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

基本信息

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

项目摘要

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 ist bestandteil des paketantrags“ natur und und technik intelliken laufens” undbeschäftigtsich sowohl sowohl theoreTisch als auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch auch a i regelung der regelung des Zweibeinigenigenigenigenigenigenlaufens。 Es sollen neurobiologischeerkenntnisseüberdie kontrolle des laufens bei tieren und Menschen auf Die regelung Zweibeiniger laufroboterübertragenWerden。 dabei sollen aus der Biologie bekannte prinzipien是世界机器人的象征。除了生物学外，普林齐皮恩还是导致帮派死亡的过敏的象征。 In the Prinzipien, allerdings are mitted ingenieurswissenschaftlichen Method und im Rahmenwerk der bestehenden Laufregelung der Roboter Johnnie und Lola erfolgen.In the der neurobiologischen und biomechanischen Forschung wird der Gangablauf in unterschiedliche Phasen – etwa Schwing- und Stemmphase – Eingeteilt，Die selbst Wieder中的Gegliedert WerdenKönnen。 aus der neurobiologie des laufens ist bekannt，dassderübergangdes laufsystems von einer dieser dieser phasenzurnächstendurch bestimmte sinnessignale sinnessignale oder ouchkombinationen von von von sinnessignalen ausgelenausgelöstwerden。 Das Laufsystem Kann Somit“有限状态机”（FSM）BESCHRIEBEN WERDEN，是ZustandSwechsel durch bestimmte bestimmte eash des gangs ein zustandswechsel的最佳选择。成为Regelung von Johnnie和Lola Wild Bereits Eine fsm Zur Koordination der Laufplanung und -Regelung ingesteztzt。过敏ZustandSwechsel derzeit ren ZeitgeesteeTert auf基础DerGewünschtenLaufbewegung。 Im Rahmen des vorliegenden antrags sollen erignisbasierte zustandswechshsechseleingeführtwerden。 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秋天的手势（Siehe Abschnitt 2.1.3）。过敏是基于Phasenum，Robotern Wie Asimo，HRP-2 Oder Wabian-II Nicht Eingestzt。在Neuronalen kontrolle des laufens中拼写了'是成为Kombination的对抗者，以及Muskeln的独立性以及Muskeln的独立性。 neuerung dar。