I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1 ,   p p .   4 8 9 1 ~ 4 906   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijece . v 1 1 i 6 . pp 4 8 9 1 - 4 9 0 6          4891       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   A one de ca de sur v ey  of auto no mo us mo bile robo sy s tems       No o Abdu l K ha leq Zg ha ir,   Ahm ed  S.  Al - Ara j i   Co m p u ter E n g in e e rin g   De p a rtme n t,   Un iv e rsit y   o f   Tec h n o lo g y ,   Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 7 ,   2 0 21   R ev is ed   Ma y   4 ,   2 0 21   Acc ep ted   Ma y   1 7 ,   2 0 21       Re c e n tl y ,   a u to n o m o u m o b il e   ro b o ts   h a v e   g a i n e d   p o p u larity   in   t h e   m o d e rn   wo rld   d u e   to   t h e ir  re lev a n c e   t e c h n o l o g y   a n d   a p p li c a ti o n   in   r e a wo rld   situ a ti o n s.  Th e   g lo b a m a rk e fo r   m o b il e   ro b o ts  will   g ro sig n ifi c a n tl y   o v e th e   n e x 2 0   y e a rs.  Au to n o m o u s   m o b il e   ro b o ts  a re   fo u n d   in   m a n y   field s   in c lu d in g   i n stit u t io n s,  i n d u stry ,   b u sin e ss ,   h o s p it a ls,  a g ric u lt u re   a we ll   a p riv a te  h o u se h o ld s   fo r   t h e   p u r p o se   o f   imp r o v i n g   d a y - to - d a y   a c t iv it ies   a n d   se rv ice s.  Th e   d e v e lo p m e n o tec h n o l o g y   h a i n c re a se d   in   th e   re q u irem e n ts   fo m o b i le  ro b o ts  b e c a u se   o th e   se rv ice a n d   tas k p r o v i d e d   b y   th e m ,   li k e   re sc u e   a n d   re se a rc h   o p e ra ti o n s,   s u rv e il lan c e ,   c a rry   h e a v y   o b jec ts  a n d   so   o n .   Re se a rc h e rs  h a v e   c o n d u c ted   m a n y   wo rk o n   t h e   i m p o rtan c e   o ro b o ts,  t h e ir   u se s,  a n d   p ro b lem s.  Th is  a rti c le  a ims   to   a n a ly z e   t h e   c o n tro s y ste m   o f   m o b il e   ro b o ts  a n d   th e   wa y   r o b o ts h a v e   th e   a b il it y   o m o v i n g   i n   re a l - wo rl d   to   a c h iev e   th e ir  g o a ls.   It   sh o u l d   b e   n o ted   t h a th e re   a re   se v e ra l   tec h n o lo g ica l   d ire c ti o n in   a   m o b il e   ro b o t   in d u str y .   It  m u st  b e   o b se rv e d   a n d   in te g ra ted   s o   t h a t h e   ro b o f u n c ti o n s   p ro p e rly :   Na v i g a ti o n   sy ste m s,  lo c a li z a ti o n   s y ste m s,  d e tec ti o n   sy ste m (se n so rs)  a lo n g   with   m o ti o n   a n d   k in e m a ti c a n d   d y n a m ics   sy ste m s.   All  su c h   s y ste m sh o u ld   b e   u n i ted   t h ro u g h   a   c o n tro u n it t h u s,   th e   m issio n   o r   wo rk   o m o b il e   ro b o ts   a re   c o n d u c ted   with   re li a b il it y .   K ey w o r d s :   Au to n o m o u s   m o b ile  r o b o L o ca lizatio n   C o g n itio n   Mo tio n   p lan n in g   Nav ig atio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   No o r   Ab d u l K h aleq   Z g h air   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g   Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y   Al  Sen a’ a   St,  Al - W ah d a,   B ag h d ad ,   I r aq   E m ail:  1 2 0 0 4 0 @ u o tech n o lo g y . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   T o d ay ,   with   th e   in cr ea s in g   i n ter est  in   r o b o tics   s o   g lo b al,   th a p p r o ac h es  o f   m o b ile  r o b o ts   ar i n   s cien tific   r esear ch   f ield s   wh ich   ar r ap i d ly   g r o win g .   B ec au s o f   th eir   ca p ab ilit ies,  h u m an s   m ig h b e   s u b s titu ted   v ia  m o b ile  r o b o ts   in   v ar i o u s   f ield s .   W h ile  th e y   h av e   m an y   ap p licatio n s   s u ch   as  m ed ical  ca r e ,   p er s o n al  s er v ices,   en ter tain m en t,  in d u s tr ial  au to m atio n ,   em er g en cy   r escu e   o p e r atio n s ,   s u r v eillan ce ,   r ec o n n aiss an ce ,   c o n s tr u ctio n ,   g u id es  in ter v en tio n   in   ex tr em e   en v ir o n m e n ts ,   an d   s o   o n ,   also   with   v a r io u s   o th e in d u s tr ial  ap p licatio n s .   T h m ajo r ity   o f   th em   ar e   alr ea d y   p r o v id ed   i n   th m a r k ets.  I n   2 0 1 7 ,   s tu d y   co n d u cted   v ia  g lo b al  c o n s u ltan ts   Mc Kin s ey   ass u m ed   th at  b y   th y e ar   2 0 3 0 ,   th ir d   o f   USA’ s   e m p lo y ee s   m ig h b e   r ep lace d   v ia  r o b o ts   an d   au to m atio n .   Yet,   tim e lin es  m ig h t   b e   ch an g ed   v ia  e v en ts   s u ch   as  p an d em ics.  I n   2 0 2 0   th co r o n av ir u s   d is ea s ( C OVI D - 1 9 )   o u tb r ea k   s p ed   u p   th p r o ce s s   an d   o p en ed   u p   n e ch an ce s   o f   u s in g   au to n o m o u s   r o b o ts   an d   au to m atio n   in   m an y   i n d u s tr ial  s ec to r s .   r o b o is   au to n o m o u s   wh e n   it  h as  l ittl o r   n o   h u m an   in ter v en tio n   an d   its el f   is   ca p ab le  o f   d eter m in in g   t h ac tio n s   tak en   f o r   p er f o r m in g   task s ,   u tili zin g   p er ce p tio n   s y s tem s   wh ich   h elp   it  n a v ig ate.   Als o ,   it  r e q u ir es  a   co n tr o s y s tem   o r   co g n itio n   u n it  f o r   co o r d in atin g   all  s u b - s y s tem s   wh ich   in c lu d r o b o tics   [ 1 ] ,   in d icatin g   th at  r o b o ts   s h o u ld   b ca p a b le  o f   n av ig atin g   with   n o   d is r u p tio n s   an d   ca p ab ly   o f   av o id in g   o b s tacle s   in   th co n f in em en o f   m o v em en in   o u t d o o r   o r   in d o o r   en v ir o n m en ts   [ 2 ] .   I n   ad d itio n ,   en v ir o n m en m o d eli n g ,   r ec o g n itio n ,   p lan n in g   a s   w ell  as  m o tio n   h av e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J  E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 8 9 1   -   4 9 0 6   4892   b ee n   v ital  co m p o n en f o r   in tellig en s y s tem s ,   allo win g   th em   f o r   u n d er s tan d i n g   an d   p er ce iv in g   co m p lex   en v ir o n m en t similar   to   th wa y   h u m a n s   d o   a n d   r eliab l y   p er f o r m in g   task s   [ 3 ] .     An   ess en tial  is s u in   s tu d y in g   m o b ile  r o b o ts   is   r ev o l v in g   a r o u n d   th co n tr o s y s tem s   b ec a u s o f   th r eq u ir em e n o f   p in p o in tin g   it  in   d esig n   p h ase.   Als o ,   th f u n d am en tals   o f   m o b ile  r o b o ts   in clu d n av ig atio n ,   lo ca lizatio n ,   p e r ce p tio n ,   an d   p ath   p la n n in g ,   all  s u c h   s y s te m s   m u s b e   in teg r ate d   v ia   co n tr o s y s tem s ,   th u s   m o b ile  r o b o ts   h a v th ab ilit y   o f   p er f o r m in g   th eir   task s   u til izin g   b u ild in g   b lo ck s   as  c an   b s ee n   in   Fig u r 1   [ 4 ] .   T h m ain   aim   o f   th is   wo r k   is   p r o v id in g   an   o v er v iew  r el ated   to   co n tr o u n it  u tili ze d   in   m o b ile  r o b o ts .   T h e   s tu d y   is   p r o v id in g   a n   o v er v ie r eg ar d in g   r esear ch   r esu lts   in   d etec tio n   s y s tem s   ( s en s o r s ) ,   lo ca lizatio n   s y s tem s ,   p ath   p lan n in g   an d   n a v ig atio n   s y s tem s   o f   m o b ile  r o b o t.            Fig u r 1 .   B u ild in g   b lo c k s   o f   m o b ile  r o b o t c o n tr o l sch em e       2.   P E RCEP T I O SYS T E M   ( S E NSO RS)     R o b o p er ce p tio n   was  as s o ciate d   to   v ar i o u s   r o b o ts   ap p licatio n s   wh ich   in v o lv e   a rtif icia l   in tell ig ence / m a chi n lea rnin g   ( AI /ML )   ap p r o ac h es  a n d   s en s o r y   d ata  [ 5 ] .   s ig n if ican t   task   o f   a u to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts   o f   all  ty p es  wer g ain in g   k n o wled g r eg ar d i n g   its   en v ir o n m e n f o r   d etec t in g   o b jects  ar o u n d   it  o r   its   r elativ p o s itio n   an d   to   m ak d ec is io n s   ac co r d in g ly .   Per ce p tio n   is   m u s wh en   s tu d y in g   m o b ile  r o b o ts .   T h is   m ig h b d o n v ia  tak in g   m ea s u r em en ts   with   v ar io u s   s en s o r s   an d   af ter   th at  ex tr ac s ig n if ican in f o r m atio n   f r o m   m ea s u r em e n ts   o f   th ese  s en s o r s   [ 6 ] .   T h u s o f   s en s o r s   en ab les  task s   to   b ca r r ie d   o u t o   p o s itio n   an d   lo ca lize  r o b o ts .   T h ey   ar also   u s ed   to   m ap p in g   an d   r ep r esen tatio n   [ 1 ]   o b s tacle   r ec o g n itio n   [ 7 ] ,   o b ject  d etec tio n   [ 8 ] ,   s em an t ic  class if icatio n   o f   p lace s   [ 9 ] ,   g estu r an d   s p ee ch   r ec o g n itio n   [ 1 0 ] ,   r o ad   r ec o g n itio n   [ 1 1 ] ,   v eh icle  r ec o g n itio n   [ 1 2 ]   Ped estrian   r ec o g n itio n   [ 1 3 ]   an d   o b ject  tr ac k in g   [ 7 ] .   Ho wev er ,   wh en   th m o b ile   r o b o ca n n o p r o p er ly   an d   ef f icien tly   o b s er v th e n v ir o n m en t,   p er f o r m in g   task s   s u ch   as   ac cu r ately   lo ca tin g   a n   o b ject  ca n   b ec o m p r o b lem .   T o   att ain   th is ,   th in f o r m ati o n   is   r ea lized   u s in g   s en s o r s   an d   o th e r - r eg a r d in g   d ev ices  [ 2 ] .   T y p ically ,   th m ajo r   co m p o n en ts   r elate d   to   p er ce p tio n   s y s tem   ar alg o r ith m s   f o r   m a chi n lea rn in g   ( ML ) ,   d ata  p r esen tatio n   ( e n v ir o n m e n m o d elin g )   an d   s en s o r y   p r o ce s s in g ,   as  s h o wn   in   Fig u r 2   [ 5 ]   wh er e   th p r esen ted   s tu d y   is   p r o v id in g   th m ajo r   s en s o r s   u tili ze d   in   m o b ile  r o b o ts .       2 . 1 .     Sens o t y pes   f o m o bil ro b o t s   T h er ar lo o f   s en s o r s   th at  m ig h b u tili ze d   in   m o b ile  r o b o ts   f o r   co llectin g   d ata.   f ew  s en s o r s   wer u tili ze d   f o r   m ea s u r in g   s im p le  q u an titi es  lik r o b o t’ s   in ter n al  tem p er atu r o r   m o to r s   s p ee d .   Als o ,   ex tr co m p lex   s en s o r s   m ig h b u tili ze d   f o r   co llectin g   in f o r m atio n   r eg ar d in g   th en v ir o n m en o f   r o b o ts   o r   m ea s u r in g   ( d ir ec tly )   th g lo b al  p o s itio n   o f   r o b o ts   [ 6 ] .   B asically ,   r o b o ts   wer d ev elo p ed   f o r   wo r k in g   in   two   ty p es  o f   en v ir o n m en ca teg o r ies:   o u td o o r s   an d   in d o o r s .   T h u s ,   s en s o r s   ar d if f er en tly   u s ed   b ased   o n   en v ir o n m en t,  an d   th u s   th s en s o r y   d ata  wh ich   m u s b p r o ce s s ed   v ia  th s en s o r   s y s tem   is   n o th s am f o r   o u td o o r   an d   in d o o r   s ce n ar io s   [ 5 ] .   T h s en s o r s   u tili ze d   in   d ata  ac q u is itio n   wer d iv id ed   in to   two   im p o r tan f u n ctio n al  ax es:  [ 1 ] [ 6 ] .   First  is   p r o p r io ce p tiv o r   ex ter o ce p tiv s en s o r s ,   th s ec o n d   is   p ass iv o r   ac tiv s en s o r s .   Pro p r io ce p tiv s en s o r s   ( in ter n al  s tate) r ea d   v alu es  with in   th s y s tem   ( r o b o t) ,   s u ch   as:  m o to r   s p ee d ,   b atter y   v o ltag e,   wh ee p o s itio n ,   h in g an g le  o f   th r o b o ar m   an d   s o   o n ,   s u ch   s en s o r s   m ig h b co m p ass es,  p o ten tio m eter s ,   en co d er s ,   g y r o s co p es  an d   s o   o n .   E x ter o ce p tiv s en s o r s   ( ex ter n al  s tate) wer u tili ze d   f o r   ex tr ac tin g   in f o r m atio n   f r o m   r o b o t' s   en v ir o n m en t.  So m ex am p les  o f   ex ter o ce p tiv s en s o r s d is tan ce   m ea s u r em en ts ,   s o u n d   am p litu d e,   an d   lig h in ten s ity .   Pas s iv s en s o r s   m ea s u r th e   en er g y   o f   th en v ir o n m en en ter in g   th s en s o r ,   s u ch   as  m icr o p h o n es,  to u ch   s en s o r s ,   tem p er atu r s en s o r s ,   C o m p lem en tar y   m etal  o x id s em ico n d u cto r   ( C MO S)  ca m er as  an d   s o   o n ,   s u ch   s en s o r s   wer ad eq u ate  to   s p ec if ics  an d   s u cc ess   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   o n d ec a d s u r ve o a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o t sys tems   ( N o o r   A b d u l Kh a leq   Zg h a ir )   4893   au to n o m o u s   m o b ile  r o b o d esig n   [2 ] [ 6 ] .   On   th o p p o s ite,   ac tiv s en s o r s   ar p r o v id in g   th eir   en er g y   to   en v ir o n m en an d   af ter   th at  m ea s u r in g   th en v ir o n m en t’ s   r esp o n s e.   Sin ce   ac tiv s en s o r s   h av th ab ilit y   o f   co n tr o llin g   f u r th er   co n tr o lled   in ter ac tio n s   with   en v ir o n m en t,  th en   th ey   ar f r eq u en tly   wo r k in g   ex ce llen tly .   Ma n y   r is k s   ar s h o wn   v ia  ac tiv d etec tio n th o u tp u en er g y   m ig h b af f ec tin g   th p r o p er ties   wh ich   m ig h b m ea s u r ed   v ia  th s en s o r s   [ 6 ] .   Yet,   ac tiv s en s o r s   m ig h b s u f f er in g   f r o m   in ter f er en ce   f r o m   its   en v ir o n m en an d   its   s ig n al.   So m in s tan ce s   o f   ac tiv s en s o r s   wer r ad ar s ,   u ltra s o n ic  s en s o r s ,   s o n ar s ,   laser   r an g ef in d er s   an d   s o   o n .   T ab le  1   s h o ws  class if icatio n   r elate d   to   th m o s s ig n if ican s en s o r s   ty p es  u tili ze d   f o r   au to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts   [ 2 ] .             Fig u r 2 .   Vital  m o d u les o f   c o m m o n   r o b o p er ce p tio n   s y s tem       T ab le  1 .   Sen s o r   s y s tem   class if icatio n   C l a s si f i c a t i o n   S e n s o r   s y st e m   C a t e g o r y   ( p p ,   E p ,   A ,   p )   F u n c t i o n s   Ta c t i l e   s e n s o r s   C o n t a c t   sw i t c h e s ,   b u m p e r s.   O p t i c a l   b a r r i e r s   N o n - c o n t a c t   P r o x i mi t y   se n so r s   Ep ,   P     Ep ,   A     Ep ,   A   Th e y   a r e   d e s i g n e d   t o   s e n s e   a n d   d e t e r m i n e   t h e   e x a c t   p o s i t i o n   o f   a n   o b j e c t   a t   a   s h o r t   d i s t a n c e   v i a   d i r e c t   p h y s i c a l   c o n t a c t .   Th e y   a r e   a l s o   u sed   t o   d e t e c t   h e a t   v a r i a t i o n s.   W h e e l   En c o d e r s   O p t i c   M a g n e t i c   P p ,   A   I t   h e l p t o   me a su r e   t h e   d i s t a n c e   o r   s p e e d   t h e   r o b o t   h a s   d r i v e n .   T h e   w h e e l   e n c o d e r s   a l s o   c o u n t   t h e   r e v o l u t i o n s   o f   e a c h   w h e e l   a n   o r i e n t a t i o n .   O p t i c a l   s e n s o r   I n f r a r e d   Li d a r   Ep ,   A   Ep ,   A   Th e s e   a r e   l i g h t - b a se d   se n so r s   w h i c h   p r o d u c e r a n g e   e st i mat e   b a s e d   o n   t h e   t i m e   n e e d e d   f o r   t h e   l i g h t   t o   r e a c h   t h e   t a r g e t   r e t u r n .   H e a d i n g   se n so r   G y r o sc o p e   Pp   i t   i a   r e l i a b l e   r o t a t i o n   se n s o r   t h a t   mea s u r e a n g u l a r   v e l o c i t i e s a n d   o r i e n t a t i o n .   V i si o n - b a s e d   sen s o r s   C C D / C M O S   C a mer a   Ep ,   P   Th e s e   se n so r s   o f f e r   a   v a s t   s u m   o f   i n f o r mat i o n   a b o u t   t h e   e n v i r o n m e n t   a n d   e n a b l e s   i n t e l l i g e n t   i n t e r a c t i o n   i n   d y n a mi c   e n v i r o n m e n t s.   A c t i v e   r a n g i n g   sen s o r s   U l t r a s o n i c   La ser ra n g e f i n d e r   O p t i c a l   t r i a n g u l a t i o n   Ep ,   A   Ep ,   A   Ep ,   A   A c t i v e   r a n g i n g   se n s o r a i d   r o b o t   n a v i g a t e   a n d   u s u a l l y   o r i g i n a t e   a p a r t   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   a n d   e n v i r o n m e n t a l   mo d e l l i n g .   T h e y   a r e   d e v i c e t h a t   g e n e r a t e h i g h l y   p r e c i se   d i s t a n c e   me a s u r e me n t   b e t w e e n   se n s o r   a n d   t a r g e t .   W h e r e ,   A   i s m e a n s a c t i v e ;   P   i s   me a n p a ss i v e ;   P p   i s m e a n p r o p r i o c e p t i v e ;   Ep   i s m e a n e x t e r o c e p t i v e .       3.   L O CAL I Z AT I O SYS T E M   I n   r ec en y ea r s ,   s y s tem s   f o r   th lo ca lizatio n   an d   f o r m atio n   o f   r o b o ts   h av e   b ee n   o f   p a r ticu l ar   in ter est  in   m o b ile  r o b o ts   [ 1 4 ] .   Fo r   r o b o ts   to   m o v ef f icien tly ,   it  s h o u ld   h av th ab ilit y   o f   d ete r m i n in g   its   p o s itio n   in   th wo r k p lace .   T h b est - k n o w n   lo ca lizati o n   m eth o d   is   th g l o b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( GPS).   I n   th ca s wh en   ac cu r ate  GPS  s y s tem   m ig h b in s talled   o n   r o b o ts ,   th lo ca t io n   p r o b lem   m ig h b s o lv e d .   Ho wev er ,   th e r ar e   s o m lim itatio n s   s u ch   as  h ig h   co s t,  p o wer   co n s u m p tio n ,   a n d   lar g s ize  th at  m ak th is   m eth o d   d if f icu lt  to   u s e   r eg u lar ly .   I n   ad d itio n ,   GPS  ca n n o b u s ed   f o r   in d o o r   en v i r o n m en ts   o r   in   o b s tr u cted   ar e as  an d   th er ef o r b lim ited   in   th ei r   wo r k s p ac e,   an d   f u r th er   s u ch   s y s tem   is   n o t   c u r r en tly   av ailab le   o r   n o t   s u f f i cien tly   ac cu r ate   to   wo r k   with   [ 1 ] [ 1 4 ] .   Glo b al   lo ca lizatio n ,   alo n g   with   p er ce p tio n ,   is   cu r r e n tly   t h m ai n   p r er eq u is ite  f o r   n av ig atin g   an d   co n tr o llin g   m o b ile  r o b o ts .   I n   th ca s wh en   ju s cu r r e n s en s o r   d ata  b ased   o n   p r ev io u s ly   lear n ed   m ap   wer u tili ze d ,   th lo ca tio n   r elate d   to   m o b ile   r o b o ts   m ig h b esti m atin g   th ac cu r ate   p o s itio n   r eg ar d in g   m o b ile  r o b o ts .   T h u s ,   th s en s o r s   ( p er ce p tio n   s y s tem )   wer v ital  in   lo ca lizatio n .   An y   ac cu r ac y   o r   s en s itiv ity   r elate d   to   th e   s en s o r   af f ec tin g   t h r o b o t’ s   lo ca tio n   [ 1 5 ] .   Fig u r e   3   s h o ws  t h Ge n er al  Sch em atic  f o r   m o b ile  r o b o t lo ca lizatio n   [ 6 ] .     Fin lo ca lizatio n   is   u s ef u f o r   v ar i o u s   task s   lik d esti n atio n   tr ac k in g ,   p ath   p lan n in g   a n d   tr a f f ic  co n tr o l.  T h er ef o r e,   th e   co m p l ex   p ar r elate d   to   lo ca lizatio n   was  esti m atin g   th o r ien tati o n   an d   p o s itio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J  E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 8 9 1   -   4 9 0 6   4894   r o b o ts   th at   m ig h b u tili ze d   f o r   o b tain in g   in f o r m atio n   f r o m   th s en s o r s   as  we ll  as  o th er   s y s tem s .   I n   an y   ca s e,   co n tr o s y s tem s   ar also   p lay i n g   r o le.   I n   th e   ca s wh en   r o b o ts   wan to   r e ac h   a   s p ec if ic  p lace ,   it  r eq u ir es  m o d el  o r   m ap   r elate d   to   th s u r r o u n d i n g s ,   th u s   it  m ig h b e   p lan n in g   its   way   to   d esti n atio n ,   in d icatin g   th at   lo ca lizatio n   was  o n o f   t h b r o ad   p r o b lem s   wh ich   in v o lv es  n o ju s ev alu atin g   t h ab s o lu t p o s itio n   o f   r o b o ts   o n   ea r th ,   y et  also   cr ea te  m ap   an d   d eter m in th p o s itio n   o f   r o b o t r elat iv to   th m a p   [ 1 ] [ 2 ] [ 1 5 ] .   T o   tack le  s u ch   p r o b lem s ,   t h lo ca lizatio n   a p p r o ac h es  wer d iv id ed   in to   two   ca te g o r ies  f o r   d eter m in in g   t h p o s o f   r o b o ts ab s o lu te  an d   r elativ l o ca lizatio n   ap p r o ac h es.  I n   r elativ lo ca lizatio n   ap p r o ac h es  m ea s u r in g   th o r i en t atio n   an d   p o s itio n   o f   m o v i n g   r o b o ts   th r o u g h   co m b in in g   d ata  f r o m   v ar io u s   s en s o r s .   I n   ad d itio n ,   th in te g r atio n   s tar ts   f r o m   in itial  p o s e. g . ,   P 0   [ 0 ,   0 ,   0 ] ,   a n d   is   u p d ated   r eg u lar l y   o v e r   tim wh en   t h r o b o t   is   m o v in g .   W h ile  in   ab s o lu te   lo ca li za tio n   tech n i q u es;  in s tead   o f   tr ac k in g   th e   p o s in cr em en tally ,   a   m o b ile  r o b o m ig h b e   s ea r ch in g   f o r   its   lo c atio n   d ir ec tly   f r o m   its   en v i r o n m en o r   ass u m ab le   ex ac m ap   o r   k n o wn   a r ea .   Usu ally ,   s u ch   tech n iq u es  a r b ased   o n   m a p   s im ilar ity ,   p ass iv o r   ac tiv lan d m ar k s   an d   n av i g atio n   b ea co n s   [ 1 6 ] .   On   th o th er   h a n d ,   th er is   lo o f   r esear ch   b ein g   d o n r e g ar d i n g   th e   lo ca lizatio n   o f   m o b ile  r o b o t in d o o r s   an d   o u td o o r s .   E x te n s iv g lo b al  in d o o r   l o ca lizatio n   s tu d ies  wer ca r r ied   o u t,  wh ich   m ig h b e   d iv id e d   in to   th r ee   ca teg o r ies   f r o m   s en s o r   v iewp o i n t:  v is io n - b ased   lo ca lizatio n ,   laser - b ased   lo ca lizatio n ,   an d   wir eless   lo ca l a r ea   n etwo r k   ( W L AN)   b ased   lo ca lizatio n .   W L AN  b ased   lo ca lizatio n   is   im p lem en tin g   th p r o ce s s   o f   lo ca lizatio n   v ia  co m b in in g   s ig n al  p r o p ag atio n   m o d el  an d   ex p er ien c test   b ased   o n   in f o r m atio n   f r o m   ea ch   o n o f   th n etwo r k   n o d es.  On   th co n tr ar y ,   laser - b ased   lo ca lizatio n   was  m o r r o b u s t,  wh er B ay esian   f ilter in g   was  u tili ze d   f o r   co n v er tin g   m o b ile  r o b o t’ s   lo ca lizatio n   in to   p r o b lem   o f   ev alu atin g   th p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   b ased   o n   g r id   m ap s .   I n   ter m s   o f   v is io n - b ased   lo ca lizatio n ,   im ag es  m ig h t b p r o v id in g   th o r o u g h   v is u al  in f o r m atio n   lik co lo r   tex tu r es  an d   g eo m etr ic  elem en ts .   Als o ,   v is io n - b ased   lo ca lizatio n   was m ajo r ly   u tili ze d   f o r   in d o o r   lo ca lizatio n   d u to   its   ea s o f   u s an d   lo co s ts   [ 1 5 ] .   W h ile,   in   o u td o o r s   h av ir r eg u lar   s h ap es  an d   v ar iatio n s   o n   g eo m etr y   an d   lig h tin g   d u to   wea th er   co n d itio n s .   As  r esu lt,  en v ir o n m en tal  in s ec u r ity   is   r elativ ely   h ig h .   T h er ar m an y   co m p lex   s tu d ies  f o r   au to n o m o u s   n av ig atio n   o f   m o b ile  r o b o in   o u td o o r   [ 1 7 ] ,   f o r   ex am p le:  co m b in atio n   r elate d   to   GPS  an d   I MU   [ 1 8 ] ,   o d o m etr y   cu r b   f u n ctio n s   an d   in f o r m atio n   o n   th d if f er en tial  g lo b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( DGPS)  [ 1 7 ] ,   VI Z AR [ 1 9 ]   an d   f aster   r eg io n al  co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( f aster   R - C NN )   [ 2 0 ] .   Fin ally ,   r ep r esen tatio n   was  o n o f   th f u n d am en tal  p r o b lem s   f o r   m ap - b ased   lo ca lizatio n   s y s tem .   Ov er   th y ea r s ,   v ar io u s   m ap   p r esen tatio n   ap p r o ac h es we r d esig n ed   in   liter atu r wh ich   wer u tili ze d   in   r o u te  p lan n in g .   Ho wev er ,   th r esear ch   is   s till   o n g o in g .   T h m ain   f ea tu r es  o f   th r ea l - wo r ld   ar p o o r ly   r ep r esen ted   o n   wo r ld   m ap s   b ec au s th r ea l - wo r ld   is   d y n am ic  an d   r ea o b s tacle s   m ig h m o v e.   T h er ef o r e,   m eth o d s   ar r eq u ir ed   f o r   id en tify in g   an d   d is tin g u is h in g   m o v in g ,   s tatic  an d   p er m an en t o b s tacle s   [ 1 ] [ 6 ] [ 14 ] [ 16] .     3 . 1 .     M a re presenta t io   T h er is   h ig h   im p o r tan ce   in   in d icatin g   th at  th m ap   r ep r esen tatio n   is   in f lu en cin g   th co m p u tatio n al  co m p lex ity   r elate d   to   r ea s o n in g   ab o u m ap p in g ,   n av ig atio n ,   an d   lo ca lizatio n .   T h r o b o m u s r ep r esen two   s p ec if ic  co n ce p ts r ep r esen tatio n   ( m o d el)   o f   an   en v ir o n m en o r   m ap   as  well  as  asp ec ts   r eg ar d in g   en v ir o n m en co n tain ed   in   th m ap .   T h ac cu r ac y   o f   th p o s itio n   d is p lay   is   o f ten   lim ited   b y   th ac cu r ac y   o f   th m ap   d is p lay .   I n   an y   ca s e,   wh en   s elec tin g   p a r ticu lar   m ap   r ep r esen tatio n ,   th r ee   b asic  r elatio n s h ip s   m u s b u n d er s to o d   [ 6 ] [ 1 6 ] :     T h m ap s   ac cu r ac y   s h o u ld   b m atch ed   b y   th ac cu r ac y   with   wh ich   r o b o ts   s h o u ld   b ac h iev th eir   task s .     T h m ap s   ac cu r ac y   an d   th ty p o f   o b jects d is p lay ed   s h o u ld   b m atch e d   b y   th ty p an d   ac cu r ac y   o f   d ata  r etu r n ed   v ia  th s en s o r s   o f   th r o b o t.     T h m ap s   r ep r esen tatio n   co m p lex ity   h as  d ir ec ef f ec o n   th co m p u tatio n al  co m p lex ity   th at  is   r elate d   to   th co n s id er atio n s   f o r   n av ig atio n ,   lo ca lizatio n ,   an d   m ap p in g .   I n   all  ca s es,  t h m ap s   m ig h b in tellig en tly   r ep r esen tin g   th o b ject’ s   p h y s ical  lo ca tio n   with   n o   r ef er en ce   to   th eir   elasticity ,   co lo r ,   tex tu r e,   o r   an y   co m p ar ab le  s ec o n d ar y   p r o p er ty   wh ich   is   n o d ir ec tly   ass o ciate d   to   s p ac an d   p o s itio n .   Fo r   th ese  r ea s o n s ,   r o b o ts   ar r eq u ir in g   n o n v is u al  r ep r esen tatio n   r elate d   to   th m ap   wh ich   it  m ig h s to r in   its   m em o r y .   Als o ,   th er wer two   ap p r o ac h es  o f   s to r in g   m ap s d is cr ete  m ap s   ( g r id   m ap s )   an d   co n tin u o u s   m ap s   [ 2 1 ] .   g o o d   ex am p le  is   co n tin u o u s   lin e - b ased .   W h er ein   co n tin u o u s   m ap   v iew  in clu d es  s et  o f   in f in ite  o r   f in ite  lin es  ap p r o x im atin g   r ea l - wo r ld   en v ir o n m en tal  lin es  b ased   o n   2 - s lice  o f   th wo r ld .   No te  th at  th o n ly   en v ir o n m en tal  o b jects  th at  ap p ea r   o n   th m ap   ar s tr aig h lin es,  f o r   ex am p le  alo n g   walls  an d   at  co r n er s .   T h is   is   n o ju s s am p lin g   r elate d   to   r ich est  elem en ts   o f   r ea l - wo r ld ,   y et  also   s im p lific atio n ,   as  th r ea wall  m ig h h av tex tu r an d   r elief   wh ich   is   n o r ef lecte d   in   d r awn   lin e.   Mo r eo v er ,   p r ac tical  im p lem en ted   ab o u lin f o llo wer   r o b o ca n   b f o u n d   in   [ 2 2 ] .   Fu r th er m o r e,   f o r   s im p licity ,   th m ap   v iew  ca n   also   b m in im ized   b y   g en er al  d ec o m p o s itio n .   L ik ex ac ce ll  d ec o m p o s itio n .   T h is   m eth o d   was  d ev elo p ed   to   m in im ize  th am o u n o f   ex ce s s   len g th wis m o v em en b y   co m b in in g   n ar r o ce lls   in to   o n ce ll.  T h is   m eth o d   p r o v id es  d ec o m p o s itio n   v ia  s elec tin g   b o u n d ar ies  b etwe en   d is cr ete  ce lls   b ased   o n   g eo m etr ic  cr iticality .   T h r o b o t’ s   ca p ab ilit y   f o r   m o v in g   f r o m   an y   ar ea   o f   f r ee   s p ac to   ad jace n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   o n d ec a d s u r ve o a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o t sys tems   ( N o o r   A b d u l Kh a leq   Zg h a ir )   4895   ar ea s   is   im p o r tan t.  T h v iew  m ig h b v er y   co m p ac s in ce   ea ch   ar ea   is   ef f ic ien tly   s to r ed   as  s ep ar ate  n o d e,   wh ile  th m ajo r   ass u m p tio n   b eh in d   s u ch   d ec o m p o s itio n   is   th at  th r o b o t’ s   p r ec is p o s itio n   in   an y   f r ee   s p ac r eg io n s   is   ir r elev an t,  m o r d etail  ab o u ex ac t c ell  d ec o m p o s itio n   ca n   b f o u n d   in   liter atu r [ 6 ] [ 2 3 ] .   T h ex ac t   de co m p o s itio n   d ep en d s   o n   th s p ec if ic  o b s tacle s   r eg ar d in g   f r ee   s p ac an d   en v ir o n m en t.  I n   th ca s wh en   it  was e x p en s iv o r   an o n y m o u s   f o r   co llectin g   s u ch   in f o r m atio n ,   th is   ap p r o ac h   n o t f ea s ib le.   T h er ef o r e,   th ex ac d ec o m p o s itio n   is   n o o f ten   s u itab le.   An o th e r   o p tio n   was  f ix ed   d ec o m p o s itio n   ( ap p r o x im ate  d ec o m p o s itio n   o f   ce lls ) ,   in   wh ich   th co n tin u o u s   r ea en v ir o n m en is   co n v er ted   in to   d is cr ete  ap p r o x im atio n   f o r   th m ap .   E ac h   ce ll  was  ass ig n ed   v alu th at  r ef er s   to   th lik elih o o d   th at  th ce ll  will  b o cc u p ie d .   th r esh o ld   ca n   th en   b ap p lied   to   th o cc u p an cy   g r id   to   d ef in th m in im u m   r eq u ir ed   p r o b ab ilit y   th at  ce ll is   o cc u p ied   in   [ 2 4 ] .   Fix ed   ex p an s io n   s h o ws  wh at  o cc u r s   to   f r ee   ar ea s   an d   o b s tacle s   th r o u g h o u s u ch   tr an s f o r m atio n .   Per h ap s   th m o s wid ely   u s ed   an d   p o p u lar   m ap   d is p lay   m eth o d   in   m o b ile  r o b o tics   is   f ix ed   d ec o m p o s itio n .   I is   u s ef u b u in co m p lete  d u to   its   im p r ec is n atu r e.   W ith   th is   ch an g e,   it  ca n   lo s n ar r o p ass ag es.  An o th er   ap p r o ac h   is   ad ap tiv ce ll  d ec o m p o s itio n ,   also   k n o wn   as  th o cc u p an cy   g r id   r ep r esen tatio n .   I is   p o wer f u m eth o d o lo g y   o f   s o lv in g   p h y s ical  s y s tem s   b ased   o n   p ar tial  d if f er en tial  eq u atio n s .   Su ch   tech n iq u es  o f f er   s ig n if ican r ed u ctio n   in   co m p u tatio n   an d   d is cr etiza tio n   tim es,  f o r   d etail  s ee   [ 2 5 ] .   I n   wh ich   th en v ir o n m en was s p ec if ied   v ia  d is cr ete  g r id ,   s u ch   tech n iq u is   o f   s p ec if ic  v alu in   th ca s wh en   th r o b o is   eq u ip p ed   with   d is tan ce - b ased   s en s o r ,   s in ce   d is tan ce   v alu es  r eg ar d in g   ea ch   o n o f   th s en s o r s   co m b in ed   with   r o b o t’ s   ab s o lu te  p o s itio n   m ig h b d ir ec tly   u tili ze d   f o r   u p d atin g   em p ty   o r   f illed   v alu r eg ar d in g   ea ch   o n o f   th ce lls .   Fig u r 4   s h o ws  all  m ap   r ep r esen tatio n   m eth o d s .   Pro b ab ilis tic  m eth o d s   ar d if f er in g   s in ce   th ey   ar ex p licitly   id en tify in g   p r o b ab ilit ies with   p o s s ib le  r o b o p o s itio n s .   T h er ef o r e,   th r ec en s t u d y   is   f o cu s in g   o n   p r o b ab ilis tic  lo ca lizatio n   ap p r o ac h es  [ 2 6 ] .   s et  o f   m eth o d o lo g ies  h av b ee n   p r o p o s ed   as  f o llo ws:   k alm an   f ilter   lo ca lizatio n ,   m ar k o v   lo ca lizatio n ,   Mo n te  C ar lo   lo ca lizatio n ,   r o u te - b ased   lo ca lizatio n ,   p o s itio n in g   b ea co n   s y s tem s ,   g lo b ally   u n iq u lo ca lizatio n ,   lan d m ar k - b ased   n av ig atio n ,   th s to ch asti m ap   tech n iq u e,   au to n o m o u s   m ap   b u ild in g ,   d y n am ic  en v ir o n m en ts ,   an d   cy clic  en v ir o n m en ts .   T h tech n iq u es  an d   alg o r ith m s   wer th o r o u g h ly   ex am in ed   ar p r o p o s ed   in   [ 6 ] [ 24 ] - [ 2 6 ] .           Fig u r 3 .   Gen e r al  s ch em atic  f o r   m o b ile  r o b o t lo ca lizatio n   [ 6 ]           Fig u r 4 .   Ma p   r ep r esen tatio n   t ec h n iq u es ( c o n tin u o u s   lin e - b a s e,   ex ac t c ell  d ec o m p o s itio n ,   a p p r o x im ate  ce ll  d ec o m p o s itio n   an d   a d ap tiv c ell  d ec o m p o s itio n )   r esp ec tiv el y   [ 6 ]             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J  E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 8 9 1   -   4 9 0 6   4896   4.   CO G NIT I O N,   P A T H ,   T RA J E CT O RY  T RACK I NG ,   AND  M O T I O P L AN NING   I n   co m m o n ,   r o b o t’ s   co g n itiv d esig n   s h o u ld   b p lan n in g   th p ath   wh ich   m u s t b tak in g   v ia  th r o b o f o r   r ea lizin g   th d esti n atio n .   I n   th is   m an n er ,   th r o b o t’ s   co g n itiv lev el  is   d ec is io n   m ak in g   as  well  as  th ex ec u ti o n   p ar wh ich   is   u s ed   b y   th r o b o f o r   r ea lizin g   h ig h   lev el  g o als  with   n o   co llap s o r   co llid with   o b s tacle s   av ailab le  in   its   way   o r   en v ir o n m en [ 2 7 ] .   Mo r eo v er ,   th ca p ac ity   o f   th r o b o to   ac b ased   o n   its   in f o r m atio n   an d   th d ata  f r o m   th s en s o r s   f o r   r ea ch in g   its   g o al  p o s itio n s   as  r eliab ly   an d   ef f ec tiv ely   as  p o s s ib le  [ 2 8 ] .   Path   p lan n in g   g en er ally   r ep r esen ts   d ec id in g   co llis io n   f r ee   p ath s   f r o m   its   b eg in n in g   co n f ig u r atio n   to   th u ltima te  co n f ig u r atio n   o p tim izin g   ex ec u tio n   m o d el  lik en er g y ,   tim e,   o r   d is tan ce .   T h latter   is   co n s id er ed   as  th m ajo r   u s ed   cr iter io n   [ 4 ] .   Als o ,   th o p tim al  o r   s h o r ter   way   b etwe en   two   f o cu s es  m ig h b to   o p tim ize   o r   m in im izes  th am o u n o f   b r ak in g   an d   th am o u n o f   tu r n in g .   An   ex tr th o r o u g h   r esear ch ,   with   b r o ad er   o b jectiv was  tr aje cto r y   p lan n in g ,   wh ich   in clu d es  s p ec if y in g   th en er g y   in p u ts   f o r   m o v in g   th ac tu ato r s ,   th u s   th r o b o is   f o llo win g   p ath   allo win g   it  to   m o v f r o m   in itial  co n f ig u r atio n s   to   f in al  co n f ig u r atio n s   wh er ea s   av o id in g   o b s tacle s .   I co n s id er s   th p h y s ical  ch ar ac ter is tics   an d   d y n am ics  o f   th r o b o wh en   p lan n in g   tr ajec to r y .   As  r u le,   th p lan n in g   o f   tr ajec to r ies  an d   tr ajec to r ies  wer p ar o f   f u r th er   co m p lete  co n ce p t:  m o tio n   p lan n in g   [ 4 ] [ 2 7 ] .   Su ch   as  L u tv ica  et  a l.   [ 2 9 ]   p r o p o s ed   b o th   p ath   p lan n in g   an d   tr ajec to r y   ex e cu tio n   with in   an   in d o o r   m az en v ir o n m en t.   I n   ad d itio n   to   th at,   th m ain   task s   ar r eq u ir ed   to   n av ig ate  m o b ile  r o b o t.  First  task ,   p ath ,   o r   tr ajec to r y   p lan n in g th is   is   s tr ateg ic  p r o b lem - s o lv in g   s k ill  s in ce   th r o b o m u s d ec id wh at  to   d o   in   th lo n g   r u n   f o r   ac h iev in g   its   g o als,  wh er ea s   th s ec o n d   task ,   av o id in g   o b s tacle s m ea n s   ch an g in g   th r o b o t' s   tr ajec to r y   to   av o id   co llis io n s .   Av o id in g   o b s tacle s   is   an   im p o r tan ch allen g in   r o b o tics   s in ce   it  is   s ig n if ican th at  m o b ile  r o b o ts   r ea ch in g   its   d esti n atio n   wi th   n o   co llis io n   o r   o b s tacle   in   its   p ath .   co llis io n   f r ee   alg o r ith m   is   v ital  f o r   au to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts .   T h er ef o r e,   lo o f   tech n iq u es  wer in d icate d   f o r   o b s tacle   av o id an ce   [4 ] [ 6 ] [ 2 7 ] .   T h n ex t su b s ec tio n   is   f o r   m o r in f o r m atio n   ab o u t a v o id in g   o b s ta cles.   I n   r ec en y ea r s ,   s ev er al  m eth o d s   h av b ee n   d ev elo p ed   th at  tr y   to   s o lv th p r o b lem   o f   m o tio n   p lan n in g   o f   m o b ile  r o b o ts .   T h er ar d if f er en ca teg o r ies  o f   p lan n in g   m eth o d s   wh ich   ca n   b d iv id ed   in to   d if f er en ty p es  d ep en d in g   o n   th en v ir o n m en in   wh ich   th r o b o is   lo ca ted ,   wh ich   ar e:  lo ca p ath   p lan n in g   an d   g lo b al  p ath   p lan n in g   [ 2 7 ] .   W h ile  o th er   au th o r s ,   d is tin g u is h   b etwe en   o f f - lin an d   o n - lin e,   b ased   o n   th av ailab ilit y   o f   en v ir o n m en tal  in f o r m atio n   o r   o n   th co m p u ter s   p o wer   o r   th ca p ab ilit y   f o r   s o lv in g   th m ajo r   d em an d in g   alg o r ith m   [ 1 ] [ 4 ] .   At  an y   ca s e,   th two   ap p r o ac h es  ar s im ilar .   Fig u r 5   s h o ws  th class if icatio n s   r elate d   to   m o b ile  r o b o t p ath   p lan n in g   ap p r o ac h es [ 2 ] .           Fig u r 5 .   C lass if icatio n s   o f   m o b ile  r o b o t p ath   p lan n in g   tech n iq u es [ 2 ]         Of f - lin p ath   p lan n in g   o r   g lo b al  p ath   p lan n in g :   T h is   m eth o d   ca n   b u s ed   in   ar ea s   wh er th er is   co m p lete  in f o r m atio n   o n   s tatic  o b s tacle s   an d   m o v em en o b s tacle s .   T h u s ,   th is   p ath   cr ea tes  co m p lete  p ath   f r o m   its   s tar tin g   p o in to   its   d esti n atio n   b ef o r th m o v in g   r o b o b eg in s   its   m o tio n .   E x am p les  o f   r o u te  p lan n in g   in   o f f - lin e,   s er v ice  r o b o ts ,   au to m atic  g u id ed   v eh icles,  an d   s o   o n ,   in   wh ich   th er m ig h t b n o   ch an g es to   ca p tu r ed   en v ir o n m en t m ap .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   o n d ec a d s u r ve o a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o t sys tems   ( N o o r   A b d u l Kh a leq   Zg h a ir )   4897     L o ca p ath   p lan n in g   o r   o n - lin p ath   p lan n in g :   T h is   m eth o d   is   u s ed   w h er th en v ir o n m en is   co m p letely   u n k n o wn ,   wh er r o u tes  ar p lan n ed ,   an d   th r o b o is   m o v in g .   I n   th is   alg o r ith m   th p ath   ch an g es  as  it  m o v es  in   r elatio n   to   ch an g es  in   th en v ir o n m en b ased   o n   in f o r m atio n   th r o u g h   s en s o r s .   B asically ,   o n - lin p lan n in g   b eg in s   its   o f f lin p ath ,   y et  ch an g to   o n - lin m o d wh en   d etec tin g   n ew  ch an g es  in   o b s tacle s   s tate.   E x am p les  o f   r o u te  p lan n in g   in   o n - lin en v ir o n m en ts   in v o lv r ec o n n aiss an ce   r o b o ts ,   p lan et  ex p lo r atio n   ar p r o p o s ed   in   [ 4 ] [ 2 7 ] .   R ec en tly ,   with   d ev elo p m en ts   in   co m p u ter s ,   lo o f   o f f - lin s tr ateg ies  b ec am o n - lin o n es.  T h m ajo r   aim   o f   s u ch   ap p r o ac h es is   f in d in g   s o lu tio n   wh ich   is   p o s s ib le  p ath .     4 . 1 .     Ca t eg o ries o f   pa t h pla nn ing   a lg o rit hm s   Ov er   tim e,   t h ey   wer e   s u p p lem en ted   v ia   o p tim izatio n   ap p r o a ch es  attem p tin g   o n   r ed u ci n g   t h d is tan ce   th at  is   tr av eled   v ia   m o b ile  r o b o ts .   T h er ef o r e,   m an y   r ese ar ch er s   h a v p r o p o s ed   s o lu ti o n s   to   s o lv th ese   p r o b lem s   a n d   test ed   in   m a n y   en v ir o n m en ts   with   d y n am ic  an d   s tatic  o b s tacle s .   T h e   f ir s t   attem p o n   r o b o t   p lan n in g   h as  b ee n   c o n d u cted   i n   th late  1 9 6 0 ' s   an d   ea r ly   1 9 7 0 ' s .   T h cu r r en m eth o d s   an d   alg o r ith m s   f all  in to   f o u r   ca teg o r ies  an d   th e   two   m eth o d s   h av m an y   b en ef its   an d   d r aw b ac k s   in   m an y   co n d itio n s   [ 2 7 ] [ 3 0 ] c lass ical  ap p r o ac h es,  p r o b ab ilis tic  ap p r o ac h es,  h e u r is tic  p l an n er s ,   an d   e v o lu tio n ar y   a p p r o a ch es .   T h in itial  s tep   in   all  p ath - p lan n in g   p r o g r a m s   is   co n v er tin g   s u ch   co n tin u o u s   en v ir o n m e n tal  m o d el   in to   d is cr ete  m ap   ad e q u ate  f o r   th ch o s en   r o u t - p lan n in g   m e th o d s   ar ex p lain e d   in   [ 6 ] .   T h f ir s alg o r ith m   is   “c lass ical  ap p r o ac h es”  d ev elo p ed   in   1 9 8 0 s   an d   1 9 9 0 s ,   s u ch   ap p r o ac h es  in v o lv th r e co m m o n   p lan n in g   tech n iq u es  s u ch   as  r o ad   m a p p i n g   m eth o d s ,   p o ten tial  f u n ctio n s ,   an d   ce ll  d ec o m p o s itio n   m eth o d s   ar d is cu s s ed   in   [ 1 ] [ 3 0 ] .   I n   r o ad   m ap ,   a   s et  o f   r o u tes  is   b u ilt  wh er ea c h   n o n - co llis io n   r o u te  co n n ec ts   th s tar tin g   p o in ts   with   th d esti n atio n .   T h s h o r test   r o u te  o f   th r o u tes  f o u n d   in   th v is u al  g r ap h   is   id en tifie d .   T h er ef o r e,   th e   m o s t w ell - k n o wn   r o ad   m a p   is   th v is ib ilit y   g r ap h   an d   V o r o n o i d iag r am   a r illu s tr ated   in   [ 4 ] [ 3 0 ] .   B h attac h ar y an d   Gav r ilo v a   [ 3 1 ]   s u g g ested   a   way   t o   d esig n   s af e   clea r an ce   p ath   with   th u s o f   Vo r o n o i   d iag r a m   f o r   s o lv i n g   o p tim ality   is s u es.  T h r o ad   m ap   m eth o d   wo r k s   in   s p ar s en v ir o n m en s in ce   th n u m b er   o f   r o ad s   is   b ased   o n   th e   n u m b e r   r e g ar d i n g   m u lt ip le  o b s tacle s   as  well  as  its   e d g es  ar b u ilt  u s in g   p o in ts   o f   e q u al  len g th   f o r   two   o r   m o r o b s tacle s .   As  r esu lt,  th p ath   o b tain e d   is   s af b u u s u ally   n o s h o r is   clea r   in   [ 4 ] ,   wh ile,   p o ten tial  f ield   p ath - p lan n in g   f o r m   g r ad i en o r   f ield ,   ar o u n d   r o b o tic  m ap   th at  d ir ec ts   r o b o to   g o al  lo ca tio n   f r o m   m an y   p r ev i o u s   lo ca tio n s .   T h m ajo r   id ea   o f   s u ch   m eth o d s   is   d ir ec tin g   th r o b o t   to   th tar g et  th r o u g h   cr ea tin g   s ig n if ican f o r ce   in   th r o b o en v ir o n m e n t.  Attr ac tio n   f o r ce s   is   a s s ig n ed   to   o b jectiv es  an d   r ep u ls iv f o r c es  is   allo ca ted   to   o b s tacle s .   T h p o te n tial  f ield   m eth o d   is   tr ea tin g   r o b o ts   as  p o in ts   with in   th im p ac r elat ed   to   ar tific ial  p o ten tial  f ield .   T h is   ar tific ial  f ield   is   d ir ec tin g   r o b o to   tar g et  wh er ea s   av o id i n g   k n o wn   o b s t ac les.  Ho wev er ,   it  m u s t   b e   in d icate d   th at  t h is   is   n o t   ju s a   p at h   d esig n ,   y et  also   a   co n tr o law  f o r   r o b o ts .   T h m ain   d is ad v an tag o f   th is   m eth o d   is   th at  th er is   lo ca m in i m u m   in   th p o ten tial   f ield ,   wh er th e   r o b o t k ee p s   o s cillatin g   b etwe en   o b s tacle s   as e x p lain ed   in   [6 ] [ 3 0 ] .   On   th o t h er   h an d ,   th p r o ce s s   o f   ce ll  d ec o m p o s itio n   r ep r es en ts   th s ea r ch   s p ac as  i n d iv i d u al  u n its   r ef er r ed   to   as  ce lls .   T h m ain   aim   is   p r o v id in g   s eq u en ce   r elate d   to   o b s tacle   s tep s   f r o m   s tar tin g   p o in t   th r o u g h   th g o al.   T h ese  s tep s   m ig h b p r o v i d ed   v ia  u s i n g   ce lls   with   n o   r estrictio n s .   On co m m o n   ce ll   d ec o m p o s itio n   m eth o d   is   th g r id   m eth o d   wh er it wa s   u tili ze d   f o r   cr ea tin g   en v ir o n m e n t m ap .   T h g r ea ter   th e   co m p lex ity   in   s p ec if y in g   th g r id s   s ize,   th s m aller   th e   g r i d s   s ize,   th en v ir o n m e n tal  r e p r esen tatio n   will  b e   m o r ac cu r ate.   H o wev er ,   if   s m aller   g r id s   ar u s ed ,   th er e   will  b an   in cr ea s in   th s ea r ch   d is tan ce   an d   m em o r y   s p ac e,   ex a m p le  o f   th ese  ap p r o ac h es  in   [ 3 2 ] ,   n ew   m o lecu lar   d ec o m p o s itio n   s tr ateg y   is   d ev elo p ed   wh en   b ar r ier s ,   o b jecti v es,  s en s o r   p latf o r m   an d   f ield   o f   v is i o n   ( FOV)   wer p r o v i d ed   as  lim ited   an d   clo s ed   s u b s ets  r elate d   to   E u clid ea n   w o r k s p ac [ 4 ] [ 3 0 ] .   So m e   o f   th p r o b lem s   p r esen ted   in   t h is   way ,   r eq u ir es  m u ch   m em o r y   f o r   a n aly zin g   wo r k   e n v ir o n m en t le ad in g   to   m ai n   co m p u tatio n al  co m p lex ities .   Du r in g   th 1 9 9 0 s ,   n ew  ty p e s   o f   m eth o d s   ar o s to   p r o b l em - s o lv in g   em e r g ed   f r o m   th class ica l   m eth o d s ,   k n o wn   as  “p r o b a b ilis tic  ap p r o ac h es”.   Pro b ab ilis tic  r o a d m a p   ( PR M)   is   n etwo r k   o f   s tr aig h t - cu r v e   s ec tio n s ,   o r   ar cs,   wh ich   m ee i n   th n o d es.   I n   th is   way ,   n o d e s   ar g en e r ated ,   an d   lin k s   ar e   m ad b ased   o n   th p ar am eter s   s et  in   th e   PR alg o r ith m .   T h n u m b er   o f   n o d e s   is   d ir ec tly   r elate d   t o   th p r o b lem   an d   af f ec ts   th e   alg o r ith m ' s   s u itab ilit y   f o r   an y   co m p lex ity   in   th e   en v ir o n m en [ 1 ] .   T h al g o r ith m   u s es  n etwo r k   o f   c o n n ec te d   n o d es  to   d eter m in th d ir ec ti o n   o f   m o v in g   r o b o co llis io n .   I n   PR M,   th m ap   is   lo ad ed   f ir s an d   th en   th r an d o m   co n f ig u r atio n   is   s et  to   b u s ed   as  n etwo r k   lo ca tio n s .   T h f ir s an d   last   p o s itio n s   a r th en   d ef in ed .   n etwo r k   o f   n o d c o n n ec tio n s   m ay   b e   estab lis h ed   b etwe en   th f ir s an d   last   s ites .   Fin ally ,   th alg o r ith m   s ea r ch es f o r   th is   n etwo r k   o f   c o n n ec ted   n o d es to   r etr iev n o n - co llis io n   p at h   [ 3 3 ] .   On   th o th er   h an d ,   PR p r o d u ce s   p o ten tial  p ath   in   v er y   s h o r tim to   m ak i wo r k   in   th m o s t   ef f icien co n d itio n s   b u m a k e   th m o s o f   th s m o o th   n av i g atio n .   I n   [ 3 4 ]   wh en   th a u th o r s   p r o p o s ed   n ew  ch an g in   PR th at  s o u g h to   s im u ltan eo u s ly   r ed u ce   th p ath   len g th   an d   th p la n n in g   tim o f   m u lti - q u er y   p r o b lem s   o f   t h p lan n i n g   th a t   h as  b ee n   ca lled   as  s em i - lazy   PR wh ich   p r o v id es  b ala n ce   b etwe en   b asic  PR an d   L PR ac co r d in g   to   v alu o f   th co llis io n   test .   An o th er   s et  o f   th ap p r o ac h es  ar “h eu r is tic  p lan n er s ”  o r   ex p er ien ce d   alg o r ith m s   o f   th s ea r ch   s tr ateg y .   T h ty p es  o f   h eu r i s tic  m eth o d s   o f   p lan n in g ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J  E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 8 9 1   -   4 9 0 6   4898   alth o u g h   u s ed   m o r r ec en tly   c o m p ar ed   to   th class ical  m eth o d s ,   ar v er y   im p o r tan b ec au s o f   th eir   lear n in g   b ased   o n   h u m a n - lik b eh av io r .   Ma n y   Heu r is tic  s y s tem   alg o r ith m s   ar d esig n ed   f o r   p er f ec tio n ,   ef f ec tiv e n ess   an d   o p tim is m   an d   m a y   f in d   f aster   p ath   b esid es  th e   class ical  o n [ 3 4 ] .   R u b io   et  a l.   [ 1 ]   d is tin g u is h   th is   m eth o d   b ased   o n   g r ap h   s ea r ch ,   f o r   e x am p le:  Alg o r ith m   * ,   g r ee d y   s ea r ch ,   Dijk s tr alg o r ith m   an d   *   alg o r ith m .   Alth o u g h ,   VI n jar ap u   a n d   Ga wr [ 3 0 ]   ar awa r th at  h eu r i s tic  m eth o d s   ar s im ilar   to   th h u m a n   lear n in g .   T h e r ef o r e ,   ac co r d in g   to   th is   f ac t,  it  is   l is ted   a s   f o llo ws:   Ar tific ial   n atu r al  n etwo r k s   ( ANN) ,   g en etic  alg o r ith m s ,   an d   f u zz y   lo g ic ,   W av elets.  I n   ad d itio n ,   Gan g an ath   et  a l.   [ 3 5 ]   r ec o m m en d s   th Z   *   h eu r is tic   s ea r ch   alg o r ith m   f o r   alg o r ith m   p lan n in g   f o r   en er g y - s av in g   ar ea s   in   h illy   ar ea s .   I n   th is   r ev iew,   it  wa s   ex p lain ed   th at  th two   m o s p o p u lar   ar t h Dijk s tr alg o r it h m   an d   th e   *   alg o r ith m .   B o th   alg o r ith m s   o f f er   th b est p a th   b ac k   an d   ca n   b e   co n s id er ed   as sp ec ial  ty p es o f   d y n am ic  p r o g r am m in g   [ 3 6 ] .     Dijk s tr alg o r ith m I n   1 9 5 6 ,   c o m p u ter   s cien tis E d s g er   W .   Dijk s tr d ev elo p ed   an   alg o r it h m   to   f in d   v er y   s h o r p ath s   b etwe en   th n o d e s   o n   g r ap h   th at  co u ld   r ep r e s en t,  f o r   in s tan ce ,   r o ad   m ap   o r   s ep ar ate  wo r k s p ac e.     Alg o r ith m   * T h is   alg o r ith m   p er f o r m s   th s ea r ch   o f   all  th p ath s   wh ich   m ay   b d ir ec ted   to war d s   th g o al  an d   ch ar ac ter izes  th p at h   th at  h as  th m in im u m   co s ts   ( i.e . ,   m in im al  tim e,   m in im al  d is tan ce   tr av eled ,   an d   s o   o n ) .   Of   all  ev er y   av aila b le  p ath ,   th alg o r ith m   ch o o s es  th p ath   o r   p ath s   th at  p o s s ib ly   r esu lt  in   f ast   s o lu tio n .   T h e   alg o r ith m   o p er a tes  with   th u s o f   th e   weig h t ed   g r a p h s b e g in n in g   f r o m   a   1 st   g r a p h   n o d e,   f o r m   a   p ath   tr ee   th at  s tar ts   f r o m   th at  n o d e,   o b s er v in g   p o ten ti al  p ath s   o n e   b y   o n e,   to   th e   p o i n wh er o n o f   its   p ath s   is   en d in g   at  tar g eted   n o d e.     I n   s h o r t,   *   o p e r ates  s im ilar ly   to   Dijk s tr a' s   ca p ab ilit ies  ex ce p th at  it  g u id es  its   s ea r ch   to war d s   th m o s p r o m is in g   s tates  an d   ca n   s av a   s ig n if ican t   am o u n o f   ca lcu latio n .   Fin ally ,   all  th e   te ch n iq u es  d escr ib ed   ab o v h a v b ee n   ap p lied   with   s u cc ess   to   th n ew  r o b o s y s tem s   wh ich   ex p lo d ed   o n   th p latf o r m   in   2 0 0 0 ' s ,   lik th s p ac r o v er s   an d   h u m an o id   r o b o ts .   Fo r   m o r s tu d y   ab o u th is   ap p r o ac h   an d   h ig h lig h th eir   p r ac tical   b en ef its   an d   d is ad v an ta g es  ar p r esen ted   i n   [ 3 0 ] [ 35 ] [ 3 6 ] ,   wh ile  th class ic  m eth o d s   h a v b ee n   f o u n d   to   b ef f ec tiv e,   th e   ca lcu latio n   tim e   is   im p o r tan t   in   d eter m in in g   t h p r o b ab ilit y   o f   co llis io n .   Als o ,   th class ical   m eth o d s   ar o f ten   c o n f in e d   to   s u itab le  lo ca o p tim u m   s o lu tio n   th at  ca n   b m u c h   s m aller   th an   g l o b al  s o lu tio n .   I n   ad d itio n   to   th at,   it  b ec o m es  ev en   m o r d if f i cu lt  wh en   th en v ir o n m en is   d y n am ic.   T h ese   d is ad v an tag es  m ak e   class ical  m eth o d s   in co m p eten in   co m p lex   ar ea s   ( th m o r i n f o r m atio n   o n   class ical  an d   ev o lu tio n   in   o f f - lin an d   o n - l in p ath   p lan n in g   alg o r ith m s ,   ar ex p lain ed   i n   [ 4 ] .   Fu r th er ,   o v er   th p ast  two   d ec ad es,  th e v o lu tio n ar y   p r o ce s s   an d   m eth o d o lo g ical  ap p r o ac h   h av e   ev o l v ed   a n d   i n tr o d u ce d   "e v o lu tio n   alg o r ith m s ".   T h is   alg o r ith m   h as  b ee n   wid ely   u s ed   to   p lan   p ath in g   an d   s o lv co m p lex   an d   d y n am ic  o b s tacle   p r o b lem s   in   th en v ir o n m e n th r o u g h   v ar io u s   task s .   Hen ce ,   t h v ar io u s   ty p es  o f   ev o lu tio n a r y   tech n iq u es  h av e   b ee n   ap p ea r ed   s u c h   as:     Gen etic  alg o r ith m   ( GA) t h is   is   an   o p tim iza tio n   to o b ased   o n   g en etic  s elec tio n   a n d   g en e tic  en g in ee r i n g .   T h ey   a r c o m b in in g   th s u r v iv al  o f   f ittes with   r a n d o m   d ata  to   c r ea te  a   s ea r ch   al g o r ith m   wh ich   cr ea tes   s o lu tio n s   to   th s ea r ch   is s u es.  I n   GA,   th f ir s s tep   is   r an d o m   g en er atio n   o f   p o p u latio n   a n d   th en   h av b ee n   u s ed   th cr o s s o v er ,   m u tatio n ,   an d   s elec tio n   to   cr ea te  p o s s ib le  p ath s   [ 4 ] [ 37 ] - [ 3 9 ] .   Ach iev in g   th g o al  in   co m p l ex   en v ir o n m en r eq u ir es c h r o m o s o m es o f   v ar y in g   le n g th s .   I s m ail  et  a l.   [ 3 7 ]   in t r o d u ce d   b i n ar y   c o d in g   o f   v ar y in g   len g th s   o f   GA  wh er th g e n m ea n s   s u cc ess iv d ir ec tio n   o f   th e   m o v em en as  well  as  th d is t an ce   [ 3 8 ]   p r o p o s ed   g en etic  b ased   alg o r ith m   o f   p ath   p lan n in g ,   wh e r it  h as  b ee n   ca r r ied   b y   th p o p u lati o n s ,   in clu d in g   th o s o v er co m in g   o b s tacle s   ( an d   illeg al  p ath s   also ) .   L ater ,   an   in v alid   p at h   s eq u e n ce   o f   m e th o d s   is   co n s id er e d   th e   ev al u atio n   o f   th e   p e n alty   f u n ctio n ,   wh ich   r esu lts   in   in cr ea s in g   th co m p u tatio n al  l o ad   wh ich   lea d s   to   h ig h e r   tim o f   ex ec u tio n .     On   th o th er   h a n d ,   C h ay m aa   et  a l.   [ 3 9 ]   u s ed   g en etic  alg o r ith m   to   p r o d u c an   o p tim al  r esp o n s u s in g   o p tim al  co n t r o l.  C o s wo r k   is   ca lcu lated   f o r   ea ch   o p tim al  r esp o n s e,   an d   th en   th b e s is   ch o s en   f o r   th e   n ex t step .   T h is   p r o ce s s   will c o n tin u u n til lo wer   co s ts   ar r e ac h ed .     Par ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) I s   an o th er   ev o lu tio n a r y   alg o r ith m   wid ely   u s ed   in   p ath   p lan n in g .   T h e   co n ce p t o f   th at   m eth o d   co m es  f r o m   s im p lific atio n   o f   a   s im p lifie d   s o cial  p r o g r am ,   attem p ti n g   to   m im ic  th e   u n ex p ec te d   m o v em en ts   o f   f l o ck   o f   b ir d s   o r   a   s ch o o l   o f   f is h .   Yea r s   o f   s tu d y in g   th d y n a m ics  o f   an im als   h av led   t o   th p o s s ib ilit y   o f   u s in g   th is   b eh av i o r   as  to o f o r   ex ce llen ce .   I n   c o m p a r is o n   with   th GA,   th ad v an tag o f   t h PS is   th at  it  is   ea s y   to   u s an d   h as  s m a ller   n u m b e r   o f   th r ep air   p ar a m eter s   [ 1 ] [ 4 ] [ 40 ] - [ 4 2 ] .     R ec en tly ,   Nasr o llah y   a n d   J av ad [ 4 0 ]   in tr o d u ce d   a   PS O - b ased   s y s tem   o f   d y n am ic   ar ea s   wh er p o p u latio n s   h av b ee n   p r o d u c ed ,   wh ich   co n tain   in v alid   p ath s   an d   test ed   u n d er   p en alty   f u n ctio n   ev alu atio n .   I n   ad d itio n ,   Go n g   et  a l.   [ 4 1 ]   s u g g ested   m o d el  th at  u tili ze d   m u lti - o b jectiv PS an d   g en etic  lik o p er ato r   o f   m u tatio n .   Ma n y   tar g ets  h av e   b ee n   to o   s h o r d is tan ce   an d   th m o s d an g er o u s   p ath   f r o m   o b s tacle s .   T h e   o p er ato r   o f   th m u tatio n   h as b ee n   u tili ze d   to   co n f ig u r th i n v a lid   p ath s ,   wh ile  in   [ 4 2 ]   v ar i ab les len g th   is   u s ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   o n d ec a d s u r ve o a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o t sys tems   ( N o o r   A b d u l Kh a leq   Zg h a ir )   4899   d ep en d i n g   o n   th n u m b e r   o f   v er tices  o f   th p o l y g o n al  o b s ta cles.  T h b in ar y   PS is   u s ed   in   co n ju n ctio n   with   g en etic - lik o p er ato r   o f   m u t atio n   f o r   o p tim izin g   th d ir ec ti o n .     An co lo n y   o p tim izatio n   ( AC O) I n   1 9 9 2 ,   Ma r c o   Do r ig o   in tr o d u ce d   th is   alg o r ith m ,   wh i ch   is   p ar o f   co lo n ial  f am ily   alg o r ith m s ,   in   s war m   in tellig en ce   s tr ateg y .   T h f ir s alg o r ith m   aim e d   to   s ea r ch   th b est  r o u te  in   th g r ap h ,   b ased   o n   t h b eh a v io r s   o f   th a n ts   to   f i n d   th m in im al  r o u te  to   t h f o o d   s o u r ce .   T h e   AC h as b ee n   u tili ze d   to   f in d   g lo b al  o p tim u m   p ath   f r o m   s u b   b est p ath s   [ 4 3 ] [ 4 4 ] .     Me et  a l.   [ 4 3 ]   p r o p o s ed   n e h y b r id   a p p r o ac h   th at  c o m b i n es  th AC an d   a r tific ial  p o t en tial  f ield   ( APF)  f o r   th e   d y n am ic  en v ir o n m en ts .   T h e   AC h as  b ee n   u s ed   f o r   t h p la n n in g   o f   g lo b al   p ath   a n d   th e   APF  h as  b ee n   u tili ze d   to   d ir ec th r o b o to   ju m p   to   lo ca m in im u m .   Fro m   th is   h y b r id   ap p r o ac h   it  ca n   b s ati s f ied   b y   o b s tacle   av o id an ce   in   b o th   g lo b al  o p tim al  an d   r ea l - tim e .     T h m ain   is s u es  o f   th e   AC ar d if f icu lties   to   o b tain   th q u i ck   s o lu tio n   co n v er g en ce   an d   d if f icu lt  to   ap p ly   to   th e   co m p le x   m ap s   an d   v er y   la r g e.   T h er ef o r e,   L ee   et   a l.   [ 4 4 ]   im p r o v ed   AC an d   in tr o d u ce d   it u s in g   a   p o ten tial  f ield   m eth o d   to   o b t ain   q u ick   co n v er g en ce   s o lu tio n   th r o u g h   ad ju s tin g   AC co n tr o p ar am ete r s .   T h ad v a n ce d   AC u s es  s tan d ar d   p h er o m o n s elec tiv ity   ( s u b s tan ce   th at  is   s ec r eted   b y   th a n ts )   f o r   u p d atin g   th v ec to r   o f   th p o s itio n .     Simu lated   an n ea lin g   ( SA) w h ich   m ea n s   a n n ea lin g   in   m etallu r g y ,   is   o n o f   th e   r an d o m   s ea r ch e s   m eth o d s   an d   is   s im ilar   to   th p r o ce d u r e   o f   co o lin g   m o lten   m etal  b y   an n ea lin g   th at  ex p lain ed   in   [ 4 ] .     Mia o   an d   T ian   [ 4 5 ]   d ev el o p e d   m eth o d   b ased   o n   th SA  alg o r ith m   f o r   d y n am ic  ar ea s   with   s tab le   an d   d y n am ic  o b s tacle s .   T h eir   ap p r o ac h   u s es  v er tices  o f   o b s tacle s   as  s ea r ch   ar ea .   T h SA  alg o r ith m   is   u tili ze d   f o r   q u ick ly   f in d i n g   th o p tim al  p ath   o r   th n ea r   b est  p ath   an d   in   [ 4 6 ]   in tr o d u ce d   SA   m u ltid is cip lin ar y   ap p r o ac h   f o r   p ath   p lan n in g   in   f o u r   d y n a m ic  en v ir o n m en ts   with   d if f e r en co m p lex ities .   R ep lacin g ,   d eletin g ,   m o d if y in g ,   an d   r e p air in g   th e   o p e r ato r   was  in tr o d u ce d   alo n g s id with   SA.  SA  p ar am ete r s   h av b ee n   o p tim ized   f o r   th m o v in g   o b s tacle s .   T h ey   h av also   in tr o d u ce d   co m p ar is o n s   b etwe en   th SA  an d   GA  [ 4 6 ] .   Ov e r   th e   y ea r s ,   s ev er al  au th o r s   h a v r ev iewe d   th p r e v io u s   alg o r ith m s .   At  f ir s t,  th ese  alg o r ith m s   o n ly   u n d er s to o d   tim w h ich   i s   r eq u ir ed   to   r u n   tr ajec to r y   an d   t r ied   to   d o   it  with o u a n y   ass u m p tio n s   an d   ad ap it  to   s y s tem s   as  r ea as  p o s s ib le.   T h alg o r ith m   is   th e n   u p g r ad e d   an d   an aly ze d   o f   t h r o b o t’ s   s y s tem s   h av b ee n   e x ten d ed   to   th o s wh ich   ar m o r e   r ea lis tic.   On way   to   d o   th is   is   a n aly zin g   th b eh av i o r s   o f   r o b o t   s y s tem s ,   r esu lts   in   im p r o v in g   o p e r atin g   p ar am eter s   ( i.e . ,   to r q u e,   tim e,   en er g y ,   an d   d is tan ce ) .   T h i n itial  alg o r ith m   f o r   tr ajec to r y   p lan n in g   s o u g h t o   d ec r ea s tim e   wh ich   is   r e q u ir ed   to   co m p lete  m is s io n .   I n   th o s e   r esear ch es,  th au th o r s   h av f o r ce d   s m o o th   p at h in g   f o r   th r o b o ts   to   f o llo w.   An o th e r   way   to   tak tr ajec to r y   p lan n in g   h as  b ee n   b ased   u p o n   f in d in g   jer k   o p tim al  r o u te   [ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] .   On e   m o r d if f er en lin f o r   s o lv in g   th is s u o f   th tr ajec to r y   p la n n in g   h as  b ee n   b ased   u p o n   to r q u an d   m in im izatio n   o f   th e   en er g y   u s ed .   I n   th f ield   o f   au to m ated   m an u f ac tu r in g   p r o ce s s es  an d   r o b o tics ,   en er g y   m in im izatio n   is   o f   in ter est.  I n   th f u tu r e,   r o b o c o llab o r ativ e   wo r k   will   o p tim izatio n   to   o b tain   m in i m ized   d is p lace m en ts   an d   it  is   m o r im p o r tan to   av o id   co llis io n s .   Ar tific ial  in te llig en ce   will e n h an ce   th p er f o r m an ce   o f   co o p er ativ r o b o ts   [ 4 ] [ 4 7 ] .     4 . 2 .   O bs t a cle  a v o ida nce   Av o id in g   o b s tacle s   in   lo ca r o u te  p lan n in g   is   a n   ess en tial  tech n o lo g y   an d   o n o f   a n   im p o r tan t   tech n o lo g y   th at  g u ar an tees  s af ety .   R o b o n av ig at io n   is   th ab ilit y   o f   m o b ile  r o b o f o r   m o v in g   ar o u n d   en v ir o n m en ( th k n o wn   as  well  as  th u n k n o wn )   in   wh ich   th g o al  ca n   b ac h iev ed   with o u h itti n g   an y   o b s tacle   [ 2 ] ,   [ 4 8 ]   th is   p r o ce s s   r eq u ir es  m ap ,   tar g et  l o ca tio n ,   an d   c u r r en l o ca tio n   o f   th r o b o u s in g   s en s o r   o r   o t h er   p o s itio n in g   s y s tem .   I n   ad d itio n ,   r ec alcu late  d et o u r i n g   p at h   an d   f o r   s teer in g   its elf   to   a   m o r e   ef f icien t   an d   s af er   p ath   in   th r ea tim e.   Fo r   m an y   y ea r s ,   n u m er o u s   s tu d ies  wer p er f o r m ed   o n   th is   s u b ject  an d   n u m er o u s   ap p r o ac h es  wer p r e s en ted ,   s o m o f   th o s ap p r o a ch es  h av b ee n   im p lem en te d   i n   th r ea s y s tem s .   T h er ef o r e,   th alg o r ith m   o f   o b s tacle   av o id an ce   is   h elp f u i n   p r ev en tin g   th co llis io n s .   T h e s in clu d o b s tacle   d etec tio n   an d   th ac tu al  o b s tacle   av o id an ce   [ 4 ] [ 47 ] [ 4 8 ] .   Mo s t o f   th p r ev en t c o llis io n s   alg o r ith m s   ca n   b e:   a.   Map - b ased th is   ty p o f   th e   alg o r ith m   d ep e n d s   u p o n   th g eo m etr ic  m o d els  o r   th m ap s   o f   an   en v ir o n m en t.  T h r o b o h as  a n   en v ir o n m en m ap   m o d el  an d   m ay   b s en s in g   its   cu r r en p o s itio n   at  an y   o f   th m o m en ts   an d   m ay   b e   d e tectin g   th co llis io n s   th r o u g h   t h ca lcu latio n   o f   th d is tan ce s   [ 4 7 ] .   b.   Ma p less - b ased th ey   d o   n o u s an   ex p licit  en v ir o n m en r ep r esen tatio n   wh atso ev er .   T h ey   a r d ep e n d en t   u p o n   t h in f o r m atio n   s en s o r   s y s tem s   to   m o n ito r   th e   en v ir o n m en t a s   ex p lain ed   [ 6 ] .   O n   th e   o th er   h a n d ,   th e   m o s r ec o g n ized   m eth o d s   f o r   o b s tac le  av o id a n ce   a r p r esen ted   in   [ 6 ] [ 27 ] [ 4 7 ]   as th f o llo win g :   a.   T h b u g   alg o r ith m is   o n o f   th an cien alg o r ith m s .   I ca n   en ab le  r o b o f o r   tr ac k in g   th co n to u r   o f   o b s tacle s   f o u n d   i n   th p ath s   a n d   d ec id o n   m o s s u itab le  p o in to   m o v to war d   g o al.   On o f   th m ain   d is ad v an tag es  o f   th is   ty p o f   alg o r ith m   is   th at  t h b e h av i o r   o f   r o b o ts   at   ce r tain   tim es   is   u s u ally   a   f u n ctio n   th at  o n ly   co n s id er s   t h latest  s en s o r   r ea d in g s .   T h i s   ca n   ca u s e   u n wan te d   p r o b le m s   b u ca n   b e   p r ev en ted   if   m o m en ta r y   r e ad in g   o f   th r o b o s en s o r   d o es  n o p r o v id e n o u g h   in f o r m atio n   to   a v o i d   co llis io n s   [ 2 ] [ 6 ] ,   [ 4 8 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J  E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 8 9 1   -   4 9 0 6   4900   b.   T h h is to g r am   o f   t h v ec to r   f ield T h is   m eth o d   u tili ze s   two - d im en s io n al  g r id   o f   th e   h is to g r am   to   s im u late  an   en v ir o n m e n t,  wh i ch   h as  b ee n   s im p lifie d   i n to   1 - "p o lar   h is to g r a m wh ich   is   co n s tr u cted   s u r r o u n d in g   r o b o t' s   p o s itio n   at  g iv en   tim e.   T h r o b o d ir ec tio n   is   r eg u lated   with   th s elec tio n   o f   a   s ec to r   th at  h as  th least   n u m b er   o f   th o b s tacle s .   Ma p s   ar co n s tan tly   u p d ated   b y   r o b o s en s o r s   with   th e   d ata  th at  is   ass o ciate d   with   d is tan ce   b etwe en   r o b o ts   an d   o b s tacle s .   T h is   alg o r ith m   is   im p r o v ed   b y   co n s id er in g   t h s ize  o f   th r o b o t a n d   s elec tin g   s af an d   ef f ec tiv an g les [ 2 7 ] ,   [ 4 7 ] .   c.   Dy n am ic  win d o m e th o d s T h m ain   co n ce p is   s elec tin g   a   co n tr o in   th r o b o s p ee d   s p a ce .   T h r o b o t   p ath   co n s is ts   o f   "set  o f   th cir cu lar   ar cs".  Ar is   d ef in ed   w ith   th u s o f   th v ec to r   o f   th e   v elo city   ( v i,   wi) ,   wh er ( v i)   r ep r esen ts   f o r war d   v elo city   an d   ( wi)   r e p r esen ts   r o tatio n al  v elo city th tw o   v ar iab les  ar e   r ef lectin g   s ea r ch   ar e [ 4 5 ] [ 4 7 ] .   T h is   m eth o d   i n clu d es  th r ee   v e lo city - an g u la r   win d o ws  ( V =V s   ∩  V a   ∩  V d ) .   W h er ( V s )   is   ar ea ,   ( V a wh er th r o b o t c a n n o t m o v an d   ev a d co llis io n s ,   an d   ( V d )   r ep r esen ted   d y n am ic   win d o [ 6 ,   4 7 ] .   a.   Nea r n ess   d iag r am   ( ND) is   an   ap p r o ac h   th at  u s es  "d iv id an d   co n q u er m eth o d .   T h is   ap p r o ac h   d iv id es   th wo r k   e n v ir o n m en to   v ar i o u s   ar ea s   to   in d icate   th p o s itio n   o f   o b s tacle s .   T h ND  ap p r o ac h   u tili ze s   p ar ad ig m   o f   “sit u ated   ac tiv ity ”  b a s ed   o n   b eh a v io r .   T h is   id ea   u s es  p r ed eter m in ed   g r o u p   o f   co n d itio n s ,   co n s is tin g   o f   v ar iety   o f   ap p r o p r iate  p r o b lem s   an d   ac tio n s .   I n   th ca s wh er th e   ap p r o ac h   h as  b ee n   ca r r ied   o u t,  th cu r r en t sit u ati o n   is   s p ec if ied   an d   ap p r o p r iate   ac tio n s   ar tak en   f r o m   [6 ] [ 27 ] [ 4 7 ] .       5.   NAVIG AT I O SYST E M   On o f   m o s im p o r tan an d   v ital  p r o b lem s   in   th s tu d ies  o f   th m o b ile  r o b o ts   r elate d   to   n av ig atio n   s y s tem s   b ec au s th n ee d   to   d ef in th em   clea r ly   at  th d esig n   s tag e.   T h g o al  is   f o r   r o b o to   b m o v in g   f r o m   p lace   to   d if f er en o n in   an   u n k n o wn   o r   k n o wn   en v ir o n m en t,  co n s id er in g   th s en s o r   v alu es  to   ac h iev th wan ted   g o al.   W h ich   m ea n s   th at  th r o b o ts   m u s d ep en d   u p o n   s o m o th er   asp ec ts ,   lik th p er ce p tio n ,   lo ca lizatio n ,   co g n itio n ,   an d   m o tio n   co n tr o l.  I n   m o s ca s es,  th m o v in g   r o b o is   u n ab le  to   tr av el  th s tr aig h p ath   f r o m   th s tar tin g   lo ca tio n   to   its   d esti n atio n .   I is   v er y   im p o r tan to   p r o v id en o u g h   o f   th in f o r m atio n   o n   th lo ca tio n   o f   th r o b o to   m o v e.   T h at  is   wh y ,   th m eth o d s   o f   th lo ca lizatio n   h av e   b ee n   co n s id er ed   k ey   to   n av ig atio n   p r o ce s s   [ 4 9 ] .   I n   ad d itio n ,   n av ig atin g   m o v in g   r o b o r eq u ir es  ad d itio n al  s k ills ,   in clu d in g   co n tr o ca p ab ilit ies,  tr ajec to r y   p lan n in g ,   o b s tacle   av o id an ce ,   an d   s af d is tan ce s   to   th g o al,   wh ich   m o b ile  r o b o ts   n ee d   to   p er f o r m   to   p r o v id s u p er io r   n av ig atio n .   E v er y   o n o f   th n av ig atio n   s y s tem s   m u s co n s id er   th g en er al  d esig n   m en tio n ed   ab o v to   en s u r th at  all  task s   ca n   b m et  [ 3 ] [ 6 ] [ 5 0 ] .   Ov er   th p ast  two   d ec ad es,  r esear ch er s   h av s tu d ied   th p r o b lem s ,   m eth o d s ,   an d   ap p lica tio n s   o f   m o b ile  r o b o t’ s   n av ig atio n   s y s tem s .   Mo b ile  r o b o n av ig atio n   h as  b ee n   tak en   u n d er   co n s id er atio n   as  o n o f   th m ajo r   ar ea s   o f   ap p licatio n   th at  is   g ain in g   lo o f   atten tio n   d u to   its   wid r an g o f   p o ten tial  ap p licatio n s   [ 2 ] [ 3 ] [ 5 0 ] .   I n   ad d itio n ,   th er ar m an y   wo r k s   o f   r esear ch   in   wh ich   p eo p le  h av tr ied   to   s o lv th n av ig atio n   is s u an d   ex am p les  o f   th eir   s u cc ess f u l a p p licatio n s .   C h o u   an d   L ian   [ 5 1 ]   p r esen ted   n ew  n av ig atio n   m eth o d   th at  ca n   ef f ec tiv ely   u s s en s o r y   in f o r m atio n   to   h an d le  u n k n o wn   an d   ch an g in g   en v ir o n m en ts ,   th at  ca lled   th d y n am ic  win d o ap p r o ac h *   ( DW * ) .   DW *   is   lo ca r ea ctiv n av ig atio n ,   b ased   o n   th DW s p ac v elo city   ap p r o ac h ,   wh ich   d ir ec tly   s ee k s   th o p tim al  s p ee d   co m m an d   f r o m   s et  o f   all  s p ee d s   ex ec u ted   f o r   r o b o t.  T h is   m et h o d   p r o v id es  f ast  an d   s m o o th   n av ig atio n   with   n o   lo ca l m in im u m .   Mo r eo v er ,   v ar io u s   alg o r ith m s   h av b ee n   s u g g ested   to   p lan   th n av ig atio n   o f   r o b o ts   u n d er   m an y   co n d itio n s .   On o f   th m o s t e x citin g   is s u is   to   co n tr o th n av ig atio n   o f   th r o b o t   [ 5 2 ] .   T h er ef o r e Kala   et  a l.   [ 5 3 ]   p r o p o s ed   to   f in d   th m o s o p tim al  r o b o tic  p ath   u s in g   g en etic  alg o r ith m s ,   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s ,   an d   *   alg o r ith m s   at  an y   tim o f   th r o b o t' s   tr av el.   T h r o b o p h y s ically   m o v es  ac co r d in g   to   th is   r esu lt.  Als o ,   th is   m eth o d   ca n   b u s ed   to   allo m an y   r o b o ts   to   m o v to g eth er   in   o n p lace .   On   th o th er   h an d ,   Nu r m ain an d   T u tu k o   [ 5 0 ]   p r o p o s ed   in tellig en n av ig atio n   s y s tem s   b ased   o n   in d iv id u al  attr ib u tes  o r   b io lo g ical  s tr u ctu r es  o f   s o cial  an im als,  s tar tin g   with   o n r o b o t,  m u lti  r o b o ts   an d   s war m   r o b o ts   f r o m   s p ec if ic  p o in o f   v iew.   T h co m b in atio n   o f   n av ig atio n   s y s tem s   an d   b io lo g ical  ap p r o ac h es  h as  g ain ed   co n s id er ab le  am o u n o f   th atten tio n .   T h is   m ak es  it  s ig n if ican ar ea   o f   r esear ch   f o r   in tellig en r o b o tic  s y s tem s   to   in cr ea s th p er f o r m an ce   as  well  as  ad d r ess   th wea k n ess es  ass o ciate d   with   m o b ile  r o b o n av ig atio n s   [ 5 4 ] .   On   to p   o f   th at,   th in tellig en co m p u tin g   alg o r ith m s   th at  in clu d s war m s   in tellig en ce   an d   s o f co m p u tin g   h av b ee n   r ated   as  p o wer f u m eth o d s   th at  m ay   b p r o v id in g   s o l u tio n s   with o u en v ir o n m en tal  m o d elin g .   T h u s ,   n ew  n av ig atio n   m eth o d o lo g y   b ased   u p o n   n eu r al  n etwo r k s   ( NNs)  f o r   in tellig en au to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts   in   s tr u ctu r ed   m az en v ir o n m en is   p r esen ted   in   [ 5 5 ] .   T h r o u g h   n eu r al  b ac k   p r o p ag atio n   n etwo r k s ,   r o b o ts   lear n   d u r in g   th n av ig atio n   p r o ce s s   f r o m   s en s o r s ,   u p d ate  th is   o n an d   u tili ze   it  f o r   p lan n in g   an d   co n tr o n av ig atio n s   in tellig en tly .   Mo r eo v er ,   th is   m eth o d   co n tr ib u tes  p o s itiv ely   to   d ec r ea s th tim d esire d   to   tr ain   th n etwo r k .   Neu r al  n etwo r k   co n tr o ller s   ar id ea f o r   lear n in g   g en er al  n av ig atio n   an d   r ea l - tim in tellig en ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.