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基于顶部摄像头和鼠载摄像头的大鼠自动导航系统

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 动物机器人介绍及其研究现状

1.2.1 动物机器人的定义

1.2.2 动物机器人的优势和应用

1.2.3 动物机器人的发展、研究现状和问题

1.3 动物机器人的自动控制

1.4 本文章节安排

1.5 本章小结

第2章 大鼠机器人的运动控制系统

2.1 大鼠的生物学特征

2.2 大鼠机器人运动控制原理

2.3 大鼠机器人运动控制系统的具体实现

2.3.1 大鼠生物体部分

2.3.2 硬件部分

2.3.3 软件部分

2.4 本章小结

第3章 自动导航系统设计

3.1 系统架构

3.2 实验设计

3.2.1 场景设计

3.2.2 顶部摄像头设置

3.3 系统的总体控制策略

3.4 本章小结

第4章 基于顶部摄像头的导航

4.1 路径规划模块

4.2 大鼠状态识别模块

4.2.1 大鼠位置识别

4.2.2 大鼠头部朝向识别

4.3 项部控制策略

4.4 本章小结

第5章 基于鼠载摄像头的导航

5.1 认知计算模块

5.2 鼠载导航的控制指令模型

5.2.1 大鼠状态提取

5.2.2 仿人工指令模型

5.3 本章小结

第6章 系统展示和实验结果分析

6.1 实验准备

6.2 操作步骤与结果展示

6.3 仿人工指令模型结果分析

6.3.1 目标检测算法评价

6.3.2 大鼠状态提取算法评价

6.3.3 闭环刺激模型的评价

6.3.4 复杂情景下的自动导航

6.4 本章小结

第7章 工作总结与展望

7.1 工作总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

动物机器人以动物作为运动载体,拥有动物的运动灵活性、自主能源供给、环境适应性和隐蔽性等特征,相较传统的机械机器人具有很大优势,在国防领域、灾难搜救、环境探查等领域都有广阔的应用前景。大鼠机器人是动物机器人的一种,通过脑机接口将大鼠的脑部与电脑相连接,以微电刺激的方式让机器系统发送指令控制大鼠的行为。现有的多数大鼠机器人需要人工观察以发出指令控制导航,这限制了大鼠机器人的应用。
  本文以大鼠为对象,以基于植入电极的大鼠机器人运动控制系统为背景,设计并实现了基于顶部摄像头和鼠载摄像头的大鼠自动导航系统,并设计实验加以验证。本文的主要贡献有:
  (1)设计了基于顶部摄像头和鼠载摄像头的大鼠自动导航系统的架构,并设计了系统总体的控制策略;
  (2)分别从顶部摄像头和鼠载摄像头的角度设计并实现了各自的计算模块和控制策略,对于鼠载摄像头的导航部分则建立了闭环刺激模型,让大鼠控制更为流畅自然;
  (3)设计实验对系统进行检验,并通过大量实验结果对控制指令模型进行分析和评价,验证了控制指令模型的可行性和有效性。

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