A soft fuzzy algorithm of the mobile robot control

Abstract

EN: Context. The task of a mobile robot control on the base of soft algorithm fuzzy inference has been solved. Objective is the creation of soft algorithm of the fuzzy inference which allows to provide additivity of fuzzy control system. Method. A soft algorithm of fuzzy inference used to control the mobile robot is suggested. Given algorithm allows to compensate errors inherent to the traditional models of fuzzy inference. Errors include: the curse of dimensionality, the absence of additivity and the fuzzy partition. This soft algorithm of fuzzy inference at the expense of rational allocation of premises and conclusions in a matrix of fuzzy relations, reduces the number of operations of the fuzzy inference. Another distinctive feature of the proposed soft algorithm is that in fuzzy inference to find minima and maxima used soft arithmetic operators. The paper shows that during the work of hard formulas for the implementation of these formulas while controlling the mobile robot the situations will appear when the robot loses control. The article points out that the implementation of the possibility in soft algorithm of fuzzy inference option of changes in parameters of sigmoidal membership functions will minimize the error at fuzzy system output. Dynamics of changing RMSE ratio from the varying parameters of sigmoidal membership functions proves it. The additional simulations presented in the article shows that during varying the parameters of sigmoidal membership function, during in increasing of the parameter a, is being observed decrease in the value of RMSE. The effectiveness of the proposed soft algorithm is confirmed by numerical simulation and experiments in the researching of a mobile robot movement along a line. Results. The specialized software for microcontroller Arduino Uno is developed and it realizes the proposed soft algorithm which allows to carry out an experimental study of its properties. Conclusions. The software realizing proposed algorithm has been developed and used in computational experiments investigating the properties of the algorithm. The experiments confirmed the efficiency of the proposed algorithm and software. UK: Актуальність. Вирішено завдання управління мобільним роботом на основі м’якого алгоритму нечітко-логічного виводу. Мета роботи – створення м’якого алгоритму нечітко-логічного виводу, що дозволяє забезпечити аддитивність нечіткої системи управління. Метод. Запропонований м’який алгоритм нечітко-логічного виводу, що використовується для управління мобільним роботом. Даний алгоритм дозволяє компенсувати помилки властиві традиційним моделям нечіткого виводу. До помилок відносяться: проклін розмірності, відсутність аддитивності і умови розбиття одиниці. Даний алгоритм за рахунок раціонального розміщення передумов і висновків в матриці нечітких стосунків, дозволяє скоротити, число операцій необхідних для реалізації нечіткого виводу. Інша відмітна особливість запропонованого м’якого алгоритму полягає в тому, що для знаходження в нечіткому виводі мінімумів і максимумів використовуються м’які арифметичні оператори. У статті показано, що при використанні жорстких формул для реалізації цих же формул в процесі управління мобільним роботом виникатимуть ситуації в яких робот втратить керованість. Також в статті показано, що реалізація можливості в м’якому алгоритмі нечіткого виведення опції зміна параметрів сигмодальних функцій приналежностей, дозволить мінімізувати погрішності на його виході. Про це свідчить динаміка зміни коефіцієнта RMSE від варіювання параметрів сигмодальной функції. Додаткове імітаційне моделювання представлене в статті показує, що при варіюванні коефіцієнтів сигмодальной функції приналежності, зокрема при збільшенні параметра а спостерігається зменшення значення коефіцієнта RMSE. Ефективність запропонованого м’якого алгоритму підтверджують представлене в статті чисельне моделювання і експерименти дослідження переміщення мобільного робота вздовж лінії. Результати. Розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для мікроконтроллера Arduino Uno, що реалізовує запропонований алгоритм, і що дозволяє здійснити експериментальне дослідження його властивостей. Висновки. Проведені чисельні і експериментальні дослідження підтвердили працездатність запропонованого м’якого алгоритм і реалізованого програмного забезпечення, а також дозволяють рекомендувати їх для вживання на практиці для управління мобільними роботами.