模糊系統於肢體運動與機器人控制之研究

Abstract

人在執行精巧與順應性動作方面展現遠超 過現今機器人的優異性,而肢體運動是由神經 肌肉系統所掌握,在上層有神經系統送出運動 指令,在下層則有肌肉系統產生因應力矩移動 肢體.參較此一神經肌肉系統的架構,我們提出 一種新的控制模式以控制肢體運動,並尋求在 機器人控制上可能的應用.神經肌肉系統在結 構上呈現智慧的垂直分布,中央的神經系統提 供運動控制策略,並處理來自大腦及肌肉系統 的資訊,而地方的肌肉系統則形成一個區域性 控制系統,因應不同的運動□負載與環境等.在 我們的設計中,將採用模糊系統來取代神經系 統,而不直接選擇神經網路的原因,在於我們認 為模糊邏輯在汲取人類具有經驗特性的控制策 略上較相容且有效,也將發展區域控制器執行 肌肉系統的功能,提供運動過程中以及來自環 境的回饋.此系統將接受不同的距離□速度□ 與負載的輸入需求,產生因應的控制訊號,而此 種輸入與輸出的關係,也正是人類肢體運動所 擅長的.為使系統能適用於不同軸數的肢體運 動,首先將建立單軸系統,而多軸系統中的各軸 由所發展的單軸系統來掌控,期使系統的設計 不受軸數的限制.人的肢體運動可分為自發與 非自發性運動,自發性運動基本上不與環境接 觸,可類比於位置控制,而在非自發性運動中,外 力或環境的介入引發回授訊號,經系統調節後 產生順應性運動,可比擬為順應性控制.基於此 兩種運動的複雜度與次序性,將先建立控制自 發性運動的系統,再根據非自發性運動的特性, 作系統的調整,在上一年度的國科會計畫中,我 們已對此兩種運動與神經肌肉系統作過分析, 本計畫將著重於設計適合工程應用的模式,以 期成功地扮演生物的神經肌肉系統與人工的機 器人控制之間的橋梁.也將於計算機繪圖工作 站上發展軟體系統.