林孟；凯瑟琳·麦克劳德。；伯恩德·波尔；亨利克·戈尔利 双足机器人行走控制源于对人类运动的分析。 （英语） Zbl 1401.93144号 生物、网络。 112，第3号，277-290（2018）. 小结：本文提出了一种双足机器人控制器的设计，其中感觉输入和运动输出之间的功能被视为来自人类数据的黑盒。为了实现这一点，我们研究了人类行走中来自脚的地面接触信息和腿部肌肉活动之间的因果关系，并计算了将感官信号转换为运动动作的滤波函数。通过将其应用于我们的两足机器人RunBot III，在没有任何中央模式生成器或精确轨迹控制的情况下，创建了一个最小、非线性和鲁棒的控制系统，并随后进行了分析。结果表明，该控制器能够产生稳定的机器人行走。这表明，复杂的运动模式可以由基于反射的简单模型产生，并支持以下前提，即人类衍生的控制策略在机器人或辅助设备中具有潜在的应用。 引用于1文件 MSC公司： 93C85号 控制理论中的自动化系统（机器人等） 92立方厘米 生物力学 68T40型 机器人人工智能 93D05型 李亚普诺夫和控制理论中的其他经典稳定性（拉格朗日、泊松、（L^p、L^p）等） 93B52号 反馈控制 70E60型 机器人动力学与刚体控制 关键词：反射节律发生器；机器人技术；两足行走；极限自行车行走；生物灵感；人类行走 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{L.Meng}等人，生物。赛博。112、3号、277--290（2018；Zbl 1401.93144） 全文： 内政部 参考文献： [1] 秋泽，K；奥尔德里奇，JW；Steeves，JD；Stein，RB，中脑猫运动过程中伸展反射的调节，生理学杂志，329553-567，（1982）·doi:10.1113/jphysiol.1982年sp014319 [2] Allard P、Cappozzo A、Lundberg A、Vaughan C（1998）《人类运动的三维分析》。霍博肯·威利 [3] SJM Bamberg；本巴萨特，AY；DM斯卡伯勒；德国克雷布斯；Paradiso，JA，使用鞋内集成无线传感器系统进行步态分析，IEEE Trans-Inf Technol Biomed，12413-423，（2008）·doi:10.1109/TITB.2007.899493 [4] Bernstein N（1967）运动的协调和调节。牛津佩加蒙出版社 [5] Brown，TG，哺乳动物进化行为中的内在因素，Proc R Soc Lond B Biol Sci，84，308-319，（1911）·doi:10.1098/rspb.2011年7月17日 [6] 勃朗宁，RC；贝克，EA；JA Herron；Kram，R，《肥胖和性对能量消耗和最佳步行速度的影响》，《应用生理学杂志》，100390-398，（2006）·doi:10.1152/japplphysical.00767.2005 [7] 卡帕迪，C；Stein，R，人类行走和站立时比目鱼肌h反射的振幅调制，神经科学杂志，61308-1313，（1986）·doi:10.1523/JNEUROSCI.06-05-01308.1986 [8] Collins SH，Ruina A（2005）一种具有高效和人性化步态的两足步行机器人。摘自：2005年IEEE机器人和自动化国际会议记录，IEEE，第1983-1988页 [9] 戴维森公司；奥戴尔，R；Chan，V；Schieber，MH，《不同行为矫正肌电的尖峰触发平均值的比较效应》，《神经科学方法杂志》，163283-294，（2007）·doi:10.1016/j.pneumeth.2007.03.010 [10] 迪茨，V；Duysens，J，运动期间负荷受体输入的重要性：综述，步态，11，102-110，（2000）·doi:10.1016/S0966-6362（99）00052-1 [11] Drake R、Vogl AW、Mitchell AW（2014）《格雷的学生解剖学》。Elsevier Health Sciences，阿姆斯特丹 [12] Duysens，J；克罗默特，HW；斯密茨·恩格尔斯曼（Smits-Engelsman），不列颠哥伦比亚省；赫尔姆，FC，《一个叫做人类的步行机器人：从运动的神经控制中学到的教训》，《生物医学杂志》，35，447-453，（2002）·doi:10.1016/S0021-9290（01）00187-7 [13] 艾德伯格，E；瓦尔登，J；Nguyen，L，猕猴的运动控制，Brain，104，647-663，（1981）·doi:10.1093/brain/104.4.647-a [14] 工程师，J；冬季，D；Patla，A，《人类行走中摆动早期和晚期的恢复策略》，实验脑研究，102339-349，（1994）·doi:10.1007/BF00227520 [15] Fedirchuk，B；尼尔森，J；彼得森，N；Hultborn，H，急性脊椎化绒猴的药理学诱发的虚拟运动模式(魔芋)《实验脑研究》，122，351-361，（1998）·doi:10.1007/s002210050523 [16] 耿，T；波尔，B；Wörgötter，F，动态双足步行控制的反射神经网络，神经计算，18，1156-1196，（2006）·Zbl 1121.70300号 ·doi:10.1162/neco.2006.18.5.1156 [17] 盖尔，H；Herr，H，《一个对腿部力学原理进行编码的肌肉放松模型产生了人类行走动力学和肌肉活动》，IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng，18，263-273，（2010）·doi:10.1109/TNSRE.2010.2047592 [18] 盖尔，H；Seyfarth，A；Blickhan，R，跳跃步态中的正力反馈？，Proc R Soc Lond B生物科学，270，2173-2183，（2003）·doi:10.1098/rspb.2003.2554文件 [19] Grillner，S，脊椎动物节律运动行为的神经生物学基础，科学，228143-149，（1985）·doi:10.1126/science.3975635 [20] Hamilton N、Weimar W、Luttgens K（2012）《运动学：人体运动的科学基础》。McGraw-Hill，纽约 [21] 霍布伦，D；Wisse，M，极限循环步行者的踝关节驱动，国际机器人研究杂志，27709-735，（2008）·doi:10.1177/0278364908091365 [22] Hultborn，H；尼尔森，JB，《从猫到人的脊椎运动控制》，《生理学报》，189111-121，（2007）·doi:10.1111/j.1748-1716.2006.01651.x [23] 伊达，F；Rummel，J；Seyfarth，A，《双足步行和双关节肌肉弹力跑》，《生物医学杂志》，41，656-667，（2008）·doi:10.1016/j.jbiomech.2007.09.033 [24] Ijspeert，A，2008年特刊：动物和机器人运动控制的中央模式生成器：综述，神经网络，21642-653，（2008）·doi:10.1016/j.neunet.2008.03.014 [25] Inman V、Ralston H、Todd F（1981）《人类行走》。Williams&Wilkins，费城 [26] JO罗伊法官；戴维斯，B；Õunpuu，S，《高龄步长减少：踝关节和髋关节动力学的作用》，《老年医学杂志》，51，m303-m312，（1996）·doi:10.1093/gerona/51A.6.M303 [27] 加藤一世、Ohteru S、Kobayashi H、Shirai K、Uchiyama A（1974）《带感官和肢体的信息动力机器》。摘自：《机器人和机械手的理论与实践》，国际机械科学中心，第201卷，施普林格，维也纳，第11-24页 [28] 科尔尼，RE；洛蒂，M；Stein，RB，人类脚踝强加行走运动期间拉伸反射的调节，神经生理学杂志，81，2893-2902，（1999）·doi:10.1152/jn.1999.81.6.2893 [29] Klein TJ（2011）类人行走的神经机器人模型。亚利桑那大学博士论文 [30] Lewis M，Tenore F，Etienne-Cummings R（2005）使用抑制网络的CPG设计。摘自：IEEE机器人和自动化国际会议，IEEE，第3682-3687页 [31] Linde，RQ，带阶段性肌肉收缩的被动双足步行，Biol Cybern，81，227-237，（1999）·Zbl 0957.92003号 ·doi:10.1007/s00422005058 [32] 利弗特，西南；Günther，M；伦杰夫斯基，D；Seyfarth，A，《人类行走中的冲击性踝关节推离力量腿部摆动》，《实验生物学杂志》，217，1218-1228，（2014）·doi:10.1242/jeb.097345 [33] Lundberg A（1979）脊柱反射通路的多感官控制。在：姿势和运动的反射控制：1978年9月11日至14日在意大利比萨举行的IBRO研讨会记录，第50卷，第11页，爱思唯尔， [34] 加利福尼亚州麦克劳德；孟，L；康韦，BA；Porr，B，使用人类行走数据对机器人步态进行反射控制，PloS ONE，9，e109959，（2014）·doi:10.1371/journal.pone.0109959 [35] 马诺蓬格，P；耿，T；库利维修斯，T；波尔，B；等。，神经元控制和学习下双足机器人的自适应快速行走，PLOS Compute Biol，31305-1320，（2007）·doi:10.1371/journal.pcbi.0030134 [36] 马德尔，E；Bucher，D，中央模式发生器和节奏运动的控制，Curr Biol，11986-996，（2001）·doi:10.1016/S0960-9822（01）00581-4 [37] McGeer，T，被动动态步行，国际机器人研究杂志，9，62-82，（1990）·doi:10.1177/027836499000900206 [38] 米尔内·布朗，H；R·斯坦因；Yemm，R，《人体运动单位在自主等长收缩过程中的收缩特性》，《生理学杂志》，228285-306，（1973）·doi:10.1113/jphysiol.1973年sp010087 [39] Miyakoshi，S；塔加，G；Kuniyoshi，Y；Nagakubo，A，使用神经振荡器的三维两足步行运动——现实世界中的仿人运动，EEE/RSJ Int Conf智能机器人系统，184-89，（1998） [40] Mochon，S；T·麦克马洪，《弹道行走》，《生物医学杂志》，13，49-57，（1980）·Zbl 0447.73086号 ·doi:10.1016/0021-9290（80）90007-X [41] Nadeau，S；砾石，D；阿瑟诺，AB；Bourbonnais，D，作为中风患者步速限制因素的跖屈肌无力和髋屈肌的补偿作用，临床生物医学，14，125-135，（1999）·doi:10.1016/S0268-0033（98）00062-X [42] 海王星，RR；考茨，S；Zajac，F，个人踝跖屈肌在步行过程中对支撑、向前推进和摆动起始的贡献，《生物医学杂志》，341387-1398，（2001）·doi:10.1016/S0021-9290（01）00105-1 [43] 尼尔森，JB，《我们如何行走：人类行走过程中肌肉活动的中央控制》，神经科学家，9，195-204，（2003）·doi:10.1177/1073858403009003012 [44] MG Pandy，《人体运动的计算机建模与仿真》，《生物医学工程年鉴》，第3245-273页，（2001年）·doi:10.1146/annurev.bioeng.3.1.245 [45] Pratt，J；Chew，C；托雷斯，A；迪尔沃思，P；等。，虚拟模型控制：双足运动的直观方法，国际机器人研究杂志，20，129-143，（2001）·doi:10.1177/02783640122067309 [46] 普伦蒂斯，SD；帕特拉，AE；Stacey，DA，简单的人工神经网络模型可以为人类在不同速度下的运动生成基本的肌肉活动模式，Exp-Brain Res，123，474-480，（1998）·doi:10.1007/s002210050591 [47] 里夫，RE；Webb，BH，机器人语音趋同的新神经电路，Philos Trans R Soc Lond Ser A数学物理工程科学，361，2245-2266，（2003）·doi:10.1098/rsta.2003.1274 [48] 伦杰夫斯基，D；Seyfarth，A，《人类生物力学中的机器人——行走中脚踝推脱的研究》，Biominspiration Biomim，7036005，（2012）·doi:10.1088/1748-3182/7/3/036005 [49] Rose J、Gamble JG、Adams JM（2006）《人类行走》。费城Lippincott Williams&Wilkins [50] Rossignol，S，脊柱损伤后的运动及其恢复，Curr Opin Neurobiol，10708-716，（2000）·doi:10.1016/S0959-4388（00）00151-3 [51] 罗西尼诺，S；杜布克，R；Gossard，JP，运动中的动态感觉运动相互作用，《生理评论》，86，89-154，（2005）·doi:10.1152/physrev.00028.2005 [52] Sakagami Y、Watanabe R、Aoyama C、Matsunaga S、Higaki N、Fujimura K（2002）《智能asimo：系统概述和集成》。摘自：IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议，第3卷，第2478-2483页doi:10.1109/IRDS.2002.1041641 [53] Sherrington CS（1916）神经系统的整合作用。剑桥大学图书馆 [54] Sinkjr，T；安徒生，JB；拉多瑟，M；路易斯安那州克里斯滕森；尼尔森，JB，男子步行站立阶段比目鱼肌肌电活动中感觉反馈的主要作用，《生理学杂志》，523817-827，（2000）·doi:10.1111/j.1469--7793.2000.00817.x [55] Sinkjaer T、Haugland M、Inmann A、Hansen M、Nielsen KD（2003）《功能性电刺激系统中作为指令和反馈信号的生物电位》。医学与工程物理25（1）：29-40，doi:http://dx.doi.org/10.1016/S1350-4533（02）00178-9，功能性电刺激的控制问题：当前和未来系统 [56] Sutherland，DH，临床步态分析的演变第1部分：运动肌电图，步态姿势，14，61-70，（2001）·doi:10.1016/S0966-6362（01）00100-X [57] 萨瑟兰，DH；库珀，L；Daniel，D，《踝跖屈肌在正常行走中的作用》，《骨关节外科杂志》，62354-363，（1980）·doi:10.2106/00004623-198062030-00005 [58] Taga，G，人类运动的神经肌肉骨骼系统模型，Biol Cybern，73，97-111，（1995）·Zbl 0826.92012号 ·doi:10.1007/BF00204048 [59] Vukobratović，M，《如何控制人工拟人系统》，IEEE Trans-Syst Man-Cybern，5497-507，（1973）·兹比尔0266.92003 ·doi:10.1109/TSMC.1973.4309277 [60] Whittle MW（2014）步态分析：简介。巴特沃斯·海尼曼，牛津 [61] Winter，DA，正常行走的生物力学运动模式，J Mot Behav，15，302-330，（1983）·数字对象标识代码：10.1080/00222895.1983.10735302 [62] Winter，DA，在快速、自然和缓慢的节奏中脚踝和膝盖的能量产生和吸收，Clin Orthop Relat Res，175147-154，（1983） [63] Wisse，M，《被动动态行走的三个补充：驱动、上身和三维稳定性》，《国际仿人机器人杂志》，2459-478，（2005）·doi:10.1142/S0219843605000570 [64] 怀斯，M；Frankenhuyzen，J；Kimura，H（编辑）；Tsuchiya，K（编辑）；Ishiguro，A（编辑）；Witte，H（编辑），《话筒的设计与施工》；基于被动动态行走的二维自主两足动物，143-154，（2006），东京·数字对象标识代码：10.1007/4-431-31381-813 [65] 杨，J；R·斯坦因；James，K，人类行走时外周传入对比目鱼肌激活的贡献，实验脑研究，87，679-687，（1991）·doi:10.1007/BF00227094 [66] FE Zajac；海王星，RR；Kautz，SA，《人体行走的生物力学和肌肉协调：第一部分：概念、能量传递、动力学和模拟简介》，步态，16，215-232，（2002）·doi:10.1016/S0966-6362（02）00068-1 [67] FE Zajac；海王星，RR；Kautz，SA，《人体行走的生物力学和肌肉协调：第二部分：动力学模拟的教训和临床意义》，《步态》，17，1-17，（2003）·doi:10.1016/S0966-6362（02）00069-3 [68] Zehr，E；小山，T；Stein，R，《人类步态中的皮肤反射：对电刺激的肌电和运动反应》，《神经生理学杂志》，77，3311-3325，（1997）·doi:10.1152/jn.1997.77.6.3311 [69] Zehr，EP；Stein，RB，反射在人类运动中起什么作用？，神经生物学进展，58，185-205，（1999）·doi:10.1016/S0301-0082（98）00081-1 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。