[发明专利]一种咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法

说明书

本发明公开了一种咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法，利用仿生机器人运动控制神经网络的构建方法和一种新型神经元振荡器运动控制网络模型为仿生胸鳍的每一个主动摆动关节建立相互抑制的两神经元网络作为关节控制振荡器，振荡器的一个神经元作为外展肌控制信号，另一个作为内收肌控制信号，根据关节之间的相对运动关系以及胸鳍脊髓环路的特性建立各个关节振荡器之间连接关系，来自脑干的上层中枢控制信号控制运动网络的步态生成和步态转换。该方法所提出的咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法能够使得咽颌模式仿生系统产生各种左右胸鳍协调推进运动以及它们之间的相互切换，对进一步提高咽颌模式仿生系统的性能具有重要作用和意义的。

技术领域

本发明涉及一种仿生机器人控制技术，具体是一种咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法。

背景技术

咽颌推进模式(Labriform Mode)是大多数硬骨鱼所采用的一种重要姿态操纵方式。它以辐状胸鳍作为主要的操纵面，完成鱼在水中的悬停、前进、倒退、刹车和转弯等姿态操纵功能，具有高效、灵活和机动性强等优点。咽颌模式仿生系统由专利《咽颌运动模式欠驱动柔性胸鳍仿生装置》(专利号：ZL201110125787.0)设计的仿生胸鳍作为左右胸鳍，从而构成了咽颌模式仿生系统。

咽颌模式仿生系统具有结构、运动学和动力学复杂等特点，仅利用传统的控制方法进行控制是存在较多困难和非常具有挑战性的。为了解决这一问题采用仿脊髓网络对其进行控制就成为必然选择。然而，有关具咽颌模式仿生系统的仿脊髓控制研究成果还很少很不充分，仅J.L.Tangorra等利用Matsuoka提出的中枢模式发生器(Central PatternGenerator，简称CPG)模型为他们研制的仿生胸鳍设计了CPG控制网络，实现了鱼向前定常游动时单个胸鳍的推进运动，并利用CPG控制的胸鳍分析了导边鳍条处压力和胸鳍推进力之间的关系。然而，受Matsuoka CPG模型的限制，在所建立的胸鳍运动控制网络中只存在抑制性连接关系，与实际脊髓控制环路之间还存在较大的差别，实现胸鳍的灵活、多样推进运动形态及其相互转换仍然是存在较多困难的。对左右胸鳍协调控制网络的的构建和分析则还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种咽颌模式仿生系统左右胸鳍协调控制方法，包括以下步骤：

步骤一：利用仿生机器人运动控制神经网络的构建方法和一种新型神经元振荡器运动控制网络模型为仿生胸鳍的每一个主动摆动关节建立一个相互抑制的两神经元网络，作为关节控制振荡器，振荡器的一个神经元作为外展肌控制信号，另一个作为内收肌控制信号；

步骤二：根据关节之间的相对运动关系以及胸鳍脊髓环路的特性建立各个关节振荡器之间的连接关系；

步骤三：利用来自脑干的上层中枢控制信号来控制运动网络的步态生成和步态转换。

作为本发明进一步的方案：所述步骤一中通过分析胸鳍的推进运动形态和肌电监测信号来建立关节振荡器之间的连接关系。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中关节之间的相对运动关系及各个关节振荡器之间的连接关系如下：

除后缘边鳍条前后摆动关节振荡器外，其余关节振荡器之间通过兴奋性突触相连接，鳍条侧向摆动关节振荡器的内收肌神经元或外展肌神经元之间通过后缘边鳍条方向占优的兴奋性突触相连接，且导边鳍条前后摆动关节振荡器的内收肌神经元或外展肌神经元通过兴奋性突触被连接到所有鳍条侧向摆动关节振荡器的内收肌神经元或外展肌神经元。