[发明专利]基于光神经网络的机器人系统

说明书

本发明提供了一种基于光神经网络的机器人系统，所述机器人系统包括：通信系统，用于接收外界传达给机器人的指令；光神经网络中央处理系统，用于解算携带决策信息的光信号并进行输出；控制系统，用于解算输出携带控制信息的光信号并将光信号编码为携带控制信息的电信号进行输出；执行系统，用于接收携带控制信息的电信号并执行相应的指令；以及传感系统，用于监测所述执行系统和外部环境，并将感应到的传感信息以光信号的方式传递给所述光神经网络中央处理系统，光神经网络中央处理系统再根据传感信息决策当前机器人的行为。本发明中机器人系统绝大部分计算工作以光速进行，计算速度快、实时性高。

技术领域

本发明涉及机械电子技术领域，更为具体地，涉及一种基于光神经网络的机器人系统。

背景技术

近几十年来，机器人技术的高速发展极大地促进了人类生产生活质量的提高。机器人的高速发展离不开机械电子技术与机器人计算处理能力的发展。其中，机器人的计算处理能力直接限制了机器人的能力。近年来，随着机器人应用背景的复杂度越来越高，其对机器人实时计算处理能力的需求也不断增长。然而，在实时处理大量数据与复杂系统方面，已建立的微电子技术面领着巨大的限制。摩尔定律标志着微电子芯片的晶体管数量和集成度即将无法进一步推进。同时，微电子芯片依赖于电子传输，其固有的RC寄生效应使得实时计算速度受到电路内部互连速度和功率的限制。

近年来，基于光计算的神经网络相关研究以其高计算速度与低功率引发了巨大的关注。光以光速传播，其在传播过程中同时完成所携带信息的计算过程。同时，神经网络的计算并行性进一步提高了光计算速度。因此，通过光神经网络处理机器人计算任务具有极大的实时性与低功率优点。本发明人发现之前从未见基于光神经网络的机器人系统。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于光神经网络的机器人系统，以提高机器人的实时计算能力和速度。

为了实现上述目的，本发明通过以下的技术方案来实现的：

一种基于光神经网络的机器人系统，所述机器人系统包括：

通信系统，用于接收外界传达给机器人的指令并将接收到的指令转换成第一光信号进行传输；

光神经网络中央处理系统，用于接收所述第一光信号，并根据所述第一光信号解算携带决策信息的第二光信号并进行输出；

控制系统，用于接收所述第二光信号并根据所述第二光信号解算输出携带控制信息的第三光信号，再将所述第三光信号编码为携带控制信息的电信号进行输出；

执行系统，用于接收携带控制信息的电信号并执行相应的指令；以及

传感系统，用于监测所述执行系统和外部环境，并将感应到的传感信息以光信号的方式传递给所述光神经网络中央处理系统，所述光神经网络中央处理系统再根据传感信息决策当前机器人的行为。

进一步地，所述通信系统包括外界指令接收模块和以光纤网络为主的内部信号传输模块。

进一步地，所述光纤网络用于在硬件间传输光信号，所述光纤网络中设置有光信号放大装置。

进一步地，所述光神经网络中央处理系统包括第一光源、空间光调制器、第二光源、中央处理光神经网络以及光存储器件；

第一光源用于为所述空间光调制器提供光；空间光调制器用于接收所述第一光信号并编码所述第一光源提供的光使其携带所述第一光信号的指令信息并输出该光信号；第二光源用于为所述中央处理光神经网络补充光信号；中央处理光神经网络用于接收所述空间调制器输出的光信号，并解算输出携带决策信息的所述第二光信号；所述光存储器件用于存储所述光中央处理光神经网络的处理任务。

进一步地，所述空间光调制器为液晶光阀、数字微镜器件、激光直写型空间光调制器中的一种。