检索结果-内蒙古大学图书馆

北京航空航天大学学报 2024年

作者：田新雨王少萍王兴坚张育玮魏翊北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学宁波创新研究院天目山实验室

受人体行走过程中中枢模式发生器(central pattern generators， CPGs)生物学概念的启发，本文研究了踝关节假肢的自适应行走控制。利用CPGs，设计了由人体质心轨迹生成器和踝关节假肢轨迹生成器组成的轨迹生成器。利用扩展卡尔曼滤波... 详细信息

受人体行走过程中中枢模式发生器(central pattern generators， CPGs)生物学概念的启发，本文研究了踝关节假肢的自适应行走控制。利用CPGs，设计了由人体质心轨迹生成器和踝关节假肢轨迹生成器组成的轨迹生成器。利用扩展卡尔曼滤波将表面肌电信号的估计结果与惯性测量单元的测量结果进行信息融合，通过融合算法对关节角度进行误差修正，在获得的超前且稳定的关节角度信息的反馈下，自适应轨迹生成器能够在线生成自适应轨迹，并基于生成的自适应轨迹实时控制踝关节假肢，整体控制策略将运动轨迹从人体质心最终映射到踝关节假肢上。该控制策略能够在线生成自适应踝关节控制信号，实现穿戴者的自适应行走，最终通过平面变步速假肢穿戴试验验证了所提控制策略的有效性。

关键词：中枢模式发生器人体质心轨迹关节角度测量踝关节假肢控制自适应行走

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基于中枢模式发生器的膝上假肢测试系统

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中国科技论文 2016年第22期11卷 2519-2524页

作者：袁刚徐磊付强王代华重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学光电工程学院重庆400044

利用Rayleigh振荡器建立了膝上假肢的髋关节上下位移量、转角和膝关节转角等变量间的数学关系模型及其构成的中枢模式发生器,分析了该中枢模式发生器中各振荡器控制参数的解算方程。提出并设计了1种由基于中枢模式发生器的系统控制器和... 详细信息

利用Rayleigh振荡器建立了膝上假肢的髋关节上下位移量、转角和膝关节转角等变量间的数学关系模型及其构成的中枢模式发生器,分析了该中枢模式发生器中各振荡器控制参数的解算方程。提出并设计了1种由基于中枢模式发生器的系统控制器和大腿运动模拟装置组成的膝上假肢测试系统。测试结果表明,该系统能产生模拟人体髋关节上下运动、转动的运动曲线和膝关节转动的运动曲线,可在5s内达到稳定的期望振荡;具有抗扰动特性,受到扰动时能在15s内恢复稳定振荡;能够在线调节幅值和频率等控制参数。

关键词：智能结构与系统膝上假肢中枢模式发生器 Rayleigh振荡器测试系统生物诱导

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步行中枢模式发生器的研究进展

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中国脊柱脊髓杂志 2012年第12期22卷 1113-1116页

作者：叶超群孙天胜刘智北京军区总医院骨科北京市东城区南门仓5号100700

中枢模式发生器（central pattern ***）是一个概念性结构，研究显示以步行训练为代表的康复措施促进脊髓损伤患者步行功能改善，机制主要与损伤部位尾侧的步行CPG可塑性有关。然而，目前对于步行CPG的解剖结构及可塑性机制并不完全清... 详细信息

中枢模式发生器（central pattern ***）是一个概念性结构，研究显示以步行训练为代表的康复措施促进脊髓损伤患者步行功能改善，机制主要与损伤部位尾侧的步行CPG可塑性有关。然而，目前对于步行CPG的解剖结构及可塑性机制并不完全清楚。笔者对步行CPG的研究进展综述如下。

关键词：中枢模式发生器 generator pattern 脊髓损伤患者解剖结构 CPG 步行功能步行训练

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基于中枢模式发生器的机器人足端轨迹规划

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中国医学物理学杂志 2024年第1期41卷 72-80页

作者：张峰曹乐徐浩洋张思河上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

提出一种仿生足端轨迹控制法,与传统方法相比,该方法用单个CPG神经元,将振荡器产生的轨迹直接作用于六足机器人足端,通过逆向求解各关节角度,节律摆动机器人各足实现横向行走。可调节CPG振荡器中的负载因子,周期,幅值等参数,实现六足机... 详细信息

提出一种仿生足端轨迹控制法,与传统方法相比,该方法用单个CPG神经元,将振荡器产生的轨迹直接作用于六足机器人足端,通过逆向求解各关节角度,节律摆动机器人各足实现横向行走。可调节CPG振荡器中的负载因子,周期,幅值等参数,实现六足机器人足端轨迹中的步距,步幅以及在摆动相过程中的前摆轨迹和后摆轨迹调节。通过Matlab与Coppeliasim联合仿真,验证了改进后的模型应用在足端轨迹的可行性,与传统方法相比,参数调节灵活性高,并发处理效果好。

关键词：六足机器人中枢模式发生器 Hopf振荡器足端轨迹节律运动

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基于中枢模式发生器的异构双腿行走机器人人工腿步态规划研究

基于中枢模式发生器的异构双腿行走机器人人工腿步态规划研究

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作者：王慧莹东北大学

学位级别：硕士

仿人机器人的研究目的是最终实现全方位的拟人,而智能假肢的研究恰好需要一种能够高度拟人的实验平台,将二者结合一起即构成一种新型仿人机器人模式——异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs,简称BRHL)。BRHL能够很... 详细信息

仿人机器人的研究目的是最终实现全方位的拟人,而智能假肢的研究恰好需要一种能够高度拟人的实验平台,将二者结合一起即构成一种新型仿人机器人模式——异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs,简称BRHL)。BRHL能够很好的模拟残疾人穿戴智能假肢的情况,为智能假肢的研究提供一个很好的实验平台。本文以BRHL作为研究平台,进行BRHL人工腿步态规划研究,主要做了以下几方面工作：(1)在阐明BRHL的研究背景和研究目的的基础上,对BRHL进行整体结构设计。BRHL双腿膝关节采用四连杆闭链仿生膝关节。BRHL髋关节由电机驱动,人工腿膝关节采用人工肌肉主动驱动,仿生腿膝关节则由磁流变阻尼器半主动驱动。BRHL的结构设计为后面人工腿步态规划奠定了基础。(2)为了使仿生腿能跟随人工腿的步态,研究了智能仿生腿的步态识别方法。设计了智能仿生腿步态传感系统,进行了传感器的选型,并且建立了基于BP神经网络的步态识别模型,采用L-M训练算法作为BP神经网络的训练。(3)本文借鉴双腿行走机器人的步态规划方法,将中枢模式发生器法(Central Pattern Generator,简称CPG)应用于BRHL人工腿的步态规划。基于Hopf’非线性振荡器模型建立CPG控制网络,采用遗传算法进行参数整定,在MATLAB中进行仿真得出步态。(4)基于Matsuoka非线性振荡器模型对BRHL人工腿进行步态规划研究,采用单参数分析法对模型进行参数整定,经过MATLAB仿真分析得出步态,基于ADAMS等软件进行步态运动仿真及联合控制仿真。最后,总结本文所做工作,分析不足之处,并提出今后的研究重点。

关键词：异构双腿行走机器人步态识别步态传感系统步态规划中枢模式发生器

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呼吸中枢模式发生器节律变异性的研究

呼吸中枢模式发生器节律变异性的研究

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作者：于敏行天津大学

学位级别：硕士

中枢模式发生器(CPG)是一种特殊的生物神经回路,它能够自发产生节律输出,驱动行走、呼吸或咀嚼等节律运动。实验研究表明,产生呼吸节律的呼吸中枢模式发生器由四类典型神经元集群组成,目前关于呼吸CPG的确定性网络模型可以再现呼吸节律... 详细信息

中枢模式发生器(CPG)是一种特殊的生物神经回路,它能够自发产生节律输出,驱动行走、呼吸或咀嚼等节律运动。实验研究表明,产生呼吸节律的呼吸中枢模式发生器由四类典型神经元集群组成,目前关于呼吸CPG的确定性网络模型可以再现呼吸节律模式,得到了分析呼吸CPG的功能状态和相应的固有振荡机制,但缺乏真实神经元网络环境中的众多因素,如通道噪声、时延反馈、突触可塑性等。因此,本文扩展了呼吸CPG确定性模型,引入噪声、突触可塑性以及时延性反馈因素,并研究这些因素对呼吸CPG输出节律变异性的影响。为模拟真实神经元网络的噪声环境,本文引入离子通道噪声,通过改变神经元离子通道数N产生不同强度的噪声,并研究噪声强度对呼吸CPG输出的影响。研究发现减弱的噪声强度(离子通道数增加)会使呼气时间减小,吸气时间增大,导致呼吸异常,也使输出不规则性增加。存在一个噪声强度使得输出变异性最小,同时发现四类神经元中Early-I的输出幅值对噪声强度变化最为敏感。突触可塑性是神经元网络的固有特性,为研究突触可塑性对呼吸CPG输出节律的影响,本文将神经元突触输入的权值由常量改为随突触前神经元每一次放电而改变的变量(短时程突触可塑性STP),研究不同强度的抑制/兴奋短时程STP对确定性和随机性模型输出节律的影响。发现兴奋性STP会使CPG输出周期增加、变异性增加,抑制性STP会使网络输出周期减小、变异性增加。反馈是神经元网络基本特性,为研究反馈对呼吸CPG节律的影响,本文简化闭环呼吸系统模型中的迷走神经反馈,构建一个Pre-I神经元的时延反馈,并研究不同类型(抑制/兴奋)、不同反馈强度的反馈对网络输出节律的影响,发现时延反馈能改变输出周期和周期的变异性,也发现存在特定延迟时间的反馈使得随机性网络输出节律最优。本文针对呼吸CPG模型进行扩展和研究,所得结论对于呼吸CPG模型的进一步完善以及呼吸输出的特性研究有一定的启发作用。

关键词：中枢模式发生器呼吸噪声时延反馈短时程突触可塑性

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基于中枢模式发生器网络的下肢康复外骨骼控制

基于中枢模式发生器网络的下肢康复外骨骼控制

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作者：王昊浙江科技学院

学位级别：硕士

随着老龄化速度的加快,中国的老年人口位居全球第一。脑卒中在高龄人群中有极高的发病率和致残率,患者通常会有不同程度的瘫痪后遗症。如果不进行及时有效的康复治疗则会导致下肢运动能力部分或完全丧失,将给患者家庭和社会带来巨大的... 详细信息

随着老龄化速度的加快,中国的老年人口位居全球第一。脑卒中在高龄人群中有极高的发病率和致残率,患者通常会有不同程度的瘫痪后遗症。如果不进行及时有效的康复治疗则会导致下肢运动能力部分或完全丧失,将给患者家庭和社会带来巨大的压力。本文针对偏瘫患者下肢的物理康复个性化治疗方案问题,不再延用传统的被动型康复装置,采用基于中枢模式发生器(Central Pattern Generators,CPG)网络的控制理念,构建下肢康复外骨骼系统。本文的研究内容主要包括以下三个部分:***算法是在牛顿-欧拉动力学算法基础上改进出的计算更加高效简洁的六维空间刚体动力学算法。本文基于该算法在Matlab平台上搭建人体运动控制系统。通过仿真实验得到了人体在进行康复动作时下肢关节的转矩和角度变化。2.研究CPG物理单元的控制原理,以及组成的网络系统的振荡特性。建立了CPG振荡网络的数学模型,并整合出振荡网络的数学方程组。通过多组实验分析出CPG振荡网络的每个参数特性,以及调参对整个网络振荡特性的影响,最后得出适合下肢康复外骨骼的运动参数值。3.完成下肢康复外骨骼系统的样机搭建,对样机的机械设计、硬件选型和软件调试进行介绍。最后,设计了三组实验,将样机系统在志愿者身上进行测试,得到测试数据并进行分析。

关键词：中枢模式发生器 Featherstone动力学下肢康复外骨骼多刚体运动控制

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基于中枢模式发生器的仿生机器鱼闭环控制研究

基于中枢模式发生器的仿生机器鱼闭环控制研究

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作者：陈家泳华南理工大学

学位级别：硕士

海洋覆盖了地球的大部分区域,存在许多危险,但其中蕴含了丰富的资源,吸引了人类对于海洋的探索。随着机器人技术的发展,借助水下机器人进行海洋探索已成为可能。仿生机器鱼作为水下机器人研究的新兴领域,在过去二十多年得到快速发展。... 详细信息

海洋覆盖了地球的大部分区域,存在许多危险,但其中蕴含了丰富的资源,吸引了人类对于海洋的探索。随着机器人技术的发展,借助水下机器人进行海洋探索已成为可能。仿生机器鱼作为水下机器人研究的新兴领域,在过去二十多年得到快速发展。然而与真实鱼类相比,仍存在较大的差距:一、机器鱼的游动无法完美地模拟鱼类游动,虽然现有中枢模式发生器能有效提升机器鱼的游动性能,但模型存在耦合参数,控制难度较高。二、机器鱼自主应对水下复杂环境的能力有待提高,这对机器鱼的闭环控制具有较高的要求,而目前针对机器鱼的闭环控制研究仍处于起步阶段,控制策略相对简单。三、机器鱼在流场中的运动控制研究较少,且目前的研究中,机器鱼大多存在约束。针对上述不足,本文提出基于中枢模式发生器的闭环控制策略,并应用到线驱动机器鱼上。本文主要研究工作和贡献如下:首先,基于鱼类游动特点及闭环控制需求,设计并搭建了具有拉线结构和顺从式鱼尾的仿生机器鱼及其控制系统框架。其次,对Ijspeert相位振荡器模型进行改进,降低模型的耦合度和控制难度,并进行仿真测试。改进的中枢模式发生器包括四个输入参数(幅值、偏移值、角速度和时间比)和一个输出参数(驱动鱼体舵机的转动角度)。然后,结合传感器的反馈,提出了基于中枢模式发生器的闭环控制策略,使机器鱼具备避障和跟踪目标方向的能力。并进行了静态避障、动态避障、定向巡航和定向避障四组实验,实验结果显示机器鱼不仅能避开静态障碍物,也能避开移动中的物体,同时能实现不同目标方向的巡航,甚至路径上存在障碍物,方向跟踪误差小于2°。最后,针对机器鱼在流场中的运动控制存在约束的问题,提出了机器鱼在流场中的无约束位置闭环控制策略。从稳定时间和流场结构研究了机器鱼游动方向与流场方向夹角对机器鱼在流场中稳定性的影响,并通过视觉实现位置检测。以此为基础,将机器鱼在流场中两个方向的位置偏差分别映射到目标偏航角和幅值上,以实现机器鱼在流场中的无约束一维和二维位置闭环控制。实验结果显示机器鱼在无约束的情况下,能在流场中自主游动到目标区域,并在目标区域内保持稳定,验证了该闭环策略的可行性。

关键词：仿生机器鱼中枢模式发生器闭环控制流场位置控制

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基于中枢模式发生器原理的减重康复训练机器人的研究

基于中枢模式发生器原理的减重康复训练机器人的研究

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作者：方建新上海交通大学

学位级别：硕士

康复训练机器人可以针对瘫痪患者下肢进行行走功能训练,现在已经开始逐渐走向临床应用。这种康复机器人的目的在于实现患者的康复性训练,使患者的各种运动功能得到康复。目前下肢康复机器人大多采用传统的控制方法,智能化方面还有待提... 详细信息

康复训练机器人可以针对瘫痪患者下肢进行行走功能训练,现在已经开始逐渐走向临床应用。这种康复机器人的目的在于实现患者的康复性训练,使患者的各种运动功能得到康复。目前下肢康复机器人大多采用传统的控制方法,智能化方面还有待提高。外骨骼机构在舒适性、人性化和安全性方面也有很多改进和提升的空间。以此为研究动机,本文设计了一款新型的下肢外骨骼机器人康复系统,在机械结构上引入了新的设计原理,在控制算法上引入了仿生控制机制—中枢模式发生器。本文的主要研究内容包括以下三个部分:1.仿生控制算法的研究:研究中枢模式发生器(CPG)的原理以及实现方式。构建了CPG的数学表达式,对CPG的方程组进行分析,实现参数设定。在MATLAB/Simulink仿真环境中对CPG的特性进行仿真研究,探索关键参数对CPG节律运动输出信号的影响。并分析了CPG控制的优缺点以及CPG在下肢外骨骼系统中作为控制器的功用。2.下肢外骨骼的设计:主要设计左右腿驱动机构,人重心及腿间距调整机构,高度调整机构以及系统支架。使用ANSYS软件的有限元对主要部件进行了校核分析。利用ADAMS和MATLAB软件联合仿真,并对CPG控制下的机构进行动态分析。3.实验样机系统的实现:主要完成了机器人外骨骼机构的加工,电机的选型与调试,硬件通讯与控制电路设计,上位机和下位机软件控制程序的编写以及人机界面的设计。最后,样机系统在三位健康的受试者上进行了测试。本文研发了一款新型的下肢机器人外骨骼康复系统,控制器采用了仿生控制算法CPG,使康复机器人步态能更接近正常人走路步态,期待能给瘫痪患者带来更好的运动功能康复效果。

关键词：中枢模式发生器下肢外骨骼康复机器人有限元分析动态仿真步行运动控制

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基于中枢模式发生器原理的步态控制及其运动认知的研究

基于中枢模式发生器原理的步态控制及其运动认知的研究

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作者：董玮华东理工大学

学位级别：硕士

本文主要通过研究人体步态运动的中枢模式发生器(Central Pattern Generator)模型,探讨人体步态节律运动的基本特性以及节律运动发生的动力学机制。我们选择了神经振荡器理论结合腿部肌肉骨骼系统来进行CPG网络的理论建模,仿真实现了步... 详细信息

本文主要通过研究人体步态运动的中枢模式发生器(Central Pattern Generator)模型,探讨人体步态节律运动的基本特性以及节律运动发生的动力学机制。我们选择了神经振荡器理论结合腿部肌肉骨骼系统来进行CPG网络的理论建模,仿真实现了步态节律运动的基本特性,例如双腿步态运动具有节律性、协调性和多样性特点。本文的建模研究,打破了原有CPG模型仅仅表现了单腿节律运动模式的研究,充分考虑了双腿CPG网络之间的耦合关系,建立了双腿CPG网络模型,体现了双腿之间各关节的相互联系,反映出步态运动的节律性和双腿的协调性。目前,对于节律性运动的认知还停留在自发性运动的层面上。然而,从生物学的角度来看,支配人体任何活动的过程都依赖于大脑的控制,即使是无意识的活动。因此,对于双腿CPG模型,我们又进行了进一步地修正,在建模中考虑并添加了作为大脑皮层信号的影响参数,模型的仿真结果体现出了步态节律运动在模拟的大脑皮层信号作用下可以发生步态模式及频率的转换,这一结果符合生物实际现象,具有一定的实际意义。

关键词：节律运动中枢模式发生器神经振荡理论大脑皮层信号

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