CPG仿生控制研究.pdf

1、仿生控制的研究對(duì)于機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展有著重大的意義。近年來(lái),模擬生物中樞模式發(fā)生器(CPG)的仿生控制已經(jīng)成為仿生控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。CPG能夠在缺乏高層控制信號(hào)和外部反饋的情況下,自發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的節(jié)律性運(yùn)動(dòng),這一運(yùn)動(dòng)具有易被高層命令調(diào)節(jié)、耦合性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),可以減少控制系統(tǒng)的工作量,節(jié)約工作時(shí)間。目前,這一仿生控制的研究在國(guó)際上尚處于初級(jí)階段,特別在結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化、高層調(diào)節(jié)機(jī)制的加入等方面還不能很好地模擬生物的特性,充分

2、發(fā)揮這一控制的優(yōu)點(diǎn)。本文根據(jù)基于振動(dòng)理論的三神經(jīng)元CPG局部神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型建立了一種新的CPG控制模型,并針對(duì)機(jī)器人雙關(guān)節(jié)的控制,以CPG控制模型為主體建立了雙關(guān)節(jié)仿生控制系統(tǒng)。首先,根據(jù)三神經(jīng)元CPG局部神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型,模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)中各神經(jīng)元的響應(yīng)原理,建立了各神經(jīng)元的控制模型,分別實(shí)現(xiàn)節(jié)律運(yùn)動(dòng)的發(fā)生、反饋信息的傳導(dǎo)與被控對(duì)象的驅(qū)動(dòng)三項(xiàng)功能,并在仿真平臺(tái)上對(duì)模型的控制特性做出驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,控制模型可以較好地模擬生物神

3、經(jīng)元的特性。其次,引入了仿生控制系統(tǒng)的概念,模擬生物的神經(jīng)-肌肉控制系統(tǒng)建立了CPG仿生控制系統(tǒng)。通過(guò)CPG規(guī)劃器、驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元前項(xiàng)通道、反饋神經(jīng)元通道的建立實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模式發(fā)生、控制對(duì)象驅(qū)動(dòng)與外界信息反饋,并通過(guò)這三個(gè)部分的連接與相互作用實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單高層控制信息與反饋信息調(diào)節(jié)。然后,模擬生物神經(jīng)的整合作用,在單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立了機(jī)器人雙關(guān)節(jié)耦合控制系統(tǒng)。通過(guò)控制系統(tǒng)自抑制系數(shù)的改變,實(shí)現(xiàn)了單CPG對(duì)雙關(guān)節(jié)的耦合控制,