移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法技術(shù)

一種移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，屬于移動機(jī)器人目標(biāo)點趨近自主導(dǎo)航控制器技術(shù)領(lǐng)域，用于移動機(jī)器人的導(dǎo)航控制。其技術(shù)方案是：本發(fā)明專利技術(shù)包括目標(biāo)點趨近控制器、沿墻行走控制器、避障行為控制器，控制器中采用了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中同時融入時空信息。本方法在不同條件下設(shè)定各控制器權(quán)值，并根據(jù)不同控制器的權(quán)值順序作為控制器激活與否的判別順序，通過控制器激活及轉(zhuǎn)換條件的使用,實現(xiàn)各控制器之間的相互轉(zhuǎn)換。本發(fā)明專利技術(shù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線訓(xùn)練，實現(xiàn)機(jī)器人的在線自主學(xué)習(xí)，與先前的基于模塊化的控制器相比，控制策略簡便易行，通過各控制器之間的轉(zhuǎn)換，更加有效、高精度地控制移動機(jī)器人實現(xiàn)目標(biāo)點趨近導(dǎo)航控制任務(wù)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種基于多個脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的移動機(jī)器人的導(dǎo)航控制方法，屬于移動機(jī)器人目標(biāo)點趨近自主導(dǎo)航控制器
。
技術(shù)介紹
移動機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個重要分支，它是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合智能控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于軍事和民用兩大領(lǐng)域。服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，在服務(wù)機(jī)器人中以移動機(jī)器人為多。移動機(jī)器人發(fā)展趨勢之一是逐步向智能化方向發(fā)展。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、遺傳算法等智能計算方法為移動機(jī)器人的智能化起到了推進(jìn)的作用。移動機(jī)器人要完成給定任務(wù)，需要進(jìn)行自主導(dǎo)航。自主導(dǎo)航是移動機(jī)器人中所要解決的重要關(guān)鍵問題之一。移動機(jī)器人的給定任務(wù)多以目標(biāo)點趨近子任務(wù)為基礎(chǔ)，因而目標(biāo)點趨近導(dǎo)航是常見的移動機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)之一。在具有各種不確定信息的未知的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，移動機(jī)器人只有實現(xiàn)自主地通過感知和推理實現(xiàn)無碰撞趨向目標(biāo)位置的智能行為，才能順利地完成給定任務(wù)。對于移動機(jī)器人的導(dǎo)航控制問題，傳統(tǒng)控制方法通過借助所建立的精確數(shù)學(xué)模型來分析解決，所設(shè)計的導(dǎo)航控制器大多工作在結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，完成的任務(wù)也多為簡單的重復(fù)性強的沿規(guī)劃路徑行走的運動。但對于在未知、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的移動機(jī)器人，要想得到環(huán)境的精確數(shù)學(xué)模型是非常困難的。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點是不需要建立精確的對象模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)突觸的權(quán)值設(shè)定，對應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，即可解決很多非線性的實際問題。目前被稱為第三代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與前兩代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有下述優(yōu)點:(I)脈沖神經(jīng)元中融入了時間和空間信息，因而脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更適用于實際的動態(tài)環(huán)境中。(2)在前兩代傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中傳遞的是模擬信號，而脈沖神經(jīng)元是通過脈沖時間序列傳送和接收信息，這就使得脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較那些經(jīng)典的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更強的魯棒性。(3)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易于用硬件實現(xiàn)。由于脈沖神經(jīng)元模型可通過硬件電路模擬，因而脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能也易于借助神經(jīng)微電路來實現(xiàn)。(4)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的計算能力。它能夠以更少的神經(jīng)元實現(xiàn)第二代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近的任何連續(xù)函數(shù)，因而同樣功能的基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)芯片相對于基于第二代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)芯片具有更小的體積和更低的功耗。由于在移動機(jī)器人控制器的設(shè)計中同時需要融入時空信息，而同時融入時空信息正是脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比獨具的特點，此外脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算速度快、易于用硬件實現(xiàn)，所以脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更適于移動機(jī)器人控制器的設(shè)計。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種，這種方法基于距離傳感信息融合及多個脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，使得移動機(jī)器人在未知、非結(jié)構(gòu)環(huán)境中能夠利用脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障行為控制器、脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沿墻行走控制器進(jìn)行自主避障、自主沿墻行走，配合目標(biāo)點趨近模塊，從而完成移動機(jī)器人在未知環(huán)境中的目標(biāo)點趨近導(dǎo)航任務(wù)。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方法是: 一種，它包括目標(biāo)點趨近控制器、沿墻行走控制器、避障行為控制器，沿墻行走控制器和避障行為控制器中采用了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中同時融入時空信息，導(dǎo)航控制方法包括以下步驟: 步驟A:初始化各控制器，及相關(guān)閾值參數(shù):為判斷周邊障礙物考慮與否的閾it, a 為機(jī)器人中心距目標(biāo)點的距離，dfhr為機(jī)器人是否到達(dá)目標(biāo)點閾值，當(dāng)機(jī)器aOhj人中心距目標(biāo)點的距離?機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點閾值，即 < C；/ ,，認(rèn)為機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點，φ?ιy為移動機(jī)器人運動方向是否偏離給定方向閾值； 步驟B:計算ψ 0 φ為移動機(jī)器人當(dāng)前運動方向和機(jī)器人中心點(&,.Tr)與目標(biāo)點(a,.Yt)連線之間的夾角，Ψ為移動機(jī)器人中心點(U)與目標(biāo)點(a,.連線與笛卡兒坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)軸正向之間的夾角，為移動機(jī)器人位姿角； (65的計算如下(I) (2)式所示:本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，其特征在于：它包括目標(biāo)點趨近控制器、沿墻行走控制器、避障行為控制器，沿墻行走控制器和避障行為控制器中采用了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中同時融入時空信息，導(dǎo)航控制方法包括以下步驟：步驟A:初始化各控制器，及相關(guān)閾值參數(shù)：為判斷周邊障礙物考慮與否的閾值，為機(jī)器人中心距目標(biāo)點的距離，為機(jī)器人是否到達(dá)目標(biāo)點閾值，當(dāng)機(jī)器人中心距目標(biāo)點的距離機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點閾值，即，認(rèn)為機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點，為移動機(jī)器人運動方向是否偏離給定方向閾值；步驟B:計算為移動機(jī)器人當(dāng)前運動方向和機(jī)器人中心點(xr;?yr)與目標(biāo)點(xt;?yt)連線之間的夾角，為移動機(jī)器人中心點（x,y）與與目標(biāo)點(xt;?yt)連線與笛卡兒坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)軸正向之間的夾角，為移動機(jī)器人位姿角；的計算如下（1）（2）式所示：步驟C:采集距離傳感器測量信息；步驟D:判斷機(jī)器人當(dāng)前位置是否到達(dá)目標(biāo)點，即是否？如果機(jī)器人當(dāng)前位置到達(dá)目標(biāo)點，即，轉(zhuǎn)入步驟L，機(jī)器人停止運動，否則進(jìn)入步驟E；步驟E:?如果機(jī)器人當(dāng)前位置未到達(dá)目標(biāo)點，即，進(jìn)入權(quán)值設(shè)置控制器，設(shè)定各控制器權(quán)值，權(quán)值從大到小的順序決定著判斷各控制器是否激活的順序；步驟F:?若機(jī)器人當(dāng)前位置未到達(dá)目標(biāo)點，即當(dāng)，并且移動機(jī)器人前半周距離傳感器的測量值中的最小值時，目標(biāo)點趨近控制器值最大，判斷是否滿足目標(biāo)點趨近控制器條件，滿足則先進(jìn)入目標(biāo)點趨近控制器，即轉(zhuǎn)入步驟K;否則轉(zhuǎn)入步驟G；步驟G:?當(dāng)移動機(jī)器人正前半周距離傳感器的測量值中的最小值<機(jī)器人與目標(biāo)點之間的距離，即時，根據(jù)各控制器權(quán)值大小的順序判斷各控制器激活的條件是否滿足;先判斷是否滿足沿墻行走控制器激活條件，滿足則進(jìn)入I；不滿足，判斷是否滿足避障行為控制器激活條件，滿足則轉(zhuǎn)入步驟J，仍舊不滿足避障行為控制器激活條件，則轉(zhuǎn)入步驟H；步驟H:?判斷是否滿足目標(biāo)點趨近控制器激活條件，滿足則轉(zhuǎn)入步驟K；步驟I:?根據(jù)沿墻行走控制器控制策略控制機(jī)器人逆時針或順時針沿墻行走時間，行走時間后，重復(fù)步驟B；步驟J:?根據(jù)避障行為控制器控制策略控制機(jī)器人進(jìn)行避障行走時間，行走時間后，重復(fù)步驟B；步驟K:?進(jìn)入目標(biāo)點趨近控制器，按目標(biāo)點趨近進(jìn)行機(jī)器人控制；?步驟L:機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點，機(jī)器人停止運動。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，其特征在于:它包括目標(biāo)點趨近控制器、沿墻行走控制器、避障行為控制器，沿墻行走控制器和避障行為控制器中采用了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中同時融入時空信息，導(dǎo)航控制方法包括以下步驟: 步驟A:初始化各控制器，及相關(guān)閾值參數(shù):d#為判斷周邊障礙物考慮與否的閾值，d 為機(jī)器人中心距目標(biāo)點的距離，drhr 為機(jī)器人是否到達(dá)目標(biāo)點閾值，當(dāng)機(jī)器人中心距目標(biāo)點的距離:￡機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點閾值，即 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，其特征在于:所述權(quán)值設(shè)定算法為:當(dāng)機(jī)器人與目標(biāo)點之間的距離:S移動機(jī)器人距離正前半周最近的障礙物的距離，即 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動機(jī)器人的多脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器導(dǎo)航控制方法，其特征在于:所述沿墻行走控制器中的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作過程為: (1)計算輸入層脈沖神經(jīng)元的脈沖頻率編碼； (2)計算隱含層神經(jīng)元的膜潛能及其輸出脈沖數(shù)，及脈沖點火時間； (3)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王秀青，侯增廣，譚民，潘世英，
申請(專利權(quán))人：王秀青，
類型：發(fā)明
國別省市：河北;13