中枢模式发生器

无需节律输入就能自己产生节律信号、用来驱动步态的神经回路或振荡器。

中枢模式发生器原是神经科学概念：脊髓等处的神经回路在没有节律性输入时也能自行产生有节奏的输出，驱动行走、游泳和呼吸。Graham Brown 1911 年的实验最早表明脊髓能独立产生踏步模式，七鳃鳗和猫是经典研究对象。机器人借用这一思路，用一组相互耦合的振荡器给每条腿或每个关节生成周期信号：调幅值改步幅，调频率改步速，调振荡器之间的相位差就能切换步态。Ijspeert 团队 2007 年在 Science 发表的蝾螈机器人，用脊髓 CPG 模型实现了从游泳到行走的切换。CPG 节律稳定、参数少，但适应复杂地形要另加感觉反馈。强化学习运控里常用的步态相位时钟与之类似，CPG-RL 等工作则让神经网络去调制振荡器参数。

例子EPFL 的 CPG-RL（2022）给四足每条腿配一个振荡器，强化学习策略只输出各振荡器的幅值和频率；部署到宇树 A1 上后，能承受相当于机器人自重 115% 的 13.75 kg 附加负载。

也叫

中央模式发生器、中枢模式生成器、CPG 振荡器

相关

步态、步态相位（相位时钟）、腿足运动、仿生机器人、强化学习运控、极限环

来源

Wikipedia: Central pattern generator
Ijspeert A. J. Central pattern generators for locomotion control in animals and robots: a review. Neural Networks, 2008
Bellegarda, Ijspeert. CPG-RL: Learning Central Pattern Generators for Quadruped Locomotion (arXiv:2211.00458)