[发明专利]机器人鸟自主导航系统及导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及动物机器人导航领域，尤其是一种不用无线遥控的机器人鸟自主导航系统及导航方法。

背景技术

动物机器人是一种特殊的仿生机器人，它不同于机电式机器人。它是以脑科学、神经科学、计算机科学等多学科的交叉为基础，是机器人家族中的一个全新的“物种”。它的出现呈现给我们一个全新的机器人研究思路。所谓动物机器人，就是以活体动物为本体、用编码电信号控制其大脑神经或肌肉，以实现对本体控制的智能动物。一旦停止电刺激，动物本体就会立即恢复常态，和普通动物一样正常生活、繁衍生息。与传统的机电式机器人相比，动物机器人继承了动物天生、固有的智能和运动天赋。动物机器人利用动物自身视、听及感觉能力，具有机电式机器人难以达到的高级的智能，能实现机电式机器人难以达到的高度自主能力和探测能力。动物机器人靠自身的体能运动，运动灵活而敏捷，而且可长时间，长距离运动。其运动能力不会像机电式移动机器人那样受自身携带能量的限制。另外，动物机器人具有天然的隐蔽性，是某些特殊应用的理想选择。正是基于以上因素，动物机器人已成为当今一个新的前沿性研究热点。

动物机器人与机电式机器人在结构上有很大区别，一般来说，动物机器人的基本构成可概括为四大部分：控制器4、无线通讯基站1、接口2、动物本体3。如图1，以机器人鸟为例所示。

控制器4，安装在动物身上，传统的控制器包括多通道编码信号发生器和无线通讯单元，多通道编码信号发生器的功能是产生用于刺激动物神经核团的编码电信号，它的信号输出端与接口的微型电气插座相连。无线通讯单元的功能是接收来自无线通讯基站的数据和命令，以实现对动物机器人的遥控功能。

无线通讯基站1，包括无线发射器和与之相连的电脑或PDA，操作者可利用运行在电脑或PDA上的软件无线传输数据或命令至控制器，以实现对控制器的遥控，包括控制多通道编码信号发生器的启动和停止、工作通道的选择(即开启哪对刺激电极)、编码信号参数的调节等功能。从而实现无线遥控动物机器人。

接口2，是连接控制器与被刺激神经核团的桥梁，由三部分组成：刺激微电极，微型电气插座，牙科水泥。刺激微电极只有尖端导电，6根刺激微电极分成3对。按照坐标数值并借助于立体定位仪，这3对电极(左侧，中间，右侧)的尖端穿过颅骨被植入到动物大脑内相应的3个神经核团中。这些电极的另一端通过细导线分别与6针微型电气插座相连。最后，用牙科水泥将以上所述的电极、细导线及微型插座固定于动物颅骨表面上，而形成一个接口。

动物本体3：这一部分与传统机器人的构成有很大不同，动物本体就是活体动物，如大鼠，鸽子或壁虎等。

据上述，在结构上，动物机器人与传统机器人有很大区别，两者的区别不仅于此，也体现在它们的工作原理上。动物机器人的工作原理建立在神经科学、电子科学等多学科交叉基础之上的。它是将人工电信号施加到动物的神经系统的特定功能区域，并按照一定的规律微电刺激这些与动物情绪或运动等特定功能相关的区域，从而实现对动物运动行为的调控。

以鸽子为本体，举例，说明其控制原理，选择家鸽丘脑腹前背中核(the thalamic nucleus dorsalis intermedius ventralis anterior，DIVA)和古纹状体(archistriatum)作为刺激的神经位点。以上三个特定区域均与鸽子的情绪相关，实验已经证明，若分别刺激机器人鸟大脑左/右侧DIVA，机器人鸟向左/右方向运动；刺激大脑的古纹状体，可使机器人鸟从静止状态下起飞或者在空中向前飞。这就是机器人鸟的工作原理。

现在技术一：基于短距离无线通讯的导航系统，该系统主要包括无线发送模块和动物机器人控制器。无线发送模块与电脑或PDA相连，通过无线通讯的方式，发送来自电脑或PDA的数据或命令到控制器上。控制器安装在动物背上其输出端连接到接口的微型电气插座上，或者控制器通过输出排针直接插入并固定在接口的微型电气插座上。操作人员实时观察机器人鸟的运动状态，及时通过电脑或PDA及无线发送模块发送数据或命令到控制器，控制器接收这些数据或命令，并据此产生相应的刺激信号到对应的神经核团，实现对机器人鸟运动行为的控制，使其沿着设定的路线运动，从而完成对机器人鸟的导航。这类导航系统的通讯距离一般在100米左右，主要应用于机器人鸟或其它类型动物机器人的室内导航实验。