基于路径规划和机器视觉的大鼠行为控制方案及研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tiramisu_smile
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利用人工电信号控制动物的神经系统,使动物变成“机器人”,我们称之为“动物机器人”。从上世纪九十年代开始,人们利用生物控制技术,从动物运动的感受传入或神经支配入手,实现对动物的运动和某些行为的人为控制,从而利用动物特长代替人类完成人所不能的特殊任务。   动物机器人是电子信息技术、微制造技术和生物科学高度发展与相互融合的产物,是目前科技发展最活跃的领域之一。在能源供给、运动灵活性、隐蔽性、机动性和适应性方面动物机器人比传统的机器人以及仿生机器人更具优势。因而,可广泛应用在反恐、侦查、定点清除、危险环境搜救以及狭小空间检测等各方面。   本论文在国家自然基金项目“基于皮层神经元集群放电行为解码的老鼠机器人”的支持下,通过在大鼠的脑核区植入三对电极,实现对经过训练后的大鼠向左,向右以及向前的行为控制。本论文使用路径规划和机器视觉两种不同的技术有效控制大鼠到达目标点。针对大鼠在实验过程中的清醒状态以及实验中大鼠拐弯的角度不可控制这一情形,本文提出了方向调整判决公式,均被用于这两种方案。基于路径规划的导航方案利用CC2431组成的星型网络定位大鼠在空间中的位置,先解决大鼠在无障碍情况下到达目标的难题,即控制大鼠走直线,紧接着将无障实验环境延伸到普通环境下。在普通环境中,该控制方案思路借鉴传统机器人的路径规划过程,采用A*算法规划出路径,然后将整个路径化整为零,最后大鼠在普通环境中的路径规划可以转换为走若干条直线的问题。采用机器视觉技术实现的控制方案利用图像处理技术中的运动目标检测技术检测到运动的大鼠,根据检测结果计算大鼠在某个时间段的空间位置变化,驱使大鼠向目标点移动。
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