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基于Hopf振荡器的Spiking-CPG六足机器人步态运动控制

Gait locomotion of hexapod robot based on Spiking-CPG neural system using Hopf oscillator
罗疏桐1
宋自根2
1. 上海海洋大学 信息学院, 上海 201306
2. 同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092

摘要

中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)在六足机器人的运动步态控制中起着至关重要的作用。为能够更高效、更低能耗地控制六足机器人的步态运动,提出了一种Spiking-CPG(SCPG)神经网络作为六足机器人的仿生控制系统,其结合Hopf振荡器与以时疏的spiking信号传递信息的仿生神经元LIF(leaky integrate-and-fire),采用环型拓扑结构,使用六组各2 000个LIF神经元组成的集合相互连接而成。该SCPG控制系统能够生成六足机器人常见的波动步态、四足步态、三足步态,通过调节相位差参数实现快速、顺滑、稳定的切换运动步态,实时调整所需的频率、振幅,在面对外界干扰时能够在很短的时间内恢复原状,具有很好的鲁棒性。在Webots平台上搭建了一个三维的六足机器人模型,将SCPG的信号输出并经过关节映射函数变换后,来控制六足机器人的运动,验证了所设计六足机器人的运动稳定性和SCPG控制方案的可行性与有效性。最后,在Intel的Loihi芯片上移植了SCPG神经网络控制器,结果表明,其具备高效的执行速度和更低的能耗,在六足机器人的运动控制中具备良好的应用前景。

基金项目

国家自然科学基金资助项目(12172212)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(22120220588)

出版信息

DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2024.01.0050
出版期卷: 《计算机应用研究》 印刷出版, 2024年第41卷 第10期
所属栏目: 系统应用开发
出版页码: 3053-3058
文章编号: 1001-3695(2024)10-024-3053-06

发布历史

[2024-07-05] 优先出版
[2024-10-05] 印刷出版

引用本文

罗疏桐, 宋自根. 基于Hopf振荡器的Spiking-CPG六足机器人步态运动控制 [J]. 计算机应用研究, 2024, 41 (10): 3053-3058. (Luo Shutong, Song Zigen. Gait locomotion of hexapod robot based on Spiking-CPG neural system using Hopf oscillator [J]. Application Research of Computers, 2024, 41 (10): 3053-3058. )

关于期刊

  • 计算机应用研究 月刊
  • Application Research of Computers
  • 刊号 ISSN 1001-3695
    CN  51-1196/TP

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