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南开大学余慧瑾、方勇纯:基于改进型自主发育网络的机器人场景识别方法

已有 1871 次阅读 2021-8-20 15:10 |系统分类:博客资讯

使机器人具有类人的认知能力,能自主实现对陌生场景的准确识别,近年来逐渐发展成为国内外机器人领域的一个研究热点问题。目前大多数分类问题采用深度学习方法进行识别。然而,随着移动机器人技术的发展,考虑到更多的用户需求,传统神经网络方法在一定程度上存在局限性。例如:

1)基于特征提取,前期需要大量经过标记的数据——人工耗时长;

2)网络模型需要预先进行长时间的训练——训练时间长;

3)训练好的模型只针对特定的任务——若遇到未训练的新类别将较难处理;

4)面对熟悉的场景时都需要进行重新计算——原有的经验对当前判断的帮助不大;

……  


余慧瑾, 方勇纯. 基于改进型自主发育网络的机器人场景识别方法. 自动化学报, 2021, 47(7): 1530−1538

http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c180779?viewType=HTML


图1.png

图1  辐射污染


图2.jpg

图2  地震废墟


受生物脑进化与发育的启发影响,基于自主发育网络的机器人的认知方法被提出。该方法只需要预先为机器人编制一套可发育程序,而不用针对固定任务进 行编程,使机器人不断通过后期自主学习以获得各种能力。虽然现有方法在理想情况下可以取得较好的效果,但当将其真正应用于机器人场景识别时,仍存在神经元利用率低,学习效果欠佳,识别准确率不高等问题。因此,需要针对原有算法提出改进性意见从而满足机器人的实际作业要求。


如何改进原有自主发育神经网络算法以实现机器人场景识别任务?目前,改进型自主发育神经网络算法采用多优胜神经元进行权重更新,并对其突触权重更新方程进行修改,以提高系统的学习效率;同时,通过负向学习快速纠正错误知识并在学习过程中增加人类知识引导;进一步,根据机器人的工作特点,采用基于连续型样本的加强型学习,降低因图像噪声等导致的识别错误,提高系统的鲁棒性。为了进一步提高学习效率,在系统中增加了人类知识的引导与加强,当无法明确进行场景类别抉择时,引入人类经验进行人工指导,以提高识别准确率,并扩展系统知识。


在此基础上,未来考虑将机器人应用到更广泛的场景中,进一步增加自主发育网络在机器人上的应用,快速提升机器人的智能发育水平。


作者简介


余慧瑾

南开大学机器人与信息自动化研究所硕士研究生.  2018年获得电子科技大学计算机科学与工程学院信息安全专业学士学位.  主要研究方向为机器视觉及发育神经网络. 

E-mail: 18920952389@163.com


方勇纯

南开大学机器人与信息自动化研究所教授.  2002年获得美国克莱姆森大学博士学位.  主要研究方向为显智能机器人与非线性系统控制.  本文通信作者.

E-mail: fangyc@nankai.edu.cn




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