5.3. Адаптивное устройство нечётко-логического управления движением робота

Рассмотрим устройство управления движением робота, основанное на нечёткой логике. Во-первых, рассмотрим нечётко-логическую экспертную систему для сквозного проектирования нечётких систем; во-вторых, рассмотрим применение адаптивного робота. Самостоятельность движущегося робота очень активно исследуется во многих исследовательских лабораториях различных компаний и университетов. Например, существуют автоматические грузовые тележки на заводах, робот-рабочий для экстремальных условий труда, сервисный домашний робот. Как и человек, робот должен правильно действовать в условиях нечёткой и недостаточной информации.

Архитектура системы устройства нечёткого управления строится на подсистеме зрительных сенсоров, модуле двигателя и нечеткой экспертной системе устройства, которая управляет остальными подсистемами. Подсистема зрительных сенсоров, которая различает внешние условия при передвижении, такие как дорога, препятствия и т. д., включает в себя ТВ камеру и модуль обработки изображений. Модуль двигателя имеет функции контроля за скоростью и за направлением движения робота.

Нечеткая экспертная система устройства - это суть всей системы. Она распознаёт внешние условия исходя из анализа данных изображения и посылает управляющие команды подсистемам. Эти команды побуждают каждую из подсистем выполнять предназначенные для них функции. Экспертная система имеет в своём составе модуль вывода и правила, такие как правила распознавания и правила управления, которые приобретаются системой экспериментально.

Проведены эксперименты по управлению роботом на узких участках дороги и дороге с препятствиями. Из полученных опытных данных видно, что система управления роботом способна на гибкие решения относительно движения робота.

5.3.1. Введение

Теория нечётких множеств, предложенная Заде, получила широкое распространение и применяется во многих областях науки и техники, промышленности и медицины. Особенно глубоко были исследованы прикладные аспекты нечёткого управления.

PID-контроллер в своей работе использует одно линейное уравнение. Когда точная модель действий невоспроизводима, улучшение и разработка уравнения для PID-контроллера сталкиваются с трудностями. Во избежание этого нечётко-логический контроллер создаётся из нескольких лингвистически выраженных правил. Для человека легко разработать эти правила и легко их улучшить. Таким образом, приходим к выводу, что робот движется намного лучше под руководством нечётко-логических правил, нежели чем под управлением PID-контроллера.

Расскажем о применении нечёткого управления для самостоятельного движения робота, то есть о контроле за направлением движения и скоростью робота. Робот узнаёт об окружающей его обстановке с помощью ТВкамеры, ультразвукового и лазерного локаторов и т. д. При перемещении он старается держаться подальше от препятствий. У нас в качестве зрительной системы робота использовалась CCD-камера.

Используем модель управления машиной. Машина едет неточным курсом и становится на стоянку, используя расстояние до стены и угол направления движения, измеренные с помощью ультразвукового датчика.

Нечёткую модель для операции управления эксперт разрабатывает исходя из статистической точки зрения. Он устанавливает правила нечёткого управления, используя эту модель. Управление роботом сочетается с обработкой изображения. Система управления робота даёт инструкции для двигателей системы управления скоростью таким образом, что робот передвигается только по направлению вперёд. Метод вывода - предложен Мамдани. Ввод-вывод взаимосвязей в управлении точно выражается через нечёткие множества. Опишем, как система определяет движение робота, обрабатывая изображения. Управляющие правила согласуются с образцом курса и значимостью правила в экспертной системе. Предпосылки и следствия каждого правила выражены нечёткими множествами в той же манере, что и в модели речевого контроля движения автомобиля. Метод вывода  довольно простой метод.

Опишем систему управления следующим образом: нечёткая система управления состоит из нечёткой экспертной системы, модуля обработки изображений и модуля управления двигателями. Кроме того, нечёткая экспертная система состоит из правил распознавания и правил управления двигателями, модуля вывода и модуля управления. Через интерфейсный модуль оператор может контролировать модуль управления.

Нечёткое управление движущимся роботом было испытано на дороге с узкими местами и препятствиями. Из полученных результатов сделан вывод о применимости нечёткого управления.