[發明專利]一種基于大腦情感學習的機械臂控制方法

在審

• 申請號: 201710763403.5
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107450321A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 宋玉寶;王安;王展鵬;趙國新
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,李闖

1.一種基于大腦情感學習的機械臂控制方法，應用于機械臂控制器，其特征在于，包括：

步驟一、按照以下公式計算出感官輸入SI和獎勵信號REW；

SI＝K₁e+K₂∫edt公式一

REW＝K₃e+K₄∫edt+K₅u公式二

在公式一和公式二中：SI表示感官輸入；REW表示獎勵信號；e表示給定速度與機械臂實際速度的差值，機械臂實際速度的初始值為0；u表示機械臂控制器的輸出，u的初始值為0；K₁、K₂、K₃、K₄和K₅均表示調節系數；

步驟二、利用大腦情感學習模型對感官輸入SI與獎勵信號REW進行處理，并將杏仁體輸出值與眶額皮質輸出值的差值作為機械臂控制器的輸出u，以控制機械臂運作；

步驟三、檢測機械臂實際速度，并將其反饋到步驟一中進行感官輸入SI和獎勵信號REW的計算，用以實現機械臂的閉環控制。

2.根據權利要求1所述的基于大腦情感學習的機械臂控制方法，其特征在于，所述的利用大腦情感學習模型對感官輸入SI與獎勵信號REW進行處理，并將杏仁體輸出值與眶額皮質輸出值的差值作為機械臂控制器的輸出u包括：

(1)丘腦接收感官輸入SI，并將感官輸入SI中的最大值傳輸到杏仁體，同時將接收到的感官輸入信號全部輸入到感覺皮層；

(2)按照以下公式計算杏仁體輸出值：

A_i＝V_i·S_i公式三

A_th＝V_th·max(S_i)公式四

在公式三和公式四中：S_i表示感官輸入，V_i表示杏仁體的預置可變連接權重，A_i表示對應每個S_i的杏仁體輸出值，V_th表示杏仁體的預置可變連接權重最大值，A_th表示根據丘腦的最大刺激信號計算出的杏仁體輸出值，i為大于0的整數值；其中，杏仁體的預置可變連接權重V_i可通過以下公式五來確定：

在公式五中：常數α表示杏仁體的學習速率，S_i表示感官輸入，S_th表示感官輸入最大值，REW表示獎勵信號，A_i表示對應每個S_i的杏仁體輸出值，A_th表示根據丘腦的最大刺激信號計算出的杏仁體輸出值，max表示杏仁體的預置可變連接權重V_i不能減少；

(3)按照以下公式計算眶額皮質輸出值：

O_i＝W_i·S_i公式六

在公式六中：S_i表示感官輸入，W_i表示眶額皮質的預置可變連接權重，O_i表示對應每個S_i的眶額皮質輸出值，i為大于0的整數值；其中，眶額皮質的預置可變連接權重W_i可通過以下公式七來確定：

ΔW_i＝β[S_i(E^*-REW)] 公式七

在公式七和公式八中：常數β表示眶額皮質的學習速率，S_i表示感官輸入，E^*表示不含有丘腦連接信號的杏仁體輸出與眶額皮質的差值，REW表示獎勵信號，A_i表示對應每個S_i的杏仁體輸出值，O_i表示對應每個S_i的眶額皮質輸出值，A_th表示根據丘腦的最大刺激信號計算出的杏仁體輸出值；

(4)按照以下公式計算機械臂控制器的輸出u：

在公式九中：A_i表示對應每個S_i的杏仁體輸出值，O_i表示對應每個S_i的眶額皮質輸出值，u表示機械臂控制器的輸出。