[发明专利]基于机器人感知系统的分布式控制通信总线及机器人

说明书

本发明公开了一种基于机器人感知及控制系统的神经网络总线系统及机器人，总线系统包括：多组数据总线，多组仲裁总线，包含接口控制的传感器和神经元；传感器通过神经元与总线相连，并在受到外界刺激产生相应数据时，通过预设的唯一的、具有优先级的标识符向直连的神经元竞争数据总线的使用权；在竞争优先权获得优胜后，所述获得数据总线的传感器在下个数据帧中将自身数据发送至所述直连的神经元；获得数据的神经元，同样向其直连的系统仲裁总线发送标识符，并在获得优胜后发送数据，直到完成数据传输，或标识符竞争失败为止。通过多级神经元中继，减少系统的布线，降低总线的冲突概率，提高总线的仲裁效率，提高总线的数据传输速率。

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，具体地说，涉及一种基于机器人感知及控制系统的神经网络总线系统及机器人。

背景技术

从1920年机器人这个概念在科幻小说中提出到目前为止，机器人领域经历了从无到有，到飞速发展，尤其在近年成了热门研究项目。且人类在各个行业对机器人的依赖和需求不断攀升，其智能程度越来越高。

以仿人机器人为例，仿人机器人是要达到外观和功能均能与人类似的智能机器人。而人类作为一种具有高智慧的生物，其神经网络不仅纷繁复杂，其相关的神经元数量更是高达数亿。对此，若要成就与人类似的性能优异的仿人机器人，其体内要实现的神经网络复杂度可见一般。以人类双足行走为例，双足有66个关节、38条肌肉、214韧带，错综复杂地连接并协调运作才使得人类的双足行走这个行为动作。而仿人机器人在实现双足行走时不仅要保证下半躯干的移动，既要维持上半躯干在运动时的平稳状态，同时还要根据体躯干上传感器对周围环境监测结果做出相应地躯体变化。

由机器人系统功能可知，传感器的数量直接影响机器人系统的精度，增加其数量，虽然会提升系统精度，但会加重系统结构的复杂程度。从机器人连线角度出发，增加传感器数量，系统会添加数倍于增加传感器的连线数量。除此之外，连接各个关节、机械骨骼、传感器等之间的连线和设备到控制器的连线，增加产生大量的连线数量。而躯干内部的众多布线，导致躯体笨重、系统自由度降低。增加传感器数量同样增加传输带宽，传感器会产生大量的数据，则会导致带宽和实时性的取舍问题。增加传输数据帧长度，其传输时间也随之增大，排队传送数据的数量增大，系统有可能无法实时传送。减少传输数据帧长度，传输时间虽然减少了，但每次传送数据量也会减少，数据处理效率降低。

目前应用在机器人领域的总线技术主要以CAN、FlexRay为主。专利CN101106504A一种基于CAN总线的智能自主机器人分布式通信系统中，使用CAN总线来连接机器人内部模块。由于CAN总线只有一条通信线路，其冲突概率高，导致通信线路的效率很低。同时由于仲裁信号的传输存在往返延时，所以仲裁信号的传输速率不能太高，而数据传输和仲裁信号传输在同一条通信线路上，导致了通信线路的数据传输速率很低。并且仲裁信号是通过二进制符号进行传输的，即通过符号“0”和“1”进行传输的，采用二进制符号进行优先权仲裁，其仲裁效率太低，设备的排队时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动感知与控制的通信神经网络系统及机器人，该系统可减少系统的布线，降低总线的冲突概率，提高总线的仲裁效率，提高总线的数据传输速率。

本发明公开的基于移动感知与控制的通信神经网络系统及机器人所采用的技术方案是:

一种基于移动机器人感知与控制的通信神经网络系统包括：

至少两组数据总线，通过数据帧在时间片内传输节点设备的待发数据，所述时间片为数据总线传输一个数据帧所需的持续时间；

仲裁总线，通过仲裁帧在所述时间片内的仲裁时隙中传输节点设备的多进制符号串，一个时间片内包含的所述仲裁时隙数量不少于所述数据总线的数量，所述多进制符号串的多进制符号由多电平表示，所述多电平包括由多个门限分隔的不同电压幅值状态；