基于基底神經(jīng)節(jié)的機(jī)器人行為選擇與行為序列學(xué)習(xí)方法.pdf

1、本文受基底神經(jīng)節(jié)啟發(fā)，對機(jī)器人行為選擇和行為序列學(xué)習(xí)方法展開了研究，并探討了用FPGA實(shí)現(xiàn)基底神經(jīng)節(jié)的相關(guān)技術(shù)，主要內(nèi)容包括：
　　 (1)分析比較了基底神經(jīng)節(jié)行為選擇的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法優(yōu)化了模型的參數(shù)，通過仿真實(shí)驗(yàn)比較了模型優(yōu)化前后的行為選擇性能；將基底神經(jīng)節(jié)的模型嵌入到基于行為的控制體系結(jié)構(gòu)中作為機(jī)器人的行為選擇機(jī)構(gòu)，編寫了機(jī)器人收集食物的仿真實(shí)驗(yàn)程序，仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了基底神經(jīng)節(jié)的模型能夠有效地選擇出合適的行為；分析

2、了基底神經(jīng)節(jié)病變引起的兩種典型運(yùn)動(dòng)性疾病--帕金森病和亨廷頓病的機(jī)理，通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M了兩種疾病對行為選擇的影響，并在實(shí)際的機(jī)器人上研究了“患有”這兩種疾病的機(jī)器人的行為模式。
　　 (2)研究了尖峰神經(jīng)元模型及突觸可塑性的相關(guān)性質(zhì)，分析了尖峰神經(jīng)元處理信息的方式與模糊控制的相似之處；通過“手眼協(xié)調(diào)”的機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)，研究了兩個(gè)核團(tuán)之間的相互作用；在此基礎(chǔ)上研究了基底神經(jīng)節(jié)多個(gè)通道、多個(gè)核團(tuán)之間的作用關(guān)系，提出了基底神經(jīng)節(jié)行為選

3、擇的尖峰神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型，通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際機(jī)器人驗(yàn)證了該行為選擇模型的有效性。
　　 (3)研究了多巴胺神經(jīng)元在條件反射過程中的活動(dòng)特性及其對突觸可塑性的調(diào)節(jié)作用，通過仿真的機(jī)器人走迷宮和識(shí)別文字兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，探索了這種調(diào)節(jié)作用的潛在應(yīng)用；詳細(xì)分析了基底神經(jīng)節(jié)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)機(jī)制的生物學(xué)基礎(chǔ)，提出了基底神經(jīng)節(jié)的Actor-Critic強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，在此基礎(chǔ)上研究了基底神經(jīng)節(jié)在機(jī)器人行為序列學(xué)習(xí)中所起的作用，通過仿真的機(jī)器人“拼寫”單詞的實(shí)

4、驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　 (4)對現(xiàn)有尖峰神經(jīng)元模型作了必要變換，使之更易于用數(shù)字邏輯電路來實(shí)現(xiàn)；編寫了FPGA實(shí)現(xiàn)單個(gè)尖峰神經(jīng)元以及時(shí)序依賴的突觸可塑性的Verilog HDL程序；提出了基底神經(jīng)節(jié)FPGA實(shí)現(xiàn)的整體框架，細(xì)化了框架中各個(gè)子模塊的功能并逐個(gè)予以實(shí)現(xiàn)，子模塊最終組合成項(xiàng)層模塊，經(jīng)過仿真、綜合、實(shí)現(xiàn)等步驟，在Virtex-5 FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基底神經(jīng)節(jié)這一大腦皮層下的重要神經(jīng)機(jī)構(gòu)；最終將FPGA實(shí)現(xiàn)