[发明专利]基于多巴胺神经元仿生CPG系统的机械臂控制器

摘要

本发明涉及一种基于多巴胺神经元仿生CPG系统的机械臂控制器，在FPGA开发板上搭建多巴胺神经元仿真模型，之后通过多巴胺神经元仿真模型与另一个多巴胺神经元仿真模型通过耦合突触电流连接模块组成多巴胺神经元仿生CPG网络模块，通过上位机对机械臂关节期望移动轨迹进行设置，并通过上位机计算机械臂关节实际移动轨迹与期望轨迹之间的扭矩误差，并将其传输给误差校正反馈控制信号模块处理，之后传输给控制信号调制模块，计算对CPG网络模块的相应输入刺激，该CPG网络模块通过相互耦合的多巴胺神经元仿真模型模块产生输出控制信号，经控制信号输出模块输出到机械臂并通过USB接口模块传递到上位机中显示。

主权项

1.一种基于多巴胺神经元仿生CPG系统的机械臂控制器，在FPGA开发板上搭建多巴胺神经元仿真模型，之后通过多巴胺神经元仿真模型与另一个多巴胺神经元仿真模型通过耦合突触电流连接模块组成多巴胺神经元仿生CPG网络模块，FPGA开发板内置晶振产生50MHz的时钟信号，之后通过QuartusII中IP软核中分频器对频率进行分频处理输入多巴胺神经元仿生CPG网络模块中，通过上位机对机械臂关节期望移动轨迹进行设置，并通过上位机计算机械臂关节实际移动轨迹与期望轨迹之间的扭矩误差，并将其传输给误差校正反馈控制信号模块处理，之后传输给控制信号调制模块，计算对CPG网络模块的相应输入刺激，该CPG网络模块通过相互耦合的多巴胺神经元仿真模型模块产生输出控制信号，经控制信号输出模块输出到机械臂并通过USB接口模块传递到上位机中显示；根据机械臂的移动情况，对耦合突触电流计算模块中相应的耦合参数和控制信号输出模块的控制信号频率模式进行控制和调制，保证机械臂在外界干扰情况下在控制信号下稳定执行；同时上位机还通过信号采集口采集机械臂的具体轨迹和控制信号具体波形并显示在上位机控制界面上；/n所述误差校正计算反馈模块接收外部输入的机械臂轨迹信号并将校正后信号输出给控制信号调制模块处理；/n所述多巴胺神经元仿生CPG网络模块包含多巴胺神经元模块和耦合突触电流计算模块，多巴胺神经元仿真模型在FPGA中采用欧拉法离散化，并采用流水线技术搭建，耦合突触电流计算模块根据不同的耦合参数计算神经元之间相应的突触电流；/n所述上位机操作界面编写采用Labview开发实现，通过VISA与上位机相连，通过操作界面对机械臂各关节期望轨迹和CPG网络耦合参数进行设定，同时人机操作界面能够实时显示机械臂的控制信号和具体轨迹。/n