[發明專利]一種基于鼠腦海馬認知機理的智能移動機器人運動狀態和位置認知方法

有效

• 申請號: 201910872030.4
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110764498B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 于乃功;廖詣深;馮慧;王宗俠;黃靜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于鼠腦海馬認知機理的智能移動機器人運動狀態和位置認知方法，其特征在于：首先通過攝像頭采集環境的圖像信息，通過陀螺儀和編碼器采集機器人的角度與方向信息，并將上述信息傳輸到CPU中；結合視覺信息，提出一種基于速度細胞和視覺信息的感知速度求解方法，獲取機器人的感知速度；接著利用一維環狀連接的細胞模型模擬頭朝向細胞的放電機理，將陀螺儀獲取的角度信息輸入頭朝向細胞模型，使得機器人以仿生的方式獲取當前的感知角度信息；隨后將感知速度信息和感知角度信息輸入至位置細胞的預測性編碼神經網絡模型，驅動位置細胞板上興奮活動包的移動，通過解析位置細胞板的活動情況，獲取位置細胞板上興奮活動包的坐標，從而實現機器人在環境中的定位，完成智能移動機器人的環境認知功能；

具體工作流程如下：

S1 感知速度的獲取

S1.1 通過攝像頭獲取當前機器人前進方向上的圖像；

S1.2 將采集的圖像轉化為灰度圖像，并利用Lucas-Kanade光流場解算方法獲取前后兩幀圖像之間的光流場；

S1.3 解算光流場中所有光流矢量在圖像豎直方向上分量的大小

S1.4 以求所有光流矢量在圖像豎直方向上分量的大小作為BP神經網絡的輸入，以當前編碼器獲取的機器人前進的速度大小作為BP神經網絡的輸出，對BP神經網絡進行訓練；

S1.5 以當前編碼器獲取的機器人前進的速度大小作為速度細胞模型的輸入，將BP神經網絡輸出的視覺感知速度與速度細胞模型輸出的精確速度經過選擇與加權處理，得到機器人的感知速度信息；

S2 角度信息的獲取

S2.1 通過陀螺儀獲取當前機器人前進方向的角度信息，計算前后兩次測量的角度信息的差值，作為方向角的增量；

S2.2 以方向角的增量作為一維環狀頭朝向細胞模型的輸入，實現一維環狀頭朝向細胞模型上的興奮活動包隨著方向角的增量輸入而移動；

S2.3 為了將環狀頭朝向細胞模型上興奮活動包的位置與當前編碼器獲取的角度信息一致，設計比例微分控制器，對興奮活動包的位置進行閉環控制；

S2.4 通過算法獲取環狀頭朝向細胞模型上興奮活動包的位置，得到機器人的感知角度信息；

S3 位置細胞板興奮活動包的移動

S3.1 初始化位置細胞板上所有位置細胞的興奮活動，并將呈高斯帽形狀的興奮活動包置于位置細胞板的中心；

S3.2 根據輸入的感知角度信息，將當前位置細胞板上的興奮活動傳遞至預測性編碼的位置細胞板；

S3.3 根據輸入的感知速度信息，調整預測性編碼神經網絡模型的連接權值；將預測性編碼位置細胞板上的興奮信息通過連接權值重新傳遞至原有位置細胞板；

S4 解算機器人的位置

S4.1 獲取興奮活動包在原有位置細胞板上的坐標，并換算成機器人在環境中的位置；

S4.2 根據前后兩次坐標的變化量決定是否需要對機器人在環境中的真實位置進行周期性編碼，實現仿生機器人在大范圍空間內的位置認知。