足式機(jī)器人生物控制方法與應(yīng)用

內(nèi)容概要

機(jī)器人的生物控制方法是指利用動(dòng)物與機(jī)器人兩者運(yùn)動(dòng)形式的相似性，通過深入了解生物運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)、控制機(jī)理等，對(duì)其節(jié)律運(yùn)動(dòng)控制區(qū)
——中樞模式發(fā)生器、高層調(diào)控中樞、各種生物反射等生物模型或控制機(jī)理進(jìn)行數(shù)學(xué)建?；蚬こ棠M，構(gòu)造機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的基本節(jié)律運(yùn)動(dòng)和高級(jí)環(huán)境自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)。
鄭浩峻編著的《足式機(jī)器人生物控制方法與應(yīng)用》是國(guó)內(nèi)第一本詳細(xì)介紹機(jī)器人生物控制方法的學(xué)術(shù)專著，介紹了機(jī)器人生物控制研究的生物學(xué)基礎(chǔ)、基本原理、數(shù)學(xué)模型和應(yīng)用技術(shù)，并結(jié)合“863”
項(xiàng)目，通過實(shí)例介紹了該方法的工程應(yīng)用，包括機(jī)器人結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)仿真等。
《足式機(jī)器人生物控制方法與應(yīng)用》適合高校和科研院所機(jī)械、自動(dòng)控制及自動(dòng)化、精密儀器、微電子、生物工程等學(xué)科或?qū)I(yè)的師生和科研人員閱讀，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

鄭浩峻,男，1970年出生于黑龍江省。工學(xué)博士，清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系副研究員。1993年畢業(yè)于清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系；1996年和2000年在清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系分別獲得工學(xué)碩士和工學(xué)博士學(xué)位，隨后留校任教；2006-2007年在美國(guó)密歇根大學(xué)擔(dān)任訪問學(xué)者。主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程，已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文70余篇(其中EI收錄26篇，SCI收錄6篇)，獲得中國(guó)發(fā)明專利6項(xiàng)，實(shí)用新型專利1項(xiàng)l主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金課題1項(xiàng)，參與完成國(guó)家自然科學(xué)基金課題3項(xiàng)，主持完成國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題1項(xiàng)，參與完成“863計(jì)劃”課題2項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973計(jì)劃)課題1項(xiàng)。張秀麗,女，1975年出生于河南省。工學(xué)博士，北京交通大學(xué)副教授。1997年畢業(yè)于鄭州大學(xué)，2000年在鄭州大學(xué)獲得工學(xué)碩士學(xué)位；2004年在清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系獲得工學(xué)博士學(xué)位；2005-2006年在香港科技大學(xué)從事博士后研究；2007年開始在北京交通大學(xué)工作。主要研究方向是生物與仿生機(jī)器人、特種機(jī)器人與自動(dòng)化系統(tǒng)，先后主持或參與完成國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題、國(guó)家自然科學(xué)基金課題、香港創(chuàng)新技術(shù)基金(ITF)課題等研究工作，并參與多項(xiàng)與企業(yè)合作課題的研究。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇，獲得3項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。2010年入選北京交通大學(xué)“紅果園雙百人才計(jì)劃”。

書籍目錄

第1章  緒論
  1．1  機(jī)器人的足式運(yùn)動(dòng)
  1．1．1  步行理論
  1．1．2  常用運(yùn)動(dòng)控制方法
  1．2  機(jī)器人生物控制方法
  1．2．1  生物學(xué)基礎(chǔ)
  1．2．2  基本方法
  1．2．3  主要特點(diǎn)
  1．2．4  主要研究課題
  1．3  機(jī)器人生物控制方法的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
  1．3．1  國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
  1．3．2  開放性問題
第2章  動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)控制機(jī)理
  2．1  動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)
  2．2  骨骼一肌肉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)
  2．3  運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)系統(tǒng)
  2．3．1  高級(jí)神經(jīng)中樞
  2．3．2  中樞模式發(fā)生器
  2．3．3  生物反射
第3章  機(jī)器人生物控制的理論基礎(chǔ)
  3．1  CPG模型的演變
  3．1．1  神經(jīng)元模型
  3．1．2  耦合的神經(jīng)元振蕩器模型
  3．1．3  CPG神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
  3．2  CPG模型參數(shù)特性
  3．2．1  輸出
  3．2．2  輸入
  3．2．3  初值
  3．2．4  連接權(quán)重矩陣
  3．2．5  時(shí)間常數(shù)
  3．2．6  互抑系數(shù)、疲勞系數(shù)
  3．2．7  反饋項(xiàng)
  3．3  CPG控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
第4章  基于CPG的足式機(jī)器人步態(tài)理論與方法
  4．1  CPG網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
  4．2  四足機(jī)器人典型步態(tài)
  4．2．1  小跑步態(tài)
  4．2．2  行走步態(tài)
  4．2．3  遛步步態(tài)
  4．2．4  奔跑步態(tài)
  4．3  步態(tài)轉(zhuǎn)換
  4．3．1  動(dòng)物的步態(tài)轉(zhuǎn)換
  4．3．2  CPG實(shí)現(xiàn)步態(tài)轉(zhuǎn)換
  4．3．3  機(jī)器人步態(tài)轉(zhuǎn)換方法與步驟
  4．4  負(fù)荷因子的調(diào)節(jié)
第5章  生物反射建模理論與方法
  5．1  反射組織體系
  5．2  屈肌反射
  5．2．1  動(dòng)物的越障運(yùn)動(dòng)
  5．2．2  屈肌反射的建模
  5．3  前庭反射
  5．3．1  動(dòng)物的坡面運(yùn)動(dòng)
  5．3．2  機(jī)器人坡面運(yùn)動(dòng)分析
  5．3．3  前庭反射的建模
第6章  足式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
第7章  機(jī)器人節(jié)律運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真
第8章  基于生物控制方法的四足機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
參考文獻(xiàn)
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：反射是指動(dòng)物對(duì)外界刺激的無意識(shí)反應(yīng)。動(dòng)物通過反射機(jī)制整合軀體感覺信號(hào)和自發(fā)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)CPG網(wǎng)絡(luò)的行為，使節(jié)律運(yùn)動(dòng)適應(yīng)外界環(huán)境。動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)接受體內(nèi)、體外兩類反饋信息。體外信息來自外感受器，如視覺、皮膚感覺等，這些信息用于監(jiān)控身體和環(huán)境的關(guān)系；體內(nèi)信息主要來自本體感受器，如骨骼肌中的肌梭、高爾基腱器官、內(nèi)耳中的前庭器官等，這些感受器通過對(duì)身體內(nèi)部刺激的反應(yīng)，感知軀體的運(yùn)動(dòng)或位姿。動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)感受系統(tǒng)相當(dāng)完備，多通道的感覺反饋系統(tǒng)可以收集運(yùn)動(dòng)所需的大部分信息，使動(dòng)物能夠充分把握環(huán)境和自身狀態(tài)，如圖2-8所示。與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的反射主要有脊髓反射和前庭反射。脊髓反射是指反射弧的中樞部分局限在脊髓中的反射，例如，牽張反射、屈肌反射、腱反射、姿勢(shì)反射等，脊髓反射對(duì)動(dòng)物的適應(yīng)運(yùn)動(dòng)具有重要作用。（1）牽張反射牽張反射指肌梭感受器檢測(cè)到肌肉受到牽拉，引起同源肌肉收縮，維持正常肌張力的反應(yīng)。牽張反射是運(yùn)動(dòng)的位置反饋系統(tǒng)，產(chǎn)生如圖2-9所示的肌肉剛度模型，當(dāng)肌肉處于靜息長(zhǎng)度Lo時(shí)，產(chǎn)生的收縮張力最大。動(dòng)物的神經(jīng)一肌肉控制系統(tǒng)利用肌梭檢測(cè)肌肉長(zhǎng)度，觸發(fā)牽張反射，在負(fù)載情況下，保持四肢和脊柱的正確位置。

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