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专利号: 2019114197249
申请人: 江苏海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于:

构建机器人关节的仿脊髓控制网络;

仿脊髓神经网络包括中间神经元网络和运动神经元网络,运动神经元网络的神经元与对应中间神经元网络的神经元通过兴奋和抑制性突触相连接,运动神经元网络的神经元与对应的肌肉相连接,驱动肌肉运动;

中间神经元网络包括屈肌和伸肌中间神经元,运动神经元网络包括与屈肌和伸肌中间神经元分别对应的屈肌和伸肌运动神经元;屈肌和伸肌运动神经元分别用来控制关节的屈肌和伸肌;

所述利用仿脊髓控制网络进行机器人单一关节屈肌和伸肌优先收缩顺序通过该关节中间神经元控制网络屈肌中间神经元和伸肌中间神经元上层神经中枢控制信号的输入先后顺序来控制;当上层神经中枢控制信号首先输入到屈肌中间神经元时,经过一个短时间的滞后,再将上层中枢控制信号输入到伸肌中间神经元,实现该关节节律摆动的初始时刻将先向屈肌方向摆动,然后,再向伸肌方向摆动,随后如此往复的节律摆动下去;

机器人迈步优先顺序的控制采用以下方法中的一种:

(1)根据机器人关节之间的交替摆动关系,利用机器人关节屈肌和伸肌优先收缩顺序控制方法,直接为机器人交替摆动关节的屈肌和伸肌中间神经元控制网络设计具有优先顺序的上层中枢神经控制输入,实现机器人迈步优先顺序的控制;

(2)利用仿脊髓网络中间神经元网络之间的引导作用,通过设计引导网络的屈肌和伸肌中间神经元上层中枢控制信号的输入优先顺序,来间接控制腿中间神经元网络输出之间的相位关系,从而控制机器人的迈步优先顺序。

2.根据权利要求1所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于:中间神经元网络与运动神经元网络中的神经元采用相同的神经元模型,但是两个神经网络的参数取值是不同的,中间神经元网络的参数取值使其产生周期振荡信号,来生成机器人的节律运动;运动神经元网络的参数取值使其没有外部节律信号刺激时不能产生节律输出信号。

3.根据权利要求1所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于,所述的仿脊髓网络中间神经元网络拓扑结构的构建方法是:首先构建具有两个相互抑制神经元的振荡器,并将振荡器作为机器人关节的运动控制神经网络,其中一个神经元的输出作为机器人关节对应曲肌运动神经元的控制信号,另一个神经元的输出作为机器人关节对应伸肌运动神经元的控制信号;

然后,根据机器人各关节之间的运动关系和实际仿生生物神经控制环路的拓扑结构特点,利用抑制和兴奋性连接关系建立机器人关节振荡器之间的连接关系。

4.根据权利要求3所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于,每个关节的屈肌和伸肌分别对应一个屈肌和伸肌运动神经元,运动神经元之间一般不需要突触连接,运动神经元主要是接收中间神经元网络的输出、上层神经中枢的控制输入以及感官反馈信息,来控制和调整肌肉的收缩,以驱动关节运动。

5.根据权利要求4所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于,在关节的运动神经元网络上构建肌肉的牵张反射回路。

6.根据权利要求1所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于,滞后时间的长度一般取关节摆动周期的10%-40%。

7.根据权利要求1所述的机器人的迈步优先顺序控制方法,其特征在于,所述仿脊髓控制网络采用以下数学模型:式中:n为神经元数量;xi为第i神经元的膜电势;yi为第i神经元的输出;si为第i神经元所收到的外部控制输入和感官信息输入;aij(j∈{1,…,n},j≠i)为神经元i和j之间的突触连接权重,aij>0表示兴奋性突触连接,aij<0表示抑制性突触连接;aii为第i神经元钠离子快速内流的正反馈系数;τi为第i神经元膜电容,τi>0;γi表示第i神经元慢钾离子外流的时间常数,yi>0;x′i为反映第i神经元慢钾离子外流的变量;bi表示第i神经元慢钾离子外流强度的参数,bi>0;θi为第i神经元的输出阈值, 为第i神经元输出的上界,且 εi表示第i神经元漏电流的强度,εi>0;σi为常系数,σi>0。