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自然生命的诸多技能是在生物个体的生长发育过程中逐渐的形成和发展起来的。试图理解和模拟自然生命的行为控制技能与认知行为,并将这种行为赋予轮式移动机器人主体,实现机器生命的行为仿真是当前的一个研究热点。
作为复杂的智能控制系统,机器生命的研究涉及人工智能、控制理论、传感器技术和计算机软、硬件等多个学科。本文以从自然生命的最基本的神经活动反射(Reflex)引申而来的机电反射弧作为理论基础,开展行为仿真方面的机器生命实体的研究,研究主要包括三个方面:
1.轮式移动机器人主体的硬件设计和实现。详细介绍构建轮式移动机器人主体(RoboticHardwareAgent,简称RHAgnt)的环境感知模块、驱动模块、核心数字信号控制器(DigitalSignalProcessor,DSP)模块的原理与设计。硬件设计采用模块化设计方法,具有开放性和扩展性,为以后的各种功能模块的添加以及进一步的开发提供了很好的硬件基础。
2.轮式移动机器人的软件体系结构的分析与设计。
对移动机器人的三种软件体系结构进行分析和归纳的基础上,结合本课题的具体需求设计了一种复合式的软件体系结构,给出了整个控制软件的初步实现。
3.以Wiener在其《控制论》中所设想的机器蠕虫作为具体研究对象,并以轮式机器人作为基础,进行了机器生命的认知和行为仿真方面的研究工作。
通过对蠕虫的构造和习性的剖析,进行机器蠕虫的机体构造和行为状态设计。随后根据课题的特点,提出了以条件反射模拟器(ConditionedReflexAnalgoue,CORA)作为其神经中枢的核心,实现其在趋光和避光行为转化方面的认知能力。最后给出了具体的软件实现流程图。
本文的研究工作得到了国家自然科学基金(60375017)的支持,相关的学术研究成果已被中文核心期刊《控制工程》录用,并获得软件著作权一项。本文的研究工作对于促进机器人生物行为仿真和认知模型在机器人系统中的应用具有积极的意义,可广泛应用于机器学习、机器人学等领域。