[发明专利]一种基于感觉反馈CPG模型的仿生海豚智能控制方法

说明书

本发明公开了一种基于感觉反馈CPG模型的仿生海豚智能控制方法。本发明所述的一种基于感觉反馈CPG模型的仿生海豚智能控制方法，提出了以仿生海豚为原型的自主游动控制方法，所提出的控制结构由CPG、模糊逻辑子控制器和FSM算法组成，CPG模型由感觉神经元的单向网络和耦合的类七鳃鳗振荡器组成，这些神经元取得来自环境的外部刺激，闭环模糊逻辑控制器充当提供自主游动的决策机制，同时，确定任务的优先级且在同一周期内执行多个任务的工作由FSM算法完成，该模型在有障碍物区域自主游动性能好、偏航控制精确度高，整个控制结构可根据环境变化提供稳定、适应性强、平稳的步态过渡，利于人们的使用，具备一定的使用前景。

技术领域

本发明涉及CPG模型的仿生海豚智能控制领域，具体为一种基于感觉反馈CPG模型的仿生海豚智能控制方法。

背景技术

中央模式发生器(CPG)模型广泛应用于运动控制器中，CPG模型可使用同一CPG网络生成多个游动模式，但稳定性和适应性差，对闭环感觉反馈CPG 的方法研究甚少。

闭环感觉反馈CPG根据来自感觉神经元的外部刺激表现出强大，稳定和适应性强的电机输出，这种CPG控制可根据环境中的动态和外部刺激来适应运动性游动模式，本发明提出了一种基于闭环感觉反馈CPG的新型仿生海豚人工智能控制模型，适用于多关节海豚水下自主游动，模型由类七鳃鳗振荡器和感觉神经元(SN)单向链接网络构成，为多关节仿生海豚提供稳定节奏的振荡输出，具备感觉反馈机制，并设计了一种模糊逻辑控制结构作为决策机制，提出一种有限状态机(FSM)算法来自主执行给定任务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于感觉反馈CPG 模型的仿生海豚智能控制方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于感觉反馈CPG模型的仿生海豚智能控制方法，所述CPG模型包括电机控制单元与神经CPG振荡器，所述自主模糊游动控制包括反馈感知系统、10自由度IMU与红外传感器。

优选的，所述CPG模型能够产生有节奏的输出，可调制输出的幅度、频率、相位差和偏移，该CPG电路由一个电机控制单元(MCU)和两个振荡器组成，它们产生尾部连杆运动，神经CPG振荡器分为两个对称段，每个部分具有四个不同的中间神经元，分别称为交叉中间神经元(CIN)，横向中间神经元(LIN)，兴奋性中间神经元(EIN)，运动神经元(MN)和感觉神经元(SN)，每一个CPG振荡器由EIN连接到LIN，并连接单向突触权值振荡器的数学模型表示如下：

y_j＝max(x_(MN)1，0)-max(x_(MN)2，0).

其中，i代表振荡器的左右两段，j代表振荡器数量，k代表振荡器中神经元的数量，xi是膜电位，yj是振荡器的输出，参数τ和A分别代表周期和振幅，β是偏移量，它被分配给两个MN相反的值从而继续振荡，wik和wij 是中间神经元和振荡器的突触权值，si给出突触前神经元的膜电位，cj和wij 给出突触后神经元神经递质电位，下标的顶行表示同一振荡器中相对的段；

在设计的感觉反馈机制中，每个神经元(SN)定义如下：

在其中x(SN)i是SN的膜电位，τRES是刺激的响应时间常数；τF是刺激的下降时间常数；p是刺激的校正系数，λ是外部刺激量，Λ是阈值，阈值指定当外部刺激很重要时是否应生成响应，因为在其他情况下SN为零，且每个SN都向所有MN发出兴奋性突触；