CN1507382A - 有腿的移动机器人腿部装置及该机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

在一个有腿的移动机器人的脚部中，脚部的变形由一个第一腔吸收并且着地部分的位置和形状基本不变。而且，减小了抵制偏转轴力矩的阻力的变化，防止一个自转运动。而且当所述脚部踏在一个凸起或一个台阶时，一个柔性部分产生变形并接纳它，并且在柔性部分和所述凸起之间产生一个摩擦保持力。因此，所述脚部柔性地适应所述路面，防止了由凸起产生的打滑和过快运动。还有，所述脚部能够适应各种路面如表面带有凸起和洼坑的路面，能够增加姿态的稳定性。

Description

有腿的移动机器人腿部装置 及该机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有多个可移动腿的有腿的移动机器人，且特别地涉及一个脚部的结构设置在每个可移动腿的末端并且在行走运动中与一个地表面(行走表面)接触。而且，本发明也涉及一个控制具有相应的脚部结构的有腿的移动机器人的方法。

背景技术

近年来，模仿两腿直立行走动物，如人类和猿类的有腿的移动机器人的研究和发展已经取得了进步，更希望在实用的目的下使用这种机器人。与爬行类、四足、和六足机器人相比，两脚直立行走的有腿的移动机器人更不稳定，具有姿态控制和行走控制更加复杂的缺点。但是其优点是能够灵活地适合于恶劣的条件，如被放在一个包括凸起和洼坑的操作区域象在崎岖的地形和带有障碍物的场所，象台阶和梯子这样的不连续行走表面，等等，以及做运动表演。

人类的大部分工作场所和生活场所是按照人直立两脚行走的身体的机制和行为模式设计的。如果用现有的使用轮子或其它驱动装置的机械系统作为移动装置在人类的生活场所内移动时，结果就会遇到很多障碍。为了使机械系统也就是机器人帮助人们完成各种人类的任务或执行大众场所的任务并且进入广泛为人类居住场所，机器人的移动区域与人类的基本相同。希望能够实际使用有腿的移动机器人的原因如此。为了确保机器人被大众居住环境所接受，它们具有与人类类似的结构就很有必要。

相对于两脚行走的有腿的移动机器人的姿态控制和稳定行走已经有了各种的技术建议，它们之中的很多都使用一个零力矩点(ZMP)作为一个行走运动的稳定评估的判据。使用ZMP来评估稳定性是基于达朗贝原理，就是一个地球引力，一个惯性力，和一个在那里由一个行走系统施加到路面的力矩且这个力矩要平衡于一个地面的反作用力和作为一个路面的反作用施加到所述行走系统的一个地面的反作用力的力矩。作为一个机械推论的结果，在一个横轴和一个纵轴的力矩为零的一个点，它存在于一个由所述脚底的脚底表面和所述路面之间的接触点形成的支持多边形内或在所述支持多边形的侧面，并且该点叫做ZMP。

使用ZMP作为一个判据控制两腿行走的好处是在每只脚踏在路面的位置可以预先决定，且每只脚的脚趾部分上的对应于路面的形状的动态限制能够容易地被考虑。而且，当使用ZMP作为评估稳定性的判据是，用一个轨迹取代一个力用作运动控制的目标，并且因此，具有很高的技术可行性。有关ZMP的概念和应用作为有关行走机器人的稳定性评估判据的描述可见由Miomir Kobratovic所著的“腿运动机器人”一书(由Ichiro Kato等著的，由The Nikkan Kogyo Shinbun有限公司出版的“步行机器人和仿真腿”)。

所述有腿的移动机器人以腿运动时的稳定性和可控制性不仅受到四肢的运动模式的影响，也受到它们完成腿的运动如步行的路面(地面或地板表面)的影响。这是因为只要有关脚部放在所述路面上，就一定会从所述路面接受反作用力。因此，当以腿运动时，由路面接受反作用力的脚部的结构在有腿的移动机器人的稳定性和可控制性的观点上来看非常重要。并且已经作出了许多方案。

例如，为了减少当一个空闲的腿(离开路面的那一只腿)放在所述路面时的冲击，就是在一个Z轴(与所述脚底面正交的或沿一个偏转轴延伸的方向)上的冲击，在一个已知的结构中，一个由橡胶或类似物构成的弹性板被粘到所述脚底面。还有，在所述弹性板底面粘接一个金属板来防止所述弹性板的损坏和变形的结构同样是已有技术。以及在所述脚底面设置一个金属板并在它们之间放置片状弹簧以吸收Z轴的冲击的结构和在所述脚底面施加一个橡胶材料以防止在路面上打滑的结构都是已有技术。

但是，大部分上述已知的脚部结构是通过减少当所述脚部踏在所述路面时带来的冲击或防止在路面上打滑而作出改进得到的，而它们的基本形状仍未脱离平板形，如图82A所示。当一只图82中示出的脚部920放在一个路面911上时，整个脚底面区域与路面911接触。在该已知的脚部中，当ZMP在所述脚部910的中心位置时，如图82B所示，所述机器人的负荷集中在该点上且所述脚部910可能会挠曲离开所述路面911并且在该处改变形状。在这样一种情况下，产生了在脚部910和路面911之间的接触面积减小的问题和抵制沿所述偏转轴力矩的阻力也减小了。而且，在所述脚底和路面之间的接触面的形状随着所述脚部形状的变化而变化，并且这会引起所述有腿的移动机器人的动力学特性的变化。结果，机器人的姿态变得不稳定。

姿态稳定性的下降不仅由脚底部的挠曲所致，同样在所述脚底放在路面时一个凸起正好位于所述脚底面的中心区域的情况下，所述脚部进入所谓的摆动状态且发生同样的问题。

另外，由于在所述的脚底面的侧边和角上，就是一个所述脚底的着地面没有作任何考虑，如果道路上有凸起和洼坑，当空闲腿放在路面时所述角部和边部就会受到路面的凸起和洼坑的妨碍，从而导致机器人脚步踉跄。还有，所述机器人可能会进入一个所谓的粘滑状态就是机器人反复地脚步踉跄和恢复。结构，机器人的上部可能失去平衡且机器人的姿态可能变得不稳定。

作为一个机器人姿态稳定性的指标，下面使用一个概念叫做“阻力发生有效面”。

当所述脚和路面之间只有一个着地面时，该表面定义为阻力发生有效面。而且，当所述脚部在与所述路面点接触，如图83所示，由连接每两个相邻的点的线围绕的一个平面被定义为所述阻力发生有效面。以及当脚部的着地面是一个框架结构，如图84所示，一个被框架侧面围绕的表面被定义为“阻力发生有效面”。更特别地，所述“阻力发生有效面”相当于一个表面，该表面通过将抵制绕着在有腿的移动机器人上产生的偏转轴上的力矩的并由所述路面施加阻力之处的点连接起来而得到。

所述ZMP在所述有腿的移动机器人行走时移动，所述脚部变形且所述阻力发生有效面减小。因此，抵制绕着在有腿的移动机器人上产生的偏转轴上的力矩的阻力减小且所述有腿的移动机器人的姿态变得不稳定。结果，可能发生自转的运动。还有，所述阻力发生有效面的形状变化可能导致有腿的移动机器人行为的不希望的变化，引起所述有腿的移动机器人姿态稳定性下降。

而且，在有腿的移动机器人的脚底面，有必要动态和静态地调整施加到着地面的表面压力。换句话说，不仅一个压力值且其变化和分布都必须调整。而且，同样有必要对摩擦力进行动态和静态的调整。

如限制所述行走表面为基本上平的表面或平滑的连续表面就可能解决这些问题。但是，应该注意所述有效行走表面包括连续的、外凸表面和不连续的表面如具有凸起和洼坑或台阶的表面，并且这些表面都是会引起有腿的移动机器人的姿态稳定性下降。

更特殊地，当一个脚部放在一个台阶时，如图85所示，所述脚会摇晃且在一个着地部分上不能产生支撑力矩。结果脚部的特征为非线性且对它的控制非常困难。而且，移动轨迹变得不稳定，且必须重新设置修正控制和运动计划。

另外，当所述脚部放在一个柔软的、易滑表面，如一个地毯，如图86所示，脚部的所述着地面非常可能打滑并且所述有腿的移动机器人的移动稳定性会明显地减少。

还有，当所述脚部放在一个摩擦大或一个柔软的容易绊住所述脚部的表面上时，如图87所示，当依赖于所述脚部的着地面形状的表面压力或在平面方向的摩擦急剧增加时，惯性力等力会产生摔倒力矩。因此，有必要调整所述着地面的摩擦特性。

而且，当所述脚部放在一个台阶时，如图88所示，除了在上述的参考图85所描述的支撑力矩的问题外，还有当台阶或一个凸起的条件不太好或摩擦力非常低时，所述脚部会滑落的问题。以及，由于这样的运动和控制循环相比非常快，存在不能完成适当的措施的危险。

在这样的情况下，如图89所示，为了避免台阶的边，在所述脚部形成一个例如象脚弓的结构。但是，在这种结构中，所述脚弓与台阶的边缘或凸起相接触使一个阻力发生有效面具有一个三角形的形状，如图阴影区所示，保证稳定性的条件变得更为严格。同样在台阶上必须保证运动性能和稳定性。

另外，对应于两腿行走的机器人，总是有摔倒的可能性，而这要近可能地避免。为防止摔倒，对怎样避免对平衡的干扰和完成稳定运动及在丧失平衡后怎样进行恢复的控制方法进行了改进。而且所述控制方法的改进，使用了如图90到图92的脚部结构。

图90到图92是已知脚部结构的平面示意图。在图中，每个标号12、22、和32表示一个远离另一只脚(安装到一个腿上的脚，所述腿形成一对，而每个腿上安装着在每个图中所示的脚)的侧表面(外部侧表面)。另外，每个标号13、23、和33表示一个邻近另一只脚的侧表面(内侧表面)；每个标号14、24、和34表示在机器人前侧的侧表面；及标号15、25、和35表示在机器人的后侧的侧表面。而且，每个标号11、21、和31表示一个用于将所述脚部安装到相应的机器人腿部的踝关节上的安装件。

在图90所示的脚部，所述外侧面12为向外弯曲。还有，在图91所示的外侧面包括两个平表面而使所述外侧面22向外突出，且在两个表面相交的线上形成顶点26。以及在图92所示的脚部中，在所述外侧面32和内侧面33上的中间位置分别形成台肩36和37。将所述外侧面12、22、和32形成为向外突出的目的是提高所述机器人相对于向外的旋转(离开另一只脚的方向)的稳定性。

在图90和91，除了所述外侧面12和22，所述内侧面13和23也可以分别以与所述外侧面12和22同样的方式向外突出。

在上述已知的脚部结构中，由于每个脚部的外侧面向外突出，能够假定在摔倒运动开始之前对应于机器人的左向和右向旋转力矩的所述稳定性增加。

但是，如果如图90所示的脚部结构一旦开始了摔倒运动且机器人无论怎样向外倾斜(向左或右)，在外侧边(在所述外侧面和所述地表面之间的边)和路面之间的接触区域逐渐偏转。更特别地，所述脚部开始沿弯曲的外边滚动。还有，如果所述脚部结构如图91或92，所述脚部的外边缘与所述路面在一个单独突出点(所述顶点26或所述台肩36的一个角)成为点接触。因此，在摔倒运动中，依赖机器人重心位置，集中在接触点位置发生绕偏转轴(正交于脚底面的轴)的转动运动。一般地预测怎样发生转动运动是非常困难的。

如上所述，在已知的脚部结构中，机器人的姿态在摔倒运动时是不确定的，且难于预测。因此，一旦摔倒运动开始，相对于摔倒运动的改进的控制，例如避免摔倒的控制，减小摔倒冲击的控制，由摔倒状态恢复的控制等等的控制非常困难。因此，机器人除了摔倒以外没有任何办法，并且机器人的自我恢复非常困难。

还有，由于所述摔倒运动不确定地发生，为了避免当机器人摔倒与路面碰撞而导致的机器人各个部件的损坏，需要增加所有可能与路面碰撞的部件的刚性和抗冲击性。因此有机器人的成本增加的问题。

而且，目前所述有腿的移动机器人正在从研究阶段转向实际应用阶段，仍有许多问题需要解决。例如，虽然所述路面(是否粗糙，其上的摩擦系数等等)状态对腿行走运动和稳定行走的姿态稳定性控制具有很大影响，这没有被充分理解。还有，对两有腿的移动机器人如仿人机器人，与四脚行走机器人相比其在行走中重心位置较高且ZMP的稳定性区域较小。因此，对两有腿的移动机器人根据路面状态的姿态变化的问题特别重要。

当考虑在路面行走运动时，最好使用适合所述路面状态的行走方式。在本申请人设计的日本专利申请No.2000-100708中公开一个有腿的移动机器人，它能够根据路面状况完成适当的腿的运动。根据该申请的有腿的移动机器人，在一个决定脚部和路面之间接触状态的表面接触传感器和测量在所述路面和腿所放置的路面之间相对运动(如打滑)的相对运动测量传感器被设置在每个可运动的腿的脚部(脚面或脚底)。即使当例如发生了打滑且实际轨迹从一个平面或预定轨迹偏移时，能够适当完成一个运动平面的修正和运动的控制。

还有，当考虑人类行走运动时，在一个正常表面和在一个滑的路面上行走，如在一个积雪的路面上行走时，彼此非常不同。而且，在一个木制地板上和在一个厚的地毯上的行走也是非常不同的。人类用五官观察情况根据路面的状态而行走，从实验地学习的行走方法中选择怎样行走，根据所处的环境完成姿态控制。以及人类会选择适于他们在所述路面上鞋子的鞋子或类似物，因此容易地使他们适应于如积雪和泥泞的路面的极端路面条件。

对应于机器人的行走稳定性，虽然所述机器人被要求在各种路面上象人类一样地行走，但完成象人类一样的各种行走运动对机器人来说是很困难的。

另一方面，对应于机器人和路面之间的关系，当机器人的尺寸和重量与人类的尺寸和重量相类似时，假定路面对机器人的行走状态的影响与对人类的行走状态的影响也类似。

作为比较，当所述机器人的尺寸和重量比人类的尺寸和重量小时，路面状况的影响会增加。如在一个例子中，一个施加负荷会产生变形的路面，如一个地毯。当人走在地毯上时，即使地毯很厚，由于他或她的重量足够大，在所述脚部放置的区域地毯的表面被压且所述路面是稳定的。而且，所述地毯的纤维对行走运动仅有很小的影响。作为比较，当一个小的轻的机器人在同样的地毯上行走时，由一个机器人的脚底施加到所述地毯表面的一个压力也小，并且所述地毯表面在脚部放置的区域不能被足够压下。结果是发生类似于人类在一个大厚垫子上步行的情况且行走运动极大地受到影响。

对机器人来说完成人类的各种行走模式很困难，机器人不易使它们自己被所行走的路面接受。而且，机器人和人类受到不同种类的来自路面的影响。

虽然对机器人的所述脚部和脚底部进行了广泛的研究和改进，目前在技术和财政的观点上看得到能够被各种路面接受的完美的脚部仍然很困难。

还有，所述有腿的移动机器人仍然处于研究和改进阶段，且改进的只要目标是增加机器人的脚部在路面受到限制的工作环境下的适应性。

因此，当将所述有腿的移动机器人转到实际应用及改进的产品以用在人类的生活区域，就有必要使它们适应各种路面状况。

在上述的情况下，本发明人已经提出了一个有腿的移动机器人，它具有一个能够根据路面状况进行替换的脚部，它被公开在日本专利申请No.2000-167681上。

而且，本发明人同样已经提出了一个有腿的移动机器人，它具有一个两部分的结构，包括一个与一个踝关节连接的脚面和一个可拆卸地安装在所述脚面上的并与所述路面接触的脚底部(日本专利申请No.2002-037997)。在该结构中，能够根据所述路面的状况替换所述脚底部。由于仅仅所述脚底部被替换，该脚底部对路面状况的接受程度贡献最大且与所述路面接触受到的磨损最多，和整个替换脚部比较，能够以较低的费用准备许多种适合于各种路面状况的各种脚底部。

而且，当所述一个有腿的移动机器人的一个脚部或脚底部被替换时，适当的脚部运动、ZMP的轨迹、躯干运动、上肢运动、和双腿高度的设定都变了。因此，需要改变这些设定。为了适应这些设定的变化，如脚部或脚底部的形状、摩擦系数、脚部或脚底部的重量等信息必须提供给机器人的主体的一个主控制器。在该状态下，可以使用将涉及所述脚部或脚底部的信息储存在机器人的主体内安装的一个ROM内的方法且由一个使用者输入用于辨认所述新的脚部或脚底部的信息。

然而，在该方法中，对应于所有脚部或脚底部被替换的信息必须储存在所述ROM内。因此，如果准备大量的脚部或脚底部时，ROM的数量或容量必须同时增加。这产生了在小型有腿的移动机器人不能提供足够大的空间容纳所述的ROM的问题，而且如果使用大容量的ROM会导致成本上升。另外，对使用者来说每次输入上述被替换的脚部或脚底部的辨认信息过于繁重。

还有，在上述已知的脚部结构中，虽然当所述脚底部放在所述路面时所述路面对所述脚底部施加Z轴方向的冲击力可以在一定程度上被所述弹性板或片弹簧吸收，但施加到一个沿着一个与Z轴正交(X-Y平面)的平面上的特定或不特定方向上的力就没有被考虑。更特殊地，当所述路面具有凸起和洼坑时，一只空闲腿放到路面上，脚部的一部分受到有凸起和洼坑(被路面绊住或在路面上脚步踉跄)的路面的妨碍，并且有机器人的上部丧失平衡及在该处的姿态变得不稳定的危险。当进行一个高速运动时来自路面的反作用力增大，这个问题就会更严重。在这种情况下，通过机器人根据由机器人的控制装置处理的软件作出紧急规避运动。但如果该问题能够通过脚部结构的硬件来避免或消除的话对稳定性控制和行走控制都有益处。

以及，在所述脚部上设置有各种用于检测机器人主体的主控制器使用的控制每个部件如可移动的腿的运动的基本信息的传感器。例如，当使用ZMP当作评估稳定性的判据进行机器人的移动控制时，多个用于检测ZMP的力量传感器放置在所述脚底面(与路面相接触的表面)以测量实际的ZMP。另外，在所述脚部也可以设置如决定是否将所述脚部放在所述路面上的传感器，决定是否在路面上的脚会在路面上打滑的传感器，等等。

由所述传感器得到的值通过模数转换并被输入一个机器人主体的主控制器。然后，所述主控制器根据检测的值计算所述实际的ZMP并且完成其它的计算处理，以及根据所述计算的结果控制各个部件的运动，如行走运动。

但是，由于主控制器直接从安装在脚部的传感器接受输出信号并完成必要的计算处理，如ZMP的计算，产生主控制器内处理数据的负荷太大的问题。更特殊地，在安装于机器人主体上的所述主控制器的计算单元要完成复杂和庞大的计算用于如设定机器人的运动。因此，如果所述主控制器的所述计算单元根据来自上述ZMP检测传感器的输出必须计算所述实际ZMP值，还要处理来自其它传感器的输出，在所述主控制器的所述计算单元内安排了过多的计算工作量。

还有，为了把设置在所述每个脚部所述传感器的输出送到所述主控制器的所述计算单元，需要连接所述传感器到所述主控制器的复杂的引线。而且，当所述脚部被替换时，如果设置在所述脚部的传感器的种类、特点、数量等等变化时，可能需要改变在所述主控制器的引线。这时，就会有脚部替换的工作量过大的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个主要目的在于提供一个有腿的移动机器人的一个脚部，其中由于ZMP的运动，使所述脚部的形状的变化而导致的阻力发生有效面的变化被减少，它适合于在各种行走表面，如连续和不连续表面、刚性表面、粘弹性表面等等，并且能够充分确保所述机器人的姿态稳定性。

而且，本发明的另一个目的在于提供一个有腿的移动机器人，在所述有腿的移动机器人中由于ZMP的运动使所述脚部的形状的变化而导致的阻力发生有效面的变化被减少，它具有一个脚部适合于在各种行走表面，如连续和不连续表面、刚性表面、粘弹性表面等等，并且能够充分确保所述机器人的姿态稳定性。

还有，本发明的另一个目的在于提供一个脚部的结构，具有所述脚部的机器人在要摔倒时能够被预测，通过控制相关的摔倒运动，例如防止摔倒控制、减少摔倒时的冲击的控制、由摔倒姿态下恢复的控制，等等都能够容易地进行，并且防止由于摔倒损坏各个部件。

以及，本发明的另一个目的在于简化所述处理，其中一个机器人的主体控制系统当一个旧的脚部或脚底部被替换时获得有关一个新的脚部或脚底部的信息，因此，减小了替换所述脚部或脚底部时所要的工作量。

而且，本发明的另一个目的在于提供一个能够以高度稳定性完成高速运动有腿的移动机器人和一个所述有腿的移动机器人的脚部。

另外，本发明的另一个目的在于减少在机器人主体的控制装置内的处理工作量以防止连接设置在所述脚部的传感器和机器人主体的控制装置之间的复杂的引线，并且简化替换所述脚部的过程。

根据本发明的一个方面，一个具有多个可移动的腿的有腿的移动机器人的脚部包括一个在所述脚部的着地面形成的位于着地面中心位置的第一凹部和放置在所述第一凹部的一个具有一个预定弹性的柔性部分。

所述柔性部分最好由一个具有预定弹性的弹性材料或具有预定粘性的粘性材料构成。而且，所述柔性部分最好由一个具有对应于变形的滞变特性的材料构成。

还有，所述柔性部分最好是所述脚部放在路面是平的情况下不与所述路面接触。而且，所述柔性部分最好覆盖在所述第一凹部的内侧表面上。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的所述脚部中，即使当ZMP位于所述脚部的中心位置时和所述脚部在该位置周围发生挠曲时，能够通过包括所述第一凹部的一个凹部吸收所述变形并且一个着地面的位置和形状基本上不变。同时，抵制偏转轴力矩的阻力变化能够被减少且防止所谓的自转运动。还有，可以预测所述有腿的移动机器人的运动并通过控制系统实际地被控制，且能够保持有腿的移动机器人的姿态稳定。

而且，当所述脚部放在一个凸起或一个台阶，所述凸起等与在所述第一凹部的柔性部分接触，同时所述柔性部分的形状改变以与所述凸起的形状一致，在所述凸起和所述柔性部分之间在该状态下产生摩擦力。因此，所述脚部柔性地适应所述路面。结果是，所述凸起好象是所述脚部的一部分，并且防止了在控制上认为是危险的运动，如打滑或过快的运动。

如果路面是平的，一个实际与路面接触的着地面最好设置在所述脚部的周边区域的一个预定位置，而且在其内部形成所述第一凹部，例如，一个由所述着地面所围绕的圆顶形。

还有，所述第一凹部最好形成为使它在所述脚部的行走方向上的中心部分与行走方向正交的方向上贯穿所述脚部而延伸。

而且，所述脚部的着地部分和侧表面最好用平滑表面彼此连接。更特别地，着地区域周围的周边部分，就是，所述脚部的着地部分和所述侧表面之间的连接部分最好形成圆滑弯曲表面。

根据上述结构，即使当在路面上有凸起和洼坑时，所述周边部分能够防止路面的妨碍并且能够防止所述脚部被路面绊住或脚步踉跄。同时能够防止所述机器人进入一个所谓的粘滑状态，并且能够连续地进行所述机器人的稳定姿态控制。

还有，所述脚部最好进一步包括一个在所述第一凹部内的第二凹部，所述第二凹部比所述第一凹部更深，且所述柔性部分放置在所述第二凹部内。

所述第一凹部最好具有由所述着地部分延伸而成的斜面且所述斜面与所述路面分开，所述第二凹部比所述第一凹部的斜面更深。

而且，所述柔性部分至少覆盖所述第二凹部的顶表面。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的脚部中，当所述脚部放在一个凸起如一个台阶上时，所述凸起不仅被所述第一凹部接纳而且被所述第二凹部接纳，因此，减少了进入一个所谓的摇摆状态的不稳定状态的危险。

以及，如果当脚部放在所述凸起上，所述凸起与放在所述第二凹部内的柔性部分接触时，所述柔性部分变形并且包住所述凸起。因此，所述柔性部分用摩擦力卡住所述凸起，并且所述脚部被柔性地适应在所述路面上。结果，防止了打滑或过快运动。

还有，所述第二凹部最好形成为使它在所述脚部的行走方向上的中心部分与行走方向正交的方向上贯穿所述脚部地延伸。更特别地，所述第二凹部最好象人类的一个脚弓那样形成。

在这样的情况下，贯穿延伸在所述脚部的所述第二凹部的侧表面最好在一个平行于所述着地面的平面上具有平滑弯曲线或线性的直线的形状。更特别地，在脚弓部的前后边界区域最好具有弯曲线或线性的直线的连续形状，因此防止了不连续部分被路面绊住的危险。

还有，所述第二凹部的侧表面和所述第一凹部的斜面最好彼此不连续地连接。更特别地，所述第二凹部的侧表面不用平滑弯曲表面与所述第一凹部的斜面连接，而是用基本不连续的弯曲部分在与所述路面分开的位置上相互连接。

而且，所述第二凹部的侧表面基本上与正交于所述着地面的方向也就是垂直方向平行，并且，从该处以更趋近垂直而不是所述第一凹部斜面的方向倾斜。所述第二凹部最好具有一个圆筒形。

在上述的结构中，当例如有腿的移动机器人行走在一个地毯上，地毯的纤维进入所述第二凹部并且与放置在所述第二边缘的所述柔性部分接触并且受到一个相当大的摩擦力。而且，所述纤维碰到所述第二凹部的一个与所述纤维的移动方向近似正交的侧表面，并且被所述第二凹部的侧表面的边缘抓住。因此，在地毯的纤维上施加阻力和反作用力。这些力作用到作为行走路面的地毯的纤维上，防止在行走方向和相反方向上的双向的滑动。结果是，即使当所述有腿的移动机器人在一个滑溜的地毯上时，在行走当中能够给所述脚部施加一个适当的摩擦力及一个适当的制动力。

而且，本发明的机器人包括多个可移动的腿和在每个可移动腿的末端部分设置的脚部。所述脚部包括一个在所述脚部的一个着地面之上位于所述着地面的中心部分形成的第一凹部和一个具有预定弹性被放在所述第一凹部内的柔性部分。

另外，根据本发明的另一个方面，一个具有多个可移动的腿的有腿的移动机器人的脚部包括一个在所述脚部的着地面上形成的位于着地面中心位置的第一凹部，所述第一凹部是，例如圆顶形的，并且形成有一个或多个槽，每个槽形成在所述脚部的着地面上使所述槽从所述第一凹部横过所述脚部的周边部分延伸并贯通所述脚部的一个侧表面与外部连通。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的所述脚部中，即使当ZMP位于所述脚部的中心位置时和所述脚部在该位置周围发生挠曲时，能够通过包括所述第一凹部的一个凹部吸收所述变形并且一个着地面的位置和形状基本上不变。同时，抵制偏转轴力矩的阻力变化能够被减少且防止所谓的自转运动。还有，可以预测所述有腿的移动机器人的运动并通过控制系统实际地被控制，且能够保持有腿的移动机器人的姿态稳定。

所述根据本发明的一个有腿的移动机器人的所述脚部最好包括多个着地部分，所述着地部分在所述着地面的周边区域以预定的位置设置在所述脚部的着地面上，并且多个槽中的一个形成为使它在相邻的着地部分之间延伸。

而且，最好形成四个槽，使它们由所述第一凹部延伸到所述脚部的四个边，也就是，脚部运动方向的前侧，脚部运动方向的后侧，及相对于脚部的所述行走方向的左侧和右侧。

所述槽的侧表面最好具有在一个平行于所述着地面的平面上的非线性弯曲的形状，因此，当例如一个地毯的纤维与所述槽的侧表面接触时，所述槽的侧表面产生一个适当的摩擦力。例如，槽的宽度最好在朝向所述脚部边缘时下降，以使得纤维被迫使地移动增加了其接触阻力。

而且，所述槽的侧表面的部分最好形成平滑的弯曲表面，以能够防止被路面绊住等情况发生。

还有，所述脚部的着地部分和侧表面最好用平滑表面彼此连接。更特别地，着地区域周围的周边部分，就是，所述脚部的着地部分和所述侧表面之间的连接部分最好形成圆滑弯曲表面。

根据上述结构，当在路面上有凸起和洼坑时，所述周边部分能够防止路面的妨碍并且能够防止所述脚部被路面绊住或脚步踉跄。同时能够防止所述机器人进入一个所谓的粘滑状态，并且能够连续地进行所述机器人的稳定姿态控制。

还有，所述脚部最好进一步包括一个在所述第一凹部内的第二凹部，所述第二凹部比所述第一凹部更深。例如，所述第一凹部最好具有由所述着地部分延伸而成的斜面且所述斜面与所述路面分开，所述第二凹部比所述第一凹部的斜面更深。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的脚部中，当所述脚部放在一个凸起如一个台阶上时，所述凸起不仅被所述第一凹部接纳而且被所述第二凹部接纳，因此，防止了进入一个所谓的摇摆状态的不稳定状态。

还有，所述第二凹部的侧表面和所述第一凹部的斜面最好彼此不连续地连接。更特别地，所述第二凹部的侧表面不用平滑弯曲表面与所述第一凹部的斜面连接，而是用基本不连续的弯曲部分在与所述路面分开的位置上连接。

而且，所述第二凹部的侧表面基本上与正交于所述着地面的方向也就是垂直方向平行，并且，从该处以更趋近垂直而不是所述第一凹部斜面的方向倾斜。所述第二凹部最好具有一个圆筒形。

在上述的结构中，当例如有腿的移动机器人行走在一个地毯上，地毯的纤维进入所述第二凹部并且与放置在所述第二边缘的所述柔性部分接触并且受到一个相当大的摩擦力。而且，所述纤维碰到所述第二凹部的一个与所述纤维的移动方向近似正交的侧表面，并且被所述第二凹部的侧表面的边缘抓住。因此，在地毯的纤维上施加阻力和反作用力。这些力作用到作为行走路面的地毯的纤维上，防止在行走方向和相反方向上的双向的滑动。结果是，即使当所述有腿的移动机器人在一个滑溜的地毯上时，在行走当中能够给所述基本施加一个适当的摩擦力及一个适当的制动力。

而且，最好在所述第一凹部或所述第二凹部内的放置一个具有一个预定弹性的柔性部分。所述柔性部分最好由一个具有预定弹性的弹性材料或具有预定粘性的粘性材料构成。而且，所述柔性部分最好由一个具有对应于变形的滞变特性的材料构成。

还有，所述柔性部分最好是所述脚部放在路面是平的情况下不与所述路面接触。而且，所述柔性部分最好覆盖在所述第一凹部内的表面上，或至少在所述第二凹部的顶表面上。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的脚部中，当所述脚部放在一个凸起或一个台阶，所述凸起等与在所述第一凹部或第二凹部的柔性部分接触，同时所述柔性部分的形状改变以与所述凸起的形状一致，在所述凸起和所述柔性部分之间在该状态下产生摩擦力。因此，所述基本柔性地适应所述路面。结果是，所述凸起好象是所述脚部的一部分，并且防止了在控制上认为是危险的运动，如打滑或过快的运动。

而且，根据本发明的一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿和在每个可移动腿的末端部分设置的脚部。所述脚部包括一个在所述脚部的一个着地面上位于所述着地面的中心部分形成的第一凹部和一个或多个槽，每个槽形成在所述脚部的着地面上使所述槽从所述第一凹部横过所述脚部的周边部分延伸并贯通所述脚部的一个侧表面与外部连通。

另外，根据本发明的另一个方面，一个具有多个可移动的腿的有腿的移动机器人的脚部包括一个着地部分，它布置在所述脚部的着地面上，在一个在所述着地面的周边区域的预定位置上，位于所述脚部的着地面的由所述着地部分围绕形成的的第一凹部，所述第一凹部具有由所述着地部分延伸而成的斜面且所述斜面与所述路面分开，在所述第一凹部内的第二凹部，所述第二凹部比所述第一凹部的斜面更深。最好所述第一凹部是圆顶形的，所述第二凹部是一个筒体形。更特别地，所述第二凹部是形状为例如一个圆筒形的凹陷部。

在具有上述结构的有腿的移动机器人的所述脚部中，即使当ZMP位于所述脚部的中心位置时和所述脚部在该位置周围发生挠曲时，能够通过包括所述第一凹部和所述第二凹部的一个凹部吸收所述变形并且一个着地面的位置和形状基本上不变。同时，抵制偏转轴力矩的阻力变化能够被减少且防止所谓的自转运动。还有，可以预测所述有腿的移动机器人的运动并通过控制系统实际地被控制，且能够保持有腿的移动机器人的姿态稳定。

而且，当所述脚部放在一个凸起如一个台阶上时，所述凸起被所述第一凹部和所述第二凹部接纳，因此，防止了进入一个所谓的摇摆状态的不稳定状态。

而且，所述第二凹部的侧表面基本上与正交于所述着地面的方向也就是垂直方向平行，并且，从该处以更趋近垂直而不是所述第一凹部斜面的方向倾斜。

还有，所述第二凹部的侧表面和所述第一凹部的斜面最好彼此不连续地连接。更特别地，所述第二凹部的侧表面不用平滑弯曲表面与所述第一凹部的斜面连接，而是用基本不连续的弯曲部分在与所述因为所述第一凹部的斜面的倾斜而与路面分开的位置上连接。

在上述的结构中，当例如有腿的移动机器人行走在一个地毯上，地毯的纤维进入所述第二凹部并且与放置在所述第二凹部的侧面接触或由所述第二凹部的侧面抓住。而且，所述纤维碰到的表面几乎正交于纤维接触该表面的方向，所以产生的力不会象在所述表面是如一个斜面或连续的表面情况下被分散。因此，通过与纤维接触的所述第二凹部的侧面和边在地毯的纤维上施加阻力和反作用力。这些力作用到作为行走路面的地毯的纤维上，防止在行走方向和相反方向上的双向的滑动。结果是，即使当所述有腿的移动机器人在一个滑溜的地毯上时，在行走当中能够给所述基本施加一个适当的摩擦力及一个适当的制动力。还有，所述第二凹部最好形成为使它延伸穿过与行走方向正交的方向在所述脚部的行走方向上的中心部分延伸。更特别地，所述第二凹部最好象人类的一个脚弓那样形成。在这样的情况下，贯穿延伸在所述脚部的所述第二凹部的侧表面最好在一个平行于所述着地面的平面上具有平滑弯曲线或线性的直线的形状。更特别地，在脚弓部的前后边界区域最好具有弯曲线或线性的直线的连续形状，因此防止了不连续部分被路面绊住的危险。

还有，所述脚部的着地部分和侧表面最好用平滑表面彼此连接。更特别地，着地区域周围的周边部分，就是，所述脚部的着地部分和所述侧表面之间的连接部分最好形成圆滑弯曲表面。根据上述结构，即使当在路面上有凸起和洼坑时，所述周边部分能够防止路面的妨碍并且能够防止所述脚部被路面绊住或脚步踉跄。同时能够防止所述机器人进入一个所谓的粘滑状态，并且能够连续地进行所述机器人的稳定姿态控制。

而且，根据本发明的一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿和在每个可移动腿的末端部分设置的脚部。所述脚部包括一个着地部分，它布置在所述脚部的着地面上，在一个在所述着地面的周边区域的预定位置上，位于所述脚部的着地面的由所述着地部分围绕形成的的第一凹部，所述第一凹部具有由所述着地部分延伸而成的斜面且所述斜面与所述路面分开，在所述第一凹部内的第二凹部，所述第二凹部比所述第一凹部的斜面更深。

根据本发明的另一个方面，一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿和一个设置在每个可移动的腿的端部上的脚部，所述脚部包括一个脚底部，所述脚底部包括一个脚底面和从所述脚底面的周边连续延伸的侧面，所述脚底部包括一个具有一个朝向所述脚底面内侧倾斜的斜面的脚弓部。

根据本发明，设置了一个具有朝向所述脚底面内侧倾斜的斜面的所述脚弓部，及一个包围与所述脚底部的与路面接触的着地部分。因此，即使当ZMP位于所述脚底部的中心位置时和所述脚底部在该位置周围发生挠曲时，能够通过所述脚弓部吸收所述变形并且一个着地部分的位置和形状基本上不变。同时，抵制偏转轴力矩的阻力变化能够被减少且防止所谓的自转运动发生。还有，可以预测所述有腿的移动机器人的运动并通过控制系统实际地被控制，且能够改进有腿的移动机器人的姿态稳定。

而且，由于设置了所述脚弓部，当所述脚部放在路面上，即使当所述脚底面的中心区域位于路面上的凸起上，所述脚部踏在所述凸起的可能性被减少。因此，防止了进入一个所谓的摇摆状态的不稳定状态。

所述脚底面和所述脚底部的侧面最好用平滑的弯曲表面连接，在这种情况下，由于所述脚部的角和侧边为平滑弯曲表面，即使当路面上有凸起和洼坑时，能够防止所述角和侧边受到路面的妨碍且防止所述脚部被路面绊住或脚步踉跄。因此，防止了所述机器人进入所谓的粘滑状态，改进了机器人的姿态稳定性。所述脚弓部具有一个由所述着地部分连续延伸的渐尖的部分，并且可以是圆顶形或圆锥形。

还有，虽然所述脚弓部的形状没有限制，可以是矩形或矩形板形。虽然一个已知的脚部结构是一个脚底部的周边被弯曲，例如，一个所述脚底部的侧边被弯曲而向外伸出，当使用该结构时，会产生所述脚部沿该弯曲侧边滚动的危险且当所述机器人向该侧倾斜时所述机器人的姿态稳定性下降。与之比较，当所述脚部的底面形状是矩形时，就是所述脚部的侧边是直线形，防止了所述滚动运动。

还有，所述着地部分最好放在所述脚底面的四个角上。通过增加所述着地部分之间的距离，增加抵制偏转轴力矩的阻力并且改进所述机器人的姿态稳定性。

而且，根据本发明的另一个方面，一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿和一个设置在每个可移动的腿的端部上的脚部，所述脚部包括一个具有一个与路面接触的矩形脚底面和多个从所述脚底面的周边连续延伸的侧面的脚底部。当所述外边缘伸出进入到包括脚底面的平面时，对应于脚底面的外边缘的并且远离所述另一只脚部的所述侧面中的一个的形状设定成使所述外边缘的形状为基本线性的线。在上面的描述中，“基本线性的线”不是几何学观点上的准确的线性直线，它包括任何能够被认为对应于所述路面为线性的线。

根据本发明，当例如所述机器人在其左或右向丧失平衡情况下且放在路面上的所述脚部绕所述外侧边缘转动，所述外边缘的整个区域与所述路面线接触。因此，所述机器人绕着所述外侧边缘转动不会引起绕所述脚底部的偏转轴(正交于所述脚底面的轴)的转动。

此外，安装在每个可移动的腿的端部上的脚部包括一个具有一个与路面接触的多角的脚底面和多个从所述脚底面的周边连续延伸的侧面的脚底部。所述侧面中的至少一个的形状设定成当所述边缘延伸到包括脚底面的平面时相应的侧边缘的形状为一个向内弯曲的线。

例如，对应于一个所述脚底面的外侧边缘(远离另一只脚部的侧边)的侧面之中的一个侧面的形状，当所述边缘延伸到包括脚底面的平面时，被设定成所述外侧边缘的形状为一个向内弯曲的线。在该情况下，当例如所述机器人在其左或右向丧失平衡情况下且放在路面上的所述脚部绕所述外侧边缘转动，所述外边缘仅有两个在侧边前后伸出最多的点与所述路面线接触。因此，所述机器人绕着一个连接所述两点的想象的线的转动不会引起绕所述脚底部的偏转轴(正交于所述脚底面的轴)的转动。当然也可以将其应用到其它侧边缘上。

当使用上述结构的脚部时，能够在某种程度上预测机器人摔倒的姿态和行为。因此，能够容易地进行有关摔倒运动的控制，例如防止摔倒控制(如通过适当移动重心的位置恢复平衡的控制)、减少摔倒时的冲击的控制(如将机器人上的手放到所述路面上以防止机器人的状态直接与路面碰撞的控制)、由摔倒姿态下恢复的控制(如从摔倒状态站起来的控制)。而且，由于所述机器人沿有关预定的线摔倒而不引起绕所述偏转轴的转动，没有必要对在所述机器人侧面的被认为会与所述路面碰撞的部件矩形防冲击测量(例如，相应的部件可能以高刚性或防冲击的结构制成或在相应的部件上设置如垫子的缓冲层)。因此降低了费用。

而且，在所述侧表面的中心位置上，所述侧表面可以形成凹口。如果当所述机器人摔倒时在路面上有小的凸起或障碍物，会产生所述脚部踩在该障碍物上的危险，且在上述状态下，所述外侧边缘不能获得与所述路面的线接触或点接触。但是当在所述侧表面上形成所述凹口时，能够防止所述脚部踩在所述有关小的凸起或一个障碍物上且能够减少所述机器人在摔倒运动时的姿态和行为的不期望的变化。

而且，根据本发明的另一个方面，一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿和一个设置在每个可移动的腿的端部上的脚部，所述脚部包括一个可拆卸地安装在所述可移动的腿的端部的主脚部体和设置在所述主脚部体内并储存有关该主脚部体信息的存储装置。

或者，所述脚部包括一个拆卸地安装在所述可移动的腿的端部的主脚部体，设置在所述主脚部体内并储存有关该主脚部体信息的存储装置，和根据所述存储装置内储存的信息控制所述可移动腿运动的控制装置。在该情况下，在初始时期所述控制装置读出存储装置所储存的信息。所述初始时期是当机器人的电力接通，机器人被重设，或当所述主脚部体安装到所述可移动腿上的时期。

还有，控制上述结构的一个有腿的移动机器人的方法包括在存储装置内储存有关所述脚部的信息；在初始时期读出来自存储装置的信息；且根据读出的信息控制所述可移动腿的运动。

而且，一个有腿的移动机器人的脚部可以包括一个安装在所述可移动腿末端的脚面，一个可拆卸地安装在所述脚面的脚底部，设置在所述脚底部内并储存有关该主脚底部体信息的存储装置，及设置在所述脚面内并读出在存储装置储存的信息的读出装置。

且为了减少所述路面对所述脚部的防碍及改进姿态稳定性，所述脚底部最好可移动地安装到所述脚面上。在这种情况下，为了降低由所述脚底部的运动而传递到所述脚面上的冲击力在所述脚底和所述脚面之间最好设置缓冲装置或致动装置。

还有，可以通过应用各种紧固手段的紧固装置将所述脚底部安装到所述脚面上。

根据本发明，由于储存有关所述脚部信息的存储装置设置在所述脚部内(主脚部体或脚底部)，控制所述可移动腿运动的所述机器人主体的主控制系统能够读出储存在存储装置内的信息并且根据包括所读出信息在内的信息控制所述可移动腿的运动。因此，没有必要将有关所述脚部的信息输入到在所述机器人的主控制系统内存储器，且能够简化替换所述脚部的任务。而且，在所述机器人的主控制系统内存储器内就没有必要储存要被替换的有关所述脚部的信息。因此，存储器的数量和容量都可以减少，或者，所述存储器可用于储存其它信息。

以及，在上述结构中仅仅是脚底部而不是脚部的整体被替换，所述脚面能够通用于所有类型的脚底部。由于与所述路面接触(脚底面)的部分的形状和材料对所述脚部在各种路面状态下的适应性有很大影响，如仅替换这部分就足够了。

有关所述主脚部体或脚底部的信息包括控制整个机器人运动的机器人主体控制系统用于完成所述脚部或脚底部的轨迹计算和其它运动控制处理所必须的信息。有关所述主脚部体或脚底部的信息没有特别的限制，可以包括如所述主脚部体或所述脚底部的辨认信息、形状(与路面接触的着地面的形状等等)、材料、重量、和脚底面的摩擦系数，以及安装在所述主脚部体或所述脚底部的传感器(用于计算ZMP所述力量传感器，一个用于检测路面的碰撞和倾斜加速传感器，一个检测路面接触的接触传感器)的安排和特征(静态和动态)。没有必要将所有上述信息元素包括在有关所述主脚部体或脚底部的信息内，而只要其中的一个被包括即可。

所述存储装置可以是一个电子存储器，如一个ROM、一个EPROM，和一个SRAM。而且，所述存储装置可以是一个适应一种排列的储存设备如条形码和销，使用符号和标志的储存设备，磁或光记录信息的储存设备，一个机械开关，和其它各种储存设备。在装置情况下，要使用适合于所述储存设备的读出装置(例如，一个如CPU的处理设备，一个如CCD的图象设备，等等)，且所述读出装置可以是接触型或非接触型。

除了所述机器人主体的主控制系统外，可以在所述主脚部体或所述脚面上设置一个与所述主控制系统相通讯的脚部安装控制系统。在此状态下，通过所述脚部安装控制系统从所述存储装置中读出所述信息，并且直接或在经受一个确定的处理之后，输送到所述机器人主体的主控制系统。

而且，根据本发明的另一个方面，一个有腿的移动机器人包括一个可移动腿，一个安装在所述可移动腿末端的脚面，一个安装在所述脚面的脚底部，使所述脚底部能够沿与所述脚底面基本平行的平面移动。所述“脚底面”是指一个当所述有腿的移动机器人直立于一个平的地板面时包括所述脚底部与一个地板面接触的一部分表面(如果有多个这样的部分，一个所述表面要包括所有的部分)。

由于所述脚底部能够沿与所述脚底面基本平行的平面移动，即使在路面上有凸起和洼坑且当空闲腿放在所述路面上使所述脚底部的一部分受到它们的妨碍时，所述脚底部能够在其移动范围内移动从而减小所述妨碍或吸收由所述路面施加的力。因此，机器人能够连续地稳定运动。

所述脚底部可以包括一个面对所述脚面的底表面的底部和一个面对所述脚面的侧面并与其之间有一个槽的侧部分，所以所述脚底部能够在对应于所述脚面的侧面和所述侧部分之间的槽的范围内移动。当所述有腿的移动机器人行走时，不仅所述脚部的底表面而且在其侧表面都会有被物体卡住或妨碍的危险。但是，当使用上述结构时，仅可移动的所述脚底部的侧部分卡住或妨碍所述物体而脚底部整体能沿脚面的底表面移动。因此，能够连续地移动而不会降低稳定性。

而且，在所述脚底部和所述脚面之间可以放置缓冲装置。所述缓冲装置可以是弹性装置、粘滞装置、或结合弹性装置和粘滞装置的结构。当设置所述缓冲装置，由脚底部传递到所述脚面的冲击力减小了，并且降低了所述脚底部的振动。因此，减小了噪音。还有，当所述脚底部简单地沿所述脚面的底表面移动的情况下，而当所述脚底部在可移动范围的端部时可能不能得到充分的效果。但是当设置所述缓冲装置时，当没有外力施加到所述脚底部时，所述脚底部能够内放置在相当所述脚面的适当位置上。

还有，当设置了包括弹性装置和粘性装置所述缓冲装置时，所述弹性部件的弹性系数和粘滞部件的粘滞系数最好设置为使所述脚底部的振动发生在所述脚底部离开所述腿行走运动所在的所述路面时而在所述脚底部再次放在路面之前减少到一个预定的范围。当所述空闲腿被放在所述路面上余下的振动仍大于所述预定范围，由所述机器人的控制系统完成的用于控制所必需的轨迹计算和其它计算必须要修正的危险。预定范围涉及在所述机器人的控制系统能完成稳定行走运动的必要的可容许的振动最小值。

还有，根据本发明的另一个方面，一个有腿的移动机器人包括多个可移动的腿，控制所述可移动腿运动的控制装置，和一个设置在一个可移动腿末端的脚部，所述脚部包括一个安装在所述可移动的腿上的主脚部体，在所述主脚部体上至少设置一个用于检测控制所述可移动腿的运动的信息的传感器，和设置在所述主脚部体上用于根据传感器的类型以传感器的输出完成一个预定的计算处理的脚部安装处理装置。

或者，一个有腿的移动机器人包括一个安装到所述可移动的腿上的主脚部体，在所述主脚部体上至少设置一个用于检测控制所述可移动腿的运动的信息的传感器，和设置在所述主脚部体上用于根据传感器的类型以传感器的输出完成一个预定的计算处理的脚部安装处理装置，以及将所述脚部安装处理装置的输出输送到控制装置的通讯装置。

或者，一个有腿的移动机器人的脚部，它设置在一个可移动的腿端部上，包括一个安装到所述可移动的腿上的脚面，一个可移动地安装在所述脚面上的脚底部，在所述脚面上至少设置一个用于检测控制所述可移动腿的运动的信息的传感器，和设置在所述主脚部体上用于根据传感器的类型以传感器的输出完成一个预定的计算处理的脚部安装处理装置。

或者，一个有腿的移动机器人包括一个安装到所述可移动的腿上的脚面，一个可移动地安装在所述脚面上的脚底部，在所述脚面上至少设置一个用于检测控制所述可移动腿的运动的信息的传感器，和设置在所述主脚部体上用于根据传感器的类型以传感器的输出完成一个预定的计算处理的脚部安装处理装置，以及将所述脚部安装处理装置的输出输送到控制装置的通讯装置。

所述传感器可以是例如一个力量传感器或一个加速传感器。但是，对传感器的类型和设置的用途没有特别地限制。所述脚部安装处理装置对应于传感器的类型、设置的用途等完成一个计算处理。例如，所述脚部安装处理装置可以根据设置在多个位置(至少三个)上的所述力量传感器的输出计算出ZMP，所述传感器用于检测垂直施加在一个表面(脚底面)上的压力，该表面包括所述主脚部体或所述脚底部与路面接触的底表面。而且，所述脚部安装处理装置也可以根据一个加速传感器的输出完成用于检测脚部与一个障碍物碰撞或脚步踉跄运动的计算或者根据一个加速传感器的输出完成决定所述脚部要放置的路面上的倾斜面的计算。

而且，根据本发明，由于计算ZMP的所述脚部安装处理装置设置在所述主脚部体或脚面上且所述脚部安装处理装置根据传感器的输出计算ZMP，所述机器人的主体控制装置能够直接接受计算结果并根据包括所述计算结果的线性控制可移动腿的运动，因此，所述机器人的主体控制装置不用进行ZMP的计算，并且所述机器人的主体的控制装置可以用于其它的，如控制可移动腿的运动计算处理。因此，减小了在所述控制装置上的处理负荷。结果，能够不耽误地完成特别紧急的处理，并且要求大量计算量的复杂运动也能够完成。

还有，根据与所述脚部安装处理装置相关性来优选所述传感器，所述脚部安装处理装置能够适应各种不同类型、特点、数量等等。换句话说，所述脚部能够被变形。因此，由于所述脚部的替换而对所述机器人主体的机械的和储存在其中的信息的变化要求降低了，可以简化所述脚部的替换任务。

另外，由于所述传感器与根据传感器的输出计算ZMP的所述脚部安装处理装置一起设置在所述脚面上，不同形式的情况是所述传感器设置在所述脚底部，连接所述传感器和所述脚部安装处理装置之间的引线不包括移动部分。因此，所述脚底部的运动不会受到引线的妨碍且引线能够不受到由于所述脚底部的运动产生的损坏。特别地，当所述ZMP传感器设置在所述脚面的底表面，所述ZMP传感器受到来自所述脚底部顶表面的压力，它与所述路面在ZMP方向上是等价的，并且由于路面主体的变化而引起的检测值的误差被减小。因此，能够更准确地检测ZMP。

用安装/取下装置，所述主脚部体可以拆卸地安装到可移动腿上。

或者，可以用安装/取下装置将所述脚底部可拆卸地安装到所述脚面上。还有，可拆卸地将所述脚面安装到所述可移动腿的安装/取下装置也可以使用或代替由于可拆卸地将所述脚底部安装到所述脚面的安装/取下装置。

根据本发明，由于用于处理来自设置在所述主脚部体或所述脚面的传感器的输出的所述脚部安装处理装置设置在所述主脚部体或所述脚面上，所述机器人的主体控制装置可以简单地接受所述计算结果并根据包括计算结果的信息控制所述可移动腿的运动。因此，所述机器人的主体控制装置没有必要完成针对根据设置在所述主脚部体或所述脚面的传感器(例如，如果设置了力量传感器要完成ZMP计算及如果设置了加速传感器要完成路面上的倾斜面或检测障碍物碰撞或脚步踉跄运动的计算)的输出的处理，并且所述机器人的主体的控制装置可以用于其它的，如控制可移动腿的运动计算处理。因此，减小了在所述控制装置上的处理负荷。结果，能够不耽误地完成特别紧急的处理，并且要求大量计算量的复杂运动也能够完成。

还有，在已知的结构中，为了将设置在主脚部体或所述脚面上的所述传感器的检测值提供给控制装置要给每个传感器提供单独的引线。但是，用于所述检测值由所述脚部安装处理装置首先进行处理并且将处理结果输送给所述控制装置，简化了布线。

还有，在根据与所述脚部安装处理装置相关性来优选设置在所述主脚部体或脚面的所述传感器时，所述脚部安装处理装置能够适应各种不同类型、特点、数量等等。换句话说，所述脚部能够被变形。因此，由于所述脚部的替换而对所述机器人主体的机械的和储存在其中的信息的变化要求降低了，可以简化所述脚部的替换任务。

以及，由于所述传感器与根据传感器的输出进行处理的所述脚部安装处理装置一起设置在所述脚面上，连接所述传感器和所述脚部安装处理装置之间的引线不包括可移动的部分。因此，所述脚底部的运动不会受到引线的妨碍且引线能够不受到由于所述脚底部的运动产生的损坏。

而且，在所述脚底部被可沿一个与脚底面近似平行的平面上移动地安装到所述脚面的情况下，即使在路面上有凸起和洼坑且所述脚底部的一部分受到它们的妨碍时，所述脚底部能够沿上述表面移动从而减小这种妨碍或吸收由所述路面施加的力。因此，机器人能够连续地稳定运动。

由下面所述的较佳实施例并参考附图，本发明的进一步的目的、特点和优点会更加明显。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的“人形”有腿的移动机器人100在直立状态下的前视图。

图2是所述有腿的移动机器人100在直立状态下的后视图。

图3是所述有腿的移动机器人100的控制系统图示性的结构的框图。

图4是根据一个第一例如图1所示的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图5是根据所述第一例如图1所示的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图6是根据所述第一例如图1所示的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图7是图6沿A-A线的剖面图。

图8是图6沿B-B线的剖面图。

图9是根据一个第二例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图10是根据一个第二例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视剖面图。

图11是根据一个第三例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图12是根据一个第三例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图13是根据一个第三例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图14是如图11所示有腿的移动机器人100的脚部的尺寸说明示意图。

图15是解释如图11所示有腿的移动机器人100的脚部假定要踩上的门槛的形状的示意图。

图16是根据一个第四例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图17是根据一个第四例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图18是根据一个第四例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图19是沿图18中A-A线的剖面图。

图20是沿图18中B-B线的剖面图。

图21是沿图18中C-C线的剖面图。

图22是解释图16所示有腿的移动机器人100的脚部的尺寸的示意图。

图23是解释如图16所示有腿的移动机器人100的脚部假定要踩上的门槛的形状的示意图。

图24是根据一个第五例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图25是根据一个第五例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图26是根据一个第五例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图27是沿图26中A-A线的剖面图。

图28是沿图26中B-B线的剖面图。

图29是沿图26中C-C线的剖面图。

图30是根据一个第六例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图31是根据一个第六例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图32是根据一个第六例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图33是解释图30所示有腿的移动机器人100的脚部的尺寸的示意图。

图34是解释如图30所示有腿的移动机器人100的脚部假定要踩上的门槛的形状的示意图。

图35是根据一个第七例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图36是根据一个第七例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图37是根据一个第七例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图38是沿图37中A-A线的剖面图。

图39是沿图37中B-B线的剖面图。

图40是根据一个第八例的有腿的移动机器人100的脚部的透视图。

图41是根据一个第八例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图42是根据一个第九例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图43是根据一个第九例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图44是根据一个第十例的有腿的移动机器人100的脚部的底部视图。

图45是根据一个第十例的有腿的移动机器人100的脚部的侧视图。

图46是根据一个第十一结构的有腿的移动机器人100的脚部的平面图。

图47是解释根据所述第十一结构的有腿的移动机器人100的脚部在机器人摔倒时的行为示意图。

图48是根据一个第十二结构的有腿的移动机器人100的脚部的平面图。

图49是解释根据所述第十二结构的有腿的移动机器人100的脚部在机器人摔倒时的行为示意图。

图50是根据一个第十三结构的有腿的移动机器人100的脚部的平面图。

图51是根据一个第十四结构的有腿的移动机器人100的脚部的平面图。

图52是表示有腿的移动机器人100的脚部由于重量产生变形状态下的示意图。

图53是表示有腿的移动机器人100的脚部放在台阶上状态下的示意图。

图54是表示有腿的移动机器人100的脚部在地毯上行走状态下的示意图。

图55是解释当所述脚部的下表面是圆角时有腿的移动机器人100的脚部运动的示意图。

图56是表示一个状态的示意图，其中由有腿的移动机器人100的脚部踩着的凹部由脚部的柔软部分到达一个足底弓的下表面(最高的面)。

图57是表示所述有腿的移动机器人100的脚部在迈较大步子状态下的示意图。

图58是表示当所述柔软部分由普通塑性材料制成时所述有腿的移动机器人100的脚部的柔软部分变形的方式示意图。

图59是表示当所述柔软部分由柔韧性高的材料制成时所述有腿的移动机器人100的脚部的柔软部分变形的方式示意图。

图60是表示所述有腿的移动机器人100的脚部踩在一个可能是一个辊的障碍物状态下的示意图。

图61是表示所述有腿的移动机器人100的脚部踩在一个可能是一个辊的较大的障碍物状态下的示意图。

图62是表示所述有腿的移动机器人100的脚部在一个地毯上运动状态下的示意图。

图63是表示根据一个第一例的一个脚面(脚的上部)和一个脚的底部(脚底部)的支持结构侧视图。

图64是图63沿A-A线的剖面图。

图65是表示根据一个第二例的一个脚面(脚的上部)和一个脚的底部(脚底部)的支持结构的透视图。

图66是图65沿B-B线的剖面图。

图67是表示根据一个第三例的一个脚面(脚的上部)和一个脚的底部(脚底部)的支持结构的平面图。

图68是根据一个第三例的一个脚面(脚的上部)和一个脚的底部(脚底部)的支持结构的部分剖的侧视图。

图69是表示根据一个第一例的一条腿和一只脚在一个踝关节连接/替换结构的剖面图。

图70是表示图69所示的脚部结构和一个连接部件在脚部与踝关节连接状态下的剖面图。

图71是表示根据一个第二例的一条腿和一只脚在一个踝关节连接/替换结构的示意图；其中A是顶视图、B是侧视图、C后视图，和D是当所述脚部从所述踝关节取出后的剖面图。

图72是表示对根据第二例的结构作出变化状态示意图；其中A是顶视图、B是侧视图、C后视图，和D是当所述脚部与所述踝关节连接的剖面图。

图73是表示根据一个第三例的脚部和连接件的结构在所述脚部与一个踝关节连接状态下的剖面图。

图74是表示包含在所述脚部内的一个脚面电路和一个脚底部电路的结构的方框流程图。

图75是根据一个第四例的腿和脚的连接/替换结构部分放大的侧视图。

图76是包括根据所述第四例的腿和脚的连接/替换结构的脚部平面视图。

图77是包括根据所述第四例的腿和脚的连接/替换结构的脚部的一部分放大侧视图。

图78是包括根据所述第四例的腿和脚的连接/替换结构的脚部底部视图。

图79是表示根据一个第五例的腿和脚的连接/替换结构的简图，并且是表示脚部结构和一个连接部件在脚部从一个踝关节取出的状态下的剖面图。

图80是表示根据所述第五例的腿和脚的连接/替换结构的简图，并且是表示脚部结构和一个连接部件在脚部与一个踝关节连接的状态下的剖面图。

图81是表示包括在根据所述第五例的腿和脚的连接/替换结构中的脚面的底部视图。

图82是表示一个已知的有腿的移动机器人的脚部由于重量变形状态的示意图。

图83是解释在脚部与道路表面点接触情况下的一个阻力发生有效面的示意图。

图84是解释在脚部与道路表面框形接触而接触区为框形的情况下的一个阻力发生有效面的示意图。

图85是表示一个已知有腿的移动机器人的脚部放在一个台阶状态的示意图。

图86是表示一个已知有腿的移动机器人的脚部走在一个地毯上状态的示意图。

图87是解释在所述脚部下表面的角部被道路表面卡住状态的一个已知有腿的移动机器人的脚部运动示意图。

图88是表示一个已知有腿的移动机器人的脚部放在一个台阶上的状态示意图。

图89是表示一个已知具有脚弓部的有腿的移动机器人的脚部放在一个台阶上的状态示意图。

图90是表示一个脚部结构实例的平面图。

图91是表示另一个脚部结构实例的平面图。

图92是表示一个脚部结构其它实例的平面图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明实施例进行描述。

总体结构

首先，在下面的图1至图3对有腿的移动机器人的总的结构进行描述。

图1是根据本发明第一实施例的“人形”有腿的移动机器人100在直立状态下的前视图。而且图2是所述有腿的移动机器人100在直立状态下的后视图。

由图可知，有腿的移动机器人100包括用作可运动的腿以完成腿部运动的左右下肢110，一个躯干120，左右上肢130，和一个头部140。

每个左右下肢110包括一个大腿111、一个膝关节112、一个胫骨113、一个踝关节114、和一个脚部150，通过一个臀部关节115在躯干120的下端与躯干120连接。

而且，每个左右上肢130包括一个上臂131、一个肘关节132，和一个前臂133。所述左右上臂分别通过肩关节134连接到躯干120的上左端和上右端。

还有，头部140通过一个颈关节141连接到所述躯干120的顶部中心上。

为了方便起见，在下面涉及脚部150的描述中，定义一个包括一部分脚部150与道路表面(地板表面)接触的底部表面的平面为X-Y平面。而且，定义在所述机器人前后方向延伸的轴为X轴，定义在所述机器人右左方向延伸的轴为Y轴。定义垂直所述X和Y轴的轴为Z轴。

且，在附图中，标志R表示平滑的弯曲部分。

在每个关节上设置致动器，且通过控制这些致动器完成所述机器人的运动。为了满足各种要求，如要求减少过分庞大体积而使所述机器人外形更接近人类的自然形态，及要求能够完成对不稳定结构的姿态控制以完成两条腿行走运动。这样，最好使用小而轻的致动器。因此，本实施例有腿的移动机器人100包括能够直接连接到齿轮的小型交流伺服致动器和在其中将单片伺服控制器安装到一个马达单元。一个小型交流伺服致动器的例子公开在日本专利申请NO.11-3386，它是由本发明人申请的。

虽然在图1和图2中没有示出，在躯干120内还含有一个主控制单元和如一个电源供应电路的外部设备。

控制系统

下面参考附图3对上述有腿的移动机器人100的控制系统进行描述。

图3是所述有腿的移动机器人100的控制系统图示结构的框图。一个主控制单元300包括一个中心处理单元(CPU)301，一随机存储器(RAM)302，一个用于储存运动模型的只读存储器(ROM)303，等等，一个模/数转换器305，它用于将安装在有腿的移动机器人100上的各个传感器306的模拟输出信号转换为数字信号，及一个在它们之间提供连接的总线304。

一个设在所述脚部150的ROM305也与所述总线连接。下面将作详细描述。

所述CPU301基于在ROM303储存的信息和各传感器306的输出决定有腿的移动机器人100的运动，并且产生控制信号，包括传输到交流伺服致动器307以提供到每个关节的控制命令。然后，所述CPU301将对于每个关节的控制信号通过总线304供应到与主控制单元300连接的交流伺服致动器307。因此，交流致动器307根据包括控制信号的运动命令而被致动，且有腿的移动机器人100完成如行走运动的各种运动。

所述有腿的移动机器人100的所述主控制单元和外部设备如电源供应电路放在所述有腿的移动机器人100的躯干120的内部空间，在图1和图2中为示出。

脚

下面参考图4至图8对脚部150的第一例150a进行描述。

图4是根据一个第一实施例如图1所示的有腿的移动机器人100的脚部150a的透视图；图5是它的侧视图；图6是它的底部视图；图7是图6沿A-A线的剖面图；图8是图6沿B-B线的剖面图。

根据一个第一结构的脚部150a包括一个主脚部体160，它由一个矩形板形部件构成及一个连接器161，它与所述主脚部体160一体地形成在所述主脚部体160的一个上表面162上并且与相应的下肢110的踝关节114连接。

所述主脚部体160的下表面(脚底面)包括一个斜面172，它从脚部底部的周边部分延伸并逐渐相主脚部中心倾斜以形成一个圆顶形的第一凹部(槽)170。

而且，一个柔软部分190在所述第一凹部170表面上形成。当外力施加到所述柔软部分190时，所述柔软部分190变形，作为反作用力施加一个预定的弹力，而当去掉所述外力时，所述柔软部分190恢复原有形状。

所述柔软部分190由预定柔软材料形成在所述第一凹部170内，因此所述柔软材料覆盖所述第一凹部170的表面且所述第一凹部170的内部空间部分地由所述柔软材料填充且当所述脚部150a所放的路面是平的，所述柔软部分190的表面不会与路面接触。

所述柔软材料可以是任何具有弹性、粘性、或柔韧性的材料，如橡胶，粘土和尿脘。特别地，一个具有滞变特性的材料，如一个要相当长时间才能恢复到原有形状的材料或一个具有形状记忆特征的材料，例如α-凝胶，记忆泡沫，一个通过在一个将颗粒密封在袋内得到的零件，等等，是较佳地作为所述柔软材料。

在具有上述结构的脚部150a中，所述周边部分围绕所述第一凹部170且从所述主脚部160下表面伸出，用作一个着地部分165，它与所述着地面(行走表面)实际地接触。因此，当所述主脚部160的下表面(着地面)放在路面上时，所述着地部分165与所述路面接触并且支撑所述有腿的移动机器人100的重量，而所述第一凹部170表面和置于所述第一凹部170内的柔软部分190的表面与路面分开。

而且，所述主脚部160的下表面周边的边缘，也就是在所述主脚部体160的侧表面163和着地面165之间或所述侧表面163和所述第一凹部172的斜面之间形成平滑的弯曲表面164(R表面)。这样，能够防止由于所述脚部150a的周边边缘撞上路面的不平处或被压进路面而引起的有腿的移动机器人100的脚步踉跄。而且，即使所述有腿的移动机器人100处于要摔倒的危险中时，所述有腿的移动机器人100的运动也能够平滑地改变到安全摔倒运动。

根据所述第一例的脚部150a具有上述结构，由于所述脚部150a包括在所述主脚部160的下表面的第一凹部170位于着地部分165之内的区域，即使所述有腿的移动机器人行走时ZMP(Zero Moment Point)的位置变化且脚部150a发生变形，着地部分165的形状和位置的变化极小。因此，上述阻力发生有效面的形状变化及其面积的减少的机会能够被减小。结果，可以减小抵制偏转轴的力矩的阻力的变化，且机器人不会发生不希望的行为变化。还有，减少了机器人绕着着地面转动的自转运动的可能性。增加了机器人的姿态稳定性且机器人能够连续地稳定运动。

以及，由于所述第一凹部170与地面分开，增加了施加在路面上的接触压力并且因而增加了有腿的移动机器人产生的抵制偏转轴的力矩稳定性。而且，防止在脚部和路面之间产生过大的阻力，有助于防止所述机器人的脚步踉跄。

另外，在脚部150a中，在所述脚部150a的所述凹部170上形成所述柔软部分190。因而，即使在脚部150a的其它部分不能处理的情况下，例如，即使当存在危险行为时，如打滑，也能够完成适当的措施。脚部150a在这样一个特殊情况下的状态和运动在下面进行详细的说明。

所述主脚部体160最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

下面参考图9和图10说明一个脚部150的第二例一脚部150b。图9是根据一个第二实施例的脚部150b的透视图，及图10是一个剖面图。

根据一个第二结构的脚部150b包括一个主脚部体200，它由一个矩形板形部件构成及一个连接器201，它与所述200一体地形成在所述200的一个上表面202上并且与相应的下肢110的踝关节114连接。所述200的下表面(脚底表面)包括一个斜面212，它从脚部底部的周边部分延伸并逐渐相主脚部中心倾斜以形成一个圆顶形的第一凹部(槽)210。

另外，在脚部150b的下表面的周边部分的内部和外部侧的中心位置形成槽部，所述槽部沿第一凹部210的上部表面(顶表面)割出以使在主脚部200与地面(行走面)接触时那些部分不与地面接触。更特殊地，槽部要形成在主脚部200的周边部分，它们作为第一凹部的侧壁，如一个沿长度方向延伸的通道形开口，并被设置在所述主脚部体200的中心位置上。在所述主脚部体200下表面形成的总的凹部，它包括第一凹部210和在左右侧作为脚部150b的脚弓部207的槽部206。

与所述第一例脚部150a类似，一个柔软部分230在所述第一凹部210表面上形成。当外力施加到所述柔软部分230时，所述柔软部分230变形，作为反作用力施加一个预定的弹力，而当去掉所述外力时，所述柔软部分230恢复原有形状。

所述柔软部分230由预定柔软材料形成在所述第一凹部210内，因此所述柔软材料覆盖所述第一凹部210的表面且所述第一凹部210的内部空间部分地由所述柔软材料填充且当所述脚部150b所放的路面是平的，所述柔软部分230的表面不会与路面接触。所述柔软部分230的材料可以如上述的第一脚部150a相同，因此忽略对其的说明。

在具有上述结构的脚部150b中，底部围绕所述第一凹部210且从所述主脚部200下表面伸出，也就是，在所述脚弓部207的前和后的底部用作一个地面接触部分205，它与所述着地面(行走表面)实际接触。因此，当所述主脚部200的下表面(着地面)放在路面上时，所述着地部分205与所述路面接触并且支撑所述有腿的移动机器人100的重量，而所述脚弓部207表面和置于所述柔软部分230的表面与路面分开。

而且，所述主脚部200的下表面周边的边缘，也就是在所述200的侧表面203和着地面205之间或所述侧表面203和所述第一凹部212的斜面之间形成平滑的弯曲表面204(R表面)。这样，能够防止由于所述脚部150b的周边边缘撞上路面的不平处或被压进路面而引起的有腿的移动机器人100的脚步踉跄。而且，即使所述有腿的移动机器人100处于要摔倒的危险中时，所述有腿的移动机器人100的运动也能够平滑地改变到安全摔倒运动。

与所述第一例的脚部150a类似，由于所述脚部150b包括在所述主脚部200的下表面的脚弓部207，即使所述有腿的移动机器人行走时ZMP的位置变化且脚部150a发生变形，上述阻力发生有效面的形状变化及其面积的减少的机会能够被减小。结果，可以减小抵制偏转轴的力矩的阻力的变化，且机器人不会发生不希望的行为变化。还有，减少了机器人绕着着地面转动的自转运动的可能性。增加了机器人的姿态稳定性且机器人能够连续地稳定运动。

以及，由于所述脚弓部与地面分开，增加了施加在路面上的接触压力并且因而增加了有腿的移动机器人产生的抵制偏转轴的力矩稳定性。而且，防止在脚部和路面之间产生过大的阻力，有助于防止所述机器人的脚步踉跄。另外，在脚部150b中，在所述脚部150b的所述凹部210上形成所述柔软部分230。因而，即使在脚部150b的其它部分不能处理的情况下，例如，即使当存在危险行为时，如打滑，能够完成适当的措施。脚部150b在这样一个特殊情况下的状态和运动在下面进行详细的说明。

所述主脚部体200最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

下面将参考图11至图15对一个第三例脚部150c进行说明。

图11是一个第三实施例的脚部150c的透视图，图12是它的侧视图，图13是它的底部视图，而且图14和图15是解释脚部150c的适当尺寸的示意图。

所述脚部150c包括一个主脚部体240，它由一个矩形板形部件构成及一个连接器241，它与所述主脚部体240一体地形成在所述主脚部体240的一个上表面242上并且与相应的下肢110的踝关节114连接。

所述主脚部体240的下表面(脚底表面)包括一个斜面252，它从脚部底部的周边部分延伸并逐渐相主脚部中心倾斜以形成一个圆顶形的第一凹部(槽)250。另外，一个柱状第二凹部(槽)260在所述主脚部体240的中心位置比所述第一凹部250更深地形成在所述主脚部体240内。

另外，在脚部150c的下表面的周边部分的内部和外部侧的中心位置形成槽部，所述槽部沿第二凹部260的上部表面(顶表面)割出以使在主脚部240与地面(行走面)接触时那些部分不与地面接触。换句话说，所述第一凹部250的下表面(顶表面)和所述第二凹部260的侧壁在所述主脚部体240的下表面中心以X方向局部地被切掉。所以所述第二凹部在行走方向的中心区域上横贯所述主脚部体240侧向(Y轴)地延伸。在所述主脚部体240下表面形成的总的凹部，它包括第一凹部250、第二凹部260和在左右侧作为脚部150c的脚弓部247的槽部246。

一个柔软部分270在所述第二凹部260表面上形成。当外力施加到所述柔软部分270时，所述柔软部分270变形，作为反作用力施加一个预定的弹力，而当去掉所述外力时，所述柔软部分270恢复原有形状。所述柔软部分270由预定柔软材料形成在所述第二凹部260内，因此所述柔软材料覆盖所述第二凹部210的下表面(顶表面)261且所述第二凹部260的内部空间部分地由所述柔软材料填充且当所述脚部150b所放的路面是平的，所述柔软部分270的表面不会与路面接触。所述柔软部分270的材料可以如上述的第一脚部150a相同，因此忽略对其的说明。

在具有上述结构的脚部150c中，所述第一凹部250的周边部分从所述主脚部体240下表面伸出用作一个地面接触部分245，它与所述着地面(行走表面)接触。因此，当所述主脚部体240的下表面(着地面)放在路面上时，所述着地部分245与所述路面接触并且支撑所述有腿的移动机器人100的重量，而所述脚弓247与路面分开。

另外，所述第二凹部260的侧表面262与所述第一凹部250的斜面252不连续地连接，因此在它们之间有边缘存在，该侧表面要与正交于着地面的垂直方向(Z)轴基本平行地被形成。由于所述第二凹部的侧表面如上述结构，例如当机器人行走在柔软地面，象一个地毯，柔软物如地毯的纤维进入所述第二凹部260，所述柔软物碰到所述第二凹部260的侧表面并被不连续的边缘抓住。结果相对纤维的运动方向的阻力和作用力被施加到所述纤维上，且摩擦力也就施加到脚部150c的行走表面。因此，即使在上述打滑的表面上行走，也能获得足够的摩擦力，并且增加了制动力和推动力。

还有，端部253，它是所述第一凹部250的斜面和所述第二凹部260的侧表面的一部分并且面对所述槽246，它们被形成平滑的弯曲表面(R表面)，如图13所示。因此，能够调整在一个柔软运动表面，如一个地毯上的压入的量，并且防止产生摔倒现象。而且，可以保护地板表面。

而且，所述主脚部体240的下表面周边的边缘，也就是在所述主脚部体240的侧表面233和着地部分245之间形成平滑的弯曲表面244(R表面)。这样，能够防止由于所述脚部150b的周边边缘撞上路面的不平处或被压进路面而引起的有腿的移动机器人100的脚步踉跄。而且，即使所述有腿的移动机器人100处于要摔倒的危险中时，所述有腿的移动机器人100的运动也能够平滑地改变到安全摔倒运动。

下面参考图14和图15描述所述第三例脚部150c的尺寸.脚部150c的尺寸可以根据如有腿的移动机器人的总体尺寸来任意决定。但是，在所述有腿的移动机器人行走在日式房子里时，假定日式推拉门“Fusuma”的门槛有滑道和凸起，成为小型有腿的移动机器人在行走中的主要障碍。因此，在要使机器人在所述门槛上稳定地行走的预定条件下，限制脚部150c的尺寸就极有作用。下面将描述该条件，在该条件下所述有腿的移动机器人即使踩在所述门槛上也能够稳定地行走。

在这种情况下，脚部150c的着地部分245的尺寸必须设定成所述着地部分245不能陷在所述门槛的滑道内。如图14所示，在脚部150c中所述第一凹部250的前和后部分用作着地部分245。另外，着地部分245的周边与所述主脚部体240的侧表面243经平滑弯曲表面244连接，且更靠近主脚部体240中心的着地部分245的边缘连接到所述第一凹部250的平缓斜面252上。因此，假定从斜面252到主脚部体240的周边的弯曲表面区域是着地面区域，它从主脚部体240伸出，应该防止陷入门槛的滑道中。因此，参考图14，条件设定为在行走方向(X轴)的接触区域的长度L1和L2，脚部150c的总长L，和脚部的宽度W，就是接触区域在侧向(Y轴)的长度。

用在日式房子里的门槛形状如图15所示，图15A表示具有两个滑道的门槛，及图15B表示具有三个滑道的门槛。在图15A和图15B中，滑道的宽度是Lg₁、Lg₂和Lg₃，及凸起的宽度为Lm₁和Lm₂。一般门槛满足下面条件，Lg₁＝Lg₂＝Lg₃＝21mm及Lm₁＝Lm₂＝12mm。

当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150c陷入具有两个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁、L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂                            .......(1)

而且，当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150c陷入具有三个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁、L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂

L₁，L₂＜Lm₁+Lg₁+Lm₂                     ........(2)

因此，考虑到上述一般门槛，为防止有腿的移动机器人的脚部150c陷在具有两个滑道的门槛的滑道内，就必须满足L₁、L₂＞21mm和L＞54mm，为防止有腿的移动机器人的脚部150c陷在具有三个滑道的门槛的滑道内，就必须满足21mm＜L₁、L₂＜45mm及L＞54mm。在本例的脚部150c中，要满足L＝105.8mm，W＝69.8mm，和L₁＝L₂＝33mm。

当有腿的移动机器人侧向行走时，有必要设定脚部150c在侧向的长度，象它在正常行走方向行走时一样。但是，因为所述脚部150c并在横向被驱动且相对门槛滑道宽度具有足够的长度，在此就不进行讨论了。

具有上述结构的脚部150c，和第一例和第二例的脚部150a和150b类似，由于所述脚部150c包括在所述主脚部体240的下表面的脚弓部247，即使所述有腿的移动机器人行走时ZMP的位置变化且脚部150c发生变形，上述阻力发生有效面的形状变化及其面积的减少的机会能够被减小。结果，可以减小抵制偏转轴的力矩的阻力的变化，且机器人不会发生不希望的行为变化。还有，减少了机器人绕着着地面转动的自转运动的可能性。增加了机器人的姿态稳定性且机器人能够连续地稳定运动。

以及，由于所述脚弓部与地面分开，增加了施加在路面上的接触压力并且因而增加了有腿的移动机器人产生的抵制偏转轴的力矩稳定性。而且，防止在脚部和路面之间产生过大的阻力，有助于防止所述机器人的脚步踉跄。

另外，在脚部150c中，在所述脚部150c的所述第二凹部260上形成所述柔软部分270。因而，即使在脚部150c的其它部分不能处理的情况下，例如，即使当存在危险行为时，如打滑，能够完成适当的措施。脚部150c在这样一个特殊情况下的状态和运动在下面进行详细的说明。

所述主脚部体160最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

下面参考附图16至23对应该第四例的脚部150进行描述。

图16是一个脚部150的透视图；图17是脚部150的侧视图；图18是脚部150的底部视图；图19是沿图18中A-A线的剖面图；图20是沿图18中B-B线的剖面图；图21是沿图18中C-C线的剖面图；而且图22和图23是解释脚部150的适当尺寸的示意图。

所述脚部150包括一个主脚部体240，它由一个矩形板形部件构成及一个连接器241，它与所述主脚部体240一体地形成在所述主脚部体240的一个上表面242上并且与相应的下肢110的踝关节114连接。

所述主脚部体240的下表面(脚底表面)包括一个斜面252，它从脚部底部的周边部分延伸并逐渐相主脚部中心倾斜以形成一个任意的圆顶形的第一凹部(槽)250。另外，一个具有任意的柱状第二凹部(槽)260在所述主脚部体240的中心位置比所述第一凹部250更深地形成在所述主脚部体240内。

另外，在脚部150的下表面的周边部分的四个侧的中心位置形成槽部246a到246d，所述槽部246a到246d与第二凹部260的底表面(顶表面)具有相同深度并从所述主脚部体240的中心区伸出到所述主脚部体之外，使主脚部体240与地板表面(行走面)接触时这些位置不接触。

而且，在所述主脚部体240底表面形成的凹部包括所述第一凹部250、第二凹部260和用在脚部150的脚弓部的槽246。所述脚弓247一般涉及到在佳品比50底表面形成的凹部。特别是，每个形成所述四个槽246a到246d的凹部连续地形成槽，使其在横向和行走方向延伸，并且脚部150上形成的凹部可以涉及用作脚弓部。

由于脚部150的底表面被四个槽246a到246d分开，在脚部150的底表面四个角成为四个伸出件，每个伸出件上，伸出件的一部分主要用作一个着地部分245，它实际于地板表面(行走表面)相接触。

上述伸出件包括第一凹部250的斜面252和在所述叠凹部如60上的平缓弯曲表面244，对于该弯曲表面下面会做描述，其在斜面252和弯曲表面244之间的边界区域部分伸出大部作为着地部分245。

当所述主脚部体240的下表面(着地面)放在路面上时，所述着地部分245与所述路面接触并且支撑所述有腿的移动机器人100的重量，而所述脚弓247与路面分开。

一个柔软部分270在所述第二凹部260表面上形成。当外力施加到所述柔软部分270时，所述柔软部分270变形，作为反作用力施加一个预定的弹力，而当去掉所述外力时，所述柔软部分270恢复原有形状。

所述柔软部分270由预定柔软材料形成在所述第二凹部260内，因此所述柔软材料覆盖所述第二凹部260的下表面(顶表面)261且所述第二凹部260的内部空间部分地由所述柔软材料填充且当所述脚部150所放的路面是平的，所述柔软部分270的表面不会与路面接触。

所述柔软材料可以是任何具有弹性、粘性、或柔韧性的材料，如橡胶，粘土和尿脘。特别地，一个具有滞变特性的材料，如一个要相当长时间才能恢复到原有形状的材料或一个具有形状记忆特征的材料，例如α-凝胶，记忆泡沫，一个通过在一个将颗粒密封在袋内得到的零件，等等，是较佳地作为所述柔软材料。

另外，所述第二凹部260的侧表面262和槽246与所述第一凹部250的斜面252不连续地连接，因此在它们之间有边缘存在，该侧表面要与正交于着地面的垂直方向(Z)轴基本平行地形成。由于所述第二凹部的侧表面和槽246如上述结构，例如当机器人行走在柔软地面，象一个地毯，柔软物如地毯的纤维进入所述脚弓部247，所述柔软物碰到所述第二凹部260的侧表面262并被不连续的边缘抓住。结果相对纤维的运动方向的阻力和作用力被施加到所述纤维上，且摩擦力也就施加到脚部150的行走表面。因此，即使在上述打滑的表面上行走，也能获得足够的摩擦力，并且增加了制动力和推动力。

还有，所述槽246在靠近所述主脚部体240侧表面的开口的所述第二凹部260的侧表面262的端部253，被形成平滑的弯曲表面(R表面)，如图6所示。因此，能够调整在一个柔软运动表面，如一个地毯上的压入的量，并且防止产生摔倒现象。而且，可以保护地板表面。

而且，所述主脚部体240的下表面周边的边缘，也就是在所述主脚部体240的侧表面243和着地部分245之间或所述侧边243与所述第一凹部250的斜面252之间形成平滑的弯曲表面244(R表面)。这样，能够防止由于所述脚部150的周边边缘撞上路面的不平处或被压进路面而引起的有腿的移动机器人100的脚步踉跄。而且，即使所述有腿的移动机器人100处于要摔倒的危险中时，所述有腿的移动机器人100的运动也能够平滑地改变到安全摔倒运动。所述主脚部体240最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

下面参考附图22和23说明脚部150的尺寸。

脚部150的尺寸可以根据如有腿的移动机器人的总体尺寸来任意决定。但是，在所述有腿的移动机器人行走在日式房子里时，假定日式推拉门“Fusuma”的门槛有滑道和凸起，成为小型有腿的移动机器人在行走中的主要障碍。因此，在要使机器人在所述门槛上稳定地行走的预定条件下，限制脚部150的尺寸就极有作用。下面将描述该条件，在该条件下所述有腿的移动机器人即使踩在所述门槛上也能够稳定地行走。

在这种情况下，脚部150的着地部分245的尺寸必须设定成所述着地部分245不能陷在所述门槛的滑道内。如图10所示，在脚部150中所述第一凹部250的前和后部用作着地部分245。另外，着地部分245的周边与所述主脚部体240的侧表面243经平滑弯曲表面244连接，且更靠近主脚部体240中心的着地部分245的边缘连接到所述第一凹部250的平缓斜面252上。因此，假定从斜面252到主脚部体240的周边的弯曲表面区域是着地面区域，它从主脚部体240伸出，应该防止陷入门槛的滑道中。

如果有腿的移动机器人仅仅以正常行走方向行走，只需要限制脚部150在正交于门槛的滑道方向上的尺寸，也就是行走方向(X方向)的尺寸。但是，在本例中，要同时考虑有腿的移动机器人侧向行走和站在门槛上的情况。因此，脚部150在与行走方向正交的横向(Y方向)尺寸也要根据同样的门槛条件考虑。

因此，参考图22，条件设定为在行走方向(X轴)的接触区域的长度L₁和L₂，脚部150的总长L，在横向(Y方向)的接触区域的宽度W₁和W₂，脚部150的总宽W。

用在日式房子里的门槛形状如图11所示，图23A表示具有两个滑道的门槛，及图23B表示具有三个滑道的门槛。在图23A和图23B中，滑道的宽度是Lg₁、Lg₂和Lg₃，及凸起的宽度为Lm₁和Lm₂。一般门槛满足下面条件，Lg₁＝Lg₂＝Lg₃＝21mm及Lm₁＝Lm₂＝12mm。

当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150陷入具有两个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁，L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂                          .......(3)

而且，当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150陷入具有三个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁，L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂

L₁、L₂＜Lm₁+Lg₁+Lm₂                    ........(4)

因此，考虑到上述一般门槛，为防止有腿的移动机器人的脚部150陷在具有两个滑道的门槛的滑道内，就必须满足L₁、L₂＞21mm和L＞54mm，为防止有腿的移动机器人的脚部150陷在具有三个滑道的门槛的滑道内，就必须满足21mm＜L₁、L₂＜45mm及L＞54mm。

当所述有腿的移动机器人行走在侧向行走方向时，为了防止脚部150陷入具有两个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

W₁，W₂＞Lg₁(＝Lg₂)

W＞Lg₁+Lm₁+Lg₂                            .......(5)

而且，当所述有腿的移动机器人行走在侧向方向时，为了防止脚部150陷入具有三个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

W₁、W₂＞Lg₁(＝Lg₂)

W＞Lg₁+Lm₁+Lg₂

W₁、W₂＜Lm₁+Lg₁+Lm₂                      ........(6)

因此，考虑到上述一般门槛，为防止有腿的移动机器人的脚部150陷在具有两个滑道的门槛的滑道内，就必须满足W₁、W₂＞21mm和W＞54mm，为防止有腿的移动机器人的脚部150陷在具有三个滑道的门槛的滑道内，就必须满足21mm＜W₁、W₂＜45mm及W＞54mm。

在本例的脚部150中，要满足L＝105.8mm，W＝69.8mm，和L₁＝L₂＝33mm。

下面参考附图24到图29对一个第五例进行描述。

图24到29表示一个脚部150的一个透视图、一个侧视图、一个底部视图、和剖面图。

如图所示，在脚部150b中，一个第二凹部的顶表面是圆顶形，及一个以不同方式构成的柔软部分190。所述脚部的结构可以是任意的以使其能够根据行走的环境，障碍等等来完成一个所希望的行为。

例如，柔软部分190和230分别覆盖所述第一凹部170和210。而且在脚部150中，柔软部分270覆盖所述第二凹部260的顶表面261。然而，在上述的任意情况下，没必要让柔软部分覆盖整个相应的表面。柔软部分可以仅仅覆盖住所述第一凹部或第二凹部，或选择在路面上的凸起进入的可能性大的区域上形成。还有，也可以设置多个柔软部分。因此，柔软部分的结构可以任意地决定。

而且，虽然在以前所述例子中柔软部分的材料最好使用具有滞后特征的弹性和粘性材料，但柔软部分的材料并不限制于此，只要是具有柔韧性即可。例如，没有滞变特性的材料也可以使用在不需要滞变特性的情况下。

还有，虽然在脚部150中，第二凹部的侧面262沿着基本正交于着地面方向延伸，也就是垂直方向，但本发明并不限制于此。特别地，所述第二凹部260的侧面262可以任意角度倾斜的，只要该倾斜要比第一凹部250的斜面252更垂直即可。

上述有腿的移动机器人的脚部的示例描述仅为了方便理解本发明，并不限制本发明的范围。在上述例子中描述的部分可以由属于本发明的技术范围的不同的设计或等同物部分来取代。而且，能够作出各种变形。

例如，根据第一和第二例的脚部150a和150b中，柔软部分190和230分别覆盖所述第一凹部170和210的内部表面。而且，在所述第三例的脚部150c中，柔软部分270覆盖所述第二凹部260的顶表面261。但是，在上述的任意情况下，柔软部分没有必要覆盖整个相应的区域。柔软部分可以仅仅覆盖住所述第一凹部或第二凹部，或选择在路面上的凸起进入的可能性大的区域上形成。还有，也可以设置多个柔软部分。因此，柔软部分的结构可以任意地决定。

而且，虽然在以前所述例子中柔软部分的材料最好使用具有滞后特征的弹性和粘性材料，但柔软部分的材料并不限制于此，只要是具有柔韧性即可。例如，没有滞变特性的材料也可以使用在不需要滞变特性的情况下。

还有，虽然在脚部150中，第二凹部的侧面262沿着基本正交于着地面方向延伸，也就是垂直方向，但本发明并不限制于此。特别地，所述第二凹部260的侧面262可以任意角度倾斜的，只要该倾斜要比第一凹部250的斜面252更垂直即可。

以及在所述脚部150c中，所述第一凹部250的斜面252和所述第二凹部260的顶表面262彼此不连续地连接，例如，在它们之间形成一个预定角度的边缘，但是，它们可以用类似主脚部体240的底表面的边缘的平滑弯曲表面平滑地连接在一起。所述第二凹部260的侧面262和其边缘的形状等可以根据条件和环境，如是否机器人打算在一个柔软表面上行走的柔软表面的特征等来任意地决定。

且，在脚部150的底表面形成的凹部形状不限制于圆顶形状(圆锥形)，且凹部可以具有一个任意的形状，只要它具有一个斜面(例如，一个倒角表面)连续地从着地面265向主脚部体240的内部延伸。例如，所述凹部可以是四棱锥体形，圆锥体型，弓形，管道形等。

下面参考附图30到图34对一个第六例进行描述。

图30到图32是表示脚部150结构的示意图，其中图30是一个透视图，图31是一个侧视图，图32是脚部150的一个底部视图。

所述脚部150包括一个主脚部体160，它由一个矩形板形部件构成及一个连接器161，它与所述主脚部体160一体地形成在所述主脚部体160的一个上表面162上并且与相应的下肢110的踝关节114连接。

所述主脚部体160的下表面(脚底表面)包括一个斜面172，它从脚部底部的周边部分延伸并逐渐相主脚部中心倾斜以形成一个圆顶形的第一凹部(槽)170。另外，一个柱状第二凹部(槽)180在所述主脚部体160的中心位置比所述第一凹部170更深地形成在所述主脚部体160内。

另外，在脚部150的下表面的周边部分的内部和外部侧的中心位置形成槽部，所述槽部沿第二凹部180的上部表面(顶表面)割出以使在主脚部160与地面(行走面)接触时那些部分不与地面接触。换句话说，所述第一凹部170的下表面(顶表面)和所述第二凹部180的侧壁在所述主脚部体160的下表面中心以X方向局部地被切掉。所以所述第二凹部在行走方向的中心区域上横贯所述主脚部体160侧向(Y轴)地延伸。在所述主脚部体160下表面形成的总的凹部，它包括第一凹部170、第二凹部180和在左右侧作为脚部150的脚弓部166的槽部165。

在具有上述结构的脚部150中，所述第一凹部170的周边部分从所述主脚部160下表面伸出主要用作一个地面接触部分171，它与所述着地面(行走表面)接触。因此，当所述主脚部160的下表面(着地面)放在路面上时，所述着地部分171与所述路面接触并且支撑所述有腿的移动机器人100的重量，而所述脚弓166与路面分开。

另外，所述第二凹部180的侧表面与所述第一凹部170的斜面172不连续地连接，因此在它们之间有边缘存在，该侧表面要与正交于着地面的垂直方向(Z)轴基本平行地被形成。由于所述第二凹部的侧表面如上述结构，例如当机器人行走在柔软地面，象一个地毯，柔软物如地毯的纤维进入所述第二凹部180，所述柔软物碰到所述第二凹部180的侧表面并被不连续的边缘抓住。结果相对纤维的运动方向的阻力和作用力被施加到所述纤维上，且摩擦力也就施加到脚部150的行走表面。因此，即使在上述打滑的表面上行走，也能获得足够的摩擦力，并且增加了制动力和推动力。

还有，端部173，它是所述第一凹部170的斜面和面对所述槽165所述第二凹部180的侧表面一部分，它们被形成平滑的弯曲表面(R表面)。因此，能够调整在一个柔软运动表面，如一个地毯上的压入的量，并且防止产生摔倒现象。而且，可以保护地板表面。

而且，所述主脚部160的下表面周边的边缘，也就是在所述主脚部体160的侧表面163和着地部分171之间形成平滑的弯曲表面164(R表面)。这样，能够防止由于所述脚部150的周边边缘撞上路面的不平处或被压进路面而引起的有腿的移动机器人100的脚步踉跄。而且，即使所述有腿的移动机器人100处于要摔倒的危险中时，所述有腿的移动机器人100的运动也能够平滑地改变到安全摔倒运动。

所述主脚部体160最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

下面参考附图33和34说明脚部150的尺寸。脚部150的尺寸可以根据如有腿的移动机器人的总体尺寸来任意决定。但是，在所述有腿的移动机器人行走在日式房子里时，假定日式推拉门“Fusuma”的门槛有滑道和凸起，成为小型有腿的移动机器人在行走中的主要障碍。因此，在要使机器人在所述门槛上稳定地行走的预定条件下，限制脚部150的尺寸就极有作用。下面将描述该条件，在该条件下所述有腿的移动机器人即使踩在所述门槛上也能够稳定地行走。

在这种情况下，脚部150的着地部分171的尺寸必须设定成所述着地部分171不能陷在所述门槛的滑道内。如图33所示，在脚部150中所述第一凹部170的前和后部用作着地部分171。另外，着地部分171的周边与所述主脚部体160的侧表面163经平滑弯曲表面164连接，且更靠近主脚部体160中心的着地部分171的边缘连接到所述第一凹部170的平缓斜面172上。因此，假定从斜面172到主脚部体160的周边的弯曲表面区域是着地面区域，它从主脚部体160伸出，应该防止陷入门槛的滑道中。

因此，参考图33，条件设定为在行走方向(X轴)的接触区域的长度L₁和L₂，脚部150c的总长L，在横向(Y方向)的接触区域的宽度W₁和W₂，脚部150c的总宽W。

用在日式房子里的门槛形状如图34所示，图34A表示具有两个滑道的门槛，及图34B表示具有三个滑道的门槛。在图34A和图34B中，滑道的宽度是Lg₁、Lg₂和Lg₃，及凸起的宽度为Lm₁和Lm₂。一般门槛满足下面条件，Lg₁＝Lg₂＝Lg₃＝21mm及Lm₁＝Lm₂＝12mm。

当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150陷入具有两个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁、L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂                           .......(7)

而且，当所述有腿的移动机器人行走在应该正常行走方向时，为了防止脚部150陷入具有三个滑道的门槛滑道中，脚部和接触区域的尺寸必须满足下面的表达式：

L₁、L₂＞Lg₁(＝Lg₂)

L＞Lg₁+Lm₁+Lg₂

L₁、L₂＜Lm₁+Lg₁+Lm₂                     ........(8)

因此，考虑到上述一般门槛，为防止有腿的移动机器人的脚部150c陷在具有两个滑道的门槛的滑道内，就必须满足L₁、L₂＞21mm和L＞54mm，为防止有腿的移动机器人的脚部150c陷在具有三个滑道的门槛的滑道内，就必须满足21mm＜L₁、L₂＜45mm及L＞54mm。在本例的脚部150c中，要满足L＝105.8mm，W＝69.8mm，和L₁＝L₂＝33mm。

当所述有腿的移动机器人侧向行走时，与其在正常的行走方向情况类似也要对脚部150在横向条件作出设定。但是，如果脚弓部和脚部150相对门槛的滑道宽度具有足够的长度，脚部150的着地区域没在横向上作分割，就不再进行讨论了。

下面参考附图35到图39对一个第七例的脚部150进行描述。图35是一个透视图，图36是一个侧视图，图37是一个底部视图，图38是沿图37中A-A线的剖面图，图39是沿图37中B-B线的剖面图。

根据第七例的所述脚部包括一个由一个矩形板形部件构成主脚部体1000与相应的下肢110的踝关节114连接。所述主脚部体1000最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

一个连接器1002与所述1000主脚部体一体地形成在所述主脚部体1000的一个上表面1101上并且与踝关节114连接。在所述主脚部体1000底表面(脚底面)的周边区域形成一个着地部分1003(见图37的阴影区域)。一个脚弓部1004具有一个斜面1005，它朝着能够使所述主脚部体1000的底表面上在着地部分1003相内侧形成一个凹部斜面。

所述脚弓部1004是圆顶形并与所述着地部分1003在周边上相连。从而，当所述主脚部体1000的脚底表面放在路面上，所述着地部分1003均匀地与路面接触，而脚弓部与路面分开。脚弓部1004的形状不限制于圆顶形状(圆锥形)，且凹部可以具有可以是四棱锥体形，圆锥体型。而且脚弓部1004可以具有其它形状，只要是具有一个斜面(例如，一个倒角表面)能够从着地部分1003连续地延伸并向内倾斜即可。

主脚部体1000的侧表面1006和着地部分(着地面)1003彼此通过平滑弯曲表面(R表面)1007连接，最好，着地部分1003和脚弓部1004也用平滑弯曲表面连接。

由于所述脚部1000包括在所述主脚部1000的下表面的脚弓部1004位于着地部分1003之内的区域，即使所述有腿的移动机器人行走时ZMP(ZeroMoment Point)的位置变化且脚部1000发生挠曲，着地部分1003的形状和位置的变化极小。因此，抵制偏转轴的力矩的阻力的变化被减小，且机器人不会发生不希望的行为变化。还有，减少了机器人绕着着地面转动的自转运动(所述机器人绕着所述着地部分的运动)的可能性。增加了机器人的姿态稳定性且机器人能够连续地稳定运动。以及，由于脚弓部1004与所述路面分开，所述着地部分1003与所述主脚部体1000的中心分开，所述着地部分1003的面积减少而没有减少抵制偏转轴的力矩阻力。而且，防止在脚部和路面之间产生过大的阻力，有助于防止所述机器人的脚步踉跄。

还有，由于主脚部体1000的侧表面1006和着地部分1003彼此由平滑弯曲表面1007连接，这些部分能够防止被具有凸起和坑洼不平的路面拌住并防止机器人踉跄。因此，减少了机器人摔倒的可能性。

而且，由于设置了脚弓部1004，即使在路面上有凸起和坑洼且脚部底表面的这些中心区域放在路面的凸起上时，减少了脚部踩在凸起上和进入摇摆状态的可能性。

下面参考附图40到图41对一个第八例的脚部150进行描述。图40是一个透视图及图41是一个侧视图。

根据第八结构的所述脚部包括一个由一个矩形板形部件构成主脚部体1100与相应的下肢110的踝关节114连接。所述主脚部体1100最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

一个连接器1101与所述主脚部体1100一体地形成在所述主脚部体1100的一个上表面上并且与踝关节114连接。在所述主脚部体1100底表面(脚底面)的前后端的区域内形成一个着地部分1102。一个脚弓部1103在所述主脚部体1100的底表面上着地部分1102相内侧形成。

所述脚弓部1103是圆顶形并与所述着地部分1102在前后端处相连。而且，所述脚弓部1103与所述主脚部体1100的侧面在左右侧直接相连。从而，当所述主脚部体1100的脚底表面放在路面上，所述着地部分1102均匀地与路面接触，而脚弓部1103在所述主脚部体1100的侧向延伸。脚弓部1004的形状不限制于圆顶形状(圆锥形)，且可以具有可以是四棱锥体形，圆锥体型。而且脚弓部1004可以具有其它形状，只要是具有一个斜面(例如，一个倒角表面)能够从着地部分1002连续地延伸并向内倾斜即可。

主脚部体1100的侧表面1104和着地部分(着地面)1102彼此通过平滑弯曲表面(R表面)连接，最好，着地部分1102和脚弓部1103也用平滑弯曲表面连接。

下面参考附图42到图43对一个第九例的脚部150进行描述。图42是一个剖视图及图43是一个底部视图。

根据第九结构的所述脚部包括一个由一个矩形板形部件构成主脚部体1200与相应的下肢110的踝关节114连接。所述主脚部体1200最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

一个连接器1201与所述主脚部体1200一体地形成在所述主脚部体1200的一个上表面上并且与踝关节114连接。在所述主脚部体1200底表面(脚底面)内的四个角上形成四个着地部分1202a到1202d。一个脚弓部1205在所述主脚部体1200的着地部分1202a到1202d所围绕的底表面上形成。所述脚弓部1205是具有一对斜面1203和一个圆形平面部1204，该平面基本与包括着地部分1202a到1202d的面平行。由于所述主脚部体1200相对较薄，设置所述平面部1204以加强具有所述主脚部体1200的强度。如果所述主脚部体1200足够厚，可以忽略所述平面部1204并且加深所述斜面朝向所述主脚部体1200的中心。

以向内倾斜地形成所述斜面1203，且平均倾斜度例如为1/20。所述斜面1203可以是个平面，圆锥面或者其它形状。在该情况下，斜面1203是圆锥表面(锥形表面)，其中朝着中心倾斜面增加及朝着左右端则倾角下降。

作为参考下面描述每个部件的具体尺寸。所述主脚部体1200的厚度在着地部分1202a到1202d的部分为t₁＝5mm；所述主脚部体1200的厚度在所述平面部1204处的厚度为t₂＝4.2mm；在所述着地部分和所述侧面直接的平滑弯曲表面的半径r₁＝4mm；弯曲表面的半径r₂＝4mm；所述平面的直径d＝66mm；着地部分1202 a到1202d或着地部分1202b到1202c的对角线长度D＝100mm；每个斜面在中心位置的1203的尺寸M₁＝12mm；每个斜面在两侧位置的1203的尺寸M₂＝30mm。

可以使着地部分1202a到1202d彼此直线地连接(以一定的高度)及着地部分1202b到1202c彼此直线地连接的结构而成为直线着地部分。可替换地，在着地部分1202a到1202d之间和着地部分1202b到1202c之间的区域可以向内弯成弓形或其它形状。在这样一个例子中，斜面1203形成并且它们平滑地与这些区域的形状连接。

下面参考附图44和图45对一个第十例的脚部150进行描述。图44是一个平面图，图45是一个侧视图。

根据第十例的脚部结构包括一个与相应的下肢110的踝关节114连接的脚面1310和一个直接与路面接触的脚底1320，以及一个使所述脚底1320可移动地安装到所述脚面1310上的两部分结构。

所述脚面1310由一个矩形板形部件和一个用于与所述踝关节连接的连接器1311构成，所述踝关节114与所述脚面1310一体地形成在所述脚面1310的上表面。虽然图中未显示，在所述脚面的下表面设有多个用作计算ZMP的检测Z轴方向压力的力传感器。在本例中，在所述脚面1310的下表面的四个角上设置四个力量传感器。

四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。

所述脚底1320是一个矩形的盒形件，具有一个开口的上部，包括一个底板1321和沿所述底板1321的周边与所述底板1321一体形成的垂直的侧板1322。底板的上表面与所述脚面1310的下表面接触。另外，所述底板1322的下表面用作脚部150的脚底面。所述底板1321的底表面和侧面1322的外部表面彼此由R表面(弧形表面)或平滑弯曲表面连接。

在所述脚底1320的四个角设置了着地部分1323。另外在所述脚底1320上由着地部分1323所围绕的区域上形成一个脚弓部1326。所述脚弓部1326有一对斜面1324和一个与包括着地部分的平面相平行的圆平面部分1325。

所述斜面1324向内倾斜地形成且可以是平面。圆锥面或其它形状的表面。

所述脚底1320的侧面1322的内部形状与所述脚面1310的侧表面形状类似但稍微大一些。所述脚面1310内表面与面对的所述脚底1320的侧表面1322之间有小的槽(余量)。因此，所述脚底1320可以相对所述脚面1310沿脚面1310的底表面做移动，就是，在X-Y平面的任意方向。

用一个保持机构(未示出)将所述脚底1320安装到所述脚面1310上，当相应的腿离开地面且不限制所述脚底1320在X-Y平面的移动时使所述脚底1320不会从所述脚面1310上掉下。所述保持机构最好具有能够使所述脚底1320在替换时容易地安装/替换的机构。

在所述脚底1320的侧面1322与所述脚面1310的相应表面之间放置一个缓冲器1330(缓冲装置)。在本例中，一个无接头橡胶片用作缓冲器1330，并使在所述脚底1320的侧面1322的内表面和所述脚面1310的表面之间的槽完全由所述橡胶片填充地布置。缓冲器装置不限于此，也可以用一个片弹簧，一个海绵，一个固体或半固体粘滞装置。

最好将所述脚底1320的侧面1322和所述脚面1310的表面之间的槽完全填充的方式形成所述缓冲器以防止外来物进入所述槽。但是本发明不限于此，可以在所述槽内设置多个缓冲器。另外所述缓冲器也可以忽略。

下面参考附图46和47对一个第十一例进行描述。图46是根据一个第十一结构的脚部的示意结构的平面图，图47表示一只安装在左和右腿的脚，另一只脚的结构与图中所述的脚平面对称。

所述第十一结构的脚部包括一个主脚部体1110包括一个由一个矩形板形部件构成主脚部体1110与相应的下肢110的踝关节114连接。所述主脚部体1110最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

一个连接器1111与所述主脚部体1110一体地形成在所述主脚部体1110的一个上表面上并且与踝关节114连接。另外，在所述主脚部体1110底表面(脚底面)用作一个着地部分。在图所示本例中，所述底表面是平的。

如图所示，脚底表面的外形是矩形。虽然没有特别限制，在所述脚底表面可以形成具有凹陷形状的多个防滑槽或一个脚弓。虽然图中未示，所述脚弓部的形状可以是圆顶形，棱锥形圆锥形等等。具有一个脚弓部的脚部公开在，例如，由本发明人申请的日本专利申请No2002-037988中。

在图中，标号1112表示一个远离所述另一个脚部的侧边(外侧边)或一个侧表面(外侧表面)。标号1113表示一个邻接所述另一个脚部的侧边(内侧边)或一个侧表面(内侧表面)。标号1114表示一个在机器人前部的侧边(前侧边)或一个侧表面(前侧表面)。标号1115表示一个在机器人后面的侧边(后侧边)或一个侧表面(后侧表面)。

如图所示，所有主脚部体1110的侧表面1112到1115都是平的，且因此所有侧边1112到1115都一致地是直线的。在这种情况下，在所述脚底面形成延伸到所述侧边1112到1115的多个槽或所述脚弓部，所述侧边1112到1115相应于所述多个槽或脚弓部的形状可以包括弯曲或间断的线。但是仅需要所述侧边1112到1115在所述侧边1112到1115伸入包括脚部的脚底面的平面时为直线。

主脚部体1110的相邻侧边1112到1115由平滑弯曲表面彼此连接。在本例中，所述弯曲表面是弧形表面(R表面)。另外，主脚部体1110的相邻侧边1112到1115和脚部的脚底面由平滑弯曲表面彼此连接。为防止由于这些部分被例如具有凸起或洼陷的表面拌住产生的脚步踉跄。

图47是解释根据所述第十一结构的有腿的移动机器人100的脚部在机器人摔倒时的行为示意图。如图47所示一个状态，其中所述机器人一只脚站在路面上(在图中情况是右脚)，标号50表示机器人的重心。另外，在机器人的平衡转到右方，例如接受一个水平方向的外力(从左侧)，并且机器人开始倾倒的状态由图47右侧示出。

如图47右侧所示，机器人开始包括主脚部体1110的外侧边1112沿着线51旋转而倾倒，线51作为摔倒运动(转动中心)的一个参考点。由于外侧边1112的整个区域与路面接触，机器人沿偏转轴转动的可能性很小。上述的讨论也同样适用于当机器人沿所述内侧边1113、前侧边1114、和后侧边1115。

根据所述第十一结构的脚部，所有的主脚部体1110的侧边1112到1115都是平的，并且没有设置向外的伸出物。而且，当机器人摔倒时，要沿所述的侧边1112到1115中的一个转动。因此，很容易地预见机器人在摔倒运动的姿态和行为。

下面参考附图48和图49对一个第十二例进行描述。

图48是根据一个第十二结构的脚部的结构示意的平面图。虽然图48仅表示一只安装在左或右腿上的脚部，另一只脚的结构与图中所述的脚平面对称。

所述第十二结构的脚部包括一个主脚部体1210包括一个由一个矩形板形部件构成主脚部体1210与相应的下肢110的踝关节114连接。所述主脚部体1210最好与第十一例的脚部相同的材料构成。

一个连接器1211与所述主脚部体1210一体地形成在所述主脚部体1210的一个上表面上并且与踝关节114连接。另外，在所述主脚部体1210底表面(脚底面)用作一个着地部分。在图所示本例中，所述底表面是平的。

所述脚部的外形如图所示。另外，虽然没有特别限制，与上述第十一结构相同，在所述脚底表面可以形成具有凹陷形状的多个防滑槽或一个脚弓。

在图中，标号1212表示一个远离所述另一个脚部的侧边(外侧边)或一个侧表面(外侧表面)。标号1213表示一个邻接所述另一个脚部的侧边(内侧边)或一个侧表面(内侧表面)。标号1214表示一个在机器人前部的侧边(前侧边)或一个侧表面(前侧表面)。标号1215表示一个在机器人后面的侧边(后侧边)或一个侧表面(后侧表面)。

如图所示，所有主脚部体1210的侧表面1212到1215都是向内弯曲的，且因此所有侧边1212到1215都是一致向内弯曲的。在这种情况下，在所述脚底面形成延伸到所述侧边1212到1215的多个槽或所述脚弓部，所述侧边1212到1215结合于所述多个槽或脚弓部的形状和相应侧面的形状可以包括弯曲或间断的线。但是仅需要所述侧边1212到1215在所述侧边1212到1215伸入包括脚部的脚底面的平面时为向内的弯曲线。

与上述第十一例结构相同，主脚部体1210的相邻侧边1212到1215由平滑弯曲表面彼此连接。在本例中，所述弯曲表面是弧形表面(R表面)。另外，主脚部体1210的相邻侧边1212到1215和脚部的脚底面由平滑弯曲表面彼此连接。

图49是解释根据所述第十二结构的脚部在机器人摔倒时的行为示意图。如图49所示一个状态，其中所述机器人一只脚站在路面上(在图中情况是右脚)，标号60表示机器人的重心。另外，在机器人的平衡转到右方，例如接受一个水平方向的外力(从左侧)，并且机器人开始倾倒的状态由图49右侧示出。

如图49右侧所示，机器人开始沿着线61旋转而倾倒，线61连接主脚部体1210外侧边1212最靠外突出的在所述外侧边1212前和后的两个点，线61作为摔倒姿势(转动中心)的一个参考点。由于外侧边1212的两个点与路面接触，机器人沿偏转轴转动的可能性很小。上述的讨论也同样适用于当机器人沿所述内侧边1213、前侧边1214、和后侧边1215。

根据所述第十二结构的脚部，所有的主脚部体1210的侧边1212到1215都是向内弯曲的。而且，当机器人摔倒时，要沿所述的侧边1212到1215中的一个转动。因此，很容易地预见机器人在摔倒运动的姿态和行为。

虽然在本例中所有侧表面1212到1215全都是向内弯曲的，但也可以使用其中一个或多个侧表面是向内弯曲的。

下面参考附图50描述一个所述脚部的第十三例。

根据第十三结构的脚部是在所述根据上述第十一结构的脚部基础上稍做改动而成。图50表示根据一个第十三结构的脚部的平面示意图。与上述第一结构相同的部分用同样标号表示，并省略对其的说明。

一个脚部1310与上述结构的区别在于在所述侧表面1112到1115的中心位置上分别形成槽1322到1325。所述槽1322到1325由脚部1310的上表面延伸到下表面(脚底面)。其它结构与上述结构类似。当所述机器人摔倒时，它沿侧边1112到1115之中相应地与路面接触的侧边1112到1115(在没有槽1322到1325的区域)之中的一个转动。

设置槽1322到1325是为了当所述机器人在有小的凸起或障碍物的路面摔倒时，通过提供了槽1322到1325，降低所述侧边与路面接触而正好放在凸起或障碍物上的可能性。因此，不会使机器人在摔倒运动的姿态和行为的可预见性的降低。

所述槽1322到1325的形状不限于图中所示。另外，没有必要在所有侧表面1112到1115上设置槽1322到1325，但也可以使用其中一个或多个侧表面设置所述的槽。

下面参考附图51描述一个所述脚部150的第十四例。

根据第十四结构的脚部是在所述根据上述第十二结构的脚部基础上稍做改动而成。图51表示根据一个第十三结构的脚部的平面示意图。与上述第一结构相同的部分用同样标号表示，并省略对其的说明。

一个脚部1410与上述结构的区别在于在所述侧表面1212到1215上分别形成槽1422到1425，并且形成在所述侧表面1212到1215的中心位置。所述槽1422到1425由脚部1410的上表面延伸到下表面(脚底面)。其它结构与上述结构类似。当所述机器人摔倒时，它沿一根想象的线(由图中的点划线表示)转动，该线连接所述侧边1212到1215之中伸出最多的两个点，该两个点与路面接触。

设置槽1422到1425的原因与上述第十三结构相同。所述槽1422到1425的形状不仅限制在图中所示，并且所述槽1422到1425的限制可以与图50中的槽1322到1325相同。另外没有必要在所有侧表面1212到1215上设置槽1422到1425，但也可以使用其中一个或多个侧表面设置所述的槽。

下面参考附图52至61对本发明的有腿的移动机器人100的脚部(150a到150c)的运动和特征进行描述。

如图52A所示，在根据本发明的有腿的移动机器人100的脚部150(150a到150c)中，在所述脚部150的底表面形成如脚弓部247的凹部，因此着地部分总是位于所述脚部150的周边区域。因而，如图52B所示，即使当重量施加到所述脚部150的中心位置且脚底机构变形或当ZMP位置的变化和当有腿的移动机器人行走时主脚部体160发生挠曲时，所述着地部分245的限制和位置的变化非常小，并且，减小了抵制偏转轴力矩的阻力变化。更特别地，由于所述着地部分位于所述脚部150的周边区域且支承力矩的减少得到抑制，能够防止机器人行为的不希望的变化如机器人绕着地部分转动的自转运动。因此能够得到一个具有高姿态稳定性并能够连续完成一个稳定运动的有腿的移动机器人。

另外，根据本实施例的有腿的移动机器人100的脚部150中，例如当所述脚部150踏在如图53所示的台阶的边缘时，能够由所述的脚弓部247接纳，特别是，所述第二凹部260，所以防止所述脚底机构直接受影响的可能性增加。因此，提高了所述有腿的移动机器人在有凸起和坑洼或台阶上行走的行走特性并且能够得到具有稳健特征的腿的行走。

当机器人走在一个柔软表面时脚部150也同样有效，如在一个地毯上，如图54所示。

一般来说，地毯是软的和滑的，由于沿偏转轴的力矩不易保证和不易增加支承力矩，对于有腿的移动机器人来说在地毯上行走很困难。另外，存在脚部被地毯表面拌住和根据脚底的形状产生摔倒力矩的危险。

但是，根据本实施例有腿的移动机器人100的脚部150，由于脚底的边部具有平滑的形状，能够防止脚部150被地毯的纤维抓住。另外，地毯的纤维由如脚弓部247的凹部180收纳，所以能够获得适当的摩擦力且能够产生并调节绕偏转轴的力矩。还有，当地毯的纤维足够长而到达柔软部，在它们之间产生摩擦力，用作摇摆方向的支承。结果，能够得到适当的制动力和推力且机器人能够稳定地行走。

以及，在脚部150中，主脚部体240的侧表面243和所述着地部分245彼此通过平滑弯曲表面(R表面)连接。因此，这些部分能够防止它们被地面拌住，就是减少了阻力增加过大和产生摔倒力矩的危险，并且脚部能够运动平滑，如图55所示。

另外，脚部150在凹部如所述主脚部体240的脚弓部247包括所述柔软部分270。如上所述参考图53，所述柔软部分270变形并接受一个插入物，如一个台阶进入所述凹部。还有，所述柔软部分270基于在插入物上的粘力而产生一个摩擦保持力。更特殊地，所述柔软部分270适于改变它的形状以使其适应路面的情况。

例如，在图56中所示的一个状态，其中所述第二凹部260的顶表面261与一个台阶接触，在这种情况下，所述柔软部分270使其自身适应路面并产生一个摩擦力，因此所述脚部150能够防止打滑和从台阶上滑下。

特别是，当考虑到台阶相对比脚部150大时，如图57所示，机器人必须由所述脚弓部247支承。在这种情况下，虽然所述柔软部分270在柔软部分270的因此271处首先接触到台阶，且然后产生变形使接触区域扩展到272。因此，一个支承多边形273具有一个不等边四边形，如图所示。结果，控制稳定的区域增加，且改善了控制的稳定性。

图58和59表示柔软部分270在一个在路面上的插入物到达柔软部分270时的变化。图58表示由一个常规塑性材料如橡胶泡沫组成一个标准柔软部分270的方式。在这种情况下，由柔软部分270所产生的支承力矩有限。相反，当适应一个更加柔软的和能够保持变形状态一段时间的材料就是具有滞变特性的材料时，所述支承力矩增加了，如图59所示。当所述柔软部分270以图中所示方式变形时，所述有腿的移动机器人能够更安全地支承在具有更多滑下危险的地方，如台阶。

另外，所述脚部150踏在能够滚动的障碍物，如图60和图61所示时所述脚部150仍然有效。当一个普通脚部踏在那样一个障碍物上，脚在障碍物上摇摆和象跷跷板一样移动。因此，不能产生支承的运动且脚部的行为成为非线性。因此减少了控制的稳定性。

作为比较，当设置所述柔软部分270，如果所述障碍物较小，所述柔软部分270放在所述障碍物上因而裹住它，如图60所示。而且，能够保证脚底部的支承点。另外，即使如果所述障碍物相对较大，脚底与路面分开的距离高度h较小，因此减小了不稳定性的因数。

另外，由于所述障碍物由所述柔软部分270所收纳并柔软地被接受到所述主脚部体260的底表面，所述障碍物好象成为脚部的一部分，并且发生极快运动或机器人由于它的不连续、非线性运动而不能被控制的可能性大大地被降低。

而且，在所述脚部150中，槽246的宽度朝向所述脚部150的侧面减少。在这种情况下，机器人在一个滑的路面行走，如在一个地毯上，如果所述槽246的所述侧面262彼此平行且槽246的宽度为一定，地毯的纤维平滑地移如所述脚弓部247的内部并且不产生一个作用力。

作为比较，当所述侧面262是不平行时，如图62所示，所述纤维在所述侧面262之间收集并产生一个作用力。该作用力用作一个摩擦保持力，当机器人在不易确保摩擦力的地毯上时极其有效。

另外，在脚部150中，在所述脚部150的前后左右四处形成四个槽246并使所述槽2246从所述凹部由中心到外侧。接着，相应于脚部被移动的方向，所述脚部放在台阶上的角度，和所述脚部踏在一个障碍物的部位，参考图能够获得上述的所述运动、操作、和效果。因而能够得到具有能够稳定控制的非稳定性很小的一个稳定有腿的移动机器人。

脚面和脚底的支承结构

下面参考附图63和图64对一个脚面(脚部的上部分)和一个脚底(脚部的脚底)的支承结构的第一例进行描述。图63表示所述脚部的侧视图，图64表示沿图63的A-A线的剖面图。

根据所述第一例的脚部包括一个连接到对于下肢110的踝关节114的脚面1110和与路面直接接触的一个脚底1120，并且具有一个两部分的结构，使所述脚底1120可移动地安装在所述脚面1110上。所述脚面1110和脚底1120最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

所述脚面包括一个矩形外形框1111，一个盖住所述矩形外框1111的顶板，和一个布置在所述顶板上的连接器1112。所述顶板1112用于连接所述踝关节114。在所述外框1111的四个侧面设置贯穿的孔以用于在所述表面的中心接纳固定销。所述用于接纳固定销的孔是在水平方向(X轴和Y轴)延伸的长孔。

所述脚底1120也是一个矩形板形部件，所脚底部1120的侧面的形状稍微比所述脚面1110的外框1111的内表面小。在所述脚底1120的四个侧表面分别设置与所述脚面的外框1111上的四个用于接纳固定销的孔对应位置用于接纳所述固定销的孔。

通过把所述脚底1120从下面插入所述脚面1110的外框1111，从外侧将固定销插入在所述外框1111上形成的孔，在所述固定销1130的末端装螺旋弹簧1131，并把所述固定销1130的末端压入在所述脚底1120的相应的孔内完成所述脚底1120到所述脚面1110上的安装。

在这种状态下，所述脚底1120的底表面对着所述脚面1110的顶板的下表面，所述脚底1120的侧面分别以预定的槽(余量)面对所述脚面1110的外框1111的内表面。所述螺旋弹簧1131由固定销贯通以受压形式被插入和放置在所述脚底1120的侧面和所述脚面110的侧面之间。因此，所述脚底1110可以沿着所述脚面1110的顶板的下表面(在X-Y平面)以两个轴的方向(X轴和Y轴)对应所述槽的范围(或一个对应所述脚面1110侧面上长孔的区域)运动。

由所述螺旋弹簧1131施加给所述脚底1120的力设定成在没有对所述脚底1120施加任何外力下使其布置在所述脚面1110的外框1111内部的中心位置(中间位置)。

虽然图中未示，在所述脚底1120的底表面设置多个检测Z轴方向压力的力量传感器。这些力量传感器用于计算ZMP，并且在本例中，四个传感器布置在所述脚底1120底表面的四个角上。

四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。另外并不限制检测ZMP的传感器数量和在其上的布置。

还有，在所述脚底1120上还安装了检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器1132。所述加速传感器1132的位置没有特别的限制。在本实施例中，所述加速传感器1132放置在所述脚底1120的这些位置，如图64所示。由所述加速传感器1132的输出用于检测所述路面有关被例如路面上的凸起和坑洼引起的引力或脚步踉跄运动的方向的倾斜。

在上述结构中，为了将所述脚底1120以可移动的方式安装到所述脚面1110内，所述固定销1130的末端被压入所述脚底1120的孔内。但是，可替换地，所述固定销1130的末端也可以通过在所述固定销的末端形成阳螺纹及在所述脚底1120的孔内形成阴螺纹而将所述固定销拧入在所述脚底1120上形成的孔。另外，将所述固定销1130通过压入或通过螺纹装置固定在所述脚面1110上并且在所述脚底1120上形成在水平方向上(在X轴和Y轴方向)延伸的长孔，而使所述固定销能够在孔的X和Y方向滑动的结构也可以。但是可移动地把所述脚底1120安装到所述脚面1110的结构不限于此，各种其它的变化的结构都可以应用。

另外，在本实施例中用螺旋弹簧1131为缓冲装置，但是缓冲装置不限于此，其它如片弹簧、其它类型的弹簧，或橡胶等的弹性材料也可以用。

由于所述脚底1120可移动地安装在所述脚面1110上，当机器人行走时在所述脚底1120的移动和所述脚面1110的移动之间产生一个时间的延迟。另外，由于在所述脚底1120和所述脚面1110之间放置的所述螺旋弹簧1131用作缓冲装置，当所述空闲的腿放在路面时，路面的反作用力慢慢地施加到所述下肢110。从而，可以减少对下肢110关节的撞击及所述致动器的负荷。另外改善机器人在快速移动时所述致动器的快速操作下姿态稳定性。还有，即使当驱动系统发生机械故障(移动)或控制误差时，它们能够被脚底1120在可移动范围内吸收且减少它们的影响。

而且，由于在根据装在所述脚底1120上的加速传感器1132的输出来检测所述机器人的脚步踉跄运动和所述脚底1120移动到对应所述脚面1110的可移动范围的尽头并且将所述冲击力完全传输到所述脚面1110上的时间之间有一个时间延迟，在此时能够完成防止摔倒的运动。因此，改善了机器人的可控制性和姿态稳定性。

由于用弹性装置(螺旋弹簧1130)作为在所述脚面1110和所述脚底1120之间的缓冲装置，有所述脚底1120相对于所述脚面1110连续振动长时间的危险，而所述振动对行走运动的可控制性产生负作用。在这种情况下，最好沿所述弹性装置设置粘滞装置(例如，一个阻尼器)以改善阻尼特性。在这种情况下，所述弹性部件的弹性系数和粘滞部件的粘滞系数最好设置为使所述脚底1120的振动发生在所述脚底1120离开所述腿行走运动所在的所述路面时而在所述脚底1120再次放在路面之前减少到一个预定的范围。由于所述脚底1120的振动在所述空闲的腿放在路面上时已减少到一个预定的范围，所述机器人的控制系统就没有必要再执行用于控制的轨迹计算和其它计算。因此，改善了可控制性。上述预定范围涉及在所述机器人的控制系统能完成稳定行走运动的必要的可容许的振动最小值。

下面参考附图65和图66对一个脚面(脚部的上部分)和一个脚底(脚部的脚底)的支承结构的第二例进行描述。图65表示所述脚部的侧视图，图66表示沿图65的B-B线的剖面图。

本例的脚部包括一个连接到对于下肢110的踝关节114的脚面1210和与路面直接接触的一个脚底1220，并且具有一个两部分的结构，使所述脚底1220可移动地安装在所述脚面1210上。所述脚面1210和脚底1220最好用轻的，强度高的材料如铝合金和镁合金。

所述脚面1210包括一个矩形板形部件，在所述脚面1210的四个侧面设置贯穿的孔以用于在所述表面上接纳固定销，以及一个布置在所述脚面1210上表面与所述脚面1210一体地形成的连接器1211。

所述脚底1120也是一个矩形外框1221和一个盖住所述外框1221的底板1222，所述外框1221的内表面的形状稍微比所述脚面1210的侧面形状大。在所述脚底1220的外框1221的四个内侧表面分别设置与所述脚面的1210上的四个用于接纳固定销的孔对应位置用于接纳所述固定销的贯通的孔。在所述脚底1220的侧面形成的用于接纳所述固定销的孔是在水平方向(Z轴和Y轴方向)延伸的长孔。

通过把所述脚面1210从上面插入所述脚底1220外框1211，从外侧将固定销1230插入在所述外框1211上形成的孔，在所述固定销1130的末端装螺旋弹簧1231，并把所述固定销1230的末端压入在所述脚面1210的相应的孔内完成所述脚底1120到所述脚面1110上的安装。

在这种状态下，所述脚底1120的底板1222的顶表面对着所述脚面1110的顶板的下表面，所述脚底1220的外框1221的内表面分别以预定的槽(余量)面对所述脚面1210的侧面。所述螺旋弹簧1231由固定销贯通以受压形式被插入和放置在所述脚底1220的外框1221的内表面和所述脚面1210的侧面之间。因此，所述脚底1220可以沿着所述脚面1210的下表面(在X-Y平面)以两个轴的方向(X轴和Y轴)对应所述槽的范围(或一个对应所述脚底1220侧面上长孔的区域)内运动。

由所述螺旋弹簧1231施加给所述脚底1220的压力设定成在没有对所述脚底1220施加任何外力下使所述脚面1210布置在所述脚底1220的外框1221内部的中心位置(中间位置)。

与上述第一例相同，在所述脚底1220的底表面设置多个用于计算ZMP的力量传感器和检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器。还有，在本例也一样，所述缓冲装置最好是弹性装置和粘滞装置的结合。

本结构也同样可以获得与上述第一例相同的优点。另外，由于所述脚底1220的外框1221的结构能够盖住所述脚面1210的侧面，减少了当所述脚部在侧面被障碍物绊住的冲击力。

下面参考附图67和图68对一个脚面(脚部的上部分)和一个脚底(脚部的脚底)的支承结构的第三例进行描述。图67表示所述脚部的平面图，图68表示脚部的部分剖侧视图。

根据所述第三例的脚部包括一个连接到对于下肢110的踝关节114的脚面1310和与路面直接接触的一个脚底1320，并且具有一个两部分的结构，使所述脚底1320可移动地安装在所述脚面1310上。

所述脚面1310包括一个矩形板形部件和一个布置在所述脚面1310上表面与所述脚面1310一体地形成的连接器1311。虽然图中未示，在所述脚面1310的底表面设置多个检测Z轴方向压力的用于计算ZMP的力量传感器。更特别地，四个传感器布置在所述脚面1310底表面的四个角上。

四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。

所述脚底1320是一个具有开口顶部的盒子形的部件，它包括一个底板1321和与所述底板一体地形成并沿其正交方向垂直的侧板1322。所述底板1321的顶表面与所述脚面1310的底表面接触。另外，所述底板1321的底表面作为脚部150的脚底面。所述底板1321的底表面和所述侧板1322的外表面彼此由R表面(弧形表面)或平滑弯曲表面连接。

所述脚底的侧板1322的内部形状与所述脚面1310的侧表面的形状类似，但稍大。所述脚面1310的侧表面以一个槽(余量)来面对所述脚底1320的侧板1322的的内表面。因此，所述脚底1320可以相对所述脚面1310沿所述脚面1310的底表面运动，就是在一个在X-Y平面的任意方向。

使用一个保持机构(未示出)将所述脚底1320安装在所述脚面1310。其方式是使所述脚底1320在相应的腿离开路面时不会从所述脚面1310内掉出且不限制所述脚底1320的X-Y平面的运动。所述保持机构最好具有一个在要替换所述脚底1320时容易安装/替换所述脚底1320的机构。

在所述脚底1320的侧面1322与所述脚面1310的侧表面之间放置一个缓冲器1330(缓冲装置)。例如，一个无接头橡胶片用作缓冲器1330，并使在所述脚底1320的侧面1322的内表面和所述脚面1310的表面之间的槽完全由所述橡胶片填充地布置。缓冲器装置不限于此，也可以用一个弹簧片，一个海绵，一个固体或半固体粘滞装置。

另外，通过使用在硬化或固化状态下有弹性和/或粘滞性的胶黏剂将所述脚底1320的侧面1322和所述脚面1310的表面之间的槽完全填充。在这种情况下，以防止外来物进入所述槽，可移动地将所述脚底1320安装到所述脚面1310，能够获得如果不使用此方式得不到的效果。

根据本结构，所述脚底1320可以在沿着所述脚面1310的底表面任意方向移动，并且对移动方向的限制小于上述第一和第二结构。

最好将所述脚底1320的侧面1322和所述脚面1310的表面之间的槽完全填充的方式形成所述缓冲器以防止外来物进入所述槽。但是本发明不限于此，可以在所述槽内设置多个缓冲器。另外所述缓冲器不是必要的，也可以忽略。下面，对腿和脚部的一个连接和所述脚部在所述有腿的移动机器人的踝关节的替换结构进行描述。

脚和腿在踝关节处连接和拆卸的结构

下面参考附图69和图70对所述有腿的移动机器人的一条腿和一只脚部连接结构和脚部在踝关节的替换结构的第一例进行描述。

图69表示一个脚部150和在一个下肢(移动腿)110和所述脚部150之间的连接部件的剖面图。

一个腿安装连接部件1001具有所述下肢110的踝关节114，包括一个连接/定位器部件1002和一个提供电连接的连接器1003。且在所述连接/定位器部件1002的一个侧面形成一个槽1004。

接下来，在脚部150的主脚部体1101上设置一个连接/定位器部件1102，它在所述主脚部体1101的上侧，包括一个连接/定位器部件1102，一个提供电连接的连接器1103，一个容纳所述连接器1103的室1104，和一个连接致动器1105。

在所述连接致动器1105的一个端部安装有一个定位销1106，它能够沿着所述连接/定位器部件1102的底表面前后移动(在X轴方向)。当所述定位销1106插入到所述连接/定位器部件1102，它被固定在所述连接/定位器部件1002的侧面形成的槽1004上。如图69所示状态，所述定位销1106通过连接致动器1105而被收回以使连接/定位器部件1102可以从所述连接/定位器部件1102被插入和取出。

图70表示主脚部体1101和一个腿安装连接部1001连接状态下所述连接部件的剖面图。

通过用所述连接致动器1105推出所述定位销1106和在所述连接定位器部件1002完全安装到所述连接定位器部件1102内时将所述连接定位器部件1002的端部配合所述槽1004，所述主脚部体1101结实地连接到所述1001。

在此时，所述连接器1003被伸入室1104并且与放在所述室1004底面的连接器1103机械地啮合，所述连接器1003和所述连接器1103相应的端头彼此电连接。因此，可以由腿部供电，就是从机器人主体，或向所述主体，及在它们之间控制命令和其它数据信号可以互相通信。

在所述主脚部体1101的所述连接/定位器部件1102的底表面形成一个凹部1111，在所述凹部1111内放置一个电子线路板1112。所述电子线路板1112包括用作储存各种数据的记忆装置ROM305和其它相关电路，并且所述机器人主体的主控制单元300经过所述连接器1103和1003及所述总线304访问所述ROM305。另外，所述电路板1112还包括用于在所述主脚部体1101上设置的传感器变化信号处理电路。

虽然图中未示，在所述主脚部体1101上设置有力量传感器和加速传感器。更特别地，在所述主脚部体1101的着地部分设置多个沿Z轴方向检测压力的力量传感器。在本例中，这些传感器用于计算ZMP，及在所述主脚部体1101的底表面四个角上设置四个力量传感器。

四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。另外所述检测ZMP的力量传感器的数量和布置都不限于上述结构。

还有，在所述主脚部体1101上还安装了检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器。所述加速传感器的位置没有特别的限制。在本实施例中，所述加速传感器放置在所述凹部1111。由所述加速传感器的输出用于检测所述路面有关被例如路面上的凸起和坑洼引起的引力或脚步踉跄运动的方向的倾斜。由这些传感器的输出信号经过在电路板1112上的处理电路，连接器1103和1003，和所述总线304传输到所述机器人主体的主控制单元300。

在所述电路板1112上安装的所述ROM305储存下面描述关系到所述主脚部体1101的的脚部信息。

所述脚部信息包括辨认那只相应的主脚部体1101需要主控制单元300完成轨迹计算和其它计算。更特别地，所述脚部信息包括脚部辨认信息，脚部结构信息，脚部传感器信息，等等。

所述脚部辨认信息是用于区分相应的主脚部体1101替换另一只主脚部体的辨认信息(ID)。所述脚部阶段信息包括主脚部体和它的构成部件的尺寸(形状)，材料，重量，着地部分的摩擦系数，等等。在所述脚部结构信息中，对于控制计算，所述主脚部体1101的包括与所述路面接触的着地面的脚底表面(脚底形)形状特别重要。该形状以数学公式(两个尺寸近似公式)或位映象程式来表达。

所述脚部传感器信息是涉及在主脚部体1101设置的传感器变化的信息，包括辨认信息(用于区分相应传感器和其它传感器的身份ID)，数量，布置和传感器特性。由于在所述主脚部体1101上设置了用于计算ZMP所述力量传感器和用于检测路面的碰撞和倾斜加速传感器，储存了关于这些传感器的传感器信号。另外，也可以设置其它的传感器，例如用于决定是否所述脚底面要放在路面上的接触传感器，检测方在路面的脚部底面的相对于路面的移动(打滑)的传感器，等等。在这种情况下，储存了每个关于这些传感器的传感器信号。

虽然在本例中，所述数据不能重写的ROM作为储存脚部信息的记忆装置，其它EPROM，SDAM，记忆备份电源的DRAM，等等数据可以重写的元件也可以用作记忆装置。在这种情况下，动力学变化的信息也储存为所述脚部信息，并且按需进行更新。例如，测量信息显示所述传感器特性变化超时也可以当作脚部信息储存。

还有，对于上述信息，其它涉及所述相应主脚部体1101的变化信息也可当作脚部信息储存。而且，也可以储存不直接与相应的主脚部体1101相关的信息。

在所述主脚部体1101上设置的记忆装置内储存的所述脚部信息由机器人主体301的主控制单元300经过总线304等等被所述CPU301读出，在替换所述主脚部体1101的处理中，主脚部体1101连接到所述下肢110的踝关节114上，等等；当所述有腿的移动机器人被初始化(电源被打开或机器人被重置)，或在另一个适当时间。此后，所述脚部信息由主控制单元300用于各种控制计算，包括取得供到每个致动器306命令的计算。

由于所述主脚部体1101包括所述ROM作为储存有关主脚部体1101的脚部信息的记忆装置，在所述这主控制单元300内的记忆装置(ROM303，ROM302，和其它外部记忆器)就没必要包括储存有关主脚部体1101的脚部信息。因此可以减少作为记忆装置的数量和容量。可替换地，用于储存这些信息的记忆区可以用来储存其它信息。

另外，当准备和按需要替换具有不同脚底形状的和传感器数量和类型以适应路面的各种状态，及储存它们的脚部信息的主脚部体的各种变形，没必要在每次替换主脚部体时用手工或适应其它装置输入脚部信息。

在所述主脚部体的记忆装置储存的脚部信息仅包括脚部辨认信息，或仅是脚部辨认信息和其它只要信息(例如，脚底部形状)。在这样情况下，剩余的信息储存在所述主控制单元300的相应所述脚部辨认信息的记忆器内，当所述主脚部体连接所述踝关节时，所述脚部辨认信息被读出并用作获得相应的脚部结构信息，所述脚部传感器信息等等。同样在该情况下，当替换脚部时，不用手工输入所述脚部的辨认信息，简化了替换脚部的任务。

下面参考附图71对有腿的移动机器人的腿和脚部连接结构和在踝关节脚部替换结构的第二例进行描述。

在图中所示例中，通过使用必须包括在所述有腿的移动机器人的有关致动器替换所述脚部。一般来说，有腿的移动机器人包括人形机器人具有多个关节，就是有多个自由度。因此，通过应用这些自由度，就没有必要设置安装脚部的专用致动器。更特别地，当用于安装所述脚部的机构通过使用所述对应人类的胳膊和手的部件的运动被自主地操作。也没必要使用专用致动器。

图71包括一个顶视图图71A，一个侧视图图71B，一个剖面图图71C，和一个侧视图图71D表示一个机构，它用于安装一个脚部，所述脚部在从踝关节放开是所述脚部不用一个专用致动器的状态。

一个主脚部体1201包括一个连接/定位腔1202，一个脚部安装电连接器1203，和一个室1204，用于在所述室1204的底部容纳所述连接器1203。

还有，如图所示，在所述主脚部体1201上设置一个支架1205，一个固定销1206，一个操作杆1207，和一个设置在所述主脚部体1201上的压缩弹簧1208。

在图71所示状态，所述固定销1206由压缩弹簧向连接/定位腔1202施加压力。由于与所述固定销1206一体地形成的操作杆1207沿一个感的引导槽1209受压，所述固定销1206不能从图中所示位置离开。当所述主脚部体1201在该状态，能够给机器人替换所述主脚部体1201。

而且，图72表示脚部被固定的状态。在图中所示状态，以安装所述脚部的方向沿杆引导槽1209移动所述操作杆1207，且所述操作杆1206由压缩弹簧1208推动而插入连接/定位腔1202。还有，所述操作杆1206的末端固定一个在腿安装连接部件1001上的槽1004。因此，所述主脚部体1201结实地连接到所述腿安装连接部件1001。

通过使用机器人的胳膊和手参考图71和图72完成移动所述操作杆1207的操作，所述机器人自主地固定和放开所述脚部以替换所述脚部。

还有，在要求所述机器人自我适应各种路面的情况，如果所述机器人携带一对或更多的脚部(多余的)来完成腿行走就会有效。另外，在所述机器人行走在一个未知路面情况下，有必须替换其脚部以自我适应路面。例如，救灾或星球探险，几乎不能指定路面的种类。但是，在那样极端和苛刻的工作环境下强烈希望使用机器人。

以及，虽然图中未示，所述主脚部体1201包括一个与图69和图70的电路板1112类似的电路板，它包括图3所示的ROM305，且上述脚部信息储存在所示ROM305。

下面参考附图73和图74对有腿的移动机器人的腿和脚部连接结构和在踝关节脚部替换结构的第三例进行描述。图73是一个剖面图，且图74表示一个脚部控制单元的流程框图。

根据上述第一和第二结构的所述脚部150分别包括主脚部体1101和1201，且每个所述主脚部体1101和1201包括直接与路面接触的一个脚底。作为比较，本例的脚部150包括一个连接到相应的下肢110的踝关节114的脚面1310和与路面直接接触的一个脚底1320，并且具有一个两部分的结构，使所述脚底1320可移动地安装在所述脚面1310上。

所述脚面1310包括一个矩形板形部件和一个用于连接所述踝关节114的连接器1311与所述脚面1310一体地形成在所述脚面1310的顶部。通过螺栓或其它固定装置，或使用与上述连接主脚部体1101和1201的连接机构类似的连接机构把脚面1310固定到踝关节114上而使所述脚面1310可拆开地安装到踝关节114上。一个在所述脚面1310下表面形成的腔1312和一个由一个托件1313安装到所述腔1312内的脚面线路单元(脚面线路板)2100。

虽然图中未示，在所述脚面1310的底表面(围绕所述腔的表面)设置多个检测Z轴方向压力的力量传感器。这些力量传感器用于计算ZMP，并且在本例中，四个传感器布置在所述脚面1310底表面的四个角上。四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。

还有，在所述脚面1310上还安装了检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器。由所述加速传感器1132的输出用于检测所述路面有关被例如路面上的凸起和坑洼引起的引力或脚步踉跄运动的方向的倾斜。

所述脚底1320是一个具有开口顶部的矩形盒子形的部件，它包括一个底板1321和与所述底板一体地形成并沿其正交方向垂直的侧板1322。所述底板1321的顶表面与所述脚面1310的底表面接触。另外，所述底板1321的底表面作为脚部150的脚底面。所述底板1321的底表面和所述侧板1322的外表面彼此由R表面(弧形表面)或平滑弯曲表面连接。

所述脚底1320的所述侧板1322的内部形状与所述脚面1310的侧表面的形状类似，但稍大。所述脚面1310的侧表面以一个小沟(余量)来面对所述脚底1320的侧板1322的的内表面。因此，所述脚底1320可以相对所述脚面1310沿所述脚面1310的底表面运动，就是在一个在X-Y平面的任意方向。

使用一个保持机构(未示出)将所述脚底1320安装在所述脚面1310。其方式是使所述脚底1320在相应的腿离开路面时不会从所述脚面1310内掉出且不限制所述脚底1320的X-Y平面的运动。所述保持机构最好具有一个在要替换所述脚底1320时容易安装/替换所述脚底1320的机构。

在所述脚底1320的侧面1322与所述脚面1310的侧表面之间放置一个缓冲器1330(缓冲装置)。例如，一个无接头橡胶片用作缓冲器1330，并使在所述脚底1320的侧面1322的内表面和所述脚面1310的表面之间的槽完全由所述橡胶片填充地布置。缓冲器装置不限于此，也可以用一个弹簧片，一个海绵，一个固体或半固体粘滞装置。

另外，通过使用在硬化或固化状态下有弹性和/或粘滞性的胶黏剂将所述脚底1320的侧面1322和所述脚面1310的表面之间的槽完全填充。在这种情况下，以防止外来物进入所述槽，可移动地将所述脚底1320安装到所述脚面1310，能够获得如果不使用此方式得不到的效果。

最好将所述脚底1320的侧面1322和所述脚面1310的表面之间的槽完全填充的方式形成所述缓冲器1330以防止外来物进入所述槽。但是本发明不限于此，可以在所述槽内设置多个缓冲器。另外所述缓冲器不是必要的，也可以忽略。

一个脚底线路单元(脚底线路板)2200安装到所述脚底1320的顶表面并带一个托架1323，所以所述脚底线路单元2200与放在腔1312内的脚面线路单元1313隔着一个沟而互相面对。

如图74所示，所述脚面线路单元2100包括一个电源单元2101，一个脚面传输/接收器2102，一个脚面控制器2103，和一个天线2105。

所述电源单元2101将来自机器人的状态的电能转换为电磁波并把所述电磁波通过天线2105供应到所述脚底线路单元。所述脚面传输/接收器2102通过天线2105传输控制信号和其它信号到所述脚底线路单元2200，并且经过天线2105接收来自所述脚底线路单元2200的控制信号和其它信号。所述脚面控制器2103包括一个CPU和一个记忆器(一个RAM，一个ROM等等)，并通过所述总线304与所述主控制单元300通信。所述ROM储存如一个ZMP计算程序，一个路面倾斜面度决定程序，脚步踉跄运动检测程序等等。在本例中，所述脚面线路单元2100被使用在图3所示脚部安装的ROM处。

如图74所示，所述脚底线路单元2200包括一个电源单元2201，一个脚面传输/接收器2202，一个脚面控制器2203，一个脚底信息记忆器2204(memory)和一个天线2205。

所述电源单元2201接收由所述电源单元2101经过天线2105和2205传输来的电磁波，将所述电磁波转换为电能，并供应到所述脚底线路单元2100的各个部分。

所述脚底传输/接收器2202由天线2205传输控制信号和其它信号到所述脚底线路单元2100，并且经过天线2205接收来自所述脚面线路单元2100的控制信号和其它信号。所述脚底控制器2203包括一个CPU和一个记忆器(一个RAM，一个ROM等等)，并通过所述脚底传输/接收器2202，天线2205和天线2105与所述脚面线路单元2100通信。所述ROM储存如一个ZMP计算程序，一个路面倾斜面度决定程序，脚步踉跄运动检测程序等等。

所述脚底信息记忆器2204是一个储存了脚底信息的记忆装置。所述脚底信息记忆器2204储存下述的作为有关脚底的信息的脚底信息。

所述脚底信息包括辨认相应的脚底部的信息，该信息对主控制单元300完成轨迹计算和其它计算所必须的。特别地，所述脚底部信息包括脚底部辨认信息、脚底部结构信息、脚底部传感器信息等等。

所述脚底部辨认信息是用于区分相应的脚底部1320和其它脚底部的辨认信息(ID)。所述脚底部结构信息包括所述脚底部的尺寸(形状)、材料、重量、着地面的摩擦系数等等和它的结构件数。在所述脚底部结构信息中，包括有与道路表面接触的着地面的所述脚底部1320的底表面(脚底形状)的形状对控制计算来讲非常重要。该形状由一个数学公式的形式(两个尺寸上的公式)或由位映象程式表示。

所述脚底部传感器信息是涉及到在主脚底部1320上设置的各种传感器的信息、并包括辨认信息(用于区分相应的传感器和其它传感器的ID)、数量、布置和这些传感器的特征。在本实例中，所述指示ZMP的力量传感器和指示碰撞或道路表面倾斜的加速传感器设置在脚面部1310内。但是，这些传感器可以设置在所述脚底部1320内。在这种情况下，涉及这些传感器的信息被储存。而且，其它传感器，例如决定是否脚底面放在路面上的接触传感器，指示放在路面上的脚底面的限定所述路面的位于的传感器等等，也可以设置在所述脚底部1320。在这种情况下，每一个传感器的信息要被储存。

所述脚底部信息存储器2204可以是一个数据不能重写的ROM或数据可以被重写的一个EPROM，一个SRAM，一个带有备份电源的DRAM等等。当使用可以重写数据的存储装置时，动力学的变化信息也可以作为脚底部信息被储存，并且按需要进行更新。例如，表示传感器特征变化超时的记录信息也可以作为脚部信息被储存。

在上述信息之外，其它各种涉及脚底部1320的信息也可以作为脚底部信息被储存。而且，不直接关系到脚底部1320的信息也可以被储存。

当在替换所述脚面部的处理中所述脚底部1320与所述脚面部1310连接时，等等，当所述有腿的移动机器人被初始化(当电源关闭或当机器人重置时)，或在其它情况下，在所述脚底部信息存储器2204中储存的信息由有腿的移动机器人的主体主控制单元300读出。特别地所述主控制单元300命令所述脚面部控制器2203，通过脚面传输/接收器2102、所述天线2105和2205、及所述脚底传输/接收器2202去读出所述脚底部信息。所述脚底控制器2203从所述脚底信息存储器2204中读出必要的脚底信息并把所述脚底信息传输给脚面控制器2103，而所述脚面控制器2103将所述脚底信息传输给所述主控制单元300。所述主控制单元300使用所述脚底信息进行包括计算发给各个致动器306的命令值的各种控制计算。

由于所述脚底部1320包括储存涉及所述脚底部1320的脚底信息的所述存储器装置(脚底部信息存储器2204)，因此没有必要在所述主控制器300内包括储存涉及所述脚底部1320的信息的存储器装置(所述ROM303，所述RAM3302和其它外部存储器)。而且，在存储装置内使用的存储器的数量和容量都能够减少。另外，用于储存这些信息的存储器可以用来储存其它信息。

还有，当各种的脚底部被制备和根据需要进行替换时，由于它具有不同的脚底形状和不同数量和种类的适应各种路面状态的传感器，且储存它们的这些信息，就没有必要在每次替换所述脚底部时通过手工，或其它装置输入脚底部信息。

在所述脚底部信息存储器2204内储存的所述脚底部信息可以仅包括脚底部的辨认信息，或仅是所述脚底部辨认信息和其它主要信息(如，脚底形状)。在这种情况下，如脚底结构信息和脚底传感器信息的剩余信息储存存在对应所述脚底辨认信息的一个包括在所述脚面控制器2103内的存储器内。当所述脚底部1320连接到所述脚面部1310时，所述脚底辨认信息被读出并用于从所述脚面控制器2103的存储器中得到相应的脚部结构信息，脚部传感器信息等等。然后将所得到的信息传输到主控制单元300。

在本例中，使用电磁波无接触地在所述脚面线路单元2100和所述脚底线路单元2200之间完成数据的通讯和电力的供应。但是也可以使用一个柔软的电缆彼此连接所述脚面线路单元2100和所述脚底线路单元2200。在这种情况下，所述电缆的种类和附着方式最好选择为使所述脚底部1320相对于所述脚面部1310运动时没有妨碍。

下面参考图75到图78描述所述有腿的移动机器人的脚部和腿部连接和在踝关节与脚部的一个替换结构的第四实例。图75是一个部分放大的侧视图，图76是一个平面视图，图77是一个部分放大侧视图，图78是一个底部视图。

与上述第三结构类似，本例的脚部150包括一个连接到对于下肢110的踝关节114的脚面1410和与路面直接接触的一个脚底1420，并且具有一个两部分的结构，使所述脚底1420可移动地安装在所述脚面1410上。

所述脚面1410是一个带有开口的底部的矩形盒子形部件，它包括一个顶板1411和沿着所述顶板1411的周边与所述顶板1411一体形成的垂直的侧板1412。在所述顶板1411上设置一个一体地形成在所述顶板1411的连接器1413并提供与所述踝关节114的连接。所述顶板1411设置螺钉孔(本例设置了四个螺钉孔)1414用于与所述脚底部1420连接。所述侧板1412的外侧面彼此由R表面(弧形表面)或平滑表面连接。用其它安装装置连接所述脚面部1410和所述踝关节114。然而，所述脚面部可以通过类似上述的连接主脚部体1101和1201的机构可取下地与所述踝关节114连接。而且，一个脚面部线路单元(脚面线路基板)2100安装在所述脚面部1410的顶板1411的下表面的中心区域。

虽然图中未示，在所述脚面1410所述顶板1411的下表面上的四个角上设置四个突出的传感器基座。在所述传感器基座上设置多个检测Z轴方向压力的力量传感器。这些力量传感器用于计算ZMP，并且在本例中，四个传感器布置在所述脚面1310底表面。四个传感器中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。但是，所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。

还有，在所述脚面1410所述顶板1411的下表面上还安装了检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器。由所述加速传感器的输出用于检测所述路面有关被例如路面上的凸起和坑洼引起的引力或脚步踉跄运动的方向的倾斜。

所述脚底部1420具有两部分结构，其中一个接触部件1422由一个矩形板形状部件组成，通过粘接或螺钉装置安装到所述主脚底体1421上。

所述主脚底部体1421的外形近似于所述脚面1410的侧板1412的外形。而且，一个矩形台阶部1423与所述主脚底部体1421一体地形成。所述矩形台阶部1423的外形近似于所述脚面1410的侧板1412在开口处的外形，但要稍微小一点。

为了将所述主脚底部体1421安装到所述脚面部1410，在所述主脚底部体1421的顶表面对应于在所述顶板1411上形成的螺钉孔1414的位置上突出地形成安装突出部1424。所述安装突出部1424具有一个用于在其下部接收缓冲件1430的圆筒形的凹部1425。而且，所述安装突出部1424设置有通孔1426，它在突出的端部的垂直方向贯通所述安装突出部而延伸。还有，虽然图中未示，在所述主脚底部体1421上一体地形成传感器挤压基座，它位于对应于在所述脚面部1410的顶表面上形成的所述ZMP传感器位置，从而使所述传感器挤压基座挤住或接触到所述ZMP传感器。

所述接触部件1422的外形与所述主脚底部体1421的形状相同，并且在接触部件1422上对应于所述主脚部体1421的凹部1425的位置形成通孔1427。为了减少当所述脚部150放到路面上时的冲击，所述接触部件1422由金属、塑料、或其它材料取得取代橡胶片。还有，从适应路面状态的观点来看，接触部件的底面(着地面)可以具有沟槽，脚弓等等。通过对所述接触部件1422和着地面的形状的适当变化和材料的选择，能够得到适合各种路面状态的各种脚底部1420。

通过将所述主脚底部体1421的台阶部1423插到所述脚面部1410的开口内，圆柱形缓冲件1430放在所述凹部1425和脚部1420的通孔1427内，将螺钉1431穿过在所述缓冲件1430上形成的通孔1426和在所述安装突出件1424上形成的通孔1426，并将所述螺钉的螺旋的末端与在所述顶板1411上形成的螺钉孔1414拧到一起，所述脚底部1420能够被安装到所述脚面部1410上。

在这时，所述ZMP传感器(图中未示)安装到由所述顶板1411的底表面上形成的传感器基座上并由所述脚底部1420上设置的传感器挤压基座挤住，因此在所述ZMP传感器上施加了适当的预负荷。圆筒状弹性橡胶件、螺旋弹簧等等都可以用作所述缓冲件1430。所述缓冲件1430的作用是减少在行走运动中由所述脚底部1420传输到所述脚面部1410的冲击，同样抑制所述脚底部1420的振动，因而能够减少噪音提高可控制性。还有，所述缓冲件1430还用于保持所述脚底部1420相对于所述脚面部1410能够沿Z轴和在X-Y平面上移动的状态。所述缓冲件1430同样除了具有弹性外还有粘性。

另一个缓冲件可以放在所述主脚底部体1421的台阶部1423和所述脚面部1410的侧板1412的内表面之间。在这种情况下，可以使用一个无接头橡胶片作为所述缓冲件，并放在所述脚面部1410的侧板1412的内表面和所述主脚底部体1420的台阶部1423之间的槽内使其充满所述橡胶片。但是，并不限制仅为橡胶片，一个片弹簧、一个海绵、一个固体或半固体粘性装置也可以被使用。

而且，在组装所述脚部150的过程中，通过用在硬化或固化状态下具有弹性和/或粘性的胶黏剂填充所述脚底部1420的台阶部1423与面对所述台阶部1423的所述脚面部1410的侧板1412之间的槽，它们之间可以彼此被粘接。在这种情况下，可以防止外部杂物进入所述槽。

在这样防止外部杂物进入所述槽的一种情况下，该另一个缓冲件最好形成为使所述脚底部1420的台阶部1423与面对所述台阶部1423的所述脚面部1410的侧板1412之间的槽完全被填充。但是，本发明不限于此，在所述槽内可以形成多个缓冲件。

所述脚底线路单元2200的结构包括储存脚底信息记忆器和所述脚面线路单元2100包括读出所述存储器装置内的脚底信息的装置，它们与前述第三例的结构类似，因此省略对其的解释。

如上所述，所述脚底部1420利用布置在其间的缓冲件1430弹性地安装到所述脚面1410，所以所述脚底1420能够相对于所述主脚底部体1421的台阶部1423和在所述脚面部1410的开口处的所述侧板1412的内表面之间的槽沿Z轴和在X-Y平面稍微地移动。因此，减少了在行走运动中由所述脚底部1420传输到所述脚面部1410的冲击，还有，即使当所述脚底受到路面上的凸起和洼坑时，仍然可以容易地避免。

对应于根据本发明的可变化的紧固条件的所述螺钉1431和所述缓冲件1430的紧固装置，所述脚底1420相对于脚面部1410的移动量及施加到所述ZMP传感器上的预负荷可以通过改变所述螺钉1431插入的深度任意地调整。而且，所述脚底1420相对于所述就1410在X-Y平面的移动同样可以通过调整所述主脚底部体1421的台阶部1423的外形任意地调整。因此，通过调整所述螺钉1431插入的深度和所述台阶部1423的外形，所述脚部能够方便地适应各种状态的路面。

在上述例子中，一个电子存储器(一个RAM、一个ROM，等等)用作包括在脚部(在主脚部体1101和1201或脚底部1320和1420)的存储器装置。但是，本发明不限于此，能够储存信息的各种存储器都可以使用。例如，可视识别标记，如条形码，矩阵码，符号，标志等等，可以在所述主脚部体或脚底部显示并被一个设置在所述踝关节或所述脚面部象CCD或类似物的检测装置读出。而且，存储装置也可以是如将信息储存在相应的突出物(销)排列并由一个图象翻译器或一个机械开关读出。还有，所述存储装置还可以是以磁力储存信息而由一个磁头或一个舌簧继电器读出。

下面参考图79到图80描述所述有腿的移动机器人的脚部和腿部连接和在踝关节与脚部的一个替换结构的第五实例。图79和图80是表示根据一个第六个结构的脚部150的结构和下肢(可移动的腿)110和所述脚部150的连接部分的剖视图。其中图79是表示脚部从下肢110的一个踝关节114取出的状态及图80是表示脚部150与下肢110的一个踝关节114连接的状态。

在根据上述第一结构的脚部150中，主脚部体1101的底表面用作与路面接触的着地面。与之相比，根据所述第五结构的包括一个与相应的下肢110的踝关节114连接的脚面1121和一个直接与路面接触的脚底部1151的脚部150，它具有两部分结构且所述脚底部1121可移动地安装在所述脚面部1151上。

而且，在所述脚部150的脚面部1121的脚面部1121的上侧设置一个连接部分，包括一个连接/定位器部件1102，一个提供电连接的连接器1103，一个容纳所述连接器1103的室1104，和一个连接致动器1105。

所述脚底1151是一个具有开口顶部的盒子形的部件，它包括一个底板1152和与所述底板一体地形成并沿其正交方向垂直的侧板1153。所述底板1153的顶表面与所述脚面1121的底表面接触。另外，所述底板1152的底表面作为脚部150的脚底面。所述底板1152的底表面和所述侧板1153的外表面彼此由R表面(弧形表面)或平滑弯曲表面连接。

所述脚底1151的所述侧板1153的内部形状与所述脚面1121的侧表面的形状类似，但稍大。所述脚面1121的侧表面以一个小沟(余量)来面对所述脚底1151的侧板1152的内表面。因此，所述脚底1151可以相对所述脚面1121沿所述脚面1121的底表面运动，就是在一个在X-Y平面的任意方向。

使用一个保持机构(未示出)将所述脚底1151安装在所述脚面1121。其方式是使所述脚底1151在相应的腿离开路面时不会从所述脚面1121内掉出且不限制所述脚底1151的X-Y平面的运动。所述保持机构最好具有一个在要替换所述脚底1151时容易安装/替换所述脚底1151的机构。

在所述脚底1151的侧板1153与所述脚面1121的侧表面之间放置一个缓冲器1154(缓冲装置)。例如，一个无接头橡胶片用作缓冲器1154，并使在所述脚底1151的侧板1153的内表面和所述脚面1121的表面之间的槽完全由所述橡胶片填充地布置。缓冲器装置不限于此，也可以用一个弹簧片，一个海绵，一个固体或半固体粘滞装置。

另外，通过使用在硬化或固化状态下有弹性和/或粘滞性的胶黏剂将所述脚底1151的侧板1153和所述脚面1121的表面之间的槽完全填充。在这种情况下，以防止外来物进入所述槽，可移动地将所述脚底1151安装到所述脚面1121，能够获得如果不使用此方式得不到的效果。

如上述的结构，所述脚底部1151可以相对于所述脚面部1121沿所述脚面部1121的底表面做任意方向的移动，但是也可以使用这样的结构，让所述脚底部1151仅仅在一个特定方法上下移动如X-轴或Y轴。最好将所述脚底1151的侧板1153内表面和所述脚面1321的侧表面之间的槽完全填充的方式形成所述缓冲器1154以防止外来物进入所述槽。但是本发明不限于此，可以在所述槽内设置多个缓冲器。另外所述缓冲器不是必要的，也可以忽略。

在所述脚面1121的所述连接/定位器部件1102的底表面形成一个凹部1111，在所述凹部1111内放置一个电子线路板1112。所述电路板1112也可以放在所述脚面1121的其它部分上。所述电子线路板1112包括一个脚传感器处理单元和一个电源单元。

所述脚传感器处理单元与图74中所示结构相似，并且有关具有两部分结构的脚部150的脚部信息储存在所述脚部传感器处理单元内的一个ROM内。

在所述脚面1121上设置有力量传感器406和加速传感器407。所述力量传感器406用于检测Z轴方向的压力，并且被设置在所述脚面1121的底表面(与所述脚底1151的顶表面接触的避免)，如图81所示。所述力量传感器406用于计算ZMP，并且布置在所述脚面1121的底表面四个角上。

四个传感器406中的每个都包括一个金属隔膜和四个应变计量器，用四个应变计量器和在所述金属隔膜上层叠这些应变计量器形成一个桥式电路。当所述脚面1121的底表面与所述脚底1151的顶表面接触时，上述金属隔膜的变形量作为电信号输出，所以根据该输出信号能够计算出由所述脚底1151在Z轴方向布置有传感器406的位置上施加的力。所述力量传感器不限于此，也可以使用其它结构的传感器。另外所述检测ZMP的力量传感器的数量和布置都不限于上述结构。

还有，在所述脚面1121上还安装了检测在X轴和Y轴方向加速的一个加速传感器。所述加速传感器的位置没有特别的限制。在本实施例中，所述加速传感器放置在所述凹部1111。由所述加速传感器的输出用于检测所述路面有关被例如路面上的凸起和坑洼引起的引力或脚步踉跄运动的方向的倾斜。

所述传感器406和407通过一个操作放大器(未示出)电连接到所述脚传感器处理单元400的模/数转换器405。从所述传感器406和407来的输出信号当然要根据所述模/数转换器405的动力学范围内调整。

虽然在本例中所述脚面1121通过连接致动器1105与所述踝关节114连接，也可以使用如图71和图72所示的手动杆的方式连接。

下面将对由脚传感器处理单元400完成所述ZMP的计算过程进行描述。这里所述的ZMP意味着在一个地表面上的一个点，在该点上由地表面施加到行走机器人的作用力为零。

当一个双足行走机器人在单足支撑期间，在所述脚传感器处理单元400内的一个CPU根据从设置在所述主脚部体1101或所述脚面1121(此后由主脚部体1101表示)的四个传感器406得到的压力值和涉及到所述传感器406的布置位置信息(在本例中，假定该信息是储存在所述ROM403当作一个脚传感器的信息)计算相应的脚部的ZMP如下：

$\mathrm{ZMP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{f}}_i\·{\stackrel{\→}{P}}_i}{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{f}}_i}---\left(9\right)$

其中；

是每个力量传感器的排列位置，及

是检测到的力。

当所述两足行走机器人在两足支撑时，两个ZMP通过所述左和右脚150的所述脚传感器处理单元400来计算，且通过在所述主控制单元300包括的CPU301根据所述两个ZMP计算出实际的ZMP。

如果从至少三个力量传感器得到的检测值就能够计算所述ZMP。但是由于所述ZMP是通过四个力量传感器得到的检测值计算出的，增加了所述ZMP计算的实用性。当设置四个力量传感器时，所述ZMP可以从四个之中的三个来计算，而剩下的力量传感器用于检查计算出的ZMP。同样在本例中，增加了ZMP计算的实用性。

力量传感器的数量不限制为四个，只要使用三个或更多力量传感器就可以。当使用了n个力量传感器时，ZMP的计算如下：

$\mathrm{ZMP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{f}}_i\·{\stackrel{\→}{P}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{f}}_i}---\left(10\right)$

其中；

是每个力量传感器的排列位置，及

是检测到的力。

通过如上述的脚传感器处理单元400计算的所述ZMP，经过脚传感器处理单元400的输出/输入控制器、一个电缆、和一个所述主控制单元300的输出/输入控制器(图中没有显示它们)被传输到所述主控制单元300。然后，所述主控制单元300的CPU301根据每只脚的ZMP和其它信息计算出施加到所述致动器306的命令值。而且，根据所述命令值控制机器人的行走运动和其它运动。

所述加速传感器407检测所述脚部在X轴和Y轴方向的加速度。当所述脚部放在所述地表面时，所述脚传感器处理单元400的CPU401根据所述加速传感器407的输出计算脚部限定水平面的倾斜面(所述脚底面或X-Y平面)。而且，当所述机器人在一只脚支撑时，计算施加到所述闲置腿上的冲击量或根据由加速传感器407获得的检测值的变化检测出机器人行走时发生脚步踉跄运动。

由所述脚传感器处理单元400得到的上述信息随着所述ZMP被传输到所述主控制单元300并且用作控制每个部分的基本信息。

通过所述脚传感器处理单元400，在一个固定的周期或按需要获得所述力量传感器406和加速传感器407的传感器输出信号，并且所述ZMP，脚部倾斜面度，等等也可以在一个固定周期或按需要计算。

所述主控制单元300通过在预定周期或按照需要查询来要求每个脚部的脚传感器处理单元400传输所述信息(计算结果)，及此后所述脚传感器处理单元400传输所述信息到所述主控制单元300。或者，每个脚部的所述脚传感器处理单元400通过一个中断将信息传输到所述主控制单元300的CPU301中。而且，可以使用上述两种方法传输所述信息。

在上述例子中，所述脚传感器处理单元400的CPU401根据由指示ZMP的力量传感器406和加速传感器407得到的输出信号进行预计算，并将计算结果传输到所述主控制单元300。或者，可以设置两个CPU，分别在不同的CPU内计算所述ZMP和所述脚部的倾斜面度等等。

还有，虽然所述脚传感器处理单元400和所述主控制单元300通过输出/输入控制器和通讯电缆而彼此连接，一个所述脚传感器处理单元400和所述主控制单元300的总线也可以把它们连接在一起。而且，当在所述脚传感器处理单元400和所述主控制单元300之间设置有无线数据的传输/接收器和/或用于无线通讯的供电传输/接收器时，可以省略连接所述脚传感器处理单元400和所述主控制单元300之间的电缆。因此，结构简单能够方便地完成替换脚部的任务。

在本发明的上述例子中，来自设置在所述脚部150(主脚部体1101或脚面1121)上的述传感器406和407的输出被同样设置在所述脚部150上的所述脚传感器处理单元400使用，用于完成预定的如有关脚部150的ZMP计算，此后将计算结果传输到机器人主体的主控制单元300。因此能够减少在主控制单元300上的处理负荷且使主控制单元300能够进行其它计算过程。结果是，能够在很快的时间内完成对高紧急数据的处理。

还有，由于设置在脚部150上的传感器406和407与所述脚传感器处理单元400连接且所述脚传感器处理单元400与所述主控制单元300通过通讯电缆连接，所以与将传感器406和407直接连接到所述主控制单元300的情况相比，简化了机器人的引线和连接器的结构。而且，当数据用上述的无线通讯传输时，产生减少通讯通道的好处。

还有，由于在脚部150上的传感器406和407到根据来自传感器406和497的检测值进行计算处理的所述脚传感器处理单元400的距离极小，减小了传感器输出的噪音并且提高了处理结果的准确性。

在第五结构的脚部150中，由于简单151是可移动地按照在所述脚面121上，当机器人行走时，在所述脚底部1151和所述脚面1121之间的运动产生一个时间的延迟。还有，由于在脚部1151和脚面1121之间放置的缓冲器1154，当空闲腿放在路面上时，路面来的作用力会较慢地传到所述下肢110。因此，在下肢110的关节上的冲击被减小了以及在致动器上的负荷也减小了。而且，当机器人快速运动时，对应于致动器的快速操作的机器人姿态稳定性得到提高。还有，甚至当在驱动系统发生机械误差(变形)或控制误差时，在所述脚底部1151的可移动范围内可以吸收这些误差而使它们的影响被减小。

以及在第五结构中，当弹性装置用在所述脚面1121和脚底部1151之间作缓冲器装置时，就会产生脚底部1151相对于脚面1121连续振动较长时间的危险，并且该振动会对行走运动的控制性产生坏的影响。在这样的例子中，沿着弹性装置最好要设置粘性装置(例如，一个阻尼器)以改进其阻尼特征。在本例中，弹性元件的弹性系数和粘性元件的粘性系数最好设定为当所述脚底部1151离开路面而在所述脚底部1151上发生的振动在其再次放在路面上之前减小到一个预定的范围。由于所述脚底部1151的振动在所述闲置的腿放在路面上是已被减小到一个预定范围，机器人控制系统(所述脚传感器处理单元400或所述主控制单元300)就没有必要重新进行用于控制的路线计算和其它的计算。因此，提高了可控制性。上述预定范围涉及一个要使控制系统完成机器人稳定运动的能够容忍的值振动的最小值。

而且，在第五结构中，检测ZMP的传感器406和加速传感器407设置在脚面1121上，并没有设置在脚底部1151上。因此，在不同于此的情况下，所述传感器406和407设置在所述脚底部1151上，则连接所述传感器406和407到不包括在运动部件上的所述脚传感器处理单元400的引线就不用了。因此，防止了引线对所述脚底部1151运动的妨碍，并且防止了由于所述脚底部1151的运动对引线的损害。特别是，由于检测ZMP的传感器406设置在所述脚面1121的底表面(与所述脚底部1151的顶表面检查的表面)，检测ZMP的传感器406受到所述脚底部1151的顶表面的压力，从检测ZMP这一点上它与道路表面相同，并且由于路面状态变化而产生的检测误差被减少。因此，所述ZMP的检测更加准确。

虽然结合了一个特殊的例子描述本发明，但是本领域普通技术人员当然能够在本发明的范围内作出各种修改和变形。

本发明并不限于叫做机器人的产品，也可以应用在其它使用电或磁作用象人类行走的任意一种机械设备。例如，本发明也可以用在玩具等等属于其它工业领域的产品。

更特殊地，以前的描述仅仅是示意性地说明而不是想要限制本发明。本发明的基本应该由权利要求来限定。

本发明提供了一种有腿的移动机器人的脚部，其中通过由于ZMP运动改变所述脚部的形状而导致在一个产生阻力的有效表面的改变被减少，所述脚部可以适应各种行走路面，如连续或不连续表面、坚硬表面、粘滞弹性表面等等，并且所述脚部能够充分确保所述机器人的姿态稳定性。

而且，本发明提供了一种有腿的移动机器人的腿部，其中通过由于ZMP运动改变所述脚部的形状而导致在一个产生阻力的有效表面的改变被减少，所述腿部具有一个可以适应各种行走路面，如连续或不连续表面、坚硬表面、粘滞弹性表面等等的脚部，且因此能够充分确保所述机器人的姿态稳定性。

还有，根据本发明，能够不用考虑ZMP的位置减少抵制偏转轴力矩的阻力的变化，发生所谓自转运动的可能性被减少。而且，可以预测通过控制系统控制的机器人的运动且提高姿态稳定性。还有，由于设置了脚弓，即使路面上有凸起或凹陷，也能够减少所述脚部踏在所述凸起并进入所谓的摇摆(seesaw)状态。以及由于所述脚底部没有角度的角部(以平滑表面形成所述角部和侧边)，减少了路面的干扰且防止了脚步踉跄运动的发生。因此，能够充分确保所述有腿的移动机器人的姿态稳定性。

而且，根据本发明，能够预测当机器人摔倒时的姿态和行为，因此能够任意地完成相关于摔倒运动的控制，如控制防止摔倒、控制摔倒时减小冲击力、控制从摔倒状态恢复正常等等。防止了由于摔倒各个部件的损坏。

以及根据本发明，由于所述脚底部能够沿与所述脚底面基本平行的平面移动，即使在路面上有凸起和洼坑且当空闲腿放在所述路面上使所述脚底部的一部分受到它们的妨碍时，所述脚底部能够在其移动范围内移动从而减小所述妨碍或吸收由所述路面施加的力。因此，能够在高稳定性条件下进行高速运动。

而且，根据本发明，由于在所述主脚部体或所述脚底部上设置储存涉及所述主脚部体或脚底部的信息的存储器，所述机器人的主体能够方便地在一个旧的脚部被替换后得到相应的新的脚部的信息。因此，减小了当所述脚部或脚底部被替换时的工作负荷。

还有，根据本发明，由于所述用在相应的脚部设置的脚部安装处理装置来处理设置在每个脚部(所述主脚部体或所述脚面)的传感器的输出，所述机器人的主体控制装置不必进行所述的计算处理。因此，减小了所述控制装置的处理负荷。

另外，根据本发明，由设置在每个脚部的所述脚部安装处理装置得到的计算结果被传输到所述机器人的主体。因此，与直接将传感器的输出输送到所述机器人的主体控制装置相比，防止它们之间的复杂的引线连接。

例如，由于每个脚部的ZMP的计算是由设置在相应的脚部(所述主脚部体或所述脚面)的脚部安装处理装置完成的，所述机器人的主体控制装置不用进行这些计算，且减小了在所述控制装置上的处理负荷。而且，由于从每个脚部输送所述ZMP的计算结果，与从传感器的输出直接输送到所述机器人的主体的控制装置相比，防止它们之间的复杂的引线连接。

还有，当根据相关的传感器可以优选所述脚部安装处理装置，所以当所述脚部被替换时没有必要改变所述机器人的主体的控制装置完成的处理，因此可容易地替换所述脚部。

Claims (12)

1.一个有腿的移动机器人的腿部装置，它具有多个可移动的腿，包括：

一个脚底部，它包括一个脚底表面和由所述脚底表面的周边连续地延伸而成的侧表面；和

一个第一腔，它包括一个朝向所述脚底表面内侧倾斜的斜面。

2.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：着地部分布置在所述脚底表面的四个角中的每一个之上。

3.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：进一步包括一个放在所述第一腔内的柔性部分，所述柔性部分由具有预定弹性的材料构成。

4.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：进一步包括一个在所述第一腔内的第二腔，所述第二腔比所述第一腔的斜面更深。

5.如权利要求4所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：其中所述柔性部分放在所述第二腔内。

6.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：进一步还包括一个或多个槽，每个槽设置在脚的着地面上以使所述槽从所述第一腔延伸穿过脚部的一个周边部分并穿过所述脚部的侧表面的一个与外部相连通。

7.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于还包括：

一个安装到所述相应的可移动腿部的脚面部，和

一个安装到所述脚面部的脚底部，所述脚底部能够沿着一个平行于所述脚底表面的平面上移动。

8.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于还包括：

一个能够拆卸地安装到所述相应的可移动的腿部的端部上的主脚部体；和

设置在所述主脚部体上并储存有关所述主脚部体信息的存储器装置。

9.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于还包括：

一个通过位于相应的可移动腿部上的踝关节而被保持在所述相应的可移动腿部的脚面；

一个可拆卸安装到所述脚面上的脚底部；和

设置在所述脚底部上、储存涉及所述脚部信息的存储器装置和/或根据在存储器装置储存的信息控制相应的可移动的腿部运动的控制装置。

10.如权利要求1所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于还包括：

一个通过位于相应的可移动腿部上的踝关节而被保持在所述相应的可移动腿部的主脚部体；

设置在所述主脚部体上、储存涉及所述主脚部体信息的存储器装置和/或根据在存储器装置储存的信息控制相应的可移动的腿部运动的控制装置；和

一个开口，通过所述开口所述存储器装置和/或控制装置朝向外侧而使所述存存储器装置和/或控制装置能够被替换。

11.如权利要求9或10所述的一个有腿的移动机器人的腿部装置，其特征在于：在初始化时所述控制装置读出在所述存储器内储存的信息。

12.一种控制有腿的移动机器人的方法，所述有腿的移动机器人具有一个可拆卸地安装到一个可运动的腿上的脚部，所述方法包括以下步骤：

将涉及所述脚部的信息储存在所述脚部上设置的存储器装置内；

在初始化时读出由所述存储器装置储存的信息；及

根据所读出的信息控制所述可移动腿部的运动。

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