大鼠機(jī)器人自動(dòng)控制模型與方法.pdf

1、動(dòng)物機(jī)器人是一種基于腦機(jī)接口(Brain-Computer Interfaces，BCI)技術(shù)構(gòu)建的新型機(jī)器人系統(tǒng)。以動(dòng)物為運(yùn)動(dòng)載體，通過手術(shù)將刺激電極植入動(dòng)物腦部運(yùn)動(dòng)相關(guān)核團(tuán)和感受區(qū)，并施加微電流刺激，使其產(chǎn)生“虛擬”的運(yùn)動(dòng)意向和運(yùn)動(dòng)感受，來實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的控制。
　　 目前對(duì)動(dòng)物機(jī)器人的研究主要集中在人為控制方面，鮮有自主控制研究報(bào)道。對(duì)動(dòng)物機(jī)器人自動(dòng)控制研究的缺失，大大地限制了其在實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于動(dòng)物機(jī)器人載體的

2、生物特殊性，傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航方法不能完全適用于動(dòng)物機(jī)器人。
　　 本文針對(duì)動(dòng)物機(jī)器人載體的生物特殊性，考慮動(dòng)物自身的運(yùn)動(dòng)意圖，以大鼠機(jī)器人為研究對(duì)象，從自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)涉及的三個(gè)基本部分（環(huán)境地圖建模及路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算以及自動(dòng)導(dǎo)航控制邏輯）出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了大鼠機(jī)器人在八臂迷宮實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的自動(dòng)導(dǎo)航。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 1)采用圖像處理手段自動(dòng)建模八臂實(shí)驗(yàn)環(huán)境，建立大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間的拓?fù)涞貓D。將

3、大鼠自身對(duì)于路徑選擇的因素作為先驗(yàn)概率引入概率圖模型，利用概率圖模型計(jì)算在順利完成導(dǎo)航任務(wù)前提下的大鼠最傾向行走路徑。
　　 2)考慮大鼠運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間持續(xù)性，本文采用基于連續(xù)幀的稀疏光流計(jì)算方法，準(zhǔn)確地提取大鼠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。相比于單幀圖像的處理手段，基于時(shí)間序列的計(jì)算結(jié)果更能準(zhǔn)確地反映大鼠的運(yùn)動(dòng)意圖。
　　 3)大鼠機(jī)器人控制的神經(jīng)生理特性決定了控制指令發(fā)送的頻率不能太高，并且成功轉(zhuǎn)向后的獎(jiǎng)賞刺激必須及時(shí)給予以