 |
一个Lamprey-Based起伏的机器人 |
lobster@neu.edu
鱼的游泳行为范围从鳗状的组织(依靠侧轴向起伏)carangiform(依靠拍打尾巴和/或鳍)。在鳗鱼和七鳃鳗鳗状的运动是常见的。我们已经开发了一个多媒体分析系统的逆运动学分析的七鳃鳗游泳(艾尔斯和弗莱彻,1990;艾尔斯,1992)。鳗状的游泳结果从屈曲传播波前的身体更尾地区(见下文)。鳗状的运动过程中,波的传播时间从鼻子到尾巴等于起伏的周期,这样身体轴通常表现出一种“S”形。
 头的观点开始游泳 |
 顶视图的开始游泳 |
屈曲传播波交替对双方产生波动。振幅和时间轴波动控制独立(Ayers, 1989)。游泳的行为控制在通过弯曲屈曲波的基础上。将和其他操纵行为是由个人弯曲波的振幅调制。
| 代的游泳推力。上面的面板undicates反向动画序列的波动。中间面板显示的位置横向学术在连续帧的视频七鳃鳗游泳行为。较低的面板显示瞬时推力与应变仪受克监控身体长度的25%。 |
期间产生的推力鳗状的游泳是跳动的。山峰推力产生的弯曲波浪传播~ 65%的身体长度和与最大伸直身体的轴。我们的假设是,推力的大小是受调制的轴向刚度coactivation双方身体的肌肉组织。轴向刚度是必要的适应控制运动的速度从低搜索速度更快我们的机器人概念包括此功能需要的行为。
| 波动的总体组织控制器。节段振荡器连接侧和侧协调元素。反过来激活振荡器线性致动器的flex体轴的不同区域。 |
众多生理研究已经证明,起伏的运动是由节段性中枢模式发生器(Grillner和邻居,1984)由侧和侧协调系统协调中央模式(图4)。发电机反过来激活运动神经元招募的大小顺序级收缩强度和合成侧学术语(Grillner卡申,1976)。
| 激活模式的节段性致动器在缓慢而快速游泳。每个跟踪的两个面板显示活动状态不同的四分位数致动器连接 |
必要的控制信号很容易生成与有限状态机组织成指挥系统,协调系统,中枢模式发生器组件(Ayers Crisman, 1992)。在此体系结构中,振荡器和招聘人员组件调整时机和幅度分别致动器的控制信号。我们有这样一个控制器的实现流动的机器人(Ayers, Crisman和马萨,1993)。
我们采用形状记忆金属线线性致动器调节轴向起伏。镍钛诺电线的直径小至50�可以产生高达30克的紧张关系。数组这样的电线被激活的神经网络控制器来产生波动的运动顺序激活学术语在不同的身体区域。
这个机器人是一个雄心勃勃的事业的发展,我们需要开始在实验室与实验模型,进行更精确的实现。最后机器人将包括一个灵活的聚氨酯橡胶身体形态塑造的地带。一个前室将包含传感器、处理器、电池和信号控制逻辑。控制器由一个连续实现处理器设置和清除数字输出信号基于控制器的状态。
实际的控制信号可以通过串行线选通一组移位寄存器,每个位的盖茨致动器的晶体管控制电流。因此,致动器控制信号经常复位状态改变时的控制程序。
机器人的身体是由一个灵活的聚氨酯片数组的镍钛诺�电线贴两边。线阵列是沿着身体轴交错,这样最前部和后部的电线不重叠。这允许身体flex在任何时候和弯曲电波传播。杆和镍钛诺�数组装在一个成型的橡胶形式。初步测试期间我们已经确定,冷却周围的水或油浴是足够的,允许快速线放松和起伏高达4赫兹。
波动控制器生成的激活模式元素的镍钛诺线阵列特性rostro-caudal相位滞后和侧交替。这些模式的激活与有限状态机实现。镍钛诺数组的每个元素是由一个单独的振荡器和招聘人员控制组件。可以实现监管的推力,原则上由调制的空间范围的收缩的镍钛诺�执行机构。调制的空间范围可以通过提供电流在不同距离沿着线相对于接地端。
机器人被设计成的浮力。系统被构建,这样重心在辊面相当腹侧和轴略积极活跃的鼻子。考虑到这些特点,增加推力将推动机器人向水面。
我们正在继续研究与William Vorus博士合作,结合上述电机系统分析、流体力学分析和机器人技术合成一个起伏的机器人系统,依赖于生物性控制器协调高效的酣睡的推进。我们使用水动力分析,证明这种波动的推进是酣睡的尾巴拍打运动相比效率高和七鳃鳗比较分析和实验结果。如上所述,这种模式推进很容易实现的简单波动的致动器依赖于形状记忆合金产生轴向收缩。
| MSC主页 | 龙虾的机器人 | 声纳生物遥测术 | 彩色图像 |
