Studio, implementazione e sincronizzazione di oscillatori non-lineari per il controllo della locomozione di un robot bionico

Synchronization of coupled non-linear oscillators inspired by a central pattern generator (CPG) can control the bionic robot and promote the coordination and diversity of locomotion. However, for a robot with a strong mutual coupled structure, such neurobiological control is still missing. So, in this work, we present a σ-Hopf harmonic oscillator with decoupled parameters to expand the solution space of the locomotion of the robot. Unlike the synchronization of original Hopf oscillators, the asymmetric factor of σ-Hopf oscillator causes a deformation in oscillation waveform. Indeed, these oscillators are used for the locomotion control of a bionic parallel waist of four-legged robot, which is a highly coupled system. The effectiveness of the approach in both independent and synthesis behavior of four typical motion patterns are validated. The result proves the importance of controllability of the oscillation waveform and the instantaneous state of the synchronization, which benefits the transition and transformation of the locomotion and makes the coupling motion more flexible.

La sincronizzazione di oscillatori non lineari accoppiati, ispirati ad un generatore di pattern centrale (Central Pattern Generator, CPG), permette di controllare un robot bionico, promuovendo la coordinazione e la diversità della locomozione. Tuttavia, per un robot con una forte struttura mutuamente accoppiata, tale controllo neurobiologico era ancora mancante. Perciò, in questa tesi, viene presentato un σ-Hopf harmonic oscillator con parametri disaccoppiati per espandere lo spazio di movimento per la locomozione del robot. A differenza della sincronizzazione degli oscillatori Hopf originali, il fattore asimmetrico dell’oscillatore σ- Hopf provoca una deformazione nella forma d’onda dell’oscillazione. Questi oscillatori sono, dunque, utilizzati per il controllo della locomozione di un girovita bionico parallelo appartenente ad un robot dotato di quattro gambe, che è un sistema altamente accoppiato. L’efficacia dell’approccio viene verificata sia nel comportamento indipendente che in quello di sintesi di quattro schemi di movimento tipici, che in gergo vengono chiamati "motion patterns". Il risultato dimostra l’importanza della controllabilità della forma d’onda d’oscillazione e dello stato istanta- neo della sincronizzazione, fattore che avvantaggia la transizione e la trasformazione della locomozione e rende più flessibile il movimento di accoppiamento.