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东南大学学报（自然科学版） 2020年第2期50卷 385-394页

作者：韦中宋光明乔贵方何淼宋爱国东南大学仪器科学与工程学院南京210096 东南大学生物电子学国家重点实验室南京210096 东南大学江苏省远程测控技术重点实验室南京210096

为了实现脊柱型四足机器人在粗糙可变地形上的对角小跑运动,在运动学分析的基础上提出了基于中枢模式发生器的控制方法,包括步态规划、地面倾角估计、姿态控制、碰撞反射、踏空反射和侧向步反射6个模块.步态规划生成控制机器人运动的腿... 详细信息

为了实现脊柱型四足机器人在粗糙可变地形上的对角小跑运动,在运动学分析的基础上提出了基于中枢模式发生器的控制方法,包括步态规划、地面倾角估计、姿态控制、碰撞反射、踏空反射和侧向步反射6个模块.步态规划生成控制机器人运动的腿部和脊柱关节信号;地面倾角估计估计地形倾角,并根据倾角调节规划的足端轨迹;姿态控制控制机体和地面保持平行并控制机器人的航向角;碰撞反射控制摆动腿在碰到障碍物时可以快速越过并恢复到规划的运动轨迹;踏空反射控制支撑腿在遇到下凹地形时可以快速撑地并恢复到规划的运动轨迹;侧向步反射抵消外力的影响,防止机器人侧向倾覆.通过控制机器人在不同地形运动可以分步调节并确定各模块的控制参数.仿真结果显示,利用提出的控制方法脊柱型四足机器人可以顺利通过包含外力干扰、台阶、斜坡和楼梯的结构化地形,以及由不同角度随机排列直角三角体模拟的粗糙地形、由不同角度随机排列直角三角体和球形颗粒模拟的粗糙可变地形.

关键词：四足机器人主动脊柱对角小跑中枢模式发生器粗糙地形可变地形

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基于CPG原理的机器人运动控制方法

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高技术通讯 2003年第7期13卷 64-68页

作者：郑浩峻张秀丽李铁民段广洪清华大学精密仪器与机械学系北京100084

将生物控制论的研究成果应用于机器人领域是提高机器人运动能力的一种新思路和新方法。本文介绍了动物的运动控制机理 ,节律运动控制网络的结构和特性 ,对基于生物中枢模式发生器的机器人运动控制的建模。

关键词：中枢模式发生器生物控制论机器人运动控制模型网络结构神经振荡器步态转换节律运动

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水上行走机器人智能控制方法研究及仿真

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系统仿真学报 2014年第1期26卷 163-168页

作者：魏鲜明徐林森赵江海曹凯张文举中国科学技术大学中国科学院合肥物质科学研究院常州先进制造技术研究所 71352部队保障部

以蛇怪蜥蜴为对象,研究其水上行走功能。通过分析蛇怪蜥蜴水上行走机理,建立了水上行走机器人虚拟样机。通过机电系统联合仿真,得到了水上行走机器人的非线性模型。由于水面环境的复杂性及特殊性,传统的基于模型的精确运动学求解方法无... 详细信息

以蛇怪蜥蜴为对象,研究其水上行走功能。通过分析蛇怪蜥蜴水上行走机理,建立了水上行走机器人虚拟样机。通过机电系统联合仿真,得到了水上行走机器人的非线性模型。由于水面环境的复杂性及特殊性,传统的基于模型的精确运动学求解方法无法适用。因此设计了中枢模式发生器(CPG)-模糊控制与CPG-PID两种智能控制算法,并比较了两种控制算法的性能。仿真结果分析表明,这两种算法均能满足机器人水上行走过程中的控制要求。

关键词：水上行走机器人中枢模式发生器 CPG-模糊控制 CPG-PID控制联合仿真

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二维变刚度蛇形机器人的运动仿真与性能分析

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系统仿真学报 2022年第4期34卷 759-767页

作者：龙艳琴乔贵方宋光明张颖程琳琳东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096 南京工程学院自动化学院江苏南京211167

针对二维变刚度蛇形机器人运动性能的研究,建立了Simulink/Adams联合仿真模型,利用仿真模型研究变刚度驱动器的阻尼系数、刚度参数及角频率对其运动能耗的影响。为实现关节轨迹和关节刚度的同步控制,提出了基于双层CPG的运动控制器。结... 详细信息

针对二维变刚度蛇形机器人运动性能的研究,建立了Simulink/Adams联合仿真模型,利用仿真模型研究变刚度驱动器的阻尼系数、刚度参数及角频率对其运动能耗的影响。为实现关节轨迹和关节刚度的同步控制,提出了基于双层CPG的运动控制器。结果表明:阻尼系数能够有效降低起动能耗占总能耗的比例,且低速运动时的起动能耗占比随刚度参数的增加而提高;高速运动时的变刚度蛇形机器人运动能耗存在峰值,应避免在该条件下运动。

关键词：蛇形机器人变刚度驱动器仿生控制能耗中枢模式发生器

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大脑皮层信号作用下人体步态节律运动的探讨

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中国生物医学工程学报 2010年第2期29卷 247-252页

作者：董玮王如彬张志康华东理工大学信息科学与工程学院认知神经动力学研究所华东理工大学理学院数学系上海200237

节律运动是由中枢模式发生器自激产生的。目前的中枢模式发生器(CPG)建模研究仅表现了CPG的自激行为,对于人脑信号的调节性并没有涉及。本研究提出了基于Matsuoka神经振荡器的CPG模型的修正模型,目的在于以这一修正模型体现大脑皮层信... 详细信息

节律运动是由中枢模式发生器自激产生的。目前的中枢模式发生器(CPG)建模研究仅表现了CPG的自激行为,对于人脑信号的调节性并没有涉及。本研究提出了基于Matsuoka神经振荡器的CPG模型的修正模型,目的在于以这一修正模型体现大脑皮层信号对于CPG网络的调控性。通过对原有模型中输入刺激与网络内部参数的复杂关联的构建,使得模型本身各参数随输入信号的变化而变化,增强了输入信号对于网络自身的影响,令网络不局限于自激状态,还能够产生自我调节的运动形式,从而体现出大脑信号的调控作用。数值模拟计算结果表明,修正后的模型随着输入刺激的变化可以产生不同模式及不同频率的运动形式,且各不同形式之间可以相互转换,从而在理论上很好地反映出大脑信号在步态节律运动过程中,对步态的模式和频率所起到的一定的调节作用,实现了各种步态运动之间的行为转换及恢复的功能,从理论上实现了自发节律与大脑调节性节律运动的共存性,做到大脑信号与CPG模型的统一。

关键词：中枢模式发生器步态运动节律运动大脑皮层信号转换功能

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I_A和I_h对鳌虾口胃神经节幽门节律的调节

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生理学报 2012年第3期64卷 275-281页

作者：匡国晖刘一辉任维陕西师范大学生命科学学院西安710062

甲壳类动物的口胃神经节(stomatogastric ganglion, STG)由30个神经元组成,产生幽门节律,是研究中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)的常用模型。幽门节律的维持与调控,不仅与STG神经元网络中单个神经元的特性有关,也与整... 详细信息

甲壳类动物的口胃神经节(stomatogastric ganglion, STG)由30个神经元组成,产生幽门节律,是研究中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)的常用模型。幽门节律的维持与调控,不仅与STG神经元网络中单个神经元的特性有关,也与整个网络的连接及其性质相关。已有研究观察到STG网络中不同神经元上存在瞬时外向钾电流(transient potassium current, I_A)与超极化激活阳离子电流(hyperpolarization-activated cation current, I_h),但这两种电流对整个STG网络节律的维持与调控作用仍不清楚。本实验采用鳌虾STG离体标本神经纤维记录,通过施加特异性阻断剂来研究I_A和I_h对鳌虾STG幽门节律性放电的调节作用。结果显示:施加I_A特异性阻断剂4AP (2 mmol/L)后,幽门节律周期变短(P < 0.01),PD (pyloric dilator)细胞放电时程占整个三相周期的比率增加(P < 0.01),LP (lateral pyloric)细胞放电时程不变(P > 0.05)但相位滞后,PY (pyloric)细胞放电时程占整个三相周期的比率减小(P < 0.05)且相位滞后,三相顺序没有改变;施加Ih特异性阻断剂ZD7288 (100 μmol/L)后,幽门节律周期变短(P < 0.01),PD细胞放电时程占整个三相周期的比率增加(P < 0.01),LP细胞放电时程占整个三相周期的比率增加(P < 0.01)且相位滞后,PY细胞放电时程占整个三相周期的比率减小(P < 0.01)且相位滞后,三相顺序没有改变。上述结果表明,I_A和I_h对鳌虾STG幽门节律有重要的调节作用,进而影响到幽门活动的生理功能。

关键词：中枢模式发生器口胃神经节幽门节律 4AP ZD7288

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基于时滞调控的簇放电半中心振荡器同步模式转迁研究

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复杂系统与复杂性科学 2023年

作者：季丰超宋自根上海海洋大学信息学院同济大学航空航天与力学学院

为进一步探究耦合时滞对半中心振荡器（half-center oscillator，HCO）放电活动模式的调控作用，基于Hindmash–Rose神经元构建了具有簇放电的DHCO（delayed HCO）模型，利用簇簇间平均相位差的计算，研究了DHCO神经系统随时滞调控的演... 详细信息

为进一步探究耦合时滞对半中心振荡器（half-center oscillator，HCO）放电活动模式的调控作用，基于Hindmash–Rose神经元构建了具有簇放电的DHCO（delayed HCO）模型，利用簇簇间平均相位差的计算，研究了DHCO神经系统随时滞调控的演化规律，确定了在不同参数空间下，DHCO系统所具有的同相和反相簇放电同步及其转迁过程。研究结果表明，作为中枢模式发生器的功能结构单元，DHCO神经系统可以通过时滞调控实现多种步态的生成和切换。

关键词：半中心振荡器中枢模式发生器时滞簇放电步态

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蛇形机器人步态转换CPG控制器

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中国科学（E辑） 2007年第10期37卷 1304-1315页

作者：卢振利马书根李斌王越超中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室

蛇具有细长无肢的身体、独特的半球型关节,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.基于对该节律运动机制的分析,给出蛇运动神经系统的主要功能特性.首次应用双向循环抑制CPG模拟蛇节律运动发生机制,控制蛇形机器人组合... 详细信息

蛇具有细长无肢的身体、独特的半球型关节,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.基于对该节律运动机制的分析,给出蛇运动神经系统的主要功能特性.首次应用双向循环抑制CPG模拟蛇节律运动发生机制,控制蛇形机器人组合关节,实现3种典型运动.通过单向激励串联该类CPG构成神经网络,给出该神经网络产生振荡输出的必要条件.用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模式的自动转换.通过动力学仿真和实验验证该CPG控制器产生不同节律运动模式的有效性.为蛇节律运动模式发生机制建模提供新方法.

关键词：蛇形机器人双向循环抑制中枢模式发生器稳定性分析运动控制

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基于Bobath理念的步行训练在恢复期脑卒中患者中的应用

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中国康复医学杂志 2012年第12期27卷 1124-1128页

作者：王文威王路李凌晋石新棉林冠梁杜志伟曾祥城潘翠环广州医学院第二附属医院康复科 510260 河北以岭医院康复科

目的:观察基于Bobath理念的步行训练对恢复期脑卒中患者的步行功能的疗效。方法:80例具有步行功能障碍的脑卒中恢复期患者随机分为Bobath组(n=40),对照组(n=40)。Bobath组接受一套基于Bobath理念理论框架下的步态训练法。对照组接受常... 详细信息

目的:观察基于Bobath理念的步行训练对恢复期脑卒中患者的步行功能的疗效。方法:80例具有步行功能障碍的脑卒中恢复期患者随机分为Bobath组(n=40),对照组(n=40)。Bobath组接受一套基于Bobath理念理论框架下的步态训练法。对照组接受常规的步行训练。两组患者步行训练时间均为30min/d,5d/周,持续4周,其余康复治疗如作业疗法、物理因子治疗等两组均相同。两组患者分别于治疗前、治疗后及出院后3周予以FMA下肢(FMA-LE)运动功能评定、Berg平衡量表(BBS)进行评定,同时选用足印步态分析法测量患者的步行参数变化。结果:两组患者治疗后FMA-LE和BBS的评分均较治疗前提高,步行参数(平均步长、步宽及步速)得到改善,治疗前、后各量表的评分差异具有显著性(P<0.05);与对照组相比,Bobath组患者在各量表评分提高幅度更大(P<0.05)。两组患者在出院后3周再次评定时,组内比较各量表评分均较治疗后有所提高,但Bobath组内评分比较具有显著性(P<0.05),对照组内比较无显著性(P>0.05)。结论:对于步行功能障碍的脑卒中患者,采用基于Bobath理念的步行训练法可以更好的改善其步行功能,并且疗效具有持续性。

关键词： Bobath理念脑卒中核心稳定性中枢模式发生器

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基于Hopf振荡器的六足机器人步态CPG模型设计

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智能系统学报 2016年第5期11卷 627-634页

作者：任杰徐海东干苏王斌锐中国计量学院机电工程学院浙江杭州310018

利用中枢模式发生器实现六足机器人爬行步态是运动仿生的关键。建立机器人坐标系,基于D-H参数求解正运动学;采用Hopf振荡器设计多腿耦合模型;构建由6个CPG单元组成的环形CPG网络拓扑结构,每个CPG单元由2个耦合的Hopf振荡器组成,分别输... 详细信息

利用中枢模式发生器实现六足机器人爬行步态是运动仿生的关键。建立机器人坐标系,基于D-H参数求解正运动学;采用Hopf振荡器设计多腿耦合模型;构建由6个CPG单元组成的环形CPG网络拓扑结构,每个CPG单元由2个耦合的Hopf振荡器组成,分别输出髋关节、踝关节运动信号;采用膝踝映射函数方法,将踝关节输出信号映射为踝关节和膝关节角度轨迹,从而降低网络中振荡器个数;通过改变耦合系数保证相邻振荡器的相位互锁,输出稳定平滑信号;搭建实物样机进行步态测试。仿真和实验表明,CPG网络相位差稳定,可实现六足机器人三角步态下的平稳行走,爬行速度约为6.45 cm/s。

关键词：中枢模式发生器 Hopf振荡器六足机器人运动学分析

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