10、无肢运动控制：CPG 电路的设计与应用

无肢运动控制：CPG 电路的设计与应用

在机器人领域，无肢运动的设计至关重要，而中枢模式发生器（CPG）电路在其中发挥着关键作用。本文将深入探讨 CPG 电路的设计以及如何利用其特性实现无肢步态，并对不同步态的速度进行分析。

1. CPG 电路基础

• 循环抑制 CPG 电路 ：在循环抑制 CPG 电路中，相对偏移是线性比例关系，可表示为 relative_offset = 2 · β 。在同步振荡下进行偏移调制时，以固定值 A = 60 和 τ = 0.3 为例，在第 1500 个时间步将 β 从 0 改变到 ±1，振荡会向上偏移 60°，且调制在一个周期内完成，不影响振幅和周期。
• 维持活动 ：当循环抑制 CPG 电路中的振荡器之间施加强抑制（如 ωc < -0.2 ）时，会出现维持活动。此时所有振荡器的输出固定，并能随时间保持相同值，取代同步振荡。默认使用 ωc = -1 来生成维持活动。通过调整 A 可以线性修改维持值，但由于 A 在可用范围内始终为正，无法直接生成负输出。不过，通过交换每个振荡器中两个中间神经元（CINs）的值，可以解决这个问题，实现负输出的调制。

2. 基于 CPG 电路的无肢步态设计

为了设计无肢步态，我们利用之前介绍的链式和循环抑制 CPG 电路，并在仿真和实地研究中验证了所