Technische Umsetzung neurobiologischer Erkenntnisse in der Laufregelung lebensgroßer zweibeiniger Roboter

神经生物学发现在真人大小双足机器人行走控制中的技术应用

• 批准号: 159033029
• 负责人: Professor Dr. Ansgar Büschges
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Zoologie
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/159033029?language=en
• 关键词: Technische; Umsetzung; neurobiologischer; Erkenntnisse; der

Dieses Forschungsvorhaben ist Bestandteil des Paketantrags „Natur und Technik intelligenten Laufens“ und beschäftigt sich sowohl theoretisch als auch experimentell mit der Regelung des zweibeinigen Laufens. Es sollen neurobiologische Erkenntnisse über die Kontrolle des Laufens bei Tieren und Menschen auf die Regelung zweibeiniger Laufroboter übertragen werden. Dabei sollen aus der Biologie bekannte Prinzipien und Signalflüsse phänomenologisch in die Laufregelung des Roboters übertragen werden. Es sollen also aus der Biologie bekannte Prinzipien der Koordination und Stabilisierung des Gangs genutzt werden. Die praktische Umsetzung dieser Prinzipien soll allerdings mit ingenieurswissenschaftlichen Methoden und im Rahmenwerk der bestehenden Laufregelung der Roboter Johnnie und Lola erfolgen.In der neurobiologischen und biomechanischen Forschung wird der Gangablauf in unterschiedliche Phasen – etwa Schwing- und Stemmphase – eingeteilt, die selbst wieder in Unterphasen gegliedert werden können. Aus der Neurobiologie des Laufens ist bekannt, dass der Übergang des Laufsystems von einer dieser Phasen zur nächsten durch bestimmte Sinnessignale oder auch Kombinationen von Sinnessignalen ausgelöst werden. Das Laufsystem kann somit als „Finite State Machine“ (FSM) beschrieben werden, bei der die Zustandswechsel durch bestimmte Reizkombinationen ausgelöst werden und jeder Phase des Gangs ein Zustand der FSM zugeordnet ist. Bei der Regelung von Johnnie und Lola wird bereits eine FSM zur Koordination der Laufplanung und -regelung eingesetzt. Allerdings erfolgen die Zustandswechsel derzeit rein zeitgesteuert auf Basis der gewünschten Laufbewegung. Im Rahmen des vorliegenden Antrags sollen ereignisbasierte Zustandswechsel eingeführt werden. Die Ereignisse, die zu einem Zustandswechsel des Laufsystems führen, sollen dabei aus der Neurobiologie des Laufens abgeleitet werden.Der einfachste Fall einer solchen ereignisbasierten Phasenumschaltung ist der „phase reset“ der Gangmustererzeugung beim Beinwechsel aufgrund des gemessenen Bodenkontakts des Schwungbeins. Für diesen Fall ist der stabilisierende Einfluss gut erforscht (siehe Abschnitt 2.1.3). Allerdings werden solche Phasenumschaltungen bei lebensgroßen, voll aktuierten Robotern wie Asimo, HRP-2 oder WABIAN-II nicht eingesetzt. In der neuronalen Kontrolle des Laufens spielt die „Aktivierung“ der antagonistischen Muskeln im Laufapparat eine große Rolle. Durch diese Aktivierung wird sowohl das effektiv wirkende Drehmoment am Gelenk, als auch die Verspannung erzeugt, die wiederum die Steifigkeit des Gelenks gegenüber äußeren Kräften beeinflusst. Lola verfügt zwar nicht über antagonistische Antriebe. Allerdings kann das Wirkprinzip von antagonistischen Antrieben in Kombination mit der Aktivierung der beiden Muskeln näherungsweise in der Antriebsregelung umgesetzt werden.Die Integration und experimentelle Validierung dieser biologisch begründeten Komponenten in das modellbasierte Regelungssystem von Lola stellt eine wesentliche Neuerung dar. Der Ansatz verspricht eine deutliche Steigerung der Robustheit des Laufsystems insbesondere bei unebenem Untergrund und bei großen Störungen und ermöglicht eine Analyse der im biologischen System beobachteten Effekte im technischen Laufsystem.

Dieses Forschungsvorhaben 是“劳芬斯的自然和技术智能”的最佳研究，并且是在劳芬斯的治理中进行实验的理论研究。重新启动 Laufroboter 并进行操作。韦尔登格努茨特– etwa Schwing- und Stemmphase – eingeteilt, die self-wieder in Unterphasen gegliedert werden können。 Sinnesssignalen ausgelöst werden。Das Laufsystem 可以称为“有限状态机”(FSM)。 Lola 是 FSM 的协调协调员。韦尔登公司。 Für diesen Fall ist der stableierende Einfluss gut erforscht (siehe Abschnitt 2.1.3)。在劳芬斯的神经元控制中，在劳芬斯的神经元控制中，马斯克尔在大劳尔的对抗中发挥了“作用”。与对抗 Antrieben 的 Wirkprinzip 相关的所有问题都与 Antriebsregelung 中的 Muskeln näherungsweise 的活动组合相结合集成和实验验证了 Lola 的模型调节系统中的生物学要素。并在生物系统中分析其效果并在技术劳夫系统中发挥作用。