[論文レビュー] Fuzzy-based Navigation and Control of a Non-Holonomic Mobile Robot

Razif Rashid, Irraivan Elamvazuthi+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2010

Control and Dynamics of Mobile RobotsEngineering参考文献 10被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、運動学的モデルと所属関数最適化を用いた、非ホノミー型移動ロボットのナビゲーションのためのファジィ論理ベースの制御系を提案する。シミュレーションにおいて、3つの所属関数からなるセットが5つおよび7つのセットを上回る性能を示し、計算負荷を低減しつつ、優れた軌道追従性と安定性を達成した。

ABSTRACT

In recent years, the use of non-analytical methods of computing such as fuzzy logic, evolutionary computation, and neural networks has demonstrated the utility and potential of these paradigms for intelligent control of mobile robot navigation. In this paper, a theoretical model of a fuzzy based controller for an autonomous mobile robot is developed. The paper begins with the mathematical model of the robot that involves the kinematic model. Then, the fuzzy logic controller is developed and discussed in detail. The proposed method is successfully tested in simulations, and it compares the effectiveness of three different set of membership of functions. It is shown that fuzzy logic controller with input membership of three provides better performance compared with five and seven membership functions.

研究の動機と目的

• 非ホノミー型移動ロボットの自律ナビゲーションのためのファジィ論理制御系の開発。
• 異なる所属関数設定が制御系性能に与える影響の分析。
• 効果的なナビゲーションと制御に最適な所属関数の数の特定。

提案手法

• 非ホノミー型移動ロボットの運動学的モデルを制御設計の基盤として構築する。
• ロボットの位置および姿勢誤差から得られる入力を用いたタイプ1ファジィ論理制御系を設計する。
• 3種類の所属関数セット（3、5、7つの関数）を実装し、比較する。
• 制御系はMamdani推論を用い、シングルトンファジフィケーションと重心法によるデファジフィケーションを採用する。
• 異なるパス形状および初期条件における性能評価を目的としたシミュレーション実験を実施する。
• 性能は、軌道追従誤差、収束時間、制御効率の指標を用いて定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファジィ論理制御系における所属関数の数が、非ホノミー型移動ロボットのナビゲーション性能にどのように影響を与えるか？
• RQ2 3、5、7つの所属関数セットのうち、精度と計算効率のバランスが最も優れたのはどれか？
• RQ3 ファジィ論理制御系は、動的環境下における移動ロボットの運動学的非ホノミー制約を効果的に管理できるか？

主な発見

• 3つの所属関数からなるファジィ論理制御系が、5つおよび7つの関数セットよりも最小の軌道追従誤差を達成した。
• 3つの所属関数セットは、シミュレーションにおいてより速い収束と滑らかな制御入力を示した。
• 5つおよび7つの関数セットは、ゴール付近で高い制御効率と振動的挙動を示した。
• 提案された制御系は、複雑なパスに沿ってロボットをナビゲートしながらも、安定性を維持した。
• 所属関数の数を増やすことで性能が向上するとはならず、むしろ複雑性の増加により性能が劣化する可能性があることが示された。