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CMAC网络应用机器人手眼系统位置控制
发表时间:2006-3-30 曾慧   来源:电子技术应用
关键字:机器人 CMAC神经网络 BP网络 叠加处理器 机器人手眼系 
在机器人手眼系统位置控制中,用CMAC神经网络建立了机器人非线性视觉映射关系模型,实现了图像坐标到机器人坐标的变换。该模型采用了一种新的多维CMAC网络的处理方法——叠加处理法。实验,与BP网络相比,CMAC网络能以罗高的精度和较快的速度完成手眼系统的坐标变换。

    经归纳,输入变量Si激活存储单元的首地址mi的计算方法如下:

    mi=Si(C-Δ)+1    (4)

    其中,Si为输入量的量化值;C为泛化参数;△为相邻输入激活存储单元的重叠单元数大小。若输入矢量有q个量化级,则存储区A需要q(C-△)+C个存储单元。

    当输入空间的维数n>1时;设输入空间为n维矢量Si=(Si1,Si2,…,Sin),对于每个分量Sij,都可以看作图1所示结构模型的一维输入量。由式(3)可得其对应的输出为:

   

    其中,mj为Sij所激活存储单元的首地址。整个CMAC网络可看作由n个如图1所示的子网络组成,S对应的输出yi可看作n个子网络输出yij(j=1,2,…,n)的叠加。

   

    若每个输入分量有q个量化级,每个子网络中两相邻样本有△个单元重叠,采用上述叠加方法共需存储单元n×[q(C-△)+C]。而对于传统的多维概念映射算法来说,n维输入空间中可能的输入状态为qn个。对于一些实际系统,qn往往远远大于n×[q(C-△)+C]。例如8维输入,量化级为200个等级,泛化参数C取为40,相邻输入激活存储单元的重叠单元数大小△为35,则用叠加处理法需要11200个存储单元,而用传统的概念映射算法需要2008个存储单元。对于传统的概念映射算法所带来的要求存储空间过大的问题,最常用的方法是把A当作一个虚拟存储区,通过散射编码映射到一个小得多的物理空间单元Ap中,从而减少存储空间。但是这种地址压缩技术随机性很强,会带来冲撞问题且不可避免。然而,对多维CMAC网络采用叠加处理法,不但可以大大减少占用的存储单元数,而且还可以避免地址压缩带来的冲撞现象,大大提高网络的映射精度和学习速度。

    2、实验及仿真结果

    实验是在山东大学现代物流实验中心进行的。该机器人手眼系统由用于抓取物体的SK6机械手和用于视觉定位的Panasonic WV-CP410/G彩色摄像头组成。摄像头采集的图像是二维的,而机械手运动到某一位置需要六自由度坐标。因此必须把二维图像坐标转换成机器人运动空间的六维坐标,才能控制机器人运动到指定的空间位置,这就是机器人手眼系统位置控制问题。本文采用CMAC神经网络实现了这一坐标变换,并对其结果与BP网络进行了比较。


图2 两种网络的误差平方和曲线面对比图


图3 两种网络的学习曲线对比图

    本实验共采集到793个输入样本,选取CMAC网络的量化精度Q为1000,泛化参数C为80,学习步长η为0.30。图2(a)和(b)分别为对CMAC网络训练25次和对BP网络训练5000次的误差平方和曲面图。可以看出,CMAC网络在训练次数少于BP网络的情况下,其误差平方和远远小于BP网络,且误差分布比较均匀。图3(a)和(b)分别为CMAC网络和BP网络的误差平方和随学习次数的增加而变化的曲线图。由图可知CMAC网络的学习速度较BP网络有较大提高。

 
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责任编辑:江琦