[發(fā)明專利]一種基于霍普夫振蕩器的模式發(fā)生方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810017365.X
• 申請日: 2008-01-22
• 公開（公告）號: CN101251905A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦現(xiàn)生;王潤孝;徐婭萍;馮華山;丁良宏;姬昌睿;趙國斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;B25J13/00;G05B19/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模式發(fā)生方法，屬關(guān)節(jié)式仿生機器人運動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前世界各國都在研制足類關(guān)節(jié)式仿生機器人，常用的仿生控制方法采用的是中樞模式發(fā)生器(CPG)，它模仿生物神經(jīng)元的脈沖信號發(fā)生過程，即單個神經(jīng)脈沖信號(如圖1)。因為這種脈沖信號無法自激振蕩，所以需要采用多個神經(jīng)元形成相互抑制的CPG單元。在機器人運動控制中，需要信號發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)的振蕩波作為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角或力矩信號才能使執(zhí)行機構(gòu)連續(xù)運動。清華大學(xué)的鄭浩峻團隊研發(fā)的實現(xiàn)動物節(jié)律運動的足類仿生機器人(專利號03157386.X)使用與動物相似的節(jié)律運動機理來控制機器人，使用兩個神經(jīng)元互相激發(fā)使兩個脈沖產(chǎn)生相位差，這樣合成后就產(chǎn)生了振蕩波(如圖2)。這種方法盡管可以實現(xiàn)振蕩信號，但是振蕩波形不可控，與實際要求的振蕩信號形狀偏離較大，即不完全符合機器人實際需要的關(guān)節(jié)運動振蕩信號。鄭浩峻團隊的CPG單元的本質(zhì)是構(gòu)成狀態(tài)變量的極限環(huán)，實現(xiàn)了對擾動的抑制和消除。能夠產(chǎn)生極限環(huán)振蕩信號的通用振蕩器有很多，比如霍普夫振蕩器(Hopf?oscillators)、范德波振蕩器(Van-der-pol?oscillators)等等。這些振蕩器物理含義明確，抗干擾能力強，但是單個振蕩器發(fā)出的振蕩信號波形還是不能滿足機器人關(guān)節(jié)軌跡的實際要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動振蕩信號波形不可調(diào)控的問題，本發(fā)明提出了一種基于霍普夫振蕩器的模式發(fā)生方法，按照關(guān)節(jié)運動需求可以獲得機器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角(力矩)——時間軌跡曲線(即樣板曲線)，并可以通過調(diào)節(jié)該模式發(fā)生器的參數(shù)進一步調(diào)整輸出波形，達到對運動控制信號的修正。

首先定義一個帶有擾動量的動力學(xué)系統(tǒng)：

q→·=F→(q)+p]]>

式中q為一個矢量變參數(shù)，p為擾動量，當p＝0時系統(tǒng)信號將穩(wěn)定在一個環(huán)的周圍變化，此時我們將這個環(huán)就叫做極限環(huán)(limit?cycle)，把上述的系統(tǒng)稱為振蕩器(oscillators)。根據(jù)上述系統(tǒng)引入霍普夫振蕩器模型，它是一個非線性系統(tǒng)，其方程表達式如下：

x·=(μ-r2)x-ωy+px]]>

y·=(μ-r2)y+ωx+py---(1)]]>