As a vital cognitive function of animals, the navigation skill is first built on the accurate perception of the directional heading in the environment. Head direction cells (HDCs), found in the limbic system of animals, are proven to play an important role in identifying the directional heading allocentrically in the horizontal plane, independent of the animal's location and the ambient conditions of the environment. However, practical HDC models that can be implemented in robotic applications are rarely investigated, especially those that are biologically plausible and yet applicable to the real world. In this paper, we propose a computational HDC network which is consistent with several neurophysiological findings concerning biological HDCs, and then implement it in robotic navigation tasks. The HDC network keeps a representation of the directional heading only relying on the angular velocity as an input. We examine the proposed HDC model in extensive simulations and real-world experiments and demonstrate its excellent performance in terms of accuracy and real-time capability.


翻译:作为动物重要的认知功能,导航技能首先以对环境方向方向的准确认识为基础,在动物的四肢系统中发现的头向细胞(HDC)被证明在确定水平平面的方向向导上以全心为中心的方向上发挥重要作用,而与动物的位置和环境环境条件无关,然而,在机器人应用中可以实施的实用的HDC模型很少受到调查,特别是那些在生物上合理、但又适用于真实世界的HDC模型。在本文中,我们提议建立一个计算性HDC网络,与关于生物HDC的若干神经生理调查结果相一致,然后在机器人导航任务中加以执行。HDC网络只是以角速度为代表,作为投入。我们在广泛的模拟和现实世界实验中审查拟议的HDC模型,并在准确性和实时能力方面展示其出色的表现。

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