控制机理仿生.ppt

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1、控制机理仿生目录控制机理仿生的关键技术聪明的控制：鱼与黏菌总结控制机理仿生分类控制机理仿生的研究简介广东省CIMS重点实验室一.控制机理仿生的研究简介1、仿生机器人的研究热点：通过研究生物肌体构造，建造类似生物体或其中一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。研究与模拟神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程机器人的视觉、听觉、嗅觉、接近觉、触觉、力觉等多种感觉在内的强大的感知能力。生物的能量转换效率最高可达100%，肌肉把化学能转变为机械能的效率也接近50%。许多仿生材料具有无机材料所不可比拟的特

2、性，如良好的生物相容性和力学相容性。一.控制机理仿生的研究简介2、控制机理仿生自然界中,动物运动的稳定性和适应性是任何机器人无法比拟的,这得益于它的运动控制机理。动物经过漫长进化形成的控制机理是十分合理和精巧的,因此借鉴动物的运动控制机理是提高机器人运动能力的一条新思路。控制机理仿生思想：一.控制机理仿生的研究现状2、控制机理仿生基于模型的运动控制方法是应用十分广泛的经典方法,采用建模一规划一控制的思路。即首先对机器人本体及环境进行精确建模,然后通过人工规划得到机器人的最佳运动轨迹,再利用反馈机制控制机器人实际运动与理想轨迹之间

3、的偏差,使机器人的运动尽可能趋近理想轨迹。这种前馈加反馈的控制模式,能够实现复杂、精确的运动。常规机器人控制方法：缺点：对于要求多自由度运动控制的机器人，人工规划很难满足协同控制的实时性要求。二、控制机理仿生分类1、从低级到高级的生物分类：本能式行为控制，是指生命生来就有的由大脑皮层以下的神经中枢参与即可完成的一种比较低级的神经活动。反射式行为控制，是指生物出生以后在非条件反射的基础上，在大脑皮层的参与下经过一定的过程积累对直接的物理信号所形成的一种高级神经活动慎思式行为控制，是指具体语言中枢的高级生命体对由具体信号抽象而来的语

4、言、文字所产生的反应，这种反应多发生在具体社会属性的高级生命体和智能体之间社会式行为控制方式，指具体语言中枢的高级生命体对抽象的语言、文字信号所产生的反应。二、控制机理仿生分类2、控制机理仿生总概述高级神经系统仿生低级神经系统仿生基于群的仿生控制基于遗传算法的仿生控制行为主义控制理论中心模式发生器人工神经网络模糊控制控制仿生二、控制机理仿生分类3、高级神经系统仿生人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）:模拟了大脑神经系统的结构和功能，是一种由大量简单的处理单元(神经元)广泛连接组成的信息处理系统，在复杂环

5、境中具有高度的适应性和鲁棒性。虽然每个神经元的结构和功能十分简单，但由大量神经元构成的网络系统可以完成极其复杂的功能。二、控制机理仿生分类3、高级神经系统仿生模糊控制：模拟大脑神经系统的模糊识别、推断功能，以模糊集合理论为基础，实现语词计算和不精确性、不确定性和模糊信息的处理，从而解决复系统的建模和控制问题。马培荪等将人工神经网络和模糊算法结合起来，采用力/位置混合控制,实现四足步行机“JTUWM-III”的慢速动态行走。二、控制机理仿生分类4、低级神经系统仿生行为控制理论：许多生物没有存贮、规划、控制全身各部分运动的中心控制系

6、统，是根据身体各部分的不同反应，将一些局部看来漫无目标的动作合成为有意义的生物行为，它的运动简单，却很灵活。机器人的运动由一系列同时发生的简单动作或“能力”组成，通过自组织实现系统的复杂行为，这种“无思考智能”具有即时性和自组织的特点，在非结构化环境中具有良好的适应性。基于行为控制方法的应用实例有Brooks的“Genghis”六足机器人“Hannibal”六足机器人、“阿蒂拉-I”机器人、瑞士洛桑大学的“克伯拉”机器人以及美国LosAlamos国家实验室的“Vbug”系列机器人等。二、控制机理仿生分类4、低级神经系统仿生中心模

7、式发生器：动物界最常见的运动方式是节律运动，如走、跑、跳、泳、飞等。生物学家普遍认为，节律运动并不是大脑的刻意行为，而是低级神经中枢的反射行为，由位于脊髓中的中心模式发生器(CPG)产生。CPG是一个神经振荡电路，能够通过自激振荡激发身体的节律运动。工程界一般将CPG建模为一组互相耦合的非线性振荡器组成的分布系统，通过相位耦合实现节律信号的发生。二、控制机理仿生分类5、基于群的仿生控制基于群的仿生控制：如机器人生产线、柔性加工工厂、消防、无人作战机群等。一些作业单个机器人往往难以完成、需要多个机器人协作。多机器人系统是模仿蚂蚁、

8、蜜蜂以及人的社会行为而衍生的一种仿生系统。通过个体之间的合作完成某种社会性行为。群体仿生的目的在于：通过群体行为增强个体智能，提高系统整体工作效率，减少局部故障对整体的影响。二、控制机理仿生分类6、基于遗传算法的仿生控制基于遗传算法的仿生控制：遗传算法是模拟生物