[發明專利]一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控系統及其方法

有效

• 申請號: 202210098019.9
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114260885B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 宋自根
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/16;B25J17/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控系統，其特征在于，包括多個依次耦合連接的DHCO單元，所述多個DHCO單元之間的相位差可調節，所述DHCO單元分別連接有相互垂直放置的兩個相鄰的舵機，所述DHCO單元用于輸出同步和反同步的穩定節律信號，以控制連接的兩個舵機在水平方向上發生偏航運動或在垂直方向上發生俯仰運動；

所述DHCO單元包括用于產生節律信號的兩個神經元模型，所述兩個神經元模型之間為雙向時滯耦合關系，所述DHCO單元還包括兩個運動神經元模塊，所述兩個運動神經元模塊用于對同步和反同步節律信號進行興奮性和抑制性的信號作動處理，所述運動神經元模塊分別與兩個神經元模型相連接。

2.根據權利要求1所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控系統，其特征在于，所述兩個運動神經元模塊分別與兩個相鄰的舵機對應連接。

3.根據權利要求1所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控系統，其特征在于，所述神經元模型具體為能夠產生節律信號的振蕩器模型，兩個振蕩器模型之間為線性時滯耦合關系或非線性時滯耦合關系。

4.根據權利要求1所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控系統，其特征在于，所述神經元模型具體為不能產生節律信號的節點模型，兩個節點模型之間為非線性時滯耦合關系或線性時滯耦合關系。

5.一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、構建用于產生振蕩節律信號的DHCO單元，其中，DHCO單元包括雙向時滯耦合連接的兩個神經元；

S2、將多個DHCO單元分別與舵機對應組合連接、將多個DHCO單元之間通過單向時滯耦合連接，構建得到蛇形機器人的本體結構；

S3、通過改變DHCO單元之間的相位差，以對應調控蛇形機器人的波動運動方向；通過改變CPG參數，以對應調控蛇形機器人的運動波形。

6.根據權利要求5所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控方法，其特征在于，所述步驟S1中DHCO單元具體為通過線性時滯耦合或非線性時滯耦合連接的兩個振蕩器模型，或為通過非線性時滯耦合或線性時滯耦合連接的兩個節點模型。

7.根據權利要求5所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21、在兩個神經元之間設置連接兩個獨立的運動神經元模塊，兩個運動神經元模塊分別連接至兩個相鄰的舵機，兩個舵機相互垂直放置，以得到蛇形機器人的一個關節結構，其中，兩個運動神經元模塊用于對同步和反同步節律信號進行興奮性和抑制性的信號作動處理，以將得到的DHCO信號對應輸出給蛇形機器人關節驅動的舵機；

S22、將多個關節結構依次耦合連接，其中，兩兩關節結構中間隔的兩個舵機相互平行放置。

8.根據權利要求7所述的一種蛇形機器人的仿生CPG運動調控方法，其特征在于，所述步驟S3具體是通過改變DHCO單元之間的耦合時滯參數，從而改變DHCO單元之間的相位差，以對應調控蛇形機器人的波動運動方向，所述波動運動方向包括前進和后退；

所述步驟S3具體是通過改變CPG參數，使DHCO單元輸出周期振蕩節律信號、完全反同步振蕩節律信號、非完全同步或非完全反同步振蕩節律信號，以對應調控蛇形機器人實現水平蜿蜒運動、垂直波動運動或側向翻滾運動。