Robust mobile robot navigation in cluttered environments based on hybrid adaptive neuro-fuzzy inference and sensor fusion

自适应神经模糊推理系统 计算机科学 人工智能 移动机器人 避障 稳健性(进化) 导航系统 全球定位系统 运动规划 传感器融合 声纳 机器人 模糊逻辑 模糊控制系统 计算机视觉 生物化学 电信 基因 化学
作者
Muhammad Husnain Haider,Zhonglai Wang,Abdullah Aman Khan,Hub Ali,Hao Zheng,Shaban Usman,Rajesh Kumar,M. Usman Maqbool Bhutta,Pengpeng Zhi
出处
期刊:Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences [Elsevier BV]
卷期号:34 (10): 9060-9070 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.jksuci.2022.08.031
摘要

Collision-free navigation of mobile robots is a challenging task, especially in unknown environments, and various studies have been carried out in this regard. However, the previous studies have shortcomings, such as low performance in cluttered and unknown environments, high computational costs, and multiple controller models for navigation. This paper proposes an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and global positioning system (GPS) for control and navigation to overcome these problems. The proposed method automates the navigation of a mobile robot while averting obstacles in unknown and densely cluttered environments. Furthermore, the mobile robots' global path planning and steering are controlled using GPS and heading sensor data fusion to achieve the target coordinates. A fuzzy inference system (FIS) is adopted to model obstacle avoidance where distance sensors data is converted into fuzzy linguistics. Moreover, a type-1 Takagi–Sugeno FIS is used to train a five-layered neural network for the local planning of the robot, and ANFIS parameters are tuned using a hybrid learning method. In addition, an algorithm is designed to generate a dataset for testing and training the ANFIS controller. All the testing and training are conducted in MATLAB, while simulations are carried out using CoppeliaSim. Comprehensive experiments are performed to validate the robustness of the proposed method. The results of the experiments show that the proposed approach outperforms various state-of-the-art neuro-fuzzy, CS-ANFIS, multi-ANFIS, and hybrid ANFIS navigation and obstacle avoidance methods in finding a near-optimal path in unknown environments.
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