基于自生長的CPG局部網(wǎng)絡研究.pdf

1、隨著科技發(fā)展和相關學科的不斷完善,機器人研究具有了更廣泛的技術手段,區(qū)別與傳統(tǒng)的設計理念,通過觀察、學習、模仿生物體與環(huán)境的交互行為的仿生學方法來復制和再創(chuàng)造生物的形態(tài)、功能以及控制機制為機器人研究帶來了新思路。多年以來,模仿和復制生物結(jié)構給機器人研究領域帶來了巨大成功;同時,隨著神經(jīng)生物學和仿生機理研究的不斷深入,基于 CPG網(wǎng)絡的仿生控制方法逐漸成為足式機器人研究的熱門課題。其中,CPG網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構、步態(tài)生成方法是研究者共同關注的

2、焦點。目前,在 CPG網(wǎng)絡結(jié)構的形成原理、形成過程等方面的研究尚處于理論初始階段,而這恰是構造CPG網(wǎng)絡的基礎,因此在該方面開展研究具有重要意義。
　　本課題在生物神經(jīng)網(wǎng)絡生長發(fā)育的相關研究的基礎上,進行了 CPG局部網(wǎng)絡自生長方法的研究。
　　首先,分析神經(jīng)元在生物大腦內(nèi)的分布規(guī)律、分布密度等特性,利用概率統(tǒng)計方法,研究了神經(jīng)元在有限區(qū)域內(nèi)的分布特性與規(guī)律,在此基礎上,建立了在有限區(qū)域內(nèi)多神經(jīng)元分布的拓撲結(jié)構,為 CPG局

3、部網(wǎng)絡自生長提供基礎。
　　其次,通過分析神經(jīng)元經(jīng)自身發(fā)育、軸突生長而形成局部神經(jīng)網(wǎng)絡的生物學機理,獲得了神經(jīng)元極性建立和軸突生長的簡化方法;通過研究引力場約束下多神經(jīng)元軸突生長的特點,研究了平面內(nèi)多神經(jīng)元軸突生長的規(guī)則和相應的數(shù)學處理方法;通過分析大量的網(wǎng)絡生長實驗結(jié)果,獲得了從神經(jīng)元連接長度到其相互間相位關系的映射函數(shù);
　　最后,根據(jù)前文所設計的網(wǎng)絡生長算法,針對兩種常見的步態(tài)進行了的網(wǎng)絡自生長實驗,分別獲得了與這兩類