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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.

“劳芬的自然和技术”和“劳芬的技术和技术”以及劳芬的理论和实验都是如此。Es Sollen Nisseüber die Kontrolle des Laufens be Tieren and Menschen auf die Regelung zweibeiniger LauFroboterübertragen.在Laufregelung des Robotersübertragen De Laufregelung des Robotersübertragen in die Laufregelung des Robotersübertragen中，Dabe Sollen Aus der Biologie bekannte print zipien and Signalflüsse phamnoticisch in die Laufregelung des Robotersübertragen.索伦还说，所有的人都有权选择和稳定自己的帮派。他说：“我不知道怎么做才是正确的。”在神经生物学和生物力学研究中，我们的神经生物学和生物力学研究中，没有明确的阶段。劳芬斯和劳夫斯的神经生物学，劳夫斯和劳夫斯系统之间的关系，以及他们对中国的看法。Laufsystem kann Somit也是一种“有限状态机”(FSM)，这是一种“有限状态机”(FSM)的概念，也是FSM的基本概念。罗拉和约翰尼的关系不会改变，但也不会改变。在劳夫贝维贡的基础上，所有的一切都必须得到控制。我是Rahman des vliegenden Antrags Sollen ereignisbasierte ZuStandswechsel eingeführt den。劳伦斯、劳夫斯和劳夫斯的神经生物学都是这样的。这是一个非常重要的问题。Für Diesen Fall De Striilisierende Efluss Gut erforscht(Seehe Abschnitt 2.1.3)。所有的一切都是由HRP-2和VOLL AKUIERTERTEN组成的。在神经元控制Laufens spelt死“Aktivierung”和对抗Muskeln im Laufparat eine groçe Rolle。他说：“我的工作很重要，我的工作就是工作。”Lola Verfügt Zwar nihtüber Antriebe.所有的事情都是这样的：在新的经济模式中，所有的整合和实验都是关于生物的整合和实验。在此基础上，对生物系统进行了有效的技术分析。