[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211476527.2
• 申請(qǐng)日: 2022-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN115857492A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范成旺;劉小壯;呂艾芬;李高銘;尚德龍;周玉梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科南京智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 賈瑞華

1.一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃裝置，其特征在于，包括：全局地圖映射模塊、脈沖波前擴(kuò)散模塊以及最優(yōu)路徑查詢模塊；

所述全局地圖映射模塊用于根據(jù)全局地圖信息建立2D網(wǎng)格占位地圖，并將所述2D網(wǎng)格占位地圖映射為脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而將脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)部署于脈沖波前擴(kuò)散模塊的神經(jīng)形態(tài)硬件上；所述神經(jīng)形態(tài)硬件為用于模擬脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超大規(guī)模集成電路VLSI以及組成的可擴(kuò)展系統(tǒng)；

所述脈沖波前擴(kuò)散模塊分別與所述全局地圖映射模塊以及所述最優(yōu)路徑查詢模塊連接；所述脈沖波前擴(kuò)散模塊用于根據(jù)神經(jīng)形態(tài)硬件以及目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)完成脈沖波前擴(kuò)散過程，生成基于所述目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)的脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖；并將所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖發(fā)送至所述最優(yōu)路徑查詢模塊；

所述最優(yōu)路徑查詢模塊用于根據(jù)所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖以及起始點(diǎn)位置坐標(biāo)進(jìn)行起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑查詢，并輸出路徑查詢結(jié)果。

2.一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃裝置，其特征在于，所述機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法包括：

全局地圖映射模塊根據(jù)全局地圖信息建立2D網(wǎng)格占位地圖，并將所述2D網(wǎng)格占位地圖映射為脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而將脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)部署于脈沖波前擴(kuò)散模塊的神經(jīng)形態(tài)硬件上；

根據(jù)神經(jīng)形態(tài)硬件以及目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)完成脈沖波前擴(kuò)散過程，生成基于所述目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)的脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖；

將所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖發(fā)送至最優(yōu)路徑查詢模塊；

最優(yōu)路徑查詢模塊根據(jù)所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖以及起始點(diǎn)位置坐標(biāo)進(jìn)行起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑查詢，并輸出路徑查詢結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述全局地圖映射模塊根據(jù)全局地圖信息建立2D網(wǎng)格占位地圖，并將所述2D網(wǎng)格占位地圖映射為脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而將脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)部署于脈沖波前擴(kuò)散模塊的神經(jīng)形態(tài)硬件上，具體包括：

根據(jù)全局地圖信息，利用同步定位與地圖構(gòu)建SLAM技術(shù)，建立2D網(wǎng)格占位地圖；

根據(jù)設(shè)定膨脹寬度對(duì)所述2D網(wǎng)格占位地圖進(jìn)行障礙物或邊界的膨脹處理；

將膨脹處理后的2D網(wǎng)格占位地圖的每一個(gè)網(wǎng)格，采用神經(jīng)元模型，對(duì)應(yīng)映射為脈沖神經(jīng)元；

根據(jù)所述脈沖神經(jīng)元構(gòu)建脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；

將脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)部署于脈沖波前擴(kuò)散模塊的神經(jīng)形態(tài)硬件上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)神經(jīng)形態(tài)硬件以及目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)完成脈沖波前擴(kuò)散過程，生成基于所述目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)的脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖，具體包括：

判斷目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)是否在2D網(wǎng)格占位地圖中的自由網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)；

若在，則將目標(biāo)點(diǎn)位置坐標(biāo)位于的自由網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖神經(jīng)元作為目標(biāo)脈沖神經(jīng)元；反之，則視為非法目標(biāo)點(diǎn)指定，結(jié)束當(dāng)前規(guī)劃任務(wù)；

對(duì)目標(biāo)脈沖神經(jīng)元施加一個(gè)單脈沖刺激進(jìn)行脈沖波前擴(kuò)散過程，并記錄發(fā)射脈沖的脈沖神經(jīng)元的神經(jīng)元ID與脈沖發(fā)射時(shí)間；

當(dāng)完成脈沖波前擴(kuò)散過程時(shí)，將記錄的發(fā)射脈沖的脈沖神經(jīng)元的神經(jīng)元ID與脈沖發(fā)射時(shí)間生成脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述最優(yōu)路徑查詢模塊根據(jù)所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖以及起始點(diǎn)位置坐標(biāo)進(jìn)行起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑查詢，并輸出路徑查詢結(jié)果，具體包括：

根據(jù)起始點(diǎn)位置坐標(biāo)確定起始脈沖神經(jīng)元；

根據(jù)起始脈沖神經(jīng)元和所述脈沖發(fā)射時(shí)間梯度地圖進(jìn)行路徑查詢，記錄查詢過程中的每一步的脈沖神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格中心坐標(biāo)，并將對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格中心坐標(biāo)加入路徑列表list；

將加入目標(biāo)脈沖神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格中心坐標(biāo)后的路徑列表list確定為起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于神經(jīng)形態(tài)硬件的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)起始點(diǎn)位置坐標(biāo)確定起始脈沖神經(jīng)元，具體包括：

判斷起始點(diǎn)位置坐標(biāo)是否在自由網(wǎng)格內(nèi)；

若在，則將起始點(diǎn)位置坐標(biāo)位于的自由網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖神經(jīng)元作為起始脈沖神經(jīng)元；

反之，則判斷膨脹寬度范圍內(nèi)是否有發(fā)射脈沖的自由脈沖神經(jīng)元；

若有，則將起始點(diǎn)位置坐標(biāo)加入路徑列表list，同時(shí)將最早發(fā)射脈沖的神經(jīng)元作為起始脈沖神經(jīng)元；

反之，則視為非法起始點(diǎn)指定，結(jié)束當(dāng)前規(guī)劃任務(wù)。