大鼠機器人自動控制模型與方法.pdf

1、動物機器人是一種基于腦機接口(Brain-Computer Interfaces，BCI)技術(shù)構(gòu)建的新型機器人系統(tǒng)。以動物為運動載體，通過手術(shù)將刺激電極植入動物腦部運動相關(guān)核團和感受區(qū)，并施加微電流刺激，使其產(chǎn)生“虛擬”的運動意向和運動感受，來實現(xiàn)對動物運動行為的控制。
　　 目前對動物機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道。對動物機器人自動控制研究的缺失，大大地限制了其在實際領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于動物機器人載體的

2、生物特殊性，傳統(tǒng)機械機器人的自動導(dǎo)航方法不能完全適用于動物機器人。
　　 本文針對動物機器人載體的生物特殊性，考慮動物自身的運動意圖，以大鼠機器人為研究對象，從自動導(dǎo)航系統(tǒng)涉及的三個基本部分（環(huán)境地圖建模及路徑規(guī)劃、運動狀態(tài)實時計算以及自動導(dǎo)航控制邏輯）出發(fā)，實現(xiàn)了大鼠機器人在八臂迷宮實驗環(huán)境中的自動導(dǎo)航。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1)采用圖像處理手段自動建模八臂實驗環(huán)境，建立大鼠機器人運動空間的拓?fù)涞貓D。將

3、大鼠自身對于路徑選擇的因素作為先驗概率引入概率圖模型，利用概率圖模型計算在順利完成導(dǎo)航任務(wù)前提下的大鼠最傾向行走路徑。
　　 2)考慮大鼠運動狀態(tài)的時間持續(xù)性，本文采用基于連續(xù)幀的稀疏光流計算方法，準(zhǔn)確地提取大鼠機器人的運動狀態(tài)信息。相比于單幀圖像的處理手段，基于時間序列的計算結(jié)果更能準(zhǔn)確地反映大鼠的運動意圖。
　　 3)大鼠機器人控制的神經(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)向后的獎賞刺激必須及時給予以