【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及软体仿生机器人领域，具体涉及一种基于物质点法(material pointmethod，简称mpm)的果蝇幼虫翻滚运动建模与优化方法。本专利技术实现了果蝇幼虫的翻滚建模和运动控制，能够在有限的计算资源下模拟果蝇幼虫在复杂环境中的翻滚运动行为及其与环境的交互，并进行相应的优化。这一研究为现实中软体仿生机器人的设计提供了重要参考，提升受果蝇幼虫启发的软体机器人在有限计算资源情况下的任务执行与环境探索效率。
技术介绍
1、软体仿生机器人是一种受到生物启发的机器人，模仿生物的结构、形态和运动方式。它们通常由柔性材料制成，具备良好的柔软性和变形能力，能够适应各种操作和环境。其设计灵感来源于如果蝇幼虫、海参等生物。相较于传统刚性机器人，软体机器人具有更高的灵活性，适合应对复杂任务。其应用领域广泛，包括医疗保健(如内窥镜手术和康复辅助)、救援和搜救(用于搜救受困人员和探测灾害现场)和海洋勘探等。此外，软体仿生机器人还具有良好的交互性，可以与人类或其他机器人紧密合作，提高工作效率。近年来，软体仿生机器人领域取得了重大研究进展，但同时也出现...
【技术保护点】
1.一种基于物质点法的果蝇幼虫翻滚运动建模与优化方法，其特征在于，该方法包含三个模块：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模块(S1)中，基于真实的果蝇幼虫生物结构，构建果蝇幼虫模型；在空间上将果蝇幼虫分割成一系列大小相同的小块，每个小块用一个球体粒子表示，这里的粒子部署在三维坐标系上；在构建的果蝇幼虫模型中，外层由超弹性材料组成，中间是肌肉组织，最内层是静流体骨骼；设置肌肉时，不同区域的肌肉用不同的编号表示，并按照肌肉收缩方向将肌肉粒子周围粒子设置为肌肉锚点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模块(S1)中，在构建好的模型上...
【技术特征摘要】
1.一种基于物质点法的果蝇幼虫翻滚运动建模与优化方法，其特征在于，该方法包含三个模块：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模块(s1)中，基于真实的果蝇幼虫生物结构，构建果蝇幼虫模型；在空间上将果蝇幼虫分割成一系列大小相同的小块，每个小块用一个球体粒子表示，这里的粒子部署在三维坐标系上；在构建的果蝇幼虫模型中，外层由超弹性材料组成，中间是肌肉组织，最内层是静流体骨骼；设置肌肉时，不同区域的肌肉用不同的编号表示，并按照肌肉收缩方向将肌肉粒子周围粒子设置为肌肉锚点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模块(s1)中，在构建好的模型上，基于物质点法，建立模型的更新方法；物质点法涉及到欧拉视角和拉格朗日视角的转化；使用粒子作为基本单位，构建果蝇幼虫模型的操作，对应拉格朗日视角；物质点法在每个时间步进行的操作都是从拉格朗日视角开始到拉格朗日视角结束，整个过程分为两部分：粒子到网格和网格到粒子；粒子到网格，这一步骤会将粒子物理量插值到网格上，并求解动量守恒公式，得到下一个时刻网格上的新动量；在这个步骤中，模型首先从控制器接收肌肉激活信号来控制不同编号肌肉的收缩，然后根据边界条件处理碰撞；具体实现时，模型会以粒子为单位计算肌肉收缩力，只有被设置为肌肉的粒子会进行该运算；整个过程分为计算力的大小和方向，肌肉收缩力的大小计算公式如下所示：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模块(s2)中，果蝇幼虫翻滚运动模型的控制器由人工神经网络和输入信号组成，其中输入信号为一组具有不同频率、相位和偏差的正弦函数在不同时间步上的值，公式如下：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模块(s2)中，果蝇幼虫翻滚运动模型的控制器由人工神经网络和输入信号组成，其中人工神经网络为改进后的多层感知器；相较于一般的多层感知器，本方法使用xavier初始化神经网络权重，使用sin函数作为激活函数，并将输出的结果额外使用relu函数进行处理，以将取值范围限制到[0,1]之间，relu函数的公式如下所示：
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