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面向蛇形机器人的三维步态控制的层次化联结中枢模式生成器模型
  • ISSN号:0254-4156
  • 期刊名称:《自动化学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP[自动化与计算机技术]
  • 作者机构:[1]中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,沈阳110016, [2]中国科学院大学,北京100049, [3]立命馆大学草津525培577,日本
  • 相关基金:国家自然科学基金(61075103)资助~~
中文摘要:

提高蛇形机器人的三维运动控制能力是提高蛇形机器人环境适应能力的关键之一.虽然联结中枢模式生成器(Connectionist central pattern generator,CCPG)模型具有复杂度小、适合硬件实现等优点,但是目前的CCPG模型难以生成相位协调的多自由度运动的控制信号,从而限制了它的三维步态控制能力.本文根据生物CPG机制的分层结构和运动神经元的功能,提出一个有层次化结构的CCPG(Hierarchical CCPG,HCCPG)模型.HCCPG模型由基本节律信号生成层、模式形成层、运动信号调整层这三个部分组成.运动信号调整层的运动神经元能够独立地对模式形成层的输出信号的幅值、相位等进行调整,从而较好地解决了CCPG模型难以生成相位协调的多自由度运动控制信号的问题.HCCPG模型具有步态控制能力强、复杂度小、有良好的扩展性等优点,从而适合用于控制三维步态.在HCCPG模型的基础上提出一个三维步态控制方法.仿真验证了这个控制方法的有效性.

英文摘要:

A key to promoting the snake-like robot's adaptability is improving its 3-D locomotion ability. Although the connectionist central pattern generator models (CCPG) have merits such as low complexity, appropriate for the hardware implementation, the current CCPG models have difficulties in generating the phase-coordinated control signals for the multi-degrees-of-freedom motions. Consequently, the CCPG~s ability to generate the 3-D gaits of snake-like robots are seriously restricted. According to the layered structure of the biological CPG mechanism and the functions of the motoneuron, a hierarchical CCPG (HCCPC) model is proposed. The HCCPC is composed of three layers, namely the basic rhythm generation (RG) layer, the pattern formation (PF) layer, and the motion modulation (MM) layer. The motoneurons of the MM layer can independently modulate the amplitude and phase of the PF layer's output so it overcomes the difficulty faced by the current CCPG models. The HCCPC model has merits such as strong gaits adjustment ability, small complexity, and good expendability, which make it appropriate for generating the 3-D gaits. Based on the HCCPG model, a 3-D gait control method is proposed. Simulations have validated this gait control method.

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期刊信息
  • 《自动化学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院自动化研究所
  • 主编:王飞跃
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:aas@ia.ac.cn
  • 电话:010-64019820
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4156
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2109/TP
  • 邮发代号:2-180
  • 获奖情况:
  • 1997年获全国优秀期刊奖,1985、1990、1996、2000年获中国科学院优秀期刊二等奖,2002年获国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27550