权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

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.

该研究是“劳芬斯的自然与技术”的最佳研究，并研究了劳芬斯的调节实验及其理论。这是关于神经生物学的研究，是关于劳芬斯在蒂伦和人类中的控制，以及关于劳夫机器人和人类的控制。生物学的原理和信号现象学在机器人的劳弗雷格伦·沃登（Die Laufregelung des Roboters übertragen werden）中得到了体现。这也是生物学上黑帮协调和稳定原则的核心。 Die praktische Umsetzung dieser Prinzipien soll allerdings mit ingenieurswissenschaftlichen Methoden und im Rahmenwerk der bestehenden Laufregelung der Roboter Johnnie 和 Lola erfolgen.In der 神经生物学和生物力学 Forschung wird der Gangablauf in unterschiedliche Phasen – etwa Schwing- und Stemmphase – eingeteilt, die self wieder in Unterphasen gegliedert werden können。劳芬斯的神经生物学是最重要的，它是劳芬系统的高级系统，它是最好的辛尼信号或组合的辛尼信号。 Das Laufsystem 可以作为“有限状态机” (FSM) 的说明，在 FSM zugeordnet 中最好的 Reizkombinationen ausgelöst werden 和 jeder Phase des Gangs ein Zustand der FSM zugeordnet ist。 Johnnie 和 Lola 的管理是 FSM 的协调规划和管理工作。 Allerdings erfolgen die Zustandswechsel derzeit re zeitgesteuert auf Basis der gewünschten Laufbewegung。我是 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 Gangmustererzeugung beim Beinwechsel aufgrund des gemessenen Bodenkontakts des Schwungbeins。 Für diesen Fall ist der stableierende 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.在劳芬斯的神经元控制中，在大罗尔的劳芬装置中，马斯克尔恩的“动作”被发挥出来。盖伦克地区的活动非常有效，同时也影响了活动，也影响了盖伦克的活动。 Lola verfügt zwar nicht über对抗Antriebe。 Allerdings kann das Wirkprinzip von 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 Lola 的管理系统是我们新的管理系统。 Der Ansatz verspricht eine deutliche Steigerung der Robustheit des Laufsystems insbesondere bei unebenem Untergrund und bei großen Störungen und ermöglicht eine Analyze der im biologischen System beobachteten Effekte im technischen Laufsystem.