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仿生学习的机器鱼运动模式分析 被引量:1
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作者 王进 蒋定立 +3 位作者 邓欣 陈乔松 曾向璟 罗燕 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期138-146,共9页
运动行为建模是机器鱼研究领域的重点和难点,研究将一种新颖的仿生学习方法应用到多关节机器鱼运动模式学习和生成上。首先,通过视频采集设备对鲤鱼的运动行为进行记录,并对记录的视频数据作离散化处理后进行分析,提取得到了鲤鱼的3个... 运动行为建模是机器鱼研究领域的重点和难点,研究将一种新颖的仿生学习方法应用到多关节机器鱼运动模式学习和生成上。首先,通过视频采集设备对鲤鱼的运动行为进行记录,并对记录的视频数据作离散化处理后进行分析,提取得到了鲤鱼的3个基本运动模式:"巡游"、"游动转弯"和"C形急转"。然后采用通用内部模型(general internal model,GIM)对鲤鱼的运动模式进行学习,利用其函数逼近能力和在时间、空间上的可伸缩性,机器鱼可以学习、修正和再现真鱼的运动模式。最后结合红外传感器及避障算法实现了机器鱼的自主避障行为,从而证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 仿生学习 机器鱼 通用内部模型 避障
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可生长仿生学习算法在机器人平衡控制中的研究
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作者 李福进 王志龙 +1 位作者 任红格 高建宇 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第4期1105-1107,共3页
针对两轮机器人的运动平衡控制问题,提出一种基于Q学习的生长细胞结构(GCS)网络的仿生学习算法;GCS网络除了具有SOM网络的竞争机制外,它还可以通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化,Q学习算法是一种无模型强化学习算法,它可以改善... 针对两轮机器人的运动平衡控制问题,提出一种基于Q学习的生长细胞结构(GCS)网络的仿生学习算法;GCS网络除了具有SOM网络的竞争机制外,它还可以通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化,Q学习算法是一种无模型强化学习算法,它可以改善学习能力,但是它只适用于状态离散化的控制系统中;将GCS网络的生长特性应用到Q学习算法中,通过网络输出的获胜神经元的信息来优化Q值,实现了状态连续系统的无模型控制,并且在两轮机器人上做了仿真实验;结果表明,当神经元数为12个时,机器人才开始受控,但是机器人本体的倾角振荡角度过大,位移不受控制;当神经元数增加到25个时,机器人本体的倾角在很小的角度范围内波动(大约0.2°),位移大约在0.05m的位置达到平衡,机器人的运动平衡达到了很好的控制效果。 展开更多
关键词 GCS网络 Q学习 仿生学习 运动平衡 两轮机器人
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基于FBFN的鲁棒仿生学习系统设计及在运动平衡控制中的应用
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作者 蔡建羡 阮晓钢 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期732-740,共9页
针对两轮直立式机器人的运动平衡控制问题,结合OCPA仿生学习系统,基于模糊基函数,设计了一种鲁棒仿生学习控制方案.它不需要动力学系统的先验知识,也不需要离线的学习阶段.鲁棒仿生学习控制器主要包括仿生学习单元、增益控制单元和鲁棒... 针对两轮直立式机器人的运动平衡控制问题,结合OCPA仿生学习系统,基于模糊基函数,设计了一种鲁棒仿生学习控制方案.它不需要动力学系统的先验知识,也不需要离线的学习阶段.鲁棒仿生学习控制器主要包括仿生学习单元、增益控制单元和鲁棒自适应单元3部分.仿生学习单元由模糊基函数网络(FBFN)实现,FBFN不仅执行操作行为产生功能,逼近动力学系统的非线性部分,同时也执行操作行为评价功能,并利用性能测量机制提供的误差测量信号,产生取向值信息,对操作行为产生网络进行调整.增益控制单元的作用是确保系统的稳定性和性能,鲁棒自适应单元的作用是消除FBFN的逼近误差及外部干扰.此外,由于FBFN的参数是基于李亚普诺夫稳定性理论在线调整的,因此进一步确保了系统的稳定性和学习的快速性.理论上证明了鲁棒仿生学习控制器的稳定性,仿真实验结果验证了其可行性和有效性. 展开更多
关键词 仿生学习 模糊基函数网络 鲁棒 运动平衡控制
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模糊操作条件概率自动机仿生自主学习系统和机器人自平衡控制 被引量:2
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作者 阮晓钢 蔡建羡 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期960-964,共5页
为了实现两轮机器人的自平衡控制,利用Skinner操作条件反射机理,以概率自动机为平台,融入模糊推理,构造了模糊操作条件概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.该学习系统是一个从状态集合到操作行为集合的随机映射,采用操作条件反射学习机制... 为了实现两轮机器人的自平衡控制,利用Skinner操作条件反射机理,以概率自动机为平台,融入模糊推理,构造了模糊操作条件概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.该学习系统是一个从状态集合到操作行为集合的随机映射,采用操作条件反射学习机制,从操作行为集合中随机学习作为控制系统控制信号的最优行为,并利用学习到的操作行为取向值信息,调整操作条件反射学习算法.此外,学习系统还引入行为熵,以验证其自学习和自组织能力.应用于两轮机器人自平衡控制的仿真结果,验证了模糊OCPA学习系统的可行性. 展开更多
关键词 操作条件反射 概率自动机 模糊推理 仿生自主学习系统 自平衡控制
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轮式机器人鲁棒仿生自主学习算法的研究
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作者 史涛 杨卫东 任红格 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第4期1209-1211,共3页
针对本质不稳定的轮式机器人运动平衡问题,基于操作条件反射原理,结合鲁棒控制,提出了一种鲁棒仿生自主学习算法作为轮式机器人的学习机制;该算法利用鲁棒控制可以提高系统抑制干扰的能力,产生最优控制行为的特点,将其与操作条件反射原... 针对本质不稳定的轮式机器人运动平衡问题,基于操作条件反射原理,结合鲁棒控制,提出了一种鲁棒仿生自主学习算法作为轮式机器人的学习机制;该算法利用鲁棒控制可以提高系统抑制干扰的能力,产生最优控制行为的特点,将其与操作条件反射原理相结合,使机器人通过与未知环境的交互、学习和训练,模拟生物操作条件反射机制以及自学习和自适应技能,实现对轮式机器人的运动平衡控制,并从理论上证明了算法的稳定性;最后,分别用该算法在无干扰和有干扰的两种情况下对机器人做了仿真实验并进行了比较,结果表明,鲁棒仿生自主学习算法能够使机器人获得自主学习和平衡控制的技能,并体现出了较好的学习性能抗干扰能力。 展开更多
关键词 鲁棒控制 操作条件反射 仿生自主学习 运动平衡控制 轮式机器人
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动态FOCPA学习系统设计及在机器人运动平衡控制中的应用
6
作者 蔡建羡 阮晓钢 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2010年第5期662-672,共11页
针对仿生自主学习系统的自组织和泛化能力问题,基于Skinner操作条件反射原理和模糊聚类算法设计了动态FOCPA(fuzzy operant conditioning probabilistic automaton)仿生自主学习系统.动态FOCPA学习系统不仅具有仿生的自学习和自组织能力... 针对仿生自主学习系统的自组织和泛化能力问题,基于Skinner操作条件反射原理和模糊聚类算法设计了动态FOCPA(fuzzy operant conditioning probabilistic automaton)仿生自主学习系统.动态FOCPA学习系统不仅具有仿生的自学习和自组织能力,而且提高了学习的精度和速度.其在仅能获得环境微弱反馈信息的前提下,首先采用在线聚类的方法实现对输入空间的灵活划分,以确保映射规则的数目是最经济的;然后以取向值为评价信号,采用OC学习算法,在线自主学习输入状态到输出操作行为的最佳映射,并加入一个高斯噪声项对映射结果进行实时优化.此外,动态FOCPA学习系统还利用信息熵的评价能力,来验证自身的自学习和自组织能力.理论上分析了设计的OC学习算法的收敛性;通过对两轮柔性直立式机器人姿态平衡控制和速度控制的实验分析,验证了动态FOCPA学习系统的有效性. 展开更多
关键词 操作条件反射 模糊聚类 仿生自主学习系统 信息熵 姿态平衡控制 速度控制
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基于环境反馈机制的四足机器人运动技能学习
7
作者 张思远 朱晓庆 +2 位作者 阮晓钢 李春阳 刘鑫源 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1461-1468,共8页
哺乳动物的运动学习机制已得到广泛研究,犬科动物可以根据环境反馈的引导性信息自主地学习运动技能,对其提供更为特定的训练引导可以加快其对相关任务的学习速度.受上述启发,在软演员-评论家算法(SAC)的基础上提出一种基于期望状态奖励... 哺乳动物的运动学习机制已得到广泛研究,犬科动物可以根据环境反馈的引导性信息自主地学习运动技能,对其提供更为特定的训练引导可以加快其对相关任务的学习速度.受上述启发,在软演员-评论家算法(SAC)的基础上提出一种基于期望状态奖励引导的强化学习算法(DSG-SAC),利用环境中的状态反馈机制来引导四足机器人进行有效探索,可以提高四足机器人仿生步态学习效果,并提高训练效率.在该算法中,策略网络与评价网络先近似拟合期望状态观测与当前状态的误差,再经过当前状态的正反馈后输出评价函数与动作,使四足机器人朝着期望的方向动作.将所提出算法在四足机器人上进行验证,通过实验结果可知,所提出的算法能够完成四足机器人的仿生步态学习.进一步,设计消融实验来探讨超参数温度系数和折扣因子对算法的影响,实验结果表明,改进后的算法具有比单纯的SAC算法更加优越的性能. 展开更多
关键词 强化学习 四足机器人 仿生步态学习 环境探索 状态反馈引导
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OCPA仿生自主学习系统及在机器人姿态平衡控制上的应用 被引量:5
8
作者 蔡建羡 阮晓钢 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期138-146,共9页
针对本质上非线性、强耦合的两轮自平衡机器人复杂动态系统,构造操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.OCPA仿生自主学习系统是一个基于Skinner操作条件反射的概率自动机,主要特征在于模拟生物的操作条件反射机制,具有仿生的... 针对本质上非线性、强耦合的两轮自平衡机器人复杂动态系统,构造操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.OCPA仿生自主学习系统是一个基于Skinner操作条件反射的概率自动机,主要特征在于模拟生物的操作条件反射机制,具有仿生的自组织功能,包括自学习和自适应功能,可用于描述、模拟、设计各种自组织系统.从理论上分析OCPA学习系统的操作条件反射学习机制的收敛性.应用于两轮机器人姿态平衡控制的仿真和实验结果均表明,设计的OCPA仿生自主学习系统不需要系统的模型,通过模拟生物的操作条件反射机制,自组织地渐进形成、发展和完善其姿态平衡控制技能. 展开更多
关键词 操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习 操作条件反射 两轮机器人 姿态平衡控制
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A biologically inspired model for pattern recognition 被引量:1
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作者 Eduardo GONZALEZ Hans LILJENSTROM +1 位作者 Yusely RUIZ Guang LI 《Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology)》 SCIE CAS CSCD 2010年第2期115-126,共12页
In this paper, a novel bionic model and its performance in pattern recognition are presented and discussed. The model is constructed from a bulb model and a three-layered cortical model, mimicking the main features of... In this paper, a novel bionic model and its performance in pattern recognition are presented and discussed. The model is constructed from a bulb model and a three-layered cortical model, mimicking the main features of the olfactory system. The olfactory bulb and cortex models are connected by feedforward and feedback fibers with distributed delays. The Breast Cancer Wisconsin dataset consisting of data from 683 patients divided into benign and malignant classes is used to demonstrate the capacity of the model to learn and recognize patterns, even when these are deformed versions of the originally learned patterns. The performance of the novel model was compared with three artificial neural networks (ANNs), a back-propagation network, a support vector machine classifier, and a radial basis function classifier. All the ANNs and the olfactory bionic model were tested in a benchmark study of a standard dataset. Experimental results show that the bionic olfactory system model can learn and classify patterns based on a small training set and a few learning trials to reflect biological intelligence to some extent. 展开更多
关键词 Olfactory system Neural network Bionic model Pattern recognition
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