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 RA )   Vo l.   4 ,   No .   2 J u n 2 0 1 5 ,   p p .   14 3 ~ 1 4 9   I SS N:  2089 - 4856          143       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 J RA   Wa ll - E Surv ey o Ro bo U sing  Wi r eless  Net w o rk s       Aa t is h Cha nd a k Arj u n A Nit hin   K a m a t h   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,     Na ti o n a In st it u te  o f   T e c h n o lo g y   Ka rn a tak a ,   S u ra th k a l ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   9 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   A p r   2 5 ,   2 0 1 5   A cc ep ted   Ma y   1 2 ,   2 0 1 5       T h e   m e th o d f o a u t o n o m o u n a v ig a ti o n   o f   a   ro b o i n   a   re a w o rld   e n v iro n m e n a re   a n   a re a   o f   in ter e st  f o c u rre n re se a rc h e rs.  A lt h o u g h   th e re   h a v e   b e e n   a   v a riet y   o f   m o d e ls  d e v e lo p e d ,   th e re   a re   p ro b lem w it h   re g a rd to   th e   in teg ra ti o n   o f   se n so rs  f o n a v ig a ti o n   in   a n   o u td o o e n v iro n m e n li k e   m o v in g   o b sta c les ,   se n so a n d   c o m p o n e n a c c u ra c y .   T h is  p a p e d e tails  a n   a tt e m p to   d e v e lo p   a n   a u to n o m o u ro b o p r o to ty p e   u sin g   o n ly   u lt ra so n ic  se n so rs  f o se n sin g   th e   e n v iro n m e n a n d   G P S /   G S M   a n d   a   d ig i tal  c o m p a ss   f o p o siti o n   a n d   l o c a li z a ti o n .   An   a lg o rit h m   f o th e   n a v ig a ti o n   b a se d   o n   re a c ti v e   b e h a v io u is  p re se n ted .   On c e   th e   ro b o t   h a n a v ig a ted   to   it f in a l   lo c a ti o n   b a se d   o n   re m o te  a c c e ss   b y   th e   o w n e r,   it   su rv e y th e   g e o g ra p h ica re g io n   a n d   u p lo a d th e   re a ti m e   ima g e to   th e   o w n e u sin g   a n   A P th a is   d e v e lo p e d   f o th e   Ra sp b e rry   P I’s  k e rn e l.       K ey w o r d :   Au to n o m o u s   Nav i g atio n   Dr o p b o x   A P I   Mic r o co n tr o ller s   R asp b er r y   P i   W all  Fo llo w er   W ir eless   Net w o r k s   Co p y rig h ©   2 0 1 5   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 :   A r j u n   A ,   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics  a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   Natio n al  I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y   Kar n ata k a,   Su r at h k a l,   D - 4 0 3 ,   Me g a - T o w er   I ,   NI T Ho s tels ,   Sri n iv a s a n ag ar ,   S u r at h k al,   Ma n g alo r   5 7 5 0 2 5 ,   Ka r n atak a,   I n d ia.   E m ail:  ar j . 1 1 E C 1 4 @ n itk . ed u . i n       1.   I NT RO D UCT I O N         Au to n o m o u s   r o b o ts   ar e   m ac h i n es  t h at  p er f o r m   tas k s   w it h o u t   h u m an   i n ter v e n tio n .   Fo r   th es r o b o ts   to   in ter ac w it h   t h eir   s u r r o u n d i n g s ,   th e y   m u s b p r o g r a m m ed   t o   r esp o n d   to   o u ts id s ti m u li.  Of te n ,   th e s s t i m u li  ca n   co n tain   ch ao tic   an d   u n p r ed ictab le  v ar iab les  w h ic h   m a k th e m   d i f f i c u lt  to   m o d el.   T h i s   is   t h r ea s o n   w h y   m an y   k in d s   o f   r o b o ts   h av s o m d eg r ee   o f   au to n o m y ,   w h ile   co m p lete  a u to n o m y   i s   h ar d   to   ac h iev e.   Sti ll,  h i g h   d eg r ee   o f   a u to n o m y   i s   p ar ticu lar l y   d es ir ab le  in   f ield s   co n s id er ed   d an g er o u s   f o r   h u m a n   in ter v e n tio n   an d   ar i n cr ea s i n g l y   p er f o r m ed   b y   a u to n o m o u s   s y s te m s .   T h ese  in cl u d w as te w ater   tr ea t m e n t,   p o is o n o u s   g as  lea k a g r ev el atio n ,   m i n d etec tio n   a n d   g e n er al  s u r v eilla n ce ,   all  o f   w h ich   p r esen u n iq u e   ch alle n g e s   i n   n a v i g atio n   an d   m o b il izatio n .   Ou td o o r   n av i g a tio n   c u r r en tl y   p r ese n ts   t h b i g g e s c h alle n g to   d esig n er s   o f   r o b o tic  s y s te m s   an d   e v en   t h o u g h   r o b o t h at  ca n   m a n eu v er   a u to n o m o u s l y   i n   an   u r b an   en v ir o n m e n is   e x tr e m el y   d es ir ab le,   it  is   s till   lo n g   ti m f r o m   o cc u r r in g   d u to   s ev er al   f ac to r s .   P r o b lem s   en co u n ter ed   o u td o o r s   b y   r o b o w ill  b d i f f er en t   t h an   th o s en co u n ter ed   in d o o r s .   T y p e s   o f   o u td o o r   o b s tacle s   ca n n o b ea s il y   ca teg o r ized   b ec au s o f   th eir   w id v ar ie t y .   T h er ef o r e,   o u td o o r   au to n o m y   i s   m o s ea s il y   ac h iev ed   i n   t h air   a n d   s ea ,   s in ce   o b s tacle s   ar les s   co m m o n .   O n   g r o u n d ,   s e v er al  i s s u es  ar is e,   in cl u d in g   ter r ain ,   w ea t h er ,   r an d o m   m o v in g   o b s tacle s   a n d   t h u s   in cr ea s e   th e   w ea k n e s s e s   o f   t h s en s in g   d ev ice s   th e m s el v es.  T o   o v er co m t h es s en s o r   li m itatio n s ,   r o b o ts   co m b in th u s o f   h i g h - e n d   s e n s o r s   s u ch   a s   s ter eo   ca m er as,   laser   r an g e f i n d er s ,   w ir eless   n e t w o r k s   l ik GP S/  G S M,   in er tial  m ea s u r e m e n u n i ts   ( I MU )   an d   s o n ar .   T h ese  s en s o r s ,   alo n g   w it h   th h ar d w ar an d   s o f t w ar th at  h a v to   ac co m p a n y   t h e m ,   co n s ti tu te  g r ea co s i n   in v e s t m e n f o r   th r o b o t.  Du to   lar g b u d g et  co n s tr ai n ts   an d   co m p o n en n o n - a v ailab ili ties ,   w w er o n l y   ab le  to   co m u p   w i th ,   w h at  we  th o u g h i s ,   an   ec o n o m ical l y   f ea s ib le  p r o to ty p e.   I f   in   ca s w w er eq u ip p ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   4 ,   No .   2 J u n 2 0 1 5 :   14 3     1 4 9   144   w it h   h i g h l y   ac cu r ate   elec tr ica an d   m ec h an ica co m p o n e n t s ,   w e   ca n   ass u r all   t h at  t h is   w o u ld   h a v b ee n   w o n d er   b o t.       2 .     M O B I L E   RO B O T   P RO T O T YP E     2 . 1        Th e   Pl a n   T h ai m   o f   t h is   p u b licatio n   is   to   p r esen a   s i m p le,   lo w   co s t   m et h o d   o f   a u to n o m o u s   n a v i g atio n   f o r   m o b ile   r o b o th at  w a s   d e v elo p ed   u s i n g   t h s u b s u m p tio n   ar c h itect u r e.   T h is   allo w s   t h r o b o to   d iv id it s   ta s k s   in to   s i m p le  b e h av io u r s ,   w h ic h   ar la y er ed   o n   to p   o f   ea c h   o th er .   Si m p le   co n tr o s y s te m s   ar i m p le m en ted   at   ea ch   la y er   o f   th p r o g r a m   t o   v er if y   th f u n ctio n ali t y   o f   th s y s te m .   T h d esi g n   w e   h av m ad tr ies  to   d em o n s tr ate   h o w   co m m er ci all y   a v ailab le   s e n s o r   ca n   b i n teg r ated   in to   o n p ac k ag e   i n   o r d er   to   p r o v id s o lu tio n   to   t h o u td o o r   n av i g atio n   p r o b le m .   T h r o b o w ill   th er e f o r h a v to   n av i g ate   a u to n o m o u s l y   u s in g   o n l y   GP S/  GSM  m o d u le  a n d   d ig ital  co m p a s s   a s   it s   o n l y   m ea n s   o f   lo ca lizatio n .   T o   ac h iev t h is ,   u ltra s o n ic   s en s o r s   h elp   t h r o b o to   in ter ac w ith   its   e n v ir o n m en w h i l th g lo b al  p o s itio n i n g   s y s te m   m o d u le  g u id es   it   to   its   d e s ti n atio n .   W e   h a v u s ed   h ig h l y   ac c u r ate  GP m o d u le  f o r   co n tin u o u s   m o n it o r in g   o f   t h r o b o t’ s   cu r r en lo ca tio n   w it h   r esp ec t   to   its el f   s o   t h at  it  k ee p s   tr ac k   o f   it s   c u r r en lo ca tio n   w it h   r esp ec to   i t s   d esti n atio n .       T h s u b s u m p tio n   m o d el  th a t   w e   h a v i n co r p o r ated   d ea ls   w it h   th r ee   p ar tic u lar   b eh a v io u r s   w h ic h   allo w   it  to   in ter ac w it h   its   s u r r o u n d in g s .   T h ese  b eh av io u r s   ar u n o b s tr u cted   n a v i g atio n ,   p er i m eter   f o llo w i n g   an d   o b s tacle   av o id an ce .   T h ese  ar p ar t   o f   th b eh av io u r al  l o g ic  o f   th r o b o w h ic h   u s es  i n f o r m atio n   f r o m   it s   s en s o r s   to   r esp o n d   to   th ch an g es  i n   its   e n v ir o n m e n t.  T h is   m ea n s   th a th r o b o w ill  n o h av to   b p r o v id ed   w it h   m ap p in g   o r   lo ca lizatio n   alg o r ith m s ,   b u in s tead   o n l y   u s es  an   u ltra s o n ic  e m itter   an d   r ec eiv er   f o r   s e n s i n g   an d   r ea ctin g .   E ac h   k in d   o f   b eh av io u r   g a v r i s to   co m p le x   co n tr o s y s te m ,   w h ich   b y   it s elf   w o u ld   n o s o lv e   th o u td o o r   n av i g atio n   p r o b le m   b u w h e n   la y er ed   w it h   o th er   b eh av io u r s   p r o v id es a   f ea s ib l s o lu tio n .     T h ap p lic atio n   le v el  d e v elo p m en i n v o lv ed   t h e   u s o f   t h r o b o o n ce   it  r ea c h ed   it s   f i n al  d esti n a tio n .   As  s o o n   as  it  r ea ch e s   its   d es ti n atio n ,   ca ll  is   m ad to   th R asp b er r y   P f r o m   th m B E c o n tr o ller   to   ca p tu r e   i m a g es  o f   t h s u r r o u n d in g s   a v ar io u s   a n g les  alo n g   t h az i m u th a p lan e.   T h ca p tu r ed   i m a g es  ar r ela y ed   b ac k   to   th o w n er   u s in g   h is   Dr o p b o x   ac co u n t f o r   w h ic h   s p e cif ic   a n d   d ev elo p ed   A P I   w as  u s ed .       2 . 2             Vehicle  Descript io n     T h au to n o m o u s   v e h icle s   n a v ig a tio n   al g o r ith m   is   b ased   o n   th p h ilo s o p h y   th at  r o b o ts   s h o u ld   b lik i n s ec t s ,   eq u ip p ed   w it h   s i m p le  co n tr o m ec h an i s m s   t u n ed   to   th eir   e n v ir o n m en t s ,   i n s tead   o f   co m p le x   ar ch itect u r es  t h at  r eq u ir e   co m p lete  m o d els  o f   t h e n v ir o n m en f o r   d ec is io n   m a k i n g .   T h f i g u r s h o w s   t h e   h ar d w ar s tr u ct u r o f   t h r o b o t h at  h o u s es   th e lectr o n i co m p o n en t s   u s ed   to   in ter f ac th e m b ed d ed   m icr o p r o ce s s o r   L P C 1 7 6 8   AR M - C o r te x   M3   d i g ital  s i g n al   c o n tr o ller   b o ar d   ( d ev elo p ed   b y   A R M)   w i th   m o to r s   an d   s en s o r s .   T h h o u s i n g   s u p p o r ts   h ig h l y   ac c u r ate  GP m o d u le,   d ig ita co m p ass   m o d u le ,   an   L C s cr ee n   u s ed   f o r   test i n g   a n d   t h m o u n ti n g s   t h at  ar n ee d ed   f o r   t h e   co n n ec tio n s   to   t h m o to r s   an d   th p o w er   s u p p l y   th r o u g h   r ec h ar g ea b le  b atter y .           Fig u r 1 .   Har d w ar s tr u ct u r o f   th r o b o t         Un d er n ea t h   t h to p   la y er   o f   t h r o b o is   an   L 2 9 8   m o to r   co n tr o ller   th at  i s   i n co r p o r ated   to   h an d le   h ig h er   cu r r en ts   d e m a n d ed   b y   th m o to r s .   Fi n all y ,   s u p p o r ts   an d   m etal  co n tac ts   ar s o ld er ed   o n to   th GP C B   p latf o r m   in   o r d er   to   m o u n th u ltra s o n ic  s e n s o r s   u s ed   f o r   o b s tacle   d etec tio n .   T h GSM  m o d u le  is   in itia l l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856          W a ll - E   S u r ve yo r   R o b o t u s in g   W i r eles s   N et w o r k s   ( A a tis h   C h a n d a k )   145   p lace d   alo n g s id t h r o b o b u th co n n ec ti n g   j u m p er s   ar r e m o v ed   as  s o o n   as  t h f i n al  l o ca tio n   is   r etr iev ed   b y   t h r o b o t f r o m   th r e m o te l y   p r esen t o w n er   as  w w er u n ab le  to   b u ild   m o r r ig id   m e ch an ica l stru c tu r e.     3.   M I CRO CO NT RO L L E A ND  CO M P O NE NT   I NT E R F ACES   T h MB E NXP   L P C 1 7 6 8   m icr o co n tr o ller   th at   is   u s ed   as  th e   b r ain   o f   o u r   r o b o t,  is   p ac k ag ed   a s   a   s m al DI P   f o r m - f ac to r   f o r   p r o to ty p i n g   an d   u s e s   b u i lt - in   USB   F L A SH  p r o g r a m m er .   Hen ce ,   it  i s   ea s il y   p r o g r am m ab le.   T h co n tr o ller   is   b ased   o n   a   3 2 - b it  A R C o r tex - M3   co r r u n n i n g   at  9 6 MH an d   in clu d es  a   m u ltip le  in ter f ac es  i n cl u d in g   b u ilt - in   E t h er n et,   U SB   Ho s an d   Dev ice,   C AN,   SP I ,   I 2 C ,   A D C ,   D AC ,   P W M,   etc.   T h p in - o u s h o w s   th co m m o n l y   u s ed   in ter f ac es  an d   t h eir   lo ca tio n s .   A ll  t h n u m b er ed   p in s   ( p 5 - p 3 0 )   ca n   also   b u s ed   as  Ge n er al  P u r p o s I n p u t - Ou tp u ( GP I O)   p in s   w h ic h   g iv e s   u s   t h f lex ib i lit y   o f   p lacin g   o u r   co m p o n e n t s   an y w h er o n   t h m ai n   f r a m e w o r k .   He n ce ,   w h ad   ch o s en   co n tr o ller   w i th   v er y   p o w er f u l se t o f   in ter f ac e s   w it h   t h n ec e s s ar y   co m m u n icat io n   p r o to co ls   as  w e ll  as  w ell - e s tab lis h e d   d eb u g g i n g   o n li n en v ir o n m e n t to   co m p ile  o u r   lo g ical  t h in k i n g ,   tr an s la ted   f r o m   th alg o r it h m   th at  w a s   d ev elo p ed .     3 . 1         M B E t o   G P S a nd   G S M   m o du le s   inte rf a cing   t hro ug h UA RT   T h UA R T   s er ial  f u n cti o n   u s es  t w o   eT P ch an n el s   to   p r o v id 3 - w ir ( T X,   R X,   an d   GND)   as y n ch r o n o u s   s er ial  i n ter f ac e   as  Fi g u r 2 .   I ca n   b u s ed   to   ad d   s er ial  ca p ab ilit y   to   d e v i ce   w ith o u s er ial   p o r t,  o r   t o   ad d   a d d itio n al  s er ial  I /O  to   a   d ev ice  w h ic h   alr ea d y   h as  h ar d w ar e   U AR T .   T h f u n ctio n   r eq u ir e s   n o   h o s C P in ter v en tio n   d u r in g   d ata  f r a m tr an s m i s s io n   o r   r ec ep tio n .   On e T P ch an n el  is   co n f i g u r ed   to   f u n ctio n   a s   t h s er ial  tr a n s m i tter   ( T X) ,   an d   th o t h er   c h an n el  i s   co n f i g u r ed   to   f u n ctio n   as  s er ial  r ec ei v er   ( R X) .       Fig u r 2 .   T h UA R T   s er ial  f u n ctio n       B o th   th tr an s m itter   an d   r ec ei v er   ch a n n el s   h av t h s a m at tr ib u tes  i n   ter m s   o f   b au d - r ate,   d ata - s ize,   p ar ity   etc.   I n   th i s   r eg ar d ,   th GP m o d e m   h as  its   T p in   c o n n ec ted   to   th R p in   o f   th MB E w h ile  it s   R X   is   co n n ec ted   to   th T p in   o f   th MB E D.   T h GND  an d   VC C   co n n ec tio n s   ar m ad ap p r o p r iately .   T h MB E h o u s es  3   U AR T   m o d u les,  w h ic h   allo w   i to   in ter ac w it h   t h r ee   d if f er en d ev ice s   s er iall y .   T h GSM  m o d e m   r e s p o n d s   to   s p ec ial  p r o m p ts   ca lled   A T   ( Atten tio n )   co m m a n d s .   T h m ic r o co n tr o ller   f o r ce s   t h es e   co m m a n d s   to   th GSM  t h r o u g h   p r o g r am   w r itte n   in   t h s o f t w ar d eb u g g i n g   e n v ir o n m e n t   to   w h ic h   th GS M   r esp o n d s .   T h A T   co m m an d s   u s ed   h er ar A T +CMGS   ( s en d in g   m e s s a g es  to   k n o w n   en d - u s er )   an d   A T +CMG R   ( r ea d in g   t h SMS   s en b y   t h e n d   u s er   an d   p ar s i n g   t h f in a latit u d an d   lo n g it u d n ee d ed   f o r   th e   p u r p o s e) .   I n   th is   r eg ar d ,   th GSM  m o d e m   s en d s   a n d   r ec eiv es  c h ar ac ter s   as  p ac k et s   b ased   o n   th U AR T   p r o to co s u ch   th at  t h R p in   o f   th m B E is   co n n ec ted   to   th T p in   o f   th G SM  m o d e m   t h r o u g h   Ma x - 2 3 2   b o ar d .   T h ad d itio n al  p u r p o s o f   th is   b o ar d   is   to   r ed u ce   th 1 2 ad ap ter   DC   o p er a tin g   v o lta g o f   th e   GSM  to   th m icr o co n tr o ller   w o r k in g   v o lta g o f   3 . 3 V.     3 . 2   M B E t o   Dig it a l C o m pa s s   i nte rf a ce     I 2 C   I ²C   ( I n ter - I n teg r ated   C ir cu it),   m u lti - m aster   s er ial  s in g le - en d ed   co m p u ter   b u s   f o r   atta ch in g   lo w - s p ee d   p er ip h er als  to   e m b ed d ed   s y s te m s ,   d ef i n e s   b asic  t y p es  o f   m es s ag e s ,   ea ch   o f   wh ich   b eg i n s   w it h   a   ST A R T   an d   en d s   w it h   ST OP   m ess a g e:  s i n g le   m e s s a g e   w h er m aster   w r i tes  d ata   to   s la v e;  s i n g le   m es s ag w h er m aster   r ea d s   d ata  f r o m   s la v e;  co m b i n e d   m ess a g es,  w h er m aster   i s s u es  at  lea s t w o   r ea d s   an d /o r   w r i tes  to   o n o r   m o r e   s la v es ,   a s   s h o w n   i n   F ig u r 3 .   W ith   o n l y   f e w   e x ce p tio n s ,   I ² C   d o es  n o d ef in m e s s a g s e m a n tics ,   s u ch   as  th m ea n i n g   o f   d ata  b y t es  in   m e s s a g es.  Me s s a g s e m an tics   ar p r o d u ct - s p ec if ic,   i n   th i s   ca s e,   th HM C 5 8 8 3 L   d ig ital  co m p as s   m o d u le.   T h ese  ex ce p tio n s   i n cl u d m es s ag e s   ad d r ess ed   to   th I ² C   g e n er al  ca ll   ad d r ess   ( 0 x 0 0 )   o r   to   th SMB u s   A ler R esp o n s e   A d d r ess ; a n d   m es s a g es  in v o lv ed   i n   th e   SMB u s   A d d r ess   R eso lu tio n   P r o to co ( A R P )   f o r   d y n a m ic  ad d r ess   allo ca tio n   a n d   m a n ag e m e n t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   4 ,   No .   2 J u n 2 0 1 5 :   14 3     1 4 9   146       Fig u r 3 .   I ²C   ( I n ter - I n te g r ated   C ir cu it)       W h av m ad th e   co m p as s   a d o p th r eq u est/ r esp o n s co n tr o m o d els,  w h er ei n   o n o r   m o r b y tes   f o llo w in g   w r ite  co m m a n d   ar tr ea ted   as  co m m a n d   o r   a n   ad d r ess .   T h o s b y te s   d eter m i n h o w   s u b s eq u en w r itte n   b y tes   ar tr ea ted   a n d /o r   h o w   t h co m p as s   r esp o n d s   o n   s u b s eq u e n r ea d s .   Mo s o f   t h ese  o p er atio n s   in v o l v s i n g le  b y te  co m m a n d s .   T h u s ,   t h d i g ital  co m p ass   e x ch a n g es   d ata  o f   t h m a g n eti f ie ld   m a g n it u d es   alo n g   all  t h r ee   d i m en s io n s   w i th   th m icr o co n tr o ller .   T h m ag n et ic  f ield s   ar d if f er en at  d if f er e n p o in ts   on  th ea r t h   a n d   t h is   p o i n i s   e x p lo ited   in   t h co n s tr u ctio n   o f   t h d ig ital  co m p a s s .   T h m a g n etic  f ield s   alo n g   th e   az i m u th a p lan ar n ec ess ar y   f o r   th ca lcu latio n   o f   th o r ien tatio n   an d   th u s   h elp f u in   t h n av ig a tio n   p r o ce s s .   W h av test ed   t h r o b o o n   a   f lat  a n d   le v elled   s u r f ac e,   h e n ce ,   th er is   n o   n ee d   f o r   t h m ag n i tu d alo n g   th e   d ir ec tio n   o f   elev atio n ,   s i n ce   th r o b o d o es n o t tr av er s alo n g   th t h ir d   d i m e n s io n .     3 . 3         M B E t o   L CD  pa nel ( Ver if ica t io n a nd   Debug g ing )   a nd   Ult ra s o nic Sens o I nte rf a ce     G P I O   Gen er al - p u r p o s in p u t/o u tp u ( GP I O)   a r g en er ic  p in s   o n   m icr o co n tr o ller   w h o s b eh a v i o u r   ca n   b co n tr o lled   ( p r o g r am m ed )   b y   t h u s er   a r u n   ti m e.   GP I p in s   h av e   n o   s p ec ial  p u r p o s d ef i n ed ,   an d   g o   u n u s ed   b y   d e f au l t.  T h id ea   is   th at  s o m e ti m es  t h s y s te m   i n te g r ato r   b u ild in g   f u ll  s y s te m   t h at   u s es  t h co n tr o ller   m i g h t   f in d   it  u s e f u to   h a v h an d f u o f   ad d itio n al  d i g ital   c o n tr o lin e s ,   a n d   h a v i n g   t h ese   av ailab le  f r o m   th e   co n tr o ller   ca n   s a v t h h as s le  o f   h a v i n g   to   ar r an g e   ad d itio n a cir cu itr y   to   p r o v id th e m .   So ,   th d ata  p i n s   D4 - D7 ,   R eg i s ter   Se lect  p in   an d   t h co n tr o p i n   o f   t h L C a r co n n ec ted   to   s ix   w ell   co n f ig u r ed   p i n s   o f   t h e   MB E b o ar d .   T h o th er   p in s   o f   t h L C th a n ee d   eith er   d ig ital  h ig h   o r   lo w   v o ltag ar s o ld er ed   ac co r d in g l y .   A l s o ,   th t h r ee   u ltra s o n ic  s e n s o r s   u s ed   f o r   o b s tacle   av o id an ce   h a v t h eir   tr i g g er   a n d   ec h o   p in s   co n n ec ted   to   co n f i g u r ed   p in s   o f   th MB E th r o u g h   th GP I p r o to c o l.  A s   is   ev id en f r o m   th e   p in   d iag r a m   o f   th MB E D,   an y   o f   th e   n u m b er ed   p in s   ca n   ac t   as  GP I p in ,   an d   s o ,   w h ad   t h f lex i b ilit y   to   c h o o s th e   ap p r o p r iate  p in s   at  r an d o m   lo ca tio n s   f o r   co n f i g u r i n g   th u ltra s o n ic  s e n s o r s .     3 . 4         M B E t o   DC  M o t o r   I nte rf a ce   t hro ug h L 2 9 3   P WM     P u ls e - w id th   m o d u lat io n   i s   m o d u latio n   tech n iq u t h at  co n f o r m   t h w id t h   o f   t h p u ls e,   f o r m al l y   t h e   p u ls d u r atio n ,   b ased   o n   m o d u lato r   s ig n al  in f o r m atio n ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 4 .   A lt h o u g h   t h is   m o d u latio n   tech n iq u ca n   b u s ed   to   en co d in f o r m atio n   f o r   tr an s m is s io n ,   its   m a in   u s is   to   allo w   th co n tr o o f   th e   p o w er   s u p p lied   to   elec tr ical   d ev ices,   e s p ec iall y   to   in er tial   lo ad s   s u ch   as   m o to r s .   T h m ai n   ad v an ta g o f   P W is   th at  p o w er   lo s s   i n   th s w itc h in g   d ev ice s   is   v er y   lo w .   W h en   s w itc h   is   o f f   th er is   p r ac ticall y   n o   cu r r en t,   an d   w h e n   it  i s   o n ,   t h er is   a l m o s n o   v o lta g d r o p   ac r o s s   th e   s w itc h .   P o w er   lo s s ,   b ei n g   t h e   p r o d u ct  o f   v o ltag e   an d   cu r r en t,  is   t h u s   in   b o th   ca s es  clo s to   ze r o .   I n   th is   r eg ar d ,   th P W s ig n als  ar u s ed   t o   co n tr o th s p ee d   o f   th r o b o t b y   co n tr o lli n g   th m o to r s   th r o u g h   th L 2 9 3 m o to r   d r iv er   I C .         Fig u r 4 .   P u ls e - w id t h   m o d u lat io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856          W a ll - E   S u r ve yo r   R o b o t u s in g   W i r eles s   N et w o r k s   ( A a tis h   C h a n d a k )   147   3 . 5         M B E t o   R a s pb er ry   P i In t er f a ce   -   USB   On ce   th r o b o r ea ch es  th d esti n a tio n   in ten d ed ,   it  p r o m p ts   s ig n a to   th R asp b er r y   P I   t o   s tar ca p tu r in g   i m ag e s   o f   i ts   s u r r o u n d i n g s   f o r   w h ic h   d ed icate d   alg o r ith m   w as  b u ilt.  Af ter   all  th i m a g es  ar ca p tu r ed   at  th d esti n a tio n ,   t h e y   ar u p lo ad ed   o n   to   th Dr o p b o x   s er v er   u s i n g   t h AP I   th at  w as  alr ea d y   d ev elo p ed .   T h MB E an d   R asp b er r y   co m m u n ica te  w it h   ea ch   o th er   t h r o u g h   th U S B   p r o to c o l.  USB   is   an   in d u s tr y   s ta n d ar d     th at  d ef i n es  t h ca b les,  co n n ec to r s   an d   co m m u n icatio n s   p r o to co ls   u s ed   in   a   b u s   to   s tan d ar d ize  t h co n n ec tio n   o f   co m p u ter   p er ip h er als     an d   m ic r o co n tr o ller s   to   co m m u n icate   an d   s u p p l y   e lectr ic   p o w er       4 .          T E CH NICAL   S T RU C T UR E   AND  P CB   L AYO U T   As  w r itte n   ea r lier   i n   s ec tio n   3 . 1   to   3 . 5   o n   th co m p o n e n in ter f ac e s ,   t h v ar io u s   co m p o n en t s   h a v e   b ee n   co n n ec ted   th r o u g h   d if f er en in ter f ac es  to   th MB E as  s h o w n   in   Fi g u r 5 .   T h r o b o h as  b ee n   d ev elo p ed   to   h o u s t h P f o r   ca p tu r in g   i m a g es   t h r o u g h   a   W eb C a m   an d   u p lo ad in g   t h ca p tu r ed   i m ag e   o n to   a   Dr o p b o x   ac co u n u s i n g   th A P I   th at  w as  d ev e lo p ed .   T h PC B   L a y o u t   ( as  s h o w n   in   Fi g u r 6 )   w as  s i n g le - la y er ed   o n o n   GP C B ,   s o ,   t h s o ld er in g   o f   t h co m p o n e n ts   h ad   to   b d o n w it h   h i g h   a m o u n ts   o f   ac c u r ac y   an d   p r ec is io n   s i n ce   w w an ted   to   av o id   th u s o f   w ir es a n d   j u m p er s   a s   m u c h   as p o s s ib le.             Fig u r 5 .   I n ter f ac es to   t h MB E D   Fig u r 6 .   P C B   L a y o u t                                 5 .           F L O WCH ART/   AL G O RIT H M   DE VE L O P E D   T h to u g h est  p ar in   th e   co n s t r u ctio n   o f   th al g o r ith m   ( a s   s h o w n   i n   Fig u r 7 )   w a s   to   en s u r th at  th e   r o b o ac ted   lik an   in s ec t h at  o n l y   r esp o n d ed   to   ch an g es  i n   t h en v ir o n m e n u s in g   o n l y   t h e   u ltra s o n ic  s en s o r s   as its   m ea n s   to   d etec t o b j e cts.         Fig u r 7 .   A l g o r ith m   f o r   ( u n )   o b s tr u cted   n a v ig a tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   4 ,   No .   2 J u n 2 0 1 5 :   14 3     1 4 9   148   T h p r o b lem s   o f   lo ca lizatio n   an d   s h o r test   p ath   n av i g atio n   w er tak e n   ca r b y   t h w ir eless   n et w o r k s   an d   th d ig ital  3 - a x i s   m a g n et o m e ter   th at  ac ted   as  d i g ital  co m p a s s .   I n it iall y ,   th m aster   s en d s   m es s ag to   th r o b o ask i n g   it  to   s e n d   its   cu r r en g eo g r ap h ica lo ca tio n   ( latitu d a n d   lo n g it u d e)   an d   o t h er   f ea t u r es   f o r   t h e   m aster   to   tab u late.   O n   r ec eiv i n g   th i n it ial  co - o r d in ate s ,   t h e   m aster   s en d s   an   SMS  to   t h r o b o th at  s h o w ca s es  th lati tu d a n d   lo n g it u d o f   t h d esti n atio n   t h at  t h r o b o h as  to   tr av er s t o   in   o r d er   to   s u r v e y   t h at  p ar tic u lar   lo ca tio n .   On ce   th e   r o b o r ec eiv es  t h co - o r d in ates,  i p ar s es  th d ata  r ec ei v ed   in to   o n l y   w h at  is   r eq u ir ed   f o r   it  to   ca lcu late  t h ac tu al  h ea d i n g   w i th   r e g ar d s   to   its   c u r r en m a g n eto m eter   v a lu e s   it  r ea d s   f r o m   t h d ig i tal   co m p a s s .   T h r o b o tu r n s   s w i f tl y   to   t h d ir ec tio n   o f   in ten d ed   p ath   an d   u p o n   co m p ar is o n   w i th   th h ea d i n g   v alu e s   p r o v id ed   b y   th d i g ital   co m p ass ,   it  s to p s .   T h is   en s u r es  th at  th r o b o tr ies  to   r ea ch   th d esti n atio n   i n   th s h o r test   p ath   p o s s ib le,   t h a is ,   it   d i s p lace s ”  to w ar d s   th d esti n atio n   f r o m   it s   cu r r e n t   lo ca tio n .   On ce   th e   r o b o tu r n s   to   t h r eq u ir ed   an g le,   it  s tar t s   to   n a v i g ate  f o r w ar d   to w ar d s   it s   d esti n atio n .   I m o n ito r s   t h ex ter n a l   d y n a m ic  e n v ir o n m e n t h r o u g h   u ltra s o n ic  s e n s o r s   t h at  d etec t   an y   o b s ta cle  t h at  m a y   af f ec in   t h f r ee   r u n n i n g   o f   t h r o b o t.  A   co m p r e h en s i v w a ll - f o llo w er   al g o r ith m   w a s   u s ed   to   d etec t h p r ese n ce   o f   o b s tacle s   a n d   to   ch ec k   i f   it  is   ab le  to   n a v i g ate  in   it s   f r ee   s tate.   I f   o b s tacle s   a r d etec ted ,   it  f o llo w s   a n o t h er   s et  o f   c u s to m ar il y   d esig n ed   alg o r ith m   a s   s h o w n   in   t h ab o v f i g u r e.   On ce   it  ta ck les  t h o b s tacle ,   it  tr ie s   to   o n ce   ag ai n   ca lc u late   th r eq u ir ed   h ea d in g   to   w h ic h   it  h a s   to   t u r n   to   i n   o r d er   to   r ea ch   t h p ar ticu lar   d e s ti n atio n .   On ce   it   r ea ch es   its   d esti n atio n ,   r eq u est  i s   s en f r o m   t h MB E to   th R asp b er r y   P to   en ab le  it  to   ca p tu r s et  o f   i m ag e s .   A f ter   ev er y   i m a g i s   ca p t u r ed ,   th P p r o m p t s   t h MB E to   r o tate   th r o b o b y   a   ce r tain   d eg r ee   to   ca p tu r th e   n e x t   i m a g e.   T h is   p r o ce s s   co n ti n u es   u n til  t h r o b o ca p tu r es  3 6 0   d eg r ee   v ie w   o f   t h s u r r o u n d i n g .   All  t h i m ag e s   ar ca p tu r ed   in   th P i’ s   e m b ed d ed   R A M.   T h ca p tu r ed   i m a g es a r th en   u p lo ad ed   o n to   Dr o p b o x   ac co u n t th at  ca n   b ac ce s s ed   b y   th u s er   u s in g   a n   alr ea d y   d ev elo p ed   A P I .         6 .             RE SUL T S   T h r o b o s u cc ess f u ll y   n a v i g ated   to   its   d esti n atio n   u s i n g   th alg o r ith m   d ev elo p ed   w h il av o id in g   o b s tacle s   in   it s   p ath .   I en s u r e d   th at  th n a v i g atio n   alg o r it h m   w o r k ed   f i n an d   w as  i n d ep en d en o f   a n y   o t h er   p ar am eter s   th at  w w er tr ac k in g .   W f o u n d   it  d if f ic u lt  t o   co n f ig u r an d   tes th R as p b er r y   P w it h   t h e   r o b o t’ s   co n tr o ller   b u af ter   s er ies  o f   ex p er i m e n t s ,   w g o th at  w o r k i n g   to o .   T h co n f i g u r atio n   o f   t h R asp b er r y   P w as   t h to u g h es j o b   at  h an d .   T h s tep s   h a v b ee n   elab o r ated   h er e.   W d o w n lo ad ed   P UT T Y,   s o f t w ar to   cr ea te   Secu r Sh ell  Ho s in   t h R asp b er r y   P an d   XM I NG  f o r   co n f ig u r in g   P U T T Y.   W th en   ch an g ed   f e w   p ar a m eter s   in   t h f ile  c m d lin e. t x i n   th b o o f o ld er   to   s et  th I ad d r ess   o f   th P I   to   b s tatic.   T h is   w a s   n ee d ed   f o r   h o s ti n g   o th er   p er ip h er als.  T h I P   ad d r e s s   o f   th P I   s h o u ld   b s et  a s   th I P   ad d r ess   o f   t h e   m aster .   W th e n   u p d ated   th P to   d o w n lo ad   f u r th er   p ac k a g es  lik f s w eb ca m ,   u s b - m o d es w itc h ,   p y t h o n - s er ia l   etc.   A e v er y   i n s ta n o f   ti m e,   f s w eb ca m   is   u s ed   to   tak p i ctu r es  an d   a n   in ter n al  m o t io n   d etec tio n   p r o g r am   'm o tio n '   i s   s to p p ed   o n l y   af ter   w h ic h   th ca m er ta k es p ictu r es.  T h p ac k ag u s b - m o d e s w it ch   w as d o w n lo ad ed   to   allo w   d o n g le  o r   USB   tet h er ed   p h o n to   b r ec o g n ized   as a   USB   m o d e m   a n d   ac ce s s   t h i n ter n et  u s in g   it .   W th en   ch a n g ed   th f i le  /etc /n et w o r k / in ter f ac es   to   allo w   n et w o r k   ac ce s s   u s i n g   th e   USB   m o d e m .   W t h e n   ad d ed   a   d ef au lt  g ate w a y   ev er y   t i m w w a n to   ac ce s s   th n et  in   o r d er   to   u p lo ad   th i m a g es  o n   Dr o p b o x .   A   v id eo   d em o n s tr atio n   o f   t h s a m is   a v ailab le  o n   t h Yo u t u b p ag o f   o n o f   th a u t h o r s.           Fig u r 8 .   Deb u g g in g   a n d   Ver if icatio n       7.        CO NCLUS I O N   W h en   lo o k i n g   b ac k   at  t h d if f icu ltie s   en co u n ter ed   i n   th p r o ce s s   o f   d e v elo p m e n t,  it  ca n   b e   s aid   th at   th u n r eliab le  n at u r o f   th GP r ec eiv er s   m ak e s   it  u n d e s ir ab le  f o r   th is   t y p o f   ap p lic at io n .   I is   th er ef o r i m p o r tan to   f ir s d ev e lo p   r o b u s alg o r it h m   t h at  ca n   b i m p le m en ted   w it h   o th er   cu r r en t l y   a v ailab le  s e n s o r s   lik s ter eo v is io n   an d   r ad ar   b ef o r th p h y s ica d esig n   o f   th r o b o is   m ad e.   P ar ticu lar ly   i m p o r tan is   t h e   co m b i n atio n   o f   d if f er e n t y p o f   s en s o r s   w h ic h   w h e n   p r o p er l y   in te g r ated   ca n   g i v an   ac cu r ate  r ep r esen tatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856          W a ll - E   S u r ve yo r   R o b o t u s in g   W i r eles s   N et w o r k s   ( A a tis h   C h a n d a k )   149   o f   th r o b o ts   s u r r o u n d i n g s .   On l y   w it h   t h is ,   w il th p r o b le m   o f   m o tio n   p la n n in g   i n   a n   o u td o o r   s ettin g   b e   s o lv ed .   Hav in g   s aid   th is ,   t h e   n e x s tep   o f   i n v e s ti g atio n   s h o u l d   f o cu s   o n   h o w   to   i n te g r ate  th ese   d if f er en t   s en s o r s   an d   u s alr ea d y   ex is te n tech n iq u e s   lik Kal m a n   f ilt er in g   t h at  h a v b ee n   s h o w n   to   f ilter   o u b ad   d ata   f r o m   m u lt ip le  s en s o r   in p u ts .   A l s o ,   it  is   s till   n ec e s s ar y   to   c o n tin u w it h   m o r r esear ch   t o   p r o v if   r e ac tiv b eh av io u r   ca n   b f ea s ib le  s o lu tio n   f o r   n a v ig a tin g   in   th e   o u t d o o r   en v ir o n m e n t   w h e n   th e   u n s tr u ctu r ed   s etti n g s   p lay   r o le  o n   s e n s o r   ac cu r ac y .       ACK NO WL E D G E M E NT S   W w o u ld   lik e   to   t h an k   t h Dep ar t m en t   o f   E lec tr o n ics  a n d   C o m m u n icat io n   E n g in ee r i n g ,   Natio n al   I n s tit u te   o f   T ec h n o lo g y   Kar n a tak f o r   p r o v id in g   u s   w it h   th e   n ec es s ar y   r e s o u r ce s   to   co m p le te  th is   p r o j ec t.  W e   also   th a n k   th e m   i n   e n co u r ag i n g   u s   to   p u b lis h   t h co n te n t o f   t h u n d er tak e n   p r o j ec t in   th I n ter n atio n al  J o u r n al   o f   R o b o tics   an d   Au to m atio n .   W w o u ld   al s o   lik to   s p ec ial l y   t h an k   Dr .   A p ar n P   w h o   h ad   s u p er v is ed   u s   i n   o u r   w o r k .   A   p ar o f   th f u n d s   w a s   s p o n s o r ed   b y   t h NI T C h ap ter   o f   I E E E   an d   f o r   th at,   w w o u ld   li k to   th an k   t h e m .   W w o u ld   al s o   li k to   th a n k   ea c h   o th er ,   o u r   f e llo w   cla s s m ate s   a n d   o u r   j u n i o r s   w it h o u w h o m   th is   p r o j ec w o u ld   r e m ai n   i n co m p lete.   W w o u ld   also   l ik to   th a n k   o u r   p ar en ts ,   r elati v es   a n d   w ell  w i s h er s   f o r   th eir   ev er - en co u r ag i n g   s u p p o r t.       RE F E R E NC E S   [1 ]   C.   S h i,   Y.  W a n g   a n d   J.  Y a n g ,   A   lo c a o b sta c le  a v o id a n c e   m e th o d   f o m o b il e   ro b o ts  in   p a rti a ll y   k n o w n   e n v iro n m e n t ,   Ro b o t.   A u to n .   S y s t.   5 8 ,   4 2 5 4 3 4 ,   2 0 1 0     [2 ]   S .   Ja c o b s,  A .   F e rre in ,   S .   S c h if f e r ,   D.  Be c k   a n d   G .   L a k e m e y e r,   R o b u st   c o ll isi o n   a v o id a n c e   i n   u n k n o w n   d o m e stic   e n v iro n m e n ts,   in R o b o Cu p   2 0 0 9 :   Ro b o S o c c e W o rld   Cu p   X III.   S p rin g e r,   Be rli n ,   p p .   1 1 6 1 2 7 ,   2 0 1 0   [3 ]   B.   Ha m n e r,   S .   S in g h ,   S .   Ro th   a n d   T .   T a k a h a sh i,   A n   e ff icie n s y ste m   f o c o m b in e d   ro u te  trav e rs a a n d   c o ll isio n   a v o id a n c e ,   A u to n .   Ro b o ts   2 4 ,   3 65 3 8 5   ( 2 0 0 8 ) .   [4 ]   Co n tr o   o f   M o b il e   Ro b o ts,   Co u r se ra   On li n e   Co u rse   c o n d u c ted   b y   P ro f .   M a g n u Eg e rste d o f   G e o r g ia  In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   [5 ]   P r o jec URL   o n   Y o u t u b e h tt p s:// ww w . y o u tu b e . c o m / w a tch ? v = RK P B _ _ A a Q y w       B I B L I O G R AP H I E S   O F   AU T H O RS         A a ti sh   Ch a n d a k   is  a   F in a Ye a S t u d e n t   Un d e rg ra d u a te cu rre n tl y   stu d y in g   in   th e   De p a rtm e n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   a Na ti o n a In sti tu te  o f   T e c h n o l o g y   K a rn a tak a   S u ra th k a l.   He   is  i n tere ste d   in   w o rk in g   in   th e   f ield o f   A n a lo g   El e c t ro n ics   a n d   M e c h a tr o n ics .   He   w a n ts  to   g a in   m o re   e x p e rien c e   in   th e se   f ield s an d   c o n tri b u te t o   th e s e   f ield s in   th e   b e st p o ss ib le  w a y s h e   c a n .           A rju n   A   is  a   F in a Ye a r   S tu d e n Un d e rg ra d u a te  c u rre n tl y   stu d y in g   in   th e   De p a rt m e n o El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   a t   Na ti o n a l   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   Ka rn a ta k a   S u ra th k a l.   He   is  in tere ste d   in   w o r k in g   a n d   re se a rc h in g   in   th e   f ield o f   Dig it a S ig n a P ro c e ss in g ,   Co m p u tatio n a S c ien c e s,  V L S S y ste m   De si g n ,   W irele ss   S e n so Ne t w o rk a n d   Co m p u ter   A rc h it e c tu re .   He   wa n ts  to   g a in   e x p e rien c e   a n d   sk il ls  t h ro u g h   e f f e c ti v e   a n d   e f f i c ien p ra c ti c e   o f   h is  stu d ies   w h il e   a p p ro p riate ly   b u il d i n g   stra teg ic  a p p ro a c h e a n d   re a li z e   th e ir  su b se q u e n t   a p p li c a ti o n s.  He   w ish e to   p u rs u e   a n   M S P h i n   V L S f o Di g it a S ig n a P ro c e ss in g   i n   a n   in stit u te o f   h ig h   lea rn i n g .           Nith in   Ka m a th   is  a   F in a Ye a Un d e rg ra d u a te  stu d e n c u rre n t ly   stu d y in g   in   th e   De p a rtm e n o El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   a t   Na ti o n a l   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   Ka rn a ta k a   S u ra th k a l.   His  a re a o f   in tere st  in c lu d e   V L S S y ste m   De si g n ,   Co m p u ter  A rc h it e c tu re   a n d   Im a g e   P r o c e ss in g .     He   in ten d to   g a in   k n o w led g e   in   th e se   a re a a n d   a p p ly   th e m   so   a s   to   m a k e   a   sig n if ica n c o n tri b u ti o n   i n   th e   d e v e lo p m e n o f   n e w   a n d   e ff icie n tec h n o l o g ies .   He   w ish e to   p u rsu e   a n   M S   d e g re e   in   Co m p u te Ha rd w a re   En g in e e rin g   in   a n   i n st it u te o f   h ig h   lea rn in g .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.