Neurorobotic Technology for Advanced Robot Motor Control

Gående robotter har potentialet til at kunne gå overalt, hvor deres biologiske modparter også kan gå samt at krydse terræn utilgængeligt for de fleste robotter med hjul. De kan interagere med generiske fysiske miljøer designet til bevægelse med ben eller groft terræn med mange forhindringer. Dette skyldes, at gående robotter er udstyret med flere ben, der hver har mange frihedsgrader. Selvom denne redundans skaber høj tilpasningsevne og robusthed over for fejl, komplicerer det også kontrolmekanismens design. Der er generelt tre grundlæggende tilpasningstyper at overveje, når man designer sådanne kontrolmekanismer. Disse er frekvens­, fase­, amplitudetilpasning. Hypotesen er, at en central mønster generator (CPG) baseret kontrolmekanisme, der er i stand til at udføre alle tre typer tilpasninger, vil muliggøre 1) energibesparelser, 2) en generel og let forståelig kontrol arkitektur, 3) adaptiv bevægelse og 4) komplekse bevægelsesadfærd.


Denne afhandling består af fem artikler, hvori nye kontrolmekanismer, der implementerer de tre grundlæggende former for tilpasning, er præsenteret. Tilsammen udfylder de et vigtigt hul i forskningsområdet for bevægelseskontrol ved at være enkle og i stand til at generere kompleks bevægelsesadfærd. Desuden er mekanismerne udvidelige, hvilket gør det muligt at udvide dem med ny adfærd. Dette er især nyttigt i et hurtigt voksende felt som bevægelseskontrol, hvor der hele tiden introduceres nye fremskridt.


I de fire første artikler udvikles der adaptive mekanismer til frekvens og motor mønstre tilpasning. Begge mekanismer er baseret på en bio­inspireret kunstig CPG. Den adaptive frekvensmekanisme kan tilpasse CPG­frekvensen på få sekunder baseret på robottens form samt eksterne og interne forstyrrelser. Ved at gøre sådan, kan robotten bevæge sig energieffektivt, forhindre skader og minimere motor positions fejl. Den adaptive motor mønster mekanisme kan udføre både fase­ og amplitudetilpasning. Den kan lære motor mønstre inden for få minutter baseret på robottens form, eksterne forstyrrelser og den ønskede adfærd. Desuden er mekanismen modulær, hvilket betyder, at den kan udvides med yderligere funktionalitet
baseret på den aktuelle mission. At være modulær tillader også fjernelse af moduler, der er afhængige af ødelagte eller defekte sensorer. Afhandlingens endelige artikel beskriver kombinationen af frekvens og motor mønster tilpasningsmekanismerne. Deres kombination er ligetil, da de begge bruger en CPG som en kernekomponent. Resultater viser, at mekanismerne supplerer hinanden, og deres kombination kan ses som et vigtigt skridt imod yderligere undersøgelser af adaptiv bevægelseskontrol