僵硬，仅仅依靠腿部关节是不够的，足端的形状和机器人行走的流畅性紧密相关，为了机器人行走更类似人类，其足端必须和人类一样是两段式足端。即存在前后脚掌，并且前后脚掌之间有所凹陷，这样才能够模仿人类行走时“脚尖离地”、“脚跟着地”等过程。另外，采用两段式足端实现动步态形状，相较于采取大脚掌的静步态行走机器人，不仅步态更自然流畅，在稳定性和鲁棒性上也有所提升。

现有两段式足端的前后两端用被动关节或者主动关节链接，对于链接关节来说，机器人本体质量大，加上大接触力和多次的旋转，易于损坏关节，而足端更换繁琐且成本高，会影响机器人的正常使用；接触反作用力冲击大，难以控制；更换成本高。

本发明下述实施例提出了一种两段式足端及双足机器人，它具有以下几个特点：①结构简化，质量轻、耐用、成本低廉；②摩擦力大、不易打滑；③方便拆卸更换；④两段式，能够更好地模拟人类步态。

本发明实施例提出的一种两段式足端，用于双足机器人，包括足部分1和鞋部分2，所述鞋部分2采用一体成型的柔性材料并以鞋底的形式覆盖于所述足部分1的底面，所述鞋部分2的中间区域设置有凹槽24，所述凹槽24将所述鞋部分2分隔为前段和后段，从而形成由所述鞋部分2的凹槽24模拟足弓、由所述鞋部分2的前段和后段模拟前后脚掌的两段式足端结构。

在优选的实施例中，所述凹槽24的宽度小于所述足端的宽度。

在优选的实施例中，所述足端的长度为180-200mm，宽度为48mm-60mm，所述凹槽24的深度为6-10mm，长度为36-50mm，宽度为40-50mm。

在优选的实施例中，所述鞋部分3采用弹性介于塑料和橡胶之间的柔韧材料，优选为软质泡沫材料。

在优选的实施例中，所述软质泡沫材料为聚氨酯软泡沫722，所述鞋部分2的外表面设置有聚氨酯涂层723；所述足部分1的主体采用硬聚氨酯纤维材料71，所述主体与所述鞋部分2贴合的表面设置有碳纤维涂层721。

在优选的实施例中，所述足部分1的顶部设置有踝关节接点和跟腱关节接点；优选地，所述足部分1包括支架12和位于所述支架两侧的平面14，所述踝关节接点和跟腱关节接点设置在所述支架1的顶部。

在优选的实施例中，还包括触觉传感器3和声学传感器5，所述触觉传感器3设置在所述鞋部分2内，所述声学传感器5设置在所述足部分1或所述鞋部分2上；优选地，所述声学传感器5设置在所述凹槽中。

在优选的实施例中，所述足部分1的底表面设置有一对带孔的装配凸耳15，所述鞋部分2的顶表面设置有一对装配槽21，所述装配槽21的端壁上设置有装配孔，所述装配凸耳15装入所述装配槽21，通过穿过所述装配孔的连接件将所述装配凸耳15固定在所述装配槽21内，由此将所述足部分1与所述鞋部分2固定连接。

本发明的实施例的两段式足端具有如下优点：

1、使双足机器人的步态更加接近于人类真实步态，同时具备一定的不平坦地面行走能力。

2、采取尽量少的传感器阵列感知更多的足端信息，能够进行打滑检测，增强机器人行走稳定性。同时通过足端信息对行走环境进行识别。

3、增加足端与地面的摩擦，防止机器人行走时打滑。同时吸收地面冲击，使其具备一定的柔顺性，避免摔倒。

4、增强足端的强度和耐用度，减小更换成本。同时便于拆卸和更换，减小更换足端对机器人使用的影响。

本发明下述实施例还提供一种双足机器人，具有如上所述的两段式足端。

将本发明实施例中的两段式足端安装机器人腿部上，全貌如下图4所示，足端的结构如图12d所示。

足端的展开图如图5所示：可以看出，整个足端由足部分1、鞋部分2以及各类传感器组成，下面分别从机械结构、各部分采用的材料以及传感器系统来介绍本发明实施例的双段式足端。

一、机械方案

整个足端长180-200mm，宽48mm-60mm(依据是按照人类身高和鞋长、鞋宽的比例分别为6-6.5和20-25)。本发明实施例的足端适用的双足机器人样机高1.2m。本发明实施例的足端可以分为两个部分，一个是足部分1，也就是整个足端的骨架，用于支撑整个足端，以及与踝关节、腿部跟腱链接。另一个是鞋部分2，“穿”在足之上。下面分别介绍这两个部分。

(一)、足部分

足部分1结构如图6a和图6b所示。足端最顶部的是两个关节接点11，分别是踝关节接点和跟腱关节接点，用于连接踝关节和跟腱所用，宽度分别为15-18mm和12-15mm，稍小于支架12部分的宽度，从而避免在链接处产生过大的应力，影响稳定性、破坏足端结构，同时通过增加跟腱区域的宽度，增加倒角和圆角，从而使从脚踝到跟腱的过渡更自然。支架12宽16-20mm(在鞋宽度的三分之一，这样在保证承重的同时，又降低足端质量)用于承受机器人在行走时的主要负载，宽度较少是为了降低足端的质量。支架槽13为深度5-10mm的凹槽(根据装配需要调整，孔不宜过大，否则足-鞋链接不紧密)，分布在支架12的两侧，在不影响支撑的前提下，降低足端质量，减小负载。平面14宽16-20mm(用于增大足端面积)厚8-12mm(厚度保证负载下的牢固，但不宜过厚，否则质量增大)，分布在支架12的两侧，用于增大足端的面积，从而使其获得更大的支撑面积，提升足端的稳定性，同时也是给传感器创造更大的空间。足部分1中还具有两个有孔的装配凸耳15，用于安装和固定鞋垫部分。

(二)、鞋部分

为了解决足端和地面较大的冲击力，一般的足端会采取在足端底部均匀的贴上橡胶垫或增加足端的关节，从而增加其柔顺性，如PNEUMAT-BB足端(图7a)和SoftFoot足端(图7b)所示。它们分别有以下缺点，贴片的方式会导致足端在部分位置凸起，影响机器人的稳定性，另外贴片面积有限，对于吸收地面冲击力作用也有限；使用多关节则会大大增加机器人控制的复杂度，在行走中本发明实施例仍然应该把重点放在步态的切换上。

本发明实施例另辟蹊径，联想到人类穿鞋的作用，为机器人穿上了一个鞋。把一整块质地柔软的鞋垫，即鞋部分2安装在足端上，避免了贴片的凸起和多关节的复杂度。整个鞋部分2厚度为16-30mm(和鞋底宽度成1：3的比例。若不足，则会导致鞋底过薄，吸收冲击的能力不足)，大大增加了其柔顺性，从而更好的吸收地面的冲击力，增加机器人着陆时的稳定性。

鞋部分2的示意图如图8所示。鞋部分2上具有两个装配槽21，端壁上设置有装配孔，用于与足部分1装配。模拟脚尖22与模拟脚跟23部分翘起离地，用于模拟人类在行走过程中脚尖离地-脚跟着地的状态，从而使机器人步态更自然、拟人。鞋部分2中就有一个厚度6-10mm(凹槽过浅则无法具备两端型足端脚跟离地-脚趾着地的特性，过深则会易断裂)，长36-50mm(约为整个足端的1/5)，宽40-50mm(相比于整个足端宽度(48-60mm)在两端各留出一部分平面可以有效避免侧翻)的凹槽24，它将整个足端分为了前后脚掌两部分，从而使足端变成了两段式，能够实现脚趾-脚跟动作的同时，避免了传统两段式足端引入的关节问题，简化了足部的控制。鞋部分还具有横条纹25，已有研究表明，横条纹相较于竖条纹和斜条纹，在各种地面上的防滑综合能力更强，因此采用横条纹25增加足端的防滑能力，防止机器人摔倒。

整个鞋部分2采用平面行，只有模拟脚尖22与模拟脚跟23两部分分别存在半径2mm-5mm的圆角，这样使机器人的运动学和动力学更为简单，从而方便控制。独立的鞋部分2不仅易于拆卸更换，而且使足端更加耐用，成本更加低廉，即使足端存在故障或磨损，也只需要更换鞋部分2。同时，对于机器人吸收冲击力、防滑能力的研究，也可以分离至鞋垫的材料、形状设计上，使设计更为方便。最后，增加鞋垫的厚度、选取适当的材料，也可以起到保护传感器的作用。

通过本发明的两段式的足端，在机器人行走和奔跑时，鞋部分可以伸展，从而使前脚掌和地面成面接触，如图9a和图9c所示，相比于单端式的足端增大接触面积的同时，增加了足端的柔顺性，从而增强稳定性。另外，就如人类奔跑一样，如图9a的受力分析所示，前脚掌所受地面反作用力和地面成一定角度(单端式足端如果也这样提供与地面呈角度的支撑力，而非垂直于地面的，就很可能翻到)可以使机器人获得更大的向前向上的加速度，不仅使机器人步态更自然，也提升了行走的效率。而在站立时，如图9b所示，脚掌和脚跟都能提供支撑力，保证机器人支撑平衡性。

二、材料方案

机器人足端的质量对于机器人控制效果至关重要，过重的质量不仅影响机器人行走的效率和流畅性，对于采用LIP线性倒立摆模型控制的机器人，过大的足端质量会影响模型的准确性，从而影响控制率的实时。另外，足端也需要具备良好的摩擦力，避免其打滑。最后，为了很好的吸收地面冲击，足端需要具备一定的柔顺性，但又不能太软，太软则不能稳定站立。因此，选取什么材料来制作足端至关重要。整体的材料方案如图10所示。

足的部分本发明实施例采用3D打印来制作，在打印材料上，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS，Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic)足够坚固、可以承受更多压力，但是表面不够光洁，会影响足和鞋的贴合度，影响机器人正常行走。而光敏树脂有较好的光洁度，但是质量过大。因此本发明实施例中，足部分的主体采用了硬聚氨酯纤维71(材料来自Fibre Glast公司，型号为6lb/ft^3 624/625)，它具有良好的稳定性、更小的压缩变型性以及更轻的质量。在足的底部，即主体与鞋部分配合的表层增加了一层碳纤维涂层721，主要是为了增加足底光滑度，更好的与鞋贴合。

鞋垫的材料为软质泡沫材料，优选为聚氨酯软泡沫722(材料来自Smooth-On公司，型号为FlexFoam-iT！^TM17)，其弹性体性能介于塑料和橡胶之间，不会过软也不会过硬，具有一定的强度同时也可有弹性形变，用于吸收地面冲击。在鞋垫的底部增加了一层坚硬的PU涂层723(材料来自Smooth-On公司，型号为PMC 780Dry)，在增加摩擦力的同时，改材料有耐磨、耐老化、耐油等性能，增加其耐用性。

鞋垫采用模具浇灌的制作方式，其模具如图11所示。鞋垫制作方式是把打印好的足部分1嵌入模具，然后在模具中浇筑鞋部分材料，使其形成期望的形状。然后将足部分1的装配凸耳15和鞋部分2的的装配槽21装嵌在一起后，用螺丝穿过两者的孔固定。

模具的制作方式有两种，石膏或3D打印。石膏制作的模具太脆，并且制作的鞋部分太软，可能是石膏中存在过多的水分或模具中缺少空气，而3D打印的模具可以解决水汽的问题，制造出更坚硬的鞋垫。

三、传感方案

为了更好的利用足端的信息，实现精确的足端力感知，同时能够利用足端识别出地形信息，本发明实施例的足端安装了触觉传感器3及触觉传感器覆盖层4、声学传感器5、惯性测量单元6(IMU，Inertial Measurement Unit)等，具体如图5所示。

触觉传感器3采用了飞思卡尔公司的MPXH6400A，它具有良好的初始精度(0℃至85℃范围内最大误差为1.5％)，超小外形封装，缓解传感器的安装空间。作为标准的电子组件，能够单独购买和安装，更为方便。本发明实施例在每个传感器上都封装有一个弹性垫，用于将接触压力转换为环境压力。每个传感器的力范围约为2N，但通过将传感器封装在软质接触垫内，接触力分散在更大的区域上，可以扩大力的范围至10-250N。本发明实施例还发现，传感器安装在鞋部分内的厚度与传感器压力敏感性的关系如图13所示，其中横坐标为厚度(mm)，纵坐标为压力值(kPa)。

因此，本发明实施例可以根据需要，来调整传感器的安装位置，从而调整器压力敏感度。本发明实施例在前后脚掌上都安装了1×4的触觉传感器3阵列，用于感知脚趾和脚跟着地和触底的全过程，与一般足端只感知是否接触相比，更能够为机器人上层控制器提供更全面的信息。

声学传感器5本发明实施例采用的是ADMP401，安装在鞋垫足弓处，面朝下，用于保护其免于环境噪声的干扰。在足端的顶部，与踝关节链接处安装了尺寸小、重量轻的DFIMU600六轴IMU，用于感知足端的位置和姿态，为控制器提供信息。

本发明实施例可以通过对多种传感器信号的处理，提出不同传感器信息的时域特征和频域之后，用随机森林算法对常见地形进行分类，从而使机器人在不同的地形下采取不同的控制策略。

本发明实施例具有如下有益效果：

1.两段式，能够模拟人类步态，同时又不在足端上增加主动或被动关节，大大减少了足端的复杂度和机器人控制的难度；

2.全脚掌的柔性足端，在具备一定柔顺性、能够吸收地面冲击力的前提下，又能够提供稳定的支撑。同时又能够对传感器起到保护作用。

3.配备多种传感器，可以获得更丰富的地面信息，为后续的地形识别做基础。

4.质量轻、耐用、成本低廉；摩擦力大、不易打滑；方便拆卸更换。

此外，本发明实施例还具有如下特点：

1.特殊的两段式足端结构，不带入新的关节。

2.“足”、“鞋”分离的特殊构型，以及其制作工艺。

3.全脚掌的鞋垫制作，相比于常见的贴片式，有更好稳定性、柔顺性，以及保护传感器。

4.传感器系统，传感器的安装和选取，以及采用多传感器进行地形识别分类的方案。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两段式足端，用于双足机器人，其特征在于，包括足部分和鞋部分，所述鞋部分采用一体成型的柔性材料并以鞋底的形式覆盖于所述足部分的底面，所述鞋部分的中间区域设置有凹槽，所述凹槽将所述鞋部分分隔为前段和后段，从而形成由所述鞋部分的凹槽模拟足弓、由所述鞋部分的前段和后段模拟前后脚掌的两段式足端结构。

2.如权利要求1所述的两段式足端，其特征在于，所述凹槽的宽度小于所述足端的宽度。

3.如权利要求1所述的两段式足端，其特征在于，所述足端的长度为180-200mm，宽度为48mm-60mm，所述凹槽的深度为6-10mm，长度为36-50mm，宽度为40-50mm。

4.如权利要求1所述的两段式足端，其特征在于，所述鞋部分的前段的端部和所述鞋部分的后段的端部分别具有半径2mm-5mm的圆角。

5.如权利要求1所述的两段式足端，其特征在于，所述鞋部分采用弹性介于塑料和橡胶之间的柔韧材料，优选为软质泡沫材料。

6.如权利要求5所述的两段式足端，其特征在于，所述软质泡沫材料为聚氨酯软泡沫，所述鞋部分的外表面设置有聚氨酯涂层；所述足部分的主体采用硬聚氨酯纤维材料，所述主体与所述鞋部分贴合的表面设置有碳纤维涂层。

7.如权利要求1至6任一项所述的两段式足端，其特征在于，所述足部分的顶部设置有踝关节接点和跟腱关节接点；优选地，所述足部分包括支架和位于所述支架两侧的平面，所述踝关节接点和跟腱关节接点设置在所述支架的顶部。

8.如权利要求1至6任一项所述的两段式足端，其特征在于，还包括触觉传感器和声学传感器，所述触觉传感器设置在所述鞋部分内，所述声学传感器设置在所述足部分或所述鞋部分上；优选地，所述声学传感器设置在所述凹槽中。

9.如权利要求1至6任一项所述的两段式足端，其特征在于，所述足部分的底表面设置有一对带孔的装配凸耳，所述鞋部分的顶表面设置有一对装配槽，所述装配槽的端壁上设置有装配孔，所述装配凸耳装入所述装配槽，通过穿过所述装配孔的连接件将所述装配凸耳固定在所述装配槽内，由此将所述足部分与所述所述鞋部分固定连接。

10.一种双足机器人，其特征在于，具有如权利要求1至9任一项所述的两段式足端。

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