無創(chuàng)傷老鼠生物機器人運動控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、生物機器人（區(qū)別于仿生機器人）是神經(jīng)科學(xué)技術(shù)、電子信息技術(shù)以及機器人技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展的產(chǎn)物。區(qū)別于傳統(tǒng)的電子機器人,生物機器人利用動物原生態(tài)的軀體,它們能夠適應(yīng)各種水底、地底復(fù)雜的環(huán)境，加速了機器人的開發(fā)進(jìn)程，所以生物機器人自誕生就因其巨大的優(yōu)勢得到了各國家的廣泛關(guān)注。從目前各國對生物機器人的研究來看，生物機器人的研究處于實現(xiàn)生物體運動控制的階段，采用的是方法是基于生物體的運動神經(jīng)系統(tǒng)的控制機制來實現(xiàn)的，此方法需要對生物體開顱進(jìn)行電極植

2、入手術(shù)，通常手術(shù)后至少5天才能進(jìn)行生物機器人的控制實驗，如果手術(shù)失敗，生物體的死亡屬于有創(chuàng)傷性運動控制的方式，技術(shù)難度較大，且長期的刺激會使生物體產(chǎn)生神經(jīng)疲勞和適應(yīng)性。鑒于此，我們開發(fā)了一套基于超聲波刺激融合表皮電極刺激和LED燈光刺激的無創(chuàng)傷老鼠生物機器人運動控制系統(tǒng)。
　　 本文在緒論部分?jǐn)⑹隽松餀C器人的概述以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，探討了生物機器人研究的意義和不足之處，然后在此基礎(chǔ)上提出了無創(chuàng)傷老鼠生物機器人系統(tǒng)的原理以及研

3、究內(nèi)容，接著著重介紹了這套無創(chuàng)傷老鼠生物機器人運動控制導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。硬件系統(tǒng)部分主要包括了電源供電部分設(shè)計、通訊電路的設(shè)計（包括指令發(fā)生器和接收控制器部分，以S3C2410為主控制芯片，CC1000為無線射頻收發(fā)芯片傳送信號）、用于攜帶接收控制器的馬甲和屏蔽外界環(huán)境的頭罩、刺激電極的選擇以及圖像采集裝置的設(shè)計。軟件方面主要包括了端口通訊軟件的設(shè)計以及無線通訊程序的設(shè)計，采用USB接口以及串口通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，具體包括

4、了調(diào)度遠(yuǎn)程刺激源刺激、視頻圖像的采集。最后，通過在平滑的草地上進(jìn)行了老鼠生物機器人運動控制導(dǎo)航實驗，這其中包括了：測試無線通訊的距離和老鼠對三個刺激源的反應(yīng)及遙控導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。實驗結(jié)果表明：遙控通訊系統(tǒng)可以在300m范圍內(nèi)進(jìn)行刺激源的測試；老鼠對三個刺激源的刺激反應(yīng)靈敏，可以成功的實現(xiàn)老鼠的前進(jìn)，左右轉(zhuǎn)動控制；且在遠(yuǎn)程視頻采集模塊的輔助下，老鼠可以到達(dá)設(shè)定的目的地。該無創(chuàng)傷運動控制導(dǎo)航系統(tǒng)性能良好，穩(wěn)定可靠，適合生物機器人中的應(yīng)用。