無(wú)創(chuàng)傷老鼠生物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、生物機(jī)器人（區(qū)別于仿生機(jī)器人）是神經(jīng)科學(xué)技術(shù)、電子信息技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展的產(chǎn)物。區(qū)別于傳統(tǒng)的電子機(jī)器人,生物機(jī)器人利用動(dòng)物原生態(tài)的軀體,它們能夠適應(yīng)各種水底、地底復(fù)雜的環(huán)境，加速了機(jī)器人的開發(fā)進(jìn)程，所以生物機(jī)器人自誕生就因其巨大的優(yōu)勢(shì)得到了各國(guó)家的廣泛關(guān)注。從目前各國(guó)對(duì)生物機(jī)器人的研究來(lái)看，生物機(jī)器人的研究處于實(shí)現(xiàn)生物體運(yùn)動(dòng)控制的階段，采用的是方法是基于生物體的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的控制機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此方法需要對(duì)生物體開顱進(jìn)行電極植

2、入手術(shù)，通常手術(shù)后至少5天才能進(jìn)行生物機(jī)器人的控制實(shí)驗(yàn)，如果手術(shù)失敗，生物體的死亡屬于有創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)控制的方式，技術(shù)難度較大，且長(zhǎng)期的刺激會(huì)使生物體產(chǎn)生神經(jīng)疲勞和適應(yīng)性。鑒于此，我們開發(fā)了一套基于超聲波刺激融合表皮電極刺激和LED燈光刺激的無(wú)創(chuàng)傷老鼠生物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　 本文在緒論部分?jǐn)⑹隽松餀C(jī)器人的概述以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，探討了生物機(jī)器人研究的意義和不足之處，然后在此基礎(chǔ)上提出了無(wú)創(chuàng)傷老鼠生物機(jī)器人系統(tǒng)的原理以及研

3、究?jī)?nèi)容，接著著重介紹了這套無(wú)創(chuàng)傷老鼠生物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)部分主要包括了電源供電部分設(shè)計(jì)、通訊電路的設(shè)計(jì)（包括指令發(fā)生器和接收控制器部分，以S3C2410為主控制芯片，CC1000為無(wú)線射頻收發(fā)芯片傳送信號(hào)）、用于攜帶接收控制器的馬甲和屏蔽外界環(huán)境的頭罩、刺激電極的選擇以及圖像采集裝置的設(shè)計(jì)。軟件方面主要包括了端口通訊軟件的設(shè)計(jì)以及無(wú)線通訊程序的設(shè)計(jì)，采用USB接口以及串口通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，具體包括

4、了調(diào)度遠(yuǎn)程刺激源刺激、視頻圖像的采集。最后，通過(guò)在平滑的草地上進(jìn)行了老鼠生物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，這其中包括了：測(cè)試無(wú)線通訊的距離和老鼠對(duì)三個(gè)刺激源的反應(yīng)及遙控導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：遙控通訊系統(tǒng)可以在300m范圍內(nèi)進(jìn)行刺激源的測(cè)試；老鼠對(duì)三個(gè)刺激源的刺激反應(yīng)靈敏，可以成功的實(shí)現(xiàn)老鼠的前進(jìn)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)控制；且在遠(yuǎn)程視頻采集模塊的輔助下，老鼠可以到達(dá)設(shè)定的目的地。該無(wú)創(chuàng)傷運(yùn)動(dòng)控制導(dǎo)航系統(tǒng)性能良好，穩(wěn)定可靠，適合生物機(jī)器人中的應(yīng)用。