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8 篇 中国科学院自动化...
8 篇 中国科学技术大学
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279 篇 中文

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基于运动想象的脑电信号识别及实时控制应用

基于运动想象的脑电信号识别及实时控制应用

引用

作者：王雪梅南通大学

学位级别：硕士

解读丧失语言功能且肢体瘫痪病人的真实行为意图,对患者与外界环境进行交互至关重要。脑机接口(BCI)技术可实现思维解码,极大地改善患者的生活质量。另外,由于大脑神经的可塑性,运动想象脑电(MI-EEG)信号参与下的康复训练效果更好。因此... 详细信息

解读丧失语言功能且肢体瘫痪病人的真实行为意图,对患者与外界环境进行交互至关重要。脑机接口(BCI)技术可实现思维解码,极大地改善患者的生活质量。另外,由于大脑神经的可塑性,运动想象脑电(MI-EEG)信号参与下的康复训练效果更好。因此,研究MI-EEG的信号处理、分类识别及实时应用,具有重要的研究价值和意义。开展了基于Open Vi BE进行双侧下肢MI-EEG信号的分类算法研究。针对共空间模式(CSP)特征提取算法存在噪声敏感和容易过拟合的问题,采用Tikhonov正则化(TR)进行优化和改进,以构建Tikhonov正则化共空间模式(TRCSP)滤波器。分别利用支持向量机(SVM)和线性判别分析(LDA)算法完成分类识别。基于统计学方法对TRCSP+SVM、TRCSP+LDA、CSP+SVM及CSP+LDA四种分类方法的性能进行测试和比较。最终,TRCSP+SVM方法的分类性能取得了最佳效果且显著优于其他组合,平均准确率高达97.28%±0.97%,平均Kappa系数高达0.91±0.06,平均AUC值高达0.98±0.01。相较于CSP+SVM方法,TRCSP+SVM方法在准确率方面有10%的提升。充分证明了改进的TRCSP特征提取方法与SVM算法相结合的分类方法在提升下肢MI-EEG信号的分类识别率方面具有优势。根据课题组已发现的不同极性脉冲刺激信号作用到中枢模式发生器(CPG)位点上可诱发双侧下肢步态模式发生翻转的调控机制,本文将运动想象脑机接口(MI-BCI)与功能性电刺激(FES)技术相结合,设计了一套刺激电极较少,时序控制相对简单的步态控制器,构建“所思”即“所动”的肢体康复训练模式。选定TRCSP+SVM识别方法作为整个在线康复训练系统的控制策略。分类识别的结果数据将通过虚拟现实外围网络(VRPN)协议稳定传输至步态控制器,生成触发不同模式刺激信号的对应指令。当受试者执行想象“迈左腿”任务时,大鼠下肢产生左屈右伸的步态运动;当受试者执行想象“迈右腿”任务时,大鼠下肢产生右屈左伸的步态运动。成功实现在FES作用下与受试者意图相对应的下肢期望运动。为了测试基于运动想象(MI)的瘫痪双下肢实时运动控制系统在康复训练中的功能及效果,开展了为期三周的大鼠动物实验。与脊髓损伤(SCI)组大鼠相比,施加MI控制下电刺激的SCI(SCI+MI-ES)组大鼠BBB量表评分高出了4分左右,后肢最大抓力高出了5N左右,下肢运动功能的恢复情况有了更为显著提升。验证了基于MI的瘫痪双下肢步态控制系统在康复训练应用场景中的有效性。为SCI等偏瘫患者重建运动功能提供了新的思路与方法,推动MI-BCI系统在康复医学领域的实用化进程。

关键词：脑-机接口运动想象 TRCSP 功能电刺激中枢模式发生器

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主动式智能踝关节控制系统的开发和应用

主动式智能踝关节控制系统的开发和应用

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作者：徐彩玉河北工业大学

学位级别：硕士

随着生物医学工程的发展和人们生活水平的提高，主动式智能踝关节假肢引起了广泛的关注。主动式假肢由动力机构提供助人行走的动力，利用人体信息控制动力机构，使它具有人的功能和特性，实现人的肢体运动，改善了截肢者的步态。本文主... 详细信息

随着生物医学工程的发展和人们生活水平的提高，主动式智能踝关节假肢引起了广泛的关注。主动式假肢由动力机构提供助人行走的动力，利用人体信息控制动力机构，使它具有人的功能和特性，实现人的肢体运动，改善了截肢者的步态。本文主要研究内容如下：首先,认真分析了人体运动系统的特征和步态信息，特别从运动学和动力学角度对踝关节进行了研究。利用Vicon MX系统采集五种典型路况下的踝关节角度曲线和步行信息。其次,根据人体脚踝和假肢踝关节的特点，设计了主动式智能踝关节假肢的机械结构和控制系统，引入了基于CPG的主动式踝关节假肢运动轨迹的分段线性化的控制方法，最后通过Matlab仿真,验证了这种控制方法的有效性，为主动式踝关节假肢的控制提供理论依据。然后，在有效的控制策略和满足假肢功能要求的基础上，建立了主动式假肢控制系统的硬件框架，包括控制单元、驱动单元、多传感器部分。根据控制原理和硬件结构，编写了系统控制程序，实现了假肢速度和角度的识别和控制，也为后续的开发者打下了基础。最后,总结并分析了本课题已完成的工作和不足，对后续的主动式智能假肢踝关节控制系统的开发进行了展望。

关键词：动力踝中枢模式发生器学习控制步态

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六足机器人行走步态的协调控制研究

六足机器人行走步态的协调控制研究

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作者：雷震宇西安工业大学

学位级别：硕士

六足机器人由于具有高阶、强耦合、多变量和非线性等显著特点,被普遍应用于代替人类在地震救灾、水下搜寻或者太空任务等方面执行一些特殊的任务,这样不仅可以解放人类,还大大提高了执行效率。本文针对智能机器人搭载机械臂在皮江法炼... 详细信息

六足机器人由于具有高阶、强耦合、多变量和非线性等显著特点,被普遍应用于代替人类在地震救灾、水下搜寻或者太空任务等方面执行一些特殊的任务,这样不仅可以解放人类,还大大提高了执行效率。本文针对智能机器人搭载机械臂在皮江法炼镁工艺过程中,进行还原罐的排渣工序操作,着重研究六足机器人的智能平台,通过模仿自然界哺乳动物与六足纲昆虫的原理机制,设计仿生六足机器人的整体结构,针对设计的六足机器人模型研究其步行位姿控制技术,实现六足机器人在移动过程中的协调控制,完成机器人在还原罐与废渣处理中心的自由移动,适用于卧罐或立罐。本文具体的研究内容有:首先分析多足机器人的国内外研究现状以及智能化控制方法,确定了六足机器人的运动控制利用中枢模式发生器的方法进行。针对论文的目标要求,设计了六足机器人的结构模型以及确定了机器人相应的腿部与躯干等特征参数,并利用D-H参数法进行机器人腿部正逆运动学的分析;描述六足机器人的足端工作空间,并用蒙特卡洛的方法进行了足端工作空间的三维显示。介绍六足机器人的基础知识与典型步态,在机器人腿部运动学分析的基础上,采用多项式插值的方法结合机器人的稳定性条件研究规划机器人支撑相与摆动相的足端轨迹,完成六足机器人的运动规划。六足机器人的协调控制采用Hopf神经振荡器为基本单元,分析其振荡器表达式方程参数对输出状态的作用,研究机器人协调运动腿间与腿内关节控制曲线与改进Hopf振荡器输出波形的映射关系,利用改进Hopf振荡器方程的可调性控制机器人实现不同的步态的任意切换,利用机械系统动力学软件ADAMS与MATLAB联合搭建六足机器人的控制系统,在ADAMS中完成六足机器人的机械建模后,在MATLAB/Simulink中负责构建基于CPG的机器人腿部控制节律信号,利用其独特的ADAMS/Control接口实现二者的联立,实现了机器人的仿真运动。仿真实验结果表明,利用CPG可以控制六足机器人以三角步态完成协调稳定的行走,验证了六足机器人结构设计的合理性以及所设计CPG模型的有效性与可行性,同时机器人的腿部运动符合动物腿部运动规律,为之后将CPG算法应用到六足机器人的物理样机实验与研究提供保障。

关键词：六足机器人中枢模式发生器轨迹规划协调控制

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基于多运动步态的蛇形机器人设计与研究

基于多运动步态的蛇形机器人设计与研究

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作者：肖婷婷成都理工大学

学位级别：硕士

近年来我国地震、火灾等灾害频繁发生,严重危及到人民的生命和财产安全。由于电缆检测、桥梁检测等高空作业直接夺走救援人员生命的案例时有发生,让人感到悲痛与惋惜。因此研制出一种能够代替或辅助人类完成危险作业的机器人很有必要。... 详细信息

近年来我国地震、火灾等灾害频繁发生,严重危及到人民的生命和财产安全。由于电缆检测、桥梁检测等高空作业直接夺走救援人员生命的案例时有发生,让人感到悲痛与惋惜。因此研制出一种能够代替或辅助人类完成危险作业的机器人很有必要。仿生机器人是对自然界生物的结构和行为进行模仿,并将其某些特征应用在机器人的设计中,从而研制出具有类似生物外形或机能的机器人系统。近年来仿生机器人的研究十分流行,且逐渐向抢险救灾、管道检测、医学治疗、太空探索等多个方向发展。仿生机器人主要包括多足机器人、飞行机器人以及蛇形机器人等等,蛇形机器人因其身体细长、运动步态稳定等优势被应用在许多不适宜人类工作的复杂领域。基于此背景,本文开展了一种基于多运动步态的蛇形机器人设计与研究,该研究对今后进行抢险救援、高空作业有着重要意义。论文主要从蛇形机器人的机械系统设计、控制系统设计、运动学建模与控制函数分析、运动步态仿真和样机测试四个方面进行了研究。论文的主要内容和取得的成果如下:(1)蛇形机器人的机械系统设计。设计时研究了生物蛇的结构和运动步态,依据舵机尺寸和外部硬件需求,运用SolidWorks软件对连杆关节、蛇头蛇尾进行了设计。设计的机器人有连杆关节紧凑、整机体积小、内部空间大等优点,前后关节之间采用正交连接方式以实现蛇形机器人蜿蜒、蠕动和翻滚等多步态运动。(2)蛇形机器人的控制系统设计。控制系统主要包括了主控系统、从控系统和监控系统,根据需求对主从控系统的硬件电路和监控系统软件分别进行了设计。从控系统与主控系统之间通过Zigbee组网技术完成了数据通信,主控系统集成的多传感器和摄像头能够完成环境温湿度、气压、CO有害气体、热源检测以及视频采集,并通过蓝牙模块和WiFi通信实现了数据信息在监控系统上的在线显示。(3)蛇形机器人运动学建模及控制函数分析。本文采用D-H分析法对蛇形机器人进行了运动学建模,研究了机器人末端位姿与各关节之间的坐标关系。机器人控制函数的研究则是基于Serpenoid控制函数和基于中枢模式发生器(CPG)模型进行了深入探讨和分析。其中对Serpenoid控制函数的参数进行了分析,通过曲线拟合得到蛇形机器人运动形状函数与关节角度函数之间的关系;通过对CPG模型建模和参数分析得到可靠的机器人运动控制信号。二者为蛇形机器人的实际控制奠定了理论基础。(4)蛇形机器人的步态仿真和样机测试。本文基于ADAMS和MATLAB软件对蛇形机器人的Serpenoid控制函数和CPG模型两种方式进行了步态仿真。其中,详细讨论了Serpenoid控制函数中各参数对蛇形机器人蜿蜒、蠕动、翻滚等步态的位移产生的影响,得出稳定步态下对应的较优参数,并对关节的角度和力矩变化进行了分析。另外建立了ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真接口,完成了用CPG模型控制蛇形机器人。最后对蛇形机器人的样机做了步态测试,测试结果显示良好。总的来说,本文设计的蛇形机器人步态稳定可靠、功能齐全,通过对系统的不断改进可将机器人应用于管道检测、高空作业以及灾害救援等复杂环境之中。

关键词：蛇形机器人运动步态 Serpenoid函数中枢模式发生器 ADAMS仿真

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电刺激脊髓CPG的后肢康复训练系统研究

电刺激脊髓CPG的后肢康复训练系统研究

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作者：楼雄杰南通大学

学位级别：硕士

脊髓内微刺激 (ISMS) 技术是通过刺激脊髓来间接激活肌肉运动，是一种非常具有前景的电刺激康复治疗技术，尤其是在生物体由于脊髓损伤 (SCI) 而导致肢体的运动功能瘫痪领域，ISMS作为一种恢复瘫痪肢体运动功能的康复训练方式已被广泛... 详细信息

脊髓内微刺激 (ISMS) 技术是通过刺激脊髓来间接激活肌肉运动，是一种非常具有前景的电刺激康复治疗技术，尤其是在生物体由于脊髓损伤 (SCI) 而导致肢体的运动功能瘫痪领域，ISMS作为一种恢复瘫痪肢体运动功能的康复训练方式已被广泛认可。近年来ISMS的研究大多数以激励脊髓中的运动神经元为目标，由于运动神经元控制的肌肉运动相对单一，完成一个协同的动作需要多根刺激电极相互配合，存在控制时序复杂、易引起肌肉疲劳，控制精度不高等问题。为此，本文以调控后肢步态运动的脊髓运动神经元网络—中枢模式发生器 (CPG) 为激励对象，建立一套刺激电极数量较少、调节时序简单、控制精度高、康复训练效果好的ISMS电刺激康复训练系统。主要的研究工作如下：　　建立了基于脊髓CPG的后肢运动调节控制策略。在课题组发现不同极性的刺激脉冲信号作用到大鼠脊髓右侧特定CPG位点上能够诱发右后肢伸展和收缩动作的基础上，确立了刺激序列模式，并以此为基础，建立了三种控制策略 (PID、FLC、FLC型自整定PID) 对SCI大鼠的后肢运动进行调控，控制策略通过同时调节刺激脉冲信号的三个参数 (脉冲幅值、脉冲宽度、脉冲频率) 实时对大鼠后肢运动进行控制。　　建立了一套完整的ISMS康复训练系统。系统分为三个模块，分别为视觉模块、上位机模块、刺激器模块。视觉模块负责采集关节角度信息;上位机模块负责展示过程信息、控制命令计算以及信息传输等功能，刺激器负责生成刺激信号和实时调节刺激参数。在三个模块的共同作用下，实现了系统稳定可靠的运行。　　通过动物实验验证ISMS系统的控制性能。采用均方根误差和归一化均方根误差对系统的控制性能进行评估，FLC型自整定 PID的控制精度最高。通过对实验结果的分析，证明了系统可以实现对SCI大鼠后肢的精确调控。　　实验研究表明，基于CPG的ISMS康复训练系统能用简单的时序，一对电极实现对 SCI 大鼠后肢按预设的膝关节角度轨迹进行运动，并在不同大鼠以及不同膝关节角度轨迹上具有可重复性，这为 SCI 患者的康复训练系统的设计提供了新的设计思路与方法。

关键词：后肢康复训练系统结构设计脊髓内微刺激中枢模式发生器

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模块化自重构机器人协调运动规划与运动功能进化研究

模块化自重构机器人协调运动规划与运动功能进化研究

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作者：尹靖淳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本硕士课题针对链式结构的模块化自重构机器人,进行了协调运动规划以及运动功能在线进化的研究。在基于MRDS?（Microsoft Robotics Developer Studio）平台并使用SPL? （Simulation Programming Language）,联合MATLAB?所构建的三... 详细信息

本硕士课题针对链式结构的模块化自重构机器人,进行了协调运动规划以及运动功能在线进化的研究。在基于MRDS?（Microsoft Robotics Developer Studio）平台并使用SPL? （Simulation Programming Language）,联合MATLAB?所构建的三维动力学仿真平台中,针对典型构型的模块化自重构机器人进行了协调运动的规划以及步态优化的研究;并将仿真实验中所得到的结果传递到了物理上的HIT立方晶胞自重构机器人实验系统,通过物理实验验证了仿真结果的有效性和面向硬件系统的仿真方法的可行性。本课题采用了中枢模式发生器来为链式结构的自重构机器人系统进行运动规划。通过数值仿真产生驱动信号而驱动机器人各模块关节的运动,在仿真环境中使用了比例控制和微分控制来确保所规划的关节运动轨迹的可靠执行。应用了下山单纯形（Downhill Simplex Algorithm）的优化算法来在仿真环境中为机器人进行运动功能的进化;在以一定的目标函数来评价的情况下,通过大量次数的迭代计算,搜索较优的运动步态参数,从而实现运动功能的进化。中枢模式发生器是具有分布式特性的,局部各单元间相互作用的控制器。这种结构对抗外部干扰能力强,能够产生周期性的、有节律的、振荡的、平滑的调制信号,从而可靠地为机器人进行运动规划。本课题通过数值方法使用耦合动态非线性振荡器来构建中枢模式发生器;利用其输出信号来驱动模块的伺服舵机。使用了下山单纯形这种不计算导数的优化算法来优化中枢模式发生器的控制参数,以期达到较佳的运动效果。然后,将仿真实验的数据传递到实验室现有的立方晶胞模块化自重构机器人系统物理模块上,通过物理实验验证了该运动规划和运动优化的方法的有效性。

关键词：模块化自重构机器人运动规划运动功能进化中枢模式发生器下山单纯形算法

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基于CPG的四足机器人坡面行走和越障控制

基于CPG的四足机器人坡面行走和越障控制

引用

作者：魏扬帆南京理工大学

学位级别：硕士

近些年来，随着计算机技术和人工智能理论的快速发展，四足机器人在复杂环境下的运动控制已成为机器人领域的研究热点。与轮式和履式机器人相比，四足机器人具有良好的稳定性能和优异的环境适应性，在教育、医疗、工业、军事等各个领域... 详细信息

近些年来，随着计算机技术和人工智能理论的快速发展，四足机器人在复杂环境下的运动控制已成为机器人领域的研究热点。与轮式和履式机器人相比，四足机器人具有良好的稳定性能和优异的环境适应性，在教育、医疗、工业、军事等各个领域有着广大的发展前景和重要的研究价值。本文主要研究四足机器人的步态规划以及在复杂环境下的运动控制策略，提高其对动态复杂地形及外界扰动的智能自适应能力。　　首先，针对四足机器人常规地形下的步态规划与轨迹跟踪问题，本文研究了基于的中枢模式发生器（CentralPatternGenerator，CPG）的步态规划策略和基于滑模控制器的轨迹跟踪。选用Hopf振荡器作为构建中枢模式发生器的基本单元，通过对生物节律运动观察，建立了CPG输出信号与四足机器人关节角度变化的映射函数，通过改变CPG网络的步态矩阵和负载因子实现了四足机器人的常见典型步态以及步态之间切换，在底层控制器模块为了提高控制性能，设计滑模控制器应用到四足机器人CPG轨迹跟踪控制中,实现期望的轨迹跟踪。　　其次，针对四足机器人在坡面环境下的稳定行走控制问题，本文在原有的基于CPG的四足机器人节律步态控制的基础上进行修正，通过研究前庭反射机制探索四足机器人的地形适应性控制方法。根据ZMP稳定判据分析四足机器人在坡面上的稳定性，提出仿生控制和智能优化算法相结合的控制策略，在传统的CPG模型中加入反馈项参数调节四足机器人各关节平衡位置，以稳定性为优化指标，通过差分进化算法优化CPG模型的反馈项参数，提升了四足机器人在坡面运动的稳定性。　　再次，针对四足机器人在分布障碍物环境下的行走控制问题，本文主要基于两种不同场景进行研究。当在未知环境下碰到障碍时，借鉴生物的屈肌反射机制对四足机器人越障过程进行机理分析，对摆动前相触障和后相触障两种情况规划了相应的关节角度变化曲线，整定了屈肌反射模型的参数;当在障碍物环境信息已知时，首先通过调节CPG映射函数改变四足机器人步长，达到合适的越障起始落足点。接着根据复合摆线方程规划足端轨迹，针对传统的复合摆线方程存在起始点和落足点加速度突变的情况，对复合摆线方程进行了修正，根据已知障碍物信息确定了轨迹参数，实现了四足机器人的越障运动控制。　　最后，针对上述研究方法，采用Matlab仿真软件及Webots机器人仿真平台对设计的控制策略进行求解和仿真，并验证所提方法的有效性。

关键词：四足机器人中枢模式发生器步态规划

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六足机器人复杂地形适应全向运动控制研究

六足机器人复杂地形适应全向运动控制研究

引用

作者：胡逸然成都理工大学

学位级别：硕士

相比于两足、四足机器人,六足机器人具有重心下置、腿环绕分布的特点,并能采用非连续的稳态步态行进,具有更加优秀的稳定性和通过能力,更适合进行在复杂的地形下的越野和运载物品等工作,具有广阔的应用前景。本文以六足机器人在复杂地... 详细信息

相比于两足、四足机器人,六足机器人具有重心下置、腿环绕分布的特点,并能采用非连续的稳态步态行进,具有更加优秀的稳定性和通过能力,更适合进行在复杂的地形下的越野和运载物品等工作,具有广阔的应用前景。本文以六足机器人在复杂地形运载物品这一面向应用的具体情景作为研究导向,深入研究控制系统优化办法,简化步态规划方法,面向实际设计反馈功能,旨在建立一个较为完整的运动控制系统底层,为后续机器人从实验室走向实际环境奠定基础。本文主要进行了以下研究: (1)在运动学研究基础上进行了六足机器人控制系统的研究。建立了面向足端控制的模块化六足机器人CPG系统,降低了系统动态参数耦合性,使控制系统基础上的步态规划得到简化,并对CPG的极限环进行了地形适应性的优化。实验表明,优化后的CPG控制系统能够提高机器人的通过能力,控制系统在机器人上具有良好的适配性。 (2)在改进CPG控制底层的基础上,进行了六足机器人运动能力的研究。在系统底层输出的足端轨迹基础上进行步态调制,完成了定半径转向和斜向运动两种步态的规划,这两种步态的结合能够实现六足机器人的全向运动。实验表明,定半径转向步态下机器人能够保持稳定的转向半径,斜向运动步态下机器人能够保持稳定的航向角。 (3)在改进CPG控制底层的基础上,进行了机器人地形适应性反馈控制的研究。这一研究包括ZMP位置检测和姿态稳定反馈两个核心研究点。通过对根据足端力构建的力学关系进行SVD分解的方式,获得了ZMP在机器人支撑平面投影的位置比例参数;通过姿态和立足点的关系计算了姿态扰动下的足端偏差,通过在CPG控制层对偏差的补偿实现了机器人姿态的稳定。进行了整机系统在定半径转向步态下的两类单闭环控制实验。实验表明,ZMP位置检测比传统方法具有更好的实时性和真实性,能够适应机器人驮载作业等实际需求;姿态稳定控制能够使机器人调整姿态接近水平,抵抗地形带来的姿态扰动;整机系统在六足机器人上具有良好的适配性。

关键词：六足机器人复杂地形中枢模式发生器步态规划地形适应

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矿用6RSS并联步行机器人关键技术研究与设计

矿用6RSS并联步行机器人关键技术研究与设计

引用

作者：李勇庆山东科技大学

学位级别：硕士

煤矿井下探测机器人能够深入井下开展环境探测工作,及时了解井下设备及环境的安全性,从而降低事故发生的概率。但井下环境恶劣,地面崎岖不平,为了适应复杂的作业环境,可靠地执行探测任务,需要设计灵活性高、越障能力强的探测机器人。本... 详细信息

煤矿井下探测机器人能够深入井下开展环境探测工作,及时了解井下设备及环境的安全性,从而降低事故发生的概率。但井下环境恶劣,地面崎岖不平,为了适应复杂的作业环境,可靠地执行探测任务,需要设计灵活性高、越障能力强的探测机器人。本文分析了国内外对探测机器人的研究现状及存在的问题,提出了以6RSS并联机构为本体,以CPG作为节律运动控制器的步行探测机器人。并对6RSS步行探测机器人的运动学、动力学、工作空间优化、CPG步态规划进行研究。在对6RSS并联机器人运动学与动力学建模的基础上,获得了运动学逆解及驱动机构扭矩与机构运动之间的关系,利用Simulink搭建完整的动力学模型,优化了 PID控制器参数,提高了系统的响应速度和准确性,将机器人的轨迹跟踪误差控制在合理的范围内。通过对6RSS并联机器人工作空间的分析,建立了考虑结构约束的工作空间优化目标函数,优化过程中联合使用基于蒙特卡洛算法的工作空间求解方法及基于多岛遗传算法的工作空间优化方法,通过对结构参数的优化将工作空间提高了 5.33倍。并对各参数进行参数试验,得到了各参数与工作空间占比的关系,为6RSS并联机器人结构设计提供依据。在分析了神经元模型的基础上,选择了具有较强适应性和鲁棒性的改进Kimura递归振荡器模型作为CPG节律发生器的互抑神经元,并就CPG各项参数对系统节律信号特性的影响进行了分析,确定了对输出信号周期与幅值影响程度最大的参数。针对机器人典型步态下CPG网络输出型号特性进行了分析,得到了步态转换方法。通过仿真验证了 CPG节律控制器的可行性。最后通过样机设计与测试,验证了上述分析与设计的合理性,为6RSS并联步行探测机器人的开发与应用创造了条件。

关键词：步行机器人 6RSS并联机构工作空间中枢模式发生器

来源：评论

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多学科方法鉴定海兔神经环路中谷氨酸能神经元及其功能

多学科方法鉴定海兔神经环路中谷氨酸能神经元及其功能

引用

作者：陈宋安南京大学

学位级别：硕士

神经环路(neural circuit)由神经元以及突触联接构成,是神经网络组成的最基本结构。目前,对于海兔(Aplysia)摄食神经环路的研究主要包括环路的具体组成元件——神经元以及特定神经元所含有的神经递质。前期研究表明,海兔摄食神经环路中... 详细信息

神经环路(neural circuit)由神经元以及突触联接构成,是神经网络组成的最基本结构。目前,对于海兔(Aplysia)摄食神经环路的研究主要包括环路的具体组成元件——神经元以及特定神经元所含有的神经递质。前期研究表明,海兔摄食神经环路中,负责齿舌(radula)伸长的关键神经元是胆碱能的。然而,对于负责齿舌回缩的关键中间神经元是通过何种神经递质发挥作用的研究却还不够深入,只有少数研究表明这类神经元可能是谷氨酸能的。传统的谷氨酸能神经元鉴定方法比较单一,比如单一的药理学实验或者单一的分子生物学鉴定。药理学实验鉴定谷氨酸能神经元的缺点是鉴定结果特异性不高,因为实验过程中采用的大多数药物通常是在脊椎动物相关研究中被使用过,当这些药物被运用到无脊椎动物中时就可能存在特异性问题；分子生物学实验鉴定谷氨酸能神经元虽然特异性较高,但是该方法不能直接研究谷氨酸能神经元的功能。因此,多学科方法综合研究谷氨酸能神经元及其功能就显得很有必要。本文通过多学科手段,包括生物信息学、分子生物学、药理学、电生理等,第一次在无脊椎动物中证明了具有转运功能的囊泡谷氨酸转运体(vesicular glutamate transporters, VGLUTs),并且成功鉴定出海兔摄食环路中一个关键的控制齿舌回缩的中间神经元——B64神经元是谷氨酸能的细胞,而且可以同时通过谷氨酸能突触产生兴奋性和抑制性突触后联系。在本课题研究之前,我们的合作者通过B64神经元与已知的非谷氨酸能细胞的表达差异性分析而克隆得到了B64神经元中一段特异性cDNA序列。在本课题研究中,我们首先将这段特异性cDNA序列进行了生物信息学分析,结果显示这段序列不论在序列上还是疏水性质方面都与已报道的囊泡谷氨酸转运体(vesicular glutamate transporters, VGLUTs)存在极高的相似性,这表明B64神经元极有可能具备了典型的谷氨酸能神经元特性,即含有谷氨酸能突触活动必不可少的分子——囊泡谷氨酸转运体(VGLUT)。因此,我们将这段序列命名为海兔囊泡谷氨酸转运体(Aplysia vesicular glutamate transporter, ApVGLUT)。而且有趣的是,进化树分析结果显示,较于果蝇和线虫的VGLUTs,海兔的ApVGLUT在亲缘关系上更接近哺乳动物。随后,我们又利用合作者提供的ApVGLUT-pcDNA3重组质粒成功在COS7细胞系中表达了一种依赖ATP和质子浓度梯度转运谷氨酸的转运蛋白,该结果表明ApVGLUT确实是一种新的囊泡谷氨酸转运体。神经节免疫荧光实验证明B64神经元确实含有ApVGLUT.同时,药理学实验证明B64神经元产生的EPSPs和IPSPs是通过神经递质谷氨酸介导的。最终,我们通过多学科手段相结合的方法,成功证明了B64神经元是谷氨酸能的。综上所述,在海兔摄食神经环路中,B64中间神经元通过囊泡谷氨酸转运体转运谷氨酸并以此作为主要神经递质从而产生兴奋性和抑制性突触后联系,最终控制齿舌回缩动作的发生。值得一提的是,我们建立的这套综合性多学科方法有望对其它模式动物中可识别神经元神经递质种类的鉴定及功能研究提供重要参考价值。

关键词：海兔中枢模式发生器摄食谷氨酸中间神经元囊泡谷氨酸转运体

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