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Technische Umsetzung neurobiologischer Erkenntnisse in der Laufregelung lebensgroßer zweibeiniger Roboter

神经生物学发现在真人大小双足机器人行走控制中的技术应用

基本信息

批准号：
159033029
负责人：
Professor Dr. Ansgar Büschges
金额：
--
依托单位：
Institut für Zoologie
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2010
资助国家：
德国
起止时间：
2009-12-31 至 2013-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/159033029?language=en
关键词：
Technische Umsetzung neurobiologischer Erkenntnisse der

项目摘要

Dieses Forschungsvorhaben ist Bestandteil des Paketantrags „Natur und Technik intelligenten Laufens“ und beschäftigt sich sowohl theoretisch als auch experimentell mit der Regelung des zweibeinigen Laufens. Es sollen neurobiologische Erkenntnisse über die Kontrolle des Laufens bei Tieren und Menschen auf die Regelung zweibeiniger Laufroboter übertragen werden. Dabei sollen aus der Biologie bekannte Prinzipien und Signalflüsse phänomenologisch in die Laufregelung des Roboters übertragen werden. Es sollen also aus der Biologie bekannte Prinzipien der Koordination und Stabilisierung des Gangs genutzt werden. Die praktische Umsetzung dieser Prinzipien soll allerdings mit ingenieurswissenschaftlichen Methoden und im Rahmenwerk der bestehenden Laufregelung der Roboter Johnnie und Lola erfolgen.In der neurobiologischen und biomechanischen Forschung wird der Gangablauf in unterschiedliche Phasen – etwa Schwing- und Stemmphase – eingeteilt, die selbst wieder in Unterphasen gegliedert werden können. Aus der Neurobiologie des Laufens ist bekannt, dass der Übergang des Laufsystems von einer dieser Phasen zur nächsten durch bestimmte Sinnessignale oder auch Kombinationen von Sinnessignalen ausgelöst werden. Das Laufsystem kann somit als „Finite State Machine“ (FSM) beschrieben werden, bei der die Zustandswechsel durch bestimmte Reizkombinationen ausgelöst werden und jeder Phase des Gangs ein Zustand der FSM zugeordnet ist. Bei der Regelung von Johnnie und Lola wird bereits eine FSM zur Koordination der Laufplanung und -regelung eingesetzt. Allerdings erfolgen die Zustandswechsel derzeit rein zeitgesteuert auf Basis der gewünschten Laufbewegung. Im Rahmen des vorliegenden Antrags sollen ereignisbasierte Zustandswechsel eingeführt werden. Die Ereignisse, die zu einem Zustandswechsel des Laufsystems führen, sollen dabei aus der Neurobiologie des Laufens abgeleitet werden.Der einfachste Fall einer solchen ereignisbasierten Phasenumschaltung ist der „phase reset“ der Gangmustererzeugung beim Beinwechsel aufgrund des gemessenen Bodenkontakts des Schwungbeins. Für diesen Fall ist der stabilisierende Einfluss gut erforscht (siehe Abschnitt 2.1.3). Allerdings werden solche Phasenumschaltungen bei lebensgroßen, voll aktuierten Robotern wie Asimo, HRP-2 oder WABIAN-II nicht eingesetzt. In der neuronalen Kontrolle des Laufens spielt die „Aktivierung“ der antagonistischen Muskeln im Laufapparat eine große Rolle. Durch diese Aktivierung wird sowohl das effektiv wirkende Drehmoment am Gelenk, als auch die Verspannung erzeugt, die wiederum die Steifigkeit des Gelenks gegenüber äußeren Kräften beeinflusst. Lola verfügt zwar nicht über antagonistische Antriebe. Allerdings kann das Wirkprinzip von antagonistischen Antrieben in Kombination mit der Aktivierung der beiden Muskeln näherungsweise in der Antriebsregelung umgesetzt werden.Die Integration und experimentelle Validierung dieser biologisch begründeten Komponenten in das modellbasierte Regelungssystem von Lola stellt eine wesentliche Neuerung dar. Der Ansatz verspricht eine deutliche Steigerung der Robustheit des Laufsystems insbesondere bei unebenem Untergrund und bei großen Störungen und ermöglicht eine Analyse der im biologischen System beobachteten Effekte im technischen Laufsystem.

这一研究是”自然与技术智能劳芬“的最佳成果，其理论和实验都与两种劳芬的调节有关。只有神经生物学才能控制铁和人之间的劳芬和调节两种劳弗罗博特的韦尔登。在韦尔登的飞行控制中，生物学的解决方案是原理和信号现象。生物学也是协调和稳定韦尔登的基础。这一原理的实用性研究采用了工程科学方法，并在Rahmenwerk中对Johnnie和Lola机器人进行了最佳的Laufregelung研究。在神经生物学和生物力学研究中，Gangablauf在非周期性的Phasen - etwa Schwing- und Stemmphase - eingeteilt中的作用是最大的，在Unterphasen gigliedert韦尔登阶段中也是最大的。根据劳芬的神经生物学原理，一个阶段的劳芬系统可以通过最佳的信号或信号的组合来实现韦尔登。该系统可以称为“有限状态机”（FSM），它通过最佳的Reizkombinationen ausgelöst韦尔登和jeder Phase des Gangs einZustand der FSM zugordnet来实现。约翰尼和洛拉的调整将为密克罗尼西亚联邦带来劳夫计划和调整协调。所有这些措施都是在笑声的基础上进行的。In Rahmen des vorliegenden Antrags sollen ereignisbasierte Zustandswechsel eingeführt韦尔登.这是一种基于神经生物学的相位差测量方法，它是由神经生物学中的一个分支--神经系统的相位差测量方法--相位差测量的一个分支--相位差测量方法。Für diesen Fall ist der stabilisierende Einfluss gut erforscht（参见Abschnitt 2.1.3）。所有韦尔登都可以在生活环境中进行相位测量，而Asimo、HRP-2或WABIAN-II等机器人都可以使用。在Laufens的神经元控制中，Laufens装置中的拮抗剂Muskeln的”激活“发挥了巨大的作用。这些积极行动将使格伦克的行动更加有效，同时也会使格伦克的行动更加有效，格伦克的行动将对格伦克的行动产生影响。洛拉不会对你有敌意。在韦尔登的免疫调节中，将拮抗剂与其他动物的活性结合起来，这是一种新的拮抗剂原理。这篇论文描述了一个德国的劳夫系统的结构，它是一个整体的结构，它是一个大的结构，它是一个生物学系统的分析，它是技术上对劳夫系统的影响。