检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机工程与设计 2014年第11期35卷 3938-3945页

作者：邵雪松黄奇峰蔡奇新刘建王伟江苏省电力公司电力科学研究院江苏南京210019 中国科学院自动化研究所北京100190

针对节律运动突变碰撞力大和柔顺性低的问题,改进基于Hopf振荡器的中枢模式发生器模型,提出一种节律柔顺行走控制方法。分析Hopf振荡器输出信号与关节运动之间的关系,整合膝关节变量,改变神经元之间的作用关系,实现对称步态和非对称步... 详细信息

针对节律运动突变碰撞力大和柔顺性低的问题,改进基于Hopf振荡器的中枢模式发生器模型,提出一种节律柔顺行走控制方法。分析Hopf振荡器输出信号与关节运动之间的关系,整合膝关节变量,改变神经元之间的作用关系,实现对称步态和非对称步态行走;分析节律运动碰撞力突变对四足机器人行走产生的负面影响,提出基于碰撞力大小和四足机器人身体姿态的柔顺性评估方法;通过连续调整碰撞阶段大腿的摆动幅度,增大摆动周期,减小碰撞阶段的关节运动速度,形成机器人本体与地面之间的缓冲,实现节律柔顺行走。四足机器人慢走步态和对角小跑步态仿真实验验证了该控制方法的有效性。

关键词：四足机器人柔顺行走控制节律运动 Hopf振荡器中枢模式发生器

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松软介质中弧形足运动特性分析及足—蹼复合推进两栖机器人研究

松软介质中弧形足运动特性分析及足—蹼复合推进两栖机器人研究

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作者：梁旭中国科学技术大学

学位级别：博士

水陆两栖机器人凭借其既能在陆地推进,又能在水中巡游的特性,能够完成许多陆地或水中单一推进方式的移动机器人所无法完成的两栖任务,例如地质灾害排险救援、农田病虫害状态监测、水陆两栖战场侦察通信等复杂环境下的作业,因此被全世界... 详细信息

水陆两栖机器人凭借其既能在陆地推进,又能在水中巡游的特性,能够完成许多陆地或水中单一推进方式的移动机器人所无法完成的两栖任务,例如地质灾害排险救援、农田病虫害状态监测、水陆两栖战场侦察通信等复杂环境下的作业,因此被全世界越来越多的研究人员所关注。目前对于水陆两栖机器人的研究工作大多集中在复合推进机构设计、简单水陆单一环境下的推进性能实验研究等方面,而对于影响水陆两栖机器人走向实用化的机器人推进机构在水陆过渡环境松软介质(如不同含水量的沙质或泥质介质)中的运动特性研究却很少涉及。此外,能够适应水、陆、过渡环境松软介质的合理而有效的两栖复合推进技术也亟待创新,只有了解了推进机构与水陆过渡环境松软介质之间的相互作用规律,建立行之有效的两栖推进方案,才能为将来能够真正服务于人类生产生活的水陆两栖机器人系统提供理论基础和设计准则。因此本研究具有重要的价值和意义。本论文以兼顾轮式和足式特点的弧形足推进机构与水陆过渡环境松软介质的相互作用机理出发,开展了弧形足在松软介质中推进过程力学行为分析计算、颗粒流仿真分析、松软介质土槽中多变量正交实验研究,基于可变形足-蹼复合两栖推进技术的水陆两栖机器人系统设计,水陆两栖机器人样机陆地、水中、水陆过渡环境推进性能实验测试等研究工作。论文的主要研究内容和成果如下： (1)对三种常见水陆过渡环境介质(干沙、湿沙、淤泥)进行了三轴抗剪强度测试,初步掌握了其土壤力学特性。通过微元法对弧形足在松软介质中运动的受力情况进行了分析,并利用拖杆实验获得力学模型参数,进而计算出固定旋转轴的不同构型参数下弧形足在一个运动周期内与沙质介质相互作用时推进力、支撑力及驱动力矩的变化规律。利用颗粒流仿真软件(PFC)对同样条件下的弧形足运动行为进行了仿真研究分析,对比所得到的推进力、支撑力及驱动力矩,不同足型的变化趋势基本一致,验证了理论分析方法的可行性及准确度,为弧形足式两栖机器人的机构设计及控制方式提供了设计参考。 (2)自行搭建了水陆过渡环境松软介质实验土槽平台,对不同构型的弧形足在不同含水量的沙质介质、泥质介质环境,不同运动控制参数条件下的推进性能进行实验研究。由于变量多、实验难度较大,采用了正交实验和极差分析的方法,分别以推进过程中所消耗的能量、行进速度及重心起伏量为优化目标,分析了不同变量对推进性能影响的规律。结合之前理论分析及仿真研究的结果,更加深入地了解了弧形足与水陆过渡松软介质之间相互作用的关系,并得到了不同优化目标条件下的最佳参数组合。 (3)基于弧形足在水陆过渡环境下推进时的支撑力和推进力相对平衡这一优点,我们设计了一种基于可变形足-蹼复合两栖推进的水陆两栖机器人(AmphiHex).它在陆地和过渡环境下利用弧形足行进,在水下通过推进机构变形使其能够依靠蹼的拍动实现多种机动动作。搭建了水陆两栖机器人的电路控制硬件系统。设计了AmphiHex在陆地和水下的常用步态。利用基于Hopf模型的中枢模式发生器(CPG)产生适合陆地和水下推进的步态信号,并初步实现了三角步态和同步步态之间的平顺转换,为CPG仿生控制方式在水陆两栖机器人两栖行为控制提供了新的思路。 (4)对六足-蹼水陆两栖机器人/AmphiHex进行了大量实验,测试其环境适应性及两栖推进性能。陆地平坦地面上,机器人最大行走速度可达到约0.49m/s(0.58倍体长);爬坡最大角度约为35。;采用同步步态能够翻越最大高度180mm的垂直障碍物;可爬越单级台阶高度低于160mm的连续台阶。在水下,由于目前壳体阻力较大,最大巡游速度约为0.25m/s(约0.3倍体长);依靠六个蹼的不同动作组合,可实现原地转弯、上升、下潜、紧急制动等机动动作。水陆过渡环境中,通过改变足-蹼状态能够实现有效水陆转换。

关键词：松软介质弧形足足-蹼复合推进机构两栖机器人中枢模式发生器

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仿人运动辅助控制方法

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控制工程 2017年第10期24卷 2032-2037页

作者：张霞马文涛罗天洪陈仁祥桥本稔重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 日本信州大学

引入仿生运动控制理论解决穿戴式机器人在运动辅助过程中的主/从运动问题,探索一种基于CPG的人机交互技术和传统控制理论相结合的新型仿人运动辅助控制方法。首先,采用中枢模式发生器CPG数学模型作为机器人的关节轨迹生成器,由CPG完成... 详细信息

引入仿生运动控制理论解决穿戴式机器人在运动辅助过程中的主/从运动问题,探索一种基于CPG的人机交互技术和传统控制理论相结合的新型仿人运动辅助控制方法。首先,采用中枢模式发生器CPG数学模型作为机器人的关节轨迹生成器,由CPG完成人机交互力矩和关节目标角度的输入输出变换;其次,采用PD控制实现对目标轨迹的跟踪控制。通过膝关节运动辅助实验验证了控制方法的有效性和可行性。结果表明,穿戴式辅助装置的行为模式能够进行主从运动转换;控制方法对节律运动具有明显的辅助效果;该控制方法较传统阻抗控制在协调性、辅助效果及柔性方面具有显著优越性。

关键词：穿戴式机器人主/从运动辅助中枢模式发生器人机交互

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基于遗传算法的蛇形机器人CPG模型参数优化

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计算机工程与设计 2015年第7期36卷 1859-1864页

作者：连晓峰郭卫平廉小亲苏中赵旭北京工商大学计算机与信息工程学院北京100048 北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室北京100101

针对蛇形机器人采用的循环抑制CPG模型,为解决CPG控制模型中参数整定效率低、不稳定的问题,阐述基于CPG模型的蛇形搜救机器人控制系统总体方案的设计,提出一种基于遗传算法的CPG控制模型参数优化方法,实现链式CPG网络的节律输出。仿真... 详细信息

针对蛇形机器人采用的循环抑制CPG模型,为解决CPG控制模型中参数整定效率低、不稳定的问题,阐述基于CPG模型的蛇形搜救机器人控制系统总体方案的设计,提出一种基于遗传算法的CPG控制模型参数优化方法,实现链式CPG网络的节律输出。仿真实现蛇形搜救机器人各关节控制信号的有效输出,仿真结果表明,该方法具有高效、准确、稳定等优点,可有效应用于蛇形搜救机器人的步态控制。

关键词：中枢模式发生器遗传算法参数优化节律蛇形机器人

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视觉地形分类和四足机器人步态规划方法研究与应用

视觉地形分类和四足机器人步态规划方法研究与应用

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作者：李彬山东大学

学位级别：博士

自然界中,四足哺乳动物在适应复杂地形、运动灵活性和效率等方面具有巨大的优势,它们依靠腿足运动几乎能在地球上的任何地面上活动。而从制造成本、控制难易程度和稳定性等方面综合考虑,四足机器人是最佳的多足机器人形式,在非结构环境... 详细信息

自然界中,四足哺乳动物在适应复杂地形、运动灵活性和效率等方面具有巨大的优势,它们依靠腿足运动几乎能在地球上的任何地面上活动。而从制造成本、控制难易程度和稳定性等方面综合考虑,四足机器人是最佳的多足机器人形式,在非结构环境下的军事-民用物质运输、野外勘探和探险、救援救灾等领域具有广阔的应用前景。因此,构造具有四足哺乳动物特性的高性能四足仿生机器人一直是人类的梦想。事实上,自第二次世界大战后,美国国防预先研究计划局(DARPA)等即开始持续资助多足机器人的研究。四足机器人与非结构环境交互过程中,由于地形-地面的多样性、复杂性,导致机器人与地形-地面之间存在有复杂的交互作用,使得机器人-地形-地面系统在根本上成为一个多链、动基座、变结构、强耦合、欠驱动、具有闭链约束和非完整约束的复杂多体非线性刚柔系统。因此有关四足仿生机器人大量科学问题和内蕴机理的研究、机器人基本特性的认识等尚需突破。构造具有大负载能力、高动态性和环境适应性的高性能四足机器人是当前一个主流的研究方向,围绕如何提高四足机器人的环境适应性和运动稳定性,本论文研究了视觉地形特征分类算法、四足机器人的腿结构设计和配置方式、四足机器人的运动学分析和步态规划方法,内容如下： (1)为了提高机器人的地形特征分类能力,首先研究了影响地形分类正确率的两个关键问题：视觉地形特征提取方法和不同地形的快速分类方法。在视觉地形特征提取方法中,首先利用MR8滤波器组方法提取出图像的纹理特征；然后基于聚类方法生成纹理词典；最后利用空间金字塔匹配方法生成视觉地形图像的直方图特征向量。在地形分类算法研究中,基于现有的ELM (Extreme Learning Machine)快速学习算法,针对其存在的缺点,引入了智能优化算法(差分进化算法和粒子群优化算法)和可调激活函数的思想,提出了改进的ELM-RBF学习算法和激活函数可调的ELM学习算法(称为TAF-ELM学习算法)。结合地形图像的特征提取方法和快速的TAF-ELM学习算法,将视觉地形分类方法应用于机器人的地形图像特征分类中,验证了方法的有效性,显著提高了图像的分类正确率。 (2)基于马／骡的腿结构仿生,设计了四足机器人的腿关节结构,并利用ADAMS和MATLAB联合仿真,给出了较优的机器人腿关节配置方式。推导了具有单腿4自由度的四足机器人的正运动方程和入地角度可调的逆运动学方程。为提高四足机器人的动态特性、负载能力和环境适应性提供了一定的理论基础。 (3)在总结四足机器人基本步态规划方法的基础上,给出了四足机器人对角小跑动步态规划方法。基于所推导的运动学方程和动步态规划方法,利用仿真和实验两种方式验证了四足机器人的运动学方程的正确性和有效性,并利用ADAMS和MATLAB联合仿真,研究了入地角度对四足机器人运动性能的影响。 (4)针对基于模型的步态规划方法建模复杂、单周期规划的缺点,研究了基于中枢模式发生器(CPG)的生物仿生步态规划方法。在总结已有的中枢模式发生器的基础上,研究了Wilson-Cowan神经振荡器的性质,基于该神经振荡器,提出了一种新的四足机器人的CPG控制器,利用构造的步态变换矩阵,实现了不同的四足机器人步态及不同步态之间的变换,为实际四足机器人平台的步态规划打下了一定的理论基础。

关键词：视觉地形分类极端学习机四足机器人步态规划中枢模式发生器

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基于循环抑制CPG的蛇形机器人运动控制方法

基于循环抑制CPG的蛇形机器人运动控制方法

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作者：卢振利中国科学院沈阳自动化研究所

学位级别：博士

蛇具有细长无肢的身体、独特的半球形关节，使其可在神经系统控制下完成与环境相适应的多种节律运动。模仿蛇的运动机理和行为方式而设计的蛇形机器人克服了轮腿式机器人的缺点，增加了机器人的运动方式，扩大了机器人的应用范围。但应... 详细信息

蛇具有细长无肢的身体、独特的半球形关节，使其可在神经系统控制下完成与环境相适应的多种节律运动。模仿蛇的运动机理和行为方式而设计的蛇形机器人克服了轮腿式机器人的缺点，增加了机器人的运动方式，扩大了机器人的应用范围。但应用传统的控制策略实现蛇形机器人运动控制遇到了很难克服的问题。随着社会经济与科技的发展，研究人员把从蛇运动神经系统研究中得到的启示应用到蛇形机器人上，希望不仅可以解决其运动控制问题，更能在构型、步态及控制机制上皆可展示蛇的特征。\n 生物学家已经证明动物的节律运动是其低级神经中枢的自激行为，是由中枢模式发生器(Central Pattern Generator，CPG)控制的。中枢模式发生器是一种能够在缺乏有规律的感知和中枢控制输入的情况下，产生有节奏模式输出的神经网络。\n 本文以国家自然科学基金课题《基于CPG的蛇形机器人控制方法研究》和国家“863”高技术计划资助项目《具有环境适应能力的蛇形机器人的研究》为依托，突破以相互抑制机理研究CPG的传统观点，首次创新性地提出应用循环抑制(Cyclie Inhibition，CI)机理来研究蛇形机器人的CPG建模与实现问题。本研究涵概了神经元模型的特性分析、蛇形机器人关节循环抑制CPG建模理论、蛇形机器人循环抑制CPG神经网络稳定性分析以及典型步态的生成方法、循环抑制CPG神经网络控制蛇形机器人蜿蜒运动参数设定策略、应用动力学仿真和实验对该CPG控制方法有效性的验证。\n 首先，本文介绍了两个用于CPG建模研究的蛇形机器人“勘查者”和“勘查者-I”。给出各自机械系统、控制系统的构成和动力学仿真平台。\n 其次，详细分析了神经元以及传统的相互抑制(Mutual ***)CPG的特性。从工程角度首次创新性地应用循环抑制建模理论构建了蛇形机器人CPG模型，并对其稳定性进行了深入的分析。首次证明持续型神经元构成的单向循环抑制(Unilateral Cyclic Inhibition，LICI)CPG是能产生振荡输出CPG中微分方程数量最少的，而且其产生振荡输出的机理完全不同于传统的相互抑制CPG。其不需要具备调整功能，只需要神经元之间强的单向循环抑制连接。\n 第三，首次应用单向激励连接循环抑制CPG构成蛇形机器人神经网络系统。分析了其稳定性，给出其产生振荡输出的条件。通过仿真和实验验证了循环抑制CPG神经网络实现典型步态(蜿蜒运动、伸缩运动和侧向运动)的有效性。首次应用双向循环抑制(Bidirectional Cyclic Inhibition，BCI)CPG神经网络在不同高级控制神经元命令激活下的输出实现蛇形机器人典型运动步态之间的转换。为蛇节律运动生成机制建模提供了新方法。\n 最后，从实时性、控制方便性等工程应用的角度，对单向循环抑制CPG神经网络实现蛇形机器人蜿蜒运动控制进行了深入的分析。给出了S-波形、幅值、运动速度和运动轨迹曲率的参数设定策略。该系统应用首CPG自激励权重调解成功解决了传统CPG控制系统中CPG的个数比蛇形机器人关节数多一个的问题，并用其实现了一种独特的转弯控制策略。\n 综上，为蛇形机器人运动控制提供了全新的方法。

关键词：蛇形机器人中枢模式发生器循环抑制运动控制稳定性分析

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基于GA优化双足机器人步态控制的CPG模型研究

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计算机测量与控制 2011年第10期19卷 2441-2443页

作者：李晓竹谷三国卢明扬辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105

由于传统人工规划产生步态是比较僵硬,缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正生物步态存在很大差异;而生物能很好利用中枢模式发生器的自激行为产生有节律的协调运动从而适应多种复杂环境,但普通CPG控制策略又会使关节间出现抖动,影响步... 详细信息

由于传统人工规划产生步态是比较僵硬,缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正生物步态存在很大差异;而生物能很好利用中枢模式发生器的自激行为产生有节律的协调运动从而适应多种复杂环境,但普通CPG控制策略又会使关节间出现抖动,影响步态的控制效果;文中提出了以生物中枢模式发生器模型为核心建立双足机器人控制系统,并对CPG的参数进行遗传算法的高效优化,提高了系统性能,消除了关节的抖动;通过MATLAB仿真验证基于GA参数优化的CPG控制机理的双足机器人节律运动控制方法是有效的,并得到了很好的控制效果。

关键词：中枢模式发生器双足机器人步态控制策略 GA参数优化节律运动

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CPG机理的双足机器人运动轨迹生成与分析

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机械设计与制造 2020年第2期 256-259页

作者：林佳裔胡小春张春合肥工业大学机械工程学院

目的在对中枢模式发生器(CPG)机理分析的基础上,生成关节运动轨迹,实现对双足机器人运动步态的控制。方法根据位姿矩阵实现对踝关节末端轨迹跟踪,整定CPG模型相位参数,利用节律信号输出叠加生成运动轨迹。通过联合仿真实验,对所规划的... 详细信息

目的在对中枢模式发生器(CPG)机理分析的基础上,生成关节运动轨迹,实现对双足机器人运动步态的控制。方法根据位姿矩阵实现对踝关节末端轨迹跟踪,整定CPG模型相位参数,利用节律信号输出叠加生成运动轨迹。通过联合仿真实验,对所规划的步态进行合理性、自稳定性和自适应性分析。结果生成的运动轨迹能够实现对双足机器人的行走步态控制。结论基于CPG生成的步态能够提高机器人的运动性能,具有更强的对复杂环境的适应性。生成的运动轨迹能够为双足机器人步态规划提供借鉴意义。

关键词：中枢模式发生器双足机器人位姿矩阵轨迹生成

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基于CPG的下肢假肢步态规划及运动仿真

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机床与液压 2021年第18期49卷 135-138页

作者：刘旭辉简震丁志娟张远方上海应用技术大学机械工程学院上海201418

针对现有假肢产品体积庞大、步态质量不佳的问题,将四连杆机构与磁流变阻尼器结合,设计了一种磁流变阻尼假肢膝关节,并基于磁流变阻尼假肢膝关节建立了下肢假肢虚拟样机模型。采用一组具有相位耦合关系的中枢模式发生器对下肢假肢进行... 详细信息

针对现有假肢产品体积庞大、步态质量不佳的问题,将四连杆机构与磁流变阻尼器结合,设计了一种磁流变阻尼假肢膝关节,并基于磁流变阻尼假肢膝关节建立了下肢假肢虚拟样机模型。采用一组具有相位耦合关系的中枢模式发生器对下肢假肢进行了步态规划,得出了各关节的角度曲线。为验证所得关节角度曲线的合理性,利用SolidWorks Motion对下肢假肢进行了运动仿真,仿真结果表明:在关节角度曲线的驱动下,下肢假肢的步态特征具有良好的仿生性。

关键词：步态规划下肢假肢中枢模式发生器关节角度曲线运动仿真

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基于Wilson-Cowan神经振荡器的四足机器人步态规划研究

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山东大学学报（工学版） 2010年第1期40卷 6-9,36页

作者：李彬李贻斌阮久宏宋洪军山东大学控制科学与工程学院山东济南250061 山东轻工业学院数理学院山东济南250353

中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)是一种重要的机器人节律运动控制方法。在Wilson-Cowan神经振荡器基础上,提出了一种新的CPG控制器,用于四足机器人的节律运动控制,每个Wilson-Cowan神经振荡器分别对应机器人的一个步行腿... 详细信息

中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)是一种重要的机器人节律运动控制方法。在Wilson-Cowan神经振荡器基础上,提出了一种新的CPG控制器,用于四足机器人的节律运动控制,每个Wilson-Cowan神经振荡器分别对应机器人的一个步行腿,对机器人的腿进行协调运动控制。通过调整振荡器之间的步态连接权矩阵,可以实现机器人不同的节律运动和各种运动模式间的转换。计算机仿真表明:本文提出的CPG控制方法能够稳定的生成不同步态的机器人运动轨迹,输出结果能够较好地符合各种步态的相位要求。

关键词：神经振荡器四足机器人中枢模式发生器步态

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