[发明专利]一种软体机器人控制方法

权利要求书

1.一种软体机器人控制方法，包括中枢模式发生器CPG，其特征在于，在所述中枢模式发生器CPG的生物机理是，通过与物理环境的相互耦合来生成有机体需要的运动信号，同时利用神经中枢控制信号和传感器反馈信息对运动进行合理的调节，从而产生有规则的节律信号，中枢模式发生器CPG是由一系列中间神经元组成的振荡单元，整个中枢模式发生器CPG控制网络是由神经振荡器和多重反射反馈回路系统耦合组成的复杂的分布式神经网络，分布式神经网络可以重构，中枢模式发生器CPG控制网络的边界是灵活的，中间神经元可以从一个网络转换到另一个网络，多个小网络也可以形成具有新特性的大网络。

2.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述分布式神经网络分为链式网络和网状网络两种网络模型，中枢模式发生器CPG的行为是网络的集合行为，中枢模式发生器CPG中每个振荡器都拥有自己的振荡频率，中枢模式发生器CPG网络表现出整体性的行为，能够以相同频率进行振荡，中枢模式发生器CPG的控制机理包括神经生理学和生物机械学，中枢模式发生器CPG网络存在动物身体内部，中枢模式发生器CPG网络是由许多关联的神经单元构成的，可以用一个或多个单元控制同一个自由度，协调动物整体运动的灵活性；中枢模式发生器CPG网络可以单独产生节律控制信号，可以通过中枢神经和环境的反馈信息来调整中枢模式发生器CPG网络的输出。

3.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述中枢模式发生器CPG的运动控制方式不同于传统的控制方法，中枢模式发生器CPG的基本原理是，通过中枢模式发生器CPG单元的输出信号来提供软体机器人关节的位置、力矩或速度等控制信号，软体机器人的多关节可以通过多个中枢模式发生器CPG单元组成的中枢模式发生器CPG网络来协调控制，中枢模式发生器CPG网络通过相位锁定产生稳定、自然的相位关系，协调多关节运动，从而实现软体机器人不同的运动模式，软体机器人与环境信息通过各类传感器信号接入中枢模式发生器CPG控制网络，提高控制策略的环境适应性，中枢模式发生器CPG运动控制主要包括生物学、计算神经学、神经生理学、软体学、机器人学，中枢模式发生器CPG为软体机器人运动控制提供新的理论和方法，能够揭示动物协调运动。

4.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述中枢模式发生器CPG包括生物机械模型和神经控制模型，可以实现水陆两种运动方式，中枢模式发生器CPG的控制网络利用漏极积分器模型建立软体机器人的段、体、肢，采用遗传算法调节网络控制参数，中枢模式发生器CPG的控制系统可以进行蝾螈的游动、爬行两种运动方式，软体机器人运动的速度、方向、步态可以通过调整直流输入信号来实现。

5.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述中枢模式发生器CPG可以设计成蛇形机器人，蛇形机器人采用分布式控制系统来协调控制多个自由度，蛇形机器人采用循环抑制，蛇形机器人能实现三维运动，蛇形机器人采用双向循环抑制来模拟蛇节律运动机制，达到控制蛇形机器人的关节，实现了蛇形机器人三种典型的运动模式：蜿蜒运动、伸缩运动以及侧向运动，中枢模式发生器CPG的控制机理能应用在软体机器人和蛇形机器人中，成为软体机器人和蛇形机器人的运动控制理论。

6.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述中枢模式发生器CPG可以设计成八爪章鱼机器人，八爪章鱼机器人的运动过程是由分布于各个臂的外围神经系统占主导作用，能实现各种复杂运动，中枢神经系统起次导作用，实现环境交互，八爪章鱼机器人爬行过程中的控制策略是，视觉系统将收集覆盖周围360°的环境，视频信息经过预处理后将信号发送至CNS，CNS选择并确定运动方向，将触发信号和初始值分别发送至相应臂的PNS，PNS收到控制信号后，选择臂对应的肌肉进行相应控制，从而实现八爪章鱼机器人的爬行运动。

7.根据权利要求1所述的一种软体机器人控制方法，其特征在所述中枢模式发生器CPG的输出信号是用来控制软体机器人关节的角度或者力矩，对于运动要求底的蛇形机器人的蜿蜒爬行，正弦或类正弦输出信号可以满足要求，对于运动要求高的软体机器人的行走控制，在正弦信号不能够完全胜任软体机器人的运动控制下，可以通过中枢模式发生器CPG单元产生特定的控制信号或者通过中枢模式发生器CPG的相位锁定信息与环境信息相结合产生特定需要的控制信号，进行控制软体机器人的行走。