Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l. 8 ,  No. 6 ,  D ece m ber   201 8,   pp.  5 09 8~51 06   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp5098 - 51 06     5098       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A Multi - r ob ot  S ystem  C oordina tion Desi gn  and An alys is   o n  Wall F oll ower R obot G roup       Agun g Nu groho J at i ,  R an d y  Er f a Sa putr a ,  M. Gh oz y Nurc ahyadi , Nas y’a n Taufi q A l  Ghif ari   Depa rtment  o f   C om pute r  Engi n e eri ng,   School   of C om pute r  Engi n ee ring   Te lkom Unive rsi t y ,   Indon esia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb  12 , 201 8   Re vised  Jun   2 8 , 201 8   Accepte d  J ul  24 , 2 01 8       In  thi s  rese arc h ,   m ult i - robot  form at ion  ca n  be  e stabl ished  a cc or ding  to  th e   envi ronm ent   or  works pac e.   Gro up  of  robots  will   m ove  seque ntly   if  th ere   is  no  spac e  for   rob ots  to  stand  sid e  b y   sid e.   Leade r  r obot  will   b e  on  t he  front  of   al l  robots  and  foll ow  the   right   wall.  On  the   othe r  hand,   robots  will   m ove  side  b y   sid e  if  th ere  i s  a  l arg e  sp ac e   bet wee n   the m .   Le ad er  robot   wi ll   be   tr ac k ed  the   wall   on  it s  ri ght  side  and  follow   on  it   while   eve r y   fol lower   m oves  side  b y   side.   Th e  l ea d er   robot  hav e  to  b roa dca st  the   inf orm at ion  to  al l  r obots  in  the  group  in  r adi us   9  m et ers.  Ne v ert he le ss ,   eve r y  robot  should  be  re ce iv ed   informati on  fro m   le ade r  robo t  to  def in e  th ei r  m ovements  in  the   area.  Th e   err or  provide d  b y   fuz z y   output   proc ess  which  i s  ca used  b y   re a d  dat a  from   ult rasound  sensor  will   drive   to  m ore   ti m e  proc ess.  More  sam pli ng  ca n  red uc e   the   err or  but  it   will   drive   m ore   exe cution  ti m e .   Furthermore,   c oordina ti on   ti m e  will   n ee d  l onger   ti m e  and   del a y .   Form at io n  will   not  b e  est abl iseh ed  if   pac ke t  e rror  ha ppene d  in  th e  comm unic at ion  proc ess  because   robot  wi l l   exe cu te wrong  c om m and.   Ke yw or d:   Coordi nation S chem e   Fu zzy  L ogic  Con t ro l   Mob il e Ro bot   Mult i - Robot S yst e m   Copyright   ©   201 8   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 :   Agu ng Nu groho  Jat i ,    Dep a rtm ent o f C om pu te r  E ng i neer i ng,  Sc hool  o f  Elec tric al   En gin eeri ng,   Tel ko m   Un i versi ty ,   Jl. Tele kom un ikasi  No.  1  Te r us a n  Bua h  Ba t u,  Ba ndun g,   W est  Jav a,   40 257 ,  I ndonesi a .   Em a il :  agu ngnj @tel ko m un ive rsity .ac.id       1.   INTROD U CTION   Mostl y,  resear ch  in  rob ot  ap plica ti on s  is  f oc us e d  on  hu m an  w ork  as sist ance  wet her   it ’s  co ntr olled   m anu al ly   or   m ov e  auto no m ou sly .  T o  s up port  that  j obs,   there  a re  s o  m any  com plex  pro blem s  need   to  be  so lve d,  suc h  a s  co ntr ol  m echan ism ,  AI   a nd   decisi on   m aki ng  syst em ,  path  plan ning  a nd  m ob il e  na vi gation  syst e m .  Ho we ver,  m os t   of   th e m   are  fo c us e d  on  sin gle  r obot  beh a viou r  on ly .  S o,   i n  ou r  cu rr e nt  resea rch   we   trie d  to   a pp ly   desig n  a nd  a na ly ze  prob le m   in  m ulti - robo t .  Cu rr e ntly ,  w e  f ocu s   on  ho w  rob ot  com m un ic at e   each  othe r  in  order   to  s hare  retrieve d  sen s or   data  to  m ake  a  coo r din a te d  m ov e m ent.  In   the  wide r  as pects,   rob ots can m ov e in  unif or m  m ov e m ent an d ac com plish task  m or e e ff ic ie nt.   Mult i - rob ot  co ordinati on  is  pur posed  t o  m a ke  r obots  ca n  sh are  a ny  in form ation   bet we en  them .  Fo r   exam ple,  a  rob ot  posit ion   ca n  be  s har e d  to  oth e rs  in   order  to  de fine  m ore  pr eci se  oth e r   rob ot  posit ion  and  avo i d  colli sion.  In   the  ot her   ha nd,  a  robo t  ca n  fin d  eff ic ie nt   ro ute  or  path  diff e re nt  from   each  oth e r.   S o,  it  can   wide n  ope rati on al   a rea  of  r obots  e nv ir on m ent.  Be sides,   it   can  be  us e d  in  rob ot  ap plica ti on s  wh i ch  ne ed   form ation , a s e xam ple in robo t soccer  team .   Robot  abili ty   us ua ll y  has  li m it a ti on   de pe nds  on  it s  pro gr a m .  In   s om e  c ases,  a  gr oup  of   rob ots  can  finish  ta sk  fa ste r  tha n  a  si ng l e  r obot.   Mo reover ,  by  us in g  m ul ti - ro bot,   it   will   wide n  t he   w orkin g   area   wethe r  for  sea rch i ng,  m on it or ing,  or  oth e r  j obs .  D espite   to  a pply   the  m ulti - ro bot  syst em ,  there  are   m any  aspects  wh ic h  ha ve  to  be  co ns ide red.  Ma in  prob le m   from   tho se  is  ho w  to  de sig n  and   im ple m ent  an  intel li gen t  syst e m   wh ic h  can  de fine  sim ultanou s  pa t h  by  c omm un ic at ion   and   c oor din a ti on   syst em   b ased  on  eac h  robot   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N: 20 88 - 8708     A   Multi - r obot  System  Co ordina ti on  Desi gn  and An alysis  on W all Foll ower Rob ot  …   ( A gung N ug r oho   Jati )   5099   inf or m at ion .  F ur t her m or e,  a  gro up   of   a uton om ou s  r obots  has  to  a vo i d  c olli sion   f ro m   each  ot her   by  de fining   each  path  base d  on   sh a red  da ta   [1 ] .  It  is  dif f eren t  to   s om e  oth e rs  re searc h  w hich  on ly   a ppli ed  a  si ng le   r obot,   especial ly   in  def i ning  a  pat h.   F or  exam ple,  in  T at i y a   Pa dang  Tunggal   e t  al .   t hey  only   app li ed   f uzzy  cel l - deco m po sit io n t o  de fine  a  path  in  a si ng le   robo t   [ 2] .   Mult i - rob ot  syst e m   m us t  be  desig ne d  to  ha ve  abili ty   in  colle ct ing   an d  i n te grat ing   data   from   ro bo ts  wethe r  it ’s  un i form   or   no t  [ 3] .  W e  ca n  ex plo re  f r om   ants  wh ic h  li ve  in  colo ny.  They  ha ve  a  kind  of  s yst e m   wh e n  t hey  tra ve l,  an   ant  will   le ave  am m on ia   to  ease  oth e r  a nts  f ollo w  t he  path  [ 4].  Ba se d  on  that  m ov e m ent,   ant  colo ny  m o st ly   si m i la r  to  le ader - f ollow e r  m echan is m   i n  m ult i - robo t .  It’s  im po rtant  of   a  gro up  r obot  to   hav e  a lea der  t o  ease  tha  data  acqu isi ti on sys tem  an d  s olv e  the  j obs  [5].   Re search   in  M ulti - Robot,   m os tl y  dev el ops   c on t ro l  syst em   base d  on  com pu te r  process   [ 6].  Be si des ,  there  are  s ome   kin d  of   m ul ti - robo t  aut onom ou s  co ntro l   syst e m ,  wh ic h  rob ot  will   ov e  a utono m os   afte r   act ivate d  with ou t  a ny  oth e r  com m and s  [ 7].   Moreove r,dist rib uted  co ntr ol   syst e m   is  on e   of   po pu la r  res earch   area  r el at ed  to   m ul ti - ro bot  c ontr olli ng .   O ne  of   them   was  f oc us e d  on  colli s ion   a voida nce  betwee n  rob ots   w hen  try ing   to  acc om pl ish  the  gi ve n  m issi on   [8 ] .  In   a dva nce,  rob ot  can  a vo i d  colli sio n  wit hout  sto ppin g  their   m ov e m ent [ 9].   On  the   ot her  hand,  the re  w ere  m ulti - ro bo t  ag or it hm   ev al uated  t o  ass e m ble  rob ots  in  a  sim il ar   locat ion  [ 10 ] ,   [ 11 ] .   It  ca n  e va luate   le ade r - fol lower  al gorith m   con te xt  an d  al so   one  kind   of  te st  to   de fi ne  th e   reab il it y  of   the   m echan ism .  Anothe r  m echan ism   of   that,  fo ll ower  rob ot  will   m ov e  by  fo ll owin g  the   le ader  track  [12].    T he n,   it   we re   de ve lop e d  by  a pp l yi ng   distrib ution  co ntr ol  a nd  inf or m at ion   sha rin g  s o  th at   f ol lower  rob ot can m ov e m or e p recisel y t o  ad just the   sp ee d,   path , a nd  or ie ntati on   [ 13 ] .   Netw ork  c onne ct ivit y i s also one of  im po rta nt  p art in m ulti - r obot. It sh ould  be  reli able i n m ul ti - ro bot  to  av oid   in f orm at ion   m issunderta nd i ng   bet ween   r obots  be cause  r obots  will   al ways  com m un ic at e  du ri ng  op e rati on.T here  we re  tw o  ki nd  of  c omm un ic at ion ,  dece ntrali zed  a nd  ce ntrali zed  m et ho d.  I n  dece ntr al iz e  or  distrib uted  m et hod,  co nnect iv it y  can  h a nd le l arg e   am ou nt  of  r obots  [ 14 ] .   Wh il e  in   ce ntr al iz ed  m et ho d,  it   has   to  be   de fine   a  rob ot  as  a  le a der  w hich   will   ha nd le   data  from   al l  of   r obot s.  I n  netw ork,  it   al so   sim il ar   as  a   router.  E ver y  s ing le   r obot  will   m ov e  based   on   data  com e  f ro m   le ader   [15 ] ,   [16 ] .  It  is  ef fecti ve  an d  effi ci ent  for  sm al l a m ou nt of  rob ots.   In   this  resea rc h,   we  will   app ly   a  s m all  gr oup  of  r obots  consi st  of   f our   wh ic h  on e  robo t  will   be   def i ned as a le ader. It  will  b e  an  e valuati on t o determ ine the r eabil it y of m ulti - rob ot m ec han ism  w hic h m ai nly   pur po se d  to  m ai ntain  the  for m at ion   of   r obot s  with  si m ples t  po ssible  al go rithm .  It  m eans  that  the  co m pu ta ti on  exp ect e d  is  as   m il d  as  possible.  I n  our  previo us   researc h,   it   is  pr ov e d  that  desi gn e d  al gorithm   ca n  r un   pro per ly   in  a rduin o  based  co ntr oller  w her e   fo ll ower   r obot   can  m ov e  th r ough  le ade r  tr ack   [ 17] .  W e   app li ed   le ss  com plexit y  than  ei ther  s war m   syst e m   or   local iz at ion  m et ho ds  p res e nted  in [ 18]   an d  [ 19 ]   in o r der  to  m ake  a quick  res pond syst em  in  on l y a si m ple r obots.   In   this  pa pe r,   it   will   be   pr esented  the  de sig ned   m echan is m   of   com m un i cat ion   an d  ho w  the  rob ots   m ake  a  pr oper  coor din at io n  be tween  them .  This  pa per   wil l  be  arr an ge d  as  fo ll ows:  in  sect ion   1,   it   is  a lready  pr ese nted  a n  in tro du ct io n  of  the  resear ch  an d  relat ed  w ork s  of   that;   wh il e   th e  syst e m   and   m e tho d  will   be  put  on   t he  sect ion  2;  in  sect ion   3,   te sti ng   scen arios,   res ults,  and   e valuati on   of   the  syst em   are  giv e n;  as  a  la st   sect ion ,  in  sect ion   4  will   be  presente d  a  co nc lusio n  an d  the   descr i ption   of  our  f uture  w orks  relat ed  to  c urren t   pu blica ti on.       2.   SY STE M DESIGN   Gen e rall y,  syst e m   con sist s  of   four   unif orm   ro bo ts  whic h  can  c omm un ic at e  each  oth er  f or  coor din at io n.   Each  rob ot  ha s   em bed ded  pr oc esso r  as  m ai n  co ntr oller,  tw o  dc - m oto rs  f or  act uat or ,   an d  sens or  syst e m   fo r  local iz at ion   input  in  def i ning   po sit io n  su c h  as  ultrasoun d  and   com pass   sensor.   Be sid es,  for  com m un ic at ion   each  of  the m   has  an  RF  base d  trancei ve r - receive r  w hi ch  wor ks   on  f reque ncy  channel  433  MHz.  F ro m   the m ,  a  robo t  ha s  a  ro le   as  le a der   w hile  oth e rs  will   be  fo ll ow e r.   Eac h  R obot   Hard war e  Bl ock   Syst e m   as sho wn in Fi gure  1.           Figure  1.   Each   rob ot h a rdwa re  b loc k sy stem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :    5098   -   5106   51 00   Ultraso und  se nsors   are   ne ede d  to   def ine d  th e  posit ion  on  a   m aze  base  on   ra ng e   bet wee n  rob ot  an d  fron t - side  wall s.  Wh il e  c ompass  s ens or  wi ll   determ ine  t he  rob ot  ori en ta ti on .  Be si des ,  ultras ond  ca n  hel p  rob ot  to  m ov e   arr ou nd   a nd  avo i d  colli sion   wethe r  with  or   without  data  f ro m   oth er  r obot.  A fter  each  rob ot   def i nes  it s  posi ti on   a nd   or ie nt at ion ,  t hey  will   send   t hat  in f or m at ion   to  le ader   r obot  in  orde r  to  be  proc essed .  Leader  r obot  will   co m par e  ever y  receive d  inf or m at ion   with  it s  ow n  to  de te rm ine  the  nex t  ste p  for  each  rob ot   m ov e m ent.  The  com m un ic at i on   sc hem e  us ed  in  this  resear ch  was  a  broa dc ast   or   m esh  network   s o  that  ever y  rob ot  can  c omm un ic at e  directl y  to  oth ers  e v en  the  decisi on   will   be  m ade  by  le ader   only .  It  helpe d  wide ning   the  ra nge  beca us e  it   was  de fined   that  eve ry  fo ll ower  r obot  will   al ways  resen d  data  com e   from   oth er  fo ll ow e r   ti ll  it  r ecei ved   by leade r.   Use d  C omm un ic ation   Netw ork  S chem e o f  Mult i - Robot   as  sho w n i n Fi gure  2.           Figure  2 .   Use d C omm un ic at i on N et wor k  Sc hem e o f  Mult i - Robot       Fo r   com m un ic at ion   a nd  na vi gation  sh a rin g  necessit y,  the r e  wer e   create d  com e  pr eced ure  an d  data  form at   to  be  s ent  by  r obots   to  gro up.  Si nce   there   are   tw o  kind  of  f orm ation s   desi red,  proce dure   creat ed  al s o  hav e  d i ff e ren c es b et ween t he m .      2 . 1.   Par alel R obot   For ma tio n   In  pa ralel   f or m at ion ,   f ollow e r   r obots  will   m ov e   f orwa rd  by   fo ll owin g  le ader’s  t rack  be hind.   Paralel   form ation   is   eq ual  to   se qu e ntial   form at ion   w her e   r obots   m ov e  i n  a  strai ght   li ne.   This   f orm at ion   is  ver y  us ef ul   wh e n r obots  find a  narrow la ne.   The re  wer e  so m e p r ocedu res  to  d e fine  th e p a ralel  for m a ti on  as  foll ows :   1.   At  first ,  r obot  m ov e  by  us ing  wall   fo ll ow i ng  al gorithm   wh ic h  f ollo wing   a  righ t  wall   ba sed  on  efi ned   range  (3 cm  f r om   the w al l).   2.   If   le a der  r obot  fin d  a n  ob sta cl e  in  fro nt  of  it ,   it   will   sen d   E I M  data  to   ot he rs.   The n,  it   will   tur n  le ft  a nd   m ov e forw a r d un ti l data  B is  receive d.   3.   Fo ll ower   r obot   at   the  sec ond  po sit io n  will   stop  w he n  it   rec ei ve  an   E IM  da ta   for  a   m o m ent  ( delay   set ) ,   and m ov e agai n by wall   fo ll owin g on the  rig ht w al l.   4.   The  sec ond  r ob ot  will   send   I M  data  to  rob ot s  beh in d  it   w he n  fin d  a n  obst acl e  in  the  fro nt  (obstacl e  ca n  be  a lea der al s o) an d  m ake a t urn  to  left t he   fo ll ow t he  ri ght wall .   5.   If   t he  thir d  rob ot  fin d  a n  obsta cl e,  oth e rs  wi ll   be  sto pp e d.  I t  will   send  dat a  AEM  to   f our th  r obo t.  Othe r   beh a viou r  is e qual  to  le a der n   seco nd robot.   6.   Fo r  the  la st  robo t,  it   will   send   AE I  data  if  it  find   an  obsta cl e  and   the  m ak e  a  le ft  turn   a nd  sen d  BFJ  dat a   to all  robots.  T he next  proce dures  are  b ac k  t o  the  f ir st.   To  determ ine  m ov e m ent  ste ps   of  m ulti - ro bo t  above,   data  f or m at   wh ic h  know n  by  each   rob ot  ha ve  t o  be  desi gn e d.   T o  ease  the  proc edures,  data  form at  create d  as  si m ple  as  po ss ible  so   that  it   on ly   us es  a  strin g  or   char act e r  to  de fine  com m and s.  H oweve r,  com m and s  are  def i ned   by  sensor  input   conditi o n  ba sed  on   env i ronm ent.  As  desc ribe d  be fore,  se ns or  use d  co ns ist   of   ultraso und  to  def i ne  an  obst acl e  and   ra ng e   to  the  wall ,  a nd  com pass  us e   to   fi nd  rob ot  or ie nta ti on .   O n  t he  T able  1,   sho wn  m essages  c reted  t o  be  se nt  from   on e   to o t her r obots.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N: 20 88 - 8708     A   Multi - r obot  System  Co ordina ti on  Desi gn  and An alysis  on W all Foll ower Rob ot  …   ( A gung N ug r oho   Jati )   5101   Table  1.   C omm un ic at ion  and  Nav i gation P ro ce dure  of M ulti - Robot Pa ra le l For m at ion   ROB OT  1   ROB OT  2   ROB OT  3   ROB OT  4   MOV EM ENT   DATA   MOV EM ENT   DATA   MOV EM ENT   DATA   MOV EM ENT   DATA   RWF     RWF     RWF     RWF     AP4  FUZ ZY                 STOP                 SEND   EIM   RECEIV E   EIM   RECEIV E   EIM   RECEIV E   EIM   TURN  LE F T     STOP     STOP     STOP         DEL A Y     DEL A Y     DEL A Y     FORWAR D     RWF     RWF     RWF     STOP     AP4  FUZ ZY             ROB OT  1  S TOP   UNTIL  RECEIV E  D ATA   ‘B’   STOP             SEND   IM   RECEIV E   IM   RECEIV E   IM   TURN  LE F T     STOP     STOP         DEL A Y     DEL A Y     FORWAR D     RWF     RWF     RECEIV E   B   SEND   B   AP4  FUZ ZY         RWF     RWF     STOP         RECEIV E   AEM   RECEIV E   AEM   SEND   AEM   RECEIV E   AEM   STOP     STOP     TURN  LE F T     STOP     ROB OT  1  D AN 2  STOP  UNT IL  RE CEIVE  DA TA  ‘B F’       DEL A Y     FORWAR D     RWF     RECEIV E   BF   RECEIV E   BF   SEND   BF   AP4  FUZ ZY     RWF     RWF     RWF     STOP     RECEIV E   AEI   RECEIV E   AEI   RECEIV E   AEI   SEND   AEI   STOP     STOP     STOP     TURN  LE F T     ROB OT  1 ,  2, DA N 3 STO P H ING G A M ENE R IM A D ATA  ‘BFJ’   FORWAR D     RECEIV E   BFJ   RECEIV E   BFJ   RECEIV E   BFJ   SEND   BFJ   RWF     RWF     RWF     RWF         2 . 2 .  Seri al  Robo t  F orm at io n   Wh e n  r obots  de te ct   and   def in e  la rg er  area  wh ic h  is  fit  to  pu t  r obots  toge ther  in  a  row,  then  Mult i - Robot  syst e m   will   be  entered  the  serial   fo rm at ion   m od e.  In   this  m od e,  r ob ots  will   m ov e  f orward  to gethe r  in  a  sam e  ro w  a nd  in  eq ual  s pee d.  The   dif ficult   pro blem   is  wh en  rob ots  fi nd  ob sta cl e  or  wal l  in  f ront  of  th e m ,  so  that  they   hav e  to  m ake  a  turn.  But,  it   will   b e  def ine d  by  the  le ader   wh e r e  the  po sti on  is  near est   to  th e  right   wall . Pro ce dur es is dete rm ine d  as  foll ows:   1.   Wh e n  le ade r  r obot  detect s  a n  obsta cl e  or  wa ll   on  the   f ront,  it   w il l  stop  m ov e  at   a   m o m ent  an d  c heck  th e   le ft  side.  If   the   distance  is  m or e  tha n  10cm   to  the  second  rob ot,  it   will   s end   the  GI M  da ta   to  com m and  the sec ond rob ot to st op. Besi des, i t wil l al so sen d  E KM  dat a to st op the  ot her f ollow e r robo t.   2.   Soon   a fter  the se co nd  r ob ot  stop s ,  it   will   al so   check   t he  le ft side  an d  re peat   the  proce dure u se d  by  le ade r   rob ot.  St op com m and  is d e fi ned as  IO d at a.   3.   Me anwhil e, ro bo t  3 wil l al so   check i ts l eft si de  a nd se nd M  data to  r obot  4.   Data  flo w  f rom   pr oce dure  a bove  al so   ca n  be  sho wn   by  ta ble  2  bel ow .   Me anwhil e,  F igure  3  s how s   the f l ow pro ce ss and c omm u nicat ion   bet we en  le ade r  a nd  f ollow e r rob ots.       Table  2 . C omm un ic at ion  and  Nav i gation P ro ce dure  of M ulti - Robot Se ri al  Form ation   ROB OT  1   ROB OT  2   ROB OT  3   ROB OT  4   MOV EM ENT   DATA   GERKA N   DATA   MOV EM ENT   DATA   MOV EM ENT   DATA   RWF     RWF     RWF     RWF     AP4  FUZ ZY                 STOP                 SEND   GIM   RECEIV E   GIM   RECEIV E   GIM   RECEIV E   GIM   STOP     RWF     STOP     STOP     LE FT  SE NSOR  CHECK <  10  ?                 SEND   EKM   RECEIV E   EKM   RECEIV E   EKM   RECEIV E   EKM   STOP     STOP     RWF     STOP         CEK   S ENSOR   KIRI  < 10  ?                 SEND   IO   RECEIV E   IO   RECEIV E   IO       STOP     STOP     RWF             CEK   S ENSOR   KIRI  < 10  ?                 SEND   M   RECEIV E   M           STOP     STOP     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :    5098   -   5106   5102   S t a r t R a n g e   S e n s o r   D e t e c t i o n ( F r o n t   +   R i g h t ) F r o n t   O b j e c t ? F u z z y   C o n t r o l   P r o c e s s M o v e   F o r w a r d   ( R i g h t   W a l l   F o l l o w i n g ) I n f o r m a t i o n   S e n t   t o   O t h e r   R o b o t s S t a r t A n y   I n f o   R e c e i v e d ? T u r n   L e f t   ( 9 0 d e g ) M o v e   F o r w a r d   ( R i g h t   W a l l   F o l l o w i n g ) F r o n t   O b j e c t ? I n f o r m a t i o n   S e n t   t o   L e a d e r A n y   R e p l i e s ? F u z z y   C o n t r o l   P r o c e s s R a n g e   S e n s o r   D e t e c t i o n ( F r o n t   +   R i g h t ) E n d E n d              (a)              ( b)     Figure  3.   Flo w  Char t  of F or m at ion  Sc hem e (a)  Lea der Ro bot,  (b)  F ollo we r  Ro bot       2 . 3 .  M ov e men t  R obo t Contr ol   Gen e rall y,  rob ot  m ov es  by  grab bing  on  the   righ t  wall   or   com m on ly   kn own  as  rig ht  wa ll   fo ll ow in g  m et ho d.  It  is   a  kind  of  sim plest  m et ho d  t o  m ov e  a nd  c omm on ly   us ed   by  blind  m obil e  robo t  w hich  on ly   dep e nd  on  range  sens or.  To  def i ne  the  decisi on   to  m ov e,  fu zzy   log ic   sc hem e  is  designed  us in g  tw o  input  by   us in g   range  se ns or.  I t ca n be  sh ow n   on the   F igure  4   belo w.             Figure  4. F uzz y Lo gic D esi gn  (16)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N: 20 88 - 8708     A   Multi - r obot  System  Co ordina ti on  Desi gn  and An alysis  on W all Foll ower Rob ot  …   ( A gung N ug r oho   Jati )   5103   F f ar (x)  = { 1 , x ≥ 18 − 8 18 − 8 , 8 < < 18 0 , x ≤ 8               (1)     F near (x)  = { 1 , x ≤ 8 18 − 18 − 8 , 8 < < 18 0 , x ≥ 18               (2)     Fo rm ulati on s  a bove  is  def in ed   for  f ront  se ns or.  It  is  us ed  t o  m ake  a  decisi on  to  m ov e  or  st op.  O n  th e   oth e r  ha nd,  t he   rig ht  sens or  is   us e d  f or  de fin ing   t he  sp e ed  of   m oto rs  a nd  m ake  a  r obot  m ov ing   by  gra bb i ng   the  rig ht  wall .  Fu rt her m or e,  i n  the  fo ll owe r  rob ot,  it   can  be   us ed  f or   detect ing   the  oth e r   ro bot  on  their   righ t   side.  All val ue s ar e  de fine d  a s a r a nge in  ce nti m et ers.     R f ar ( x)  = { 1 , x ≥ 40 − 15 25 − 15 , 20 < < 40 0 , x ≤ 20               (3)       R mid (x)  =   {         1                         , = 15 − 5 15 − 5       , 5 < < 15 25 − 25 − 15       , 15 < < 25             0                         , 5 ≥ ≥ 25             (4)     R near (x)  = { 1 , x ≤ 5 15 − 15 − 5 , 5 < < 15 0 , x > 15               (5)     Figure   5   ab ov e  sh ows   the  de fu zzy ficat io n  resu lt   of  the  proces s.  It  giv e s  the  m oto r  spe ed  betwee n  rig ht an d  le ft in  orde r  to m ak e a r obot m ov e fo r ward b y f ol lowing the r i ght wall . I n  the r e su lt , it still  p rodu ce s  the  osc il la ti on   w hich  is  c use d  by  di ff e rent   dc  m oto rs  pro blem .  Def uz zy ficat ion   pro cess  is  ba sed   on  th e   fo ll owin g form ula.           Figure  5. F uzz y Lo gic Outp ut  Surf ace   ba sed   on T wo Se ns or  Inputs       ∗ =   Σ ( )   ×   ( )                   (6)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :    5098   -   5106   5104   3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   It  is  i m po rtant   to  te st  the  design e d  syst em   i n  orde r  to  kn ow  how  reli able   it   is.  Moreo ve r,   it   can  be   us e d  to  ve rify  the  syst e m   perform ance.  The r  are  s om e  par a m et ers  us ed  t o  m easur e  the  perform ance  of  the  syst e m .    First  of  al l,  w e  ha ve  te st  how  the   com m un ic at ion   can   c ov e r  c oor din at ion   betwee n  r obots.   Delay   par am et er  was   us e d  t o  know  how  good  t he  us e d  c omm un i cat ion   syst em   is.  Re su lt s  of  t he  m easur em e nt  ca n  be  seen  belo w.  Fo r  i nfor m at i on,  data  w as  s ent  al l  fr om   lead er  rob ot.   Ba sed  on  the  r es ult  sh ow n  in  T able  3 ,   delay   can  be  m ini m iz ed  by  us in g  tra ns fe r  rate  4000bps  on   the  c omm u nicat ion   syst e m .   Ho we ve r,   distance   betwee n  rob ot  al so   a ff ect s  t he  delay .  Ma xim u m   distance  of  data  tra ns fe r  is  9  m et ers  f or  this  ki nd   of  transceive r.   O n  the  oth e r  ha nd ,  if  we  ap plie d  20 00bps  of  t ran s fer   rate,  da ta   transf e r  pr oc ess  is  pro du c e  m or e   sta bili ty   and   the  var ia nce  of   de la ys  is  le ss.  At  so m e  po int,  it  can  be  us ed  m or e  tha n  9  m e t ers.   Re cei ve d  s ign al   stren gth   is   sti ll   in  the   ra nge   to  be  acce pte d  by  recei ver.   Re gar ding   to   the  e valuati on  of  com m un ic at ion   syst e m ,  we  m a ke  a  bo unda ry  of   t he  r obots  w orks pace  in  a  9  m et ers  rad iu s.   It  is  us e d  beca us e  the  le a der   r obot   hav e  to  broad c ast   the  info rm at ion   to  al l  ro bo ts  in  the  gr oup.  Ne ver th el ess,  ever y  r obot   sh ould  be  re c ei ved  inf or m at ion  from   le ader  ro bo t   to d e fine  their   m ov e m ents in t he  area .   The n,   it   has  be en  te ste d  how  r obots  e xec ute  their  c omm and   f ro m   le ader   rob ot.  It  is   s how n  on  t he  T able  4 ,  that   e ver y  r obot  in  the  gro up   m os tl y  execu te s   co m m and   accura te ly   based   on   r ecei ved   data.  It  can  be  con cl ud e d  that   al l   of   com m an d  from   le ader   can  be  receive d  by  fo ll ower  r obots  with out  err or,  so   that  f ollow e r   rob ots  can   e xe cute  them   accuratel y.   Mult i - rob ot  f or m at ion   ca n  be  est a bl ished  acc ordi ng  to  t he   e nvir on m ent   or   work s pace .   Group  of  r obots  will   m ov e  seq uen tl y  if  there  is  no   s pac e  fo r  rob ots  to  sta nd   side  by   side.   Leader  rob ot  will   be  on   th e  fron t  of  al l  rob ots  an d  f ollow   the  rig ht  wall .  On   the  oth e r  ha nd,  r obots  wil l  m ov e   side  by  side  if   there  is  a   la rg e   sp ace  betwe en   them .  Leader  rob ot  will   be  t r acked  the  wall   on  it s  rig ht  sid e  an d  fo ll ow  on it  wh il e ever y f ollo wer m ov es sid e b y si de.       Table  3 .   Delay  Testi ng Result   No .  Sa m p lin g   Rate   Tr an s m itt er   Ro b o t   1   Ro b o t   2   Ro b o t   3   Sen t data   Receiv ed  data   Delay   (s)   Receiv ed  data   Delay   (s)   Receiv ed  data   Delay   (s)   1   4 0 0 0  b p s   ABC   ABC   0 .15   ABC   0 .15   ABC   0 .15   2   4 0 0 0  b p s   ABC   ABC   0 .13   ABC   0 .13   ABC   0 .13   6   4 0 0 0  b p s   AB   AB   0 .13   AB   0 .13   AB   0 .13   7   4 0 0 0  b p s   AB   AB   0 .14   AB   0 .14   AB   0 .14   11   4 0 0 0  b p s   A   A   0 .12   A   0 .12   A   0 .12   12   4 0 0 0  b p s   A   A   0 .13   A   0 .13   A   0 .13   16   2 0 0 0  b p s   ABC   ABC   0 .19   ABC   0 .19   ABC   0 .19   17   2 0 0 0  b p s   ABC   ABC   0 .16   ABC   0 .16   ABC   0 .16   21   2 0 0 0  b p s   AB   AB   0 .2   AB   0 .23   AB   0 .23   22   2 0 0 0  b p s   AB   AB   0 .22   AB   0 .22   AB   0 .22   26   2 0 0 0  b p s   A   A   0 .22   A   0 .22   A   0 .22   27   2 0 0 0  b p s   A   A   0 .17   A   0 .17   A   0 .17   31   1 0 0 0  b p s   ABC   ABC   0 .7   ABC   0 .49   ABC   0 .49   32   1 0 0 0  b p s   ABC   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   38   1 0 0 0  b p s   AB   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   39   1 0 0 0  b p s   AB   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   Failed   Pack et  Los s   41   1 0 0 0  b p s   A   A   0 .2   A   0 .2   A   0 .2   42   1 0 0 0  b p s   A   A   0 .2   A   0 .2   A   0 .2       Table  4 .   R obot  Ex ec utio n  Tes t   Testin g   Nu m b e r   -   Ro b o t L eader   Ro b o t Follo wer   An n o tatio n   Sen d   Data   Sen t Data   Receiv e   Data   Receiv ed  Data   Mov e as sent co m m a n d   1   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   2   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   3   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   4   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   5   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   6   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   7   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   8   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   9   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y   10   Yes   Yes   Yes   Yes   Yes   Accuratel y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N: 20 88 - 8708     A   Multi - r obot  System  Co ordina ti on  Desi gn  and An alysis  on W all Foll ower Rob ot  …   ( A gung N ug r oho   Jati )   5105   4.   CONCL US I O N   On   t he  m ulti - ro bot  cases,  e ve ry  rob ot  in  th e  group  ca n  co m m un ic at e  in  order   t o  sh a re  inf or m at ion   betwee n  them  si m ultanoeousl y. It is  purpose d  to  m ake a  go od coor di natio n  f or e nv ir ontm ent ex pl or at i on or in   a  si m plifie d  case,  na vig at io n.   In   the  bigger  pur pose,  a  gro up  of  rob ots  can   exp lo re  an d  m app e d  the  unknow n  env i rontm ent q uicke r  tha n  si ngle  m ob il e rob ot.   In  our   case,   m ulti - rob ot  f or m at ion   ca n  be  e sta bli sh ed   acc ordin g  t o  the   e nv i ronm ent  or  w orks pace.   Group  of  r obot s  will   m ov e  se qu e ntly   if  there   is  no   sp ace  f or  rob ots  to  sta nd  side  by  side .  Leader   r obot  w il l  be  on  the  fron t  of   al l ro bots an d  f ollow  the  rig ht w al l. On  the  ot her  h a nd, ro bots wil l  m ov e si de  b y si de  if th ere is  a  la rg e   s pace  betwee n  t hem .   Leade r  rob ot  will   be  t rack e d  th e  wall   on  it s  rig ht  side   a nd  f ollo w  on  i t  wh il e   ever y  fo ll owe r m ov es side  by  side.   Ba sed  on  pe rfor m ance  te sti ng ,  form at io n  ca n  be  es ta blished  acc ur at el y  with out  er ror  on   com m un ic at ion .  T he  e rror  is  pro vid e d  by  fuzzy   ou t pu t  pro cess  w hich  is  c ause d  by  read  data  f ro m   ultrasoun d  sens or .   Mo re  s a m pling   ca n  re du ce   the   er ror  bu t  it   will   dri ve   m or e  exec ution  ti m e.  Fu rth erm or e,  c oord i natio n  tim e w il l need   longer  tim e and   delay .   Com m un ic at io n  proces s  bet ween   le a der   a nd   fo ll ower  robo t  use d  RF  433M Hz  trance iver  m od ule   with  rate  4000 bp s   in  order   t o  m ini m iz e  tran sm issi on   delay .  Ba sed  on   te st ,  there  was  no  pack et   l os s  un t il   th e   m axi m u m   distance  9  m et ers.   Packet  l os s  or  error  tra ns m iss i on   w ou l d  m ake  r obot  e xecu te   w ron g  c omm a nd  s o  that t he fo rm ation  c ould  not b e esta blishe d.   In   the  ne ar  f utu re ,  we  plan  t o  de velo p  m or e  pr oc ess  in  th e  m ulti - ro bot  schem es  su ch  as  colli sion  avo i dan ce   an d  ta sk   al locat i on.  It  will   be   pur posed  t o  gain  le ss   tim e   process   in  t arg et   or  desti nation  accom plish m e nt.  For  the  exam ple,  that  four   r obots  w il l  deter m ine  their  ta sk   inde pende ntly   based   on   inf or m at ion  shared  and t heir po sit io n  i n  the   m aze, and defi ne  eac h path  to  r eac h  the  tar ge t diff e re ntly .        REFERE NCE S   [1]   J.  Li u ,   K.  Yu a n,   W .   Zou   and   Q.  Yang,  "M onte   Ca rlo  Mult i - Robot  Local iz a ti on  Based   on  Grid  Cel ls  and   Chara c te rist ic Pa rti cles" ,   In te rnat ional   Conf ere nc e  on  Adv an ce d   I nte lligent Mecha tronic s,  2005 .   [2]   Ta tiy a   Padang   Tungga l ,   e t  al,  “ Purs uit   Algorit hm   for  Robot  T rash   Can  Based   on  Fuzz y - Ce ll   Dec om positi on” ,   Inte rnational   Jo urnal  of  El e ct ri cal   and  Computer  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,   Vol.   6,   No.  6,   De c ember  2016,   pp .   2863~2869.   [3]   K.H.  L ee,  First   Course  on  Fuz z y  The or y   and   Applicati ons,   Ber li n:   Spinger, 2005.   [4]   Adam s,  L.   Vig  and  J. A.,   "M ult i - Robot  Coal itio n  Form at ion" ,   IEE E  Tr ansacti o ns  on  Robot ic s ,  vol.   22,   no.   4,   p p.   637 - 649,   2006 .   [5]   FR Q  Aini,   AN   J at i ,   U  Sunar y a,   “ A  study   of  Mo nte   Car lo  Local i za t ion  on  Robot  Opera ti ng  S y s tem ”,   Inte rnationa l   Confe renc e  on   I nformation  Tech nology   S yste m a nd  Innov at ion  ( ICITSI) ,   Bandung,   2015 .   [6]   M.  Čáp,   P.  Nov ák,   A.  Kl ei n er  a nd  M.  Selecký,   "P riori ti z ed  Plan ning  Algorit hm s  for  Traje c tor y   Coordin at ion   of   Multi ple   Mobil e   Robots " ,   IEE E  Tr ansacti ons  on  Aut omation  Sc ience   and  Engi n eer ing ,  vol.   12,   no .   3,   pp.   835 - 849,   2015.   [7]   A.M.  Fatha n,   A.N.  Jati   and  R. E.   Sapu tra,  "M appi ng  Algori thm  Us ing  Ultr asonic   and  Co m pass  Sensor  on   Autonom ous  M obil e  Robo t, "  in   2016  Inte rnat io nal  Confe ren ce  on  Control,   El e ct ronics,   Re n ew able   En ergy   an d   Comm unic ati ons ( ICCER EC) ,   Ba ndung,   20 16 .   [8]   C. H.  Hs u  and  C. F.  Juang,   "M ult i - obj ective   C onti nuous -   Ant - Colon y - op ti m ize d  FC   f or  Robot   W al l - Following  Control " ,   I EEE  Computati onal I nte lligen ce Mag azine  ,  pp.   28 - 40 ,   2013 .   [9]   S.  Li ,   R.   Kong  and  Y.  Guo,  "Coopera ti v e  Distribut ed  Source   Seeki ng  b y   Multi pl e  Robots:  Algorit hm s  and   Expe riments" ,   I EE E/ASME   Tr ansacti ons on  M e chat ronics ,  vol .   19,   no .   6 ,   pp .   18 10 - 1820,   2014   [10]   L.   Luo,   N.  Chak rab ort y   and  K.  S y ca r a,   "P rova bl y - Good  Distribu te d  Algorit hm   for  Constrai ned  Multi - Robot  Ta s k  As signm ent   for  Grouped  Ta sks " ,   IEEE   Tr ansactions   on  Robotics ,  vol. 31, no. 1, p p.   19 - 30 ,   2015 .   [11]   A.  Marino,   G.  Antonel li,  A.P.  Aguiar ,   A.  Pasc oal   and  S.  Chiaverini,  "A   Dec ent ral i ze d  Stra te g y   for  Multi robo t   Sam pli ng/Pa trol l ing: The o r y   and   Expe riments " ,   I EE E   Tr ansacti o ns  on  Control  S yste ms   Techn olo gy ,  vo l.  23,   no.   1,   2015.   [12]   D.  P ana gou,   D. M.  Stipa novi c  a nd  P. G.  Voulga ris,   "D istri but ed   Coordina t ion  C ontrol   for  Mul ti - Robot  Network s   Us ing  L y apunov - Li ke  B arr ie r  Fu nct ions" ,   IE EE   Tr ansacti ons  on  Aut omatic  Cont rol ,  vol.   61 ,   no.   3,   pp.   617 - 632 ,   2016.   [13]   L.   Sa battini,  C.   Secc hi,   M.  Co ce t ti ,   A.  L evr atti  and  C.   Fantu zz i ,   "Im ple m ent at ion  of  Coordi nat ed  Com ple x   D y namic   Beh aviors   in  Mult irobo t  S y st ems " ,   IEEE  Tr ansacti ons  on  Robotics ,  vol. 31, no. 4, pp. 10 18 - 1032,   2015 .   [14]   A.P.  Suparno,   H .   W id y antara   an d  Hari ant o ,   "S i m ula si  Tra j ector y   Pl anni ng  dan   Pem bent ukan  Form asi  pada   Rob ot   Obs ta cl e   Avoida nce " ,   Journal   of Control  and  N etwor k  Syste ms ,   v ol.   4 ,   no .   1 ,   pp .   3 1 - 38,   2015 .   [15]   L.   Vig  and  J.A.   Adam s,  "M ult i - Robot  Coaliti on   Form at ion" ,   IE EE   Tr ansacti ons   on  Robotics,   v ol.   22 ,   no.   4,   p p .   637 - 649,   2006 .   [16]   W . B.   Xu,  X.P.  Li u,   X .   Chen  a nd  J.  Zha o ,   "Im prove d  Artificial   Mom ent   Method  for  Dec en tralized  Local   Pa t h  Planni ng  of   Mul ti robots" ,   I EEE  Tr ansacti ons on Control Sy st ems Tec hnology ,  vo l. 23, no. 6, pp. 23 83 - 2390,   2015 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :    5098   -   5106   5106   [17]   NT  Al - Ghifa r y ,   AN   J at i,   RE  Saputra ,   “ Coordina ti on  Contro l   of  Sim ple   Aut onom ous  Mobile   Robot” ,   IE EE  Inte rnational   C onfe renc e  on   Instrum ent ati on   Control  and   Aut omation ,   Yog y ak art a   –   Indone sia,  201 7.   10. 1109/ICA. 20 17. 8068420.   [18]   Siti   Nurm ai ni,   Bambang  Tut uko,   “ Inte ll ig ent   R oboti cs   Navigati on  Sy st em:  Pro ble m s,Met hods,  and  Algorit hm ” ,   Inte rnational   Jo urnal  of  El e ct ri cal   and  Computer  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,   Vol.   7,   No.  6,   De c ember  2017,   pp .   3711~3726.   [19]   SM   Mirza ei ,   M H  Moatt ar,   “ Opt imize d  PID   Control ler  wi th  Ba cteri a l  Foraging  A lgori thm ” ,   In te r nati onal  Journal   of  E le c tric al   and   Computer  Eng i nee ring ( IJE C E) ,   Vol .   5 ,   No.   6,   Dec ember  2015 ,   pp.   1372~1380.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.