Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   13 ,  No.   1 ,  Jan uar y   201 9 ,   pp.  109 ~ 115   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 1 .pp 109 - 115          109       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Sp ee d an d di re ction o f a n obst ac l e using v irtual wi nd ow       Hj. M .A .   H j.   Mansor   Facul t y   of Electr ic a l  Eng ineeri ng ,   MA RA Unive r sit y   of Te chnol o g y   40450  Shah   Alam,  Mal a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   2 4 , 201 8   Re vised Oct  15 , 2 018   Accepte d Oct  28 , 201 8       A  virt ual   windo w  is  used  to  det ermine  the   direct i on  and  spee d  of  a  uniform l y   m oving  obstac l e.   Two  in te rsec ti ons  with  the   virt ual   window   at   differen t   loc a ti on  are  use d  to  calc ul at e   t he  re la t ive  pat h   and  spe ed  of   t he  obsta cle .     Two  sim ula ti ons  were   per form ed   using  Exc el  2010.   The   firs t  sim ula ti on   sim ula te s  a  pra ct i ca l  running  o f  a  uniforml y   m oving  obstac l e,   while   the  sec ond  has  th e  obstac l e  m oving  at   a  ver y   high  s pee d.   The  result  show s  tha t   the   s y st em  was  abl e  to  d et ermine   the   re la t ive   spe e d  and  pat h  of  the  u niforml y   m oving  obstac l e   accurately .     Ke yw or ds:   R el at ive p at h  e qu at io n   R el at ive sp ee d determ inati on   U ni form l y  m ov in g obst acl e   V irtual   wind ow   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Hj. M. A .   H j .   Ma ns or ,    Faculty  of Elec tric al  Engineer ing ,     MARA  U niv er sit y of  Tec hnol og y,     40450 S hah A l a m , Mal ay sia .   Em a il :  pak nga h60@gm ai l.com         1.   INTROD U CTION   In   rece nt  ye ar s  m any  resear ch  works  are   directed   to  t he   so luti on  of  obsta cl e  av oid a nce  in   pat h  plan ning.   T his   is  du e  to  the  i nterest  in  aut onom ou s  veh ic l es,  su c h  as  D A RPA  U rb a n  C halle ng e rs  [ 1]  and   by   autom otive com pan ie s su ch  a s Merce des  Be nz,   A ud i,  Volv o  a nd Go og le   [ 2 - 4].   An  aut onom ous  car  [5 ]   is  a   ve hicle   that  do  no t  nee d  hu m an  c on tr ol  a nd  it   basical ly   dr i ve s  it sel f.   It  is   al so  call ed  dri ve rless car  or  se lf - dri vi ng  ca r.   Au t onom ou s c ars  util ise  v ari ou s  kind  of  tec hn i qu e s to  se nse  their   env i ronm ent,  li ke  rad a r,  la ser   li gh t,  GPS,  od om et er,  and  c om pu te r  visio n.  Adva nced  c on t ro l  syst em s  interp ret   sens or y i nfor m a ti on  to  ide ntif y appr opriat e na vig at io n paths , as wel l as  obs ta cl es and r el e van t  sig nag e  [6 - 7].   This  w ork  c oncern s  m ob il e  r obot,  bu t  the  te chn i qu e  a ppli ed  can  be  us e d  i n  aut onom ou s  cars  as  well .   Wh e n  a   car  or  a  m ob il e  ro bot   m ov es  in  a n  unkn own  a nd  c hangin g   e nvir onm ent,  the  m ain   ai m   is  to  get  to  its   go al   with ou t  a ny  colli sion.  I f   the  pat h  ta ke n  happe ns   to   be  op ti m al   then  that  is  a  bonus.  Ob sta cl e  a vo i da nce  is   the  basic  re quirem ent  of   autonom ou s  r obot   nav igati on.  The  r obot  nee ds   to  ac qu ire  inf or m at ion   ab ou t  i t s   su r rou nd i ngs  a long  with  any  sta ti on ary  a nd   m ov ing   obsta c le s  pr ese nt  so  that  a  na vig at ion   syst e m   wit h  pat h  plan ning  al gor it h m   is  able  t o  guide  t he  r obot  to  the  ta rg et   wit hout  c olli din g  with  ob sta cl es  with in  the   env i ronm ent.   Ther e  a re  m any  path  pla nn i ng  a lg or it hm s  with  obsta cl e  avo i dan ce  t hat  has  bee n  propose d;  su c h  as   po te ntial   fiel d  [8 - 10] ,  visibi li ty   gr aph s   [ 11 - 12] ,  gri d  m et hods   [ 13] ,  a nd   virt ual  wi ndow  [ 14] .  O bs ta cl e   avo i dan ce   rese arch   has  tra diti on al ly   bee n  ha nd le d  by  t wo   t echn i qu e s  [ 15] :  the  delibe ra ti ve  ap proac h,   usual ly   consi sti ng   of a  m ot ion   plan ner, and t he react ive a ppr oach,  ba sed o n  the  ins ta ntaneous  sensed i nfor m at ion .   The  re searc h  work   t hat  is  r eported  here  is  base d  on  re act ive  ap proac h  util isi ng   virt ual  wind ow.    This  is  an  e xte ns io n  a nd   im pr o vem ent  of   a  pr e vious  wor k  descr i bed  in  [ 16 ] .  U nlike  [ 17 - 18] ,  the  te ch nique   i m ple m ented  can  be  us e d  to  determ ine  the  path  a nd  sp ee d  of   a   m ov in g  obst acl e.  In   this  work,     the  e nv ir onm e nt  is  ass um ed  to  ha ve   only   a   sin gle  obsta cl e  m ov ing  in  a   strai ght  li ne  with   c onsta nt  sp ee d.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 ,  Ja nu a ry 20 19   :   109   –   115   110   The  te ch nique   is  us ed   to  tra ck  the  m ov em ent  of  the  obs ta cl e  by  cal culat ing   it s  path   and   sp ee d  fro m   two  cro ssi ngs  with   a  virtu al   wind ow.  This  vi rtu al   window   is  ge ner at e d  from   a  dev ic e  that  is  locat ed  ei ther  on   a   sta ti on ary or   m ov i ng   m ob il e   r obot.  When  t he   directi on  a nd  sp ee d  of  the obstac le   is  known ,  ap pro pr ia t e  act ion  can  be  ta ke n t o av oid  c olli sio n.   Sp ee d  a nd  pa th of t he ob sta cl e are take n  a s  b ei ng  relat ive  to the m ob il e r obot.       2.   BRIEF  DISC US SI ON OF   THE  V I RTU AL WI N DOW   A  virtu al   wind ow  bas ic al ly   act s  as  a  se ns or   an d  is  a  rectangula r  pla ne  that  is  pr oj ect e d  a head  of  a   m ob il e  ro bo t  f or   the  pur po s e   of   detect in g  obsta cl e.  Fig ur e   1  shows  a  m ob il e  robo t  hav i ng   a  virtu al   wi nd ow   1   m   ahead  wi th  a  s quare   s hap e   ( 1   m   by  1   m )  ha ving   a  pi xel  res olut ion   o f   10× 10.  De pe nd i ng  on  th e   requirem ents  of   the  w ork,   the   sh ape  ca n  be  rectan gu la r,   an d  it s  width   a nd  heig ht,  an d  pi xel  res olu ti on  of   t he   virtu al   wind ow can be  set  to o ther val ues   ot he r  tha n  t hat s hown in Fi gure   1.   In   a  visio n  sy stem ,  an  i m age  of   t he  vie w  fo rw a r d  of  the   m ob il e  rob ot  is  captur e d.  I nt ensive  a nd  com plex  i m age  processin g  w il l  hav e  to  be  a pp li ed  i n  orde r   to  retrieve  t he  releva nt  inf orm at ion .  This  is   du e  t o  the  fact  that  t he   captu red  in form ation   co ns is t  of   t he  im age  of   t he  plane  of  interest   an d  al s o  im age  before   an d  beyo nd   th at   plane,   al beit  out  of   f oc us   ( 3D   view  to  2D   im age).  O n  the  ot her   ha nd,  the  virtu al   wi ndow  will   return  only  the  i m age o f  the  pl ane  of interest .       M o b i l e   R o b o t V i r t u a l   w i n d o w 1   m e t r e   ( 1 0   p i x e l s ) 1   m e t r e   ( 1 0   p i x e l s ) 1   m e t r e     Figure  1. A  d ia gr am  sh owin g a m ob il e robo t  with it s  c orres p on ding  gen e r at ed  vi rtual  window       This  virt ual  w indow  has  a  s i m i la r  char act erist ic   as  a  ca m era  in  that  it  has  a  disp la y   reso luti on.    This  disp la y  re so luti on  ca n  be   set   to  a ny  va lue  de pe nd i ng  on  the  nee ds   of  the  w ork  by  changin g  t he  a m ou nt  of   data  th at   is  read   from   the  plane  of  intere st.  The   siz e  of  the  vi rtual  wi ndow,   i.e.  t he  le ng t h  a nd  wi dth,  ca n  al so   be  set   to  any  value  that   is  req uire d.   I deall y,  the  siz e  of   the  virt ua l  window   is  usual ly   ren de re d  a  litt le  bigger  tha n  the  size of  the r ob ot.  O bv i ou s ly  this all ow s for   a b igg e r  f orwa rd  im age to  b e  m on it or ed  an d t hu s a  bigger  sa fety  n et .   A  fu ll  and c om plete  d isc us sion   of  the  po s sible im ple m e ntati on   of  the  vi rtual w in dow ca n  be   read f ro m  [ 13] .       3.   SIMULATI O N   As  was  descr i bed   in  [13],  a  la ser  range  fi nder  c a n  be  use d  to  ge ner at e  the  virt ual  window.  In   this   arr a ng em ent,  the  set - up   f or  the  virt u al   window  is  as  sho wn   in  Fig ur e   2,  with  the  la ser   range  fin de r  be ing   on  the  m ob il e  rob ot.  The  ra nge  of   the  virtu al   window  is  the  range  w her e  a ny  intersect ion  or   colli si on   w it h  the   ob sta cl e  is  co nsi der e d.  O utsid e  of   this  ra nge,   any  occurri ng  co ll isi on s  are  i gnored .  D  is  th e  m ini m u m   dis ta nce   of   t he  virtu al   window  from   t he  m ob il e  r obot,  d  is  th e  wi dth   of  the   ra nge,  t 1  a nd  t2  a re  the   tim es  that  li ght   ta kes  to   tra vel   fr om   the   m o bile  ro bot  to  a  po int  on  the   vw 1  a nd   vw2,   res pecti vely ,  and   R  is  the  pix el   reso l ution o f  t he  v irt ual w i ndow.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Sp ee d a nd d ire ct ion   of an o bst acle u si ng virt ua l w i ndow   ( H j. M.A .   Hj.   M a n s o r )   111   M o b i l e   R o b o t D   m R a n g e   o f   t h e   v i r t u a l   w i n d o w d   m t 1 t 2 R ,   p i x e l   r e s o l u t i o n v w 1 v w 2     Figure  2. A  d ia gr am  sh owin g a m ob il e robo t  with it s  virtu al   window  ra ng e   and g e ne ral p a ram et ers       Fo r  t his  w ork,   it   is  assu m ed  t hat  the  widt h  of  the  ra ng e ,  or  d,   is  1  cm .  The   m ini m u m   dist ance  to  the   virtu al   window , D , is set at  1 m . Th ese value s ar e set ar bitra rily , i.e.  the val ues  ca n  be  c ha ng e d  to  ot her   va lues  su bject  t o  the  a bili ty  o f  the  las er r a nge  fin der   to acc urat el y m easur e the  ti m e d iffe ren ce s .   Assum ing   the  sp ee d  of  li gh t  in  ai r  to  be  2   ×   108  m s - 1,   the n  the  tim e  ta ken   for  a  sin gle  la ser  beam   to  travel  to  a  poi nt  on  the  pla ne   of   inte rest,  in  this  insta nce   1  m   fr om   the  m ob il e  robo t,   and   bac k  is  about  10   ηsec s.  T he  ti m e taken  to  t rav e l a f ur the r 1 c m  ( or  a total   of 2 . 02 m )  is 1 0.1 ηsecs .   Fo r   a  total   pi xe l  count  of  100,  i.e.  the  res olut ion   of   th e  vi rtual  wi ndow  be ing   10 × 10  pix e ls,  the  total   tim e   ta ken   will   be  betwee n  1  µsecs  and   1.01  µsecs.  For  co m par ison ,  f or   a  p ixel  co un t  of  10, 000  ( 100× 100) ,   the total  tim e i s 0 . 1  m secs an d 0.101 m secs, r es pecti vely . If  the  virt ual w i ndow is c onsid ered t o be a  square   of   1  m   by  1  m   as  in  [13],  a  pi xel   reso l ution  o f  10×1 0  will   sti l l  detect   an  inters ect ion   or  colli s ion  w it h  an  obsta cl e  as  sm a ll   as  100  m m   (o r  10   c m )  in  siz e,  ei t her   widt h  or  he igh t.  C urren t  pr act ic al   m ob ile  rob ots  are  usual ly   m uch   big ge r  th an  10 0  m m   in  siz es  [19 - 21] .  Much  sm al le r  m ob il e  ro bo ts  can  be  c onside red,  howe ve r  this  will   hav e  s om e i m p act  o n t he  ti m e  n ee ded to  proc ess the i nfor m at ion .   If   the re  ha pp e ns  to  be  an  ob st acl e  at   the  plane  of   interest   within  the  ra nge,  the  beam   that  i s  ref le ct ed   within  t he  s pec ifie d  ra nge  of   t i m e  will   be  co ns ide red.  Ou tsi de  of   t his  ra ng e  of  tim e  per io d,   it   is  ass um e d  that  no co ll isi on  o c cur s  w it h t he o bs ta cl e.   Since  t her e   is  a   ra ng e   of  ti m e  that  the  obsta cl e  will   be   co ns i der e d  as   inte rs ect ing   t he  virtua l  wind ow ,   there  is  a n  ass ociat ed  m axi m um   sp eed  that  the  obsta cl e  ca n  tra vel  that  w il l  sti l l  al low  the  syst em   to  hav e  th e   two  interse ct io n s  with  the  virt ual  windows .  Othe rw ise ,  on l y  on e  intersect ion   will   be  det ect ed,   an d  that   sing le   inf or m at ion   do  not  al low  for  the  syst em   t o  cal culat e  the   path  a nd   s pe ed  of  the  obsta cl e.  This  m a xim u m   relat ive spee d  dep e nds  on   the  p a ram et ers  sh own  i n  Fi gure   2  a nd is s how n i n  the   ( 1)   bel ow:     v = cd 2R ( 2D + d )                   (1)     wh e re  c  is  the   sp eed  of  li ght  in  ai r.   Taki ng  the  values  s ta te d  above,  v = 4 , 975 . 124 m /s .  This  is  equ i valent  to  17,91 0.45km /hr.   As  a  com par iso n,   if  R  is  i ncr ease d  to  10 ,000   ( 100× 100  pix el s),   the  s pe ed  is   179.1 km /hr.  T hese tim es are in cl us ive  of  processin g  ti m e.   Table  1  s how s  the  relat ionship  betwe en   the  relat ive  sp ee d  of  t he  ob sta cl e  a nd  it s  distance     travell ed f or :     t T = t 1 + t 2                   (2)     wh e re  tT  is  the  total   scan ni ng   ti m e   of   th e  virtu al   wi ndow,  with  t1 ,  a t  first  intersec ti on   an d  the  s econd  intersect io n  at   t2.  In   this  sit ua ti on ,  only   the  sp eed  of  the  obsta cl e  is  var ie d,   w hile  the  rest  of   the  par a m et er s   rem ai n  con sta nt .       Table   1 .   Re la ti on s hi ps   betwee n  Re la ti ve  S pe ed  of  O bs ta cl e  and   Dista nce  be tween t he  tw o  I ntersecti ons     (secon d )   Sp eed r elativ e   ( m /s)   Distan ce tr av el   (c m )   1   0 .00 0 0 0 1 0 1   4 0 0 0 .0 0 0   0 .80 4 0 0   2   0 .00 0 0 0 1   4 9 7 5 .1 2 4   1 .00 0 0 0       5 0 0 0 .0 0 0   1 .00 5 0 0       5 2 0 0 .0 0 0   1 .04 5 2 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 ,  Ja nu a ry 20 19   :   109   –   115   112   As  ca n  be  see n,   the  li m it   of   the  relat ive  s peed   is  4975. 124m /s,  as  cal culat ed,   wh e re  the  distance   travell ed  betw een  the  tw o  int ersecti ons  is  1   c m .  High e r  rel at ive  sp ee d  will   no t  al low  t he   syst e m   eno ug h  tim e   to  proce ss  the   inf or m at ion   since  the   ra ng e   of   t he  virtu al   w in dow  was  s et   at   1  cm   apar t  Fig ure   2 .  O f   co ur se ,   this can  b e  r ect ifie d by incr ea sing t he ran ge.   Si m ulati on s  ar e  per f or m ed  usi ng   E xcel  2010   to  cal culat e  the  distance  travell ed  by  a  un if or m ly  m ov ing   ob sta c le   in  the  ge ne r al   directi on  of  the  m ob il e  rob ot.  T he  s peed   and   pat h  is  ta ke n  as  relat ive  to  th e  m ov ing   m ob il e  robo t.  The  ti m e  per io d  of   the   cal culat ion   is  ta ken   to  be  the   total   tim e  that  the  syst e m   need s  t o  scan  the  w ho l e  virtu al   w in dow  at   the  t wo  intersect io ns   F ig ure   3 .  This  i s  a  valid  ass um pt ion   since  t he  tw o  intersect io ns   ta ke  rou gh ly   t he   su m   of   the   tw o  sca nnin g  ti m e.  It   is  sta te d  a s  bei ng  r oughl y  beca us e,  the  exact  tim e d epends a t wh ic h pixel t he  inte rsecti on  occurs.       O b s t a c l e O b s t a c l e S e c o n d   i n t e r s e c t i o n   b e t w e e n   v i r t u a l   w i n d o w   a n d   o b s t a c l e T i m e   t o   s c a n   v i r t u a l   w i n d o w ,   T v w 2   =   1 µ s e c F i r s t   i n t e r s e c t i o n   b e t w e e n   v i r t u a l   w i n d o w   a n d   o b s t a c l e T i m e   t o   s c a n   v i r t u a l   w i n d o w ,   T v w 1   =   1 . 0 1 µ s e c 1   c m T o t a l   t i m e   t o   s c a n ,   T v w   =   T v w 1   +   T v w 2   =   2 . 0 1 µ s e c v   m / s     Figure   3 .   A  f ig ur e  sho wing th e p a ram et e rs  con si der e d  i n  th e sim ulatio n       4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   Figure   4  s hows  a  m od el   dem on strat in g  the  si m ulati o n  that  was  pe rfor m ed  for  this  researc h.    The  obsta cl e  is  m ov ing   t owar ds   t he  gen e ral  directi on  of  th e  m ob il e  robo t .  T he  relat ive   s peed  of  t he  m ov i ng   ob sta cl e  is  v  m /s,  and   the  first  intersect i on   with  the  vi r tual  wind ow  was  ass um ed  to  be  at   co ordi nate     (98, 1 01). Ti m e p e rio d  f or the  calc ulati on of  the sim ulati on  starts f ro m  that m o m ent o n.       y   ( c m ) x   ( c m ) 1   m 1 0 1 1 0 0 v   m / s O b s t a c l e Θ = 4 5 °   F i r s t   i n t e r s e c t   a t   ( 9 8 ,   1 0 1 ) t 1   =   0 0 M o b i l e   r o b o t v t c o s ( ϑ   ) v t s i n ( ϑ   ) y   =   x   +   3 S t a r t i n g   c o o r d i n a t e   ( 1 2 0 ,   1 2 3 )     Fig ure  4 .   A  m od el  r e pr e sentin g  the  sim ulat io n  set ti ng that  w as co ns ide re d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Sp ee d a nd d ire ct ion   of an o bst acle u si ng virt ua l w i ndow   ( H j. M.A .   Hj.   M a n s o r )   113   Fo r  e ver y  ti m e  per io d,   t he  tim e  it   ta kes  for  the  syst em   to  sweep   or   scan  the  virtua l  window,     it s  locat ion   in  the  x  and   y  directi on  was  cal culat ed.   S how n  an d  disc us se d  in  this  r eport  are  two  resu lt s   ob ta ine d from  the sim ulati on . Tab le   2 a  da n 2b   sho ws  t wo s a m ples o f  the  re su lt  of the  sim ulati on .       Table   2a .   A  T a ble S howing  t he   Re su lt s  f r om   the  Sim ulati on   with  Tim e Perio d  at  2.01 µ sec s   No   t ( seco n d )   T vw ( seco n d )   x  ( c m )   y  ( c m )   1   0 .00 0 0 0 0 0 0   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 8 .00 0 0 0   1 0 1 .0000 0   2   0 .00 0 0 0 2 0 1   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 7 .96 4 4 7   1 0 0 .9644 7   3   0 .00 0 0 0 4 0 2   0 .00 0 0 0 1 0 0 9   9 7 .92 8 9 4   1 0 0 .9289 4       Table   2b .   A  Ta ble S howing  t he   Re su lt s  f r om   the  Sim ulati on   with  Tim e Perio d  at  0.9 µse cs   No   t ( seco n d )   T vw ( seco n d )   x  ( c m )   y  ( c m )   1   0 .00 0 0 0 0 0 0   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 8 .00 0 0 0   1 0 1 .0000 0   2   0 .00 0 0 0 0 9 0   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 7 .98 4 0 9   1 0 0 .9840 9   3   0 .00 0 0 0 1 8 0   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 7 .96 8 1 8   1 0 0 .9681 8       The  la st  tw o  colum ns   of  T able   2  gi ve  t he  x -   an d  y - di sta nce  of  the   obsta cl e  f rom   the  ori gi n,   resp ect ively .  T he  relat ive  s pe ed  is  assum ed  to  be  25 0  m / s,  an gle  θ  at   45   ,  s peed   of   li gh t  at   2   ×   108  m /s,     and p i xel r es ol ution o f 1 0×10 . T he  siz e  of th e v irt ual w i ndow is set at   1× 1m .   Row  1  an d  co lum n  Tvw  of  Table   2a  s ho ws  t hat  the   fir st  scan   tim e  of  the   virtu al   w indow  ta kes   0.000 001010  s ecs.  That  is  a lso  the  fir st  intersect io n  of   the  ob sta cl e  with  the  virtua l  window,  th us   t= 0.     Af te r  0.000 00201  sec onds   la te r,   the  seco nd  intersect io n  with  the  virt ua l  window   occ ur s .  As  can  be   seen,     the  ch oice  of   t he  tim e  per iod   is  log ic al   as  there  is  enou gh   t i m e  fo r  the  firs t  scan  to  finis h  befor e  sta rtin g  with  the  seco nd   sca n.   I f  the  tim e  p erio d  was  le ss,   s ay   0. 000000 9  second  as  in  Table   2b,  it   can  be  seen  that  th e  scan  of   t he  virtu al   wind ow  will   not  ha ve  c om ple te d  w hen  the  sec ond  tim e  per io d  ca lc ulati on   is  st arte d.     Eve n  th ough  t he   cal culat ion  c an  be  don e  i n  s i m ulati on ,  in   pract ic e  the  first   scan   is  not  ye t  com plete d  an d  thu s   will  p r oduce  a n  il log ic al   res ul t. Th e s ugge ste d  ti m e p eriod  is t he  m ini m u m   tim e p erio d.   Fr om   Table   2a   and   dep ic te d  in  Figure   5,  the  relat ive  pat h  an d  sp ee d  of  the  obsta cl e  can  the n  b e  cal culat ed.  Ta ki ng  the t wo  c oor din at es,  ( 98, 101 )  an d  ( 97. 9644 7,   100964 47) , th e  gr a dient  is found  to  be 1 and  the  y - inte rsect   is  3.  This   gi ve s  the   pat h  e quat ion  as   y = x + 3 .  F or  relat ive  sp ee d,  the   ti m e  it   tak es  f or  the   ob sta cl e  t o  tra vel  f ro m   point   ( 98)  t o   po i nt  ( 97.96 447)  in   the  x  directi on,  a nd  from   po int  (10 1)  to  po i nt   (10 0.964 47)  in   the  y  directi on  is  0. 0000 0201   sec  each.  Bot h  will   giv e  a  sp eed  of  176.7 66 2  m /s.  The  res ultant   of  the  t wo  c ompone nts w il l  gi ve  a   relat ive spee d  of  24 9.985   m /s  at   an  an gle  of  45°.   This   r esult  com par es   ve ry   well  w it h  t he p aram et ers  us ed  in  the  sim ulatio n.   Table   3  an d  Fi gure   6  s hows  a  second  sim ul at ion   pe rfor m ed  but  with  a  r el at ive  sp eed  of  5000  m / s   towa rd s   the  di recti on  of  the   m ob il e  ro bot.  Discusse d  ea rl ie r  that  the  m axim u m   sp e ed  acce ptable  in   order  to   sti ll   be  able  to   detect   the  tw o  inter sect ions   is  4975. 124  m /s,  this  si m ulati on   will   fail   in  it s  at tem pt  t o  get  a   valid  relat ive  pa th  an d  s pee d  of   t he  obsta cl e.  Eve n  th ough  t he  ti m e  per iod   is  m or e  tha n  t he   tim e  ta ken   to   sca n  the  vi rtual  wi ndow,  the re  is  only   on e  valid  r esult.  The  sec ond  re su lt   can not  be  ap plied  as  it   exceeds  the  ran ge   that was  set ear li er,  1 cm .       V i r t u a l   w i n d o w S e c o n d   i n t e r s e c t i o n :   ( 9 7 . 9 6 4 4 7 ,   1 0 0 . 9 6 4 4 7 ) F i r s t   i n t e r s e c t i o n :   ( 9 8 ,   1 0 1 ) 2 5 0   m / s     Figure   5 .   The  two intersect i ons w it h t he virtu al  w in dow  i n  t he first si m ulatio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 ,  Ja nu a ry 20 19   :   109   –   115   114   Table   3 .   A  Ta bl e Show i ng  the   Re su lt s  f r om   Seco nd Sim ula ti on   us in g  Para m et ers  Shown   No   t ( seco n d )   T vw ( seco n d )   x  ( c m )   y  ( c m )   1   0 .00 0 0 0 0 0 0 0   0 .00 0 0 0 1 0 1 0   9 8 .00 0   1 0 1 .000   2   0 .00 0 0 0 2 0 1 0   0 .00 0 0 0 1 0 0 0   9 8 .00 0   9 9 .99 5   3   0 .00 0 0 0 4 0 2 0   0 .00 0 0 0 0 9 9 0   9 8 .00 0   9 8 .99 0           Relativ e  sp eed, v ( m / s):   5 0 0 0 .0 0   Sp eed o f  ligh t,  c ( m / s):   2  ×  1 0 8   An g le,  θ (deg rees ):   9 0 .00   Pix el r eso lu tio n ,  R:   100       V i r t u a l   w i n d o w S e c o n d   i n t e r s e c t i o n :   ( 9 8 ,   9 9 . 9 9 5 ) F i r s t   i n t e r s e c t i o n :   ( 9 8 ,   1 0 1 ) 5 0 0 0   m / s     Fig ure  6 .   The  two intersect i ons w it h t he virtu al   window i n  t he  sec ond si m ulati on       5.   CONCL US I O N   It  was  sho wn   that  the  syst em   was  able  to  determ ine  the  relat ive  sp eed   and   path  of  the  unif or m ly  m ov ing   obsta c le   wh e n  the re  a re  two  i ntersec ti on s  wit h  the  virtu al   window .  W it h  the  sim ulati on ,  t he  ch oice  of  the  tim e  per io d  has  t o  be  a   caref ully   sel ect ed  valu e .  I f   the  value  c hose n  is  valid,   that  is,  it   ta kes  into  consi der at io n  t he  tim e  need e d  f or   t he  tw o  scan  of  the  vir tual  window,  t hen   t he  res ult  of   the  sim ulati on   i s   acce ptable.  O ther wise,  eve n  thou gh   the   resu lt   is  pr esent  bu t  in  pr act ic e  it   ca nnot  be  reali se d  a s     exp la ine d ea rlie r.       ACKN OWLE DGME NT   The  a utho rs  w ou l d  li ke   to   ac knowle dge  t ha t  this  re searc h  pro j ect   is  fun de d  from   a  gr a nt   awarde d  by  the Mi nistry  of H ig he r  E du cat ion : FR GS / 1/2017/ICT 04/UI TM/ 02 /5 .       REFERE NCE S   [1]   Buehl er   M  et  al .   “ Special  Iss ue   on  the  2007  DA RP A  Urban  Cha ll eng e” ,   Part   I  –   III.  Journal  o f  Fi el d   Robo ti cs .  2008:  25(8 - 10):   423 - 860.   [2]   Volvo  News .   “ Autonom ous  Dr ivi ng  a cc ording  to  Volvo  Car  G roup:  bene f it s  f or  socie t y   and  c onsum ers  al ike ” .   htt p:// www . volv ocars.c om/us/to p/about /ne ws - a wards /page s/ default. aspx? it emid =68 .   Dec ember 2,  2013 .   [3]   Hagon  T.  “ Audi  sa y s   c ars  that  a cc e le r at e ,   st ee r   and  bra k e  in  t ra ffic   ja m s  coul d   be  her e  sooner   t han  m ost  thi nk ” .   htt p:// www . driv e . com. au/motor - n ews/driv erl ess - cars - poss ibl e - by - 2015 - 20130313 - 2fz96.ht ml .   Marc h  13,   20 13.   [4]   Engl ish  A.  “ A utonomous   ca rs  –   is  thi s  the   end  of  drivi n g ? ”  htt ps:/ /ww w. telegraph. co. u k/ motoring/road - safet y/ 10570935 /A utonomous - ca rs - is - thi s - the - en d - of - drivi ng . htm l .   Janu ar y   16 ,   20 14.   [5]   Thrun,   Seb astian .   “ Towa rd  Robo t ic   C ars” .   Comm unic ati ons   of the   ACM .  2010:   53( 4):  99 – 106.   [6]   La ss a,   T odd.   “ The   Begi nn ing  of  the  End  of  Driving”.   htt p:// www . moto rtrend. com/featu res/auto_ne ws/2 012/1301_t he_b egi nning_of _ the_end_of_driv ing / .  Mo tor  Tr end .  Janua r y   2013   (R et ri eve d  1   Sept e m ber   2014).   [7]   Europe an  Techn olog y   Plat form   on  Sm art   S y ste m s  Inte gra ti on  ( EPoS S).  “ Europe an  Roadmap  S m art   S y stems   for  Autom at ed  Dri ving” .   htt ps:/ /w ww.smar t - systems - int egrati on. o rg/publi c/ n ews - e ve nts/n ews/e pos s - roadm ap - s mart - systems - for - automate d - drivi ng - n ow - publi shed .   2 015.   [8]   Ge  SS   &  Cui  Y J.  “ Dy n amic  Motio n  Planni ng  fo r  Mobile   Robots  using  Potent ia l  Fiel d  Method”.  Proc.   IE EE   In t .   Conf.   Aut onomo us R obots .   2002 :   13(3):  207 - 222.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Sp ee d a nd d ire ct ion   of an o bst acle u si ng virt ua l w i ndow   ( H j. M.A .   Hj.   M a n s o r )   115   [9]   Sugi y ama  S  et   al .   “ Path  Planni ng  of  a  Mobile   Robot  for  Avo idi ng  Moving  Obs ta cles  with  Im prove d  Veloc i t y   Control   b y   Us in g  the   H y drod y n amic  Potentia l” .   Int.   Con f.  on  In te lligent  Robot s  and  Syste ms   ( IROS2010) .   Ta ipei ,   Ta iwan .   2010 :  1 8 - 22.   [10]   Yin  L  et   al .   “ A  New  Potent ia l  Fiel d  Method  for  Mobile   Robot  Path  Planni ng  in  t he  D y namic  Env ironments”.   Asia n   Journal  of   Contr ol .   2009 :  11(2) : 214 - 225.   [11]   Raj a  P  &  Puga z hent i  S.  “ Path  P la nning  for  a  M obil e  Robo t  in  D y namic  Envi ro nm ent s”.   Int .   Jo urnal  of  Phy si ca l  Sci en ce s .   2011:   6(20):  4721 - 473 1 .   [12]   Li   L   e t  al .   “ Present  St at e   and   Future  Dev el o pm ent   of  Mobi le   Robot   T ec hn olog y   Rese arc h ”.   Robot .   2002 :     24(5):  475 - 480 .   [13]   Boschia n  V  &  Prus ki  A.  “ Grid  Modell ing  of  R obot  Cel ls:  A  Mem or y - Eff ic i ent   Approac h” .   Journal  of  Inte l li g en t  and  Robotic  S yst ems .   1993:   8(2):   201 - 203.   [14]   Mansor  MA  &  Morris  AS .   “ Pa th  Planni ng  in  Unknow n  Envi ronm ent   with  O bstac l es  Us ing  Virtua l  W indow”.  Journal  of   Int el l i gent   and   Roboti c  Syst ems .   1999:   24(3):  235 - 251.   [15]   Minguez   J  et  al .   “ Motion  Pl anni ng  and  Ob stac l e  Avoidan c e” .   Spring er  Handbook   of  Ro boti cs ,   Spring er .     2008:  827 - 852.     [16]   Mansor MA   et   al .   “ Applic ation  of  Virtua l  W indows t o  Dete rm ine t he  Path  of  a  Un iforml y   Moving  Obs ta cl e ”.   IE EE  Inte rnational   Confe renc e  on  Control  Syste m,  Computing  and  Engi nee ring   ( ICCSCE201 3) .    Penang,   Ma lay si a.   Nov ember  29 – Dec ember  1 ,   2 013.   [17]   Ren  L  et   al .   “ A  New  Fuzz y   Inte lligen t  Obs ta cle  Avoidance   Control   Strate g y   for  W hee l ed   Mobile   Robot ”.     Int.   Con f. on  M e chat ronics  and   Aut omation   ( ICMA2012) .   Chen gdu,   Chin a. August  5 – 8,   2012 .   [18]   Le   XT  et   al .   “ Rea l - Ti m e  Obs ta c le   Avoida nc e  of  Mobile   Robots”.   Int.   Conf .   on  Control,   Aut oma ti on  and  Syste ms   ( ICCAS2007 ) .   Seoul, Korea.  Oc t ober   17 - 20 ,   200 7.   [19]   htt p:// www . robotshop.c om/4wd - omni - direc t ional - mobile - robot - kit - 2. html   [20]   htt p:// www . dfro bot. com/   [21]   htt p:// www . core conagv s.c om/pr oduct s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.