I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n ( I J R A)   Vo l.  6 ,   No .   2 ,   J u n 2 0 1 7 ,   p p .   8 0 ~9 8   I SS N:  2 0 8 9 - 4 8 5 6 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r a . v 6 i2 . p p 8 0 - 98          80     J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JR A   Netw o rk ed Servic e Robo ts Cont ro a nd   Sy nchro ni z a tion  w ith  Surv eilla nce  Sy ste m  Assis tanc       Do ug   K i m   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g   T e c h n o lo g y ,   F a rm in g d a le S tate   Co l leg e ,   USA       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 0 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Feb   1 6 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   2 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e p ro p o se a n   e ff icie n n a v ig a ti o n   c o n tro a n d   sy n c h ro n iza ti o n   m e c h a n is m   o f   m u lt ip le  n e tw o rk e d   ro b o ts  f o o p e ra ti o n   i n   larg e   c o n f in e d   a re a s.  A n   a d a p tab le  g rid   b a se d   n a v ig a ti o n   a n d   c o n tro stra teg y   is  a d o p te d   to   e li m in a te  p o ten ti a c o ll i - si o n a m o n g   ro b o ts.   Un e x p e c ted   o b sta c les   a re   h a n d le d   a n d   t h e   sp e e d   o f   i n d iv i d u a r o b o t   is  m a in tain e d   u sin g   th e   n o d e - o rd e rin g   tec h n iq u e .   T h e   p ro p o s e d   n a v ig a ti o n   c o n tr o a n d   sy n c h ro n iza ti o n   m e c h a n is m   is  sc a lab le  a n d   c a n   b e   e a sil y   e x ten d e d   f o m u lt i - c e ll   larg e   e n v iro n m e n t.   T h e   o b sta c les   in f o rm a ti o n   is  g a th e re d   t h ro u g h   l o c a in f o rm a ti o n   b y   th e   ro b o ts  f o b e t ter  p lan n i n g   o f   th e   n a v ig a ti o n .   T h e   s y s te m   c o ll a b o ra tes   w it h   t h e   e x isti n g   su rv e il lan c e   s y ste m in   c a se   o f   a d d it i o n a l   v is u a in f o rm a ti o n   is  n e c e ss a r y .   T h e   in tera c ti o n   w it h   t h e   su rv e il lan c e   s y ste m   is  m in i -   m ize d   to   re d u c e   p o ten ti a o v e rh e a d .   T h e   p ro p o se d   m e th o d o lo g y   i s   e v a lu a ted   f o a   larg e - s c a le si m u la ti o n   w it h   m u lt ip le ro b o ts.   K ey w o r d :   A d ap tiv co n tr o S y n ch r o n izatio n     Mo b ile  r o b o ts   Nav i g atio n   co n tr o   Su r v e illa n ce   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Do u g   Ki m ,     E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g i n ee r in g   T ec h n o lo g y ,   Far m i n g d ale  S tate  C o lle g e,   2350  B r o a d h o llo w   R d .   Far m in g d ale,   NY,   US A .   E m ail:  k i m d c @ f ar m in g d ale. e d u       1.   I NT RO D UCT I O N     T h er h av b ee n   n u m er o u s   s tu d ies  o n   th m u lti - r o b o n av i g a tio n   an d   co n tr o s y s te m s   f o r   d ec ad es  f o r   v ar io u s   h ea lth   s er v ice  ap p lic atio n s   a s   w e ll  a s   f o r   th e   w ar eh o u s e   ap p licatio n s   [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] .   Nav ig at io n   a n d   co n tr o o f   m u lt ip le  r o b o ts   in   lar g co n f i n ed   ar ea   is   p ar ticu lar l y   in ter e s ti n g   s i n ce   th r o b o ts   ca n   b u s ed   to   s u p p o r v ar io u s   h u m a n   ac tiv it ies.  I n   th e s ap p licatio n s ,   th r o b o ts   n av ig ate  w i th i n   t h ar ea   f o r   d eliv er in g   th e   o b j ec ts   to   th d est in at io n s .   W i th i n   t h ar ea ,   th e s r o b o ts   u s e   m u ltip le  s e n s o r s   to   n a v i g ate  t h r o u g h   th e   co m p le x   en v ir o n m e n t [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] .   On o f   t h k e y   o b j ec tiv es   f o r   th n a v ig a tio n   s y s te m   is   to   co n tr o t h m u ltip le  r o b o ts   s i m u ltan eo u s l y   w it h o u i n ter f er i n g   w it h   t h h u m a n   tr a f f ics  [ 8 ] .   Mo r eo v er ,   th r o b o ts   m u s b ab le  to   h an d le  s tatic  o b s tacle s   as  w ell  a s   u n e x p ec ted   d y n a m i o b s tacle s   [ 9 ] .   As  t h n u m b e r   o f   r o b o ts   in   o p er atio n   i n cr ea s es,  t h n av i g atio n   s y s te m   m u s b e   d esig n ed   to   m i n i m ize  p er f o r m an ce   d eg r a d atio n ,   th u s   r eq u ir i n g   t h s y s te m   to   b s ca lab le.   W h en   n a v i g atio n   an d   co n tr o o f   m u ltip le  r o b o ts   ar co n s id er ed ,   o n o f   t w o   t y p ical  co n tr o s tr ateg ie s   ca n   b e   u s ed ,   n a m el y   d is tr ib u ted   o r   ce n tr alize d   co n tr o s c h e m es.  An   ad v a n ta g o f   d is tr ib u ted   n a v ig a ti o n   co n tr o is   th at  t h co m p u tat io n al  lo ad   o f   th ce n tr alize d   s er v er   is   m i n i m ized   b y   letti n g   t h r o b o m ak in g   au to n o m o u s   n av i g atio n al  d ec is io n s   [ 1 0 ] [ 1 1 ] .   Ho w e v er ,   in   th lar g co n f i n ed   ar ea ,   th d is tr ib u ted   co n tr o s tr ateg y   s u f f er s   f r o m   r ed u ce d   r o b o u t iliz atio n   w h e n   u n e x p ec ted   o b s tacle s   a p p ea r   in   th e   n a v i g atio n   p ath .   On   t h o t h er   h a n d ,   th ce n tr alize d   co n tr o s tr ateg y   m a y   n o b ef f ec ti v in   s m all  ar ea   w h er u n ex p ec ted   o b s tacle s   ar r ar e.   T h ce n tr alize d   co n tr o s tr ateg y   i s   m o r e f f ec ti v i n   lar g e   a r ea   w it h   o b s tacle s   s in ce   th ce n tr alize d   co n tr o l   m ec h a n i s m   ca n   m a k p r o p er   ad j u s t m e n ts   to   all  r o b o ts   af f ec ted   b y   th ch a n g e s   in   t h n av i g atio n   en v ir o n m e n t   [ 1 2 ] .   Mo r eo v er ,   m a n y   o f   in d o o r   in f r astr u ctu r es  h a v th v is u al  s u r v eil lan ce   n et w o r k s   t h at  ca n   ass is t h e   n av i g atio n   co n tr o s y s te m   b y   p r o v id in g   t h v i s u al   i n f o r m atio n   [ 1 3 ] .   T h v i s u al   s u r v e i llan ce   n et w o r k   ca n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R A   I SS N:  2 0 8 9 - 4856     N etw o r ke d   S ervice  R o b o ts   C o n tr o l a n d   S yn ch r o n iz a tio n   w ith   S u r ve illa n ce   S ystem  A s s is ta n ce   ( Do u g   K im)   81   p r o v id in f o r m atio n   ab o u t h e   n a v ig a tio n al  e n v ir o n m e n to   th r o b o th r o u g h   t h ce n tr ali ze d   m ec h a n i s m   i n   ca s o f   n a v i g atio n   u n ce r tai n t y   ( i.e . ,   f ailed   lo ca lizatio n ,   et c)   [ 1 4 ] .   T h n a v ig at io n   s y s te m   m u s t   b ab le  to   in ter ac w i th   ex is ti n g   s u r v eilla n ce   s y s te m s   w it h   m i n i m u m   i m p ac o n   n o r m al  s u r v eilla n ce   o p er atio n .   Utilizi n g   th ex is ti n g   s u r v eilla n ce   s y s te m   b ec o m es  cr itica in   ter m s   o f   r ed u ci n g   t h le v el  o f   u n c er t ain t y   in   n a v ig a tio n   en v ir o n m e n f o r   th r o b o ts .   I n   th is   p ap er ,   an   ef f icie n s ca lab le  n av i g atio n   co n tr o an d   s y n ch r o n izatio n   m ec h a n i s m   o f   m u ltip l e   n et w o r k ed   r o b o ts   f o r   o p er atio n   i n   lar g co n f in ed   ar ea s   i s   p r o p o s ed .   A n   ad ap tab le  g r id   b a s ed   n a v i g atio n   an d   co n tr o s tr ateg y   is   ad o p ted   to   eli m in ate   p o ten tial  co ll is io n s   a m o n g   r o b o ts .   T h n o d e - o r d er in g   tech n iq u e   i s   p r o p o s ed   an d   in co r p o r ated   in to   th o v er all  m ec h an is m   w h er th s p ee d   o f   i n d iv id u al  r o b o is   ad j u s ted   to   av o id   th e   n a v i g atio n   d ea d lo ck s   a s   w el as   h a n d li n g   o f   t h u n ex p ec ted   o b s tacle s   i n   t h n a v ig a tio n   p at h s .   Du r in g   th e   n a v i g atio n ,   t h i n f o r m atio n   ab o u t   o b s tacle s   in   th n a v ig a tio n   p ath s   is   g ath e r ed   lo ca ll y   b y   t h e   r o b o ts   f o r   im p r o v in g   th o v e r all  p ath   p lan n i n g   a n d   n av i g a tio n .   T h p r o p o s ed   s y s te m   co llab o r ates  w it h   th e   ex is t in g   s u r v eilla n ce   s y s te m s   in   ca s e   ad d itio n al  v i s u al   i n f o r m at io n   is   n ec e s s ar y .   T h i n ter ac tio n   w it h   t h e   s u r v eilla n ce   s y s te m   i s   m i n i m i ze d   s o   t h at  t h o v er h ea d   ca u s ed   b y   co llab o r atin g   w i th   t h n av i g atio n   s y s te m   w o u ld   n o t h i n d er   th n o r m al  s u r v eil lan ce   o p er atio n .   T h r em ai n d er   o f   t h is   p ap er   h as  5   s ec tio n s .   I n   Sec tio n   2 ,   we  p r esen t h o v er v ie w   o f   t h ap p licatio n   m o d el   an d   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   i n cl u d in g   t h p r o b le m   d e s cr ip tio n s .   Sectio n   3   p r ese n ts   t h b asic   n a v i g atio n   p r in cip les  i n cl u d in g   ce n t r aliz ed   s y n ch r o n izatio n   a n d   co n tr o m et h o d o lo g y   f o r   th e   lar g e - s ca le   en v ir o n m e n t.   Sectio n   4 .   p r esen ts   th e x ten s io n   o f   th p r o p o s ed   m et h o d   w h ich   i n co r p o r ates  s tatic  an d   d y n a m ic  o b s tacle   h an d li n g   i n   th e   n a v i g atio n   e n v ir o n m en t.  I n   Sectio n   5 ,   w e   e v alu a te  t h p r o p o s ed   p ath   p la n n i n g   m et h o d o lo g y   w it h   lar g e - s ca le  s ce n ar io .   Fin all y ,   o u r   co n tr ib u tio n   is   s u m m ar ized   in   Sect io n   6 .   alo n g   w i th   f u t u r w o r k .       2.   M O T I VAT I O AND  AP P R O ACH   2 . 1 .     Appl ica t io M o del a nd   M o t iv a t io n   Fig u r e   1   ill u s tr ates  lar g a n d   co n f in ed   e n v ir o n m en t   w h er m u ltip le  r o b o ts   n a v i g ate  i n   t h p r esen ce   o f   h u m a n   tr af f ic.   B o th   s tati an d   d y n a m ic  o b s tacle s   m a y   b p lace d .   T h r o b o ts   ar e   co n tr o lled   b y   th e   n av i g atio n   s y s te m   w h ic h   h a n d les  all  s er v ices   co n c u r r en tl y .   T y p icall y ,   t h en v ir o n m e n h as  t h ca m er as  f o r   s u r v eilla n ce   o p er atio n s .   T h n av i g atio n   s y s te m   m a y   i n ter ac w it h   t h s u r v eilla n ce   s y s te m   f o r   m o r ac c u r ate   d ec is io n   m a k i n g   f o r   th r o b o t n av i g atio n .   T h n av i g atio n   s y s te m   m u s t   m ee th e   p o w er   a n d   ti m i n g   r e q u ir e m e n ts .   T h is   ap p licatio n   m o d el   ca n   b u s ed   i n   d if f er en t   t y p e s   o f   s er v ice  e n v ir o n m en t   s u c h   a s   p r o v id in g   w h ee lc h air   s er v ice s   a n d   d eliv er in g   to o ls   w it h i n   t h m a n u f ac tu r i n g   f ac i liti es.  A   lar g er   e n v ir o n m e n c an   b co v er ed   b y   i n tr o d u cin g   m u ltip le  w ir eles s   n et w o r k   c l u s ter s   ac r o s s   th e n t ir s er v ice  ar ea   f o r   i m p r o v ed   co m m u n icatio n   r eliab ili t y .       2 . 2 .     P r o ble m   De s cr iptio n a n d   I s s ue s   O ne   of   t he   ke o bj e ct i ve s   f or   t he   na vi ga t i on   s ys t e m   i s   t c o nt r ol   t he   m ul ti pl r o bo t s   s i m ul t a ne o us l y   w it h ou i nt e r f e r i ng   w it hu m a t r a f f i c s .   Mor e o ve r ,   t he   r ob ot s   m us t   b e   a bl t ha n dl e   s t at i ob s t a c l e s   a s   w e l a s   u ne x pe c t e dy na m i o bs t a cl e s .   A s   t he   n u m be r   of   op e r a t i ng   r o bo t s   i nc r e a s e s ,   t he   na vi ga t i on   s ys t e m   m us b e   a bl t ha n dl c on ge s ti o ca us e b y   r o b ot s   t he m s e l v e s .   T he   na vi ga ti o n   s ys t e m   m us b e   a bl t o   i nt e r a ct   w it e xi s ti n g   s ur ve il l a nc s ys t e m s   w i t h   m i ni m a i m p a ct   on   t he   no r m a l   s ur ve il l a nc o pe r a ti o n.   T he   vi s ua s ur ve il l a nc s ys t e m   c a n   a s s i s t he   na vi ga ti o s ys t e m   i m a ki n m or e   a cc ur a t na vi ga ti on   de c i s i o ns .   O ve r vi e w   of   t he   i nt e r a c ti o be t w e e t he   na vi ga t i on   a nd   s ur ve il l a nc e   s ys t e m   i s   il l us t r a te i F i g ur e   2.   I or de r   t ha nd l e   t he   d yn a m i c   c ha n ge s   i t he   na vi g at i o e n vi r o n m e nt ,   t he   na vi ga ti o n   s ys t e m   cl os e l y   i nt e r a c t s   w it h   t he   pa t pl a nn i n g   s ys t e m   w he r t he   na vi g at i o n   pa t hs   f or  t he   r o bo t s   a r c r e at e d.   W hi l t he   p a t h   pl a n ni n g   s ys t e m   i s   a i nt e gr a pa r of  t he   o ve r a ll   s y s t e m ,   w e   l i m it   o ur   s c op e   t t he   na vi ga t i on   c o nt r ol   s ys t e m   a n i nt e r f a ci n w i t t he   pa t pl a nn i n g   s ys t e m .     2. 3 .     Ap pro a ch  a nd   Ass u m pt io n   I n   th i s   p ap er ,   w p r o p o s g r id - b ased   r o b o n av ig at io n .   T h g r id   tt  is   d ef in ed   as  r ec tan g u lar   r eg io n .   T h en tire   en v ir o n m e n t is d iv id ed   in to   g r id s   a s   s h o w n   in   Fig u r e   3 .   T h s er v er   m ain tain s   t h lo ca tio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 0 8 9 - 4856   I J R A     Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n 2 0 1 7   :   8   98   82       Fig u r 1 .   I llu s tr a tio n   o f   m u lt ip le  r o b o ts   n av ig at in g   i n   th p r e s en ce   o f   t h u m a n   tr a f f ics.  Vis u al  ass is tan ce   to   t h n av i g atio n   s y s te m   i s   s u p p o r ted   b y   t h ex i s ti n g   s u r v eilla n ce   s y s te m       I n f o r m a tio n   o f   all  g r id s   w ith   u n iq u in d ice s .   T h s eg m e n in f o r m atio n   f r o m   t h p ath   p lan n i n g   f o r   each   r o b o in clu d es   r o b o in d ex ,   s eq u e n ce   o f   g r id   in d ice s   an d   n av i g atio n   d ea d lin e.   T h s e g m en t   u s u al l y   in d icate s   co n f in ed   s p ac es  ( e. g .   co r r id o r )   in   th e   en v ir o n m e n t.  T h n u m b er   o f   g r id s   in   t h s e g m e n o f   ea ch   r o b o t   m a y   d if f er .   Giv e n   g r id s   f o r   e ac h   r o b o to   n av ig a te  th r o u g h ,   t h s y s te m   d ir ec ts   ea c h   r o b o to   th g r id s   ass i g n ed   to   t h e m   w h ile  e x c h an g i n g   n ec es s ar y   in f o r m a tio n   at  ea c h   g r id .   T h co m m u n ic atio n s   o v er h ea d   i s   m i n i m ized   w h ile  m a x i m izi n g   th n av ig at io n   f le x ib ilit y ,   t h p r o p o s ed   n av i g atio n   s y s te m   i n co r p o r ates a d ap tiv g r id   r eso lu tio n   m ec h a n i s m .   T h ad ap tiv g r id   r eso lu tio n   p r o v id es  ca p ab ilit y   o f   f i n n a v ig a tio n   w h en   t h e   r o b o ts   n ee d   to   n a v i g ate  t h r o u g h   o b s tacle s   r at h er   t h a n   ta k in g   d i f f er e n p at h s   o r   w ai u n t i th e   o b s tacle s   ar e   clea r ed .   Mu lti - ce ll  r ela y   s tr u ct u r is   u s ed   in   th p r o p o s ed   n av ig atio n   s y s te m   to   b s ca lab le  to   co v er   th lar g e   ar ea s .   W h ile  th er ar d is tr ib u ted   an d   ce n tr alize d   co n tr o m e ch an i s m s ,   w u s t h ce n tr aliz ed   co m m u n icatio n   m o d el  w h er t h s y s te m   co n t r o ls   in d iv id u al  r o b o ts   f o r   n av ig atio n .   T h ce n tr alize d   m ec h an is m   h as  a   lo o f   ad v an ta g es   o v er   t h d i s tr ib u te d   m ec h an i s m   esp ec ial l y   i n   co n f in ed   ar ea s   f o r   o v er s ee i n g   t h en tire   n a v i g atio n   en v ir o n m e n w h ic h   allo w s   m o r ef f ec ti v r eso u r ce   u t ilizatio n .   T o   h an d le  lar g n u m b er   o f   co n cu r r en n av i -   g atio n   o f   r o b o ts   w it h o u p o ten tial  co llis io n s   a n d   d ea d lo ck s ,   th s p ee d   co n tr o m an a g e m e n m ec h a n is m   u s i n g   th n o d e - o r d er in g   is   p r o p o s ed   w h er th n o d e - o r d er in g   g u ar an tees t h ef f ec ti v f lo w   o f   r o b o t n av ig a tio n .           Fig u r 2 .   I llu s tr ati o n   o f   f u n cti o n al  in ter ac tio n s .   T h n a v ig at i o n   s y s te m   co m m u n icate s   w it h   m u l tip le  r o b o ts   an d   ex is tin g   s u r v e illa n ce   s y s te m   f o r   v i s u al  as s is ta n ce .   T h p ath   g e n er atio n   o f   th r o b o ts   ar s u p p o r ted   b y   th p ath   p lan n in g   s y s te m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R A   I SS N:  2 0 8 9 - 4856     N etw o r ke d   S ervice  R o b o ts   C o n tr o l a n d   S yn ch r o n iz a tio n   w ith   S u r ve illa n ce   S ystem  A s s is ta n ce   ( Do u g   K im)   83       Fig u r 3 .   I llu s tr atio n   o f   g r id - b ased   m ap   r ep r esen tatio n   a n d   n av ig a tio n .   A   p ath   o f   th r o b o t is  r ep r esen ted   b y   s eq u en ce   o f   g r id s       T o   ac q u ir m o r ac cu r ate  v i s u al  in f o r m at io n   f o r   th e   n a v ig atio n   s y s te m ,   t h n a v ig a tio n   s y s te m   co llab -   o r ates  w it h   th e x i s ti n g   s u r v ei llan ce   s y s te m .   W h ile  m i n i m izi n g   t h i n ter ac tio n   w i th   t h s u r v eil lan ce   s y s te m ,   th e   n a v i g atio n   s y s te m   f u ll y   u t ilizes   th e   s e n s o r   i n f o r m atio n   f r o m   t h r o b o ts   f o r   co n s tr u cti n g   t h e   o b s tacle s   m ap   d y n a m icall y   wh ich   is   u s ed   f o r   co n tr o lli n g   th e   f lo w   o f   th e   r o b o ts .   W ith   th e   m i n i m u m   a m o u n t o f   in ter a ctio n ,   th e   p r o p o s ed   s y s t e m   i s   d esi g n ed   to   m o n ito r   t h lo ca tio n   i n f o r m atio n   o f   o b s t ac les  i n   ad d itio n   to   th lo ca lized   i n f o r m atio n   g ath er ed   b y   t h r o b o ts   i n   t h ar ea .   T h is   p er io d ic  m o n i to r in g   en a b les  th e   n a v i g atio n   s y s te m   to   o b tain   th c h an g e s   in   n a v i g atio n   ca p ac it y   o f   th co r r id o r s .   T h co m b i n ed   in f o r m atio n   is   u s ed   f o r   th ad ap tiv n a v i g atio n   b y   p r o v id in g   t h in f o r m at io n   to   th p ath   p lan n i n g   f o r   r er o u tin g   o f   t h r o b o ts .       3.   RE SU L T S NA V I G AT I O AND  SYNCH RO N I Z A T I O ST RA T E G Y   3 . 1 .     G rid B a s ed  Co ncurre nt  Na v ig a t i o n   Fig u r e   4   illu s tr ate s   th o v e r v ie w   o f   th m u ltip le  r o b o t   co n cu r r en n a v i g atio n   p lat f o r m .   T h e   n av i g atio n   s er v er   co n tr o ls   th r o b o ts   th r o u g h   co m m u n icat io n   li n k .   T h n av i g atio n   s er v er   also   co m m u n icate s   w it h   t h ex is t i n g   s u r v e illa n ce   s y s te m   f o r   v is u al  ass i s ta n ce .   T h n av ig at io n   s er v er ,   th r o b o ts ,   an d   t h s u r v eilla n ce   s y s te m   s h ar t h co m m o n   m ap   f o r   th s y n c h r o n ized   co o r d in atio n .   T h m ap   i s   r ep r esen ted   w it h   g r id s   as  ill u s tr ated   in   Fi g u r e   5 .   T h s ize  o f   th g r id   is   ad j u s tab le  w h er th co ar s g r id   is   t y p icall y   u s ed   f o r   th e   n o r m a l   n av ig atio n   a n d   th f i n g r id   is   u s ed   f o r   n a v i g ati n g   in   f i n er   r eso lu tio n .   E ac h   r o b o t m a y   b ass ig n ed   w it h   d if f er en g r id   s ize  d ep en d in g   o n   th n a v i g atio n   e n v ir o n m en t o f   th ar ea .           F i gu r e   4.   O ve r a ll   o pe r a ti on a l   W or kf l o w .   T he   s e r ve r   c o m m u ni c at e s   w it t he   m ul ti pl e   r o bo t s   s i m ul t a ne o us l y.   T he   s e r ve r   a ls c o m m u ni c at e s   w i t t he   e xi s t i ng   vi s ua l   s e ns or   ne t w or k   f or   ob t a i ni ng   vi s ua l   da t a.   T he   s e r ve r   na vi g at e s   a nd   s y nc hr o ni z e s   t he   r o bo t   us i ng   t he   c o m m o m a a nd   o bs t a cl e   i nf or m a t i on     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 0 8 9 - 4856   I J R A     Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n 2 0 1 7   :   8   98   84       Fig u r 5 .   I llu s tr atio n   o f   th g r i d   b ased   m ap   an d   its   g r ap h ical  r ep r esen tatio n .   E ac h   co r r id o r   is   r ep r esen ted   w it h   a n   ed g w h il ea ch   in ter s ec tio n   i s   r ep r esen t ed   w it h   n o d e.   Mu ltip le  g r id   r eso lu tio n s   ar p o s s ib le.   E ac h   s eg m e n t h a s   its   o w n   ca p ac it y       T h p ath   o f   th e   r o b o ( i.e . ,   s o u r ce   to   d esti n atio n )   is   r ep r esen ted   as  s eq u e n ce   o f   g r id s   w h er th e   c en ter   p o s itio n s   o f   th g r id s   ar an n o tated   in   th m ap .   T h n av ig a tin g   s er v er   ca n   d eter m i n th lo ca tio n   o f   th e   r o b o b y   i ts   c u r r en t   g r id   in d e x .   T h n av i g atio n   s er v er   e n s u r es  th a t w o   r o b o ts   n e v er   s ta y   in   t h s a m e   g r id   a t   an y   g i v en   t i m e.   T h s er v er   m ai n tai n s   t h p ath   i n f o r m ati o n   o f   all  r o b o ts   in   th i n ter n al  d ata  s tr u ctu r e   as   illu s tr ated   in   T ab le  1 .   E ac h   r o b o t m a y   h a v e   d if f er e n t g r id   t y p es.   A d d itio n all y   t h lis t o f   s e g m e n t s   f o r   r o b o ts   to   n av i g ate  t h r o u g h   i s   also   m ain t ain ed   w ith in   t h s er v er .       T ab le  1 .   T h P ath   I n f o r m atio n   Data   Stru ct u r Ma in ta in ed   b t h Ser v er .   T h P ath   I n f o r m a t io n   o t h R o b o ts   a r Gen er ated   b t h P ath   P lan n in g   S y s te m   R o b o t   Ind ex   Gr i d   T y p e   Gr i d   L i st   S eg men t   L i st   Nod L i st   . . .   . . .   . . .   . . .     . . .   . . .   . . .   . . .     . . .   . . .   . . .   . . .         T h r o b o ts   ar ca p ab le  o f   lo ca lizin g   i ts el f   w it h in   t h co n f i n ed   ar ea   a n d   d etec a n y   u n ex p ec ted   o b s tacle s   w it h   th e ir   o w n   p r o x i m it y   s e n s o r s .   I n   ca s es  w h e n   t h r o b o f ails   to   lo ca lize  it s el f ,   th r o b o r eq u ests   v is u al  lo ca lizatio n   ass i s ta n ce   f r o m   t h s u r v ei llan ce   s y s te m s   t h r o u g h   t h s er v er .     3 . 2 .     Sy nchro niza t io n a nd   C o mm un ica t io n P ro t o co l   T h r o b o ts   n a v ig a te  b y   f o llo win g   th e   g r id   s eq u en ce   p r o v id ed   b y   t h s er v er .   Fi g u r 6   ill u s t r ates  b asic   f u n ctio n al  m ec h a n is m   o f   th r o b o ts   co m m u n icat in g   w it h   s er v er   f o r   s y n c h r o n izatio n   an d   co n tr o l.  E ac h   ti m et h e   r o b o ar r iv es  at  g r id ,   th r o b o s en d s   t h ar r iv al  n o ti f icatio n   to   th s er v er ,   a n d   co n ti n u e s   to   th n e x g r id   in   th s eq u en ce .   Up o n   r ec ei v i n g   th ar r iv al  n o ti f icatio n ,   th s er v er   r esp o n d s   w it h   ac k n o w led g e m en t to   th r o b o t.   I f   t h s er v er s   ac k n o w led g e m en i s   n o r ec ei v ed   b ef o r lea v in g   th e   cu r r e n g r i d ,   th e   r o b o s to p s .   T h r ea s o n   f o r   th e   s to p   i s   to   a v o id   p o ten tial  co ll is io n   b y   v io lat in g   m u ltip le  r o b o ts   i n   t h s a m e   g r id   co n d itio n .   T h is   in ter ac tio n   is   i llu s tr ated   in   Fi g u r 7 .   A s   lo n g   as   d /v max   T   c ,   th co n tin u o u s   n av i g atio n   is   p o s s ib le  w h er r ep r ese n ts   t h d i s ta n ce   to   t h n e x g r id ,   v max   is   th e   m a x i m u m   s p ee d   o f   t h r o b o t,  an d   T c   r ep r esen t s   t h e   m ax i m u m   s er v er   r esp o n s ti m e.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R A   I SS N:  2 0 8 9 - 4856     N etw o r ke d   S ervice  R o b o ts   C o n tr o l a n d   S yn ch r o n iz a tio n   w ith   S u r ve illa n ce   S ystem  A s s is ta n ce   ( Do u g   K im)   85       Fig u r 6 .   Fu n c tio n al  d ia g r a m   o f   th r o b o t o p er atio n .   T h o p er atio n   co n s i s ts   p o s itio n   co m p u tatio n ,   n av ig a - tio n   an d   s p ee d   co n tr o l,  an d   in ter f a ce   w it h   t h s er v er           F i gu r e   7.   I l l us t r at i o of   c o m m u ni c at i o ns   be t w e e t he   r ob ot   a nd   t he   s e r ve r .   T he   r o b ot s   s e nd s   a r r i va l   m e s s a ge   t t he   s e r ve r   a t   t 1   a nd   e x pe c t s   t he   s e r ve r   a c k n o w l e d ge m e nt   by   t 2       Hen ce ,   th r o b o ts   m a k co m m u n icat io n   w it h   th s er v er   at   ev er y   g r id .   A s   s h o w n   i n   Fi g u r 8 ,   th f r eq u en c y   o f   t h r o b o co m m u n icat io n   d ep en d s   o n   th e   s ize  o f   g r id s .   I f   th e   g r id   s ize  is   s m all,   th e   co m m u n icatio n   tr af f ic   i n cr ea s es.  Mo r eo v er ,   th e   co m m u n ica tio n   tr a f f ic  i n cr ea s es   as  th e   n u m b er   o f   th e   r o b o ts   in cr ea s es.  D u r i n g   th n o r m al  o p er atio n ,   th s y s te m   p r ef er s   to   u s as   lar g g r id   s ize  as   p o s s ib le.   B ec au s th e   s er v er   r ec eiv e s   all  t h s tat u s   i n f o r m atio n   f r o m   t h r o b o ts ,   th s er v er   ca n   al w a y s   m ai n tai n   th lo ca tio n s   o f   all   r o b o ts .   T h s er v er   en s u r es  t h a n o   t w o   o r   m o r r o b o ts   n a v ig ate  to   th s a m g r id   at  th s a m ti m to   av o id   a n y   p o ten tial c o llis io n   b y   co n tr o lli n g   t h s p ee d s   o f   t h r o b o ts   as w w i ll d is cu s s   i n   Sectio n   4 .           Fig u r 8 T h s er v er   an d   r o b o t s   c o m m u n i ca tio n   f r eq u e n cie s .   T h f r eq u en c y   o f   th co m m u n icatio n   d ep en d s   o n   th s ize  o f   th g r id s   an d   t h e   n u m b er   o f   r o b o ts .       T h s er v er   m ai n tai n s   th e   r o b o s tat u s   i n f o r m atio n   as  in   T ab le  2 .   T h s tatu s   f o r   ea c h   r o b o in cl u d es   th cu r r en s p ee d ,   th n a v i g at io n   s tat u s   w h e th er   th r o b o is   cu r r en tl y   in   id le,   s to p ,   o r   m o v in g .   T h cu r r en lo ca tio n   o f   t h r o b o is   r ep r es en ted   b y   th s eg m e n a n d   g r i d   in d ices.  T h r an g o f   t h p r o x i m i t y   s en s o r   an d   th s er v er   s ta tu s   ar also   m a i n tai n ed .   T h s er v er   s tatu s   i n d icate s   th o u t s ta n d in g   r esp o n s es  th a th s er v er   m u s p er f o r m .   T h s p ee d ,   s en s o r   r an g e,   g r id   t y p e,   an d   in itial  lo ca tio n   ar in itia lized   w h en   t h p ath   i s   ass i g n ed .   Ho w ev er ,   t h ese  p ar am eter s   m a y   c h a n g b y   t h s er v er   d ep en d in g   o n   th n av ig at i o n   co n d itio n s .   A l g o r ith m   1   ill u s tr ates   t h r o b o n av i g atio n   al g o r ith m .   I n   ad d itio n   to   th e   p r o ce s s   o f   th e   b asic  g r id   b ased   n av i g atio n ,   t h p r o ce s s   o f   h a n d lin g   t h o b s tacle s   as  w el as  th i n ter ac tio n   with   t h s er v er   ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 0 8 9 - 4856   I J R A     Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n 2 0 1 7   :   8   98   86   d escr ib ed .   T h ese  p r o ce s s es  ar d is cu s s ed   in   th n e x t   s ec tio n   w h er w co n s id er   d y n a m ic  u n ex p ec ted   o b s tacle s   as  w ell  as i n ter f er en ce s   f r o m   t h o th er   r o b o ts .     3 . 3 .     E x t ens io n t o   M ulti - Cell  E nv iro n m e nts   I n   o r d er   to   s u p p o r th lar g e - s ca le  en v ir o n m e n t,  m u lt ip le  co m m u n icatio n   r ela y s   n ee d   to   b d ep lo y ed   s o   th at  t h e   s er v er   a n d   t h r o b o ts   ca n   co m m u n ica te  r eliab l y   t h r o u g h o u t h lar g e   ar ea   th at   m a y   n o t   b co v er ed   b y   s i n g le  r ad io   lin k .   E ac h   r ela y   lin k   is   r ep r esen ted   b y   ce ll,  w h ich   i s   t y p ical  w a y   o f   d iv id in g   a   l ar g co v er ag ar ea   in   w ir eles s   co m m u n icatio n   n et w o r k .         Al g o ri t h 1   R o b o t   N a v i g a ti o n   A l g o ri t h m   1:   2 :   R o b o t   i s   i n i t i a l l y   i n   i d l e ;   3 R o bo s ta rt  to n a v iga te   w he n   the   s e r v e i n itia te   th e   p r o c e s s ;   4:   5   R ob o N a v iga tio n   P r o c e s s ;   6 :       fo (e a c h   t i m e   i n t e r v a l )   do   7:   d e te rm ine   the   c u rr e n t   p o s itio n ;   8:   i ( u n k n o w n   p o s i t i o n )   th e n   9:   s to p ;   10:   n o t i f y   t h e   s e rve by  c a l l i n g   n o ti f y   p o s i ti o n ( ) ;   11:   end   if   12:   i ( ri g h t   b e f o re   t h e   n e x t   g ri d )   th en   13:   i ( p re v i o u s   g r i d   s t a t u s   n o t   re c e i v e d )   th en   14:   s to p ;   15:   el s e   16:   n o t i f y   t h e   s e rve by  c a l l i n g   n o ti f y   g ri d ( ) ;   17:   c o n tinu e ;   18:   end   if   19:   end   if   2 0 end  f o r   21:   2 2 O b s ta c le   Ev e n P r o c e s s ;   2 3 w a it  f o s e n s o r   e ve n t;   2 4 :   i ( o b s t a c l e   d e t e c t e d th en   25:   s to p ;   26:   n o t i f y   t h e   s e rve by  c a l l i n g   n o ti f y   o b s t a cl e( ) ;   2 7 end  i f   28:   2 9 S e rve Eve n P ro c e s s ;   3 0 w a it  f o e v e n fr o m s e r v e r;   3 1 :   i ( ro b o t   i n i t i a l i z a t i o n th e n   32:   in itia liz e   th e   r o bo (pa th ,   s e ttin g s a n d   s top ;   3 3 end  i f   3 4 :   i ( m o d i fy  s e t t i n g th en   35:   m o d ify  th e   s e ttin g ( s p e e d,  s e n s o r,   p a t h a n d   c o n tinu e ;   3 6 end  i f   3 7 :   i ( re s u m e t h e n   38:   re s u me   w ith   the   g i v e n   p a th ;   3 9 end  i f   4 0 :   i ( s t o p th en   41:   s to p   a n d w a it  fo r   n e x t   c o mm a n d ;   4 2 end  i f   43:   4 4 :   N o t i f i c a t i o n   T o   S e r v e P r o c e s s ;   4 5 no t i f y   g rid( ) ;   4 6   n o t if y   o bs t a cle( ) ;   4 7   n o t if y   po s it io n() ;   48:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R A   I SS N:  2 0 8 9 - 4856     N etw o r ke d   S ervice  R o b o ts   C o n tr o l a n d   S yn ch r o n iz a tio n   w ith   S u r ve illa n ce   S ystem  A s s is ta n ce   ( Do u g   K im)   87   T ab le  2 .   I llu s tr atio n   o f   t h Dat Stru ct u r Ma in tai n i n g   th S t atu s   o f   A ll R o b o ts   i n   th S y s te m .   T h is   Data   Stru ct u r i s   Ma i n tai n ed   an d   U p d ated   b y   th S er v er .   R o b o t   I n d e x     S p e e d   N a v i g a t i o n   S t a t u s   C u r r e n t   S e g me n t   G r i d   Ty p e   C u r r e n t   G r i d   N e x t   N o d e   S e n so r   R a n g e   S e r v e r   S t a t u s     0   S T O P   2   C   23   2   F A R   S t o p   D u e   t o   P o si t i o n   Er r o r     0   S T O P   3   C   45   3   N EA R   S t o p   D u e   t o   O b st a c l e s     0   S T O P   2   C   35   6   F A R   S t o p   a t   t h e   G r i d   D u e   t o   N o   A c k     0   I D L E   1   C   12   12   F A R   OK     25   M O V I N G   4   F   56   8   N EA R   OK   ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...         W ass u m e   t h at  m u ltip le  ce l ls   in   t h e n v ir o n m en h av e   d is ti n ctiv co m m u n icatio n   c h an n el s   w it h   r o b o ts .   E ac h   r o b o is   ass u m ed   to   h av t h ca p ab ilit y   to   co m m u n icate   th r o u g h   all  c h a n n el s .   Si n ce   th co m m u n ica tio n   co v er ag is   a f f ec ted   b y   t h e n v ir o n m e n f ac to r s ,   it   is   n o ce r tain   to   id en ti f y   t h ex ac l o ca tio n s   w h er t h e   h an d o f f   f r o m   ce ll  to   a n o th er   ce ll  s h o u ld   o cc u r   b e f o r lo s i n g   t h co m m u n icatio n   lin k .   T h er ef o r e,   th s y s te m   r eq u ir es  an   ef f ec t iv h an d o f f   p r o to co l,  w h ic h   ca n   s w itc h   f r o m   ce ll  to   a n o th er   u n d er   th e   co v er ag e   u n ce r tai n t y .   Du r in g   t h o p er atio n ,   ea ch   r ela y   m ain ta in s   th l is o f   co n n ec ted   r o b o ts   as  illu s tr ated   in   Fig u r 9 T h is   lis o f   r o b o ts   is   co n ti n u o u s l y   u p d ated   b y   t h r ela y s   a n d   s en to   t h s er v er .   T h is   e n ab les  th s er v er   to   al w a y s   s elec th ap p r o p r iate  r ela y   to   co m m u n icate   w it h   th r o b o ts .   I f   m u ltip le  s i m u ltan e o u s   co m m u n icat io n   ch an n el s   ar a v ailab le  b y   t h r o b o ts   s u c h   t h at  th e   r o b o ts   ar v is ib le   to   t h m u ltip le  r ela y s ,   t h s er v er   s e n d s   th e   m es s ag to   all  o f   t h r ela y s   t h at  ca n   r ea ch   t h r o b o t.  I f   th e   n u m b er   o f   r o b o ts   is   lar g a n d /o r   th g r id   s ize  i s   s m al l,  th co m m u n icatio n   tr a f f ic  m a y   b to o   h ea v y   to   b h an d led   b y   r ela y .   T h u s ,   th lo a d   b alan cin g   a m o n g   th r ela y s   s h o u ld   also   b p o s s i b le  w it h   th co n f ig u r atio n .           F i gu r e   9.   I l l us t r at i o of   t r a ns m i tt i n s y nc hr on i z a ti on   m e s s a ge   t a   r o bo t   t hr o u g m ul ti pl e   r el a ys       3 . 4 .     Ro le  o f   Su rv eilla nce  Net w o rk   T y p ical  r o b o n av ig atio n   s y s t e m s   d o   n o h av t h ca p ab ilit y   o f   ac q u ir i n g   v is u al  in f o r m atio n .   T h p r o p o s ed   n av i g atio n   s y s te m   in ter f ac e s   w it h   t h ex i s ti n g   s u r v eilla n ce   n et w o r k   f o r   v is u al  as s is ta n ce .   T h p r o p o s ed   s y s te m   is   d esi g n ed   t o   p er io d icall y   m o n ito r   th lo c atio n   in f o r m at io n   o f   o b s tacle s   in   ad d itio n   to   th in f o r m atio n   g at h er ed   b y   t h r o b o ts   in   th ar ea .   T h is   p er io d ic  m o n ito r in g   as s is t s   t h n a v ig a ti o n   s y s te m   to   id en ti f y   a n y   u n ex p ec ted   ch a n g in   th ca p ac it y   o f   t h co r r id o r s .   Ho w e v er ,   th e   s u r v eil lan ce   s y s te m   u s u a ll y   h a s   it s   o w n   o p er atio n   an d   m a y   n o h a v co m p u tatio n al   r eso u r ce s   to   s u p p o r th e   n a v i g atio n   s y s te m .   I n   o r d er   to   m i n i m ize  t h o v er h ea d   to   t h e   s u r v eilla n ce   s y s te m s ,   t w o   s er v ice  p ar am eter s   ar d e f i n ed .   T s er v ice  is   th m in i m u m   ti m b et w ee n   th s er v ices  an d   Nser v ice  is   t h n u m b er   o f   r eq u e s ts   t h at  t h s u r v eil lan ce   s y s te m s   m a y   ac co m m o d ate  f o r   th s er v er .   E ac h   s er v ice  i s   s e g m en t   b ased .   Fo r   ex am p le,   i f   t w o   r o b o ts   r eq u est  th lo ca lizatio n   f r o m   t h s a m co r r id o r ,   th s er v er   m ak e s   s i n g le   r eq u est  to   th s u r v eilla n ce   s y s te m .   All  i n f o r m atio n   ab o u t h r o b o lo ca tio n s   an d   o b s tacl es  ar p r o v id ed   p er   s er v ice  b asis .   T h ese  t w o   p ar a m eter s   ar d eter m i n ed   b y   t h n a v i g atio n   s y s te m   b ased   u p o n   th n u m b er   o f   r o b o ts   an d   tr af f ic  lo ad   o r   d y n a m icall y   b y   t h s u r v eil lan ce   s y s te m   b ased   u p o n   th c u r r en t o p er atio n al  lo ad .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 0 8 9 - 4856   I J R A     Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n 2 0 1 7   :   8   98   88   Fig u r 1 0   illu s tr ates  t h r eq u e s p atter n s   b y   t h r ee   r o b o ts .   R 1   an d   R 3   ar in   th s eg m e n 1   an d   R 2   is   in   s e g m e n 2 .   T h s er v er   r ec eiv es  all  t h r eq u ests   b u s er v ice  b y   th s u r v eilla n ce   s y s t e m   d ep en d s   o n   th e   p ar am eter s .   First  e x a m p le  s h o w s   th a n o m u ch   o f   s er v ice  d ela y   s i n ce   N ser vice   an d   T serv ice   a r r elativ el y   lar g e .   B u t in   t h s ec o n d   ex a m p le  s h o w   t h at  s i g n i f ica n t ser v ice  d ela y s   i n cu r r ed   d u to   lo w   s er v ice  p ar am eter s .           F i gu r e   1 0 .   I ll us t r a ti on   of   s e r vi c e   ti m i n by   t he   s ur ve il l a n c e   s ys t e m       4.   E NVI RO NM E NT   ADAP T A T I O N   4 . 1 .     Dy na m ic  O b s t a cle  M a na g e m ent   Fro m   t h n av ig at in g   r o b o t’ s   p er s p ec tiv e,   t h er ar t h r ee   d if f er en t y p e s   o f   o b s tacle s .   T h f ir s t y p e   i s   o th er   r o b o ts   th at   ar n a v i g ati n g   i n   t h s a m e   co r r id o r .   T h is   t y p e   o f   o b s tac les  i s   n o cr i tical  to   t h s y s te m   o p er atio n   s in ce   t h n a v ig a tio n   s er v er   h a s   t h in f o r m at io n   ab o u t h n a v ig a tio n   d ir ec tio n s   a n d   t h p o s itio n s   o f   all  r o b o ts .   Hen ce ,   w h en   th er e   ar m u ltip le  r o b o ts   n a v i g ati n g   w it h i n   t h s a m e   co r r id o r ,   th s en s o r   r an g e s   ar e   ad j u s ted   ac co r d in g l y   to   eli m i n ate  u n n ec e s s ar y   s to p p ag b y   t h r o b o ts .   T h s ec o n d   t y p i s   w h e n   t h o b s tacle s   th m o v in g   o b j ec ts   s u ch   as  h u m a n s .   W h en   t h r o b o en co u n ter s   th m o v i n g   o b s tacle s ,   p r io r   t o   s en d in g   t h e   m es s ag to   th s er v er ,   th r o b o m o n ito r s   th c h an g es  i n   d is tan ce   f r o m   i ts el f   to   th o b s tacl e.   I f   th d is tan ce   i s   ch an g i n g ,   t h r o b o co n s id er s   it  as  m o v in g   o b s tacle   a n d   w aits   u n til  t h o b s tacle   i s   clea r ed   f r o m   th s en s o r   r an g e.   O n ce   it  is   clea r ed ,   th r o b o r esu m e s   th n av ig at io n .   T h th ir d   ty p is   t h s tatic  o b s tacle   th at  is   s e m i - p er m a n e n tl y   p lace d   w it h in   t h co r r id o r .   W h en   th r o b o is   f ac ed   w it h   t h s tatic  o b s tacl es,  th r o b o t   n ee d s   ad d itio n al  p ath   in f o r m atio n   to   r er o u te  an d   b y p as s   th o b s tacl es.   I llu s tr atio n   o f   t h d ata  s tr u ctu r w it h   o b s tacle   in f o r m atio n   a s   s h o w n   in   T ab le  3 .   T h o b s tacle   in f o r m atio n   is   m a in - tai n ed   f o r   ea ch   g r id .   T h g r id   f lag   is   s e w h e n ev er   t h r o b o is   s to p p e d   d u to   an   o b s tacle ( s ) .   W h en   th n ex r o b o g o es  th r o u g h   th i s   g r id   w it h o u t   s to p p in g ,   t h f la g   is   clea r ed .       T ab le  3 .   I llu s tr atio n   o f   t h d ata  s tr u ct u r w ith   o b s tacle   i n f o r m atio n   G r i d   I n d e x   G r i d   Ty p e   O b st a c l e   S t a t u s   O b st a c l e   T i me   S e g me n t   I n d e x   1   C   NO   ---   1   2   C   Y ES   2 : 1 2   2   3   F   No   ---   3   ...   ...   ...   ...   ...       T h s tatic  o b s tacle s   ca n   d is tu r b   n av i g atio n   o f   o th er   r o b o ts   in   later   ti m e s .   I n   o r d er   to   m in i m ize   u n n ec es s ar y   s to p p in g   ti m e,   t h o b s tacle   m ap   i s   g en er ated .   W h en   t h r o b o t   is   s to p p ed   d u to   an   o b s tacle ,   t h e   s er v er   an n o tates   th p o s i tio n   o f   t h o b s tacle   i n   t h g r id .   T h o b s tacle   m ap   d ata  s tr u ct u r is   s h o w n   i n   t h T ab le   3 .   T h n av i g atio n   s er v er   u s es  t h o b s tacle   m ap   in f o r m a tio n   t o   d eter m i n th g r id   t y p an d   th s e n s o r   r an g o f   th r o b o ts   en ter in g   t h co r r id o r   w i th   th e   o b s tacle   to   a v o id   s t o p p ag e.   Mo r eo v er ,   th p ath   p l an n i n g   s y s te m   u s e s   th o b s tacle   m ap   in f o r m a tio n   f o r   m o r e f f icie n in it ial  p at h   d esig n .   W h e n   t h e   o b s tacle s   ar clea r ed   as t h e   n e x t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R A   I SS N:  2 0 8 9 - 4856     N etw o r ke d   S ervice  R o b o ts   C o n tr o l a n d   S yn ch r o n iz a tio n   w ith   S u r ve illa n ce   S ystem  A s s is ta n ce   ( Do u g   K im)   89   r o b o d o es  n o d etec t h o b s ta cle,   th e   s er v er   r e m o v es   th o b s tacle   f r o m   t h o b s tac le  m ap .   T h u s ,   t h e   n av i g ati n g   r o b o ts   p r o v id th n ec es s ar y   i n f o r m atio n   to   co n s t an tl y   k ee p   t h o b s tacle   m ap   u p   to   d ate.   W h en   th e   n av i g ati n g   s er v er   r ec eiv es  t h e   v is u al  as s is tan ce   f r o m   t h s u r v eilla n ce   s y s te m ,   t h o b s tacle   m ap   ca n   also   b e   g en er ated   b y   d etec ti n g   o b s tacl es v i s u all y .   W h en   t h s ta tic  o b s tacle s   ar e   d etec ted   af ter   th i n itial  p at h   p lan n i n g ,   th ca p ac it y   o f   t h e   s eg m e n ts   b ec o m e s   les s   t h an   p r ed icted .   T h is   m a y   p o ten tial l y   g e n er ate  th n av i g atio n   d ea d lo c k   ca u s i n g   th p at h   p lan n i n g   s y s te m   to   r ep lan   t h a f f ec te d   p ath s .   He n ce ,   t h e   n a v i g ati o n   s y s te m   co n s tan t l y   u p d ate s   t h p at h   p lan n i n g   s y s te m   w i th   o b s tacle   i n f o r m at io n .   Sin ce   t h f o c u s   o f   t h i s   p ap er   is   o n   th n a v i g atio n ,   t h p ath   p lan n i n g   s y s te m   is   n o d is cu s s ed .   W s i m p l y   ass u m t h at  th p ath   p lan n i n g   s y s te m   i s   ca p ab le  o f   p r o v i d in g   t h n av ig at io n   s y s te m   w it h   n e w   p at h s   w h en   n ec ess ar y   s u c h   as i n   th is   s i tu at i o n .     4 . 2 .     Virt ua l G rid A da pta t io n f o F ine G ra in Na v ig a t io n   Gr id   ad ap tatio n   d u r in g   th n a v ig a tio n   is   v er y   cr itical  f o r   m ax i m izi n g   t h r o b o u tili za tio n .   T h g r id   ch an g es   to   th e   f in er   g r id   w h en ev er   th e   o b s tacle s   ar d etec ted   o r   th er ar o th er   r o b o ts   n a v i g ati n g   in   th e   s a m e   co r r id o r .   I n   th n o r m al  n a v i g a tio n ,   th lar g est  p o s s ib le  g r id   s ize  is   u s ed   s i n ce   t h u s a g o f   s m al ler   g r id   s izes   in cr ea s es   t h co m m u n icatio n   o v er h ea d .   W h e n   o b s tacle s   ar d etec ted ,   th e   s ize   o f   g r id   m u s t   b ch a n g ed   t p r o v id f in n av ig at io n   ar o u n d   th o b s tacle s   if   p o s s ib le   r ath er   th a n   r eq u esti n g   n e w   p at h .   T h g r id   ad ap tatio n   is   i llu s tr ated   i n   F ig u r 12 .   T h g r id   s ize   ca n   b c h an g ed   eit h er   b y   th e   r eq u est   o f   t h r o b o ts   o r   b y   th s er v er   af ter   lear n in g   t h r o u g h   o t h er   r o b o ts   r ep o r tin g   t h o b s tacle s .   T h illu s tr atio n   o f   r o b o h as  f r o n t   d is tan ce   s e n s o r   to   d etec t a n y   o b s tacle   as s h o w n   i n   Fi g u r 1 1 .           Fig u r 1 1 .   T h r o b o t h as a   f r o n t d is ta n ce   s e n s o r   to   d etec t a n y   o b s tacle .         T h r an g o f   th s en s o r   d ep e n d s   o n   th n a v i g atio n al  co n d i tio n .   I n   n o r m al  co ar s g r id   b a s ed   n av i g atio n ,   t h e   r an g i s   s et  to   lar g v alu e.   W h en   f i n n a v i g atio n   is   n ec es s ar y   ( i.e . ,   av o id in g   o b s tacle s ) ,   th r an g i s   r ed u ce d   f o r   q u ick er   r ea ctio n .   T h n a v ig a tio n   s er v er   s en d s   th r an g s ettin g   to   th r o b o ts           Fig u r 1 2 .   Mu ltip le  g r id   co n f i g u r atio n s   ar u t ilized   in   t h s y s te m .   A   f i n er   g r id   t y p is   u s ed   w h en   f i n n av i g atio n   is   n ec es s ar y   to   n a v i g ate  th r o u g h   o b s tacle s .       A   r ea li s tic  s it u atio n   is   s h o w n   in   F ig u r 1 3   w h er t h f in er   g r id s   ar u s ed   at  t h i n ter s ec tio n   o f   t h e   m ap .   Dep en d in g   o n   t h p r ese n ce   o f   o b s tacle s ,   th s ize  o f   g r id   ch an g es  f o r   th f in er   n av i g atio n .   T h r ee   r o b o ts   ar u s ed   f o r   th il lu s tr atio n   wh er ea ch   r o b o h as  s p ec i f ic   p ath   f r o m   t h i n itial  lo ca tio n   to   th d esti n a tio n .   T h tim in g   r elatio n s h ip   is   il lu s tr ated   in   Fi g u r 1 4 .   T h s en s o r   is   u s ed   to   d etec th o b s tacle s   b y   t h r o b o t.  T h r an g o f   t h s e n s o r   i s   s et   b y   t h n a v ig at io n   s er v er   b ased   o n   t h s ize   o f   g r id   b ein g   e m p lo y e d .   T h is   is   ill u s tr ated   in   Fi g u r 1 1 .   W h en   th o b s ta cles  ar d etec ted ,   th r o b o s t o p s   an d   s en d s   m es s a g to   th s er v er   an d   w a its   f o r   n ex t   co m m a n d .   I f   t h o b s tacl es  ar clea r ed   b ef o r th r esp o n s f r o m   t h n av i g atio n   s er v er   ar r iv es  t h r o b o t   s en d s   m e s s a g to   th e   n a v i g ati o n   s er v er   in d icat in g   t h c lear ed   p ath .   I f   th e   o b s tacle s   ar n o t   clea r ed   f o r   ce r tai n   a m o u n o f   ti m e,   th e   n a v i g atio n   s er v er   m a y   r eg e n er ate  t h p ath   w i th   t h f in er   g r id   s izes.   Fig u r 1 5   ill u s tr ate s   n av i g atio n   p at h s   o f   t h r ee   r o b o ts   w it h o u a n y   o b s tacle s .   I n   F i g u r 1 6 ,   a n   o b s tacle   ca u s ed   s o m e   d ela y s   f o r   th e   r o b o ts   p er f o r m in g   s er v ice  1   an d   s er v ice  2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.