本发明涉及机器人，具体涉及一种足式机器人的地形自适应足部结构及工作方法。
背景技术：
1、足式机器人技术作为人工智能和机器人学领域的前沿研究方向，随着科技的不断进步而得到了迅速的发展。足式机器人模拟生物的行走模式，具有在复杂地形中自主行走的能力，被广泛应用于灾难救援、服务机器人、探险探测等众多领域。随着全球科技创新的深入，特别是人工智能、机器学习、传感技术和材料科学等领域的突破，足式机器人的研究进入了一个新的发展阶段，不仅在运动控制、环境感知和人机交互等方面取得了显著的进展，而且在提升机器人的自主性、适应性和智能化水平方面也展现出了巨大的潜力和广阔的应用前景。
2、足式机器人研究的热点领域包括增强机器人的地形适应能力、提升自我学习与决策制定能力、以及增加其在极端环境下的生存能力。尽管双足机器人已经得到了广泛而深入的研究，双足机器人在精确执行任务时常因地形适应性不足而受限。目前研究多专注于提升足式机器人在硬地面上的运动能力，忽略了对占比巨大的软地形的适应能力，如沙滩、草坪、泥土等。传统的双足机器人足部设计倾向于采用细长条形，这一设计在实际环境中往往限制了机器人的移动能力。例如cassie双足机器人的细长足部便是此类设计的一个典型例子。目前双足机器人研究多专注于提升足式机器人在硬地面上的运动能力，忽略了对占比巨大的软地形的适应能力，如沙滩、草坪、泥土等，因此，现有的机器人足部结构在复杂地形中行走时的稳定性不足。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种足式机器人的地形自适应足部结构及工作方法，在保证双足机器人高效硬地运动能力的同时，提高其在软地面上的运动效率，实现双足机器人的全地形运动。
2、本发明的技术方案如下：
3、在本发明的第一方面，提供了一种足式机器人的地形自适应足部结构，包括两个附骨板，所述两个附骨板之间设置有中间足部，每个附骨板均与中间足部通过铰接的方式连接，所述附骨板的底部设置有针刺；所述中间足部上设置有多种传感器和电机，所述电机的输出轴通过键槽与带摇臂的齿轮组连接，齿轮组的摇臂通过连杆与附骨板连接，通过电机改变附骨板的转动角度。
4、在本发明的一些实施方式中，所述附骨板的底部和中间足部的底部均设置有橡胶垫，所述针刺穿过橡胶垫从橡胶垫的下表面露出。
5、在本发明的一些实施方式中，所述中间足部上设置有第一圆孔和第二圆孔，所述第一圆孔内安装有销钉，所述销钉与机器人足部机体铰接；所述第二圆孔与操作杆铰接连接。
6、在本发明的一些实施方式中，所述齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与电机的输出轴相连，通过电机驱动主动齿轮旋转，进而带动从动齿轮旋转。
7、在本发明的一些实施方式中，所述传感器包括加速度传感器、声学传感器、温度传感器、触觉传感器和电容传感器，其中，所述声学传感器和温度传感器设置在中间足部的上表面，所述触觉传感器和电容传感器设置在中间足部的下表面，所述加速度传感器设置在中间足部的一侧。
8、在本发明的一些实施方式中，所述针刺采用固定针刺或者可变形针刺，所述固定针刺通过螺栓直接安装在附骨板上，所述可变形针刺通过弹簧安装在附骨板内，可变形针刺能够在附骨板内部在竖直方向上进行有限范围的移动。
9、在本发明的一些实施方式中，所述针刺的形状为梯形、圆筒形、交叉十字形或弯曲形。
10、在本发明的一些实施方式中，所述附骨板的外形轮廓模仿山羊足的外部轮廓。
11、在本发明的一些实施方式中，所述中间足部上设置有走线槽和水平槽，用于安放响应线路。
12、在本发明的第二方面，提供了一种足式机器人的地形自适应足部结构的工作方法，包括：
13、电机回转，输出转矩，带动齿轮组回转，通过连杆进而带动附骨板转动；
14、通过获取多种传感器采集的信息，根据采集的信息对地形进行分析，实时控制附骨板转动的角度，以实现足式机器人的全地形运动。
15、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
16、(1)本发明提供的地形自适应足部结构，是对山羊足部的仿生结构，在机器人足部中央部位两侧，增设了两个模仿山羊足轮廓的附骨段，两个附骨段直接与中间部分连接，且在附骨段和中间部分底部加装了硅脂，以起到缓冲作用。增大的接触面积，可有效减少滑动现象。延长的附骨段将增加额外的接触点，赋予机器人额外的稳定性和摩擦力，从而在崎岖不平的地形上显著提升机器人的稳定性。
17、(2)本发明供的地形自适应足部结构，是可主动/被动适应复杂地形的机器人足，通过将附骨、针刺等结构集成，将显著影响足部的下陷深度和摩擦阻力。此设计的主要优势之处在于，在保证双足机器人高效硬地运动能力的同时，提高其在软地面上的运动效率，实现双足机器人的全地形运动。
18、(2)本发明提出的机器人足部集成五种传感器，分别为触觉传感器、电容传感器、声学传感器、温度传感器以及加速度传感器。这些传感器阵列不仅可以精确地捕捉足部与地面接触的细节信息，还能为地形识别和足部动作控制提供全面的数据支持。
19、(3)本发明经过优化的软体材料和传感器布局，使自制的传感器在捕捉地面细微变化方面的性能得到了显著提升，从而为机器人提供了更丰富、更精确的地面接触信息。该技术不仅优化了传感器与足部的整体集成方案，也实现了成本效益的大幅优化，最重要的是，显著提高了机器人在复杂地形中的稳定性和适应性。
1.一种足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，包括两个附骨板，所述两个附骨板之间设置有中间足部，每个附骨板均与中间足部通过铰接的方式连接，所述附骨板的底部设置有针刺；所述中间足部上设置有多种传感器和电机，所述电机的输出轴通过键槽与带摇臂的齿轮组连接，齿轮组的摇臂通过连杆与附骨板连接，通过电机改变附骨板的转动角度。
2.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述附骨板的底部和中间足部的底部均设置有橡胶垫，所述针刺穿过橡胶垫从橡胶垫的下表面露出。
3.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述中间足部上设置有第一圆孔和第二圆孔，所述第一圆孔内安装有销钉，所述销钉与机器人足部机体铰接；所述第二圆孔与操作杆铰接连接。
4.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与电机的输出轴相连，通过电机驱动主动齿轮旋转，进而带动从动齿轮旋转。
5.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器、声学传感器、温度传感器、触觉传感器和电容传感器，其中，所述声学传感器和温度传感器设置在中间足部的上表面，所述触觉传感器和电容传感器设置在中间足部的下表面，所述加速度传感器设置在中间足部的一侧。
6.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述针刺采用固定针刺或者可变形针刺，所述固定针刺通过螺栓直接安装在附骨板上，所述可变形针刺通过弹簧安装在附骨板内，可变形针刺能够在附骨板内部在竖直方向上进行有限范围的移动。
7.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述针刺的形状为梯形、圆筒形、交叉十字形或弯曲形。
8.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述附骨板的外形轮廓模仿山羊足的外部轮廓。
9.如权利要求1所述的足式机器人的地形自适应足部结构，其特征在于，所述中间足部上设置有走线槽和水平槽，用于安放响应线路。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的足式机器人的地形自适应足部结构的工作方法，其特征在于，包括：
