基于CPG的蛇形机器人控制器

基于CPG的蛇形机器人控制器

报告题目：A CPG-based Controller for Snake-like Robots 报 告 人: 日本立命馆大学机器人系 马书根 教授 宣讲时间：2011年3月26日星期六上午 9：00-11：00 宣讲地点：诚意楼22(A楼)

专家介绍：马书根，日本立命馆大学COE推进机构教授。1963年生，1991年毕业于日本东京工业大学研究生院，获得博士学位，1992年美国加州大学博士后1年。中国科学院沈阳自动化研究所研究员(2001年百人计划 可重构星球探测机器人研究)，博士生导师。

曾任日本茨城大学生物智能机械学实验室主任，现任日本立命馆大学COE推进机构特聘教授，BKC国际中心主任，日本文部省重大课题大都市防灾减灾特别专题副组长，哈尔滨工业大学“装备设计制造科学与技术”教育部创新引智基地海外专家，主要从事新型机器人的结构和控制，生物仿生学，防灾救援机器人等方面的研究。

马书根教授于1992年获日本仪表及控制工程师学会杰出论文奖，2005年获IEEE机器人及自动化国际会议最佳论文奖，2007年获中国自然科学及技术协会杰出论文奖，2007年获中国机械工程杂志最佳论文奖，2001年获中科院授予的“海外杰出教授”称号，2005年获中院沈阳自动化研究所授予的“先驱研究者”称号，2005年获IEEE机器人及自动化国际会议仿生学方面最佳论文奖提名，2007和2009年IEEE机器人及仿生学国际会议最佳论文奖提名，2009年IEEE机电一体及自动化国际会议Toshio Fukuda最佳论文奖提名，2009年IEEE信息及自动化国际会议最佳论文奖提名，2011年IEEE日本关西区贡献奖。

马书根教授为IEEE, JSME, SICE及日本机器人学会的会员，2003年12月至2007年11月担任IEEE机器人学报的副编辑，2007年4月开始担任Advanced Robotics杂志的编辑，曾担任ROBIO2004和ROBIO2010会议主席等。 蛇所具有的多样的运动模式与生理学特性使得它们最高程度的适应生存的环境。蛇形机器人，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像生物一样实现“无肢运动”，因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人\。日本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒。而美国的蛇形机器人研究则代表了当今世界的先进水平。2000年10月，美国航空航天局在加利福利亚装备研制中心展示了一种用于外太空探险的蛇形机器人，它能在一些复杂地形行走时如履平地，运动十分灵活，并具有探测、侦探等多种功能。

马书根博士将蛇的运动原理应用到机器人上，首次在蛇形机器人的运动原理、机构设计、运动形式等方面进行了大量研究，将机械手和移动机器人有效结合，提出了一种轮手一体化的移动机构，该机构实现了在不同约束下的单输入和双输出模式，提高了自主越障高度。通过与机械手进行融合，可以实现自主独立运动和自主站立抓取作业，具有创新性，可望在可重构星球探测机器人上获得应

用。

具有三维运动能力和独特的节律运动方式，使生物蛇能在复杂的地形环境中生存。 大多数动物节律运动是由中央模式发生器(Central pattern generator, CPG) 控制的。以此为理论依据，首次以循环抑制建模机理构建蛇形机器人组合关节运动控制的CPG 模型。证明该模型是节律输出型CPG 中微分方程维数最少的。 采用单向激励方式连接该类CPG 构建蛇形机器人三维运动神经网络控制体系，给出该CPG 网络产生振荡输出的必要条件。 应用蛇形机器人动力学模型仿真得到控制三维运动的CPG 神经网络参数，利用该CPG 网络的输出使“勘查者”成功实现三维运动。该结果为建立未探明的生物蛇神经网络模型提供了一种全新的方法。

另外，还提出了一种具有自主知识产权的新型链式可重构模块化机器人机构。该机构可在楼梯、台阶、废墟、管道、沟壑等非结构环境中运动。该机器人平台在城市灾难救援、城市公共安全等方面具有良好的应用前景。