Jens Jäkel

Interpretability issues in data-based learning of fuzzy systems

This paper presents a method for an automatic and complete design of fuzzy systems from data. The main objective is to build fuzzy systems with a user-controllable trade-off between accuracy and interpretability. Whereas criteria for accuracy mostly follow straightforwardly from the application, definition of interpretability and its criteria are subject to controversial discussion. For this reason, a set of interpretability criteria is given which guide the design process. Consequently, interpretability is maintained by structural choices regarding the type of membership functions, rules, and inference mechanism, on the one hand, and by including interpretability criteria in the rule/rule base evaluation, on the other hand. An application in Instrumented Gait Analysis, to characterize a certain group of patients in comparison to healthy subjects, illustrates the proposed algorithm.

A New Convergence Proof of Fuzzy c-Means

In this letter, we give a new, more direct derivation of the convergence properties of the fuzzy c-means (FCM) algorithm, using the equivalence between the original and reduced FCM criterion. From the point of view of the reduced criterion, the FCM algorithm is simply a steepest descent algorithm with variable steplength. We prove that steplength adjustment follows from the majorization principle for steplength. By applying the majorization principle we give a straightforward proof of global convergence. Further convergence properties follow immediately using known results of optimization theory

Inference Methods for Partially Redundant Rule Bases

In this paper, a new inference strategy applicable to redundant or contradictory fuzzy rules is introduced. Both characteristics result mainly from a data-based generation of fuzzy systems where linguistic hedges are used to get an abstract description and where different rules’ premises are overlapping. It is shown, that common fuzzy operators fail in these cases and that the newly introduced switching fuzzy operators solve these problems.

Datenbasierter Entwurf von Fuzzy-Systemen für medizinische Diagnoseaufgaben (Data-based Design of Fuzzy Systems for Medical Diagnostic Problems)

Der Beitrag befasst sich mit dem datengestützten Entwurf von Fuzzy-Systemen für medizinische Diagnoseaufgaben. Dazu werden zunächst relevante Verfahren in einem Überblick vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf baumorientierten Methoden zur Generierung von Fuzzy-Regeln liegt. Im zweiten Teil wird ein neues Verfahren beschrieben, das die Induktion von Entscheidungsbäumen und deren Transformation in Fuzzy-Regeln beinhaltet. Diese Regeln bilden den Ausgangspunkt für die Generierung und Bewertung neuer, generalisierter Regelhypothesen, aus denen abschließend kooperierende Regeln zu einer Regelbasis zusammengestellt werden. Die Darstellung des Verfahrens bezieht die Anwendung bei einer kardiologischen Diagnoseaufgabe ein.

Intuitive Handführung von Robotern als Handlingsysteme

Zusammenfassung Bei der Handführung roboterbasierter Handling- bzw. Kraftverstärkungssysteme wird die Bewegungsintention des Nutzers über Kraft-/Momentsensoren erfasst. Die exakte Bewegungssteuerung der bis zu sechs Freiheitsgrade verlangt vom Nutzer viel Erfahrung. Im Beitrag wird ein Konzept beschrieben, das durch die Anwendung virtueller Kraftfelder die Bedienung erleichtert. Über die Stabilitätsuntersuchung des Gesamtsystems bestehend aus impedanzgeregeltem Roboter, Nutzer und virtuellen Kraftfeldern sowie anschließende simulative und experimentelle Untersuchungen werden Aussagen zur Parametrierung der Kraftfelder gewonnen.

Erfolgreiche Anwendungen von Fuzzy Logik und Fuzzy Control (Teil 1) (Successful Applications of Fuzzy Logic and Fuzzy Control (Part 1))

Eine große Zahl von industriell erfolgreichen Fuzzy-Control-Anwendungen wird analysiert und nach ihrer Fuzzy-Grundfunktionalität klassifiziert. Zu jeder Klasse werden Hinweise gegeben, welche Literaturstellen sich zur Einführung in diesen Aspekt der Methodik eignen und welche Quellen konkrete Anwendungen beschreiben. Ausgewählte Applikationen aus jeder Klasse werden steckbrieflich zusammengefasst.

Nachhaltiges Planen, Bauen und Wohnen im Informationszeitalter – Herausforderungen an die Automatisierungs- und Informationstechnik (Sustainable Design, Construction and Living in the Information Age – Challenges for Automation and Information Technology)

Das Ziel der Arbeit besteht darin, eine Übersicht über den gegenwärtigen Entwicklungsstand auf den Gebieten “Planen, Bauen und Wohnen” aus der Sicht der Automatisierungstechnik und der Informationstechnik zu geben. Schwerpunkte der Betrachtungen sind der Einsatz informationstechnischer Methoden während des Lebenszyklus eines Gebäudes, die Automatisierung in der Vorfertigung und auf der Baustelle sowie die Hausautomatisierung. Beispiele für zukunftsweisende Projekte und vor allem die skizzierten Perspektiven zeigen die neuen Herausforderungen an Automatisierungs- und Informationstechnik.

Optimale Führung von Endoskopen mit redundanter Kinematik (Optimal Endoscopic Guidance for Systems with Redundant Kinematics)

Bei minimal invasiven Operationen orientiert sich der Chirurg an einem Monitorbild. Ein Endoskop mit Kamera und die zur Operation benötigten Instrumente werden durch Röhren (Trokare) in den Körper des Patienten (z.B. Bauchraum) eingeführt. Zur Entlastung des Operationsteams soll das Nachführen (Tracking) des Endoskops, das durch ein Endoskopführungssystem getragen wird, zukünftig nicht manuell, sondern automatisch erfolgen. Das Endoskopführungssystem ist dabei ein spezielles kinematisches System, dessen Achsen durch Motoren bewegt werden. Für das automatische Tracking wird ein Verfahren vorgestellt, das auf Basis der Optimierung einer vorgegebenen Gütefunktion arbeitet. Durch die Gütefunktion lassen sich ein gewünschtes Bahnverhalten der zu verfolgenden Objekte auf dem Bildschirm beim Ausregelvorgang sowie die Minimierung des dazu notwendigen Stellaufwands fordern. Das angewandte Optimierungsverfahren berücksichtigt dabei die einzuhaltenden Restriktionen, die aus den maximalen Achsgeschwindigkeiten und den Endlagen der Gelenke des Endoskopführungssystems resultieren.