12、机器人感官反射机制设计与实验验证

机器人感官反射机制设计与实验验证

1. 感官反射机制概述

感官反射机制能够使机器人对外部刺激做出快速响应。通过将感官反射机制集成到CPG（中央模式发生器）模型中，可让机器人在面对外界变化时迅速调整自身状态。这一机制的灵感来源于生物的神经反射原理，下面我们详细了解相关内容。

2. 反射弧原理

在神经解剖学中，动物对外部刺激的响应由中枢神经系统（CNS）协调。CNS主要包括大脑和脊髓，借助神经或神经元传导信号。信息处理速度部分取决于参与任务的神经元数量。例如，动物识别并获取新鲜树叶时，需经过感知、认知等多个环节，涉及多个大脑区域和众多神经元连接，反应时间较长；而在面临危险需快速反应时，信号可直接引发无意识的反射动作。

反射弧是实现快速自动响应的神经通路，其信号从感知、处理到响应均由脊髓完成，无需等待高级脑区指令。具体流程如下：
1. 感受器检测到疼痛刺激，通过传入纤维将信息传递给单个感觉神经元。
2. 感觉神经元将信息直接传递给脊髓内的中间神经元，无其他突触连接。
3. 中间神经元通过传出纤维将信息传递给运动神经元。
4. 运动神经元刺激效应器产生反应。

反射弧并非都需要脊髓中间神经元的参与，单突触反射弧仅由感觉神经元和运动神经元组成，能更快地引发反射动作，膝跳反射就是典型例子。

graph LR
    A[感受器] --> B[感觉神经元]
    B --> C[中间神经元（脊髓内）]
    C --> D[运动神经元]
    D --> E[效应器]

<